JPH01120688A

JPH01120688A - 投光反射型光検出器の光学系

Info

Publication number: JPH01120688A
Application number: JP62278943A
Authority: JP
Inventors: Mitsunori Iima; 光規飯間
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1987-11-04
Filing date: 1987-11-04
Publication date: 1989-05-12
Anticipated expiration: 2013-07-02
Also published as: US4968876A; JP2772521B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】童」ＬヒΦ末」Ｌ年！− この発明は、対象物に向けて検出用光を発すると共に、
対象物で反射された光を受光して対象物の反射率の違い
を検出する投光反射型光検出器の光学系の改良に関する
ものである。

丈米列挟亙この種の投光反射型光検出器としては、例えばいわゆる
ペン型のバーコードリーダーがある。

従来のペン型バーコードリーダーｌの光学系は、第６図
に概略的に示したような構成とされている。

図中の符号１ａはバーコードリーダーのケーシングであ
り、このケーシング１ａ内に光源となる発光ダイオード
（ＬＥＤ）２と受光素子３とが設けられている。

ＬＥＤ２から発した光は集光素子４を介して読取対象と
してのバーコードパターン（図示せず）を照明すると共
に、このバーコードパターンで反射されて再び集光素子
４を介してケーシング１ａ内に入射し、入射した反射光
の一部は光ファイバー５を介して受光素子３に導かれる
。

バーコードパターンの読取に際しては、集光素子４とバ
ーコードパターンとを接触させた状態で走査を行う。こ
れにより、受光素子３からは走査によるバーコードパタ
ーンの反射率の変化に対応してバーコードパターンの持
つ情報に応じた電気信号が出力される。

日が解決しようとするＬＬａしかしながら、上述したような従来のバーコードリーダ
ーは読取深度が極端に狭く、集光素子４とバーコードパ
ターンとが離間すると読取不能となってしまう。従って
、バーコードパターンのプリントされた面が滑らかであ
る場合はともかく、例えば可撓性のある袋等にプリント
されている場合にはプリント面に生じた凹凸によって走
査中に集光素子４とバーコードパターンとが離間し、読
取が不能となる虞があった。

見更勿■カこの発明は、上述した各問題点に鑑みてなされたもので
あり、読取対象との間が離間したとじても読取対象の情
報を検出することができる投光反射型光検出器の光学系
を提供することを目的とする。

間　慨を　決するための手上記の目的を達成するためには、バーコードリーダーの
読取深度を深くする必要があり、そのためには投光光束
の広がり角を小さくすると共にその光路中から光ファイ
バーのような障害物を除去することにより、投光光束の
集光性を劣化させないようにし、かつ、受光素子へ効率
的に反射光を集光させるよう構成する必要がある。

この点に鑑み１本発明に係る投光反射型光検出器の光学
系は、対象物に向けてレーザー集束光を発する投光部と
、対象物からの反射光を集光する集光レンズと、集光さ
れた反射光の光量を検出する受光素子とを有し、投光部
の光軸と集光レンズの光軸とが対象物側の読取深度内で
交差する構成とされたことを特徴としたものである。

皿この発明に係る投光反射型光検出器の光学系は、上述し
たような構成としたため、投光部から発するレーザー集
束光は対象物に達し、この対象物で反射される。反射光
は集光レンズを介して投光部とは異なる方向に位置する
受光素子に向けて集光される。

３１１例− 以下、この発明の実施例を第１図〜第５図に基づいて説
明する。

（第１実施例）第２図及び第３図は、この発明の第１実施例を示したも
のである。

まず、共通構成から説明する。これらの光学系において
、図示せぬ対象物へ向けて図中左側へレーザー集束光を
投光する投光部は、レーザーダイオード（以下、　ＬＤ
という）１０と投光レンズ１１とから構成され、対象物
の持つ情報の空間的なピッチに対して読取可能なビーム
径を、ビームウェス８２前後のＱ−Ｈの区間で維持する
よう設定されている。

