JP2002131686A - 一体形可振合焦／走査素子を有する電気光学的走査組立体 - Google Patents

一体形可振合焦／走査素子を有する電気光学的走査組立体

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 合焦と、表示記号を横切る光ビーム掃引と、
更に要すれば、走査収差の補正との働きを持つ、振動可
能な部品を含む、表示記号を走査するための小型組立
体。 【解決手段】 該ビームを射出するレーザーダイオード
がスペース節約のために電気コイルを巻いた中心の開口
部に挿入される。該部品上の磁石が該コイルと相互に作
用し振動を起こす。遊動弾性体が該部品を均衡位置に戻
す。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般的に、バーコ
ード記号のような表示記号を読み取る、手持ち形走査シ
ステムに関し、詳細には、可振合焦／走査素子を有する
新規の小型組立体に関する。
【０００２】
【従来の技術】ラベルまたは商品表面のバーコードー記
号を読み取るために、種々の光学読み取り機及び走査素
子が開発されてきた。バーコードー記号自体は、種々の
スペース幅を定めつつ、間隔をおいて並ぶ一連で種々の
幅を有するバーからなる表示記号のコード化されたパタ
ーンで、バー及びスペースは異なった光反射特性を有す
る。読み取り機及び走査素子は、電気光学的に図形表示
記号を電気信号に変換し、それをもって商品、又は、そ
の商品の何らかの特性の記述を意図したアルファニュー
メリックキャラクタにデコードされる。そのような表示
は、典型的には、デジタル形式で表示され、販売時点の
情報処理及び在庫管理、あるいはこれらに類似の用途に
応用される情報処理システムへの入力に利用される。こ
の一般的なタイプの走査システムは、例えば、すべて本
件出願人に譲渡された、米国特許第４２５１７９８号、
第４３６０７９８号、第４３６９３６１号、第４３８７
２９７号、第４４０９４７０号、第４４６０１２０号に
開示されている。
【０００３】そのような走査システムの一つの実施形態
は、上記の数件の特許中にも開示されたように、特に、
使用者により手に持たれる、手持ちポータブルレーザー
走査ヘッドにある。走査ヘッドは、使用者がヘッドを対
象目標に向け、読み取るべき記号に向けて光ビームを射
出できるよう構成される。光源は、典型的には、ガスレ
ーザー又は半導体レーザー素子の形態をとったレーザー
スキャナーである。走査システムの光源としての半導体
装置の使用は、半導体レーザーのサイズが小さいこと、
低コストであること、そして低消費電力であることから
好適である。レーザービームは、典型的にはレンズによ
って、光学的に変化され、目標距離に一定のビームスポ
ットを形成する。目標距離におけるビームスポットのサ
イズは、好ましくは、異なる光反射特性の領域、すなわ
ち記号のバーとスペースが作る領域の最小幅におおよそ
等しい。
【０００４】バーコード記号は、典型的には、種々の幅
を有する矩型のバーすなわち要素からなる。該要素の特
定の並び方が、使用されるコードすなわち「記号法」に
特定された一組の規則と定義に従って表示されるキャラ
クタを定義する。
【０００５】通常、手持ちの読み取機で提供される一次
元の単一線走査は、光路に配置されたミラーなどの走査
構成要素を使用し、記号を横切る一つの線又は一連の線
の光ビームで繰り返し走査する。走査構成要素は、記号
を横切ってビームスポットを掃引し、記号を横断通過す
る走査線をたどり走査するか、あるいはスキャナーの視
界を走査するか、あるいはその両方を行っても良い。
【０００６】走査システムはまた、記号から反射した光
を検出するよう機能する、通常は、半導体式のセンサー
すなわち光検出器を含む。光検出器は、スキャナー内又
は光路上に配置され、そこで記号を横断し、わずかに通
り過ぎるように延びる視界を有する。記号から反射した
反射光の一部が検出され、電気信号に変換され、電気回
路すなわちソフトウエアが、その電気信号を、走査され
た記号によって表示されたデータのデジタル表示にデコ
ードする。例えば、光検出器からのアナログの電気信号
