JPH0950476A - 光学スキャナ - Google Patents

光学スキャナ

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JPH0950476A JP8039227A JP3922796A JPH0950476A JP H0950476 A JPH0950476 A JP H0950476A JP 8039227 A JP8039227 A JP 8039227A JP 3922796 A JP3922796 A JP 3922796A JP H0950476 A JPH0950476 A JP H0950476A
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カンパネリ ジョセフ
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ドボルスキー ポール
Metorisukii Borisu
メトリスキー ボリス
Gurebitsuchi Burajimiiru
グレビッチ ブラジミール
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 放射される光ビームの広がりを小さくし、低
電流で駆動される半導体レーザを光源とする光学スキャ
ナを提供する。 【解決手段】 光ビームを生成する垂直共振型面発光レ
ーザ（１０）を含む基盤（１２）と、少なくとも一つの
前記光ビームと視野域を走査するための走査手段（１
８）と、前記目標物からの反射光を検知し、その検知さ
れた光の強度に応じた電気信号を生成するためのセンサ
（１２″）とを有する光学スキャナ。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、異なった光反射率
部分を持つ電子光学的読み取りマーク、例えば、バーコ
ード若しくはマトリックス配列の符号を読取るための光
学スキャナに関する。特に垂直共振型面発光レーザ（Ｖ
ＣＳＥＬ）ダイオードを採用したデバイスに関するもの
である。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】ラベル上や製品の表面
上に見られるバーコード符号のようなマークを読取るた
めに、種々の光学スキャナおよび光学的走査システムが
今まで開発されてきた。バーコード符号それ自体は、種
々の幅の一連のバーが互いに種々の幅のスペースで結ば
れ離間されて成るマークのコード化されたパターンであ
り、そのバーとスペースは、異なる光反射特性を持つ。
走査システムにおける光学スキャナ（リーダ）は、図形
マークを電気光学的に電気信号に変換し、物品とか幾つ
かの特性を書き込めるような英数字キャラクタにデコー
ドされる。そのような特性は、典型的にはデジタル形式
で提供され、販売処理、在庫管理、その他への適用のた
めデータプロセッシングシステムへの入力として用いら
れる。この種の一般的な走査システムのタイプは、これ
まで開示され、例えば、米国特許第4,251,798 号, 第4,
369,361 号, 第4,287,297 号, 第4,409,470 号, 第4,76
0,248 号, 第4,896,026 号に開示されている。上記特許
の幾つかに開示されているように、そのような走査シス
テムの一例が、とりわけ手持ちの、ユーザーによるポー
タブルなレーザ走査デバイスとして示され、それはユー
ザーが読み取るべき目標符号に、デバイスの走査ヘッ
ド、特に光ビームを狙い付けできる構成となっている。
【０００３】レーザ走査型バーコードリーダの光源は、
典型的には、ガスレーザもしくは、半導体レーザであ
る。光源として半導体デバイスを使用することは、それ
らが小型で、低コスト、低電圧駆動であることから特に
望ましい。光ビームは、目標距離で、あるサイズの光ス
ポットを形成するように光学的に、典型的には光学アッ
センブリにより修正される。目標距離での光スポットの
横断面は、異なる光反射率の領域間、例えば符号のバー
とスペース、の最小幅とほぼ同じであることが望まし
い。少なくともあるバーコードリーダにおいては、異な
る周波数の二つの光ビームを生成するため二つの光源を
備える提案がされている。
【０００４】本発明に示されたあるレーザバーコードス
キャナは、発明者Krichever 等による米国特許第5,144,
120 号に開示されており、それはミラーのないスキャナ
であって、レーザと光学系とセンサとを採用している。
これらの構成要素の一つもしくはそれ以上の要素が、走
査を効果的にするために、軸上あるいは平面で反復往復
運動するためのドライブ上に搭載されている。
【０００５】他の提案されたバーコードスキャナでは、
光ビームでバーコード符号を走査するのに、機械的デバ
イスを用いるよりむしろ、電気的手段を用いている。定
期的なシーケンスで一度に一つずつが駆動（活性化）さ
れる複数光源のリニアアレイは、走査ビームをシュミレ
ートするため、そのバーコード符号上に結像し得る。複
数光源の単一リニアアレイの代わりに、マルチラインア
レイを使用して、マルチ走査ラインを作ることができ
る。そのようなスキャナは、Metlitsky 等による米国特
許第5,258,605 号に開示されている。
【０００６】典型的には、そのようなバーコードスキャ
ナに用いられる半導体レーザは、端発光注入レーザ（ed
ge-emitting injection laser ）で、その光ビームは、
デバイスの研磨された端面上のｐ−ｎ接合領域から放射
される。物理的自然則から、これらの良く知られた端発
光注入レーザは、ｐ−ｎ接合の薄い領域からビームを放
射する。所定のパワー出力を出すため、ほんの小さいエ
リアだけがあり、そこで発生される熱は発散されなけれ
ばならない。さらに、薄い源からの光ビームは、大きな
ビーム広がりをもち、それがフォーカシングを困難にし
て、結果的に、半導体レーザの機能が大きく変動してし
まう。
【０００７】最近開発されている半導体レーザとして
は、垂直共振型面発光レーザ（Vertical-Cavity Surfac
e-Emitting Laser: ＶＣＳＥＬ) があり、それは、R.P.
