JP4763178B2 - 一体形可振合焦／走査素子を有する電気光学的走査組立体 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的に、バーコード記号のような表示記号を読み取る、手持ち形走査システムに関し、詳細には、可振合焦／走査素子を有する新規の小型組立体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ラベルまたは商品表面のバーコードー記号を読み取るために、種々の光学読み取り機及び走査素子が開発されてきた。バーコードー記号自体は、種々のスペース幅を定めつつ、間隔をおいて並ぶ一連で種々の幅を有するバーからなる表示記号のコード化されたパターンで、バー及びスペースは異なった光反射特性を有する。読み取り機及び走査素子は、電気光学的に図形表示記号を電気信号に変換し、それをもって商品、又は、その商品の何らかの特性の記述を意図したアルファニューメリックキャラクタにデコードされる。そのような表示は、典型的には、デジタル形式で表示され、販売時点の情報処理及び在庫管理、あるいはこれらに類似の用途に応用される情報処理システムへの入力に利用される。この一般的なタイプの走査システムは、例えば、すべて本件出願人に譲渡された、米国特許第４２５１７９８号、第４３６０７９８号、第４３６９３６１号、第４３８７２９７号、第４４０９４７０号、第４４６０１２０号に開示されている。
【０００３】
そのような走査システムの一つの実施形態は、上記の数件の特許中にも開示されたように、特に、使用者により手に持たれる、手持ちポータブルレーザー走査ヘッドにある。走査ヘッドは、使用者がヘッドを対象目標に向け、読み取るべき記号に向けて光ビームを射出できるよう構成される。光源は、典型的には、ガスレーザー又は半導体レーザー素子の形態をとったレーザースキャナーである。走査システムの光源としての半導体装置の使用は、半導体レーザーのサイズが小さいこと、低コストであること、そして低消費電力であることから好適である。レーザービームは、典型的にはレンズによって、光学的に変化され、目標距離に一定のビームスポットを形成する。目標距離におけるビームスポットのサイズは、好ましくは、異なる光反射特性の領域、すなわち記号のバーとスペースが作る領域の最小幅におおよそ等しい。
【０００４】
バーコード記号は、典型的には、種々の幅を有する矩型のバーすなわち要素からなる。該要素の特定の並び方が、使用されるコードすなわち「記号法」に特定された一組の規則と定義に従って表示されるキャラクタを定義する。
【０００５】
通常、手持ちの読み取機で提供される一次元の単一線走査は、光路に配置されたミラーなどの走査構成要素を使用し、記号を横切る一つの線又は一連の線の光ビームで繰り返し走査する。走査構成要素は、記号を横切ってビームスポットを掃引し、記号を横断通過する走査線をたどり走査するか、あるいはスキャナーの視界を走査するか、あるいはその両方を行っても良い。
【０００６】
走査システムはまた、記号から反射した光を検出するよう機能する、通常は、半導体式のセンサーすなわち光検出器を含む。光検出器は、スキャナー内又は光路上に配置され、そこで記号を横断し、わずかに通り過ぎるように延びる視界を有する。記号から反射した反射光の一部が検出され、電気信号に変換され、電気回路すなわちソフトウエアが、その電気信号を、走査された記号によって表示されたデータのデジタル表示にデコードする。例えば、光検出器からのアナログの電気信号が、典型的には、バーとスペースの物理的な幅に対応する幅の、パルス幅変調されたデジタル信号に変換される。そのような信号は特定の記号法によって、記号にエンコードされていたバイナリー表示のデータに、さらに、そこに表示されていたアルファニューメリックキャラクタにデコードされる。
【０００７】
公知の走査システムにおけるデコード過程は、通常、以下のように機能する。デコーダーがスキャナーからパルス幅変調されたデジタル信号を受け、ソフトウエアに導入されたアルゴリズムが走査内容のデコードを試みる。走査内容のスタート及びストップキャラクタ及びそれらの間にあるキャラクタがうまく完全にデコードされると、デコード過程は終了し、読み取りが成功したことを知らせる表示（緑色の光及び／又はビープ音）が使用者に対して出される。そうでなければ、デコーダーは、次の走査内容を受け、その走査内容をもう一度デコードしようとし、完全に走査内容がデコードされるか、あるいは、それ以上走査内容がなくなるまでこれを続ける。
【０００８】
