JP2768765B2

JP2768765B2 - 標識を読み取るためのレーザ走査装置

Info

Publication number: JP2768765B2
Application number: JP28283889A
Authority: JP
Inventors: メトリツキーボリス; スウォーツジェローム
Original assignee: シンボルテクノロジイズインコーポレイテッド
Priority date: 1988-10-31
Filing date: 1989-10-30
Publication date: 1998-06-25
Anticipated expiration: 2013-06-25
Also published as: EP0366890A2; EP0366890A3; CA1324442C; JPH02178889A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、一般に、バーコード記号のような光反射率
を異にする部分を有する標識を読み取るためのレーザ走
査装置に関し、更に詳細には、使用者が持ち運ぶことが
でき、読み取るべき各記号に狙いをつけることのできる
軽量、多素子、可搬形のレーザダイオード式走査ヘッド
に関し、また、ヘッド内のレーザダイオードによって放
射されるレーザビームの可視性を増強し、レーザビーム
を記号に狙いつけすることを容易にすることに関する。

〔従来の技術〕

物品をその上にある記号を光学的に読み取ることによ
って識別するため、物品に貼着されたラベル上に印刷さ
れたバーコード記号を光学的に読み取るための種々の光
学的読取装置及び光学的走査装置が従来から開発されて
いる。バーコード記号自体は一連のバーから成るコード
化されたパターンであり、これらバーは種々の幅を有
し、且つ種々の幅のスペースを境界づけるように互いに
間隔を置いており、これらバー及びスペースは異なる光
反射特性を有している。このような読取装置はコード化
されたパターンを電気光学的にデコードし、物品を記述
する多重英数字デジット表現となす。このような一般型
の走査装置及びこれに用いられる部材を開示しているも
のとしては、例えば、米国特許第4,251,798号、第4,36
0,798号、第4,369,361号、第4,387,297号、第4,593,186
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号及び第4,760,248号、並びに米国特許出願第19
6,021号、第7,775号、第944,848号、第138,563号、第14
8,438号、第148,669号、第148,555号、第147,708号及び
第193,265号があり、これらは全て本出願人に譲渡され
ている。これら特許及び特許出願の内容については、本
技術分野の現在の水準を示すために本明細書において説
明する。

前掲のいくつかの特許及び特許出願に開示されている
ように、特に有利な走査装置の例においては、使用者が
手に持っている手持ち形ヘッドからのレーザ光ビームを
修正して導き、ヘッドを、そしてある場合にはレーザビ
ーム自体を、読み取るべき記号に狙いをつけ、レーザビ
ーム及び／又は検出器の視野を記号を横切って反復走査
し、走査中に記号から反射して来るレーザ光を検出し、
検出された反射光をデコードする。

約633nmの波長で赤レーザ光を放出するヘリウム・ネ
オン・ガスレーザによってレーザビームが発生される場
合、この赤レーザ光は使用者に容易に見え、従って使用
者は困難なしにヘッドを正しく狙いつけし、この放射赤
レーザ光を、走査中、記号上に且つこれを横切って位置
決め及び保持することができる。

約780nmの波長で赤外レーザ光を放射する半導体レー
ザダイオードによってレーザビームが発生される場合に
は、この赤外レーザ光は、全ての実用的目的に対して、
不可視である。例えば米国特許第4,760,248号において
説明されているように、走査が照明の明るい環境内で且
つ速い走査速度で行われる場合には、使用者はこの不可
視赤外光を見ることができない。従って、ヘッドを記号
に対して狙いつけすることは、単に使用者がこの赤外光
を見ることができないので、困難となる。使用者は、試
行錯誤して探し回り、赤外光がいくつかは記号上に且つ
これを横切って正しく位置決めされることに望みをか
け、そして、走査装置が使用者に、一般には表示ランプ
の点灯または可聴ビーパの報知音で、記号が首尾よくデ
コードされて読み取られたということを知らせるまで待
つ、ということを要求される。

試行錯誤的に探し回るということの非効率性及び時間
消費性を克服するため、前掲の米国特許出願第147,708
号には、ヘッドがかかる不可視性レーザ光を放出及び／
又は受け取った場合に、各記号を視覚的に位置決めし、
そしてある場合には追跡するための光狙いつけ機構が記
載されている。その目的に対して概略満足であるとはい
うものの、この光狙いつけ機構を用いると、ヘッドの重
量、大きさ、価格及び電力消費が増し、ヘッドをできる
だけ軽量、小形、価格低廉及びエネルギー効率的にする
という点については理想から程遠い。

約670nmから約680nmまでの波長のレーザ光を放出する
レーザダイオードの出現に伴い、放出されるレーザ光は
人間の目に最少限界的に可視となっている。比較をして
みると、波長670〜680nmのレーザ光が人間の目に見える
可視度は、ヘリウム・ネオン・ガスレーザから放出され
る波長約633nmの赤レーザ光の約10分の１である。しか
し、波長が約780nmである赤外レーザダイオードの光よ
りも可視度が高い。しかし、使用に際しては、１秒当た
り40回程度の速い走査速度においては、またスーパーマ
ーケットのような明るく照明された場所においては、波
長670〜680nmのレーザ光の可視度は、特に、読み取るべ
き記号がヘッドから遠くに配置されている場合に、低下
する。

