JPH08511639A

JPH08511639A - 拡大されたバーコード読取範囲深さを与える装置

Info

Publication number: JPH08511639A
Application number: JP7502005A
Authority: JP
Inventors: クイン、アンナ・エム; イーストマン、ジェイ・エム
Original assignee: ピーエスシー・インコーポレイテッド
Priority date: 1993-06-07
Filing date: 1994-06-03
Publication date: 1996-12-03
Also published as: EP0702817B1; KR960702919A; EP0702817A4; TW244388B; WO1994029815A1; DE69431435D1; US5386105A; AU671233B2; AU7244694A; BR9406792A; EP0702817A1; MX9404240A; DE69431435T2; CA2164506A1

Abstract

(57)【要約】バーコードスキャナのレーザビーム伝播、動作範囲およびビーム断面を制御するために、上記スキャナにおけるビームの振幅および位相分布の両方または一方を変化させるように回折光学が使用される。上記ビームはマスクにより回折され、該マスクはセグメントの形態を有する複数の開口を有しており、これら開口は収束レンズの近傍にビーム断面を横断して配置されている。上記セグメントは（Ａ，ａ）のサイズを有しており、上記スキャナから（ｄｗａ１）の近接したバーコードおよび上記スキャナから離れた（ｄｗａ２）のバーコードが異なったセグメントの遠方フィールド回折領域に存在するようにそれらの透過関数が選択され（一つのセグメントがたとえば１００％の透過率（Ａ）を有するとともに他のものが５０％の透過率（ａ）を有する）、かかる領域がオーバラップしており、それにより高密度のバーコードを分解するスキャナの動作領域（ｗ）を拡大する。

Description

【発明の詳細な説明】拡大されたバーコード読取範囲深さを与える装置詳細な説明本発明は、バーコードのバーを分解することができる動作範囲が拡大され、バーコードに近接したところと離れたところの両方での読取りが行えるようにした、特に、バーコードスキャナで使用するための回折光学ビーム整形に関し、特に、バーコードスキャナの分解能を増加させる、すなわち（上記コードのバーの幅を横断する）スキャン方向でビームサイズが最小化されるように光学ビーム伝播、焦点深度およびビーム断面を制御し、上記コードにより表されるシンボルが上記コードからスキャナに戻る光に対応して認識することができるシステム（方法および装置）に関するものである。本発明はほぼ四角形のバーからなるコードをレーザビームで読み取るバーコードスキャナに使用するのに特に適しているが、しかしながら、本発明により提供される光学ビーム整形および振幅制御技術および装置（回折光学）によれば光ビームの伝播およびその形状を制御するのが必要であったり望ましいどのようなものにも一般に有用であることが分かる。本発明は、１９９３年４月６日にイーストマン・エト・アル（Ｅａｓｔｍａｎｅｔａｌ）に与えられた米国特許第５，２００，５９７号に開示されたような、回折効果による光学ビーム整形の方法および装置の改良である。上記特許に開示された方法および装置はまた、１９９２年９月のオプティックス・アンド・フォトニクス・ニューズ（ＯｐｔｉｃｓａｎｄＰｈｏｔｏｎｉｃｓＮｅｗｓ）の第３巻第９号第２５頁ないし第３１頁に記載されているイーストマン・エト・アルによる論文でも一般に議論されている。上記特許はレーザダイオードからのレーザビームを整形し、スキャナの前方である距離にわたってアスペクト（長さ対幅）比を維持する遠方フィールド回折を採用した光学を開示している。上記´５９７号特許は、上記ビームが回折する開口のサイズが上記開口による近傍フィールドおよび遠方フィールドの回折の領域を配置するためにどのように選択されるかを開示している。上記´５９７号特許は、フレネル距離を定義している。平行光に対しては、フレネル距離は上記開口から第１フレネルゾーンが上記開口サイズにサイズが等しい点まで光軸に沿う距離として考えることができ、光の波長により除した開口半径の平方により与えられる。上記´５９７号特許はまた、上記フレネル距離が開口サイズとともに増加することを指摘している。