专利名称：非激光式扫描装置及方法
技术领域：
本发明涉及读取记号，特别是读取条型码记号的光电式扫描装置，具体说是涉及非激光光源的非激光式扫描器。
以往，如西姆波尔·台克诺金斯公司的美国专利第4，251，798号、第4，387，297号、第4，409，470号、第4，806，742号、第4，825，057号中所示，提出了使用激光型扫描器及非激光型扫描器，用于读取条型码记号，特别是通用产品标记(UPC)形式的条型码记号。
通常，由激光光源，例如气体激光管或者半导体激光二极管发射出的激光光束，经光学系统进行聚焦，在记号上形成圆形光点。由扫描机构将光点对记号进行扫射，形成与记号相应扫描图谱。由记号上反射回来的激光束，由光检测器例如光电二极管检测，检测器和激光光源、光学系统、扫描机构一起安装在壳体内。为了便于手提操作，最好在外壳上设置手柄。
记号本身是由一串条纹组成的代码图案，条纹宽度不同，间隔宽度也不同，条纹与间隔具有不同的光反射特性，根据特定的用途及记号密度，尺寸可大可小。一般，为了识别另售商品，在另售商业界使用的UPC记号，各条纹与间隔的尺寸约为1/1000(1密耳)左右。而圆形光点的断面直径为6-10密耳左右。
以往采用激光式扫描器在商业上取得了相当的成功，但是，强烈要求降低扫描器的价格。由于激光装置尺寸小却能发出极强的光束，这是它具有的特殊优点，但是，激光光源，比起非激光光源，例以发光二极管(LED)等价格要高得多。LED光源至少是成本低，重量轻，不依赖很多元件组成光学系统，另外，耗电量少。但由于LED光源的非准直式光线，要聚焦到数密耳大小的光点是十分困难的，这是非激光光源使用中存在的问题。LED光源可以聚焦成数毫米左右的光点尺寸，由于要读取数密耳左右的黑条与间隔，若使用上述那样大尺寸的光点，给扫描器的信号处理-译码电路都会造成很大的负担。另外，也会引起漏读及引起读取误差。
与此相对照，在使用激光式扫描器时，光点的尺寸与条及间隔的尺寸是同等程度的，因而，信号处理-译码电路就不会有那么大的负担。一般，这样的激光式扫描器内的光电二极管围成光点，可以看到与光点共同的平面内有比较大的空间。
本发明的主要目的是提供改良的光电式扫描器。第二个目的是对低成本的非激光式扫描器，提高扫描器的实用性与可靠性，消灭差错、降低成本。第三个目的是提供形成容纳在扫描点之内的视检窗的方法。聚焦光束形成扫描点，且将光电二极管的视野聚焦之后，在扫描点内形成观测窗。第4个目的是提供将扫描点和观测窗设在扫描器壳体外的不同平面内的方法。
本发明的效果是由于本发明中的光源是非激光光源，如发光二极管，其成本比激光光源低得多，而且其重量也轻，其结构简单，不象激光光源需依赖于很多元件组成的光学系统，由此又带来耗电量低的优点，总之该发明的扫描器成本低，结构简单、性能可靠、无差错，实用性强、便于操作，在操作者不介入时也能自动适应扫描状态的变化。
为了达到上述各项目的，本发明提供了使用LED光源读取记号的装置与方法。
本发明的非激光式扫描器是将光束及光传感器的视野聚焦在扫描器壳体外的不同平面上。
该装置包括以下部分利用发生光二极管产生光束的非激光光源部分;利用反射镜的聚光装置，使光束聚光后射至扫描面内并形成规定尺寸的园形扫描点;扫描点照至近距离作业范围内的记号上;扫描装置，扫描点对记号进行扫描，利用该装置使反射光中至少一部分沿入射光方向返回;光电传感器，对上述视野内反射光的返回部分进行检测，并将检测到的各种不同光强度用电信号表示出来，传感器为带开口的光电二极管式传感器;信号处理装置，用以处理上述电信号，得到表示信号的数据;成像装置，用于使上述光电传感器的观测图成像并将观测窗放置在离开扫描面的观测面上。该装置有具球形反射面的成像反射镜。上述扫描装置具有扫描部件，在此扫描部件上，安装上述的聚焦反射镜和成像反射镜，使它们能围绕转动轴一起转动。
所述光源为产生非激光光束的光源，例如LED光源。所述的聚焦设备，将光束聚焦在装置外部的扫描面上，并形成确定尺寸的扫描点，并将扫描点置于离扫描面近距离范围内放置的记号上，扫描部件，使扫描点对记号进行横向直线扫描，例如由马达驱动的反射镜。光由记号向各个方向反射。由记号反射回来的光的至少一部分向着与装置相反方向前进。这部分反射光的返回部分对整个扫描线，有各种不同的光强度。
装置内的光检测器例如光电二极管，对整个视野的反射光返回部分的各种光强进行检测，光电二极管产生电信号，用以表示检测出的各种不同光强度。信号处理装置对电信号进行处理，并形成表示记号的数据。
本发明的装置的特点之一，是装备有使观测窗成像的成像设备。观测窗比扫描点的尺寸要小，被放置于离开扫描面的观测面内。其结果是，光电二极管通过观测窗只能观察到的仅仅是光点的一部分，因此，装置可以使用LED作光源，为使读取性能不受损失，可以容许比较大的扫描点(数毫米左右)。由于观测窗为数密耳左右的尺寸，光电二极管只能观察到扫描点的中央的非常小的一部分。由此在本装置中，光电二极管不能观察到包围扫描点的广阔空间，只能见到扫描点内非常狭窄的空间。
