JPH07117977B2 - 記号読取装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、たとえばバーコードリーダや光学式文字読取
装置（OCR）などのように物体の表面に形成したバーコ
ードや文字などの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＞ 近年、カードや包装パッケージなどに記録された文字や
バーコードを読み取り、即時にその内容を識別する光学
式文字読取装置やバーコード読取装置が広く利用されて
いる。これらの記号読取装置では、文字やバーコードな
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
た非接触の状体で読取ができる機能が要求されるように
なってきている。すなわちベルトコンベア上を搬送され
る種々の物体に形成したバーコードの読取を行う場合な
どには、読取装置から種々の距離に位置する記号面と非
接触の状態で当該記号の読取を行うことが必要である。
また、いわゆるハンドヘルドタイプの読取装置などで
も、非接触による記号読取ができる機能が要求されるよ
うになってきている。

たとえばハンドヘルドタイプのバーコードリーダは第３
図に示すような構成となっている。すなわちピストル型
の筐体50内に、半導体レーザ光源51と、集光レンズ52に
よりほぼ平行光に集光されたレーザ光でバーコード53を
形成した記号面54を走査させるポリゴンミラー55と、記
号面54からの集光レンズ56を介した反射光を受光する受
光素子57と、この受光素子55の出力信号を処理する処理
回路58とを収納して構成されている。59はポリゴンミラ
ー55を一定角速度で回転駆動するモータである。

レーザ光がバーコード53を矢印60方向に走査すると、受
光素子57では、白バーに対しては大きな強度の光が検出
され、黒バーに対しては小さな強度の光が検出される。
したがって処理回路58において、受光素子57から出力さ
れる電気信号を波形整形などし、適当なスライスレベル
でレベル弁別して二値化するようにすれば、上記バーコ
ード53の読取が行われることになる。

このようなバーコードリーダでは、バーコード53が形成
された記号面54とバーコードリーダとの間の読取可能な
距離（以下「読取距離」という。）の下限から上限まで
の範囲（以下「読取範囲」という。）が比較的広くとれ
ることが好ましい。しかし、半導体レーザ光源51からの
光を集光する集光レンズ52を有する上記のようなバーコ
ードリーダでは、読取範囲を広く設定することは設計を
困難にする要因となる。すなわちたとえレーザ光であっ
ても、焦点を無限遠に設定して完全な平行光線に絞り込
もうとすればレーザ光の径をあまり小さくできないので
高い解像度を得ることができない。一方、近距離に焦点
を合わせてレーザ光を絞り込むと、焦点位置から少し離
れるとレーザ光の径が急激に広がってしまって解像度が
急激に低下することになり、充分な読取範囲を確保する
ことができない。

一般には、所望の読取範囲の中央あるいはやや近目の位
置に焦点を合わせて光学系が設定されるが、読取距離が
長い場合には、記号面54におけるレーザ光の径が比較的
大きくなって解像度が低下するため、バー幅の細いバー
コードを読み取ることができなくなる。このため操作者
は最適な読取距離を設定する必要があるが、バーコード
54のバーの細さに対応した最適な読取距離を探す動作
（たとえば集光レンズ52を手動で動かす動作などを含
む。）を操作者に課すことにすると、データ入力の作業
効率が著しく低下する。

またたとえばベルトコンベア上に固定して設置されるバ
ーコードリーダでは、同様の問題からその設置位置の調
整作業が煩雑になる。

この問題を解決するための技術はたとえば特開昭63−83
886号公報に開示されている。すなわちこの先行技術で
は、バーコード読取のための光源とは別に設けた赤外発
光ダイオードからの光を記号面に照射し、その反射光を
PSD（光検出器）に入射させ、前記反射光の検出位置に
基づいていわゆる三角測量によりバーコードリーダと記
号面との間の距離を測定し、この測定した距離情報に基
づいて集光レンズ（この先行技術において記号面からの
反射光を集光して二次元イメージセンサ上にバーコード
像を結像させるレンズ）の光学的位置を変化させるよう
にして、いわば自動焦点調整を行うようにしている。こ
れにより、広い読取範囲で正確なバーコードの読取を実
現している。

