(57)【要約】比較的小型のスキャンモジュール、例えば、小さな逆反射スキャンエンジンを提供するための方法および装置。例示的なスキャンモジュールは、シャーシ、駆動コイル、スキャンモータ、レーザ、ミラーモジュールおよびセンサを備える。一実施形態において、ミラーモジュールは、単一ピースのフォルドミラーモジュール／集光ミラーモジュールを備え得る。加えて、一実施形態において、スキャンモータは、成形されたバネモジュールを備え得る。【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口部を備える集光ミラーと、
該集光ミラーから延びているフォルドミラーと
を備えるミラーモジュールであって、
該フォルドミラーは、該集光ミラーの背後を延びている、ミラーモジュール。
【請求項２】
前記集光ミラーと、取り付けられた前記フォルドミラーとは、ワンピースとして成形されている、請求項１に記載のミラーモジュール。
【請求項３】
前記集光ミラーと、前記フォルドミラーとは、互いに結合されている、請求項１に記載のミラーモジュール。
【請求項４】
前記フォルドミラーは、ある角度で前記集光ミラーの背後を延びており、該角度は、該フォルドミラーに衝突するレーザが、該集光ミラーにおける前記開口部を介して反射するように確立されている、請求項１に記載のミラーモジュール。
【請求項５】
少なくとも１つのダボをさらに備える、請求項１に記載のミラーモジュール。
【請求項６】
前記集光ミラーは、凹形状を有している、請求項１に記載のミラーモジュール。
【請求項７】
スキャンモータと、
レーザと、
ミラーモジュールと、
センサと
を備えたスキャンモジュールであって、
該ミラーモジュールは、
開口部を備える集光ミラーと、
該集光ミラーから延びているフォルドミラーであって、該集光ミラーの背後を延びている、フォルドミラーと
を備える、スキャンモジュール。
【請求項８】
駆動コイルをさらに備え、該駆動コイルは、少なくとも１つの方向にモータを駆動する、請求項７に記載のスキャンモジュール。
【請求項９】
前記スキャンモータは、バネモジュールと、磁石と、反射性のエレメントとを備え、
該バネモジュールは、
静的な基板と、
延びている部材を備える動的な基板と
を含み、該静的な基板と該動的な基板とは、成形されたフレキシブルなバネによって互いに結合されており、
該磁石は、該延びている部材の第１の側に結合されており、
該反射性のエレメントは、該延びている部材の第２の側に結合されている、請求項７に記載のスキャンモジュール。
【請求項１０】
前記バネモジュールは、同一の材料から作られている、請求項９に記載のスキャンモジュール。
【請求項１１】
前記スキャンモータは、少なくとも１つの成形ステップで成形されている、請求項１０に記載のスキャンモジュール。
【請求項１２】
前記磁石は、前記バネの回転の中心または該中心の近くに配置される、請求項９に記載のスキャンモジュール。
【請求項１３】
駆動コイルをさらに備え、前記磁石の磁軸は、該コイルの磁軸に対してほぼ垂直に配置されている、請求項９に記載のスキャンモジュール。
【請求項１４】
前記スキャンモジュールの体積は、０．３５ｉｎ３未満である、請求項９に記載のスキャンモジュール。
【請求項１５】
前記スキャンモジュールの充填効率は、５未満である、請求項９に記載のスキャンモジュール。
【請求項１６】
前記センサは、シャーシに配置され、該シャーシは、前記集光ミラーの反対側であって、前記スキャンモータの前面にある、請求項９に記載のスキャンモジュール。
【請求項１７】
オブジェクトをスキャンする方法であって、
スキャンモータを駆動することと、
ミラーモジュールのフォルドミラーにレーザを配向することと、
スキャンパターンを形成することと、
該オブジェクトから戻ってくる光をセンサに集中させることと
を包含し、該ミラーモジュールは、
開口部を備える集光ミラーと、
該集光ミラーから延びているフォルドミラーであって、該集光ミラーの背後を延びている、フォルドミラーと
を備える、方法。
【請求項１８】
前記スキャンパターンを形成するステップは、前記スキャンモータが前記フォルドミラーから反射されたレーザ光を反射させることをさらに含み、
該スキャンモータは、バネモジュールと、磁石と、反射性のエレメントとを備え、
該バネモジュールは、
静的な基板と、
延びている部材を備える動的な基板と
を含み、該静的な基板と該動的な基板とは、成形されたフレキシブルなバネによって互いに結合されており、
該磁石は、該延びている部材の第１の側に結合されており、
該反射性のエレメントは、該延びている部材の第２の側に結合されている、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記スキャンモータを駆動する前記ステップは、前記スキャンモータを少なくとも１つの方向に駆動するこ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】
（関連出願の引用）
本出願は、２００５年１月３１日に出願され、「Ｓｃａｎ  Ｍｏｔｏｒ」と題された、米国特許出願第１１／０４７，２４０号の一部継続出願である。上記出願の明細書は、参照により本明細書に援用される。
【０００２】
（技術分野）
本発明は、レーザスキャナに関し、より具体的には、スキャンモジュールに関する。
【背景技術】
【０００３】
（本発明の背景）
ユニバーサルプロダクトコード（ＵＰＣ；Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｐｒｏｄｕｃｔ  Ｃｏｄｅ）および／または欧州統一商品番号（ＥＡＮ；Ｅｕｒｏｐｅａｎ  Ａｒｔｉｃｌｅ  Ｎｕｍｂｅｒｓ）のような、数字またはその他の情報をビジュアルフォームでエンコードするための数多くの標準が存在する。これら数字のコードは、プロダクトおよび製品を識別する仕事、膨大な在庫を維持する仕事、同様なシステムのもとで多種多様なオブジェクトを管理する仕事等を可能にする。プロダクトのＵＰＣおよび／またはＥＡＮは、印刷、ラベル付け、エッチングをされ得、そうでない場合には、データフォームとしてプロダクトに添付され得る。
