(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（a）読み取るべきバーコード記号に向かう径路の軸線に沿って波長λを有するコリメートされたレーザビームを指向させ、該記号により反射されるようにするためのレーザと、
（b）前記記号を横切って長さ方向に延びる走査線に沿って前記レーザビームを掃引させるためのスキャナと、
（c）前記記号により反射されたレーザ光を検出するための光検出器と、
（d）屈折率ｎを有し、ほぼ平坦な第１面が前記コリメートされたレーザビームの前記軸線に対して直角に向けられ、第２面が、前記第１面に対して傾斜角αだけ前記軸線まわりに回転された回転角により定められ、前記コリメートされたレーザビームに前記軸線に向かって内側方向に位相傾斜βを生じさせ、前記記号上において中心のレーザビームスポットを囲む回折リングを生成するアキシコンと、
を含む、視野深度範囲Zd内にあるバーコード記号を電気光学的に読み取るバーコードリーダーであって、
前記走査線の長さ方向に沿って位置する前記リングの部分を除去する半径方向寸法Roを有する楕円形又は円形の開口絞りが設けられ、前記開口絞りと前記アキシコンは協働して、前記視野深度を、Zd＝Ro／β及びβ＝（ｎ―１）αになるように調節するものであることを特徴とするバーコードリーダー。
【請求項２】
請求項１に記載したバーコードリーダーであって、前記アキシコンにより生成される位相傾斜βが、前記記号の最小幅ｍに対しβ＝2.4λ／２πｍの関係を有することを特徴とするバーコードリーダー。
【請求項３】
請求項１に記載したバーコードリーダーであって、前記アキシコンは反射型線形アキシコンであることを特徴とするバーコードリーダー。
【請求項４】
請求項１に記載したバーコードリーダーであって、前記アキシコンにより生じる位相傾斜βは、前記記号の空間周波数ｆxに対しｆx＝πβ／2.4λの関係を有することを特徴とするバーコードリーダー。
【請求項５】
請求項１に記載したバーコードリーダーであって、前記アキシコンと前記開口絞りとは、（Roβ／λ）＜３の関係となるように寸法が定められたことを特徴とするバーコードリーダー。
【請求項６】
請求項５に記載したバーコードリーダーであって、前記アキシコンと前記開口絞りとは、さらに１＜（Roβ／λ）の関係となるように寸法が定められたことを特徴とするバーコードリーダー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、バーコードスキャナのような光学的走査装置に関し、特に焦点深度または作業読取り範囲の広いレーザビーム走査パターンを発生させるためのレーザ結像系に関する。
【０００２】
【従来の技術】
バーコードのような光学的に符号化された情報は、ごく一般的なものになってきている。バーコードシンボルは、一般に矩形で明暗領域の連続からなる。暗部、すなわちバーの幅、および／またはバーの間の明るいスペースの幅は符号化された情報を示す。これらのエレメントの特定の数と配置で文字を表わす。標準化された符号化方式では、各文字のための配置、エレメントの許容幅および間隔、１つのシンボルが包含し得る文字の数、あるいはシンボルの長さが可変であるか等を特定する。公知の記号論としては、例えばＵＰＣ／ＥＡＮ、コード１２８、コーダバー、インターリーブ２オブ５等がある。
【０００３】
リーダおよび走査システムは、各シンボルを電気光学的に解読し、一般的に、シンボルが貼付されている物品の説明、またはその若干の特徴を表す多重の英数字を提供する。このような文字は、一般に、販売時点管理、在庫管理等での適用のためのデータ処理システムの入力としてディジタル形式で表される。このような一般的なタイプの走査システムは、例えば米国特許第４，２５１，７９８号明細書、同第４，３６０，７９８号明細書、同第４，３６９，３６１号明細書、同第４，３８７，２９７号明細書、同第４，４０９，４７０号明細書、同第４，４６０，１２０号明細書等に開示されている。
【０００４】
このような光学スキャナを用いて、バーコードシンボルを解読して正しいメッセージを抽出するために、バーコードリーダは、シンボルを走査し、走査されたシンボルを表わすアナログ電気信号を生成する。各種の走査装置が知られている。スキャナは、発光器および検出器を固定内蔵するワンドタイプのリーダであってもよく、この場合、ユーザーは手でワンドを、シンボルを横断するように動かす。あるいは、光学スキャナはレーザビームのような光ビームをシンボルを横切って走査し、検出器がシンボルから反射された光を検知する。いずれの場合でも検出器はシンボルを横断して走査したスポットからの反射光を検知し、符号化された情報を表わすアナログ走査信号を提供する。
【０００５】
ディジタイザは、アナログ信号を処理してパルス信号を生成し、そのパルス幅とパルス間の間隔はバーの幅とバーの間のスペースに対応する。ディジタイザは、エッジ検出器または波形成形回路として働き、ディジタイザによって設定されたしきい値は、バーのエッジを表わすアナログ信号の点を決定する。しきい値によって、リーダがバーまたはスペースを認識する信号の部分が有効に決定される。
【０００６】
ディジタイザからのパルス信号は、デコーダに適応される。デコーダはまず、ディジタイザからの信号のパルス幅と間隔を決定する。デコーダは次に、幅と間隔とを解析して正しいバーコードメッセージを見い出し、解読する。この解読は、適当なコード標準によって定められた正しい文字とその連続を認識するための解析を含む。この解読は、走査されたシンボルが適合する特別な標準の初期認識を含んでもよい。この標準の認識は、一般的に、自動認識と呼ばれるものである。
【０００７】
異なるバーコードは、異なる情報密度を有し、符号化データの異なる量を表わす所定の面積内に異なる数のエレメントを含む。コードが密になるほど、エレメントとスペースは小さくなる。密なシンボルを適当な媒質に印刷することが必要とされ、したがって、低解像のシンボルの印刷より高価である。バーコードシンボルの密度は、コードの最小バー／スペース幅、「モジュールサイズ」またはバー／スペース幅の逆数である「空間周波数」とも称される。
【０００８】
バーコードリーダは、一般に、その有効な検知スポットによって検出可能なモジュールサイズによって、しばしば表わされる特定の解像度を有する。例えば、光学スキャナについては、ビームスポットサイズは、光反射率の異なる領域、すなわち、シンボルのバーとスペースの間の最小幅よりも大きくすることができる。リーダの解像度は、発光装置または検出器のパラメータ、入射ビームの角度によって発光装置または検出器の何れかに関連する開口絞り、ディジタイザのしきい値、あるいは、これらの要素を２つまたはそれ以上の組合せによって決定される。
【０００９】
レーザビームスキャナでは、有効な検知スポットは、一般に、バーコード上に入射する地点におけるビームの大きさに密接に対応する。光検出器は検知スポットの面積にわたって検出された光を有効に平均化する。
