JP2998289B2 - バーコード読み取り装置 - Google Patents
バーコード読み取り装置Info
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- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06K—GRAPHICAL DATA READING; PRESENTATION OF DATA; RECORD CARRIERS; HANDLING RECORD CARRIERS
- G06K7/00—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns
- G06K7/10—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation
- G06K7/10544—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation by scanning of the records by radiation in the optical part of the electromagnetic spectrum
- G06K7/10792—Special measures in relation to the object to be scanned
- G06K7/10801—Multidistance reading
- G06K7/10811—Focalisation
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B15/00—Optical objectives with means for varying the magnification
- G02B15/14—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective
- G02B15/143—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective having three groups only
- G02B15/1435—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective having three groups only the first group being negative
- G02B15/143505—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective having three groups only the first group being negative arranged --+
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- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
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- G06K2207/1013—Multi-focal
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- Optics & Photonics (AREA)
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はバーコード読み取り装置
等の光学式記号読み取り装置に用いられる、像面上の収
束ビーム径をほぼ一定に保ったまま像面位置を可変でき
る光学装置に関するものである。
等の光学式記号読み取り装置に用いられる、像面上の収
束ビーム径をほぼ一定に保ったまま像面位置を可変でき
る光学装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】バーコード読み取り装置は、レーザビー
ムでバーコードを走査してバーコードの濃淡に応じて変
調を受けて散乱反射してきたレーザ光を検出することで
バーコードを読み取る装置である。レーザビームはバー
コード上で必要なスポット径になるように収束される
が、焦点深度は、ビームスポット径に比例するため、解
像度を上げるためにスポット径を小さくすると焦点深度
が浅くなり、装置としての読み取り可能範囲が減少して
しまう。そこで物流用バーコード読み取り装置のよう
に、特に読み取り深度を必要とする装置では、装置から
バーコードまでの距離をあらかじめ計測して、バーコー
ド位置に焦点を合わせる可変焦点方式が用いられてい
る。このような従来例としては、宮崎宏之著のＯ ｐｌ
ｕｓＥ誌１９９０年６月号第１２０〜１２４頁所載の論
文「バーコードリーダー」を挙げることができる。従来
のバーコード読み取り装置に使われていた可変焦点光学
系の一例を図２に示す。
ムでバーコードを走査してバーコードの濃淡に応じて変
調を受けて散乱反射してきたレーザ光を検出することで
バーコードを読み取る装置である。レーザビームはバー
コード上で必要なスポット径になるように収束される
