(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子と、
該発光素子からの光を集束させてバーコードに照射する投光レンズと、
光の入射面と出射面を貫通させる貫通孔を有し該貫通孔に前記投光レンズを挿着し且つ前記バーコードからの反射光を集束する受光レンズと、
該受光レンズによって集束した光を受光して光電変換を行う受光素子とを具備し、
前記受光レンズの光軸と軸線を一致させて角柱状のヒートシンクを配設し、該ヒートシンクの端面に、前記受光素子を固設し、前記端面と異なる直交平面である前記ヒートシンクの側面に、前記発光素子を固設したことを特徴とするバーコード読み取り用光学装置。
【請求項２】
前記投光レンズが、複数の単レンズを組み合わせた複合レンズであることを特徴とする請求項１記載のバーコード読み取り用光学装置。
【請求項３】
筒体の内部に、光軸を軸線に一致させて前記複数の単レンズを嵌合し、該筒体を前記受光レンズの貫通孔に挿着したことを特徴とする請求項２記載のバーコード読み取り用光学装置。
【請求項４】
前記筒体が金属であることを特徴とする請求項３記載のバーコード読み取り用光学装置。
【請求項５】
前記投光レンズが、円柱状の単レンズであることを特徴とする請求項１記載のバーコード読み取り用光学装置。
【請求項６】
受光レンズの光軸と軸線を一致させて角柱状のヒートシンクを配設し、該ヒートシンクの端面に、受光素子を固設し、前記端面と異なる直交平面である前記ヒートシンクの側面に、発光素子を固設したバーコード読み取り用光学装置の製造方法であって、
前記受光レンズの入射面と出射面を貫通させる貫通孔に、投光レンズを光軸方向に移動自在に嵌合し、
前記受光素子に対して前記受光レンズを位置決め固定した後、
位置決め固定した該受光レンズに対して前記投光レンズを移動調整して位置決め固定することを特徴とするバーコード読み取り用光学装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バーコード読み取り用光学装置及びその製造方法に関し、特に、一体構成した投光レンズ及び受光レンズにおけるそれぞれの設計自由度、位置決め精度を向上させる改良技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、店舗や工場等の多くでは、デジタル情報を表すバーコードを物品に付し、これを光学的に走査して情報を読み取ることで、商品の販売管理や製品の生産管理等を行っている。一般にこの種のバーコードは、バーコードに光を照射し、その反射光の強弱を光電変換することで、その検出信号の組み合わせから情報を読み取る。
【０００３】
すなわち、図７の概念図に示すように、発光素子１からの光を発光レンズ３で絞り、この光をスキャンミラー５のミラー７で反射し、バーコード９に照射する。バーコード９の全域に亘って光を照射する為、ミラー７を揺動させる。揺動は、ミラー７に取り付けたマグネット１１を駆動コイル１３内に嵌挿し、駆動コイル１３に例えば一定周期で正負の電流を流すことで、駆動コイル１３に対しマグネット１１を吸着・反発させ、揺動支点１５を支軸にしてミラー７を揺動させる。
【０００４】
一方バーコード９面に照射した光は、乱反射しながらもバーコードの白黒による光量変化をもって再びミラー７に戻り、そこで反射された光は集光レンズ１７により集光され、受光素子１９により光量変化を電気的に変換して出力する。尚、読み取り精度向上の為、受光素子１９の前面にはバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）２１を設けて発光光周波数以外の不要な光の採光を防止している。
【０００５】
斯かる読み取り方式を装置化したものとして図８に示すバーコード読み取り用光学装置が提供されている。この装置の構成は、図例の如く、発光素子１と発光レンズ３とをケーシング２５内に収めた発光機構Ａと、受光素子１９と受光レンズ１７、ＢＰＦ２１をケーシング２７内に収めた受光機構Ｂとを基板２９に搭載する。