バーコード・スキャナがバーコードを解読できる領域は、スキャナの有効作業読取り範囲と称される。この範囲内で、スポットサイズは、所定のバーコード線密度についてバーコードの正確な読み取りを生ずる。作業読取り範囲は、バーコードのモジュールサイズおよび走査要素の焦点特性に直接関係する。
【００１０】
一般に、光学スキャナは、光ビームを発生するガスレーザまたは半導体レーザのような光源を含む。スキャナシステムに光源として半導体レーザを用いることは、その小型、低コスト、電力要求の少ないことから特に望ましい。光ビームは、特にレンズによって光学的に修正され、所定の距離における所定の大きさのスポットを形成する。光学スキャナは、さらに走査要素および光検出器を含む。走査要素は、シンボルを横断してビームスポットを掃引して、シンボルを横断して通過する走査線を通るか、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行なう。光検出器は、シンボルを横断して延び、シンボルをわずかに通過する視野を有し、シンボルから反射された光を検出するように働く。光検出器からのシンボル電気信号は、パルス幅変調ディジタル信号に変換され、その後、シンボルに符号化されたデータの２値化表示に変換され、それから前述のように表示されている英数字に変換する。
【００１１】
多くの公知の走査システムは、所定距離に所定の直径のビームスポットを作るためにレンズ系を用いてレーザビームを集束し、焦点を合わせる。ビームに垂直な面内（すなわちシンボルに平行な）の、この地点におけるレーザビームの強度は、高い中心ピークを有する「ガウス分布」によって特徴付けられるのが普通である。作業読取り範囲は、バーコードシンボルを走査した後、明るさの強いビームスポットがコードを解読できる範囲として定義される。しかし、スキャナとシンボルの間の距離が、長さで僅か数インチだけであるが、スキャナの作業読取り範囲から外れると、ビームスポットのガウス分布は大きく広がり、バーコードの正確な読み取りを妨げる。したがって、現在の走査システムは、シンボルを正しく読み取るために、シンボルからの距離が比較的狭い範囲内に配置しなければならない。
【００１２】
Ｋａｔｚ他の米国特許第５，０８０，４５８号明細書は、大きく拡大した作業読取り範囲または焦点深度を有するレーザビーム走査系に用いるバーコードリーダを提供した。この走査系は、一般に、レーザ光源、所定の直径の拡大した中心ビームスポットを有する回折パターンを発生するための光学手段、シンボルを横断して修正レーザビームを走査するための走査手段を含む。好適実施例では、レーザ光源は、アキシコンのような光学素子によって修正された規則的な「ガウスタイプ」の光学ビームを発生した。この光学素子は、バーコードパターンに平行な方向に遥かに少なく回折するビームを発生する。特にアキシコンは、軸の実質的な部分に沿った点の連続線に沿って軸を横断するように光軸の点光源からの光を曲げ、それによって作られるビームスポットの強度と直径は、この線の距離に沿ってかなり変動する。アキシコンは、また中心スポットと同心の光の回折リングを発生する。走査線に平行で走査すべきバーコードのシンボルのバーおよびスペースに垂直な光路の中に、スリットを置いてもよい。スリットは走査方向に垂直、すなわちシンボルのバーおよびスペースに平行な回折の一部を除去する。しかし、スリットは走査方向に平行な、またはバーおよびスペースに垂直な面積内に位置するリングの一部は除去しない。
【００１３】
Ｋａｔｚ他のシステムは、従来用いられていた通常のレンズに対する改良を提供しているが、バーコード走査の応用に機能を適合させるためには、さらに洗練されたアキシコンの設計が必要とされる。例えばＫａｔｚ他では、最大作業読取り範囲内で最適に検出するためには、どれだけの数の回折リングが残るべきかという点については考慮していない。    付随的な問題は、所望のビームの焦点合わせを設定し、維持するためにスキャナ内のレーザとレンズの位置決めに関するものである。１つの試みは、レーザ光源とレンズを、必要なビーム焦点合わせを形成するための寸法に定められたモジュールに組み込むことである。レーザダイオードと、このタイプの発生モジュールは、一般に、レーザダイオード、レーザダイオードからの光を発生させるための少なくとも１つのレンズ要素、ダイオードからの光をモジュールの前の所定の距離の地点に焦点合わせをするように、レンズ要素を固定するための手段を有する。
【００１４】
Ｋｒｉｃｈｅｖｅｒ他の、例えば米国特許第４，９２３，２８１号明細書は、モジュールから放射される光の焦点合わせを調整するためにレーザダイオードとレンズアセンブリの間に位置するバイアススプリングの力に抗して、放射および合焦モジュールの２つの保持部材を入れ子式にはめこむことを開示している。１つの保持部材はレーザダイオードに取り付けられ、他の保持部材はレーザダイオードからの光を焦点合わせするためにレンズアセンブリに取り付けられる。第２の保持部材はまた、レンズを通過する光のため楕円形開口絞りを備えている。実際の焦点調節の間、合焦モジュールアセンブリはレーザビームの方向を決定するノッチまたはキー通路と係合するキーまたはチャック要素を含む振動部材内に保持され、レンズおよび開口絞りは２つの保持部材と共に徐々に入れ子式に移動する。所望の焦点に達成すると、２つの保持部材は膠またはエポキシのような接着剤か、焼付け、スポット溶接、超音波溶接等の固定方法によって互いに永久的に固定される。このような焦点合わせは、熟練した技術者による、かなりの労働を必要とする。
【００１５】
異なった走査応用装置に対して必要な焦点合わせは、変化し、モジュールから異なった距離に異なったビームスポットを形成する。このことにより、異なった作業読取り範囲と感度および／またはスキャナが位置すべき好適な作業読取り範囲とを決定するには、スキャナが読み取るべきシンボル濃度に対応して選択されなければならない。メーカーが各種の作業読取り範囲と各種のスポットサイズ感度とを有するスキャナを作る場合、メーカーは各スキャナが役に立つことを期待して、特定のスキャナの応用について適当な焦点合わせを予め設定する、前述のようなレーザダイオードと合焦モジュールの製造を維持しなければならない。このような製品は、特に各モジュールごとに焦点合わせを行なう労働集約的な方法のために、製造コストが高い。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の１つの目的は、走査用、例えばバーコード走査に用いることのできる焦点深度の深いビームを形成することである。
本発明の他の目的は、レンズ基本のスキャナによって達成されるものよりも優れた機能を有し、作業距離を延長し、解読できるバーコード情報の範囲を広げる手段を提供することである。
【００１７】
さらに詳細な目的は、バーコードの走査に最適機能を発生するアキシコンまたは同様なものを用いるスキャナの設計ルールを確立することである。
