JPH10143601A

JPH10143601A - 光学読取装置

Info

Publication number: JPH10143601A
Application number: JP8293938A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Murata; 久村田
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 1996-11-06
Filing date: 1996-11-06
Publication date: 1998-05-29
Anticipated expiration: 2016-11-06
Also published as: JP3374028B2

Abstract

(57)【要約】【課題】タッチ式バーコードスキャナなどの光学読取
装置は、従来、被照光領域における照度分布がガウス分
布形状であったり読取深度が深く設定できなかったの
で、読取率の低下を余儀なくされていた。そこで本発明
は、所望の照度分布が得られて読取深度も深く、読取対
象物までの距離に若干の変化があっても高い読取率が得
られるようにした。【解決手段】光源２からの出射光を分割・反射して各
分割光が被照光領域９では重なり合うようにしたビーム
変換器３と、前記各分割光に包囲される空間内に配置さ
れて読取光Ｂをミラー６を介してＣＣＤラインセンサ７
へと導くレンズ４およびミラー５とを備え、前記出射光
の光束の中心部の高強度出力光が被照光領域９の長手方
向（走査方向）両端部へ導けるようにビーム変換器３の
反射面形状を設定するとともに、照明光Ａの光路面と読
取光Ｂの光路面とが略合致するようにミラー５，６の配
置を設定した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はバーコードスキャナ
等の光学読取装置に係り、特に、タッチ式バーコードス
キャナのように読取対象物（メディア）までの距離に若
干の変化が避けられない光学読取装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の光学読取装置には、ＬＥＤ等の
光源から出射される光（照明光）を導いて被照光領域に
照射させるための照明機構と、この被照光領域において
バーコードメディア等の読取対象物から反射される光
（読取光）をＣＣＤラインセンサ等の撮像手段へ導いて
光情報を読み取るための読取機構とが内蔵されている。
そして、読取機構の構成要素を照明光路から外すととも
に照明機構の構成要素を読取光路から外すために、被照
光領域へ向かう照明光の光路面に対して、その反射光で
ある読取光の光路面を所定角度ずらしておくという光路
設定が、従来一般的である。

【０００３】また、バーコード等の読取率を高めるため
には、被照光領域を所望の照度分布で照光できるように
照明機構を設計する必要がある。この点に鑑みて、特開
平７−７９３１９号公報に記載されている従来技術は、
光源から照射される光束を複数の平面鏡で分割・反射し
てから各分割光を被照光領域で重ね合わせることによ
り、該光束の中心部の高強度出力光が被照光領域の長手
方向（走査方向）両端部を照射するようにして、光源の
光を無駄にすることなく照度分布の均一化が図れるよう
になっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
光学読取装置のように被照光領域へ向かう照明光の光路
面とその反射光（読取光）の光路面とが所定角度をなす
構成にしてあると、読取対象物（メディア）と読取装置
の距離が変化した場合に、読取光路が本来の照明光の反
射光路と異なってしまい、十分な光学情報が得られなく
なり、ある程度深い読取深度が必要なタッチ式バーコー
ドスキャナなどにおいて、読取率が悪化しやすいという
問題点があった。

【０００５】また、前述した特開平７−７９３１９号公
報記載の従来技術は、複数の平面鏡で反射されて被照光
領域へ向かう各分割光のビーム拡がり角を大きく設定す
ることができないため、これらの分割光を重ね合わせる
被照光領域までの距離がさほど長くない通常の使用形態
では、分割光どうしを大きな角度で交差させないと被照
光領域において各分割光を所望の状態で重ね合わせるこ
とができず、それゆえ読取対象物までの距離が僅かに異
なるだけで照度分布が大きく変化してしまうという不具
合があり、やはりタッチ式バーコードスキャナなどに要
求される深い読取深度は得られなかった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、光源から照射
される光束を分割・反射して各分割光を被照光領域へと
導く複数の反射面のうち少なくとも一部を凹曲面とな
し、そこで反射された分割光が一旦収束してから拡散す
るように照明光路を設定するとともに、各分割光に包囲
される照明光路外の空間を利用してそこにミラーやレン
ズ等の読取光ガイド部材を配置させることにより、所望
の照度分布が得られて読取深度も深く、読取対象物まで
の距離に若干の変化があっても高い読取率が得られるよ
うにした。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明の光学読取装置では、光源
から照射される光束の光軸の近傍で該光軸に関して対称
な位置にそれぞれ第１の反射面を設け、これら第１の反
射面にて前記光束を二分割して各分割光をそれぞれ前記
光軸に対し仰角方向へ反射する光束分割手段と、この光
束分割手段にて反射された前記各分割光が照射される位
置にそれぞれ第２の反射面を設け、これら第２の反射面
にて反射された各分割光が被照光領域では重なり合うよ
うに設定された光束合成手段と、前記第１および第２の
反射面にて反射されて前記被照光領域へと至る一方の分
割光と他方の分割光とに包囲される空間内で該被照光領
域からの読取光が照射される位置に配置され、この読取
光をＣＣＤラインセンサ等の撮像手段へと導く読取光ガ
イド部材とを備え、且つ、前記第１および第２の反射面
のうち少なくともいずれか一方を、前記被照光領域の長
手方向（走査方向）および前記光軸に対して平行な平面
内で凹状に湾曲した反射面となす構成とした。

