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JP3866321B2 - Optical scanner - Google Patents
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【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は一般的に光学スキャナに関するものであり、特に、2つまたは複数の動作範囲(動作レンジ)を有するスキャナに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
バーコードスキャナのようなスキャナのほとんどは、走査する記号から特定の距離または距離範囲で使用するように作られている。使用者が記号から近すぎる、または遠すぎるところでスキャナを持つと、記号および/または飛点ビームは焦点が合わず、復号化は不可能になるだろう。
【0003】
そのようなスキャナは、読み取る連続した記号が、スキャナから異なる距離に配置され、使用者が、スキャナと記号との間の距離を変えることが困難または不可能な環境のなかでは、特に便利であるとはいえない。このような状況に対処するため、使用者に可能な限り余裕を与えるために従来のスキャナの許容動作範囲を拡大したり、また、例えば使用者の好みまたは要求に応じて第1の動作範囲または第2の動作範囲で作動できる、多距離スキャナを提供したりする試みがなされてきた。1つの可能性としては、スキャナに2位置スイッチを設け、スキャナがスイッチの第1位置において第1動作距離で作動し、第2位置において第2の動作距離で作動するようにすることである。そのようなスキャナの不都合な点は、2つの離れた動作範囲で作動するための追加的な可動部分を必要とすることである。またそのようなシステムは、読み取る現在の記号の距離に応じて使用者が手動で正しい動作範囲を選択しなけらばならないので、“自動”ではない。正しくない動作範囲が選択されれば、復号化は行われない。
【0004】
動作範囲を拡大しようとするときにバーコード読取器を設計する人が直面する困難の1つは、動作範囲が大きいほど、また読み取る可能性のある記号の範囲が大きいほど、記号から反射される光の、結果として生じるSN比が低くなる傾向があることである。これに対処する1つの方法は、レーザまたは光検出器のいずれかと関連する光学系が2つの別個の焦点を有する、従来型ではない光学系を提供することである。これの例は、この出願とともに譲渡された米国特許第5332892号に示されている。その文書で示されている装置では、2つの焦点は、走査されたバーコードから得るデータの2つの別のチャンネルを提供するために、対応する回路と関連づけられる。2つのチャンネルは異なる解像度を有する。動作の角度と密度が異なるため、スキャナに対するバーコードの距離および/またはコードのサイズまたは密度に関係なく、少なくとも1つの解像度は、全てのまたはほとんどのバーコードデータを感知するのに適しているだろう。バーコード読取器の走査ビームは、典型的にレーザダイオードから引き出される。そのようなダイオードは、丈夫で比較的安価であるが、レーザダイオードから発生するビームには非点収差があるとういう不都合な点がある。非点収差があるレーザダイオードは、光路に沿って相互に分離した2つの見かけ上の光源を有するものとして特徴づけることができる。光源の1つは水平面に横たわり、レーザダイオードチップの中から出てくるように見え、低い角の開きを有する。もう一方の見かけ上の光源は垂直面に横たわり、チップの小平面から出てくるように見え、高い角の開きを有する。典型的に約20ミクロンだけ相互に離れた2つの見かけ上の光源は、チップの平らな接合部に対して測定したとき、異なる平面と異なる方向で2つのビームウエストを形成する。
【0005】
結果として生じる比較的複雑なビーム輪郭は、光学スキャナの中で効果的に使用される前に選択的な整形が必要になるだろう。そのようなビーム整形を提供するいくつかの手段は、1994年6月30日に出願された我々の同時継続出願である米国特許出願第08/268982号に説明されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
現在の先行技術のスキャナによりさらに生じる困難は、読み取るべき記号が印刷された面からの鏡面反射によって信号がかき消される可能性があるということである。
先行技術の問題を少なくとも軽減することが本発明の1つの目的である。
【0007】
X方向またはY方向の一方または双方で要求されるように、ビームの輪郭(光源から特定の距離における断面)を調整する単純で安価な手段を提供することがもう1つの目的である。
使用者があらかじめ適当な動作距離を選択しなくてもいいような、少なくとも2つの異なる動作距離で操作することのできるスキャナを提供することがもう1つの目的である。
【0008】
少なくとも2つの離れた異なる距離にある記号を読取ることのできる単純で安価なスキャナを提供することがもう1つの目的である。
鏡面反射により生じる問題を軽減または除去するスキャナを提供することがもう1つの目的である。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明の1つの側面によると、異なる光反射率の領域を有する記号を読み取るための光学スキャナが提供されており、それは、
光ビームを生成する光源と、
光ビームを受け、それから走査出射光ビームを生成する走査光学要素と、
第1の側面を備えた第1面と第2の側面を備えた第2面とを有する多面反射体とを具備し、そのスキャナは、ビームが第1の面から反射されるときに第1の距離または動作範囲にある記号を読み取り、またビームが第2の面から反射されるときに第2の距離または動作範囲にある記号を読み取るのに適している。
【0010】
好ましい実施の形態では、多面反射体は分割されたミラーを備え、このミラーの第1の部分が第1の面を決定し、第2の部分が第2の面を決定する。ミラーは、走査光学要素の走査ミラーであってもよいし、折り曲げミラーであってもよい。後者の場合、折まげミラーは、走査光学要素から走査光ビームを受け、読み取られる記号へそれを導く。
【0011】
走査ビームは、反射体の第1面と第2面から反射されるため、その結果生じるダイナミックフォーカスまたはマルチフォーカスは、追加の動く部分を必要とすることなく、スキャナの動作範囲を改善する。さらに、追加のレンズまたは開口は要求されない。
本発明の好ましい装置は、走査要素を変えることなく、走査率の増加を得ることができる。これは、効率(単一のスキャンで復号化する能力)を増加する。開口またはレンズを使用してダイナミックフォーカスを得る従来の手段では、この効率が失われる。
【0012】
各反射部に異なる断面を使用することにより、ビームは様々な異なる動作距離で要求されるように整形され得る。
本発明の他の側面によると、異なる光反射率の領域を有する記号を読み取るための光学スキャナが提供されており、スキャナは、第1の面が第1の側面を有し、第2の面が第2の異なる側面を有する多面反射体を有する走査光学要素を含む。
【0013】
本発明の他の側面によると、異なる光反射率の領域を有する記号を読み取るための光学スキャナが提供されており、スキャナは、第1の側面の第1の面と、第2の異なる側面の第2の面とを有する多面折り曲げミラーを含む。
本発明の他の側面によると、異なる光反射率の領域を有する記号を読み取るための光学スキャナが提供されており、スキャナは、記号から反射された光を集めるための多面集光ミラーを含み、その集光ミラーが第1の側面の第1の面を有し、第2の異なる側面の第2の面を有する。