が、焦点深度は、ビームスポット径に比例するため、解
像度を上げるためにスポット径を小さくすると焦点深度
が浅くなり、装置としての読み取り可能範囲が減少して
しまう。そこで物流用バーコード読み取り装置のよう
に、特に読み取り深度を必要とする装置では、装置から
バーコードまでの距離をあらかじめ計測して、バーコー
ド位置に焦点を合わせる可変焦点方式が用いられてい
る。このような従来例としては、宮崎宏之著のＯ ｐｌ
ｕｓＥ誌１９９０年６月号第１２０〜１２４頁所載の論
文「バーコードリーダー」を挙げることができる。従来
のバーコード読み取り装置に使われていた可変焦点光学
系の一例を図２に示す。
【０００３】この光学系は第２レンズ２および凹レンズ
３を有しており、物点１あるいは第２レンズ２を光軸方
向に移動させたときの像点移動は、物点あるいはレンズ
の光軸方向移動量を光学系の縦倍率倍した大きさにな
る。光学系の縦倍率は横倍率（結像倍率）の２乗である
から、結像倍率を大きく設定しておくことで、物点ある
いはレンズを光軸方向にわずかに動かすことで像点を大
きく変化させられる。
３を有しており、物点１あるいは第２レンズ２を光軸方
向に移動させたときの像点移動は、物点あるいはレンズ
の光軸方向移動量を光学系の縦倍率倍した大きさにな
る。光学系の縦倍率は横倍率（結像倍率）の２乗である
から、結像倍率を大きく設定しておくことで、物点ある
いはレンズを光軸方向にわずかに動かすことで像点を大
きく変化させられる。
【０００４】今、第２レンズの焦点距離をｆ＝６０ｍｍ
として、像点までの距離をｂ1 ＝１０００ｍｍおよびｂ
2 ＝２０００ｍｍと１０００ｍｍ変化させる構成を考え
る。レンズの結像公式を用いると表１の結果となる。表
１において、ａは物点１と第２レンズ２との距離であ
る。
として、像点までの距離をｂ1 ＝１０００ｍｍおよびｂ
2 ＝２０００ｍｍと１０００ｍｍ変化させる構成を考え
る。レンズの結像公式を用いると表１の結果となる。表
１において、ａは物点１と第２レンズ２との距離であ
る。
【０００５】
【表１】
【０００６】表１からわかるように、レンズを距離Δ、
たとえば１．９７ｍｍ光軸方向に移動するだけで１００
０ｍｍの像面変化が得られる。しかし近接点（最近接像
点）４と最遠点（最遠像点）５で結像倍率が約２倍異な
っているため像面上のビーム系が２倍変化する。
たとえば１．９７ｍｍ光軸方向に移動するだけで１００
０ｍｍの像面変化が得られる。しかし近接点（最近接像
点）４と最遠点（最遠像点）５で結像倍率が約２倍異な
っているため像面上のビーム系が２倍変化する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上述のように従来の可
変焦点光学系では、近接点と最遠点で像面上のビーム径
が２倍変化してしまう。従って、像面上であるビーム系
を保証するためには、最大結像倍率時に所定のビーム径
となるように物点のビーム径を設定しておく必要があ
る。こうすると、結像倍率が最小の時の像面上のビーム
径は所定ビーム径の約半分になってしまう。このように
細いビーム径になってしまうと焦点深度が浅くなるが、
可変焦点系のステップを小刻みにすることで対応はでき
る。しかし、ステップ数が多くなる上に、過剰に細いビ
ームを用いることはラベルの印刷むらや傷によるノイズ
を拾いやすい欠点があった。
変焦点光学系では、近接点と最遠点で像面上のビーム径
が２倍変化してしまう。従って、像面上であるビーム系
を保証するためには、最大結像倍率時に所定のビーム径
となるように物点のビーム径を設定しておく必要があ
る。こうすると、結像倍率が最小の時の像面上のビーム
径は所定ビーム径の約半分になってしまう。このように
細いビーム径になってしまうと焦点深度が浅くなるが、
可変焦点系のステップを小刻みにすることで対応はでき
る。しかし、ステップ数が多くなる上に、過剰に細いビ
ームを用いることはラベルの印刷むらや傷によるノイズ
を拾いやすい欠点があった。
【０００８】一方、像面上のビーム径を一定に保つよう
にするには、図２の物点を固定したままビーム径を第２
のレンズの移動に同期させて変化させる必要がある。こ
のように、ビームの収束位置を変化させずにビーム径の
みを変化させるタイプのズームレンズはよく知られてい
るが、この機能を実現するためには、２枚のレンズを逆
進させる必要がある。このようなズームレンズは１９７
１年岩波書店発行の久保田広著「光学」の第２７０〜２
７２に詳述されている。従ってこの方式をとると、合計
３枚のレンズを移動させることになり機構が複雑化して
高価になり、バーコード読み取り装置への使用には適さ
ない。
にするには、図２の物点を固定したままビーム径を第２
のレンズの移動に同期させて変化させる必要がある。こ
のように、ビームの収束位置を変化させずにビーム径の
みを変化させるタイプのズームレンズはよく知られてい
るが、この機能を実現するためには、２枚のレンズを逆
進させる必要がある。このようなズームレンズは１９７
１年岩波書店発行の久保田広著「光学」の第２７０〜２
７２に詳述されている。従ってこの方式をとると、合計
３枚のレンズを移動させることになり機構が複雑化して
高価になり、バーコード読み取り装置への使用には適さ
