(57)【要約】  印を読み取るための電気光学リーダにおいて、緑色レーザ・ビームが生成され、合焦され、非対称ビーム断面をもつように成形される。緑色レーザ・ビームは、さらに、読み取り前に、印上の照準スポット又はパターンを照明するように用いられる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気光学的に印を読み取るためのリーダにおいて、高可視性の光ビームを生成して、電気光学的に読み取られるべき印の方向に向ける装置であって、
約５００ｎｍから約５５０ｎｍまでの範囲の波長を有する緑色レーザ・ビームとして光ビームを生成し、前記緑色レーザ・ビームを経路に沿って前記印の方向に向けるためのレーザ
を含み、前記レーザが、前記経路に対して垂直な横方向平面において非対称断面を有する非線形光学結晶化合物を含み、前記横方向平面において非対称ビーム断面をもつ前記緑色レーザ・ビームを生成することを特徴とする装置。
【請求項２】
前記化合物が、高反射性誘電ミラーが被覆された両面を有し、一対の非成形光学結晶が前記面の間に配置されて、内部共振構造を形成するようになった請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記面の一方が、ポンプ・ビームが向けられる入力面であり、前記面の他方が、ここから前記緑色レーザ・ビームが前記化合物を出て行く出力面であり、前記出力面が、凸状に湾曲されて、該緑色レーザ・ビームを光学的に修正して、合焦する光学パワーを与えるようになった請求項２に記載の装置。
【請求項４】
開口絞りが前記化合物の前記出力面上の前記誘電ミラーに形成されて、前記緑色レーザ・ビームをさらに光学的に修正して、合焦するようになった請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記結晶の一方が硫酸チタンリン酸塩カリウムであり、前記結晶の他方がネオジム・ドープされたイットリウム・オーソバナジウム酸塩であり、前記ポンプ・ビームが８０８ｎｍの波長を有し、前記入力面上の前記誘電ミラーが５３２ｎｍ及び１０６４ｎｍにおいて最大反射率を有し、前記出力面上の前記誘電ミラーが１０６４ｎｍにおいて最大反射率を有する請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記化合物と熱伝達状態にあるヒート・シンクと、前記ヒート・シンクに連結されて、該化合物の温度を測定するための熱電対と、前記熱電対及び該ヒート・シンクと作動的に連結されて、前記温度がしきい値を超えた場合には該ヒート・シンクを冷却するための冷却要素とを含む請求項１に記載の装置。
【請求項７】
熱伝達状態にある前記化合物を支持するためのヒート・シンクを含み、前記ヒート・シンクが前記緑色レーザ・ビームの前記経路と平行する面にある請求項２に記載の装置。
【請求項８】
熱伝達状態にある前記化合物を支持するためのヒート・シンクを含み、前記ヒート・シンクが前記緑色レーザ・ビームの前記経路に対して垂直な面にある請求項２に記載の装置。
【請求項９】
前記ヒート・シンクが、前記入力面が少なくとも部分的に露出した開口部を有するようになった請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記印が、走査方向に沿って互いに離間された複数の平行なバーを有するバーコード記号を含み、前記非対称ビーム断面が、前記記号を横切る走査方向に沿って考慮したときに短辺を有し、該記号の読み取り中に、該記号を横切る走査方向に沿って前記ビームを掃引するための走査コンポーネントを含む請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記印が、コード化された記号であり、前記緑色レーザ・ビームが、前記記号を読み取る前に、該記号の一部を照明するようになった請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
高可視性の光ビームを生成して、電気光学的に読み取られるべき印の方向に向けることにより印を電気光学的に読み取る方法であって、