Schneider 等によるIEE PhotonicsTechnologyLetters,V
ol.6,No.3,March 1994に発行された「Efficient Room-T
emperature Continuous-Wave AlGaInP/AlGaAs Visible
(670 nm) Vertical-Cavity Surface Emitting Laser Di
odes 」に記載されている。米国特許第5,283,447 号、
第5,285,466 号、第5,266,794 号、第5,319,496 号、第
5,326,386 号を参照されたい。
【０００８】そのＶＣＳＥＬは光ビームが発せられるに
十分な面エリアを有する。そして、良く知られている端
発光タイプの半導体レーザダイオードより、一次の発散
が一層少ない。射出される光ビームは丸く、実質的に非
点収差はない。さらに、重要な事だがＶＣＳＥＬは典型
的に端発光タイプの半導体レーザダイオードよりもより
低電力で駆動する。それゆえ、より熱が発生しにくい。
【０００９】当該技術におけるよく知られた光ビーム走
査システムでは、単一走査光ビームは、その表面にバー
コード符号を持つ目標物に向ける光路に沿って、レンズ
あるいは他の光学部品によって指し向けられる。可動ビ
ームスキャナは、光源そのものや光ビームの光路中に配
置されたミラー等の走査構成要素の駆動手段により、一
つの走査ラインまたは走査ラインの連続で、符号を横切
るように光ビームを繰り返し走査することによって操作
する。走査構成要素は、符号を横切るように光スポット
を掃引させ、符号パターンを横切り走査ラインをトレー
スするか、またはスキャナの視野を走査するか、あるい
はその両方をすることができる。
【００１０】バーコードリーダシステムは、また、その
符号から反射もしくは散乱された光を検知するセンサ若
しくは光検知器を含む。光検知器若しくはセンサは、符
号から反射し、あるいは発散して、検知され、電気信号
に変換される光の一部を確実にとらえることが出来る視
野を有するように、光路中でスキャナ内に位置づけられ
る。電気回路とソフトウエアは、電気信号を走査済の符
号によって示されたデータのデジタル表現にデコードす
る。例えば、光検知器で生成されたアナログ電気信号
は、デジタイザによってバーやスペースの物理的幅に対
応した幅を持ったパルスまたは変調デジタル信号に変換
される。そして、そのようなデジタル信号は、用いられ
た符号のシンボロジーに基づいて、その符号にエンコー
ドされたデータのバイナリ表現にデコードされ、その
後、それを表す英数字文字（Alpha numeric character
s)に変換される。
【００１１】よく知られたバーコードリーダシステムの
デコードのプロセスは、通常次のように働く。デコーダ
は、デジタイザからデジタル信号を変調したパルス幅を
受け、ソフトウエアで提供されるアルゴリズムを受け取
り、その走査のデコードを試みる。もし、走査で、スタ
ート文字とストップ文字、およびそれらの間の文字が完
全にデコードされたならば、デコード工程は終了し、読
み取り成功のインジケータ（緑色の光の発光や警告音）
が使用者に示される。そうでなければ、デコーダは次の
走査を受け、完全に走査のデコードがなされるか、もう
これ以上走査しても有効でなくなるまで、デコーダはそ
の走査の他のデコードを試みる。それから、そのような
信号はシンボロジーにしたがって、その符号にコード化
されているデータのバイナリ表現にデコードされ、そし
てそれを表す英数字文字にデコードされる。
【００１２】持ち運びできる光学スキャナは、バーコー
ド符号を読取れる光学的装置のタイプばかりではない。
他のタイプとしては、固体撮像アレイや電荷結像素子
（ＣＣＤ）技術に基づく検知器とともに働くものがあ
る。そのような従来技術の光学スキャナでは、検知器側
は、通常、そのアレイやＣＣＤの前面にレンズで像が縮
小されるため、読み取る符号よりも小さくなっている。
符号の全域は、走査デバイスの光放射ダイオード（ＬＥ
Ｄ）のような光源からの光でみたされており、そのアレ
イの各々のセルは、そのセルの視野内のバーとスペース
の存在を決めるためシーケンス的に読み出される。
【００１３】ＣＣＤスキャナの作動範囲は、レーザベー
スのスキャナに比較してむしろ限られており、特にＬＥ
Ｄ照明源を有するＣＣＤベースのバーコードのため狭く
なっている。ＣＣＤを使ったバーコードスキャナの他の
特徴は、米国特許第5,210,398 号で説明されている。こ
の先行技術には、二次元パターンで配列された情報の記
号を読み取るＣＣＤタイプのスキャナにおいて用いられ
ることが開示されている。
【００１４】本発明の一般的な目的は、半導体基板上に
設けられたバーコード読み取りのための光学スキャナを
提供することにある。本発明の他の目的は、走査パター
ンを生じるための運動ができるよう小枠アッセンブリ上
に光照射と検知の要素を積載することである。本発明の
さらにもう一つの目的は、光照射および／もしくは検知
の要素のアレイを含む半導体基板に隣接したレンズアレ
イおよび／または液晶シャッタ要素アレイを提供する。
【００１５】本発明のさらにもう一つの目的は、照明光
源として、垂直共振器型面発光レーザダイオードを用い
る光学スキャナ、たとえばバーコードリーダを提供す
る。本発明のさらにもう一つの目的は、複数の合焦を達
成するためにＶＣＳＥＬアレイを用いて自動調整（すな
わち、製造工程でのフォーカス工程を取り除く）を可能
にする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】これらの目的および以下
に明らかにするであろう他の目的にあわせて、本発明の
一つの特徴は、簡略に述べると異なる光反射率部分（例
えばバーとスペースとが交互にあるバーコード符号）を
有する記号を読取るための集積された光学スキャナにあ
る。
【００１７】また、本発明の他の特徴は、半導体基板上
に配置された複数の光源を次々活性化することによる一
連の光スポットで、その記号を含む視野を照明し、そし
てその記号から反射された光強度変化を持つ反射光の電