ビームサイズと開口サイズとの間の関係を与えるプロットがまた与えられていて、上記ビームサイズが近傍フィールド領域において近傍フィールドもしくはフレネル回折により減少するとともに、フラウンホーファ回折により遠方フィールドにおいてリニアに増加することが示されている。さらに、レーザビームの通路における開口により得ることができる回折効果に関するさらなる情報が上記イーストマン・エト・アルの特許を参照することにより得られる。上記イーストマン・エト・アルの特許はシャリング（ｃｒｏｐｐｉｎｇ）によりビームを整形するために物理開口を使用している従来の装置のバーコードスキャナに対して特にビーム整形および制御の技術の先進性を有している。イーストマン・エト・アルに、１９８６年７月２９日に与えられた米国特許第４，６０３，２６２号および１９８９年３月２８日に与えられた米国特許第４，８１６，６６０号を参照。回折効果によるビーム伝播のビーム整形および制御のための改善された方法および装置を提供し、バーコードスキャナのような光学ビームを利用する装置の焦点深度もしくは動作領域を拡大することが本発明の目的である。改善された回折ビームの整形および伝播制御方法と装置を提供し、その横断面を横断する予め定められた方向のビームのサイズが拡大された動作領域にわたって特定の許容誤差内に保持され、たとえば光ビームの分解能が要求される他の分野と同様にバーコードスキャナおよびリーダのような走査装置においてビームサイズおよび分解能が保持される範囲を増加させることが本発明のいま一つの目的である。光学（レーザビーム）の、特に、最小断面距離に沿う断面のプロファイルの形状（強度変化）を改善するための方法および装置を提供し、ビームが伝播する距離にわたって適度に低い強度のサイドローブを有する、滑らかもしくは規定された（たとえば対称もしくはｓｉｎｃ（ｓｉｎｘ／ｘの形））ビーム強度プロファイルを提供することが本発明のさらにいま一つの目的である。バーコードスキャナの焦点深度もしくは動作範囲を拡大するための改善された方法および装置を提供し、かつ、特に、スキャナは走査ビームが出射するスキャナウインドウに近接してバーコードを分解および読み取ることができるようにするとともに、焦点もしくは動作領域の拡大深さにわたって（ビーム断面の径もしくは分解寸法に換算して）スポットサイズを最小化すること、すなわち、バーコードを分解できる領域を、スキャナウインドウに近い位置から拡大する一方、上記コードを分解できるウインドウから遠方領域の遠方端を保持および増加させることが本発明のさらにいま一つの目的である。簡単にいえば、ビーム伝播および整形の制御のためのシステム（方法および装置）はバーコード走査装置に使用するのに特に適しており、ビームが出射するスキャナのウインドウに関するある動作領域にわたって上記コードを読み取るのに十分小さいコードのバーを横断するスキャン方向に分解寸法を有する断面に対して上記コードのバーをスキャンするレーザビームを整形するように動作する。回折要素はビームの通路で使用され、好ましくはレンズの近くで使用され、該レンズは上記エレメントのフレネル距離に少なくとも等しい距離にて幾何学的焦点にビームを収束させ、それは平行光により照明されたときに、エレメントにより規定される遠方フィールド回折領域の始点である（Ａ²／４λ、Ａは開口径であり、λは光の波長である）。上記エレメントは、ビームが通過する複数の開口を有するマスクの形状を有している。上記開口は好ましくは複数の同じもしくは対称に配置されたセグメントにより構成されており、上記マスクを通して伝播するビームの軸に関して対称である。上記セグメントは互いに予め定められた関係で分解寸法に沿う方向に配列されている。上記関係は近傍および遠方フィールド回折領域により規定され、それはより小さいサイズの一つのセグメントにより、より大きいサイズのセグメントの回折の近傍フィールド領域とオーバラップする。上記セグメントは好ましくは異なった透過率を有する。サイズと同様に透過率は動作領域にわたってビームの断面のプロファイルを滑らかにするように結合すると信じられる。より小さい開口とより大きい開口とが選択され、それらの近傍および遠方のフィールド回折領域がビームサイズにより規定される点にオーバラップし、それがかなりの動作領域にわたってほぼ所望のサイズ以下に保持される。本発明の上記目的および他の目的、特徴、並びに利点は次の添付の図面を参照して以下の説明を読むことによりより明らかとなろう。第１図は、本発明にかかる回折ビーム整形および制御システムを示す光線のダイヤグラムである。