JP2003315713A - 反射ビーム経路を有する高速レーザー走査モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 バーコード読取装置を小形化する。 【解決手段】 走査モジュールは、寸法と重さを減ら
し、低消費電力で薄く平らなモジュールとする。走査モ
ジュールの基板に取り付けられた光源と、基板に平行
で、モジュールの上面の少なくとも一部の上にある光路
に沿って走査する光ビームを反射させて再指向させる、
少なくとも一つの反射ミラーとを含むバーコード読取装
置などにおける逆反射性の光学的走査モジュールであっ
て、走査ビームは、該走査ビームがターゲットに向かう
途中に通り過ぎるモジュールの側部の長さより長い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、バーコード・シン
ボル読取装置のような電気光学的読取装置又は走査装置
に関し、より具体的には、コンパクトなバーコード読取
装置の読取部の近くにある、比較的に長い、単一の走査
線を必要とする用途に使用するための走査モジュールに
おける光路の設計に関する。

【０００２】

【従来の技術】バーコード・シンボル読取装置のような
電気光学的読取装置は、現在では非常に一般的になって
いる。一般に、バーコード・シンボルは、普通は矩形の
形状の一つ或いはそれ以上の明るい領域と暗い領域の列
で成り立っている。暗い領域の幅すなわちバー、及び／
又は明るい領域の幅すなわちバーの間にあるスペース
が、シンボルの情報をコード化する。

【０００３】バーコード・シンボル読取装置は、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、ユーザー又は従業員が一貫して読取装置を使用
する気がなければならない。それゆえ、読取装置の操作
は簡単で便利でなくてはならない。

【０００４】様々な走査装置が知られている。特に利点
のある読取装置の1つの形式は、シンボルを横切るレー
ザー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号及び同第
４，７６０，２４８号において例示されているレーザー
・スキャナのシステム及び構成部品は、一般に異なる光
反射性の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）形式のものを、
特定の動作範囲や読み取り距離で、手持ち式又は定置型
スキャナによって読み取るように設計されている。

【０００５】当業者に公知のレーザービーム走査システ
ムにおいては、単一のレーザー光ビームが、レンズ又は
他の光学部品により、表面上にバーコード・シンボルを
有するターゲットに向かって、光路に沿って指向され
る。移動ビーム式スキャナは、光源自体、或いは光ビー
ムの経路に配置されたミラーなどの走査用構成要素の動
きにより、シンボルを横切る一つの線又は一連の線とし
て光ビームを繰り返し走査することによって作動する。
走査用構成要素は、シンボルを横切ってビームスポット
を掃引させ、シンボルのパターンを横切る走査線をトレ
ースするか、又はスキャナの視野を走査するか、或いは
その両方を行うものとすることができる。走査する光ビ
ームを生成するために、光学的又は光学機械式手段によ
ってレーザービームを動かすことができる。ビームを振
らせる（ミラーのような光学素子を動かすことなどによ
り）か、光源自体を動かすことによって、このような動
きを達成することができる。米国特許第５，４８６，９
４４号は、電磁作動による反復振動を行うようにミラー
が可撓性素子上に取り付けられた走査モジュールについ
て説明する。Ｋｒｉｃｈｅｖｅｒ他に付与された米国特
許第５，１４４，１２０号は、レーザービームの走査を
行うために、軸周りで、或いは平面内で繰り返し往復運
動をするように駆動装置に取り付けられたレーザー、光
学手段、及びセンサ構成要素について説明する。

【０００６】別の形式のバーコード・スキャナとして
は、ビームを動かし又は振らせるために機械的運動を用
いるのではなく、光ビームを振らせてバーコード・シン
ボルを走査するために電子手段を用いるものがある。例
えば、規則的な順序で一度に一回作動される、密に間隔
をおいて配置された線形配列の光源を、バーコード・シ
ンボルに伝え、単一の光源で走査されたビームを擬態す
ることができる。また、単一の線形配列の光源の代わり
に、多数の線形配列を用い、多数の走査線を生成するこ
ともできる。このような形式のバーコード読取装置は、
Ｍｅｔｌｉｔｓｋｙ他に付与された米国特許第５，２５
８，６０５号に開示されている。

【０００７】バーコード読み取りシステムはまた、シン
ボルにおいて反射或いは散乱された光を検出するセンサ
すなわち光検出器を含む。光検出器すなわちセンサは、
シンボルにおいて反射或いは散乱された光の一部を捕捉
し、検出し、電気信号に変換することを保証する視野を
有するように、スキャナ内で光路上に配置される。幾つ
かの異なる発光ダイオードの配置が、米国特許第５，６
３５，７００号、第５，６８２，０２９号、及び第６，
２１３，３９９号で説明されている。逆反射光の集光に
関しては、共に引用によりここに組み入れる米国特許第
４，８１６，６６１号においてＫｒｉｃｈｅｖｅｒ他に
より、或いは米国特許第４，４０９，４７０号において
Ｓｈｅｐａｒｄ他により説明され、また、１９９６年１
０月９日に出願された米国特許第６，１１４，７１２号
において説明されている、反復的に振動するミラーのよ
うな単一の光学部品が、ターゲットの表面を横切ってビ
ームを走査させ、集光された光を検出器へ指向させるも
のがある。通常、ミラーの表面は、できる限り多くの入
射光を受けるように比較的に大きい。ミラーは、小さい
検出器の表面に光を合焦させることができるので、検出
器は小さなものでよいが、小さな検出器は信号対雑音比
を増加させる。

