JPH03262084A - 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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、レーザ光により、カードや商品の包装などに
付した文字やバーコードなどの記号を走査し、反射光を
検出することにより記号を光学的に読み取る記号読取装
置に関する。

〈従来の技術〉 従来から、コンピュータへのデータの入力のためなどに
バーコード読取装置（ＢＣＲ）や光学式文字読取装置（
ＯＣＲ）などの光学的記号読取装置が広く利用されてい
る。

最近では、バーコードや文字などの記号を形成した記号
面に対して一定距離以上離間した非接触の状態での読取
が可能な記号読取装置も用いられており、たとえば電子
部品を装備したプリント基板に形成したバーコードやベ
ルトコンベアによる搬送途中の物品の表面に形成したバ
ーコードの読取などのために用いられている。

このような非接触状態での読取が可能な記号読取装置は
、小型レーザ発振装置、レーザ発振装置から出たレーザ
光を一定の角度幅で走査するポリゴンミラーなどの走査
ミラー、読取対象からの反射光を受光する受光素子、お
よび受光素子による受光信号を処理して読取対象を識別
する処理回路などを備えている。そして、レーザ光によ
る記号の走査時における反射光強度の変化に基づいて記
号の読取が行われる。上記の各構成部分はたとえばハン
ディなピストル型筐体に収納され、このような読取装置
はハンドベルトタイプなどと称されている。

この構造の記号読取装置によれば、レーザ光を使用する
ので、離れた位置でも小さなスポットを得ることができ
、近くにある読取対象のみならず遠くにある読取対象を
読み取ることもできる（読取深度が広い）ほか、レーザ
を自動的に走査するので、ペン式の記号読取装置のよう
に筒先を接触させて動かす必要はなく、読取対象に対し
て照準を定めるだけでよいといった利点が得られる。

記号面からの反射光は、レーザ光が・記号面に形成する
スポットからの散乱光であるため、この反射光強度は記
号面と読取装置との間の距離が長くなるほど微弱になる
。一方、上記のような読取装置では、レーザ光が人間の
眼に入る危険があるので、レーザ光のパワーをあまり大
きくすることができない。したかって、通常では記号面
からの反射光を集光レンズなどて構成した光学系で集光
した後に、受光素子に入射させるようにして、受光素子
における充分な受光光量を確保している。

上記の光学系としては、球面レンズが一般に適用される
が、その他にたとえば第４図に示すようなトーリックレ
ンズが適用される場合もある（たとえば実開昭６２−１
０５５６０号公報）。このトーリックレンズは、その一
方の面３１を、レーザ光による記号面の走査方向に対応
した方向Ｒ１に沿う主経線の曲率半径が、この方向Ｒ１
に直交する方向Ｒ２に沿う主経線の曲率半径よりも大き
なトーリック面としたものである。他方の面は平面であ
る。このトーリックレンズを用いると、方向Ｒ１に関す
る曲率のために、第５図に示すように、記号面からの反
射光ＬＲの入射方向（レーザ光の走査に伴って変化する
。）によらずに、この反射光ＬＲを受光素子３５の受光
面３５ａにバランス良く集光することができる（すなわ
ち、受光素子３５の受光光量をほぼ一定にできる。）。

しかも、方向Ｒ１方向に関して光が集光されるので、受
光素子３５の小型化に有利である。

また、方向Ｒ２に関する曲率のために、受光素子３５の
受光面３５ａを該トーリックレンズの焦点位置近傍に配
置することによって、第６図に示すように遠くのスポッ
ト（図示せず）からの反射光ＬＲ３と近くのスポット３
６からの反射光ＬＲ４とを受光素子３５の受光面３５ａ
にバランス良く集光できる（すなわち、受光光量をほぼ
一定にできる。）。

この結果、たとえばバーコードをその中央部と両端部と
でほぼ等しい解像力で読み取ることができるとともに、
広い読取距離の範囲を確保して読取深度を大きくとるこ
とができる。

〈発明が解決しようとする課題〉 記号面からの反射光は、記号面にレーザ光が形成したス
ポットからの散乱光であるので、読取距離が長い場合に
受光素子での充分な受光光量を得るためには、レンズの
口径を大きくする必要かある。

しかし、レンズを大きくする場合には、収差を増大させ
ないために、その表面の曲率半径を大きくしてレンズの
設定が行われることから、その焦点距離が長くなる。こ
のため、受光素子とレンズとの間の距離を長くする必要
が生じ、装置の大型化を招くことになる。

このように、従来では、球面レンズ、トーリックレンズ
のいずれを用いた場合でも、受光素子における充分な受
光光量を確保し、収差の発生を抑制して読取性能（特に
読取距離が長い場合の読取性能）を良好に保とうとする
と、装置が大型化してしまうという問題があった。

