(57)【要約】【課題】高密度のバーコードの読み取り性能を確保しつつ、中密度および低密度のバーコードに対して広範囲での読み取り性能を確保できるバーコード読み取り装置を提供する。【解決手段】波長の異なる第１の光および第２の光を出射可能な光源手段１と、光源手段１から出射される光を収束する集光レンズ２と、集光レンズ２からの収束光を偏向してバーコード面６のバーコードを走査する走査手段５と、光源手段１から第１の光と第２の光とを交互に出射させるように、光源手段１の駆動を制御する駆動制御手段２３と、バーコード面６で反射される第１の光および第２の光を受光する受光手段９とを有し、第１の光と第２の光とによりバーコードを交互に走査するようにして、受光手段９の出力に基づいてバーコードを読み取る。【選択図】　　　　図１
2004145603.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長の異なる第１の光および第２の光を出射可能な光源手段と、
上記光源手段から出射される光を収束する集光レンズと、
上記集光レンズからの収束光を偏向してバーコード面のバーコードを走査する走査手段と、
上記光源手段から上記第１の光と上記第２の光とを交互に出射させるように、該光源手段の駆動を制御する駆動制御手段と、
上記バーコード面で反射される上記第１の光および上記第２の光を受光する受光手段とを有し、
上記第１の光と上記第２の光とにより上記バーコードを交互に走査するようにして、上記受光手段の出力に基づいて上記バーコードを読み取るよう構成したことを特徴とするバーコード読み取り装置。
【請求項２】
上記光源手段は、１チップ２波長レーザダイオードからなることを特徴する請求項１に記載のバーコード読み取り装置。
【請求項３】
上記光源手段は、同一パッケージ内に収容された２チップ２波長レーザダイオードからなることを特徴する請求項１に記載のバーコード読み取り装置。
【請求項４】
上記集光レンズは、アッベ数が４５以下の硝材で形成された単レンズからなることを特徴とする請求項１または２に記載のバーコード読み取り装置。
【請求項５】
上記集光レンズは回折光学素子からなることを特徴とする請求項１または２に記載のバーコード読み取り装置。
【請求項６】
上記走査手段は、上記集光レンズからの収束光の偏向角を検出する偏向角検出手段を有し、上記偏向角検出手段の出力に基づいて上記駆動制御手段により上記光源手段から上記第１の光と上記第２の光とを交互に出射させるよう構成したことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のバーコード読み取り装置。
【請求項７】
上記走査手段は上記集光レンズからの収束光を反射させて偏向する往復回動可能な回動ミラーを有し、上記偏向角検出手段は磁気的に係合して相対的に変位可能な磁石および検出コイルを有し、上記磁石または上記検出コイルを上記回動ミラーの回動により変位するように該回動ミラーに結合して、上記検出コイルの出力に基づいて上記回動ミラーによる上記集光レンズからの収束光の偏向角を検出するよう構成したことを特徴とする請求項６に記載のバーコード読み取り装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、媒体に印刷されたバーコードを光学的に走査して読み取るバーコード読み取り装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のバーコード読み取り装置として、例えば図４および図５に斜視図および平面図で示すようなものが知られている。このバーコード読み取り装置では、レーザダイオード（以下、ＬＤとも言う）５１から出射されたレーザ光を、集光レンズ５２で収束して、開口絞り５３およびコレクターレンズ５４の中央に形成した開口を経て回動ミラー５５で偏向し、これによりバーコード面５６に照射して印刷されているバーコード５７を走査するようにしている。
【０００３】
また、バーコード面５６からの反射光は、回動ミラー５５およびコレクターレンズ５４で順次反射した後、バンドパスフィルタ５８を経てホトディテクタ５９で受光し、その出力に基づいてバーコード５７を読み取るようにしている。
【０００４】
