专利名称：无镜式扫描器的制作方法
技术领域：
本发明总地涉及用于阅读有不同光反射率的标记，例如条形码标记的激光扫描系统，并尤其是涉及所谓的无镜式扫描系统，在该系统中不使用镜，而用其它的部件对阅读的标记进行回扫或扫描。
激光扫描系统及部件的类型，例如描述在以下专利中的美国专利号4251798;4360798;4369361;4387297;4593186;4496831;4409470;4460120;4607156;4673803;4736095;4758717;4816660;4808804;4816661;4760248;4871904;4806742;4845350及美国专利申请号148699及147708(所有这些专利及申请均为本申请的受让人所有并结合在这里作为参考)，一般设计成用于阅读具有不同光反射率部分的标记，例如条形码标记、尤其是通用产品代码(VPC)类型的标记，该标记位于距手持式或固定式扫描器一定的工作或阅读距离上。
典型地，由一个光源，例如激光产生出一个光束，它被光学校正并在工作距离处形成一定尺寸的光束点，再利用光学部件将光束点沿光路对准到位于工作距离附近的条形码标记上，用于用标记反射。一个光检测器具有延伸到标记面上并稍微超过标记的视野，用来检测从标记反射出的可变化强度的光并产生出代表被检测光的电信号。这些电信号被译码成描述标记的数据。在光路上设置了一个扫描部件。该扫描部件能够使光束沿标记扫描并扫出沿着标记并超过标记的一根扫描线，或者扫描光检测器的视野，或者对两者都扫描。
在任何情况下，扫描器典型地包括一个可运动的镜。例如在US4251798中公开了一种在每侧具有一平面镜的可旋转多边形镜，每个镜扫出一根扫描线横穿标记。在US438729及4409470中均使用了在交替的园周方向上绕一驱动轴被重复地往复驱动的一个平面镜，该平面镜安装在驱动轴上。在US4816660中公开了一种多镜结构，它由一大体是凹面镜部分及一大体是平面镜部分组成，该多镜结构也在交替的园周方向上绕一驱动轴被重复地往复驱动，该多镜结构安装在驱动轴上。
不管镜的形状与取位如何，在激光扫描系统中公知的扫描部件应用可动的镜实现上述扫描与回扫操作。使其它的激光扫描系统部件运动被认为是不现实的。例如，使一气体激光管运动是难以想象的，尤其是在手持的紧凑系统的应用上，因为对一个运动的气体激光管必须提供大的空间和本身有大的尺寸。使一个光透镜运动也被认为是不理想的，因为在激光扫描系统中光部件的定位是很严格的。因此，正是镜子被普遍认为能起到回扫/扫描作用。然而，在某些激光扫描应用中，镜的运动被证实不是完全理想的。
在以US4578571为例的非激光扫描系统类型中，一个非激光发光二极管，一个光学组件，一个光检测器，及电子预放大/滤波电路都固定地安装在一个共同支架上，该支架与一悬臂双压电晶片相连接，后者被往复地驱动以使上述所有部件在待扫描的条形码标记上向前及向后运动。由于所有共同安装的这种非激光系统部件的大体积与大质量，就需要花费大的功率用于驱动。在这些情况下，如电池供电操作的情况下，这也不是完全实用的，在电池供电时其功耗应尽量保持到最小。同样地，仅使一个或多个非镜式系统部件相对于另外的非镜式系统部件运动用于节省功率迄今也认为是不理想的，因为有上面已讲过的光部件定位的问题。
希望有一种光扫描系统，使它的光扫描系统的部件，包括光源，光学系统，光检测器，扫描部件及电导体全都安装在一个共同的组件上以构成一个紧凑的，重量轻的扫描模块。该扫描模块以可互换的模块形式安装在不同构型的壳中。
例如，壳可以手持并具有所谓手电筒型式的园柱体形状，或者盒状，或者具有枪类构型。该壳仓可安装在操作者手臂背上(例如参见US4766299)或设置在操作者手的一个或多个手指上，典型地是借助一个带子，一个夹子或一个手套作到的。该壳仓可安装在操作者手臂上，通常是在手腕附近或在手腕上。该壳仓也可安装在一个柜台的工作站上。该壳仓还可以安装在一可移动手推车中，或购货车中，或在某些情况下，甚至安装在固定设备上。
扫描模块的紧凑、重量轻的特点能使壳仓构型翻出无数新花样。于是，该扫描模块可以装在操作者身上的任何部位上，例如装在操作者头戴的头盔上，操作者眼前所戴的眼镜上，肩上或背带等上。
本发明的总目的在于使现有技术的用于阅读不同光反射率标记的扫描系统，尤其是阅读条形码标记的激光扫描系统得到发展。
本发明的另一目的是取消使用镜及起回扫与扫描作用的镜的运动。
本发明的又一目的是提供所谓的“无镜式”扫描器系统，它在尺寸上紧凑，重量轻，使用可靠并相对地在组装及制造上成本低。
本发明的另一目的是使一个或多个扫描系统的部件共同运动或彼此相互分开地运动以达到回扫及扫描的功能。
本发明的又一目的是使用多种式样的无镜式扫描系统手持式，手指配带式，手臂配带式，体携式，台式工作站及可移动或固定的构型。
本发明的另一目的是使用多种扫描模式的无镜式扫描系统，例如单轴及多轴扫描。
本发明的又一目的是在不同构型的壳仓中可互换地安装无镜式扫描系统。
为了实现这些目的及在下文将会明了的另外目的，简言之，本发明的一个特征在于用于阅读具有不同光反射率部分的标记如具有交替条与空的条形码标记的光扫描系统中的无镜式扫描装置。该系统的一般类型具有一个光源部件，例如用于发射激光束的激光部件;一个光学部件，例如一个聚焦透镜和/或一个光阑，用于光学校正及将激光束沿光路对准到位于该系统外部参考面附近的标记上;及一个光检测器部件，例如一光电二极管，它具有一个视野及用来至少检测由标记反射光返回的可变强度光的一部分，并产生代表被检测光强度的电信号。随后该电信号被处理及变换成描述标记的数据。
