JP4258232B2 - 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、バーコード等の情報コードを読取る光学的情報読取装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の従来の光学的情報読取装置（バーコードリーダ）は、ケース内に、複数個のＬＥＤ及びその前部に配置された照明用レンズを備える照明光学系と、結像レンズ及び受光センサを備える受光光学系とを配設して構成される。そして、バーコードが印刷された紙（ラベル）などの読取対象に対し、前記照明光学系によりケース先端の読取口を通して横長の照明光を照射し、その読取対象からの反射光を受光光学系により受光することに基づき、バーコードを読取るようになっている。
【０００３】
この場合、前記照明用レンズとしては、従来では、出射面部が円筒面（シリンドリカル面）となったかまぼこ型のレンズを使用することが一般的であった。これに対し、ラインセンサを備える外観検査装置において、照明用レンズに、レンチキュラーレンズを採用することによって照明光の均一化を図ることが考えられている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−５５０６０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図１０に示すように、上記したレンチキュラーレンズ１は、例えば出射面側に多数個の凸レンズ条１ａを連続的に有する形状とすることにより、ＬＥＤ２からの入射光を横方向（読取幅方向）に拡散して出射するものである。ところが、このレンチキュラーレンズ１は、凸レンズ条１ａ同士間に変曲点１ｂを有するものであり、この変曲点１ｂ部分で出射光が出なくなるため、光量に無駄が生じ、また、照明光が十分に均一とならない欠点がある。
【０００６】
さらには、上記した特許文献１の外観検査装置では、照明光学系と対象物との間の距離が一定であるため、照明光軸と結像光軸とのずれを考慮しなくても良かったが、照明光学系と読取対象との間の距離が変動する事情があるバーコードリーダにあっては、読取深度の全範囲において、読取位置に適切に（縦方向にずれることなく）照明光を照射する必要があり、そのためには、照明光軸と結像光軸とのずれを極力少なくする（ずれをなくす）必要がある。
【０００７】
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、均一で明るい照明光を得ることができ、しかも、読取対象と照明光学系との間の距離が変動しても常に読取対象の適切な位置に照明光を照射することができる光学的情報読取装置を提供するにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の光学的情報読取装置は、照明光学系の照明用レンズを、複数の凹レンズ条と凸レンズ条とを読取幅方向に交互に連続して配列した多条レンズと、照明光を読取幅と直角な方向に集光する棒状レンズとを一体に有して構成したところに特徴を有する（請求項１の発明）。
【０００９】
これによれば、照明用レンズの多条レンズにより、照明光源からの光を読取幅方向に均一に拡散させることができると共に、棒状レンズによって読取幅と直角な方向に拡散しない照明光を得ることができる。このとき、多条レンズは、複数の凹レンズ条と凸レンズ条とを交互に連続して有するので、照明光源からの光を全て通すことができ、無駄がなく効率的な明るい照明光を得ることができる。また、照明用レンズは、多条レンズと棒状レンズとを一体に有して構成されるので、別体に設ける場合と比べて構成の簡単化を図ることができ、ひいては装置全体の小型化、軽量化を図ることができる。
【００１０】
このとき、前記多条レンズを、複数の凹レンズ条と凸レンズ条とが交互に滑らかに連続するように形成すると共に、それら凹レンズ条及び凸レンズ条の曲率半径を全て一定に構成することができる（請求項２の発明）。また、前記照明光の光軸を、前記受光光学系の光軸と光学的に同一平面内に配置する構成とすれば（請求項３の発明）、読取対象と照明光学系との距離に関係なく、常に適切な読取位置に照明光を照射することができる。
【００１１】