気信号を生成するため、その視野からの反射光を検知す
ることによってバーコード符号のような記号を読取る方
法にある。
【００１８】さらに、本発明は、一つもしくはそれ以上
の光ビームを放射する光源構成要素と、記号に向けて光
路に沿って光ビームを指し向ける光指向構成要素と、あ
る視野を有し、記号から反射し光強度変化を有する反射
光の少なくとも一部を検知するように働く固定光検知器
構成要素とからなる、記号を読取るバーコードリーダを
提供する。一つの光学的配列が、バーコードリーダの外
に配置された異なる焦点面に対して走査し、記号に対し
一連の独立した走査を提供するように機能することを提
供する。
【００１９】本発明では基板上に載置されマルチレーザ
ビーム出力を生成するように配置された垂直共振器型面
発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）と、光ビームによって走査を
効果的にする走査配置と、目標からの反射光を検知する
センサとの構成からなる光学スキャナを提供する。ＶＣ
ＳＥＬの表面領域は、ダイオードの表面前面に直接、
（例えば干渉もしくは屈折レンズの）光学構成要素を支
持するために有用に使われる。光学構成要素の実装は、
望ましいフォーカスを達成するため、組立中に便利にな
され得る。ＶＣＳＥＬは、スキャナの使用において、ほ
んの短い間の集中照射にだけ使われ、ＶＣＳＥＬの消費
電力をさらに減らすことができる。結果として、ＶＣＳ
ＥＬの基板は、レーザのヒートシンクをそれ以上必要と
しない十分な熱消散を提供できるであろう。
【００２０】本発明の特殊なある形態として、レーザの
段階的な配列（a phased array）は、異なる位置におけ
る合焦された走査ビームを、定義したグループで配置す
ることができる。代わってその走査は、単一走査ビーム
の効果を出すために、レーザダイオードの段階的配列を
作動させることにより電気的になすことができる。これ
らは、選択的にもしくは所定の自動シーケンスにしたが
って作動する。したがって、そのようなシステムが望ま
しいなら、複数ラインの走査が作り出されるか、あるい
は、二つもしくはそれ以上のレーザの光ビームが、予め
決められた目標面上に所定形状の光スポットを作り出す
ように開発される。
【００２１】走査はまた、領域ポイントまたは複数のポ
イントで、物理的にレーザを動かすことにより生じさせ
ることができる。それゆえ、両方の場合において、特に
レーザの段階的配列の場合には、ＶＣＳＥＬによる低い
パワー消費において、従来技術のデバイスを陵駕する利
点がある。
【００２２】
【発明の実施の形態】本明細書及び特許請求の範囲で用
いられる文言である「符号」は、広い意味で解釈される
べきであり、単にバーとスペースが交互になる符号パタ
ーンだけではなく、他のパターン、英数字の文字などと
か、要するに、異なる光反射率を持つ部分からなる如何
なる符号をもカバーするのである。
【００２３】図１を参照して本発明の第１実施の形態を
説明する。図１には、シリコン基板１２上にマウントさ
れた集積ＧａＡｌＡｓ ＶＣＳＥＬレーザダイオード１
０を含む本発明によるデバイス構造の平面図が示されて
いる。そのデバイス及び基板は、ここではまとめて“レ
ーザ装置１４”として称することにする。そのレーザ装
置１４は小枠アッセンブリ１６内に、一対のＴｉＮｉね
じれヒンジ１８で支持されている、そのヒンジ部はそれ
ぞれ基板１２と、小枠アッセンブリ１６の対向する面に
固着されている。
【００２４】電気接点２０，２０´は、それぞれのヒン
ジ１８に沿って通っている。一方の接点２０はＶＣＳＥ
Ｌ１０に接続され、離れた電源から電力を供給する。Ｖ
ＣＳＥＬ１０の活性領域は、そのより感応の低い表面に
よって十分に保護されており、ＶＣＳＥＬ１０を有する
基板１２をウエハー接合することが可能である。必要と
しない半導体エリア（ＳｉとＧａＡｌＡｓの両方）はそ
の中央の島を定めるためエッチングして取り去ることが
できる。
【００２５】図１のデバイスは、いずれの側もねじれヒ
ンジ（蝶番）で枠体中に釣り下げられているが、カンチ
レバー（片持梁）構造でなされても良い。デバイスを物
理的に動かすためのアクチュエータ機構には、十分な動
きが十分円滑で、しかも適当な方法で役割を分け与えら
れる静電気、バイメタル、形状記憶、圧電、磁気、ある
いはその他のよく知られた形態でも良い。米国特許出願
第08/141,342号には、いろいろ小型化された可動アッセ
ンブリが図示されている。それは、もっと一般的で、ぴ
んと張ったバンド、マイラ、その他の運動基質上に載置
することもできる。レンズは焦点合せのために、ＶＣＳ
ＥＬの頂部に備えられている。そのレンズは、干渉光学
部品であり、ＶＣＳＥＬに“ウエハー接合”することが
できる。
【００２６】図２を参照すると、バーコードリーダ３１
のハウジング２９に配置された図１のレーザ装置１４が
示されており、そのＶＣＳＥＬ１０は、デバイスの放射
表面上に直接あるいは近接して載置されたレンズアレイ
２４によって平行にされる発散光ビームを生成する。拡
散体２６は、具体的には、ＶＣＳＥＬ１０が均一な照明
を生成するために、平行光ビームの光路中で用いられ
る。拡散はどんな平行化をしなくても実行することがで
きる。もし、光ビームの近くであれば、それは望ましく
平行化されており、拡散しない。光ビームが拡散されて
いるなら、その光ビームは目標の照明だけに用いられ、
我々は、拡散のためＣＣＤアレイを必要とする。
【００２７】平行化されているか拡散しているかのどち
らかの光ビームは、スキャナ装置３１のハウジング２９
にある窓２７を通過して、バーコード符号を有する目標
２８に入射する。レーザ装置１４は、バーコード符号を
走査する静的な光ビームの線形運動を作り出すねじれヒ
ンジ１８のまわりに回転させられる。バーコード符号か
らの反射光は、光検知器３０で検知され、検知された光
の強度変化がデジタル化されて一般的なデコーダに適用
される。レーザ装置１４の典型的な動きは、走査するた
め約４０度の角度で掃引する。