根据本发明，该无镜式扫描装置包括用于至少将一个相对于至少另一部件重复地往复运动的部件安装的装置，及使该安装装置重复地往复运动的驱动装置，而且至少所述的一个装置能至少对所述光束及所述视野中的一个进行扫描。仅是一个或仅是二个所述部件相对另外部件往复运动是有利的。此外，所有这些部件也能一起往复运动，在此情况下，最好是光路与光返回路径是共线的，至少在一个壳仓中它们是共线的，在该壳中装有上述所述部件。
最好该驱动装置包括具有一纵轴的电动机，用于围绕沿轴纵向延伸的轴线使该轴在一交替的园周方向上转动，其交替转动的弧长小于360°，例如在一中心位置的两边各10°。至少所述一个部件安装在轴上，与轴一起转动。
安装在该轴上的部件可以是激光部件例如半导体激光二极管，一个聚焦透镜，一个光圈阑，聚焦透镜与光圈阑的全部组合。同时，光电二极管也可安装在该轴上与其一起转动。因为二极管需要一个电源，如一个12伏直流电源，并因为由光电二极管产生的电信号必须被传送到信号处理电路，故使用了圈式抗拉电导线连接激光二极管及光电二极管是有利的。
不使上述部件绕轴转动，该驱装置也可用于使一个或多个上述部件在一个平面中往复运动，该平面与一光轴相垂直，沿光轴光路可沿中心位置伸展。这种平面运动可以用多种形式实现例如电磁驱动，机械驱动，压电驱动及双金属片热驱动。
本发明的该无镜式扫描装置可用来在待阅读标记上产生单根扫描线，或是与另外扫描部件一起使用在标记上产生多线扫描图形。
此外，该无镜式扫描装置尺寸非常紧凑并且重量轻，能以模块方式安装在许多不同的系统构型中。例如，该装置可以安装在具有任何方便形状的手持式壳内，例如具有壳与把手的枪形头，或盒形头，或园柱形头;或装在手腕配带的或手臂配带的壳仓内;或手套式壳内;或手指配带的壳内，例如戒指状头;或在台式或柜台式壳内，例如具有向上扫描，向下扫描，或向侧向扫描能力的工作站;或装在手推车上可移动的壳内;或在固定系统设备中，例如安装在生产线上或在现金出纳机上。该装置的尺寸紧凑及重量轻的特点使其对于各种应用及使用能有富有变化的构形。对于使一个或多个往复运动部件往复运动所需的功率也降至最低。有利的是该装置容易从安装有它的系统中取下来。需要替换的部件很容易被另外部件替换。
被考虑作为本发明特征的新颖特征专门地记载在所附权利要求书中。然而，本发明本身，无论在其结构上或其操作方法上，以及与其另外的目的及优点在一起，通过以下对结合附图专门实施例描述的阅读将会最清楚地被理解。
图1A安装有根据本发明无镜式扫描装置的一种手持式光扫描系统的局部剖开及局部为截面的示意图;
图1B图1A装置的另一侧视图;
图2图1A的无镜式扫描装置的前方透视图;
图3根据本发明另一实施例的无镜式扫描装置的局部为截面的侧视图;
图4描述图3中实施例工作的图解顶视平面图;
图5根据本发明又一实施例的无镜式扫描装置的局部为截面的侧视图;
图6图5中沿线6-6部分的放大图;
图7描述图5中实施例工作在两端部限制位置上的图解顶视平面图;
图8使用在多轴线扫描系统中的如图2的无镜式扫描装置的后方透视图;
图9根据本发明的无镜式扫描装置的另一实施例的部分剖开的透视图;
图10使用本发明任一无镜式扫描装置的鹅颈式扫描系统工作站的侧视图;
图11根据本发明无镜式扫描装置的又一实施例的侧视图;
图12沿图11剖线12-12的一个剖面图;
图13用于图11及12的实施例中另一种弹簧的横截面图;
图14沿图16中剖线14-14的一个剖面图;
图15图16中实施例的一个端视图;
图16根据本发明的无镜式扫描装置的另一实施例的顶视平面图;
图17与图14相似的但为根据本发明的无镜式扫描装置又一实施例的剖面图;
图18与图14相似的，但为根据本发明的无镜式扫描装置另一实施例的视图;
图19与图14相似的，但为根据本发明无镜式扫描装置又一实施例的视图;
图20利用无镜式扫描装置的一个手持式扫描系统的部分剖开的透视图;
图21利用无镜式扫描装置的一个手持式旋转型系统的透视图;
图22利用无镜式扫描装置的一种手持式扫描系统的部分剖开的截面图;
图23图22的一个侧视图;
图24使用无镜式扫描装置的手臂配带式扫描系统的侧视图;
图24A使用无镜式扫描装置的另一手臂配带式扫描系统的前方透视图;
24B使用无镜式扫描装置的又一手臂配带式扫描系统的侧向透视图;
图25带在使用者手上的手套式扫描系统的侧视图;
图26使用无镜式扫描装置的戒指型扫描系统的侧视图;
图27使用无镜式扫描装置的可移动式结帐台的透视图;
图28使用无镜式扫描装置安装在购货手推车上的一种手持式扫描系统的侧视图;
图29沿图28中剖线29-29的一个剖面的放大图;
图30售货点现场柜台式扫描系统的透视图;
图31具有可拆卸头的柜台式扫描系统的侧视图;及图32适用于惯用左手及惯用右手的操作者的扫描系统的顶视平面。
现在参照附图，图1A及1B中的标号10总地表示在上述同样主题的专利及专利申请中通常所述类型的一种扫描系统中的装置，它用于阅读标记，尤其是UPC条形码标记。上述所有专利及申请的全部内容在这里结合作为参考。如同在该说明书及以下权利要求书中所使用的，“标记”(“symbol”)一词有宽广的释义，它不仅指覆盖由交替的条与空组成的标记图案，而且也包含另外的图案，如字母数字符号，简言之，它是任何具有不同光反射率部分的标记。
装置10包括一个手持壳仓12，它具有一基板14，该基板将壳的内部划分成上半部16与下半部18。一个与US4496831中描述相似的轻重量、高速、小型化的扫描电动机20安装在基板14上。该电动机20有一输出轴22，该轴在交替的园周方向上绕轴心重复地被驱动，该轴22沿园周在每个方向上转动的弧长小于360°。这种电机20及该电机的控制电路24的结构、功能及操作方面的情况详细地记载在US4496831中，为了简要起见，这里不再重复。
