JPH02197971A - レーザー読取器の光学系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、対象物に向けてレーザー光を発すると共に
、対象物で反射された光を受光して対象物の反射率の違
いを検出するレーザー読取器の光学系の改良に関するも
のである。

〔従来の技術〕

この種のリーダーとしては、例えばいわゆるぺン型のバ
ーコードリーダーがある。

従来のペン型バーコードリーダー１の光学系ｔよ、第６
図に概略的に示したような構成とされてしする。

図中の符号１ａはバーコードリーダーのケーシングであ
り、このケーシング１ａ内に光源となる発光ダイオード
（ＬＥＤ）２と受光索子３とが設けられている。

Ｌｉ１ｌ１２から発した光は、集光素子４を介して読取
対象としてのバーコードパターン（図示せず）を照明す
ると共に、このバーコードパターンで反射されて再び集
光素子４を介してケーシング１ａ内に入射し、入射した
反射光の一部は光ファイバー５を介して受光素子３に導
かれる。

バーコードパターンの読取に際しては、集光索子４とバ
ーコードパターンとを接触させた状態でリーダーを走査
させる。これにより、受光素子３は走査によるバーコー
ドパターンの反射率の変化に対応してバーコードパター
ンの持つ情報を検知することができる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上述したような従来のバーコードリーダ
ーは、読取深度が極端に浅く、集光索子４とバーコード
パターンとが離間すると読取不能となってしまう、従っ
て、バーコードパターンのプリントされた面が滑らかで
ない場合、例えば可撓性のある袋等にプリントされてい
る場合にはプリント面に生じた凹凸によって走査中に集
光索子４とバーコードパターンとが離間し、読取が不能
となる虞があった。

［発明の目的］ この発明は、上述した各問題点に鑑みてなされたもので
あり、読取対象との間が離間したとしても読取対象の情
報を検出することができるレーザー読取器の光学系を提
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には、バーコードリーダーの
読取深度を深くする必要があり、そのためには投光光束
の集束角を小さくすると共にその光路中から光ファイバ
ーのような障害物を除去することにより、投光光束の集
光性を劣化させないようにし、かつ、受光素子へ効率的
に反射光を集光させるよう構成する必要がある。

この点に鑑み、本発明に係るレーザー読取器の光学系は
、対象物に向けてレーザー集束光を発する投光部と、投
光部から発する投光光束の光路中に設けられて該光路と
重複する部位に前記投光光束を進行方向を変えずに透過
させる透過部を有する集光レンズと、集光された反射光
の光量を検出する受光素子とを備え、集光レンズの光軸
を投光部の光軸からほぼ平行にシフトさせたことを特徴
としたものである。

［作用］ この発明に係るレーザー読取器の光学系は、上述したよ
うな構成としたため、投光部から発するレーザー集束光
は対象物に達し、この対象物で反射される０反射光は集
光レンズを介して投光部とは異なる方向に位置する受光
素子に向けて集光される。

［実施−例］ 以下、この発明の一実施例を第１図〜第５図に基づいて
説明する。

図示せぬ対象物へ向けて図中左側へレーザー集束光を投
光する投光部は、レーザーダイオード（以下、ＬＤとい
う）１０と投光レンズ１１とから構成されている。この
投光部は、対象物の持つ情報の空間周波数に対して読取
可能なビーム径を、ビームウェスト前後のＱ−Ｈの区間
で維持するよう設定されている。

対象物によって反射された光束は、集光レンズ２０を介
して受光素子１３へ向けて集光される。この際、対象物
側の点Ｑ、Ｒからの反射光は、それぞれ集光レンズ２０
を介してＱ’、Ｒ−の位置に集光する。

受光索子１３は、読取深度の両端Ｑ、Ｈにある対象物か
らの反射光を均一レベルで読み取るために、この読取深
度内の遠方限界Ｑと共役な点Ｑ′に一致して配置されて
いる。

反射光の光量レベルは、受光素子から対象物までの距離
の二乗に反比例する。従って、読取り範囲内における最
も遠い部分Ｑからの反射光量を最も有効に集光させ、近
い部位Ｒからの反射光が分散するような位置に受光素子
１３を配置することにより、受光素子１３に達する光量
を読取り範囲の全域に亘って光学的に均一化することが
できる。

