JP2002163601A - バーコード・リーダーにおけるコンパクトな光学・走査複合モジュール - Google Patents
バーコード・リーダーにおけるコンパクトな光学・走査複合モジュールInfo
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Abstract
装置、特にコンパクトなバーコード・リーダーのよう
な、走査モジュールに必要とされる光径路の設計に関す
る。 【解決手段】 レーザー光ビームを発するレーザーと、
バーコード・シンボルから反射された光を感知するフォ
トダイオードとを含む第一モジュールが、可動反射器と
反射器を動かすための駆動装置を含む第二支持体とは独
立して離れた関係で支持体に取り付けられる。反射器
は、永久ループを構成する一対の緊張エレメントの上に
振動可能に有利に取り付けられている。
Description
ボル・リーダーのような電気光学的リーダーすなわち走
査装置、特にコンパクトなバーコード・リーダーのよう
な、走査モジュールに必要とされる光径路の設計に関す
る。
な電気光学的リーダーは、現在では非常に一般的になっ
てきている。一般に、バーコード・シンボルは一つある
いはそれ以上の明るい領域と暗い領域の列で成り立って
おり、普通は矩形の形状である。暗い領域の幅すなわち
バー、およびバーの間にある明るい領域の幅すなわちス
ペースが、シンボルの情報をコード化する。バーコード
・シンボル・リーダーは、シンボルを照らし、反射力の
異なる光の領域から反射された光を感知して、対応する
領域の幅とスペースを検出し、コード化された情報を引
き出す。バーコード読み取り形式のデータ入力システム
は、広域にわたる様々な用途においてデータ入力の効率
と正確さを向上させる。これらのシステムにおけるデー
タ入力が容易になることで、より常習的で詳細なデータ
入力、例えば効率的な在庫リストを提供したり、進行中
の仕事を追跡するようなことが円滑になる。しかしなが
ら、これらの利点を実現させるためには、ユーザーや従
業員が一貫してリーダーを使用する気がないといけな
い。それゆえリーダーの操作は簡単で便利でなくてはな
らない。
のあるリーダーの一つのタイプは、シンボルを横切るレ
ーザー光ビームのような光のビームを走査させる光学的
スキャナーである。本発明の譲受人が所有し、引用によ
りここに組み入れる米国特許第4,387,297号と
第4,760,248号で例示されているレーザー・ス
キャナのシステムとコンポーネントは、通常は異なった
光の反射力のある部分を持つ表示記号、すなわちバーコ
ード・シンボル、特に万国製品コード(UPC)タイプ
のものを、特定の動作範囲や読み込み距離で、手持ち式
または据え置き型スキャナで読み取るために設計されて
いる。
い走査パターンで光ビームを動かすために使用できる。
例えば、米国特許第4,251,798号は、それぞれ
の側面に平面ミラーを持つ回転多角形で、各ミラーがシ
ンボルを横切る走査・ラインをトレースするものを開示
している。米国特許第4,387,297号と第4,4
09,470号の両方は、ミラーを取り付けた駆動軸の
まわりで周方向に交番的に、反復的かつ往復動を行うよ
うに駆動される平面ミラーを採用している。米国特許第
4,816,660号は、ほぼ凹状のミラー部分とほぼ
平面状のミラー部分とで構成されるマルチ・ミラー構造
を開示している。マルチ・ミラー構造は、反復的かつ往
復動的に、マルチ・ミラー構造が取り付けられている駆
動軸のまわりで周方向に交番的に駆動される。上記のす
べての米国特許は、ここに引用により組み込まれる。
に基づき、バーコード・リーダーで使用される、走査用
のレーザー光ビームをつくる光学アセンブリを示す。光
学アセンブリは、「静的光学系」10とスキャナ・モー
ター駆動装置12という、二つの本質的に別の部分で成
り立っており、共に共通の支持体またはプリント回路基
板(PCB)14に取り付けられている。アセンブリ構
造を詳細に説明する前に、装置の働きに関する簡単な概
要を提供すると役立つであろう。半導体レーザー18か
らの光ビーム16は、成形されたプラスチック・レンズ
20を通り、プリズム22からの内部全反射により90
度回転させられる。プリズムを出た後、前記光ビームは
コレクター・ミラー26にあるアパーチャ24を通り、
振動走査ミラー28に当たる。これにより読み込まれる
べき表示記号(示されていない)に向けられる、走査用
射出光ビームが発生する。ミラー28は傾斜されている
ように示されているが、これは単にミラーの形とその作
