光学読取装置撮像モジュール
【課題】良好な性能の撮像モジュール。
【解決手段】 ある実施例の撮像モジュール（１０）は、プリント回路基板（１４Ａ）と、該プリント回路基板に電気的に接続された画像センサと、少なくとも１つの光学素子を支持するための支持アセンブリ（８０）と、対象上に照射パターンを生成するための照射システムとを具備している。前記照射システムは、照射光源と、前記照射光源からの光を拡散させるための拡散器とを備えることができる。前記モジュールは、照準光源と、前記照準光源からの光を絞るための開口と、対象領域に照準パターンを投影するための光学素子とを有する照準システムをさらに具備することができる。照射システムと照準システムの一方または両方が、鏡やプリズムなどの光変向素子を備えることができる。
【解決手段】 ある実施例の撮像モジュール（１０）は、プリント回路基板（１４Ａ）と、該プリント回路基板に電気的に接続された画像センサと、少なくとも１つの光学素子を支持するための支持アセンブリ（８０）と、対象上に照射パターンを生成するための照射システムとを具備している。前記照射システムは、照射光源と、前記照射光源からの光を拡散させるための拡散器とを備えることができる。前記モジュールは、照準光源と、前記照準光源からの光を絞るための開口と、対象領域に照準パターンを投影するための光学素子とを有する照準システムをさらに具備することができる。照射システムと照準システムの一方または両方が、鏡やプリズムなどの光変向素子を備えることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
このＰＣＢ出願は、以下の８つの非仮出願および仮出願：（１）“屈折型拡散器を備えた光学読取装置用の撮像モジュール”というタイトルで２００１年３月８日に出願された米国非仮出願第09/802,579号、（２）“データ収集小型撮像モジュールおよび照準装置”というタイトルで２００１年６月２６日に出願された米国仮出願第60/301,036号、（３）“多色光学読取装置の照射”というタイトルで２００１年１０月５日に出願された米国仮出願第60/327,249号、（４）“データ収集小型撮像モジュールおよび照準装置”というタイトルで２００１年９月１１日に出願された米国仮出願第60/322,776号、（５）“導電性支柱を備えた光学読取装置”というタイトルで２００１年１０月１２日に出願された米国仮出願第60/328,855号、（６）“位置合せ素子を備えた光学読取装置モジュール”というタイトルで２００１年１１月９日に出願された米国仮出願第60/345,523号、（７）“光学読取装置撮像モジュール”というタイトルで２００２年３月７日に出願された米国非仮出願第（出願番号未定、事件番号283-309.11）号、（８）“多色照射を備えた光学読取装置”というタイトルで２００２年３月７日に出願された米国非仮出願第（出願番号未定、事件番号283-309.12）号に対する優先権を主張する。
【０００２】
本発明は、一般的には光学読取装置に関し、さらに詳細には光学読取装置用の撮像モジュールに関する。
【背景技術】
【０００３】
大部分の画像信号生成データ収集装置は、対象領域を照射するための内蔵照射素子が必要である。内蔵照射素子およびこれらの素子を支持する構造部材は、かなりのスペースを消費する。レーザスキャナベースの撮像モジュールは、ますます小さなサイズで入手可能となってきている。シンボルＳＥ９００撮像モジュールは、小型のレーザベース画像撮像モジュールの一例である。ＳＥ９００の外観プロファイルは、約０．８１インチ幅（“ｘ”）×０．４５インチ高（“ｙ”）である。
【０００４】
しかしながら、レーザベースの撮像モジュールでは幾つかの問題点が指摘されてきた。第１に、レーザベースの撮像モジュールは、２次元画像を取込むのに好適ではなく、従って２次元マトリックスバーコードやＯＣＲ文字などのような、あるタイプの２次元証印を復号するシステムでは使用することができない。既存のレーザベースの撮像モジュールはＰＤＦ４１７などのスタック型２次元シンボルを読取るが、一般には２次元画像の取り込みには適していない。レーザスキャナベースの画像エンジンを２次元画像取込みに適合させようという試みは、不調に終わっている。レーザスキャン２次元画像エンジンは、低解像度の画像信号を生成するが、費用がかかりスペースを消費するものであると考えられてきた。レーザベースのバーコードに関して指摘される別の大きな問題は、耐久性の欠如である。レーザスキャンエンジンモジュールは、精緻に搭載される可動ミラーを要する。ミラー搭載構造は、モジュールを内蔵しているハウジングの突然の衝撃によって簡単にずれたり壊れたりする。レーザスキャナベースの撮像モジュールの機械的な複雑さは、該モジュールが２次元画像信号を生成しなければならない場合に著しく増加する。
【０００５】
２次元証印を読取ることができず、かつ壊れやすいというレーザスキャナ撮像モジュールに関する重大な問題にも関わらず、データ形式読取機器のユーザの中には、これらのモジュールの示す幾つかの利点に関心を持ち続けている者もいる。まず、上述したように、レーザスキャベースの撮像モジュールは、その限られた機能性のために、サイズおよび重量の小さいパッケージに簡単に作ることができる。第２に、ユーザの中には、レーザスキャナベースの撮像モジュールによって対象上に投影されるすっきりと鮮やかな照準および照射パターンに肯定的に反応する者がいる。レーザスキャナベースの撮像モジュールは、対象の上に平行化された狭い光線を投影する。この光線は、照準線を定義するために走査される。前記の線が良好に定義されているので、ユーザは対象領域内における読取すべき証印上にスキャンラインを簡単に配置することができる。撮像モジュール照準パターンの位置決めは、対象証印に“照準を定める”と言われることもある。
【特許文献１】米国特許第５８５００７８号明細書
【特許文献２】米国特許第５７６３８６４号明細書
【特許文献３】欧州特許第１０７９４６６号明細書
【特許文献４】独国特許発明第１２４０１４９号明細書
【特許文献５】独国特許発明第１２３３０３８号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、その主要な側面に従って大まかに述べると、プリント回路基板と、前記プリント回路基板に電気的に接続された画像センサと、少なくとも１つの光学素子を支持するための支持アセンブリと、対象上に照射パターンを生成するための照射システムと、を備える撮像モジュールである。前記照射システムは、照射光源と、該照射光源からの光を拡散するための拡散器とを備えることができる。このモジュールは、照準光源と、前記照準光源からの光を絞るための開口と、照準パターンを対象領域に投影するための光学素子とを有する照準システムをさらに備えることができる。モジュールのサイズを小さくするために、照射システムと照準システムの一方または両方が、ミラーまたはプリズムなどの光変向素子を備えることができる。
【０００７】
別の側面によれば、撮像モジュールは、撮像モジュールの様々な構成要素を支持するための支柱を備えることができる。このモジュールは、画像センサを担持する第１の回路基板と、少なくとも１つの光源を担持する第２の回路基板と、第１の回路基板と第２の回路基板の間に挿置される支持アセンブリと、幾つかの支柱を収容するための、前記第１の回路基板、第２の回路基板、及び支持アセンブリのそれぞれにおいて位置合せされた柱穴とを備え、これらの支柱は、柱穴に収容されると２つの回路基板の間に挿置された支持アセンブリを含む構造を支持するものである。前記支柱は、第１の回路基板と第２の回路基板の間に付加的な電気的コネクタを提供する必要がなくなるように、導電性とすることができる。
【０００８】
別の側面において、撮像モジュールは、光源と、開口と、前記開口よりも光学的に前方に位置する光学素子とを備えた照準システムを組み込むことができ、該照準システムは広範囲の距離にわたって対象上に切れのよい鮮明な照準パターンを投影する。ある実施例では、レンズ開口効果により、照準パターンが光学的にフォーカスされるとはいえない距離を含む、様々な範囲の距離にわたって切れのよい鮮明な照準パターンを得るように照準システムが構成される。別の実施例では、照準システムは、切れのよい鮮明な照準パターンが幅広い範囲の距離にわたって定められるような態様で、狭い開口から出る光が結像されるように構成される。ある実施例における照準パターンは、対象証印に照準を定めるのに有効な、鮮明に定義された横方向の縁を有している。
【０００９】
さらに別の側面において、本発明のモジュールは、光源から放射される全体の色を制御・変更できるようにそれぞれ単独で駆動可能な複数の異なる色のＬＥＤダイからなる少なくとも１つの多色発光源を備えることができる。多色発光源は、光源から放射される色が、モジュールの現在の適応環境における撮像および読取に合わせて最適化されるように制御することができる。さらにこのモジュールは、多色発光源の制御が、モジュールの視野の色、モジュールから対象までの距離、及び/又は所定の基準が満たされていてフィードバックがユーザに供給されるているなど、検知された状態に応じて自動的に変化するよう構成することができる。モジュールは、さらなる側面において、異なる波長の発光帯域の光を投影する照射光源および照準光源を備えることができる。
【００１０】
本発明の構成によって可能となる実質的なサイズの縮小に伴って、レンズアセンブリと画像センサとの位置決めが、モジュールの性能に対して大いに影響を与える可能性がでてくる。従って、本発明による撮像モジュールは、レンズアセンブリの位置を画像センサの位置に対して細密調整できるようになされることができる。本発明による保持器・レンズアセンブリは、レンズアセンブリが保持器内において摺動自在に受け入れられるように相補形に構成されている。保持器は、その側壁に２つの開口が画定されている。第１の開口は、保持器内のレンズアセンブリの位置を細密調整する際に用いられる固定ピンを収容する。第２の開口は、レンズアセンブリを保持器に対して接着剤で接合するための接着性物質を受け入れる。接着性物質はさらに、第１の開口に添加してもよい。
【００１１】
本発明のさらなる側面において、本発明によるモジュールは、改良された構成を有する照準および照射光源を備えることができる。モジュールに組み込まれた光源は、光源の一部がプリント回路基板によって定義される表面実装ＬＥＤを備えることができる。モジュールにおいて表面実装ＬＥＤを使用することにより、少なくとも１つの面においてモジュールの寸法を実質的に低減するよう適切に構成する。モジュールは、付加的な位置合せ部材または位置合せ支援アセンブリステップなしで、プリント回路基板に対してしっかりとベンチングされてＬＥＤの厳密な位置合せを実現する、側面リード型表面実装ＬＥＤを組込むこともできる。
【００１２】
本発明のさらに別の側面において、本発明によるモジュールは、モジュールの温度を下げるための１つ以上の放熱構造を備えることができる。別の側面では、モジュールの支柱は、モジュールの部材を構造的に支持し電気的に接続すること以外の目的で使用される。支柱は、取り付けられるとモジュールの一部とみなされる付加的な構造部材（例えばＰＣＢ、光学板、放熱構造）を取付けるために利用することができる。支柱は、ハウジング内部部材に、またはモジュールを取り付け可能な別の部材上にモジュールを搭載、支持、または安定化する際に使用することもできる。モジュールは、少なくとも１つの従来の構成要素を無くすよう製造されてモジュールのさらなるサイズ低減を実現させる“非パッケージ”画像センサをさらに具備することができる。モジュールのさらに別の側面では、フレキシブル回路基板を備えることができ、これによってモジュールの形状を変更して、モジュールを様々なキャビティ形状に適合可能とすることができる。モジュールはまた、光源からの光を対象領域に向けるための光管も備えることができる。
【００１３】
本発明によるモジュール構成で達成可能な大幅な小型化により、モジュールは、小型の機器または装置ハウジングに容易に取り付け可能とされて、その中にモジュールが実装された光学読取装置となる。本発明によるモジュールは、例えば、ピストル型読取装置ハウジング、携帯情報端末（ＰＤＡ）、ポータブル・データ・ターミナル（ＰＤＴ）、携帯電話、計算機、腕時計、指装着型“リングスキャナ”、ペンなどの筆記具、及び数々の他の装置に取り付けることができる。
【００１４】
本発明のこれら及び他の側面については、以下に列挙した図面、及び本発明の詳細な説明を参照して本明細書中でさらに詳しく説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の説明は、以下の８つの標題、すなわち（Ａ）一般的な撮像モジュール構成および組立、（Ｂ）照射システム、（Ｃ）照準システム、（Ｄ）照射装置構造、（Ｅ）照射/照準発色の制御および調整、（Ｆ）受光光学部品、（Ｇ）素子の実装、（Ｈ）適用例、動作環境、及び制御回路の機能性、に分けられる。上記の標題は本明細書中で議論される様々な論題を大まかに分けることのみを意図したもので、本発明の幾つかの特徴に関する記述は、場合によっては１つ以上の標題に含まれるということは理解されるであろう。
【００１６】
Ａ．一般的な撮像モジュール構成および組立
本発明による撮像モジュールの第１の実施例が、図１ａないし図１ｇに示されている。撮像モジュール１０（１０−１）は、通常は画像センサチップによって提供される画像センサ３２及び照準光源１８を担持している第１の回路基板１４ａと、照射光源１６を担持している第２の回路基板１４ｂとを具備している。第１および第２の回路基板１４ａおよび１４ｂは、支持アセンブリ８０によって支持されている。モジュール１０−１の支持アセンブリ８０は、画像センサ３２を格納するための格納部８１と、レンズアセンブリ４０を保持するための一体型保持部８２とを具備している。モジュール１０−１の支持アセンブリ８０は第１の回路基板１４ａと第２の回路基板１４ｂと共に、支柱８４を受けるための柱穴８３を有している。モジュール１０−１はさらに４本の支柱８４を具備し、その各々が第１の回路基板１４ａ、支持アセンブリ８０、および第２の回路基板１４ｂを貫通して、モジュールの様々な構成要素を結合するのを助けている。撮像モジュール１０−１は、様々な発光光学素子を担持する光学板２６をさらに具備している。モジュール１０−１の光学板２６は、画像センサ３２の視野に対応する対象領域の上にほぼ均一な照明パターンを展開するのを助けるための照射光学部品２７、２８（図１ｎ参照）と、対象領域に照準パターンを投影するを助けるための照準光学部品２５を具備している。第２の回路基板１４ｂと光学板はいずれも、それらが支持アセンブリ８０の方に移動された場合に保持部８２を収容するための中央開口８３６、８３７を具備している。上述した構成により、撮像モジュールの実質的な小型化が得られる。モジュール１０−１は、約０．８１０インチの幅寸法、約０．４５０インチの高さ寸法、および約０．５６０インチの奥行寸法を有することができる。モジュール１０−１の照準および照射光源１６、１８は、側部に延在するリード線を有する、すなわち“ガルウイング型の”表面実装・背面ベンチＬＥＤによって提供される。
【００１７】
撮像モジュール１０−１のさらなる側面について、図１ｈないし図１ｎを参照して説明する。図１ｈには、組立て前の状態のモジュール１０−１の構成要素を図示する組立図が示されている。図１ｈから、第１の回路基板１４ａが画像センサチップによって提供される画像センサ３２と、ＬＥＤによって提供される一対の照準光源１８とを担持していることが分かる。モジュール１０−１の支持アセンブリ８０は格納部８１を備えており、これは図１ｋの内面図に最もよく示されているように、画像センサ３２を格納するための格納部を提供して画像センサの損傷を防ぎ、漂遊光線が画像センサ３２に届かないようにしている。支持アセンブリ８０はさらに、レンズアセンブリ４０を保持するための一体型保持部８２を具備しており、これについては明細書中でさらに詳細に説明する。支持アセンブリ８０のさらなる側面について言及すると、モジュール１０−１の支持アセンブリ８０は、先に述べた柱穴８３がその中に形成されている一体型ストラット８０ｓｔと、照準パターンの形成を助けるための開口４３とを備えており、これについては明細書中でさらに詳細に説明される。さらに、図１ｉに示されるように、支持アセンブリ８０は、携帯型光学読取装置ハウジング、ＰＤＡ、ＰＤＴ、あるいは携帯電話などの内部に配置された部材など、モジュール１０−１の外部部材に撮像モジュール１０−１を取り付けるのを助けるための一体型取付ウイング８０ｗを具備することができる。第２の回路基板１４ｂと光学板２６はそれぞれ、保持器８２を収容するための中央開口８３６、８３７を備えている。取付ウイング８０ｗは、取付ねじを受け入れるためのねじ穴８１０を備えている。ねじ穴８１０は、図１ｈに表示されているように支持アセンブリ本体に設けることもできる。図１ｉの実施例における支持アセンブリ８０は、収容部８１、保持部８２、ストラット８０ｓｔ、照準開口４３、および取付ウイング８０ｗからなる一体型ユニットである。
【００１８】
図１ｈ、１ｊ、１ｋ、１Ｌをともに参照すると、プリント回路基板１４ａ、支持アセンブリ８０、プリント回路基板１４ｂ、および光学板２６のそれぞれが、隣接する１つまたは複数の構成部品の相補形キー構造と噛合する複数のキー構造を有していることが分かる。特に、第１の回路基板１４ａは、支持アセンブリ８０のくさびピン８１４を受ける一対のキー開口８１２を具備している。支持アセンブリ８０の前方端部８１６もまた、くさびピン８２０を具備しており、該ピンは第２の回路基板１４ｂのキー開口８２２によって噛合するよう受け入れられる。第２の回路基板１４ｂは、光学板２６のくさび側方ピン８３０を受けるための側方キー開口８２６と、光学板２６のくさび中央ピン８４０を受けるための中央キーホール８３４とをさらに具備している。図１ｊおよび図１ｉに最もよく示されているくさび中央ピン８４０は、プリント回路基板１４ｂのキーホール８３４をまっすぐ貫通し、支持アセンブリ８０のキーホール８４２によって受けられる。ここで説明された様々なキー構造は、モジュール１０−１の様々な構成部品を適切に位置合せするのを助け、これらの構成部品を組立てた後の、モジュール１０−１の構成部品間のＸＹ面におけるずれ量を大幅に減少させる。モジュール１０−１は、モジュール１０−１の構成部品間において適切なＺ方向離間を得られるようにする素子をさらに具備している。図１ｈに見られるように、支持アセンブリ８０は、支持アセンブリ８０を第２のプリント回路基板１４ｂと適切に離間するのを助けるための一対の上部および底部一体型スペーサリッジ８４６を具備している。支持部８０の開口画定部材８４８は、アセンブリ８０と基板１４ｂの間を適切に離間するのを助けるように、隆起されて平らにされている。光学板２６もまた、様々な離間支援部材を備えている。詳細に述べると、光学板２６はスペーサリング８５２とスペーサリッジ８５４を具備している。スペーサリング８５２とスペーサリッジ８５４は、光学板２６をプリント回路基板１４ｂの方に押した場合に板２６と基板１４ｂの間に適切な離間が得られるようなサイズおよび構成とされている。モジュールの構成要素間の適切なＺ方向離間は、支柱リングスペーサの使用、および/または後に述べるステップの助けにより実行することができる。モジュール１０−１のさらなる側面について言及すると、板２８は、ＬＥＤ１６を受ける空洞部８５７を備えている。ＬＥＤ１６を受けることによって、空洞部８５７はモジュール１０−１の奥行寸法をさらに減少させる。ここで述べた撮像モジュールは大抵の場合、二次元画像センサを支持するものとして示されるが、本明細書に記載される撮像モジュールの構成は１Ｄ画像センサを支持するためのにも有効であることは理解されるであろう。
【００１９】
本発明による撮像モジュール１０−１の変形例が図２ａに示されている。モジュール１０−１と同様に、図２ａないし図２ｃの実施例におけるモジュール１０−２は、支持アセンブリ８０、第１の回路基板１４ａ、第２の回路基板１４ｂ、および上記の構成要素を構造的に支持するための支柱８４を具備している。しかしながらモジュール１０−２は、モジュール１０−１のようにレンズプレート２６を備えるものではない。さらに、モジュール１０−１とは異なり、モジュール１０−２は表面実装ＬＥＤを備えており、ＬＥＤのダイはプリント回路基板に直接付着されている。図２ａ〜図２ｄに示されるモジュール１０−２の照準ＬＥＤ１８および照明ＬＥＤ１６は、表面実装ＬＥＤによって提供される。図２ａの実施例における支持アセンブリ８０は、バレル型保持部８２と、格納部８１とを具備している。保持部８２は、レンズバレルに組み込まれる単一素子または多素子結像レンズを具備することのできるレンズアセンブリ４０を保持している。格納部８１は画像センサ３２を格納しており、これについては本明細書中でさらに詳細に説明する。支持アセンブリ８０は、プリント回路基板１４ａおよび回路基板１４ｂをベンチングできるストラット８０ｓｔをさらに具備している。アセンブリ８０のストラット８０ｓｔはモジュール１０−１と同様に、アセンブリ８０の残りの構成要素と一体に形成されることができる、あるいはストラット８０ｓｔはモジュール１０−２に示すようにアセンブリ構成要素、例えば８１および８２とは別個に形成してもよい。モジュール１０−２は、本明細書に記載されるように光学板２６が無いものとして図示されている。光学板２６によって提供される機能は、モジュール１０−２に組み込まれていない部材（読取装置ハウジング１１１の部材など）によってその全部または一部を提供されることができる、あるいは光学板２６の機能は、明細書中で後に説明するようにその全部または一部をモジュールの光源１６、１８に直接的に組み込んでもよい。
【００２０】
モジュール１０のさらなる変形例が図２ｅおよび図２ｆに示されている。図２ｅの実施例では、撮像モジュール１０−３は、図１ａ（モジュール１０−１）や図２ａ（モジュール１０−２）に示す第１および第２ＰＣＢの代わりに、単一のＰＣＢ１４ａを具備している。表面実装される照準ＬＥＤ１８および照射ＬＥＤ１６はＰＣＢ１４の前方面１４ａ−ｆに取り付けられ、処理回路、例えば制御回路１４０、またはその一部はＰＣＢ１４ａの後方面１４ａ−ｒに取り付けられている。図２ｅの実施例における格納部８１およびレンズバレル４０を保持するための保持部８２を備えた支持アセンブリ８０は、図２ｆに示したのと同様の全体構成アセンブリ８０を有することができる。
【００２１】
本発明による撮像モジュールの別の変形例が図２ｆに示されている。図２ｆに示すモジュール１０−４（１０）の実施例において、支柱８４は、モジュール１０の構成部品を固定するためにＰＣＢと支持アセンブリ８０のねじ穴８３ｔにねじ込まれる、ねじ山付きねじ８４ｔによって置き換えられている。表面実装照射および照準ＬＥＤ１６、１８を有するＰＣＢ１４ｂは、一対のＰＣＢ１４ｂ１及び１４ｂを背面実装されたＰＣＢとすることができる平面部材１４ｐの図示される組合せによって置き換えることができ、ＰＣＢ１４ｂ１と１４ｂ２はそれぞれ本明細書中に記載されるような表面実装照射ＬＥＤ１６と表面実装照準ＬＥＤ１８を具備していることがさらに分かる。もちろん、明細書中で図示し説明した表面実装ＬＥＤのいずれかを、例えば、明細書中に記載されるような従来のリード型ＬＥＤ、表面実装ＬＥＤ、側面リード型表面実装ＬＥＤに置き換えてもよい。
【００２２】
図２ｇの実施例において、モジュール１０−５は、モジュール１０−１と同様に、回路基板１４ｂの前方に搭載され、支柱８４で支持された光学板２６を具備している。図２ｇのモジュール１０−５に具備されるようなタイプの光学板２６について、図５ｄ、５ｅ、及び５ｆを参照して明細書中でさらに詳細に説明する。図２ｇに示すような光学板２６は、複数の概ね円柱のマイクロレンズ及び相互接続部を具備することができ、これについては図５ｄないし図５ｆを参照してさらに詳細に説明される。図２ｇに示す光学板２６は、円柱レンズ２５ｃによって提供される照準光学部品２５をその内部に組み込むこともできる。後でさらに詳細に説明するように、例えば図１ｈ、１ｇ、１ｍ、６ｍ、及び６ｑに示すような開口４３を照準ＬＥＤ１８の前方に設けることができ、例えばレンズ２５は、照準線または他の照準パターンが対象領域Ｔ上に投影されるように、開口を通る光が対象領域Ｔ上で結像するように構成されることができる。図２ｇの実施例の光学板２６は、図１ａのモジュール１０−１に示すように、各照射ＬＥＤ用の個別の拡散器２７を有する光学板と置き換えることができる。明細書の他（例えば図１ｎ、２ｏ、及び図５ｇないし図５ｋ）で説明するように、光学板２６は、対象領域Ｔの角に光を向けるための、光入射面または出射面上に形成されたウェッジ２８を有することができる。
【００２３】
撮像モジュールの別の変形例が図２ｈに示されており、図２ｈのモジュール１０−６（１０）によって示されるように柱８４をさらに延長することによって、支柱穴８３を組み込んだ付加的な部材を撮像モジュール１０に実装することができる。例えば、モジュール１０−１またはモジュール１０−６の光学板２６に組み込まれる光学部品は、１つ以上の部材にわたって分散されることができる。モジュール１０−６に示されるように、第１の光学板２６、８６０は拡散器２７などの照射光学部品を担持することができ、第２の光学板２６、８６２は円柱レンズ２５などの照準光学部品を担持することができる。後にさらに詳細に説明するように、拡散器２７は、例えば屈折型光学素子マイクロレンズ、回折型レンズ、または負レンズのような任意の適切なタイプとすることができる。モジュール１０−６は、モジュール１０上に積み重ねられた付加的な前方部材８６２に加え、付加的な後方部材１４ｐを具備している。付加的な後方部材１４ｐは、例えば、モジュール１０−６の温度を下げるために用いられる放熱板として用いられる、熱は通すが電気的に絶縁された部材などとすることができる、あるいは部材１４ｐは、例えば付加的な回路構成要素を担持するためのプリント回路基板とすることができる。
【００２４】
モジュール１０−６のさらなる側面を参照すると、モジュール１０−６の支柱８４は、リングスペーサ８４ｒを具備している。リングスペーサ８４ｒは支柱８４に一体化されることができる、あるいはリングスペーサ８４ｒは、支柱８４に嵌合可能なプラスチックスリーブからなるものでもよいし、あるいはシングスペーサ８４ｒは、支柱８４ｐに機械加工されたスロットにスナップ嵌合される部材からなるものであってもよい。リングスペーサ８４ｒは、モジュール１０の積層される部材を適切に離間させるのを助ける。例えばモジュール１０−１、１０−２、１０−５、および１０−６の支柱８４に主に関連する本発明の特徴について、ここで詳細に説明する。モジュール１０−１を参照して説明された各ストラット８０ｓｔには、支柱８４を収容するための支柱穴８３が形成されている。上記の柱格納モジュールのいずれにおいても、各支柱８４は、対応する柱穴８３に摩擦嵌めされるが実質的に摺動可能とすることができる。代替例では、各支柱８４は、対応する穴８３の内部にしっかりと取り付けることもできる。支持アセンブリ８０は、支柱８４ｐをアセンブリ８０に対してしっかりと固定するために、支柱８４ｐにオーバーモールドすることもできる。回路基板１４ａ及び１４ｂもまた、支柱８４ｐを収容するための柱穴８３を有している。回路基板１４ａ及び１４ｂの穴１４ｈは、明細書中でさらに詳細に説明されるように、支柱８４ｈに対して、穴１４ｈがモジュール１０ａ−１の様々な構成要素を適切に位置合せするのに役立つように形成される。ストラット８０ｓｔは非常に有効であることが分かっているが、モジュール１０のサイズを小さくするためにストラット８０ｓｔを取り除くこともできることが分かる。図１ｖの実施例では、一体化された長型ストラット８０ｓｔを有する支持部８０が示されている。長型支柱８０ｓｔは、例えばストラット８０ｓｔが柱８４にオーバーモールドされ、ストラット８０ｓｔ内の固定位置に支柱をしっかりと固定することが望ましい場合に有益であろう。
【００２５】
モジュール１０を組み立てるための一方法によれば、支柱８４は、アセンブリ８０から外方向に延在するように支持アセンブリ８０の様々な穴に挿入される。それから、プリント回路基板１４ａ及び１４ｂは、回路基板１４ａ及び１４ｂの柱穴８３が支柱８４を収容するように、支柱８４ｐの露出した部分の上に置かれる。本発明のある実施例では、画像センサを担持する回路基板１４ａの支柱穴８３は、支柱８４の直径よりかなり大きくすることができる。回路基板１４ｂの穴８３を支柱８４よりかなり大きくすれば、回路基板１４ａをアセンブリ８０のある位置に固定する前に、回路基板１４ａの位置をＸ、Ｙ、およびＺ方向において支持アセンブリ８０に対して細かく調整することができるようになる。穴８３が支柱８４よりもかなり大きくされている場合、回路基板１４ａは、アセンブリ８０に対して回路基板１４ｂを固定する前に、アセンブリ８０に対するある位置に動かしながら傾斜させたり回転移動させたりできる。モジュール、例えば１０−１、１０−２、１０−５、及び１０−６を組み立てる人は、ビデオモニタを利用して位置合せ処理に役立てることができる。モジュール１０は、ビデオモニタ、例えば“証印制御画像解析モードを有する撮像装置”というタイトルで２００１年９月１７日に出願され、参照によって本明細書に引用される出願第09/954,081にさらに詳しく説明されているようなホストコンピュータシステム（例えばパーソナルコンピュータ）ビデオモニタに表示可能な画像を取り込むように作動されることができる。モジュール１０は、高精密印刷証印を備える対象物（例えばドル紙幣）の画像を取り込むようになされてもよく、ユーザは、モニタに表示された表示画像が良好なものとなるまで、組立て中のモジュールの構成要素を調整することができる。アセンブリ８０に対する回路基板１４ａの固定は、はんだを用いて行うことができる。回路基板１４ａの支柱穴８３が、幾つかの限られら側面においては支柱８４と同様に作動する支持構造よりもかなり大きく作られている実施例に関する更なる説明は、“光学および画像センササブアセンブリの位置合せおよび取付方法”というタイトルで１９９９年５月１７日に出願され、参照によって本明細書に引用される同時係属中の出願第09/312,479号で述べられている。画像センサ３２の位置をレンズアセンブリ４０に対して細かく調整する必要がない場合は、回路基板１４ａの柱穴８３は、支柱８４に対して摩擦嵌めされるのに都合のよいサイズとされる。
【００２６】
本明細書中に記載される支柱８４を具備するモジュールの更なる側面について言及すると、支柱８４は導電性にされて、支柱８４が第１の回路基板１４ａと第２の回路基板１４ｂの電気回路間に電気通信を確立するようにモジュール１０内に配置されるのが好ましい。回路基板１４ｂは照射ＬＥＤ１６と、ある場合には照準ＬＥＤ１８を具備し、動作するためにはいずれも電力が必要である。回路基板１４ａは、後に明細書中で説明するように、画像センサ３２と、ある場合には照準ＬＥＤ１８と、画像センサ３２に関連した何らかの電気回路とを担持している。画像センサ３２に関連する処理回路は、回路基板１４ａの前面１４ａ−ｆ及び／または背面１４ａ−ｒ上に取り付けることができる。支柱８４が構造的な支持と、第１および第２の回路基板１４ａ及び１４ｂの回路構成要素間における電気通信の両方を提供するようにモジュール１０を構成することによって、空間節約という重要な利点が得られ、さらに構造的な支持と電気通信を得るために別々の構造部材（例えば、基板１４ａと基板１４ｂとの間を接続するためのフレックス接続などを含む）をモジュール１０に配置する場合に予想されるよりも、モジュール１０を小さくすることができる。
【００２７】
柱格納モジュール、例えば１０−１、１０−７と共に使用しうるタイプの支柱のさらなる側面について、図１ｒに示す支柱８４の分解組立図を参照して説明する。図１ｒの実施例における支柱８４は、突刺部８９０と、段ｓ１、ｓ２、及びｓ３によって画定される段状パターンと、別の支柱８４の段ｓ３が開放端８９４に摩擦嵌めまたは滑り嵌めできるようなサイズにされた開放端８９４を有する先端部８９２とからなる。
【００２８】
支柱８４の突刺部８９０は、接着性物質やはんだなど何らかの外部固定剤を用いることなく、モジュール、例えば１０−１の組立ての際に光学板２６のある位置に支柱８４を摩擦保持できるようにする。
【００２９】
段ｓ１、ｓ２、及びｓ３によって規定される支柱８４の段状パターンによって、モジュール、例えば１０−１の何らかの構成要素にスペーサ要素を設ける必要がなくなる。もちろん、段、例えばｓ１、ｓ２、及びｓ３は、スペーサ、例えば８７８と組み合わせて使用することもできる。図１ｏを参照すると、開口板６１０は、第１および第２の段ｓ１とｓ２の間のリッジｒ１２に対してベンチングできることが分かる。さらに、図２ｉないし図２ｋを参照すると、付加的なＰＣＢ１４ｃまたは他の構造を、支柱８４ｐの第２および第３の段ｓ２及びｓ３の間に画定された支柱８４のリッジｒ２３に対してベンチングできることが分かるであろう。
【００３０】
読取装置１１０において必要な回路構成要素の全て、または本質的に全て、あるいはほぼ全てが単一のＰＣＢ、例えばＰＣＢ１４ｂに担持されるように、ＰＣＢ１４ｂが高度に集積された回路構成要素を具備しているのが好ましいことを本明細書において後で説明する。しかしながら、付加的なスペースが利用可能な適用では、回路構成要素の全体的なコストを下げるために、読取装置１１０に大きな回路構成要素を低集積度で実装し、回路基板を担持する１つ以上の大きな回路構成要素上に回路構成要素を分散させるのが望ましいかもしれない。支柱８４は、特に図１ｒに示すように構成された場合、回路の構成要素が幾つかの基板にわたって分散され、モジュールがそれでもコンパクトで概ね立方の構造を保持できるようなモジュール構成を容易にすることができる。先に示したように、付加的な回路基板１４ｃをリッジｒ２３に対してベンチングすることができる。さらに、付加的な支柱８４ａの開放端８９４は支柱８４に嵌合させることができ、さらに別の回路基板、例えばＰＣＢ１４ｄ、または複数の基板を前記付加的な支柱に嵌合させることができる。支柱８４は導電性にすることができるので、モジュール１０ａの複数の回路基板間における電気的通信を支柱８４によって得ることができる。従って支柱８４は、回路基板間に必要な導電性経路の数が支柱８４の数以下である場合に、空間を消費する電気コネクタ、例えばフレックス帯状レセプタクルなどをモジュール１０の１つ以上の回路基板、例えば１４ａ、１４ｂ、及び１４ｃに実装する必要をなくすものである。
【００３１】
本発明の主にモジュール１０ａの組立てに関連するさらなる側面について、図１ｏないし図１ｕを参照して説明する。図１ｏは、図１ａないし図１ｇに関連して議論されたモジュール１０−１と同様のモジュール１０−７に対応する組立図を示している。モジュール１０−７では、支持アセンブリ８０にではなく、非一体型開口板６１０に開口４３が画定されている。モジュール１０−７を組み立てるための一方法によれば、導電性支柱８４がまず光学板２６に取り付けられ、それからプレート６１０が取り付けられている一体型ＰＣＢ１４ｂを有するアセンブリ８７０が支柱８４に取り付けられる。次に、支持アセンブリ８０と、ＬＥＤ１８（通常のリード型ＬＥＤとして示されている）が取り付けられたＰＣＢ１４ａとを具備するアセンブリ８７２が支柱８４上に取り付けられ、支柱８４がＰＣＢ１４ａにはんだ付けされる。図１ｕに最もよく示されているように、インタフェース８８５では、後でさらに詳細に説明するが、モジュールの構成要素を一体型ユニットとして一緒に固定するために、支柱８４と基板１４ｂの間のインタフェース８８４にはんだを加えて、モジュール１０−７の構成要素をさらに固定し、支柱８４と基板１４ｂ間の電気的接続が必要であれば、そのような接続を設けることができる。最後に、レンズバレルによって提供されるレンズアセンブリ４０がアセンブリ８０の保持部８２に挿入され、細密調整され、以下でさらに詳しく説明するような方法で保持部８２に固定される。モジュール１０−１を組み立てるための組立て処理は、プレート２６と支柱８４を一体にしたものを、ＰＣＢ１４ｂと開口板６１０を具備するアセンブリではなくＰＣＢ１４ｂに取付けることができることを除いては、ほぼ同じであることが分かるであろう。
【００３２】
モジュール１０−７のさらなる側面について言及すると、モジュール１０−７はモジュール１０−１と同様に、図２ｇの実施例のモジュール１０−５によって示されるような単一の拡散パターンではなく、光学板２６上に複数の個別の拡散パターン２７を具備する。さらに、モジュール１０−７では、モジュール１０−５およびモジュール１０−１と同様に、光学板２６の最前面が照準光学部品２５の放射面によって定義される面よりも前方に位置することが分かる。拡散器２７によって定義される面が光学部品２５によって定義される面よりも前になるように光学板２６上における光学部品２５の位置決めをすることによって、モジュール１０の使用中、または読取装置のハウジングへの取付けの際にモジュール１０−１、１０−７が様々な物体と偶発的または不注意により接触することによって起こりうる損傷から光学部品２５を守ることができる。モジュール１０の照準システムが光学部品２５の欠陥の影響を受けるよりも、モジュール１０の照射システムが光学部品２７の欠陥の影響を受ける方が少ないので、光学部品２５ではなく光学部品２７が接触する可能性が高くなるように光学板２６−１を設計することが有効である。
【００３３】
任意のモジュール、例えばモジュール１０−１、１０−２、１０−３、１０−４、１０−５、１０−６、及び１０−７に組み込むことができる別のモジュール構成要素について、図１ｐ及び図１ｑを参照して説明する。図１ｐの部分的に組み立てられたモジュールでは、支持アセンブリ８０がＬＥＤ保持部８７６を具備している。ＬＥＤ保持部８７６は、ＰＣＢ１４ａを支柱８４に取り付ける前にＬＥＤ１８をＰＣＢ１４ａにはんだ付けする必要がなくなるよう、組立て処理の間にＬＥＤ１８を所定の位置に保持する。すなわち、ＬＥＤ１８をＰＣＢ１４ａにはんだ付けしなくても、組立工は、支持アセンブリ８０、ＬＥＤ１８、ＰＣＢ１４ａを組合せたものを組立工程の間に手で一緒に保持し、これらの部品の組合せを支柱８４の上に配置し、一回のはんだ付けステップでＬＥＤ１８を支柱８４とＰＣＢ１４ａの両方にはんだ付けしてモジュールの構成要素を互いに固定することができる。図１ｐ及び図１ｑに示す支持アセンブリ８０のさらなる側面として、保持アセンブリ８０はスペーサ８７８及び８８０を具備している。アセンブリ８０のスペーサ８７８は、支持部８０とＰＣＢ１４ｂの間に間隔をあける。スペーサ８８０（１つのみ図示）は、ＰＣＢ１４ｂの嵌合的に係合するキーホール８８２に対する一体型くさびピンを具備している。支持アセンブリ８０とＰＣＢ１４ｂの間に間隔をあけるために、支柱格納ストラット８０ｓｔではなくスペーサ８７８、８８０、及び８４６、８４８（モジュール１０−１）を使用することにより、図１ｕに最もよく示されるように、支柱８４とＰＣＢ１４ｂの背面１４ｂ−ｒの間に露出した界面８８４が定義されることになる。モジュール、例えば１０−１、１０−７の組立ての際に、モジュール、例えば１０−１、１０−７の構成要素を結合する機械的保持力を補強し、かつＰＣＢ１４ｂと支柱８４の間の電気的接触を強めるために、これらの界面８８４にはんだ付けすることができる。図１ｏの実施例では、照準ＬＥＤ１８は従来のリード型ＬＥＤによって提供されているが、照射ＬＥＤ１６は以下でさらに十分に説明するように側面リード型表面実装・背面ベンチングＬＥＤによって提供されている。
【００３４】
図１ｑは、開口板６１０の別の実施例を示している。図１ｑに示す開口板６１０は、プレート部６１２と開口インサート部６１４からなる２部材アセンブリである。プレート部６１２は、所望の照準パターンがモジュール１０によって投影されるようにモジュール１０内の所望の位置に開口部６１４を位置合せして受けるようになされた形状のリセス６１６を具備している。開口部６１４は、リセス６１６内に受け入れられ、接着剤および/または摩擦力によって所定の位置に固定される。開口インサート部６１４は、金属からなることが好ましい。開口部６１４を形成する際に使用する材料として金属を選択することにより、開口４３ａ、４３ｂ、及び４３ｃをかなり小さなサイズに、かつ厳密に管理されたサイズおよび形状に製作することができるようになる。図１ｐ及び図１ｑの両方の開口板６１０は、ＰＣＢ１４ｂのキー構造８８２に係合するためのキー構造８８６を具備している。
【００３５】
ここで図２Ｌに示すモジュール１０−８を参照する。モジュール１０−８の照準ＬＥＤ１８は、モジュール１０−９のＬＥＤ１８（リード型ＬＥＤ）よりもかなり低い高さ寸法を有する。従って、開口４３を照準光源１８に対して物理的に可能限り近くに配置することが通常好まれるので、図２Ｌの実施例における開口４３は、モジュール１０−７の開口４３よりもＰＣＢ１４ａの近くに配置されるであろう。ＰＣＢａの表面近くに照準開口を位置決めするために、図２Ｌのモジュール１０−８及びモジュール１０−１（図１ｈ）によって示される保持アセンブリ８０の実施例に示すように、開口４３は支持アセンブリ８０上に設けることができる。図２Ｌの実施例では、シュラウド８０ｓｈが開口４３から前方に延在している。シュラウド８０ｓｈは、スペーサ８０ｓｐによって提供される間隔開け機能を補強するためにスペーサ８０ｓｐの高さに合ったサイズにすることができる。
【００３６】
本発明による撮像モジュールの別の実施例が図２ｍないし図２ｐに示されている。モジュール１０−１と同様に、撮像モジュール１０−９は特に、バーコード読取装置、光学式文字認識（ＯＣＲ）読取装置、バーコードとＯＣＲの両方の読取能力を有する読取装置、携帯情報端末、ビデオカメラ、デジタルカメラ、携帯電話、または医療用目視検査機器などの撮像装置において使用するために設計されている。
【００３７】
例えばモジュール１０の構成要素を支持するための支柱８４を具備するモジュール１０−１とは異なり、モジュール１０−９は、撮像システムの電気的構成要素および光学的構成要素の両方を収容するようになされた搭載枠１２を具備している。搭載枠１２は、格納部８１と保持部８２をさらに有するモジュール１０−９の一体集積型支持アセンブリ８０の一部である。搭載枠１２は、プリント回路基板（ＰＣＢ）１４ａなどの回路基板、照射ＬＥＤ１６、照準ＬＥＤ１８、開口板６１０、及び光学板２６を収容する。
【００３８】
さらに詳細に説明すると、支持アセンブリの枠体１２は、背面板３０と、上方側壁３１および側方側壁３１’からなる側壁を具備している。背面板３０は、ソリッドステートの画像センサチップ３２を受けるための凹んだ格納部８１と、リード型ＬＥＤ１６および１８によって提供される照射および/または照準光源のリード線３８を受けるための複数のピンホール３６とを具備している。支持アセンブリ８０は、背面板３０と一体に形成された、受光光学レンズアセンブリ４０、例えばレンズバレルを受けるための保持部８２をさらに備え、このレンズアセンブリは、以下でさらに詳細に説明されるように組立工程における任意のステップの前または後に、保持部８２に取りつけることができる。
【００３９】
モジュール１０−９を組み立てる際には、まずねじ５６を用いてＰＣＢ１４ａを背面板３０に取付け、開口１３が露出されるように枠体１２を配向する。ＰＣＢ１４ａが背面板３０に取り付けられると、ＰＣＢ１４ａに担持される画像センサ３２は、図示するように画像センサ３２の形状と相補形状をした中央リセス格納部８１によって受けられる。ＰＣＢ１４ａを枠体１２に取り付けた後、取付け工は照射ＬＥＤ１６と照準ＬＥＤ１８をＰＣＢ１４ａに取りつける。
【００４０】
ＬＥＤ１６及び１８をＰＣＢ１４ａに取付けるためには、ＬＥＤ１６及び１８のリード線３８を、背面板３０とＰＣＢ１４ａの位置合せされたピンホール３６および５４を貫通するように押し込んだ後に、ＬＥＤ１６及び１８をＰＣＢ１４ａにはんだ付けする。ＬＥＤ１６及び１８のすべてを、はんだ付けする前にそれぞれ対応するピンホールに位置決めすることが好ましい。ＬＥＤ１６及び１８をはんだ付けする際には、ＰＣＢ１４ａの背面１４ａ−ｒは、組立工が簡単に触ることができるような向きにされなければならない。はんだ付けの間、ＬＥＤ１６及び１８がＰＣＢ１４ａに対してほぼ垂直な所望の向きのままでいるために、ＬＥＤ１６及び１８を受けるような形状にされた標準的に公知の取付具（図示せず）を、はんだ付け工程の間、ＬＥＤ１６及び１８に対して一時的に用いることができる。
【００４１】
撮像モジュール１０−９の重要な特徴は、ＬＥＤ１６が完全に設置された時にＬＥＤ１６の背面の一部が画像センサ３２の前面３２ｆの一部に対向するように、照射ＬＥＤ１６のリード線３８が画像センサ３２の側面３２ｓに対してほとんど当接する関係で設置されるということである。この構成により、撮像モジュール１２のサイズが縮小され、小サイズの光学読取装置に取り付け可能となる。
【００４２】
ＬＥＤ１６及び１８が上述したような方法でＰＣＢ１４に取り付けられた後、照準ＬＥＤ１８に嵌まるようなドーム４２を有する開口板６１０が枠体１２に取り付けられる。このドームは、スリット開口４３を通ってドームを出る光以外は、照準ＬＥＤ１８から発せられる全ての光を実質的にブロックするよう不透過であることが好ましい。スリット開口４３は、所望の形状をした照準パターンの照射が対象Ｔに投影されるように形成されるべきである。ある実施例では、開口スリット４３は、水平線パターンが対象上に投影されるように矩形形状にされる。
【００４３】
開口板６１０は、開口板が照射ＬＥＤ１６の上に嵌まるようにするために隙間を提供する複数の切開部４６を備えている。ドーム４２と切開部４６は、これらがＬＥＤ１６と接触しないように形成することができる。図示される実施例では、各ＬＥＤは、はんだ付けされる際に所望の方向に保持されるので、組立工程の間に背面板３０の平坦な表面に対してＬＥＤ基部１７の平坦な面が圧迫される。さらなる側面において、開口板６１０は、ＬＥＤ１６及び１８によって伝送される光がモジュールの受光光学システムと干渉するのを防ぐためのシュラウド５８を具備しており、このシュラウド５８は背面板３０と光学板２６の間に適切な間隔を開けることを意図して構成してもよいことが分かる。
【００４４】
開口板６１０がＬＥＤ１６及び１８の上に配置され背面板３０の方に移動された後に、光学板２６が枠体１２の開口１３にスナップ嵌めされる。光学板２６は、照射ＬＥＤから放出される光を拡散するための拡散器２７を具備している。その前面に拡散器２７が形成されていることに加え、光学板２６は、その内側面にさらにウェッジ２８が形成されている。ウェッジ２８は、ＬＥＤ１６からの光を対象Ｔの角の方に向けて対象の照射の一様性を向上させている。さらに詳細に説明されるように、拡散器２７は様々な形態をとることができ、光学板２６の光入射面上に形成されることができる。さらに、ウェッジ２８を光学板２６の光出射面上に形成してもよい。
【００４５】
フック状端部４９を有する弾性フィンガ部４８が枠体１２の上方または側方側壁３１に形成されて、光学板２６を枠体１２にスナップ嵌めできるようにしている。図示される実施例では、弾性フィンガ部４８を引っ張り、光学板を背面板３０の方に押し、それからフィンガ部４８を放して光学板２６をモジュール１０内の所定の位置にロックすることによって、光学板２６を枠体１２にスナップ嵌めすることができる。光学板とフィンガ部は、光学板２６が背面板３０の方に押されると、フィンガ部が光学板２６によって広げられ開放されるように形成することができる。完全に組み立てられると、モジュール１０−９は、約１９ｍｍ（０．７５インチ）の高さ寸法、約３９ｍｍ（１．５インチ）の幅寸法、及び約２７ｍｍ（１．０６インチ）の奥行寸法を有することができる。
【００４６】
光学読取装置の必要な電気回路のほぼ全体を単一のプリント回路基板に実装できるようにするために、枠体の背面板３０の裏面は、ＰＣＢ１４ａの前面１４ａ−ｆから前方向に延びる電気構成要素を収容するように構成してもよい。従って、背面板３０の裏面は、ソリッドステートの画像センサ３２を位置合せし受容するための中央リセス３４と、ＰＣＢ１４ａの前面から突出しうる構成要素および/または導線などの電気回路８０２を収容するための周辺リセス３５とを具備することが分かる。開口板６１０は、光学板２６が枠体１２にスナップ嵌めされると開口板２４を背面板３０の方に圧迫するように作用するスペーサ５２を具備している。モジュール１０−９のスペーサ５２はさらに、フィンガ部４８によって光学板２６に付与された力を開口板６１０に移して、接着剤や、ねじまたはピンなどの外部の機械的固定手段を使用することなく、開口板６１０と光学板２６の両方を枠体１２内において固定する。図２ｎの実施例では、光学板２６は、各照射ＬＥＤ１６に対する個別の拡散器２７を具備している。図５ｄの別の実施例では、単一の拡散器２７が、光学板２６の表面のほぼ全体にわたって形成されている。
【００４７】
図３ａないし図３ｄの実施例におけるモジュール１０の更なる変形例について言及すると、撮像モジュール１０−１０は、その上に画像センサ３２と照射ＬＥＤ１６の両方が取り付けられたプリント回路基板１４ａを具備している。一対のＬＥＤが画像センサ３２の両側に取り付けられて、ほぼ直線的に並べられた４つのＬＥＤからなるＬＥＤパターンを形成している。水平向きの直線パターンでＬＥＤを取付けることによって、モジュール１０−９やモジュール１０−１と比べてモジュール１０−１０の高さ寸法要件が減少する。ＬＥＤを水平向きの直線パターンで取付けることにより、モジュール１０−２の高さを画像センサ３２の高さに近い高さまで減少させることができる。モジュール１０−１０のさらなる側面について言及すると、モジュール１０−１０はＰＣＢ１４に取り付けられた、またはＰＣＢ１４から延在する支持アセンブリ８０を具備している。図３ａないし図４ｄ及び図４ｋないし図４ｎに示される各実施例の支持アセンブリ８０は、収容部８１と保持部８２とを具備している。収容部８１は画像センサ３２を収容し、保持部８２はレンズアセンブリ４０を保持する。保持部８２はまた、ＬＥＤ１６から直接放射される光線をはじめとして対象における画像に対応しない光線が、画像センサ３２に到達するのを防ぐ。
【００４８】