＜発明が解決しようとする課題＞ しかしながら、この先行技術では、バーコードリーダと
記号面との間の距離を測定するために、バーコードの読
取のための光源とは別に赤外発光ダイオードを用いてお
り、またその発光駆動のための構成も必要であるのでコ
スト高となる恐れがある。また電力消費量が増大するの
で、特にバッテリ駆動のバーコードリーダでは不利にな
る。

そこで、本発明は、上述の技術的課題を解決し、広い読
取距離の範囲に対応して記号の読取が容易にかつ精度良
く行われるとともに、低コスト化にも有利な記号読取装
置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の本発明の記号読取装置は、
光源からの光を絞る第１の集光レンズ、この第１の集光
レンズからの光で記号を形成した記号面を走査させる走
査ミラー、および前記記号面からの反射光を受光して電
気信号に変換する第１の光電変換素子を有し、前記記号
面を光学的に走査して前記記号を読み取るようにした記
号読取装置において、 前記光源と第１の集光レンズとの間の距離を変化させる
調節手段と、 前記記号面からの反射光が導かれ、少なくとも２つの瞳
を有する光選択透過部材と、 この光選択透過部材からの光を集光する第２の集光レン
ズと、 この第２の集光レンズから一定距離隔てて配置され、前
記少なくとも２つの瞳に対応した光を受光する第２の光
電変換素子と、 前記光選択透過部材の所定の２つの瞳に対応した光の、
前記第２の光電変換素子における各結像位置間の距離を
検出する距離検出手段と、 この距離検出手段出力に基づいて前記調節手段に制御信
号を与える制御手段とを備えたものである。

＜作用＞ 上記の構成によれば、第１の集光レンズで絞った光源光
により記号面を光学的に走査し、この記号面からの反射
光を第１の光電変換素子で検出するようにして記号の読
取が行われる。記号面からの反射光はまた、光選択透過
部材の少なくとも２つの瞳を通って第２の集光レンズに
導かれ、前記少なくとも２つの瞳に対応した光は、第２
の集光レンズから一定距離隔てて配置された第２の光電
変換素子に結像する。この第２の光電変換素子の出力信
号から、距離検出手段では光選択透過部材における所定
の２つの瞳を通過した２つの光の各結像位置間の距離が
検出される。

第２の集光レンズと第２の光電変換素子との間の間隔は
一定であるので、距離検出手段で検出される２つの光の
結像位置間の距離は、第２の集光レンズと記号面との間
の距離によって一意に定まる。すなわち前記距離検出手
段出力は、バーコード読取装置から記号面までの距離
（読取距離）に正確に対応することになる。

したがって、この距離検出手段出力に基づく制御信号を
制御手段から調節手段に与え、光源と第１の集光レンズ
との間の距離を前記読取距離に対応して変化させ、記号
面上で光源からの光が充分に絞られるようにすれば、任
意の読取距離に対応して常に良好な解像度を有して記号
の読取を行うことが可能になる。

＜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
ードリーダの基本的な構成を示す平面図である。半導体
レーザ光源１からのレーザ光Ｌは、第１の集光レンズ２
で絞られ、走査ミラーであるポリゴンミラー３の偏向反
射面3aに入射する。第１の集光レンズ２は、ステップモ
ータやラックアンドピニオンなどの駆動機構を用いた調
節手段４によってその光軸に沿う矢印５方向に変位さ
れ、これによって半導体レーザ光源１と第１の集光レン
ズ２との間の距離が調節される。ポリゴンミラー３はた
とえば正六角柱の各側面を偏向反射面としたもので、図
外の駆動手段によって矢印６方向に一定角速度で回転駆
動されている。偏向反射面3aで反射した後のレーザ光Ｌ
は、記号であるバーコード７が付された記号面８に導か
れる。ポリゴンミラー３が回転すると、レーザ光Ｌの偏
向反射面3aへの入射角が時間的に変化し、これにより反
射後のレーザ光Ｌは記号面８を矢印９の方向に一定の速
度で走査する。レーザ光Ｌは、ポリゴンミラー３の回転
により次々と異なる偏向反射面に入射するので、記号面
８はポリゴンミラー３の回転に同期して繰り返し走査さ
れることになる。記号面６からの反射光は結像レンズ10
を介して第１の光電変換素子11に結像する。

