KR20060043226A - 전자광학 판독기의 작동범위 및 성능을 증대시키기 위한 광학조절장치 - Google Patents

전자광학 판독기의 작동범위 및 성능을 증대시키기 위한 광학조절장치 Download PDF

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KR20060043226A
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치 시 데이비드
구레비츠 블라디미르
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비노그라도브 이고르
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심볼테크놀로지스,인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 전자광학 판독기의 작동범위 및 성능을 증대시키기 위한 광학조절장치에 관한 것으로서, 가변 렌즈에 전압을 인가하여 그 안의 액체의 형상을 변화시킴으로써 표시자(Indicia)를 판독하기 위한 전자광학 판독기 또는 이미저(Imager)에 작동범위를 증가시키는 것을 특징으로 한다.
전자광학, 판독기, 이미저, 작동범위, 표시자, Indicia, 가변 렌즈, 액체, 빔 단면, 변화

Description

전자광학 판독기의 작동범위 및 성능을 증대시키기 위한 광학조절장치{Optical Adjustment for Increased Working Range and Performance in Electro-Optical Readers}
도 1은, 종래기술에 따라 바코드 기호(Bar Code Symbol)를 판독하기 위한 휴대용 판독기의 개략도.
도 2는, 본 발명에 따라 도 1의 휴대용 판독기에 사용되는 가변 렌즈(Variable Lens)의 단면도.
도 3은, 도 1의 판독기에 사용하기 위한 본 발명의 일실시형태에 따른 배열구조의 도면.
도 4는, 본 발명의 다른 실시형태에 따른 배열구조의 도면.
도 5는, 변경예에 따른 가변 렌즈의 부분 절개도.
도 6, 도 7 및 도 8은, 각각 도 5의 가변 렌즈에 의해 형성된 빔(Beam) 단면의 도면.
본 발명은 표시자(Indicia), 예컨대, 광 반사율이 다른 부품을 갖는 바코드 기호(bar Code Symbol)를 판독하기 위한 전자광학 시스템에 관한 것이고, 특히 상기 시스템의 성능을 증대시키기 위해 작동범위(Working Range)를 증가시키거나 빔(Beam) 단면을 변경하는 배열구조 및 그 방법에 관한 것이다.
이전에는, 라벨지(Label), 또는 목표물의 표면상에 나타나는 바코드 기호를 판독하기 위해 각종의 전자광학 판독기 및 시스템이 개발되어 왔다. 상기 바코드 기호 자체는 암호화된 표시자(Indicia)의 패턴이다. 일반적으로, 상기 판독기는 그 기호의 그래픽 표시자를 영숫자 문자(Alphanumeric Character)로 복호화되는 전기신호로 전자 광학적으로 변환한다. 그 변환된 문자는 기호를 결합하는 목표물 및/또는 그 목표물의 몇가지 특성을 설명하는 것이다. 이러한 문자는 전형적으로, 판매시점정보관리(Point-pf-Sale) 처리, 재고품 관리(Inventory Control), 상품 추적(Article Tracking) 및 기타 등등에 적용하기 위한 데이터처리 시스템에 대한 입력 데이터로 구성되어 있다.
기호에서의 기호 구성요소, 예컨대, 막대(Bar)와 공백(Space)의 구체적인 배열은 코드 또는 기호학(Symbology)에 의해 지정된 일련의 정의와 규칙에 따라 표현된 문자를 정의한 것이다. 상기 막대와 공백의 상대적인 크기는 그 막대와 공백의 실제 크기 현상대로 사용되는 코드의 종류에 의해 결정된다.
원하는 문자의 시퀀스(Sequence)를 암호화하기 위해서는, 구성요소 배열의 수집을 연결하여 완전한 기호를 형성하여, 각 문자가 구성요소의 그 자체의 대응하는 그룹으로 표현되도록 한다. 어떤 기호학에서는, 특유의 "시작" 및 "정지" 문자는 기호가 시작하고 종료하는 곳을 표시하는데 사용되는 것이다. 현재 많은 다른 바코드 기호학이 존재한다. 기호학은 UPC/EAN, Code 39, Code 128, Codabar, 및 Interleaved 2 of 5 등의 1차원 코드를 포함한다.
일정량의 기호 표면적상에 표현되거나 저장될 수 있는 데이터량을 증대시키기 위해, 몇가지 새로운 기호학이 개발되었다. 하나의 새로운 코드 표준, Code 49는 수평으로 구성요소를 연장하는 대신에 수직으로 구성요소의 열(Row)을 스택킹(Stacking)하는 2차원 개념을 도입하였다. 즉, 1개의 긴 열 대신에 막대와 공백 패턴(Pattern)의 수개의 열이 존재한다. Code 49의 구조는 미국특허 제4,794,239호에 기술되어 있다. PDF417로서 알려진 또다른 2차원 코드 구조는 미국특허 제5,304,786호에 기술되어 있다.
