JP2001076085A - バーコードスキャナー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 走査装置の振動運動を維持するのに非常に僅
かな電流しか必要とせず、システムを電池電源用として
最適なものとする。 【解決手段】 本発明においては、共振ミラーを振動す
るように支持し、基板上に組み立てられた走査装置は、
第１及び第２の方向に周期的に振動するように駆動され
る走査ミラーと、永久磁石と走査ミラーを一体的に支持
する支持手段と、前記支持手段を走査装置に対して回動
自在に係合する弾性部材と、前記支持手段に駆動力を与
えるように配置された駆動巻線と、前記駆動巻線に対し
て、第１の方向の駆動信号を与え、前記走査ミラーに対
して第１の方向の運動を与える駆動回路とを備え、この
駆動回路は、前記第1の駆動信号を与えていない期間に
検出される検出信号に基づいて、前記第１の方向の駆動
信号を駆動巻線に対して印加することに特徴がある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般に、例えばバーコ
ードシンボルのような光反射率の異なる部分を有するマ
ークを繰り返し走査するために作動するバーコードスキ
ャナに関する。 詳細には、バーコードスキャナの走査
ミラーに振動運動を与えるために反対の回転方向に周期
的に振動する振動共振モータの駆動回路に関し、特に、
モータが振動運動を維持するために必要な電流がごくわ
ずかでよいモータ自体の固有の共振周波数で駆動する、
バーコードスキャナの共振モータの駆動回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】パッケージまたは販売用商品のような目
標物の上に備えられた情報を走査して読み取るためにレ
ーザ走査装置を用いることは、この特殊な技術分野では
公知であり、商業的にも広く受け入れられている。これ
に関する各種のタイプのレーザ走査装置は、バーコード
リーダーのような光学的読取りシステムを内蔵する走査
ヘッドを用いて、バーコードリーダーから投射されたレ
ーザビームによって走査される目標物上の情報またはバ
ーコードシンボルを読み取る。一般に、このようなレー
ザ走査装置は、特にバーコードリーダーのような種類の
ものは製造、船積み、小売業等の産業に広く用いられ、
例えば、スーパーマーケットの精算カウンタ構成の中に
永久的に組み込まれており、ここでは商品にプリントま
たは貼付されたバーコードシンボルを有する商品は、カ
ウンタ面の下に配置された固定式バーコードリーダーの
上を通過し、消費者によって購入された商品の記録をそ
の商店主に提供し、同時に消費者には読み取り値（でき
ればプリントされた記録）を提供する。

【０００３】更に、バーコードリーダーまたはレーザ走
査装置は、商品が並べられている支持プラットフォーム
またはカウンタ上面の上に延びているスタンド上に固定
支持されている光学的走査装置で構成することもでき
る。あるいは、多くの使用例では、本発明の好適実施例
によれば、バーコードリーダーまたはレーザ走査装置
は、小型軽量のピストル型のグリップを有するピストル
型の形状をしており、作動中の装置は、通常バーコード
シンボルに備えられた情報を走査することができるよう
に短い距離にある商品または目標物にプリントされたバ
ーコードシンボルを通過する。

【０００４】ラベルまたは品物上のバーコードシンボル
を読み取るための光学読取り装置、及び光学走査システ
ムは、これまで種々開発されている。バーコードシンボ
ル自体は、種々の幅の一連のバーが互いに間隔をあけて
配置されて、種々の幅のスペースの境界を形成している
マークのコード化パターンであり、バーとスペースは、
光の反射特性が異なっている。読取り装置、及び走査シ
ステムは、電気光学的にグラフィックマークを電気信号
に変換し、これらの電気信号は品物、またはその特性を
表すことを意図した、英数文字に解読される。こうした
文字は、一般にディジタル形式で表現され、販売時点処
理、在庫管理等の用途に合わせたデータ処理システムに
対する入力として利用される。この一般的な型の走査シ
ステムについては、例えば、米国特許第4,251,798号明
細書、同第4,369,361号明細書、同第4,387,297号明細
書、同第4,409,470号明細書、同第4,760,248号明細書、
及び同第4,896,026号明細書に開示されている。

【０００５】前記の例の中で、及びこれに加えて特に有
利な構成のものは、米国特許第5,015,833号明細書に開
示され、特許請求されているレーザスキャナの走査用回
路基板モジュールである。米国特許第5,015,833号明細
書は、一般に軽量の携帯用ピストル型のハウジングの中
に内蔵されている走査用回路基板モジュールを開示して
おり、このモジュールは光学要素及び走査要素が光学的
にアライメントされた作動関係で設置されているプリン
ト回路基板を含む。走査装置を乱暴に取り扱ったり、万
一落としたりした場合に受ける衝撃や振動から生じる損
傷を防ぐように、プリント回路基板はハウジングの中に
設置され、作動部分のある走査要素はハウジングに固定
される。さらに、この特許に開示され、例示されている
ように、並びに特に米国特許出願第520,464号明細書の
図２の実施例に関連して説明されているように、１枚の
プリント基板の上に各種の作動要素を設置したモジュー
ルは、走査装置の簡単で高能率の構成及び機能を可能に
する。

【０００６】前記明細書のいくつかに開示されているよ
うに、こうした走査システムの例の１つに、特に、ユー
ザが把持するハンドヘルド型のポータブル方式のレーザ
走査ヘッドに関するものがあり、これは、読み取るべき
目標物、及びシンボルに対してヘッドの狙いをつける、
具体的にはヘッドから出射される光ビーム、またはレー
ザビームの狙いをつけることができるような構成になっ
ている。

【０００７】レーザスキャナの光源は、一般に、気体レ
ーザまたは半導体レーザである。走査システムの光源と
して、レーザダイオードのような半導体装置を使用する
ことは、それらのサイズが小さく、低価格であり、必要
とする電力が低いことから特に望ましい。レーザビーム
は、一般的にレンズによって光学的に修正され、目標距
離で所定のサイズのビームスポットを形成する。目標距
離におけるビームスポットのサイズは、光の反射率が異
なる領域、すなわちシンボルのバーとスペースの間の最
小幅とほぼ同一にすることが望ましい。

