JPH03262086A - バーコードスキャナー - 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〕 本発明は情報が記録されているバーコードラベルにレー
ザ光を照射して走査（スキャン）を行なわせる、バーコ
ードスキャナーの光学的構成に関するものである。

〔従来の技術〕

近年になり、物流分野、ファクトリ−オートメータ１フ
分野等でバーコードを用いた情報管理が多く用いられて
いる。バーコード情報の読みとりにおいては、バーコー
ドラベル上を確実にレーザ光を走査させることが必要で
ある。物流分野においては、物品にはり付けられたバー
コードラベルは、ラベルのはり付は状態に応じて色々の
方向を向き、はり付は位置も一定ではない。従ってバー
コードスキャナーとしては、バーコードラベルの向き、
位置の変動にかかわらず、安定してバーコードラベル上
をレーザ光が走査できる多方向走査型スキャナーが必要
である。現在多く用いられている簡易型のバーコードス
キャナーは、ポリゴンミラー　ガルバノミラ−等の走査
素子により、レーザ光を１ラインだけ走査させる１次元
走査型である。この場合は、レーザ光の走査位置にノよ
一コードラベルを合わせることにより情報の読みとりを
行なっている。

多方向走査な行なうためには、レーザ光の２次元的な走
査が必要である。最も簡単な２次元バーコードスキャナ
ーの基本構成例を第５図に示す。

第５図（イ）で、レーザ光源５１から放射されたレーザ
光をハーフミラ−５２により２つの方向に分離し、ハー
フミラ−５２を透過した一方のビームは反射ミラー５３
で反射させ（ビーム２３０）、回転するポリゴンミラー
５４に照射する。ノ・−フミラー５２で反射した他方の
ビーム（ビーム２６５）は直接にポリゴンミラー５４に
照射する。ポリゴンミラー５４はその回転する状態に応
じて反射光の進路方向が変えられるが、ビーム２３０は
走査される反射光２４０として反射され、反射ミラー５
５により反射されて、図のＸ方向に走査を行なう。

一方、ビーム２３５は走査される反射光２４５として反
射光２４０とは異なる方向に反射され、反射ミラー５６
により反射されて、図のＸ方向に走査を行なう。このよ
うにして十文字型の走査が行なわれる。第５図に示した
方法では、反射ミラー５５．５６をポリゴンミラー５４
の回転に同期して傾けることにより、（ロ）に示すクロ
スハツチと呼ばれる２次元走査が可能になる。本例によ
る走査は、バーコードラベルのはり付は方向が直交する
２方向に限定され、はり付は位置が変動する場合に用い
られる。

なお第５図ではレーザ光を集束させるための各種のレン
ズは略記している。

多方向走査を行なわせる他の従来例を第６図に示す。第
６図普）において、レーザ光源６０から放射されたレー
ザ光を、反射ミラー６１で反射させ、直角プリズム６２
に照射する。直角プリズム６２はモータ６３により回転
させられる。直角プリズム６２０回転に応じて反射の方
向が変化する。ここで直角プリズム６２を中心として同
心円状に反射ミラー６４ａ、６４ｂ、６４ｃ、−・　６
４ｎをｎ枚配置しておく。直角プリズム６２０回転状態
に応じて、反射ミラー６４ａ、６４ｂ、・・・６４ｎに
順次反射光が照射され、反射ミラーで反射されて、第６
図（ロ）に示す如くの放射状に走査される走査光が得ら
れる。放射状に走査されるビームの本数は直角プリズム
６２の周囲に配置する反射ミラーの枚数で決まる。本例
も、レーザ光の集光を行なうレンズ類は省略して示しで
ある。

以上はポリゴンミラー、直角プリズムの回転を用いる走
査の例を示したが、最近ではホログラムな用いるスキャ
ナーも実用化されている。

これは−点に集束する波面をホログラムに記録し、ホロ
グラムを移動させると、再生された像点の位置を動かす
ことができるという良く知られた原理に基づくもので、
多数のホログラムを用意しておき、各々のホログラムで
回折されたレーザ光を、第６図（イ）で示したように多
数の反射ミラーで反射させることにより任意の軌跡を画
く走査光を作成している。

〔発明が解決しようとする課題〕

以上に示した従来のバーコードスキャナーは、第５図、
第６図に示した如きの多方向走査を行なう場合、各方向
に反射されるレーザ光を、多数の反射ミラー群を用いて
２次元的な走査パターンに変換している。

この場合、走査軌跡のライン数は反射ミラー群の枚数に
よって決定されるため、ライン数な増やそうとすれば多
くの反射ミラーが必要になり、光学系のスペースが広く
なり、光学系の調整が複雑になるという問題点がある。

