JP3210668B2 - 電気光学走査システム - Google Patents

電気光学走査システム

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Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は、１以上の次元において光ビームを走査して
走査フィールドから情報を読み取るための手段を提供す
ること、及びバーコード、欧数字コード及びパターン認
識を含む、情報の走査、検出及び読み取り方法に関す
る。
より詳しくは、本発明は、読み取りを行う物質を最初
に方向付ける必要性なしに、ある領域内の情報を読み取
るために回転されうる高密度走査パターンでもってその
領域をカバーすることが望ましい場合に有用は、走査デ
バイスに関するものである。
種々の実施形態において本発明は、情報収集装置及び
システムにおける構成部品として、工場、店頭及びハン
ドヘルドアプリケーションに有用である。バーコードの
走査、印刷されたコードその他の情報の読み取り及びデ
コード、並びにパターン認識といったものは、本発明の
有用な用途のごく一部である。本発明は特に、低コス
ト、コンパクトさ、取付の容易性及び軽量性が望まれる
場合に適する。
発明の背景 情報収集の目的でビーム走査を行う分野は、急速に進
歩している。バーコードの読み取りの商業的な用途及び
重要性は周知のところであり、２次元バーコードの導入
によって、現在ではより高度なものとなってきている。
コード49は、情報を２次元アレイで含む新しいバーコー
ド標準の一例に過ぎない。情報密度が増大するにつれ
て、それを迅速に読み取るためには、高速高密走査パタ
ーンでの走査が必要となる。
バーコード読み取りに加えて、欧数字情報を読み取る
能力もまた、商業的に大きな価値がある。他の形式のエ
ンコード情報もまた工夫されつつあり、走査読み取り装
置を必要とする物体認識もまた、商業的に重要である。
商品の精算カウンタにおいて、バーコードをバーコー
ド読み取り装置に対して向けなければならないという問
題は、周知である。しかしながら、人が読み取り情報の
向きを合わせるのが便利ではないような多くの領域にお
いては、自動情報読み取りが必要とされる。航空手荷物
上のバーコードラベルを読み取らねばならないコンベヤ
ラインがその例である。コンベヤライン上及び店頭端末
カウンタの下側に見い出される固定設置スキャナの他、
ポータブル式ハンドヘルドバーコードスキャナもまた、
今日では一般的である。直径約半インチ（12.7ミリ）の
ワンドとしてパッケージ化された、１つの一般的なポー
タブルスキャナは、発光ダイオード（LED）と光検出器
（PD）とを含む。硬質の透明な球形チップが読み取るバ
ーコードと接触状態に置かれ、コードを横断して滑らか
に動かされる。LEDから球形チップを介して伝達された
光はバーコードから反射されて変調された反射を作りだ
し、これがチップへと戻って伝達され、それに際してPD
により検出され、情報として処理される。このシステム
の欠点は、それがコードとの直接的な接触を必要とし、
コードとコードの全てのバーを横断するストロークの方
向との相互的位置合わせを必要とし、また比較的一定し
た動きを必要とすることである。
別の形式のポータブルスキャナは、比較的幅の狭い光
ビームを数インチから数フィートの範囲のかなりの距離
にわたって投射するために、LEDに代えてレーザを用い
る。この形式のスキャナにおいては、通常は可動鏡から
の反射によって、光ビームを一様に掃引するための何ら
かの手段が設けられる。安価な小さいモータがそのよう
な鏡を振動又は回転するよう構成され、本質的に直線の
ラインにおいて走査を行わしめる。この機能については
ステッピングモータが非常に一般的であるが、しかしそ
れらはビームを急激な動きのある（非線形動作）で移動
させてしまう傾向がある。非線形走査は、芳しくないデ
コード結果を招く。
最良のポータブルレーザスキャナの幾つかは、数ヤー
ドの距離において情報を読み取ることができ、バーコー
ドラベルに手が届かない場合に読み取りを行うのに有用
である。しかしこの場合にも、これらのラベルは無秩序
な向きで貼り付けられており、走査装置のユーザが向き
を注意深く合わせ、スキャナがそれらを上手く読み取る
ように狙いを付けることを必要とする。
これらの形態の情報を読み取るためには、読み取る情
報に対して光ビームを迅速に走査させ、同時に走査領域
を、多くの近接して間隔を置いた走査ラインからなる密
な走査パターンでカバーすることが有利である。走査ラ
インは典型的には、高速移動するレーザ生成スポットか
らなる。多くの異なる角度において同時に走査すること
により、或いは迅速に連続的に走査することにより、こ
のプロセスが手数のかかる照準合わせを必要としない限
りにおいて、無秩序な向きに配置されたコード化情報を
上手く読み取る可能性は向上させる。
一般に、走査物体から情報を導出するためには、光が
その物体に向けられ、既知の速度で走査される。この光
が物体により反射又は散乱されるにつれて、特定の観測
点から観察した場合に、その強度は変化する。物体から
戻ってくるその散乱光は、本質的には物体の表面による
吸収及び反射によって振幅変調されており、従って物体
に関する空間的情報を含んでいる。この情報を有する信
号は、走査スポットの既知の方向及び速度に基づいて検
出し、デコード又は解釈することができる。
多くの特許が、種々の向き及び種類の多数の走査ライ
ンを生成する方法を記載しているが、しかしこれらをた
だ１つの、鏡の如き単一の光学部材と、ただ１つの可動
部材とで生成するものは知られていない。さらに、走査
パターンを生成するための殆どのデバイスは、ただ１つ
の形式のパターンを作成するのに最も適したものとなっ
ており、異なる走査パターンを作成するためにはかなり
の設計変更が必要である。さらにまた、相当の走査角度
において高速多重走査ラインを生成するための既知の方
法の中で、必要とされる唯一の位置合わせがビームを鏡
から反射させるためのものであるような、簡単に設ける
ことのできる単一の独立式小型低プロフィール部材でも
って、この結果を達成するものはない。
幾つかのデバイスは、ビームの動作を生じさせるため
の構成部材として、回転するモータ上に設けられた鏡を
用いているが、本発明のようにコンパクトで小さな空間
にパッケージ化するのに適したものはなく、また例えば
回転ラスタや回転リサジュー図形のような高度な走査機
能を生成することのできるものも知られていない。
他の走査デバイスは、種々の焦点距離のレンズを模し
たプレート上でホログラムを用いて、異なる距離でビー
ムを焦点合わせし、それによってスキャナのフィールド
の深さを増大させている。同時にこのプレートはモータ
により回転させ、ビームの走査を行わせる。米国特許第
4,794,237号は、このようなデバイスを記載している。
米国特許第4,639,070号は、種々の角度及び回転でもっ
て走査を達成するための、複数の回転ホログラム、鏡、
プリズム及びギアシステムを記載している。異なるパタ
ーンを生成するためには、これらの部材の多数の異なる
組み合わせによる別個の設計が必要である。
米国特許第4,387,297号においては、ステッピング形
式の個別のモータがそれらの軸に取着され直角に配置さ
れた鏡と共に用いられ、レーザビームが各々の鏡から連
続的に反射されて、ラスタパターン又はリサジュー図形
を生成することを可能にしているが、しかしこれらは、
製品全体が回転されない限りは回転不能である。
米国特許第4,797,551号は、３つの異なる角度におい
て３つの平行なラインのグループに配置された９つの固
定された走査ラインを生成するための方法を記載してい
るが、しかしこの光学システムは複雑であって、多数の
鏡が全て多数の部材に対して注意深く位置合わせされる
ものであり、また非常に嵩高であって、ハンドヘルドの
用途に関しては実用的でない。
米国特許第4,041,322号は、全ての位相が相互に対し
て移相された複数の正弦波のように見える。多相パター
ンの生成を記載している。しかしこれもまた、回転する
多角形上に設けられた多数の鏡と、振動鏡とを必要とす
る。このデバイスは走査パターンを回転できないばかり
でなく、ハンドヘルドの用途に十分便利な程度までポー
タブルでなく、狭い空間に設けることもできない。
米国特許第4,794,237号は、走査ラインを多くの角度
で生成することのできる多方向ホログラフィスキャナを
記載する。しかしながらこれは、モータによって回転さ
れるディスク上に全てが配置される、最大５つの鏡と多
数のホログラムとを必要とする。
米国特許第4,409,469号は、ウェッジ上に設けられた
鏡を含む走査デバイスを記載している。このウェッジは
モータによって回転され、そこから反射されるビーム
は、回転する鏡の周囲に円形に設けられた多数の鏡から
反射されるようになっている。
これら既知の２次元走査デバイスの何れのものも、た
だ１つの鏡でもって多数の走査ラインを異なる向きで生
成することはできず、単一の構成部材からなる製品であ
るものはなく、可能な操作パターンのパレットが大きい
と同時に人の手に収まるのに十分小さな薄い管状ハウジ
ングに設けるのに実用的であるものはなく、また大きな
距離にわたって本質的に同じ小さな寸法の走査スポット
を生成することのできる単一のビーム形成デバイスを有
するものはない。
発明の概要 本発明の目的は、嵩高な場合があり且つ無秩序に呈示
されるターゲット物体の向きを合わせるのではなく、走
査パターンの向きを電子的に制御する手段を提供するこ
とである。
本発明の別の目的は、走査スポットを極めて一貫性を
もって、即ち急激な動作なしに且つ一様な速度又は少な
くとも非常に予測可能な速度でもって、移動させること
である。
本発明のさらに別の目的は、可能な限り少ない構成部
品によって、多ライン又は全方向性走査動作を達成する
ことである。
本発明の他の目的は、単一の構成部材として作成しう
るただ１つの小さな可動デバイスによって動作設定され
る、鏡の如きただ１つの光学走査構成部材でもって、全
方向性走査能力を生じさせるための手段を提供すること
である。
本発明の別の目的は、薄い懐中電灯スタイルのハウジ
ングに収容可能であると同時に、これまでは可般性のな
い装置においてのみ見い出されていた高度の高速全方向
