JPH03214279A - 記号読取装置 - 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】 く産業上の利用分野〉 本発明は、たとえばバーコードリーダや光学式文字読取
装置（Ｏ　Ｃ　Ｒ）なとのように物体の表面に形成した
ハーコードや文字などの記号を光学的に読み取る記号読
取装置に関する。

く従来の技術〉 近年、カードや包装パフケージなどに記録された文字や
ハーコードを読み取り、即時にその内容を識別する光学
式文字読取装置やバーコード読取装置が広く利用されて
いる。これらの記号読取装置では、文字やバーコードな
どの記号を形成した記号面に対して非接触で読取ができ
る機能が要求されるようになってきている。すなわちベ
ルトコンベア上を搬送される種々の物体に形成したバー
コードの読取を行う場合などには、読取装置から種々の
距離に位置する記号面と非接触の状態で当該記号の読取
を行うことか必要である。また、いわゆるハンドヘルド
タイプの読取装置なとでも、非接触による記号読取かで
きる機能が要求されるようになってきている。

記号面に対して非接触で読取を行うことができるバーコ
ートリーダは、たとえば半導体レーザ光源から集光レン
ズを介したレーサ光を、ポリゴンミラーやガルハノミラ
ーで反射させて記号面に導き、ポリゴンミラーやガルバ
ノミラーを駆動することによりレーザ光で記号面を走査
させるようにしている。そして、この記号面からの反射
光が光電変換素子で構成したバーコードリーダ内の受光
手段により検出される。すなわち、レーザ光がバーコー
ドを構成するバーに対して交差する方向に当該バーコー
ドを走査するようにしておけば、受光手段では、白バー
に対しては大きな強度の光が検出され、黒バーに対して
は小さな強度の光が検出される。したがって受光手段か
ら出力される電気信号を波形整形などし、適当なスライ
スレベルでレベル弁別して二値化することによって、上
記バーコードの読取が行われることになる。

このようなバーコードリーグでは、バーコードか形成さ
れた記号面とバーコードリーダとの間の読取可能な距Ｍ
（以下「読取距離」という。）の下限から上限までの範
囲（以下「読取範囲」という。）が比較的広くとれるこ
とが好ましい。しかし、半導体レーザ光源からの光を集
光する集光レンズを有する装置では、読取範囲を広く設
定することは設計を困難にする要因となる。すなわちた
とえレーザ光であっても、焦点を無限遠に設定して完全
な平行光線に絞り込もうとすればレーザ光の径をあまり
小さくできないので高い解像度を得ることができない。

一方、近距離に焦点を合わせてレーザ光を絞り込むと、
焦点位置から少し離れるとレーザ光の径か急激に広がっ
てしまって解像度が急激に低下することになり、充分な
読取範囲を確保することができない。

一般には、所望の読取範囲の中央あるいはやや近目の位
置に焦点を合わせて光学系が設計されるが、バーコード
リーダを記号面に近接させた場合には、レーザ光による
走査幅が小さくなり読取視野が小さくなるため長いバー
コードの読取が行えない。また読取距離を長くした場合
には、記号面におけるレーサ光の径か比較的大きくなっ
て解像度の低下を招くため、細いハーコードを読み取る
ことかできない。しかしハーコードの細さに対応した最
適な読取距離を探す動作（たとえばレンズを動かす動作
なとを含む。）を操作者に課すことにすると、ハンドヘ
ルドタイプのものでは作業効−■が芹しく低ドし、また
固定して設置されるハーコードリーグではその位置調整
作業か煩雑になる。

この問題を解決するための技術はたとえば特開昭６３−
８３８８６号公報に開示されている。すなわちこの先行
技術では、新たに設けた赤外発光ダイオードからの光を
記号面に照射し、その反射光をＰＳＤ　（光検出器）に
入射させ、前記反射光の検出位置に基づいていわゆる三
角測量によりバーコードリーダと記号面との間の距離を
測定し、この測定した距離情報に基づいて集光レンズ（
この先行技術において記号面からの反射光を集光して二
次元イメージセンサ上のバーコード像を結像させるレン
ズ）の光学的位置を変化させるようにして、いわば目動
焦点調整を行うようにしている。

