JP2871559B2 - 光学情報読取り装置の結像光学系構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、バーコードリーダ
等のような光学情報読取り装置における絞りと結像レン
ズを含む結像光学系の構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】光学情報読取り装置の一種として知られ
るバーコードリーダは、図７に示す通り、ケーシング１
内に収容したランプなどの光源２から光を出射し、この
光を読取り口３から外部の記録票（記録紙）４に照射し
て記録票４の表面で反射させるようになっている。この
記録票４には図示しないバーコードが記録されているの
で記録票４の表面で反射された反射光はバーコードのパ
ターンに応じた物体像となり、この物体像は上記読取り
口３から反射体５に導かれ、この反射体５で反射され
る。反射された物体像は結像光学系６の結像レンズ７に
向わされ、この結像レンズ７で上記物体像をＣＣＤ撮像
素子などからなるリニアセンサー８に結像される。リニ
アセンサー８に結像された光学情報は処理回路９により
解読されるようになっている。

【０００３】読み取ったバーコード情報をリニアセンサ
ー８に結像させる上記結像レンズ７は、図８に示すメニ
スカスレンズ７０や、図９に示す複数枚レンズ（図では
２枚２群レンズを示す）７１、７２が用いられており、
これらレンズは鏡筒１０に取り付けられている。そし
て、結像レンズの前方には、収差を低減するとともに光
量を規制する絞り１１が配置されている。絞り１１には
光学軸上に位置して所定開口面積の透光開口部１２が開
設されている。このような絞り１１は遮光性プレートを
エッチング加工や打抜き加工などにより成形したもので
あり、この絞り１１も上記鏡筒１０に固定されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のバー
コードリーダは、読取り口３を記録票４に接触させる
か、またはきわめて近い位置（３０mm以内）に接近させ
てバーコードを読み取るようになっていた。しかしなが
ら、最近、バーコードリーダの読取り口３からかなり離
れた位置の記録票４を読み取ることが要請されている。

【０００５】遠くの記録票４を読み取る場合、結像レン
ズ７のデフォーカス位置に存在する物体１５の像を結像
レンズ７によってリニアセンサー８に鮮明に結像させる
には、カメラなどで採用されているように、絞り１１の
開口部１２の面積を非常に小さくする必要がある。しか
し、絞り１１の開口部１２を小さくすると、絞り１１の
厚さによる像のケラレが大きくなる。

【０００６】すなわち、通常、バーコードリーダで記録
票４を読み取る場合、図１０（Ａ）図に示す概略図のよ
うに、リニアセンサー８が結像レンズ７、絞り１１を通
して記録票４を見ている。なお、１３はセンサー７の視
野を示す。

【０００７】この場合、絞り１１を通過する光は、図１
０（Ｂ）図に示すように、センサー８の視野が１３ａの
ようになっているにも拘らず、実際には１３ｂのような
視野に制限される。これは絞り１１の厚みのために視野
が規制されることに起因している。このため、リニアセ
ンサー８の出力波形は、図１０（Ｃ）図に示すように、
本来Ａとなる筈がＢのような出力波形となってしまう。

【０００８】この結果、幅の広い記録票（記録紙）や画
角の周辺部に位置する記録情報を読み取ることができな
くなり、いわゆるケラレという現象が生じるという不具
合がある。

【０００９】これを回避する手段として、絞り１１の厚
みを薄くすればよい。しかし、絞り１１を遮光性プレー
ト部材で形成した場合は厚みを薄くするには限度があ
る。したがって、本発明の目的は、絞りの厚みを薄くし
て、像のケラレ現象を解消し、性能が向上する光学情報
読取り装置の結像光学系構造を提供しようとするもので
ある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の発明は、結像レンズの前方または後方に
透明部材を設け、この透明部材の前面または後面に、前
記結像レンズの光学軸上に位置して絞りとなる所定形状
の透光開口部を形成したを遮光被膜を設けたことを特徴
とする。

