JP3800756B2 - 光学情報読取装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光学情報読取装置に関し、特に、光照射手段にて照射された表示パターンからの反射光を、読取口からケース内部に導入して、結像手段にて画像読み取り手段の受光面に表示パターンの画像を形成することで、画像読み取り手段の受光素子にて表示パターンを光学的に読み取る光学情報読取装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、バーコードなどのコードを読み取る光学情報読取装置においては、次のようにしてコードの解読がなされていた（ＵＳＰ．５，５００，５１６公報）。すなわち、図５に示すように、光源３０１より照明レンズ３０２を通して、コードが印刷されている記録票３０３に光を照射する。そして、コードからの反射光を反射鏡３０４にて結像レンズ３０５方向に反射させた後、結像レンズ３０５にて受光素子３０６に結像させる。この受光素子３０６にて得られた結像の明暗パターンに基づいて、処理回路３０７がコードを解読する。
【０００３】
従来、このような処理が行われる光学情報読取装置のケース３０８に設けられた読取口３０９は、記録票３０３における照明の鏡面反射の防止、ユーザーの操作性、デサイン等を考慮して、光軸３１０(結像レンズの主軸)に対して角度θ（≠０°）が付けられ、照射光の方向も光軸に近い方向とされていた。ただし、受光素子３０６の受光面は光軸に対して垂直に配置されていた。（なお、前述したＵＳＰ．５，５００，５１６公報に示す従来技術は、読取口の位置が、特に、ユーザーの操作性、デサイン等に問題を有している例である。）
一般に結像レンズ３０５の特性として、図６に示すように光軸に対して角度θｉだけ傾いた平面状物体Ｆは像側では 像面Ｇで結像され、この像面Ｇは光軸に対しθｊの角度を持つ。これらの角度に関しては以下の関係式４が成り立つ。
【０００４】
【数２】
ｔａｎθｊ＝βｔａｎθｉ （式４）
ここで、βは、倍率であり、β＝像高ｈ／物体高Ｈで表される。
【０００５】
また、このように傾斜した物体の結像を考えた場合、傾きθｉが小さい場合、図７（ａ）に示すように一辺２ａの正方形は、図７（ｂ）に示すように歪みΔだけ変形した形で結像する。このひずみΔは以下の式５で表される。
【０００６】
【数３】
Δ＝ａ′＾２・｜θ／ｆ｜＝β＾２・ａ＾２・｜θ／ｆ｜ （式５）
ここで、「＾２」は直前の値の自乗を表している。ｆは結像レンズ３０５の焦点距離である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このように歪んだ波形が結像される中で図６に示すように像高ｈの物体はｈｔａｎθｊだけデフオーカスされることになり、ぼけた像が受光素子３０６に結像することとなり、光学情報読取装置の読取り性能が低下するという問題がある。
【０００８】
この光学系の特徴を考慮すれば、図８に示すように、光軸４１０と受光素子４０６とが垂直に交わる構成では、読取口４０９と光軸４１０は垂直に交わる（θｉ＝０°）のが望ましい。しかし、デザイン的に制限がかかるという問題、光源４０１と光軸４１０との角度にもよるが鏡面反射の影響が大きくなるという問題が存在した。
【０００９】
図９に示すように、光軸３１０，４１０と照明光の主軸３０１ａとのなす角度をθｂとし、光軸３１０，４１０と読取口３０９，４０９(または記録票３０３，４０３)とのなす角度をθａとすると読取口３０９，４０９を９０°−θａ＋θｂ／２だけ傾けたときに、光源３０１，４０１の鏡面反射により読み取り不可能（または読み取り性能の低下)となる。そのため、ユーザーの操作性等も考慮して、光軸３１０，４１０および光源３０１，４０１の向きは読取口３０９，４０９に対し同じ方向に傾いていた方が鏡面反射の影響を受けにくいと考えられる。
【００１０】
また、近年、光軸３１０，４１０と光源３０１，４０１の向きとのなす角度θｂが０°または０°に近い光学情報読取装置もあり、このような光学情報読取装置では鏡面反射の影響を考慮するとθａを極力小さくした設計を行うために記録票３０３，４０３の読み取り性能（幅が広く、より細かい記録票に対する読み取り性能)が出ないという問題がある。
【００１１】
本発明は上記問題点に鑑み、読取口と光軸とが角度を有する光学情報読取装置において、読み取り性能が低下するという問題を解決するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
