JPH1115913A - バーコード読取装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 バーコードを読み取るのに、汚れやバーコー
ド印刷のドット抜けがある場合に誤読することがあっ
た。それに半導体レーザーの照射で水平方向と垂直方向
の放射拡散の比率が大きな違いがあり集光したときのビ
ームスポットが距離によって変形して高分解能が得られ
ず、読み取り距離の限定や、特殊な部材を用いて所望の
読み取り精度を得ていた。この問題の解決を目的とす
る。 【解決手段】 半導体レーザー１、集光レンズ２、アパ
ーチャー７、折り返しミラー１０、回転ミラー１１、受
光部１３からなり、バーコード１２の内容を読み取るバ
ーコード読取装置のアパーチャーを棒状遮蔽物付きアパ
ーチャー７とし、棒状遮蔽物付きアパーチャー７から出
力されるレーザービームは棒状遮蔽物８によってレーザ
ービームの掃引方向に対して直角方向に２分させ、この
ビームに基づくレーザービームでバーコードに照射して
読取る構造のバーコード読取装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はレーザー式バーコード読
取装置に関し、特にドット印刷や汚れ、欠け等を有する
バーコードラベルに対応した光学系に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】一般にバーコード読取装置では、バーコ
ードラベル上に塵などの付着による汚れや印刷の欠け等
があると、正確な読取が行えず誤読が発生したり読取不
可能になるなど支障を来す場合があった。特にドット印
刷によるバーコードでは点の集合体であるため、印字濃
度が薄くなった時などにドット間の隙間が無視できない
ものとなったり、ドットが欠ける場合もあり読取の際に
問題となるケースが多く見られた。この様子を図６に示
す。一般的なビームスポットでは、バーコードの白／黒
パターンをスキャンしてその反射率の違いにより得られ
る受光信号から読取コードとして解読する際、バーコー
ド上に汚れや欠けがあるとその部分だけ正しい反射光が
得られず、結果として読取に支障を来すものである。こ
の問題を改善する方法の一つとして図７に示すように、
ビームスポットの形状をスキャン方向と垂直な方向にあ
る程度の長さを持たせる楕円もしくは矩形形状にする方
法がある。これは汚れや欠けをスキャンしても同時にス
ポットの他の部分が正常な箇所をスキャンしているた
め、総合的には正しい信号として受光できるものであ
る。一方、ここでビームスポットのスキャン方向の太さ
（楕円の短軸）について考えてみると、なるべく細くし
た方が高分解能となる。どれだけバー幅の細いバーコー
ドラベルを読取できるかという点で、ビームスポットが
細いほど有利であることはよく知られている。したがっ
てスキャンと垂直な方向にある程度の長さを持ちながら
高分解能な、アスペクト比の高いビームが理想であり、
このビームを形成するために従来より様々な手段が考案
されてきた。

【０００３】従来の手段の具体例を示す前に説明の便宜
上、半導体レーザーの特性について簡単に解説する。一
般に半導体レーザー単体ではレーザー光は放射拡散す
る。その放射角については接合面垂直方向と水平方向と
で通常大きな違いがあり、たとえば接合面垂直方向に３
０度、水平方向に８度の放射角で、接合面垂直方向を長
軸とする楕円状に拡散される。このため集光レンズを通
しても焦点位置とその前後など距離によって異なるビー
ムスポット形状（アスペクト比）になるのが普通であ
る。そしてアパーチャーを用いることにより、これらの
ビームスポット形状を都合に合わせてある程度加工でき
ることもよく知られている。

【０００４】図８は一般的な丸形穴形状のアパーチャー
によるスポット形状を示したもので、１は半導体レーザ
ー、２は集光レンズ、３はアパーチャーである。図にお
いて半導体レーザー１の接合面垂直方向と水平方向をそ
れぞれスキャン垂直方向とスキャン方向に対応させる。
バーコード読取範囲のＬ１手前側、Ｌ２焦点位置、Ｌ３
遠域のいずれも前述のアスペクト比を満足していない。
この図８によるビームスポットでは前述の図６のように
バーコードに汚れや欠けがある場合、受光アナログ信号
が大きく変形してしまい、２値化しても正常なバーコー
ド信号、読取コードにはならない。

