JP2755476B2 - 表示の読取り方法、表示を読み取るスキャナ及びスキャナの走査構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、広くは、例えばバーコード記号のように光
反射率の異なる部分をもつ表示（indicia）を反復して
走査すべく作動するスキャナの走査構造に関し、より詳
しくは、このような走査構造を、小さな電力又は機械的
動力により作動して電力消費量を最小限にする技術に関
する。

これ迄にも種々の光学読取り装置及び光学スキャナが
開発されており、物品に付されたバーコード記号を光学
的に読み取って物品の識別を行っている。バーコード記
号自体は、種々の幅をもつ一連のバーからなるコード化
されたパターンであり、バー同士は、それらの間に種々
の幅の間隔が形成されるように配置されている。また、
バー及びそれらの間の間隙は、異なる光反射特性を有し
ている。読取り装置及びスキャナは、コード化されたパ
ターンを、物品を記述する多桁表現に、光電的に復号
（デコード）する装置である。このような一般的な形式
のスキャナは、例えば、米国特許第4,251,798号、第4,3
60,798号、第4,369,361号、第4,387,297号、第4,593,18
6号、第4,496,831号、第4,409,470号、第4,460,120号、
第4,607,156号、第4,673,805号、第4,736,095号、第4,7
58,717号、第4,760,248号、第4,806,742号、第4,808,80
4号、第4,825,057号、第4,816,661号、第4,816,660号、
第4,835,374号、及び第4,845,350号に開示されていると
共に、係属中の米国特許出願第138,563号、第193,265
号、第265,143号、第265,548号、第265,149号、第264,6
93号、第367,007号、第193,483号、第193,482号、第36
7,335号、及び第392,207号に記載されている。これらの
全ての米国特許及び米国特許出願は、本発明と同じ譲受
人に譲渡されており、本発明の参考としてここに掲示し
ておく。

上記米国特許及び米国特許出願に記載されているよう
に、これらのスキャナの特に優れた実施例は、光源（好
ましくはガスレーザ又はレーザダイオード）から発射さ
れた光ビーム（好ましくはレーザビーム）を発射するこ
と、及びこのレーザビームを、読み取るべき記号に向け
ることにある。記号に至る途中で、レーザビームは、走
査コンポーネントの光リフレクタに向けられ、該光リフ
レクタにより反射される。走査コンポーネント（scanni
ng component）により、光リフレクタが周期的に移動さ
れかつ、レーザビームが記号を反復走査させられる。記
号は、該記号に向かって入射するレーザビームを反射す
る。記号により反射された入射光の一部は、例えばフォ
トダイオードのような検出コンポーネントにより集光さ
れて検出される。フォトダイオードは或る視界を有して
おり、この視界により検出された光は、電気的なデコー
ド回路（復号回路）により、記号を記述するデータに復
号され、連続的に処理される。周期的に移動できるリフ
レクタは、走査中に、信号を横切ってレーザビームを掃
引（スイープ）し及び／又は視界を掃引する。

上記米国特許及び米国特許出願には、幾つかの形式の
走査コンポーネントが記載されている。例えば米国特許
第4,251,798号には、多角形の多面ホイールであって、
その各々の外面がミラー面になっている多面ホイールが
が開示されている。この多面ホイールは回転できるよう
に取り付けられていて、走査すべき記号に向かう入射レ
ーザビームの光路内に各ミラー面を配置できるようにな
っている。走査中に、ミラーホイールは、電気モータに
より一定の角速度で連続的に回転される。

米国特許第4,251,798号に開示された他の走査コンポ
ーネントは、バイモル圧電素子（bimorph）すなわち強
誘電形振動エレメント並びにスピーカ形振動エレメント
の各々に、振動可能なミラーが設けられたものである。
いずれの場合も、各走査エレメントに電力を連続的に供
給して、ミラーを往復振動させるようになっている。

米国特許第4,387,297号及び第4,496,831号には、電気
モータを備えた高速走査コンポーネントが開示されてお
り、電気モータは、その出力軸に対して両周方向にリフ
レクタを往復振動させるべく作動するようになってい
る。この場合にも、操作中に、モータに電力が連続的に
供給される。米国特許第4,387,297号には、ペンタバイ
モルスキャナ（penta−bimorph scanner）が開示されて
いるが、これも走査中に電力を連続的に供給する必要が
ある。

光リフレクタは、必ずしも一枚の平面鏡で構成する必
要はなく、米国特許第4,760,248号に開示されているよ
うに、一部が凹状で一部が平らな構造を有する光学コン
ポーネントで構成することもできる。リフレクタは、米
国特許第4,496,831号に開示されているように、360゜よ
り小さい弧の長さに沿って、電気モータにより交互に周
方向に駆動してもよいし、或いは別の構成として、米国
特許第4,816,661号に開示されているように、１つの軸
線の回りで完全に１回転させてもよい。

更に別の構造においては、1988年５月11日付出願に係
る米国特許出願第193,265号に記載されているように、
リフレクタを用いて走査を行うのではなく、リフレクタ
を完全に除去したいわゆる「ミラーレス」設計によるも
のがある。このミラーレス設計によれば、ミラー以外の
１つ以上の走査コンポーネンツが、一体的に又は互いに
別々に移動して、電気モータにより駆動される往復走査
作用をするようになっている。ミラー以外の走査コンポ
ーネンツとして、例えばレーザダイオードのような光源
コンポーネント及び／又は例えば焦点レンズのような光
学コンポーネンツ及び／又は例えばフォトダイオードの
ような光検出器がある。

