JPH07104895B2 - 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非接触で読取ができ
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。

記号面に対して非接触で読取を行うことができるバーコ
ードリーダは、たとえば半導体レーザ光源から集光レン
ズを介したレーザ光を、ポリゴンミラーやガルバノミラ
ーで反射されて記号面に導き、ポリゴンミラーやガルバ
ノミラーを駆動することによりレーザ光で記号面を走査
させるようにしている。そして、この記号面からの反射
光が光電変換素子で構成したバーコードリーダ内の受光
手段により検出される。すなわち、レーザ光がバーコー
ドを構成するバーに対して交差する方向に当該バーコー
ドを走査するようにしておけば、受光手段では、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。したがって受光手段か
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ことによって、上
記バーコード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、バーコードが形成さ
れた記号面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、半導体レーザ光源からの光を集
光する集光レンズを有する装置では、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計されるが、バーコード
リーダを記号面に近接された場合には、レーザ光による
走査幅が小さくなり読取視野が小さくなるため長いバー
コードの読取が行えない。また読取距離を長くした場合
には、記号面におけるレーザ光の径が比較的大きくなっ
て解像度の低下を招くため、細いバーコードを読み取る
ことができない。しかしバーコードの細さに対応した最
適な読取距離を探す動作（たとえばレンズを動かす動作
などを含む。）を操作者に課すことにすると、ハンドヘ
ルトタイプのものでは作業効率が著しく低下し、また固
定して設置されるバーコードリーダではその位置調整作
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、新た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
ジセンサ上の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、読取範囲を増大して
いる。

さらに他の先行技術はたとえばアメリカ合衆国特許第48
18886号公報に開示されている。すなわち、この先行技
術では、バーコードの読取を正確に行うために、光源、
受光センサ、絞り部材およびレンズなどの光学要素の制
御が行われる。すなわちたとえば円筒状の圧電素子によ
って弾性体で構成した集光レンズの曲率を変化させ、こ
の集光レンズの焦点距離を変化させるようにして解像度
の向上を図った技術（Fig.4）や、光軸に対して傾斜さ
せて配置した発光ダイオードアレイのなかから発光駆動
させるべき発光ダイオードを選択することにより光源の
位置を変化させて読取距離の変化に対応しようとする技
術（Fig.12,Fig,13）などが示されている。

＜発明が解決しようとする課題＞ しかしながら、上記特開昭63−83886号公報に開示され
た先行技術では、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。またアメリカ
合衆国特許第4818886号公報に開示された先行技術にお
いて、円筒状の圧電素子を用いた技術では、この特異な
形状の圧電素子を用いるためにコスト高となったりまた
その駆動が困難であるなどの問題がある。さらに集光レ
ンズの光軸に対しては傾斜した発光ダイオードアレイを
用いた技術では、光軸からずれた発光ダイオードが選択
される場合には、受光センサにおける光の結像位置が光
軸上の発光素子が選択された場合の結像位置からずれる
ことになり、したがって正確な読取を期することができ
ないという問題があった。

そこで、本発明は、上述の技術的課題を解決し、広い読
取距離の範囲において記号の読取が自動的にかつ精度良
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
第１の調節手段と、 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の集光レンズからの光を受光し、前記少なくと
も２つの瞳に対応した光の各結像位置を検出する第２の
光電変換素子と、 前記第２の集光レンズと第２の光電変換素子との間の距
離を変化させ、前記少なくとも２つの瞳に対応した光を
前記第２の光電変換素子において等しい位置に結像させ
る第２の調節手段とを備え、 前記第１の調節手段は、前記２つの瞳に対応した光が前
記第２の光電変換素子の同一位置に結像した状態におけ
る前記第２の集光レンズと第２の光電変換素子との距離
に対応する前記第２の調節手段からの制御信号を受け
て、前記光源と第１の集光レンズとの間の距離を調節す
るようにしたものである。

＜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つの瞳を通して第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２つの光
は、第２の光電変換素子に結像する。この第２の光電変
換素子は前記２つの光の各結像位置を検出する。

第２の集光レンズと第２の光電変換素子との間の距離
は、第２の調節手段によって、前記２つの光が第２の光
電変換素子における同一の位置に結像するように調節さ
れる。この調節後の第２の集光レンズと第２の光電変換
素子との間の距離は、第２の集光レンズと記号面との間
の距離に対応し、結局当該装置と記号面との間の距離
（読取距離）に対応する。

このことを利用して、第２の集光レンズと第２の光電変
換素子との間の距離に対応して、光源と第１の集光レン
ズとの間の距離を第１の位置調節手段によって変化させ
るようにすれば、光源光が記号面上で良好に絞られるよ
うにして、種々の読取距離に対応することができる。

＜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第
１の調節手段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
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への入射角が経時的に変化し、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を介した光を集光する第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。光選択透過部材12と第２の集光レンズ13
とは共通に保持部材14に固定されており、この保持部材
14は、たとえば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第２の調節手段16によって、第
２の集光レンズ13の光軸に沿う矢印25方向に変位され、
これにより第２の集光レンズ13と一次元光電変換素子15
との間の間の距離が調節される。

