JP4007154B2 - 光学的情報読取装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一次元コード例えばバーコード等を読み取る光学的情報読取装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光学的情報読取装置例えば手持ち式のバーコードリーダにおいては、図１３に示すように、装置ケース１内の先端側に、結像レンズ２及び一次元撮像素子（ラインセンサ）３を有すると共に、前記結像レンズ２の左右に位置して、横方向に並ぶ1個又は複数個のＬＥＤからなる照明光源４とその前方に配置された照明用レンズ５とからなる一対の照明部６が設けられている。そして、装置ケース１の先端の読取窓１ａには、前記照明部６からの射出光を通すと共に、バーコードが記録された読取対象（商品に付されたラベル等）からの反射光を通すプレート７が設けられている。
【０００３】
これにて、照明部６により、装置ケース１の先端の読取窓１ａのプレート７を通して照明光が射出され、この照明光は前記読取対象にて反射され、その反射光が結像レンズ２によって結像されて一次元撮像素子３によって取り込まれるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述したように、結像レンズ２の光軸及び一次元撮像素子３を含む平面上に照明光源４を配置する構成では、結像レンズ２の視野角Ｂよりも照明光の画角Ａの方が大きく、読取対象において、照明光エリアＬａの両端の部分Ｌａ´（図１４（ａ）参照）が結像レンズ２の視野エリアＬｂ（図１４（ｂ）参照）外を照らすことになり、光のロスになってしまう。
【０００５】
また、ユーザーは、照明光エリアＬａの全域（左端から右端までの範囲）がほぼ一様な明るさであることから、そのエリアＬａ全域を結像レンズ２の視野エリアＬｂとして認識するものであり、バーコードを照明エリアＬａの両端の部分Ｌａ´に位置させることもあり、この場合、バーコードを正確に読み取れないことがある。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、照明光源からの光を有効に利用することが可能で、しかも、読取可能な範囲を所望に指示する照明光を形成することが可能となる光学的情報読取装置を提供するにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は次の点に着目してなされている。すなわち、結像レンズの光軸と、一次元撮像素子とを含む平面上に照明光源を配置する構成の場合、結像レンズの視野角よりも照明光の画角の方がかなり大きいという事情にある。この照明光の画角を小さくするには結像レンズの視野上にレンズ等を配置する必要があるが、結像レンズの視野を妨げてしまう。しかし、結像レンズの視野は、前述の光学的平面と垂直方向の厚みが、照明光の同方向の幅に比較して小さく、この結像レンズの視野部分のみを避けてレンズ等を配置すれば、照明光の大部分を結像レンズの視野角内に導くことが可能となる。
【０００８】
このような点に着目した請求項１の発明は、結像レンズの光軸及び一次元撮像素子を含む光学的平面上の両側に、前記照明用レンズから射出する光の一部を集光及び／又は拡散して射出する副照明用レンズを設けた構成としている。
【０００９】
これによれば、照明用レンズから射出された光の大部分を集光及び／又は拡散できて、照明光源からの光を有効に利用することが可能となり、また明確な光強度の照明光を最適な範囲に形成することも可能となり、よって照明光が読取可能な範囲を所望に指示することも可能となる。しかも、この副照明用レンズは、前記光学的平面上の両側に設けているから、結像レンズの視野を妨げることもない。
【００１０】
この場合請求項２の発明のように、副照明用レンズを、前記照明用レンズから射出する光の一部を集光及び／又は拡散して前記結像レンズの視野角よりわずかに大きな画角となるように射出するようにしても良く、このようにすると、明確な光強度の照明光を結像レンズの視野角に合わせた最適な範囲に形成でき、よって照明光が読取可能な範囲をより明確に指示することになる。
