(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端に開口部を有し他端を底板で塞いだ有底筒状のパッケージと、該パッケージの中心軸と同一中心でパッケージ内の前記底板に突設した台座部材とを具備し、
受光素子を前記台座部材の先端面に固設し、発光素子を前記台座部材の側面に固設して、前記発光素子と前記受光素子とを共に前記パッケージ内に収容したことを特徴とする投受光デバイス構造。
【請求項２】
端面に出射部を有し該出射部から出射した光を被照射対象に照射する細片状の発光素子と、表面に受光面を有し前記被照射対象からの戻り光を該受光面で受光する細片状の受光素子と、一端に開口部を有し他端を底板で塞いだ有底筒状のパッケージと、該パッケージの中心軸と同一中心でパッケージ内の前記底板に突設した台座部材とを具備し、
前記受光素子を、前記受光面が前記開口部に向くように前記台座部材の先端面に固設し、
前記発光素子を、前記出射部が前記開口部に向くように前記台座部材の側面に固設したことを特徴とする投受光デバイス構造。
【請求項３】
前記パッケージの開口部に、受光レンズ部の一部分に投光レンズ部を形成した一体型投受光レンズを固設したことを特徴とする請求項１又は２記載の投受光デバイス構造。
【請求項４】
前記台座部材が、ヒートシンクであることを特徴とする請求項１又は２記載の投受光デバイス構造。
【請求項５】
前記台座部材の外周と、前記パッケージの内周との間の環状空間に、前記底板を貫通した複数のリードを突出させ、該リードのそれぞれに、前記発光素子、前記受光素子の電極を接続したことを特徴とする請求項１又は２記載の投受光デバイス構造。
【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に用いて好適な投受光デバイス構造に関し、特に、発光素子と受光素子との配置によって小型化、軽量化を可能にす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５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、被照射対象であるバーコード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６に示すバーコード読み取り用の投受光デバイスが提供されている。
この投受光デバイスの構成は、図例の如く、発光素子１と発光レンズ３とをハウジング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をハウジング２７内に収めた受光機構Ｂとを基板２９に搭載する。
各ハウジング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は図示しないフレーム内に収められてバーコード読み取り用投受光デバイスとして形成される。
【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投受光デバイスは、発光素子、発光レンズをケーシングに収めた発光機構Ａと、受光素子、受光レンズをケーシングに収めた受光機構Ｂとを別々に構成していたため、部品点数が多くなるのに加え、発光素子と受光素子とを被照射対象に対面させて並設する必要があるため、パッケージ間に隙間が生じて、大きな搭載スペースが必要になり、投受光デバイス全体の小型化・軽量化に限界があった。
これに対し、発光素子と受光素子とを一つのパッケージに並設して収容し、部品点数を減らすことにより小型化を図ることも考えられるが、パッケージが一体化されることによる重複パッケージ分の面積は削減できるものの、発光素子と受光素子との設置面積は依然同一平面上に確保しなければならず、十分な小型化を達成することができない。また、同一平面上に発光素子と受光素子とを並設した場合、出射光の光軸と戻り光の光軸とを近接させることができず、受光レンズの外側に投光レンズを配設することになり、光学系の占有スペースが大きくなって、これも投受光デバイスの小型化・軽量化の障害となった。
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、発光素子と受光素子とのコンパクトな収容を可能にするとともに、出射光の光軸と戻り光の光軸とを近接させることができる投受光デバイス構造を提供し、もって、投受光デバイスの小型化・軽量化を図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記載の投受光デバイス構造は、一端に開口部を有し他端を底板で塞いだ有底筒状のパッケージと、該パッケージの中心軸と同一中心でパッケージ内の前記底板に突設した台座部材とを具備し、受光素子を前記台座部材の先端面に固設し、発光素子を前記台座部材の側面に固設して、前記発光素子と前記受光素子とを共に前記パッケージ内に収容したことを特徴とする。
