JPH06139387A

JPH06139387A - 光学読取装置

Info

Publication number: JPH06139387A
Application number: JP4316011A
Authority: JP
Inventors: Susumu Kitade; 奨北出; Kazutoshi Yamada; 和俊山田
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1992-10-29
Filing date: 1992-10-29
Publication date: 1994-05-20

Abstract

(57)【要約】【目的】圧電素子を利用した平面スキャンと、その平面
スキャンパタンを回転させることにより、スキャン方向
を多重化し、読取性能の大幅な向上を図る。【構成】レーザービームＬＢを出射する光源２１と、圧
電素子１６にトーションバーを介して取付けた反射ミラ
ー１７と、圧電素子１６を２軸振動させ、反射ミラー１
７で反射される出射ビームＢを２次元的に走査する発振
手段１８と、２軸スキャンビームに回転を付加する回転
手段２０，２２とを備えたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、レーザビームをスキ
ャン（走査）させて、バーコード（bar code）を読取る
バーコードリーダやバーコードスキャナのような光学読
取装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、上述例の光学読取装置としては圧
電素子（piezo-electric element）とトーションバーを
組合わせた光２軸スキャナによる２次元スキャンを用い
る装置があるが、この従来装置においては読取られるバ
ーコードの方向が限定される問題点があった。以下、こ
の問題点について詳述する。

【０００３】一般にバーコードは図９、図１０に示すよ
うに、バーの太さと間隔によって数字やアルファベッ
ト、記号などをコード化したもので、このコードを読取
るためには、バーコードに一定の速度で光を当てる所謂
スキャン（走査）を行なって、バーコードから反射して
くる光を検知し、時間的に変化する光量を電気信号に変
換する必要がある。

【０００４】バーコードを読むためには、基本的に１回
のスキャンで、読取ろうとするバーコードの全てのバー
を走査線が横切ることが要請され、レーザ式のスキャナ
（scanner 、走査装置）の場合は、レーザビームをスキ
ャンし、反射光を光電素子で受光して、電気信号に変換
した後に、そのパルス幅よりコードを再生する。

【０００５】仮に、スキャン方向が１方向のみの場合に
は、バーコードを読取るためにバーコードの方向をスキ
ャン方向と符合させる必要があり、このバーコードの方
向に関係なく同バーコードの読取りを行なうには複数の
スキャン方向を有すればよいことになる。

【０００６】上述の光２軸スキャナは、圧電素子に２つ
の異なる周波数の正弦波を入力した時、この圧電素子が
２方向に振動する特質を利用し、例えば、該圧電素子に
１００Hzと１０００Hzの周波数が異なる２つの正弦波を
入力し、トーションバーを介して反射ミラーそれ自体を
２方向に振動させ、この反射ミラーで反射される出射ビ
ームを２次元スキャンさせ、図８に示すような８の字を
重ねた状態のスキャンパターン（平面スキャンパター
ン）を得ることで、１つの反射ミラーにより平面のスキ
ャンを可能として、読取り性の向上を図った光学読取装
置である。

【０００７】しかし、この光２軸スキャナはスキャン方
向が概ね２方向のみであるから、図９に示す配列方向の
バーコードを読取ることができても、図１０に示す配列
方向のバーコードを読取ることは不可能で、読取れるバ
ーコードの方向が極端に制限される問題点があった。

【０００８】このような問題点を解決するために、従
来、ポリゴンミラー（polygon mirror、多面鏡のこと）
の回転および反射を利用したもの或はホログラム（holo
gram、レーザ光を物体に照射し、反射光と照射している
レーザ光との干渉結果を応用するもの）による光の屈折
を利用したものがあるが、何れの装置も反射および屈折
等の光学系を最大限に利用する関係上、光学系の構造が
極めて複雑化し、装置が大型化する問題点があった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、２軸スキ
ャンビームに回転を付加することにより、多方向化され
た走査軌跡を確保して、無方向読取りを可能とし、かつ
光学系の簡略化を図ることができる光学読取装置の提供
を目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明は、レーザビー
ムを出射する光源と、圧電素子にトーションバーを介し
て取付けた反射ミラーと、上記圧電素子を２軸振動さ
せ、反射ミラーで反射される出射ビームを２次元的に走
査する発振手段と、２軸スキャンビームに回転を付加す
る回転手段とを備えた光学読取装置であることを特徴と
する。

