(57)【要約】【課題】従来のバーコードリーダに搭載されるレーザタイプとラインセンサタイプの光学装置は、汎用性が無く、周辺光量落ち等の問題があった。【解決手段】本発明は、基板上に屈折率の異なる複数の薄膜を重ねた多層膜構造を有する光学的ゲイン補正フィルタを備えた光学装置であり、光学的ゲイン補正フィルタは、波長λの光が入射角θで入射した場合についての透過率をＴ１（λ，θ）（０≦Ｔ１（λ，θ）≦１）としたときに、入射する波長λ０の光について、入射角θを増加させて予め決められた入射角度の最大値θｍａｘに近づけたとき、透過率Ｔ１（λ０，θ）が増加するように各薄膜の膜厚や積層状態が調整される。この光学装置は、バーコードリーダに適用される。【選択図】　　図１
2004037867.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を透過する基板上に屈折率の異なる複数の薄膜を重ねて構成された多層膜構造を有し、
波長λの光が入射角θで入射した場合についての透過率をＴ１（λ，θ）（０≦Ｔ１（λ，θ）≦１）としたとき、
この多層膜構造に入射する波長λ０の光について、入射角θを増加させてあらかじめ決められた入射角度の最大値θｍａｘに近づけたとき、透過率Ｔ１（λ０，θ）が増加するように、該多層膜構造における各薄膜の膜厚が設定されることを特徴とする光学的ゲイン補正フィルタ。
【請求項２】
光を透過する基板上に屈折率の異なる複数の薄膜を重ねて構成された多層膜構造を有し、
波長λの光が入射角θで入射した場合についての透過率をＴ１（λ，θ）（０≦Ｔ１（λ，θ）≦１）としたとき、
この多層膜構造へ入射角θ０で入射する光について、波長λを増加させてあらかじめ決められた波長の最大値λｍａｘに近づけたとき、透過率Ｔ１（λ，θ０）が増加するように、該多層膜構造における各薄膜の膜厚が設定されることを特徴とする光学的ゲイン補正フィルタ。
【請求項３】
光を反射する基板上に屈折率の異なる複数の薄膜を重ねて構成された多層膜構造を有し、
波長λの光が入射角θで入射した場合についての反射率をＲ１（λ，θ）（０≦Ｒ１（λ，θ）≦１）としたとき、
この多層膜構造に入射する波長λ０の光について、入射角θを増加させてあらかじめ決められた入射角度の最大値θｍａｘに近づけたとき、反射率Ｒ１（λ０，θ）が増加するように、該多層膜構造における各薄膜の膜厚が設定されることを特徴とする光学的ゲイン補正フィルタ。
【請求項４】
光を反射する基板上に屈折率の異なる複数の薄膜を重ねて構成された多層膜構造を有し、
波長λの光が入射角θで入射した場合についての反射率をＲ１（λ，θ）（０≦Ｒ１（λ，θ）≦１）としたとき、
この多層膜構造へ入射角θ０で入射する光について、波長λを増加させてあらかじめ決められた波長の最大値λｍａｘに近づけたとき、反射率Ｒ１（λ，θ０）が増加するように、該多層膜構造における各薄膜の膜厚が設定されることを特徴とする光学的ゲイン補正フィルタ。
【請求項５】
波長がλ０である半導体レーザ光源と、
前記半導体レーザ光源から出射されたレーザ光を走査する走査手段と、
前記走査されたレーザ光からの散乱光を受光するための受光手段と、
前記半導体レーザ光源から受光手段までの光路上に配置された、請求項１乃至４のいずれかに記載の光学的ゲイン補正フィルタと、
を具備し、
前記散乱光の入射角の増加に伴い、前記透過率Ｔ１（λ，θ）、若しくは前記反射率Ｒ１（λ，θ）が増加する向きに、前記光学的ゲイン補正フィルタが配置されていることを特徴とする光学装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、情報を光学的に読み取るバーコードリーダ等に係り、特に情報を含む反射光の受光に用いられる光学的ゲイン補正フィルタ及びそれを搭載する光学装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、バーコード等のシンボル情報を使用した情報管理手法が製造・物流等を主としてあらゆる産業分野に広く普及している。ここで、シンボル情報とは、光学的情報認識のために規定されたバーとスペースの適当な組み合わせまたは記号または刻印された凹凸形状またはそれに類するものをいい、情報入力の効率化等をはかるためのものをいう。
これらのバーコードを読み取るためのバーコードリーダとしては、半導体レーザ光源等を用いたレーザタイプ、ラインセンサ素子を搭載したラインセンサタイプが知られている。
【０００３】
これらのうち、レーザタイプのバーコードリーダは、スロット式スキャナやガンタイプスキャナが知られており、半導体レーザ光源等を搭載し、光源から出射されたレーザ光を駆動ミラー等により偏向させ反復的に走査させる構成となっている。そして、ユーザが、荷物等に貼りつけられたバーコード面に走査レーザ光を照射させると、バーコード面で生じた散乱光が光検出器等で取り込まれ、電気信号に変換させたのち、復号処理が行われる。このレーザタイプは、バーコードまで比較的遠距離である環境下や、バーコードを貼りつけた荷物が移動する環境下において有用である。
【０００４】
一方、ラインセンサタイプのバーコードリーダは、ＬＥＤ等の光源とラインセンサ等の撮像素子を組み合わせている。そして、タッチ式スキャナとして知られているように、ユーザが、照明されたバーコード面にバーコードリーダの撮像領域面を当て付けると、撮像レンズによりラインセンサの受光面にバーコード像（光像）が結像され、光電変換により電気信号として取り込まれる。この電気信号は種々の処理が施され、復号処理される。
【０００５】
これらのバーコードリーダは、機能としては非常に類似しているものの、上述したように読み取り方式の相違から、レーザタイプは、レーザ光の光学的特性から遠距離にあるバーコードを読み取る環境下では比較的劣化せず読み取れる。
【０００６】
また、ラインセンサタイプは、ある程度の照明が必要であり、バーコードが遠距離にある場合には読み取りが劣化するため、バーコードに接触させたり、比較的近距離にあるバーコードを読み取るのに好適する。但し、読み取る幅（画角）が広いため、周辺光量落ちに対する補正が必要となる。ラインセンサを用いていることから、いわゆるシェーディング補正が可能である。
【０００７】
以上に述べたレーザタイプのバーコードリーダに関する従来技術としては、特開平８−５５１７８号公報に開示されたように、レーザ光のスポットの形状を円筒形とすることにより、バーコードの読み取りができる範囲を広く、最適化したものがある。また、ラインセンサタイプのバーコードリーダに関する従来技術としては、特開平６−１７６１８５号公報に開示されたように、ＬＥＤ照明の通電電流を個別に調整することにより、周辺光量落ち等を補正したものがある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前述したように、従来のバーコードリーダは、読み取りの環境下、例えばバーコードまでの距離によって読み取り方式の適不適があり、十分な汎用性を持たせて構成されているものではない。技術的には、両方のタイプを搭載できないこともないが、本体が大型化、重量増加となり扱いにくくなったり、コスト的に高くなる等の問題があり、製品としては流通していない。
【０００９】
従って、ユーザ側においては、１種類の読み取り方式でシステムを構築した後に、読み取り環境が変化した場合であっても、好適するバーコードリーダが読み取り方式の異なるものであった場合には、それを使用することはできず、使用する場合には、システム全体に影響するため、経済的な損失が生じている。
【００１０】
また製造者側においては、バーコードリーダの利用分野の広がりから、バーコードリーダの読み取り方式が複数あると、類似の機種を複数開発せねばならず、開発、製造及び販売コスト等について経済的な負担が増大する傾向にある。
【００１１】
そこで、例えばラインセンサを搭載したバーコードリーダで遠距離まで読み取り可能となるように改良しようとする場合、周辺光量落ちが影響し、照明光を明るくしなければならず、その対策として照明用ＬＥＤの個数を増やすと、消費電力や製品サイズが大きくなり、実用上の不都合が生じる。
一方、半導体レーザ光源を搭載したバーコードリーダは、コンタクトタイプとしても使用できるバーコードリーダを設計できれば、光源は１つで済むことになる。しかし、レーザ光の走査にともなって後述する周辺光量落ちが発生する。このレーザタイプのバーコードリーダは、通常、１つの半導体レーザ光源のみであるため、ラインセンサタイプのバーコードリーダに適用した周辺光量落ちの改善と同様な手法で改善はできない。
【００１２】
ここで、周辺光量落ちについて説明をする。