ところで、この種の光学的情報読取装置においては、受光光学系（結像レンズ）の特性によって、読取幅方向の周辺部が、中央寄り部位に比べて暗くなるように受光される傾向がある。そこで、上記照明用レンズを、周辺部が中央寄り部位に比べて光の拡散範囲がより狭くなるように、読取幅方向の周辺部と中央寄り部位とで光学特性を異ならせる構成とすることができる（請求項４の発明）。これによれば、周辺部の照明光の集光度をより強くすることによって、受光光学系の特性により周辺部が暗くなることを補うことができ、読取性を高めることができる。
【００１２】
より具体的には、前記棒状レンズを読取幅方向にも曲面とすることにより、周辺部を中央寄り部位に比べて光の拡散範囲をより狭くすることができる（請求項５の発明）。比較的簡単な構成で、周辺部と中央寄り部位とで光学特性を変化させることが可能となる。
【００１３】
また、読取位置を示すために、レーザ光を発するガイド光光源とそのガイド光光源が発する光を読取幅方向に広げるガイド用レンズとを含むガイド光光学系を設けることも行われるが、このようなガイド光光学系を備えるものにあっては、ガイド用レンズを、上記した照明用レンズに一体的に形成することもできる（請求項６の発明）。これにより、構成の簡単化を図ることができる。
【００１４】
更に、上記した照明光学系を、受光光学系を中心に左右対称的に配置する場合には、それら左右の照明光学系の照明用レンズを、レンズとして機能しない連結部で一体的に連結された形態に設けることができる（請求項７の発明）。これによれば、左右二つの照明用レンズを一体化することができ、部品数の削減及び組付性の向上などを図ることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施例について、図１ないし図７を参照しながら説明する。尚、ここでは、光学的情報読取装置として、手持ち型（ハンディタイプ）のバーコードリーダに本発明を適用した場合を具体例としている。
【００１６】
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１１は、図７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ケース１１２内の先端側に、図１に示すように、図示しないラベル等の読取対象Ｌに記録されたバーコードを読取るための、照明手段としての照明光学系１３、受光手段としての受光光学系１４、更には、ガイド光照射手段としてのガイド光光学系１５を備えて構成される。このケース１２の先端面には、横長な矩形状をなし透光性を有する読取窓（読取口）１２ａが設けられている。
【００１７】
また、図７に示すように、ケース１２の上面部には、表示部１６やキー操作部１７が設けられ、図示はしないが、ケース１２の側面部には、例えば２段階の押圧操作が可能なトリガスイッチが設けられている。さらに、これも図示はしないが、前記ケース１２内には、全体の制御や読取ったバーコードの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。
【００１８】
ここで、前記各光学系１３、１４、１５について述べる。まず、前記受光光学系１４は、図１に示すように、ケース１２内の中央部に横長に配設された例えばＣＣＤエリアセンサからなる受光センサ１８と、その受光センサ１８の前方に配置された結像レンズ１９とを備えて構成されている。この場合、この結像レンズ１９の読取光軸Ｏは、前記読取窓１２ａの中心を該読取窓１２ａ面に直交する状態で延びている。また、受光光学系１４の視野（読取範囲）Ｆ１（外縁を細線で示す）は、前記読取窓１２ａの大きさよりやや小さく設定されている。尚、詳しい図示及び説明は省略するが、前記結像レンズ１９は、鏡筒内に複数枚のレンズを配設して構成される。
【００１９】
そして、前記照明光学系１３は、前記結像レンズ１９の左右部に対称的に配置され、夫々、照明光源としての複数個（図１で２個）のＬＥＤ２０と、その前面側に配置される横長な形状を有する照明用レンズ２１とを備えて構成される。本実施例においては、左右の照明用レンズ２１，２１が、中央部に位置するレンズとして機能しない連結部２２ａで一体的に連結された形態のレンズ連結体２２として設けられるようになっている。さらに、このレンズ連結体２２は、左右両端部に、ガイド用レンズ部２３，２３を一体に有して構成されている。この照明用レンズ２１の形状の詳細については後述する。