本发明中的电动机20与US4496831中电动机之间的一个区别在于安装在输出轴22上的上部结构。本发明提出，不用所述专利中指导的平面镜，在图1A中，在轴22的端部安装了一个大致U形的支架26，并在该支架26上安装了一个激光/光学组件28。该组件28及支架26与轴22一起振荡及转动。
组件28包括一个长的中空管30，一个激光二极管32固定地安装在管30一个轴端区域上，一个透镜筒34安装在该筒内(见图3)。聚焦透镜36最好是一个平凸透镜，但也可为球透镜，凸透镜或柱透镜等。该筒34具有一个由光圈阑38形成的端壁，该光圈阑穿过该端壁。该筒34安装在管30内并用于在该管中作纵向套管式运动。透镜36位于筒的该端壁附近并安装得与该筒一起运动。筒和透镜的位置，相对于二极管的位置是固定的，通常是被粘接或夹住在该装置位置上，因而一方面在透镜及光圈阑之间，另一方面在透镜、光圈阑及二极管之间的距离就被获知了。一个圈形弹簧37(见图3)位于筒及管的中间并延着它们伸展，且一个端圈压在二极管上，而另一端圈压在该透镜的平面侧。该弹簧迫使透镜压着有光圈阑的一端壁上，由此相对于光圈阑使透镜的位置固定住。
组件28本身并不形成本发明的部分，事实上，它已在US4816660中被描述及要求保护了，参照该专利，该组件进一步的结构、作用及操作方面的情况可以得知。对于本发明来说了解以下就足够了该组件28包括一个固态激光二极管32，用于产生及传播一个入射的激光束，可以是在不可见或可见的光范围，而聚焦透镜与光圈阑的组合共同用来使激光束在相应壳12的工作距离范围内聚焦到有一定截面尺寸的光束截面积或光束点。被聚焦的光束经过光圈阑38及壳上的一扫描窗40到达位于壳外部的一个参考面附近，该参考面在沿输出光路的工作距离的范围中。
当轴22交替、重复地振荡的时候，支架26及组件28也以相同方式参与这种振荡运动，由此引起光束点在参考平面上的标记上以一个弧度扫描，并在其上扫出一个弧形扫描曲线，该曲线的中心位于二极管上。因而，不再使用镜片将光束点射在标记上进行扫描，而是使用在图1A的实施例中的另外扫描部件的运动，这些另外的部件包括激光二极管32及光学部件，它们作为一个统一的结构绕平行于参考面的一个轴转动。
由标记反射回的光线部分沿返回路径在箭头B的方向上通过壳上的第二窗42到达一个光检测器44，它用于检测反射出的激光返到其视野上的返回光部分的可变光强度，并用于产生表示被检测可变光强度的模拟量电信号。在图1A的实施例中，光检测器44被固定地安装在印刷电路板46上。在电路板46两侧的印刷电路板48及50中包括信号处理电路52及微处理机控制电路53，用于将模拟电信号转化为数字信号，及用于将这数字信号处理成描述被阅读标记的数据。有关信号处理及微处理机控制电路的细节可以从参考上述相同主题的专利及申请中获知。
一种分两部分的多导线插入式电缆连接器54，利用其一部分与信号处理及微处理机控制电路电连接，并用另一部分与连接到显示器55及键盘56上的一个柔性多导线缆54′电连接。一个可充电电池组58供电给激光二极管及壳中的电路。仅是将激光二极管及光学部件相对于固定的光检测器的移动，可使电池组的电力得以节约。
用于起动阅读的装置最好包括一个装在壳12上的起动扳机60，该起动扳机有一部份伸出壳外，以便手持该壳12的使用者用手工操作它。该起动扳机在操作时经起动开关62与激光二极管32，电动机20，光检测器44，信号处理电路52及控制电路53相连接并起动它们用以开始阅读标记。对于每个待读标记，每个轮到的标记使起动扳机动作一次。一旦控制电路确定出该标记已成功地被译码了，控制电路就结束对标记的阅读并使在壳中先前工作的部件停止工作，并使系统待备阅读下一标记。
图2表示装在图1A，1B的壳12内作为预先组装好的各种电、机械及光学部件的组合件的上半部分16。为了清楚起见，在图2中忽略了印刷电路板46，48，50及基板14上的电路。
现在来看图3，其中与图1A相同的部件利用相同的标号表示。重复一下，振荡电动机20具有一输出轴22，在其上装有一个大致为U型的支架26。一个激光/光学组件28安装在支架的一个腿64上。光检测器44安装在支架的另一腿66上，圈形抗拉导线组68，70将二极管32和光检测器44连接到印刷电路板48上未被示出的电路中。虽然图中所示的是圈形导线，但其它类型的电连接器，扁平电缆线也可使用。一个集光透镜72安装在腿64上并同轴地围绕着组件28。透镜72，组件28及光检测器44全都具有一个共同的视轴或光轴74，沿着该光轴，光路与光返回路径是共线的，它们都作为一个单元可绕轴22的轴线在交替的园周方向上(见图4中双头箭头76)振荡。
图3中实施例的操作图解地示于图4中，从组件28发射出一个入射激光束。在中心位置上，该束沿着光轴74被导向到标记所在的参考面78上。光从标记沿各个方向散射出来。反射光的一部分，如光线79，81所表示的部分入射到集光透镜72上，例如一个菲涅尔(Fresnel)透镜上并聚焦到光检测器44的入口上。该入口可以是园形的，方形的或矩形的(见图6)。当该单元在每一箭头76的方向上转动时，光束点就以同样方式在参考面上沿标记运动。而返回光总是被聚焦到光检测器的入口。
图3的实施例是后反射式的，因为不仅是入射光束，而且光检测器的视野被同时地沿标记扫描了。与此相反，图1A、1B的实施例被通称为"飞点式"("flyingspot")扫描器，因为仅是入射光束被沿标记扫描，光检测器则是固定的。
现转到图5-7的实施例上，同样地相同的标号表示相同的部件，再重复一下，振荡电动机20具有一输出轴22，在该轴上装有一支架80。它不是象支架26的U形支架，而是一个L形的并具有一个竖腿82。一个激光/光学组件28装在该腿82上。一个光检测器44固定地安装在印刷电路板46上。圈形抗拉导线组60将二极管32与该板46上的电路连接起来。集光透镜72装在腿82上并同轴地围绕着组件28。透镜72及组件28作为一个单元在双头箭头76的每个方向上转动，而光检测器44与上述图3中实施例相反，是静止的。