共振走査素子が当業界で既知である。そのような素子には、典型的に、マイラー（登録商標）あるいは別の材料の可撓性ストリップ片が設けられ、基体に片持梁状に取り付けられ、コイルの中に配置された小型の永久磁石を支持する。コイルは基盤に固定され、走査ミラーは、片持梁状に取り付けられた可撓性ストリップ片の可動端に取り付けられる。片持梁状に取り付けられた可撓性ストリップ片の寸法すなわち曲げ特性、該ストリップ片の質量、永久磁石とミラー、或いは可撓性ストリップ片上の質量分布を変えることにより、異なった共振周波数が作られる。
【０００９】
図２及び図３において、四分円に等間隔で４つの電気コイル１１６が取り付けられた回路板１１４に取り付けられた対物レンズ１１２を、走査モジュール１１０が支持し、振動させる。支持体部材１１８は、好適にはレーザーダイオードであるところの発光ダイオード１２２を受けて保持する開口部１２０を中心に有する。電流が与えられたとき、コイル１１６によって発生する電磁場と相互作用する永久磁石１２４が、該支持体部材１１８のダイオード１２２とは反対の側に置かれる。
【００１０】
回路板１１４及び支持体１１８は、電流を駆動回路から４つのコイルに伝送もする４つの半剛性のワイヤ１２６で相互に連結される。コイル間の連結を変えることによって、一次元又は二次元のスキャンパターンを選択的に達成できる。
ワイヤ１２６は、好適には、回路板１１４と支持体１１８にはんだ付けされる。該ワイヤの材料は、りん青銅合金が好適であるが、電気を伝え、支持体１１８に関し、回路板１１４及びレンズ１１２の半剛性支持を提供するものであれば他のいかなる材料であってもよい。
【００１１】
磁石１２４は、リング形状で、軸方向に磁化されても良い。磁石１２４の中心孔はレーザービームの開口絞りとして働く。
代替的に、永久磁石１２４は、その円周に沿って複数の極を持っても良い。例えば、該永久磁石は、極が４つで、円周上でS極が０°と１８０°に位置し、N極が９０°と２７０°に位置しても良い。４つのコイル１１６の内の２つに適切に電圧を加えることにより、レンズとコイル組立体はわずかに回転し、よって、半剛性ワイヤが螺旋を形成し始め、レンズ１１２とレーザービーム光源１２２間の距離を減少させて、ビームを合焦させる。他の２つのコイルには、レンズ組立体を振動させるために電圧が加えられ、適切な走査を作り出す。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、一般的には、支持体と、該支持体に取り付けられたレーザーダイオードなどの光源と、振動可能な光学部品と、該部品を振動させる駆動部とからなる、表示記号を電気光学的に走査するための小型組立体に関する。
【００１３】
【問題を解決するための手段】
該部品は、該光源から出射された光ビームを合焦させる合焦要素と、該支持体から遠ざかる方向に光ビームを偏向させるための合焦素子と一体の走査素子とを含む。該駆動部は、該部品とともに振動するよう取り付けられた永久磁石と、支持体に取り付けられた励磁可能な電気コイルとを含む。駆動電流により励磁されたとき、コイルにより発生した電磁場は、磁石により発生した磁界と相互作用し、例えばバーコード記号などの表示記号上に光ビームを走査させるために該部品に振動を起こす。
【００１４】
新規な一体形光学部品は、ビームが該部品に入射するときに通る、合焦素子の一部を成す第一の曲面を有する光透過材料と、該光透過材料を通り合焦したビームが反射される第二の反射面とからなる。該第二の面は、反射性コーティングが施され、走査素子の一部を成している。該部品はさらに、反射したビームが該部品から出射するときに通る第三の曲面を含む。該第三の曲面は、走査収差補正のための補正素子として働く。該部品はまた、さらに、これら素子と一体の延長部分を含む。該延長部分は永久磁石を保持するよう機能する。
【００１５】
該部品は、支持体の相対する端に軸受けされたシャフトに取り付けられる。バイアス素子が該部品と支持体の間で作動的に結合され、部品をニュートラル位置に戻す復元力を絶えず加える。該バイアス素子は、一端を該部品に固定し、反対端を可動的に支持体に連結した細長い板ばねが好適である。該ばねの反対端は、支持体上の一組の摩擦ピン間を通っており、該部品が振動する間、該ピンの間でスライドする。
【００１６】
該部品に入射する光ビームは、ニュートラル位置で該部品から出射するビームに対し直角である。第二の反射面は、該部品に入射するビームに対し角度４５°で位置する平面上にあることが好ましい。該支持体が、縦の軸を有する円筒形のハウジングとして形成されると、入射するビームは縦の軸に沿って伝わり、出射するビームは放射状に伝わり、ハウジングの側壁に形成された出口を通過する。