【0014】
本発明の他の側面によると、アセンブリからの可変の距離に配置された目標上の異なる光反射率の部分を有する記号を電気光学的に読み取る多レンジスキャナアセンブリが提供されており、それは、
(a)短レンジ走査のために第1ビームを生成するための第1光源と、
(b)長レンジ走査のために第2ビームを生成するための第2光源と、
(c)第1のビームと第2のビームが視野上を交互に走査するようにする走査ミラーを含む走査要素と、
(d)視野から反射された光を集めるための集光光学系と、
(e)集光光学系により向けられた光を検出し、反射光に対応する電気信号を生成するための光学検出器と、を具備する。
【0015】
本発明の他の側面によると、アセンブリからの可変の距離に配置された目標上の異なる光反射率の部分を有する記号を電気光学的に読み取る多レンジスキャナアセンブリが提供されており、それは、
(a)短レンジ走査のための第1ビームと長レンジ走査のための第2ビームを選択的に生成するための光源と、
(b)第1ビームと第2ビームが視野上を走査するようにする走査要素と、
(c)視野から反射された光を集めるための集光光学系と、
(d)集光光学系により向けられた光を検出し、反射光に対応する電気信号を生成するための光学検出器と、を具備する。
【0016】
本発明の他の側面によると、異なる光反射率の領域を有する記号を読み取るための光学スキャナが提供されており、そのスキャナは、記号から反射される光を受けるための複数の反射面を含み、その第1の反射面は、反射光を第1の光検出器へ導き、第2の面は反射光を第2の光検出器へ導く。
反射した光を2つの異なった、離れている光検出器へ集束させるそのような配置は、光検出器の1つを働かなくすることがあるがもう一方の光検出器はそうしない鏡面反射を避けようとする。
【0017】
本発明の他の側面によると、異なる光反射率の領域を有する記号を走査するための光学スキャナが提供されており、それは、
光ビームを生成するための光源と、
光ビームを受け、それから走査光ビーム生成するための走査光学要素と、
ビームを整形するための非平面ミラーを含むビーム整形反射体とを具備する。
【0018】
非平面から反射することにより、どのようなビームの形でも得られる。 反射体が、X方向とY方向の双方において整形されていると、双方の方向でのビームの整形が得られる。一方、円筒形のミラーが使用されると、ビームは一方の方向だけでしか整形されない。非平面は、走査ミラーまたは静止しした折り曲げミラーであってもよい。
【0019】
このように円筒形のミラーを使用する適当なビームの整形は、デザイナーが、大きい走査距離において垂直(Y)方向でのスポットの大きさを減少させることを可能にすることができる。これは、可視性を良くする。さらに、近距離(0から30インチ)のためのスポットの大きさは増し、ドットマトリックスの性能を改良する。
【0020】
上記のどの発明の概念においても、光源は好ましくはレーザビームである。 レーザ光源は、好ましくはVLD(可視のレーザダイオード)である。VLDは、ビームを最初にいくらか整形するために、その前方にレンズ、おそらくは円筒形レンズを有してもよい。
【0021】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の第1の実施の形態を含む、例えばバーコード読取器のための、複数レンジレーザスキャナを示している。図示された実施の形態では、レーザダイオード10は、折り曲げミラー14にある小さな中心穴13を通して走査ミラー12へ導かれる光ビームを生成する。折り曲げミラー14は3つの別個のミラー部16、18、20を含む区切られた、または複数のミラーである。ミラー部16は凸面で、ミラー部18は平面で、ミラー部20は凹面である。走査ミラー12により生成された走査光ビームが折り曲げミラー14を横切って動くとき、順に各ミラー部16、18、20に当たる。折り曲げミラーから反射した光は、窓または開口24を通ってスキャナハウジング22を出て、読み取る記号26に当たる。
【0022】
記号26は3つの箇所で示されている。それは、ミラー部20の動作距離に対応する近い位置28と、ミラー部18の動作距離に対応する中間距離30と、ミラー部16の動作部に対応する遠い距離32である。実際の実施の形態では当然、28と30と32の間に相当大きい間隔があることは理解されるだろう。図では、単に簡潔にするためにスペースは実際よりも狭く示されている。
【0023】
3つのミラー部の効果は、第一に28の位置、第二に30の位置、第三に32の位置で、3つの別の走査線が生成されることである。したがって、その目的は、スキャナからの記号26の距離がどうであろうと、少なくともその中の1つの走査線により読み取られる可能性が非常に高いことである。もちろん、記号は復号化されるために正確に28と30と32のいずれかの位置になければならいということはない。各場合において相当な被写界深度があり、実際の距離次第で、これらの被写界深度は重なることもあり、この場合、被写界深度は、バーコードシンボルがほぼ確実に復号化可能になる1つの完全な「動作領域」へ効果的に融合する。
【0024】
各ミラー部は、各走査線が相互に重なり合い、ただ異なる距離で集束されるように、適当な角度で配置されている。
正確に3つのミラー部がある必要はなく、特定の応用例の要求に応じ2つ、または3つ以上であってもよい。的確なミラー縦断面も特定の応用例に応じて選択できるだろう。選択される縦断面は、要求される動作範囲と、走査ミラー12の縦断面とに依存する。走査ミラー12は、平面であるのが望ましいが、場合によっては非平面、例えば円柱形や球形であってもよい。ミラー12の代わりに、回転するプリズム、多角形、ホログラム、レンズ、ゾーンプレートまたはその他の便利な光学走査要素を使用することもできるだろう。走査要素が多角形を含んでいれば、多角形の各面は異なる曲率を有してもよい。その場合、ミラー部16と18と20は全て同じ縦断面を有してもよい(必ずしもそうする必要はないが)。それは、その場合には、複数の動作距離が多角形の面の曲率により決定され得るからである。3つの平面折り曲げミラー部とともに使用するのに適当な典型的な多角形は、36に示されている。
【0025】
ビームをさらに整形することは、レーザ10の前の光学系38の使用により達成されうる。
図1の実施の形態では、記号26から反射する光は、光検出器(図示せず)に向かって逆の方向へ大体同じ通路をたどってもよいし、またはそのかわりに、その目的のための別個の集光光学系(図示せず)があってもよい。
【0026】
今度は、走査検出器を備えた2範囲スキャナを含む実施の形態が、図2で示される。レーザダイオード110は、全体として112で示された、軸114のまわりに振動するように配置された走査ミラーへビームを導く。ミラーは4つの別個のミラー部を有し、そのうちの外側の2つ116、118は球形の縦断面を有し、内側の2つ120、122は平面である。ミラー112から反射したレーザ光は、ビーム輪郭のためにバーコード読取器または他の光学スキャナからの異なる動作範囲を有する、2つの別個の走査線を形成する。
【0027】
この実施の形態では、記号(図示せず)から反射する光は、再度走査ミラーに当たり、そこからフォトダイオード124のような光検出器へ反射される。そのフォトダイオードは当然レーザ110の妨げになってはならず、紙面外に配置されるか、点線126により示されているように一方に配置される。
ミラー112は、それぞれが異なる縦断面を有する要求されるだけの数の面を有することができる。要求される数の面とその縦断面は、応用例に従い、詳細は当業者の専門的知識の範囲内にある。
【0028】
