(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光ビームを光走査手段を経て被読み取り媒体に照射して、該被読み取り媒体を光ビームにより走査し、その反射光を光検出器で受光して、前記被読み取り媒体を読み取るようにした情報読み取り装置において、
前記反射光を集光する曲率半径が光軸から離れるに従って小さくなる非球面レンズを、前記光検出器の前方に配置したことを特徴とする情報読み取り装置。
【請求項２】
前記被読み取り媒体からの反射光を集光する集光ミラーを配置し、前記反射光を前記集光ミラーを経た後、前記非球面レンズを経て前記光検出器で受光するよう構成したことを特徴とする請求項１に記載の情報読み取り装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば、デパートやスーパーマーケットでの販売時点(point of sales)操作において、商品に添付あるいは印刷されているバーコードを、光ビームで走査して読み取るバーコードリーダ等の情報読み取り装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
バーコードリーダには、例えば、オペレータにより手に持って移送される商品や、搬送手段により自動的に移送される商品に付けられているバーコードを読み取る、いわゆる据置型のものがある。このような据置型のバーコードリーダとして、例えば、米国特許第５２１６２３２号明細書には、図６および図７にそれぞれ平面図および横断面図で示すようなものが開示されている。
【０００３】
図６および図７に示すバーコードリーダにおいては、レーザダイオード１からの光ビームを、ミラー２および３で順次反射させた後、集光ミラー４の中央部に形成された開口５を透過させて回転多面鏡６に入射させるようしている。回転多面鏡６は、回転軸に対してそれぞれ異なる傾斜角の４つの反射面７を有し、その各反射面７で生成される走査ビームを、回転多面鏡６の周囲にそれぞれ異なる面方向で配置した５個の反射ミラー８〜１２で順次反射させて、それぞれ異なる方向の５本の走査ビームを得、これらの走査ビームを窓１３を経て射出して商品に投射するようにしている。ここで、回転多面鏡６は傾斜角の異なる４つの反射面７を有するので、回転多面鏡６が１回転すると、面方向の異なる５個の反射ミラー８〜１２に対応する５つの方向で、各方向において回転多面鏡６の４つの反射面７に対応するほぼ平行な４本の走査ビーム、したがって合計で２０本（４×５）の走査ビームが得られることになる。
【０００４】
また、商品で反射されるビームは、媒体面での散乱等により一般には発散光となるので、この反射ビームを往路と同一光路、すなわち窓１３、対応する反射ミラーおよび回転多面鏡６の反射面７を経て集光ミラー４で反射させて集光し、さらにその集光された反射ビームを、レンズ面が球面で形成された平凸レンズよりなる集光レンズ１４で集光して光検出器１５で受光することにより、その出力に基づいて商品に付けられているバーコードを読み取るようにしている。
【０００５】
なお、このような据置型のバーコードリーダにおいては、その使用にあたって、読み取るべきバーコードが付された商品が、バーコードリーダに対して常に一定の距離を保って移送されるわけではないので、一般には、ある程度の被写界深度内でバーコードが読み取れるようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、実際の使用においては、読み取るべきバーコードがバーコードリーダに極めて接近するように商品を移送することが極めて多い。このため、上述した従来のバーコードリーダにおけるように、集光レンズ１４として平凸の球面レンズを用いると、読み取るべきバーコードがバーコードリーダに極めて接近して移送される実用域において、光検出器１５に十分な光量の反射光が入射せず、これがためバーコードの角度姿勢によっては読み取れない場合があるという問題がある。
【０００７】
すなわち、上述した従来のバーコードリーダにおいて、読み取るべきバーコードが、例えば集光ミラー４の焦点位置近傍に位置する場合には、図８（ｂ）に示すように、バーコードからの反射光は光検出器１５上に有効に集光されるので、その入射光量が多くなり、その位置よりもバーコードが遠側に位置する場合には、距離の二乗に反比例して光量が減るので、集光ミラー４で捕らえられる光量が減少し、かつ図８（ａ）に示すように、光軸近傍の光線のみが光検出器１５に入射することになるため、その入射光量は図８（ｂ）の場合よりも少なくなる。