レーザビームを、基準平面において最小のビーム横断
面積またはウエストを持つビームスポットを形成するよ
うに、修正及び合焦させる。記号は、基準面のどちらの
側でも読み取ることができる。説明の都合上、基準面と
ヘッドとの間に置かれた記号を「近接」記号と定義し、
ヘッドから遠い方の基準面の他の側に置かれた記号を
「遠隔」記号と定義することにする。「近接」記号とい
う語には、記号が実際上ヘッドと接触している場合、ま
たは、基準面がヘッドのすぐ外側に配置されている場合
をも含む。装置が記号を読み取ることのできる最小距離
と最大距離との間の範囲は、しばしば、「被写体深度」
と定義される。いうまでもなく、被写体深度は、濃度の
異なる記号に対しては異なる。

此等の定義を念頭において説明すると、限界的可視性
のレーザ光（波長670〜680nm）であっても、近接記号上
では容易に見える。その主たる理由は、記号を横切るビ
ームスポットの速度は、近接記号に対しては遠隔記号に
対するよりも遅いからである。しかし、かかる限界的可
視性レーザ光を、ビームスポット速度がより速い遠隔記
号上に位置決めすることは、できず、または少なくとも
極めて簡単ではない。

〔発明が解決しようとする課題〕

近接記号（ヘッドに接触する記号を含む）及び遠隔記
号の両方を、これに簡単に狙いをつけ、並びに、探し回
ること及び光狙いつけ機構を使用することなしち、読み
取ることのできるレーザダイオード利用装置が強く要望
されている。

本発明の一般的目的は前記従来のレーザ走査装置にあ
った問題及び欠点を克服することにある。本発明の他の
目的は、少なくとも限界的可視性のレーザ光を放射する
レーザダイオードによって放射されたレーザビームの可
視性を高めることにある。本発明の更に他の目的は記号
へのレーザビームの狙いつけを容易にすることにある。
本発明の更に他の目的は、軽量、小形、且つ頑丈であ
り、手首及び腕の疲労のない、人間の目に可視のレーザ
ビームの放出が可能である手持ち形レーザダイオード走
査ヘッドを提供し、これにより、可視レーザビームを近
接記号から遠隔記号までにわたって簡単に位置決めする
ことを可能ならしめることにある。本発明の更に他の目
的は、ヘッドと接触している記号だけでなく、近接及び
遠隔記号をも読み出し可能なレーザダイオード走査ヘッ
ドを提供することにある。本発明の更に他の目的は、記
号を位置決めするために試行錯誤的に探し回ること及び
光狙いつけ機構を使用することを不要ならしめることに
ある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の前記及び他の目的を達成するため、本発明の
特徴を有するレーザ走査装置は、光反射率を異にする部
分を有する標識、例えば、可変幅の明るいスペース及び
これによって分離された暗いバーを交互に有するバーコ
ード記号を読み取るためのものである。本発明装置は、
ハウジング、及び入射レーザビームを発生するために該
ハウジング内にある光源手段を有する。前記光源手段は
波長約670nmないし約680nmのレーザ光を放射する半導体
レーザダイオードを具備しており、従って、放射される
レーザ光は、前述したように、人間の目に少なくとも限
界的に可視である。

また、光学手段が前記ハウジング内に設けられてお
り、入射レーザビームを、該ハウジングに対する作動距
離の範囲内に配置された記号へ向かって、光学路に沿っ
て、光学的に成形して導くように働く。レーザ光は記号
から反射される。この反射光のうちの少なくとも或る戻
り部分は記号から離れて進んでハウジングへ向かって戻
る。

走査手段、例えば、走査ミラーのような反射面が上に
取り付けられている往復振動性出力軸を有する走査モー
タがヘッドに取り付けられており、記号を、一つの走査
において、好ましくは反復的に記号を横切る１秒当たり
複数の掃引において、走査するようになっている。前記
反射したレーザ光の戻り部分は、走査中に記号を横切る
可変的光強度を持つ。これは、バーコード記号の場合に
は、記号を構成しているバー及びスペースの光反射特性
が異なっていることによるものである。

この装置はまたセンサ手段、例えば１つまたは複数の
ホトダイオードを備え、反射レーザ光の戻り部分の可変
光強度を視野にわたって検出し、及びこの検出された可
変光強度を示す電気信号、一般にはアナログ信号を発生
するようになっている。

前記アナログ電気信号を処理するための信号処理手段
が設けられており、この信号処理手段は、通例は、この
アナログ電気信号を処理して、走査中の記号を記述する
データにデコードされるデジタル化電気信号となす。

前記走査手段は、記号を横切る入射レーザビーム自体
を、またはセンサ手段の視野を、またはこれら両方を走
査するように働く。

デコード／制御電子回路が、常にではないがしばし
ば、前記ハウジング内に設けられている。しかし、この
回路はハウジングから離れて遠くに配置される場合もあ
る。この路は、デジタル化信号を前述のデータにデコー
ドするように、記号の間違いのないデコードを測定する
ように、及び記号の間違いのないデコードが測定された
記号の読み取りを終了するように働く。読取はアクチュ
エータの作動によって開始される。このアクチュエータ
は、一般にはハウジングに設けられている手動式トリガ
手段であり、光源手段、走査手段、センサ手段、信号処
理手段、及びデコード／制御手段に作動的に接続され、
これらを作動させるように働く。このトリガ手段は各記
号に対して順々に１回作動させられる。

