(57)【要約】イメージングリーダが、ターゲットに直接向けられることが可能になるために、モールド成形加工および機械加工技術で製造された非干渉光学コンポーネントを用いて、異なる照準光パターンが生成される。本発明の照準パターン生成器は、異なる光反射率部分を有するインディシアを電気光学的に読み取るイメージングリーダの照準パターン生成器であって、（ａ）一方向に沿って間隔を空けて置かれた複数の屈折構造を有する光学コンポーネントであって、各構造は、該方向に沿って測定される構造寸法Ｔを有する、光学コンポーネントと、（ｂ）波長λと、該方向に沿って測定されるビーム寸法Ｄを有するビーム断面とを有する可視平行光ビームを生成するため、および、該光軸に関して測定される最大角度αｍａｘで、読み取られる該インディシア上に照準光パターンを投影するために、該ビームを屈折用屈折構造を通る該光軸に沿って導くための手段とを備える。
2008505403.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる光反射率部分を有するインディシアを電気光学的に読み取るイメージングリーダの照準パターン生成器であって、
（ａ）一方向に沿って間隔を空けて置かれた複数の屈折構造を有する光学コンポーネントであって、各構造は、該方向に沿って測定される構造寸法Ｔを有する、光学コンポーネントと、
（ｂ）波長λと、該方向に沿って測定されるビーム寸法Ｄを有するビーム断面とを有する可視平行光ビームを生成するため、および、該光軸に関して測定される最大角度αｍａｘで、読み取られる該インディシア上に照準光パターンを投影するために、該ビームを屈折用屈折構造を通る該光軸に沿って導くための手段と、
を備え、
該ビーム寸法Ｄは、該構造寸法Ｔよりも大きく、該構造寸法Ｔは、該波長λを該最大角度αｍａｘの正弦値で除算した値よりも大きい、照準パターン生成器。
【請求項２】
前記生成するための手段は、発散するレーザビームを生成するレーザダイオードと、該レーザビームに対し、所定の断面を形成するための該発散するビームの経路中の開口絞りと、所定断面の該ビームを前記平行ビームに光学修正するために有効な前記光学コンポーネントの部分とを含む、請求項１に記載の照準パターン生成器。
【請求項３】
前記屈折構造は、単一の照準線として、該照準線の長手方向に沿って実質的に均一な光強度を有するように前記照準光パターンを生成するために、湾曲表面を有する、請求項１に記載の照準パターン生成器。
【請求項４】
各湾曲表面は、凸面湾曲表面および凹面湾曲表面のうちの１つである、請求項３に記載の照準パターン生成器。
【請求項５】
前記屈折構造は、線強度を有する単一の照準線、および、該照準線上に該線強度よりも大きいスポット強度を有する単一の照準スポットとして、前記照準光パターンを生成するために、平らな表面および湾曲表面を有する、請求項１に記載の照準パターン生成器。
【請求項６】
前記屈折構造の少なくとも１つは、前記湾曲表面のうちの２つによって挟まれた前記平らな表面のうちの１つを有する、請求項５に記載の照準パターン生成器。
【請求項７】
前記屈折構造は、複数の照準スポットを生成するために複数の平らな表面を有する、請求項１に記載の照準パターン生成器。
【請求項８】
前記屈折構造の少なくとも１つは、前記複数の平らな表面のうちの１つを有し、該１つの平らな表面は、該複数の平らな表面のうちの該１つの平らな表面に対して傾いているさらなる２つによって挟まれている、請求項７に記載の照準パターン生成器。
【請求項９】
前記屈折構造は、複数のグループにアレンジされ、
該複数のグループのうちの１つは、前記方向に沿って中央の行にアレンジされ、
該複数のグループのうちのさらなる２つは、該方向を垂直に横切る方向に沿ったそれぞれの側の行に沿ってアレンジされ、該中央の行を挟んだ両側に置かれ、
該屈折構造の中央の行は、１つの照準線を生成するための湾曲表面を有し、
該屈折構造の側の行は、別の１つの照準線を一緒に生成するための湾曲表面を有し、
前記照準パターンは、前記インディシア上に、直交する十字線として現れる双方の照準線を備える、請求項１に記載の照準パターン生成器。
【請求項１０】
前記光学コンポーネントは、一対の細長い平らな面を有し、該一対の面を介して、前記ビームは、双方の照準線が交差するジャンクションで、前記インディシア上に、中央照準スポットとして投影する、請求項９に記載の照準パターン生成器。
【請求項１１】
前記屈折構造は、複数のグループにアレンジされ、
該複数のグループのうちの１つは、前記方向に沿う１つの行に沿ってアレンジされ、
別の１つのグループは、該方向を垂直に横切る方向に沿った別の１つの行に沿ってアレンジされ、
前記ビームの断面は、双方の行に対する対角線方向に向かう主軸を有する楕円形であり、
該屈折構造の双方の行は、前記インディシア上に、直交する十字線として、現れる２つの照準線を一緒になって生成する湾曲表面を有する、請求項１に記載の照準パターン生成器。