【００１１】

【作用】この発明によれば、発振手段により圧電素子を
２方向に振動させると、この２方向の振動はトーション
バー（torsionber、ねじり棒ばね）を介して反射ミラー
に伝達されるので、この反射ミラーが２方向に振動する
ことになる。そこで上述の光源からレーザビームを反射
ミラーに出射すると、この反射ミラーで反射された出射
ビームは２次元的に走査する。さらに上述の回転手段に
より上述の出射ビーム（２軸スキャンビーム）に回転を
付加すると、この出射ビームは２方向から多方向に展開
され、多方向化された走査軌跡を得ることができる。

【００１２】

【発明の効果】このように２軸スキャンビームに対して
上述の回転手段が回転を付加するので、多方向化された
走査軌跡（図７参照）を確保することができ、この結
果、無方向読取りが可能となる効果がある。加えて、従
来のポリゴンミラーおよびホログラムによる装置と比較
して、光学系の簡略化を図ることができ、装置の小型化
と、設置スペースの狭小化とを達成することができる効
果がある。

【００１３】

【実施例】この発明の一実施例を以下図面に基づいて詳
述する。図面は光学読取装置を示し、図１、図２におい
て、この光学読取装置は、デコード部１に対して着脱可
能に構成されたスキャナヘッド部２を備えている。

【００１４】上述のデコート部１は、内部に図３に示す
波形成形回路３、デコーダ（decoder 、解読器）４、Ｐ
ＯＳ（Point of salesの略で、販売時点情報管理の意）
本体への通信部５を収納したベース部６と、このベース
部６にフレキシブルパイプ７を介して取付けたヘッドホ
ルダ８とを備えている。

【００１５】また上述のスキャナヘッド部２は、スキャ
ナヘッド本体９の下面中央に、取外し使用時に用いる把
持部１０を一体的に取付け、この把持部１０を上述のヘ
ッドホルダ８に着脱可能に収納して、図１に示すような
電気スタンド式の使用態様と、図２に示すようなハンド
式の使用態様とを得るように構成している。さらに、上
述のデコード部１とスキャナヘッド部２とはフレキシブ
ルワイヤハーネス１１により相互に接続している。

【００１６】図３は光学読取装置の電気系および光学系
の系統図を示し、電源入力部１２をライン１３，１４を
介してデコード部１側の波形成形回路３、デコーダ４、
通信部５と、スキャナヘッド部２側の電源部１５とに接
続している。

【００１７】上述の電源部１５には、圧電素子１６（図
４、図５参照）を２軸振動させ、反射ミラー１７（図
４、図５参照）で反射される出射ビームＢを２次元的に
走査する発振手段としての発振回路１８を接続すると共
に、調速回路１９を介してモータ２０を接続している。

【００１８】レーザビームＬＢを出射る光源としての半
導体レーザダイオード２１は、上述のモータ２０および
回転機構２２を介して回転制御される。

【００１９】ここで、上述の発振回路１８は、例えば発
振周波数が異なる１００Ｈｚと１００Ｈｚとの正弦波発
振出力を得、圧電素子１６を２方向に振動させるもので
ある。

【００２０】また、上述のモータ２０および回転機構２
２は上述の出射ビームＢつまり２軸スキャンビームに回
転を付加する回転手段であり、さらに、上述の調速回路
１９はモータ２０の回転速度を可変制御する速度可変手
段であって、スキャンパターンの密度を変更すること
で、バーコードＡの大きさや種類に最適のパターンにな
るように調節する手段である。さらにまた、上述の半導
体レーザダイオード２１としては具体的にはマイクロコ
リメートレーザダイオード（いわゆるＭＣ−ＣＤ、半導
体レーザダイオードとマイクロフレネルレンズを一体化
したもので、レーザ発散光をマイクロフレネルレンズで
コリメート化して出射するもの）を用いる。一方、上述
の各要素１６，１７，１９，２０，２１，２２によりス
キャナユニット２３を構成している。

【００２１】ところで、図３に示すように上述のスキャ
ナヘッド部２内には半透明鏡としてのハーフミラー２４
を設け、バーコードＡからこのハーフミラー２４を介し
て反射される反射光Ｒを集光レンズ２５で集光すべく構
成すると共に、この集光レンズ２５の下方には、同集光
レンズ２５で集光された反射光Ｒを光電変換する受光手
段としての受光素子２６を配設している。

