情報読み取り装置及びこれに用いられるレンズ付き光源

【課題】大出力の発光ダイオードや半導体レーザを用いることなく正確なアドレスの検出を行うことができる情報読み取り装置を提供することにある。
【解決手段】ユーザが手指にて把持可能な形状及びサイズに形成された本体１と、本体１の内部に収納された照明用光源２と、照明用光源２の光出射側に配置された光整形用レンズ３と、手書き媒体１０１の表面に発光インクをもって所要の配列で印刷されたマーク１０２の励起光を受光して電子データに変換する２次元撮像素子４と、当該２次元撮像素子４の光入射側に配置されたスリット５及び集光レンズ６とを備えて情報読み取り装置を構成する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被読み取り対象物に照明光を照射し、被読み取り対象物からの戻り光を検出して照明光の移動軌跡を読み取る情報読み取り装置及びこれに用いられるレンズ付き光源に係り、特に、被読み取り対象物上に照射される照明光の照度分布を均一化するための手段に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のコンピュータの普及及び高性能化に伴い、手書き情報を電子データ化してコンピュータ上で処理する事例が増加しつつある。
【０００３】
従来より、手書き情報を電子データ化する手段としては、書類等の被読み取り対象物に表記された手書き情報を画像情報として電子データ化するスキャナや、専用のペンを用いて静電容量式や電磁誘導式などの方式でタブレット上の座標を認識するペンベースコンピュータなどが用いられているが、スキャナは可搬性に欠けるだけでなく、書類等に表記された元々の情報量に対して電子化データの容量が大きくなるので効率が悪いという問題がある。また、ペンベースコンピュータは、その構成上高価かつ大重量であるために大型化することが難しいという問題がある。
【０００４】
かかる不都合を解消するための手段として、紙やボードなどの手書き媒体に光学的手段で読み出し可能なアドレス情報（座標情報）を予め付与しておき、このアドレス情報を光源と２次元撮像素子とを備えた情報読み取り装置にて読み取ることにより、情報読み取り装置の先端部に備えられたペン先の移動軌跡を電子データ化する方法も従来より提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
図９は従来より知られている手書き媒体の要部平面図、図１０は従来より知られている情報読み取り装置の構成図である。図９に示すように、手書き媒体１０１の表面には、当該表面上の位置情報を示すマーク１０２が、所定波長の照明光が照射されたときにそれとは異なる所定波長の励起光を発光する発光インクを用いて所要の配列で印刷されている。一方、情報読み取り装置２０１は、図１０に示すように、ユーザが手指にて把持可能な形状及びサイズに形成された本体２０２と、本体２０２の先端部に設けられたペン先２０３と、本体部２０２内に収納された照明用光源２０４と、前記マーク１０２の励起光を受光して電子データに変換する２次元撮像素子２０５と、変換された電子データを一次蓄えるメモリ２０７と、図示しないコンピュータとの間で電子データの通信を行う通信インタフェース２０８と、装置各部を制御するプロセッサ２０６と、装置各部に電源を供給するバッテリ２０９とから構成されている。
【０００６】
前記照明用光源２０４としては、手書き媒体１０１上にペン先２０３にて表記された手書き情報がノイズとならないように、紫外線領域又は赤外線領域の照明光を出射する発光ダイオード又は半導体レーザが用いられる。また、前記２次元撮像素子２０５としては、マーク１０２から励起される紫外線領域又は赤外線領域の励起光を受光可能なＣＣＤカメラやＣＭＯＳカメラが用いられる。
【特許文献１】特開２００３−２５６１２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、発光ダイオードの光出力は、図１１に示すように、光軸方向（０°の方向）に指向性が強く、光軸方向からずれるにしたがって急激に光り出力が低下する。また、半導体レーザの放射パターンは、図１２に示すように、光軸方向（０°の方向）のレーザ強度が最も高いガウシアン分布になっている。
【０００８】
したがって、照明用光源２０４として発光ダイオードや半導体レーザを用いた場合、手書き媒体１０１上に照射される照明光の照度は、照明範囲の中心において高く周辺部において低い分布となり、マーク１０２の読み取り範囲内において照明光の照度を均一の保とうとすると、図１３に示すように照明範囲の中心付近のみを使用せざるを得なくなるので、光エネルギの無駄が多いと共にマーク１０２の読み取り範囲が狭くなり、正確なアドレスの検出が困難になる。
