JPH02288987A - 光学走査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、たとえばバー′：ｊ−ド記けのような光学的
記号を読み取るための手持ら式走査ヘットに関する。と
くに本発明は、このような下４！ｊら式走査ヘッドに用
いられる光学走査装置に関する。

〔従来技術〕

従来、バー」−ド記号等の光学的記号を読み取るたｙ〕
の光学走査装置とし−Ｃは、定置式のものが多用されて
いる。この定置式の装置は、ｌノーづ光等の光ビームを
射出する窓を有し、この窓を横ＩＪＪって読み取られる
べき記号を持った物品を動かずことにより読み取りを行
うような構成をイ１するものである。このような構成の
定置式走査装置は、取り扱いが不便であるので、用途に
よっては使用に軽便な手持ち式走査装置が望まれる。

この要望に沿う手段ち弐走査装置が実開昭５４１、　［
］　８６２０号公報に開示されている１、この公報の第
１図に示される装置は、丁（］１らのペン式のもので、
胴部の先端の窓から読み取りのための光ビームが射出さ
れる。使用者は、装置の胴部を把柿して記号を横切るよ
うに胴部の先端を勅かＪことにより該記号の読み取りを
行う。この装置は、使用者が手で走査装置を動かさなけ
ればならない、という不便がある。上述の公報の第２図
および第３図には、使用者が手で装置を動かず必要のな
い丁子Ｉｊら式走査装置が開示されている。この走査装
置は、走査ヘッド内にモーターで回転させられる反射鏡
を有し、し／−ザ光源からのレーザ光が、−の回転する
反射鏡により反射されることにより、バコード記号を横
切って動かされ、走査を行う。

この公知の構成では、モーターが一方向に連続回転する
形式であるため、走査のための光ビームの動きに無駄が
多くなり、高速の走査ができない、という欠点がある。

［発明が解決しようとする課題〕 本発明は、このように光ビームを走査方向に振らせるた
めの手段を走査ヘッド内に備えた形式の光学走査装置に
おい−Ｃ１走査のための光ビートの動きにｊｌＩ駄があ
り高速走査ができない、という問題を解決し、光ビート
を高速度で確実に走査方向に反復的に振らせることがで
きる走査用モータを提供する、ことを解決ずべき課題と
する。

〔課題を解決するた約の一■−段〕

本発明は、走査ヘッドから離れた位置にあるバーコード
記号等の光学的記号を横切ってレーザ光等の光ビートで
走査するＪ−とにより該光学的記号を読み取るたｙ）の
手持ら式走査ヘッドに用いられる光学走査装置に関する
ものである。、そして１．二の走査装置は、ステータと
「】−りよを有１２）Ｙ−１夕にはシャフトが連結され
た走査用モーターから構成される。モーターのシャフト
Ｖ″は反射鏡居の光反射手段が取りイ・１げられる。走
査用モーターを制御するたｙ〕に制御手段が設けられ、
この制御手段には、ステークとロータとの間に磁力を発
生［。

でシートフトおよび該シャツｌ−、、−１：、Ｉの光反
射手段を中央位置に向けで付勢するイス１勢手段が（ｌ
ｉｉｉ　、−（；れる。１さらに、モーター制御・１段
には、Ｖ−７−タに交番磁ＩＡｊ　；８５：、、−！コ
えて、該Ｙフータ（、ニイ・１切手段の付勢力に（Ｊ“
己。

Ｃ運１−り中リー位置から一方向（、−回動さｉ＋、次
い−Ｃ・逆方向に回動させる動きを反復的に行わせるた
めの駆動手段が設けられる。ロータの各方向の回動は３
６０°より小さい角度とする。

本発明の好ましい実施態様では、ステータに対のスミ−
タコイルを設け、イー１勢手段は、該ステータコイルの
一方にほぼ一定の電気信りを１１えて磁界４発生させる
手段により構成する。また、モーター制御手段は、ステ
ータコイルの他方に周期的に変動する電気信号を５゜え
て変動磁界を発η・する手段により構成する９゜ 〔作用］ 本発明においては、イく１勢手段により走査用壬クーの
ロータ、し７たがってシー・フトおよび該シ）・ブト上
の光反射１段が中央位置にイ・１勢され、王ター制御−
ｆ段が作動するとき、このイ・１勢作用に抗してロータ
が反律。的ｊご動かされる１、１．だが−１で、モータ
ーが一方向に回転する走査手段に什Ｌ−ｃ、読み取りの
ための走査を高速で行う、−、：にが用能になる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図について説明する。

Ｉ　レーザー管走査機構 図面第１ないし３及び１１図を参照すると、参照数字１
０により軽量の手持ら型携帯用レーザ走査ヘッドが示さ
れている。この走査ヘッドはバーコード記号を読み取り
、又は分析するためのレーザー走査システムとして用い
られる。このコード記号はこれにより指示する物品の特
性を多数の数字で表わすためにデコード（解読）される
種々の幅で間隔した線群からなっている。最近使用され
る典型的な記号バーコードはユニバーザルプロダクトコ
ード（ＵＰＣ）　、ＥＡＮ、コーダバ−（ｃｏｄａｂａ
ｒ）及びコード３９である。

第１図を再び参照すると、携帯用レーザー走査ヘッド１
０は、ハンドル部１２及び胴部１４を有するピストル型
ハウシンクを含んでいる。ハンドル部１２はそれが使用
者の手のひらに収まる程度の横断寸法及び外径寸法を有
する。この胴部１／１は取外し可能なコネクタ１６．１
８によりハンドル部１４に連結されている。