これにより、読取範囲を増大しいる。

さらに他の先行技術はたとえばアメリカ合衆国特許第４
８１８８８６号公報に開示されている。

すなわち、この先行技術では、バーコードの読取を正確
に行うために、光源、受光センサ、絞り部材およびレン
ズなとの光学要素の制御が行われる。

すなわちたとえば円筒状の圧電素子によって弾性体で構
成した集光レンズの曲率を変化させ、この集光レンズの
焦点距離を変化させるようにして解像度の向上を図った
技術（Ｆｉｇ．４）や、光軸に対して傾斜させて配置し
た発光ダイオードアレイのなかから発光駆動させるべき
発光ダイオードを選択することにより光源の位置を変化
させて読取距離の変化に対応しようとする技術（Ｆ＋ｇ
．１２．Ｆｉｇ．１Ｂ）などが示されている。

く発明か解決しようとする課題〉 しかしながら、上記特開昭６３−８３８８６号公報に開
示された先行技術では、バーコードリーダと記号面との
間の距離を測定するために、バーコードの読取のための
光源とは別に赤外発光ダイオードを用いており、またそ
の発光駆動のための構成も必要であるのでコスト高とな
る恐れかある。

また電力消費量が増大するので、特にハッテリ駆動のバ
ーコードリーダでは不利になる。またアメリカ合衆国特
許第４８１８８８６号公報に開示された先行技術におい
て、円筒状の圧電素子を用いた技術では、この特異な形
状の圧電素子を用いるためにコスト高となったりまたそ
の駆動が困難てあるなどの問題かある。さらに集光レン
ズの光軸に対して傾斜した発光ダイオードアレイを用い
た技術では、光軸からずれた発光ダイオードが選択され
る場合には、受光センサにおける光の結像位置が光軸上
の発光素子が選択された場合の結像位置からずれること
になり、したかって正確な読取を期することができない
という問題かあった。

そこで、本発明は、上述の技術的課題を解決し、広い読
取距離の範囲において記号の読取か自動的にかつ精度良
く行われるとともに、低コスト化にも有利な記号読取装
置を提供することを目的とする。

く課題を解決するだめの手段〉 上記の目的を達成するための本発明の記号読取装置は、
光源からの光を絞る第１の集光レンズ、この第１の集光
レンズからの光で記号を形成した記号面を走査させる走
査ミラー　および前記記号面からの反射光を受光して電
気信号に変換する第１の光電変換素子を有し、前記記号
面を光学的に走査して前記記号を読み取るようにした記
号読取装置において、 前記光源と第１の集光レンズとの間の距離を変化させる
第１の調節手段と、 前記記号面からの反射光が導かれ、少なくとも２つの瞳
を有する光選択透過部材と、 この光選択透過部材からの光を集光する第２の集光レン
ズと、 この第２の集光レンズからの光を受光し、前記少なくと
も２つの瞳に対応した光の各結像位置を検出する第２の
光電変換素子と、 前記第２の集光レンズと第２の光電変換素子との間の距
離を変化させ、前記少なくとも２つの瞳に対応した光を
前記第２の光電変換素子において等しい位置に結像させ
る第２の調節手段とを備え、前記第１の調節手段は、前
記２つの瞳に対応した光が前記第２の光電変換素子の同
一位置に結像した状態における前記第２の集光レンズと
第２の光電変換素子との距離に対応する前記第２の調節
手段からの制御信号を受けて、前記光源と第１の集光レ
ンズとの間の距離を調節するようにしだものである。

く作用〉 上記の構成によれば、第１の集光レンズで絞った光源光
により記号面を光学的に走査し、この記号面からの反射
光を第１の光電変換素子で検出するようにして記号の読
取が行われる。記号面からの反射光はまた、光選択透過
部材の少なくとも２つの瞳を通して第２の集光レンズに
導かれ、前記少なくとも２つの瞳に対応した２つの光は
、第２の光電変換素子に結像する。この第２の光電変換
素子は前記２つの光の各結像位置を検出する。

