JP4165339B2 - 光学情報読取装置 - Google Patents

Description

本発明は、読取口を有する本体ケース内に、結像レンズを含む結像光学部と、受光センサとを具備し、光学情報が記された読取対象からの光を前記読取口から入射し、前記結像光学部を介して前記受光センサ上に結像させるようにした光学情報読取装置に関する。

光学情報例えばバーコードや二次元コードを読取るためのハンディタイプの光学情報読取装置は、例えば手持ち可能に構成された本体ケース内に、受光センサ、結像レンズを有する結像光学部、照明装置等からなる読取機構を備えて構成されている。これにて、照明装置により、本体ケースの先端部の読取口から読取対象（例えばバーコード）に対して照明光を照射し、その反射光を読取口から入射して、結像光学部を介して受光センサにより撮像するようになっている。

この場合、光学情報の読取距離（読取口から読取対象までの距離）は、装置に組込まれている結像光学部の光学特性（主として焦点距離）により予め決まったものとなり、従って、ユーザは、読取対象に対して装置（読取口）を所定の読取距離（ある程度の幅を有する）に位置させて読取作業を行うようになっている。これに対して、近年では、結像光学部の焦点距離を可変とする機構を設けることにより、一台の装置での読取可能距離の範囲を広げ、ユーザの利便を図ることが考えられている。

その具体例として、対物撮像レンズとＣＣＤ検出素子との間に、円板の外周に沿って厚みの異なる複数個（１２個）の光学部品（シム）を取付けてなる集束円板を設け、その円板を回転させることによって焦点長を切替える構成のものが考えられている（例えば特許文献１参照）。また、それとは別の構造として、結像レンズとＣＣＤとの間に、対向配置される２枚のガラス板間に光屈折液体をベローズを用いて封入した光路可変素子を設け、コイル及び永久磁石からなる駆動機構によりガラス板を平行移動させることによって光屈折液体の厚みを変化させて光路長を変化させる構成が考えられている（例えば特許文献２参照）。
特表２００３−５０７７７８号公報（図１０） 特開平１０−２４７２１５号公報

しかしながら、上記従来の焦点距離可変機構のうち前者の集束円板を設ける構成では、厚みの相違する複数個の光学部品が必要となり、部品数が多くなると共に全体が大型化する不具合があった。特に、受光面が横方向に長い一次元受光センサ用においては、個々の光学部品の寸法が大きくなり、全体としてかなり大型のものとなってしまう。また、後者の光路可変素子を用いる構成では、ガラス板の位置を維持するために駆動電流を流し続ける必要があるため消費電力が大きくなり、電池駆動方式の携帯型の装置に適したものではなかった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、結像光学部における焦点距離を可変するための機構を備えたものにあって、そのための構成を簡単で且つ比較的小型に済ませることができ、しかも電池駆動方式のものにも適したものとすることができる光学情報読取装置を提供するにある。

上記目的を達成するために、本発明の光学情報読取装置は、読取対象からの光を、結像レンズを含む結像光学部を介して前記受光センサ上に結像させるようにしたものにあって、結像レンズと受光センサとを結ぶ光軸により貫かれる位置に該光軸と直角な軸回りに回転可能に取付けられ複数の定められた回転位置に停止されることによって前記光軸の貫く厚みが変化するように構成された透光性を有する光学部材を結像光学部に設け、その光学部材の停止回転位置を変更することによって合焦点距離を変化させるように構成したものである（請求項１の発明）。

これによれば、光学部材が一の停止回転位置（停止角度）にあるときと、他の停止回転位置（停止角度）にあるときとで、光軸の貫く光学部材の厚みが相違し、もって光学的な距離が切替わって合焦点距離が変化するようになる。このとき、光学部材を回転させて回転位置を変化させるだけで複数の異なる焦点距離が得られるようになるので、焦点距離毎に光学部品を設ける必要はなく、結像光学部における合焦点距離を可変するための機構を、部品数が少なく簡単な構成で済ませることができ、また、小型で済ませることができる。さらに、光学部材を例えばモータ等によって回転させる構成とした場合でも、焦点距離を切替えるときにのみ電力を使用するだけで済むので、消費電力は小さく、電池駆動方式のものにも適したものとすることができる。

