JP2509074B2 - コ―ド化符号検出光学装置 - Google Patents

コ―ド化符号検出光学装置

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JP2509074B2 JP5213797A JP21379793A JP2509074B2 JP 2509074 B2 JP2509074 B2 JP 2509074B2 JP 5213797 A JP5213797 A JP 5213797A JP 21379793 A JP21379793 A JP 21379793A JP 2509074 B2 JP2509074 B2 JP 2509074B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はバーコードようなコード
化された符号の読取り装置に関する。「コード化符号」
という用語は包括的であり、符号、マークおよびパター
ンの総てを含む。本発明は特に掌握式バーコード走査装
置に適する。
【０００２】
【従来技術とその問題点】今日一般に使用されている所
謂バーコードは長方形に形作られた異なる幅を有する平
行の棒状形状の集りからなる。これは統一製品コード
（ＵＰＣ）仕様書またはCode 39, Interleaved Two of
FiveおよびCodabar のような他のバーコード仕様を含
む。
【０００３】現在使用されている典型的なバーコード走
査装置はHe-Ne レーザのようなガスレーザを使用してレ
ーザビームを発生している。ビームは明るく照らされた
環境においても容易に見ることができ、したがって照射
されたバーコードを見ることができる。しかしバーコー
ド走査器を小型化するためにより小さいレーザ発生器が
望ましく、レーザダイオードが使用されるようになっ
た。レーザダイオードは典型的には赤外域（815 nmレベ
ルの波長) のレーザ光を発生するヒ化ガリウム（典型的
にはガリウムアルミニウムヒ化物 GaAlAs)レーザ材であ
る。レーザビームの直径は非常に小さいので、バーコー
ドを外さず照射することは必ずしも容易ではなく、その
ことが使用上の障害となってその普及を妨げている。そ
の問題は、目に見えない光ビームを使用して、かつ同時
に同軸的な追跡用の可視光線のビームを照射して失敗の
ない走査を可能ならしめることによって解決される。
【０００４】掌握式コード化符号検出装置のもう一つの
問題は、コード化符号（通常は商品のラベル上のもの）
に対して一定の距離に走査装置を置かないと明瞭な読取
りができないおそれがあることである。反射光に応じた
光検出器に対する照度、したがって光検出器からの出力
信号はコード化符号と走査装置間の距離によって変化す
るからである。本発明の特徴は、検出器に一定の照度を
与えるように集光するにより、検出器からの出力の変動
を最小にした掌握式コード化符号検出光学装置を提供す
ることである。
【０００５】
【発明の構成】本願発明は、相対的に大きい反射領域と
小さい反射領域からなるコード化された符号を走査する
光ビームを発生する手段と、光を電気信号に変換する光
検出器と、該ビームをコード化符号に向けて照射し、コ
ード化符号によって反射された光を該光検出器に向けて
送るレンズ系を有するコード化符号検出装置において：
前記ビームを所定の焦点深度内において前記レンズ系の
前方のコード化符号上に焦点を合わせ、反射させられ分
散した光の焦点を前記検出器上に合わせる集光レンズ
と、該集光レンズと前記検出器との間で一つの位置に一
つの開口を定める手段を有し、該位置と該開口が被照射
深度にわたって反射させられ分散した光に対して前記検
出器に一定の照度を定める位置であり大きさであるコー
ド化符号検出光学装置を提供する。すなわち、本願発明
の目的はコード化符号からの反射光を走査装置の前方の
深い被照射深度にわたって実質的に一定の照度で集光す
ることのできる装置を提供する。
【０００６】好ましくは、本発明は、上記の装置であっ
て：前記開口を前記検出器上に通過させる前記レンズ前
方の前記焦点深度の最短点からの反射光が集光角度θB
を形成するように前記開口によって制限され、前記レン
ズによって前記検出器上に焦点を合わせられる前記焦点
深度の最遠点からの光が集光角度θA を形成するように
前記最遠点から前記レンズの直径に分散させられてお
り、前記開口の位置と直径が、前記θA がθB に等しく
なるように配置されている装置を提供する。
【０００７】好ましくは、本発明は、上記の装置であっ
