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JP2005018306A - Reading lens and reading lens system for use in bar code reader - Google Patents

Reading lens and reading lens system for use in bar code reader Download PDF

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JP2005018306A
JP2005018306A JP2003180466A JP2003180466A JP2005018306A JP 2005018306 A JP2005018306 A JP 2005018306A JP 2003180466 A JP2003180466 A JP 2003180466A JP 2003180466 A JP2003180466 A JP 2003180466A JP 2005018306 A JP2005018306 A JP 2005018306A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a reading lens and a reading lens system for use in a bar code reader that can accurately read in a bar code by a low-cost structure despite using photodetectors of a small aspect ratio. <P>SOLUTION: The reading lens has a rotationally asymmetric, aspheric surface at least on one side, and satisfies a conditional expression (1) or (2) from a central portion to a peripheral portion of the lens. Conditional expression (1): ∞>ASX/EFL>0.1, ASY≈0; (2): -∞<ASX/EFL<-0.15, ASY≈0, wherein ASX is a sub direction astigmatism value, ASY is a main direction astigmatism value and EFL is a focal length. Since the main direction astigmatism value ASY is ASY≈0 (c), an image of a bar code B in a main direction M is practically formed on the surface of the photodetectors 2 (a). Since the sub direction astigmatism value ASX is ASX=-5.12 (c), an image of the bar code B in a sub direction N is formed about 5.12 mm before the photodetectors 2 and then spread onto the photodetectors 2 (b). The image on the photodetectors 2 is in focus in the main direction M and out of focus in the sub direction N. An adverse effect such as a blur K in the sub direction N of the bar code B is thus compensated, so that the bar code B can be read accurately. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、バーコード読取装置に用いられる読み取り用レンズ及びその読み取り用レンズ系に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】バーコードの読み取りに使用される光学的センサは、リニアに受光素子が並んでいるが、各受光素子のアスペクト比、すなわち各受光素子の縦寸法と横寸法との比（縦寸法／横寸法）が２００／１４（＞１４）と大きいので、図８（ａ）に示すように、バーコードＢにかすれや欠け、傷あるいは汚れ（以下「かすれ等Ｋ」と称す）があっても、読み取り誤差を生じ難い。即ち、バーコードＢの縦方向（バーの高さ方向）Ｎを広範囲に読み取るので、バーの一部分にかすれ等Ｋがあっても、その影響を打ち消して読み取り誤差をなくすからである。
【０００３】
一方、アスペクト比の大きい受光素子は、アスペクト比の小さい受光素子より高額なので、アスペクト比の小さい受光素子を使用できる読み取り用レンズ系が望まれている。しかし、かかるアスペクト比の小さい受光素子を用いてバーコードＢを読み取ると、その読み取り範囲が縦方向Ｎに短く設定される結果、受光素子には、図８（ｂ）に示すように受像され、かすれ等Ｋの影響でバーコードＢを正確に読み取ることができない。
【０００４】
これに対し、特許第２７７４８９２号公報（特許文献１）には、集光レンズ（読み取り用レンズ）に加えて、円筒状レンズ体（シリンダーレンズ）を用いた発明が記載されている。該発明は、バーコードのバーと直交する方向（本願の図８（ａ）におけるＭ方向）では、バーコードから来る光は円筒状レンズ体の軸方向にほとんど屈折されず結像し、バーコードのバー方向（本願の図８（ａ）におけるＮ方向）では、バーコードから来る光は円筒状レンズ体により屈折されて拡散し受光面上に結像するように構成して、バーコードの縦方向の欠陥（かすれ等）を補って、バーコードを正確に読み取るようにしたものである。
【０００５】
また、特許第３０７０４８４号公報（特許文献２）には、バーコードのバー方向（本願の図８（ａ）におけるＮ方向）にデフォーカスしてぼけを生じさせ、バーコードの縦方向（バー方向）のかすれ等を補って、バーコードを正確に読み取るようにした発明が記載されている。