本発明による撮像モジュールのさらなる変形例について言及すると、図３ｅないし図３ｈの実施例において、撮像モジュール１０−１１は、その上に画像センサチップ３２と、照射ＬＥＤ１６と、照準ＬＥＤ１８とが搭載されたプリント回路基板１４ａを具備する。３つのＬＥＤがモジュール１０−１１の両側に搭載されていて、６つのＬＥＤからなる水平向きのほぼ直線パターンのＬＥＤを形成している。内側のＬＥＤ１８は照準ＬＥＤで、外側のＬＥＤ１６は照射ＬＥＤである。照射ＬＥＤ１６は、対象領域の中央が付加的な照射光学部品がなくても、より均一に照射されるよう、図３ｈに最もよく示されるように傾斜される（ある角度で取り付けられる）ことができる。
【００４９】
撮像モジュールのさらなる変形例が図３ｉないし図３ｍに示されている。図３ｉのモジュール１０−１２では、支持アセンブリ８０の形状が変更されており、アセンブリ８０はボックス型で、ほぼ等しい高さ、幅、及び奥行とされている。ボックス型の収容および保持アセンブリ８０は、特に回路基板１４とほぼ等しい高さとなるようなサイズにされた場合、ある実装上の利点が得られる。例えばアセンブリ８０が機器のハウジングの平坦な表面に当接するようにモジュール１０−１２を機器ハウジング内に取り付けた場合、ボックス型アセンブリ８０は、モジュール１０−１２の安定化に役立つ。図３ｊに示すモジュール１０−１３は、図示されるようにリード型ＬＥＤが表面実装ＬＥＤ１６及び１８と置き換えられていることを除いては、モジュール１０−１２とほぼ同様な構造を備えている。ここに述べるリード型ＬＥＤは、図３ｊに示すような表面実装ＬＥＤ、側面リード型表面実装ＬＥＤ、または表面組込み型ＬＥＤと通常は置き換え可能であることを理解すべきである。
【００５０】
モジュール１０−１０、１０−１１、１０−１２、及び１０−１３は、機器ハウジング１１１の個別の部材に取付けられた照射光学部品と組み合せて用いることができる。あるいは、照射光学部品を、図３ｋ、図３Ｌ、図３ｍのモジュール１０−１４、１０−１５、及び１０−１６によって図示されるようなモジュールに組み込んでもよい。図３ｋのモジュール１０−１４は、照射ＬＥＤ１６に摩擦嵌めされるようになされた形状適合拡散器５０４、２７を具備している。図３Ｌおよび図３ｍに示す実施例では、モジュール１０−１５、１０−１６は、アセンブリ８０から外方向に延在する光学フランジ８０３を具備している。各フランジ８０３は、照準ＬＥＤ１８からの光を形成するためのスリット開口４３と、照射ＬＥＤ１６からの光を拡散させるための拡散器２７とを具備することができる。拡散器２７は、プレートインサート５６０の一部としてフランジ８０３内に成型してもよい。フランジ８０３は、一体型収納・保持・フランジアセンブリを製造するのに適したモールドを用いて支持アセンブリ８０と一体形成してもよい。フランジ８４は、ＰＣＢ１４ａまたはモジュールが設置される機器ハウジングの部材に取付けることもできる。図３ｍに示すモジュール１０−１６は、リード型ＬＥＤが図示されるような表面実装ＬＥＤ１６及び１８と置き換えられることを除いては、モジュール１０−１５と同様である。さらに、モジュール１０−１６のフランジ８０３は、ＰＣＢ１４ａに対してモジュール１０−１５のフランジ８０３よりも短い距離だけ離して配置されている。
【００５１】
モジュール１０−１５の拡散器２７は、拡散器２７を具備する光学部材の光放射面上に形成された、水平向きのほぼ円筒形マイクロレンズを含むタイプのものとして図示されている。明細書中でさらに詳細に説明するが、ほぼ円筒形のマイクロレンズは、マイクロレンズの向きに対して好ましくは横方向に光を拡散するように作用する。こうして、直線的に並べられた照射ＬＥＤ１６を有するモジュール１０−１５の拡散器２７の水平向きマイクロレンズは、直線的に並べられた光源のセットを用いて生成される照射パターン全体の高さ寸法を大きくするように作用することになる。
【００５２】
別の撮像モジュールが図４ａないし図４ｄに示されている。モジュール１０−１７において、フレキシブルプリント回路基板１４ａは、画像センサチップ３２と、光源の位置３１２から、該光源位置から離れた光管遠位端３１４に光を伝達するための光管３１０とを担持している。モジュール１０−１７の光管３１０は、光ファイバケーブルによって提供されるものとして図示されている。しかしながら、光管は、成型された光管であってもよい。光ファイバケーブルは、ミネソタ州WayzataのSchott Corp.やカリフォルニア州IrvineのBivaropto Inc.など幾つかの製造業者から入手可能である。光管３１０は任意の長さとすることができ、モジュール１０−１７のフレキシブル回路基板１４aの実質的に任意の位置に取付けることができる。このモジュール１０−１７の構造によれば、モジュール１０−１７を多種多様な機器ハウジングおよび装備に設置することができるようになることが分かるであろう。モジュール１０−１７のミネソタ州MinneapolisのMincro Inc.から入手できるタイプのフレキシブル回路基板１４ａは、事実上、無限の形に曲げられて多様な形状およびサイズの機器ハウジングにモジュールの１０−１７を取付け可能とするものである。さらに、光管３１０は、遠位端３１４が対象に向けられると、空間消費型ＬＥＤを撮像軸の周りに何らかの配置で取付けることを必要とせずに対象領域Ｔを照射する。光管３１０を撮像モジュール１０−１７に組み込むことの重要な利点は、個々の光管の遠位端３１４によって消費されるスペースを増やすことなく、個々の光管によって放射される照射のラジアンスを増すことができるということである。光管の遠位端３１４にて放射される光のラジアンスは、１つ以上の光源からの光を光管の光源端３１２に向けることによって増加することができる。光管の光源端は、図４ｅによって示されるように２つ以上の光入射部３１２ａ及び３１２ｂに分割することができ、その各々はＬＥＤなどの光源の近傍に配置される。さらに光管は、図４ｆ、４ｉ、及び４ｊに示すように１つ以上の光源からの光を受光できるような、より大きな光源端および直径を持つようになされることができる。
【００５３】
ここで図４ｇないし図４ｊを参照して、成型された光管３１１を有する撮像モジュール１０−１８について説明する。モジュール１０−１８では、ＰＣＢ１４ａは撮像軸ａ1に対して平行に配置され、画像センサチップ３２はＰＣＢ１４ａ上に垂直に取付けられている。画像センサ３２は、剛性のフレックスＰＣＢを用いることによってＰＣＢ１４ａ上に垂直に取付けることができる。モジュール１０−１８のさらなる側面について言及すると、表面実装型ＬＥＤによって提供されるＬＥＤ１６および１８がＰＣＢ１４ａに取付けられ、ＬＥＤ１６及び１８からの光が、光管の遠位端３１４を通って対象Ｔに向かうよう撮像軸ａ1に対してほぼ平行な方向に向けられるように、成型された光管がＬＥＤ１６ｓ及び１８ｓに関連して配置される。成型光管３１１は、カリフォルニア州IrvinのBivaropto Inc.やニュージャージー州ManasquanのDialight Corp.などの製造業者から入手可能である。拡散器は、図４ｇに示す拡散器２７によって示されるように、照射光管３１１、３１１ｉの遠位端に鋳込まれることができる。拡散器は、例えば回折型光学部品、屈折型光学部品（例えばマイクロレンズ）、または負レンズ拡散器などとすることができる。拡散器は、モジュール１０−１７の管３１０の遠位端３１４に形成することもできる。光ファイバケーブル光管の場合のように、任意の一つの成型光管３１１によって放出される照射のラジアンスは、図４ｇの光管３１１ｉによって示されるように、管３１１の光源端３１２を広くして１つ以上の光源からの光を集めるように光源端３１１を配置することによって、増加させることができる。図４ｊに示すモジュール１０−１８の照射光管３１１ｉは、３つの表面実装ＬＥＤ１６からの光を集光するが、照準光管３１１ａは単一の表面実装ＬＥＤ１８からの光を集光する。
【００５４】
ＰＣＢ１４ａを撮像軸ａ1に対して平行に配置し、ＰＣＢ１４ａに対して平行な方向に光を向けるよう成型光管３１１をＰＣＢ１４ａ上に取付けることによって、モジュール１０の高さ寸法が減少し、高さ寸法の低い“薄い”機器ハウジング内へのモジュールの設置が容易になる。図４ｋないし図４ｎに示すモジュール１０−１９によって図示されるように、画像センサチップ３２をＰＣＢ１４ａにバックマウントすることによって、光管照射を有する撮像モジュール１０の高さ寸法をさらに減少させることができる。図４ｋないし図４ｎの実施例では、画像センサチップ３２が、撮像軸ａ1をほぼ９０度曲げるのに十分な折曲げ光学部品を備えた格納・保持アセンブリ８０と共に、ＰＣＢ１４ａ上にバックマウントされている。折曲げ光学部品は、例えば破線で示された鏡４０４によって示されるように、壁４０２上にめっきされた反射性材料を形成したり、壁４０２に鏡を貼り付けたりすることによって設けられる。モジュール１０−１９は画像センサ３２の幅よりも小さい高さ寸法を有するように設計できるので、モジュール１０−１９は、“薄い”読取装置ハウジングに実装するのにとりわけ好適である。例えば、モジュール１０−１４は、図９ｉに示すような携帯電話や図９ｊに示すようなハンディタイプのコンピュータなどの携帯情報端末“ＰＤＡ”のハウジング内に実装するのに好適である。
【００５５】
Ｂ．照射
本発明による照射システムの特徴について、主に図５ａないし図５ｆを参照してここで説明する。画像センサ３２の視野に対応する全パターン５２０内の対象領域Ｔをほぼ均一に照射するために（コーナー部は、対象領域の最大明度の少なくとも約５０％の明度に照射される）、２列に並べられた４ＬＥＤ照射システム（例えばモジュール１０−１またはモジュール１０−９のようなシステム）の各ＬＥＤから放射される光は、図５ａに示すように線５２２によって実質的に定義される境界１９を有する、ほぼ矩形の照射パターンを提供するように拡散されるべきである。
【００５６】
図５ｂには、例えばモジュール１０−９（図２ｎ）の多拡散器光学板２６を製造する際に用いられるモールド５２６の表面が示されており、モールド５２６は別々に作られた回折型モールド素子５２８をその中に実装することができる。モールド５２６に実装されるモールド素子５２８は、カリフォルニア州TorranceのPhysical Optics Corp.やニューヨーク州RochesterのFresnel Opticsから入手できるようなホログラフィ技術を用いて製造されるタイプのものとしてもよい。拡散光学素子の他の製造業者としては、ノースカロライナ州CharlotteのDOC、アラバマ州HuntsvilleのMEMSや、ニューヨーク州RochesterのRPCなどがある。
【００５７】
図５ｃには、例えば図２ｇのモジュール１０−５に組み込まれたり、図５ｄの光学板２６によって示されるような、単一拡散器光学板２６を製造する際に用いられるモールド５２７の表面が示されている。モールド５２７は、その上にテクスチャが直接形成されている。このテクスチャは、酸レジスト処理により塗布することができる。オハイオ州PainsvilleのMold Tech Inc.などのモールドテクスチャリング会社は、図５ｅに示すようなテクスチャを有する表面を持つ部分を作るために用いられるモールド５２７のように、酸レジスト処理によりテクスチャをモールドに塗布することを専門にしている。本明細書中に記載される任意の実施例において光学板２６を製造する際に用いるのに適した材料は、ポリカーボネイトである。
【００５８】
図２ｐのテクスチャード面モールド５２７は、図５ｂの回折型拡散器モールド素子インサートを設けたモールドよりも、一般に安価でかつ耐久性がある。回折モールド素子５２８は、製造するの費用がかかる上、頻繁な交換が必要である。図５ｃに示すようなテクスチャードモールドは、一般に、指紋が付きにくい面を製造するなどの用途に用いられる。知られている限り、図５ｃに示すようなインサートレス・テクスチャード面モールドを用いて作られる光透過板は、主に光源の視野を覆い隠すために光源を有する製品に組み込まれてきたが、画像取り込みシステムの制御された対象領域照射を生むためには用いられてこなかった。
【００５９】
幾つかのＬＥＤからの光を拡散するための単一拡散器２７を有する図５ｄの光学板２６の拡散面を示す分解組立図が、図５ｅ及び図５ｆに示されている。光学板２６は、概ね隣接し概ね円筒形のマイクロレンズ５５０を複数備えている。マイクロレンズ５５０のさらなる側面について言及すると、これらのマイクロレンズ５５０は、光学板２６上にランダムなパターンで形成されることが好ましく、同一サイズのマイクロレンズを特に要求することもなく、レンズ間の厳密な平行相対配向なしに、マイクロレンズ５５０が少なくとも２つの異なるサイズを持つことを特徴とするものである。パターンをランダム化することによって、対象領域Ｔにおける“ホットスポット”、すなわち一定の高ラジアンス照明が集中する領域の形成が減少する。光学板２６の別の側面によれば、図５ｄに示すような光学板２６は、様々な円柱マイクロレンズ５５０を区切る谷部分５５４に定められたクロスコネクション５５２を所々に備えることが好ましい。クロスコネクション５５２は、マイクロレンズ５５０によって得られる光の拡散方向に対してほぼ横方向の光の拡散を提供するもので、マイクロレンズ５５０は、典型的なモジュール/対象間読取距離（例えば通常の規則では、約１インチないし１５インチ）において光線が互いに発散する関係となるように、光源１６からの光線をレンズ５５０の前方に近接して位置する集束点に集束させることによって作動すると考えられる。
【００６０】
図２ｑを参照すると、図５ｄに示される単一拡散器光学板２６によって拡散されるような、単一光源によって生成される拡散光パターンは、実質的に境界５２０によって区分される全照射パターンの境界線５２２によって実質的に定められるパターンとして示されている。垂直方向に向けられた円柱マイクロレンズ５５０は水平方向に光を拡散する傾向があるが、クロスコネクション５５２によって提供されるレンズ化は光源からの光を垂直方向に拡散する傾向がある。拡散パターンは、マイクロレンズ５５０を適切な形状にすることによって調整できることは分かるであろう。クロスコネクション５５２の出現率を減少させれば、垂直方向への光の拡散が減少することになる。クロスコネクションの出現率を減少させることにより、破線５２１によって実質的に画定される単一光源に対応する照射パターンを生成させることができる。クロスコネクション５５２の発生率を上げれば、垂直方向への光の拡散が増えることになる。クロスコネクション５５２の出現率を上げることによって、破線５２３によって実質的に画定される単一光源の照射パターンを生成することができる。一連の球面屈折型光学マイクロレンズを備える拡散器は、ほぼ均一な円形照射パターンを生成すると予想され、これはモジュールの所期の適用および全体的な設計によっては極めて望ましいであろう。照射パターンの高さを増加させるために光を垂直方向に拡散することは、対象照射拡散器が一列の水平向き光源を有し、２次元画像センサを組み込んだ撮像モジュールに組み込まれる場合に特に有効である。図３Ｌを再び参照すると、モジュール１０−１５は、水平向きの円柱マイクロレンズ５５０を具備する拡散器２７を備えたプレートインサート５６０を備えている。モジュール１０−１５のマイクロレンズ５５０は、モジュール１０−１５の水平軸ｈに対して垂直方向に光を拡散することにより、モジュール１０−１５によって投影される照射パターンの垂直方向（高さ）寸法を増している。光学板２６またはプレートインサート５６０のマイクロレンズ５５０は、ランダムなパターンでは形成することができず、クロスコネクション５５２を備えることもできない。しかしながら、図５ｅを参照して説明される光学板２６の円柱マイクロレンズ５５０は、マイクロレンズ５５０に対してほぼ垂直な方向に光を拡散するように作用する。モジュール１０−１５のプレートインサート５５０は、ランダムなパターンのマイクロレンズを有し、垂直方向ではなく水平方向に配向された円柱マイクロレンズを具備するように変更された図５ｄの光学板２６と同様のプレートに置き換えることができる。ほぼ均一にテクスチャードされたモールド５２７を用いて形成された光学板２６、例えば図のプレート２６は、実質的に屈折型光学部品により光を拡散する。これに対し、モールド、例えばホログラフィ技術で形成されたインサートを有するモールド５２６を用いて作られたモジュール１０−９に示される光学板２６は、実質的に回折型光学部品により光を拡散する。実質的に回折型光学部品を用いるのに対して、実質的に屈折型光学部品により光を拡散するよう光学板２６を構成することは、少なくとも、屈折型光学拡散器を作るために用いられるモールドは、回折型光学拡散器を作るために用いられるモールドよりも製作しやすく安価であるが実質的に耐久性があるという理由で有益である。当業者にとって公知なように、光を放射している光学素子が、放射されている光の波長に近いサイズの範囲にある場合は回折型光学特性が顕著である。本明細書中に記載される幾つかの撮像モジュールは、約０．４ないし約１．０ミクロンの波長域の光を放射する光源を備えている。この波長域の光を屈折拡散するためには、拡散器の光学素子は、この範囲の上限よりも実質的に大きい寸法、すなわち少なくとも約１０ミクロンの寸法を有するものでなければならない。例えば、図５ｆの断面図に最もよく示されているように、図５ｄ、５ｅ、及び例えばモジュール１０−５及び１０−９の光学板２６の円柱マイクロレンズ５５０は、約0.018インチないし約0.028インチの範囲の頂点隔離距離を有することができる。
【００６１】
光学板２６のさらなる側面について言及すると、光学板２６は、モールド５７のようにインサートがマイクロレンズ形成テクスチャを具備する、インサート５２８と同様の拡散部モールドインサートを有するモールドを用いて製造することができることが理解されるであろう。回折型拡散モールドインサート５２８の代わりにマイクロレンズ形成モールドインサートを有することを除いては、モールド５２６と同様のモールドを設けることによって、モールド５２７を利用するコスト面での利点および他の利点が得やすくなる。磨耗したモールドインサートを交換するため、または例えば特別な顧客の要求を満足させるために、新しいモールドインサートをモールド内に入れ替えることができる。モールドインサートは、図５ｃに関連して説明したテクスチャリング処理に従って製造することができる、あるいはモールドインサートは、標準的な金属機械切削処理を用いて金属部材から機械切削することもできる。先に述べたように、モールドから作られたマイクロレンズは円柱または球面とすることができ、クロスコネクション５５２を備えてもよいし、あるいは実質的に省いてもよいし、さらに頂点間距離は均一でも非均一でもよい。モジュール１０−１、１０−７、１０−８は、複数のマイクロレンズ形成インサートを具備したモールドを用いて製造された光学板２６を備えるモジュールの例である。
【００６２】
少なくとも１つの拡散器２７を有することに加え、本明細書中に記載されるような、モジュール、例えばモジュール１０−１及びモジュール１０−９と共に使用される光学板２６は、図１ｎ（モジュール１０−１に関連する）及び図２ｏ（モジュール１０−９に関連する）によって示されるように、その光入射面にウェッジ２８が形成されている。ウェッジ２８は、照射光源１６からの光を、対象領域、例えば図５ａに示すような対象領域５２０のコーナーに向けるよう作動する。
【００６３】
様々な撮像モジュールに示されるような拡散器２７は、様々な種類で提供されることができる。様々なタイプの拡散器を有する光学板２６の例について、照射ＬＥＤ１６の列に沿って見た様々な実施例における光学板２６の上面図を示した図５ｇないし図５ｋを参照して説明する。図５ｇの実施例において、光学板２６は、例えばモジュール１０−９によって示されるような回折型光学拡散器２７、２７ａを具備している。図５ｈの実施例において、光学板２６は、例えばモジュール１０−１によって示されるような屈折型光学マイクロレンズ拡散器２７、２７ｂを備えている。図５ｉの実施例において、光学板２６は、負レンズ拡散器２７、２７ｃを備えている。負レンズ拡散器は、光学板２６に負レンズの（一般的にくぼんだ）レンズ面を形成することによって提供される。拡散作用を提供するために負レンズを用いることにより、光源１６によって発生された光線は、光学板２６の光放射面５６６から放射されると互いに発散する関係になる。負レンズ拡散器２７ｃは図５ｉ、図５ｊ、及び図５ｋの上面図から分かるように、球面負レンズまたは垂直方向に向けられた円柱レンズとすることができる。負レンズ拡散器２７ｃが垂直方向に向けられた円柱レンズである場合、拡散器２７は光を水平方向に拡散する傾向がある。負レンズ２７ｃが球面である場合、垂直方向と水平方向の両方に光を拡散する傾向がある。本明細書中に記載されるモジュール１０の一つに、光を垂直方向に拡散する、水平に配置された円柱負レンズ拡散器２７ｃを具備することもまた望ましいであろう。図５Ｌは、ＬＥＤの前方位置に光学板インサート５６０を保持する、一列のＬＥＤおよびフランジ８０３を備えたモジュール１０−１５（図３Ｌ）の変形例を示す機能部分側面図を示すものである。図５Ｌに示すモジュール１０−１５の変形例では、モジュール１０−１５の屈折型光学マイクロレンズ拡散器２７が、光を垂直方向に拡散するための水平配向された円柱負レンズ拡散器２７ｃを具備できることが分かる。負レンズ面２７ｃはプレート５６０の光入射面および光出射面の両方に設けられるものとして図示されているが、負レンズ面は、図５Ｌに示す光入射面と光出射面の一方のみに設けることもできるであろうことは理解すべきである。
【００６４】
図５ｇないし図５ｋに示す光学板２６の変形例を再び参照すると、図５ｉは、拡散器２７を光学板２６の光出射面上に形成する必要がないことを示している。図５ｉの光学板２６はさらに、光学板２６の表面に光学素子の組合せを備えられることも明示している。図５ｉの光学板２６では、面５６７はウェッジ２８の光入射面上に重畳された負レンズ拡散面２７ｃを具備している。図５ｉに示す光学板２６の面５６８は、ウェッジ２８上に重畳されたマイクロレンズ拡散面２７ｂを具備している。図５ｉの光学板２６は、光学板の光出射面上に形成されたウェッジ２８をさらに具備している。図５ｋの光学板２６を参照すると、図５ｋの実施例は、光学板２６の光入射面と光出射面の両方に拡散器２７を形成しうることを明示している。図５ｋの光学板２６は、光学板２６の光出射面５６６と光入射面５６５の両方に形成された負レンズ拡散面２７ｃを具備している。図５ｋに示す負レンズ２７ｃは、円柱または球面負レンズとすることができる。ある実施例では、図５ｋの全ての負レンズ２７ｃは球体である。別の実施例では、これらのレンズは円筒形である。さらに別の実施例では、光学板２６の光出射面５６６の負レンズ２７ｃは垂直向きの円柱負レンズであり、光学板２６の光入射面５６５のレンズ２７ｃは球面負レンズである。別の実施例では、球面負レンズが光学板２６の光出射面５６６上に配置され、円形負レンズ２７ｃが光入射面５６５上に配置される。図５ｇないし図５ｋを参照して説明される光学板２６のいずれも、本明細書中に記載される、光学板２６を備えたモジュール１０のいずれかに組み込むことができる。さらに、例えばモジュール１０−１４、１０−１９の拡散器２７は、上述した様々なもののうちのどれでもよい。
【００６５】
Ｃ．照準システム
照準開口から放射される光線を結像させるよう照準開口４３の前方に照準光学素子２５が配置されている照準パターン生成システムについて本明細書において説明する。本発明による照準パターン生成システムの幾つかの変形例について、ここで説明する。
【００６６】
はっきりとした鮮明な照準パターンを提供するために、光学部品２５と照準開口４３の間に相当な距離を設けることが通常好まれる。例えば照準光学部品２５が結像光学部品を備えている場合、光学部品２５の後方焦点の後ろにスリット４３を設けなければならない。モジュール１０、１０−２０（図６ａ）及びモジュール１０−１（図１ａ）では、回路基板１４ｂではなく回路基板１４ａに照準ＬＥＤ１８を搭載することによって、開口４３と光学部品２５との間の相当な距離が得られる。従来のリード型ＬＥＤによって提供されるものとして示されているモジュール１０−２０の照準ＬＥＤ１８は、回路基板１４ａ上の、支持部８０の保持部８２に対して水平方向横方向に位置するような位置に搭載されるのが好都合である。
【００６７】
さらに、モジュール１０−２０を参照すると、照準開口４３は、開口４３ａ、４３ｂ、及び４３ｃによってクラスタ構成にて配置されているので、照準ＬＥＤ、開口４３ａ、４３ｂ、及び４３ｃからなる開口クラスタ、及び光学部品２５の組合せによって２次元画像が対象Ｔ上に投影される。光学部品２５を参照すると、モジュール１０−２０の照準光学部品２５は、円柱レンズではなく球面レンズ２５ｓを具備していることが分かる。モジュール１０−２０の開口４３は、例えばモジュール１０−１、１０−７、１０−８、１０−９、１０−１５、１０−１６、及び１０−２２の開口４３と同様に、光源１８に対して当接しているか、またはほぼ当接した関係で形成される。従って開口４３ａ、４３ｂ、及び４３ｃは、光学部品２５によって対象Ｔ上に水平および垂直方向に結像される。開口４３ａ、４３ｂ、及び４３ｃからなる開口クラスタは、モジュール１０−２０が対象Ｔの近くに移動されるにつれてレンズ２５ｓによって結像されるパターンが対象Ｔの中心に向かって横方向内側に移動するように、レンズ２５ｓを基準として横方向に偏位されることができる。モジュールの両側に左右対称の照準パターン生成サブシステムを設け、開口クラスタ４３ａ、４３ｂ、及び４３ｃとレンズ２５ｓの間に横方向の偏位があることにより、一対の照射システムによって投影される一対のパターンが、あるモジュール/対象間距離において集束することになる。照準パターン生成システムは、一対の照準パターンがモジュール１０の最良焦点位置にて集束するように設計されることができる。モジュール１０−２０のさらなる側面について言及すると、モジュール１０−２０は、モジュール１０７と同様に開口板６１０を具備している。開口板６１０はＰＣＢ１４ｂ上に配置されている。開口板６１０は、先に説明したように、照射ＬＥＤ１６のリード線を収容するためのリードホール６２０と、開口４３とを具備している。開口板６１０は、少なくとも開口４３ａ、４３ｂ、及び４３ｃの領域において不透過とすべきである。図６ｄに示す開口板６１０の変形例において、開口板６１０は、小サイズの開口を厳密に画定するための金属開口インサート６１４を備えている。モジュール１０−２０は、図５ｅと関連して先に説明したようにほぼ円柱状のマイクロレンズを備えた屈折型光学拡散プレート２６をさらに具備する。モジュール１０−２０は、ＰＣＢ１４ａ、ＰＣＢ１４ｂ、開口板６１０、光学板２６など複数の板状部材を具備するモジュール１０の積層構成を収容するために支柱８４が有益であることをさらに明示している。ここで、モジュール１０−２０の側面を参照すると、球面レンズ照準光学部品２５ｓは、円柱レンズ２５ｃ、または対象領域Ｔ上に開口４３を結像するための他の光学素子に置き換えることができるであろう。
【００６８】
本明細書中に記載されるモジュール１０の照射システムによって投影されうる他の代表的な照射・照準パターンを表したものが、図６ｈないし図６ｊに図示されている。図６ｈでは、境界５２０によって画定される領域は、照射ＬＥＤ１６によって照射される対象領域Ｔに対する範囲を表しており、領域６３０は照準ＬＥＤ１８及びそれに関連する光学部品によって強調表示された対象領域の範囲を表している。図６ｈの実施例では、照準ＬＥＤ１８とそれに関連した光学部品（４３、２５）は、対象領域Ｔ上に単一の水平照準線６３０を投影している。
【００６９】
図６ｈのある実施例による直線照準パターンは、図２ｎのモジュール１０−９に示すように、水平配向された円柱レンズ２５、２５ｃが光学板２６の外面に形成されるように光学板２６を形成することによって生成することができる。水平配向された円柱レンズ２５、２５ｃは、モジュールの視野によって画定される対象Ｔ上に光スリット開口４３を結像するために、光学板２６がＬＥＤ１８上に当てられた際にレンズ２５が同じ長さでかつスリット開口４３よりも前方に位置合せされるよう構成されている。円柱レンズ２５は、約３ｍｍの厚さと、凸型の約４．５ｍｍの湾曲部半径を有することができる。レンズ２５は開口４３を通り抜けた光線を集束して結像させるタイプのものであるのが好ましいが、開口４３を通り抜けた光線を実質的に平行にする、あるいは本明細書中で後に説明されるようなメリハリのある鮮明なパターンを画定するように動作する他の素子を具備する光学部品を用いることによって許容可能な照準パターンを投影することもできる。図６ｈの線６３０によって示される直線照準パターンは、モジュール１０−１に示されるような球面レンズ２５ｓ及びスリット開口４３により生成することもできる。長い読取距離にわたってメリハリのある良好に画定された照準線を投影するための方法について、ここで説明する。
【００７０】
１０−１、１０−９などのモジュールにおいて、また“バーコードスキャナのための光学アセンブリ”というタイトルで２０００年９月１１日に出願され参照によって本明細書に引用される、同時係属中の米国特許出願第09/658,811号に記載される照射システム（モジュール１０−２２）において、照準ＬＥＤ１８は対象領域に折れ曲がらない光線を投影し、モジュール１０−１の光入射ｌｅ位置においてモジュール１０−１の撮像軸ａ1にほぼ平行な方向に向けられている（モジュール、例えば１０−１、１０−９、及び１０−２２の撮像軸ａ1は、一方向性である）。モジュール１０−２２では、レンズ２５はバーコード空間にスリット開口４３を投影し、１つの開口４３ごとに２つのＬＥＤ１８が設けられている。
【００７１】
しかしながら、モジュール１０−１７、１０−１８、及び１０−１９によって示すように、照準ＬＥＤ１８及び照射ＬＥＤ１６の光線は折り曲げることができる（図４ｎのモジュール１０−１９の撮像軸ａ1は折り曲げられ、モジュール１０−１９の光入射ｌｅ位置と光出射ｌｒ位置では異なる方向を有している）。図６ｎ、６ｏ、及び６ｐは、ＬＥＤ１８などの照準ＬＥＤによって生成された光が折り曲げられる撮像モジュールに組み込みうる別のタイプの照準パターン生成システムを図示している。図６ｎの実施例では、レンズ２５によって対象Ｔ上に結像されうる開口４３は、光路において光反射素子６４０よりも前方に配置されている。この実施例は、照準照明光線の発散を防ぐために光管が照準ＬＥＤと組み合せて使用される場合に有効である。図６ｏの実施例では、レンズ２５によって対象Ｔ上に結像されうる開口４３は、光路においてＬＥＤ１８よりも前方で、かつ光反射素子６４０よりも光学的に後方に配置されている。図６ｐの実施例は、光源１８と光反射素子４３ｒの間に配置される開口４３と、開口４３からの光を結像し、反射素子６４３から反射される照準照明光の向きを変向するためのプリズムを具備した光学素子２５ｐとを備えている。光学素子２５ｐは、その光入射面上に定められたプリズムと、光出射面上の結像レンズ面（球面または円柱形）とを具備している。光変向プリズム２５ｐを具備する図６ｐの実施例は、本システムが設置される撮像装置の高さ要件を軽減するために利用することができることが分かるであろう。折り曲げられた光学開口照準システムは、図６ｑに示すような照準光学光管に容易に組み込むことができる。図６ｑにおいて、光管３１１は、照準光源からの光を伝達している。光管３１１には、開口４３を画定する開口絞り６４１が組み込まれている。光管３１１の遠位端３１４には、対象空間に開口４３を結像するための照準光学部品２５が配置されている。
【００７２】
本発明のモジュールによって投影されうる他の照準パターンを参照すると、分割線照準パターンが図６ｉ及び図６ｊに図示されている。図６ｉに示す分割水平線照準パターンは、図６ｓに示すように、照準パターン円柱レンズ２５に対向して、光学板２６の光入射面に照準パターンウェッジ２９を設けることによって形成することができる。照準パターンウェッジ２９は、モジュールが許容可能な品質の画像データを取り込むことができるような対象からの距離の範囲内（モジュールの最適焦点距離はこの範囲内にある）にある場合、モジュールの視界の中央に２つの水平線部分６４８間のすき間６５０が定義されるように、開口スリット４３からの光を対象領域Ｔの側部に向かって外方向へ向けるように作用する。線分６４８からなる分割線照準パターンにより、使用者は、モジュールの視野の中心を、対象となる領域の中心と簡単に位置合せできるようになる。
【００７３】
線分６４８が、読取装置の視野によって画定される読取装置の対象領域Ｔを実質的に超えて延在しないように、線分６４８からなる分割水平線照準パターン６４７の幅を限定することが望ましいかもしれない。線分６４８からなる分割水平線照準パターンの幅を限定するために、図２ｊに示されるように垂直に配向された円柱レンズが照準パターンウェッジ２９上に重畳されて、ウェッジと垂直配向された円柱レンズ素子２９’を組合せたものが形成される。ウェッジとレンズ素子２９’の組合せをスリット開口４３と位置合せすることにより、図６ｊに示す特徴を有する照準パターンが得られ、線分６４８からなる分割水平ライン照準パターンは、読取装置の視野によって画定される対象領域Ｔの実質的に内部に包含される。
【００７４】
モジュール１０−９の特定の実施例に示されるように開口４３に対して配置した場合、開口板２６の円柱レンズ２５は、開口スリット４３からの光を集束させて結像するように作用する。照準光学部品２５を有するとして図示された上記のモジュールでは、対象までのモジュール１０の距離が変化しても、照準パターン６３０の鮮明さは実質的には変わらないことが好ましい。光学部品２５は、光を徐々に集束（その後発散）させるようになされることができる。光学部品２５は光線を徐々に集束させるようになされることができるので、光学部品２５は光を実質的に平行にする機能を提供するものと言うこともできるであろう。さらに照準システムが鮮明な照準パターンが対象Ｔ上に投影されることになるという特徴を備えている場合、光学部品２５は、光学部品２５から出る光線を実際に平行にしたり、あるいは発散させることさえできる。光学部品２５は多くの特徴を備えることができ、これにより様々なモジュール/対象間距離にわたって鮮明に現れるパターン、例えば６３０が得られる。
【００７５】
本発明のある変形例では、照準線、例えば線６４８の鮮明さがモジュール/対象間距離に応じて変化するように、照準照明光学部品が設けられている。さらに詳細に説明すると、照準線、例えば６４８がモジュール１０の最良焦点位置において実質的に最も鮮明であり、モジュール１０を備えた読取装置が該最良焦点位置から離されると鮮明でなくなるように照準照明光学部品を設けてもよい。
【００７６】
本発明のさらなる側面について言及すると、本明細書中に記載されるモジュールのいずれにおいても、照準光源１８はレーザダイオードアセンブリによって提供しうることは理解されるであろう。照準光源１８が、内蔵視準レンズを実装しているタイプのレーザダイオードアセンブリによって提供される場合、このようなレーザダイオードアセンブリは、本来、幅広い範囲のモジュール（読取装置）/対象間距離にわたって鮮明な照準パターンを生成するので、開口４３や光学部品２５などの素子を具備する必要がないと考えられるであろう。レーザダイオードアセンブリの照準光源１８によって生成される照準パターンは、対象領域Ｔにおいて光点となるかもしれない。図６ｋのモジュール１０−２１は、表面実装ＬＥＤによって提供される照射光源１６と、レーザダイオードアセンブリによって提供される照準光源１８とを備えている。撮像モジュール１０−２１は、図６Ｌに示すような照準パターンを投影することができる。レーザダイオードアセンブリ照準器１８は、対象Ｔ上に２つの点６３７、６３８を投影することができる。ダイオードアセンブリ１８が傾斜した場合、撮像モジュール１０−２１は、点６３７、６３８が最適焦点距離にて集束するように適合させることができる。
【００７７】
本発明の別の有効な実施例では、光学素子２５、開口４３、及び光源１８からなる発光光学部品は、最良焦点発光光学部品のモジュール/対象間距離（開口４３の光学的に合焦された画像が対象上に投影される距離）が、受光光学部品のモジュール/対象間距離（対象となる指標、例えばバーコードの光学的に合焦された画像が画像センサ３２に入射する距離）よりも長くなるように、受光光学部品４０に対して調整される。このような実施例は、モジュール１０−２２によって示されるような、照準パターンが照射パターンとして働くことのできる１次元実施例において大変有効である。受光最適焦点距離よりも長い発光最適焦点距離を有するようにモジュール１０−２２を構成することは、モジュール１０−２２の視野の奥行を増すものと認められている。最良受光焦点距離近くの読取装置距離において、モジュール１０−２２は高画質であるため、光学的に合焦されたとは言えない照準パターンが対象Ｔ上に投影されている状態でバーコードを読取るためにうまく用いることができる。最良発光焦点距離に近い、より長い距離では、光学的に合焦された照射パターンは高いＳ／Ｎ比を発生させ、モジュール１０−２２は、より長い距離にある指標を良好に復号することができる。モジュール１０−２２の一例では、モジュール１０−２２は、約７インチよりも長い最良発光焦点距離（開口４３が対象上に光学的に合焦される距離）と、約５インチよりも短い最良焦点受光焦点距離（指標がセンサ３２上に光学的に合焦される距離）を有するように設定される。
【００７８】
図６ｕの実施例では、光学板２６はその光入射面上に、照準パターン線分６４８の幅を限定するための結像光学部品２９’を備えている。照準光を均質化するために、照準光源１８によって発光される光の光路において光学板２６上に拡散器２７を設けることも望ましいかもしれない。例えば、同一水平面上にある照準光源１８から発光される光を均一化することが望ましいかもしれない。図６ｖ、６ｗ、及び６ｘは、一列の照準光源１８に沿って見た、様々な光学板２６の切開上面図を示している。図６ｖ、６ｗ、及び６ｚに示す光学板２６は、例えばモジュール１０−１、モジュール１０−９、またはモジュール１０−２２の光学板を表しているであろう。図６ｖの例では、光学板２６は、照準パターン光を均一化するための回折型光学拡散器２７ａを同一水平面に具備している。図６ｗの例では、光学板２６は、照準光を均一化するための屈折型光学垂直配向円柱マイクロレンズ拡散器２７ｂを同一水平面に具備している。図６ｘの例では、光学板２６は、光を均一化するための垂直配向円柱負レンズ２７ｃを同一水平面に具備している。
【００７９】
ここで照準光学部品２５は光学板２６の光出射面上に配置されるものとして説明され、照準拡散器２７は光学板２６の光入射面上に形成されるものとして説明されたが、照準光学部品２５は光入射面に形成してもよいし、照準拡散器２７ａ、２７ｂ、及び２７ｃのいずれかを光学板２６の光出射面に形成してもよい。さらに、１つ以上の照準システム光学素子を単一面上に形成することもできるであろう。垂直方向に向けられた円柱マイクロレンズ拡散器２７ｂは、例えば、光学板の光出射面の円柱レンズ２５ｃに組み込むこともできるであろう。
【００８０】
ある実施例において、照準光源１８、開口４３、及び光学部品２５（例えば円柱または球面レンズ）を備えた照準パターン生成システムがどのように鮮明で切れのよい照準線を広範囲にわたるモジュール/対象間距離（モジュール１０が読取装置に実装されている場合は、読取装置から対象までの距離）において生成できるかについて、図６ｙを参照して説明する。図６ｙの撮像モジュール側面図では、焦点６６８を有する結像レンズ２５は、開口４３の光学的に合焦された画像を画像面６６９に投影している。光線６７０、６７１、６７２、及び６７３は、画像面６６９の位置、及び画像面６６９における開口画像のサイズを示すために描かれている。光線６７４、６７５、６７６、及び６７７は、レンズ２５によって提供される開口絞り機能によって定められる図６ｙのシステムの限界光線である。読取距離６７８において、開口４３の光学的に合焦された画像、従って鮮明で切れのある照準パターン、例えば照準パターン６３０が対象Ｔ上に投影されることが分かる。これよりも近い読取距離、例えば距離６７９では、開口４３の光学的に合焦されたとは言えない画像が対象Ｔ上に結像される。しかしながら、実質的に開口４３から発光されるいかなる光も限界光線６７４及び６７５によって定められた境界を越える位置には届かないので、投影される画像は鮮明かつ切れよく定義される。さらに遠い読取距離、例えば距離６８０でもまた、開口４３の光学的に合焦されたとは言えない画像が対象Ｔ上に結像される。しかしながら、実質的に開口４３から発光されるいかなる光も限界光線６７６および６７７によって定められる境界外の場所には到達しないので、開口４３の遠視野に投影された画像は、鮮明かつ切れよく定められる。照準パターン、例えば６３０の高さ寸法は、レンズ２５の高さ寸法を制御することによって制御できることは、観察から分かるであろう。薄い照準線は、レンズ２５の高さ寸法を減少させることによって生成することができる。さらに、照準パターン、例えば照準パターン６３０の切れの良さおよび鮮明さは、鮮明に定義された不透過な開口絞り部材をレンズ２５の境界付近に１つまたは複数個設けることによって向上させることができる。図２ｎ（モジュール１０−９）、図６ｍ（モジュール１０−２２）、及び図１ｍ（モジュール１０−１）に示されるような不透過な開口絞り部材６８１は、レンズに取付、接着、または他の方法で固定された鋭利に縁取りされた機械部材によって得られるか、またはレンズ２５の表面に溶射、焼付け、または他の方法で蒸着された物質からなることができる。
【００８１】
切れのよい鮮明に定められた照準パターンが広範囲のモジュール/対象間距離にわたって投影される別の照準システムについて、例１を参照して説明する。例１では、１．０ｍｍ未満の非常に小さい開口高を有する開口照準システムが提供されている。開口４３のサイズは、別々の照射光源を有する２次元撮像モジュールの実施例において、画像取込み性能を損なうことなく容易に減少させることができ、多くの１次元撮像モジュールのように画像データの生成において照準照明を用いる必要がない。例１で述べる照準システムは、例えば図１ａに示すモジュール１０−１への実装に大変適している。
【００８２】
例１
図１ｈに実質的に示されるような、一対の照準ＬＥＤ１８、一対の開口４３、及び一対の球面レンズ２５ｓを備えた照準パターン生成システム６８５は、照準パターン生成システムの半分がそれぞれ表１に示すような特性を有するように設計されている。
【００８３】
【表１】
【００８４】
照準システム６８５は、実質的に図６ｚのシステム６８５のコンピュータでモデリングされた側面図に示されるような照準パターン光線を生成する。小サイズの開口４３は、光線が垂直面におけるレンズ２５ｓの境界６８６に達するのを実質的に阻止することが分かる（照準光線は、水平面上の境界６８６には達することができるので、図６ｙを参照して説明されたレンズ開口作用が水平面においては当てはまる）。その代わりに、開口４３から放射される光束は、これらの光束がレンズ面２５ｓを具備するレンズ部材上において、垂直面におけるレンズ部材の中心（軸）に向かって入射するように、おおむね集束される。上記システムの結像面（開口の画像が対象Ｔ上に光学的に合焦される面）はレンズ２５ｓから実質的にほぼ数ミリメートルに定められるように実験によって決定されたが、光学焦点距離からかなり離れた距離（７インチ超など）における対象Ｔ上に投影される照準パターンは、それにもかかわらず鮮明で切れがよく、短い読取距離の場合よりは実質的に厚いが、かなり狭いものになることが観察された。レンズ２５ｓから出る光線は、実験により推定された結像面６８８を超える距離で、垂直面において緩やかに発散する（約２度ほど）ことが確認された。従って、レンズ２５ｓから出る光線の発散が緩やかであることから、対象上に投影されるパターンの高さ寸法（厚さ）は、光学焦点距離から離れた長いモジュール/対象間距離において実質的に狭く、画像センサ３２の視野内に保たれており、長い距離（７インチ超）において開口４３の形状に対応してはっきりと定義されていることが認められた。光線の緩やかな発散は、光入射光線が実質的にレンズ２５を含むレンズ部材の中心（軸）に向かって集束されていること、さらにおそらくは開口４３の高さ寸法が小さいことに起因する回折光学特性の結果であると考えられた。
【００８５】
表２には、様々なモジュール/対象間距離においてシステム６８５によって生成される照準パターンの特性の概要が示されている。
【００８６】
【表２】
【００８７】
表２に記載された様々な距離における投影照準パターンは、図７ａないし図７ｄに示すように図示される。照準パターンの形状は、鮮明に定められた矩形であることが認められた。様々な距離における投影照準パターンは、図７ａないし図７ｄに実質的に表されるような鮮明さを示した。システム６８５によって投影される照準パターン６３１が、鮮明に定められた側方縁６３２を示すことが重要である。さらに、パターン６３１の鮮明に定められた側方縁６３２は、上記システムでは様々な距離において、Ｔによって定められ表２に示される画像センサ３２の視野内に常に投影されると考えられる。鮮明に投影された縁６３２が対象領域Ｔに相当する画像センサの視野の内側（図示）、視野の上、あるいは視野のちょうど外側に投影されるように、照準パターン６３１が投影されることが好ましい。視野の横方向境界近くに鮮明な側方縁６３２を有する照準パターン６３１を投影するようシステム６８５を構成することにより、モジュール１０の視野を対象証印上で横方向中央揃えするのを助けるのに有効な照準パターンが得られる。水平面および垂直面の両方に光線を投影するように作用する球面レンズ２５ｓを選択することによって、照準パターン６３１の鮮明な側方縁６３２が定められることになる。照準システム６８５は、約１インチ未満から約１５インチ超までの読取範囲における通常タイプの復号可能データ形式を読取るように構成された撮像モジュールに組み込まれた、約７インチの最良受光焦点距離を有する受光光学システムと組合わせて使用することもできる。
【００８８】
Ｄ．照射装置構造
図２ａに示すモジュール１０−２を再び参照すると、モジュール１０−２は、表面実装照射ＬＥＤ１６と、表面実装照準ＬＥＤ１８とを備えている。表面実装ＬＥＤは、プリント回路基板上に直接配置されたダイを有するタイプのＬＥＤである。モジュール１０２の実施例では、プリント回路基板１４ｂは、４つの照射ＬＥＤ１６と、一対の照準ＬＥＤ１８とを担持している。図８ａないし図８ｂを参照すると、照準光学部品１６ｐと組合わされて動作する照射ＬＥＤダイ１６ｄは、対象領域を実質的に均一な照明で照らす。照準ＬＥＤダイ１８ｄは照準光学部品４３及び１８ｐとともに、対象領域Ｔに照準パターンを投影する。“屈折型拡散器を備えた光学読取装置用の撮像モジュール”というタイトルで２００１年３月８日に出願され参照によって本明細書に引用される、同時係属中の出願第09/802,579号に説明されるように、照準ＬＥＤおよびこれに関連する光学部品によって投影される照準パターンは、例えば、直線、分割線、または幾何学形状を有することができる。
【００８９】
表面実装ＬＥＤのさらなる詳細について、図８ａの断面図および図８ｂの分解上面図を参照して説明する。図８ａの断面図を参照すると、表面実装ＬＥＤ１６及び１８は、プリント回路基板母材１４ｓ、エポキシ層１４ｅ、及びエポキシ層１４ｅ上にＬＥＤダイ１６ｄ及び１８ｄに対してそれぞれ対向する位置関係で配置されたレンズ１６ｐ及び１８ｐからなるプリント回路基板アセンブリに集積されている。表面実装ＬＥＤのエポキシ層１４ｅは半透明であることが知られている。表面実装ＬＥＤ回路基板１４ｓは、モジュール１０−２の第２の回路基板１４ｂ、及びモジュール１０−３の第１の回路基板１４ａである。ダイ１６ｄ及び１８ｄはこれらに関連したワイヤ結合１６ｗ及び１８ｗを有しており、電流をダイ１６ｄ及び１８ｄに循環可能としている。従って、図示した実施例では、照射ＬＥＤ１６は、１ＬＥＤあたり単一または複数のＬＥＤダイ１６ｄを有し、照準ＬＥＤ１８は、１ＬＥＤあたり単一のＬＥＤダイ１８ｄを有している。ＬＥＤダイ１６ｄ及び１８ｄは、ＰＣＢ母材１４ｓの表面に形成された反射器カップ１４ｒ内に配置されている。反射器カップ１４ｒは、ＰＣＢ１４ａからカップ部１４ｒを機械切削することによって作ることができる。各反射器カップ１４ｒの表面１４ｃは、金、銀、アルミニウム等の反射材料でコーティングされている。
【００９０】
ＬＥＤダイが反射器カップ１４ｒ内に被着された後、エポキシ層１４ｅがＰＣＢ基板１４ｓ上に積層される。レンズ１６ｐ及び１８ｐは、カップ１４ｒに対して対向する位置関係でエポキシ層１４ｅ上に同時形成される。図示した実施例で、照射ＬＥＤレンズ１６ｐは、照射ＬＥＤダイ１６ｄからの光線を、対象スペースに実質的に均一なパターンで発散させるための発散光学部品を具備していることが好ましい（従って、素子２７とも表示されている）。レンズ１８ｐは、ＬＥＤダイ１８ｄから放射される光からの光線を集束させるための集束光学部品を具備していることが好ましく、従って素子２５とも表示されている。レンズ１６ｐ及び１８ｐの縁１６ｅ及び１８ｅが図１ｆに示されている。ある実施例では、破線４３で示されるスリット開口は、レンズ１８ｐが開口４３を画像センサ３２の視野によって定義される対象上に投影するように、ＬＥＤダイ１８ｄ及びレンズ１８ｐと関連して配置されることができる。スリット開口４３は、図１ｅの破線で示した開口スリット４３に示されるようにエポキシ層１４ｅに埋め込んでもよいし、あるいはスリット開口４３は、エポキシ層１４ｅの上または下に形成してもよい。反射器カップ４ｒは、その内部に位置合わせエポキシを配置することもできる。このエポキシは、拡散を助けるために、拡散物質としてチタン酸化物が付加されてもよい。
【００９１】