上記全てのスキャナにおいては、リフレクタその他の
走査コンポーネントが交互に周方向に振動されるように
構成したものであろうと、回転軸線の回りで完全に１回
転されるように構成したものであろうと、記号について
の走査パターンの形状が、例えば１本の走査線であろう
と、複数の平行な走査線又は交差する走査線の組であろ
うと、Ｘ字形パターンであろうと、リサージュ図形のパ
ターンであろうと、曲線状パターン（例えば、1987年12
月28日付出願に係る米国特許出願第138,563号参照）、
又はその他のパターンであろうと、走査コポーネント
は、走査中に連続的に供給される電力によって付勢され
かつ駆動されるように構成されている。このことは大電
流が流れることを意味するものであり、特に主動力源と
して電気モータを使用する場合に顕著である。なぜなら
ば、モータは、スキャナを構成する全ての電気コンポー
ネンツの大部分の電流に匹敵する電力を消費するからで
ある。１組の電池を含む実質的に全てのスキャナコンポ
ーネンツが、手持ち形スキャナヘッドに内蔵されている
手持ち形スキャナにおいては、大電流の消費によって電
池の作動寿命が短くなってしまう。

バーコード信号の走査を行うのに、光電式の棒状（す
なわちペン形）読取り装置も使用されている。これらの
読取り装置は、バーコード信号の上に手で置かれ、該記
号を横切るようにして移動され、ユーザが読取り装置の
先端部を手で記号に接触させ、読取り装置を摺動させる
ことにより走査が行われる。また、記号を読み取るの
に、非接触形の手持ち形ヘッドも提供されており、この
ような非接触形ヘッドは、記号から一定の距離を隔てて
保持されるようになっている。しかしながら、走査は、
ヘッドに内蔵された走査コンポーネントにより行われる
のではなく、ユーザが記号を横切る方向に手首を素早く
移動させることにより行われる。

従って本発明の広義の目的は、光反射率の異なる表示
を読み取るスキャナ、特に、バーコード記号を読み取る
レーザスキャナの技術を進歩させることにある。

本発明の他の目的は、これらのスキャナの走査中の電
力消費量を最小限にすることにある。

本発明の他の目的は、このようなスキャナの手持ちヘ
ッドに内蔵された電池の作動寿命を長くすることにあ
る。

本発明の更に他の目的は、低コストでかつ低消費電力
でバーコード記号を走査できる走査構造及び走査方法を
提供することにある。

これらの目的及び他の目的は以下に明らかになるであ
ろうが、本発明の１つの特徴は、簡単に云えば、光反射
率の異なる部分を備えた表示に光を向けることにより及
び表示から戻ってくる反射光を集めることにより表示を
走査する構造及び方法にある。本発明の走査構造は、ホ
ルダ手段により支持された走査コンポーネント（scanne
r component）を有しており、該走査コンポーネント
は、１つの軸線の回りで、両走査端位置の間で交互に周
方向に振動できるように前記ホルダ手段により支持され
ている。ホルダ手段は、走査コンポーネントを、両走査
端位置（scan end positions）の間の休止位置に常時戻
すべく作動するようになっている。

本発明によれば、前記走査コンポーネントを、前記休
止位置から角度的に間隔を隔てた一方の走査端位置ま
で、前記休止位置から離れるように一方の周方向に移動
させる読取り開始手段が設けられている。また、この読
取り開始手段は、前記ホルダ手段が、前記走査コンポー
ネントを、前記休止位置から角度的に間隔を隔てた他方
の走査端位置まで、前記休止位置を通過して他方の周方
向に戻すことを可能にしている。走査コンポーネント
は、前記休止位置で停止する前に、減衰しつつ振動する
ように構成されている。

好ましくは、前記ホルダ手段は長いばねを備えてお
り、該ばねが、１つの軸線に沿って延在しておりかつそ
の両端部が動かないように支持体に固定されている。ま
た、走査コンポーネントは、前記ばねの両端部の間で該
ばねに取り付けられている。本発明の好ましい実施例に
おいては、前記ばねは、前記軸線の回りで捩じることが
できる捩りワイヤである。このばねには張力が付与され
ていて、前記一方の走査端位置に移動する間にエネルギ
を蓄えることができ、また、前記他方の走査端位置に移
動する間に、蓄えられたエネルギの少なくとも一部を放
出することができる。

前記読取り開始手段は、駆動手段と、該駆動手段によ
って駆動される伝達手段とを備えている。該伝達手段
は、前記走査コンポーネントを前記一方の走査端位置に
押しやり、かつ、前記走査コンポーネントが前記一方の
走査端位置に到達した後に、前記走査コンポーネントと
の係合が解除されるようになっている。

一構成として、前記伝達手段は、前記ばねに固定され
たカムと、アクチュエータワイヤとを備えており、該ア
クチュエータワイヤは、前記駆動手段に連結された一端
と、前記走査コンポーネントを押しやる間に前記カムと
係合している他方の駆動端とを備えている。前記カム
は、前記軸線の半径方向外方にテーパしていて先端部に
終端している。前記アクチュエータワイヤの前記駆動端
は、前記走査コンポーネントが前記一方の走査端位置に
位置するときに、前記先端部を通過して前記カムと係合
しなくなるように構成されている。

好ましくは、前記駆動手段を、ユーザによりオフ状態
からオン状態に手動操作されるトリガで構成する。該ト
リガは、自動戻しばねにより、オフ状態に常時押圧され
ている。

別の構成においては、前記駆動手段は、例えばソレノ
イドのような電気的に作動するアクチュエータであり、
該アクチュエータは、短時間の付勢パルスに応答して、
コアを、制限された弧状距離だけ移動させるか、或いは
直線経路に沿って前後に移動させるようになっている。