他の実施の形態は図3に示される。これは別個の集光ミラーを有する2レンジスキャナを示している。
レーザ210は、集光ミラー214内の小さい開口211を通る光ビームを生成する。ビームは、第1の面216が平面であり、第2の面218が円柱面である2つの別個の面を有する走査ミラー212に当たる。光はミラー212から集光ミラー214へ反射され、そこから、図面の右方にはみ出た読み取る記号(図示せず)へ反射される。記号から反射した光は、集光ミラー214に集められ、フォトダイオードまたは他の光検出器220へ導かれる。これは、ミラー212の下、または点線222に示されるように一方にずれたところに配置されるだろう。
【0029】
2つのミラー部216と218は、異なる動作範囲を有する交替的走査を生成する。
今度は図4を参照すると、平行ビームを発する2つのレーザアセンブリ310と311を組み込んだ実施の形態が示されてる。レーザアセンブリ310は、短レンジ操作のために焦点調節されている。簡単にするため、これを「短レンジレーザ」と呼ぶ。同様に、レーザアセンブリ311は長レンジ操作のために焦点調節されている。これは、簡単にするため「長レンジレーザ」と呼ぶ。適切な光学系312と314はレーザの動作範囲と、異なるビーム輪郭の特徴とを決定する。あるいは、短レンジレーザとその光学系は、長レンジレーザとその光学系と同一でもよい。
【0030】
他の実施の形態では、レーザアセンブリ310と311は異なる周波数のレーザを有する。可視のレーザダイオードは現在、635nmと670nmの2つの異なる波長で利用できる。短波長素子(635nm)は、よりよく見え、好んで高い周囲光の状態または照準に使用される。したがって、好ましい方法では、長レンジでは最も明るいビームが可視性および照準のために望まれるので、670nmのレーザダイオードは「短レンジレーザ」として焦点を合わせ、635nmのレーザダイオードは「長レンジレーザ」として焦点を合わせることができる。高い周囲光の状態では、レーザを交互に使用するより、双方のレーザをオンにして使用することが可能である。2つのビームがあったとしても、スポットが重なるか非常に近接するようにビームが正しく目的の面に集束されれば、バーコードシンボルは効果的に読み取れる。
【0031】
さらに他の実施の形態では、レーザアセンブリ310と311の1つは可視のレーザで、もう一方のアセンブリは、一般的にビームが可視ではない赤外線レーザである。赤外線レーザは、赤外線読取ビームを必要とする安全バッジの読み取り、直接熱でプリントされた(direct thermal printed)バーコードの読み取り、特定の色のバーコードの読み取り等の応用例に使用するのに適している。図4に示されている装置と同様のものを使用することもできるが、光学系が「短レンジ」または「長レンジ」でなければならないという制限はない。前述の実施の形態のように、2つのレーザによる走査を交替的に行うか、または双方のレーザをオンにして使用することもできる。
【0032】
長レンジレーザ311からのビームは、結果として生じる2つのレーザビームが互いに隣接して平行になるように、1対の平行に置かれたミラー(または適当な形のプリズム)により反射される。ビームは走査ミラー322に当たり、そこから読み取る記号に反射する(図示されていないが、図4の左側にはみ出ている)。
【0033】
別個の長レンジレーザと短レンジレーザの代わりに、適当な光学系(例えばビームスプリッタ)とともに単一のレーザが使用され得る。
記号から反射された光は、ミラー322(走査ミラーと同様に集光ミラーとしての役割も果たす)により集光され、光検出器324に導かれる。
ミラー322の詳細は図5に示されている。ミラーは全体的に湾曲しており、2つに分離した中心部を備える集光面325の広い領域を含む。中心部の左側326は、円柱面を有し、右側328は平面を有する。短レンジレーザ310からの光ビームは326に当たり、長レンジレーザ310からの光は328に当たる。
【0034】
使用する際レーザ制御装置は、レーザが交互にオンとオフになるようにレーザを操作する。システムは、2つの走査(左から右、そして右から左)が長レンジレーザがオンになっている状態で行われ、次に2つの走査が短レンジレーザがオンになった状態で行われるように制御される。その交替は、復号化が成功するまで続けられる。
【0035】
システムはまた、使用者がスキャナハウジング330上の引き金328の第1位置を選択することにより開始される照準モードも提供する。このモードでは、コントローラ326は、ミラー322を動かす間、長レンジレーザ311を点滅させる。このモードでは、使用者は走査ビームを容易に見ることができ、それに応じて記号を整合することができる。スキャナに対して記号が正確に整合され次第、使用者は適当な走査を開始するために引き金328を第2位置へ移動する。
【0036】
図6と図7は、スキャナが分割された集光ミラー410を含むもう1つの実施の形態を示す。ミラーは、記号(図示せず)から入ってくる光416を第1光検出器418へ導く第1位置412を有する。第2位置414は、反射光416を受け、第2の光検出器420へ導く。
412と414の部分は、任意の便利な断面(例えば平面または円柱面)であってよく入ってくる反射光416の全体的な方向から共通の角度αだけ傾いているのが望ましい。
【0037】
2つの離れた光検出器を設けることにより、システムが記号からのミラー面反射または記号が印刷された面からの鏡面反射によってあふれるのを防ぐことを可能にするだろう。鏡面反射は光検出器の1つを働かなくするかもしれないが、もう一方はそうしない。
間隔の空いた光検出器D1とD2の実施の形態は、図11に示されており、信号を処理するための回路は図12に示されている。
【0038】
広い光学視野を有するシステム(非再帰反射性光学系のような)は、一般的に、周囲光源および人工光源により生成された暗騒音により妨害される。前置検出器は、暗騒音による信号電力で満たされ、システムを操作不能にする。人工光源からの暗騒音は、高性能光源を求める傾向が続くにつれ、より顕著になろう。1つの一般的な技術として、再帰反射性光学系を使用することによって光学視野を小さくすることができる。しかし、非再帰反射性光学系は、通常小さい走査エンジンのために要求される。ID走査システムのための検出器暗騒音機能不全の問題を解決する技術を、図11から図13を参照して説明する。
【0039】
図11は、第1の検出器から所望の信号プラス雑音電力を得、第2の検出器から雑音電力のみを得る光電変換器前端を提供するシステムの一般的な配置を示す。この発明は、必要とされる信号電力だけを生じさせるためにこれらの信号を減じる、図12の回路を提供する。双方の集光体の視野は、長方形になるように、そして雑音整合のために、同じ背景面を保つために出来るだけ狭く設定されている。各検出器の暗騒音のレベルをより近くに整合するために、光学系フィルターと電子利得整合を各検出器に対して使用してもよい。
【0040】
レーザ源経路が第1の集光体の視野の軸上にあるようにするためにいくつかの配置法が提案されている。反射体(走査手段であってもよい)は、図13(a)に示されているように、集光体の後方に配置されてもよい。しかし、集光体は、レーザ光の通過を可能にするために、狭いスリットを有しなければならない(または2つに分割されていなければならない)。
【0041】
分割された集光体、またはスリットのある集光体を避けるために、反射体は図13(b)に示されているようにそれの前方に配置されてもよい。反射体は、集められた信号の一部だけを妨害するように設計される。