一般に、光学機器の受光素子等においては、図１１に概念的に示すような周辺光量落ちが発生する。これは、いわゆるコサイン四乗則やレンズの口径触といわれるものであって、光の入射角の増加に伴い、受光量が減少する現象である。　例えば、バーコードを読み取るために必要な画角を４０度程度と見積ると、図１１から、光信号素子から得られる信号は、周辺光量落ちによって６０％程度失われることになる。これは、バーコードの読み取り性能が著しく劣化することを意味している。
【００１３】
即ち、周辺光量落ちが大きいと、光量が大幅に変動し、２値化回路等において閾値を与えてアナログ・デジタル変換する際、バーコードのパターンに応じた信号に、上記の周辺光量落ちによる信号とが加わって混在することになり、２値化処理の精度が劣化する。例えば、バーコードのパターンを２値化する信号処理回路において、２値化の閾値を高く設定する場合を考える。
周辺光量落ちによって光量が大きく変動した場合であっても、２値化回路の誤動作は減少させられるが、コントラストの低いバーコードや高密度のバーコード等については２値化が難しくなって、バーコードの読み取り性能が劣化する。
【００１４】
逆に、２値化回路において２値化の閾値を小さくすると、コントラストの低いバーコードや高密度のバーコードについて２値化処理が改善される。しかしながら、周辺光量落ちが生じている周辺部については、光量が大きく変動するために２値化処理の精度が劣化してしまう。これは、読み取りができる画角が著しく劣化する結果を招く。同様の劣化は、バーコードの距離を変化させてデフォーカスさせた場合など、バーコードの信号振幅が悪くなるような読み取り条件下においても生じる。従って、周辺光量落ちが大きいと、バーコードの読み取り性能は、全般に亘って著しく劣化する。
【００１５】
そこで本発明は、半導体レーザ光源を搭載したタッチ式のバーコードリーダに搭載され、周辺光量落ちを補正し、高密度なバーコード、低コントラストのバーコード、幅広のバーコード等の読み取り性能を安定化して、汎用性に優れた光学的ゲイン補正フィルタ及びそれを有する光学装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、光を透過する基板上に屈折率の異なる複数の薄膜を重ねて構成された多層膜構造を有し、波長λの光が入射角θで入射した場合についての透過率をＴ１（λ，θ）（０≦Ｔ１（λ，θ）≦１）としたとき、この多層膜構造に入射する波長λ０の光について、入射角θを増加させてあらかじめ決められた入射角度の最大値θｍａｘに近づけたとき、透過率Ｔ１（λ０，θ）が増加するように、該多層膜構造における各薄膜の膜厚が設定される光学的ゲイン補正フィルタを提供する。また、上記光学的ゲイン補正フィルタにおいて、波長λの光が入射角θで入射した場合についての透過率をＴ１（λ，θ）（０≦Ｔ１（λ，θ）≦１）としたとき、この多層膜構造へ入射角θ０で入射する光について、波長λを増加させてあらかじめ決められた波長の最大値λｍａｘに近づけたとき、透過率Ｔ１（λ，θ０）するように、該多層膜構造における各薄膜の膜厚が設定される。
【００１７】
さらに、光を反射する基板上に屈折率の異なる複数の薄膜を重ねて構成された多層膜構造を有し、波長λの光がλ射角θで入射した場合についての反射率をＲ１（λ，θ）（０≦Ｒ１（λ，θ）≦１）としたとき、この多層膜構造に入射する波長λ０の光について、入射角θを増加させてあらかじめ決められた入射角度の最大値θｍａｘに近づけたとき、反射率Ｒ１（λ０，θ）が増加するように、該多層膜構造における各薄膜の膜厚が設定される光学的ゲイン補正フィルタを提供する。また、上記光学的ゲイン補正フィルタにおいて、波長λの光が入射角θで入射した場合についての反射率をＲ１（λ，θ）（０≦Ｒ１（λ，θ）≦１）としたとき、多層膜構造へ入射角θ０で入射する光について、波長λを増加させてあらかじめ決められた波長の最大値λｍａｘに近づけたとき、反射率Ｒ１（λ，θ０）が増加するように、該多層膜構造における各薄膜の膜厚が設定される。
【００１８】
以上のような構成の光学系ゲイン補正フィルタは、レーザ光の光路上であって、レーザ光の走査角度の増加にともなって反射率Ｒ１（λ，θ）が増加する向きに配置することにより、周辺光量落ちが補正される。半導体レーザ光源を搭載してタッチ式のバーコードリーダを構成した場合等であっても、周辺光量落ちが補正され、光検出器から得られる信号が安定化される。
【００１９】
これにより、簡易な構成でありながら、前述の光学的ゲイン補正フィルタにより周辺光量落ちが補正され、入射角度や走査角度を広くした場合であっても、バーコード等の読み取り性能に優れたバーコードリーダを提供することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１には、本発明の第１の実施形態に係る光学的ゲイン補正フィルタを備える光学装置を搭載するバーコードリーダの概念的な構成の一例を示す図である。このバーコードリーダは、光学装置１から走査されるレーザ光４ｂを物品５上に貼付されたバーコード６へ出射し、その反射光（散乱光）を受光して電気信号として生成し、バーコード６内の情報を復号した後、インターフェース部２を介してホストコンピュータ３に出力する。ホストコンピュータ３は、復号された情報を受信し、入出荷管理等、物品５の種類に応じて、予め定めた各種の処理を自動で行う。
【００２１】
光学装置１は、所定波長のレーザ光４ａを出射する半導体レーザ光源７と、レーザ光４ａを所定幅に収束させるレンズ８及び絞り９と、電磁的な陽動により反射ミラー１１を回動させて、反射ミラー１１に入射したレーザ光４ａを走査するレーザ光４ｂとしてバーコード６へ出射させる走査部１０と、バーコード６の表面で散乱したレーザ光４ｂの反射光を取り込む光学的ゲイン補正フィルタ１２と、該フィルタ１２を通過した散乱光を受光して電気信号として生成する光検出器１３と、ホストコンピュータ３の指示により光学装置１の各構成部位を制御する制御部１４とで構成される。検出器１３は、図示しない光学部品、光電変換素子及び、電気回路を有しており、制御部１４は、図示しない２値化回路、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）、メモリ等を有し、復号処理等の種々の処理を行う等、光学装置全体を制御する。
【００２２】
このような構成における、走査されるレーザ光の出射と、その反射光（散乱光）の受光について説明する。
まず、半導体レーザ光源７から、例えば波長λ０＝６５０ｎｍのレーサ光４ａが出射され、回動する反射ミラー１１で反射されて、走査されるレーザ光４ｂとなる。このレーザ光４ｂは、バーコード６へ照射され、そのバーコード６の表面で散乱される。その散乱光の強度は、バーとスペースのパターンに対応して変動する。そして、散乱光は、入射角θの角度で光学的ゲイン補正フィルタ１２に入射する。この光学的ゲイン補正フィルタ１２は、後述の分光透過率特性を有している。この入射角θの絶対値の最大値をθｍａｘとすると、最大値θｍａｘは、上記の反復的な走査の最大角に依存しており、入射角θは、−θｍａｘ≦θ≦θｍａｘの範囲で走査に同期して反復的に変動する。
【００２３】
そして、光学的ゲイン補正フィルタ１２を通過した光は、光検出器１３に入射する。光検出器１３では、入射された散乱光を光電変換素子の受光面に集光させ、光電変換により散乱光に基づく電気信号を生成して、その電気信号を制御部１４へ出力する。制御部１４は、光検出器１３からの電気信号を２値化して、バーコード６のパターンを反復的に検出し、バーコード６に予め符号化されている情報を復号する。復号された情報は、インターフェース部２を経由してホストコンピュータ６に送られる。そして、ホストコンピュータ３は、図示しないＣＰＵとメモリ等を備えており、光学装置１から受信したバーコード６に含まれる情報に基づいて、物品５に対して、予め規定された処理を自動的に行う。
【００２４】
次に図２乃至図４を参照して、光学的ゲイン補正フィルタ１２の機能について詳細に説明する。
図２は、光学的ゲイン補正フィルタ１２の外観を示す。この光学的ゲイン補正フィルタ１２は、赤色の樹脂基板１５と、誘電体多層膜１８が蒸着されたガラス基板１７とが、可視光において透明な接着剤１６により密着され、一体化されている。図３は、この光学的ゲイン補正フィルタ１２について垂直な入射光に対する分光透過率特性を示す。図３に示すように、光学的ゲイン補正フィルタ１２は、バンド幅が１３０ｎｍ程度のバンドパスフィルタとなっており、使用する光源、すなわち、半導体レーザ光源７の波長λＯ＝６５０ｎｍ近傍の光のみを通し、他の光は、外光ノイズとして遮断する特性を有している。