【００２２】また、上述の集光レンズ２５の近傍には、
反射光Ｒを集光するこの集光レンズ２５の焦点距離を変
更する焦点距離変更部２７を取付けている。

【００２３】さらに、上述のスキャナヘッド部２のデコ
ード部１に対する着脱部２８には、このスキャナヘッド
部の取外しを検出する取外し検出手段としての取外し検
知センサ２９を配設している。この取外し検知センサ２
９は例えばリミットスイッチ、近接スイッチ、光電スイ
ッチその他により構成することができる。

【００２４】一方ＣＰＵ３０は上述の取外し検知センサ
２９および受光素子２６からの信号入力に基づいて、Ｒ
ＯＭ３１に格納されたプログラムに従って、調速回路１
９、モータ２０、焦点距離変更部２７を駆動制御し、Ｒ
ＡＭ３２は必要なデータを記憶する。

【００２５】ここで、上述のＣＰＵ３０は、取外し検知
センサ２９からの信号入力に基づいて、上述のスキャナ
ヘッド部２の取外し時に、上記モータ２０の回転を停止
する第１停止制御手段と、取外し検知センサ２９からの
信号入力に基づいて、上述のスキャナヘッド部２の取外
し時に、上記焦点距離変更部２７を駆動する駆動制御手
段と、受光素子２６からの信号入力に基づいて、該受光
素子２６からの出力が所定期間ない場合に、上記モータ
２０の回転を停止する第２停止制御手段とを兼ねる。

【００２６】上述の第１停止手段（ＣＰＵ３０）は、ス
キャニヘッド部２を取外してハンド式にて使用する際に
は、このスキャナヘッド部２をバーコードＡに接近させ
て用いるので、この場合においては回転パターンより
も、むしろ１軸または２軸のスキャンパターンの方がレ
ーザ光軌跡の視認性がよく、バーコードに当て易いた
め、スキャナヘッド部２の取外し時においてモータ２０
の回転を止めるための制御手段である。

【００２７】また上述の駆動制御手段（ＣＰＵ３０）
は、スキャナヘッド部２を取外してハンド式にて使用す
る際には、焦点距離を短く設定した方がよいため、焦点
距離変更部２７を介して集光レンズ２５の焦点距離を変
更駆動し、読取り深度を調節するための制御手段であ
る。

【００２８】さらに上述の第２停止制御手段（ＣＰＵ３
０）は、受光素子２６からの出力が所定期間ない場合
に、モータ２０の回転を停止することで、機械的稼動部
分の摩耗および故障の低減を図るための手段であり、Ｃ
ＰＵ内蔵タイマによる現行の無信号継続時間と予めＲＡ
Ｍ３２に記憶させた所定期間とを比較して、モータ２０
の回転を停止する。なお、モータ２０の回転停止と同時
にスキャンビームの出射をも停止する時には、モータ２
０の回転の再起動はリ・スタートボタン等のトリガ機構
を設けるとよく、モータ２０の回転停止と同時にスキャ
ンビームの出射を停止しない時には、受光素子２６から
の信号入力をＣＰＵ３０が検知した時点にてモータ２０
を再起動させるとよい。

【００２９】ところで、上述の反射ミラー１７は、図
４、図５に示すように加振源としての圧電素子１６に、
その加振部１７ａを取付け、この加振部１７ａにトーシ
ョンバー１７ｂを介してミラー部１７ｃを配設した反射
手段で、上述のミラー部１７ｃにはバランサ１７ｄを一
体形成している。

【００３０】また図５に示すように上述の各要素１６，
１７，２１，２２はパッケージ３３に収納され、図４、
図５に矢印で示す方向θs ，θr の２次元的に走査され
る出射ビームＢ（２軸スキャンビーム）は、同パッケー
ジ３３の開口部３４からバーコードＡに向けて出射され
る。

【００３１】さらに、上述のモータ２０と半導体レーザ
ダイオード２１を含む光スキャナコンポ４０との間の回
転機構２２は図６に示すように構成している。すなわ
ち、モータ２０の回転軸２０ａに回転ベース３５を配設
し、この回転ベース３５とモータ２０との対向面にロー
タ３６およびステータ３７を配設して、ロータリ・トラ
ンス３８を構成し、ロータリトランス３８の誘導結合に
より回転周波数信号の信号伝達を行なうように構成して
いる。

