JPH0690364B2

JPH0690364B2 - レーザ光の走査・受光装置

Info

Publication number: JPH0690364B2
Application number: JP63138085A
Authority: JP
Inventors: 信也竹中
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1988-06-02
Filing date: 1988-06-02
Publication date: 1994-11-14
Anticipated expiration: 2009-11-14
Also published as: JPH01306812A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、バーコードリーダ等として使用する光学装
置、即ち、レーザ光を走査して読み取り対象部に当て、
かつ、そこからの反射光を受光するための装置に関す
る。

〔従来の技術〕

第５図に示すように、レーザ光源１からのレーザ光２を
ポリゴンミラースキャナ等の走査手段３で一次元方向に
走査し、その反射光（散乱光）を受けて光量の多少によ
り読み取り対象物の白・黒判定を行う場合、受光系に含
めた集光レンズで反射光を集め、フォトダイオード等の
光電変換素子によって受光する。具体的には第６図
（ａ）のように、ハーフミラー９を用いて投光系と受光
系の光軸を合わせるか又は同図（ｂ）のようにレーザ光
２を遮らないように光軸をややずらした位置に集光レン
ズ10を配して読み取り対象物Ａの走査範囲全体を光電変
換素子５の視野に収めている。

また、下記の公開公報に示される走査、受光方式の装置
（いずれもバーコードスキャナ）も提案されている。

公報1.特開昭60−195639号公報2.特開昭61− 45216号公報3.特開昭61−285584号公報4.特開昭61−285585号これ等は、いずれも、回転ホログラム板を用いて走査、
集光を行っており、また、光源からの光を有孔ミラーの
孔に通してホログラム板に向かわせ、さらに、対象物に
当って戻って来た光を有孔ミラーで受けて受光素子に導
くことにより投射光と反射光の光軸を一致させている。

〔発明が解決しようとする課題〕

第６図（ａ）の方式によると、ハーフミラーによるレー
ザ光の損失が大きく、さらにハーフミラーでの反射光は
反射後も広がり続けるため、受光素子による受光量が更
に少なくなる。また、同図（ｂ）の方式は、レンズ10の
光軸のズレによって、対象物Ａまでの距離が同図（ｃ）
のように変化した場合に、レンズ10を通った反射光の一
部が受光素子から外れてくるため（ハッチング加入部が
素子５に受光されない）、距離によって効率が変化する
と云う問題を有している。

なお、受光効率が変化や途中の損失による受光量低下が
あると、光量差を判定試料となす装置は、当然に判定精
度が悪くなる。また、感受性のより良い受光素子や損失
量を見込んだ大出力光源を用いて判定精度を向上させよ
うとすれば経済的に不利になる。

一方、前掲の各公報に示されるものは、有孔ミラーを使
って投、受光系の光軸を一致させているため、対象物ま
での距離の変化による受光効率の変動が悪い。

しかし、ホログラムの使用には一般に高度に安定した発
振モードを持つレーザが要求され、この条件を満たすHe
Neレーザ等のガスレーザの場合、重量、寸法等が半導体
レーザに比べて比較にならないほど大きい。また、回転
ホログラム板自体も広い設置スペースを必要とし、その
ため、ホログラム方式はハンドスキャナには適していな
い。事実、前掲の公報２、３、４に示されるものはPOS
で使われる大型の定置式スキャナである。また、公報１
のものは手持ち型ではあるが、楽に扱えるほどの小型・
軽量化を達成するのは困難である。

そこで、この発明は、受光効率の変化や途中での損失に
よる受光量減少を生じさせずにハンドスキャナの小型、
軽量化に大きく貢献できるレーザ光の走査・受光装置を
提供しようとするものである。

〔課題を解決するための手段〕

この発明の装置は、第１図に示すように、レーザ光源１
と、レーザ光２と一次元方向に走査するポリゴンミラー
スキャナ、ガルバノミラースキャナ等の走査手段３と、
中央部に空間の光通路4aを有する反射手段４と、反射光
の受光手段５を具備し、これ等の光学要素を、走査手段
３の直近に反射手段４が位置し、その反射手段の中央部
の通路4aを通って光源からのレーザ光２が前記走査手段
３に入射し、走査後のレーザ光は通路4aを入射時とは逆
向きに通って対象物Ａに至り、さらに、対象物に当って
散乱したレーザ光が反射手段４に反射されて光電変換素
子等の受光手段５に受光される状態に配置して構成され
る。レーザ光源１は、第７図に示すように受光手段５側
に配置してもよい。

