JP3810576B2 - 低価格光スキャナ用ワンピース光学アセンブリ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バーコード記号読取り装置のような電気・光学的読取り装置、または走査システムに関し、詳しく述べれば、特に小型化スキャナを必要とするアプリケーションに使用するための走査モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、バーコード記号読取り装置のような電気・光学的読取り装置は極めて一般的である。典型的には、バーコード記号は、典型的に矩形の形状の、明領域及び暗領域の１つ以上の行からなっている。暗領域（即ちバーの幅）及び／または明領域（即ちバー間の間隔の幅）が、読取られる符号化情報を表している。
バーコード記号読取り装置は記号を照明し、符号化された領域からの反射光を感知して符号化された領域の幅及び間隔を検出し、符号化情報を導出する。バーコード読取り型データ入力システムは、広範なアプリケーションのためのデータ入力の効率及び精度を改善している。これらのシステムへデータを入力することが容易であるために、例えば効率的な在庫管理、進行中の作業の追跡等ような、より頻繁な、そして詳細なデータを入力することを容易にする。しかしながら、これらの利点を達成するためには、ユーザまたは従業員が自発的に、一貫して読取り装置を使用しなければならない。従って、読取り装置は操作が容易で便利でなければならない。
【０００３】
いろいろな走査システムが公知である。１つの特に有利な型の読取り装置は、記号を横切ってレーザビームのような光ビームを走査させる光学的スキャナである。米国特許第 4,387,297号及び同第 4,760,248号に例示されている型のレーザスキャナシステム及びコンポーネントは、ハンドヘルドまたは静止スキャナからある動作範囲、即ち読取り距離において、反射率が異なる部分を有するインディシア、即ちバーコード記号、特に統一商品コード（ＵＰＣ）型のバーコード記号を読取るように設計されている。
【０００４】
いろいろな鏡及びモータ構成を使用して、所望の走査パターンでビームを運動させることができる。例えば、米国特許第 4,251,798号では平面鏡を使用しており、この鏡はそれを取付けている駆動シャフトを中心とする円周方向に、繰り返して往復動的に交互に駆動されるようになっている。米国特許第 4,816,660号には、全体的に凹面鏡部分と全体的に平面鏡部分とからなる多重鏡構造が開示されている。この多重鏡構造はそれを取付けている駆動シャフトを中心とする円周方向に、繰り返して往復動的に交互に駆動される。上述した特許は全て、本明細書に参照として採り入れている。
上述した型の電気・光学的スキャナでは、「走査エンジン」に含まれるレーザ源、光学系、鏡構造、鏡構造を振動させるドライブ、光検出器、及び関連信号処理・デコーディング回路が全て、スキャナにサイズ及び重量を付加する。長時間にわたって使用するようなアプリケーションでは、大きくて重いハンドヘルドスキャナはユーザに疲れをもたらし得る。スキャナを使用すると疲れるとか、それ以外に不便であったりする場合には、ユーザはスキャナを動作させたがらない。スキャナを一貫して使用したがらないと、これらのバーコードシステムが意図しているデータ収集の目的が無効になってしまう。また、ノートブックのような小型デバイス内にフィットするコンパクトなスキャナに対する要望が存在している。
【０００５】
従って、現在ではバーコード読取り装置の開発の目標は、読取り装置を可能な限り小型化することであるが、それでも未だに走査エンジンのサイズ及び重量を減少させてスキャナの使用を特に便利にすることが望まれている。運動コンポーネントの質量は、走査運動を発生させるのに必要な電力を最小にするので、可能な限り小さくすべきである。
特定のモジュールをさまざまな異なるスキャナ内で使用可能にするために、走査エンジンをモジュール化することも望ましい。しかしながら、必要なスキャナコンポーネントの全てを含む特に小型・軽量モジュールを開発する要望が存在している。
【０００６】
【発明の要旨】
本発明の目的は、光ビームを走査運動させ、反射光を収集するために使用されるコンポーネントのサイズ及び重量を減少させることである。
関連目的は、小型・軽量の電気・光走査システムを開発することである。
さらなる目的は、便利に、且つ低価格で製造することができるモジュールを提供することである。関連目的は、組立てが容易なモジュールを提供することである。
【０００７】
本発明による光走査モジュールは、
（ａ）光ビームを放出する光源と、
（ｂ）上記光ビームを受け、それから走査ビームを発生させて読取るべきインディシアへ導く走査アセンブリと、
（ｃ）(i) 上記光ビームを上記走査アセンブリへ伝送する前に、上記光ビームを受けて成形するビーム成形レンズと、
(ii)上記インディシアから反射光を受け、それを上記光検出器へ導く鏡面を位置決めするための鏡限定部分と、
を含むワンピース光要素と、
を含んでいる。
【０００８】
好ましくは、ワンピース、即ち一体型の光要素は、収集鏡の反射表面を得るために選択的に被膜された光学的に透明なプラスチック材料をモールドすることができる。モールドされた部材は、光源／レーザ及び／または光検出器のための取付け部分及び／または配置部分を限定することもできる。光検出器取付け部分は、好ましくは収集鏡を被膜するのに使用した材料と同一の材料で被膜し、光検出器を光学的だけではなく、電磁的にもシールドすることができる。
