JP4967843B2 - 光学情報読取装置 - Google Patents

Description

本発明は、凹凸により形成された情報コードを読み取ることができる光学情報読取装置に関し、特に、ハンディタイプの光学情報読取装置に関するものである。

情報コードとして、対象物に直接、刻印、印刷するダイレクトマーキングが用いられている。刻印のダイレクトマーキング（ドットインパクトダイレクトマーキング）は、対象物の表面に凹部又は凸部が形成されてなる。アルミニューム等の鏡面状の対象物に形成されたドットインパクトダイレクトマーキングを読み取る際は、照明の角度が傾くと、照明の像が写り込む正反射（鏡面反射）が起き、凹凸と平坦部とで反射率が異ならなくなり、情報コードの各セル（凹部又は凸部）を情報読取装置で認識できなくなる。係るダイレクトマーキングは、凹凸部での拡散光によって読み取りを行うことになるが、照明を拡散させるために、光源からの光を効率的に利用できず、高い照明量が必要となった。特許文献１には、発光ダイオードをリング状に配置し、角度の異なる反射板を一対備えることで、複数の検査部位で照明の切り換えを無くしたリング照明装置が開示されている。
実用新案登録第３１０９８２５号公報

しかしながら、特許文献１のリング照明をダイレクトマーキングの読み取りに用いて鏡面状の対象物を照明しても、対象物で反射した反射光が側方に抜け、光源からの光を効率的に利用できず、高い照明量が必要となる。このため、発光ダイオードを多数備える必要があり、重量増大及び高コストに成ると共に、発光ダイオードでの電力消費量が増大し、ハンディタイプの光学情報読取装置を電池で長時間駆動することが困難になる。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、鏡面反射する対象物の表面に設けられたダイレクトマーキングを低い照明量で確実に読み取ることができる光学情報読取装置を提供することにある。

請求項１の光学情報読取装置では、読取口１１ａからの入射光を結像レンズ２７を通して受光センサ２３の受光面上に像を結ばせる光学系を備え、撮像された対象物の画像により情報コードを読み取る光学情報読取装置であって：
先端３０Ｆが対象物Ｒに当接可能であり、後端３０Ｅが前記読取口１１ａ側に固定された筒状部材３０と、
前記筒状部材３０の先端３０Ｆ近傍の内壁側に、主光軸５０Ｘが前記結像レンズ２７の受光軸２７Ｘ側を指向し前傾するように配置された複数個の発光ダイオード５０と、
前記筒状部材３０の先端３０Ｆ近傍の内壁側に取り付けられた裁頭円錐形状の反射部材４２であって、前記発光ダイオード５０からの照明光が前記対象物Ｒで反射した反射光を、再び前記対象物Ｒ側へ反射させるように配置された反射部材４２と、を備えることを技術的特徴とする。

請求項１の光学情報読取装置では、先端が対象物に当接可能な筒状部材の先端近傍の内壁側に、主光軸が結像レンズの受光軸側を指向し前傾するように複数個の発光ダイオードを配置し、該発光ダイオードで側方からダイレクトマーキングを照明するため、ダイレクトマーキングのセルを構成する凹凸からの拡散光を結像レンズ側へ入射させ、確実に読み取ることができる。また、筒状部材の先端近傍の内壁側に取り付けられた裁頭円錐形状の反射部材で、発光ダイオードからの照明光が対象物で鏡面反射した反射光を、再び対象物側へ反射させるため、該反射部材で発光ダイオードからの照明光の反射を繰り返させることで、ダイレクトマーキングを低い照明量で読み取ることが可能になる。

請求項４の光学情報読取装置では、主光軸が、筒状部材の先端が対象物に当接した状態で、対象物上で結像レンズの受光軸と一致しない位置に発光ダイオードを配置するため、発光ダイオードからの光が対象物で鏡面反射した成分が結像レンズに直接入射し難く、ダイレクトマーキングのセルを構成する凹凸からの拡散光を結像レンズ側へ入射させ、確実に読み取ることができる。

請求項１の光学情報読取装置では、反射部材が、発光ダイオードを実装する回路基板に施されためっき膜から成るため、反射部材を別途設ける必要が無く、廉価に構成することができる。

請求項２の光学情報読取装置では、反射部材が、裏面に設けられた発光ダイオードからの照明光を透過するための通孔を備えるため、発光ダイオードで側方からダイレクトマーキングを照明し、ダイレクトマーキングを確実に読み取ることができる。ここで、発光ダイオードが露出していないため、筒状部材の先端を種々形状の対象物に当接させても、発光ダイオードを傷つけることが無い。