如图7中图解所示，组件28在一个终端发射位置上发出的入射光束沿光轴84照射到在参考面78上的标记上，在那里一部分的反射光，如光线86，88所表示的，入射到集光透镜72上并聚焦到一长槽口状的光检测器44的入口92的一个端部90上，如图6所示。在另一个相反的终端发射位置上，如图7虚线所示，收集到的反射光部分被聚焦到该入口92的另一端94上，如图6所示。在两个终端发射位置之间被收集及聚焦的光沿入口92的长度方向移动。
图5-7中的实施例是另一种后反射式装置，因为入射光束沿标记扫描，而光检测器的视野也是相似也同时由于集光透镜的运动被沿着标记扫描的。可以利用使光源输出功率足够地大，而取消掉该集光透镜。
迄今所描述的各种实施例沿被阅读标记扫出在一个方向上的单根曲迹或扫描曲线。图8表示一种能产生出在多于一个方向上沿伸在标记上的扫描图形的装置。与前相似地，电动机20在由箭头76所示交替方向上重复地驱动输出轴22，支架26及激光/光学组件28。抗拉导线组68将二极管32与一低压电源96连接起来。电动机与其上部结构安装在基架100的一个水平台98上。
该基架具有另外的平台用于另外的部件。在水平台102上支承了一个集光透镜104;在平台106上表面上安装了一个光检测器44，在其下表面上装有信号处理电路所在的印刷电路板108。
第二个与电机20相同的电动机20′安装在垂直平台110上，并具有一输出轴22′，该轴22′与轴22成直角。不使用上述的上部结构，而是在轴22′的一端上装有一平面镜112，因而它与US4496831中所述的扫描部件相似。轴22′在如双头箭头114所示的交替园周方向上驱动镜112。
在工作时，用电动机22，22′同时地振荡装在各轴上的元件，就产生出在标记上的多个线组成的扫描图形。例如，由电动机20′将沿Y轴移动这单根扫描线，由此产生出一组相互平行延伸在标记上的扫描线。利用改变电动机20，20′的速度方向及频率，能够获得复杂的扫描图形，例如利萨如(Lissajous)图形。
由于激光/光学组件28的振荡运动，将二极管与它的电源96连接起来的抗拉导线68上遭受到可观的应力。当该组件改变方向时所产生的该应力削弱了导线接头处的机械完好性。一般地说，这些应力正比于轴22和导线与组件连接点之间的距离。
图9表示在二极管与其电源之间的导线连接点紧靠地放置在轴的附近的一种结构，由此最大限度地减少了企图松动该连接点的应力，并最大限度地提高了装置的寿命。
为此，将一支承块26″装在轴22上，但偏放在轴的一侧上。组件28装在块26″上。一个印刷电路板116装在块上朝着轴22的一侧上。该板116上具有三个沿板116延伸的导体条118a、118b及118c。激光二极管32具有第一组导线68，它们分别与这些导电条的各个端部相连接;而第二组导线120将各导电条相应的另一端部与电源96相连接。组件28，线路板116及第一组导线68一起振荡。第二组导线120上遭受到应力，但是如图所示，在各导电条另一端上的导线连接点极为靠近轴22，所以这些应力的数值，与第一组导线68直接与电源96相连接的情况相比，就大大地下降了。
图10表示一个台式工作站，其中的一个壳121大体具有与图1A中壳12的上半部相同的形状，它被安装在位于普通水平支承面如一个桌面125上的基座123上方。用一个鹅颈型半刚性可弯曲的管127将壳121与基座123连接起来，并使该壳能手动地相对于基座可弯曲地定位在任何需要的方位上，并使其保持在该需的方位中。因此，由该壳中发射出的光束能相对于待阅读的标记定位在任何需要的角度。
最好，基座123是空心的并容有信号处理电路，该电路利用经由管127内的电线与在壳121中所含的镜式扫描装置相连接。取代基座，该管远离壳121的一端也可连接到一个现金出纳机，相似的售货点装置或一固定架上，如一生产线上。
如迄今所描述的，该激光二极管/光学组件28本身或与光检测器44一起围绕一轴线转动以起到扫描或偏转作用。本发明还提出将聚焦透镜36本身或是与光圈阑28一起相对于二极管32在与该二极管的发射光线出口普遍平行的平面中运动。
参见图11，激光二极管32被固定地安装在一个支架122上。该二极管32沿光轴130发射出一宽角度扇形激光束，如图中光线124，126所表示的。该扇形光束在与二极管光出口的平面平行延伸，及与光轴130垂直延伸的两个正交平面中以不同的角度发射。聚焦透镜36安装在沿光轴130距二极管一个固定距离的支架128上，该固定距离为焦距F。该支架具有一个中心在轴线130上的孔，该孔用作为光圈阑38。
该支架128，如图12所示，伸进到一个永久磁铁的盒132中。一对盘旋状膜片悬置弹簧134，136将支架128支承在磁铁盒132上。一个音频线圈138围绕在盒132内部的支架128上并且限制在该盒中的N(北)极与S(南)极的范围内。
通过使该线圈138通电，则在该线圈产生的电磁吸力与推力的作用下，支架连同透镜与光圈阑将一起在与轴线130垂直的平面中向前后作往复运动，如果透镜及光圈阑的光折射，即由轴线130量到其一个终端发射位置的距离表示为D，则可看到由光线140代表的折射出的激光束位移了一个角度距离A＝tan-1D/F。
图13表示对盘旋状弹簧134，136的一种变型。俗称的“蜘蛛”式弹簧142具有曲形腿144，也可被应用。
图14表示使透镜36及光圈阑38在与二极管32的光出口平面相平行的平面中往复移动的另一种结构。该透镜36安装在一个桥形支架150上，它跨过并装在两个E形叶片弹簧156，158的两个中心腿152，154上，跨过的距离为该两腿之间的距离。弹簧156的外部腿160，162及弹簧158的外部腿164，166固定地连接在一个顶部支承框架170上。