ハンドル部及び胴部はいずれも合成樹脂、プラスチック
材料などの軽量で弾性及び耐衝撃性を有する飼料からな
っている。プラスチックハウジングはなるべくなら注入
成形により作られるが、真空又は吹付は成形によっても
得られる。このハウジングは薄い殻体からなり、たとえ
ば１６４０ｃｎｔ（１００ｉｎ３）以下の容積を有する
室を形成した中空体である。この容積はヘッド１０の外
径寸法及び最大の体積に近いものとして例示する。ヘッ
ド１０の全体積は１６４０ｃｎｆより十分小さいことが
望ましく、ある種の利用においては中空部の容積が８２
０ｃｕｔ　（５０ｉｎ３）であるようにされる。

胴部１４はほぼ水平に細長く伸びており、両端部２０，
２２を有する。ハンドル部１２はやはり細長い形状であ
り、胴部に対しある角度を以て連結される。取外し可能
なコネクタ１６．１８は、ハンドル部を胴部の下側にお
いてその両端部２０．２２の中間位置に取り付けるもの
である。この連結構造は、使用者がヘッド１０をその胴
部の下側から把持してヘッドをバランスよく取り扱える
ように配慮したものである。

胴部１４の中空室内にはレーザー光線を発生ずるための
小型光源手段が取り伺けられる３、１つの好ましい実施
例において、この光源は同軸型のヘリウムネオンレーザ
−管２４からなり、このレーザー管は波長６３２．８ナ
ノメークの赤色光を発生ずる。レーザー管は固くシール
されたアンパッケージ管である。このレーザー管は軽量
（すなわち約１７０　ｇ　（６ｏｚ、）未満、典型的に
は約８５ｇ（３０ｏｚ、）まで）であって、長さが短く
（約２０．３ｃｍ（８ｉｎ、）未満、典型的には約１２
．７Ｃｎ＋　（５ｉｎ、）程度）、その必要なりＣ電力
が小さい（すなわらアノード電圧がｌ１００Ｖ未満、典
型的には６５０Ｖ程度、アノード電流が４．５ｍＡ未満
、典型的には４ｍＡ程度である）。さらにレーザー管の
ファイヤー電圧は６ＫＶ未満、典型的には約３．４ＫＶ
〈最大値）よ小さく、したがって出力も約０．５　ｍＷ
程度となり、１５００時間以上の長寿命となる。

レーザー管２４はＴ１１Ｍ　（ｎｍｑ）モードにおいて
光線を発生ずる。この多元モード管はアノード２６の至
近において軸断面がほぼ円形のビームスポットを有する
レーザー光線を発生する。このレーザー光線はアノード
２６から約３．５ないし４　ｍｒａｄの発散角で発散す
る。これに反し、通常の一元モードのレーザー管はその
出力ビームにおける円形スポットがガウスの輝度分布特
性により特徴づけられるものである。すなわぢその輝度
分布は時間的に変化しないものである。しかしながらこ
の多元モードレーザー管２４の円形ビームスポットは不
均一輝度特性、すなわち時間的に変化するのが特徴であ
る。この多元モード管の出力ビームスポットを監視する
と、出力ビームスポットの暗領域が不均一に移動し、し
たがってこれは太陽黒点の活動に類似するものである。

ストラップ３２．３４はそれらの両端にスプリングを有
し、レーザー管２４を支持板３０に固定するためにその
管の外周面に装着される。支持板は胴部に関し衝撃を吸
収できるようにコムバンパー３６．３８を用いて取付け
られる。特に、パンパー３６はハウジンクと、支１）板
３０の正面垂直フランジ部４０との間に取りイ」けられ
、支Ｐｉ板及びその関連要素の前後水平移動を最小にす
るものである。バンパー３８はハウジングと支持板３（
〕の水平後部との間に取り付けられ、支持板及びその関
連要素の上下移動を最小にするものである。

支持板３０に対向するレーザー管２４の下側は対の万い
に隔たった溝イ：１支＋！ｉ体４２．４４に支持される
。各支持体４２．４４は支持板３０にねじ込まれた調整
ねじ素子を有する。これらのねじ素子４６．４８は個々
に操作ｉＥＪ能であり、これにより支持板に関するレー
ザー管の位置を調整するとともに、レーザー光線を後に
述べる小型光学手段と正確に整列させることができる。

レーザー管２４にＤＣ電力を供給するだめのＤＣ電源５
０はハンドル部１２の内側室内に取り伺けられる。この
１ＤＣ電源素子５（）は約６５．６　ｃｎ？（４ｉｎ３
．）の体積を占めるとともに、約１．７０　ｇ（６ｏｚ
、）の重さを有する。この重ね素子はハウジング内に配
置される諸素子の中で最も重用の人きい素子であり、し
たがってハンドル部へこの重量素子の接地は、レーザー
ヘッドの重心を下げて取り扱いやすいようにバランスよ
くしたものである。

第１６図に最もよく示す通り、電源５０は入力端子５２
に低いＤＣ電圧、すなわち１２ＶＤＣを加えるものであ
る。この１．２ＶＩ）Ｃは接続ケーブル５８内に装備さ
れた非シールド型分離導線により供給されるものである
。電源５０はさらに出力端子５４を有ｊ−１このｉ’ｌ
ｔ＃ｉ子からバラスト抵抗５５を介してレーザー管２４
のアノード２６に適当なアノード電圧及びアノード電流
を供給する。バラスト抵抗５５は約１００にΩであり、
２Ｗの容量を有する。レーザー管２４のカソード２８は
接地される。

電源５０はさらに制御端子５６を有し、この端子は後に
詳述するようにトリガースイッチ６０、及び制御回路に
機能的に接続される。制御端ｊ″・５６における制御信
号の存在及び消滅は、出力端子５４においてアノード電
圧が発生するか否かを決定するものである。これら種々
の端Ｔ５２）５４．５　［ｉのための電気接続は、説明
の便宜ｌ−，第１図から省略しである。

