JPH05274460A - レーザバーコードリーダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 波長変動によるビーム形状の拡大や瞬時の移
動の影響のない光学系を得る。 【構成】 光走査器１の周辺に複数の走査線合成ミラー
３ａ，３ｂを配置し、互いに交差する走査線あるいは平
行な走査線を描く。前記光走査器１は、その回転軸に対
して傾いている鏡面から成る回転多面鏡３である。走査
合成ミラー３ａ，３ｂは光走査器１と同一平面上に配置
する必要はなく、狭い幅の空間に光学系を納めることが
でき、走査線合成光学系の直径を小さく形成することが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は、レーザバーコードリーダに関
し、より詳細には、ハンディタイプのレーザバーコード
リーダに関する。例えば、距離測定器などに適用される
ものである。

【０００２】

【従来技術】半導体レーザは温度により波長が変化する
ことが欠点であった。そのため、特に回折格子を通した
時、その波長変動により回折角が変わるため、目標とす
る位置から瞬時にズレてしまうという現象があった。バ
ーコードリーダにおいてホログラムスキャナを用いた場
合は、情報読取誤りを引き起こす。しかし、光学パスが
短い場合は、位置ズレの影響は小さいため、ホログラム
スキャナは充分使用可能であり、コストもやすく、駆動
径もコンパクトで軽量のものが使える。ところが、パス
長が長くなればなるほど位置ズレが大きくなり、前記現
象が顕著に影響してくる。一方、波長変動のないガスレ
ーザを用いると、このような欠点は発生しないが、ガス
レーザは形も大きく、大きな電源を必要とし、消費電力
も大きい。以上の事情から、ホログラムスキャナはパス
の長い光学系や、焦点距離可変の短いパス長から長いパ
ス長にわたる機器への使用は困難である。近年、ハンデ
ィバーコードは物流に用いられるようになり、棚の上の
遠くのバーコードを読む必要が発生し、パス長は長いも
のを必要とするようになってきた。

【０００３】本発明に係る従来技術を記載した公知文献
としては、例えば、特開昭５６−１０３７６７号公報に
「情報読取装置」がある。この公報のものは、光発生部
と該発生部より発生する光を二次元方向に展開された読
取上方領域に対して少なくとも異なる二領域に偏向走査
する光走査部と、該読取上方領域からの反射光を検知す
る光検知部と、前記光走査部と光発生部とを収容し、か
つ握り部を有してなるケースとを具備する情報読取装置
であり、その光走査部が回転するホログラム、レンズ、
プリズム、あるいは内部がミラーとなっている特殊な箱
であり、円形、あるいは円弧上の走査パターンを発生せ
しめている。しかしながら、この方式のものは、走査線
の曲率が大きく、幅の長いバーコードの読みには不適当
であった。

【０００４】また、特開昭５５−３９３６５号公報の
「光走査装置」のものは、ホログラムまたは凸レンズを
配置して構成したスキャナにより作成した走査線を用い
て情報を光学的に読み取る光走査装置において、前記ス
キャナを順次焦点距離の異なったホログラムまたは凸レ
ンズを配列して構成したもので、多焦点走査ができ、遠
くにある物体の情報も近くにある物体の情報も読取可能
である。しかしながら、この方式のものは、ホログラム
を用いているため、半導体レーザ（ＬＤ：LaserDiode）
との組合せでは、波長変動の影響があり好ましくない。

【０００５】また、レーザ光を成形する光学系と、該レ
ーザ光を光走査器で走査し、走査された光が情報の被読
み取り物体であるバーコードラベルに照射され、その反
射光を走査線の出射側と同じ光路を逆にたどらせ、その
途中で分離、集光する光学系を有し、それらの筐体の下
に握り部が付くハンディタイプのレーザバーコードスキ
ャナにおいて、前記光走査器の周辺に複数のミラーを配
置して互いに交差する走査線を描き、光走査器が光を垂
直に入射させるところのホログラムスキャナが提案され
ている。しかし、光源部の可変焦点とオートフォーカス
との組合せはない。また、波長変動の影響は小さいが皆
無ではない。

【０００６】一方、ＰＯＳ（Point of Sales；販売時点
情報管理システム）などに用いられる定置式のレーザバ
ーコードリーダはＬＤと回転鏡を用いてますます小さく
なっってきている。そしてその本体に握り部の柄をつけ
てハンディスキャナとして用いているものがある。しか
し、これはもともと定置式をめざして作られたので、広
幅で重いという欠点がある。そして、直線性の良い走査
線によるクロス走査、可変焦点などは大型の定置式バー
コードリーダでは実現しているものの、ハンディスキャ
ナにおいて実現できていなかった。