手持ち形を用いる場合には、レーザ走査ヘッドとも呼
ばれるハウジングを使用者の手に持ち、読み取るべき各
記号に狙いをつけ、そして記号の場所を突きとめたら、
使用者はトリガ手段を作動させて読取を開始する。記号
が読み取られると、デコード／制御手段は自動的に使用
者に警報を発する。それで、使用者は次の記号に注意を
移して読取行動を繰り返すことができる。

レーザビームが限界的にしか使用者に見えない場合に
問題が生ずる。使用者がレーザビーム自体を簡単に見る
ことができないと、使用者は、ビームが何時記号上に位
置決めされるかを、または走査レーザビームが記号の全
長にわたって走査しているかどうかを知ることができな
い。

それで、本発明の一つの特徴として、入射レーザビー
ムの可視性を増大するための手段が設けられている。こ
の特徴があるので、使用者は、可視性の増大したレーザ
ビームを見ること、及びこのレーザビームを、ヘッドに
対して広い範囲の作動距離にわたって、読み取るべき記
号上に位置決めすることができる。この範囲には、ヘッ
ドに接触している記号だけではなく、前述の基準面とヘ
ッドとの間に配置された近接記号も、また、ヘッドから
遠い方の基準面の他の側に配置された遠隔記号も含まれ
る。

前述したように、近接記号は遠隔記号よりも容易に見
える。その理由は、とりわけ、近接記号を横切るビーム
スポットの速度が遠隔記号に対するものよりも遅いから
である。ヘッドから遠ざかるにつれて、可視性は低下す
る。可視性を高めるために、本発明においては、記号信
号における記号配列方向すなわち走査方向に対し横方向
のレーザビームスポットの寸法すなわち高さ寸法を減少
させ、これにより、ヘッドから遠く離れた位置における
ビームスポットを「鮮鋭にする」。

本発明は、限界的に可視性のレーザビームの可視性を
高めるために、レーザ光源手段の非点収差特性を用す
る。従来は、レーザ光源の非点収差特性は補償すべき光
学的収差として考えられていた。本発明においては、こ
の従来の考え方から離れて、レーザ光源の非点収差特性
を積極的に利用して、記号位置におけるレーザビームの
可視性をたかめ、記号に対する狙い付けを容易にする。

非点収差特性のレーザ光源、すなわちレーザダイオー
ドは、光学路に沿って互いに間隔をもって位置する２つ
の見掛け光源を有することに特徴がある。一方の光源
は、水平面内にビーム断面があって、レーザチップの内
部から発しているように見え、低い発散角のレーザビー
ムを発生する。他方の光源は、垂直平面内にビーム断面
があってチップのファセット（表面）から発しているよ
うに見え、大きい発散角のレーザビームを発生する。こ
れら２つの見掛け光源は互いに20ミクロン程度の光学路
方向の間隔をもって位置しており、チップの平面接合に
対して測定したとき、相異なる平面内で相異なる向きの
２つのビームウエストを形成する。

本発明においては、各々の見掛け光源を別々の目的に
利用する。記号から遠い位置にある低い発散角の見掛け
光源は、走査スポットを形成するのに利用される。この
ため、光学手段は、低い発散角の見掛け光源を光学的に
修正して、ビームのウエストの大きさ及び位置を決定す
る。この低い発散角の見掛け光源からのビームは、該光
学手段を通ったとき、ヘッドに対して比較的近い位置に
ビームウエストを形成する。そのビームウエストは、走
査方向に幅が狭い。

記号から近い位置にある大きい発散角の見掛け光源
は、狙い付け用スポットを形成するのに利用される。上
記の光学手段を通ったとき、この見掛け光源からのビー
ムは、低い発散角の見掛け光源からのビームのウエスト
位置よりもヘッドに対して遠い位置にビームウエストを
形成する。このビームウエスト位置においては、ビーム
は、走査方向に長く、走査方向に対して横方向、すなわ
ち高さが小さいビーム断面形状である。この断面形状の
ために、記号がヘッドに対し基準平面より遠い位置にあ
る場合（遠隔記号）にも、スポットの可視性は高められ
る。前述したように、遠隔記号の場合には、該記号を横
切るビームスポットの速度が速くなるため、ビームスポ
ットの可視性が低下する。しかし、上述した本発明の特
徴によれば、遠隔記号に対するビームスポットは走査方
向に長いので、視認が容易になる。

本発明の一態様においては、光学手段は、走査方向に
沿う第１の寸法すなわち幅と、走査方向に対してほぼ直
角方向（横方向）に沿う第２の寸法すなわち高さを有す
る開口絞りを備える。開口絞りは、高さ寸法が該開口絞
りにおけるレーザビームの高さとほぼ等しくなるように
寸法を定められる。このように開口絞りの高さ寸法を定
めることにより、該開口絞りを通過するレーザビームの
パワー損失が最少になる。そのため、遠隔記号に対する
ビームスポットの明るさを高めて可視性を向上させるこ
とができる。

前記光学手段は合焦レンズを含んでおり、また、限界
的可視性レーザビームの可視性を増大させる更に他の方
法として、合焦レンズの倍率を増大させる。従来の装置
においては20X〜25Xの倍率が一般に用いられていたが、
本発明においては、50X程度の遥かに高い倍率を用い
る。

