JPH06178051A

JPH06178051A - 光学的認識装置

Info

Publication number: JPH06178051A
Application number: JP4352695A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Fukui; 浩福井; Shigeru Aoyama; 茂青山
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1992-12-09
Filing date: 1992-12-09
Publication date: 1994-06-24

Abstract

(57)【要約】【目的】読み取りコントラストのよい小型の光学的認
識装置を提供する。【構成】光源１、凸マイクロレンズアレイ２、集光レ
ンズ４や受光素子５等からなる光学的認識装置Ａにおい
て、光源１と物体面６の間に、凸マイクロレンズ２ａが
２次元的に配列された凸マイクロレンズアレイ２を配置
する。この光源１と物体面６の間に配置された凸マイク
ロレンズアレイ２により、入射された光源光を２次元的
に拡散し、物体面６上で均一な光量分布を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光学的認識装置に関す
る。すなわち、光学的に情報やイメージを読み取る光学
的情報読み取り装置などの光学的認識装置の照射光の均
一化に関する。

【０００２】

【従来の技術及びその問題点】光学的情報読み取り装置
の例として、図１１に示すようなイメージスキャナ１０
ａや図１２に示すようなバーコードリーダ１０ｂがあ
る。これらのイメージスキャナ１０ａやバーコードリー
ダ１０ｂは光源光を２次元的な画像、あるいはバーコー
ド等の表示情報に照射し、ミラーやレンズ等の光学素子
を介してその情報を受光素子が読み取り、デコーダーに
より信号の解読を行なうことを基本構成としている。図
１３にこれらの光学的情報読み取り装置などの光学的認
識装置Ｆの概略構成図を示す。１１は光源、１３はミラ
ー、１４は集光レンズ、１５は受光素子であって、光源
１１から出射された光源光１２は、物体面１６に描かれ
たバーコード等の表示情報１７に照射される。表示情報
１７で反射された光はミラー１３で進行方向を変えられ
たのちに、集光レンズ１４で集光される。この集光され
た反射光は、受光素子１５で受光され、デコーダー（図
示せず）により物体面１６に描かれた表示情報１７が解
読される。

【０００３】図１４（ａ）（ｂ）に、このような従来例
の光学的認識装置Ｆにおける光源１１の配置と光源光１
２の光強度分布を示す。図１４（ａ）に示すように、光
学的認識装置の光源１１は１次元的に複数配置されてい
て、光源１１が物体面１６の近くにある場合には、光源
１１と光源１１の間の距離がある程度離れているため
に、物体面１６上におけるスキャン方向に垂直な方向の
光強度分布は、図１４（ｂ）に示すように不均一にな
る。なお、図１４（ｂ）における破線アは、１個の光源
１１による光強度分布、実線イは光源１１の全体による
光強度分布である。その結果、従来例の光学的認識装置
Ｆにおいては、読み取りコントラストが低下することが
ある。図１５に読み取りコントラストが低下する様子を
示す。図１５（ａ）は物体面１６にある表示情報１７の
コントラストを、図１５（ｂ）は光源１１の光強度分布
を示す図であって、図１５（ａ）に示すようなコントラ
ストを有する表示情報１７に、図１５（ｂ）に示すよう
な光強度分布が不均一な光源光１２が照射されると、そ
れぞれが干渉し合い、図１５（ｃ）に示すような出力情
報のコントラストが得られ、一部（例えば、図１５
（ｃ）のＰ部）では読み取りコントラストが低下し、判
別不可能な箇所を生じる。

【０００４】また、このような判別不可能な箇所をなく
すため、表示情報１７を読み取る全範囲において、光源
１１の光量を不均一な光量となる全ての部分において読
み取りに必要な最小光源より大きくするならば、消費電
力の利用効率が悪くなる。また、均一な光量分布を持つ
照射光を実現しようとすれば、光源１１と物体面１６と
の距離を大きくする必要があり、装置自体が大きくなる
という問題点があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は叙上の従来例
の欠点に鑑みてなされたものであり、その目的とすると
ころは、密な状態に配置された極めて多くの仮想微小光
源が物体面を照射することにより、照射面上において光
強度分布を均一にし、読み取りコントラストの向上を図
り、しかも、小型の光学的認識装置を提供することにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の光学的認識装置
は、光源部と、光源部からの出射光により物体面の情報
を読み取る受光部と、前記光源光を拡散させることによ
り物体面上で光源光を均一な光量分布に変換せしめる機
能を有する光学素子とを備え、該光学素子が光源部と物
体面の間に配置されることを特徴としている。