て、前記開口が前記検出器に近接して設けられ、ｆを前
記レンズの焦点距離、Ｄを前記レンズの直径、ｄを前記
開口の直径、Ｓを前記レンズと前記最遠点との距離とす
ると、前記開口の直径が、式［ｄ／Ｄ］ -1 ＝［Ｓ／ｆ−１］ によって決定されている装置を提供する。
【０００８】
【発明の具体的開示】本願発明の目的と構成は上述のと
おりであるが、以下に記す実施態様は、本願が分割出願
であるという特殊事情の故に、上記従来技術の項の冒頭
で述べた問題を解決するための不可視光と可視光を併用
する態様を含む形で記載される。
【０００９】図１〜３に本願発明の走査装置の一実施態
様であるバーコード走査銃１０が示されている。これは
上側部分１４およびハンドル部分１６からなるハウジン
グ１２を有する。ハウジングは好ましくはプラスチック
の射出成形で形成される。ハウジングは右側と左側の半
分に分割され、これは始めに、走査装置の光学的、電気
光学的および電子工学的組立体２０を収容するために開
放される。表示ボード２２、表示ランプ２４および走査
が成功したことを示すために発生させられる可聴音用の
ポート２６を後端部に設けてられているが、これは必須
ではない。表示は液晶表示でも発光ダイオードでもよ
く、適宜に採用される。発光ダイオードは走査装置の走
査状態（走査装置がオン状態にあるか、オフ状態にある
か、非作動状態にあるか）を示し、また走査が成功した
時を示すこともできる。ハウジング１２の上側部分１４
の前端部２８は、開口部を有し、この開口部を走査ビー
ムおよびバーコード符号からの反射光が通過する。この
開口はビームポート３０と呼ばれ、集光レンズ３２がビ
ームポート２８内のハウジングの肩部３６および３８に
取り付けられている。
【００１０】銃は、取扱に都合がよいように小さい。適
切には、前端部２８と後端部１８の間の水平方向の長さ
が約５インチ（１２．５ｃｍ）であり、上側ハウジング
の上部が約５．５インチ（１３．８ｃｍ）であり、上側
ハウジング１４間の幅が約１．７５インチ（４．３８ｃ
ｍ）である。
【００１１】コード化符号は前端部２８の位置から約１
０インチ（２５ｃｍ）までの距離に置かれる。その距離
は走査装置の焦点深度によって選択される。それにもか
かわらず、コードを構成するバーの幅によって最大可能
距離がある。幅０．００７５インチ（０．２ｍｍ）のバ
ーに対しては最大被照射深度は３インチ（７．６ｃｍ）
である。幅０．０４インチ（１ｍｍ）の広いバーに対し
ては最大被照射深度は１０インチ（２５ｃｍ）である。
幅０．０１インチ（０．２５ｍｍ）のバーに対しては最
大被照射深度は４インチ（１０ｃｍ）である。コード化
符号は操作者の手の捻りによって走査され、バーからの
反射光が電気信号に変換される。適当に増幅された信号
がケーブル３８を介して走査装置から取りだされ、信号
解読のための電子装置( 図示せず）に運ばれる。ケーブ
ルはまた走査装置を作動する電力を供給する。別の構造
として電池をハンドル内に収納し、また解読用電子装置
をハンドル内の基板４０の上に設けてもよい。コヒーレ
ントなレーザビームは、バレル４４の一端に設けられた
レーザダイオードによって発生させられる。光学装置４
６がレーザダイオードから発生する分散ビームを平行光
線にする。これらの光学装置は、顕微鏡の対物レンズ系
またはディジタルオーディオディスク装置に典型的に使
用されているタイプのものでよい。顕微鏡の対物レンズ
系を使用した場合には、この対物レンズがダイオードに
最も近い端部が顕微鏡において標本に面する端部となっ
ているという点で逆になっている。長い焦点距離と短い
焦点距離をそれぞれ有する２つのレンズ５０および５２
によって形成される望遠鏡式光学部４８は平行光線形成
用光学装置４６からのビームを減らす。この減らされた
ビームは、集光レンズ３２によってビームポート２８の
前方の一点に焦点が合せられる。勿論、光学装置の被照
射深度すなわち焦点深度は上述したように距離の全体に
わたってコードを読み取ることを考慮している。
【００１２】レーザダイオードは赤外線（典型的には８
１５ｎｍ）のコヒーレントな光を発生する。ダイオード
４２は、出力ビームの強度を実質的に一定に保つよう
に、電力制御回路とともに作動する光検出器とともに組
立体内に含まれる。適当なダイオードは米国カリフォル
ニア州Sunnyvale 所在の三菱電機株式会社半導体事業部
Mitsubishi Electronics America, Inc. から入手でき
る。レーザダイオードとともに使用される電力制御回路
