专利名称：光学扫描器和光源组件的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及光学扫描器，具体的是，本发明涉及减小两个单独光束分量光束直径的方法和装置，该光束分量是从同一光源射出的，用于光学扫描器。
销售点(POS)系统，比如光学扫描器，能够检测并读出附在商品上条形码反射的光，已经广泛使用。例如，光学扫描器也称之为条形码读出器，用在杂货店的“出纳”柜台，对附在商品，如食品上的条形码进行扫描。通过对商品的搬动和操作，这些光学扫描器帮助操作员，如出纳员，减少“扫描”有关商品信息所需的时间，从而减轻操作员的负担和提高操作员的工作效率。
近年来，已经研制了带两个读出窗的光学扫描器，例如，这两个窗口设置在光学扫描器的底部和前部，形成“L”形状。这两个窗口能使光学扫描器从多个方向读出并扫描附在商品上的条形码。因此，尽管商品上的条形码有不同的取向，附在商品上的条形码仍然可以从两个窗口射出的光束加以检测和读出。这一特点减轻了加在操作员身上的负担。然而，带有多个窗口的普通光学扫描器需要每个窗口有单独的光学扫描器。其结果是一个带有许多零件且昂贵和复杂的光学扫描器，其体积也大。
例如，光学扫描器的底部和前部分别装有读出窗，这种光学扫描器需要每个读出窗口有光学扫描系统。每个光学扫描系统包括光源，如多面反射镜的扫描装置，以及其他反射镜。因此，这种扫描器是复杂的，需要大量零部件，因而增加了制造成本。然而，若一个共用光源用于两个光学扫描系统，所需零件的数目及相应的成本就降低了。
采用共用光源1的光学扫描器100在图27中表示。图27是一个典型的现有技术图样，画出带共用光源1的普通光学扫描器100，如用于扫描附在物体上的条形码。在图27所示光学扫描器100中使用共用光源1，分束装置2，如半反射镜(半透明反射镜)，用于把共用光源1分成第一光束分量X和第二光束分量Y。然后，第一光束分量X和第二光束分量Y被引向一个共用的多面反射镜3，或直接到达或通过另一个反射镜到达多面反射镜。光束分量X经过一组反射镜M1从读出窗4(安装在光学扫描器100的底部)射出，而光束分量Y经过另一组反射镜M2从读出窗5(安装在光学扫描器100的前部)射出。射出的光束分量X和Y入射到，如附在物体上的条形码，经过物体的出射光反射回到光学扫描器100。由检测器6和7检测此反射光，光学扫描器100读出条形码。
为了更准确地读出条形码，尤其是读出相邻条之间间隔很窄的条形码，扫描条形码的光束宽度必须足够小。为了减小扫描条形码光束的光束宽度，例如，减小光束分量X和Y的光束宽度(图27所示)，在共用光源1与分束装置2之间放置一个光束成形装置8。此外，不仅要减小光束分量X和Y的光束直径，而且也要减小指定位置处的光束直径。就是说，光束的直径在指定位置处必须足够小，尤其是在物体被扫描的位置上。
随着条形码中条宽度变窄，出射光束读出条形码会变得更加困难。读出窄间隔条形码的满意解决办法是采用较小光束直径的共用光源1。如上面所讨论的，需要把共用光源1(即，激光束)“分成”第一激光束分量X和第二激光束分量Y，使得可以从多个方向(从光扫描装置的底部和前部)读出或扫描条形码。分别利用第一激光束X和第二激光束Y，“最佳读出区”是由第一激光束X的第一焦点和第二激光束Y的第二焦点确定的。理想的是，激光束的焦点(激光束具有最小直径的点)是在最佳读出区的(读出)中心附近。就此而言，当两个焦点指向同一个位置时，共用光源1能够以高性能读出和扫描条形码。为了达到这一要求，从底部读出窗4射出的扫描光(图27中的光束分量X)到读出中心的离光源距离与从侧边读出窗5射出的扫描光(图27中的光束分量Y)到读出中心的离光源距离应该相等。
然而，由于现有技术光学扫描器中光学元件的复杂性，使这两个离光源距离相等是很困难的，其结果可能是，第一光束分量X的焦点安排在最佳读出区的中心，而第二光束分量Y的焦点偏离了最佳读出区的中心。在此情况下，不能利用第二扫描光读出条形码。因此，妨碍了实现最佳的第一焦点和第二焦点，当两个激光束分量通过“最佳读出区”时，其中之一不能读出或扫描条形码。
因此，需要制作一个成本合算的光学扫描器，此光学扫描器有多个读出窗，通过减少内部所需元件数目而使扫描器尺寸减小。另外，需要一个带多个读出窗的光学扫描器，此扫描器采用一个共用的光源能够读出和扫描条形码。
本发明的一个目的是提供一种光学扫描器，此光学扫描器减小了两个光束分量的光束直径，两个光束分量是由光束分束器把共用光源射出的一个光束分成的。
本发明的另一个目的是提供有一个共用光源和两个读出窗的一种光学扫描器，利用两个读出窗分别射出的两个光束，此光学扫描器能够以高灵敏度读出条形码。
