JPH04217079A - 広い作業範囲を有するレーザースキャナ - Google Patents
広い作業範囲を有するレーザースキャナInfo
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- JPH04217079A JPH04217079A JP3030414A JP3041491A JPH04217079A JP H04217079 A JPH04217079 A JP H04217079A JP 3030414 A JP3030414 A JP 3030414A JP 3041491 A JP3041491 A JP 3041491A JP H04217079 A JPH04217079 A JP H04217079A
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- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06K—GRAPHICAL DATA READING; PRESENTATION OF DATA; RECORD CARRIERS; HANDLING RECORD CARRIERS
- G06K7/00—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns
- G06K7/10—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation
- G06K7/10544—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation by scanning of the records by radiation in the optical part of the electromagnetic spectrum
- G06K7/10792—Special measures in relation to the object to be scanned
-
- G—PHYSICS
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- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
- G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
- G02B26/10—Scanning systems
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/001—Axicons, waxicons, reflaxicons
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- G—PHYSICS
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- G06K—GRAPHICAL DATA READING; PRESENTATION OF DATA; RECORD CARRIERS; HANDLING RECORD CARRIERS
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- G06K7/10544—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation by scanning of the records by radiation in the optical part of the electromagnetic spectrum
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、バーコードスキャナ、
より詳細には広い作業範囲すなわち焦点深度を有するレ
ーザービーム走査パターンを発生するレーザースキャナ
に関するものである。
より詳細には広い作業範囲すなわち焦点深度を有するレ
ーザービーム走査パターンを発生するレーザースキャナ
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】これまで、ラベルまたは物品の表面に付
けられたバーコード記号を読み取る各種の光学式読取り
装置や光学式走査装置が開発された。バーコード記号自
体は一連のさまざまな幅をもつ隣接するバーとスペース
とから成る表示のコード化パターンである。バーとスペ
ースは異なる光反射特性を有する。
けられたバーコード記号を読み取る各種の光学式読取り
装置や光学式走査装置が開発された。バーコード記号自
体は一連のさまざまな幅をもつ隣接するバーとスペース
とから成る表示のコード化パターンである。バーとスペ
ースは異なる光反射特性を有する。
【０００３】現在、多くの異なるバーコード規格が存在
する。これらの規格として、たとえば、ＵＰＣ／ＥＡＮ
， Ｃｏｄｅ １２８， Ｃｏｄａｂａｒ， Ｉｎｔｅ
ｒｌｅａｖｅｄ ２ ｏｆ ５ などがある。読取り
装置や走査装置は、各記号を電気光学的に復号して、物
品または物品の一定の特徴を表示するために意図された
多数の英数文字にする。そのような文字は、一般に、デ
ータ処理装置に対する入力としてディジタル形式で表現
され、販売時点情報管理、在庫管理、等に使用される。 この一般的タイプの走査装置は、たとえば、米国特許第
４，２５１，７９８ 号、同第４，３６０，７９８ 号
、同第４，３６９，３６１ 号、同第４，３８７，２９
７ 号、同第４，４０９，４７０ 号、同第４，４６０
，１２０ 号に開示されている。
する。これらの規格として、たとえば、ＵＰＣ／ＥＡＮ
， Ｃｏｄｅ １２８， Ｃｏｄａｂａｒ， Ｉｎｔｅ
ｒｌｅａｖｅｄ ２ ｏｆ ５ などがある。読取り
装置や走査装置は、各記号を電気光学的に復号して、物
品または物品の一定の特徴を表示するために意図された
多数の英数文字にする。そのような文字は、一般に、デ
ータ処理装置に対する入力としてディジタル形式で表現
され、販売時点情報管理、在庫管理、等に使用される。 この一般的タイプの走査装置は、たとえば、米国特許第
４，２５１，７９８ 号、同第４，３６０，７９８ 号
、同第４，３６９，３６１ 号、同第４，３８７，２９