前記走査コンポーネントは、例えばミラーのような光
リフレクタで構成することができ、或いは、例えばレー
ザダイオードのようなレーザ光源及び／又は例えば焦点
レンズのような光学コンポーネント及び／又は例えはフ
ォトダイオードのような光検出器等の他の走査コンポー
ネントのいずれか１つで構成することができる。

本発明の別の実施例においては、ホルダ手段がチュー
ニングフォークで構成されている。該チューニングフォ
ークの一方のアームには永久磁石が固定されており、他
方のアームには走査コンポーネントが固定されている。
電磁コイルには１つ以上の付勢パルスが供給されて、永
久磁石を変位させ、これにより、表示を通る１つの方向
に延在している走査方向に前記走査コンポーネントを振
動させるようになっている。また、前記チューニングフ
ォークのステムも振動され、前記１つの方向に対してほ
ぼ垂直な他の方向に前記表示を走査すべく振動して、２
軸走査を行うようになっている。

また、前記ホルダ手段は、例えば平らな板ばね（リー
フスプリング）のような可撓性梁（ビーム）で構成し、
この板ばねの曲がった中央部から走査コンポーネント及
び永久磁石を懸架させるように構成することもできる。
ばねの両端部は係止しておく。近接コイルを瞬間的かつ
周期的に付勢することにより、磁石従って走査コンポー
ネントが振動される（このとき、走査コンポーネント／
磁石組立体の共振周波数で振動させるのが好ましい）。

従って、本発明によれば、走査コンポーネントは、機
械的動力のみを用いて、或いは、瞬間的に電気的コンポ
ーネントを付勢することによって振動される。いずれの
場合でも、走査中の費やされる電力消費量を最小限にす
ることができる。従って、内蔵電池の作動寿命を大幅に
延長させることができる。すなわち、スキャナの表示読
取り能力を低下させることなく、節電を図ることができ
る。

本発明の更に別の特徴は、表示を読み取る低コストの
スキャナに上記走査構造を採用することにある。本発明
のスキャナは、該スキャナの外部に配置された前記表示
に向けて光伝達路に沿って光ビームを発射しかつ指向さ
せ、前記表示から強さの変化する光を反射させる発光手
段と、１つの視界をもっていて、反射された光の少なく
とも一部を検出し、この検出された光を示す電気信号を
発生する検出手段とを有している。

本発明のスキャナは、更に、走査方向に沿って少なく
とも１つの前記光ビーム及び視界を走査する走査手段と
を有している。該走査手段は、前記走査方向に沿って移
動できる光リフレクタを備えている。該光リフレクタ
は、前記走査方向に沿って考えたときの幅と、前記走査
方向を横切る非走査方向に沿って考えたときの高さとを
有しており、前記幅の方が前記高さよりも小さく構成さ
れている。

上記のような高くて幅狭のリフレクタは、反射光の戻
り光路内の光コレクタ（集光器）として有効に使用する
ことができる。このように、リフレクタを幅狭に構成す
ることにより、スキャナの焦点深度を増大させ、かつ球
面収差及び色収差を最小限にすることができる。また、
光コレクタ（リフレクタ）の高さを大きくすることによ
り、表示から実際に集められ光量を増大させることがで
き、従って、デジタル化しかつ復号すべき大きな振幅を
もつ電気信号を得ることができる。

特に有効な低コスト構造においては、高くて幅狭の光
リフレクタが前記押圧手段に取り付けられていて、この
光リフレクタは、前記ホルダ手段と読取り開始手段とが
上記のように協働することによって減衰しながら振動す
るようになっている。

本発明の新規な特徴は、特に、特許請求の範囲に記載
した通りである。しかしながら、本発明自体、本発明に
よる走査構造及び走査方法、及び本発明のその他の目的
及び利点は、添付図面に関連して述べる本発明の特定の
実施例についての以下の記載から理解されるであろう。

図面には、バレル（胴体部）11とハンドル（握持部）
12とからなる手持ち形すなわちガン形スキャナヘッドの
全体が参照番号10で示されている。バレルの下で、ハン
ドル12の上方前方部には、手動操作可能なトリガ13が配
置されている。前述の米国特許及び米国特許出願からも
知られているように、ヘッド10内には、必ずという訳で
はないが、一般に、レーザからなる光源が取り付けられ
ている。この光源は、読み取るべき表示（例えばバーコ
ード記号）に対面される窓14を通って外部に出る光伝達
路に沿って光ビームを発射する。ヘッド10内には更に、
例えばフォトダイオードのような或る視覚を有する光検
出器が取り付けられており、該光検出器は、バーコード
記号からの戻り光路に沿って、窓14を通って戻ってくる
反射光を集めるべく作用する。

ヘッド10内には走査コンポーネントが取り付けられて
おり、該走査コンポーネントは、記号及び／又は光検出
器の視界を走査すべく作動する。必ずという訳ではない
が、一般に、走査コンポーネントは、光伝達路内及び／
又は戻り光路内に配置される少なくとも１つの光リフレ
クタを有している。このリフレクタは、電動の駆動装置
により周方向に交互に駆動されるか、１つの回転軸線の
回りで完全に回転されるようになっている。

光検出器は、反射光の変化する強さを示す電気アナロ
グ信号を発生する。このアナログ信号は、A/D変換器に
よりデジタル信号に変換される。一実施例によれば、こ
のデジタル信号は、電気ケーブル15を介して、ヘッド10
の外部に配置されたデコードモジュール16に導かれるよ
うになっている。デコードモジュール16は、デジタル信
号を、記号のデータ記号（data descriptive）に復号す
る。外部のホスト装置（通常はホストコンピュータ）17
は、主としてデータ記憶装置として機能し、デコードモ
ジュール16により発生されたデータを記憶して次の処理
を行うようになっている。