第２図は、異なった関係でエレメントを有する第１図と同様のダイヤグラムである。第３Ａ図は、本発明によりビームを発生、投射よび制御するための手段の断面図である。第３Ｂ図は、第３Ａ図と同様の断面図であって、第３Ａ図のビーム制御整形並びにマスキング光学手段のいま一つの実施例を示す。第３Ｃ図は、第３Ａ図および第３Ｂ図の光学手段のいずれかを組み込んだ携帯型バーコードスキャナの模式図である。第４図、第５図、第６図および第７図は、レーザビームが伝播する光軸に直角な方向から見た本発明の異なった実施例に従って構成されたマスクを示す図面である。第８図は、第４図に示されたマスクの透過関数を示す。第９図は、マスクがビームをどのようにして有効に２つの分離したビームに分離し、効果的に加算されるかをプロットしたものである。第１０図は、レンズによるビームの収束が始まるレンズの主面からの距離によりビームの分解方向もしくはウエスト（ｗ）を横断するあるサイズ（ａ，Ａ）のセグメントによる分解軸を横断するビームサイズを示すダイヤグラムである。第１１図は、分解寸法に沿う３つの異なった開口サイズを有する第７図に示されたものと同様のマスクを使用したシステムのための第１０図と同様のダイヤグラムである。第１２図ないし第１７図は、整形システムのレンズの主面からの異なった距離における第４図に示されたマスクによる回折効果により整形されたビームの強度プロファイルを示す図である。特に第１図を参照すると、光軸１２および第１図の１４に対して直角な水平線に関して（該水平線に対して直角な）垂直な線の方向よりも急速に（より大きな角度で）発散するビームを発生するタイプのレーザダイオード１０が示されている。これは第４図から第７図において点線１８により示されたような水平方向の主軸を有する楕円ビームを発生する。本発明にかかるシステムは図示の楕円状の断面よりもむしろ円形断面を有するビームを用いてもよいが、しかし第４図に示すように楕円の短径（寸法ｗ）と一致するそれらの分解軸を有する楕円ビームで動作することができる。上記ビームはレンズ２０（「光学要素」）を通して出射し、該レンズ２０は上で引用した特許第５，２００，５９７号に開示されているような屈折率傾斜型（ｇｒｉｎ）レンズであってもよい。このレンズは好ましくは僅かに収束するビームを形成するのに使用される。上記レンズ２０およびマスク２２は本発明により伝播を制御するとともに上記ビームを整形するための光学手段を提供する。上記マスク２２は上記レンズの近傍にある。それはまた上記レンズの主面と間隔を有していて、レンズは上記主面にて上記ビームを収束させはじめる。この主面は第１図において１６で示されている。フレネル距離以上の点に幾何学的像距離を有する焦点収束ビームを使用することが好ましいことが分かっている。その場合、遠方フィールド回折領域におけるよりもより大きい率でビームが発散し始めるときには、準近傍フィールド効果は回避される。上記マスク２２は、第２図に示すように、上記レンズ１２の端部と当接するかまたは表面上に配置されていてもよい。上記マスクはまた、たとえばプラスチックの光学要素に光吸収性イオンを蒸着もしくは染料を付着させることにより、上記レンズの物理的開口の上記レンズ材料の光透過量を変化させることにより構成することができる。いずれの場合にも、それは上記ビームを横断する複数の開口を構成するように動作する。これらの開口は好ましくは異なった光透過率を有する光透過マスクのセグメントである。２セグメントの光透過マスクが第４図、第５図および第６図に示されており、３セグメントのマスクが第７図に示されている。上記セグメントは光軸１４に関して軸方向に対称であって、内側セグメント２５，２７，２９および３１を有するとともに、外側セグメント２４，２６，２８，３０および３２，３４を有しており、上記内側および外側セグメントは異なる光透過率を有する。内側セグメントは透明（１００％の光透過率）であってもよく、外側セグメントはたとえば５０％の光透過率を有する半透明のものであってもよい。逆に、外側セグメントが内側セグメントよりも高い光透過率を有していてもよい。上記セグメントは端部領域３６および３８を有する第４図の場合にはストライプ状を有しており、上記端部領域３６および３８は上記ビーム１８の主軸の端部に近接している。これらの端部領域３６および３８は完全に不透明（ＯＰ）である。円形の内部領域を有する第５図の上記マスクは、不透明端部４０および４２を有していてもよい。