７ 号、同第４，４０９，４７０ 号、同第４，４６０
，１２０ 号に開示されている。
【０００４】上に挙げた特許文献のいくつかに開示され
ているように、そのような走査装置の広く使用されてい
る実例においては、レーザービームが記号を一直線に横
切って走査する。交互に配置されたさまざまな幅の長方
形の反射部分と非反射部分とから成る記号は、このレー
ザー光の一部分を反射する。次に、この反射光を光検出
器が検出して受光した光の強度を表す電気信号を発生す
る。続いて、この電気信号を走査装置の電子回路または
ソフトウェアが復号し、走査した記号が表すデータのデ
ィジタル表現にする。
ているように、そのような走査装置の広く使用されてい
る実例においては、レーザービームが記号を一直線に横
切って走査する。交互に配置されたさまざまな幅の長方
形の反射部分と非反射部分とから成る記号は、このレー
ザー光の一部分を反射する。次に、この反射光を光検出
器が検出して受光した光の強度を表す電気信号を発生す
る。続いて、この電気信号を走査装置の電子回路または
ソフトウェアが復号し、走査した記号が表すデータのデ
ィジタル表現にする。
【０００５】一般に、スキャナはガスレーザーまたは半
導体レーザーなど、光ビームを発生する光源を備えてい
る。特に、半導体レーザーは小型で、安価で、電力消費
が少ないので、走査装置の光源として使用するのに適し
ている。光ビームは、あらかじめ決められた距離で一定
サイズのビームスポットになるように、一般にレンズに
よって光学的に修正される。ビームスポットのサイズは
、記号の異なる光反射率の領域すなわちバーとスペース
の間の最小幅以下にすることが好ましい。
導体レーザーなど、光ビームを発生する光源を備えてい
る。特に、半導体レーザーは小型で、安価で、電力消費
が少ないので、走査装置の光源として使用するのに適し
ている。光ビームは、あらかじめ決められた距離で一定
サイズのビームスポットになるように、一般にレンズに
よって光学的に修正される。ビームスポットのサイズは
、記号の異なる光反射率の領域すなわちバーとスペース
の間の最小幅以下にすることが好ましい。
【０００６】さらに、スキャナは走査手段と光検出器を
備えている。走査手段は記号を横切ってビームスポット
を掃引し、記号を越えた所まで走査線を描くこともでき
るし、スキャナの視野を走査することもできるし、また
はその両方を行うこともできる。光検出器は記号を横切
って記号を少し越えた所まで伸びた視野を有しており、
記号から反射された光を検出する。最初に、光検出器か
らのアナログ電気信号は、普通、バーおよびスペースの
実際の幅に対応する幅を有するパルス幅変調ディジタル
信号に変換される。次に、この信号は、特定の記号表示
法に従って、記号の符号化されたデータの２進表現に復
号され、そして英数文字にされる。
備えている。走査手段は記号を横切ってビームスポット
を掃引し、記号を越えた所まで走査線を描くこともでき
るし、スキャナの視野を走査することもできるし、また
はその両方を行うこともできる。光検出器は記号を横切
って記号を少し越えた所まで伸びた視野を有しており、
記号から反射された光を検出する。最初に、光検出器か
らのアナログ電気信号は、普通、バーおよびスペースの
実際の幅に対応する幅を有するパルス幅変調ディジタル
信号に変換される。次に、この信号は、特定の記号表示
法に従って、記号の符号化されたデータの２進表現に復
号され、そして英数文字にされる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】レーザースキャナが発
生する走査パターンに関して、照明レーザービームを発
生させ、レンズ系を使用してレーザービームを平行光線
にするか、または収束させて、所定の作業範囲にわたっ
て所定の直径のビームスポットを形成する方法は、以前
より知られている。レーザービームに直角な平面（すな
わち、記号と平行な平面）内のレーザービームの強度は
、通例、高い中央ピークを有するガウス分布に特徴があ
る。したがって、一定の作業範囲にあるバーコード記号
の上に、集中的に明るいビームスポットが生じ、記号を
横切って走査される。しかし、スキャナと記号間の距離
が前記作業範囲（一般に、数インチの長さに過ぎない）
の外へ移ると、レーザービームの回析のため、ビームス
ポットの強度が急激に低下する。以上のことから、記号
を正しく読み取るには、記号からかなり狭い距離範囲の
中に、走査装置を置かなくてはならない。
生する走査パターンに関して、照明レーザービームを発
生させ、レンズ系を使用してレーザービームを平行光線
にするか、または収束させて、所定の作業範囲にわたっ
て所定の直径のビームスポットを形成する方法は、以前
より知られている。レーザービームに直角な平面（すな
わち、記号と平行な平面）内のレーザービームの強度は
、通例、高い中央ピークを有するガウス分布に特徴があ
る。したがって、一定の作業範囲にあるバーコード記号
の上に、集中的に明るいビームスポットが生じ、記号を
横切って走査される。しかし、スキャナと記号間の距離
が前記作業範囲（一般に、数インチの長さに過ぎない）
の外へ移ると、レーザービームの回析のため、ビームス
ポットの強度が急激に低下する。以上のことから、記号
を正しく読み取るには、記号からかなり狭い距離範囲の
中に、走査装置を置かなくてはならない。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明に係るバーコード
読取り装置の一実施例は、非常に広い作業範囲すなわち
焦点深度を有するレーザービーム走査装置を使用してい
る。簡単に述べると、走査装置は、レーザー光源たとえ
ばガスレーザーまたは半導体レーザーダイオードと、所
定の直径の中央ビームスポットを有する回析パターンを
生じさせる光学手段と、変調されたレーザービームを記
号を横切るように走査する走査手段とから成る。
読取り装置の一実施例は、非常に広い作業範囲すなわち
焦点深度を有するレーザービーム走査装置を使用してい
る。簡単に述べると、走査装置は、レーザー光源たとえ
ばガスレーザーまたは半導体レーザーダイオードと、所
定の直径の中央ビームスポットを有する回析パターンを
生じさせる光学手段と、変調されたレーザービームを記
号を横切るように走査する走査手段とから成る。
【０００９】本発明の走査装置は、特に、広い作業範囲