【０００８】
この投受光デバイス構造では、パッケージの底板に突設した立体的な台座部材の各表面（先端面、側面）を素子の搭載スペースに利用して、例えば底板に、発光素子と受光素子とを共に並設する構造に比べて、パッケージ外径を小さくして、高密度収容が可能になる。つまり、パッケージの小型化が可能になる。また、このような素子配設構造とすることにより、出射光の光軸と戻り光の光軸とを近接させることができ、受光レンズの領域に、投光レンズを配設することが容易に可能になる。これにより、媒質を共用して（つまり、受光レンズの一部分に投光レンズ部を形成した一体型投受光レンズを可能にして）、光学系の軽量化が可能になる。
【０００９】
請求項２記載の投受光デバイス構造は、端面に出射部を有し該出射部から出射した光を被照射対象に照射する細片状の発光素子と、表面に受光面を有し前記被照射対象からの戻り光を該受光面で受光する細片状の受光素子と、一端に開口部を有し他端を底板で塞いだ有底筒状のパッケージと、該パッケージの中心軸と同一中心でパッケージ内の前記底板に突設した台座部材とを具備し、前記受光素子を、前記受光面が前記開口部に向くように前記台座部材の先端面に固設し、前記発光素子を、前記出射部が前記開口部に向くように前記台座部材の側面に固設したことを特徴とする。
【００１０】
この投受光デバイス構造では、端面に出射部を有する発光素子と、表面に受光面を有する受光素子とを用い、受光面が開口部に向くように受光素子を台座部材の先端面に固設し、出射部が開口部に向くように発光素子を台座部材の側面に固設することで、パッケージの底板に突設した立体的な台座部材の直交表面（先端面、側面）を素子の搭載スペースに有効利用して、それぞれ細片状の発光素子と受光素子とを直交配置できる。これにより、例えば一つの底板上に、発光素子と受光素子とを共に並設する構造に比べて、パッケージ外径を小さくして、高密度収容が可能になる。つまり、パッケージのコンパクト化が可能になる。また、このような素子配設構造とすることにより、出射光の光軸と戻り光の光軸とを近接させることができ、受光レンズの領域に、投光レンズを配設することが可能になる。これにより、媒質を共用することができるようになり、光学系の軽量化が可能になる。
【００１１】
請求項３記載の投受光デバイス構造は、前記パッケージの開口部に、受光レンズ部の一部分に投光レンズ部を形成した一体型投受光レンズを固設したことを特徴とする。
【００１２】
この投受光デバイス構造では、パッケージの開口部全体に一体型投受光レンズの受光レンズ部が嵌着し、その受光レンズ部の一部分に投光レンズ部が形成される。これにより、出射光の光軸と戻り光の光軸とを近接させた高密度な素子配置構造においても、出射光と戻り光との集束が可能になる。そして、受光レンズの設置スペース内で投光レンズが設置でき、その分、光学系の設置スペースが小さくなる。また、重量も軽くなる。
【００１３】
請求項４記載の投受光デバイス構造は、前記台座部材が、ヒートシンクであることを特徴とする。
【００１４】
この投受光デバイス構造では、台座部材がヒートシンクであることにより、台座部材が発光素子と受光素子とを立体配置する台座と、素子を冷却するための冷却手段としての両方の機能を有することになり、小型化を維持しながら、高機能化（冷却機能の追加）が実現できる。
【００１５】
請求項５記載の投受光デバイス構造は、前記台座部材の外周と、前記パッケージの内周との間の環状空間に、前記底板を貫通した複数のリードを突出させ、該リードのそれぞれに、前記発光素子、前記受光素子の電極を接続したことを特徴とする。
【００１６】
この投受光デバイス構造では、底板に台座部材を突設することにより、パッケージの内周と、台座部材の外周との間に環状空間が形成される。この環状空間に、底板を貫通した複数のリードを突出させることで、円周方向の任意な位置にリードを配置でき、環状空間の有効利用が可能になる。これにより、リード配索のための専用スペースを設けることなく、パッケージの小型化を維持しながら電気接続が可能になる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る投受光デバイス構造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は本発明に係る投受光デバイス構造の断面図、図２は図１のＡ−Ａ矢視図、図３は図１のＢ−Ｂ矢視図である。
【００１８】