が、典型的には、バーとスペースの物理的な幅に対応す
る幅の、パルス幅変調されたデジタル信号に変換され
る。そのような信号は特定の記号法によって、記号にエ
ンコードされていたバイナリー表示のデータに、さら
に、そこに表示されていたアルファニューメリックキャ
ラクタにデコードされる。
【０００７】公知の走査システムにおけるデコード過程
は、通常、以下のように機能する。デコーダーがスキャ
ナーからパルス幅変調されたデジタル信号を受け、ソフ
トウエアに導入されたアルゴリズムが走査内容のデコー
ドを試みる。走査内容のスタート及びストップキャラク
タ及びそれらの間にあるキャラクタがうまく完全にデコ
ードされると、デコード過程は終了し、読み取りが成功
したことを知らせる表示（緑色の光及び／又はビープ
音）が使用者に対して出される。そうでなければ、デコ
ーダーは、次の走査内容を受け、その走査内容をもう一
度デコードしようとし、完全に走査内容がデコードされ
るか、あるいは、それ以上走査内容がなくなるまでこれ
を続ける。
【０００８】共振走査素子が当業界で既知である。その
ような素子には、典型的に、マイラー（登録商標）ある
いは別の材料の可撓性ストリップ片が設けられ、基体に
片持梁状に取り付けられ、コイルの中に配置された小型
の永久磁石を支持する。コイルは基盤に固定され、走査
ミラーは、片持梁状に取り付けられた可撓性ストリップ
片の可動端に取り付けられる。片持梁状に取り付けられ
た可撓性ストリップ片の寸法すなわち曲げ特性、該スト
リップ片の質量、永久磁石とミラー、或いは可撓性スト
リップ片上の質量分布を変えることにより、異なった共
振周波数が作られる。
【０００９】図２及び図３において、四分円に等間隔で
４つの電気コイル１１６が取り付けられた回路板１１４
に取り付けられた対物レンズ１１２を、走査モジュール
１１０が支持し、振動させる。支持体部材１１８は、好
適にはレーザーダイオードであるところの発光ダイオー
ド１２２を受けて保持する開口部１２０を中心に有す
る。電流が与えられたとき、コイル１１６によって発生
する電磁場と相互作用する永久磁石１２４が、該支持体
部材１１８のダイオード１２２とは反対の側に置かれ
る。
【００１０】回路板１１４及び支持体１１８は、電流を
駆動回路から４つのコイルに伝送もする４つの半剛性の
ワイヤ１２６で相互に連結される。コイル間の連結を変
えることによって、一次元又は二次元のスキャンパター
ンを選択的に達成できる。ワイヤ１２６は、好適には、
回路板１１４と支持体１１８にはんだ付けされる。該ワ
イヤの材料は、りん青銅合金が好適であるが、電気を伝
え、支持体１１８に関し、回路板１１４及びレンズ１１
２の半剛性支持を提供するものであれば他のいかなる材
料であってもよい。
【００１１】磁石１２４は、リング形状で、軸方向に磁
化されても良い。磁石１２４の中心孔はレーザービーム
の開口絞りとして働く。代替的に、永久磁石１２４は、
その円周に沿って複数の極を持っても良い。例えば、該
永久磁石は、極が４つで、円周上でS極が０°と１８０
°に位置し、N極が９０°と２７０°に位置しても良
い。４つのコイル１１６の内の２つに適切に電圧を加え
ることにより、レンズとコイル組立体はわずかに回転
し、よって、半剛性ワイヤが螺旋を形成し始め、レンズ
１１２とレーザービーム光源１２２間の距離を減少させ
て、ビームを合焦させる。他の２つのコイルには、レン
ズ組立体を振動させるために電圧が加えられ、適切な走
査を作り出す。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、一般的に
は、支持体と、該支持体に取り付けられたレーザーダイ
オードなどの光源と、振動可能な光学部品と、該部品を
振動させる駆動部とからなる、表示記号を電気光学的に
走査するための小型組立体に関する。
【００１３】
【問題を解決するための手段】該部品は、該光源から出
射された光ビームを合焦させる合焦要素と、該支持体か
ら遠ざかる方向に光ビームを偏向させるための合焦素子
と一体の走査素子とを含む。該駆動部は、該部品ととも
に振動するよう取り付けられた永久磁石と、支持体に取
り付けられた励磁可能な電気コイルとを含む。駆動電流