用が明らかになるように描かれている図というだけであ
る。ミラーは、図面の紙面内で、すなわちPCB14と
直交する面内でビームを掃引させる。
ミラー28で受け取られ、コレクター・ミラー26の凹
形表面34の上に向けられる。これによって、光は、フ
ォトデコーダー40へ、アパーチャ36とフィルター3
8を経由し合焦される。フォトデコーダーの出力信号
は、その後、電気的接続部42によって、PCB14の
中の適当な電子回路に送られる。
りに振動可能に取り付けられ、この振動は、永久磁石4
6と駆動される電磁コイル48との相互作用によって成
される。適当な駆動信号が、PCB14とコイルの電気
接点50を経由して、コイルに与えられる。図2に示さ
れているスキャナ・モーター駆動装置12は例示的なも
ので、一次元または二次元でレーザー光ビームに走査運
動を行わせるものであれば、どのような形式の機構で
も、代りに使用できる。例えば、スキャナ・モーター駆
動装置は、共に引用によりここに組み込まれる米国特許
第5,581,067号と第5,367,151号に開
示されている、どの形態でもよい。このように、静的光
学アセンブリ10は、様々なスキャナ設計の部品として
使用されることができる。
させるために、図2に示すように光マスク用アパーチャ
36を該フォトディテクター40の前で使用することが
できるが、フォトディテクター40そのものの領域を適
切に特定することで、アパーチャなしで同じ効果を得る
ことができる。もう一つの特徴は、アパーチャ24がコ
レクター・ミラー26の中に設置されているので、ミラ
ー28に当たる射出レーザー光ビームの光路は、コレク
ター・ミラー26の凹形表面からの反射光の光軸からオ
フセットしたものとなる。特に、アパーチャ24はコレ
クター・ミラー24の光軸の下に設置されている。この
ような射出及び戻りの光路設計の結果、アセンブリをコ
ンパクトなハウジング構造の中に内部配置することが可
能になり、図2のアセンブリを射出光線がプリント回路
基板(PCB)の面と平行になるような状態で別のPC
Bに取り付けることが可能になる。
「走査エンジン」は、レーザー光源、光学系、ミラー構
造、ミラー構造を振動させる駆動装置、フォト検知器と
対応する信号処理とデコーディングの回路の、すべての
サイズと重さがスキャナに加わる。長期使用を伴う用途
では、大きく重い、手持ち式のスキャナはユーザーを疲
労させる。スキャナの使用が、疲労またはその他の不便
さを生み出すと、ユーザーはスキャナを使いたがらなく
なる。スキャナを一貫して使用することに気が向かない
と、それはどのようなものでも、バーコード・システム
が意図しているようなデータ収集目的を挫折させる。ま
た、ノートブックのような小さなコンパクト装置に合う
ようなコンパクトなスキャナの必要性がある。
リーダー開発の目下の目的は、リーダーをできるだけ小
型化することであり、走査エンジンのサイズと重さを減
らし、そしてスキャナを使用するのに特別便利なものを
提供するという必要性も存在する。移動式コンポーネン
トの質量は、走査するために必要なパワーを最小にする
ために、できるだけ低くあるべきである。また、特定の
モジュールが様々の異なったスキャナで使用できるよう
に、走査エンジンをモジュール化することが望ましい。
しかしながら、すべての必要なスキャナ部品を含む、特
にコンパクトで軽いモジュールを開発するという必要性
もある。
成し、反射した光を集束するために使用される構成部品
の大きさと重さを減らすことである。関連する目的は、
より小さく軽い、また置き場所により融通の効く電気光
学的走査装置を開発することである。本発明の更なる目
的は、簡単に低価格で作ることのできるモジュールを製
造することである。関連する目的は、組み立て易いモジ
ュールを提供することである。
表現をすれば、本発明は、請求項に示されているよう
に、電気光学的に表示記号を読み込む装置とその方法を
提供するものである。二つのモジュールは、好ましくは
プリント回路基板の上に、離れて配置することができ
る。
一モジュールから遠ざかる方向に、表示記号に向かって
光ビームを指向させ、該表示記号により反射されるよう
にするための光源すなわちレーザー・ダイオードと、検
知器、例えば、視野を持ち、第一モジュールへ向かう戻
り経路に沿った表示記号からの反射光を感知することが
できるフォトダイオードとを含む。第二モジュールは、
出射経路と戻り径路の両方内に調節可能に配置された可
動反射器と、光ビームと視野の少なくとも一つを走査す