【０００６】
更に、特許第２７２０６６７号公報（特許文献３）には、バーコードのバーと直交する方向（本願の図８（ａ）におけるＭ方向）の解像度を、バーコードのバー方向（本願の図８（ａ）におけるＮ方向）の解像度より高解像度にして、バーコードを正確に読み取るようにした発明が記載されている。
【０００７】
【特許文献１】特許第２７７４８９２号公報（段落００２０，図１６）
【０００８】
【特許文献２】特許第３０７０４８４号公報
【０００９】
【特許文献３】特許第２７２０６６７号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特許文献１に記載の発明では、集光レンズ（読み取り用レンズ）のほかに円筒状レンズ体（シリンダーレンズ）を用いる分、装置コストがアップするという問題点がある。また、特許文献２に記載の発明では、ピントをずらして使用するので、絞りを暗くせざるを得ず、そのため高感度の受光素子が必要となり、装置コストがアップするという問題点がある。更に、特許文献３に記載の発明では、バー横方向（本願の図８（ａ）におけるＭ方向）とバー高さ方向（本願の図８（ａ）におけるＮ方向）との解像度の差は、特許文献３の図３に図示されるように、受光レンズ（読み取り用レンズ）の周辺部では大きいものの、中心部では略同一となっているので、かすれ等ＫがバーコードＢの中心部にある場合には、バーコードを正確に読み取ることができないという問題点がある。特に、かかる解像度の差は、受光レンズの中心部から周辺部にかけて一定でないので、かすれ等ＫがバーコードＢ上のどの位置にあるかによって読み取り結果が不安定なものとなるという問題点がある。
【００１１】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、安価な構成で、１単位の受光素子のアスペクト比の小さい受光素子を使用してもバーコードを正確に読み取ることができるバーコード読取装置に用いられる読み取り用レンズ及びその読み取り用レンズ系を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するために請求項１記載のバーコード読取装置に用いられる読み取り用レンズは、少なくとも１面が回転非対称非球面で構成されると共に、下記条件式（１）または（２）を、前記レンズの中心部から周辺部にかけて満足するものである。
条件式
（１）∞＞ＡＳＸ／ＥＦＬ＞０．１，ＡＳＹ≒０
（２）−∞＜ＡＳＸ／ＥＦＬ＜−０．１５，ＡＳＹ≒０
但し、ＡＳＸは、副方向非点収差量であり、ＡＳＹは、主方向非点収差量であり、ＥＦＬは、焦点距離である。
【００１３】
この請求項１記載の読み取り用レンズによれば、条件式（１）を満たす場合には、バーコードの主方向（バーと直交する方向）の焦点位置は受光素子の位置に合った状態で、バーコードの副方向（バー方向）の焦点位置が受光素子の後方へずれる。一方、条件式（２）を満たす場合には、バーコードの主方向の焦点位置は受光素子の位置に合った状態で、バーコードの副方向の焦点位置が受光素子の前方（読み取り用レンズ側）へずれる。この焦点位置の関係は、読み取り用レンズの中心部から周辺部にかけて満足されるので、バーコードの副方向のかすれ等の影響を補って、バーコードを正確に読み取ることができる。
【００１４】
請求項２記載の読み取り用レンズは、請求項１記載の読み取り用レンズにおいて、前記回転非対称非球面を有するレンズは、１枚のガラスレンズまたはプラスチックレンズから構成されている。
【００１５】
請求項３記載の読み取り用レンズは、請求項１記載の読み取り用レンズにおいて、前記回転非対称非球面は、ガラスレンズの表面に透明材料による回転非対称非球面層を接合して形成されるものである。
【００１６】
請求項４記載のバーコード読取装置に用いられる読み取り用レンズ系は、絞りと、読み取り用レンズと、受光素子との順にバーコード側より配置され、前記レンズは、前記受光素子側の面が回転非対称非球面で構成されると共に、下記条件式（１）または（２）を、前記レンズの中心部から周辺部にかけて満足するものであることを特徴とする読み取り用レンズ系。
条件式
（１）∞＞ＡＳＸ／ＥＦＬ＞０．１，ＡＳＹ≒０
（２）−∞＜ＡＳＸ／ＥＦＬ＜−０．１５，ＡＳＹ≒０
但し、ＡＳＸは、副方向非点収差量であり、ＡＳＹは、主方向非点収差量であり、ＥＦＬは、焦点距離である。
【００１７】
この請求項４記載の読み取り用レンズ系によれば、条件式（１）を満たす場合には、バーコードの主方向（バーと直交する方向）の焦点位置は受光素子の位置に合った状態で、バーコードの副方向（バー方向）の焦点位置が受光素子の後方へずれる。一方、条件式（２）を満たす場合には、バーコードの主方向の焦点位置は受光素子の位置に合った状態で、バーコードの副方向の焦点位置が受光素子の前方（読み取り用レンズ側）へずれる。この焦点位置の関係は、読み取り用レンズの中心部から周辺部にかけて満足されるので、バーコードの副方向のかすれ等の影響を補って、バーコードを正確に読み取ることができる。
【００１８】
【発明の効果】本発明の読み取り用レンズ及びその読み取り用レンズ系によれば、回転非対称非球面を有する１枚の読み取り用レンズによって、バーコードの主方向（バーと直交する方向）の焦点位置は受光素子の位置に合わせた状態で、バーコードの副方向（バー方向）の焦点位置を受光素子の配設位置からずらしている。よって、バーコードの主方向を正確に読み取りつつ、バーコードの副方向の読み取りをぼかして、その副方向におけるかすれ等の悪影響を補うことができる。従って、各受光素子のアスペクト比が小さい（１単位の受光素子のアスペクト比の小さい）受光素子を使用しても、バーコードを正確に読み取ることができる。よって、複数枚のレンズを用いる場合や、ピントをずらし主方向の読み取り性能を確保するために絞りを暗くするが故に高感度の受光素子を用いざるを得ない場合に比べて、装置コストを低減することができるという効果がある。また、主方向及び副方向における焦点位置の関係は、読み取り用レンズの中心部から周辺部にかけて満足するので、かすれ等がバーコード上のどの位置にあっても、そのかすれ等の悪影響を補って、バーコードを正確に読み取ることができるという効果がある。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施例について、添付図面を参照して説明する。図１から図６に示すように、各実施例の読み取り用レンズ系は、バーコードＢ、開口絞り面ＳＴＯ、読み取り用レンズ１、受光素子２の順に配設されている。受光素子２は例えばＣＣＤで構成され、その各受光素子２は１４／１４〜５６／１４の小さいアスペクト比のものが使用されている。読み取り用レンズ１は、実施例１から５では、バーコードＢ側の面が球面ＳＲ、受光素子２側の面が回転非対称非球面ＸＹＰとされている。また、実施例６では、バーコードＢ側の面が回転対称非球面ＡＳＰ、受光素子２側の面が回転非対称非球面ＸＹＰとされている。