約５００ｎｍから約５５０ｎｍまでの範囲の波長を有する緑色レーザ・ビームとして光ビームを生成するステップと、前記緑色レーザ・ビームを経路に沿って前記印の方向に向けるステップとを含み、前記レーザ・ビームが、前記経路に対して垂直な横方向平面において非対称断面を有し、前記横方向平面において非対称ビーム断面をもつ前記緑色レーザ・ビームを生成する非線形光学結晶化合物から生成されることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、例えば、異なる光反射性をもつ部品を有する、バーコード記号のような印を読み取るための電気光学システムに関し、具体的には、非対称ビーム断面を有する緑色レーザ・ビームを生成し、照準目的及び／又は読み取り目的のために、該緑色レーザ・ビームを記号に向けるための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、種々の電気光学リーダ及びシステムが、ラベル又はターゲットの表面に示されるバーコード記号を読み取るために開発されてきた。バーコード記号自体は、コード化された印のパターンである。一般に、リーダは、電気光学的に、図による記号の印を、英数字にデコードされる電気信号に変換する。結果として得られる文字は、記号と関連付けられたターゲット、及び／又は、ターゲットの何らかの特性を記述する。このような文字は、典型的には、販売時点処理、在庫管理、商品の追跡などにおける用途のためのデータ処理システムに対する入力データを含む。
【０００３】
記号における、例えばバー及びスペースのような記号要素の特定の配置は、コード又は記号論により指定される一組の規則及び定義により表わされる文字を定義する。バー及びスペースの相対的なサイズは、バー及びスペースの実際のサイズにおけるように、用いられるコード形式により求められる。
【０００４】
所望の文字列をエンコードするためには、各文字が、それ自体が対応する要素の群により表わされる状態で、要素の配置の集まりを連結させて完全な記号を形成する。幾つかの記号論においては、独特な「開始」及び「停止」文字を用いて、記号がどこで始まり、どこで終了するかを示す。記号論は、ＵＰＣ／ＥＡＮ、Ｃｏｄｅ３９、Ｃｏｄｅ１２８、Ｃｏｄａｂａｒ、及びＩｎｔｅｒｌｅｖｅｄ２of５といった一次元コードを含む。
【０００５】
記号表面積の所定の量において表わす又は格納することができるデータ量を増加させるために、幾つかの新規な記号論が開発された。１つの新規なコード規格、Ｃｏｄｅ４９は、要素を水平方向に延ばすのではなく、要素の列を垂直方向に積み重ねる二次元の概念を導入した。すなわち、１つの長い列ではなく、幾つかのバー及びスペースの列がある。Ｃｏｄｅ４９の構造は、米国特許番号第４，７９４，２３９号に記載されている。ＰＤＦ４１７として知られる別の二次元コード構造は、米国特許番号第５，３０４，７８６号に記載されている。
【０００６】
電気光学リーダは、例えば、米国特許番号第４，２５１，７９８号、第４，３６９，３６１号、第４，３８７，２９７号大、４，４０９，４７０号、第４，７６０，２４８号、及び第４，８９６，０２６号に開示されており、これらはすべて、本発明の譲受人に譲渡されている。これらのリーダは、一般に、光ビームを射出するためのガス・レーザ又は半導体レーザで構成された光源を含む。リーダにおける光源として半導体デバイスを用いることは、これらが小型で、低価格であり、所要電力が低いために、特に望ましい。レーザ・ビームは、典型的には、収束光学アセンブリにより光学的に修正されて、ターゲットが配置される焦点距離において特定の大きさを有するビーム・スポットを形成する。焦点距離におけるビーム・スポットの断面は、異なる光反射性の記号領域間、すなわち、バー及びスペース間の最小幅に近似するものであることが好ましい。
【０００７】
通常のリーダにおいては、光ビームは、走査コンポーネントにより、光路に沿ってターゲット記号の方向に向けられる。リーダは、光ビームの経路に配設されたミラーといった走査コンポーネントの移動により、例えば、ターゲット記号を横切るライン又は一連のラインのような走査パターンにおいて光ビームを繰り返し走査することによって作動する。走査コンポーネントは、記号を横切ってビーム・スポットを掃引し、該記号の境界を横切り、かつこれを越えて走査ラインを追跡し、及び／又は、所定の視野を走査する。