【０００８】
また、図８（ｂ）の状態よりも、バーコードが近側に位置する場合には、集光レンズ１４には多くの光線が入射するが、集光レンズ１４が球面レンズで構成されているために、これらの光線は、図８（ｃ）に示すように、光検出器１５よりも遠方に集光し、集光レンズ１４の周辺部の光線が光検出器１５に入射しなくなって、光検出器１５への入射光量が減少する。
【０００９】
このように、上述した従来のバーコードリーダにおいては、集光レンズ１４を球面レンズとしているため、光検出器１５への入射光量は、図８（ｂ）に示す状態の近傍で最大となり、その状態から遠側および近側に離れるに従ってそれぞれ減少し、図９に示すようになる。
【００１０】
このような問題は、バーコードリーダを小型化にすると、それに伴って光路長も短くなり、図８（ｃ）に示す状態になり易くなるため、より発生し易くなる。なお、上記の問題を解決する方法として、光検出器１５の受光面積を大きくすることが考えられるが、このようにすると、ノイズが多くなって検出感度が低下するため、実用的でない。
【００１１】
この発明は、このような従来の問題点に着目してなされたもので、特に、バーコード等の被読み取り媒体が近側に位置する実用域において、被読み取り媒体を常に確実に読み取ることができ、したがって小型に構成できるよう適切に構成した情報読み取り装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明は、光源からの光ビームを光走査手段を経て被読み取り媒体に照射して、該被読み取り媒体を光ビームにより走査し、その反射光を光検出器で受光して、前記被読み取り媒体を読み取るようにした情報読み取り装置において、前記反射光を集光する曲率半径が光軸から離れるに従って小さくなる非球面レンズを、前記光検出器の前方に配置したことを特徴とするものである。
【００１３】
この発明に係る情報読み取り装置は、前記被読み取り媒体からの反射光を集光する集光ミラーを配置し、前記反射光を前記集光ミラーを経た後、前記非球面レンズを経て前記光検出器で受光するよう構成するのが、前記被読み取り媒体からの反射光をより有効に前記光検出器で受光して、より確実に読み取る点で好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１および図２は、この発明の一実施形態を示す平面図および横断面図である。この実施形態は、据置型のバーコードリーダを示すもので、共通のシャーシ２０に取り付けた、レーザダイオード２１、コリメータレンズ２２、偏向ミラー２３、光走査手段を構成する回転多面鏡２４、パターンミラー２５〜３２、集光ミラー３３、非球面レンズ３４、光検出器３５を有する。
【００１５】
レーザダイオード２１およびコリメータレンズ２２は、共通の保持部材４１に保持し、この保持部材４１をシャーシ２０に回動調整可能に取り付けて、レーザダイオード２１からの光ビームを、コリメータレンズ２２で平行に近い光束として偏向ミラー２３に投射するようにする。偏向ミラー２３は、集光ミラー３３の反射面内に配置した小径の円形の平面ミラーからなり、該偏向ミラー２３でレーザダイオード２１からの光ビームを回転多面鏡２４に向けて反射させるようにする。
【００１６】
回転多面鏡２４には、モータ４２の回転軸に支持して３つの反射面４３を設ける。３つの反射面４３は、それぞれ偏向ミラー２３を経て入射する光ビームを異なる角度で反射させるように、回転軸に対して異なる傾斜角で取り付ける。このようにして、モータ４２を駆動して３つの反射面４３を、例えば、５４００ｒｐｍで回転させて、その各１回転で周期的に異なる軌道を走査する３本の走査ビームを生成するようにする。なお、この実施形態では、回転多面鏡２４の回転による風損を低減して、モータ４２の消費電流を小さくするために、回転多面鏡２４の上部に反射面４３と一体に回転するように円板４４を設ける。
【００１７】