【０００７】また、前記光学素子は、２次元的に拡散機
能を持つレンズの集合体であり、該レンズが１次元的も
しくは２次元的に配列していることとしてもよい。さら
に、前記光学素子は、読み取り領域の周辺部より中心ほ
ど該レンズの焦点距離を短くすることとしてもよい。ま
た、１次元的に拡散機能を持つレンズの集合体であるレ
ンチキュラーレンズアレイを用いることとしてもよい。

【０００８】

【作用】本発明の光学的認識装置は、光源部と、光源
部からの出射光により物体面の情報を読み取る受光部
と、光源光を拡散させることにより物体面上で光源光を
均一な光量分布に変換せしめる機能を有する光学素子と
を備え、該光学素子を光源部と物体面の間に配置するこ
ととしているので、光源から物体面までの距離が近くて
も、物体面において均一な光量分布を持つ照射光を得る
ことができる。したがって読み取りコントラストが低下
せずに、コントラストの一定なイメージを得ることがで
き、判別不可能な箇所をなくすことができる。

【０００９】また、光源から物体面までの距離が近くて
も、物体面において均一な光量分布を持たせることがで
きるので、光源から物体面までの距離を長くする必要が
なく、光学的認識装置を小型化することができる。さら
に、コントラストの低下した箇所での読み取りに必要な
最小光量よりも大きくする必要がないので、消費電力の
利用効率をよくすることができる。

【００１０】また、光学素子の構造は２次元的に拡散機
能を持つレンズの集合体であって、該レンズを１次元的
もしくは２次元的に配列することとしているので、読み
取り可能な面積（有効照射面）を拡大することができ、
イメージスキャナなど２次元的に情報を読み取る場合に
おける光学的認識装置を小型化することができる。ま
た、読み取り領域の周辺部より中心ほど該レンズの焦点
距離の短い光学素子を用いることにすれば、さらに小型
化することができる。また、バーコードリーダのような
１次元の光学的認識装置には、１次元的に拡散機能を持
つレンズの集合体であるレンチキュラーレンズアレイを
配置することとしてもよい。

【００１１】

【実施例】図１に本発明の一実施例である光学的認識装
置Ａの構成を示す。１は光源、２は凸マイクロレンズア
レイ、３はミラー、４は集光レンズ、５は受光素子であ
って、光源１から出射された光αは、光源１と物体面６
との間に配置された凸マイクロレンズアレイ２により拡
散され、物体面６上の表示情報７に照射させられる。表
示情報７により反射させられた反射光αはミラー３によ
り光の方向が変えられたのち、集光レンズ４により集光
され、受光素子５に受光されてデコーダー（図示せず）
により表示情報７が解読されることになる。図２は、凸
マイクロレンズアレイ２の一例を示す斜視図であって、
微小な凸マイクロレンズ２ａが２次元的に配列されてい
る。また図３は、光源１からの光源光αが凸マイクロレ
ンズアレイ２を通じて物体面６に照射される様子を示す
図であって、図３（ａ）は、凸マイクロレンズアレイ２
付近を示す断面図、図３（ｂ）は物体面６における光強
度分布を示す図である。

【００１２】図３（ａ）において、光源１は凸マイクロ
レンズ２ａに比較して極めて大きいので、凸マイクロレ
ンズアレイ２を構成する一つの凸マイクロレンズ２ａに
入射される光αは、平行光とみなせる。いま、凸マイク
ロレンズ２ａのレンズ径ｄを２００μｍ、焦点距離を４
００μｍとし、凸マイクロレンズアレイ２と物体面６と
の間が１００ｍｍとすると、物体面６での照射光径Ｄは
約５ｍｍ以上に拡大される。反対に物体面６における光
強度分布は、図３（ｂ）に示すように、照射されている
面全体にわたって小さくなる。このことは、図４に示す
ように物体面６近傍に無数の微小点光源１ａがあること
と等価になる。すなわち、図４（ａ）に示すように、凸
マイクロレンズ２ａに該当する微小点光源１ａが物体面
６近傍に無数配置されたのと同じであって、その微小点
光源１ａから出射された光の物体面６における光強度分
布は、図４（ｂ）に示すように、照射されている面全体
にわたって小さくなる。その結果図５（ａ）に示すよう
に、光源１が１次元的に配列された光学的認識装置にお
いて、図５（ｂ）に示すように物体面６上には従来より
照射面積が大きく、かつ均一な光量分布が得られること
となる。