一次元光電変換素子15の出力信号は制御回路17与えら
れ、この制御回路17は一次元光電変換素子15の出力信号
に対応してそれぞれライン18,19から第1,第２の調節手
段4,16に制御信号を与える。

第２図は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上にスポットを
形成するが、このスポット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20のうちの異なる２つの素子に結像する
と、このことが制御手段17で検知され、この制御手段17
はライン19から第２の調節手段16に制御信号を与える。
これにより、この第２の調節手段16は矢印25a,25b方向
に保持部材14（第２図では図示が省略されている。）を
駆動して、光選択透過部材12および第２の集光レンズ13
を変位させる。第２図（ａ）図示の状態から集光レンズ
13などが、一次元光電変換素子15から離反する矢印25a
方向に変位すると、やがて第２図（ｂ）図示のように光
L1,L2が光電変換素子25の１つの素子20に共通に結像し
たいわば合焦状態となる。光選択透過部材12および第２
の集光レンズ13がいわばデフォーカス方向である矢印25
b方向に変位した場合には、光L1,L2がそれぞれ結像する
素子20,20間の距離が大きくなり、このことが制御手段1
7で検知され、制御手段17は第２の集光レンズ13などの
変位方向を逆転させるための制御信号を第２の調節手段
16に与える。このようにして確実に第２図（ｂ）図示の
合焦状態に至らせることができる。

第２図（ｂ）図示の状態となると、第２の集光レンズ13
と一次元光電変換素子15との間の距離が検出され、この
距離情報から、第１図図示の構成が収納される筐体（図
示せず）と記号面８との間の距離（バーコードリーダ本
体と記号面８との間の距離、すなわち読取装置）が制御
手段17で演算される。第２図（ｂ）図示の結像状態が実
現されるのは、記号面８、光選択透過部材12、第２の集
光レンズ13、および一次元光電変換素子15の位置関係
が、周知の結像公式で決まる一定の関係にある場合であ
り、したがってそのときの第２の集光レンズ13と一次元
光電変換素子15との間の距離と、第２の集光レンズ13と
記号面８との距離とは一対一に対応する。したがって、
このときの第２の集光レンズ13と一次元光電変換素子15
との間の距離から、上記読取距離を演算により求めるこ
とができるのである。

この読取距離に対応した制御信号がライン18から第１の
調節手段４に与えられると、この第１の調節手段４はレ
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２を変位させる。これによっ
て、バーコード７の読取が高い解像度を有して確実に行
われることになる。

第２の集光レンズ13などと一次元光電変換素子15との間
の距離が、第２図（ｂ）図示の状態よりも大きい場合に
は、第２図（ｃ）図示の状態となるが、この場合にも、
光L1,L2な異なる２つの素子20で検出される。したがっ
て、上記の場合と同様の制御動作により、光L1,L2が１
つの素子20の共通結像した第２図（ｂ）図示の状態に至
らせることができる。

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を一次元光電変換素子15において同
一の位置に結像させ、この状態での第２の集光レンズ13
と一次元光電変換素子15との間の距離から、読取距離が
演算される。そしてこの読取距離に対応して、第１の集
光レンズ２がこの光軸に沿って変位され、これによりレ
ーザ光Ｌを記号面８上で絞るようにしている。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。しかも、半導体レーザ光源
１からのレーザ光Ｌは常に集光レンズ２の光軸上の位置
から発生され、またレーザ光は指向性が良いので、第１
の光電変換素子11における反射光の検出もまた良好に行
われる。

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、第１の調節
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、上記の実施例では、光選択透過部材12
と第２の集光レンズ13とを保持部材14で共通に保持さ
せ、この保持部材14を変位させることにより、光選択透
過部材12とともに第２の集光レンズ13を変位させるよう
にしたが、集光レンズ13のみが変位される構成であって
もよく、また集光レンズ13は固定して一次元光電変換素
子15を変位させる構成であってもよい。

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、３個以上のピ
ンホールを形成して３個以上の瞳を有する構成としても
よく、またピンホールの代わりに２つ以上のスリットを
形成するようにしてもよい。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
実に行なわれる点で有利である。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。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。

＜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……第１の調節
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……第２の調節手段、17……制御手
段

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
   第１の調節手段と、 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の集光レンズからの光を受光し、前記少なくと
   も２つの瞳に対応した光の各結像位置を検出する第２の
   光電変換素子と、 前記第２の集光レンズと第２の光電変換素子との間の距
   離を変化させ、前記少なくとも２つの瞳に対応した光を
   前記第２の光電変換素子において等しい位置に結像させ
   る第２の調節手段とを備え、 前記第１の調節手段は、前記２つの瞳に対応した光が前
   記第２の光電変換素子の同一位置に結像した状態におけ
   る前記第２の集光レンズと第２の光電変換素子との距離
   に対応する前記第２の調節手段からの制御信号を受け
   て、前記光源と第１の集光レンズとの間の距離を調節す
   ることを特徴とする前記読取装置。