また、対象物によって反射された光束は、集光し°ンズ
１２を介して受光素子１３へ向けて集光されるが、この
際対象物側にある点Ｐ、Ｑ、Ｒはそれぞれ集光レンズ１
２を介してＱ’、Ｐ’、Ｒ’に結像する。

ところで、読取側では点Ｑ、Ｈの中点はビームウェスト
Ｐであるが、像点側ではＱ′〜Ｐ′の距離がＰ′〜Ｒ′
の距離より小さくなる。そこで、受光素子１３は、読取
深度の両端Ｑ、Ｈにある対象物の情報を同等に読み取る
ために、この読取深度に対応する像点範囲Ｑ′〜Ｒ′の
中点であるＳ′に配置されている。

また、集光レンズ１２はその光軸Ｑ□が投光部の光軸Ｑ
よと読取深度内Ｑ−Ｈの点Ｓ（像点Ｓ′と共役な点）で
交差するよう配置されている。なお、集光レンズ１２の
中心を通り、その先軸Ｑ工と直交する直線をＱ、とし、
この直線６が投光部の光軸Ｑ２と交わる点をＵとすると
、対象物側で投光部の光軸Ｑ２上に位置する点は受光レ
ンズ１２を介して点りを通る直線Ｑ４上に結像する。

上記のような配置とすることにより、受光素子１３が位
置する像点Ｓ′において最も集光効率を高めることがで
きる。但し、光軸Ω１．Ｑ２の交点は上述したように点
Ｓに限定されず、少なくとも読取深度内Ｑ−Ｈにあれば
集光効率の向上に貢献する。

第２図のような構成とすれば、従来の構成のように投光
光束の光路中に障害物が存在しないため、投光光束の集
束性がよい、また、比較的対象物に近い位置で反射光を
集光することができるので、集光できる光量は比較的大
きい。

但し、集光レンズ１２が対象物に近接していると、集光
レンズ１２から光軸Ω２上の点Ｑ−Ｈの区間を見込む角
度が大きくなるため、像点Ｑ’、Ｒ’のバラツキも大き
くなり、受光素子１３がカバーすべき検出範囲も大きく
なる。しかし１例えばペン型バーコードリーダーに一般
的に使用されている受光素子はフォトトランジスタ、フ
ォトダイオード等の素子であり、これらの素子では上記
のような大きな受光範囲を完全にカバーすることは不可
能である。

ところで、対象物の空間的なピッチを読み取るための原
理的な読取深度は投光部の構成によって決定されるが、
この読取深度内にある対象物の情報の実際上の読取能力
は、受光素子１３から出力される情報信号とノイズとの
比によって決定される。

そのため、投光部の出力、受光素子の感度等を適宜設定
することにより、上記のように受光範囲を完全にカバー
できなくとも対象物の情報を読み取ることができる。

次に、第３図の構成では集光レンズ１２を対象物から比
較的離間させることにより、集光レンズ１２から光軸Ω
２上の点Ｑ−Ｈの区間を見込む角度を小さくしている。

このような構成とすれば、集光レンズ１２による倍率を
小さくすることができるために像点Ｑ’、Ｒ’のバラツ
キ範囲を小さくすることができ、第２図に示したものと
同様な受光素子１３で検出範囲を完全にカバーすること
ができる。

但し、反射光のエネルギーは距離の二乗に反比例して減
少するため、このように対象物と集光レンズ１２との距
離が大きい場合には、同径の集光レンズ１２を使用する
限り第２図の例より集光される光量が減少する。なお、
この場合にも投光部の発光光量を大きくするか、あるい
は集光レンズ１２を大径化することによって読取能力を
確保することができる。

（第２実施例）第１図、第４図、第５図はこの発明の第２実施例を示し
たものである。

まず、第４図に従ってこの実施例に係る光学系の原理を
説明する。同図において、投光系は第１実施例と同様Ｌ
ＤＩＯと投光レンズ１１とから構成されており、対象物
の持つ情報の空間的なピッチに対して読取可能なビーム
怪、を、ビームウェス８２前後のＱ−Ｈの区間で維持す
るよう設定されている。