第２の集光レンズと第２の光電変換素子との間の距離は
、第２の調節手段によって、前記２つの光か第２の光電
変換素子における同一の位置に結像するように調節され
る。この調節後の第２の集光レンズと第２の光電変換素
子との間の距離は、第２の集光レンズと記号面との間の
距離に対応し、結局当該装置と記号面との間の距離（読
取距離）に対応する。

このことを利用して、第２の集光レンズと第２の光電変
換素子との間の距離に対応して、光源と第１の集光レン
ズとの間の距離を第１の位置調節手段によって変化させ
るようにすれば、光源光が記号面上で良好に絞られるよ
うにして、種々の読取距離に対応することができる。

く実施例〉 以下実施例を示す添付図面によって詳細に説明する。

第１図は本発明の記号読取装置の一実施例であるハーコ
ードリーダの基本的な構成を示す平面図である。半導体
レーザ光源１からのレーザ光Ｌは、第１の集光レンズ２
で絞られ、走査ミラーであるポリゴンミラ−３の偏向反
射面３ａに入射する。

第１の集光レンズ２は、ステップモー夕やラックアンド
ビニオンなどの駆動機構を用いた第１の調節手段によっ
てその光軸に沿う矢印５方向に変位され、これによって
半導体レーザ光源１と第１の集光レンズ２との間の距離
が調節される。ポリゴンミラ−３は正六角柱の各側面を
偏向反射而としたもので、図外の駆動手段によって矢印
６方向に一定角速度で回転駆動されている。偏向反射面
３ａで反射した後のレーザ光Ｌは、記号であるバーコー
ド７か付された記号面８に導かれる。ポリゴンミラ−３
が回転すると、レーザ光Ｌの偏向反射面３ａへの入射角
が経時的に変化し、これにより反射後のレーザ光Ｌは記
号面８を矢印９の方向に一定の速度で走査する。レーザ
光Ｌは、ポリゴンミラ−３の回転により次々と異なる偏
向反射面に入射するので、記号面８はポリゴンミラ−３
の回転に同期して繰り返し走査されることになる。記号
面６からの反射光は結像レンズ１０を介して第１０光電
変換素子１１に結像する。

この第１の光電変換素子１１の出力信号は図外の信号処
理回路に与えられてディジタル信号に変換され、このデ
ィジタル信号がマイクロコンピュータなどを含む演算手
段で処理されてバーコード７て表現された情報か認識さ
れる。

記号而８からの反射光はまた、２つのビンホール１２１
　　１２２を有する光選択透過部材１２から、この光選
択透過部材１２を介した光を集光する第２の集光レンズ
１３を介して、第２の光電変換素子である一次元光電変
換素子１５において受光される。光選択透過部材１２と
第２の集光レンズ１３とは共通に保持部材１４に固定さ
れており、この保持部材１４は、たとえばステップモー
夕やランクアンドビニオンなどの駆動機構を用いた第２
の調節手段１６によって、第２の集光レンズｌ３の光軸
に沿う矢印２５方向に変位され、これにより第２の集光
レンズ１３と一次元光電変換素子１５との間の間の距離
が調節される。

一次元光電変換素子１５の出力信号は制御回路１７与え
られ、この制御回路１７は一次元光電変換素Ｆ１５の出
力信号に対応してそれぞれライン１．８．１９から第１
，第２の調節手段４．１６に制御信号を与える。

第２図は動作を説明するための図であり、一次元光電変
換素子１５の近傍の様子が示されている。

ポリゴンミラ−３で反射されたレーザ光Ｌは、記号面８
上にスボノトを形成するか、このスポットからの反射光
は拡散しつつ光選択透過部材１２に入射する。このとき
第２図（ａ）図示のように、光選択透過部材１２のピン
ホール１２１，１２２をそれぞれ通った光Ｌｌ，Ｌ２が
一次元光電変換素子１５を構成する複数の素子２０のう
ちの異なる２つの素子に結像すると、このことが制御手
段１７で検知され、この制御手段１７はライン１９から
第２の調節手段１６に制御信号を与える。これにより、
この第２の調節手段ｌ６は矢印２５ａ，２５ｂ方向に保
持部材１４（第２図では図示が省略されている。）を駆
動して、光選択透過部材１２および第２の集光レンズ］
３を変位させる。第２図（ａ）図示の状懸から集光レン
ズ１３などが、一次元光電変換素子１５から離反する矢
印２５ａ方向に変位すると、やがて第２図（ｂ）図示の
ように光Ｌｌ，Ｌ２が光電変換素子２５の１つの素子２
０に共通に結像したいわば合焦状態となる。光選択透過
部材１２および第２の集光レンズ１３がいわばデフォー
カス方向である矢印２５ｂ方向に変位した場合には、光
Ｌｌ，Ｌ２がそれぞれ結像する素子２０．２０間の距離
が大きくなり、このことか制御手段１７で検知され、制
御手段１７は第２の集光レンズ１３などの変位方向を逆
転させるだめの制御信号を第２の調節手段１６に与える
。