【０００４】
データフォームは、数字またはその他の情報をビジュアルフォームでエンコードする任意のインディシアである。例えば、データフォームは、バーコード、２次元のコード、オブジェクト上のマーク、ラベル、署名、サイン等であり得る。バーコードは、一連の異なる幅の明暗の長方形の領域から構成される。明暗の領域は、ＵＰＣの数字を表現するように配置され得る。加えて、データフォームは、プロダクトに限定されない。データフォームは、重要なオブジェクト、場所等を識別するために用いられ得る。データフォームはまた、その他のオブジェクト、例えば、商標画像、人間の顔等でもあり得る。
【０００５】
データフォームを読み取り、処理することができるスキャナは、一般的になっており、多くの形態、バラエティで出回っている。スキャニングシステムの一実施形態は、例えば、携帯型の銃の形をしたレーザスキャニングデバイスである。ユーザは、標的のオブジェクトにスキャナのヘッドを合わせ、トリガを押すことにより、光線を放射することができ、上記光線は、例えばオブジェクト上のデータフォームを読み取るために用いられる。
【０００６】
一実施形態において、半導体レーザが、光線を形成するために用いられる。なぜならば、それらは、サイズが小さくあり得、それらは、コストが低く、それらは、大量の電力を必要としないからである。１つ以上のレーザ光線が、レンズまたはその他の光学的コンポーネントによって、データフォームを含むオブジェクトに向けた光路に沿って、配向され得る。光路は、オブジェクトおよび／またはデータフォームにわたってレーザ光を前後に掃引する軸回転するスキャンミラーを含む。ミラーは、バネおよび永久磁石を備えるスキャンモータの一部であり得る。磁石は、駆動コイルの近くに配置され、これは、スキャンモータを振動させる。例えば、光源自身を動かすか、または近くに間隔付けられた複数の光源を順々に照射することによって、掃引するスキャンラインを作ることのような、レーザ光を掃引するためのその他数多くの方法が存在する。スキャナはまた、例えば、楕円、湾曲した線、２次元または３次元のパターン等の、その他のスキャンパターンを形成し得る。
【０００７】
スキャナはまた、オブジェクトおよび／またはデータフォームから反射または散乱された光を検出するためのセンサまたは光検出器を備える。その後、戻ってくる光は、解析され、オブジェクトまたはデータフォームからデータが取得される。集光するための２つの公知なスキャンシステムは、逆反射スキャンシステム（ｒｅｔｒｏｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ  ｓｃａｎ  ｓｙｓｔｅｍ）および非逆反射スキャンシステム（ｎｏｎ−ｒｅｔｒｏｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ  ｓｃａｎ  ｓｙｓｔｅｍ）である。
【０００８】
逆反射スキャンシステムにおいて、レーザ光を掃引してスキャンラインを形成するスキャンミラーと同じ軸回転するスキャンミラーはまた、スキャナに戻ってくる光を受信する。ミラーの表面は、戻ってくる光をできるだけ多くキャプチャすることができるように、できるだけ大きく作られる。戻ってくる光は、センサに配向され、上記センサは、例えば、戻ってくる光に対応する電気信号を放射する光ダイオードである。戻ってくる光は、例えば、放物形の（あるいは、他の実施形態では、ミラーは球体またはその他の形状を有し得る）集光ミラーを用いることにより、センサ上に集中される。データは、電気信号をインタープリットすることにより、標的のデータフォームから取得される。スキャナの視野は動的であり、スキャナの瞬間的な視野は、比較的小さいので、センサは、比較的小さくあり得る。例示的な逆反射スキャンシステムは、特許文献１に記載されており、上記米国特許は、本発明の譲受人によって所有されており、参照によって援用される。
【０００９】
逆反射スキャンシステムの性能は、スキャンシステムの集光面積（すなわち、戻ってくる光をスキャンシステムが集光するのに利用可能な領域）に関係する。スキャンシステムが有する集光面積が大きくなると、それに従ってスキャンシステムの性能も高くなる。例えば、大きな集光面積は、スキャンシステムの射程を増大させ、かつ／または低いコントラストのデータフォームのスキャニングを向上させる。スキャンシステムの集光面積は、多くのファクターによって決定され、上記ファクターは、集光ミラーの面積、スキャンミラーの面積、スキャンシステムの前面に対するスキャンミラーの角度、フォルドミラーのサイズおよび位置、光路における障害等を含む。
【００１０】
非逆反射スキャンシステムにおいて、軸回転してスキャンラインを形成するスキャンミラーは、標的のデータフォームから戻ってくる光を受信するためには、用いられない。軸回転するスキャンミラーは、戻ってくる光を受信する必要がないので、上記スキャンミラーは、比較的小さくあり得る。大きな集光ミラーと小さなセンサとを用いて戻ってくる光を受信する代わりに、スキャナは、比較的大きなセンサを備え、上記比較的大きなセンサは、戻ってくるレーザ光をその視野にわたって検出する。スキャナの視野はスキャンミラーに依存しないので、センサは、スキャンラインの下に配置され得る。例示的な非逆反射スキャンシステムは、特許文献２に記載されており、上記米国特許は、本発明の譲受人によって所有されており、参照によって援用される。
【００１１】
特許文献３に記載されているように、公知の非逆反射スキャンシステムは、射出成形（ＩＭ）プロセスによって作成されたスキャンモータを用い、上記米国特許は、本発明の譲受人によって所有されており、参照により援用される。例示的な実施形態において、スキャンモータは、射出成形された基板と、液体注入成形（ＬＩＭ）されたバネとを備える。バネは、シリコンから作られ得、上記バネは、衝撃保護を提供する。加えて、射出成形されたスキャンモータは、比較的低いコストで作られ得る。非逆反射スキャンシステムは、成形されたスキャンモータに対する良い候補である。なぜならば、それらのシステムは、小さなミラーを用い、小さなミラーは、低い慣性と、低い駆動電圧とを生させるからである。逆反射スキャンシステムは、比較的大きなミラーを用いるので、ＬＩＭスキャンモータは、用いられてこなかった。なぜならば、駆動電圧が過度に高くあり得るからである。公知の逆反射システムは、マイラー（ｍｙｌａｒ）および／または金属から作られたバネを有するスキャンモータを用いる。これらの材料は、シリコンのような材料のコストおよび衝撃に関する利益を有さない。