この第１の光電変換素子11の出力信号は図外の信号処理
回路に与えられてディジタル信号に変換され、このディ
ジタル信号がマイクロコンピュータなどを含む演算手段
で処理されてバーコード７で表現された情報が認識され
る。

記号面８からの反射光はまた、２つのピンホール121,12
2を有する光選択透過部材12から、この光選択透過部材1
2に近接して配置され通過光を集光する第２の集光レン
ズ13を介して、第２の光電変換素子である一次元光電変
換素子15において受光される。ピンホール121,122から
の光はそれぞれ一次元光電変換素子15の受光面の異なる
位置に結像する。この一次元光電変換素子15は第２の集
光レンズ13から或る一定距離だけ隔てて配置されてい
る。

一次元光電変換素子15の出力信号は、距離検出手段であ
るピーク検出回路16に与えられる。一次元光電変換素子
15の出力信号は、第１図において参照符号Ｓで示すよう
にピンホール121,122からの光に対応した２つのピーク
を有する信号となるが、ピーク検出回路16では、この２
つのピークが検出されるとともに、２つのピーク間の一
次元光電変換素子15の受光面における画素数に対応した
信号（すなわちピンホール121,122の通過光の結像位置
間の距離に対応した信号）が出力される。この信号は後
述するように、集光レンズ13と記号面８との間の距離に
対応し、結局、読取距離に対応することになる。

ピーク検出回路16の出力信号は制御回路17に与えられ、
この制御回路17はピーク検出回路16の出力信号に対応し
た制御信号をライン18から調整手段４に与え、これによ
り第１の集光レンズ２がその光軸に沿う矢印５方向に変
位されて、この第１の集光レンズ２と半導体レーザ光源
１との間の距離が変化される。

第２図は読取動作を説明するための図であり、一次元光
電変換素子15の近傍の様子が示されている。ポリゴンミ
ラー３で反射されたレーザ光Ｌは、記号面８（第２図に
おいて二点鎖線で示す。）上にスポット20を形成する
が、このスポット20からの反射光は拡散しつつ光選択透
過部材12に入射する。このとき第２図（ａ）図示のよう
に、光選択透過部材12のピンホール121,122をそれぞれ
通った光L1,L2が一次元光電変換素子15を構成する複数
の素子21のうちの異なる２つの素子21a,21bに結像す
る。

たとえば、第２の集光レンズ13の焦点面に一次元光電変
換素子15を配置した場合には、第２図（ｂ）に示すよう
に無限遠の発光源からの平行光は光選択透過部材12の２
つのピンホール121,122を介して一次元光電変換素子15
の同一素子21cに結像する。このようにすれば、通常の
バーコードリーダによるバーコードの読取では記号面８
上に形成されるスポット20（発光源）と第２の集光レン
ズ13との間の距離は有限であるので、ピンホール121,12
2をそれぞれ介した光L1,L2を第２図（ａ）に示すように
必ず異なる素子21a,21bに結像させることができる。