性走査性能をもたらす、非常にコンパクトな読み取りデ
バイスを提供することである。
別の目的は、絡まり合った配線やケーブルに対する必
要性を装置から取り除き、それによって取り扱いやイン
ストールを容易にすることである。
本発明のさらに別の目的は、別個の制御によって１以
上の次元において幅広い角度を走査することのできる、
小型の低質量高速走査デバイスを提供することである。
本発明のさらなる目的は、デバイス中から軸受けを排
除したことにより本質的に長い寿命を有するデバイスに
よって、振動する走査ラインを生成する手段を提供する
ことである。
以上の目的によれば、本発明の走査システムは以下の
１以上を含むものである。単一の光学素子を用いて単一
の固定光源から、線形又は多方向走査パターンを生成す
ることのできる、新規な旋回走査ヘッド。硬質透明媒体
における全内反射によって集光を行う、新規な集光装
置。電子的に焦点合わせ可能な光源。走査デバイス近傍
で細いビームを生成し、走査ソースから遠くでは迅速に
発散するビームを生成する。光ビーム形成デバイス。そ
して走査情報をスキャナから遠隔位置に通信するための
通信システムである。このような走査システムは、小さ
な手持ち可能な懐中電灯スタイルのハウジング内に設け
ることができ、或いは走査領域の付近で固定の位置に設
けることができる。本発明の他の目的及び特徴は、図
面、以下におけるその説明、及び請求の範囲を検討する
ことによって明らかとなろう。
図面の簡単な説明 図１は、走査システムの基本的な構成部材の概略図で
ある。
図２は、本発明による走査ヘッドの第１の実施例の展
開図である。
図３は、本発明の走査ヘッドにより生成される旋回動
作を示す、コイル及びコアの図である。
図４は、コアの懸架をより詳細に示す、本発明の第１
の実施例のより詳細な展開図である。
図５は、２つの垂直方向における旋回を許容する、本
発明による走査ヘッドの第２の実施例の展開図である。
図６は、回転走査パターンを生成するためにモータに
設けられた本発明による走査ヘッドの図である。
図７は、固定取付用に構成され、修正されたサスペン
ションを含む本発明による走査ヘッドを示す。
図８は、修正されたサスペンションを取り入れ、モー
タ軸に設けられて回転する走査ヘッドを示す。
図９は、懐中電灯スタイルのハウジングに設けられ
た、本発明による走査システムの部分切除図である。
図10aは、無秩序に配向された情報を走査するため
に、本発明によるハンドヘルドスキャナを使用する人を
示す。
図10bは、走査情報を遠隔位置へと無線通信する手段
を備えた、自己出力型ハンドヘルドスキャナの切除図で
ある。
図10cは、ケーブルを介して遠隔位置から電力を受信
し、また走査情報を通信するハンドヘルドスキャナの部
分切除図である。
図11aは、本発明による集光器の部分切除斜視図であ
る。
図11bは、図11aの新規な集光器を含む走査システムの
図である。
図12a−12fは、本発明による走査システムにより生成
されうる各種の走査パターンを示す。
図13は、走査ヘッドを可撓式に設ける手段を示す。
図14は、天井に設けられた走査システムを用いた、店
頭システムを示す。
図15は、スキャナからある所定距離を越えると迅速に
発散する細いビームをスキャナ近傍で生成する、ビーム
形成システムの図である。
図16は、電気的焦点合わせシステムの断面である。
図17は、本発明による旋回走査ヘッドの一般的な特徴
を示す概略図である。
図18a−18cは、本発明の走査ヘッドにおいて用いるこ
とのできる懸架バネの例示である。
図19は、旋回コイルを用いた、本発明による第３の旋
回ヘッドの展開図である。
図20は、旋回コイルと磁気フレームとを用いた、本発
明による走査ヘッドの第４の実施例の展開図である。
発明の詳細な説明 図１は、本発明による走査システムの基本的な構成部
材の概略図である。図示の如く、このシステムは光学走
査式データ獲得システム11を含み、これは獲得したデー
タを通信チャンネルを介してデータ処理システム19へと
通信し、データ処理システムは獲得データを用途による
必要に応じて処理する。これらのサブシステムは、物理
的に一体型又は分離型のものとすることができる。例え
ば、ある種の店頭システムは精算カウンタの下側の独立
式システムを用いるのに対し、他のそのようなシステム
では、ケーブルによって店頭端末に結合されたハンドヘ
ルド式データ獲得システムが含まれる。
データ獲得システム11は、レーザ電源17によって付勢
される半導体レーザ13の如き光源を含む。この光源は、
光学システム10において形成され焦点合わされる光ビー
ムを生成する。光学システム10の焦点は、例えばビーム
を自動的に焦点合わせするために、制御素子18によって
変化させることができる。集束素子10からの形成された
ビームは、鏡９の如き光学素子へと方向付けられ、この
光学素子は12で示す場所に配置されたターゲット領域へ
とビーム27を再度方向付ける。ビームは光学システム10
によって形成され焦点合わされているので、走査する標
的に遭遇してその情報を解読する個所においては、ビー
ムスポットは十分に小さな直径のものである。鏡９の位
置及び動作は、一般に「走査ヘッド」と呼ばれるデバイ
スによって制御され、場所12においてビーム27の所望の
走査パターンを生成する。走査ヘッド14は、走査ヘッド
電源及び制御ユニット７により付勢されており、これは
典型的には波形発生器を含む。アパーチャ25を設けて、
走査パターンの望ましくない非線形フリンジをクリッピ
ングすることができる。走査ヘッド電源及び制御ユニッ
ト７は、走査ヘッド14を駆動して別々の次元における鏡
の動作を生じさせるために、１組より多い個別波形を生
成することができ、所望の２次元走査パターンを生成す
ることを可能なものとする。走査ヘッド14の配向又は回
転を許容し、それによりシステムにより生成される走査
パターンの配置、回転及び／又はディザリングを行うた
めに、走査ヘッド14に機械的に結合され、モータ電源及
び制御ユニット８に電気的に結合されたモータ24を設け
ることができる。ターゲット領域からの光は光電コンバ
ータに供給され、これは光信号を所望形態の電気信号へ
と、さらなる処理のために変換する。図１においては、
光電コンバータは光検出器３と、増幅器４と、デジタイ
ザ５と、バッファ20とからなる。ホトダイオードの如き
光検出器３は、集光された光を電気信号へと変換する
が、この電気信号は典型的には増幅器４によって増幅さ
れ、次いでデジタイザ５によってデジタル化されて、デ
ジタル処理に適したものとされる。信号バッファ20はデ
ジタイザ５からの情報を記憶するために用いることがで
き、かくして情報は適当な速度でもって、データ処理シ
ステム19のコンピュータの如き、情報処理デバイス16へ
と伝送される。
集光器即ち集束器１は、12の場所にある走査ターゲッ
トから光検出器３上へと拡散的に反射された光を集めて
収束させるために設けることができ、集光された光は典
型的にはフィルタ２を通過されて、光源13により生成さ
れた波長ではない、望ましくない周囲光及び迷光が除去
される。集光器１は、光信号を担持した拡散的反射情報
を濾波し、それによってフィルタ構成部品を物理的に別
個にする必要性を排除する材料から作成されるように構
成できる。
図１は、走査システムのデータ獲得部分とデータ処理
部分との間で情報を伝送するために使用できる。２つの
選択肢を示している。１つの選択肢は、電気的導体又は
光ファイバのからなるケーブルの如き、固体の又は閉じ
た通信チャンネル29である。このようなチャンネルは、
所要の何らかの信号変換電子回路と共に、データ処理シ
ステム19と光学式データ獲得システム11との間での電気
的又は光学的ケーブルが実質的に不利とならない場合に
用いることができる。しかしながら多くの場合、ポータ
ブル式又は他の遠隔データ獲得システム11を、無線手段
によってデータ処理システム19と通信させることが望ま
しい。このような通信を容易にするために、送信機６及
び23は受信器15及び22と、高周波、赤外線、超音波、或
いは他のこうした無線通信チャンネルを介して通信する
ことができる。
レーザ電源17をターンオン及びターンオフし、光学シ
ステム10の焦点を調整し、モータ駆動８及び走査駆動７
を制御することなどによって、走査形データ獲得システ
ムの素子を制御するコントローラ21を設けることができ
る。コントローラ21はまた、走査シーケンスを開始し、
継続させ、停止させるために、受信機22を介してデータ
処理システム19から情報を受け取ることができる。
図17は、本発明の幾つかの実施例による旋回走査部
品、即ち走査ヘッドの一般的な特徴を示す概略図であ
る。この走査ヘッドは光学素子524を動かすように構成
されており、それによって固定光源から光学素子へと方
向付けられる入射ビームが再度方向付けられて、ターゲ
ット領域に位置決め可能なスポット、又は可動スポット
即ち走査ラインが提供されるようにしている。典型的に
は、光学素子524は平面鏡であるが、他の形式の反射素
子又は屈折素子を含むこともできる。電磁源504が設け
られ、懸架部材514及び516からなるサスペンションと、
電磁源504に固定された取着部材506及び508によって、
フレーム500に機械的に結合されている。ここで使用す
るところでは、電磁源とは電場及び／又は磁場を生成す
るデバイスであり、他のデバイスにより生成された電場
及び／又は磁場と相互作用してそれらのデバイス間に力
をもたらすことのできるものである。このような源に
は、永久磁石や、電流を運ぶコイルの如き導体が含まれ
る。取着部材506及び508は、物理的に別個の部材でもよ
く、或いは電磁源504と一体の部材として製造すること
もできる。電磁源504と取着部材506及び508はアセンブ
リ502を形成するが、これをここでは後述する動作の故
に旋回部材又はジャイレータと称する。また電磁源504
が磁気コアとして具現化されている場合には、特定の実
施例においてコアアセンブリと称することもある。
懸架部材514及び516は、取着点又は位置510及び512の
それぞれにおいて旋回部材502に結合されている。取着
点510及び512は、図17においてＺ軸と名付けた軸を定義
している。懸架部材514及び516は、電磁源504に対する
電磁力の不存在下において、Ｚ軸がフレーム500に対し