るために反射器を動かす駆動装置を含む。
ジュールは、光ビームを合焦し、反射器へ向け、そして
表示記号から反射された光を集め、検知器へ向けるため
の光学部品を含む。光源が一方向に光ビームを発し、そ
して光学部品は、通常前記一方向に垂直の他の方向に光
ビームを向けるための光屈折部を含む。光学部品は更
に、反射光を集束するためのほぼ凹状に湾曲したコレク
ターと、前記他の方向に沿って向けられた光ビームを通
すアパーチャを含む。
してほぼ垂直な縦方向に延び、横方向に離れて配置され
た一対の緊張エレメントと、該緊張エレメントに取り付
けられた反射器と、該緊張エレメントに取り付けられ、
永久磁界を生成可能な永久磁石と、永久磁界と相互作用
して永久磁石と反射器に、縦方向に沿って延びる縦軸線
まわりの周方向に交番的に、平衡位置からの振動を生じ
させる交流磁界を生成する励磁可能な電磁コイルとを備
えるコンパクトな走査モジュールにある。
上にある静的支持体のペアの間に張られているようにす
ることが好ましい。各エレメントは、無端ループの一部
であり、該ループを通して支持体が延びるようにする。
磁石と反射器は、その間にエレメントをクランプする。
各エレメントは、エラストマー性で圧縮可能な材料で構
成され、磁石と反射器によって圧縮される。ループはゴ
ムバンドであることが好ましい。
は、請求項に特に述べられている。しかしながら、本発
明自体は、その構造とその作動方法の両方について、そ
の付加的な目的と利点と共に、以下の具体的な実施形態
の説明を添付の図と関連づけて読むことにより、最も良
く理解されるであろう。本発明の更なる特徴は、独立請
求項に述べられており、更なる好ましい特徴は従属請求
項に述べられている。
図で示すものであり、図3に示されている装置は図2で
示されているものと同様であり、同様な部分は同一の数
字で表示しているので、繰り返しは必要ないであろう。
図1と図2の装置における主な違いは、「静的光学系1
0」と「スキャナ・モーター駆動装置12」がマザーボ
ード上に単一アセンブリとして取り付けられる前に、共
通のPCB14に取り付けられていないことである。そ
の代わりに、静的光学系10(第一モジュールとして知
られることになっている)は、自身の支持体14aに取
り付けられ、スキャナ・モーター駆動装置12(第二モ
ジュールとして知られることになっている)は、自身の
支持体14bに取り付けられている。これら二つのモジ
ュール10、12は別々にそして独立して、マザーボー
ド214a上の異なる位置に置かれている。
ンメントがやはり必要である。アラインメントは、走査
ミラー28を大きくすることにより、重要性を小さく
し、レーザー光ビームの射出経路と表示記号から反射す
る光の戻り経路の両方に置かれることを確実にしてい
る。複合モジュールアセンブリは、図2の単一アセンブ
リよりも安価に実施できるので、複合モジュールアセン
ブリは、携帯電話、リモート・コントローラー、身体着
用式コンピュータや類似した用途に適している。
されており、第一モジュール710と第二モジュール7
12がマザーボード714の上に間隔をあけて取り付け
られている。第一モジュール710には、光源718、
例えばレーザー光ビーム716を発するためのレーザー
・ダイオードと、第一モジュール710から離れた作動
距離範囲内において、予定されているウエスト・サイズ
に、前記光ビーム716を合焦するための合焦・レンズ
720が含まれる。アパーチャ絞り724が、レンズ7
20の上方に置かれ、レーザー光源718に対してレン
ズ720を位置決めするときに直面する機械的許容範囲
に合わせられるくらい十分小さく、直径が10から12
ミルのオーダーである。
ら反射されて第一モジュールへ戻る光を感知するための
センサー740、例えばフォトダイオードを含む。周辺
光を排除するために、センサーの前にフィルター730
が置かれる。シャーシ714aは、光源718、レンズ
720、センサー740及びフィルター738を固定位
置に保持する壁を持つ。シャーシ714aは、マザーボ
ード714上に取り付けられたアラインメント・ピン7
66を受けるためのアラインメント・ホール764を持
つ。ファスナー762はマザーボード714の上にある
第一モジュール710の位置を固定する。
示されているように、可動反射器728を含み、好まし
くはエラストマー性で圧縮可能なゴムバンドのような材
料でできた、無端ループ774の本質的部分を構成する
一対の緊張エレメント770、772の上に取り付けら
れている。ループ774は、電磁コイル748の静的ハ