【０００９】
本発明は、かかる従来技術の不備を解決するためになされたものであり、その目的は、大出力の発光ダイオードや半導体レーザを用いることなく正確なアドレスの検出を行うことができる情報読み取り装置とこれに好適なレンズ付き光源を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、前記の課題を解決するため、情報読み取り装置に関しては、外部に向けて照明光を照射する照明用光源と外部からの入射光を受光して電子データに変換する２次元撮像素子とを本体内に備えた情報読み取り装置であって、前記電子データに位置情報を付与するためのマークが発光インクにて印刷された被読み取り対象物に前記照明光を照射し、前記マークからの励起光を前記２次元撮像素子に入射して前記被読み取り対象物上における前記照明光の移動軌跡を電子データ化するものにおいて、前記照明用光源の照明光出射側に、前記被読み取り対象物上における前記照明光の照度分布を均一化するための光整形手段を備えるという構成にした。
【００１１】
前記光整形手段としては、端面に複数個の小径の球面が突設されたレンズ又は端面に微細な同心円状の凹凸パターンからなる回折格子が形成されたレンズ若しくは端面に同心円状の輪帯が形成されたレンズを備えることができる。
【００１２】
また、前記本体の照明光放射側の端部には、前記被読み取り対象物に情報を手書きするためのペン先を備えることができる。
【００１３】
照明用光源の照明光出射側に被読み取り対象物上における照明光の照度分布を均一化するための光整形手段を備えると、大出力の照明用光源を用いなくても被読み取り対象物上における照明光の照度分布の均一化を実現することができるので、光エネルギの無駄を減少することができ、かつ被読み取り対象物からのアドレス検出精度を高めることができる。また、光整形手段として端面に複数個の小径の球面が突設された円柱状のレンズ又は端面に微細な同心円状の凹凸パターンからなる回折格子が形成された円柱状のレンズ若しくは端面に同心円状の輪帯が形成された円柱状のレンズを備えると、被読み取り対象物に対して照明光の光軸を傾けた場合にも、照明光の照射範囲内における照明光の照度分布を均一化することができるので、被読み取り対象物からのアドレス検出を高精度に行うことができる。さらに、本体の照明光放射側の端部にペン先を備えると、実際に被読み取り対象物上に手書き情報を書き込むことができるので、被読み取り対象物に対するペン先の移動軌跡の検出を高精度に行うことができ、信頼性の高い手書き情報の電子データ化を行うことができる。
【００１４】
一方、レンズ付き光源に関しては、照明用光源と当該照明用光源の照明光出射側に一体に配置されたレンズとからなるレンズ付き光源において、前記レンズに前記照明光の照度分布を均一化するための球面状の突起群、回折格子又は輪帯を形成するという構成にした。
【００１５】
このように、レンズ付き光源のレンズに照明光の照度分布を均一化するための球面状の突起群、回折格子又は輪帯を形成すると、情報読み取り装置に適用した場合に、大出力の照明用光源を用いなくても被読み取り対象物上における照明光の照度分布の均一化を実現することができるので、光エネルギの無駄を減少することができ、かつ被読み取り対象物からのアドレス検出精度を高めることができる。また、情報読み取り装置における光学系の構成を簡略化することができるので、情報読み取り装置の小型軽量化及び低コスト化を図ることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の情報読み取り装置は、照明用光源の照明光出射側に被読み取り対象物上における照明光の照度分布を均一化するための光整形手段を備えたので、大出力の照明用光源を用いなくても被読み取り対象物上における照明光の照度分布の均一化を実現することができ、光エネルギの無駄の減少とアドレス検出精度の向上とを図ることができる。
【００１７】