【００２８】バーコード符号のついた目標２８を照明す
るためＶＣＳＥＬ１０を用いることによって、照明光源
の熱発生が従来技術のデバイスよりもかなり低く実現出
来る。この場合、光ビームは走査されず、受光手段はＣ
ＣＤもしくはＣＭＯＳの検知器アレイであればよい。バ
ーコードリーダ３１は、図２で固定装置として示されて
いるが、他の実施の形態として、他のいろいろな形態を
とり得る。例えば、図４に記載されているように、トリ
ガで操作される銃タイプのような形態をとることもでき
る。
【００２９】図１に戻って、基板１２の表面上に集積さ
れたＶＣＳＥＬ１０に加えて、“走査ミラー”の役割を
する、ミラー１２´と枠１６の残りの部分は、光検知器
センサ構成要素あるいはセンサアレイに形成することも
できる。ミラー上の光検知器は、ミラーが常に走査ビー
ムの方向に向きをかえることから、レトロ（再び元に帰
る）反射型である。枠１６上の検知器１２″が固定され
ていれば、非レトロ反射型である。枠領域は、ミラーを
支持するねじれヒンジの近くの空きスペースに占めるこ
とにより増やすことができる。
【００３０】次に図３（ａ）、図３（ｂ）、図３（ｃ）
を参照して、本発明の他の実施の形態を説明する。図３
（ａ）では、ＶＣＳＥＬ４０から放射された光を平行光
化し、合焦するための適当なレンズ４１と、液晶アレイ
４２と共に、ＶＣＳＥＬアレイ４０の組み合わせを示し
ている。一般によく知られている、例えば米国特許第5,
071,229 号では、液晶、液晶ポリマー、ＰＬＺＴ等の開
口サイズを変化させる光遮蔽手段のような電気光学効果
を有する物質で構成される可変焦点距離レンズと、その
光遮蔽手段の開口サイズの変化に同期して可変焦点距離
レンズの焦点距離を変化させるための一般的な手段を示
している。そうして、視野の明るさと、フォーカシング
による視野の深度と、目的物までの距離は、液晶デバイ
スで制御できることはよく知られている。液晶絞りのよ
うな電磁気的絞り装置が、液晶レンズのような可変焦点
距離レンズと組合わせることによって、絞り直径を可変
にできる結像レンズのフォーカス調整と連携するものと
して、これまで従来技術として提案されてきた。電気光
学的絞り装置の従来例としては特開昭59-156219 号公報
に開示されている。
【００３１】本発明はまた、目標符号４３上に一つの
（走査）路を形成するため、所定のパターンでレンズ４
１から放射された光を指し向けるため、液晶アレイ４２
が有するシーケンシャルでかつ選択的に活性化され、独
立の部品からなる手段でバーコード符号４３の走査をす
るため、その液晶アレイ４２を使用している。その符号
４３からの反射光は、公知のバーコード読み取りシステ
ムではセンサ４４により検知される。米国特許第5,258,
605 号の、特にその中の図２０を参照されたい。
【００３２】図３（ｂ）に示される他の実施の形態で
は、バーコード符号４３を照明するため、光源４７を使
用している。液晶アレイ４２は、アレイ４５上に結像さ
れる視野部分を選択し決定するように、視野を結像する
検知器アレイ４５と組み合わされて作用する。対応する
フォーカスレンズアレイは、米国特許第5,345,336 号で
図示されたアレイのように、検知器アレイ４５中の特定
の検知器要素が、特定の光学的特性（例えば、焦点距
離、開口、偏光、フィルタリング等）のレンズ要素と組
合わされるように、その検知器アレイ４５と組合わされ
て用いられる。符号４３がその検知器アレイ４５から任
意位置あるいは不知距離にある時とか、符号平面がアレ
イ面に対して歪んだ状態である時は、検知器要素とレン
ズ要素のマッチングが、検知器アレイ４５上への符号４
３の正確な結像のために用いられるかもしれない。
【００３３】したがって、本実施の形態では、バーコー
ドリーダからある距離を置いた符号を読み取るバーコー
ドリーダを提供する。それは読み取り要素のグループの
配列（アレイ）を含み、各グループは組み合わせにより
所定の作動焦点距離を持っている。読み取り要素の各グ
ループに対応した少なくとも一つの液晶要素があり、そ
の選択可能な液晶要素の配列が読み取り要素の配列に隣
接して配置される。対応する選択された液晶要素を通し
て、光を送る読み取り要素の対応したグループを選択す
るために選択液晶要素を活性するための手段を持ち、そ
れによってリーダは所定の選択された作動焦点距離で作
動することになる。
【００３４】図３（ａ），３（ｂ）で示される液晶マト
リックスの代用として、射出光ビームあるいは戻り光ビ
ームの光路中に、小さい多数のミラーのアレイを用いて
もよい。その様なミラーの選択的に活性化した個々の列
（あるいはシーケンシャルなパターンにおけるそのよう
なミラーのうち所定の一つ）により、求める走査パター
ン（あるいは結像視野）のタイプにしたがって、特定の
光源要素（光源のＶＣＳＥＬアレイのような）か、検知
器要素（アレイ４５のような）かのいずれかを“選択”
できる。歪みミラーデバイス（以下“ＤＭＤ”）は、テ
キサスインスツルメンツの“ＩＢＭ，ＴＩはマルチ光信
号へのより良い道を表明”ＩＥＥ協会１９８９年１１月
ＶＯＬ．１３ ＮＯ．１１の記事に示すように、液晶
マトリックスに代わって、またはそれに加えて使用する
ことができる。米国特許第5,256,269 号、第5,083,857
号および第4,441,791 号をも参照されたい。その様な先
行技術に注目されるように、ＤＭＤは、電極のアレイ
（チップ表面に位置し、それらの上にあるミラー画素要
素を制御する）にアクセスするため、ダイナミックＲＡ
Ｍのような同種のアドレス回路に依存する。ＤＭＤは、
アナログとデジタルの両方の能力を持つ。アナログでの
応用として、２つのアドレス電極のうち一方に電位をか
けると、ミラー画素はある方向に回転され、その電圧を
増加させると、ミラーの回転角度も増加する。本発明で
は、ある方向あるいは他の方向へフル回転するようにし
た。
【００３５】図３（ｃ）は、図３（ａ）に示される実施
の形態の他の実施の形態の拡大図である。図３（ｃ）
は、列と行３２で並らび、そして一つの共通の基板３４
に配されたＶＣＳＥＬ１０の二次元配列３３を示す。レ