およびその他の回路は同社から発行されている仕様書に
記載されている。
【００１３】レーザビームは実質的に見えないので、可
視光線のマーク（追跡）用ビームでコードを照射する手
段が設けられる。これらの追跡用ビーム照射手段は５４
は、小型の高強度白熱ランプ５６を備えている。発光ダ
イオードを使用してもよい。追跡用ビーム照射手段５４
内のランプ５６に関連する光学装置は追跡用ビームをビ
ーム開口部前方のコード上に焦点を合せる。これらの光
学装置は、開口部５８、レンズ６０、スペクトルビーム
スプリッタ６２、レーザビームスプリッタ７４および集
光レンズ３２を有する。スペクトルビームスプリッタ６
２は、目に見える追跡用ビームを下方のレーザビームス
プリッタ７４に反射する薄膜コーティングを有する。そ
れから、追跡用ビームはレーザビームと同軸的に合致し
て、両ビームは集光レンズ３２およびビームポート３０
を通過する。勿論レーザビームはレーザビームスプリッ
タ７４を直接通過する。
【００１４】光検出器６６（適当なものはフォトダイオ
ードまたはフォトトランジスタ）は、ビームポートから
入り、検出器６６用の集光レンズ３２によって焦点が合
せられるコード化符号からの反射光を検出すべく、ビー
ム路から外れた位置に配置されている。検出器は、頭上
の照明源（通常は蛍光灯）からの周囲の光に対して保護
するために上側ハウジング１４の上面の裏面に配設され
ることが好ましい。しかしながら、検出器は上側ハウジ
ング１４の底部に設けられてもよい。その時には、反射
されたレーザビームを検出器上に反射するスペクトルビ
ームスプリッタが必要である。
【００１５】バーコード符号上の光沢のある仕上げ面に
よる反射光の偏光が反射されるものである限り、鏡のよ
うに反射された反射光は入射レーザビームと同じ偏光
（例えば、ｐ直線偏光）を有する。バーコードから反射
分散した光は、半分のｐ偏光と半分のｓ偏光を有する。
レーザビームスプリッタは、バーコード符号から入って
来るｓ偏光のみを反射する。このｓ偏光はそれからスペ
クトルビームスプリッタ６２を通過して検出器６６の方
に伝達される。従って、光沢面および他の鏡のような反
射によって生ずる検出器からの出力信号内の雑音は実質
的に除去される。偏光ビームスプリッタ７４の代わり
に、通常のビームスプリッタを使用し、ｓ偏光のみを通
過させてもよい。
【００１６】レーザダイオード４２は、その出力ビーム
が照射面に対して垂直の主軸を有するように方向付けら
れている。ビームスプリッタは実質的に楕円状をしてい
る。ビームは約１３°（垂直軸の両側に６．５°）およ
び３８（水平軸の両側に１９°）に発散する。平行光線
を形成する装置４６の第１のレンズはレーザダイオード
から間隙をあけて設けられており、レーザダイオ−ドか
ら放射される全ビーム（全３８°）を実質的に集光す
る。
【００１７】レーザビーム発生手段２０、追跡用ビーム
発生手段５４は、ビームスプリッタ６２および７４とと
もに互いに、かつトーン発生器７８およびレーザダイオ
ード４２を作動し制御する他のアナログ回路（電力制御
回路）およびランプ５６を励起する他のアナログ回路を
含むプリント回路基板の上に設けられている。回路素子
（抵抗、コンデンサ、トランジスタおよび集積回路チッ
プ）は、プリント回路基板６８に設けられているが、こ
れは簡略化のために示されていない。基板６８は図１に
示されるように実質的に平らな上側ハウジング１４の底
部に設けられている。基板は、集光レンズ３２を支承す
るマウンティング３０の一つによって位置付けられてい
る。基板はクリップまたは他の手段（図示せず）によっ
て正しい位置に固定されされている。バレル４４は後側
ブラケット８２によって基板６８に取り付けられてい
る。前側ブラケット８０はまたレーザビームスプリッタ
７４を保持する。光学装置５４とランプ５６は、環状の
前側ブラケット８６および後側ブラケット８２内に含ま
れるバレル８４内に取付けられている。これらのブラケ
ットはバレル４４に取り付けられている。また、前側ブ
ラケット８６はスペクトルビームスプリッタ６２を支持
している。全体の単一の組立体２０は上側ハウジング部
１４内に挿入され、係止されている。ブラケットは弾性
を有するゴムのような材料内に取り付けられ、これは、
走査装置の銃がたとえ落されても走査装置の能動素子が
破損されることはかなり少なくなる。
【００１８】トリガスィッチ９０はダイオード４２をオ
ン状態にし、追跡用ビームランプ５６を点灯する。スィ
ッチが閉じられると、ビームは一定期間オン状態にな
る。スィッチが開放されても、ビームは一定期間は完全
