JPH01271889A - 走査式光学読み取り装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、被走査対象が近くにあるときと遠くにあると
きとのいずれの場合にも情報を正確に読み取ることので
きる走査式光学読み取り装置の改良に関する。

（発明の背景） 従来から、たとえば、第１３図に示す走査式光学読み取
り装置が知られている。この第１３図に示す走査式光学
読み取り装置は、手持ち式ものを示している。第１３図
において、１はケース、２はグリップ部であり、ケース
１には半導体レーザー３、投光レンズ４、ポリゴンミラ
ー５、集光レンズ６、光電変換素子７から概略構成され
た光学系が内蔵されている。

この従来の走査式光学読み取り装置では、射出レーザー
ビームＰはポリゴンミラー５によって被走査対象８に向
かう方向に偏向され、被走査対象８は射出レーザービー
ムＰによって走査される。

射出レーザービームＰは被走査対象８において反射され
て戻りビームＰ′となる。その戻りビームＰ′は受光レ
ンズ６によって光電変換素子７に結像される。走査式光
学読み取り装置は、その光電変換素子７の受光出力を電
気的に処理することにより被走査対象８のバーコードパ
ターン情報を読み取るものである。

ところで、射出レーザービームＰは、波動光学的には一
点に収束されるものではなく、第１４図に示すように、
ビームウェスト９よりも小さくならない。そして、射出
レーザービームＰはそのビームウェスト９より遠い側で
広がり、被走査対象８におけるビーム径２ωはビームウ
ェスト９の直径２φとビームウェスト９からの距離２に
よって決まる。

ここで、被走査対象８におけるビーム径２ωが、第１５
図に示すようにバーコードの最小バー間隔ｔよりも小さ
いとする。この場合には、射出レーザービームＰによっ
て被走査対象８に形成されるスポットがバーに跨らなら
ないので、バーコードパターン情報を正確に読み取るこ
とができる。しかし、被走査対象８におけるビー′ム径
２ωが、バーコードの最小バー間隔ｔよりも大きいとき
、射出レーザービームＰによって被走査対象８に形成さ
れるスポットがバーに跨ることになるので、バーコード
パターン情報を正確に読み取ることが困難となる。すな
わち、従来の走査式光学読み取り装置は、最小バー間隔
ｔに相当するビーム径２ω′によって定まる読み取り深
度ｄ内に被走査対象８が存在するとき、バーコードパタ
ーン情報の読み取りを正確に行なうことができる構成で
ある。なお、ビームウェスト９の直径φは、投光レンズ
４からビームウェスト９までの距離Ｑを投光レンズ４の
直径りで割った値によって定まる。

そこで、従来は、読み取りたい被走査対象８までの距離
、バーコードパターンの最小バー間隔等を勘案して、適
宜に光学系を設計している。たとえば、遠くにある被走
査対象８のバーコードパターン情報を読み取りたい場合
には、第１６図に示すように、射出レーザービームＰの
ビームウェスト９が遠くに形成されるように光学系を設
計する。

このようにビームウェスト９が遠くに形成されるように
、光学系を設計すると、ビームウェスト９の直径２φが
ビームウェスト９を近くに形成する場合に較べて大きく
なる一方、射出レーザービームＰの広がり角２θが小さ
くなり、もって、読み取り深度ｄが長くなる。

よって、この場合には、遠くにある被走査対象＝４− ８のバーコードパターン情報を正確に読み取ることがで
きることになるが、近くにある被走査対象８を正確に読
み取ることが困難となる。

そこで、本件出願人は、被走査対象が近くにあるときと
遠くにあるときとのいずれの場合でも、バーコード情報
を正確に読み取ることが可能な走査式光学読み取り装置
を提案した（たとえば、特願昭６１−２９９６７５号公
報参照）。

（発明が解決しようとする課題） 上記の走査式光学読み取り装置によれば、被走査対象８
のバーコードパターン情報を正確に読み取ることができ
る。しかし、周知のように、受光エネルギーは距離の２
乗に反比例して減衰する。

すなわち、第１７図に示すように、受光レンズ６に対し
て近い点Ｇに結像された出射レーザービームＰの戻りビ
ームＰ′を受光レンズ６により受光する場合と、受光レ
ンズ６に対して遠い点Ｈに結像された出射レーザービー
ムＰの戻りビームＰ′を受光する場合について考えると
、受光レンズ６の受光エネルギーは、受光レンズ６の面
積をＳ、点Ｇまでの距離をｇ、点Ｈまでの距離をｈとす
ると、その点Ｇ、Ｉ−Ｉを見込む立体角がそれぞれ８７
ｇ２、Ｓ／ｈ２となり、第１８図に示すように、一般に
受光エネルギーは距離の２乗に反比例して減衰すること
になる。