各ケーシング２５、２７内での電気的接続はワイヤボンディングなどにより行われる。そして揺動支点１５を中心にスキャンミラー５のミラー７を揺動可能に配置している。そしてこれら、発光機構Ａ、受光機構Ｂ及びスキャンミラー５は図示しないハウジング内に収められてバーコード読み取り用光学装置として形成される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記したバーコード読み取り用光学装置は、発光素子、発光レンズをケーシングに収めた発光機構と、受光素子、受光レンズをケーシングに収めた受光機構とを別々に構成していたため、大きな搭載スペースが必要になり、装置全体の小型化に限界があった。
一方、このような不具合を解消しようとしたものに、２つのレンズ部を１つの透明レンズに一体化することで、装置全体の小型化を達成しようとした特開平７−９３４５４号公報記載の「バーコードリーダ」や、照射用レンズと結像用レンズとを透明樹脂材料により一体に形成し、光学部品の数を減らし、組み立て労力の低減を図ろうとした特開平１１−１５９１０号公報に開示の「バーコード読み取り装置」がある。
ところが、これらの装置は、ある程度の省スペース化は達成できるものの、同一の媒質である透明樹脂等に投光レンズ部と受光レンズ部とを一体成形しているため、投光又は受光特性別に、異なる媒質を選択することができなかった。また、いずれかのレンズを複合レンズとしたり、或いはそれぞれのレンズ毎に異なるコーティング等の処理を施すことが困難であり、レンズの設計に制約が生じていた。さらに、この種の一体成形レンズの場合には、一方のレンズを位置決め固定してしまうと、他方のレンズが移動できなくなり、投光用・受光用の双方のレンズを微調整することによる高精度な位置決めを行うことができなかった。
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、小型化・軽量化を確保しつつ、それぞれのレンズの設計自由度を向上させることができ、しかも、各レンズの自在な位置調整が可能になるバーコード読み取り用光学装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明に係る請求項１記載のバーコード読み取り用光学装置は、該発光素子からの光を集束させてバーコードに照射する投光レンズと、光の入射面と出射面を貫通させる貫通孔を有し該貫通孔に前記投光レンズを挿着し且つ前記バーコードからの反射光を集束する受光レンズと、該受光レンズによって集束した光を受光して光電変換を行う受光素子とを具備し、前記受光レンズの光軸と軸線を一致させて角柱状のヒートシンクを配設し、該ヒートシンクの端面に、前記受光素子を固設し、前記端面と異なる直交平面である前記ヒートシンクの側面に、前記発光素子を固設したことを特徴とする。
【０００８】
このバーコード読み取り用光学装置では、受光レンズに貫通孔を形成し、この貫通孔に投光レンズを挿着することで、受光レンズの設置スペースが、投光レンズの設置スペースを含むことになる。すなわち、レンズ毎に設置スペースを確保する必要がなくなり、小型・軽量化が可能になる。これに加え、性能に適したレンズ毎の材質選択やコーティング処理等が行えるようになり、設計の自由度が高まる。また、投光レンズと受光レンズとの相対位置がそれぞれ独立して調整可能なため、各素子（発光素子、受光素子）に対する各レンズの位置誤差が確実に吸収できる。
さらに、ヒートシンクの端面に固設した受光素子が、受光レンズの光軸上で受光レンズに対面するので、受光レンズからの集束光を効率よく受光できる。一方、発光素子をヒートシンクの側面に固設することで、発光素子からの光が受光レンズの全体に入射しなくなり、投光レンズを組み込んだ受光レンズの一部分のみへの照射が可能になる。したがって、発光素子から出射し、バーコードを照射して反射した光は、ミラー等により９０度の角度変換を必要とせずに、直接ヒートシンク上の受光素子で受光可能となる。
【０００９】
請求項２記載のバーコード読み取り用光学装置は、前記投光レンズが、複数の単レンズを組み合わせた複合レンズであることを特徴とする。
【００１０】