【００２０】
各実施例の表に記載される、ＥＦＬは焦点距離、ＦＮＯはＦナンバー、βは倍率である。バーコードＢ側から数えて第ｉ番目面（ｉは１から３の自然数）の曲率半径（非球面においては軸上曲率半径）をＲ、面間隔をＴＩＨ（単位はｍｍ）、開口絞り面をＳＴＯ（ｉ＝１）、波長５８７．５６ｎｍでの屈折率をＮｄ、アッベ数をνｄとする。
【００２１】
回転対称非球面ＡＳＰ（実施例６のみ）は、光軸上での頂点からの距離をＨ、そのＨの位置での非球面上での高さをＶ、光軸上での曲率半径をＲ、円錐係数をＫ、４次、６次の非球面係数をそれぞれＡ４、Ａ６とするとき、
【００２２】
【数１】

Figure 2005018306
なる式で与えられる曲線を光軸の回りに回転して得られる曲面である。
【００２３】
回転非対称非球面ＸＹＰは、光軸上での頂点からの距離をＷ（Ｗは（ｘ２＋ｙ２）の平方根である。なお、ｘおよびｙは、ｘｙ座標の座標点である。）とし、ｘｙ座標位置での非球面上での高さをｚ、光軸上での曲率をＣ（Ｃ＝１／Ｒ，Ｒは曲率半径）、円錐係数をＫ、非球面係数をＸ２、Ｙ２、Ｘ４、Ｙ４、Ｘ６、Ｙ６、Ｘ８、Ｙ８とするとき、
【００２４】
【数２】
Figure 2005018306
なる式で与えられる面が回転非対称非球面である。
【００２５】
表１に実施例１の読み取り用レンズ系を示すと共に、そのレンズ系のバーコードＢの主方向Ｍにおける構成図を図１（ａ）に、副方向Ｎにおける構成図を図１（ｂ）に、非点収差を図１（ｃ）に、それぞれ示す。
【００２６】
主方向非点収差量ＡＳＹはＡＳＹ≒０であるので（図１（ｃ）参照）、バーコードＢの主方向Ｍの像は受光素子２面上でほぼ結像する（図１（ａ）参照）。一方、副方向非点収差量ＡＳＸはＡＳＸ＝−５．１２であるので（図１（ｃ）参照）、バーコードＢの副方向Ｎの像は受光素子２の手前略５．１２ｍｍのポイントで結像した後、拡散し、受光素子２に写される（図１（ｂ）参照）。よって、主方向Ｍにおいては焦点の合った像が、副方向Ｎにおいては焦点のずれた像が、受光素子２に写される。なお、実施例１の焦点距離ＥＦＬはＥＦＬ＝１４．４１３７であるので（表１参照）、ＡＳＸ／ＥＦＬ＝−０．３５５であり、−∞＜ＡＳＸ／ＥＦＬ＜−０．１５の関係を有している。
【００２７】
【表１】
Figure 2005018306
図７（ａ）は、この実施例１の読み取り対象となるバーコードＢを示した図であり、かすれや欠け、傷あるいは汚れ（以下「かすれ等Ｋ」と称す）のあるバーコードＢが図示されている。このバーコードＢのうち、図７（ａ）に示す横長の矩形部分で示される範囲が、実施例１の読み取り用レンズ系にて読み取られると、図７（ｂ）に示す像が受光素子２に写される。この像が受光素子２によって読み取られるので、各受光素子のアスペクト比が小さい（１単位の受光素子のアスペクト比の小さい）受光素子２であっても、バーコードＢの副方向（バー方向）Ｎにおけるかすれ等Ｋの悪影響を補って、バーコードＢを正確に読み取ることができる。
【００２８】
表２に実施例２の読み取り用レンズ系を示すと共に、そのレンズ系のバーコードＢの主方向Ｍにおける構成図を図２（ａ）に、副方向Ｎにおける構成図を図２（ｂ）に、非点収差を図２（ｃ）に、それぞれ示す。
【００２９】
主方向非点収差量ＡＳＹはＡＳＹ≒０であるので（図２（ｃ）参照）、バーコードＢの主方向Ｍの像は受光素子２面上でほぼ結像する（図２（ａ）参照）。一方、副方向非点収差量ＡＳＸはＡＳＸ＝−２．３であるので（図２（ｃ）参照）、バーコードＢの副方向Ｎの像は受光素子２の手前略２．３ｍｍのポイントで結像した後、拡散し、受光素子２に写される（図２（ｂ）参照）。よって、主方向Ｍにおいては焦点の合った像が、副方向Ｎにおいては焦点のずれた像が、受光素子２に写される。従って、１単位の受光素子のアスペクト比の小さい受光素子２であっても、バーコードＢの副方向（バー方向）Ｎにおけるかすれ等Ｋの悪影響を補って、バーコードＢを正確に読み取ることができる。なお、実施例２の焦点距離ＥＦＬはＥＦＬ＝１４．４１３７であるので（表２参照）、ＡＳＸ／ＥＦＬ＝−０．１６０であり、−∞＜ＡＳＸ／ＥＦＬ＜−０．１５の関係を有している。
【００３０】
【表２】
Figure 2005018306
表３に実施例３の読み取り用レンズ系を示すと共に、そのレンズ系のバーコードＢの主方向Ｍにおける構成図を図３（ａ）に、副方向Ｎにおける構成図を図３（ｂ）に、非点収差を図３（ｃ）に、それぞれ示す。
【００３１】
主方向非点収差量ＡＳＹはＡＳＹ≒０であるので（図３（ｃ）参照）、バーコードＢの主方向Ｍの像は受光素子２面上でほぼ結像する（図３（ａ）参照）。一方、副方向非点収差量ＡＳＸはＡＳＸ＝１．３６であるので（図３（ｃ）参照）、バーコードＢの副方向Ｎの像は受光素子２の後方略１．３６ｍｍのポイントで結像する。よって、バーコードＢの副方向Ｎの像は、受光素子２上に拡散された状態で写される（図３（ｂ）参照）。故に、主方向Ｍにおいては焦点の合った像が、副方向Ｎにおいては焦点のずれた像が、受光素子２に写される。従って、１単位の受光素子のアスペクト比の小さい受光素子２であっても、バーコードＢの副方向（バー方向）Ｎにおけるかすれ等Ｋの悪影響を補って、バーコードＢを正確に読み取ることができる。なお、実施例３の焦点距離ＥＦＬはＥＦＬ＝１４．４１３７であるので（表３参照）、ＡＳＸ／ＥＦＬ＝０．０９４であり、∞＞ＡＳＸ／ＥＦＬ＞０．０９の関係を有している。
【００３２】
【表３】
Figure 2005018306
表４に実施例４の読み取り用レンズ系を示すと共に、そのレンズ系のバーコードＢの主方向Ｍにおける構成図を図４（ａ）に、副方向Ｎにおける構成図を図４（ｂ）に、非点収差を図４（ｃ）に、それぞれ示す。
【００３３】
