JPH03240182A - 光学読取装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はホログラムによってレーザ光を偏向し、このレ
ーザ光によって対象物を走査し、この対象物からの反射
光を再びホログラムを通して受光して対象物に設けられ
た情報を読取るホログラム式読取装置に関するものであ
る。

〔従来の技術〕

従来、特公昭６１−５３７５３号公報に開示されるよう
にホログラムを用いてレーザ光を偏向させ、このレーザ
光によってバーコード等の情報を走査するものが知られ
ていた。そして上記公報のものはバーコードからの反射
光を再び上記ホログラムを通して受光し、上記バーコー
ドを読取っている。

また特開昭５７−５０２１４２号公報あるいは特開昭６
３−１５０７７７号公報に開示されるように焦点距離の
異なる複数のホログラムを同一の円板上に分割して設け
、全体としての読取深度を広範囲にするものが知られて
いる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記の従来技術のように焦点距離の異なる複数のホログ
ラムを用いることによって読取深度を増大するとバーコ
ード等の情報を読取らせる際の操作性を向上することが
できるが、その反面焦点距離が遠くなるほどバーコード
からの反射光が減少し、受光光量が減少してバーコード
等の読取りが困難になるという問題点があった。

このような読取深度の増大に伴う受光光量の減少に対し
て、受光信号を増幅する処理回路のダイナミックレンジ
を拡大することが考えられるが、ＳＮ比を十分なレベル
に抑えながら広いダイナミックレンジを実現することは
困難であった。

また、特開昭５８−２０３５７４号公報に開示される技
術を応用し、ホログラムの焦点距離に応じてレーザ光の
強度を変えることや、受光信号の増幅ゲインを変えるこ
とが考えられるが、どのホログラムにレーザ光が入射し
ているのかを検出する装置や、ホログラムの切換わりに
応じてレーザ光の光量や増幅ゲインを切換える同期処理
回路が必要となり、装置の構成が複雑になるという問題
点があった。

本発明は上記のごとき問題点に鑑み、焦点距離のちがい
による受光光量の差を簡単な構成にて補償することがで
きる光学読取装置を提供することを目的としてなされた
ものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は上記目的を達成するために、 レーザ光源と、 該レーザ光源から発生されたレーザ光を回折偏向し、所
定の焦点距離で集束させるとともに、対象物からの反射
光を受光して回折偏向するホログラムを有する走査手段
と、 前記対象物からの反射光を前記走査手段の前記ホログラ
ムを介して受光し、受光信号を出力する受光手段とを備
え、 前記ホログラムは、該ホログラムの前記焦点距離の遠近
に応じて高低に設定された回折効率および／または前記
ホログラムの前記焦点距離の遠近に応じて大小に設定さ
れた受光面積を有するという技術的手段を採用する。

〔作用〕

以上に述べた本発明の詳細な説明する。

レーザ光源から発生されたレーザ光は走査手段のホログ
ラムによって回折偏向され所定の焦点距離に集束される
。このホログラムによって回折偏向され、集束されたレ
ーザ光が対象物に当たるとその反射光は再び走査手段の
ホログラムによって回折偏向され、受光手段へ導かれる
。そして、受光手段は上記対象物からの反射光に応じて
受光信号を発生する。

ここで、受光手段が受光する反射光の光量は下式により
表わすことができる。

１＝ｒ、ｏ　　・ｋ−Ｒ・　（１／Ｌ）　２　・Ｓ　・
η”・・・・・・　（１） ｆ　：受光手段の受光光量 Ｉｏ　二対象物への照射光量 に：対象物の反射率 Ｒ：ホログラム以外の光学系の効率 Ｌ：対象物と受光手段との距離 Ｓ：ホログラムの受光面積 η：ホログラムの回折効率 この弐の中で、Ｒはホログラム以外の光学素子の光の利
用率であり、例えば複数のξラーを用いる場合は各ξラ
ーの反射率の積で表わされる。またＳは反射光を受光手
段に導びくために有効なホログラムの受光面積である。

上式から明らかなように、受光手段の受光光量は距離り
が大きくなると距離りの２乗に反比例して減少する。こ
のとき、距離りを変化させる最も大きな要因としてホロ
グラムの焦点距離がある。

一方、上式から明らかなように受光面積Ｓあるいは回折
効率ηを大きくすれば、受光光量Ｉは増加する。

このため、ホログラムの焦点距離の遠近に応じてホログ
ラムの回折効率ηを予め高低に設定し、ホログラムを作
成することで、距離りのちがいによる受光光量■の変化
を抑制することができる。