【請求項１２】
前記光学コンポーネントは、中央の細長い平らな面を有し、該面を介して該前記ビームが前記インディシア上に中央照準スポットとして投影し、
前記屈折構造は、該中央面を挟む両側の２つの側の行にアレンジされ、該中央の面の長手方向に対するして互いに反対方向の傾斜角度で傾き、
該側の行の一方の各屈折構造は、該中央スポットから一方向に離れて間隔を置いた一対のエンド照準スポットを生成する一対の平らな表面を有し、
該側の行の他方の各屈折構造は、該中央スポットから反対方向に離れて間隔を置いた別の一対のエンド照準スポットを生成する一対の平らな表面を有し、
前記照準パターンは、５つの照準スポットを備える、請求項１に記載の照準パターン生成器。
【請求項１３】
前記屈折構造は、前記方向に沿って、周期的な間隔をおいて置かれ、各屈折構造は、放物線湾曲を有する、請求項１に記載の照準パターン生成器。
【請求項１４】
前記光学コンポーネントは、１．５のオーダーの屈折率を有するモールド成形材料から形成される、請求項１に記載の照準パターン生成器。
【請求項１５】
前記屈折構造の少なくとも１つは、前記方向を垂直に横切る方向に沿って伸びるチャネルである、請求項１に記載の照準パターン生成器。
【請求項１６】
前記屈折構造の少なくとも１つは、前記方向を垂直に横切る方向に沿って伸びるコブである、請求項１に記載の照準パターン生成器。
【請求項１７】
異なる光反射率部分を有するインディシアを、電気光学的に読み取るためのイメージングリーダの照準パターンを生成する方法であって、
（ａ）光学コンポーネントの複数の屈折構造を、一方向に沿って間隔を空けて置くステップであって、各構造は、該方向に沿って測定される構造寸法Ｔを有する、ステップと、
（ｂ）波長λと、該方向に沿って測定されるビーム寸法Ｄを有するビーム断面とを有する可視平行光ビームを生成する、および、光軸に関して測定される最大角度αｍａｘで、照準光パターンを読み取られる該インディシア上に投影するために、屈折用屈折構造を介して該ビームを該光軸に導く、ステップと
を包含し、
該ビーム寸法Ｄは、該構造寸法Ｔよりも大きく、該構造寸法Ｔは、該波長λを該最大角度αｍａｘの正弦値で除算した値よりも大きい、方法。
【請求項１８】
単一の照準線として、該照準線の長手方向に沿って実質的に均一な光強度を有するように、前記照準光パターンを生成するために、湾曲表面を有するように前記屈折構造を構成するステップをさらに包含する、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
線強度を有する単一の照準線として、および、該照準線上に該線強度よりも大きいスポット強度を有する単一の照準スポットとして、前記照準光パターンを生成するために、平らな表面および湾曲表面を有するように前記屈折構造を構成するステップをさらに包含する、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
複数の照準スポットを生成するために、複数の平らな表面を有する構造を有するように前記屈折構造を構成するステップをさらに包含する、請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
前記屈折構造を構成するステップであって、
該構造は、複数のグループでアレンジされ、
該複数のグループのうちの１つは、前記方向に沿って中央の行にアレンジされ、
該複数のグループのうちのさらなる２つは、該方向を垂直に横切る方向に沿ったそれぞれの側面の行に沿ってアレンジされ、該中央の行を挟んだ両側に置かれ、
該屈折構造の中央の行は、１つの照準線を生成するための湾曲表面を有し、
該屈折構造の側の行は、別の１つの照準線を一緒に生成するための湾曲表面を有し、
前記照準パターンは、インディシア上に、直交する十字線として現れる双方の照準線を備える、
ステップをさらに包含する、請求項１７に記載の方法。
【請求項２２】
前記屈折構造を構成するステップであって、
該構造は、複数のグループにアレンジされ、
該複数のグループのうちの１つは、前記方向に沿う１つの行に沿ってアレンジされ、
別の１つのグループは、該方向を垂直に横切る方向に沿った別の１つの行に沿ってアレンジされる、ステップと、
楕円形である前記ビーム断面を、双方の行に対する対角線方向に向かう主軸を有するように配置するステップと、
屈折構造の双方の行を、前記インディシア上に、直交する十字線として現れる２つの照準線を一緒に生成するための湾曲表面を有するように構成するステップと
をさらに包含する、請求項１７に記載の方法。
【請求項２３】
前記光学コンポーネントを、一対の細長い平らな面を有するように構成するステップであって、前記ビームは、該一対の面を介して、双方の照準線が交差するジャンクションに、インディシア上の中央照準スポットとして投影するステップをさらに包含する、請求項１７に記載の方法。
【請求項２４】