このバーコード読み取り用光学装置では、投光レンズが、複合レンズとなる。この複合レンズは、複数の単レンズを組み合わせてなる。この場合、例えば２枚のレンズ間で光が平行に近い状態で伝搬するように構成すれば、光軸に垂直方向の軸ずれ許容度が大きく、製造歩留まりや信頼性の向上に有効となる。
【００１１】
請求項３記載のバーコード読み取り用光学装置は、筒体の内部に、光軸を軸線に一致させて前記複数の単レンズを嵌合し、該筒体を前記受光レンズの貫通孔に挿着したことを特徴とする。
【００１２】
このバーコード読み取り用光学装置では、複数の単レンズを筒体に嵌合し、この筒体を受光レンズの貫通孔に挿着する構造としたので、予め所定の間隔で筒体内に単レンズを配設して複合レンズを製作しておき、この筒体を貫通孔に対して移動させることで、複合レンズ全体を受光レンズに対して相対移動させたり、或いは筒体を貫通孔に固定した状態で、任意の単レンズを筒体に対して移動させたりする位置調整のバリエーションが可能になる。
【００１３】
請求項４記載のバーコード読み取り用光学装置は、前記筒体が金属であることを特徴とする。
【００１４】
このバーコード読み取り用光学装置では、筒体が金属であることにより、複合レンズに入射した発光素子からの光が、貫通孔の内周面から受光レンズの媒質へと伝搬しなくなる。これにより、発光素子からの光が、外乱となって受光素子へ入射することがなくなる。つまり、受光素子による反射光の受光精度が高まる。
【００１５】
請求項５記載のバーコード読み取り用光学装置は、前記投光レンズが、円柱状の単レンズであることを特徴とする。
【００１６】
このバーコード読み取り用光学装置では、投光レンズが、円柱状の単レンズであることにより、上記した複合レンズに比べて製作容易となる。また、円柱状であることから、投光レンズ自体が貫通孔に対して挿着可能となり、他の部材（例えば上記の筒体）を用いることなく投光レンズを光軸方向に移動自在な構造で受光レンズに組み付けることができる。
【００１７】
請求項６記載のバーコード読み取り用光学装置の製造方法は、受光レンズの光軸と軸線を一致させて角柱状のヒートシンクを配設し、該ヒートシンクの端面に、受光素子を固設し、前記端面と異なる直交平面である前記ヒートシンクの側面に、発光素子を固設したバーコード読み取り用光学装置の製造方法であって、前記受光レンズの入射面と出射面を貫通させる貫通孔に、投光レンズを光軸方向に移動自在に嵌合し、前記受光素子に対して前記受光レンズを位置決め固定した後、位置決め固定した該受光レンズに対して前記投光レンズを移動調整して位置決め固定することを特徴とする。
【００１８】
この製造方法では、受光素子に対して受光レンズを位置決め固定した後、この受光レンズに対して投光レンズを移動調整して位置決め固定するので、後に行う投光レンズの移動調整によっても先に位置決めした受光レンズの位置が可変することがない。つまり、それぞれのレンズを最適な位置で位置決めすることができる。これにより、従来の一体成形レンズでは行うことのできなかった微妙な位置調整がそれぞれのレンズに対して行えるようになる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るバーコード読み取り用光学装置及びその製造方法の好適な実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明に係るバーコード読み取り用光学装置の要部断面図、図２は図１に示したバーコード読み取り用光学装置の正面図である。
【００２０】
本実施の形態によるバーコード読み取り用光学装置（以下、「スキャンエンジン」と言う。）３１は、従来、別体であった発光機構と受光機構とが、一体となった構造となっている。すなわち、円盤状の基板３３の一方の面には、基板中心に軸線を一致させた角柱状のヒートシンク３５が固設されている。ヒートシンク３５は、基板３３を貫通したヒートシンク用リード３７ａによって電気的に接続されている。
【００２１】
このヒートシンク３５の基板固着面と反対側の端面には、受光素子３９が固設されている。受光素子３９は、ヒートシンク３５の軸線方向前方からの光を主に受光し、光電変換を行うように動作する。受光素子３９は、基板３３を貫通した受光素子用リード３７ｂに、ボンディングワイヤー４１によって電気的に接続されている。