ない。
【０００９】本発明の目的は、像面ビーム径がほぼ一定
で、像面位置のみを変化させられる簡便で安価な焦点可
変光学方式のバーコード読み取り装置を提供することに
ある。
で、像面位置のみを変化させられる簡便で安価な焦点可
変光学方式のバーコード読み取り装置を提供することに
ある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】第１の発明は、装置から
バーコードまでの距離を予め計測して、バーコード位置
に焦点を合わせる可変焦点方式のバーコード読み取り装
置において、可変焦点方式の光学系が、光軸を同一とす
る第１，第２，第３の３個の凸レンズがこの順に並んで
成る光学装置であり、第１レンズを光軸方向に移動した
時、第３レンズの形成するスポット径がほぼ一定のまま
第３レンズの形成する像面が光軸方向に移動するよう
に、第２レンズと第３レンズが逆望遠鏡（二つのレンズ
の焦点を一致させた望遠系であるビームエキスパンダ）
構成に配置され、かつ、
バーコードまでの距離を予め計測して、バーコード位置
に焦点を合わせる可変焦点方式のバーコード読み取り装
置において、可変焦点方式の光学系が、光軸を同一とす
る第１，第２，第３の３個の凸レンズがこの順に並んで
成る光学装置であり、第１レンズを光軸方向に移動した
時、第３レンズの形成するスポット径がほぼ一定のまま
第３レンズの形成する像面が光軸方向に移動するよう
に、第２レンズと第３レンズが逆望遠鏡（二つのレンズ
の焦点を一致させた望遠系であるビームエキスパンダ）
構成に配置され、かつ、
【００１１】
【数３】
【００１２】（ここに、ｚは第１レンズの移動ストロー
ク、ｂ2 は第３レンズから最遠像点までの距離、ｂ1 は
第３レンズの最近接像点までの距離、ｗ0 は第２レンズ
への入射コリメート光の半径、ｗ3 は第３レンズの像面
上の収束ビーム半径、λは光の波長）なる関係を有し、
前記最近接像点と前記最遠像点とで像面ビーム径を等し
くすることにより、像面ビーム径をほぼ一定に保ったま
ま像面位置のみを変化させることができることを特徴と
する。
ク、ｂ2 は第３レンズから最遠像点までの距離、ｂ1 は
第３レンズの最近接像点までの距離、ｗ0 は第２レンズ
への入射コリメート光の半径、ｗ3 は第３レンズの像面
上の収束ビーム半径、λは光の波長）なる関係を有し、
前記最近接像点と前記最遠像点とで像面ビーム径を等し
くすることにより、像面ビーム径をほぼ一定に保ったま
ま像面位置のみを変化させることができることを特徴と
する。
【００１３】第２の発明は、装置からバーコードまでの
位置を予め計測して、バーコード位置に焦点を合わせる
可変焦点方式のバーコード読み取り装置において、可変
焦点方式の光学系が、光軸を同一とする第２，第１の凹
レンズと、第３凸レンズの３個のレンズがこの順に並ん
で成る光学装置であり、第１レンズを光軸方向に移動し
た時、第３レンズの形成するスポット径がほぼ一定のま
ま第３レンズの形成する像面が光軸方向に移動するよう
に、第２レンズと第３レンズが逆望遠鏡（二つのレンズ
の焦点を一致させた望遠系であるビームエキスパンダ）
構成に配置され、かつ、
位置を予め計測して、バーコード位置に焦点を合わせる
可変焦点方式のバーコード読み取り装置において、可変
焦点方式の光学系が、光軸を同一とする第２，第１の凹
レンズと、第３凸レンズの３個のレンズがこの順に並ん
で成る光学装置であり、第１レンズを光軸方向に移動し
た時、第３レンズの形成するスポット径がほぼ一定のま
ま第３レンズの形成する像面が光軸方向に移動するよう
に、第２レンズと第３レンズが逆望遠鏡（二つのレンズ
の焦点を一致させた望遠系であるビームエキスパンダ）
構成に配置され、かつ、
【００１４】
【数４】
【００１５】（ここに、ｚは第１レンズの移動ストロー
ク、ｂ2 は第３レンズから最遠像点までの距離、ｂ1 は
第３レンズの最近接像点までの距離、ｗ0 は第２レンズ
への入射コリメート光の半径、ｗ3 は第３レンズの像面
上の収束ビーム半径、λは光の波長）なる関係を有し、
前記最近接像点と前記最遠像点とで像面ビーム径を等し
くすることにより、像面ビーム径をほぼ一定に保ったま
ま像面位置のみを変化させることができることを特徴と
する。
ク、ｂ2 は第３レンズから最遠像点までの距離、ｂ1 は
第３レンズの最近接像点までの距離、ｗ0 は第２レンズ
への入射コリメート光の半径、ｗ3 は第３レンズの像面
上の収束ビーム半径、λは光の波長）なる関係を有し、
前記最近接像点と前記最遠像点とで像面ビーム径を等し
くすることにより、像面ビーム径をほぼ一定に保ったま
ま像面位置のみを変化させることができることを特徴と
する。
【００１６】
【作用】図２においては、第２レンズを移動させたが、
第２レンズの物点を移動させても同じ結果になるので、
第２レンズを固定して（以後、図１では図２の第２レン
ズに相当する最終レンズを第３レンズと呼ぶことにす
る。）、図１に示すようにその前に２枚のレンズ６，７
を配置し、第１レンズ６の移動のみで第３レンズ８の物
点１の移動と物点のビーム径変化を生じさせるようにす
る。
第２レンズの物点を移動させても同じ結果になるので、
第２レンズを固定して（以後、図１では図２の第２レン