作为实施例，聚焦装置具有聚焦反射镜，它使光束形成规定尺寸的园形扫描点。聚焦反射镜以具有球形反射面为最好。
成像装置，在光电二极管传感器附近设有小孔的光阑，或者设非常小型的光电二极管。反射光通过光阑的小孔到达光电二极管上。小孔决定了光电二极管的感知范围。
另外，成像装置还设有成像反射镜。成像反射镜最好有球形的反射面。根据扫描装置的要求，为了能沿纵方向横扫记号，聚焦反射镜和成像反射镜最好装在扫描装置上，使它们能同时动作。因此，上述两个反射镜安装成能同时绕轴转动的状态。
成像反射镜安装在聚焦反射镜上，对上述的轴偏离一个角度。作为最好的实施例，光束沿第1光轴发射。且，传感器装置的观测窗由成像装置沿第2光轴成像。上述第1光轴与第2光轴的夹角是成像反射镜与聚焦反射镜间夹角的2倍。
为了能够手提操作，在壳体上设置有手柄。使用者操作时可以让手提式装置壳体的前壁紧贴着读取记号，也可以沿纵向与记号离开一个间隙，使扫描装置能面向记号。最佳方案是扫描装置紧贴着使用。由此，光路大部在壳体中，在实施例中，扫描面和观测面在壳体前壁或在其附近，相互离开一个距离。
在另一个实施例中，为了增加传感器装置的有效范围，可以设置一对光电二极管，各自有传感器开口。在此实施例中，相应的成像装置中设有一对光阑，各光阑对应的传感器开口附近设有小孔，或者构成传感器开口的小孔。成像装置中，光电二极管的各视野分别成像，并且在壳体外不同的观测面内设置着一对观测窗。最好是这样来使用，高密度的记号的译码用“近距离”的观测面，低密度记号的译码则用“远距离”的观测面。
在上述实施例中，特征是，检测读取中的条形码记号的性质，识别是高密度还是低密度的条型码记号，相应地改变信号处理电路的频带宽度。这样，处理电路对读取各种条形码可使用最合适的频带宽度。由于宽频带时，许多杂音可以通过处理电路传播进来，对于高密度条形码，只使用必要的频带宽度，尽量减低频带宽度。至于低密度的条型码记号，则没有必要使用与高密度条型码相同的宽频带信号处理电路。
在本装置中，为了降低读取条形码装置的成本，尽可能省略机械部件及电子元件。作为一个实施例，如手持式扫描器，在接通电源时，不用通常使用的扳机式开关而采用其他方式，使用者在完成读取条形码的准备工作以后，只要一拿起手提式扫描器，动作传感器就进行检测，随即启动光源及扫描马达。在完成条形码译码之后，由暂停电路可以断开电源及扫描马达。
该方法包括以下步骤产生光束;形成扫描点，上述光束经反射镜聚焦后在扫描面上形成规定尺寸的扫描点，将上述扫描点射在扫描面内近距离作业的范围内的记号上;进行扫描，扫描点对记号进行横扫，并在镜面动作下形成扫描线，反射光从记号上反射回来，使其至少一部分反射光的返回部分沿上述光源入射的方向射回;光电变换，整个视野的反射光的经曲面反射镜反射返回部分，由传感器检测，并将检测的各种光强度转换成电信号;电信号的处理，对上述电信号进行处理，得到表示记号的数据;成像过程，上述传感器的观测窗成像，并将观测窗放置在离开扫描面的观测面上。
参照附图，阅读以下的实施例，能进一步理解发明的构成及使用方法。
图1非激光式扫描装置的第1实施例简略正视图;
图2由图1的扫描装置读取的条型码记号及其上重合的扫描点和观测窗的放大图。
图3用于图1扫描装置的扫描马达反射镜组装体的正视图。
图4图3的扫描马达和反射镜组装体的平面图。
图5按照图1、3、4的实施例所构成的手提式扫描装置的正视图。
图6用于图1～图5扫描装置的数字化转换器电路图。
图7表示图6电路电压的时域信号图。
图8用于图1～图5的扫描装置的运动传感器的替换实施例的电路图。
图9关于本发明非激光式扫描装置的第2实施例正视简图(与图1相对应)。
图10图9实施例的条形码记号及表示两个观察窗口和扫描点的放大图(与图2相对应)。
图11涉及本发明市售扫描器正视图。
图12涉及本发明的市售扫描器侧视图。
图13在图1～图5扫描装置中可用的数字化转换器电路图。
符号的说明10非激光光源(LED)11非相干非准直广角光束。
12聚焦反射镜13聚焦平面14、14b条形码记号15扫描点16、16a记号14的线条及间隔的最小尺寸17、17a、17b光传感器18、18a、18b成像用反光镜18、19a、19b光阑20、20a、20b小孔21、21a、21b观测窗22扫描面
23扫描马达24扫描线25枪式壳体26枪把部27枪体28窗口29包装表面30电路底板31电缆线32电流电压变换器33微分器34放大器35延迟元件36峰值探测比较器37伪过渡门脉冲比较器38临界阈值电路39闭锁比较器40晶体管41输出端42模拟接地43辅助电路50线圈51FET开关(场效应晶体管开关)52电源53检测器54输出