また、投光系の光路中には反射光を受光素子１３へ導く
集光レンズ２０が配設されている。この集光しンズ２０
は、第５図に破線で示した外径の球面レンズＬを一部く
り抜いたような形状を呈しており、仮想レンズＬの光軸
α□と投光系の光軸ｎ２とが点Ｓ（点Ｓの定義は第１実
施例を参照）で交わるよう所定角度傾斜して配置されて
いる。

また、集光レンズ２０の中央部には投光部から発する光
束をその進行方向を変えずに透過させる透過部２１が設
けられており、この透過部２１の周囲は反射光を偏向、
集光させる偏向レンズ部２２とされている。

第４図では仮想レンズＬの中心をＴ、この中心Ｔを通り
仮想レンズＬの光軸Ｑ１と垂直な直線をＱよとしており
、直線Ｑ３と投光系の光軸Ｑ、との交点をＵとしている
。

なお、透過部２１はこの例では単なる孔であるが、投光
系の光軸Ｑ２と垂直な平面を集光レンズ２０の両面に形
成してもよいし、あるいは周囲と異なるパワーを有する
面を形成して投光光束を集束させる機能を持たせてもよ
い。また、集光レンズ２０の母体となっている仮想レン
ズＬも、この例で示したような球面レンズばかりでなく
非球面レンズとしてもよいし、あるいはこれらをフレネ
ルレンズ化したものであってもよい。

上記の受光素子１３は、集光レンズ２０を介して点Ｓと
共役な像点Ｓ′に受光面が直線Ｑ４に対して垂直となる
状態で設けられている。

さて、次に上記のような構成とされた光学系の作用を説
明する。

ＬＤＩＯから発したレーザービームは投光レンズ１１を
介して集束光となり、集光レンズ２０の透孔部２１を抜
けて点Ｐでビーム径が最小となるよう集束する。投光光
束は点Ｑ−Ｈの間に置かれた対象物で反射され１反射光
は集光レンズ２０に達するまでは投光光束と同一の光路
をとり、集光レンズ２０の偏向レンズ部２２によって投
光系の光軸Ω２と所定の角度をもって投光光束の光路か
ら外れ、受光素子１３へ向けて集光される。

このとき１点Ｐに対象物があれば、反射光は点Ｐと共役
な受光素子１３上の像点Ｐ′に集束する。

なお、ここで点Ｔと像点Ｐ′とを通る直線をＱ４とする
と、投光系の光軸Ｑ２上の点の集光レンズ２０を介した
共役点は直線Ｑ４上に位置することとなる。従って、対
象物が点Ｑにある場合には１反射光は像点Ｑ′へ向けて
集束し、対象物が点Ｒにあるときには反射光は像点Ｒ′
へ向けて集束する。

このように、投光部の光軸Ｑ２の両側から反射光を集束
させることができるため、異なる像点に集束するそれぞ
れの反射光束の中心線を直線Ｑ４と一致させることがで
き、また、直線菖、が集光レンズ２０の中心を通ってい
るため、像点のバラツキによる受光素子１３上での光束
のバラツキがなく、集光レンズ２０を対象物に接近させ
ても小さな受光素子で反射光の領域をカバーすることが
でき、前述した実施例よりも高効率で反射光を受光素子
へ導くことができる。

また、集光レンズ２０を投光光束の光路内に進入させて
設けることができるため、これらを別個に配置する前記
の光学系と比べ、この部分の構成をコンバントにするこ
とができる。

続いて、第１図に基づいて本発明をペン型バーコードリ
ーダーに適用した例を説明する。なお、第４図と同一部
材には同一符号を付して説明を省略する。

このバーコードリーダーのケーシング３０内には、ＬＤ
ＩＯと投光レンズ１１とから成る投光部と、第４図及び
第５図に示したものと同様な孔あき型の集光レンズ２０
と、受光素子１３とが設けられている。そして、ＬＤＩ
Ｏから発するレーザービームは投光レンズ１１によって
ビームウェスト位ＩＰへ向けて集束され、所定の規格の
バーコードパターンに対して読取可能なビーム径を、ビ
ームウェスト２前後のＱ〜Ｈの区間で維持するよう設定
されている。