反射手段中央部の光通路4aは、反射手段に設けた開口で
あってもよいが、反射手段を複数個の反射板で構成して
反射板間に設けた隙間を通路となすと経済性に優れる。

また、反射手段４は、S/N比の面でシリンドリカル（円
弧状）の凹面又は回転対称の凹面を有する凹面鏡が望ま
しい。平面鏡も勿論使用可能であり、この場合には、S/
N比の低下をなくすため、受光手段の直前に集光手段と
してのシリンドリカルレンズ又は回転対称な凸レンズを
組合せて用いるとよい。

さらに、受光手段５としては、フォトダイオード、フォ
トトランジスタ等の光電変換素子が考えられるが、必要
に応じてこの素子の前方に集光レンズを配置し、レーザ
の走査範囲に含まれない部分を極力素子の視野から外す
ようにすることもS/N比の向上面で有効なことと云え
る。

このほか、使用するレーザ光源は可視光、不可視光を問
わないが、現在広く用いられているレーザ光源は不可視
光であり、可視光のものはまだ高価である。従って、本
願においても当然に不可視光レーザの使用を考える必要
があるが、不可視レーザ光は対象物のどの位置に当って
いるかを目視確認可能となす必要がある。この場合、光
軸が受光手段５の光軸と平行になるようにLED等の可視
光光源を配置し、散乱レーザ光が受光手段に至る経路を
逆に辿って可視光光源からの光が対象物に届くようにし
ておくと、目視確認のためのガイド光を簡単かつ正確に
目的の個所に当てることができる。

また、受光手段５を偶数個設け、その偶数個の受光手段
をレーザ走査面に直交する平面のうち、反射手段４の中
心を通る面に対して対象な位置に配置することも、後述
する理由から好ましいことと云える。

〔作用〕

走査を回転ミラーを用いた走査手段によって行うので、
小型の半導体レーザを光源として使用できる。また、光
源を反射手段の前方に置き、そこからの光を反射手段の
中央の通路4aに通して走査手段に導くようにしたので、
各要素を近接した位置に集約的に配置することが可能で
あり（反射手段と光源等を一体にユニットにすることも
可）、設置スペースを削減できる。走査手段３を図のよ
うに光通路4aに近づけることができるので走査光を通す
通路4aも小さくてよい。

また、同一理由から走査手段３（回転ミラー）も反射面
高さの低い小さなもので間に合う。即ち、光源１からの
レーザ光は、第８図に示すように、反射手段の後方から
走査手段３に入射することもできる（前掲の公報の技術
思想からはこの構成しか思い浮かばない）。しかし、こ
の場合には、走査手段３への光入射を反射手段の前方か
ら行う第１図或いは第７図の本発明装置に比べてレーザ
光２の入射角θ（＝反射角）が大きくなり、３の反射面
上でのビーム縦径φ₁が大きくなる。このビーム縦径φ₁
は、光軸に直交する断面上でのビーム縦径をφとおく
と、φ₁＝φ/cosθの式で表される。３の反射面の高さ
はφ₁＋α（αは余裕）でなければならないので、θが
小さい程反射面高さを低くし得る。回転ミラーは、通
常、８〜20面ほどの反射面を有するため、装置の中で大
きな容積と重量を占めている。従って、光の入射経路を
工夫してθを小さくし、回転ミラー（走査手段３）を薄
くすることは装置の小型、軽量化に大きく寄与する。

本発明の装置は、これ等のことが有効に働いてハンドス
キャナに最も重要な小型、軽量化の目的が達成される。

また、判定精度の向上に関しても、以下の作用でその目
的が達成される。

反射手段の中央部に設けた光通路は空間であるので、ハ
ーフミラーに見られるレーザ光の透過損失が生じない。

また、光源から走査手段に至るレーザ光と走査手段から
対象物に至るレーザ光を反射手段中央部の光通路に通す
と、反射手段をレーザ光の進路上において投・受光系の
光軸を一致させることができるため、対象物までの距離
変化があっても反射光が受光手段から外れない。