主方向非点収差量ＡＳＹはＡＳＹ≒０であるので（図４（ｃ）参照）、バーコードＢの主方向Ｍの像は受光素子２面上でほぼ結像する（図４（ａ）参照）。一方、副方向非点収差量ＡＳＸはＡＳＸ＝４．４であるので（図４（ｃ）参照）、バーコードＢの副方向Ｎの像は受光素子２の後方略４．４ｍｍのポイントで結像する。よって、バーコードＢの副方向Ｎの像は、受光素子２上に拡散された状態で写される（図４（ｂ）参照）。故に、主方向Ｍにおいては焦点の合った像が、副方向Ｎにおいては焦点のずれた像が、受光素子２に写される。従って、１単位の受光素子のアスペクト比の小さい受光素子２であっても、バーコードＢの副方向（バー方向）Ｎにおけるかすれ等Ｋの悪影響を補って、バーコードＢを正確に読み取ることができる。なお、実施例４の焦点距離ＥＦＬはＥＦＬ＝１４．３９７４であるので（表４参照）、ＡＳＸ／ＥＦＬ＝０．３０６であり、∞＞ＡＳＸ／ＥＦＬ＞０．０９の関係を有している。
【００３４】
【表４】
Figure 2005018306
表５に実施例５の読み取り用レンズ系を示すと共に、そのレンズ系のバーコードＢの主方向Ｍにおける構成図を図５（ａ）に、副方向Ｎにおける構成図を図５（ｂ）に、非点収差を図５（ｃ）に、それぞれ示す。
【００３５】
主方向非点収差量ＡＳＹはＡＳＹ≒０であるので（図５（ｃ）参照）、バーコードＢの主方向Ｍの像は受光素子２面上でほぼ結像する（図５（ａ）参照）。一方、副方向非点収差量ＡＳＸはＡＳＸ＝９．６であるので（図５（ｃ）参照）、バーコードＢの副方向Ｎの像は受光素子２の後方略９．６ｍｍのポイントで結像する。よって、バーコードＢの副方向Ｎの像は、受光素子２上に拡散された状態で写される（図５（ｂ）参照）。故に、主方向Ｍにおいては焦点の合った像が、副方向Ｎにおいては焦点のずれた像が、受光素子２に写される。従って、１単位の受光素子のアスペクト比の小さい受光素子２であっても、バーコードＢの副方向（バー方向）Ｎにおけるかすれ等Ｋの悪影響を補って、バーコードＢを正確に読み取ることができる。なお、実施例５の焦点距離ＥＦＬはＥＦＬ＝１１．６５７であるので（表５参照）、ＡＳＸ／ＥＦＬ＝０．８２４であり、∞＞ＡＳＸ／ＥＦＬ＞０．０９の関係を有している。
【００３６】
【表５】
Figure 2005018306
表６に実施例６の読み取り用レンズ系を示すと共に、そのレンズ系のバーコードＢの主方向Ｍにおける構成図を図６（ａ）に、副方向Ｎにおける構成図を図６（ｂ）に、非点収差を図６（ｃ）に、それぞれ示す。
【００３７】
主方向非点収差量ＡＳＹはＡＳＹ≒０であるので（図６（ｃ）参照）、バーコードＢの主方向Ｍの像は受光素子２面上でほぼ結像する（図６（ａ）参照）。一方、副方向非点収差量ＡＳＸはＡＳＸ＝１１であるので（図６（ｃ）参照）、バーコードＢの副方向Ｎの像は受光素子２の後方略１１ｍｍのポイントで結像する。よって、バーコードＢの副方向Ｎの像は、受光素子２上に拡散された状態で写される（図６（ｂ）参照）。故に、主方向Ｍにおいては焦点の合った像が、副方向Ｎにおいては焦点のずれた像が、受光素子２に写される。従って、１単位の受光素子のアスペクト比の小さい受光素子２であっても、バーコードＢの副方向（バー方向）Ｎにおけるかすれ等Ｋの悪影響を補って、バーコードＢを正確に読み取ることができる。なお、実施例６の焦点距離ＥＦＬはＥＦＬ＝１４．４１３７であるので（表６参照）、ＡＳＸ／ＥＦＬ＝０．７６３であり、∞＞ＡＳＸ／ＥＦＬ＞０．０９の関係を有している。
【００３８】
【表６】
Figure 2005018306
以上、実施例に基づき本発明を説明したが、本発明は上述した実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変更が可能であることは容易に推察できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、実施例１の読み取り用レンズ系のバーコードの主方向における構成図であり、（ｂ）は、その読み取り用レンズ系のバーコードの副方向における構成図であり、（ｃ）は、その読み取り用レンズ系の非点収差を示した図である。
【図２】（ａ）は、実施例２の読み取り用レンズ系のバーコードの主方向における構成図であり、（ｂ）は、その読み取り用レンズ系のバーコードの副方向における構成図であり、（ｃ）は、その読み取り用レンズ系の非点収差を示した図である。
【図３】（ａ）は、実施例３の読み取り用レンズ系のバーコードの主方向における構成図であり、（ｂ）は、その読み取り用レンズ系のバーコードの副方向における構成図であり、（ｃ）は、その読み取り用レンズ系の非点収差を示した図である。
【図４】（ａ）は、実施例４の読み取り用レンズ系のバーコードの主方向における構成図であり、（ｂ）は、その読み取り用レンズ系のバーコードの副方向における構成図であり、（ｃ）は、その読み取り用レンズ系の非点収差を示した図である。
【図５】（ａ）は、実施例５の読み取り用レンズ系のバーコードの主方向における構成図であり、（ｂ）は、その読み取り用レンズ系のバーコードの副方向における構成図であり、（ｃ）は、その読み取り用レンズ系の非点収差を示した図である。
【図６】（ａ）は、実施例６の読み取り用レンズ系のバーコードの主方向における構成図であり、（ｂ）は、その読み取り用レンズ系のバーコードの副方向における構成図であり、（ｃ）は、その読み取り用レンズ系の非点収差を示した図である。
【図７】（ａ）は、実施例１の読み取り対象となるバーコードを示した図であり、（ｂ）は、実施例１の読み取り用レンズ系にて読み取られた結果、受光素子に写されるバーコードの像を示した図である。
【図８】（ａ）は、従来例の読み取り対象となるバーコードを示した図であり、（ｂ）は、従来例の読み取り用レンズ系にて読み取られた結果、受光素子に写されるバーコードの像を示した図である。
【符号の説明】
１ 読み取り用レンズ
２ 受光素子
ＡＳＰ 回転対称非球面
ＡＳＸ 副方向非点収差量
ＡＳＹ 主方向非点収差量
Ｂ バーコード
Ｋ かすれ等
Ｍ バーコードの主方向（バーと直交する方向）
Ｎ バーコードの副方向（バーの高さ方向）
ＳＲ 球面
ＳＴＯ 開口絞り面
ＸＹＰ 回転非対称非球面[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a reading lens used in a bar code reader and a reading lens system thereof.