【００１１】
この場合、請求項３の発明のように、前記装置ケースの読取窓には塵などの侵入を防止するプレートを設けても良い。また、請求項４のように、前記プレートを前記結像レンズの光軸に対し所定の角度で傾斜する面を有する構成としても良く、このようにすると、プレートで照明光が反射しても一次元撮像素子にノイズ光として入射することがない。
【００１２】
さらに、請求項５の発明のように、前記副照明用レンズを前記プレートと一体に形成しても良い。この請求項５の発明によれば、部品数の削減を図り得ると共に、副照明用レンズを最適位置に設けることができる。つまり、結像レンズの視野の厚みは、結像レンズから遠くなるにつれて、小さくなるから、副照明用レンズは結像レンズからなるべく遠い位置に設けたほうが良い。そして装置ケース内においてその遠い位置となるプレートに、副照明用レンズを設けたことにより、副照明用レンズを、結像レンズの視野を遮らないように設けるについて、最適位置に設けることができる。
【００１３】
また、請求項６の発明のように、前記プレートの照明光射出面は平面で構成しても良く、このようにすると、プレートの外面のふき取り掃除などを良好に行なうことができる。
【００１４】
さらに、請求項７の発明のように、前記プレートにおいて照明光が入射する側の面は、結像レンズの光路部分を平面で構成し、他の一部または全部を曲面で構成しても良い。このようにすると、結像レンズの光路に影響なく副照明用レンズを形成できる。
【００１６】
さらに、請求項８の発明のように、前記副照明用レンズはシンドリカルレンズとしても良く、また、請求項９の発明のように、前記副照明用レンズは、前記プレートの長手方向全長にわたって配置しても良く、あるいは請求項１０の発明のように、前記副照明用レンズは、プレートの長手方向の一部に配置しても良い。この場合、請求項１１の発明のように、前記副照明用レンズは、曲率が一定でない構成としても良い。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、手持ち式（ハンディタイプ）のバーコードリーダに適用してその第１の実施例につき図１ないし図５を参照して説明する。本実施例に係る光学的情報読取装置たるバーコードは、図１及び図２に示すように、ユーザーが片手で持って操作可能な大きさの縦長形状をなす装置ケース１１内の先端側に、図示しないラベル等の読取対象に記録されたバーコードを読取るための、結像光学系及び照明光学系からなる光学機構（読取機構）１２を備えて構成されている。この装置ケース１１の先端には、横長な矩形状をなす読取窓（読取口）１１ａが形成されている。
【００１８】
この読取窓１１ａには透光性材料からなるプレート１３が設けられている。このプレート１３は図２の左右方向に長い平板状をなしており、このプレート１３において、その内面１３ａ及び照明光射出面である外面１３ｂは平面をなしている。そして、このプレート１３は、後述の結像レンズ１５の光軸に対して所定の角度で傾斜する形態で配置されており、従って、このプレート１３は結像レンズ１５の光軸に対して所定の角度で傾斜する面を有する。
【００１９】
また、図示はしないが、前記ケース１１内には、全体の制御及びデコード処理等を行なう制御回路、外部との通信を行うための通信回路、駆動電源となる二次電池等が設けられている。さらに、これも図示はしないが、装置ケース１１の上面部には、表示部やキー操作部が設けられ、装置ケース１１の側面部には、トリガスイッチが設けられている。
【００２０】
ここで、前記光学機構１２について述べる。前記結像光学系は、装置ケース１１内の中央部に横長に配設された例えばＣＣＤセンサからなる一次元撮像素子１４と、この一次元撮像素子１４の前方に配置された結像レンズ１５とを備えて構成されている。この場合、この結像レンズ１５の光軸Ｏは、前記読取窓１１ａの中心を該読取窓１１ａ面に直交する状態で延びている。また、結像光学系の平面的な視野Ｆａ（外縁を二点鎖線で示す）は、前記読取窓１１ａの大きさとほぼ同等に設定されている。なお、詳しい図示及び説明は省略するが、前記結像レンズ１５は、鏡筒内に１枚又は複数枚のレンズを配設して構成される。