【００２５】
さらに、半導体レーザ光源７の波長λ０と、バンドパスフィルタのリップルの位置とが一致するように設計されている。即ち、通常のバンドパスフィルタにおいては、使用する波長λ０の光の透過率を９０％程度以上とするのに対し、本実施形態における光学的ゲイン補正フィルタ１２は、透過率が約７０％以下となるよう透過率を意図的に下げてある。
【００２６】
この光学的ゲイン補正フィルタ１２は、後述する図８に示すように、入射する光の入射角が増加するにつれて、透過率Ｔ１（λ，θ）が増加する機能を有している。図４には、この光学的ゲイン補正フィルタ１２を搭載した場合の受光素子における配光特性を示す。図中、点線は、通常のバンドパスフィルタを搭載した場合の配光特性の一例であり、前述した図１１と同等のものである。また、実線は、本実施形態における光学的ゲイン補正フィルタ１２を搭載した場合における配光特性を示している。
【００２７】
この図４に示した様に、入射角θが大きくなる２０〜４０度にかけて、周辺光量落ちを約１０ポイント程度以上、改善できている。また、光量落ちが２０％以下となる領域は、約２０度であったものが本実施形態における光学的ゲイン補正フィルタを搭載することにより２５度程度まで改善できている。これにより、バーコードの読み取りが良好となる領域を広げることができる。
従って、本実施形態にかかる光学的ゲイン補正フィルタをレーザタイプのバーコードリーダに搭載することにより、タッチ式のスキャナを構成した場合であっても、周辺光量落ちを改善でき、読み取り性能を改善できる。
【００２８】
この光学的ゲイン補正フィルタについて、さらに詳細に説明する。
図５（ａ）には、赤色の樹脂基板１５における分光透過率特性を示し、図５（ｂ）には、ガラス基板１７に蒸着された誘電体多層膜１８における分光透過率特性を示す。
【００２９】
この誘電体多層膜１８は、例えば、屈折率１．４６のＳｉＯ２及び屈折率２．３のＴｉＯ２が交互に積層された多層膜であり、図６は、白板ガラス基板に蒸着された誘電体多層膜の積層構造の一例を示す。図５（ｂ）に示した様に、光源の波長λＯ＝６５０ｎｍ近辺で、透過率は７０％以下程度となり、λ１＝７１０ｎｍ、△λ０＝λ１−λ０とした場合に、△λＯ＞２０ｎｍとなるように、且つ、この領域にかけて透過率の変化量が３０％以上となるように、例えば、ＳｉＯ２の光学的厚さを７３〜２３２ｎｍの範囲内で、またＴｉＯ２の光学的厚さが２０８〜２３３ｎｍの範囲内で、それぞれが７層で合計１４層の誘電体多層膜を設計している。これは、波長λが、λＯからλ１に増加するに従い、透過率Ｔ１（λ，θ）が単調な増加となるよう設計されている。
【００３０】
この光学的ゲイン補正フィルタについて、入射角θが最大値θｍａｘ＝４０度となった場合の分光透過率特性を図７に示す。
【００３１】
一般に、ＳｉＯ２やＴｉＯ２のような誘電体で多層膜を構成した場合、入射光の入射角θが大きくなるに従い、多層膜の面の間隔のなす光路差が変化する。通常は、誘電体多層膜の隣り合う面で反射して干渉する２つの光について、入射角が増加するにつれこれらの光のなす光路差は小さくなる。
【００３２】
従って、入射角が増加するに伴い、分光特性はシフトして、その結果、本実施形態においては、分光透過率特性が図７に示す実線のようになる。ここで、波長λ０＝６５０ｎｍの光に注目すると、入射角θの増加にともない、透過率Ｔ１（λ，θ）が単調増加している。波長λ０＝６５０ｎｍの光に対して、入射角θを増加させた場合の透過率Ｔ１（λ０，θ）の変化を図８に示す。このような誘電体多層膜１８を蒸着したガラス基板１７と、前述した赤色の樹脂基板１５を貼り合わせると、図９に示した分光透過率特性を有する光学的ゲイン補正フィルタが構成できる。
【００３３】
図９において、点線は、入射角θ＝０度のときの分光透過率特性を示し、実線は、θ＝４０度のときの分光透過率特性を示している。
この光学的ゲイン補正フィルタ１２を用いて光学装置を構成する場合は、例えば、レーザ光の走査角の最大値θｍａｘを４０度程度に設計して、光源として波長λ０＝６５０ｎｍの半導体レーザ光源を採用する。この光学的ゲイン補正フィルタ１２を受光素子１３の前方に配置すると、入射角θを増加させてθｍａｘに近づけるにつれ、透過率Ｔ１（λ０，θ）は７０％以下程度から約９０％まで単調に増加させることが可能となる。
【００３４】
また、赤色の樹脂基板１５は、入射角を変えても特性は変化しないため、光学的ゲイン補正フィルタ１２は、バンドパスフィルタとしても良好な特性を有する。即ち、取り込むべき光源の波長以外の光を外光ノイズとして良好に遮断することができる。
従って、本実施形態における光学的ゲイン補正フィルタ１２をバーコードリーダの光学装置へ搭載することにより、周辺光量落ちを補正でき、且つ不要な外光も遮断できるため、読み取り性能が非常に優れたバーコードリーダが実現できる。具体的には、図４に示すように、入射角が２５度程度までの範囲内では、周辺光量落ちをほぼ半減することができる。
【００３５】
本実施形態によるバーコードリーダは、前述したように２値化回路における閾値の調整をより最適化することができ、読み取りが改善される。例えば、印刷されたバーコードのコントラストが非常に低く、従来のバーコードリーダでは周辺光量落ちの影響が大きすぎて読み取りができないようなものについても、読み取ることができる。また、印刷密度が高密度であって信号振幅が劣化するようなバーコードについても、周辺光量落ちの影響が改善でき、読み取りが良好なバーコードリーダを提供することができる。
【００３６】
さらに、バーコードの幅が広く、従来のレーザタイプのバーコードリーダでは周辺光量落ちの影響が大きくて読み取りができなかったようなバーコードについても、読み取りが良好なバーコードリーダを提供することができる。また、読み取り距離を大きく変えて、デフォーカス等によって信号振幅が劣化するような読み取り条件下であっても、半導体レーザ光源を搭載したことにより、光量の劣化しにくい、レーザタイプの特長でもある読み取り範囲に優れた性能を維持しつつ、且つタッチ式のバーコードリーダとしても使用できる、双方の特長を併せ持ち、非常に汎用性の高いバーコードリーダを提供することができる。
【００３７】
この汎用性を持つことにより、１機種のバーコードリーダで遠距離にあるバーコードの読み取りをする用途であっても、タッチ式等として近距離にあるバーコードの読み取りをする用途であっても使用でき、課題となっているシステムの変更時に生じる経済的な損失を軽減することができる。
【００３８】
尚、本実施形態では、光学的ゲイン補正フィルタを赤色の樹脂と短波長透過フィルタを接着して製作しているが、必ずしも限定されるわけではない。例えば、赤色のガラス基板上に同様な透過率特性を持つ短波長透過フィルタを蒸着してもよく、これにより、一部品で同等の作用効果が得られ、製品サイズを小さくできる点で有利である。また、白板ガラスの表面に蒸着により、同等な誘電体多層膜を構成し、裏面に赤色の樹脂基板と同等の特性を持つ長波長透過フィルタを蒸着により構成してもよい。この場合、赤色の樹脂基板等を使用せずに済むため、コストの点で有利である。
【００３９】
次に、第２の実施形態について説明する。
図１０には、本発明の第２の実施形態に係る光学的ゲイン補正フィルタを備える光学装置をバーコードリーダに適用した概念的な構成の一例を示す図である。
【００４０】
この光学装置１は、バンドパスフィルタ１９と光学的ゲイン補正フィルタ（光学ミラー）２０を搭載しており、これ以外の構成部位は、前述した第１の実施形態における図１と同様であり、ここでの詳細な発明は省略する。
【００４１】
前述した第１の実施形態では、光検出器１３の前面に光学的ゲイン補正フィルタ１２を配置した例であったが、本実施形態では、電磁的な陽動により回動される反射ミラーの反射面上に光学的ゲイン補正フィルタ２０を設けた例である。また、バーコード６からの反射光は、バンドパスフィルタ１９を介して光検出器１３で受光される。バンドパスフィルタ１９は、出射された波長以外の光を外光ノイズとして遮断する。
【００４２】
光学的ゲイン補正フィルタ２０は、反射ミラーの反射面（基板）上に屈折率の異なる複数の薄膜を重ねた多層膜構造に形成され、波長λの光が入射角θで入射した場合についての反射率をＲ１（λ，θ）（０≦Ｒ１（λ，θ）≦１）とした場合に、入射する波長λ０の光に対して、入射角θを増加させてあらかじめ決められた入射角度の最大値θｍａｘに近づけたとき、反射率Ｒ１（λ０，θ）が増加するように各薄膜の厚さが設定されている。
【００４３】