また、ホログラムの焦点距離の遠近に応じてホログラム
の受光面積Ｓを予め大小に設定することで、距離りのち
がいによる受光光量■の変化を抑制することができる。

さらに、回折効率ηと受光面積Ｓの両方を上記のように
設定しても距離りのちがいによる受光光１１の変化を抑
制することができる。

〔実施例］ 以下、本発明を適用した実施例を説明する。

第１図は第１実施例の斜視図であり、第２図は第１実施
例の平面図である。この実施例はレジカウンタ谷に本発
明によるバーコードリーグを設置したものである。

レジカウンタ台１には、走査部２が支持部３によって支
持されている。走査部２は支持部３の中を通るケーブル
４ａにより制御回路４と接続され、後述するレーザ光源
やモータの駆動信号、読取信号、電源などが授受されて
いる。

支持部３はレジカウンタ台１に固定される基台３１と、
この基台３１に固定された筒状の第１支持柱３２と、こ
の第１支持柱３２の中に、上下方向に移動可能に挿入さ
れた第２支持柱３３とを備える。基台３１には穴が適宜
設けられ、図示せぬボルト、ネジ等でレジカウンタ台１
に固定される。

第１支持柱３２に挿入された第２支持柱３３は上下方向
に移動可能で、ツマご３４によって任意の位置に固定さ
れる。この第２支持柱３３の端部には、走査部２が軸３
５を中心に回動可能に支持されている。

走査部２はケース２２に透明ガラスが設けられた読取窓
２１とスモークアクリルが設けられた表示窓２３とを有
し、表示窓２３には電源表示用ＬＥＤ２３ａと読取表示
用ＬＥＤ２３ｂとが設けられている。走査部２は、読取
窓２１から物品の搬送路上へ、その物品の到来方向へ向
けてほぼ４５゜の角度で読取用のレーザ光を出射し、２
点鎖線で囲まれた範囲を読取用のレーザ光で走査する。

そして、レジ係の操作者により物品が２点鎖線で囲まれ
た範囲に移動されると、物品に貼付されたバーコードが
読み取られる。こうして読み取られたバーコードは、制
御回路４でデコードされ、図示せぬＰＯＳターミナルに
送出され、価格が集計される。

次に、操作部２の構成を第３図および第４図により詳細
に説明する。

第３図はケース２２内部の光学系部品の配置を示す操作
部２の透視図であり、第４図は操作部２の縦断面図であ
る。

第４図に図示されたシャーシ２００は、第２支持柱３３
と連結されており、走査部２の内部を貫通して走査部２
の機械的な骨格をなしており、後述する光学系の精度の
ため、高い剛性を備えている。

シャーシ２００には半導体レーザ光源２０１が設けられ
、この半導体レーザ光源２０１には、可視光半導体レー
ザと、レンズ系とが内蔵されている。シャーシ２００に
固定された集光レンズ２０２には、その中心軸を貫通し
て遮光筒２０４が設けられ、遮光筒２０４には反射鏡２
０３が設けられている。反射鏡２０３は遮光筒２０４に
、その軸方向と４５°の角度をもって設けられ、遮光筒
２０４に設けられた切欠き部２０４ａから入射するレー
ザ光を遮光筒２０４の軸方向へ反射する。

ホログラムディスク２０５には、近焦点距離の第１ホロ
グラム２０５ａと遠焦点距離の第２ホログラム２０５ｂ
とが各々１８０°の範囲にわたって形成され、入射する
レーザ光を偏向させるとともに集束させる。しかも、近
焦点の第１ホログラム２０５ａはホログラムディスク２
０５上に帯状に形成され、一方遠焦点の第２ホログラム
２０５ａはホログラムディスク２０５の半円全体に形成
されている。この実施例では各ホログラムの焦点距離は
第２図に１．ｈとして示される距離に設定されている。

ホログラムディスク２０５はモータ２０６により回転さ
れるように設けられている。多面反射鏡２０７は反射鏡
２０７ａ〜２０７ｅを有し、シャーシ２００に脱着自在
に設けられたサブシャーシ２００ａに固定されている。

そして、このサブシャーシ２００ａとともに多面反射鏡
２０７を交換することで、走査パターン、走査線数など
を変更することができる。この実施例では、面数の異な
る（３面から６面）の多面反射鏡を交換して走査線数、
走査パターンが変更できる。