請求項３の光学情報読取装置では、裏面発光式の発光ダイオードを裏面側に実装する回路基板が、当該発光ダイオードからの照明光を透過するための通孔を備えるため、発光ダイオードで側方からダイレクトマーキングを照明し、ダイレクトマーキングを確実に読み取ることができる。ここで、発光ダイオードが露出していないため、筒状部材の先端を種々形状の対象物に当接させても、発光ダイオードを傷つけることが無い。更に、反射部材が、発光ダイオードを実装する回路基板に施されためっき膜から成るため、反射部材を別途設ける必要が無く、廉価に構成することができる。

請求項５の光学情報読取装置では、発光ダイオードからの照明光を反射すると共に、筒状部材の外部から情報コードを視認可能にするハーフミラーを当該筒状部材の内壁に設けてあるため、筒状部材の外部から情報コードをハーフミラーを透過して位置合わせができると共に、該ハーフミラーで発光ダイオードからの照明光をダイレクトマーキング側へ反射させることで、ダイレクトマーキングを低い照明量で読み取ることが可能になる。

[第１実施形態]
以下、本発明の光学情報読取装置を２次元コードリーダに適用した第１実施形態について図を参照して説明する。まず、第１実施形態に係る２次元コードリーダ１０の構成概要を図１〜図３に基づいて説明する。図１は、２次元コードリーダ１０の断面図であり、図２は、２次元コードリーダ１０の正面図であり、図１のＡ矢視に相当する。

図１に示すように、２次元コードリーダ１０は、丸みを帯びた薄型のほぼ矩形箱状なすハウジング本体１１と、このハウジング本体１１の下面ほぼ中央後端寄りにハウジング本体１１に一体に形成されるグリップ部１２と、からなるガンタイプのハウジングを備えている。このグリップ部１２は、作業者が片手で把持可能な程度の外径に設定されており、当該グリップ部１２を握った作業者の人差し指が当接する部位に、読み取り開始を指示するトリガースイッチ１４が設けられている。

ハウジング本体１１の内部には、後述する回路部２０が収容されており、またハウジング本体１１の先端部には、カバー３０を支持する撮像用開口１１ａが形成されている。なお、図１には、回路部２０を構成するプリント配線板１５や、撮像用開口１１ａ近傍に配置される受光センサ２３、結像レンズ２７等が図示されている。

回路部２０は、主に、発光ダイオード５０、受光センサ２３、結像レンズ２７等の光学系と、読み取り制御を行う図示しない制御装置と、から構成されており、前述したプリント配線板１５に実装あるいはハウジング本体１１内に内装されている。

受光センサ２３は、読取対象物Ｒや情報コードＱに照射されて反射した反射光を受光可能に構成されるもので、例えば、Ｃ−ＭＯＳやＣＣＤ等の固体撮像素子である受光素子を１００万個オーダでｍ行ｎ列の２次元に配列したエリアセンサが、これに相当する。受光センサ２３は、結像レンズ２７を介して入射する入射光を受光可能に配置されている。

結像レンズ２７は、外部から入射する入射光を集光して受光センサ２３に像を結像可能な結像光学系として機能するもので、例えば、鏡筒とこの鏡筒内に収容される複数の集光レンズにより構成されている。なお、結像レンズ２７の焦点距離は、カバー３０の先端３０Ｆの位置になるように調整されている。これにより、光学系の配置位置の説明図である図３に示すようにカバー３０の先端３０Ｆを読取対象物Ｒに当接させた状態で、情報コードＱと結像レンズ２７との間の距離を結像レンズ２７の焦点距離に一致させることができ、受光センサ２３で鮮明な画像を撮影することが可能となる。

透明樹脂から成る円筒形状のカバー３０は、後端３０Ｅが撮像用開口１１ａに固定されている。該カバー３０の先端３０Ｆの内壁は、裁頭円錐形状に形成されている。該裁頭円錐形状の先端３０Ｆの内壁に、発光ダイオード５０を実装する裁頭円錐形状の回路基板４０が固定されている。図２に示すように、発光ダイオード５０はリング状に配置されている。