を有する走査パターンを発生することができる能力に特
徴がある。第１の実施例の場合、正規ガウス分布形光ビ
ームは、アキシコン（ａｘｉｃｏｎ）などの回転体と、
光路に配置されたスリット（一部の実施例）とから成る
光学手段によって修正される。この光学手段は、バーコ
ードパターンに平行な方向にほとんど回析しないビーム
を生じさせる。光路内のスリットは、走査線に対し平行
であり、そして走査するバーコード記号のバーとスペー
スに対し直角である。アキシコンは、回転体軸線上の点
光源からの光を、反射、屈折、あるいはその両方により
、レンズによる場合のように１点でなく、前記軸線の相
当な範囲に沿って連続する一連の点にわたって、前記軸
線を横切るように曲げる回転体と定義される。生じたビ
ームスポットの光強度と直径は、この範囲にわたって少
し変化するだけである。また、アキシコンは中心スポッ
トと同心の光の回析リングを生じさせるので、走査方向
に平行な領域（この領域では、回析リングにより反射光
信号の転移のシャープネスが低下する傾向が比較的少な
い）を除き、スリットは回析リングを除去するのに役立
つ。
を有する走査パターンを発生することができる能力に特
徴がある。第１の実施例の場合、正規ガウス分布形光ビ
ームは、アキシコン（ａｘｉｃｏｎ）などの回転体と、
光路に配置されたスリット（一部の実施例）とから成る
光学手段によって修正される。この光学手段は、バーコ
ードパターンに平行な方向にほとんど回析しないビーム
を生じさせる。光路内のスリットは、走査線に対し平行
であり、そして走査するバーコード記号のバーとスペー
スに対し直角である。アキシコンは、回転体軸線上の点
光源からの光を、反射、屈折、あるいはその両方により
、レンズによる場合のように１点でなく、前記軸線の相
当な範囲に沿って連続する一連の点にわたって、前記軸
線を横切るように曲げる回転体と定義される。生じたビ
ームスポットの光強度と直径は、この範囲にわたって少
し変化するだけである。また、アキシコンは中心スポッ
トと同心の光の回析リングを生じさせるので、走査方向
に平行な領域（この領域では、回析リングにより反射光
信号の転移のシャープネスが低下する傾向が比較的少な
い）を除き、スリットは回析リングを除去するのに役立
つ。
【００１０】また、走査装置は、バーコード記号を横切
って大きなビームスポットを掃引する走査手段を備えて
いる。したがって、走査装置は既存のバーコード読取り
装置とほぼ同じやり方でバーコード記号を走査する。し
かし、読取りの有効性は変わらないが、記号に対するス
キャナの位置は既存の読取り装置とは大きく異なる。言
い換えると、本発明の走査装置は、従来の読取り装置よ
りも広い作業範囲すなわち焦点深度を有する。本発明の
新規な走査装置の利点は、定置式走査装置（デパートの
カウンターに通常見られるスキャナ）にも、スーパーマ
ーケットでの勘定のほか、在庫管理、等に広く使われて
いる手持ち式走査装置にも利用することができる。
って大きなビームスポットを掃引する走査手段を備えて
いる。したがって、走査装置は既存のバーコード読取り
装置とほぼ同じやり方でバーコード記号を走査する。し
かし、読取りの有効性は変わらないが、記号に対するス
キャナの位置は既存の読取り装置とは大きく異なる。言
い換えると、本発明の走査装置は、従来の読取り装置よ
りも広い作業範囲すなわち焦点深度を有する。本発明の
新規な走査装置の利点は、定置式走査装置（デパートの
カウンターに通常見られるスキャナ）にも、スーパーマ
ーケットでの勘定のほか、在庫管理、等に広く使われて
いる手持ち式走査装置にも利用することができる。
【００１１】
【実施例】発明の構成やその使用方法ならびに発明のそ
の他の目的および利点については、添付図面を参照して
、以下の特定実施例の説明を読まれれば、よく理解でき
るであろう。
の他の目的および利点については、添付図面を参照して
、以下の特定実施例の説明を読まれれば、よく理解でき
るであろう。
【００１２】図１に、本発明の特徴を使用したバーコー
ド記号読取り用の手持ち式レーザースキャナ１０を示す
。「発明の詳細な説明」および「特許請求の範囲」にお
いて使用する用語「記号」は、広義に解釈されるべきで
あり、通例、バーコード記号と呼ばれる交互に配置され
たさまざまな幅のバーとスペースから成る記号パターン
のほか、その他の一次元または二次元図形や英数文字も
含むものとする。一般に、用語「記号」は、光ビーム特
にレーザービームで走査することによって認識または識
別可能なあらゆる種類のパターンに用いられる。
ド記号読取り用の手持ち式レーザースキャナ１０を示す
。「発明の詳細な説明」および「特許請求の範囲」にお
いて使用する用語「記号」は、広義に解釈されるべきで
あり、通例、バーコード記号と呼ばれる交互に配置され
たさまざまな幅のバーとスペースから成る記号パターン
のほか、その他の一次元または二次元図形や英数文字も
含むものとする。一般に、用語「記号」は、光ビーム特
にレーザービームで走査することによって認識または識
別可能なあらゆる種類のパターンに用いられる。
【００１３】レーザースキャナ１０は、前に挙げた特許
文献に記載されている形式のものであり、一般に銃身部
１１と銃把部１２から成るハウジングを有する。手持ち
式ガン形ハウジングを示したが、本発明の特徴は、卓上
ワークステーションや定置式スキャナにも具体化するこ
とができる。図示した実施例の場合、ハウジングの銃身
部１１は出口窓１３を有する。レーザービーム１４はそ
の窓１３を通って出ていき、ハウジングの外に置かれた
記号１５に当たり、記号を走査する。レーザービームは
記号を横切るように移動して走査線１６を描く。レーザ
ービーム１４のこの走査運動は、ステップモーター１８
で駆動される揺動ミラー１７によって生じる。引き金形
スイッチ１９または同様な手動操作手段が設けられてお
り、使用者はスキャナ１０を記号１５に向けて引き金形
スイッチを操作することで走査動作を開始させることが
できる。したがって、常時起動ではなく、走査を開始す
るときだけ、レーザー光源２０、走査モーター１８、光
検出器、復号器などの部品を起動させるので、電力消費
が少なくてすむ。レーザー光源２０たとえばガスレーザ
ーまたは半導体レーザーダイオードは、ハウジングの中
に設置されており、電力が供給されると、レーザービー