【０００８】バーコードシンボルは、バー、すなわち複
数の幅を有することが可能な、一般に矩形の形状をなす
エレメントから形成される。これらのエレメントの特定
の配列が、使用するコード、または「シンボル論」で指
定された規則及び定義に基づいて表現される文字を規定
する。バーとスペースの相対的サイズは、バーとスペー
スの実際のサイズと同様、使用するコード化の型によっ
て決まる。バーコードシンボルによって表現される１イ
ンチ当たりの文字数は、シンボル密度と呼ばれる。所望
のシーケンスの文字をコード化するため、エレメント配
列をひとまとめにして連結することによって、完全なバ
ーコードシンボルが形成され、メッセージの各文字は、
それ自体の対応する要素グループによって表現される。
シンボル論によっては、固有の「スタート」及び「スト
ップ」文字を利用して、バーコードの開始位置と終了位
置を指示するものもある。いくつかの異なるバーコード
シンボル論が存在する。これらのシンボル論には、ＵＰ
Ｃ／ＥＡＮコード、コード３９、コード１２８、コーダ
バー、及びインターリブド２ｏｆ５が含まれる。

【０００９】説明のため、シンボル論によって認識され
定義される文字は、適合文字と呼び、該シンボル論によ
って認識されず定義されない文字は、不適合文字と呼ぶ
ことにする。従って、所定のシンボル論によって解読不
可能な要素の配列は、そのシンボル論にとって不適合文
字に相当する。所定の表面積内に表現または記憶可能な
データ量を増すため、近年、いくつかの新しいバーコー
ドシンボル論が開発されている。こうした新しいシンボ
ル論の１つであるコード４９は、バーを水平方向に延ば
す代わりに、文字行を垂直方向に積み重ねることによっ
て、「２次元」概念を導入した。すなわち、１行だけで
はなく、バーとスペースのパターンをなすいくつかの行
が形成される。コード４９の構造に関しては、米国特許
第4,794,239号明細書を参照されたい。

【００１０】通常ハンドヘルド型読取装置によって得ら
れる１次元単一ライン走査は、これらの２次元バーコー
ドの読み取りには不利である。すなわち、各行毎に、別
個に、読取装置の狙いをつけなければならない。同様
に、多重走査線読取装置は、互いに、角度のついた走査
線を発生するので、コード４９型の２次元バーコードの
認識には適合しない。

【００１１】さらに、米国特許第4,902,083号明細書
は、共振走査ユニットがいわゆる音叉型のデザインを用
いる、小型光学的表示装置の低振動共振走査ユニットを
開示している。音叉の１つのアームに走査ミラーが支持
され、音叉の他のアームにカウンタ−精算のマスが設置
されている。この装置は、ラスター表示を生成するため
に、走査ミラーの振動を与えるが、その構造は本来複雑
であり、走査動作を行なうために多数の要素を必要とす
る。

【００１２】当該技術において既知の走査システムの場
合、光路に沿ったレンズまたは同様の光学部品によっ
て、光ビームが表面にバーコードシンボルを含む目標物
に向けられる。該走査は、ラインまたは一連のラインを
なす光ビームでシンボルを繰り返し走査することによっ
て遂行される。走査要素は、高速繰り返しモードで、ビ
ームスポットでシンボルを掃引し、シンボルを横切って
通過する走査線をトレースするか、スキャナの視野を走
査するかの何れか、またはこの両方を実施するために採
用したドライブまたは走査モータを組み込むことができ
る。

【００１３】走査システムには、通常、シンボルから反
射された光を検出する働きをするセンサまたは光検出器
が含まれている。従って、光検出器は、スキャナ、また
はスキャナの視野がシンボルを横切り、わずかに超えて
延びる光路内に配置されている。シンボルから反射され
る反射光の一部が、検出されて、電気信号に変換され、
この電気信号は、電子回路要素またはソフトウェアによ
って、走査されたシンボルが表すデータのディジタル表
現に解読される。例えば、光検出器からのアナログ電気
信号は、一般に、バー及びスペースの物理幅に対応する
パルス幅の被変調ディジタル信号に変換することができ
る。こうした信号は、さらに、特定のシンボル論に従っ
て、シンボルでコード化されたデータの２進表現に、さ
らに、こうして表現された英数文字に解読される。

【００１４】既知走査システムの解読プロセスは、通
常、下記のように動作する。デコーダは、スキャナから
パルス幅被変調ディジタル信号を受信し、ソフトウェア
によって実現されるアルゴリズムが走査結果を解読す
る。走査時に、スタートキャラクタとストップキャラク
タ、及び、それらの間の文字が、順次、完全に解読され
ると、解読プロセスは、終了し、ユーザは、読み取りの
成功を示すインジケータ（例えば、グリーンランプと可
聴ビープの両方または一方）を受け取る。解読に成功し
なければ、デコーダは、完全に走査結果の解読がすむ
か、あるいは、それ以上の走査結果が得られなくなるま
で、次の走査結果を受信し、その走査結果に対してさら
に解読を試み等といった形でプロセスを続行する。

【００１５】こうした信号は、特定のシンボル論に従っ
て、シンボルでコード化されたデータの２進表現に、さ
らに、こうして表現された英数文字に解読される。レー
ザスキャナの他にも、バーコードシンボルを読み取るこ
とのできる光学装置はある。例えば、別の型のバーコー
ド読取装置は、電荷結合素子（ＣＣＤ）技術に基づいた
検出器を組み込んだものである。こうした読取装置の場
合、検出器のサイズは、読み取るべきシンボルより大き
いか、ほぼ同じである。シンボル全体が読取装置からの
光で照射され、各ＣＣＤセルを順次読み取って、バーま
たはスペースの存在が判定される。こうした読取装置
は、軽量で、利用しやすいが、シンボルを適確に読み取
ることができるようにするためには、読取装置をシンボ
ルにほぼ直接接触させるか、あるいは、読取装置をシン
ボル上に直接配置する必要がある。こうした読取装置と
シンボルの物理的接触は、用途によっては好ましい動作
モードである。または、ユーザの個人的な好みの問題で
ある。