回動ミラー５５は、中央部において板バネ６１を介してブラケット６２に往復回動可能に支持されていると共に、回動ミラー５５の一端部にはミラーアーム６３を介して棒状の磁石６４が連結されている。磁石６４は、駆動コイル６５を巻装したボビン６６に挿脱可能に設けられ、駆動コイル６５に所要の交番電流を供給することにより、ボビン６６に対して挿脱してミラーアーム６３を介して回動ミラー５５を板バネ６１の固有振動数とほぼ等しい周波数で往復回動させるようになっている。
【０００５】
このようなバーコード読み取り装置では、バーコードの読み取り可能距離および読み取り可能密度が広範囲であることが望まれ、そのためには開口絞り５３および集光レンズ５２の開口絞り５３からの焦点位置を適切に設定する必要がある。
【０００６】
ところが、開口絞り５３をあまり大きく設定すると、焦点面近傍ではレーザ光のスポット径を小さくでき、高密度のバーコードの読み取りが容易となるが、焦点深度が浅くなって広範囲の距離での読み取りが困難になる。これに対し、開口絞り５３をあまり小さく設定すると、焦点深度が深くなって広範囲の距離での読み取りが可能となるが、焦点面近傍でのレーザ光のスポット径が大きくなって高密度のバーコードの読み取りが困難になる。
【０００７】
そこで、従来は、バーコードの読み取り可能距離および読み取り可能密度のバランスをとり、焦点面近傍で高密度のバーコードを読みのに必要なスポット径を確保すると共に、ある程度広範囲の距離で読み取りができるように、開口絞り５３の大きさおよび集光レンズ５２の焦点位置を調整するようにしている。
【０００８】
表１は、その調整例を示すもので、λはレーザ光の波長、ｆは集光レンズ５２の焦点距離を示している。
【０００９】
【表１】
2004145603.tif 000003
【００１０】
また、表２および図６に、上記の調整１〜調整４におけるバーコード読み取り距離（開口絞り５３からの距離）とスポット径との関係を示す。なお、スポット径は、１／ｅ２の強度で定義された直径を示す。
【００１１】
【表２】
2004145603.tif 000004
【００１２】
一般に、バーコード読み取り装置では、最小幅のバーあるいはスペースが５ミル（ｍｉｌ）程度（１ミル＝１／１０００インチ＝２５．４μｍ）の密度のバーコードが読めるようにすることが望ましく、そのためには最小スポット径が１７０μｍ程度以下となっていることが望ましい。また、このような状況において、なるべく遠側において低密度のバーコードも読めるように、遠側においてもスポット径が著しく大きくならないことが望ましい。このような観点から、従来は、集光レンズ５２の焦点位置を表１の調整２または調整３に示した焦点位置の近傍に設定する場合が多い。
【００１３】
なお、上述したようなＬＤを用いるバーコード読み取り装置は、例えば非特許文献１に記載されている。
【００１４】
【非特許文献１】
浅野恭右・深田陸雄　編著「これからのバーコードシステム」工業調査会、１９９２年７月１日、ｐ．１８６−１８７
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したバーコード読み取り装置において、高密度のバーコードの読み取り性能を十分に確保する場合には、例えば調整１のように設定することが考えられる。この設定によると、近側（１００ｍｍ程度の距離）において十分小さなスポットを得ることができるので、高密度（例えば５ミル）のバーコードの読み取り性能を確保することができる。しかし、この場合には、遠側でのスポット径が大きくなるため、中密度（１０ミル、１３ミル）のバーコード、およびそれよりも低密度のバーコードの読み取り距離を広く確保することが困難となる。
【００１６】
また、調整３や調整４に設定した場合には、遠側での中密度および低密度のバーコードの読み取り範囲は広く確保できるが、近側での高密度のバーコードの読み取りが困難になる。
【００１７】
また、調整２に設定した場合には、高密度および低密度のバーコードの読み取り範囲はある程度確保できるものの、使用頻度が最も高い中密度（１０ミル、１３ミル）のバーコードの読み取り範囲はそれほど大きくならない。
【００１８】