他の方法としては、図13(c)に示されているように、反射体を集光ミラーの中に配置する方法がある。反射体は、標準の単線走査パターンを受けるのに十分なくらいに長く設計されている。
【0042】
図12は、この雑音消去技術のために最適化された光電受信回路の実例を示す。2つのフォトダイオード電源は、それぞれの前置増幅器を有していてもよく、それらの信号のそれぞれは次に減算器に送られる。しかし、示された配置は、個別の増幅器があると、前置回路の早めの飽和を避ける。
各検出器の感度をSで表わすと、フォトダイオード電流は、
Isn=S(Ps+Pn1)
In=S(Pn2)
により得られる。ここで、PsとPn1は、それぞれ、第1の検出器が見た信号電力と雑音電力で、Pn2は、第2の検出器が見た雑音電力である。増幅される、結果としての信号は、
Ig=Isn−In=S(Ps+Pn1)−S(Pn2)=S(Ps+Pn1−Pn2=Is+(In1−In2)=Is+It
により得られる。ここで、In1とIn2は、それぞれ、第1と第2の検出器が見た暗騒音電力によるフォトダイオードの中の雑音電流である。
【0043】
2つの雑音源が非常に相互に関係していると(真のまたは人工の光の暗騒音)、It=0であり、前置受信器によって生成される結果としての電圧はすべて、次の前置周波数伝達関数に従う信号になる。

Figure 0003866321
直流電流によるフォトダイオード散弾雑音のような相互に関連しない雑音に対しては、雑音は、通常のシングルフォトダイオード前端よりも√2大きくなる。この場合、総雑音は、
It=√I^n12+I^n22
により得られる。
【0044】
この雑音は相互に関連しないため、
In1=In2=I^であり、
したがって、
It=√2I^である。
背景証明からの雑音は、このように散弾雑音が増加しても通常、非再帰システムにおいて優勢である。人工光の雑音源が存在しない場合に第2の検出器が適応してオフの状態になれば、信号対雑音比は改善されるだろう。
【0045】
再帰反射性システム(図13(d))と非反射性システム(図13(e))の双方における代替手段も、比較のために示されている。図13(e)の手段では、光検出器D1とD2の前に、フレネルレンズ、ホログラフィー格子、または他の光学要素が使用され得る。
図6と図7に示されている分離された集光ミラーは、分離された集光ミラーが使用される上記の他の実施の形態のいずれとも結合して使用され得る。走査ミラーが集光ミラーとしての働きもするスキャナにこの種の分割されたミラーを使用することも可能だろう。他のスキャナの実施の形態は、図8に示されている。この実施の形態では、レーザ510からのビームは、読み取る記号へ導かれる前に円筒形の走査ミラー512により整形される。走査ミラー512の円筒形の表面は、要求されるように、X方向においてビームを整形する。
他の実施の形態は、図9に示されている。ここで、レーザ610からの光は、第1の走査ミラー612と第2の走査ミラー614に当たる。双方のミラーは、円筒形の表面を有し、そのためにビームを、要求されるようにX方向とY方向に整形する。
【0046】
図8と図9に示されたとおりのミラー断面は、要求されるビーム整形に応じて選択され得る。例えば、ある場合には、円筒状の面よりも環状の面を有する方が便利だろう。さらに、その整形は、光が走査要素に当った後または当たる前に、1つ以上の固定されたミラーから光ビームを反射することにより行われてもよい。最も一般的な形としては、ビームの整形は、ビームを1つ以上の非平面から反射することにより実行される。
【0047】
上記の、図8と図9に関して説明され図示された実施の形態は、他の実施の形態のいずれとも結合して使用され得る。
図10は、一例として、前述したいずれの実施の形態の一部ともなれる適切な型のハンドヘルド型レーザスキャナを示している。図10のスキャナに含まれた特定の特徴は、図1から図9までに関して既に述べた特徴とは細かい部分で異なるが、図9に関連して述べたいずれの実施の形態も、図10に示された種類のハンドヘルド型スキャナの一部とすることができることは当然理解されるだろう。
【0048】
図10のスキャナは、引き金739を備えた、握ることのできるハンド部736を有する本体735を含む。本体735内にはレーザモジュール715がある。レーザモジュール715からの光は、例えば図2、図3または図5に示された形のミラーであり得る、振動するミラー710を照射するようになっている。その結果生じるビーム737は、窓738を通ってハウジングを出ていく。ミラー710は、記録される記号714を横切って走査線713を描くように振動するように配置される。記号から反射された光は、窓738を通り、集光ミラー726によって集められ、光検出器725に反射される。次いで光学信号が、電気信号に変換され、記号714の特徴が決定される。
【0049】
この発明は多数の特定の実施の形態に関連して図示され説明されたが、この発明の精神から逸脱することなく、様々な修正や構造の変更が行われ得るため、示されたどの細部にも限定する意図はない。
さらに分析しなくても、上記事項はこの発明の要点を十分に開示しているので、他人は現在の知識を応用することによって、先行技術の観点からこの発明の包括的または特定的側面の本質的な特徴を公正に構成する要素を除外することなく、それを様々な利用法に直ちに応用することができる。したがって、これらの応用は以下の請求項の意味および均等物の範囲に含まれるべきであり、また含まれることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、多面折り曲げミラーを利用した、本発明の1つの実施の形態による多レンジレーザスキャナを示す。
【図2】図2は、他の実施の形態、つまり走査集光体を備えた2レンジスキャナを示す。
【図3】図3は、他の実施の形態、つまり別個の集光体を有する2レンジスキャナを示す。
【図4】図4は、他の実施の形態、つまり2つのレーザビームを使用する2レンジのスキャナを示す。
【図5】図5は、図4の実施形態で使用された、分離された走査ミラーをさらに詳しく示す。
【図6】図6は、他の実施の形態、つまり光を2つの分離された光検出器へ導く分離された集光ミラーを有するスキャナを示す。
【図7】図7は、図6の分離された集光ミラーの中心断面図である。
【図8】図8は、ビームの整形が円筒形の走査ミラーにより行われる、他の実施の形態である。
【図9】図9は、X方向とY方向の双方でのビーム整形が2つの円筒形のミラーにより行われる、もう1つの実施の形態である。
【図10】図10は、前述のどの実施の形態も含み得る、典型的なハンドヘルド型のスキャナを示す。
【図11】図11は、本発明による2つの光検出器の配置を示す。
【図12】図12は、図11の2つの光検出器の配置の回路図である。
【図13】図13(a)は、集光体/反射体の配置の第1の実施の形態を図示する2つの光検出器の配置である。
図13(b)は、集光体/反射体の配置の第2の実施の形態を図示する2つの光検出器の配置である。
図13(c)は、集光体/反射体の配置の第3の実施の形態を図示する2つの光検出器の配置である。
【符号の説明】
10 レーザダイオード
12 走査ミラー
14 折り曲げミラー
16 ミラー部(反射部)
18 ミラー部(反射部)
20 ミラー部(反射部)
22 スキャナハウジング
24 開口
26 記号
28、30、32 位置
38 光学系[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates generally to an optical scanner, and more particularly to a scanner having two or more operating ranges.