【００１６】本発明は、技術的には次の米国特許及び米
国特許出願に関し、バーコードスキャナの駆動回路及び
モータと同じ技術分野に属する。１９９１年１月１０日
出願の米国特許出願第6,398,22号明細書は、レーザ式バ
ーコードリーダー内の走査ミラー用ステッピングモータ
を駆動するための電圧フィードバック付き電圧駆動増幅
器を含むバーコードリーダーの駆動回路を開示してい
る。開示された電圧駆動回路は、高度に減衰された、す
なわち駆動共振が実質的に除去された低いＱを提供す
る。ステッピングモータは、ロータ、ステータ、中心タ
ップ付きＡＣ巻線及びＤＣ巻線を含む。モータ駆動回路
は、周期的な三角波電圧信号を発生する三角波波形発生
器からなる。ＡＣ巻線用の駆動回路は、周期的な三角波
電圧信号を入力として受けとり、ＡＣ巻線を横切る電圧
がＡＣ巻線を駆動する入力電圧信号と比較され、これに
追従させる電圧フィードバック回路を含む。ＡＣ巻線用
の駆動回路は、各々ＡＣ巻線の第１及び第２相側を駆動
するための第１の非反転演算増幅器及び第２反転演算増
幅器を含む。第１及び第２演算増幅器の各々は三角波電
圧信号を入力として受けとり、ＡＣ巻線の第１及び第２
相側を横切る電圧をそれぞれ表わすフィードバック信号
を第２入力信号として受けとる。この回路は、またＡＣ
巻線の第１及び第２相側をそれぞれ駆動する第１及び第
２演算増幅器の出力側を、それぞれ結合する第１及び第
２の低出力インピーダンス・エミッタ・フォロワー駆動
部を含む。ＤＣ巻線の駆動回路は、ＡＣ及びＤＣ巻線の
間の角度ずれを補償するために、ＡＣ巻線から得られた
マイクロステッピング電圧フィードバック信号を用い
る。さらにＤＣ駆動信号をマイクロステッピング電圧フ
ィードバック信号と結合するための演算増幅器を含む。

【００１７】モータ振幅制御回路を有する携帯用レーザ
走査システム及びその走査方法に関する米国特許第5,00
3,164号明細書に、高速走査モータの軸の振動の振幅を
自動的に制御するモータ振幅制御回路によって制御され
る高速走査モータを有するレーザバーコードスキャナが
開示されている。振幅制御は、ＡＣステータ巻線を励起
および非励起するための周期的な三角電流波形で走査モ
ータのＡＣステータ巻線に供給する閉ループ制御システ
ムを用いて行なわれる。制御ループを閉じる信号は、振
動の振幅を指示するモータのＤＣステータ巻線から得ら
れたフィードバック信号である。振動の振幅を制御する
ことにより、高速走査モータは一定の走査速度を維持
し、より少ない電力で済む。

【００１８】携帯用レーザ走査システム及び共振モータ
制御回路のための米国特許第5,019,764号明細書には、
高速走査モータの振動の周波数及び振幅を自動的に制御
する共振モータ回路によって制御される高速走査モータ
を有するレーザ式バーコードスキャナが開示されてい
る。周波数及び振幅の制御は、モータの巻線から得ら
れ、共振を示し振動の振幅を測定する駆動電流の第２高
調波である単一フィードバック信号を用いることによっ
て行われ、モータを共振振動モードに同調し、維持する
ための回路が用いられる。高速走査モータの振動の周波
数及び振幅を同時に制御することによって、モータを一
定の走査速度に維持し、低電力で使用することが可能と
なる。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の主目的は、走
査ミラーに振動運動を与えるために反対の回転方向に周
期的に振動する振動共振モータを駆動する駆動回路を有
するバーコードスキャナを提供することにある。本発明
の他の目的は、振動運動を維持するのに非常に僅かな電
流しか必要とせず、システムを電池電源用として最適な
ものとする、自然共振周波数で駆動されるバーコードス
キャナ内の共振モータの駆動回路を提供することにあ
る。

【００２０】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明のバーコードスキャナは、走査ミラーを振動
するように支持し、基板上に組み立てられた走査装置に
おいて、第１及び第２の方向に周期的に振動するように
駆動される走査ミラーと、永久磁石と走査ミラーを一体
的に支持する支持手段と、前記支持手段を走査装置に対
して回動自在に係合する弾性部材と、前記支持手段に駆
動力を与えるように配置された駆動巻線と、前記駆動巻
線に対して、第１の方向の駆動信号を与え、前記走査ミ
ラーに対して第１の方向の運動を与える駆動回路とを備
え、この駆動回路は、前記第1の駆動信号を与えていな
い期間に検出される検出信号に基づいて、前記第１の方
向の駆動信号を駆動巻線に対して印加することに特徴が
ある。

【００２１】また、前記本発明のバーコードスキャナ
は、走査ミラーを振動するように支持し、基板上に組み
立てられた走査装置において、第１及び第２の方向に周
期的に振動するように駆動される走査ミラーと、永久磁
石と走査ミラーを一体的に支持する支持手段と、前記支
持手段を走査装置に対して回動自在に係合する弾性部材
と、前記支持手段に駆動力を与えるように配置された駆
動巻線と、前記駆動巻線に対して、少なくとも第１の方
向の駆動信号を与え、前記走査ミラーに対して第１の方
向の運動を与える駆動回路とを備え、この駆動回路は、
前記支持手段が振動する期間に検出される検出信号に基
づいて、前記第１の方向の駆動信号を駆動巻線に対して
印加することに特徴がある。更に前記検出信号により、
走査装置の動作が異常と判断した場合、光源またはレー
ザーを消灯するための走査失敗信号を出力すること、更
に前記検出信号により、走査開始信号を生成し、出力す
ることに特徴がある。

