JP4103445B2

JP4103445B2 - 手持ち式光学的情報読取装置

Info

Publication number: JP4103445B2
Application number: JP2002128325A
Authority: JP
Inventors: 修藤原
Original assignee: Denso Wave Inc
Current assignee: Denso Wave Inc
Priority date: 2002-04-30
Filing date: 2002-04-30
Publication date: 2008-06-18
Anticipated expiration: 2022-04-30
Also published as: JP2003323584A

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取る手持ち式光学的情報読取装置に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
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の基本的な構成を、図５に概略的に示す。即ち、ケース１は、その先端部に例えば斜め下向きの読取口１ａを有する図で左右に長い縦長形状をなしている。そして、ケース１の内部には、前記読取口１ａを通して図示しない読取対象（バーコードが記されたラベル等）に照明光を照射するＬＥＤ２及び照明用レンズ３が複数組設けられていると共に、読取口１ａから入射する反射光（光路をＬで示す）を取込んでバーコードを読取るためのミラー４、結像レンズ５、一次元撮像素子６が順に設けられている。
【０００３】
この場合、前記結像レンズ５及び一次元撮像素子６は、ケース１の長手方向に沿って配設された回路基板７の下面側に実装されており、このとき、結像レンズ５の光軸は、その回路基板７の板面と平行とされている。尚、図示はしないが、この回路基板７には、全体の制御や、前記一次元撮像素子６が取込んだ画像データのデコード処理等を行うマイコンを主体とした制御回路が実装されている。また、前記ＬＥＤ２及び照明用レンズ３による照明光の光軸は、結像光軸に対して若干傾いた状態となっている。さらには、前記ケース１の上面部には、ＬＣＤからなる表示装置８や、キー操作部９等も設けられている。
【０００４】
ところで、この種のバーコードリーダにおいては、読取対象から一次元撮像素子６までの所定の光路の長さつまり物像間距離を確保する必要があり、言替えれば、読取口１ａから結像レンズ５までの所定の光路の長さ、及び、結像レンズ５から一次元撮像素子６までの所定の光路の長さが必要となる。ところが、上記従来構成では、それら光路がケース１内の主として長手方向に奥方に向かって順に延びる構成であるため、光学部品の配置がケース１の長手方向に伸長した形態となり、ひいては全体の小形化を制限するものとなっていた。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、光学部品をコンパクトに配置することができ、小形化を図ることができる手持ち式光学的情報読取装置を提供するにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の手持ち式光学的情報読取装置は、手持ち可能なケースの先端部に、情報コードに向けて照明光を射出すると共に該情報コードからの反射光が入射するための読取窓を有し、前記ケース内に、部品が実装される回路基板と、照明光源と、この照明光源からの光を集光，拡散する照明用レンズと、前記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込む一次元撮像素子と、前記反射光の光路を折曲げるための光路折曲手段とを備えるものにあって、前記回路基板を、前記反射光の入射する光路の下側に位置して前記ケース内の先端側から奥方に延びるように設け、前記照明光源及び照明用レンズを、前記回路基板の上面側に配設し、前記結像レンズを、前記回路基板に形成された穴又は切欠き内に、その光軸が前記回路基板と平行とならないように配置し、前記一次元撮像素子を、前記回路基板の下面に実装すると共に、前記光路折曲手段を、前記反射光を前記結像レンズを通した後、前記一次元撮像素子に受光させるように、前記回路基板の上下両面側にわたって配設したところに特徴を有する（請求項１の発明）。これによれば、結像レンズと一次元撮像素子との間に所定の光路の長さが必要であっても、光路折曲手段により、反射光の光路が回路基板の上下両面にわたって折曲げられて一次元撮像素子により受光されるので、結像レンズの光軸を回路基板と平行に配置した場合と比べて、結像レンズと一次元撮像素子との間の物理的な距離を、回路基板の板面方向に関して短くすることが可能となる。このとき、結像レンズを回路基板に形成された穴又は切欠き内に配置すると共に、複数個の光学部品を回路基板の両面側に配設するようにしたので、光学部品をコンパクトにまとめて効率的に配置することができ、全体の小形化を図ることが可能となる。
【０００７】