55控制器56控制器的输出57控制器的输出58指示灯或报警器60马达的输出轴62套子64印刷电路底板66发光二极管68光电二极管70扫描机构72线圈74磁铁76马达支撑架78一对板簧80小型反射镜82大型反射镜84、86光轴88平面90反射镜支撑架92旋转轴94线96微分电路98低通滤波器100电阻器102、104电容器106FET开关
108线110低通滤波器的输出112零交叉检测器114处理电路网116输出端118检测器结合符图对实施例说明如下本发明所使用的“记号”这一用语，包含着用具有不同光反射特性的部分构成的一种表示方法。如到处可见的UPC条形码记号，或者代码39，CodeadarInterlerLeaved2到5等或其他代码文字。
图1所示的扫描装置，备有发光二极管(LED)等的非激光式光源10，光源10产生的光束是非相干的、非准直的广角光束11。光束11由曲面反射镜12聚焦在平面13上。图2表示被读取的条型码记号14。引人注目的是，聚焦之后光束11产生的光点15，要比观测面内记号14的线条或间隔的最小尺寸16要大得多。图1的扫描装置备有光传感器17，譬如光电二极管。光束11照到记号上反射回来的光，由小形曲面反射镜18聚焦，集中射到上述光传感器17的检测面上。光阑19挡掉一部分反射光，仅使光束的一小部分反射光达到传感器17上。小孔20最好选用6×16密耳的椭园形，如图2所示，这就决定了光传感器的视野即观测窗21的边界。光传感器17的观测窗21由曲面反射镜18成像在平面22上。光束11由曲面反射镜12聚焦产生焦平面13，平面22在其光轴方向上离开焦平面13一定的距离。由于读取号14放置在平面22内，平面22内的小孔20的像，在记号上形成光传感器的观测窗21。在例示中两个曲面反射镜12和18的焦距相同，因此，平面13与平面22之间的距离等于光源10和光传感器17到反射镜的距离之差。
如图3及图4所示，反射镜12、18由马达23的驱动使扫描点15和观测窗21沿扫描线24横扫平面22内的记号。小反射镜18安装在大反射镜12上，反射镜18的中心轴相对于反射镜18的中心轴只偏离一角度α，光源10的光轴相对于光传感器17的光轴只偏离一角度β，角α为角β的1/2。
光于光束11产生的扫描点15比光传感器17的观测窗要大得多，因此检测的只是光束照到的一小部分，当然，反射光仅仅只有少部分能照到光传感器上。一般，光电二极管产生的光束强度要比激光光源产生的光束弱。因而，为了让光点15有足够大的光强度，利用更多的发光二极管的光聚焦在扫描面上，加大反射镜12的尺寸则是关键性的问题。人们注意到，典型的激光扫描器的构造与图1、图2的构造正相反，即在激光扫描器的情况下，在焦点上聚集明亮的光束，形成与条形码图谱的最小尺寸16同等程度的光点，因此，使用的光传感器的视野要比激光光点大很多。与此相反，LED扫描器的情况下，由光束形成的光点15大，而光传感器的观测窗21则小。
本发明的实施例之一如图5所示，像一把手枪，枪把部分26，枪体部分27组成的手提式枪形外壳中，设置了图1～图3所示的扫描装置。在这个实施例中，扫描装置是紧贴式的条形码扫描器，读取时，壳体的前端紧贴着包装表面上的长形码记号14。壳体25的枪体部27的前端设有窗口28，LED光束11由此窗口通过，由记号上反射回来的反射光也通过它。读取记号时，窗口28紧贴着包装表面29上的条形码记号14，或者放置在非常接近的位置上。实际的窗口部件也可以省略(即在壳体上设孔也可以)，或者窗口28设置在壳体25的前端内侧，离开前端大约1/2时的位置也是可以的。这样可以防止擦伤窗口。
光传感器在枪体27的前端附近，在垂直方向上离开窗口28一定距离的位置上，因此，容易理解，孔20的成像平面22和光传感器17的平面几乎在同一平面内。反射镜12、18以及驱动马达23装配在枪体27的后端。用于对光传感器产生的电信号进行处理的电路及装置内必要的其他控制电路，设置在枪把26内的电路板30上。在图5的装置中，电缆线31除了供给光源10和马达23的电压外，还作为输送处理形码记号数据的导线，电缆引接到终端或主站。改变上述接法，也可使用RF连线将信号传送到主站。也可在壳体25内装上蓄电池，例如在枪把内装上蓄电池，由此可得到小型轻便的、手提式扫描装置。
该手提式扫描装置的扫描方法包括以下步骤手提式扫描装置放置在支架上时，该装置保持静止状态(上述装置处于静止状态，扫描马达和光源不供电);使用者拿起该装置移向要读取的记号，对上述装置的运动进行检测;包括对扫描马达的可动部件的动作的检测，检测扫描马达线圈中的电压及由反射光产生的电信号。对应上述检测，上述扫描马达和光源通电，有电信号指示后，将光源和马达断电。
图6所示的电路，是将光传感器产生的模拟信号变成能表示条形码的数字信号，是比较好的数字化电路。光传感器17连接在电信号处理电路网上，对扫描得到的条形码电信号进行数据处理。图7表示图6电路内各点的信号。