前記光学コンポーネントを、中央の細長い平らな面を有するように構成するステップであって、前記ビームは、該面を介して、前記インディシア上に中央照準スポットとして投影する、ステップと、
前記屈折構造を構成するステップであって、該構造は、該中央の面を挟む両側の２つの側の行にアレンジされ、該中央の面の長手方向に対して、互いに反対方向の傾斜角度で傾く、ステップと、
該側の行の一方の各屈折構造を、該中央照準スポットから一方向に離れて間隔を置いた一対のエンド照準スポットを生成するために、一対の平らな表面を有するように構成するステップと、
該側の行の他方の各屈折構造を、該中央スポットから反対方向に離れて間隔を置いた別の一対のエンド照準スポットを生成するために、一対の平らな表面を有するように構成するステップであって、前記照準パターンは、５つの照準スポットを備える、ステップと
をさらに包含する、請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、イメージキャプチャのシステムおよび方法に関する。より特定的には、光学コードシンボル上に、これらシンボルが電気光学的に撮像され、読み取られる前に、明確な照準光パターンを生成することに関する。
【背景技術】
【０００２】
光学コードは、異なる光反射または光放射特性を有するイメージエリアからなるパターンであり、典型的には、経験的ルールに従って、組み合わされたものである。「バーコード」という用語は、ある種の光学コードを記述するのに、ときどき使用される。光学コードの光学的性質およびパターンは、このコードが使用される背景環境から、外見によってそれらを区別して選択される。光学コードからデータを識別または抽出するデバイスは、「光学コードリーダ」と、ときどき称され、バーコードスキャナもこの一種である。光学コードリーダには、固定設備または携帯設備の双方が、種々多様な環境で使用されている。例えば、小売店におけるチェックアウトサービス、製造現場における工程フローおよび在庫管理、および、輸送車両における貨物取り扱い追跡である。光学コードは、例えば、多数のバーコードの印刷リストから、ターゲットバーコードを読み取ることによって、データ入力の迅速で汎用性ある手段として使用され得る。一部の使用において、光学コードリーダは、携帯データ処理デバイスまたはデータ収集・送信デバイスに接続される。光学コードリーダには、手で直接、ターゲットコードに向けられる携帯センサが含まれる。
【０００３】
最も便利な光学走査システムは、一次元バーコードシンボルを読み取るように設計される。バーコードは、固定幅または可変幅のスペースで分離される可変幅の長方形バーのパターンである。バーおよびスペースは、異なる光反射特性を有する。一次元バーコードの一例は、例えば、製品在庫を識別するために使用されるＵＰＣ／ＥＡＮコードである。二次元または積層バーコードの一例は、ＰＤＦ４１７バーコードである。ＰＤＦ４１７バーコードおよびその復号技術の記載は、特許文献１に開示されている。別の従来の光学コードは、「ＭａｘｉＣｏｄｅ」として、周知である。これは、中央ファインダパターンまたは牛の目（ｂｕｌｌ’ｓ  ｅｙｅ）中心、および、その中央ファインダを取り囲む六角形のグリッドからなる。本特許出願で開示される本発明の局面は、光学コードリーダに適用可能であり、一般に、それが読み取るために用いられる光学コードの特定のタイプに関わらないことには、留意すべきである。記載される発明は、また、一部の関連する画像認識または解析にも適用可能である。
【０００４】
最も便利な走査システムは、レーザ光の１つ以上のビームを生成する。このビームは、バーコードシンボルに反射して、システムに戻る。本システムは、システムの１つ以上の走査線に沿ったコードによって反射される光に対応する連続アナログ波形を得る。次いで、システムは、波形を復号し、バーコードから情報を抽出する。この汎用タイプのシステムは、例えば、特許文献２に開示されている。一次元および二次元バーコードを検出および復号するビーム走査システムは、特許文献３に開示されている。
【０００５】
今日使用されているスキャナの多くは、移動レーザビームを用いている。このようなシステムの一部は、ターゲットに手作業で当てられ得る携帯ユニットの形で、配備されている。個々のスキャナが、他のスキャナ、コンピュータ、ケーブル、データ端末などを含むかなり大きなシステムの構成要素であることも多い。
【０００６】
バーコードは、撮像装置によって読み取られ得るし、また、携帯ユニットでも配備され得る。例えば、イメージセンサは、一次元または二次元アレイのセルまたは画素センサを有するものが用いられ得る。これらのセルまたは画素センサは、その装置の視野内のイメージ要素または画素に対応する。このようなイメージセンサは、二次元または領域電荷結合素子（ＣＣＤ）と、視野に対する二次元アレイの画素情報に対応する電子信号を生成する関連回路とであり得る。
【０００７】