モールドされた部材は、下方に伸びる「スナップ」を含むことができる。スナップは、モールドされた部材に取付けられたレーザ及び光検出器を下に横たわるＰＣＢに固定するのを容易ならしめる。
同一のＰＣＢ上に、一次元または二次元走査の何れかを行わせるビーム走査配列を取付けることもできる。
【０００９】
本発明は更に光走査モジュールを提供し、この光走査モジュールは取付け用ベースを含み、この取付け用ベースは基準面を限定し、且つ
ａ）光ビームを放出する光源と、
ｂ）上記光ビームを受け、それから走査ビームを発生して読取るべきインディシアへ導く走査アセンブリと、
を取付けており、
上記モジュールは、走査ビームが、上記基準面に対して非直交関係の走査面を限定するように配列されている。
従って、モジュールは、スペーサを必要とせずに所望の角度を達成するようにマザーボード上に配置することができる。
本発明の別の形状では、光走査モジュールが提供される。この光走査モジュールは、基準面を限定するベースと、ビーム反射要素と、ビーム反射要素ドライブとを含み、上記ビーム反射要素は、基準面と直交する面に対して角度をなした面内で振動駆動されるようにベースに対して取付けられている。
【００１０】
本発明は更に、小型の光走査モジュールを提供する。この光走査モジュールは、実質的に矩形のモジュールベース、光ビームを放出する光源、上記光ビームを受けてそれから走査ビームを発生し、それを読取るべきしるしに導く走査アセンブリ、検出器、及びワンピース光要素とを含み、上記光源、走査アセンブリ、検出器、及びワンピース光要素は上記ベース上に取付けられており、上記ワンピース光要素は、上記光ビームを上記走査アセンブリへ伝送する前に上記光ビームを受けて成形するビーム成形レンズと、鏡面を位置決めする鏡限定部分とを含み、上記鏡面は逆反射光を受けてそれを上記検出器に導くようになっている。
【００１１】
本発明は光走査モジュールを更に提供する。この光走査モジュールは、光ビームを放出する光源と、上記光ビームを受け、それから第１の走査面内の走査ビームを発生する第１の走査アセンブリと、上記第１の走査アセンブリから上記走査ビームを受け、第１の走査面と非平行な第２の面内をも走査する走査ビームを発生する第２の走査アセンブリと、戻りビームを検出する検出器とを含み、上記走査アセンブリ及び検出器は単一のモジュールベース上に設けられている。従って、カストマイズされた走査パターンを可能にする二次元走査が達成される。
本発明によれば、光スキャナ用走査要素が更に提供される。この走査要素は、走査ビームを反射させる反射器と、この反射器を走査運動させるように駆動するドライブとを含み、上記反射器はねじれ変形可能な要素上に取付けられていてその上で走査運動するように駆動される。上記ねじれ変形可能な要素は、細長く、その細長い軸を中心として変形可能であり、そしてその細長い軸に対して直角の断面形状は非平面である。上記断面形状は、細長い軸に沿って実質的に均一なねじれ変形が得られるように選択される。
【００１２】
本発明は更に光読取り装置を提供する。この光読取り装置は、読取り装置ハウジングと、読取りビーム発生器と、読取りビーム検出器と、上記ハウジング内に取付けられている読取りビーム窓とを含み、上記ハウジングは、ベースと、ハンドルと、ヘッド部分とを含み、上記ヘッド部分は上記ハンドルの一方の端に取付けられている上記読取り窓を含み、上記ハンドルはその他方の端が上記ベースに取付けられており、上記読取り装置は上記ベース上に自立する。従って、ハンドフリー／自立、及びハンドヘルド使用を含む改良されたアーゴノミックが達成される。
本発明の特徴をなしている新規な特色が特許請求の範囲に記載されている。しかしながら、本発明の構造及び動作方法、並びに付加的な目的及び長所は、以下の添付図面に基づく詳細な説明から充分に理解されよう。本発明のさらなる特色は独立請求項に、またさらなる好ましい特色は従属請求項に記載されている。
【００１３】
【実施例】
図１に、走査用レーザビームを発生するための、好ましい実施例による低価格光アセンブリを示す。
この光アセンブリは、分離した２つの不可欠の部分、即ち「静的光学系」１０及びスキャナモータドライブ１２を含み、これらは共に共通の印刷回路基板（ＰＣＢ）１４に取付けられている。アセンブリの構造の詳細を説明する前に、デバイスの動作の概要を説明しておくことが有用であろう。半導体レーザ１８からの光ビーム１６は、モールドされたプラスチックレンズ２０を通過し、プリズム２２の全反射によって向きを 90 °変えられる。プリズムを出た後、ビームは収集鏡２６内の開口２４を通過し、振動走査鏡２８上に衝突する。これにより、走査用出射光ビーム３０が発生し、このビームは読取るべきインディシア（図示してない）に向かって導かれる。
しるしからの反射光３２は最初に走査鏡２８によって受けられ、走査鏡２８はそれを収集鏡２６の凹面３４上に導く。凹面３４は、光を開口３６及びフィルタ３８を介して光検出器４０上に合焦させる。光検出器出力信号は、電気カップリング４２によってＰＣＢ １４内の適当なエレクトロニクスに供給される。
走査鏡２８は、ある軸を中心として振動するように４４において取付けられている。これは、永久磁石４６と被駆動電磁コイル４８との間の相互作用によって達成される。適当な駆動信号が、ＰＣＢ １４及びコイル電気接点５０を介してコイルに印加される。
【００１４】