第６図の回転対称なマスクは、円形の外側不透明領域４４を有していてもよい。第７図のマスクは、不透明端部４８および５０を有する断面がほぼ四角形状のセグメントを有している。上記マスクのそれらの最外側の境界は、上記マスクそのものよりもむしろ、レンズもしくはそのマウントの物理開口により形成されていてもよい。上記マスクの水平軸は、これらマスクが上記ビームと正しく整列されているときに上記ビームの主軸と合致する。本発明は異なった有効サイズのマスク開口セグメントを使用することにより分解能が確保されるようにしている。内側のマスク開口セグメントは有効サイズ（ａ）を有する一方、外側開口を形成するセグメントは有効サイズ（Ａ）を有している。第５図のマスクのための内側開口サイズは、内側円形透明領域２７の直径である。上記外部セグメント２８は、上記不透明領域４０と４２との間で測定すると、寸法（Ａ）の大きさである。上記第６図のマスクは上記内側円形領域２９に対して有効セグメント径（ａ）を有するとともに、上記外側セグメント３０の直径に対して有効セグメント径（Ａ）を有している。第７図のマスクは、３つの順次大きくなる領域を有している。中央領域３１はサイズ（ａ）を有し、セグメント３２および３４はサイズが（Ａ）に増大しており、第３のセグメント３５はセグメント領域（Ｂ）を構成している。大きさもしくはサイズ（ａ，Ａ，Ｂ）を決定するビーム幅は、上記楕円ビーム１８の主軸に沿っている。イーストマン・エト・アルの特許第５，２００，５９７号に開示されるとともに説明されているように、上記ビームは遠方フィールド回折領域において９０度に広がるので、上記マスクの大きさを決定しているビームサイズは上記ビーム１８の軸に沿っている。回転対称でない上記マスクは上記ビームの主軸に関して向き付けられなければならない。第３Ａ図は、ビームの伝播、制御および整形を行なう上記光学手段を含む光学アッセンブリを示しており、それは上記イーストマン・エト・アルの特許（第８図）に開示されたアッセンブリと同様である。それは上記レーザダイオード１０を保持する外筒６０および内筒６２を有し、該内筒６２は第４図ないし第７図に示されるように上記マスク２２とともに上記外筒内に上記ビーム１８に関して正しく整列されるようにねじ込まれるかまたは嵌入されている。第３Ａ図において、上記マスク２２は上記レンズ２０の端部と当接状態にある。上記透過マスクはまた上記したように、上記レンズの端部に配置されるかまたは上記レンズの材料に一体に形成されていてもよい。第３Ｂ図において、上記レーザダイオード１０はまた外筒６４内に収容されている。それは内筒７０の円形スロット内に収容されているスプリング６８により上記外筒のリップ部６６に向かって付勢されている。上記マスクは上記レンズ２０の端部から上記光軸に沿って間隔を有している。第３Ａ図および第３Ｂ図のレンズ２０はＧＲＩＮレンズとして示されているが、それらは通常の球面もしくは非球面レンズであってもよい。第３Ｃ図はハンドスキャナを模式図的に示しており、そこには第３Ａ図もしくは第３Ｂ図の光学手段およびレーザダイオードアッセンブリがプリント基板７４上に７２で示されている。上記アッセンブリ７２からのビームはミラー７６に入射され、モータ８０により振動が与えられる走査、振動ミラー７８へ反射する。上記走査アッセンブリはウインドウ８４を有するハウジング８２内に収容され、該ウインドウ８４を通して上記ビームがコードに出射する。上記コードから戻った光は検知されて上記コードを認識することができる信号に変換される。上記で引用したイーストマン・エト・アルの特許には、第３Ｃ図に示されたようなスキャナの動作に関してさらに詳しく記載されている。第８図は第４図に開示されている２セグメントのマスクの透過関数を示している。中央ストライプ２５は１００％の透過率を有する一方、外側ストライプ２４および２６は約５０％の透過率を有している。異なったセグメントの透過率の関係は、上記スキャナの動作領域にわたってビームのプロファイルを適合させるために選択されてもよい。ある種の応用では、内側セグメントが外側セグメントよりも低い透過率を有していることが有利である。異なったセグメントを通して回折した光が相互作用を行なうと信じられている。半透明部分（ＰＯＰ）の大きさは最も滑らかなプロファイルを得るために変化させられる。透過率５０％のＰＯＰセグメントおよび透明もしくは透過率１００％のセグメントにより得られるいくつかのプロファイルが第１２図ないし第１７図に例示されている。