電気光学的な読取り器における作動距離とビームスポットのサイズとの光学的調整
反射率が異なる複数のバーコード記号のような印を電気光学的に読み取るための配置と方法とが提供される。印を読み取るために、一対の可変レンズに制御電圧を印加して、可変レンズ内の液体の形態を変化させることにより、電気光学的な読取り器において、作動距離とレーザビームの断面とが調整される。コントローラは、各レンズ内の液体に電圧を印加する。開口絞りは、複数のレンズのうちの１つに対する入力として、一定のビーム断面を維持する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、概して、例えば異なる光反射率の部分を有するバーコード記号のような印を読取るための電気光学的なシステムに関し、特に、上記システムの性能を向上させるために、作動距離および／またはレーザービームの断面を調整するための配置と方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
ラベルまたは標的の表面に現れるバーコード記号を読取るために、様々な電気光学的な読取り器とシステムとが開発されてきた。バーコード記号そのものは、印を符号化したパターンである。一般に、読取り器は、記号の図形的な印を電気的な信号に電気光学的に変換し、上記信号は、英数字に復号化される。結果として得られた文字は、記号に関連する標的および／または上記標的のなんらかの特性を記述する。典型的に、そのような文字は、店頭販売処理と在庫制御と品物追跡とその他の用途のためのデータ処理システムへのデータ入力を備える。
【０００３】
記号内の記号要素、例えばバーおよびスペースの特定の配置は、符号または記号種（ｓｙｍｂｏｌｏｇｙ）によって特定されるルールおよび定義のセットにしたがって表現される文字を定義する。バーおよびスペースの相対的なサイズは、バーおよびスペースの実際のサイズと同様に、使用される符号のタイプによって決定される。
【０００４】
所望の文字列を符号化するために、一群の要素の配置は、完全な記号を形成するように、対応する要素のグループによって表現される各文字と結び付けられる。いくつかの記号種において、一意的な「スタート」および「ストップ」の文字は、どこで記号が開始および終了するかを示唆するように使用される。現在では、多くの異なる記号種が存在する。記号種は、ＵＰＣ／ＥＡＮ，Ｃｏｄｅ３９，Ｃｏｄｅ１２８、Ｃｏｄａｂａｒ、およびＩｎｔｅｒｌｅａｖｅｄ２ｏｆ５のような１次元の符号を含み得る。
【０００５】
所与の大きさの記号表面領域に表現または格納され得るデータの量を増加させるために、いくつかの新しい記号種が開発されてきた。１つの新しい符号基準であるＣｏｄｅ４９は、要素を水平に延伸する代わりに要素の列を垂直に堆積させる２次元的な概念を導入した。すなわち、１つの長い列の代わりに、いくつかのバーの列とスペースのパターンとが存在する。Ｃｏｄｅ４９の構造は、特許文献１に記述されている。ＰＤＦ４１７として知られる別の２次元的な符号構造は、特許文献２に記述されている。
【０００６】
電気光学的な読取り器は、例えば特許文献３、特許文献４、特許文献５、特許文献６、特許文献７、特許文献８において開示されており、それらすべては、本発明の指定代理人に割り当てられている。一般に、これら読取り器は、光ビームを放射するために、ガスレーザまたは半導体レーザを構成する光源を含む。読取り器における光源としての半導体デバイスの使用は、それらのサイズの小ささ、コストの低さ、出力要求の低さのために、特に望ましい。所定の標的位置に適当なサイズを有するビームスポットを形成するために、レーザビームは、典型的には光学的なアセンブリを焦点合わせすることにより、光学的に改変され得る。標的位置におけるビームスポットの断面は、異なる光反射率の複数の記号領域、すなわち複数のバーおよび複数のスペースの間の最小幅を近似し得るが、スポットの断面は、最小幅よりも大きく、いくつかの場合では、２倍以上であり得る。
【０００７】
従来の読取り器において、光ビームは、走査コンポーネントにより、標的の記号に向けて、光経路に沿って配向されていた。読取り器は、光ビームの経路に配置されたミラーのような走査コンポーネントの動きによって、例えば標的の記号にわたる直線または一連の直線のような走査パターンで光ビームを繰り返し走査することにより、動作する。走査コンポーネントは、記号にわたってビームスポットをスウィープし、記号の上または記号の境界にわたって走査直線を追跡し、および／または所定の視野を走査し得る。
【０００８】
読取り器はまた、記号から反射または拡散された光を検出するように機能するセンサまたは光検出器を含む。光検出器またはセンサは、読取り器が記号の境界を少なくとも横断するか上方にわずかに延伸する視野を有するように、光学的経路において、読取り器に配置される。記号から反射された光ビームの一部は、検出され、アナログ電気信号に変換される。デジタイザは、上記アナログ信号をデジタル化する。その後、デジタイザからデジタル化された信号は、記号に用いられる特定の記号種に基づいて、復号化される。
【０００９】
記号を走査する走査パターンは、例えば繰り返しの直線走査、標準的なレーザ走査、ジッタされたレーザ走査、フィッシュボーン、ぺタル等の様々な形態を取り得る。これらビームパターンは、ビーム経路における走査コンポーネントの制御された動きによって生成される。典型的に、走査コンポーネントは、いくつかの形態の走査用モータによって駆動され、所望のビーム走査パターンを介して、ビームを周期的に偏向する。繰り返しの直線走査のビームパターンに対して、単純なモータによって一定方向に回転されるポリゴンミラーが、利用される。さらに複雑なビームパターンに対しては、さらに入り組んだ駆動機構が要求される。
【００１０】
ビームパターンが実行される周波数もまた、重要な検討材料である。所与の時間期間の間に記号が走査され得る回数が多くなると、記号の有効な読み取りを取得する機会が増加する。このことは、コンベアベルトの上を移動するパッケージのような動く物体によって記号の視野が狭められるときに、特に重要である。
【００１１】
記号はまた、採用する画像化デバイスによっても読取られ得る。例えば、デバイスの視野における画像要素または画素に対応するセルまたは光センサの２次元の配列を有する画像センサデバイスが、採用され得る。そのような画像センサデバイスは、２次元または領域の電荷結合素子（ＣＣＤ；ｃｈａｒｇｅ ｃｏｕｐｌｅｄ ｄｅｖｉｃｅ）または相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ；ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）デバイスと、視野に対する２次元の画素情報の配列に対応する電気信号を生成するための関連する回路とを含み得る。
【００１２】
さらに、モノクロ画像として読取られるバーコード記号をキャプチャするためのＣＣＤの使用が知られており、例えば、特許文献９に開示されている。フルカラー画像として標的をキャプチャするために、複数の内蔵型のチャネルを有するＣＣＤを使用することも知られており、例えば、特許文献１０に開示されている。
【００１３】
多くのアプリケーションは、その中で可動型のレーザビームデバイスまたは画像化デバイスが協働している携帯型の読取り器を必要とする。そのようなアプリケーションに対し、電気光学的なコンポーネントの配置は、ピストル型であり得る携帯型のパッケージにおいて協働するために、コンパクトでなければならない。さらに、そのような読み取り器は、軽量であり、雑な扱いから生じる物理的なショックに耐えるように、構造的に頑丈でなければならない。バッテリー寿命を延ばすために、動作中に消費される電力を最小化することもまた望まれる。
【００１４】
さらに、携帯型の読取り器に対して延長された動作距離の範囲にわたって記号を読み取ることが可能であることもまた、望ましい。可動レーザビームデバイスの場合、焦点合わせの光学的アセンブリにおいて１つ以上のレーザデバイスを動かすこと、言い換えると、読取り器に接近した近い位置と読取り器から離れた遠い位置との間でレーザビームの焦点を動かすことは、従来的である。典型的に、レンズの動きは、機械的に実行される。このことは、いくつかの理由で不利である。第１に、機械的な動きは、読取り器を介してユーザの手に伝播される振動を生成し、光学素子を曇らせる（ｏｂｓｃｕｒｅ）ほこりを生成し得る。さらに、走査レートに依存して、不愉快な、気に障る、可聴性のハミング音を生成し得る。加えて、レンズの動きは、駆動を要求し、言い換えると電力を消費し、高価かつ低速であり、不安定であり得、空間を支配し、全重量と、読取り器のサイズと複雑性とを増加させる。
【００１５】
光学的アセンブリの焦点を調整するために液晶レンズが提案されてきたことは、一般に知られている。特許文献１１は、調整可能な焦点レンズを有する液体レンズを記述している。特許文献１２は、液体レンズ内部の屈折率を変化させることを記述している。特許文献１３および特許文献１４（およびその等価物である特許文献１５）は、可変焦点の液体レンズを記述している。