また、ホログラムディスク２０５は、サブシャーシ２０
０ｂに、このサブシャーシ２００ｂ、モータベース２０
６ａ、および基板２０６ｂを貫通して設けられたモータ
２０６のシャフトに固定されており、ホログラムディス
ク２０５はシャーシ２００に設けられた円形の凹部にサ
ブシャーシ２００ｂを蓋として収納される。これにより
、ホログラムディスク２０５へのゴξの付着の防止、お
よびホログラムディスク破損時の飛散防止などが図られ
ている。また、モータ２０６はアウターロータ型のモー
タで、サブシャーシ２００ｂにモータベース２０６　ａ
、および駆動回路基板２０６ｂとともに設置されている
。

また、サブシャーシ２００ｂからはホログラムを直進貫
通する透過光遮光、および装置外からの直接入射光遮光
のための遮光板２０Ｂが延在している。

第３図に示されるように、ホログラムディスク２０５に
面するシャーシの所定位置には発光素子２１２ａと受光
素子２１２ｂとからなるホトインタラプタ２１２が設け
られている。そして、ホログラムディスク２０５には、
各走査線の始点と終点とに対応した位置にマーク２０５
ｃが設けられており、このマーク２０５ｃをホトインタ
ラプタ２１２が検出することにより各走査線の始点と終
点とが検知される。また、マーク２０５Ｃのひとつ、こ
の実施例では最下端に図示されるマークは他のマークよ
り幅広にしてあり、ホログラムディスク２０５が一回転
したことがホトインタラプタ２１２の検知信号の幅から
検知される。

反射鏡２０９はシャーシ２００から延在するサブシャー
シ２００ｃに固定されており、このサブシャーシ２００
ｃはホトディテクタ２１１への外乱光の入射を阻止する
ため、集光レンズ２０２から反射鏡２０９．帯域透過フ
ィルタ２１０を経てホトディテクタ２１１へ至る経路を
包囲するように形成されている。

ホトディテクタ２１１および帯域透過フィルタ２１０は
シャーシ２００に固定された回路基＋＆　２１３に増幅
回路、駆動回路などと共に設けられている。

また、走査部２の内部には半導体レーザ光源２０１に内
蔵されたレーザダイオードの駆動回路、ホトインタラプ
タ２１２からの信号を処理する処理回路、モータ２０６
の駆動回路、ホトディテクタ２１１からの信号を増幅す
る増幅回路、表示窓２３内に設けられた電源表示用ＬＥ
Ｄ２３　ａや読取表示用ＬＥＤ２３ｂの駆動回路、およ
び電源回路とのを設けた回路基板２１３，２１４が設け
られている。

上記構成においてホログラムディスク２０５にホログラ
ム２０５ａ、２０５ｂを形成する方法を説明する。

まずホログラムディスク上に感光材料膜を形成する。次
に、手内部分を第５図（ａ）に示すような半円のマスク
Ｍ、により覆って遠焦点距離のホログラム２０５ｂを形
成する。このホログラム２０５ｂは第５図中）に示すよ
うに、拡散レーザ光Ｌ１と平行レーザ光Ｌ２とによって
形成される。

近焦点距離のホログラム２０５ａは第６図（ａ）に示す
ように、帯状の穴が設けられたマスクＭ２を用い、第６
図中）のようにホログラムディスク２０５をマスクＭで
拡散レーザ光り、を平行レーザ光Ｌ２とによって形成さ
れる。

次に上記構成による作動を説明する。装置の電源が投入
されると電源表示用ＬＥＤ２３　ａが点灯するとともに
モータ２０６が回転し、ホログラムディスク２０５が回
転する。

ホログラムディスク２０５の回転が十分高くなるとレー
ザ光源２０１の半導体レーザダイオードが発光しレーザ
光りを生じる。

レーザ光源２０１から出射したレーザ光りは反射鏡２０
３により遮光筒２０４の軸方向へ屈折されホログラムデ
ィスク２０５に入射する。ホログラムディスク２０５に
形成された第１ホログラム２０５ａと第２ホログラム２
０５ｂは各々がレーザ光を回折偏向し、所定の焦点距離
にて焦点させる。しかも第１および第２ホログラム２０
５　ａ。

２０５ｂの各々はホログラムディスク２０５の回転に伴
ってレーザ光りを１８０°の半円に沿って走査する。

以下第１ホログラム２０５ａの場合について説明する。

ホログラムディスク２０５から出射したレーザ光は多面
反射鏡２０７で反射され、読取窓２１から出射して対象
物であるバーコード上に照射される。このとき、第１ホ
ログラム２０５ａによってレーザ光が１８０°の範囲で
走査されるため、レーザ光は反射鏡２０７ａ〜２０７ｅ
の各面を順次移動する。このため読取窓２１の外に出射
するレーザ光の軌跡（走査パターン）は多面反射鏡２０
７の面数と各面２０７ａ〜２０７ｅの角度とに応じた形
となる。