集光レンズ２０は、第２図に二点鎖線で外径を示した回
転対称なレンズＬを、その光軸ｇ１とは偏心した位置に
中心軸を有するようカットして形成された回転非対称な
レンズである。集光レンズ２０は、その光軸ｇ１が投光
部の光軸ｇ２から平行にシフトするよう配置されている
。

集光レンズ２０の母体となっている仮想レンズＬは、中
心から周辺に向かって徐々に曲率半径が大きくなる非球
面レンズである。

集光レンズ２０の焦点距離は、より短い方が集光レンズ
２０と受光素子１３との間隔を短縮することができ、バ
ーコードリーダーのコンパクト化を図ることができる。

しかし、焦点距離を短くするためにはレンズ面の曲率半
径を小さくする必要があり、レンズ周縁部の厚さを取付
に必要な程度確保するためにはレンズ径が小さくなって
しまう、そこで、この実施例に係る集光レンズ２０は、
焦点距離を短く設定しつつ、レンズ周縁部の厚さを確保
するため、周辺部へ向かって徐々に曲率半径が大きくな
るような非球面レンズとされている。

なお、このような非球面形状により、光軸がら離れた光
線はど屈折が小さくなるため、付随的な効果として球面
収差を小さくすることができ、受光素子１３上への集光
能力の向上に寄与している。

集光レンズ２０の中央部には、投光部から発する光束を
その進行方向を変えずに透過させる透過部２１が設けら
れている。

透過部２１は、この例では単なる貫通孔である。

但し、透過部２１の構成は貫通孔には限られず、投光部
の光軸９２と垂直なパワーを持たない平面を集光レンズ
２０の両面に形成してもよいし、あるいは周囲と異なる
パワーを有する面を形成して投光光束を集束させる機能
を持たせてもよい。

上記のような構成によれば、ＬＤＩＯから発したレーザ
ービームは投光レンズ１１を介して集束光となり、集光
レンズ２０の透過部２１を抜けて集束する。

投光光束は点Ｑ−Ｈの間に置かれた対象物で反射される
０反射光は集光レンズ２ｏに達するまでは投光光束と同
一の光路をとり、集光レンズ２０によって投光部の光路
から外れ、受光素子１３へ向けて集光される。

所定の規格のバーコードパターンについては点Ｑ−Ｒ間
に位置する限り、ケーシング３０の開口から離間した場
合にも情報の読取が可能となる。

ここで付言すれば、上記規格よりも空間周波数が小さい
（パターンが粗い）規格のバーコードパターンの読取を
行う際には読取深度は点Ｑ−Ｒより広くなり、空間周波
数が大きい規格のバーコードパターンの読取を行う際に
は読取深度は点Ｑ−Ｒより狭くなる。そして、読取深度
が狭くなる場合には、バーコードパターンを開口に密着
させた状態での読取が不能となる。そこで、何種類かの
規格のバーコードパターンを読み取る場合には、最も空
間周波数が大きい規格のバーコードに対する読取深度の
近い側の限界点をケーシングの出射口に一致させるよう
に設計する。

本出願人は、特願昭６２−２７８９４３号において、集
光レンズ２０の光軸を対象物側で投光部の光軸と交差さ
せることにより、シャインブルフ（Ｓｃｈｅｉｍｐｆｌ
ｕｇ）の法則を利用して、読取り範囲内の全域で対象物
からの反射光を受光素子に有効に集光させる構成を提案
している。

但し、この構成による場合には、受光素子の出力レベル
が対象物までの距離によって変化するため、電気系の入
力の許容範囲を広くとる必要かある。

本実施例に示したような受光素子１３の配置によって反
射光の光量レベルを均一化すれば、読取り出力を均一化
することができ、電気系の入力の許容範囲を狭めて負担
を軽減することができる。

また、前述したシャインプルフの法則に従って集光レン
ズをチルトさせる必要がなく、集光レンズの組付けが容
易である。

次に、上述した光学素子が設けられたケーシング３０の
構成を第１図及び第３．４図に基づいて説明する。

ケーシング３０は、円筒状の中央部３０ａと、この中央
部３０ａの先端側に螺合する円筒状の前端部３０ｂと、
中央部３０ａの後端側に螺合する有底円筒状の後端部３
０ｃとの３部材から構成されている。

ＬＤＩＯは、筒状の保持枠３１に第１図中左側から当て
付けられ、止めネジ３１ｂにより固定されている。

この保持枠３１は、ケーシング中央部３０ａにボルト締
めされた円筒状の投光部ベース３２に固定されている。

投光レンズ１１は、投光部ベース３２に螺合するレンズ
枠３３内に収納され、このレンズ枠３３に図中左側から
螺合するレンズ押え３４により固定されている。更に、
レンズ押え３４内には、投光光束の光束径を制限する絞
りキャップ３５が嵌入されている。