【００２１】
そして、前記照明光学系は、前記結像レンズ１５の左右部に、光軸Ｏに対して対照的に配設された一対の照明部１６から構成される。これら各照明部１６は照明光源１７の前面側に照明用レンズ１８を設けて構成される。前記照明光源１７は、発光手段たるＬＥＤ１７ａを、基板１７ｂ上に複数個この場合２個横方向に並んで有して構成されている。照明用レンズ１８は照明光源１７からの照明光を集光及び／又は拡散するものである。この各照明光源１７の光軸Ｃは、前記結像レンズ１５の光軸Ｏ及び前記一次元撮像素子１４を含む光学的平面上に配置された形態である。
【００２２】
ここで、前記結像レンズ１５の視野Ｆのうち、前述の光学的平面と垂直方向の厚みは、図３（ｂ）及び図５に示すように、光学的平面の幅に比較して小さく、しかも結像レンズ１５から遠くなるにつれて、小さくなるものである。
【００２３】
さて、前記プレート１３の内面１３ａ側には、例えば一対の副照明用レンズ１９が配設されている。この一対の副照明用レンズ１９は、結像レンズ１５の視野Ｆを遮らない位置、つまり前述の光学的平面の両側に位置して設けられている。そして、この副照明用レンズ１９は照明光入射面が縦方向を軸とした凸状の円筒面つまりシンドリカル面とされ、すなわちシンドリカルレンズから構成されており、プレート１３の長手方向全長にわたって設けられている。この副照明用レンズ１９は、照明用レンズ１８から射出する光の一部を集光及び／又は拡散して射出するものであり、この場合前記結像レンズの視野角（図３（ａ）に符号αで示す）よりわずかに大きな画角（図３（ａ）に符号βで示す）となるように射出する。なお、図１及び図５における左側の副照明用レンズ１９の光路を実線で示し、右側の副照明用レンズ１９の光路を破線で示している。
【００２４】
さて、上記構成において、ユーザーが装置ケース１１の読取窓１１ａを、横長のバーコードが記録された読取対象に対してほぼ平行となるように配置させた状態で、読取操作（トリガスイッチのオン操作）を行なうことにより、照明光源１７が点灯されて照明光が出力される。この照明光は照明用レンズ１８により集光及び／又は拡散されて射出され、そして、その射出された照明光の大部分が副照明用レンズ１９により集光及び／又は拡散され、ここで、結像レンズ１５の視野Ｆよりわずかに大きな画角とされて、プレート１３及び読取窓１１ａを通って、読取対象に照射される。一方、照明用レンズ１８から射出され且つ各副照明用レンズ１９を通らない（各副照明用レンズ１９間を通る）照明光は、プレート１３及び読取窓１１ａを通って、読取対象に照射されるが、この光量（図３（ｃ）のγ部分）は、各副照明用レンズ１９を通る照明光の光量よりも少ない。なお、読取対象位置におけるこの照明光の光強度の様子を図３（ｃ）に示す。副照明用レンズ１９を通った照明光（画角β）は、副照明用レンズ１９を通らない照明光（両端部分γ）より光強度が大きい。従って、明確な光強度の照明光が最適な範囲に形成され、よって照明光が読取可能な範囲をより明確に指示することになる。
【００２５】
一方、読取対象におけるバーコードからの反射光が、読取窓１１ａ及びプレート１３を通して入射されて結像レンズ１５を介して一次元撮像素子１４に結像され、もってバーコードが読取られる。このときの前記反射光は、前記画角βの照明光が反射したものであり、光強度が高く、光ロスが少ない。
【００２６】
このような本実施例においては、照明用レンズ１８から射出する光の一部を集光及び／又は拡散して射出する副照明用レンズ１９を設けた構成とした。これによれば、照明用レンズ１９から射出された光の大部分を集光及び／又は拡散できて、照明光源１７からの光を有効に利用することが可能となると共に、読取可能な範囲を所望に指示（照明）することも可能となる。しかも、この副照明用レンズ１９は、前記結像レンズ１５の視野を遮らない位置である前述の光学的平面の両側に配置しているから、結像レンズ１５の視野を妨げることもない。