したがって、被走査対象８が近くにあるときと遠くにあ
るときとで、光電変換素子７の受光出力が大きく変動す
ることになる。

走査式光学読み取り装置では、この受光出力を読み取り
信号として２値化処理し、デコードするものであるが、
受光出力の変動はデコードの際に好ましくない結果をも
たらす。そこで、走査式光学読み取り装置には、安定し
た読み取り信号が得られるようにオートゲインコントロ
ール回路が設けられている。たとえば、投光レンズ４か
らの距離が１８０ｍｍｍの点Ｇから投光レンズ４からの
距離が６００ｍｍの範囲点Ｉ（までの間でオートゲイン
コントロールをかけようとすると、ゲインコントロール
を矢印で示す範囲でかけなければならないが、オー１−
ゲインコントロール回路のコンｌへロール範囲には限度
があり、受光出力が大きく変動するとコン１−ロールで
きない場合が生じる。

そこで、本発明の目的は、被走査対象が近いところにあ
るときと遠いところにあるときとで、受光エネルギーの
安定化を図ることのできる走査式光学読み取り装置を提
供することにある。

（ｉｌｌ１題を解決するための手段） 上記の目的を達成するため、請求項１に記載の走査式光
学読み取り装置の構成は、 投光レンズを介して被走査対象に射出レーザービームを
投光する投光部と、 前記被走査対象により反射された射出レーザービームを
戻りビームとして受光する受光部と、前記被走査対象が
近くにあるときと遠くにあるときとに応して前記投光レ
ンズから前記射出レーザービームのビームウェストが形
成される位置までの距離を変更するビームウェスト位置
変更用光学部材と、 前記被走査対象が近くにあるときに前記受光部が受光す
る受光エネルギーと遠くにあるときに前記受光部が受光
する受光エネルギーとの差異を少なくするために、前記
被走査対象が近くにあるときに前記射出レーザービーム
の光量を減衰させる光量減衰手段と、 を有する構成とした。

また、請求項２に記載の走査式光学読み取り装置の構成
は、投光レンズを介して被走査対象に投光される射出レ
ーザービームの光源として複数個の発光源を有し、該発
光源を含む物平面と前記投光レンズとが傾けられて前記
物平面に対して空間的に傾いた像平面を形成する投光部
と、前記被走査対象により反射された射出レーザービー
ムを戻りビームとして受光する受光部と、前記被走査対
象が近くにあるときに前記受光部が受光する受光エネル
ギーと遠くにあるときに前記受光部が受光する受光エネ
ルギーとの差異を少なくするために前記各発光源の発光
量を設定する設定手段と、 を有する構成とした。

（実施例） 以下に、本発明に係る走査式光学読み取り装置の実施例
を図面を参照しつつ説明する。

第１図において、１１は基台であり、この基台１１には
、グリップ部にコアレスモータ１２が設けられている。

このコアレスモータ１２はネジ１３．１３によって基台
１１に取付けられ、図示を略す引き金を引くと駆動され
るものである。コアレスモータ１２の出力軸１２ａには
プーリ１４が取付けられている。出力軸１２ａはポリゴ
ンミラー５の回転軸５ｂに連結されている。ポリゴンミ
ラー５はコアレスモータ１２によって直接駆動される。

プーリ１４はベルト１５を介してプーリギヤ体１６に連
結されている。プーリギヤ体１６は回転軸１７により基
台１１に回転自在に支承されている。

基台１１の上部には、取付は部１１′が設けられている
。この取付は部１１′には受光部１８と投光部１９とが
設けられている。受光部１８は保持筒２０．２１を備え
ている。保持筒２０には光電変換素子７が保持されてい
る。保持筒２１には受光レンズ６が保持されている。投
光部１９は保持筒２２、鏡筒２３を備えている。保持筒
２２には半導体レーザー３が保持されている。鏡筒２３
には投光レンズ４が保持されている。

保持筒２０はコアレスベアリング２４を有する。コアレ
スベアリング２４には回転保持部材２５が嵌着されてい
る。回転保持部材２５は第２図に示すようにリング形状
とされている。その回転保持部材２５の中央部にはコア
レスベアリング２４に嵌合される嵌合孔２６が形成され
ている。回転保持部材２５の外周部にはギヤ部２７が形
成されている。このギヤ部２７はプーリギヤ体１６のギ
ヤ部１６ａに噛合されている。