【０００８】もちろん、低いエネルギー消費及び高い周
波数応答のためには、小さい走査素子が好ましい。しか
しながら、走査素子が十分に小さくなり過ぎると、走査
ミラーの領域を、受け取った光のためのアパーチャとし
て使用することができなくなる。一つの解決策は、走査
されたレーザー・スポットがカバーする全体の領域から
光信号を受け取る凝視検出システム（非逆反射システ
ム）である。非逆反射光集光においては、反射されたレ
ーザー光は、走査のために用いられたものと同じ光学部
品によっては集光されない。反対に、検出器は、走査ビ
ームとは独立しており、通常は大きな視野を有するよう
に構成され、反射光は、検出器の表面を横切ってトレー
スするようになる。回転ミラーのような走査光学部品
は、射出光ビームを扱うだけでよいので、該走査光学部
品をさらに小さく作ることができる。一方、検出器は、
走査される領域における全ての場所からの入射光ビーム
を受け取るために相対的に大きくなければならない。

【０００９】電子回路及びソフトウェアが、走査された
シンボルによって表示されたデータのデジタル表示に電
気信号を復号する。例えば、光検出器によって生成され
たアナログ電気信号を、デジタイザによって、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することができる。或いは、ソフト
ウェア復号器によって、アナログ電気信号を直接処理す
ることができる。例として、米国特許第５，５０４，３
１８号を参照されたい。バーコード読み取りシステムの
復号過程は、通常、以下のように機能する。センサすな
わち光検出器からのアナログ信号は、雑音を取り除き、
ダイナミックレンジに適合させ、或いは信号の非均一性
を補償するために、回路及び／又はソフトウェアによっ
て、まずフィルターにかけられ、処理される。次に、ア
ナログ信号からサンプルを取り、該サンプルをデジタル
データに変換するために、アナログ・デジタル変換器に
かけることができる。例として、引用によりここに組み
入れる米国特許第６，１７０，７４９号を参照された
い。代わりに、信号の形をデジタル化するために、アナ
ログ回路を使用することができる。

【００１０】ミラーとモーターの種々の形状を、望まし
い走査パターンでビームを動かすために用いることがで
きる。長い走査線を生成するスキャナは、米国特許第
５，６２１，２０３号において説明されている。米国特
許第４，２５１，７９８号は、各々の側面に平面ミラー
を持つ回転多角体で、各ミラーがシンボルを横切る走査
線を掃引するようにするものを開示している。米国特許
第４，３８７，２９７号及び第４，４０９，４７０号
は、共に、ミラーを取り付けた駆動軸まわりで周方向に
交互に、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、ほぼ凹形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
向に交互に駆動される。米国特許第６，２４７，６４７
号は、コントローラによって、多数の線、或いは単一の
線のいずれかの走査パターンを提供する構成について説
明している。上述の全ての米国特許は、引用によりここ
に組み入れられる。

【００１１】上述された形式の電気光学的スキャナにお
いて、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、光検出器及び対応する信号処理
と復号回路の構成要素の実装は、全てがスキャナの寸法
と重さを増加させる。長期使用を伴う用途では、大きく
て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、疲労又はその他の不便さを生み出す
ことになれば、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を嫌がるような事
態になれば、バーコード・システムが意図しているよう
なデータ集光目的を挫折させることになる。また、ノー
トブック、携帯用デジタル端末、ポケットベル、携帯電
話、その他のポケットサイズの機器のような小型でコン
パクトな装置に適合する、互換性があり、コンパクト
で、軽量なモジュールの必要性がある。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】従って、バーコード読
取装置開発の当面の目的は、読取装置をできる限り小型
化することであり、走査モジュールの寸法と重さを更に
減らし、比較的薄くすなわち平らな走査モジュールを提
供して、単一の走査線を読取装置に近い寸法まで長くで
きるようにする必要性が依然として存在する。走査を行
うのに必要とされる電力を最小限にするために、可動構
成部品の質量をできる限り少なくすべきである。特定の
モジュールを種々の異なる用途において使用できるよう
に、走査エンジンをモジュール化することも望ましい。
このような用途のために必要な全ての走査部品を含む、
特にコンパクトで軽量なモジュールを開発する必要性が
存在する。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、モジュ
ールに近接する長い走査線を射出することができるバー
コード読取装置において使用するモジュールを提供する
ことである。本発明の別の目的は、多数の光検出器を有
する非逆反射性の走査モジュールを提供することであ
る。本発明の更に別の目的は、走査線上における位置の
関数として光出力を調整する集光光学系を走査モジュー
ル内に設けることである。関連した目的は、別個の光学
部品を用いて、より薄く、小さく、軽量でもある非逆反
射性の電子光学的走査モジュールを提供する一方で、少
なくとも２０ｍｍ ²のコレクタ領域を提供することであ
る。本発明の更に別の目的は、モジュールの基板を形成
するプリント回路基板と共に製造することができる階段
形状の形状因子を有するモジュールを生成することであ
る。

【００１４】本発明のその他の目的、利点及び新規な特
徴は、本発明を実施することに加えて、以下の詳細な説
明を含む本開示から当業者には明らかであろう。本発明
は、好適な実施の形態に関して以下に説明するが、本発
明がそれらに制限されないことを理解すべきである。本
発明の教示に接する当業者は、ここに開示され、特許請
求された本発明の範囲内にあり、本発明が顕著な利用可
能性を持つことになる他の分野における更に別の用途、
変更及び実施の形態を認識できるであろう。