本発明は上記問題点な解消して、簡素な光学系で、多方
向走査が可能なバーコードスキャナーを提供することを
目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために本発明は以下に示す手段か
ら成る。

入射面と出射面の間に反射面を有し、入射面を透過した
レーザ光を反射面で反射し、出射面を透過して出射する
構造の走査方向変換プリズムな設け、走査方向変換プリ
ズムの反射面を、レーザ光の進行方向に直交する面内で
回転させる。

このとき、更に第１の光学系と第２の光学系を設け、第
１の光学系からの出射光を走査方向変換プリズムの入射
面に入射し、走査方向変換プリズムからの出射光を第２
の光学系に入射し、第２の光学系からの出射光をバーコ
ードラベルに照射するものである。

〔作用〕

レーザ光源から放射されるレーザ光を、第１の光学系を
構成する走査素子により、進行方向に直交する垂直な面
内で設定された方向に１次元的、あるいは２次元的な走
査を行なわせ、走査方向変換プリズムの入射面に入射さ
せる。走査方向変換プリズムは、その内部を進行するレ
ーザ光を反射させる反射面を有するが、この反射面をレ
ーザ光の進行方向に直交する垂直な面内で一定の回転速
度で回転させると、反射面の回転に応じて反射される方
向も変化する。

従って走査方向変換プリズムの入射面で走査される方向
に対して、出射面では走査方向が回転され、例えば入射
面で１次元的に１方向への走査が行なわれるときは、そ
の走査の周期に同期して前述の反射面を回転させれば、
全体としては放射状に変化する走査ビームが得られる。

このとき反射面の回転角度の２倍の角度方向に出射光の
方向が回転する。

〔実施例〕

以下に本発明の内容な図面を用いて詳細に説明する。

第１図に本発明の基本構成例を示す。

第１図において、１０はレーザ光源で、例えば半導体レ
ーザ、Ｈｅ　−Ｎ　ｅレーザから成る。１１は第１の光
学系で、各種のレンズ及びポリゴンミラーあるいはガル
バノミラ−等の走査素子から構成される。

第１の光学系１１は入射されるレーザ光１００を、その
進行する方向に直交する垂直な面内で、あらかじめ設定
された方向へ設定された速さで走査させる。１１０は走
査ドライバーで、前述のポリゴンミラー、ガルバノミラ
−等の走査素子のビーム走査の制御を行なう。

１２は走査方向変換プリズムで、第１の光学系１１の出
射光１１５の走査方向の変換を行なう機能を有する。走
査方向変換プリズム１２は、単一もしくは複数の部材か
ら構成されるが、入射面と出射面の間に反射面な有し、
入射面を透過したレーザ光を前記反射面で反射し、出射
面を透過して出射する構造である。

走査方向変換プリズム１２はモータ１２ＯＫより、該プ
リズム内部を進行するレーザ光の進行方向に直交する垂
直な面内で回転させる。

なおこの回転する速度は、走査ドライバー１１０の走査
速度に対して設定された関係を持たせる。

走査方向変換プリズム１２を出射した出射光１２５を第
２の光学系１３に入射する。第２の光学系１３ふ各種の
レンズから構成され、走査方向が変換された出射光１２
５の走査範囲を拡大すると共に、ビーム形状の変換を行
なう。第２の光学系１３を出射したレーザ光１３５をバ
ーコードラベル１４に照射する。

このように本発明のバーフードスキャナーは、走査方向
変換プリズム１２の反射面を回転させることにより、反
射面の回転角度に対応した方向に走査方向が変換させら
れる。この走査方向の変換は反射面の回転角の２倍の回
転である。

なお本発明による走査方向の変換は、レーザ光の進行す
る光軸上で行なわれるため、光軸は変化しない。

第２図に第１図に示した第１と第２の光学系の具体的な
構成例を示す。

第２図（イ）はレーザ光の進行する経路、（ロ）はレー
ザ光のビーム形状を表わす図である。

第１の光学系１１は走査素子２１・・・・・・例えばガ
ルバノミラ−から成る・・・、凸レンズ２２．２６がら
構成される。走査素子２１によりＣＤ方向へ角度θ、だ
け、レーザ光源１０から放射されるレーザ光を走査し、
凸レンズ２２により光軸に平行に進行させる。

第１の光学系１１の凸レンズ２３から放射されるビーム
は角度θ２で出射される。このとき出射されるビームは
平行光である。走査方向変換プリズム１２０入射面には
、平行光で１次元方向に走査されるレーザ光が入射し、
第１図で説明した如く、その走査方向が変換させられた
レーザ光が出射面から出射する。このときの出射光も平
行光で、第３の光学系１３に入射する。