尚、上記光学部材を設ける位置としては、結像レンズの受光センサとは反対側つまり結像レンズよりも読取口側とすることも可能であるが、結像レンズと受光センサとの間には元々ある程度の長さの光路が必要となるので、結像レンズと受光センサとの間に位置して光学部材を設けるようにすれば、読取口側に設ける場合に比べて、全体としてよりコンパクトに配置することができる。

より具体的には、上記光学部材を、その外周面に、回転中心を挟んで対向する平行な面を複数組有している構成とすることができ、更に、その光学部材の定められた回転位置において、該光学部材の対向する平行な面の一組が光軸と直角に交わるように構成することができる（請求項１の発明）。これによれば、光学部材の比較的簡単な形状で所期の機能を果たすことができる。またこのとき、光学部材の対向する平行な面を、回転中心に対して対称な位置及び形状に設ければ（請求項２の発明）、光学部材の静的および動的バランスが良くなり、より効果的となる。

そして、本発明においては、本体ケースと読取対象との間の距離を計測する距離測定手段を設けることができる（請求項３の発明）。これによれば、読取距離を、ユーザの目測等によらずとも、自動で計測することができるので、それに応じた適切な結像光学部の焦点距離つまり光学部材の停止回転位置に変更することが容易となる。このとき、距離測定手段の計測結果をユーザに知らせてユーザが手動操作により光学部材の停止回転位置を変更するように構成することも可能であるが、距離測定手段の測定結果に応じて光学部材を所定の停止回転位置に回転させる駆動手段を設けるようにすれば（請求項４の発明）、光学部材の回転を自動で行なうことができ、より便利となる。

以下、本発明を手持ち式（ハンディタイプ）の二次元コード読取装置に適用した一実施例について、図１ないし図５を参照しながら説明する。本実施例に係る光学情報読取装置たる二次元コード読取装置は、図２に一部示すように、ユーザが片手で持って操作可能な大きさの縦長形状をなす本体ケース１内の先端側部分に、後述するように、商品に付されたラベルＰ（図５参照）等の読取対象に記録された例えばＱＲコード等の二次元コードＣ（図１参照）を読取るための光学機構（読取機構）を備えて構成される。

前記本体ケース１の先端面部には、矩形状をなし透光性を有する読取口１ａが設けられている。また、図示はしないが、本体ケース１内には、全体の制御や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などが設けられている。さらに、これも図示はしないが、本体ケース１の上面部には、表示部やキー操作部が設けられ、本体ケース１の側面部には、読取指示用のトリガスイッチが設けられている。尚、このトリガスイッチは、例えば２段階での押圧操作が可能とされ、第１段の押圧操作（いわゆる半押し状態）で、後述する計測動作が実行され、第２段の押圧操作で読取動作が実行されるようになっている。

前記光学機構は、受光センサ２、結像レンズ３を含む結像光学部４、照明部５などから構成されている。図１、図５にも示すように、そのうち受光センサ２は、例えばＣＣＤエリアセンサからなり、本体ケース１内の中央部に前記読取口１ａを向いて配設されている。また、前記結像光学部４の結像レンズ３は、前記受光センサ２の前方に配設されている。このとき、結像レンズ３と受光センサ２とを結ぶ光軸つまり読取光軸Ｒは、前記読取口１ａ面の中心を直交するように延びている。そして、それら結像レンズ３と受光センサ２との間には、後述する光学部材６が設けられる。尚、詳しい図示及び説明は省略するが、前記結像レンズ３は、鏡筒内に複数枚のレンズを配設して構成されている。

前記照明部５は、照明光源となるＬＥＤ７と、このＬＥＤ７の前部に配置され該ＬＥＤ７から発せられた光を集光及び拡散する照明用レンズ８とを、前記結像レンズ３の周囲部に前記読取口１ａを向けて複数組配設して構成されている。これにて、照明部５によって読取口１ａを通して読取対象（例えばラベルＰ）に記された二次元コードＣに照明光が照射され、二次元コードＣからの反射光が読取口１ａを通して入射され、前記結像光学部４（結像レンズ３及び光学部材６）を介して受光センサ２上に結像され、以て、二次元コードＣが読取られるようになっているのである。