【０００７】

【目的】本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされた
もので、ハンディバーコードスキャナにおいて、半導体
レーザを用いた場合に、波長変動によるビームの拡大や
瞬時の移動の影響のない光学系を実現すること、また、
ハンディスキャナで読取性を高めるために、互いにクロ
スする走査線を実現すること、それも狭い幅で小さくコ
ンパクトな構成で実現すること、また、走査線の曲がり
も小さく読取性よく実現すること、さらに、バーコード
が様々な距離にあっても読み取れるように、焦点可変も
実現したレーザバーコードリーダを提供することを目的
としてなされたものである。

【０００８】

【構成】本発明は、上記目的を達成するために、（１）
レーザ光を成形する光源光学系と、該レーザ光を光走査
器で走査し、走査された光が情報の被読み取り物体であ
るバーコードラベルに照射され、該バーコードラベルか
らの反射光を集光する光学系とを有し、前記両光学系の
筐体に握り部を設けるか、該筐体自体が握り部となって
いるハンディタィプのレーザバーコードリーダにおい
て、前記光走査器の周辺に走査線合成光学系を配置して
互いに交差する走査線あるいは互いに平行な数本の走査
線を描き、かつ前記光走査器が回転軸に対して傾いてい
る鏡面からなる多面鏡であり、光源部と走査線合成光学
系がずれて配置され、該走査線合成光学系の直径を小さ
く形成すること、更には、（２）光源部のレンズをアク
チュエータにより微小に周期的に動かすか、あるいは光
源部と光走査器との間に電気光学素子を設けて電圧を周
期的にかけることにより、光走査器による走査線の焦点
位置を周期的に移動すること、更には、（３）前記
（１）又は（２）において、走査された光が情報の被読
み取り物体であるバーコードラベルに照射され、該バー
コードラベルからの反射光を走査線の出射側と同じ光路
を逆にたどらせ、該光路の途中で分離、集光する光学系
において、走査線の焦点距離と集光系の焦点距離との比
が６以上で構成されていること、更には、（４）前記
（１）,（２）又は（３）において、前記筐体中に距離
検知装置を設け、該距離検知装置の情報が焦点位置変動
装置にフィードバックされて、オートフォーカスされる
こと、更には、（５）前記（１）,（２）,（３）又は
（４）において、前記光走査器が回転軸と平行な傾かな
い鏡面で構成された金属あるいはプラスチックの多面
鏡、あるいはガルバノミラーで構成されていること、更
には、（６）前記（５）において、前記鏡面の高さが５
ｍｍ以下であるか、あるいは回転ミラーの場合に径にお
いて２０ｍｍ以下の小径の光走査器で走査し、走査とは
別な光路によって光検知光学系上に集光すること、更に
は、（７）前記（１）〜（６）のいずれかにおいて、前
記光学系部と光走査部とオートフォーカス部と光源部と
がそれぞれユニットとなって構成されており、それぞれ
が交換可能となっていることを特徴としたものである。
以下、本発明の実施例に基づいて説明する。

【０００９】図１（ａ）,（ｂ）は、本発明によるレー
ザバーコードリーダの一実施例を説明するための構成図
で、図（ｂ）は回転多面鏡の斜視図である。図中、１は
斜めの鏡面を有する回転多面鏡、２はモータ、３ａ，３
ｂは走査線合成ミラー、４はミラー、５は半導体レーザ
（ＬＤ）光源光学系（光源部）、６は集光用レンズ、７
はフィルタ、８はディテクタ、９はデコーダ及び電源
系、１０は始動スイッチ、１１は走査線である。

【００１０】これまでのＬＤ（半導体レーザ）は波長変
動は避けられなかった。それは温度変化により共振器の
間隔が変化するので、発振波長も変化するためであっ
た。ＬＤとホログラムが用いられた場合に、光を回転走
査しない場合は問題はないが、走査した場合には、波長
変動の影響は避けられない。一方、現在、世の中に出て
いるハンディレーザバーコードスキャナは走査線方向が
一本であり、読取時にバーコードの方向にその走査線の
方向をあわせなければならず、それが面倒であった。そ
こでハンディバーコードスキャナにおいても、互いに交
叉する走査線が読取には便利である。

