JPH07192077A - レーザスキャナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光量ロスが少なく、低コントラストのバーコ
ードの読み取りを可能にし、高分解能と長読み取り距離
も実現できる、軽量、小型、加工性に優れた部品構成か
らなるレーザスキャナを提供する。 【構成】 この発明は、レーザ発生手段（１）からレー
ザ光を相異なる光反射率の部分を有する標識上で走査さ
せ、その反射光を受光して前記標識の内容を読み取るレ
ーザスキャナにおいて、回折光学素子（10）を用い、瞳
位置近傍での光量分布状態を瞳周辺部の光量の方が瞳中
心部分より多くなるように構成したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、小売店での流通商品
に表示されるバーコード記号のような標識を走査するた
めのレーザスキャナに関する。

【０００２】

【従来の技術】バーコードのような相異なる光反射率の
部分を有する標識を読み取るレーザスキャナ装置におい
ては、標識上にレーザ光を照射し、その反射光を光セン
サに取り込み、光量の強弱を電気信号に変換している。
近年、商品やバーコードシステムの多様化に伴い、バー
コードとその読み取り装置の多様化が進んでいる。

【０００３】そのうちの一つはバーコードが含む情報の
高密度化である。現代の商品は小型化が進んでおり、そ
れに伴いバーコードが印刷される領域も小さくなってい
るからである。また電子部品のような小さなものにバー
コードを貼り管理する場合もあり、この場合の印刷領域
は極めて小さい。商品の大小を別にしても、化粧品など
の外装の美観を重視する商品では、バーコードのような
美観の妨げになる情報領域はなるべく小さくしたいとい
う要望がある。いずれの場合もバーコードの印刷領域は
できるだけ小さい方が好ましいのである。しかし、バー
コードの印字領域は減少してもその商品の情報内容は従
来どおり盛り込まなくてはならず、その結果、単位面積
当たりの情報密度は上がる。あるいは商品の多種化に伴
いこれまでと同じ印字領域でより多くの情報を盛り込む
ことが要求されてきている。いずれの場合も、情報の高
密度化に伴いバー幅が細くなる。したがって、より細い
バー幅を検出するため、分解能の高いスキャナが要望さ
れる。従来では、レーザビームを遮光部材で絞る際に開
口部を大きめにとって実効NAを大きくすることにより、
ビームウエスト近傍でのビーム径を小さくして分解能を
上げるという方法が知られている。このような従来の遮
光部材を用いたレーザスキャナの光学系の概略構成を図
９に示す。レーザ光源１を出射したレーザ光は凸レンズ
２で収束され絞り３でビーム径を規定され、走査用のミ
ラー４で反射される。ミラー４が回転軸８を中心に揺動
することにより、レーザビームとミラー４のなす角が変
化し、レーザ光はその角度に応じた方向に反射され走査
線を描く。この走査線上にバーコードなどの標識５を置
くと、レーザ光は標識５上で反射、散乱される。この散
乱光を集光用ミラー７で集束し、受光素子６で感知し、
光強度レベルに応じたアナログ電気信号を出力する。こ
のアナログ電気信号を図示しないＡ／Ｄ変換器でアナロ
グ／ディジタル変換を行い、図示しないデコーダで標識
５が解読される。

【０００４】２つ目に、バーコードとスキャナがどの程
度離れたときまで読み取れるかを表す読み取り距離があ
る。バーコードから遠く離れたところからでも情報を検
出できる読み取り距離の長いスキャナが要望されてい
る。従来では、分解能は犠牲になるが、遮光部材の開口
部を小さめにとって実効ＮＡを小さくすることにより、
ビーム径の変化を緩くして読み取り距離を長くするとい
う方法が一般に採られている。他の方法としてはアキシ
コンプリズムを用いてビーム径を制御する方法が特開平
4-217079号公報に示されている。

【０００５】３つ目に分解能、および読み取り距離両者
を向上させたいという要望もある。この場合は輪帯瞳光
学系の効果（E.H.Linfoot & E.Wolf, Proc.Roy.Soc.Lon
donSect.B66,1953 ) を利用することが知られている。
この光学系を構成するためには、瞳面近傍に輪帯開口を
持つ減光，遮光用のフィルターを設ける方法が広く知ら
れている。