モジュール１０−１では、図１ｈに最もよく示されているように、照準ＬＥＤ１８および照準ＬＥＤ１６は、図７ｅに示す分解側面図によって図示されているような側面リード型表面実装背面ベンチＬＥＤによって提供される。この側面リード型表面実装ＬＥＤは、従来のリード型ＬＥＤと同様に、そこからリード線１８Ｌが延びているが、従来のリード型ＬＥＤとは異なって、リード線１８ＬはＬＥＤ１６、１８の側面から延びている。側面から延びるリード線１８Ｌは、“ガルウイング”と呼ばれることもある。側面リード型表面実装ＬＥＤはさらに、図７ｅに示されるように実質的に平坦な裏面１８ｐｂを有している。裏面１８ｐｂには従来のリード付きＬＥＤのように底面から延びるリード線がないので、裏面１８ｐｂは実質的に平坦となるよう製造することができる。リード線のない平坦な裏面１８ｐｂは、ＰＣＢ１４ｂまたは他の平坦な部材に対して容易に背面ベンチングされることができ、ＬＥＤ１８を正確な向き（モジュール１０−１では直角方向）に容易に取付けできるようになる。さらに、従来のリード型ＬＥＤのようにプリント回路基板の、ベンチングされる面に対向する面上にＬＥＤをはんだ付けする必要がなくなるので、側面リード型ＬＥＤの取付けが複雑でなくなる。側面リード型表面実装ＬＥＤの側面リード線１８Ｌは、従来の表面実装ＬＥＤのはんだタブとは異なり、回路基板上におけるＬＥＤの背面ベンチングによって制御されるようなＬＥＤの厳密な正しい角向きを変更させることなく、プリント回路基板に対して容易にはんだ付けすることができることが重要である。図１ｈに示すように、側面リード型照射ＬＥＤ１６は、ＬＥＤ１８ＬがＸ軸およびＹ軸に対してある角度となるように搭載される。ＬＥＤ１６をある角度で搭載することによって、ＬＥＤ１６Ｌと、通常は導電性である支柱８４との間に十分な空間が設けられる。
【００９２】
図１ｈに示すＺ軸に対するＬＥＤの厳密な角向きは、ここに記載される多数の実施例において非常に重要であることは分かるであろう。Ｚ軸に対するＬＥＤ１６、１８の正確な角向きは、回路基板１４ａ及び１４ｂに対する側面リード型表面実装ＬＥＤの背面ベンチングによって得られる。ＬＥＤの密着した背面実装は、ＬＥＤ１６、１８によって消費されるＺ方向スペースをも減少させる。さらに、側面リード型表面実装ＬＥＤの使用により、外部の位置合せ部材または組立処理における外部のＬＥＤ位置合わせステップが必要なくなる。
【００９３】
本発明において使用できる側面リード型表面実装ＬＥＤの一例は、カリフォルニア州Palo AltoのAgilent Technologies, Inc.によって製造されるHLMX“サブミニアチュア高性能AlInGaP”シリーズのＬＥＤである。上面の平らなHLMX-PXXX Agilentランプは広幅の放射パターンを有しているので、幾つかの適用において照射ＬＥＤ１６として用いられる場合にはさらに有効である。ドーム型HLMX-QXXX Agilientランプは狭い放射パターンを有しているので、ある適用においては照準ＬＥＤ１８として用いられる際にさらに有効である。ある適用においては、照準及び照射ＬＥＤ１６、１８の両方がドーム型HLMX QXXXランプによって提供される。
【００９４】
図４ａないし図４ｎを参照して説明された成型光管・ＬＥＤアセンブリの変形例について、図８ｃ、８ｄ、及び８ｅを参照してここでさらに詳細に説明する。図８ｃの実施例では、光管・光源アセンブリ３７０は、ＰＣＢ１４（例えば１４ａ及び１４ｂ）に取付けられた単一の表面実装ＬＥＤパッケージ９２−１を備えている。ＬＥＤ９２−１は、単一のＬＥＤダイを備えている。さらに図８ｃの実施例を参照すると、光管３１１は、光管３１１の主要な光屈折面３７６がＰＣＢ１４に対して一定のほぼ４５度の角度を成すように製造され取付けられる。
【００９５】
図８ｄの実施例では、光管・光源アセンブリ３７１は、多リードフレーム表面実装パッケージ９２−２を備えている。ＬＥＤ９２−２は、内部に搭載された３つのＬＥＤダイＬＤ、及び単一のブラッグ反射器Ｒを有している。単一のブラッグ反射器Ｒを有するＬＥＤパッケージに多数のＬＥＤダイＬＤを配列することにより、表面実装ＬＥＤパッケージのサイズが小さくなる。さらに図８ｄの実施例を参照すると、光管３１１の光入射面は３つの部分ｓｅ1、ｓｅ2、及びｓｅ3に分けられ、それぞれがＬＥＤダイＬＤの１つに対応している。各光入射面ｓｅ1、ｓｅ2、及びｓｅ3は、ＬＥＤダイＬＤのそれぞれに対する光管による光伝達の効率を最適化するようにＰＣＢ１４と異なる角度を成す。拡散器２７は、光管３１１の遠位端上に成型することができる。拡散器２７は、光管３１１からの光を拡散し、さらにフレネル損失を減少させる。
【００９６】
図８ｅの実施例では、光管・光源アセンブリ３７２は、３つのＬＥＤダイＬＤを有し、各ＬＥＤは発光ダイをＰＣＢ１４上に直接搭載し、ＰＣＢに搭載されたダイのアセンブリ上にエポキシｅを堆積することによって形成される。ＬＥＤダイＬＤをＰＣＢ１４上へ直接搭載することにより、ＬＥＤパッケージ９２−３のサイズが小さくなる。さらに図８ｅの実施例を参照すると、アセンブリ３７２の主要光屈折面ｓｒは３つの部分ｓｒ1、ｓｒ2、及びｓｒ3に分けられており、それぞれＬＥＤダイＬＤの１つに対応している。光屈折湾曲面ｓｒの各部ｓｒ1、ｓｒ2、及びｓｒ3は、光管８６−２による各ＬＥＤダイＬＤへの光伝達の効率を最適化するようにＰＣＢ１４と異なる角度を形成している。システム３７２のフレネル損失を減少させるために、エポキシｅの屈折率Ｎeは、成型された光管３１１の屈折率Ｎpにほぼ合致するように選択されることができる。
【００９７】
図８ｅのアセンブリ３７２及び図８ｄのアセンブリ３７１は、多数のダイを有する光管・光源アセンブリにおいて光管による光伝達の効率を最適化するための２つの異なるシステムを図示している。ＬＥＤ９２−２及びＬＥＤ９２−３は、多数のダイを備えた単一光源である。これらのシステムのいずれも、多数の光源を有し、該多数の光源が１つのダイあたり１つのブラッグ反射器を有する標準的な表面実装ＬＥＤ、または標準的な単一ダイリード型ＬＥＤを備えている光管・光源アセンブリにおいて使用できることは分かるであろう。図８ｃ、８ｄ、及び８ｅに描かれた光線ＬＲは、理想的な光源ＬＤから放射されているものとして示されている。実際の光源は、入射光線の起点及び角度が実質的にかなり多様であることを理解すべきである。さらに、ここに記載されたＬＥＤ、例えばＬＥＤ１６及びＬＥＤ１８はいずれも、多数のＬＥＤダイがそこに組み込まれたＬＥＤパッケージによって提供されうることが理解できるであろう。ドイツのミュンヘンのInfineon Corp.は、多数のＬＥＤダイを備えたＬＥＤの設計製造を専門にしている。
【００９８】
ＬＥＤ１６及び１８の効率を上げるための装置について、図８ｆ及び図８ｇを参照して説明する。図８ｆを参照して説明されるシステムでは、購入された部分表面実装ＬＥＤ１８、１８ｓがＰＣＢ１４（例えばＰＣＢ１４ａ、１４ｂ）に実装され、透明なエポキシレンズ１８Ｌが表面実装ＬＥＤ１８、１８ｓ上に成型される。レンズ１８Ｌによって得られるレンズ効果により、ＬＥＤから放射される光の発散量が減少する。図８ｇを参照して説明されるシステムでは、リード型ＬＥＤ１８がＰＣＢ１４（例えば１４ａ及び１４ｂ）に実装され、概ねボックス型のレンズキャップ１８ｃがＬＥＤ１８上に実装される。レンズキャップ１８ｃは、レンズ１８Ｌと同様に、ＬＥＤ１８から放射される光が発散する量を減少させる。ＬＥＤから放射される光線の発散を減少させることは、ＬＥＤが開口に向けられるよう構成された照準ＬＥＤである場合に特に有効である。しかしながら、設計者の中には、完全な開口を“満たす”ことを重視する人がいるかもしれない。ＬＥＤ１８ｓ及びレンズ１８Ｌからなるシステムは、一括してＬＥＤ１８と見なすことができる。同様に、図７ｍのＬＥＤ１８及びレンズ１８Ｌからなるシステムを一括してＬＥＤ１８と見なすこともできる。
【００９９】
Ｅ．照射/照準発色の制御および調整
図８ｂの実施例の照射光源１６は、複数のＬＥＤダイ１６ｄを具備していることが分かる。図８ｈに示されるように、読取装置を定義するために読取装置ハウジング１１１のいずれかに取り付けることのできるモジュール１０−２３の照射光源１６は、多数のＬＥＤダイ１６ｄを有し、それぞれ独立して駆動可能でかつ他のＬＥＤダイとは異なる発光波長帯域を有する多色発光光源とすることができる。図８ｈ及び図１ｚに示す照射光源１６、１６ＭＣは、３つのＬＥＤダイ１６ｄ−１、１６ｄ−２、及び１６ｄ−３を有する多色発光光源である。多色ＬＥＤ１６ｍｃ、１８ｍｃは、ここに記載するモジュール１０−１ないし１０−２２のいずれにも実装することができる。第１のＬＥＤダイ１６ｄ−１は青色光波長帯域の光を発光するように独立して駆動可能で、第２のＬＥＤダイ１６ｄ−２は緑色光波長帯域の光を発光するように独立して駆動可能で、ＬＥＤダイ１６ｄ−３は、黄色光波長帯域の光を発光するように独立して駆動可能である。制御回路１４０によってＬＥＤ１６ＭＣに提供される一組の信号は、一組のＬＥＤダイ駆動信号と呼ぶことができる。制御回路１４０は、読取装置１１０の現在の適用に基づいてＬＥＤ１６ＭＣに対する電流を変えるように制御することができる。多色発光光源１６及び１６ＭＣは、例えば、米国カリフォルニア州San JoseのInfineon Technologies Corporationから入手できるタイプの模範的ＬＡＴＢカラー光源とすることができる。
【０１００】
異なる面は、その形状、色、及び材料の種類に応じて、異なるタイプの照射に対して様々に反応することが多い。制御回路１４０は、第１の組のＬＥＤダイ駆動信号を用いたバーコードの復号が成功しなかった場合、自動的に第２の組のＬＥＤダイ駆動信号をＬＥＤ１６及び１６ＭＣに供給し、復号が再度失敗した場合は第３の組のＬＥＤダイ駆動信号をＬＥＤ１６及び１６ＭＣに供給するなどを、復号が上手く行われるまで行うように構成されることができる。制御回路１４０は、良好な復号が得られた前記一組のＬＥＤ駆動信号を取っておき、復号化を始動させるように次にトリガ１３ｔが引かれた場合に該駆動信号の組を利用するように制御回路１４０を構成することもできる。
【０１０１】
本発明の別の実施例によれば、読取装置１１０は、ＬＥＤダイ１６ｄ−１、１６ｄ−２、及び１６ｄ−３が組合わされて発光された色を、読取装置が現在使用されている適用に最適化させるように、制御装置１４０によってＬＥＤ１６ＭＣに供給される一組のＬＥＤダイ駆動信号をオペレータによって選択可能するよう構成されている。例えば、読取装置１１０が、ある金属表面に形成されたバーコードを復号するために用いられる場合、オペレータは、制御回路１４０がＬＥＤ１６ＭＣに対して、該金属面上に形成された画像を取り込む際に用いるのに好適であると先に判断された１組のＬＥＤ駆動信号を供給するように読取装置１１０を構成することができる。オペレータはさらに、ＬＥＤによって放射される色を、証印を備えた対象領域内にある色に応じて変更したいと思うかもしれない。例えば、対象領域が白い背景上に形成された赤い証印を備えている場合、オペレータは、制御回路１４０が白色光を発光するＬＥＤを得るように作用する１組のＬＥＤダイ駆動信号を供給するよう、例えばメニューオプションの選択によって制御回路１４０を構成することができ、これにより白地に形成された赤い証印を備える場合において画像データの取り込まれたフレーム内のコントラストが最適化される。
【０１０２】
読取装置１１０は、ディスプレイ１４ｄ上のある証印の表示に応じてキーボード１３ｋ上の１つ以上の特定の制御ボタンを選択することにより、ある１組のＬＥＤダイ駆動信号が制御回路１４０によって多色発光ＬＥＤ１６及び１６ＭＣに対して供給されるよう、構成されることができる。読取装置１１０は、後でさらに詳細に説明するように、あるタイプの“メニューシンボル”を読取ることによって、ある１組のＬＥＤダイ駆動信号が多色発光ＬＥＤ１６に対して供給されるように、構成することもできる。
【０１０３】
読取装置１１０は、ＬＥＤ１６ＭＣに供給される１組のＬＥＤ駆動信号が、読取装置１１０によって検知された、例えば周囲光、対象内にある証印の色、対象の材料状態、読取装置から対象までの距離、画像の焦点レベル、対象の形状または表面特徴などの検知状態に応じて自動的に変わるよう構成されることもできる。読取装置１１０は、読取装置によって駆動される照明がなくても、画像データの取込みフレームの分析によって、周囲光状態を自動的に検知することができる。読取装置１１０は、公知の照射条件の下で取り込まれた画像データの取込みフレームの分析により、対象の反射率状態を判定することができる。様々な自動範囲判定・焦点レベル決定方法が、当業者にとって公知である。よく知られているように、読取装置の読取装置/対象間距離は、対象上の光点を読取装置のハウジングから斜めに向け、取込んだ画像の光点の位置に基づいて読取装置/対象間距離を推定することによって判定することができる。画像のフォーカス度は、１９９８年６月３０日に交付され、参照により本明細書に引用される同一出願による米国特許第5,773,810号に記載される方法など幾つかの方法によって判定することができる。読取装置１１０は、照射ＬＥＤ１６ＭＣ及び/または照準ＬＥＤ１８ＭＣによって発光される色が、読取装と対象との距離や画像のフォーカス度に応じて変わるように構成されることができる。例えば、読取装置と対象との距離が所望の最小読取装置/対象間距離よりも短い場合には自動的に赤色光（“熱すぎ”の状態を示す）を発光するようにＬＥＤ１６ＭＣ（および/または１８ＭＣ）を制御することができ、読取装置と対象との距離が許容可能な距離の範囲内にある場合は自動的に白色光を発光するようにＬＥＤ１６ＭＣ（および/または１８ＭＣ）を制御することができ、さらに読取装置と対象との距離が所望の最大読取装置/対象間距離よりも長い場合には自動的に青色光（“冷たすぎ”の状態を示す）を発光するようにＬＥＤ１６ＭＣ（および/または１８ＭＣ）を制御することができるように、制御回路１４０を構成可能である。同様に制御回路１４０は、最も最近に取込んだ画像が許容可能でないフォーカス度を示している場合は自動的に例えば青色光を発光するようにＬＥＤ１６ＭＣ（及び/または１８ＭＣ）を制御し、最も最近に取込んだ画像が許容可能なフォーカス度を示している場合には自動的に例えば白色光を発光するようにＬＥＤ１６ＭＣ（及び/または１８ＭＣ）を制御できるように、構成することができる。
【０１０４】
読取装置１０において画像センサを用い、検出された色と相関性のある適切なカラーフィルタを作動させ、カラー画像センサによって生成された画像信号を分析することによって、対象領域に何らかの色があるかないかを容易に検出することができる。読取装置１１０においてカラー画像センサを用いることの利益および利点は、“カラー撮像器を有する光学読取装置”というタイトルで２００１年７月１３日に出願され、その全体を参照することによって本明細書に引用される出願第09/904,694号においてさらに十分に議論されている。
【０１０５】
本明細書中に記載される可変発光特徴は、多色光源ではなく、異なる色の単色光源を複数設けることによって得られる。例えば照射システムは、単色赤色ＬＥＤ群と、単色青色ＬＥＤ群とを具備することができる。制御回路１４０は、赤色ＬＥＤ群を停止させ青色ＬＥＤ群を起動させることによって、照射対象の照射の色を赤から青に変更できる。
【０１０６】
多色発光ＬＥＤダイは、図１ｒに示す照準ＬＥＤ１８ＭＣによって示されるように照準照明ＬＥＤとして用いることもできる。制御回路１４０は、読取装置１１０の動作モードに応じて、異なる多色照準ＬＥＤ照明源１８ＭＣに対して異なるＬＥＤ駆動信号の組を供給することができる。例えば、読取装置１１０が復号化試行モードで作動している場合、制御回路１４０は、多色照準ＬＥＤ１８ＭＣに対して、照準ＬＥＤ１８ＭＣに緑色光を発光させるような１組のＬＥＤ駆動信号を供給することができる。読取装置１１０がバーコードを良好に復号した場合、制御回路１４０は、多色照準ＬＥＤ１８ＭＣに赤色光を発光させるような１組のＬＥＤ駆動信号を多色ＬＥＤ１８ＭＣに供給することができる。つまり制御回路１４０は、バーコードまたは文字の良好な復号がなされた場合には照準照明ＬＥＤ１８ＭＣから発光される照明の色を第１の色から第２の色に変更することによって良好な読取指標を生成することができ、制御回路１４０は、バーコードまたは文字が良好に復号された場合に照射ＬＥＤ１６ＭＣに対して供給される１組のＬＥＤ駆動信号を変更することによって、良好な読取または作動状態における他の変化を示すこともできる。
【０１０７】
照準照明パターン６３０と背景照射パターン５２０の間のコントラストは、照準光源が照射光源１６とは異なる色の光を放射するように照射光源１８を選択することによって向上させることができる。
【０１０８】
本発明の一実施例では、例えばモジュール１０−１の照射ＬＥＤ１６は赤色光ＬＥＤからなり、照準ＬＥＤは緑色ＬＥＤまたは青色光ＬＥＤからなる。照準ＬＥＤを、照射ＬＥＤとは異なる色の光を投影するように選択することによって、照準パターン７４が背景パターン７４とは異なる色で対象Ｔ上に投影されることとなり、オペレータが照射パターンに対して照準パターンを認識する能力が高まる。照準光源１８と照射光源１８が異なる色の光を発光するように選択された場合、対象から反射される受信光は、異なる色のうち一つだけが画像センサによって受光されるようにフィルタにかけることができる。図６ｍは、１次元画像モジュール１０−２２に組込まれたカラーフィルタ４５０を示している。図３ｇは、２次元画像モジュール１０−１１に組込まれたカラーフィルタ４５０を示している。カラーフィルタは、必要な色の光を通す帯域通過フィルタ、または必要でない色の光を遮断する遮断フィルタとすることができる。フィルタ４５０を用いれば、ある適用において、照準光源１８からの光をフィルタにかけることができる（照準光源１６とは発光が異なる場合）ので、バックアウトパターン６３０の照準光源１８を電子的に“チカチカさせる”必要はなくなる。
【０１０９】
照準パターンおよび照射パターンを形成する色の特定の組合せは、照射および照準照明光源が組込まれる光学読取装置で予想される特定の用途に基づいて選択することができる。読取装置が白地に黒のプリントされた証印に使われることが想定される標準的なバーコード読取適用において、例えば、照準ＬＥＤ１８は赤色光を発光するように選択され、照準照明ＬＥＤは青色光を発光するように選択されて図８５に示すようなコントラストの強い照射パターンを形成するようにすることができる。光学読取装置が蛍光オレンジのポストネットコードを読取ると想定される適用では、照射ＬＥＤ１６は緑または青色光を放射するように選択でき、照準ＬＥＤ１８は赤色光を放射するように選択できる。光学読取装置１０が白地に赤でプリントされた証印を読取ために用いられると想定される適用においては、照射ＬＥＤ１６は白色光を放射するように選択でき、照準ＬＥＤ１８は赤、緑、または黄色光を放射するように選択できる。光学読取装置１０が写真処理暗室で使用される適用では、照射ＬＥＤ１６は赤外スペクトルの光を放射するように選択でき、照準ＬＥＤ１８は赤、緑、青、または黄色光を放射するように選択できる。
【０１１０】
表３は、上述した照射光源・照準光源と適用との相関関係をまとめたものである。
【０１１１】
【表３】
【０１１２】
白色照射ＬＥＤの利用により様々な利点が得られる。白色光は、赤色光と比べて気を散らさない色である。赤色光照射パターンは、目を疲れさせ頭痛を引き起こすと認められている。さらに赤という色は、多くのタイプの産業上適用では危険を示すものである。従って、白色光の使用により、赤色照射光が危険な状況を示すと読取装置１０の近くで働いている人々によって誤解されるという問題を避けることができる。さらに、白色光照射光源を使用することによって、赤色インクのサイン、赤色バーコード、及びアジアで使用されているような赤い“印鑑”など赤で印字された証印を撮像可能になる。さらに、白色光照射光源を使用すれば、照準照明ＬＥＤが狭い（白でない）帯域の光を放射するように選択されている場合、照射パターンと照準パターンの間に良好なコントラストが提供される。
【０１１３】
多色発光光源ＬＥＤ１６ＭＣ及び/又は照準ＬＥＤ１８ＭＣを使用すれば、単に異なる組のＬＥＤダイ駆動信号を照準ＬＥＤ１８ＭＣ及び照射ＬＥＤ１６ＭＣに供給することによって、ＬＥＤを物理的に除去したり置き換えたりすることなく、さらに異なるＬＥＤがモジュール１０に付加される場合には必要とされたようにモジュール１０のサイズを大きくすることもなく、コントラストの強い照射および照準パターンの様々な組合せが得られる。多色発光光源照射および照準ＬＥＤ１６ＭＣ及び１８ＭＣを有する読取装置１１０は、使用者が制御入力を作動させて背景パターン７２と照準パターン７４によって定義される特定の色の組合せを変更できるように構成されることができる。照射パターンと照準パターン間の色コントラストの組合せは、読取装置１１０の動作モードに応じて選択的に起動されうる異なる色の単色照射光源および/または照準照明光源の個別の群を読取装置１１０に設けることによっても変更可能とすることができる。しかし、そのような解決法はモジュール１０のサイズを大幅に大きくしてしまうであろう。
【０１１４】
図８ｋの読取装置１１０に示されるように、制御回路１４０は、ディスプレイ１４ｄ上に、１組のユーザ選択可能な適用設定を表示するようにプログラムされることもでき、この設定は“多モード画像取り込み・復号光学読取装置”というタイトルで２００１年５月１５日に出願され参照によって本明細書に引用される、同一出願人による米国出願第09/858,163号に説明されるような公知のメニュードライバ選択方法の１つによって選択可能である。図８ｋに示す実施例では、ディスプレイ１４ｄは、ユーザに対して様々な適用設定、すなわち“標準バーコード”、“オレンジポストネット”、“赤色証印”、及び“暗号化バーコード”を表示している。適用メニューオプションの１つが選択されると、制御回路１４０は表１に列挙される適用とパターンの対応関係に従ってメニュー選択に対応するＬＥＤ１６ＭＣおよび１８ＭＣに対して１組のＬＥＤダイ駆動信号を供給する。すなわち、標準バーコードオプションが選択された場合、制御回路１４０は、照射ＬＥＤ１６ＭＣが赤色光を放射し照準ＬＥＤが青または緑色光を放射するようにＬＥＤ１６ＭＣ及び１８ＭＣに対して１組のＬＥＤダイ駆動信号を供給することができる。“赤色証印”オプション１４ｄ−ｒが選択された場合、制御回路１４０は、照射ＬＥＤが白色光を放射し、撮像ＬＥＤが赤色光を放射するなどのようにＬＥＤ１６ＭＣ及び１８ＭＣに対して１組のＬＥＤダイ駆動信号を供給することができる。
【０１１５】
読取装置１１０は、照準ＬＥＤ１８ＭＣと照射ＬＥＤ１６ＭＣによって投影される色の特定の組合せが、検知された状態に応じて自動的に変わるように構成することもできる。
【０１１６】
例えば、読取装置１１０は、読取装置１１０が先に述べたような方法で対象領域に赤色証印があることを検知した場合、照射ＬＥＤ１６ＭＣが白色光を放射し照準ＬＥＤ１８ＭＣが青色光を放射するように、すなわち赤色証印を備えた対象を撮像するのに好適な照準パターンの色組合せとなるように、制御回路４０がＬＥＤ１６ＭＣ及び１８ＭＣに対して１組のＬＥＤ駆動信号を供給できるよう構成されることができる。
【０１１７】
Ｆ．受光光学部品
モジュール１０のサイズを小さくすると、モジュール１０の感度が、画像センサ３２に対するレンズアセンブリ４０の距離に応じて変化する。従って、レンズバレル４０として図示されているレンズアセンブリ４０とレンズ保持器８２との配置を、レンズバレル４０がレンズ保持器８２内にで細密調整できるようなものにすることが有益である。レンズアセンブリ４０に組込まれた結像レンズは、例えば単一素子レンズ、２素子レンズ（レンズダブレット）、３素子レンズ（レンズトリプレット）とすることができ、１つまたは複数のレンズアセンブリ４０は、様々な材料、例えばガラス、プラスチックなどから作ることができる。
【０１１８】
従来技術では、レンズバレルは通常、図１１に示すように保持器８２のねじ山８２ｔに受け入れられるねじ山４０ｔをその外側面に備えていた。ねじ山付きレンズバレルシステム内でのレンズと画像センサとの距離は、所望のレンズ/画像センサ間距離が得られるまで単にバレルレンズアセンブリ４０を保持器８２にねじ込むことによって調節される。
【０１１９】
ねじ付きレンズバレルの距離を調節する精度は、バレル４０と保持器８２のねじ山の数を変えることによって向上させることができる。しかしながら、システムのねじ山数を増やすと、バレルレンズアセンブリ４０と保持器８２の製造コストは大幅に増加する。
【０１２０】
低コストで細密調整可能なバレル・レンズ保持器システムについて、主に図８Ｌないし図８ｒを参照して説明するが、本発明によるレンズアセンブリ調整特徴を示す別の図および/または実施例が図１ｈ、１ｉ、１ｏ、１ｐ、１ｓ、及び２Ｌに図示されている。図８Ｌの実施例では、レンズ保持器８２の内側面とバレル４０の外側面４１０の両方にねじ山がなく、ほぼ滑らかであることが分かる。バレル４０は、保持器８２に摺動自在に受けられる。バレル４０は保持器８２の内側壁４１２上を摺動するものでもよいし、あるいはバレル４０はレール４３５上を摺動してもよい。バレル４０と保持器８２は、バレル４０が保持器８２内で実質的に軸方向に動かないように、厳重な、あるいは極めて厳重な公差で製造されることが好ましい。図８Ｌのバレル・保持器システムのさらなる側面によれば、保持器８２は、接着剤受入開口４１４と、保持器８２の軸と同延の細長い調整ピン開口４１６とを具備している。開口４１４および開口４１６の変形例が幾つかの図面にわたって示されている。バレル４０の更なる側面について言及すると、レンズバレル４０は、図１ｏの実施例ではバレル４０の円周に沿って形成されているノッチ４２０を具備している。レンズ保持器８２は、バレル４０がレンズ保持器８２において所望の半径方向にて受けられるように、バレル４０の相補形に形成されたくさび４２６と係合するくさび４２４をさらに具備している。
【０１２１】
バレル８２ｂを保持器８２と調整し固定するために、内部にバレル８２ｂを非固定的に取付けたモジュール１０は固定具９３内に配置されるが、この固定具は図８ｐ及び８ｑに示すようなタイプのものとすることができる。固定具９３は、１つの定置部材９３ｓと、定置部材９３ｓに対して小刻みに動くことのできる１つの可動部材９３ｍと、固定具９３内にモジュールを締着するために作動可能なクランプ装置９３ｃとを具備することができる。モジュール１０が固定具９３内に配置されると、固定具９３のピン９３ｐは細長ピン受入開口４１６を貫通してバレル８２ｂのノッチと係合する。それから、固定された部材９３ｓの位置に対して固定具９３の可動部材９３ｍの位置を調整することによって、レンズと画像センサとの距離が細密調整される。図８ｐ及び８ｑの固定具では、部材９３ｓに対する部材９３ｍの位置を細密調整するために、マイクロメータ調整ノブ９３ｋが作動される。レンズとバレルとの距離の調整を助けるために、レンズバレル調整組立てステップの間、モジュール１０は電源投入され、テスト対象Ｔを撮像するよう位置決めされ、ディスプレイ１６８ｄ（図１０ｅ）と通信するようになされることができる。組立工は、ディスプレイ１６８ｄ上に表示されたテスト対象の画像を見ながら固定具９３を用いてレンズ/画像センサ間距離を調整することができ、ディスプレイ１６８ｄに表示された画像の質に基づいて所望の距離が得られるかどうかを判断することができる。所望のレンズ/画像センサ間距離が得られると、オペレータは、接着剤がレンズバレル４０を保持器８２に固定された取付け位置で接着させるように、接着剤を接着剤受入開口４１４に配置する。接着剤は、例えばLOCTITE401、LOCTITE UV4304、LOCTITE406、LOCTITE4471などのシアノクリレートを基剤としたエポキシ接着剤とすることができ、これらは全てコネチカット州Rocky HillのLOCTITE Corporationから入手可能である。レンズバレル調整工程の際にモジュールによって撮像されるテストパターンは様々な形態をとることができるが、表示された画像の観察によってフォーカスの質が容易に判断できるように、複数の細密印字証印からなることが好ましい。例えば、１ドル札をテスト対象として利用することができる。フォーカス度は、図１０ａないし図１０ｅと関連して説明されたプロセッサ１４０によって取込まれる画像の画像分析によって判定することもできる。例えば、許容可能なフォーカス度が得られたか否かの判定は、参照によって本明細書に引用される同一出願人による米国特許第5,773,810号に記載されるようにフォーカス度信号の値に基づいて行うこともできる。
【０１２２】
ねじ山なしバレルレンズアセンブリ調整システムのさらなる側面について言及すると、図８ｍのバレル４０上に形成されたピン収容ノッチ４２０は、図示されるように切頭されており、バレル４０の円周に沿って延在するものではない。さらに例えば図８Ｌの実施例における接着剤受容開口４１４は、保持器８２の平らにされた平坦な内側面４２４によって定められる位置に形成されている。保持器８２の平坦化された平らな内面４２４はくさびとして働き、バレル４０の相補形に形成された平坦な平面４２６と係合してバレル４０を保持器８２内の所望の半径方向に位置合せする。キー面４２６は図８ｙに示すよう凹面とすることもでき、表面４２６による接着剤の保持が改良されて保持器８２とバレル４０の間に大きな隙間が定められるようになる。キー係合機能を設けることに加え、バレル４０と保持器８２の相補形係合面４２４および４２６は、バレル４０が保持器８２内の所定の位置に保持される確実性を高めるように働く。平面４２４および４２６によって定められる界面は、液体接着剤が流れて保持器８２内を自由に飛散してしまうようにするのでなく、硬化処理の間に液体接着剤を隔離された位置に保持するように作用する。表面４２６が凹面であれば保持機能は向上する。バレル４２０の接着剤境界面４２６と切頭されたノッチ４２０は、図８Ｌ〜図８ｍの実施例では間隔をあけて配置されているので、接着性物質を付加した後に保持器８２内におけるバレルのさらなる調整が必要とされる場合に、接着性物質がノッチ４２０に入り込んで調整処理を複雑にする恐れはないであろう。バレル４０は、図８ｐ及び８ｑに関連して先に説明したように固定具およびテスト画像表示ディスプレイ１６８ｄを使用して、保持器８２内において調整され取付けることができる。細密調整可能なねじ山なしレンズアセンブリバレルシステムの別の側面では、接着性物質を開口４１４だけでなくピン開口４１６内にも配置して、バレル４０が保持器８２内に保持される保持力を高めることもできる。そのような実施例では、保持器８２は一対の接着剤受入開口４１４、４１６を具備していることが有効である。図８L及び８ｏに示すように、保持器８２は、レール４３５を含む複数のレールを具備することができる。バレルは、レール４３５に乗るようになされることができる。レール４３５は、バレルの軸と平行に位置合せされることができるが、保持器８２の内側壁４１２は、支持アセンブリ８０をモールドからさらに簡単に取り外せるようにわずかな角度（例えば０．５度）だけ傾けることができる。本発明による支持アセンブリ８０は、黒色ポリカーボネイトからなることができる。保持器が幾つか（例えば４つ）有しているレール４３５は、支持部８０の製造工程を簡単にし、バレル４０と保持器８２の間の接着剤収容隙間を定めるのに役立つ。
【０１２３】
細密調整可能なバレル・保持器システムの別の実施例では、レンズバレル４０ｂと保持器８２の両方が、図８ｒの実施例によって概ね図示されているようにねじ山を具備している。しかしながら低コストの細密調整可能なねじ山付きレンズ調整システムでは、レンズバレル８２ｂと保持器８２のねじ山は、バレル４０がひとたび保持器８２内に収容されるとＺ方向に数ミクロン移動可能となるように、実質的に粗い緩やかな公差のねじ山となるように選択される。本発明による細密調整バレル・保持器システムにおいて有効なタイプの粗いねじ山の例は、アメリカ規格協会（ＡＮＳＩ）によって設計されるようなクラス１粗ねじ山である。実質的に粗いねじ山が細密調整可能なねじ山付きレンズアセンブリシステムで用いられる場合、粗調整ステップでは、バレル４０は保持器８２にねじ込まれる。細密調整ステップでは、バレル４０は、実質的に粗いねじ山の公差の利点を利用して、レンズ保持器８２内においてねじ込まずにＺ方向に沿って動かされる。実質的に粗いねじ山付きレンズバレルは、例えば図８Ｌに示すような接着剤受入開口を有することができる。細密調整可能な粗いねじ山付きレンズバレルシステムは、図８Ｌ及び図２Ｌに関連して説明したような細長ピン収容開口４１６を備えることもでき、この開口は接着剤受入開口としても働くことができる。さらに細密調整可能な粗いねじ山付きシステムのバレル８２ｂは、ピン９３ｐと係合するために図８ｒに示すようなノッチ４１０を備えたねじ山なし部を有するものでもよい。ピン９３ｐは、バレル８２ｂのねじ山と係合することもできる。所望のレンズ/画像センサ間距離が得られると、開口４１４、開口４１６、またはバレル８２ｂと保持器８２との間の別の露出界面に接着剤を付加して、バレル８２ｎを保持器８２上の固定位置に取付けることができる。ねじ山付きバレルは、図８ｐ及び８ｑと関連して先に説明されたように固定具およびテスト画像表示ディスプレイ１６８ｄを使用して、保持器８２内に調整され取り付けられることができる。
【０１２４】
図８ｒを参照して説明される細密調整可能なバレル・保持器システムの別の実施例では、バレル４０と保持器８２の両方がねじ付き部４６０、４６２、及びねじ山なし部４６４、４６６を備えている。ねじ山なし部４６４、４６６は、保持器８２内におけるバレル８２ｂの軸方向移動（軸ａに対するバレルの移動）を本質的に防止するために極めて厳密な公差で製造されることが好ましい。ねじ山付き部４６０、４６２は、例えばＡＮＳＩクラス１のねじ山など緩やかな公差の粗いねじ山、またはＡＮＳＩクラス３のねじ山など厳しい公差の精密なねじ山を備えることができる。ねじ付き部４６０、４６２が粗いねじ山を具備している場合、保持器８２は細密調整を可能にするために接着剤受入開口４１４およびピン収容開口４１６を備えることができる。ねじ付き部４６４、４６６が十分に微細なねじ山を備えている場合、バレル４０はピン９３ｐや開口４１６を使用しなくても保持器８２内において細密調整されることができる。調整システムがねじ山を具備していてもいなくても、接着剤開口４１４を設けることが有効であることは分かるであろう。さらに、ねじ山の数に関わらず、またバレル４０と保持器８２上のねじ山部４６０、４６２のスパンに関わらず、ねじ山付きシステムにおける保持器８２の任意の位置に開口４１４を設けることが有効である。
【０１２５】
Ｇ．素子の実装
ここでモジュール１０、例えばモジュール１０−１のさらなる側面について言及すると、“パッケージされていない”画像センサ３２の一部または全体を第１の回路基板１４ａに搭載することによって、モジュール１０のサイズをさらに小さくすることができる。従来の画像センサチップ、またはここで参照される“画像センサ”が、図８ｚに示されている。画像センサ３２は、セラミックまたはプラスチック基板３２ｓ、一体型リードフレーム３２Ｌ、及び保護カバー３２ｃを備えている。一体型表面実装またはリード型フレーム３２Ｌは、画像センサ３２の本体から不動に延在しており、プリント回路基板１４ａにはんだ付けまたはソケット接続されるようになされている。
【０１２６】
従来の画像センサは耐久性があり取付が簡単であるが、かなりのスペースを消費するものでもあった。スペースを節約する手段として、モジュール１０の画像センサ３２はおそらく、以下の要素、すなわち（ａ）セラミック基板、（ｂ）保護カバー、（ｃ）リード線、のうち少なくとも１つが画像センサチップに集積されていない画像センサとされるであろう。上記の構成要素のうち１つ以上を含まない画像センサ３２をプリント回路基板１４ｂに搭載することによって、画像センサ３２が消費するスペースが減る。
【０１２７】
撮像モジュール１０（例えばモジュール１０−１）は、図１ａによって定義されるようにＸ、Ｙ、及びＺ方向寸法において空間を消費する。一体型基板３２ｓ及び/または保護カバー３２ｃを内蔵していない画像センサ３２を搭載すれば、画像センサ３２の、従ってモジュール３２のＺ方向の空間消費要件が大幅に低減される。剛性のリードフレーム３２Ｌを内蔵しない画像センサ３２を搭載すれば、画像センサ３２の、従ってモジュール１０−１のＸ及びＹ方向の寸法要件が大幅に低減する。
【０１２８】
発明者は、モジュールの撮像システムの耐久性および性能に実質的な影響を与えることなく、上記の画像センサ構成部の１つ以上をモジュール１０に組込まれた画像センサチップから除去することができることを発見した。画像センサ集積基板３２ｓは、チップ３２の画像ダイ３２ｄをプリント回路基板１４ａに直接搭載することができるので、該画像センサ集積基板３２ｓを画像センサチップから除去することができる。画像センサ３２の保護カバー３２ｃは、一体型カバー３２ｃが無くても支持アセンブリ８０によって画像センサ３２を適切に保護することができるので、除去することができる。さらに、剛性のリードフレーム３２Ｌは、画像センサダイ３２ｄを直接プリント回路基板１４ａにワイヤ結合できる、またはプリント回路基板１４ａにはんだ付けできるので、画像センサ３２から除去することができる。
【０１２９】
一体型基板３２ｓを備えない“基板なし”画像センサをプリント回路基板１４ａに取付けるための方法について、図８ｓ及び８ｔを参照して説明する。図８ｓを参照して述べられる実施例では、画像センサダイ３２ｄは、プリント回路基板１４ａ上に直接配置され、プリント回路基板１４ａにワイヤ結合される。ワイヤボンド３２ｗは、例えばアルミニウム（ＡＬ）や金（ＡＵ）からなることができる。図８ｔを参照して示される実施例では、画像センサダイ３２ｄは、ダイ３２ｄとプリント回路基板１４ｂの間に挿入されたソルダー・バンプ３２ｂによりプリント基板１４ａに構造的および電気的に接続されている。オンタリオ州MontrealのTask Microelectronics, Inc.などの電子パッケージング会社は、リードフレームのない基板なしシリコンベースチップをプリント回路基板に直接搭載することを専門に行っている。
【０１３０】
プリント回路基板１４ａの前方の領域においてモジュール１０のＺ方向空間消費を減らすための別の方法について、図８ｕを参照して説明する。図８ｕに見られるように、画像センサ３２は、画像センサ窓１４ｗがプリント回路基板１４ａに形成される場合、面３２ｆ、すなわち画像センサ３２の上面の周囲が回路基板１４ａの裏面１４ａ−ｒ上にベンチングされるようにプリント回路基板に表面実装することができる。図８ｕの実施例における画像センサ３２は、一体型基板、保護カバー、及びリードフレームを有する図８ｓに図示するような典型的な“パッケージ”画像センサとしてもよいし、あるいは画像センサ３２は、一体型基板、保護カバー、またはリードフレームからなるグループから選択した１つ以上の要素を備えないタイプのものとしてもよい。ソルダー・バンプは、画像センサ３２をＰＣＢ１４ａに対して電気的かつ構造的に固定することができる。
【０１３１】
本明細書中に記載されるような小型の撮像モジュールは、コードレスのバーコード読取装置、ＰＤＡ、及び携帯電話などのバッテリで作動される装置において使用されることが増えるであろう。従って、モジュール１０に電力供給するようになされるバッテリの寿命を延ばすよう、モジュールを可能な限りエネルギー効率良くしたいと思う動機づけが増加してきている。
【０１３２】
図８ｒに示す実施例では、モジュール１０−２４の照射回路基板１４ｂは、ＬＥＤ１６及び１８がさらに効率よく作動するようＬＥＤ１６及び１８から熱を吸収する放熱器を備えるよう適応させられている。照射回路基板の断面が図８ｔに示されている。図８ｒに示すようなモジュール１０−２４の典型的な照射回路基板は、一般に銅からなる導電層の間に挿入された３層の断熱ガラスファイバ層１４ｆ１、１４ｆ２、及び１４ｆ３を含む、７つの層を具備することができる。図８ｘから分かるように、照射回路基板１４ｂは、そこから延びる１つ以上の放熱器タブ１４Ｔ１及び１４Ｔ２を具備することができる。放熱器タブ１４Ｔ１の形成において、１つ以上の銅の層を、銅層１４ｃ２で示すように回路基板の縁ｅから外方向に延長してもよい。延長された層１４ｃ２に当接するガラスファイバ層は、延長された銅層を支持するために縁ｅから延長することもできる。タブＴ１を定義する延長された銅層１４ｃ２は、プリント回路基板１４ｂの接地トレースに電気的に接続されてもよい。タブＴ１の導電性銅表面を空気にさらすことにより、回路基板１４ａから熱が除去されて、ＬＥＤ１６及び１８の動作において効率が上がり、寿命が延びる。さらに、モジュール１０−２４の１つ以上のタブ１４Ｔ１及び１４Ｔ２は、図８ｗに示すように、放熱器構造１５に取付けることができる。モジュール１０−２４が取付けられる撮像装置のハウジング内に配置されるようになされた放熱器構造１５は、銅またはアルミニウムなどの導電性材料からなるものである。放熱器構造１５は、タブ１４Ｔ１と構造１５の組合せによって形成される表面領域を増加させるので、回路基板１４ｂから除去される熱量が増加する。別の放熱装置では、放熱器構造は、図２ｈに関連して示されるような１本または複数の柱８４に接続されている。柱８４に取付けられた部材１４ｐは、熱は通すが電気的に絶縁されたオハイオ州ClevelandのAdvanced Ceramics Corp.から入手できるBoralloy Pyrolytic Born Nitrideなどの材料からなる放熱器構造とすることができる。
【０１３３】
モジュール１０−９によって具体化される本発明の重要な特徴は、モジュール１０−９を組み込む読取装置の実質的に全ての照射要素を、ＰＣＢａによって提供されるとして示されている単一の回路基板上に具備できることである。これは、照射要素および画像センサ要素が幾つかの回路基板上に広がっている、図１１に示すような従来の読取装置の設計とは対照的である。図１１に示す従来の装置では、照準照明光源５３は第１の回路基板５４に実装され、照射ＬＥＤ５５は第２の回路基板５６に実装されているが、画像センサ３２は第１の回路基板５４に実装されている。図１１の装置は、信号処理および復号電気ハードウエア要素を担持する第３の回路基板６０をさらに具備している。このような従来技術の設計によるモジュールの組立ては難しく、回路基板５４及び５６、及びコネクタ５７ａ及び５７ｂなど回路基板間の電気的コネクタなど、本発明の設計では必要とされない重要な構成要素を要するものである。画像センサ、照射ＬＥＤ、及び照準ＬＥＤを担持する単一の回路基板を設けることにより、組立てがかなり簡略化され、材料消費を減少し、それによりモジュールを製造する全体的なコストが減る。ある実施例においてモジュール１０−９によって具体化される本発明の別の重要な側面は、画像センサ３２から生成される信号を処理するための回路、画像データをメモリ装置に取り込むための回路、取り込んだ画像データにおいて表されている証印を復号および/または認識するための回路など、モジュール１０が必要とするデータ処理動作をサポートする実質的に全ての電気回路が単一の全機能ＰＣＢ１４ａ上に配置されていることである。周辺装置へのデータのシリアル転送をサポートするための回路も、ＰＣＢ１４ａ上に担持されることができる。
【０１３４】
本発明の一体型ＰＣＢ構造は、画像センサからの信号を処理するための回路、画像データを取込み復号するための回路、外部装置とのシリアルインタフェースをサポートするための回路が１つ以上の回路基板に広がっている従来技術の伝統的な設計とは対照的なものである。
【０１３５】
図１１に示す従来の読取装置の設計では、第１の垂直向きの回路基板５６は画像センサ３２によって生成された信号を処理するための回路を担持するために設けられ、“マザーボード”として知られる第２の水平向きの回路基板６０は画像データを格納したりシンボルを復号するための回路を担持するために設けられている。本発明による単一ＰＣＢ設計は、従来技術の２ＰＣＢ設計よりも多くの利点を有している。従来の多回路基板構造は、第１の回路基板５８を、それが組込まれる読取装置の第１の内側構造に実装し、第２の回路基板を読取装置の第２の内側構造に実装してから、前記２つの回路基板を電気的に接続するという複雑な組立て手順が必要である。２つの回路基板５８及び６０を別々に水平方向および垂直方向に配向することは空間消費の観点から見て非効率的であり、読取装置の光学および電気的要素を組込むことができるハウジングの構成に制約を課す。本発明による単一の全機能ＰＣＢ設計は、このような欠点を示すものではない。
【０１３６】
例えばモジュール１０−１ないしモジュール１０−２１を参照して説明される本発明の一実施例の特徴によれば、図１０ａを参照して説明される電気信号処理要素の実質的に全てを、単一の回路基板、すなわち図１０ａないし図１０ｅの破線境界１４ａによって示されるような回路基板１４ａによって担持することができる。図１０ａの電気信号処理要素の実質的に全てを単一のＰＣＢ１４ａ上に組込むには、幾つかの電気要素を統合して電気要素の数を減少させることが通常は必要である。例えば公知の集積回路製造技術を用いれば、要素１４２、１４４、１４６及び１４７と、界面１３７、１３７’及び１３７”をサイズの縮小された単一の集積回路チップに組込むことができる。さらに、IEEE Computer Society（IEEE Micro）、１９９８年５月・６月、No.３、Vol.１８のEric R.Fossum氏による“チップ上のデジタルカメラシステム（Digital Camera System on a Chip）”というタイトルの記事に説明されているように、画像センサ１３２、信号処理部１３５、１３６、及び構成要素１４２、１４４、１４６、１４７、１３７、１３７’、及び１３７”は、サイズの縮小された単一の集積回路に組込むことができる。
【０１３７】
Ｈ．適用例、動作環境、及び制御回路の機能性
図９ａないし図９ｋは、本発明のモジュールを組込むことのできるタイプのハウジングの例を示している。図９ａ及び図９ｂは１次元光学読取装置１１０−１を図示しており、図９ｃないし図９ｈは２次元光学読取装置１１０−２、１１０−３、及び１１０−４を図示している。読取装置１１０−２、１１０−２、１１０−３はピストル型読取装置のフォームファクタを備え、読取装置１１０−４はポータブル・データ・ターミナル（ＰＤＴ）としばしば呼ばれるフォームファクタを備えるものである。さらなる読取装置を参照すると、図９ｉの読取装置１１０−５は携帯電話のフォームファクタを備え、図９ｊの読取装置１１０−６は携帯情報端末（ＰＤＡ）のフォームを備え、図９ｋの読取装置は“リングスキャナ”と呼ばれることもある指装着型読取装置のフォームファクタを具備している。各光学読取装置１１０−１ないし１１０−７のハウジング１１１は、人の手によって握ることができるように（または指に装着されるように）なされており、画像取込み・復号、および/または画像取込み・文字認識動作を始動するための少なくとも１つの引き金式スイッチ１１３ｔをその内部に組込んでいる。読取装置１１０−１、１１０−２、及び１１０−３は、他のデータ収集装置またはホストプロセッサなどの外部装置と通信するためのハードワイヤード通信リング１７８を具備しており、読取装置１１０−４ないし１１０−７は、別のデータ収集装置またはホストプロセッサなどの外部装置とワイヤレス通信するためのアンテナ１８０（図９ｈ及び９ｉのみに見られる）を具備している。
【０１３８】
特にモジュール１０−１ないし１０−８は、それらの著しく小さい典型寸法（0.810×0.450×0.560）または実質的にこれより小さい寸法のために、図９ａないし図９Ｌで説明されるハウジングのいずれかだけでなく、事実上、任意の小さな機器ハウジング、例えば計算機、ペン、医療機器、時計に実装できることが分かるであろう。
【０１３９】
別の携帯電話ハウジングに実装されているものとして示されたモジュール１０−１の実施例が、図９ｍに図示されている。図９ｎでは、モジュール１０−１は、ペンによって提供される筆記具の一体型ハウジングに組込まれている。図９ｎのペン読取装置１１０−９は、その内部にモジュール１０−１と、図１０ａに関連して説明された、ハウジング１１１の外部からアクセス可能なように配置された二重トリガ１１３ｔの起動に応答する制御回路１４０を具備するプロセッサアセンブリ１３０と、インク筒（図示せず）と、インク筒から紙の上にインクを供給するためのペン先６９０を備えた先端部（例えば、ボールペンインクディスペンサ）とを組込んだハウジング１１１を備えている。ハウジング頭部１１１ｈは、ハウジング１１１が２部分ハウジングとなるようハウジング１１１の残りの部分に着脱可能に取付けられることもできるし、あるいは頭部１１１ｈは、ハウジング１１１が一体型ハウジングとなるようにハウジング１１１の残りの部分に組込むこともできる。データ形式読取機能および書込機能を持たせるよう回路１４０によって設定される撮像モジュール１０−１を共通のハウジング１１１内に結合させることは、データ形式読取装置および筆記具がいずれもデータ収集適用において広範囲にわたって用いられる装置であるので大変有効である。本発明によるモジュール１０は、例えば薬物投与器具、あらゆる形態の患者モニタ、アクセス管理機器、特徴認識（顔、手、または網膜など）を付加するための一体型認識機器にも組込むことができる。同様に、このようなモジュールは、印によって利用者に有益な機能が提供されるミシンや電子レンジなどの家電製品にも応用することができる。
【０１４０】
モジュール、例えば１０−１は、ハウジング１１１の内部部材または別の剛性部材に、ハウジング部材および図１ｈ及び１ｉに関連して説明したモジュール１０−１の貫通ねじ穴８１０に止めねじをねじ込むことによって取付けることができる。さらに、真鍮ねじ山付きインサートをねじ穴８１０内に配置して、該ねじ穴が機械ねじを受けるようにすることができる。さらにモジュール１０−１は、読取装置１１０の回路、例えば図１１の従来の読取装置にあるような“マザーボード”６０と電気通信するために、フレックスコネクタを受けるためのコネクタ９３０を具備している。さらに、支柱８４を用いて読取ハウジング内にモジュール１０−１を取り付け、安定化させ、支持することができる。先に述べたように、支柱８４を有するモジュールは、回路基板１４ａより大幅に突出する支柱端８４ｅを有することができる。これらの支柱端８４ｅは、読取装置ハウジング１１１内部の部材のうちで剛性な部材、あるいはハウジング外部の別の剛性部材上に形成されたソケット９０１にプラグ接続されて、モジュール、例えば１０−１を取付け、安定化、または支持することができる。図２ｋに示すような付加的な柱８４ａをソケット９１０と支柱８４との間に配置することもできる。図９ｏの実施例に示されるように、ソケットを含有する剛性部材９１６をハウジング壁によって設けることができる。
【０１４１】
上記の要素に加え、読取装置１１０−３、１１０−４、１１０−５、及び１１０−６はそれぞれユーザに対して情報を表示するディスプレ１８２と、ユーザがコマンドやデータを読取装置に入力できるようにするキーボード１８４とを備えている。
【０１４２】