[0002]
[Prior art]
Most scanners, such as bar code scanners, are designed to be used at specific distances or distance ranges from the symbol to be scanned. If the user holds the scanner too close or too far from the symbol, the symbol and / or flying spot beam will not be in focus and decoding will not be possible.
[0003]
Such a scanner is particularly convenient in environments where successive symbols to be read are placed at different distances from the scanner and it is difficult or impossible for the user to change the distance between the scanner and the symbol. That's not true. In order to cope with such a situation, the allowable operation range of the conventional scanner is expanded in order to give the user as much as possible, or the first operation range or according to the user's preference or request, for example, Attempts have been made to provide multi-range scanners that can operate in the second operating range. One possibility is to provide the scanner with a two-position switch so that the scanner operates at a first operating distance at the first position of the switch and at a second operating distance at the second position. The disadvantage of such a scanner is that it requires an additional moving part to operate in two separate operating ranges. Such a system is also not "automatic" because the user must manually select the correct operating range depending on the distance of the current symbol to be read. If an incorrect operating range is selected, no decoding is performed.
[0004]
One of the difficulties faced by bar code reader designers when trying to expand the operating range is that the larger the operating range and the greater the range of symbols that can be read, the more reflected from the symbol. The resulting light-to-noise ratio tends to be low. One way to address this is to provide a non-conventional optical system in which the optical system associated with either the laser or the photodetector has two separate focal points. An example of this is shown in US Pat. No. 5,332,892, assigned with this application. In the device shown in that document, the two focal points are associated with corresponding circuits to provide two separate channels of data obtained from the scanned barcode. The two channels have different resolutions. Due to the different angles and densities of operation, at least one resolution is suitable for sensing all or most of the barcode data, regardless of the barcode distance to the scanner and / or the code size or density. Let's go. The scanning beam of the bar code reader is typically extracted from the laser diode. Such diodes are robust and relatively inexpensive, but have the disadvantage that the beam generated from the laser diode has astigmatism. A laser diode with astigmatism can be characterized as having two apparent light sources separated from each other along the optical path. One of the light sources lies on a horizontal plane, appears to come out of the laser diode chip, and has a low angular aperture. The other apparent light source lies on a vertical surface, appears to emerge from the chip's facet, and has a high angular aperture. Two apparent light sources, typically about 20 microns apart, form two beam waists in different planes and different directions when measured against the flat joint of the chip.
[0005]
The resulting relatively complex beam profile will require selective shaping before it can be used effectively in an optical scanner. Several means of providing such beam shaping are described in our co-pending application US patent application Ser. No. 08 / 268,982, filed Jun. 30, 1994.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
A further difficulty with current prior art scanners is that the signal can be drowned out by specular reflection from the surface on which the symbol to be read is printed.
It is an object of the present invention to at least alleviate the problems of the prior art.
[0007]
It is another object to provide a simple and inexpensive means of adjusting the beam profile (cross section at a specific distance from the light source) as required in one or both of the X and Y directions.
It is another object to provide a scanner that can be operated at at least two different operating distances so that the user does not have to select an appropriate operating distance in advance.
[0008]
It is another object to provide a simple and inexpensive scanner that can read at least two symbols at different distances.
It is another object to provide a scanner that reduces or eliminates the problems caused by specular reflection.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
According to one aspect of the present invention, there is provided an optical scanner for reading a symbol having areas of different light reflectivity, comprising:
A light source that generates a light beam;
A scanning optical element that receives the light beam and generates a scanning exit light beam therefrom;
A polyhedral reflector having a first surface with a first side and a second surface with a second side, the scanner having a first when the beam is reflected from the first surface; Suitable for reading symbols at a distance or range of motion, and for symbols at a second distance or range of motion when the beam is reflected from the second surface.
[0010]
In a preferred embodiment, the polyhedral reflector comprises a split mirror, the first portion of the mirror determining the first surface and the second portion determining the second surface. The mirror may be a scanning mirror of a scanning optical element or a folding mirror. In the latter case, the folding mirror receives the scanning light beam from the scanning optical element and directs it to the symbol to be read.
[0011]
Since the scanning beam is reflected from the first and second surfaces of the reflector, the resulting dynamic focus or multi-focus improves the operating range of the scanner without the need for additional moving parts. Furthermore, no additional lens or aperture is required.
The preferred apparatus of the present invention can obtain an increase in scan rate without changing the scanning element. This increases efficiency (ability to decode in a single scan). This efficiency is lost in conventional means of obtaining dynamic focus using an aperture or lens.
[0012]
By using different cross sections for each reflector, the beam can be shaped as required at a variety of different working distances.
According to another aspect of the invention, there is provided an optical scanner for reading a symbol having regions of different light reflectivity, the scanner having a first side having a first side and a second side. Includes a scanning optical element having a polyhedral reflector having a second different side.
[0013]
According to another aspect of the invention, there is provided an optical scanner for reading a symbol having regions of different light reflectivity, the scanner comprising a first side of a first side and a second different side. And a multi-face folding mirror having a second surface.
According to another aspect of the invention, there is provided an optical scanner for reading a symbol having areas of different light reflectivity, the scanner including a multi-faceted collector mirror for collecting light reflected from the symbol, The condensing mirror has a first surface on a first side and a second surface on a second different side.
[0014]
According to another aspect of the invention, there is provided a multi-range scanner assembly that electro-optically reads a symbol having portions of different light reflectivity on a target disposed at a variable distance from the assembly, comprising:
(A) a first light source for generating a first beam for short range scanning;
(B) a second light source for generating a second beam for long range scanning;
(C) a scanning element including a scanning mirror that causes the first beam and the second beam to alternately scan the field of view;
(D) a condensing optical system for collecting the light reflected from the field of view;
(E) an optical detector for detecting light directed by the condensing optical system and generating an electric signal corresponding to the reflected light.
[0015]
According to another aspect of the invention, there is provided a multi-range scanner assembly that electro-optically reads a symbol having portions of different light reflectivity on a target disposed at a variable distance from the assembly, comprising:
(A) a light source for selectively generating a first beam for short range scanning and a second beam for long range scanning;
(B) a scanning element that causes the first beam and the second beam to scan over the field of view;
(C) a condensing optical system for collecting the light reflected from the field of view;
(D) An optical detector for detecting light directed by the condensing optical system and generating an electrical signal corresponding to the reflected light.