により励磁されたとき、コイルにより発生した電磁場
は、磁石により発生した磁界と相互作用し、例えばバー
コード記号などの表示記号上に光ビームを走査させるた
めに該部品に振動を起こす。
【００１４】新規な一体形光学部品は、ビームが該部品
に入射するときに通る、合焦素子の一部を成す第一の曲
面を有する光透過材料と、該光透過材料を通り合焦した
ビームが反射される第二の反射面とからなる。該第二の
面は、反射性コーティングが施され、走査素子の一部を
成している。該部品はさらに、反射したビームが該部品
から出射するときに通る第三の曲面を含む。該第三の曲
面は、走査収差補正のための補正素子として働く。該部
品はまた、さらに、これら素子と一体の延長部分を含
む。該延長部分は永久磁石を保持するよう機能する。
【００１５】該部品は、支持体の相対する端に軸受けさ
れたシャフトに取り付けられる。バイアス素子が該部品
と支持体の間で作動的に結合され、部品をニュートラル
位置に戻す復元力を絶えず加える。該バイアス素子は、
一端を該部品に固定し、反対端を可動的に支持体に連結
した細長い板ばねが好適である。該ばねの反対端は、支
持体上の一組の摩擦ピン間を通っており、該部品が振動
する間、該ピンの間でスライドする。
【００１６】該部品に入射する光ビームは、ニュートラ
ル位置で該部品から出射するビームに対し直角である。
第二の反射面は、該部品に入射するビームに対し角度４
５°で位置する平面上にあることが好ましい。該支持体
が、縦の軸を有する円筒形のハウジングとして形成され
ると、入射するビームは縦の軸に沿って伝わり、出射す
るビームは放射状に伝わり、ハウジングの側壁に形成さ
れた出口を通過する。光源は、ハウジングの開放端に受
けられたレーザーダイオードが、好適である。駆動コイ
ルが該ダイオードを囲む。表示記号から反射された光を
検出するセンサーが、該コイル及びダイオードに隣接し
て、ハウジングに取り付けられる。
【００１７】本発明の、他の目的及び利点は、本発明を
実施するのに最適の形態を単に示すために本発明の好適
な実施形態のみを図示し、説明する以下の詳細な説明か
ら当業者には自ずと明らかであろう。本発明は、他の、
また異なった実施が可能であって、そして種々の明らか
な点において、そのいくつかの部分について、本発明か
ら逸脱することなく、変更が可能であることが分かるで
あろう。従って、図面及び説明は本質的に例示的なもの
であって、限定的なものではない。
【００１８】
【発明の実施の形態】この明細書の中で使用されている
「記号」及び「バーコード」という用語は、広義の解釈
を意図しており、単に、種々の幅のバー及びスペースか
らなるパターンのみに適用されるのではなく、他の一次
元及び二次元図形パターン、そしてアルファニューメリ
ックキャラクタにも適用される。
【００１９】図１に概要を示すように、出射光３６は、
スキャナー３０内で、レーザーダイオードあるいは同種
の光源３４により発生され、通常スキャナー前面から数
インチ離れたバーコード３２上に結像するように向けら
れる。しかしながら、他の用途では、スキャナーから相
当離れた、例えば、６０フイート離れた目標を走査する
必要があるかもしれない。出射光３６は、一体形すなわ
ち単体構造の合焦／走査素子３８によって、読まれるべ
き記号を走査ビームが横切るように、走査される。該記
号から反射された光は、スキャナー３０により受けら
れ、光検出器４４により検出される。
【００２０】図４は、本発明による、電気光学的に表示
記号の走査をおこなう小型組立体２００の実施形態を示
す。組立体２００は、互いに反対に位置する端２０４と
２０６間の縦軸上に延びる、好適には円筒形のハウジン
グである、支持体２０２を含む。好適にはレーザーダイ
オードである光源２０８が開口端２０４に挿入される。
光源のリング状の肩２１０が光源の設置位置を定めるよ
う、開口端２０４の環状フランジに突き当てられてい
る。光源が電気的に励起されると、走査すべき表示記号
の方向にレーザービームを射出する。
【００２１】支持体２０２は、フランジ２１２から軸方
向に間隔を持って位置する環状カラー２１４を有する。
電磁コイル２１６がカラー２１４及びフランジ２１２の