ンズ３５のアレイは、そのデバイスの出射光路中に同様
に配列されている。レンズ３５のアレイは、図３（ｃ）
のＶＣＳＥＬ１０から離れて示されているが、それら
は、図２のようにレーザビーム放射基板上に直接マウン
トされてもよい。半導体光源に密接、隣接して配置され
たレンズアレイを用いている装置の一例が米国特許第5,
345,336 号に開示されている。もう一つのレンズ３６
が、例えば異なった距離Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３で各々独立の
光ビームを合焦させるために、そのビーム光路中に配置
されている。
【００３６】この実施の形態では、走査を行うデバイス
の物理的な運動は何も記載していないが、他の実施の形
態では、アレイが動く基板上に配置されることもあり得
る。図３（ｃ）では、走査の実行は、そのアレイの列の
ＶＣＳＥＬ１０のシーケンシャルな励起によってなされ
る。このシーケンシャルな励起によって、バーコード３
７を検知器３８が従来の方法でデコードできるように、
反射光の強度変化をピックアップできるように、バーコ
ードが掃引されることによって、単一走査ビームと等価
の走査が作り出される。
【００３７】本発明は、ＶＣＳＥＬデバイスの多様なタ
イプと一緒に実施され、それらは２−６族、またはより
好ましくは特に３−５族の化合物半導体材料層を含むこ
とが推奨される。ある実施の形態として、レンズ３５の
配列は一つの焦点面で単一走査ビームと同じ効果を提供
するように配置される。しかしながら、このレンズ３５
の配列はまた、異なる面上へ焦点合わせされる一連のビ
ームを形成するように設計されている。この場合、重要
な焦点面は手動で選択されるか、もしくは、デコーダが
うまくデコードされた情報の受領を認識するまで自動シ
ーケンスの一部として繰り返される。そして、本発明で
はリーダからある距離にある符合を読み取るための以下
の構成からなるバーコードリーダをも提供する。
【００３８】読み取り要素のグループの配列と（その各
々のグループは関連した所定の操作焦点距離を持ってい
る）、前記読み取り要素の配列に隣接しておかれてお
り、少なくとも一つの液晶もしくはＤＭＤ要素が読みだ
し要素の各グループに対応している、選択可能な液晶の
配列もしくはＤＭＤ要素と、そして、対応し選択された
要素を通過して光を伝送する（そこではリーダが所定の
選択された操作焦点距離で操作される）ため読み出し要
素の該当したグループを選択するために選択された液晶
もしくはＤＭＤ要素を活性化するための手段とである。
【００３９】もちろん、本発明によれば、可視領域もし
くは赤外線領域の波長で放射される光ビームでも同様に
よく作動できる。例えば、ＣＣＤタイプのバーコードリ
ーダでは、検知器の前に光学的バンドパスフィルタを採
用することによって、検知器に到達する環境光を減らす
ことができる。フィルタと、レーザ（非常によい目標物
照明になる）からの高パワー出力との結み合わせによ
り、そのような検知器の作動範囲をかなり増すことがで
きる、そしてそれは結像タイプの検知器にとって特に重
要である。図４には、本発明の集積された電気−光学デ
バイスを使ったバーコードリーダのあるタイプの最も簡
略な実施の形態が図示されている。リーダ１００は、図
示したような手持ちスキャナとして使用されるか、固定
スキャナのデスクトップのワークステーションとして使
用される。好ましい実施の形態としては、光伝送窓（射
出窓）１５６を通って外に向う光ビーム１５１がハウジ
ング１５５の外に配置された符号１７０上に指し向けら
れ、横断して走査されるように、光伝送窓１５６を含む
ハウジング１５５に配置される。
【００４０】図４の手持ちデバイスは、米国特許第4,76
0,248 号（発明者Swartz等）あるいは、米国特許第4,89
6,026 号に開示されたタイプであり、そしてまたシンボ
ルテクノロジ社の製品番号ＬＳ８１００，ＬＳ２００
０，ＬＳ３０００として市販のバーコードリーダの構成
に似ている。それに代えて、もしくはそれに加えて、米
国特許第4,387,297 号（発明者Swartz等）あるいは米国
特許第4409470 号（発明者Shepard 等）の特徴は、図４
のバーコードリーダユニットの構成を採用していること
である。これらの米国特許第4,760,248 号、米国特許第
4,896,026 号、米国特許第4,409,470 号は本明細書に先
行技術として援用され、またそのようなデバイスの一般
的なデザインは、参考のためここで簡単に説明する。
【００４１】図４を参照して、より詳細に説明すると、
射出光ビーム１５１は、リーダ１００の中で電気−光学
デバイスによって生成され、リーダユニットの前方数イ
ンチのところの目標物上に置かれたバーコード符号に照
射するべく指し向けられる。その射出光ビーム１５１
は、走査パターンにしたがって走査される。そして使用
者は手持ちユニットを、走査パターンが符号を横切って
読み取られるように位置付けする。
【００４２】その符号からの反射及び／もしくは拡散さ
れた光１５２はリーダユニット内の光応答デバイス１５
８によって検知され、バーコードによって表されたデー
タを再生するため処理され、デコードされて連続した電
気信号を生成する。以下、用いられる文言“反射光（re
flected light）”は、反射及び／もしくは拡散光を意
味する。
【００４３】望ましい実施の形態においては、そのリー
ダユニット１００は、グリップ部１５３のピストル型グ
リップを有するガン形状のデバイスである。可動トリガ
１５４は、使用者が符号を指し示すためデバイスを位置
づけしたとき、光ビーム１５１及び検知器回路を活性化
するように作動される。軽量のプラスチック製ハウジン
グ１５５は、レーザ光源１４６と、検知器１５８と、光
学系１５７、１４７、１５９、および電源もしくはバッ
テリ１６２とともにＣＰＵ１４０を持つ符号処理回路と
を含む。ハウジング１５５の前端部にある光伝送窓１５
６は、光ビーム１５１が射出されるように、また反射光
１５２が入ってくることができるようにする。リーダ１