【００２２】

【作用】本発明においては、駆動回路及び共振モータ
は、長寿命の機能を持つものとして固定式装置の有力な
候補とする。この教示によれば、本発明は公知の先行技
術の共振駆動よりも簡単で、低電力供給電圧で動作する
こと、モータ駆動巻線に有効電力供給電圧の大きいパー
セントの電圧を加えることにより、モータを急速に始動
させる可能性を含む幾つかの利点を有する。駆動回路
は、モータを一方向にのみ駆動する。これは駆動巻線に
直列な構成要素の数を最小にし、スタート時に駆動巻線
に加えるために有効電圧を最大にするために重要であ
る。駆動回路は、単一の回転磁気ロータ、駆動巻線及び
フィードバック巻線の２つの巻線を有する単一の固定巻
線ボビン、を有する簡単な構造のモータを用いて作動す
るように設計され、これはシステムのコストを最小にす
る。

【００２３】本発明は、第１及び第２の反対の回転方向
の振動に周期的に駆動される走査ミラーを有するバーコ
ードスキャナを提供する。走査ビームは走査ミラーに対
抗して向けられ、この走査ミラーはビームをバーコード
スキャナの視野を横切って周期的に走査させる。検出器
はバーコードシンボルが走査されたときに走査ビームの
反射光を検出し、それを表わす出力信号を発生する。

【００２４】共振モータは、永久磁石のロータを有し、
走査ミラーを駆動し、第１の回転方向にのみ、駆動力を
与えるための永久磁石に隣接して位置する駆動巻線、及
び永久磁石がフィードバック巻線を反対方向に周期的に
通過するときに、ほぼ正弦波形のフィードバック電圧を
得るフィードバック巻線をも含む。正弦波フィードバッ
ク電圧波形の第１の半波形は、永久磁石が第１の回転方
向に通過したときに発生し、第２の半波形は、永久磁石
が第２の反対の回転方向に通過したときに発生する。戻
しバイアス・バネがロータに第２の回転方向の戻しバイ
アス力を加える。

【００２５】共振モータの駆動回路は、フィードバック
巻線に結合した駆動増幅器を含み、これはフィードバッ
ク電圧の第１の半サイクルのときにのみターンオンさ
れ、フィードバック電圧の第２の半サイクルのときにタ
ーンオフされる。駆動トランジスタは、その入力部が駆
動増幅器に結合され、フィードバック電圧の第１の半サ
イクルの間にのみ、ロータを駆動するため、その出力部
が駆動巻線に結合されている。戻しバイアス・バネはロ
ータを第２の回転方向に駆動し、モータはフィードバッ
ク電圧の周波数を決定する自然共振周波数で駆動される
ようにする。

【００２６】好適実施例では、正弦波フィードバック電
圧の波形の第１の半サイクルは、正の半サイクルであ
り、第２の半サイクルは、負の半サイクルである。もっ
とも、対称的な反対極性の回路の実施例は本発明の教示
内にあることは明白である。本発明の他の実施例は、フ
ィードバック電圧の正及び負のピークの両方からフィー
ドバック情報を得て調節された振幅をより早い設定時間
で得る結果になる。この他の実施例においては、モータ
は依然として一方向に駆動され、駆動巻線とフィードバ
ック巻線との間の磁気結合は、できるだけ小さくならな
ければならない。

【００２７】もっと詳細に説明すると、駆動回路は、ま
た発生したフィードバック電圧を受け取るためにフィー
ドバック巻線に結合した負ピーク検出器を含んでいる。
負ピーク検出器の出力は回転偏向（偏差）の振幅が小さ
くなるほど正の方へ振れる。誤差コンパレータ増幅器
は、その第１の入力部で負ピーク検出器に接続され、そ
の第２の入力部で参照電圧に接続される。可変抵抗ＦＥ
Ｔは、その入力部で誤差コンハンパレータ増幅器に接続
され、その出力部で駆動増幅器に接続される。動作にお
いて、誤差コンパレータ増幅器からの、より正の電圧が
可変抵抗ＦＥＴの抵抗を減少させ、これは駆動増幅器の
利得を増加させ、それによって、より小さい回転偏向の
振幅のときに駆動巻線に与えられる電流を増加させる。
さらに、参照電圧の大きさはモータの振動の振幅調整の
ために調整することができる。

【００２８】負ピーク検出器は、ダイオードであり、そ
のアノードがフィードバック巻線に接続され、そのカソ
ードが並列接続の抵抗及びコンデンサを介して参照電圧
に接続されている。発生されたフィードバック電圧の正
の半サイクルの間にのみモータを駆動する利点の１つ
は、負ピーク検出器が負の半サイクルの間にのみ充電さ
れることである。このことは駆動巻線及びフィードバッ
ク巻線の間の誘導結合によって、電流が駆動巻線を通し
て流れるとき、正の半サイクルの波形が歪むことがある
ため重要である。何故ならば、このことは正の半サイク
ルの場合にのみ生じ、負ピーク検出器はそれによって影
響を受けず、従ってフィードバック信号は正確なままで
あるからである。

【００２９】駆動回路は、また共振モータのための開始
パルスを発生する。ここで、コンデンサはフィードバッ
ク巻線と駆動増幅器との間に結合され、コンデンサは、
電圧がまず回路に加えられとき充電電流を受け取る。そ
の充電電流は、直列抵抗及びアースに接続された抵抗を
流れ、駆動増幅器のための電圧パルスを発生する。スタ
ート時、フィードバック巻線に発生する電圧は低く、こ
れは誤差コンパレータ増幅器をターンオンさせ、可変抵
抗を充分にオンにし、駆動増幅器の利得を上げ、駆動巻
線に大規模電流を供給するように駆動トランジスタを動
作させる。

【００３０】コンパレータは、また負ピーク検出器電圧
と参照電圧を比較し、ロータの角度偏向の振幅が正確に
制御されるときは、負ピーク検出器からの入力は参照電
圧よりも低くなるであろう。しかし、もしシステムが正
確に制御されなければ、負ピーク検出器電圧は上昇し
て、コンパレータを動作させ、レーザ走査システム内の
モータが誤差を生じたときに、コンパレータの動作はレ
ーザ走査ビーム発生器をターンオフさせるために用いる
ことができる。フィードバック電圧は、またゼロ交差検
出器に向けられ、バーコードスキャナの解読器の走査開
始タイミング信号を発生する。