この光学系ゲイン補正フィルタ２０をレーザ光の光路上に配置して、レーザ光の走査角度の増加にともなって反射率Ｒ１（λ，θ）が増加する向きに配置することにより、前述の周辺光量落ちを補正する機能が実現できる。
【００４４】
従って、半導体レーザ光源を採用してタッチ式のバーコードリーダを構成した場合等であっても、周辺光量落ちが補正され、光検出器から得られる信号を安定化させることができる。
【００４５】
本実施形態によれば、光学的ゲイン補正フィルタは、光検出器の直前だけではなく、光源と光検出器との間の光路上に配置すればよく、同等の効果を得ることができる。但し、本実施形態のように、光学的ゲイン補正フィルタを抜けた光が光検出器に至るまでの間に外光が進入する場合には、バンドパスフィルタを光検出器の直前に配置する必要がある。
【００４６】
また、前述した第１の実施形態における誘電体多層膜は、ＳｉＯ２およびＴｉＯ２のいずれかの層としたが、必ずしも、上記の材料に限定されるものではない。例えば、ＴｉＯ２に替わって、ＣｅＯ２、ＺｒＯ２、Ｔａ２Ｏ３、ＺｎＳ等の、いわゆる高屈折率材料を使用してもよい。また、ＳｉＯ２に替わって、ＭｇＦ２等の、いわゆる低屈折率材料を使用してもよい。また、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ等のように、中間の屈折率材料を使用してもよい。また、これらの材料を少なくとも１つ含む材料を用いて屈折率を最適化してもよい。
【００４７】
さらに、第１の実施形態においては、積層構造を図６に示したが、必ずしもこの構造に限るものではない。即ち、層数を少なくすると、生産コストを安くできる反面、分光透過率特性は劣化する。逆に層数を多くすると、分光透過率特性を最適化できる反面、生産コストが高くなる。よって、望ましくは、５層から４５層の範囲内とすると、低コストでありながら、光学特性上も十分な光学的ゲイン補正フィルタを得ることができる。
【００４８】
また、第２の実施形態においては、層数を２層から１０層の範囲内とすると、低コストでありながら、光学特性上も十分な光学的ゲイン補正フィルタを得ることができる。また、各層の厚さについては、３ｎｍを下回ると、生産上管理が難しくなる。また、３５０ｎｍを超えると、材料の安定性の点で問題があるため、望ましくは、光学的厚さで３ｎｍ以上、３５０ｎｍ以下とするとよい。
【００４９】
本実施形態によれば、普及率の高いレーザタイプのバーコードリーダとラインセンサタイプのバーコードリーダの特長を併せ持つ、汎用性の高いバーコードリーダを提供することができる。
【００５０】
なお、前述した各実施形態におけるバーコードとしては、ＪＡＮ、Ｃｏｄｅ３９、ＩＴＦ（Ｉｎｔｅｒ　ｌｅａｖｅｄ　２ｏｆ５）、Ｃｏｄａｂａｒ、Ｃｏｄｅ１２８、ＵＣＣ／ＥＡＮ１２８、Ｂｏｏｋｌａｎｄ　ＥＡＮ、ＭＳＩ　Ｐｌｅｓｓｅｙ、Ｃｏｄｅ９３、Ｒｅｄｕｃｅｄ　Ｓｐａｃｅ　Ｓｙｍｂｏｌｏｇｙ等のどのようなバーコードであってもよい。また、線画、ドット、線分等の組み合わせや記号、刻印された凹凸形状等の特殊なパターンを読み取る用途であってもよい。
【００５１】
また、前述した例では、バーコードを読み取る例について説明したが、必ずしもその形態に限定されるものではない。即ち、周辺光量落ちが生じる一般の光学装置に本実施形態の光学的ゲイン補正フィルタを搭載して、特定の波長の光について周辺光量落ちを改善する用途に用いてもよい。
【００５２】
以上の実施形態について説明したが、本明細書には以下のような発明も含まれている。
【００５３】
（１）基板上に屈折率の異なる複数の薄膜を重ねて構成された多層膜構造を有し、波長λの光が入射角θで入射した場合についての透過率をＴ１（λ，θ）（０≦Ｔ１（λ，θ）≦１）としたとき、波長λ０の光について、入射角θを増加させて予め決められた入射角度の最大値θｍａｘに近づけたとき、透過率Ｔ１（λ０，θ）が増加することを特徴とする光学的ゲイン補正フィルタ。
【００５４】
（２）基板上に屈折率の異なる複数の薄膜を重ねて構成された多層膜構造を有し、波長λの光が入射角θで入射した場合についての透過率をＴ１（λ，θ）（０≦Ｔ１（λ，θ）≦１）としたとき、入射角θ０で入射する光について、波長λを増加させてあらかじめ決められた波長の最大値λｍａｘに近づけたとき、透過率Ｔ１（λ，θ０）が増加することを特徴とする光学的ゲイン補正フィルタ。
【００５５】
（３）基板上に屈折率の異なる複数の薄膜を重ねて構成された多層膜構造を有し、波長λの光が入射角θで入射した場合についての反射率をＲ１（λ，θ）（０≦Ｒ１（λ，θ）≦１）としたとき、波長λ０の光について、入射角θを増加させてあらかじめ決められた入射角度の最大値θｍａｘに近づけたとき、反射率Ｒ１（λ０，θ）が増加することを特徴とする光学的ゲイン補正フィルタ。
【００５６】
（４）基板上に屈折率の異なる複数の薄膜を重ねて構成された多層膜構造を有し、波長λの光が入射角θで入射した場合についての反射率をＲ１（λ，θ）（Ｏ≦Ｒ１（λ，θ）≦１）としたとき、入射角θ０で入射する光について、波長λを増加させて予め決められた波長の最大値λｍａｘに近づけたとき、反射率Ｒ１（λ，θ０）が増加することを特徴とする光学的ゲイン補正フィルタ。
【００５７】
（５）波長がλ０である半導体レーザ光源と、該半導体レーザ光源から出射されたレーザ光を走査する走査手段と、該走査されたレーザ光からの散乱光を受光するための受光手段と、該半導体レーザ光源から受光手段までの光路に配置された請求項１乃至４記載の光学的ゲイン補正フィルタと、を有し、
該光学的ゲイン補正フィルタが、該散乱光の入射角の増加にともない、前記（１）乃至（２）項に記載の透過率Ｔ１（λ，θ）、あるいは、前記（３）乃至（４）項に記載の反射率Ｒ１（λ，θ）が増加する向きに配置されていることを特徴とする光学装置。
【００５８】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、半導体レーザ光源を搭載したタッチ式のバーコードリーダを構成した際に、周辺光量落ちの補正が可能で、高密度のバーコード、低コントラストのバーコード及び、幅広のバーコード等に対しても読み取り性能が安定化且つ改善された汎用性に優れた光学的ゲイン補正フィルタ及びそれを有する光学装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光学的ゲイン補正フィルタを備える光学装置をバーコードリーダに適用した概念的な構成の一例を示す図である。
【図２】第１の実施形態の光学的ゲイン補正フィルタの外観構成を示す図である。
【図３】第１の実施形態の光学的ゲイン補正フィルタにおける入射角０度の垂直な入射光に対する分光透過率特性を示す図である。
【図４】第１の実施形態の光学的ゲイン補正フィルタが組み込まれた受光素子における周辺光量落ちについて説明するための図である。
【図５】図５（ａ）は、第１の実施形態の光学的ゲイン補正フィルタの赤色の樹脂の分光透過率特性を示す図、図５（ｂ）は、第１実施形態における光学的ゲイン補正フィルタについて、白板ガラス基板に蒸着された誘電体多層膜についての分光透過率特性を示す図である。
【図６】第１実施形態における白板ガラス基板に蒸着された誘電体多層膜の積層構造の一例を示す図である。
【図７】第１実施形態の光学的ゲイン補正フィルタの誘電体多層膜における分光透過率特性を示す図である。
【図８】第１実施形態の光学的ゲイン補正フィルタにおける半導体レーザ光源の光に対して入射角を変えた際の透過率の変化を示す図である。
【図９】第１の実施形態における光学的ゲイン補正フィルタについて、入射角を変えた場合の分光透過率特性を示す図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る光学的ゲイン補正フィルタを備える光学装置をバーコードリーダに適用した概念的な構成の一例を示す図である。
【図１１】ラインセンサタイプ、レーザタイプのバーコードリーダ等において、一般の結像光学系で生じる配光分布特性（周辺光量落ち）を示す概念図である。
【符号の説明】
１…光学装置
２…インターフェイス部
３…ホストコンピュータ
４ａ，４ｂ…レーザ光
５…物品
６…バーコード
７…半導体レーザ光源
８…レンズ
９…絞り
１０…走査部
１１…反射ミラー
１２…光学的ゲイン補正フィルタ
１３…光検出器
１４…制御部
１５…赤色の樹脂基板
１６…接着面
１７…ガラス基板
１８…誘電体多層膜
１９…バンドパスフィルタ
２０…光学的ゲイン補正フィルタ（光学ミラー）
【図１】
2004037867.tif 000003
【図２】
2004037867.tif 000004
【図３】
