JP3603308B2 - コードリーダ用光学装置 - Google Patents

Description

技術分野
本願の発明は、物品の包装等に表示されているバーコード等のコードを読み取るためのコードリーダ用光学装置に関するものである。
背景技術
第６図は、コードリーダ用光学装置の一種であるバーコードリーダ用光学装置の一従来例を示している（例えば、特開平４−276877号公報）。この一従来例では、レーザダイオード31から射出されたレーザ光は、コリメートレンズ32で集光され、更にスリット33で整形されて、断面が楕円形ないしは長円形のレーザビーム34にされる。
レーザビーム34は、回転しているポリゴンミラー35及び反射ミラー群36で反射され、読み取るべきバーコード37に入射して、このバーコード37上を走査する。バーコード37で反射されたレーザ光は、集光レンズ38で集光され、フォトダイオード39に入射する。そして、フォトダイオード39が受光信号を電気信号に変換して出力することによって、バーコード37が読み取られる。
以上の様な一従来例では、第６図からも明らかな様に、発光素子としてのレーザダイオード31や受光素子としてのフォトダイオード39等の個別の部品が、アセンブリされて接着等で固定されている。
しかし、個別の部品をアセンブリした従来のバーコードリーダ用光学装置では、部品サイズの組み合わせスペースが必要であるので、小型、軽量化に限界があった。また、各部品間の相対位置を10μｍ程度の高精度で調整する必要があり、この調整が容易ではないので、製造コストが高かった。更にまた、組み立て後に各部品間の相対位置が経時変化する可能性があって、信頼性に限界があった。
発明の開示
本願の発明は、上述の実情に鑑みて成されたものであって、コードリーダ用光学装置の小型、軽量化を可能にし、製造コストを低くし、且つ信頼性を高めることを目的としている。
本願の発明によるコードリーダ用光学装置では、発光素子、プリズム及び受光素子の何れもが半導体基板に対して固定されているので、これらの素子に対して半導体チップレベルのアセンブリを行うことができる。この結果、小型、軽量化が可能であり、また、半導体装置の高精度実装技術を用いることによって各素子間の相対位置を容易に調整することができるので、製造コストが低く、更にまた、これらの素子を同一のパッケージ内に封止することができるので、相対位置の経時変化等がなくて信頼性が高い。
そして、コードに照射するための光を反射する反射膜の開口数よりも集光素子の開口数の方が大きいので、コードに照射した光が散乱されても、この散乱された光を効率的に集光することができる。この結果、コードが表示されている部分の表面が平滑でなくても、コードを高い確率で読み取ることができて信頼性が高い。
また、離軸素子を具備していれば、受光素子の位置の自由度が大きい。しかも、コードで反射されて集光素子で集光された光が再び反射膜に入射して発光素子へ戻ることを防止することができる。この結果、発光素子が半導体レーザ等であってもコードに光を安定的に照射することができ、コードを高い確率で読み取ることができて信頼性が高い。
また、プリズムに光吸収膜を設けていれば、反射膜の開口数よりも広い角度で発光素子から発せられた光が迷光となってそのまま受光素子に入射することを防止することができるので、コードを高いS/Nで読み取ることができる。この結果、コードを高い確率で読み取ることができて信頼性が高い。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本願の発明の第１実施例の側面図である。
第２図は、本願の発明の第２実施例の側面図である。
第３図は、本願の発明の第３実施例の側面図である。
第４図は、本願の発明の第４実施例の側面図である。
第５図は、本願の発明の第５実施例の側面図である。
第６図は、本願の発明の一従来例の斜視図である。
発明を実施するための最良の形態
以下、バーコードリーダ用光学装置に適用した本願の発明の第１〜第５実施例を、第１図〜第５図を参照しながら説明する。第１図が、第１実施例を示している。この第１実施例は、バーコードリーダ用複合光学装置11と、集光用のレンズ12と、揺動可能なミラー13とで構成されている。
バーコードリーダ用複合光学素子11はシリコンチップ等の半導体チップ14を有しており、この半導体チップ14の一つの面の一部にフォトダイオード15が形成されている。半導体チップ14上で且つフォトダイオード15が形成されている領域とは異なる領域には、高さを調整するためのサブマウント16が固定されており、レーザ光17を射出するレーザダイオード21がサブマウント16上に固定されている。
フォトダイオード15上には、断面が直角三角形であるプリズム22がその斜面22aをレーザダイオード21に向けた状態で固定されている。斜面22aの一部にはレーザ光17に対してミラーまたはハーフミラーである反射膜23が設けられており、斜面22aの残部は入射したレーザ光17の全部を透過させる。
反射膜23はレーザダイオード21からプリズム22を見たときに開口となる形状を有しており、開口が例えば円形の場合は、レーザダイオード21からプリズム22を見ると反射膜23は円形になっている。一方、レンズ12は、反射膜23によって形成されている開口よりも大きな開口数を有している。
以上の様な構成を有する第１実施例では、レーザダイオード21から射出されたレーザ光17は、反射膜23で上方へ反射され、レンズ12で集光され、更にミラー13で反射されて、読み取るべきバーコード24上に収束される。この時、ミラー13が揺動されて、レーザ光17はバーコード24上を走査する。
バーコード24で反射されたレーザ光17は、ミラー13で反射され、レンズ12で集光されて、斜面22aに入射する。斜面22aのうちで反射膜23以外の部分に入射したレーザ光17は、この斜面22aを透過して、フォトダイオード15に入射する。
斜面22aのうちで反射膜23の部分に入射したレーザ光17は、反射膜23がミラーである場合はレーザダイオード21へ向かって反射され、反射膜23がハーフミラーである場合は一部がフォトダイオード15に入射して残部がレーザダイオード21へ向かって反射される。
この時、フォトダイオード15に入射するレーザ光17の量がバーコード24の反射率によって変化するので、この信号によってバーコード24を認識することができる。なお、反射膜23をミラーにするかハーフミラーにするか、またハーフミラーにした場合にその反射率をどの程度にするかは、バーコード24によるレーザ光17の散乱の度合いによって決定し、散乱の度合いが大きくなるに連れて反射膜23の反射率を大きくする。
また、この第１実施例では、半導体チップ14にフォトダイオード15しか形成されていないが、フォトダイオード15以外に、電流信号の電圧変換部や、アナログ信号をディジタル信号に変換するADコンバータ等が形成されていてもよい。
第２図が、第２実施例を示している。上述の第１実施例は、バーコード24で反射されてレンズ12に入射するレーザ光17の光軸とこのレンズ12で集光されたレーザ光17の光軸とが互いに一致しているインライン型であるが、この第２実施例は、これらの光軸が互いに一致していないオフアクシス型であり、フォトダイオード15がプリズム22下には位置していない。
そのために、この第２実施例では、中心部に貫通孔25aが設けられているプリズム25がレンズ12のバーコードリーダ用複合光学素子11側に配されている。従って、レーザダイオード21から射出されて反射膜23で反射されたレーザ光17は、貫通孔25a内を直進してレンズ12に入射し、バーコード24で散乱されてレンズ12で集光されたレーザ光17は、プリズム25で屈折されてフォトダイオード15に入射する。
第３図が、第３実施例を示している。この第３実施例は、中心に貫通孔26aが設けられているホログラム26がプリズム25の代わりに用いられていることを除いて、第２図に示した第２実施例と実質的に同様の構成を有しており、第２実施例と同様の機能を実行する。
第４図が、第４実施例を示している。この第４実施例は、第３実施例におけるレンズ12及びホログラム26の機能をホログラム27が実行していることを除いて、第３図に示した第３実施例と実質的に同様の構成を有している。従って、ホログラム27の中心部27aは集光機能のみを実行し、周辺部27bは集光機能と屈折機能との両方を実行する。
第５図が、第５実施例を示している。上述の第２〜第４実施例では、半導体チップ14のうちでプリズム22下以外の領域にフォトダイオード15が形成されているのに対して、この第５実施例は、半導体チップ14とは別の半導体チップ28にフォトダイオード15が形成されており、半導体チップ14のうちでプリズム22下以外の領域に半導体チップ28が固定されていることを除いて、第２〜第４実施例と実質的に同様の構成を有している。
なお、上述の第２〜第５実施例において、プリズム22のうちでフォトダイオード15側の垂直面22bに光吸収膜（図示せず）を設けておけば、反射膜23の開口数よりも広い角度でレーザダイオード21から射出されたレーザ光17が迷光となってそのままフォトダイオード15に入射することを防止することができる。
また、上述の第１〜第５の何れの実施例も本願の発明をバーコードリーダ用光学装置に適用したものであるが、カルラコード等のバーコード以外のコードを読み取るためのコードリーダ用光学装置にも本願の発明を当然に適用することができる。
産業上の利用の可能性
本願の発明によるコードリーダ用光学装置は、POSシステム、物流管理システム、生産管理システム等で用いられているバーコードやカルラコード等の各種コードを読み取るための光学装置として利用することができる。