第２の集光レンズ13とピンホール121,122を介した光L1,
L2の各光経路延長線の交点22との間の距離をｌ′とし、
第２の集光レンズ13と一次元光電変換素子15との間の間
隔をΔｌ′とし、第２集光レンズ13における光L1,L2の
通過位置間の距離をd1とし、一次元光電変換素子15にお
ける光L1,L2の結像位置間の距離をd2とすると、 d2＝d1×（ｌ′−Δｌ′）/l′ ……（１） が成立する。一方、光選択透過部材12と第２集光レンズ
13とは前述のように近接して配置されているので、この
両者の距離Δｌは距離ｌ′に比較して充分に小さく、無
視することができる。すなわち、ピンホール121,122間
の距離をｄとして、 d1≒ｄ ……（２） であるといえる。したがって、上記第（１）式から、 d2≒ｄ×（ｌ′−Δｌ′）/l′ ……（３） となる。

一方、距離ｌ′は、結像関係に基づき、記号面８と第２
の集光レンズ13との間の距離ｌにより一意に定まり、ま
た前述のように距離Δｌ′は一定であるので、距離d2は
距離ｌに対応し、したがって読取距離に対応する。

この距離d2は、一次元光電変換素子15において光L1,L2
がそれぞれ結像する画素21a,21b間の画素数に対応す
る。したがって、一次元光電変換素子15の出力信号の画
素21a,21bに対応した２つのピークから、この画素21a,2
1b間の画素数をピーク検出回路16で検出させれば、この
ピーク検出回路16の出力信号は読取距離に対応する距離
情報となる。

この距離情報に対応した制御信号が調節手段４に与えら
れることにより、この調節手段４は、読取距離に対応し
て、レーザ光Ｌが記号面８上に最小の径のスポットを形
成するように第１の集光レンズ４を変位させて、この第
１の集光レンズ４と半導体レーザ光源１との間の距離を
調節する。この結果、任意の読取距離に良好に対応して
バーコード７が形成された記号面８上でレーザ光L1の径
を充分に小さくして、常に高い解像度を有してバーコー
ド７を確実に読み取らせることができる。

なお、上記第（３）式から明らかなように、一次元光電
変換素子15上における光L1,L2の結像位置間の距離d2は
記号面８と第２の集光レンズ13との間の距離ｌにより一
意に定まり、この距離ｌが一定であれば、発光点となる
スポット20が第２図（ｃ）のように第２集光レンズ13の
正面にあると第２図（ｂ）のように斜め方向にあるとを
問わず距離d2は一定の値となる。このことは、レーザ光
L1の走査により発光点（スポット20）が時間的に変位す
るレーザ走査型のバーコードリーダでは極めて有利であ
り、発光点の変位によらずに正確な距離測定が可能とな
る。

なお、光透過部材12と記号面８との間に、視野を制限す
るための壁を設けておけば、記号面８からの反射光以外
の雑音光の影響を排除して正確な距離測定を期すること
ができる。

以上のように本実施例によれば、光選択透過部材12を介
した２つの光L1,L2を第２集光レンズ13で一次元光電変
換素子15の異なる位置に結像させ、この結像位置間の距
離から読取距離に対応した距離情報を得、この距離情報
に基づいて第１の集光レンズ２をその光軸に沿って変位
させ、これによりレーザ光Ｌが記号面８上で充分に絞り
込まれるようにしている。この結果、バーコード７の読
取を、広い読取範囲で、確実に高い精度で行うことがで
きるようになる。また、読取距離の測定のために、赤外
発光ダイオードなどのように特別の光源を用いていない
ので、コスト高となることもなく、また消費電力が増大
することもないので、バッテリ駆動の装置などでは極め
て有利である。

さらに、第１の集光レンズ２を変位させて、半導体レー
ザ光源１と第１の集光レンズ２との間の距離を調節する
ことにより、半導体レーザ光源１から記号面８に至る種
々の光路長に対応するようにしているので、簡単でかつ
安価な構成により、いわゆる自動焦点調整動作を行わせ
ることが可能となっている。