【０００８】このように構成される光学読取装置は、光
源からの出射光を凹状に湾曲した反射面にて反射させる
ことで分割光を一旦収束させてから拡散させることがで
きるので、該出射光の光束の中心部の高強度出力光を、
第１および第２の反射面で反射させることにより、被照
光領域の走査方向両端部へと導くことができて、所望の
照度分布が得られる。また、こうして各分割光を一旦収
束させてから拡散させれば、被照光領域へ向かう各分割
光のビーム拡がり角を大きく設定することができるの
で、分割光どうしを大きな角度で交差させなくとも被照
光領域において各分割光を所望の状態で重ね合わせるこ
とができるとともに、第２の反射面から被照光領域へ向
かう各分割光（照明光）の光路面と、該被照光領域から
前記読取光ガイド部材へ向かう反射光（読取光）の光路
面とを略合致させることができるので、読取深度をかな
り深く設定することができて、読取対象物までの距離に
若干の変化があっても高い読取率が得られる。

【０００９】また、前記第１の反射面に対して前記第２
の反射面を被照光領域の長手方向へ離間させるととも
に、前記読取光ガイド部材が、被照光領域から照射され
た読取光を斜め前方や下方等の所定の向きに反射するよ
うに構成しておけば、照明用の部材を読取光路から外
し、且つ読取用の部材を照明光路から外した設計が比較
的容易に行えるので、設計自由度の向上が図れる。

【００１０】あるいはまた、前記第１の反射面に対して
前記第２の反射面を被照光領域の短手方向および長手方
向へ離間させるとともに、前記読取光ガイド部材が、被
照光領域から照射された読取光を該被照光領域側とは反
対側（後方）へ出射させるように構成しておけば、読取
光の光路面を途中で変更することなくＣＣＤラインセン
サ等の撮像手段へ導くことができるので、読取精度が向
上させやすくなる。

【００１１】

【実施例】実施例について図面を参照して説明すると、
図１は第１の実施例に係る光学読取装置の内部構造を示
す説明図、図２は該光学読取装置に組み込まれている照
明用のビーム変換器の斜視図、図３は該光学読取装置に
おける照明光の光路と被照光領域での照度分布とを示す
説明図、図４は該光学読取装置における読取光の光路の
一部を示す説明図である。

【００１２】図１に示す光学読取装置はタッチ式のバー
コードスキャナであって、その筐体１内には、光源２や
ビーム変換器３等を構成要素とする照明機構と、レンズ
４やミラー５，６やＣＣＤラインセンサ７やデコード回
路８等を構成要素とする読取機構とが組み込まれてい
る。ここで、前記照明機構は、光源２から出射される光
（照明光）を導いて被照光領域９に照射させるための機
構であって、また、前記読取機構は、この被照光領域９
において読取対象物Ｍのバーコード表示部Ｍ１により反
射される光（読取光）をＣＣＤラインセンサ７へ導いて
デコード回路８により光情報を読み取るための機構であ
る。なお、図１中の符号１０はプリント回路基板、実線
矢印Ａは照明光、破線矢印Ｂは読取光を示している。

