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技術 撮像装置及び光学的情報読取装置

出願人 株式会社オプトエレクトロニクス
発明者 福場賢小見聡江原信弘
出願日 2015年5月25日 (4年2ヶ月経過) 出願番号 2015-105530
公開日 2016年12月22日 (2年7ヶ月経過) 公開番号 2016-218900
状態 特許登録済
技術分野 記録担体の読み取り 光学要素・レンズ スタジオ装置
主要キーワード サイズ誤差 データコレクタ リジッドフレキシブル基板 投光範囲 制御用パラメータ コード記号 集光パワー 実装回路基板
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2016年12月22日)のものです。
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図面 (13)

課題

エイマ光の投光部を備えた撮像装置を小型化する。

解決手段

エイマ光用光源104を備える第1基板101と、エイマ光用光源104から発せられる光をエイマ光として投光するためのエイマ光用レンズ106と、イメージセンサ107を備える第2基板102とを設け、第2基板102を、第1基板101よりも、上記エイマ光の投光方向の前方であって、且つ上記エイマ光として投光される光の光路以外の位置に設けた。さらに、エイマ光用光源104から発せられる光の投光範囲規制するアパーチャ105と、第1基板101と第2基板102との間に配置されるスペーサ103とを設け、アパーチャ105とスペーサ103とを一体成形により形成するとよい。

概要

背景

近年、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサ撮像用レンズ照明用LED(Light Emitting Diode)、高密度実装回路基板等の小型化が進んだことにより、画像を撮像するための撮像部の小型化が可能となってきている。

しかしながら、例えば、バーコードや2次元コードなどの、読取対象物上に形成された光学的情報を読み取るための光学的情報読取装置に搭載する撮像装置を考えた場合、読取位置あるいは読取範囲(すなわち撮像手段による撮像の位置又は範囲)の目安を示すためのエイマ光を投光する機能を、撮像装置内に設けることがしばしば要求される。従って、このような用途の撮像装置の小型化を考える場合、撮像部と、エイマ光の投光部とをバランスよく小型化することが求められる。

この分野における先行技術として、例えば特許文献1には、第1基板上にイメージセンサとエイミング用光源とを設け、第2基板上に照明用光源を設け、第1基板と第2基板とを積層してイメージングモジュールを構成することにより、モジュールの小型化を図る技術が開示されている。

概要

エイマ光の投光部を備えた撮像装置を小型化する。 エイマ光用光源104を備える第1基板101と、エイマ光用光源104から発せられる光をエイマ光として投光するためのエイマ光用レンズ106と、イメージセンサ107を備える第2基板102とを設け、第2基板102を、第1基板101よりも、上記エイマ光の投光方向の前方であって、且つ上記エイマ光として投光される光の光路以外の位置に設けた。さらに、エイマ光用光源104から発せられる光の投光範囲規制するアパーチャ105と、第1基板101と第2基板102との間に配置されるスペーサ103とを設け、アパーチャ105とスペーサ103とを一体成形により形成するとよい。

目的

この発明は、このような制約を考慮しつつ、エイマ光の投光部を備えた撮像装置を小型化すると共に、その撮像装置を搭載する装置も小型化できるようにすることを目的とする

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

エイ光用光源を備える第1基板と、前記エイマ光用光源から発せられる光をエイマ光として投光するための投光光学系と、イメージセンサを備える第2基板とを備え、前記第2基板は、前記第1基板よりも、前記エイマ光の投光方向の前方であって、且つ前記エイマ光として投光される光の光路以外の位置に設けられていることを特徴とする撮像装置

請求項2

前記エイマ光用光源から発せられる光の投光範囲規制するアパーチャと、前記第1基板と前記第2基板との間に配置されるスペーサとを備え、前記アパーチャと前記スペーサとが一体成形されていることを特徴とする、請求項1に記載の撮像装置。

請求項3

前記第1基板よりも、前記エイマ光の投光方向の前方であって、且つ前記エイマ光として投光される光の光路以外の位置に、照明用光源を設けることを特徴とする請求項1又は2に記載の撮像装置。

請求項4

前記照明用光源が前記第2基板上に設けられていることを特徴とする請求項3に記載の撮像装置。

請求項5

前記第1基板と前記第2基板とがフレキシブルプリント基板により電気的に接続され、前記照明用光源が前記フレキシブルプリント基板上に設けられていることを特徴とする請求項3に記載の撮像装置。

請求項6

前記第1基板と前記第2基板とが筐体に格納され、前記筐体は金属で形成され、前記アパーチャ及び前記スペーサは樹脂で形成されていることを特徴とする請求項2に記載の撮像装置。

請求項7

前記エイマ光用光源から投光される光がインコヒーレントであることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載の撮像装置。

請求項8

前記第1基板と前記第2基板とが電気的に接続され、前記第1基板上に設けた制御手段が、前記エイマ光用光源と前記撮像手段とを制御することを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載の撮像装置。