2004037867.tif 000005
【図４】
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【図５】
2004037867.tif 000007
【図６】
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【図７】
2004037867.tif 000009
【図８】
2004037867.tif 000010
【図９】
2004037867.tif 000011
【図１０】
2004037867.tif 000012
【図１１】
2004037867.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成15年7月30日(2003.7.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【特許請求の範囲】
【請求項１】光を透過する基板上に屈折率の異なる複数の薄膜を重ねて構成された多層膜構造を有し、
波長λの光が入射角θで入射した場合についての透過率をＴ１（λ，θ）（０≦Ｔ１（λ，θ）≦１）としたとき、
この多層膜構造に入射する波長λ０の光について、入射角θを増加させてあらかじめ決められた入射角度の最大値θｍａｘに近づけたとき、透過率Ｔ１（λ０，θ）が増加するように、該多層膜構造における各薄膜の膜厚が設定されることを特徴とする光学的ゲイン補正フィルタ。
【請求項２】光を透過する基板上に屈折率の異なる複数の薄膜を重ねて構成された多層膜構造を有し、
波長λの光が入射角θで入射した場合についての透過率をＴ１（λ，θ）（０≦Ｔ１（λ，θ）≦１）としたとき、
この多層膜構造へ入射角θ０で入射する光について、波長λを増加させてあらかじめ決められた波長の最大値λｍａｘに近づけたとき、透過率Ｔ１（λ，θ０）が増加するように、該多層膜構造における各薄膜の膜厚が設定されることを特徴とする光学的ゲイン補正フィルタ。
【請求項３】光を反射する基板上に屈折率の異なる複数の薄膜を重ねて構成された多層膜構造を有し、
波長λの光が入射角θで入射した場合についての反射率をＲ１（λ，θ）（０≦Ｒ１（λ，θ）≦１）としたとき、
この多層膜構造に入射する波長λ０の光について、入射角θを増加させてあらかじめ決められた入射角度の最大値θｍａｘに近づけたとき、反射率Ｒ１（λ０，θ）が増加するように、該多層膜構造における各薄膜の膜厚が設定されることを特徴とする光学的ゲイン補正フィルタ。
【請求項４】光を反射する基板上に屈折率の異なる複数の薄膜を重ねて構成された多層膜構造を有し、
波長λの光が入射角θで入射した場合についての反射率をＲ１（λ，θ）（０≦Ｒ１（λ，θ）≦１）としたとき、
この多層膜構造へ入射角θ０で入射する光について、波長λを増加させてあらかじめ決められた波長の最大値λｍａｘに近づけたとき、反射率Ｒ１（λ，θ０）が増加するように、該多層膜構造における各薄膜の膜厚が設定されることを特徴とする光学的ゲイン補正フィルタ。
【請求項５】波長がλ０である半導体レーザ光源と、
前記半導体レーザ光源から出射されたレーザ光を走査する走査手段と、
前記走査されたレーザ光からの散乱光を受光するための受光手段と、
前記半導体レーザ光源から受光手段までの光路上に配置された、請求項１乃至４のいずれかに記載の光学的ゲイン補正フィルタと、
を具備し、
前記散乱光の入射角の増加に伴い、前記透過率Ｔ１（λ，θ）、若しくは前記反射率Ｒ１（λ，θ）が増加する向きに、前記光学的ゲイン補正フィルタが配置されていることを特徴とする光学装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、情報を光学的に読み取るバーコードリーダ等に係り、特に情報を含む反射光の受光に用いられる光学的ゲイン補正フィルタ及びそれを搭載する光学装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、バーコード等のシンボル情報を使用した情報管理手法が製造・物流等を主としてあらゆる産業分野に広く普及している。ここで、シンボル情報とは、光学的情報認識のために規定されたバーとスペースの適当な組み合わせまたは記号または刻印された凹凸形状またはそれに類するものをいい、情報入力の効率化等をはかるためのものをいう。
これらのバーコードを読み取るためのバーコードリーダとしては、半導体レーザ光源等を用いたレーザタイプ、ラインセンサ素子を搭載したラインセンサタイプが知られている。
【０００３】
これらのうち、レーザタイプのバーコードリーダは、スロット式スキャナやガンタイプスキャナが知られており、半導体レーザ光源等を搭載し、光源から出射されたレーザ光を駆動ミラー等により偏向させ反復的に走査させる構成となっている。そして、ユーザが、荷物等に貼りつけられたバーコード面に走査レーザ光を照射させると、バーコード面で生じた散乱光が光検出器等で取り込まれ、電気信号に変換させたのち、復号処理が行われる。このレーザタイプは、バーコードまで比較的遠距離である環境下や、バーコードを貼りつけた荷物が移動する環境下において有用である。
【０００４】
一方、ラインセンサタイプのバーコードリーダは、ＬＥＤ等の光源とラインセンサ等の撮像素子を組み合わせている。そして、タッチ式スキャナとして知られているように、ユーザが、照明されたバーコード面にバーコードリーダの撮像領域面を当て付けると、撮像レンズによりラインセンサの受光面にバーコード像（光像）が結像され、光電変換により電気信号として取り込まれる。この電気信号は種々の処理が施され、復号処理される。
【０００５】
これらのバーコードリーダは、機能としては非常に類似しているものの、上述したように読み取り方式の相違から、レーザタイプは、レーザ光の光学的特性から遠距離にあるバーコードを読み取る環境下では比較的劣化せず読み取れる。
【０００６】
また、ラインセンサタイプは、ある程度の照明が必要であり、バーコードが遠距離にある場合には読み取りが劣化するため、バーコードに接触させたり、比較的近距離にあるバーコードを読み取るのに好適する。但し、読み取る幅（画角）が広いため、周辺光量落ちに対する補正が必要となる。ラインセンサを用いていることから、いわゆるシェーディング補正が可能である。
【０００７】
以上に述べたレーザタイプのバーコードリーダに関する従来技術としては、特開平８−５５１７８号公報に開示されたように、レーザ光のスポットの形状を円筒形とすることにより、バーコードの読み取りができる範囲を広く、最適化したものがある。また、ラインセンサタイプのバーコードリーダに関する従来技術としては、特開平６−１７６１８５号公報に開示されたように、ＬＥＤ照明の通電電流を個別に調整することにより、周辺光量落ち等を補正したものがある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前述したように、従来のバーコードリーダは、読み取りの環境下、例えばバーコードまでの距離によって読み取り方式の適不適があり、十分な汎用性を持たせて構成されているものではない。技術的には、両方のタイプを搭載できないこともないが、本体が大型化、重量増加となり扱いにくくなったり、コスト的に高くなる等の問題があり、製品としては流通していない。
【０００９】
従って、ユーザ側においては、１種類の読み取り方式でシステムを構築した後に、読み取り環境が変化した場合であっても、好適するバーコードリーダが読み取り方式の異なるものであった場合には、それを使用することはできず、使用する場合には、システム全体に影響するため、経済的な損失が生じている。
【００１０】
また製造者側においては、バーコードリーダの利用分野の広がりから、バーコードリーダの読み取り方式が複数あると、類似の機種を複数開発せねばならず、開発、製造及び販売コスト等について経済的な負担が増大する傾向にある。
【００１１】
そこで、例えばラインセンサを搭載したバーコードリーダで遠距離まで読み取り可能となるように改良しようとする場合、周辺光量落ちが影響し、照明光を明るくしなければならず、その対策として照明用ＬＥＤの個数を増やすと、消費電力や製品サイズが大きくなり、実用上の不都合が生じる。
一方、半導体レーザ光源を搭載したバーコードリーダは、コンタクトタイプとしても使用できるバーコードリーダを設計できれば、光源は１つで済むことになる。しかし、レーザ光の走査にともなって後述する周辺光量落ちが発生する。このレーザタイプのバーコードリーダは、通常、１つの半導体レーザ光源のみであるため、ラインセンサタイプのバーコードリーダに適用した周辺光量落ちの改善と同様な手法で改善はできない。