間で支持体に巻付けられる。好適にはフォトダイオード
であるセンサー２１８がフランジとカラーに対して半径
方向外側に取り付けられ、コイル２１６及び光源２０８
の上に重なる。センサー２１８が表示記号から反射され
た光を検出し、表示記号から反射された光の種々の強度
を示す電気信号を発生する。フィルター２２０は、セン
サーの上方に位置し、光透過性のプラスチック又はガラ
スフィルターであって良く、またセンサー上に直接塗布
し硬化させた液体フィルター材料のコーティングであっ
ても良い。
【００２２】光源２０８は、射出されたビームが通過す
る開口絞り２２４を有する開口板２２２を含む。可振光
学部品２３０は、ビームの光路上で、シャフト２２６に
取り付けられており、該シャフトの相対する端が円筒形
のハウジングの相対する端のベアリングに回転自在に軸
受けされる。出口すなわちポート２２８は、ハウジング
の側壁に形成される。
【００２３】部品２３０は、光透過性で、光学的変換を
おこなう合成プラスチック又はガラスなどの材料で形成
され、外向きに凸状に湾曲している面２３４を有する合
焦素子２３２を備え、射出されたビームは最初にこの面
２３４を通って該部品に入り、表示記号が位置している
作動距離範囲内の焦点に合焦するようになっており、部
品２３０はまた、コーティングを施された面２３８から
合焦したビームを反射するため、好適には、ニッケル、
金又はクロムのメタリックコーティングである。反射性
コーティングを施した外側平面２３８を有する走査素子
２３６を備える。入射する合焦ビームに対し、反射ビー
ムを直角に偏向させるため、コーティングを施された面
２３８は、角度４５°に向けられる。合焦素子及び走査
素子は、互いに一部品で、すなわち一体的に形成され
る。
【００２４】部品２３０は、また、好適には、連結素子
２４０を有し、外向き凸状に湾曲している面２４２を持
ち、反射ビームがそれを通って、該部品から出射し、走
査収差の補正のため合焦される。補正素子もまた、部品
と一部品をなすように、すなわち一体的に形成される。
【００２５】永久磁石２４４は、部品２３０とともに振
動するよう、一対の後方延長部分すなわちアーム２４６
と２４８に固定取り付けられ、同様に該部品と一体的で
ある。磁石２４４が、永久磁界を発生し、一連の方形波
あるいはいかなる周期的駆動信号であってもよいが、駆
動電流によりコイルを励磁したとき、コイル２１６によ
り発生した電磁場と相互に作用する。該部品は、平衡位
置すなわち図４に示したニュートラル位置から、アーク
長に沿ってそれぞれの方向でおよそ２０°ないし２５°
を、シャフトを中心として、円周方向に交互に振動す
る。
【００２６】一つの端２５２が、例えば止め具（図示せ
ず）で該部品に固定され、対向する端２５４が支持体に
取り付けられた一組の摩擦ポスト２５６と２５８間でス
ライドするように取り付けられた、好適には平板ばねで
ある、バイアス素子すなわち可撓性素子２５０により、
ニュートラル位置の確保が行われる。可撓性素子端２５
４は、摩擦止めされるが、ポスト間で動くことができ
る。可撓性素子端２５２は、該部品に常に復元力を与え
ニュートラルの位置に戻す。
【００２７】駆動電流によりコイルに付勢される間、相
互に作用する磁界は、磁石及び該部品を振動させ、それ
によって、可撓性素子をたわませる。可撓性素子が丸み
を持った形で一方に曲がり、次に反対側にまがる。可撓
性素子の端２５４は、可撓性素子が曲がる間、ポストの
間で前後にスライドする。可撓性素子には、約０．０２
５４mm（０．００１インチ）の薄いポリエステルフィル
ムである、マイラー（登録商標）のような、弾性の材料
が好適である。走査すなわち表示記号を横切るビームの
掃引を行う同部品により、ビーム合焦が有利に達成され
る。該組立体の全体は、約６．５mm×６．５mm×５．６
mmのコンパクトな容積である。
【００２８】上記に説明したそれぞれの素子、又は二つ
以上を、上記に説明した型とは異なる他の型の構成に有
効応用され得ることが分かるであろう。本発明は、一体
形可振合焦／走査素子を有する電気光学的走査組立体と
しての実施形態を図示し説明しているが、付属の請求項
に定義される本発明の範囲からいささかも逸脱すること