図３に示すように、各発光ダイオード５０は、主光軸５０Ｘが結像レンズ２７の受光軸２７Ｘ側を指向し、前傾するように配置され、情報コードＱに向けて照明光を斜め方向から照射可能に構成されている。なお、この読取対象物Ｒは、鏡面反射するアルミニュームからなり、刻印のダイレクトマーキング（ドットインパクトダイレクトマーキング）からなる情報コード（ＱＲコード）Ｑが形成されている。

情報コードＱでの反射光（拡散光）の内で、結像レンズ２７の受光軸２７Ｘに平行な成分が結像レンズ２７に入射し、受光センサ２３で受光される。ここで、発光ダイオード５０を実装する回路基板４０の表面には、めっき膜からなる反射部材４２が形成されている。このため、発光ダイオード５０からの斜め下方向への照明光は、読取対象物Ｒで鏡面反射し、該発光ダイオードに対向する反射部材４２で反射し、再び、読取対象物Ｒで鏡面反射し、対向する反射部材４２側に向かう。第１実施形態の２次元コードリーダ１０は、図３に示すように裁頭円錐形状の反射部材４２で、鉛直方向（受光軸２７Ｘの方向）での反射を繰り返すのに加え、図３のＢ矢視図に相当し、反射部材４２での反射の説明図である図４（Ａ）に示すように、水平方向でも裁頭円錐形状の反射部材４２と読取対象物Ｒとの間で反射を繰り返し、これにより、情報コードＱでの拡散光が、結像レンズ２７に入射する。

第１実施形態の２次元コードリーダ１０では、先端３０Ｆが読取対象物Ｒに当接可能なカバー３０の先端近傍の内壁側に、主光軸５０Ｘが結像レンズ２７の受光軸２７Ｘ側を指向し前傾するように複数個の発光ダイオード５０を配置し、該発光ダイオード５０で側方からダイレクトマーキングＱを照明するため、ダイレクトマーキングＱのセルを構成する凹凸からの拡散光を結像レンズ２７側へ入射させ、確実に読み取ることができる。また、カバー３０の先端３０Ｆ近傍の内壁側に取り付けられた裁頭円錐形状の反射部材４２で、発光ダイオード５０からの照明光が読取対象物Ｒで鏡面反射した反射光を、再び読取対象物Ｒ側へ反射させるため、該反射部材４２で発光ダイオード５０からの照明光の反射を繰り返させることで、ダイレクトマーキングを低い照明量で読み取ることが可能になる。

なお、図３中に示すように第１実施形態の２次元コードリーダ１０では、カバー３０の先端３０Ｆが読取対象物Ｒに当接した状態で、該読取対象物Ｒ上で発光ダイオード５０の主光軸５０Ｘが、結像レンズ２７の受光軸２７Ｘと一致しない位置に発光ダイオード５０を配置する。このため、発光ダイオード５０からの光が読取対象物Ｒで鏡面反射した成分が結像レンズ２７に直接入射し難く、ダイレクトマーキングＱのセルを構成する凹凸からの拡散光を結像レンズ２７側へ入射させ、確実に読み取ることができる。

第１実施形態の２次元コードリーダ１０において、反射部材４２が、発光ダイオード５０を実装する回路基板４０に施されためっき膜から成る。即ち、回路基板４０は、両面銅張積層板から成り、表面の銅箔をエッチングして、発光ダイオードの実装部を設けると共に、該実装部の周囲に絶縁部を設け、該絶縁部以外の銅箔を残す。そして、残した銅箔に例えば、アルミニューム、銀等をめっきすることで金属めっき膜（反射部材４２）を形成する。第１実施形態の２次元コードリーダ１０では、反射部材を別途設ける必要が無いので、廉価に構成することができる。

[第１実施形態の改変例]
図４（Ｂ）は、第１実施形態の改変例に係る２次元コードリーダ１０での発光ダイオードの配置を示す説明図である。
第１実施形態の改変例では、裁頭円錐形状の反射部材４２で、発光ダイオード５０からの照明光が読取対象物Ｒで鏡面反射した反射光を、再び読取対象物Ｒ側へ反射させるため、該反射部材４２で照明光の反射を繰り返させることで、ダイレクトマーキングを少ない数（改変例では３個）の発光ダイオード５０で読み取ることが可能である。