さて、前記光学部材６について、図１、図３〜図５も参照して詳述する。この光学部材６は、例えば透明プラスチックやガラス等の透明な高屈折率（空気より高い屈折率）を有する材料から、この場合ほぼ六角柱状に構成され、従って周囲に６つの面を有している。具体的には、図１、図３に示すように、光学部材６は、平面的に見た場合、隣り合う辺のなす角度が全て１２０度である正六角形を基本とした、複数組この場合３組の対向する平行な辺（面６ａ〜６ｃ）を有している。

このとき、光学部材６の対向する平行な一組の面６ａ，６ａは、平面的に見て正六角形をなす基本形状から外側に若干量だけ突出しており、別の対向する平行な一組の面６ｂ，６ｂは、基本形状に相当しており、残りの対向する平行な一組の面６ｃ，６ｃは、基本形状から内側に若干量だけ窪んだ形状に構成されている。この光学部材６は、前記結像レンズ３と受光センサ２との間の前記読取光軸Ｒにより貫かれる位置に、その中心を回転中心Ｏ（図３参照）として回転可能に取付けられている。従って、光学部材６は、読取光軸Ｒと直角な軸回りに回転可能とされ、また、上記３組の対向する平行な面は、回転中心Ｏに対して対称な位置及び形状に設けられている。

そして、図１に示すように、この光学部材６は、複数この場合３つの定められた回転位置に停止されるようになっており、それら停止回転位置によって前記読取光軸Ｒの貫く厚みが変化するようになっている。これにより、結像レンズ３から受光センサ２までの光学的な距離が切替わり、結像光学部４の合焦点距離ひいては読取距離（読取りに適した読取口１ａから読取対象（ラベルＰ）までの距離）が変化するようになっている。

即ち、図１（ａ）は、光学部材６が第１の停止回転位置に停止した状態を示しており、この状態では、対向する平行な面６ａ，６ａが読取光軸Ｒと直角に交わる。ちなみに、本実施例では、この光学部材６の第１の停止回転位置において、読取光軸Ｒの貫く厚み寸法Ｗ１が例えば１６ｍｍとされ、読取距離Ｌ１が例えば３００ｍｍ±５０ｍｍとされるようになっている。

図１（ｂ）は、光学部材６がその第１の停止回転位置に対して上から見て反時計回り方向（図３で矢印Ａ方向）に角度１２０度だけ回転した第２の停止回転位置に停止した状態を示しており、この状態では、対向する平行な面６ｂ，６ｂが読取光軸Ｒと直角に交わる。本実施例では、この光学部材６の第２の停止回転位置において、読取光軸Ｒの貫く厚み寸法Ｗ２が例えば１３ｍｍとされ、読取距離Ｌ２が例えば２００ｍｍ±５０ｍｍとされるようになっている。

図１（ｃ）は、光学部材６がその第２の停止回転位置から更に角度１２０度だけ回転した第３の停止回転位置に停止した状態を示しており、この状態では、対向する平行な面６ｃ，６ｃが読取光軸Ｒと直角に交わる。本実施例では、この光学部材６の第３の停止回転位置において、読取光軸Ｒの貫く厚み寸法Ｗ３が例えば１０ｍｍとされ、読取距離Ｌ３が例えば１００ｍｍ±５０ｍｍとされるようになっている。尚、光学部材６の上下方向の厚み寸法は、例えば１０ｍｍとされている。

そして本実施例では、図３に示すように、上記光学部材６を所定の停止回転位置に回転させるための駆動手段たる駆動機構９が設けられている。この駆動機構９は、ステッピングモータ１０を駆動源とし、そのステッピングモータ１０の回転軸１０ａに、前記光学部材６及びカム板１１を直結したダイレクトドライブ方式とされている。また、そのカム板１１に係合するカムフォロア１２、光学部材６の位置検出用の反射型光電センサ１３等も設けられている。