請求項9

請求項1乃至8のいずれか一項に記載の撮像装置と、前記撮像装置が撮像した画像を解析する解析手段とを備え、前記撮像手段が撮像した前記読取対象物の画像を解析することにより前記読取対象物上の光学的情報を読み取る光学的情報読取装置

技術分野

0001

この発明は、撮像装置及び光学的情報読取装置に関する。

背景技術

0002

近年、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサ撮像用レンズ照明用LED(Light Emitting Diode)、高密度実装回路基板等の小型化が進んだことにより、画像を撮像するための撮像部の小型化が可能となってきている。

0003

しかしながら、例えば、バーコードや2次元コードなどの、読取対象物上に形成された光学的情報を読み取るための光学的情報読取装置に搭載する撮像装置を考えた場合、読取位置あるいは読取範囲(すなわち撮像手段による撮像の位置又は範囲)の目安を示すためのエイマ光を投光する機能を、撮像装置内に設けることがしばしば要求される。従って、このような用途の撮像装置の小型化を考える場合、撮像部と、エイマ光の投光部とをバランスよく小型化することが求められる。

0004

この分野における先行技術として、例えば特許文献1には、第1基板上にイメージセンサとエイミング用光源とを設け、第2基板上に照明用光源を設け、第1基板と第2基板とを積層してイメージングモジュールを構成することにより、モジュールの小型化を図る技術が開示されている。

先行技術

0005

米国特許出願公開第2003/0089776号明細書

発明が解決しようとする課題

0006

ところで、エイマ光は、読取位置あるいは読取範囲の目安をガイドするという役割を果たすため、視覚的に認識しやすいシャープな形状を、光源からある程度の距離で読取対象物上に形成することが求められる。このためには、エイマ光はなるべくコリメート性の高い光であることが要求される。しかし、光源から投光レンズまでの距離が短いと、コリメート性の高い光を、適切な形状のガイドを形成できるような形状で投光することは難しい。そしてこのため、エイマ光の投光部をある一定程度以上に小型化することは難しいという問題があった。

0007

なお、上述のような光学的情報読取装置以外の装置に撮像装置を搭載する場合であっても、エイマ光の投光部を備える撮像装置が求められる場合には、小型化を試みる際に同様な問題が発生する。
この発明は、このような制約を考慮しつつ、エイマ光の投光部を備えた撮像装置を小型化すると共に、その撮像装置を搭載する装置も小型化できるようにすることを目的とする。

課題を解決するための手段

0008

以上の目的を達成するため、この発明の撮像装置は、エイマ光用光源を備える第1基板と、上記エイマ光用光源から発せられる光をエイマ光として投光するための投光光学系と、イメージセンサを備える第2基板とを設け、上記第2基板を、上記第1基板よりも、上記エイマ光の投光方向の前方であって、且つ上記エイマ光として投光される光の光路以外の位置に設けたものである。

0009

このような撮像装置において、上記エイマ光用光源から発せられる光の投光範囲規制するアパーチャと、上記第1基板と上記第2基板との間に配置されるスペーサとを設け、上記アパーチャと上記スペーサとが一体成形されているとよい。
さらに、上記第1基板よりも、上記エイマ光の投光方向の前方であって、且つ上記エイマ光として投光される光の光路以外の位置に、照明用光源を設けるとよい。
さらに、上記照明用光源が上記第2基板上に設けられているとよい。

0010

また、上記第1基板と上記第2基板とが筐体に格納され、上記筐体は金属で形成され、上記アパーチャ及び上記スペーサは樹脂で形成されているとよい。
また、上記エイマ光用光源から投光される光がインコヒーレントである場合にこれらの構成が特に有用である。
また、上記の各撮像装置において、上記第1基板と上記第2基板とが電気的に接続され、上記第1基板上に設けた制御手段が、上記エイマ光用光源と上記撮像手段とを制御するようにするとよい。

0011

また、この発明の光学的情報読取装置は、上記のいずれかの撮像装置と、上記撮像装置が撮像した画像を解析する解析手段とを備え、上記撮像手段が撮像した上記読取対象物の画像を解析することにより上記読取対象物上の光学的情報を読み取るものである。

発明の効果

0012

上記の構成によれば、エイマ光の投光部を備えた撮像装置を小型化することができる。また、その撮像装置を搭載する装置の小型化を図ることもできる。

図面の簡単な説明

0013

この発明の一実施形態である撮像装置の外観を示す斜視図である。
図1に示した撮像装置を2−2線の位置で切断した状態を示す斜視断面図である。
図1に示した撮像装置上に設けた配線概略構成を示す図である。
図1に示した撮像装置における各部の配置を、機能毎に模式的に示す図である。
図1に示した撮像装置におけるエイマ光投光部のサイズ及び特性について説明するための図である。
比較例のエイマ光投光部のサイズ及び特性について説明するための図である。
図1に示した撮像装置の撮像部のサイズについて説明するための図である。
図1に示した撮像装置の照明部のサイズについて説明するための図である。
照明部の別の構成例について説明するための図である。
この発明の光学的情報読取装置の構成を示すブロック図である。
この発明の実施形態の変形例である撮像装置の構成を示す、図4と対応する図である。
この発明の実施形態の別の変形例である撮像装置の構成を示す、図4と対応する図である。