図１に示すスキャナモータドライブ１２は例示に過ぎず、一次元または二次元内でレーザビームを走査運動させるどのような型のメカニズムとも置換することができる。例えば、スキャナモータドライブは、米国特許第 5,581,067号及び同第 5,367,151号に開示されている構成の何れかからなることができる。このようにして、静的光アセンブリ１０は、いろいろなスキャナ設計内の成分として使用することができる。
図１に示す光アセンブリは、どのような型の固定、またはポータブル光学的スキャナ（例えば、図２ａ−２ｃの走査型スキャナ、図２ｄに示すハンドヘルドスキャナ、または図２ｅに示すハンドヘルドコンピュータ端末／スキャナ）内にも組み込むことができる。
【００１５】
図２ａ乃至２ｃに、アーゴノミック設計のハンドヘルド銃型スキャナを示す。このスキャナは、スキャナ本体１００を含み、本体１００はハンドル部分１０２及びヘッド部分１０４を含んでいる。ハンドル部分１０２は、ユーザの掌内に直立して保持され、好ましくはユーザの人指し指によって操作できるように位置決めされた引金１０６を含む前部分を有するように構成されている。ヘッド部分１０４はハンドル部分１０２のトップに設けられ、走査窓１０８を含む前面と、ハンドル１０２から後方へ伸びて使用中にユーザの手の上に載る、またはその上に位置する球状後部分とを含んでいる。
スキャナ１００は、ハンドル１０２の下端に設けられているピボット軸１１２を中心としてピボットできるようにベース部分１１０に固定されている。ベースは、平らな底面１１４を含んでいる。ベースは、ハンドル部分から前及び後方向と、側方向とに外向きに伸び、アセンブリ全体を支持表面上に安定に自立して配置することができるようになっている。スキャナ１００は、ベース１１０上で前／後方向にピボットするようになっている。ベース１１０は、ケーブル１１６によってスキャナ１００とホスト（図示してない）との間のインタフェースを提供している。ケーブル１１６は、単に電力を供給するだけであることも、またはスキャナへ印加する制御情報のための、またはスキャナ１００からホストへダウンロードされる読取られたデータのためのデータ経路を含むこともできる。
ベース１１０はその底面１１４に適当な公知の型の圧力スイッチ（図示してない）を含み、このスイッチが解放されると、スキャナがハンドヘルドモードで動作中であることがスキャナ内のプロセッサに指示される。またスキャナは引金１０６が作動させられた時に限って、読取りが行われることを指示するトリガードモードへ切り替わる。
【００１６】
制御システムの詳細を、図４の流れ図によって示す。圧力スイッチが作動しているか否か（ステップ１５０）には拘わりなく、適当なコントローラによって連続ループが維持されていることが理解されよう。もし圧力スイッチが作動していなければ、トリガード（ハンドヘルド）モードに入る（ステップ１５２）。関連特色のさらなる詳細に関しては、米国特許第 5,151,581号を参照されたい。
圧力スイッチが作動しているような別のモードでは、連続走査（ハンドフリー）モード１５４に入る。このモードでは、走査パターンが常に作動させられ、全てのアイテムがスキャナの前を通過して走査される。これは、例えば小売り販売点の勘定カウンタにおいて使用することができる。このように、この配列はデュアルモード動作を可能にする。
スキャナは、好まいのは全方向スキャナであるが、銃型の構成は普通の一方向性スキャナの便益を提供する。ピボット軸１１２が組み込まれていることによって角度が調整可能であることの他に、スキャナ全体を所望のピボット角度に位置決めして読取りを容易にすることが可能になり、またハンドヘルドモードにある時にベースを邪魔にならない位置まで角度をつけることができる。
主本体１００及びベース１１０は、それらの一方または他方を最小の費用で、例えばコードレス実施例に変化させることができるように、好ましくはモジュラーである。オプションとして、付加的にモードボタン１１８がヘッド１０４の上面に設けられており（図２ｃ参照）、例えば読取るべきバーコード記号または他の記号、または走査状態に基づいて、ユーザがどのような所望の型の走査パターンをも選択できるようにしている。更に、ＬＥＤのような表示灯１２０が設けられており、これらは、例えばスキャナの動作モード、即ちスキャナがハンドフリーモードにあるのか、またはハンドヘルドモードにあるのか等を指示することができる。
【００１７】
図２ｄの参照番号２１０は、代替実施例のハンドヘルドスキャナ全体を示している。このスキャナは、代替として銃型であることも、または何等かの適当な形態であることもできる。スキャナは、例えば引金（図示してない）によって手動作動可能である。前記特許及び出願から公知のように、限定するものではないが典型的にはレーザである光源成分は、ブロック２１２で示すスキャナの内側に取付けられている。光源は、例えばバーコード記号のような読取るべきしるしに対面する窓２１８を通して外向きに伸びる伝送路に沿って光ビームを放出する。ブロック２１２内には、例えばフォトダイオードのような、ある視野を有する光検出器成分も取付けられており、記号から経路に沿って窓２１８を通って戻る反射光を収集するように動作する。
図１の光アセンブリは、ブロック２１２内に、またはその一部として取付けられている。