ム１４を発生する。また、バーコード記号１５から反射
された光に応答する光検出器２１が設置されている。こ
の光検出器は窓１３に面して設置してもよいし、反射光
を収束させるため走査ミラー１７の凸面部分を使用して
もよい。後者の場合、光検出器は走査ミラー１７に向か
い合う。レーザービーム１４が記号１５を掃引すると、
光検出器２１は記号１５から反射された光を検出して、
アナログ電気信号を発生する。このアナログ電気信号は
、一般に、記号１５のバーおよびスペースの実際の幅に
対応する幅を有するパルス幅変調ディジタル信号に変換
される。次に、この信号は、特定の記号表示法に従って
、記号内の符号化されたデータの２進表示に復号され、
そして英数字文字にされる。
文献に記載されている形式のものであり、一般に銃身部
１１と銃把部１２から成るハウジングを有する。手持ち
式ガン形ハウジングを示したが、本発明の特徴は、卓上
ワークステーションや定置式スキャナにも具体化するこ
とができる。図示した実施例の場合、ハウジングの銃身
部１１は出口窓１３を有する。レーザービーム１４はそ
の窓１３を通って出ていき、ハウジングの外に置かれた
記号１５に当たり、記号を走査する。レーザービームは
記号を横切るように移動して走査線１６を描く。レーザ
ービーム１４のこの走査運動は、ステップモーター１８
で駆動される揺動ミラー１７によって生じる。引き金形
スイッチ１９または同様な手動操作手段が設けられてお
り、使用者はスキャナ１０を記号１５に向けて引き金形
スイッチを操作することで走査動作を開始させることが
できる。したがって、常時起動ではなく、走査を開始す
るときだけ、レーザー光源２０、走査モーター１８、光
検出器、復号器などの部品を起動させるので、電力消費
が少なくてすむ。レーザー光源２０たとえばガスレーザ
ーまたは半導体レーザーダイオードは、ハウジングの中
に設置されており、電力が供給されると、レーザービー
ム１４を発生する。また、バーコード記号１５から反射
された光に応答する光検出器２１が設置されている。こ
の光検出器は窓１３に面して設置してもよいし、反射光
を収束させるため走査ミラー１７の凸面部分を使用して
もよい。後者の場合、光検出器は走査ミラー１７に向か
い合う。レーザービーム１４が記号１５を掃引すると、
光検出器２１は記号１５から反射された光を検出して、
アナログ電気信号を発生する。このアナログ電気信号は
、一般に、記号１５のバーおよびスペースの実際の幅に
対応する幅を有するパルス幅変調ディジタル信号に変換
される。次に、この信号は、特定の記号表示法に従って
、記号内の符号化されたデータの２進表示に復号され、
そして英数字文字にされる。
【００１４】本発明に従って、レーザー光源２０と出口
窓１３間の光路に、アキシコン２２とスリット２３が挿
置される。このアキシコン２２とスリット２３の組合せ
は、走査ビームを修正して、スキャナ１０の広い作業範
囲２４すなわち焦点深度を生じさせる。第１の実施例に
おいて、レーザー光源２０はレーザービーム１４をアキ
シコン２２とスリット２３から成る光学手段に向ける。 レーザービーム１４はその光学手段によって修正された
あと、走査ミラー１７に当たる。垂直軸に取り付けられ
、駆動モーター１８で垂直軸のまわりに回転される走査
ミラー１７は、レーザービーム１４を反射し、出口窓１
３を通して記号へ送る。
窓１３間の光路に、アキシコン２２とスリット２３が挿
置される。このアキシコン２２とスリット２３の組合せ
は、走査ビームを修正して、スキャナ１０の広い作業範
囲２４すなわち焦点深度を生じさせる。第１の実施例に
おいて、レーザー光源２０はレーザービーム１４をアキ
シコン２２とスリット２３から成る光学手段に向ける。 レーザービーム１４はその光学手段によって修正された
あと、走査ミラー１７に当たる。垂直軸に取り付けられ
、駆動モーター１８で垂直軸のまわりに回転される走査
ミラー１７は、レーザービーム１４を反射し、出口窓１
３を通して記号へ送る。
【００１５】図１にアキシコン２２とミラー１７の間に
スリット２３を配置した形態を示したが、図２に示すよ
うにミラー１７の下流にスリット２３を配置してもよい
ことを理解されたい。以下に述べるように、アキシコン
によって生じる特有の光パターンが形成された後、スリ
ット２３を光路内の場所に配置することが好ましいので
、アキシコン２２とスリット２３間の最適距離はアキシ
コンの形状と特性によって決まる。
スリット２３を配置した形態を示したが、図２に示すよ
うにミラー１７の下流にスリット２３を配置してもよい
ことを理解されたい。以下に述べるように、アキシコン
によって生じる特有の光パターンが形成された後、スリ
ット２３を光路内の場所に配置することが好ましいので
、アキシコン２２とスリット２３間の最適距離はアキシ
コンの形状と特性によって決まる。
【００１６】図３に、アキシコン２２の正面図と断面図
を示す。この実例の場合、円錐形の光学要素は半径Ｒと
図示の角度αを有する。図４に示すように、平行光線に
されたレーザービーム１４′がアキシコン２２を通過す
るとき、アキシコン２２は、レンズを使用する従来のス
キャナの場合のように１点でなく、回転軸上の連続する
一連の点にわたって回転軸Ｚを横切るように光線を曲げ
る。
を示す。この実例の場合、円錐形の光学要素は半径Ｒと
図示の角度αを有する。図４に示すように、平行光線に
されたレーザービーム１４′がアキシコン２２を通過す
るとき、アキシコン２２は、レンズを使用する従来のス
キャナの場合のように１点でなく、回転軸上の連続する
一連の点にわたって回転軸Ｚを横切るように光線を曲げ
る。
【００１７】光学材料で作られた、屈折率ｎ、半径Ｒお
よび角度α（α≪１）のアキシコン２２の場合、焦点深
度（図１の作業範囲２４の長さ）は次式で与えられる。 Ｚｄ ＝Ｒ／（ｎ−１）α アキシコン２２は、回転軸Ｚに沿う作業範囲２４で定義
された領域内で、図５に示すように、強い光強度の中央
円すなわちビームスポット２６と、弱い光強度の周囲リ
ング２７から成る干渉パターンを生じさせる。図５の右
側の図は横位置について光強度を概略的にプロットした
ものである。この光パターンの形状は、回転軸Ｚに沿っ
て焦点深度２４内ではほとんど変わらない。中心スポッ
ト２６の直径ｄは回析理論を用いて計算することができ
る。すなわち、 ｄ＝２．４ λ／π（ ｎ−１）α（α≪１）ここで、