ここで、中密度のバーコードの場合には、信号処理回路やデコード回路によっても異なるが、一般には、スポット径がバーコードの細バー幅の２倍程度以内であれば読み取りが可能である。このため、調整２に設定した場合には、１０ミルのバーコードで読み取り限界が２００ｍｍ強、１３ミルのバーコードで読み取り限界が３００ｍｍ弱しか期待できず、十分な読み取り性能を確保することができないことになる。
【００１９】
したがって、かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、高密度のバーコードの読み取り性能を確保しつつ、中密度および低密度のバーコードに対して広範囲での読み取り性能を確保できるよう適切に構成したバーコード読み取り装置を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に係るバーコード読み取り装置の発明は、波長の異なる第１の光および第２の光を出射可能な光源手段と、
上記光源手段から出射される光を収束する集光レンズと、
上記集光レンズからの収束光を偏向してバーコード面のバーコードを走査する走査手段と、
上記光源手段から上記第１の光と上記第２の光とを交互に出射させるように、該光源手段の駆動を制御する駆動制御手段と、
上記バーコード面で反射される上記第１の光および上記第２の光を受光する受光手段とを有し、
上記第１の光と上記第２の光とにより上記バーコードを交互に走査するようにして、上記受光手段の出力に基づいて上記バーコードを読み取るよう構成したことを特徴とするものである。
【００２１】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載のバーコード読み取り装置において、上記光源手段は、１チップ２波長レーザダイオードからなることを特徴するものである。
【００２２】
請求項３に係る発明は、請求項１に記載のバーコード読み取り装置において、上記光源手段は、同一パッケージ内に収容された２チップ２波長レーザダイオードからなることを特徴とするものである。
【００２３】
請求項４に係る発明は、請求項１または２に記載のバーコード読み取り装置において、上記集光レンズは、アッベ数が４５以下の硝材で形成された単レンズからなることを特徴とするものである。
【００２４】
請求項５に係る発明は、請求項１または２に記載のバーコード読み取り装置において、上記集光レンズは回折光学素子からなることを特徴とするものである。
【００２５】
請求項６に係る発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載のバーコード読み取り装置において、上記走査手段は、上記集光レンズからの収束光の偏向角を検出する偏向角検出手段を有し、上記偏向角検出手段の出力に基づいて上記駆動制御手段により上記光源手段から上記第１の光と上記第２の光とを交互に出射させるよう構成したことを特徴とするものである。
【００２６】
請求項７に係る発明は、請求項６に記載のバーコード読み取り装置において、上記走査手段は上記集光レンズからの収束光を反射させて偏向する往復回動可能な回動ミラーを有し、上記偏向角検出手段は磁気的に係合して相対的に変位可能な磁石および検出コイルを有し、上記磁石または上記検出コイルを上記回動ミラーの回動により変位するように該回動ミラーに結合して、上記検出コイルの出力に基づいて上記回動ミラーによる上記集光レンズからの収束光の偏向角を検出するよう構成したことを特徴とするものである。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるバーコード読み取り装置の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２８】
図１は、第１実施の形態の構成を示す図である。本実施の形態では、波長の異なる第１の光および第２の光を出射可能な光源手段として、１チップ２波長レーザダイオード（以下、２波長ＬＤと略記する）１を用い、この２波長ＬＤ１から出射されるレーザ光を、集光レンズ２で収束して、開口絞り３およびコレクターレンズ４の中央に形成した開口を経て走査手段５で偏向し、これによりバーコード面６に照射して印刷されているバーコードを走査するようにする。
【００２９】
また、バーコード面６からの反射光は、走査手段５およびコレクターレンズ４で順次反射させた後、バンドパスフィルタ８を経て受光手段であるホトディテクタ９で受光し、その出力に基づいてバーコードを読み取るようにする。