【００１３】このバーコードスキャナに組み込まれてい
る光源２は、所定方向へ楕円ビームを出射する半導体レ
ーザからなる。この楕円ビームは、光軸２ａと直交する
面に楕円形の光を投影する光束であって、該楕円形の長
軸方向のビーム拡がり角は約３０度で、短軸方向のビー
ム拡がり角は約１５度であり、長軸方向にも短軸方向に
も略ガウス分布形状の出力強度分布を有する。したがっ
て、かかる光源２は、前記長軸方向が被照光領域９の長
手方向（走査方向）と一致するように設置される。ま
た、被照光領域９においてガウス分布形状とは異なる所
望の照度分布を得るために、本実施例では光源２からの
出射光をビーム変換器３で分割・反射することにより図
３に示すような光路に設定している。

【００１４】このビーム変換器３は、図２に示すような
形状を呈する導光体であって、光源２と対向する面が、
前記楕円ビームの短軸方向および前記光軸２ａに対して
平行な平面内で凸状に湾曲した収束レンズ部３ａとなっ
ている。この収束レンズ部３ａは、光源２から出射され
る楕円ビームの短軸方向への拡散を抑えて、被照光領域
９に走査方向へ延びる細長い帯状の光束を照射させるた
めのものである。つまり、ＣＣＤラインセンサ７に読み
取られる光束は細長い帯状であり、被照光領域９を走査
方向に沿って幅広に照射しても読取対象物Ｍからの光情
報（バーコード情報）が増えるわけではないので、光源
２から出射される楕円ビームの短軸方向への拡散を抑え
て、該楕円ビームがなるべく無駄な領域に照射されない
ようにしておけば、光源２の光が有効に利用できて照明
効率が高まり、経済的でもある。また、このビーム変換
器３には、光軸２ａの近傍で該光軸２ａに関して対称な
位置にそれぞれ第１の反射面３ｂ，３ｃが設けてあり、
平面視Ｖ字形の両反射面３ｂ，３ｃにて光源２からの出
射光を二分割して各分割光をそれぞれ光軸２ａに対し仰
角方向へ反射するようになっているとともに、これら第
１の反射面３ｂ，３ｃにて反射された各分割光が照射さ
れる位置にそれぞれ第２の反射面３ｄ，３ｅが設けてあ
り、これら第２の反射面３ｄ，３ｅにて反射された各分
割光が被照光領域９では重なり合うように設定されてい
る。ただし、第１の反射面３ｂ，３ｃがいずれも平坦面
であるのに対し、第２の反射面３ｄ，３ｅはいずれも被
照光領域９の走査方向および光軸２ａに対して平行な平
面内で凹状に湾曲した反射面となっている。なお、この
ビーム変換器３は、ＰＭＭＡなどのエンジニアリングプ
ラスチックの成形品の一部（反射面３ｂ〜３ｅ）に蒸着
法によりアルミコーティングを施したものである。ま
た、各反射面は全反射面として設計することも容易であ
る。

【００１５】このようなビーム変換器３を組み込むこと
により、光源２からの出射光は図３に示すように、第１
の反射面３ｂ，３ｃにて分割・反射された後、凹状に湾
曲した第２の反射面３ｄ，３ｅで反射されて、各分割光
が一旦収束してから拡散するという光路をたどることに
なるので、該出射光の光束（楕円ビーム）は、中心部の
高強度出力光が被照光領域９の走査方向両端部へと導か
れるとともに、周縁部の低強度出力光が被照光領域９の
中央部へと導かれて分割光どうしの重なり合いが起こる
ようになっている。その結果、被照光領域９における走
査方向に沿った照度分布は、図３に示すように中央部が
やや低強度で両端部が高強度な所望の照度分布となる。
つまり、周知のように被照光領域９からの反射光（読取
光Ｂ）には画角のコサイン４乗に比例して周辺光量が低
下するという現象が起こるので、本実施例では、かかる
周辺光量低下現象が相殺されるような照度分布で被照光
領域９に照明光が照射できるように設計してある。

【００１６】また、こうして各分割光を一旦収束させて
から拡散させれば、被照光領域９へ向かう各分割光のビ
ーム拡がり角を大きく設定することができるので、分割
光どうしを大きな角度で交差させなくとも被照光領域９
において各分割光を所望の状態で重ね合わせることがで
きる。つまり、本実施例では照明用の各分割光がいずれ
も被照光領域９をほぼ正面から照射して重なり合うよう
に設定してあるので、読取対象物Ｍまでの距離が若干変
化しても照度分布の変動が少なく、読取深度が深まって
いる。