[0002]
2. Description of the Related Art An optical sensor used for reading a barcode has linearly arranged light receiving elements, but the aspect ratio of each light receiving element, that is, the ratio between the vertical dimension and the horizontal dimension of each light receiving element (vertical length). (Dimension / lateral dimension) is as large as 200/14 (> 14). As shown in FIG. 8A, the barcode B has fading, chipping, scratches or dirt (hereinafter referred to as “fading etc. K”). However, it is difficult to cause a reading error. That is, since the vertical direction N (bar height direction) N of the barcode B is read in a wide range, even if there is a blur or the like K in a part of the bar, the influence is canceled and the reading error is eliminated.
[0003]
On the other hand, since a light receiving element with a large aspect ratio is more expensive than a light receiving element with a small aspect ratio, a reading lens system that can use a light receiving element with a small aspect ratio is desired. However, when the barcode B is read using the light receiving element having such a small aspect ratio, the reading range is set to be short in the vertical direction N. As a result, the light receiving element receives an image as shown in FIG. The barcode B cannot be read accurately due to the influence of K such as faintness.
[0004]
On the other hand, Japanese Patent No. 2774892 (Patent Document 1) describes an invention using a cylindrical lens body (cylinder lens) in addition to a condenser lens (reading lens). In the present invention, in the direction orthogonal to the bar of the barcode (the M direction in FIG. 8A), the light coming from the barcode is imaged with little refraction in the axial direction of the cylindrical lens body. In the bar direction (N direction in FIG. 8A), the light coming from the barcode is refracted and diffused by the cylindrical lens body and forms an image on the light receiving surface. A bar code is read accurately by compensating for a direction defect (such as blurring).
[0005]
Further, in Japanese Patent No. 3070484 (Patent Document 2), the barcode is defocused in the bar direction (N direction in FIG. 8A of the present application) to generate blur, and the vertical direction of the barcode (bar direction). The invention is described in which the bar code is accurately read by compensating for the blurring of the above.
[0006]
Furthermore, in Japanese Patent No. 2720667 (Patent Document 3), the resolution in the direction orthogonal to the bar of the bar code (M direction in FIG. 8A of the present application) is set in the bar direction of the bar code (FIG. An invention is described in which the bar code is read accurately by setting the resolution higher than the resolution in the N direction in a).
[0007]
[Patent Document 1] Japanese Patent No. 2774892 (paragraph 0020, FIG. 16)
[0008]
[Patent Document 2] Japanese Patent No. 3070484 [0009]
[Patent Document 3] Japanese Patent No. 2720667
However, in the invention described in the above-mentioned patent document 1, the cost of the apparatus is increased by using a cylindrical lens body (cylinder lens) in addition to the condenser lens (reading lens). There is a problem. Further, in the invention described in Patent Document 2, since the focus is shifted and used, it is necessary to darken the aperture, so that a highly sensitive light receiving element is required, and the apparatus cost is increased. Furthermore, in the invention described in Patent Document 3, the difference in resolution between the bar horizontal direction (M direction in FIG. 8A of the present application) and the bar height direction (N direction in FIG. 8A of the present application) is As shown in FIG. 3 of Patent Document 3, although it is large in the peripheral portion of the light receiving lens (reading lens), it is substantially the same in the central portion, so that the blurring K or the like is in the central portion of the barcode B. In some cases, the barcode cannot be read accurately. In particular, since the difference in resolution is not constant from the center to the periphery of the light receiving lens, there is a problem that the reading result becomes unstable depending on where the K is located on the barcode B. .
[0011]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and can accurately read a barcode even when a light receiving element having a small aspect ratio of one unit of light receiving element is used with an inexpensive configuration. An object of the present invention is to provide a reading lens and a reading lens system for use in a barcode reader.
[0012]
In order to achieve this object, at least one surface of the reading lens used in the bar code reader according to claim 1 is constituted by a rotationally asymmetric aspherical surface, and the following conditional expression: (1) or (2) is satisfied from the center to the periphery of the lens.
Conditional expression (1) ∞> ASX / EFL> 0.1, ASY≈0
(2) −∞ <ASX / EFL <−0.15, ASY≈0
However, ASX is the sub-direction astigmatism amount, ASY is the main-direction astigmatism amount, and EFL is the focal length.
[0013]
According to the reading lens of claim 1, when the conditional expression (1) is satisfied, the focal position of the barcode in the main direction (direction orthogonal to the bar) is in a state where it matches the position of the light receiving element. The focal position of the barcode in the sub direction (bar direction) is shifted to the rear of the light receiving element. On the other hand, when the conditional expression (2) is satisfied, the focal position in the main direction of the barcode is aligned with the position of the light receiving element, and the focal position in the sub direction of the barcode is in front of the light receiving element (on the reading lens side). ) Since the relationship between the focal positions is satisfied from the center portion to the peripheral portion of the reading lens, it is possible to accurately read the barcode while compensating for the effect of blurring in the sub-direction of the barcode.
[0014]
According to a second aspect of the present invention, in the reading lens according to the first aspect, the lens having the rotationally asymmetric aspheric surface is composed of a single glass lens or a plastic lens.
[0015]
The reading lens according to claim 3 is the reading lens according to claim 1, wherein the rotationally asymmetric aspherical surface is formed by bonding a rotationally asymmetrical aspherical layer made of a transparent material to the surface of a glass lens. .
[0016]
5. The reading lens system used in the barcode reading apparatus according to claim 4, wherein an aperture, a reading lens, and a light receiving element are arranged in this order from the barcode side, and the lens is rotated on the surface on the light receiving element side. A reading lens system comprising an asymmetric aspherical surface and satisfying the following conditional expression (1) or (2) from the central portion to the peripheral portion of the lens.