桥式支架150具有一个中心在光轴130上的孔，该孔用作为光圈阑38。在该桥式支架上装有一个永久磁铁条172，其一端部为N(北)极，而另一端部为S(南)极。一对驱动线圈174，176分别围绕着每个极。
在工作时，每个驱动线圈被通上电，则在各线圈与N，S极之间由于磁相互作用产生出电磁吸引与排斥力，由此使桥支架在与轴线130垂直的平面中往复地移动。图14表示这种结构处于中心，即未移动位置。相反地，下面要描述的图17中的实施例表示移动位置。应该注意到仅是E形弹簧中心腿的上端是移动的。在透镜及光圈阑组件与二极管之间基本上维持一个恒定的距离。由此在参考平面上也就保持了合适的激光束聚焦。
如前所述，透镜及光圈阑的位移使由二极管发出的激光束偏移了一个角度A＝tan-1D/F。该光点沿着围绕透镜曲率中心的一个弧线运动。有可能利用这些弹簧腿的不等长度或硬度使光束点以期望的方式在标记上运动。例如，该光点可以在一条直线中运动。
不使用电磁装置，也可使用另外的装置来移动透镜及光圈阑。图17表示与图14相同的一个装置，但是用一个板180取代了磁条172，该板120连接在桥式支架上。该板180具有一个突耳182，一个驱动杆184可转动地与该突耳相连接。该杆184可以与一个纯机械传动装置，一个机电驱动装置，或一个压电基片也即一个用于将电能转换成机械能的换能器相连接，以便产生往复运动。
在另一变型中，这些弹簧的中间腿152，154可以由一种双金属材料作成，而其外部腿则由另一种双金属材料作成。将所有这些腿加热可使中间腿相对外部腿产生位移。
在图14-17中，由于光圈阑38与透镜36一起运动，激光束的输出功率在扫描线的终端会减少，这是因为未被聚焦的激光束强度在轴线130上最亮。在扫描终端的这种功率损失可以利用以下方式进行电补偿检测光束的输出功率或光圈阑后表面的反光，并通过对激光二极管的供电电流进行调节以保持恒定功率输出。
另一种方案表示在图18上，其中光圈阑38保持不动，仅使聚焦透镜36往复地移动。因为当透镜36移开轴线时，激光束未通过该透镜36的中心，则偏转或扫描角度A被放大了。通过偏离轴线130的透镜的光具有较大的光畸变，但在用于条形码阅读的应用上并未发现有显著的影响。
这些运动结构，即单独的透镜;透镜及光圈阑一起;透镜，光圈阑及二极管一起;以透镜，光圈阑，二极管及光检测器一起，均是轻质量的，故能使该系统工作在低功率的谐振状态，以及非谐振状态。由于运动结构的轻质量可以获得每秒40次扫描等级的甚高扫描速度及更高的扫描速度。
在图19上表示又一种方案，其中聚焦透镜36保持固定不动，仅是光圈阑38是往复运动的。光圈阑38是在顶壁200上作成的一个孔，该顶壁200定位在侧壁202，204上，与安装激光二极管32的支架206隔开一距离。该光圈阑顶壁200是可以向左或向右运动的，如图中虚线所示，该运动可利用任何往复运动驱动装置，例如电磁或压电驱动装置来实现。双压电晶片材料也可使用于壁200，202，204，以使得光圈阑在透镜36前的一个面中运动。
图20表示安装在往复电动机20上的一个紧凑的激光/光学组件28，如前所述，它安装在设有显示器212及键盘214的一个手持壳210中。该壳210具有矩形截面，并在其顶设有一个上部结构，它能进行对壳右方的扫描，或在另一作模式中对壳左方扫描。
该壳210具有顶部的矩形壁216，它借助于四个位于该顶壁角部分的螺钉固定地装到其位置上。一个罩220安装在壁的一端上。一个固定的反射镜222位于顶壁216上方罩的范围中。一个扫描窗224将罩的内部封住与外部环境隔开。镜222被定位在由激光/光学组件发射出的激光束的光路径中并且将光折射到壳的一侧，例如折射到壳的右侧。从被读标记返回的光径由窗224被光检测器44收集。
利用将这四个螺钉218取下，并将上部结构转180°，再置入螺钉218，该扫描装置将如同上述一样地工作，所不同的是，这次由镜222折射出的激光束是朝向另一侧，如壳的左侧。这样，使惯用左手及右手的使用者均能适应。
在图21中表示的装置起到相同的作用，其中发射出的光束也可射向右侧或射向左侧。在一园柱截面的壳226上有一个园形顶壁228，在该壁上支承着一个罩230。一个扫描窗232使罩230封闭。一个L形的锁片234从顶壁228上垂伸下来，在图示的位置上，锁片234锁合在壳226园侧壁上所设的一个钩236中。在图20中所示的相同激光/光学组件安装在壳226中。在图21中激光束传向右方。
为了能使用户适应，顶壁228及罩230能够转到虚线的位置上，直到锁片与未示出的与钩236隔180°的另一钩相锁合。在该锁合位置上，激光束在图21中向左方。锁片转动地与两个钩中的一个或另一个锁合的按揿类型比起对图20所述的取下及再旋入螺钉来说，操作要容易一些。
在所有各种实施例中，无镜式扫描装置在尺寸上是非常紧凑的。它允许该装置能作为模块被制造，该模块能安装在许多不同类型的激光扫描系统中。该模块可有利地包括一个装在支架上的激光/光学组件，例如一种往复式扫描部件，与一个光检测器一起，所有这些部件都与一个电连接器相连接，以便模块能与其它电部件形成电连接。
如图22及23所示地，该无镜式扫描装置安装在一园柱形手电筒类型的壳250中。在该优选实施例中，壳250的直径为一英寸数量级。此外，相同的部件用相同的标号表示。
起动开关62位于电路板48上，并且有一个操作按钮或起动器60，它穿过壳的园柱形侧壁并稍许凸在外面。该起动器60安装的位置用于与使用者的手指，尤其是姆指相吻合并由该手指按动，如图中所示。
激光/光学组件28将激光束射出壳250前端的园形窗口252。由标记反射的光经由该窗252返回并被光检测器54检测到。装机电池组58最好安装在壳250的后端。