[第２実施形態]
引き続き、本発明の第２実施形態に係る２次元コードリーダについて説明する。
図５は、第２実施形態に係る２次元コードリーダの断面図であり、図６は、第２実施形態の２次元コードリーダの光学系の配置位置の説明図である。
図１を参照して上述した第１実施形態では、回路基板４０の表面に発光ダイオード５０が実装された。これに対して、第２実施形態の２次元コードリーダ１０では、カバー３０の先端３０Ｆ側の内壁に発光ダイオード５０が直接取り付けられ、該発光ダイオード５０からの照明光を透過するための通孔４４を備えることを反射部材４６が、当該発光ダイオード５０に対応させて配置されている。反射部材４６の表面には、反射膜４８が形成されている。即ち、反射部材の反射膜４８の裏面側に発光ダイオード５０が配置されている。第１実施形態と同様に、各発光ダイオード５０は、主光軸５０Ｘが結像レンズ２７の受光軸２７Ｘ側を指向し、前傾するように位置決めされ、情報コードＱに向けて照明光を斜め方向から照射可能に配置されている。また、裁頭円錐形状の反射部材４６により、発光ダイオード５０からの斜め下方向への照明光が、読取対象物Ｒで鏡面反射し、該発光ダイオードに対向する反射部材４６で反射し、再び、読取対象物Ｒで鏡面反射し、対向する反射部材４６側に向かうよう構成されている。

第２実施形態の２次元コードリーダ１０では、反射部材４６が、裏面側に設けられた発光ダイオード５０からの照明光を透過するための通孔４４を備えるため、発光ダイオード５０で側方からダイレクトマーキングＱを照明し、ダイレクトマーキングを確実に読み取ることができる。ここで、発光ダイオード５０が反射部材４６から露出していないため、カバー３０の先端３０Ｆを種々形状の対象物に当接させても、発光ダイオード５０を傷つけることが無い。

[第２実施形態の改変例]
次に、本発明の第２実施形態の改変例について図７を参照して説明する。
図７は、第２実施形態の改変例に係る２次元コードリーダの光学系の配置位置の説明図である。第２実施形態の改変例では、裏面発光の発光ダイオード５０を用い、該発光ダイオード５０を裏面側に実装する回路基板４０には、発光ダイオード５０からの照明光を透過するための通孔４４を備える。該回路基板４０の表面側には、第１実施形態と同様にめっき膜からなる反射部材４２が形成されている。カバー３０の先端３０Ｆの近傍内壁側には、発光ダイオード５０を収容するための凹部３０ｈが形成されている。

第２実施形態の改変例の２次元コードリーダ１０では、発光ダイオード５０で側方からダイレクトマーキングＱを照明し、ダイレクトマーキングを確実に読み取ることができる。ここで、発光ダイオード５０が露出していないため、カバー３０の先端３０Ｆを種々形状の読取対象物に当接させても、発光ダイオード５０を傷つけることが無い。更に、反射部材４２が、発光ダイオード５０を実装する回路基板４０に施されためっき膜から成るため、反射部材を別途設ける必要が無く、廉価に構成することができる。

[第３実施形態]
本発明の第３実施形態について図８を参照して説明する。
図８は、第３実施形態の２次元コードリーダの断面図である。第３実施形態の２次元コードリーダ１０は、図１を参照して上述した第１実施形態の２次元コードリーダ１０と同様に形成されている。但し、第３実施形態の２次元コードリーダ１０では、ハーフミラー６０が、カバー３０の内壁に反射部材４２に近接して設けてある。該ハーフミラー６０により、発光ダイオード５０からの照明光を反射すると共に、カバー３０の外部から情報コードを視認可能にする。ハーフミラー６０は、透明樹脂から成るカバー３０の内壁に、例えば、アルミニウムの蒸着薄膜を形成してなる。

第３実施形態の２次元コードリーダ１０では、発光ダイオード５０からの照明光を反射すると共に、カバー３０の外部からダイレクトマーキングＱを視認可能にするハーフミラー６０をカバー３０の内壁に設けてあるため、カバー３０の外部から情報コードをハーフミラー６０を透過して位置合わせができると共に、該ハーフミラー６０で発光ダイオード５０からの照明光をダイレクトマーキング側へ反射させることで、ダイレクトマーキングを低い照明量で読み取ることが可能になる。

上述した実施形態では、円筒形状の透明カバー３０を用いたが、カバーの形状は、筒状であれば、角柱形状でもよく、また、透明でなくとも半透明であっても良い。上述した実施形態では、カバーの先端に設けた発光ダイオードで側方からのみ照明する例を挙げたが、該側方からの照明のみでなく、側方の照明に加えて、結像レンズ近傍に発光ダイオードを設け、上方向からも照明するようにも構成可能である。