どちらの型のスキャナ配列を設けようとも、動作はほぼ同じである。光検出器は、反射光の可変強度を表す電気的アナログ信号を生成する。このアナログ信号は、アナログ・デジタル変換器回路によってディジタル信号に変換される。このディジタル信号は、デコードモジュール２２２によってデコードされる。デコードモジュール２２２はディジタル信号を、記号を表すデータにデコードする。普通はコンピュータである外部ホストデバイス２２４は、主としてデータ記憶装置として役立ち、デコードモジュール２２２によって生成されたデータを事後の処理のために記憶する。
ブロック２１２及びデコーダ２２２は、ＰＣＢ ２１４上に取付けられている。
【００１８】
動作を説明する。ユーザが記号を読取ることを望む度に、ユーザはスキャナで記号を狙い、引金を引くか、またはそれ以外で記号の読取りを開始させる。引金は、ドライブ手段を作動させる電気スイッチである。記号は毎秒複数回、例えば毎秒 100回より多く繰り返して走査される。記号が成功裏にデコードされ、読取られると走査動作は自動的に終了し、それによってスキャナを、それぞれの順番に読取るべき次の記号に向けることができるようになる。
更に、本発明においてはヘッドを固定して取付けることも企図しているので、ヘッドはポータブルハンドヘルド型である必要はない。更に、ヘッドは手動作動式の引金を有していることも、または電源に直接接続することによって連続的に動作させることもできる。
たとえ記号の印刷が薄くても、時間ではなく、多重振動がデコードに成功する可能性を増加させるので、振動は１秒程度持続するだけでよい。システムの信頼度を増加させるために、共振反射器は所定の、予測可能な、既知の、ほぼ均一な角速度を有している。
【００１９】
図２ｅに、走査端末３２６の形状を取っている付加的な特色を含む代替ハンドヘルド光スキャナを示す。この端末は、データディスプレイスクリーン３３０及びデータ入力キーパッド３３２を含むハンドヘルドケース３２８からなる。ケース３２８内の光アセンブリ（図１）は走査光ビームを発生し、このビームは、読取るべきインディシアに対面している窓３３４を通って出て行く。インディシアからの反射光は窓３３４を通って戻り、例えばフォトダイオードである光検出器成分に衝突し、光検出器成分は戻りの光出力信号を生成する。この信号内の情報内容は、オンボードメモリ（図示してない）内に記憶することも、またはデータポート３３６を介して遠隔コンピュータへダウンロードすることもできる。代替として、情報はオンボード無線送信機／受信機３３８が発生する無線周波数信号を介して送信することができる。
【００２０】
一実施例では、走査動作を得るために使用されるモータドライブは「トートバンドエレメント」ドライブであることが好ましい。この型のドライブは、特に、米国特許第 5,614,706号及び同第 5,665,954号に詳細開示されている。本質的にこの配列は、電磁コイルを横切って取付けられた薄い可撓性ストリップ（「トートバンド」）上に取付けられている軽量の鏡のような光要素を含んでいる。光要素に取付けられている永久磁石が、コイルに交流信号を印加した時に発生する変化する磁場と相互作用し、可撓性ストリップ内に繰り返しねじれ運動を発生させる。その結果、光要素が振動して走査運動が発生する。
【００２１】
図５ａに、公知の型のトートバンドエレメントドライブを詳細に示す。即ち、コイル７０、可撓性ストリップ７２、鏡７４、及び永久磁石７６が図示されている。可撓性ストリップ７２は、例えば保持環７８によって、コイルに対して保持することができる。８０で表されているコイルに印加される交流電圧が、矢印８２によって表されているねじれ振動をもたらす。この配列を、当業者には明白な手法で、図１の鏡２８及びドライブ配列４４、４６、４８と置換できることは理解できよう。
図５ｂに示すさらなる実施例では、可撓性ストリップ７２は細長い要素８４によって置換されている。要素８４は、その長さ軸に直角な断面がＶ字形であり、鏡７４及び永久磁石７６が要素上に取付けられている。Ｖ字形要素８４はコイルを横切って伸びるか、または上記薄い可撓性ストリップ７２と同じように適切に取付けられており、永久磁石７６が交流磁場と相互作用して矢印８６で示すねじれたわみを発生させる。バンドのＶ字形断面はその剛さを増加させ、特にＶ字の頂点に鏡７４を取付けているバンドの長さにわたって均一な、または実質的に均一なねじれたわみが得られるようにする。必要なねじれたわみ及びバンドの長さに沿うねじれたわみの均一性が維持される限り、Ｘ字形、ＩまたはＨ字形、Ｗ字形のようなバンド断面の異なる形態も企図できることが理解されよう。
【００２２】
図６は、図５ｂのＶ字形要素８４の実際の取付けモードを分解した形状で示している。コイル７０はＥ字形コア７１ａ上に取付けられる。コア７１ａは、コイル７０の中央凹部内に突入させる中央のアーム７１ｂと、コイルの両側を通ってその上まで伸びる外側アーム７１ｃ及び７１ｄを含んでいる。取付け板７５ａがＥ字形コアの外側アーム７１ｃ、７１ｄ上に受けられ、コイル７０の上に、そしてそれを横切って伸びる。取付け板７５ａは、空間を限定する中央開口７５ｂ（Ｖ字形要素８４がそれを横切って伸びる）を含んでいる。Ｖ字形要素８４は、その中央と両端に、縦軸の両側に対称的に伸びているリム( limb )８４ａを含んでおり、例えば端リム８４ａを取付け板７５ａの上面に固定することによる等、適当な手法で開口７５ｂを横切って取付け板７５ａ上に取付けられる。協同的な形態のＶ字形接続要素８５がリム８４ａとほぼ整列してＶ字形要素８４に取付けられ、鏡７４はＶ字形要素の頂点において接続要素８５に取付けられる。