[0016]
According to another aspect of the present invention, an optical scanner is provided for reading a symbol having regions of different light reflectivity, the scanner including a plurality of reflective surfaces for receiving light reflected from the symbol. The first reflective surface guides the reflected light to the first photodetector and the second surface guides the reflected light to the second photodetector.
Such an arrangement that focuses the reflected light onto two different, distant photodetectors can cause one of the photodetectors to fail, while the other photodetector does not. Try to avoid.
[0017]
According to another aspect of the present invention, there is provided an optical scanner for scanning symbols having regions of different light reflectance,
A light source for generating a light beam;
A scanning optical element for receiving a light beam and generating a scanning light beam therefrom;
A beam shaping reflector including a non-planar mirror for shaping the beam.
[0018]
Any beam shape can be obtained by reflection from a non-planar surface. If the reflector is shaped in both the X and Y directions, beam shaping in both directions can be obtained. On the other hand, if a cylindrical mirror is used, the beam is shaped only in one direction. The non-planar may be a scanning mirror or a stationary folding mirror.
[0019]
Appropriate beam shaping using cylindrical mirrors in this way can allow the designer to reduce the spot size in the vertical (Y) direction at large scan distances. This improves visibility. In addition, the spot size for short distances (0 to 30 inches) is increased, improving the performance of the dot matrix.
[0020]
In any of the above inventive concepts, the light source is preferably a laser beam. The laser light source is preferably a VLD (visible laser diode). The VLD may have a lens, possibly a cylindrical lens, in front of it to shape some of the beam initially.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows a multi-range laser scanner, for example for a barcode reader, comprising a first embodiment of the invention. In the illustrated embodiment, the laser diode 10 generates a light beam that is directed to the scanning mirror 12 through a small central hole 13 in the bending mirror 14. The folding mirror 14 is a segmented or multiple mirror that includes three separate mirror sections 16, 18, 20. The mirror part 16 is convex, the mirror part 18 is flat, and the mirror part 20 is concave. When the scanning light beam generated by the scanning mirror 12 moves across the bending mirror 14, it strikes each mirror section 16, 18, 20 in order. Light reflected from the folding mirror exits the scanner housing 22 through a window or opening 24 and strikes a reading symbol 26.
[0022]
Symbol 26 is shown in three places. That is, a near position 28 corresponding to the operating distance of the mirror unit 20, an intermediate distance 30 corresponding to the operating distance of the mirror unit 18, and a far distance 32 corresponding to the operating unit of the mirror unit 16. Of course, in an actual embodiment, it will be appreciated that there is a fairly large spacing between 28 and 30 and 32. In the figure, the space is shown narrower than actual for simplicity.
[0023]
The effect of the three mirrors is that three separate scan lines are generated, first at 28 positions, second at 30 positions and third at 32 positions. The purpose is therefore very likely to be read by at least one scan line therein, whatever the distance of the symbol 26 from the scanner. Of course, the symbol does not have to be exactly 28, 30, or 32 in order to be decoded. There is a considerable depth of field in each case, and depending on the actual distance, these depths of field may overlap. In this case, the depth of field allows the barcode symbols to be decoded almost reliably. Effectively merge into one complete “operating area”.
[0024]
Each mirror section is arranged at an appropriate angle so that the scanning lines overlap each other and are focused at different distances.
There need not be exactly three mirrors, but may be two, or more than three, depending on the requirements of a particular application. The exact mirror profile can also be selected for specific applications. The longitudinal section selected depends on the required operating range and the longitudinal section of the scanning mirror 12. The scanning mirror 12 is preferably a flat surface, but may be non-planar, for example, a cylindrical shape or a spherical shape in some cases. Instead of mirror 12, a rotating prism, polygon, hologram, lens, zone plate or other convenient optical scanning element could be used. If the scanning element includes a polygon, each face of the polygon may have a different curvature. In that case, the mirror parts 16, 18 and 20 may all have the same longitudinal section (although not necessarily so). This is because in that case a plurality of operating distances can be determined by the curvature of the polygonal surface. A typical polygon suitable for use with three planar folding mirror sections is shown at 36.
[0025]
Further shaping of the beam can be accomplished by use of optics 38 in front of laser 10.
In the embodiment of FIG. 1, the light reflected from symbol 26 may follow approximately the same path in the opposite direction toward the photodetector (not shown), or alternatively, for that purpose. There may be separate focusing optics (not shown).
[0026]
Now, an embodiment including a two-range scanner with a scan detector is shown in FIG. Laser diode 110 directs the beam to a scanning mirror, shown generally at 112, arranged to oscillate about axis 114. The mirror has four separate mirror sections, of which the outer two 116, 118 have a spherical longitudinal section and the inner two 120, 122 are planar. The laser light reflected from the mirror 112 forms two separate scan lines with different operating ranges from a barcode reader or other optical scanner due to the beam contour.
[0027]
In this embodiment, light reflected from a symbol (not shown) strikes the scanning mirror again and is reflected from there to a photodetector such as photodiode 124. The photodiode should of course not interfere with the laser 110 and be placed out of the page or on one side as indicated by the dotted line 126.
The mirror 112 can have as many faces as required, each having a different longitudinal section. The required number of planes and their longitudinal sections are in accordance with the application and the details are within the expertise of the person skilled in the art.
[0028]
Another embodiment is shown in FIG. This shows a two-range scanner with a separate collector mirror.
The laser 210 generates a light beam that passes through a small aperture 211 in the collector mirror 214. The beam strikes a scanning mirror 212 having two separate surfaces, the first surface 216 being a plane and the second surface 218 being a cylindrical surface. The light is reflected from the mirror 212 to the condensing mirror 214 and from there to a reading symbol (not shown) that protrudes to the right of the drawing. The light reflected from the symbol is collected on a collecting mirror 214 and directed to a photodiode or other photodetector 220. This would be placed under the mirror 212 or offset to one side as indicated by the dotted line 222.
[0029]
The two mirror parts 216 and 218 generate alternating scans with different operating ranges.
Referring now to FIG. 4, an embodiment incorporating two laser assemblies 310 and 311 that emit parallel beams is shown. The laser assembly 310 is focused for short range operation. For simplicity, this is called a “short range laser”. Similarly, the laser assembly 311 is focused for long range operation. This is referred to as a “long range laser” for simplicity. Appropriate optics 312 and 314 determine the operating range of the laser and different beam profile characteristics. Alternatively, the short range laser and its optical system may be the same as the long range laser and its optical system.
[0030]
In other embodiments, laser assemblies 310 and 311 have different frequency lasers. Visible laser diodes are currently available at two different wavelengths, 635 nm and 670 nm. Short wavelength elements (635 nm) look better and are preferably used for high ambient light conditions or aiming. Thus, in the preferred method, the brightest beam in the long range is desired for visibility and aiming, so the 670 nm laser diode is focused as a “short range laser” and the 635 nm laser diode as a “long range laser”. Can be focused. In high ambient light conditions, it is possible to turn both lasers on and use them, rather than alternately using the lasers. Even if there are two beams, the barcode symbol can be read effectively if the beams are correctly focused on the target surface so that the spots overlap or are very close together.