【００１３】図６は、本発明の別な実施例である光学的
認識装置Ｂにおける、光源１からの光源光αが凹マイク
ロレンズアレイ８を通じて物体面６に照射される様子を
示す。図６（ａ）は、凹マイクロレンズアレイ８付近を
示す断面図、図６（ｂ）は物体面６における光強度分布
を示す図である。また、図７に示すような微小な凹マイ
クロレンズ８ｂが２次元的に配列された凹マイクロレン
ズアレイ８が配置された実施例Ｂにあっても、図６
（ａ）に示すように、凹マイクロレンズアレイ８の凹マ
イクロレンズ８ａに入射された光αは、物体面６上に拡
大されて照射され、その物体面６上における光強度分布
は図６（ｂ）に示すように、照射されている面全体にわ
たって小さくなる。

【００１４】図８（ａ）（ｂ）は、本発明のさらに別な
実施例である光学的認識装置Ｃにおける、光源１からの
光源光αが凸マイクロレンズアレイ２を通じて物体面６
に照射される様子を示す図である。図８（ａ）に示すよ
うに実施例Ｃには、焦点距離などの光学特性が同じ凸マ
イクロレンズ２ａを配列した凸マイクロレンズアレイ２
が配置されていて、図８（ｂ）に示すように、凸マイク
ロレンズアレイ２の中心から離れるにつれ、物体面６に
おける光強度分布は広がり、逆に光強度は弱くなる。

【００１５】図９（ａ）（ｂ）は、本発明のさらに別な
実施例である光学的認識装置Ｄにおける、光源１からの
光源光αが凸マイクロレンズアレイ２を通じて物体面６
に照射される様子を示す図である。実施例Ｄには、凸マ
イクロレンズアレイ２の中心に向うほど焦点距離の短い
高開口数（高ＮＡ）を持つ凸マイクロレンズ２ａを配列
した凸マイクロレンズアレイ２が配置されている。この
実施例Ｄにおいて、物体面６における光強度分布は、図
９（ｂ）に示すように、凸マイクロレンズアレイ２の中
心部では広がるが、逆に凸マイクロレンズアレイ２の中
心から離れるにつれ狭まり、その光強度は凸マイクロレ
ンズアレイ２の中心とほぼ同様の光強度を維持すること
ができる。

【００１６】この実施例Ｄのように凸マイクロレンズア
レイ２の中心に向うほど焦点距離の短い高開口数（高Ｎ
Ａ）をもつ凸マイクロレンズ２ａを配列した凸マイクロ
レンズアレイ２を配置すれば、より短い焦点距離で、光
強度を低下させることなく均一な光量分布が得られる。
したがって、本発明によるイメージスキャナのような２
次元の光学的認識装置Ｄにおいては、物体面６において
読み取り可能な面積（有効照射面）を広げることがで
き、有効照射面を変化させない場合には、物体面６と光
源１との距離を短くすることができるので、装置をさら
に小型化することができる。なお、実施例Ｄにおいて
も、凸マイクロレンズアレイ２の代わりに凹マイクロレ
ンズアレイ８を配置することとしてもよい。

【００１７】図１０は本発明のさらに別な実施例Ｅに配
置されているレンチキュラーレンズアレイ９を示す斜視
図である。レンチキュラーレンズアレイ９は、蒲鉾型の
凸レンズ９ａが１次元的に配列されていて、切削等によ
り原盤の製作が可能で凸マイクロレンズアレイ２や凹マ
イクロレンズアレイ８と比較して容易な加工が可能であ
る。このレンチキュラーレンズアレイ９は、凸レンズ９
ａの配列方向に均一な光量分布を得ることができるの
で、バーコードリーダ等のように１次元的に情報を読み
取る光学的認識装置に適用できる。また、このレンチキ
ュラーレンズアレイ９を配置する場合でも、実施例Ｄと
同様に中心ほど凸レンズ９ａの焦点距離が短いレンチキ
ュラーレンズアレイ９を配置すると、さらに光学的認識
装置を小型化できるのはいうまでもない。