本発明の他の目的は、広い範囲、例えば作業読取り範囲および／または情報密度の走査の応用に容易に適用できる発光装置および関連する光学的パッケージを作ることである。
【００１８】
【課題を解決するための手段及び作用】
ある観点からは、本発明は光反射率の変動する光学的に符号化された情報を走査する最適機能に選択された光学要素を有するスキャナに関する。このスキャナは、平行光ビームを走査すべき情報に向けられた光路に指向する光源を有する。好適実施例では、光源はレーザであり、振動ミラーが走査運動を発生させる。光路内に備えられた光学手段は、走査すべき情報の特有の大きさに関係する大きさを有するビームによって決定される光スポットを発生する。また、光ビームはビームの軸に沿った実質的な距離にわたって、このスポットサイズを示す。光検出器は、走査された情報から反射された光を受光し、後で解読して処理するために、情報の反射率の変動を表わす信号を発生する。
【００１９】
この本発明の第１の観点においては、光学手段は、光学手段の軸に垂直なほぼ平らな面と、光学手段の軸の周りに回転する、第１の面に対してある角度で回転する図形で形成される第２の面を有する光学素子を含み、このタイプの光学素子は光学手段の軸の方向に向かって内側に平行光ビームの位相傾斜を生じる。本発明の好適実施例は、この光学素子としてアキシコンを用いる（回転図形が直線である）。この光学手段は、開口絞りを形成するための手段を含む。開口絞りは、光学素子を通過する平行光ビームの大きさおよび／または形を限定する。光学素子を通過する平行光ビームの限定された範囲は、特別な位相傾斜を作るために設計された光学素子のために、スキャナの所望の作業読取り範囲を確立する。好適実施例では、光学素子を通過する光の半径を制限する円形開口絞りを用いるものもある。しかし、他の形の開口絞りを用いることもできる。
【００２０】
本発明は、光学素子の最適パラメータと開口絞りの大きさを選択するための一連の特別な設計ルールを提供する。例えば、比Ｒｏβ／λの値は、３よりも小さく、好ましくは１よりも大きくあるべきである。この比におけるβの値は、光学素子によって生じる位相傾斜であり、Ｒｏは開口絞りによって制限される光学素子を通過する平行光ビームの半径であり、λは光源によって発生された光ビームの波長である。
【００２１】
他の観点では、本発明はシンボルを走査する方法を考慮するものである。この方法は、集束ビームを発生すること、読み取るべきシンボルを横断して走査線を発生するように光ビームを移動させること、および光ビームをシンボルのに向かって光路内で修正するステップを含む。特に、この修正は光軸に沿った距離のかなりの範囲にわたって、シンボルからの距離を変動しても、シンボルの特徴的なサイズと全体的に関連する、ほぼ一定の大きさに維持される光スポットを発生する。この特徴は、ビームがアキシコン要素および制御開口絞りを通過するときに導入される位相傾斜の結果である。結果としてのビームはベッセル関数分布で説明されるようなリングで囲まれた中心部分を有する特徴を持つ強度分布となる。開口絞りの直径はまた、光の走査ビームの中心部分を囲むリングの数を制限する。
【００２２】
本発明の好適実施例においては、位相傾斜を発生するステップは、平行光ビームを固体光学素子を通過するように指向することによって得られる。光学素子は、また、ほぼ平らな第１面と光軸の周りに回転する回転図形によって形成された第２面とを有する。この回転図形は、シンボルからの距離が変わっても、ほぼ一定の大きさを示すために必要な光スポットを発生する非球面光学素子を提供するように選択される。回転図形が２次元（円形、楕円形）の場合、その結果としての物体はレンズとなり、シンボルからの距離の変動に対してほぼ一定のスポットサイズを作ることはできないであろう。回転図形は、直線であってもよく、この場合、光学素子は線形アキシコンである。回転図形はまた、直線と２次元図形の間の範囲内にあることもできる。本発明に用いられる非線形光学素子は、ベッセルリングを含むビームスポットを発生する。
【００２３】
本発明による第２の方法は、ほぼ単色光の集束光を発生し、ビームの光路に沿った所定の距離に延びるほぼ一定の直径のビームスポットを発生するために、ビームを修正することを含む。また、ビームスポットは、中心部分と、中心部分を囲む多数のリングを有する所定の回折パターンを示す。このような回折パターンは、前述のように、ベッセル関数に相当することもある。この方法は、さらに中心部分を囲むリングの数を減少させるために、ビーム回折パターンの範囲を制限するステップを含む。制限されたビームは、読み取られるべきシンボルの方に指向され、シンボルを横断して移動される。
【００２４】
この第２の方法の好適実施例においては、光ビームを修正するステップは平行光ビームを光学素子の軸の方向に内側に向ける位相傾斜を発生させる光学素子に、平行光ビームを通過させることからなる。また、ビーム回折パターンの範囲を制限するステップは、例えばビームを所定の半径に制限する円形開口絞りを通過させるような、光学素子を通る平行光ビームの半径を制御することからなる。
【００２５】
他の観点において、本発明は、光学的に符号化された情報を読み取るためのシステム内に用いるための、一般的な発光モジュールおよび特別な走査の応用の要求を満足させるために、モジュールからの光の光学的特性を適合させるためにモジュール上に取り付けられた光学アセンブリからなるモジュール発光装置を提供するものである。一般的なモジュールは、特別な焦点距離調節を必要としない。その結果として、このようなモジュールは、製造プロセスの間に、手動焦点調節を必要としないため、低コストで大量に製造し、保持することができる。光学素子および開口絞りは、時別な応用の要求に合致させ、一般的なモジュールの上に取り付けることができる。取り付け装置の取り外しが容易であれば、製造者は光学素子と開口絞りを取り外して、置き換えて異なる走査の応用に合うようにモジュール装置を再構築することができる。
【００２６】
さらに、特に発光モジュールは、光が放射される前端部分を有する。発光モジュールは、発光モジュールの前端部に向かう方向に光を放射するレーザのような発光要素を含む。第１の光学素子は、第１の発光要素からの光を集束してほぼ無限遠に焦点を合わせる。第１の取り付け手段は、第１の光学素子を発光素子から放射される光の軸に沿って、発光モジュールの前端部に隣接する地点に位置決めする。光学アセンブリは、そこから光が放射される発光モジュールの前端部の上方に支持されてもよい。アセンブリは、軸の実質的な範囲に沿って点の連続線に沿って軸を横断するように、第１の光学素子からの平行光を曲げる第２の光学素子を含む。好適実施例では、第２の光学素子は、線形アキシコンである。開口絞りは、第２光学素子を通過する光ビームの範囲を制限する。
【００２７】
第２光学素子と開口絞りが協同して走査されるべき情報の特徴の大きさに、全体的に相関する大きさの光スポットを発生するように、第２光学素子の形状と、開口絞りの大きさが決定される。これらの大きさはまた、光軸上の距離の実質的な範囲にわたって、装置とシンボルとの間の距離を変えても、スポットをほぼ一定の大きさに維持する。
