JP2750593B2 - レーザー読取器の光学系 - Google Patents

レーザー読取器の光学系

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JP2750593B2 JP1018131A JP1813189A JP2750593B2 JP 2750593 B2 JP2750593 B2 JP 2750593B2 JP 1018131 A JP1018131 A JP 1018131A JP 1813189 A JP1813189 A JP 1813189A JP 2750593 B2 JP2750593 B2 JP 2750593B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、対象物に向けてレーザー光を発すると共
に、対象物で反射された光を受光して対象物の反射率の
違いを検出するレーザー読取器の光学系の改良に関する
ものである。
[従来の技術] この種のリーダーとしては、例えばいわゆるペン型の
バーコードリーダーがある。
従来のペン型バーコードリーダー1の光学系は、第6
図に概略的に示したような構成とされている。
図中の符号1aはバーコードリーダーのケーシングであ
り、このケーシング1a内に光源となる発光ダイオード
(LED)2と受光素子3とが設けられている。LED2から
発した光は、集光素子4を介して読取対象としてのバー
コードパターン(図示せず)を照明すると共に、このバ
ーコードパターンで反射されて再び集光素子4を介して
ケーシング1a内に入射し、入射した反射光の一部は光フ
ァイバー5を介して受光素子3に導かれる。
バーコードパターンの読取に際しては、集光素子4と
バーコードパターンとを接触させた状態でリーダーを走
査させる。これにより、受光素子3は走査によるバーコ
ードパターンの反射率の変化に対応してバーコードパタ
ーンの持つ情報を検知することができる。
[発明が解決しようとする課題] しかしながら、上述したような従来のバーコードリー
ダーは、読取深度が極端に浅く、集光素子4とバーコー
ドパターンとが離間すると読取不能となってしまう。従
って、バーコードパターンのプリントされた面が滑らか
でない場合、例えば可撓性のある袋等にプリントされて
いる場合にはプリント面に生じた凹凸によって走査中に
集光素子4とバーコードパターンとが離間し、読取が不
能となる虞があった。
[発明の目的] この発明は、上述した各問題点に鑑みてなされたもの
であり、読取対象との間が離間したとしても読取対象の
情報を検出することができるレーザー読取器の光学系を
提供することを目的とする。
[課題を解決するための手段] 上記の目的を達成するためには、バーコードリーダー
の読取深度を深くする必要があり、そのためには投光光
束の集束角を小さくすると共にその光路中から光ファイ
バーのような障害物を除去することにより、投光光束の
集光性を劣化させないようにし、かつ、受光素子へ効率
的に反射光を集光させるよう構成する必要がある。
この点に鑑み、特許請求の範囲(1)のレーザー読取
器の光学系は、対象物に向けてレーザー集束光を出射す
る投光部と、該投光部から出射されたレーザー集束光の
光路途中に設けられて前記対象物により反射された反射
光を集光する集光レンズと、前記集光レンズにより集光
された反射光の光量を検出する受光素子とを備え、前記
集光レンズには前記反射光を集光する作用を果たすレン
ズ部と前記反射光を集光する作用を果たさない透過部と
が設けられ、該集光レンズの光軸は前記投光部の光軸に
対して平行にシフトされ、前記受光素子は前記レーザー
集束光の前記光路から外れた位置でかつ前記レンズ部を
通った反射光を受光し得る位置に設けられ、前記レーザ
ー集束光は前記透過部を通じて前記対象物に投影される
ことを特徴としたものである。
また、特許請求の範囲(8)のレーザー読取器の光学
系は、対象物に向けてレーザー集束光を出射する投光部
と、該投光部から出射されたレーザー集束光の光路途中
に設けられて前記対象物により反射された反射光を集光
する集光レンズと、前記集光レンズにより集光された反
射光の光量を検出する受光素子とを備え、前記集光レン