光源は、ハウジングの開放端に受けられたレーザーダイオードが、好適である。駆動コイルが該ダイオードを囲む。表示記号から反射された光を検出するセンサーが、該コイル及びダイオードに隣接して、ハウジングに取り付けられる。
【００１７】
本発明の、他の目的及び利点は、本発明を実施するのに最適の形態を単に示すために本発明の好適な実施形態のみを図示し、説明する以下の詳細な説明から当業者には自ずと明らかであろう。本発明は、他の、また異なった実施が可能であって、そして種々の明らかな点において、そのいくつかの部分について、本発明から逸脱することなく、変更が可能であることが分かるであろう。従って、図面及び説明は本質的に例示的なものであって、限定的なものではない。
【００１８】
【発明の実施の形態】
この明細書の中で使用されている「記号」及び「バーコード」という用語は、広義の解釈を意図しており、単に、種々の幅のバー及びスペースからなるパターンのみに適用されるのではなく、他の一次元及び二次元図形パターン、そしてアルファニューメリックキャラクタにも適用される。
【００１９】
図１に概要を示すように、出射光３６は、スキャナー３０内で、レーザーダイオードあるいは同種の光源３４により発生され、通常スキャナー前面から数インチ離れたバーコード３２上に結像するように向けられる。しかしながら、他の用途では、スキャナーから相当離れた、例えば、６０フイート離れた目標を走査する必要があるかもしれない。出射光３６は、一体形すなわち単体構造の合焦／走査素子３８によって、読まれるべき記号を走査ビームが横切るように、走査される。該記号から反射された光は、スキャナー３０により受けられ、光検出器４４により検出される。
【００２０】
図４は、本発明による、電気光学的に表示記号の走査をおこなう小型組立体２００の実施形態を示す。組立体２００は、互いに反対に位置する端２０４と２０６間の縦軸上に延びる、好適には円筒形のハウジングである、支持体２０２を含む。好適にはレーザーダイオードである光源２０８が開口端２０４に挿入される。光源のリング状の肩２１０が光源の設置位置を定めるよう、開口端２０４の環状フランジに突き当てられている。光源が電気的に励起されると、走査すべき表示記号の方向にレーザービームを射出する。
【００２１】
支持体２０２は、フランジ２１２から軸方向に間隔を持って位置する環状カラー２１４を有する。電磁コイル２１６がカラー２１４及びフランジ２１２の間で支持体に巻付けられる。好適にはフォトダイオードであるセンサー２１８がフランジとカラーに対して半径方向外側に取り付けられ、コイル２１６及び光源２０８の上に重なる。センサー２１８が表示記号から反射された光を検出し、表示記号から反射された光の種々の強度を示す電気信号を発生する。フィルター２２０は、センサーの上方に位置し、光透過性のプラスチック又はガラスフィルターであって良く、またセンサー上に直接塗布し硬化させた液体フィルター材料のコーティングであっても良い。
【００２２】
光源２０８は、射出されたビームが通過する開口絞り２２４を有する開口板２２２を含む。可振光学部品２３０は、ビームの光路上で、シャフト２２６に取り付けられており、該シャフトの相対する端が円筒形のハウジングの相対する端のベアリングに回転自在に軸受けされる。出口すなわちポート２２８は、ハウジングの側壁に形成される。
【００２３】
部品２３０は、光透過性で、光学的変換をおこなう合成プラスチック又はガラスなどの材料で形成され、外向きに凸状に湾曲している面２３４を有する合焦素子２３２を備え、射出されたビームは最初にこの面２３４を通って該部品に入り、表示記号が位置している作動距離範囲内の焦点に合焦するようになっており、部品２３０はまた、コーティングを施された面２３８から合焦したビームを反射するため、好適には、ニッケル、金又はクロムのメタリックコーティングである。反射性コーティングを施した外側平面２３８を有する走査素子２３６を備える。入射する合焦ビームに対し、反射ビームを直角に偏向させるため、コーティングを施された面２３８は、角度４５°に向けられる。合焦素子及び走査素子は、互いに一部品で、すなわち一体的に形成される。
【００２４】
部品２３０は、また、好適には、連結素子２４０を有し、外向き凸状に湾曲している面２４２を持ち、反射ビームがそれを通って、該部品から出射し、走査収差の補正のため合焦される。補正素子もまた、部品と一部品をなすように、すなわち一体的に形成される。
【００２５】
