JPH0793460A

JPH0793460A - データシンボル読み取り装置

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Publication number: JPH0793460A
Application number: JP5261845A
Authority: JP
Inventors: Shuzo Seo; 修三瀬尾
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1993-09-24
Filing date: 1993-09-24
Publication date: 1995-04-07
Anticipated expiration: 2016-10-29
Also published as: JP3222659B2

Abstract

(57)【要約】【構成】シンボル読み取り領域３６を照明する照明装
置４０を有するデータシンボル読み取り装置１におい
て、複数の配列された光源４１と、シンボル読み取り領
域３６からの反射光を読み取る読み取り部４を有し、鏡
４６またはプリズム４９で構成される導光光学系によっ
て、光源４１からの照明光を屈曲させ、シンボル読み取
り装置３６の基準面３７に対して、これを所定角度の傾
斜角で照明するように構成した。【効果】光源の設置位置を調節でき、装置の小型化を
図ることができ、さらに、二次元のシンボル読み取り領
域を均一に照明することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば２次元データシ
ンボルのようなコード化された情報を読み取るデータシ
ンボル読み取り装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】今日、例えばＰＯＳシステム等に適用す
るために、商品情報をバーコード化し、バーコードリー
ダーにより読み取る方法、装置が普及している。

【０００３】しかしながら、バーコードは、バーの配列
方向にレーザー光による走査を行って１次元的に読み取
るものであり、情報量に限界がある。そこで、近年、よ
り多くの情報を担持し得るものとして、例えば白黒のモ
ザイクパターンが２次元的に配列された２次元データシ
ンボルが開発されているが、この２次元データシンボル
を読み取る装置、特にエリアセンサーを用いた装置はほ
とんどない。

【０００４】一方、このようなデータシンボル読み取り
装置を開発するにあたって、２次元データシンボルを平
面的に同時に読み取る方式を採用すると、読取領域内に
配置された２次元データシンボルを２次元的に均一に照
明する必要がある。

【０００５】また、このような装置においては、光源か
ら出射された光が直接読取領域内で反射してＣＣＤへ達
すると、光源像がＣＣＤに写ってしまい、正確な読み取
りができなくなる。

【０００６】上記要件を満たし、かつ光源像を写さない
ようにするためには、照明光の光軸と、読取領域内の２
次元データシンボルが位置する基準面の法線とのなす角
が、ある程度の大きさをもっている必要がある。

【０００７】しかし、前記照明光の光軸の傾斜角度を大
きくすると、照明装置全体を横方向に広げなければなら
ず、読取装置全体を大型としなければならないといった
欠点があった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、シン
ボル読み取り領域内を均一に照明し、装置の小型化を図
ることができるデータシンボル読み取り装置を提供する
ことにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】このような目的は、以下
の本発明により達成される。

【００１０】（１）２次元のデータシンボルを読み取
るデータシンボル読み取り装置であって、シンボル読み
取り領域を照明する光源と、前記シンボル読み取り領域
からの光を受光する読み取り部と、前記光源からの光を
屈曲させて前記シンボル読み取り領域の基準面へ導く導
光光学系とを有し、前記基準面への入射光の光軸は、前
記基準面の法線に対して所定角度傾斜していることを特
徴とするデータシンボル読み取り装置。

【００１１】（２）前記読み取り部での受光光の光軸
と、前記導光光学系を通過する前の光源からの光の光軸
とのなす角をαとし、前記基準面の法線に対して入射光
の光軸が傾斜する角度をβとすると、α＜βの関係を満
足する上記（１）に記載のデータシンボル読み取り装
置。

【００１２】（３）前記導光光学系は、プリズムまた
は鏡を有するものである上記（１）または（２）に記載
のデータシンボル読み取り装置。

【００１３】（４）前記導光光学系は、入射面、出射
面および反射面を有するプリズムである上記（１）また
は（２）に記載のデータシンボル読み取り装置。

【００１４】（５）前記光源から前記基準面までの間
の光路中に、拡散手段を有する上記（１）ないし（４）
のいずれかに記載のデータシンボル読み取り装置。

【００１５】（６）前記プリズムの入射面、出射面お
よび反射面のうちの、少なくとも１つは拡散面となって
いる上記（４）に記載のデータシンボル読み取り装置。

【００１６】（７）前記光源と、シンボル読み取り領
域との間に、前記光源からの光が前記シンボル読み取り
領域に直接照射されるのを阻止する遮光手段を設けた上
記（１）ないし（６）のいずれかに記載のデータシンボ
ル読み取り装置。