再び第１図を参照する七、レーザー光線は胴部内に取り
イ〈１けられた小１ｆすの光学手段に導かれる。。

光学′Ｊ−段はレーザー光線を光学的に変調し、かつそ
の変調光苓ハウジンクを通る光路に沿って導くように構
成された光学素子列を含んでいる。レーザー光はハウシ
ンクの端部２０における出口孔６２からハウシンフタ（
に出射し、バーコード記号上に入射する。このバーコー
ド記号はハウシンクの外部に配置された基準面に近接し
て配置される。

光学素子列はビーム拡販用のネガレンズ６４及び対物ポ
ジレンズ６６を有し、これらのレンズは典型的にはｆ／
６ないしｆ／７の範囲にあるｆ数を有する。光学素子列
を出るビームのｆ数は、典型的にはｆ　／　５０ないし
ｆ／６０の範囲にある。

この多元モードレーザ′−のだ約のレンズパラメタの他
の選択は焦点深度を２．５ｉ＝ｍ　（ｌｉｎ、　）以上
にすることである。

すでに述べた通り、ビームスポットの直径はし一ザー管
のすぐ外側において約０．８９ｍｍ　（３５ミル）であ
る。ビート拡散レンズ６４はビートスポットの直径を対
象物レンズ６６の部分で約６．３５ｍｍ（２５０ミル）
に拡大する３、光学素子列はビームスポットが対物レン
ズ６６から約２　Ｇ　Ｏｍｎ４れた基準面において０．
１３〜０．１８ｍｍ　（５〜７ミル）の大きさを有する
ようにレーザービームの焦点合わせをする。基準面にお
ける６ミルのスポットサイズは、標準作動間隔だけ基準
面から対物レンズに近い側または遠い側に偏った位置で
も維持されるようにする。好ましい実施例において、基
準面は胴部１４の端部２０から約２．５４ｃｍ　（ｌｉ
ｎ、　）離れており、動作間隔は約２インチである。し
たがって６ミルのスポットサイズは基準面と１インチの
間隔にある端部２０からさらに２．５４ｃｍ（１１ｎ）
離れたところにおいても維持される。バーコード記号は
この範囲のいかなる部分に配置されても正確に解読又は
分析されることができる。

光学素子列のポジレンズ及びネガレンズの焦点距離は特
に多元モードレーザービームを変調するように設計され
ている。基準面におけるビームスポットはなお暗域を有
するが、不均一輝度特性はやや弱まっている。

元モードレーザー管の光学素子列は本発明の多元モード
の場合に比してありふれたものであり、レンズのｆ数は
典型的にはｆ／１２０ないしｆ／２００の範囲にあり、
５．０８〜７．６２ｃｍ　（２〜３１ｎ、）の焦点深度
を達成するものである。本発明の多元モードの場合、レ
ンズのｆ数はこれよりも小さいため、１インチ程度の焦
点深度を実現することができるのである。しかしながら
動作間隔を２．５４ｃｍ　（１ｉｎ、　）以上、典型的
には２インチ程度にすることもできる。

小型走査手段は胴部の内側室内における光路中に取り付
けられ、これによりレーザービームを周期的に掃引して
バーコード記号を横断させ、そこから反射させることが
できる。この走査手段は所定の方向（Ｘ軸）、すなわち
記号の長さに沿ってこれを掃引するための、少なくとも
１つの小型走査手段６８からなっている。しかしこのよ
うな走査手段に限る必要はなく、別の小型走査手段７０
により記号を横方向（Ｙ軸）、すなわち前記所定の方向
と直角な方向に沿って掃引することもできる。

種々の型の走査素子はいずれかの走査手段６８又は７０
のために用いられる。たとえばモータにより駆動される
小型の多角形素子が用いられ、さらに１９７８年５月３
１日付の米国特許願第９１１１７１号において開示され
た種々のバイモルフ走査振動素子を用いることかできる
。

どのような場合でもＸ軸走査手段６８及びＹ軸走査手段
７０は後に詳述する通り、胴部１４内に支持できるよう
な寸法及び重量を有するものである。これらの走査手段
６８．７０の動作については第４ないし１０図に関連し
て後述する。ここでは２つの走査手段６８．７０が往復
振動する出力軸７２．７４を有する走査モータであるこ
とに留意すべきである。光反射手段、すなわちミラー７
６．７８はそれぞれシャフト７２．７４上に支持されて
光路中に位置する。モータ制御手段は各巨 モータを駆動し、てそれらのシャフトが３６０°より小
さい弧状路においてコード円周方向に往復回転させるよ
うに作用するものである。典型的には弧状路の長さは垂
直に関して約５°である。当然乍らこれ以下の弧状長さ
も採用される。ミラー」二に入射したレーザー光線は少
なくとも１秒間に５回、典型的には約１００回の振動速
度で急速に移動する。

小型走査手段は固定反射手段としてのミラ８（）を有す
る。このミラーは支持板上に固定され、出力シャフト７
２の回転軸に関し約４５°の角度を有する。対物レンズ
６６から出た光線はこの固定ミラー８０に入射し、ここ
から水平面内において反射され、ミラー７６面に入射す
る。このミラー７６はシャフト７２に支持され、シャフ
ト７２．７４の回転軸に関し約４５°の角度を有するも
のである。ミラー７６に入射する光は上向きに反射され
てミラー７８に入射する。このミラー７８はシャフト７
４上において４５°の角度で支持されている。ミラー７
８に入射する光は前向きに、すなわち胴部１４に沿った
長さ方向に反射される。

この光線はレーザービーム透過用の出口窓６２を通過す
る。

シャフト７２の往復振動はレーザー光線をバーコード記
号に沿って長さ方向に移動させ、したがってＸ軸走査が
形成される。所望に応じてシャフト７４の往復振動がレ
ーザー光線を記号の高さに沿って移動させ、これにより
Ｙ軸走査を形成することもできる。