図９ａないし図９ｋを参照して説明された読取装置の任意の１つを、走査台１９０にドッキングされた一般的な光学読取装置１１０を示す図９Ｌに図示されるように固定位置に取付けることができる。走査台１９０は、携帯用光学読取装置１１０をプレゼンテーションモードの走査に適合させる。プレゼンテーションモードでは、読取装置１１０は、固定位置に保持され、証印を保持している物品が読取装置１１０の視野を横切るように動かされる。もちろん、本明細書中に記載したモジュール１０のみを走査台１９０に置いてもよいし、あるいは別の方法で固定位置に（取替可能に、または固定式に）取付けることもできる。
【０１４３】
モジュール１０に全体または一部を組込みうる、またはモジュール１０の回路と組合せて使用しうる電気回路制御構成のブロック図について、ここで説明する。
【０１４４】
図１０ａのブロック図を参照すると、撮像装置プロセッサアセンブリ１３０は、１次元または２次元バーコードシンボルまたはテスト文字列を保持している基板などの対象領域Ｔを照射するための照射アセンブリ１２１と、対象Ｔの画像を受け光学的に符号化されているデータを示す電気出力信号を生成するための撮像アセンブリ１３３とを備えている。照射アセンブリ１２１は、例えば、照射源アセンブリ１６及び１８などに加え、光源１６、１８からの光を対象物Ｔの方向に向けるための、１つ以上のレンズ２５、拡散器２７、ウェッジ２８、反射器６４０、またはこれらの要素の組合せなどの照射光学部品アセンブリ１２４とを備えることができる。照射アセンブリ１２１は、例えば、レーザ、または白色ＬＥＤや赤色ＬＥＤなどの発光ダイオード（ＬＥＤ）からなることができる。照射アセンブリ１２１は、照準パターン、例えば６３０、６３１、６４７を対象Ｔ上に投影するための対象照明光学部品を具備することができる。周囲光が対象物Ｔの高品質画像を撮るのに十分な程度である場合には、照射アセンブリ１２１をなくしてもよい。照射アセンブリ１２１は、撮像装置ハウジング１１１から離れた、鏡面反射を無くすあるいは減少させるような位置に設けることもできる。撮像アセンブリ１３３は、カラーまたは単色１次元または２次元ＣＣＤ、ＣＭＯＳ、ＮＭＯＳ、ＰＭＯＳ、ＣＩＤ、またはＣＭＤソリッドステート画像センサなどの画像センサ３２に加え、対象物Ｔの画像を受けて画像センサ３２上に集束させる画像光学素子アセンブリ４０を備えることができる。撮像装置にカラー画像センサを実装することに関する特徴および利点、及び制御回路１４０に組込みうる他の制御特徴については、２００１年７月１３日に“カラー撮像器を有する光学読取装置”というタイトルで出願され、参照により本明細書に引用される米国出願第09/904,697号にさらに詳細に説明されている。図１０ａに示すアレイベースの撮像アセンブリは、１つ以上のレーザ光源、走査機構、発光および受光光学素子、少なくとも１つの光検出器、及び付随する信号処理回路からなるレーザアレイベースの撮像アセンブリと置き換えてもよい。
【０１４５】
図１０ａの実施例による撮像装置プロセッサアセンブリ１４０は、好ましくは一体型回路マイクロプロセッサ１４２と、フィールド・プログラマブル・ゲートアレイ（ＦＰＧＡ１４４）とからなるプログラム可能な制御回路１４０を具備している。ＦＰＧＡ１４４の機能は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）によっても提供されることができ、これは図１０ａないし図１０ｅの参照記号１４４によって示されると考えられる。ＩＣマイクロプロセッサ１４２は、例えばモトローラ社のPower PC、インテル社のStrong Arm SA1110などの82E ICマイクロプロセッサとすることができる。ＦＰＧＡ１４４は、例えばXilinx、SPARTAN、XCSXXXX FPGA ICとすることができる。
【０１４６】
プロセッサ１４２とＦＰＧＡ１４４はいずれも、揮発性または不揮発性読取・書込ランダムアクセスメモリ、すなわちＲＡＭ１４６、１４６−１、および消去可能読出専用メモリ、すなわちＥＲＯＭ１４７、１４７−１などのメモリ素子からなることができるメモリ装置１４５に格納された格納プログラムに従って、データを受信、出力、及び処理することの可能なプログラマブル制御装置である。メモリ１４５は、１つ以上の長期不揮発性メモリ記憶装置（１４８、１４５）を具備することもできる。例えば記憶装置１４８、１４５は、データを読み書きできるハードディスクドライブ、またはフレキシブルディスクなどを具備することができる。記憶装置１４８、１４５は、ハウジング１１１にしっかりと固定して取り付けられるタイプのもの（例えばハードディスクドライブ）としてもよいし、ハウジング１１１から取り外して移送できるタイプのもの（例えばフレキシブルディスク）としてもよい。メモリ１４５は、“フラッシュ”メモリ装置と呼ばれるものを備えることができる。“Multimedia”（ＭＭＣ）、“Smart Media（登録商標）”、“Compact Flash”、“Memory Stick”などを含むそのようなフラッシュメモリ素子では幾つかの規格フォーマットが利用可能である。プロセッサ１４０とフラッシュメモリ素子間のデータ転送は、標準的に公知の不揮発性ＲＡＭ装置と同様に“数バイト”のデータではなく、通常は“数ブロック”のデータを伴うが、“フラッシュ”メモリ装置の動作は、標準的に公知の不揮発性ＲＡＭメモリ装置と同様である。従ってフラッシュメモリ素子は、図１０ａないし図１０ｅの１つ以上のＲＡＭブロック１４６によって表されるものと考えることができる。公知なように、フラッシュメモリ素子は一般に、これらを第１の装置から取り外して第２の装置、例えば装置１１０と装置１６８の間に移送可能とするような形態で入手可能である。フラッシュメモリ素子は、画像データを記憶しアーカイブするのに特に好適である。
【０１４７】
プロセッサ１４２とＦＰＧＡ１４４はいずれも共通のバス１４９−１に接続されており、これを介してアドレスデータを含むプログラムデータおよび作動データを、同じくこのバスに接続された任意の回路の方向に受信および送信することができる。しかしながらプロセッサ１４２とＦＰＧＡ１４４は、それらの製造方法および使用方法が互いに異なるものである。
【０１４８】
さらに詳細に説明すると、プロセッサ１４２は汎用の既製ＶＬＳＩ集積回路マイクロプロセッサであることが好ましく、これは図８ａの回路の全体的な制御を行うが、ＥＲＯＭ１４７、１４７−１に記憶されたプログラムデータに従ってＲＡＭ１４６、１４６−１に記憶された符号表示またはテキスト文字などの復号可能な画像データを復号することにそのほとんどの時間を充てている。一方、ＦＰＧＡ１４４は、プログラマブル論理またはゲートアレイなどの特定用途向けＶＬＳＩ集積回路であることが好ましく、画像データの復号以外の機能に専念して、これらの機能を行う負担からプロセッサ１４２を解放するようにプログラミングされている。
【０１４９】
プロセッサ１４２とＦＰＧＡ１４４との間での実際の仕事分配は、利用可能な既製マイクロプロセッサのタイプ、使用される画像センサのタイプ、撮像アセンブリ１３３から画像データが出力される速度などに当然左右されるであろう。しかしながら原則として、プロセッサ１４２と１４４との間で何らかの特定の仕事分配がなされたり、あるいはそのような分配が本当に行われることを要求するものは何もない。
【０１５０】
図１０ａに示すタイプのプロセッサ構造では、プロセッサ１４２とＦＰＧＡ１４４との間の典型的な仕事分配は、以下のようになる。プロセッサ４１２は、トリガ１１３ｔが起動されるのに応じて画像データを復号化する、ひとたびそのようなデータがＲＡＭ１４６、１４６−１に記憶されるとユーザ認識可能なデータの聴覚出力１１４Ａ、良好読取表示器１１４ｇ、及びディスプレイ１１４ｄによる出力を制御する、トリガ１１３ｔの起動に応じて光学式文字認識（ＯＣＲ）方式に基づいて記憶画像データに表されている文字を認識する、などのタスクに主に専念していることが好ましい。
【０１５１】
ＦＰＧＡ１１４は、ＤＭＡチャネルを介してメモリ１４６−１及び１４７−１にアクセスする能力などといった、画像取得処理、Ａ/Ｄ変換処理、及び画像データの記憶を制御することに主に専念していることが好ましい。ＦＰＧＡ１４４は、多くのタイミングおよび通信動作も行うことができる。ＦＰＧＡ１４４は、例えば、ＬＥＤ１６、１８の照射、画像センサ１３２及びアナログ/デジタル（Ａ/Ｄ）変換器１３６−１のタイミング合わせ、ＲＳ−２３２、イーサネット（登録商標）などのネットワーク、ＵＳＢなどのシリアルバス、インタフェース１３７−２によって示されるような無線通信リンク（または他の）互換の入出力インタフェースによるアセンブリ１３０の外部にある処理システムに対するデータの送受信を制御することができる。ＦＰＧＡ１４４はさらに、聴覚出力装置１１４ａ、良好読取ＬＥＤ１１４ｇ、および/又はディスプレイ１１４ｄなどの液晶ディスプレイによって提供されるディスプレイモニタなどの出力装置によるユーザ認識可能データの出力を制御することもできる。出力、表示、及び/又は入出力機能の制御は、バスドライバ入出力インタフェース１３７−３によって示唆されるようにプロセッサ１４２と１４４とで共有することもできるし、あるいはマイクロプロセッサシリアル入出力インタフェース１３７−１及びインタフェース１３７−２によって示唆されるように二重にされることもできる。先に説明したように、この仕事の分配の詳細は、本発明にとって何ら重要性を持つものではない。図１０ａを参照して説明された撮像装置は、ディスプレイ、例えば手持ち式のハウジング１１１の外部にあるが制御回路１４０と通信しているディスプレイ１６８ｄを設けることによって、本発明とともに使用されるように適応させることができる。
【０１５２】
図１０ｂは、ユーザ入力の制御命令を容易に受信して、撮像装置のオペレーティング・プログラムを変更させるようになされている光学撮像装置のブロック図の例を示している。図１０ａの単一状態撮像装置の要素を有することに加え、撮像装置１０ｂは、指示データを含むデータを入力するためのキーボード１１３ｋと、テキスト及び/又は図情報をオペレータに表示するためのディスプレイ１１４ｄとを備えている。キーボード１１３ｋは、バス１４８−１、ＦＰＧＡ１４４、または図２ｂに示すようにプロセッサ１４２に接続されることができる。ディスプレイ１１４ｄは、ＦＰＧＡ１４４、プロセッサ１４２、または図１０ｂの特定の実施例に示すようにシステムバス１４８−１に接続されることができる。
【０１５３】
オペレータが操作する光学撮像装置１１０ｂは、様々な異なる方法で撮像装置１１０ｂを再プログラムすることができる。撮像装置１１０ｂを再プログラムするためのある方法では、オペレータは、撮像装置１１０ｂの再プログラムをするよう予め設定されているキーボード１１３ｋの操作ボタンを起動する。撮像装置１１０ｂを再プログラムするための別の方法では、オペレータは、撮像装置１０ｂと一体型でないプロセッサシステムの制御を起動させて、撮像装置１１０ｂを再プログラムするための指令を送信する。撮像装置１１０ｂを再プログラムするための別の方法によれば、オペレータは、“メニューシンボル”が画像センサ３２の視野の中に入るように撮像装置１１０ｂを移動させて、このメニューシンボルの画像表示を取り込むように撮像装置１１０ｂのトリガ１１３ｔを起動させる。メニューシンボルは、適切に構成された光学撮像装置が読み取った場合には撮像装置がプログラムされる、特別に設計されたバーコードシンボルである。メニューシンボルを用いた光学撮像装置の再プログラムは、参照によって本明細書中に引用される同一出願人による米国特許第5,965,863号に詳細に説明されている。上記のうち第２と第３の手法は、キーボード１１３ｋの撮像装置制御ボタンの起動を要しないがそれにもかかわらず撮像装置が再プログラムされるので、撮像装置１１０はキーボードなしでも再プログラム可能としうることが分かる。上記のうち第２と第３の手法は、以下に記載される操作モードの選択にも適応できることが分かるであろう。
【０１５４】
図１０ｂに示すような光学撮像装置によって通常実行されるアプリケーション操作プログラムのための典型的なソフトウエア構成が図１０ｆに示されており、この図はプログラムメモリ１４７−１に記憶されたプログラムのメモリマップを示している。アプリケーション操作プログラム１６０は、撮像装置を特定用途に適合させるものである。画像取込み能力を有する光学撮像装置の撮像装置の３つの主な適用または機能は、（１）総合的復号、（２）データ転送、（３）画像取込み、例えばサイン取込みである。総合的復号適用では、撮像装置１１０は、バーコードシンボルまたはＯＣＲ復号可能テキスト文字に対応するメッセージを事前に分析してから復号することができる。データ転送適用では、撮像装置１１０は、撮像装置ハウジング１１１の外部に位置するプロセッサシステムに対して文字テキストファイルや画像ファイルを送信する。サイン取込み適用では、撮像装置１１０は、サインを有する背景に対応する画像を取込み、その画像データからサインに対応する画像データを解析し、取込んだサインデータを別の処理システムに転送することができる。このような適用のうち第３の適用は、復号機能を備えた光学撮像装置デコーダではない光学撮像装置によって実行可能であることは分かるであろう。もちろん、特化された１次元復号適用、特化された２次元バーコード復号アルゴリズム、バーコードシンボルではなくＯＣＲ復号可能テキスト文字を復号するように動作する特化されたＯＣＲ復号適用を始めとした数々の他のアプリケーションオペレーティング・プログラムが可能である。
【０１５５】
ここでオペレーティング・プログラム１６０のソフトウエア構成の具体的な側面について言及すると、プログラム１６０は、命令部１６２とパラメータ部１６４とを備えている。さらに命令部１６２は、選択可能なルーチン部１６２ｓを備えることができる。命令部１６２の命令は、撮像装置１１０の動作の全体的な流れを制御する。命令部１６２の幾つかの命令は、パラメータ部１６４のパラメータテーブルからパラメータを参照する。命令部６２の命令は、例えば“[パラメータ列ｘの値]によって定められるレベルに照射を設定する”よう擬似コードで指定することができる。そのような命令部１６２の命令を実行する際、制御回路１４０は、パラメータ列１６４ｘの値を読み取ることができる。命令部１６２の命令は、パラメータ部１６４のパラメータ値の状態に応じて選択される選択可能ルーチンを実行させることもできる。例えばアプリケーションプログラムがバーコード復号アルゴリズムである場合、命令部１６２の命令は、例えば“パラメータ列１６４ｙのマキシコードパラメータが“オン”に設定されている場合はマキシコード復号を起動する”よう擬似コードで指定する。そのような命令を実行する際、制御回路１４０は、パラメータ部１６４の列１６４ｙの内容を探査して、命令が要求しているルーチンを実行すべきか否かを判断する。選択可能ルーチンが起動されていることをパラメータ値が示している場合、制御回路１４０は、ルーチン命令部１６２ｓの適切な命令を実行して命令ルーチンを実行する。
【０１５６】
従って、上述したソフトウエア構成によって、撮像装置１１０の簡素化された再プログラミングが容易になることが分かる。撮像装置１１０は、サブルーチン命令部１６２ｓを変更することなく、単にプログラム１６０のパラメータ部１６４のパラメータを変更することによって、または単にパラメータ部１６４のパラメータを変更することによって命令部１６２の他のコードを変更することによって再プログラムすることができる。パラメータ部１６２のパラメータ値のパラメータは、キーボード１１３ｋを介して入力される適切なユーザ制御によって、パラメータ部１６４を変更するように構成されたメニュー記号を読取ることによって、または図１０ａ及び図１０ｂに示すようなシステム１４０とは異なるプロセッサシステムにより新しいパラメータ値またはテーブルをダウンロードすることによって変更することができる。撮像装置１１０の再プログラムは、もちろん図１０ａ及び図１０ｂに示すようなシステムとは異なる処理システムから部分１６２及び１６４を含む全オペレーティングプログラムをダウンロードすることによって実現することもできる。
【０１５７】
本発明に基づいて構成されうる光学撮像装置に特有の別の構造が図１０ｃに図示されている。撮像装置１１０ｃは、プロセッサシステム１４０ｓ１を有する制御回路１４０と、ホストプロセッサ１４０ｈｐ及び関連するメモリ１４５−２を有する一体型ホストプロセッサシステム１４０ｓ２とを備えている。ここで“ホストプロセッサシステム”とは、撮像装置の撮像システム１３３の動作を制御するプロセッサシステムへ伝達するために撮像装置アプリケーションオペレーティングプログラムを格納したり、撮像装置の撮像システム１３３の動作を制御するプロセッサシステムに対して監視制御を行ったり、またはユーザのコマンドの受信によりその関連メモリに即座に実行可能な１つ以上のアプリケーションオペレーティングプログラムを記憶する任意のプロセッサシステムであるとする。プロセッサ１４２及びプロセッサ１４０ｈｐのような２つのプロセッサを有する撮像装置では、プロセッサ１４２は通常、復号可能な証印を復号するために画像データを処理することに専念し、プロセッサ１４０ｈｐは、復号操作、トリガ１１３ｔやキーボード１１３ｋからの入力の受信、ディスプレイや出力装置１１４ｄ、１１４ｇ、及び１１４ａによる他のタイプの出力の調整、及び様々なプロセッサシステム間のデータ伝送の制御を実行するようにプロセッサ１４２に指示することに専念する。
【０１５８】
専用復号プロセッサシステム１４０ｓ１及び高性能の監視ホストプロセッサシステム１４０ｓ２を有する図１０ｃに示す構成では、ホストプロセッサシステム１４０ｓ２は通常、DOS WINDOWまたはWINDOWS（登録商標）などのオペレーティングシステム、またはマイクロソフト社から入手可能なWINDOWS（登録商標） CEなどの携帯装置用に特別に作られたオペレーティングシステムを格納している。ホストプロセッサシステム１４０ｓ２が、DOSやWINDOWS（登録商標） CEなどのオペレーティングシステムを具備している場合、ホストプロセッサシステム１４０ｓ２の動作を制御するオペレーティングプログラムの命令部およびパラメータ部は通常、高レベルのプログラミング言語でプログラムされ、メモリ１４７−１に記憶される前に組立工によってアセンブルされるので、従って図１０ｆに示すプログラム１６０によって示唆されるような連続アドレス位置に常駐することはできない。しかしながら、オペレーティングシステムが一体化されているホストプロセッサシステム１４０ｓ２は、オペレーティングシステムを格納していない外部のプロセッサシステムにインストールするための形態に、オペレーティングプログラムを容易にアセンブルすることができる。
【０１５９】
撮像装置１１０ａ、１１０ｂ、及び１１０ｃのさらなる側面について言及すると、少なくとも１つの入出力インタフェース、例えばインタフェース１３７−１、１３７−２、及び１３７−３により、ＲＳ−２３２、イーサネット（登録商標）、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）等のシリアルバスなどのローカル“ワイヤード”デジタル通信、または“ブルートゥース”通信技術等のローカルワイヤレス通信技術が容易になる。一方、少なくとも１つの入出力インタフェース、例えばインタフェース１３７−３によって、ダイアルアップ、ＩＳＤＮ、ＤＳＬ、セルラー式ＲＦまたは他のＲＦ、ケーブルなどの利用可能な遠隔通信技術の１つによる、リモートプロセッサアセンブリ１８８−１とのデジタル通信が容易になる。リモートプロセッサアセンブリ１８８−１は、アセンブリ１８８−２、１８８−３、及び１８８−４のリンク１８８Ｌ、及びハブ１８８Ｈ、例えばネットワークに接続されたパーソナルコンピュータまたはメインフレームコンピュータによって示唆されるようなプロセッサシステムのネットワーク１８８Ｎの一部、または撮像装置１０ｃのみと通信していてネットワークの一部ではないコンピュータとすることができる。アセンブリ１８８−１が属しているネットワーク１８８Ｎは、インターネットの一部とすることができる。さらにアセンブリ１８８−１は、ネットワークのサーバとしてもよく、ネットワークの残りのプロセッサアセンブリによって閲覧されるウェブページを組込むことができる。撮像装置１１０ｃと通信していることに加え、アセンブリ１８８−１は、複数の付加的な撮像装置１１０’及び１１０”と通信した状態とすることができる。撮像装置１１０ｃは、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）の一部としてもよい。撮像装置１１０は、システム１８８−１と関連する入出力インタフェース、またはブリッジまたはルータなどのネットワーク１８８Ｎの入出力インタフェース１８８Ｉを介してシステム１８８−１と通信することができる。さらに、プロセッサシステム１７０ｓなど、プロセッサシステムの外部のプロセッサシステムを撮像装置１１０とアセンブリ１８８−１の間の通信リンクに設けることができる。撮像装置１１０ａ、１１０ｂ、及び１１０ｃの構成要素は、図１０ａないし図１０ｃでは別個の素子として表されているが、集積技術によって多数の回路要素を単一の集積回路チップ上に形成可能となることを理解すべきである。例えば、現在の製造技術では、要素１４２、１４０、１４６−１、１４７−１、１３７−２、及び１３７−１を１枚のシリコン上に形成することは一般的である。
【０１６０】
さらに撮像装置１１０のプロセッサの数は、通常、本発明にとって基本的に重要ではない。実際のところ、プロセッサ１４２が十分に高速かつ十分に高性能であれば、特定用途ＦＰＧＡプロセッサ１４４を無くすことができる。同様に、撮像装置１１０ｃを参照すると、単一の高速かつ高性能なプロセッサを設けて、図１０ｅの撮像装置１１０ｅの構成に示されるようにプロセッサ１４０ｈｐ、１４２、及び１４４によって意図される機能の全てを実行することができる。さらに、撮像装置１１０が多数のプロセッサを備えている場合は、これらのプロセッサが、シリアルバス１４９−１及び１４９−２によって示されるシリアル通信プロトコルではなくパラレルデータ転送により通信できることが分かる。さらに、プロセッサとメモリ間に１対１の対応関係は必要でない。図１０ｃに示すプロセッサ４１２及び１４０ｈｐは、同一のメモリ、例えばメモリ１４５−１を共用することができるであろう。単一のメモリ、例えばメモリ１４５−１は、多数のプロセッサ、例えばプロセッサ１４２及びプロセッサ１４０ｈｐの要求に応じることができる。
【０１６１】
図１０ｄの実施例を参照すると、光学撮像装置１１０の電気的要素の全てを携帯装置のハウジング１１１に実装する必要がないことが分かる。撮像装置１１０ｄの電気的要素は、別個の装置ハウジング１１１及び１７１に実装されている１つ以上の回路基板上に広がっている。回路は付加的なハウジングに分散できるであろうことを理解すべきである。図１０ｄの実施例の制御回路１４０は、携帯装置ハウジング１１１と非一体型のハウジング１７１に全体を組込まれている。ハウジング１７１は、パーソナルコンピュータハウジングによって提供されるとして図示されているが、キャッシュレジスタハウジング、トランザクションターミナルハウジングなど別のタイプのハウジングや、ハウジング１１１など別の携帯装置のハウジングによって提供されることもできるであろう。撮像アセンブリ１３３を制御し、撮像アセンブリ１３３から生成される画像信号を処理するための少なくとも１つのオペレーティングプログラムが、ＰＣハウジング１７１内に配置されているＥＲＯＭ１４７−１に格納されている。撮像アセンブリ１３３から生成された信号の、携帯ハウジング１１１に一体化されていないプロセッサシステムによる処理を簡素化するために、撮像アセンブリ１３３とプロセッサシステム１４０の間に高速データ通信リンクを設ける必要がある。図１０ｄの実施例では、出入力インタフェース１３７−４及び１３７−５は、ＵＳＢデータ通信プロトコルに従って動作するように構成することができる。図１０ｄに示す構成によれば、撮像装置１１０−４では携帯ハウジング１１１内に収容されている撮像装置１１０ｄの携帯要素のコスト、重量、及びサイズに関する要件が軽減される。図１０ｄの構成では損傷を受けやすい撮像装置１１０ｄの携帯部１１１に組み込まれる構成要素の数が減るので、この構成ではハウジング１１１によって画定される撮像装置１１０−４の携帯部の耐久性を上げることができる。
【０１６２】
図１０ｄの実施例に示されるような制御回路１４０は、撮像装置ハウジングと図１０ｄの破線で示したハウジング境界１１１内の回路によって示される撮像装置回路からなる１つ以上の“シェル”プロセッサなし撮像装置と通信するようにすることができる。図１０ｄに示すような制御回路が多数の“シェル”撮像装置またはプロセッサ付き撮像装置の要求に応じる場合、入出力ポート１３７−５は、幾つかの撮像装置および/又はシェル撮像装置と、単一のプロセッサシステムとの間の必要なデータ通信に応じるように多重化機能を備えるべきである。
【０１６３】
図１０ｅの撮像装置通信システムは、撮像装置１１０ｄと同様の物理的レイアウトを有しているが、異なる動作に合うよう最適化されている。システム１６７は、撮像装置プロセッサシステム１４０が、ＰＣハウジング１７１、プロセッサシステム１７０ｓ、記憶装置１７５（例えばハードディスクドライブ）、キーボード１６８ｋ、マウス１６８ｍ、及びディスプレイ１６８ｄを有するパーソナルコンピュータ１６８によって提供される非一体型ローカルホストプロセッサアセンブリ１６８と通信する通信システムである。リンク１６７Ｌが高速通信リンクであれば、非一体型ローカルホストプロセッサシステム１７０ｓは撮像装置１１０ｄのプロセッサシステム１４０ｓと同様の機能を提供するようにプログラムされることができるであろう。しかしながら撮像装置１１０ｅは一体型プロセッサシステム１４０を具備しているので、そのようなプログラミングは通常必要ないが、参照によって本明細書中に引用される同時係属中の出願第09/385,597号に述べられているようにプロセッサシステム１４０をホストプロセッサシステム、例えば１７０ｓと通信するように構成して、トリガ１１３ｔなど撮像装置のある要素が、ある実施例において非一体型であるホストプロセッサシステム１７０ｓによって遠隔制御できるようにされることが有効である。従って、図１０ｅに示すような撮像装置/ホスト通信システムでは、非一体型ホストプロセッサアセンブリ１６８は通常、図１０ａないし図１０ｄに関連して説明された撮像装置プロセッサシステムとは別の機能を提供するようにプログラムされる。
【０１６４】
参照によって本明細書に引用される米国特許第5,965,863号に述べられているように、通常は非一体型ローカルホストプロセッサシステム７０ｓによって提供される機能は、撮像装置１１０にダウンロードするためのオペレーティングプログラムを作成することである。プロセッサシステム１７０ｓは、その内部にWINDOWS（登録商標）などのオペレーティングシステムを実装しており、これによりオペレータはポインタコントローラ１６８ｍを使用して操作しうるグラフィカルユーザインタフェースを用いてオペレーティングプログラムを作成できるようになる。非一体型ローカルプロセッサシステム１７０ｓは、１つ以上の撮像装置からのメッセージ及び/又は画像データを、おそらくは参照によって本明細書に引用される米国特許第6,161,760号に述べられているようなキーボードウェッジ構成にて受信するように構築することもできる。データ処理のためにプロセッサシステム１７０を用いるのもも便利である。例えば、撮像装置１１０ｅからのデータメッセージを分析するのに有効なスプレッドシートプログラムをシステム１７０ｓに組込むことができる。撮像装置１１０ｅから受信した電子画像を編集、記憶、または閲覧するのに有効な画像処理アプリケーションを、システム１７０ｓにロードすることができる。アセンブリ１８８−１などのリモートプロセッサアセンブリとのデータ通信を調整するように撮像装置１１０ｅを構成することもまた便利である。従って、プロセッサアセンブリ１６８は通常、リモートプロセッサアセンブリ、例えば図１０ｃに示すアセンブリ１８８−１との遠隔通信を容易にする入出力インタフェース１７４−２を具備している。
【０１６５】
本発明は、その最良の形態を示すために幾つかの特定の実施例を参照して説明されたが、本発明の精神および範囲は上記の請求の範囲に定められるものであることは理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０１６６】
【図１ａ】本発明による撮像モジュールの前面斜視図を示す。
【図１ｂ】本発明による撮像モジュールの背面斜視図を示す。
【図１ｃ】本発明による撮像モジュールの上面図を示す。
【図１ｄ】本発明による撮像モジュールの底面図を示す。
【図１ｅ】本発明による撮像モジュールの前面図を示す。
【図１ｆ】本発明による撮像モジュールの背面図を示す。
【図１ｇ】本発明による撮像モジュールの側面図を示す。
【図１ｈ】図１ａに示す撮像モジュールの斜視組立図である。
【図１ｉ】図１ａに示す撮像モジュールの様々な部品の斜視図である。
【図１ｊ】図１ａに示す撮像モジュールの様々な部品の斜視図である。
【図１ｋ】図１ａに示す撮像モジュールの様々な部品の斜視図である。
【図１Ｌ】図１ａに示す撮像モジュールの様々な部品の斜視図である。
【図１ｎ】図１ｍの線ｂによって示される方向に見た図１ｍに示す光学板の断面図である。
【図１ｏ】本発明の別法にて設計された撮像モジュールの斜視組立図である。
【図１ｐ】本発明の撮像モジュールの代替設計された構成部分を示す部分組立図である。
【図１ｑ】本発明の撮像モジュールの代替設計された構成部分を示す部分組立図である。
【図１ｒ】本発明による支柱の分解組立図である。
【図１ｓ】本発明の支持アセンブリの一実施例を示す斜視図である。
【図１ｔ】本発明の一実施例による開口板を示す斜視図である。
【図１ｕ】図１ｏの組立状態図に示すように組み立てられた撮像モジュールの斜視図である。
【図１ｖ】本発明による、長い支柱を備えた支持アセンブリの斜視図である。
【図２ａ】本発明による、表面実装ＬＥＤを含む撮像モジュールの斜視図である。
【図２ｂ】図２ａに示すモジュールの上面図である。
【図２ｃ】図２ａに示すモジュールの前面図である。
【図２ｄ】図２ａに示すモジュールの側面図である。
【図２ｅ】本発明による別の撮像モジュールの斜視図を示す。
【図２ｆ】本発明による別の撮像モジュールの斜視図を示す
【図２ｇ】本発明による別の撮像モジュールの斜視図を示す
【図２ｈ】本発明による別の撮像モジュールの斜視図を示す
【図２ｉ】撮像モジュールの斜視図を示し、撮像モジュールの支柱の機能を図示するものである。
【図２ｊ】撮像モジュールの斜視図を示し、撮像モジュールの支柱の機能を図示するものである。
【図２ｋ】撮像モジュールの斜視図を示し、撮像モジュールの支柱の機能を図示するものである。
【図２Ｌ】本発明による別の撮像モジュールの組立斜視図である。
【図２ｍ】本発明による枠体を有する支持アセンブリを備えた撮像モジュールの組立状態図である。
【図２ｎ】図２ｍおよび図２ｏに示す組立てられたモジュールの前面斜視図である。
【図２ｏ】本発明による枠体を有する支持アセンブリを備えた撮像モジュールの組立状態図である。
【図２ｐ】図２ｍおよび図２ｏに示す組立てられたモジュールの背面斜視図である。
【図３ａ】本発明の別の撮像モジュールを示す斜視図である。
【図３ｂ】図３ａに示すモジュールの切開斜視図である。
【図３ｃ】図３ａのモジュールの側面図である。
【図３ｄ】図３ａのモジュールの背面斜視図である。
【図３ｅ】本発明による単一の水平列ＬＥＤとプリント回路基板によって全体を支持されている支持枠体とを備えた別の撮像モジュールを示す斜視図である。
【図３ｆ】図３ｅのモジュールの切開斜視図である。
【図３ｇ】図３ｅのモジュールの切開側面図である。
【図３ｈ】図３ｅのモジュールの上面図である。
【図３ｉ】本発明による別の撮像モジュールの斜視図である。
【図３ｊ】本発明による別の撮像モジュールの斜視図である。
【図３ｋ】本発明による別の撮像モジュールの斜視図である。
【図３Ｌ】本発明による別の撮像モジュールの斜視図である。
【図４ａ】フレキシブル回路基板と、光を対象領域の方に向けるための光管とを備えた本発明による撮像モジュールの斜視図である。
【図４ｂ】フレキシブル回路基板と、光を対象領域の方に向けるための光管とを備えた本発明による撮像モジュールの斜視図である。
【図４ｃ】図４ａに示すモジュールの側面図である。
【図４ｄ】フレキシブル回路基板と、光を対象領域の方に向けるための光管とを備えた本発明による撮像モジュールの斜視図である。
【図４ｅ】湾曲可能な光管照明を備えた撮像モジュールの部分側面図である。
【図４ｆ】湾曲可能な光管照明を備えた撮像モジュールの部分側面図である。
【図４ｇ】本発明による成型された光管を備えた撮像モジュールの斜視図である。
【図４ｈ】本発明による成型された光管を備えた撮像モジュールの前面図である。
【図４ｉ】本発明による成型された光管を備えた撮像モジュールの側面切開図である。
【図４ｊ】図４ｇのモジュールの斜視図であって、破線は視界から隠れている構造を示している。
【図４ｋ】折り曲げられた受光光学素子および光管対象照射を備えた本発明によるモジュールの前面斜視図である。
【図４Ｌ】折り曲げられた受光光学素子および光管対象照射を備えた本発明によるモジュールの背面斜視図である。
【図４ｍ】折り曲げられた受光光学素子および光管対象照射を備えた本発明によるモジュールの前面図である。
【図４ｎ】折り曲げられた受光光学素子および光管対象照射を備えた本発明によるモジュールの切開側面図である。
【図５ａ】本発明に基づいて照射パターンを生成するための外観および方法を示す図である。
【図５ｂ】本発明による光学板の製造において使用しうるモールドを図示する。
【図５ｃ】本発明による光学板の製造において使用しうるモールドを図示する。
【図５ｄ】円柱マイクロレンズを備える本発明の光学板の分解斜視図である。
【図５ｅ】図５ｄに示す光学板の表面を図示する分解部分図である。
【図５ｆ】図５ｄの光学板の断面分解上面図である。
【図５ｇ】本発明による様々な光学板を照射光源の列に沿って切った上面切開図を示す。
【図５ｈ】本発明による様々な光学板を照射光源の列に沿って切った上面切開図を示す。
【図５ｉ】本発明による様々な光学板を照射光源の列に沿って切った上面切開図を示す。
【図５ｊ】本発明による様々な光学板を照射光源の列に沿って切った上面切開図を示す。
【図５ｋ】本発明による様々な光学板を照射光源の列に沿って切った上面切開図を示す。
【図５Ｌ】単一水平列の光源を備えた本発明の撮像モジュールを示す部分切開側面図である。
【図６ａ】画像センサを担持する回路基板に搭載された照準光源を有する本発明の撮像モジュールの斜視図、側面部、部分組立図を含む様々な図面を示す。
【図６ｂ】画像センサを担持する回路基板に搭載された照準光源を有する本発明の撮像モジュールの斜視図、側面部、部分組立図を含む様々な図面を示す。
【図６ｃ】画像センサを担持する回路基板に搭載された照準光源を有する本発明の撮像モジュールの斜視図、側面部、部分組立図を含む様々な図面を示す。
【図６ｄ】画像センサを担持する回路基板に搭載された照準光源を有する本発明の撮像モジュールの斜視図、側面部、部分組立図を含む様々な図面を示す。
【図６ｅ】画像センサを担持する回路基板に搭載された照準光源を有する本発明の撮像モジュールの斜視図、側面部、部分組立図を含む様々な図面を示す。
【図６ｆ】画像センサを担持する回路基板に搭載された照準光源を有する本発明の撮像モジュールの斜視図、側面部、部分組立図を含む様々な図面を示す。
【図６ｇ】画像センサを担持する回路基板に搭載された照準光源を有する本発明の撮像モジュールの斜視図、側面部、部分組立図を含む様々な図面を示す。
【図６ｈ】本発明のモジュールによって対象上に投影しうる様々な照準および照射パターンを示した図である。
【図６ｉ】本発明のモジュールによって対象上に投影できる様々な照準および照射パターンを示した図である。
【図６ｊ】本発明のモジュールによって対象上に投影できる様々な照準および照射パターンを示した図である。
【図６ｋ】本発明による、レーザダイオードによって提供される照準光源を組み込んだ撮像モジュールの斜視図である。
【図６Ｌ】図６ｋのモジュールによって投影しうる照射パターンおよび照準パターンを示す図である。
【図６ｍ】１次元画像センサを担持するのに好適な、本発明による撮像モジュールの斜視図である。
【図６ｎ】本発明に組み込みうる様々な折曲げ光学素子照準システムを示した側面機能図である。
【図６ｏ】本発明に組み込みうる様々な折曲げ光学素子照準システムを示した側面機能図である。
【図６ｐ】本発明に組み込みうる様々な折曲げ光学素子照準システムを示した側面機能図である。
【図６ｑ】開口照準システムを組み込んだ成型光管を有する本発明のモジュールの切開側面図である。
【図６ｒ】分割線照準パターンを生成するようになされた本発明による光学板の背面斜視図である。
【図６ｓ】図６ｒの矢印Ａの方向に見た図６ｒの光学板を示す上面切開図である。
【図６ｔ】分割線照準パターンを生成するようになされた本発明による別の光学板を示す背面斜視図である。
【図６ｕ】図６ｔの矢印Ａの方向に見た、図６ｔの光学板を示す上面切開図である。
【図６ｖ】本発明による様々な光学板を照準光源のラインに沿って見た上面切開図である。
【図６ｗ】本発明による様々な光学板を照準光源のラインに沿って見た上面切開図である。
【図６ｘ】本発明による様々な光学板を照準光源のラインに沿って見た上面切開図である。
【図６ｙ】本発明の一実施例による照準光学素子の開口の効果を図示する側面光線図である。
【図６ｚ】薄い開口を有する本発明の照準システムに対応する側面光線図である。
【図７ａ】図６ｚに関連して説明された照準システムによって様々なモジュール対象間距離において投影される照準パターンを示す。
【図７ｂ】図６ｚに関連して説明された照準システムによって様々なモジュール・対象間距離において投影される照準パターンを示す。
【図７ｃ】図６ｚに関連して説明された照準システムによって様々なモジュール・対象間距離において投影される照準パターンを示す。
【図７ｄ】図６ｚに関連して説明された照準システムによって様々なモジュール・対象間距離において投影される照準パターンを示す。
【図７ｅ】本発明によるモジュールに組み込みうる、側面リード表面実装ＬＥＤの側面図を示す。
【図８ａ】表面実装ＬＥＤが一体化された、本発明による回路基板の側面図である。
【図８ｂ】表面実装ＬＥＤが一体化された、本発明による回路基板の上面図である。
【図８ｃ】本発明のモジュールに組み込みうる様々な光管照準・照明構造の側面概略使用を示す。
【図８ｄ】本発明のモジュールに組み込みうる様々な光管照準・照明構造の側面概略使用を示す。
【図８ｅ】本発明のモジュールに組み込みうる様々な光管照準・照明構造の側面概略使用を示す。
【図８ｆ】本発明の撮像モジュールに組み込みうる、改良された光源を示す概略図である。
【図８ｇ】本発明の撮像モジュールに組み込むことのできる改良された光源の概略図である。
【図８ｈ】多色発光源を組み込んだ本発明の撮像モジュールの斜視図である。
【図８ｉ】本発明による多色発光源の分解斜視図である。
【図８ｊ】異なる波長帯域の照準光源および照射光源を有する本発明のモジュールによって投影しうる代表的な照準および照射パターンを示す図である。
【図８ｋ】ユーザがモジュールのある光源から出力される色出力を変更可能とするユーザインタラクティブメニュースクリーンを生成するようプログラムされている光学読取装置である。
【図８Ｌ】ねじ山なしレンズバレルを受けるようになされたレンズアセンブリ保持器を備えた支持アセンブリの斜視図である。
【図８ｍ】ピンを受けるノッチを示す、レンズアセンブリのレンズバレルの上面斜視図である。
【図８ｎ】図８ｍに示すバレルの底面斜視図であり、バレルの接着剤受け面を示している。
【図８ｏ】本発明の撮像モジュールの切開上面図であり、レンズ保持器およびバレルの詳細を示している。
【図８ｐ】本発明によるレンズ保持器内へのレンズアセンブリの精密搭載において使用しうる固定具の図を示している。
【図８ｑ】本発明によるレンズ保持器内へのレンズアセンブリの精密搭載において使用しうる固定具の図を示している。
【図８ｒ】本発明によるねじ山を備えたレンズ保持器・レンズシステムを示す側面図である。
【図８ｓ】プリント回路基板に搭載された、本発明による非一体型画像センサを示す側面図である。
【図８ｔ】プリント回路基板に搭載された、本発明による非一体型画像センサを示す側面図である。
【図８ｕ】本発明による画像センサウインドウを有するプリント回路基板を示す側面図である。
【図８ｚ】伝統的な従来技術による画像センサチップの斜視図である。
【図８ｙ】凹面接着剤受け面を有する別のバレルの斜視図である。
【図９ａ】本発明による撮像モジュールがその内部に組込まれた様々な装置の斜視図を示す。
【図９ｂ】本発明による撮像モジュールがその内部に組込まれた様々な装置の斜視図を示す。
【図９ｃ】本発明による撮像モジュールがその内部に組込まれた様々な装置の斜視図を示す。
【図９ｄ】本発明による撮像モジュールがその内部に組込まれた様々な装置の斜視図を示す。
【図９ｅ】本発明による撮像モジュールがその内部に組込まれた様々な装置の斜視図を示す。
【図９ｆ】本発明による撮像モジュールがその内部に組込まれた様々な装置の斜視図を示す。
【図９ｇ】本発明による撮像モジュールがその内部に組込まれた様々な装置の斜視図を示す。
【図９ｈ】本発明による撮像モジュールがその内部に組込まれた様々な装置の斜視図を示す。
【図９ｉ】本発明による撮像モジュールがその内部に組込まれた様々な装置の斜視図を示す。
【図９ｊ】本発明による撮像モジュールがその内部に組込まれた様々な装置の斜視図を示す。
【図９ｋ】本発明による撮像モジュールがその内部に組込まれた様々な装置の斜視図を示す。
【図９Ｌ】本発明による撮像モジュールがその内部に組込まれた様々な装置の斜視図を示す。
【図９ｍ】本発明の柱内蔵撮像モジュールをどのように搭載しうるかを図示するための側面搭載詳細図である。
【図１０ａ】本発明に関連した電気回路図であり、本発明による撮像モジュールのプリント回路基板上に少なくとも部分的に組み込むことのできる電気回路を示している。
【図１０ｂ】本発明に関連した電気回路図であり、本発明による撮像モジュールのプリント回路基板上に少なくとも部分的に組み込むことのできる電気回路を示している。
【図１０ｃ】本発明に関連した電気回路図であり、本発明による撮像モジュールのプリント回路基板上に少なくとも部分的に組み込むことのできる電気回路を示している。
【図１０ｄ】本発明に関連した電気回路図であり、本発明による撮像モジュールのプリント回路基板上に少なくとも部分的に組み込むことのできる電気回路を示している。
【図１０ｅ】本発明に関連した電気回路図であり、本発明による撮像モジュールのプリント回路基板上に少なくとも部分的に組み込むことのできる電気回路を示している。
【図１１】従来の撮像モジュールの内部側面図である。
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
このＰＣＢ出願は、以下の８つの非仮出願および仮出願：（１）“屈折型拡散器を備えた光学読取装置用の撮像モジュール”というタイトルで２００１年３月８日に出願された米国非仮出願第09/802,579号、（２）“データ収集小型撮像モジュールおよび照準装置”というタイトルで２００１年６月２６日に出願された米国仮出願第60/301,036号、（３）“多色光学読取装置の照射”というタイトルで２００１年１０月５日に出願された米国仮出願第60/327,249号、（４）“データ収集小型撮像モジュールおよび照準装置”というタイトルで２００１年９月１１日に出願された米国仮出願第60/322,776号、（５）“導電性支柱を備えた光学読取装置”というタイトルで２００１年１０月１２日に出願された米国仮出願第60/328,855号、（６）“位置合せ素子を備えた光学読取装置モジュール”というタイトルで２００１年１１月９日に出願された米国仮出願第60/345,523号、（７）“光学読取装置撮像モジュール”というタイトルで２００２年３月７日に出願された米国非仮出願第（出願番号未定、事件番号283-309.11）号、（８）“多色照射を備えた光学読取装置”というタイトルで２００２年３月７日に出願された米国非仮出願第（出願番号未定、事件番号283-309.12）号に対する優先権を主張する。
【０００２】
本発明は、一般的には光学読取装置に関し、さらに詳細には光学読取装置用の撮像モジュールに関する。
【背景技術】
【０００３】
大部分の画像信号生成データ収集装置は、対象領域を照射するための内蔵照射素子が必要である。内蔵照射素子およびこれらの素子を支持する構造部材は、かなりのスペースを消費する。レーザスキャナベースの撮像モジュールは、ますます小さなサイズで入手可能となってきている。シンボルＳＥ９００撮像モジュールは、小型のレーザベース画像撮像モジュールの一例である。ＳＥ９００の外観プロファイルは、約０．８１インチ幅（“ｘ”）×０．４５インチ高（“ｙ”）である。
【０００４】
しかしながら、レーザベースの撮像モジュールでは幾つかの問題点が指摘されてきた。第１に、レーザベースの撮像モジュールは、２次元画像を取込むのに好適ではなく、従って２次元マトリックスバーコードやＯＣＲ文字などのような、あるタイプの２次元証印を復号するシステムでは使用することができない。既存のレーザベースの撮像モジュールはＰＤＦ４１７などのスタック型２次元シンボルを読取るが、一般には２次元画像の取り込みには適していない。レーザスキャナベースの画像エンジンを２次元画像取込みに適合させようという試みは、不調に終わっている。レーザスキャン２次元画像エンジンは、低解像度の画像信号を生成するが、費用がかかりスペースを消費するものであると考えられてきた。レーザベースのバーコードに関して指摘される別の大きな問題は、耐久性の欠如である。レーザスキャンエンジンモジュールは、精緻に搭載される可動ミラーを要する。ミラー搭載構造は、モジュールを内蔵しているハウジングの突然の衝撃によって簡単にずれたり壊れたりする。レーザスキャナベースの撮像モジュールの機械的な複雑さは、該モジュールが２次元画像信号を生成しなければならない場合に著しく増加する。
【０００５】
２次元証印を読取ることができず、かつ壊れやすいというレーザスキャナ撮像モジュールに関する重大な問題にも関わらず、データ形式読取機器のユーザの中には、これらのモジュールの示す幾つかの利点に関心を持ち続けている者もいる。まず、上述したように、レーザスキャベースの撮像モジュールは、その限られた機能性のために、サイズおよび重量の小さいパッケージに簡単に作ることができる。第２に、ユーザの中には、レーザスキャナベースの撮像モジュールによって対象上に投影されるすっきりと鮮やかな照準および照射パターンに肯定的に反応する者がいる。レーザスキャナベースの撮像モジュールは、対象の上に平行化された狭い光線を投影する。この光線は、照準線を定義するために走査される。前記の線が良好に定義されているので、ユーザは対象領域内における読取すべき証印上にスキャンラインを簡単に配置することができる。撮像モジュール照準パターンの位置決めは、対象証印に“照準を定める”と言われることもある。
【特許文献１】米国特許第５８５００７８号明細書
【特許文献２】米国特許第５７６３８６４号明細書
【特許文献３】欧州特許第１０７９４６６号明細書
【特許文献４】独国特許発明第１２４０１４９号明細書
【特許文献５】独国特許発明第１２３３０３８号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、その主要な側面に従って大まかに述べると、プリント回路基板と、前記プリント回路基板に電気的に接続された画像センサと、少なくとも１つの光学素子を支持するための支持アセンブリと、対象上に照射パターンを生成するための照射システムと、を備える撮像モジュールである。前記照射システムは、照射光源と、該照射光源からの光を拡散するための拡散器とを備えることができる。このモジュールは、照準光源と、前記照準光源からの光を絞るための開口と、照準パターンを対象領域に投影するための光学素子とを有する照準システムをさらに備えることができる。モジュールのサイズを小さくするために、照射システムと照準システムの一方または両方が、ミラーまたはプリズムなどの光変向素子を備えることができる。
【０００７】
別の側面によれば、撮像モジュールは、撮像モジュールの様々な構成要素を支持するための支柱を備えることができる。このモジュールは、画像センサを担持する第１の回路基板と、少なくとも１つの光源を担持する第２の回路基板と、第１の回路基板と第２の回路基板の間に挿置される支持アセンブリと、幾つかの支柱を収容するための、前記第１の回路基板、第２の回路基板、及び支持アセンブリのそれぞれにおいて位置合せされた柱穴とを備え、これらの支柱は、柱穴に収容されると２つの回路基板の間に挿置された支持アセンブリを含む構造を支持するものである。前記支柱は、第１の回路基板と第２の回路基板の間に付加的な電気的コネクタを提供する必要がなくなるように、導電性とすることができる。
【０００８】
別の側面において、撮像モジュールは、光源と、開口と、前記開口よりも光学的に前方に位置する光学素子とを備えた照準システムを組み込むことができ、該照準システムは広範囲の距離にわたって対象上に切れのよい鮮明な照準パターンを投影する。ある実施例では、レンズ開口効果により、照準パターンが光学的にフォーカスされるとはいえない距離を含む、様々な範囲の距離にわたって切れのよい鮮明な照準パターンを得るように照準システムが構成される。別の実施例では、照準システムは、切れのよい鮮明な照準パターンが幅広い範囲の距離にわたって定められるような態様で、狭い開口から出る光が結像されるように構成される。ある実施例における照準パターンは、対象証印に照準を定めるのに有効な、鮮明に定義された横方向の縁を有している。
【０００９】
さらに別の側面において、本発明のモジュールは、光源から放射される全体の色を制御・変更できるようにそれぞれ単独で駆動可能な複数の異なる色のＬＥＤダイからなる少なくとも１つの多色発光源を備えることができる。多色発光源は、光源から放射される色が、モジュールの現在の適応環境における撮像および読取に合わせて最適化されるように制御することができる。さらにこのモジュールは、多色発光源の制御が、モジュールの視野の色、モジュールから対象までの距離、及び/又は所定の基準が満たされていてフィードバックがユーザに供給されるているなど、検知された状態に応じて自動的に変化するよう構成することができる。モジュールは、さらなる側面において、異なる波長の発光帯域の光を投影する照射光源および照準光源を備えることができる。