回転保持部材２５はプーリギヤ体１６の回転によってポ
リゴンミラー５と同期回転される。

回転保持部材２５は外周部と中央部とを連結する連結部
２５ａを有すると共に、２個の半円形開口２５ｂを有す
る。この２個の半円形開口２５ｂの一方には、平行平面
板２８が貼り付けられ、他方には平行平面板２８′が貼
り付けられている。この平行平面板２８．２８′には、
たとえば、ガラス、合成樹脂製のものを使用する。平行
平面板２８．２８′は、この実施例では、第３図に示す
ように投光レンズ４を境に入射側に設けられている。し
かし、平行平面板２８．２８′を投光レンズ４を境に射
出側に設けることもできる。平行平面板２８′には、吸
収フィルターが設けられている。平行平面板２８．２８
′には、厚さ又は屈折率が異なるもの、あるいは、厚さ
と屈折率とが互いに異なるものを用いる。ここで、平行
平面板２８．２８′は屈折率が同一で、その屈折率をｎ
、また、厚さは互いに異なり、平行平面板２８の厚さを
ｋ、平行平面板２８′の厚さをに′とする。

平行平面板２８は回転保持部材２５の回転によって射出
レーザービームＰの光路Ｍを周期的に横切るものである
。平行平面板２８が光路Ｍに進入すると、第３図に模式
的に示すように、射出側の見掛は上の光学距離は、（ｋ
−に’）　　・　（ｎ−１）／ｎだけ変化する。ここで
、平行平面板２８．２８′の厚さが同一で、屈折率が異
なるときには、射出側の見掛は上の光学距離は、平行平
面板２８の屈折率をｎ、平行平面板２８′の屈折率をｎ
′、厚さをｋとすると、ｋ　Ｃ（ｎ−１）　／ｎ　−（
ｎ　’−１）　／ｎ　’）＝１１− たけ変化する。

このため、平行平面板２８が光路Ｍに進入すると、ビー
ムウェスト９の位置が、平行平面板２８′が光路Ｍに進
入しているときのビームウェスト９が形成されている位
置に較べて遠い側に移動する。よって、平行平面板２８
は投光レンズ４に対するビームウェスト９の位置を変更
するビームウェスト位置変更用光学部材として機能する
。なお、その第３図において、ｆは投光レンズ４の焦点
距離を示す。

ここで、ポリゴンミラー５の反射面５ａの個数をＮ個と
し、ポリゴンミラー５の１回転について回転保持部材２
５が１回転するものとすると、平行平面板２８が射出レ
ーザービームＰの光路Ｍを１回横切る度に、被走査対象
８はＮ／２回走査される。

すなわち、ポリゴンミラー５の半回転の期間中、平行平
面板２８は光路Ｍから退避位置にあり、平行平面板２８
′が光路Ｍに進入している。そのときに近くの点Ｇに存
在する被走査対象８に射出レーザービームＰを向けると
、第４図に示すような読み取り信号Ｓが得られる。この
場合、遠方の点Ｉ（に存在する被走査対象８に射出レー
ザービームを向けるとノイズが得られる。ここで、平行
平面板２８′に吸収フィルターが設けられていないとす
ると、第６図に破線で示すように、近くに射出レーザー
ビームＰのビームウェスト９を形成すればする程、受光
エネルギーが距離の２乗に反比例して増大するため、読
み取り信号Ｓが増大することになる。

しかし、この実施例では、たとえば、平行平面板２８′
に設けられた吸収フィルタにより受光エネルギーを７０
％程度ダウンさせているので、被走査対象８が遠くの点
Ｈにある場合と近くの点Ｇにある場合とでの受光エネル
ギーの差異が小さくなる。

すなわち、吸収フィルターが設けられた平行平面板２８
′は、被走査対象が近くにあるときと遠くにあるときと
で受光部が受光する受光エネルギーの差異を少なくする
光量減衰手段として機能する。

次に、引き続くポリゴンミラーの半回転の期間中、平行
平面板２８が進入すると、そのとき、遠くにある被走査
対象８に射出レーザービームＰを向けると、Ｎ／２回の
走査が行われて、第５図に示すように読み取り信号Ｓ′
が得られる。この場合、近くにある被走査対象８に射出
レーザービームを向けるとノイズＮＳが得られる。

また、この場合、被走査対象８が遠くにあるので、受光
レンズ６の受光エネルギーはもともと小さい。このよう
に、この実施例によれば、被走査り］象８が近くの点Ｇ
にあるときと遠くの点■（にあるときとで、受光レンズ
６の受光エネルギーの差異を小さくできるので、オート
ゲインコントロール回路のコントロール範囲を狭めるこ
とができ、もって、その回路構成の簡単化を図ることが
できる。