【０００６】４つ目として、バーコードのバー部とスペ
ース部のコントラスト差がある。一般に、バーコードス
キャナはバーコード面を走査し面上で反射された光強度
の大小を感知しバー部とスペース部を認識して情報を読
み取る。情報の読み取り易さは受光素子が感知する反射
光の強弱変化によるところが大きい。そして反射光はバ
ーコードが印刷されている基板材質、印刷する印字材
料、印字材料のスキャナの光源波長に対する反射率など
に依存する。例えば、白と灰色で構成されたバーコード
より、白と黒で構成されたバーコードの方が一般に読み
取り易い。しかし、商品の多様化に伴い様々なバーコー
ドがあるわけであり、バー部とスペース部のコントラス
トが低いものでも読み取れることが期待される。すなわ
ちコントラスト検出能力の高いスキャナが要望される。
コントラスト検出能力を向上させるには瞳位置での光量
分布を瞳周辺部の方が瞳中心部分より光量が少なくなる
ような光学系を用いればよいことが一般的に知られてい
る(P.Jacquinot & B.Rozen.Dossier, Progress in Opti
cs,1964)。この光学系を構成するためには、瞳面近傍に
減光，遮光用のフィルターを設ける方法が広く知られて
いる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
如き従来技術においては、以下のような問題点がある。
遮光部材の開口部の大きさによって実効ＮＡを決めてビ
ーム径を操作する方法では、光源を出射した光の多くは
遮光部材によって遮られ、かなりの光量ロスが生じると
いう欠点がある。その上、絞り部材を用いるものは分解
能、読み取り距離のいずれか一方を向上させれば他方が
劣化するという不都合がある。

【０００８】アキシコンプリズムを用いる方法では、長
い読み取り距離は得られるが、高いコントラスト検出能
力を同一装置で得ることは難しく、またアキシコンプリ
ズムは加工が困難なため量産品には向かない。減光、遮
光用のフィルターを用いて輪帯瞳光学系を利用する方法
では、フィルター部で光量ロスが起こる。

【０００９】減光、遮光用のフィルターを用いて、コン
トラスト検出能力を向上させるために瞳位置での光量分
布を瞳周辺部の方が瞳中心部分より光量が少なくなるよ
うにする方法ではフィルター部で光量ロスが起こる。こ
の発明の目的は、このような従来の問題点を解決し、光
量ロスが少なく、低コントラストのバーコードの読み取
りを可能にし、高分解能と長読み取り距離も実現でき
る、軽量、小型、加工性に優れた部品構成からなるレー
ザスキャナを提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、この第１の発明では、レーザ発生手段からレーザ光
を相異なる光反射率の部分を有する標識上で走査させ、
その反射光を受光して前記標識の内容を読み取るレーザ
スキャナにおいて、回折光学素子を用い、瞳位置近傍で
の光量分布状態を瞳周辺部の光量の方が瞳中心部分より
多くなるように構成したことに特徴がある。

【００１１】この第２の発明では、レーザ発生手段から
レーザ光を相異なる光反射率の部分を有する標識上で走
査させ、その反射光を受光して前記標識の内容を読み取
るレーザスキャナにおいて、回折光学素子を用い、瞳位
置近傍での光量分布状態を瞳周辺部の光量の方が瞳中心
部分より少なくなるように構成したことに特徴がある。

【００１２】この第３の発明では、レーザ発生手段から
レーザ光を相異なる光反射率の部分を有する標識上で走
査させ、その反射光を受光して前記標識の内容を読み取
るレーザスキャナにおいて、回折光学素子を用い、光学
部材の配置の変更、あるいは光学部材の切り換えによ
り、少なくとも瞳位置近傍での光量分布状態を瞳周辺部
の光量の方が瞳中心部分より少ない状態、多い状態の２
状態を設定するように構成したことに特徴がある。