本発明のレンズ付き光源は、レンズ付き光源のレンズに照明光の照度分布を均一化するための球面状の突起群、回折格子又は輪帯を形成したので、情報読み取り装置に適用した場合に、大出力の照明用光源を用いなくても被読み取り対象物上における照明光の照度分布の均一化を実現することができ、光エネルギの無駄の減少とアドレス検出精度の向上とを図ることができる。また、情報読み取り装置における光学系の構成を簡略化することができ、情報読み取り装置の小型軽量化及び低コスト化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明に係る情報読み取り装置の実施形態を図１乃至図６に基づいて説明する。図１は実施形態例に係る情報読み取り装置の構成図、図２は実施形態例に係る光整形用レンズの斜視図、図３は実施形態例に係る光整形用レンズの側面図、図４は実施形態例に係る光整形用レンズの効果を模式的に示す説明図、図５及び図６は実施形態例に係る情報読み取り装置の効果を従来例に係る情報読み取り装置と比較して示すグラフ図である。
【００１９】
図１に示すように、実施形態例に係る情報読み取り装置は、ユーザが手指にて把持可能な形状及びサイズに形成された本体１と、本体１の内部に収納された照明用光源２と、照明用光源２の光出射側に配置された光整形用レンズ３と、手書き媒体１０１の表面に発光インクをもって所要の配列で印刷されたマーク１０２の励起光を受光して電子データに変換する２次元撮像素子４と、当該２次元撮像素子４の光入射側に配置されたスリット５及び集光レンズ６とを備えて構成されている。なお、図示は省略するが、実施形態例に係る情報読み取り装置には、必要に応じて、変換された電子データを一次蓄えるメモリ、コンピュータとの間で電子データの通信を行う通信インタフェース、装置各部を制御するプロセッサ、装置各部に電源を供給するバッテリ及び手書き媒体１０１に手書き情報を書き込むペン先も備えられる。
【００２０】
照明用光源２としては、マーク１０２を励起可能でペン先を用いて手書き媒体１０１に表記された手書き情報に吸収されない赤外線領域又は紫外線領域の特定波長の照明光２ａを放射する発光ダイオード又は半導体レーザが用いられる。なお、この照明用光源２としては、レンズ付きのものを用いることもできるし、レンズを備えていないものを用いることもできる。
【００２１】
光整形用レンズ３は、図２及び図３に示すように、透光性の材料をもって全体が円柱状に形成されており、照明用光源２と対向する光入射側の面には複数個の小径の球面３ａが突設され、それと対向する光出射側の面には１つの大径の球面３ｂが突設されている。
【００２２】
２次元撮像素子４としては、マーク１０２の励起光２ｂを受光可能なＣＣＤカメラ又はＣＭＯＳカメラが用いられる。
【００２３】
スリット５及び集光レンズ６は、各マーク１０２の励起光２ｂを選択的に２次元撮像素子４に入射可能な位置に配置される。
【００２４】
本例の情報読み取り装置は、ペン先を有しない場合には、本体１の先端部を手書き媒体１０１の表面に押し当てるか、本体１の先端部を手書き媒体１０１の表面に接近させて所望の手書き情報を書き込む動作を行い、そのときの本体１の先端部の移動軌跡を２次元撮像素子４で捉えて手書き情報を電子データに変換する。また、ペン先を有する場合には、ペン先を手書き媒体１０１の表面に押し当てて所望の手書き情報を書き込み、その時のペン先の移動軌跡を２次元撮像素子４で捉えて手書き情報を電子データに変換する。
【００２５】
本例の情報読み取り装置は、照明用光源２の光出射側に光整形用レンズ３を有する光整形用レンズ３を配置したので、図４に示すように、光整形用レンズ３の中央部に配置された球面３ａを透過した照明光の照射範囲はｄとなり、当該球面３ａの周囲に配置された球面３ａを透過した照明光の照射範囲はｂ，ｃとなり、球面３ａ間を透過した照明光の照射範囲はａとなる。したがって、図５に示すように、球面３ａを有する光整形用レンズ３を配置しない場合に比べて、手書き媒体１０１上における照明光の照射範囲を拡大できると共に、その内部における照明光の照度分布を均一化することができる。よって、光エネルギの無駄を減少できると共に、手書き媒体１０１からのアドレス検出精度を高めることができる。また、照明用光源２の光出射側に光整形用レンズ３を配置したことから、手書き媒体１０１に対して情報読み取り装置の本体１（照明光２ａの光軸）を傾けた場合にも、図６に示すように、光整形用レンズ３を備えない場合に比べて、照明光２ａの照射範囲内における照明光２ａの照度分布を均一化することができ、手書き媒体１０１からのアドレス検出を高精度に行うことができる。
【００２６】
なお、前記実施形態例においては、光整形用レンズ３として端面に複数個の小径の球面３ａが形成されたものを用いたが、本発明の要旨はこれに限定されるものではなく、図７に示すように、端面に微細な同心円状の凹凸パターンからなる回折格子３ｂが形成された円柱状のレンズを備えることもできるし、図８に示すように、端面に同心円状の輪帯３ｃが形成されたレンズを備えることもできる。