【００１７】しかも、本実施例では、被照光領域９から
筐体１内へ照射される読取光ＢをＣＣＤラインセンサ７
へと導くためのレンズ４およびミラー５が、照明用の一
方の分割光と他方の分割光とに包囲される空間Ｓ内に配
置してあるので、第２の反射面３ｄ，３ｅから被照光領
域９へ向かう各分割光（照明光Ａ）の光路面と、被照光
領域９からレンズ４へ向かう反射光（読取光Ｂ）の光路
面とを略合致させた光路設定が実現されている。それゆ
え、読取対象物Ｍまでの距離に若干の変化があっても、
読取光Ｂが本来の照明光による反射光と一致する状態を
保つことができ、読取深度が深まっている。すなわち、
このタッチ式バーコードスキャナは、従来品に比べて読
取深度がかなり深く設計されているので、読取エラーを
起こしにくく高い読取率が期待できる。

【００１８】また、本実施例における読取光Ｂの光路に
ついて説明すると、図４に示すように、レンズ４に集光
された読取光Ｂは後方のミラー５で反射されて下方へ進
路を変更した後、ミラー６で反射されて後方へ進み、Ｃ
ＣＤラインセンサ７に受光される。つまり、読取光Ｂを
二枚のミラー５，６にて進路変更することにより、照明
用の光源２やビーム変換器３が読取光路を遮らないよう
にしてある。

【００１９】なお、ビーム変換器３の変形例として、入
射面である収束レンズ部３ａの代わりに出射面に収束機
能を有するレンズ部を設けたり、あるいは、第１の反射
面３ｂ，３ｃや第２の反射面３ｄ，３ｅを前記短軸方向
および光軸２ａに対して平行な平面内で凹状に湾曲した
反射面となすことにより、光源２から出射される楕円ビ
ームの短軸方向への拡散を抑えることもできる。

【００２０】図５は第２の実施例に係る光学読取装置の
内部構造を示す説明図、図６は該光学読取装置の光路説
明図であって、図１〜４と対応する部分には同一符号が
付してあり、重複する説明は省略する。

【００２１】この第２の実施例は、読取光Ｂの進路変更
のしかたが先の実施例と異なっており、それに伴い、読
取光ＢをＣＣＤラインセンサ７へと導くためのミラーの
枚数を減らした簡素な構成になっている。すなわち、図
５，６において、被照光領域９からレンズ４に集光され
た読取光Ｂは、符号１１で示すミラーにより斜め前方へ
反射されて、そこに設置したＣＣＤラインセンサ７に受
光されるようになっている。

【００２２】図７は第３の実施例に係る光学読取装置の
光路説明図、図８は該光学読取装置に組み込まれている
照明用のビーム変換器の斜視図であって、図１〜６と対
応する部分には同一符号が付してあり、重複する説明は
省略する。

【００２３】この第３の実施例は、符号１２で示す照明
用のビーム変換器の形状が、前述した各実施例と大きく
異なっており、それに伴い、読取光Ｂの光路面を途中で
変更する必要がなくなって読取精度が向上させやすい構
成になっている。すなわち、図７，８において、ビーム
変換器１２には、光軸２ａの近傍で該光軸２ａに関して
対称な位置にそれぞれ第１の反射面１２ａ，１２ｂが設
けてあり、斜め下方へ向けられたこれらの反射面１２
ａ，１２ｂにて光源２からの出射光が二分割されて反射
されるとともに、斜め下方へ向かう各分割光が照射され
る位置にそれぞれ第２の反射面１２ｃ，１２ｄが設けて
あり、これら第２の反射面１２ｃ，１２ｄにて反射され
た各分割光が被照光領域９では重なり合うように設定さ
れている。つまり、第２の反射面１２ｃ，１２ｄから被
照光領域９へと向かう照明光Ａの光路面に対して、光源
２および第１の反射面１２ａ，１２ｂが上方へずらして
配置させてあり、それゆえ被照光領域９からの読取光Ｂ
を第２の反射面１２ｃ，１２ｄ間を通過させてそのまま
後方へ導けるようになっている。したがって、照明用の
各分割光に包囲される照明光路外の空間内に、被照光領
域９からの読取光Ｂを後方へと導くレンズ１３を配置さ
せることにより、この読取光Ｂをミラー等を用いて進路
変更することなくＣＣＤラインセンサ７へと導くことが
できて、照明系に比べ精度の要求される受光系の読取精
度が向上させやすくなる。