この場合、一次元撮像素子を、結像レンズの物体側に位置して設ける構成とすることができる（請求項２の発明）。これによれば、反射光の光路が、いわばＵ字状に折返されて一次元撮像素子に導かれる形態となるので、光学系の長さ方向の小形化をより効果的に図ることができる。また、結像レンズの光軸を回路基板と垂直となるように配置することもでき（請求項３の発明）、これにより、回路基板の板面方向に関する結像レンズと一次元撮像素子との間の物理的な距離を、十分に短くすることが可能となる。
【０００９】
さらには、光路折曲手段を、ミラーから構成することにより（請求項４の発明）、比較的安価な構成で済ませることができる。あるいは、光路折曲手段を、複数の反射面を一体に有したプリズムから構成すれば（請求項５の発明）、組付性の向上等を図ることができる。
【００１０】
【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た一実施例について、図１ないし図３を参照しながら説明する。図１は、本実施例に係る光学的情報読取装置たるバーコードリーダの先端部の構成を概略的に示している。ここで、このバーコードリーダは、ユーザが片手で持って操作可能な大きさの縦長（図で左右方向に長い）形状をなすケース１１内の先端側に、後述するように、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、光学機構（読取機構）１２を備えて構成されている。
【００１１】
前記ケース１１の先端部には、横長な矩形状をなし透光性を有する読取窓１１ａが設けられている。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、ケース１１の上面部には、表示部やキー操作部が設けられ、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。
【００１２】
さて、前記光学機構１２について、図２及び図３も参照して述べる。この光学機構１２は、回路基板（プリント配線板）１３及びその近傍に、照明光源１４、この照明光源１４からの光を集光，拡散する照明用レンズ１５、照明光を折曲げるための照明用ミラー１６、読取対象（バーコード）からの反射光を結像するための結像レンズ１７、この結像レンズ１７による像を取込む一次元撮像素子１８、反射光の光路を折曲げるための光路折曲手段たる第１〜第３のミラー１９〜２１からなる光学部品を、該回路基板１３の上下両面側にわたって組付けて構成される。
【００１３】
前記回路基板１３は、やや横長な矩形状をなし、ケース１１内に水平状態で取付けられている。また、この回路基板１３の横方向中央部の後部（図で左側）寄り部分には、結像レンズ１７を配置させるための円形の穴１３ａが形成されている。尚、図示はしないが、この回路基板１３には、照明光源１４への通電や一次元撮像素子１８からの信号の取出しのための必要な導電パターン（あるいは回路）が設けられており、また、制御回路やデコード処理回路などを有したメイン基板に電気的に接続されるようになっている。
【００１４】
前記一次元撮像素子１８は、例えば横長形状を有するＣＣＤラインセンサからなり、前記回路基板１３の下面の前部側に横方向に延びて下向きに実装されている。そして、前記結像レンズ１７は、詳しい図示は省略するが、鏡筒内に１枚又は複数枚のレンズを配設して構成され、全体として円筒状をなしている。この結像レンズ１７は、前記回路基板１３の穴１３ａ部分に、その上端部が該穴１３内に挿入されるようにして取付けられている。このとき、結像レンズ１７は、その光軸が、回路基板１３と平行にならないよう、即ち本実施例では回路基板１３に垂直（上下方向）となるように配置されている。また、この配置により、一次元撮像素子１８は、結像レンズ１７の物体側（図で右側）に位置して実装されていることになる。
【００１５】
また、図１に示すように、前記一次元撮像素子１８の下方に、前記第３のミラー２１が図１で左斜め上を向いて配設され、その第３のミラー２１の図で左方であり且つ前記結像レンズ１７（光軸）の下方に、前記第２のミラー２０が図１で右斜め上を向いて配設されている。さらに、前記結像レンズ１７（光軸）の真上近傍（物体側近傍）に、前記第１のミラー１９が図１で右斜め下を向いて配設されている。図２及び図３に示すように、これら第１〜第３のミラー１９〜２１は、その位置における反射光の光線束の幅に応じた横方向長さを有している。従って、第１のミラー１９が最も横幅が狭く、第３のミラー２１が最も横幅が広く構成されている。
【００１６】
これにより、図１に示すように、前記ケース１１の読取窓１１ａから図で左方に向けて入射した反射光（光路を一点鎖線Ｌで示す）は、第１のミラー１９により下方に折曲げられ、結像レンズ１７を通って第２のミラー２０により図で右方に折曲げられ、さらに、第３のミラー２１により図で上方に折曲げられて一次元撮像素子１８により受光されるようになっている。
【００１７】