【００３１】

【実施例】以下、本発明の一実施例を、図面により詳細
に説明する。図１は、マイラーモータと共に使用される
ように特別に設計された駆動回路の回路図を示す。これ
については、「走査装置及び方法」に関する、１９９１
年１２月４日に出願された特許出願第07/812923号明細
書に説明されており、本発明では部分的に５図及び図６
に示されている。しかし、本発明の駆動回路は、別のタ
イプの共振モータを駆動するために用いることができ
る。すなわち、ロータが反対の回転方向に周期的に振動
することによって、バーコードスキャナの走査ミラーに
振動運動を加えている。

【００３２】本発明の駆動回路は、他の公知の先行技術
の共振器駆動回路よりも簡単であり、以下説明するよう
に幾つかの利点を有する。図１の駆動回路は、モータが
約２０Ｈｚの共振周波数を有するように設計された電気
値と成分を示し、以下のように作動する。図１の回路図
では、モータ巻線ボビン上の２つの巻線は駆動巻線１０
及びフィードバック巻線１２である。駆動巻線１０に隣
接して示されている磁石１４、およびフィードバック巻
線１２に隣接して点線で示されている磁石１４は、ロー
タ上に支持され、磁石１４に隣接して巻線ボビン巻線１
０及び１２がある。初めに駆動巻線１０に加えられた電
流は、磁石１４及び、それに設置されたバーコードスキ
ャナの走査ミラー１８及びモータ戻しバネ２０のような
構造物に運動を与える。

【００３３】戻しバネ２０は図に示されているが、米国
特許出願第07/812923号明細書に説明されているような
マイラーリーフバネや、ねじれバネまたは他の適当なバ
イアスバネであってもよい。公知技術のようにバーコー
ドスキャナの作動中、レーザまたはレーザダイオードの
ような適当な走査ビーム生成器１９はビームを振動走査
ミラー１８の方に指向し、このミラーはビームをバーコ
ードスキャナの視野を横切って周期的に走査させる。走
査されたバーコードシンボルによる走査ビームの反射
は、反射光を表わすアナログ信号を発生する適当な検出
器２１によって検出される。

【００３４】回転磁石１４の運動が正常動作の場合は、
フィードバック巻線１２に波形がほぼ正弦波である微少
なフィードバック電圧を発生する。ロータが第１の回転
方向に回転しているときは、正の半サイクルが発生さ
れ、ロータが反対の第２の回転方向に回転しているとき
は、負の半サイクルが発生される。発生されたフィード
バック電圧のゼロ交差は、回転方向が反転した時点で生
じる。

【００３５】増幅器Ａ１は、フィードバック巻線に発生
されたフィードバック電圧を増幅し、増幅された出力は
増幅されたフィードバック電圧のゼロ交差を検出するコ
ンパレータＣ１の方に向けられる。コンパレータＣ１
は、増幅されたフィードバック電圧を参照電圧、例えば
１．２Ｖと比較する。作動中、モータが１つの方向に回
転しているときはコンパレータの出力は高くなり、第２
の反対方向に回転しているときは低くなる。「走査開
始」と表示されているコンパレータＣ１の出力は、バー
コードリーダーのバーコード解読器によって用いられ
る。「走査開始」の出力の変化は、走査が始まろうとす
ることを解読器に示すものだからである。

【００３６】増幅器Ａ１の出力は、又コンデンサＣＡＰ
２及びアースへの分流抵抗Ｒ５を有する抵抗Ｒ４を経
て、増幅器Ａ２の入力部にＡＣ結合する。増幅されたフ
ィードバック電圧の正の半サイクルで、増幅器Ａ２の出
力は駆動トランジスタＱ１をターンオンして、モータ駆
動巻線に電流を供給し、負の半サイクルで、Ｑ２はター
ンオフされる。こうしてモータは第１の回転方向にのみ
駆動され、モータの中心に置いたバネ２０は駆動電流が
ターンオンされたときモータを反対側の回転方向に駆動
する。モータが再び方向を反転したとき、発生したフィ
ードバック電圧は、再び正になり、再びＱ１をターンオ
ンし、以下続行する。このようにしてモータは自己保持
振動を続け、その振動周波数はモータ固有の共振周波数
によって決定される。何故ならば、モータ固有の共振周
波数が発生したフィードバック電圧の周波数を決定し、
フィードバック電圧の周波数がいつモータに駆動電流が
供給されるかを決定するからである。

【００３７】モータは、それ自体、固有の共振周波数で
駆動されるため、振動運動を維持するための電流がごく
わずかで済み、これはこのシステムを電池式応用装置と
して好適なものとする。今まで述べたようにモータが振
動する機械的角度は、回路では不安定である。モータが
乱れた場合、発生された電圧は変化し、これにより駆動
電流が変化し、さらにモータの回転が変化し、従って発
生されるフィードバック電圧が変化する。従って、モー
タ作動の振幅、即ちロータの角度偏向の振幅を調整する
ことが必要である。調整は、また戻しバネ２０の剛性が
温度によって変わるので、温度変動も一定の振幅に維持
するためにも必要である。作動振幅の調整は、また以下
に述べるように、モータのスタートを速めるのにも役立
つ。

【００３８】振幅は次のように調整される。ダイオード
Ｄ１、コンデンサＣＡＰ１及び抵抗Ｒ１は、負のピーク
検出器２２を形成する。Ｄ１のアノードにおける電圧
は、発生フィードバック電圧に比例し、従って機械的運
動の振幅に比例する。誤差増幅器Ａ３は、位置２４にお
けるピーク検出出力電圧を調整可能のポテンショメータ
Ｒ２のアームに供給される参照電圧と比較する。２４に
おけるピーク検出電圧はロータ角度変位が小さいときは
正の程度が大きく、逆に大きいロータ角度変位のときは
正の程度が小さい。ピーク検出器の電圧がＲ２のアーム
における電圧よりも正となった場合、Ａ３の出力は正と
なり、それによって可変抵抗器として作動するＦＥＴで
あるＱ２のゲートに正電圧を加える。Ｑ２のゲートによ
り高い電圧を加えると、その抵抗を下げ、これは駆動増
幅器Ａ２の利得を増加させる。これは、次に駆動トラン
ジスタＱ１によってモータの駆動巻線に加えられる電流
を増加させ、それによって、全体として角度変位に逆比
例する力でロータ角度変位を増加させる。