て特定の配向を有するようにして、ジャイレータ502を
懸架している。即ち取着点510及び512の平衡配向及び平
衡配置である。少なくとも１つの懸架部材、部材516は
弾性である。即ち、取着点512がその平衡位置から変位
された場合、懸架部材516は復元力をもたらし、取着点5
12をその平衡位置に向けて付勢する。懸架部材514は取
着点510をその平衡位置に固定し、或いは懸架部材516に
関して上述したように弾性のものであることができる。
かくして懸架部材514及び516は、コアアセンブリ502、
或いは少なくともその一部が、Ｚ軸に対して垂直な少な
くとも１つの方向、例えば図示されたＸ又はＹ方向に移
動することを許容する。このような動作はＺ軸上の何ら
かの回転中心の周囲における弧を描き、この中心はサス
ペンションによって定まる。例えば、懸架部材514が取
着点510をフレーム500に関して固定的に保持したなら
ば、コアアセンブリ502上の又はこれに剛直に結合され
た510以外の全ての点は、取着点510を中心とする弧に沿
って移動する。懸架部材514及び516が等しく弾性である
場合には、旋回部材502上の全ての点は、取着位置510及
び512の間の中点にある点を中心とした弧に沿って移動
する。Ｚ軸上の点については、そのような移動はＺ軸に
対して垂直であり、図示のＸ及び／又はＹ方向における
成分を有する。Ｚ軸上の点の周囲における弧に沿ったこ
のような動作は、ここでは「旋回」と称し、このような
動作を受ける部材は「ジャイレータ」と称し、そしてＺ
軸はジャイレータの旋回軸と称する。このような旋回動
作はここでは、Ｚ軸の周囲における回転とは区別され
る。看取されるように、本発明の幾つかの実施例におい
てはまた、旋回に加えてＺ軸の周囲におけるかかる回転
ももたらされ又は許容される。コアアセンブリ502の旋
回は、Ｘ方向の如き単一の方向においてのみ生ずること
ができ、或いは２つの垂直方向Ｘ及びＹにおける成分を
有することもできる。航空学用語から類推して、Ｚ軸の
周囲の回転はロールと類似しており、Ｘ又はＹ方向にお
ける旋回はピッチ又は偏揺れと類似している。
上述したサスペンションは旋回動作を許容するが、動
作可能な走査ヘッドとするためにはさらに、コアアセン
ブリに力を加えてそれを平衡位置から移動させ、旋回を
誘起するための手段が必要である。図17の一般化された
図では、このような力はコアアセンブリの電磁源504
と、フレーム500に結合された電磁源518との相互作用52
0によって加えられる。
典型的には、電磁源の１つは１以上の永久磁石からな
り、他方の電磁源は１以上のコイルからなり、このコイ
ルは制御可能な電流によって付勢されて制御可能な磁場
が生成され、従ってジャイレータ502に対する制御可能
な力が生成される。しかしながら、両方の電磁源につい
てコイルを使用することが望ましい。後述する一般化さ
れたシステムの特定の実施例のあるものにおいては、固
定電磁源518はコイルからなり、コアアセンブリ502の可
動電磁源504は永久磁石からなる。しかしながら、別の
実施例においてはこれらは相互に交換され、可動のコイ
ルシステムが提供される。
電磁源504及び518によって生成される場は、フレーム
500、Ｚ軸、及び相互に関して種々の向きを有すること
ができる。本発明の目的からしてこれらの電磁源に必要
なことは、それらが相互作用してジャイレータ502をそ
の平衡位置から移動させ、それによってジャイレータの
旋回を誘起させることだけである。
図17は光学素子524を、鏡マウント522によってＺ軸に
沿ってジャイレータ502に結合されたものとして示して
いる。このような配向は後述する特定の実施例において
使用されるが、本発明の条件である訳ではない。何れの
位置においてジャイレータ502に結合された光学素子
も、旋回に際して少なくとも角度的な変位を受け、これ
は入射光ビームが再度方向付けされる角度を変化させる
結果となり、それによりビームの位置決め又は走査をも
たらすことになる。
図17は電磁源504を、取着点510と512の間に配置され
たものとして示している。この配置は後述する好ましい
実施例において使用されるものであり、また多くの場合
に望ましいコンパクトな走査ヘッドを提供するものでは
あるが、片持ち形態の如く、電磁源504の他の仕方で設
けることも可能である。
図17は非常に概略的なものであり、記述した機能を実
行する素子の物理的な形状を表すことは意図していない
ことが理解されねばならない。例えば、図17においては
サスペンションは便宜上細長い部材として描写されてお
り、また実際にこのようなサスペンションを用いてシス
テムを構成することもできるが、好ましい実施例は半径
方向に対称なものであり、また螺旋バネのような半径方
向に対称な懸架部材を用いるものである。
走査ヘッドの第１の実施例 図２−４は、本発明による旋回走査ヘッドの第１の実
施例を示している。図２は走査構成部材の第１の実施例
の展開図を示し、旋回走査ヘッド99の第１の実施例と、
走査ヘッドを回転させると共にそれに対して電気的接続
を行う手段とを含んでいる。ジャイレータは、鏡マウン
ト31によって、磁石85を含む磁化コアアセンブリに装着
される鏡30を含む。磁石85の磁化方向は、矢印83の向き
であり、この方向はその磁軸と称することができる。こ
の磁性コアアセンブリは、フレーム46に隣接する両端に
おいて、弾性懸架手段によって固定的に懸架されてい
る。各々のサスペンションは、多数の螺旋アームを有す
る１以上の平坦な螺旋バネ32及び47からなることができ
る。バネ32及び47は、高周波数で動作するために高い剛
性が必要な場合には、ベリリウム銅の如き適切な金属か
ら作成することができる。バネ32及び47は、それらが必
要とされる往復運動又は振動を行う場合に、それらの耐
力強度を越えて応力を加えられないように設計される。
磁石85に固定された取着部材84及び86は、バネ32及び47
に係合して、コアアセンブリ84,85,86をサスペンション
に結合させる。
磁化コア85を取り囲んでいるのはコイル81であり、こ
れは便宜上、プラスチック製ボビン80上に巻回すること
ができる。このコイル81はフレーム46により取り囲まれ
ており、これは好ましくは磁気伝達性、即ち透磁率が高
い。フレーム46に適した材料は鉄である。導磁性フレー
ム46は、磁化コア85によって生成された磁場に関して効
率的なリターンパスとして作用し、またサスペンション
及びジャイレータを支持するためのフレーム手段として
作用する。この効率的なリターンパスは、デバイスの動
作に必要な電力を減少させ、低いコイル電流レベルにお
ける動作を許容する。フレーム及び磁気リターンパスと
して、別個の素子を用いることもできるが、導磁性の部
材を使用して両方の機能を果たせることが好ましい。
鏡のある端部とは反対側の、コア懸架側の端部には、
導電性金属エンドキャップ90があり、これに対して便宜
上一方のコイルリード線82aが取着されるが、これは好
ましくは接地又は共通リード線である。導電性のブラシ
93aがエンドキャップ末端のネック部分91と電気的接触
を行い、コイルワイヤ82aに対する電流経路として動作
する。絶縁スペーサ92がまたエンドキャップのネック部
分91上に配置されており、その上に導電リング94（整流
子）が装着される。コイル81からの第２のリード線82b
が整流リング94に取着されており、第２のブラシ93bが
このリングと電気的接触を行っている。ブラシ93a及び9
3bは両方とも、電気的に絶縁されたブラシホルダ95によ
って保持されており、これはネジによって小型モータ98
に取着されている。
上述した走査ヘッドアセンブリ99は、エンドキャップ
90のネック部分91によってモータ98のモータ軸97に取着
され、それによって回転することができる。回転してい
る間は、ブラシ93a及び93bを介してコイル81へと電流が
供給される。
走査ヘッドの第１の実施例のライン走査動作モード 図２の走査ヘッドの旋回動作は、図３及び図４を参照
することによって記述することができる。コイル101
は、Ｚ軸の周囲の円筒形シェルという一般的な形態の、
ワイヤの巻きからなる。好ましくは円筒形である磁石10
2がコイル101の中に配置され、その磁軸103はＺ軸に対
してほぼ垂直に配向されている。コイル101に対して直
流電流が導入されると、コイルの磁場はＺ軸方向に生成
される。磁化されたコア102からの場105は、コイルの電
流及び磁場と相互作用し、コイルとコアの間にトルク力
を生ずる。この力はＺ軸に垂直な方向104において、Ｚ
軸及び磁軸103に対して相互に垂直な軸の周囲での回動
により、コア102を傾動するよう付勢する。
さて図４を参照すると、フレーム46に結合され、磁化
コア85をフレーム46及びコイル81内で懸架するバネ32及
び47からなるバネサスペンションが、この傾動動作に対
抗するよう機能する。電流がターンオフされている場
合、このバネサスペンションはコアをその通常の平衡位
置へと復帰させる。コイルに対して反対の極性の電流が
導入されると、コアの傾動は同様にして、反対の向きに
おいて生ずる。
コイルに対して特定周波数の交流を導入することによ
り、コアの傾動動作又は旋回振動は、その周波数で生ず
ることになる。これにより磁化コア85に取着された鏡30
の振動が生じ、かくして光ビームがこの振動機から反射
されている場合には、直線状の光走査が生成される。上
述した磁石システムの対称性と、バネの線形特性の故
に、このシステムは急激な動きのある走査動作を生成し
にくい。実際、コアの動作は実質的に線形であり、或い
はコイル内の電流に対して本質的に比例する。
今度は図２を参照すると、モータ98がその軸97に取着
された前端走査アセンブリ99を回転するようにされた場
合、走査ラインの向きは水平から垂直、或いは何らかの
任意の所望の向きへと変化しうるものであることが看取
されよう。適切な自動制御によって、この向きは例えば
製造ラインについて、製品が異なるについて走査条件が
変化しうる場合に使用するよう調整することができる。
走査ヘッド99のこのような向き、及びライン又はその他
のパターンの何れであろうとそれから得られるパターン
を生成し制御するためには、ステッピングモータが理想
的である。
２つの個別に制御可能な動作段階を 備えた走査ヘッドの第２の実施例 さて図５を参照すると、２つの個別に制御可能なＸ−