【特許文献１】米国特許第４，７９４，２３９号明細書
【特許文献２】米国特許第５，３０４，７８６号明細書
【特許文献３】米国特許第４，２５１，７９８号明細書
【特許文献４】米国特許第４，３６９，３６１号明細書
【特許文献５】米国特許第４，３８７，２９７号明細書
【特許文献６】米国特許第４，４０９，４７０号明細書
【特許文献７】米国特許第４，７６０，２４８号明細書
【特許文献８】米国特許第４，８９６，０２６号明細書
【特許文献９】米国特許第５，７０３，３４９号明細書
【特許文献１０】米国特許第４，６１３，８９５号明細書
【特許文献１１】米国特許第５，３０５，７３１号明細書
【特許文献１２】米国特許第５，６２５，４９６号明細書
【特許文献１３】仏国特許発明第２，７９１，４３９号明細書
【特許文献１４】仏国特許発明第２，７６９，３７５号明細書
【特許文献１５】米国特許第６，３６９，９５４号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明の目的の１つは、データに符号化された記号を読み取るために、作動距離および／または読取り器のビームスポットのサイズを調整するための改良された配置と、作動距離および／または読取り器のビームスポットのサイズを調整する方法とを提供することである。
【００１７】
この発明の別の目的は、コンパクト、軽量、高耐久性、構築が効率的、動作が静かで信頼性があり、そのために持ち運び可能な携帯型アプリケーションにふさわしい配置を提供することである。
【００１８】
本発明のさらに別の目的は、電気光学的な読取り器における焦点距離を調整し、および／または、機械的にレンズを動かすことなしにビームスポットの断面を変化させることである。
【００１９】
これらの目的と以後明らかになるその他の目的とを踏まえると、１次元および／または２次元のバーコード記号のような印を電気光学的に読み取るための配置および方法の中に、本目的の１つの特徴が存在し、手短に述べられる。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明は、好ましくは各々が光学的経路に沿って配置された一対の光透過性の液体を有する一対の可変光学レンズを提供し、各レンズの複数の液体は、異なる光学的屈折率、実質的に同じ濃度の非混合性の液体である。複数の液体のうちの１つの液体は、印に向けて光学的経路に沿って１つの液体を通過する光を第１の光学的特性を有するように光学的に改変するために、静止状態（ｒｅｓｔ ｓｔａｔｅ）の形態を有している。本発明にしたがうと、コントローラは、各レンズの１つの液体にわたって電圧を印加して液体の形態を変化させ、上記の光を第２の異なる光学的特性を有するように光学的に改変するように動作することが可能である。
【００２１】
可動型のビーム読取り器の場合、レーザダイオードのような光源は、レーザビームとして光を放射し、複数のレンズのうちの第１のレンズの１つの液体の形態の変化は、光学的経路に沿って第１の可変レンズに対する複数の作動距離のうちの１つにレーザビームを焦点合わせし、複数のレンズのうちの第２のレンズの１つの液体の形態の変化は、１つの作動距離において選択された断面を有するように光を光学的に改変する。
【００２２】
コントローラは、読取りの間に連続的に、あるいは、特定の印またはバーコードが正しく読み取られていないことを決定した後のみに、各レンズの１つの液体にわたって周期的に電圧を印加する。
【００２３】
各可変レンズは、単一の固定レンズを含むか、または、各可変レンズの向かい合う端において、一対の固定レンズを含み得る。１つの液体は、静止状態において、光学的経路と放射対称であり得、あるいは、改変において、光学的経路に直交する主軸に沿って延伸して、レーザビームの断面を改変し得る。１次元的な記号の読取りには、楕円状のビーム断面が好ましい。ビームの断面を変化させることは、損傷した記号または印刷不鮮明な記号を読取り器が適応可能なように読み取ることを可能にする。
【００２４】
光学的経路における開口絞りは、第１の可変レンズへの入力として、一定のビーム断面を維持するような働きをする。
【００２５】
異なる複数の焦点面の間の変化および／またはビームの断面の変化は、固体レンズを機械的または物理的に動かすことなしに実行され、これにより、サイズ、重さ、出力および体積への要求と同様に、そのような読取り器におけるノイズと振動とほこりとを低減する。可変液体レンズは、時間が経っても磨耗し得ない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
一般に、図１における参照番号は、その作動距離範囲内に位置付けられたバーコード記号２４のような印を電気光学的に読み取る携帯型読取り器に一致する。読取り器２０は、ピストルのグリップハンドル２１と、押し下げられたときに光ビーム２３を記号２４に配向することが可能な手動的に作動可能なトリガ２２とを有する。読取り器２０は、ハウジング２５を含み、その中では光源２６、光検出器２７、信号処理回路２８、バッテリーパック２９が協働している。ハウジング前面の光透過性のウィンドウ３０は、光ビーム２３がハウジングを出ることを可能にし、記号から散乱した光３１がハウジング内に入ることを可能にする。有利にも、キーボード３２とディスプレイ３３とが、読取り器へのアクセスを容易にするためにハウジングの上面に提供される。
【００２７】
使用中、ハンドル２１をつかんでいるオペレータは、ハウジングを記号に向け、トリガを押し下げる。光源２６は、光ビームを放射し、上記光ビームは、光学的に改変され、光学的焦点合わせアセンブリ３５によって焦点合わせされ、記号２４上にビームスポットを形成する。光ビームは、モータドライブ３８によって少なくとも毎秒２０走査の走査レートで繰り返し振動する走査ミラー３６へとビームスプリッタ３４を通過する。走査ミラー３６は、それに入射したビームを記号２４に反射し、記号にわたって走査パターンでビームスポットをスウィープする。走査パターンは、２、３の例を挙げると、記号に沿って縦方向に延伸する走査方向に沿った直線、または、互いに直交する方向に沿って配置された一連の直線、または、無指向性（ｏｍｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ）のパターンであり得る。
【００２８】
反射光３１は、走査パターンにわたって可変輝度を有しており、上記反射光がスプリッタ３４に反射される走査ミラー３６へとウィンドウ３０を通過し、その後、アナログ電気信号への変換のために、光検出器２７に反射する。当業者には周知なように、信号処理回路２８は、信号をデジタル化および復号化し、記号内の符号化されたデータを抽出する。
【００２９】
本発明にしたがい、焦点合わせの光学的アセンブリ３５は、図２に示されているような可変レンズとして構成される。可変レンズは、ハウジング４０を有し、その中には、液滴の形態で示された第１の液体４２と第２の液体４４とが光学的経路４６に沿って配置されており、上記配置は、図３〜４と関連して以下で示されているように、電気光学的な読取り器２０によって読取られるように、バーコード記号２４のような記号に向けて延伸している。
【００３０】
液体４２，４４は、異なる光学的屈折率、実質的に同じ濃度の光透過性、非混合性の液体である。液体または液滴４２は、電気的に絶縁な材料で構成され得る。例えば、オイル、アルカン（ａｌｃａｎｅ）、または好ましくはハロゲン化されたアルカンの混合、またはその他任意の絶縁液が、液滴４２に使用され得る。液体４４は、例えば砂糖（ミネラルまたはその他）でロードされた水、あるいは、有機または無機のその他の液体のような、導電性の材料で構成され、好ましくは、イオン化成分の追加によって、導電性にされている。
【００３１】
ハウジング４０は、例えばガラスのような電気的に絶縁かつ光透過性の材料で構成されており、好ましくは、シラン処理されているか、あるいは、フッ素加工されたポリマーで被覆されているか、あるいは、フッ素加工されたポリマー、エポキシ樹脂およびポリエチレンのラミネートで被覆されている。ハウジング４０は、好ましくはウェル５０を有する誘電体の壁４８を含み、上記ウェルにおいて、光学的経路または軸４６に対して対称的な関係で、液滴４２が収容されている。通常、壁４８は、液滴４２に比べて低い濡れ特性を有しているが、表面の処理は、高い濡れ特性を保証し、液滴４２が中央に位置して液滴が拡散するのを防ぐ。ウェル５０は、そのような拡散をさらに防ぐ。
【００３２】
第１の電極５４は、液体４４に延びており、第２の電極５２は、壁５２の下方に位置している。電極は、電源Ｖに接続されている。電極、特に電極５２は、好ましくは光透過性である。参照のためその内容の全体が本明細書に援用されている米国特許第６，３６９，９５４号明細書に述べられているように、電極にわたって電圧が印加されたときに、液滴４２に対して壁４８の濡れ特性を変化させる電場が形成される。濡れは、電場の存在により、実質的に増加する。
【００３３】