実施例

0014

〔撮像装置の実施形態:図1乃至図7B
まず、この発明の撮像装置の一実施形態について説明する。図1及び図2は、その構造の概略を示す図である。図1は撮像装置の外観を示す斜視図、図2は、図1の撮像装置を2−2線の位置で切断した状態を示す斜視断面図である。
なお、図2は、図1における上面(図1に最も大きく表れる面)側から見た断面を示し、図1における背面側(撮像用レンズ107を設けた面と反対側の、第1基板101を設けた側の面)が下側に来るように図示している。
説明を簡単にするため、以後の説明において図1における上側(すなわち上面側)を「上側」、第1基板101が設けられる側を「背面側」、撮像用レンズ108aが設けられる側を「正面側」と呼ぶことにする。しかし、実際に撮像装置10を使用する際の向きがこの向きでなくてよい(例えば上側筐体122を下側にして使用してもよい)ことは、言うまでもない。

0015

図1及び図2に示す撮像装置10は、大まかに、撮像範囲内の画像を撮像する機能を備える撮像部と、撮像対象物上撮像範囲を示すマークを形成するためのエイマ光を投光する機能を備えるエイマ光投光部と、撮像範囲内の撮像対象物を照明する照明光を投光する機能を備える照明部と、撮像部が撮像した画像のデータを出力する機能を備える出力部とを備える。そして、読取対象物上に形成されたコード記号文字等の光学的情報を読み取る光学的情報読取装置や、タブレット型をはじめとする種々のパーソナルコンピュータ(特に業務用のもの)、スマートフォン(特に業務用のもの)、データコレクタ定置式スキャナなどの種々の装置に、撮像手段として搭載可能な装置である。なおもちろん、これらの全ての装置に搭載可能であることは必須ではない。

0016

この撮像装置10は、筐体120の内部に、第1基板101と第2基板102とを、スペーサ103を介して配置して構成したものである。第1基板101及び第2基板102はそれぞれ、電子回路を搭載したいわゆるプリント基板であり、ここでは容易に変形しないリジッド基板としている。また、第1基板101と第2基板102とは、FPC(フレキシブルプリント基板)により電気的に接続されている。

0017

筐体120は、ダイキャスト法により金属を鋳造して製造したものであり、下側筐体121と、撮像装置10の上側の面に位置する蓋に当たる上側筐体122とに分かれている。下側筐体121と上側筐体122とは、それぞれ2箇所のねじ孔121a,121a,122a,122aを備え、これらのねじ孔を通る不図示の2本のねじによりねじ止めされている。

0018

また、第1基板101は、正面側にエイマ光用光源104及びプロセッサ112を備え、背面側に接続端子113a〜113cを備える。
このうちエイマ光用光源104は、エイマ光として投光するための光を発する光源であり、ここではインコヒーレントな光を発するLED(Light Emitting Diode)を用いている。また、図2には表れないが、第1基板101上には、エイマ光用光源104を駆動するための駆動回路104aも設けられている(図4参照)。

0019

ここで、エイマ光とは、イメージセンサ107により撮像可能な位置又は範囲の目安を示すために、読取対象物上にその位置又は範囲を示すマークを形成できるように投光される光である。撮像装置10は、このエイマ光用光源104が発する光を、後述するアパーチャ105及びエイマ光用レンズ106を通して投光することにより、撮像対象物上にライン状のマークを形成することができる。

0020

プロセッサ112は、撮像装置10の各部の動作を制御するための制御手段であり、CPU、ROM、RAM等により構成することができる。この場合、CPUは、RAMをワークエリアとしてROMに記録された所要プログラムを実行することにより、必要な制御機能を実現する。また、プロセッサ112は、ASIC(Application Specific IntegratedCircuit)など、専用のハードウェアにより構成してもよい。

0021

接続端子113a〜113c(以後、特に個体を区別する必要がない場合は符号「113」を用いる)は、撮像装置10を外部装置と接続するための端子である。撮像装置10を搭載する光学的情報読取装置等の装置は、この接続端子113を介して、撮像装置10に対して撮像の実行を指示したり、撮像条件を指定したり、撮像装置10から撮像で得られた画像データを取得したりすることができる。

0022

一方、第2基板102は、正面側に、イメージセンサ107及び照明用光源109を備え、背面側にコンデンサ111を備える。また、第2基板102は、第1基板101よりも正面側、すなわち、エイマ光の投光方向の前方に位置している。しかし、第2基板102は、第1基板101よりもサイズが小さく、エイマ光の投光を妨害しないように、エイマ光用光源104から発せられエイマ光として投光される光の光路以外の部分に配置している。