ズに相当する最終レンズを第３レンズと呼ぶことにす
る。）、図１に示すようにその前に２枚のレンズ６，７
を配置し、第１レンズ６の移動のみで第３レンズ８の物
点１の移動と物点のビーム径変化を生じさせるようにす
る。
【００１７】このやり方では、物点移動とビーム径変化
は独立ではないので、最終像面（第３レンズの像面）の
ビーム径を一定にはできないように思われるが、近接点
（最近接像点）４と最遠点（最遠像点）５で像面ビーム
径を等しくするように設計すると、最終像面上のビーム
径を一定にできることを見いだした。次に、数式を用い
て本発明の作用を説明する。図１に示す光学系の第１お
よび第２レンズ６および７の合成焦点距離Ｆは、各々の
レンズの焦点距離をｆ1 およびｆ2 、レンズの間隔をｄ
として、
は独立ではないので、最終像面（第３レンズの像面）の
ビーム径を一定にはできないように思われるが、近接点
（最近接像点）４と最遠点（最遠像点）５で像面ビーム
径を等しくするように設計すると、最終像面上のビーム
径を一定にできることを見いだした。次に、数式を用い
て本発明の作用を説明する。図１に示す光学系の第１お
よび第２レンズ６および７の合成焦点距離Ｆは、各々の
レンズの焦点距離をｆ1 およびｆ2 、レンズの間隔をｄ
として、
【００１８】
【数５】
【００１９】で与えられる。一方、第２レンズ７から結
像面までの距離をｓ′とすると、結像関係は、
像面までの距離をｓ′とすると、結像関係は、
【００２０】
【数６】
【００２１】となる。今、第１レンズ６が第２レンズ７
から最も遠ざかった位置にある時（図１（ａ））をサフ
ィックス１で表し、最も近づいた時（図１（ｂ））をサ
フィックス２で表すと、次の４つの式が成立する。
から最も遠ざかった位置にある時（図１（ａ））をサフ
ィックス１で表し、最も近づいた時（図１（ｂ））をサ
フィックス２で表すと、次の４つの式が成立する。
【００２２】
【数７】
【００２３】上記４つの式には、このままではＦ1 ，Ｆ
2 ，ｆ1 ，ｆ2 ，ｄ1 ，ｄ2 ，ｓ1′，ｓ2′の８つの未
知数があるように見えるが、これらにはさらに次のよう
な関係がある。
2 ，ｆ1 ，ｆ2 ，ｄ1 ，ｄ2 ，ｓ1′，ｓ2′の８つの未
知数があるように見えるが、これらにはさらに次のよう
な関係がある。
【００２４】まず、Ｆ1 とＦ2 は第２レンズ７の像面ビ
ーム半径ｗ1 ，ｗ2 から、次の関係がある。
ーム半径ｗ1 ，ｗ2 から、次の関係がある。
【００２５】
【数８】
【００２６】ここに、ｗ0 は第１レンズ６への入射コリ
メートビーム半径、λは波長である。（７），（８）式
により、Ｆ1 ，Ｆ2 は次式のように既知数である。
メートビーム半径、λは波長である。（７），（８）式
により、Ｆ1 ，Ｆ2 は次式のように既知数である。
【００２７】
【数９】
【００２８】また、ｓ2′−ｓ1′は第３レンズ８に必要
な物点移動量であるから、これをΔとすると、
な物点移動量であるから、これをΔとすると、
【００２９】
【数１０】
【００３０】さらに、ｄ1 −ｄ2 は第１レンズ６の最大
移動量であるから、これも設計上与えられる既知数であ
るから、これをｚとすると、
移動量であるから、これも設計上与えられる既知数であ
るから、これをｚとすると、
【００３１】
【数１１】
【００３２】以上から、（３），（４），（５），
（６），（１１），（１２）の６つの式が連立方程式で
あり、未知数は、ｆ1 ，ｆ2 ，ｄ1 ，ｄ2 ，ｓ1′，
ｓ2′の６つであるから、解くことができる。
（６），（１１），（１２）の６つの式が連立方程式で
あり、未知数は、ｆ1 ，ｆ2 ，ｄ1 ，ｄ2 ，ｓ1′，
ｓ2′の６つであるから、解くことができる。
【００３３】つぎに、この連立方程式を解く。まず、簡
単のために、ビーム径ｗ1 とｗ2 の比をｋとする。
単のために、ビーム径ｗ1 とｗ2 の比をｋとする。
【００３４】
【数１２】
【００３５】解き方として、（３），（４），（１３）
式を用いてＦ1 ，Ｆ2 を消去し、一方、（５），
（６），（１１）を用いてｓ1′，ｓ2′を消去すること
で、まずｄ1 ，ｄ2 を解く方法をとる。
式を用いてＦ1 ，Ｆ2 を消去し、一方、（５），
（６），（１１）を用いてｓ1′，ｓ2′を消去すること
で、まずｄ1 ，ｄ2 を解く方法をとる。
【００３６】そこで、（４）式のＦ2 をｋＦ1 に書換え
た後、（３）式を用いてＦ1 を消去し、ｄ1 について解
くと、
た後、（３）式を用いてＦ1 を消去し、ｄ1 について解
くと、
【００３７】
【数１３】
【００３８】一方、（５），（６），（１１）を用い
て、ｓ1′，ｓ2′を消去すると、
て、ｓ1′，ｓ2′を消去すると、
【００３９】
【数１４】
【００４０】（１４），（１５）式を連立させてｄ1 ，
ｄ2 を求めると、
ｄ2 を求めると、
【００４１】
【数１５】
【００４２】（１６）（１７）を（１２）式に代入し
て、ｆ2 について解くと、
て、ｆ2 について解くと、
【００４３】
【数１６】
【００４４】ここで負のｆ2 は凹レンズを意味する。次
にｆ1 を求める。（３），（４），（１２）式から
ｄ1 ，ｄ2 を消去し、ｆ1 について解くと、
にｆ1 を求める。（３），（４），（１２）式から