電圧が印加されないと、液滴４２は、概して、図２に実線で示されている半球状の形状を取り、その外表面「Ａ」は、凸状である。電圧が印加されると、誘電体の壁４８の濡れは増加し、液滴４２は変形して図２に破線で示されている形状を取り、その外表面は「Ｂ」は、さらに凸状になり、より小さな半径の曲率を有する。液滴の変形は、レンズ３５の焦点を変化させ、図３〜４と関連して以下で記述されているように、延長された作動距離の範囲にわたって記号２４を読み取るように本発明によって用いられる。
【００３４】
一例として、静止状態にある液滴４２は、約６ｍｍの直径を有する。液体４４が砂糖水の場合、その屈折率は、約１．３５である。液滴４２がオイルの場合、その屈折率は、約１．４５である。約４０ｖＲＭＳの印加電圧に対し、約４０ジオプターの焦点の変動が達成され得る。レンズの応答時間は、数百ぶんの１秒であり、この場合では、周期的な電圧が使用される場合は、その周期が応答時間よりも短くなるようにするために、周波数は５０Ｈｚから１０ｋＨｚの間であり得る。
【００３５】
図３に移ると、図１の光源２６は、レーザダイオードとして示されている。走査ミラー３６とその駆動３８とは、図３に図示されているのと同様なものである。可変レンズ３５における液滴４２の曲率の変化は、近位位置Ｚ１と遠位位置Ｚ２との間で焦点を変動させる役目を担う。記号２４は、これら端部を規定する位置と、これら端部を規定する位置の間で読み取られ、これにより、読取り器の作動距離を改良し得る。
【００３６】
電圧は、好ましくは周期的であり、好ましくは矩形波の駆動電圧である。矩形波は、内蔵型のパルス幅変調回路を有するマイクロプロセッサ６０により、可変の負荷サイクルによって容易に形成される。駆動電圧はまた、シノソイダル信号または三角波信号であり得、その場合、電圧の振幅は、液滴４２の形状、言い換えると、焦点距離と作動距離とを制御し得る。矩形波は、所与の焦点距離の変動に対して、シヌソイダル波と同じくらい高さの電圧を要求しない。例えば、多くの読取り器は、５ボルトの電力供給を使用する。可変レンズは、５ボルトよりも遥かに高い電力供給を要求するため、可変レンズを駆動するためには、より高い電圧が読取り器内に生成されなければならない。この生成される電圧が低い場合、電圧生成回路のコストも低くなる。
【００３７】
矩形波が使用されるとき、焦点距離の変化は、負荷サイクルの変動によって達成される。シヌソイダル波が使用されるとき、焦点距離の変化は、駆動電圧の振幅を変動させることによって取得される。負荷サイクルの振幅は、マイクロプロセッサまたはコントローラ６０により、飛び飛びのステップ（デジタル的に）で変化するか、または、連続的に（アナログ的に）変化し得る。マイクロプロセッサまたはコントローラ６０は、好ましくは信号処理回路２８と同じ回路基板に搭載される。電圧はまた、一定のＤＣ電圧であり得る。
【００３８】
図３の配置において、読取りの間、レーザビームは、一般に光学的経路または軸４６を横断する焦点面にわたって走査ミラー３６によって走査され得る。コントローラ６０は、周期的な電圧を常に可変レンズ３５に印加するように、または、選択された時間に印加するように動作し得る。これにより、電圧は、各走査または１つおきの走査等に対して印加され得る。電圧は、走査の間だけに印加されるのではなく、その後にも印加され得る。電圧は、トリガ２２を引くことによって発生するか、または、記号が検出されることによって初めて発生し得る。電圧は、自動的に印加されるか、あるいは、好ましくはマイクロプロセッサである信号アナライザ６２が、走査されている記号が正しく復号化されているか、または、読取りされていないことを決定したときに、初めて印加され得る。
【００３９】
図４は、センサ６４を有するイメージャを図示しているという点を除き、図３に類似している。センサ６４は、画像化平面Ｚ３およびＺ４またはそれらの間のどこかに位置付けられた記号を画像化することによって記号からの光を集める焦点の延長された作動距離または作動深さをイメージャに対して提供するために、互いに直交する光電セルの行と列とを有するＣＣＤまたはＣＭＯＳの配列である。前述のように、周期的な電圧が可変レンズ３５に印加されたとき、液滴４２の形状の変化により、焦点の深さの延長が達成される。
【００４０】
ここまでに記述されてきたように、液滴４２の曲率の変化は、凸曲率ＡおよびＢの間にある。異なる曲率の間で液滴を変形させることもまた、本発明の精神の範囲内にある。例えば、液滴の外表面は半月状であり得、静止状態では凹状になり、第１の電圧が印加されたときは、第１の焦点面に光を焦点合わせするようにほぼ平坦になり、第２の異なる電圧が印加されたときは、第１の焦点面に光を焦点合わせするように凸状になり得る。
【００４１】
図２を参照すると、可変レンズ３５はまた、一方の軸方向の端部領域においては、固定の凸レンズ６６を有しており、反対側の軸方向の端部領域においては、固定の凹または平凹のレンズ６８をも有している。これら固定レンズは、光学的システム全体のうちの一部であり、あらゆる種類の収差、例えば色収差を最小化するのを助ける。有利にも、光学的システムは、開口絞り（図示されず）を含んでおり、上記開口絞りは、光学的経路のどこかに配置される。
【００４２】
変形例として、液滴４２は、光学的経路４６に関して放射対称な、ほぼ半球状である必要はないが、図５に示されているように、光学的経路にほぼ垂直な横断方向に沿って引き伸ばされたものであり得る。ここでは数字７０で識別される円柱状の液滴は、誘電体の壁７４によって形成されたチャネル形のウェル７２に置かれている。
【００４３】
周期的な電圧の印加のもと、ここでは円柱レンズとして動作する円柱状の液滴７０は、記号に向かって上記液滴を通過するレーザビームの断面を変化させる。このため、レーザダイオードからのビームの断面７６は、図７に示されているように、ほぼ楕円状になる。図示されたｘ−軸は、走査方向に沿ったものであり得る。ｙ−軸は、記号のバーおよびスペースに沿って、縦方向に延伸している。
【００４４】
１次元の記号に対しては、図６に示されているような、より楕円状のまたは細長いビーム断面７８が望ましい。２次元の記号に対しては、図８に示されているような、より円いビーム断面８０が望ましい。周期的な電圧を印加することにより、円柱状の液滴７０は、ビームの断面を断面７８または８０、あるいはその間の任意の形状に改変し得る。これら形状の変化は、連続的または飛び飛びのステップで発生し、損傷した記号または印刷不鮮明な記号を読み取ることにおいて特に有用であり、これにより、システムの性能を改良し得る。
【００４５】
固定レンズのいかなる機械的な動きをも要さずに、焦点の変化および／またはビーム断面の変化が達成され得ることが、理解され得る。液体を除き、可変レンズ３５のすべての部分は、成形物から作られ得る。
【００４６】
本発明は、光学的経路にある１つよりも多くの可変レンズを使用することを目的としている。１つの可変レンズは、焦点の変動のために使用され、他の可変レンズは、ビーム断面の楕円率および／または倍率（すなわち、ズーム効果）を変化させるために使用され得る。Ｐｅｔｚｖａｌレンズのような非点収差を低減させるための複数のレンズもまた、使用され得る。
【００４７】
特に、図９に示されているように、２つの可変レンズが、光学的経路に沿って直列に配置され得る。有利にも、レーザダイオード２６と第１の可変レンズとの間に、開口絞り８２が配置され得る。コントローラ６０は、各可変レンズに対する１つの出力を２つ有している。それ以外では、図３と関連して上記で使用されたのと同じ参照番号が、同じ部材を識別するように使用されている。
【００４８】
開口絞りは、図９の双レンズシステム、あるいは、図３または図４の単レンズシステムへの入力として、一定のビーム直径を維持するように動作することが可能であり、これにより、レーザビームの広がりの変動を確実に調和させる。
【００４９】
図３に関連して上記で記述されているように、焦点距離の変動は、ビームスポットまたはウェスト（すなわち、断面内でレーザビームが最小の直径を有する点）を異なる作動距離の位置Ｚ１とＺ２との間で動かす。焦点距離が変動するとき、ウェストのサイズもまた、変化し得る。ウェストをＺ２に向けて動かすように焦点距離が調整されるとき、ウェストの直径は大きくなり、ウェストがＺ１に向けて動かされるとき、ウェストの直径は縮んでいく。結果として、解像度は、ウェストが外側に向けて動かされるときに低減し、遠くにある高密度の記号を読み取るための読取り器の能力を制限することになる。
【００５０】
一方で、近くにおいては、特に損傷した記号または低コントラストの記号を読み取るためには、大きなサイズのウェストを用いて走査することが望ましい。なぜならば、大きなウェストは、スペックルノイズを低減し、解像度の低減は、読取り器が印刷の欠陥を無視することを容易にするからである。
【００５１】
図９の双レンズシステムは、第１の可変レンズが、第２のレンズ上の入射であるウェストの直径を変化させることを可能にする。第２のレンズ上のウェストを制御することにより、ウェストの位置が変化するときに、一定のウェストサイズを維持することが可能になる。一定のウェストサイズは、低密度、損傷したまたは低コントラストの記号を読み取ることが所望されている場合に、大きくあり得、あるいは、延長された範囲にわたって高密度の記号を読み取るためには、小さくあり得る。双レンズシステムは、任意の走査アプリケーションに必要であり得る任意の作動距離に、任意のサイズのビームウェストを配置し得る。