【００１５】簡単に、そして一般的な表現をすれば、本
発明は、異なる光反射性の部分を有し、走査モジュール
から距離をおいたターゲット上にある表示記号を読み取
るためのバーコード読取装置において用いられる走査モ
ジュールを提供するものであり、この走査モジュール
は、ほぼ平面状の基板と、該基板に直交する平面状の側
面とを有する支持体と、支持体に取り付けられた、光ビ
ームを生成するためのレーザー光源と、光源からの光ビ
ームが走査ミラーによって第１光路に沿って支持体に取
り付けられた反射ミラーに向けられ、その光ビームが第
２光路に沿って走査モジュールの外側へターゲットに向
かって指向されるように、光源と間隔をあけて支持体に
取り付けられ、配置された走査ミラーとを含む。更に、
支持体の側面にほぼ平行な走査パターンで、読まれるべ
き表示記号を横切って光ビームを動かすように、走査ミ
ラーを動かす駆動装置と、支持体に取り付けられた、タ
ーゲットからの反射光を直接受け取り、その反射光を電
気信号に変換するための少なくとも一つのセンサとを含
む。

【００１６】本発明の別の態様によると、光ビームを射
出するための光源が取り付けられた光学的走査モジュー
ルと、光ビームを受け取り、走査されるバーコード・シ
ンボルに向けられる走査ビームを、射出された走査ビー
ムがターゲットに向かう途上で横切るモジュールの両側
より長くなるようにそこから生成する走査アセンブリと
が提供される。本発明の更に別の態様によると、およそ
４２ｍｍ×２４ｍｍ×１１ｍｍの面積を有するほぼ矩形
で、階段形状で、平行六面体のモジュールの形状因子を
もつ小型の光学的走査モジュールが提供される。第１の
実施形態において、大きな方の側面の一つ（すなわち、
好ましくは４２ｍｍ×２４ｍｍの側面）上に、光ビーム
を射出する光源と、光ビームを受け取り、読まれるべき
表示記号に向けられる走査ビームをそこから生成する走
査アセンブリと、シンボルからの反射光を受け取り、そ
の反射光を検出器に指向させるように配置された光検出
器及び集光光学系の少なくとも一つとが取り付けられ
る。

【００１７】本発明の特色と考えられる新規な特徴は、
請求請求の範囲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
施の形態の説明を添付の図と関連づけて読むことによ
り、最もよく理解されるであろう。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明は、バーコード・シンボル
を読み取るために、上記の特定された特許及び特許出願
において一般的に説明された形式のバーコード読取装置
に関する。本明細書及び特許請求の範囲において使用さ
れる用語「バーコード・シンボル」は、広く解釈され、
交互配置されたバーとスペースから構成されるシンボル
のパターンだけではなく、ドット又はマトリックス配列
のパターンのような他の図形パターン、及び、手短に言
えば、異なる光反射性又は表面特性の部分を有し、コー
ド化された情報に用いられ、ここに開示された形式の装
置で読み取られ、復号されることが可能なコントラスト
のある検出信号特性をもたらす表示記号も含むように意
図されている。

【００１９】好ましい実施の形態として、本発明の実施
を、図１に示されるモジュールに類似する、レーザー走
査式のバーコード読取装置のモジュールにおいて説明す
る。図1のモジュール装置は、一般的には、Ｄｖｏｒｋ
ｉｓ他に付与され、Ｓｙｍｂｏｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇ
ｉｅｓ社に譲渡され、引用によりここに組み入れられる
米国特許第５，３６７，１５１号において開示された形
式のものであり、また、米国ニューヨーク州Ｈｏｌｔｓ
ｖｉｌｌｅのＳｙｍｂｏｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ
社から部品番号ＳＥ１０００又はＳＥ１２００として商
業的に入手可能であるバーコード読取装置の形態にも類
似している。代わりに、又はそれに加えて、共にＳｙｍ
ｂｏｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社に譲渡された、Ｓ
ｗａｒｔｓ他に付与された米国特許第４，３８７，２９
７号及び第４，７６０，２４８号、又はＳｈｅｐａｒｄ
他に付与された米国特許第４，４０９，４７０号の特徴
を、図１に示すバーコード読取装置の構成において使用
することが可能である。米国特許第４，７６０，２４８
号、第４，３８７，２９７号、及び４，４０９，４７０
号は、引用によりここに組み入れる。

【００２０】図１に示されるモジュール２００は、全体
として矩形平行六面体形状の一体のフレーム又はアセン
ブリ２０１から形成され、前壁２０２、側壁２０３、２
０４、好ましくは上部が開放された上面２０５、及び電
気部品を取り付けることができるプリント回路基板２０
７に囲まれた底面（図示せず）を有し、上面２０５の上
をレーザービーム２０６が走査経路２１６に沿って走査
される。レーザーダイオード・アセンブリ２０８が、該
レーザーダイオード・アセンブリ２０８のアパーチャ２
１０を通って射出される光ビーム２０９を生成するよう
にフレーム２０１上に取り付けられる。光ビーム２０９
は、走査ミラー２１１に向けられ、該走査ミラーからア
センブリの前壁２０２に取り付けられた反射ミラー２１
３（縁部だけが示されている）に経路２１２に沿って反
射され、走査が行われる。次にビームは、反射ミラー２
１３から光路２１４に沿って反射ミラー２１５へ反射さ
れる。そして、ビームはミラー２１５から反射され、表
面２０５の上を、モジュール２００の外側へ、光路２０
６に沿ってターゲット２１２の方向に向けられる。