【００１２】
ここで、周辺光量落ちについて説明をする。
一般に、光学機器の受光素子等においては、図１１に概念的に示すような周辺光量落ちが発生する。これは、いわゆるコサイン四乗則やレンズの口径触といわれるものであって、光の入射角の増加に伴い、受光量が減少する現象である。　例えば、バーコードを読み取るために必要な画角を４０度程度と見積ると、図１１から、光信号素子から得られる信号は、周辺光量落ちによって６０％程度失われることになる。これは、バーコードの読み取り性能が著しく劣化することを意味している。
【００１３】
即ち、周辺光量落ちが大きいと、光量が大幅に変動し、２値化回路等において閾値を与えてアナログ・デジタル変換する際、バーコードのパターンに応じた信号に、上記の周辺光量落ちによる信号とが加わって混在することになり、２値化処理の精度が劣化する。例えば、バーコードのパターンを２値化する信号処理回路において、２値化の閾値を高く設定する場合を考える。
周辺光量落ちによって光量が大きく変動した場合であっても、２値化回路の誤動作は減少させられるが、コントラストの低いバーコードや高密度のバーコード等については２値化が難しくなって、バーコードの読み取り性能が劣化する。
【００１４】
逆に、２値化回路において２値化の閾値を小さくすると、コントラストの低いバーコードや高密度のバーコードについて２値化処理が改善される。しかしながら、周辺光量落ちが生じている周辺部については、光量が大きく変動するために２値化処理の精度が劣化してしまう。これは、読み取りができる画角が著しく劣化する結果を招く。同様の劣化は、バーコードの距離を変化させてデフォーカスさせた場合など、バーコードの信号振幅が悪くなるような読み取り条件下においても生じる。従って、周辺光量落ちが大きいと、バーコードの読み取り性能は、全般に亘って著しく劣化する。
【００１５】
そこで本発明は、半導体レーザ光源を搭載したタッチ式のバーコードリーダに搭載され、周辺光量落ちを補正し、高密度なバーコード、低コントラストのバーコード、幅広のバーコード等の読み取り性能を安定化して、汎用性に優れた光学的ゲイン補正フィルタ及びそれを有する光学装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、光を透過する基板上に屈折率の異なる複数の薄膜を重ねて構成された多層膜構造を有し、波長λの光が入射角θで入射した場合についての透過率をＴ１（λ，θ）（０≦Ｔ１（λ，θ）≦１）としたとき、この多層膜構造に入射する波長λ０の光について、入射角θを増加させてあらかじめ決められた入射角度の最大値θｍａｘに近づけたとき、透過率Ｔ１（λ０，θ）が増加するように、該多層膜構造における各薄膜の膜厚が設定される光学的ゲイン補正フィルタを提供する。また、上記光学的ゲイン補正フィルタにおいて、波長λの光が入射角θで入射した場合についての透過率をＴ１（λ，θ）（０≦Ｔ１（λ，θ）≦１）としたとき、この多層膜構造へ入射角θ０で入射する光について、波長λを増加させてあらかじめ決められた波長の最大値λｍａｘに近づけたとき、透過率Ｔ１（λ，θ０）するように、該多層膜構造における各薄膜の膜厚が設定される。
【００１７】
さらに、光を反射する基板上に屈折率の異なる複数の薄膜を重ねて構成された多層膜構造を有し、波長λの光がλ射角θで入射した場合についての反射率をＲ１（λ，θ）（０≦Ｒ１（λ，θ）≦１）としたとき、この多層膜構造に入射する波長λ０の光について、入射角θを増加させてあらかじめ決められた入射角度の最大値θｍａｘに近づけたとき、反射率Ｒ１（λ０，θ）が増加するように、該多層膜構造における各薄膜の膜厚が設定される光学的ゲイン補正フィルタを提供する。また、上記光学的ゲイン補正フィルタにおいて、波長λの光が入射角θで入射した場合についての反射率をＲ１（λ，θ）（０≦Ｒ１（λ，θ）≦１）としたとき、多層膜構造へ入射角θ０で入射する光について、波長λを増加させてあらかじめ決められた波長の最大値λｍａｘに近づけたとき、反射率Ｒ１（λ，θ０）が増加するように、該多層膜構造における各薄膜の膜厚が設定される。
【００１８】
以上のような構成の光学系ゲイン補正フィルタは、レーザ光の光路上であって、レーザ光の走査角度の増加にともなって反射率Ｒ１（λ，θ）が増加する向きに配置することにより、周辺光量落ちが補正される。半導体レーザ光源を搭載してタッチ式のバーコードリーダを構成した場合等であっても、周辺光量落ちが補正され、光検出器から得られる信号が安定化される。
【００１９】
これにより、簡易な構成でありながら、前述の光学的ゲイン補正フィルタにより周辺光量落ちが補正され、入射角度や走査角度を広くした場合であっても、バーコード等の読み取り性能に優れたバーコードリーダを提供することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１には、本発明の第１の実施形態に係る光学的ゲイン補正フィルタを備える光学装置を搭載するバーコードリーダの概念的な構成の一例を示す図である。このバーコードリーダは、光学装置１から走査されるレーザ光４ｂを物品５上に貼付されたバーコード６へ出射し、その反射光（散乱光）を受光して電気信号として生成し、バーコード６内の情報を復号した後、インターフェース部２を介してホストコンピュータ３に出力する。ホストコンピュータ３は、復号された情報を受信し、入出荷管理等、物品５の種類に応じて、予め定めた各種の処理を自動で行う。
【００２１】
光学装置１は、所定波長のレーザ光４ａを出射する半導体レーザ光源７と、レーザ光４ａを所定幅に収束させるレンズ８及び絞り９と、電磁的な陽動により反射ミラー１１を回動させて、反射ミラー１１に入射したレーザ光４ａを走査するレーザ光４ｂとしてバーコード６へ出射させる走査部１０と、バーコード６の表面で散乱したレーザ光４ｂの反射光を取り込む光学的ゲイン補正フィルタ１２と、該フィルタ１２を通過した散乱光を受光して電気信号として生成する光検出器１３と、ホストコンピュータ３の指示により光学装置１の各構成部位を制御する制御部１４とで構成される。検出器１３は、図示しない光学部品、光電変換素子及び、電気回路を有しており、制御部１４は、図示しない２値化回路、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）、メモリ等を有し、復号処理等の種々の処理を行う等、光学装置全体を制御する。
【００２２】
このような構成における、走査されるレーザ光の出射と、その反射光（散乱光）の受光について説明する。
まず、半導体レーザ光源７から、例えば波長λ０＝６５０ｎｍのレーサ光４ａが出射され、回動する反射ミラー１１で反射されて、走査されるレーザ光４ｂとなる。このレーザ光４ｂは、バーコード６へ照射され、そのバーコード６の表面で散乱される。その散乱光の強度は、バーとスペースのパターンに対応して変動する。そして、散乱光は、入射角θの角度で光学的ゲイン補正フィルタ１２に入射する。この光学的ゲイン補正フィルタ１２は、後述の分光透過率特性を有している。この入射角θの絶対値の最大値をθｍａｘとすると、最大値θｍａｘは、上記の反復的な走査の最大角に依存しており、入射角θは、−θｍａｘ≦θ≦θｍａｘの範囲で走査に同期して反復的に変動する。
【００２３】
そして、光学的ゲイン補正フィルタ１２を通過した光は、光検出器１３に入射する。光検出器１３では、入射された散乱光を光電変換素子の受光面に集光させ、光電変換により散乱光に基づく電気信号を生成して、その電気信号を制御部１４へ出力する。制御部１４は、光検出器１３からの電気信号を２値化して、バーコード６のパターンを反復的に検出し、バーコード６に予め符号化されている情報を復号する。復号された情報は、インターフェース部２を経由してホストコンピュータ６に送られる。そして、ホストコンピュータ３は、図示しないＣＰＵとメモリ等を備えており、光学装置１から受信したバーコード６に含まれる情報に基づいて、物品５に対して、予め規定された処理を自動的に行う。
【００２４】
次に図２乃至図４を参照して、光学的ゲイン補正フィルタ１２の機能について詳細に説明する。
図２は、光学的ゲイン補正フィルタ１２の外観を示す。この光学的ゲイン補正フィルタ１２は、赤色の樹脂基板１５と、誘電体多層膜１８が蒸着されたガラス基板１７とが、可視光において透明な接着剤１６により密着され、一体化されている。図３は、この光学的ゲイン補正フィルタ１２について垂直な入射光に対する分光透過率特性を示す。図３に示すように、光学的ゲイン補正フィルタ１２は、バンド幅が１３０ｎｍ程度のバンドパスフィルタとなっており、使用する光源、すなわち、半導体レーザ光源７の波長λ０＝６５０ｎｍ近傍の光のみを通し、他の光は、外光ノイズとして遮断する特性を有している。