このようにして確実に第２図（ｂ）図示の合焦状態に至
らせることができる。

第２図（ｂ）図示の状態となると、第２の集光レンズ１
３と一次元光電変換素子１５との間の距離が検出され、
この距離情報から、第１図図示の構成が収納される筐体
（図示せず）と記号面８との間の距離（バーコードリー
ダ本体と記号面８との間の距離、すなわち読取距離）が
制御手段１７で演算される。第２図（ｂ）図示の結像状
懸が実現されるのは、記号而８、光選択透過部材１２、
第２の集光レンズ１３、および一次元光電変換素子１５
の位置関係が、周知の結像公式で決まる一定の関係にあ
る場合であり、したがってそのときの第２の集光レンズ
１３と一次元光電変換素子１５との間の距離と、第２の
集光レンズ１３と記号面８との間の距離とは一対一に対
応する。したかって、このときの第２の集光レンズ１３
と一次元光電変換素子１５との間の距離から、上記読取
距離を演算により求めることができるのである。

この読取距離に対応した制御信号がライン１８から第１
の調節手段４に与えられると、この第１の調節手段４は
レーザ光Ｌが記号面８上に最小の径のスポットを形成す
るように第１の集光レンズ２を変位させる。これによっ
て、バーコート７の読取が高い解像度を有して確実に行
われることになる。

第２の集光レンズ１３などと一次元光電変換素子１５と
の間の距離か、第２図（ｂ）図示の状態よりも大きい場
合には、第２図（ｃ）図示の状態となるが、この場合に
も、光Ｌｌ，Ｌ２は異なる２つの素子２０で検出される
。したがって、上記の場合と同様の制御動作により、光
Ｌｌ，Ｌ２か１つの素子２０の共通結像した第２図（ｂ
）図示の状態に至らせることができる。

以上のように本実施例によれば、先選択透過部材１２を
介した２つの光Ｌ１．，Ｌ２を一次元光電変換素子〕５
において同一の位置に結像させ、この状態での第２の集
光レンズ１３と一次元光電変換素子１５との間の距離か
ら、読取距離が演算される。そしてこの読取距離に対応
して、第１の集光レンズ２かその光軸に沿って変位され
、これによりレーサ光Ｌを記号面８上で絞るようにして
いる。この結果、バーコード７の読取を、広い読取範囲
で、確実に高い精度で行うことができるようになる。ま
た、読取距離の測定のために、赤外発光ダイオードなど
のように特別の光源を用いていないので、コスト高とな
ることもなく、また消費電力が増大することもないので
、バツテリ駆動の装置などでは極めて有利である。

さらに、第１の集光レンズ２を変位させて、半導体レー
ザ光源１と第１の集光レンズ２との間の距離を調節する
ことにより、半導体レーサ光源１から記号面８に至る種
々の光路長に対応するようにしているので、簡単でかつ
安価な構成により、いわゆる自動焦点調整動作を行わせ
ることが可能となっている。しかも、半導体レーザ光源
１からのレーザ光Ｌは常に集光レンズ２の光軸上の位置
から発生され、またレーザ光は指向性か良いので、第１
の光電変換素子１１における反射光の検出もまた良好に
行われる。

