JP2012042538A - 光学装置、光学的情報読取装置及び光源固定方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 光学モジュールを製造する際に、コリメートレンズが固定されると共に、レーザ光源ユニットを、レーザ光が上記コリメートレンズの光軸を通る光路と略平行に出力されるように配置するための台座を備えたモジュール筐体に対し、まず、レーザ光源ユニットを、クリップにより、上記光路に沿う方向にのみ移動可能なように上記台座に固定し、レーザ光源ユニットを上記光路に沿う方向に移動させて、その位置を、上記レーザ光が上記コリメートレンズにより平行光となる位置に調整し、その後、レーザ光源ユニットを、接着剤16により、上記光路に沿う方向に移動しないように上記台座に固定する。
【選択図】 図9
Description
一般に、物品に関する情報をこのようなコード記号により表し、そのコード記号を物品に印刷又は貼付しておき、そのコード記号を光学的情報読取装置で読み取る方法がよく知られている。使用分野は、スーパーマーケットを始めとする小売店等に配置されるPOS(Point of sales)システムが代表的であるが、その他、物流、郵便、イベント会場管理や医療・化学検査など幅広い分野に及んでいる。
これらの装置においては、読取対象物に多くの光束を当てるため、前者は多くの反射面を有するポリゴンミラーを搭載し、後者は一面のミラーを振動させている。読取対象物に当たる光束の多さは、コード記号をデコードした時の精度にも関わり、多くの光束を当てた方が良好なデコードが可能になる。
そして、この小型化を試みる際に問題となるのは、モジュールの光学機能である。すなわち、モジュールを小型化しても、十分な強度を有する光束が内部を行き来する構造とできなければ、読取対象物を走査する光束の強度が弱くなり、デコード精度の低下に繋がってしまう。
このような光学装置において、上記台座を、上記光路に沿う方向の溝を有するものとし、上記光源ユニットの少なくとも一部を、上記台座に設けた上記溝に挿入され、その溝と異なる方向への移動を規制されたものとするとよい。
さらに、外装に、上記光源ユニット側の上記突起部と上記台座側の上記突起部とを挟む上記クリップを、上記光路と垂直な方向から挿し入れるための空隙を設けるとよい。
さらに、上記アパーチャより手前に配置する上記コリメートレンズを、一方の面にシリンドリカルレンズのパワーを有し、他方の面にコリメートレンズのパワーを有し、レーザ光源から出力されるレーザビームに、楕円形のビームスポットを形成させるレンズとするとよい。
さらに、上記外装の上記1つの面に、上記開口部を貫通した上記回転軸及び上記軸受けを覆うカバーを設けるとよい。
さらに、上記外装の上記1つの面を、回路基板により構成し、上記回路基板を、上記外装の他の面を構成する筐体に対し、固定具で固定するとよい。
また、この発明の光学的情報読取装置は、上記のいずれかの光学装置を備えた、光反射率が周囲と異なるモジュールが配列されたコード記号により示される情報を読み取る光学的情報読取装置である。
このような光源固定方法において、上記台座を、上記光路に沿う方向の溝を有するものとし、上記第2の工程に、上記光源ユニットの少なくとも一部を上記台座に設けた上記溝に挿入する工程を設けるとよい。
さらに、上記光源ユニットと上記台座をそれぞれ、一対の突起部であって、上記台座に上記光源ユニットを配置した場合に上記光源ユニット側の突起部と上記台座側の突起部とが互いに平面で接触する位置にあり、上記光路に沿う方向で幅が略一定である突起部を有するものとし、上記第2の工程では、上記光源ユニット側の上記突起部と上記台座側の上記突起部とを、それらを互いに接触させた状態で、上記光路と垂直な方向から挿し入れた弾性を有するクリップで挟んで固定するようにするとよい。
〔光学装置の実施形態:図1乃至図16B〕
まず、この発明の光検出装置を備えた光学装置の実施形態である光走査モジュールについて説明する。
図1に、この光走査モジュールの斜視図を、図2に図1の矢視A方向から見た正面図を、図3に図2の3−3線における断面図をそれぞれ示す。なお、図3において、モジュール筐体2以外については断面を表すハッチングは省略した。