これらの図面は、上記ビームの分解能が（たとえば上記ウインドウに対して約１インチの領域から３０インチの領域にわたって）上記ウインドウからはるかに離れたところと同様に上記スキャナのウインドウに近接するバーコードを読むために拡大されていることを示している。この領域にわたって、上記ビームの実効的なサイズは十分に小さく高密度コード（たとえば、１０ミル（０．０１０インチ）の最小バー幅）を読み取ることができる。実際上、（第９図においてエッジ透過と呼ばれている）外側透過関数は動作領域のはるかに端のコードを読み、上記中央透過関数は上記スキャナのウインドウの近くで読む。要するに、上記２セグメント伝送マスクは上記ビームを２つのセグメントに分割する。上記マスクの中心は特定の寸法（ａ）で上記ビームの中心領域を除去もしくは切り取る。上記マスクのエッジ領域は特定の寸法（Ａ）で第２領域を切り取る。したがって、上記ビームは独立して伝播する２つの分離したビームに分解されると考えられてもよい。これらのビームは重合せの原理により結合される。第１０図は、分解軸に沿う各々のビームセグメントに対するビームサイズ（幅もしくはウエスト寸法）を図示している（より狭いマスクセグメントの距離（ｄｗａ）およびより大きいマスクセグメントの距離（ｄｗＡ））。フレネル距離の略１／２である、折点８０および８２に達する近傍フィールド領域では、収束レンズ２０により収束されたときに回折が幾何光学により予想されるよりも大きい割合でビームのサイズを減少させる。そのときに、遠方フィールド回折領域が始まるとともに、上記ビームがマスクセグメントのサイズ（ａ，Ａ）の逆数に比例した率で発散する。２つのセグメントマスクのためのマスクセグメントサイズは、異なったセグメントサイズによる（近傍および遠方フィールドの回折領域の）特性が点Ｐで交差するように選択される。そこでは各マスクサイズによるビームのウエスト（ｗ）が等しい（より小さいマスクセグメント（ａ）によるより遠方フィールドもしくは第２領域（領域２）におけるｄｗａ２もしくは上記距離はより大きいマスクセグメント（Ａ）のより近いフィールドの回折による距離ｄｗＡ１に等しい）。このことは上記ダイアグラムにＰとして表されている。該点Ｐは上記ウエストサイズ（分解軸−ｗに沿うビームのサイズ）が両セグメントに対して同じである。第１０図にｄｗａ１からｄｗＡ２にかけて示されたある距離にわたって、上記分解軸に沿うビームサイズはｗ以下であり、このビームサイズの条件は上記ウインドウ８４（第３Ｃ図参照）に近接するかなりの領域にわたって存在するとともに、上記ウインドウからかなりの距離、たとえば３０インチまで延伸している。したがって近傍にあるコードと離れているコードの両方が単にセグメントマスクを使用するだけで、しかも１次元のマスクもしくは開口を使用によりコストの大幅な増大が殆どなく、かつ自動焦点機構を有するものよりもローコストで分解することができる。上記マスクは、物理開口とハードストップ（ｈａｒｄｓｔｏｐ）のいずれか、もしくは上で引用したイーストマン・エト・アルの特許に記載されている物理開口とファンタム（ｐｈａｎｔｏｍ）開口との組合せにより与えられてもよい。上記マスクは上記レンズ面上にコートされていてもよい。第１１図は第１０図と類似するダイヤグラムを示しているが、それには第７図に開示されているようなマスクが登場する。２つの交点がありかつ上記ビームが上記分解軸を横断してほぼ一定のサイズを有する距離ｗが上記マスクの付加セグメントを使用することにより延伸されてもよい。次に、上記マスクセグメントサイズがどのように選択されるかを考察する。以下の例は、上記マスクの各セグメントを通して光を焦点に収束させるレンズの幾何学的像距離が各セグメントのフレネル距離ｄ_Fに等しい場合の第１０図を参照することにより理解されるであろう。各マスクセグメントについて異なった光学的性能を有する複合レンズは、以下の式（１）ないし（１１）から計算および導かれると仮定している。しかしながら、サジタル（ｓａｇｇｉｔａｌ）面全体にわたって同じパワーを有するレンズが使用されてもよく、該サジタル面ではシステムの焦点距離が最大セグメントのフレネル距離に等しいかまたはｄ_FAがＡ²÷ ４λに等しく、ここでλはレーザ光の波長である。このことは式（１２）ないし式（３３）を導くための条件である。