本発明の光学情報読取装置は、光軸に対する読取口の角度θ１（θ１≠０°、例えば、θ１＞０°）に対応して、光軸に対する受光面の角度θ２と光軸に対する結像手段の角度θ３とを傾けて設定したことを特徴とする。ここで言う読取口とは、ケースの内、読み取り対象の表示パターンに沿わせる部分であり、単に表示パターンからの反射光をケース内に導くための開口部と同じとは限らない。
【００１３】
読取口が光軸に直角でなく傾けて（角度θ１≠０°）設計されている光学情報読取装置の場合、読み取り対象である表示パターンの読み取り時には、この表示パターンに対向するように読取口を配置して、読み取り作業を行うことになる。このため、表示パターンは、光軸に対して角度θ１（≠０°）で傾いて読み取られることになる。そして、受光面の位置では、光軸に対する読取口の角度θ１（≠０°）に対応して結像も光軸に対して傾く。
【００１４】
このことから、本発明では、光軸に対する受光面の角度θ２と光軸に対する結像手段の角度θ３とを、光軸に対する読取口の角度θ１に対応して傾けている。したがって、本発明では、受光面でのデフォーカスによる読み取り性能の低下を防止できる。
【００２０】
例えば、光軸に対する読取口の角度θ１（≠０°）に式３で表される関係にある角度θ′に対して±２０°の範囲に、光軸に対する受光面の角度θ２と光軸に対する結像手段の角度θ３との和を設定し、かつ角度θ２または角度θ３を０°を含まない範囲に設定することができる。
【００２１】
【数４】
ｔａｎθ′＝βｔａｎθ１ （式３）
ここで、βは倍率を表す。
【００２２】
また、受光面の角度θ２と結像手段の角度θ３との和を、角度θ′に対して±２０°の範囲で、かつ角度θ２と角度θ３とのそれぞれを、５°＞θ２＞−５°を含まない範囲に設定しても良いし、角度θ２と角度θ３との和を、ほぼ角度θ′に設定し、かつ角度θ２と角度θ３とのそれぞれを、５°＞θ２＞−５°を含まない範囲に設定しても良い。
【００２３】
更に、光照射手段による光の照射は、読取口に対して、光軸が存在する側からなされることが鏡面反射の防止上好ましく、特に、ほぼ光軸に沿った方向からなされれば、鏡面反射が十分に防止されて、一層読み取り性能の低下を防止できる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について説明する。ただし、以下では、基礎技術を、実施の形態１および実施の形態２として説明し、本発明の実施の形態を、実施の形態３として説明する。
［実施の形態１］
図１は、実施の形態１としての光学情報読取装置２の概略構成図である。
【００２５】
本実施の形態において、光学情報読取装置２は、いわゆるバーコードリーダハンディターミナルとして構成されているものである。図１は、光学情報読取装置２のケース４内の構成を示している。
光学情報読取装置２は、バーコード９の読み取り時に、照明用発光ダイオード６より照明レンズ８を通してバーコード９が印刷されている記録票Ｂに光を照射する。この照射により、バーコード９から反射してくる反射光を読取口１８からケース４内に導入し、反射鏡１０にて結像レンズ１２方向に反射させた後、結像レンズ１２にて受光素子１４に結像させる。この受光素子１４にて得られた結像の明暗パターンに基づいて、処理回路１６がバーコード９が表しているコードを解読する。
【００２６】
前述したごとく、バーコード９からの反射光はケース４の先端に、屈曲して設けられた先端部４ａの読取口１８からケース４内部に導かれる。この読取口１８は光軸２０に対して直角でなく、図１において光軸２０に対して反時計回りに角度θ１回転した配置となっている。このように、読取口１８が光軸２０に対して角度θ１を有して傾いているのは、光学情報読取装置２の外観デザイン上のためと、光軸２０と照明光の方向とを同じ方向に傾けてバーコード９からの鏡面反射を防止するためである。
【００２７】
受光素子１４についても、光軸２０に対して直角でなく、図１において光軸２０に対して時計回りに角度θ２回転した配置となっている。この角度θ２は、読取口１８の光軸２０に対する角度θ１に対応して設定されているものであり、次の関係を有している。
【００２８】
すなわち、角度θ１に対して式１で表される関係にある角度θ′に対して±２０°の範囲で、かつ０°を含まない範囲（好ましくは、５°＞θ２＞−５°を含まない範囲）に、光軸に対する前記受光面の角度θ２が設定されている。なお本実施の形態では、角度θ２＝θ′に設定してある。
【００２９】
【数５】
ｔａｎθ′＝βｔａｎθ１ （式１）
ここで、βは倍率（像高／物体高）を表す。
【００３０】
角度θ１と角度θ２とが上述した関係に設定されていることにより、デフォーカスを小さくして鮮明な画像を得ることができ、高い読み取り性能を得ることができる。