0023

第2基板102上のイメージセンサ107は、後述の撮像用レンズ108aにより受光面上に形成された画像を撮像する撮像手段であり、受光面上に2次元的に配列された各画素で受光した光を、電気信号に変換して出力する。このイメージセンサ107としては、例えばCMOS方式のものを用いることができるが、これには限られない。またここでは、イメージセンサ107は、各画素から得られるアナログの電気信号を、撮像された画像の内容を示す適当な形式デジタル画像データに変換して出力する機能も備えるとする。しかし、画情報アナログ信号のまま出力する構成とすることも妨げられない。

0024

照明用光源109は、概ねイメージセンサ107が撮像する範囲全体を照明するための照明光として投光するための光を発する光源である。照明用光源109としてもLEDを用いている。また、図2には表れないが、第2基板102上には、照明用光源109を駆動するための駆動回路109aも設けられている(図4参照)。
コンデンサ111は、照明用光源109を駆動するための電力蓄積し、照明用光源109に供給する機能を備える蓄電手段である。

0025

スペーサ103は、第1基板101と第2基板102とを、一定の間隔を空けて略平行に配置するための位置決めに用いる位置決め部材である。図2では、スペーサ103は、図で右側の、エイマ光の光路上まで広がる部分と、図で左側のL字型の部分とに分かれた状態で表れる。しかし、スペーサ103は、筐体120の上側及び下側の端部付近においては、第1基板101と第2基板102との間隙を全て埋めるように形成されている。

0026

すなわち、スペーサ103は、概ね筐体120の内周に沿った、第1基板101と第2基板102との間隔分の長さを有する筒状の外形を有し(ただし、図2で右側のねじ穴121a付近の筐体120の内面ふくらみ干渉しないようにするための切り欠き部を有する)、その筒内に、図2中央付近から右側に現れるような内部構造を有する形状となっている。この内部構造のうち、柱部103aは、第2基板102の端部を支えるためのものである。
そして、第2基板102を背面側から筐体120に奥まで挿入してその支持部121c等に突き当て、スペーサ103も同じく背面側から第2基板102に突き当たるまで挿入し、さらに第1基板101を背面側からスペーサ103に突き当て、これらを相互に接着して固定することにより、各部材の位置決めをすることができる。なお、接着に代えてねじ止めにより固定を行ってもよい。

0027

また、スペーサ103の内部構造には、アパーチャ105も含まれる。このアパーチャ105は、エイマ光用光源104から発せられる光の投光範囲を規制するための規制手段である。図2の例では、スペーサ103(のうちアパーチャ105として機能する部分)に貫通孔を設けることにより、投光範囲を、その貫通孔を通過可能な範囲のみに規制している。図2の例では、エイマ光により撮像対象物上にライン状のマークを形成すべく、光が通過可能な範囲をこれと対応するライン状の範囲に規制するため、長方形スリット状の貫通孔を形成している。

0028

以上のスペーサ103は、図2の例では、アパーチャ105として機能する部分も含め、樹脂により一体として成形したものである。アパーチャ105に設ける貫通孔のサイズや形状は、エイマ光により形成されるマークのサイズや形状に与える影響が大きい。したがって、なるべくサイズ誤差の少ない材料及び方法で製造することが望ましい。

0029

この点で、例えばアパーチャ105を下側筐体121と一体成形する場合と比べ、スペーサ103と一体成形した方が好適である。なぜなら、下側筐体121を含む筐体120は、強度の観点から金属で形成することが望ましいが、一般に、金属の成形は、樹脂の成形よりも精度が落ちる。スペーサ103は、このような制約なく、精度の高い樹脂成形により形成できるため、アパーチャ105もスペーサ103と一体に成形することにより、容易にサイズ誤差の少ないアパーチャ105を得ることができる。

0030

なお、アパーチャ105を単体で樹脂成形により形成することも考えられるが、この場合、アパーチャ105を筐体に取り付ける工程が必要となるし、部品点数も増加する。さらに、一般に、樹脂の部品を固定する場合、金属部品を固定する場合よりも多数のねじが必要になる。従って、ねじ孔のスペースを考慮すると、全体として部品サイズが大きくなってしまうという問題がある。スペーサ103とアパーチャ105を一体成形すれば、このような問題も起こらない。

0031

図1及び図2の説明に戻ると、筐体120のうち、下側筐体121には、エイマ光用レンズ106、撮像用レンズ108a及び照明用レンズ110が装着されている。
このうちエイマ光用レンズ106は、発散光を平行光に変換するパワーを有するコリメートレンズであり、エイマ光用光源104から発せられた(その後アパーチャ105を通った)光を、エイマ光として外部へ投光するためのエイマ光用投光光学系を構成する。