【００５２】
２つのレンズの焦点距離は、信号アナライザまたはマイクロプロセッサ６２によって、独立的または同時のいずれかにより、所望の作動距離に所望のウェストのサイズを生成するような組み合わせ的な方法で、制御され得る。ウェストのサイズおよび／または作動距離は、特定の用途のために読取り器を最適化するようにあらかじめ設定され得るか、あるいは、記号からのリターン信号を解析し、走査されている記号を読み取るように読取り器の能力を最適化するのに必要な調整を行なうアルゴリズムを実行するマイクロプロセッサ６２によって制御され得る。
【００５３】
有利にも、記号を復号化するのに使用されるのと同じマイクロプロセッサが、信号アナライザとして使用される。さらに、同じプロセッサは、配線接続またはワイヤレスリンク（例えば、無線周波数または赤外線）を介して復号化されたデータをリモートホストコンピュータに通信するように使用され得る。
【００５４】
本明細書に記述されている液体レンズを除くその他のタイプの可変レンズもまた、採用され得る。
【００５５】
本発明はさらに、可変レンズに複数の電極を使用して、液滴４２の曲率を異なる方向に変化させ、これにより、例えば半球レンズを円柱レンズに変形させることをも企図している。ビームのウェストとして知られるビームの最小断面は、変化させられ、同時に、ビームの楕円率もまた変化させられ得る。なんらかの特定の収差を補正する必要がある場合に、ビームの読取り器だけではなくイメージャをも動かさないようにするために、追加的な（２つよりも多くの）電極が使用され得る。
【００５６】
ビームの走査において、可変レンズは、読み取られる印に向かう往路の経路において採用されるのみならず、可変レンズは、反射された光が光検出器に戻る際に沿う復路の経路においても、採用され得る。可変レンズは、光検出器の前面に配置され、光検出器に衝突する反射した光の大きさを変化させることによって、自動利得を制御し得る。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】図１は、従来技術にしたがう、バーコード記号を読み取るための携帯型の読取り器のスキーム図である。
【図２】図２は、図１の携帯型読取り器に使用する可変レンズの断面図である。
【図３】図３は、図１の読取り器に使用する図２の可変レンズを使用した配置の線図である。
【図４】図４は、画像化読取り器と共に使用する可変レンズを使用した配置の線図である。
【図５】図５は、改変にしたがう、可変レンズの一部の切り欠き図である。
【図６】図６は、図５の可変レンズによって生成された複数のビーム断面の図である。
【図７】図７は、図５の可変レンズによって生成された複数のビーム断面の図である。
【図８】図８は、図５の可変レンズによって生成された複数のビーム断面の図である。
【図９】図９は、２つのレンズと、図１の読取り器に使用する開口絞りとを使用した線図である。
【技術分野】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、概して、例えば異なる光反射率の部分を有するバーコード記号のような印を読取るための電気光学的なシステムに関し、特に、上記システムの性能を向上させるために、作動距離および／またはレーザービームの断面を調整するための配置と方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
ラベルまたは標的の表面に現れるバーコード記号を読取るために、様々な電気光学的な読取り器とシステムとが開発されてきた。バーコード記号そのものは、印を符号化したパターンである。一般に、読取り器は、記号の図形的な印を電気的な信号に電気光学的に変換し、上記信号は、英数字に復号化される。結果として得られた文字は、記号に関連する標的および／または上記標的のなんらかの特性を記述する。典型的に、そのような文字は、店頭販売処理と在庫制御と品物追跡とその他の用途のためのデータ処理システムへのデータ入力を備える。
【０００３】
記号内の記号要素、例えばバーおよびスペースの特定の配置は、符号または記号種（ｓｙｍｂｏｌｏｇｙ）によって特定されるルールおよび定義のセットにしたがって表現される文字を定義する。バーおよびスペースの相対的なサイズは、バーおよびスペースの実際のサイズと同様に、使用される符号のタイプによって決定される。
【０００４】
所望の文字列を符号化するために、一群の要素の配置は、完全な記号を形成するように、対応する要素のグループによって表現される各文字と結び付けられる。いくつかの記号種において、一意的な「スタート」および「ストップ」の文字は、どこで記号が開始および終了するかを示唆するように使用される。現在では、多くの異なる記号種が存在する。記号種は、ＵＰＣ／ＥＡＮ，Ｃｏｄｅ３９，Ｃｏｄｅ１２８、Ｃｏｄａｂａｒ、およびＩｎｔｅｒｌｅａｖｅｄ２ｏｆ５のような１次元の符号を含み得る。
【０００５】
所与の大きさの記号表面領域に表現または格納され得るデータの量を増加させるために、いくつかの新しい記号種が開発されてきた。１つの新しい符号基準であるＣｏｄｅ４９は、要素を水平に延伸する代わりに要素の列を垂直に堆積させる２次元的な概念を導入した。すなわち、１つの長い列の代わりに、いくつかのバーの列とスペースのパターンとが存在する。Ｃｏｄｅ４９の構造は、特許文献１に記述されている。ＰＤＦ４１７として知られる別の２次元的な符号構造は、特許文献２に記述されている。
【０００６】
電気光学的な読取り器は、例えば特許文献３、特許文献４、特許文献５、特許文献６、特許文献７、特許文献８において開示されており、それらすべては、本発明の指定代理人に割り当てられている。一般に、これら読取り器は、光ビームを放射するために、ガスレーザまたは半導体レーザを構成する光源を含む。読取り器における光源としての半導体デバイスの使用は、それらのサイズの小ささ、コストの低さ、出力要求の低さのために、特に望ましい。所定の標的位置に適当なサイズを有するビームスポットを形成するために、レーザビームは、典型的には光学的なアセンブリを焦点合わせすることにより、光学的に改変され得る。標的位置におけるビームスポットの断面は、異なる光反射率の複数の記号領域、すなわち複数のバーおよび複数のスペースの間の最小幅を近似し得るが、スポットの断面は、最小幅よりも大きく、いくつかの場合では、２倍以上であり得る。
【０００７】
従来の読取り器において、光ビームは、走査コンポーネントにより、標的の記号に向けて、光経路に沿って配向されていた。読取り器は、光ビームの経路に配置されたミラーのような走査コンポーネントの動きによって、例えば標的の記号にわたる直線または一連の直線のような走査パターンで光ビームを繰り返し走査することにより、動作する。走査コンポーネントは、記号にわたってビームスポットをスウィープし、記号の上または記号の境界にわたって走査直線を追跡し、および／または所定の視野を走査し得る。
【０００８】
読取り器はまた、記号から反射または拡散された光を検出するように機能するセンサまたは光検出器を含む。光検出器またはセンサは、読取り器が記号の境界を少なくとも横断するか上方にわずかに延伸する視野を有するように、光学的経路において、読取り器に配置される。記号から反射された光ビームの一部は、検出され、アナログ電気信号に変換される。デジタイザは、上記アナログ信号をデジタル化する。その後、デジタイザからデジタル化された信号は、記号に用いられる特定の記号種に基づいて、復号化される。
【０００９】
記号を走査する走査パターンは、例えば繰り返しの直線走査、標準的なレーザ走査、ジッタされたレーザ走査、フィッシュボーン、ぺタル等の様々な形態を取り得る。これらビームパターンは、ビーム経路における走査コンポーネントの制御された動きによって生成される。典型的に、走査コンポーネントは、いくつかの形態の走査用モータによって駆動され、所望のビーム走査パターンを介して、ビームを周期的に偏向する。繰り返しの直線走査のビームパターンに対して、単純なモータによって一定方向に回転されるポリゴンミラーが、利用される。さらに複雑なビームパターンに対しては、さらに入り組んだ駆動機構が要求される。
【００１０】
ビームパターンが実行される周波数もまた、重要な検討材料である。所与の時間期間の間に記号が走査され得る回数が多くなると、記号の有効な読み取りを取得する機会が増加する。このことは、コンベアベルトの上を移動するパッケージのような動く物体によって記号の視野が狭められるときに、特に重要である。
【００１１】
記号はまた、採用する画像化デバイスによっても読取られ得る。例えば、デバイスの視野における画像要素または画素に対応するセルまたは光センサの２次元の配列を有する画像センサデバイスが、採用され得る。そのような画像センサデバイスは、２次元または領域の電荷結合素子（ＣＣＤ；ｃｈａｒｇｅ ｃｏｕｐｌｅｄ ｄｅｖｉｃｅ）または相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ；ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）デバイスと、視野に対する２次元の画素情報の配列に対応する電気信号を生成するための関連する回路とを含み得る。