【００２７】
光整形用レンズ３として端面に微細な同心円状の凹凸パターンからなる回折格子３ｂが形成された円柱状のレンズを備えると、図７に示すように、０次回折光の照射範囲はａとなり、±１次回折光の照射範囲はｂ，ｃとなる。したがって、光整形用レンズ３を配置しない場合に比べて、手書き媒体１０１上における照明光の照度分布を均一化することができる。また、光整形用レンズ３として端面に同心円状の輪帯３ｃが形成された円柱状のレンズを備えると、図８に示すように、光整形用レンズ３の中央部に形成された輪帯３ｃを透過した照明光の照射範囲はａとなり、その外周に形成された輪帯３ｃを透過した照明光の照射範囲はｂとなり、さらにその外周に形成された輪帯３ｃを透過した照明光の照射範囲はｃとなる。したがって、光整形用レンズ３を配置しない場合に比べて、手書き媒体１０１上における照明光の照度分布を均一化することができる。
【００２８】
また、前記実施形態例においては、照明用光源２と光整形用レンズ３とを独立の別体に構成したが、本発明の要旨はこれに限定されるものではなく、レンズ付きの照明用光源２のレンズに前記実施形態例にて説明した小径の球面３ａ又は回折格子３ｂ若しくは輪帯３ｃを形成して、情報読み出し装置用のレンズ付き光源とすることもできる。このレンズ付き光源を用いると、前記と同様の効果を発揮できるほか、情報読み取り装置における光学系の構成を簡略化することができて、情報読み取り装置の小型軽量化及び低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】実施形態例に係る情報読み取り装置の構成図である。
【図２】実施形態例に係る光整形用レンズの斜視図である。
【図３】実施形態例に係る光整形用レンズの側面図である。
【図４】実施形態例に係る光整形用レンズの効果を模式的に示す説明図である。
【図５】実施形態例に係る情報読み取り装置の効果を従来例に係る情報読み取り装置と比較して示すグラフ図である。
【図６】実施形態例に係る情報読み取り装置の効果を従来例に係る情報読み取り装置と比較して示すグラフ図である。
【図７】実施形態例に係る光整形用レンズの他の例を示す説明図である。
【図８】実施形態例に係る光整形用レンズのさらに他の例を示す説明図である。
【図９】従来より知られている手書き媒体の要部平面図である。
【図１０】従来より知られている情報読み取り装置の構成図である。
【図１１】発光ダイオードの光出力の指向性を示すグラフ図である。
【図１２】半導体レーザの放射パターン指向性を示すグラフ図である。
【図１３】従来例に係る情報読み取り装置の不都合を示すグラフ図である。
【符号の説明】
【００３０】
１本体
２照明用光源
２ａ照明光
２ｂ励起光
３光整形用レンズ
３ａ球面
３ｂ回折格子
３ｃ輪帯
４２次元撮像素子
５スリット
６集光レンズ
１０１手書き媒体
１０２マーク

【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部に向けて照明光を照射する照明用光源と外部からの入射光を受光して電子データに変換する２次元撮像素子とを本体内に備えた情報読み取り装置であって、前記電子データに位置情報を付与するためのマークが発光インクにて印刷された被読み取り対象物に前記照明光を照射し、前記マークからの励起光を前記２次元撮像素子に入射して前記被読み取り対象物上における前記照明光の移動軌跡を電子データ化するものにおいて、前記照明用光源の照明光出射側に、前記被読み取り対象物上における前記照明光の照度分布を均一化するための光整形手段を備えたことを特徴とする情報読み取り装置。
【請求項２】
前記光整形手段として、端面に複数個の小径の球面が突設されたレンズを備えたことを特徴とする請求項１に記載の情報読み取り装置。
【請求項３】
前記光整形手段として、端面に微細な同心円状の凹凸パターンからなる回折格子が形成されたレンズを備えたことを特徴とする請求項１に記載の情報読み取り装置。
【請求項４】
前記光整形手段として、端面に同心円状の輪帯が形成されたレンズを備えたことを特徴とする請求項１に記載の情報読み取り装置。
【請求項５】
前記本体の照明光出射側の端部に、前記被読み取り対象物に情報を手書きするためのペン先を備えたことを特徴とする請求項１に記載の情報読み取り装置。
【請求項６】
照明用光源と当該照明用光源の照明光出射側に一体に配置されたレンズとからなるレンズ付き光源において、前記レンズに前記照明光の照度分布を均一化するための球面状の突起群、回折格子又は輪帯を形成したことを特徴とするレンズ付き光源。

【図１】