Ｙ次元60及び61において鏡の動作を制御することのでき
る、修正された走査ヘッド70の展開図が示されており、
そこにおいて図２と同じ構成要素は同じ参照符号で示さ
れている。コアアセンブリは２つの永久磁石35及び38を
含んでおり、これは非磁性ディスク36に結合されて分離
されており、デュアル磁性コア63を形成している。懸架
バネ32及び47により提供される可撓性サスペンション
が、デュアル磁性コア63のＸ−Ｙ動作60,61を可能にし
ている。
永久磁石35及び38は、それらの表面に装着され取着部
材として動作する短いポスト33及び39を有し、これらは
懸架バネ32及び47の中央領域に配置された長方形状の孔
部32a及び47aのそれぞれの中にしっかりと係止される。
鏡30は、ポスト33の上面に装着された鏡マント31に結合
されている。磁石35及び38の磁化方向は矢印34及び37で
示されており、異なる角度で、好ましくは相互に直角に
配置される。磁軸34及び37は、Ｚ軸に対してほぼ垂直で
ある。磁軸34及び37はまた、ほぼ相互に垂直である。非
磁性ディスク36は各々の磁石の磁極を分離し、各々の磁
石からの磁場のかなりの部分が、壁厚の薄い二重コイル
45を介して、軟鉄の如き導磁性材料から作成されるリン
グ46内へと通過するようになっている。各々の磁石のＮ
極からの磁場は、導磁性リング46によってもたらされる
磁気抵抗の低い経路によって、それぞれのＳ極へと戻
る。この低磁気抵抗経路は、磁気リング46がない場合に
可能となるよりも非常に大きな効率を可能にする。
２つの永久磁石35及び38はコイル45内に懸架されてお
り、磁石35からの磁場は上部のコイル41の巻線を介して
優先的に通過し、これに対して磁石38からの磁場は下部
のコイル43の巻線を介して優先的に通過する。
周波数f1の交流電流がコイル41に導入されると、磁石
35はＸ方向60において、周波数f1でもって揺動又は旋回
する。同様に、周波数f2の交流電流がコイル43に通され
ると、これは磁石38の揺動又は旋回を別個に、Ｙ方向61
において周波数f2において生じさせる。コイル41及び43
に別個の電流が給電されている間に、デュアル磁性コア
63のアセンブリに取着された鏡30に光ビームが向けられ
ると、多数の有用な２次元走査パターンを生成すること
ができ、これらは各々のコイルに給電される電流の波形
によって制御される。電流はコイル導線42及び44へと、
整流リング52,53及び54と接触保持されたブラシ55,56及
び57を介して給電される。端子55a,56a及び57aは、ブラ
シからの端子である。整流リング54は両方のコイルに共
通であり、２つのコイルに対しては３つの端子しか必要
ではない。絶縁スペーサ52は整流リング51と53を分離し
ている。絶縁ブラシホルダ58はブラシをその位置に保持
し、それ自体は図６に示すようにモータ98の本体に取着
されうる。このモータはこの場合、走査ヘッド及びそれ
が生成するパターンの向きを個別に制御するように使用
でき、或いは走査パターンを所望の速度で連続的に回転
させるように使用することができる。
このようにして、本質的に平衡な多数のラインの回転
ラスタ376からなる全方向走査パターンを、今説明した
本発明の１つの好ましい実施例によって生成することが
できる。
高周波動作及び共振 図２に示した如きただ２つのバネ32及び47のみを使用
することは、所与の寸法のバネで得られる最大周波数に
対して制限を課する。所与の長さのバネは、それらをよ
り厚い断面の金属から作成することによってより剛性の
ものとされるため、破損することなしにそれらが耐える
ことのできる撓曲量は小さくなる。多くの用途におい
て、高い走査周波数と、相応の大きさの鏡による偏向の
両者を達成することが望ましい。高周波動作と大きな偏
向とに対する要求は、光音響スキャナ、圧電スキャナ及
びカルバノメータの如き走査装置において多くの場合に
対立するものである。本発明においては、一方又は双方
のサスペンションにおいて１以上の懸架バネを含めるこ
とによって、個々のバネに対して過剰な応力を加えるこ
となしに、より大きな懸架剛性をも、従ってより高い走
査周波数を達成することができる。
図７及び図８は、コア85の両端にある薄いリングスペ
ーサ134及び135によって隔てられた多重バネ130,131,13
2,133を用い、嵩、長さ又は慣性に関して非常に僅かな
増大のみでもって非常に高周波での動作を可能にする、
大きな剛性を生ずる幾つかの走査ヘッドを示している。
これらのスペーサは、バネ層の間で摩擦が生ずるのを防
止するために用いられている。
ある周波数においては、可動鏡と磁気コアとの間で共
振が生ずる。これらの共振周波数においては、振動を維
持するのに必要とされる電力は最小となる。異なる共振
周波数の数は基本的には、懸架システムの構造と、バネ
に関連するバネ定数とによって支配される。バネ−質量
系における共振周波数は、懸架バネの剛性とそれらの
数、並びにそれに取着された質量系の慣性モーメントに
よって定まることが周知である。本発明においては、磁
性コアアセンブリと鏡アセンブリとが、所与の軸の周囲
である慣性モーメントを有する質量系を表す。
本発明の工夫を凝らした走査ヘッド構成部材の構造に
よれば、懸架バネ相互の間の距離もまた、系の共振周波
数に大きな影響を及ぼす。バネがより遠く離れるほど、
如何なる所与の対に関しても共振周波数は高くなる。
例えば、図５に記載の構造においては、バネの間の距
離は走査ヘッド70の鉄製フレーム46の長さによって定ま
る。軸71に沿ってフレーム46を長くすると同時に、走査
ヘッド70の設計の他の特徴を変えないことにより、走査
ヘッド70はより高い共振周波数を有するように作成でき
る。また前述したように、本体46の各々の端部には１以
上のバネを付加することができ、その共振周波数をさら
に増大させることができる。コア懸架システムの両端に
おいてバネを多重層で用いることにより、より高い周波
数を容易に達成することができる。
高周波での動作は特に、高速で移動する物体を走査す
る場合、或いはターゲット領域に密な又は多量の情報が
ある場合に有用である。また高速走査は、図12に示した
ような密な２次元走査パターンでもってある領域を迅速
にカバーするために不可欠である。２次元バーコードを
走査することは、高速走査が有利である場合の１つの例
である。
高周波性能、小さな直径、及び走査パターンを回転さ
せる能力は、本発明の走査ヘッドの非常に有用な特徴で
ある。作成されている本発明の回転走査ヘッド部分のプ
ロトタイプは、直径が僅かに２分の１インチ（12.7ミ
リ）、長さが４分の１インチ（6.35ミリ）であり、かな
りの角度において１秒当たり1000走査のオーダの走査速
度を達成する。
可動コイル旋回走査ヘッド 図19は、２つの点でこれまで述べた走査ヘッドとは異
なる、旋回走査ヘッドの実施例を示している。第１に、
図17における一般化された走査ヘッド及び図２と図５の
実施例とは異なり、図19の走査ヘッドはジャイレータを
ただ１つの懸架部材で懸架している。第２に、図２及び
図５の実施例とは異なり、図19の走査ヘッドは可動磁石
ではなく可動コイルを使用している。
フレーム46はその上端において、平坦な螺旋懸架バネ
32を支持している。デュアルコイルアセンブリ354aが、
突起350によりバネ32の中央開口32aに固定されている。
このコイルアセンブリは上記コイル356と下部コイル357
を含み、これらはＺ軸と同軸であり且つこの軸に沿って
離隔されている。鏡30は鏡マウント31により、突起350
に固定されている。
ベース362がフレーム46の下端に設けられている。ベ
ース362には磁性コアアセンブリが固定され、これは上
部磁石35と下部磁石38とを含み、スペーサ36によって隔
てられている。磁石35と38の磁化方向は、Ｚ軸及び相互
に対してほぼ垂直である。この磁性コアアセンブリはベ
ース362にある中央孔部364で、磁石38に取着されたネッ
ク部分360によって支持されている。コイルの導線354a
及び354bは、ベース362にあるピン367a及び367bに接続
されており、コイルに対する外部からの電気的接続をも
たらしている。
かくして図５の実施例と同様に、図19の実施例はＺ軸
に沿って相互に離隔され、Ｚ軸に垂直な磁軸を有する一
対の磁石を含む。一対のコイルは各々、磁石の一方を隣
接して取り囲み、Ｚ軸と同軸である。また導電性のフレ
ームがＺ軸と同軸である。しかしながら、図19の磁石は
フレーム46に関して固定的に保持されており、コイルは
弾性的に懸架されているため、コイルの一方又は双方に
対して電流が供給された場合、得られるトルクはコイル
アセンブリを旋回させ、これが次いで鏡を旋回させるこ
とになる。コイルは磁石よりも嵩が小さくなるように作
成することができるため、それらは図示の如く１つの懸
架部材で懸架することができ、それと同時に十分に高い
周波数応答をもたらす。所望の場合にはコイルアセンブ
リの下端に別のサスペンションを設けることができ、如
何なるサスペンションも恐らくは前述した如く多重バネ
の形態をとる。可撓性リード線354a及び354bに十分にな
たるみを持たせることにより、コイルの旋回中も電気的
接続を維持することができる。
図20は図19の可動コイルシステムの変形を示してお
り、そこにおいてはフレームとコアの磁性機能が交換さ
れている。図20においては、フレームは一対の環状磁石
121及び123から構成されており、これらは非磁性スペー
サ122により分離されている。磁石121は極121a及び121b
を有し、これらはＺ軸に対してほぼ垂直な磁軸を規定し
ている。磁石123は極123a及び123bを有し、これらは磁
石121の磁軸及びＺ軸に対してほぼ垂直な磁軸を規定し
ている。デュアルコイルジャイレータは、螺旋バネ32に
よって磁石121の上面から懸架されている。磁極の間の
場を伝達する磁気リターン素子は、コイル内部でＺ軸に
沿って配置される。これらのリターン素子は、鉄の如き
透磁率の高い材料から作成することができる。走査ヘッ
ドが組み立てられる場合、リターン部材370は上部コイ
ル356に隣接し、リターン部材374は下部コイル357に隣
接する。リターン部材370及び374は非磁性スペーサ372
によって隔てられ、部材376と孔部364との係合によって