图7(a)表示光传感器输给电流电压转换器32的原始模拟信号。转换器32产生的电压输入微分器33。微分器33产生转换了的模拟信号的一次导函数。将信号的一次导函数输入放大器34。放大器34对一次导函数进行增幅并滤波。图7(b)的实线是放大滤波后的一次导函数(而且是反向的)。上述信号之所以反向，是因为转换器32、微分器33以及放大器34，各自都对其输入信号进行反向的原因。
放大滤波后的一次导函数信号，分别输入以下四个元件中，即延迟元件35、峰值探测比较器36、伪过渡过程门脉冲比较器37及临界阈值电路38。图7(b)的虚线表示经延迟的一次导函数信号。放大的一次导函数信号和延迟的一次导函数信号分别输入峰值探测比较器36的反向输入端和正向输入端。如图7(b)所示，这两个信号有交叉，即存在等值点。在这些交叉点，峰值探测比较器36改变其输出状态。图7(c)表示峰值探测比较器36的输出信号。峰值探测比较器36把输出信号输入闭锁比较器39。
经过放大器放大后的一次导函数信号还输入伪过渡过程门脉冲比较器37的反向输入端。比较器37的正向输入端则输入反馈信号。图7(d)表示伪过渡过程门脉冲比较器37的输出信号。峰值探测比较器36变到最后状态之后，伪过渡过程门脉冲比较器37改变了状态时，闭锁比较器39则变换状态。换句话说，只是在门脉冲比较器的过渡过程后，峰值探测比较器36过渡过程的开始时，闭锁比较器39才改变状态。这样，即使由于杂音使峰值探测比较器36的输出产生伪过渡过程，伪过渡过程门脉冲比较器37只要不跳闸，闭锁比较器39的输出不会产生伪过渡过程。
闭锁比较器39的输出经过晶体管40输到输出端41。图7(e)表示输出端的信号。另外，对电路内各点有必要模拟接地时，用辅助电路43来实现。
门脉冲比较器37的跳闸电平决定于正反馈产生的滞后量。这个电平，设置为比予测的最小信号峰值稍低些，比杂音电平略高一点。另一方面为了确保数字化的最大精度，应给予峰值探测比较器36最小的滞后量。
临界阈值电路38设定临界峰值为一定的负值直流电压，临界阈值电路38，限于超过阈值的连续脉冲列存在，不必暂停而可能再起动，类似于单稳态多谐振荡器的作用。如果脉冲的停止时间比暂停时间长，数字化条纹的输出被强制的返回到白条(间隔)状态。图7(f)表示临界阈值电路38的输出波形。该临界阈值电路38的临界值，即在条型码两端以外的区域，提高排除杂音的性能。
图8所示是扫描马达23的关闭和接通时的电路图。读取条型码记号准备好时，为了能够用手动控制扫描动作开始，一般的产品，在手提式扫描器的枪把部位设置有扳机式开关，但是，在本扫描装置中，为了减少元件的数量及组装时间，降低成本，而且提高可靠性，本装置省去扳机式开关，只要使用者一拿起扫描装置，就接通电路，使检测机构检测装置动作。使用者将装置放在柜台上时，使用检测的加速度信号，关闭扫描马达23及光源10(和关闭装置一样)，拿起装置时，检测的加速度信号，自动使装置开始工作。
为此，马达23的线圈50经FET开关51串接在电源52上，只有在EFT开关51接通时才给马达23加上电压。加在线圈50上的电压由检测器53检测出来。但是，在马达线圈上不加电压时，通过线圈转子的转动，在线圈上感应出小的电压，无论马达轴如何转动都能感知。由于反射镜12、18与马达同轴支撑能自由旋转，马达线圈50上不加电压时，只要稍微动一下装置，反射镜也运动。检测器53的输出54接到控制器55上，控制器55的输出56加到EFT开关51的控制极上，其目的是控制马达的接通与关闭。控制器55可以用英特尔8031形式的微型控制器，或者使用图6中采用的控制器，该控制器是为评价图6的输出端41的数字化条型码信号，而使用的。为了起动LED光源10，使用了控制器55的输出信号57。另外，完成条形码译码时，用控制器55的输出起动指示灯58(或者报警器)，使得使用者知道操作结束。另外，为了递减计数各种过时期间，控制器55可以用内藏定时寄存器。例如，用检测器53接通装置开始一定时间以后，或条形码正确识别以后，使扫描马达和光源能自动停止。当使用者拿起壳体25读取其他条形码时，即使由过时电路使装置处于断开状态，只要装置移向下一个条形码记号，装置就再次开启。
扫描装置不仅可以是图5所示的接触式，也可以保持离记号数英寸以上的非接触形式的，如美国专利第4，387，297号，第4，409，470号以及第4，816，660号记载的那样，就是非接触式的。壳体25可以设置在柜台面上或其他支撑面上，可以使用向上扫描式，向下扫描式或者侧面扫描式，可以组装成独立的工作台。或者，扫描头装入固定或或者可调式支架中也是可行的。
扫描机构包括可摆动的反射镜12、18，它们安装在马达23的输出轴上，扫描机构使扫描点15横向扫射记号14得到扫描线。扫描机构最好采用美国专利第4，387，297号记载的，高速扫描马达。本申请中，指出将聚焦用反射镜12固定在扫描马达23的输出轴60上十分主要的。马达23驱动输出轴60及反射镜12，绕轴线，沿两个园周方向以每秒数次的速度摆动，(摆动的园周弧度一般大大小于360度，图1及图5的实施例中约为32度)最佳实施例中，聚焦用反射镜12和输出轴60一起摆动，这样，在扫描面22内扫描点15摆动约32度角相应的弧长，在扫描线24内，约每秒20～40次反复沿纵向横扫记号14。