にオン状態で残っている。ビームがオン状態にある間に
操作者はビームをコード化符号を横切って走査する。追
跡用ビームは、明るく照らされた所においてさえも、コ
ード化符号を見失うことを最小にする。したがって、コ
ード化符号は高い確立をもって検出されうる。
【００１９】レーザおよび追跡用ビーム照射手段の動作
は図４からさらに明らかになるであろう。図４は光線図
を含み、レンズをさらに詳細に示している。平行光線形
成用光学装置は典型的には約２０倍の倍率を有する３つ
の平凸レンズを有する。開口部すなわちストップ部材９
０が、主軸すなわち垂直軸に沿って適切には６ｍｍであ
るように、平行光線を形成する。望遠鏡式光学装置部分
４８は、そのレンズ５２の近くにビームの焦点を形成す
るようにレンズ５０を有する。レンズ５０の焦点距離は
適切には２７ｍｍであり、レンズ５２の焦点距離は約４
ｍｍである。これは、ビームの大きさを垂直方向におい
て６ｍｍから約１ｍｍに縮小する。集光レンズ３２は適
切には出力レーザビームに対して垂直すなわち長手方向
において５０よりも大きいｆナンバー（ｆ＃）を有す
る。
【００２０】検出器６６の前方の集光レンズ３２および
開口ストップ部材９２はビームポート２８（図１）の前
方に走査装置の焦点深度の全域にわたって一定の照度を
提供するとともに、検出器から一定の出力信号を発生す
る。この信号は解読されて、相当する表示を表示ボード
に提供される。
【００２１】図５、６は、長い被照射深度にわたってコ
ード化符号からのレーザビームの反射光により検出器６
６に一定の照度を与えるように、集光レンズ３２、開口
９２および検出器６６がどのように協働するかを示す光
線図である。コード化符号によって反射分散されて光に
対して一定の集光角度を維持することによって一定の照
度が提供される。この一定の集光角度が光学装置の焦点
深度（被照射）深度の全体にわたって検出器の信号が一
定の変動範囲内にあることを保証する。
【００２２】図５は、ビームスプリッタ６２および７４
による検出器６６に対する反射光の通路内に９０°回転
の部分を除いた構成を示す。集光レンズは直径Ｄを有
し、検出器の開口９２は直径ｄを有する。集光レンズか
ら検出器までの距離はＳ1 である。光検出器６６の作動
面は実質的に開口部９２の端と揃えられている。したが
って、前記距離Ｓ1 は実質的に検出器６６に対する距離
だけでなく、開口部９２に対する距離である。集光レン
ズ３２から点Ａの最大被照射深度までの距離はＳ2 であ
る。最小被照射深度は、集光レンズ３２と接触する点Ｂ
である。集光角度（θA およびθB ）が等しい場合に
は、点Ａから集められる光の量は点Ｂから集められる光
の量と同じである。この条件の必要条件、θA およびθ
B が小さい、即ち１ラジアンより小さいことで、 θA （〜Ｄ／Ｓ2 ）＝θB （〜ｄ／Ｓ1 ） （１） すなわち、Ｄ／Ｓ2 ＝ｄ／Ｓ1 ， ｄ／Ｄ＝Ｓ1 ／Ｓ2 （２） 点Ｂはレンズ３２と接触しているので、点Ｂにおいては
光の実質的な屈折を生じないことに注意されたい。助変
数Ｓ1 およびＳ2 は薄肉レンズの式 １／ｆ＝１／Ｓ1 ＋１／Ｓ2 （３） ここにおいて、ｆは集光レンズ３２の焦点距離である。
Ｓ2 は最大焦点深度であり、例えば、ビームポート２８
から１０インチ（２５．４ｃｍ）である。ｆは高密度
（細い幅のバー）のコード化符号を読み取るための最適
面の位置によって決定されるレンズの焦点距離である。
ｄ／Ｄに対する関係は次式に変形することができる。
【００２３】 ｄ／Ｄ＝Ｓ1 ／Ｓ2 ＝１／Ｓ2 ［１／ｆ−１／Ｓ2 ］ -1 ＝１／Ｓ2 ［（Ｓ2 −ｆ）／ｆＳ2 ］ -1 （４） または ［ｄ／Ｄ］ -1 ＝［Ｓ2 ／ｆ−１］ （５） 一例として、ｆが５０ｍｍであり、Ｓ2 が２５０ｍｍで
ある場合を考えると、次のようになる。
【００２４】 ［ｄ／Ｄ］ -1 ＝［Ｓ2 ／ｆ−１］ ＝２５０／５０−１＝［５−１］＝４ （６） この場合、開口９２と集光レンズ３２との間の距離は次
のとおりである。 １／Ｓ1 ＝［１／ｆ−１／Ｓ2 ］ ＝［Ｓ2 −ｆ］／ｆＳ2 （７） ＝［２５０−５０］／５０×２５０ ＝［２／１２５］ （８） このとき、Ｓ1 は６２．５ｍｍに等しくなる。
【００２５】 １／Ｓ1 ＝［１／ｆ−１／Ｓ2 ］ ＝［Ｓ2 −ｆ］／ｆＳ2 （７） ＝［２５０−５０］／５０×２５０ ＝［２／１２５］ （８） このとき、Ｓ1 ６２．５ｍｍに等しくなる。
【００２６】図６に示すように、開口部９２は図５にお
けるように検出器６６と近接している必要はない。ま