0032

既に述べたように、撮像対象物までの距離によらずエイマ光により撮像対象物上に鮮明なマークを形成するためには、エイマ光がある程度精度のよい平行光線であることが重要である。このような平行光線を得るためにエイマ光用レンズ106が持つべきパワーは、エイマ光用光源104からアパーチャ105までの距離と、アパーチャ105からエイマ光用レンズ106までの距離とに基づき定めるとよい。

0033

また、照明用レンズ110は、弱い集光パワーを有する凸レンズであり、照明用光源109から発せられた光を、照明光として外部へ投光するための照明光用投光光学系を構成する。既に述べたように、照明光は概ねイメージセンサ107が撮像する範囲全体を照明するための光である。照明用レンズ110は、この撮像範囲全体を概ね均一に照らせるよう、照明用光源109から発せられた光を、放射角を狭めて投光するためのものである。照明用レンズ110が持つべきパワーは、照明用光源109から照明用レンズ110までの距離と、照明用光源109における光の放射角とに基づき定めるとよい。照明用光源109の放射角が小さい場合、照明用レンズ110に代えて、パワーのない透明部材による風防を用いることもできる。

0034

なお、いずれの投光光学系についても、1枚のレンズではなく複数枚のレンズで構成したり、ミラープリズム等を追加して設けたりすることも妨げられない。
また、以上のエイマ光用レンズ106及び照明用レンズ110は、さほど高い位置決め精度を求められないため、下側筐体121への装着は、接着剤による接着や、ねじ止め等により行うことができる。

0035

一方、撮像用レンズ108aは、外部から入射する光(撮像対象物からの反射光)をイメージセンサ107の受光面上に結像させるためのレンズである。図では1枚のレンズとして示しているが、複数枚のレンズの組み合わせであってもよい。この撮像用レンズ108aについては、光軸の位置やイメージセンサ107からの距離を精密に定める必要がある。そこで、下側筐体122に設けたシリンダ状嵌め込み部121bの内径とほぼ一致するサイズの外形を持つシリンダ108bに予め撮像レンズ108aを固定したレンズユニット108を予め作成しておき、そのレンズユニット108を嵌め込み部121bに適切な深さまで徐々に挿入することにより、位置決め及び固定を行うようにしている。

0036

次に、図3に、撮像装置10上に設けた配線の概略構成を示す。
既に述べたように、制御装置10において、各部の動作を制御するためのプロセッサ112は、第1基板101上に設けられている。そして、プロセッサ112は、エイマ光用光源104の駆動回路104aと、イメージセンサ107と、照明用光源109の駆動回路109aとを制御する。
このうち駆動回路104aは、エイマ光用光源104の点灯消灯及び発光光量を制御する機能を備えるが、第1基板101上にあるため、プロセッサ112から駆動回路104aへ制御信号を供給するための信号線131は、第1基板101上に設けている。

0037

一方、駆動回路109aは、照明用光源109の点灯と消灯及び発光光量を制御する機能を備え、第2基板102上にある。イメージセンサ107も第2基板102上にある。このため、プロセッサ112からこれらの各部へ制御信号を供給するための信号線132,133は、第1基板101上の配線を、FPC114内の配線と接続し、これをさらに第2基板102上に設けた配線に接続することにより設けている。第1基板101及び第2基板102とFPC114との間の接続は、このような配線の電気的接続が可能であり、かつ容易に脱落が起こらない方法を適宜採用して行う。このような接続は、例えば、異方導電性接着剤を用いて接着することにより実現可能である。

0038

また、撮像装置10には、プロセッサ112と、イメージセンサ107と、接続端子113に接続された外部装置とが相互に通信するためのシリアルバス134と、当該外部装置がプロセッサ112との間で信号を送受信できるようにするための信号線135と、イメージセンサ107から当該外部装置へ撮像で得たデジタル画像データをプロセッサ112を通さずに出力するための画像バス136とを設けている。シリアルバス134は、例えばI2C(アイツーシー)規格のものを、画像バス136は、例えばMIPI(Mobile Industry Processor Interface)規格のものを用いることができる。

0039

シリアルバス134と画像バス136は、FPC114を経由するが、第1基板101及び第2基板102上の配線との接続は、信号線132,133の場合と同様である。
以上のような配線を設けることにより、第1基板101上のプロセッサ112から、第1基板101及び第2基板102に分散して設けた各部の動作を、特に不都合なく制御することができる。

0040

ここで、図4に、以上説明してきた撮像装置10における各部の配置を、機能毎に整理して模式的に示す。図4に示すのは、撮像装置10を上面側から見た場合の配置である。
図4に表れるように、撮像装置10においては、第1基板101と、第1基板101より正面側(図で上側、エイマ光の光路方向の前方である)に設けた第2基板102との2枚の基板を設けている。そして、第1基板101上にエイマ光用光源104を設けるとともに、第2基板を、エイマ光用光源104から発せられ、アパーチャ105及びエイマ光用レンズ106を通してエイマ光として投光される光を遮らないよう、その光路以外の位置に設けられている。