전자광학 판독기는, 예컨대, 본 발명의 출원인에게 양도된 미국특허 제4,251,798호; 제4,369,361호; 제4,387,297호; 제4,409,470호; 제4,760,248호 및 제4,896,026호에 개시되어 있다. 이들 판독기는 일반적으로 광빔을 발광하기 위한 가스 레이저(Gas Laser) 또는 반도체 레이저로 이루어지는 광원을 포함한다. 판독기에서의 광원으로서의 반도체 장치를 사용하는 것은 그 크기의 소형화, 저비용 및 저전력 요건 때문에 특히 바람직하다. 레이저 빔은 전형적으로 포커싱 광학 어셈블리(Focusing Optical Assembly)에 의해 광학적으로 변경되어 예정된 목표위치(Target Location)에 일정한 크기를 갖는 빔 스폿(beam Spot)을 형성한다. 상기 목표위치에서의 빔 스폿의 단면은 다른 광 반사율을 갖는 기호영역들 사이, 즉 막대와 공백들 사이의 최소폭에 근사하지만, 상기 스폿 단면은 보다 크게 될 수 있고, 어떤 경우에는, 상기 최소폭의 2배 이상일 수 있다.
종래의 판독기에 있어서, 상기 광빔은 목표 기호쪽으로 광학경로를 따른 스캔 구성성분(Scan Component)에 의해 결정된다. 상기 판독기는 스캔 패턴, 예컨대, 광빔의 경로상에 배치된 미러(Mirror) 등의 스캔 구성성분의 이동에 의해 상기 목표 기호를 가로지르는 라인(Line) 또는 일련의 라인들에 광빔을 각각 스캐닝함으로써 작동한다. 상기 스캔 구성성분은 상기 기호를 가로지르는 빔 스폿을 스쳐 지나가고, 상기 기호의 경계면을 가로질러 넘어서 스캔 라인을 추적하고, 또는 예정된 시계(視界)를 스캐닝한다.
판독기는 또한, 상기 기호로부터 반사 또는 산란된 광을 검출하도록 작동을 하는 센서 또는 광검출기를 포함한다. 상기 광검출기 또는 센서는, 상기 기호의 경계면을 적어도 가로질러 약간 넘어서서 연장되는 시계를 갖도록 광학경로상의 판독기내에 위치된다. 상기 기호로부터 반사된 광빔의 일부가 검출되어 아날로그 전기신호로 변환된다. 디지타이저(Digitizer)는 상기 아날로그 신호를 디지탈화한다. 그 다음에, 상기 디지타이저로부터 디지탈화된 신호는 상기 기호를 위해 사용되는 특정의 기호학에 근거하여 복호화된다.
상기 기호를 스캐닝하는 스캔 패턴은 반복된 라인 스캔, 표준 래스터(Raster) 스캔, 지터(Jitter)화된 래스터 스캔, 피쉬본(Fishbone), 페탈(Petal) 등과 같은 다양한 형태를 취할 수가 있다. 이들 빔 패턴은 빔 경로상에 스캔 구성성분의 제어된 운동에 의해 발생된다 전형적으로는, 상기 스캔 구성성분은 상기 소망의 빔 스캐닝 패턴을 통하여 빔을 주기적으로 반사시키기 위하여 몇가지 형태의 스캐닝 모터에 의해 구동된다. 반복된 라인 스캔 빔 패턴에 대하여는, 간단한 모 터에 의해 단방향으로 회전되는 다각형 미러를 활용할 수가 있다. 보다 복잡한 빔 패턴에 대하여는, 보다 복잡한 구동기구가 요구된다.
상기 빔 패턴을 실행하는 주파수 또한 중요하게 고려할 사항이다. 일정한 시간 주기로 기호를 스캐닝할 수 있는 횟수가 많을 수록, 상기 기호의 유효한 판독을 얻을 수 있는 기회가 증가된다. 이는 컨베이어 벨트(Conveyor Belt)상으로 이동하는 소포(Package)와 같이 기호가 이동하는 물체에 의해 수반될 때 특히 중요하다.
또한, 이미지 장치를 이용하여 기호를 판독할 수도 있다. 예컨대, 그 이미지 장치의 시계내의 이미지(Image) 구성요소 또는 픽셀(Pixel)에 대응하는 셀(Cell) 또는 광센서의 2차원 배열을 갖는 이미지 센서 장치를 이용할 수도 있다. 이러한 이미지 센서 장치는 2차원 또는 영역 전하결합소자(Charge Coupled Device; CCD) 또는 상보형 금속산화물 반도체(Complementary Metal Oxide Semiconductor; CMOS) 및 시계를 위한 픽셀 정보의 2차원 배열에 대응하는 전기신호를 생성하기 위한 연결회로(Associated Circuit)를 포함할 수도 있다.
따라서, 예컨대, 미국특허 제5,703,349호에 개시된 바와 같이 판독되는 바코드 기호의 모노크롬(Monochrome) 이미지를 캡쳐(Capture)하기 위해 CCD를 사용하는 것이 알려져 있다. 또한, 예컨대, 미국특허 제4,613,895호에 개시된 바와 같이 목표물의 풀컬러(Full Color) 이미지를 캡쳐하기 위하여 다중 매몰된 채널(Channel)을 갖는 CCD를 사용하는 것도 알려져 있다.