【００２０】
これにて、照明光学系１３においては、ＬＥＤ２０から発せられた光が、照明用レンズ２１により集光，拡散されて横方向（読取幅方向）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１２ａから前方（読取対象Ｌ）に向けて照明光が照射されるようになっている。このとき、左右の照明用レンズ２１から出射される照明光の照明光軸は、前記結像レンズ１９の読取光軸Ｏ及び受光センサ１８を含む光学的平面と同一の光学的平面内に位置されるようになっている。さらに、照明光の横方向の照射範囲は、図１に外縁を細線Ｆ２で示すように、前記受光光学系１４の視野Ｆ１よりもやや広くなっている。
【００２１】
また、前記ガイド光光学系１５は、前記照明光学系１３のさらに左右の外側に位置して一対が設けられ、図６にも示すように、例えば赤色のレーザ光を発する半導体レーザ等からなるガイド光光源２４と、その前方に配置されたガイド用レンズとを含んで構成され、この場合、ガイド用レンズは、前記レンズ連結体２２（照明用レンズ２１）の外側端部に、ガイド用レンズ部２３として一体に付加された形態で設けられている。
【００２２】
このガイド用レンズ部２３は、ガイド光光源２４からのレーザ光を横方向に拡散させる（図１参照）と共に、縦方向に集光させて（図６参照）ガイド光として出力する機能を果たすようになっている。このとき、縦方向に関しては、読取基準距離付近で焦点を結ぶように構成されている。また、ガイド光の横方向の照射範囲は、図１及び図７に外縁を細線Ｆ３で示すように、前記受光光学系１４の視野Ｆ１及び照明光の照射範囲Ｆ２よりもやや広くなっている。これにて、ガイド光光学系１５により、前記読取窓１２ａから前方（読取対象Ｌ）に向けて横長なガイド光が照射されるようになっている。
【００２３】
上記構成により、ユーザが、ケース１２の読取窓１２ａを、横長のバーコードが記録された読取対象Ｌに対してほぼ平行となるように向けると共に、読取基準距離前後に近接させた状態で、トリガスイッチの第１段のオン操作（いわゆる半押し）を行うことにより、ガイド光光学系１５により、読取窓１１ａを通し読取対象Ｌに横長な帯状のガイド光（赤色光）が照射される。
【００２４】
そこで、ユーザは、そのガイド光が例えばバーコードの中心部を横切るようにケース１２の位置合せを行い、トリガスイッチの第２段のオン操作を行う。すると、ガイド光が消灯された上で、今度は照明光学系１３により読取窓１２ａを通してバーコードに横長な帯状の照明光が照射され、バーコードからの反射光が読取窓１２ａを通して入射されて結像レンズ１９を介して受光センサ１８に結像され、以てバーコードが読取られるようになっているのである。
【００２５】
さて、前記照明用レンズ２１について、図１ないし図５を参照して詳述する。この照明用レンズ２１は、例えば合成樹脂から全体として横長な棒状に形成され、複数の凹レンズ条と凸レンズ条とを読取幅方向に交互に連続して配列した多条レンズと、照明光を読取幅と直角な方向に集光する棒状レンズとを一体に有して構成される。
【００２６】
具体的には、図２及び図３に示すように、照明用レンズ２１の入射面部（ＬＥＤ２０側の面）は、縦方向に延びる複数の凸レンズ条２５ａと凹レンズ条２５ｂとが横方向に交互に形成された多条レンズ面２５とされている。このとき、前記凸レンズ条２５ａ及び凹レンズ条２５ｂは、共に円弧状に湾曲すると共に、それらが滑らかな状態で連続するように形成されており、上から見ていわば波型とされている。またこの場合、それら凸レンズ条２５ａ及び凹レンズ条２５ｂの曲率半径Ｒは、全体として全て同等とされている。
【００２７】
一方、図４に示すように、照明用レンズ２１の出射面部は、横方向を軸とした緩やかな円筒面状をなす棒状レンズ面２６とされている。このとき、図３，図５にも示すように、本実施例では、棒状レンズ面２６は、読取幅方向（横方向）の中央寄り部位（内側部）においては一定のレンズ厚みで形成され、周辺部（外側部）側において、上から見て次第にレンズの厚みが増加するような緩やかな曲面部２６ａ（上から見て凹面）とされており、以て、中央寄り部位と周辺部とで光学特性が異なるように構成されている。