λはレーザービームの波長である。例えば、λ＝６７０
ｎｍ、α＝０．１ °、ｎ＝１．５ 、Ｒ＝５ ｍｍ
の場合、Ｚｄ ＝５．７ ｍおよびｄ＝０．６ ｍｍが
得られる。これに対し、ｄｅｆｆ ＝０．６ ｍｍのガ
ウス分布形ビームの作業範囲は約１ｍ以下である。
よび角度α（α≪１）のアキシコン２２の場合、焦点深
度（図１の作業範囲２４の長さ）は次式で与えられる。 Ｚｄ ＝Ｒ／（ｎ−１）α アキシコン２２は、回転軸Ｚに沿う作業範囲２４で定義
された領域内で、図５に示すように、強い光強度の中央
円すなわちビームスポット２６と、弱い光強度の周囲リ
ング２７から成る干渉パターンを生じさせる。図５の右
側の図は横位置について光強度を概略的にプロットした
ものである。この光パターンの形状は、回転軸Ｚに沿っ
て焦点深度２４内ではほとんど変わらない。中心スポッ
ト２６の直径ｄは回析理論を用いて計算することができ
る。すなわち、 ｄ＝２．４ λ／π（ ｎ−１）α（α≪１）ここで、
λはレーザービームの波長である。例えば、λ＝６７０
ｎｍ、α＝０．１ °、ｎ＝１．５ 、Ｒ＝５ ｍｍ
の場合、Ｚｄ ＝５．７ ｍおよびｄ＝０．６ ｍｍが
得られる。これに対し、ｄｅｆｆ ＝０．６ ｍｍのガ
ウス分布形ビームの作業範囲は約１ｍ以下である。
【００１８】外側リング２７の全エネルギーはビームス
ポット２６に含まれるエネルギーと同程度であるから、
これらの外側リング２７は、バーコードを走査するとき
所望のコントラストをかなり低下させる。これらの外側
リング２７によって生じる上記のコントラストの低下を
できるだけ少なくするため、スリット２３を用いてｙ方
向のビームの空間範囲を制限し、図６に示すような形状
２８にすることが好ましい。スリット２３の幅、したが
って形状２８（ｙ方向）の高さは、効率を過度に犠牲に
せずに、最適な分解能が得られるように選定される。た
とえば、この高さは中央スポット２６の幅ｗのほぼ２倍
にすることができる。一般に、バーコードは一次元記号
であるから、バーに平行に、ｙ方向の分解能を犠牲にし
ても、スキャナの性能を大幅に損なうことない。スリッ
ト２３の幅を狭くすれば、コントラストおよびスキャナ
の性能が向上するが、レーザー光源２０の必要電力が増
大するので、幅を狭くすることができる範囲は制限され
る。たとえば、レーザービームが半径５ｍｍのアキシコ
ン２２と幅０．３ ｍｍのスリット２３を通過すれば、
（ｗ／Ｒ）１／２ ＝（０．３ ／５）１／２ ＝０．
２５ により、高さの７５％を失う。現在、放射パワ
ー５ｍＷのレーザー光源を入手することができるし、ほ
とんどのスキャナの必要パワーは１ｍＷに過ぎないから
、一般に、上記の制限は重要ではない。スリット２３は
、所望の幅の透明な開口を有する固体不透明材料の独立
要素として制作してもよいし、代わりに、アキシコン２
２自体に形状を与えてスリット２３の形状にしてもよい
。すなわちアキシコン２２を、上縁および下縁に沿って
切頭してもよい。
ポット２６に含まれるエネルギーと同程度であるから、
これらの外側リング２７は、バーコードを走査するとき
所望のコントラストをかなり低下させる。これらの外側
リング２７によって生じる上記のコントラストの低下を
できるだけ少なくするため、スリット２３を用いてｙ方
向のビームの空間範囲を制限し、図６に示すような形状
２８にすることが好ましい。スリット２３の幅、したが
って形状２８（ｙ方向）の高さは、効率を過度に犠牲に
せずに、最適な分解能が得られるように選定される。た
とえば、この高さは中央スポット２６の幅ｗのほぼ２倍
にすることができる。一般に、バーコードは一次元記号
であるから、バーに平行に、ｙ方向の分解能を犠牲にし
ても、スキャナの性能を大幅に損なうことない。スリッ
ト２３の幅を狭くすれば、コントラストおよびスキャナ
の性能が向上するが、レーザー光源２０の必要電力が増
大するので、幅を狭くすることができる範囲は制限され
る。たとえば、レーザービームが半径５ｍｍのアキシコ
ン２２と幅０．３ ｍｍのスリット２３を通過すれば、
（ｗ／Ｒ）１／２ ＝（０．３ ／５）１／２ ＝０．
２５ により、高さの７５％を失う。現在、放射パワ
ー５ｍＷのレーザー光源を入手することができるし、ほ
とんどのスキャナの必要パワーは１ｍＷに過ぎないから
、一般に、上記の制限は重要ではない。スリット２３は
、所望の幅の透明な開口を有する固体不透明材料の独立
要素として制作してもよいし、代わりに、アキシコン２
２自体に形状を与えてスリット２３の形状にしてもよい
。すなわちアキシコン２２を、上縁および下縁に沿って
切頭してもよい。
【００１９】図７に、アキシコン２２とスリット２３の
配置と、作業範囲２４の領域におけるレーザービーム１
４′の成形を斜視図で示す。レーザービーム１４′は、
通例、図１の揺動ミラー１７によりバーコード記号を横
切ってＸ方向に（記号の平面内で）走査される。
配置と、作業範囲２４の領域におけるレーザービーム１
４′の成形を斜視図で示す。レーザービーム１４′は、
通例、図１の揺動ミラー１７によりバーコード記号を横
切ってＸ方向に（記号の平面内で）走査される。
【００２０】図８に、スリット２３の幅を変えた効果、
すなわち、異なる幅のスリットを有する図１〜図７のス
キャナによって生じたれた非回析ビームを使用した場合
のステップ応答を示す。ここで、距離ａ（ｍｍ）は、「
ステップ関数」バーコード要素の縁に対するビームの位
置であり、Ｇ（ａ） は光検出器２１の応答と関係があ
る。スリット２３の幅ｗは０〜５ｍｍの範囲で相違して
いる。より狭いスリットでは、最大の分解能が得られる
ことがわかるが、もちろん光の強度レベルは影響を受け
るし、厳しい回析効果は有害であるので、妥協点が選ば
れる。
すなわち、異なる幅のスリットを有する図１〜図７のス
キャナによって生じたれた非回析ビームを使用した場合
のステップ応答を示す。ここで、距離ａ（ｍｍ）は、「
ステップ関数」バーコード要素の縁に対するビームの位
置であり、Ｇ（ａ） は光検出器２１の応答と関係があ
る。スリット２３の幅ｗは０〜５ｍｍの範囲で相違して
いる。より狭いスリットでは、最大の分解能が得られる
ことがわかるが、もちろん光の強度レベルは影響を受け
るし、厳しい回析効果は有害であるので、妥協点が選ば
れる。
【００２１】したがって、レーザービーム１４が記号１