使用に際し、ユーザは、記号の読取りを行いたいと思
えば、その度毎にヘッド10を記号に向けてトリガ13を引
けばよく、これにより記号の読取りが開始される。記号
は、１秒間当り複数回（例えば40回／秒）反復して走査
される。記号が首尾良く復号されかつ読み取られたなら
ば、走査作業が自動的に終了される。従って、読み取る
べき次の記号にスキャナを向け、同じ作業を繰り返すこ
とが可能になる。

第２図にも再びトリガ13が示されているけれども、こ
こでは、本発明の一実施例による電力節約形（節電形）
走査構造20について説明する。この走査構造20は、１つ
の回転軸線に沿って延在している長い捩りワイヤ24に固
定された光リフレクタ（好ましくは平面鏡）22を有して
いる。ワイヤ（捩りワイヤ）24の両端部は、全体として
Ｅ字形をなしている支持フレーム30の間隔を隔てたアー
ム26、28に動かないように固定されている。フレーム
（支持フレーム）30は中間アーム32を備えており、該中
間アーム32には、捩りワイヤ24の両側において互いに横
方向に間隔を隔てて１対のストッパ34、36が設けられて
いる。

下方のアーム28には、トリガ13が枢着されている。ま
た、下方のアーム28とトリガ13との間には自動戻しばね
38が設けられていて、トリガ13を実線で示したオフ状態
に常時押圧している。アクチュエータロッド40は、その
一端42がトリガ13の前方突出部に連結されていて、トリ
ガ13と共に変位できるようになっている。また、アクチ
ュエータロッド40の他方の駆動端44は、トリガ13がオフ
状態にあるときに、捩りワイヤ24に固定されたカム48の
テーパ状カム面46と係合している。カム48は、円形状部
分と、半径方向において先端部50に終端している全体と
して三角形をなす部分とを有している。カム48は、リフ
レクタ22に取り付けることもできる。

第２図には、トリガ13がオフ状態にあり、かつリフレ
クタ22がいわゆる休止位置にある状態が示されている。
この休止位置は、リフレクタ22が、光ビームの伝達路内
及び／又は反射光の戻り光路内にある位置である。リフ
レクタ22は、ストッパ34、36のいずれからも間隔を隔て
て配置されている。走査すなわち記号の読取りを開始す
るには、ユーザは、自動戻しばね38の復帰作用に抗し
て、トリガ13を第２図に破線で示す状態に移動させる。
この移動にはアクチュエータロッド40が関与する。従っ
て、アクチュエータロッド40の駆動端44が、カム面46に
対して確実に当接した状態で、該カム面46に従って先端
部50に向かって半径方向外方に移動する。カム48及びリ
フレクタ22は、休止位置から離れる方向に一体になって
移動し、これにより、捩りワイヤ24がその長手方向軸線
の回りで捩られる。

この運動及び捩れはリフレクタ22がストッパ34に当た
るまで続けられ、リフレクタ22がストッパ34を通過して
更に移動することは防止される。ストッパ34は、走査端
位置を形成し、この走査端位置はランチ位置（launch p
osition）としても知られている。安全のため、ストッ
パ34並びにストッパ36は、例えば発泡ゴムのような弾性
材料で構成して、リフレクタ22が破損しないようにする
のがよい。

リフレクタ22がストッパ34により停止されると、アク
チュエータロッド40の駆動端44はカム48の先端部50を通
過する。これにより、捩じられた捩りワイヤ24に蓄えら
れたエネルギが突然一気に解放される。このため、解放
されたリフレクタ22は、ランチ位置からスタートして、
その軸線の回りで自由に振動される。リフレクタ22は、
最初、捩りワイヤ24の戻り捩れ作用により、休止位置を
通過して周方向に逆に移動し、他方の走査端位置に到達
する。リフレクタ22は、他方のストッパ36まで完全に到
達できるようにするのが好ましい。その後、リフレクタ
22は、捩りワイヤ24の長手方向軸線の回りで前後に振動
する。実際、リフレクタ22は、該リフレクタ22の質量及
び捩りワイヤ24のばね定数により定められる振動周波数
で振動する。リフレクタ22は減衰されながら振動を続
け、後の振動の振幅（すなわち移動角度）は、前の振動
の振幅よりも小さくなっていく。そして、遂には、１秒
のオーダの時間の経過後で、複数回の減衰振動を行った
後、リフレクタ22は捩りワイヤ24により休止位置に戻さ
れ、該休止位置において停止する。

トリガ13から指を離すと、トリガ13は、自動戻しばね
38によりオフ状態に戻される。同時に、アクチュエータ
ワイヤ（アクチュエータロッド）40がその初期位置にリ
セットされ、これによりアクチュエータワイヤ40が再び
カム48に当接するようになる。

第２図の実施例に関連して説明したように、リフレク
タ22は、何ら電力を消費することなくして反復振動す
る。すなわち、機械的な動力源のみが用いられていて、
電気モータ又は電気的に駆動されるエレメントは全く使
用されていない。機械的な駆動力はユーザによって与え
られる。これにより、スキャナのヘッドにおいて消費さ
れる電気エネルギの量を大幅に低減させることができ
る。スキャナヘッドに内蔵された電池によりスキャナヘ
ッドを電気的に駆動する構成の場合、これまで電気エネ
ルギの主要消費源であったコンポーネントに供給する電
気エネルギが不要になるため、電池の稼働寿命を大幅に
増大させることができる。

振動は１秒間程度係属させるだけでよい。なぜなら
ば、信号（その記号が劣悪に印刷されたものであって
も）を首尾良く復号させるには、時間ではなく、複数回
振動させることが大きく寄与するからである。共振リフ
レクタ（resonating reflector）は、所定の、予測可能
な、公知の、全体として均一な角速度を有しており、ス
キャナの信頼性を高めることができる。