本実施の形態による投受光デバイス構造を有する投受光デバイス３１は、外殻が、合成樹脂によって成形したパッケージ３３からなる。パッケージ３３は、中心軸ＣＬ方向の一端に開口部３５を有し、他端を底板３７で塞いだ有底筒状（所謂、キャンタイプパッケージ）となっている。
【００１９】
パッケージ３３内の底板３７には、角柱体形状の台座部材を、パッケージ３３の中心軸ＣＬと同一中心で突設している。本実施の形態において、この台座部材は、後述の発光素子、受光素子を冷却するヒートシンク３９となっている。ヒートシンク３９は、角柱体形状の他、円柱体形状であってもよい。ヒートシンク３９は、熱伝導の良い銅などからなり、連続発光により生じる発光素子からの発熱を主に除去する。
【００２０】
ヒートシンク３９は、パッケージ３３の中心軸ＣＬと同一中心で位置することにより、外周と、パッケージ３３内周との間に環状空間４１を形成している。また、ヒートシンク３９は、先端面４３がパッケージ３３の中心軸ＣＬに対して直交面となり、側面４５が中心軸ＣＬに対して平行面となる。つまり、先端面４３と側面４５とは、直交面となっている。
【００２１】
ヒートシンク３９の側面４５には、細片状の発光素子４７を固設している。また、ヒートシンク３９の先端面４３には、細片状の受光素子４９を固設している。発光素子４７は、端面（表面に直交する面）に出射部を有し、この出射部から出射した光を被照射対象に照射する。受光素子４９は、表面に受光面を有し、被照射対象からの戻り光をこの受光面で受光する。そして、発光素子４７は、出射部が開口部３５に向くように側面４５に固設され、受光素子４９は、受光面が開口部３５に向くように先端面４３に固設されている。つまり、発光素子４７と受光素子４９とは、出射面と受光面とが９０度の角度をもって配置され、共にパッケージ３３内に収容されている。
【００２２】
このような配置とすることにより、発光素子４７から出射した光ビームは、ミラーやプリズムにより９０度の角度変換を必要とせずに、ヒートシンク３９上の受光素子４９によって直接受光が可能となる。本実施の形態では、台座部材がヒートシンク３９であることにより、台座部材が発光素子４７と受光素子４９とを立体配置する台座と、素子を冷却するための冷却手段としての両方の機能を有することになり、小型化を維持しながら、高機能化（冷却機能の追加）を実現している。
【００２３】
なお、発光素子４７及び受光素子４９の形状は、細片状に限定されるものではなく、その他の任意の形状であってもよい。但し、他の形状であった場合においても、その最大表面が、本実施の形態でいう表面と平行になる姿勢で固設される。つまり、端面に出射部を有する発光素子４７は最大表面が側面４５と平行となるように固設され、最大表面に受光面を有する受光素子４９はこの最大表面が先端面４３と平行になるように固設される。これにより、立体的なヒートシンク３９の直交表面を有効利用する素子の搭載が実現する。
【００２４】
また、本実施の形態では、発光素子４７の近傍の側面４５に、図示しないモニター用ＰＤ（photodiode）を備えている。このモニター用ＰＤは、発光素子４７のレーザ出力を所定量に制御するために、発光素子４７からの光を受光して、その検出信号を送出する。モニター用ＰＤは、発光素子４７と積層して設けたり、出射部の反対面に設ける。
【００２５】
環状空間４１には、底板３７を貫通した複数（本実施の形態では４本）のリード５１（５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄ）を突出させている。発光素子４７は、リード５１ａの端面にボンディングワイヤ５３によって電極を接続している。モニター用ＰＤは、リード５１ｂの端面にボンディングワイヤ５５によって電極を接続している。受光素子４９は、リード５１ｃの端面にボンディングワイヤ５６によって電極を接続している。また、ヒートシンク３９は、リード５１ｄと接続している。
【００２６】
このようにして環状空間４１に、底板３７を貫通した複数のリード５１を突出させることで、円周方向の任意な位置にリード５１を配置でき、環状空間４１の有効利用が可能になる。これにより、リード配索のための専用スペースを設けることなく、パッケージ３３の小型化を維持しながら電気接続を可能にしている。
【００２７】
パッケージ３３の開口部３５には、一体型投受光レンズ５７を嵌着している。一体型投受光レンズ５７は、受光レンズ部５７ａと、この受光レンズ部５７ａの一部分に形成した投光レンズ部５７ｂとからなる。一体型投受光レンズ５７は、これら受光レンズ部５７ａと投光レンズ部５７ｂとを、同一の媒質である例えば透明樹脂材（ポリカーボネートなど）を用いて一体に形成している。
【００２８】