【００１１】ここで遮光被膜というのは、印刷による被
膜や、塗布膜、蒸着膜などを含み、または遮光フィルム
を貼着するなどであってもよい。このような構成によれ
ば、絞りが実質的に遮光被膜で形成されるため、厚みを
数１００μｍ以下のレベルに薄くすることができ、セン
サーの視野を制限するといった不具合を回避することが
できる。

【００１２】請求項２の発明は、請求項１において、結
像レンズと透明部材を一体的に接合したことを特徴とす
る。このようにすれば、結像レンズと絞りが一体化され
るから、これらの取扱いが容易になり、器具への取り付
けも簡単になる。また、結像レンズと絞りとの相対的な
位置決めが可能になり、従来のように鏡筒を介して結像
レンズと絞りを位置決めする構造に比べて結像レンズお
よび絞りの位置決めが高精度に行える。

【００１３】請求項３の発明は、絞りとなる透光開口部
は、光学軸と交差する一方向が光学軸と交差する他方向
に比べて長大な開口形状をなしていることを特徴とす
る。請求項３の発明によると、収差を低減するために絞
りの透光開口部を絞ることによって光量が不足するとい
った不具合が生じても、透光開口部は他方向に長大な形
状となっているからこの方向の開口面積が大きく確保さ
れ、よって光量不足を補うことができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下本発明について、図１ないし
図３に示すバーコードリーダの結像光学系に適用した第
１の実施例にもとづき説明する。バーコードリーダの全
体の構造を図１に示す。図１において従来と同一部材は
同一番号を用いてその説明を省略するが、１はケーシン
グ、２はランプなどの光源、３は読取り口、４は記録票
（記録紙）、５は反射体、６は結像光学系、８はＣＣＤ
撮像素子などからなるリニアセンサー、９は処理回路で
ある。

【００１５】本実施例の結像光学系６は、図２および図
３に示されるような構造をなしている。すなわち、７は
結像レンズであり、本実施例では従来と同様なメニスカ
スレンズ７０が用いられている。このメニスカスレンズ
７０は、透明ガラスや透明合成樹脂、例えば透明ポリカ
ーボネイト透明やアクリル樹脂にて形成されており、物
体側空間に面する一次側表面は非球面凹面７０ａをなし
ているとともに、反対側の結像側空間に面する二次側表
面は非球面凸面７０ｂをなしている。

【００１６】このメニスカスレンズ７０（＝結像レンズ
７）の前方（物体側空間）には、透明部材２０が配置さ
れている。この透明部材２０も透明ガラスや透明合成樹
脂からなり、例えば透明ポリカーボネイトまたは透明ア
クリル樹脂にて形成されており、前面２０ａおよび後面
２０ｂが平坦面をなし、かつ矩形となっている。

【００１７】本実施例では、メニスカスレンズ７０の前
面の周辺部が透明部材２０の後面２０ｂに密接されてお
り、この密接部はＵＶ接着などの手段で接合されてい
る。このためメニスカスレンズ７０と透明部材２０は一
体化されている。なお、メニスカスレンズ７０の物体側
空間に面する非球面凹面７０ａと、透明部材２０の後面
２０ｂとの間には空間２１が形成されている。

【００１８】上記矩形をなす透明部材２０の前面２０ａ
または後面２０ｂ、本実施例では前面２０ａに絞り２２
が形成されている。この絞り２２は上記透明部材２０の
前面２０ａに、光学軸Ｏ−Ｏ上に形成される透光開口部
２３を除いて遮光被膜２４を形成して構成されている。

【００１９】遮光被膜２４は光の透過を阻止する材料で
あればなんでもよいが、本実施例の場合、例えばセルコ
ール１３スクリーンインキなどのような遮光性塗料をス
クリーン印刷法にて塗着することにより構成されてい
る。この遮光被膜２４をスクリーン印刷により形成する
場合、光学軸Ｏ−Ｏ上の透光開口部２３の予定部をマス
キングしておけば、絞り２２となる透光開口部２３を容
易に形成することができる。

【００２０】上記透光開口部２３は、光量不足を補うた
めに、図３に示すように、例えば上下方向に沿って縦長
の開口形状をなしている。この縦長方向は、前記ＣＣＤ
撮像素子などからなるリニアセンサー８の受光素子の並
び方向と垂直な方向に長く形成されていることが望まし
い。