0041

このような構成としたことにより、エイマ光用光源104とアパーチャ105とエイマ光用レンズ106とを備えるエイマ光投光部131を、撮像装置10の、図3で上下方向のほぼ全領域を使って設けることができる。従って、エイマ光用光源104からエイマ光用レンズ106までの光路長を、品質のよいコリメート光が得られるように十分な長さで取った場合でも、撮像装置10のサイズを、概ねその光路長程度に抑え、撮像装置10の小型化を図ることができる。

0042

ここで、図5A及び図5Bを用いて、エイマ光投光部の光路長とエイマ光の品質との関係について説明する。
図5Aは、撮像装置10におけるエイマ光投光部141の特性について説明するための図、図5Bは、比較例のエイマ光投光部の特性について説明するための図である。

0043

まず、図5Bに示すように、エイマ光投光部において、エイマ光用光源304からエイマ光用レンズ306までの光路長L2が十分取れない場合、エイマ光用光源304としてLEDを用いると、エイマ光用レンズ306のパワーをどのように調整しても、エイマ光用レンズ306を通過したエイマ光のビームがある程度の広がりを持つことは避けられない。これは、LEDが発する光はインコヒーレントであり、かつ発光面のサイズも大きいため、焦点距離の小さいレンズを用いると、収差が発生し、発散してしまうためである。実際に問題となるのは、アパーチャ305からエイマ光用レンズ306までの光路長W2であるが、L2が小さい場合、必然的にW2も小さくなる。
図5Bに示したのは、L2=5.5mm、W2=3.0mm、エイマ光用レンズ306の曲率R2=1.8mm、エイマ光用レンズ306の素材PMMA(Polymethylmethacrylate:ポリメタクリル酸メチル)である場合の例である。

0044

一方、図5Aに示すように、エイマ光投光部141において、エイマ光用光源104からエイマ光用レンズ106までの光路長L1が十分取れる場合、アパーチャ105からエイマ光用レンズ106までの光路長W2も十分確保でき、焦点距離の大きいエイマ光用レンズ106を用いることができる。この場合、収差の影響は小さく、エイマ光用レンズ106を通過したエイマ光を、コリメート性の高い光とすることができる。

0045

エイマ光用レンズ106の素材にPMMAを用いる場合、W2が9mm程度確保できれば、エイマ光として問題ない品質の平行光線を得ることができる。なお、エイマ光は、目印のマークを形成するための光であるから、厳密なコリメート性までは求められない。
撮像装置10においては、図5Aに示したように、L1=11.7mm、W1=9.2mm、エイマ光用レンズ306の曲率R2=4.7mm、エイマ光用レンズ106の素材はPMMAとしている。また、アパーチャ305と第1基板301との間の距離A1は2.3mmである。

0046

ここで図4に戻ると、撮像装置10において、イメージセンサ107は第2基板102上に設けている。このため、イメージセンサ107と撮像用レンズ108aとを含む撮像部142は、第2基板102の前方側に配置していることになる。従って、撮像部142における撮像用レンズ108aからイメージセンサ107までの光路長は、上述のL1よりもかなり短くなることになる。

0047

しかし、近年、例えばCMOSイメージセンサにおいて、画素サイズの小さいセンサが開発されており、このようなイメージセンサを用いれば、焦点距離が短い撮像レンズ108aを用いても、特に問題なく撮像が可能である。また、レンズ自体の小型化の技術も進歩しており、これらを組み合わせると、レンズユニット108も含めた撮像部142の全長を、L1よりも大幅に短くすることができる。
撮像装置10においては、イメージセンサ107の画素数VGA(640×480)、画素サイズを3μm、撮像レンズ108aの焦点距離fを2.7mm、撮像部142の全長L3を5.3mmとしている(図6参照)。

0048

このため、イメージセンサ107をエイマ光用光源104と同じ第1基板101上に設けるのではなく、より前方に配置した第2基板102上に設けても、撮像部142の性能を十分に発揮することができる。たとえば、撮像装置10の全長を、図5AのL1=11.7mmに第1基板101の厚さを加えた長さとしつつ、第2基板102を、筐体120の前方側の端部から図6のL3=5.3mmだけ後方側の位置に配置することができる。
一方、このような配置としたことにより、第1基板101上の、第2の基板102と重なる位置に空きスペースができる。ここにプロセッサ112を配置することにより、第1基板101よりもさらに背面側に別基板を設けたり、第1基板101のサイズを大きくしたりしてプロセッサ112の配置スペースを確保する必要がなく、撮像装置10を小型化することができる。

0049

また、撮像装置10において、照明用光源109も第2基板102上に設けている。このため、照明用光源109と照明用レンズ110とを含む照明部143は、第2基板102の前方側に配置していることになる。従って、照明部143における照明用光源109から照明用レンズ110までの光路長も、上述のL1よりもかなり短く、L3と同程度になる。