【０００８】
リーダは、さらに、記号から反射又は散乱された光を検出するように機能するセンサ又は光検出器を含む。光検出器又はセンサは、光学路におけるリーダに配置して、記号の境界を少なくとも横切り、かつこれをわずかに越えて延びる視野を有するようにする。記号から反射される光ビームの一部は戻り光として検出されて、アナログ電気信号に変換される。デジタイザがアナログ信号をデジタル化する。次いで、デジタイザからのデジタル化信号が、記号に用いられる特定の記号論に基づいてデコードされて、該記号においてエンコードされるデータのバイナリ・データ表現になる。次いで、バイナリ・データは、後続して、記号により表わされる利数字にデコードされることになる。
【０００９】
公知のリーダにおけるレーザ・ビームは、約６３３ｎｍから約６７０ｎｍまでの範囲の波長、好ましくは一般に用いられる６５０ｎｍの波長を有し、人間の目には赤色に見える。パワー、したがって赤色レーザ・ビームの強さは、人間の目をレーザに曝されることから保護するために、国際電気標準会議（ＩＥＣ）により設定された安全規格により調節される。バーコード記号を読み取るためには一般に十分であるが、現行の安全規格下の赤色レーザ・ビームの可視性は、強い日光下又は蛍光灯のような強い白光下、又は長距離走査のためには、依然として、人間の目による認識には不十分である。
【００１０】
電荷結合素子（ＣＣＤ）センサのような二次元アレイを用いて、記号を画像形成することが知られている。合焦レンズを含む収集光学は、戻り光をＣＣＤセンサ上に合焦するのに用いられる。次いで移動ビーム・スキャナについて上述されたように、記号のイメージが検出され、デジタル化され、デコードされる。
【００１１】
さらに、記号において、該記号を読み取る前に、ＣＣＤセンサ、並びに、移動ビーム・スキャナに照準を当てることが知られている。照準光回路は、一般に、記号上に静的又は動的照準スポット又はパターンを形成するのに用いられる。ここでも、照準スポット又はパターンが赤色レーザ・ビームを使用する場合には、該照準スポット又はパターンの可視性が劣化し、時には、強い周囲光又は長距離の照準の下で「あせて」しまう。
【発明の開示】
【００１２】
本発明の１つの目的は、データ・エンコード記号に照準を当てる及び／又は読み取るのに用いられる光ビームの可視性を増加させることである。
本発明の別の目的は、移動ビーム・リーダに採用される光ビームの被写界深度を増加させることである。
本発明のさらに別の目的は、電気光学リーダが遭遇するスペックル雑音を減少させることである。
本発明のさらに別の目的は、回折により誘起されるレーザ・ビームの発散を減少させることによって、より高密度の記号を読み取ることである。
本発明の付加的な目的は、赤色と関連付けられる心理的危険因子を減少させ、電気光学リーダの作動中にレーザ光を視認する人の快適度を増加させることである。
本発明の別の目的は、小規模でコンパクトな、軽量の、作動において耐久性がある、したがって、携帯型の手持ち式用途に最適なレーザ装置を提供することである。
【００１３】
これらの目的及び以下で明らかになる目的を念頭において、本発明の１つの特徴は、簡単に述べると、該印を電気光学的に読み取るためのリーダにおいて、高可視性の光ビームを生成し、これを、一次元及び／又は二次元のバーコード記号のような読み取られるべき印の方向に向けるための装置にある。
【００１４】
高可視性の光ビームは、約５００ｎｍから約５５０ｎｍまでの範囲の波長、好ましくは５３２ｎｍの波長を有する緑色レーザ・ビームとしてレーザにより生成され、経路に沿って印に向けられる。レーザは、経路に対して垂直な横方向面において非対称断面を有する光学結晶化合物を含み、該横方向面において非対称断面をもつ緑色レーザ・ビームを生成する。好ましい実施形態においては、印は、走査方向に沿って、互いに離間された複数の平行なバーを有する一次元のバーコード記号であり、この場合においては、ビーム断面は、該走査方向に沿って考慮したときに短辺を有する。記号を横切ってビームを移動させることにより、これを読み取ることが開始される。