Ｘ軸走査モータ６８のみが駆動されて、ミラー７６が均
一速度で駆動される場合には、レーザ光線は水平方向に
直線的に変位し、したがって基準面にはほぼ直線的な走
査線が形成される。同様にＹ軸走査モータ７０が駆動さ
れて、ミラー７８を均一速度で駆動する場合にはレーザ
ー光線が垂直方向に直線的に変位し、したがって基準面
にはラスター型の走査パターンが形成される。この走査
パターンは垂直方向に沿って１つ１つ束ねられる形のほ
ぼ平行な等間隔の走査線群からなっている。

胴部１４はそれぞれ端部２０の出口孔の上部及び下部に
配置された土壁部８２及び下側傾ｊ；４壁部８４を有す
る。上壁部８２はほぼ平坦であって、端部２０に近接し
た直立した突起を持っていない。

出口孔は広く、あるいは狭くするように設泪されている
。レーザー光線は出口孔から土壁部の直−ドを通って出
射する。したがって」二壁部８２はレザー光線を標的と
し、ての記号に正確に向かわせるための見通しガイドと
なるものである。使用者はヘット１０のほぼ背後位置か
ら標的の配別にねらいをつけ、したがって土壁部８２が
突起を有する場合には彼のねらいを妨げることになる。

上述した平坦な」二壁部　８２はハウジングとレーザー
光線との間の可視的な干渉を避けるものである。

ハウシングの内側室において、支持板３０の正面直立フ
ランジ４０には小型の検出手段が取り伺けられる。この
小型検出手段はポトマルチブライキー管又は半導体ホト
ダイオードなどのホト検出装置からなり、記号から反射
された光の強度を検出してその反射光強度を指示するア
ナログ電気信号を発生するものである。

第１図に示す通り、反射された光はまず出［−］窓６２
を通り、さらに赤色レーザー光線用透過フィルタ９０を
通り、一対のホトダイオード８６．８８に入射する。こ
れらのホトダイオードはフランジ４０上に互いにＩ％ｔ
Ｊたって取り（”Ｉけられ、アナログ電気信号を発生ず
る。ホトダイオードを１個でなく２個用いるのは視界を
広げるたｙ〕である。

これら２個のダイオードの間隔は互いに相手の視界と重
なる部分を有する。走査手段の視界が約４インチであれ
ば、ホトダイオードは互いに２インチ離すことにより、
この視界を完全に捕捉することができる。

小型の信号処理手段９２　（第２図参照）は、胴部１４
の内側室内に取り伺けられ、検出手段から発生した電気
信号を処理するものである。この処理手段はレーザー管
２４の一方の側において支持板３０にに固定される。処
理手段はなるべくなら集積回路から構成され、アナログ
電気信号を処理してこれをデジタル化し、データ記述さ
れたバーコード記号を発生ずる。信す処理手段の１つの
好ましい例は米国特許第４２５１７９８号に開示されて
いる。

走査手段６８．７０のための制御回路９４　（第２図参
照）もまた、なるべくなら集積回路からなり、レーザー
管の他方の側に支持される。ホトダイオード８６．８８
、処理手段９２）及び走査手段６８．７０のための制御
回路９４に関する電気接続は１税明の便宜上、第１ない
し３図からは省略する。制御回路の詳細な記述は第１６
図を参照して後に行なう。

Ｌ述したすべての素子、中でもレーザー管２４、電源素
子５０、レンズ６４．６６　、走査モ９６８．７０、ホ
トダイオード８６．８８、処理回路９２）制御回路９４
及び支持板３０はハンドル部２及びハウジングの胴部１
４さきもに軒計の走査ヘッドを構成するものであり、そ
の全市川は１、１．３　ｋｇ　（２，５ポンド）を越え
ないものである。

このように特定した１、　１３ｋｇ　（２，５ボンド）
の重晴は一例であり、適当に安住することができる。

典型的には約４５３〜９０７ｇ　（１〜２ポンド）の重
さが最も扱いやすく、後述する半導体レーザダイオード
の実施例においては約４５３ｇ（１ボンド）より軽いヘ
ッドを実現することができる。

第１ないし３及び１１図に示されたポータプルヘッド１
０は手持ぢ型ユニットであって、これは可撓性のかさば
らないケーブル５８によりレーザ走査システムの他の要
素に接続される。この残りの要素はデジタル信号解読用
コンピュータ回路、データストア回路等を含むものであ
り、ある種の適用例においては電源５０及び制御回路９
４のための制御電源が含まれる。これらの伺加的な回路
要素はＡＣの壁コンセントに接続される卓」ニコンソー
ル内に取すイ」けることができ、第１１図の好ましい実
施例においては使用者が着用する装具１００内に組み込
まれる。この後者の場合、装具には再充電ＦｊＪ能なバ
ッテリーのパックが取り伺けられ、全システムの野外携
帯を支障なくできるようにしである。

使用者装具１００は肩掛式又はなるべくならべルト吊下
げ式（第１１図参照）からなり、これは使用者の腰に吊
下げられる。解読コンピュータ１０２はこのベルトパッ
クに取付けられ信号処理手段９２によって発生したデジ
タル信号を解読する働きをする。データストア回路１０
４もまたベルトパックに取付けられ、これは解読された
信号をストアする働きをする。このデータストア回路１
０４は基本的には持久バブルメモリ手段のような自蔵型
メモリ装置又は磁気カセットあるいは揮発性半導体読み
書きメモリ手段からなっている。