受光レンズ部５７ａの一部分に投光レンズ部５７ｂを形成した一体型投受光レンズ５７を用いることで、出射光の光軸と戻り光の光軸とを近接させた高密度な素子配置構造においても、出射光と戻り光との集束が可能になる。これにより、投受光デバイス３１では、受光レンズ部５７ａの設置スペース内における投光レンズ部５７ｂの設置を可能にし、その分、光学系の設置スペースを小さくしている。
【００２９】
次に、このような構造を有する投受光デバイス３１の動作を説明する。
図４は図１の投受光デバイスの動作説明図である。
投受光デバイス３１では、発光素子４７からの光は、一体型投受光レンズ５７の投光レンズ部５７ｂによって集束されて出射される。この光は、図示しないスキャンミラーのミラーで反射し、図示しないバーコードを照射する。
【００３０】
バーコード面に照射された光は、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に戻り、そこで反射された光は一体型投受光レンズ５７の受光レンズ部５７ａへ進入する。受光レンズ部５７ａに進入した戻り光は集束され、これを受光素子４９が受光する。
受光素子４９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リード５１ｃへ出力する。
この出力信号は、図示しないコンピュータに送られて処理され、バーコード情報が解読されることになる。
【００３１】
この投受光デバイス構造によれば、端面に出射部を有する発光素子４７と、表面に受光面を有する受光素子４９とを用い、受光面が開口部３５に向くように受光素子４７をヒートシンク３９の先端面４３に固設し、出射部が開口部３５に向くように発光素子４７をヒートシンク３９の側面４５に固設することで、パッケージ３３の底板３７に突設した立体的なヒートシンク３９の直交表面（先端面４３、側面４５）を素子の搭載スペースに有効利用して、それぞれ細片状の発光素子４７と受光素子４９とを直交配置できる。つまり、ヒートシンク３９の各表面を素子の搭載スペースに利用して、例えば底板に、発光素子と受光素子とを共に並設する構造に比べて、パッケージ外径を小さくして、高密度収容を可能にすることができる。
【００３２】
また、このような素子配設構造とすることにより、出射光の光軸と戻り光の光軸とを近接させることができ、受光レンズ部５７ａの領域に、投光レンズ部５７ｂを配設することが可能になる。これにより、媒質を共用して（つまり、受光レンズ部５７ａの一部分に投光レンズ部５７ｂを形成した一体型投受光レンズ５７を可能にして）、光学系の軽量化を達成することができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係る投受光デバイス構造によれば、有底筒状のパッケージの底板に台座部材を突設し、この台座部材の先端面に受光素子を固設し、台座部材の側面に発光素子を固設したので、立体的な台座部材の各表面（先端面、側面）を素子の搭載スペースに利用して、例えばパッケージの底板に、発光素子と受光素子とを共に並設するのに比べて、パッケージ外径を小さくして、高密度収容が可能になる。つまり、コンパクト化が可能になり、パッケージを小型化することができる。また、このような素子配設構造とすることにより、出射光の光軸と戻り光の光軸とを近接させることができ、受光レンズの領域に、投光レンズを配設することが可能になる。これにより、媒質を共用する一体型投受光レンズを可能にし、投受光デバイスを軽量化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る投受光デバイス構造の断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ矢視図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ矢視図である。
【図４】図１の投受光デバイスの動作説明図である。
【図５】従来の光読み取り方式を説明する概念図である。
【図６】従来のバーコード読み取り用投受光デバイスの断面図である。
【符号の説明】
３１…投受光デバイス、３３…パッケージ、３５…開口部、３７…底板、３９…ヒートシンク（台座部材）、４１…環状空間、４３…先端面、４５…側面、４７…発光素子、４９…受光素子、５１…リード、５７…一体型投受光レンズ、５７ａ…受光レンズ部、５７ｂ…投光レンズ部
【図１】
0003726720.tif 000002
【図２】
0003726720.tif 000003
【図３】
0003726720.tif 000004
【図４】
0003726720.tif 000005
【図５】
0003726720.tif 000006
【図６】
0003726720.tif 000007