【００１２】
従って、丈夫で、耐衝撃性があり、低コストで製造され得る逆反射システムにも用いられ得るスキャンモータに対する要望が存在する。加えて、低電力を用いる非逆反射システムに対する射出成形されたスキャンモータに対する要望が存在する。
【００１３】
逆反射スキャンシステムは比較的大きな集光ミラーを用いるが、逆反射スキャンシステムの全体積は、非常に小さくあり得、例えば、０．２００ｉｎ３であり得る。逆反射スキャンシステム、またはより具体的にはスキャンエンジンは、別のデバイス（例えば、携帯型のコンピュータまたは携帯型のスキャナ）の一部として実装され得る。スキャンエンジンが提供されたデバイスは、絶え間なくシュリンク（ｓｈｒｉｎｋ）するので、デバイスに含まれるスキャンエンジンは、できるだけ小さくあるべきであり、その一方で十分な性能を提供すべきである。加えて、業界標準のスキャンエンジンの形状が存在するので、スキャンエンジンの形状を最適な内部体積に変更することは、不可能であり得る。
【００１４】
利用可能な体積は限定されているので、公知の小さな逆反射スキャンエンジンは、一部の集光面積を、その他の必要な特徴に対して犠牲にしなければならない。例えば、比較的大きなスキャンモータの場合、スキャンミラーの角度および／またはフォルドミラーの位置は、スキャンエンジンの集光面積を低減させ得る。あるいは、スキャンエンジンの利用可能な内部領域を、その形状を変化させることによって最適化または増大させることにより、より大きな集光面積が取得され得る。不運にも、スキャンエンジンの形状に関する業界標準が存在し得るので、このことは、望むことができない。加えて、新しいスキャンエンジンを、既存のデバイスに適合させることが望まれる。
【００１５】
従って、大きな集光面積を有する逆反射スキャンシステムであって、スキャン性能を向上させ、製造コストを低減させ、丈夫さを増大させる、逆反射スキャンシステムに対する要望が存在する。加えて、小さなスキャンシステムに対して開発された設計を用いた、大きなスキャンシステムにおける改良に対する要望が存在する。
【特許文献１】米国特許第６，３６０，９４９号明細書
【特許文献２】米国特許第６，５９２，０４０号明細書
【特許文献３】米国特許第６，８１７，５２９号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１６】
（本発明の概要）
本明細書に記載されクレームされている本発明は、この要求およびその他の要求を満足し、このことは、本明細書の教示から明らかになる。
【００１７】
本発明に従って実装される例示的なスキャンモジュールは、シャーシと、駆動コイルと、スキャンモータと、レーザと、ミラーモジュールと、センサとを備える。ミラーモジュールは、開口部を備える集光ミラーと、集光ミラーから延びてしているフォルドミラーとを備える。フォルドミラーは、集光ミラーの背後を延び得る。例示的なスキャンモジュールは、携帯型のスキャナ、ポータブルコンピュータ等のスキャンエンジンおよび／またはスキャンモジュールであり得る。
【００１８】
例示的なスキャンモジュールと共に用いられ得る例示的なスキャンモータは、バネモジュール、磁石、および反射性のエレメントを備える。バネモジュールは、静的な基板と、動的な基板とを備え、両者は、成形されたフレキシブルなバネによって互いに結合されている。１つの例示的な実施形態において、基板は、熱可塑性プラスチックから作られ得、バネは、シリコンから作られ得る。バネは、比較的小さなサイズであり、スキャンモータを駆動させるのに要求される電力を低減させ得る。加えて、スキャンモータは、低コストで作られ、非常に良好な衝撃保護を有し得る。
【００１９】
動的な基板は、第１の側と第２の側とを備える延びている部材を備える。磁石は、延びている部材の第１の側に結合され、反射性のエレメント（例えば、ミラー）は、延びている部材の第２の側に結合される。反射性のエレメントは、比較的大きなサイズであり、静的な基板および／または動的な基板を越えて延びる。本発明の実施形態において、スキャンモータは、液体注入成形（ＬＩＭ）された一対のシリコンのバネを備え、延びている部材は、上記バネの間に配置される。
【００２０】
本発明にしたがって実施されるスキャンするための方法は、例えば、スキャンモータの磁石の反対に配置された駆動コイルを励起することにより、スキャンモータを駆動させることと、ミラーモジュールの一部であるフォルドミラーを用いて、スキャンモータの反射性のエレメントに向けてレーザ光線を配向することと、スキャンパターンを形成することとを含む。スキャナのユーザは、データフォームにわたって、例えば、バーコードにわたって、スキャンパターンを照準合わせし、データフォームの中に表示された情報を読み取ることができる。スキャナは、データフォームから戻ってくる光をセンサに向けて集中させ、これは、光を解析し、データフォームを読み取る。光は、集光ミラーまたはミラーモジュールの一部であるレンズによって、集中され得る。
【００２１】
本発明のその他のオブジェクトおよび特徴は、添付の描図と関連させて考察すると、以下の詳細な記述から明らかになる。しかしながら、図面は単に例示を目的にしているに過ぎず、本発明の限界を規定するようには企図されていないことが、理解されるべきである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
描図は、一定の比率で拡大縮小されてはおらず、単に例示に過ぎず、いくつかの図を通して、同じ参照番号は、同じエレメントを示している。
【００２３】
（例示的な実施形態の詳細な記述）
ここで、添付の描図に関連させて、スキャンモジュールを提供するための方法および装置に関するいくつかの例示的な実施形態が示され、記述される。