したがって、バーコードシンボルの白黒画像をキャプチャするために、ＣＣＤを使用することは既知であり、例えば、これは、特許文献４に開示されている。また、ターゲットのフルカラー画像をキャプチャするために、多数の埋め込みチャネルを備えたＣＣＤを使用することも既知であり、例えば、特許文献５に開示されている。
【０００８】
その意図する目的に対しては、概ね満足されているが、撮像装置の使用には不満も抱かれている。なぜなら、その撮像装置、または、その撮像装置の実装された携帯ユニットが、バーコードに直接照準されるかどうかについて、オペレータは、見分けることができないからである。バーコード上のビームをオペレータが見ることのできる移動ビームスキャナとは違い、撮像装置は、受動ユニットであり、オペレータに何ら視覚的フィードバックを提供しない。
【０００９】
このような問題を緩和するために、従来技術は、特許文献６で、イメージングリーダ用の照準パターン生成器を提起してきた。この既知の生成器は、光干渉パターンを生成する回折素子、ホログラフィック素子またはフレネル素子を利用する。しかしながら、このような干渉パターン生成器は、回折強度低下、および、不均一または点在パターンラインを含む幾つかの制約を有する。
【００１０】
また、視野にわたる干渉パターンの最大角度拡がりは、干渉素子の各構造の最小寸法によって制限される。一例として、それぞれ最小寸法Ｔｍｉｎを有する各周期的構造が回折格子を提供することが知られている。最大角度拡がりαｍａｘを得るためには、Ｔｍｉｎ＝λ／ｓｉｎ（αｍａｘ）であることが知られている。ここで、λは、光の波長である。典型的な適用において、αｍａｘ＝２０°で、λ＝０．６５マイクロメートルであり、それゆえ、Ｔｍｉｎ＝１．９マイクロメートルである。この周期的構造は、Ｔｍｉｎの約半分すなわち０．９５マイクロメートルで、寸法取りされる必要がある。このような寸法を得るには、フォトエッチングが、典型的には必要とされるが、実行するには、コストが高く、困難である。さらに大きな角度拡がりに対しては、状況はさらに悪化し、寸法Ｔｍｉｎは、実用的製造限界に到達する。
【００１１】
また、非干渉光学素子を用いて、照準線を投影することもよく知られている。例えば、特許文献７は、工具を導くための単一の照準線を投影するためのトロイダルレンズの使用を開示している。しかしながら、このような技術は、電気光学リーダに、特に、二次元バーコードを読み取るために有効なイメージングリーダに適しておらず、光強度分布の不均一な照準線を生成する。
【特許文献１】米国特許第５，６３５，６９７号明細書
【特許文献２】米国特許第４，２５１，７９８号明細書
【特許文献３】米国特許第５，５６１，２８３号明細書
【特許文献４】米国特許第５，７０３，３４９号明細書
【特許文献５】米国特許第４，６１３，８９５号明細書
【特許文献６】米国特許第６，０６０，７２２号明細書
【特許文献７】米国特許第６，０６９，７４８号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
従って、本発明の全般的な目的は、撮像装置を用いて読み取られる光学コード上の照準パターン生成を改善することである。
【００１３】
より特定的には、本発明の目的は、単一の非干渉光学コンポーネントを用いて、多種多様な形状の照準パターンを生成することである。
【００１４】
本発明のさらに別の目的は、光学コンポーネントを安価に製造できるようにすることであり、製造を容易にするために、モールド成形技術および機械加工技術によって製造できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
以下の本明細書により明らかになる上記の目的および他の目的に沿って、本発明の特徴の一つは、簡単に述べれば、異なる光反射率の部分を有するインディシア（例えば、一次元または二次元バーコードシンボル）を電気光学的に読み取るイメージングリーダに対する照準パターン生成器にある。この生成器は、一方向に沿って間隔を空けた複数の屈折構造を有する光学コンポーネントであって、各構造は、その方向に沿って測定される構造寸法Ｔを有する、光学コンポーネントと、波長λと、その方向に沿って測定されると、ビーム寸法Ｄを有するビーム断面とを有する可視平行（ｃｏｌｌｉｍａｔｅｄ）光ビームを生成するためで、かつ、光軸に対して測定した最大角度αｍａｘで読み取られる照準光パターンをインディシア上に投影するための屈折用屈折構造を介して、光軸に沿って、ビームを導くためのレーザダイオードのような光源を含む手段とを備える。ビーム寸法Ｄは、構造寸法Ｔよりも大きく、この構造寸法Ｔは、波長λを最大角度αｍａｘの正弦値で除算した値よりも大きい。
【００１６】
このように、λ／ｓｉｎ（αｍａｘ）よりも、かなり大きなＴを有することによって、望ましからぬ干渉（回折）効果が、除去され、同時に、回折強度損失も除去される。Ｔより大きいＤを有すると、照準パターンは、光学コンポーネントに対するビームの側面シフトからも、レーザダイオードの放射分布からも影響を受けなくなる。以下に記載されるように、寸法Ｔは、マイクロメートルのオーダーではなく、ミリメートルのオーダーである。それゆえ、光学コンポーネントは、よりコストの掛かるフォトエッチングではなく、モールド成形加工または三次元機械加工のような低コスト生産プロセスで、製造されるものとなる。