【００１７】（８）前記シンボル読み取り領域は矩形
であり、前記光源はシンボル読み取り領域の対向する一
対の辺のそれぞれに沿って配置され、前記基準面におけ
る入射光の光軸の位置は、前記一対の辺のそれぞれの辺
から、前記辺に交わる他の辺の長さの０．１〜０．３４
倍の距離の範囲内に位置する上記（１）ないし（７）の
いずれかに記載のデータシンボル読み取り装置。

【００１８】

【実施例】以下、本発明のデータシンボル読み取り装置
を添付図面に示す好適実施例に基づき詳細に説明する。

【００１９】図１は、データシンボル読み取り装置の構
成例を模式的に示す断面側面図である。同図に示すよう
に、データシンボル読み取り装置１は、ケーシング２を
有し、このケーシング２内には、照明装置４０と、デー
タシンボル３８を読み取る読み取り部４とが、一体化さ
れた状態で設置されている。

【００２０】照明装置４０には、照明装置４０を構成す
る光源４１を点灯する光源駆動回路４２が接続されてい
る。光源４１としては、例えばＬＥＤのような発光素
子、ハロゲンランプ、半導体レーザ等を用いることがで
きる。

【００２１】光源４１の間には、エリアセンサーである
ＣＣＤ（charge coupled device ）４３と、このＣＣＤ
４３へ後述するシンボル読み取り領域３６での反射光を
結像するように導く光学系４４とで構成される読み取り
部４が設置されている。ＣＣＤ４３では、多数の画素が
行列状に配置され、各画素のそれぞれが受光した光の光
量に応じた電荷を蓄積し、この電荷を所定時に順次排出
するように構成されている。この排出された電荷は、読
み取られた画像の画像信号を構成する。

【００２２】なお、本実施例においては、ＣＣＤ４３
は、データシンボル３８の各部の明度（輝度）を検出し
得るものであればよいが、読み取るデータシンボルの構
成によっては、カラー画像用のＣＣＤ４３を用いること
もできる。

【００２３】また、光学系４４は、各種レンズ、プリズ
ム、フィルター、ミラー等の光学部品を所望に組み合わ
せて構成される。

【００２４】図２は、シンボル読み取り領域３６を示す
平面図である。同図に示すように、シンボル読み取り領
域（図中一点鎖線で示す）３６は、基準面（データシン
ボル３８が位置する面）３７上において、照明装置４０
による光の照射がなされ、かつその反射光を読み取り部
４により受光し、データを読み取ることができる領域で
ある。

【００２５】図示の構成では、データシンボル（シンボ
ルコード）３８は、ｘ行×ｙ列（ｘ、ｙは２以上の整
数）に配列された黒色または白色（または透明）のモザ
イクで構成されている。このモザイクの黒色または白色
は、例えば２進法における０または１を表し、この組み
合わせにより所望の情報が特定される。なお、データシ
ンボル３８は、図示のような構成のものに限定されな
い。

【００２６】このような照明装置４０および読み取り部
４においては、光源駆動回路４２により後述のように配
置された光源４１が点灯し、各光源４１から発せられた
光は、シンボル読み取り領域３６に照射され、その反射
光が光学系４４を介してＣＣＤ４３の受光面上に結像さ
れ、この受光光量に応じた画像信号（アナログ信号）が
出力される。

【００２７】以下、図３および図４に基づいて、照明装
置４０の第１実施例について詳細に説明する。照明装置
４０は、複数の光源４１と、拡散光学系としての拡散板
４７と、導光光学系である鏡４６と、遮光手段としての
遮光板４８とを有している。