第３図の実施例は、第２図の実施例のように機械的動
力のみに依存するものではないが、リフレクタ22を移動
させるための低消費電力の電気駆動源を用いている点を
除き、第２図の実施例と同じものである。フレーム30の
下方のアーム28には回転ソレノイド52が取り付けられて
おり、該回転ソレノイド52は、短時間継続するパルス形
信号により電気的に付勢されるようになっている。電気
ワイヤ54を介して付勢パルスが供給されると、ソレノイ
ド52によって、コア軸56が制限された角度距離だけ回転
される。コア軸56には、アクチュエータロッド40の一端
が連結されている。

ソレノイドが付勢されるとコア軸56が回転され、これ
により、アクチュエータロッド40の駆動端44がテーパ状
カム48に確実に当接し、該カム48（従ってリフレクタ2
2）をランチ位置に押しやる。駆動端44がカム48の先端
部を通過すると、リフレクタ22は前述のように自由に振
動する。振動リフレクタ22がその休止位置に戻る前に、
ソレノイド52の付勢を停止する。これと同時に、保持ロ
ッド58を介してコア軸56に連結されている自動戻しばね
38により、コア軸56がその初期位置に戻され、この位置
においてアクチュエータロッド40がカム48と再係合す
る。

コア軸56をランチ位置まで移動させて保持するのに要
する電力は、従来技術におけるようにリフレクタを肯定
的に振動（すなわち回転）させるのに要する電力に比べ
遥かに小さいものである。捩じられた捩りワイヤ24に蓄
えられたエネルギは、リフレクタ22の振動を維持するの
に本来的に用いられる。

第４図及び第５図に示す手持ち形スキャナ60は、第３
図の走査構造をもつ光リフレクタを振動させるものでは
なく、リフレクタを省略して他の走査コンポーネンツを
振動させるように構成したものである。より詳しくは、
このスキャナ60は、光学組立体が配置された光学チュー
ブ64の一端に取り付けられた光源（好ましくはレーザダ
イオード）を有している。レーザダイオードはレーザビ
ームを発射する。光学組立体は、レーザビームを、窓66
を通して矢印Ａの方向に指向し、かつスキャナ60の外部
でスキャナ60から或る範囲内の作業距離において、レー
ザビームを或るスポットサイズに焦点合わせする。一般
に、光学組立体は、焦点レンズ及び開口絞りを有してい
る（例えば、1988年５月11日付出願に係る米国特許出願
第193,265号参照）。

レーザダイオード及び光学組立体は、ホルダ68内に一
緒に取り付けられており、ホルダ68は前述の捩りワイヤ
24に取り付けられていて、軸線70の回りで振動できるよ
うになっている。ソレノイド駆動装置52及びその作動
は、第３図に関連して説明したものと同じである。第３
図の実施例との相違点は、支持体（支持フレーム）30の
直立部を曲げて、スキャナ60のハウジングの寸法に一致
させたことにあるが、より重要なことは、リフレクタ22
を省略して、レーザダイオードと光学組立体とを組み合
わせたものと置換したことにある。第４図は実物大のス
キャナを示すものではない。ホルダ68は捩りワイヤ24の
両端部の中央に配置するのが好ましい。

記号から反射された光は、第２の窓72を通してスキャ
ナ60の光検出器74に戻され、この光検出器74は、検出し
た反射光の変化する強さをアナログ信号に変換する。こ
のアナログ信号は、A/D変換回路76によりデジタル信号
に変換され、次にこのデジタル信号は内蔵されたデコー
ド回路78により復号される。復号された信号は、マイク
ロプロセッサ80により、コネクタ82及び電気ワイヤ84を
介して、ディスプレイ86及び／又は内蔵メモリに伝達さ
れる。スキャナ60にはキーボード88が設けられていて、
復号されたデータを操作したり、読み取るべき記号につ
いての情報を入力できるようになっている。スキャナ60
の全ての電気コンポーネンツに電力を供給するための内
蔵電池パック90が用いられている。この電池パック90に
は、充電可能な電池を入れるのが好ましい。

手動操作形のトリガ92を押し下げることにより、記号
の読取りが開始される。トリガ92を押し下げるとトリガ
スイッチ94が作動され、マイクロプロセッサ80が、走査
を開始すべき旨の命令を出す。特にこのマイクロプロセ
ッサ80は、制御回路96に命令して、電気ワイヤ54を介し
てソレノイド52を付勢させる付勢信号を発生させ、これ
により、前述のような振動工程を開始させる。このと
き、前の実施例と異なることは、捩りワイヤ24の捩れ作
用及び戻り捩れ作用によってリフレクタが振動されるの
ではなく、レーザダイオード及び光学組立体の両方がユ
ニットとして振動することである。

第６図には更に別の実施例が示されている。この実施
例では、支持体（支持フレーム）30の中央アーム32にソ
レノイドコイル100が設けられており、該ソレノイドコ
イル100には、コアプランジャ102が往復運動できるよう
に取り付けられている。プランジャ（コアプランジャ）
102の一端104はリフレクタ22の背部に連結されている。
ソレノイド（ソレノイドコイル）100が付勢されると、
該ソレノイド100はプランジャ102をソレノイド100の内
部に一層深く引き入れ、これにより、リフレクタ22が１
つの周方向に変位され、同時に、テンションワイヤ24が
引っ張られる。ソレノイド100が付勢されなくなると、
プランジャ102及びリフレクタ22が前述のようにして自
由に振動できるようになる。この第６図の実施例は、電
気エネルギを使用しているものとしては特に効率の良い
ものである。なぜならば、この実施例では、単一のパル
スを与えるだけで、助勢（付勢の解除）前にソレノイド
コイル100を付勢できるからである。