【００１０】
本発明の構成によって可能となる実質的なサイズの縮小に伴って、レンズアセンブリと画像センサとの位置決めが、モジュールの性能に対して大いに影響を与える可能性がでてくる。従って、本発明による撮像モジュールは、レンズアセンブリの位置を画像センサの位置に対して細密調整できるようになされることができる。本発明による保持器・レンズアセンブリは、レンズアセンブリが保持器内において摺動自在に受け入れられるように相補形に構成されている。保持器は、その側壁に２つの開口が画定されている。第１の開口は、保持器内のレンズアセンブリの位置を細密調整する際に用いられる固定ピンを収容する。第２の開口は、レンズアセンブリを保持器に対して接着剤で接合するための接着性物質を受け入れる。接着性物質はさらに、第１の開口に添加してもよい。
【００１１】
本発明のさらなる側面において、本発明によるモジュールは、改良された構成を有する照準および照射光源を備えることができる。モジュールに組み込まれた光源は、光源の一部がプリント回路基板によって定義される表面実装ＬＥＤを備えることができる。モジュールにおいて表面実装ＬＥＤを使用することにより、少なくとも１つの面においてモジュールの寸法を実質的に低減するよう適切に構成する。モジュールは、付加的な位置合せ部材または位置合せ支援アセンブリステップなしで、プリント回路基板に対してしっかりとベンチングされてＬＥＤの厳密な位置合せを実現する、側面リード型表面実装ＬＥＤを組込むこともできる。
【００１２】
本発明のさらに別の側面において、本発明によるモジュールは、モジュールの温度を下げるための１つ以上の放熱構造を備えることができる。別の側面では、モジュールの支柱は、モジュールの部材を構造的に支持し電気的に接続すること以外の目的で使用される。支柱は、取り付けられるとモジュールの一部とみなされる付加的な構造部材（例えばＰＣＢ、光学板、放熱構造）を取付けるために利用することができる。支柱は、ハウジング内部部材に、またはモジュールを取り付け可能な別の部材上にモジュールを搭載、支持、または安定化する際に使用することもできる。モジュールは、少なくとも１つの従来の構成要素を無くすよう製造されてモジュールのさらなるサイズ低減を実現させる“非パッケージ”画像センサをさらに具備することができる。モジュールのさらに別の側面では、フレキシブル回路基板を備えることができ、これによってモジュールの形状を変更して、モジュールを様々なキャビティ形状に適合可能とすることができる。モジュールはまた、光源からの光を対象領域に向けるための光管も備えることができる。
【００１３】
本発明によるモジュール構成で達成可能な大幅な小型化により、モジュールは、小型の機器または装置ハウジングに容易に取り付け可能とされて、その中にモジュールが実装された光学読取装置となる。本発明によるモジュールは、例えば、ピストル型読取装置ハウジング、携帯情報端末（ＰＤＡ）、ポータブル・データ・ターミナル（ＰＤＴ）、携帯電話、計算機、腕時計、指装着型“リングスキャナ”、ペンなどの筆記具、及び数々の他の装置に取り付けることができる。
【００１４】
本発明のこれら及び他の側面については、以下に列挙した図面、及び本発明の詳細な説明を参照して本明細書中でさらに詳しく説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の説明は、以下の８つの標題、すなわち（Ａ）一般的な撮像モジュール構成および組立、（Ｂ）照射システム、（Ｃ）照準システム、（Ｄ）照射装置構造、（Ｅ）照射/照準発色の制御および調整、（Ｆ）受光光学部品、（Ｇ）素子の実装、（Ｈ）適用例、動作環境、及び制御回路の機能性、に分けられる。上記の標題は本明細書中で議論される様々な論題を大まかに分けることのみを意図したもので、本発明の幾つかの特徴に関する記述は、場合によっては１つ以上の標題に含まれるということは理解されるであろう。
【００１６】
Ａ．一般的な撮像モジュール構成および組立
本発明による撮像モジュールの第１の実施例が、図１ａないし図１ｇに示されている。撮像モジュール１０（１０−１）は、通常は画像センサチップによって提供される画像センサ３２及び照準光源１８を担持している第１の回路基板１４ａと、照射光源１６を担持している第２の回路基板１４ｂとを具備している。第１および第２の回路基板１４ａおよび１４ｂは、支持アセンブリ８０によって支持されている。モジュール１０−１の支持アセンブリ８０は、画像センサ３２を格納するための格納部８１と、レンズアセンブリ４０を保持するための一体型保持部８２とを具備している。モジュール１０−１の支持アセンブリ８０は第１の回路基板１４ａと第２の回路基板１４ｂと共に、支柱８４を受けるための柱穴８３を有している。モジュール１０−１はさらに４本の支柱８４を具備し、その各々が第１の回路基板１４ａ、支持アセンブリ８０、および第２の回路基板１４ｂを貫通して、モジュールの様々な構成要素を結合するのを助けている。撮像モジュール１０−１は、様々な発光光学素子を担持する光学板２６をさらに具備している。モジュール１０−１の光学板２６は、画像センサ３２の視野に対応する対象領域の上にほぼ均一な照明パターンを展開するのを助けるための照射光学部品２７、２８（図１ｎ参照）と、対象領域に照準パターンを投影するを助けるための照準光学部品２５を具備している。第２の回路基板１４ｂと光学板はいずれも、それらが支持アセンブリ８０の方に移動された場合に保持部８２を収容するための中央開口８３６、８３７を具備している。上述した構成により、撮像モジュールの実質的な小型化が得られる。モジュール１０−１は、約０．８１０インチの幅寸法、約０．４５０インチの高さ寸法、および約０．５６０インチの奥行寸法を有することができる。モジュール１０−１の照準および照射光源１６、１８は、側部に延在するリード線を有する、すなわち“ガルウイング型の”表面実装・背面ベンチＬＥＤによって提供される。
【００１７】
撮像モジュール１０−１のさらなる側面について、図１ｈないし図１ｎを参照して説明する。図１ｈには、組立て前の状態のモジュール１０−１の構成要素を図示する組立図が示されている。図１ｈから、第１の回路基板１４ａが画像センサチップによって提供される画像センサ３２と、ＬＥＤによって提供される一対の照準光源１８とを担持していることが分かる。モジュール１０−１の支持アセンブリ８０は格納部８１を備えており、これは図１ｋの内面図に最もよく示されているように、画像センサ３２を格納するための格納部を提供して画像センサの損傷を防ぎ、漂遊光線が画像センサ３２に届かないようにしている。支持アセンブリ８０はさらに、レンズアセンブリ４０を保持するための一体型保持部８２を具備しており、これについては明細書中でさらに詳細に説明する。支持アセンブリ８０のさらなる側面について言及すると、モジュール１０−１の支持アセンブリ８０は、先に述べた柱穴８３がその中に形成されている一体型ストラット８０ｓｔと、照準パターンの形成を助けるための開口４３とを備えており、これについては明細書中でさらに詳細に説明される。さらに、図１ｉに示されるように、支持アセンブリ８０は、携帯型光学読取装置ハウジング、ＰＤＡ、ＰＤＴ、あるいは携帯電話などの内部に配置された部材など、モジュール１０−１の外部部材に撮像モジュール１０−１を取り付けるのを助けるための一体型取付ウイング８０ｗを具備することができる。第２の回路基板１４ｂと光学板２６はそれぞれ、保持器８２を収容するための中央開口８３６、８３７を備えている。取付ウイング８０ｗは、取付ねじを受け入れるためのねじ穴８１０を備えている。ねじ穴８１０は、図１ｈに表示されているように支持アセンブリ本体に設けることもできる。図１ｉの実施例における支持アセンブリ８０は、収容部８１、保持部８２、ストラット８０ｓｔ、照準開口４３、および取付ウイング８０ｗからなる一体型ユニットである。
【００１８】
図１ｈ、１ｊ、１ｋ、１Ｌをともに参照すると、プリント回路基板１４ａ、支持アセンブリ８０、プリント回路基板１４ｂ、および光学板２６のそれぞれが、隣接する１つまたは複数の構成部品の相補形キー構造と噛合する複数のキー構造を有していることが分かる。特に、第１の回路基板１４ａは、支持アセンブリ８０のくさびピン８１４を受ける一対のキー開口８１２を具備している。支持アセンブリ８０の前方端部８１６もまた、くさびピン８２０を具備しており、該ピンは第２の回路基板１４ｂのキー開口８２２によって噛合するよう受け入れられる。第２の回路基板１４ｂは、光学板２６のくさび側方ピン８３０を受けるための側方キー開口８２６と、光学板２６のくさび中央ピン８４０を受けるための中央キーホール８３４とをさらに具備している。図１ｊおよび図１ｉに最もよく示されているくさび中央ピン８４０は、プリント回路基板１４ｂのキーホール８３４をまっすぐ貫通し、支持アセンブリ８０のキーホール８４２によって受けられる。ここで説明された様々なキー構造は、モジュール１０−１の様々な構成部品を適切に位置合せするのを助け、これらの構成部品を組立てた後の、モジュール１０−１の構成部品間のＸＹ面におけるずれ量を大幅に減少させる。モジュール１０−１は、モジュール１０−１の構成部品間において適切なＺ方向離間を得られるようにする素子をさらに具備している。図１ｈに見られるように、支持アセンブリ８０は、支持アセンブリ８０を第２のプリント回路基板１４ｂと適切に離間するのを助けるための一対の上部および底部一体型スペーサリッジ８４６を具備している。支持部８０の開口画定部材８４８は、アセンブリ８０と基板１４ｂの間を適切に離間するのを助けるように、隆起されて平らにされている。光学板２６もまた、様々な離間支援部材を備えている。詳細に述べると、光学板２６はスペーサリング８５２とスペーサリッジ８５４を具備している。スペーサリング８５２とスペーサリッジ８５４は、光学板２６をプリント回路基板１４ｂの方に押した場合に板２６と基板１４ｂの間に適切な離間が得られるようなサイズおよび構成とされている。モジュールの構成要素間の適切なＺ方向離間は、支柱リングスペーサの使用、および/または後に述べるステップの助けにより実行することができる。モジュール１０−１のさらなる側面について言及すると、板２８は、ＬＥＤ１６を受ける空洞部８５７を備えている。ＬＥＤ１６を受けることによって、空洞部８５７はモジュール１０−１の奥行寸法をさらに減少させる。ここで述べた撮像モジュールは大抵の場合、二次元画像センサを支持するものとして示されるが、本明細書に記載される撮像モジュールの構成は１Ｄ画像センサを支持するためのにも有効であることは理解されるであろう。
【００１９】
本発明による撮像モジュール１０−１の変形例が図２ａに示されている。モジュール１０−１と同様に、図２ａないし図２ｃの実施例におけるモジュール１０−２は、支持アセンブリ８０、第１の回路基板１４ａ、第２の回路基板１４ｂ、および上記の構成要素を構造的に支持するための支柱８４を具備している。しかしながらモジュール１０−２は、モジュール１０−１のようにレンズプレート２６を備えるものではない。さらに、モジュール１０−１とは異なり、モジュール１０−２は表面実装ＬＥＤを備えており、ＬＥＤのダイはプリント回路基板に直接付着されている。図２ａ〜図２ｄに示されるモジュール１０−２の照準ＬＥＤ１８および照明ＬＥＤ１６は、表面実装ＬＥＤによって提供される。図２ａの実施例における支持アセンブリ８０は、バレル型保持部８２と、格納部８１とを具備している。保持部８２は、レンズバレルに組み込まれる単一素子または多素子結像レンズを具備することのできるレンズアセンブリ４０を保持している。格納部８１は画像センサ３２を格納しており、これについては本明細書中でさらに詳細に説明する。支持アセンブリ８０は、プリント回路基板１４ａおよび回路基板１４ｂをベンチングできるストラット８０ｓｔをさらに具備している。アセンブリ８０のストラット８０ｓｔはモジュール１０−１と同様に、アセンブリ８０の残りの構成要素と一体に形成されることができる、あるいはストラット８０ｓｔはモジュール１０−２に示すようにアセンブリ構成要素、例えば８１および８２とは別個に形成してもよい。モジュール１０−２は、本明細書に記載されるように光学板２６が無いものとして図示されている。光学板２６によって提供される機能は、モジュール１０−２に組み込まれていない部材（読取装置ハウジング１１１の部材など）によってその全部または一部を提供されることができる、あるいは光学板２６の機能は、明細書中で後に説明するようにその全部または一部をモジュールの光源１６、１８に直接的に組み込んでもよい。
【００２０】
モジュール１０のさらなる変形例が図２ｅおよび図２ｆに示されている。図２ｅの実施例では、撮像モジュール１０−３は、図１ａ（モジュール１０−１）や図２ａ（モジュール１０−２）に示す第１および第２ＰＣＢの代わりに、単一のＰＣＢ１４ａを具備している。表面実装される照準ＬＥＤ１８および照射ＬＥＤ１６はＰＣＢ１４の前方面１４ａ−ｆに取り付けられ、処理回路、例えば制御回路１４０、またはその一部はＰＣＢ１４ａの後方面１４ａ−ｒに取り付けられている。図２ｅの実施例における格納部８１およびレンズバレル４０を保持するための保持部８２を備えた支持アセンブリ８０は、図２ｆに示したのと同様の全体構成アセンブリ８０を有することができる。
【００２１】
本発明による撮像モジュールの別の変形例が図２ｆに示されている。図２ｆに示すモジュール１０−４（１０）の実施例において、支柱８４は、モジュール１０の構成部品を固定するためにＰＣＢと支持アセンブリ８０のねじ穴８３ｔにねじ込まれる、ねじ山付きねじ８４ｔによって置き換えられている。表面実装照射および照準ＬＥＤ１６、１８を有するＰＣＢ１４ｂは、一対のＰＣＢ１４ｂ１及び１４ｂを背面実装されたＰＣＢとすることができる平面部材１４ｐの図示される組合せによって置き換えることができ、ＰＣＢ１４ｂ１と１４ｂ２はそれぞれ本明細書中に記載されるような表面実装照射ＬＥＤ１６と表面実装照準ＬＥＤ１８を具備していることがさらに分かる。もちろん、明細書中で図示し説明した表面実装ＬＥＤのいずれかを、例えば、明細書中に記載されるような従来のリード型ＬＥＤ、表面実装ＬＥＤ、側面リード型表面実装ＬＥＤに置き換えてもよい。
【００２２】
図２ｇの実施例において、モジュール１０−５は、モジュール１０−１と同様に、回路基板１４ｂの前方に搭載され、支柱８４で支持された光学板２６を具備している。図２ｇのモジュール１０−５に具備されるようなタイプの光学板２６について、図５ｄ、５ｅ、及び５ｆを参照して明細書中でさらに詳細に説明する。図２ｇに示すような光学板２６は、複数の概ね円柱のマイクロレンズ及び相互接続部を具備することができ、これについては図５ｄないし図５ｆを参照してさらに詳細に説明される。図２ｇに示す光学板２６は、円柱レンズ２５ｃによって提供される照準光学部品２５をその内部に組み込むこともできる。後でさらに詳細に説明するように、例えば図１ｈ、１ｇ、１ｍ、６ｍ、及び６ｑに示すような開口４３を照準ＬＥＤ１８の前方に設けることができ、例えばレンズ２５は、照準線または他の照準パターンが対象領域Ｔ上に投影されるように、開口を通る光が対象領域Ｔ上で結像するように構成されることができる。図２ｇの実施例の光学板２６は、図１ａのモジュール１０−１に示すように、各照射ＬＥＤ用の個別の拡散器２７を有する光学板と置き換えることができる。明細書の他（例えば図１ｎ、２ｏ、及び図５ｇないし図５ｋ）で説明するように、光学板２６は、対象領域Ｔの角に光を向けるための、光入射面または出射面上に形成されたウェッジ２８を有することができる。
【００２３】
撮像モジュールの別の変形例が図２ｈに示されており、図２ｈのモジュール１０−６（１０）によって示されるように柱８４をさらに延長することによって、支柱穴８３を組み込んだ付加的な部材を撮像モジュール１０に実装することができる。例えば、モジュール１０−１またはモジュール１０−６の光学板２６に組み込まれる光学部品は、１つ以上の部材にわたって分散されることができる。モジュール１０−６に示されるように、第１の光学板２６、８６０は拡散器２７などの照射光学部品を担持することができ、第２の光学板２６、８６２は円柱レンズ２５などの照準光学部品を担持することができる。後にさらに詳細に説明するように、拡散器２７は、例えば屈折型光学素子マイクロレンズ、回折型レンズ、または負レンズのような任意の適切なタイプとすることができる。モジュール１０−６は、モジュール１０上に積み重ねられた付加的な前方部材８６２に加え、付加的な後方部材１４ｐを具備している。付加的な後方部材１４ｐは、例えば、モジュール１０−６の温度を下げるために用いられる放熱板として用いられる、熱は通すが電気的に絶縁された部材などとすることができる、あるいは部材１４ｐは、例えば付加的な回路構成要素を担持するためのプリント回路基板とすることができる。
【００２４】
モジュール１０−６のさらなる側面を参照すると、モジュール１０−６の支柱８４は、リングスペーサ８４ｒを具備している。リングスペーサ８４ｒは支柱８４に一体化されることができる、あるいはリングスペーサ８４ｒは、支柱８４に嵌合可能なプラスチックスリーブからなるものでもよいし、あるいはシングスペーサ８４ｒは、支柱８４ｐに機械加工されたスロットにスナップ嵌合される部材からなるものであってもよい。リングスペーサ８４ｒは、モジュール１０の積層される部材を適切に離間させるのを助ける。例えばモジュール１０−１、１０−２、１０−５、および１０−６の支柱８４に主に関連する本発明の特徴について、ここで詳細に説明する。モジュール１０−１を参照して説明された各ストラット８０ｓｔには、支柱８４を収容するための支柱穴８３が形成されている。上記の柱格納モジュールのいずれにおいても、各支柱８４は、対応する柱穴８３に摩擦嵌めされるが実質的に摺動可能とすることができる。代替例では、各支柱８４は、対応する穴８３の内部にしっかりと取り付けることもできる。支持アセンブリ８０は、支柱８４ｐをアセンブリ８０に対してしっかりと固定するために、支柱８４ｐにオーバーモールドすることもできる。回路基板１４ａ及び１４ｂもまた、支柱８４ｐを収容するための柱穴８３を有している。回路基板１４ａ及び１４ｂの穴１４ｈは、明細書中でさらに詳細に説明されるように、支柱８４ｈに対して、穴１４ｈがモジュール１０ａ−１の様々な構成要素を適切に位置合せするのに役立つように形成される。ストラット８０ｓｔは非常に有効であることが分かっているが、モジュール１０のサイズを小さくするためにストラット８０ｓｔを取り除くこともできることが分かる。図１ｖの実施例では、一体化された長型ストラット８０ｓｔを有する支持部８０が示されている。長型支柱８０ｓｔは、例えばストラット８０ｓｔが柱８４にオーバーモールドされ、ストラット８０ｓｔ内の固定位置に支柱をしっかりと固定することが望ましい場合に有益であろう。
【００２５】
モジュール１０を組み立てるための一方法によれば、支柱８４は、アセンブリ８０から外方向に延在するように支持アセンブリ８０の様々な穴に挿入される。それから、プリント回路基板１４ａ及び１４ｂは、回路基板１４ａ及び１４ｂの柱穴８３が支柱８４を収容するように、支柱８４ｐの露出した部分の上に置かれる。本発明のある実施例では、画像センサを担持する回路基板１４ａの支柱穴８３は、支柱８４の直径よりかなり大きくすることができる。回路基板１４ｂの穴８３を支柱８４よりかなり大きくすれば、回路基板１４ａをアセンブリ８０のある位置に固定する前に、回路基板１４ａの位置をＸ、Ｙ、およびＺ方向において支持アセンブリ８０に対して細かく調整することができるようになる。穴８３が支柱８４よりもかなり大きくされている場合、回路基板１４ａは、アセンブリ８０に対して回路基板１４ｂを固定する前に、アセンブリ８０に対するある位置に動かしながら傾斜させたり回転移動させたりできる。モジュール、例えば１０−１、１０−２、１０−５、及び１０−６を組み立てる人は、ビデオモニタを利用して位置合せ処理に役立てることができる。モジュール１０は、ビデオモニタ、例えば“証印制御画像解析モードを有する撮像装置”というタイトルで２００１年９月１７日に出願され、参照によって本明細書に引用される出願第09/954,081にさらに詳しく説明されているようなホストコンピュータシステム（例えばパーソナルコンピュータ）ビデオモニタに表示可能な画像を取り込むように作動されることができる。モジュール１０は、高精密印刷証印を備える対象物（例えばドル紙幣）の画像を取り込むようになされてもよく、ユーザは、モニタに表示された表示画像が良好なものとなるまで、組立て中のモジュールの構成要素を調整することができる。アセンブリ８０に対する回路基板１４ａの固定は、はんだを用いて行うことができる。回路基板１４ａの支柱穴８３が、幾つかの限られら側面においては支柱８４と同様に作動する支持構造よりもかなり大きく作られている実施例に関する更なる説明は、“光学および画像センササブアセンブリの位置合せおよび取付方法”というタイトルで１９９９年５月１７日に出願され、参照によって本明細書に引用される同時係属中の出願第09/312,479号で述べられている。画像センサ３２の位置をレンズアセンブリ４０に対して細かく調整する必要がない場合は、回路基板１４ａの柱穴８３は、支柱８４に対して摩擦嵌めされるのに都合のよいサイズとされる。
【００２６】
本明細書中に記載される支柱８４を具備するモジュールの更なる側面について言及すると、支柱８４は導電性にされて、支柱８４が第１の回路基板１４ａと第２の回路基板１４ｂの電気回路間に電気通信を確立するようにモジュール１０内に配置されるのが好ましい。回路基板１４ｂは照射ＬＥＤ１６と、ある場合には照準ＬＥＤ１８を具備し、動作するためにはいずれも電力が必要である。回路基板１４ａは、後に明細書中で説明するように、画像センサ３２と、ある場合には照準ＬＥＤ１８と、画像センサ３２に関連した何らかの電気回路とを担持している。画像センサ３２に関連する処理回路は、回路基板１４ａの前面１４ａ−ｆ及び／または背面１４ａ−ｒ上に取り付けることができる。支柱８４が構造的な支持と、第１および第２の回路基板１４ａ及び１４ｂの回路構成要素間における電気通信の両方を提供するようにモジュール１０を構成することによって、空間節約という重要な利点が得られ、さらに構造的な支持と電気通信を得るために別々の構造部材（例えば、基板１４ａと基板１４ｂとの間を接続するためのフレックス接続などを含む）をモジュール１０に配置する場合に予想されるよりも、モジュール１０を小さくすることができる。
【００２７】
柱格納モジュール、例えば１０−１、１０−７と共に使用しうるタイプの支柱のさらなる側面について、図１ｒに示す支柱８４の分解組立図を参照して説明する。図１ｒの実施例における支柱８４は、突刺部８９０と、段ｓ１、ｓ２、及びｓ３によって画定される段状パターンと、別の支柱８４の段ｓ３が開放端８９４に摩擦嵌めまたは滑り嵌めできるようなサイズにされた開放端８９４を有する先端部８９２とからなる。
【００２８】
支柱８４の突刺部８９０は、接着性物質やはんだなど何らかの外部固定剤を用いることなく、モジュール、例えば１０−１の組立ての際に光学板２６のある位置に支柱８４を摩擦保持できるようにする。
【００２９】
段ｓ１、ｓ２、及びｓ３によって規定される支柱８４の段状パターンによって、モジュール、例えば１０−１の何らかの構成要素にスペーサ要素を設ける必要がなくなる。もちろん、段、例えばｓ１、ｓ２、及びｓ３は、スペーサ、例えば８７８と組み合わせて使用することもできる。図１ｏを参照すると、開口板６１０は、第１および第２の段ｓ１とｓ２の間のリッジｒ１２に対してベンチングできることが分かる。さらに、図２ｉないし図２ｋを参照すると、付加的なＰＣＢ１４ｃまたは他の構造を、支柱８４ｐの第２および第３の段ｓ２及びｓ３の間に画定された支柱８４のリッジｒ２３に対してベンチングできることが分かるであろう。
【００３０】
読取装置１１０において必要な回路構成要素の全て、または本質的に全て、あるいはほぼ全てが単一のＰＣＢ、例えばＰＣＢ１４ｂに担持されるように、ＰＣＢ１４ｂが高度に集積された回路構成要素を具備しているのが好ましいことを本明細書において後で説明する。しかしながら、付加的なスペースが利用可能な適用では、回路構成要素の全体的なコストを下げるために、読取装置１１０に大きな回路構成要素を低集積度で実装し、回路基板を担持する１つ以上の大きな回路構成要素上に回路構成要素を分散させるのが望ましいかもしれない。支柱８４は、特に図１ｒに示すように構成された場合、回路の構成要素が幾つかの基板にわたって分散され、モジュールがそれでもコンパクトで概ね立方の構造を保持できるようなモジュール構成を容易にすることができる。先に示したように、付加的な回路基板１４ｃをリッジｒ２３に対してベンチングすることができる。さらに、付加的な支柱８４ａの開放端８９４は支柱８４に嵌合させることができ、さらに別の回路基板、例えばＰＣＢ１４ｄ、または複数の基板を前記付加的な支柱に嵌合させることができる。支柱８４は導電性にすることができるので、モジュール１０ａの複数の回路基板間における電気的通信を支柱８４によって得ることができる。従って支柱８４は、回路基板間に必要な導電性経路の数が支柱８４の数以下である場合に、空間を消費する電気コネクタ、例えばフレックス帯状レセプタクルなどをモジュール１０の１つ以上の回路基板、例えば１４ａ、１４ｂ、及び１４ｃに実装する必要をなくすものである。
【００３１】
本発明の主にモジュール１０ａの組立てに関連するさらなる側面について、図１ｏないし図１ｕを参照して説明する。図１ｏは、図１ａないし図１ｇに関連して議論されたモジュール１０−１と同様のモジュール１０−７に対応する組立図を示している。モジュール１０−７では、支持アセンブリ８０にではなく、非一体型開口板６１０に開口４３が画定されている。モジュール１０−７を組み立てるための一方法によれば、導電性支柱８４がまず光学板２６に取り付けられ、それからプレート６１０が取り付けられている一体型ＰＣＢ１４ｂを有するアセンブリ８７０が支柱８４に取り付けられる。次に、支持アセンブリ８０と、ＬＥＤ１８（通常のリード型ＬＥＤとして示されている）が取り付けられたＰＣＢ１４ａとを具備するアセンブリ８７２が支柱８４上に取り付けられ、支柱８４がＰＣＢ１４ａにはんだ付けされる。図１ｕに最もよく示されているように、インタフェース８８５では、後でさらに詳細に説明するが、モジュールの構成要素を一体型ユニットとして一緒に固定するために、支柱８４と基板１４ｂの間のインタフェース８８４にはんだを加えて、モジュール１０−７の構成要素をさらに固定し、支柱８４と基板１４ｂ間の電気的接続が必要であれば、そのような接続を設けることができる。最後に、レンズバレルによって提供されるレンズアセンブリ４０がアセンブリ８０の保持部８２に挿入され、細密調整され、以下でさらに詳しく説明するような方法で保持部８２に固定される。モジュール１０−１を組み立てるための組立て処理は、プレート２６と支柱８４を一体にしたものを、ＰＣＢ１４ｂと開口板６１０を具備するアセンブリではなくＰＣＢ１４ｂに取付けることができることを除いては、ほぼ同じであることが分かるであろう。
【００３２】
モジュール１０−７のさらなる側面について言及すると、モジュール１０−７はモジュール１０−１と同様に、図２ｇの実施例のモジュール１０−５によって示されるような単一の拡散パターンではなく、光学板２６上に複数の個別の拡散パターン２７を具備する。さらに、モジュール１０−７では、モジュール１０−５およびモジュール１０−１と同様に、光学板２６の最前面が照準光学部品２５の放射面によって定義される面よりも前方に位置することが分かる。拡散器２７によって定義される面が光学部品２５によって定義される面よりも前になるように光学板２６上における光学部品２５の位置決めをすることによって、モジュール１０の使用中、または読取装置のハウジングへの取付けの際にモジュール１０−１、１０−７が様々な物体と偶発的または不注意により接触することによって起こりうる損傷から光学部品２５を守ることができる。モジュール１０の照準システムが光学部品２５の欠陥の影響を受けるよりも、モジュール１０の照射システムが光学部品２７の欠陥の影響を受ける方が少ないので、光学部品２５ではなく光学部品２７が接触する可能性が高くなるように光学板２６−１を設計することが有効である。
【００３３】
任意のモジュール、例えばモジュール１０−１、１０−２、１０−３、１０−４、１０−５、１０−６、及び１０−７に組み込むことができる別のモジュール構成要素について、図１ｐ及び図１ｑを参照して説明する。図１ｐの部分的に組み立てられたモジュールでは、支持アセンブリ８０がＬＥＤ保持部８７６を具備している。ＬＥＤ保持部８７６は、ＰＣＢ１４ａを支柱８４に取り付ける前にＬＥＤ１８をＰＣＢ１４ａにはんだ付けする必要がなくなるよう、組立て処理の間にＬＥＤ１８を所定の位置に保持する。すなわち、ＬＥＤ１８をＰＣＢ１４ａにはんだ付けしなくても、組立工は、支持アセンブリ８０、ＬＥＤ１８、ＰＣＢ１４ａを組合せたものを組立工程の間に手で一緒に保持し、これらの部品の組合せを支柱８４の上に配置し、一回のはんだ付けステップでＬＥＤ１８を支柱８４とＰＣＢ１４ａの両方にはんだ付けしてモジュールの構成要素を互いに固定することができる。図１ｐ及び図１ｑに示す支持アセンブリ８０のさらなる側面として、保持アセンブリ８０はスペーサ８７８及び８８０を具備している。アセンブリ８０のスペーサ８７８は、支持部８０とＰＣＢ１４ｂの間に間隔をあける。スペーサ８８０（１つのみ図示）は、ＰＣＢ１４ｂの嵌合的に係合するキーホール８８２に対する一体型くさびピンを具備している。支持アセンブリ８０とＰＣＢ１４ｂの間に間隔をあけるために、支柱格納ストラット８０ｓｔではなくスペーサ８７８、８８０、及び８４６、８４８（モジュール１０−１）を使用することにより、図１ｕに最もよく示されるように、支柱８４とＰＣＢ１４ｂの背面１４ｂ−ｒの間に露出した界面８８４が定義されることになる。モジュール、例えば１０−１、１０−７の組立ての際に、モジュール、例えば１０−１、１０−７の構成要素を結合する機械的保持力を補強し、かつＰＣＢ１４ｂと支柱８４の間の電気的接触を強めるために、これらの界面８８４にはんだ付けすることができる。図１ｏの実施例では、照準ＬＥＤ１８は従来のリード型ＬＥＤによって提供されているが、照射ＬＥＤ１６は以下でさらに十分に説明するように側面リード型表面実装・背面ベンチングＬＥＤによって提供されている。
【００３４】
図１ｑは、開口板６１０の別の実施例を示している。図１ｑに示す開口板６１０は、プレート部６１２と開口インサート部６１４からなる２部材アセンブリである。プレート部６１２は、所望の照準パターンがモジュール１０によって投影されるようにモジュール１０内の所望の位置に開口部６１４を位置合せして受けるようになされた形状のリセス６１６を具備している。開口部６１４は、リセス６１６内に受け入れられ、接着剤および/または摩擦力によって所定の位置に固定される。開口インサート部６１４は、金属からなることが好ましい。開口部６１４を形成する際に使用する材料として金属を選択することにより、開口４３ａ、４３ｂ、及び４３ｃをかなり小さなサイズに、かつ厳密に管理されたサイズおよび形状に製作することができるようになる。図１ｐ及び図１ｑの両方の開口板６１０は、ＰＣＢ１４ｂのキー構造８８２に係合するためのキー構造８８６を具備している。
【００３５】
ここで図２Ｌに示すモジュール１０−８を参照する。モジュール１０−８の照準ＬＥＤ１８は、モジュール１０−９のＬＥＤ１８（リード型ＬＥＤ）よりもかなり低い高さ寸法を有する。従って、開口４３を照準光源１８に対して物理的に可能限り近くに配置することが通常好まれるので、図２Ｌの実施例における開口４３は、モジュール１０−７の開口４３よりもＰＣＢ１４ａの近くに配置されるであろう。ＰＣＢａの表面近くに照準開口を位置決めするために、図２Ｌのモジュール１０−８及びモジュール１０−１（図１ｈ）によって示される保持アセンブリ８０の実施例に示すように、開口４３は支持アセンブリ８０上に設けることができる。図２Ｌの実施例では、シュラウド８０ｓｈが開口４３から前方に延在している。シュラウド８０ｓｈは、スペーサ８０ｓｐによって提供される間隔開け機能を補強するためにスペーサ８０ｓｐの高さに合ったサイズにすることができる。
【００３６】
本発明による撮像モジュールの別の実施例が図２ｍないし図２ｐに示されている。モジュール１０−１と同様に、撮像モジュール１０−９は特に、バーコード読取装置、光学式文字認識（ＯＣＲ）読取装置、バーコードとＯＣＲの両方の読取能力を有する読取装置、携帯情報端末、ビデオカメラ、デジタルカメラ、携帯電話、または医療用目視検査機器などの撮像装置において使用するために設計されている。
【００３７】
例えばモジュール１０の構成要素を支持するための支柱８４を具備するモジュール１０−１とは異なり、モジュール１０−９は、撮像システムの電気的構成要素および光学的構成要素の両方を収容するようになされた搭載枠１２を具備している。搭載枠１２は、格納部８１と保持部８２をさらに有するモジュール１０−９の一体集積型支持アセンブリ８０の一部である。搭載枠１２は、プリント回路基板（ＰＣＢ）１４ａなどの回路基板、照射ＬＥＤ１６、照準ＬＥＤ１８、開口板６１０、及び光学板２６を収容する。
【００３８】
さらに詳細に説明すると、支持アセンブリの枠体１２は、背面板３０と、上方側壁３１および側方側壁３１’からなる側壁を具備している。背面板３０は、ソリッドステートの画像センサチップ３２を受けるための凹んだ格納部８１と、リード型ＬＥＤ１６および１８によって提供される照射および/または照準光源のリード線３８を受けるための複数のピンホール３６とを具備している。支持アセンブリ８０は、背面板３０と一体に形成された、受光光学レンズアセンブリ４０、例えばレンズバレルを受けるための保持部８２をさらに備え、このレンズアセンブリは、以下でさらに詳細に説明されるように組立工程における任意のステップの前または後に、保持部８２に取りつけることができる。
【００３９】
モジュール１０−９を組み立てる際には、まずねじ５６を用いてＰＣＢ１４ａを背面板３０に取付け、開口１３が露出されるように枠体１２を配向する。ＰＣＢ１４ａが背面板３０に取り付けられると、ＰＣＢ１４ａに担持される画像センサ３２は、図示するように画像センサ３２の形状と相補形状をした中央リセス格納部８１によって受けられる。ＰＣＢ１４ａを枠体１２に取り付けた後、取付け工は照射ＬＥＤ１６と照準ＬＥＤ１８をＰＣＢ１４ａに取りつける。
【００４０】
ＬＥＤ１６及び１８をＰＣＢ１４ａに取付けるためには、ＬＥＤ１６及び１８のリード線３８を、背面板３０とＰＣＢ１４ａの位置合せされたピンホール３６および５４を貫通するように押し込んだ後に、ＬＥＤ１６及び１８をＰＣＢ１４ａにはんだ付けする。ＬＥＤ１６及び１８のすべてを、はんだ付けする前にそれぞれ対応するピンホールに位置決めすることが好ましい。ＬＥＤ１６及び１８をはんだ付けする際には、ＰＣＢ１４ａの背面１４ａ−ｒは、組立工が簡単に触ることができるような向きにされなければならない。はんだ付けの間、ＬＥＤ１６及び１８がＰＣＢ１４ａに対してほぼ垂直な所望の向きのままでいるために、ＬＥＤ１６及び１８を受けるような形状にされた標準的に公知の取付具（図示せず）を、はんだ付け工程の間、ＬＥＤ１６及び１８に対して一時的に用いることができる。
【００４１】
撮像モジュール１０−９の重要な特徴は、ＬＥＤ１６が完全に設置された時にＬＥＤ１６の背面の一部が画像センサ３２の前面３２ｆの一部に対向するように、照射ＬＥＤ１６のリード線３８が画像センサ３２の側面３２ｓに対してほとんど当接する関係で設置されるということである。この構成により、撮像モジュール１２のサイズが縮小され、小サイズの光学読取装置に取り付け可能となる。
【００４２】
ＬＥＤ１６及び１８が上述したような方法でＰＣＢ１４に取り付けられた後、照準ＬＥＤ１８に嵌まるようなドーム４２を有する開口板６１０が枠体１２に取り付けられる。このドームは、スリット開口４３を通ってドームを出る光以外は、照準ＬＥＤ１８から発せられる全ての光を実質的にブロックするよう不透過であることが好ましい。スリット開口４３は、所望の形状をした照準パターンの照射が対象Ｔに投影されるように形成されるべきである。ある実施例では、開口スリット４３は、水平線パターンが対象上に投影されるように矩形形状にされる。
【００４３】
開口板６１０は、開口板が照射ＬＥＤ１６の上に嵌まるようにするために隙間を提供する複数の切開部４６を備えている。ドーム４２と切開部４６は、これらがＬＥＤ１６と接触しないように形成することができる。図示される実施例では、各ＬＥＤは、はんだ付けされる際に所望の方向に保持されるので、組立工程の間に背面板３０の平坦な表面に対してＬＥＤ基部１７の平坦な面が圧迫される。さらなる側面において、開口板６１０は、ＬＥＤ１６及び１８によって伝送される光がモジュールの受光光学システムと干渉するのを防ぐためのシュラウド５８を具備しており、このシュラウド５８は背面板３０と光学板２６の間に適切な間隔を開けることを意図して構成してもよいことが分かる。
【００４４】
開口板６１０がＬＥＤ１６及び１８の上に配置され背面板３０の方に移動された後に、光学板２６が枠体１２の開口１３にスナップ嵌めされる。光学板２６は、照射ＬＥＤから放出される光を拡散するための拡散器２７を具備している。その前面に拡散器２７が形成されていることに加え、光学板２６は、その内側面にさらにウェッジ２８が形成されている。ウェッジ２８は、ＬＥＤ１６からの光を対象Ｔの角の方に向けて対象の照射の一様性を向上させている。さらに詳細に説明されるように、拡散器２７は様々な形態をとることができ、光学板２６の光入射面上に形成されることができる。さらに、ウェッジ２８を光学板２６の光出射面上に形成してもよい。
【００４５】
フック状端部４９を有する弾性フィンガ部４８が枠体１２の上方または側方側壁３１に形成されて、光学板２６を枠体１２にスナップ嵌めできるようにしている。図示される実施例では、弾性フィンガ部４８を引っ張り、光学板を背面板３０の方に押し、それからフィンガ部４８を放して光学板２６をモジュール１０内の所定の位置にロックすることによって、光学板２６を枠体１２にスナップ嵌めすることができる。光学板とフィンガ部は、光学板２６が背面板３０の方に押されると、フィンガ部が光学板２６によって広げられ開放されるように形成することができる。完全に組み立てられると、モジュール１０−９は、約１９ｍｍ（０．７５インチ）の高さ寸法、約３９ｍｍ（１．５インチ）の幅寸法、及び約２７ｍｍ（１．０６インチ）の奥行寸法を有することができる。
【００４６】
光学読取装置の必要な電気回路のほぼ全体を単一のプリント回路基板に実装できるようにするために、枠体の背面板３０の裏面は、ＰＣＢ１４ａの前面１４ａ−ｆから前方向に延びる電気構成要素を収容するように構成してもよい。従って、背面板３０の裏面は、ソリッドステートの画像センサ３２を位置合せし受容するための中央リセス３４と、ＰＣＢ１４ａの前面から突出しうる構成要素および/または導線などの電気回路８０２を収容するための周辺リセス３５とを具備することが分かる。開口板６１０は、光学板２６が枠体１２にスナップ嵌めされると開口板２４を背面板３０の方に圧迫するように作用するスペーサ５２を具備している。モジュール１０−９のスペーサ５２はさらに、フィンガ部４８によって光学板２６に付与された力を開口板６１０に移して、接着剤や、ねじまたはピンなどの外部の機械的固定手段を使用することなく、開口板６１０と光学板２６の両方を枠体１２内において固定する。図２ｎの実施例では、光学板２６は、各照射ＬＥＤ１６に対する個別の拡散器２７を具備している。図５ｄの別の実施例では、単一の拡散器２７が、光学板２６の表面のほぼ全体にわたって形成されている。
【００４７】
図３ａないし図３ｄの実施例におけるモジュール１０の更なる変形例について言及すると、撮像モジュール１０−１０は、その上に画像センサ３２と照射ＬＥＤ１６の両方が取り付けられたプリント回路基板１４ａを具備している。一対のＬＥＤが画像センサ３２の両側に取り付けられて、ほぼ直線的に並べられた４つのＬＥＤからなるＬＥＤパターンを形成している。水平向きの直線パターンでＬＥＤを取付けることによって、モジュール１０−９やモジュール１０−１と比べてモジュール１０−１０の高さ寸法要件が減少する。ＬＥＤを水平向きの直線パターンで取付けることにより、モジュール１０−２の高さを画像センサ３２の高さに近い高さまで減少させることができる。モジュール１０−１０のさらなる側面について言及すると、モジュール１０−１０はＰＣＢ１４に取り付けられた、またはＰＣＢ１４から延在する支持アセンブリ８０を具備している。図３ａないし図４ｄ及び図４ｋないし図４ｎに示される各実施例の支持アセンブリ８０は、収容部８１と保持部８２とを具備している。収容部８１は画像センサ３２を収容し、保持部８２はレンズアセンブリ４０を保持する。保持部８２はまた、ＬＥＤ１６から直接放射される光線をはじめとして対象における画像に対応しない光線が、画像センサ３２に到達するのを防ぐ。
【００４８】
本発明による撮像モジュールのさらなる変形例について言及すると、図３ｅないし図３ｈの実施例において、撮像モジュール１０−１１は、その上に画像センサチップ３２と、照射ＬＥＤ１６と、照準ＬＥＤ１８とが搭載されたプリント回路基板１４ａを具備する。３つのＬＥＤがモジュール１０−１１の両側に搭載されていて、６つのＬＥＤからなる水平向きのほぼ直線パターンのＬＥＤを形成している。内側のＬＥＤ１８は照準ＬＥＤで、外側のＬＥＤ１６は照射ＬＥＤである。照射ＬＥＤ１６は、対象領域の中央が付加的な照射光学部品がなくても、より均一に照射されるよう、図３ｈに最もよく示されるように傾斜される（ある角度で取り付けられる）ことができる。
【００４９】
撮像モジュールのさらなる変形例が図３ｉないし図３ｍに示されている。図３ｉのモジュール１０−１２では、支持アセンブリ８０の形状が変更されており、アセンブリ８０はボックス型で、ほぼ等しい高さ、幅、及び奥行とされている。ボックス型の収容および保持アセンブリ８０は、特に回路基板１４とほぼ等しい高さとなるようなサイズにされた場合、ある実装上の利点が得られる。例えばアセンブリ８０が機器のハウジングの平坦な表面に当接するようにモジュール１０−１２を機器ハウジング内に取り付けた場合、ボックス型アセンブリ８０は、モジュール１０−１２の安定化に役立つ。図３ｊに示すモジュール１０−１３は、図示されるようにリード型ＬＥＤが表面実装ＬＥＤ１６及び１８と置き換えられていることを除いては、モジュール１０−１２とほぼ同様な構造を備えている。ここに述べるリード型ＬＥＤは、図３ｊに示すような表面実装ＬＥＤ、側面リード型表面実装ＬＥＤ、または表面組込み型ＬＥＤと通常は置き換え可能であることを理解すべきである。
【００５０】
モジュール１０−１０、１０−１１、１０−１２、及び１０−１３は、機器ハウジング１１１の個別の部材に取付けられた照射光学部品と組み合せて用いることができる。あるいは、照射光学部品を、図３ｋ、図３Ｌ、図３ｍのモジュール１０−１４、１０−１５、及び１０−１６によって図示されるようなモジュールに組み込んでもよい。図３ｋのモジュール１０−１４は、照射ＬＥＤ１６に摩擦嵌めされるようになされた形状適合拡散器５０４、２７を具備している。図３Ｌおよび図３ｍに示す実施例では、モジュール１０−１５、１０−１６は、アセンブリ８０から外方向に延在する光学フランジ８０３を具備している。各フランジ８０３は、照準ＬＥＤ１８からの光を形成するためのスリット開口４３と、照射ＬＥＤ１６からの光を拡散させるための拡散器２７とを具備することができる。拡散器２７は、プレートインサート５６０の一部としてフランジ８０３内に成型してもよい。フランジ８０３は、一体型収納・保持・フランジアセンブリを製造するのに適したモールドを用いて支持アセンブリ８０と一体形成してもよい。フランジ８４は、ＰＣＢ１４ａまたはモジュールが設置される機器ハウジングの部材に取付けることもできる。図３ｍに示すモジュール１０−１６は、リード型ＬＥＤが図示されるような表面実装ＬＥＤ１６及び１８と置き換えられることを除いては、モジュール１０−１５と同様である。さらに、モジュール１０−１６のフランジ８０３は、ＰＣＢ１４ａに対してモジュール１０−１５のフランジ８０３よりも短い距離だけ離して配置されている。
【００５１】
モジュール１０−１５の拡散器２７は、拡散器２７を具備する光学部材の光放射面上に形成された、水平向きのほぼ円筒形マイクロレンズを含むタイプのものとして図示されている。明細書中でさらに詳細に説明するが、ほぼ円筒形のマイクロレンズは、マイクロレンズの向きに対して好ましくは横方向に光を拡散するように作用する。こうして、直線的に並べられた照射ＬＥＤ１６を有するモジュール１０−１５の拡散器２７の水平向きマイクロレンズは、直線的に並べられた光源のセットを用いて生成される照射パターン全体の高さ寸法を大きくするように作用することになる。
【００５２】
別の撮像モジュールが図４ａないし図４ｄに示されている。モジュール１０−１７において、フレキシブルプリント回路基板１４ａは、画像センサチップ３２と、光源の位置３１２から、該光源位置から離れた光管遠位端３１４に光を伝達するための光管３１０とを担持している。モジュール１０−１７の光管３１０は、光ファイバケーブルによって提供されるものとして図示されている。しかしながら、光管は、成型された光管であってもよい。光ファイバケーブルは、ミネソタ州WayzataのSchott Corp.やカリフォルニア州IrvineのBivaropto Inc.など幾つかの製造業者から入手可能である。光管３１０は任意の長さとすることができ、モジュール１０−１７のフレキシブル回路基板１４aの実質的に任意の位置に取付けることができる。このモジュール１０−１７の構造によれば、モジュール１０−１７を多種多様な機器ハウジングおよび装備に設置することができるようになることが分かるであろう。モジュール１０−１７のミネソタ州MinneapolisのMincro Inc.から入手できるタイプのフレキシブル回路基板１４ａは、事実上、無限の形に曲げられて多様な形状およびサイズの機器ハウジングにモジュールの１０−１７を取付け可能とするものである。さらに、光管３１０は、遠位端３１４が対象に向けられると、空間消費型ＬＥＤを撮像軸の周りに何らかの配置で取付けることを必要とせずに対象領域Ｔを照射する。光管３１０を撮像モジュール１０−１７に組み込むことの重要な利点は、個々の光管の遠位端３１４によって消費されるスペースを増やすことなく、個々の光管によって放射される照射のラジアンスを増すことができるということである。光管の遠位端３１４にて放射される光のラジアンスは、１つ以上の光源からの光を光管の光源端３１２に向けることによって増加することができる。光管の光源端は、図４ｅによって示されるように２つ以上の光入射部３１２ａ及び３１２ｂに分割することができ、その各々はＬＥＤなどの光源の近傍に配置される。さらに光管は、図４ｆ、４ｉ、及び４ｊに示すように１つ以上の光源からの光を受光できるような、より大きな光源端および直径を持つようになされることができる。
【００５３】
ここで図４ｇないし図４ｊを参照して、成型された光管３１１を有する撮像モジュール１０−１８について説明する。モジュール１０−１８では、ＰＣＢ１４ａは撮像軸ａ1に対して平行に配置され、画像センサチップ３２はＰＣＢ１４ａ上に垂直に取付けられている。画像センサ３２は、剛性のフレックスＰＣＢを用いることによってＰＣＢ１４ａ上に垂直に取付けることができる。モジュール１０−１８のさらなる側面について言及すると、表面実装型ＬＥＤによって提供されるＬＥＤ１６および１８がＰＣＢ１４ａに取付けられ、ＬＥＤ１６及び１８からの光が、光管の遠位端３１４を通って対象Ｔに向かうよう撮像軸ａ1に対してほぼ平行な方向に向けられるように、成型された光管がＬＥＤ１６ｓ及び１８ｓに関連して配置される。成型光管３１１は、カリフォルニア州IrvinのBivaropto Inc.やニュージャージー州ManasquanのDialight Corp.などの製造業者から入手可能である。拡散器は、図４ｇに示す拡散器２７によって示されるように、照射光管３１１、３１１ｉの遠位端に鋳込まれることができる。拡散器は、例えば回折型光学部品、屈折型光学部品（例えばマイクロレンズ）、または負レンズ拡散器などとすることができる。拡散器は、モジュール１０−１７の管３１０の遠位端３１４に形成することもできる。光ファイバケーブル光管の場合のように、任意の一つの成型光管３１１によって放出される照射のラジアンスは、図４ｇの光管３１１ｉによって示されるように、管３１１の光源端３１２を広くして１つ以上の光源からの光を集めるように光源端３１１を配置することによって、増加させることができる。図４ｊに示すモジュール１０−１８の照射光管３１１ｉは、３つの表面実装ＬＥＤ１６からの光を集光するが、照準光管３１１ａは単一の表面実装ＬＥＤ１８からの光を集光する。
【００５４】
ＰＣＢ１４ａを撮像軸ａ1に対して平行に配置し、ＰＣＢ１４ａに対して平行な方向に光を向けるよう成型光管３１１をＰＣＢ１４ａ上に取付けることによって、モジュール１０の高さ寸法が減少し、高さ寸法の低い“薄い”機器ハウジング内へのモジュールの設置が容易になる。図４ｋないし図４ｎに示すモジュール１０−１９によって図示されるように、画像センサチップ３２をＰＣＢ１４ａにバックマウントすることによって、光管照射を有する撮像モジュール１０の高さ寸法をさらに減少させることができる。図４ｋないし図４ｎの実施例では、画像センサチップ３２が、撮像軸ａ1をほぼ９０度曲げるのに十分な折曲げ光学部品を備えた格納・保持アセンブリ８０と共に、ＰＣＢ１４ａ上にバックマウントされている。折曲げ光学部品は、例えば破線で示された鏡４０４によって示されるように、壁４０２上にめっきされた反射性材料を形成したり、壁４０２に鏡を貼り付けたりすることによって設けられる。モジュール１０−１９は画像センサ３２の幅よりも小さい高さ寸法を有するように設計できるので、モジュール１０−１９は、“薄い”読取装置ハウジングに実装するのにとりわけ好適である。例えば、モジュール１０−１４は、図９ｉに示すような携帯電話や図９ｊに示すようなハンディタイプのコンピュータなどの携帯情報端末“ＰＤＡ”のハウジング内に実装するのに好適である。
【００５５】
Ｂ．照射