【００１５】
記号を読み取るために緑色レーザ・ビームを用いるのではなく、又はこれに加えて、該緑色レーザ・ビームをさらに照準光源として用いて、読み取り前に、記号上の静的又は動的照準スポット又はパターンを照明することができる。緑色ビームは、同じ出力パワーで通常の赤色ビームと比較すると、何倍も明るい。したがって、人間のオペレータは、日光のような強い室外の光、又は、蛍光灯のような強い室内の光、又は、数フィート離れた遠方における長距離読み取りの下でさえも、より容易に緑色ビームを見ることができる。
【００１６】
緑色ビームは、さらに、赤色ビームと比較するとより大きな焦点深度を示す。レイリー範囲は、合焦されたガウス・ビームの焦点深度であり、波長と反比例する。したがって、波長が赤色ビームの波長より短い緑色ビームは、記号を読み取ることができる、より大きい焦点深度を有する。
【００１７】
レーザ・スペックルは、例えば、粗い表面のレーザ照明により生じるレーザ放射のコヒーレンスにより引き起こされる雑音又は干渉効果である。緑色レーザ・ビームは、その短い波長のために、赤色ビームより少ないスペックル雑音を有する。より高密度の記号もまた、緑色ビームの波長がより短く、回折により誘起されるビーム拡散が少ないために、より容易に読み取ることができる。
【００１８】
緑色ビームの使用は、赤色及び危険に関連付けられる理的危険因子をなくすことはないとはいえ、最小にする。対照的に、緑色は、一般に、自然及び安全に関連付けられているため、気分的により快適である。したがって、緑色ビームを射出する電気光学リーダを用いる人間のオペレータは、より安全な気持ちになり、これに付随して、消費者及びその子供たちのような、リーダが使用されている場所の近傍にいる人々は、特に、デバイスがガン形状のハウジングにより構成されており、武器と似ているように構成されている場合に、危険なデバイスに脅されている又は曝されていると感じることはない。
【００１９】
好ましい実施形態においては、結晶化合物の出力面は、凸状に湾曲されて、緑色レーザ・ビームを光学的に修正し、合焦する光学的パワーを与える。このことは、ビーム経路に別個の合焦レンズを設ける必要性をなくすことができる。さらに、開口絞りを、化合物の出力面上に形成された誘電ミラーに直接形成することができる。このことは、ビーム経路に別個の開口絞りを設ける必要性をなくすことができる。個別の合焦レンズ及び開口絞りをなくすことは、小規模化程度を増加させ、リーダが極めて小さい形状因子を有することを可能にする。
【００２０】
要約すれば、移動ビームを用いるレーザ・ベースのデータ獲得は、特に楕円形状の緑色ビームを移動ビームとして用いることが理想的である。必要とされる焦点深度を達成する成形目的のために、付加的な光学パワーが結晶化合物に与えられ、出力ビームが開かれる。イメージャ・ベースのデータ獲得においては、緑色ビームを用いてイメージャに照準を当てることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１における参照番号２０は、一般に、コード記号２４のような印を電気光学的に読み取るための手持ち式リーダを示し、これは、該印から作動距離の範囲に配置されている。リーダ２０は、ピストル型の握りハンドル２１と、人為的に作動可能なトリガ２２とを有し、該トリガは押し下げられたときに、光ビーム２３を記号２４に向けることを可能にする。リーダ２０は、光源２６、光検出器２７、信号処理回路２８、及び、バッテリ・パック２９を収容するハウジング２５を含む。ハウジング正面にある光透過窓３０は、光ビーム２３が該ハウジングから出て行くことを可能にし、記号から散乱された戻り光３１が該ハウジングに入ることを可能にする。キーボード３２及びディスプレイ３３をハウジングの上壁に形成して、ここへの容易なアクセスを可能にすることができるという利点がある。
【００２２】