关于沿单一扫描线24，横扫记号14，已作了说明，由于在读取记号的基础上能形成各种各样的形式的扫描图谱，本发明不限于以上内容，例如像美国专利申请第317，533号(1989年3月1日申请)，美国专利第4，369，361号以及第4，387，297号记载的那样，由一组相互平行的扫描线组成的图谱也可以。
如前所述，在零售业界为了识别商品，一般使用密条形码记号14，各条纹与间隔的尺寸约为数密耳左右。两用反射镜12聚焦的扫描点15约为数毫米左右。为了检测出条形码记号的条纹前后端，扫描点过大，担心译码会产生误差。在激光式扫描器中，扫描点的截面尺寸，一般只有6～10密耳左右，如果不依靠采用复杂的高精度信号处理电路，损失过多的能量，为了把读取及译码误差达到最小该尺寸应取的最合适。
依照本发明，成像装置设置在壳体25内，成像装置是为了光电二极管17的观测窗21成像而设置的。观测窗21比扫描点的范围要窄小，完全落在扫描点15中。成像装置最好装置有成像反射镜18和具有孔20的光阑19。为了能使成像用反射镜18绕扫描马达23的输出轴60一起旋转，成像用反射镜18最好安装在聚焦反射镜12上。成像反射镜18的轴线与聚焦与反射镜偏离一角度。孔20设置在光电二极管17的传感器开口附近。传感器开口本身可以代替孔20的作用，换一个方式，光电二极管17非常小时是有利的。即，这样小形的光检测器杂音小，扫描器的成本低，光学装置也不易污染，小孔20最好做成长方形或椭园形，短轴方向尺寸(例如16密耳)与扫描方向垂直。长方形孔20与成像反射镜18共同作用下，如图2所示，形成同样的长方形的观测窗21。例如小孔20是椭园的，观测窗同样也是椭园的。
另外，具有球形反射面的成像反射镜18，将观测窗21设置在壳体25外侧的某一个观测面22内。观测面22与扫描面13沿纵向离开一定的距离。聚焦反射镜12与成像反射镜18不一定必须是这样，但最好是具有相同的焦距。孔20以近似1倍的放大倍数成像在观测面22上，形成约为6×16密耳(观测窗21的尺寸)的孔像。第1光轴与LED10和聚焦反射镜12间的光束11同轴，第二光轴与成像用反射镜18及光二极管间的返回光速同轴。第1光轴与与第2光轴间的角度β是成像反射镜与聚焦反射镜间夹角α的2倍。
依照本发明，光电二极管17只可看到扫描点15中心非常小的部分。实际上，小孔20的像成为扫描点中的一部分。因而，如果使用数毫米大小的扫描头，虽没有内在特有的译码误差，代之沿扫描方向的尺寸使用与读取记号的条或间隔尺寸相当的观测窗22。
由于其他形状也是可以的，本发明不限于长方形小孔。焦距深度及读取记号的能力由小孔的形状来决定。
图9为本发明另一个实施例。这个条形码读取装置，不是单个光电二极管，而是使用一对光电二极管17a、17b。光电二极管17a、17b以及光阑19a、19b分别对应成像反射镜18a、18b。如图10所示，成像反射镜18a、18b形成一对重叠的观测窗21a、21b。观测窗21a适用于高密度的条形码记号，另一个比较大的观测窗21b则适用于低密度的条形码记号。观测窗21b具有的宽度对应着条形码记号14b的构成元素的最小尺寸。可是，观测窗21a、21b不仅离开扫描面13，相互之间离开处在不同的观测面上也行。因此，对于在离读取装置不同距离的记号，也能清楚地聚焦，扩大了作业范围。
图11及图12是本发明扫描器中在市场上受欢迎的实施例。扫描机械装在外壳62中，外壳62是用轻型塑料制成，即使是漫不经心的使用也很坚实。主要部件都能装在印刷电路板64上。作为主要部件，除了发光二极管66、光电二极管68、扫描机构70，各种电子部件之外，还包括对上述记号进行扫描的其他部件。
扫描机构70是由线圈72、磁铁74、马达支架76、一对板簧78(最好是聚酯薄膜)、小型反射镜80以及大型反射镜82组成。由LED66发射的光沿轴线84前进，由条形码记号反射后，返回到光检测器的反射光沿轴线86前进。与上述实施例一样，轴线84与86所成夹角β最好是8度左右。由LED发射的光，由大型反射镜82反射后，在平面88内射出扫描器，而后返回扫描器内。轴线84与平面88的夹角γ以7.5～8度为最佳。如图12所示，为了得到这个角度，在安装和配置大型反射镜82后，让LED66稍向上方翘一点。
为了对记号进行扫描，在线圈72中加每秒多次的电脉冲，例如每秒40次左右。线圈一通电流，就吸引固定在反射镜支架90中的磁铁74。在反射镜支架90上安装着反射镜80和反射镜82。磁铁一被吸进线圈72内，与反射镜支架90一起，反射镜80、82也一起绕支点生转动。由于旋转，板簧产生扭转应力。线圈中电压一取消，板簧使反射镜支架和反射镜一起返回到静止位置。板簧78的恢复力相应电脉冲列激励线圈72，扫描则以所期望的频率、扫描幅度，平滑均匀地进行。