読取窓２１から出射されたレーザ光が第１ホログラム２
０５ａにより与えられた焦点付近でバーコード上を横切
ると、このバーコードのパターンに応じた反射光が発生
する。この反射光は再び読取窓２１に入射し、反射鏡２
０７ａ〜２０７ｅのうち、現在レーザ光を反射している
反射鏡により反射され、再びホログラムディスク２０５
へ入射する。

そして第１ホログラム２０５によりレーザ光の場合とは
逆に回折偏向され、集光レンズ２０２へ入射する。

集光レンズ２０２に入射した反射光は集光レンズ２０２
によって集光され、反射鏡２０９で反射されて帯域透過
フィルタ２１０でレーザ光の波長成分のみが透過しホト
センサ２１１に焦点を結ぶ。

これによりホトセンサ２１１からはバーコードからの反
射光に応じた電気信号が得られる。さらに制御回路４は
ホトセンサ２１１からの電気信号とホトインタラプタ２
１２からの信号とを入力し、反射鏡２０７ａ〜２０７ｅ
ごとに形成された走査線ごとにホトセンサ２１１からの
電気信号を分割し、走査線ごとの電気信号からバーコー
ドをデコードし出力する。

以上の作動において第１ホログラム２０５ａは近焦点距
離を有するように形成されているため、強い反射光が得
られる。これに対して第２ホログラム２０５ｂは遠焦点
距離を有するように形成されているため、弱い反射光し
か得られない。

しかし第１ホログラム２０５ａは帯状に形成されている
ため、反射光を受光してホトセンサ方向へ回折偏向する
ための受光面積が第２ホログラム２０５ｂより小さいた
め、第２ホログラム２０５ｂより反射光の集光能力が小
さい。

ここで、第１ホログラム２０５ａの受光面積は第７図（
ａ）に示すように、集光レンズ２０２の集光範囲を破線
図示の範囲とすると、この範囲と第１ホログラム２０５
ａとの重なる部分の面積となる。

−力筒２ホログラム２０５ｂの受光面積はホログラムが
ホログラムディスク上の半円にわたって形成されている
ことから、第７図（ｂ）に示すように第１ホログラム２
０５ａの受光面積よりも大きい。

このため、第１ホログラム２０５ａと第２ホログラム２
０５ｂとの焦点距離のちがいにより反射光に強弱が生じ
ても、ホログラムの形成面積を焦点距離に応じて設定す
るだけの簡単な構成にて反射光の強弱を補償することが
できる。これにより、ホードセンサ２１１に集光される
光量に大巾な差異を生じることがない。

第８図は本発明を適用した第２実施例の走査部の透視図
である。

この実施例では近焦点距離の第１ホログラム２０５ｃの
回折効率を低く形成し、遠焦点距離の第２ホログラム２
０５ｄの回折効率を高く形成しており、他の構成は前述
の第１実施例と同一であるので同一の符号を付した。

この第２実施例では第１ホログラム２０５ｃ。

第２ホログラム２０５ｄともにホログラムディスク２０
５の半円の範囲全体にわたって形成されており、受光面
積は両者とも等しい。

しかし回折効率が第１ホログラム２０５ｃは低く第２ホ
ログラム２０５ｄは高いため、同じ光を受けた場合でも
、第１ホログラム２０５ｃより第２ホログラム２０５ｄ
のほうが多くの光をホトセンサ２１１の方向へ回折偏向
する。

また、第１ホログラム２０５ｃの回折効率を低下させる
ことで、レーザ光りの回折光量も低下し、バーコードに
照射される光量が減少する。このため、バーコードから
の反射光そのものを減少させることができ、反射光の回
折光量の低下とあいまってホトセンサが受光する光量を
第２ホログラム２０５ｄによる読取時の光量に接近させ
る。

このため、第１ホログラム２０５ｃと第２ホログラム２
０５ｄとの焦点距離のちがいにより反射光に強弱が生じ
ても、ホログラムの回折効率を焦点距離に応じて設定す
るだけの簡単な構成にて反射光の強弱を補償することが
でき、ホトセンサ２１１に集光される光量に大巾な差異
を生じることがない。

