(57)【要約】      （修正有）【課題】光学的情報読取装置において、微細な記号により示される情報を読み取る場合でも、安価に大きな読取深度を実現できるようにする。【解決手段】光反射率が周囲と異なる記号により示される情報を読み取るバーコードスキャナ１のような光学的情報読取装置において、レーザ光源１１から出力されたレーザ光線を読み取り対象物４０に照射する光照射手段に、光軸から離れる領域ほど正の屈折力が弱くなる特性を持つ非球面の集光レンズ１２を設け、その集光レンズ１２により、レーザ光源１１から出力されたレーザ光線を、光軸に沿って連続的に分布する集光位置に集光するようにした。【選択図】図１
2010152855.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光反射率が周囲と異なる記号により示される情報を読み取る光学的情報読取装置であって、
レーザ光線を出力する光源と、
前記光源から出力されたレーザ光線を読み取り対象物に照射する光照射手段と、
前記光照射手段により照射された光線の反射光である光信号を入力して電気信号に変換する信号変換手段と、
該信号変換手段により得られた電気信号を解析する解析手段とを有し、
前記光照射手段が、光軸から離れる領域ほど正の屈折力が弱くなる特性を持つ非球面レンズを有し、該レンズにより、前記光源から出力されたレーザ光線を、光軸に沿って連続的に分布する集光位置に集光することを特徴とする光学的情報読取装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光学的情報読取装置であって、
前記非球面レンズは、Ｋを円錐係数、ｃを面頂点の曲率、ｒをラジアル座標として、光軸に対する平行面のサグｚが以下の式（１）で表されるものであり、かつＫ＜−１であることを特徴とする光学的情報読取装置。
【数１】
2010152855.tif 000007
【請求項３】
光反射率が周囲と異なる記号により示される情報を読み取る光学的情報読取装置であって、
レーザ光線を出力する光源と、
前記光源から出力されたレーザ光線を読み取り対象物に照射する光照射手段と、
前記光照射手段により照射された光線の反射光である光信号を入力して電気信号に変換する信号変換手段と、
該信号変換手段により得られた電気信号を解析する解析手段とを有し、
前記光照射手段が、前記光源から出力されたレーザ光線を集光する光学系を有し、
該光学系は、光軸からの距離に応じて集光力が連続的に変化し、前記レーザ光線のうち前記光軸から所定距離未満の位置に入射した部分を、その透過位置に応じた距離に集光し、前記レーザ光線のうち前記光軸から前記所定距離より離れた位置に入射した部分を発散させるものであることを特徴とする光学的情報読取装置。
【請求項４】
請求項３に記載の光学的情報読取装置であって、
前記光学系は、前記光源から出射されて該光学系を通過した光の波面が、該光学系の出射側に位置するレンズ面とその面頂点において接する平面を参考面とし、前記参考面上のラジアル座標ｒにおける波面と参考面のずれをΔＬ、αを正の定数、βを負の定数として、ΔＬ＝αｒ２＋βｒ４となる特性を有し、かつ、前記光学系が、少なくともｒ≦√（−α／２β）なる範囲を通る光を入射させる開口径を有することを特徴とする光学的情報読取装置。
【請求項５】
光源から出力されるレーザ光線を対象物に照射する光照射装置であって、
前記光源から出力されたレーザ光線を集光する光学系を有し、
該光学系は、光軸からの距離に応じて集光力が連続的に変化し、前記レーザ光線のうち前記光軸から所定距離未満の位置に入射した部分を、その透過位置に応じた距離に集光し、前記レーザ光線のうち前記光軸から前記所定距離より離れた位置に入射した部分を発散させるものであることを特徴とする光照射装置。
【請求項６】
請求項５に記載の光照射装置であって、
前記光学系は、前記光源から出射されて該光学系を通過した光の波面が、該光学系の出射側に位置するレンズ面とその面頂点において接する平面を参考面とし、前記参考面上のラジアル座標ｒにおける波面と参考面のずれをΔＬ、αを正の定数、βを負の定数として、ΔＬ＝αｒ２＋βｒ４となる特性を有し、かつ、前記光学系が、少なくともｒ≦√（−α／２β）なる範囲を通る光を入射させる開口径を有することを特徴とする光照射装置。
【請求項７】
光反射率が周囲と異なる記号により示される情報を読み取る光学的情報読取方法であって、
レーザ光線を出力する光源から出力されたレーザ光線を、該レーザ光線を集光する光学系を通して読み取り対象物に照射する手順と、
該照射された光線の反射光である光信号を入力して電気信号に変換する手順と、
該変換により得られた電気信号を解析する手順とを有し、
前記光学系は、光軸からの距離に応じて集光力が連続的に変化し、前記レーザ光線のうち前記光軸から所定距離未満の位置に入射した部分を、その透過位置に応じた距離に集光し、前記レーザ光線のうち前記光軸から前記所定距離より離れた位置に入射した部分を発散させるものであることを特徴とする光学的情報読取方法。
【請求項８】
請求項７に記載の光学的情報読取方法であって、
前記光学系は、前記光源から出射されて該光学系を通過した光の波面が、該光学系の出射側に位置するレンズ面とその面頂点において接する平面を参考面とし、前記参考面上のラジアル座標ｒにおける波面と参考面のずれをΔＬ、αを正の定数、βを負の定数として、ΔＬ＝αｒ２＋βｒ４となる特性を有し、かつ、前記光学系が、少なくともｒ≦√（−α／２β）なる範囲を通る光を入射させる開口径を有することを特徴とする光学的情報読取方法。
【請求項９】
光源から出力されたレーザ光線を、該レーザ光線を集光する光学系を通して読み取り対象物に照射する光照射方法であって、
前記光学系は、光軸からの距離に応じて集光力が連続的に変化し、前記レーザ光線のうち前記光軸から所定距離未満の位置に入射した部分を、その透過位置に応じた距離に集光し、前記レーザ光線のうち前記光軸から前記所定距離より離れた位置に入射した部分を発散させるものであることを特徴とする光照射方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の光照射方法であって、
前記光学系は、前記光源から出射されて該光学系を通過した光の波面が、該光学系の出射側に位置するレンズ面とその面頂点において接する平面を参考面とし、前記参考面上のラジアル座標ｒにおける波面と参考面のずれをΔＬ、αを正の定数、βを負の定数として、ΔＬ＝αｒ２＋βｒ４となる特性を有し、かつ、前記光学系が、少なくともｒ≦√（−α／２β）なる範囲を通る光を入射させる開口径を有することを特徴とする光照射方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光反射率が周囲と異なる記号により示される情報を読み取る、バーコードスキャナ等の光学的情報読取装置、光反射率が周囲と異なる記号により示される情報を読み取る光学的情報読み取り方法、このような光学的情報読取装置における使用に適した光照射装置及び光照射方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えばバーコードのような、光反射率が周囲と異なる記号により示される情報を読み取る光学的情報読取装置として、レーザ光線を読取り対象物に照射して、読み取り対象物により反射された反射光を受光し、これを電気信号に変換して解析することにより、読取り対象物上に付されている情報を読み取る装置が知られている。