上記の例では、式（１）はより小さいマスクセグメントの近傍フィールド回折によるウエストサイドｗ_a1を規定しており、ｗ_a1＝ａ［１−［１＋（１−ｖ）ｆａ／ｄ_Fa］ｄ_wa1／ｆａ］（１）であり、ｗ_a2は遠方フィールド回折による上記ウエストサイズを規定しており、ｗ_a2＝ａ［ｖｄ_wa2／ｄ_Fa］（２）であり、ｗ_A1は近傍フィールド回折のためのより大きいマスクセグメントのサイズＡによる上記ビームウエストサイズであり、またｗ_A2は遠方フィールド回折に対するものであり、以下の式（３）および（４）で表される。ｗ_A1＝Ａ［１−［１＋（１−ｖ）ｆ_A／ｄ_FA］ｄ_wA1／ｆ_A］（３）ｗ_A2＝Ａ［vｄ_wA2／ｄ_FA］（４）これらの式において、ｖは定数である。その値は理論計算されたビーム幅を実験的に測定されたビーム幅に一致させる。値ｖは測定の方法により変化する（すなわち、ＦＷＨＭもしくは半値全幅、１／ｅ²の点、ここでｅは自然対数の底である、等。）。Ｗ_a1＝Ｗ_a2＝Ｗ_A1＝Ｗ_A2⇒Ｗ（５）ｆ＝ｄ_F＝（開口径）²／４λ （６）ｄ_Fa＝ａ²／４λ （７）ｄ_FA＝Ａ²／４λ （８）式（５）は第１０図に示された所望の条件を規定しており、第１０図には遠方および近傍フィールド回折によるウエストサイズは交点Ｐにおいて等しい。式６、７および８はフレネル距離を規定するとともに準近傍フィールドが無限大にある場合にそれらが焦点距離に等しいということを示している。式１ないし式８はｄｗａ２およびｄｗＡ１について解かれており、それらは式９に示されるように等しい。ｄ_wa2＝ｗａ／４λｖ＝ｄ_wA1＝（Ａ²−Ａｗ_A1）／４λ（２−ｖ）（９）ａおよびＡについて解くと、次の式１０および１１を得る。ａ＝Ａｖ（Ａ−ｗ）／ｗ（２−ｖ）（１０）Ａ＝［ｗ±（ｗ²＋４（ａｗ（２−ｗ））／ｖ）^1/2］／２（１１）ウンドウ１４において、１０ミルの最小幅のバーを有する縮小ＵＰＣバーコードを読む必要がある場合には、上式におけるａの値が選択される。この選択はより小さいサイズのマスク開口の第１０図に示されたプロットに類似するプロットを検査することによりなされる。たとえば、かかるプロットの検査は（ａ）が４１ミルであることを明らかにしている。そのとき、ｄ_Faは１５．９インチである。式１１に代入してＷが１０ミルのより大きいサイズのマスクを使用すると、Ａは０．０７１インチである。そのサイズは３２インチの距離ｄｗＡ２を与える。したがって、この例では１０ミルのバーコードが上記レーザアッセンブリ７２（第３Ｃ図）もしくは上記ウインドウ８４から７ないし３９インチの距離もしくは上記スキャナの上記ウインドウ８４から約２．５フィートの距離にわたって分解することができる。上記レンズが単一のパワーを有している場合には、上に与えられた式により上記セグメントサイズは上記した第１０図と同様のプロットを使用してａとＡに対する値を得るために以下の計算を使用して選択されてもよい。ｄ_F＝フレネル距離ｆ＝幾何学的焦点距離ｖ＝測定されたデータに対する一定の関連する結果ｗ_a1＝ｗ_a2＝ｗ_A1＝ｗ_A2⇒ｗ（１２）ｄ_Fa＝ａ²／（４λ），ｄ_FA＝Ａ²／（４λ）（１３），（１４）およびｆａ＝ｆＡ＝ｄ_fA＝Ａ²／（４λ）（１５）ｗ_a1＝ａ［１−［１＋（１−ｖ）ｆ_a／ｄ_fa］ｄ_wa1／ｆ_a］（１６）代入すると、ｗ＝ａ［１−（４λ／Ａ²）［１＋［（１−ｖ）／（ａ²／４λ）］（Ａ²／４λ）］ｄ_wa1］（１７）ｄ_wa1＝（ａ−ｗ）Ａ²ａ／λ４（ａ²＋Ａ²（１−ｖ））（１８）およびｗ_a2＝ａ［ｖｄ_wa2／ｄ_fa］（１９）ｗ＝ａ［ｖｄ_wa2／（ａ²／４λ）］（２０）およびｄ_wa2＝ｗａ／（４λｖ）（２１）ｗ_A1＝ａ［１−［１＋（１−ｖ）ｆ_A／ｄ_FA］ｄ_wA1／ｆ_A］（２２）代入すると、ｗ＝Ａ［１−（４λ／Ａ²）［１＋［（１−ｖ）／（Ａ²／４λ）］（Ａ²／４λ）］ｄ_wA1］（２３）ｄ_wA1＝（Ａ²−Ａｗ）／４λ（２−ｖ）（２４）およびｗ_A2＝Ａ［ｖｄ_wA2／ｄ_FA］（２５）代入すると、ｗ＝Ａ［ｖｄ_wa2／（Ａ²／４λ）］（２６）およびｄ_wA2＝ｗＡ／（４λｖ）（２７）与えられたサイズのバーコードに対する最適焦点深度については、各開口を通してそれらの各々のフレネル距離に光を焦点に集中させる能力を有する２以上のセグメントサイズを有していることが望ましい。２セグメントマスクの場合について検討する。２つの規定のセグメントと２つの特定の焦点に関して、フィールド深さ（ＤＯＦ）は、ＤＯＦ＝ｄ_wA2−ｄ_wa1 （２８）［ｗＡ／（４λｖ）］−［（ａ²−ａｗ）／４λ（２−ｖ）］（２９）ＤＯＦ＝［ｗＡ（２−ｖ）−ａｖ（ａ−ｗ）］／（４λｖ（２−ｖ）（３０）ａおよびｗ並びに所望のＤＯＦが選択された後に、式３０がＡを見つけるために使用されてもよい。