【００２４】

【発明の効果】本発明は、以上説明したような形態で実
施され、以下に記載されるような効果を奏する。

【００２５】光源から照射される光束を分割・反射して
各分割光を被照光領域へと導く複数の反射面のうち少な
くとも一部を凹曲面となし、そこで反射された分割光が
一旦収束してから拡散するように照明光路が設定してあ
るので、被照光領域を所望の照度分布で照射できる。ま
た、被照光領域へ向かう各分割光のビーム拡がり角を大
きく設定することができるので、分割光どうしを大きな
角度で交差させなくとも被照光領域において各分割光を
所望の状態で重ね合わせることができるとともに、被照
光領域へ向かう各分割光（照明光）の光路面と該被照光
領域からミラーやレンズ等の読取光ガイド部材へ向かう
反射光（読取光）の光路面とを略合致させることができ
るので、読取深度をかなり深く設定することができて、
読取対象物までの距離に若干の変化があっても高い読取
率が得られる。それゆえ、本発明をタッチ式のバーコー
ドスキャナなどに適用すれば、読取性能を著しく高める
ことができる。

【００２６】また、前記読取光ガイド部材が、被照光領
域から照射された読取光を斜め前方や下方等の所定の向
きに反射するように構成しておけば、照明用の部材を読
取光路から外し、且つ読取用の部材を照明光路から外し
た設計が比較的容易に行えるので、設計自由度の向上が
図れる。

【００２７】あるいはまた、前記読取光ガイド部材が、
被照光領域から照射された読取光を該被照光領域側とは
反対側（後方）へ出射させるように構成しておけば、読
取光の光路面を途中で変更することなくＣＣＤラインセ
ンサ等の撮像手段へ導くことができるので、読取精度が
向上させやすくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係る光学読取装置の内
部構造を示す説明図である。

【図２】図１に示す光学読取装置に組み込まれている照
明用のビーム変換器の斜視図である。

【図３】図１に示す光学読取装置における照明光の光路
と被照光領域での照度分布とを示す説明図である。

【図４】図１に示す光学読取装置における読取光の光路
の一部を示す説明図である。

【図５】本発明の第２の実施例に係る光学読取装置の内
部構造を示す説明図である。

【図６】図５に示す光学読取装置の光路説明図である。

【図７】本発明の第３の実施例に係る光学読取装置の光
路説明図である。

【図８】図７に示す光学読取装置に組み込まれている照
明用のビーム変換器の斜視図である。

【符号の説明】

２光源３ビーム変換器３ａ収束レンズ部３ｂ，３ｃ第１の反射面３ｄ，３ｅ第２の反射面４，１３レンズ（読取光ガイド部材）５，６，１１ミラー（読取光ガイド部材）７ＣＣＤラインセンサ（撮像手段）８デコード回路９被照光領域１２ビーム変換器１２ａ，１２ｂ第１の反射面１２ｃ，１２ｄ第２の反射面Ｍ読取対象物Ｍ１バーコード表示部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源から照射される光束の光軸の近傍で
該光軸に関して対称な位置にそれぞれ第１の反射面を設
け、これら第１の反射面にて前記光束を二分割して各分
割光をそれぞれ前記光軸に対し仰角方向へ反射する光束
分割手段と、この光束分割手段にて反射された前記各分
割光が照射される位置にそれぞれ第２の反射面を設け、
これら第２の反射面にて反射された各分割光が被照光領
域では重なり合うように設定された光束合成手段と、前
記第１および第２の反射面にて反射されて前記被照光領
域へと至る一方の分割光と他方の分割光とに包囲される
空間内で該被照光領域からの読取光が照射される位置に
配置され、この読取光を撮像手段へと導く読取光ガイド
部材とを備え、且つ、前記第１および第２の反射面のう
ち少なくともいずれか一方を、前記被照光領域の長手方
向および前記光軸に対して平行な平面内で凹状に湾曲し
た反射面となしたことを特徴とする光学読取装置。
【請求項２】請求項１の記載において、前記第１の反
射面に対して前記第２の反射面を前記被照光領域の長手
方向へ離間させるとともに、前記読取光ガイド部材が、
照射された前記読取光を所定の向きに反射するように構
成したことを特徴とする光学読取装置。
【請求項３】請求項１の記載において、前記第１の反
射面に対して前記第２の反射面を前記被照光領域の短手
方向および長手方向へ離間させるとともに、前記読取光
ガイド部材が、照射された前記読取光を前記被照光領域
側とは反対側へ出射させるように構成したことを特徴と
する光学読取装置。