【００１７】
好ましい実施形態において、レーザダイオードは、発散するレーザビームを生成し、開口絞りは、レーザビームに対し、所定の断面を形成するために発散するビームの経路中に置かれる。光学コンポーネントの一部は、所定の断面のビームを平行ビームに、光学的に修正するために動作する。
【００１８】
各屈折構造は、所望の照準パターンを得るために、所望の表面プロファイルで形成される。例えば、屈折構造は、その照準線に沿って長さ方向に、実質的に均一な光強度を有する単一の照準線としての照準光パターンを生成するために、湾曲表面を有し得る。各湾曲表面は、凸面または凹面であり得る。
【００１９】
別の例として、屈折構造は、線強度を有する単一の照準線と、その照準線上に位置し、その線強度よりも大きいスポット強度を有する単一の照準スポットとして、照準光パターンを生成するために、平らな表面および湾曲表面を有し得る。好ましくは、少なくとも１つの屈折構造は、湾曲表面のうちの２つによって挟まれた平らな表面のうちの１つを有する。
【００２０】
追加の例として、屈折構造は、複数の照準スポットを生成するために、複数の平らな表面を有し得る。また、好ましくは、少なくとも１つの屈折構造は、複数の平らな表面のうちの１つが、その１つの平らな表面に対して傾いた複数の平らな表面のさらに２つの平らな表面によって挟まれているものを有する。
【００２１】
さらに別の例は、複数のグループにアレンジされる屈折構造として具体化されている。その複数のグループのうちの１つは、一方向に沿った中央の行に沿ってアレンジされる。複数のグループのうちのさらなる２つは、その方向を垂直に横切る方向に沿ったそれぞれの側の行に沿ってアレンジされ、中央の行を挟んだ両側に置かれる。屈折構造の中央の行は、照準線を生成するために、湾曲表面を有する。屈折構造の両側の行は、一緒になって、別の照準線を生成するために、湾曲構造を有する。照準パターンは、インディシア上に、直交する十字線として現れる２つの線を備える。こうして、ライフル銃スコープの「十字形」をシミュレーションする。
【００２２】
さらに別の例は、複数のグループにアレンジされた屈折構造として具体化される。この複数のグループのうちの１つは、一方向に沿う１つの行に沿ってアレンジされ、他の１つのグループは、その方向を垂直に横切る方向に沿って別の１つの行に沿ってアレンジされる。レーザダイオードのビーム断面は、双方の行にわたる対角線に伸びる主軸を有する楕円形である。屈折構造の双方の行は湾曲表面を有し、インディシア上に直交する十字線として現れる２つの照準線を一緒になって生成する。
【００２３】
他の例として、光学コンポーネントは、中央の細長い平らな面を有し、この中央面を介して、ビームは、インディシア上に中央照準スポットとして投影される。屈折構造は、中央面を挟んだ両側にある２つの側の行にアレンジされ、その中央面の長手方向に対して互いに反対方向の傾斜角度で傾けられる。これら両側の行の一方の各屈折構造は、一対の平らな面を有し、中央スポットから一方向に離れた間隔を置いた一対のエンド照準スポットを生成する。これら両側の行の他方の各屈折構造は、一対の平らな表面を有し、中央スポットから、反対方向に離れて間隔を置いた別の一対のエンド照準スポットを生成する。その結果得られる照準パターンは、５つの照準スポットを備える。
【００２４】
好ましい実施形態において、屈折構造は、一方向に沿って周期的な間隔で置かれ、各屈折構造は、放物線湾曲を有する。光学コンポーネントは、屈折率１．５のオーダーを有するモールド成形加工材料または機械加工材料で形成される。例えば、ガラスまたはプラスチックである。屈折構造の少なくとも１つは、その方向を垂直に横切る方向に沿って伸びるチャネルまたはコブ（ｈｕｍｐ）である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
ここで、図面を参照すると、図１は、入射光を電気信号に変換して、電気信号をイメージに処理するイメージセンサアレイ１２を示す。適切なアレイは、米国特許第５，９６５，８７５号に開示されており、この特許の内容は、本明細書に参考として援用される。
【００２６】
稼動時には、視野１４は、イメージセンサアレイ１２によって、撮像される。より特定的には、視野内のターゲット（図示せず）からの光は、イメージングレンズ１６を通過する。このレンズ１６は、アレイの表面上に、光の焦点を合わせる。それぞれ１つ以上の光センサを有するセルまたは画素センサのアレイは、ターゲットイメージに対する画素情報の二次元アレイに対応する電気信号を生成する。
【００２７】