低電圧の再充電可能なバッテリー電源１０６もまたベル
トパックに取付けられる。デコード回路１０２）データ
ストア回路１０４及びバッチＩＪ−１０６はベルト１０
０に分離して個々に取（−１けられるかまたは約５．０
８ｃｎ＋Ｘ１０．１６ｃｍＸ２５．４ｃｍ（２ｉｎｘ　
４　ｉｎｘ　１０　ｉｎ）の大きさを有する単一のハウ
ジング内に装備される。このようにしてレーザー走査シ
ステムの全体が完全に屋外（ｊム帯用及び一体型装置と
して構成される。

ケーブル５８は比較的断面が小さく軽量でかさばらず、
しかも可撓性を有するものである。したがって、ヘッド
１０を異なった標的記号に向けるとき容易にこれを維持
することができる。ケーブル５８は自由に種々の方向に
移動できることが特徴であり、使用者が操作のために過
大な労力を要しないようになっている。

ヘッド１０は第１〜３及び１１図に示すような銃型形状
を有する必要はない。すなわち、流線型や箱型などの形
状も採用することができる。例えば第１４図には他の手
持型形状を有するヘッド１０ａが示されている。この流
線型ヘッド１０ａは基本的には銃型ヘッドと同じである
が、それが異なる点はハンドル部１２が胴部と同一線上
に位置すること及び胴部１４の後端がハンドルバー型の
グリップに類似した指受溝１０１を有することである。

したがって使用者はこのヘッドを彼の手中に把持するこ
とができる。

流線型ヘッド１０ａの別の特徴は、ここに述べたハウジ
ングの場合に用いることができる外側ゴムバンパー１０
３を有することである。すでに述べた通り、手持型装置
の一般的要求として、この手持型レーザー走査ヘッドは
種々の物理的な酷使、例えば不本意にテーブルから床面
に落されることによる衝撃などに十分耐えるだけの強度
をもたなければならない。したがってハウジング内に剛
性の支持板３０を支持するためにゴム素子からなるショ
ック吸収手段３６．３８が用いられ、これにより支持板
及びこれに取付けた部品がショックを受けたとき、ハウ
ジング内において瞬間的にずれることができるようにな
っている。

ショック吸収は更に外側ハウジング壁それ自体に弾力性
及び可撓性を与えることにより達成される。例えば真空
成形されたＡＢＳ等の適当な物質により外側ハウシング
を形成するとこのような可撓性を実現してハウジングに
損傷を与えないようにすることができる。

■　高速走査モータ 本発明は、高速の走査を可能にする走査モータに特徴が
ある。本実施例によるＸ軸走査モータ６８の構造及び機
能」二の詳細は第４〜第１１図に示されている。これら
の実体はＹ軸走査モータ７０についても同様であり、し
たがって後者のモータについては繰返し説明することを
省略する。

走査モータ６８はレーザー走査システムにおいてバーコ
ード記号を高速走査するための軽量で小型のレーザー光
線走査装置である。モータ６８は振動出力シャフト７２
を有する。このシャフト７２はベアリング１０８に軸支
されている。モータ６８は、更にシャフト７２に固定さ
れてこれと一体的に振動する反射鏡すなわちミラー７６
を有する。

モータ６８は上部カップ型ステーターハウジング１１０
、及び下部カップ型ステータハウジング１１２を有する
。ステータコイル巻線１１４．１１６はそれぞれステー
タハウジング１１０．１１２内に取付けられる。永久磁
石型ロータ１２０はスタブシャフト１１８上に支持され
る。このスタブシャフト１１８はシャフト７２と同一線
上に配置される。ロータはステータコイルにより包囲さ
れ、出力シャフト７２に連動的に連結され、これと−・
体的に振動するものである。

上部ステータハウシング１１０は互いに１８０”の機械
的変位を有する一対の極１２２．１２４を有する。下部
ステータハウジング１１２はやはり機械的に１８０°変
位した一対の極１２［ｉ、１２８を有する。上部の極１
２２．１２４は下部の極１２６．１２８から９０°離れ
ている。永久磁石ロータ１２０は、各ステータコイル巻
線に、より、納められた極の対数（すなわち一対）と同
数だけ磁化される。

走査モータ６８の作動は単純なステップモータと同様な
原理に基づくものであり、これはステタ巻線の極性が変
わる毎に電気パルスを不連続な機械的角度運動に変換す
るために用いられる。ステップモータの２個のステータ
コイルを交互にイ」勢及び消勢することによりロータ極
とステータ極との間の磁気作用がロータを出力シャフト
の全周３６０°の範囲内で不連続な角度ステップにおい
て回転させる。

この走査モーターがステップモーターと相違する点はモ
ーター制御手段１］４にあり、このモーター制御手段９
４によりモーター６８はシャフト７２を振動させるよう
に動作するものである。この動作はまずシャフト７２を
３６０°より小さい弧状長さにおい−Ｃ円周方向に駆動
し、次に３６０　”より小さい弧状長さにおいて逆の円
周方向に駆動し、このような周期運動を高速で行わせる
ものである。各弧状長さは典型的には垂直に関し約５゜
であるが、他の角度変位も勿論採用することができる。

振動速度は典型的にはｌ００ｃ、ρ、ｓ、程度である。

モータ制御手段９４はステータ巻線の１つにほぼ一定の
低いレベルＩ）に電圧を加えるための参照手段１．４０
を有する。例えばステータ巻線１１４には導体１３２を
介して１２ＶのＤＣ信号が加えられる。この参照手段１
４０は走査モーター６８のシャフト７２を中央位置に向
けて付勢するもので、本発明の（＝１勢手段を構成する
。モータ制御手段は更に他のステータ巻線に時間的に変
化する振幅を有する周期電圧を加えるた狛の可変手段１
４２を含んでいる。例えば、ステータ巻線１１（ｊには
導体１３４を介して三角電圧波が加えられる。