【００２１】光は、シンボルにおいて散乱又は反射さ
れ、後方に光検出器が置かれた集光レンズ２１７、２１
８に向けられる。この図はまた、駆動コイル２２０及び
可動ミラーアセンブリ２１９を示しており、該ミラーア
センブリ２１９は、ミラー２１１を支持し、駆動コイル
の電流の変化に対応して動く。レーザーダイオード・ア
センブリ２０８を、特定の用途に応じて、連続的「定出
力」モード、パルス状のモード、又は異なる出力レベル
の変調モードで作動させることができる。レーザーダイ
オードにモニター用ダイオードを組み合わせた閉ループ
フィードバック回路を使用して、所定の出力電力レベル
にレーザーダイオードを維持する回路を設けることも知
られている。

【００２２】レーザーダイオード２０８に関連する光学
サブアセンブリは、用途に応じて、次のレンズ形式の合
焦レンズ及び／又は開口絞りを含むことができる。すな
わち、球面対称ガラス又はプラスチックレンズ、屈折率
勾配型レンズ、フレネルレンズ、二焦点光学レンズ、或
いは多焦点光学レンズ、並びに、円筒形の光学素子のよ
うな、光軸周りに回転対称及び非回転対称の非球面ガラ
ス又はプラスチックレンズ、レンズの直径自体が機能的
にシステムの開口絞りとして働くレンズシステム、或い
はフレネル「ゾーンプレート」光学系を含むが、それに
制限されることはないホログラム光学素子である。

【００２３】次に、図２に示される、異なった方向から
見た別の実施の形態を参照すると、レーザービームが平
面ミラーのような光学素子２１１に向けられるようにな
っており、該光学素子が動くことによって、モジュール
２００の外側のターゲット面に向かう走査ビーム２１６
となるようにビームを屈折させる。このビーム２１６は
光学サブアセンブリによって合焦され、ミラー２１１に
従ってターゲット面上のバーコード・シンボル２２８の
バーを通って走査経路２１６に沿って動くスポットを、
ターゲット面上に形成する。光学素子２１１は、交流が
コイル２２０に導入されると振動を引き起こすアセンブ
リ２１９に取り付けられる。その振動は、回転軸Ａまわ
りの円弧に沿った素子２１１の動きをもたらす。

【００２４】走査ミラー２１１は、軸のまわりで振動す
るように取り付けられ、この振動は、永久磁石２２１と
駆動電磁コイル２２０との間の相互作用によってもたら
される。適切な駆動信号が、ＰＣＢ２０７及びコイルの
電気接点を介してコイルに与えられる。図１に示される
走査モーター駆動装置１２は、例示的なものであり、一
次元又は二次元のレーザービームの走査動作を行うあら
ゆる形式の機械装置と置き換えることができる。例え
ば、スキャナのモーター駆動装置は、米国特許第５，５
８１，０６７号及び第５，３６７，１５１号に開示され
た形態のいずれを含むこともでき、両特許を引用により
ここに組み入れる。このように、静的光学アセンブリ
を、種々のスキャナの設計において部品として使用する
ことができる。

【００２５】シンボルから反射された光は、集光レンズ
２２２の後方に取り付けられた個別の装置として示され
る光検出器２２４ａ、２２４ｂ、２２５ａ、２２５ｂに
より受けられる。図１及び図２のサブアセンブリ又は装
置を、固定式或いは携帯可能なあらゆる形式のバーコー
ド読取装置において実装することができる。光検出器の
出力信号は、電気的結合４２によってＰＣＢ２０７内の
適切な電子部品に伝えられる。光検出器の焦点深度を増
すために、光検出器の前に光マスク用アパーチャを用い
ることができるが、適切に光検出器自体の領域を特定す
ることによって、アパーチャなしで同じ効果を達成する
ことができる。

【００２６】別の好適な実施の形態において、走査ミラ
ーを振動させるために用いられるモーター駆動装置の形
式は、不平衡ミラーアセンブリを支持するマイラーの板
ばねであってもよい。ミラーアセンブリは、永久磁石が
振動力を与えるＡＣコイルによって駆動されて撓曲する
マイラーの板ばねに取り付けられる。更に別の形態は、
ミラーが、好ましくは非常に小さい寸法の適切な駆動モ
ーターによって直接往復駆動される、米国出願連続番号
第０８／５０６，５７４号及び第０８／６３１，３６４
号に述べられているような「微小機械加工」ミラーアセ
ンブリである。更に別の形態は、ミラーが、互いに角度
をなした複数の面を有する中実体から構成される、米国
特許第４，２５１，７９８号の導入部において述べられ
ているような公知の回転多角形状のミラーを使用するも
のである。中実体が回転すると、多角形の連続する回転
面によってビームが走査される。一つの実施の形態にお
いては、以下に更に詳細に説明するように、一次元走査
にはマイラーのモーターを使用することができ、二次元
走査には（上述の）Ｖ型の緊張バンド素子を用いること
ができる。

【００２７】好適なレーザー１８は、従来のスルーホー
ル技術によってＰＣＢに取り付けられた半導体レーザー
である。発光ダイオードは、マイラーの板ばねモーター
のＡＣコイルのようなＳＭＤデバイス（「表面実装デバ
イス」）であることが好ましい。このことは、従来技術
のスキャナで用いられるような、隔離、手付けはんだ、
或いはソケットの必要性を取り除く。典型的には、レー
ザーは、標準パッケージされたエッジエミッタレーザー
である。コストを最小限にするためには、レーザーの合
焦は調節可能ではなく、レーザーは、成形部材の一部と
して成形された肩部と接触する取付けフランジに簡単に
取り付けられるようにする。この構成は、レーザーを、
成形された合焦レンズ２０に対して十分正確に配置し、
安価なスキャナで十分な性能を提供する。合焦レンズが
肩部５４と同じ構成部品の一部として成形されるという
事実は、不適切な合焦を引き起こすことがある許容誤差
の累積を最小限にする。