【０００３】
そして、例えばバーコード記号を読み取る場合には、レーザ光線によりコード記号を走査するとき、レーザ光線のスポットが当たっている領域中に黒いバーの部分が多いほど反射光量が少なく、白いバー（スペース）の部分が多いほど反射光量が多いことを利用して、受光した反射光強度をバーの並びに、さらにはその並びによって示される文字列や数値に変換することができる。そしてこの場合、走査に用いるビームのスポット径が小さいほど、微細なパターンによる反射光量変化を正確に検出することができる。
【０００４】
このため、従来から、レーザ光源から出力されるレーザ光線を、集光レンズや開口絞りを通して読み取り対象物に照射することが行われていた。そして、この集光レンズとして、従来は、例えば特許文献１に見られるように、単焦点レンズが用いられていた。
しかし、単焦点レンズの場合、特定の集光点付近では径の小さいビームスポットが得られるものの、集光点から離れた位置では、ビームスポットの径が大きくなってしまう。このため、特に微細なコード記号については、読取り可能な距離の範囲（読取深度）が小さくならざるを得なかった。
また、適切な距離で読取り装置を読取り対象物にかざす操作に手間がかかったり、読取り装置を固定して設ける場合には、読取り対象物を移動させる経路に制約が大きかったりするという問題があった。
【０００５】
このような問題を解決するための手段としては、例えば特許文献２乃至４に記載のように、レーザ光源から出力されるレーザ光線に、アクシコンレンズや、これを一部改変した光学部材を含む光学系を通過させ、ベッセルビーム様のビームとして読み取り対象物に照射することが提案されている。
そして、このような光学系を用いれば、長い距離に亘ってビームスポットの径のサイズを小さく抑えることができるため、単焦点レンズを用いる場合に比べ、読取深度を向上させることができる。
【０００６】
また、開口絞りについては、単純な構成としては、特許文献５に記載のように、通光部と遮光部とを有する部材を、レンズの出射側に配置することが行われている。
しかし、このような開口絞りでは、レンズの光軸と通光部の中心とを精密に位置合わせしないと、ビームスポットの形状が歪んでしまうため、装置を製造する際に、コストや手間をかけて精度の高い位置合わせを行う必要があった。また、通光部の端縁部を通過するレーザビームの回折により、開口絞りを通過したビームがリープル状のビーム強度分布となってしまうため、ビームスポットプロファイルが平坦な波形にならず、このため読取り対象物からの反射光に歪んだ波形が入って読み取り精度が低下するという問題があった。
【０００７】
そして、これらの問題のうち、前者に対処する技術としては、特許文献６に記載のように、集光レンズと開口絞りを一体化させ、開口絞りを通過させない部分に相当する光を、集光レンズの外側に設けた反射面により、透過光の光路から外れた方向へ反射させるものが知られている。
一方、後者の問題に対処する技術としては、特許文献７に記載のように、開口絞りとして透過性が連続的に変化するマスクを用いるものが知られている。
【０００８】
また、上記各文献に記載の技術の他、長距離にわたって細いビームを作る技術としては、特許文献８に記載のものも知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平５−２７４４６０号公報
【特許文献２】特開平９−３０５６９２号公報
【特許文献３】米国特許第６５４０１４５号明細書
【特許文献４】米国特許第６６５１８８８号明細書
【特許文献５】特公昭５８−２００１５号公報
【特許文献６】米国特許第６４５４１６７号明細書（特に図１７及び図１８）
【特許文献７】米国特許第６９６９００３号明細書（特に図３Ｃ）
【特許文献８】特開平９−１９７３３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、上記の特許文献３乃至５に記載のようなアクシコンレンズ又はこれを一部改変した光学部材は、加工が困難であることから、コストが高いという問題があった。また、複数のレンズを組み合わせて光学系を構成することから、部品点数の増加による構造の複雑化や、さらなるコストアップの原因となるという問題もあった。
【００１１】
また、光学部材が光路上に頂点（断面が微分不可能な関数で表される点）を有するため、この部分を理論通りに加工することは不可能である、すなわち、加工精度を上げても頂点部分が丸みを帯びざるを得ない。そしてこのため、実際に特許文献３乃至５に記載の光学系を使用すると、ビームスポットの中心部分でレーザビームの散乱が起こることになり、読み取り精度の低下につながるという問題もあった。
一方で、近年、細いバーの幅が５ｍｉｌ（０．１２７ｍｍ）であるような微細なバーコード記号も用いられるようになっており、このような微細なバーコードでも広い読取深度で読み取ることができる、安価な読取装置が望まれている。
【００１２】
この発明は、このような問題を解決し、光学的情報読取装置において、微細な記号により示される情報を読み取る場合でも、安価に大きな読取深度を実現できるようにすることを目的とする。
【００１３】
一方、開口絞りについては、特許文献６に記載の手法を採用しても、通光部の端縁部を通過するレーザビームの回折防止には、さほど効果はない。また、特許文献７に記載の手法を採用しても、レンズの光軸と高透過性領域の中心との位置合わせは必要である。すなわち、回折によるビームスポットの歪みの問題と、位置合わせの問題との双方を解決できる手法は従来知られていなかった。
この発明は、このような問題を解決し、光学的情報読取装置において、安価に高い読み取り精度を得られるようにすること、及び、このような用途に適した光照射装置を提供することも、目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の目的を達成するため、この発明は、光反射率が周囲と異なる記号により示される情報を読み取る光学的情報読取装置において、レーザ光線を出力する光源と、上記光源から出力されたレーザ光線を読み取り対象物に照射する光照射手段と、上記光照射手段により照射された光線の反射光である光信号を入力して電気信号に変換する信号変換手段と、その信号変換手段により得られた電気信号を解析する解析手段とを設け、上記光照射手段が、光軸から離れる領域ほど正の屈折力が弱くなる特性を持つ非球面レンズを有し、そのレンズにより、上記光源から出力されたレーザ光線を、光軸に沿って連続的に分布する集光位置に集光するようにしたものである。
【００１５】
このような光学的情報読取装置において、上記非球面レンズを、Ｋを円錐係数、ｃを面頂点の曲率、ｒをラジアル座標として、光軸に対する平行面のサグｚが以下の式（１）で表されるものとし、かつＫ＜−１とするとよい。