前述した本発明の新規な特徴は特許請求の範囲に記載
のとおりである。以下、本発明装置の構造及び作動方法
並びに本発明の更に他の目的及び利点をその実施例につ
いて図面を参照して詳細に説明する。

〔実施例〕

第１図ないし第４図について説明すると、レーザ走査
ヘッド10は、軽量（約0.454kg（１ポンド）未満）の、
流線形の、手持ちの形の、完全可搬式の、操作容易の、
腕及び手首疲労なしのものであり、レーザ操作装置にお
いて用いるために使用者による完全支持が可能であり、
記号を読み取り、走査し、及び／又は解析するように働
き、記号の読取り前または読取り中に、使用者によって
各記号に順々に狙いをつけられる。本明細書において用
いる「記号」なる用語は、利用される光源、例えばレー
ザの波長において相異なる光反射特性を有する相異なる
部分から成る指標を含む。この指標は、遍在する万国製
品コード（UPC）記号、または白黒の工業記号、例えば
コード39、コダバール、５中２インタリーブ（Code39,C
odaber,Interleaved2of5）、等の任意のものを含む。こ
の指標はまた、任意の英文字及び／又は数字であっても
よい。「記号」なる用語はまた背景分野に配置された指
標を含み、この指標、または少なくともその一部は、背
景分野に対するものとは異なる光反射特性を有す。後者
の定義において、記号の「読取り」はロボット光学及び
物体認識の分野において特に有益である。

第１図について説明すると、ヘッド10は、断面ほぼ矩
形状であってハンドル軸に沿って長く伸びるハンドル部
12と、ほぼ水平に伸びるバレルまたは本体部11とを有す
るほぼガン形のハウジングを備えている。ハンドル部12
の断面寸法及び全体的大きさは、使用者の手に都合よく
適合して支持されるようになっている。本体及びハンド
ル部は、合成パラスチック材料のような、軽量、可とう
性、耐衝撃性、自己支持性の材料で作られている。この
プラスチック製ハウジングは、好ましくは、射出成形さ
れたものであるが、真空成形または吹出し成形したもの
であってもよく、内部空間を形成する肉薄の中空シェル
を形成している。その容積は約819cm²（50立方イチン）
程度以下であるが、用途によって約410cm²（25立方イン
チ）程度以下である。これらの値は本発明を限定するも
のではなく、ヘッド10の総体的な最大の大きさ及び容積
の概略を示すものである。シェルは、ほぼ垂直の接合鮮
12cに沿って付き合わされる２つのハウジング部12a、12
bで形成されている。

第４図に示すような使用位置を考えて説明すると、本
体部11は、傾斜前面壁11aを有する前部突出領域または
ノーズを有す。本体部11はまた、傾斜前面壁11aから後
方へ間隔をおく背面壁11bを有する後部領域または後端
部を有している。本体部11はまた、上面壁11c、上面壁1
1cの下にある下面壁11d、及び上面壁と下面壁との間に
ある１対の相対向する側面壁11e、11fを有す。前面壁11
aは上面壁及び下面壁に対して傾斜している。

手動式の、好ましくは押込み式のトリガ13が片持ばり
式弾性アーム13a上に取り付けられ、前方へ向く領域内
でヘッドに対して移動するようになっている。前記前方
へ向く領域は、ハンドルと本体部とが突き合わさってい
る領域であり、また、使用者が使用位置においてハンド
ル部を握るときに使用者の人差し指が通例横たわる領域
である。下面壁11dは下面開口部を有し、ハンドル12は
前方へ向くスロットを有し、トリガ13はこのスロットを
通って突出し且つ移動させられるようになっている。ア
ーム13aの一方の端部はトリガスイッチ25上に横たわ
り、トリガ13を押し込むと開放状態から閉鎖状態へ切り
換えられるようになっている。

窓14がノーズの定位置に設けられている。この窓は透
光性であり、レーザ光がヘッドの内部から外部へ、及び
外部から内部へ通過することができる。

可とう性の、余り太くない、自由に曲がるコイル形電
気ケーブル15が、ヘッド10とレーザ走査装置の残りの構
成部材と接続している。その作動については後で詳細に
説明する。

後述するように、複数の構成部材がヘッド内に取り付
けられている。そのうちの少なくとも若干は、制御マイ
クロプロセッサにより、直接的にまたは間接的にトリガ
13によって作動させられる。ヘッド構成部材のうちの一
つはレーザ光源（第３図、第４図）、例えば半導体レー
ザダイオード33である。このレーザ光源は、トリガ13に
よって点灯させられると、前述したように、入射レーザ
ビームを発生伝播させる。その光は、前述したように、
人間の目に最少限界的に可視である。この放射ビームの
波長は約670nmから約680nmまでの範囲内にある。この放
射レーザダイオード・ビームは高度に発散性であり、ビ
ーム伝播の縦方向と平行及び垂直の相異なる平面内で種
々に発散し、非半径方向対称的、即ちアナモルフィック
であり、そして楕円形のビーム横断面を有す。このダイ
オードは連続波型またはパルス型である。このダイオー
ドは低い電圧（例えば直流12Vまたはそれ以下）を必要
とするだけであり、この電圧は、ヘッド内に設けられて
いる電源レギュレータ及び電池（直流）電源、またはヘ
ッドに着脱自在に取り付けられている付属の再充電式電
池パック組立体、またはヘッドから外部電源（例えば直
流電源）に接続されているケーブル15内の導電体によっ
て与えられる。