按照本发明的一个实施例，光学扫描器包括机身；机身内至少有一个读出窗；光源；分束装置，把光源射出的光束分成沿第一光程传播的第一光束分量和沿第二光程传播的第二光束分量。本发明的光学扫描器中还有光导向装置，能使第一光束分量和第二光束分量从读出窗射出；至少一个检测器，用于检测从读出窗射出的光束，此光束是入射到物体上并被此物体反射回来的光束；第一光束成形装置，它放在光源与分束装置之间，以及第二光束成形装置，它放在第一光程和第二光程二者之一上。
按照本发明另一个实施例，光学扫描器包括机身；机身内放置的第一读出窗；机身内放置的第二读出窗，此读出窗与第一读出窗之间有一夹角；光源；以及分束装置，把光源射出的光束分成沿第一光程传播的第一光束分量和沿第二光程传播的第二光束分量。本发明的光学扫描器中还有光导向装置，能使分束装置分出的第一光束分量和第二光束分量从第一读出窗和第二读出窗射出；至少一个检测器，用于检测从两个读出窗射出的光束，此光束是入射到物体上并被此物体反射回来的光束；第一光束成形装置，它放在光源与分束装置之间；以及第二光束成形装置，它放在第一光程和第二光程二者之一上。
在上述本发明的两个实施例中，从光源射出的光束被第一光束成形装置成形，使此光束在指定位置上有减小了的光束直径。然而，在某些情况中，被光束装置分成的两个光束分量在指定位置上并不都有最小的光束直径。为了解决这个问题，第一光束成形装置只减小两个光束分量之一在指定位置上的光束直径，第二光束成形装置放在另一个我束分量的光程上，用于修正光束到指定位置上有最小光束直径的位置。因此，被分束装置分成的两个光束分量中的每一分量在所需位置上都有最小光束直径。
按照本发明另一个实施例，光导向装置包括一个多面反射镜，用于反射分束装置分出的第一光束分量和第二光束分量；至少一个反间，它放在分束装置与多面反射镜之间；第一组反射镜，使多面反射镜反射的第一光束分量从第一读出窗射出；以及第二组反射镜，使多面反射镜反射的第二光束分量从第二读出窗射出。
按照本发明又一个实施例，提供一个扫描物体的设备，此物体上附有条形码，该设备包括一个机身，机身上有射出和接收光束的第一读出窗和第二读出窗；分束器，把光源射出的光束分成第一光束分量和第二光束分量；光导向器，使第一光束分量和第二光束分量通过相应的第一读出窗和第二读出窗；第一光束成形器，和第二光束成形器。
本发明的第一方面，该设备还包括第一检测器和第二检测器，分别检测第一光束分量和第二光束分量。
本发明的第二方面，第一光束成形装置减小离光源第一距离处的光束直径，第二光束成形装置减小沿一条光程传播离光源第二距离处的光束直径，第二距离不同于第一距离。
本发明的第三方面，第一光束成形装置包括一个准直透镜和一个孔径。
本发明的第四方面，第二光束成形装置包括一个凸透镜，其焦距大于准直透镜的焦距。或者，第二光束成形装置包括一个凹透镜，或一个凹面反射镜。
本发明的第五方面，光源，分束装置和第一光束成形装置组成一个单元。
本发明的第六方面，光源、分束装置、第一光束成形装置和第二光束成形装置组成一个单元。
按照本发明又一个实施例，提出利用光学扫描器对物体扫描的一种方法把从光源射出的光束进行分束；通过第一读出窗和第二读出窗分别射出第一光束和第二光束；把第一光束分量和第二光束分量引到第一读出窗和第二读出窗，使出射的光在光学读出位置上光程相交；对光束及第一光束或第二光束成形，使第一光束分量和第二光束分量在光学读出位置上的光束直径最小；检测此物体。
以上这些方面以及随后会逐渐清楚的其他目的和优点，归纳在以下充分描述和权利要求中提到的结构和运行细节中，并参照构成其内容部分的附图，其中相同的数字表示相同的部件。
图1是说明本发明光学扫描器的立体图；图2是一个剖面图，大致画出本发明光学扫描器的内部结构；图3是图2中第一光束成形装置的放大图；图4是一个典型的曲线图，表示光束通过第一光束成形装置的光束直径与离光源距离之间的关系；图5是一个典型的曲线图，表示图2中第一和第二光束成形装置完成的光束成形；图6是一个改型的第一光束成形装置的示范图；图7是一个示范图，说明光源射出的光束在竖直方向的发散角不同于横向的发散角；图8是一个示范图，表示本发明另一个实施例中改型的第一光束成形装置；图9是一个示范图，表示本发明另一个实施例中改型的第一光束成形装置；图10是一个分解图，表示光学扫描器机身的上框架和下框架，画出下反射镜组的各个反射镜；图11是图7的下框架放大图；图12是一个示范图，表示从底部读出窗射出的光束；图13是一个部分剖面图，表示光学扫描器机身的上框架和下框架，画出侧边反射镜组的各个反射镜；图14是一个透视图，表示安装在顶盖内反射镜架的各个反射镜；图15是一个示范图，表示从侧边读出窗射出的光束；图16是一个剖面图，大致画出本发明另一个实施例光学扫描器的内部结构；图17(A)和17(B)是示范图，表示图16第二光束成形装置内的反射镜；图18是一个示范图，表示图17反射镜的另一个改型例子；图19是一个剖面图，大致画出本发明另一个实施例光学扫描器的内部结构；图20是一个典型的曲线图，表示被图19中第一和第二光束成形装置完成的光束成形；图21是一个剖面图，大致画出本发明另一个实施例光学扫描器的内部结构；图22是一个剖面图，大致画出本发明另一个实施例光学扫描器的内部结构；图23是一个剖面图，大致画出本发明另一个实施例光学扫描器的内部结构；图24是一个剖面图，大致画出本发明另一个实施例光学扫描器的内部结构；图25是一个剖面图，大致表示本发明另一个实施例的光学扫描器；图26(A)-26(D)表示典型的光源组件图；以及图27表示现有技术的光学扫描器。