다양한 분야에서는 이동성(Moving) 레이저빔장치 또는 이미지 장치를 수용하 는 휴대용 판독기를 필요로 하고 있다. 이러한 분야에 대하여, 전자광학 구성성분의 배열은 권총형상(Pistol Shape)으로 이루어질 수도 있는 휴대용 패키지내에 수용되도록 소형화되어야 한다. 더욱이, 이러한 판독기는 거칠게 취급함으로써 일어나는 물리적 충격에 견디기 위하여 경량이어야 하고 구조적으로 강성을 지녀야 한다. 또한, 배터리(Battery) 수명을 연장하기 위하여 작동중 전력소비가 최소인 것이 바람직하다.
더욱이, 상기 기호는 휴대용 판독기에 대하여 작동거리의 연장범위에 걸쳐 판독될 수 있는 것이 바람직하다. 이동성 레이저빔장치 대신에, 상기 포커싱 광학 어셈블리내에서 1개이상의 렌즈를 이동시키고, 차례대로 판독기에 근접하는 가까운 위치와 상기 판독기로부터 더 떨어지는 먼 위치 사이에서 레이저 빔의 초점을 이동시키는 것은 보편적인 것이다. 상기한 렌즈 이동은 전형적으로는 기계적으로 수행된다. 이는 몇가지 이유때문에 결점이 있다. 먼저, 상기 기계적인 이동은 판독기를 통하여 사용자의 손으로 전달되는 진동을 일으키고, 또한 광학상(Optic)을 흐리게 하는 먼지를 일으킬 수도 있다. 더욱이, 스캔 속도에 따라, 상기 진동이 윙윙 거릴 정도로 불쾌하게 발생할 수가 있다. 더욱이, 상기 렌즈 이동은 차례대로 전력을 소모하고, 비싸고, 느리고, 비합리적이고, 공간을 차지하며 전체 중량과 크기를 증대시키며 판독기를 복잡화시키는 구동장치를 필요로 한다.
광학 어셈블리의 초점을 조절하기 위하여 액정 렌즈가 제안되었다는 것은 일반적으로 알려져 있다. 미국특허 제5,305,731호는 조절가능한 초점거리를 갖는 액체 렌즈(Liquid Lens)를 기술하고 있다. 미국특허 제5,625,496호는 액체 렌즈 내 부의 굴절율을 변화시키는 것을 기술하고 있다. 프랑스 특허공개 제2,791,439호 및 제2,769,375호(및 그에 대응하는 미국특허 제6,369,954호)는 가변형 포커스 액체 렌즈를 기술하고 있다.
본 발명의 목적은, 데이터 암호화된 기호를 판독하는 판독기의 작동범위 및 성능을 증대시키기 위한 개선된 배열구조 및 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 소형이고, 경량이고, 내구성이 있고, 구성상 효율적이며 동작시 조용하고 신뢰성이 있고, 이에 의해 휴대용 응용분야에 이상적으로 적합화되는 배열구조를 제공하는데 있다.
본 발명의 또다른 목적은, 렌즈를 기계적으로 이동하는 일이 없이 적어도 전자광학 판독기의 초점거리를 조절하거나 빔 스폿 단면을 변화시키는데 있다.
이후에 명백하게 될 상기 목적들 및 그 밖의 목적들에 부합하여, 본 발명의 하나의 특징이 1 및/또는 2 차원 바코드 기호 등의 전자광학 판독 표시자를 위한 배열구조 및 방법에 대하여 간단하게 설명되어 있다.
본 발명은 광학경로를 따라 배열되고, 불혼합성이고, 다른 광학 굴절율을 가지며, 실질적으로 동일한 밀도를 갖는 한쌍의 광투과성 액체를 구비하는 가변성 광학렌즈를 제공한다. 상기 액체중의 하나는 제1 광학특성을 갖기 위해 표시자쪽으로 광학경로를 따라 그 하나의 액체를 통과하는 광을 광학적으로 변경하기 위한 정지 상태(Rest State)의 형상을 갖는다. 본 발명에 따르면, 그 형상을 변화시키기 위해 하나의 액체를 가로지르는 전압을 인가하고, 다른 제2 광학특성을 갖기 위해 그 광을 광학적으로 변경하기 위한 컨트롤러(Controller)가 작동한다.
이동성 빔 판독기인 경우에, 레이저 다이오드(Laser Diode) 등의 광원은 광을 레이저 빔으로서 방출하며, 상기 하나의 액체의 형상 변화는 상기 광학경로를 따라 상기 가변 렌즈에 대하여 다른 작동거리로 레이저 빔에 초점을 맞춘다. 이미지 판독기인 경우에, 어레이(Array) 등의 센서는 상기 가변 렌즈로부터의 광을 수신하며, 상기 하나의 액체의 형상 변화는 상기 광학경로를 따라 가변 렌즈에 대하여 다른 이미지면(Imaging Plane)에 광을 수집할 수 있도록 한다.