ベースに設けられる。
図18a、図18b及び図18cは、本発明の旋回走査ヘッド
に用いることのできる平坦なバネの３つの形態を示して
いる。各々は、ケミカルエッチングの如きによって色の
薄い部分を除去することにより、ベリリウム銅の如き平
坦な金属片から形成することができる。図18aは螺旋バ
ネであり、２つの同心螺旋が180゜離れた位置から始ま
っている。図18cは図18aに類似しているが、３つの同心
螺旋が120゜離れた位置から始まっており、剛性の改善
がもたらされる。図18bは非螺旋バネであり、走査ヘッ
ドのフレームに設けられるほぼ円形の外側ウェブと、旋
回部材に設けられるほぼ円形の内側ウェブと、中間ウェ
ブとを有する。中間ウェブは内側ウェブ及び外側ウェブ
の両方からフィンガによって離隔されており、フィンガ
は図示のように半径方向を向いている。図18bのバネ
は、走査ヘッドの組み立てを助け、コアが横方向に引っ
張られるのを禁ずる傾向がある。旋回走査ヘッドにおけ
る懸架部材としては１以上のバネを用いることが一般に
好ましいと考えられるが、ジャイレータを懸架するため
に平坦な変形可能な膜を用いることも可能である。例え
ば、エラストマー膜はここで記述した旋回動作を許容す
るであろう。
密な全方向走査パターンによるある領域のカバー 図２に示された如き走査ヘッドのコイルに対して交流
電流を導入することによって走査ラインを生成し、他方
同時にモータにより走査ヘッドを連続的に回転させるこ
とにより、図12dに示された如き回転走査ラインを生成
することができる。これは、バーコードの如き情報が無
秩序に配向されている場合に使用するについて、極めて
有用な走査パターンである。この場合、バーコードを完
全に走査するためには、それを回転ラインの中央付近に
置くことしか必要ではない。
必然的に共振周波数という訳ではない、ある周波数に
おいては、図２に示された如き本発明に含まれる走査ヘ
ッドの単純な単一コイル形態によってさえ、ラインの代
わりに幅の狭い楕円を生成することもできることが見い
出されている。楕円が回転されるならば、単純な２ライ
ンラスタの効果が生成され、これをモータによって所望
速度で回転させることもできる。
これは、図12fに示すような、さらにより効率的な全
方向走査パターンに帰着する。モータを連続的に回転さ
せる代わりに、時計回り方向、次いで半時計回り方向に
適当な速度で迅速な部分回転を行うようにし、同時によ
り高い周波数の電流でコイルを付勢すると、部分的に回
転する密なラスタ、又はリサジューパターンを生成する
ことができる。これらはバーコード走査のための走査パ
ターンとして、精算カウンタで用いられているような僅
かな数の固定した走査ラインのみを生成するものより
も、ずっと効率的である。
図５に示されているような、２つのコイルを有する走
査ヘッドが用いられてラスタパターンを生成し、これが
モータで連続的に回転される場合には、より効率的な走
査パターンが生成される。このパターンによれば、バー
コードは回転中心から離れて位置することができ、それ
でも首尾良く走査することができる。このタイプのパタ
ーンが図12aに示されている。
上述したような種々のモードでモータを動作させ、そ
して走査ヘッドを種々の波形の交流電流で一度に駆動す
ることにより、多数の有用な高密度全方向走査パターン
を生成することができる。これらのほんの一部を図12に
示してある。図12b及び図12cは、生成することのできる
ラスタ走査を示している。図12eは、走査ヘッドに結合
されたモータの部分回転などによって、ディザリングさ
れたラスタを示している。
本発明の走査ヘッドは、その単純性及び多彩性によっ
て、従来では多くの光学部材とモータとでしか達成する
ことのできなかった結果を得ることに関し、複雑性及び
費用を大きく削減するものであることが看取される。
集光システム さて再度図１を参照すると、光源13から発せられて走
査ターゲットから拡散的に反射された特定波長の光は、
レンズによって集められ、適当な光学フィルタ２によっ
て濾波されて望ましくない波長が除去され、そしてホト
ダイオードの如き適当な検出器３上に集束されて、ター
ゲットからの情報が捉えられる。
以下に述べる本発明の種々の実施例では、新規な集光
器201が取り入れられており、図11a及び図11bを参照す
ることによって理解されうるものである。この集光器20
1は、スキャナの光源213から発せられる光の波長に対し
てほぼ透明な材料から作成された、中空のチューブから
なる。集光器201の背面部分は角度215で切り取られてお
り、ほぼ光検出器203が配置されている個所へと向けて
先細りになるようにされている。集光器の全ての表面は
磨かれており、またそれが表面214に沿って切り取られ
て先細りになる角度215は、前面部分216に入射する光の
全内反射が生じ、集光器に入射する光がその内部に含ま
れて案内されるようになっている。チューブ201の角度
のついた表面と内面及び外部の円筒形表面における全内
反射の故に、光は集光器の前面により画定された入射開
口に入ると、効率的に案内され、集束され、そしてフィ
ルタ202に隣接する出射表面を介して狭い通路を通り、
検出器203に至る。集光器216の前面周縁領域が、面積が
数平方センチメートルとなるようにするのは容易である
ので、その集光能力は極めて大きい。かくして戻ってき
た光信号を検出するためには、面積の小さな光検出器20
3が必要とされるだけである。また、その円形幾何形状
の故に、その集光器201は、図11bに示された出射走査ビ
ーム227がその中央が妨害されることなく出ていくこと
を許容し、これによって走査パターン212がターゲット
上に投射される。集光器201は本質的に円形の集光対称
を有するものであるから、その前側における回転走査パ
ターンによりカバーされる円形領域からの光を効率的に
集束させることができる。
集光器の前面部分216は、それが平坦に作成されるの
ではなく、トロイド形状217の湾曲部分を与えられたな
らば、さらに機能を向上させることができる。この場
合、その集光角度視野は、正レンズが光を集光及び集束
するのと同様にして増大させることができる。この特徴
は、スキャナの前面にある幅広いターゲット領域から光
を効率的に集めることを可能にする。この融通性のある
集光器に対しては、例えばそれを着色プラスチックから
成形する如くして、それを透明着色材料から製造し、走
査光源213により発せられた波長の実質的な光のみを通
過させるようにすることにより、微々たるコストでもっ
てさらに別の特徴を取り入れることができる。このよう
にして、別個の光学フィルタ202に対する必要性が排除
される。
図示された好ましい集光器は截頭円筒シェルからな
り、円筒の軸にほぼ垂直な入射端面と、円筒軸に対して
鋭角をなす端面と、及び角度をなした表面の端部に隣接
する出射端面とを備えているが、やはり全内反射によっ
て効率的に集光を行う設計変更を行うことができる。例
えば、角度をなした切り取り部分が入射端面と交差する
場合には、この集光器はその全長にわたって部分的に環
状断面をなすのみであるが、依然として上述したように
動作する。
光源及び焦点合わせアセンブリ 図１は光源13を示しており、これは例えば光ビームを
ビーム形成素子10へと投射するレーザである。ビーム形
成素子10は、固定のレンズ系、アパーチャ、ホログラ
ム、或いはレンズその他の組み合わせからなる調節可能
な焦点合わせ素子でよい。ビーム形成素子はまた、図15
に示す如き円錐形状のレンズを含むことができる。円錐
形レンズ401は最近、ビームが大きく発散することなし
に何メートルもの距離にわたって投射されることのでき
る、非常に幅の狭いレーザ光ビームを発生するのに有用
であることが示されている。しかしながらある距離を越
えると、このような円錐形レンズによって形成されたビ
ームはその後突然に、非常に迅速に発散する。円錐形レ
ンズを用いることによりこのように長い距離にわたる幅
の狭いビームを生成することは、最近になってR.M.Herm
an及びT.A.Wigginsにより、“Production and Uses of
Diffractionless Beams",J.Opt.Soc.Am.A/Vol.8.No.6/J
une 1991という論文に掲載された。
このタイプのビームは走査については非常に有用であ
りうる。なぜならターゲット上に投射されたスポットの
寸法は、長距離にわたって非常に小さなものであり得る
ため、優れた解像度が得られると同時に、ターゲットが
その長距離ビームの射程内にある限りは、特定的に焦点
合わせを行う必要がないからである。かくして、適切な
円錐形のレンズを含む設計のビーム形成システムによ
り、走査に関して優れたフィールドの深さが達成され
る。
これらのビームの急激な発散特性は、強いレーザビー
ムで走査を行う場合には特に、価値のある安全な特徴で
ある。なぜなら、このようなビームが所望のターゲット
領域を一旦越えたならば、それが迅速に消失して人の目
に対する危険性を排除するように設計することが可能だ
からである。このような特別なビームを生成するのに必
要とされる品質を有する円錐形レンズを製造するのは高
価につくことが予想されることから、単一の円錐形マス
タレンズだけを製造することも可能である。このマスタ
レンズは次いで、設計波長のレーザ光が通過照射される
場合について、マスタを同様に模したホログラフィコピ
ーを製造するのに使用することができる。こうして製造
されるホログラムは安価に製造でき、次いで大量生産の
スキャナへと経済的に組み入れることができる。勿論、
安価に製造することのできる方法が工夫されたならば、
円錐形レンズを使用することができる。
これらの無回折ビームを生成する方式が図15に示され
ている。レーザ光源13からの光は発散ビーム401として
発せられ、その後コリメートレンズ402によって視準さ
れる。この視準光404は円錐形レンズ405に入り、無回折
ビーム406が形成される。この無回折ビーム406は、直径
数マイクロメートルから数百マイクロメートルのオーダ
でもって、非常に幅の狭いものとして作成することがで
き、拡がることなしに射程407にわたって何メートルも
伝播することができる。最終的に遠隔点408において、
ビーム409は迅速に消失する。
別のこうしたビーム形成デバイスは、J.Durnin、J.J.