使用において、ハンドル２１を持っているオペレータは、ハウジングを記号に向け、照準を当てて、トリガを押し下げる。光源２６は、光ビームを射出し、これは光学的に修正され、光学系又は合焦レンズ３５により合焦されてビーム・スポットを記号２４上に形成する。ビームは、ビーム・スプリッタ３４を通って、モータ・ドライブ３８により、１秒に少なくとも２０走査の走査速度で繰り返し振動される走査ミラー３６に達する。走査ミラー３６は、これに入射したビームを記号２４に反射して、或る走査パターンにより、該記号を横切ってビーム・スポットを掃引する。走査パターンは、幾つかの可能性を挙げるとすれば、走査方向に沿って、記号に沿った縦方向に延びるラインであってもよいし、又は、相互に直交する方向に沿って配置された一連のラインであってもよいし、又は、全方向性パターンであってもよい。
【００２３】
反射された戻り光３１は、走査パターンに渡り可変強度を有し、ウィンドウ３０を通過して、走査ミラー３６上に達し、ここでスプリッタ３４上に反射され、次いで、光検出器２７に反射されて、アナログ電気信号に変換される。当該技術分野において知られるように、信号処理回路２８は、記号をデジタル化し、デコードして、記号においてエンコードされたデータを抽出する。
【００２４】
従来技術の光源２６は、約６３３ｎｍから約６７０ｎｍまでの範囲の波長で、上述のように、強い周囲光の存在下又は長距離の読み取りにおいてはあせる傾向がある特徴的な赤色をもつレーザ・ビーム２３を生成することができるレーザである。本発明によれば、図２に示す光源４０の一実施形態は、約５００ｎｍから約５５０ｎｍまでの範囲の波長、好ましくは５３２ｎｍの波長を有する緑色レーザ・ビームを生成することができる。
【００２５】
光源４０は、第１非線形光学結晶４２、該第１結晶４２と直接接触する第２非線形光学結晶、第１高反射誘電ミラー４６が被覆された入力面、及び、第２高反射誘電ミラー４８が被覆された出力面を有する光学結晶化合物を含む。
【００２６】
好ましい実施形態においては、第１結晶４２は、ネオジム・ドープされたイットリウム・オーソバナジウム酸塩（Ｎｄ：ＹＶＯ4）又はネオジム・ドープされたガドリニウムオーソバナジウム酸塩（Ｎｄ：ＧｄＶＯ4）である。第２結晶は、ＫＴＰとしても知られる硫酸チタンリン酸塩カリウムであることが好ましい。各々のミラー４６、４８は、入射角０°及び４５°での特定の波長における最大反射率のために、全誘電性精密コーティングである。第１ミラー４６は、５３２ｎｍ及び１０６４ｎｍで反射する。第２ミラー４８は、１０６４ｎｍで反射する。
【００２７】
図４及び図７の両方の実施形態においては、合焦されたポンプ・ビーム５０が第１ミラー４６上に４５°の角度で入射し、結晶化合物内にレーザ共振、及び、第２高調波の生成を誘起させる。５３２ｎｍの波長を有する緑色レーザ・ビーム５２は、第２ミラー４８から放射される。増加した可視性、増加した被写界深度、減少したスペックル雑音、減少した、回折により誘起されるビーム発散、及び増加した心理的快適度をもつ緑色レーザ・ビームを用いる利点が上述された。
【００２８】
一次元のバーコード記号２４のような印を読み取るための電気光学リーダの分野においては、本発明は、緑色レーザ・ビームを、ビームの伝播方向に対して横方向の平面において考慮したときに、非対称ビーム断面を有するように成形することを提案する。図２に示すように、結晶化合物は長方形断面を有し、したがって、楕円形又は細長いビーム断面を生成する。好ましい実施形態においては、化合物は、測定すると３．５×２平方ｍｍの長方形断面を有する。ビームの楕円率は、化合物断面のアスペクト比と共に変化する。化合物の長さは約４ｍｍである。ビーム断面の短辺は、走査方向、すなわち、ビームが、走査コンポーネント３６により印２４を横切って掃引される方向に沿って延びる。
【００２９】
本発明は、さらに、出力面を凸状に湾曲した球状構成で形成することにより、光学パワーを結晶化合物に与えることを提案する。出力面は、このように磨かれて、記号２４が配置される近傍の基準平面においてビームを合焦するように合焦レンズを形成する。合焦レンズをレーザ装置の不可欠な部分として形成することにより、光学系３５における個別の別個の合焦レンズに対する必要条件がなくなるか、又は、少なくとも減る。