如图24所示，任何一种上述的无镜式扫描装置可以安装在一个盒状254中，该盒可以借助一个至少部分围绕手腕的带258配带在使用者臂上手腕256的附近。该带258最好是由多个可扩展的链节组成的，但也可是由一弹性材料或一刚性材料构成的，带的一端可拆卸地连接，与皮带或表带相似。
通过物品的识别可自动起动阅读，或用操作者手的运动可以手动地起动阅读。例如，一个起动开关260具有一个长杆262，该长杆可转动地安装在壳254上并从其侧面偏伸出来。该长杆262伸延到操作者的姆指与食指之间的空间中。操作者用手指转动该杆262便使阅读起动。由于人机工程学的原因，最好是要么该杆262的位置设在靠近食指处，如图24中实线所示，以便使杆能够向上方移动;或要么该杆262的位置设在靠近姆指处，图24中的虚线所示，以便使杆能够向下方移动。
另一种臂带式壳利用带253配带在手腕附近并围绕着手腕，如图24A所示。一个用于数据输入的键盘255以及一个显示信息的显示器257设置在壳251上并使其面对操作者。一个射光窗259位于手腕附近并从操作者手背上侧向偏离开，以使得发射出的光束和/或反射光从手侧通过该窗。一个起动开关261可转动地安装在壳251上手腕的附近，并在手腕相对于臂挠曲时操作者手背向外运动的路径上。在一优选的使用中，操作者将他或她向外伸出的食指263指向待读的标记，与整个手一起利用弯曲手腕256在点P1及P2之间的空间中摆动该食指，以便对标记扫描。
如图24B所示，又一种臂带式壳265利用带267配带在手腕附近并围绕着手腕。一个键盘269及显示器271设置在壳265上。在此情况下，射光窗位于手腕附近并高于操作者手背，以允许射出的光束和/或反射光通过手背上方。一个起动开关273可转动地安装在壳上手腕的附近，并在手腕弯曲时手腕向内运动的路径上。同样，操作者将向外伸出的食指263指向标记275，并与整个手一起在点P3及P4之间的空间中摆动该食指，以便对标记扫描。
除这些实施例外，在其中还可使用一种杠杆式开关来起动扫描，还可将一个开关设在将扫描器/终端配带在手腕上的带上以实现起动扫描功能。当这种开关安装在带的内部时就能通过使用者适当的运动使该开关起动。
作为杠杆式或压力操作开关的变型，可以使用电子起动器来起动扫描。物品感应(即当物品接近扫描器时起动)或声音起动(即当使用者说"扫描"时起动)也可被使用。
"手套"式方案能相当简易地将除扫描外的功能模块加入或除去。这些模块可以包括这些功能如键盘，显示器，通信，电源，存储器，及数据存储，打印，或另外的阅读器技术(如磁迹)，这些模块可以互换地从设置在手套上的电连接器处接入或取下。该手套还可使这些模块适当地定位，以使得使用者能极方便地接近与使用。作为一个例子，如图24中所示的显示器可以放置在臂或手腕的内侧，并将一个键盘布置得更容易接近。
图24A、24B中的装置可用作为完整，独立的数据终端。
现在来看图25，一个与图24中壳254相似的盒形壳277结合在一个带在操作者手上的手套279上。该手套279最好是由一种弹性材料作成的。该壳具有一基座281，它被嵌入在手套中并保持在操作者手背侧手腕与肘关节之间的上方。发射出的光束和/或返回的反射光通过操作者手指的上方。阅读起动可以利用物品识别自动地或操作者手运动手动地进行。例如握紧手能使嵌放在手套内的压力传感器产生一触发信号用于起动阅读。
现在转到图26，一种包含扫描装置的手指配带式壳264利用戒指状支架268至少支承在使用者的一个手指266上。一种特别紧凑的扫描装置，其中光源及扫描部件被设置在一单片半导体及/或电光作用物上，它被描述在正在审理中的美国申请中，其全部内容在此结合作为参考。发射出的光束通过使用者手指的上方，并如前述，阅读可自动地或手动地被起动。
图27表示一种移动式结账站，在其中装有扫描装置及其它的售货点用附件。该站270包括一个轮车272，在该车平面顶壁上的一个X状窗274的下方由车支承着一个扫描装置;一个用于输入与载有待扫描标记的产品有关的数据的键盘276;一个架高的显示装置278，用于显示与产品有关的数据;一个用于秤产品重量的秤280;一个打印机282，用于打印纸带收据或贴在产品上的标签;一个袋的支架284用于将袋保持在适于装入产品的立放位置;一个封袋口器286，利用加热、贴接或类似方式封住口袋;一个存放箱288，用于暂时地存放已装袋的产品。一个推把290可使顾客将该站从一处推到另一处通常沿着零售店的过道推行。
图28表示一个传统的钢丝框架购物车292，该车上装有设置在枪形手持头294中的扫描装置。由图29清楚地示出一个搭扣式支架296，它最好由一种有弹性的塑料作成，该支架的壁围成一个套圈298，在其中存放一支枪形头294。该支架296具有腿300，它们搭扣并弹性地夹持在钢丝框架手推车292的个别钢丝302上。在该套圈298中放有一橡胶状吸振垫304，它可保护该头294的壳，在抽出支架或放入支架时使其免于被刻痕或损坏。
同样如图28所示，该支架安装在该手推车的后部一个侧壁上，由此，以免当多个购货手推手套放在一起时使支架和/或扫描头受损害。一个折叠式显示装置306安装在该手推车的前方用于显示与载有待扫描标记的商品有关的数据。
现在来看图30，一个售货点柜台308，例如是一种美味熟食台，具有多种美味食品如鱼310，肉312，土豆色拉314，奶酪316，意大利肠318，这里只是列一些示范的选择类别。对每种食品单独地设置了一个条形码标记。例如旗320，322，324，326，328上载有各自的条形码标记，当用光电扫描，译码及阅读时，这些标记就分别地代表了食品310，312，314，316，318。