상기 컨트롤러는, 판독중에 연속적으로, 또는 특정의 표시자들 또는 바코드 기호가 성공적으로 판독되지 않았음을 결정한 후에만 상기 하나의 액체를 가로지르는 주기적인 전압을 인가한다.
상기 가변 렌즈는 1개의 고정렌즈, 또는 그 대향하는 단부들에 한쌍의 고정렌즈를 포함할 수도 있다. 상기 하나의 액체는 상기 정지상태에서 광학경로와 반경방향으로 대칭적일 수 있고, 또는 변경시에, 광학경로에 수직한 가로축을 따라 연장될 수도 있으며 상기 레이저 빔의 단면을 변경할 수 있다. 타원형 빔 단면은 1차원 기호를 판독하는데 바람직한 반면에, 원형 빔 단면은 2차원 기호를 판독하는데 바람직하다. 빔 단면을 변화시키면, 상기 판독기는 손상되거나 불량하게 인쇄된 기호를 적합하게 판독시킬 수가 있다.
다른 초점면(Focal Plane)과 이미지면 사이의 변화 및/또는 빔 단면의 변화는 고체 렌즈(Solid Lens)를 기계적으로 또는 물리적으로 이동함이 없이 실행되고, 이에 따라 이러한 판독기에서의 소음과 진동 및 먼지는 물론, 크기, 중량, 전력 및 체적 요건을 감소시킬 수가 있다. 상기 가변성 액체 렌즈는 시간이 경과하더라도 마모되지 않는다.
도 1에서 참조숫자 '20'은 바코드 기호(24)와 같이 그로부터의 작동거리의 범위내에 위치되는 표시자를 전자광학적으로 판독하기 위한 휴대용 판독기를 일반적으로 나타낸 것이다. 상기 판독기(20)는 권총 파지부(21) 및 눌렀을 때 광빔(23)을 상기 기호(24)로 향하게 하는 수동 작동식 방아쇠(Trigger, 22)를 갖는다. 상기 판독기(20)는 광원(26), 광 검출기(27), 신호처리회로(28), 및 배터리 팩(Battery Pack, 29)을 수용하는 하우징(Housing, 25)을 포함한다. 상기 하우징 정면에서의 광투과창(30)은 상기 광빔(23)을 상기 하우징의 밖으로 나갈 수 있도록 하며, 상기 기호로부터 산란된 광(31)을 상기 하우징내로 들어오게 하는 것이다. 상기 하우징의 상단벽상에는 그에 즉시 접근(Access)하기 위한 키보드(Keyboard, 32)와 디스플레이(Display, 33)가 바람직하게 제공될 수 있다.
사용시에, 상기 파지부(21)를 붙잡는 조작자는 상기 하우징을 상기 기호에 겨냥하여 방아쇠를 누른다. 상기 광원(26)은 광학적으로 변경되고 광학 포커싱 어셈블리(35)에 의해 초첨이 맞추어지는 광빔을 방출하여 상기 기호(24)상에 빔 스폿을 형성한다. 상기 빔은 빔 스플리터(Beam Splitter, 34)를 통하여 모터 구동부(38)에 의해 초당 적어도 20 스캔의 스캔비율로 반복적으로 발진되는 스캔 미러(36)를 통과한다. 상기 스캔 미러(36)는 그 위에 입사되는 빔을 상기 기호(24)에 반사시키고, 상기 기호를 가로질러서 빔 스폿을 스캔 패턴으로 스쳐 지나간다. 상 기 스캔 패턴은, 단지 몇가지 가능성을 말하면, 스캔방향을 따라 상기 기호를 따라서 길이방향으로 연장되는 라인, 또는 상호 직교방향을 따라 배열된 일련의 라인들, 또는 전(全)방향 패턴일 수 있다.
상기 반사된 광(31)은, 상기 스캔 패턴에 걸쳐 가변 강도(Variable Intensity)를 갖고 상기 창(30)을 통하여 상기 스캔 미러(36)측으로 통과한 후, 상기 스플리터(34)상으로 반사되며, 차례대로 상기 광 검출기(27)에 반사되어서 아날로그 전기신호로 변환된다. 해당업계에서 알려진 바와 같이, 상기 신호처리회로(28)는 상기 신호를 디지탈화하고 복호화하여 상기 기호에 암호화된 데이터를 추출한다.
본 발명에 따르면, 상기 포커싱 광학 어셈블리(350)는, 도 2에 도시된 바와 같이 가변 렌즈로서 형성되어 있다. 상기 가변 렌즈는 하우징(40)을 갖고, 상기 하우징(40)에는, 물방울 형태(Droplet Form)로 도시된 제1 액체(42) 및 제2 액체가 도 3-도4와 관련하여 이하에 설명하는 바와 같이, 전자광학 판독기(20)에 의해 판독되도록 바코드 기호 등의 표시자를 향하여 연장되는 광학경로(46)를 따라 배열되어 있다.