ｄ1 ，ｄ2 を消去し、ｆ1 について解くと、
【００４５】
【数１７】
【００４６】ｆ1 ，ｆ2 が（１９），（１８）式で求ま
ったので、（１６），（１７）式に代入することで
ｄ1 ，ｄ2 が求められる。以上でｆ1 ，ｆ2 ，ｄ1 ，ｄ
2 が求まったので、ｓ1′，ｓ2′は各々（５），（６）
式から次式で求められる。
ったので、（１６），（１７）式に代入することで
ｄ1 ，ｄ2 が求められる。以上でｆ1 ，ｆ2 ，ｄ1 ，ｄ
2 が求まったので、ｓ1′，ｓ2′は各々（５），（６）
式から次式で求められる。
【００４７】
【数１８】
【００４８】以上をまとめると、
【００４９】
【数１９】
【００５０】以上で構成要素を設計できるが、相互の関
係について次に説明する。
係について次に説明する。
【００５１】まず第２レンズと第３レンズの焦点距離の
関係を求める。（１８）式をｆ3 を用いて表すために、
必要な式の整理を行う。ｗ1 とｗ2 には次の関係があ
る。
関係を求める。（１８）式をｆ3 を用いて表すために、
必要な式の整理を行う。ｗ1 とｗ2 には次の関係があ
る。
【００５２】
【数２０】
【００５３】（２２）式の関係を（１３）式に代入する
と、
と、
【００５４】
【数２１】
【００５５】を得る。一方第３レンズの結像関係式か
ら、
ら、
【００５６】
【数２２】
【００５７】の関係があるので、（２３）式に（２
４），（２５）式を代入して、
４），（２５）式を代入して、
【００５８】
【数２３】
【００５９】さらに、
【００６０】
【数２４】
【００６１】次に、図から
【００６２】
【数２５】
【００６３】であるから、（２８）式に（２４），（２
５）式を代入して、次式を得る。
５）式を代入して、次式を得る。
【００６４】
【数２６】
【００６５】（１８）式に、（２６），（２７），（２
９）を代入して、
９）を代入して、
【００６６】
【数２７】
【００６７】を得る。すなわち、ｆ2 はｆ3 に比例する
ことがわかる。
ことがわかる。
【００６８】次にｆ1 について検討してみる。第３レン
ズの結像倍率から、
ズの結像倍率から、
【００６９】
【数２８】
【００７０】（３１）式を、（１０）式に代入すると、
【００７１】
【数２９】
【００７２】（１９）式に、（３２）、（３０），（２
７）式を代入すると、
７）式を代入すると、
【００７３】
【数３０】
【００７４】を得る。すなわち、ｆ1 はｆ2 およびｆ3
によらず、入射コリメートビーム径ｗ0 および最終ビー
ム径ｗ3 に比例する。
によらず、入射コリメートビーム径ｗ0 および最終ビー
ム径ｗ3 に比例する。
【００７５】また、（３３）式の右辺の［］内に（２
１）式を代入すると、
１）式を代入すると、
【００７６】
【数３１】
【００７７】すなわち、
【００７８】
【数３２】
【００７９】なる、ｆ1 ，ｆ2 ，ｆ3 の間の関係を得
る。
る。
【００８０】次に、第２レンズと第３レンズの配置関係
について見る。第２レンズと第３レンズ間の距離は、ｓ
1′＋ａ1 であるから、これに、（２０），（２４）式
を代入すると、
について見る。第２レンズと第３レンズ間の距離は、ｓ
1′＋ａ1 であるから、これに、（２０），（２４）式
を代入すると、
【００８１】
【数３３】
【００８２】（１６）式に（２７），（２９）式を代入
して、（３６）式に代入すると、
して、（３６）式に代入すると、
【００８３】
【数３４】
【００８４】すなわち、第２レンズと第３レンズは望遠
鏡構成（実際は後に述べるように逆望遠鏡構成）になっ
ている。
鏡構成（実際は後に述べるように逆望遠鏡構成）になっ
ている。
【００８５】上記（１８）式の所で（１８）式の符号に
ついて、負のｆ2 は凹レンズを意味すると述べたが、凹
レンズを用いた場合の構成について説明する。ｆ2 が負
の場合、（１９）式からｆ1 も負、すなわち凹レンズに
なるが、（３０）式からｆ3 は正すなわち凸レンズであ
ることがわかる。一方、（１６）式及び（１７）式にお
いて、ｄ1 及びｄ2 は負となる（（１６）式及び（１
７）式の第２項の正負については、次の実施例の項の最
初の説明を参照）。ｄ1 及びｄ2 が負とは、第１レンズ
と第２レンズの位置関係が逆転していることを意味す
る。図３に凹レンズ構成の場合の構成を示す。図３
（ａ）が最近接像点の場合、図３（ｂ）が最遠像点の場
合を示す。図１に示した凸レンズ構成と同じく、第２凹
レンズ１０と第３レンズ８が逆望遠鏡構成になってい
る。第１凹レンズ９は、第２凹レンズ１０と第３レンズ
の間に配置されている。第１凹レンズ９が光軸方向に移
動することにより、第１凹レンズ９と第２凹レンズ１０
の合成焦点距離と虚焦点位置（第３レンズの物点）が図
１に示したものと同じ変化をするので、最終像面で所望
のビーム径変化が得られる。このような凹レンズ構成に
することで、光学系の全長を凸レンズ構成の場合に比べ
て短く出来る利点がある。
ついて、負のｆ2 は凹レンズを意味すると述べたが、凹
レンズを用いた場合の構成について説明する。ｆ2 が負
の場合、（１９）式からｆ1 も負、すなわち凹レンズに
なるが、（３０）式からｆ3 は正すなわち凸レンズであ
ることがわかる。一方、（１６）式及び（１７）式にお