ウジングに取り付けられ固定された一対のポスト77
6、778の間に張られている。ループがポストから滑
り落ちないように、ノッチ782が各ポストに形成され
ている。永久磁石746が、緊張エレメント772の上
に取り付けられている。磁石746と反射器728は、
エレメントを挟んで互いに反対側に取り付けられてお
り、その間にエレメントをクランプする。反射器の後部
にあるスナップ784のセットは磁石にスナップ係合し
て、エレメントを緊密摩擦状態で圧縮するので、その結
果、そこでの取り付けを確実にする。シャーシ714b
は、反射器728、エレメント770、772、磁石7
46及びコイル748を保持し、マザーボード714上
にファスナー786によってアセンブリとして取り付け
られる。複合モジュール・アセンブリは、およそ20m
mx12mmx6mmの容積を占める。モジュール間の
光学的アラインメントを容易にするために、反射器は大
きくされ、サイズは約12mmx5mmとなる。
でニュートラルまたは平衡な位置を定義する。コイル7
48が方形波のパルス・トレーンのような周期的駆動信
号によって励磁されたとき、コイルによって生成された
交流磁界は磁石746と発生した永久磁界と相互作用す
るので、その結果磁石と反射器は、緊張エレメントの長
さ方向に平行な縦軸線のまわりに交番的に、周方向に共
に振動することになる。ビーム716は従って、インデ
ィシウムを横切って走査する。表示記号から反射された
光は、反射器に当たり、その後、反射器は反射光をセン
サー740へ向け、そこで反射光は検出、処理及びデコ
ードのため電気的信号に変換される。
チックの要素であり、反射器の役目を果たすメタリック
・コーティングがされている。また、磁石自体をよく磨
き、またはニッケルのようなミラー・コーティングを施
して、反射器の役目を果たさせることも、可能である。
以上を組み合わせて、上述の形式とは異なる他の形式の
スキャナ及びバーコード・リーダーにおいても有用な用
途が見つかる可能性がある。本発明は、電気光学的スキ
ャナのための複合モジュールで具体化されているように
図示され、説明されているが、様々な修正と構造的変更
が本発明の範囲から外れることなく可能であるため、示
された詳細だけに限定されるという意図はない。
る。
ある。
2と同様な図である。
図である。
図である。
Claims (19)
- 【請求項1】 a)マザーボード(214a)の第一位
置に取り付けられるようになっており、第一支持体(1
4a)を含み、光ビームが表示記号により反射されるよ
うにするために、射出経路に沿って遠ざかる方向に、表
示記号に向けて光ビームを指向させる光源と、視野を持
ち、戻り経路に沿って前記表示記号から反射されてくる
光を検知する検知器とが前記第一支持体に取り付けられ
た第一モジュール(10)、及び、 b)前記第一位置から離れた第二位置において独立して
前記マザーボード(214a)に取り付けられるように
なっており、第二支持体(14b)を含み、前記射出経
路及び戻り経路の両方内に調節可能に配置された可動反
射器と、前記光ビーム及び前記視野の少なくとも一つを
走査させるために前記反射器を移動させる駆動装置と
が、前記第二支持体に取り付けられた第二モジュール
(12)、を備えていることを特徴とする表示記号の電
気光学的読み取り装置。 - 【請求項2】 前記第一、第二支持体がほぼ平坦なプリ
ント回路基板であることを特徴とする請求項1に記載の
装置。 - 【請求項3】 前記第一モジュールが、光ビームを合焦
して前記反射器へ向け、前記表示記号から反射された光
ビームを集束して前記検知器へ向けるための光学部品を
含むことを特徴とする請求項1に記載の装置。 - 【請求項4】 前記光源が、一方向に光ビームを射出
し、前記光学部品が、前記一方向に対し垂直の他の方向
へ光ビームを向けるための光ビーム屈折部を含むことを
特徴とする請求項3に記載の装置。 - 【請求項5】 前記光学部品が、反射光を集束するため
の、ほぼ凹形に湾曲したコレクタを含むことを特徴とす
る請求項4に記載の装置。 - 【請求項6】 前記コレクタが、前記他の方向に沿って
向けられた光ビームを通すアパーチャを持つことを特徴
とする請求項5に記載の装置。 - 【請求項7】 前記反射器は、振動可能に取り付けられ
たミラーであることを特徴とする請求項1に記載の装
置。 - 【請求項8】 前記駆動装置は、前記反射器と共に運動
できるように取り付けられ、永久磁界を形成するように
作動する永久磁石と、前記永久磁界と相互作用して前記