【００２４】
シュリンクするスキャンモジュール、例えば携帯型コンピュータまたはモバイルスキャナは、データフォームを読み取るための小さなスキャンモジュールを備える。したがって、小さなスキャンモジュールの性能を増大させ、一方で製造コストを低減させることに対する要望が存在する。本発明に従って実装される例示的なスキャンモジュールは、単一ピースのミラーモジュールを備え、増大された集光面積と、低減された製造コストとを有する一方で、業界標準のサイズを維持する。
【００２５】
本発明のその他の実施形態は、成形されたアセンブリを有するスキャンモータを備える。非逆反射スキャンシステムおよび逆反射スキャンシステムが、優れた衝撃保護と最小数のパーツとを有するスキャンモータを備え、スキャンモータのコストを低減させることは、有利である。例えば、一部の技術仕様は、スキャンシステムがエンドプロダクト（ｅｎｄ  ｐｒｏｄｕｃｔ；例えば、スキャナまたは端末）に組み込まれているときに、６フィート以上の落下からの衝撃保護を要求している。非逆反射スキャンシステムのスキャンモータの射出成形されたバネモジュールまたはアセンブリ（米国特許第６，８１７，５２９号に記載されており、上記米国特許は、本発明の譲受人によって所有されている）は、優れた衝撃保護を提供し、低コストで作られ得るが、バネアセンブリのサイズおよび電力要求のために、それは、一部の比較的小さなサイズの逆反射スキャンシステムに対する良い代替物とはならない。
【００２６】
本発明の実施形態において、低減されたサイズの射出成形されたバネアセンブリは、非逆反射または逆反射のスキャンシステムまたはモジュールに対するスキャンモータに用いられ得る。例示的なバネアセンブリは、静的な基板と動的な基板とを備え、それらは、フレキシブルなバネによって互いに結合され得る。例示的な静的な基板は、例えば、射出成形された熱可塑性の材料であり得、上記静的な基板は、スキャンエンジンのシャーシに固定され得、スキャンエンジンに対して静止を維持する。動的な基板もまた、例えば、射出成形された熱可塑性の材料であり得る。
【００２７】
本発明の実施形態において、基板は、ＬＩＭまたはその他任意の射出成形可能な材料（例えば、シリコン）から作られたフレキシブルなバネによって、互いに結合される。代替的な実施形態において、フレキシブルな性質を有し得る任意の材料が、バネを作るために用いられ得る。基板は、複数のショット成形プロセス、例えば、オーバー成形プロセスを用いることにより、互いに結合され得る。ＬＩＭ材料は、故障以前に、かなりの伸び（ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ）に耐えることができるので、ＬＩＭ材料は、優れた衝撃保護を提供し得る。この性質は、任意の衝撃事象（例えば、６フィートからの落下）が、衝撃事象の時間を延ばすことによって、かなり低いｇ−レベルになることを可能にする。衝撃事象におけるエネルギーの量は、ｇ−レベルと事象の継続時間とによって決定される（すなわち、衝撃事象におけるエネルギーの量は、ｇ−レベル対時間の曲線の下の面積に等しい）ので、ＬＩＭ材料に対する衝撃事象は、時間が長く、非常に低いｇ−レベルを有する。その他のバネ材料、例えば、マイラーまたは金属のバネは、ＬＩＭ材料と同じようには衝撃を吸収しない。なぜならば、それらの材料は、故障以前に、十分な伸びを有さないからである。
【００２８】
代替的な実施形態において、動的な基板とバネとは、同じ材料を用いることにより、ワンピースとして成形され得る。バネの作動部は、十分に小さくおよび／または薄く作られ、効率性を向上させ、小さなスキャンエンジンの体積要求を満足する。動的な基板はまた、静的な基板に向けて延びる、延びている部材をも備える。一実施形態において、延びている部材は、静的な基板に向けて延びるにつれて広くなっていく、くさび（ｗｅｄｇｅ）のような形状を有する。
【００２９】
例示的なスキャンモータは、バネアセンブリ、ミラー、および磁石を備える。ミラーは、一対のバネの間にではなく、１つのバネまたは複数のバネの隣に配置される。動的な基板の延びている部材は、ミラーを第１の側で受容し、磁石を第２の側で受容し、バネに対するこれらの角度は、くさび形の延びている部材の受容側のサイズおよび／または傾斜の角度を調整することにより、マニュピレートされ得る。このようにして、ミラーが存在する平面は、１つのバネまたは複数のバネが存在する平面に対し、任意の角度にされ、磁石が存在する平面もまた、１つのバネまたは複数のバネが存在する平面に対し、任意の角度にされ得る。動的な基板の延びている部材は、クレードル（ｃｒａｄｌｅ）を備え、その第１の側で大きなミラーを受容し、ミラーは、クレードルと結合するための受容構造を備える。磁石は、例えば、接着剤を用いることにより、延びている部材の第２の側に接着される。
【００３０】
公知の非逆反射スキャンシステムにおいて、比較的小さなミラーが、一対のバネの間で、射出成形されたバネアセンブリに結合される。逆反射システムは、比較的大きなミラーを用いる。したがって、例示的な低減されたサイズの射出成形されたバネアセンブリのミラーは、一対のバネの間にではなく、これらのバネの側方に配置される。このことは、バネアセンブリが、バネの間の空間よりも大きなミラーを受容することを可能にする。加えて、低い慣性モーメントを形成するバネの隣にミラーを配置すると、このことは、スキャンエンジンの動作電力を低く保つことを助ける。電力の節減もまた、バネアセンブリのサイズを低減させることにより、生み出される。バネアセンブリのサイズを低減させることからの電力の節減はまた、より小さなバネアセンブリを受容するように改変された非逆反射スキャンシステムにも、適用され得る。
【００３１】
例示的なスキャンモジュールにおいて、スキャンモータは、駆動コイルに近接して配置される。上記駆動コイルは、米国特許第６，８２４，０６０号に記載された双方向駆動コイルのようなものであり、上記米国特許は、本発明の譲受人によって所有され、参照により援用される。電源投入されたとき、駆動コイルは、スキャンモータを前後に振動させる。その後、ミラーに衝突するレーザ光線が、前後に移動させられ、データフォーム（例えば、バーコード）を読み取ることに用いられ得るスキャンラインを形成する。