００は、符号に触れないで、ある間隔で離れたバーコー
ド符号を狙うことができ、あるいは符号を横切って動か
すことができるように設計されている。典型的には、手
持ちバーコードリーダのこのタイプは、おそらく数イン
チの範囲内で作動するように特定されている。
【００４４】既知の米国特許第4,409,470 号に開示され
ているように、リーダ１００は、持ち運び可能なコンピ
ュータ端末としての機能を持ち、キーボード１４８とデ
ィスプレイ１４９を含む。本発明は、一次元もしくは二
次元バーコードの読み取りに関して記述してきたが、そ
のような実施の形態に限られるものではなく、更に複雑
な記号走査の応用に適用することもできる。本発明の方
法は、種々のマシンビジョン（機械視覚）あるいは光学
的キャラクタ認識応用（そこでは、情報は文字のような
他のタイプの記号、あるいは走査する物品の表面特性か
ら引き出される）と共に用いるための応用をも見つけだ
すことができると、考えられる。
【００４５】その種々の実施の形態の全てにおいて、本
スキャナの要素は、全スキャナが集積モジュールの単一
プリント回路基板として組み付けられるように、非常に
コンパクトなパッケージの中に組み付けることが可能で
ある。そのようなモジュールは、データ取得システムの
様々な異なるタイプ用のレーザ走査要素として交換して
用いることができる。例えば、そのモジュールは、手持
ちスキャナに用いられたり、フレキシブルアームに取り
付けられたり、テーブル上に伸びて据え付けられたり、
テーブルトップの下面に取り付けられたり、もっと精巧
なデータ取得システムの副構成要素あるいは副組立体と
して組み付けられたりするテーブルトップスキャナにお
いて、選択的に用いられる。そのような構成要素につな
がった制御もしくはデータのラインは、そのモジュール
の縁あるいは外部面に取り付けられた電気コネクタに接
続されており、そのモジュールが他のデータ取り込シス
テムの構成要素に取り付けられた接続コネクタに電気的
に接続可能となる。
【００４６】各々のモジュールは、例えば、ある作動距
離での作動や、特定の記号や印刷密度での作動と連動し
た特定の走査特性もしくはデコード特性を有する。その
特性は、そのモジュールと連動した制御スイッチのマニ
ュアル設定によって定義される。ユーザーは、異なるタ
イプの物品を走査するために、そのデータ取得システム
を適用させることができるし、または、簡単な電気コネ
クタを用いてデータ取得システムのモジュールを交換す
ることによって、そのシステムは異なる装置に応用する
こともできる。
【００４７】上記の走査モジュールは、また、キーボー
ド、ディスプレイ、プリンタ、データ記憶部、アプリケ
ーションソフトウエア、データベースの一つ、もしくは
それ以上を含む自己内蔵のデータ取得システムに備えら
れることもできる。そのようなシステムはまた、データ
取得システムが、モデムあるいはＩＳＤＮインターフエ
ースを通してばかりでなく、携帯ターミナルから定位置
レシーバーへの低消費電力無線通信によってローカルエ
リアネットワークの他の構成要素と通信したり、あるい
は、電話交換ネットワークと通信できるようにしたりで
きるような通信インターフエースを含むことができる。
【００４８】上記した特徴の各々、あるいは二つまたは
それ以上を一緒にすることによって、上述したタイプと
は異なる他のスキャナやバーコードリーダにおいて有用
な応用が見つかるであろうことは理解されよう。本発明
は具体的に図示し説明されてきたが、詳細に示されたも
のに限定されることを意味するものではない。種々の実
施の形態および構造上の変形が、どんな形であれ、本発
明の精神を外れないでなすことができるからである。
【００４９】さらに分析検討すること無しに、前述の内
容によって十分本発明の要旨を開示しているので、他の
人は、先行技術から、公正に本発明の一般的あるいは特
定の観点から本質的な特性を構成する特徴を除外するこ
となく容易にいろいろな装置に応用できる。従って、そ
のような応用は、特許請求の範囲と同等の意味の範囲内
であると理解されるべきであり、また理解されるはずで
ある。
【００５０】本発明は下記の通り、言い表せることがで
きる。 １．光ビームを生成する垂直共振型面発光レーザを含む
基板と、少なくとも一つの前記光ビームと視野域を走査
するための走査手段と、目標物からの反射光を検知し、
その検知された光の強度に応じた電気信号を生成するた
めのセンサと、からを有することを特徴とする光学スキ
ャナ。
【００５１】２．前記第１項記載の光学スキャナにおい
て、前記レーザはレーザ要素の配列（アレイ）から成
り、その要素の各々は所定のシーケンスにしたがって作
動することを特徴とする光学スキャナ。 ３．前記第２項記載の光学スキャナにおいて、前記レー
ザ要素の配列は、シーケンス的に作動されるとき、連続
した走査光路を形成するように、要素の複数のグループ
を集合的に使用可能に配置されていることを特徴とする
光学スキャナ。
【００５２】４．前記第３項記載の光学スキャナにおい
て、前記複数の各々のグループは前記光ビームを合焦さ
せるための組み合わされた光学装置を有し、前記各々の
グループは単一走査線を示すように使用され、前記各々
のグループは目標物を走査する光学スキャナの異なる合
焦面を定義することを特徴とする光学スキャナ。
【００５３】５．前記第１項記載の光学スキャナにおい
て、前記センサは光検知器要素の配列（アレイ）を含む
ことを特徴とする光学スキャナ。 ６．前記第５項記載の光学スキャナにおいて、前記光検
知器要素の配列は、要素の複数のグループを集合的に使
用可能に配置されていることを特徴とする光学スキャ
ナ。
【００５４】７．異なる光反射率で配置された記しを読
み取るための光学スキャナにおいて、（Ａ）一つ又はそ
れ以上の光ビームを放射するための光源構成要素と、
（Ｂ）前記記しの方向への光路に沿って光ビームを導く
ための光指し向け構成要素と、（Ｃ）一つの視野域をも
ち、前記記しからの種々の光強度をもつ反射光の少なく
とも一部分を検知するために作動し、検知した光強度を
示す電気信号を生成するため作動する固定検知器構成要