【００２１】上記実施例の透明部材２０には、図示の下
方に向かって伸びる延長部２５が形成されており、この
延長部２５はシャーシ２６などに差し込まれて接着、挾
持、ねじ止めなどの手段で該シャーシ２６に固定されて
いる。

【００２２】このような構成の実施例について、作用を
説明する。ケーシング１内の光源２から出射された光は
読取り口３から記録票４に照射され、記録票４の表面で
反射されることによりこの記録票４に記録されているバ
ーコードのパターンに応じた反射光となる。この反射光
はバーコードパターンの像となって上記読取り口３から
反射体５に導かれ、この反射体５で反射される。この反
射された像は結像光学系６の結像レンズ７に向わされ、
この結像レンズ７で上記像をＣＣＤ撮像素子などからな
るリニアセンサー８に結像される。リニアセンサー８に
結像された光学情報は処理回路９にて解読される。

【００２３】このようなバーコードリーダにおける結像
光学系６は、結像レンズ７とこの前方に設置された絞り
を備えるが、本実施例の絞り２２は、結像レンズ７の前
方に設けられた透明部材２０の前面２０ａに遮光被膜２
４を設け、この遮光被膜２４の光学軸Ｏ−Ｏ上に位置す
る箇所に所定形状の透光開口部２３を形成して構成され
ているから、透光開口部２３の光学軸方向の厚みは遮光
被膜２４の膜厚と同等になる。遮光被膜２４はこれを印
刷にて形成する場合は数１００μｍないし数μｍのレベ
ルに形成することができ、よって絞り２２の厚みは実質
上無視できる程度になる。

【００２４】このため、図１０（Ｂ）図に示された従来
のように、絞り２２の厚みに起因してセンサー８の視野
を狭めることがなくなり、図１０（Ｃ）図に示すように
リニアセンサー８の出力波形の周辺部にケラレ現象が生
じるのを防止することができる。

【００２５】この結果、絞り２２の開口部２３の面積を
減じてもケラレ現象の発生を抑止することができるか
ら、絞り２２の開口面積を絞って遠方の物体をリニアセ
ンサー８に鮮明に結像させることができる。よって、バ
ーコードリーダとしての読取り性能が向上する。

【００２６】そして、本実施例の場合、結像レンズ７と
してのメニスカスレンズ７０と、透明部材２０が一体的
に接合されているから、結像レンズ７および絞り２２を
含む光学系が一体化されるようになり、取扱いの部品点
数が少なくなるから、組み立てなどの取扱いが容易にな
る。そして、上記透明部材２０には下方に伸びる延長部
２５が形成されており、この延長部２５をシャーシ２６
に固定するようになっているから、この透明部材２０を
介してメニスカスレンズ７０もシャーシ２６に固定され
ることになる。したがって、メニスカスレンズ７０を支
持するための格別な保持具が不要になり、保持のための
部品が少なくなるとともに、これらメニスカスレンズ７
０および透明部材２０の取り付け構造が簡単になる。

【００２７】また、透明部材２０をメニスカスレンズ７
０と一体的に接合してあることから、透明部材２０の前
面に形成した絞り２２とメニスカスレンズ７０との相対
的な距離が決まり、これらの位置決めが容易である。つ
まり、従来の場合、図８に示す通り、メニスカスレンズ
７０と絞り１１は、鏡筒１０を介して相互に所定の寸法
Ｌを保つように取り付けられていた。これに対し、本実
施例では、絞り２２とメニスカスレンズ７０は透明部材
２０を介して所定寸法Ｌが保たれて離間されており、こ
れら絞り２２とメニスカスレンズ７０の離間寸法Ｌは、
透明部材２０の光学軸Ｏ−Ｏ方向に沿う厚みＴにほかな
らず、よって透明部材２０の厚みＴを高精度に決めてお
けば絞り２２とメニスカスレンズ７０との相対的な距離
Ｌを容易に決めることができる。