【００３２】
スキャンモータは、スキャンモジュールの中に適切にアラインされ、その結果、レーザビームは、スキャンモータのミラーで反射し、所望の方向にスキャンラインを形成する。例示的な逆反射スキャンモジュールにおいて、静的な基板は、旋回ベース（ｐｉｖｏｔｉｎｇ  ｂａｓｅ）を備え、旋回ベースは、スキャンモータをアラインするために用いられる。スキャンモータはまた、旋回ベースを受容する特徴を有するシャーシをも備える。スキャンモータが正確にアラインされた後、それは、接着剤を用いて、正しい位置に固定される。一部の実施形態において、逆反射スキャンモジュールは、スキャニングデバイスのモジュールであり得る独立したスキャンエンジンであり得る。
【００３３】
本発明に従って実装される例示的な非逆反射スキャンシステムにおいて、バネアセンブリの延びている部材は、小さなミラーを揺籃するように改変され得る。小さなミラーは、スキャンミラーをさらに効率的なものにする。
【００３４】
図１を参照すると、デバイス１０１の例示的なブロック図が示されており、デバイス１０１は、スキャンモジュール１００、処理ユニット１０５、およびバス１２５によって互いに結合されたメモリ１２０を備える。デバイス１０１のモジュールは、ソフトウェア、ハードウェア、ハードウェアエミュレーティングソフトウェア（ｈａｒｄｗａｒｅ  ｅｍｕｌａｔｉｎｇ  ｓｏｆｔｗａｒｅ）、およびリプログラマブルハードウェアの任意の組み合わせとして、実装され得る。バス１２５は、本発明の異なるモジュールの相互運用性を示す例示的なバスである。設計選択の問題として、１つ以上のバスが存在し得、一部の実施形態において、特定のモジュールが、バス１２５に結合される代わりに直接的に結合され得る。デバイス１０１は、例えば、レーザスキャナ、モバイルコンピュータ、ポイントオブサービス（ｐｏｉｎｔ  ｏｆ  ｓｅｒｖｉｃｅ）等であり得、スキャンモジュールは、例えば、逆反射スキャンエンジン１００であり得る。
【００３５】
例示的な実施形態において、処理ユニット１０５は、１つ以上の中央処理ユニット（ＣＰＵ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）等として、実装され得る。例示的な実施形態において、処理ユニット１０５は、複数の処理ユニットまたはモジュールを備え得る。各モジュールは、メモリを備え得、上記メモリは、特定の機能、例えば、信号処理、インターフェースエミュレーション（ｉｎｔｅｒｆａｃｅ  ｅｍｕｌａｔｉｏｎ）等を実行するようにプログラムされ得る。その他の実施形態において、処理ユニット１０５は、スキャンエンジン１００とデバイス１０１との間で共有される汎用ＣＰＵを備え得る。代替的な実施形態において、処理ユニット１０５の１つ以上のモジュールは、異なるプロセスを用いて（例えば、メモリ１２０から）ロードされ得るＦＰＧＡとして実装され得、複数の機能を実行する。処理ユニット１０５はまた、上述のプロセッサの任意の組み合わせを備え得る。
【００３６】
メモリ１２０は、揮発性メモリ、不揮発性メモリ、およびリライタブルメモリとして実装され得、例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、および／またはフラッシュメモリとして、実装され得る。メモリ１２０は、デバイス１０１を動作させるために用いられる方法およびプロセス、例えば、データキャプチャ方法１４５、信号処理方法１５０、電力管理方法１５５、およびインターフェース方法１６０を格納する。
【００３７】
本発明の例示的な実施形態において、デバイス１０１は、トリガを備える携帯型のスキャナ１０１であり得る。例えば、トリガが押され、スキャン動作が開始されると、スキャナ１０１は、データキャプチャ方法１４５を始める。データキャプチャ方法１４５の例示的な実施形態は、図９を参照して以下で記載される。データキャプチャ方法１４５の間、レーザ光は、スキャナ１０１によって放射され、上記レーザ光は、標的のデータフォームと相互作用し、スキャナ１０１に戻ってくる。戻ってくるレーザ光は、信号処理方法１５０を用いるスキャナ１０１により、解析される（例えば、受信されたアナログのレーザ光は、デジタル形式に変換される）。電力管理方法１５５は、スキャナ１０１によって用いられる電力を管理し、インターフェース方法１６０は、スキャンエンジン１００がスキャナ１０１と通信することを可能にする。
【００３８】
図１の例示的な実施形態は、データキャプチャ方法１４５、信号処理方法１５０、インターフェース方法１６０、および電力管理方法１５５を分離したコンポーネントとして示しているが、それらの方法は、この構成に限定されない。全体または一部分が本明細書に示されている各方法は、独立したコンポーネントであり得るか、または動作を相互運用または共有し得る。加えて、方法はメモリ１２０内に示されているが、代替的な実施形態において、方法は、処理ユニット１０５のメモリ内に永続的または動的に組み込まれ得る。
【００３９】
図１においては、メモリ１２０は単一のモジュールとして示されているが、一部の実施形態において、画像スキャナ１００は、１つ以上のメモリモジュールを備え得る。例えば、上述された方法は、分離したメモリモジュールに格納され得る。加えて、メモリ１２０の一部分または全部分は、処理ユニット１０５の一部として統合され得る。
【００４０】
図２および図３は、本発明の実施形態に従って実装されるスキャンエンジン１００の３次元の図を示している。スキャンエンジン１００は、図１のスキャンエンジン１００として用いられ得る。図２は、スキャンエンジン１０１のシャーシ１１２の左上のコーナーに配置されたレーザモジュールまたはアセンブリ１１０を示している。データキャプチャ方法１４５の例示的な動作の間、レーザセンブリ１１０は、レーザ光線２１０を放射し、これは、フォルドミラー１１５によって反射される。レーザ光線２１０は、集光ミラー１３０における穴を通過し、スキャンミラー１７０に衝突する。スキャンミラー１７０は、スキャンモータ１６５の一部であり、スキャンミラーは、前後に移動し、データフォームを読み取るためのスキャンラインを形成する。