상기 액체(42, 44)들은, 광투과성이고, 불혼합성이고, 다른 광학 굴절율을 갖고, 실질적으로 동일한 밀도를 갖는다. 상기 액체 또는 물방울(42)은 전기적인 절연성 물질로 구성되어 있다. 예컨대, 상기 물방울(42)에 대하여 오일(Oil), 알칸(Alcane), 또는 알칸의 배합물, 바람직하게는 할로겐화물, 또는 다른 절연성 액체 어느 것이라도 사용될 수가 있다. 상기 액체(44)는 전기적인 도전성 물질, 예 컨대, 염(Salt)을 다량 함유한 물(광물 또는 기타), 또는 다른 어떠한 액체, 유기물 또는 비유기물, 및 바람직하게는 이온성분의 첨가물에 의해 도전성을 갖는 것으로 구성되어 있다.
상기 하우징(40)은 전기적으로 절연성이고, 광투과성이고, 유리등의 물질, 바람직하게는 실란(Silane)으로 처리되거나 불소화 폴리머(Polymer)로 코팅된 물질이고, 또는 불소화 폴리머의 적층물, 에폭시 수지 및 폴리에틸렌으로 구성되어 있다. 상기 하우징(40)은 유전체 벽(Dielectric Wall, 48)을 포함하고, 바람직하게는 상기 광학경로 또는 축(46)에 대하여 대칭관계로 물방울(42)이 수용되는 웰(Well, 50)을 구비한다. 상기 웰(50)은 통상적으로 물방울(42)에 비교하여 낮은 습윤(wetting) 특성을 갖지만, 표면처리는 높은 습윤 특성을 보장하고 상기 물방울(42)의 중심위치를 유지하며 물방울이 살포되는 것을 방지한다. 더욱이, 상기 웰(50)은 이러한 살포를 방지하도록 도움을 준다.
상기 웰(52)의 아래에는 상기 액체(44)측으로 연장되는 제1 전극(54), 및 제2 전극(52)이 위치되어 있다. 상기 전극들은 전압원(V)에 접속되어 있다. 상기 전극들은, 특히 전극(52)은, 바람직하게는 광투과성이다. 전체 내용이 본 발명에 관련하여 통합되어 있는 미국특허 제6,369,954호에 설명된 바와 같이, 상기 전극들을 가로질러 전압을 인가할 때, 물방울(42)에 대하여 벽(48)의 습윤 특성을 변경하는 전기장이 생성된다. 상기 습윤은 전기장의 존재시에 실질적으로 증가한다.
전압을 인가하지 않을 때, 상기 물방울(42)은 도 2에 굵은 선으로 표시한 거의 반구형의 모양을 취하고, 그 외부표면 "A"는 볼록하다. 전압이 인가되면, 상기 유전체 벽(48)의 습윤이 증가하고, 상기 물방울(42)은 도 2에 점선으로 표시한 형상을 취하며, 그 외부표면 "B"는 곡률반경이 작게 더 볼록하다. 이러한 물방울의 변형은 상기 렌즈(35)의 초점을 변경시키고, 도 3-도 4와 관련하여 이후에 설명하는 바와 같이, 작동거리의 연장범위에 걸쳐 상기 기호(24)를 판독하도록 본 발명에 의해 채용된 것이다.
예를들면, 상기 정지상태에 있는 물방울(42)은 약 6mm의 직경을 갖는다. 상기 액체(44)가 염수(Salt Water)인 경우, 그 굴절율은 약 1.35이다. 상기 물방울(42)이 오일인 경우, 그 굴절율은 약 1.45이다. 약 40v RMS의 인가전압에 대하여 포커스 변화의 약 40 디옵터(Diopter)가 달성될 수가 있다. 상기 렌즈의 응답시간은 수 백분의 1초이고, 이 경우에, 주기전인 전압을 사용하면, 그 주파수는 50Hz와 10Hz 사이에 있을수 있으므로 그 주기는 상기 응답시간보다 작다.
도 3으로 돌아가서, 도 1의 광원(26)은 레이저 다이오드로서 도시되어 있다. 상기 스캔 미러(36) 및 그 구동부(38)는 도 3에 도시된 것과 같다. 상기 가변 렌즈(35)에서의 물방울(42)의 곡률 변화는 가까운 위치 Z1과 먼 위치 Z2 사이의 초점 을 변화시키는 원인이 된다. 상기 기호(24)는 이들 엔드 리미팅 위치(End-limiting Position) 및 그 위치 사이의 어느곳에서도 판독될 수 있고, 이에 의해 판독기의 작동범위를 향상시킬 수가 있다.