そこで、本発明は、上述の技術的課題を解決し、読取性
能の劣化を招くことなく、受光手段における充分な受光
光量が確保でき、かつ小型に構成され得る記号読取装置
を提供することを目的とする。

く課題を解決するための手段および作用〉上記の目的を
達成するための請求項１記載の記号読取装置は、記号を
形成した記号面をレーザ光源からのレーザ光で走査し、
記号面からの反射光を集光手段を介して受光手段に入射
させて、前記記号を読み取る記号読取装置において、前
記集光手段が、光軸近傍の曲率半径よりも、光軸から離
れた部分の曲率半径の方が大きいレンズ面を有する非球
面レンズであるものである。

上記の構成によれば、集光手段として用いられる非球面
レンズは、非球面であるレンズ面では、縁部の曲率半径
が光軸付近の曲率半径よりも大きいので、その縁部に入
射した光のピント位置と光軸近傍に入射した光のピント
位置とに大きな差を生じさせることなく、記号面からの
反射光を良好に集光させることができる。すなわち、前
記非球面の平均曲率を大きくしても、大きな収差が生じ
ることがないので、短い距離で反射光の集光を行える。

また、請求項２記載の記号読取装置は、前記集光手段か
、前記反射光が入射する第１面および光が出射する第２
面をいずれもトーリック面とした両面トーリックレンズ
であるものである。

このような構成によれば、短い距離で反射光を集光する
ために第１面の曲率を大きくしても、第２面により収差
を抑制できるので、大きなレンズを用いて受光手段にお
ける充分な受光光量を確保しつつ、短い距離で反射光を
良好に集光できる。

すなわち、従来のトーリックレンズでは、第２面が平面
であったために収差の発生が余儀無くされており、した
がってトーリック面の曲率半径を大きくせざるを得なか
ったのであるが、本発明では第２面をもトーリック面と
した両面トーリックレンズを用いているので、収差を生
じさせることなく短い距離で記号面からの反射光を集光
できる・〈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バーコ
ード読取装置の基本的な構成を示す概念図である。半導
体レーザ光源１から出射したレーザ光Ｊ１は、ポリゴン
ミラー２の偏向反射面２ａで反射されて、記号であるバ
ーコード３ａを形成した記号面３に導かれる。ポリゴン
ミラー２は、たとえば正多角柱の各側面を偏向反射面２
ａとしたもので、その軸線まわりにモータ４によって一
定角速度で回転駆動される。これによって、記号面３は
、レーザ光Ｊ１によって矢印５方向にほぼ等速度で走査
される。

記号面３からの反射光Ｊ２は、集光レンズ６を介して、
フォトダイオードなどの光電変換素子を含んで構成され
た受光素子７に導かれて受光され、光量に対応した電気
信号に変換される。この電気信号は、識別手段８に与え
られ、たとえば上記の電気信号が適当なスライスレベル
でレベル弁別されて「１」または「０」の信号に二値化
され、この二値信号に基づいてバーコード３ａが表す情
報が認識される。

記号面３からの反射光Ｊ２を集光するための集光レンズ
６は、反射光Ｊ２が入射する第１面６１を、記号面３に
おけるレーザ光Ｊ１の走査方向（矢印５方向）と平行な
方向の主経線の曲率が、この方向と直交する主経線の平
均曲率よりも小さな非球面としたものである。反射光Ｊ
２が出射する第２面６２は平面である。このようにして
、レーザ光Ｊ１の走査に伴う反射光Ｊ２の入射方向の時
間変化によらずに、反射光Ｊ２をバランス良く集光して
、受光素子７の受光面に良好に結像させるようにしてい
る。

第２図は、集光レンズ６の断面図である。この第２図に
は、集光レンズ６の光軸６ａとレーザ光Ｊ１が形成する
走査線とを含む平面に垂直であって前記光軸６ａを含む
切断面における断面が示されている。この断面内におい
て、集光レンズ６の第１面６１は、光軸６ａの近傍の曲
率半径ｒ０が、光軸６ａから離間した部位での曲率半径
ｒ１よりも小さい形状を有している。すなわち、この集
光レンズ６の第１面６１は、その曲率半径が、その光軸
６ａから離間するに従って大きくなっている。

このような集光レンズ６は、プラスチック成形品などに
よって容易に作成できる。

このような集光レンズ６を用いれば、第２図の切断面で
の第１面６１の平均曲率を大きくしても、その縁部を介
した光と、その中央部を介した光とを共通に焦点Ｆ１の
近傍に精度良く導くことができる。換言すれば、第１面
６１が大きな曲率を有していても、収差を小さくできる
。