５を横切って走査するとき、中央スポット２６が、実質
上記号１５を横切る光の直線軌跡を描く。中央スポット
２６は、実際には、単一中央スポットではなく、収束し
た中央スポットの連続体から成り、作業範囲２４に沿っ
て伸びる光の薄い円柱である。記号１５が作業範囲２４
で境界が定められた連続体の中にある限り、記号上に生
じたビームスポットはそのシャープネスを維持している
ので、スキャナは正常に機能する。
５を横切って走査するとき、中央スポット２６が、実質
上記号１５を横切る光の直線軌跡を描く。中央スポット
２６は、実際には、単一中央スポットではなく、収束し
た中央スポットの連続体から成り、作業範囲２４に沿っ
て伸びる光の薄い円柱である。記号１５が作業範囲２４
で境界が定められた連続体の中にある限り、記号上に生
じたビームスポットはそのシャープネスを維持している
ので、スキャナは正常に機能する。
【００２２】以上、平行光線にされたレーザービームを
使用する場合について発明の特徴を説明した。すなわち
光源２０から放射されるビームすなわち図４のアキシコ
ン２２に入るビームは平行光線にされるので、波頭は平
面である、すなわち図４の光ビーム１４′の光ビームは
平行である。しかし、平行光線にする代わりに、光ビー
ム１４′を、この点で収斂または発散させてもよい。こ
れらの収斂または発散するビームの効果として、作業範
囲２４の位置がずれる。発散するビームは作業範囲２４
を外側へ移動させ、収斂するビームは作業範囲２４を内
側へ移動させる傾向がある。
使用する場合について発明の特徴を説明した。すなわち
光源２０から放射されるビームすなわち図４のアキシコ
ン２２に入るビームは平行光線にされるので、波頭は平
面である、すなわち図４の光ビーム１４′の光ビームは
平行である。しかし、平行光線にする代わりに、光ビー
ム１４′を、この点で収斂または発散させてもよい。こ
れらの収斂または発散するビームの効果として、作業範
囲２４の位置がずれる。発散するビームは作業範囲２４
を外側へ移動させ、収斂するビームは作業範囲２４を内
側へ移動させる傾向がある。
【００２３】平行光線のビーム１４′でアキシコン２２
などの非球形要素を照明する形式の光学装置は、非球形
要素の形状（アキシコンの場合、角度α）、光の波長、
スリット２３の幅（もし設置すれば）、等を含むさまざ
まな要因で決まる光強度分布を生じさせる。円錐形アキ
シコンの場合、レイリー近似法のフレネル積分に基づく
計算により、たとえば、中央スポット２６の中心からの
距離Ｘの関数として、Ｚのさまざまな値について、光の
強度をプロットした図９のような光分布の量的定義が得
られる。Ｚ＝１０００ｍｍからＺ＝４０００ｍｍまで、
非常に好ましい光分布が得られること、中央スポット２
６のサイズが約０．２５ｍｍ以下の半径であること、顕
著なピークが約Ｘ＝６ｍｍの所に現れている図９のＺ＝
８０００ｍｍにおいて、ドーナツ形の光分布を示してい
ることに留意されたい。このドーナツ形分布は、強度の
高い光のリングが中央スポット２６を取り囲んでおり、
約Ｘ＝６ｍｍにピークがあるので、不適当である。同様
な計算により、アキシコンのさまざまなサイズおよび角
度αの効果を示すことができる。また、このような計算
により、中央ストップを置いて照明ビームの中央を遮蔽
して二次ピーク２７の振幅を低減させれば、一定の利益
が得られることを証明できる。たとえば、幅４ｍｍのス
リット２３を使用する場合は、直径２ｍｍの不透明スポ
ットをアキシコン自体の場所に、ビームの中央に配置す
ることができる。
などの非球形要素を照明する形式の光学装置は、非球形
要素の形状（アキシコンの場合、角度α）、光の波長、
スリット２３の幅（もし設置すれば）、等を含むさまざ
まな要因で決まる光強度分布を生じさせる。円錐形アキ
シコンの場合、レイリー近似法のフレネル積分に基づく
計算により、たとえば、中央スポット２６の中心からの
距離Ｘの関数として、Ｚのさまざまな値について、光の
強度をプロットした図９のような光分布の量的定義が得
られる。Ｚ＝１０００ｍｍからＺ＝４０００ｍｍまで、
非常に好ましい光分布が得られること、中央スポット２
６のサイズが約０．２５ｍｍ以下の半径であること、顕
著なピークが約Ｘ＝６ｍｍの所に現れている図９のＺ＝
８０００ｍｍにおいて、ドーナツ形の光分布を示してい
ることに留意されたい。このドーナツ形分布は、強度の
高い光のリングが中央スポット２６を取り囲んでおり、
約Ｘ＝６ｍｍにピークがあるので、不適当である。同様
な計算により、アキシコンのさまざまなサイズおよび角
度αの効果を示すことができる。また、このような計算
により、中央ストップを置いて照明ビームの中央を遮蔽
して二次ピーク２７の振幅を低減させれば、一定の利益
が得られることを証明できる。たとえば、幅４ｍｍのス
リット２３を使用する場合は、直径２ｍｍの不透明スポ
ットをアキシコン自体の場所に、ビームの中央に配置す
ることができる。
【００２４】直線アキシコンとは異なる形状を有するア
キシコン形式の要素に関する光強度の計算で、光強度が
妥当なレベルにある作業範囲２４がより以上に最適条件
にあることが証明された。直線アキシコンは、直線の回
転によって生じた円錐体である。これに対し、４／３
乗要素は、４／３ 乗曲線の回転によって生じたもので
ある。図１０に、直線アキシコン２２、４／３ 乗アキ
シコン、および対数アキシコンによって生じた光ビーム
の軸に沿った光強度を示す。異なる要素では、光強度の
軸方向分布の形が変わることに留意されたい。４／３
乗要素は、軸上の光強度が二次関数的に増加するので、
より良好な結果が生じる。また対数要素は、軸上の光強
度が作業範囲にわたってより均一である点で同様に優れ
ている。直線アキシコンと同様に、これらの４／３ 乗
要素や対数要素は、バーコード走査の目的で、図１１に
示すように、スリット２３と中央遮蔽スポット２９を追
加して改良することができる。このスリット２３は、図
１、図２、または図７に示すように、ビーム１４の光路
内に配置される。
キシコン形式の要素に関する光強度の計算で、光強度が
妥当なレベルにある作業範囲２４がより以上に最適条件
にあることが証明された。直線アキシコンは、直線の回
転によって生じた円錐体である。これに対し、４／３
乗要素は、４／３ 乗曲線の回転によって生じたもので
ある。図１０に、直線アキシコン２２、４／３ 乗アキ