Miceli,Jr.及びJ.H.Eberilyによる1987年４月13日版の
“Physical Review Letters",vol.58,number 15の1499
−1501頁に記載されている。この論文の表題は“Diffra
ction Free Beams"であり、レンズと組み合わせた円形
アパーチャを有するディスクによって、どのようにして
幅の狭いビームを自由空間へと投射することができるか
を記載している。
さて図16を参照すると、別のビーム焦点合わせ機構が
描写されている。この焦点合わせ素子の動作は、次の通
り記述される。レーザダイオード光源13が導磁性ケーシ
ング456に設けられている。レーザダイオードの上部13a
は、ボビン453上に巻回されたコイル450により取り囲ま
れている。コイルリード線460a及び460bは、端子ピン45
1及び452で終端している。端子ピン451及び452は導磁性
ケーシング456に係留され、且つそれから電気的に絶縁
されている。レーザダイオード13自体のエンクロージャ
もまた、磁性金属から作成される。
強い正レンズ454が設けられ、平坦な導磁性バネ455に
より懸架されている。レンズホルダ462もまた、導磁性
材料から作成することができる。かくしてレーザ13の本
体、導磁性レンズホルダ456、及びバネ455により、領域
458にエアギャップを備えて磁気回路が形成される。
電流がコイル450に印加されると、レーザダイオード1
3の本体は電磁石になり、それによってレンズ454を保持
している磁性バネ455を誘引し引き入れる。レンズをレ
ーザ源の近くに移動させると、レーザビームの焦点はそ
の初期位置f1からさらに遠いレンジf2へと、或いはより
強い電流がコイルに印加された場合にはf3へとされる。
電流は適切な手段によって制御されて、走査スポットの
位置に対して非常に深いフィールドを与える。さらにま
た、周波数の低い交流電流がコイルに印加された場合に
は、レーザビームスポットの焦点は前後にレンジを行き
戻りして掃引する。同時に、ビームは比較的速い速度で
走査され、かなり深いフィールド内の任意の点において
バーコードを読み取る可能性は大きく向上される。明ら
かに、このような焦点合わせ素子の利点は、多くのバー
コード読み終りスキャナにおいて一般に使用されている
固定レンズ形式に対して大きく改善されたものとなる。
コンパクトなバーコード読み取りシステム 図９は、これまでに記載した種々の側面を取り入れ
た、完全な走査型データ獲得システムを示している。記
述してきた走査ヘッド及び集光器201の効率的な幾何形
状の故に、懐中電灯スタイルのハウジング250にパッケ
ージ化することが実用的である。このスタイルのハウジ
ングは、図10aに示されているような、ポータブルなハ
ンドヘルド電源駆動バーコード読み取り用途に適してい
る。この用途においては、ユーザは単に、走査パターン
を正確に位置合わせする必要なしに、例えばバーコード
ターゲット302に対してスキャナ301を向け、懐中電灯を
操作する場合のように親指でスイッチ304上の断続スイ
ッチ303を押すだけである。スイッチ304上には、連続位
置を設けることもできる。この実施例では、図９及び図
10bのワイヤ又はケーブルに対する必要性は排除され、
情報信号305はユーザの腰に装着されたポータブル端子3
06へと、例えば図10bに示す如き赤外線発光ダイオード3
07により発生される如き変調光ビームによって、短い距
離を伝送される。この端子及びスキャナは両方とも、双
方向赤外線データリンクによって、信号を送受信するこ
とができる。ターゲットを首尾良く読み取ったならば、
デバイスからビープ音を発してこれを知らせ、電源電力
を節約するために、レーザその他の電力消費部品に対す
る電力を自動的に減ずるのが望ましい。
固定取付の用途については、スキャナ350は、図13に
示すような可撓性曲管352を有するマイクロフォン形式
のスタンド351に支持することができ、或いはクランプ3
53により、限られた空間にある何らかの固定された物体
に対して容易に取り付けることができる。銃の形状を有
する別の一般的なハウジングに対しても、本発明の走査
ヘッドの設計のコンパクトさの故に、容易に対処するこ
とができる。
図14に示されたさらに別の実施例においては、本発明
の素子は、煙検知器のような天井取付型ハウジング370
に取り入れられる。このスタイルのハウジングにおいて
は、図１に概略的に示した素子は、走査パターンが下方
に向くように配置される。これはカウンタ領域を完全に
クリアで整ったものとすることから、バーコード情報の
読み取りが行われる店の精算カウンタについて非常に有
用な用途である。またこのバーコード読み取りデバイス
は、バーコードターゲットがその上を通過される精算カ
ウンタに孔やスロットを設ける必要のある、現在入手可
能な一般的なデバイスよりも、ずっと取り付けが容易で
ある。
天井取付型のスキャナ370においては、電力は天井を
通してデバイスへと供給される。走査サイクルは、精算
カウンタ端末374上のトランシーバ373と天井スキャナ37
0に組み込まれたトランシーバ373との間で送受信される
レンジの短い信号372により開始することができる。天
井のユニット370により集められた走査情報は、このア
ップ／ダウンリンク375,372,373により伝送され、それ
によって天井から垂れ下がる配線に対する必要性が排除
される。勿論、配線が邪魔にならない用途においては、
配線を用いることができる。遠隔操作のテレビ受像機に
一般的に用いられている種類の、赤外線LEDタイプ又は
超音波タイプの送信機−受信機ユニットは、このデータ
伝送の作業に十分に適したものである。
情報の高速伝送は、構成部材を適宜選択することによ
って簡単に達成できる。赤外線送受信器の見通し的（li
ne of sight）性質は、その場所の近傍で動作する他の
精算システムによる干渉を排除するが、超音波形式のも
のは見通し的動作に関してそれほど敏感ではない。
このカウンタ上部に設置したシステムでバーコードを
走査することが望まれる場合には、ターゲット品目はカ
ウンタ上部のターゲット領域内へと動かされ、恐らくは
天井ユニットに設けられた動作検出器が、走査サイクル
の開始をトリガすることができる。走査サイクルを開始
するためには、他にも多くの方法がある。保安システム
において用いられる種類の赤外線又は超音波動作検出器
は、この機能を行うことができる。精算を行っている従
業員が手動で走査サイクルを開始することを許容する、
フットスイッチも同様である。簡単な光ビーム遮断スイ
ッチもまた動作する。
本発明による走査システムは一般に、これまでの種々
の実施例において記載した個別の属性をいろいろな組み
合わせを用いて製造することができる。例えば、それら
は１次元（例えば図２）又は２次元（例えば図５）の何
れかにおいて旋回する走査ヘッドを用いることができ
る。それらはまた単一のサスペンション（例えば図19）
又は幾つかのサスペンション（例えば図２）の何れかを
用いることができる。各々のサスペンションは単一の弾
性部材（例えば図５）又は幾つかの弾性部材（例えば図
７及び図８）からなることができる。走査ヘッドは固定
的取着に適合され（例えば図７）、或いは回転可能に取
り付けられ（例えば図８）、回転可能とした場合にはそ
れを行うためにモータを設けてよい（例えば図６）。こ
の走査ヘッドは旋回磁石アセンブリ（例えば図２）、或
いは旋回コイルアセンブリ（例えば図19）を用いること
ができる。走査式データ獲得システムは、固定取付（例
えば図14）、ハンドヘルド式（例えば図10a−ｃ）、或
いは両方（例えば図13）に適合される。これらは遠隔情
報処理システムと、無線手段（例えば図14）又はワイヤ
状の手段（例えば図９）によって通信することができ
る。これらのシステムは望ましくは、図11に示した如き
集光器及び図15及び図16に示した如きビーム形成手段を
含むが、しかしそれが必要という訳ではない。
以上においては本発明の種々の実施例を記載したが、
本発明の思想及び範囲から逸脱することなしに、当業者
が設計変更を行いうることは明らかである。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−196682（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−282881（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−27247（ＪＰ，Ｕ) 米国特許4131485（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G06K 7/10 G02B 26/10 101 H04N 1/113

Claims (110)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】旋回動作生成装置であって、 フレームと、 前記フレームに隣接する旋回部材と、 前記フレームに結合され、前記旋回部材に対してその上
    の第１の位置において結合された第１のサスペンション
    と、 前記フレームに結合され、前記旋回部材に対してその上
    の第２の位置において結合された第２の弾性サスペンシ