【００３９】従って、誤差増幅器Ａ３は、モータへの駆
動電流を制御し、初めに小さい角度変位のときに大きい
駆動電流を供給し、大きい角度変位のときに小さい駆動
電流を供給し、ピーク検出器の出力と、Ｒ２のアームの
電圧がほぼ等しくなるまで続ける。その点を考慮する
と、Ｒ２はモータの振動振幅を調整するために用いるこ
とができる。Ｒ２を横切って加えられる供給電圧は、電
圧調整器ＶＲ１によって調整され、電力供給電圧の小さ
い変動にも拘らず調整され、安定した参照出力電圧を提
供する。従ってモータの振幅は出力供給電圧が僅かに変
動するときでも変化しない。

【００４０】本発明の駆動回路は、重要な設計上の要因
である単一方向駆動という利点を有する。モータは発生
フィードバック電圧の正の半サイクルの間だけ駆動さ
れ、次に負ピーク検出器は負の半サイクルの間だけ充電
される。このことは、正の半サイクルの間の波形が、電
流が駆動巻線を通って流れるときに生じる駆動巻線及び
フィードバック巻線の間の誘導結合によって乱される可
能性があるため重要である。これは、正の半サイクルの
間にのみ生じるため、ピーク検出器は、それによって影
響を受けず、従ってフィードバック信号は正確に維持さ
れる。

【００４１】以上に説明したような駆動回路を有するモ
ータは、必ずしも確実にスタートしない。モータが回転
しない場合は、フィードバック電圧は発生しない。従っ
てＡ２にはフィードバック信号は加えられず、駆動トラ
ンジスタＱ１はターンオンせず、モータは駆動しない。
しかし、モータに極く僅かの回転が与えられると、回
路は前述のような作動を始める。本発明の駆動回路は、
先ず電圧が回路に加えられたときに駆動巻線１０にスタ
ート電流パルスを加えることによって確実にスタートさ
せる。スタート電流パルスは、モータを回転させ、その
時点で駆動回路とモータは振動運動を開始する。

【００４２】スタート電流パルスは、次のように発生さ
れる。まず、電力が回路に加えられると、コンデンサＣ
ＡＰ２の１つの端子は１．２Ｖの参照電圧がＶＲ１によ
り、ダイオードＤ１を経て供給され、他の端子は抵抗Ｒ
４及びＲ５によって接地される（モータが回転しないと
き）。従って、最初に電圧が回路に加えられると、ＣＡ
Ｐ２は２つの抵抗Ｒ４及びＲ５を経てＡ２の入力部を充
電させる。これにより、Ａ２の入力部に抵抗Ｒ５を横切
って電圧パルスが発生し、この電圧パルスは、瞬時にＱ
１をターンオンさせる。モータが回転を始めるや否や、
フィードバック巻線に発生した電圧によって制御された
電流が、前述のように駆動巻線に加えられる。最初は発
生フィードバック電圧は低く、従ってＡ３は前記のよう
に作動してＱ２を完全にオンにし、Ａ２の利得を最大に
する。これにより、Ｑ１は最初に大規模電流を駆動巻線
に供給し、従ってモータ振幅が急速に拡大する。前述の
ように適当な振幅に達すると、Ａ３はＡ２の利得を低下
させ、駆動電流は、２４の電圧がＲ２の設定により選択
された参照電圧の振幅に達したときに（所望の振幅を維
持するのに充分な大きさの）小さな値に減少する。

【００４３】図２は、オーバーシュートを最小にして、
モータをその最小振幅に安定させるように設計した図１
の変形例を示す。図２の実施例において、図１に示すよ
うに、接続された付加的なオペアンプ２６はＡ１の出力
部における発生電圧信号を反転し、ピーク検出コンデン
サ（ＣＡＰ１）は反転した正のピークで充電されるよう
にする。ＣＡＰ１は、今度は２倍の頻度で充電されるの
で、ＣＡＰ１を横切る電圧は、スタートアップ加速の
間、モータ振幅をより密接して追従する。これは、次に
モータが適正振幅に達したときに駆動増幅器Ａ２の利得
をより早く低下させる。正のピークの歪がピーク検出器
を反転させると、附加的なオペアンプ２６は僅かに小さ
い利得を有することができ、連続する各半サイクルが前
の半サイクルよりも大きいときは、スタート加速の間、
ピーク検出器２２を充電するだけである。一旦モータが
その安定状態の振幅に達すると、アンプ２６の出力はピ
ーク検出器２２を充電させるためには低すぎ、従って正
のピークの如何なる歪も影響を及ぼさない。従って、図
２の実施例は、フィードバック電圧の正と負の両方のピ
ークからフィードバック情報を得て、調整振幅を安定さ
せる時間をより速くするという結果になる。この変形例
では、モータはなお単一方向に駆動されており、駆動及
びフィードバック巻線の間の磁気結合はできるだけ最小
にされる。

【００４４】駆動回路は、モータを一方向にのみ駆動
し、このことは図３に示されるように駆動巻線に直列に
接続される成分の数を最小にするために重要である。こ
れにより、スタート時に駆動巻線に供給されるための電
圧が最大となる。モータが両方向に駆動された場合、２
つの手段が使用できる。図４に示す第１の手段では、駆
動巻線を図のように２つの駆動トランジスタと関連する
中心タップを設けて巻くことができる。これにより巻線
数が半分になり、所定の電流を加えたときに半分だけの
力がモータに加えられる。図５に示す第２の手段では、
常にコイルと直列になる２つの対角線方向に向かい合っ
たトランジスタを有するブリッジ駆動回路を用いること
ができる。図５のブリッジの形では、対角線方向に向か
い合ったトランジスタ対は交互にターンオンされて、コ
イルを通して電流を一方向または他の方向に流す。この
装置は大規模供給電圧に適しているが、低電圧では、ト
ランジスタを横切る電圧降下を最小にするためには、回
路設計はむしろ精巧なものでなければならない。この精
巧な回路がなければ、得られる電力供給電圧の半分以上
が低供給電圧（約３Ｖ）では失われるであろう。