第３の光学系１３は２つの凸レンズ２４，２５から成り
、走査方向変換プリズム１２を出射したレーザ光の進行
方向を凸レンズ２４により光軸に平行にし、更に凸レン
ズ２５により角度θ、でレーザ光を出射し、バーコード
ラベル上を走査する。

このときの出射光は平行光であるが、凸レンズ２４．２
５の焦点距離を最適状態に設定して平行光のビーム直径
を小さくする。

第２図に示した例は円形のビームをバーコードラベルに
照射する例であるが、第１の光学系１１に円筒レンズを
用い、シート状ビームを作成してだ円形のビームを放射
してもよい。

更には走査素子２１に第５図に示したポリゴンミラーを
用い、同じく第５図に示した反射ミラーを用いて十文字
形に走査する走査ビームを作成し、２次元的な走査ビー
ムな走査方向変換プリズムに入射させてもよい。この場
合は互いに直交する走査ビームが２本同時に回転させら
れるため、走査速度を速くすることができる。

第３図（イ）、（ロ）に走査方向変換プリズム１２の具
体例、（ハ）に走査パターン例を示す。

（イ）は正三角形プリズム１５と直角三角形プリズム１
６を重ねて組み合せた例である。

本例は垂直な入射面１５２、出射面１５４及び３つの反
射面１５６．１５８．１６０を有する。

正三角形プリズム１５０入射面１５２に入射した出射光
１１５は、正三角形プリズム１５０反射面１５６及び直
角三角形プリズム１６０反射面１５８．１６０で反射し
、出射面１５４から出射光１２５として出射する。重ね
合せたプリズム内部では図示の如く７字型の進行経路と
なる。

本例の場合は、反射面１５８がレーザ光の進行方向に対
して直交する垂直な面内で回転させられる。

（ロ）はダブプリズムと呼ばれるプリズムで、入射面１
６２、反射面１６４、出射面１６６を有し、（イ）の重
ね合せ型のプリズムの場合と同様に、プリズム内部では
７字型の進行経路となり、反射面１６４が（ａ）の場合
と同じくレーザ光の光軸を中心として回転させられる。

以上水した（イ）、（ロ）２つの例では、入射されるビ
ーム１１５に対して出射されるビーム１２５は両者とも
に同じ走査方向の変換が行なわれるが、（イ）、（ロ）
は入射面、出射面の形状が異なっている。

（イ）の場合の入射面１５２、出射面１５４は入射光の
進行方向に対して垂直であるが、（ロ）の場合の入射面
１６２、出射面１６６は入射光の進行方向に対して４５
°傾いた面である。（ロ）の例の如く入射面、出射面が
垂直面でない場合は、プリズムの入射面に発散光あるい
は収束光が入射すると、非点収差が発生して、出射光の
ビーム形状には大きな歪みが生じる。従って、この場合
は平行光が入射される必要がある。（イ）の場合は入射
面、出射面が垂直面であるため、プリズムの入射面に発
散光、収束光が入射しても非点収差によるビーム形状の
歪みは発生しない。当然、平行光が入射された場合もビ
ーム形状の歪みは発生しない。

以上のことから、走査方向変換プリズムは、第１の光学
系１１から出射されるビーム形状に応じて選択すればよ
い。

第３図（ハ）は走査方向変換プリズム１２の回転によっ
て得られる放射状の走査パターン例である。

線１７０に示すＡＢ方向の走査を第１の光学系１１で得
るものとする。線１７０の方向の走査ビームが走査方向
変換プリズム１２の入射面１５２あるいは１６２に照射
された場合、反射面１５８あるいは１６４の回転によっ
て走査方向が回転された走査ビーム１７２．１７４．１
７６・・・が得られる。

ｅ→に示した例はＡＢ方向へ走査される入射走査ビーム
の走査の一周期に同期して走査方向変換プリズム１２０
反射面をステップ状に回転させる場合であるが、この回
転させる角度の２倍の角度で走査ビームの走査方向の回
転が得られる。