【００１８】

【発明の効果】本発明の光学的認識装置は、光源部と
物体面の間に、光源光を拡散させることにより物体面上
で光源光を均一な光量分布に変換せしめる機能を有する
光学素子を配置することとしているので、光源から物体
面までの距離が近くても、物体面において均一な光量分
布を持つ照射光が得ることができる。したがって読み取
りコントラストが低下せずに、コントラストの一定なイ
メージを得ることができ、判別不可能な箇所をなくすこ
とができる。

【００１９】また、光源から物体面までの距離が近くて
も、物体面において均一な光量分布を持たせることがで
きるので、光源から物体面までの距離を長くする必要が
なく、光学的認識装置を小型化することができる。さら
に、読み取りに必要な最小光量よりも大きくする必要が
ないので、消費電力の利用効率をよくすることができ
る。

【００２０】また、光学素子の構造は２次元的に拡散機
能を持つレンズの集合体であって、該レンズを１次元的
もしくは２次元的に配列することとしているので、読み
取り可能な面積（有効照射面）を拡大することができ、
イメージスキャナなど２次元的に情報を読み取る場合に
おける光学的認識装置を小型化することができる。ま
た、読み取り領域の周辺部より中心ほど該レンズの焦点
距離の短い光学素子を用いることにすれば、さらに小型
化することができる。また、バーコードリーダのような
１次元の光学的認識装置にあっては、レンチキュラーレ
ンズアレイを配置することとしてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光学的認識装置の一実施例を示す概略
構成図である。

【図２】同上の凸マイクロレンズアレイを示す斜視図で
ある。

【図３】同上の光源光が凸マイクロレンズアレイを通し
て物体面に照射される様子とその光強度分布を示す図で
ある。

【図４】物体面近傍の仮想な微小点光源による照射とそ
の光強度分布を示す図である。

【図５】同上の光学的認識装置における光強度分布を示
す図である。

【図６】本発明の別な実施例の光源光が凹マイクロレン
ズアレイを通して物体面に照射される様子とその光強度
分布を示す図である。

【図７】同上の凹マイクロレンズアレイを示す斜視図で
ある。

【図８】本発明のさらに別な実施例の光源光が凸マイク
ロレンズアレイを通して物体面に照射される様子とその
光強度分布を示す図である。

【図９】本発明のさらに別な実施例の光源光が凸マイク
ロレンズアレイを通して物体面に照射される様子とその
光強度分布を示す図である。

【図１０】本発明のさらに別な実施例のレンチキュラー
レンズの一部破断した斜視図である。

【図１１】従来例のバーコードリーダを示す斜視図であ
る。

【図１２】従来例のイメージスキャナを示す斜視図であ
る。

【図１３】従来例の光学的認識装置を示す概略構成図で
ある。

【図１４】同上の光強度分布を示す図である。

【図１５】（ａ）（ｂ）（ｃ）は同上の読み取りコント
ラストの低下の様子を示す図である。

【符号の説明】

１光源２凸マイクロレンズアレイ２ａ凸マイクロレンズ５受光素子６物体面９レンチキュラーレンズアレイ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源部と、光源部からの出射光により物
体面の情報を読み取る受光部と、前記光源光を拡散させ
ることにより物体面上で光源光を均一な光量分布に変換
せしめる機能を有する光学素子とを備え、該光学素子が
光源部と物体面の間に配置されることを特徴とする光学
的認識装置。
【請求項２】前記光学素子が２次元的に拡散機能を持
つレンズの集合体であり、該レンズが１次元的もしくは
２次元的に配列されていることを特徴とする請求項１に
記載の光学的認識装置。
【請求項３】請求項２に記載の光学素子は、読み取り
領域の周辺部より中心ほど前記レンズの焦点距離が短い
ことを特徴とする光学的認識装置。
【請求項４】前記光学素子がレンチキュラーレンズア
レイであることを特徴とする請求項１に記載の光学的認
識装置。
【請求項５】請求項４に記載のレンチキュラーレンズ
アレイを構成する各レンチキュラーレンズは、中心部ほ
ど焦点距離が短いことを特徴とする光学的認識装置。