【０００５】これに対して、図９のビーム成形手段は小
判形穴形状のアパーチャー４を穴の長手方向がレーザー
の接合面垂直方向と一致する角度で取り付けられたもの
で、焦点より手前側においてのみ所望のビームスポット
を得ることができる。これは、アパーチャーから近いＬ
１手前側におけるビームスポット形状は、回折や放射角
の作用よりもアパーチャー穴形状の投影としての影響が
大きく、アパーチャーに近付くほどビームスポット形状
はアパーチャーの穴形状に類似していくものであり、該
アパーチャー４の場合その穴形状自体がスキャン垂直方
向に長いため、前述の図７に該当するものである。した
がって該図９のレーザービームのＬ１手前側付近におい
ては図７に示したとおり、汚れや欠けを有するバーコー
ドから正確な信号を得ることができる。

【０００６】図１０はもう一つのビーム形成手段で、小
判形穴形状のアパーチャー５を穴の長手方向がレーザー
の接合面垂直方向と直角に交差する角度で取り付けたも
のである。この方式では主に回折の作用により、焦点付
近から遠域において所望のビームスポットを得ることが
できる。この場合も図７の読取成果が得られる。

【０００７】さらにもう一つのビーム成形手段は、図１
１のようにシリンドリカルレンズ６を用いたものであ
る。シリンドリカルレンズ６は一方向のみ拡大縮小する
レンズで、スキャン方向に対して垂直の方向にのみ、ス
ポットを拡大することができる。この場合も図７の読取
成果が得られる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】図９の手段では所望の
スポット形状となるＬ２焦点より手前側の領域におい
て、たとえば１００μｍ程度の高分解能スポットを得る
のは小判形穴形状のアパーチャー４を極端に細くできな
いことから困難であり、また最も高分解能となる焦点付
近では回折と放射角などの作用によりスポットがスキャ
ン方向に長い楕円形状となってしまう難点があった。

【０００９】図１０の手段では高分解能なスポットを得
ることができるが、スキャンと垂直方向のスポットサイ
ズを充分に長くするためにはカップリング効率が低くな
り、すなわち他の小判形穴形状のアパーチャー５による
レーザーパワーの減衰が大きいのが難点であった。また
焦点付近より手前側（Ｌ１）ではアパーチャーの穴形状
の投影によりスキャン方向に長い楕円ビームとなるた
め、特に装置の小型化などで内部光路（図１参照）を長
くできない場合、読み取り範囲全体にわたって所望のビ
ームとするためには焦点距離を短くしなければならない
という制約があった。

【００１０】シリンドリカルレンズ６による図１１の手
段では、焦点の手前側から遠域までスキャンと垂直方向
に長い楕円ビームが得られ、分解能もこの方式による制
約なしに設定できる利点があるが、コストが高く、投光
器のスペースも比較的に大きくなってしまう難点があっ
た。

【００１１】本発明はこれらの問題点に鑑みてなされた
ものであり、読み取り範囲の焦点付近、手前側、遠域の
すべてにわたり汚れや欠けを有するバーコードラベルに
有効なスポット形状を維持し、高分解能で、比較的高い
カップリング効率、比較的ローコストな光学系を備えた
バーコード読取装置の提供を目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】半導体レーザーと、該半
導体レーザーの放射レーザー光を集光する集光レンズ
と、集光されたレーザービームを形成するアパーチャー
と、レーザービームをバーコード上にスキャンさせて読
み取る手段とを備えたバーコード読取装置において、ア
パーチャーもしくはアパーチャー通過後の光路上で該レ
ーザービームのスポットの中央付近に、ビームスポット
を２分する棒状遮蔽物を設けた。また、棒状遮蔽物の取
付角度を該棒状部がスキャン垂直方向、及び半導体レー
ザーの接合面垂直方向に対して直角に交差する角度とし
た。