【００２５】
さらに、半導体レーザ光源７の波長λ０と、バンドパスフィルタのリップルの位置とが一致するように設計されている。即ち、通常のバンドパスフィルタにおいては、使用する波長λ０の光の透過率を９０％程度以上とするのに対し、本実施形態における光学的ゲイン補正フィルタ１２は、透過率が約７０％以下となるよう透過率を意図的に下げてある。
【００２６】
この光学的ゲイン補正フィルタ１２は、後述する図８に示すように、入射する光の入射角が増加するにつれて、透過率Ｔ１（λ，θ）が増加する機能を有している。図４には、この光学的ゲイン補正フィルタ１２を搭載した場合の受光素子における配光特性を示す。図中、点線は、通常のバンドパスフィルタを搭載した場合の配光特性の一例であり、前述した図１１と同等のものである。また、実線は、本実施形態における光学的ゲイン補正フィルタ１２を搭載した場合における配光特性を示している。
【００２７】
この図４に示した様に、入射角θが大きくなる２０〜４０度にかけて、周辺光量落ちを約１０ポイント程度以上、改善できている。また、光量落ちが２０％以下となる領域は、約２０度であったものが本実施形態における光学的ゲイン補正フィルタを搭載することにより２５度程度まで改善できている。これにより、バーコードの読み取りが良好となる領域を広げることができる。
従って、本実施形態にかかる光学的ゲイン補正フィルタをレーザタイプのバーコードリーダに搭載することにより、タッチ式のスキャナを構成した場合であっても、周辺光量落ちを改善でき、読み取り性能を改善できる。
【００２８】
この光学的ゲイン補正フィルタについて、さらに詳細に説明する。
図５（ａ）には、赤色の樹脂基板１５における分光透過率特性を示し、図５（ｂ）には、ガラス基板１７に蒸着された誘電体多層膜１８における分光透過率特性を示す。
【００２９】
この誘電体多層膜１８は、例えば、屈折率１．４６のＳｉＯ２及び屈折率２．３のＴｉＯ２が交互に積層された多層膜であり、図６は、白板ガラス基板に蒸着された誘電体多層膜の積層構造の一例を示す。図５（ｂ）に示した様に、光源の波長λ０＝６５０ｎｍ近辺で、透過率は７０％以下程度となり、λ１＝７１０ｎｍ、△λ０＝λ１−λ０とした場合に、△λ０＞２０ｎｍとなるように、且つ、この領域にかけて透過率の変化量が３０％以上となるように、例えば、ＳｉＯ２の光学的厚さを７３〜２３２ｎｍの範囲内で、またＴｉＯ２の光学的厚さが２０８〜２３３ｎｍの範囲内で、それぞれが７層で合計１４層の誘電体多層膜を設計している。これは、波長λが、λ０からλ１に増加するに従い、透過率Ｔ１（λ，θ）が単調な増加となるよう設計されている。
【００３０】
この光学的ゲイン補正フィルタについて、入射角θが最大値θｍａｘ＝４０度となった場合の分光透過率特性を図７に示す。
【００３１】
一般に、ＳｉＯ２やＴｉＯ２のような誘電体で多層膜を構成した場合、入射光の入射角θが大きくなるに従い、多層膜の面の間隔のなす光路差が変化する。通常は、誘電体多層膜の隣り合う面で反射して干渉する２つの光について、入射角が増加するにつれこれらの光のなす光路差は小さくなる。
【００３２】
従って、入射角が増加するに伴い、分光特性はシフトして、その結果、本実施形態においては、分光透過率特性が図７に示す実線のようになる。ここで、波長λ０＝６５０ｎｍの光に注目すると、入射角θの増加にともない、透過率Ｔ１（λ，θ）が単調増加している。波長λ０＝６５０ｎｍの光に対して、入射角θを増加させた場合の透過率Ｔ１（λ０，θ）の変化を図８に示す。このような誘電体多層膜１８を蒸着したガラス基板１７と、前述した赤色の樹脂基板１５を貼り合わせると、図９に示した分光透過率特性を有する光学的ゲイン補正フィルタが構成できる。
【００３３】
図９において、点線は、入射角θ＝０度のときの分光透過率特性を示し、実線は、θ＝４０度のときの分光透過率特性を示している。
この光学的ゲイン補正フィルタ１２を用いて光学装置を構成する場合は、例えば、レーザ光の走査角の最大値θｍａｘを４０度程度に設計して、光源として波長λ０＝６５０ｎｍの半導体レーザ光源を採用する。この光学的ゲイン補正フィルタ１２を受光素子１３の前方に配置すると、入射角θを増加させてθｍａｘに近づけるにつれ、透過率Ｔ１（λ０，θ）は７０％以下程度から約９０％まで単調に増加させることが可能となる。
【００３４】
また、赤色の樹脂基板１５は、入射角を変えても特性は変化しないため、光学的ゲイン補正フィルタ１２は、バンドパスフィルタとしても良好な特性を有する。即ち、取り込むべき光源の波長以外の光を外光ノイズとして良好に遮断することができる。
従って、本実施形態における光学的ゲイン補正フィルタ１２をバーコードリーダの光学装置へ搭載することにより、周辺光量落ちを補正でき、且つ不要な外光も遮断できるため、読み取り性能が非常に優れたバーコードリーダが実現できる。具体的には、図４に示すように、入射角が２５度程度までの範囲内では、周辺光量落ちをほぼ半減することができる。
【００３５】
本実施形態によるバーコードリーダは、前述したように２値化回路における閾値の調整をより最適化することができ、読み取りが改善される。例えば、印刷されたバーコードのコントラストが非常に低く、従来のバーコードリーダでは周辺光量落ちの影響が大きすぎて読み取りができないようなものについても、読み取ることができる。また、印刷密度が高密度であって信号振幅が劣化するようなバーコードについても、周辺光量落ちの影響が改善でき、読み取りが良好なバーコードリーダを提供することができる。
【００３６】
さらに、バーコードの幅が広く、従来のレーザタイプのバーコードリーダでは周辺光量落ちの影響が大きくて読み取りができなかったようなバーコードについても、読み取りが良好なバーコードリーダを提供することができる。また、読み取り距離を大きく変えて、デフォーカス等によって信号振幅が劣化するような読み取り条件下であっても、半導体レーザ光源を搭載したことにより、光量の劣化しにくい、レーザタイプの特長でもある読み取り範囲に優れた性能を維持しつつ、且つタッチ式のバーコードリーダとしても使用できる、双方の特長を併せ持ち、非常に汎用性の高いバーコードリーダを提供することができる。
【００３７】
この汎用性を持つことにより、１機種のバーコードリーダで遠距離にあるバーコードの読み取りをする用途であっても、タッチ式等として近距離にあるバーコードの読み取りをする用途であっても使用でき、課題となっているシステムの変更時に生じる経済的な損失を軽減することができる。
【００３８】
尚、本実施形態では、光学的ゲイン補正フィルタを赤色の樹脂と短波長透過フィルタを接着して製作しているが、必ずしも限定されるわけではない。例えば、赤色のガラス基板上に同様な透過率特性を持つ短波長透過フィルタを蒸着してもよく、これにより、一部品で同等の作用効果が得られ、製品サイズを小さくできる点で有利である。また、白板ガラスの表面に蒸着により、同等な誘電体多層膜を構成し、裏面に赤色の樹脂基板と同等の特性を持つ長波長透過フィルタを蒸着により構成してもよい。この場合、赤色の樹脂基板等を使用せずに済むため、コストの点で有利である。
【００３９】
次に、第２の実施形態について説明する。
図１０には、本発明の第２の実施形態に係る光学的ゲイン補正フィルタを備える光学装置をバーコードリーダに適用した概念的な構成の一例を示す図である。
【００４０】
この光学装置１は、バンドパスフィルタ１９と光学的ゲイン補正フィルタ（光学ミラー）２０を搭載しており、これ以外の構成部位は、前述した第１の実施形態における図１と同様であり、ここでの詳細な発明は省略する。
【００４１】
前述した第１の実施形態では、光検出器１３の前面に光学的ゲイン補正フィルタ１２を配置した例であったが、本実施形態では、電磁的な陽動により回動される反射ミラーの反射面上に光学的ゲイン補正フィルタ２０を設けた例である。また、バーコード６からの反射光は、バンドパスフィルタ１９を介して光検出器１３で受光される。バンドパスフィルタ１９は、出射された波長以外の光を外光ノイズとして遮断する。
【００４２】
光学的ゲイン補正フィルタ２０は、反射ミラーの反射面（基板）上に屈折率の異なる複数の薄膜を重ねた多層膜構造に形成され、波長λの光が入射角θで入射した場合についての反射率をＲ１（λ，θ）（０≦Ｒ１（λ，θ）≦１）とした場合に、入射する波長λ０の光に対して、入射角θを増加させてあらかじめ決められた入射角度の最大値θｍａｘに近づけたとき、反射率Ｒ１（λ０，θ）が増加するように各薄膜の厚さが設定されている。
【００４３】