【００２８】
次に、上記構成の作用について述べる。上記構成の照明光学系１３にあっては、ＬＥＤ２０からの光が照明用レンズ２１の多条レンズ面２５に入射されて横方向に拡散されると共に、棒状レンズ面２６によって縦方向に集光され、全体として均一な横長帯状の照明光として出射されるようになる。このとき、多条レンズ面２５は、複数の凸レンズ条２５ａと凹レンズ条２５ｂとを滑らかな状態で交互に連続して有するので、従来のレンチキュラーレンズ１のようなレンズ面が折れ曲がったものと異なり、ＬＥＤ２０からの光を全て通すことができ、無駄がなく効率的な明るい照明光を得ることができる。
【００２９】
そして、この種のバーコードリーダ１１にあっては、ケース１２の読取窓１２ａ（照明光学系１３）と読取対象Ｌとの間の距離が変動する事情があるが、照明光の光軸が受光光学系１４の光軸Ｏと光学的に同一平面に配置されるので、読取対象Ｌと照明光学系１３との距離に関係なく、読取深度の全範囲において照明光が縦方向にずれることなく、常に適切な読取位置に照明光を照射することができるのである。
【００３０】
ところで、上記構成においては、受光光学系１４における結像レンズ１９の特性によって、バーコードを読取る際に、読取幅方向の周辺部が、中央寄り部位に比べて暗くなるように受光される傾向がある。ところが、本実施例では、照明用レンズ２１の棒状レンズ面２６の周辺部側に曲面部２６ａを設けたことにより、図３に示すように、中央寄り部位の光の拡散範囲ａに比べて周辺部の光の拡散範囲ｂの方がより狭くなり、図５にも示すように、バーコードの周辺部側で照明光の集光度がより強くなる。この結果、受光光学系１４の特性により周辺部が暗くなることを補うことができ、読取性を高めることができるのである。
【００３１】
また、照明用レンズ２１は、多条レンズ面２５と棒状レンズ面２６とを一体に有して構成されるので、別体に設ける（２枚のレンズから構成する）場合と比べて構成の簡単化を図ることができ、ひいては装置全体の小型化、軽量化を図ることができる。さらには、左右の照明用レンズ２１を、レンズとして機能しない連結部２２ａで一体的に連結された形態のレンズ連結体２２として構成し、しかもガイド光光学系１５を構成するガイド用レンズ部２３もそのレンズ連結体２２一体化したので、より一層の構成が簡単化され、部品数の削減及び組付性の向上などを図ることができる。
【００３２】
このように本実施例によれば、照明光学系１３の照明用レンズ２１を、多条レンズ面２５と棒状レンズ面２６とを一体に有して構成すると共に、照明光の光軸を、受光光学系１３の光軸Ｏと光学的に同一平面内に配置するようにしたので、均一で明るい照明光を得ることができ、しかも、読取対象Ｌと照明光学系１３との間の距離が変動しても常に読取対象Ｌの適切な位置に照明光を照射することができるという優れた効果を奏する。
【００３５】
図８は、本発明の第２の実施例を示しており、この実施例では、ガイド光光学系４０を、ガイド光光源２４と、その前部に位置する、照明用レンズ（照明光学系については図示省略）とは別体のガイド用レンズ４１とから構成している。尚、このガイド光光学系については、必要に応じて設ければ良い。
【００３６】
尚、上記第１の実施例では、照明用レンズ２１の棒状レンズ面２６に曲面部２６ａを設けるようにしたが、図９に示す第３の実施例に係る照明用レンズ５１のように、多条レンズ面５２の曲率半径Ｒを全て一定とすると共に、棒状レンズ面５３を横方向に均等な形状に構成しても、所期の目的を達成することができる。
【００３７】
また、図示はしないが、照明光源（ＬＥＤ）と照明用レンズとの間に、ＬＥＤからの光を縦方向に絞る絞り板を設けるようにしても良く、より一層コントラストの高い照明光を得ることができる。そして、上記実施例では、照明光の光軸と受光光学系の光軸Ｏを物理的にも同一平面内に位置させるようにしたが、例えば光路がミラーにより折曲げられているような場合でも、読取対象Ｌに照射される直前の照明光の光軸と、その読取対象Ｌを反射して結像レンズにより結像される反射光の反射直後の光軸とが同一平面にあれば、光学的に同一平面内にあるということができる。
【００３８】