回転多面鏡２４の各反射面４３で生成される走査ビームは、パターンミラー２５〜３０に順次入射させてそれぞれ反射させる。パターンミラー２５〜３０は、回転多面鏡２４の周囲にそれぞれ異なる面方向に配置する。なお、この実施形態では、パターンミラー２５と３０、パターンミラー２６と２９、およびパターンミラー２７と２８とを、それぞれほぼ同じ傾斜角で配置する。また、パターンミラー３１は、パターンミラー２６で反射される光ビームをさらに反射させるようにほぼ垂直に配置し、同様に、パターンミラー３２は、パターンミラー２９で反射される光ビームをさらに反射させるようにほぼ垂直に配置する。
【００１８】
このようにして、回転多面鏡２４の反射面４３で生成される各走査ビームを、パターンミラー２５，２７，２８および３０でそれぞれ反射させて、水平面内で異なる４方向に移動する走査ビームを得、また、パターンミラー２６および３１で順次反射させ、同様に、パターンミラー２９および３２で順次反射させて、垂直面内で異なる２方向の移動する走査ビームを得るようにして、これらの走査ビームを窓４５を経て射出して商品に投射するようにする。したがって、この実施形態では、回転多面鏡２４で異なる軌道の３本の走査ビームが得られ、その各走査ビームがパターンミラー２５〜３２で６方向に偏向されるので、回転多面鏡２４が１回転すると、合計で１８本（３×６）の走査ビームが順次得られることになる。
【００１９】
また、商品で反射・散乱されるビームは、往路と同一光路、すなわち窓４５、対応するパターンミラーおよび回転多面鏡２４の反射面４３を経て集光ミラー３３で反射させて集光し、さらにその集光された反射ビームを非球面レンズ３４で集光して光検出器３５で受光して、その出力に基づいて商品に付けられているバーコードを読み取るようにする。なお、非球面レンズ３４および光検出器３５は、レーザダイオード２１およびコリメータレンズ２２を支持する保持部材４１に取り付ける。
【００２０】
この実施形態では、非球面レンズ３４を、図３に拡大して示すように、一方の面が光軸から離れるに従って曲率半径が小さくなる非球面３４ａからなり、他方の面が球面３４ｂからなる一体成形の非球面レンズをもって構成する。なお、図３において、一方の面側に破線で示す曲線は、球面の場合の形状を示している。ここで、非球面３４ａは、具体的には、下記の非球面式において、例えば、Ｃ＝１／Ｒ＝０．０８５８１１、ｋ＝−１、ａ1 ＝４．５１×１０-4、ａ2 ＝０、ａ3 ＝−５．５０×１０-9とすることができる。
【数１】
0003891631.tif 000002
なお、非球面３４ａは、上記の非球面式において、非球面係数ａ1 ，ａ2 ，ａ3 ，・・・の符号をプラスとすればよいが、上記の具体例では、入射高ｈの大きいところでカーブがきつくなり過ぎるのを避けるために、ａ2 を０、ａ3 の符号をマイナスとしている。また、集光ミラー３３は、その半径を例えば２００ｍｍとし、集光ミラー３３から読み取り可能な物点（バーコード）までの距離は、例えば最小１６０ｍｍ〜最大５００ｍｍとし、光検出器３５は、その受光面の大きさを例えば２．８ｍｍ×２．８ｍｍとする。
【００２１】
このように、光検出器３５の前方に、光軸から離れるに従って曲率半径が小さくなる非球面レンズ３４を配置すれば、読み取るべきバーコードが、例えば集光ミラー３３の焦点位置近傍に位置する場合には、図４（ｂ）に示すように、非球面レンズ３４には、バーコードからの反射光線が多く入射し、そのうち光軸を含む中央部に入射する光線は、光検出器３５上に収束し、周辺部に入射する光線は、曲率半径が小さいので、光検出器３５の手前で焦点を結んで光検出器３５に入射することになる。したがって、光検出器３５には、従来の球面レンズを用いた場合とほぼ同じ光線が入射することになる。
【００２２】
また、バーコードが集光ミラー３３の焦点位置よりも遠側に位置する場合には、集光ミラー３３に入射する光量が少なくなるが、図４（ａ）に示すように、光軸を含む中央部の光線のみが光検出器３５に入射することになるので、その入射光量は従来の球面レンズを用いた場合とほぼ同じになる。
【００２３】
これに対し、図４（ｂ）の状態よりも、バーコードが近側に位置する場合は、集光ミラー３３に入射する光量が大きくなるので、非球面レンズ３４には、図４（ｃ）に示すように、図４（ｂ）の場合よりも多くの光線が入射する。ここで、非球面レンズ３４は、光軸から離れるに従って曲率半径が小さくなるので、光軸を含む中央部の光線は、光検出器３５よりも遠方に焦点を結ぶように収束して光検出器３５に入射し、周辺部の光線は、光検出器３５の近傍で焦点を結ぶように収束して光検出器３５に入射することになる。したがって、光検出器３５には、図４（ｂ）の場合よりも多くの光線が入射することになり、その入射光量はより多くなる。