【００２７】
特に、本実施例によれば、副照明用レンズ１９を、結像レンズ１５の視野角よりわずかに大きな画角となるように射出する構成としたから、照明光源１７からの光を有効に利用することができ、明確な光強度の照明光を結像レンズ１５の視野角に合わせた最適な範囲に形成でき、よって読取可能な範囲をより明確に指示（照明）することができる。
【００２８】
また、本実施例によれば、プレート１３の照明光射出面である外面１３ｂを平面で構成したから、その外面１３ｂのふき取り掃除などを良好に行なうことができる。
さらにまた、本実施例によれば、副照明用レンズ１９を、結像レンズ１５の光軸Ｏ及び一次元撮像素子１４を含む光学的平面の視野部分の両側に位置させたから、結像レンズ１５の視野を遮ることなく照明用レンズ１８からの照明光の集光度を高めることができる。また、本実施例によれば、前記プレート１３を前記結像レンズ１５の光軸Ｏに対し所定の角度で傾斜する面を有する構成としたから、プレート１３で照明光が反射しても一次元撮像素子１４にノイズ光として入射することがない。
【００２９】
図６ないし図９は本発明の第２の実施例を示すものであり、この第２の実施例においては、プレート２１に一対の副照明用レンズ２２を一体に形成した点が第１の実施例と異なる。すなわち、プレート２１において照明光が入射する側の面２１ａ（図８）は、結像レンズ１５の光路部分を平面で構成し、他の全部を曲面（つまり副照明用レンズ２２）で構成している。上記プレート２１の結像レンズ１５の光路部分は結像レンズ１５の光軸Ｏに対して所定の角度θをなすものである。副照明用レンズ２２は、シンドリカルレンズから構成され、プレート２１の長手方向全長にわたって設けられている。
上記所定の角度θ[deg]と、副照明用レンズ２２と結像レンズ１５視野との距離ｄ[mm]とは、副照明用レンズ２２の厚さをｔ[mm]とすると、次の式を満足するように決定される。
【００３０】
ｄ＞ｔ・sin（２・θ）
このようにして所定角度θを決定すると、プレート２１と一体に形成された副照明用レンズ２２のエッジ２２ａ(散乱光の発生源)によって発生する散乱光がプレート２１面によって反射され、結像レンズ１５の視野に入ることを防止できる。すなわち、プレート２１に副照明用レンズ２２が一体に形成されると、副照明用レンズ２２のエッジ２２ａによって散乱光が発生しその虚像２２ａ´が結像レンズ１５の視野に入ってしまうことが懸念されるが、上述の所定の角度θで傾斜する面により結像レンズ１５の視野内に散乱光が入ることがなくなる。
【００３１】
この第２の実施例によれば、副照明用レンズ２２をプレート２１と一体に形成したから、部品数の削減を図り得ると共に、副照明用レンズ２２を最適位置に設けることができる。つまり、装置ケース１１内部において、結像レンズ１５の視野Ｆの厚みが小さくなるところは、プレート２１部分であり、このプレート２１部分に副照明用レンズ２２が自ずと位置するから、副照明用レンズ２２を、結像レンズ１５の視野Ｆを遮らないように設けるについて、最適位置に設けることができる。
【００３２】
本発明は上記各実施例に限定されず、次のように変更して実施しても良い。
【００３３】
上記第２の実施例では、プレート２１において照明光が入射する側の面２１ａは、結像レンズ１５の光路部分を平面で構成し、他の全部を曲面（つまり副照明用レンズ２２）で構成したが、本発明の第３の実施例として示す図１０のように、他の一部（この場合両端部分）を曲面（つまり副照明用レンズ２４）で構成しても良いし、第４の実施例として示す図１１のように、他の全部が突出する形態でその両端部分を曲面つまり副照明用レンズ２５としても良い。または全部を曲面で構成するについては、本発明の第５の実施例として示す図１２のように、両端部分が凸状で中央部分が凹状をなす曲面（曲率が一定でない曲面）としてもよく、その曲面が副照明用レンズ２６を構成する。
【００３４】