【数１】
2010152855.tif 000003
【００１６】
また、この発明の別の光学的情報読取装置は、光反射率が周囲と異なる記号により示される情報を読み取る光学的情報読取装置において、レーザ光線を出力する光源と、上記光源から出力されたレーザ光線を読み取り対象物に照射する光照射手段と、上記光照射手段により照射された光線の反射光である光信号を入力して電気信号に変換する信号変換手段と、その信号変換手段により得られた電気信号を解析する解析手段とを設け、上記光照射手段に、上記光源から出力されたレーザ光線を集光する光学系を設け、その光学系を、光軸からの距離に応じて集光力が連続的に変化し、上記レーザ光線のうち上記光軸から所定距離未満の位置に入射した部分を、その透過位置に応じた距離に集光し、上記レーザ光線のうち上記光軸から上記所定距離より離れた位置に入射した部分を発散させるものとしたものである。
【００１７】
また、この発明の光照射装置は、光源から出力されるレーザ光線を対象物に照射する光照射装置において、上記光源から出力されたレーザ光線を集光する光学系を設け、その光学系を、光軸からの距離に応じて集光力が連続的に変化し、上記レーザ光線のうち上記光軸から所定距離未満の位置に入射した部分を、その透過位置に応じた距離に集光し、上記レーザ光線のうち上記光軸から上記所定距離より離れた位置に入射した部分を発散させるものとしたものである。
【００１８】
また、この発明の光学的情報読み取り方法は、光反射率が周囲と異なる記号により示される情報を読み取る光学的情報読取方法において、レーザ光線を出力する光源から出力されたレーザ光線を、そのレーザ光線を集光する光学系を通して読み取り対象物に照射する手順と、その照射された光線の反射光である光信号を入力して電気信号に変換する手順と、その変換により得られた電気信号を解析する手順とを設け、上記光学系を、光軸からの距離に応じて集光力が連続的に変化し、上記レーザ光線のうち上記光軸から所定距離未満の位置に入射した部分を、その透過位置に応じた距離に集光し、上記レーザ光線のうち上記光軸から上記所定距離より離れた位置に入射した部分を発散させるものとしたものである。
【００１９】
また、この発明の光照射方法は、光源から出力されたレーザ光線を、そのレーザ光線を集光する光学系を通して読み取り対象物に照射する光照射方法において、上記光学系を、光軸からの距離に応じて集光力が連続的に変化し、上記レーザ光線のうち上記光軸から所定距離未満の位置に入射した部分を、その透過位置に応じた距離に集光し、上記レーザ光線のうち上記光軸から上記所定距離より離れた位置に入射した部分を発散させるようにしたものである。
【００２０】
また、上記の光学的情報読取装置、光照射装置、光学的情報読取方法及び光照射方法において、上記光学系を、上記光源から出射されてその光学系を通過した光の波面が、その光学系の出射側に位置するレンズ面とその面頂点において接する平面を参考面とし、上記参考面上のラジアル座標ｒにおける波面と参考面のずれをΔＬ、αを正の定数、βを負の定数として、ΔＬ＝αｒ２＋βｒ４となる特性を有し、かつ、上記光学系が、少なくともｒ≦√（−α／２β）なる範囲を通る光を入射させる開口径を有するようにするとよい。
【発明の効果】
【００２１】
以上のようなこの発明の光学的情報読取装置によれば、微細な記号により示される情報を読み取る場合でも、安価に大きな読取深度を実現することができる。さらに、安価に高い読み取り精度を得られるようにすることができる。
また、この発明の光照射装置によれば、安価に滑らかなビームスポットプロファイルの細いビームを照射可能であり、このような光照射装置を用いることにより、安価で高い読み取り精度を得られる光学的情報読取装置を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】この発明の光学的情報読取装置の第１の実施形態であるバーコードスキャナにおける光学系の構成を模式的に示す図である。
【図２】図１に示した処理回路２０の構成を示す図である。
【図３】図１に示した集光レンズ１２と開口絞り１３との関係を示す図である。
【図４】集光レンズの面頂点について説明するための図である。
【図５】図１に示した光学系において光が集光レンズ１２を通過する位置を示すラジアル座標の値と、その位置を通過した光の集光位置との関係を示すグラフである。
【００２３】
【図６】集光レンズ１２を用いたレーザ光線の集光と、バーコードの読み取り位置との関係を模式的に示す図である。
【図７】比較例として、単焦点レンズを集光レンズとして用いた場合のレーザ光線の集光と、バーコードの読み取り位置との関係を模式的に示す図である。
【図８】単焦点レンズを用いた２種類の光学系について、バーコードの読み取り位置と得られるコントラストとの関係を示す図である。
【図９】集光距離１５０ｍｍのレンズを用いる場合のビームスポットプロファイル及び、パターン線幅とコントラストとの関係を示す図である。
【図１０】この発明の第１の実施形態のバーコードスキャナにおける、バーコードの読み取り位置と得られるコントラストとの関係を示す、図８と対応する図である。
【００２４】
【図１１】この発明の第１の実施形態のバーコードスキャナにおける、ビームスポットプロファイル及び、パターン線幅とコントラストとの関係を示す、図９と対応する図である。
【図１２】テストパターンの内容を示す図である。
【図１３】図８（ａ）に特性を示した集光距離６０ｍｍの集光レンズを用いたバーコードスキャナにより図１２に示したテストパターンを読み取った場合に得られる信号の波形を示す図である。
【図１４】図８（ｂ）に特性を示した集光距離１５０ｍｍの集光レンズを用いたバーコードスキャナにより図１２に示したテストパターンを読み取った場合に得られる信号の波形を示す図である。
【図１５】この発明の第１の実施形態のバーコードスキャナにより図１２に示したテストパターンを読み取った場合に得られる信号の波形を示す図である。
【００２５】
【図１６】図１３乃至図１５で用いた３種のバーコードスキャナによって得られる読取深度の見積もりを示す図である。
【図１７】この発明の第２の実施形態のバーコードスキャナと対比するために、従来のバーコードスキャナにおけるレーザビームの照射光学系の構成を模式的に示す図である。
【図１８】図１７に示した照射光学系におけるビーム径について説明するための図である。
【図１９】光学系を通過した光の波面について説明するための図である。
【図２０】この発明の第２の実施形態のバーコードスキャナに採用する、好ましい波面の形状について説明するための図である。
【００２６】
【図２１】そのバーコードスキャナにおける集光レンズの径について説明するための図である。
【図２２】この発明の光学的情報読取装置の第２の実施形態であるバーコードスキャナにおける光学系の構成を模式的に示す、図１と対応する図である。
【図２３】図２２に示したバーコードスキャナ及び比較例における、ビーム照射用光学系を通過した光のビームスポットプロファイルを示す図である。