【００１２】
さらに、モノクロ画像として読取られるバーコード記号をキャプチャするためのＣＣＤの使用が知られており、例えば、特許文献９に開示されている。フルカラー画像として標的をキャプチャするために、複数の内蔵型のチャネルを有するＣＣＤを使用することも知られており、例えば、特許文献１０に開示されている。
【００１３】
多くのアプリケーションは、その中で可動型のレーザビームデバイスまたは画像化デバイスが協働している携帯型の読取り器を必要とする。そのようなアプリケーションに対し、電気光学的なコンポーネントの配置は、ピストル型であり得る携帯型のパッケージにおいて協働するために、コンパクトでなければならない。さらに、そのような読み取り器は、軽量であり、雑な扱いから生じる物理的なショックに耐えるように、構造的に頑丈でなければならない。バッテリー寿命を延ばすために、動作中に消費される電力を最小化することもまた望まれる。
【００１４】
さらに、携帯型の読取り器に対して延長された動作距離の範囲にわたって記号を読み取ることが可能であることもまた、望ましい。可動レーザビームデバイスの場合、焦点合わせの光学的アセンブリにおいて１つ以上のレーザデバイスを動かすこと、言い換えると、読取り器に接近した近い位置と読取り器から離れた遠い位置との間でレーザビームの焦点を動かすことは、従来的である。典型的に、レンズの動きは、機械的に実行される。このことは、いくつかの理由で不利である。第１に、機械的な動きは、読取り器を介してユーザの手に伝播される振動を生成し、光学素子を曇らせる（ｏｂｓｃｕｒｅ）ほこりを生成し得る。さらに、走査レートに依存して、不愉快な、気に障る、可聴性のハミング音を生成し得る。加えて、レンズの動きは、駆動を要求し、言い換えると電力を消費し、高価かつ低速であり、不安定であり得、空間を支配し、全重量と、読取り器のサイズと複雑性とを増加させる。
【００１５】
光学的アセンブリの焦点を調整するために液晶レンズが提案されてきたことは、一般に知られている。特許文献１１は、調整可能な焦点レンズを有する液体レンズを記述している。特許文献１２は、液体レンズ内部の屈折率を変化させることを記述している。特許文献１３および特許文献１４（およびその等価物である特許文献１５）は、可変焦点の液体レンズを記述している。
【特許文献１】米国特許第４，７９４，２３９号明細書
【特許文献２】米国特許第５，３０４，７８６号明細書
【特許文献３】米国特許第４，２５１，７９８号明細書
【特許文献４】米国特許第４，３６９，３６１号明細書
【特許文献５】米国特許第４，３８７，２９７号明細書
【特許文献６】米国特許第４，４０９，４７０号明細書
【特許文献７】米国特許第４，７６０，２４８号明細書
【特許文献８】米国特許第４，８９６，０２６号明細書
【特許文献９】米国特許第５，７０３，３４９号明細書
【特許文献１０】米国特許第４，６１３，８９５号明細書
【特許文献１１】米国特許第５，３０５，７３１号明細書
【特許文献１２】米国特許第５，６２５，４９６号明細書
【特許文献１３】仏国特許発明第２，７９１，４３９号明細書
【特許文献１４】仏国特許発明第２，７６９，３７５号明細書
【特許文献１５】米国特許第６，３６９，９５４号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明の目的の１つは、データに符号化された記号を読み取るために、作動距離および／または読取り器のビームスポットのサイズを調整するための改良された配置と、作動距離および／または読取り器のビームスポットのサイズを調整する方法とを提供することである。
【００１７】
この発明の別の目的は、コンパクト、軽量、高耐久性、構築が効率的、動作が静かで信頼性があり、そのために持ち運び可能な携帯型アプリケーションにふさわしい配置を提供することである。
【００１８】
本発明のさらに別の目的は、電気光学的な読取り器における焦点距離を調整し、および／または、機械的にレンズを動かすことなしにビームスポットの断面を変化させることである。
【００１９】
これらの目的と以後明らかになるその他の目的とを踏まえると、１次元および／または２次元のバーコード記号のような印を電気光学的に読み取るための配置および方法の中に、本目的の１つの特徴が存在し、手短に述べられる。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明は、好ましくは各々が光学的経路に沿って配置された一対の光透過性の液体を有する一対の可変光学レンズを提供し、各レンズの複数の液体は、異なる光学的屈折率、実質的に同じ濃度の非混合性の液体である。複数の液体のうちの１つの液体は、印に向けて光学的経路に沿って１つの液体を通過する光を第１の光学的特性を有するように光学的に改変するために、静止状態（ｒｅｓｔ ｓｔａｔｅ）の形態を有している。本発明にしたがうと、コントローラは、各レンズの１つの液体にわたって電圧を印加して液体の形態を変化させ、上記の光を第２の異なる光学的特性を有するように光学的に改変するように動作することが可能である。
【００２１】
可動型のビーム読取り器の場合、レーザダイオードのような光源は、レーザビームとして光を放射し、複数のレンズのうちの第１のレンズの１つの液体の形態の変化は、光学的経路に沿って第１の可変レンズに対する複数の作動距離のうちの１つにレーザビームを焦点合わせし、複数のレンズのうちの第２のレンズの１つの液体の形態の変化は、１つの作動距離において選択された断面を有するように光を光学的に改変する。
【００２２】
コントローラは、読取りの間に連続的に、あるいは、特定の印またはバーコードが正しく読み取られていないことを決定した後のみに、各レンズの１つの液体にわたって周期的に電圧を印加する。
【００２３】
各可変レンズは、単一の固定レンズを含むか、または、各可変レンズの向かい合う端において、一対の固定レンズを含み得る。１つの液体は、静止状態において、光学的経路と放射対称であり得、あるいは、改変において、光学的経路に直交する主軸に沿って延伸して、レーザビームの断面を改変し得る。１次元的な記号の読取りには、楕円状のビーム断面が好ましい。ビームの断面を変化させることは、損傷した記号または印刷不鮮明な記号を読取り器が適応可能なように読み取ることを可能にする。
【００２４】
光学的経路における開口絞りは、第１の可変レンズへの入力として、一定のビーム断面を維持するような働きをする。
【００２５】
異なる複数の焦点面の間の変化および／またはビームの断面の変化は、固体レンズを機械的または物理的に動かすことなしに実行され、これにより、サイズ、重さ、出力および体積への要求と同様に、そのような読取り器におけるノイズと振動とほこりとを低減する。可変液体レンズは、時間が経っても磨耗し得ない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
一般に、図１における参照番号は、その作動距離範囲内に位置付けられたバーコード記号２４のような印を電気光学的に読み取る携帯型読取り器に一致する。読取り器２０は、ピストルのグリップハンドル２１と、押し下げられたときに光ビーム２３を記号２４に配向することが可能な手動的に作動可能なトリガ２２とを有する。読取り器２０は、ハウジング２５を含み、その中では光源２６、光検出器２７、信号処理回路２８、バッテリーパック２９が協働している。ハウジング前面の光透過性のウィンドウ３０は、光ビーム２３がハウジングを出ることを可能にし、記号から散乱した光３１がハウジング内に入ることを可能にする。有利にも、キーボード３２とディスプレイ３３とが、読取り器へのアクセスを容易にするためにハウジングの上面に提供される。
【００２７】
使用中、ハンドル２１をつかんでいるオペレータは、ハウジングを記号に向け、トリガを押し下げる。光源２６は、光ビームを放射し、上記光ビームは、光学的に改変され、光学的焦点合わせアセンブリ３５によって焦点合わせされ、記号２４上にビームスポットを形成する。光ビームは、モータドライブ３８によって少なくとも毎秒２０走査の走査レートで繰り返し振動する走査ミラー３６へとビームスプリッタ３４を通過する。走査ミラー３６は、それに入射したビームを記号２４に反射し、記号にわたって走査パターンでビームスポットをスウィープする。走査パターンは、２、３の例を挙げると、記号に沿って縦方向に延伸する走査方向に沿った直線、または、互いに直交する方向に沿って配置された一連の直線、または、無指向性（ｏｍｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ）のパターンであり得る。
【００２８】
反射光３１は、走査パターンにわたって可変輝度を有しており、上記反射光がスプリッタ３４に反射される走査ミラー３６へとウィンドウ３０を通過し、その後、アナログ電気信号への変換のために、光検出器２７に反射する。当業者には周知なように、信号処理回路２８は、信号をデジタル化および復号化し、記号内の符号化されたデータを抽出する。
【００２９】