ズには前記反射光を集光する作用を果たす第1レンズ部
とそのパワーが前記第1レンズ部とは異なる第2レンズ
部とが設けられ、該集光レンズの光軸は前記投光部の光
軸に対して平行にシフトされ、前記受光素子は前記レー
ザー集束光の前記光路から外れた位置でかつ前記第1レ
ンズ部を通った反射光を受光し得る位置に設けられ、前
記レーザー集束光は前記第2レンズ部を通じて前記対象
物に投影されることを特徴としたものである。
[作用] この発明に係るレーザー読取器の光学系は、上述した
ような構成としたため、投光部から発するレーザー集束
光は対象物に達し、この対象物で反射される。反射光は
集光レンズを介して投光部とは異なる方向に位置する受
光素子に向けて集光される。
[実施例] 以下、この発明の一実施例を第1図〜第5図に基づい
て説明する。
図示せぬ対象物へ向けて図中左側へレーザー集束光を
投光する投光部は、レーザーダイオード(以下、LDとい
う)10と投光レンズ11とから構成されている。この投光
部は、対象物の持つ情報の空間周波数に対して読取可能
なビーム径を、ビームウェスト前後のQ〜Rの区間で維
持するように設定されている。ここで、読取り深度は対
象物の持つ空間周波数と投光部から出射されたレーザ集
束光のスポット径との関係によって定まる。
対象物によって反射された光束は、集光レンズ20を介
して受光素子13へ向けて集光される。この際、対象物側
の点Q,Rからの反射光は、それぞれ集光レンズ20を介し
てQ′,R′の位置に集光する。
受光素子13は、読取深度の両端Q,Rにある対象物から
の反射光を均一レベルで読み取るために、この読取深度
内の遠方限界Qと集光レンズ20に関して共役な点Q′に
一致して配置されている。
反射光の光量レベルは、受光素子から対象物までの距
離の二乗に反比例する。従って、読取り範囲内における
最も遠い部分Qからの反射光量を最も有効に集光させ、
近い部位Rからの反射光が分散するような位置に受光素
子13を配置することにより、受光素子13に達する光量を
読取り範囲の全域に亘って光学的に均一化することがで
きる。
集光レンズ20は、第2図に二点鎖線で外径を示した回
転対称なレンズLを、その光軸l1とは偏心した位置に中
心軸を有するようカットして形成された回転非対称なレ
ンズである。集光レンズ20は、その光軸l1が投光部の光
軸l2から平行にシフトするよう配置されている。
集光レンズ20の母体となっている仮想レンズLは、中
心から周辺に向かって徐々に曲率半径が大きくなる非球
面レンズである。
集光レンズ20の焦点距離は、より短い方が集光レンズ
20と受光素子13との間隔を短縮することができ、バーコ
ードリーダーのコンパクト化を図ることができる。しか
し、焦点距離を短くするためにはレンズ面の曲率半径を
小さくする必要があり、レンズ周縁部の厚さを取付に必
要な程度確保するためにはレンズ径が小さくなってしま
う。そこで、この実施例に係る集光レンズ20は、焦点距
離を短く設定しつつ、レンズ周縁部の厚さを確保するた
め、周辺部へ向かって徐々に曲率半径が大きくなるよう
な非球面レンズとされている。
なお、このような非球面形状により、光軸から離れた
光線ほど屈折が小さくなるため、付随的な効果として球
面収差を小さくすることができ、受光素子13上への集光
能力の向上に寄与している。
集光レンズ20には、後述する対象物により反射された
レーザー集束光を集光する作用を果たすレンズ部とその
反射光を集光する作用を果たさない透過部21とが設けら
れている。透過部21は集光レンズ20の中央部に設けら
れ、投光部から発する光束をその光路を変えずに透過さ
せる。
透過部21は、この例では単なる貫通孔である。但し、
透過部21の構成は貫通孔には限られず、投光部の光軸l2
と垂直なレンズパワーを持たない平面を集光レンズ20の
両面に形成してもよいし、あるいは周囲のレンズ部(第
1レンズ部という)と異なるレンズパワーを有する面
(第2レンズ部という)を形成して投光光束を集束させ
る機能を持たせてもよい。
上記のような構成によれば、LD10から発したレーザー
ビームは投光レンズ11を介して集束光となり、集光レン
ズ20の透過部21を抜けて集束する。