従って本発明によれば、回転角度の大きさの制御だけで
、走査ビームの走査ライン数を決めることができる。

以上の説明は反射面の回転をステップ状に行なう例を示
したが、反射面の回転を連続的に行なってもよい。この
場合は走査パターン中に円弧の軌跡が得られる。

第４図で本発明による走査方向変換プリズム１２の回転
による走査ビームの走査方向の変換の説明をする。

（イ）は走査方向変換プリズム１２を第３図（ロ）に示
したダブプリズムとした場合の入射光と出射光の関係を
説明する図、（ロ）は反射面の回転を説明する図である
。

（イ）において反射面１６４は上面部１８０に対向した
底面に存在する。座標軸を図のように設定したとき、（
レーザ光の進行方向をＺ方向とする）Ｘ方向に走査され
る走差ビームをα、Ｘ方向に走査される走査ビームをβ
とする。ここで入射面１６２に入射される走査ビームα
、βは入射面１６２の中央部の点１８２を中心として各
々の方向に走査されるとする。

走査ビームαが入射されたときは出射光は同じＸ方向へ
の走査方向であるが、走査ビームβが入射されたときは
出射光は同じＸ方向でも走査の方向が反転する。この走
査方向をβで表わす。

第４図（ロ）の（ａ）〜（ｈ）は入射面側からみたとき
の反射面１６４０回転の状態を示すもので、回転角をθ
とした場合、（ａ）はθ二〇°、（ｂ）はθ＝４５゜（
Ｃ）はθ＝９０°、（ｄ）はθ＝１３５°、（ｅ）はθ
＝１８０″″、（ｆ）はθ＝２２５”、（ｇ）はθ＝　
２７０”（ｈ）はθ＝３１５°で、次の（ａ）状態から
次の周期の回転になる。入射面に示した線１８４は、入
射面１６２に照射される走査ビームで、前述のＸ方向に
走査される走査ビームαとするが、反射面１６４の回転
によらず一定の走査方向で入射される。

表　　　　１ 表１は反射面１６４の回転角度がＯ°〜１８０゜までの
場合の出射光の走査方向を表わしたものである。

表において例えばθ＝４５°の場合は、入射する走査ビ
ームαは出射するときは走査ビームβに変換され（即ち
、Ｙ軸の正方向へ走査される）、入射する走査ビームβ
は、出射するときは走査ビームαの逆方向への走査をす
る走査ビームα（即ち、Ｙ軸の負方向へ走査される）に
変換される。

表１から明らかな如く、反射面１６４の回転角の２倍の
速さで走査方向が回転する。この結果は第３図（イ）に
示した形状のプリズムでも同じである。

なお回転角度が１８０°を超えた場合は、それ以前の回
転角の状態と同じになる。例えば状態（ｂ）と状態ｆｆ
）は同じ走査方向となる。

〔発明の効果〕

以上の説明で明らかなように、本発明によれば、走査方
向変換プリズムの反射面を回転することにより、走査方
向を自由に変えることが可能で、従来のバーコードスキ
ャナ〜に比べて簡素な光学系で構成することができ、小
型化・調整が容易になる。

更には走査方向変換プリズムの反射面の回転の大きさを
変えることにより、いくらでも走査パターンを変えるこ
とが可能であるから、バーコードラベルがどのような方
向を向いていても、安定してバーコード上にレーザ光を
照射することができ、情報読み取りの信頼性を上げるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるバーコードスキャナーの基本構成
例を説明する図、第２図は本発明によるバーコードスキ
ャナーの光学系の実施例を示す図、第３図は本発明の走
査方向変換プリズムの構成例と走査パターン例を示す図
、第４図は走萱方向変換プリズムの回転と走査方向の変
換の関係を説明する図、第５図と第６図は従来のバーコ
ードスキャナーの構成を説明する図である。 １０・・・・・・レーザ光源、 １１・・・・・・第１の光学系、 １２・・・・・・走査方向変換プリズム、１６・・・・
・・第２の光学系、 １４・・・・・・バーコードラベル。 第３図 （イ） （ロ） （ハ） 第５図 （ＣＩ）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）レーザ光を走査素子を用いて走査し、走査レーザ
   光をバーコードラベルに照射するバーコードスキャナー
   において、入射面と出射面の間に反射面を有し、入射面
   を透過したレーザ光を前記反射面で反射し、出射面を透
   過して出射する構造を有する走査方向変換プリズムを設
   け、該走査方向変換プリズムの前記反射面を、レーザ光
   の進行方向に直交した面内で回転せしめることを特徴と
   するバーコードスキャナー。
2. （２）請求項１に記載のバーコードスキャナーにおいて
   、第１の光学系と第２の光学系を設け、前記第１の光学
   系の出射光を前記走査方向変換プリズムの入射面に入射
   せしめ、前記走査方向変換プリズムの出射光を前記第２
   の光学系に入射せしめ、第２の光学系の出射光をバーコ
   ードラベルに照射することを特徴とするバーコードスキ
   ャナー。