如图11及12所示，本发明的条形码扫描器不使用以往用的扳机式开关。取而代之，本扫描器使用运动传感器。如图8所示，只要使用者一拿起扫描器1。运动传感器就检测到这一动作，对应于此检测，接通了线圈72的电脉冲列发生源和光源，此后，由过时电路或者对应于完成条形码译码，又关闭光源及脉冲发生源。使用者拿起扫描器向下一个条形码记号移动时，运动使传感器检测到比运动之后又可以开始扫描。
下面对图13加以说明。条形码记号扫描产生的电信号，由信号处理电路处理，光传感器17接到该电路上。数字化电路网可以采用美国专利申请第440。510号(1989年11月22日申请)相同的结构形式，或者采用前面所列举的专利文献记载的其他形式的结构，例如美国专利第4，360，793号记载的形式也可以。但是，作为最佳实施例的特征之一在于，加入了自动频带宽度控制装置。光传感器17产生的模拟电信号经线94送到微分电路96。微分电路96输出模拟信号的一次导函数。模拟信号或一次导函数信号的频率范围即频带宽度决定于被扫描的条形码记号14的形式。高密度条形码记号14，由于黑与白之间过渡的频率高，模拟信号中波峰与波谷就多。即一次导函数的零交差点也多。微分电路96的输出接到低通滤波器98上，低通滤波器由电阻100和电容器102组成。低通滤波器98的截止频率，决定于电阻上串联的电容器值。因而，为了改变截止频率(当然也是为了改变数字化电路网的响应频带宽度)，安装了附加电容器104与电容器102并联。另外，为了把电容器从滤波器上断开，设置了开关106，如果加在108线上的电压超过场效应晶体管开关106阈值电压时，场效应管开关106就将电路接通，于是电容器104就并联在电容器102上，使截止频率降低(频带变窄)。但是，如果由108线加在场效应管开关106控制极上是零电压时，由于电容器104断开，截止频率升高(频带加宽)。滤波器的输出110接到零交叉检测器112上。由于条型码记号的密度高时，对应于单位时间的零交叉次数增多，零交叉检测器112的输出信号就有比较高的频率成份即频带加宽。又，零交叉检测器112的输出接到普通形式的其他处理电路网114上。在该处理电路网114的输出端116上产生数字式电信号。该信号由电缆线31输送到终端，或者在壳体25内识别条型码数据，为译码作进一步处理。零交叉检测器112的输出信号还接到检测器118(例如，积分电路和变换器)上。检测器118在返回到场效应晶体管关106的线108上，如低密度的条形码记号产生高电压，如为高密度的条形码时产生零电压。这样，在对高密度条形码扫描时，电容器104从电路上断开，扩大了滤波器的频带宽度，而对低密度的条形码时，电容器104留在电路上，使滤波器的频带宽度减小。因而，在对低密度条形码进行扫描时，由于频带窄，处理电路消除了杂音，从而能正确地识别长形码记号，提高了可靠性。
对上述电路取而代之，可以让频带宽度切换电路响应处理装置114的输出识别条形码装置的输出。检查输出端116产生的条形码信号，以判断读取得正确与否。为了要把杂音或者包装上的印刷文字串与条形码区别开来，可以使用各种方法或综合应用作用几种方法来进行。例如，根据1扫描的过渡数，即1扫描对应的黑白比例，可以得知扫描中的图谱不是文字串或其他图形，大致可确定是条形码记号。另外，贮存器中存有正确的条形码图谱，可以和116输出的条形码信号进行比较。基于对扫描中实际的条形码的形式(高密度还是低密度)的识别，可以选择宽频带或是窄频带。即，假如在某一次扫描中识别失败时，切换频带宽度以后，能够判断下一次扫描是否正确。
以上阐述的构成元件，单独或者两个或两个以上组合之后使用，构成与上述的形式不同的其他形式等，也可以得到应用。这是可以理解的。
本发明以发光二极管式扫描器进行了具体说明，但在本发明涉及的范围内，可以进行各种各样的修改式结构上的变更，因此，不限于上面记载的具体的详细构造。
即使不进行进一步研究，由于以上的说明对于本发明的要点是完全明确的，这个领域的专家们，即使站在以往的技术立场上看也无损于本发明独特的本质特征，应用现代的知识，本发明可以很容易适用于各种用途。不过，这应该属于均等的范围，当然包含在本专利权利要求范围内了。
权利要求
1.一种读取记号的非激光式扫描装置，其特征在于，该装置包括以下部分a、产生光束的光源部分；b、聚光装置，使光束聚光后射至扫描面内并形成规定尺寸的扫描点；扫描点照至近距离作业范围内的记号上；c、扫描装置，扫描点对记号进行扫描，利用该装置使反射光中至少一部分沿入射光方向返回；d、光电传感器，对上述视野内反射光的返回部分进行检测，并将检测到的各种不同光强度用电信号表示出来；e、信号处理装置，用以处理上述电信号，得到表示信号的数据；f、成像装置，用于使上述光电传感器的观测图成像并将观测窗放置在离开扫描面的观测面上。