いて、ｄ1 及びｄ2 は負となる（（１６）式及び（１
７）式の第２項の正負については、次の実施例の項の最
初の説明を参照）。ｄ1 及びｄ2 が負とは、第１レンズ
と第２レンズの位置関係が逆転していることを意味す
る。図３に凹レンズ構成の場合の構成を示す。図３
（ａ）が最近接像点の場合、図３（ｂ）が最遠像点の場
合を示す。図１に示した凸レンズ構成と同じく、第２凹
レンズ１０と第３レンズ８が逆望遠鏡構成になってい
る。第１凹レンズ９は、第２凹レンズ１０と第３レンズ
の間に配置されている。第１凹レンズ９が光軸方向に移
動することにより、第１凹レンズ９と第２凹レンズ１０
の合成焦点距離と虚焦点位置（第３レンズの物点）が図
１に示したものと同じ変化をするので、最終像面で所望
のビーム径変化が得られる。このような凹レンズ構成に
することで、光学系の全長を凸レンズ構成の場合に比べ
て短く出来る利点がある。
【００８６】
【実施例】第１レンズ６が図１（ａ）および図１（ｂ）
の位置に移動したときに、第３レンズ８によって結像さ
れた最終像面でのビーム径が等しくなるためには、次の
いずれかの条件が必要である。
の位置に移動したときに、第３レンズ８によって結像さ
れた最終像面でのビーム径が等しくなるためには、次の
いずれかの条件が必要である。
【００８７】
【数３５】
【００８８】すなわち表１の例で具体的に言うと、 Δ＝１．９２ｍｍ ａｎｄ ｋ＝０．４８４６ Δ＝−１．９２ｍｍ ａｎｄ ｋ＝２．０６３ の条件が必要である。しかし条件とは同じことを言
っているに過ぎない。
っているに過ぎない。
【００８９】実施例として表１の場合を用いて計算して
みる。最終像面でビーム半径ｗ3 ＝１００μｍとする
と、の場合、ｗ1 ＝６．３８２μｍ、ｗ2 ＝３．０９
３μｍとなる。λ＝０．６７μｍ、ｗ0 ＝１ｍｍとする
とＦ2 ＝１４．５０３ｍｍとなる。また、移動の容易性
からｚ＝５ｍｍとする。これらの値を用いて解くと、 ｆ1 ＝３３．６２ｍｍ、ｆ2 ＝４．１８５ｍｍ ｄ1 ＝３３．１０ｍｍ、ｄ2 ＝２８．１０ｍｍ ｓ1′＝０．４５９４ｍｍ、ｓ2′＝２．３８０ｍｍ となる。第１レンズ６をｄ1 −ｄ2 ＝５ｍｍ移動させる
と、ｓ2′−ｓ1′＝１．９２ｍｍ変化する。第２レンズ
７と第３レンズ８の間隔をｓ1′＋ａ1 ＝ｓ2′＋ａ2 ＝
６４．２ｍｍに設定しておけば、表１の値での結像変化
になるが、像面ビーム径は近接点４でも最遠点５でも１
００μｍになる。この設定で、第１レンズ６を移動させ
た時の第３レンズ８から像面までの距離と像面ビーム半
径の変化の計算結果を表２に示す。
みる。最終像面でビーム半径ｗ3 ＝１００μｍとする
と、の場合、ｗ1 ＝６．３８２μｍ、ｗ2 ＝３．０９
３μｍとなる。λ＝０．６７μｍ、ｗ0 ＝１ｍｍとする
とＦ2 ＝１４．５０３ｍｍとなる。また、移動の容易性
からｚ＝５ｍｍとする。これらの値を用いて解くと、 ｆ1 ＝３３．６２ｍｍ、ｆ2 ＝４．１８５ｍｍ ｄ1 ＝３３．１０ｍｍ、ｄ2 ＝２８．１０ｍｍ ｓ1′＝０．４５９４ｍｍ、ｓ2′＝２．３８０ｍｍ となる。第１レンズ６をｄ1 −ｄ2 ＝５ｍｍ移動させる
と、ｓ2′−ｓ1′＝１．９２ｍｍ変化する。第２レンズ
７と第３レンズ８の間隔をｓ1′＋ａ1 ＝ｓ2′＋ａ2 ＝
６４．２ｍｍに設定しておけば、表１の値での結像変化
になるが、像面ビーム径は近接点４でも最遠点５でも１
００μｍになる。この設定で、第１レンズ６を移動させ
た時の第３レンズ８から像面までの距離と像面ビーム半
径の変化の計算結果を表２に示す。
【００９０】
【表２】
【００９１】第２の実施例として、ｆ3 ＝１００ｍｍと
すると、ｆ1 ＝３３．１６ｍｍ、ｆ 2 ＝７．０７ｍｍと
なり、焦点距離ｆ2 を第１の実施例に比較して大きくで
きる。 第３の実施例として、凹レンズの組合せをとる
と、第１の実施例の、ｆ1,ｆ2 を負にすればよく、ｆ1
＝−３３．６２ｍｍ、ｆ2 ＝−４．１８５ｍｍ、ｆ3 ＝
６０ｍｍである。さらに、第４の実施例として、凸レン
ズの構成の第２の実施例の凹レンズ化を行うと、ｆ1 ＝
−３３．１６ｍｍ、ｆ2 ＝−７．０７ｍｍ、ｆ3 ＝１０
０ｍｍである。
すると、ｆ1 ＝３３．１６ｍｍ、ｆ 2 ＝７．０７ｍｍと
なり、焦点距離ｆ2 を第１の実施例に比較して大きくで
きる。 第３の実施例として、凹レンズの組合せをとる
と、第１の実施例の、ｆ1,ｆ2 を負にすればよく、ｆ1
＝−３３．６２ｍｍ、ｆ2 ＝−４．１８５ｍｍ、ｆ3 ＝
６０ｍｍである。さらに、第４の実施例として、凸レン
ズの構成の第２の実施例の凹レンズ化を行うと、ｆ1 ＝
−３３．１６ｍｍ、ｆ2 ＝−７．０７ｍｍ、ｆ3 ＝１０
０ｍｍである。
【００９２】以上の説明では、各々のレンズを単レンズ
として図示したが、第１〜第３の各々のレンズが組合わ
せレンズであってもよいことは言うまでもない。
として図示したが、第１〜第３の各々のレンズが組合わ
せレンズであってもよいことは言うまでもない。
【００９３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
第１レンズの動きのみで像面位置が変化するが、像面ビ
ーム径は表２に示したように変化せず一定である。本発
明により、像面ビーム径が一定で、像面位置のみを変化