このうちモジュール筐体2は、ZDC2と呼ばれる亜鉛合金によってダイキャスト製法で形成されており、全体の外形として縦(D)14mm、横(W)20.4mm、高さ(H)3.4mmの大きさを有する。亜鉛合金に代えて、アルミニウム又はアルミニウム合金あるいはマグネシウム合金を用いてもよい。なお、このような金属で形成するのは、充分な精度と強度が得られることと、後述するLSIに対するシールド効果を得るためである。シールド効果を別に考慮する場合には、強化プラスチックなどの樹脂で形成してもよい。
また、モジュール筐体2と回路基板3とは、図3に示すように、その内部に多数の部品を備えている。次に図3を参照しつつこれらについて説明する。なお、図3に表われる構成要素のうち重要なものについては追って詳述するため、図3を用いての各部の説明は概略に留める。
(1)光検出装置43の構造及びその回路基板3への取り付け構造
(2)レーザ光源ユニット10のモジュール筐体2への取り付けの手順及びその取り付け構造
(3)振動ミラー保持部材32の軸受け33と支持軸34の配置
(4)レンズ22の機能及び構造
そこで、これらの点について、より詳細な図面を用いつつ順次説明する。
まず、光検出装置43の構造及びその回路基板3への取り付け構造について説明する。
図4は、光検出装置43の斜視図である。図5は、光走査モジュール1における光検出装置43の配置を模式的に示す図である。
光検出装置43は、図4に示すように、基板51上に、受光素子として図5に表われるフォトダイオード(PD)55を設け、その上を、PD55を保護するための透明な樹脂等による被覆材52で被覆して構成している。すなわち、PD55は、基板51の被覆材52を設けた側の面に設けている。
また、基板51の、PD55を設けた面とも出力電極53を設けた面とも異なる、出力電極53を設けた面と隣接する面には、出力電極53と接するように切り欠き部54を設け、切り欠き部54の内部には、出力電極53に接続する電極を設けている。
ただし、出力電極53が複数ある場合には、切り欠き部54及びその内部の電極は、出力電極53毎に、対応する出力電極53と接続するように、かつ異なる出力電極53同士は接続しないように設ける。
また、切り欠き部54は、基板51の、PD55を設けた面には達しないように設けることが好ましい。被覆材52による被覆に悪影響を及ぼす可能性があるためである。
このとき、切り欠き部54の内部にもハンダ56を充填することにより、切り欠き部54の内部に設けた電極を介して、出力電極53とパッド電極3aとの間の接続を、容易かつ信頼性よく確保することができる。
図6に、このような従来の表面実装タイプの光検出装置243の配置を示す。
図6に示すように、従来の光検出装置243の場合、受光部は回路基板203の接続電極を設ける面と平行にならざるを得ず、この面と平行に反射光の光路を設定するとすると、反射光を受光部に入射させるためには、途中に反射ミラー250を設けて光路の向きを変える必要があった。
また、従来から、受光部を回路基板と垂直に配置できるようにした光検出装置も知られていたが、これは、電極をリード線により形成したものであり、部品点数や製造工程の問題により、小型化は、上記の光検出装置243の場合よりも難しかった。
まず、レーザ光源ユニット10のモジュール筐体2への取り付けの手順及びその取り付け構造について説明する。
図7は、レーザ光源ユニット10の斜視図、図8A乃至図8Dは、クリップ15を用いてレーザ光源ユニット10をモジュール筐体2へ固定する手順の説明図、図9はレーザ光源ユニット10を台座60に固定した状態の平面図、図10A及び図10Bはレーザ光源ユニット10が固定されたモジュール筐体2へ回路基板3を取り付ける手順の説明図である。なお、図8A乃至図8Dにおいて、レーザ光源ユニット10については断面線は省略した。
そして、レーザ光源ユニット10を台座60に配置する場合には、図で上側からレーザ光源ユニット10をモジュール筐体2に挿入し、図8Bに示すように、レーザ光源ユニット10の突起部12より下側の(回路基板3と反対側に位置する)部分14が、台座60の溝61に嵌るようにする。符号14で示す箇所の幅は、溝61と概ね同じ幅とし、レーザ光源ユニット10が、台座60の上で、溝61と平行な向き、すなわちレンズ22の光軸を通るビームの光路の向きにのみ移動できるようにしている。