【００２８】
他の観点では、本発明は、前述のモジュール発光装置と協同する光学スキャナからなる。
モジュール発光装置の好適実施例では、光学素子はほぼ平らな面と、第１面に垂直な軸の周りに回転する回転図形で決定される第２面を有する固体光学素子である。回転図形の形は受光面に対して角度をなす。線形アキシコンは、この型の光学素子は中心部分および中心部分を囲むいくつかのリングからなる回折パターンを発生する。開口絞りは、走査の間、シンボルに実際に達するパターン内のリングの数を制限する。開口絞りは、第１および第２光学素子の間に置くことができる。あるいは、第２光学素子は第１光学素子と開口絞りとの間に置くことができ、開口絞りは、光が放射される第２光学素子の表面に隣接して位置する。
【００２９】
【実施例】
本明細書および特許請求の範囲に用いられている「シンボル」という語は、一般にバーコードシンボルと称されているような、各種の幅のバーとスペースが交互に並んだシンボルパターンのみならず、他の１次元または２次元のグラフィックパターンならびに英数字を広く包含する。一般に、「シンボル」の語は、光ビームの走査により、パターンまたはマークの様々な点の光反射率の変化の表示として、反射光または散乱光を検出することにより、認識され、または識別されることのできる如何なるタイプのパターンまたはマークにも適用することができる。図１は、本発明が走査することのできる「シンボル」の１例として、バーコード１５を示している。
【００３０】
図１は、シンボルを読み取るためのハンドヘルド型レーザスキャナ装置１０を表わす。レーザスキャナ装置１０は、全体として円筒部分１１とハンドル１２を有する前述の特許に示されたタイプのハウジングを含む。図面はハンドヘルド型のピストル形ハウジングを表わしているが、本発明は、デスクトップ型ワークステーションまたは定置型スキャナのような、他の型のスキャナハウジングにも用いることができる。図示された実施例では、ハウジングの円筒部分１１は出射レーザビーム１４が通過して、ハウジングから若干の距離の所に位置するバーコードシンボル１５を横断して走査する出射口すなわち窓１３を有する。
【００３１】
レーザビーム１４は、シンボル１５を横断して移動して走査パターンを発生する。一般に、走査パターンは、ライン１６で示されるように１次元、すなわち線形である。このレーザビーム１４の線形走査運動は、ステッピングモータによって駆動される振動ミラー１７によって発生される。所望であれば、ビーム１４を２次元走査パターンで走査して、２次元的に光学的に符号化されたシンボルを読み取れるような手段を備えてもよい。また、振動ミラーの代わりにレーザ光源２０および／またはアキシコン２２を動かして所望のビーム走査パターンを発生する手段を備えてもよい。
【００３２】
手動で作用できるトリガスイッチ１９または同様な手段は、オペレータが装置１０をシンボル１５に狙いを定めるときに、オペレータが走査作用を開始させることを可能にする。トリガスイッチの使用は、レーザ光源、走査モータ１８、光検出器およびデコーダのような要素を常時動作させる代わりに、シンボルの実際の走査の限られた時間だけ作動させることができるため、電力の消耗を減少させる。
【００３３】
走査装置１０は、ハウジング内に支持された、例えばガスレーザ管または半導体レーザダイオード等のレーザ光源２０を有する。レーザ光源２０は、レーザビーム１４を発生する。光検出器２１は、バーコードシンボル１５から反射された光の少なくとも一部を受けるためにハウジング内に位置する。光検出器２１は、窓１３に面していてもよい。あるいは走査ミラー１７の凸面部が反射光を光検出器２１に焦点を合わせてもよく、この場合には、光検出器は走査ミラーと向き合っている。レーザビームがシンボル１５を掃引すると、光検出器２１はシンボル１５から反射された光を検出し、反射光に比例するアナログ電気信号を発生する。ディジタイザ（図示せず）は、一般にアナログ信号を、そのパルス幅
および／または間隔が、走査されたシンボル１５のバーおよびスペースの物理的な幅に対応するパルス幅変調デジタル信号に変換する。デコーダ（図示せず）は、一般に、関連するＲＡＭおよびＲＯＭを備えたプログラムされたマイクロプロセサからなり、特定のシンボル論にしたがってパルス幅変調デジタル信号を解読し、シンボルに符号化されたデータの２値化表示と、シンボルに表わされた英数字を得る。
【００３４】
レーザ光源２０は、レーザビームを修正して回転ミラー１７の方に指向させるアキシコン２２と開口絞り２３からなる光学手段を通って、レーザビームを指向する。垂直軸上に取り付けられ、モータ駆動部１８によって垂直軸の周りに回転されるミラー１７は、ビームを反射し、出射口１３を通してシンボル１５の方に指向する。図示された開口絞り２３は楕円形であるが、他の形の開口絞りを用いることもできる。開口絞りはアキシコンを通るビームの広がりを制限し、以下に詳細に説明するように、結果としての回折光に表われるリングの数を減少させる。
【００３５】
スキャナ装置１０を作動させるために、オペレータはレーザ光源２０およびステッパーモータ１８等を作動させるトリガスイッチ１９を押す。レーザ光源２０は、アキシコン２２と開口絞り２３の組合せを通るレーザビームを発生する。アキシコン２２と開口絞り２３は、ビームを変形して、引例として挙げられている、Ｋａｔｚ他の米国特許第５，０８０，４５６号明細書に詳細に説明されているように、距離２４にわたって連続して延び、ほぼ不変の、所定の直径を持つ強いビームスポットを発生させる。アキシコン２２と開口絞り２３の組合せは、ビームを回転ミラー１７の方に指向し、これは修正されたレーザビームをスキャナハウジング１１から外側に掃引パターン、即ち走査線１６に沿ってバーコードシンボル１５の方に指向する。距離２４内の任意の地点において、レーザビーム１４にほぼ垂直に置かれたバーコードシンボル１５は、レーザ光の一部を反射する。スキャナハウジング１１内に取り付けられた光検出器２１は、この反射光を検出して、受光した入射光をアナログ電気信号に変換する。次に、システム回路はアナログ信号をパルス幅変調ディジタル信号に変換し、デコーダからなるマイクロプロセッサが、このディジタル信号をバーコードシンボル論の規則の特徴に従って解読する。
【００３６】
アキシコンは反射、屈折またはこれらの両方によって回転図形の軸上の点光源からの光を曲げ、軸の実質的な範囲に沿った点の連続線に沿って軸と交差させる。このようにアキシコンは、レンズの場合のように、光を一点に集めたり、軸に沿った狭い範囲に集めたりはしない。平行ビームによって照明されたアキシコンは、アキシコンの軸の方へ内側に向かった、このようなビームの波面の傾斜を生じさせる。結果としてのビームは中心スポットと同心の回折リングを含む。光路に置かれた開口絞り２３は、このような回折リングの数を制限する。開口絞り２３は、走査方向に平行な、その面積内のこれらのリングの一部と、走査方向に垂直な、その面積内のこれらのリングの一部の両方を除去する。