【００４１】
データフォームと相互作用した後、放射されたレーザ光の一部は、スキャンエンジン１００に戻ってくる。戻ってくる光は、スキャンミラー１７０によって受信され、集光ミラー１３０に向けて反射される。集光ミラー１３０は、くぼんだ形状、例えば、軸外（ｏｆｆ  ａｘｉｓ）の放物形、球面形状等を有し得、戻ってくる光を集光し、それをセンサ１４０に向けて集中させる。代替的な実施形態において、戻ってくる光は、レンズによってセンサに向けて集中させられ得る。センサ１４０は、シャーシ１１２の右側に配置され、スキャンモータ１６５の前面に位置付けられた受信構造に配置される。例示的な実施形態において、センサ１４０は、フォトダイオードとして実装され得る。戻ってくる光は、対応する電気信号を生成するセンサ１４０によって、検出される。電気信号は、解析され、標的のデータフォームは、デコードされる。
【００４２】
例示的なスキャンエンジン１００において、フォルドミラー１１５および集光ミラー１３０は、単一のミラーモジュール１３２として構成され得る。図１１および図１２は、１つのミラーモジュール１３２の異なる図を示している。フォルドミラー１１５は、反射性の表面１１６を備え、集光ミラー１３０は、反射性の表面１３１を備える。フォルドミラー１１５は、集光ミラー１３０の１つの側から、集光ミラー１３０の背後を延びる。一実施形態において、ミラーモジュール１３２は、ワンピースとして成形されるが、代替的な実施形態においては、単一ピースのミラーモジュールは、フォルドミラーを集光ミラーの背面に結合させることにより、組み立てられ得る。ミラーモジュール１３２はまた、１つ以上のダボ（ｄｏｗｅｌ）またはペグ（ｐｅｇ）をも備え得、それらは、シャーシ１１２の受容構造にミラーモジュール１３２を固定させるために用いられる。例示的なミラーモジュール１３２は、集光ミラー１３０の底部に２つのダボ１３４、１３７を備え、１つのペグ１３３を集光ミラー１３０の右上側に備える。これらのダボ１３４、１３７およびペグ１３３は、シャーシ１１２における対応する受容構造に配置され、さらに接着剤を用いて固定され得る。
【００４３】
一部の公知のスキャンモジュールは、ワンピースとして、集光／フォルドミラーモジュールを備えるが、フォルドミラーは、集光ミラーの背後を延びるのではなく、集光ミラーの表面に挿入成形され得る。その他の公知のスキャンモジュールにおいて、フォルドミラーは、集光ミラーの背後に配置される分離したピースであり得、レーザは、フォルドミラーにより、集光ミラーにおける穴を通って、スキャンミラーに向けて反射される。集光ミラーにおける穴と、集光ミラーの表面に成形されたフォルドミラーとの両方は、スキャンモジュールの集光面積を低減させるが、集光ミラーにおける穴は、集光ミラーの表面に成形されたフォルドミラーよりも小さく作られ得る。したがって、集光ミラー上のフォルドミラーは、集光ミラーにおける穴よりもスキャンミラーの集光面積を大きく低減させる。
【００４４】
図２および図３に示されている例示的なスキャンエンジン１００を参照すると、フォルドミラーが集光ミラー上に配置されている場合に、集光ミラーは、左に移動され得、集光ミラーに対して多くの空白（ｒｏｏｍ）は、存在し得ない。レーザレンズアセンブリは、集光された光をぼかし（ｖｉｇｎｅｔｅｅ）得、有効な集光面積が、低減され得る。フォルドミラーと集光ミラーとが付着しない場合、集光ミラーは、分離したフォルドミラーと、フォルドミラーをシャーシ１１２に結合させるための任意の受容構造とに適応するように、右に移動され得る。集光ミラーを右に移動させることにより、集光ミラーは集光された光をぼかさせられ、集光面積を効果的に低減させ得る。このようにして、単一ピースのミラーモジュール１３２は、優れた集光面積を生成するための空間および反射領域を、スキャンエンジン１００に与える。
【００４５】
公知のスキャンモジュールは、マイラーまたは金属から作られたバネまたは屈曲部（ｆｌｅｘｕｒｅ）を有するスキャンモータを用いて設計され、それらは、スキャンミラーを振動させる。これらのスキャンモータは、良好に動作するが、それらは、バネ、クランプ、取り付けブラケット、ミラーおよび磁石に対して必要な比較的大きな大きさの空間を含むいくつかの制限を有し；それらは、多数の小さな組み立てパーツから作られているので、パーツと製造コストとを追加させる。
【００４６】
公知のマイラーまたは金属のスキャンモータは、屈曲部の平面に垂直に配置されたミラーを有する。このことは、動作中の屈曲部の捩れを低減させるためになされる。屈曲部が捩れると、スキャンミラーに衝突するレーザは、湾曲したスキャンラインを形成し得、このことは、スキャナの性能に負に影響する。不都合にも、屈曲部に対してミラーを垂直に配置することにより、回転の中心から遠くにミラーが位置付けられる。このようにして、通常の動作中に、ミラーが振動しているとき、ミラーは、スキャンモジュールのその他のパーツに当たらないように、多くのオープンスペースを必要とする。加えて、ミラーが垂直に取り付けられるときに、ミラーが多く移行すると、ミラーは、その移動の端で光路から外に動かないように、大きくなければならない。いつでもミラーの一部のみが光を集光するために用いられるので、集光面積は、スキャンミラーの面積よりも小さい。
【００４７】
射出成形されたスキャンモータを用いるスキャンモジュールは、回転の中心の非常に近くに配置され得るミラーを有する。なぜならば、射出成形された屈曲部は、マイラーまたは金属のバネよりも、捩れる傾向が低いからである。このようにして、ミラーが屈曲部の平面に対して垂直に取り付けられていない場合でさえも、ミラーが振動する際に、非常に小さな移行が存在する。ミラーの配置の結果として、スキャン角度の全体にわたって、ミラーの反射性の表面の多くが機能する。このようにして、射出成形された屈曲部を用いるスキャナは、所与のサイズのミラーに対し、大きな集光面積を有し得る。
【００４８】