【００１１】しかし、通常互いに交叉する走査線を描く
機種は定置式のレーザバーコードリーダであり、その構
成は回転ミラーの周辺にほぼ同じ高さに走査線合成ミラ
ーと、光源からの入射光、光信号を伝達する集光光学系
が配置され、広幅な構造となっている。そこで、本発明
ではＬＤの波長変動の影響がないようにするため定置式
と同じ回転多面鏡を用い、その全光学系を狭い幅に収納
し、使いやすい小型のハンディレーザバーコードスキャ
ナを実現するものである。

【００１２】その基本的な構成は、レーザ光を成形する
ＬＤ光源光学系５と、そのレーザ光を光走査器１で走査
し、走査された光が情報の被読み取り物体であるバーコ
ードラベルに照射され、その反射光を走査線の出射側と
同じ光路を逆にたどらせ、その途中で分離、集光する光
学系か、走査とは別な光路によって光検知光学系上に集
光する光学系を有し、それらの筐体の下に握り部を設け
るか、その筐体自体が握り部となって、手持ちでその光
走査装置を扱える。その光走査器１の周辺に複数のミラ
ー３ａ，３ｂを配置して互いに交差する走査線、あるい
は互いに概平行な走査線を描くが、その際に、光走査器
１が金属、あるいはプラスチックからなる回転多面鏡、
あるいはガルバノミラーであって、かつ、光学系が広幅
にならないように回転軸に対して斜めに傾いた鏡面を有
し、反射光が斜めに反射され、ずれた位置にあるミラー
に入射できるようになっていることである。そうする
と、走査線合成ミラー３ａ，３ｂと光信号を伝達する集
光光学系のどちらかが、回転多面鏡１と同一平面に配置
する必要もなく、異なる位置に配置でき、狭い幅の空間
に光学系を納めることができる。したがって、前記走査
線合成光学系の直径が小さく形成できる。

【００１３】図２に示す実施例は、図１における光学系
の配置をかえたものである。ＬＤ光源光学系５は、モー
タ２の上部に設け、該モータに取付けられる回転多面鏡
１は、その反射面が図１の場合と逆向きに取付けられて
いる。前記回転多面鏡１の反射面の向きにともない、走
査線合成ミラー３ａ，３ｂは前記回転多面鏡１の前方に
設けられる。

【００１４】図３は、本発明によるレーザバーコードリ
ーダの他の実施例を示す図で、図中、１２は電気光学素
子で、その他、図２と同じ作用をする部分は同一の符号
が付してある。図２におけるＬＤ光源光学系５の前面に
電気光学素子１２を設けている。倉庫の在庫などをバー
コードで検索するには、ハンディバーコードリーダが便
利であり、かつ、遠くの物品や近くの物品のバーコード
を読む必要がある。そのための一つの方法として、常
時、焦点位置を周期的に光束に変動させて、読取深度を
より長くして読めば良い。それを実現するために、同様
なハンディタイプのレーザバーコードスキャナにおい
て、光源部５のレンズがアクチュエータにより微小に周
期的に動かすことにより、あるいは、光源部５と光走査
器１との間に電気光学素子１２が配置され、該電気光学
素子１２に電圧を周期的にかることにより、走査線の焦
点位置を周期的に可変にすることができる。

【００１５】電気光学素子１２は、電圧による屈折率分
布が変化してレンズとしての作用を有する。また、アク
チュエータとしてはＰＺＴやＰＭＮなどの圧電セラミッ
クス素子を用いて良い。この時は縦倍率を２０００倍以
上の大きなものにするとわずかな光源部のレンズの動き
でも大きな焦点位置の変動が起こる。あるいは、低消費
電力の小型モータとギアー機構で周期的に動きを反転し
ながら動かしてもよい。図４は、レンズのアクチュエー
タを示す図で、図中、１３は微小量移動リニアモータ、
１４はＬＤ、１５はＬＤ光整形レンズである。

【００１６】また、走査する光路を、散乱して逆にたど
ってくる光を集光して検知する再帰光学系は外乱光の影
響が少ない。しかし、可変焦点の場合は、信号光である
集光光束の焦点位置も変動する。また、ディテクタの位
置をそれに合わせて可変にして動かす機構は、精度も要
し大きく高コストになる。そこで、その途中で分離、集
光する光学系で、走査線の焦点距離と集光系の焦点距離
との比を６以上にしてレーザバーコードリーダーを構成
する。こうすることで、走査光の焦点位置が変動しても
集光スポットはあまり変動せず、小さいディテクタでも
充分にすべての光を検知できる。また、前記焦点距離の
比は、実際の他のタイプのレーザバーコードの試作実験
より経験的に求められた値である。