2.根据权利要求1所记载的装置，其特征在于，所说的光源为非激光光源。
3.根据权利要求2所记载的装置，其特征在于，上述非激光光源为发光二极管。
4.根据权利要求1所记载的装置，其特征在于，所说的聚光装置为光学聚焦用反射镜，用以形成圆形扫描点。
5.根据权利要求4所记载的装置，其特征在于，所说的聚焦用反射镜具有球形的反射面。
6.根据权利要求1所记载的装置，其特征在于，所说的光电传感器有传感器开口的光电二极管，在传感器开口附近装着带小孔的光阑，上述反射光的返回部分通过该小孔。
7.根据权利要求6所记载的装置，其特征在于，所说的小孔为长方形，沿记号向纵方向延伸为短边，对着记号横方向延伸为长边。
8.根据权利要求6所记载的装置，其特征在于，所说的小孔为椭园形，沿记号向纵方向延伸为短轴，沿记号向横方向延伸为长轴。
9.根据权利要求6所记载的装置，其特征在于，成像装置具有成像反射镜。
10.根据权利要求9所记载的装置，其特征在于，成像反射镜具有球形反射面。
11.根据权利要求1所记载的装置，其特征在于，上述的聚焦装置具有聚焦用反射镜，上述成像装置具有成像反射镜，为了能使上述两个反射镜横扫记号沿纵向一起动作，将它们安装在外壳上。
12.根据权利要求11所记载的装置，其特征在于，上述扫描装置具扫描部件，在此扫描部件上，安装上述的聚焦用反射镜和成像用反射镜，使它们能围绕轴一起转动。
13.根据权利要求12所记载的装置，其特征在于，上述成像用反射镜安装在聚焦用反射镜上，并偏离上述轴一个角度。
14.根据权利要求13所记载的装置，其特征在于，上述光源装置沿第1光轴射出光束，上述成像装置将上述传感器装置的视野沿第二光轴聚焦成像在焦点上，上述两个光轴所成的角度是成像反射镜和聚焦反射镜的偏离角的2倍左右。
15.根据权利要求1所记载的装置，其特征在于，上述外壳为了能够便于手提操作，备有手柄部分，使用者握着手柄使外壳向着记号，由前壁至记号纵向留有一定间隔，就可以读取记号，上述扫描面和观测面对于外壳的前壁沿纵方向离开一定距离。
16.根据权利要求1所记载的装置，其特征在于，上述传感器装置是各自带有传感器开口的一对光电二极管，上述成像装置为各自分别在传感器开口的附近装备有带有小孔的一对光阑，分别将各自的光电二极管的视野聚像，在外壳的外面不同的观测面上装有一对观测窗。
17.一种读取记号的非激光扫描方法，其特征在于，该方法包括以下步骤a、产生光束;b、形成扫描点，上述光束聚焦后在扫描面上形成规定尺寸的扫描点，将上述扫描点射在扫描面内近距离作业的范围内的记号上;c、进行扫描，扫描点对记号进行横扫形成扫描线，反射光从记号上反射回来，使其至少一部分反射光的返回部分沿上述光源入射的方向射回;d、光电变换，整个视野的反射光的返回部分，由传感器检测，并将检测的各种光强度转换成电信号;e、电信号的处理，对上述电信号进行处理，得到表示记号的数据;f、成像过程，上述传感器的观测窗成像，并将观测窗放置在离开扫描面的观测面上。
18.根据权利要求17所记载的方法，其特征在于，上述的步骤b为光束从曲面反射镜反射。
19.根据权利要求17所记载的方法，其特征在于，上述的步骤d为用曲面反射镜反射上述返回部分光。
20.根据权利要求18所记载的方法，其特征在于，上述步骤c包括让上述曲面反射镜动作。
21.根据权利要求17所记载的方法，其特征在于，上述观测窗具有与表示记号特征的最小尺寸几乎相同的宽度。
22.一种对条型码记号及类似物扫描的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤a、用发光二极管产生光束，使上述光束聚焦后在扫描面上形成扫描点;b、光照射到放置在观测面内的记号上时，返回来的反射光收集到光检测器上;c、到达上述光检测器的反射光只受到比上述光点小得多的观测窗的限制(上述观测窗的边界由检测器附近的小孔来确定)。
23.根据权利要求22所记载的方法，其特征在于，上述步骤a包括上述光束从曲面反射镜反射回来。
24.根据权利要求22所记载的方法，其特征在于，上述步骤b包含从记号反射回来的光用第1曲面反射镜反射。
25.根据权利要求23所记载的方法，其特征在于，上述步骤a包括上述光束由第2曲面反射镜反射，上述第1曲面反射镜比第2曲面反射镜要小得多。
26.根据权利要求25所记载的方法，其特征在于，为了使上述光点沿着长的扫描线进行扫描，让上述第1及第2曲面反射镜一起动作。
27.一种以发光二极管为光源对条型码记号及类似物进行扫描的装置，其特征在于，该装置包括以下各部分a、发光二极管光源，用于产生光束，聚焦后在扫描面上形成光点，b、光检测器装置，放在观测面上的记号被照射后，返回来的反射光集中在光检测器上，以及c、到达光检测器上的反射光限制在比上述光点小得多的观测窗内，上述观测窗由光检测器附近的小孔来确定其边界。