Conditional expression (1) ∞> ASX / EFL> 0.1, ASY≈0
(2) −∞ <ASX / EFL <−0.15, ASY≈0
However, ASX is the sub-direction astigmatism amount, ASY is the main-direction astigmatism amount, and EFL is the focal length.
[0017]
According to the reading lens system of the fourth aspect, when the conditional expression (1) is satisfied, the focal position of the barcode in the main direction (direction perpendicular to the bar) is in a state where it matches the position of the light receiving element. The focal position of the barcode in the sub direction (bar direction) is shifted to the rear of the light receiving element. On the other hand, when the conditional expression (2) is satisfied, the focal position in the main direction of the barcode is aligned with the position of the light receiving element, and the focal position in the sub direction of the barcode is in front of the light receiving element (on the reading lens side). ) Since the relationship between the focal positions is satisfied from the center portion to the peripheral portion of the reading lens, it is possible to accurately read the barcode while compensating for the effect of blurring in the sub-direction of the barcode.
[0018]
According to the reading lens and the reading lens system of the present invention, the focal position in the main direction of the bar code (direction perpendicular to the bar) is obtained by one reading lens having a rotationally asymmetric aspherical surface. The focus position in the sub-direction (bar direction) of the bar code is shifted from the position where the light receiving element is disposed in a state where it is aligned with the position of the light receiving element. Therefore, it is possible to compensate for adverse effects such as blurring in the sub-direction by blurring reading in the sub-direction of the barcode while accurately reading the main direction of the barcode. Therefore, even if a light receiving element having a small aspect ratio of each light receiving element (a light receiving element having a small unit aspect ratio) is used, the barcode can be read accurately. Therefore, compared to the case of using multiple lenses and the case where the focus is shifted and the diaphragm is darkened to ensure the reading performance in the main direction, the device cost is reduced. There is an effect that can be done. In addition, since the relationship between the focal positions in the main direction and the sub-direction is satisfied from the center to the periphery of the reading lens, no matter where the blur is on the bar code, the adverse effect such as the blur is compensated. The bar code can be read accurately.
[0019]
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. As shown in FIGS. 1 to 6, the reading lens system of each embodiment is arranged in the order of a barcode B, an aperture stop surface STO, a reading lens 1, and a light receiving element 2. The light receiving element 2 is constituted by a CCD, for example, and each light receiving element 2 having a small aspect ratio of 14/14 to 56/14 is used. In the reading lens 1, in Examples 1 to 5, the surface on the barcode B side is a spherical surface SR, and the surface on the light receiving element 2 side is a rotationally asymmetric aspherical surface XYP. In Example 6, the surface on the barcode B side is a rotationally symmetric aspheric surface ASP, and the surface on the light receiving element 2 side is a rotationally asymmetric aspheric surface XYP.
[0020]
In the table of each example, EFL is a focal length, FNO is an F number, and β is a magnification. The radius of curvature of the i-th surface (i is a natural number from 1 to 3) counted from the bar code B side is R, the surface radius is TIH (unit is mm), and the aperture stop surface is STO (i = 1), the refractive index at a wavelength of 587.56 nm is Nd, and the Abbe number is νd.
[0021]
In the rotationally symmetric aspherical surface ASP (Example 6 only), the distance from the apex on the optical axis is H, the height on the aspherical surface at the position of H is V, and the radius of curvature on the optical axis is R. When the conic coefficient is K, the 4th order, and the 6th order aspherical coefficient are A4 and A6, respectively,
[0022]
[Expression 1]
Figure 2005018306
This is a curved surface obtained by rotating the curve given by the following formula around the optical axis.
[0023]
In the rotationally asymmetric aspherical surface XYP, the distance from the vertex on the optical axis is W (W is the square root of (x 2 + y 2 ), where x and y are coordinate points of the xy coordinates). The height on the aspheric surface at the xy coordinate position is z, the curvature on the optical axis is C (C = 1 / R, R is the radius of curvature), the cone coefficient is K, the aspheric coefficient is X2, Y2, X4. , Y4, X6, Y6, X8, Y8,
[0024]
[Expression 2]
Figure 2005018306
The surface given by the equation is a rotationally asymmetric aspherical surface.
[0025]
Table 1 shows the reading lens system of Example 1, and the configuration diagram of the barcode B of the lens system in the main direction M is shown in FIG. 1A, and the configuration diagram in the sub direction N is shown in FIG. FIG. 1 (c) shows astigmatism.
[0026]
Since the main-direction astigmatism amount ASY is ASY≈0 (see FIG. 1C), the image of the barcode B in the main direction M is substantially formed on the surface of the light receiving element 2 (see FIG. 1A). ). On the other hand, since the sub-direction astigmatism amount ASX is ASX = −5.12 (see FIG. 1C), the image of the bar code B in the sub-direction N is a point approximately 5.12 mm before the light receiving element 2. After the image is formed, the light is diffused and transferred to the light receiving element 2 (see FIG. 1B). Therefore, an image in focus in the main direction M and an image out of focus in the sub direction N are copied to the light receiving element 2. Since the focal length EFL of Example 1 is EFL = 14.4137 (see Table 1), ASX / EFL = −0.355, and −∞ <ASX / EFL <−0.15. is doing.
[0027]
[Table 1]
Figure 2005018306
FIG. 7A is a diagram showing a barcode B to be read in the first embodiment, and a barcode B with faintness, chipping, scratches or dirt (hereinafter referred to as “fading etc. K”) is illustrated. Has been. When the range indicated by the horizontally long rectangular portion shown in FIG. 7A of the barcode B is read by the reading lens system of Example 1, the image shown in FIG. It is copied to. Since this image is read by the light receiving element 2, even if the light receiving element 2 has a small aspect ratio of each light receiving element (small aspect ratio of one unit of light receiving element), the sub-direction (bar direction) N of the barcode B The bar code B can be read accurately by compensating for the adverse effects of K such as fading.