素とを有し、前記光学スキャナは前記記しの一連の独立
した走査を提供するように機能する光学装置からなり、
各々の走査は前記光学スキャナに対して外側に配置され
た異なる合焦面を示すことを特徴とする。
【００５５】８．前記７項記載の光学スキャナにおい
て、前記光学スキャナは更に、該光学スキャナの視野に
実質的に均一な照明を供給するための拡散光学手段を有
することを特徴とする光学スキャナ。 ９．前記第７項記載の光学スキャナにおいて、前記光学
スキャナは更に、前記検知器構成要素への外乱光の影響
を減らすために、前記検知器構成要素の前に配置された
光学バンドパスフィルタを有することを特徴とする光学
スキャナ。
【００５６】１０．異なる光反射率の部分を有し、光学
スキャナに対し外側に配置された記しを読み取る光学ス
キャナにおいて、（Ａ）一つまたはそれ以上の光ビーム
を放射するための光源構成要素と、（Ｂ）前記記しに向
かう光路に沿って光ビームを指向するための光指し向け
構成要素と、（Ｃ）一つの視野域を有し、前記記しから
の種々の光強度をもつ反射光の少なくとも一部分を検知
するために作動し、検知した光強度を示す電気信号を生
成するため作動する固定検知器構成要素とを有し、前記
光学スキャナは前記記しの一連の独立した走査を提供す
るように機能する光学装置からなり、各々の走査は前記
光学スキャナに対して外側に配置された異なる合焦面を
示すことを特徴とする光学スキャナ。
【００５７】１１．前記第１０項記載の光学スキャナに
おいて、前記光学スキャナは更に、該光学スキャナの視
野に実質的に均一な照明を供給するための拡散光学手段
を有することを特徴とする光学スキャナ。 １２．前記第１０項記載の光学スキャナにおいて、前記
光学スキャナは更に、前記検知器への外乱光の影響を減
らすため検知器構成要素の前に配置される光学バンドパ
スフィルタを有することを特徴とする光学スキャナ。
【００５８】１３．レーザ光源からある距離に置かれた
符号を読み取るための光学スキャナにおいて、各々のグ
ループが関連する所定の作動焦点距離を持つ、読み取り
要素の複数のグループの配列（アレイ）と、前記読み取
り要素に隣接して配置され、少なくともその一つの液晶
素子が読み取り要素の各グループに対応している選択可
能な液晶素子の配列（アレイ）と、前記光学スキャナが
所定の選択された作動焦点距離で作動するところで対応
する選択された要素を通して光を伝達するための対応す
る読み取り要素のグループを選択できるように、選択さ
れた液晶素子を活性化する手段と、から成ることを特徴
とする光学スキャナ。
【００５９】１４．一つ又はそれ以上の基板上に形成さ
れた光走査システムであって、目標物を横切って走査す
る光ビームを生成するため、第一の基板上に集積された
レーザ光源と、前記目標物からの反射光を検知し、その
検知光に代替する信号を生成するため、第二の基板上に
集積されたセンサと、走査パターンを形成し、前記目標
物からの反射光を検知するために、ある一つのパターン
で前記第一及び第二の基板を駆動するための手段と、を
有することを特徴とする光走査システム。
【００６０】１５．前記第１４項記載の光走査システム
において、前記光走査システムには更に、前記レーザ光
源で生成される光ビームを合焦させる第一のレンズを有
することを特徴とする光走査システム。 １６．前記第１５項記載の光走査システムにおいて、前
記光源は前記第一のレンズの光軸に沿って配置されるこ
とを特徴とする光走査システム。
【００６１】１７．バーコード符号のような記しの読み
取り方法において、（Ａ）半導体基板上に分離した複数
の光源を連続的に活性させることによる連続した光スポ
ットにより前記記しを含む範囲を照明するステップと、
（Ｂ）前記符号からの種々の光強度をもつ反射光に応じ
た電気信号を生成するため前記符号からの反射光を検知
するステップと、から成ることを特徴とする読取り方
法。
【００６２】１８．バーコード符号の読み取り方法にお
いて、（Ａ）整列された状態にある分離された複数のレ
ーザ光源を連続的に活性化させることによって、光スポ
ットの計測されたシーケンスで前記符号を照明するステ
ップと、（Ｂ）前記符号から反射した種々の強度の光に
代替する電気信号を生成するため前記符号から反射され
た光を検知するステップと、から成ることを特徴とする
読取り方法。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、ねじれマイクロマシンミラー上に取
り付けられたＶＣＳＥＬおよび検知器を正面から見た図
である。
【図２】 図２は、本発明のバーコードスキャナの一実
施の形態を示す図である。
【図３】 図３（ａ）乃至図３（ｃ）は、本発明のバー
コードスキャナの他の実施の形態を示す図である。
【図４】 図４は、本発明を用いた手持ち式バーコード
スキャナである。
【符号の説明】
１０ 垂直共振型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ） １２ シリコン基板 １４ レーザ装置 １６ 枠 １８ ヒンジ ２０ 電気接点 ２４ レンズアレイ ２６ 拡散体 ２７ 窓 ２８ 目標 ２９ ハウジング ３０ 光検知器 ３１ バーコードリーダ ３４ 基板 ３５ レンズ ３６ レンズ ３７ バーコード ３８ 検知器 ４０ レーザダイオード（ＶＣＳＥＬ） ４１ レンズ ４２ 液晶アレイ ４３ 目標符号 ４４ センサ ４５ 検知器アレイ ４６ レンズアレイ ４７ 光源 １００ バーコードリーダ １４０ ＣＰＵ １４６ レーザ光源（ＶＣＳＥＬ） １４７ 光学系 １４８ キーボード １４９ ディスプレイ １５１ 射出光ビーム １５２ 反射光（分散光） １５３ グリップ部 １５４ トリガ １５５ ハウジング １５６ 出口 １５７ 光学系 １５８ 検知器 １５９ 光学系 １６２ バッテリー １７０ 符号