アレイ１２をターゲットに照準するために、照準システムが提供される。本システムは、レーザダイオード１８と、光学コンポーネント２０（図２〜図３に、より良好に示す）と、開口絞り２２とを含む。レーザダイオード１８は、波長λを有するレーザビームを生成する。レーザビームは、図２で最適に示されるが、開口絞り２２を通過するまで、発散する。この開口絞り２２で、ビームは、所定の断面を有するように、光学的に修正される。その結果、レーザビームは、光学コンポーネント２０の前面レンズ部分を通過する。この光学コンポーネント内で、この光学コンポーネントの背面部分を通過する前に、ビームは、集中され、平行にされる。以下に記載されるように、背面部分は、このコンポーネントを通過するビームを光学的に修正するように構成され、ターゲット上に可視照準光パターン生成し、こうして、オペレータが、アレイ１２をターゲットに照準するのを手助けする。
【００２８】
図２〜図３に移ると、コンポーネント２０の背面部分は、複数の屈折構造を有するように形成される。例えば、細長い凹型溝２４、２６、２８は、一方向に沿って平行にアレンジされ、
それぞれ上部光線２４ａ、２６ａおよび２８ａ、ならびに、下部光線２４ｂ、２６ｂおよび２８ｂに沿ってビームを屈折する、各構造は、その方向に沿って考慮すると、構造寸法Ｔを有する。構造寸法Ｔは、全ての構造に対し同じであるように描かれているが、これは必ずしも、そのようにある必要はない。各構造による光線追跡によって生成された上部光線と下部光線とは、角度的に２αの角度離れて拡がる。ここで、αは光軸３０に対して測定される。
【００２９】
ビームの断面は、図に示すように、寸法Ｔより大きいビーム寸法Ｄを有する。この場合、寸法Ｔは、３つの構造２４、２６、２８全ての構造寸法の和に等しい。寸法Ｔは、干渉の影響を最小限に抑えるため、λをαの正弦値によって除算された値よりかなり大きくなるように選ばれる。視野に対する最大角度拡がりαｍａｘを得るためには、構造寸法は、最小化され、これは、Ｔｍｉｎで示される。
【００３０】
図４に示すように、各構造は、湾曲面プロファイルを有し、好ましくは放物線を有する。その結果、このような各プロファイルが、放物線の式Ｚ＝Ｙ２／２Ｒによって表現され得る。ここで、Ｒは、局部的な曲率半径である。図５は、対応するグラフであり、局部チルトまたは光線が屈折される方向を示す。特に、αの正接値が、構造が沿ってアレンジされるＹ方向に対してプロットされる。
【００３１】
屈折のＳｎｅｌｌの法則に従うと、ｔａｎαは、
（ｄＺ／ｄＹ）（ｎ−ｌ）＝Ｙ（ｎ−ｌ）／Ｒ
に、ほぼ等しい。ここで、ｎは、屈折率である。最大光線方向αｍａｘは、ａｔａｎ［Ｔｍｉｎ（ｎ−ｌ）／２Ｒ］に、ほぼ等しい。ｔａｎαは、光線の方向とともに直線的に変化し、それゆえ、コンポーネントから投影される光は、ターゲット上の照準光パターンとして、図７に示されるように、その長さにわたり、全体的に均一な光強度分布を有する単一の視認可能な照準線３４を形成する。
【００３２】
一例として、光学コンポーネントの前面部分が、焦点長さ３．５ｍｍを有し、約２５°〜４０°の角度で発散するダイオードからレーザビームを平行にし、コンポーネントのビームスポットを背面部分に形成し、このビームスポットは、５０％の光強度レベルで、約１．５〜２．４ｍｍのビーム寸法Ｄを有すると、仮定する。構造寸法Ｔが、約０．５ｍｍであるように選択され、屈折率が約１．５であれば、約３０°に等しい角度拡がり２αを有する照準パターンが達成される。局所的な曲率半径Ｒは、Ｔ（ｎ−ｌ）／２ｔａｎαｍａｘ＝０．４７ｍｍにほぼ等しい。各表面プロファイルは、深さΔＺ＝Ｔ２／８Ｒ＝０．０６７ｍｍを有することになる。各屈折構造に対するこれらミリメートル寸法は、機械加工または成形加工によって、容易に製造される。光学コンポーネントは、ガラスまたはプラスチックから形成されるのが有利である。
【００３３】
図４の尖点（ｃｕｓｐ）３２のような鋭い尖点をきれいに製造するのが困難な場合、これら鋭いコーナーは、中央溝２６の湾曲を逆にして、図６に示す構造２６’のような凹型プロファイルを得ることによって避けられる。図６の正弦波プロファイルを有する構造コンポーネントも、また、図７に示す均一な強度の単一の線パターンを形成する。
【００３４】
図８は、図４と類似しているが、各屈折構造が、中央の平面状の表面Ｔ１を有するように構成され、対向する側面において、湾曲した放物線表面によって挟まれている点で異なる。湾曲表面は、Ｚ＝（Ｙ＋０．５Ｔ１）２／２Ｒとして、表現され得る。図９にプロットされたｔａｎαは、（ｄＺ／ｄＹ）（ｎ−ｌ）に、ほぼ等しい。中央の平面状の表面（ここで、α＝０）を通過する光は、チルトされておらず、まっすぐに通過して、スポット強度を有する中央照準スポット３６を生成する。中央スポットに入っていくエネルギ量は、平面状の表面の相対的長さＴ１によって制御される。湾曲表面は、均一な光強度の単一の照準線３８を生成し、この照準線上でスポットが重ね合わされる。このスポットは、照準線３８より強い光強度を有し、イメージング視野の中心をマークするために使用される。