本発明による照射システムの特徴について、主に図５ａないし図５ｆを参照してここで説明する。画像センサ３２の視野に対応する全パターン５２０内の対象領域Ｔをほぼ均一に照射するために（コーナー部は、対象領域の最大明度の少なくとも約５０％の明度に照射される）、２列に並べられた４ＬＥＤ照射システム（例えばモジュール１０−１またはモジュール１０−９のようなシステム）の各ＬＥＤから放射される光は、図５ａに示すように線５２２によって実質的に定義される境界１９を有する、ほぼ矩形の照射パターンを提供するように拡散されるべきである。
【００５６】
図５ｂには、例えばモジュール１０−９（図２ｎ）の多拡散器光学板２６を製造する際に用いられるモールド５２６の表面が示されており、モールド５２６は別々に作られた回折型モールド素子５２８をその中に実装することができる。モールド５２６に実装されるモールド素子５２８は、カリフォルニア州TorranceのPhysical Optics Corp.やニューヨーク州RochesterのFresnel Opticsから入手できるようなホログラフィ技術を用いて製造されるタイプのものとしてもよい。拡散光学素子の他の製造業者としては、ノースカロライナ州CharlotteのDOC、アラバマ州HuntsvilleのMEMSや、ニューヨーク州RochesterのRPCなどがある。
【００５７】
図５ｃには、例えば図２ｇのモジュール１０−５に組み込まれたり、図５ｄの光学板２６によって示されるような、単一拡散器光学板２６を製造する際に用いられるモールド５２７の表面が示されている。モールド５２７は、その上にテクスチャが直接形成されている。このテクスチャは、酸レジスト処理により塗布することができる。オハイオ州PainsvilleのMold Tech Inc.などのモールドテクスチャリング会社は、図５ｅに示すようなテクスチャを有する表面を持つ部分を作るために用いられるモールド５２７のように、酸レジスト処理によりテクスチャをモールドに塗布することを専門にしている。本明細書中に記載される任意の実施例において光学板２６を製造する際に用いるのに適した材料は、ポリカーボネイトである。
【００５８】
図２ｐのテクスチャード面モールド５２７は、図５ｂの回折型拡散器モールド素子インサートを設けたモールドよりも、一般に安価でかつ耐久性がある。回折モールド素子５２８は、製造するの費用がかかる上、頻繁な交換が必要である。図５ｃに示すようなテクスチャードモールドは、一般に、指紋が付きにくい面を製造するなどの用途に用いられる。知られている限り、図５ｃに示すようなインサートレス・テクスチャード面モールドを用いて作られる光透過板は、主に光源の視野を覆い隠すために光源を有する製品に組み込まれてきたが、画像取り込みシステムの制御された対象領域照射を生むためには用いられてこなかった。
【００５９】
幾つかのＬＥＤからの光を拡散するための単一拡散器２７を有する図５ｄの光学板２６の拡散面を示す分解組立図が、図５ｅ及び図５ｆに示されている。光学板２６は、概ね隣接し概ね円筒形のマイクロレンズ５５０を複数備えている。マイクロレンズ５５０のさらなる側面について言及すると、これらのマイクロレンズ５５０は、光学板２６上にランダムなパターンで形成されることが好ましく、同一サイズのマイクロレンズを特に要求することもなく、レンズ間の厳密な平行相対配向なしに、マイクロレンズ５５０が少なくとも２つの異なるサイズを持つことを特徴とするものである。パターンをランダム化することによって、対象領域Ｔにおける“ホットスポット”、すなわち一定の高ラジアンス照明が集中する領域の形成が減少する。光学板２６の別の側面によれば、図５ｄに示すような光学板２６は、様々な円柱マイクロレンズ５５０を区切る谷部分５５４に定められたクロスコネクション５５２を所々に備えることが好ましい。クロスコネクション５５２は、マイクロレンズ５５０によって得られる光の拡散方向に対してほぼ横方向の光の拡散を提供するもので、マイクロレンズ５５０は、典型的なモジュール/対象間読取距離（例えば通常の規則では、約１インチないし１５インチ）において光線が互いに発散する関係となるように、光源１６からの光線をレンズ５５０の前方に近接して位置する集束点に集束させることによって作動すると考えられる。
【００６０】
図２ｑを参照すると、図５ｄに示される単一拡散器光学板２６によって拡散されるような、単一光源によって生成される拡散光パターンは、実質的に境界５２０によって区分される全照射パターンの境界線５２２によって実質的に定められるパターンとして示されている。垂直方向に向けられた円柱マイクロレンズ５５０は水平方向に光を拡散する傾向があるが、クロスコネクション５５２によって提供されるレンズ化は光源からの光を垂直方向に拡散する傾向がある。拡散パターンは、マイクロレンズ５５０を適切な形状にすることによって調整できることは分かるであろう。クロスコネクション５５２の出現率を減少させれば、垂直方向への光の拡散が減少することになる。クロスコネクションの出現率を減少させることにより、破線５２１によって実質的に画定される単一光源に対応する照射パターンを生成させることができる。クロスコネクション５５２の発生率を上げれば、垂直方向への光の拡散が増えることになる。クロスコネクション５５２の出現率を上げることによって、破線５２３によって実質的に画定される単一光源の照射パターンを生成することができる。一連の球面屈折型光学マイクロレンズを備える拡散器は、ほぼ均一な円形照射パターンを生成すると予想され、これはモジュールの所期の適用および全体的な設計によっては極めて望ましいであろう。照射パターンの高さを増加させるために光を垂直方向に拡散することは、対象照射拡散器が一列の水平向き光源を有し、２次元画像センサを組み込んだ撮像モジュールに組み込まれる場合に特に有効である。図３Ｌを再び参照すると、モジュール１０−１５は、水平向きの円柱マイクロレンズ５５０を具備する拡散器２７を備えたプレートインサート５６０を備えている。モジュール１０−１５のマイクロレンズ５５０は、モジュール１０−１５の水平軸ｈに対して垂直方向に光を拡散することにより、モジュール１０−１５によって投影される照射パターンの垂直方向（高さ）寸法を増している。光学板２６またはプレートインサート５６０のマイクロレンズ５５０は、ランダムなパターンでは形成することができず、クロスコネクション５５２を備えることもできない。しかしながら、図５ｅを参照して説明される光学板２６の円柱マイクロレンズ５５０は、マイクロレンズ５５０に対してほぼ垂直な方向に光を拡散するように作用する。モジュール１０−１５のプレートインサート５５０は、ランダムなパターンのマイクロレンズを有し、垂直方向ではなく水平方向に配向された円柱マイクロレンズを具備するように変更された図５ｄの光学板２６と同様のプレートに置き換えることができる。ほぼ均一にテクスチャードされたモールド５２７を用いて形成された光学板２６、例えば図のプレート２６は、実質的に屈折型光学部品により光を拡散する。これに対し、モールド、例えばホログラフィ技術で形成されたインサートを有するモールド５２６を用いて作られたモジュール１０−９に示される光学板２６は、実質的に回折型光学部品により光を拡散する。実質的に回折型光学部品を用いるのに対して、実質的に屈折型光学部品により光を拡散するよう光学板２６を構成することは、少なくとも、屈折型光学拡散器を作るために用いられるモールドは、回折型光学拡散器を作るために用いられるモールドよりも製作しやすく安価であるが実質的に耐久性があるという理由で有益である。当業者にとって公知なように、光を放射している光学素子が、放射されている光の波長に近いサイズの範囲にある場合は回折型光学特性が顕著である。本明細書中に記載される幾つかの撮像モジュールは、約０．４ないし約１．０ミクロンの波長域の光を放射する光源を備えている。この波長域の光を屈折拡散するためには、拡散器の光学素子は、この範囲の上限よりも実質的に大きい寸法、すなわち少なくとも約１０ミクロンの寸法を有するものでなければならない。例えば、図５ｆの断面図に最もよく示されているように、図５ｄ、５ｅ、及び例えばモジュール１０−５及び１０−９の光学板２６の円柱マイクロレンズ５５０は、約0.018インチないし約0.028インチの範囲の頂点隔離距離を有することができる。
【００６１】
光学板２６のさらなる側面について言及すると、光学板２６は、モールド５７のようにインサートがマイクロレンズ形成テクスチャを具備する、インサート５２８と同様の拡散部モールドインサートを有するモールドを用いて製造することができることが理解されるであろう。回折型拡散モールドインサート５２８の代わりにマイクロレンズ形成モールドインサートを有することを除いては、モールド５２６と同様のモールドを設けることによって、モールド５２７を利用するコスト面での利点および他の利点が得やすくなる。磨耗したモールドインサートを交換するため、または例えば特別な顧客の要求を満足させるために、新しいモールドインサートをモールド内に入れ替えることができる。モールドインサートは、図５ｃに関連して説明したテクスチャリング処理に従って製造することができる、あるいはモールドインサートは、標準的な金属機械切削処理を用いて金属部材から機械切削することもできる。先に述べたように、モールドから作られたマイクロレンズは円柱または球面とすることができ、クロスコネクション５５２を備えてもよいし、あるいは実質的に省いてもよいし、さらに頂点間距離は均一でも非均一でもよい。モジュール１０−１、１０−７、１０−８は、複数のマイクロレンズ形成インサートを具備したモールドを用いて製造された光学板２６を備えるモジュールの例である。
【００６２】
少なくとも１つの拡散器２７を有することに加え、本明細書中に記載されるような、モジュール、例えばモジュール１０−１及びモジュール１０−９と共に使用される光学板２６は、図１ｎ（モジュール１０−１に関連する）及び図２ｏ（モジュール１０−９に関連する）によって示されるように、その光入射面にウェッジ２８が形成されている。ウェッジ２８は、照射光源１６からの光を、対象領域、例えば図５ａに示すような対象領域５２０のコーナーに向けるよう作動する。
【００６３】
様々な撮像モジュールに示されるような拡散器２７は、様々な種類で提供されることができる。様々なタイプの拡散器を有する光学板２６の例について、照射ＬＥＤ１６の列に沿って見た様々な実施例における光学板２６の上面図を示した図５ｇないし図５ｋを参照して説明する。図５ｇの実施例において、光学板２６は、例えばモジュール１０−９によって示されるような回折型光学拡散器２７、２７ａを具備している。図５ｈの実施例において、光学板２６は、例えばモジュール１０−１によって示されるような屈折型光学マイクロレンズ拡散器２７、２７ｂを備えている。図５ｉの実施例において、光学板２６は、負レンズ拡散器２７、２７ｃを備えている。負レンズ拡散器は、光学板２６に負レンズの（一般的にくぼんだ）レンズ面を形成することによって提供される。拡散作用を提供するために負レンズを用いることにより、光源１６によって発生された光線は、光学板２６の光放射面５６６から放射されると互いに発散する関係になる。負レンズ拡散器２７ｃは図５ｉ、図５ｊ、及び図５ｋの上面図から分かるように、球面負レンズまたは垂直方向に向けられた円柱レンズとすることができる。負レンズ拡散器２７ｃが垂直方向に向けられた円柱レンズである場合、拡散器２７は光を水平方向に拡散する傾向がある。負レンズ２７ｃが球面である場合、垂直方向と水平方向の両方に光を拡散する傾向がある。本明細書中に記載されるモジュール１０の一つに、光を垂直方向に拡散する、水平に配置された円柱負レンズ拡散器２７ｃを具備することもまた望ましいであろう。図５Ｌは、ＬＥＤの前方位置に光学板インサート５６０を保持する、一列のＬＥＤおよびフランジ８０３を備えたモジュール１０−１５（図３Ｌ）の変形例を示す機能部分側面図を示すものである。図５Ｌに示すモジュール１０−１５の変形例では、モジュール１０−１５の屈折型光学マイクロレンズ拡散器２７が、光を垂直方向に拡散するための水平配向された円柱負レンズ拡散器２７ｃを具備できることが分かる。負レンズ面２７ｃはプレート５６０の光入射面および光出射面の両方に設けられるものとして図示されているが、負レンズ面は、図５Ｌに示す光入射面と光出射面の一方のみに設けることもできるであろうことは理解すべきである。
【００６４】
図５ｇないし図５ｋに示す光学板２６の変形例を再び参照すると、図５ｉは、拡散器２７を光学板２６の光出射面上に形成する必要がないことを示している。図５ｉの光学板２６はさらに、光学板２６の表面に光学素子の組合せを備えられることも明示している。図５ｉの光学板２６では、面５６７はウェッジ２８の光入射面上に重畳された負レンズ拡散面２７ｃを具備している。図５ｉに示す光学板２６の面５６８は、ウェッジ２８上に重畳されたマイクロレンズ拡散面２７ｂを具備している。図５ｉの光学板２６は、光学板の光出射面上に形成されたウェッジ２８をさらに具備している。図５ｋの光学板２６を参照すると、図５ｋの実施例は、光学板２６の光入射面と光出射面の両方に拡散器２７を形成しうることを明示している。図５ｋの光学板２６は、光学板２６の光出射面５６６と光入射面５６５の両方に形成された負レンズ拡散面２７ｃを具備している。図５ｋに示す負レンズ２７ｃは、円柱または球面負レンズとすることができる。ある実施例では、図５ｋの全ての負レンズ２７ｃは球体である。別の実施例では、これらのレンズは円筒形である。さらに別の実施例では、光学板２６の光出射面５６６の負レンズ２７ｃは垂直向きの円柱負レンズであり、光学板２６の光入射面５６５のレンズ２７ｃは球面負レンズである。別の実施例では、球面負レンズが光学板２６の光出射面５６６上に配置され、円形負レンズ２７ｃが光入射面５６５上に配置される。図５ｇないし図５ｋを参照して説明される光学板２６のいずれも、本明細書中に記載される、光学板２６を備えたモジュール１０のいずれかに組み込むことができる。さらに、例えばモジュール１０−１４、１０−１９の拡散器２７は、上述した様々なもののうちのどれでもよい。
【００６５】
Ｃ．照準システム
照準開口から放射される光線を結像させるよう照準開口４３の前方に照準光学素子２５が配置されている照準パターン生成システムについて本明細書において説明する。本発明による照準パターン生成システムの幾つかの変形例について、ここで説明する。
【００６６】
はっきりとした鮮明な照準パターンを提供するために、光学部品２５と照準開口４３の間に相当な距離を設けることが通常好まれる。例えば照準光学部品２５が結像光学部品を備えている場合、光学部品２５の後方焦点の後ろにスリット４３を設けなければならない。モジュール１０、１０−２０（図６ａ）及びモジュール１０−１（図１ａ）では、回路基板１４ｂではなく回路基板１４ａに照準ＬＥＤ１８を搭載することによって、開口４３と光学部品２５との間の相当な距離が得られる。従来のリード型ＬＥＤによって提供されるものとして示されているモジュール１０−２０の照準ＬＥＤ１８は、回路基板１４ａ上の、支持部８０の保持部８２に対して水平方向横方向に位置するような位置に搭載されるのが好都合である。
【００６７】
さらに、モジュール１０−２０を参照すると、照準開口４３は、開口４３ａ、４３ｂ、及び４３ｃによってクラスタ構成にて配置されているので、照準ＬＥＤ、開口４３ａ、４３ｂ、及び４３ｃからなる開口クラスタ、及び光学部品２５の組合せによって２次元画像が対象Ｔ上に投影される。光学部品２５を参照すると、モジュール１０−２０の照準光学部品２５は、円柱レンズではなく球面レンズ２５ｓを具備していることが分かる。モジュール１０−２０の開口４３は、例えばモジュール１０−１、１０−７、１０−８、１０−９、１０−１５、１０−１６、及び１０−２２の開口４３と同様に、光源１８に対して当接しているか、またはほぼ当接した関係で形成される。従って開口４３ａ、４３ｂ、及び４３ｃは、光学部品２５によって対象Ｔ上に水平および垂直方向に結像される。開口４３ａ、４３ｂ、及び４３ｃからなる開口クラスタは、モジュール１０−２０が対象Ｔの近くに移動されるにつれてレンズ２５ｓによって結像されるパターンが対象Ｔの中心に向かって横方向内側に移動するように、レンズ２５ｓを基準として横方向に偏位されることができる。モジュールの両側に左右対称の照準パターン生成サブシステムを設け、開口クラスタ４３ａ、４３ｂ、及び４３ｃとレンズ２５ｓの間に横方向の偏位があることにより、一対の照射システムによって投影される一対のパターンが、あるモジュール/対象間距離において集束することになる。照準パターン生成システムは、一対の照準パターンがモジュール１０の最良焦点位置にて集束するように設計されることができる。モジュール１０−２０のさらなる側面について言及すると、モジュール１０−２０は、モジュール１０７と同様に開口板６１０を具備している。開口板６１０はＰＣＢ１４ｂ上に配置されている。開口板６１０は、先に説明したように、照射ＬＥＤ１６のリード線を収容するためのリードホール６２０と、開口４３とを具備している。開口板６１０は、少なくとも開口４３ａ、４３ｂ、及び４３ｃの領域において不透過とすべきである。図６ｄに示す開口板６１０の変形例において、開口板６１０は、小サイズの開口を厳密に画定するための金属開口インサート６１４を備えている。モジュール１０−２０は、図５ｅと関連して先に説明したようにほぼ円柱状のマイクロレンズを備えた屈折型光学拡散プレート２６をさらに具備する。モジュール１０−２０は、ＰＣＢ１４ａ、ＰＣＢ１４ｂ、開口板６１０、光学板２６など複数の板状部材を具備するモジュール１０の積層構成を収容するために支柱８４が有益であることをさらに明示している。ここで、モジュール１０−２０の側面を参照すると、球面レンズ照準光学部品２５ｓは、円柱レンズ２５ｃ、または対象領域Ｔ上に開口４３を結像するための他の光学素子に置き換えることができるであろう。
【００６８】
本明細書中に記載されるモジュール１０の照射システムによって投影されうる他の代表的な照射・照準パターンを表したものが、図６ｈないし図６ｊに図示されている。図６ｈでは、境界５２０によって画定される領域は、照射ＬＥＤ１６によって照射される対象領域Ｔに対する範囲を表しており、領域６３０は照準ＬＥＤ１８及びそれに関連する光学部品によって強調表示された対象領域の範囲を表している。図６ｈの実施例では、照準ＬＥＤ１８とそれに関連した光学部品（４３、２５）は、対象領域Ｔ上に単一の水平照準線６３０を投影している。
【００６９】
図６ｈのある実施例による直線照準パターンは、図２ｎのモジュール１０−９に示すように、水平配向された円柱レンズ２５、２５ｃが光学板２６の外面に形成されるように光学板２６を形成することによって生成することができる。水平配向された円柱レンズ２５、２５ｃは、モジュールの視野によって画定される対象Ｔ上に光スリット開口４３を結像するために、光学板２６がＬＥＤ１８上に当てられた際にレンズ２５が同じ長さでかつスリット開口４３よりも前方に位置合せされるよう構成されている。円柱レンズ２５は、約３ｍｍの厚さと、凸型の約４．５ｍｍの湾曲部半径を有することができる。レンズ２５は開口４３を通り抜けた光線を集束して結像させるタイプのものであるのが好ましいが、開口４３を通り抜けた光線を実質的に平行にする、あるいは本明細書中で後に説明されるようなメリハリのある鮮明なパターンを画定するように動作する他の素子を具備する光学部品を用いることによって許容可能な照準パターンを投影することもできる。図６ｈの線６３０によって示される直線照準パターンは、モジュール１０−１に示されるような球面レンズ２５ｓ及びスリット開口４３により生成することもできる。長い読取距離にわたってメリハリのある良好に画定された照準線を投影するための方法について、ここで説明する。
【００７０】
１０−１、１０−９などのモジュールにおいて、また“バーコードスキャナのための光学アセンブリ”というタイトルで２０００年９月１１日に出願され参照によって本明細書に引用される、同時係属中の米国特許出願第09/658,811号に記載される照射システム（モジュール１０−２２）において、照準ＬＥＤ１８は対象領域に折れ曲がらない光線を投影し、モジュール１０−１の光入射ｌｅ位置においてモジュール１０−１の撮像軸ａ1にほぼ平行な方向に向けられている（モジュール、例えば１０−１、１０−９、及び１０−２２の撮像軸ａ1は、一方向性である）。モジュール１０−２２では、レンズ２５はバーコード空間にスリット開口４３を投影し、１つの開口４３ごとに２つのＬＥＤ１８が設けられている。
【００７１】
しかしながら、モジュール１０−１７、１０−１８、及び１０−１９によって示すように、照準ＬＥＤ１８及び照射ＬＥＤ１６の光線は折り曲げることができる（図４ｎのモジュール１０−１９の撮像軸ａ1は折り曲げられ、モジュール１０−１９の光入射ｌｅ位置と光出射ｌｒ位置では異なる方向を有している）。図６ｎ、６ｏ、及び６ｐは、ＬＥＤ１８などの照準ＬＥＤによって生成された光が折り曲げられる撮像モジュールに組み込みうる別のタイプの照準パターン生成システムを図示している。図６ｎの実施例では、レンズ２５によって対象Ｔ上に結像されうる開口４３は、光路において光反射素子６４０よりも前方に配置されている。この実施例は、照準照明光線の発散を防ぐために光管が照準ＬＥＤと組み合せて使用される場合に有効である。図６ｏの実施例では、レンズ２５によって対象Ｔ上に結像されうる開口４３は、光路においてＬＥＤ１８よりも前方で、かつ光反射素子６４０よりも光学的に後方に配置されている。図６ｐの実施例は、光源１８と光反射素子４３ｒの間に配置される開口４３と、開口４３からの光を結像し、反射素子６４３から反射される照準照明光の向きを変向するためのプリズムを具備した光学素子２５ｐとを備えている。光学素子２５ｐは、その光入射面上に定められたプリズムと、光出射面上の結像レンズ面（球面または円柱形）とを具備している。光変向プリズム２５ｐを具備する図６ｐの実施例は、本システムが設置される撮像装置の高さ要件を軽減するために利用することができることが分かるであろう。折り曲げられた光学開口照準システムは、図６ｑに示すような照準光学光管に容易に組み込むことができる。図６ｑにおいて、光管３１１は、照準光源からの光を伝達している。光管３１１には、開口４３を画定する開口絞り６４１が組み込まれている。光管３１１の遠位端３１４には、対象空間に開口４３を結像するための照準光学部品２５が配置されている。
【００７２】
本発明のモジュールによって投影されうる他の照準パターンを参照すると、分割線照準パターンが図６ｉ及び図６ｊに図示されている。図６ｉに示す分割水平線照準パターンは、図６ｓに示すように、照準パターン円柱レンズ２５に対向して、光学板２６の光入射面に照準パターンウェッジ２９を設けることによって形成することができる。照準パターンウェッジ２９は、モジュールが許容可能な品質の画像データを取り込むことができるような対象からの距離の範囲内（モジュールの最適焦点距離はこの範囲内にある）にある場合、モジュールの視界の中央に２つの水平線部分６４８間のすき間６５０が定義されるように、開口スリット４３からの光を対象領域Ｔの側部に向かって外方向へ向けるように作用する。線分６４８からなる分割線照準パターンにより、使用者は、モジュールの視野の中心を、対象となる領域の中心と簡単に位置合せできるようになる。
【００７３】
線分６４８が、読取装置の視野によって画定される読取装置の対象領域Ｔを実質的に超えて延在しないように、線分６４８からなる分割水平線照準パターン６４７の幅を限定することが望ましいかもしれない。線分６４８からなる分割水平線照準パターンの幅を限定するために、図２ｊに示されるように垂直に配向された円柱レンズが照準パターンウェッジ２９上に重畳されて、ウェッジと垂直配向された円柱レンズ素子２９’を組合せたものが形成される。ウェッジとレンズ素子２９’の組合せをスリット開口４３と位置合せすることにより、図６ｊに示す特徴を有する照準パターンが得られ、線分６４８からなる分割水平ライン照準パターンは、読取装置の視野によって画定される対象領域Ｔの実質的に内部に包含される。
【００７４】
モジュール１０−９の特定の実施例に示されるように開口４３に対して配置した場合、開口板２６の円柱レンズ２５は、開口スリット４３からの光を集束させて結像するように作用する。照準光学部品２５を有するとして図示された上記のモジュールでは、対象までのモジュール１０の距離が変化しても、照準パターン６３０の鮮明さは実質的には変わらないことが好ましい。光学部品２５は、光を徐々に集束（その後発散）させるようになされることができる。光学部品２５は光線を徐々に集束させるようになされることができるので、光学部品２５は光を実質的に平行にする機能を提供するものと言うこともできるであろう。さらに照準システムが鮮明な照準パターンが対象Ｔ上に投影されることになるという特徴を備えている場合、光学部品２５は、光学部品２５から出る光線を実際に平行にしたり、あるいは発散させることさえできる。光学部品２５は多くの特徴を備えることができ、これにより様々なモジュール/対象間距離にわたって鮮明に現れるパターン、例えば６３０が得られる。
【００７５】
本発明のある変形例では、照準線、例えば線６４８の鮮明さがモジュール/対象間距離に応じて変化するように、照準照明光学部品が設けられている。さらに詳細に説明すると、照準線、例えば６４８がモジュール１０の最良焦点位置において実質的に最も鮮明であり、モジュール１０を備えた読取装置が該最良焦点位置から離されると鮮明でなくなるように照準照明光学部品を設けてもよい。
【００７６】
本発明のさらなる側面について言及すると、本明細書中に記載されるモジュールのいずれにおいても、照準光源１８はレーザダイオードアセンブリによって提供しうることは理解されるであろう。照準光源１８が、内蔵視準レンズを実装しているタイプのレーザダイオードアセンブリによって提供される場合、このようなレーザダイオードアセンブリは、本来、幅広い範囲のモジュール（読取装置）/対象間距離にわたって鮮明な照準パターンを生成するので、開口４３や光学部品２５などの素子を具備する必要がないと考えられるであろう。レーザダイオードアセンブリの照準光源１８によって生成される照準パターンは、対象領域Ｔにおいて光点となるかもしれない。図６ｋのモジュール１０−２１は、表面実装ＬＥＤによって提供される照射光源１６と、レーザダイオードアセンブリによって提供される照準光源１８とを備えている。撮像モジュール１０−２１は、図６Ｌに示すような照準パターンを投影することができる。レーザダイオードアセンブリ照準器１８は、対象Ｔ上に２つの点６３７、６３８を投影することができる。ダイオードアセンブリ１８が傾斜した場合、撮像モジュール１０−２１は、点６３７、６３８が最適焦点距離にて集束するように適合させることができる。
【００７７】
本発明の別の有効な実施例では、光学素子２５、開口４３、及び光源１８からなる発光光学部品は、最良焦点発光光学部品のモジュール/対象間距離（開口４３の光学的に合焦された画像が対象上に投影される距離）が、受光光学部品のモジュール/対象間距離（対象となる指標、例えばバーコードの光学的に合焦された画像が画像センサ３２に入射する距離）よりも長くなるように、受光光学部品４０に対して調整される。このような実施例は、モジュール１０−２２によって示されるような、照準パターンが照射パターンとして働くことのできる１次元実施例において大変有効である。受光最適焦点距離よりも長い発光最適焦点距離を有するようにモジュール１０−２２を構成することは、モジュール１０−２２の視野の奥行を増すものと認められている。最良受光焦点距離近くの読取装置距離において、モジュール１０−２２は高画質であるため、光学的に合焦されたとは言えない照準パターンが対象Ｔ上に投影されている状態でバーコードを読取るためにうまく用いることができる。最良発光焦点距離に近い、より長い距離では、光学的に合焦された照射パターンは高いＳ／Ｎ比を発生させ、モジュール１０−２２は、より長い距離にある指標を良好に復号することができる。モジュール１０−２２の一例では、モジュール１０−２２は、約７インチよりも長い最良発光焦点距離（開口４３が対象上に光学的に合焦される距離）と、約５インチよりも短い最良焦点受光焦点距離（指標がセンサ３２上に光学的に合焦される距離）を有するように設定される。
【００７８】
図６ｕの実施例では、光学板２６はその光入射面上に、照準パターン線分６４８の幅を限定するための結像光学部品２９’を備えている。照準光を均質化するために、照準光源１８によって発光される光の光路において光学板２６上に拡散器２７を設けることも望ましいかもしれない。例えば、同一水平面上にある照準光源１８から発光される光を均一化することが望ましいかもしれない。図６ｖ、６ｗ、及び６ｘは、一列の照準光源１８に沿って見た、様々な光学板２６の切開上面図を示している。図６ｖ、６ｗ、及び６ｚに示す光学板２６は、例えばモジュール１０−１、モジュール１０−９、またはモジュール１０−２２の光学板を表しているであろう。図６ｖの例では、光学板２６は、照準パターン光を均一化するための回折型光学拡散器２７ａを同一水平面に具備している。図６ｗの例では、光学板２６は、照準光を均一化するための屈折型光学垂直配向円柱マイクロレンズ拡散器２７ｂを同一水平面に具備している。図６ｘの例では、光学板２６は、光を均一化するための垂直配向円柱負レンズ２７ｃを同一水平面に具備している。
【００７９】
ここで照準光学部品２５は光学板２６の光出射面上に配置されるものとして説明され、照準拡散器２７は光学板２６の光入射面上に形成されるものとして説明されたが、照準光学部品２５は光入射面に形成してもよいし、照準拡散器２７ａ、２７ｂ、及び２７ｃのいずれかを光学板２６の光出射面に形成してもよい。さらに、１つ以上の照準システム光学素子を単一面上に形成することもできるであろう。垂直方向に向けられた円柱マイクロレンズ拡散器２７ｂは、例えば、光学板の光出射面の円柱レンズ２５ｃに組み込むこともできるであろう。
【００８０】
ある実施例において、照準光源１８、開口４３、及び光学部品２５（例えば円柱または球面レンズ）を備えた照準パターン生成システムがどのように鮮明で切れのよい照準線を広範囲にわたるモジュール/対象間距離（モジュール１０が読取装置に実装されている場合は、読取装置から対象までの距離）において生成できるかについて、図６ｙを参照して説明する。図６ｙの撮像モジュール側面図では、焦点６６８を有する結像レンズ２５は、開口４３の光学的に合焦された画像を画像面６６９に投影している。光線６７０、６７１、６７２、及び６７３は、画像面６６９の位置、及び画像面６６９における開口画像のサイズを示すために描かれている。光線６７４、６７５、６７６、及び６７７は、レンズ２５によって提供される開口絞り機能によって定められる図６ｙのシステムの限界光線である。読取距離６７８において、開口４３の光学的に合焦された画像、従って鮮明で切れのある照準パターン、例えば照準パターン６３０が対象Ｔ上に投影されることが分かる。これよりも近い読取距離、例えば距離６７９では、開口４３の光学的に合焦されたとは言えない画像が対象Ｔ上に結像される。しかしながら、実質的に開口４３から発光されるいかなる光も限界光線６７４及び６７５によって定められた境界を越える位置には届かないので、投影される画像は鮮明かつ切れよく定義される。さらに遠い読取距離、例えば距離６８０でもまた、開口４３の光学的に合焦されたとは言えない画像が対象Ｔ上に結像される。しかしながら、実質的に開口４３から発光されるいかなる光も限界光線６７６および６７７によって定められる境界外の場所には到達しないので、開口４３の遠視野に投影された画像は、鮮明かつ切れよく定められる。照準パターン、例えば６３０の高さ寸法は、レンズ２５の高さ寸法を制御することによって制御できることは、観察から分かるであろう。薄い照準線は、レンズ２５の高さ寸法を減少させることによって生成することができる。さらに、照準パターン、例えば照準パターン６３０の切れの良さおよび鮮明さは、鮮明に定義された不透過な開口絞り部材をレンズ２５の境界付近に１つまたは複数個設けることによって向上させることができる。図２ｎ（モジュール１０−９）、図６ｍ（モジュール１０−２２）、及び図１ｍ（モジュール１０−１）に示されるような不透過な開口絞り部材６８１は、レンズに取付、接着、または他の方法で固定された鋭利に縁取りされた機械部材によって得られるか、またはレンズ２５の表面に溶射、焼付け、または他の方法で蒸着された物質からなることができる。
【００８１】
切れのよい鮮明に定められた照準パターンが広範囲のモジュール/対象間距離にわたって投影される別の照準システムについて、例１を参照して説明する。例１では、１．０ｍｍ未満の非常に小さい開口高を有する開口照準システムが提供されている。開口４３のサイズは、別々の照射光源を有する２次元撮像モジュールの実施例において、画像取込み性能を損なうことなく容易に減少させることができ、多くの１次元撮像モジュールのように画像データの生成において照準照明を用いる必要がない。例１で述べる照準システムは、例えば図１ａに示すモジュール１０−１への実装に大変適している。
【００８２】
例１
図１ｈに実質的に示されるような、一対の照準ＬＥＤ１８、一対の開口４３、及び一対の球面レンズ２５ｓを備えた照準パターン生成システム６８５は、照準パターン生成システムの半分がそれぞれ表１に示すような特性を有するように設計されている。
【００８３】
【表１】
【００８４】
照準システム６８５は、実質的に図６ｚのシステム６８５のコンピュータでモデリングされた側面図に示されるような照準パターン光線を生成する。小サイズの開口４３は、光線が垂直面におけるレンズ２５ｓの境界６８６に達するのを実質的に阻止することが分かる（照準光線は、水平面上の境界６８６には達することができるので、図６ｙを参照して説明されたレンズ開口作用が水平面においては当てはまる）。その代わりに、開口４３から放射される光束は、これらの光束がレンズ面２５ｓを具備するレンズ部材上において、垂直面におけるレンズ部材の中心（軸）に向かって入射するように、おおむね集束される。上記システムの結像面（開口の画像が対象Ｔ上に光学的に合焦される面）はレンズ２５ｓから実質的にほぼ数ミリメートルに定められるように実験によって決定されたが、光学焦点距離からかなり離れた距離（７インチ超など）における対象Ｔ上に投影される照準パターンは、それにもかかわらず鮮明で切れがよく、短い読取距離の場合よりは実質的に厚いが、かなり狭いものになることが観察された。レンズ２５ｓから出る光線は、実験により推定された結像面６８８を超える距離で、垂直面において緩やかに発散する（約２度ほど）ことが確認された。従って、レンズ２５ｓから出る光線の発散が緩やかであることから、対象上に投影されるパターンの高さ寸法（厚さ）は、光学焦点距離から離れた長いモジュール/対象間距離において実質的に狭く、画像センサ３２の視野内に保たれており、長い距離（７インチ超）において開口４３の形状に対応してはっきりと定義されていることが認められた。光線の緩やかな発散は、光入射光線が実質的にレンズ２５を含むレンズ部材の中心（軸）に向かって集束されていること、さらにおそらくは開口４３の高さ寸法が小さいことに起因する回折光学特性の結果であると考えられた。
【００８５】
表２には、様々なモジュール/対象間距離においてシステム６８５によって生成される照準パターンの特性の概要が示されている。
【００８６】
【表２】
【００８７】
表２に記載された様々な距離における投影照準パターンは、図７ａないし図７ｄに示すように図示される。照準パターンの形状は、鮮明に定められた矩形であることが認められた。様々な距離における投影照準パターンは、図７ａないし図７ｄに実質的に表されるような鮮明さを示した。システム６８５によって投影される照準パターン６３１が、鮮明に定められた側方縁６３２を示すことが重要である。さらに、パターン６３１の鮮明に定められた側方縁６３２は、上記システムでは様々な距離において、Ｔによって定められ表２に示される画像センサ３２の視野内に常に投影されると考えられる。鮮明に投影された縁６３２が対象領域Ｔに相当する画像センサの視野の内側（図示）、視野の上、あるいは視野のちょうど外側に投影されるように、照準パターン６３１が投影されることが好ましい。視野の横方向境界近くに鮮明な側方縁６３２を有する照準パターン６３１を投影するようシステム６８５を構成することにより、モジュール１０の視野を対象証印上で横方向中央揃えするのを助けるのに有効な照準パターンが得られる。水平面および垂直面の両方に光線を投影するように作用する球面レンズ２５ｓを選択することによって、照準パターン６３１の鮮明な側方縁６３２が定められることになる。照準システム６８５は、約１インチ未満から約１５インチ超までの読取範囲における通常タイプの復号可能データ形式を読取るように構成された撮像モジュールに組み込まれた、約７インチの最良受光焦点距離を有する受光光学システムと組合わせて使用することもできる。
【００８８】
Ｄ．照射装置構造
図２ａに示すモジュール１０−２を再び参照すると、モジュール１０−２は、表面実装照射ＬＥＤ１６と、表面実装照準ＬＥＤ１８とを備えている。表面実装ＬＥＤは、プリント回路基板上に直接配置されたダイを有するタイプのＬＥＤである。モジュール１０２の実施例では、プリント回路基板１４ｂは、４つの照射ＬＥＤ１６と、一対の照準ＬＥＤ１８とを担持している。図８ａないし図８ｂを参照すると、照準光学部品１６ｐと組合わされて動作する照射ＬＥＤダイ１６ｄは、対象領域を実質的に均一な照明で照らす。照準ＬＥＤダイ１８ｄは照準光学部品４３及び１８ｐとともに、対象領域Ｔに照準パターンを投影する。“屈折型拡散器を備えた光学読取装置用の撮像モジュール”というタイトルで２００１年３月８日に出願され参照によって本明細書に引用される、同時係属中の出願第09/802,579号に説明されるように、照準ＬＥＤおよびこれに関連する光学部品によって投影される照準パターンは、例えば、直線、分割線、または幾何学形状を有することができる。
【００８９】
表面実装ＬＥＤのさらなる詳細について、図８ａの断面図および図８ｂの分解上面図を参照して説明する。図８ａの断面図を参照すると、表面実装ＬＥＤ１６及び１８は、プリント回路基板母材１４ｓ、エポキシ層１４ｅ、及びエポキシ層１４ｅ上にＬＥＤダイ１６ｄ及び１８ｄに対してそれぞれ対向する位置関係で配置されたレンズ１６ｐ及び１８ｐからなるプリント回路基板アセンブリに集積されている。表面実装ＬＥＤのエポキシ層１４ｅは半透明であることが知られている。表面実装ＬＥＤ回路基板１４ｓは、モジュール１０−２の第２の回路基板１４ｂ、及びモジュール１０−３の第１の回路基板１４ａである。ダイ１６ｄ及び１８ｄはこれらに関連したワイヤ結合１６ｗ及び１８ｗを有しており、電流をダイ１６ｄ及び１８ｄに循環可能としている。従って、図示した実施例では、照射ＬＥＤ１６は、１ＬＥＤあたり単一または複数のＬＥＤダイ１６ｄを有し、照準ＬＥＤ１８は、１ＬＥＤあたり単一のＬＥＤダイ１８ｄを有している。ＬＥＤダイ１６ｄ及び１８ｄは、ＰＣＢ母材１４ｓの表面に形成された反射器カップ１４ｒ内に配置されている。反射器カップ１４ｒは、ＰＣＢ１４ａからカップ部１４ｒを機械切削することによって作ることができる。各反射器カップ１４ｒの表面１４ｃは、金、銀、アルミニウム等の反射材料でコーティングされている。
【００９０】
ＬＥＤダイが反射器カップ１４ｒ内に被着された後、エポキシ層１４ｅがＰＣＢ基板１４ｓ上に積層される。レンズ１６ｐ及び１８ｐは、カップ１４ｒに対して対向する位置関係でエポキシ層１４ｅ上に同時形成される。図示した実施例で、照射ＬＥＤレンズ１６ｐは、照射ＬＥＤダイ１６ｄからの光線を、対象スペースに実質的に均一なパターンで発散させるための発散光学部品を具備していることが好ましい（従って、素子２７とも表示されている）。レンズ１８ｐは、ＬＥＤダイ１８ｄから放射される光からの光線を集束させるための集束光学部品を具備していることが好ましく、従って素子２５とも表示されている。レンズ１６ｐ及び１８ｐの縁１６ｅ及び１８ｅが図１ｆに示されている。ある実施例では、破線４３で示されるスリット開口は、レンズ１８ｐが開口４３を画像センサ３２の視野によって定義される対象上に投影するように、ＬＥＤダイ１８ｄ及びレンズ１８ｐと関連して配置されることができる。スリット開口４３は、図１ｅの破線で示した開口スリット４３に示されるようにエポキシ層１４ｅに埋め込んでもよいし、あるいはスリット開口４３は、エポキシ層１４ｅの上または下に形成してもよい。反射器カップ４ｒは、その内部に位置合わせエポキシを配置することもできる。このエポキシは、拡散を助けるために、拡散物質としてチタン酸化物が付加されてもよい。
【００９１】
モジュール１０−１では、図１ｈに最もよく示されているように、照準ＬＥＤ１８および照準ＬＥＤ１６は、図７ｅに示す分解側面図によって図示されているような側面リード型表面実装背面ベンチＬＥＤによって提供される。この側面リード型表面実装ＬＥＤは、従来のリード型ＬＥＤと同様に、そこからリード線１８Ｌが延びているが、従来のリード型ＬＥＤとは異なって、リード線１８ＬはＬＥＤ１６、１８の側面から延びている。側面から延びるリード線１８Ｌは、“ガルウイング”と呼ばれることもある。側面リード型表面実装ＬＥＤはさらに、図７ｅに示されるように実質的に平坦な裏面１８ｐｂを有している。裏面１８ｐｂには従来のリード付きＬＥＤのように底面から延びるリード線がないので、裏面１８ｐｂは実質的に平坦となるよう製造することができる。リード線のない平坦な裏面１８ｐｂは、ＰＣＢ１４ｂまたは他の平坦な部材に対して容易に背面ベンチングされることができ、ＬＥＤ１８を正確な向き（モジュール１０−１では直角方向）に容易に取付けできるようになる。さらに、従来のリード型ＬＥＤのようにプリント回路基板の、ベンチングされる面に対向する面上にＬＥＤをはんだ付けする必要がなくなるので、側面リード型ＬＥＤの取付けが複雑でなくなる。側面リード型表面実装ＬＥＤの側面リード線１８Ｌは、従来の表面実装ＬＥＤのはんだタブとは異なり、回路基板上におけるＬＥＤの背面ベンチングによって制御されるようなＬＥＤの厳密な正しい角向きを変更させることなく、プリント回路基板に対して容易にはんだ付けすることができることが重要である。図１ｈに示すように、側面リード型照射ＬＥＤ１６は、ＬＥＤ１８ＬがＸ軸およびＹ軸に対してある角度となるように搭載される。ＬＥＤ１６をある角度で搭載することによって、ＬＥＤ１６Ｌと、通常は導電性である支柱８４との間に十分な空間が設けられる。
【００９２】
図１ｈに示すＺ軸に対するＬＥＤの厳密な角向きは、ここに記載される多数の実施例において非常に重要であることは分かるであろう。Ｚ軸に対するＬＥＤ１６、１８の正確な角向きは、回路基板１４ａ及び１４ｂに対する側面リード型表面実装ＬＥＤの背面ベンチングによって得られる。ＬＥＤの密着した背面実装は、ＬＥＤ１６、１８によって消費されるＺ方向スペースをも減少させる。さらに、側面リード型表面実装ＬＥＤの使用により、外部の位置合せ部材または組立処理における外部のＬＥＤ位置合わせステップが必要なくなる。
【００９３】
本発明において使用できる側面リード型表面実装ＬＥＤの一例は、カリフォルニア州Palo AltoのAgilent Technologies, Inc.によって製造されるHLMX“サブミニアチュア高性能AlInGaP”シリーズのＬＥＤである。上面の平らなHLMX-PXXX Agilentランプは広幅の放射パターンを有しているので、幾つかの適用において照射ＬＥＤ１６として用いられる場合にはさらに有効である。ドーム型HLMX-QXXX Agilientランプは狭い放射パターンを有しているので、ある適用においては照準ＬＥＤ１８として用いられる際にさらに有効である。ある適用においては、照準及び照射ＬＥＤ１６、１８の両方がドーム型HLMX QXXXランプによって提供される。
【００９４】
図４ａないし図４ｎを参照して説明された成型光管・ＬＥＤアセンブリの変形例について、図８ｃ、８ｄ、及び８ｅを参照してここでさらに詳細に説明する。図８ｃの実施例では、光管・光源アセンブリ３７０は、ＰＣＢ１４（例えば１４ａ及び１４ｂ）に取付けられた単一の表面実装ＬＥＤパッケージ９２−１を備えている。ＬＥＤ９２−１は、単一のＬＥＤダイを備えている。さらに図８ｃの実施例を参照すると、光管３１１は、光管３１１の主要な光屈折面３７６がＰＣＢ１４に対して一定のほぼ４５度の角度を成すように製造され取付けられる。
【００９５】
図８ｄの実施例では、光管・光源アセンブリ３７１は、多リードフレーム表面実装パッケージ９２−２を備えている。ＬＥＤ９２−２は、内部に搭載された３つのＬＥＤダイＬＤ、及び単一のブラッグ反射器Ｒを有している。単一のブラッグ反射器Ｒを有するＬＥＤパッケージに多数のＬＥＤダイＬＤを配列することにより、表面実装ＬＥＤパッケージのサイズが小さくなる。さらに図８ｄの実施例を参照すると、光管３１１の光入射面は３つの部分ｓｅ1、ｓｅ2、及びｓｅ3に分けられ、それぞれがＬＥＤダイＬＤの１つに対応している。各光入射面ｓｅ1、ｓｅ2、及びｓｅ3は、ＬＥＤダイＬＤのそれぞれに対する光管による光伝達の効率を最適化するようにＰＣＢ１４と異なる角度を成す。拡散器２７は、光管３１１の遠位端上に成型することができる。拡散器２７は、光管３１１からの光を拡散し、さらにフレネル損失を減少させる。
【００９６】
図８ｅの実施例では、光管・光源アセンブリ３７２は、３つのＬＥＤダイＬＤを有し、各ＬＥＤは発光ダイをＰＣＢ１４上に直接搭載し、ＰＣＢに搭載されたダイのアセンブリ上にエポキシｅを堆積することによって形成される。ＬＥＤダイＬＤをＰＣＢ１４上へ直接搭載することにより、ＬＥＤパッケージ９２−３のサイズが小さくなる。さらに図８ｅの実施例を参照すると、アセンブリ３７２の主要光屈折面ｓｒは３つの部分ｓｒ1、ｓｒ2、及びｓｒ3に分けられており、それぞれＬＥＤダイＬＤの１つに対応している。光屈折湾曲面ｓｒの各部ｓｒ1、ｓｒ2、及びｓｒ3は、光管８６−２による各ＬＥＤダイＬＤへの光伝達の効率を最適化するようにＰＣＢ１４と異なる角度を形成している。システム３７２のフレネル損失を減少させるために、エポキシｅの屈折率Ｎeは、成型された光管３１１の屈折率Ｎpにほぼ合致するように選択されることができる。
【００９７】
図８ｅのアセンブリ３７２及び図８ｄのアセンブリ３７１は、多数のダイを有する光管・光源アセンブリにおいて光管による光伝達の効率を最適化するための２つの異なるシステムを図示している。ＬＥＤ９２−２及びＬＥＤ９２−３は、多数のダイを備えた単一光源である。これらのシステムのいずれも、多数の光源を有し、該多数の光源が１つのダイあたり１つのブラッグ反射器を有する標準的な表面実装ＬＥＤ、または標準的な単一ダイリード型ＬＥＤを備えている光管・光源アセンブリにおいて使用できることは分かるであろう。図８ｃ、８ｄ、及び８ｅに描かれた光線ＬＲは、理想的な光源ＬＤから放射されているものとして示されている。実際の光源は、入射光線の起点及び角度が実質的にかなり多様であることを理解すべきである。さらに、ここに記載されたＬＥＤ、例えばＬＥＤ１６及びＬＥＤ１８はいずれも、多数のＬＥＤダイがそこに組み込まれたＬＥＤパッケージによって提供されうることが理解できるであろう。ドイツのミュンヘンのInfineon Corp.は、多数のＬＥＤダイを備えたＬＥＤの設計製造を専門にしている。
【００９８】
ＬＥＤ１６及び１８の効率を上げるための装置について、図８ｆ及び図８ｇを参照して説明する。図８ｆを参照して説明されるシステムでは、購入された部分表面実装ＬＥＤ１８、１８ｓがＰＣＢ１４（例えばＰＣＢ１４ａ、１４ｂ）に実装され、透明なエポキシレンズ１８Ｌが表面実装ＬＥＤ１８、１８ｓ上に成型される。レンズ１８Ｌによって得られるレンズ効果により、ＬＥＤから放射される光の発散量が減少する。図８ｇを参照して説明されるシステムでは、リード型ＬＥＤ１８がＰＣＢ１４（例えば１４ａ及び１４ｂ）に実装され、概ねボックス型のレンズキャップ１８ｃがＬＥＤ１８上に実装される。レンズキャップ１８ｃは、レンズ１８Ｌと同様に、ＬＥＤ１８から放射される光が発散する量を減少させる。ＬＥＤから放射される光線の発散を減少させることは、ＬＥＤが開口に向けられるよう構成された照準ＬＥＤである場合に特に有効である。しかしながら、設計者の中には、完全な開口を“満たす”ことを重視する人がいるかもしれない。ＬＥＤ１８ｓ及びレンズ１８Ｌからなるシステムは、一括してＬＥＤ１８と見なすことができる。同様に、図７ｍのＬＥＤ１８及びレンズ１８Ｌからなるシステムを一括してＬＥＤ１８と見なすこともできる。
【００９９】
Ｅ．照射/照準発色の制御および調整
図８ｂの実施例の照射光源１６は、複数のＬＥＤダイ１６ｄを具備していることが分かる。図８ｈに示されるように、読取装置を定義するために読取装置ハウジング１１１のいずれかに取り付けることのできるモジュール１０−２３の照射光源１６は、多数のＬＥＤダイ１６ｄを有し、それぞれ独立して駆動可能でかつ他のＬＥＤダイとは異なる発光波長帯域を有する多色発光光源とすることができる。図８ｈ及び図１ｚに示す照射光源１６、１６ＭＣは、３つのＬＥＤダイ１６ｄ−１、１６ｄ−２、及び１６ｄ−３を有する多色発光光源である。多色ＬＥＤ１６ｍｃ、１８ｍｃは、ここに記載するモジュール１０−１ないし１０−２２のいずれにも実装することができる。第１のＬＥＤダイ１６ｄ−１は青色光波長帯域の光を発光するように独立して駆動可能で、第２のＬＥＤダイ１６ｄ−２は緑色光波長帯域の光を発光するように独立して駆動可能で、ＬＥＤダイ１６ｄ−３は、黄色光波長帯域の光を発光するように独立して駆動可能である。制御回路１４０によってＬＥＤ１６ＭＣに提供される一組の信号は、一組のＬＥＤダイ駆動信号と呼ぶことができる。制御回路１４０は、読取装置１１０の現在の適用に基づいてＬＥＤ１６ＭＣに対する電流を変えるように制御することができる。多色発光光源１６及び１６ＭＣは、例えば、米国カリフォルニア州San JoseのInfineon Technologies Corporationから入手できるタイプの模範的ＬＡＴＢカラー光源とすることができる。
【０１００】
異なる面は、その形状、色、及び材料の種類に応じて、異なるタイプの照射に対して様々に反応することが多い。制御回路１４０は、第１の組のＬＥＤダイ駆動信号を用いたバーコードの復号が成功しなかった場合、自動的に第２の組のＬＥＤダイ駆動信号をＬＥＤ１６及び１６ＭＣに供給し、復号が再度失敗した場合は第３の組のＬＥＤダイ駆動信号をＬＥＤ１６及び１６ＭＣに供給するなどを、復号が上手く行われるまで行うように構成されることができる。制御回路１４０は、良好な復号が得られた前記一組のＬＥＤ駆動信号を取っておき、復号化を始動させるように次にトリガ１３ｔが引かれた場合に該駆動信号の組を利用するように制御回路１４０を構成することもできる。