상기 전압은, 바람직하게는 주기적이고, 바람직하게는 구형파(Square Wave) 구동전압이다. 상기 구형파는 내장형 펄스 폭 모듈레이터(Modulator) 회로를 갖는 마이크로프로세서(Microprocessor, 60)에 의해 가변 듀티 싸이클(Duty Cycle)로 용 이하게 생성된다. 또한, 상기 구동전압은 사인곡선 또는 삼각형파 신호일 수도 있고, 이 경우에, 상기 전압의 증폭은 상기 물방울(42)의 형상과 차례대로 초점거리 및 작동거리를 제어한다. 상기 구형파는 초점거리의 일정한 변화에 대한 사인곡선파만큼 높은 전압을 필요로 하지 않는다. 예컨대, 많은 판독기들은 1개의 5V 전력을 사용한다. 상기 가변 렌즈는 5V보다 훨씬 높은 전압을 필요로 하고, 따라서 가변 렌즈를 구동하기 위해서는 상기 판독기내에 보다 높은 전압이 발생되어야 한다. 이렇게 발생되는 전압이 낮을 것을 필요로 할 수록, 전압발생회로의 비용이 낮아진다.
구형파를 사용하면, 상기 듀티 싸이클을 변화시킴으로써 초점거리 변화를 달성할 수 있다. 사인곡선파를 사용하면, 상기 구동전압 증폭을 변화시킴으로써 초점거리 변화를 달성할 수 있다. 상기 증폭 또는 듀티 싸이클은 상기 마이크로프로세서 또는 컨트롤러(60)에 의해 불연속 단계(디지탈 방식) 또는 연속적(아날로그 방식)으로 변화될 수 있고, 바람직하게는 상기 신호처리회로(28)와 같은 회로기판상에 탑재될 수 있다.
도 3의 배열구조에 있어서, 판독하는 동안에, 상기 레이저 빔은 상기 광학 경로 또는 축(46)의 거의 횡방향으로 초점면을 가로지르는 스캔 미러(36)에 의해 스캔된다. 상기 컨트롤러(60)는 상기 주기적인 전압을 상기 가변 렌즈(35)에 항시, 또는 설정된 시간에 인가하도록 작동할 수가 있다. 그래서, 상기 전압은 각각의 스캔, 또는 다른 모든 스캔 등에 대하여 인가될 수가 있다. 상기 전압은 스캐닝하는 동안 뿐만 아니라, 나중에라도 인가될 수가 있다. 상기 전압은 상기 방아 쇠(22)를 당길 때, 또는 기호를 검출한 후에만 개시될 수가 있다. 상기 전압은 자동적으로, 또는 스캐닝되는 기호가 아직 성공적으로 복호화되어 판독되지 않았음을 신호분석기(62), 바람직하게는 마이크로프로세서가 결정한 후에만 인가될 수가 있다.
도 4는, 센서(64)를 갖는 이미지기, 바람직하게는 상기 이미지면 Z3과 Z4에, 또는 그들 이미지면 사이의 어느곳에서도 위치되는 기호를 이미지하기 위해 포토셀(Photocell)의 서로 직교하는 행과 열을 갖는 CCD 또는 CMOS 어레이(Array)를 도시하고, 이에 의해 상기 기호로부터 광을 수집하는 초점의 깊이 또는 연장된 작동범위를 상기 이미지기에 제공할 수 있다는 점을 제외하고는, 도 3과 유사하다.
지금까지 설명한 바와 같이, 상기 물방울(42)의 곡률의 변화는 2개의 볼록한 곡률 A, B 사이이다. 또한, 본 발명의 사상범위내에서 상기 물방울을 그 곡률들 사이에서 변형시킬 수가 있다. 예컨대, 상기 물방울의 외면은 메니스커스(Meniscus)일 수 있고, 즉, 정지상태에서는 오목하고, 제1 전압을 인가할 때 제1 초점면에 광의 초점을 맞추기 위해서는 거의 평탄하며, 다른 제2 전압을 인가할 때 제2 초점면에 광의 초점을 맞추기 위해서는 볼록하다는 것이 가능하다.
도 2로 돌아가서, 상기 가변 렌즈(35)는 1개의 축단부 영역, 및 고정된 오목면, 또는 편평한 오목면에 고정된 볼록렌즈(66)를 갖고, 그 반대쪽 축단부에 렌즈(68)를 갖는다. 이들 고정된 렌즈는 전체 광학시스템의 부분이고, 어떠한 종류의 수차(Aberration), 예컨대, 색수차(Chromatic Aberration)를 최소화하는데 도움을 준다. 상기 광학시스템은 상기 광학경로의 어느곳에도 위치될 수 있는 애퍼츄어 스톱(Aperature Stop)을 유리하게 포함할 수가 있다.
변형체에 있어서, 상기 물방울(42)은 거의 반구형 모양, 즉 상기 광학경로(46)에 대하여 반경방향으로 대칭일 필요가 없지만, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 광학경로에 거의 수직한 횡방향을 따라 연장될 수가 있다. 지금부터는 참고숫자 '70'으로 표시하는 상기 원통형 물방울은, 유전체 벽(74)에 의해 형성된 채널형상의 웰(72)에 있게 된다.