他の変更例として、テンションワイヤの代わりに、コ
イル状ワイヤ、フラットバー又はBendix社のフレックス
・ピボット形ばねを用いることもできる（第10図及び第
11図に関連して更に説明する）。

第７図及び第８図には、低コストの手持ち形スキャナ
（好ましくは接触形スキャナ）110が示されている。こ
のスキャナ110においては、戻り光路内に配置された集
光ミラー112が、光検出器114の視界範囲内で振動できる
ように構成されている。第７図に示すように、スキャナ
110は、ユーザの手に容易になじむことができる流線型
のハウジング116を有している。ハウジング116の前端部
には、窓118が設けられている。使用に際し、窓118は、
読み取るべき信号120に接触して（又は、少なくとも近
接して）配置される。第８図には、明瞭化を図る目的
で、窓118から離れた位置に記号120を配置した状態が示
されている。

ハウジング116の内部には、窓118の後ろにおいて、発
光ダイオード（LED）122の列（直線状の一列が好まし
い）が配置されている。LED122の列と窓118との間には
円筒状のレンズ124が配置されていて、LEDからの光が記
号120に対してより均一に当たるようにしている。

ハウジング116の後部には、長方形の前面をもつ集光
ミラー112が配置されており、この集光ミラー112は、後
述の理由から、幅よりも高さの方が大きい。好ましい実
施例においては、記号120の長さ方向の走査方向に沿っ
て考えたときの集光ミラー112の前面の幅は約3mmであ
り、記号120の高さに沿う走査方向に対して垂直な非走
査方向に沿って考えたときの集光ミラー112の前面の高
さは約15〜20mmである。集光ミラー112は軸線126の回り
で振動し、記号120から反射された光を光検出器114に反
射する。光検出器114の前部には全体として長方形をな
す孔132が設けられており、該孔132は、集光ミラー112
と同様に、高くて幅狭の寸法を有している。全てのコン
ポーネンツは、ハウジング116内に配置されたプリント
回路基板等の支持体128内に配置されている。

レーザ光源により発生される光がコヒーレント光（干
渉性光）であるのに対し、LEDにより発生される光は非
コヒーレント光（非干渉性光）であり、この非コヒーレ
ント光は焦点深度が小さいという特徴を有している。焦
点深度とは、スキャナが記号を読み取ることができる最
小距離と最大距離との間の範囲である。殆どの適用例に
おいては、焦点深度が大きい方が良く、これが、光源と
して好んでレーザを使用する理由の１つである。焦点深
度は、集光孔のサイズ又は光検出器の視界に反比例する
ため、大きな焦点深度が得られるようにするには、集光
ミラー112の前面の幅を相応して小さくしなければなら
ない。これが、集光ミラー112の前面の幅を小さく設計
する主な理由である。別の理由は、集光ミラーの幅を小
さくすることにより、球面収差及び色収差を最小限にで
きることである。

しかしながら、ミラーの幅を小さくすると、記号から
の反射光を集める能力が小さくなるため、スキャナは、
非常に小さな振幅の電気信号をデジタル化して復号しな
ければならなくなる。電子処理回路の複雑さ及びコスト
を増大させることなくこの信号の振幅を大きくするに
は、集光ミラーの高さを増大する必要がある。これが、
集光ミラー112の前面の高さを大きくした主な理由であ
る。

集光ミラー112は、種々の駆動装置により、記号120に
沿って掃引されるように構成することができる。実際的
ではなくかつ電気エネルギを非常に浪費することになる
けれども、集光ミラー112を、電気モータによって軸線1
26の回りで完全に１回転させるように構成することもで
きる。或いは、米国特許第4,496,831号に開示されてお
りかつクレームされた走査エレメントと同じ走査エレメ
ント130を用いて、集光ミラー112を交互に周方向に振動
させるように構成してもよい。

更に別の方法として、集光ミラー112は、第２図、第
３図又は第６図に示した省エネ形（節電形）走査構造の
いずれか１つを用いて振動させることもできる。この場
合には、第９図に示すように、LED122の列及び円筒状レ
ンズ124によって、記号120が均一に照射されるようにす
る。記号120から反射された光の一部は、第２図に関連
して前に説明したトリガ作動形の構造により振動される
集光ミラー112によって集光される。集められた光は、
光検出器114によって検出される前に、孔132に導かれ
る。LEDによって消費される電力は、主として、使用さ
れるLEDの数により決定される。一般に、LEDは、レーザ
光源に比べて消費電力が小さく、かつ安価でもある。

前述のように、捩りワイヤ以外のホルダ手段を用いる
こともできる。第10図に示すように、別の構成による節
電形走査構造に、例えば全体として平らな板ばね134の
ような可撓性梁（ビーム）を用いることもできる。板ば
ね134の一端136は、ベース支持体140に固定されたＬ字
形ブラケット138の直立部分に固定されている。板ばね1
34の他端142は、ベース支持体140に固定された別のＬ字
形ブラケット144の直立部分に固定されている。板ばね1
34を固定している両ブラケット138、144の直立部分は互
いに90゜の角度をなして配置されている。板ばね134の
中央部分は、円筒状のクランプピン146の回りでガイド
されている。板ばね134の中央部分は、クランプピン146
とブロック148の支持面との間で、止めねじ150によりク
ランプされている。クランプピン146は、板ばね134を、
その中央部分で90゜曲げる機能を有している。