【００４５】更に、他のコンパレータＣ２は、負のピー
ク検出器電圧を電圧分圧回路Ｒ６、Ｒ７によって提供さ
れるＲ２のアームの電圧の割合と比較する。ロータの変
位の振幅が適正に調整されると、ピーク検出器からの入
力は参照値よりも低くなるであろう。何らかの理由でシ
ステムが調整できなかった場合は、ピーク検出器電圧は
参照電圧よりも高くなり、コンパレータＣ２が作動す
る。モータがレーザ走査システムの作動に失敗した場
合、コンパレータＣ２の作動は、保安調整によって要求
されるように、レーザ走査ビーム生成器をターンオフさ
せるために用いることができる。

【００４６】図６及び図７は、マイラーモータ用の走査
装置３６の構成要素を示す。これについては、「走査装
置及び方法」として、１９９１年１２月４日出願の特許
出願第07/812923号明細書で詳細に説明されている。走
査装置３６は、細長いプラスチック４２の形の中心部分
を有する直立支持部材４０を含んでいる。直立支持部材
４０は、その両端から突出していて、全体的にＬ字型に
延びている曲がりアーム４４、４６を有し、その各アー
ムは鋭角αをなしている。全体的に長い矩形のブラケッ
ト４２は、ブラケットの端部に形成された孔４７を通っ
て延びて、耳軸４９のねじ孔の中に係合している適当な
固定部材（図示せず）によってプリント回路基板に設置
されている。ブラケット４２は、基板３０を通って延び
ている下端を有する支柱５０を旋回可能に支持するため
の孔の開いた中心部分４８を含み、支柱５０はプリント
回路基板３０の下面を横切って延びるように位置してい
る耳軸４９の中に挿入される。支柱５０は、平凹走査ミ
ラーのような適当な走査要素５４が固定されているブラ
ケットを含み、走査要素５４を支柱を通って同軸に延び
る軸の周りで振動できるようにする。その外部先端部７
４に支持されている磁石７２を有する突出するアーム部
材７０が支柱５０に固定されている。その磁石は、プリ
ント回路基板３０上に設置されている、電気的に励起さ
れた電磁巻線構造７６の内部で、交互に、電気的に吸引
されるか、反発されるのに適している。磁石は、巻線内
の開口部の内外に可動であり、その結果としてアーム部
材７０及び支柱５０を振動させ、走査ミラー５４に往復
振動運動を与える。

【００４７】マイラーシートで形成された平面リーフバ
ネ８０は、走査ミラー５４の振動運動の範囲を制御し、
本質的に、その中心位置に戻すか、またはバイアスさせ
るために備えられている。ブラケット構造４０の各曲が
りアーム部材４２の先端部４４、４６は、その間にリー
フバネを固定した補足的なクランプ部材６６、６８と協
同する半球状円筒形延長部６０、６２のようなクランプ
部材を備えている。リーフバネ８０は、支柱５０内に形
成された切り欠き部を通り、磁石を支持しているアーム
に係合し、マイラーリーフバネ８０の中心部が走査ミラ
ー５４を支持する回転支柱５０にクランプされる。マイ
ラーバネの反対端は、アーム４２の外側端において、各
半球状の断面のクランプ部材６０、６６、及びクランプ
部材６２、６８の間にそれぞれ固定的に係合するように
クランプされる。これによってバネは、フレキシブルな
アーム部材４４、４６によって引っ張られている間、例
えば、互いに直角に即ち９０度に、２つのアーム部分に
曲げられ、各端に向かって支柱の取り付け部から延びて
いる。これは、磁石の励起効果によって走査ミラー５４
に加えられる振動運動に反対して、それによって走査ミ
ラーをその終端部間で往復運動させる、走査ミラー５４
における弾力的バイアス回復作用を提供する。実際に
は、走査装置が作動中は、励起パルスが巻線に加えられ
る度毎に、磁石は巻線の中間孔または開口の中に引っ張
り込まれ、それによって振動可能な成分の全てを、それ
と共に引っ張り、同時にリーフバネを曲げる。リーフバ
ネの各アームは、全体的に平らであるが、磁石の振動に
対応して変位し、リーフバネの各アームが曲げられて、
その中にエネルギーを蓄積する。曲げられると、次にリ
ーフバネは、その蓄積したエネルギーを解放し、それに
よって磁石及び走査ミラーを変位させ、振動アセンブリ
全体を、減衰形式でその中心の正常位置を越えて休止位
置に戻す。この特別な構造によって、確実にその２つの
終端部間でミラーの振動が制御され、目標物体上の情報
を読み取るための一様な走査動作を与えることができ
る。

【００４８】マイラーで形成されているリーフバネ８０
の構成を除いて、前記に説明した走査装置３６の残りの
成分は、例えばレクサンまたは同様なもののようなモー
ルドプラスチック材料で形成されてもよい。プリント回
路基板３０上の全走査装置を支持したモジュラーからな
る簡単な構成は、走査装置を万一、落としたり、乱暴に
取り扱ったりすることによって遭遇する外部から生じた
ショックや振動に対して装置を有効に保護し、同時に、
この構成を実質上安価なものとし、容易に、迅速に使用
できるものにする。

【００４９】図８は、本発明の共振モータに関連して用
いることのできるバーコードリーダーを簡略化して実施
例である。リーダー１００は図示のようにハンドヘルド
型キャナの中に組み込まれたり、あるいは卓上ワークス
テーションまたは固定スキャナの中に組み込まれる。好
適実施例では、この装置は出射レーザ光ビーム１５１
が、ハウジングの外にあるシンボル１７０を横切って走
査するために指向される射出部１５６を含むハウジング
１５５内に装備される。

【００５０】図８のハンドヘルド型装置は、一般に米国
特許第4,760,248号明細書または米国特許第4,896,026号
明細書に開示されたスタイルであり、シンボル・テクノ
ロジー社から市販されている商品番号ＬＳ８１００また
はＬＳ２０００の形に類似している。更に、これに加え
て米国特許第4,760248号明細書、米国特許第4,409,470
号明細書に記載された、これらの特許の特徴を図８のバ
ーコードリーダー装置の構成に用いることができる。こ
れらの米国特許第4,760,248号明細書、同第4,896,026号
明細書及び同第4,409,470号明細書を参考までに、ここ
で簡単に説明する。