投光光束は点Q〜Rの間に置かれた対象物で反射され
る。反射光は集光レンズ20に達するまでは投光光束と同
一の光路をとり、集光レンズ20のレンズ部によって投光
部の光路から外れ、受光素子13へ向けて集光される。
所定の規格のバーコードパターンについては点Q〜R
間に位置する限り、ケーシング30の開口から離間した場
合にも情報の読取が可能となる。
ここで付言すれば、上記規格よりも空間周波数が小さ
い(パターンが粗い)規格のバーコードパターンの読取
を行う際には読取深度は点Q〜Rより広くなり、空間周
波数が大きい規格のバーコードパターンの読取を行う際
には読取深度は点Q〜Rより狭くなる。そして、読取深
度が狭くなる場合には、バーコードパターンを開口に密
着させた状態での読取が不能となる。そこで、何種類か
の規格のバーコードパターンを読み取る場合には、最も
空間周波数が大きい規格のバーコードに対する読取深度
の近い側の限界点をケーシングの出射口に一致させるよ
うに設計する。
本出願人は、特願昭62−278943号において、集光レン
ズ20の光軸を対象物側で投光部の光軸と交差させること
により、シャインプルフ(Scheimpflug)の法則を利用
して、読取り範囲内の全域で対象物からの反射光を受光
素子に有効に集光させる構成を提案している。
但し、この構成による場合には、受光素子の出力レベ
ルが対象物までの距離によって変化するため、電気系の
入力の許容範囲を広くとる必要がある。
本実施例に示したような受光素子13の配置によって反
射光の光量レベルを均一化すれば、読取り出力を均一化
することができ、電気系の入力の許容範囲を狭めて負担
を軽減することができる。
また、前述したシャインプルフの法則に従って集光レ
ンズをチルトさせる必要がなく、集光レンズの組付けが
容易である。
次に、上述した光学素子が設けられたケーシング30の
構成を第1図及び第3,4図に基づいて説明する。
ケーシング30は、円筒状の中央部30aと、この中央部3
0aの先端側に螺合する円筒状の前端部30bと、中央部30a
の後端側に螺合する有底円筒状の後端部30cとの3部材
から構成されている。
LD10は、筒状の保持枠31に第1図中左側から当て付け
られ、止めネジ31bにより固定されている。
この保持枠31は、ケーシング中央部30aにボルト締め
された円筒状の投光部ベース32に固定されている。
投光レンズ11は、投光部ベース32に螺合するレンズ枠
33内に収納され、このレンズ枠33に図中左側から螺合す
るレンズ押え34により固定されている。更に、レンズ押
え34内には、投光光束の光束径を制限する絞りキャップ
35が嵌入されている。
受光素子13は、ケーシング中央部31aにボルト締めさ
れた素子保持部材36に貼着されている。この素子保持部
材36は、ケーシングの内壁に沿う形状でケーシング中央
部30aにネジ止めされた半円筒部36aと、受光素子13が貼
着された前壁36bとから一体に形成されている。なお、
前壁36bには、LD10からのレーザー光を透過させる光路
孔36cが形成されている。
集光レンズ20は、ケーシング中央部30aの第1図中左
側の端部に組み付けられている。集光レンズ20は回転非
対称であり、組み付けに方向性があるため、第5図に示
したように集光レンズ20の周辺の一部に係合部としての
突起22を形成すると共に、ケーシングの内壁にこの突起
22に係合する孔37を設けることにより、容易に組み付け
時の位置決めを行うことができる。突起22は、集光レン
ズ20をプラスチックレンズとする場合には成形時に一体
に形成することができる。
ケーシング後端部31cの図中右端となる最後部底壁に
は、LD10の駆動電流を提供する電源コードと、受光素子
13の出力を伝える信号線と(共に図示せず)を外部に導
くためのコード孔38が穿設されている。
なお、この実施例では本発明のレーザー読取器の光学
系をペン型のバーコードリーダーに適用した例について
のみ述べたが、非接触で対象物の光学的な情報を検出で
きることから、物体の表面検査、製品に付着したゴミの
検査等にも使用することができる。
[効果] 以上、説明してきたようにこの発明によれば、対象物
から離間した位置で対象物の情報を検出することができ