鏡７４から垂下しているのは、これも実質的にＶ字形ではあるがＶ字形要素８４を跨いでいるヨーク７３であり、その外側端７３ａ、７３ｂが鏡７４の裏に取付けられている。ヨーク７３は鏡７４から離れて伸びる中央部分を有し、この中央部分は横方向タブ７３ｃ、７３ｄを有しいる。横方向タブ７３ｃ及び７３ｄはＶ字形要素の中央リム８４ａ、８４ｂに揃っており、それに取付けられる。永久磁石７６はヨーク７３の中央部分の下側に（例えば、タブ７３ｃ及び７３ｄの下側に）取付けられる。従って、永久磁石７６が取付け板７５ａ内の開口７５ｂ上に、またはそれを通して突き出てコイル７０と最適の磁気結合が得られるように、ヨーク７３はＶ字形要素８４を跨ぐ。交流電流がコイル７０に印加されると永久磁石７６が振動し、今度はそれがＶ字形要素８４にねじれたわみを発生させ、鏡７４を振動させる。アセンブルされた配列を図７に示す。
【００２３】
図７の配列を組み込んでアセンブルされたモジュールを図８に示す。図８から明白なように、実質的に立方体のハウジングが得られている。鏡の角運動の方向が、矢印Ａで示されている。
代替として、走査鏡を振動させるために使用されるモータドライブの型は、例えば以下に図１１−１２を参照して説明する不平衡型の「マイラモータ」であることができる。それによれば、鏡は永久磁石が交流コイルによって駆動されると前後にたわんで振動運動するマイラ板ばねに取付けられる。さらなる代替は前記米国特許第 4,387,297号及び同第 4,409,470号に開示されているマイクロマシン鏡であり、これらの特許では鏡は、超小型であることが好ましい適当なドライブモータによって直接前後に駆動されるようになっている。さらなる代替は前記米国特許第 4,251,798号に開示されている公知の回転多角形型の鏡を使用することである。この特許によれば、鏡は互いに角度をなしている複数の面を有する立体の本体からなる。一実施例では、マイラモータは一次元走査用の配列に使用することができ、一方Ｖ字形トートバンドエレメント（上述）は、以下に詳述するように二次元走査のために使用することができる。
【００２４】
さて、図１に示す静的光アセンブリ１０を説明する。レーザ集束用レンズ２０、レーザ開口２４、及び収集鏡２６は全て、番号５２によって全体を示し、クロスハッチで示されている単一のモールドされたプラスチック材料部材によって限定されている。モールドされた部材５２は、レーザ１８、フィルタ３８、及び光検出器４０を収容し、位置決めするためにも役立っている。
好ましいレーザ１８は半導体レーザであり、好ましくはＳＭＤ（「表面取付けデバイス」）フォトダイオードである。これは、従来技術のスキャナに使用されているようなフォトダイオードのスタンドオフ及び人手による半田付けまたはソケットの必要性を排除する。典型的には、レーザは標準パッケージの端面放出型レーザである。費用を最小にするためにレーザ集束は調整不能であり、レーザは単にその取付け用フランジを、モールドされた部材の一部としてモールドされている肩に接触させて設置されているだけである。これでも、低価格のスキャナに充分な性能を与えるためにモールドされた集束用レンズ２０に対してレーザを充分正確に位置決めする。集束レンズが肩５４と同一成分の一部としてモールドされているので、不適切な集束を生じさせる公差の累積が最小になる。
【００２５】
レーザは、紫外硬化セメントによって、モールドされた部材５２内の定位置に保持される。モールドされた部材のプラスチック材料は紫外光に対して透明であるので、レーザが位置決めされている空洞内のセメントは、部材を通して紫外光を照射することによって硬化させることができる。セメントはレーザ１８に塗布することも、またはモールドされた部材５２に塗布することもでき、次いでレーザをそれが位置決め用肩５４に突き当たるまで空洞内に押し込む。次にアセンブリを数秒間にわたって紫外光に曝してセメントを硬化させることができる。もしより高い性能を得るために望むのであれば、レーザを保持するこの方法は、集束を調整しながら行うこともできる。この場合、出力ビームを監視しながらレーザを空洞内に徐々に滑り込ませる。正しい焦点が得られたら、アセンブリを紫外光に曝してセメントを硬化させ、アセンブリをその位置にロックする。
無調整アセンブリでは、例えば、ＰＣＢ １４とレーザ１８の底との間にゴムまたはフォームワッシャ５６によって、レーザを位置決め用肩５４に対してばねロードすることによってセメントを排除することが可能である。
【００２６】
図示のように、レーザ１８は下方に伸びる電気リード５８を有し、これらのリードは簡単にＰＣＢ １４内に直接取付けられる。これは人手による半田付けを排除するが、もし望むのであれば半田付けすることができる。
リードが回路基板手段内へ下方に伸びていることから、普通のレーザでは、ビームは基板に直角に直接上方へ放出される。前述したプリズム２２は、モールドされた部材５２のトップ内に成形されており、垂直レーザビームを収集鏡２６内の開口２４を通して走査鏡２８に向けて導く。プリズム２２は全反射を利用してレーザビームを反射させるので、その上側表面を反射性被膜で被膜する必要はない。
レーザビームを更に集束させる（もし望むのであれば）ために、プリズムの出口表面６０を成形することも可能である。
レーザビームは、その経路に沿う何処かにおいて、ビームストップを通過させることが望ましい。収集鏡２６内の開口２４を、この目的のために役立たせることができる。代替として、レンズ２０、またはプリズム２２の反射表面または出口表面がビームストップを構成することができる。