【００３０】
走査手段５には、２波長ＬＤ１からのレーザ光を反射させて偏向すると共に、バーコード面６からの反射光をコレクターレンズ４に導く回動ミラー１１を設ける。この回動ミラー１１は、その中央部において板バネ１２を介してブラケット１３に往復回動可能に支持すると共に、一端部にはミラーアーム１４を介して棒状の磁石１５を、ボビン１６に対して挿脱自在に連結して設ける。
【００３１】
本実施の形態では、ボビン１６に駆動コイル１７と検出コイル１８とを巻装し、駆動コイルドライバ２１から駆動コイル１７に所要の交番電流を供給することにより、磁石１５をボビン１６に対して挿脱してミラーアーム１４を介して回動ミラー１１を板バネ１２の固有振動数とほぼ等しい周波数で往復回動させ、その回動位置すなわちレーザ光の偏向角を検出コイル１８で検出する。すなわち、磁石１５および検出コイル１８により偏向角検出手段を構成する。
【００３２】
検出コイル１８の出力は、折り返しタイミング検出回路２２に供給し、ここで検出コイル１８の出力に基づいて回動ミラー１１の往復回動の折り返しタイミングを検出し、この折り返しタイミングに同期して駆動制御手段であるＬＤドライバ２３により、２波長ＬＤ１から第１の光と第２の光とを交互に出射させるように、該２波長ＬＤ１の駆動を制御する。
【００３３】
かかる構成において、本実施の形態では、２波長ＬＤ１として、波長６５０ｎｍ（λ１）の第１の光、波長７８０ｎｍ（λ２）の第２の光を出射可能なものを用いる。なお、出射光の光量分布は、ガウス分布で定義された発散光で、その広がり角は、半値全幅でｘ方向が２８度、ｙ方向が８度とする。
【００３４】
集光レンズ２は、曲率Ｒ１、Ｒ２が、Ｒ１＝２．１５１４ｍｍ、Ｒ２＝∞、中心厚ｄがｄ＝１．７ｍｍ、硝材がＴＩＨ６（アッベ数νｄ＝２５．４）からなる平凸レンズとする。また、開口絞り３は、０．５６ｍｍ×０．５６ｍｍの正方形とする。
【００３５】
この場合、波長λ１における集光レンズ２の焦点距離ｆ１および波長λ２における集光レンズ２の焦点距離ｆ２は、ｆ１＝２．７００ｍｍ、ｆ２＝２．７３８ｍｍとなり、開口絞り３からの焦点位置は、波長λ１のとき１２８ｍｍ、波長λ２のとき３００ｍｍとなる。
【００３６】
図２は、この場合のスポット径と開口絞り３からの距離との関係を示す図である。図２から明らかなように、波長λ１（６５０ｎｍ）の出射光は、近側に焦点位置を有するので、近側で十分小さなスポット径が得られることがわかる。これに対し、波長λ２（７８０ｎｍ）の出射光は、遠側に焦点位置を有するので、遠側においても中、低密度のバーコードを読み取るのに十分なスポット径を広い範囲で確保できることがわかる。
【００３７】
本実施の形態では、回動ミラー１１の往復回動の折り返しタイミング、すなわち走査の端において２波長ＬＤ１からの出射光の波長が切り替えられ、走査毎に異なる波長のレーザ光がバーコード面６に照射されるので、バーコード面６に印刷されたバーコードは、走査毎に近側読み取りに適したレーザ光と、遠側読み取りに適したレーザ光とにより交互に走査されることになる。
【００３８】
したがって、本実施の形態によると、通常のバーコードの読み取りと同様にバーコードが読み取れるまで走査を繰り返すと、近側読み取りに適したレーザ光と、遠側読み取りに適したレーザ光とにより走査されることになるので、バーコードまでの距離に適したレーザ光でバーコードを読み取ることができる。すなわち、２波長のスポットのうち小さいスポットのレーザ光が適用されるので、実質的には２波長ＬＤ１から図２のベストスポットのようなレーザ光を出射したのと等価となる。
【００３９】
このように、本実施の形態によれば、近側でのスポット径を従来と同様にしたままで、遠側のスポット径を小さく抑えることができるので、高密度のバーコードの読み取り性能を確保しつつ、中密度および低密度のバーコードに対して広範囲での読み取り性能を確保でき、特に１３ミルあたりの読み取り範囲を、従来に比べ１００ｍｍ程度拡大することが可能となる。
【００４０】
本発明の第２実施の形態では、上述した第１実施の形態の構成において、集光レンズ２を、Ｒ１＝１．９０６４ｍｍ、Ｒ２＝∞、ｄ＝１．７ｍｍ、硝材がＬＡＨ５２（νｄ＝４２．２）からなる平凸レンズとする。
【００４１】