なお、平行平面板２８′を光景減衰手段として設ける代
わりに、第７図に示すように、同期回路１００を設けて
平行平面板２８の同期をとり、平行平面板２８が光路Ｍ
に進入していないときに、半導体レーザー駆動回路１０
１により注入電流を制御して、半導体レーザー３の発振
出力を減衰させる構成として、近くにある被走査対象８
を走査するときの受光エネルギーを低減する構成とする
こともできる。

第８図は、半導体レーザー３として、複数個の発光点Ａ
、Ｂ、Ｃを有するものを用いる構成としたもので、この
種の半導体レーザー３としては、光ティスフへの書き込
み、再生、消去に用いる３ビーム型のものがある。この
発光点Ａ、Ｂ、Ｃの間隔はたとえば約１５０μｍである
。半導体レーザー３は、発光点Ａ、＋３、Ｃと投光レン
ズ４とがティル（−光学系を構成するように投光レンズ
４に対して傾けられている。

すなわち、半導体レーザー３の各発光点Ａ、■３、Ｃを
含む物平面が投光レンズ４に対して傾けられ、像平面に
対して空間的に傾いた像平面が得られるようになってい
る。ここで、第９図に示すように、発光点Ａを光軸Ｑ′
上に定めると、　その結像点Ａ′は光軸Ｑ’」−に定ま
る。また、発光点Ａと発光点Ｂとを結ぶ延長線Ｙと投光
レンズ４の主点を通り光軸Ｑ′に垂直な垂直線Ｘ′との
交点を符号Ｑ′で示すことにすると、発光点）３の結像
点Ｂ′は交点Ｑ′と結像点Ａ′とを結ぶ直線Ｚ′上にあ
って、投光レンズ４の中心○を通る直線Ｐ、の交点とし
て定まる。同様に発光点Ｃの結像点Ｃ′も直線Ｐ２と直
線Ｚ′との交点として定まる。一般に、物平面を投光レ
ンズ４に対して傾けると、延長線Ｙ−Ｉユの発光点に対
する結像点は直線Ｚ′上にあるというシャインプルフの
法則があり、その発光点Ａ、Ｂ、Ｃの各結像点が射出レ
ーザービームＰの幾何学的なビームウェスト９が形成さ
れる位置である。

たとえば、投光レンズ４の焦点距離ｆを、ｆ＝４．５ｍ
ｍに設定し、第１０図に拡大して示すように、発光点Ａ
と中心○□との距離Ａ○１を４　、６３９ｍｍとし、発
光点Ａ、■３、Ｃを結ぶ延長線Ｙが投光レンズ４に対し
て為す角度をＯ′を、Ｏ’＝１０°に定めると、発光点
Ｂと中心０１との距離ＢＯ１は４．６１５ｍｍ、発光点
Ｃと中心Ｏ□との距離は４．５９６ｍｍとなり、中心○
、から結像点Ａ′までの距離○、Ａ′は］、５０ｍｍ、
中心０１から結像点Ｂ′までの距離○、Ｂ′は１８１ｍ
ｍ、中心Ｏ４から結像点Ｃ′までの距離○１Ｃ′は２］
、５ｍｍとなる。

ここで、第１１図に示すように、各発光点Ａ、Ｉ３、Ｃ
に注入電流を供給する半導体レーザー駆動回路１０２．
１０３．１０４を、遠くの結像点Ｃ′から近くの結像点
Ａ′に向かって発光点Ｃ，Ｂ、Ａの発光エネルギーが暫
時小さくなるように設定しておくと、第１２図に示すよ
うに、近くの結像点Ａ′からの戻りビームＰ′を受光レ
ンズ６が受光したときの受光エネルギーと遠くの結像点
Ｃ′からの戻りビームＰ′を受光レンズ６が受光したと
きの受光エネルギーとの差異を小さくできる。

すなわち、半導体レーザー駆動回路１０２〜１０４は、
被走査対象が近くにあるときと遠くにあるときとで受光
部が受光する受光エネルギーの差異を少なくする設定手
段として機能する。よって、たとえば、発光点Ｃの発光
量に対して発光点Ａの発光域を４０％、発光点Ｂの発光
量を６０％とすれば、被走査対象が近くにあるときと遠
くにあるときとで受光部が受光する受光エネルギーの差
異が小さくなり、第１実施例と同様に、オー１へゲイン
コン１−〇−ルのコントロール範囲を小さく設定できる
。

以上節１、第２実施例について説明したが、本発明はこ
れに限らず、以下のものを含むものである。

■実施例では、平行平面板の個数が１個であるが、厚さ
又は屈折率の異なる複数個設ける構成とすることができ
る。

■実施例では、ビームウェスト変更用光学部材として平
行平面板を用いる構成について説明したが、平行平面板
の代りに、シリンドリカルレンズ、くさび形状光学部材
、凸レンズを用いることもできる。