【００２８】本実施例の装置では、ＣＣＤ４３の両側
に、２つの光源４１を配置して構成された一対のアレイ
４５がそれぞれ設けられている。なお、図３では、一方
のアレイ４５のみが示されている。ＣＣＤ４３は、その
受光面にシンボル読み取り領域３６の基準面３７の法線
Ｏが直交するように、配置されている。ＣＣＤ４３に入
射する受光光の光軸は、前記法線Ｏと平行なものであ
り、光源４１から照射された直後の光の光軸、換言する
と、導光光学系を通過する以前の光の光軸が、前記法線
に、即ちＣＣＤ４３への受光光の光軸に、ほぼ平行（α
≒０）となるように、光源４１が配置されている。

【００２９】前記アレイ４５は、シンボル読み取り領域
３６を区画する辺のうち、一対の平行な辺に沿って（本
実施例では長辺に沿って）それぞれ配置されている。鏡
４６は、前記光源４１から照射された光の光軸上に位置
しており、シンボル読み取り領域３６の長辺に沿って設
置されている。

【００３０】光源４１と、鏡４６との間には、拡散板４
７が配置されている。そして、拡散板４７の下側には、
シンボル読み取り領域３６側に遮光板４８が設けられて
いる。この遮光板４８によって、光源４１からの光が直
接シンボル読み取り領域３６へ照射されることが防止さ
れる。

【００３１】また拡散板４７は、通過する光源４１から
の光の配光領域を広げ、シンボル読み取り領域３６内の
照射領域を広げるとともに、照射範囲内の輝度が均一に
近くなるように作用する。

【００３２】ここで、遮光板４８の鏡４６側の面を鏡面
としてもよい。この場合には、遮光板４８への光は、そ
の鏡面で反射し、さらに鏡４６で反射して、シンボル読
み取り領域３６へ到達するため、遮光板４８での吸収に
よる明るさの低下が抑制され、光源４１からの光を有効
に利用することができる。また、遮光板４８は、拡散板
４７で拡散された拡散光が、シンボル読み取り領域３６
へ直接入射することも防止する。

【００３３】以上のような構成によって、照明光は、前
記遮光板４８の下側に形成された隙間からシンボル読み
取り領域３６に入射する。この隙間が、照明光が照明装
置４０から出射するための出射部７となっている。この
出射部７は、シンボル読み取り領域３６の基準面３７に
対して、極めて低いところに位置しているので、シンボ
ル読み取り領域３６に入射する光の入射角度β（シンボ
ル読み取り領域３６の基準面３７の法線に対する光の光
軸の角度）をある程度大きくすることができ、ＣＣＤ４
３に光源像が写ることを、確実に防止することができ
る。また、前記入射角度βが大きくなることによって、
シンボル読み取り領域３６内を均一に照らすことができ
る。この入射角βとしては、３０〜６０°程度、特に４
０〜５０°程度とするのが好ましい。

【００３４】特に、光源４１から照射される光の光軸が
シンボル読み取り領域３６の基準面に入射する位置、即
ち照射中心位置Ｐは、長辺から、該辺に直交する辺（短
辺）の長さの０．１〜０．３４倍の距離の範囲内あるこ
とが好ましい。この範囲であれば、シンボル読み取り領
域３６内の全体の輝度を、より一層均一にすることがで
きる。

【００３５】また、図４に示されているように、遮光板
４８の鏡４６に対向する面を鏡面とすると、光源４１か
ら照射された光の拡散範囲が広くなり、基準面３７の照
射面積が広がって、さらに均一に照明できる。例えば、
図４で示されている、光源４１からの光の光軸９１は、
最初に遮光板４８の鏡面に反射し、次に鏡４６で反射
し、基準面３７の中央付近まで達することができ、光源
４１から照射される光を有効に照明光として利用するこ
とができる。また、前記鏡４６の反射面や、鏡面とされ
た遮光板４８の鏡４６側の面を、拡散反射面としてもよ
い。

【００３６】なお、本実施例における光源４１は略同一
の輝度を有し、その配光特性は、図５に示されている。

【００３７】以上のような構成において、ＣＣＤ４３に
入射する光の光軸、即ち、基準面３７の法線Ｏと、拡散
板４７を通過する光の光軸とのなす角度αは、α≒０
°、換言すれば両者は、ほぼ平行となるように光源４１
は設置されている。