图1和图2表示按照本发明一个实施例的光学扫描器，如条形码读出器的示范图。光学扫描器10包括机身12，底部14和顶盖部分16。
底部读出窗18是在底部14的表面，侧边读出窗20是在顶盖部分16的表面。底部读出窗18和侧边读出窗20放置成一夹角，大致呈“L”形。
如图2所示，从底部读出窗18射出的光束用箭头X表示，从侧边读出窗20射出的另一个光束用箭头Y表示。最佳读出区(区域P)在底部读出窗18的上方，最佳读出区的中心离侧边读出窗20有一个预定的距离。因此，当物体处在最佳读出区(区域P)内时，能够准确地读出带条形码的商品。此外，即使商品，或物体，是在最佳读出区P以外，仍然可以读出附在物体上的条形码，但可能读得不准确。
参照图2，光学扫描器10包括光源(如激光二极管)22、第一光束成形器24、分束元件26、和第二光束成形器28。这些元件固定在一个共同的框架内，组成一个单元，用光源组件30表示。
光学扫描器10还包括一个多面反射镜32，和两个反射镜34，36，多面反射镜32由电机32a带动旋转。光源组件30大致位于底座部分14的下端，靠近主体机身12的最右端，如从图2看到。反射镜34位于光源组件30的上方，它在底座部分14的一端，而反射镜36大致位于底座部分14的另一端。多面反射镜32位于主体机身12的最左边部分附近，它在两个读出窗18与20之间。
分束元件26的实例包括半反射镜，半立方体分束器，或偏振光束分束器。分束元件26把从光源22射出的光束分成沿第一光程L1传播的第一光束分量和沿第二光程L2传播的第二光束分量。在图2的例子中，第一光束分量L1透过分束元件26，沿着一条直线传播到多面反射镜32的一个侧面。第二光束分量L2被分束元件26反射，首先传播到反射镜34，然后被反射镜36反射，所以，从分束元件26到多面反射镜32一个侧面的光程是曲折的。反射镜36把第二光束分量L2反射到多面反射镜36的另一个侧面。第二光束分量L2在反射镜34与36之间反射时，它是沿着一条位于多面反射镜32下方的路径传播的。
被多面反射镜32反射的第一光束分量L1经过一组底部反射镜38从底部读出窗18射出，例如，作为扫描物体的光束X。第二光束分量L2是经过另一组反射镜40从侧边读出窗20射出，例如，作为扫描物体的光束Y，为了使一个物体被光束X和光束Y扫描，此物体必须通过称之为最佳读出区的空间区域。这个最佳读出区在底部读出窗18的上方，其中心离侧边读出窗20有一预定的距离，最佳读出区在图2中表示为区域P。例如，带条形码被扫描的物体通过区域P，就能够最好地读出此物体。若物体在最佳区域P之外通过，仍然能够读出其条形码，然而，大大降低了读出条形码的准确度。
更具体地说，当一个物体在最佳读出区P以内(或附近)，两个光束X和Y对此物体扫描，从物体反射回来的光束在多个散射方向。此反射的散射光重新进入底部读出窗18和侧边读出窗20。重新进入读出窗18的反射的散射光被多面反射镜32的一个侧面反射，如L3所示。类似地，反射的散射光重新进入侧边窗20，它被多面反射镜32的另一个侧面反射，如L4所示。
为了检测反射光，反射镜42放在第一光束分量L1的光程上，靠近光源组件30。反射镜42做成一个凹面反射镜，在其中心部分钻了一个孔42a。此开孔42a允许第一光束分量L1通过，第一光束分量L1是从分束元件26传送到多面反射镜32的，第一检测器44放在反射镜42的焦点处。反射光束L3在重新进入读出窗18之后，入射到反射镜42表面一块大的区域上，被会聚后入射到第一检测器44。第一检测器44，例如，是一个细光束光电管，把检测到的光量转换成电信号。这个电信号被送到一个电路上(未画出)，在此电路上完成解调等工作。因此，就可以读出附在一个物体上的条形码。
尺寸大于反射镜36的聚光镜46放置在反射镜36的后侧。聚光镜46包括，如凸透镜或费涅耳透镜。第二检测器48放在聚光镜46的焦点处，用于检测通过聚光镜46并被此聚光镜会聚的反射光束L4。第二检测器包括，如细光束光电管，其作用是把检测到的光量转换成电信号。此电信号被送到一个电路上(未画出)，由此可以读出附有条形码的物体。