そして、この状態で、第1の固定手段である弾性を有するクリップ15,15を、図8Bで左右から、すなわちレンズ22の光軸を通るビームの光路に垂直な向きから挿入し、治具70,70により、図8B及び図8Cに示すように下方及び側方から押圧することにより、図8Dに示すように、クリップ15,15で、レーザ光源ユニット10の突起部12,12と、台座60の突起部62,62とを挟み込んでこれらが分離しないように固定することができる。この固定を行う段階では、レーザ光源ユニット10の、レンズ22の光軸を通るビームの光路の向きの位置は、さほど気にする必要はない。
なお、図8A乃至図8Dで左側のクリップ15は、モジュール筐体2の側面に設けたスリット5を通して挿入することができ、図で右側のクリップ15は、モジュール筐体2の底面に設けた空隙9(図3参照)から挿入することができる。
そこで、この状態で、レーザ光源ユニット10を移動させることにより、半導体レーザ体11からレンズ22までの光路長を調整し、半導体レーザ体11をレンズ22の焦点付近に配置して、レンズ22により適正なサイズのビームスポットが得られるようにすることができる。
また、回路基板3には、モジュール筐体2に組み付けた状態でレーザ光源ユニット10の真上に位置する箇所に、光検出装置43が出力するアナログ電気信号をデジタルデータに変換するためのアナログLSI63を設けることにより、スペースの有効活用を図っている。
従って、特許文献2に記載のように、鏡筒穴に対して発光ユニットを圧入して光源の位置合わせを行う場合に比べ、調整が容易であり、また正確な調整も可能である。
しかし、図7乃至図10Bを用いて上述した構成及び手順であれば、レーザ光源ユニット10をレンズ22へ近づけ過ぎた場合でも再度遠ざける調整を容易に行うことができるため、行き過ぎを恐れることなくレーザ光源ユニット10を調整できると共に、目標点からの誤差が十分小さくなるまで繰り返し調整することも可能である。
また、台座60に、レーザ光源ユニット10を嵌める溝61を設けたことにより、調整時にレーザ光源ユニット10が、調整に不要な、レンズ22の光軸を通る光路と異なる向きに移動してしまうことを容易に防止できる。
さらに、台座60をモジュール筐体2の端部に設ければ、少なくとも1つは、モジュール筐体2の側面にクリップ15を挿入するための空隙を設けることができ、底面にその空隙を設ける場合に比べ、設計上の制約を低減することができる。
次に、振動ミラー保持部材32の軸受け33と支持軸34の配置について説明する。
図11は、光走査モジュール1の、コイル36から支持軸34及び振動ミラー保持部材32に至る部分の断面を模式的に示す図である。図12は、比較例におけるこれと対応する断面を示す図である。ただし、これらの図においては、図示の都合上、モジュール筐体の断面については、支持軸34,234の固定部付近のみ示している。
このような構造を採用したことにより、光走査モジュール1の厚さ(支持軸34の長手方向のサイズ)に制約されることなく、軸受け33のサイズを決定することができる。
このようなカバー38を設けることにより、振動ミラー保持部材32の軸受け部への異物や湿気の侵入を防止することができる。軸受け部に異物や湿気が侵入すると、支持軸34と軸受け33との間の滑らかな回転を阻害するため、カバー38によりこれを防止することは有用である。しかし、カバー38は必須ではない。また、回路基板3への固定も、接着剤、ネジ等の固定具、あるいは回路基板3への嵌め込みなど、任意の固定手段により行うことができる。
また、開口部80を貫通させる軸受け33は、任意の厚さに構成してよい。すなわち、軸受け機能を果たすために最小限の肉厚とする必要はない。そして、開口部80の径を、そこを貫通する軸受け33の径とほぼ同じでわずかに大きい径とすれば、万一振動ミラー保持部材32の回転軸が支持軸34からずれた場合でも開口部80によって軸受け33を含む振動ミラー保持部材32を支え、ずれの拡大を防止することができる。
次に、レンズ22の機能及び構造について説明する。