【００２２】
一方、ヒートシンク３５の側面には、発光素子４３が固設されている。したがって、発光素子４３と受光素子３９とは、９０度の角度を成す異なる直交平面上に配設されている。発光素子４３もまた、基板３３を貫通した発光素子用リード３７ｃに、電気的に接続されている。
【００２３】
基板３３のヒートシンク固設側の面には、基板外径と略同一外径の円筒ケーシング４５が同一中心軸で固設されている。つまり、ヒートシンク３５、受光素子３９、発光素子４３は、このケーシング４５の内側に収容された状態となっている。ケーシング４５の開口端（図１の右端）には、このケーシング４５と略同一外径の受光レンズ４７が、ヒートシンク３５の軸線に光軸を一致させて嵌着されている。受光レンズ４７は、図示しないバーコードからの反射光を受光素子３９へ集束する。
【００２４】
図３は図１に示した受光レンズを一部断面視（ａ）、正面視（ｂ）で表した単品図、図４は図１に示した投光レンズの組み込まれた受光レンズを一部断面視（ａ）、正面視（ｂ）で表したレンズ組み立て図、図５は投光レンズの変形例を側面視（ａ）、正面視（ｂ）で表した単品図である。受光レンズ４７には、発光素子４３に対面する部分に、光の入射面４７ａと出射面４７ｂを貫通させる貫通孔５１が、光軸と平行に穿設されている。この貫通孔５１には投光レンズ５３が挿着されている。
【００２５】
本実施の形態による投光レンズ５３は、複数の単レンズ５５ａ、５５ｂからなる複合レンズとなっている。単レンズ５５ａ、５５ｂは、筒体５７の内部に、光軸を軸線に一致させて収容されている。そして、投光レンズ５３は、この筒体５７を貫通孔５１に挿着することで受光レンズ４７に一体に組み込まれる。投光レンズ５３は、２枚の単レンズ５５ａ、５５ｂ間で光が平行に近い状態で伝搬するように構成され、光軸に垂直方向の軸ずれ許容度が大きく、製造歩留まりや信頼性の向上に有効となっている。
【００２６】
投光レンズ５３は、受光レンズ４７への組み付け完了前において、筒体５７が貫通孔５１に対して軸線方向に移動自在に遊嵌されている。また、投光レンズ５３は、単レンズ５５ａ、５５ｂが筒体５７に対して移動自在に遊嵌されていてもよい。これにより、投光レンズ５３は、筒体５７の移動範囲で、受光レンズ４７に対して相対的な移動調整が行えるようになっている。投光レンズ５３は、所定の位置に位置決めされた後には、筒体５７或いは単レンズ５５ａ、５５ｂが接着剤等によって固定される。
【００２７】
投光レンズ５３は、複数の単レンズ５５ａ、５５ｂを筒体５７に嵌合し、この筒体５７を受光レンズ４７の貫通孔５１に挿着する構造としたので、予め所定の間隔で単レンズ５５ａ、５５ｂを配設して複合レンズを製作しておき、この筒体５７を貫通孔５１に対して移動させることで、複合レンズ全体を受光レンズ４７に対して相対移動させたり、或いは筒体５７を貫通孔５１に固定した状態で、任意の単レンズ５５ａ、５５ｂを筒体５７に対して移動したりする位置調整のバリエーションが可能となる。
【００２８】
上記の筒体５７は、好ましくは金属材料からなる。筒体５７が金属であることにより、投光レンズ５３に入射した発光素子４３からの光は、貫通孔５１の内周面から受光レンズ４７の媒質へと伝搬しなくなる。これにより、発光素子４３からの光が、外乱となって受光素子３９へ入射することがなくなる。つまり、受光素子３９による反射光の受光精度が高まる。
【００２９】
このように構成されるスキャンエンジン３１を製造するには、先ず、受光素子３９に対して受光レンズ４７を位置決め固定する。この際の位置決めは、例えばヒートシンク３５の基板３３からの高さｈと、ケーシング４５の高さＨを所定寸法に設定しておくことにより行うことができる。その後、この位置決め固定した受光レンズ４７に対して投光レンズ５３を光軸方向に移動調整し、所定位置となったところで、接着剤等により貫通孔５１に固定する。
【００３０】
尚、投光レンズ５３は、この他、図５に示す円柱状の単レンズ５５ｃのみからなるものであってもよい。投光レンズ５３をこのような単レンズ５５ｃで構成すれば、複合レンズに比べて製作容易となる。また、円柱状であることから、投光レンズ自体が貫通孔５１に対して挿着可能となり、他の部材（例えば上記の筒体５７）を用いることなく投光レンズ５３を光軸方向に移動自在な構造で受光レンズ４７に組み付けることができる。