【０１０１】
本発明の別の実施例によれば、読取装置１１０は、ＬＥＤダイ１６ｄ−１、１６ｄ−２、及び１６ｄ−３が組合わされて発光された色を、読取装置が現在使用されている適用に最適化させるように、制御装置１４０によってＬＥＤ１６ＭＣに供給される一組のＬＥＤダイ駆動信号をオペレータによって選択可能するよう構成されている。例えば、読取装置１１０が、ある金属表面に形成されたバーコードを復号するために用いられる場合、オペレータは、制御回路１４０がＬＥＤ１６ＭＣに対して、該金属面上に形成された画像を取り込む際に用いるのに好適であると先に判断された１組のＬＥＤ駆動信号を供給するように読取装置１１０を構成することができる。オペレータはさらに、ＬＥＤによって放射される色を、証印を備えた対象領域内にある色に応じて変更したいと思うかもしれない。例えば、対象領域が白い背景上に形成された赤い証印を備えている場合、オペレータは、制御回路１４０が白色光を発光するＬＥＤを得るように作用する１組のＬＥＤダイ駆動信号を供給するよう、例えばメニューオプションの選択によって制御回路１４０を構成することができ、これにより白地に形成された赤い証印を備える場合において画像データの取り込まれたフレーム内のコントラストが最適化される。
【０１０２】
読取装置１１０は、ディスプレイ１４ｄ上のある証印の表示に応じてキーボード１３ｋ上の１つ以上の特定の制御ボタンを選択することにより、ある１組のＬＥＤダイ駆動信号が制御回路１４０によって多色発光ＬＥＤ１６及び１６ＭＣに対して供給されるよう、構成されることができる。読取装置１１０は、後でさらに詳細に説明するように、あるタイプの“メニューシンボル”を読取ることによって、ある１組のＬＥＤダイ駆動信号が多色発光ＬＥＤ１６に対して供給されるように、構成することもできる。
【０１０３】
読取装置１１０は、ＬＥＤ１６ＭＣに供給される１組のＬＥＤ駆動信号が、読取装置１１０によって検知された、例えば周囲光、対象内にある証印の色、対象の材料状態、読取装置から対象までの距離、画像の焦点レベル、対象の形状または表面特徴などの検知状態に応じて自動的に変わるよう構成されることもできる。読取装置１１０は、読取装置によって駆動される照明がなくても、画像データの取込みフレームの分析によって、周囲光状態を自動的に検知することができる。読取装置１１０は、公知の照射条件の下で取り込まれた画像データの取込みフレームの分析により、対象の反射率状態を判定することができる。様々な自動範囲判定・焦点レベル決定方法が、当業者にとって公知である。よく知られているように、読取装置の読取装置/対象間距離は、対象上の光点を読取装置のハウジングから斜めに向け、取込んだ画像の光点の位置に基づいて読取装置/対象間距離を推定することによって判定することができる。画像のフォーカス度は、１９９８年６月３０日に交付され、参照により本明細書に引用される同一出願による米国特許第5,773,810号に記載される方法など幾つかの方法によって判定することができる。読取装置１１０は、照射ＬＥＤ１６ＭＣ及び/または照準ＬＥＤ１８ＭＣによって発光される色が、読取装と対象との距離や画像のフォーカス度に応じて変わるように構成されることができる。例えば、読取装置と対象との距離が所望の最小読取装置/対象間距離よりも短い場合には自動的に赤色光（“熱すぎ”の状態を示す）を発光するようにＬＥＤ１６ＭＣ（および/または１８ＭＣ）を制御することができ、読取装置と対象との距離が許容可能な距離の範囲内にある場合は自動的に白色光を発光するようにＬＥＤ１６ＭＣ（および/または１８ＭＣ）を制御することができ、さらに読取装置と対象との距離が所望の最大読取装置/対象間距離よりも長い場合には自動的に青色光（“冷たすぎ”の状態を示す）を発光するようにＬＥＤ１６ＭＣ（および/または１８ＭＣ）を制御することができるように、制御回路１４０を構成可能である。同様に制御回路１４０は、最も最近に取込んだ画像が許容可能でないフォーカス度を示している場合は自動的に例えば青色光を発光するようにＬＥＤ１６ＭＣ（及び/または１８ＭＣ）を制御し、最も最近に取込んだ画像が許容可能なフォーカス度を示している場合には自動的に例えば白色光を発光するようにＬＥＤ１６ＭＣ（及び/または１８ＭＣ）を制御できるように、構成することができる。
【０１０４】
読取装置１０において画像センサを用い、検出された色と相関性のある適切なカラーフィルタを作動させ、カラー画像センサによって生成された画像信号を分析することによって、対象領域に何らかの色があるかないかを容易に検出することができる。読取装置１１０においてカラー画像センサを用いることの利益および利点は、“カラー撮像器を有する光学読取装置”というタイトルで２００１年７月１３日に出願され、その全体を参照することによって本明細書に引用される出願第09/904,694号においてさらに十分に議論されている。
【０１０５】
本明細書中に記載される可変発光特徴は、多色光源ではなく、異なる色の単色光源を複数設けることによって得られる。例えば照射システムは、単色赤色ＬＥＤ群と、単色青色ＬＥＤ群とを具備することができる。制御回路１４０は、赤色ＬＥＤ群を停止させ青色ＬＥＤ群を起動させることによって、照射対象の照射の色を赤から青に変更できる。
【０１０６】
多色発光ＬＥＤダイは、図１ｒに示す照準ＬＥＤ１８ＭＣによって示されるように照準照明ＬＥＤとして用いることもできる。制御回路１４０は、読取装置１１０の動作モードに応じて、異なる多色照準ＬＥＤ照明源１８ＭＣに対して異なるＬＥＤ駆動信号の組を供給することができる。例えば、読取装置１１０が復号化試行モードで作動している場合、制御回路１４０は、多色照準ＬＥＤ１８ＭＣに対して、照準ＬＥＤ１８ＭＣに緑色光を発光させるような１組のＬＥＤ駆動信号を供給することができる。読取装置１１０がバーコードを良好に復号した場合、制御回路１４０は、多色照準ＬＥＤ１８ＭＣに赤色光を発光させるような１組のＬＥＤ駆動信号を多色ＬＥＤ１８ＭＣに供給することができる。つまり制御回路１４０は、バーコードまたは文字の良好な復号がなされた場合には照準照明ＬＥＤ１８ＭＣから発光される照明の色を第１の色から第２の色に変更することによって良好な読取指標を生成することができ、制御回路１４０は、バーコードまたは文字が良好に復号された場合に照射ＬＥＤ１６ＭＣに対して供給される１組のＬＥＤ駆動信号を変更することによって、良好な読取または作動状態における他の変化を示すこともできる。
【０１０７】
照準照明パターン６３０と背景照射パターン５２０の間のコントラストは、照準光源が照射光源１６とは異なる色の光を放射するように照射光源１８を選択することによって向上させることができる。
【０１０８】
本発明の一実施例では、例えばモジュール１０−１の照射ＬＥＤ１６は赤色光ＬＥＤからなり、照準ＬＥＤは緑色ＬＥＤまたは青色光ＬＥＤからなる。照準ＬＥＤを、照射ＬＥＤとは異なる色の光を投影するように選択することによって、照準パターン７４が背景パターン７４とは異なる色で対象Ｔ上に投影されることとなり、オペレータが照射パターンに対して照準パターンを認識する能力が高まる。照準光源１８と照射光源１８が異なる色の光を発光するように選択された場合、対象から反射される受信光は、異なる色のうち一つだけが画像センサによって受光されるようにフィルタにかけることができる。図６ｍは、１次元画像モジュール１０−２２に組込まれたカラーフィルタ４５０を示している。図３ｇは、２次元画像モジュール１０−１１に組込まれたカラーフィルタ４５０を示している。カラーフィルタは、必要な色の光を通す帯域通過フィルタ、または必要でない色の光を遮断する遮断フィルタとすることができる。フィルタ４５０を用いれば、ある適用において、照準光源１８からの光をフィルタにかけることができる（照準光源１６とは発光が異なる場合）ので、バックアウトパターン６３０の照準光源１８を電子的に“チカチカさせる”必要はなくなる。
【０１０９】
照準パターンおよび照射パターンを形成する色の特定の組合せは、照射および照準照明光源が組込まれる光学読取装置で予想される特定の用途に基づいて選択することができる。読取装置が白地に黒のプリントされた証印に使われることが想定される標準的なバーコード読取適用において、例えば、照準ＬＥＤ１８は赤色光を発光するように選択され、照準照明ＬＥＤは青色光を発光するように選択されて図８５に示すようなコントラストの強い照射パターンを形成するようにすることができる。光学読取装置が蛍光オレンジのポストネットコードを読取ると想定される適用では、照射ＬＥＤ１６は緑または青色光を放射するように選択でき、照準ＬＥＤ１８は赤色光を放射するように選択できる。光学読取装置１０が白地に赤でプリントされた証印を読取ために用いられると想定される適用においては、照射ＬＥＤ１６は白色光を放射するように選択でき、照準ＬＥＤ１８は赤、緑、または黄色光を放射するように選択できる。光学読取装置１０が写真処理暗室で使用される適用では、照射ＬＥＤ１６は赤外スペクトルの光を放射するように選択でき、照準ＬＥＤ１８は赤、緑、青、または黄色光を放射するように選択できる。
【０１１０】
表３は、上述した照射光源・照準光源と適用との相関関係をまとめたものである。
【０１１１】
【表３】
【０１１２】
白色照射ＬＥＤの利用により様々な利点が得られる。白色光は、赤色光と比べて気を散らさない色である。赤色光照射パターンは、目を疲れさせ頭痛を引き起こすと認められている。さらに赤という色は、多くのタイプの産業上適用では危険を示すものである。従って、白色光の使用により、赤色照射光が危険な状況を示すと読取装置１０の近くで働いている人々によって誤解されるという問題を避けることができる。さらに、白色光照射光源を使用することによって、赤色インクのサイン、赤色バーコード、及びアジアで使用されているような赤い“印鑑”など赤で印字された証印を撮像可能になる。さらに、白色光照射光源を使用すれば、照準照明ＬＥＤが狭い（白でない）帯域の光を放射するように選択されている場合、照射パターンと照準パターンの間に良好なコントラストが提供される。
【０１１３】
多色発光光源ＬＥＤ１６ＭＣ及び/又は照準ＬＥＤ１８ＭＣを使用すれば、単に異なる組のＬＥＤダイ駆動信号を照準ＬＥＤ１８ＭＣ及び照射ＬＥＤ１６ＭＣに供給することによって、ＬＥＤを物理的に除去したり置き換えたりすることなく、さらに異なるＬＥＤがモジュール１０に付加される場合には必要とされたようにモジュール１０のサイズを大きくすることもなく、コントラストの強い照射および照準パターンの様々な組合せが得られる。多色発光光源照射および照準ＬＥＤ１６ＭＣ及び１８ＭＣを有する読取装置１１０は、使用者が制御入力を作動させて背景パターン７２と照準パターン７４によって定義される特定の色の組合せを変更できるように構成されることができる。照射パターンと照準パターン間の色コントラストの組合せは、読取装置１１０の動作モードに応じて選択的に起動されうる異なる色の単色照射光源および/または照準照明光源の個別の群を読取装置１１０に設けることによっても変更可能とすることができる。しかし、そのような解決法はモジュール１０のサイズを大幅に大きくしてしまうであろう。
【０１１４】
図８ｋの読取装置１１０に示されるように、制御回路１４０は、ディスプレイ１４ｄ上に、１組のユーザ選択可能な適用設定を表示するようにプログラムされることもでき、この設定は“多モード画像取り込み・復号光学読取装置”というタイトルで２００１年５月１５日に出願され参照によって本明細書に引用される、同一出願人による米国出願第09/858,163号に説明されるような公知のメニュードライバ選択方法の１つによって選択可能である。図８ｋに示す実施例では、ディスプレイ１４ｄは、ユーザに対して様々な適用設定、すなわち“標準バーコード”、“オレンジポストネット”、“赤色証印”、及び“暗号化バーコード”を表示している。適用メニューオプションの１つが選択されると、制御回路１４０は表１に列挙される適用とパターンの対応関係に従ってメニュー選択に対応するＬＥＤ１６ＭＣおよび１８ＭＣに対して１組のＬＥＤダイ駆動信号を供給する。すなわち、標準バーコードオプションが選択された場合、制御回路１４０は、照射ＬＥＤ１６ＭＣが赤色光を放射し照準ＬＥＤが青または緑色光を放射するようにＬＥＤ１６ＭＣ及び１８ＭＣに対して１組のＬＥＤダイ駆動信号を供給することができる。“赤色証印”オプション１４ｄ−ｒが選択された場合、制御回路１４０は、照射ＬＥＤが白色光を放射し、撮像ＬＥＤが赤色光を放射するなどのようにＬＥＤ１６ＭＣ及び１８ＭＣに対して１組のＬＥＤダイ駆動信号を供給することができる。
【０１１５】
読取装置１１０は、照準ＬＥＤ１８ＭＣと照射ＬＥＤ１６ＭＣによって投影される色の特定の組合せが、検知された状態に応じて自動的に変わるように構成することもできる。
【０１１６】
例えば、読取装置１１０は、読取装置１１０が先に述べたような方法で対象領域に赤色証印があることを検知した場合、照射ＬＥＤ１６ＭＣが白色光を放射し照準ＬＥＤ１８ＭＣが青色光を放射するように、すなわち赤色証印を備えた対象を撮像するのに好適な照準パターンの色組合せとなるように、制御回路４０がＬＥＤ１６ＭＣ及び１８ＭＣに対して１組のＬＥＤ駆動信号を供給できるよう構成されることができる。
【０１１７】
Ｆ．受光光学部品
モジュール１０のサイズを小さくすると、モジュール１０の感度が、画像センサ３２に対するレンズアセンブリ４０の距離に応じて変化する。従って、レンズバレル４０として図示されているレンズアセンブリ４０とレンズ保持器８２との配置を、レンズバレル４０がレンズ保持器８２内にで細密調整できるようなものにすることが有益である。レンズアセンブリ４０に組込まれた結像レンズは、例えば単一素子レンズ、２素子レンズ（レンズダブレット）、３素子レンズ（レンズトリプレット）とすることができ、１つまたは複数のレンズアセンブリ４０は、様々な材料、例えばガラス、プラスチックなどから作ることができる。
【０１１８】
従来技術では、レンズバレルは通常、図１１に示すように保持器８２のねじ山８２ｔに受け入れられるねじ山４０ｔをその外側面に備えていた。ねじ山付きレンズバレルシステム内でのレンズと画像センサとの距離は、所望のレンズ/画像センサ間距離が得られるまで単にバレルレンズアセンブリ４０を保持器８２にねじ込むことによって調節される。
【０１１９】
ねじ付きレンズバレルの距離を調節する精度は、バレル４０と保持器８２のねじ山の数を変えることによって向上させることができる。しかしながら、システムのねじ山数を増やすと、バレルレンズアセンブリ４０と保持器８２の製造コストは大幅に増加する。
【０１２０】
低コストで細密調整可能なバレル・レンズ保持器システムについて、主に図８Ｌないし図８ｒを参照して説明するが、本発明によるレンズアセンブリ調整特徴を示す別の図および/または実施例が図１ｈ、１ｉ、１ｏ、１ｐ、１ｓ、及び２Ｌに図示されている。図８Ｌの実施例では、レンズ保持器８２の内側面とバレル４０の外側面４１０の両方にねじ山がなく、ほぼ滑らかであることが分かる。バレル４０は、保持器８２に摺動自在に受けられる。バレル４０は保持器８２の内側壁４１２上を摺動するものでもよいし、あるいはバレル４０はレール４３５上を摺動してもよい。バレル４０と保持器８２は、バレル４０が保持器８２内で実質的に軸方向に動かないように、厳重な、あるいは極めて厳重な公差で製造されることが好ましい。図８Ｌのバレル・保持器システムのさらなる側面によれば、保持器８２は、接着剤受入開口４１４と、保持器８２の軸と同延の細長い調整ピン開口４１６とを具備している。開口４１４および開口４１６の変形例が幾つかの図面にわたって示されている。バレル４０の更なる側面について言及すると、レンズバレル４０は、図１ｏの実施例ではバレル４０の円周に沿って形成されているノッチ４２０を具備している。レンズ保持器８２は、バレル４０がレンズ保持器８２において所望の半径方向にて受けられるように、バレル４０の相補形に形成されたくさび４２６と係合するくさび４２４をさらに具備している。
【０１２１】
バレル８２ｂを保持器８２と調整し固定するために、内部にバレル８２ｂを非固定的に取付けたモジュール１０は固定具９３内に配置されるが、この固定具は図８ｐ及び８ｑに示すようなタイプのものとすることができる。固定具９３は、１つの定置部材９３ｓと、定置部材９３ｓに対して小刻みに動くことのできる１つの可動部材９３ｍと、固定具９３内にモジュールを締着するために作動可能なクランプ装置９３ｃとを具備することができる。モジュール１０が固定具９３内に配置されると、固定具９３のピン９３ｐは細長ピン受入開口４１６を貫通してバレル８２ｂのノッチと係合する。それから、固定された部材９３ｓの位置に対して固定具９３の可動部材９３ｍの位置を調整することによって、レンズと画像センサとの距離が細密調整される。図８ｐ及び８ｑの固定具では、部材９３ｓに対する部材９３ｍの位置を細密調整するために、マイクロメータ調整ノブ９３ｋが作動される。レンズとバレルとの距離の調整を助けるために、レンズバレル調整組立てステップの間、モジュール１０は電源投入され、テスト対象Ｔを撮像するよう位置決めされ、ディスプレイ１６８ｄ（図１０ｅ）と通信するようになされることができる。組立工は、ディスプレイ１６８ｄ上に表示されたテスト対象の画像を見ながら固定具９３を用いてレンズ/画像センサ間距離を調整することができ、ディスプレイ１６８ｄに表示された画像の質に基づいて所望の距離が得られるかどうかを判断することができる。所望のレンズ/画像センサ間距離が得られると、オペレータは、接着剤がレンズバレル４０を保持器８２に固定された取付け位置で接着させるように、接着剤を接着剤受入開口４１４に配置する。接着剤は、例えばLOCTITE401、LOCTITE UV4304、LOCTITE406、LOCTITE4471などのシアノクリレートを基剤としたエポキシ接着剤とすることができ、これらは全てコネチカット州Rocky HillのLOCTITE Corporationから入手可能である。レンズバレル調整工程の際にモジュールによって撮像されるテストパターンは様々な形態をとることができるが、表示された画像の観察によってフォーカスの質が容易に判断できるように、複数の細密印字証印からなることが好ましい。例えば、１ドル札をテスト対象として利用することができる。フォーカス度は、図１０ａないし図１０ｅと関連して説明されたプロセッサ１４０によって取込まれる画像の画像分析によって判定することもできる。例えば、許容可能なフォーカス度が得られたか否かの判定は、参照によって本明細書に引用される同一出願人による米国特許第5,773,810号に記載されるようにフォーカス度信号の値に基づいて行うこともできる。
【０１２２】
ねじ山なしバレルレンズアセンブリ調整システムのさらなる側面について言及すると、図８ｍのバレル４０上に形成されたピン収容ノッチ４２０は、図示されるように切頭されており、バレル４０の円周に沿って延在するものではない。さらに例えば図８Ｌの実施例における接着剤受容開口４１４は、保持器８２の平らにされた平坦な内側面４２４によって定められる位置に形成されている。保持器８２の平坦化された平らな内面４２４はくさびとして働き、バレル４０の相補形に形成された平坦な平面４２６と係合してバレル４０を保持器８２内の所望の半径方向に位置合せする。キー面４２６は図８ｙに示すよう凹面とすることもでき、表面４２６による接着剤の保持が改良されて保持器８２とバレル４０の間に大きな隙間が定められるようになる。キー係合機能を設けることに加え、バレル４０と保持器８２の相補形係合面４２４および４２６は、バレル４０が保持器８２内の所定の位置に保持される確実性を高めるように働く。平面４２４および４２６によって定められる界面は、液体接着剤が流れて保持器８２内を自由に飛散してしまうようにするのでなく、硬化処理の間に液体接着剤を隔離された位置に保持するように作用する。表面４２６が凹面であれば保持機能は向上する。バレル４２０の接着剤境界面４２６と切頭されたノッチ４２０は、図８Ｌ〜図８ｍの実施例では間隔をあけて配置されているので、接着性物質を付加した後に保持器８２内におけるバレルのさらなる調整が必要とされる場合に、接着性物質がノッチ４２０に入り込んで調整処理を複雑にする恐れはないであろう。バレル４０は、図８ｐ及び８ｑに関連して先に説明したように固定具およびテスト画像表示ディスプレイ１６８ｄを使用して、保持器８２内において調整され取付けることができる。細密調整可能なねじ山なしレンズアセンブリバレルシステムの別の側面では、接着性物質を開口４１４だけでなくピン開口４１６内にも配置して、バレル４０が保持器８２内に保持される保持力を高めることもできる。そのような実施例では、保持器８２は一対の接着剤受入開口４１４、４１６を具備していることが有効である。図８L及び８ｏに示すように、保持器８２は、レール４３５を含む複数のレールを具備することができる。バレルは、レール４３５に乗るようになされることができる。レール４３５は、バレルの軸と平行に位置合せされることができるが、保持器８２の内側壁４１２は、支持アセンブリ８０をモールドからさらに簡単に取り外せるようにわずかな角度（例えば０．５度）だけ傾けることができる。本発明による支持アセンブリ８０は、黒色ポリカーボネイトからなることができる。保持器が幾つか（例えば４つ）有しているレール４３５は、支持部８０の製造工程を簡単にし、バレル４０と保持器８２の間の接着剤収容隙間を定めるのに役立つ。
【０１２３】
細密調整可能なバレル・保持器システムの別の実施例では、レンズバレル４０ｂと保持器８２の両方が、図８ｒの実施例によって概ね図示されているようにねじ山を具備している。しかしながら低コストの細密調整可能なねじ山付きレンズ調整システムでは、レンズバレル８２ｂと保持器８２のねじ山は、バレル４０がひとたび保持器８２内に収容されるとＺ方向に数ミクロン移動可能となるように、実質的に粗い緩やかな公差のねじ山となるように選択される。本発明による細密調整バレル・保持器システムにおいて有効なタイプの粗いねじ山の例は、アメリカ規格協会（ＡＮＳＩ）によって設計されるようなクラス１粗ねじ山である。実質的に粗いねじ山が細密調整可能なねじ山付きレンズアセンブリシステムで用いられる場合、粗調整ステップでは、バレル４０は保持器８２にねじ込まれる。細密調整ステップでは、バレル４０は、実質的に粗いねじ山の公差の利点を利用して、レンズ保持器８２内においてねじ込まずにＺ方向に沿って動かされる。実質的に粗いねじ山付きレンズバレルは、例えば図８Ｌに示すような接着剤受入開口を有することができる。細密調整可能な粗いねじ山付きレンズバレルシステムは、図８Ｌ及び図２Ｌに関連して説明したような細長ピン収容開口４１６を備えることもでき、この開口は接着剤受入開口としても働くことができる。さらに細密調整可能な粗いねじ山付きシステムのバレル８２ｂは、ピン９３ｐと係合するために図８ｒに示すようなノッチ４１０を備えたねじ山なし部を有するものでもよい。ピン９３ｐは、バレル８２ｂのねじ山と係合することもできる。所望のレンズ/画像センサ間距離が得られると、開口４１４、開口４１６、またはバレル８２ｂと保持器８２との間の別の露出界面に接着剤を付加して、バレル８２ｎを保持器８２上の固定位置に取付けることができる。ねじ山付きバレルは、図８ｐ及び８ｑと関連して先に説明されたように固定具およびテスト画像表示ディスプレイ１６８ｄを使用して、保持器８２内に調整され取り付けられることができる。
【０１２４】
図８ｒを参照して説明される細密調整可能なバレル・保持器システムの別の実施例では、バレル４０と保持器８２の両方がねじ付き部４６０、４６２、及びねじ山なし部４６４、４６６を備えている。ねじ山なし部４６４、４６６は、保持器８２内におけるバレル８２ｂの軸方向移動（軸ａに対するバレルの移動）を本質的に防止するために極めて厳密な公差で製造されることが好ましい。ねじ山付き部４６０、４６２は、例えばＡＮＳＩクラス１のねじ山など緩やかな公差の粗いねじ山、またはＡＮＳＩクラス３のねじ山など厳しい公差の精密なねじ山を備えることができる。ねじ付き部４６０、４６２が粗いねじ山を具備している場合、保持器８２は細密調整を可能にするために接着剤受入開口４１４およびピン収容開口４１６を備えることができる。ねじ付き部４６４、４６６が十分に微細なねじ山を備えている場合、バレル４０はピン９３ｐや開口４１６を使用しなくても保持器８２内において細密調整されることができる。調整システムがねじ山を具備していてもいなくても、接着剤開口４１４を設けることが有効であることは分かるであろう。さらに、ねじ山の数に関わらず、またバレル４０と保持器８２上のねじ山部４６０、４６２のスパンに関わらず、ねじ山付きシステムにおける保持器８２の任意の位置に開口４１４を設けることが有効である。
【０１２５】
Ｇ．素子の実装
ここでモジュール１０、例えばモジュール１０−１のさらなる側面について言及すると、“パッケージされていない”画像センサ３２の一部または全体を第１の回路基板１４ａに搭載することによって、モジュール１０のサイズをさらに小さくすることができる。従来の画像センサチップ、またはここで参照される“画像センサ”が、図８ｚに示されている。画像センサ３２は、セラミックまたはプラスチック基板３２ｓ、一体型リードフレーム３２Ｌ、及び保護カバー３２ｃを備えている。一体型表面実装またはリード型フレーム３２Ｌは、画像センサ３２の本体から不動に延在しており、プリント回路基板１４ａにはんだ付けまたはソケット接続されるようになされている。
【０１２６】
従来の画像センサは耐久性があり取付が簡単であるが、かなりのスペースを消費するものでもあった。スペースを節約する手段として、モジュール１０の画像センサ３２はおそらく、以下の要素、すなわち（ａ）セラミック基板、（ｂ）保護カバー、（ｃ）リード線、のうち少なくとも１つが画像センサチップに集積されていない画像センサとされるであろう。上記の構成要素のうち１つ以上を含まない画像センサ３２をプリント回路基板１４ｂに搭載することによって、画像センサ３２が消費するスペースが減る。
【０１２７】
撮像モジュール１０（例えばモジュール１０−１）は、図１ａによって定義されるようにＸ、Ｙ、及びＺ方向寸法において空間を消費する。一体型基板３２ｓ及び/または保護カバー３２ｃを内蔵していない画像センサ３２を搭載すれば、画像センサ３２の、従ってモジュール３２のＺ方向の空間消費要件が大幅に低減される。剛性のリードフレーム３２Ｌを内蔵しない画像センサ３２を搭載すれば、画像センサ３２の、従ってモジュール１０−１のＸ及びＹ方向の寸法要件が大幅に低減する。
【０１２８】
発明者は、モジュールの撮像システムの耐久性および性能に実質的な影響を与えることなく、上記の画像センサ構成部の１つ以上をモジュール１０に組込まれた画像センサチップから除去することができることを発見した。画像センサ集積基板３２ｓは、チップ３２の画像ダイ３２ｄをプリント回路基板１４ａに直接搭載することができるので、該画像センサ集積基板３２ｓを画像センサチップから除去することができる。画像センサ３２の保護カバー３２ｃは、一体型カバー３２ｃが無くても支持アセンブリ８０によって画像センサ３２を適切に保護することができるので、除去することができる。さらに、剛性のリードフレーム３２Ｌは、画像センサダイ３２ｄを直接プリント回路基板１４ａにワイヤ結合できる、またはプリント回路基板１４ａにはんだ付けできるので、画像センサ３２から除去することができる。
【０１２９】
一体型基板３２ｓを備えない“基板なし”画像センサをプリント回路基板１４ａに取付けるための方法について、図８ｓ及び８ｔを参照して説明する。図８ｓを参照して述べられる実施例では、画像センサダイ３２ｄは、プリント回路基板１４ａ上に直接配置され、プリント回路基板１４ａにワイヤ結合される。ワイヤボンド３２ｗは、例えばアルミニウム（ＡＬ）や金（ＡＵ）からなることができる。図８ｔを参照して示される実施例では、画像センサダイ３２ｄは、ダイ３２ｄとプリント回路基板１４ｂの間に挿入されたソルダー・バンプ３２ｂによりプリント基板１４ａに構造的および電気的に接続されている。オンタリオ州MontrealのTask Microelectronics, Inc.などの電子パッケージング会社は、リードフレームのない基板なしシリコンベースチップをプリント回路基板に直接搭載することを専門に行っている。
【０１３０】
プリント回路基板１４ａの前方の領域においてモジュール１０のＺ方向空間消費を減らすための別の方法について、図８ｕを参照して説明する。図８ｕに見られるように、画像センサ３２は、画像センサ窓１４ｗがプリント回路基板１４ａに形成される場合、面３２ｆ、すなわち画像センサ３２の上面の周囲が回路基板１４ａの裏面１４ａ−ｒ上にベンチングされるようにプリント回路基板に表面実装することができる。図８ｕの実施例における画像センサ３２は、一体型基板、保護カバー、及びリードフレームを有する図８ｓに図示するような典型的な“パッケージ”画像センサとしてもよいし、あるいは画像センサ３２は、一体型基板、保護カバー、またはリードフレームからなるグループから選択した１つ以上の要素を備えないタイプのものとしてもよい。ソルダー・バンプは、画像センサ３２をＰＣＢ１４ａに対して電気的かつ構造的に固定することができる。
【０１３１】
本明細書中に記載されるような小型の撮像モジュールは、コードレスのバーコード読取装置、ＰＤＡ、及び携帯電話などのバッテリで作動される装置において使用されることが増えるであろう。従って、モジュール１０に電力供給するようになされるバッテリの寿命を延ばすよう、モジュールを可能な限りエネルギー効率良くしたいと思う動機づけが増加してきている。
【０１３２】
図８ｒに示す実施例では、モジュール１０−２４の照射回路基板１４ｂは、ＬＥＤ１６及び１８がさらに効率よく作動するようＬＥＤ１６及び１８から熱を吸収する放熱器を備えるよう適応させられている。照射回路基板の断面が図８ｔに示されている。図８ｒに示すようなモジュール１０−２４の典型的な照射回路基板は、一般に銅からなる導電層の間に挿入された３層の断熱ガラスファイバ層１４ｆ１、１４ｆ２、及び１４ｆ３を含む、７つの層を具備することができる。図８ｘから分かるように、照射回路基板１４ｂは、そこから延びる１つ以上の放熱器タブ１４Ｔ１及び１４Ｔ２を具備することができる。放熱器タブ１４Ｔ１の形成において、１つ以上の銅の層を、銅層１４ｃ２で示すように回路基板の縁ｅから外方向に延長してもよい。延長された層１４ｃ２に当接するガラスファイバ層は、延長された銅層を支持するために縁ｅから延長することもできる。タブＴ１を定義する延長された銅層１４ｃ２は、プリント回路基板１４ｂの接地トレースに電気的に接続されてもよい。タブＴ１の導電性銅表面を空気にさらすことにより、回路基板１４ａから熱が除去されて、ＬＥＤ１６及び１８の動作において効率が上がり、寿命が延びる。さらに、モジュール１０−２４の１つ以上のタブ１４Ｔ１及び１４Ｔ２は、図８ｗに示すように、放熱器構造１５に取付けることができる。モジュール１０−２４が取付けられる撮像装置のハウジング内に配置されるようになされた放熱器構造１５は、銅またはアルミニウムなどの導電性材料からなるものである。放熱器構造１５は、タブ１４Ｔ１と構造１５の組合せによって形成される表面領域を増加させるので、回路基板１４ｂから除去される熱量が増加する。別の放熱装置では、放熱器構造は、図２ｈに関連して示されるような１本または複数の柱８４に接続されている。柱８４に取付けられた部材１４ｐは、熱は通すが電気的に絶縁されたオハイオ州ClevelandのAdvanced Ceramics Corp.から入手できるBoralloy Pyrolytic Born Nitrideなどの材料からなる放熱器構造とすることができる。
【０１３３】
モジュール１０−９によって具体化される本発明の重要な特徴は、モジュール１０−９を組み込む読取装置の実質的に全ての照射要素を、ＰＣＢａによって提供されるとして示されている単一の回路基板上に具備できることである。これは、照射要素および画像センサ要素が幾つかの回路基板上に広がっている、図１１に示すような従来の読取装置の設計とは対照的である。図１１に示す従来の装置では、照準照明光源５３は第１の回路基板５４に実装され、照射ＬＥＤ５５は第２の回路基板５６に実装されているが、画像センサ３２は第１の回路基板５４に実装されている。図１１の装置は、信号処理および復号電気ハードウエア要素を担持する第３の回路基板６０をさらに具備している。このような従来技術の設計によるモジュールの組立ては難しく、回路基板５４及び５６、及びコネクタ５７ａ及び５７ｂなど回路基板間の電気的コネクタなど、本発明の設計では必要とされない重要な構成要素を要するものである。画像センサ、照射ＬＥＤ、及び照準ＬＥＤを担持する単一の回路基板を設けることにより、組立てがかなり簡略化され、材料消費を減少し、それによりモジュールを製造する全体的なコストが減る。ある実施例においてモジュール１０−９によって具体化される本発明の別の重要な側面は、画像センサ３２から生成される信号を処理するための回路、画像データをメモリ装置に取り込むための回路、取り込んだ画像データにおいて表されている証印を復号および/または認識するための回路など、モジュール１０が必要とするデータ処理動作をサポートする実質的に全ての電気回路が単一の全機能ＰＣＢ１４ａ上に配置されていることである。周辺装置へのデータのシリアル転送をサポートするための回路も、ＰＣＢ１４ａ上に担持されることができる。
【０１３４】
本発明の一体型ＰＣＢ構造は、画像センサからの信号を処理するための回路、画像データを取込み復号するための回路、外部装置とのシリアルインタフェースをサポートするための回路が１つ以上の回路基板に広がっている従来技術の伝統的な設計とは対照的なものである。
【０１３５】
図１１に示す従来の読取装置の設計では、第１の垂直向きの回路基板５６は画像センサ３２によって生成された信号を処理するための回路を担持するために設けられ、“マザーボード”として知られる第２の水平向きの回路基板６０は画像データを格納したりシンボルを復号するための回路を担持するために設けられている。本発明による単一ＰＣＢ設計は、従来技術の２ＰＣＢ設計よりも多くの利点を有している。従来の多回路基板構造は、第１の回路基板５８を、それが組込まれる読取装置の第１の内側構造に実装し、第２の回路基板を読取装置の第２の内側構造に実装してから、前記２つの回路基板を電気的に接続するという複雑な組立て手順が必要である。２つの回路基板５８及び６０を別々に水平方向および垂直方向に配向することは空間消費の観点から見て非効率的であり、読取装置の光学および電気的要素を組込むことができるハウジングの構成に制約を課す。本発明による単一の全機能ＰＣＢ設計は、このような欠点を示すものではない。
【０１３６】
例えばモジュール１０−１ないしモジュール１０−２１を参照して説明される本発明の一実施例の特徴によれば、図１０ａを参照して説明される電気信号処理要素の実質的に全てを、単一の回路基板、すなわち図１０ａないし図１０ｅの破線境界１４ａによって示されるような回路基板１４ａによって担持することができる。図１０ａの電気信号処理要素の実質的に全てを単一のＰＣＢ１４ａ上に組込むには、幾つかの電気要素を統合して電気要素の数を減少させることが通常は必要である。例えば公知の集積回路製造技術を用いれば、要素１４２、１４４、１４６及び１４７と、界面１３７、１３７’及び１３７”をサイズの縮小された単一の集積回路チップに組込むことができる。さらに、IEEE Computer Society（IEEE Micro）、１９９８年５月・６月、No.３、Vol.１８のEric R.Fossum氏による“チップ上のデジタルカメラシステム（Digital Camera System on a Chip）”というタイトルの記事に説明されているように、画像センサ１３２、信号処理部１３５、１３６、及び構成要素１４２、１４４、１４６、１４７、１３７、１３７’、及び１３７”は、サイズの縮小された単一の集積回路に組込むことができる。
【０１３７】
Ｈ．適用例、動作環境、及び制御回路の機能性
図９ａないし図９ｋは、本発明のモジュールを組込むことのできるタイプのハウジングの例を示している。図９ａ及び図９ｂは１次元光学読取装置１１０−１を図示しており、図９ｃないし図９ｈは２次元光学読取装置１１０−２、１１０−３、及び１１０−４を図示している。読取装置１１０−２、１１０−２、１１０−３はピストル型読取装置のフォームファクタを備え、読取装置１１０−４はポータブル・データ・ターミナル（ＰＤＴ）としばしば呼ばれるフォームファクタを備えるものである。さらなる読取装置を参照すると、図９ｉの読取装置１１０−５は携帯電話のフォームファクタを備え、図９ｊの読取装置１１０−６は携帯情報端末（ＰＤＡ）のフォームを備え、図９ｋの読取装置は“リングスキャナ”と呼ばれることもある指装着型読取装置のフォームファクタを具備している。各光学読取装置１１０−１ないし１１０−７のハウジング１１１は、人の手によって握ることができるように（または指に装着されるように）なされており、画像取込み・復号、および/または画像取込み・文字認識動作を始動するための少なくとも１つの引き金式スイッチ１１３ｔをその内部に組込んでいる。読取装置１１０−１、１１０−２、及び１１０−３は、他のデータ収集装置またはホストプロセッサなどの外部装置と通信するためのハードワイヤード通信リング１７８を具備しており、読取装置１１０−４ないし１１０−７は、別のデータ収集装置またはホストプロセッサなどの外部装置とワイヤレス通信するためのアンテナ１８０（図９ｈ及び９ｉのみに見られる）を具備している。
【０１３８】
特にモジュール１０−１ないし１０−８は、それらの著しく小さい典型寸法（0.810×0.450×0.560）または実質的にこれより小さい寸法のために、図９ａないし図９Ｌで説明されるハウジングのいずれかだけでなく、事実上、任意の小さな機器ハウジング、例えば計算機、ペン、医療機器、時計に実装できることが分かるであろう。
【０１３９】
別の携帯電話ハウジングに実装されているものとして示されたモジュール１０−１の実施例が、図９ｍに図示されている。図９ｎでは、モジュール１０−１は、ペンによって提供される筆記具の一体型ハウジングに組込まれている。図９ｎのペン読取装置１１０−９は、その内部にモジュール１０−１と、図１０ａに関連して説明された、ハウジング１１１の外部からアクセス可能なように配置された二重トリガ１１３ｔの起動に応答する制御回路１４０を具備するプロセッサアセンブリ１３０と、インク筒（図示せず）と、インク筒から紙の上にインクを供給するためのペン先６９０を備えた先端部（例えば、ボールペンインクディスペンサ）とを組込んだハウジング１１１を備えている。ハウジング頭部１１１ｈは、ハウジング１１１が２部分ハウジングとなるようハウジング１１１の残りの部分に着脱可能に取付けられることもできるし、あるいは頭部１１１ｈは、ハウジング１１１が一体型ハウジングとなるようにハウジング１１１の残りの部分に組込むこともできる。データ形式読取機能および書込機能を持たせるよう回路１４０によって設定される撮像モジュール１０−１を共通のハウジング１１１内に結合させることは、データ形式読取装置および筆記具がいずれもデータ収集適用において広範囲にわたって用いられる装置であるので大変有効である。本発明によるモジュール１０は、例えば薬物投与器具、あらゆる形態の患者モニタ、アクセス管理機器、特徴認識（顔、手、または網膜など）を付加するための一体型認識機器にも組込むことができる。同様に、このようなモジュールは、印によって利用者に有益な機能が提供されるミシンや電子レンジなどの家電製品にも応用することができる。
【０１４０】
モジュール、例えば１０−１は、ハウジング１１１の内部部材または別の剛性部材に、ハウジング部材および図１ｈ及び１ｉに関連して説明したモジュール１０−１の貫通ねじ穴８１０に止めねじをねじ込むことによって取付けることができる。さらに、真鍮ねじ山付きインサートをねじ穴８１０内に配置して、該ねじ穴が機械ねじを受けるようにすることができる。さらにモジュール１０−１は、読取装置１１０の回路、例えば図１１の従来の読取装置にあるような“マザーボード”６０と電気通信するために、フレックスコネクタを受けるためのコネクタ９３０を具備している。さらに、支柱８４を用いて読取ハウジング内にモジュール１０−１を取り付け、安定化させ、支持することができる。先に述べたように、支柱８４を有するモジュールは、回路基板１４ａより大幅に突出する支柱端８４ｅを有することができる。これらの支柱端８４ｅは、読取装置ハウジング１１１内部の部材のうちで剛性な部材、あるいはハウジング外部の別の剛性部材上に形成されたソケット９０１にプラグ接続されて、モジュール、例えば１０−１を取付け、安定化、または支持することができる。図２ｋに示すような付加的な柱８４ａをソケット９１０と支柱８４との間に配置することもできる。図９ｏの実施例に示されるように、ソケットを含有する剛性部材９１６をハウジング壁によって設けることができる。
【０１４１】
上記の要素に加え、読取装置１１０−３、１１０−４、１１０−５、及び１１０−６はそれぞれユーザに対して情報を表示するディスプレ１８２と、ユーザがコマンドやデータを読取装置に入力できるようにするキーボード１８４とを備えている。
【０１４２】
図９ａないし図９ｋを参照して説明された読取装置の任意の１つを、走査台１９０にドッキングされた一般的な光学読取装置１１０を示す図９Ｌに図示されるように固定位置に取付けることができる。走査台１９０は、携帯用光学読取装置１１０をプレゼンテーションモードの走査に適合させる。プレゼンテーションモードでは、読取装置１１０は、固定位置に保持され、証印を保持している物品が読取装置１１０の視野を横切るように動かされる。もちろん、本明細書中に記載したモジュール１０のみを走査台１９０に置いてもよいし、あるいは別の方法で固定位置に（取替可能に、または固定式に）取付けることもできる。
【０１４３】
モジュール１０に全体または一部を組込みうる、またはモジュール１０の回路と組合せて使用しうる電気回路制御構成のブロック図について、ここで説明する。
【０１４４】
図１０ａのブロック図を参照すると、撮像装置プロセッサアセンブリ１３０は、１次元または２次元バーコードシンボルまたはテスト文字列を保持している基板などの対象領域Ｔを照射するための照射アセンブリ１２１と、対象Ｔの画像を受け光学的に符号化されているデータを示す電気出力信号を生成するための撮像アセンブリ１３３とを備えている。照射アセンブリ１２１は、例えば、照射源アセンブリ１６及び１８などに加え、光源１６、１８からの光を対象物Ｔの方向に向けるための、１つ以上のレンズ２５、拡散器２７、ウェッジ２８、反射器６４０、またはこれらの要素の組合せなどの照射光学部品アセンブリ１２４とを備えることができる。照射アセンブリ１２１は、例えば、レーザ、または白色ＬＥＤや赤色ＬＥＤなどの発光ダイオード（ＬＥＤ）からなることができる。照射アセンブリ１２１は、照準パターン、例えば６３０、６３１、６４７を対象Ｔ上に投影するための対象照明光学部品を具備することができる。周囲光が対象物Ｔの高品質画像を撮るのに十分な程度である場合には、照射アセンブリ１２１をなくしてもよい。照射アセンブリ１２１は、撮像装置ハウジング１１１から離れた、鏡面反射を無くすあるいは減少させるような位置に設けることもできる。撮像アセンブリ１３３は、カラーまたは単色１次元または２次元ＣＣＤ、ＣＭＯＳ、ＮＭＯＳ、ＰＭＯＳ、ＣＩＤ、またはＣＭＤソリッドステート画像センサなどの画像センサ３２に加え、対象物Ｔの画像を受けて画像センサ３２上に集束させる画像光学素子アセンブリ４０を備えることができる。撮像装置にカラー画像センサを実装することに関する特徴および利点、及び制御回路１４０に組込みうる他の制御特徴については、２００１年７月１３日に“カラー撮像器を有する光学読取装置”というタイトルで出願され、参照により本明細書に引用される米国出願第09/904,697号にさらに詳細に説明されている。図１０ａに示すアレイベースの撮像アセンブリは、１つ以上のレーザ光源、走査機構、発光および受光光学素子、少なくとも１つの光検出器、及び付随する信号処理回路からなるレーザアレイベースの撮像アセンブリと置き換えてもよい。
【０１４５】
図１０ａの実施例による撮像装置プロセッサアセンブリ１４０は、好ましくは一体型回路マイクロプロセッサ１４２と、フィールド・プログラマブル・ゲートアレイ（ＦＰＧＡ１４４）とからなるプログラム可能な制御回路１４０を具備している。ＦＰＧＡ１４４の機能は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）によっても提供されることができ、これは図１０ａないし図１０ｅの参照記号１４４によって示されると考えられる。ＩＣマイクロプロセッサ１４２は、例えばモトローラ社のPower PC、インテル社のStrong Arm SA1110などの82E ICマイクロプロセッサとすることができる。ＦＰＧＡ１４４は、例えばXilinx、SPARTAN、XCSXXXX FPGA ICとすることができる。
【０１４６】
プロセッサ１４２とＦＰＧＡ１４４はいずれも、揮発性または不揮発性読取・書込ランダムアクセスメモリ、すなわちＲＡＭ１４６、１４６−１、および消去可能読出専用メモリ、すなわちＥＲＯＭ１４７、１４７−１などのメモリ素子からなることができるメモリ装置１４５に格納された格納プログラムに従って、データを受信、出力、及び処理することの可能なプログラマブル制御装置である。メモリ１４５は、１つ以上の長期不揮発性メモリ記憶装置（１４８、１４５）を具備することもできる。例えば記憶装置１４８、１４５は、データを読み書きできるハードディスクドライブ、またはフレキシブルディスクなどを具備することができる。記憶装置１４８、１４５は、ハウジング１１１にしっかりと固定して取り付けられるタイプのもの（例えばハードディスクドライブ）としてもよいし、ハウジング１１１から取り外して移送できるタイプのもの（例えばフレキシブルディスク）としてもよい。メモリ１４５は、“フラッシュ”メモリ装置と呼ばれるものを備えることができる。“Multimedia”（ＭＭＣ）、“Smart Media（登録商標）”、“Compact Flash”、“Memory Stick”などを含むそのようなフラッシュメモリ素子では幾つかの規格フォーマットが利用可能である。プロセッサ１４０とフラッシュメモリ素子間のデータ転送は、標準的に公知の不揮発性ＲＡＭ装置と同様に“数バイト”のデータではなく、通常は“数ブロック”のデータを伴うが、“フラッシュ”メモリ装置の動作は、標準的に公知の不揮発性ＲＡＭメモリ装置と同様である。従ってフラッシュメモリ素子は、図１０ａないし図１０ｅの１つ以上のＲＡＭブロック１４６によって表されるものと考えることができる。公知なように、フラッシュメモリ素子は一般に、これらを第１の装置から取り外して第２の装置、例えば装置１１０と装置１６８の間に移送可能とするような形態で入手可能である。フラッシュメモリ素子は、画像データを記憶しアーカイブするのに特に好適である。
【０１４７】
プロセッサ１４２とＦＰＧＡ１４４はいずれも共通のバス１４９−１に接続されており、これを介してアドレスデータを含むプログラムデータおよび作動データを、同じくこのバスに接続された任意の回路の方向に受信および送信することができる。しかしながらプロセッサ１４２とＦＰＧＡ１４４は、それらの製造方法および使用方法が互いに異なるものである。
【０１４８】
さらに詳細に説明すると、プロセッサ１４２は汎用の既製ＶＬＳＩ集積回路マイクロプロセッサであることが好ましく、これは図８ａの回路の全体的な制御を行うが、ＥＲＯＭ１４７、１４７−１に記憶されたプログラムデータに従ってＲＡＭ１４６、１４６−１に記憶された符号表示またはテキスト文字などの復号可能な画像データを復号することにそのほとんどの時間を充てている。一方、ＦＰＧＡ１４４は、プログラマブル論理またはゲートアレイなどの特定用途向けＶＬＳＩ集積回路であることが好ましく、画像データの復号以外の機能に専念して、これらの機能を行う負担からプロセッサ１４２を解放するようにプログラミングされている。
【０１４９】
プロセッサ１４２とＦＰＧＡ１４４との間での実際の仕事分配は、利用可能な既製マイクロプロセッサのタイプ、使用される画像センサのタイプ、撮像アセンブリ１３３から画像データが出力される速度などに当然左右されるであろう。しかしながら原則として、プロセッサ１４２と１４４との間で何らかの特定の仕事分配がなされたり、あるいはそのような分配が本当に行われることを要求するものは何もない。
【０１５０】
図１０ａに示すタイプのプロセッサ構造では、プロセッサ１４２とＦＰＧＡ１４４との間の典型的な仕事分配は、以下のようになる。プロセッサ４１２は、トリガ１１３ｔが起動されるのに応じて画像データを復号化する、ひとたびそのようなデータがＲＡＭ１４６、１４６−１に記憶されるとユーザ認識可能なデータの聴覚出力１１４Ａ、良好読取表示器１１４ｇ、及びディスプレイ１１４ｄによる出力を制御する、トリガ１１３ｔの起動に応じて光学式文字認識（ＯＣＲ）方式に基づいて記憶画像データに表されている文字を認識する、などのタスクに主に専念していることが好ましい。
【０１５１】
ＦＰＧＡ１１４は、ＤＭＡチャネルを介してメモリ１４６−１及び１４７−１にアクセスする能力などといった、画像取得処理、Ａ/Ｄ変換処理、及び画像データの記憶を制御することに主に専念していることが好ましい。ＦＰＧＡ１４４は、多くのタイミングおよび通信動作も行うことができる。ＦＰＧＡ１４４は、例えば、ＬＥＤ１６、１８の照射、画像センサ１３２及びアナログ/デジタル（Ａ/Ｄ）変換器１３６−１のタイミング合わせ、ＲＳ−２３２、イーサネット（登録商標）などのネットワーク、ＵＳＢなどのシリアルバス、インタフェース１３７−２によって示されるような無線通信リンク（または他の）互換の入出力インタフェースによるアセンブリ１３０の外部にある処理システムに対するデータの送受信を制御することができる。ＦＰＧＡ１４４はさらに、聴覚出力装置１１４ａ、良好読取ＬＥＤ１１４ｇ、および/又はディスプレイ１１４ｄなどの液晶ディスプレイによって提供されるディスプレイモニタなどの出力装置によるユーザ認識可能データの出力を制御することもできる。出力、表示、及び/又は入出力機能の制御は、バスドライバ入出力インタフェース１３７−３によって示唆されるようにプロセッサ１４２と１４４とで共有することもできるし、あるいはマイクロプロセッサシリアル入出力インタフェース１３７−１及びインタフェース１３７−２によって示唆されるように二重にされることもできる。先に説明したように、この仕事の分配の詳細は、本発明にとって何ら重要性を持つものではない。図１０ａを参照して説明された撮像装置は、ディスプレイ、例えば手持ち式のハウジング１１１の外部にあるが制御回路１４０と通信しているディスプレイ１６８ｄを設けることによって、本発明とともに使用されるように適応させることができる。