この場合、波長λ１（６５０ｎｍ）における集光レンズ２の焦点距離ｆ１および波長λ２（７８０ｎｍ）における集光レンズ２の焦点距離ｆ２は、ｆ１＝２．４００ｍｍ、ｆ２＝２．４２２ｍｍとなり、開口絞り３からの焦点位置は、波長λ１のとき１２８ｍｍ、波長λ２のとき２１７ｍｍとなる。
【００４２】
図３は、この場合のスポット径と開口絞り３からの距離との関係を示す図である。図３から明らかなように、本実施の形態においても、第１実施の形態と同様に、遠側においても小さなスポット径を得ることができ、バーコードの読み取り範囲を広げることができる。
【００４３】
なお、本実施の形態では、集光レンズ２の硝材としてＬＨＡ５２（νｄ＝４２．２）を用いており、第１実施の形態のＴＩＨ６（νｄ＝２５．４）を用いる場合よりもアッベ数が大きくなっている。２波長での焦点位置を大きくずらすには、アッベ数が小さい方が色収差が大きいので好ましいが、使用できる硝材が限定されて設計の自由度が損なわれる場合がある。
【００４４】
これに対し、本実施の形態では、第１実施の形態の場合よりもアッベ数の大きい硝材からなる集光レンズ２を用いても、当初の目的である大きな読み取り範囲を得ることができるので、集光レンズ２として使用できる硝材が多くなり、設計の自由度を拡大することができる。
【００４５】
なお、アッベ数を大きくすると、遠側のスポット径が大きくなるので、遠側において十分な読み取り範囲を確保するには、アッベ数の上限値を好ましくは４５以下とする。
【００４６】
本発明は、上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、幾多の変形または変更が可能である。例えば、集光レンズは回折光学素子で構成することもできる。この場合、色収差の方向は上記実施の形態の場合と反対になる。また、走査手段５は往復回動する回動ミラー１１に限らず、一方向に回転する回転ミラーを用いて構成することもできる。
【００４７】
また、光源手段は、１チップ２波長ＬＤに限らず、同一パッケージ内に収容された２チップ２波長ＬＤを用いることもできる。
【００４８】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、共通の集光レンズおよび走査手段を用いて、波長の異なる第１の光と第２の光とによりバーコードを交互に走査して読み取るようにしたので、部品点数の増加を最小限に抑えて、広範囲の距離において実質的に小さなスポットを得ることができる。したがって、高密度のバーコードの読み取り性能を確保しつつ、中密度および低密度のバーコードに対して広範囲での読み取り性能を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるバーコード読み取り装置の第１実施の形態の構成を示す図である。
【図２】第１実施の形態におけるスポット径と開口絞りからの距離との関係を示す図である。
【図３】本発明の第２実施の形態におけるスポット径と開口絞りからの距離との関係を示す図である。
【図４】従来のバーコード読み取り装置を示す斜視図である。
【図５】同じく、平面図である。
【図６】従来のバーコード読み取り装置におけるスポット径と開口絞りからの距離との関係を示す図である。
【符号の説明】
１　１チップ２波長レーザダイオード（２波長ＬＤ）
２　集光レンズ
３　開口絞り
４　コレクターレンズ
５　走査手段
６　バーコード面
８　バンドパスフィルタ
９　ホトディテクタ
１１　回動ミラー
１２　板バネ
１３　ブラケット
１４　ミラーアーム
１５　磁石
１６　ボビン
１７　駆動コイル
１８　検出コイル
２１　駆動コイルドライバ
２２　折り返しタイミング検出回路
２３　ＬＤドライバ
【図１】
2004145603.tif 000005
【図２】
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【図３】
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【図４】
2004145603.tif 000008
【図５】
2004145603.tif 000009
【図６】
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