前記カム板１１は、ほぼ円板状をなすと共に、その外周部に１２０度間隔で３箇所の凹部１１ａを有して構成されている。前記カムフォロア１２は、本体ケース１の固定部位に、カム板１１の外周に対する接離方向（径方向）に変位可能に設けられると共に、ばね１４により常にカム板１１の外周に接触する方向に付勢されている。これにて、カムフォロア１２がカム板１１のいずれかの凹部１１ａ内に嵌り込んだ状態が、上記光学部材６の３箇所の停止回転位置に一致するようになっているのである。

また、前記反射型光電センサ１３は、投光素子１３ａと受光素子１３ｂとを備えて構成されている。そして、前記投光素子１３ａにより、光学部材６の周囲面のうち、使用されていない面（読取光軸Ｒが貫く面以外の一面、図では右斜め上を向く面）に対し光を照射し、光学部材６の該照射面が所定の角度にあるとき、即ち、光学部材６が３つの停止回転位置に位置されているときに、その照射面を反射した光を受光素子１３ｂが受光し、受光信号（検出信号）を出力するようになっている。その検出信号は、前記制御回路に入力されるようになっている。

前記ステッピングモータ１０は、前記制御回路により制御される。このとき、図４に示すように、制御回路は、反射型光電センサ１３からの検出信号に基づき、ステッピングモータ１０に駆動パルスを与えることにより、光学部材６を第１、第２、第３のいずれかの停止回転位置に選択的に移動させるようになっている。尚、この場合、ステッピングモータ１０のステップ位置と、カム板１１の回転位置（ひいては光学部材６の回転位置（位相））とが予め位置合せされていることは勿論である。また、駆動パルスは、加速、減速を行うものであっても良い。

更に、本実施例では、本体ケース１（読取口１ａ）と読取対象（ラベルＰ）との間の距離を計測する距離測定手段が設けられる。即ち、図５に示すように、前記結像レンズ３の近傍には、左右一対の例えばＬＥＤ等からなるポインタ光照射部１５が斜め方向を向くようにして設けられている。これらポインタ光照射部１５は、結像光学部４及び受光センサ２による読取視野Ｖの内側に位置して、読取口１ａを通して読取対象（ラベルＰ）の左右部位にポインタ光（例えば赤色のスポット光）を照射するようになっている。

このとき、ポインタ光照射部１５からのポインタ光の出射方向が、読取視野Ｖの外縁線に対して小さい角度を有していることにより、ポインタ光照射部１５から読取対象（ラベルＰ）までの距離Ｌが変動することによって、ポインタ光の照射位置が変動し、つまり、読取対象が読取口１ａからより遠くにあるほど、読取視野Ｖ内のより左右の縁部に近い位置（相互により離れた位置）に２個のポインタ光が照射されるようになっている。

前記制御回路は、トリガスイッチの第１段の押圧操作がなされると、ポインタ光照射部１５をオンさせてポインタ光を照射させ、受光センサ２によりその際の画像を取込み、受光センサ２の撮影画像データからポインタ光の位置を検出し、左右のポインタ光の間隔ｂを求めるようになっている。そして、読取視野Ｖの左右の幅方向寸法ａに対するポインタ光の間隔ｂの比率（ｂ／ａ）を、予め記憶されたテーブルと比較することにより、距離Ｌを判断（この場合、遠い、中位、近いの３段階）するようになっている。

そして、制御回路は、距離測定手段の計測結果（距離Ｌの判断結果）に応じて、前記駆動機構９（ステッピングモータ１０）を制御して前記光学部材６を所定の停止回転位置に回転させるようになっている。即ち、距離Ｌが遠いと判断された場合には、光学部材６が第１の停止回転位置に停止され、距離Ｌが中位と判断された場合には、光学部材６が第２の停止回転位置に停止され、距離Ｌが近いと判断された場合には、光学部材６が第３の停止回転位置に停止されるのである。

上記のように構成された本実施例の二次元コード読取装置において、ユーザがラベルＰに記された二次元コードＣを読取らせるにあたっては、二次元コード読取装置を、ラベルＰから適当な（任意の）距離だけ離し、且つ、読取口１ａがそのラベルＰに向いた状態とし、その状態で本体ケース１の側面のトリガキーを押圧操作するようにする。このとき、トリガキーの第１段の押圧操作により、上述のように、ラベルＰまでの距離Ｌの計測動作が実行され、その距離Ｌの判断結果に応じて光学部材６が所定（３つのうちいずれか）の停止回転位置に位置される。