【００３５】
図１１は、図８と類似しているが、１つの屈折構造のみしか示されていない点と、３つの平面状の表面４０、４２、４４を有し、外側平らな表面４２、４４が中央の平面状の表面４０に対し傾いている点とで異なる。図１２は、ｔａｎαのプロットであり、平らな表面（ここで、α＝０）それぞれを通過する光は、屈折されることなく通過し、その結果、図１３の照準パターンの３つの照準スポット４６、４８、５０を生成する。中央スポット４６は、視野の中心をマークし、エンドスポット４８、５０は、視野のエッジをマークする。各スポット内のエネルギ量は、平らな表面４０、４２、４４の相対的長さに依存する。
【００３６】
図１４は、背面斜視された光学コンポーネントの別の実施形態を示す。前面部分は、凸レンズ５２として構成され、屈折構造の複数のグループは、背面部分５４に示される。ビーム寸法Ｄを有する楕円形ビーム断面５６は、この構造上に重ね合わされている。複数のグループのうちの１つは、中央の行５８に沿ってアレンジされ、中央の行５８の構造は、図６の正弦波プロファイルで構成され、図１６に示される照準線６０を投影する。さらに２つのグループは、最上部の行６２および最下部の行６４に沿ってアレンジされ、それぞれ中央の行５８に垂直である。最上部の行および最下部の行は、それぞれ図６の正弦波プロファイルで構成され、照準線６６を投影する。この照準線６６は、照準線６０と交差し、図１６の十字線パターンを形成する。
【００３７】
一例として、光学コンポーネントが、外径２．５ｍｍを有する場合、中央の行は、約０．７ｍｍのゾーンを占め得、最上部と最下部のゾーンは、それぞれ約０．９ｍｍのゾーンを占め得る。中央の行における各構造の構造寸法Ｔを決定するために、ダイオードジャンクションに平行なレーザビームスポット５６の発散角（ｄｉｖｅｒｇｅｎｃｅ  ａｎｇｌｅ）が考慮され、これは、５０％強度レベルにおける約０．４〜０．７ｍｍのビーム寸法Ｄに対応する。構造寸法Ｔは、約０．４ｍｍになる。最上部および最下部の行それぞれの構造寸法は、典型的には、約０．５ｍｍとなる。
【００３８】
図１７は、図１４と類似した光学コンポーネント２０の別の実施形態を示すが、２つのグループのみを有し、各グループが図４に示すように構成された屈折構造を有する点で異なる。これらグループの一方は、行６８に沿って伸び、コンポーネントの背面部分５４の約半分を占める。これらグループの他方は、行６８に垂直な行７０沿って伸び、コンポーネントの背面部分５４の残り半分を占める。
【００３９】
楕円ビームの断面７２は、その主軸が、図１８に示されるように、行６８、７０の双方に対角的に交差するように伸びるようにアレンジされるなら、特に望ましい。これは、レーザーダイオードまたは光学コンポーネント２０を回転することによって、達成され得る。屈折構造の行６８は、照準線７４を生成し、屈折構造の行７０は、別の照準線７６を生成し、この照準線７６が、照準線７４と直角に交わり、図１９の十字形パターンを形成する。
【００４０】
光学コンポーネントのさらに別な実施形態が、図２０の端面図で示される。この背面部分は、３つのゾーンに小分割される。すなわち、平面状の表面７８を有する中央ゾーン、および、複数の屈折構造を有し、図２１に示すように、直線の稜線８４に沿って出会う一対の平面状の表面８０、８２をそれぞれ有する一対のエンドゾーンである。この稜線は、中央平面７８の長手方向に対して、反対の傾斜角に傾いている。
【００４１】
中央の平面状の表面７８を通過する光は、中央の照準スポット８６として、インディシア上に投影される。周期的構造が中央ゾーンに構成される場合、中央スポットは、細長くなる。エンドゾーンのうちの１つを通過する光は、平面状の表面８０、８２によって投影され、一対のエンド照準スポット８８、９０として、インディシア上に投影される。その間、エンドゾーンの他方を通過する光は、平面状の表面８０、８２によって投影され、別の一対のエンド照準スポット９２、９４として、インディシア上に投影される。こうして、視野の中心と４つのコーナーをマークする５つの照準スポットとして、図２２の照準パターンを形成する。２０°×３０°の視野が望まれる場合、各エンドゾーンは、１８°の表面チルトが与えられ、ｎ＝１．５のとき、１８°×（ｎ−１）＝３６°となる。
【００４２】
光学コンポーネントのさらなる別の実施形態が、図２３〜図２４に示される。これは、図２５の照準パターン内の一対の交差線９６、９８を生成するために動作する。これは、さらに、明るい中央スポット１００によって特徴付けられ、今のところ、本発明の好ましい実施形態であると見なされる。図２３〜図２４の実施形態は、照準パターン内の垂直な線９６を生成するために有効な複数の屈折構造１０４を有する中央ゾーン１０２を有し、また、照準パターン内の水平な線９８の左半分および右半分を生成するために有効な複数の屈折構造１１４を有する一対の側面ゾーン１０６、１０８と、線９６、９８の強度より大きい強度を有することが好ましい中央スポット１００を生成するために有効な一対の平面状のエンドゾーン１１０、１１２とを有する。