させられる簡便で安価なバーコード読み取り装置が得ら
れる。
第１レンズの動きのみで像面位置が変化するが、像面ビ
ーム径は表２に示したように変化せず一定である。本発
明により、像面ビーム径が一定で、像面位置のみを変化
させられる簡便で安価なバーコード読み取り装置が得ら
れる。
【図１】本発明のバーコード読み取り装置の凸レンズ構
成の光学構成を示す図である。
成の光学構成を示す図である。
【図２】従来のバーコード読み取り装置の光学構成を示
す図である。
す図である。
【図３】本発明のバーコード読み取り装置の凹レンズ構
成の光学構成を示す図である。
成の光学構成を示す図である。
１ 物点 ２ 第２レンズ ３ 凹レンズ ４ 最近接像点 ５ 最遠像点 ６ 第１レンズ ７ 第２レンズ ８ 第３レンズ ９ 第１凹レンズ １０ 第２凹レンズ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02B 9/00 - 17/08 G02B 21/02 - 21/04 G02B 25/00 - 25/04 G06K 7/00 - 7/14
Claims (2)
- 【請求項１】装置からバーコードまでの距離を予め計測
して、バーコード位置に焦点を合わせる可変焦点方式の
バーコード読み取り装置において、 前記可変焦点方式の光学系が、 光軸を同一とする第１，
第２，第３の３個の凸レンズがこの順に並んで成る光学
装置であり、第１レンズを光軸方向に移動した時、第３
レンズの形成するスポット径がほぼ一定のまま第３レン
ズの形成する像面が光軸方向に移動するように、第２レ
ンズと第３レンズが逆望遠鏡（二つのレンズの焦点を一
致させた望遠系であるビームエキスパンダ）構成に配置
され、かつ、 【数１】 （ここに、ｚは第１レンズの移動ストローク、ｂ2 は第
３レンズから最遠像点までの距離、ｂ1 は第３レンズの
最近接像点までの距離、ｗ0 は第１レンズへの入射コリ
メート光の半径、ｗ3 は第３レンズの像面上の収束ビー
ム半径、λは光の波長）なる関係を有し、前記最近接像
点と前記最遠像点とで像面ビーム径を等しくすることに
より、像面ビーム径をほぼ一定に保ったまま像面位置の
みを変化させることができることを特徴とするバーコー
ド読み取り装置。 - 【請求項２】装置からバーコードまでの位置を予め計測
して、バーコード位置に焦点を合わせる可変焦点方式の
バーコード読み取り装置において、 前記可変焦点方式の光学系が、 光軸を同一とする第２，
第１の凹レンズと、第３凸レンズの３個のレンズがこの
順に並んで成る光学装置であり、第１レンズを光軸方向
に移動した時、第３レンズの形成するスポット径がほぼ
一定のまま第３レンズの形成する像面が光軸方向に移動
するように、第２レンズと第３レンズが逆望遠鏡（二つ
のレンズの焦点を一致させた望遠系であるビームエキス
パンダ）構成に配置され、かつ、 【数２】 （ここに、ｚは第１レンズの移動ストローク、ｂ2 は第
３レンズから最遠像点までの距離、ｂ1 は第３レンズの
最近接像点までの距離、ｗ0 は第２レンズへの入射コリ
メート光の半径、ｗ3 は第３レンズの像面上の収束ビー
ム半径、λは光の波長）なる関係を有し、前記最近接像
点と前記最遠像点とで像面ビーム径を等しくすることに
より、像面ビーム径をほぼ一定に保ったまま像面位置の
みを変化させることができることを特徴とするバーコー
ド読み取り装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3135308A JP2998289B2 (ja) | 1991-03-27 | 1991-05-13 | バーコード読み取り装置 |
| EP92105290A EP0506071B1 (en) | 1991-03-27 | 1992-03-27 | Lens system for optical reader |
| DE69204091T DE69204091T2 (de) | 1991-03-27 | 1992-03-27 | Linsensystem für optisches Lesegerät. |
| US07/858,613 US5267083A (en) | 1991-03-27 | 1992-03-27 | Lens system for optical reader |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3-85896 | 1991-03-27 | ||
| JP8589691 | 1991-03-27 | ||
| JP3135308A JP2998289B2 (ja) | 1991-03-27 | 1991-05-13 | バーコード読み取り装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04357572A JPH04357572A (ja) | 1992-12-10 |
| JP2998289B2 true JP2998289B2 (ja) | 2000-01-11 |
Family
ID=26426903