そして、トリガキーの第２段の押圧操作により、二次元コードＣの読取動作が実行される。この読取動作は、上述のように、照明部５によって読取口１ａを通してラベルＰに記された二次元コードＣに照明光が照射され、二次元コードＣからの反射光が読取口１ａを通して入射され、結像レンズ３及び光学部材６を介して受光センサ２上に結像されることにより行われる。

ここで、図１に示すように、上記光学部材６は、３つの停止回転位置のいずれにあるかによって、読取光軸Ｒの貫く厚みが相違し、もって光学的な距離が切替わって合焦点距離が変化するようになる。今、ラベルＰまでの距離Ｌが比較的遠い場合には、図１（ａ）に示すように、光学部材６が第１の停止回転位置に停止され、このとき、光学部材６の面６ａ，６ａが読取光軸Ｒと直角に交わり、読取光軸Ｒの貫く厚みが大きくなるので、合焦点距離が大きくなり、適切な読取距離での読取が行われる。

また、ラベルＰまでの距離Ｌが中位の場合には、図１（ｂ）に示すように、光学部材６が第２の停止回転位置に停止され、このとき、光学部材６の面６ｂ，６ｂが読取光軸Ｒと直角に交わり、読取光軸Ｒの貫く厚みが中間となるので、合焦点距離が中間の長さとなり、適切な読取距離での読取が行われる。ラベルＰまでの距離Ｌが比較的近い場合には、図１（ｃ）に示すように、光学部材６が第３の停止回転位置に停止され、このとき、光学部材６の面６ｃ，６ｃが読取光軸Ｒと直角に交わり、読取光軸Ｒの貫く厚みが小さくなるので、合焦点距離が短くなり、適切な読取距離での読取が行われる。従って、ラベルＰがいずれの距離にあっても常に適切な合焦点距離が得られて良好な読取りを行うことができ、全体としての読取可能距離の範囲を大幅に広げることができたのである。

このように本実施例によれば、一体の光学部材６を回転させて停止回転位置を変化させるだけで複数の異なる焦点距離が得られるようになるので、厚みの異なる複数個の光学部品を取付けてなる集束円板を設けるようにした従来のものと異なり、合焦点距離毎に別個の光学部品を設ける場合に比べ、結像光学部４における合焦点距離を可変するための機構を、部品数が少なく簡単な構成で済ませることができ、また、小型で済ませることができる。しかも、駆動電流を流し続ける必要がある光路可変素子を設ける場合と異なり、焦点距離を切替えるときにのみステッピングモータ１０を駆動するだけで済むので、消費電力は小さく済み、電池駆動方式のものにも適したものとすることができるのである。

また、特に本実施例では、結像レンズ３と受光センサ２との間に位置して光学部材６を設けたので、光学部材を読取口１ａ側に設ける場合に比べて、結像光学部４を、全体としてよりコンパクトに配置することができる。更に、光学部材６を、回転中心Ｏを挟んで対向する平行な面６ａ，６ｂ、６ｃを外周面に複数組（３組）有している構成とし、各停止回転位置において、平行な面の一組が読取光軸Ｒと直角に交わるように構成したので、光学部材６の比較的簡単な形状で所期の機能を果たすことができる。光学部材６の対向する平行な面６ａ，６ｂ、６ｃを、回転中心Ｏに対して対称な位置及び形状に設けたので、光学部材６の動的バランスが良くなるメリットも得ることができる。

そして、本実施例においては、本体ケース１と読取対象（ラベルＰ）との間の距離を計測する距離測定手段を設け、その測定結果に応じて駆動機構９により光学部材６を所定の停止回転位置に回転させるように構成したので、光学部材６の回転を自動で行なうことができ、より便利となる。距離測定手段自体の構成も、ポインタ光照射部１５を設けるだけの比較的簡単なもので済む。