0050

しかし、照明光は、エイマ光のようにコリメート性を要求されることはないため、コンパクトに形成することは容易である。撮像装置10においては、照明部143の全長L4を5.3mm、照明用レンズ110の曲率R4を5.0mmとしている(図7A参照)。また、照明用光源109を構成するLEDの発光色は、色温度3000KのWarmWhiteとし、放射角は、強度50%の視野角が120°になるようにしている。
このため、照明用光源109についても、上記のイメージセンサ107の場合と同様、第2基板102上に設けても、照明部143の性能を十分に発揮することができる。

0051

なお、十分な光量の照明光を照射するためには、照明用光源109としてある程度消費電力の大きい光源を用いる必要がある。従って、その電力を確保するため、ある程度のサイズのコンデンサ111が必要となる。しかし、照明用光源109を第2基板102上に設けることによりできた、第1基板101と第2の基板102との間の空きスペースにこのコンデンサ111を配置することができる。このため、コンデンサ111の配置位置を別途確保する必要がなく、撮像装置10を小型化することができる。

0052

なお、照明部143は、照明用光源109として放射角の小さい光源を用いることにより、照明用レンズ110を省略した構成とすることができる。図7Bにその例を示す。図7Bに示す照明部143は、第2基板102上に照明用光源149を設けたのみであり、その全長L5は、2.0mmである。また、照明用光源149を構成するLEDの発光色は、色温度3000KのWarmWhite、放射角は、強度50%の視野角が60°である。
このような構成の照明部を143用いても、図7Aの場合と同様な照明が可能である。

0053

〔光学的情報読取装置の実施形態:図8
次に、以上説明してきた撮像装置10を備える、この発明の光学的情報読取装置の実施形態について説明する。なお、撮像装置10を搭載可能な装置が光学的情報読取装置に限られないことは、上述した通りである。

0054

図8は、その光学的情報読取装置の構成を示すブロック図である。
図8に示す光学的情報読取装置200は、読取対象物上に周囲と反射率が異なるマークを配列して形成された光学的情報である、バーコードや二次元コードなどのコード記号を読み取るコード記号読取装置である。
光学的情報読取装置200は、図1及び図2等を用いて説明した撮像装置10を撮像手段として備え、撮像装置10のイメージセンサ107により撮像して得た、コード記号20を含む読取対象物の画像を、デコーダ210が取得して解析することにより、コード記号を読み取ることができる。コード記号に加えて、あるいはこれに代えて、任意の記号や文字を読み取ることができるようにしてもよい。

0055

より具体的には、光学的情報読取装置200は、撮像装置10の他、デコーダ210、操作部221及び通知部222を備える。
このうち撮像装置10は、デコーダ210上のCPU211の指示に従ってイメージセンサ107に撮像を行わせ、その撮像で得た画像の画像データを、接続端子113を介してデコーダ210に対して出力する。また、この撮像に当たっては、CPU211の指示に従って、エイマ光を投光し、ユーザがそのエイマ光により読取対象物上に形成されるマークを目印に、読み取りたいコード記号20がイメージセンサ107の撮像範囲内に入るように、光学的情報読取装置200と読取対象物との位置あわせができるようにする。

0056

また、デコーダ210は、CPU211と、ROM212と、RAM213と、通信インタフェース(I/F)214とを備えている。
このうちCPU211は、RAM213を作業領域としてROM212に記憶された所要のプログラムを実行することにより、撮像装置10、操作部221及び通知部222を含む光学的情報読取装置200全体の動作を制御する。また、イメージセンサ107が撮像した画像の画像データに基づくコード記号20のデコード、そのデコード結果の外部への出力あるいは蓄積、撮像装置10におけるエイマ光及び照明光の光量調整などの処理も行う。

0057

通信I/F214は、デコーダ210によるデコード結果を処理するPC(パーソナルコンピュータ)等のデータ処理装置と通信するためのインタフェースであり、有線無線を問わず任意の規格を採用可能である。また、通信I/F214から読み込んだデータに基づきデコーダ210に制御用パラメータの設定を行うことができるようにしてもよい。

0058

操作部221は、ユーザの操作を受け付けるためのボタントリガ等の操作手段である。ここでは、コード記号の読み取り開始を指示するためのトリガを備えるとする。
通知部222は、ユーザへの各種通知を行うための通知手段である。具体的な通知の方法としては、ディスプレイによるメッセージやデータの表示、ランプの点灯や点滅、スピーカによる音の出力等が考えられるが、これに限られることはない。

0059

〔変形例:図9
以上で本発明の実施形態の説明を終了するが、この発明において、各部の具体的な構成、サイズ、材質、配置、接続状態、製造方法等は、上述の実施形態で説明したものに限るものではない。
例えば、上述した実施形態において、スペーサ103とアパーチャ105とを一体成型する例について説明したが、スペーサ103とアパーチャ105とを別体として形成することも妨げられない。この場合、図2で柱部103aよりも右側の領域にはスペーサ103を設けず、アパーチャ105を、下側筐体121に設けた取付け部にネジ等により取付ける構成であってもよい。