【００１３】

【作用】この第１の発明においては、回折光学素子を用
い、瞳位置近傍での光量分布状態を瞳周辺部の光量の方
が瞳中心部分より多くなるように構成したものは、瞳の
光量分布が均一のものに比べ、分解能が高いため、バー
幅の細いバーコードに対する読み取り性能が向上し、印
刷情報の高密度化に対応できる。また、このようなもの
は、瞳の光量分布が均一のものに比べ焦点深度が深いた
め、長い読み取り距離を持つことができる。このよう
に、高解像力・長読み取り距離という２つの長所を合わ
せもつことが可能である。

【００１４】この第２の発明においては、回折光学素子
を用い、瞳位置近傍での光量分布状態を瞳周辺部の光量
の方が瞳中心部分より少なくなるように構成したもの
は、瞳の光量分布が均一のものに比べ、コントラスト検
出能力が高いため、バー部とスペース部のコントラスト
が低いバーコードの読み取りに大変有利である。この第
３の発明においては、回折光学素子を用い、光学部材の
配置の変更、あるいは光学部材の切り換えにより、少な
くとも瞳位置近傍での光量分布状態を瞳周辺部の光量の
方が瞳中心部分より少ない状態、多い状態の２状態を設
定するように、構成したものは、一つのスキャナでコン
トラスト検出能力の高さ・高解像力・長読み取り距離と
いう３つの特長を兼ね備えたものを実現できる。

【００１５】しかも、上記いずれの場合も、回折光学素
子を用いているため、光量ロスが少なく、光源光の光使
用効率が従来品に比べ極めて高い。また、回折光学素子
は型成形により大量生産が可能であるため、加工性に優
れた安価な部品であり、軽量、小型という長所も合わせ
もっている。

【００１６】

【実施例】以下、この発明の一実施例を、図面により詳
細に説明する。図１は、この発明の第１の実施例を示す
レーザスキャナの光学系の概略構成図である。レーザ光
源（例えば、半導体レーザダイオード）１を出射したレ
ーザ光は回折光学素子10により瞳位置近傍での光の強度
分布（光量分布状態）を変えて凸レンズ11により収束さ
れ、走査用のミラー４で反射される。ミラー４が回転軸
８を中心に揺動することにより、レーザビームとミラー
４のなす角が変化し、レーザ光はその角度に応じた方向
に反射され走査線を描く。この走査線上にバーコードな
どの標識５を置くと、レーザ光は標識５上で反射、散乱
される。この散乱光を集光用ミラー７で集束し、受光素
子６で感知する。以降の処理については図９の動作と同
様であるので、ここでは説明を省略することとし、詳細
は図９の説明を参照されたい。この実施例では、特に回
折光学素子10を用いて、瞳位置近傍での光量分布状態を
変えることにより、光の使用効率を高めて高解像力およ
び長読み取り距離のレーザスキャナを実現している。

【００１７】図２は、図１の回折光学素子10、凸レンズ
11の拡大図である。これは、瞳位置近傍での光量分布状
態を示しており、図９の凸レンズ２、絞り３の代わりに
回折光学素子10、凸レンズ11で構成されている。回折光
学素子10は透過光を輪帯状に集光させるような作用をも
たせたものであり、その一例の断面図の模式図を図３に
示す。通常のレンズが屈折作用に基づいて光線を曲げる
のに対し、回折光学素子は回折現象により、光の進行方
向が変わる。回折光学素子の動作原理は次式で表され
る。