図６は、本発明の他の実施例を示すもので、光学部材の形状のいわば変形例を３種類について示している。即ち、図６（ａ）に示した光学部材２１は、上面から見て長方形状をなし、外周面に、回転中心Ｏを挟んで対向する平行な面を２組有している。この光学部材２１によれば、９０度の回転によって２つの停止回転位置のいずれかに停止させることにより、結像光学部の合焦点距離を２種類に切替えることができる。

図６（ｂ）に示した光学部材２２は、上面から見てほぼ八角形状なし、外周面に、回転中心Ｏを挟んで対向する平行な面を４組有している。この光学部材２２によれば、４５度単位の回転によって４つの停止回転位置のいずれかに停止させることにより、読取光軸Ｒの貫く厚みが４種類に変化し、結像光学部の合焦点距離を４種類に切替えることができる。図６（ｃ）は、上面から見て互いに相違する長方形状をなす２個の光学部材２３，２４を組合せて用いる様子を示している。各光学部材２３，２４は、夫々独立して９０度の回転によって２つの停止回転位置のいずれかに停止され、それらの組合せによって結像光学部の合焦点距離を４種類に切替えることができる。

尚、上記実施例では、読取対象までの距離を計測する距離測定手段を設けて、自動で光学部材６の停止回転位置を変更するようにしたが、ユーザの手動操作によって光学部材６の位置ひいては焦点距離を変更するように構成しても良い。この場合、距離測定手段を必ずしも設けなくとも良く、ユーザの目測等によって光学部材６の位置を決定しても良い。あるいは、距離測定手段の計測結果を表示するといった構成とすることも可能である。距離測定手段の構成や、駆動手段の構成についても種々の変形が可能であることは勿論である。

その他、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、例えば、光学部材を結像レンズよりも前側に配置する構成としても良く、また、本発明の光学情報読取装置は、ニ次元コードの読取に限らず、バーコードなどを読取るものであっても良いなど、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。

本発明の一実施例を示すもので、光学部材の３つの停止回転位置と焦点距離との関係を示す平面図 光学情報読取装置の先端側の構成を概略的に示す横断平面図 駆動機構の構成を示す図 ステッピングモータの駆動制御方法を説明するための図 距離測定手段を説明するため概略的平面図 本発明の他の実施例を示すもので、光学部材の形状の変形例を３種類について示す平面図

符号の説明

図面中、１は本体ケース、１ａは読取口、２は受光センサ、３は結像レンズ、４は結像光学部、６，２１，２２，２３，２４は光学部材、９は駆動機構（駆動手段）、１０はステッピングモータ、１３は反射型光電センサ、１５はポインタ光照射部、Ｐはラベル（読取対象）、Ｃは二次元コード（光学情報）、Ｒは読取光軸、Ｏは回転中心を示す。

Claims (4)

1. 読取口を有する本体ケース内に、結像レンズを含む結像光学部と、受光センサとを具備してなり、光学情報が記された読取対象からの光を前記読取口から入射し、前記結像光学部を介して前記受光センサ上に結像させるようにした光学情報読取装置であって、
   前記結像光学部は、前記結像レンズと受光センサとを結ぶ光軸により貫かれる位置に該光軸と直角な軸回りに回転可能に取付けられ複数の定められた回転位置に停止されることによって前記光軸の貫く厚みが変化するように構成された透光性を有する光学部材を備え、
   前記光学部材は、その外周面に回転中心を挟んで対向する平行な面を複数組有する角柱状に形成され、定められた回転位置においてこの光学部材の停止回転位置を変更することによって対向する平行な面の一組が前記光軸と直角に交わり、合焦点距離が変化するように構成されるとともに、
   角柱状の前記光学部材は、基本形状から若干突出した対向する平行な面組と、基本形状から若干窪んだ対向する平行な面組とを有していることを特徴とする光学情報読取装置。
2. 前記光学部材の対向する平行な面は、回転中心に対して対称な位置及び形状に設けられていることを特徴とする請求項１記載の光学情報読取装置。
3. 前記本体ケースと読取対象との間の距離を計測する距離測定手段を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の光学情報読取装置。
4. 前記距離測定手段の測定結果に応じて前記光学部材を所定の停止回転位置に回転させる駆動手段を備えることを特徴とする請求項３記載の光学情報読取装置。
   

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