上記システムの単一の焦点がより大きい開口のフレネル距離であるときに、上記フィールドの深さの減少はｄ_wa1（２ｆ）とｄ_wa1（１ｆ）との差に等しい。 ΔＤＯＦ＝ｄ_wa1（２ｆ）−ｄ_wa1（１ｆ）（３１） ΔＤＯＦ＝（ａ−ｗ）Ａ²ａ／［４λ（ａ²＋Ａ²（１−ｖ））］ −（ａ²−ａｗ）／［４λ（２−ｖ）］（３２） ΔＤＯＦ＝（ａ²−ａｗ）（ａ²−Ａ²）／［４λ（ａ²＋Ａ²−Ａ²ｖ）（２−ｖ）］（３３）以上の説明から、改善されたバーコード装置および光学装置並びにビーム整形および制御のための装置が提供されていることが分かるであろう。ここで説明されたシステムの変形および改変は確かにそれ自身当業者に示唆されている。したがって、以上の説明は実施例と解されるべきであり、それに限定されると解されるべきではない。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＵ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＮＬ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＫ，ＵＡ，ＶＮ

Claims

【特許請求の範囲】１．ある距離範囲にわたって予め定められた形状のパターンおよび方向を有するほぼ単色光のパターンを発生させるための方法であって、上記範囲にわたって伸びる通路に沿って光ビームを投射するステップと、複数の開口を有しその全てを通して上記ビームが通過するマスクにより上記光の遠方フィールド回折により上記範囲内で上記通路に対して直角な面内で上記形状および方向を生じるように上記光を形成するステップとを含み、上記範囲を含む引き続くオーバラップ距離に遠方フィールド回折を生成させる方法。２．請求の範囲第１項に記載の方法であって、上記投射ステップがレーザにより行われ、上記形成ステップが上記複数の開口のあるものを通して伝送された上記光の強度を、上記複数の開口の少なくとも他の一つを通して伝送される光に関して制限することにより行われる方法。３．請求の範囲第２項に記載の方法であって、上記制限ステップが上記複数の開口の上記あるものから上記少なくとも一つの他の上記開口において異なる透過率を有する材料で上記開口を形成するステップ含む方法。４．請求の範囲第１項に記載の方法であって、上記形成ステップは上記ビームが上記領域に入る前に通過する領域内に上記光をアポダイジング（ａｐｏｄｉｚｉｎｇ）することにより行われ、上記領域が上記複数の開口を構成している複数のセグメントを有しており、上記領域を横断するより短い距離を規定している上記複数のセグメントの一つのものによる遠方フィールド回折が上記領域を横断するより長い距離を規定しているいま一つの上記セグメントによる近傍フィールド回折にオーバラップし、これら距離が部分的に合致している方法。５．請求の範囲第４項に記載の方法であって、上記投射ステップは上記合致する距離が配置されている線に沿う主軸を有するほぼ楕円形のビームとして上記ビームを形成するように実行される方法。６．請求の範囲第４項に記載の方法であって、発散ビームとして上記光を発生するステップをさらに含んでおり、該発散ビームは上記通路に対して直角な第１ラインに関して上記通路に対してまた直角な第２ラインよりも大きい角度で上記通路から発散し、上記通路が上記第１ラインに対して直角で上記ビームの横断面は上記第１ラインに沿って短く上記第２ラインに沿って長くなっており、上記領域を横断するより短い距離が上記第２ラインに沿っていることにより上記アポダイジングステップが実行される方法。７．請求の範囲第６項に記載の方法であって、上記発生ステップがレーザダイオードにより実行される方法。８．請求の範囲第４項に記載の方法であって、上記投射ステップが上記光の波長により除された少なくとも上記短い距離の平方に等しい幾何学的像距離を有するレンズにより実行される方法。９．請求の範囲第８項に記載の方法であって、上記より長い距離を有するセグメントによりアポダイズ（ａｐｏｄｉｚｅ）される光のための上記レンズの上記幾何学的像距離が上記光の波長により除されたより長い距離の平方に少なくとも等しい方法。１０．請求の範囲第１項に記載の方法であって、上記開口が互いに同心である方法。１１．請求の範囲第１項に記載の方法であって、上記開口が上記ビームの中心と合致する中心の回りに径方向に対称である方法。１２．