受光索子１３は、ケーシング中央部３１ａにボルト締め
された素子保持部材３６に貼着されている。この素子保
持部材３６は、ケーシングの内壁に沿う形状でケーシン
グ中央部３０ａにネジ止めされた半円筒部３６ａと、受
光索子１３が貼着された前壁３８ｂとから一体に形成さ
れている。なお、前壁３８ｂには、ＬＤＩＯからのレー
ザー光を透過させる光路孔３６ｃが形成されている。

集光レンズ２０は、ケーシング中央部３０ａの第１図中
左側の端部に組み付けられている。集光レンズ２０は回
転非対称であり、組み付けに方向性があるため、第５図
に示したように集光レンズ２０の周辺の一部に係合部と
しての突起２２を形成すると共に、ケーシングの内壁に
この突起２２に係合する孔３７を設けることにより、容
易に組み付は時の位置決めを行うことができる。突起２
２は、集光レンズ２０をプラスチックレンズとする場合
には成形時に一体に形成することができる。

ケーシング後端部３１ｃの図中右端となる最後部底壁に
は、ＬＤＩＯの駆動電流を提供する電源コードと、受光
索子１３の出力を伝える信号線と（共に図示せず）を外
部に導くためのコード孔３８が穿設されている。

なお、この実施例では本発明のレーザー読取器の光学系
をペン型のバーコードリーダーに適用した例についての
み述べたが、非接触で対象物の光学的な情報を検出でき
ることから、物体の表面検査、製品に付着したゴミの検
査等にも使用することができる。

［効果］ 以上、説明してきたようにこの発明によれば、対象物か
ら離間した位置で対象物の情報を検出することができる
。

また、集光レンズを投光光束の光路中に設けたため、集
光レンズの配置に特別なスペースを設ける必要がなく、
光学系をコンパクトにまとめることができる。

更に、受光素子を読み取り範囲の遠方限界とほぼ共役な
位置に設けた場合には、読取り範囲の全域に亘って受光
素子に達する反射光の光量を均一化することができ、受
光素子の出力を受ける電気系の負担を軽減することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係るレーザー読取器の光学系の一実
施例を示す断面図、第２図は第１図のＩＩ−ＩＩ線断面
図、第３図は第１図のｉｎ−ｍ線断面図、第４図は第１
図の１７−ＩＶ線断面図、第５図は集光レンズとケーシ
ングとの係合を示す断面図、第６図は従来のペン型バー
コードリーダーの光学系の概略を示す説明間開である。 １３・・・受光素子 ２０・・・集光レンズ ２１・・・透過部 １ｓ・・・集光レンズの光軸 １２・・・投光部の光軸 第 図 第 図 箪 図 箪 図

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）対象物に向けてレーザー集束光を発する投光部と
   、該投光部から発する投光光束の光路中に設けられて該
   光路と重複する部位に前記投光光束を進行方向を変えず
   に透過させる透過部を有する集光レンズと、集光された
   反射光の光量を検出する受光素子とを有し、前記集光レ
   ンズの光軸が前記投光部の光軸からほぼ平行にシフトし
   ていることを特徴とするレーザー読取器の光学系。
2. （２）前記受光素子は、前記対象物の空間周波数と前記
   レーザー光のスポット径との関係によって決定される読
   取り深度の遠方限界とほぼ共役な位置に設けられている
   ことを特徴とする請求項１記載のレーザー読取器の光学
   系。
3. （３）前記透過部は、前記集光レンズの中央部に設けら
   れていることを特徴とする請求項１記載のレーザー読取
   器の光学系。
4. （４）前記集光レンズは、周辺部に向かうほど曲率半径
   が大きくなる非球面レンズであることを特徴とする請求
   項１記載のレーザー読取器の光学系。
5. （５）前記集光レンズは、回転対称なプラスチックレン
   ズの一部を該プラスチックレンズの光軸とは偏心した軸
   を中心軸として切り出された回転非対称なレンズである
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のレー
   ザー読取器の光学系。
6. （６）前記集光レンズは、ケーシングへの位置決めに利
   用される係合部が一体に形成されていることを特徴とす
   る請求項５記載のレーザー読取器の光学系。