[0028]
Table 2 shows a reading lens system of Example 2, and FIG. 2A shows a configuration diagram of the barcode B of the lens system in the main direction M, and FIG. 2B shows a configuration diagram in the sub direction N. FIG. 2 (c) shows astigmatism.
[0029]
Since the main direction astigmatism amount ASY is ASY≈0 (see FIG. 2C), an image of the barcode B in the main direction M is substantially formed on the surface of the light receiving element 2 (see FIG. 2A). ). On the other hand, since the sub-direction astigmatism amount ASX is ASX = −2.3 (see FIG. 2C), the image of the bar code B in the sub-direction N is a point approximately 2.3 mm before the light receiving element 2. After the image is formed, the light is diffused and transferred to the light receiving element 2 (see FIG. 2B). Therefore, an image in focus in the main direction M and an image out of focus in the sub direction N are copied to the light receiving element 2. Therefore, even in the light receiving element 2 having a small aspect ratio of one unit of light receiving element, the barcode B can be accurately read while compensating for the adverse effects of K such as blurring in the sub-direction (bar direction) N of the barcode B. it can. Since the focal length EFL of Example 2 is EFL = 14.4137 (see Table 2), ASX / EFL = −0.160, and −∞ <ASX / EFL <−0.15. is doing.
[0030]
[Table 2]
Figure 2005018306
Table 3 shows a reading lens system of Example 3, and FIG. 3A shows a configuration diagram in the main direction M of the barcode B of the lens system, and FIG. 3B shows a configuration diagram in the sub direction N. FIG. 3 (c) shows astigmatism.
[0031]
Since the main-direction astigmatism amount ASY is ASY≈0 (see FIG. 3C), an image of the barcode B in the main direction M is substantially formed on the surface of the light receiving element 2 (see FIG. 3A). ). On the other hand, since the sub-direction astigmatism amount ASX is ASX = 1.36 (see FIG. 3C), the image of the bar code B in the sub-direction N is formed at a point approximately 1.36 mm behind the light receiving element 2. Image. Therefore, the image of the barcode B in the sub-direction N is copied on the light receiving element 2 (see FIG. 3B). Therefore, an image that is in focus in the main direction M and an image that is out of focus in the sub direction N are copied to the light receiving element 2. Therefore, even in the light receiving element 2 having a small aspect ratio of one unit of light receiving element, the barcode B can be accurately read while compensating for the adverse effects of K such as blurring in the sub-direction (bar direction) N of the barcode B. it can. Since the focal length EFL of Example 3 is EFL = 14.4137 (see Table 3), ASX / EFL = 0.094, and ∞> ASX / EFL> 0.09. .
[0032]
[Table 3]
Figure 2005018306
Table 4 shows a reading lens system of Example 4, and FIG. 4A shows a configuration diagram in the main direction M of the barcode B of the lens system, and FIG. 4B shows a configuration diagram in the sub direction N. FIG. 4 (c) shows astigmatism.
[0033]
Since the main-direction astigmatism amount ASY is ASY≈0 (see FIG. 4C), an image of the barcode B in the main direction M is substantially formed on the surface of the light receiving element 2 (see FIG. 4A). ). On the other hand, since the sub-direction astigmatism amount ASX is ASX = 4.4 (see FIG. 4C), the image of the bar code B in the sub-direction N is formed at a point approximately 4.4 mm behind the light receiving element 2. Image. Therefore, the image of the barcode B in the sub-direction N is copied on the light receiving element 2 (see FIG. 4B). Therefore, an image that is in focus in the main direction M and an image that is out of focus in the sub direction N are copied to the light receiving element 2. Therefore, even in the light receiving element 2 having a small aspect ratio of one unit of light receiving element, the barcode B can be accurately read while compensating for the adverse effects of K such as blurring in the sub-direction (bar direction) N of the barcode B. it can. Since the focal length EFL of Example 4 is EFL = 14.3974 (see Table 4), ASX / EFL = 0.306, and ∞> ASX / EFL> 0.09. .
[0034]
[Table 4]
Figure 2005018306
Table 5 shows a reading lens system of Example 5, and FIG. 5 (a) shows a configuration diagram of the barcode B of the lens system in the main direction M, and FIG. FIG. 5 (c) shows astigmatism.
[0035]
Since the main direction astigmatism amount ASY is ASY≈0 (see FIG. 5C), the image of the barcode B in the main direction M is substantially formed on the surface of the light receiving element 2 (see FIG. 5A). ). On the other hand, since the sub-direction astigmatism amount ASX is ASX = 9.6 (see FIG. 5C), the image of the bar code B in the sub-direction N is formed at a point approximately 9.6 mm behind the light receiving element 2. Image. Therefore, the image of the barcode B in the sub-direction N is copied on the light receiving element 2 (see FIG. 5B). Therefore, an image that is in focus in the main direction M and an image that is out of focus in the sub direction N are copied to the light receiving element 2. Therefore, even in the light receiving element 2 having a small aspect ratio of one unit of light receiving element, the barcode B can be accurately read while compensating for the adverse effects of K such as blurring in the sub-direction (bar direction) N of the barcode B. it can. Since the focal length EFL of Example 5 is EFL = 11.657 (see Table 5), ASX / EFL = 0.824, and ∞> ASX / EFL> 0.09. .
[0036]
[Table 5]
Figure 2005018306
Table 6 shows a reading lens system of Example 6, and FIG. 6A shows a configuration diagram in the main direction M of the barcode B of the lens system, and FIG. 6B shows a configuration diagram in the sub direction N. FIG. 6 (c) shows astigmatism.
[0037]
Since the main direction astigmatism amount ASY is ASY≈0 (see FIG. 6C), the image of the barcode B in the main direction M is substantially formed on the surface of the light receiving element 2 (see FIG. 6A). ). On the other hand, since the sub-direction astigmatism amount ASX is ASX = 11 (see FIG. 6C), the image in the sub-direction N of the barcode B is formed at a point approximately 11 mm behind the light receiving element 2. Therefore, the image of the barcode B in the sub-direction N is copied on the light receiving element 2 (see FIG. 6B). Therefore, an image that is in focus in the main direction M and an image that is out of focus in the sub direction N are copied to the light receiving element 2. Therefore, even in the light receiving element 2 having a small aspect ratio of one unit of light receiving element, the barcode B can be accurately read while compensating for the adverse effects of K such as blurring in the sub-direction (bar direction) N of the barcode B. it can. Since the focal length EFL of Example 6 is EFL = 14.4137 (see Table 6), ASX / EFL = 0.663, and ∞> ASX / EFL> 0.09. .