图3表示第一光束成形器24的一个例子。第一光束成形器24包括准直透镜50和孔径52，它们构成一个单元，成为一个组件。准直透镜50会聚从光源(例如，激光源)22射出的发散光束，使此光束比平行光束略为发散。孔径52的作用是截去通过准直透镜50光束的多余部分，使光束直径变小，就此而言，从孔径52射出的光束直径逐渐减小，一直到通过截面S为止，在截面S处光束具有最小的光束直径。在通过截面S之后，光束直径开始逐渐增大。
图4是一个典型的曲线图，表示光束已通过光束成形器24以后的光束直径与离光源22距离之间的关系。各个距离a，b，c，d对应于图2中的位置A，B，C，D。就是说，距离a对应于光源22与底部读出窗18上位置A之间的距离，距离b对应于光源22经过底部读出窗18到最佳读出区(区域P)上位置B的距离，距离c对应于侧边读出窗20上的位置C，距离d对应于光源22与位置D之间的距离，此位置D位于经过侧边读出窗20的最佳读出区(区域P)正对面。
参照图4，底部读出区E是这样一个区域，可以利用从底部读出窗18射出的光束读出该区域内带有条形码的物体。侧边读出区F是这样一个区域，可以利用从侧边读出窗20射出的光束读出该区域内带有条形码的物体。最佳读出区(区域P)比底部读出区E和侧边读出区F都窄。点PB对应于光源22与2图中最佳读出区(区域P)中心之间沿直线AB方向的距离。另外，点PS对应于光源22与图2中最佳读出区(区域P)中心之间沿直线CD方向的距离。
从图2和图4可以看出，光源22与点PB之间的距离比光源22与点PS之间的距离短。在这样情况下，普通扫描器设置成这样，点PS是光束X具有最小光束直径的点。因此，如上所述，光束Y具有最小光束直径的位置不在点PS处。所以，在点PS处的光束直径略大于最小光束直径。当条形码中各条之间间距进一步减小时，最好是，利用更小直径的光束完成扫描。因此，本发明中提供的第二光束成形器28减小在PS附近光束Y的光束直径。
图5是一个典型的曲线图，说明本发明中第一光束成形器24和第二光束成形器28的特性。曲线G代表图4中所示的曲线。如下面所描述的，改变第一光束成形器24的设置，使得点PS处的光束直径减小，曲线H代表这样的光束直径。因此，对应于曲线G上的点PS就转移到了对应于曲线H上的点PS’。尤其是，从侧边读出窗20射出的光束Y的光束直径在点PS处减小了。所以，由曲线H表示的点c与点d之间光束直径比曲线G表示的还小。类似地，曲线I表示当第二光束成形器28的设置是变到减小光束X在点PB处的光束直径时的光束直径。由曲线I表示的点a与点b之间光束直径比曲线G和曲线H表示的都小。所以，光束直径在整个读出区都减小了，可以利用任一光束读出宽度小的条形码。
为了把曲线G表示的特性改变到曲线H表示的特性，即提高光学扫描器的性能，第一光束成形器24的设置改变是，增大光源22与焦点S位置之间距离，在焦点S处光束具有最小的光束直径。这是通过增大第一光束成形器24中准直透镜50的焦距实现的，使其焦距大于图4中所示的长度。例如，曲线G代表准直透镜50的焦距为3.6mm情况，而曲线H代表准直透镜50的焦距为14mm情况。曲线G代表的特性变化到曲线H代表的特性是通过改变孔径52的直径，或通过改变光源22与准直透镜50之间距离实现的。
然而，曲线G上的点PB移到曲线H上的点PB’产生这样一个问题，从底部读出窗18射出的光束直径增大了。为了解决这个问题，第二光束成形器28放置在图2所示第一光束分量L1的光程上，曲线G上的点PB移到了曲线H上的点PB’，如图5中曲线所示。所以，从底部读出窗18射出的光束X直径减小了。因此，第二光束成形器28仅仅对光束X完成光束成形，从底部读出窗18射出的光束直径减小了。就是说，当光束X从读出窗18射出时，对应于焦点位置的特性是，从曲线H代表的特性改变到曲线I代表的特性。而且，曲线H上点PB’处的光束直径减小到曲线I上点PB”处的光束直径。
当第二光束成形器28放在分束器26之后时，第二光束成形器28中平凸透镜的焦距为3000mm，由于准直透镜50的焦距为14mm，为了减小光束X在点PS处的光束直径，第二光束成形器28中平凸透镜的焦距是准直透镜50焦距的几百倍。
所以，分别从底部读出窗18和侧边读出窗20射出的光束X和光束Y的光束直径都减小了。因而，能够利用较小光束直径的光束对物体进行扫描。在本发明一个实施例的组件中，光束分量Y的焦点调整到最佳读出位置。被准直透镜50准直的光束分量X的焦点设置在这样一个位置上，它与光源的距离略短于平凸透镜确定的距离。
图6是一个示范图，表示一个改型的第一光束成形器24。在此例子中，第一光束成形器24还包括准直透镜50与孔径52之间的一个直角棱镜54。直角棱镜54是这样放置的，直角棱镜54的斜面朝向孔径52。然而，也可以把直角棱镜54放置成这样，直角棱镜54的斜面朝向光源22。另外，也可以采用其他的棱镜替代直角棱镜54。