【００２８】さらに、従来の場合、図８に示す通り、メ
ニスカスレンズ７０と絞り１１はそれぞれ鏡筒１０に固
定され、この鏡筒１０を介して相互の位置が規制されて
いたため、鏡筒１０を精度の高い寸法に加工する必要が
あり、よってコスト高を招くなどの不具合があったが、
本実施例の場合、図２から判る通り、透明部材２０とメ
ニスカスレンズ７０が一体的に接合されており、透明部
材２０がシャーシ２６に固定する構造になっているか
ら、鏡筒１０が不要になり、この点からも部品点数が少
なくなり、コスト安となる。

【００２９】なお、遮光被膜を結像レンズ７の一次側表
面に直接形成して絞りを結像レンズに直接形成すること
も考えられるが、遮光被膜を形成する面が曲面であると
形成が困難であり、よって遮光被膜を形成する面は平坦
面である必要がある。このためには結像レンズ７を、一
面が平坦面にし、他面が非球面凸面となるレンズ形状に
しなければならない。この形状のレンズは特殊なレンズ
であり、このような特殊なレンズを新規に製造しようと
すると高価になる。したがって、遮光被膜を結像レンズ
７の表面に直接設けることは好ましくない。

【００３０】これに対し、図８に示す従来のメニスカス
レンズ７０は、結像レンズとして必要十分な性能を発揮
するように高精度に作られているものであるから、この
ような従来の高性能なメニスカスレンズ７０を利用する
方が有利である。

【００３１】本実施例の構造は、従来のメニスカスレン
ズ７０を変更することなく、このメニスカスレンズ７０
に透明部材２０を接合することにより光学系を構成した
ものであり、したがってレンズ機能としては従来と遜色
ない性能が得られる。

【００３２】また、従来の場合、図８から判るように、
絞り１１とメニスカスレンズ７０との間に空気層が存在
しており、絞り１１を通過した光は空気からなる媒質を
通過するようになっていた。これに対し、図２に示され
る本実施例の構造は、絞り２２とメニスカスレンズ７０
との間に、透明部材２０および空気層２１が存在してお
り、絞り２２を通過した光は透明部材を構成する材質、
例えばアクリルからなる媒質を通過し、かつ空気からな
る媒質を通過することになる。このような本実施例の場
合、透明部材２０を構成する例えばアクリルからなる媒
質が存在するから屈折率が変化し、図８の従来に比べて
収差が大きくなり、この結果レンズ性能の低下が心配さ
れる。しかしながら、絞り２２における開口部２３の大
きさを絞るようにすれば、上記収差を低減することがで
き、レンズ性能の低下を抑止することができる。

【００３３】さらにまた、収差を低減するために絞り２
２における開口部２３の開口面積を小さくすると通過光
量が少なくなり、加えて開口部２３においては透明部材
２０の表面で反射が生じるから結像レンズ７に達する光
量が不足するという新たな不具合の発生が心配される。
しかしこれに対し、図３に示すように、絞り２２の開口
部２３を光学軸Ｏ−Ｏと直交する一方向に比べて他方向
に長大な形状に形成し、すなわち、実施例では開口部２
３の幅Ｗを小さく絞ることにより収差を低減し、縦方向
の長さＨを広げることにより開口面積を大きく確保して
いる。これにより、光量の不足を補うことができる。

【００３４】上記開口部２３の長大方向Ｈをリニアセン
サー８の受光素子の並び方向と直交する方向に沿わせる
ようにすれば、センサー８の検出作用を有効に働かせる
ことができる。

【００３５】なお、開口部２３を長大な形状にする場
合、図３のように長方形にすることには限らず、長円、
楕円、または菱形などであってもよい。上記第１の実施
例では、結像レンズ７として両面が非球面のメニスカル
レンズ７０を用いたので、１個のレンズで十分な性能を
有する結像レンズを構成することができ、構造が簡素化
するが、本発明はこれに限らず、図４に示す第２の実施
例のように構成してもよい。