なお、本発明は上記の実施例に限定されるものではない
。すなわちたとえば、上記の実施例では、第１の調節手
段４により第１の集光レンズ２を変位させるようにした
が、この第１の集光レンズ２の代わりに、または第１の
集光レンズ２とともに半導体レーザ光源１が変位されて
もよい。また、上記の実施例では、光選択透過部材１２
と第２の集光レンズ１３とを保持部材１４で共通に保持
させ、この保持部材１４を変位させることにより、光選
択透過部材１２とともに第２の集光レンズ１３を変位さ
せるようにしたが、集光レンズ１３のみか変位される構
成であってもよく、また集光レンズ１３は固定して一次
元光電変換素子１５を変位させる構成であってもよい。

また、半導体レーサ光源１に代えて、Ｈｅ−Ｎｅレーザ
装置なとのガスレーザ装置や、他の光源装置が用いられ
てもよい。

さらに、上記の実施例では、２個のピンホール１２１．
１２２を形成した光選択透過部材１２を用いたが、３個
以上のピンホールを形成して３個以上の瞳を有する構成
としてもよく、またピンホールの代わりに２つ以上のス
リットを形成するようにしてもよい。スリットを形成し
た場合には、一次元光電変換素子での前記スリット像の
検出が確実に行われる点で有利である。その他本発明の
要旨を変更しない範囲内において、種々の設計変更を施
すことか可能である。さらに、また本発明は、バーコー
ドリーダに限らず、たとえば光学式文字読取装置などの
ように、記号面にコントラストを利用して形成した任意
の記号を読み取るための記号読取装置に対して容易に応
用することができるものである。

く発明の効果〉 以上のように本発明の記号読取装置によれば、光源から
記号面に至る光路長の大小によらずに、当該光源光を記
号面上において良好に絞ることができるので、広い読取
範囲内において記号の読取を確実にかつ高い精度を有し
て行わせることができるようになる。しかも、簡単でか
つ安価な構成で、確実な読取動作が可能となるので、低
コスト化にも有利である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の記号読取装置の一実施例であるパーコ
ードリーダの基本的な構成を簡略化して示す平面図、 第２図は一次元光電変換素子１５の近傍の様子を拡大し
て示す平面図である。 １・・・半導体レーザ光源、２・・・第１の集光レンズ
、３・・・ポリゴンミラ−（走査ミラー）、４・第１の
調節手段、７・・・バーコード（記号）、８・・・記号
面、１１・・第１の光電変換素子、１２・・・光選択透
過部材、１３・・・第２の集光レンズ、１５・・・一次
元光電変換素子（第２の光電変換素子）、１６・・第２
の調節手段、１７・・・制御手段 半導体レーザ光源 第１の集光レンズ ポリゴンミラー 第１の調節手段 バーコード １３　　・・・　第２の集光レンズ １５　　・・・　一次元光電変換素子 １６　　・・・　第２の調節手段 第 １ 図 第 ２ 図 ］５ ２０ １５ ２０ １５ ２０

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光源からの光を絞る第１の集光レンズ、この第１の
   集光レンズからの光で記号を形成した記号面を走査させ
   る走査ミラー、および前記記号面からの反射光を受光し
   て電気信号に変換する第１の光電変換素子を有し、前記
   記号面を光学的に走査して前記記号を読み取るようにし
   た記号読取装置において、 前記光源と第１の集光レンズとの間の距離を変化させる
   第１の調節手段と、 前記記号面からの反射光が導かれ、少なくとも２つの瞳
   を有する光選択透過部材と、 この光選択透過部材からの光を集光する第２の集光レン
   ズと、 この第２の集光レンズからの光を受光し、 前記少なくとも２つの瞳に対応した光の各結像位置を検
   出する第２の光電変換素子と、 前記第２の集光レンズと第２の光電変換素子との間の距
   離を変化させ、前記少なくとも２つの瞳に対応した光を
   前記第２の光電変換素子において等しい位置に結像させ
   る第２の調節手段とを備え、 前記第１の調節手段は、前記２つの瞳に対応した光が前
   記第２の光電変換素子の同一位置に結像した状態におけ
   る前記第２の集光レンズと第２の光電変換素子との距離
   に対応する前記第２の調節手段からの制御信号を受けて
   、前記光源と第１の集光レンズとの間の距離を調節する
   ことを特徴とする記号読取装置。