図13A及びBは、レンズ22が有するパワーについて説明するための図、図14はレンズ22を通過したレーザ光が形成するスポットの形状を示す図、図15はレンズ22の形状を示す図、図16A及び図16Bはそれぞれ比較例におけるレンズのパワーについて説明するための図13A及び図13Bと対応する図、図17はレンズ22の製造方法について説明するための図である。
そこで、光走査モジュール1においては、前述したように、楕円のスポットを得られるよう、レンズ22として、コリメートレンズと、互いに直交するX方向とY方向の一方のみについてパワーを有するシリンダレンズとの両方のパワーを持つレンズを用いている(X軸もY軸も、光軸に垂直な軸である)。
この図からわかるように、レンズ22は、その一方の面22aを、X軸方向の断面が平面で、Y軸方向の断面は凹面の形状としてシリンダレンズのパワーを持たせ、他方の面22bを、X軸方向の断面とY軸方向の断面が双方凸面となるようにしてコリメートレンズのパワーを持たせている。
従って、開口部23aと同形状のレンズ22を用いることにより、このスペースの無駄を低減し、光走査モジュール1に貢献できる。
なお、レンズ22の形状を開口部23aに合わせるためには、初めから長方形状のレンズを製造してもよい。例えば、図17に示すように、多数のレンズを組み合わせた形状にモールド成形したレンズ板を個別のレンズのサイズにカットすることにより、長方形状のレンズを安価に製造することができる。
次に、以上説明してきた光走査モジュール1を備えた光学的情報読取装置の実施形態について説明する。
図18は、その光学的情報読取装置の実施形態であるコードスキャナ100の構成を示すブロック図である。
このうち光走査モジュール1は、図1乃至図17を用いて説明してきた光走査モジュールである。光走査手段25は、レーザ光源ユニット10から振動ミラー31までの、走査ビームを出力する光学系を示す。光検出装置43は、図3等に示した光検出装置43である。
より具体的には、まずIV変換部111が、光検出装置43のフォトダイオードから出力される電流信号を電圧信号に変換する。次にプリアンプ112が、IV変換部111によって変換された電圧信号を増幅する。このIV変換部111とプリアンプ112とによって、電流信号を電圧信号に変換して増幅する増幅部を構成している。
このパルス列を、デコード部120に入力することにより、白バーと黒バーの配列の情報を取得し、その配列の意味する情報に変換することができる。
コードスキャナ100が、デコード部120が取得した情報をパーソナルコンピュータやハンディターミナル等の外部の情報処理装置に出力する手段を有していてもよい。また、デコード部120がコードスキャナ100の外部に存在してもよい。
また、この発明の光学的情報読取装置は、据え置き型の装置としても、手持ち型の装置としても、構成することができる。また、光走査モジュール1をはじめとするこの発明の光学装置は、光学的情報読取装置に適用すると好適なものであるが、他の装置に適用することを妨げられることはない。光検出装置や光源固定方法についても同様である。
Claims (13)
- 対象物に光を照射する照射手段を備えた光学装置であって、
前記照射手段に、レーザ光を出力するレーザ光源を備えた光源ユニットと、該レーザ光源が出力するレーザ光を通過させるコリメートレンズとを備え、
さらに、前記光源ユニットを、前記レーザ光源が前記レーザ光を前記コリメートレンズの光軸を通る光路に沿う方向に出力するように配置するための台座を備え、
前記光源ユニットは、第1の固定手段により、前記光路に沿う方向にのみ移動可能なように前記台座に固定され、さらに、前記第1の固定手段と異なる第2の固定手段により、前記光路に沿う方向に移動しないように前記台座に固定されていることを特徴とする光学装置。 - 請求項1に記載の光学装置であって、
前記台座は、前記光路に沿う方向の溝を有するものであり、
前記光源ユニットの少なくとも一部が、前記台座に設けた前記溝に挿入され、該溝と異なる方向への移動を規制されていることを特徴とする光学装置。 - 請求項1又は2に記載の光学装置であって、
前記光源ユニットと前記台座はそれぞれ、一対の突起部であって、前記台座に前記光源ユニットを配置した場合に前記光源ユニット側の突起部と前記台座側の突起部とが互いに平面で接触する位置にあり、前記光路に沿う方向で幅が略一定である突起部を有するものであり、