【００１７】図５は、本発明によるレーザバーコードリ
ーダの更に他の実施例を示す図で、図中、１６はオート
フォーカス用の距離検知フィードバックユニットで、そ
の他、図２と同じ作用と同じ作用をする部分は同一の符
号を付してある。物体との距離を検知装置１６によって
検知し、それをレンズのアクチュエータや電気光学素子
にフィードバックして、焦点距離を物体との距離にあわ
せるオートフォーカスの機能を有するように構成され
る。周期的に焦点位置を変動させるとアクチュエータの
寿命が短くなる。また、常時音が発生してうるさい、あ
るいは常に高電圧で駆動するために高熱となる。そこ
で、オートフォーカスにより必要な場合のみ焦点位置を
調整することで、確実に長寿命で用いることができる。
このときのオートフォーカス機構はカメラのオートフォ
ーカス機構と同じでよい。その方式には超音波方式、三
角測量方式、位相差検出方式、コントラスト方式などあ
り、最近は小さなスペースに収まるものが多々ある。

【００１８】図６は、本発明によるレーザバーコードリ
ーダの更に他の実施例を示す図で、図中、１７は面が回
転軸に平行な回転ミラーで、その他、図２と同じ作用を
する部分は同一の符号を付してある。斜めに傾いた面を
持つ回転多面鏡は、傾かない面を持つ回転多面鏡に比べ
て製造がむずかしく高コストになる。現在も後者が主流
であり、コストも安い。光走査器１が回転軸と平行な傾
かない鏡面で金属、あるいはプラスチックで作れらた多
面鏡、あるいはガルバノミラーで構成することは低コス
ト化に役に立つ。ただし、その場合は光学系はやや広く
なる。しかし、ミラーは少ししか傾けられないので高さ
も大きくなる。したがって、走査線も傾けられないの
で、走査線の交叉角は小さなものになるが、横一線の走
査線より読取性は高い。

【００１９】図７は、図６における回転ミラーを改良し
たもので、図中、１８は径が小さく厚さの薄い回転ミラ
ーである。光走査器を非常に薄くしてその上に反射ミラ
ー系を構成するか、回転多面鏡やガルバノミラーの大き
さを非常に小さなものにし、その周辺にミラーを配置す
る。そのため、同様なハンディタイプのレーザバーコー
ドスキャナであって、鏡面の高さが５ｍｍ以下にする
か、あるいは、回転ミラーの場合では径において２０ｍ
ｍ以下の小径の光走査器で走査し、走査とは別な光路に
よって光検知光学系上に集光する光学系を形成すると良
い。信号検知を別の光学系で行うのは、再帰光学系では
鏡面の面積が小さくなり、信号光強度が非常に小さくな
るからである。

【００２０】図８は、本発明によるレーザバーコードリ
ーダの更に他の実施例を示す図で、図中、１９は走査線
合成ミラーユニット、２０は光源ユニット、２１は光走
査ユニット、２２は光検知系ユニットで、その他、図２
と同じ作用をする部分は同一の符号を付してある。対象
とするバーコードの構成にあわせて反射ミラー系や回転
多面鏡の形状をミラー部、スキャナ部、オートフォーカ
ス部、光源部がそれぞユニットとなって構成し、かつ、
それぞれが交換可能とすると、一台で様々な機能が発揮
できる。例えば、互いに交叉する走査線と互いに平行な
走査線、走査線の焦点位置を周期的に変動させることと
オートフォーカスで焦点位置を合わせることなどを選択
できる。

【００２１】

【効果】以上の説明から明らかなように、本発明による
と、以下のような効果がある。 （１）請求項１に対応する効果；光走査器がレーザ光を
回転軸に対して傾いている鏡面からなっており、他の光
学系を互いにずらして配置でき、光学系の全体の径を小
さくしても、パス長さも確保でき、一定の走査幅を確保
できる。また、互いに交叉する概直線上の走査線を実現
でき、それで、コンパクトで読取性の高いハンディタイ
プのレーザーバーコードリーダを作成できる。 （２）請求項２に対応する効果；焦点可変のため、焦点
深度が深くなる。 （３）請求項３に対応する効果；集光光束の焦点位置を
あまり変動させないので、再帰光学系で信号光を拾うこ
とができ、ノイズの少ない信号を得ることができる。 （４）請求項４に対応する効果；周期的なレンズ位置の
変動では、音がうるさかったり、消費電力も大きく発熱
量も大きい。また、アクチュエータの寿命も短いが、オ
ートフォーカスすることで確実にバーコード上に最適な
ビーム径を持ってくることができ、確実に情報を読むこ
とができると同時に、音もあまりなく、記費電力も小さ
くてすみ、機械の長寿命化ができる。 （５）請求項５に対応する効果；生産性のよい金属、あ
るいはプラスチックの多面鏡、あるいはガルバノミラー
で構成するので従来の技術で安く簡単に作成できる。 （６）請求項６に対応する効果；請求項５と同様な効果
があると共に、請求項６の場合より、小さく構成でき
る。 （７）請求項７に対応する効果；ミラー部、スキャナ
部、オートフォーカス部、光源部がそれぞれユニットと
なって構成されており、それぞれが様々な仕様、性能の
ものと交換可能となっているため、一台で多くの機能が
果たせる。例として、ラスタ走査とクロス走査と一線走
査の交換も可能である。また、光源部は焦点可変で周期
的に動くものと、定焦点のものとの交換も可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明によるレーザバーコードリーダの一実
施例を説明するための構成図である。