【００３２】図示実施例は上記の如く構成するものにし
て、以下作用を説明する。上述の発振回路１８により圧
電素子１６を２方向θs ，θr に振動させると、この２
方向の振動はトーションバー１７ｂを介して反射ミラー
１７に伝達されるので、この反射ミラー１７が２方向に
振動する。そこで、上述の半導体レーザダイオード２１
からレーザビームＬＢを反射ミラー１７に出射すると、
この反射ミラー１７で反射された出射ビームＢは２次元
的に操作する。

【００３３】しかも、上述のモータ２０および回転機構
２２によりレーザビームＬＢを介して上述の出射ビーム
Ｂに例えば周波数５０Ｈｚの回転を付加し、２軸で振動
するミラー部１７ｃのレーザ反射ポイントを中心として
回転させると、この出射ビームＢは２方向から図７に示
すような多方向に展開され、他方向化された走査軌跡を
得ることができる。

【００３４】このように上述の出射ビームＢ（２軸スキ
ャンビーム）に対して回転を付加するので、図７に示す
ような多方向化された走査軌跡を確保することができ、
この結果、無方向読取りが可能となる効果がある。加え
て、従来のポリゴンミラーおよびホログラムによる装置
と比較して、光学系の簡略化を図ることができ、装置の
小型化および設置スペースの狭小化を図ることができる
効果がある。

【００３５】また上述の調速回路１９はモータ２０の回
転速度を任意に調節するので、次のような効果がある。
すなわち、上述の実施例では２軸スキャンに回転を加え
て、パターンの多方向化を達成するが、回転速度が早す
ぎるとスキャンビームの直線状が損なわれ、読取り性能
に悪影響が生じ、回転速度が遅すぎると読取りの無方向
性が阻害される。加えて、圧電素子１６の振動周波数と
同期しやすい回転周波数に設定すると、スキャンパター
ンが固定される。したがって、上述の調速回路１９で回
転周波数を所定範囲内において可変調節することで、走
査軌跡を任意に変更して、読取り性能の向上を図ること
ができる効果がある。

【００３６】さらに、上述のＣＰＵ３０で焦点距離変更
部２７を介して集光レンズ２５の焦点距離を変更するの
で、スキャナヘッド部２の使用態様に応じて読取り深度
を調節して、読取り性能の向上を図ることができる効果
がある。

【００３７】加えて、取外し検知センサ２９がスキャナ
ヘッド部２の取外しを検出した時、上述のＣＰＵ３０は
モータ２０の回転を停止するので、スキャナヘッド部２
をバーコードＡに接近させて用いる時には、多方向パタ
ーンから１軸または２軸のスキャンパターンに切換わ
り、レーザ光軌跡の視認性の向上を図ることができる。

【００３８】さらにまた、上述の受光素子２６からの信
号入力が所定期間ない場合、上述のＣＰＵ３０はモータ
２０の回転を停止するので、機械的稼動部分の摩耗およ
び故障の低減を図ることができる。

【００３９】なお、光源として上述のマイクロコリメー
トレーザダイオードを用いた場合には、レーザ発散光が
マイクロフレネルレンズでコリメート（平行）化される
ため、外部にコリメート化用の光学系が不要となり、よ
り一層構造の簡素化を図ることができる。

【００４０】この発明の構成と、上述の実施例との対応
において、この発明の光源は、実施例の半導体レーザダ
イオード２１に対応し、以下同様に、発振手段は、発振
回路１８に対応し、回転手段は、モータ２０および回転
機構２２に対応し、速度可変手段は、調速回路１９に対
応し、焦点距離可変手段は、焦点距離変更部２７に対応
し、取外し検出手段は、取外し検知センサ２９に対応
し、第１停止制御手段は、ＣＰＵ３０に対応し、駆動制
御手段は、ＣＰＵ３０に対応し、受光手段は、受光素子
２６に対応し、第２停止制御手段は、ＣＰＵ３０に対応
するも、この発明は、上述の実施例の構成のみに限定さ
れるものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光学読取装置を示す側面図。

【図２】スキャナヘッド部を取外した状態の側面図。

【図３】本発明の光学読取装置を示す電気系および光学
系の系統図。

【図４】２軸スキャンの原理を示す説明図。

【図５】パッケージの内部構造を示す概略斜視図。

【図６】回転機構部分の説明図。

【図７】本発明装置により得られるスキャンパターンの
一例を示す説明図。

【図８】従来の光２軸スキャナによるスキャンパターン
の説明図。

【図９】バーコードの配列状態を示す説明図。

【図１０】バーコードの他の配列状態を示す説明図。

【符号の説明】

１…デコード部２…スキャナヘッド部１６…圧電素子１７…反射ミラー１７ｂ…トーションバー１８…発振回路１９…調速回路２０…モータ２１…半導体レーザダイオード２２…回転機構２５…集光レンズ２６…受光素子２７…焦点距離変更部２９…取外し検知センサ３０…ＣＰＵＬＢ…レーザビームＢ…出射ビームＡ…バーコードＲ…反射光