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3135308A Expired - Fee Related JP2998289B2 (ja) | 1991-03-27 | 1991-05-13 | バーコード読み取り装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5267083A (ja) |
| EP (1) | EP0506071B1 (ja) |
| JP (1) | JP2998289B2 (ja) |
| DE (1) | DE69204091T2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011133973A (ja) * | 2009-12-22 | 2011-07-07 | Nec Corp | バーコード読取装置における焦点移動方法および装置 |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NL1000924C2 (nl) * | 1995-08-03 | 1997-02-04 | Scantech Bv | Autofocusseerinrichting met een capacitieve terugkoppellus en werkwijze voor autofocussering. |
| NL1000923C2 (nl) * | 1995-08-03 | 1997-02-04 | Scantech Bv | Autofocusseerinrichting. |
| DE19642354A1 (de) * | 1996-10-14 | 1998-04-16 | Basf Ag | Metalkomplexe mit adamantanähnlicher Struktur |
| CN102713508A (zh) * | 2010-06-03 | 2012-10-03 | 松下电器产业株式会社 | 形状测定方法及装置 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5878115A (ja) * | 1981-11-04 | 1983-05-11 | Nippon Kogaku Kk <Nikon> | テレセントリツク照明用補助コンデンサ−レンズ |
| JPS61167919A (ja) * | 1985-01-21 | 1986-07-29 | Canon Inc | 変倍フアインダ− |
| JPS62187315A (ja) * | 1986-02-14 | 1987-08-15 | Ricoh Co Ltd | 超小型なズ−ムレンズ |
| US4808804A (en) * | 1987-01-28 | 1989-02-28 | Symbol Technologies, Inc. | Bar code symbol readers with variable spot size and/or working distance |
| JPS63316817A (ja) * | 1987-06-19 | 1988-12-26 | Dainippon Screen Mfg Co Ltd | 変倍可能なテレセントリック結像光学系 |
-
1991
- 1991-05-13 JP JP3135308A patent/JP2998289B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1992
- 1992-03-27 EP EP92105290A patent/EP0506071B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1992-03-27 DE DE69204091T patent/DE69204091T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1992-03-27 US US07/858,613 patent/US5267083A/en not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 丸山 修治、「ガウスビームとその変換」、光学、１９８４年８月、第１３巻、ｐ２９４−２９８ |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011133973A (ja) * | 2009-12-22 | 2011-07-07 | Nec Corp | バーコード読取装置における焦点移動方法および装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0506071A1 (en) | 1992-09-30 |
| DE69204091T2 (de) | 1996-01-25 |
| US5267083A (en) | 1993-11-30 |
| EP0506071B1 (en) | 1995-08-16 |
| JPH04357572A (ja) | 1992-12-10 |
| DE69204091D1 (de) | 1995-09-21 |
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