【００１３】前述の棒状遮蔽物による主な効果としては
まず第一に、２つに分割されたビームが各々回折の作用
でスポット上所望の方向に拡大され、これら２つのビー
ムが干渉しながら合成されることによって、あたかも複
数のスポットがスキャン垂直方向に一列に並んだ様相の
ビームスポット形状を得ることができる（実施例、図４
参照）。このビームスポットは、スキャン垂直方向に長
い１個のスポットと見なすこともできるため、前述の図
７の方法と同様な利点を持つ。棒状遮蔽物による第２の
効果は、主に中央の棒状部によって回折及び干渉を発生
させているため、アパーチャー穴形状のスキャン垂直方
向の長さをある程度確保できることである。たとえば前
述した従来例の図１０は、回折の作用でスキャン垂直方
向の長さを得ている点では本発明と共通しているが、回
折の効果を出すためにアパーチャーのスキャン垂直方向
の穴寸法を十分細くしなければならず、このためアパー
チャーの穴形状と類似するＬ１手前側のビームスポット
形状は、所望の形状にはならなかった。これに対してア
パーチャーの穴形状のスキャン垂直方向の長さをある程
度自由に設定できる本発明では、スポット形状がアパー
チャーの穴形状に類似する手前側（図３、Ｌ１）におい
ても所望のビームスポットを得ることができる。すなわ
ち以上のようなビームスポット形成手段を採用すること
により、読取範囲の手前側から遠域まで、汚れや欠けの
あるバーコードを読み取る際の誤読率を低減、及び読取
深度、レスポンスを向上させた。

【００１４】

【実施の形態】図１は本発明によるバーコード読取装置
光学系の概要図である。図において、１は半導体レーザ
ー、２は集光レンズ、７は棒状遮蔽物付きアパーチャ
ー、１０は折り返しミラー、１１は回転ミラー、１２は
バーコード、１３は受光部である。バーコード読取装置
の動作を簡単に説明する。半導体レーザー１で照射され
るレーザー光は放射光であるため、集光レンズ２を通し
て集光される。集光されたレーザービームはアパーチャ
ー７で形成される。このアパーチャー７はたとえば図２
に示す形状で、円形穴に棒状遮蔽物８を設けたものであ
る。形成されたレーザービームは折り返しミラー１０に
よりスキャン用の回転ミラー１１に照射され回転に応じ
てレーザービームをスキャンさせ、バーコード１２に照
射させる。バーコード１２はあらゆる位置が想定される
が、バーコード読取装置に対して読取範囲をＬ１（手前
側）からＬ３（遠域）まで設定する。この読取範囲内で
は読取エラーがあってはならない。バーコード１２はた
とえば黒バーと白スペースからなり、レーザービームで
スキャンするとバーコードに応じた時間による反射光の
強弱変化が得られる。この反射信号をたとえばフォトダ
イオードなどの受光部１３で光電変換する。得られたア
ナログ信号は２値化され、さらに解読処理を経て読取コ
ードとして出力される。

【００１５】図２は本発明によるアパーチャー７の実施
例を示す。このアパーチャー７は、スキャン垂直方向に
接合面垂直方向が一致するよう設定された半導体レーザ
ー１の該接合面垂直方向に対し、棒状遮蔽物８が直角に
交差する角度で中央に設けられている。 このためレー
ザービームは２つの絞り開口部９から照射される。２つ
に分割されたビームは各々回折の作用でスポット上スキ
ャン垂直方向に拡大され、さらに干渉しながら合成され
ることによって、図４のようなあたかも複数のスポット
がスキャン垂直方向に一列に並んだ様相のビームスポッ
ト形状となる。

【００１６】図３は本発明によるアパーチャーによる、
バーコード読取範囲の距離とビームスポット形状との関
係を示す図である。半導体レーザー１から集光レンズ２
を通したレーザービームはアパーチャー７で２つの開口
部９を経てバーコード１２（図１）に至るが、ここで読
取範囲のＬ１、Ｌ２、及びＬ３におけるビームスポット
形状を図３に沿って説明する。Ｌ１の位置ではまだ比較
的にアパーチャー形状に類似しており、中央に比べて上
下のスポットの方が大きくて明るい。Ｌ２の位置では３
つのスポットはほぼ同じ大きさとなるが、上下のスポッ
トよりも中央のスポットの方が明るい。これは中央のス
ポットが、上下２つのスポットの重なりによるものだか
らといえる。ここではすでに、上のスポットはアパーチ
ャーにて下の開口部からのビームであり、逆に下のスポ
ットは上の開口部からのビームである。Ｌ１からＬ２の
間で最も高分解能となる。Ｌ３では全体的に大きくなる
が、３個の比較では上下が中央よりも小さく、暗くな
る。