【００３７】
アキシコンが図に示されているように分離した光学素子である場合には、アキシコンはほぼ平らな第１面を有する。アキシコンの第２面は、第１面に対して角度を有し、アキシコンの中心軸の周りに回転する回転図形で決定される形を有する。線形アキシコンを用いる好適実施例では、回転図形は直線であり、したがって第２面は円錐形である。線形アキシコンは、その円錐面を通る光を受光し、平面から光を放射するような方向に向けることができる。あるいは図３および図５に示されているように、アキシコンは平面を通る入射光を受光し、円錐面から光を放射することもできる。光学素子が以下に詳細に説明する位相傾斜と回折パターンを作る限りにおいて、光学素子は別の形をとることもでき、および／または反射素子で置き換えることもできる。
図２（Ａ）、図２（Ｂ）および図３は、図１のレーザ走査装置１０の中のレーザ光源２０およびアキシコンと置き換えることのできるレーザ発光装置および合焦モジュールを示す。図２（Ａ）は、「一般的な」レーザおよび光学モジュール４０を示す。一般的なモジュール４０は小型のレーザダイオード４１、ホルダー４３および合焦レンズ４５を有する。レーザダイオードモジュール４１は、スペクトルの可視部分の光ビームを放射するタイプのものでもよい。電気接続導線がレーザダイオード４１の基板の裏面から延びている。レーザダイオード４１の円筒形前端部は、一般に真鍮で形成されているホルダー４３の後部内に位置する。レーザホルダー４３の真鍮はレーザダイオード４１によって発生される熱を消散させるヒートシンクとして役立つであろう。ホルダー４３は、レーザダイオード４１の円筒形前端部の上に圧入するように寸法決めされてもよく、あるいはホルダー４３はレーザダイオード４１の前端部および／または基板に、例えば溶接や接着剤によって接合することもできる。
【００３８】
ホルダー４３の前端部は、レンズ４５の受け座として役立つ。レンズはいくつかの手段によって、その位置を保持してもよい。例えば、レンズ４５は、ホルダー４３に接着されるか、またはスナップリングの適当な形によって保持されてもよい。あるいは、一般的なモジュール４０は、レーザダイオード４１とレンズ４５の間に圧縮されたスプリングを有してもよい。このようなスプリングによって提供される拡張力は、レンズ４５をホルダー４３の前端部上に形成された前片部に対して押しつけるであろう。ホルダー４３はレーザダイオード４１から放射される光ビームの軸に沿って、レーザダイオード４１の光放射前面から距離を置いて合焦レンズ４５を位置決めする。ホルダー４３の前端部上に形成された前片部は、モジュール４０が放射する光ビームを通す大きい開口部４７を形成する。
【００３９】
一般的なモジュール４０は、多くの異なった形をとることができる。例えば図２（Ａ）に示されているホルダー４３の代わりにモジュールは、Ｋｒｉｃｈｅｖｅｒ他の米国特許第４，９２３，２８１号明細書に開示されているものと同様な構造のハウジングを用いることもできる。
モジュール４０は、レンズ４５と開口絞り４７がレーザダイオード４１からのビームを無限遠に焦点を合わせるように選択され、位置決めされるため「一般的なモジュール」として役立つ。モジュールの前の所望の距離に所望のビームスポットサイズを提供する、このようなユニットに適合させるために、ビームを再焦点合わせするのに必要な寸法のアキシコンと開口絞りがホルダー４３の前端部に取り付けられる。図２（Ｂ）は、アキシコンと開口絞りキャップ装置の好適実施例を示す。
【００４０】
キャップ４２は、アキシコン要素４４を囲む。キャップ４２の前片部は、開口絞り４７よりは小さい円形開口絞り４６を形成する。図３は、一般的なモジュール４０、キャップ４２およびアキシコン４４を有する、完全なレーザ発光装置および合焦モジュール５０を示す。図示されているようにキャップ４２は一般的なモジュール４０の前端部に圧入する大きさである。このような取り付け構成では、キャップ４２は取り外して異なったスポットサイズおよび作動距離のモジュールを提供するために、異なった開口絞りの大きさおよび／またはアキシコンの角度を有する他のアセンブリで置き換えることができる。あるいはキャップ４２は、例えば溶接や接着によってホルダー４３の前端部に接合することができる。また、キャップ４２のために示された構造は、特徴を例示するためのものである。キャップ４２は、幅広い変化形をとることができる。特に注目すべきことは、キャップ４２はアキシコン４４の後面と一般的なモジュールの前面との間に開口絞り４６を置くために再設計することができることである。
【００４１】
開口絞り４６は、モジュール５０によって放射される光ビームの半径を制限する。開口絞り４６は、線形アキシコン要素４４の円錐形前面の角度と共に、結果としての光ビームの非拡大の断面分布を決定する。所定の走査の応用のために、適当な開口絞りの半径とアキシコン角を選ぶための設計ルールについては、図５に関連させて、以下で説明する。開口絞りとアキシコンは分離した装置の要素として形成されているため（図２（Ａ））、ビーム半径とアキシコン角は、各々期待された応用（バーコード密度、作業読取り範囲等）に対応する所定のビームスポットサイズおよび非拡大の分布範囲を形成するために選択されることができる。一般的なモジュールの焦点合わせは、異なる応用の間で変える必要はない。製造者は各走査の応用について異なったキャップとアキシコンのアセンブリを単に使用するだけでよい。
【００４２】
図４（Ａ）および図４（Ｂ）は、線形アキシコン型の光学素子を断面図と正面図の各々を示す。これらの図面におけるアキシコンは図１の実施例におけるアキシコン２２および図３のモジュールの実施例におけるアキシコン４４に対応する。図４（Ａ）および図４（Ｂ）に示されているように、アキシコン２２（４４）は半径Ｒを有する円形要素である。第１面はほぼ平面である。第２面はアキシコンの中心軸の周りに回転する直線によって決定される。この直線はアキシコンの後部に示される平面に対して角度αを形成する。図５は開口絞り４６および線形アキシコン２２または４４を通過する平行光ビームによって形成される光分布を示す。
【００４３】
本発明の光学素子および開口絞りの配列は、例えばバーコードを走査するための光学走査に特に適した深い焦点深度を有する光ビームを形成する。アキシコンは、このようなビームを形成するのに用いることができるがρＫ（Ｋ＜２、ρは半径方向の距離）とともに変化する他の非球面断面も同様に用いることができる。開口絞り（ビーム直径）と傾斜角が作業読取り範囲を決定することがわかっており、最適な走査機能のために、これらのパラメータについての値を選択することが可能になる。
【００４４】
次の数学的解析は、線形アキシコンを非球面要素の非公式の分類として取り扱っているが、結果は、アキシコンによって提供される非線形から極めて僅かしか異ならない非球面断面について実質上変化しない。アキシコンは、かなりの距離にわたって集束していて、伝幡軸の周りに広がることを制限されているビームを発生するような構造であることが認識されている。