【０１５２】
図１０ｂは、ユーザ入力の制御命令を容易に受信して、撮像装置のオペレーティング・プログラムを変更させるようになされている光学撮像装置のブロック図の例を示している。図１０ａの単一状態撮像装置の要素を有することに加え、撮像装置１０ｂは、指示データを含むデータを入力するためのキーボード１１３ｋと、テキスト及び/又は図情報をオペレータに表示するためのディスプレイ１１４ｄとを備えている。キーボード１１３ｋは、バス１４８−１、ＦＰＧＡ１４４、または図２ｂに示すようにプロセッサ１４２に接続されることができる。ディスプレイ１１４ｄは、ＦＰＧＡ１４４、プロセッサ１４２、または図１０ｂの特定の実施例に示すようにシステムバス１４８−１に接続されることができる。
【０１５３】
オペレータが操作する光学撮像装置１１０ｂは、様々な異なる方法で撮像装置１１０ｂを再プログラムすることができる。撮像装置１１０ｂを再プログラムするためのある方法では、オペレータは、撮像装置１１０ｂの再プログラムをするよう予め設定されているキーボード１１３ｋの操作ボタンを起動する。撮像装置１１０ｂを再プログラムするための別の方法では、オペレータは、撮像装置１０ｂと一体型でないプロセッサシステムの制御を起動させて、撮像装置１１０ｂを再プログラムするための指令を送信する。撮像装置１１０ｂを再プログラムするための別の方法によれば、オペレータは、“メニューシンボル”が画像センサ３２の視野の中に入るように撮像装置１１０ｂを移動させて、このメニューシンボルの画像表示を取り込むように撮像装置１１０ｂのトリガ１１３ｔを起動させる。メニューシンボルは、適切に構成された光学撮像装置が読み取った場合には撮像装置がプログラムされる、特別に設計されたバーコードシンボルである。メニューシンボルを用いた光学撮像装置の再プログラムは、参照によって本明細書中に引用される同一出願人による米国特許第5,965,863号に詳細に説明されている。上記のうち第２と第３の手法は、キーボード１１３ｋの撮像装置制御ボタンの起動を要しないがそれにもかかわらず撮像装置が再プログラムされるので、撮像装置１１０はキーボードなしでも再プログラム可能としうることが分かる。上記のうち第２と第３の手法は、以下に記載される操作モードの選択にも適応できることが分かるであろう。
【０１５４】
図１０ｂに示すような光学撮像装置によって通常実行されるアプリケーション操作プログラムのための典型的なソフトウエア構成が図１０ｆに示されており、この図はプログラムメモリ１４７−１に記憶されたプログラムのメモリマップを示している。アプリケーション操作プログラム１６０は、撮像装置を特定用途に適合させるものである。画像取込み能力を有する光学撮像装置の撮像装置の３つの主な適用または機能は、（１）総合的復号、（２）データ転送、（３）画像取込み、例えばサイン取込みである。総合的復号適用では、撮像装置１１０は、バーコードシンボルまたはＯＣＲ復号可能テキスト文字に対応するメッセージを事前に分析してから復号することができる。データ転送適用では、撮像装置１１０は、撮像装置ハウジング１１１の外部に位置するプロセッサシステムに対して文字テキストファイルや画像ファイルを送信する。サイン取込み適用では、撮像装置１１０は、サインを有する背景に対応する画像を取込み、その画像データからサインに対応する画像データを解析し、取込んだサインデータを別の処理システムに転送することができる。このような適用のうち第３の適用は、復号機能を備えた光学撮像装置デコーダではない光学撮像装置によって実行可能であることは分かるであろう。もちろん、特化された１次元復号適用、特化された２次元バーコード復号アルゴリズム、バーコードシンボルではなくＯＣＲ復号可能テキスト文字を復号するように動作する特化されたＯＣＲ復号適用を始めとした数々の他のアプリケーションオペレーティング・プログラムが可能である。
【０１５５】
ここでオペレーティング・プログラム１６０のソフトウエア構成の具体的な側面について言及すると、プログラム１６０は、命令部１６２とパラメータ部１６４とを備えている。さらに命令部１６２は、選択可能なルーチン部１６２ｓを備えることができる。命令部１６２の命令は、撮像装置１１０の動作の全体的な流れを制御する。命令部１６２の幾つかの命令は、パラメータ部１６４のパラメータテーブルからパラメータを参照する。命令部６２の命令は、例えば“[パラメータ列ｘの値]によって定められるレベルに照射を設定する”よう擬似コードで指定することができる。そのような命令部１６２の命令を実行する際、制御回路１４０は、パラメータ列１６４ｘの値を読み取ることができる。命令部１６２の命令は、パラメータ部１６４のパラメータ値の状態に応じて選択される選択可能ルーチンを実行させることもできる。例えばアプリケーションプログラムがバーコード復号アルゴリズムである場合、命令部１６２の命令は、例えば“パラメータ列１６４ｙのマキシコードパラメータが“オン”に設定されている場合はマキシコード復号を起動する”よう擬似コードで指定する。そのような命令を実行する際、制御回路１４０は、パラメータ部１６４の列１６４ｙの内容を探査して、命令が要求しているルーチンを実行すべきか否かを判断する。選択可能ルーチンが起動されていることをパラメータ値が示している場合、制御回路１４０は、ルーチン命令部１６２ｓの適切な命令を実行して命令ルーチンを実行する。
【０１５６】
従って、上述したソフトウエア構成によって、撮像装置１１０の簡素化された再プログラミングが容易になることが分かる。撮像装置１１０は、サブルーチン命令部１６２ｓを変更することなく、単にプログラム１６０のパラメータ部１６４のパラメータを変更することによって、または単にパラメータ部１６４のパラメータを変更することによって命令部１６２の他のコードを変更することによって再プログラムすることができる。パラメータ部１６２のパラメータ値のパラメータは、キーボード１１３ｋを介して入力される適切なユーザ制御によって、パラメータ部１６４を変更するように構成されたメニュー記号を読取ることによって、または図１０ａ及び図１０ｂに示すようなシステム１４０とは異なるプロセッサシステムにより新しいパラメータ値またはテーブルをダウンロードすることによって変更することができる。撮像装置１１０の再プログラムは、もちろん図１０ａ及び図１０ｂに示すようなシステムとは異なる処理システムから部分１６２及び１６４を含む全オペレーティングプログラムをダウンロードすることによって実現することもできる。
【０１５７】
本発明に基づいて構成されうる光学撮像装置に特有の別の構造が図１０ｃに図示されている。撮像装置１１０ｃは、プロセッサシステム１４０ｓ１を有する制御回路１４０と、ホストプロセッサ１４０ｈｐ及び関連するメモリ１４５−２を有する一体型ホストプロセッサシステム１４０ｓ２とを備えている。ここで“ホストプロセッサシステム”とは、撮像装置の撮像システム１３３の動作を制御するプロセッサシステムへ伝達するために撮像装置アプリケーションオペレーティングプログラムを格納したり、撮像装置の撮像システム１３３の動作を制御するプロセッサシステムに対して監視制御を行ったり、またはユーザのコマンドの受信によりその関連メモリに即座に実行可能な１つ以上のアプリケーションオペレーティングプログラムを記憶する任意のプロセッサシステムであるとする。プロセッサ１４２及びプロセッサ１４０ｈｐのような２つのプロセッサを有する撮像装置では、プロセッサ１４２は通常、復号可能な証印を復号するために画像データを処理することに専念し、プロセッサ１４０ｈｐは、復号操作、トリガ１１３ｔやキーボード１１３ｋからの入力の受信、ディスプレイや出力装置１１４ｄ、１１４ｇ、及び１１４ａによる他のタイプの出力の調整、及び様々なプロセッサシステム間のデータ伝送の制御を実行するようにプロセッサ１４２に指示することに専念する。
【０１５８】
専用復号プロセッサシステム１４０ｓ１及び高性能の監視ホストプロセッサシステム１４０ｓ２を有する図１０ｃに示す構成では、ホストプロセッサシステム１４０ｓ２は通常、DOS WINDOWまたはWINDOWS（登録商標）などのオペレーティングシステム、またはマイクロソフト社から入手可能なWINDOWS（登録商標） CEなどの携帯装置用に特別に作られたオペレーティングシステムを格納している。ホストプロセッサシステム１４０ｓ２が、DOSやWINDOWS（登録商標） CEなどのオペレーティングシステムを具備している場合、ホストプロセッサシステム１４０ｓ２の動作を制御するオペレーティングプログラムの命令部およびパラメータ部は通常、高レベルのプログラミング言語でプログラムされ、メモリ１４７−１に記憶される前に組立工によってアセンブルされるので、従って図１０ｆに示すプログラム１６０によって示唆されるような連続アドレス位置に常駐することはできない。しかしながら、オペレーティングシステムが一体化されているホストプロセッサシステム１４０ｓ２は、オペレーティングシステムを格納していない外部のプロセッサシステムにインストールするための形態に、オペレーティングプログラムを容易にアセンブルすることができる。
【０１５９】
撮像装置１１０ａ、１１０ｂ、及び１１０ｃのさらなる側面について言及すると、少なくとも１つの入出力インタフェース、例えばインタフェース１３７−１、１３７−２、及び１３７−３により、ＲＳ−２３２、イーサネット（登録商標）、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）等のシリアルバスなどのローカル“ワイヤード”デジタル通信、または“ブルートゥース”通信技術等のローカルワイヤレス通信技術が容易になる。一方、少なくとも１つの入出力インタフェース、例えばインタフェース１３７−３によって、ダイアルアップ、ＩＳＤＮ、ＤＳＬ、セルラー式ＲＦまたは他のＲＦ、ケーブルなどの利用可能な遠隔通信技術の１つによる、リモートプロセッサアセンブリ１８８−１とのデジタル通信が容易になる。リモートプロセッサアセンブリ１８８−１は、アセンブリ１８８−２、１８８−３、及び１８８−４のリンク１８８Ｌ、及びハブ１８８Ｈ、例えばネットワークに接続されたパーソナルコンピュータまたはメインフレームコンピュータによって示唆されるようなプロセッサシステムのネットワーク１８８Ｎの一部、または撮像装置１０ｃのみと通信していてネットワークの一部ではないコンピュータとすることができる。アセンブリ１８８−１が属しているネットワーク１８８Ｎは、インターネットの一部とすることができる。さらにアセンブリ１８８−１は、ネットワークのサーバとしてもよく、ネットワークの残りのプロセッサアセンブリによって閲覧されるウェブページを組込むことができる。撮像装置１１０ｃと通信していることに加え、アセンブリ１８８−１は、複数の付加的な撮像装置１１０’及び１１０”と通信した状態とすることができる。撮像装置１１０ｃは、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）の一部としてもよい。撮像装置１１０は、システム１８８−１と関連する入出力インタフェース、またはブリッジまたはルータなどのネットワーク１８８Ｎの入出力インタフェース１８８Ｉを介してシステム１８８−１と通信することができる。さらに、プロセッサシステム１７０ｓなど、プロセッサシステムの外部のプロセッサシステムを撮像装置１１０とアセンブリ１８８−１の間の通信リンクに設けることができる。撮像装置１１０ａ、１１０ｂ、及び１１０ｃの構成要素は、図１０ａないし図１０ｃでは別個の素子として表されているが、集積技術によって多数の回路要素を単一の集積回路チップ上に形成可能となることを理解すべきである。例えば、現在の製造技術では、要素１４２、１４０、１４６−１、１４７−１、１３７−２、及び１３７−１を１枚のシリコン上に形成することは一般的である。
【０１６０】
さらに撮像装置１１０のプロセッサの数は、通常、本発明にとって基本的に重要ではない。実際のところ、プロセッサ１４２が十分に高速かつ十分に高性能であれば、特定用途ＦＰＧＡプロセッサ１４４を無くすことができる。同様に、撮像装置１１０ｃを参照すると、単一の高速かつ高性能なプロセッサを設けて、図１０ｅの撮像装置１１０ｅの構成に示されるようにプロセッサ１４０ｈｐ、１４２、及び１４４によって意図される機能の全てを実行することができる。さらに、撮像装置１１０が多数のプロセッサを備えている場合は、これらのプロセッサが、シリアルバス１４９−１及び１４９−２によって示されるシリアル通信プロトコルではなくパラレルデータ転送により通信できることが分かる。さらに、プロセッサとメモリ間に１対１の対応関係は必要でない。図１０ｃに示すプロセッサ４１２及び１４０ｈｐは、同一のメモリ、例えばメモリ１４５−１を共用することができるであろう。単一のメモリ、例えばメモリ１４５−１は、多数のプロセッサ、例えばプロセッサ１４２及びプロセッサ１４０ｈｐの要求に応じることができる。
【０１６１】
図１０ｄの実施例を参照すると、光学撮像装置１１０の電気的要素の全てを携帯装置のハウジング１１１に実装する必要がないことが分かる。撮像装置１１０ｄの電気的要素は、別個の装置ハウジング１１１及び１７１に実装されている１つ以上の回路基板上に広がっている。回路は付加的なハウジングに分散できるであろうことを理解すべきである。図１０ｄの実施例の制御回路１４０は、携帯装置ハウジング１１１と非一体型のハウジング１７１に全体を組込まれている。ハウジング１７１は、パーソナルコンピュータハウジングによって提供されるとして図示されているが、キャッシュレジスタハウジング、トランザクションターミナルハウジングなど別のタイプのハウジングや、ハウジング１１１など別の携帯装置のハウジングによって提供されることもできるであろう。撮像アセンブリ１３３を制御し、撮像アセンブリ１３３から生成される画像信号を処理するための少なくとも１つのオペレーティングプログラムが、ＰＣハウジング１７１内に配置されているＥＲＯＭ１４７−１に格納されている。撮像アセンブリ１３３から生成された信号の、携帯ハウジング１１１に一体化されていないプロセッサシステムによる処理を簡素化するために、撮像アセンブリ１３３とプロセッサシステム１４０の間に高速データ通信リンクを設ける必要がある。図１０ｄの実施例では、出入力インタフェース１３７−４及び１３７−５は、ＵＳＢデータ通信プロトコルに従って動作するように構成することができる。図１０ｄに示す構成によれば、撮像装置１１０−４では携帯ハウジング１１１内に収容されている撮像装置１１０ｄの携帯要素のコスト、重量、及びサイズに関する要件が軽減される。図１０ｄの構成では損傷を受けやすい撮像装置１１０ｄの携帯部１１１に組み込まれる構成要素の数が減るので、この構成ではハウジング１１１によって画定される撮像装置１１０−４の携帯部の耐久性を上げることができる。
【０１６２】
図１０ｄの実施例に示されるような制御回路１４０は、撮像装置ハウジングと図１０ｄの破線で示したハウジング境界１１１内の回路によって示される撮像装置回路からなる１つ以上の“シェル”プロセッサなし撮像装置と通信するようにすることができる。図１０ｄに示すような制御回路が多数の“シェル”撮像装置またはプロセッサ付き撮像装置の要求に応じる場合、入出力ポート１３７−５は、幾つかの撮像装置および/又はシェル撮像装置と、単一のプロセッサシステムとの間の必要なデータ通信に応じるように多重化機能を備えるべきである。
【０１６３】
図１０ｅの撮像装置通信システムは、撮像装置１１０ｄと同様の物理的レイアウトを有しているが、異なる動作に合うよう最適化されている。システム１６７は、撮像装置プロセッサシステム１４０が、ＰＣハウジング１７１、プロセッサシステム１７０ｓ、記憶装置１７５（例えばハードディスクドライブ）、キーボード１６８ｋ、マウス１６８ｍ、及びディスプレイ１６８ｄを有するパーソナルコンピュータ１６８によって提供される非一体型ローカルホストプロセッサアセンブリ１６８と通信する通信システムである。リンク１６７Ｌが高速通信リンクであれば、非一体型ローカルホストプロセッサシステム１７０ｓは撮像装置１１０ｄのプロセッサシステム１４０ｓと同様の機能を提供するようにプログラムされることができるであろう。しかしながら撮像装置１１０ｅは一体型プロセッサシステム１４０を具備しているので、そのようなプログラミングは通常必要ないが、参照によって本明細書中に引用される同時係属中の出願第09/385,597号に述べられているようにプロセッサシステム１４０をホストプロセッサシステム、例えば１７０ｓと通信するように構成して、トリガ１１３ｔなど撮像装置のある要素が、ある実施例において非一体型であるホストプロセッサシステム１７０ｓによって遠隔制御できるようにされることが有効である。従って、図１０ｅに示すような撮像装置/ホスト通信システムでは、非一体型ホストプロセッサアセンブリ１６８は通常、図１０ａないし図１０ｄに関連して説明された撮像装置プロセッサシステムとは別の機能を提供するようにプログラムされる。
【０１６４】
参照によって本明細書に引用される米国特許第5,965,863号に述べられているように、通常は非一体型ローカルホストプロセッサシステム７０ｓによって提供される機能は、撮像装置１１０にダウンロードするためのオペレーティングプログラムを作成することである。プロセッサシステム１７０ｓは、その内部にWINDOWS（登録商標）などのオペレーティングシステムを実装しており、これによりオペレータはポインタコントローラ１６８ｍを使用して操作しうるグラフィカルユーザインタフェースを用いてオペレーティングプログラムを作成できるようになる。非一体型ローカルプロセッサシステム１７０ｓは、１つ以上の撮像装置からのメッセージ及び/又は画像データを、おそらくは参照によって本明細書に引用される米国特許第6,161,760号に述べられているようなキーボードウェッジ構成にて受信するように構築することもできる。データ処理のためにプロセッサシステム１７０を用いるのもも便利である。例えば、撮像装置１１０ｅからのデータメッセージを分析するのに有効なスプレッドシートプログラムをシステム１７０ｓに組込むことができる。撮像装置１１０ｅから受信した電子画像を編集、記憶、または閲覧するのに有効な画像処理アプリケーションを、システム１７０ｓにロードすることができる。アセンブリ１８８−１などのリモートプロセッサアセンブリとのデータ通信を調整するように撮像装置１１０ｅを構成することもまた便利である。従って、プロセッサアセンブリ１６８は通常、リモートプロセッサアセンブリ、例えば図１０ｃに示すアセンブリ１８８−１との遠隔通信を容易にする入出力インタフェース１７４−２を具備している。
【０１６５】
本発明は、その最良の形態を示すために幾つかの特定の実施例を参照して説明されたが、本発明の精神および範囲は上記の請求の範囲に定められるものであることは理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０１６６】
【図１ａ】本発明による撮像モジュールの前面斜視図を示す。
【図１ｂ】本発明による撮像モジュールの背面斜視図を示す。
【図１ｃ】本発明による撮像モジュールの上面図を示す。
【図１ｄ】本発明による撮像モジュールの底面図を示す。
【図１ｅ】本発明による撮像モジュールの前面図を示す。
【図１ｆ】本発明による撮像モジュールの背面図を示す。
【図１ｇ】本発明による撮像モジュールの側面図を示す。
【図１ｈ】図１ａに示す撮像モジュールの斜視組立図である。
【図１ｉ】図１ａに示す撮像モジュールの様々な部品の斜視図である。
【図１ｊ】図１ａに示す撮像モジュールの様々な部品の斜視図である。
【図１ｋ】図１ａに示す撮像モジュールの様々な部品の斜視図である。
【図１Ｌ】図１ａに示す撮像モジュールの様々な部品の斜視図である。
【図１ｎ】図１ｍの線ｂによって示される方向に見た図１ｍに示す光学板の断面図である。
【図１ｏ】本発明の別法にて設計された撮像モジュールの斜視組立図である。
【図１ｐ】本発明の撮像モジュールの代替設計された構成部分を示す部分組立図である。
【図１ｑ】本発明の撮像モジュールの代替設計された構成部分を示す部分組立図である。
【図１ｒ】本発明による支柱の分解組立図である。
【図１ｓ】本発明の支持アセンブリの一実施例を示す斜視図である。
【図１ｔ】本発明の一実施例による開口板を示す斜視図である。
【図１ｕ】図１ｏの組立状態図に示すように組み立てられた撮像モジュールの斜視図である。
【図１ｖ】本発明による、長い支柱を備えた支持アセンブリの斜視図である。
【図２ａ】本発明による、表面実装ＬＥＤを含む撮像モジュールの斜視図である。
【図２ｂ】図２ａに示すモジュールの上面図である。
【図２ｃ】図２ａに示すモジュールの前面図である。
【図２ｄ】図２ａに示すモジュールの側面図である。
【図２ｅ】本発明による別の撮像モジュールの斜視図を示す。
【図２ｆ】本発明による別の撮像モジュールの斜視図を示す
【図２ｇ】本発明による別の撮像モジュールの斜視図を示す
【図２ｈ】本発明による別の撮像モジュールの斜視図を示す
【図２ｉ】撮像モジュールの斜視図を示し、撮像モジュールの支柱の機能を図示するものである。
【図２ｊ】撮像モジュールの斜視図を示し、撮像モジュールの支柱の機能を図示するものである。
【図２ｋ】撮像モジュールの斜視図を示し、撮像モジュールの支柱の機能を図示するものである。
【図２Ｌ】本発明による別の撮像モジュールの組立斜視図である。
【図２ｍ】本発明による枠体を有する支持アセンブリを備えた撮像モジュールの組立状態図である。
【図２ｎ】図２ｍおよび図２ｏに示す組立てられたモジュールの前面斜視図である。
【図２ｏ】本発明による枠体を有する支持アセンブリを備えた撮像モジュールの組立状態図である。
【図２ｐ】図２ｍおよび図２ｏに示す組立てられたモジュールの背面斜視図である。
【図３ａ】本発明の別の撮像モジュールを示す斜視図である。
【図３ｂ】図３ａに示すモジュールの切開斜視図である。
【図３ｃ】図３ａのモジュールの側面図である。
【図３ｄ】図３ａのモジュールの背面斜視図である。
【図３ｅ】本発明による単一の水平列ＬＥＤとプリント回路基板によって全体を支持されている支持枠体とを備えた別の撮像モジュールを示す斜視図である。
【図３ｆ】図３ｅのモジュールの切開斜視図である。
【図３ｇ】図３ｅのモジュールの切開側面図である。
【図３ｈ】図３ｅのモジュールの上面図である。
【図３ｉ】本発明による別の撮像モジュールの斜視図である。
【図３ｊ】本発明による別の撮像モジュールの斜視図である。
【図３ｋ】本発明による別の撮像モジュールの斜視図である。
【図３Ｌ】本発明による別の撮像モジュールの斜視図である。
【図４ａ】フレキシブル回路基板と、光を対象領域の方に向けるための光管とを備えた本発明による撮像モジュールの斜視図である。
【図４ｂ】フレキシブル回路基板と、光を対象領域の方に向けるための光管とを備えた本発明による撮像モジュールの斜視図である。
【図４ｃ】図４ａに示すモジュールの側面図である。
【図４ｄ】フレキシブル回路基板と、光を対象領域の方に向けるための光管とを備えた本発明による撮像モジュールの斜視図である。
【図４ｅ】湾曲可能な光管照明を備えた撮像モジュールの部分側面図である。
【図４ｆ】湾曲可能な光管照明を備えた撮像モジュールの部分側面図である。
【図４ｇ】本発明による成型された光管を備えた撮像モジュールの斜視図である。
【図４ｈ】本発明による成型された光管を備えた撮像モジュールの前面図である。
【図４ｉ】本発明による成型された光管を備えた撮像モジュールの側面切開図である。
【図４ｊ】図４ｇのモジュールの斜視図であって、破線は視界から隠れている構造を示している。
【図４ｋ】折り曲げられた受光光学素子および光管対象照射を備えた本発明によるモジュールの前面斜視図である。
【図４Ｌ】折り曲げられた受光光学素子および光管対象照射を備えた本発明によるモジュールの背面斜視図である。
【図４ｍ】折り曲げられた受光光学素子および光管対象照射を備えた本発明によるモジュールの前面図である。
【図４ｎ】折り曲げられた受光光学素子および光管対象照射を備えた本発明によるモジュールの切開側面図である。
【図５ａ】本発明に基づいて照射パターンを生成するための外観および方法を示す図である。
【図５ｂ】本発明による光学板の製造において使用しうるモールドを図示する。
【図５ｃ】本発明による光学板の製造において使用しうるモールドを図示する。
【図５ｄ】円柱マイクロレンズを備える本発明の光学板の分解斜視図である。
【図５ｅ】図５ｄに示す光学板の表面を図示する分解部分図である。
【図５ｆ】図５ｄの光学板の断面分解上面図である。
【図５ｇ】本発明による様々な光学板を照射光源の列に沿って切った上面切開図を示す。
【図５ｈ】本発明による様々な光学板を照射光源の列に沿って切った上面切開図を示す。
【図５ｉ】本発明による様々な光学板を照射光源の列に沿って切った上面切開図を示す。
【図５ｊ】本発明による様々な光学板を照射光源の列に沿って切った上面切開図を示す。
【図５ｋ】本発明による様々な光学板を照射光源の列に沿って切った上面切開図を示す。
【図５Ｌ】単一水平列の光源を備えた本発明の撮像モジュールを示す部分切開側面図である。
【図６ａ】画像センサを担持する回路基板に搭載された照準光源を有する本発明の撮像モジュールの斜視図、側面部、部分組立図を含む様々な図面を示す。
【図６ｂ】画像センサを担持する回路基板に搭載された照準光源を有する本発明の撮像モジュールの斜視図、側面部、部分組立図を含む様々な図面を示す。
【図６ｃ】画像センサを担持する回路基板に搭載された照準光源を有する本発明の撮像モジュールの斜視図、側面部、部分組立図を含む様々な図面を示す。
【図６ｄ】画像センサを担持する回路基板に搭載された照準光源を有する本発明の撮像モジュールの斜視図、側面部、部分組立図を含む様々な図面を示す。
【図６ｅ】画像センサを担持する回路基板に搭載された照準光源を有する本発明の撮像モジュールの斜視図、側面部、部分組立図を含む様々な図面を示す。
【図６ｆ】画像センサを担持する回路基板に搭載された照準光源を有する本発明の撮像モジュールの斜視図、側面部、部分組立図を含む様々な図面を示す。
【図６ｇ】画像センサを担持する回路基板に搭載された照準光源を有する本発明の撮像モジュールの斜視図、側面部、部分組立図を含む様々な図面を示す。
【図６ｈ】本発明のモジュールによって対象上に投影しうる様々な照準および照射パターンを示した図である。
【図６ｉ】本発明のモジュールによって対象上に投影できる様々な照準および照射パターンを示した図である。
【図６ｊ】本発明のモジュールによって対象上に投影できる様々な照準および照射パターンを示した図である。
【図６ｋ】本発明による、レーザダイオードによって提供される照準光源を組み込んだ撮像モジュールの斜視図である。
【図６Ｌ】図６ｋのモジュールによって投影しうる照射パターンおよび照準パターンを示す図である。
【図６ｍ】１次元画像センサを担持するのに好適な、本発明による撮像モジュールの斜視図である。
【図６ｎ】本発明に組み込みうる様々な折曲げ光学素子照準システムを示した側面機能図である。
【図６ｏ】本発明に組み込みうる様々な折曲げ光学素子照準システムを示した側面機能図である。
【図６ｐ】本発明に組み込みうる様々な折曲げ光学素子照準システムを示した側面機能図である。
【図６ｑ】開口照準システムを組み込んだ成型光管を有する本発明のモジュールの切開側面図である。
【図６ｒ】分割線照準パターンを生成するようになされた本発明による光学板の背面斜視図である。
【図６ｓ】図６ｒの矢印Ａの方向に見た図６ｒの光学板を示す上面切開図である。
【図６ｔ】分割線照準パターンを生成するようになされた本発明による別の光学板を示す背面斜視図である。
【図６ｕ】図６ｔの矢印Ａの方向に見た、図６ｔの光学板を示す上面切開図である。
【図６ｖ】本発明による様々な光学板を照準光源のラインに沿って見た上面切開図である。
【図６ｗ】本発明による様々な光学板を照準光源のラインに沿って見た上面切開図である。
【図６ｘ】本発明による様々な光学板を照準光源のラインに沿って見た上面切開図である。
【図６ｙ】本発明の一実施例による照準光学素子の開口の効果を図示する側面光線図である。
【図６ｚ】薄い開口を有する本発明の照準システムに対応する側面光線図である。
【図７ａ】図６ｚに関連して説明された照準システムによって様々なモジュール対象間距離において投影される照準パターンを示す。
【図７ｂ】図６ｚに関連して説明された照準システムによって様々なモジュール・対象間距離において投影される照準パターンを示す。
【図７ｃ】図６ｚに関連して説明された照準システムによって様々なモジュール・対象間距離において投影される照準パターンを示す。
【図７ｄ】図６ｚに関連して説明された照準システムによって様々なモジュール・対象間距離において投影される照準パターンを示す。
【図７ｅ】本発明によるモジュールに組み込みうる、側面リード表面実装ＬＥＤの側面図を示す。
【図８ａ】表面実装ＬＥＤが一体化された、本発明による回路基板の側面図である。
【図８ｂ】表面実装ＬＥＤが一体化された、本発明による回路基板の上面図である。
【図８ｃ】本発明のモジュールに組み込みうる様々な光管照準・照明構造の側面概略使用を示す。
【図８ｄ】本発明のモジュールに組み込みうる様々な光管照準・照明構造の側面概略使用を示す。
【図８ｅ】本発明のモジュールに組み込みうる様々な光管照準・照明構造の側面概略使用を示す。
【図８ｆ】本発明の撮像モジュールに組み込みうる、改良された光源を示す概略図である。
【図８ｇ】本発明の撮像モジュールに組み込むことのできる改良された光源の概略図である。
【図８ｈ】多色発光源を組み込んだ本発明の撮像モジュールの斜視図である。
【図８ｉ】本発明による多色発光源の分解斜視図である。
【図８ｊ】異なる波長帯域の照準光源および照射光源を有する本発明のモジュールによって投影しうる代表的な照準および照射パターンを示す図である。
【図８ｋ】ユーザがモジュールのある光源から出力される色出力を変更可能とするユーザインタラクティブメニュースクリーンを生成するようプログラムされている光学読取装置である。
【図８Ｌ】ねじ山なしレンズバレルを受けるようになされたレンズアセンブリ保持器を備えた支持アセンブリの斜視図である。
【図８ｍ】ピンを受けるノッチを示す、レンズアセンブリのレンズバレルの上面斜視図である。
【図８ｎ】図８ｍに示すバレルの底面斜視図であり、バレルの接着剤受け面を示している。
【図８ｏ】本発明の撮像モジュールの切開上面図であり、レンズ保持器およびバレルの詳細を示している。
【図８ｐ】本発明によるレンズ保持器内へのレンズアセンブリの精密搭載において使用しうる固定具の図を示している。
【図８ｑ】本発明によるレンズ保持器内へのレンズアセンブリの精密搭載において使用しうる固定具の図を示している。
【図８ｒ】本発明によるねじ山を備えたレンズ保持器・レンズシステムを示す側面図である。
【図８ｓ】プリント回路基板に搭載された、本発明による非一体型画像センサを示す側面図である。
【図８ｔ】プリント回路基板に搭載された、本発明による非一体型画像センサを示す側面図である。
【図８ｕ】本発明による画像センサウインドウを有するプリント回路基板を示す側面図である。
【図８ｚ】伝統的な従来技術による画像センサチップの斜視図である。
【図８ｙ】凹面接着剤受け面を有する別のバレルの斜視図である。
【図９ａ】本発明による撮像モジュールがその内部に組込まれた様々な装置の斜視図を示す。
【図９ｂ】本発明による撮像モジュールがその内部に組込まれた様々な装置の斜視図を示す。
【図９ｃ】本発明による撮像モジュールがその内部に組込まれた様々な装置の斜視図を示す。
【図９ｄ】本発明による撮像モジュールがその内部に組込まれた様々な装置の斜視図を示す。
【図９ｅ】本発明による撮像モジュールがその内部に組込まれた様々な装置の斜視図を示す。
【図９ｆ】本発明による撮像モジュールがその内部に組込まれた様々な装置の斜視図を示す。
【図９ｇ】本発明による撮像モジュールがその内部に組込まれた様々な装置の斜視図を示す。
【図９ｈ】本発明による撮像モジュールがその内部に組込まれた様々な装置の斜視図を示す。
【図９ｉ】本発明による撮像モジュールがその内部に組込まれた様々な装置の斜視図を示す。
【図９ｊ】本発明による撮像モジュールがその内部に組込まれた様々な装置の斜視図を示す。
【図９ｋ】本発明による撮像モジュールがその内部に組込まれた様々な装置の斜視図を示す。
【図９Ｌ】本発明による撮像モジュールがその内部に組込まれた様々な装置の斜視図を示す。
【図９ｍ】本発明の柱内蔵撮像モジュールをどのように搭載しうるかを図示するための側面搭載詳細図である。
【図１０ａ】本発明に関連した電気回路図であり、本発明による撮像モジュールのプリント回路基板上に少なくとも部分的に組み込むことのできる電気回路を示している。
【図１０ｂ】本発明に関連した電気回路図であり、本発明による撮像モジュールのプリント回路基板上に少なくとも部分的に組み込むことのできる電気回路を示している。
【図１０ｃ】本発明に関連した電気回路図であり、本発明による撮像モジュールのプリント回路基板上に少なくとも部分的に組み込むことのできる電気回路を示している。
【図１０ｄ】本発明に関連した電気回路図であり、本発明による撮像モジュールのプリント回路基板上に少なくとも部分的に組み込むことのできる電気回路を示している。
【図１０ｅ】本発明に関連した電気回路図であり、本発明による撮像モジュールのプリント回路基板上に少なくとも部分的に組み込むことのできる電気回路を示している。
【図１１】従来の撮像モジュールの内部側面図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像センサと、前記画像センサ上に光を集束させるレンズアセンブリと、対象領域上に不可視照射パターンを投影するための赤外照射源とからなる撮像モジュールであって、
第１の可視色波長発光帯域の光を前記対象領域上に放射するように選択された照準光源と、
前記モジュールの受光路に配置され、前記第１の可視色波長帯域の光を遮断するようになされたカラーフィルタとにより特徴づけられる撮像モジュール。
【請求項２】
前記画像センサは２次元画像センサである請求項１記載の光学読取装置撮像モジュール。
【請求項３】
前記画像センサは１次元画像センサである請求項１記載の光学読取装置撮像モジュール。
【請求項４】
光学読み取り装置撮像モジュールにおいて、
画像センサと画像レンズアセンブリからなる撮像システムを有し、前記画像レンズアセンブリは前記画像センサに光を撮像させるために前記撮像システムの受光路内に配置され、
少なくとも１つの照射光源を備え、対象領域上に照射パターンを投影する照射パターン生成システムを有し、
少なくとも１つの照準光源を備え、前記対象領域上に照準パターンを投影する照準パターン生成システムを有し、
前記撮像システムの前記受光路は、その中に、波長感受フィルタを配置してなり、該フィルタは、赤外線波長帯域内の光線が、前記画像センサに到達することを妨げる、
ことを特徴とする光学読み取り装置撮像モジュール。
【請求項５】
請求項４記載の光学読み取り装置撮像モジュールにおいて、
前記照射パターン生成システムは、挟波長帯域内の光を、投影するものであり、
前記波長感受フィルタは、前記挟波長帯域内にない光を遮断するバンドパスフィルタである、
ことを特徴とする光学読み取り装置撮像モジュール。
【請求項６】
請求項４記載の光学読み取り装置撮像モジュールにおいて、
前記画像センサは、２次元画像センサである、
ことを特徴とする光学読み取り装置撮像モジュール。
【請求項７】
請求項４記載の光学読み取り装置撮像モジュールにおいて、
前記画像センサは、２次元カラー画像センサである、
ことを特徴とする光学読み取り装置撮像モジュール。
【請求項８】
請求項４記載の光学読み取り装置撮像モジュールにおいて、
前記少なくとも１つの照準光源は、レーザーダイオードアセンブリである、
ことを特徴とする光学読み取り装置撮像モジュール。
【請求項９】
請求項４記載の光学読み取り装置撮像モジュールにおいて、
前記画像センサは、２次元カラー画像センサであり、前記少なくとも１つの照準光源は、レーザーダイオードアセンブリである、
ことを特徴とする光学読み取り装置撮像モジュール。
【請求項１０】
第１の回路基板と、
第２の回路基板と、
前記回路基板の一方に搭載された画像センサと、
前記回路基板の一方に搭載された光源と、
前記第１の回路基板と第２の回路基板の間に挿置された支持アセンブリと、
前記第１の回路基板、第２の回路基板、及び前記支持アセンブリのそれぞれに定義され、互いにほぼ位置合わせされた柱穴と、
前記第１および第２の回路基板、および前記支持アセンブリを支持するために、前記位置合わせされた柱穴のそれぞれを少なくとも部分的に貫通して延びる支柱と、からなる撮像モジュール。
【請求項１１】
請求項１０記載の撮像モジュールにおいて、
上記支柱は上記第１および第２の回路基板にはんだ付けされている、
ことを特徴とする撮像モジュール。
【請求項１２】
請求項１０記載の撮像モジュールにおいて、
上記支柱は導電性であり、前記第１の回路基板と第２の回路基板との間の電気的通信を提供するように配置される、
ことを特徴とする撮像モジュール。
【請求項１３】
請求項１０記載の撮像モジュールにおいて、
複数の支柱を上記モジュールに収容するために、上記第１の回路基板、第２の回路基板、および支持アセンブリのそれぞれにおいて複数の柱穴が形成されている、
ことを特徴とする撮像モジュール。
【請求項１４】
請求項１０記載の撮像モジュールにおいて、
上記複数の柱穴は導電性であり、前記第１の回路基板と第２の回路基板との間の電気的通信を提供するように配置される、
ことを特徴とする撮像モジュール。
【請求項１５】
画像センサを備えた撮像システムと、照準光源と、前記照準光源と開口からの光を対象領域上に結像させるための結像光学部品を備えたレンズ部材との光学的な中間に配置された開口を備えた開口画定部材と、からなる撮像モジュールであって、
前記結像光学部品は球面レンズを具備することを特徴とする撮像モジュール。
【請求項１６】
前記レンズ部材は屈折型光学マイクロレンズをさらに具備する請求項１５記載のモジュール。
【請求項１７】
その表面にキャビティが定義されたプリント回路基板と、前記キャビティに配置された発光ダイオードダイとをさらに備え、前記照準光源が前記キャビティ配置ダイからなる請求項１５記載のモジュール。
【請求項１８】
前記モジュールは、前記撮像システムの最適焦点距離が、前記開口が対象上に最適に合焦される距離よりも短くなるようになされた請求項１５記載のモジュール。
【請求項１９】
前記レンズ部材が、前記開口からの光を前記撮像モジュールに対して横方向に向けるためのウェッジ光学部品を具備する請求項１５記載のモジュール。
【請求項２０】
前記画像センサを格納する格納部と、前記開口画定部材とを少なくとも備えた一体型支持アセンブリによってさらに特徴づけられる請求項１記載のモジュール。
【請求項２１】
前記結像光学部品の境界に沿って配置された開口部材によってさらに特徴づけられる請求項１５記載のモジュール。
【請求項１】
画像センサと、前記画像センサ上に光を集束させるレンズアセンブリと、対象領域上に不可視照射パターンを投影するための赤外照射源とからなる撮像モジュールであって、
第１の可視色波長発光帯域の光を前記対象領域上に放射するように選択された照準光源と、
前記モジュールの受光路に配置され、前記第１の可視色波長帯域の光を遮断するようになされたカラーフィルタとにより特徴づけられる撮像モジュール。
【請求項２】
前記画像センサは２次元画像センサである請求項１記載の光学読取装置撮像モジュール。
【請求項３】
前記画像センサは１次元画像センサである請求項１記載の光学読取装置撮像モジュール。
【請求項４】
光学読み取り装置撮像モジュールにおいて、
画像センサと画像レンズアセンブリからなる撮像システムを有し、前記画像レンズアセンブリは前記画像センサに光を撮像させるために前記撮像システムの受光路内に配置され、
少なくとも１つの照射光源を備え、対象領域上に照射パターンを投影する照射パターン生成システムを有し、
少なくとも１つの照準光源を備え、前記対象領域上に照準パターンを投影する照準パターン生成システムを有し、
前記撮像システムの前記受光路は、その中に、波長感受フィルタを配置してなり、該フィルタは、赤外線波長帯域内の光線が、前記画像センサに到達することを妨げる、
ことを特徴とする光学読み取り装置撮像モジュール。
【請求項５】
請求項４記載の光学読み取り装置撮像モジュールにおいて、
前記照射パターン生成システムは、挟波長帯域内の光を、投影するものであり、
前記波長感受フィルタは、前記挟波長帯域内にない光を遮断するバンドパスフィルタである、
ことを特徴とする光学読み取り装置撮像モジュール。
【請求項６】
請求項４記載の光学読み取り装置撮像モジュールにおいて、
前記画像センサは、２次元画像センサである、
ことを特徴とする光学読み取り装置撮像モジュール。
【請求項７】
請求項４記載の光学読み取り装置撮像モジュールにおいて、
前記画像センサは、２次元カラー画像センサである、
ことを特徴とする光学読み取り装置撮像モジュール。
【請求項８】
請求項４記載の光学読み取り装置撮像モジュールにおいて、
前記少なくとも１つの照準光源は、レーザーダイオードアセンブリである、
ことを特徴とする光学読み取り装置撮像モジュール。
【請求項９】
請求項４記載の光学読み取り装置撮像モジュールにおいて、
前記画像センサは、２次元カラー画像センサであり、前記少なくとも１つの照準光源は、レーザーダイオードアセンブリである、
ことを特徴とする光学読み取り装置撮像モジュール。
【請求項１０】
第１の回路基板と、
第２の回路基板と、
前記回路基板の一方に搭載された画像センサと、
前記回路基板の一方に搭載された光源と、
前記第１の回路基板と第２の回路基板の間に挿置された支持アセンブリと、
前記第１の回路基板、第２の回路基板、及び前記支持アセンブリのそれぞれに定義され、互いにほぼ位置合わせされた柱穴と、
前記第１および第２の回路基板、および前記支持アセンブリを支持するために、前記位置合わせされた柱穴のそれぞれを少なくとも部分的に貫通して延びる支柱と、からなる撮像モジュール。
【請求項１１】
請求項１０記載の撮像モジュールにおいて、
上記支柱は上記第１および第２の回路基板にはんだ付けされている、
ことを特徴とする撮像モジュール。
【請求項１２】
請求項１０記載の撮像モジュールにおいて、
上記支柱は導電性であり、前記第１の回路基板と第２の回路基板との間の電気的通信を提供するように配置される、
ことを特徴とする撮像モジュール。
【請求項１３】
請求項１０記載の撮像モジュールにおいて、
複数の支柱を上記モジュールに収容するために、上記第１の回路基板、第２の回路基板、および支持アセンブリのそれぞれにおいて複数の柱穴が形成されている、
ことを特徴とする撮像モジュール。
【請求項１４】
請求項１０記載の撮像モジュールにおいて、
上記複数の柱穴は導電性であり、前記第１の回路基板と第２の回路基板との間の電気的通信を提供するように配置される、
ことを特徴とする撮像モジュール。
【請求項１５】
画像センサを備えた撮像システムと、照準光源と、前記照準光源と開口からの光を対象領域上に結像させるための結像光学部品を備えたレンズ部材との光学的な中間に配置された開口を備えた開口画定部材と、からなる撮像モジュールであって、
前記結像光学部品は球面レンズを具備することを特徴とする撮像モジュール。
【請求項１６】
前記レンズ部材は屈折型光学マイクロレンズをさらに具備する請求項１５記載のモジュール。
【請求項１７】
その表面にキャビティが定義されたプリント回路基板と、前記キャビティに配置された発光ダイオードダイとをさらに備え、前記照準光源が前記キャビティ配置ダイからなる請求項１５記載のモジュール。
【請求項１８】
前記モジュールは、前記撮像システムの最適焦点距離が、前記開口が対象上に最適に合焦される距離よりも短くなるようになされた請求項１５記載のモジュール。
【請求項１９】
前記レンズ部材が、前記開口からの光を前記撮像モジュールに対して横方向に向けるためのウェッジ光学部品を具備する請求項１５記載のモジュール。
【請求項２０】
前記画像センサを格納する格納部と、前記開口画定部材とを少なくとも備えた一体型支持アセンブリによってさらに特徴づけられる請求項１記載のモジュール。
【請求項２１】
前記結像光学部品の境界に沿って配置された開口部材によってさらに特徴づけられる請求項１５記載のモジュール。
【図１ａ】
【図１ｂ】
【図１ｃ】
【図１ｄ】
【図１ｅ】
【図１ｆ】
【図１ｇ】
【図１ｈ】
【図１ｉ】
【図１ｊ】
【図１ｋ】
【図１Ｌ】
【図１ｍ】
【図１ｎ】
【図１ｏ】
【図１ｐ】
【図１ｑ】
【図１ｒ】
【図１ｓ】
【図１ｔ】
【図１ｕ】
【図１ｖ】
【図２ａ】
【図２ｂ】
【図２ｃ】
【図２ｄ】
【図２ｅ】
【図２ｆ】
【図２ｇ】
【図２ｈ】
【図２ｉ】
【図２ｊ】
【図２ｋ】
【図２Ｌ】
【図２ｍ】
【図２ｎ】
【図２ｏ】
【図２ｐ】
【図３ａ】
【図３ｂ】
【図３ｃ】
【図３ｄ】
【図３ｅ】
【図３ｆ】
【図３ｇ】
【図３ｈ】
【図３ｉ】
【図３ｊ】
【図３ｋ】
【図３Ｌ】
【図３ｍ】
【図４ａ】
【図４ｂ】
【図４ｃ】
【図４ｄ】
【図４ｅ】
【図４ｆ】
【図４ｇ】
【図４ｈ】
【図４ｉ】
【図４ｊ】
【図４ｋ】
【図４Ｌ】
【図４ｍ】
【図４ｎ】
【図５ａ】
【図５ｂ】
【図５ｃ】
【図５ｄ】
【図５ｅ】
【図５ｆ】
【図５ｇ】
【図５ｈ】
【図５ｉ】
【図５ｊ】
【図５ｋ】
【図５Ｌ】
【図６ａ】
【図６ｂ】
【図６ｃ】
【図６ｄ】
【図６ｅ】
【図６ｆ】
【図６ｇ】
【図６ｈ】
【図６ｉ】
【図６ｊ】
【図６ｋ】
【図６Ｌ】
【図６ｍ】
【図６ｎ】
【図６ｏ】
【図６ｐ】
【図６ｑ】
【図６ｒ】
【図６ｓ】
【図６ｔ】
【図６ｕ】
【図６ｖ】
【図６ｗ】
【図６ｘ】
【図６ｙ】
【図６ｚ】
【図７ａ】
【図７ｂ】
【図７ｃ】
【図７ｄ】
【図７ｅ】
【図８ａ】
【図８ｂ】
【図８ｃ】
【図８ｄ】
【図８ｅ】
【図８ｆ】
【図８ｇ】
【図８ｈ】
【図８ｉ】
【図８ｊ】
【図８ｋ】
【図８Ｌ】
【図８ｍ】
【図８ｎ】
【図８ｏ】
【図８ｐ】
【図８ｑ】
【図８ｒ】
【図８ｓ】
【図８ｔ】
【図８ｕ】
【図８ｖ】
【図８ｗ】
【図８ｘ】
【図８ｙ】
【図８ｚ】
【図９ａ】
【図９ｂ】
【図９ｃ】
【図９ｄ】
【図９ｅ】
【図９ｆ】
【図９ｇ】
【図９ｈ】
【図９ｉ】
【図９ｊ】
【図９ｋ】
【図９Ｌ】
【図９ｍ】
【図９ｎ】
【図９ｏ】
【図１０ａ】
【図１０ｂ】
【図１０ｃ】
【図１０ｄ】
【図１０ｅ】
【図１０ｆ】
【図１１】
【図１ｂ】
【図１ｃ】
【図１ｄ】
【図１ｅ】
【図１ｆ】
【図１ｇ】
【図１ｈ】
【図１ｉ】
【図１ｊ】
【図１ｋ】
【図１Ｌ】
【図１ｍ】
【図１ｎ】
【図１ｏ】
【図１ｐ】
【図１ｑ】
【図１ｒ】
【図１ｓ】
【図１ｔ】
【図１ｕ】
【図１ｖ】
【図２ａ】
【図２ｂ】
【図２ｃ】
【図２ｄ】
【図２ｅ】
【図２ｆ】
【図２ｇ】
【図２ｈ】
【図２ｉ】
【図２ｊ】
【図２ｋ】
【図２Ｌ】
【図２ｍ】
【図２ｎ】
【図２ｏ】
【図２ｐ】
【図３ａ】
【図３ｂ】
【図３ｃ】
【図３ｄ】
【図３ｅ】
【図３ｆ】
【図３ｇ】
【図３ｈ】
【図３ｉ】
【図３ｊ】
【図３ｋ】
【図３Ｌ】
【図３ｍ】
【図４ａ】
【図４ｂ】
【図４ｃ】
【図４ｄ】
【図４ｅ】
【図４ｆ】
【図４ｇ】
【図４ｈ】
【図４ｉ】
【図４ｊ】
【図４ｋ】
【図４Ｌ】
【図４ｍ】
【図４ｎ】
【図５ａ】
【図５ｂ】
【図５ｃ】
【図５ｄ】
【図５ｅ】
【図５ｆ】
【図５ｇ】
【図５ｈ】
【図５ｉ】
【図５ｊ】
【図５ｋ】
【図５Ｌ】
【図６ａ】
【図６ｂ】
【図６ｃ】
【図６ｄ】
【図６ｅ】
【図６ｆ】
【図６ｇ】
【図６ｈ】
【図６ｉ】
【図６ｊ】
【図６ｋ】
【図６Ｌ】
【図６ｍ】
【図６ｎ】
【図６ｏ】
【図６ｐ】
【図６ｑ】
【図６ｒ】
【図６ｓ】
【図６ｔ】
【図６ｕ】
【図６ｖ】
【図６ｗ】
【図６ｘ】
【図６ｙ】
【図６ｚ】
【図７ａ】
【図７ｂ】
【図７ｃ】
【図７ｄ】
【図７ｅ】
【図８ａ】
【図８ｂ】
【図８ｃ】
【図８ｄ】
【図８ｅ】
【図８ｆ】
【図８ｇ】
【図８ｈ】
【図８ｉ】
【図８ｊ】
【図８ｋ】
【図８Ｌ】
【図８ｍ】
【図８ｎ】
【図８ｏ】
【図８ｐ】
【図８ｑ】
【図８ｒ】
【図８ｓ】
【図８ｔ】
【図８ｕ】
【図８ｖ】
【図８ｗ】
【図８ｘ】
【図８ｙ】
【図８ｚ】
【図９ａ】
【図９ｂ】
【図９ｃ】
【図９ｄ】
【図９ｅ】
【図９ｆ】
【図９ｇ】
【図９ｈ】
【図９ｉ】
【図９ｊ】
【図９ｋ】
【図９Ｌ】
【図９ｍ】
【図９ｎ】
【図９ｏ】
【図１０ａ】
【図１０ｂ】
【図１０ｃ】
【図１０ｄ】
【図１０ｅ】
【図１０ｆ】
【図１１】
【公開番号】特開２００７−１８８５１６（Ｐ２００７−１８８５１６Ａ）
【公開日】平成１９年７月２６日（２００７．７．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−４２８４９（Ｐ２００７−４２８４９）
【出願日】平成１９年２月２２日（２００７．２．２２）
【分割の表示】特願２００２−５７１６９９（Ｐ２００２−５７１６９９）の分割
【原出願日】平成１４年３月８日（２００２．３．８）
【出願人】（５０３３２６８１２）ハンド ヘルド プロダクツ インコーポレーティッド (2)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年７月２６日（２００７．７．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年２月２２日（２００７．２．２２）
【分割の表示】特願２００２−５７１６９９（Ｐ２００２−５７１６９９）の分割
【原出願日】平成１４年３月８日（２００２．３．８）
【出願人】（５０３３２６８１２）ハンド ヘルド プロダクツ インコーポレーティッド (2)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]