柜台308也包括一个这样类型的现金出纳机330它具有一个传统的现金抽屉，一个键盘，一个显示器，一个纸收据带组件，以及一个天线332，该天线用无线电频率与柜台面上的扫描器336的天线334通信。在柜台308后面站着一个店员，该店员操作扫描器336及现金出纳机330。
该扫描器336是图10中所示的一种的改型，它包括一个安装在一个半刚性可弯曲管340一端的操作头338，管的另一端与一基座342相连接。该操作头上装有一个键盘344，一个显示器346及一个卡片阅读器，该头上有一个槽口348，用户的磁性编码卡，例如借贷卡、信用卡或罚款卡将通过该槽口。在基座342上设有一磅秤350;一个电子监视防盗标签失效器352;一个打印机，其上有一孔354，纸带和/或机读和/或人读标签将经过该孔。该秤具有设在基座342顶壁平面中的秤平台。该失效器安装在基座中，用于使产品上设有的防盗标签改变状态。打印机也装在基座中，用于从孔354中弹出纸带和/或商品粘贴标签。
在使用中，顾客来到该柜台308前面，并点要某一专门食品的一部分，例如意大利腊肠318。店员于是切下这部分食品并在秤350上秤其重量，以及将扫描器338对准旗328，告诉系统被秤的食品种类，实际上即腊肠。因此正是这种光识别产品方式防止了操作者的失误，这种失误在公知系统中用手工输入产品识别码时常有发生。
根据食品种类及它的重量，对一个存有单位重量价格信息本机数据存储区进行询问，于是打印机354就打印出一个标签，该标签用于贴在腊肠的这部分上，通常是贴在包它的纸上。
在秤重过程中，店员将校核显示器346以观察是否正确地识别了食品，或将手动触动键盘。在标签粘贴在食品上以后，便可将一信用卡通过阅读槽口348以对顾客记账。
该扫描器338不一定与现金出纳机330用无线电通信，也可以用导线连接。同样地，扫描器338不一定机械地用基座342支承，也可以将其安装在一个支架或相似的支承物上，可固定地或可活动地安装。
本发明并未仅局限于食品柜上，因为任何商品均可用上述方式被光学地阅读。在一个零售场合中，例如衣店中，防盗标签失效器354将更为有用。
图31表示一个可拆卸地安装在一个为前所述的可弯曲臂362上的枪状头360。在臂362的一端上支承了机电连接器366的一部分364，该连接器的配合部分368支承在头360上。因此，该操作头360可以取下用作手持操作头，或用于修理及维护的目的。该臂362的另一端与一基座370相连接，支放在支承面372上。在工作站模式中，射出的光束对准在位于操作头下面的标记上，或者在手持模式中该光束对准在手前方的标记上。
图32表示适用于惯用右手及惯用左手使用者的另一装置，如在前面结合图20及21所讨论的。如前所述的一个激光/光学组件28在扫描时在双头箭头374所示方向上振荡。一个导光部件376，它最好是用能透光材料作的，被放置在从组件28发出的光束的光路中。借助于从壳378上向外伸出的一柄可使该部件376被定位在实线所示位置或虚线所示位置上。在实线位置上时，该部件376将光束引导到偏离原来直线路径右方约10°至15°的方位上，以适合惯用左手的使用者。在虚线位置上时，该部件376将光束引导到偏离原来直线路径左方约10°到15°的方位上，以适合惯用右手的使用者。
应该理解到，上述的每种部件，或两种或多种合在一起也可以在不同于上述结构的另外类型结构中作出有效应用。
虽然本发明是以具有可移动激光、光学系统及传感部件无镜式扫描器的实施形式进行图解与描述的，这并不意味被局限在所述细节上，因为在任何方面不偏离本发明的精神是可以作出种变型与结构变化的。
无需进一步分析，以上的描述已如此全面地展示了本发明的要点，以致他人利用现有的知识很容易将本发明用到各种应用中去，只要他从现有技术的观点出发没有忽略本发明一般与特殊方面真正基本的结构特征即可。因此这些应用应该也必须理解成是在与以下权利要求等效的含义与范围中。
作为新的发明及需要被专利证书保护的内容记载在所附的权利要求书中。
本发明包括以下的实施例1、一种用于阅读具有不同光反射率部分的标记的光扫描系统中的扫描装置，它包括(A)用于发射光束的一个光源部件;
(B)一个光学部件，用于光学地校正光束并将光束沿光路对准到位于系统外一参考面附近的标记上;
(C)一个光检测器部件，它具有一个视野并用于至少检测由标记反射出的可变强度光的一部分，及用于产生出代表被检测光强度的电信号;
(D)一个扫描部件，用于至少对光束及视野中的一个进行扫描;
(E)一个电连接部件，用于从光检测器部件上导出电信号;
(F)所有的所述部件被一起安装在一个共同的组件中构成了一个紧凑的，轻重量的扫描模块;及(G)将扫描模块以可互换模块方式安装在不同构型的壳中。
(1)根据1所述的装置，其中一个壳是具有一键盘，一显示器及一可充电电池组的手持终端。
(2)根据1所述的装置，其中一个壳包括一个用于手动起动扫描的阅读控制部件。
(3)根据1所述的装置，其中一个壳具有园柱体形状并且具有适合被使用者手持的尺寸。
(4)根据1所述的装置，其中安装装置包括用于将一个壳支承在使用者手腕上的装置。
(5)根据所述(4)的装置，其中支承装置包括一个至少部分地围绕使用者手腕的带。
(6)根据1所述装置，其中安装装置包括用于将一个壳支承在使用者手背上的装置。
(7)根据所述(6)的装置，其中支承装置包括一个手套，在其上至少支承所述一个壳的一部分。
(8)根据1所述的装置，其中安装置包括将一个壳支承在使用者手指上的装置。
(9)根据所述(8)的装置，其中支承装置包括一个至少部分地围绕使用者手指的环。
(10)根据1所述的装置，其中支承装置包括将一个壳支承在一个可移动手推车上的装置。
(11)根据所述(10)的装置，其中手推车是具有一支架的购货车，在该支架中保持着一个可取下的壳。