如图7所示，当光束从激光二极管22射出时，第一光束分量与第二光束是正交的，第一光束分量和第二光束分量二者之一的发散角通常大于另一个光束分量的发散角。直角棱镜54对光束成形时，直角棱镜54减小两个光束直径之一较大的发散角，使它等于另一个光束直径的发散角。例如，直角棱镜54减小有较大发散角的纵向光束的光束直径，但并不减小有较小发散角的横向光束的光束直径。
图8是一个示范图，表示替代直角棱镜48的柱面凸透镜54a和柱面凹透镜54b。在此例子中，用实线表示的纵向光束原先有较大的发散角，可以使纵向光束的发散角等于横向光束的发散角，用虚线表示的横向光束原先有较小的发散角。
包含直角棱镜的光源组件30在以下参照图26(A)至26(D)时给以描述和表示。
图9是一个示范图，表示本发明另一个实施例中改型的第一光束成形24。参照图9，与以上例子类似，提供了一个含柱面凹透镜54c和柱面凸透镜54d的实例，在此情况中，用实线表示的横向光束原先有较小的发散角，可以使横向光束的发散角等于纵向光束的发散角，用虚线表示的纵向光束原先有较大的发散角。
图10和图11是示范图，表示图2中一组底部反射镜38的布置。在图10和图11中，画出的各个反射镜与图2中多个反射镜是左右颠倒的。虽然，图2中画出的一组底部反射镜38是放在基座部分14的底部读出窗18正下方，这组底部反射镜38也可以放在其他位置，如放在基座部分14的下部或其周围。
更具体地说，图10表示由下框架14a和上框架14b构成的基座部分14。图11仅画出基座部分14的下框架14a，但上框架14b安装在下框架14a的左侧部分。图2中顶盖部分16安装在图11中右侧部分。
多面反射镜32画在图10中下框架14的中央部分。支承基座32b画在图11中下框架14a的中央部分。多面反射镜32(在图11中未画出)安装到这个支承基座32b上。另外，接收来自图2中分束元件26反射光束的反射镜34画在图11中的左端。图2中光源组件30放在反射镜34下方。接收来自反射镜34反射光束的反射镜36画在图11中右端。图2中的聚光镜46是一个费涅耳透镜，它放在反射镜36的后面。接收聚光镜46会聚的反射光束的第二检测器48安装在印刷电路板56上。第一检测器44也安装在印刷电路板(未画出)上，这块电路板放在图11中左端底部的“V型区”内。
如图10和图11所示，下框架14a上也有反射镜ZB2，VBRR，VBLL，HBR2，HBL2，ZML2和ZMR2。这些反射镜构成一组底部反射镜38的一部分。下框架14a上还有反射镜VSR1和VSL1。图10画出了附在顶盖(未画出)上的反射镜ZL和ZR。这些反射镜构成一组侧边反射镜40的一部分。这些反射镜是这样放置的，其反射面几乎都是向上倾斜。
上框架14b上有反射镜ZBR1，ZBL1，HBR1，HBL1，VBR1，VBL1，VBR2，VBL2，ZMR1和ZML1。这些反射镜构成一组底部反射镜38的一部分。这些反射镜是这样放置的，其反射面几乎都是向下倾斜。
从光源22射出的光束被分束元件26分束后传播，再被多面反射镜32反射，入射到上框架14的各个反射镜上。然而，当多面反射镜32按顺时针方向旋转时，扫描是在按下列顺序的反射镜ZMR1，VBR2，VBR1，HBR1，ZBR1，ZBL1，HBL1，VBL1，VBL2和ZML1上完成的。被上框架14b中各个反射镜反射的光束传送到下框架14a中各个反射镜上。例如，被反射镜ZMR1反射的光束再被反射镜ZMR2向上反射，然后从底部读出窗18射出，被反射镜VBR2和VBR1反射的光束再被反射镜VBRR向上反射，然后从底部读出窗18射出，等等。
所以，如图12所画出的，从底部读出窗18射出的光束具有不同的方向和夹角，因此，可以在不同的方向，夹角和取向上对物体扫描，图2中的箭头X表示从本发明光学扫描器10底部读出窗18射出的光束，此光束入射到物体上之后被第一检测器44检测。另外，如图13和图14所示，顶盖部分包括一个反射镜夹具17，此夹具中安装了反射镜VSL2，ZLL，ZHL，ZHR，ZRR，和VSR2。这些反射镜构成一组侧边反射镜40。
关于一组侧边反射镜40，从光源22射出的光束被分束元件反射，传输到多面反射镜32。然后，被多面反射镜32反射的光束入射到下框架14a中各个反射镜VSR1，VSL1，ZL和ZR。扫描是在按下列顺序的反射镜VSL1，ZL，ZR和VSR1上完成的。被这些反射镜反射的光束然后传输到反射镜夹具17中各个反射镜上。接着，被反射镜夹具17中各个反射镜反射的光束从侧边读出窗20射出。如图13所示，反射镜47也放在聚光镜46与第二检测器48之间。因此，通过聚光镜46的光束被反射到反射镜47，然后入射到第二检测器48上。
如图15所示，从侧边读出窗20射出的光束以不同的方向和各种夹角对物体扫描，图2中所示箭头Y是这些光束中代表性的一个光束。光束入射到物体上之后，反射光束被第二检测器48检测。所以，除了附在物体上的条形码是笔直向上的以外，大多数的条形码可以利用从底部读出窗18从侧边读出窗20射出的光束读出。