Claims (8)

1. 半導体基板に対して固定されており、コードに照射するための光を発する発光素子と、
   前記半導体基板に対して固定されており、前記発光素子から発せられた前記光を反射して前記コードに照射する反射膜が設けられているプリズムと、
   前記反射膜よりも大きな開口数を有しており、前記反射膜で反射された前記光と前記コードで反射された前記光とを集光する集光素子と、
   前記半導体基板に対して固定されており、前記コードで反射されて前記集光素子で集光された前記光を受光する受光素子とを具備するコードリーダ用光学装置。
2. 前記コードで反射されて前記集光素子で集光された前記光を、前記反射膜で反射されて前記集光素子に入射する前記光から離軸させるための離軸素子を具備する請求の範囲第１項に記載のコードリーダ用光学装置。
3. 前記半導体基板のうちで前記プリズムが配置されている領域とは異なる領域に前記受光素子が配置されており、
   前記プリズムのうちで前記受光素子側の面に光吸収膜が設けられている請求の範囲第２項に記載のコードリーダ用光学装置。
4. 前記離軸素子がプリズムまたはホログラムである請求の範囲第２項に記載のコードリーダ用光学装置。
5. 前記半導体基板のうちで前記プリズムが配置されている領域とは異なる領域に前記受光素子が配置されており、
   前記プリズムのうちで前記受光素子側の面に光吸収膜が設けられている請求の範囲第４項に記載のコードリーダ用光学装置。
6. 前記ホログラムが前記集光素子を兼ねている請求の範囲第４項に記載のコードリーダ用光学装置。
7. 前記半導体基板のうちで前記プリズムが配置されている領域とは異なる領域に前記受光素子が配置されており、
   前記プリズムのうちで前記受光素子側の面に光吸収膜が設けられている請求の範囲第６項に記載のコードリーダ用光学装置。
8. 前記コードがバーコードである請求の範囲第１項〜第７項の何れか１項に記載のコードリーダ用光学装置。

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