【００３１】
図６は図１のスキャンエンジンの動作状況を表した断面図である。
本実施の形態のスキャンエンジン３１では、発光素子４３が、図示しない発光駆動回路により発光すると、その光が投光レンズ５３により集束されて、投光レンズ５３の出射側から出射される。この光は、図示しないバーコードを照射し、反射光となる。
バーコードにより反射された光は、受光レンズ４７に入射して集束され、これを受光素子３９が受光することになる。
受光素子３９は、この光を光電変換し、バーコードのパターンを電気信号として受光素子用リード３７ｂへ出力する。
この出力信号は、図示しないコンピュータにより処理され、バーコード情報が解読される。
【００３２】
このように、上記のスキャンエンジン３１によれば、受光レンズ４７に貫通孔５１を形成し、この貫通孔５１に投光レンズ５３を挿着することで、受光レンズ４７の設置スペースが、投光レンズ５３の設置スペースを含むことになる。従って、レンズ毎に設置スペースを確保する不要がなくなり、小型・軽量化が可能になる。これに加え、性能に適したレンズ毎の材質選択やコーティング処理等が行えるようになり、レンズ設計の自由度が高まる。また、投光レンズ５３と受光レンズ４７との相対位置が調整可能なため、各素子（発光素子４３、受光素子３９）に対する各レンズ（投光レンズ５３、受光レンズ４７）の位置誤差が吸収（微調整）できるようになる。
【００３３】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係るバーコード読み取り用光学装置によれば、投光レンズに貫通孔を形成し、この貫通孔に投光レンズを挿着したので、レンズ毎に設置スペースを確保する不要がなくなり、小型・軽量化が達成できるのに加え、性能に適したレンズ毎の材質選択やコーティング処理等が行えるようになり、設計の自由度を向上させることができる。また、投光レンズと受光レンズとの相対位置が調整できるので、各素子に対する各レンズの位置誤差を吸収することができる。
【００３４】
本発明に係るバーコード読み取り用光学装置の製造方法によれば、受光素子に対して受光レンズを位置決め固定した後、この受光レンズに対して投光レンズを移動調整して位置決め固定するので、後に行う投光レンズの移動調整によっても先に位置決めした受光レンズの位置が可変することがなく、それぞれのレンズを最適な位置で位置決めすることができる。これにより、従来の一体成形レンズでは行うことのできなかった微妙な位置調整がそれぞれのレンズに対して行えるようになり、小型・軽量化を達成しつつ、バーコード読み取り用光学装置の組み付け精度、バーコード読み取り精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係るバーコード読み取り用光学装置の要部断面図である。
【図２】  図１に示したバーコード読み取り用光学装置の正面図である。
【図３】  図１に示した受光レンズを一部断面視（ａ）、正面視（ｂ）で表した単品図である。
【図４】  図１に示した投光レンズの組み込まれた受光レンズを一部断面視（ａ）、正面視（ｂ）で表したレンズ組み立て図である。
【図５】  投光レンズの変形例を側面視（ａ）、正面視（ｂ）で表した単品図である。
【図６】  図１のバーコード読み取り用光学装置の動作状況を表した断面図である。
【図７】  従来の光読み取り方式を説明する概念図である。
【図８】  従来のバーコード読み取り用光学装置の断面図である。
【符号の説明】
９…バーコード、３１…スキャンエンジン（バーコード読み取り用光学装置）、３５…ヒートシンク、３９…受光素子、４３…発光素子、４７…受光レンズ、４７ａ…入射面、４７ｂ…出射面、５１…貫通孔、５３…投光レンズ、５５ａ、５５ｂ…単レンズ、５７…筒体
【図１】
0003675360.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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