【００４５】
Ｋａｔｚ他の米国特許第５，０８０，４５６号明細書は、アキシコン要素の半径である半径Ｒに対する幾何学的活性領域（視野の深度）について、以下の関係を開示している。
0003602860.tif 000002
ここで、ｎはアキシコンの屈折率、αはアキシコンの円錐形の傾斜角である。しかし、Ｋａｔｚ他は作業読取り範囲を調整するために、開口絞りを備えたアキシコンを通る平行ビームのビーム半径を制限することを特別に示唆してはいない。アキシコンの角の選択と共に適当な大きさの開口絞りを用いれば、所望する視野の深度と、対応する光学スキャナの作業読取り範囲を形成することができることが見い出されている。所定のシンボル密度に最適スキャナ機能を確定するための特別な幾何学的手法と対応する数学的解析を以下に説明する。解析を簡単にするために、開口絞り４６が円形であり、平行ビームが光学素子を通過するときの平行ビームの有効半径を制限すると仮定する。異なる形の開口絞りに対しても同様な原理が適用されるものとする。また、図５は、その平面から光を受光し、円錐面から光を放射するアキシコンを示しているが、アキシコンの方向が反対であったとしても、すなわち、入射光が円錐面に入射し、平面から放射するとしても、以下の解析が適用される。
【００４６】
図５の開口絞りとアキシコンの配列に対する視野の深度は、以下のように表わ
0003602860.tif 000003
ここで、    β＝（ｎー１）α                                                    （１．１）
ここで、ｎはアキシコンの屈折率、αはアキシコンの傾斜面の傾斜角、βは結果としての位相の傾斜である。しかし、この式は実際にアキシコンを通過する平行ビームの半径Ｒｏを用いている。本発明では、ビーム半径Ｒｏは、開口絞り４６のような手段によって制限されている。このような装置においては、ビーム半径Ｒｏは、開口絞り半径に相当する。
【００４７】
開口絞り４６は、図５のように、開口絞りがレーザ光源とアキシコンの間にあるか、図３のように、開口絞りがアキシコンの傾斜面に隣接してある場合に、アキシコンを通過する光の有効半径を制限する。開口絞りがレーザ光源とアキシコンの間にある場合は、開口絞りがアキシコンの後部平面を照明するために実際に入射されるビームの半径を制限する。開口絞りがアキシコンの傾斜面に隣接してある場合には、開口絞りがアキシコン化らの放射光の半径を制限する。しかし、結果としてのビームの幾何学的形状は、開口絞りがどちらの位置にあってもほぼ同じである。
【００４８】
図５のハッチングされた領域内では、ビームは次の地点で最小拡がりに達する。
0003602860.tif 000004
スポットサイズは、ビーム傾斜によって決定され、このビーム傾斜は装置によって得られた位相シフトによって決まる。従って、米国特許第５，０８０，４５６号明細書に示されているように、中心スポット直径は、以下の式で表わされる。
0003602860.tif 000005
ここで、λはレーザ光源によって放射された光ビームの波長である。そして、バー／スペース幅「ｍ」は、コントラストレベルが合理的であるためには（すなわち、＞１５％）、ｄ／２よりも小さくてはならず、その結果、
0003602860.tif 000006
または、
0003602860.tif 000007
である。空間周波数の定義を用いると、ｆｘ＝１／２ｍであるから、結果は次のようになる。
【００４９】
0003602860.tif 000008
アキシコン角に関して、傾斜角βを決定するために式（１．１）を用いると、式（４）および（５）は次のようになる。
0003602860.tif 000009
および
0003602860.tif 000010
バーコードの検出は、いくつかのバーおよびスペースから反射される集束光に依存する。このようなものとして重要な特性は、任意の目標物を走査するときに用いられる点像強度分布関数の反対の「線像分布関数」である。ベッセル状ビームの線像分布関数（アキシコンまたは同様な非球面要素によって提供される）は、例えば図６に示されるように、空間周波数（バーコード密度）の広い範囲にわたって、低い値を示す変調伝達関数（ＭＴＦ）を発生する。特に図６は、βが０．６２５ｍＲａｄの位相面傾斜を発生するアキシコンを用いた結果としてのＭＴＦを示す。線像分布関数のＭＴＦは、距離Ｚ＝１．４ｍにおいて測定されたものである。この測定は、半径Ｒｏ＝２ｍｍの均一な入力照明光、および波長λ＝６７０ｎｍの入力光ビームを提供するレーザ光源を用いて行なわれた。電子回路は、低コントラストの信号でも処理できるように設計されるべきである。このことは、変調伝達関数ＭＴＦが、ある低い値、例えば１５％（図６における０．１５）を越える場合、全範囲にわたる動作の拡張を可能にする。図６のグラフは、本発明のスキャナが有効に読み取ることのできるコード密度の拡張された範囲を示す。
【００５０】
（４）式および（５）式は、バー／スペース幅および光波長が所定の位相前面傾斜（β）を発生するのに必要なアキシコンを決定することを示す。また、（１）式および（２）式は、照明ビームの半径（または、それを決定する開口絞り）が作業読取り範囲とビームの最も狭い位置（２Ｚｄ／３）の両方を決定することを示す。
【００５１】
ガウス分布のビームがアキシコンを照明するために用いられる場合、入力ビームの腰部（１／ｅ２強度の点）がビームサイズとして作用する。異なる空間周波数パターン（即ちバーコード）についての照明光の腰部の関数としての作業読取り範囲（ＷＲ）を示すいくつかの代表的なカーブが、図７および図８の上部に示されている。各図の下の線グラフは、異なる開口絞りの大きさに対して、ガウス分布の照明ビームの腰部の異なった値を用いた、１３ミルのバーコードを読み取るための光軸に沿った異なる作業読取り範囲の位置を示す。
【００５２】
前述のようなアキシコンの派生的な応用は、それから若干の解析的な表現が得られるかも知れないが、アキシコンによって提供される線形位相シフトとやや異なった光学的特性を有する非球面についても広い関係を有し、厳密な形の解は現在の所得られない。例えば、位相傾斜を作るための光学素子に近接しているか、または他の光学素子に固着している場合には、受光面は他の要素の発光面の形と一致するだろう。他の要素がレンズであれば、受光面はレンズの形に相当する形を有するであろう。次に、位相傾斜を作るための光学素子の第２面は、その要素の２つの面の間の差が、上記に説明した線形アキシコンの表面の間の差に対応するように選択された非球面輪郭を有するであろう。
【００５３】