シコン、および対数アキシコンによって生じた光ビーム
の軸に沿った光強度を示す。異なる要素では、光強度の
軸方向分布の形が変わることに留意されたい。４／３
乗要素は、軸上の光強度が二次関数的に増加するので、
より良好な結果が生じる。また対数要素は、軸上の光強
度が作業範囲にわたってより均一である点で同様に優れ
ている。直線アキシコンと同様に、これらの４／３ 乗
要素や対数要素は、バーコード走査の目的で、図１１に
示すように、スリット２３と中央遮蔽スポット２９を追
加して改良することができる。このスリット２３は、図
１、図２、または図７に示すように、ビーム１４の光路
内に配置される。
【００２５】特定の実施例について本発明を説明したが
、以上の説明は制限的な意味で解釈すべきではない。 以上の説明から、この分野の専門家は開示した実施例の
さまざまな修正態様や、その他の実施例を容易に思いつ
くであろう。したがって、特許請求の範囲は、発明の範
囲に入るそのようなすべての修正態様または実施例を包
含しているものとする。
、以上の説明は制限的な意味で解釈すべきではない。 以上の説明から、この分野の専門家は開示した実施例の
さまざまな修正態様や、その他の実施例を容易に思いつ
くであろう。したがって、特許請求の範囲は、発明の範
囲に入るそのようなすべての修正態様または実施例を包
含しているものとする。
【図１】本発明による光学要素を用いて走査パターンを
発生させる手持ち式レーザースキャナの斜視図である。
発生させる手持ち式レーザースキャナの斜視図である。
【図２】本発明の別の実施例に従って、スリットを別の
場所に配置した、図１のスキャナの一部の斜視図である
。
場所に配置した、図１のスキャナの一部の斜視図である
。
【図３】アキシコンの断面図と正面図である。
【図４】図１または図３のアキシコンを通過したあと、
回転軸に沿う連続する一連の点に沿って、光線が収束す
る様子を示す図である。
回転軸に沿う連続する一連の点に沿って、光線が収束す
る様子を示す図である。
【図５】アキシコンによって生じた光パターンの形状と
強度を示す図である。
強度を示す図である。
【図６】レーザービームのｙ方向の空間範囲を制限する
スリットの作用を示す図である。
スリットの作用を示す図である。
【図７】スリット付きアキシコンによって生じたビーム
を、光分布の形で示した斜視図である。
を、光分布の形で示した斜視図である。
【図８】バーコード要素の縁を横切るように走査された
光ビームについて、スリットの幅をさまざまに変えたと
き、検出された光応答を光ビーム位置についてプロット
した図である。
光ビームについて、スリットの幅をさまざまに変えたと
き、検出された光応答を光ビーム位置についてプロット
した図である。
【図９】図１と同じアキシコンを使用して、Ｚ方向の距
離をさまざまに変えたとき、光強度をＸ方向距離につい
てプロットした一連の図である。
離をさまざまに変えたとき、光強度をＸ方向距離につい
てプロットした一連の図である。
【図１０】各種の光学要素について、本発明に従って生
じたビームの光強度を、光ビーム軸に沿う位置の関数と
してプロットした一連の図である。
じたビームの光強度を、光ビーム軸に沿う位置の関数と
してプロットした一連の図である。
【図１１】本発明の一実施例に従って、中央遮蔽スポッ
トを有するアキシコンと、スリットの斜視図である。
トを有するアキシコンと、スリットの斜視図である。
１０ レーザースキャナ
１１ 銃身部
１２ 銃把部
１３ 出口窓
１４，１４′ レーザービーム
１５ バーコード記号
１６ 走査線
１７ 揺動ミラー
１８ ステップモーター
１９ 引き金式スイッチ
２０ レーザー光源
２１ 光検出器
２２ アキシコン
２３ スリット
２４ 作業範囲
２５ 干渉パターン
２６ 中央スポット
２７ 周囲リング
２８ スリットにより生じた干渉パターン２９ 中
央遮蔽スポット
央遮蔽スポット
Claims (24)
- 【請求項１】 バーコード記号を走査するスキャナで
あって、 （ａ）走査する記号へ光ビームを送る光源、（ｂ）光路
内に配置され、走査する記号の特徴のサイズに関係付け
られたサイズを有する光スポットを生じさせる光学手段
、および （ｃ）記号から反射された光を受け取るように配置され
た光検出器、を備え、前記光ビームはその光軸に沿って
相当な距離にわたって前記スポットサイズを維持するこ
とを特徴とするスキャナ。 - 【請求項２】 前記光源はレーザーであることを特徴
とする請求項１に記載のスキャナ。 - 【請求項３】 前記光学手段は回転体であることを特
徴とする請求項１に記載のスキャナ。 - 【請求項４】 前記回転体は直線アキシコンであるこ
とを特徴とする請求項３に記載のスキャナ。 - 【請求項５】 前記回転体は４／３ 乗曲線の回転体
または対数曲線の回転体であることを特徴とする請求項
３に記載のスキャナ。 - 【請求項６】 前記光ビームは前記光学手段によって
屈折されることを特徴とする請求項３に記載のスキャナ
。 - 【請求項７】 前記光ビームは前記光学手段によって
反射されることを特徴とする請求項３に記載のスキャナ
。 - 【請求項８】 前記光路内に、光ビームの走査方向に
対し平行に伸びるスリットが配置されていることを特徴
とする請求項１に記載のスキャナ。 - 【請求項９】 前記回転体の中心に、中央不透明部分
が設けられていることを特徴とする請求項３に記載のス
キャナ。 - 【請求項１０】 前記記号はバーとスペースを有する
バーコード記号であり、前記光スポットのサイズは実質
上バーおよびスペースの最小幅以下であることを特徴と
する請求項１に記載のスキャナ。 - 【請求項１１】 記号を走査する方法であって、（ａ
）光ビームを発生させて、読み取る記号に前記光ビーム
を向けるステップと、 （ｂ）光路において記号に向かう光ビームを修正して、
一般に記号の特徴のサイズと相互に関係付けられたサイ
ズの光スポットを生じさせるステップ、から成り、前記
光スポットは、記号までのさまざまな距離について、前
記距離の相当な範囲にわたってほぼ一定のサイズを維持
することを特徴とする方法。 - 【請求項１２】 前記光ビームはレーザービームであ
ることを特徴とする請求項１１に記載の方法。 - 【請求項１３】 前記光ビームは記号を横切って走査
されることを特徴とする請求項１１に記載の方法。 - 【請求項１４】 前記光ビームを修正するステップ（