【図２４】第１及び第２の実施形態で説明した集光レンズの別の態様を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、この発明を実施するための形態を図面を参照して説明する。
〔第１の実施形態：図１乃至図６〕
まず、この発明の光学的情報読取装置の第１の実施形態であるバーコードスキャナのハードウェア構成について説明する。
図１は、このスキャナにおける光学系の構成を模式的に示す図である。
バーコードスキャナ１は、図１に示すように、レーザ光源１１，集光レンズ１２，開口絞り１３，スキャニングミラー１４，結像レンズ１５，光電変換器１６，処理回路２０を有する。
【００２８】
そして、バーコードスキャナ１は、半導体レーザによるレーザ光源１１の発光点１１ａから出力されるレーザ光線を、正の屈折力を有する集光レンズ１２を通過させた後、開口絞り１３で径を絞り、スキャニングミラー１４により偏向させて、読み取り対象物４０上に設けられたバーコード記号４１に対して照射し、バーコード記号４１上をレーザ光線のビームスポットにより走査できるように構成している。
なお、バーコードスキャナ１は集光レンズ１２の特性に特徴を有するが、この点については後述する。
【００２９】
また、スキャニングミラー１４は、図１では平面鏡として示しているが、実際には正多角形柱上で側面が鏡面となっているポリゴンミラーを用いることが好ましい。このポリゴンミラーを所定の軸を中心に一定速度で回転させることにより、レーザ光線の反射角を周期的に変化させて反射光による走査を行うことができる。
以上の集光レンズ１２、開口絞り１３及びスキャニングミラー１４が光照射手段である。
【００３０】
一方、結像レンズ１５には、読み取り対象物４０により反射されてきた走査レーザ光線を入射させ、信号変換手段である光電変換器１６上に結像させる。そして、光電変換器１６がその反射光を、強度に応じたアナログ電気信号に変換し、処理回路２０による解析に供する。なおここでは、光電変換器１６には、光信号を電流信号に変換するフォトダイオード（ＰＤ）などの光電変換素子と、その電流信号を電圧信号に変換する電流／電圧変換器とを設け、光電変換器１６からは電圧信号が出力されるようにする。
【００３１】
バーコード記号４１は、光反射率の高い部分（通常は白、白バー）と低い部分（通常は黒、黒バー）からなる。従って、この上を走査するレーザ光線の反射光は、ビームスポットが光反射率の高い部分を通過する際には強度が高く、光反射率の低い部分を通過する際には強度が低くなる。そこで、この強度変化を処理回路２０で解析することにより、バーコード記号４１中のバーの太さや並びを認識することができる。
【００３２】
図２に、この処理回路２０の構成を示す。
この処理回路２０は、解析手段であり、図２に示す通り、増幅部２１，ローパスフィルタ２４，二値化回路２５，自動利得制御部２６を有する。
このうち増幅部２１は、光電変換器１６から入力される電圧信号を増幅する。また、光電変換器１６から入力される信号を前置増幅器２２で一旦増幅した後、自動利得制御部２６による増幅利得の制御を受ける可変利得増幅器２３により、さらに増幅して、ローパスフィルタ２４に出力する。
【００３３】
そして、ローパスフィルタ２４の出力は二値化回路２５に入力され、白バーと黒バーを示す０／１のデジタル信号に変換される。このデジタル信号は図示しないデコード部に送出され、このデコード部において、バーの太さと並びに基づき、バーコード記号により表現される数値や文字列を示すデータに変換される。
【００３４】
また、自動利得制御部２６は、ローパスフィルタ２４の出力に基づいて可変利得増幅器２３の利得をフィードバック制御する手段である。そして、ローパスフィルタ２４の出力が所定の基準値より小さくなった場合に可変利得増幅器２３の利得を大きくし、逆にローパスフィルタ２４の出力が所定の基準値より大きくなった場合に可変利得増幅器２３の利得を小さくすることにより、ローパスフィルタ２４における出力の標準的なレベルを概ね一定に保つような制御を行う。
【００３５】
次に、バーコードスキャナ１が備える集光レンズ１２の特性について説明する。
集光レンズ１２は、非球面レンズであり、光軸を中心とするラジアル座標値ｒの位置における、光軸に対する平行面のサグｚが下記式（１）で表される特性を有する。ただし、Ｋ＜−１である。
【００３６】
【数２】
2010152855.tif 000004
【００３７】
すなわち、集光レンズ１２は、光路上にある面の一方が、図３（ａ）に示すように、式（１）で表されるサグｚを持つ回転双曲面（双曲線の一方を軸を中心に回転して得られる面）Ｈとなっている。なお、面頂点とは、図４に示すような、ラジアル座標ｒが０となる点Ｐ、すなわち、回転双曲面Ｈと光軸との交点のことである。
また、レンズ径Ｒは、開口絞り１３の開口径ＡＰのサイズを考慮して、絞りが十分機能するサイズとすればよい。また、レンズの固定の便宜を考慮して、回転双曲面Ｈを設けた部分より外側に、図３（ｂ）に示すようにツバ部１２ａを設けてもよい。
【００３８】
集光レンズ１２は、以上のような回転双曲面Ｈにより、光軸から離れる領域ほど正の屈折力が弱くなる特性を持つ。このため、光軸に近い位置を通過する光ほど強く集光されてレンズから近い位置に合焦し、光軸から離れた位置を通過する光ほど弱く集光されてレンズから遠い位置に合焦する。従って、集光レンズ１２は、レーザ光源１１から出力されたレーザ光線を、光軸に沿って連続的に分布する集光位置に集光することができる。
【００３９】
図５に、図１に示した光学系において光が集光レンズ１２を通過する位置を示すラジアル座標の値と、その位置を通過した光の集光位置との関係をグラフで示す。曲線５１が、集光レンズ１２の特性を示すものである。また、破線５２は、従来のバーコードスキャナにおいて用いられていた、単焦点レンズを用いた光学系の特性を、同様に示したものである。光源は波長６５０ナノメートル（ｎｍ）のレーザ光源であるとする。
【００４０】
なお、この図からわかるように、ラジアル座標がほぼ０の位置を通過する光であっても、集光位置はレンズのごく近傍になるわけではなく、所定距離離れた位置となる。この位置を近軸集光点と呼ぶが、レンズから近軸集光点までの距離は、回転双曲面Ｈの面頂点の曲率に依存する。
【００４１】
また、図５に示した特性はあくまでも一例であり、式（１）におけるｃやＫの値を変化させることにより、光軸近傍（ラジアル座標位置０）を通過する光の集光位置や、光軸からの距離（ラジアル座標値）の増加に応じて集光位置がレンズから離れる度合いを、変化させることができる。
【００４２】
ここで、図６に、集光レンズ１２を用いたレーザ光線の集光と、バーコードの読み取り位置との関係を模式的に示す。なお、図６では開口絞り１３やスキャニングミラー１４は考慮していない。また、図６では、光軸付近を通過する光６１（近軸光束）、光軸と端部の中間を通過する光６２、端部を通過する光６３が集光レンズ１２により集光される様子を代表例として示している。
【００４３】