ここで、ホログラムの回折効率を変化させる方法はホロ
グラムの種類に応じて種々の方法がある。

この実施例ではレリーフ型のホログラムを用いているた
め、格子間隔に対する格子深さの比をホログラムの形成
時に調節することで回折効率を調節している。そして、
この格子深さを調節するためにレーザ露光時の露光量を
近焦点距離ホログラムの形成時と遠焦点距離ホログラム
の形成時とで異なる値にしている。なお、露光後の現像
時間を調節しても格子深さを調節し回折効率を変化させ
ることができる。また、屈折率差を利用したダイクロメ
ートゼラチン等のホログラムでは、露光前の硬膜量、ｎ
光量、現像条件を最適値からずらすことにより回折効率
を低下させ、回折効率を調節することができる。

以上に述べた第１実施例ではホログラムの受光面積のみ
を焦点距離に応じて設定し、第２実施例ではホログラム
の回折効率のみを焦点距離に応じて設定したが、これら
を並用してもよい。

第９図はホログラムの受光面積と回折効率との両方を焦
点距離に応じて設定した第３実施例のホログラムディス
クの平面図である。

このホログラムディスクは第１実施例のホログラムディ
スクと取換えて用いることができる。近焦点距離のホロ
グラム２０５ｅは遠焦点距離のホログラム２０５　ｆよ
りも低い回折効率にて形成されている。また、ホログラ
ム２０５ｅは、ホログラム２０５ｆよりも受光面積が小
さくなるように形成されている。

これにより、第２ホログラム２０５ｆは第１ホログラム
２０５ｅより多くの反射光を受光し、しかも第１ホログ
ラム２０５ｅより高い効率で受光した反射光を回折偏向
させる。このように受光面積と回折効率とを並用するこ
とにより、近焦点距離のホログラムの回折効率を大巾に
下げられない場合や受光面積を大巾に小さくできない場
合でも焦点距離のちがいによる反射光の強弱を補償する
ことができる。

なお、以上に述べた第１．第２．第３実施例ではホログ
ラムディスク２０５を２つの領域に分割して２つの異な
る焦点距離のホログラムを形成したが、さらに多数の領
域に分割して多数の異なる焦点距離のホログラムを形成
してもよい。

例えば、第１０図に示すようにホログラムディスク２０
５を４つの領域に分割し、Ａ、Ｂ、Ｃ。

Ｄの４つのホログラムをそれぞれの焦点距離がＬＡ＜　
Ｌ　ｍ　＜　Ｌ　ｃ　＜　Ｌ　ｏとなるように形成し、
それぞれのホログラムの受光面積がＳＡ＜Ｓｓ　＜Ｓｃ
　＜Ｓｏとなるように形成してもよい。

また、第１１図に示すようにホログラムディスク２０５
を４つの領域に分割し、Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄの４つのホログ
ラムをそれぞれの焦点距離がＬＡ＜　Ｌ　ａ　＜　Ｌ　
ｃ　＜　Ｌゎとなるように形成し、それぞれのホログラ
ムの回折効率がη、〈η、〈η。くη、となるように形
成してもよい。

（発明の効果〕 以上述べたように本発明によると、受光手段と対象物と
の間に介装され、対象物からの反射光を受光手段に向け
て回折偏向するホログラムを、焦点距離の遠近に応じて
高低に設定された回折効率および／または焦点距離の遠
近に応じて大小に設定された受光面積を有するように形
成するだけの簡単な構成で受光手段と対象物との距離差
による反射光の強弱差を補償することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１実施例によるバーコードリーグの斜視図、
第２図は第１実施例によるバーコードリーグの平面図、
第３図は第１実施例の走査部の透ムディスク、２０５ａ
、２０５ｃ、２０５ｅ・・・近焦点距離ホログラム、２
０５ｂ、２０５ｄ、２０５ｆ・・・遠焦点距離ホログラ
ム。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 レーザ光源と、 該レーザ光源から発生されたレーザ光を回折偏向し、所
   定の焦点距離で集束させるとともに、対象物からの反射
   光を受光して回折偏向するホログラムを有する走査手段
   と、 前記対象物からの反射光を前記走査手段の前記ホログラ
   ムを介して受光し、受光信号を出力する受光手段とを備
   え、 前記ホログラムは、該ホログラムの前記焦点距離の遠近
   に応じて高低に設定された回折効率および／または前記
   ホログラムの前記焦点距離の遠近に応じて大小に設定さ
   れた受光面積を有することを特徴する光学読取装置。