これに対し、前記照明光源１４は、例えばＬＥＤからなり、図１及び図２に示すように、前記回路基板１３の上面の、前記結像レンズ１７（第１のミラー１９）のやや後方の左右部に位置して、一対が上向きに実装されている。また、前記照明用ミラー１６は、左右両側の照明光源１４，１４をカバーするような横長形状をなし、照明光源１４，１４の上方に、図１で右斜め下を向いて設けられている（図２では一部を破断して示している）。
【００１８】
そして、前記照明用レンズ１５は、前記照明用ミラー１６の先端側（図で右方）で且つ前記第１のミラー１９の左右部に位置して、左右一対が設けられている。これら照明用レンズ１５，１５は、例えば樹脂レンズからなり、横長形状をなし、光入射面（図で左側）が縦方向を軸とした緩やかな円弧をなす凹面状の円筒面（シリンドリカル面）とされ、光射出面（図で右側）が、横方向を軸とした円筒面とされている。
【００１９】
これにて、各照明光源１４，１４から上方に向けて発せられた光が、照明用ミラー１６にて前方（図で右方）に折曲げられ、各照明用レンズ１５，１５により集光，拡散されて横方向に広がると共に縦方向には細い帯状の照明光として射出され、以て、前記読取窓１１ａから前方に照明光が照射されるようになっている。このとき、照明用レンズ１５，１５から放射される照明光の照明光軸が、反射光の光路Ｌと光学的に同一の平面内に位置されるようになっている。尚、上記した光学部品のうち、第１〜第３のミラー１９〜２１、照明用ミラー１６、照明用レンズ１５については、回路基板１３に直接あるいは取付部材等を介して取付けられていても良いが、ケース１１側に取付けることも可能である。
【００２０】
次に、上記構成の作用について述べる。上記構成のバーコードリーダにあってバーコードを読取らせるにあたっては、ユーザは、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近接させた状態で、読取操作（トリガスイッチのオン操作）を行う。すると、上述のように、照明光源１４，１４からの光が照明用ミラー１６及び照明用レンズ１５，１５を介して横長な細帯状の照明光となって読取対象に対して照射され、その反射光が読取窓１１ａから入射される。そして、その反射光は、光路Ｌで示すように、第１のミラー１９、結像レンズ１７、第２のミラー２０、第３のミラー２１を順に通り、一次元撮像素子１８に導かれて撮像がなされ、以てバーコードが読取られるのである。
【００２１】
このとき、反射光の光路Ｌを第１〜第３のミラー１９〜２１により折曲げるようにすると共に、結像レンズ１７を、その光軸が回路基板１３と平行とならないように、この場合回路基板１３に垂直となるように配置したので、結像レンズ１７と一次元撮像素子１８との間に所定の光路の長さが必要であっても、従来のような結像レンズ５の光軸を回路基板７と平行に配置した場合と比べて、結像レンズ１７と一次元撮像素子１８との間の物理的な距離を、回路基板１３の板面方向（図で左右方向）に関して短くすることができる。
【００２２】
特に本実施例では、反射光の光路Ｌを、いわばＵ字状に折返すように構成して、一次元撮像素子１８を結像レンズ１７の物体側に位置して設け、しかも、結像レンズ１７を回路基板１３に形成された穴１３ａ部分に配設するようにしたので、光学機構１２（光学部品）をコンパクトにまとめて効率的に配置することができた。また、照明装置を含めた光学部品を回路基板１３の両面側にわたって配設したので、複数個の光学部品をよりコンパクトに配設することができる。さらには、光路折曲手段として、第１〜第３のミラー１９〜２１を採用したことにより、比較的安価な構成で済ませることができるものである。尚、結像レンズ１７の物体側近傍に第１のミラー１９を配置したので、照明光源１５及び照明用レンズ１５の配置の自由度が増し、常に読取位置に適切に照明光を照射することができる効率の良い照明光が得られる利点も得ることができる。
【００２３】
このように本実施例によれば、バーコードの読取りのために必要な長さの反射光の光路Ｌを確保しながらも、光学機構１２即ち結像レンズ１７、一次元撮像素子１８、第１〜第３のミラー１９〜２１、照明光源１４、照明用レンズ１５、照明用ミラー１６といった複数個の光学部品を、回路基板１３の両面側の、図で左右方向に短い距離内にコンパクトに配置することができ、ケース１１ひいては全体の小形化を図ることができるという優れた効果を得ることができる。
【００２４】
図４は、本発明の他の実施例を示すものであり、上記実施例と異なるところは、光路折曲手段として、上記実施例の第１〜第３のミラー１９〜２１に代えて、プリズム３１を採用した点にある。このプリズム３１は、側面から見てほぼＬ字状に構成され、上記第１〜第３のミラー１９〜２１に対応する第１〜第３の反射面３１ａ〜３１ｃを一体に有して構成されている。また、このプリズム３１には、前記結像レンズ１７が配置される穴部３１ｄが形成され、該穴部３１ｄ内に結像レンズ１７を取付けた状態で、回路基板１３の穴１３ａ部分に下方から挿入して取付けられるようになっている。尚、図４では、ケース１１並びに、照明光源１４、照明用レンズ１５、照明用ミラー１６の図示を省略している。
【００２５】