【００３６】第２の実施例は、結像レンズ７として複数
のレンズ７１，７２を用いた例である。これら複数のレ
ンズ７１，７２は鏡筒１０に取り付けられている。結像
レンズ７の前方には透明部材２０が配置されており、こ
の透明部材２０も上記鏡筒１０に固定されている。この
透明部材２０の前面２０には遮光被膜２４が形成されて
おり、この遮光被膜２４は光学軸Ｏ−Ｏ上に位置する箇
所に所定形状の透光開口部２３が形成されており、これ
により絞り２２が形成されている。

【００３７】このような構造の場合、レンズ７１と透明
部材２０は直接接合されていないが、鏡筒１０を介して
相互に位置が規制されている。そして、この場合も、絞
り２２は透明部材２０に透光開口部２３を残して遮光被
膜２４を形成することにより構成されているから、絞り
２２の厚みは遮光被膜２４の厚みと同等になり、絞り２
２の膜みを極めて薄くすることができる。

【００３８】よって、絞り２２の厚みに起因するセンサ
ー８の視野を狭めることがなくなり、リニアセンサー８
の出力波形にケラレ現象が生じるのを防止することがで
きる。そして、絞り２２の開口部２３の面積を減じても
ケラレ現象の発生を低減ことができるから、絞り２２の
開口面積を絞って遠方の物体をリニアセンサー８に鮮明
に結像させることができる。よって、バーコードリーダ
としての読み取り性能が向上する。

【００３９】また、上記第１および第２の実施例の場
合、透明部材２０を結像レンズ７、７１、７２の前方
（物体側空間）に設けた場合を説明したが、本発明はこ
れに限らず、例えば図５および図６に示す第３の実施例
のように、透明部材２０を結像レンズ７の後方（結像側
空間）に設けてもよい。この場合、絞り２２は透明部材
２０の後面に形成される。

【００４０】上記各実施例では、本発明の光学的読取り
装置をバーコードリーダに適用した例を説明したが、本
発明はバーコードリーダに制約されるものではない。ま
た、結像レンズ７と透明部材２０は同一材料からなる透
明材料にて形成されても、または相互に異なる透明材料
にて形成されていてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示し、バーコードリー
ダの概略的構成図。

【図２】同実施例の結像レンズおよび絞りからなる結像
光学系を示す断面図。

【図３】図２の正面図。

【図４】本発明の第２の実施例を示し、結像レンズおよ
び絞りからなる結像光学系を示す断面図。

【図５】本発明の第３の実施例を示し、結像レンズおよ
び絞りからなる結像光学系を示す断面図。

【図６】図５の正面図。

【図７】従来のバーコードリーダの概略的構成図。

【図８】従来の結像レンズおよび絞りからなる結像光学
系を示す断面図。

【図９】他の従来の結像レンズおよび絞りからなる結像
光学系を示す断面図。

【図１０】結像光学系の作用を説明するもので、（Ａ）
図は結像光学系の模式図、（Ｂ）図は絞りの厚みの影響
を説明する図、（Ｃ）図は出力波形図。

【符号の説明】

１…ケーシング ２…ランプなどの光源 ３…読取り口 ４…記録票（記録紙） ５…反射体 ６…結像光学系 ７…結像レンズ ８…センサー ９…処理回路 １０…鏡筒 ２０…透明部材 ２２…絞り ２３…透光開口部 ２４…遮光被膜 ７０…メニスカスレンズ ７１、７２…レンズ

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 結像レンズと；上記結像レンズの前方ま
   たは後方に設けられた透明部材と；上記透明部材の前面
   または後面に設けられ、前記結像レンズの光学軸上に位
   置して絞りとなる所定形状の透光開口部が形成された遮
   光被膜と；を有することを特徴とする光学情報読取り装
   置の結像光学系構造。
2. 【請求項２】 上記結像レンズと透明部材が接合されて
   いることを特徴とする請求項１に記載の光学情報読取り
   装置の結像光学系構造。
3. 【請求項３】 上記絞りとなる透光開口部は、光学軸と
   交差する一方向が光学軸と交差する他方向に比べて長大
   な開口形状をなしていることを特徴とする請求項１また
   は請求項２に記載の光学情報読取り装置の結像光学系構
   造。