図５に示した特性からも明らかなように、レーザ光源１１から出力され、回転双曲面Ｈを有する集光レンズ１２を通過してバーコードスキャナ１から読み取り対象物４０に照射されるレーザ光線のうち、光軸付近（ラジアル座標の小さい位置）を通過した光６１は、集光レンズ１２から近い位置、すなわちバーコードスキャナ１本体から近い位置に集光される。また、光軸から遠い端部を通過した光６３は、集光レンズ１２から遠い位置、すなわちバーコードスキャナ１本体から遠い位置に集光される。そして、この集光位置は光軸上に連続的に分布している。
【００４４】
従って、図６に符号４０ａで示す近い位置から４０ｃで示す遠い位置まで、読み取り対象物４０がどの位置にあっても、集光された小さい径のビームスポットにより、読み取り対象物４０上のバーコード記号４１を走査することができる。従って、バーコードスキャナ１の近傍から遠方まで、広い範囲に亘り、バーコード記号４１が微細なものであっても、高いコントラストで、白バーと黒バーとを判別することができる。すなわち、大きな読取深度を得ることができる。
【００４５】
また、回転双曲面Ｈには、断面に微分不可能な点がないため、特殊な手法を用いなくても正確な加工が可能であり、さらに、曲率変化がゆるやかであるため、容易に高い面精度を得ることができ、低コストで製造することができる。従って、バーコードスキャナ１においては、回転双曲面Ｈを有する集光レンズ１２を用いることにより、安価に大きな読取深度を実現することができる。
【００４６】
〔比較例：図７乃至図９〕
次に、集光レンズ１２の効果についてさらに説明するため、まず、従来安価な集光レンズとして用いられてきた単焦点レンズの特性について比較例として説明する。なお、以下の説明に用いるグラフに示すデータは、全て発明者らによるシミュレーションで得られたものである。
【００４７】
図７は、集光レンズとして単焦点レンズを用いたレーザ光線の集光と、バーコードの読み取り位置との関係を模式的に示す、図６と対応する図である。
図７に示す通り、集光レンズ１１２として単焦点レンズを用いる場合、レーザ光源１１１から出力され、集光レンズ１１２を通過してバーコードスキャナから読み取り対象物に照射されるレーザ光線は、レンズから所定の集光距離だけ離れた位置の１つの集光点Ｆに集光される。そして集光点Ｆよりレンズから離れた位置では、発散していく。
【００４８】
従って、読み取り対象物が符号１４０ａで示すように集光点Ｆ付近に位置する場合には、集光された小さい径のビームスポットにより読み取り対象物上のバーコード記号を走査することができる。しかし、符号１４０ｂで示すように集光点Ｆから離れた場所に位置する場合には、レーザビームが発散してスポット径が大きくなってしまうため、バーコード記号の黒バーと白バーとに同時にスポットが当たってしまい、これらを高いコントラストで識別することができなくなってしまう。
【００４９】
ここで、図８に、単焦点レンズを用いた場合の、読み取り位置とコントラストとの関係を示す。
図８において、横軸は、サンプルのバーコード記号を配置した位置とレンズとの距離、縦軸は、コントラストの相対値である。なお、レンズの厚さはかなり薄いため、レンズ中のどの位置を距離計測の基準点としても大勢に影響はないが、ここでは図７で右側の面頂点を基準とした。
【００５０】
そして、（ａ）は、集光距離（レンズから集光点までの距離）６０ｍｍの光学系を用いた場合の値、（ｂ）は集光距離１５０ｍｍの光学系を用いた場合の値であり、各例につき、バーコード記号の幅が０．１２７ｍｍのもの、０．２５４ｍｍのもの、０．５０８ｍｍのものの３通りについて、コントラストを示している。このうち０．１２７ｍｍが、現在実用的な範囲で読取りが要求される最小サイズのパターンに対応する。
【００５１】
図８からわかるように、単焦点レンズを用いた場合、バーコード記号が集光点付近に位置する場合においては高いコントラストが得られるものの、ここからずれるに従って急速にコントラストが低下する。
従って、光学系の集光距離により高コントラストの得られる領域を調整することは可能であるものの、近距離での読み取りを重視して集光距離６０ｍｍの光学系を用いると、遠距離での読み取りが困難であるし、遠距離での読み取りを重視して集光距離１５０ｍｍの光学系を用いると、近距離での読み取りが困難である。さらに、バーコード記号が微細なものになればなるほど、十分なコントラストが得られる位置の範囲は狭くなる。
【００５２】
また、単焦点レンズを用いて０．１２７ｍｍのような微細なバーコード記号を読み取る場合、バーコード記号の位置を集光点からレンズに近づけていくと、ある位置まではコントラストが徐々に低下するが、ある位置を超えると逆にコントラストが増加に転じ、コントラストに集光点付近とは別の小ピーク（図では符号Ａで示した）が現れる。
【００５３】
しかし、この小ピークの部分では、コントラストは上昇するものの、明るい部分と暗い部分とが反転し、黒バー部が白バー部より明るいピークとして検出されてしまう。したがって、バーコード記号の読み取りを行う場合、むしろこの部分を排除できるように読み取り閾値を設定する必要がある。さもないと、もしバーコードスキャナから近い位置にバーコード記号が置かれてしまった場合に、そのバーコード記号上のバーの配置を全く誤った内容で読み取ってしまうためである。従って、集光レンズに近い位置での読み取りは、放棄せざるを得ないことになる。
この点の影響は、集光距離の長い光学系を用いる場合に特に顕著となる。
【００５４】
図９に、集光距離１５０ｍｍの光学系を用いる場合のビームスポットプロファイル及び、パターン線幅とコントラストとの関係を、複数の位置について示す。
（ａ）はレンズからの距離４０ｍｍ（集光距離より大幅にレンズに近い位置）、（ｂ）は１５０ｍｍ（集光距離）、（ｃ）は１９０ｍｍ（集光距離より遠い位置）におけるデータである。また、各行において、左側のグラフは、ビームスポットプロファイルを、横軸を光軸からの距離、縦軸を光の相対強度として示したものである。右側のグラフは、パターン線幅（と対応する空間周波数）とコントラストとの関係を示したものである。パターン線幅（空間周波数）の単位はラインペア／ミリメートル（ｌｐ／ｍｍ）であり、縦軸は図８と同じスケールのコントラストの相対値である。
【００５５】
これらのグラフからわかるように、集光距離より遠い位置においては、ビームスポットは光軸上が最大光量となり、そこから離れるにつれて光量の低下するシングルピークとなっている。また、コントラストも、パターン線幅が狭くなるにつれて徐々に低下していき、ある程度以上狭くなるとゼロで一定となる。
【００５６】
しかし、集光距離より大幅にレンズに近い位置では、ビームスポットプロファイルには真ん中で割れた２つのピークが現れる。すなわち、光軸付近よりその周囲の方が光量が大きい状態となる。そして、このことに起因して、約３ｌｐ／ｍｍから８ｌｐ／ｍｍの、グラフに斜線を施した範囲では、明暗の反転が生じる。
特に、パターン線幅０．１２７ｍｍと対応する３．９４ｌｐ／ｍｍの場合には、明暗反転状態でのコントラストが０．２近くにも達するため、読み取りの閾値は、これよりも高い領域に設定せざるを得ない。