この可変手段１４２が、本発明の駆動手段を構成する。

第５．６及び７図において参照手段１４０はステークコ
イル１１４に一定の正の［）（：電圧を加えこれにより
ステータ極１２２．１２４をそれぞれＮ極及びＳ極よし
て励磁するものである。第５図において可変手段はステ
ータコイル１１６にゼロ電圧を加え、これによりロータ
の永久Ｎ極及び永久Ｓ極を図示の如くステータ極１？２
．１２４と整列させるようにする。第（１図において可
変手段はコイル１１６の正のＩＯＣ電圧を加え、これに
よりステータ極１２６及び１２８をそれぞれＮ極及び３
３極と（−て励磁し、これに件なって［ノータをコイル
１１（ｊに加えたτＦの電圧振幅に応じた角度位置まで
麟＾１方向に回転させる。、第７図において■■斐手段
はコイル１１（ｊに負のＩ）Ｃ″、電圧を加え１．ユれ
（，７よりステータ極１２に及び１２８をそれぞれ：；
極及びＮ極ａ−（７て励磁し、その結果ロータを一］イ
ル１１６に加えた電圧の負の振幅に応じた角度位置まで
反時計方向に回転させる。

要約すれば、シャフト７２は周期電圧の振幅に対応する
角度位置までアナロク様式で移動する。

この運動角度は電圧の振幅に」比例する。シャフト７２
の運動速度は周期電圧の変化速度に対応する。

運動の方向、すなわち時計方向か反時語方向かは周期電
圧の傾斜すなわら正の勾配か負の勾配かによって決定さ
れる。振動速度は周期波形の周波数に仕例する。この振
動速度は少なくとも１秒間に５回であり、好ましい実施
例においては１秒間に約１００回振動する。

周期電圧の波形は鋸歯状波、正弦波又は三角波等何らか
の時間変化電圧である。周期的な駆動波形の場合、シャ
フトの速度は非直線的であり、実施例においでもシャフ
トが第（ｊ及び７図の掃引制限位置に向うときは速度苓
低、下し７、第５図の均衡位置に向うときは速度を七げ
ろという意味において正弦波状に変化するものである３
゜ 周期的な駆動電圧の振幅に関するシャフト位置の仕較的
直線的な軌跡を達するために行われる調整はステータコ
イル１１４に加える一定のＤＣ電圧の振幅を予めセット
することであり、この調整は参照手段１４０を所定の値
にすることにより行われる。全ての振幅要素は共振周波
数により特徴づけられる。走査モータ６８の場合、共振
周波数は可動構造の質量、及びステータ巻線により確立
される固定磁界（すなわちスプリング乗数）により決定
される。したがって、ステータコイル１１４に加えるＤ
Ｃ電圧レベルを変化することによりシャフトの動作周期
を所望の値に調整することができる。

より直線的な軌跡を達成する別の方法は第８図に示した
帰還回路を用いることである。小型の走査モータは約２
８．３５ｇ（ｌｏｚ）の重量を有し約２．５４ｃｍｘＯ
，６３５ｃｍ　（１ｉｎ、　　ｘＯ，４ｉｎ）の体積を
占有する。走査モータは約１万時間という長い動作寿命
を有する。これは後に述べる通り、しばしば停止させら
れるからである。

より直線的な軌跡を達成する更に別の方法は第９及び第
１０図に示す閉ループ走査モータ制御回路を用いること
である。

第１６図を参照すると各小型走査モータ６８．７０は基
準手段１４０及び可変電圧手段１４２を有する。更に制
御回路９４にはシャッター手段１５０が装備され、これ
はモータ６８．７０のいずれか、または双方の出口シャ
フトを１つのシャッター位置に移動させるためのシャッ
ター電圧を発生ずる。このシャッター位置へのシャフト
の移動において、関連するミラーがレーザー光線を出口
孔６２から記号に向かわせないような位置に移動するも
のである。

シャッター手段１５０は可変電圧手段に電気接続される
。一実施例において、シャッター手段１５０は駆動電圧
の振幅より大きい振幅を有する電圧を発生する。第６図
において破線で示すロータ１２０′はシャッター位置を
示している。この大きい振幅の電圧は出力シャフトを実
線で示す掃引制限位置が要求するより大きい角度範囲ま
で変位させる。この場合、関連するミラーは光路からは
ずれて移動し、したがってレーザー光線の信号を遮断す
る。

別の好ましい実施例において、シャッター手段は」二連
した掃引範囲の外側にミラーを移動させるような動作を
しない。すなわちシャッター手段は反射光が出口孔を通
過しないような掃引範囲内の位置へミラーを移動させる
ように動作する。反射光はハウジング自体の内側に収ま
るか、又はハウジンク内に支持された黒体のような光吸
収器に向けられる。

好ましい実施例において、可変電圧手段はミラーを移動
させることにより反射されたレーザー光線が、出口孔６
２における出口窓の長さより長い視界を横切るように掃
引されるようにする。実施例において出口窓の両側にお
けるハウジンク壁はレーザー光線が出口窓の長さ以上の
全掃引範囲を通じて掃引されるとき、レーザー光線と交
差し、その信号を阻止する。この場合、シャッター位置
はミラーから反射されるレーザー光線が出口窓の長さを
越えて進行するようにそのミラーを位置づける。この場
合におけるシャッター位置は全掃弓範囲内にあるが、レ
ーザー光線は記号に到達することを阻止される。

このシャッター位置はモータの停止条件を表わすもので
ある。頻繁なモータの停止は後述する通りきわめて小さ
いデユーティ−サイクルを意味する。

■　対象物の検出 すでに述べた通り、走査手段は標的の記号を急速に、か
つ繰り返し走査する。正確な動作を行なわせるためには
多数の走査が一対象物のために行なわれるか、又は１回
の走査が多くの対象物のために行なわれるかを識別する
必要がある。走査されるべき各対象物をその回転におい
て検出する能力は好ましい解読を行なうために必要不可
欠なことである。