反射器と前記磁石の動きを生じさせる交流磁界を生成す
る励磁可能な電磁コイルとを備えていることを特徴とす
る請求項1に記載の装置。 - 【請求項9】 a)光ビームが表示記号により反射され
るようにするために射出経路に沿って遠ざかる方向に、
該表示記号に向けて光ビームを指向させる光源と、視野
を持ち、戻り経路に沿った表示記号からの反射光を感知
する検知器とを含む第一モジュールを第一支持体に取り
付け、 b)前記射出経路と前記戻り経路の両方内に調整できる
ように配置された移動可能な反射器と、前記光ビーム及
び前記視野の少なくとも一つを走査させるために前記反
射器を移動させる駆動装置とを含む第二モジュールを第
二支持体に取り付け、 c)前記第一、第二モジュールをマザーボードの互いに
離れた第一、第二位置にそれぞれ取り付ける、ステップ
を備えていることを特徴とする、表示記号の電気光学的
読み取り装置の組立方法。 - 【請求項10】 a)各々が、横方向に対してほぼ垂直
な縦方向に延び、横方向に離れて配置された一対の緊張
エレメントと、 b)前記緊張エレメントに取り付けられた反射器と、 c)前記緊張エレメントに取り付けられ、永久磁界を作
ることができる永久磁石と、 d)前記永久磁界と相互作用して前記磁石と前記反射器
に、縦方向に沿って延びる縦軸線まわりの周方向に交番
的に、平衡位置からの振動を生じさせる交流磁界を生成
する励磁可能な電磁コイルと、を備えていることを特徴
とするコンパクトな走査モジュール。 - 【請求項11】 前記エレメントが、コイル上の一対の
固定支持体の間に張られていることを特徴とする請求項
10に記載のモジュール。 - 【請求項12】 前記エレメントが、無端ループの一部
であり、前記支持体が該無端ループを通って延びること
を特徴とする請求項11に記載のモジュール。 - 【請求項13】 前記磁石と反射器が、その間に前記エ
レメントをクランプすることを特徴とする請求項10に
記載のモジュール。 - 【請求項14】 各エレメントが、エラストマー性で圧
縮可能な材料により構成され、前記磁石と反射器によっ
て圧縮されていることを特徴とする請求項13に記載の
モジュール。 - 【請求項15】 a)横方向に対しほぼ垂直な縦方向に
沿って延びている無端ループの緊張エレメンと、 b)前記緊張エレメントに取り付けられた反射器と、 c)前記緊張エレメントに取り付けられ、永久磁界を作
ることができる永久磁石と、 d)前記磁石の振動に影響を与えるために、前記永久磁
界と相互作用して、前記磁石と前記反射器に、縦方向に
沿って延びる縦軸線のまわりの周方向に交番的に、平衡
位置からの振動を生じさせる交流磁界を作る励磁可能な
電磁コイルと、を備えていることを特徴とするコンパク
トな走査モジュール。 - 【請求項16】 前記無端ループの緊張エレメントが、
コイル上の一対の固定支持体の間に延びていることを特
徴とする請求項10に記載のモジュール。 - 【請求項17】 前記磁石と反射器が、その間に前記エ
レメントをクランプすることを特徴とする請求項15ま
たは16に記載のモジュール。 - 【請求項18】 前記無端ループの緊張エレメントが、
エラストマー性で圧縮可能な材料で構成され、前記磁石
と前記反射器によって圧縮されていることを特徴とする
請求項17に記載のモジュール。 - 【請求項19】 前記無端ループの緊張エレメントがゴ
ムバンドにより形成されていることを特徴とする請求項
18に記載のモジュール。
Applications Claiming Priority (2)
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US09/656,576 US6527180B1 (en) | 1993-11-17 | 2000-09-07 | Compact dual optical and scan modules in bar code readers |
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Family Applications (1)
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JP2001269754A Pending JP2002163601A (ja) | 2000-09-07 | 2001-09-06 | バーコード・リーダーにおけるコンパクトな光学・走査複合モジュール |
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