【００５７】
以上の通りであるため、このため、図８（ｂ）及び図９に示した特性の光学系を用いて読み取りを行う場合、光電変換器１６や処理回路２０の性能限界を考慮すればよりコントラストの低い状態でも読み取りが可能であるにも関わらず、破線６４で示すように、相対コントラスト０．２程度の位置に閾値を設定せざるを得なかった。従って、光電変換器１６や処理回路２０の性能限界付近に閾値を設定した場合と比べ、遠方における読み取り可能距離範囲を犠牲にする結果となっていた。
【００５８】
なお、図８（ａ）に示したような集光距離の短い光学系であればこのような明暗反転は、極めてレンズで近い位置でしか起こらないため、この部分を放棄してもさほど問題にはならない。しかし、図８から明らかなように、集光レンズからの距離が増すと急速にコントラストが低下するため、遠距離での読み取りは難しく、やはりさほど広い読み取り可能範囲は得られない。
【００５９】
また、距離が離れているため通常はさほど問題にはならないものの、図８（ａ）のグラフで、配置位置が概ね１５０ｍｍ以上の部分で、集光レンズからの距離の増加に応じてコントラストが一旦低下した後上昇に転じている箇所では、図９（ａ）に示したものと同様な明暗の反転も生じる。
【００６０】
〔第１の実施形態の効果：図１０乃至図１６〕
次に、図１０及び図１１に、図１乃至図６を用いて説明したような、回転双曲面Ｈを備える集光レンズを用いた場合における、図８及び図９と対応するグラフを示す。なお、これらの図におけるコントラストの相対値の基準も、図８及び図９の場合と共通である。
【００６１】
これらの図からわかるように、回転双曲面Ｈを備える集光レンズを用いた場合には、パターン線幅によらず、レンズに近い位置から遠い位置まで、広い範囲で安定したコントラストを得ることができる。なお、コントラストの値自体は、図８及び図９の例よりも全体に低くなっているが、この点は以下の理由により問題とならない。
【００６２】
すなわち、図１１からわかるように、回転双曲面Ｈを備える集光レンズを用いた場合には、近軸集光点よりもレンズに近い位置であっても、ビームスポットが割れることはない。そしてこのため、図８に符号Ａで示したような明暗反転領域は、ほとんど生じない。従って、読み取りの閾値を、光電変換器１６や処理回路２０の性能限界付近（図１０では破線５４で示す相対コントラスト０．１とした）にまで低下させることができるのである。
【００６３】
図１０において、バーコード記号の配置位置が集光レンズの極めて近くである場合には若干の反転が生じているものの、この程度の距離であれば、バーコードスキャナ１の筐体内に収まる距離であり、現実的にはこの位置に読み取り対象が配置されることはないので、実質的に無視することができる。
【００６４】
ここで、この効果をわかりやすく示すため、種々の線幅のテストパターンを読み取って得られる、信号波形の例を示す。
図１２が、このテストパターンの例であり、符号７１で示す線幅０．１００ｍｍ（４ｍｉｌ）から、符号７２で示す線幅０．２５４ｍｍ（１０ｍｉｌ）まで、線幅が段階的に変化するパターンを用いた。なお、グラフが立ち上がっている部分（符号７１や７２で示す部分を含む）が白バーを、それ以外の部分が黒バーを示す。また、符号７３で示す両側の立ち上がり部分は、バーコード両側の白いマージン部分を示す。
【００６５】
まず、図１３に、図８（ａ）に特性を示した集光距離６０ｍｍの光学系を用いたバーコードスキャナにより、図１２に示したテストパターンをレンズから４０ｍｍの位置に置いて読み取った場合（ａ）と、１９０ｍｍの位置に置いて読み取った場合（ｂ）との、ローパスフィルタ（図２の２４に相当）の出力波形を示す。
なお、図１３では、破線でテストパターンの形状を、実線で出力波形をそれぞれ示し、出力波形については、グラフの上側に行くほど、高い反射率に対応する出力がなされていることを示す。
【００６６】
この図からわかる通り、集光距離の短い光学系を用いた場合、（ａ）のようにレンズから近い位置で読み取りを行った場合には、集光点からの距離が近いため、パターンが細かくなるほどコントラストは低下するものの、細かい０．１００ｍｍのパターンまで、黒バー部では低反射率、白バー部では高反射率を示す出力が得られる。
【００６７】
しかし、（ｂ）のようにレンズから遠い位置で読み取りを行った場合には、集光点からの距離が遠くなってしまうため、細かいパターンはほとんど解像できない。すなわち、黒バー部と白バー部とで出力に目立った違いが見られない。さらに、符号Ｂで示す粗パターン部分では、黒バー部よりも白バー部の方が低反射率を示す出力となってしまう、明暗反転が起こっている。従って、（ｂ）の距離では適切な読み取りが行えないことがわかる。
【００６８】
また、図１４には、図８（ｂ）に特性を示した集光距離１５０ｍｍの集光レンズを用いた場合における、図１３と対応する波形を示している。
このように集光距離の長いレンズを用いた場合には、（ｂ）のようにレンズから比較的遠い位置で読み取りを行った場合でも、集光点からの距離がさほど遠くないため、比較的細かいパターンまで、黒バー部では低反射率、白バー部では高反射率を示す出力が得られる。
しかし、逆に（ａ）のようにレンズから近い位置で読み取りを行った場合には、符号Ｃで示す微細パターン部分で明暗反転が起こってしまう。
【００６９】
これに対し、図１５には、図１乃至図６を用いて説明したバーコードスキャナ１により読み取りを行った場合における、図１３及び図１４と対応する波形を示す。
この図からわかるように、回転双曲面Ｈを有する集光レンズを含む光学系を用いた場合には、（ａ）のようにレンズから近い位置で読み取りを行った場合も、（ｂ）のようにレンズから遠い位置で読み取りを行った場合も、符号Ｄで示すように、テストパターンの全範囲に亘って明暗反転は起こらない。また、遠方での最も細かいパターンの部分を除き、全てのパターンについて解析に十分なコントラストの出力波形が得られる（最も細かいパターンについても、１７０ｍｍ程度の距離であれば解析可能である）。従って、種々の幅のパターンについて、広い距離範囲での読み取りが可能であると言える。
【００７０】
図１６に、以上の３種のバーコードスキャナによって得られる、読取深度の見積もりを示す。
この図からわかるように、回転双曲面Ｈを有する上述した第１の実施形態における集光レンズ１２を用いることにより、図８（ａ）に特性を示した焦点距離の短い単焦点レンズを用いた場合と、図８（ｂ）に特性を示した焦点距離の長い単焦点レンズを用いた場合とを合わせた程度の読取深度が得られる。
特に、読み取るパターンが細かい場合、単焦点レンズを用いた光学系では読み取り可能範囲が狭いため、回転双曲面Ｈを有する集光レンズを用いることが有効であると言える。
【００７１】
〔第２の実施形態：図１７乃至図２３〕
次に、この発明の光学的情報読取装置の第２の実施形態であるバーコードスキャナについて説明する。
まず、図１７及び図１８を用いてこの実施形態の意義について説明する。
【００７２】