た、集光角度θA とθB は互いに等しい。
【００２７】図５、６に示す光学手段は、（ａ）検出器
の開口９２が点Ａから集められる光の量を制限しないよ
うに位置付けられている場合、( ｂ) θA がθB に等し
くなるように開口９２が点Ｂから集められる光を制限し
ている場合、および（ｃ）点Ｂから開口９２を通過する
すべての光を集める充分は大きさの集光領域（感光領
域）を検出機６６が有している場合において、点Ａおよ
び点Ｂから反射される光から一定の集光効果を補償して
いることがわかるであろう。
【００２８】上の記述から、符号、特にバーコード符号
を操作する改良された装置が提供されることは明らかで
あろう。しかし、上述の具体例は単に例示的なものであ
って本発明の範囲内においてここに記載した装置を変形
したり変更したりすることは自由である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明を実施化したバーコード走査銃を示す
部分断面図。
【図２】図１に示す走査銃の前端を示す端面図。
【図３】図１に示す走査銃の後端を示す端面図。
【図４】図１に示す走査銃の光学系および電子工学要素
の動作を説明する光線図。
【図５】コード化符号から反射された光を集光する光学
装置の動作を説明する図。
【図６】図５と同様の光線図であるが、少し異なった態
様を示す。
【符号の説明】
これらの図面において： １０：バーコード走査銃； １２：ハウジング １６：ハンドル部分； ３２：集光レンズ ４２：レーザダイオード； ９０、９２：開口； ６２、７４：ビー
ムスプリッタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 米国特許3758783（ＵＳ，Ａ)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 相対的に大きい反射領域と小さい反射領
    域からなるコード化された符号を走査する光ビームを発
    生する手段と、光を電気信号に変換する光検出器と、該
    ビームをコード化符号に向けて照射し、コード化符号に
    よって反射された光を該光検出器に向けて送るレンズ系
    を有するコード化符号検出装置において：前記ビームを
    所定の焦点深度内において前記レンズ系の前方のコード
    化符号上に焦点を合わせ、反射させられ分散した光の焦
    点を前記検出器上に合わせる集光レンズと、該集光レン
    ズと前記検出器との間で一つの位置に一つの開口を定め
    る手段を有し、前記開口を前記検出器上に、前記開口を
    通過する前記レンズ前方の前記焦点深度の最短点からの
    反射光が集光角度θB を形成するように前記開口によっ
    て制限され、前記レンズによって前記検出器上に焦点を
    合わせられる前記焦点深度の最遠点からの光が集光角度
    θA を形成するように前記最遠点から前記レンズの直径
    に発散させられており、前記開口の位置と直径が、前記
    θA がθB に等しくなるように配置されており、それに
    よって、焦点深度にわたって反射させられ分散した光に
    対して前記検出器の一定の照度が定められるコード化符
    号検出光学装置。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の装置であって、前記開
    口が前記検出器に近接して設けられ、ｆを前記レンズの
    焦点距離、Ｄを前記レンズの直径、ｄを前記開口の直
    径、Ｓを前記レンズと前記最遠点との距離とすると、前
    記開口の直径が、式 ［ｄ／Ｄ］-1＝［Ｓ／ｆ−１］ によって決定されている装置。
JP5213797A 1983-08-21 1993-08-30 コ―ド化符号検出光学装置 Expired - Lifetime JP2509074B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US525,077 1983-08-21
US06/525,077 US4603262A (en) 1983-08-22 1983-08-22 Optical device for detecting coded symbols

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
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