图16是一个示范图，表示本发明的另一个实施例。图16所示的实施例类似于以上描述的本发明一个实施例。然而，在图16的实施例中，第二光束成形器28位于与上述第一个实施例中第二光束成形器28不同的位置。在图16的实施例中，第二光束成形器28是一个平凸透镜，它插在反射镜42中所钻的孔径42a内。反射镜42中所钻的孔径42a允许第一光束分量通过，第一光束分量是从分束元件26传输到多面反射镜32的。另外，其中的第二光束成形器28完成“光束成形”。反射镜42孔径42a内形成的第二光束成形器28可以用类似于图2的平凸透镜做成。所以，图16中所示第二个实施例的运行和优点与上述图2中所示第一个实施例的类似。
图17(A)是一个表示反射镜42的立体图，此反射镜42是图2所描述的凹面反射镜。图17(B)是一个典型的平面图，表示一个改型的反射镜42。在反射镜42中所钻的孔径42a内，有一个带同心圆形图样的透射型全息图43。透射型全息图43会聚透射光。因此，此全息图用作第二光束成形器28，它类似于第一个实施例中的平凸透镜。平凸透镜和/或全息图可以与凹面反射镜42(图17(B)中未画出)做成一个整体。另外，平凸透镜和/或全息图可以与凹面反射镜42分开做成(或模压成)，然后装配到扫描器10中。
图18是一个示范图，表示一个改型的反射镜42。在图18的例子中，反射镜42做成一个平面反射镜，是一个具有同心圆形图样的反射型全息图。因此，来自多面反射镜32的光束被反射后进入第一检测器42(见图2)。具有同心圆形图样的透射型全息图放在反射镜42中所钻的孔径42a内。所以，图18所示例子的运行和优点类似于上述本发明的几个实施例。
图19是一个示范图，表示本发明的另一个实施例。图19所示实施便的结构类似于上述本发明的实施例，不同的是，第二光束成形器28放在与第一个实施例中不同的地方。在图19的实施例中，第二光束成形器28做成一个凹透镜29。凹透镜29放在反射镜34与36之间，从光源22射出并被分束元件26反射的光束在到达多面反射镜32之前，此光束被反射镜34和36反射。
图20是一个典型的曲线图，说明图19所示第一光束成形器24和第二光束成形器28的效果。如图5所示例子一样，曲线G代表与图4有相同的特性。曲线J代表改变后的第一光束成形器24，以减小点PB处的光束直径。为了使曲线G代表的特性改变成曲线H代表的特性，必须减小光源22与点S(在此点上光束有最小的光束直径)之间的距离，这是通过改变第一光束成形器24的设置，减小准直透镜50的焦距f实现的。
另外，由曲线G代表的特性改变到由曲线J代表的特性可以通过改变孔径52的孔眼大小实现，或通过改变光源22与准直透镜50之间的距离实现。因而，曲线G上的点PS移动曲线J上的点PS’。因此，光束在点PS的光束直径增大了。
另一方面，由于采用了凹透镜29，光束在点PS’的光束直径减小到在点PS”的光束直径。如图20所示，由曲线J代表的特性改变到由曲线K代表的特性。凹透镜29具有增大光源22到点S之间距离的效果，从光源22射出的光束在点S处有最小的光束直径。因而，本发明的这个(第三个)实施例具有与图2中本发明实施例类似的有利效果。
图21是说明本发明另一个实施例的示范图。除了第二光束成形器28放在与上面讨论的实施例中不同的地方以外，图21所示实施例的结构类似于上述的实施例。在本发明这个(第四个)实施例中，如图21所示，第二光束成形器28做成一个反射镜34，它反射从光源22射出并被分束元件26反射到反射镜34的光束。反射镜34做成一个凹面反射镜。因而，本发明获得类似图19的有利效果。
图22是一个示范图，表示类似于图21所示实施例的本发明一个实施例。在图22所示的本发明实施例中，第二光束成形器28作成一个反射镜36，它反射从光源22射出并被分束元件26反射到多面反射镜32再经过反射镜34的光束。因而，得到了类似于图19本发明实施例的有利效果。
图23是一个示范图，表示类似于图22所示实施例的本发明另一个实施例。在图23所示的本发明实施例中，第二光束成形器28包括反射镜34和36。两个反射镜34和36中一个做成凹面反射镜，另一个做成柱面透镜。如上面结合图8和图9所描述的，反射镜做成柱面透镜适合于控制从激光源22射出的两个光束分量之一的发散角，以激光源22射出的两个光束分量的发散角并不相同。
图24是一个示范图，表示类似于图2所示实施例的本发明一个实施例。在图24所示的实施例中，第二光束成形器28做成一个平凸透镜33，它放在分束元件26与反射镜34之间。这个平凸透镜33的作用和有利效果与图2中的平凸透镜相同，用作第二光束成形器28。与图2实施例对比，当光源22与底部读出区E之间距离大于光源22与侧边读出区E之间距离时，图24所示的实施例也是有效的。