更に、照明光の照射は、読取口１８に対して、光軸２０が傾いている方向と同じ方向に傾けてなされているため、光軸２０側に照明光の鏡面反射が生じることがなく、読み取り性能の低下を防止できる。
【００３１】
また、図２（ｂ）に示すごとく、リニアに並んだ受光素子１４の中央部の出力Ｖ４と周辺部の出力Ｖ３との差ｄ２は、キーストンディストーションの影響が大きい図２（ａ）に示す受光面の角度θ２＝０°の場合の中央部の出力Ｖ２と周辺部の出力Ｖ１との差ｄ１に比較して小さい。しかも、中央部の出力Ｖ４および周辺部の出力Ｖ３自体も、出力Ｖ２，Ｖ１に比較して大きくなっており、一層の読み取り性能を向上させることができる。
【００３２】
［実施の形態２］
図３に、実施の形態２としての光学情報読取装置１０２の概略構成図を示す。図３において数字の符号で示している構成は、その数値から１００を減じた値の数字の符号で示されている図２の構成と同一である。
【００３３】
ただし、本実施の形態の光学情報読取装置１０２が実施の形態１の光学情報読取装置２と異なるのは、結像レンズ１１２が、図３において反時計回りに光軸１２０に対して角度θ３をもって斜めに取り付けられ、更に、受光素子１１４の受光面は光軸１２０に対して斜めではなく直交して取り付けられている点である。
【００３４】
この角度θ３は、読取口１１８の角度θ１（実施の形態１のθ１と同じ値とは限らない。）に対して、次の関係を有している。すなわち、角度θ１に対して式２で表される関係にある角度θ′に対して±２０°の範囲で、かつ０°を含まない範囲（好ましくは、５°＞θ２＞−５°を含まない範囲）に、光軸に対する結像レンズ１１２の角度θ３が設定されている。なお本実施の形態では、角度θ３＝θ′に設定してある。
【００３５】
【数６】
ｔａｎθ′＝βｔａｎθ１ （式２）
ここで、βは倍率（像高／物体高）を表す。
【００３６】
角度θ１と角度θ３とが上述した関係に設定されていることにより、デフォーカスを小さくして鮮明な画像を得、更に光軸１２０の傾きと同じ方向に傾けて照明しているため、高い読み取り性能を得ることができる。
また、図２に示した効果も実施の形態２においても同様であり、一層の読み取り性能を向上させることができる。
【００３７】
本実施の形態の構成は、特に受光素子１１４が光軸１２０に対して傾けて配置できない場合には有効である。
［実施の形態３］
図４に、実施の形態３としての光学情報読取装置２０２の概略構成図を示す。図４において数字の符号で示している構成は、その数値から１００を減じた値の数字の符号で示されている図３の構成と同一である。
【００３８】
本実施の形態の光学情報読取装置２０２が実施の形態２の光学情報読取装置１０２と異なるのは、結像レンズ２１２が図４において反時計回りに光軸２２０に対して角度θ３（実施の形態２のθ３と同じ値とは限らない。）をもって斜めに取り付けられ、更に、受光素子２１４の受光面は光軸２２０に対して時計回りに光軸２２０に対して角度θ２（実施の形態１のθ２と同じ値とは限らない。）をもって斜めに取り付けられている点である。
【００３９】
この角度θ２と角度θ３との和は、読取口２１８の角度θ１（実施の形態１のθ１と同じ値とは限らない。）に対して、次の関係を有している。すなわち、角度θ１に対して式３で表される関係にある角度θ′に対して±２０°の範囲（好ましくは、５°＞θ２＞−５°を含まない範囲）となるように角度θ２と角度θ３との和が設定され、かつ角度θ２または角度θ３は０°含まない範囲に設定されている。
【００４０】
【数７】
ｔａｎθ′＝βｔａｎθ１ （式３）
ここで、βは倍率（像高／物体高）を表す。
【００４１】
角度θ１、角度θ２および角度θ３が上述した関係に設定されていることにより、デフォーカスを小さくして鮮明な画像を得、更に光軸２２０の傾きと同じ方向に傾けて照明しているため、高い読み取り性能を得ることができる。
また、図２に示した効果も実施の形態３においても同様であり、一層の読み取り性能を向上させることができる。
【００４２】
本実施の形態の構成は、特に結像レンズ２１２と受光素子２１４とが共に光軸２２０に対して大きく傾けて配置できない場合には有効である。
［その他］
前述した各実施の形態においては、照明光は、光軸２０，１２０，２２０が傾いている方向と同じ方向に傾いていたが、ほぼ光軸２０，１２０，２２０に沿った方向から照明光をバーコード９，１０９，２０９に照射しても良い。この場合は、鏡面反射が十分に防止されて、一層読み取り性能の低下を防止できる。また、照明光は、光軸２０，１２０，２２０が傾いている方向と直交する方向に傾けても鏡面反射を防止することができる。
【００４３】
前述した各実施の形態の光学情報読取装置２，１０２，２０２は、バーコード９，１０９，２０９用のリーダであったが、２次元コードについても、同様に構成することができ、同様な効果を生じる。