実際には、開口２４をできる限り小さく保って、収集鏡２６の収集能力を改善することが好ましい。例えば、開口２４の直径は 0.5ｍｍ程度であることができる。これは、得られる回折パターンがベッセル関数に従う光分布を発生する（これは、インディシアを走査するのに特に良く適合する）ので、付加的な利点を提供することになる。
【００２７】
モールドされた部材５２は回路基板１４に固定する必要があり、この目的のためにスナップ６２、６４が設けられている。これらは、コンポーネントを設置する時に回路基板に自動的にラッチする。代替として、モールドされた部材の下側に支柱を設け、それらを基板を通して突き出させて基板の底に熱で固定することができる。超音波による固定も使用することができる。
収集鏡２６は、それに衝突する光を光検出器４０に向けて下方に反射させるように反射性被膜で被膜されている。この被膜は、フォトダイオードのためのハウジングとして役立つモールドされた部材の部分６２をもカバーしている。これは光アセンブリのその領域を不透明にし、開口３６及びフィルタ３８を通る光以外に、何等かの光がフォトダイオードに到達するのを防いでいる。
この反射性被膜は、別の機能にも役立つ。典型的には、この被膜は金、アルミニウム、またはクロムのような金属の薄いフィルムである。これらのフィルムは導電性である。従って、フィルムはフォトダイオード４０のための電磁妨害シールドとしても動作する。フォトダイオード保護のために表面被膜を使用すると、普通の電磁妨害シールドを省くことができ、それによって分離したシールドの費用及びそれをアセンブリ内に設置する労働力の両者を排除できる。
被膜は、モールドされた部材の突起６６をＰＣＢ内の小さいソケット６８内に伸ばすことによって電気的に接地される。代替として、突起６６を基板内のめっきしたスルーホール内に圧入させることができる。
モールドされた部材５２のハウジング部分６２は、光フィルタ３８をフォトダイオード４０のトップの定位置に保持するように動作するだけではなく、フォトダイオードを完全に取り囲み、それによって迷光がそれに到達しないようにしている。ハウジング内の開口３６は、検出器の視野を制限し、周囲光免除を最大にするように小さくすることができる。最小サイズの視野を使用することができるように、開口は収集鏡２６に対して正確に位置決めする必要がある。開口及び収集鏡の正確な相対位置は、これらが単一の部品として成形されているので、容易に達成される。
【００２８】
代替配列を図３に示す。若干の環境においては、ビーム３０が、垂直に対して（ＰＣＢ １４に対して） 90 °以外の角度で光アセンブリを去るような配列を設けることが望ましい。例えば、ＰＣＢ １４を非直交位置に取り付けることを要求されるような場合が存在する。従来の配列では、ビーム３０が所望の角度で去るようにＰＣＢ １４を取付ける時に、付加的なスペーサを導入することによってこの問題を解消する必要があった。図３による配列では、ビームが光アセンブリを出て行く角度を調整して取付け角を補償し、スペーサを含むＰＣＢを取付ける必要性を排除することによってこの問題を解消している。図示の配列では、走査鏡アセンブリ２８の角度を変更することによってこれを達成しており、これはレーザ取付けの調整を必要としないので特に有益である。さらなる補償のために残余の光学系も調整を必要とし得るが、これらの調整は当業者ならば容易に達成できることは理解されよう。
含まれる角度は、特定の消費者の要求に依存するが、ＰＣ基板に対して 45 −90°の範囲、より好ましくは 60 −70°の範囲、そして最も好ましくはＰＣＢに対して 65 °であることができる。
【００２９】
図１１及び１２は、本発明による図３の実施例の代替光アセンブリ及びモータドライブを示している。この配列は単一のベースボード５００上に取付けられており、例えば上述したような、適当な型のレーザアセンブリ５０２を含む。レーザアセンブリ５０２からのビームは収集鏡５０６内の開口５０４を通過し、走査鏡５０８によって反射される。戻りビームは収集鏡５０６上へ逆反射され、適当な公知の型の検出器５１０へ導かれる。さて、走査鏡５０８のためのドライブアセンブリを詳細に説明する。鏡５０８は永久磁石５１２と共に取付けられ、永久磁石５１２は交流電流被駆動コイル５１４によって発生される磁場と相互作用して鏡を振動させる。鏡５０８は、アタッチメント要素５１６を介してベース５００に対して取付けられている。アタッチメント要素５１６は、２つのマイラばね５１８、５２０によって鏡５０８に接続されている。鏡５０８はベースに平行に取付けられているが、アタッチメント要素５１６は水平のベース５００及びマイラばね５１８、５２０に対して 25 °に取付けられており、水平のベース５００及びマイラばね５１８、５２０はアタッチメント要素５１６に対して直角に伸びているので、垂直に対して 25 °になっている。従って以下に詳述するように、走査面は垂直に対して 25 °に限定される。勿論、どのような適切な角度も選択できることは理解されよう。走査角は鏡の運動の振幅によって限定され、好ましくは 50 °であるように選択される。鏡は不平衡型であり、即ち、鏡質量に対して釣合い錘は設けられていない。
【００３０】