【００５１】図８をさらに詳しく説明すると、出射光ビ
ーム１５１は、リーダー１００内で、通常レーザダイオ
ード等から発生され、リーダー装置の前部から数インチ
の目標物の上に配置されたバーコードシンボル上に入射
するように指向される。出力ビーム１５１は走査パター
ンで走査され、ユーザーはこの走査パターンの読み取る
べきシンボルを横断するようにハンドヘルド型装置の位
置決めをする。シンボルからの反射光１５２は、リーダ
ー装置の光応答装置１５８によって検出され、バーコー
ドによって表わされたデータを再生するために処理さ
れ、符号化される、連続的な電気信号を発生する。

【００５２】好適実施例では、リーダー装置１００は、
ピストルのグリップ型のハンドル１５３を有するピスト
ル型の装置であり、ユーザーが読み取るべきシンボルに
狙いを定めたとき、光ビーム１５１及び検出器回路を作
動させるために可動トリガーを用いる。したがって、装
置が電池式電源の場合には、電池寿命を節減することが
できる。軽量のプラスチックハウジング１５５は、レー
ザ光源、光検出器１５８、光学系及び信号処理回路、Ｃ
ＰＵ１４０並びに電源または電池１６２を含む。ハウジ
ング１５５の前端の光透過窓１５６によって、光ビーム
１５１が出射し、反射光１５２が入射することができ
る。リーダー１００は、シンボルから離れて、シンボル
に接触しないか、シンボルを横断して移動しないような
位置から、ユーザーによってバーコードシンボルに狙い
を付けるように設けられている。一般に、このタイプの
ハンドヘルド型バーコードリーダーは、恐らく数インチ
の距離で作動するように設定されている。

【００５３】図８を更に詳しく説明すると、適当なレン
ズ１５７（またはマルチプルレンズシステム等）が適当
な参照面にあるバーコードシンボルに走査ビームの焦点
を合わせるために使用される。半導体レーザダイオード
のような光源１４６は、光ビームをレンズ１５７の軸間
に導くように位置決めされ、ビームは部分的に銀メッキ
されたミラー１４７及び他のレンズまたは必要なビーム
成形体を通り、本発明の電圧駆動回路によって駆動され
るトリガースイッチ１５４が引かれたときに、作動する
走査モータに１６０取り付けられた振動ミラー１５９に
沿って進む。光源１４６によって作られた光が可視光で
ないときは、照準光は必要ならばレーザビームと同様に
固定され、走査される可視光スポットを作る。ユーザー
はこの可視光を用いて、トリガースイッチ１５４を引く
前にリーダー装置の狙いをシンボルに定める。

【００５４】共振モータの駆動回路に関する本発明の幾
つかの実施例と変形例を、ここに詳細に示したが、本発
明の開示と教示は、当業者が多くの代替品の設計をする
に当り示唆を与えるものであることは明らかであろう。

【００５５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
従来の共振駆動よりも簡単で、低電力供給電圧で動作
し、モータ駆動巻線に有効電力供給電圧の大きいパーセ
ントの電圧を加えることにより、モータを急速に始動さ
せることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のバーコードスキャナに用いられる駆動
回路の回路構成図である。

【図２】図１の変形例である。

【図３】駆動巻線に加えられるべき電圧を最大にする駆
動巻線と直列に接続されている少数の成分を示す。

【図４】駆動巻線が２つの駆動トランジスタに関連して
中心タップに巻かれているモータを２つの方向に駆動す
るための第１の手段を示す。

【図５】駆動回路の他の構成例を示す。

【図６】走査装置及び方法に関する米国特許出願第07/8
12923号明細書に従って構成されたマイラー走査モータ
の一部の拡大断面図を示す。

【図７】図６の線６ー６に沿って見た断面図を示す。

【図８】本発明の共振モータの駆動回路に関連して用い
られるバーコードリーダーの１つのタイプの高度に簡単
化した例を示す。

【符号の説明】

１０ 駆動巻線 １２ フィードバック巻線 １４ 磁石 １８ 走査ミラー １９ 走査ビーム生成器 ２０ モータ戻しバネ ２１ 検出器

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 走査ミラーを振動するように支持し、基
   板上に組み立てられたバーコードスキャナーにおいて、
   第１及び第２の回転方向に周期的に振動するように駆動
   される走査ミラーと、永久磁石と走査ミラーを一体的に
   支持する支持手段と、前記支持手段を走査装置に対して
   回動自在に係合する弾性部材と、前記支持手段に駆動力
   を与えるように配置された駆動巻線と、前記駆動巻線に
   対して、第１の方向の駆動信号を与え、前記走査ミラー
   に対して第１の方向の運動を与える駆動回路とを備え、
   この駆動回路は、前記第1の駆動信号を与えていない期
   間に検出される検出信号に基づいて、前記第１の方向の
   駆動信号を駆動巻線に対して印加することを特徴とする
   バーコードスキャナー。
2. 【請求項２】 走査ミラーを振動するように支持し、基
   板上に組み立てられたバーコードスキャナーにおいて、
   第１及び第２の方向に周期的に振動するように駆動され
   る走査ミラーと、永久磁石と走査ミラーを一体的に支持
   する支持手段と、前記支持手段を走査装置に対して回動
   自在に係合する弾性部材と、前記支持手段に駆動力を与
   えるように配置された駆動巻線と、前記駆動巻線に対し
   て、少なくとも第１の方向の駆動信号を与え、前記走査
   ミラーに対して第１の方向の運動を与える駆動回路とを
   備え、この駆動回路は、前記支持手段が振動する期間に
   検出される検出信号に基づいて、前記第１の方向の駆動
   信号を駆動巻線に対して印加することを特徴とするバー
   コードスキャナー。
3. 【請求項３】 前記検出信号により、走査装置の動作が
   異常と判断した場合、走査失敗信号を出力することを特
   徴とする請求項１および２記載のバーコードスキャナ
   ー。
4. 【請求項４】 前記検出信号により、走査開始信号を生
   成し、出力することを特徴とする請求項１、2および３
   記載のバーコードスキャナー。