【図２】 図１における光学系の配置をかえた実施例を
示す図である。

【図３】 本発明によるレーザバーコードリーダの他の
実施例を示す図である。

【図４】 レンズのアクチュエータを示す図である。

【図５】 本発明のよるレーザバーコードリーダの更に
他の実施例を示す図である。

【図６】 本発明のよるレーザバーコードリーダの更に
他の実施例を示す図である。

【図７】 図６における回転ミラーの改良を示す図であ
る。

【図８】 本発明によるレーザバーコードリーダの更に
他の実施例を示す図である。

【符号の説明】

１…斜めの鏡面を有する回転多面鏡、２…モータ、３
ａ，３ｂ…走査線合成ミラー、４…ミラー、５…半導体
レーザ（ＬＤ）光源光学系、６…集光用レンズ、７…フ
ィルタ、８…ディテクタ、９…デコーダ及び電源系、１
０…始動スイッチ、１１…走査線。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ光を成形する光源光学系と、該レ
   ーザ光を光走査器で走査し、走査された光が情報の被読
   み取り物体であるバーコードラベルに照射され、該バー
   コードラベルからの反射光を集光する光学系とを有し、
   前記両光学系の筐体に握り部を設けるか、該筐体自体が
   握り部となっているハンディタィプのレーザバーコード
   リーダにおいて、前記光走査器の周辺に走査線合成光学
   系を配置して互いに交差する走査線あるいは互いに平行
   な数本の走査線を描き、かつ前記光走査器が回転軸に対
   して傾いている鏡面からなる多面鏡であり、光源部と走
   査線合成光学系がずれて配置され、該走査線合成光学系
   の直径を小さく形成することを特徴とするレーザバーコ
   ードリーダ。
2. 【請求項２】 光源部のレンズをアクチュエータにより
   微小に周期的に動かすか、あるいは光源部と光走査器と
   の間に電気光学素子を設けて電圧を周期的にかけること
   により、光走査器による走査線の焦点位置を周期的に移
   動することを特徴とする請求項１記載のレーザバーコー
   ドリーダ。
3. 【請求項３】 走査された光が情報の被読み取り物体で
   あるバーコードラベルに照射され、該バーコードラベル
   からの反射光を走査線の出射側と同じ光路を逆にたどら
   せ、該光路の途中で分離、集光する光学系において、走
   査線の焦点距離と集光系の焦点距離との比が６以上で構
   成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のレ
   ーザバーコードリーダ。
4. 【請求項４】 前記筐体中に距離検知装置を設け、該距
   離検知装置の情報が焦点位置変動装置にフィードバック
   されて、オートフォーカスされることを特徴とする請求
   項１，２又は３記載のレーザバーコードリーダ。
5. 【請求項５】 前記光走査器が回転軸と平行な傾かない
   鏡面で構成された金属あるいはプラスチックの多面鏡、
   あるいはガルバノミラーで構成されていることを特徴と
   する請求項２，３又は４記載のレーザバーコードリー
   ダ。
6. 【請求項６】 前記鏡面の高さが５ｍｍ以下であるか、
   あるいは回転ミラーの場合に径において２０ｍｍ以下の
   小径の光走査器で走査し、走査とは別な光路によって光
   検知光学系上に集光することを特徴とする請求項５記載
   のレーザバーコードリーダ。
7. 【請求項７】 前記光学系部と光走査部とオートフォー
   カス部と光源部とがそれぞれユニットとなって構成され
   ており、それぞれが交換可能となっていることを特徴と
   する請求項１から６のいずれかに記載のレーザバーコー
   ドリーダ。