さらには、上記第１の実施例では、左右の照明用レンズを連結部により一体的に連結する形態としたが、左右に夫々別体の照明用レンズを設けるようにしてもよい。その他、本発明は、ハンディ（手持ち）タイプのバーコードリーダに限らず、固定タイプの光学的情報読取装置にも適用することができ、また、受光光学系やガイド光光学系の構成、ケースの形状などについても、種々の変形が可能であるなど、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。
【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光学系の構成を示す横断平面図及び縦断側面図
【図２】 照明用レンズの多条レンズ面の形状を拡大して示す平面図
【図３】 照明光学系の構成を示す平面図
【図４】 照明光学系の構成を示す縦断側面図
【図５】 棒状レンズ面の形状と照射光の強さとの関係を示す図
【図６】 ガイド光光学系の構成を示す側面図
【図７】 バーコードリーダの読取範囲及びガイド光の指示範囲を示す平面図
【図８】 本発明の第２の実施例を示す光学系の平面図
【図９】 本発明の第３の実施例に係る照明用レンズの形状を示す図
【図１０】 従来例を示す図２相当図
【符号の説明】
図面中、１１はバーコードリーダ（光学的情報読取装置）、１２はケース、１２ａは読取窓、１３は照明光学系、１４は受光光学系、１５，４０はガイド光光学系、１８は受光センサ、１９は結像レンズ、２０はＬＥＤ（照明光源）、２１，５１は照明用レンズ、２２はレンズ連結体、２２ａは連結部、２３はガイド用レンズ部、２４はガイド光光源、２５，５２は多条レンズ面、２５ａは凸レンズ条、２５ｂは凹レンズ条、２６，５３は棒状レンズ面、２６ａは曲面部、４１はガイド用レンズを示す。

Claims (7)

1. ＬＥＤから成る照明光源及びその照明光源からの入射光を集光及び／又は拡散して出射する照明用レンズを含み読取対象に向けて読取幅方向に長い照明光を照射する照明光学系と、前記読取対象からの反射光を受光する受光センサを含む受光光学系とを具備してなる光学的情報読取装置であって、
   前記照明用レンズは、複数の凹レンズ条と凸レンズ条とを読取幅方向に交互に連続して配列した多条レンズと、前記照明光を読取幅と直角な方向に集光する棒状レンズとを一体に有して構成されていることを特徴とする光学的情報読取装置。
2. 前記多条レンズは、複数の凹レンズ条と凸レンズ条とが交互に滑らかに連続するように形成されると共に、それら凹レンズ条及び凸レンズ条の曲率半径は全て一定であ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. 前記照明光の光軸が、前記受光光学系の光軸と光学的に同一平面内に配置され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. 前記照明用レンズは、読取幅方向の周辺部と中央寄り部位とで光学特性が異なり、周辺部が中央寄り部位に比べて光の拡散範囲をより狭くするように構成されている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光学的情報読取装置。
5. 前記照明用レンズは、前記棒状レンズを読取幅方向にも曲面とすることにより、光学特性が異なるように構成されていることを特徴とする請求項４記載の光学的情報読取装置。
6. レーザ光を発するガイド光光源とそのガイド光光源が発する光を読取幅方向に広げるガイド用レンズとを含むガイド光光学系を備え、
   前記ガイド用レンズは、前記照明用レンズに一体的に形成されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の光学的情報読取装置。
7. 前記照明光学系は、前記受光光学系を中心に左右対称的に配置され、それら左右の照明用レンズが、レンズとして機能しない連結部で一体的に連結された形態で設けられていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の光学的情報読取装置。

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