鏡５０８は垂直に対して角度付けされており、走査ビームをアセンブリの上面から出て行くように導く。図１のように、図１１に示されている鏡５０８も紙面と直交する面から外れるように角度付けして示されているが、これは単に図面を明瞭にするために図示したに過ぎない。アタッチメント要素５１６が、マイラばね５１８、５２０の両側を伸びるリム５２２及び５２４を含んでいることが分かるであろう。これらのリムは側ブロック５２６、５２８内に成形された凹み内にリムのための若干の量の間隙をもって位置決めされる。この間隙は所望の走査角のために充分な空間を与えながら、例えばユニットを落としてユニットに衝撃が加わった時の鏡の振動の量を制限するストップになる。
以上のように、レーザアセンブリ５０２から放出されて鏡５０８に入射するビームは走査鏡によって 50 °の角度だけ掃引されるが、ビームの掃引面（走査面）はベース５００に対して 90 °ではなく、磁石が振動するように駆動される方向、即ちマイラばねのたわみの軸によって拘束される角度である。これは、図１３ａ及び１３ｂを参照すると理解し易い。図１３ａにおいて、レーザビーム３０はＹ方向に入射する。鏡及びドライブアセンブリは図示してないが、図１３ａでは、通常の鏡形態は、鏡がＸＺ面に対して 45 °の角度をなしており、Ｘ方向を中心として振動するように取付けられているものとしている。その結果、走査面５３０がＹＺ面内に確立される。しかしながら、図１３ｂにおいて鏡及び鏡ドライブは図１１及び１２について説明したように取付けられている。従って、ＹＺ面に対して 25 °の面５３２内に走査線が得られることが理解されよう。この場合も、どのような所望走査面角度または走査角度も選択することができる。
以上のように、図３について説明したビームの非 90 °出力角が異なる技法で達成されている。
【００３１】
図９に示す第２の好ましい実施例においては、各々が直交面内で振動する２つの鏡を使用することによって、二次元走査運動が達成される。米国特許第 5,581,070号、同第 5,637,856号、及び同第 5,614,706号に開示されているように、２つの反射器のＸ−Ｙ運動を使用して多重パターンスキャナを達成することができる。好ましくは２つの反射器は、図５ａまたは図７に示す型の薄い可撓性要素型ドライブによって駆動する。詳述すれば、光モジュール１０は収集鏡２６内の開口２４を通してビーム３０を放出し、第１のＶ字形要素８４上に取付けられている第１の振動鏡２８ａによって第１の方向（例えば、Ｘ方向）に振動させられ、次いでＶ字形要素８４上に取付けられている第２の鏡２８ｂによって第２の方向（例えば、Ｙ方向）に振動させられる。その結果、パターン１１によって示されているように、目標上に所望の走査パターンを達成することができる。図１０に示すベースレイアウトから分かるように、全ての要素を単一のモジュール内に設けることが好ましい。即ち、レーザ１８は収集鏡２６内の開口３４を通して出射ビーム３０を放出する。ビームは鏡２８ａによってＸ方向に振動させられ、鏡２８ｂによってＹ方向に振動させられて、図９に１１で示す走査パターンを発生させる。戻りビーム３２は反射経路に沿って戻り、収集鏡２６によって検出器４０上へ導かれる。勿論、この配列が図１に示す光アセンブリと共に好ましく使用されることは明白であり、部品の正しい位置決め及び配向は当業者には明白であろう。
【００３２】
図１４に、上述したスキャナ、または何等かの他の適当に寸法決めしたスキャナを組み込むための代替走査エンジン形状・ファクタ、及びアーゴノミックハウジング変形を示す。詳述すれば、スキャナは走査窓６０２を有するペン型ハウジング６００内に組み込まれる。ペン型ハウジング６００は、好ましくは細長く、幅広の前及び後面６０４、６０６と、狭い側面とを有している。走査窓は、好ましくは「ペン先」６１２とは反対端の幅広の面６０４の上端に設ける。走査は、例えばペンハウジング６００の側または前面上に設けられた１つ以上の引金６０８、６１０によってトリガすることができる。ペン先６１２は、普通のペンであることも、または電子ペンであることもできる。面が幅広であるから、この配列は上述した型のスキャナモジュールを容易に収納できる。更に、窓６０２の位置によりアーゴノミック走査が可能になり、引金の位置が複数であるために左利き及び右利きのユーザが容易にスキャナを使用することができる。ハウジング６００の幅広の後面６０６が、読み出しモード中にはユーザの掌と接触して楽に、且つ容易に使用できるようにし、一方記入モード中には狭い側面がユーザの掌と接触するので、配列は通常のペンとして使用できることが理解されよう。
上述した特色の各々は、または２つ以上を一緒にすると、他の型のスキャナに、及び上述した型とは異なるバーコード読取り装置に有用なアプリケーションを見出し得ることが理解されよう。
【００３３】
以上に、本発明を光・電気スキャナのための走査モジュールに実施するものとして説明したが、本発明の思想及び範囲から逸脱することなく多くの変更及び構造的変化を施すことができるので、本発明は上述した詳細に制限されることを意図してはいない。即ち、一実施例に関して説明した特色は、当業者には明白な技法で適宜他の実施例内に組み込むことができることが理解されよう。
更に説明するまでもなく、以上の説明は本発明の要点を完全に記述しており、現在の知識から本発明の特色を種々のアプリケーションに容易に採用することが可能である。従って、これらのアプリケーションは特許請求の範囲に含まれることを意図していることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施例による光アセンブリの部分断面図である。