永久磁石２４４は、部品２３０とともに振動するよう、一対の後方延長部分すなわちアーム２４６と２４８に固定取り付けられ、同様に該部品と一体的である。磁石２４４が、永久磁界を発生し、一連の方形波あるいはいかなる周期的駆動信号であってもよいが、駆動電流によりコイルを励磁したとき、コイル２１６により発生した電磁場と相互に作用する。該部品は、平衡位置すなわち図４に示したニュートラル位置から、アーク長に沿ってそれぞれの方向でおよそ２０°ないし２５°を、シャフトを中心として、円周方向に交互に振動する。
【００２６】
一つの端２５２が、例えば止め具（図示せず）で該部品に固定され、対向する端２５４が支持体に取り付けられた一組の摩擦ポスト２５６と２５８間でスライドするように取り付けられた、好適には平板ばねである、バイアス素子すなわち可撓性素子２５０により、ニュートラル位置の確保が行われる。可撓性素子端２５４は、摩擦止めされるが、ポスト間で動くことができる。可撓性素子端２５２は、該部品に常に復元力を与えニュートラルの位置に戻す。
【００２７】
駆動電流によりコイルに付勢される間、相互に作用する磁界は、磁石及び該部品を振動させ、それによって、可撓性素子をたわませる。可撓性素子が丸みを持った形で一方に曲がり、次に反対側にまがる。可撓性素子の端２５４は、可撓性素子が曲がる間、ポストの間で前後にスライドする。可撓性素子には、約０．０２５４mm（０．００１インチ）の薄いポリエステルフィルムである、マイラー（登録商標）のような、弾性の材料が好適である。
走査すなわち表示記号を横切るビームの掃引を行う同部品により、ビーム合焦が有利に達成される。該組立体の全体は、約６．５mm×６．５mm×５．６mmのコンパクトな容積である。
【００２８】
上記に説明したそれぞれの素子、又は二つ以上を、上記に説明した型とは異なる他の型の構成に有効応用され得ることが分かるであろう。
本発明は、一体形可振合焦／走査素子を有する電気光学的走査組立体としての実施形態を図示し説明しているが、付属の請求項に定義される本発明の範囲からいささかも逸脱することなく、種々の変更及び構造的変更が可能であることから、ここに示された詳細に限られるのもではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による走査組立体の略図である。
【図２】従来技術による小型スキャナー組立体の側面図である。
【図３】図２のスキャナーの正面図である。
【図４】本発明の実施の形態に従った小型スキャナー組立体の縦断面図である。

Claims (9)

1. 電気光学的に表示記号を走査するための小型組立体であって、
   ａ）支持体と、
   ｂ）前記支持体に取り付けられた、光ビームを射出するための光源と、
   ｃ）光ビームを合焦する合焦素子と、前記支持体から遠ざかる方向に光ビームを偏向させるための、前記合焦素子と一体の走査素子とを含み、光ビームが入射するとき通過する第一の面と、入射した光ビームが反射する第二の反射面と、反射した光ビームが出射するとき通過する第三の面とを有する光透過性材料とによって前記合焦素子と前記走査素子が形成された、振動可能な光学部品と、
   ｄ）表示記号上で光ビームを走査させる振動を前記光学部品に生じさせるために、前記光学部品と共に振動するように取り付けられ、永久磁界を発生するよう作動可能な永久磁石と、前記支持体に取り付けられ、励磁用駆動電流により励磁されたとき、前記永久磁界と相互作用して前記光学部品を支持体に対して振動させ、表示記号上で光ビームを走査させる電磁場を発生する励磁可能な電気コイルとを含む駆動部と、
   を備える組立体。
2. 前記支持体は、開口端部領域を有する管状のハウジングであり、前記光源が前記開口端部領域を通って延びており、前記ハウジングが、環状フランジを有し、前記光源が、前記フランジに突き当てられる肩をもったケーシングを含み、及び／又は、前記コイルが、前記開口端部領域及び前記光源の少なくとも一部を囲んでおり、及び／又は、前記光源が、レーザーダイオードであり、及び／又は、前記ハウジングが窓を有し、光ビームがこの窓を通って前記支持体から遠ざかる方向に向けられる、請求項１に記載の組立体。
3. 前記光透過性材料において、前記第一の面が湾曲して合焦素子の一部を成し、及び／又は、前記第二の反射面が反射性のコーティングを施され走査素子の一部を成し、及び／又は、前記光学部品が走査収差補正用の補正素子を含み、前記第三の面が湾曲して前記補正素子の一部を成す、請求項１に記載の組立体。
4. 前記の光学部品が、前記磁石を保持するために、前記素子と一体形である延長部分を有する請求項２に記載の組立体。