（発明の効果） 本発明に係る走査式光学読み取り装置は、以上説明した
ように構成したので、被走査対象が近くにあるときと遠
くにあるときとで、受光部における受光エネルギーの差
異を小さくすることができ、ゲインコントロール回路等
のデコーダ側の回路構成の簡単化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る走査式光学読み取り装置の概略構
成図、 第２図は第１図に示されている回転保持部材の平面図、 第３図は本発明に係る走査式光学読み取り装置の作用を
説明するための光学図、 第４図、第５図は本発明に係る走査式光学読み取り装置
による読み取り信号の説明図、第６図は本発明に係る投
光レンズからビームウェス１〜が形成される位置までの
距離と受光部の受光エネルギーとの関係を示すグラフ、 第７図は本発明に係る光量減衰手段の他の例を示すブロ
ック回路図、 第８図〜第１２図は本発明に係る走査式光学読み取り装
置の他の実施例を説明するための図であって。 第８図は半導体レーザーの平面図、 第９図は第８図に示す半導体レーザーと投光レンズとの
光学的配置関係を示す図、 第１０図は第９図の部分拡大図、 第１１図は本発明に係る設定手段のブロック回路図、 第１２図は本発明に係る投光レンズからビームウェスト
が形成される位置までの距離と受光部の受光エネルギー
との関係を示すグラフ、 第１３図は従来の走査式光学読み取り装置の一例を示す
概略図、 第１４図は射出レーザービームのビームウェストを投光
レンズの近くに形成したときの光学図、第１５図は射出
レーザービームのスポットとバーコードパターンとの関
係を示す説明図、第１６図は射出レーザービームのビー
ムウェストを投光レンズの遠くに形成したときの光学図
、第１７図は、受光レンズからビームウェストまでの距
離を示す光学図、 第１８図は投光レンズからビームウェストまでの距離と
受光部が受光する受光エネルギーとの関係を示すグラフ
、 である。 ３・・・半導体レーザー ４・・・投光レンズ（投光部） ６・・・受光レンズ（受光部） ７・・・光電変換素子 ２８・・・平行平面板（ビームウェスト位置変更用光学
部材） ２８′・・・平行平面板（光量減衰手段）１０１・・・
半導体レーザー駆動回路（光量減衰手段）１０２〜１０
４・・・半導体レーザー駆動回路（設定手段）一＼ ■ 慇１　　〜 ミ「−続　　袖　　１１・　　書− ／、事件の表示 特願昭６３　９９７６２号 −０発明の名称 走査式光学読み取り装置 ３、袖１１：、をする者 事件との関係　　特許出願人 住所　東京都板橋区前野町２　ｌ”　Ｊｌ　３６番９号
ダ、補１トの対象 明細−〆（゛の「発明の詳細な説明Ｊの欄５、補１１：
の内容 （１）明細書の「発明の詳細な説明」の槽中、第１９頁
第５行目の 「１個」を 「２個Ａに補正する。 （２）同第１９頁第６行１］の 「複数個」を 口°任意の個数を１１と補１１：する。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）投光レンズを介して被走査対象に射出レーザービ
   ームを投光する投光部と、 前記被走査対象により反射された射出レーザービームを
   戻りビームとして受光する受光部と、前記被走査対象が
   近くにあるときと遠くにあるときとに応じて前記投光レ
   ンズから前記射出レーザービームのビームウェストが形
   成される位置までの距離を変更するビームウェスト位置
   変更用光学部材と、 前記被走査対象が近くにあるときに前記受光部が受光す
   る受光エネルギーと遠くにあるときに前記受光部が受光
   する受光エネルギーとの差異を少なくするために、前記
   被走査対象が近くにあるときに前記射出レーザービーム
   の光量を減衰させる光量減衰手段と、 を有する走査式光学読み取り装置。
2. （２）投光レンズを介して被走査対象に投光される射出
   レーザービームの光源として複数個の発光源を有し、該
   発光源を含む物平面と前記投光レンズとが傾けられて前
   記物平面に対して空間的に傾いた像平面を形成する投光
   部と、 前記被走査対象により反射された射出レーザービームを
   戻りビームとして受光する受光部と、前記被走査対象が
   近くにあるときに前記受光部が受光する受光エネルギー
   と遠くにあるときに前記受光部が受光する受光エネルギ
   ーとの差異を少なくするために前記各発光源の発光量を
   設定する設定手段と、 を有する走査式光学読み取り装置。