トリガー手段６０　（第１及び１０図参照）は走査手段
６８．７０を付勢して何回でも、すなわちこのトリガー
手段６０が付勢されるたび毎にバーコード記号を繰り返
し掃引させるために用いられる。トリガー手段６（］は
なるべくならハウジンク上でその胴部及びハンドル部の
連結部に近接して取り伺けられた手押し型スイッチから
なっでいる３、このトリガースイッチ６０はハンドル部
において使用者の人指（、指で抑圧する引き金スイッチ
として配置される。このスイッチが押圧されるたびに走
査手段は言己号を多数回、たとえば２００回程度掃引す
る。

デコード回路１０２が解読し、その記すが最初の走査に
おいて表われるか、又は２００回までの何回目かの走査
において表われるとき、このデコド回路はテ’１１−ド
信号を発生してケーブル５８内の導体を介してヘッドに
取り伺けた表小−］：、段に供給し、この手段を（＝Ｉ
勢する。この表示手段はブザー９８又は発光ダイオード
９９あるいはその両方によって構成される３、ビーバー
９８が音声を発するか、又はダイオード９９が発光する
と使用者はこれによって特定記号のだ必の走査が終了し
たことを知る。スイッチ　ｆ５０及び表示手段の角動は
レーザー走査システムに走査が開始及び終了した場合を
識別させるものである３、トリガースイッチ６０は表示
手段の作動前又は作動後に解除されることができる。

表示手段の表示後において走査が終了すると、機械的シ
ャッター回路１５（）が出力シャフトをそれらのシャッ
ター位置に移動させ、これによりＩノサー光線が出に」
孔から出射することを阻止する。

レーザー管２４はこの時点では遮断されず、走査モータ
のみが遮断される。これは安全な構成であるとともに、
レーザー管及び走査モータの動作寿命を長くするもので
ある。

トリガースイッチ６０の付勢は先に遮断されたレーザー
管２４を付勢するものである。さらにトリガースイッチ
６０の付勢はタイマー手段１５２を付勢する。タイマー
手段１５２は５分間程度の所定の周期内において動作状
態を維持する３、トリガースインチロ０がこの５分間周
期内にイζ］勢されなければ、レーザー管は自動的に遮
断される３、これは電源素子５０の制御）諸子５６に制
御信号を送ることにより達せられる。これにより１つの
節電が行なわれる。又、トリガースイッチがこの時間周
期内に押圧されると、この時間周期が再開され、レーザ
ー管が自動遮断されるまで、さらに５分間待機する。こ
の自動手段はトリガースイッチが次の５分間に押圧され
なかった場合に生ずる。、ヘッドにはあらゆる時点にお
いてレーザーのオン・オフ状態を指示するだめの別の発
光ダイオ−ト９７（第１図参照）が取りイス１けられる
１、すでに述べた通り、トリガー手段６０の各イー１勢
は複数回の走査を開始するものであり、この走査はデコ
ード回路が解読動作を実行するまで行なわれ、そのとぎ
ビーバー９８又は発光ダイオード１］１］あるいはその
双方に解読信号が供給される。

これによる音声又は発光表示は使用音に繰り返（２走査
が終了したこと、及び別の記号を走査できるｒ−にを告
げるもので゛ある。

解読動作が行なわれなか−１だ場合には、トリカー丁段
はトリガーの（＝１１勢点から一定の時間経過後ｊ；二
おいてこの繰り返し走査４終了する３［うに働くｏ’：
、の所定の時間周期は、弗型的には１３秒４４”度であ
り、これは使用者が対象物を目視確認できるに十分な時
間として選択される。、トリガースイッチが上記３秒間
の経過前及び解読動作が達成される前に解除されると、
走査はやはり自動的に終了する。

■　レーザーダイオード走査装置 レーザービーム発生手段としては、ここに述べたレーザ
ー管２４に限る必要はなく、たとえば第１２図に示すよ
うな半導体レーザーダイオード２００を用いることがで
きる。このレーザーダイオードは連続波又はパルス型の
素子である。そしてこのレーザーダイオードはたとえば
ヤネラルオプト０＝−クス」−ボレーション、レーザー
ダイオ−ドイン：］−ポレイテッド及びオプチカルイン
コボレーションシステムズインコーポレイテッド等、種
々の製造元から容易に購入する。−、−！二ができる。

し・−ザ゛−ダイオード２０（］はヘッド１０内に取り
イζ１（Ｉられる。１つの好ましい取（＝１機構におい
で、ダイオード２（］０は′＼ラッド０にねじ込まれた
吸熱素子２０２上に支持される。このダイオード２００
はレーザー管２４に比較して小型軽量である。したがっ
てレーザーダイオードの使用は重量を１ポンドより小さ
くし、サイズを約８１．９０１１１（５０ｉｎ’）より
小さくしたような場合に特に適している。

さらに高電圧電源（すなわち６５０　ＶＤＣ）及び低電
圧電源（ずなわち１２ｉＶＤＣ）を必要としたレーザー
管２４に対し、このレーザーダイオド２００は低電圧（
すなわち１．２ＶＤｃ）のみを要する。この電圧電源５
０を除去することはさらに体積及び重量を小さくするの
に役立つ。

レーザーダイオード２００はほぼ矩形の空洞又はレーザ
ー発射絞り２０４を有し、その開口は約１×１０μｍ′
の大きさにされる。発射されたレーザー光線は開口２０
４から外側に発敗し、約１０゜ないし２０”又は４０°
ないし５０°の対称的な角度範囲に拡散する。レンズ系
２０６は口径数が０．２５、総合倍率が１０×ないし１
５Ｘ、そしてｒ数が約ｆ／２となるように設計されてい
る。走査手段及び信号処理手段は簡略化のため第１２図
からは省略する。