本発明にしたがい、焦点合わせの光学的アセンブリ３５は、図２に示されているような可変レンズとして構成される。可変レンズは、ハウジング４０を有し、その中には、液滴の形態で示された第１の液体４２と第２の液体４４とが光学的経路４６に沿って配置されており、上記配置は、図３〜４と関連して以下で示されているように、電気光学的な読取り器２０によって読取られるように、バーコード記号２４のような記号に向けて延伸している。
【００３０】
液体４２，４４は、異なる光学的屈折率、実質的に同じ濃度の光透過性、非混合性の液体である。液体または液滴４２は、電気的に絶縁な材料で構成され得る。例えば、オイル、アルカン（ａｌｃａｎｅ）、または好ましくはハロゲン化されたアルカンの混合、またはその他任意の絶縁液が、液滴４２に使用され得る。液体４４は、例えば砂糖（ミネラルまたはその他）でロードされた水、あるいは、有機または無機のその他の液体のような、導電性の材料で構成され、好ましくは、イオン化成分の追加によって、導電性にされている。
【００３１】
ハウジング４０は、例えばガラスのような電気的に絶縁かつ光透過性の材料で構成されており、好ましくは、シラン処理されているか、あるいは、フッ素加工されたポリマーで被覆されているか、あるいは、フッ素加工されたポリマー、エポキシ樹脂およびポリエチレンのラミネートで被覆されている。ハウジング４０は、好ましくはウェル５０を有する誘電体の壁４８を含み、上記ウェルにおいて、光学的経路または軸４６に対して対称的な関係で、液滴４２が収容されている。通常、壁４８は、液滴４２に比べて低い濡れ特性を有しているが、表面の処理は、高い濡れ特性を保証し、液滴４２が中央に位置して液滴が拡散するのを防ぐ。ウェル５０は、そのような拡散をさらに防ぐ。
【００３２】
第１の電極５４は、液体４４に延びており、第２の電極５２は、壁５２の下方に位置している。電極は、電源Ｖに接続されている。電極、特に電極５２は、好ましくは光透過性である。参照のためその内容の全体が本明細書に援用されている米国特許第６，３６９，９５４号明細書に述べられているように、電極にわたって電圧が印加されたときに、液滴４２に対して壁４８の濡れ特性を変化させる電場が形成される。濡れは、電場の存在により、実質的に増加する。
【００３３】
電圧が印加されないと、液滴４２は、概して、図２に実線で示されている半球状の形状を取り、その外表面「Ａ」は、凸状である。電圧が印加されると、誘電体の壁４８の濡れは増加し、液滴４２は変形して図２に破線で示されている形状を取り、その外表面は「Ｂ」は、さらに凸状になり、より小さな半径の曲率を有する。液滴の変形は、レンズ３５の焦点を変化させ、図３〜４と関連して以下で記述されているように、延長された作動距離の範囲にわたって記号２４を読み取るように本発明によって用いられる。
【００３４】
一例として、静止状態にある液滴４２は、約６ｍｍの直径を有する。液体４４が砂糖水の場合、その屈折率は、約１．３５である。液滴４２がオイルの場合、その屈折率は、約１．４５である。約４０ｖＲＭＳの印加電圧に対し、約４０ジオプターの焦点の変動が達成され得る。レンズの応答時間は、数百ぶんの１秒であり、この場合では、周期的な電圧が使用される場合は、その周期が応答時間よりも短くなるようにするために、周波数は５０Ｈｚから１０ｋＨｚの間であり得る。
【００３５】
図３に移ると、図１の光源２６は、レーザダイオードとして示されている。走査ミラー３６とその駆動３８とは、図３に図示されているのと同様なものである。可変レンズ３５における液滴４２の曲率の変化は、近位位置Ｚ１と遠位位置Ｚ２との間で焦点を変動させる役目を担う。記号２４は、これら端部を規定する位置と、これら端部を規定する位置の間で読み取られ、これにより、読取り器の作動距離を改良し得る。
【００３６】
電圧は、好ましくは周期的であり、好ましくは矩形波の駆動電圧である。矩形波は、内蔵型のパルス幅変調回路を有するマイクロプロセッサ６０により、可変の負荷サイクルによって容易に形成される。駆動電圧はまた、シノソイダル信号または三角波信号であり得、その場合、電圧の振幅は、液滴４２の形状、言い換えると、焦点距離と作動距離とを制御し得る。矩形波は、所与の焦点距離の変動に対して、シヌソイダル波と同じくらい高さの電圧を要求しない。例えば、多くの読取り器は、５ボルトの電力供給を使用する。可変レンズは、５ボルトよりも遥かに高い電力供給を要求するため、可変レンズを駆動するためには、より高い電圧が読取り器内に生成されなければならない。この生成される電圧が低い場合、電圧生成回路のコストも低くなる。
【００３７】
矩形波が使用されるとき、焦点距離の変化は、負荷サイクルの変動によって達成される。シヌソイダル波が使用されるとき、焦点距離の変化は、駆動電圧の振幅を変動させることによって取得される。負荷サイクルの振幅は、マイクロプロセッサまたはコントローラ６０により、飛び飛びのステップ（デジタル的に）で変化するか、または、連続的に（アナログ的に）変化し得る。マイクロプロセッサまたはコントローラ６０は、好ましくは信号処理回路２８と同じ回路基板に搭載される。電圧はまた、一定のＤＣ電圧であり得る。
【００３８】
図３の配置において、読取りの間、レーザビームは、一般に光学的経路または軸４６を横断する焦点面にわたって走査ミラー３６によって走査され得る。コントローラ６０は、周期的な電圧を常に可変レンズ３５に印加するように、または、選択された時間に印加するように動作し得る。これにより、電圧は、各走査または１つおきの走査等に対して印加され得る。電圧は、走査の間だけに印加されるのではなく、その後にも印加され得る。電圧は、トリガ２２を引くことによって発生するか、または、記号が検出されることによって初めて発生し得る。電圧は、自動的に印加されるか、あるいは、好ましくはマイクロプロセッサである信号アナライザ６２が、走査されている記号が正しく復号化されているか、または、読取りされていないことを決定したときに、初めて印加され得る。
【００３９】
図４は、センサ６４を有するイメージャを図示しているという点を除き、図３に類似している。センサ６４は、画像化平面Ｚ３およびＺ４またはそれらの間のどこかに位置付けられた記号を画像化することによって記号からの光を集める焦点の延長された作動距離または作動深さをイメージャに対して提供するために、互いに直交する光電セルの行と列とを有するＣＣＤまたはＣＭＯＳの配列である。前述のように、周期的な電圧が可変レンズ３５に印加されたとき、液滴４２の形状の変化により、焦点の深さの延長が達成される。
【００４０】
ここまでに記述されてきたように、液滴４２の曲率の変化は、凸曲率ＡおよびＢの間にある。異なる曲率の間で液滴を変形させることもまた、本発明の精神の範囲内にある。例えば、液滴の外表面は半月状であり得、静止状態では凹状になり、第１の電圧が印加されたときは、第１の焦点面に光を焦点合わせするようにほぼ平坦になり、第２の異なる電圧が印加されたときは、第１の焦点面に光を焦点合わせするように凸状になり得る。
【００４１】
図２を参照すると、可変レンズ３５はまた、一方の軸方向の端部領域においては、固定の凸レンズ６６を有しており、反対側の軸方向の端部領域においては、固定の凹または平凹のレンズ６８をも有している。これら固定レンズは、光学的システム全体のうちの一部であり、あらゆる種類の収差、例えば色収差を最小化するのを助ける。有利にも、光学的システムは、開口絞り（図示されず）を含んでおり、上記開口絞りは、光学的経路のどこかに配置される。
【００４２】
変形例として、液滴４２は、光学的経路４６に関して放射対称な、ほぼ半球状である必要はないが、図５に示されているように、光学的経路にほぼ垂直な横断方向に沿って引き伸ばされたものであり得る。ここでは数字７０で識別される円柱状の液滴は、誘電体の壁７４によって形成されたチャネル形のウェル７２に置かれている。
【００４３】
周期的な電圧の印加のもと、ここでは円柱レンズとして動作する円柱状の液滴７０は、記号に向かって上記液滴を通過するレーザビームの断面を変化させる。このため、レーザダイオードからのビームの断面７６は、図７に示されているように、ほぼ楕円状になる。図示されたｘ−軸は、走査方向に沿ったものであり得る。ｙ−軸は、記号のバーおよびスペースに沿って、縦方向に延伸している。
【００４４】
１次元の記号に対しては、図６に示されているような、より楕円状のまたは細長いビーム断面７８が望ましい。２次元の記号に対しては、図８に示されているような、より円いビーム断面８０が望ましい。周期的な電圧を印加することにより、円柱状の液滴７０は、ビームの断面を断面７８または８０、あるいはその間の任意の形状に改変し得る。これら形状の変化は、連続的または飛び飛びのステップで発生し、損傷した記号または印刷不鮮明な記号を読み取ることにおいて特に有用であり、これにより、システムの性能を改良し得る。
【００４５】
固定レンズのいかなる機械的な動きをも要さずに、焦点の変化および／またはビーム断面の変化が達成され得ることが、理解され得る。液体を除き、可変レンズ３５のすべての部分は、成形物から作られ得る。
【００４６】