【００４３】
他の構成も、また、当然、可能である。構造は、好ましくは周期的であり、上述のように、各構造の構造寸法Ｔは、一つの光学コンポーネント上の構造全てで、全く同一である必要はない。
【００４４】
光学コンポーネントは、集積前面部分または平行レンズを有するものとして記載されてきたが、平行（ｃｏｌｌｉｍａｔｉｏｎ）は、屈折構造から離れたディスクリートな光学素子によって実行され得る。光学素子には、球面収差補正が内蔵されていることが好ましく、その表面プロファイルは、関数Ｚ＝ａＲ４によって表され得る。ここで、Ｚは、表面のたわみ（ｓａｇ）、ａは、球面収差係数、および、Ｒは、光軸に垂直な動径横座標である。
【００４５】
各実施形態に対し、ビームスポットの横変換（ｌａｔｅｒａｌ  ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎ）は、照準パターン内の強度分布を変化させない。このように、入力ビームからの位置エラーは、屈折構造の繰り返し的性質によって、許容可能に作成される。
【００４６】
以上に記載されてきたように、上述の照準パターン内の線の上の強度分布は、均一であることが望ましいが、実際は、必ずしもそうとは限らない。強度分布が、不均一であることが望ましいことも、ときどきある。例えば、線の両端に向かって強度が、線の中央に比べ、強くなることが望まれる場合、各構造は放物線湾曲よりも、正弦湾曲の方が、むしろメリットがある。強度分布は、屈折構造の表面プロファイルの二次導関数と、反比例して変化する。
【００４７】
特許状によって保護されるべきことが望まれ、新規なものとしてクレームされるのは、以下の添付の請求項で説明される。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】図１は、本発明に従うイメージングリーダの幾つかのコンポーネントの透視図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態に従う図１のリーダとともに使用する照準パターン生成器の線図である。
【図３】図３は、図２の光学コンポーネントに、レーザビームを重ね合わせた端面図である。
【図４】図４は、図２のコンポーネントの表面プロファイルの拡大側面図である。
【図５】図５は、図４の表面プロファイルを有するコンポーネントを励起する光線の方向を説明するグラフである。
【図６】図６は、図４と類似する図であるが、本発明の別の実施形態である。
【図７】図７は、図４または図６の実施形態によって生成した単一の線の照準パターンの表示である。
【図８】図８は、図４と類似する図であるが、本発明の別の実施形態である。
【図９】図９は、図８の表面プロファイルを有するコンポーネントを励起する光線の方向を説明するグラフである。
【図１０】図１０は、図８の実施形態によって生成した単一の線と単一のスポットとを備える照準パターンの表示である。
【図１１】図１１は、本発明の別の実施形態に従う光学コンポーネントの別の表面プロファイルの代表的な拡大側面図である。
【図１２】図１２は、図１１の表面プロファイルを有するコンポーネントを励起する光線の方向を説明するグラフである。
【図１３】図１３は、図１１の実施形態によって生成した３つの照準スポットを備える照準パターンの表示である。
【図１４】図１４は、本発明の別の実施形態に従う光学コンポーネントの背面斜視図である。
【図１５】図１５は、図１４の光学コンポーネントの端面図であり、これに、レーザビームを重ね合わせた図である。
【図１６】図１６は、図１４の実施形態によって生成した２つの交差線を備える照準パターンの表示である。
【図１７】図１７は、本発明の別の実施形態に従う光学コンポーネントの前面斜視図である。
【図１８】図１８は、図１７のコンポーネントの端面図であり、これに、レーザビームを重ね合わせた図である。
【図１９】図１９は、図１７の実施形態によって生成した２つの交差線を備える照準パターンの表示である。
【図２０】図２０は、図１８と類似する図であるが、本発明のさらなる別の実施形態である。
【図２１】図２１は、図２０のコンポーネントの表面プロファイルの拡大切り欠き図である。
【図２２】図２２は、図２０の実施形態によって生成した５つの間隔を空けた照準スポットを備える照準パターンの表示である。
【図２３】図２３は、本発明の追加の実施形態の斜視図である。
【図２４】図２４は、図２３の平面図である。
【図２５】図２５は、図２３〜図２４の実施形態によって生成した２つの交差線および中央照準スポットを備える照準パターンの表示である。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【国際調査報告】
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