第８図に詳細に示すように、光学組立体30が、薄い可
とう性プリント回路盤16上に取り付けられておって該回
路盤に対して調節可能に位置決めされ、放出されたレー
ザビームを修正して第１の光学路21a、21cに沿って基準
平面へ導くようになっている。前記基準平面は、ヘッド
の外部に、前面壁11aと接触している記号を読み取るた
めにノーズに、または前面壁11aとの接触から離れてい
る記号を読み取るためにノーズの前方に配置される。基
準平面は、放射レーザビームが伝播する縦方向に対して
ほぼ垂直に配置される。読み取るべき記号を、基準面に
近くに、該基準面の一方の側にまたは反対の側に位置さ
せる。即ち、光学的に修正されたレーザビームの被写体
深度内、及びヘッドに対して計った作動距離の範囲内の
どこかに位置させる。レーザビームは、記号から、１つ
の方向に鏡面成分として、及び多くの方向に散乱成分と
して反射する。前記散乱レーザ光のうち、第２の光学路
21c及び21bに沿って記号からヘッドへ向かって戻る部分
を、本明細書においては、戻り部分という。この部分も
使用者に対して最少限界的可視性である。

第８図に詳細に示すように、光学組立体は細長い円筒
状光学筒34を有す。この光学筒は一端部に円筒状穴を有
し、この穴にダイオード33の環状ケーシング部がはまり
込み、ダイオードを定位置に保持している。光学筒34の
反対端部には鏡筒35が、縦方向に移動できるように取り
付けられている。鏡筒35は、開口絞り45、開口絞りを取
り巻いて境界付けしている阻止壁部44、及び内部空間を
境界付けしている円筒状側面壁部46を有す。

光学組立体は、更に、側面壁部46の内部空間内に第１
の光学路中に配置されておって放射レーザビームを基準
面に合焦させるために絞りとともに働く合焦レンズ32、
例えば平凸レンズを有す。開口絞り45はレンズ32のどち
らの側に配置されておってもよいが、下流側に配置され
ていることが好ましい。バイアスかけ手段または引っ張
りコイルばね47が光学筒内に配置されており、このコイ
ルの一端部はダイオードのケーシング部に押しかかり、
コイルの他端部はレンズ32の平面側に押しかかってい
る。このばねはレンズを阻止壁部に向かって一定に押し
ており、これによりレンズを開口絞りに対して固定配置
させている。レンズ及び開口絞りは、鏡筒が縦方向に移
動すると、連動的に移動する。側面壁部は、当初は、光
学筒を境界付けする内周壁内に、これとねじ山を噛み合
わせてまたは滑動的に受け入れられ、そして、レンズと
開口絞りとの間の、及びレンズとダイオードとの間の所
望の縦方向間隔が得られると、例えば接着剤または締め
付けにより、そこに固定される。側面壁部と光学筒の内
周壁との間の縦方向移動は、レンズ及び開口絞りに対す
る調節可能な位置決め手段であり、ダイオードに対する
レンズ及び開口絞りの所定位置固定は、レンズ及び開口
絞りをダイオードからの所定間隔に固定的に配置する手
段である。

開口絞りは、後述するように、開口絞りにおける放射
レーザビームの横断面にほぼ等しく、これにより、放射
レーザビームの大半部は、記号への途中で第１の光学路
に沿って開口絞りを下流へ通過させることができる。開
口絞りの横断面は矩形または楕円形であることが好まし
く、この場合、矩形または楕円形横断面の長手方向をレ
ーザビームの大きい方の発散角と整合させ、より多くの
エネルギーを記号へ伝導するようにする。

光学組立体は光学ブロック50を有し、このブロックの
前方部分52及び後方部分54は、協同して、ダイオード3
3、光学筒34、鏡筒35及び前述の構成部材が収容されて
いる内部空間を境界付けしている。ヒートシンク31がダ
イオードと熱的に密接接触して取り付けられ、該ダイオ
ードから熱を伝導して逃がすようになっている。少なく
とも１つのねじ山付き部材56を有する昇降調節手段が、
ヒートシンク及び後方部分54にそれぞれ形成された整合
穴を、すきまをもって、通過し、前方部分52に形成され
たねじ山付き穴にねじ込まれている。光学ブロック内に
その前方及び後方部分間に薄い可とう性の軟弱区域を設
けることにより、ヒンジ58が形成されている。前方部分
52はアンカー59によって回路盤16上に定置的に取り付け
られている。ダイオード、光学筒、鏡筒及びこれに収容
されている構成部材は後方部分上に取り付けられてこれ
とともに移動するようになっている。部材56を、部材56
が沿って延びる軸のまわりでいずれかの周辺方向に回転
させると、後方部分及びその上に支持されている全ての
構成部材は、定期的前方部分に対してヒンジ58のまわり
で角度的に移動させられ、これにより、すきま通路60を
通ってブロック50から出て来る放射光りビームを上げ下
げする。前記すきま通路は、ビームを、その角度的調節
範囲にわたって、阻止することのないような寸法に作ら
れている。