[0031]
In yet another embodiment, one of the laser assemblies 310 and 311 is a visible laser and the other assembly is an infrared laser whose beam is generally not visible. Infrared lasers are suitable for use in applications such as reading safety badges that require an infrared reading beam, reading direct thermal printed barcodes, reading specific color barcodes, etc. ing. A device similar to that shown in FIG. 4 may be used, but there is no restriction that the optical system must be in the “short range” or “long range”. As in the previous embodiment, scanning with two lasers can be performed alternately, or both lasers can be turned on for use.
[0032]
The beam from the long range laser 311 is reflected by a pair of parallel placed mirrors (or appropriately shaped prisms) so that the resulting two laser beams are parallel and adjacent to each other. The beam hits the scanning mirror 322 and reflects off the symbol read from it (not shown, but protrudes to the left in FIG. 4).
[0033]
Instead of separate long and short range lasers, a single laser can be used with appropriate optics (eg, a beam splitter).
The light reflected from the symbol is condensed by a mirror 322 (which also serves as a condensing mirror in the same manner as a scanning mirror) and guided to a photodetector 324.
Details of the mirror 322 are shown in FIG. The mirror is generally curved and includes a large area of light collection surface 325 with a central portion that is separated into two. The central left side 326 has a cylindrical surface, and the right side 328 has a flat surface. The light beam from the short range laser 310 strikes 326 and the light from the long range laser 310 strikes 328.
[0034]
In use, the laser controller operates the laser so that the laser is alternately turned on and off. The system seems to perform two scans (left to right and right to left) with the long range laser on, and then two scans with the short range laser on. Controlled. The alternation continues until decoding is successful.
[0035]
The system also provides an aiming mode that is initiated by the user selecting a first position of the trigger 328 on the scanner housing 330. In this mode, the controller 326 blinks the long range laser 311 while moving the mirror 322. In this mode, the user can easily see the scanning beam and align the symbols accordingly. As soon as the symbols are correctly aligned with the scanner, the user moves the trigger 328 to the second position to initiate an appropriate scan.
[0036]
6 and 7 show another embodiment in which the scanner includes a split collector mirror 410. The mirror has a first position 412 that directs light 416 coming from a symbol (not shown) to a first photodetector 418. The second position 414 receives the reflected light 416 and guides it to the second photodetector 420.
The portions 412 and 414 are of any convenient cross-section (eg, planar or cylindrical) and are preferably inclined by a common angle α from the general direction of incoming reflected light 416.
[0037]
Providing two separate photodetectors would allow the system to prevent flooding due to mirror reflection from the symbol or specular reflection from the surface on which the symbol was printed. Specular reflection may disable one of the photodetectors, while the other does not.
An embodiment of spaced photodetectors D1 and D2 is shown in FIG. 11, and a circuit for processing the signal is shown in FIG.
[0038]
Systems with a wide optical field of view (such as non-retroreflective optics) are generally disturbed by background noise generated by ambient and artificial light sources. The front detector is filled with signal power due to background noise and renders the system inoperable. Background noise from artificial light sources will become more pronounced as the trend for high performance light sources continues. One common technique is to reduce the optical field of view by using retroreflective optics. However, non-retroreflective optics are usually required for small scan engines. A technique for solving the problem of detector background noise malfunction for an ID scanning system will be described with reference to FIGS.
[0039]
FIG. 11 shows a general arrangement of a system that provides a photoelectric converter front end that obtains a desired signal plus noise power from a first detector and only obtains noise power from a second detector. The present invention provides the circuit of FIG. 12 that reduces these signals to produce only the required signal power. The field of view of both concentrators is set as narrow as possible to keep the same background surface to be rectangular and for noise matching. Optical filter and electronic gain matching may be used for each detector to match the background noise level of each detector closer.
[0040]
Several arrangements have been proposed to ensure that the laser source path is on the axis of the field of view of the first collector. The reflector (which may be scanning means) may be disposed behind the light collector as shown in FIG. However, the collector must have a narrow slit (or be divided in two) to allow the passage of the laser light.
[0041]
In order to avoid a split collector or a collector with a slit, the reflector may be placed in front of it as shown in FIG. 13 (b). The reflector is designed to disturb only a portion of the collected signal.
As another method, as shown in FIG. 13C, there is a method in which a reflector is disposed in a collector mirror. The reflector is designed long enough to receive a standard single-line scanning pattern.
[0042]
FIG. 12 shows an example of a photoelectric receiving circuit optimized for this noise cancellation technique. The two photodiode power supplies may have respective preamplifiers, each of which is then sent to a subtractor. However, the arrangement shown avoids premature saturation of the pre-circuit with a separate amplifier.
When the sensitivity of each detector is represented by S, the photodiode current is
Isn = S (Ps + Pn1)
In = S (Pn2)
Is obtained. Here, Ps and Pn1 are the signal power and noise power seen by the first detector, respectively, and Pn2 is the noise power seen by the second detector. The resulting signal that is amplified is
Ig = Isn-In = S (Ps + Pn1) -S (Pn2) = S (Ps + Pn1-Pn2 = Is + (In1-In2) = Is + It
Is obtained. Here, In1 and In2 are noise currents in the photodiode due to the background noise power viewed by the first and second detectors, respectively.
[0043]
If the two noise sources are very interrelated (true or artificial background noise), It = 0 and all the resulting voltages generated by the pre-receiver are The signal follows the frequency transfer function.
Figure 0003866321
For non-correlated noise such as photodiode shot noise due to direct current, the noise is √2 larger than the front end of a normal single photodiode. In this case, the total noise is
It = √I ^ n12 + I ^ n22
Is obtained.
[0044]
Because this noise is not correlated,
In1 = In2 = I ^,
Therefore,
It = √2I ^.
Noise from background proofs is usually dominant in non-recursive systems even with this increased shot noise. If the second detector is adaptively turned off when no artificial light noise source is present, the signal to noise ratio will be improved.
[0045]
Alternatives in both the retroreflective system (FIG. 13 (d)) and the non-reflective system (FIG. 13 (e)) are also shown for comparison. In the means of FIG. 13 (e), a Fresnel lens, holographic grating, or other optical element may be used in front of the photodetectors D1 and D2.
6 and 7 can be used in conjunction with any of the other embodiments described above in which a separate collector mirror is used. It would be possible to use this kind of split mirror in a scanner where the scanning mirror also acts as a collector mirror. Another scanner embodiment is shown in FIG. In this embodiment, the beam from the laser 510 is shaped by the cylindrical scanning mirror 512 before being directed to the reading symbol. The cylindrical surface of the scanning mirror 512 shapes the beam in the X direction as required.
Another embodiment is shown in FIG. Here, the light from the laser 610 strikes the first scanning mirror 612 and the second scanning mirror 614. Both mirrors have a cylindrical surface so that the beam is shaped in the X and Y directions as required.