アキシコンは、一定のビーム広がりで「延長された距離」を提供することが示されている。アキシコンの円錐角および光学開口絞りは、作業読取り範囲、非作用領域および所定の密度のバーコードを検出できるビーム能力を独特の方法で決定する。走査の目的のための最適の形は、１と３の間のＲｏβ／λの値を示すことが分かっている。この要求は、点像強度分布関数が走査の目的のために適用できるように、回折パターンの許容できるリングの数が、限定されるべきであるということを立証するものである。この値について最適走査機能が達せられるということを示す、多くの理論的評価、コンピュータ・シミュレーションおよび実験的な結果については、後に詳細に論じる。βは所望の点像強度分布関数（高密度バーコードについては狭く、従ってβは大きい、低密度バーコードについては広く、従ってβは小さい）に基づいて選択されているので、０．３Ｒ／βによって近似的に与えられる。非作用領域を独立に制御することはできないということに注意すべきである。しかし、全てのパラメータの許容できる機能を提供する値の範囲、例えばβ＝０．０００２ラジアンおよびＲ＝１（図１０）は、非常に満足すべき値を提供することを見い出すことができる。
【００５４】
アキシコンは、その入射平面波面を装置の後の位置の若干の領域で、ベッセル関数的な横断分布を生み出す円錐形波面に変換する能力から見ても、「回折を生じない」ビームを発生するための最も簡単な手段である。円錐面に沿って伝搬するＫベクトルを有する１組の制限されない平面波は、実際にベッセルＪｏ分布を生じる。
Ｊｏ（ｋρｓｉｎβ）                                                                        （６）
ｋ＝２π／λ、ここでλは波長、ρは半径方向の距離である。
【００５５】
あるアキシコンは、このような円錐光学面の頭を切った変形であり、「不完全な」ベッセル分布を提供する。それにもかかわらず、スキャナの望ましい特性であるサイドローブの数を制限するため、この特性は有益である。アキシコンは、図５で示されているように領域Ｚｄにおいて延長された合焦ビームを提供する能力を有する。これによって
0003602860.tif 000011
ここで、上記で説明したように、Ｒｏは照明ビームの半径、βはｋベクトルの縦軸（ｚ）方向に対する傾斜である。
【００５６】
さらに、（４）式により、βとアキシコンから発生されたビームの空間周波数応答との間に、近似的に次式で表わされる直接の関係があることが示される。
0003602860.tif 000012
ここで、ｍはバーコードの最も狭い要素の幅である。
【００５７】
アキシコンから発生されたビームは、距離２Ｚｄ／３において、その最大集中度、すなわち「最良スポット」を有する。従って上記の式は、自由パラメータＲｏがあり、これによって最良スポットは任意の位置に変位することができる。親指の法則のように、バーコード解読のための作業読取り範囲は、Ｚｄ／３±Ｚｄ／４の間に広がり、ＺｄはＲｏを増加（または減少）することにより拡大（または縮小）できる。
【００５８】
しかし、以下に示すようにＲｏは完全に独立なパラメータではないということを理解することが非常に重要である。
余りに多くのベッセルリングがパターン内に含まれている場合には、ベッセル分布点像強度分布関数の振動的な性質は、走査の目的のためには、全く不適当である。実際に、ベッセル分布点像強度分布関数の線形積分から得られた像分布関数（ＬＳＰ）は、「ベッセル無回折ビーム」の半径が増加したときに変調伝達関数の重要な減少を示す。
【００５９】
Ｒｏ／３の半径を有する（図５参照）幾何学的な「最良スポット」内に収容されているベッセルリングの数を計算することができる。ベッセル関数（６式）は、ベッセル関数の零値によって境界付けられるリングを有することが知られている。
ｚ＝２．４、５．６、８．７・・・または近似的に    ｚ＝２．４＋πｔ＝（０．７６＋ｔ）πにおいてＪｏ（ｚ）＝０    であるから、（６）式から次の関係が得られる。
0003602860.tif 000013
したがって、ρは最狭点位置における照明光半径の１／３に等しいから、
0003602860.tif 000014
が、「最良スポット」に含まれている中心部分の周りのベッセルリングの数、「ｔ」の値を与える。したがって、Ｒｏβ／λに等しいと定められている量Ｍが１．１４（＝３／２・０．７６）以下ならば、「最良スポット」は単に中心ベッセル領域（ｔ≦０）を含むだけである。Ｍが２．６４のときは、唯１本のリングが「最良スポット」（ｔ＝１）を囲み、Ｍが４．１４のときは、２本のリングが「最良スポット」（ｔ＝２）を囲む等である。    いくつかの傾斜角（β＝０．６２５、１、２、５ｍＲａｄ）、およびいくつかの半径（Ｒ＝２、１、０．５、０．２５）のコンピュータ・シミュレーションは、図９〜図１２に示された表に要約されている。これらのシミュレーションから、以下に述べるいくつかの結論を導き出すことができる。
【００６０】
シミュレーションの結果からの最も重要な結論は、ファクターＭが３よりも小さい場合に、最良の結果（最大の作業読取り範囲）が得られるということである。例として、変調率、すなわちコントラストＣが０．１２に等しい図１０の表を参照する。表の下部に示されているように、４ミルのバーコードおよび５ミルのバーコードのＭＴＦは、Ｍ＝Ｒｏβ／λ    の値が６のとき（データの第１欄）、このようなコードの正確な読みを得るために必要であると仮定された値、０．１２よりも下である。結果として、このようなバーコード密度については、作業読取り範囲が全くない。また、Ｍ＝６の場合については、１０、１５および２０ミルの低密度コードについて得られる作業読取り範囲は比較的短く、またアキシコン素子から遥かに離れている。アキシコンと開口絞りが３または１．５のＲｏβ／λすなわちＭの値（中間欄）を作るために選択された場合は、作業読取り範囲は遥かに長くなり、ＭＴＦが０．１２のカットオフ以下に落ちることはなく、スキャナは全てのサイズのバーコードを有効に読み取ることができる。また、作業読取り範囲はアキシコンに近い点で発生し、走査されるコードは装置の前面に比較的近くにあるので、スキャナの位置合わせが容易になる。右側の欄は、Ｍが０．７５の値の場合を示すが、スキャナはリストに挙げられたコードの全てを読み取ることができ、達成された作業読取り範囲は、実際にＭが３または１．５のときの状態よりも小さい。図９、図１１および図１２に示されている他の表は、Ｍが１と３の間にあるときの同様に有利な結果を示す。
【００６１】
図１１に示されている実験的結果は、コンピュータ・シミュレーションから導き出された結論と合致する。１ｍｍの開口絞りに対する実験的結果は、Ｍが１．５の値のときに相当する。これらの結果は、４つのバーコード密度の全てについて長い作業読取り範囲を示す。又、これらの作業読取り範囲の全ては、１４または１５インチにほぼ等しい距離からスタートする。０．５ｍｍの開口絞り（Ｍ≡０．７５）を用いるとアキシコン素子に近い作業読取り範囲を作った。しかし、作業読取り範囲の若干のものは、特に１０ミルのバーコードについての範囲は、図１１において１ｍｍの開口絞りを用いて作られた範囲よりも短い。