本発明は、光学的経路にある１つよりも多くの可変レンズを使用することを目的としている。１つの可変レンズは、焦点の変動のために使用され、他の可変レンズは、ビーム断面の楕円率および／または倍率（すなわち、ズーム効果）を変化させるために使用され得る。Ｐｅｔｚｖａｌレンズのような非点収差を低減させるための複数のレンズもまた、使用され得る。
【００４７】
特に、図９に示されているように、２つの可変レンズが、光学的経路に沿って直列に配置され得る。有利にも、レーザダイオード２６と第１の可変レンズとの間に、開口絞り８２が配置され得る。コントローラ６０は、各可変レンズに対する１つの出力を２つ有している。それ以外では、図３と関連して上記で使用されたのと同じ参照番号が、同じ部材を識別するように使用されている。
【００４８】
開口絞りは、図９の双レンズシステム、あるいは、図３または図４の単レンズシステムへの入力として、一定のビーム直径を維持するように動作することが可能であり、これにより、レーザビームの広がりの変動を確実に調和させる。
【００４９】
図３に関連して上記で記述されているように、焦点距離の変動は、ビームスポットまたはウェスト（すなわち、断面内でレーザビームが最小の直径を有する点）を異なる作動距離の位置Ｚ１とＺ２との間で動かす。焦点距離が変動するとき、ウェストのサイズもまた、変化し得る。ウェストをＺ２に向けて動かすように焦点距離が調整されるとき、ウェストの直径は大きくなり、ウェストがＺ１に向けて動かされるとき、ウェストの直径は縮んでいく。結果として、解像度は、ウェストが外側に向けて動かされるときに低減し、遠くにある高密度の記号を読み取るための読取り器の能力を制限することになる。
【００５０】
一方で、近くにおいては、特に損傷した記号または低コントラストの記号を読み取るためには、大きなサイズのウェストを用いて走査することが望ましい。なぜならば、大きなウェストは、スペックルノイズを低減し、解像度の低減は、読取り器が印刷の欠陥を無視することを容易にするからである。
【００５１】
図９の双レンズシステムは、第１の可変レンズが、第２のレンズ上の入射であるウェストの直径を変化させることを可能にする。第２のレンズ上のウェストを制御することにより、ウェストの位置が変化するときに、一定のウェストサイズを維持することが可能になる。一定のウェストサイズは、低密度、損傷したまたは低コントラストの記号を読み取ることが所望されている場合に、大きくあり得、あるいは、延長された範囲にわたって高密度の記号を読み取るためには、小さくあり得る。双レンズシステムは、任意の走査アプリケーションに必要であり得る任意の作動距離に、任意のサイズのビームウェストを配置し得る。
【００５２】
２つのレンズの焦点距離は、信号アナライザまたはマイクロプロセッサ６２によって、独立的または同時のいずれかにより、所望の作動距離に所望のウェストのサイズを生成するような組み合わせ的な方法で、制御され得る。ウェストのサイズおよび／または作動距離は、特定の用途のために読取り器を最適化するようにあらかじめ設定され得るか、あるいは、記号からのリターン信号を解析し、走査されている記号を読み取るように読取り器の能力を最適化するのに必要な調整を行なうアルゴリズムを実行するマイクロプロセッサ６２によって制御され得る。
【００５３】
有利にも、記号を復号化するのに使用されるのと同じマイクロプロセッサが、信号アナライザとして使用される。さらに、同じプロセッサは、配線接続またはワイヤレスリンク（例えば、無線周波数または赤外線）を介して復号化されたデータをリモートホストコンピュータに通信するように使用され得る。
【００５４】
本明細書に記述されている液体レンズを除くその他のタイプの可変レンズもまた、採用され得る。
【００５５】
本発明はさらに、可変レンズに複数の電極を使用して、液滴４２の曲率を異なる方向に変化させ、これにより、例えば半球レンズを円柱レンズに変形させることをも企図している。ビームのウェストとして知られるビームの最小断面は、変化させられ、同時に、ビームの楕円率もまた変化させられ得る。なんらかの特定の収差を補正する必要がある場合に、ビームの読取り器だけではなくイメージャをも動かさないようにするために、追加的な（２つよりも多くの）電極が使用され得る。
【００５６】
ビームの走査において、可変レンズは、読み取られる印に向かう往路の経路において採用されるのみならず、可変レンズは、反射された光が光検出器に戻る際に沿う復路の経路においても、採用され得る。可変レンズは、光検出器の前面に配置され、光検出器に衝突する反射した光の大きさを変化させることによって、自動利得を制御し得る。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】図１は、従来技術にしたがう、バーコード記号を読み取るための携帯型の読取り器のスキーム図である。
【図２】図２は、図１の携帯型読取り器に使用する可変レンズの断面図である。
【図３】図３は、図１の読取り器に使用する図２の可変レンズを使用した配置の線図である。
【図４】図４は、画像化読取り器と共に使用する可変レンズを使用した配置の線図である。
【図５】図５は、改変にしたがう、可変レンズの一部の切り欠き図である。
【図６】図６は、図５の可変レンズによって生成された複数のビーム断面の図である。
【図７】図７は、図５の可変レンズによって生成された複数のビーム断面の図である。
【図８】図８は、図５の可変レンズによって生成された複数のビーム断面の図である。
【図９】図９は、２つのレンズと、図１の読取り器に使用する開口絞りとを使用した線図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる光反射率の複数の部分を有する印を電気光学的に読取るための配置であって、
ａ）光学的経路に沿って間隔付けられた可変焦点の複数の光学レンズと、
ｂ）ある断面を有する光ビームを生成し、該光源から離れて複数の作動距離の範囲内に位置付けられた該印に向けて、複数のレンズを介することにより、該光学的経路に沿って該光ビームを配向する光源と、
ｃ）該印が位置付けられた該複数の作動距離のうちの１つの作動距離に該光ビームを焦点合わせするように、複数のレンズのうちの１つのレンズを制御し、該複数の作動距離のうちの１つの作動距離おいて選択された断面を有するように該光ビームを光学的に改変するように、該複数のレンズのうちのその他のレンズを制御する、コントローラと
を備える、配置。
【請求項２】
前記１つのレンズを通過する前の前記光ビームに対して一定のビーム断面を形成するために、前記光学的経路において、前記光源と該１つのレンズとの間に開口絞りをさらに備える、請求項１に記載の配置。
【請求項３】
各レンズは、前記光学的経路に沿って位置付けられた一対の光透過性の液体を有し、各レンズの複数の液体は、異なる光学的屈折率、実質的に同じ濃度の非混合性の液体であり、各レンズの該複数の液体のうちの１つの液体は、前記印に向けて該光学的経路に沿って該１つの液体を通過する光ビームを第１の光学的特性を有するように光学的に改変するために、静止状態の形態を有しており；前記コントローラは、各レンズの該１つの液体にわたって電圧を印加して液体の形態を変化させ、該光ビームを第２の異なる光学的特性を有するように光学的に改変する働きをする、請求項１に記載の配置。
【請求項４】
前記１つの液体は、電気的に絶縁性であり、各レンズの前記複数の液体のうちの他の液体は、導電性であり、第１の電極は、該１つの液体の一方の側に配置されており、第２の電極は、該他の液体において、該１つの液体の反対側に浸されており、前記電圧は、各レンズの複数の電極にわたって印加される、請求項３に記載の配置。
【請求項５】
各可変レンズは、前記光学的経路に沿って前記複数の液体から離れて間隔付けられた少なくとも１つの固定焦点レンズを含む、請求項３に記載の配置。
【請求項６】
それぞれが正および負の光学的出力を有する２つの固定焦点レンズが存在し、該２つの固定焦点レンズは、各可変レンズの向かい合う端に位置付けられている、請求項５に記載の配置。
【請求項７】
前記１つのレンズの前記第１および第２の光学的特性は、前記光源に対して前記光学的経路に沿って異なる作動距離に間隔付けられた複数の異なる焦点面である、請求項３に記載の配置。
【請求項８】
前記その他のレンズの前記第１および第２の光学的特性は、前記光源の断面の複数の異なるサイズである、請求項３に記載の配置。
【請求項９】
少なくとも１つの光ビームと印の上の視野とを走査するスキャナをさらに備える、請求項３に記載の配置。
【請求項１０】
前記コントローラは、走査の間に前記電圧を周期的な電圧として連続的に印加する働きをする、請求項９に記載の配置。
【請求項１１】
前記コントローラは、前記印が正しく走査され読取られたか否かを決定し、該印が正しく走査され読取られていないという決定のもとで前記電圧を印加する働きをする、請求項９に記載の配置。
【請求項１２】
前記コントローラは、前記印から反射された光から導かれる電気的信号を復号化する働きをするマイクロプロセッサである、請求項１１に記載の配置。
【請求項１３】
前記マイクロプロセッサは、リモートホストと通信する働きをする、請求項１２に記載の配置。
【請求項１４】
異なる光反射率の複数の部分を有する印を電気光学的に読取るための配置であって、