通路60を通過するレーザビームは、光学組立体によ
り、ヘッド内の通路21aに沿って、ほぼ平面状の走査ミ
ラー19bへ後方へ導かれて該ミラーから反射される。走
査ミラー19bは、これに入射するレーザビームを、通路2
1bに沿い、前方へ向くレーザ光透過性窓14を通して記号
の方へ前方へ反射する。第５図に詳細に示すように、記
号100が基準平面102の近くに設けられている。この記号
は、バーコードの場合には、縦方向に沿って互いに間隔
をおく一連の垂直バーから成る。レーザビームのスポッ
トをこの記号上に合焦させる。後述するように、レーザ
ビームを記号の全てのバーを長さ方向に横切って掃引さ
せるように走査ミラーを往復且つ反復的に横に振動させ
ると、線形走査が生ずる。全てのバーが掃引されるなら
ば、線形走査はバーの高さに沿う何処にあってもよい。
線形走査の長さは読み取るべき最も長い記号の長さより
も長い。本例においては、線形走査は基準平面において
76.2mm（３インチ）程度である。

走査ミラー19bは、走査手段、好ましくは米国特許第
4,387,397号に図示且つ記載されている型の高速走査モ
ータ上に取り付けられている。この米国特許の内容は本
明細書に参照として記載してあり、且つ本願の一部とな
っている。本願の目的としては、走査モータ24は出力軸
104を有しており、この軸に支持ブラケット19が固定さ
れている、ということだけでよい。走査ミラーはこのブ
ラケット上に取り付けられている。モータは、軸を、交
互の周辺方向に、所望の大きさ、一般には360゜未満の
弧長にわたって、１秒当たり複数の振動がある程度の速
度で、往復且つ反復的に振動させるように回転させられ
る。本実施例においては、走査ミラー及び軸は連動的に
振動し、これにより、走査ミラーはこれに入射するレー
ザダイオードのビームを、基準平面における約32゜の角
度的距離または弧長にわたって、且つ１秒当たり約20走
査または40振動の速度で、反復走査する。

再び第２図について説明すると、反復レーザ光の散乱
成分のうちの戻り部分は、記号100を構成する種々の部
分の相異なる光反射特性のため、走査中の記号にわたっ
て光強度が可変である。反射レーザ光のうちの戻り部分
は、ほぼ凹球状集光ミラー19aによって集められ、光学
路21c上に中心をおく円錐状集光容積を有する広い円錐
状の光の流れとなる。集光ミラー19aは、ヘッド内に集
まった円錐状光を、光学路21bに沿い、レーザ光透過性
部材106を通じてセンサ手段、例えばホトセンサ17へ反
射する。ホトセンサ17は、好ましくはホトダイオードで
あり、線形走査に沿って、且つ好ましくはこれを越えて
延びる視野にわたって集められたレーザ光の可変強度を
検出し、この検出された可変光強度を示すアナログ電気
信号を発生する。

ホトセンサは記号上の集光区域を「見る」。前述の角
度調節手段は、レーザスポットが記号に入射するときに
放射レーザビームが前記集光区域において記号に入射す
ることを確実にする。

集光ミラー19aを支持ブラケット19に取り付けられて
おり、走査ミラーがトリガによって作動させられると、
集光ミラーは往復且つ反復的に横に振動させられ、記号
を横切って長手方向にホトダイオードの視野を線形走査
状に掃引する。

走査ミラー及び集光ミラーは、本実施例においては、
一体構造のものであるが、走査ミラーは、前面表面仕上
げして銀めっきされた別個の凹面ミラー上に、正しい位
置及び角度に、接着剤付けまたは成形された別個の小形
の平面状ミラーであってもよい。凹面集光ミラーは、レ
ーザ光の戻り部分を集めてこれをホトダイオード上に合
焦させる役をなす。

ヘッド内にはまた、回路盤16に取り付けられた種々の
分岐電気回路が取り付けられている。例えば、回路盤16
上の信号処理手段は、センサによって発生されたアナロ
グ電気信号を処理し、及びデジタル化ビデオ信号を発生
するという働きをなす。記号を記述するデータはこのビ
デオ信号から引き出される。この目的のための適当する
信号処理手段が米国特許第4,251,798号に記載されてい
る。回路盤16上の部材39が走査モータのための駆動回路
を構成する。この目的のための適当するモータ駆動回路
が米国特許第4,387,297号に記載されている。回路盤16
上の部材40は、入って来る電圧をレーザダイオードを賦
勢するのに適当する電圧に変換するための電圧コンバー
タである。米国特許第4,251,798号及び第4,387,297号の
全体的内容は、本明細書に参照として記載してあり、本
願の一部となっている。