【００６２】
（７）式からのβの値を、ＷＲおよびＭの式に代入すると、以下の式が得られる。
0003602860.tif 000015
コンピュータ・シミュレーションから示されるように、Ｍは１と３の間にあるべきであり、その結果は以下のようになる。
0003602860.tif 000016
または
0003602860.tif 000017
（１０）式からのＲｏを（９）式に代入すると、次の式が得られる。
0003602860.tif 000018
最良の「ガウス分布ビーム」として、次式が得られることは、注目すべきことである。
【００６３】
【数１】
0003602860.tif 000019
【００６４】
その結果、作業読取り範囲は、
0003602860.tif 000020
ここで、Ｃは検出されたパターンのコントラストまたは「変調率」である。
【００６５】
「最良ガウスタイプ」と比較すると、アキシコン構造によって提供される改良は、（１１）式を（１２）式によって割り算することによって計算できる。
0003602860.tif 000021
これは図１３に示すようにＭとＣのいくつかの値について計算できる。
【００６６】
ｍ２／λの係数はアキシコンの場合は、（３．５÷１０．５）であり、ガウスタイプの場合は約（５．４÷６．４）である（Ｃ＝０．１２または０．０８と仮定）。したがって、公称設計密度について、Ｍ＝２÷３とすれば、アキシコンファクタ１．３÷１．６５（３０〜６５％）によって作業読取り範囲を理論的に増加することができることを示す。Ｍ＜２ならば、ガウス分布ビームは同等の性質であろうことも示される。
【００６７】
コンピュータ・シミュレーションにおいて行なわれる実際の作業読取り範囲は図９〜図１２に示されるように要約されている。
したがって、開口絞り４６の半径によって確定される半径Ｒｏを有する照明ビームが、βラジアンの位相前面傾斜を有する円錐波面を提供するアキシコンに入射した場合、結果としてのビームは、ほぼ０．３〜０．９Ｒｏ／βにわたる距離を越えて断面分布を拡大せずに維持することができる。しかし、走査の目的には、広い断面のビームは望ましくないので入射ビームは、以下の条件を満足しなければならない。
【００６８】
0003602860.tif 000022
図３の実施例は、いくつかの交換可能のアキシコンおよび各々傾斜角β（（ｎー１）αによって定められる）のアキシコンと平行レーザアセンブリと結合して用いることのできる半径Ｒｏの開口絞りを含む開口絞りキャップユニットを用いる。各キャップについてのβとＲｏの選択は、意図した応用（バーコード密度、作業読取り範囲等）に依存する。また、アセンブリ５０は、スキャナが異なるバーコード密度シンボルについて用いられた場合、（アキシコンを取り替えることによって）再構成することができる。
【００６９】
前述の好適実施例は、光学素子として屈折型アキシコン、すなわち要素を通過して修正される光ビームが必要な位相傾斜を作るようなアキシコンを用いている。適当な輪郭を有する反射型の光学素子を用いることも可能である。例えば、光学素子は円錐形の形をしたミラーの形をとることもできる。このようなミラーは、ミラーの中心軸の周りに回転する直線または同様な形状の回転によって決定される反射面からなる。
【００７０】
また、本発明に用られる開口絞りは、各種の形を持つことができる。図１に示されるように、開口絞り２３は楕円形であり、図２（Ａ）〜図５の開口絞り４６は、特定の半径の円形開口絞りとして説明されている。開口絞りは、また正方形でも矩形であってもよい。何れの場合にも、開口絞りは光学素子によって修正された平行ビームの範囲を制限し、それによって回折パターンの範囲を制限して、回折パターンに表れるリングの数を減少させる。
【００７１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、走査用、例えばバーコード走査に用いることのできる焦点深度の深いビームを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるハンドヘルド型光学スキャナの部分的な断面等角図である。
【図２】図２（Ａ）は、レーザ発光装置および光学モジュールの断面図、図２（Ｂ）は、開口絞りおよびアキシコンアセンブリの断面図である。
【図３】図２（Ｂ）の開口絞りおよびアキシコンアセンブリを備えた図２（Ａ）のレーザ発光装置および光学モジュールの組合せによって形成された発光装置および合焦モジュールの断面図である。
【図４】図４（Ａ）および図４（Ｂ）は、本発明に用いる線形アキシコン型の屈折光学素子の断面図および正面図である。
【図５】線形アキシコンおよび円形制限開口絞りを通過する平行光ビームによって生じた光分布の図式的表示である。
【図６】アキシコンを用いるスキャナについて、走査されたシンボルの空間周波数に関する変調伝達関数のグラフである。
【図７】本発明を用いて走査されたコードの異なる空間周波数で照明された幅の関数としての作業読取り範囲を示すグラフである。
【図８】本発明を用いて走査されたコードの異なる空間周波数で照明された幅の関数としての作業読取り範囲を示すグラフである。
【図９】本発明を用いるスキャナのコンピュータシミュレーションで得られた実際の作業読取り範囲を示す表である。
【図１０】本発明を用いるスキャナのコンピュータシミュレーションで得られた実際の作業読取り範囲を示す表である。
【図１１】本発明を用いるスキャナのコンピュータシミュレーションで得られた実際の作業読取り範囲と実験的な結果を示す表である。
【図１２】本発明を用いるスキャナのコンピュータシミュレーションで得られた実際の作業読取り範囲を示す表である。
【図１３】べき数Ｍとコントラストｃとの計算結果を示す図である。
【符号の説明】
１０    スキャナ
１１    ハウジング
１２    ハンドル
１３    窓
１４    レーザビーム
１５    バーコードシンボル
１６    ライン
１７    振動ミラー
１８    走査ミラー
１９    トリガスイッチ
２０    レーザ光源
２１    光検出器
２２    アキシコン
２３    開口絞り
２４    作業読取範囲
【図１】
0003602860.tif 000023
【図２】
0003602860.tif 000024
【図３】
0003602860.tif 000025
【図４】
0003602860.tif 000026
【図５】
0003602860.tif 000027
【図６】
0003602860.tif 000028
【図７】
0003602860.tif 000029
【図８】
0003602860.tif 000030
【図９】
0003602860.tif 000031
【図１０】
0003602860.tif 000032
【図１１】
0003602860.tif 000033
【図１２】
0003602860.tif 000034
【図１３】
0003602860.tif 000035