【００３８】このような構成とすることによって、ＣＣ
Ｄ４３に近接して光源４１を配置することが可能とな
り、照明装置４０を全体としてコンパクトに構成するこ
とができる。

【００３９】α＜βの関係を満たすように、光源４１を
設置すると、照明装置４０、ひいてはデータシンボル読
み取り装置１全体の小型化を図ることができる。αは必
ずしもα≒０°でなくてもよく、傾いて設定されていて
もよい。

【００４０】上記説明した第１実施例の他の実施例につ
いて説明する。第２実施例は、例えば図６および図７に
示されているように、導光光学系として、プリズム４９
を用いている。このプリズム４９は、プリズム４９を構
成する３つの面が、それぞれ入射面４９１、反射面４９
２、出射面４９３となっており、入射面４９１には、拡
散板４７が重ね合わされている。この拡散板４７は、前
記実施例で使用していたものと同一のものを使用するこ
とができる。

【００４１】プリズムの材質としては、例えばアクリ
ル、ポリカーボネートなどプラスチックや、各種硝材を
用いることができ、その屈折率としては、１．４〜１．
６程度、好ましくは１．５程度のものを用いるのが良
い。

【００４２】光源４１から出射した光は、拡散板４７を
通過して、入射面４９１からプリズム４９内へ入射し、
反射面４９２で反射して、第１の出射光として出射面４
９３の下部から出射する。この出射の際に、光の一部は
反射してプリズム４９内に戻り、さらに反射面４９２で
反射し、第２の出射光として出射面４９３から出射す
る。図７には、前記入射光の光軸を符号９２で、前記第
１の出射光の光軸を符号９３で、前記第２の出射光の光
軸を符号９４でそれぞれ表した。

【００４３】このような、プリズム特有の作用により、
第１の出射光軸９３は、シンボル読み取り領域３６にお
いて、プリズム４９の近傍に達し、また、第２の出射光
軸９４は、入射角が大きくなって、反対側の対向する辺
の近傍にまで達する。このように、１つの光束によっ
て、広範囲の照明が可能となり、さらに基準面３７内の
輝度分布を均一とすることができる。

【００４４】また、上記例では、拡散板４７がプリズム
４９の入射面４９１に重ねられていたが、拡散手段とし
て前記入射面４９１や出射面４９３自体を拡散面とし、
前記拡散板４７に替えることができる。また、反射面４
９２を拡散面としてもよい。この様な構成とすることに
より、部品点数を少なくし、製造コストの低減を図るこ
とができる。

【００４５】さらに、出射面４９３の上部に、遮光手段
として光を透過させないための表面処理を施することも
できる。例えば、塗布層や蒸着層を形成したり、フィル
ムを貼着したりすることにより、遮光手段４９４を設け
ることができる。この遮光手段は、鏡面、光を吸収する
面、ハーフミラー、光学フィルター（これらの透過率は
任意）などとすることができる。この場合、遮光手段が
設けられていない、出射面４９３の下部が、照明光の出
射部７とされる。

【００４６】前記遮光手段として、例えば、鏡面を形成
すれば、この鏡面と反射面４９２との間で、反射を繰り
返して、出射部７から出射するので、光源４１からの照
明光を有効に利用し、基準面３７の照度が高められ、か
つ均一性の向上が図られる。

【００４７】また、上記のように、遮光手段が設けられ
ていない場合であっても、光軸９５で表されるように、
プリズム内から出射面４９３へ臨界角度を越えた角度で
入射する光は、全反射するため、直接基準面３７に光源
からの光が照射され、その反射光がＣＣＤ４３に到達し
て、光源像が写るといった問題は生じなくなる。即ち、
図６に示されているような光軸９６で表される光は生じ
ない。

【００４８】以上のように、導光光学系としてプリズム
４９を用いた場合には、部品点数を少なくできるととも
に、照明効率を挙げることができ、一層均一にシンボル
読み取り領域３９を照明することができる。なお、ここ
で、前記鏡４６およびプリズム４９の反射面４９２の傾
斜角θは、１５〜３０°程度であることが好ましい。