주기적인 전압의 인가시에, 상기 원통형 물방울(70)은 이제부터는 원통형 렌즈로서 작용하고, 도중에 상기 기호를 통과하는 레이저 빔의 단면을 변화시킨다. 그래서, 레이저 다이오드로부터 상기 빔 단면(76)은, 도 7에 도시된 바와 같이, 거의 타원형이다. 예시된 x축은 상기 스캔 방향을 따른 것이다. y축은 상기 기호의 막대와 공백의 길이방향으로 연장된 것이다.
1차원 기호에 대하여는, 도 6에 도시된 것과 같이 더 타원형이거나 길게 연장된 단면(78)이 바람직하다. 2차원 기호에 대하여는, 도 8에 도시된 바와 같이 더 원형의 빔 단면(80)이 바람직하다. 주기적인 전압을 인가함으로써, 상기 원통형 물방울(70)은 상기 빔의 단면을 단면 78 또는 80 이든지, 또는 그중 어느 형상으로 광학적으로 변경할 수가 있다. 이들 형상 변화는 연속적으로 또는 단계적으로 일어날 수 있어, 손상되거나 불량하게 인쇄된 기호를 판독시 특히 유용하고, 이에 의해 시스템 성능을 향상시킬 수가 있다.
초점의 변화 및/또는 빔 단면의 변화가 어떠한 고체 렌즈의 기계적인 운동없이 성취된다는 것을 알 수 있을 것이다. 상기 액체를 제외하고, 가변 렌즈(35)의 모든 부분은 성형체로 제작될 수가 있다.
또한, 본 발명은 상기 광학경로에 1개 이상의 가변 렌즈를 사용할 수 있다는 것을 예상할 수 있다. 하나의 가변 렌즈는 초점 변화를 위해 사용될 수 있고, 다른 가변 렌즈는 빔 단면 및/또는 배율(Magnification, 즉, 줌 효과)의 타원율을 변화시키는데 사용될 수가 있다. 페츠발 렌즈(Petzval Lens)와 유사한 비점 수차(Astigmatism)를 줄이기 위해서는 다중 렌즈도 사용할 수가 있다.
더욱이, 본 발명은 물방울(42)의 곡률을 다른 방향으로 변화시키기 위해 상기 가변 렌즈에 다중 전극을 사용하여, 구형 렌즈를, 예컨대 원통형 렌즈로 변환시킬 수 있다는 것을 예상할 수가 있다. 또한 빔 허리(Beam Waist)로서 알려진 빔의 최소 단면을 변화시킬 수가 있고, 동시에 그 빔의 타원율을 변화시킬 수가 있다. 이동성 빔 판독기 뿐만 아니라 이미지기에 대하여, 필요할 경우 일부 특정의 수차를 수정하기 위해 추가(2개 이상) 전극을 사용할 수도 있다.
이동성 빔 스캐너에서는, 상기 가변 렌즈를 판독될 표시자쪽으로 밖으로 나가는 경로에 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 반사광을 광검출기로 복귀하는 복귀경로에 사용될 수도 있다. 상기 가변 렌즈는 상기 광검출기에 영향을 미치는 상기 반사광의 양을 변화시킴으로써 광학적인 자동 이득(Automatic Gain)을 제어하기 위해 상기 광검출기의 정면에 위치될 수도 있다.
본 발명에 의하면, 가변 렌즈에 전압을 인가하여 빔 단면을 변화시킴으로써, 손상되거나 불량하게 인쇄된 기호를 적합하게 판독시킬 수가 있다.
또한, 다른 초점면과 이미지면 사이의 변화 및/또는 빔 단면의 변화는 고체 렌즈를 기계적으로 또는 물리적으로 이동함이 없이 실행되고, 이에 따라 이러한 판독기에서의 소음과 진동 및 먼지는 물론, 크기, 중량, 전력 및 체적 요건을 감소시킬 수가 있다. 상기 가변 렌즈는 시간이 경과하더라도 마모되지 않는다.