【００２８】図面の図２に示されるように、レーザー２
０８は、ＰＣＢ２２６内に直接簡単に取り付けられた、
下方に延びる導線２２７を有する。これにより、手付け
はんだはなくなるが、所望ならば、はんだを用いること
ができる。集光光学系２２２上に結像する光が光検出器
４０に向けて下方に反射されるように、該集光光学系に
反射性のコーティングを施すことができる。また、この
コーティングは、発光ダイオードのハウジングとして働
く成形部材の部分６２を覆うこともできる。このこと
は、光学アセンブリをその領域において不透明にさせ、
アパーチャ３６及びフィルター３８を経由するもの以外
の、あらゆる光が発光ダイオードに達することを防ぐ。

【００２９】この反射性のコーティングはまた、他の機
能を与えることもできる。典型的には、コーティング
は、金、アルミニウム、又はクロムのような金属の薄い
フィルムである。これのフィルムは導電性である。従っ
て、このフィルムは、光検出器４０に対する電磁妨害シ
ールドとしても働く。発光ダイオードを保護するために
表面コーティングを使用することで、通常のＥＭＩシー
ルドを省くことができ、これにより、別個のシールドの
コスト及びアセンブリ内にシールドを取り付けるための
労力の双方を排除する。

【００３０】成形部材の突起部６６をＰＣＢ内の小さな
ソケット６８まで延ばすことによって、コーティングが
電気的に接地される。代わりに、突起部６６を、基板内
のメッキしたスルーホールに圧入してもよい。成形部材
５２のハウジング部分６２は、光フィルター３８を発光
ダイオード４０上部の適所に保持するように働くだけで
なく、該発光ダイオードを完全に取り囲み、これによ
り、迷光が該発光ダイオードに達するのを防ぐ。検出器
の視野を制限し、周囲光の耐性を最大化するために、ハ
ウジング内のアパーチャ３６を小さくしてもよい。アパ
ーチャは、コレクター・ミラー２６に対して正確に配置
される必要があり、最小限の大きさの視野の使用を可能
にする。アパーチャとコレクター・ミラーは単一の部品
として成形されるので、アパーチャとコレクター・ミラ
ーの正確な相対的位置は容易に達成される。

【００３１】不釣合ミラーの使用、すなわち、ミラーア
センブリに釣合錘が設けられていないものは、ミラー
が、1秒あたり１００走査より大きい速度で駆動される
形態において、特に適切である。不釣合ミラーの場合
は、ミラーの可撓性ばねへの取り付け点が、ミラーアセ
ンブリの質量の中心にないので、ミラーが休止している
間は、重力が、より大きな質量を有するミラーアセンブ
リの側に相対的に大きな力を及ぼし、ミラーを重い方の
側へ「垂れ」させ、可撓性ばねを引っ張る。もちろん、
このような力の影響は、重力の力のベクトルに対するス
キャナの配向に依存する。同じ「垂れ」の影響は、ミラ
ーが相対的に低速で走査するときにも存在するので、こ
のような用途においては、釣合のとれたミラーを使用す
ることが好ましい。しかしながら、釣合のとれたミラー
は、ミラー又はミラーアセンブリに付加的な質量を加え
ることを必要とし、そのことは、作動設計重量及び所要
電力の観点からは欠点である。

【００３２】高速作動（すなわち、１秒あたり１００走
査より多い）の実施の形態においては、ばねの材料の組
成、寸法、形状及び厚さを、所望の共振周波数を達成す
るように適切に選択することができる。例えば、およそ
２００走査／秒での作動に対しては、４ミルの厚さを有
するマイラーばねの選択が適切である。４００走査／秒
での作動に対しては、およそ３ミルの厚さを有するステ
ンレス鋼のばねが好ましい。典型的には、従来の単一の
レンズ設計を用いる場合、走査線の中間部分からの集光
反射光の信号の強度は、走査線の縁部から集光されたも
のよりずっと強い。本発明の一つの実施の形態は、レン
ズ列を使用するものである。レンズ列は、２つ以上のレ
ンズを有することができる。列の個別レンズの各々は、
走査線の特定部分から信号を集める。各々のレンズの視
野（ＦＯＶ）は、重なり合ってもよい。走査線に沿って
所望の信号均一性を提供するために、各々のレンズの寸
法及び配向を最適化することができる。

【００３３】図３に示されるように、列の各々のレンズ
は、個別の検出器を有することができ、個別の検出器は
増幅器に接続される。走査線に沿って信号均一性を最適
化するために、各々の増幅器の増幅率を調整することが
できる。個別のレンズのＦＯＶが重なり合っていない場
合には、周囲光を減算することによって、全体のシステ
ムの周囲光に対する耐性を改善させるように、これらの
レンズからの信号を互いに結合することができる。例え
ば、ＡのＦＯＶがＣのＦＯＶと重なり合わない場合に
は、周囲光は各々のＦＯＶにわたってほぼ均一であると
想定し、両者の信号が相殺されるようにすると、レーザ
ー・スポットは両方のＦＯＶにおいて同時には存在しな
いので、周囲光は減少されるがレーザーの有効な信号分
は減少されないようになる。適切な電子回路を用いて信
号を逆にすることによって、発光ダイオードの信号の減
算をリアルタイムで行うことができる。例えば、ＳＩＧ
ＮＡＬ＝｜Ａ−Ｃ｜＋｜Ｂ−Ｄ｜によって定義される結
合を用いることは、周囲光の寄与を減少させることにな
る。