[0038]
[Table 6]
Figure 2005018306
The present invention has been described above based on the embodiments. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and changes can be easily made without departing from the spirit of the present invention. Can be inferred.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a configuration diagram in the main direction of a barcode of the reading lens system of Example 1, and FIG. 1B is a configuration diagram in the sub-direction of the barcode of the reading lens system. (C) is a figure which showed the astigmatism of the reading lens system.
2A is a configuration diagram in the main direction of the barcode of the reading lens system of Example 2, and FIG. 2B is a configuration diagram in the sub-direction of the barcode of the reading lens system; (C) is a figure which showed the astigmatism of the reading lens system.
FIG. 3A is a configuration diagram in the main direction of the barcode of the reading lens system of Example 3, and FIG. 3B is a configuration diagram in the sub-direction of the barcode of the reading lens system. (C) is a figure which showed the astigmatism of the reading lens system.
FIG. 4A is a configuration diagram in the main direction of the barcode of the reading lens system of Example 4, and FIG. 4B is a configuration diagram in the sub-direction of the barcode of the reading lens system. (C) is a figure which showed the astigmatism of the reading lens system.
FIG. 5A is a configuration diagram in the main direction of the barcode of the reading lens system of Example 5, and FIG. 5B is a configuration diagram in the sub-direction of the barcode of the reading lens system. (C) is a figure which showed the astigmatism of the reading lens system.
6A is a configuration diagram in the main direction of the barcode of the reading lens system of Example 6, and FIG. 6B is a configuration diagram in the sub-direction of the barcode of the reading lens system. (C) is a figure which showed the astigmatism of the reading lens system.
7A is a diagram showing a barcode to be read in Example 1, and FIG. 7B is a diagram showing a result of reading by the reading lens system in Example 1 and copying to the light receiving element. It is the figure which showed the image of the barcode performed.
FIG. 8A is a diagram showing a barcode to be read in the conventional example, and FIG. 8B is a result of reading with the reading lens system of the conventional example, and is copied to the light receiving element. It is the figure which showed the image of the barcode.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Reading lens 2 Light receiving element ASP Rotationally symmetric aspherical surface ASX Sub direction astigmatism amount ASY Main direction astigmatism amount B Barcode K Fading etc. M Barcode main direction (direction orthogonal to bar)
N Barcode secondary direction (bar height direction)
SR Spherical STO Aperture stop surface XYP Asymmetric aspherical surface

Claims (4)

バーコード読取装置に用いられる読み取り用レンズにおいて、
前記レンズは、少なくとも１面が回転非対称非球面で構成されると共に、下記条件式（１）または（２）を、前記レンズの中心部から周辺部にかけて満足するものであることを特徴とする読み取り用レンズ。
条件式
（１）∞＞ＡＳＸ／ＥＦＬ＞０．１，ＡＳＹ≒０
（２）−∞＜ＡＳＸ／ＥＦＬ＜−０．１５，ＡＳＹ≒０
但し、ＡＳＸは、副方向非点収差量であり、ＡＳＹは、主方向非点収差量であり、ＥＦＬは、焦点距離である。In the reading lens used in the barcode reader,
The lens has at least one surface constituted by a rotationally asymmetric aspherical surface, and satisfies the following conditional expression (1) or (2) from the central portion to the peripheral portion of the lens. Lens.
Conditional expression (1) ∞> ASX / EFL> 0.1, ASY≈0
(2) −∞ <ASX / EFL <−0.15, ASY≈0
However, ASX is the sub-direction astigmatism amount, ASY is the main-direction astigmatism amount, and EFL is the focal length. 前記回転非対称非球面を有するレンズは、１枚のガラスレンズまたはプラスチックレンズから構成されていることを特徴とする請求項１記載の読取り用レンズ。2. The reading lens according to claim 1, wherein the lens having the rotationally asymmetric aspherical surface is composed of one glass lens or plastic lens. 前記回転非対称非球面は、ガラスレンズの表面に透明材料による回転非対称非球面層を接合して形成されることを特徴とする請求項１記載の読取り用レンズ。2. The reading lens according to claim 1, wherein the rotationally asymmetric aspheric surface is formed by bonding a rotationally asymmetric aspherical layer made of a transparent material to a surface of a glass lens. 絞りと、読み取り用レンズと、受光素子との順にバーコード側より配置されて構成されるバーコード読取装置に用いられる読み取り用レンズ系において、
前記レンズは、前記受光素子側の面が回転非対称非球面で構成されると共に、下記条件式（１）または（２）を、前記レンズの中心部から周辺部にかけて満足するものであることを特徴とする読み取り用レンズ系。
条件式
（１）∞＞ＡＳＸ／ＥＦＬ＞０．１，ＡＳＹ≒０
（２）−∞＜ＡＳＸ／ＥＦＬ＜−０．１５，ＡＳＹ≒０
但し、ＡＳＸは、副方向非点収差量であり、ＡＳＹは、主方向非点収差量であり、ＥＦＬは、焦点距離である。In a reading lens system used in a barcode reading apparatus configured to be arranged from the barcode side in the order of an aperture, a reading lens, and a light receiving element,
The lens is characterized in that the surface on the light receiving element side is formed of a rotationally asymmetric aspheric surface and satisfies the following conditional expression (1) or (2) from the center to the periphery of the lens. Reading lens system.
Conditional expression (1) ∞> ASX / EFL> 0.1, ASY≈0
(2) −∞ <ASX / EFL <−0.15, ASY≈0
However, ASX is the sub-direction astigmatism amount, ASY is the main-direction astigmatism amount, and EFL is the focal length.
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