    ョンと、前記第２の位置と前記第１の位置が前記旋回部
    材の旋回の軸を規定し、前記第１及び第２のサスペンシ
    ョンが前記旋回部材を前記フレームに関して平衡位置に
    懸架し、前記第２のサスペンションが前記第２の位置に
    おける前記旋回部材の動作を前記旋回軸に対して垂直な
    少なくとも１方向において許容し、平衡位置から変位さ
    れた場合に前記第２の位置に復元力をもたらすこと、及
    び 前記フレームに関して前記旋回部材に対して力を印加
    し、前記旋回部材の旋回動作を誘起する手段とからなる
    装置。
  2. 【請求項２】前記第２のサスペンションが前記旋回軸に
    対して対称である、請求項１の装置。
  3. 【請求項３】前記第２のサスペンションがバネからな
    る、請求項１の装置。
  4. 【請求項４】前記バネが平坦なバネである、請求項３の
    装置。
  5. 【請求項５】前記バネが螺旋バネである、請求項３の装
    置。
  6. 【請求項６】前記平坦なバネが金属からなる、請求項４
    の装置。
  7. 【請求項７】前記第２のサスペンションが複数の平坦な
    バネからなる、請求項４の装置。
  8. 【請求項８】前記バネが１以上の分離部材によって前記
    旋回軸に沿って離隔されている、請求項７の装置。
  9. 【請求項９】前記第２のサスペンションが変形可能な膜
    からなる、請求項１の装置。
  10. 【請求項１０】前記力を加える手段が電磁力印加手段か
    らなる、請求項１の装置。
  11. 【請求項１１】前記力を加える手段が永久磁石を含む、
    請求項10の装置。
  12. 【請求項１２】前記力を加える手段がコイルを含む、請
    求項10の装置。
  13. 【請求項１３】前記力を加える手段が前記旋回部材から
    なる磁石を含む、請求項10の装置。
  14. 【請求項１４】前記磁石がほぼ円筒形状を有する、請求
    項13の装置。
  15. 【請求項１５】前記磁石が前記旋回軸に対してほぼ垂直
    に向けられた場を生成する、請求項13の装置。
  16. 【請求項１６】前記力を加える手段が前記旋回部材から
    なる２つの磁石を含む、請求項13の装置。
  17. 【請求項１７】前記磁石が前記旋回軸に沿って相互に変
    位されている、請求項16の装置。
  18. 【請求項１８】前記磁石の各々が前記旋回軸に対してほ
    ぼ垂直に向けられた場を生成する、請求項16の装置。
  19. 【請求項１９】前記磁石の各々が他方の場に対してほぼ
    垂直の場を生成する、請求項16の装置。
  20. 【請求項２０】前記電磁力印加手段が、前記フレームに
    機械的に固定されたコイルを含む、請求項16の装置。
  21. 【請求項２１】前記コイルが前記旋回軸とほぼ共線の軸
    を有する、請求項20の装置。
  22. 【請求項２２】前記電磁力印加手段が、前記フレームに
    機械的に固定された２つのコイルを含む、請求項20の装
    置。
  23. 【請求項２３】前記コイルが前記旋回軸とほぼ同軸であ
    り、前記旋回軸に沿って相互に変位されている、請求項
    22の装置。
  24. 【請求項２４】前記旋回部材が前記旋回軸に沿って相互
    に変位された２つの磁石からなり、前記コイルの各々が
    前記磁石の１つに隣接配置される、請求項23の装置。
  25. 【請求項２５】前記電磁力印加手段が磁場案内手段を含
    む、請求項10の装置。
  26. 【請求項２６】前記磁場案内手段が前記フレームからな
    る、請求項25の装置。
  27. 【請求項２７】前記フレームが透磁率の高い材料のほぼ
    円筒形のシェルからなる、請求項25の装置。
  28. 【請求項２８】前記シェルが前記旋回軸とほぼ同軸であ
    り、前記電磁力印加手段が、前記旋回部材からなる磁石
    と、前記フレーム及び前記磁石の間に同軸に配置された
    コイルとを含む、請求項27の装置。
  29. 【請求項２９】前記第１のサスペンションが弾性サスペ
    ンションである、請求項１の装置。
  30. 【請求項３０】前記第１のサスペンション及び前記第２
    のサスペンションが実質的に同じ構造を有する、請求項
    29の装置。
  31. 【請求項３１】前記フレームが前記装置を光学式走査デ
    バイスに取り付ける手段を含む、請求項１の装置。
  32. 【請求項３２】前記装置取付手段が前記装置を前記走査
    デバイスに剛直に固定する手段を含む、請求項31の装
    置。
  33. 【請求項３３】前記装置取付手段が前記装置を前記走査
    デバイスに回転可能に固定する手段を含む、請求項31の
    装置。
  34. 【請求項３４】前記回転可能な固定手段が、軸と、前記
    フレームを前記軸に固定する手段とを有するモータを含
    む、請求項33の装置。
  35. 【請求項３５】前記軸が前記旋回軸とほぼ共線である、
    請求項34の装置。
  36. 【請求項３６】前記取付手段が、前記装置の回転に際し
    て前記装置に電流を供給する整流手段を含む、請求項33
    の装置。
  37. 【請求項３７】前記旋回部材が光学素子を含む、請求項
    １の装置。
  38. 【請求項３８】前記光学素子が前記旋回軸に沿って配置
    される、請求項37の装置。
  39. 【請求項３９】前記光学素子が前記サスペンションの間
    には配置されない、請求項37の装置。
  40. 【請求項４０】前記光学素子が反射素子である、請求項
    37の装置。
  41. 【請求項４１】前記光学素子がほぼ平坦な鏡である、請
    求項38の装置。
  42. 【請求項４２】前記光学素子が屈折素子である、請求項
    38の装置。
  43. 【請求項４３】光学式走査システムであって、 光源と、 旋回走査ヘッドと、 前記旋回走査ヘッドに結合され、前記光源から光を受け
    取り、その光をターゲットに向けて方向付ける光学素子
    と、及び 前記ターゲットから光を受け取り、受け取った光に応じ
    た電気信号を生成する光電コンバータとからなり、 前記旋回走査ヘッドが、第一の軸に関する第一の弧内で
    前記光学素子を動かし、また前記旋回走査ヘッドが、第
    一の軸に垂直な第二の軸に関する第二の弧内で前記光学
    素子を動かす光学式走査システム。
  44. 【請求項４４】前記光源がレーザである、請求項43の光
    学式走査システム。
  45. 【請求項４５】前記旋回走査ヘッドが、２つの垂直方向
    において動作成分を有する前記光学素子の旋回を生ず
    る、請求項43の光学式走査システム。
  46. 【請求項４６】前記走査ヘッドの動作を制御する走査ヘ
    ッドコントローラをさらに含む、請求項43の光学式走査
    システム。
  47. 【請求項４７】前記走査ヘッドコントローラが波形発生
    器からなる、請求項46の光学式走査システム。
  48. 【請求項４８】前記走査ヘッドに結合されて前記走査ヘ
    ッドを回転させるモータをさらに含む、請求項43の光学
    式走査システム。
  49. 【請求項４９】前記モータの回転を制御するモータコン
    トローラをさらに含む、請求項48の光学式走査システ
    ム。
  50. 【請求項５０】前記光源、走査ヘッド、光学素子、及び
    光電コンバータが光学式データ獲得システムを構成し、
    これがさらに前記データ獲得システムと遠隔位置との間
    で情報を相互交換するための通信システムを含む、請求
    項43の光学式走査装置。
  51. 【請求項５１】前記通信システムが無線通信システムで
    ある、請求項50の光学式走査システム。
  52. 【請求項５２】前記無線通信システムが超音波通信シス
    テムである、請求項51の光学式走査システム。
  53. 【請求項５３】前記無線通信システムが赤外線通信シス
    テムである、請求項51の光学式走査システム。
  54. 【請求項５４】前記無線通信システムが無線周波数通信
    システムである、請求項51の光学式走査システム。
  55. 【請求項５５】前記遠隔位置にデータ処理システムをさ
    らに含み、前記通信システムから光学的走査情報を受け
    取って処理する、請求項50の光学式走査システム。
  56. 【請求項５６】前記データ処理システムが、前記通信シ
    ステムを介して前記データ獲得システムへと制御情報を
    通信する手段を含む、請求項55の光学式走査システム。
  57. 【請求項５７】前記通信システムが電気ケーブル又は光
    ケーブルを含む、請求項50の光学式走査システム。
  58. 【請求項５８】前記システムに対して電力を供給するた
    めのバッテリーをさらに含む、請求項43の光学式走査シ
    ステム。
  59. 【請求項５９】前記光源からの光を方向付けて前記ター
    ゲットの方向においてスポット又は幅の狭い光ビームを
    もたらすビーム形成手段をさらに含む、請求項43の光学
    式走査システム。
  60. 【請求項６０】前記ビーム形成手段が前記走査システム
    の付近で幅の狭い光ビームを生成し、このビームが前記