さらに、反射手段として凹面鏡を用いた場合、この凹面
鏡と受光手段間に凸レンズを置いた場合、或いは平面鏡
を用いてこの平面鏡と受光手段間に凸レンズ、シリンド
リカルレンズもしくはその両者を配置した場合には、受
光手段の視野が限定されてS/N比が高まる。

第２図は、これを視野の観点から判り易く示したもので
ある。任意の散乱した光が受光手段に入射する確率とは
別に、受光手段に散乱光が入射し得る点の集合域を視野
と称する。視野は、レーザ光が走査される範囲よりも広
くなければならないが、あまり広過ぎるとレーザの散乱
光だけでなく、無用の外乱光が多量に入射するためS/N
比が低下する。

もともと、光電変換素子等は指向性を有するため、その
ままでも第２図（ａ）のようにある程度視野は限定され
ている。しかし、このままではレーザの走査範囲とは無
関係な部分を多く視野に含むためS/N比は悪い。

ところが、指向性が広過ぎる場合の反射手段として凹面
鏡を用いると、凹面鏡による集光効果によって視野は同
図（ｂ）のように縮小され、S/N比が向上してくる。平
面鏡と凸レンズを組合せて用いる場合にも結果は同じに
なる。

さらに、同図（ｃ）はレーザ走査範囲に合わせて縦方向
のみを更に集光した場合を示す。これは、反射手段が平
面鏡である場合にはその平面鏡と受光素子との間にシリ
ンドリカルレンズを用いることとによって実現される。
一方、第１図のように、反射手段４として凹面鏡を用い
た場合には、４と５の間に凸レンズを置くことによって
実現され、これにより、S/N比が更に高まる。

なお、指向性の広さは受光素子の種類によって異なる
が、その指向性の広さが、レーザの走査範囲の水平距離
とうまくマッチしているときは、前記の凸レンズは不要
である。

このほか、光通路4aは、レーザの走査に支障を来さない
範囲の小面積通路であればよいので、この通路4aによる
レーザ光の反射ロスは極く僅かに抑えることができる
が、偶数個の受光手段を請求項（７）の配置にして設け
ると受光手段の視野から光通路4aを外できるので、装置
の精度がより良くなる。

〔実施例〕

第３図に、この発明の装置の一実施例を示す。

図の１は不可視光レーザ光源、２はレーザ光、３は走査
手段としてのポリゴンミラースキャナ、４は中央に光通
路4aとなる開口を設けた反射手段（図はシリンドリカル
凹面鏡）、5a、5bは、レーザ走査面に直交する垂直な平
面のうち、４の中心を通る面を基準にして対称位置に配
置した受光手段としてフォトダイオード、6a、6bは5a、
5bの各々と４との間に設けた集光レンズ、７はLED光の
集光レンズ、８はガイド光を対象物Ａの走査部に当てる
ためのLED光源である。

この装置は、１から投射されたレーザ光２が4aの開口を
通り抜けて３に入射する。３は反射面を振ることによっ
てレーザ光を所定の方向に走査し、この走査光が再び4a
を通り抜けて対象物Ａに至る。また、Ａに当って散乱し
た光のうち、反射手段４を見込む角度内の光は４に当っ
て反射され、レンズ6a、6bを透過してフォトダイオード
5a、5bに受光される。

一方、LED光源８から出た可視光は、レンズ７に一旦集
光され、次に、４に反射されて対象物のレーザ走査部を
照らす。

なお、この例で受光手段とレンズから成る受光系を２組
設けたのは、複数の光電変換素子を使用することで大き
な出力を得るためと、LED光源を中央において投・受光
系の光軸を合わせる配置上の配慮によるところが大きい
が、このような構成にすると、4a部を受光手段の視野か
ら外して4a部による反射ロスの影響を皆無にし得ると云
う利点も生じる。