ｂ）は前記光ビームを導き、回転体を通過させるステッ
プを含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。 - 【請求項１５】 前記光ビームを修正するステップ（
ｂ）は前記光ビームを回転体で反射させるステップを含
むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。 - 【請求項１６】 前記回転体は直線アキシコンである
ことを特徴とする請求項１４に記載の方法。 - 【請求項１７】 前記回転体は ４／３乗曲線または
対数曲線で定義されることを特徴とする請求項１４に記
載の方法。 - 【請求項１８】 前記光ビームを修正するステップ（
ｂ）は前記光ビームを導き、前記記号の特徴に対し平行
に伸びたスリットを通過させるステップを含むことを特
徴とする請求項１１に記載の方法。 - 【請求項１９】 バーコード記号など、異なる光反射
率の部分を有する表示を検出する装置であって、（ａ）
所定の回析パターンを有する単色光ビームを放射するた
め使用できる光源、 （ｂ）光ビームの通路内に配置され、前記光ビームの回
析パターンを修正し、光学手段の中心を直角に通過する
光学軸に沿って所定の距離にわたって所定の一定直径の
ビームスポットを生じさせる光学手段、（ｃ）前記光学
軸に直角な基準面内に置かれた前記表示の空間的に隣接
する部分を走査するように構成されていて、前記ビーム
スポットを前記表示へ向ける手段、（ｄ）少なくとも前
記表示から反射された異なる強度の光部分を検出し、前
記検出した光の強度を表す電気信号を発生する光検出手
段、を備えていることを特徴とする装置。 - 【請求項２０】 前記光学手段は、 （ａ）所定の屈折率と所定の断面角を有し、光学軸に沿
って所定の距離にわたって連続する一連の点に沿って光
ビームを収束させることにより、光学軸に沿って所定の
距離にわたって一定直径のビームスポットを生じさせる
ため使用できるアキシコンと、 （ｂ）所定の幅を有し、前記アキシコンによって生じた
ビームスポットを通過させ、ビームスポットの外側の光
がスリットに直角な方向に通過するのを制限するように
構成されたスリット、とから成ることを特徴とする請求
項１９に記載の装置。 - 【請求項２１】 符号化された記号を光学的に読み取
る装置であって、 （ａ）コヒーレントな光ビームを放射するため使用でき
るレーザー光源、 （ｂ）レーザービームを受け取り、所定の直径を有する
中央ビームスポットと前記ビームスポットを取り囲む外
側リングから成る回析パターンを生じさせるように構成
されたアキシコン（前記回析パターンは、前記アキシコ
ンの中心を直角に通過する光学軸に沿って所定の距離に
わたってほぼ一定であって、連続している）、（ｃ）前
記アキシコンによって生じた回析パターンの空間的範囲
を、スリットに直角な方向に制限し、前記直角な方向に
はビームスポットまたはビームスポットの一部分のみが
通過するように構成された所定の幅のスリット、 （ｄ）読み取る記号にビームスポットを向け、記号を横
切って走査する手段、および （ｅ）少なくとも記号から反射された光の一部分を検出
し、検出した光の強度を表す電気信号を発生する光検出
手段、を備えていることを特徴とする装置。 - 【請求項２２】 さらに、前記電気信号を、記号内の
符号化されたデータのディジタル表現に変換する手段を
備えていることを特徴とする請求項２１に記載の装置。 - 【請求項２３】 記号を走査する方法であって、（ａ
）所定の回析パターンを有する単色光ビームを発生させ
るステップ、 （ｂ）前記光ビームの回析パターンを修正して、前記ビ
ームの通路に沿って所定の距離にわたってほぼ一定の直
径のビームスポットを生じさせるステップ、および（ｃ
）読み取る記号にビームスポットを向けるステップ、か
ら成ることを特徴とする方法。 - 【請求項２４】 前記光ビームの回析パターンを修正
するステップ（ｂ）は、 （ａ）光学軸の所定の範囲にわたって連続する一連の点
に沿って光ビームを収束させるようにアキシコンを適応
させるステップと、 （ｂ）アキシコンによって生じた回析パターンの空間的
範囲を、読み取る記号に直角な方向に制限するようにス
リットを適応させるステップ、を含むことを特徴とする
請求項２３に記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US486005 | 1983-04-18 | ||
| US07/486,005 US5080456A (en) | 1990-02-26 | 1990-02-26 | Laser scanners with extended working range |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04217079A true JPH04217079A (ja) | 1992-08-07 |
| JP2798513B2 JP2798513B2 (ja) | 1998-09-17 |
Family
ID=23930238
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3030414A Expired - Fee Related JP2798513B2 (ja) | 1990-02-26 | 1991-02-25 | 広い作業範囲を有するレーザースキャナ |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5080456A (ja) |
| JP (1) | JP2798513B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008507758A (ja) * | 2004-07-23 | 2008-03-13 | シンボル テクノロジーズ， インコーポレイテッド | 拡張された作動範囲上における改善されたレーザ強度変調を有する電気光学リーダ |
Families Citing this family (77)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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