なく、種々の変更及び構造的変更が可能であることか
ら、ここに示された詳細に限られるのもではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による走査組立体の略図である。
【図２】従来技術による小型スキャナー組立体の側面図
である。
【図３】図２のスキャナーの正面図である。
【図４】本発明の実施の形態に従った小型スキャナー組
立体の縦断面図である。
フロントページの続き (72)発明者 エドワード バーカン アメリカ合衆国 ニューヨーク州 11764 ミラー プレイス エンチャンテッド ウッズ コート ３ (72)発明者 ヤジュン リ アメリカ合衆国 ニューヨーク州 11769 オークデイル レイス プレイス 527 Ｆターム(参考） 2H041 AA12 AB14 AC04 AZ01 AZ05 2H045 AB01 BA02 BA18 5B072 DD02 KK02 LL01 LL12 LL18

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電気光学的に表示記号を走査するための
    小型組立体であって、 ａ）支持体と、 ｂ）前記支持体に取り付けられた、光ビームを射出する
    ための光源と、 ｃ）光ビームを合焦する合焦素子と、前記支持体から遠
    ざかる方向に光ビーム を偏向させるための、前記合焦素子と一体の走査素子と
    を含む振動可能な光学部品と、 ｄ）表示記号上で光ビームを走査させる振動を前記光学
    部品に生じさせるために、前記光学部品と共に振動する
    ように取り付けられ、永久磁界を発生するよう作動可能
    な永久磁石と、前記支持体に取り付けられ、励磁用駆動
    電流により励磁されたとき、前記永久磁界と相互作用し
    て前記光学部品を支持体に対して振動させ、表示記号上
    で光ビームを走査させる電磁場を発生する励磁可能な電
    気コイルとを含む駆動部と、を備える組立体。
  2. 【請求項２】 前記支持体は、開口端部領域を有する管
    状のハウジングであり、前記光源が前記開口端部領域を
    通って延びており、前記ハウジングが、好ましくは、環
    状フランジを有し、前記光源が、前記フランジに突き当
    てられる肩をもったケーシングを含み、及び／又は、前
    記コイルが、好ましくは、前記開口端部領域及び前記光
    源の少なくとも一部を囲んでおり、及び／又は、前記光
    源が、好ましくは、レーザーダイオードであり、及び／
    又は、前記ハウジングが、好ましくは窓を有し、光ビー
    ムがこの窓を通って前記支持体から遠ざかる方向に向け
    られる、請求項１に記載の組立体。
  3. 【請求項３】 前記光学部品が、該光学部品に光ビーム
    が入射するとき通過する第一の面と、入射した光ビーム
    が反射する第二の反射面と、反射した光ビームが該光学
    部品から出射するとき通過する第三の面とを有する光透
    過性材料を含み、好適には、前記第一の面が湾曲して合
    焦素子の一部を成し、及び／又は、好適には、第二の反
    射面が反射性のコーティングを施され走査素子の一部を
    成し、及び／又は、好適には、前記光学部品が走査収差
    補正用の補正素子を含み、前記第三の面が湾曲して前記
    補正素子の一部を成す、請求項１に記載の組立体。
  4. 【請求項４】 前記の光学部品が、前記磁石を保持する
    ために、前記素子と一体形である延長部分を有する請求
    項２に記載の組立体。
  5. 【請求項５】 前記支持体が、管状のハウジングと、該
    ハウジング上の相対する端に軸受けされたシャフトとを
    含み、前記光学部品が該シャフトに沿った軸を中心とし
    て円周方向交互に振動するよう該シャフトに取り付けら
    れ、前記組立体が、好適には、さらに、前記光学部品が
    該光学部品を前記光ビームの光路上のニュートラル位置
    に戻す復元力を一定に及ぼすよう前記光学部品及び前記
    支持体の間に作動的に結合されたバイアス素子からな