【００１８】 sin θ−sin θ’＝ｍλ／ｄ （１） ここで、θは入射媒質の入射角、θ’は射出媒質の射出
角、ｍは回折光の次数、λは波長、ｄはピッチである。
図３には断面が鋸歯状のキノフォーム型を示したが、階
段状のバイナリー型や、正弦波状のホログラフィック光
学素子（ＨＯＥ）などでも構わない。回折光学素子10は
後述の回折光学素子12の周辺の一点を中心に回折光学素
子12を光軸に垂直な面内に回転させたものを小さくした
ような形状をしている。回折光学素子10を透過した光は
凸レンズ11で集光される。この場合、凸レンズ11の外径
により実効ＮＡが決まるので、瞳位置は図示したように
凸レンズ11の近傍になる。実際にはここでは図示されて
いないが、レンズを保持、固定するレンズ枠の位置が瞳
位置になる場合が多いからである。このような構成によ
り、瞳位置での光量分布は周辺部の方が中心部分より多
く、輪帯瞳光学系と同等の状態を実現できる。このよう
な光学系は高解像力・長焦点深度を有する。その結果、
従来では読み取り不可能だったバー幅の細いバーコード
に対して読み取り性能を持ち、また同時に長い読み取り
距離を有するレーザスキャナの実現が可能になる。さら
に、上記実施例のレーザ光学系を小型化するため、レー
ザ光源１と回折光学素子10と凸レンズ11とをモジュール
で一体化しても良い。

【００１９】図４は、この発明の第２の実施例を示すレ
ーザスキャナの主要光学系の拡大図である。これは、上
記第１実施例の凸レンズ11を回折光学素子12で代用した
ものである。回折光学素子12の一例を示す断面の模式図
を図５に示す。回折光学素子12は回折光学素子10と同様
（１）式で動作原理が表されるものである。これもまた
断面が鋸歯状のキノフォーム型を示したが、階段状のバ
イナリー型や、正弦波状のホログラフィック光学素子な
どを用いても良い。回折光学素子12は光軸を中心に回転
対称な形状をしており、集光作用をもたせたものである
から、光軸中心部から周辺部にいくにつれ、ピッチが細
かくなるような形状をしている。凸レンズ11を回折光学
素子12に置き換えたことにより、軽量化、省スペースが
実現される。また、研磨を要するレンズより、型成形に
より大量生産できる回折光学素子の方が加工性、コスト
の点で優れているといえる。

【００２０】図６は、この発明の第３の実施例を示すレ
ーザスキャナの主要光学系の拡大図である。これは、凸
レンズ13を上記第１実施例の時よりもさらにレーザ光源
１から遠ざけて配置したものである。瞳位置は第１実施
例の場合と同様に凸レンズ13の近傍になる。このような
配置により瞳位置での光量分布は周辺部の方が中心部分
より光量が少ない状態を実現できる。このような光学系
はコントラスト検出能力が高いので、バー部とスペース
部のコントラスト差が小さいバーコードに対して読み取
り性能が向上したレーザスキャナの実現が可能になる。

【００２１】図７は、この発明の第４の実施例を示すレ
ーザスキャナの主要光学系の拡大図である。これは、上
記第３実施例の凸レンズ13を回折光学素子14で代用した
ものである。回折光学素子14は回折光学素子12と同様の
ものである。凸レンズ13を回折光学素子14に置き換えた
ことにより、軽量化、省スペースが実現される。また、
研磨を要するレンズより、型成形により大量生産できる
回折光学素子の方が加工性、コストの点で優れていると
いえる。

【００２２】図８は、この発明の第５の実施例を示すレ
ーザスキャナの主要光学系の拡大図である。これは、上
記実施例で示した回折光学素子10と回折光学素子12と回
折光学素子14とを用いたものである。回折光学素子12と
回折光学素子14を保持部材21に保持させ、回折光学素子
10に対し回折光学素子12を近くに配置する場合と回折光
学素子14を遠くに配置する場合を切り換えにより実現
し、上記第２実施例と第４実施例の状態を場合に応じて
１台のスキャナで選択することができるようにしたもの
である。ここで、切り換え手段としては、スキャナに図
示しない機械式または電気式の切り換えスイッチを設
け、この切り換えスイッチにより図８の矢印の方向に保
持部材21をスライド移動させて回折光学素子12と回折光
学素子14とを切り換える。このような構成により、１台
のスキャナで高解像力・長読み取り距離・高いコントラ
スト検出能力をあわせ持つことが可能になる。