また、ケーシング３０の先端部には、投光光束、反射光
束を通過させる開口３１が点Ｒに一致して設けられてい
る。この間口３１は図示したような透孔であってもよい
し、あるいは防塵用のカバーガラスによって閉成したも
のであってもよい。

作用については前述した第４図の光学系と同様であり、
ある所定の規格のバーコードパターンについては点Ｑ−
Ｒ間に位置する限り、ケーシング３０の開口から離間し
た場合にも情報の読取が可能となる。

ここで付言すれば、上記規格よりも大きな規格のバーコ
ードパターンの読取を行う際には読取深度は点Ｑ−Ｒよ
り広くなり、細かい規格のバーコードパターンの読取を
行う際には読取深度は点Ｑ−Ｒより狭くなる。そして、
読取深度が狭くなる場合には、バーコードパターンを開
口３１に密着させた状態での読取が不能となるという事
態も起こり得るため、読取ろうとする最小の規格のバー
コードに対する読取深度の近接側限界を開口３１に一致
させるように、例えば第１図における点Ｒをケーシング
３０内に位置させるように設計してもよい。

なお、この実施例では本発明の投光反射型光検出器の光
学系をペン型のバーコードリーダーに適用した例につい
てのみ述べたが、非接触で対象物の光学的な情報を検出
で、きることから、物体の表面検査、製品に付着したゴ
ミの検査等にも当然使用することができる。

羞果以上、説明してきたようにこの発明によれば、対象物か
ら離間した位置で対象物の情報を検出することができる
。また、投光部の光軸と集光レンズの光軸とが読取深度
内で交差する構成としたため、集光効率を高めることが
できる。

なお、透過部と偏向レンズ部とを有する集光レンズを投
光光束の光路中に設けた場合には、集光レンズの配置に
特別なスペースを要さず、しかも、集光レンズを対象物
に近接させた場合にも小型°の受光素子で反射光の領域
をカバーすることができるため、集光レンズや受光素子
の大型化を招くこともない。従って、反射光のエネルギ
ーを効率的に利用することができると共に、光学系をコ
ンパクトにまとめることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第３実施例に係る投光反射型光検出
器の光学系の一実施例を示すバーコードリーダーの光学
系の概略図、第２図及び第３図はこの発明の第１実施例
に係る投光反射型光検出器の光学系の一実施例を示す説
明図、第４図はこの発明の第２実施例に係る投光反射型
光検出器の光学系の一実施例を示す説明図、第５図は第
４図に示した光学系の受光レンズを■−■線方向から見
た平面図、第６図は従来のペン型バーコードリーダーの
光学系の概略を示す説明図である。１２．２０・・・集光レンズ１３・・・受光素子２１・・・透過部２２・・・偏向レンズ部 Ω□・・・集光レンズの光軸Ｑ２・・・投光部の光軸第６図４１ａ２３

Claims

【特許請求の範囲】

（１）対象物に向けてレーザー集束光を発する投光部と
、対象物からの反射光を集光する集光レンズと、集光さ
れた反射光の光量を検出する受光素子とを有し、前記投
光部の光軸と前記集光レンズの光軸とが前記対象物側の
読取深度内で交差する構成とされたことを特徴とする投
光反射型光検出器の光学系。
（２）前記集光レンズは、前記投光部から発する投光光
束の光路中に設けられ、該光路と重複する部位に前記投
光光束を進行方向を変えずに透過させる透過部を有する
と共に、該透過部の周囲に前記反射光を偏向させて前記
受光素子に集束させる偏向レンズ部を有することを特徴
とする特許請求の範囲第１項に記載の投光反射型光検出
器の光学系。
（３）前記透過部は、前記集光レンズの中央部に設けら
れていることを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載
の投光反射型光検出器の光学系。