したがって、受光素子７における充分な受光光量の確保
のために集光レンズ６を口径の大きなものとしても、収
差の増大を招くことなくその焦点距離ｆ１を小さくする
ことかできる。この結果、集光レンズ６と受光素子７と
の間の距離を短くてきるので、受光のための構成をコン
パクトにすることができ、しかも反射光Ｊ２を受光素子
７て良好に検出できる。このことは、たとえばピストル
形などのハンディな筐体内に収納される手持ち式のバー
コード読取装置において特に有利であり、装置の大型化
を招くことなく読取距離が長い場合の読取性能を向上で
きる。また、組合せレンズによって、収差が少なくかつ
焦点距離の短い光学系を構成することも考えられるが、
このような場合には部品点数が増大してしまう。これに
対して、本実施例では部品点数が増大することかないの
で、構成を簡単にできるという利点がある。

第３図は本発明の他の実施例において用いられる集光レ
ンズ９の断面図である。この集光レンズ９は、第１図図
示の構成において、集光レンズ６に代えて用いられるべ
きもので、第３図には、集光レンズ９の光軸９ａとレー
ザ光Ｊ１か形成する走査線とを含む平面に垂直であって
前記光軸９ａを含む切断面における断面が示されている
。

この集光レンズ９は、反射光Ｊ２が入射する第１面９１
および反射光Ｊ２が出射する第２面９２を、いずれも、
レーザ光Ｊ１の走査方向に平行な方向に沿う主経線の曲
率半径が、この方向に垂直な方向の主経線の曲率半径よ
りも大きなトーリック面とした、両面トーリックレンズ
である。第３図の切断面内において第１面９１の曲率半
径ｒｌ＋は、第２面９２の曲率半径ｒ１２よりも小さく
なっている。

このような集光レンズ９では、第１面９１が大きな曲率
を有していても、第２面９２で収差の発生を抑制できる
。すなわち第４図図示のドーリ・ンクレンズでは、光が
出射する面が平面であったので、この平面における光の
屈折のために収差の発生が余儀無くされており、したが
ってトーリック面の曲率半径を大きくせざるを得なかっ
たのであるが、本実施例では、第１面９１の曲率半径ｒ
１１を小さくしても、第２面９２をトーリック面とした
ことにより、レンズ９の縁部に入射した光に関する焦点
距離が長くなり、これにより収差の発生が抑制されるの
である。

すなわち、たとえば光が入射する第１面を球面とし、光
が出射する第２面を平面とした球面レンズでは、その中
央部に入射した光に関しては焦点距離が長くなり、その
周縁部に入射した光に関しては焦点距離が短くなって収
差が発生することになるのであるが、上記の集光レンズ
９ては前述のように周縁部に入射した光に関する焦点距
離が長くなるので、収差が抑制されることになる。

このようにして、本実施例においても、上記の第２図図
示の集光レンズ６を用いた前述の第１実施例と同様の作
用および効果を達成することができる。集光レンズ９は
、たとえばプラスチック成形品により容易に作成できる
。

なお、本発明は上記の実施例に限定されるものではない
。たとえば、前述の第１実施例における集光レンズ６は
、反射光Ｊ２か入射する第１面６１を非球面とし光が出
射する第２面６２を平面とした非球面レンズであったが
、第２面６２は平面である必要はない。また、前述の各
実施例では、集光レンズ６．９はプラスチック成形品に
より構成されることとしたが、これらはガラスを用いて
作成したものであってもよい。その池水発明の要旨を変
更しない範囲内において、種々の設計変更を施すことが
可能である。

〈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、受光手段
における充分な受光光量の確保のために大きな口径を有
し、かつ記号面からの反射光を短距離で集光するために
大きな曲率の面を有するレンズを用いて、前記反射光を
集光しても、収差の発生が抑えられる。したがって、読
取性能の劣化を生じさせることなく、小型でかつ長い読
取距離に対応できる記号読取装置が実現できる。

【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バーコ
ード読取装置の基本的な構成を示す概念図、 第２図は集光レンズ６の断面図、 第３図は本発明の他の実施例において用いられる集光レ
ンズ９の断面図、 第４図は従来から集光レンズとして用いられていたトー
リックレンズの斜視図、 第５図はそのレーザ光の走査に伴う集光特性を説明する
ための図、 第６図は読取距離の大小に関する前記トーリックレンズ
の集光特性を説明するための図である。 −コード、

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、記号を形成した記号面をレーザ光源からのレーザ光
   で走査し、記号面からの反射光を集光手段を介して受光
   手段に入射させて、前記記号を読み取る記号読取装置に
   おいて、 前記集光手段は、光軸近傍の曲率半径より も、光軸から離れた部分の曲率半径の方が大きいレンズ
   面を有する非球面レンズであることを特徴とする記号読
   取装置。 ２、記号を形成した記号面をレーザ光源からのレーザ光
   で走査し、記号面からの反射光を集光手段を介して受光
   手段に入射させて、前記記号を読み取る記号読取装置に
   おいて、 前記集光手段は、前記反射光が入射する第 １面および光が出射する第２面がいずれもトーリック面
   である両面トーリックレンズであることを特徴とする記
   号読取装置。