この光学系ゲイン補正フィルタ２０をレーザ光の光路上に配置して、レーザ光の走査角度の増加にともなって反射率Ｒ１（λ，θ）が増加する向きに配置することにより、前述の周辺光量落ちを補正する機能が実現できる。
【００４４】
従って、半導体レーザ光源を採用してタッチ式のバーコードリーダを構成した場合等であっても、周辺光量落ちが補正され、光検出器から得られる信号を安定化させることができる。
【００４５】
本実施形態によれば、光学的ゲイン補正フィルタは、光検出器の直前だけではなく、光源と光検出器との間の光路上に配置すればよく、同等の効果を得ることができる。但し、本実施形態のように、光学的ゲイン補正フィルタを抜けた光が光検出器に至るまでの間に外光が進入する場合には、バンドパスフィルタを光検出器の直前に配置する必要がある。
【００４６】
また、前述した第１の実施形態における誘電体多層膜は、ＳｉＯ２およびＴｉＯ２のいずれかの層としたが、必ずしも、上記の材料に限定されるものではない。例えば、ＴｉＯ２に替わって、ＣｅＯ２、ＺｒＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＺｎＳ等の、いわゆる高屈折率材料を使用してもよい。また、ＳｉＯ２に替わって、ＭｇＦ２等の、いわゆる低屈折率材料を使用してもよい。また、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ等のように、中間の屈折率材料を使用してもよい。また、これらの材料を少なくとも１つ含む材料を用いて屈折率を最適化してもよい。
【００４７】
さらに、第１の実施形態においては、積層構造を図６に示したが、必ずしもこの構造に限るものではない。即ち、層数を少なくすると、生産コストを安くできる反面、分光透過率特性は劣化する。逆に層数を多くすると、分光透過率特性を最適化できる反面、生産コストが高くなる。よって、望ましくは、５層から４５層の範囲内とすると、低コストでありながら、光学特性上も十分な光学的ゲイン補正フィルタを得ることができる。
【００４８】
また、第２の実施形態においては、層数を２層から１０層の範囲内とすると、低コストでありながら、光学特性上も十分な光学的ゲイン補正フィルタを得ることができる。また、各層の厚さについては、３ｎｍを下回ると、生産上管理が難しくなる。また、３５０ｎｍを超えると、材料の安定性の点で問題があるため、望ましくは、光学的厚さで３ｎｍ以上、３５０ｎｍ以下とするとよい。
【００４９】
本実施形態によれば、普及率の高いレーザタイプのバーコードリーダとラインセンサタイプのバーコードリーダの特長を併せ持つ、汎用性の高いバーコードリーダを提供することができる。
【００５０】
なお、前述した各実施形態におけるバーコードとしては、ＪＡＮ、Ｃｏｄｅ３９、ＩＴＦ（Ｉｎｔｅｒ　ｌｅａｖｅｄ　２ｏｆ５）、Ｃｏｄａｂａｒ、Ｃｏｄｅ１２８、ＵＣＣ／ＥＡＮ１２８、Ｂｏｏｋｌａｎｄ　ＥＡＮ、ＭＳＩ　Ｐｌｅｓｓｅｙ、Ｃｏｄｅ９３、Ｒｅｄｕｃｅｄ　Ｓｐａｃｅ　Ｓｙｍｂｏｌｏｇｙ等のどのようなバーコードであってもよい。また、線画、ドット、線分等の組み合わせや記号、刻印された凹凸形状等の特殊なパターンを読み取る用途であってもよい。
【００５１】
また、前述した例では、バーコードを読み取る例について説明したが、必ずしもその形態に限定されるものではない。即ち、周辺光量落ちが生じる一般の光学装置に本実施形態の光学的ゲイン補正フィルタを搭載して、特定の波長の光について周辺光量落ちを改善する用途に用いてもよい。
【００５２】
以上の実施形態について説明したが、本明細書には以下のような発明も含まれている。
【００５３】
（１）基板上に屈折率の異なる複数の薄膜を重ねて構成された多層膜構造を有し、波長λの光が入射角θで入射した場合についての透過率をＴ１（λ，θ）（０≦Ｔ１（λ，θ）≦１）としたとき、波長λ０の光について、入射角θを増加させて予め決められた入射角度の最大値θｍａｘに近づけたとき、透過率Ｔ１（λ０，θ）が増加することを特徴とする光学的ゲイン補正フィルタ。
【００５４】
（２）基板上に屈折率の異なる複数の薄膜を重ねて構成された多層膜構造を有し、波長λの光が入射角θで入射した場合についての透過率をＴ１（λ，θ）（０≦Ｔ１（λ，θ）≦１）としたとき、入射角θ０で入射する光について、波長λを増加させてあらかじめ決められた波長の最大値λｍａｘに近づけたとき、透過率Ｔ１（λ，θ０）が増加することを特徴とする光学的ゲイン補正フィルタ。
【００５５】
（３）基板上に屈折率の異なる複数の薄膜を重ねて構成された多層膜構造を有し、波長λの光が入射角θで入射した場合についての反射率をＲ１（λ，θ）（０≦Ｒ１（λ，θ）≦１）としたとき、波長λ０の光について、入射角θを増加させてあらかじめ決められた入射角度の最大値θｍａｘに近づけたとき、反射率Ｒ１（λ０，θ）が増加することを特徴とする光学的ゲイン補正フィルタ。
【００５６】
（４）基板上に屈折率の異なる複数の薄膜を重ねて構成された多層膜構造を有し、波長λの光が入射角θで入射した場合についての反射率をＲ１（λ，θ）（０≦Ｒ１（λ，θ）≦１）としたとき、入射角θ０で入射する光について、波長λを増加させて予め決められた波長の最大値λｍａｘに近づけたとき、反射率Ｒ１（λ，θ０）が増加することを特徴とする光学的ゲイン補正フィルタ。
【００５７】
（５）波長がλ０である半導体レーザ光源と、該半導体レーザ光源から出射されたレーザ光を走査する走査手段と、該走査されたレーザ光からの散乱光を受光するための受光手段と、該半導体レーザ光源から受光手段までの光路に配置された請求項１乃至４記載の光学的ゲイン補正フィルタと、を有し、
該光学的ゲイン補正フィルタが、該散乱光の入射角の増加にともない、前記（１）乃至（２）項に記載の透過率Ｔ１（λ，θ）、あるいは、前記（３）乃至（４）項に記載の反射率Ｒ１（λ，θ）が増加する向きに配置されていることを特徴とする光学装置。
【００５８】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、半導体レーザ光源を搭載したタッチ式のバーコードリーダを構成した際に、周辺光量落ちの補正が可能で、高密度のバーコード、低コントラストのバーコード及び、幅広のバーコード等に対しても読み取り性能が安定化且つ改善された汎用性に優れた光学的ゲイン補正フィルタ及びそれを有する光学装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光学的ゲイン補正フィルタを備える光学装置をバーコードリーダに適用した概念的な構成の一例を示す図である。
【図２】第１の実施形態の光学的ゲイン補正フィルタの外観構成を示す図である。
【図３】第１の実施形態の光学的ゲイン補正フィルタにおける入射角０度の垂直な入射光に対する分光透過率特性を示す図である。
【図４】第１の実施形態の光学的ゲイン補正フィルタが組み込まれた受光素子における周辺光量落ちについて説明するための図である。
【図５】図５（ａ）は、第１の実施形態の光学的ゲイン補正フィルタの赤色の樹脂の分光透過率特性を示す図、図５（ｂ）は、第１実施形態における光学的ゲイン補正フィルタについて、白板ガラス基板に蒸着された誘電体多層膜についての分光透過率特性を示す図である。
【図６】第１実施形態における白板ガラス基板に蒸着された誘電体多層膜の積層構造の一例を示す図である。
【図７】第１実施形態の光学的ゲイン補正フィルタの誘電体多層膜における分光透過率特性を示す図である。
【図８】第１実施形態の光学的ゲイン補正フィルタにおける半導体レーザ光源の光に対して入射角を変えた際の透過率の変化を示す図である。
【図９】第１の実施形態における光学的ゲイン補正フィルタについて、入射角を変えた場合の分光透過率特性を示す図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る光学的ゲイン補正フィルタを備える光学装置をバーコードリーダに適用した概念的な構成の一例を示す図である。
【図１１】ラインセンサタイプ、レーザタイプのバーコードリーダ等において、一般の結像光学系で生じる配光分布特性（周辺光量落ち）を示す概念図である。
【符号の説明】
１…光学装置、２…インターフェイス部、３…ホストコンピュータ、４ａ，４ｂ…レーザ光、５…物品、６…バーコード、７…半導体レーザ光源、８…レンズ、９…絞り、１０…走査部、１１…反射ミラー、１２…光学的ゲイン補正フィルタ、１３…光検出器、１４…制御部、１５…赤色の樹脂基板、１６…接着面、１７…ガラス基板、１８…誘電体多層膜、１９…バンドパスフィルタ、２０…光学的ゲイン補正フィルタ（光学ミラー）。