前記第1の固定手段は、前記光源ユニット側の前記突起部と前記台座側の前記突起部とを、それらを互いに接触させた状態で挟んで固定する、弾性を有するクリップであることを特徴とする光学装置。 - 請求項3に記載の光学装置であって、
外装に、前記光源ユニット側の前記突起部と前記台座側の前記突起部とを挟む前記クリップを、前記光路と垂直な方向から挿し入れるための空隙を備えることを特徴とする光学装置。 - 請求項1に記載の光学装置であって、
前記照射手段は、前記レーザ光源から出力されるレーザ光を、前記コリメートレンズ及びスリット状の開口部を有するアパーチャを通して対象物に照射する手段であり、
前記コリメートレンズを、前記レーザビームの光路上で前記アパーチャより手前に配置し、前記アパーチャの開口部と同形状で、かつ該コリメートレンズを通過したレーザビームが該開口部より大きいサイズで前記アパーチャに到達するようなサイズのものとしたことを特徴とする光学装置。 - 請求項5に記載の光学装置であって、
前記アパーチャより手前に配置する前記コリメートレンズは、一方の面にシリンドリカルレンズのパワーを有し、他方の面にコリメートレンズのパワーを有し、レーザ光源から出力されるレーザビームに、楕円形のビームスポットを形成させるレンズであることを特徴とする光学装置。 - 請求項1に記載の光学装置であって、
外装内に、前記照射手段及び、前記照射手段のレーザ光源が出力したレーザ光を偏向して対象物を走査させるための振動ミラーを設け、
前記外装の1つの面に開口部を設け、前記振動ミラーの回転軸及び、前記振動ミラーを回動自在に前記回転軸に固定するための軸受けを、前記開口部を貫通するように配置したことを特徴とする光学装置。 - 請求項7に記載の光学装置であって、
前記外装の前記1つの面に、前記開口部を貫通した前記回転軸及び前記軸受けを覆うカバーを設けたことを特徴とする光学装置。 - 請求項7又は8に記載の光学装置であって、
前記外装の前記1つの面は、回路基板により構成され、
前記回路基板は、前記外装の他の面を構成する筐体に対し、固定具で固定されていることを特徴とする光学装置。 - 請求項1乃至9のいずれか一項に記載の光学装置を備えた、光反射率が周囲と異なるモジュールが配列されたコード記号により示される情報を読み取る光学的情報読取装置。
- 対象物に光を照射する照射手段を備えた光学装置を製造する際に、前記光学装置の筐体に、前記照射手段の光源として、レーザ光を出力するレーザ光源を備えた光源ユニットを固定する光源固定方法であって、
コリメートレンズが固定されると共に、前記光源ユニットを、前記レーザ光源が前記レーザ光を前記コリメートレンズの光軸を通る光路と略平行に出力するように配置するための台座を備えた前記光学装置の筐体を用意する第1の工程と、
前記光源ユニットを、第1の固定手段により、前記光路に沿う方向にのみ移動可能なように前記台座に固定する第2の工程と、
前記光源ユニットを前記光路に沿う方向に移動させて、その位置を、前記レーザ光源が出力するレーザ光が前記コリメートレンズにより平行光となる位置に調整する第3の工程と、
前記光源ユニットを、前記第1の固定手段と異なる第2の固定手段により、前記光路に沿う方向に移動しないように前記台座に固定する第4の工程とを、
この順で実行することを特徴とする光源固定方法。 - 請求項11に記載の光源固定方法であって、
前記台座は、前記光路に沿う方向の溝を有するものであり、
前記第2の工程は、前記光源ユニットの少なくとも一部を前記台座に設けた前記溝に挿入する工程を含むことを特徴とする光源固定方法。 - 請求項11又は12に記載の光源固定方法であって、
前記光源ユニットと前記台座はそれぞれ、一対の突起部であって、前記台座に前記光源ユニットを配置した場合に前記光源ユニット側の突起部と前記台座側の突起部とが互いに平面で接触する位置にあり、前記光路に沿う方向で幅が略一定である突起部を有するものであり、
前記第2の工程では、前記光源ユニット側の前記突起部と前記台座側の前記突起部とを、それらを互いに接触させた状態で、前記光路と垂直な方向から挿し入れた弾性を有するクリップで挟んで固定することを特徴とする光源固定方法。
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