【００２３】上記実施例のいずれの場合も回折光学素子
を用いているため、光源を出射した光を有効に利用する
ことができ、光量ロスが少ない。また部品としても軽
量、小型、安価、加工性に優れたものである。さらに、
上記した第２〜第４の実施例のレーザ光学系を小型化す
るため、モジュール構造を採用しても良い。上記実施例
では、図１には手持ち式レーザスキャナの例として示し
ているが、これに限定されるものではなく、固定式スキ
ャナやタッチ式レーザスキャナ等の各種レーザタイプの
スキャナに適用できる。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、次のような効果を奏する。この発明のうち、回折光
学素子を用い、瞳位置近傍での光量分布状態を瞳周辺部
の方が瞳中心部分より光量が多くなるように構成したも
のは、分解能が高く、同時に長い読み取り距離を持つレ
ーザスキャナを提供することが可能である。

【００２５】この発明のうち、回折光学素子を用い、瞳
位置近傍での光量分布状態を瞳周辺部の方が瞳中心部分
より光量が少なくなるように構成したものは、コントラ
スト検出能力が高いため、バー部とスペース部のコント
ラスト差が低いバーコードに対し、高い読み取り性能を
持つレーザスキャナを提供することが可能である。この
発明のうち、回折光学素子を用い、光学部材の配置の変
更、あるいは光学部材の切り換えにより瞳位置近傍での
光量分布状態を瞳周辺部の方が瞳中心部分より光量が少
ない状態、多い状態の２状態を実現するように、構成し
たものは、一つのスキャナでコントラスト検出能力の高
さ・高解像力・長読み取り距離という３つの特長を兼ね
備えたレーザスキャナを提供することが可能である。

【００２６】しかも、上記いずれの場合も、光量ロスが
少ない光学径を持ち、軽量、小型、安価で加工性に優れ
た部品を持つレーザスキャナを提供することが可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施例を示すレーザスキャナ
の光学系の概略構成図である。

【図２】図１の回折光学素子10、凸レンズ11の拡大図で
ある

【図３】回折光学素子10の一例を示す断面の模式図であ
る。

【図４】この発明の第２の実施例を示すレーザスキャナ
の主要光学系の拡大図である。

【図５】回折光学素子12の一例を示す断面の模式図であ
る。

【図６】この発明の第３の実施例を示すレーザスキャナ
の主要光学系の拡大図である。

【図７】この発明の第４の実施例を示すレーザスキャナ
の主要光学系の拡大図である。

【図８】この発明の第５の実施例を示すレーザスキャナ
の主要光学系の拡大図である。

【図９】従来のレーザスキャナを示す図である。

【符号の説明】

１ レーザ光源 ２ 凸レンズ ３ 絞り ４ 走査用ミラー ５ 標識 ６ 受光素子 ７ 集光用ミラー ８ 回転軸 １０ 回折光学素子 １１ 凸レンズ １２ 回折光学素子 １３ 凸レンズ １４ 回折光学素子 ２１ 保持部材

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ発生手段からレーザ光を相異なる
   光反射率の部分を有する標識上で走査させ、その反射光
   を受光して前記標識の内容を読み取るレーザスキャナに
   おいて、回折光学素子を用い、瞳位置近傍での光量分布
   状態を瞳周辺部の光量の方が瞳中心部分より多くなるよ
   うに構成したことを特徴とするレーザスキャナ。
2. 【請求項２】 レーザ発生手段からレーザ光を相異なる
   光反射率の部分を有する標識上で走査させ、その反射光
   を受光して前記標識の内容を読み取るレーザスキャナに
   おいて、回折光学素子を用い、瞳位置近傍での光量分布
   状態を瞳周辺部の光量の方が瞳中心部分より少なくなる
   ように構成したことを特徴とするレーザスキャナ。
3. 【請求項３】 レーザ発生手段からレーザ光を相異なる
   光反射率の部分を有する標識上で走査させ、その反射光
   を受光して前記標識の内容を読み取るレーザスキャナに
   おいて、回折光学素子を用い、光学部材の配置の変更、
   あるいは光学部材の切り換えにより、少なくとも瞳位置
   近傍での光量分布状態を瞳周辺部の光量の方が瞳中心部
   分より少ない状態、多い状態の２状態を設定するように
   構成したことを特徴とするレーザスキャナ。