図１７は、従来のバーコードスキャナにおけるレーザビームの照射光学系の構成を模式的に示す図である。図１８は、図１７に示した光学系に開口絞りがある場合とない場合とでのビーム径の差を示す図である。
従来のバーコードスキャナ１００においては、図１７に示すように、レーザ光源１１１から出力されるレーザ光線を集光レンズ１１２により集光した後、開口絞り１１３によりビーム径を絞ってから読み取り対象物２００上のバーコード２０１に照射することが行われている。
【００７３】
図１７において、レーザ光線のうちハッチングを付した部分が、開口絞り１１３を通過する成分であり、その外側は、開口絞り１１３により遮断される成分である。
すなわち、レンズからの距離によって実際のサイズは異なるが、集光レンズ１１２で集光したのみの場合には図１８に符号Ｒ１で示すサイズのビーム径を、開口絞り１１３により、符号Ｒ２で示すようにより小さいサイズに絞ることができる。
【００７４】
そして、このように開口絞り１１３を用いてビーム径を絞ることにより、結像位置から離れた集光の不十分な位置でも、十分な読み取り精度を維持できる程度の小さいスポット径を得ることができる。すなわち、開口絞り１１３のない場合には図１７に符号Ｄ１で示す程度の読取深度であるとすると、開口絞り１１３を用いてビーム径を絞ることにより、符号Ｄ２で示すようにより大きな読取深度を得ることができる。
【００７５】
しかし、開口絞り１１３を用いる場合、部品点数がその分増加する他、集光レンズ１１２の光軸と開口絞り１１３との精密な位置合わせが必要であったり、開口絞り１１３の開口部の端縁部を通過するレーザビームの回折により、開口絞り１１３のビームスポットプロファイルが平坦な波形にならず、読み取り時のノイズの原因になるといった問題がある。
【００７６】
ここで説明するバーコードスキャナは、このような事情に鑑み、開口絞りを設けなくても細いビーム径のビームを読み取り対象物に照射できるようにしたものである。
この実施形態のバーコードスキャナは、このために、ビームを照射するための光学系、特に光学系を通過して出射する光の波面に特徴を有するものであるので、次にこの点について説明する。
【００７７】
まず、図１９を用いて、光学系を通過した光の波面について説明する。
図１９には、レーザ光源１１から放射状に出力されるビームの各方向の成分がレンズ１５０により偏向される様子を示している（ただし、図の下半分においては、参照面Ｒ以降の光路は図示していない）。レンズ１５０は、第１面１５１と第２面１５２の２つのレンズ面を有する。このうち第１面１５１は平面であり、第２面１５２は凸面である。
【００７８】
そして、レーザ光源１１の発光点Ｏから出力される光のうち、点Ａ１においてレンズ１５０に入射する成分は、第１面１５１において屈折し、点Ａ２において第２面１５２に達する。そして、第２面１５２において再度屈折してレンズ外へ出射する。また、レンズ１５０の第２面１５２の面頂点Ｏ３を通り、一点鎖線で示すレンズ１５０の光軸と垂直である参考面Ｒを考えると、点Ａ２から出射する成分は点Ａ３で参考面Ｒに達する。
【００７９】
そして、このように光が点Ｏから点Ａ３まで進む間の光路長Ｌは、空気の屈折率を１、レンズ１５０の屈折率をｎとすると、
Ｌ＝ＯＡ１＋ｎ×Ａ１Ａ２＋Ａ２Ａ３・・・（２）
で表される。
【００８０】
また、光軸上を進む光が参考面Ｒに達するまでに進む光路長Ｌｒｅｆは、同様に
Ｌｒｅｆ＝ＯＯ１＋ｎ×Ｏ１Ｏ３・・・（３）
で表される。ただし、この場合Ａ２に相当するレンズ１５０からの出射位置はＯ３と一致している。
そして、参考面Ｒ上の各位置Ａ３，Ｂ３，Ｃ３等について、ΔＬ＝Ｌｒｅｆ−Ｌを求めることにより、光学系を通過した光の波面の形状を得ることができる。
【００８１】
また、レンズ１５０が光軸について回転対称な形状であるとすると、光軸から距離ｒの点についてのΔＬの値はｒの関数ΔＬ（ｒ）として表現することができる。ただし、ΔＬ（０）＝０である。そして、この関数（波面式）は、レンズ面の形状、レーザ光源とレンズとの距離、レンズの屈折率などにより変化することになる。
【００８２】
次に、図２０を用いて、好ましい波面の形状について説明する。
この実施形態のバーコードスキャナにおいては、図２０に符号１６０で示すような形状の波面を形成する光学系を採用している。この波面は、縦軸に光軸からの距離（ラジアル座標ｒ）、横軸にラジアル座標ｒにおける光路差ΔＬ（ｒ）と取ったグラフとして示している。なお、Ｏ３が原点であり、横軸は右側に行くほど大きい値を示す。また、ラジアル座標に負の値は存在しないが、図を直感的にわかり易くするため、ｒが負の領域にもｒが正の部分と横軸について対称な形状を示した。
【００８３】
ここで、レンズ１５０から出射して参考面Ｒの各点を通る光成分は、そのラジアル座標における波面の法線方向に進むことが知られている。従って、図２０に示すように、ΔＬ（ｒ）の値が光軸において極小値を取り、その後ｒが増加するにつれて変曲点を通り、ｒ＝Ｒｍａｘにおいて極大値（最大値でもある）を取り、ｒ＞Ｒｍａｘにおいては極値を持たないように、連続的に変化するようにすれば、レーザ光源１１から出射したレーザビームのうち、参考面Ｒにおいてｒ＜Ｒｍａｘの部分を通過する光成分（レンズ１５０のどの範囲に入射した光成分が参考面Ｒにおいてｒ＜Ｒｍａｘの部分を通過するかは一意に定まる）のみを、ｒに応じた集光距離に集光し、ｒ＝Ｒｍａｘの部分を通過する光成分を、光軸と平行な方向へ出射させ、ｒ＞Ｒｍａｘの部分を通過する光成分を、集光せずに発散させることができる。
【００８４】
そして、発散した光成分については、読み取り対象物に達するまでに光量が低下して読み取りには寄与しないため、実質的に、参考面Ｒにおいてｒ＜Ｒｍａｘの部分を通過する光成分のみにより読み取り対象物上にビームスポットを形成することができ、開口絞りを設けた場合と同様に、レンズ１５０を通過するビームの実質的な径を、レンズの開口径より小さい値に定めることができる。
【００８５】
そして、レンズ自体により開口絞りの機能を実現するため、レンズと別に開口絞りを設ける必要が無く、レンズと開口絞りとの位置合わせは不要である。また、光の進行方向がレンズへの入射位置に応じて連続的に変化するため、回折によるビームスポットプロファイルの乱れも起こらない。
【００８６】
この場合において、ｒ＝０からｒ＝Ｒｍａｘの範囲でΔＬ（ｒ）が連続的に単調増加するようにすれば、上述した第１の実施形態の場合と同様、光軸付近を通過する光成分を最もレンズから近い位置に、通過位置が光軸から離れるに従って遠い位置にと、光軸に沿って連続的に分布する集光位置に集光することができる。
また、ｒ＝０においては波面の法線が光軸と一致することが、レンズの形状を滑らかにする上で好ましい。
【００８７】
以上の条件は、例えば、波面の形状を
ΔＬ（ｒ）＝αｒ２＋βｒ４・・・（４）
とすることにより実現できる。ただし、αとβは、α＞０，β＜０の定数である。このとき、ＲｍａｘとΔＬｍａｘの値はそれぞれ下記数３に示す値となる。そして、Ｒｍａｘの値を調整することにより、レンズを通過する光の実質ビーム径を定めることができるし、ΔＬｍａｘの値を調整することにより、ｒ＜Ｒｍａｘの部分を通過する光の集光位置を定めることができる。