图25是说明本发明另一个实施例的示范图。在上述本发明的各个实施例中，光学扫描器10包括底部读出窗18，侧边读出窗20，以及用于这两个读出窗的共用光源22。与此对照，在图25的本发明实施例中，光学扫描器10只有一个读出窗180。另外，从共用光源22射出的光束被分束元件26分成两个光束分量。于是，一个物体被从读出窗180射出的两个光束分量的扫描器10扫描。第一光束成形器24位于光源22与分束元件26之间。第二光束成形器28位于两个光束分量的两条光程之一上，这两个光束分量是由分束器26对光束分束形成的，第一光束成形器24和第二光束成形器28的作用和有利效果类似于上述的各个实施例。
图26(A)和26(B)是示范图，表示含直角棱镜的光源组件30。图26(A)是光源组件30的平面视图，图26(B)是概略地画出光源组件30的竖直剖面图。光源组件30包括一个主体30a，光源22附着在主体上，第一光束成形器24的准直透镜50，直角棱镜54，第一光束成形器24的孔径52，分束装置(半反射镜)26，和第二光束成形器28都在光源组件30的主体30a上。准直透镜50安装在铝块50a上，插入到主体30a一个端部所钻的孔内，如图26(D)所示。作为第二光束成形器28的透镜插入到主体30a另一个端部所钻的孔内，如图26(C)所示。作为第二光束成形器28的透镜做成近似半圆形。安装孔28a的形状与那个透镜配合，安装孔28a是一个带U型截面的槽。
如上面所描述的，按照本发明可以把两个光束分量的光束直径减至最小，这两个光束分量是从同一光源射出并被分束器分成的。
本发明的许多特征和优点在上面详细的技术说明中是显而易见的，因此，我们的意图是，所附的权利要求书包括了本发明所有的这些特征和优点，这些都在本发明的精神实质和范围内。此外，由于各种改型和变动对于熟悉此专业的人员来说是很容易的，我们并不打算把本发明局限于以上说明和描述的具体结构和运行原理上，因而各种适当的改型和等效元件都属于本发明的范围。
权利要求
1.一个光学扫描器，它包括机身；机身内放置的至少一个读出窗；光源；分束装置，把从光源射出的光束分成沿第一光程传播的第一光束分量和沿第二光程传播的第二光束分量；光导向装置，允许被分束装置分出的第一光束分量和第二光束分量从该至少一个读出窗射出；第一光束成形装置，它放在光源与分束装置之间；以及第二光束成形装置，它放在第一光程和第二光程二者之一上。
2.一个光学扫描器，它包括机身；机身内放置的第一读出窗；机身内放置的第二读出窗，此读出窗相对于第一读出窗有一夹角；光源；分束装置，把从光源射出的光束分成沿第一光程传播的第一光束分量和沿第二光程传播的第二光束分量；光导向装置，允许被分束装置分出的第一光束分量和第二光束分量从第一读出窗和第二读出窗射出；至少一个检测器，用于检测从第一读出窗和第二读出窗射出的光束，此光束入射到物体上并被此物体反射；第一光束成形装置，它放在光源与分束装置之间；以及第二光束成形装置，它放在第一光程和第二光程二者之一上。
3.按照权利要求1的光学扫描器，其中第一光束成形装置适用于完成光束成形，使得从光源射出的光束在离光源第一距离处有最小的光束直径，第二光束成形装置适用于完成光束成形，使得沿第一光程和第二光程二者之一传播的光束分量在离光源第二距离处有最小的光束直径，第二距离不同于第一距离。
4.按照权利要求3的光学扫描器，其中第一光束成形装置包括一个准直透镜和一个孔径。
5.按照权利要求3的光学扫描器，其中第二光束成形装置包括一个凸透镜，此凸透镜的焦距大于准直透镜的焦距。
6.按照权利要求3的光学扫描器，其中第二光束成形装置包括一个凹透镜。
7.按照权利要求3的光学扫描器，其中第二光束成形装置包括一个凹面反射镜。
8.按照权利要求1的光学扫描器，其中光源，分束装置，和第一光束成形装置，组成一个单元。
9.按照权利要求1的光学扫描器，其中光源，分束装置，第一光束成形装置，和第二光束成形装置组成一个单元。
10.一个光源组件，它包括光源；第一光束成形装置，用于给光源射出的光束成形；光分离器，把光源射出的光束分成沿第一光程传播的第一光束和沿第二光程传播的第二光束；以及第二光束成形装置，它放在第一光程和第二光程二者之一上。
11.一个扫描物体的设备，此物体上附有条形码，该设备包括发射光束的光源；分束器，把从光源射出的光束分成第一光束分量和第二光束分量，第一光束分量沿第一光程传播，第二光束分量沿第二光程传播。第一读出窗和第二读出窗，每个读出窗射出各自的光束分量到物体上，此光束分量被物体反射，每个读出窗接收来自物体的反射光；光导向器，让第一光束分量和第二光束分量分别通过第一读出窗和第二读出窗，使第一光束分量与第二光束分量在最佳读出位置上光程相交；第一光束成形器，它位于光源与分束器之间，使第一光束分量的光束直径在最佳读出位置上最小；以及第二光束成形器，它位于第一光程和第二光程二者之一上，使第二光束分量的光束直径在最佳读出位置上最小；及一个检测器系统，检测第一和第二光束分量。