ａ）光学的経路に沿って光ビームを配向するための光源と、
ｂ）該光に対してコントラスト断面を形成するための開口絞りと、
ｃ）該光学的経路に沿ってアレンジされた一対の光透過性の液体を有する可変光学レンズであって、該一対の液体は、異なる光学的屈折率、実質的に同じ濃度の非混合性の液体であり、該一対の液体のうちの１つの液体は、該印に向けて該光学的経路に沿って該１つの液体を通過する一定の断面の該光ビームを第１の光学的特性を有するように光学的に改変するために、静止状態の形態を有している、可変光学レンズと、
ｄ）該１つの液体にわたって電圧を印加して液体の形態を変化させ、該光ビームを第２の異なる光学的特性を有するように光学的に改変するための、コントローラと
を備える、配置。
【請求項１５】
前記第１および第２の光学的特性は、前記可変レンズに対して前記光学的経路に沿って異なる作動距離に離れて間隔付けられた複数の異なる焦点面である、請求項１４に記載の配置。
【請求項１６】
異なる光反射率の複数の部分を有する印を電気光学的に読取る方法であって、
ａ）可変焦点の複数の光学レンズを光学的経路に沿って間隔付けるステップと、
ｂ）ある断面を有する光ビームを生成し、複数のレンズから離れて複数の作動距離の範囲内に位置付けられた該印に向けて、該複数のレンズを介することにより、該光学的経路に沿って該光ビームを配向するステップと、
ｃ）該印が位置付けられた該複数の作動距離のうちの１つの作動距離に該光ビームを焦点合わせするように、該複数のレンズのうちの１つのレンズを制御し、該１つの作動距離において選択された断面を有するように該光ビームを光学的に改変するように、該複数のレンズのうちのその他のレンズを制御する、ステップと
を包含する、方法。
【請求項１７】
前記１つのレンズを通過する前の前記光ビームに対して一定のビーム断面を形成するために、前記光学的経路に開口絞りを挿入することをさらに包含する、請求項１６に記載の方法。
【請求項１】
異なる光反射率の複数の部分を有する印を電気光学的に読取るための配置であって、
ａ）光学的経路に沿って間隔付けられた可変焦点の複数の光学レンズと、
ｂ）ある断面を有する光ビームを生成し、該光源から離れて複数の作動距離の範囲内に位置付けられた該印に向けて、複数のレンズを介することにより、該光学的経路に沿って該光ビームを配向する光源と、
ｃ）該印が位置付けられた該複数の作動距離のうちの１つの作動距離に該光ビームを焦点合わせするように、複数のレンズのうちの１つのレンズを制御し、該複数の作動距離のうちの１つの作動距離おいて選択された断面を有するように該光ビームを光学的に改変するように、該複数のレンズのうちのその他のレンズを制御する、コントローラと
を備える、配置。
【請求項２】
前記１つのレンズを通過する前の前記光ビームに対して一定のビーム断面を形成するために、前記光学的経路において、前記光源と該１つのレンズとの間に開口絞りをさらに備える、請求項１に記載の配置。
【請求項３】
各レンズは、前記光学的経路に沿って位置付けられた一対の光透過性の液体を有し、各レンズの複数の液体は、異なる光学的屈折率、実質的に同じ濃度の非混合性の液体であり、各レンズの該複数の液体のうちの１つの液体は、前記印に向けて該光学的経路に沿って該１つの液体を通過する光ビームを第１の光学的特性を有するように光学的に改変するために、静止状態の形態を有しており；前記コントローラは、各レンズの該１つの液体にわたって電圧を印加して液体の形態を変化させ、該光ビームを第２の異なる光学的特性を有するように光学的に改変する働きをする、請求項１に記載の配置。
【請求項４】
前記１つの液体は、電気的に絶縁性であり、各レンズの前記複数の液体のうちの他の液体は、導電性であり、第１の電極は、該１つの液体の一方の側に配置されており、第２の電極は、該他の液体において、該１つの液体の反対側に浸されており、前記電圧は、各レンズの複数の電極にわたって印加される、請求項３に記載の配置。
【請求項５】
各可変レンズは、前記光学的経路に沿って前記複数の液体から離れて間隔付けられた少なくとも１つの固定焦点レンズを含む、請求項３に記載の配置。
【請求項６】
それぞれが正および負の光学的出力を有する２つの固定焦点レンズが存在し、該２つの固定焦点レンズは、各可変レンズの向かい合う端に位置付けられている、請求項５に記載の配置。
【請求項７】
前記１つのレンズの前記第１および第２の光学的特性は、前記光源に対して前記光学的経路に沿って異なる作動距離に間隔付けられた複数の異なる焦点面である、請求項３に記載の配置。
【請求項８】
前記その他のレンズの前記第１および第２の光学的特性は、前記光源の断面の複数の異なるサイズである、請求項３に記載の配置。
【請求項９】
少なくとも１つの光ビームと印の上の視野とを走査するスキャナをさらに備える、請求項３に記載の配置。
【請求項１０】
前記コントローラは、走査の間に前記電圧を周期的な電圧として連続的に印加する働きをする、請求項９に記載の配置。
【請求項１１】
前記コントローラは、前記印が正しく走査され読取られたか否かを決定し、該印が正しく走査され読取られていないという決定のもとで前記電圧を印加する働きをする、請求項９に記載の配置。
【請求項１２】
前記コントローラは、前記印から反射された光から導かれる電気的信号を復号化する働きをするマイクロプロセッサである、請求項１１に記載の配置。
【請求項１３】
前記マイクロプロセッサは、リモートホストと通信する働きをする、請求項１２に記載の配置。
【請求項１４】
異なる光反射率の複数の部分を有する印を電気光学的に読取るための配置であって、
ａ）光学的経路に沿って光ビームを配向するための光源と、
ｂ）該光に対してコントラスト断面を形成するための開口絞りと、
ｃ）該光学的経路に沿ってアレンジされた一対の光透過性の液体を有する可変光学レンズであって、該一対の液体は、異なる光学的屈折率、実質的に同じ濃度の非混合性の液体であり、該一対の液体のうちの１つの液体は、該印に向けて該光学的経路に沿って該１つの液体を通過する一定の断面の該光ビームを第１の光学的特性を有するように光学的に改変するために、静止状態の形態を有している、可変光学レンズと、
ｄ）該１つの液体にわたって電圧を印加して液体の形態を変化させ、該光ビームを第２の異なる光学的特性を有するように光学的に改変するための、コントローラと
を備える、配置。
【請求項１５】
前記第１および第２の光学的特性は、前記可変レンズに対して前記光学的経路に沿って異なる作動距離に離れて間隔付けられた複数の異なる焦点面である、請求項１４に記載の配置。
【請求項１６】
異なる光反射率の複数の部分を有する印を電気光学的に読取る方法であって、
ａ）可変焦点の複数の光学レンズを光学的経路に沿って間隔付けるステップと、
ｂ）ある断面を有する光ビームを生成し、複数のレンズから離れて複数の作動距離の範囲内に位置付けられた該印に向けて、該複数のレンズを介することにより、該光学的経路に沿って該光ビームを配向するステップと、
ｃ）該印が位置付けられた該複数の作動距離のうちの１つの作動距離に該光ビームを焦点合わせするように、該複数のレンズのうちの１つのレンズを制御し、該１つの作動距離において選択された断面を有するように該光ビームを光学的に改変するように、該複数のレンズのうちのその他のレンズを制御する、ステップと
を包含する、方法。
【請求項１７】
前記１つのレンズを通過する前の前記光ビームに対して一定のビーム断面を形成するために、前記光学的経路に開口絞りを挿入することをさらに包含する、請求項１６に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公表番号】特表２００７−５３８３３８（Ｐ２００７−５３８３３８Ａ）
【公表日】平成１９年１２月２７日（２００７．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５２７３６８（Ｐ２００７−５２７３６８）
【出願日】平成１７年５月１６日（２００５．５．１６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０１７２２６
【国際公開番号】ＷＯ２００５／１１６９０８
【国際公開日】平成１７年１２月８日（２００５．１２．８）
【出願人】（５０６１４４１０１）シンボル テクノロジーズ， インコーポレイテッド (58)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１９年１２月２７日（２００７．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年５月１６日（２００５．５．１６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０１７２２６
【国際公開番号】ＷＯ２００５／１１６９０８
【国際公開日】平成１７年１２月８日（２００５．１２．８）
【出願人】（５０６１４４１０１）シンボル テクノロジーズ， インコーポレイテッド (58)
【Ｆターム（参考）】
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