【図２ａ】図１の光アセンブリと共に使用するのに適している銃型スキャナの側面図である。
【図２ｂ】図２ａのスキャナの正面図である。
【図２ｃ】図２ａのスキャナの平面図である。
【図２ｄ】図１の光アセンブリと共に使用するのに適しているハンドヘルド光学的スキャナの例を示す図である。
【図２ｅ】図１の光アセンブリと共に使用するのに適しているハンドヘルド組合せコンピュータ端末及び光学的スキャナの例を示す図である。
【図３】走査ビームを非 90 °角度で出射する光アセンブリを示す図である。
【図４】図２ａ−２ｃのスキャナの動作を示す流れ図である。
【図５ａ】公知の型の薄い可撓性バンドドライブを示す図である。
【図５ｂ】改良された薄い可撓性バンドを示す図である。
【図６】図５ｂの薄い可撓性バンドの取付けを示す分解図である。
【図７】図６に示す成分をアセンブルした形状で示す図である。
【図８】ハウジング内の光アセンブリを切り欠いて示す図である。
【図９】２Ｄ走査運動スキャナアセンブリを示す図である。
【図１０】図９に対応する平面図である。
【図１１】代替走査アセンブリ形態を示す図である。
【図１２】図１１に対応する端面図である。
【図１３ａ】普通のアセンブリにおける走査面を示す図である。
【図１３ｂ】図１１に示す型のアセンブリの走査面を示す図である。
【図１４】代替走査モジュールハウジングを示す図である。
【符号の説明】
１０ 静的光学系
１１ 走査パターン
１２ スキャナモータドライブ
１４ 印刷回路基板（ＰＣＢ）
１６ 光ビーム
１８ 半導体レーザ
２０ プラスチックレンズ
２２ プリズム
２４ 開口
２６ 収集鏡
２８ 振動走査鏡
３０ 走査用出射ビーム
３２ 反射光
３４ 凹面
３６ 開口
３８ フィルタ
４０ 光検出器
４４ 走査鏡取付け点
４６ 永久磁石
４８ 非駆動電磁コイル
５２ モールドされた部材
５４ 肩
５６ ワッシャ
６０ プリズムの出口表面
６２、６４ スナップ
６６ 突起
６８ ソケット
７０ コイル
７２ 可撓性ストリップ
７４ 鏡
７６ 永久磁石
７８ 保持環
８０ 交流電圧
８２、８６ ねじれ振動
８４ Ｖ字形要素
１００ スキャナ本体
１０２ ハンドル部分
１０４ ヘッド部分
１０６ 引金
１０８ 走査窓
１１０ ベース部分
１１２ ピボット軸
１１４ 底面
１１６ ケーブル
１１８ モードボタン
１２０ 表示灯
２１０ ハンドヘルドスキャナ
２１２ 光源
２１４ ＰＣＢ
２１８ 窓
２２２ デコードモジュール
２２４ 外部ホストデバイス
３２６ 走査端末
３２８ ハンドヘルドケース
３３０ データディスプレイスクリーン
３３２ データ入力キーパッド
３３４ 窓
３３６ データポート
３３８ 無線送信機／受信機
５００ ベースボード
５０２ レーザアセンブリ
５０４ 収集鏡
５０６ 開口
５０８ 走査鏡
５１０ 検出器
５１２ 永久磁石
５１４ コイル
５１６ アタッチメント要素
５１８、５２０ マイラばね
５２２、５２４ リム
５２６、５２８ 側ブロック
５３０ 走査面
５３２ 25°傾いた面
６００ ペン型ハウジング
６０２ 走査窓
６０４ 前面
６０６ 後面
６０８、６１０ 引金
６１２ ペン先

Claims (6)

1. 読取るべきバーコード記号へ光を伝送するための光放出器と、上記記号からの反射光を検出する光検出器とを有する電気・光学的読取り装置において、
   ａ）上記光ビームを成形してそれを第１の光路に沿って上記放出器から遠去けるように導くビーム成形レンズ部分と、
   ｂ）上記ビーム成形部分とワンピースであり、上記成形されたビームを上記第１の光路とは異なる第２の光路に沿って導くビーム折り曲げ部分と、
   ｃ）上記ビーム成形部分及び上記ビーム折り曲げ部分とワンピースであり、上記反射光を収集して上記検出器へ導く光収集反射器部分と、
   を含み、
   ｄ）上記ビーム成形部分と上記ビーム折り曲げ部分と上記光収集反射器部分とは、合成プラスチック材料の一体成形されたブロックとして形成され、該ブロックに形成された光放出器配置用凹部内に上記光放出器が配置され、該ブロックに形成された光検出器配置用凹部内に上記光検出器が配置された一体化光学要素を備えることを特徴とする電気・光学的読取り装置。
2. 請求項１に記載した電気・光学的読取り装置であって、上記ビーム折り曲げ部分は全内部反射表面を有するプリズムであることを特徴とする装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載した電気・光学的読取り装置であって、上記反射器部分は、凹面を有し、該凹面に反射皮膜が被覆されていることを特徴とする装置。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載した電気・光学的読取り装置であって、上記反射器部分は、上記成形されたビームを上記第２の光路に沿って通過させる開口を有することを特徴とする装置。
5. 請求項４に記載した電気・光学的読取り装置であって、上記光放出器はレーザビームとしての上記光ビームを放出するものであり、上記開口は上記レーザビームの横断面より小さい開口断面を有することを特徴とする装置。
6. 請求項５に記載した電気・光学的読取り装置であって、前記光検出器配置部分はシールド被膜を有することを特徴とする装置。

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