加えて、屈曲部はミラーに対して垂直に取り付けられていないので、公知の設計におけるように、屈曲部は、公知の設計におけるのと同程度には、スキャンミラーの背後から突き出ない。このことは、ミラーがスキャンモジュールの背面に向けて移動することを可能にし、ミラーが回転を回転させ、衝突する光に対して、その反射表面のうちのより多くを提供することが可能である。言い換えると、ミラーは、マイラーまたはバネを有する類似した公知のスキャンモジュールにおけるよりも、スキャンモジュールの前面に対してより平行になるので、投射される領域は、より大きくなり、モジュールの集光面積は、増大する。
【００４９】
例示的なスキャンエンジン１００のスキャンモータ１６５は、バネモジュール１７５、スキャンミラー１７０、および磁石１８０を備える。図４および図５は、例示的なバネモジュール１７５を示している。例示的なバネモジュール１７５は、静的な基板１７７と、フレキシブルなバネ１７９によって互いに結合された動的な基板１７６とを備える。１つの例示的な実施形態において、フレキシブルなバネ１７９は、動的な基板１７６と静的な基板１７７にオーバー成形４１０された一対のシリコンのバネ１７９から作られる。バネ１７９は、基板１７６、１７７に液体注入成形される。代替的な実施形態において、フレキシブルなバネ１７９は、射出成形プロセスを用いて熱可塑性プラスチックから作られ得、または代替的に、バネ１７９および動的な基板１７６は、ＬＩＭ材料から作られ得る。
【００５０】
例示的な静的および動的な基板１７６、１７７は、熱可塑性プラスチックから作られる。静的な基板１７７は、スキャンモータ１６５をスキャンエンジン１００のシャーシに対して適切にアラインして固定するために用いられる旋回ベース１７８を備える。動的な基板１７６は、磁石１８０およびスキャンモータ１７０を受容する延びた部材１８１を備える。
【００５１】
延びている部材１８１は、第１の側４０５と、第２の側５０５とを有する。第１の側４０５は、スキャンミラー１７０を受容するためのクレードルを備え、第２の側５０５は、磁石１８０を受容するための受容構造を備える。延びている部材１８１は、三角形またはくさびの形状を有する。延びている部材１８１は、バネモジュール１７５の１つの端で始まり、動的な基板１７６から静的な基板１７７に向けて延びるにつれ、大きくなっていく。
【００５２】
図６〜図８は、スキャンモジュール１６５を示している。磁石１８０は、延びている部材１８１の第２の側５０５に位置付けられた受容構造に配置される。ミラー１７０は、延びている部材１８１の第１の側４０５に結合される。ミラー１７０は、延びている部材１８１の第１の側４０５を受容する受容構造を備える。磁石１８０およびミラー１７０は、接着剤を用いて延びている部材１８１に固定され得る。
【００５３】
代替的な実施形態において、フレキシブルなバネ１７９および動的な基板１７６は、同じ材料から作られた１つのユニットとして成形され得る。例えば、組み合わされたユニットは、シリコンまたは熱可塑性プラスチックから作られ得る。
【００５４】
図２および図３に戻ると、スキャンモータ１６５は、駆動コイル１３５の付近に配置される。スキャンモータ１６５に結合された磁石１８０は、駆動コイル１３５が励起されるとき、駆動コイル１３５によって形成された磁場と相互作用し、スキャンモータ１６５を振動させる。
【００５５】
本発明に従って実装された例示的なスキャンエンジン１００は、図１１および図１２に示されているような単一ピースのミラーモジュール１３２と、図６、図７および図８に示されているようなスキャンモータ１６５とを備え、上記スキャンエンジン１００は、類似した体積および形状を有する公知のスキャンモジュールよりもほとんど５０％程多くの集光面積を有し得る。加えて、スキャンエンジン１００は、上述のように、ピースが少ないので、かなり低いコストで製造され得、射出成形されたスキャンモータ１６５は、公知のスキャンモータよりも、低金額で作られ得る。
【００５６】
スキャンエンジン１００のレイアウトは、一部の大きなスキャンモジュールに類似しているが、大きなスキャンモジュールは多くの空間を有するので、それらは、より小さな体積の中では実装され得ないパーツを含み得る。例えば、大きなスキャンモジュールは、そのスキャンミラーを駆動させるために大きなマイラーの屈曲部を用いるための大きな空白を有し、その集光ミラーは、光をフォトダイオードに配向するための調整を有し得る。
【００５７】
スキャンモジュールの体積比または充填効率の性能は、異なるスキャンモジュールを比較するために用いられ得る。例えば、スキャンモジュールが占める相対的な体積は、スキャンモジュールの集光面積によって割られ、測定可能なメトリックが得られる。数値が小さくなると、スキャンモジュールの充填効率が高くなる。公知の大きなスキャンモジュールは、１．９１ｉｎ３の体積と、０．２８ｉｎ２の集光面積とを有するので、充填効率７を有する。スキャンエンジン１００に類似した形状を有する公知の小さなスキャナは、０．２０５ｉｎ３の体積と、０．０３４ｉｎ２の集光面積とを有するので、充填効率６を有する。例示的なスキャンエンジン１００は、０．２０５ｉｎ３の体積と、０．０５０ｉｎ２の集光面積とを有するので、充填効率４を有する。したがって、スキャンエンジン１００の充填効率は、同じような大きさのスキャンモジュールよりも５０％良く、大きなスキャンモジュールよりも、およそ１００％良い。
【００５８】
スキャンモジュール１００は、比較的小さく、０．２０５ｉｎ３の体積を有しているが、スキャンエンジン１００のレイアウトと、スキャンエンジン１００を構成するモジュールとは、小さなスキャンシステムに限定されない。本発明のその他の実施形態において、スキャンエンジン１００のモジュールとレイアウトとは、大きなスキャンシステムと共に機能するように改変され得、それらのシステムに、同じ信頼性、性能、およびコストの利点を提供する。
【００５９】