照明光源を構成する発光手段は複数でなく、一つでも良いし、また、ＬＥＤ以外の発光手段を採用することもできる。また本発明の光学的情報読取装置は手持ち式のバーコードリーダに限られず、固定式のバーコードリーダ等にも適用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示すもので、バーコードリーダの先端側の光学系の配置を示す概略的な側面図
【図２】同平面図
【図３】（ａ）光学系の光軸、光路及び視野を示すための平面図、（ｂ）は結像レンズの視野を示すための側面図、（ｃ）は照明光の光分布及び結像レンズの視野を平面的に示す図
【図４】図３（ａ）のＱ−Ｑ部分での光分布を示す図、図３（ａ）のＲ−Ｒ部分での光分布を示す図
【図５】副照明用レンズから射出された照明光の光路及び結像レンズの視野を示す図
【図６】本発明の第２の実施例を示す図１相当図
【図７】図２相当図
【図８】プレート部材の縦断側面図
【図９】同斜視図
【図１０】本発明の第３の実施例を示す図９相当図
【図１１】本発明の第４の実施例を示す図９相当図
【図１２】本発明の第５の実施例を示す図９相当図
【図１３】従来例を示す図２相当図
【図１４】（ａ）は図３（ａ）相当図、（ｂ）は図３（ｂ）相当図
【符号の説明】
１１は装置ケース、１１ａは読取窓、１２は光学機構、１３はプレート、１３ｂは外面（照明光射出面）、１４は一次元撮像素子、１５は結像レンズ、１７は照明光源、１７ａはＬＥＤ、１８は照明用レンズ、１９は副照明用レンズ、２１はプレート、２２は副照明用レンズ、２４、２５、２６は副照明用レンズを示す。

Claims (11)

1. 装置ケース内に、照明光源と、前記照明光源からの光を集光及び／又は拡散して照射する照明用レンズと、読取対象からの反射光を結像するための結像レンズと、この結像レンズによる像を取り込む一次元撮像素子とを有し、前記照明光源の光軸を、前記結像レンズの光軸及び前記一次元撮像素子を含む光学的平面上に配置する構成の光学的情報読取装置において、
   前記照明用レンズから射出する光の一部を集光及び／又は拡散して射出する副照明用レンズを、前記光学的平面上の両側に設けたことを特徴とする光学的情報読取装置。
2. 前記副照明用レンズは、前記照明用レンズから射出する光の一部を集光及び／又は拡散して前記結像レンズの視野角よりわずかに大きな画角となるように射出することを特徴とする請求項１記載の光学的情報読取装置。
3. 前記装置ケースの読取窓には塵などの侵入を防止する透光性を有するプレートが設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の光学的情報読取装置。
4. 前記プレートは前記結像レンズの光軸に対し所定の角度で傾斜する面を有する構成としたことを特徴とする請求項３記載の光学的情報読取装置。
5. 前記副照明用レンズは前記プレートと一体に形成されていることを特徴とする請求項３又は４記載の光学的情報読取装置。
6. 前記プレートの照明光射出面は平面で構成されていることを特徴とする請求項３ないし５のいずれかに記載の光学的情報読取装置。
7. 前記プレートにおいて照明光が入射する側の面は、結像レンズの光路部分が平面で構成され、他の一部または全部が曲面で構成されていることを特徴とする請求項３ないし６のいずれかに記載の光学的情報読取装置。
8. 前記副照明用レンズはシンドリカルレンズであることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の光学的情報読取装置。
9. 前記副照明用レンズは、前記プレートの長手方向全長にわたって配置されていることを特徴とする請求項３ないし８のいずれかに記載の光学的情報読取装置。
10. 前記副照明用レンズは、プレートの長手方向の一部に配置されていることを特徴とする請求項２ないし８のいずれかに記載の光学的情報読取装置。
11. 前記副照明用レンズは、曲率が一定でないことを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかに記載の光学的情報読取装置。

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