また、第１図の構成において、第２の集光レンズ13と一
次元光電変換素子15との間の間隔を可変にして、常に一
次元光電変換素子15上の１点に光選択透過部材12からの
光L1,L2が結像するように両者の間隔Δｌ′をフィード
バック制御し、この間隔Δｌ′に基づいて読取距離を演
算し、この読取距離に基づいて第１の集光レンズ２を変
位させることも考えられるが、この場合にはたとえば第
２の集光レンズ13を変位させるための構成が必要である
ので可動部が増加して信頼性の低下を招くとともに、前
記間隔をフィードバック制御しつつ動作するので、応答
時間が長くなるという欠点がある。これに対して上記の
実施例では、読取距離に対応する距離情報を得るために
可動部分が用いられていないので信頼性が高く、また一
次元光電変換素子15の出力信号の処理によって速やかに
読取距離に対応した情報が得られるので応答性が良好で
ある。

なお、本発明は上記の実施例に限定されるものではな
い。すなわちたとえば、上記の実施例では、調節手段４
により第１の集光レンズ２を変位させるようにしたが、
この第１の集光レンズ２の代わりに、または第１の集光
レンズ２とともに半導体レーザ光源１が変位されてもよ
い。また、半導体レーザ光源１に代えて、He−Neレーザ
装置などのガスレーザ装置や、他の光源装置が用いられ
てもよい。

さらに、上記の実施例では、２個のピンホール121,122
を形成した光選択透過部材12を用いたが、ピンホールの
代わりに２つのスリットを形成した光選択透過部材が用
いられてもよい。スリットを形成した場合には、一次元
光電変換素子での前記スリット像の検出が確実に行われ
る点で有利である。また、ピンホールやスリットを３個
以上を設けた光透過部材を適用してもよく、予め定めた
２個のピンホールなどを通過した光の結像位置間の距離
を検出すれば、上記と同様の作用を達成できる。さら
に、また本発明は、バーコードリーダに限らず、たとえ
ば光学式文字読取装置などのように、記号面にコントラ
ストを利用して形成した任意の記号を読み取るための記
号読取装置に対して容易に応用することができるもので
ある。その他本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、光源から
記号面に至る光路長の大小によらずに、当該光源光を記
号面上において良好に絞ることができるので、広い読取
範囲内において記号の読取を確実にかつ高い精度を有し
て行わせることができるようになる。しかも、簡単でか
つ安価な構成で確実な読取動作が可能となるので、低コ
スト化にも有利である。

【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
ードリーダの基本的な構成を簡略化して示す平面図、 第２図は一次元光電変換素子15の近傍の様子を拡大して
示す平面図、 第３図はハンドヘルドタイプのバーコードリーダの内部
構成を示す斜視図である。 １……半導体レーザ光源、２……第１の集光レンズ、３
……ポリゴンミラー（走査ミラー）、４……調節手段、
７……バーコード（記号）、８……記号面、11……第１
の光電変換素子、12……光選択透過部材、13……第２の
集光レンズ、15……一次元光電変換素子（第２の光電変
換素子）、16……ピーク検出回路（距離測定手段）、17
……制御回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光源からの光を絞る第１の集光レンズ、こ
   の第１の集光レンズからの光で記号を形成した記号面を
   走査させる走査ミラー、および前記記号面からの反射光
   を受光して電気信号に変換する第１の光電変換素子を有
   し、前記記号面を光学的に走査して前記記号を読み取る
   ようにした記号読取装置において、 前記光源と第１の集光レンズとの間の距離を変化させる
   調節手段と、 前記記号面からの反射光が導かれ、少なくとも２つの瞳
   を有する光選択透過部材と、 この光選択透過部材からの光を集光する第２の集光レン
   ズと、 この第２の集光レンズから一定距離隔てて配置され、前
   記少なくとも２つの瞳に対応した光を受光する第２の光
   電変換素子と、 前記光透選択透過部材の所定の２つの瞳に対応した光
   の、前記第２の光電変換素子における各結像位置間の距
   離を検出する距離検出手段と、 この距離検出手段出力に基づいて前記調節手段に制御信
   号を与える制御手段とを備えたことを特徴とする記号読
   取装置。