【００８８】
【数３】
2010152855.tif 000005
【００８９】
また、ΔＬ（ｒ）を表す式は上記式（４）には限られないが、６次以上の高次項のない偶関数とすることにより、具体的に波面を実現するためのレンズの設計が容易となる。なお、ΔＬ（ｒ）を表す式が定まれば、その式から具体的にその波面を実現するためのレンズの形状やレーザ光源の配置位置を求める方法は公知である。
そして、式（４）に示した波面は、例えば、第１の実施形態で図３を用いて説明した、回転双曲面を有するレンズをレンズ１５０として用いることにより実現することができる。
【００９０】
すなわち、光軸を中心とするラジアル座標値ｒの位置における、光軸に対する平行面のサグｚが以下に再掲する式（１）で表される特性を有するものである。ただし、Ｋ＜−１である。
【００９１】
【数４】
2010152855.tif 000006
【００９２】
また、レンズ径Ｒとしては、少なくとも参照面においてｒ≦Ｒｍａｘの範囲を通る光を入射させるに十分なサイズが必要である。
すなわち、図２１に模式的に示すように、レンズ１５０の開口径Ｒ１は、レンズ１５０を通過する光の波面１６０において、Ｒｍａｘにより定められる仮想的な開口絞りの開口径Ｒ２よりも、大きい必要がある。
【００９３】
次に、図２２に、この実施形態のバーコードスキャナにおける光学系の構成を示す。この図は図１と対応するものであり、図１に示したものと同等な構成要素については、同じ符号を付した。
図２２を図１と比べるとわかる通り、この実施形態のバーコードスキャナ１′においては、開口絞り１３を設けていない。また、集光レンズ１５０の特性は、図１９乃至図２１を用いて上述したものである。
【００９４】
そして、バーコードスキャナ１′においては、少なくとも、レーザ光源１１と集光レンズ１５０とによって形成される部分の光学系から出射される光の波面が上述の特性を有するように集光レンズ１５０の形状やレーザ光源１１と集光レンズ１５０との位置関係を設定することにより、開口絞り１３を設けなくても、開口絞り１３を設けた場合と同等な径のビームを読み取り対象物４０に照射することができる。
その他の構成要素については、図１及び図２を用いて説明したものと同様であるから、ここでは説明を省略する。
【００９５】
次に、以上説明してきた光学系の効果について説明する。
図２３に示すのは、以上説明してきたビーム照射用光学系を通過した光のビームスポットプロファイルと、比較例である、その光学系の直後に半径がＲｍａｘの開口絞りを配置した場合のビームスポットプロファイルである。
具体的な数値としては、レンズ１５０の開口径を３．００ｍｍ、Ｒｍａｘ＝０．２７５ｍｍ、レーザ光の波長λ＝０．６５μｍ（マイクロメートル）、ΔＬｍａｘ＝０．４λ、走査方向のレーザ放射角が２８°とした。また、ＲｍａｘとΔＬｍａｘの値に基づき、式（４）におけるα＝＋６．８７６０[m-1]、β＝−４．５４６１×１０７[m-3]と定まる。
【００９６】
この条件においては、図２２（ａ）〜（ｄ）に示すように、近方においても遠方においても、開口絞りの有無に関わらず、同等なメインピークを有するビームスポットを形成させることができる。しかし、近方においては、開口絞りを設けない（ｂ）においてはビームスポットプロファイルが滑らかであるのに対し、開口絞りを設けた（ａ）では細かな起伏が生じている。従って、ビームを読み取り対象物に照射する際に、上述した光学系を採用し、開口絞りを設けずに済む構成とすることにより、滑らかなビームスポットプロファイルのビームを読み取り対象物に照射し、このことにより読み取り時のノイズを低減して高い読み取り精度を得られると言うことができる。
【００９７】
〔変形例：図２４〕
以上で実施形態の説明を終了するが、装置の構成、集光レンズを含む光学系の具体的な特性、読み取り対象のコード記号の種類等が上述の実施形態で説明したものに限られないことはもちろんである。
【００９８】
例えば、集光レンズの形状につき、図３、図４、図２１等には回転双曲面Ｈと対向する面が平面である平凸タイプの形状を示した。しかし、回転双曲面Ｈを有するレンズとして、図２４（ａ）に示すようなメニスカスタイプや、同（ｂ）に示すような両面凸タイプのレンズも採用可能である。
【００９９】
さらに、レンズの形状に回転双曲面そのものが現れなくても、光軸から離れる領域ほど正の屈折力が弱くなる特性を持つ非球面レンズを用いれば、図６に示したような、光軸に沿って連続的に分布する集光位置への集光が可能であり、このことによる読み取り深度の拡張という効果は得られる。
【０１００】
また、光軸からの距離に応じて集光力が連続的に変化し、光源から出力されるレーザ光線のうち光軸から所定距離未満の位置に入射した部分を、その透過位置に応じた距離に集光し、光軸からその所定距離より離れた位置に入射した部分を発散させるような特性を持つレンズを用いれば、図２０に示したような、開口絞りを用いないビーム径の制御が可能でとなる。
また、レンズの両側の面のパワーを合わせて、回転双曲面Ｈと同等なパワーを持たせるようにしてもよい。波面については、レンズではなく、ホログラム等により実現してもよい。
【０１０１】
また、開口絞りを用いないビーム径の制御による効果は、光学的情報読取装置以外の装置において用いられる光照射装置に適用したとしても、同様に発揮される。
また、以上説明してきた各実施形態及び変形例の構成は、矛盾しない範囲で適宜組み合わせて適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
以上の説明から明らかなように、この発明の光学的情報読取装置及び光学的情報読み取り方法によれば、微細な記号により示される情報を読み取る場合でも、安価に大きな読取深度を実現することができる。従って、安価で性能の良い光学的情報読取装置を実現することができる。
また、この発明の光照射装置及び光照射方法によれば、安価に滑らかなビームスポットプロファイルの細いビームを照射可能であり、このような光照射装置又は光照射方法を用いることにより、安価で高い読み取り精度を得られる光学的情報読取装置を構成することができる。
【符号の説明】
【０１０３】
１：バーコードスキャナ、１１：レーザ光源、１２，５０：集光レンズ、１３：開口絞り、１４：スキャニングミラー、１５：結像レンズ、１６：光電変換器、２０：処理回路、２１：増幅部、２２：前置増幅器、２３：可変利得増幅器、２４：ローパスフィルタ、２５：二値化回路、４０：読み取り対象物、４１：バーコード記号
【図１】
2010152855.tif 000008
【図２】
2010152855.tif 000009
【図３】
2010152855.tif 000010
【図４】
2010152855.tif 000011
【図５】
2010152855.tif 000012
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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