本発明の第１実施形態に係る２次元コードリーダの断面図である。 第１実施形態の２次元コードリーダの正面図である。 第１実施形態の２次元コードリーダの光学系の配置位置の説明図である。 図４（Ａ）は第１実施形態の２次元コードリーダの反射部材での反射の説明図であり、図４（Ｂ）は第１実施形態の改変例での反射の説明図である。 本発明の第２実施形態に係る２次元コードリーダの断面図である。 第２実施形態の２次元コードリーダの光学系の配置位置の説明図である。 第２実施形態の改変例に係る２次元コードリーダの光学系の配置位置の説明図である。 本発明の第３実施形態の２次元コードリーダの断面図である。

符号の説明

１０ ２次元コードリーダ（光学情報読取装置）
１１ａ 撮像用開口（読取口）
１４ トリガースイッチ
２３ 受光センサ
２７ 結像レンズ
２７Ｘ 受光軸
３０ カバー（筒状部材）
３０Ｅ 後端
３０Ｆ 先端
４０ 回路基板
４２ 反射部材
４４ 通孔
４６ 反射部材
４８ 反射膜（反射部材）
５０ 発光ダイオード
５０Ｘ 主光軸
６０ ハーフミラー

Claims (5)

1. 読取口からの入射光を結像レンズを通して受光センサの受光面上に像を結ばせる光学系を備え、撮像された対象物の画像により情報コードを読み取る光学情報読取装置であって：
   先端が対象物に当接可能であり、後端が前記読取口側に固定された筒状部材と、
   前記筒状部材の先端近傍の内壁側に、主光軸が前記結像レンズの受光軸側を指向し前傾するように配置された複数個の発光ダイオードと、
   前記筒状部材の先端近傍の内壁側に取り付けられた裁頭円錐形状の反射部材であって、前記発光ダイオードからの照明光が前記対象物で反射した反射光を、再び前記対象物側へ反射させるように配置された反射部材と、を備え、
   前記反射部材は、前記発光ダイオードを実装する回路基板に施されためっき膜から成ることを特徴とする光学情報読取装置。
2. 読取口からの入射光を結像レンズを通して受光センサの受光面上に像を結ばせる光学系を備え、撮像された対象物の画像により情報コードを読み取る光学情報読取装置であって：
   先端が対象物に当接可能であり、後端が前記読取口側に固定された筒状部材と、
   前記筒状部材の先端近傍の内壁側に、主光軸が前記結像レンズの受光軸側を指向し前傾するように配置された複数個の発光ダイオードと、
   前記筒状部材の先端近傍の内壁側に取り付けられた裁頭円錐形状の反射部材であって、前記発光ダイオードからの照明光が前記対象物で反射した反射光を、再び前記対象物側へ反射させるように配置された反射部材と、を備え、
   前記発光ダイオードは、前記反射部材の反射面の裏面側に配置され、
   前記反射部材は、前記発光ダイオードからの照明光を透過するための通孔を備えることを特徴とする光学情報読取装置。
3. 読取口からの入射光を結像レンズを通して受光センサの受光面上に像を結ばせる光学系を備え、撮像された対象物の画像により情報コードを読み取る光学情報読取装置であって：
   先端が対象物に当接可能であり、後端が前記読取口側に固定された筒状部材と、
   前記筒状部材の先端近傍の内壁側に、主光軸が前記結像レンズの受光軸側を指向し前傾するように配置された複数個の発光ダイオードと、
   前記筒状部材の先端近傍の内壁側に取り付けられた裁頭円錐形状の反射部材であって、前記発光ダイオードからの照明光が前記対象物で反射した反射光を、再び前記対象物側へ反射させるように配置された反射部材と、を備え、
   前記発光ダイオードは、実装面側に発光部を有し、
   該発光ダイオードを実装する回路基板は、当該発光ダイオードからの照明光を透過するための通孔を備え、
   前記反射部材は、前記回路基板の発光ダイオード実装面の裏面側に施されためっき膜より成ることを特徴とする光学情報読取装置。
4. 前記発光ダイオードは、主光軸が、前記筒状部材の先端が前記対象物に当接した状態で、該対象物上で前記結像レンズの受光軸と一致しない位置に配置されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１の光学情報読取装置。
5. 前記筒状部材は透明又は半透明であり、
   前記反射部材に近接して、前記発光ダイオードからの照明光を反射すると共に、前記筒状部材の外部から情報コードを視認可能にするハーフミラーを当該筒状部材の内壁に設けたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１の光学情報読取装置。

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