[0046]
The mirror cross section as shown in FIGS. 8 and 9 can be selected depending on the required beam shaping. For example, in some cases it may be more convenient to have an annular surface than a cylindrical surface. Further, the shaping may be performed by reflecting the light beam from one or more fixed mirrors after or before the light hits the scanning element. In the most common form, beam shaping is performed by reflecting the beam from one or more non-planar surfaces.
[0047]
The embodiment described and illustrated above with respect to FIGS. 8 and 9 can be used in conjunction with any of the other embodiments.
FIG. 10 shows, by way of example, a suitable type of handheld laser scanner that can be part of any of the previously described embodiments. Although the particular features included in the scanner of FIG. 10 differ in detail from the features already described with respect to FIGS. 1-9, any of the embodiments described in connection with FIG. It will be appreciated that it can be part of a handheld scanner of the type shown.
[0048]
The scanner of FIG. 10 includes a body 735 having a hand portion 736 that can be gripped with a trigger 739. Within the body 735 is a laser module 715. The light from the laser module 715 illuminates a vibrating mirror 710, which can be, for example, a mirror of the shape shown in FIG. 2, FIG. 3 or FIG. The resulting beam 737 exits the housing through window 738. The mirror 710 is arranged to oscillate to draw a scan line 713 across the recorded symbol 714. Light reflected from the symbol passes through window 738 and is collected by collector mirror 726 and reflected to photodetector 725. The optical signal is then converted to an electrical signal and the characteristics of symbol 714 are determined.
[0049]
Although the invention has been illustrated and described in connection with a number of specific embodiments, various modifications and structural changes may be made without departing from the spirit of the invention, so that any details shown may be used. There is no intention of limiting.
Without further analysis, the above matter fully discloses the gist of the present invention, so that others can apply the current knowledge to the essence of the comprehensive or specific aspects of the present invention from the perspective of the prior art. It can be immediately applied to various usages without excluding the elements that make up the characteristic features fairly. Accordingly, these applications should be, and are intended to be, included within the meaning and equivalent scope of the following claims.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 illustrates a multi-range laser scanner according to one embodiment of the present invention that utilizes a multi-surface folding mirror.
FIG. 2 shows another embodiment, ie a two-range scanner with a scanning collector.
FIG. 3 shows another embodiment, a two-range scanner with a separate collector.
FIG. 4 shows another embodiment, a two-range scanner using two laser beams.
FIG. 5 shows in more detail the isolated scanning mirror used in the embodiment of FIG.
FIG. 6 shows another embodiment, a scanner having separated collector mirrors that direct light to two separated photodetectors.
FIG. 7 is a central cross-sectional view of the separated condenser mirror of FIG. 6;
FIG. 8 is another embodiment in which beam shaping is performed by a cylindrical scanning mirror.
FIG. 9 is another embodiment in which beam shaping in both the X and Y directions is performed by two cylindrical mirrors.
FIG. 10 illustrates an exemplary handheld scanner that may include any of the embodiments described above.
FIG. 11 shows an arrangement of two photodetectors according to the invention.
FIG. 12 is a circuit diagram of the arrangement of the two photodetectors of FIG.
FIG. 13 (a) is an arrangement of two photodetectors illustrating a first embodiment of a collector / reflector arrangement.
FIG. 13B is an arrangement of two photodetectors illustrating a second embodiment of the collector / reflector arrangement.
FIG. 13C is an arrangement of two photodetectors illustrating a third embodiment of the collector / reflector arrangement.
[Explanation of symbols]
10 Laser diode
12 Scanning mirror
14 Bending mirror
16 Mirror part (reflection part)
18 Mirror part (reflection part)
20 Mirror part (reflection part)
22 Scanner housing
24 opening
26 symbol
28, 30, 32 positions
38 Optical system

Claims (5)

光ビームを生成するための光源(10)と該光ビームを走査ビームとして反射するための可動の走査光学要素(12)とを有し、異なる光反射率の領域を有する記号(26)を読み取るための光学スキャナであって、
前記可動の走査光学要素(12)からの走査ビームを受け、該走査ビームを読み取られる記号(26)に向けるための折り曲げミラーとして機能する固定多面反射体(14)が設けられ、
前記固定多面反射体(14)は、第1の形状の第1面(16、20)と該第1の形状とは異なる第2の形状の第2面(18)とを有し、
前記第1の形状は、前記可動の走査光学要素(12)と協働して、スキャナから第1の距離にある記号(26)の読み取りが可能になるように前記走査ビームを整形し、
前記第2の形状は、前記可動の走査光学要素(12)と協働して、スキャナから前記第1の距離とは異なる第2の距離にある記号(26)の読み取りが可能になるように前記走査ビームを整形する、
ことを特徴とする光学スキャナ。
Read a symbol (26) having a light source (10) for generating a light beam and a movable scanning optical element (12) for reflecting the light beam as a scanning beam and having regions of different light reflectivity An optical scanner for
A fixed polyhedral reflector (14) is provided that functions as a folding mirror for receiving the scanning beam from the movable scanning optical element (12) and directing the scanning beam to a readable symbol (26);
The fixed polyhedral reflector (14) has a first surface (16, 20) having a first shape and a second surface (18) having a second shape different from the first shape,
The first shape cooperates with the movable scanning optical element (12) to shape the scanning beam to allow reading of the symbol (26) at a first distance from the scanner;
The second shape cooperates with the movable scanning optical element (12) to allow reading of a symbol (26) at a second distance different from the first distance from the scanner. Shaping the scanning beam;
An optical scanner characterized by that.
請求項1に記載した光学スキャナであって、折り曲げミラーとして機能する前記反射体(14)が、読み取られる前記記号(26)により反射された光を集めて、該反射光を光検出器に導くことを特徴とする光学スキャナ。2. The optical scanner according to claim 1, wherein the reflector (14) functioning as a bending mirror collects the light reflected by the symbol (26) to be read and guides the reflected light to a photodetector. An optical scanner characterized by that. 請求項1に記載した光学スキャナであって、前記第1面(16、20)は凸状又は凹状であり、前記第2面(18)は平面形状であることを特徴とする光学スキャナ。2. The optical scanner according to claim 1, wherein the first surface (16, 20) is convex or concave and the second surface (18) is planar. 請求項1から請求項2までのいずれか1項に記載した光学スキャナであって、前記可動の走査光学要素(12)は非平面の反射表面を有することを特徴とする光学スキャナ。3. The optical scanner according to claim 1, wherein the movable scanning optical element (12) has a non-planar reflective surface. 請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載した光学スキャナであって、前記光源(10)はレーザ光源であり、該レーザ光源から射出される光ビームの光路内にビーム整形用光学系(38)が設けられたことを特徴とする光学スキャナ。The optical scanner according to any one of claims 1 to 4, wherein the light source (10) is a laser light source, and beam shaping optics is provided in an optical path of a light beam emitted from the laser light source. An optical scanner provided with a system (38).
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