なお、反射手段４は、製作性や製作費用の点から、第４
図のように複数の反射板を中央に間隔を置いて配置して
もよい。同図（ａ）、（ｂ）にはシリンドリカル凹面鏡
を、同図（ｃ）には回転対称の凹面鏡を用いた例を示し
てある。

この場合、全体としては１枚の鏡と同様の機能を有する
ことは自明である。

このほか、８によるガイド光は、レーザの走査範囲全体
をカバーする必要はなく、寧ろ走査範囲の中心を示すこ
とが重視されるので、レンズ７を用いて第２図（ｄ）、
或いは第３図に示すように細く絞り込むのが望ましい。

〔効果〕以上延べたように、この発明によれば、反射手段の中央
部に空間の光通路を設けてその通路に光源から走査手段
に至るレーザ光と走査手段から対称物に至るレーザ光を
通すようにしたので、小型の半導体レーザ光源を用い
て、また、各要素を狭いスペースに効率よく配置して、
さらに走査用の回転ミラーも小さくしてハンドスキャナ
に要求されている小型、軽量化を実現することができ
る。また、判定精度面でも透過損失を生じるハーフミラ
ーを用いずに投・受光系の光軸を一致させて対象物まで
の距離変化による受光効率の変化を無くすことができ、
バーコード読取り装置等の応用装置の小型軽量化、性能
向上、信頼性向上に寄与できると云う効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の基本構成を示す概略図、第２図の
（ａ）〜（ｄ）は受光手段の視野についての説明図、第
３図はこの発明の装置の一具体例の概略図、第４図
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、反射手段の他の例を示す概
略図、第５図はバーコードリーダ等の基本を示す線図、
第６図（ａ）〜（ｃ）は従来装置の装置構成を示す線図
である。また、第７図はこの発明の基本構成をレーザ光
源の位置を変えて示す概略図、第８図はレーザ光源から
の光を反射手段の後方から走査手段に導く場合の問題点
を説明するための図である。１……レーザ光源、２……レーザ光、３……走査手段、４……反射手段、 4a……光通路、５……受光手段、７、６……集光レンズ、８……LED、Ａ……対象物。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ光源と、レーザ光を一次元方向に走
査するポリゴンミラースキャナ、ガルバノミラースキャ
ナ等の走査手段と、中央部に空間の光通路を有する反射
手段と、光電変換素子等の反射光受光手段を具備し、こ
れ等の光学要素を、前記走査手段の直近に前記反射手段
が位置し、その反射手段の中央部の通路を通って光源か
らのレーザ光が前記走査手段に入射し、走査後のレーザ
光は前記通路を入射時とは逆向きに通って対象物に至
り、さらに、対象物に当って散乱したレーザ光が反射手
段に反射されて受光手段に受光される状態に配置して構
成されるレーザ光の走査・受光装置。
【請求項２】前記反射手段中央部の光通路は、反射手段
に設けた開口又は反射手段を複数個の反射板で構成して
反射板間に設けた隙間である請求項（１）記載のレーザ
光の走査・受光装置。
【請求項３】前記反射手段は、シリンドリカルな凹面又
は回転対称の凹面を有する反射鏡である請求項（１）又
は（２）記載のレーザ光の走査・受光装置。
【請求項４】前記反射鏡と受光手段間に凸レンズを設け
た請求項（３）記載のレーザ光の走査・受光装置。
【請求項５】前記反射手段が平面鏡であり、かつ、受光
手段の直前に集光手段としてのシリンドリカルレンズ、
回転対称な凸レンズもしくはその両者を配置してある請
求項（１）又は（２）記載のレーザ光の走査・受光装
置。
【請求項６】前記レーザ光源として不可視光光源を用
い、さらに、可視光光源を、その光軸が前記受光手段の
光軸と平行になり、かつ、可視光光源からの光が前記反
射手段に反射されて対象物に届く位置に追設した請求項
（１）乃至（５）のいずれかに記載のレーザ光の走査・
受光装置。
【請求項７】前記受光手段を偶数個設け、その偶数個の
受光手段をレーザ走査面に直交する平面のうち前記反射
手段の中心を通る面に対して対称な位置に配置した請求
項（１）乃至（６）のいずれかに記載のレーザ光の走査
・受光装置。