    り、好適には、該バイアス素子が細長いばねであって、
    該ばねの一端が前記光学部品に固定され反対端が前記支
    持体に可動的に連結され、好適には、前記支持体が一対
    の摩擦ポストを有し、前記ばねの反対端が該一対のポス
    トの間をスライドするよう取り付けられた請求項１に記
    載の組立体。
  6. 【請求項６】 電気光学的に表示記号を走査するための
    小型組立体であって、 ａ）縦軸方向に沿って延びている支持体と、 ｂ）前記縦軸方向に沿って光ビームを射出するための、
    前記支持体に取り付けられた光源と、 ｃ）前記光ビームが光学部品に入射するとき、該光ビー
    ム合焦のために通過する合焦素子と、該光ビームを、縦
    軸に対して直角に、前記光学部品のニュートラル位置で
    あるとみなされる、支持体から遠ざかる方向へ反射する
    ための、前記合焦素子と一体である反射素子を含む振動
    可能な光学部品と、 ｄ）前記光学部品と共に振動するように取り付けられ、
    永久磁界を発生するよう作動可能な永久磁石と、前記支
    持体に取り付けられ、励磁用駆動電流により励磁された
    とき、永久磁界と相互作用して該支持体に対して前記光
    学部品を振動させ、前記表示記号上で光ビームを走査さ
    せる電磁場を発生する電気コイルとを含む駆動部分と、 ｅ）前記光学部品と前記支持体との間で、該光学部品を
    ニュートラル位置に戻す復元力を常に与えるように作動
    的に結合されたバイアス素子と、を備える組立体。
  7. 【請求項７】 表示記号上で光ビームを走査させる用途
    の光学部品であって、ａ）光ビームが入射するとき通過
    して合焦させられる第一の曲面と、合焦した光ビームが
    当たる全体的に平坦な第二の面と、光ビームが出射する
    第三の面とを有する光透過性のブロックと、 ｂ）入射光ビームに対して出射光ビームが垂直になるよ
    うに、当たる光ビームを前記第三の面に向けて反射し、
    該第三の面を通過させる、前記第二面上の反射性コーテ
    ィングと、を備える組立体。
  8. 【請求項８】 電気光学的に表示記号を走査するための
    小型組立体であって、 ａ）支持体と、 ｂ）光ビームを射出するため前記支持体に取り付けられ
    た光源と、 ｃ）前記光ビームを合焦するための合焦素子と、前記支
    持体から遠ざかる方向に光ビームを偏向させるための、
    該合焦素子と一体の走査素子とを含む振動可能な光学部
    品と、 ｄ）前記光学部品と共に振動可能に取り付けられ、永久
    磁界を発生するよう作動可能な永久磁石と、前記支持体
    に取り付けられ、励磁用駆動電流により励磁されたと
    き、前記永久磁界と相互作用して該支持体に対して該光
    学部品を振動させ、前記表示記号上で前記光ビームで走
    査させる電磁場を発生するように作動する、励磁可能な
    電気コイルと、を含むる駆動部と、 ｅ）前記表示記号から反射した光を検出するために、前
    記支持体上の前記光源に隣接して取り付けられたセンサ
    ーと、を備える組立体。
  9. 【請求項９】 電気光学的走査組立体によりレーザービ
    ームを合焦させる方法であって、 ａ）支持体上に前記レーザービームを射出するレーザー
    源を取り付け、 ｂ）該レーザービームを合焦する合焦素子と、合焦した
    ビームを前記支持体から遠ざかる方向に偏向させるため
    の、該合焦素子と一体の走査素子を含む光学部品を、前
    記レーザー源と所定の間隔を保って、該支持体上に取り
    付ける段階を含む方法。
  10. 【請求項１０】 電気光学的に表示記号を走査する小型
    組立体であって、 ａ）光ビームを射出するための光源と、 ｂ）前記光ビームを合焦するための合焦素子と、前記合
    焦素子と一体で該光ビームを偏向させる走査素子とを含
    む振動可能な光学部品と、 ｃ）前記光学部品を振動させる駆動部と、を含む組立
    体。
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