走査コンポーネント（例えば光リフレクタ152）は、
Ｖブロック148に固定された後部支持体154に固定されて
おり、該後部支持体154には、永久磁石156の一端が取り
付けられている。ベース支持体140に取り付けられた別
のＬ字形ブラケット160の直立部分には、永久磁石156に
隣接するようにして、電磁コイル158が取り付けられて
いる。電磁コイル158は中央通路162を有しており、入力
リード線164を介して周期的な瞬間付勢パルスが加えら
れる度毎に、永久磁石156が、中央通路162との間隙を隔
てて該通路162内に入るようになっている。付勢パルス
の周波数は、 の共振周波数に選定するのが好ましい。ここで、ｋは、
板ばね134のばね定数であり、Ｉは、板ばね134に懸架さ
れた磁石／リフレクタ組立体の慣性モーメントである。
磁石／リフレクタ組立体は、軸線166の回りで振動され
る。板ばね134は、プラスチック又は金属材料で構成す
るのがよい。

作動に際し、電磁コイル158に付勢パルスが加えられ
る度毎に、永久磁石156が通路162内に引き入れられ、こ
れにより、リフレクタ152、後部支持体154、Ｖブロック
158、クランプピン146及び止めねじ150が引っ張られ、
同時に、板ばね134が曲げられる。図示の休止位置にお
いては、板ばね134の各アームはほぼ平らになっている
が、板ばね134が変位すると、板ばね134の各アームが曲
げられて、エネルギが蓄えられる。クランプピン146の
後方において、ベース支持体140にはＬ字形のストッパ1
68が取り付けられていて、クランプピン146がストッパ1
68以上に移動できないようにしている。クランプピン14
6は、通常、ストッパ168と係合することはないが、走査
構造が外部衝撃力を受けた場合の安全性の観点からスト
ッパ168を設けたものである。

曲げられた板ばね134は、その蓄えられたエネルギを
放出し、これにより、磁石／リフレクタ組立体が休止位
置を通過して後方に変位される。組立体の全体が減衰し
ながら振動し、遂には休止位置において停止する。この
ような振動をする間、板ばね134の各アームは、凹状に
なったり凸状になったりすることを交互に繰り返す。光
源（例えばレーザ170）からリフレクタ152に向けられた
光は、読み取るべき表示（記号）を横切って走査する１
つの方向に掃引される。

第11図には、ホルダ手段が、ステム172及び１対のア
ーム174、176からなるチューニングフォークで構成され
た更に別の実施例が示されている。アーム174には、永
久磁石178が固定されている。また、アーム176には走査
コンポーネント（例えば光リフレクタ180）が固定され
ている。ステム172は、Ｌ字形フレームのベース支持部1
82を通って延在しており、Ｌ字形フレームの直立支持部
184には電磁コイル186が取り付けられている。ステム17
2は、緊締具188により、Ｌ字形フレームのベース支持部
182に対して垂直に固定されていて、Ｌ字形フレームと
一体に移動できるようになっている。付勢パルスは、電
気のリード線190を介して電磁コイル186に供給される。

前述のように、電磁コイル186に付勢パルスが供給さ
れると、該電磁コイル186によって、永久磁石178が、通
路192に対して間隙を隔てて、該通路192内に引き入れら
れる。パルスが供給されなくなると、チューニングフォ
ークの振動（この振動は、前述のように、振動するマス
（質量）の慣性モーメントの関数である共振周波数であ
るのが好ましい）が引き起こされる。リフレクタ180
は、走査端位置ＡとＢとの間で振動する。光源（例えば
レーザ192）から発射された光がリフレクタ180に向けら
れると、一方向に延在している走査線（A₁−B₁）が形成
される。

この改善された構造においては、フォーク／フレーム
組立体が、モータ196の出力軸194に取り付けられてお
り、この形式は、前掲の米国特許第4,496,831号に開示
されておりかつクレームされている。モータ196は、該
モータ196に供給される電流に比例する量で出力軸194を
変位させるべく作動するトルクモータである。モータ19
6は、双頭矢印198により示すように、出力軸194を交互
に反対方向に反復振動させる。出力軸194は、カップラ2
00を介してフォークのステム172に連結さている。

第11図に示すように、モータ196の出力軸194の反対側
の端部は、心出し捩りばね202により拘束されている。
出力軸194が振動するとき、心出し捩りばね202は、出力
軸194を休止位置に戻すべく作動する。前記一方向の走
査線（A₁−B₁）に対して垂直な方向に延在する走査線
（Ｃ−Ｄ）が形成される。

上記各々のエレメント及びこれらのエレメントを２つ
以上組み合わせたものは、上記形式とは異なる他の形式
の走査構造にも有効に適用することができる。

以上、節電形の走査構造に具現化したものについて本
発明を説明したが、本発明は、図示した詳細な構成に限
定されるものではなく、本発明の精神から逸脱すること
なくして種々の構造的変更を施すことができる。