前述した各実施の形態において、読取口１８，１１８，２１８は、ケース４，１０４，２０４の内、先端部４ａに開口部として設けられたものであった。しかし、バーコード９，１０９，２０９に沿わせる部分が、ケース４，１０４，２０４に開口部とは別に存在すれば、その部分が実際の読取口の部分に相当する。
【００４４】
前述した各実施の形態において、照明用発光ダイオード６，１０６，２０６と照明レンズ８，１０８，２０８との組み合わせが光照射手段に相当し、受光素子１４，１１４，２１４が画像読み取り手段に相当し、結像レンズ１２，１１２，２１２が結像手段に相当し、バーコード９，１０９，２０９が表示パターンに相当する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施の形態１としての光学情報読取装置の概略構成図である。
【図２】 受光素子の中央部の出力と周辺部の出力との状態を示すグラフである。
【図３】 実施の形態２としての光学情報読取装置の概略構成図である。
【図４】 実施の形態３としての光学情報読取装置の概略構成図である。
【図５】 従来の光学情報読取装置の概略構成図である。
【図６】 結像光学系における平面状物体と像面との傾きの関係を示す説明図である。
【図７】 結像光学系における画像の歪み状態の説明図である。
【図８】 従来の光学情報読取装置の概略構成図である。
【図９】 照明光と反射光との方向関係の説明図である。
【符号の説明】
２，１０２，２０２…各実施の形態の光学情報読取装置
４，１０４，２０４…ケース
４ａ，１０４ａ，２０４ａ…ケースの先端部
６，１０６，２０６…照明用発光ダイオード
８，１０８，２０８…照明レンズ ９，１０９，２０９…バーコード
１０，１１０，２１０…反射鏡 １２，１１２，２１２…結像レンズ
１４，１１４，２１４…受光素子 １６，１１６，２１６…処理回路
１８，１１８，２１８…読取口 ２０，１２０，２２０…光軸

Claims (7)

1. 読取口が形成されたケースと、
   前記ケースに設けられ前記読取口が対向している方向へ光を照射する光照射手段と、
   前記ケース内に設けられ受光素子を配列した受光面を有する画像読み取り手段と、
   前記ケース内に設けられ前記読取口から取り入れられた光を前記画像読み取り手段の受光面に結像させる結像手段と、
   を備え、
   前記光照射手段にて照射された表示パターンからの反射光を、前記読取口から前記ケース内部に導入して、前記結像手段にて前記画像読み取り手段の受光面に前記表示パターンの画像を形成することで、前記画像読み取り手段の受光素子にて表示パターンを光学的に読み取る光学情報読取装置であって、
   光軸に対する前記読取口の角度θ１（≠０°）に対応して、光軸に対する前記受光面の角度θ２と光軸に対する前記結像手段の角度θ３とを傾けて設定したことを特徴とする光学情報読取装置。
2. 光軸に対する前記読取口の角度θ１（≠０°）に式３で表される関係にある角度θ′に対して±２０°の範囲に、光軸に対する前記受光面の角度θ２と光軸に対する前記結像手段の角度θ３との和を設定し、かつ前記角度θ２または前記角度θ３を０°を含まない範囲に設定したことを特徴とする請求項１記載の光学情報読取装置。
   【数１】
   ｔａｎθ′＝βｔａｎθ１ （式３）
   ここで、βは倍率を表す。
3. 前記光軸に対する前記受光面の角度θ２と前記光軸に対する前記結像手段の角度θ３との和を、前記角度θ′に対して±２０°の範囲で、かつ前記角度θ２と前記角度θ３とのそれぞれを、５°＞θ２＞−５°を含まない範囲に設定したことを特徴とする請求項２記載の光学情報読取装置。
4. 前記光軸に対する前記受光面の角度θ２と前記光軸に対する前記結像手段の角度θ３との和を、ほぼ前記角度θ′に設定し、かつ前記角度θ２と前記角度θ３とのそれぞれを、５°＞θ２＞−５°を含まない範囲に設定したことを特徴とする請求項２または３記載の光学情報読取装置。
5. 光軸に対する前記読取口の角度θ１を、θ１＞０°に設定したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか記載の光学情報読取装置。
6. 前記光照射手段による光の照射は、前記読取口に対して、光軸が傾いている方向と同じ方向に傾けてなされることを特徴とする請求項１〜５のいずれか記載の光学情報読取装置。
7. 前記光照射手段による光の照射は、前記読取口に対して、ほぼ光軸に沿った方向からなされることを特徴とする請求項１〜６のいずれか記載の光学情報読取装置。

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