この構成においても、照明光源１４，１４からの光が照明用ミラー１６及び照明用レンズ１５，１５を介して横長な細帯状の照明光となって読取対象に対して照射され、その反射光が読取窓１１ａから入射される。そして、その反射光は、光路Ｌで示すように、プリズム３１の第１の反射面３１ａにより下方に折曲げられ、結像レンズ１７を通って第２の反射面３１ｂにより図で右方に折曲げられ、さらに、第３の反射面３１ｃにより図で上方に折曲げられて一次元撮像素子１８により受光されるようになっている。
【００２６】
従って、上記実施例と同様に、バーコードの読取りのために必要な長さの反射光の光路Ｌを確保しながらも、結像レンズ１７、一次元撮像素子１８、プリズム３１、照明光源１４、照明用レンズ１５、照明用ミラー１６といった複数個の光学部品を、回路基板１３の両面側の、図で左右方向に短い距離内にコンパクトに配置することができ、ケース１１ひいては全体の小形化を図ることができる。また、特に本実施例では、光路折曲手段としてプリズム３１を採用したことによって、複数枚のミラーを採用した場合と比較して、組付性の向上等を図ることができるものである。
【００２７】
尚、上記実施例では、結像レンズ１７をその光軸が回路基板１３に対して垂直となるように配設するようにしたが、少なくとも、光軸が回路基板１３と非平行つまり斜めになるように設ければ、結像レンズ１７と一次元撮像素子１８との間の物理的な距離を、回路基板１３の板面方向に関して短くすることができる。また、上記実施例では、回路基板１３に穴１３ａを設けて結像レンズ１７を配置し得るようにしたが、穴１３ａに代えて切欠であっても良い。結像レンズ１７の形状としては、円筒形状に限らないことは勿論である。
【００２８】
そして、回路基板１３は、全体の回路基板の一部であっても良いし、独立別体のものであっても良い。このとき、本発明においては、独立した回路基板１３に全ての光学部品を取付けるようにすれば、光学機構１２のモジュール（ユニット）化が可能となり、これによりケースへの組付け性の向上等を図ることができる。その他、ケース１１の形状としても、いわゆる首曲り（アングル）形状としても良く、この場合、ミラーを付加するあるいはミラーの角度を変更することにより容易に対応することができる。また、照明光源の構成や照明用レンズの構成（材質、全体形状、面形状）、反射光の光路を折曲げるためのミラー（光路折曲手段）の構成等についても種々の変形が可能である等、本発明は要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示すもので、バーコードリーダの先端側の光学部品の配置を示す縦断側面図
【図２】回路基板部分の平面図
【図３】回路基板部分の底面図
【図４】本発明の他の実施例を示す図１相当図
【図５】従来例を示すもので、バーコードリーダの光学部品の配置を示す概略的な縦断側面図
【符号の説明】
図面中、１１はケース、１１ａは読取窓、１２は光学機構、１３は回路基板、１３ａは穴、１４は照明光源、１５は照明用レンズ、１６は照明用ミラー、１７は結像レンズ、１８は一次元撮像素子、１９は第１のミラー（光路折曲手段）、２０は第２のミラー（光路折曲手段）、２１は第３のミラー（光路折曲手段）、３１はプリズム（光路折曲手段）、３１ａ，３１ｂ，３１ｃは反射面、Ｌは光路を示す。

Claims

手持ち可能なケースの先端部に、情報コードに向けて照明光を射出すると共に該情報コードからの反射光が入射するための読取窓を有し、前記ケース内に、部品が実装される回路基板と、照明光源と、この照明光源からの光を集光，拡散する照明用レンズと、前記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込む一次元撮像素子と、前記反射光の光路を折曲げるための光路折曲手段とを備えた手持ち式光学的情報読取装置であって、
前記回路基板は、前記反射光の入射する光路の下側に位置して前記ケース内の先端側から奥方に延びて設けられ、
前記照明光源及び照明用レンズは、前記回路基板の上面側に配設され、
前記結像レンズは、前記回路基板に形成された穴又は切欠き内に、その光軸が前記回路基板と平行とならないように配置され、
前記一次元撮像素子は、前記回路基板の下面に実装されていると共に、
前記光路折曲手段は、前記反射光を前記結像レンズを通した後、前記一次元撮像素子に受光させるように、前記回路基板の上下両面側にわたって配設されていることを特徴とする手持ち式光学的情報読取装置。
前記一次元撮像素子は、前記結像レンズの物体側に位置して実装されていることを特徴とする請求項１記載の手持ち式光学的情報読取装置。
前記結像レンズの光軸が、前記回路基板と垂直となるように配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載の手持ち式光学的情報読取装置。
前記光路折曲手段を、ミラーから構成したことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の手持ち式光学的情報読取装置。
前記光路折曲手段を、複数の反射面を一体に有したプリズムから構成したことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の手持ち式光学的情報読取装置。