矩形出口開口２０４を設けたことにより、ビムスポット
の軸断面はやはり矩形状又は長円形となる。基準面にお
ける細長いビームスポットは約０、１５ｍｍＸ０．０２
５ｍｍ　（６ミル×１ミル）の大きさとなる。この細長
いスポットの長さ方向は走査されるべき記号の高さに沿
って整列する。細長いスポットの幅、すなわち短径は走
査されるべき記号の長さに沿って整列する。

矩形又は長円形ビームスポットによる走査は円形ビーム
スポットによる走査よりも好ましい。これは前者の細長
いスポットが記号上の明暗遷移領域を横切るときに、よ
り急激な振幅変化を有する電気信号を発生し得るからで
ある。細長いスポットが記号上の暗線（ｄａｒｋ　１ｉ
ｎｅ）と並ぶと、このライン全体の高さに及ぶライン幅
の変化が平均化される。そして細長いスポットが次のス
ペースに移動すると、明暗遷移は円形スポットの場合に
比較してより急激に表われる。このようなより大きい分
解能は印刷されたラインとスペースとの対比が貧弱な場
合における記号の解読ミスを減少するものである。

レンズ２０６は細長いスポットを記号のラインに整列さ
せて約１０°ないし１５°の小さな傾きが許されるよう
に設計されている。

〔効果〕

以上を要約すると、本発明は、走査モーターがシャフト
を中央位置に付勢するための付勢手段と該付勢手段のイ
マ１勢力に抗してシャフトを反復的に回動させる駆動手
段上を有するモーター制御手段により制御されるので、
レーザー光をはんふく的に走査方向に振らせることがで
き、走査モータが一方向に単純に回転させられる従来の
装置に比べて走査速度を飛躍的に高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明によるレーザー管型レーザ走査ヘッド
の銃型実施例を示す側断面図、第２図は第１図の実施例
の上断面図、第３図はその正面図、第４図は本発明によ
る制御回路に接続された小型の高速走査モータの側断面
図、第５図は第４図のモータにおいてロータがその均衡
位置にある状態を示す略図、第６図はロータがその掃引
限界位置の一方に位置し、破線においてそのシャッター
位置を示す第５図と類似の略図、第７図はモタが前記掃
引限界位置の他方に位置した状態を示す第５図と類似の
略図、第８図は第４図のモータにおける出力軸速度を変
えるための帰還回路を示す図、第９図は本発明による第
４図のモータのための閉ループ型走査モータ制御回路を
示す図、第１０図は第９図のモータ制御回路の電気回路
図、第１１図は本発明によるレーザー走査ヘッドの第１
図の実施例を使用した完全野外（１チ帯用レーザ走査シ
ステムを示す略図、第１２図は本発明による携帯用レー
ザー銃走査ヘッドの半導体レーザーダイオードによる実
施例を示す略図、第１３図は本発明において検査ステー
ションとして利用されるレーザー走査ヘッドのブラケッ
ト支持による箱型の実施例を示す略図、第１４図は本発
明によるレーザー走査ヘッドの別の手持ち型実施例を示
す略図、第１５図は本発明において駆動回路に接続され
た多角形バイモルフ走査素子の略図、第１６図は本発明
による制御回路の電気回路図である。 １．０，１０ａ・・・・・・走査ヘッド、１２・・・ハ
ンドル部、　　　１４・・・・・・１詞　部、２４・・
・・・レーザー管、　　　２６・・アノード、５０・・
・・・・ＤＣ電爵、　　　　５８・・・・・・接続ケー
ブル、６８・・・・・・Ｘ輔走査手段、　７０・・・・
・・Ｙ軸走査手段、７２．７４・・・・・・往復回転シ
ャフト、８６．８８・・・・・・フ」　トダイ」−ド、
９２・・・・・信号処理回路、 ９４・・・・・・モータ制御手段、 ９（）・・・・・レーザー光透過フィルタ、６０・・・
・・トリガースイッチ、 １、００・・・・・使用者装具、 １０６・・・・・バッテリー、 ２００・・・・レーザーダイオード。 第 図 第 図 らρ− 第９ 図 乃、７６ 第 ○ 図 ＋１２ＶＤＣ 第 図 第 図 −８８： 第 ４図 第 ５図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）離れた位置にある光学的記号を横切って光ビーム
   で走査することにより該光学的記号を読み取るための手
   持ち式走査ヘッドに用いられる光学走査装置であって、 （ａ）ステータとロータおよび前記ロータに連結された
   シャフトを有する走査用モーター； （ｂ）前記シャフトに取付けられた光反射手段；（ｃ）
   前記ステータと前記ロータの間に磁力を発生して前記シ
   ャフトおよび該シャフト上の光反射手段を中央位置に向
   けて付勢するための付勢手段、および前記ロータに交番
   磁界を与えて、前記付勢手段による前記中央位置への付
   勢力に抗して前記ロータを前記中央位置から３６０゜よ
   り小さい角度だけ一方向に回動させ、次いで逆方向に３
   ６０゜より小さい角度だけ回動させる動きを反復的に行
   なわせる駆動手段を有するモーター制御手段； とからなる光学走査装置。
2. （２）特許請求の範囲第１項に記載した光学走査装置に
   おいて、前記ステータは一対のステータコイルを有し、
   前記付勢手段は前記ステータコイルの一方にほぼ一定の
   電気信号を与えて磁界を発生させる手段であり、前記駆
   動手段は前記ステータコイルの他方に周期的に変動する
   電気信号を与えて変動磁界を発生させる手段である光学
   走査装置。
3. （３）特許請求の範囲第１項または第２項に記載した光
   学走査装置において、前記光ビームを発生するためにレ
   ーザー発生手段が設けられ、前記光反射手段はレーザー
   光を反射するための反射鏡を有する光学走査装置。