Claims (20)

  1. 광 반사율이 다른 부품을 갖는 표시자(Indicia)를 전자 광학적으로 판독하기 위한 장치에 있어서,
    a) 광학경로를 따라 배열되고, 불혼합성이고, 다른 광학 굴절율을 가지며, 실질적으로 동일한 밀도를 갖는 한쌍의 광투과성 액체를 구비하는 가변성 광학렌즈로서, 상기 액체중의 하나는 제1 광학특성을 갖기 위해 상기 표시자쪽으로 광학경로를 따라 그 하나의 액체를 통과하는 광을 광학적으로 변경하기 위한 정지 상태(Rest State)의 형상을 갖는 가변성 광학 렌즈; 및
    b) 상기 형상을 변화시키기 위해 하나의 액체를 가로지르는 전압을 인가하고, 제2 다른 광학특성을 갖기 위해 그 광을 광학적으로 변경하기 위한 컨트롤러(Controller)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자광학 판독장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가변 렌즈에 광을 방출하기 위한 광원을 더 포함하고, 상기 제1 및 제2 광학특성은 상기 가변 렌즈에 대하여 다른 작동거리에서 상기 광학경로를 따라 이격된 다른 초점면인 것을 특징으로 하는 전자광학 판독장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 광원은 레이저 빔에 광을 방출하기 위한 레이저인 것을 특징으로 하는 전자광학 판독장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 가변 렌즈로부터 광을 수신하기 위한 센서를 더 포함하고, 상기 제1 및 제2 광학특성은 상기 가변 렌즈에 대하여 다른 작동거리에서 상기 광학경로를 따라 이격된 다른 이미지면(Imaging Plane)인 것을 특징으로 하는 전자광학 판독장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 센서는 셀(Cell)을 이미지하는 어레이(Array)인 것을 특징으로 하는 전자광학 판독장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 표시자에 걸쳐 상기 광과 시계(視界)중 적어도 하나를 스캐닝하기 위한 스캐너(Scanner)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자광학 판독장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 스캐닝하는 동안 상기 전압을 주기적인 전압으로서 연속적으로 인가하기 위해 작동하는 것을 특징으로 하는 전자광학 판독장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 표시자가 성공적으로 스캐닝되어 판독되었는지를 결정하기 위한 분석기를 더 포함하고, 상기 컨트롤러는 상기 표시자가 성공적으로 스캐닝되어 판독되었다고 결정되었을 때 상기 전압을 인가하기 위해 작동하는 것을 특징으로 하는 전자광학 판독장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 하나의 액체는 전기적으로 절연성을 갖고, 상기 다른 액체는 전기적으로 도전성을 가지며, 상기 하나의 액체의 일측면에는 제1 전극이 배치되어 있고, 상기 다른 액체에는 상기 하나의 액체의 반대측면에 제2 전극이 담가져 있고, 상기 전극들을 가로질러 상기 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 전자광학 판독장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 가변 렌즈는 상기 광학경로를 따라 상기 액체들로부터 이격된 적어도 1개의 고정된 초점렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자광학 판독장치.
  11. 제10항에 있어서,
    각각 + 및 -의 광학전력을 갖는 2개의 고정된 초점렌즈가 있고, 상기 2개의 고정된 초점렌즈는 상기 가변 렌즈의 대향하는 단부에 위치되어 있는 것을 특징으로 하는 전자광학 판독장치.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 가변 렌즈는 상기 하나의 액체가 정지하는 전기적 절연성 벽을 갖고, 상기 제2 전극은 상기 절연성 벽과 접촉하는 것을 특징으로 하는 전자광학 판독장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 하나의 액체는 상기 정지상태에서 상기 광학경로에 대하여 반경방향으로 대칭인 것을 특징으로 하는 전자광학 판독장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 하나의 액체는 상기 광학경로에 거의 수직한 가로축을 따라 연장되어 있고 상기 하나의 액체를 통과하는 광의 단면을 광학적으로 변경하는 것을 특징으로 하는 전자광학 판독장치.
  15. 광 반사율이 다른 부품을 갖는 표시자(Indicia)를 전자 광학적으로 판독하는 방법에 있어서,
    a) 불혼합성이고, 다른 광학 굴절율을 가지며, 실질적으로 동일한 밀도를 갖는 한쌍의 광투과성 액체중 하나는, 제1 광학특성을 갖기 위해 상기 표시자쪽으로 광학경로를 따라 그 하나의 액체를 통과하는 광을 광학적으로 변경하기 위한 정지 상태(Rest State)의 형상을 갖는 가변 광학 렌즈를 형성하기 위해, 상기 한쌍의 광 투과성 액체를 광학경로를 따라 배열하는 단계; 및
    b) 상기 형상을 변화시키기 위해 상기 하나의 액체를 가로지르는 전압을 인가하고, 다른 제2 광학특성을 갖기 위해 그 광을 광학적으로 변경하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자광학 판독방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 가변 렌즈에 광을 방출하기 위한 단계를 더 포함하고, 상기 제1 및 제2 광학특성은 상기 가변 렌즈에 대하여 다른 작동거리에서 상기 광학경로를 따라 이격된 다른 초점면인 것을 특징으로 하는 전자광학 판독방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 가변 렌즈로부터 광을 수신하기 위한 단계를 더 포함하고, 상기 제1 및 제2 광학특성은 상기 가변 렌즈에 대하여 다른 작동거리에서 상기 광학경로를 따라 이격된 다른 이미지면인 것을 특징으로 하는 전자광학 판독방법.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 표시자에 걸쳐 상기 광과 시계(視界)중 적어도 하나를 스캐닝하기 위한 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자광학 판독방법.
  19. 제18항에 있어서,
    스캐닝하는 동안 상기 전압을 주기적인 전압으로서 연속적으로 인가하기 위한 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자광학 판독방법.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 표시자가 성공적으로 스캐닝되어 판독되었는지를 결정하기 위한 단계, 및 상기 표시자가 성공적으로 스캐닝되어 판독되었다고 결정되었을 때 상기 전압을 인가하기 위한 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자광학 판독방법.
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