5. 前記支持体が、管状のハウジングと、該ハウジング上の相対する端に軸受けされたシャフトとを含み、前記光学部品が該シャフトに沿った軸を中心として円周方向交互に振動するよう該シャフトに取り付けられ、前記組立体が、さらに、前記光学部品が該光学部品を前記光ビームの光路上のニュートラル位置に戻す復元力を一定に及ぼすよう前記光学部品及び前記支持体の間に作動的に結合されたバイアス素子からなり、該バイアス素子が細長いばねであって、該ばねの一端が前記光学部品に固定され反対端が前記支持体に可動的に連結され、前記支持体が一対の摩擦ポストを有し、前記ばねの反対端が該一対のポストの間をスライドするよう取り付けられた請求項１に記載の組立体。
6. 電気光学的に表示記号を走査するための小型組立体であって、
   ａ）縦軸方向に沿って延びている支持体と、
   ｂ）前記縦軸方向に沿って光ビームを射出するための、前記支持体に取り付けられた光源と、
   ｃ）合焦素子及び前記合焦素子と一体に形成された反射素子を含み、ニュートラル位置を挟んで両方向に振動可能な光学部品と、
   を備え、
   前記光学部品は、光ビームが該光学部品に入射するとき通過する第一の面と、入射した光ビームが反射する第二の反射面と、反射した光ビームが出射するとき通過する第三の面とを備える光透過性材料により構成され、該光透過性材料は、前記光ビームが前記光学部品に入射するとき、該光ビームを通過させて該光ビームを合焦させるように、前記光学部品内に前記合焦素子を形成し、前記光学部品の前記ニュートラル位置でみたとき前記縦軸に対して直角に、前記支持体から遠ざかる方向へ該光ビームを反射する位置に、前記反射素子を前記第二の反射面によって形成しており、
   ｄ）前記光学部品と共に振動するように取り付けられ、永久磁界を発生するよう作動可能な永久磁石と、前記支持体に取り付けられ、励磁用駆動電流により励磁されたとき、永久磁界と相互作用して該支持体に対して前記光学部品を振動させ、前記表示記号上で光ビームを走査させる電磁場を発生する電気コイルとを含む駆動部分と、
   ｅ）前記光学部品と前記支持体との間で、該光学部品をニュートラル位置に戻す復元力を常に与えるように作動的に結合されたバイアス素子と、
   が設けられたことを特徴とする組立体。
7. 電気光学的に表示記号を走査するための小型組立体であって、
   ａ）支持体と、
   ｂ）光ビームを射出するため前記支持体に取り付けられた光源と、
   ｃ）前記光ビームを合焦するための合焦素子と、前記支持体から遠ざかる方向に光ビームを偏向させるための、該合焦素子と一体の走査素子とを含む振動可能な光学部品と、
   を備え、
   前記光学部品は、光ビームが該光学部品に入射するとき通過する第一の面と、入射した光ビームが反射する第二の反射面と、反射した光ビームが出射するとき通過する第三の面とを備える光透過性材料により構成されており、
   ｄ）前記光学部品と共に振動可能に取り付けられ、永久磁界を発生するように作動可能な永久磁石と、前記支持体に取り付けられ、励磁用駆動電流により励磁されたとき、前記永久磁界と相互作用して該支持体に対して該光学部品を振動させ、前記表示記号を前記光ビームで走査させる電磁場を発生するように作動する、励磁可能な電気コイルと、を含む駆動部と、
   ｅ）前記表示記号から反射した光を検出するために、前記支持体上の前記光源に隣接して取り付けられたセンサーと、
   を備える組立体。
8. 電気光学的走査組立体によりレーザービームを合焦させる装置を形成する方法であって、
   ａ）支持体上に前記レーザービームを射出するレーザー源を取り付け、
   ｂ）該レーザービームを合焦する合焦素子と、合焦したビームを前記支持体から遠ざかる方向に偏向させるための、該合焦素子と一体の走査素子を含み、光ビームが入射するとき通過する第一の面と、入射した光ビームが反射する第二の反射面と、反射した光ビームが出射するとき通過する第三の面とを備える光透過性材料により構成された光学部品を、前記レーザー源と所定の間隔を保って、該支持体上に取り付ける
   段階を含む方法。
9. 電気光学的に表示記号を走査する小型組立体であって、
   ａ）光ビームを射出するための光源と、
   ｂ）光ビームが入射するとき通過する第一の面と入射した光ビームが反射する第二の反射面と反射した光ビームが出射するとき通過する第三の面とを備える光透過性材料からなり、光ビームを合焦させるように構成された合焦素子と、前記合焦素子と一体に形成され、該合焦素子の前記第二の反射面に沿って配置された反射面を有する走査素子とを含む振動可能な光学部品と、
   ｃ）前記光学部品を振動させる駆動部と、
   を含む組立体。

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