(12)根据所述(10)的装置，其中手推车包括一个键盘，一个显示器，一个秤及一个打印机。
(13)根据所述(10)的装置，其中手推车包括一个袋的支架，用以将袋保持在竖直位置，及一个用来封袋口的封袋口装置。
(14)根据1所述装置，其中一个壳安装在一个可弯曲臂的一端上，该臂用来调节所述该壳相对标记的位置，所述的壳包括一个键盘，一个显示器及一个用于阅读编码卡的卡片阅读器。
(15)根据所述(14)的装置，其中所述的一个壳包括一个秤及一个打印机。
(16)根据所述(14)的装置，其中所述的一个壳包括一个监视标签失效器。
(17)根据所述(14)的装置，其中安装装置包括一个可拆卸的机电连接器，它的一部分在臂的所述端上，而一个配合部分在所述的一个壳上。
(18)根据1所述装置，还包括将一个壳变换成供使用者的一个惯用手使用的装置，所述变换装置包括将光束引导到两个路线的一个上的装置。
2、一种用于阅读具有不同光反射率部分的标记的不用手持的扫描系统，包括
(A)具有一个窗的壳;
(B)在壳中的可起动的光电扫描器装置，用于将光束经窗射出到待阅读标记上用来扫描标记，并且用于对由标记反射出的可变强度光进行检测以产生代表标记的电信号;
(C)用于将壳设置在操作者手臂上的装置;及(D)利用操作者的手相对臂的运动起动扫描器装置对标记开始阅读的起动装置。
(19)根据2所述系统，还包括用以手动输入数据的装置及用于显示信息的显示装置，所述数据输入装置及显示装置安装在壳上，与扫描装置在一起组成一个整体的扫描器及数据终端。
(20)根据2所述系统，还包括位于操作者手腕附近的窗，并由其中射出光束，该光束在操作者手背上方对准在沿操作者伸出的食指所指的大致方向上。
(21)根据2所述系统，其中起动装置包括一个利用操作者手腕的弯曲能使其在开关状态之间转换的起动开关。
(22)根据所述(21)的系统，其中该开关包括安装在壳上的一个可移动的附件。
(23)根据所述(22)的系统，其中该附件可转动地安装在壳上并覆盖在操作者的手背上。
(24)根据所述(22)的系统，其中该附件是一个装在壳上并从壳侧向偏伸出的一个可转动长杆，所述长杆延伸在操作者手的食指与姆指之间。
3、一种用于阅读具有不同光反射率部分的标记的方法，包括以下步骤
(A)将具有一个窗的可起动光电扫描器设置在一个操作者的手臂上;及(B)利用操作者的手相对于臂的运动起动该扫描器，以便将光束经该窗射出到待阅读标记上，扫描该标记，并检测由标记反射出的可变强度光，用于产生出代表标记的电信号。
(25)根据3所述的方法，其中起动步骤是利用将操作者向外伸出的食指对准标记，并在操作者手腕弯曲的同时食指扫过标记上方的空间来实现的。
(26)根据3所述的方法，其中起动步骤是由将一个起动开关的附件覆盖在操作者的手背上来实现的。
(27)根据3中所述的方法，其中起动步骤是将起动开关的一个附件延伸在操作者手的食指与姆指之间来实现的。
权利要求
1.一种用于阅读具有不同光反射率部分的标记的光扫描系统中的扫描装置，它包括(A)用于发射光束的一个光源部件；(B)一个光学部件，用于光学地校正光束并将光束沿光路对准到位于系统外一参考面附近的标记上；(C)一个光检测器部件，它具有一个视野并用于至少检测由标记反射出的可变强度光的一部分，及用于产生出代表被检测光强度的电信号；(D)一个扫描部件，用于至少对光束及视野中的一个进行扫描；(E)一个电连接部件，用于从光检测器部件上导出电信号；(F)所有的所述部件被一起安装在一个共同的组件中构成了一个紧凑的，轻重量的扫描模块；及(G)将扫描模块以可互换模块方式安装在不同构型的壳中。
2.一种用于阅读具有不同光反射率部分的标记的光扫描系统的装配方法，包括以下步骤(A)由一个光源部件发射出一个光束;(B)光学地校正由光源部件产生的光束，并沿光路将该光束对准到位于系统外一参考面附近的标记上;(C)利用具有一视野的光检测器部件至少检测由标记反射出的可变强度光的一部分，并产生出一个代表被检测的光强度的电信号;(D)利用一个扫描装置至少对光束及视野中的一个进行扫描;(E)利用电连接部件从光检测器部件将电信号导出;(F)将所有的所述部件一起装配在一个共同的组件中并构成了一个紧凑的、轻重量的扫描模块;及(G)将扫描模块用可互换模块方式安装到不同构型的壳中。
3.一种用于阅读具有不同光反射率部分的标记的不用手持的扫描系统，包括(A)具有一个窗的壳;(B)在壳中的可起动的光电扫描器装置，用于将光束经窗射出到待阅读标记上用来扫描标记，并且用于对由标记反射出的可变强度光进行检测以产生代表标记的电信号;(C)用于将壳设置在操作者手臂上的装置;及(D)利用操作者的手相对臂的运动起动扫描器装置对标记开始阅读的起动装置。
4.一种用于阅读具有不同光反射率部分的标记的方法，包括以下步骤(A)将具有一个窗的可起动光电扫描器设置在一个操作者的手臂上;及(B)利用操作者的手相对于臂的运动起动该扫描器，以便将光束经该窗射出到待阅读标记上，扫描该标记，并检测由标记反射出的可变强度光，用于产生出代表标记的电信号。
全文摘要
在使用激光、光学系统及扫描器部件的条形码标记扫描系统中，一种无镜式扫描器是在一个驱动装置上安装了这些部件中的一个或多个，用来使其围绕一个轴线或在一平面内作重复性往复运动以实现扫描。所述这些部件一起安装在一个共同的组件中以构成一个紧凑的、轻重量的扫描模块，该模块以可互换模块的方式安装在不同构型的壳中。
文档编号G06K7/14GK1078566SQ92103189
公开日1993年11月17日 申请日期1992年5月13日 优先权日1992年5月13日
发明者鲍里斯·米特里斯基, 马克·克里切夫, 爱德华·巴坎, 霍华德·M·斯泼德, 杰罗姆·斯沃茨, 约瑟夫·桑多 申请人:欧林巴斯光学工业株式会社