る。
また、集光レンズを投光光束の光路中に設けたため、
集光レンズの配置に特別なスペースを設ける必要がな
く、光学系をコンパクトにまとめることができる。
更に、受光素子を読み取り範囲の遠方限界とほぼ共役
な位置に設けた場合には、読取り範囲の全域に亘って受
光素子に達する反射光の光量を均一化することができ、
受光素子の出力を受ける電気系の負担を軽減することが
できる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明に係るレーザー読取器の光学系の一実
施例を示す断面図、第2図は第1図のII−II線断面図、
第3図は第1図のIII−III線断面図、第4図は第1図の
IV−IV線断面図、第5図は集光レンズとケーシングとの
係合を示す断面図、第6図は従来のペン型バーコードリ
ーダーの光学系の概略を示す説明明図である。 10……レーザーダイオード(投光部) 11……投光レンズ(投光部) 13……受光素子 20……集光レンズ 21……透過部 l1……集光レンズの光軸 l2……投光部の光軸

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】対象物に向けてレーザー集束光を出射する
    投光部と、該投光部から出射されたレーザー集束光の光
    路途中に設けられて前記対象物により反射された反射光
    を集光する集光レンズと、前記集光レンズにより集光さ
    れた反射光の光量を検出する受光素子とを備え、前記集
    光レンズには前記反射光を集光する作用を果たすレンズ
    部と前記反射光を集光する作用を果たさない透過部とが
    設けられ、該集光レンズの光軸は前記投光部の光軸に対
    して平行にシフトされ、前記受光素子は前記レーザー集
    束光の前記光路から外れた位置でかつ前記レンズ部を通
    った反射光を受光し得る位置に設けられ、前記レーザー
    集束光は前記透過部を通じて前記対象物に投影されるこ
    とを特徴とするレーザー読取器の光学系。
  2. 【請求項2】前記透過部が、貫通孔であることを特徴と
    する請求項1記載のレーザー読取器の光学系。
  3. 【請求項3】前記透過部が、前記集光レンズの中央部に
    設けられていることを特徴とする請求項1記載のレーザ
    ー読取器の光学系。
  4. 【請求項4】前記集光レンズは、周辺部に向かうほど曲
    率半径が大きくなる非球面レンズであることを特徴とす
    る請求項1記載のレーザー読取器の光学系。
  5. 【請求項5】前記集光レンズは、回転対称なプラスチッ
    クレンズの一部を該プラスチックレンズの光軸とは偏心
    した軸を中心軸として切り出された回転非対称なレンズ
    であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載
    のレーザー読取器の光学系。
  6. 【請求項6】前記集光レンズは、ケーシングへの位置決
    めに利用される係合部が一体に形成されていることを特
    徴とする請求項5記載のレーザー読取器の光学系。
  7. 【請求項7】対象物に向けてレーザー集束光を出射する
    投光部と、該投光部から出射されたレーザー集束光の光
    路途中に設けられて前記対象物により反射された反射光
    を集光する集光レンズと、前記集光レンズにより集光さ
    れた反射光の光量を検出する受光素子とを備え、前記集
    光レンズには前記反射光を集光する作用を果たす第1レ
    ンズ部とそのパワーが前記第1レンズ部とは異なる第2
    レンズ部とが設けられ、該集光レンズの光軸は前記投光
    部の光軸に対して平行にシフトされ、前記受光素子は前
    記レーザー集束光の前記光路から外れた位置でかつ前記
    第1レンズ部を通った反射光を受光し得る位置に設けら
    れ、前記レーザー集束光は前記第2レンズ部を通じて前
    記対象物に投影されることを特徴とするレーザー読取器
    の光学系。
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