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジョセフ カンパネリ アメリカ合衆国 ニューヨーク州 11720 センターイーチ エミリー ドライブ 70 (72)発明者 ポール ドボルスキー アメリカ合衆国 ニューヨーク州 11790 ストーニー ブルック ベーカー ドラ イブ 39 (72)発明者 ボリス メトリスキー アメリカ合衆国 ニューヨーク州 11790 ストーニー ブルック アコーン レー ン 23 (72)発明者 ブラジミール グレビッチ アメリカ合衆国 ニューヨーク州 11797 ロンコンコマ ペコニックストリート 500 (72)発明者 マーク クリシェバー アメリカ合衆国 ニューヨーク州 11788 ハウポージ カルドンレーン 26 (72)発明者 ダニエル アール マクギリーン アメリカ合衆国 ニューヨーク州 11209 ブルックリン 76ストリート 266

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光ビームを生成する垂直共振型面発光レ
    ーザを含む基板と、 少なくとも一つの前記光ビームと視野域を走査するため
    の走査手段と、 目標物からの反射光を検知し、その検知された光の強度
    に応じた電気信号を生成するためのセンサと、を有する
    ことを特徴とする光学スキャナ。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の光学スキャナにおいて、 前記レーザはレーザ要素の配列（アレイ）から成り、そ
    の要素の各々は所定のシーケンスにしたがって作動する
    ことを特徴とする光学スキャナ。
  3. 【請求項３】 請求項２記載の光学スキャナにおいて、 前記レーザ要素の配列は、シーケンス的に作動されると
    き、連続した走査光路を形成するように、要素の複数の
    グループを集合的に使用可能に配置されていることを特
    徴とする光学スキャナ。
  4. 【請求項４】 請求項３記載の光学スキャナにおいて、 前記複数の各々のグループは前記光ビームを合焦させる
    ための組み合わされた光学装置を有し、 前記各々のグループは単一走査線を示すように使用さ
    れ、 前記各々のグループは目標物を走査する光学スキャナの
    異なる合焦面を定義することを特徴とする光学スキャ
    ナ。
  5. 【請求項５】 請求項１記載の光学スキャナにおいて、 前記センサは光検知器要素の配列（アレイ）を含むこと
    を特徴とする光学スキャナ。
  6. 【請求項６】 請求項５記載の光学スキャナにおいて、 前記光検知器要素の配列は、要素の複数のグループを集
    合的に使用可能に配置されていることを特徴とする光学
    スキャナ。
  7. 【請求項７】 異なる光反射率で配置された記しを読み
    取るための光学スキャナにおいて、 （Ａ）一つ又はそれ以上の光ビームを放射するための光
    源構成要素と、 （Ｂ）前記記しの方向への光路に沿って光ビームを導く
    ための光指し向け構成要素と、 （Ｃ）一つの視野域をもち、前記記しからの種々の光強
    度をもつ反射光の少なくとも一部分を検知するために作
    動し、検知した光強度を示す電気信号を生成するため作
    動する固定検知器構成要素とを有し、 前記記しの一連の独立した走査を提供するように機能す
    る光学装置からなり、各々の走査は異なる合焦面に対し
    てなされることを特徴とする光学スキャナ。
  8. 【請求項８】 請求項７記載の光学スキャナにおいて、 前記光学スキャナは更に、該光学スキャナの視野に実質
    的に均一な照明を供給するための拡散光学手段を有する
    ことを特徴とする光学スキャナ。
  9. 【請求項９】 請求項７記載の光学スキャナにおいて、 前記光学スキャナは更に、前記検知器構成要素への外乱
    光の影響を減らすために、前記検知器構成要素の前に配
    置された光学バンドパスフィルタを有することを特徴と
    する光学スキャナ。
  10. 【請求項１０】 異なる光反射率の部分を有する記しを
    読み取る光学スキャナにおいて、 （Ａ）一つまたはそれ以上の光ビームを放射するための
    光源構成要素と、 （Ｂ）前記記しに向かう光路に沿って光ビームを指向す
    るための光指し向け構成要素と、 （Ｃ）一つの視野域を有し、前記記しからの種々の光強
    度をもつ反射光の少なくとも一部分を検知するために作
    動し、検知した光強度を示す電気信号を生成するため作
    動する固定検知器構成要素とを有し、 前記光学スキャナは前記記しの一連の独立した走査を提
    供するように機能する光学装置からなり、各々の走査は
    異なる合焦面に対してなされることを特徴とする光学ス
    キャナ。
  11. 【請求項１１】 請求項１０記載の光学スキャナにおい
    て、 前記光学スキャナは更に、該光学スキャナの視野に実質
    的に均一な照明を供給するための拡散光学手段を有する
    ことを特徴とする光学スキャナ。
  12. 【請求項１２】 請求項１０記載の光学スキャナにおい
    て、 前記光学スキャナは更に、前記検知器への外乱光の影響
    を減らすため検知器構成要素の前に配置される光学バン
    ドパスフィルタを有することを特徴とする光学スキャ
    ナ。
  13. 【請求項１３】 レーザ光源からある距離に置かれた符
    号を読み取るための光学スキャナにおいて、 各々のグループが関連する所定の作動焦点距離を持つ、
    読み取り要素の複数のグループの配列（アレイ）と、 前記読み取り要素に隣接して配置され、少なくともその
    一つの液晶素子が読み取り要素の各グループに対応して
    いる選択可能な液晶素子の配列（アレイ）と、 前記光学スキャナが所定の選択された作動焦点距離で作
    動するところで対応する選択された要素を通して光を伝
    達するための対応する読み取り要素のグループを選択で
    きるように、選択された液晶素子を活性化する手段と、
    から成ることを特徴とする光学スキャナ。
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