0060

また、上述した実施形態において、照明用光源109をイメージセンサ107と同じ第2基板102上に設ける例について説明したが、このことは必須ではない。そもそも照明用光源109を含む照明部143を設けること自体必須ではないが、照明用光源109を設ける場合であっても、第2基板102以外の基板上に設けてもよい。

0061

例えば、撮像装置を図9に示す構成とすることができる。図9は、この変形例の撮像装置における各部の配置を模式的に示す、図4と対応する図である。図9において、上述した実施形態と共通する箇所には図1乃至図3で用いたものと同じ符号を用い、その説明は省略する。以降の図面についても同様とする。
図9に示す撮像装置10′においては、第2基板152のサイズを、図3の場合と異なり、概ね撮像部142を設けるのに必要な程度のサイズに縮小している。一方、第1基板101と第2基板152とを接続するFPC153は、一部に容易に変形しない硬化部153aを設けたリジッドフレキシブル基板とし、その硬化部153a上に、照明用光源109及びコンデンサ111を設けている。したがって、照明部143も、硬化部153a上に形成される。

0062

また、スペーサ154は、第2基板152のサイズ縮小に伴い、サイズの小さい第2基板152に効率よく力を加えられる形状とすると共に、第1基板101と硬化部153aとの間にも一定の空間を確保できる形状としている。
以上の構成を備える撮像装置10′であっても、上述した実施形態の場合と同様、エイマ光投光部141における光路長を確保しつつ、撮像装置10′の小型化を実現できる。
なお、図9以外の構成であっても、照明用光源109を、第1基板101よりも、エイマ光の投光方向の前方であって、且つエイマ光として投光される光の光路以外の位置に設ければ、ある程度の小型化の効果は得られる。

0063

また、リジッド基板としての第2基板102を設けず、イメージセンサ107を、FPC153上に設けることも考えられる。
この場合、撮像装置を例えば図10に示す構成とすることができる。図10は、この変形例の撮像装置における各部の配置を模式的に示す、図4及び図9と対応する図である。

0064

図10に示す撮像装置10″においては、図9の構成と異なり、第2基板152を設けない代わりに、FPC153の硬化部153bを、図4の第2基板102に相当する範囲全体に亘って設けている。そして、その硬化部153b上に、照明用光源109及びコンデンサ111に加え、イメージセンサ107も設けている。従って、照明部143及び撮像部142が、硬化部153b上に形成される。また、スペーサ154は、第1基板101と硬化部153bとの間に一定の空間を確保できる形状としている。

0065

以上の構成を備える撮像装置10″であっても、上述した実施形態の場合と同様、エイマ光投光部141における光路長を確保しつつ、撮像装置10″の小型化を実現できる。
図10の構成においては、硬化部153bが、図4の構成における第2基板102の役割を果たすことになる。そして、FPC153全体で見ると、第2基板102の役割に加え、第1基板101と第2基板とを電気的に接続するFPC112の役割を果たすことになる。

0066

また、上述した実施形態においては、筐体120を金属により形成する例について説明したが、筐体120を樹脂により形成してもよい。この場合、アパーチャ105を含むスペーサ103と、上側筐体121あるいは下側筐体122とを、一体成型により形成するとよい。このようにすれば、部品点数及び製造工数を削減し、コストダウンを図ることができる。

0067

また、以上説明してきた実施形態及び変形例の構成を、相互に矛盾しない限り、任意に組み合わせて適用してよいことは、もちろんである。また、特に断りがない限り、上述した実施形態あるいは変形例の構成の一部のみを取り出して、当該実施形態あるいは変形例と異なる構成の装置に適用することも妨げられない。

0068

以上説明してきた撮像装置によれば、エイマ光の投光部を備えた撮像装置を小型化することができる。また、その撮像装置を撮像手段として用いれば、光学的情報読取装置をはじめとする、撮像手段を備える各種装置も小型化することができる。

0069

10,10′,10″:撮像装置、101:第1基板、102,152:第2基板、103,154:スペーサ、104:エイマ光用光源、104a:駆動回路、105:アパーチャ、106:エイマ光用レンズ、108a:撮像用レンズ、107:イメージセンサ、109,149:照明用光源、109a:駆動回路、110:照明用レンズ、111:コンデンサ、112:プロセッサ、113:接続端子、114,153:FPC、120:筐体、121:下側筐体、121a,122a:ねじ孔、121b:嵌め込み部、121c:支持部、122:上側筐体、131〜133,135:信号線、134:シリアルバス、136:画像バス、141:エイマ光投光部、142:撮像部、143:照明部、153a,153b:硬化部、200:光学的情報読取装置、210:デコーダ、211:CPU、212:ROM、213:RAM、214:通信I/F、221:操作部、222:通知部

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