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成５年９月７日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正内容】

【書類名】明細書

【発明の名称】光学読取装置

【特許請求の範囲】

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【０００２】

【０００９】

【００１０】

【００１１】

【００１２】

【発明の効果】このように２軸スキャンビームに対して
上述の回転手段が回転を付加するので、多方向化された
走査軌跡（図７参照）を確保することができ、この結
果、読取り方向に制限のない無方向読取りが可能となる
効果がある。加えて、従来のポリゴンミラーおよびホロ
グラムによる装置と比較して、光学系の簡略化を図るこ
とができ、装置の小型化と、設置スペースの狭小化とを
達成することができる効果がある。

【００１３】

【００１８】レーザビームＬＢを出射する光源としての
半導体レーザダイオード２１、圧電素子１６および反射
ミラー１７は、上述のモータ２０および回転機構２２を
介して回転制御される。

【００２０】また、上述のモータ２０および回転機構２
２は上述の出射ビームＢつまり２軸スキャンビームに回
転を付加する回転手段であり、さらに、上述の調速回路
１９はモータ２０の回転速度を可変制御する速度可変手
段であって、スキャンパターンの密度を変更すること
で、バーコードＡの大きさや種類に最適のパターンにな
るように調節する手段である。さらにまた、上述の半導
体レーザダイオード２１としては具体的にはマイクロコ
リメートレーザダイオード（いわゆるＭＣ−ＣＤ、半導
体レーザダイオードとマイクロフレネルレンズを一体化
して、出射ビームの調整手段を備えたもので、マイクロ
フレネルレンズを変位させることで、出射ビームをコリ
メート化し、さらに、ビームウエストの移動を行ない焦
点距離の調整も実現できる）を用いる。一方、上述の各
要素１６，１７，１９，２０，２１，２２によりスキャ
ナユニット２３を構成している。

【００２２】また、上述の集光レンズ２５の近傍には、
反射光Ｒを集光するこの集光レンズ２５の焦点距離を変
更する焦点距離変更部２７を取付けているが、前述のご
とく半導体レーザダイオード２１側に出射ビームの調整
手段を持たせることで、必要に応じて省略される。

【００２６】上述の第１停止手段（ＣＰＵ３０）は、ス
キャナヘッド部２を取外してハンド式にて使用する際に
は、このスキャナヘッド部２をバーコードＡに接近させ
て用いるので、この場合においては回転パターンより
も、むしろ１軸または２軸のスキャンパターンの方がレ
ーザ光軌跡の視認性がよく、バーコードに当て易いた
め、スキャナヘッド部２の取外し時においてモータ２０
の回転を止めるための制御手段である。

【００３１】さらに、上述のモータ２０と半導体レーザ
ダイオード２１を含む光スキャナコンポ４０との間の回
転機構２２は図６に示すように構成している。すなわ
ち、モータ２０の回転軸２０ａに回転ベース３５を配設
し、この回転ベース３５とモータ２０との対向面にロー
タ３６およびステータ３７を配設して、ロータリ・トラ
ンス３８を構成し、ロータリトランス３８の誘導結合に
より、圧電素子１６の駆動信号伝達や、半導体レーザダ
イオード２１の電源供給を行なうように構成している。

【００３６】さらに、半導体レーザダイオード２１がマ
イクロコリメートレーザダイオードのように、出射ビー
ムのコリメート化、焦点距離調整等を行なうことができ
るので、スキャナヘッド部２の使用態様に応じて読取り
深度を調節して、読取り性能の向上を図ることができる
効果がある。

【００３９】なお、光源として上述のマイクロコリメー
トレーザダイオードを用いた場合には、出射ビームを調
整することができるので、外部にコリメート化用の光学
系が不要となり、より一層構造の簡素化を図ることがで
きるが、調整手段を持たないレーザビームを用いる場合
は、出射ビームを調整して焦点距離が変更できる手段を
光源側に介設するとよい。