図９は、データフォームをスキャンするための方法９００の例示的な実施形態を示している。方法９００の記載において、デバイス１０１への参照がなされる。方法９００およびその他の方法のステップは、本明細書では、例示的に示されており、ステップの順序は、再配列され得る。データキャプチャ方法９００は、ステップ９０５で始まる。例示的な実施形態において、方法９００は、デバイス１０１、例えば、スキャナ１０１、が電力を受信するとき、例えば、スキャナ１０１上のトリガまたはボタンが押されるときに、始まる。方法９００はまた、デバイス１０１上で実行している別のプログラムからのコマンドによっても開始され得る。通常、データキャプチャ方法９００が開始されたときに、デバイスのオペレータは、デバイス１０１を標的のデータフォームに照準合わせする。
【００６０】
プロセスは、ステップ９０５からステップ９１０へと進み、ここでは、スキャナ１０１は、レーザ１１０を起動させる。レーザは、フォルドミラー１１５に当たり、スキャンミラー１７０に向けて配向される。ほぼ同時または同時に、ステップ９１５において、スキャナ１０１は、駆動コイル１３５に電力を供給することによって、駆動コイル１３５を起動させる。磁石１８０は、駆動コイル１３５によって形成された磁場と作用し、スキャンモータ１６５を振動させ始める。結果として、スキャンミラー１７０に衝突するレーザ光は、前後に移動し、スキャンラインを形成する。図１０は、データキャプチャ方法１０００を示しており、これは、方法９００の代替的な実施形態であり、ここでは、ステップ９１０の前にステップ９１５が起こる。レーザ１１０が起動される前に、駆動コイル１３５が起動されることを意味する。
【００６１】
スキャンラインの放射されたレーザ光は、データフォームと相互作用し、ステップ９２０において、スキャナ１０１は、スキャナ１０１に戻ってくるいくらかの光を受信する。例えば、戻ってくる光は、集光ミラー１３０に向け、スキャンミラー１７０によって反射される。集光ミラーは、戻ってくる光をセンサに向けて配向する。スキャンミラー１７０は、前後に移動するので、スキャナ１０１の視野もまた、前後に移動する。
【００６２】
ステップ９２０の後のステップ９２５において、受信された光は、解析され、標的のデータフォームは、デコードされる。ステップ９３０において、解析が成功の場合、プロセスは、ステップ９３５に進み、ここでは、デコードされたデータは、さらに処理される。例えば、データは、別のデバイスに伝送され得る。ステップ９３５の後、方法９００のプロセスは、ステップ９５０に進み、ここで方法９００が終了する。スキャナ１０１は、スタンバイモードにされ得、別のデータフォームを処理する準備が整えられる。
【００６３】
ステップ９３０に戻ると、スキャナ１０１が標的のデータフォームを成功裡にデコードしない場合、プロセスは、ステップ９４０に進む。一部の実施形態において、スキャナ１０１は、何もしないおよび／またはタイムアウトし、ステップ９５０において終了するが、その他の実施形態において、スキャナ１０１は、可聴性の失敗表示をスキャナのオペレータに対して発し、失敗の信号を取り付けられたデバイス等に伝送する。さらに他の実施形態において、スキャナ１０１は、データフォームが成功裡に読み取られるか、またはトリガを解放することによってオペレータがスキャンエンジンへの電力を中断するまで、または他の実施形態ではスキャナがタイムアウトになり得るまで、ステップ９１０〜９２５を続ける。
【００６４】
例示的なスキャンモータは、逆反射スキャンシステムの一部として記載されてきたが、本発明のスキャンモータはまた、低減されたサイズの非逆反射スキャンシステムにも用いられ得る。比較的大きなミラーは、小さなミラーによって置換され得、ミラーの平坦な平面とバネとの間の角度は、くさび形の延びている部材の幅を調整することにより、適切に、例えば、４５度に、調整され得る。加えて、静的な基板の構造は、回路基板に結合されたスキャンモジュールにスキャンモータが固定され得るように、改変され得る。本発明の例示的なスキャンモータは、非逆反射スキャンシステムの効率を増大させることに役立ち得る。なぜならば、例示的なスキャンモータは、低電力を用いるからである。
【００６５】
本発明の基本的な新規な特徴が、本発明の好適な実施形態に適用されるようにして、示され、記載され、指摘されてきたが、開示された発明の形態および詳細に関し、様々な省略および置き換えが、当業者により、本発明の精神から逸れることなしに、なされ得ることが、理解される。したがって、本発明は、本明細書に添付された請求項の範囲によってのみ限定される。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】図１は、本発明の実施形態に従って実装される例示的なデバイスのブロック図を示している。
【図２】図２は、本発明の実施形態に従って実装される例示的なスキャンエンジンの３次元の図を示している。
【図３】図３は、本発明の実施形態に従って実装される例示的なスキャンエンジンの３次元の図を示している。
【図４】図４は、本発明の実施形態に従って実装される例示的なバネアセンブリの３次元の図を示している。
【図５】図５は、本発明の実施形態に従って実装される例示的なバネアセンブリの３次元の図を示している。
【図６】図６は、本発明の実施形態に従って実装される例示的なスキャンモータの３次元の図を示している。
【図７】図７は、本発明の実施形態に従って実装される例示的なスキャンモータの３次元の図を示している。
【図８】図８は、本発明の実施形態に従って実装される例示的なスキャンモータの３次元の図を示している。
【図９】図９は、本発明の実施形態に従って実施される例示的なデータキャプチャ方法を示している。
【図１０】図１０は、本発明の実施形態に従って実施される代替的なデータキャプチャ方法を示している。
【図１１】図１１は、本発明の実施形態に従って実装される例示的なミラーモジュールを示している。
【図１２】図１２は、本発明の実施形態に従って実装される例示的なミラーモジュールを示している。
【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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【国際調査報告】
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