【００２４】
すなわち、この実施形態のバーコードリーダにおいては、光検出器３５の前方に、光軸から離れるに従って曲率半径が小さくなる非球面レンズ３４を配置したので、読み取るべきバーコードがバーコードリーダに近づくに従って、非球面レンズ３４の周辺部に入射する光線が光検出器３５に有効に入射することになる。したがって、光検出器３５への入射光量は、図５に示すように、実用域である近側で多くなり、遠側に行くに従って減少することになる。
【００２５】
なお、この発明は、上述した実施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、上述した実施形態では、非球面レンズ３４を、一方の面が光軸から離れるに従って曲率半径が小さくなる非球面３４ａとし、他方の面を球面３４ｂとしたが、他方の面は、球面に限らず、平面、凹面あるいは一方の面と同様の非球面とすることもできる。また、上述した実施形態では、回転多面鏡２４の１回転で、それぞれ異なる軌跡の１８本の走査ビームを得るようにしたが、その走査ビームの総数は、回転多面鏡２４に設ける反射面の数や、パターンミラーの有無やその数を適宜変更することにより、１本あるいは任意の複数本にすることができる。また、光走査手段は、回転多面鏡に限らず、例えば、反射面を電磁駆動手段により往復振動させて走査ビームを得るように構成することもできる。
【００２６】
さらに、上述した実施形態では、バーコードからの反射光を、パターンミラー、回転多面鏡２４および集光ミラー３３を経て非球面レンズ３４に入射させて光検出器３５で受光するようにしたが、集光ミラーを用いることなく、パターンミラーおよび回転多面鏡２４を経て非球面レンズ３４に入射させて光検出器３５で受光するよう構成することもできるし、パターンミラーおよび回転多面鏡２４を経ることなく、直接集光レンズに入射させたり、あるいは集光ミラーを経て集光レンズに入射させて光検出器３５で受光するよう構成することもできる。また、この発明は、バーコードの読み取りに限らず、光ビームを走査して被読み取り媒体を読み取る種々の情報読み取り装置に有効に適用することができる。
【００２７】
【発明の効果】
この発明によれば、被読み取り媒体での走査ビームの反射光を、曲率半径が光軸から離れるに従って小さくなる非球面レンズを経て光検出器で受光するようにしたので、被読み取り媒体と光検出器との間の光路長が短い場合、例えば、据置型のバーコードリーダにおいて、商品が極めて接近して移送される実用域において、光検出器への反射光の入射光量を大きくできる。したがって、被読み取り媒体を常に確実に読み取ることができると共に、装置全体も小型にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態を示すバーコードリーダの平面図である。
【図２】同じく、横断面図である。
【図３】図１および図２に示す非球面レンズの拡大図である。
【図４】この発明に係るバーコードリーダにおける光検出器への光線の入射状態を示す図である。
【図５】同じく、バーコードまでの距離と光検出器への入射光量との関係を示す図である。
【図６】従来のバーコードリーダの平面図である。
【図７】同じく、横断面図である。
【図８】従来のバーコードリーダにおける光検出器への光線の入射状態を示す図である。
【図９】同じく、バーコードまでの距離と光検出器への入射光量との関係を示す図である。
【符号の説明】
２０  シャーシ
２１  レーザダイオード
２２  コリメータレンズ
２３  偏向ミラー
２４  回転多面鏡
２５〜３２  パターンミラー
３３  集光ミラー
３４  非球面レンズ
３４ａ  非球面
３４ｂ  球面
３５  光検出器
４１  保持部材
４２  モータ
４３  反射面
４４  円板
４５  窓
【図１】
0003891631.tif 000003
【図２】
0003891631.tif 000004
【図３】
0003891631.tif 000005
【図４】
0003891631.tif 000006
【図５】
0003891631.tif 000007
【図６】
0003891631.tif 000008
【図７】
0003891631.tif 000009
【図８】
0003891631.tif 000010
【図９】
0003891631.tif 000011