【００１７】図５は本発明実施例のビームスポットによ
り得られる受光信号を各距離について示したものであ
る。Ｌ１からＬ３まですべての読取範囲において、たと
えば１つのスポットが汚れや欠けをスキャンしたとして
も同時に他のスポットが正常な箇所をスキャンしてお
り、総合的な反射光としては正常なものに近付くため、
受光アナログ信号では多少の影響が出ているものの２値
化に悪影響しないレベルに収まっている。また分解能に
ついてもＬ１からＬ３まで、たとえば図８の一般的な従
来例（高分解能も可能）と同等である。したがって汚れ
や欠けを有するバーコードでも、すべての範囲において
良好に読取可能である。また同時に、バー幅の細いバー
コードにも対応可能である。

【００１８】実施例では前述の棒状遮蔽物８の位置をア
パーチャー７上としたが、棒状遮蔽物の位置はアパーチ
ャー通過後のビームスポット中央部であれば、たとえば
折り返しミラー１０部や回転ミラー１１周辺部等でもよ
い。また棒状部の本数についても１本に限らず、複数で
もよい。

【００１９】

【発明の効果】本発明のバーコード読取装置によれば、
レーザービームを制御するアパーチャーに棒状遮蔽物を
設けたことにより、複数の小さなスポットがスキャン垂
直方向に一列に並んだ様相のビームスポットとなる。こ
のビームスポットにより汚れや欠けを有するバーコード
から正確な反射信号を得る効果があり、また読み取り範
囲の焦点の手前側から遠域まですべてにわたり効果的な
スポット形状を維持でき、さらに高分解能なスポットを
形成可能である。したがってドット印刷や汚れ、欠けを
有するバーコードラベルを読み取る際の、誤読率、読取
深度、読取レスポンス等の性能が向上する。また、印字
濃度の薄いバーコードラベルに対しても有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるバーコード読取装置の光学系の構
成を説明するための図である。

【図２】本発明の一実施例を示す図で、アパーチャーの
開口部に棒状遮蔽物を設けたアパーチャー形状を示す図
である。

【図３】本発明の一実施例を示す図で、棒状遮蔽物を設
けたアパーチャーにより得られたレーザービームの、各
距離におけるスポット形状を示した機能表示図である。

【図４】本発明によるビームスポット形状を示す。

【図５】本発明のビームスポットにより、どの距離にお
いても汚れや欠けを有するバーコードを良好に読み取る
様子を読取信号とともに示した図である。

【図６】従来の技術で、スキャン垂直方向に長さを持た
ないスポットにて汚れや欠けを有するバーコードを読み
取る場合の様子を示す図である。

【図７】従来の技術で、スキャン垂直方向に長い楕円ス
ポットを用いた場合の汚れや欠けに対する効果を示す図
である。

【図８】従来の技術のバーコードリーダーで一般的な、
丸形アパーチャーによるビームスポットの距離に対する
形状変化を示す図である。

【図９】従来技術のスキャン垂直方向に縦長穴のアパー
チャーにより、焦点位置より手前側のみスキャン垂直方
向に長いスポットとなる様子を示す図である。

【図１０】従来技術のスキャン方向に横長穴のアパーチ
ャーにより、焦点から遠域においてスキャン垂直方向に
長いスポットとなる様子を示す図である。

【図１１】従来技術のシリンドリカルレンズを付加した
場合の効果を示す図である。

【符号の説明】

１ 半導体レーザー ２ 集光レンズ ７ 棒状遮蔽物付きアパーチャー ８ 棒状遮蔽物 ９ アパーチャーの開口部 １０ 折り返しミラー １１ 回転ミラー １２ バーコード １３ 受光部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体レーザーと、該半導体レーザーの
   放射レーザー光を集光する集光レンズと、集光されたレ
   ーザービームを形成するアパーチャーと、レーザービー
   ムをバーコード上にスキャンさせて読み取る手段とを備
   えたバーコード読取装置において、 アパーチャーもしくはアパーチャー通過後の光路上で該
   レーザービームのスポットの中央付近に、ビームスポッ
   トをビームのスキャン方向に対して直角方向に２分する
   棒状遮蔽物を設け、これによって得られるビームでバー
   コード上をスキャンすることにより誤読率を低減、及び
   読取深度、レスポンスを向上させたことを特徴とするバ
   ーコード読取装置。
2. 【請求項２】 請求項１のバーコード読取装置におい
   て、前記棒状遮蔽物の取付角度を該棒状部が半導体レー
   ザーの接合面垂直方向に対して直角に交差する角度とし
   たことを特徴とするバーコード読取装置。