    走査システムから所定の距離を越えると迅速に発散す
    る、請求項59の光学式走査システム。
  61. 【請求項６１】前記ビーム形成手段が円錐形ビームから
    なる、請求項60の光学式走査システム。
  62. 【請求項６２】前記ビーム形成手段がホログラムからな
    る、請求項60の光学式走査システム。
  63. 【請求項６３】前記ビーム形成手段が可動光学素子から
    なる、請求項59の光学式走査システム。
  64. 【請求項６４】前記ビーム形成手段が電気的に焦点合わ
    せ可能なレンズからなる、請求項63の光学式走査システ
    ム。
  65. 【請求項６５】前記ビーム形成手段が正のレンズと、前
    記レンズの軸方向移動を許容する弾性レンズサスペンシ
    ョンと、コイルと、前記サスペンションに結合されて前
    記コイルの電流変化に応じて前記レンズの軸方向移動を
    生じさせる磁気回路とからなる、請求項64の光学式走査
    システム。
  66. 【請求項６６】ターゲットからの光を前記光電コンバー
    タ上に集束させる集光器をさらに含む、請求項43の光学
    式走査システム。
  67. 【請求項６７】前記集光器が透明固体媒体内での全内反
    射によって光を集束させる、請求項43の光学式走査シス
    テム。
  68. 【請求項６８】前記透明固体媒体が前記光源により発せ
    られる光の波長において基本的に透明である、請求項67
    の光学式走査システム。
  69. 【請求項６９】前記集光器が截頭円筒形シェルからな
    る、請求項67の光学式走査システム。
  70. 【請求項７０】前記円筒形シェルが、トロイドの一部の
    形状を有する端面を含む、請求項69の光学式走査システ
    ム。
  71. 【請求項７１】前記光源、走査ヘッド、光学素子、及び
    光電コンバータが配置されるハウジングをさらに含む、
    請求項43の光学式走査システム。
  72. 【請求項７２】前記ハウジングが手持ち可能な寸法を有
    する、請求項71の光学式走査システム。
  73. 【請求項７３】前記ハウジングが懐中電灯類似のハウジ
    ングである、請求項72の光学式走査システム。
  74. 【請求項７４】前記ハウジングがほぼ円筒形状を有し、
    走査光ビームをほぼ前記円筒の軸に沿って方向付ける、
    請求項72の光学式走査システム。
  75. 【請求項７５】前記ハウジングが前記走査システムの動
    作を開始させるスイッチを含む、請求項72の光学式走査
    システム。
  76. 【請求項７６】前記スイッチが前記走査システムの断続
    動作及び連続動作の双方をもたらす、請求項75の光学式
    走査システム。
  77. 【請求項７７】前記システムが前記ハウジング内に、遠
    隔位置にあるアパーチャとの走査情報の無線相互変換の
    ための手段を含む、請求項71の光学式走査システム。
  78. 【請求項７８】前記ハウジングが走査領域上方の天井に
    取り付けるのに適した、請求項71の光学式走査システ
    ム。
  79. 【請求項７９】前記ハウジングが可撓性曲管部材に設け
    られる、請求項71の光学式走査システム。
  80. 【請求項８０】前記走査システムを起動する手段をさら
    に含む、請求項43の光学式走査システム。
  81. 【請求項８１】前記起動手段が、ターゲット領域におけ
    る物体の存在を自動的に検出し、かかる検出に応じて前
    記走査システムを起動する手段を含む、請求項80の光学
    式走査システム。
  82. 【請求項８２】電磁的に動作される旋回走査ヘッドであ
    って、 フレームと、 前記フレームに隣接して旋回部材と、 前記フレーム及び前記旋回部材に結合された弾性サスペ
    ンションと、前記サスペンションが前記旋回部材を前記
    フレームに関して平衡位置に支持して、旋回軸に対して
    垂直な前記平衡位置からの前記旋回部材の旋回動作を許
    容し、前記旋回部材に対して復元力を印加して前記旋回
    部材が平衡位置から変位した場合に平衡位置へと付勢す
    ること、及び 前記旋回部材に対して旋回力を加えて前記旋回部材をそ
    の平衡位置から移動させる電磁手段とからなり、前記電
    磁手段が前記旋回軸とほぼ共線のコイル軸を有するコイ
    ルと、前記旋回軸に対してほぼ垂直な磁軸を有する磁石
    とからなる、走査ヘッド。
  83. 【請求項８３】前記コイルが前記フレームに固定されて
    いる、請求項82の走査ヘッド。
  84. 【請求項８４】前記旋回部材が前記コイルからなる、請
    求項82の走査ヘッド。
  85. 【請求項８５】前記磁石が前記フレームに固定されてい
    る、請求項82の走査ヘッド。
  86. 【請求項８６】前記旋回部材が前記磁石からなる、請求
    項28の走査ヘッド。
  87. 【請求項８７】前記電磁手段が一対の同軸に配置された
    コイルを含む、請求項82の走査ヘッド。
  88. 【請求項８８】前記電磁手段が一対の磁石を含み、その
    各々が前記旋回軸に対してほぼ垂直な磁軸を有する、請
    求項82の走査ヘッド。
  89. 【請求項８９】前記磁石の各々の磁軸が他方のそれに対
    してほぼ垂直である、請求項88の走査ヘッド。
  90. 【請求項９０】前記電磁手段が、同軸に配置され前記旋
    回軸に沿って相互に間隔を置いた一対のコイルと、前記
    旋回軸に沿って相互に間隔を置いた一対の磁石とを含
    み、この磁石の各々が前記コイルの１つに隣接してい
    る、請求項82の走査ヘッド。
  91. 【請求項９１】前記サスペンションが、前記旋回軸に対
    してほぼ垂直に配置されたほぼ平坦な部材からなる、請
    求項82の走査ヘッド。
  92. 【請求項９２】前記平坦な部材がバネである、請求項91
    の走査ヘッド。
  93. 【請求項９３】前記平坦な部材が螺旋バネである、請求
    項92の走査ヘッド。
  94. 【請求項９４】前記サスペンションが、前記旋回軸に対
    してほぼ垂直に配置された単一のほぼ平坦な部材からな
    る、請求項91の走査ヘッド。
  95. 【請求項９５】前記サスペンションが２以上のほぼ平坦
    な部材からなり、その各々が前記旋回軸に対してほぼ垂
    直に配置され、その各々が他のものから前記旋回軸に沿
    って離隔されている、請求項91の走査ヘッド。
  96. 【請求項９６】前記走査ヘッドが前記旋回軸に垂直な１
    方向において実質的に対称である、請求項82の走査ヘッ
    ド。
  97. 【請求項９７】前記走査ヘッドが前記旋回軸に関して実
    質的に半径方向に対称である、請求項82の走査ヘッド。
  98. 【請求項９８】前記フレームが前記走査ヘッドをモータ
    軸に固定する手段を含む、請求項82の走査ヘッド。
  99. 【請求項９９】前記フレームが、電流を前記電磁手段に
    供給する手段を含む、請求項98の走査ヘッド。
  100. 【請求項１００】前記電流供給手段が整流子を含む、請
    求項99の走査ヘッド。
  101. 【請求項１０１】前記電流供給手段が、前記フレームに
    機械的に固定された可撓性コイル導線を含む、請求項99
    の走査ヘッド。
  102. 【請求項１０２】入射光を受け取り、受け取った光を集
    束し、集束した光を放出する固形透明物質で形成された
    集光器であって、 入射光を受け取る開放型アパーチャを規定する入射表面
    と、 集束光を放出する出射表面と、及び 前記入射及び出射表面の中間の少なくとも１つの表面と
    からなり、前記中間表面が受け取った入射光を前記入射
    表面から前記出射表面へと前記物質内の全内反射によっ
    て集束し、それによって前記物質が透明性を示す入射光
    の実質的な部分が案内されて前記出射表面から放出され
    る、集光器。
  103. 【請求項１０３】前記透明物質がフィルタ材料からな
    る、請求項102の集光器。
  104. 【請求項１０４】前記入射表面が、入射光に向かって凸
    状の部分を含む、請求項102の集光器。
  105. 【請求項１０５】前記入射表面がトロイドの一部を含
    む、請求項102の集光器。
  106. 【請求項１０６】前記集光器が、ほぼ環状又は部分的に
    環状の断面を有する、請求項102の集光器。
  107. 【請求項１０７】前記集光器が円筒形シェルの一部から
    なる、請求項102の集光器。
  108. 【請求項１０８】前記集光器が截頭円筒形のシェルから
    なる、請求項107の集光器。
  109. 【請求項１０９】前記円筒形のシェルが、前記シェルの
    軸に対してほぼ垂直な１つの端面と、前記シェルの軸に
    関して鋭角をなす別の端面を含む、請求項108の集光
    器。
  110. 【請求項１１０】前記出射表面が前記鋭角をなした端面
    に隣接している、請求項109の集光器。
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