28.根据权利要求27所记载的装置，其特征在于，上述光束从第1曲面反射镜反射后，聚焦成上述光点，上述反射光经第2曲面反射镜聚焦在上述光检测器上。
29.根据权利要求28所记载的装置，其特征在于，上述第1及第2曲面反射镜安装在一起，用扫描马达驱动，横扫信号。
30.根据权利要求29所记载的装置，其特征在于，上述观测面和扫描面相互有一定距离，上述第1曲面反射镜的中心轴与上述第2曲面反射镜的中心轴相互偏离一个角度。
31.一种手提式扫描装置，动作的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤a、手提式扫描装置放置在支架上时，该装置保持静止状态(上述装置处于静止状态，扫描马达和光源不供电);b、使用者拿起该装置移向要读取的记号，对上述装置的运动进行检测;c、对应上述检测，上述扫描马达和光源通电。
32.根据权利要求31所记载的方法，其特征在于，上述步骤b包括对扫描马达的可动部件的动作进行检测。
33.根据权利要求17所记载的方法，其特征在于，上述可动部件的运动的检测，是先检测扫描马达的线圈中产生的电压。
34.根据权利要求31所记载的方法，其特征在于，由上述光源产生光束，借助扫描马达，用上述光束对条形码记号进行横向扫描。
35.根据权利要求32所记载的方法，其特征在于，包括检测由记号反射的光及与此对应的产生电信号检测阶段。
36.根据权利要求35所记载的方法，其特征在于，对条型记号扫描后有了电信号指示，在规定的时间以后，将光源和马达断电。
37.根据权利要求31所记载的方法，其特征在于，上述光源为发光二极管，由扫描用曲面反射镜将发光二极管发出的光束聚焦在扫描面上，由集光用曲面反射镜将记号上反射回来的光集聚在光检测器上，用上述扫描马达来驱动以上两个曲面反射镜。
38.一种条形码扫描器，其特征在于，该扫描器包括以下几个部分a、手提式组件，该组件放置在支架上且处于静止状态时，扫描马达和光源处于关闭状态。b、检测器，使用者将上述组件移向条型码读取位置时，与上述组件的动作相适应，上述检测器工作。c、控制器，响应于上述检测器，扫描马达和光源通电。
39.根据权利要求38记载的扫描器，其特征在于，上述检测器对扫描马达的可动部件的动作进行检测。
40.根据权利要求39记载的扫描器，其特征在于，上述可动部件的动作在扫描马达的线圈中产生电信号，由检测此电压信号来检测可动部件的动作。
41.根据权利要求40所记载的扫描器，其特征在于，上述扫描马达为旋转型马达或共振型马达。
42.根据权利要求38所记载的扫描器，其特征在于，上述组件备有曲面反射镜和光源，由扫描马达驱动，使光束横向扫描要读取的条型码记号。
43.根据权利村注42所记载的扫描器，其特征在于，上述光源为发光二极管。
44.根据权利要求42所记载的扫描器，其特征在于，上述组件备有光传感器用于接收记号反射回来的反射光，反射光是由上述扫描马达驱动的曲面反射镜反射回来的。
45.一种使条型码扫描器动作的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤a、将光束对准条型码记号;b、检测由条型码记号反射回来的光与检测的光对应产生电信号;c、将上述电信号接到带宽可选择的电路;d、检测上述电信号内的表示条型码特征的表现密度，产生控制信号，以及，e、利用上述控制信与变更上述可以选择的频带宽度。
46.根据权利要求45所记载的方法，其特征在于，上述电路是可以选择频带宽度的滤波器，为了选择频带宽度，滤波器带有可选择电容量的电容器。
47.根据权利要求45所记载的方法，其特征在于，当上述表现密度较低时，上述频带宽度变窄。
48.根据权利要求45所记载的方法，其特征在于，当上述表现密度高时，上述频带宽度变宽。
49.根据权利要求45所记载的方法，其特征在于，上述光束由发光二极管产生。
50.根据权利要求49所记载的方法，其特征在于，上述光束以光点的形式横扫条型码记号，上述记号的反射光照在检测器上并产生电信号。
全文摘要
本发明涉及读取记号，特别是读取条形码记号的光电式扫描装置，具体说是涉及非激光光源的非激光式扫描器。该装置利用发光二极管发射光束，并接收由记号返回的反射光，从而读取像条形码的记号，扫描装置内的光学系统把光束及光传感器的视野聚焦在壳体处的两个平面上，扫描装置内设有使观测窗成像的装置，该观测窗比扫描点小。扫描装置用发光二极管(LED)做光源，但LED只能“看”到通过观测窗能看到的扫描点部分，所以，在不损害读取性能的前提下，可使用LED比较大的(数毫米)扫描点。
文档编号G06K7/14GK1073279SQ9111154
公开日1993年6月16日 申请日期1991年12月14日 优先权日1991年12月14日
发明者鲍里斯·梅特里茨凯, 杰罗姆·斯沃茨, 爱德华·巴坎, 霍华德·谢泼德, 戴维·戈林, 托尼·比约索 申请人:欧林巴斯光学工业股份有限公司