【００４９】図８は、第３実施例の構成を示す、部分側
面図である。この実施例の照明装置４０は、光源４１
と、鏡７１と、プリズム４９とを有している。光源４１
は、ＣＣＤ４３の上に、基準面３７に対して平行に配置
され、照明光を前記基準面３７と平行に照射する。鏡７
１は、前記光源４１から照射される照明光の光軸上に配
置され、プリズム４９の入射面４９１に照明光を導光す
る。即ち、この実施例では、導光光学系は鏡７１とプリ
ズム４９とで構成されている。このような構成とするこ
とによって、さらに装置の小型化を図ることができる。

【００５０】次に、ケーシング２内には、読み取り部４
からの画像信号を処理する信号処理回路５が設けられて
いる。図９に示されているように、この信号処理回路５
は、ＣＣＤ駆動回路６、増幅回路８、２値化回路１０、
メモリー１２、制御手段（ＣＰＵ）１５、通信用ドライ
バー１６、およびこれらの接続ラインで構成されてい
る。

【００５１】また、制御手段１５には、光源駆動回路４
２や、必要に応じてスイッチ回路や、ＬＣＤ（liquid c
rystal display）のような表示部（図示しない）とが接
続されている。

【００５２】信号処理回路５にて処理された信号は、必
要なデータにデコードされた後、通信用ドライバー１６
により外部の、例えばパソコンやワークステーションの
ようなコンピュータ１７に入力される。このようなコン
ピュータ１７においては、入力されたデータの格納およ
び集計等が行われる。

【００５３】光源駆動回路４２は、光源４１に電力を供
給して点灯する回路であり、制御手段１５により制御さ
れる。メインスイッチをオンすることによって、制御手
段１５は、光源駆動回路４２を作動させ、これにより光
源４１が点灯する。ここで、光源４１の点灯時間は、光
源駆動回路４２または制御手段１５により所望に設定さ
れている。

【００５４】また、メインスイッチのオンによって、制
御手段１５は、ＣＣＤ駆動回路６を作動させる。ＣＣＤ
駆動回路６からＣＣＤ４３へは、ＣＣＤ水平駆動パルス
と、ＣＣＤ垂直駆動パルスとが出力され、ＣＣＤ４３で
の電荷の蓄積および転送が制御される。

【００５５】また、ＣＣＤ駆動回路６では、クロック信
号を生成し、さらにこの信号に水平同期信号および垂直
同期信号を複合した信号（複合クロック信号）を制御手
段１５へ送出する。

【００５６】読み取り部４のＣＣＤ４３から順次出力さ
れる画像信号（アナログ信号）は、増幅回路８により増
幅され、Ａ／Ｄ変換されて２値化回路１０に入力され
る。

【００５７】２値化回路１０では、デジタル画像信号が
しきい値データと比較されて２値化される。２値化回路
１０より出力された２値化データは、制御手段１５に内
蔵されているアドレスカウンタにより、メモリー１２の
所定のアドレスに入力される。アドレスカウンタは前記
ＣＣＤ駆動回路６から入力される複合クロック信号によ
って駆動する。

【００５８】メモリー１２からは、前記内蔵されている
アドレスカウンタに指定されたアドレスに従って、デー
タが順次読み出され、１画面分のデータに対して、制御
手段１５の演算部において、例えば輪郭検出（データシ
ンボル３８に関する情報のみの抽出）、ドロップアウト
補正、回転等の画像処理を行い、さらに、制御手段１５
に内蔵されるデコーダにて、データシンボルの体系に応
じたデータにデコードする。このデコードされたデータ
は、通信用ドライバー１６を介して、ホストコンピュー
タ１７に出力される。

【００５９】以上、本発明の各構成例において、導光光
学系は、反射面を有さないプリズムを用いたもの、鏡お
よびプリズムを適宜組み合わせたもの、光ファイバーを
用いたもの等、いかなるものでもよい。また、読み取り
部４は、前記基準面での反射光の他、透過光を受光する
ものでもよい。なお、光源の数、照射中心位置Ｐは、シ
ンボル読み取り領域の大きさや、光源の配光特性、輝度
などによって適宜変更される。

【００６０】さらに、本発明の実施例は、上記説明した
ものに限られるものではなく、シンボル読み取り領域の
大きさが異なったり、前記領域の形状が正方形であって
も良い。