【００３０】
本発明は、さらに、開口絞りをレーザ装置の不可欠な部分として組み込むことによる付加的なビーム成形を提案する。従来技術においては、開口絞りは、典型的には、図１におけるレーザ源２６と走査コンポーネント３６との間の光路に個別要素として与えられる。本発明は、開口絞り５４を直接第２ミラー４８に形成することを提案する。開口絞り５４は、長方形（図５）又は楕円形（図６）の開口部を有することができ、緑色ビームは走査コンポーネント３６に達する途中で、これを通る。
【００３１】
別個の開口絞り及びレーザ外部の合焦レンズをなくすことにより、非常に小型の装置が与えられ、これは非常に小さい形状因子を有するハウジング内にリーダを取り付けるのに用いることができ、又は、電気光学リーダの付加のためのあきがほとんどないデバイスのアクセサリとして用いることができる。例えば、小規模なリーダは、利用可能な空間が限られている携帯情報端末又は携帯電話に付加することができる。
【００３２】
本発明は、さらに、−３０℃から＋６０℃までの環境において、緑色ビームに対して安定した出力パワーを維持することを提案する。温度管理は、化合物を第１ヒート・シンク５６及び第２ヒート・シンク５８に取り付けることにより達成される。ペルチエ要素６０のような電子冷却システムが。シンク５６、５８の間に挟まれる。温度を管理することにより、出力波長を調整することができる。熱電対６８を第１ヒート・シンク５６に接続して温度を監視し、監視温度がしきい値を超えた場合には、フィードバック制御回路においてエラー信号が生成されて温度が修正され、次いで、出力波長が修正される。
【００３３】
図４においては、ヒート・シンク５６、５８及びペルチエ要素６０は、間隙通路６２を有し、ポンプ・ビーム５０は間隙をもってこれを通り、第１ミラー４６上に入射する。
【００３４】
ここまで上述されたように、非対称ビーム断面をもつ合焦された緑色レーザ・ビームは、読み取られるべき記号を横切って掃引される。さらに、緑色ビームの高可視性を、読み取り前に、照準ビームとして用いることができる。例えば、上述の及び図８に示すＣＣＤイメージャの場合においては、ＣＣＤセンサ６４を記号に向けて照準を当てることが望ましく、この目的のために、図２又は図７の緑色レーザ装置が、該記号上の照準スポット又はパターン８０を、信頼性をもって照明するように働く。図８は、ターゲット平面８２上の投影されたパターン、緑色レーザ装置４０、及び、多数のビームレットを生成するように作動する回折光学要素６６を示す。照準パターン８０は、４つのコーナ・マーク及び中央十字線マークを含む。
【００３５】
図９は、緑色レーザ装置４０と、一次元のバーコード記号７２又は二次元バーコード記号７４を横切る走査ライン７６を生成するように作動するスキャナ７０を示す。
【００３６】
新規なものとして特許請求される、及び、特許により保護されることが望まれるものは、特許請求の範囲に述べられる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】従来技術によるバーコード記号を読み取るための手持ち式リーダの概略図である。
【図２】本発明による緑色レーザ・ビームを生成するための構成の一実施形態の拡大斜視図である。
【図３】図２の実施形態を縮尺した平面図である。
【図４】図３の線４−４を取った断面である。
【図５】図２の実施形態による開口絞りの端面図である。
【図６】本発明の別の実施形態による開口絞りの端面図である。
【図７】本発明による装置の別の実施形態の正面図である。
【図８】本発明のさらに別の実施形態によるイメージャ・ベースのリーダにおける緑色レーザ照準装置の絵画図である。
【図９】本発明のさらに別の実施形態による一次元及び／又は二次元記号を読み取るための移動ビーム・リーダにおける緑色レーザ走査装置の斜視図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
2007502537.tif 000012
2007502537.tif 000013