【００３４】走査角の関数としての信号均一性は、信頼
できるバーコード読取装置の性能のために、大変重要で
ある。集光光学系によって集められた信号の量は、走査
角によって実質的に変化することがある。典型的には、
信号は、入射ビーム角のコサインの４乗で変化する。こ
のような信号の変化は、スキャナの性能を制限し、或い
は、その影響を補償するために複雑な電子部品を必要と
する場合がある。典型的には、走査線の中間部分からの
信号の強度は、縁部から集光された光からの信号の強度
より、ずっと強い。コレクタ光学部品の設計の一つの実
施の形態は、（軸上の）走査線の中間からの強い信号
を、（軸外の）走査線の端部からの信号と同様の水準に
均等化することによって、信号均一性を向上させること
ができる。

【００３５】図４及び図５を参照すると、集光光学系ア
センブリにおいて使用するためのレンズ設計を示してお
り、「軸上光線」によって示されるように、走査線の中
間部分からの光線が、ある角度でレンズの第２面に入射
する。光線は、全体の内部反射（ＴＩＲ）によってこの
面から反射し、第２面の別の部分に再入射し、次に第２
のＴＩＲを受け、反射されて該第２面から遠ざかる。
「軸外光線」に示されるように、光線の一部はＴＩＲを
受けず、この面を通り抜けて検出器に達することができ
る。しかしながら、正味の結果としては、検出器に達す
ることができる光線の数は減り、その信号は弱くなる。
光線が臨界角度より小さい角度で表面に入射する場合に
は（走査線の縁部からの「軸外光線」を示す図を参照さ
れたい）、その光線は、ＴＩＲを受けずに該面を通過
し、検出器に達することができる。

【００３６】別の実施の形態において、本発明は、反射
光を検出し、シンボルに対応する電気信号を生成するた
めのセンサを提供し、該センサは、ターゲット上のビー
ムスポットの位置に対応する、ターゲットの第１及び第
２の部分それぞれからの反射光を受けるように、選択的
に作動可能な別個の第１及び第２の部分を含んでいる。
一つの実施の形態において、ターゲットの上部からの戻
り光が第１の部分に向けられ、ターゲットの下部からの
戻り光が第２の部分に向けられるように、センサが縦方
向に配置される。この実施の形態は、ラスター走査ビー
ムのような二次元のターゲットを走査するのに特に適し
ている。

【００３７】別の実施の形態において、ターゲットの右
側からの戻り光が第１の部分に向けられ、ターゲットの
左側からの戻り光が第２の部分に向けられるように、セ
ンサが横方向に配置される。この結果、中間部から受け
た信号が減少するのに対して、走査線の縁部から受けた
信号から集光された光の信号の強さは増加する。同様の
手法は、レンズにより、ある特定の方向（例えば、走査
線の中間）からの光がより少なく集光され、他（例え
ば、走査線の縁部）からの光がより多く集光されるよう
に、集光光学系を設けることである。

【００３８】図６に示す第２のレンズの設計を参照する
と、このレンズの第２面は自由曲面を有し、図に示すよ
うに、好適な実施の形態においてこの自由曲面を正弦波
形とすることができる。走査線の中間部の、集光レンズ
の光学的軸線に沿った光線に対して、レンズは負の力を
有し、その結果、光を分散させ、検出器上の光強度を減
少させる。走査線の端部からの、ある角度でレンズに入
射する光線に対して、レンズは正の力を有し、より多く
の光線を集光し、光検知器上の光強度を増加させる。

【００３９】上述した各々の特徴、或いは２つ又はそれ
以上を合わせたものが、上述した形式とは異なる他の形
式のスキャナ及びバーコード読取装置において有用な用
途を見出すことができることがわかるであろう。本発明
は、電子光学的スキャナの走査モジュールにおいて具体
化されるように図示され、説明されているが、様々な修
正と構造的変更が本発明の精神と範囲から逸脱すること
なく可能であるため、示された詳細だけに限定されるこ
とは意図されていない。より具体的には、一つの実施の
形態に関連して説明された特徴を、当業者に明らかな方
法において適切なように、他の実施の形態に組み入れる
ことができることがわかるであろう。

【００４０】これ以上分析しなくとも、前述したこと
は、本発明の要旨を十分に示しているであろうから、第
三者は、現行の知識を応用することによって、従来技術
の観点から見て本発明の一般的な態様又は特定の態様の
本質的な特性を十分に構成する特徴を省略することなし
に、本発明を種々の用途に容易に適合させることが可能
であり、それゆえ、そのような適合は、付属の特許請求
の範囲の均等物の意義及び範囲の中に包含されるべきで
あり、かつ、包含されることを意図するものである。新
規なものとして請求し、特許によって保護されることを
望むことは、添付の特許請求の範囲に記載される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の好適な実施の形態による光学的
アセンブリの斜視図である。

【図２】本発明の第２の好適な実施の形態による光学的
アセンブリの部分断面斜視図である。

【図３】本発明の別の実施の形態による光学的アセンブ
リにおいて、４つの別個の光検出器の使用を示す略図で
ある。

【図４】本発明の一つの実施の形態における集光レンズ
の作動を示す。

【図５】本発明の一つの実施の形態における集光レンズ
の作動を示す。

【図６Ａ】本発明の一つの実施の形態における集光レン
ズを示す。

【図６Ｂ】図６Ａの集光レンズを異なる方向から見た図
である。

【符号の説明】

２０６ レーザービーム ２０７ プリント回路基板 ２０８ レーザーダイオード・アセンブリ ２０９ 光ビーム ２１１ 走査ミラー ２１６ 走査ビーム ２１２、２１４ 光路 ２１３、２１５ 反射ミラー ２１７、２１８ 集光レンズ ２１９ 可動ミラーアセンブリ ２２０ 駆動コイル