12.按照权利要求11的设备，还包括第一检测器，用于检测从物体上反射回来的第一光束分量；和第二检测器，用于检测从物体上反射回来的第二光束分量。
13.一个利用光学扫描器扫描物体的方法，它包括如下步骤把从光源射出的光束分成第一光束分量和第二光束分量，第一光束分量沿第一光程传播，第二光束分量沿第二光程传播；把第一光束分量和第二光束分量分别扫向第一读出窗和第二读出窗，由此射出第一光束分量和第二光束分量，使得从第一读出窗和第二读出窗分别射出的第一光束分量和第二光束分量的两条光程在最佳读出位置上相交；对一个光束成形，使得在最佳读出位置上一个光束分量的光束直径最小，对另一个光束成形，使得在最佳读出位置上另一个光束分量的光束直径最小；以及当第一光束分量和第二光束分量从物体上反射回来时，检测该物体。
14.一个光学扫描器，它包括机身；机身内放置的至少一个读出窗；机身内放置的一个光源；分束器，把从光源射出的光束分成沿第一光程传播的第一光束分量和沿第二光程传播的第二光束分量；光扫描器，允许被分束器分出的第一光束分量和第二光束分量从该至少一个读出窗射出；第一光束成形器，它放在光源与分束器之间；以及第二光束成形器，它放在第一光程和第二光程二者之一上。
15.一个光学扫描器，它包括机身；机身内放置的第一读出窗；机身内放置的第二读出窗，此读出窗相对于第一读出窗有一夹角；光源；分束器，把从光源射出的光束分成沿第一光程传播的第一光束分量和沿第二光程传播的第二光束分量；光扫描器，允许被分束器分出的第一光束分量和第二光束分量从第一读出窗和第二读出窗射出；第一光束成形器，它放在光源与分束器之间；以及第二光束成形器，它放在第一光程和第二光程二者之一上。
16.一个光源组件，它包括光源；第一光束成形器，用于给光源射出的光束成形；分束器，把光源射出的光束分成沿第一光程传播的第一光束和沿第二光程传播的第二光束；以及第二光束成形器，它和在第一光程和第二光程二者之一上。
17.一个光学扫描器，它包括产生光束的光源；分束器，把光束分成两个光束分量；以及反射镜，把两个光束分量引向最佳读出区，其中光束成形器对两个光束分量成形，使相应光束的直径在最佳读出区最小。
18.一个光学扫描器，它包括光学组件，用于发射光束的两个光束分量，所述两个光束分量被成形，使相应光束分量的光束直径在最佳读出区最小；反射镜，把成形过的光束分量引向最佳读出区。
19.按照权利要求14的光学扫描器，其中第一光束成形器适用于完成光束成形，传播从光源射出的光束在离光源第一距离处有最小的光束直径，第二光束成形器适用于完成光束成形，使得沿第一光程和第二光程二者之一传播的光束分量在离光源第二距离处有最小的光束直径，第二距离不同于第一距离。
20.按照权利要求19的光学扫描器，其中第一光束成形器包括一个准直透镜和一个孔径。
21.按照权利要求19的光学扫描器，其中第二光束成形器包括一个凸透镜，此凸透镜的焦距大于准直透镜的焦距。
22.按照权利要求19的光学扫描器，其中第二光束成形器包括一个凹透镜。
23.按照权利要求19的光学扫描器，其中第二光束成形器包括一个凹面反射镜。
24.按照权利要求14的光学扫描器，其中光源、分束器和第一光束成形器组成一个单元。
25.按照权利要求14的光学扫描器，其中光源、分束器、第一光束成形器，和第二光束成形器组成一个单元。
26.一个光源组件，包括光源；第一光束成形装置，用于使从光源射出的光束成形；光分离器，把从光源射出的光束分成沿第一光程传播的第一光束和沿第二光程传播的第二光束；以及第二光束成形装置，放在第一和第二光程之一中，其中第一光束成形装置成形光束的截面形状并且第二光束成形装置改变光束的焦距。
27.一个光源组件，包括光源；分束器，把从光源射出的光束分成沿第一光程传播的第一光束和沿第二光程传播的第二光束；以及光束成形器，放在第一和第二光程之一中，改变第一和第二光束之一的聚焦位置使之在第一和第二光束的另一个的聚焦位置之前或超过该聚焦位置。
全文摘要
销售点(POS)系统,如光学扫描器,能使两个光束分量的光束直径减小,这两个光束分量是从一个共用光源射出并被分束器分出的。光学扫描器包括:发射光束的光源;对光束进行分束的分束器;多面反射镜,把分出的光束分量反射到各不相同的方向;和几组反射镜。几组反射镜是给读出窗提供的,使光束分量从读出窗射出。射出的光束分量入射到一个物体上,光学扫描器利用检测器检测物体,读出此物体上的条形码。
文档编号G06K7/10GK1207538SQ9810844
公开日1999年2月10日 申请日期1998年5月15日 优先权日1997年8月1日
发明者大川正德, 市川稔幸, 绵贯洋, 山崎行造 申请人:富士通株式会社