請求の範囲第１項に記載の方法であって、上記投射ステップは上記ビームが上記マスクに到達する前に上記光を平行光とするレンズにより実行される方法。１３．請求の範囲第１項に記載の方法であって、上記投射ステップがさらに上記領域の上記一部の近傍端部にて遠方フィールド回折により与えられる上記領域の一部に焦点を有する要素により上記光を焦点に収束させるステップをさらに含む方法。１４．請求の範囲第４項に記載の方法であって、上記形状が上記領域の少なくとも実質部分にわたってほぼ同じものとなっている横断面に沿う寸法を有するように選択された上記領域を横断する上記より短い距離およびより長い距離で上記アポダイジングステップが実行される方法。１５．請求の範囲第１４項に記載の方法であって、戻り光を生じるように異なった幅のバーを有するバーコードからなる上記パターンをスキャンするステップをさらに含み、上記戻り光から上記コードにより表されるシンボルが認識され、かつ、上記アポダイジングステップは上記パターンが上記コードの上記バーの幅を横断してスキャンされる方向に上記パターンの幅を与えるために上記大きい距離および短い距離の選択を実行する方法。１６．バーコードスキャナにおいて、上記コードのバーを幅方向に横断するスキャン方向に分解寸法を有する横断面に対して上記コードのバーをスキャンするレーザビームを整形し、上記コードが上記ビームが投射されるスキャナのウインドウからある動作領域にわたって上記コードを読み取れる程度に十分小さくなっているシステムであって、その全てを通して上記ビームが通過する複数の開口を有するマスクにより整形される上記ビームの通路に回折要素を含み、フィールドの上記深さにわたる上記分解寸法を最小にする上記分解寸法に沿う方向および予め定められた関係で互いに配列されてなるシステム。１７．請求の範囲第１６項に記載のシステムであって、上記開口は一つの寸法に延伸されるとともにそれにほぼ直角な方向に狭くなった形状を有するものであって、上記ビームが通過するレンズの近傍に配置されており、上記延伸された寸法がほぼ上記コードのバーの長さ方向に沿って向き付けられており、上記開口がその上記のごとく延伸された寸法に沿って上記ビームよりもより長くなっているシステム。１８．請求の範囲第１６項に記載のシステムであって、上記開口が上記ビームを平行光とするレンズを有する光学手段の一部であり、該ビームが上記開口を通して通過するシステム。１９．請求の範囲第１６項に記載のシステムであって、上記開口がレンズを有する光学手段の一部であり、該レンズが上記分解寸法に沿う方向でより小さいサイズの上記開口の一つにより遠方フィールド回折の近傍端部よりも上記ウインドウからさらに離れた焦点を与えるシステム。２０．請求の範囲第１６項に記載のシステムであって、上記開口は互いに内側および外側で上記分解寸法に沿って配列されたセグメントを構成するために互いにほぼ同心状となっているシステム。２１．請求の範囲第２０項に記載のシステムであって、上記内側セグメントが上記外側セグメントよりも透過率が大きいシステム。２２．請求の範囲第２０項に記載のシステムであって、上記外側セグメントが上記内側セグメントよりも透過率が大きいシステム。２３．請求の範囲第２０項に記載のシステムであって、上記セグメントが中央ストライプと該中央ストライプの外側のストライプとを含んでおり、上記内側または外側のストライプのいずれかが他のものよりも透過率が大きいシステム。２４．請求の範囲第２０項に記載のシステムであって、上記セグメントが同心であってほぼ円形であり、上記セグメントの内側のもののいずれかが外側のものよりも大きい透過率を有し、逆もまた同じであるシステム。２５．請求の範囲第２０項に記載のシステムであって、上記セグメントはほぼ四角形状であり、内側から外側に向かう方向または外側から内側に向かう方向のいずれかで透過率が順次に大きくなるシステム。２６．請求の範囲第１６項に記載のシステムであって、上記開口は上記分解寸法に沿う方向におけるより小さいサイズの開口による遠方フィールド回折が上記分解寸法に沿うより大きいサイズの開口による近傍フィールド回折領域に重なるような寸法を有しており、上記開口の上記サイズは上記動作領域にわたって最小化される上記ビームの分解寸法に対応する点で上記領域が交差するようなものであるシステム。２７．請求の範囲第３項に記載の方法であって、上記形成ステップが光学要素の表面に光吸収材料を付着させることにより実行される方法。２８．請求の範囲第３項に記載の方法であって、上記形成ステップが光学要素の表面に光吸収材料を拡散することにより実行される方法。