フロントページの続き (72)発明者 ハワード エム シェパード アメリカ合衆国 ニューヨーク州 11739 グレイト リヴァー プロヴォスト ア ベニュー 18 (72)発明者 ポール ドヴォーキス アメリカ合衆国 ニューヨーク州 11733 イースト セトーケット ティンカー ブラフ コート 14 (72)発明者 イーゴール アール ヴィノグラドフ アメリカ合衆国 ニューヨーク州 11706 ベイ ショアー サウス サクソン ア ベニュー 11 アパートメント ３エフ (72)発明者 マーク クリシェヴァー アメリカ合衆国 ニューヨーク州 11788 ハウポージ カールドン レーン 26 (72)発明者 ディヴィッド ツィ シ アメリカ合衆国 ニューヨーク州 11790 ストーニー ブルック ストーニー ブ ルック ロード 1399 (72)発明者 ヴラディミール グアヴィッチ アメリカ合衆国 ニューヨーク州 11790 ストーニー ブルック マルヴァーン レーン 34 Ｆターム(参考） 2H045 BA18 DA02

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 異なる光反射性の部分を有し、距離をお
   いたターゲット上に配置された表示記号を読み取るため
   のバーコード読み取りシステムにおいて用いる走査モジ
   ュールであって、 ａ）全体としてほぼ平坦なベースと、前面と、後面と、
   側面とを有する支持体を含むほぼ矩形のモジュールと、 ｂ）前記支持体に取り付けられた、光ビームを生成する
   ためのレーザー光源と、 ｃ）前記光源からの前記光ビームがこれにより第１光路
   に沿って前記支持体に取り付けられた反射アセンブリに
   向けられ、該反射アセンブリが該光ビームを第２光路に
   沿って前記走査モジュールの外へ前記後面から前記ター
   ゲットの方向の前記前面に指向させるように、該光源か
   ら間隔をおいて前記支持体に取り付けられ、配置された
   走査ミラーと、 ｄ）前記支持体の前記平坦なベースにほぼ平行な走査パ
   ターンで、読まれるべき表示記号を横切って前記光ビー
   ムを動かすように、前記走査ミラーを動かす駆動装置
   と、 ｅ）前記支持体に取り付けられた、前記ターゲットから
   の反射光を直接受け取り、前記反射光を電気信号に変換
   するための少なくとも一つのセンサと、を備えることを
   特徴とする走査モジュール。
2. 【請求項２】 前記平坦なベースが基準面を定め、前記
   反射アセンブリから射出された前記走査ビームが、該ビ
   ームが向けられた平坦なベースの幅よりも全体的に広い
   走査線を定めるように、前記走査ミラーが配置されるこ
   とを特徴とする請求項１に記載のモジュール。
3. 【請求項３】 前記反射アセンブリが、前記光ビームを
   前記基準面に平行な走査面に沿って指向させ、前記平坦
   なベースの少なくとも一部の上を延びる第１及び第２反
   射ミラーを含むことを特徴とする請求項２に記載のモジ
   ュール。
4. 【請求項４】 前記駆動装置が、前記走査ミラーを往復
   動的に振動させて１秒あたり１００回より多く前記シン
   ボルを横切って前記光ビームを掃引するように作動し、
   該駆動装置が、一端が前記走査ミラーの片側に取り付け
   られ、他端が該走査ミラーを前記基板に取り付けている
   可撓性の板ばねの一端に取り付けられた保持器を含むこ
   とを特徴とする請求項１に記載のモジュール。
5. 【請求項５】 前記駆動装置が、上に前記走査ミラーが
   取り付けられた可撓性の板ばねを含むことを特徴とする
   請求項１に記載のモジュール。
6. 【請求項６】 前記駆動装置が、前記走査ミラーに力を
   与えるために作動可能な近さに励磁可能な電磁コイルの
   駆動部材と永久磁石の駆動部材とを備え、これにより、
   前記板ばねを通じて軸線まわりに該走査ミラーの振動が
   もたらされ、該走査ミラーに反射された光ビームを走査
   経路に沿って掃引させるようにしたことを特徴とする請
   求項４に記載のモジュール。
7. 【請求項７】 前記駆動装置が、 ａ）前記支持体に連結された一端の領域と反対端の領域
   とを有するほぼ平坦で長い固定具と、 ｂ）前記固定具の前記反対端の領域に連結され、反対端
   の部分を有し、前記反対端の部分の間の領域において該
   固定具に取り付けられらた長い駆動アームと、 ｃ）前記駆動アームの他端の部分に取り付けられた磁石
   と、 ｄ）前記磁石に力を作用させ、該磁石と、前記駆動アー
   ムと、前記走査ミラーとを動かして前記表示記号を横切
   って前記光ビームを走査させるための電磁駆動装置と、
   を含むことを特徴とする請求項４に記載のモジュール。
8. 【請求項８】 前記磁石と前記反射器のそれぞれの質量
   が、互いに釣り合うことを特徴とする請求項７に記載の
   モジュール。
9. 【請求項９】 前記センサが、前記射出された光ビーム
   の前記走査面の下で前記支持体の前記基板の上に配置さ
   れることを特徴とする請求項１に記載のモジュール。
10. 【請求項１０】 異なる光反射性の部分を有し、距離を
    おいたターゲット上に配置された表示記号を読み取るた
    めの、バーコード読み取りシステムにおいて用いる走査
    モジュールであって、 ａ）支持体と、前面と、後面と、これらにほぼ直交する
    側面と、第１及び第２上面とを含むほぼ矩形の階段形状
    のモジュールと、 ｂ）前記モジュール内に取り付けられた、光ビームを生