更に分析するまでもなく、上記説明によって本発明の
本質は完全に明らかになったでおろう。従って、当業者
ならば、従来技術の見地から、現在の知識を運用するこ
とによって、本発明の特徴を省略することなくして本発
明を種々に適用できるであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を具現化したスキャナの手持ち形ヘッ
ドを示す斜視図である。 第２図は、第１図のヘッドに使用できる、本発明の一実
施例による走査構造を示す斜視図である。 第３図は、本発明の別の実施例を示す第２図と同様な斜
視図である。 第４図は、本発明の更に別の実施例を用いているポータ
ブルスキャナの一部を断面した断面図である。 第５図は、第４図の側面図である。 第６図は、本発明の更に別の実施例を示す第２図と同様
な斜視図である。 第７図は、接触形の手持ち形スキャナを示す斜視図であ
る。 第８図は、第７図のスキャナに使用できる本発明の更に
別の実施例に係る走査構造を示す斜視図である。 第９図は、本発明による走査構造の更に別の実施例を示
す概略図である。 第10図は、本発明による走査構造の更に別の実施例を示
す平面図である。 第11図は、本発明による走査構造の更に別の実施例を示
す側面図である。 10……スキャナヘッド、11……バレル、 12……ハンドル、13……トリガ、 16……デコードモジュール、 17……ホスト装置、20……節電形走査構造、 22……光リフレクタ、24……捩りワイヤ、 30……支持フレーム、34、36……ストッパ、 38……戻しばね、 40……アクチュエータロッド、 46……カム面、48……カム、 50……カムの先端部、52……ソレノイド、 56……コア軸、58……保持ロッド、 60……スキャナ、62……光源、 64……光学チューブ、74……光検出器、 76……A/D変換回路、78……デコード回路、 80……マイクロプロセッサ、 86……ディスプレイ、88……キーボード、 92……トリガ、 100……ソレノイドコイル、 102……コアプランジャ、 110……手持ち形スキャナ、 112……集光ミラー、114……光検出器、 120……記号、 122……発光ダイオード（LED）、 124……レンズ、130……走査エレメント、 134……板ばね、146……クランプピン、 148……Ｖブロック、152……光リフレクタ、 154……後部支持体、156……永久磁石、 158……電磁コイル、172……ステム、 174、176……アーム、 178……永久磁石、180……光リフレクタ、 186……電磁コイル、196……モータ、 202……捩りばね。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マーク クリッシェヴァー アメリカ合衆国 ニューヨーク州 11788 ハウポージュ カールトン レ ーン 26

Claims (16)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】１つの軸線の周りで振動できるようにホル
   ダ手段に取り付けられ、第1,第２走査端位置の間の中立
   位置へ付勢される走査コンポネント、及び、 前記走査コンポネントを前記中立位置から一方の前記走
   査端位置に向かい移動するよう力をかけるように配置さ
   れた読取り開始手段、を備える光学スキャナにおいて、 前記ホルダ手段は、前記走査コンポネントにばね状の回
   復力を与える弾性戻し手段を含むことを特徴とする光学
   スキャナ。
2. 【請求項２】請求項１に記載の光学スキャナであって、
   前記ホルダ手段は板ばね（134）であることを特徴とす
   る光学スキャナ。
3. 【請求項３】請求項２に記載の光学スキャナであって、
   前記板ばね（134）は対向する第1,第２端部（136,142）
   を有し、前記両端部は支持体（140）に固定されている
   ことを特徴とする光学スキャナ。
4. 【請求項４】請求項３に記載の光学スキャナであって、
   前記走査コンポネントは、前記板ばね（134）の第1,第
   ２端部（136,142）の間の中央部に取り付けられている
   ことを特徴とする光学スキャナ。
5. 【請求項５】請求項３又は請求項４に記載の光学スキャ
   ナであって、前記走査コンポネントは、前記板ばね（13
   4）の第１平面部と前記板ばねとの第２平面部との間に
   取り付けられていることを特徴とする光学スキャナ。
6. 【請求項６】請求項５に記載の光学スキャナであって、
   前記両平面部は互いに90゜の角度をなすことを特徴とす
   る光学スキャナ。
7. 【請求項７】請求項５又は請求項６に記載の光学スキャ
   ナであって、前記走査コンポネントは前記板ばね（13
   4）の第１平面部と第２平面部の間の弧状部に取り付け
   られていることを特徴とする光学スキャナ。
8. 【請求項８】請求項７に記載の光学スキャナであって、
   前記走査コンポネントは前記板ばね（134）に円筒形取
   付けピン（146）手段で取り付けられ、該取付けピンの
   周りに前記板ばねの前記弧状部がガイドされていること
   を特徴とする光学スキャナ。
9. 【請求項９】請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記
   載の光学スキャナであって、衝撃力を受けた場合に不必
   要な移動を防止するようにストッパ（168）が配置され
   たことを特徴とする光学スキャナ。
10. 【請求項１０】請求項１乃至請求項９のいずれか１項に
    記載の光学スキャナであって、前記読取り開始手段は電
    気的に駆動されるアクチュエータであることを特徴とす
    る光学スキャナ。
11. 【請求項１１】請求項10に記載の光学スキャナであっ
    て、前記アクチュエータは電磁組立体であることを特徴
    とする光学スキャナ。
12. 【請求項１２】請求項11に記載の光学スキャナであっ
    て、前記電磁組立体は前記走査コンポネントを減衰しつ
    つ振動させるように配置され、前記走査コンポネントは
    最後に前記中立位置で停止することを特徴とする光学ス
    キャナ。
13. 【請求項１３】請求項11に記載の光学スキャナであっ
    て、前記電磁組立体は前記走査コンポネントを継続的に
    振動させるように配置されたことを特徴とする光学スキ
    ャナ。
14. 【請求項１４】請求項11乃至請求項13のいずれか１項に
    記載の光学スキャナであって、前記電磁組立体は電磁コ
    イル（158）と永久磁石（156）とを含み、前記永久磁石
    は前記走査コンポネントの振動中前記電磁コイルに近づ
    き離れるように移動することを特徴とする光学スキャ
    ナ。
15. 【請求項１５】請求項10乃至請求項14のいずれか１項に
    記載の光学スキャナであって、前記アクチュエータが前
    記走査コンポネントの振動と共振する周波数で付勢され
    ることを特徴とする光学スキャナ。
16. 【請求項１６】請求項１乃至請求項15のいずれか１項に
    記載の光学スキャナであって、前記走査コンポネントは
    光リフレクタ（152）を含むことを特徴とする光学スキ
    ャナ。