一実施例においては、このデジタル化ビデオ信号はケ
ーブル15に沿ってデコード／制御手段101へ送られる
（第４図）。このデコード／制御手段は、デジタル化ビ
デオ信号をデジタル化デコード済み信号にデコードする
働きをなし、このデジタル化デコード済み信号から、記
号を記述する所望のデータが、ソフトウェア制御プログ
ラム内に含まれているアルゴリズムに従って、得られ
る。デコード／制御手段は制御プログラムを保持するた
めのPROM、一時的データ記憶のためのRAM、及びPROM及
びRAMを制御するための制御マイクロプロセッサを有
す。デコード／制御手段は、記号の間違いのないデコー
ディングが何時得られたかを測定し、そして、この記号
の間違いのないデコーディングの測定がなされると、記
号の読取を終了する。読取の開始はトリガを押すことに
よってなされる。デコード／制御手段はまた、トリガに
よって開始されたときのヘッド内の作動可能部材の作動
を制御するための、及び、読取が自動的に終了したとい
うことを、例えば制御信号を指示ランプ36、37へ送って
これを点灯させることによって、使用者に通信するため
の制御回路を有している。

デコード済み信号は遠隔ホストコンピュータ103へ送
られる。このホストコンピュータは本質的に大形データ
ベースとして働き、デコード済み信号を記憶し、ある場
合にはデコード済み信号に関係する情報を提供する。例
えば、ホストコンピュータは、デコード済み記号によっ
て識別された物品に対応する小売り値段情報を提供す
る。

他の実施例においては、デコード／制御手段及びロー
カルデータ記憶手段はハンドル部内の他のプリント回路
盤27に取り付けられており、読み取られた多重デコード
済み信号を記憶する。ここに記憶されたデコード済み信
号は、遠隔ホストコンピュータへアンロードすることが
できる。ローカルデータ記憶手段を設けることにより、
記号の読取中のケーブルの使用を排除することができ
る。これは、ヘッドを可及的自由に操作可能にする際に
極めて望ましいことである。また、ビーパ28が回路盤27
に自由選択的に取り付けられ、これにより、使用者は、
記号が何時間違いなく読み取られたかをハンドル内のポ
ート29を通じて聞くことができる。

前述したように、ダイオード33によって放射された光
ビームは限界的可視性であり、ビームを近接記号（ヘッ
ドに接触している記号を含む）に狙いをつけるには十分
な可視勢を有するが、ビームを遠隔記号に狙いをつけよ
うとする場合には理想的とはいえない。これは、とりわ
け、スポットがヘッドから更に出て行くときに線形スポ
ット速度が増加するからである。光ビームの可視性を増
加させるため、本発明においては、合焦レンズ32の倍率
を45Xないし50Xの程度の率に増加させ、開口絞りの大き
さを増加させ、そして、非点収差特性を補償しないでダ
イオードのかかる非点収差特性のある状態で作動させよ
うとするものである。

詳述すると、レンズ32の倍率を増加させることによ
り、より多くのパワーが基準平面にある走査ビームへ伝
送される。従って、ビームスポットはもっと明るくな
る。開口絞りの高さまたは長辺を記号の高さまたは非走
査方向に沿って増加させることにより、ビームスポット
の高さまたは長軸は、これがヘッドから遠く離れるにつ
れて減少する（第５図参照）。ビームスポットの高さが
減少するにつれ、走査線はより鮮鋭に、即ちより細くな
り、これにより、記号を横切る走査線の可視性が更に増
強される。

前述したように、非点収差ダイオードは、20ミクロン
を間隔をおく２つの見掛けレーザ光源をもつと考えられ
る。一方のレーザ光源は、大きい発散角のビームを発生
し、他方のレーザ光源よりレンズ32に近い位置にある。
他方のレーザ光源は、低い発散角のビームを発生し、レ
ンズ32に対し遠い位置にある。本発明においては、この
非点収差を光学的収差としてレンズ32により補償するこ
とをせず、各々の見掛けレーザ光源を別々の目的で使用
する。すなわち、低い発散角のビームを発生する見掛け
レーザ光源は、第５図においてd3の位置において最少の
ビーム断面幅を規定する。このビーム断面幅は、走査方
向である。この位置におけるビームスポットを走査スポ
ットと呼ぶ。大きい発散角のビームを発生する見掛けレ
ーザ光源は、第５図においてd3より遠い位置d6における
ビームスポットの高さ方向寸法を規定する。このd6の位
置におけるビームスポットの断面形状は、走査方向に長
い形状である。このビームスポットを狙い付けスポット
と呼ぶ。記号が基準平面より遠い側に位置する場合に
も、ビームスポットが走査方向に長いので、かつ、高さ
方向の幅が狭く絞られているので、ビームスポットの明
るさが増大し、該ビームスポットの可視性が向上して、
記号への狙い付けが容易になる。

米国特許第4,760,248号には、約3mm（走査方向）x9.3
mm（非走査方向）の寸法の開口絞りにおけるビーム横断
面に比べ、約1mm（走査方向）x2mm（非走査方向）の寸
法の矩形開口絞りが開示されており、これにより、0.05
の開口数が得られている。これに対し、本発明において
は、約1mm（走査方向）ｘ約4.5mm（非走査方向）の寸法
の開口絞りにおけるビーム横断面に比べ、開口絞りは約
1mm（走査方向）x4mm（非走査方向）の寸法に作られて
おり、これにより、約0.1の開口数が得られている。米
国特許第4,760,248号の矩形絞りの2mmの垂直高さに比
べ、本発明の矩形絞りの4mmの垂直高さは、基準面にお
けるビーム横断面の高さを減少させ、鮮鋭度を増す。ま
た、本発明の絞りの4mmの垂直高さにより、これを通過
する光が増す。