    成するためのレーザー光源と、 ｃ）前記光源からの前記光ビームがこれにより第１光路
    に沿って前記支持体の後面に隣接して取り付けられた反
    射ミラーに向けられ、該反射ミラーが該光ビームを第２
    光路に沿って前記第１上面の上を前記後面から前記ター
    ゲットの方向の前記前面に指向させるように、該光源か
    ら間隔をおいて前記支持体に取り付けられ、配置された
    走査ミラーと、 ｄ）前記第１上面にほぼ平行な走査パターンで、読まれ
    るべき表示記号を横切って前記光ビームを動かすよう
    に、前記走査ミラーを動かす駆動装置と、 ｅ）前記支持体上に取り付けられた、前記ターゲットか
    らの反射光を直接受け取り、前記反射光を電気信号に変
    換するための少なくとも一つのセンサと、を備えること
    を特徴とする走査モジュール。
11. 【請求項１１】 ａ）支持体と、 ｂ）前記支持体上に取り付けられた、光ビームを生成
    し、該光ビームを第１光路に沿って指向させるための光
    源と、 ｃ）前記光ビームを受け取り、該光ビームを前記第１光
    路とほぼ同一平面上にある第２光路に沿って再指向させ
    るための、前記第１光路内の第１反射素子と、 ｄ）第２光路に沿って送られた前記光ビームを受け取
    り、該光ビームを前記支持体に対して前記第２光路の上
    を延びる第３光路に沿って再指向させるための第２反射
    素子と、 ｅ）前記第３光路に沿って送られた前記光ビームを受け
    取り、前記支持体に対して前記第２及び第３光路の上に
    あり、前記第２光路にほぼ平行に延び、該ビームを前記
    モジュールの外に放出させる第４光路に沿って該光ビー
    ムを再指向させるための第３反射素子と、 ｆ）前記支持体上に取り付けられた、前記ターゲットか
    らの反射光を検出し、前記検出された光強度に対応する
    電気信号を生成するためのセンサと、を備えることを特
    徴とする非逆反射性の走査モジュール。
12. 【請求項１２】 異なる光反射性の領域を有する光学的
    コード・シンボルを横切って光ビームを走査するための
    光学的読取装置であって、 光ビームを生成するための光源と、 前記シンボルを横切る走査線において前記光ビームを走
    査するための、少なくとも一つの可動光学素子を有する
    走査光学系と、 入射する反射光を集光し、前記光をセンサ・アセンブリ
    に指向させるための集光光学系と、を備え、 前記センサ・アセンブリは、一つより多い個別の光検出
    素子を含み、各々の素子は、前記走査線の異なる部分に
    わたる視野、及びそのような素子に光が当たっているこ
    とを示す出力信号を与えることができる出力を有し、各
    検出素子の前記出力は、それぞれの素子の前記出力信号
    を増幅するためのそれぞれの増幅器に連結されているこ
    とを特徴とする光学的読取装置。
13. 【請求項１３】 異なる光反射性の部分を有するバーコ
    ード・シンボルを読み取り、該バーコード・シンボルを
    介して走査線を形成するための装置であって、 入射光を受け取るための第１面と、前記走査線の中間か
    ら集光された光線が、該走査線の端部から集光された光
    線に対して減衰されるようになるような形状を有する第
    ２面とを含み、前記バーコード・シンボルの少なくとも
    一部に反射された光を集光するための合焦光学系と、 前記合焦光学系によって集光され、前記第２面を介して
    送られた光を受け取るように配置され、前記検出された
    光強度の電気信号表示を生成する光検出器と、を備える
    ことを特徴とする装置。
14. 【請求項１４】 異なる光反射性の部分を有するバーコ
    ード・シンボルを読み取るための装置であって、 一周期にわたるコサイン関数の断面をもつ面を有し、バ
    ーコード・シンボルの少なくとも一部に反射された光を
    集光するための合焦光学系と、 前記合焦光学系によって集光された光を受け取るように
    配置され、前記検出された光強度の電気信号表示を生成
    する光センサと、 を備えることを特徴とする装置。
15. 【請求項１５】 異なる光反射性のパターンを有する光
    学的コード・シンボルを読み取るための光学的スキャナ
    であって、 光ビームを生成するための光源と、 前記光ビームを受け取り、ターゲット上に可動ビームス
    ポットの走査パターンを生成するための走査アセンブリ
    と、 前記ターゲット上のビームスポットの位置に対応する前
    記ターゲットの第１及び第２部分からの反射光をそれぞ
    れ受け取るための、選択的に作動可能な別個の第１及び
    第２部分を含み、反射光を検出し、前記シンボルに対応
    する電気信号を生成するためのセンサと、を備えること
    を特徴とする光学的スキャナ。
16. 【請求項１６】 前記ターゲットからの上部からの戻り
    光が、前記第１部分に向けられ、前記ターゲットの下部
    からの戻り光が前記第２部分に向けられるように、前記
    センサが縦方向に配置されたことを特徴とする請求項１
    ５に記載のスキャナ。
17. 【請求項１７】 前記ターゲットの右側からの戻り光
    が、前記第１部分に向けられ、前記ターゲットの左側か
    らの戻り光が前記第２部分に向けられるように、前記セ
    ンサが横方向に配置されたことを特徴とする請求項１５
    に記載のスキャナ。