【００６１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のデータシ
ンボル読み取り装置によれば、光源の設置位置を読み取
り部に近接させることができ、装置全体の大きさをコン
パクトにでき、しかも、シンボル読み取り領域を均一に
照明することができる。

【００６２】特に、遮光手段を設けた場合には、光源か
らの直接の照射光を確実に防ぎながら、大きな入射角度
でシンボル読み取り領域を均一に照明でき、さらに拡散
手段を光路上に設けることによって、基準面の輝度の均
一性をさらに向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】データシンボル読み取り装置の構成例を模式的
に示す断面側面図である。

【図２】シンボル読み取り領域を示す平面図である。

【図３】照明装置および読み取り部の構成を示す全体斜
視図である。

【図４】第１の実施例を示す、照明装置および読取部の
構成を示す全体側面図である。

【図５】光源（発光ダイオード）の配光特性を示すグラ
フである。

【図６】第２の実施例を示す、照明装置および読取部の
構成を示す全体側面図である。

【図７】第２実施例の照明装置を構成するプリズム内を
透過する光の光路を示す、プリズムの拡大側面図であ
る。

【図８】第３実施例の照明装置を示す、部分全体側面図
である。

【図９】データシンボル読み取り装置の回路構成を示す
回路図である。

【符号の説明】

１データシンボル読み取り装置２ケーシング３光軸４読み取り部４０照明装置４１光源４２光源駆動回路４３ＣＣＤ４４光学系４５アレイ４６鏡４７拡散板４８遮光板４９プリズム４９１入射面４９２反射面４９３出射面４９４遮光手段５信号処理回路６ＣＣＤ駆動回路７出射部７１鏡８増幅回路９１光軸９２入射光軸９３第１の出射光軸９４第２の出射光軸９５光軸９６直接反射光軸１０２値化回路（コンパレータ）１２メモリー１５制御手段（ＣＰＵ）１６通信用ドライバー１７ホストコンピュータ３６シンボル読み取り領域３７基準面３８データシンボルＰ照射中心位置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】２次元のデータシンボルを読み取るデー
タシンボル読み取り装置であって、シンボル読み取り領域を照明する光源と、前記シンボル
読み取り領域からの光を受光する読み取り部と、前記光
源からの光を屈曲させて前記シンボル読み取り領域の基
準面へ導く導光光学系とを有し、前記基準面への入射光の光軸は、前記基準面の法線に対
して所定角度傾斜していることを特徴とするデータシン
ボル読み取り装置。
【請求項２】前記読み取り部での受光光の光軸と、前
記導光光学系を通過する前の光源からの光の光軸とのな
す角をαとし、前記基準面の法線に対して入射光の光軸
が傾斜する角度をβとすると、α＜βの関係を満足する
請求項１に記載のデータシンボル読み取り装置。
【請求項３】前記導光光学系は、プリズムまたは鏡を
有するものである請求項１または２に記載のデータシン
ボル読み取り装置。
【請求項４】前記導光光学系は、入射面、出射面およ
び反射面を有するプリズムである請求項１または２に記
載のデータシンボル読み取り装置。
【請求項５】前記光源から前記基準面までの間の光路
中に、拡散手段を有する請求項１ないし４のいずれかに
記載のデータシンボル読み取り装置。
【請求項６】前記プリズムの入射面、出射面および反
射面のうちの、少なくとも１つは拡散面となっている請
求項４に記載のデータシンボル読み取り装置。
【請求項７】前記光源と、シンボル読み取り領域との
間に、前記光源からの光が前記シンボル読み取り領域に
直接照射されるのを阻止する遮光手段を設けた請求項１
ないし６のいずれかに記載のデータシンボル読み取り装
置。
【請求項８】前記シンボル読み取り領域は矩形であ
り、前記光源はシンボル読み取り領域の対向する一対の
辺のそれぞれに沿って配置され、前記基準面における入
射光の光軸の位置は、前記一対の辺のそれぞれの辺か
ら、前記辺に交わる他の辺の長さの０．１〜０．３４倍
の距離の範囲内に位置する請求項１ないし７のいずれか
に記載のデータシンボル読み取り装置。