レーザビームの可視性を増強させる更に他の方法は、
レーザダイオードと基準平面との間の距離を増加させる
ことである。即ち、他の条件が全て同じであるならば、
これにより、ビームの出力パワーが増加する。第２図に
示すように、放射レーザビームは鏡筒の長さを光学路21
a及び21cに沿って２回横切る。この「２重通路」によ
り、走査ビームの明るさが増加する。

第２図のレーザ走査ヘッドは再帰反射型であり、出て
行く入射レーザビーム及びセンサ手段の視野が走査され
る。しかし、本発明の精神を逸脱することなしに他の変
形が可能である。例えば、出て行く入射レーザビームを
ヘッド上の一つの窓を通じて記号へ導いてこれを掃引さ
せ、一方、視野を走査せず、そして戻りレーザ光をヘッ
ド上の他の窓を通じて集光してもよい。また、出て行く
入射ビームを記号へ導くがこれを掃引せず、一方、視野
を走査してもよい。

ここに、ヘッドは手持ち型である必要はなく、卓上型
の独立ワークステーションに作り、記号を頭上の窓また
はポートの下を通過させ、出て行くビームをこの窓また
はポートを通して導くようにしてもよい。ワークステー
ション自体は走査中は静止しているが、記号はこのワー
クステーションに対して移動可能であり、出て行くビー
ムで登録される。この目的のために、前述の可視性増強
レーザビームは有利である。また、ヘッドは、記号が記
されているタグまたはラベルと関係する監視装置の状態
を変えるための不活性化装置を更に有することもでき
る。この例としては、本出願人に譲渡された米国特許出
願第236,249号に記載されているものがある。

前述した諸部材の各１つも、または２つもしくはそれ
以上の部材を一緒にした場合も、前述の型とは異なる他
の型の構成において有用な用途が見い出される。

以上、本発明を、長く延びた作業距離にわたって可視
性が増強されたレーザダイオード走査装置の実施例につ
いて説明したが、本発明は図示の細部に限定されるもの
ではなく、本発明の精神を逸脱することなしに種々の変
形及び構造的変更が可能である。

前述は本発明の要旨を完全に表しており、従って、こ
の知識を適用することにより、先行技術に鑑みて、本発
明の一般的または特殊な態様の本質的特質を構成すると
いう特徴を欠如することなしに、この要旨を種々の用途
に採用することができる。即ち、特許請求の範囲に記載
のごとき本発明の範囲内で種々の変更及び変形が可能で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかるレーザ走査ヘッドの正面図、第
２図は第１図の２−２線に沿う垂直断面図、第３図は第
２図の３−３線に沿う横断面図、第４図はレーザ走査装
置の他の構成部材に接続されて使用中である第１図のヘ
ッドの正面斜視図、第５図は第１図のヘッドによって放
射されたレーザビームの種々の横断面を示す斜視図、第
６図は第３図の光学組立体の一部の上面図、第７図は第
６図の光学組立体の側面図、第８図は第３図の光学組立
体の拡大断面図、第９図は第２図の９−９線に沿う拡大
断面図である。 10……レーザ走査ヘッド、 13……トリガ、 16……プリント回路盤、 17……ホトセンサ、 19a……集光ミラー、 19b……走査ミラー、 22a,33……レーザダイオード、 30……光学組立体、 32……合焦レンズ、 45……開口絞り。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G06K 7/10

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】（Ａ）ハウジングと、（Ｂ）前記ハウジング内にあって人眼に対して最小限可
視性の入射レーザビームを発生する光源手段と、（Ｃ）前記ハウジングに対して作動距離の範囲内に置か
れた異なる反射率の部分を有する標識に向かう光学路に
沿って前記入射レーザビームを導き、該レーザ光を前記
標識において反射させて反射レーザ光の少なくとも一部
が前記ハウジングに戻るようにする光学手段と、（Ｄ）前記ハウジング内にあって前記標識を横切る走査
方向に前記標識を走査する走査手段と、（Ｅ）視野にわたって前記反射レーザ光の戻りの部分の
可変強度を検出し、検出された可変強度を示す電気信号
を発生するためのセンサ手段と、を備え、（Ｆ）前記走査手段は、走査方向に沿って前記入射レー
ザビーム及び前記視野のうちの少なくとも一つを走査す
るように働き、（Ｇ）前記電気信号を処理し、前記標識を示す処理済信
号を発生する信号処理手段と、（Ｈ）前記標識の読み取りを開始するため、前記光源手
段、前記走査手段、前記センサ手段及び前記信号処理手
段を作動させる手段と、が設けられた標識を読み取るためのレーザ走査装置にお
いて、前記光源手段は光学路方向に間隔をもった２つの見掛け
光源を有する非点収差型で、前記光学手段は、前記光源
手段の非点収差を修正せず、比較的発散角の小さいレー
ザビームを射出する一方の見掛け光源から出たレーザビ
ームを光学的に修正して前記標識を走査するための走査
用ビームスポットを形成し、比較的発散角の大きいレー
ザビームを射出する他方の見掛け光源から出たレーザビ
ームにより、前記光学路に沿った方向に前記ハウジング
に対して前記走査スポットより離れた位置に、走査方向
に対して横方向の高さ寸法の小さい狙い付け用スポット
を形成するようになった、ことを特徴とするレーザ走査装置。