專利名稱：光學(xué)掃描器的制作方法
本申請對應(yīng)的美國專利申請為1991年11月8日提交的789，705號未決美國專利申請的部分繼續(xù)申請，而前者為1990年5月8日提交的520，464號申請的部分繼續(xù)申請，而前者又為作為5，094，110號美國專利授予的1989年10月30日提交的428，770號申請的部分繼續(xù)申請，上述各相關(guān)申請均在此引入作為參照。
本發(fā)明涉及光學(xué)掃描裝置，諸如條碼掃描器，更具體地涉及用于能掃描二維或多行型條碼的裝置中的改進型激光掃描模件。
諸如條碼閱讀器之類的光學(xué)閱讀器當(dāng)前已相當(dāng)普遍。通常，一個條碼包含一系列編碼符號，而每一個符號又包含通常為矩形的一系列明的與暗的區(qū)。暗區(qū)即條紋的寬度和/或條紋間的明亮間隔的寬度表示編碼信息。
條碼閱讀器照明條碼并感測條碼反射的光來檢測該條碼符號的寬度及間隔并導(dǎo)出編碼數(shù)據(jù)。條碼閱讀型數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)增進了種類繁多的應(yīng)用的數(shù)據(jù)輸入的效率與精度。這類系統(tǒng)中數(shù)據(jù)輸入的簡易性方便了更頻繁與詳盡的數(shù)據(jù)輸入，例如提供有效的庫存管理及工作進程跟蹤等。
已知有多種多樣的掃描裝置。一種特別優(yōu)越的閱讀器為一種光學(xué)掃描器，它掃描諸如一激光束這樣的一束光束橫越符號。4，387，297與4，760，248號美國專利(為本發(fā)明的受讓人所擁有并結(jié)合在此作為參照)所例示的那種激光掃描器系統(tǒng)及其部件通常是為在距一臺手持式或固定式掃描器的一定工作范圍或讀取距離上讀取具有不同光反射率的部分的標(biāo)記(諸如條碼符號，特別是通用產(chǎn)品碼(UPC))而設(shè)計的。


圖1示出了作為一個槍形裝置實現(xiàn)的先有技術(shù)條碼閱讀器單元10，它具有一手槍扳機型把53。在一個重量輕的塑料外殼55中包含激光源46、檢測器58、光學(xué)與信號處理電路及CPU(中央處理單元)40、以及一個電源或蓄電池62。外殼55前端上的一個透光窗口56使外出光束51出去及進入的反射光52進來。閱讀器10是設(shè)計成使用戶能夠在離開符號的一個位置上將閱讀瞄準(zhǔn)在一個條碼符號70上，即不接觸該符號或橫越符號移動。
如圖1中進一步描繪的，一塊適當(dāng)?shù)耐哥R57(或多透鏡系統(tǒng))可用于將掃描光束聚焦成在一個適當(dāng)?shù)膮⒄掌矫嫔系囊粋€掃描光斑。一個光源46(諸如一半導(dǎo)體二極管)將一光束引入透鏡57的光軸上，該光束根據(jù)需要通過一面部分鍍銀的反射鏡47及其它透鏡或束成形結(jié)構(gòu)。連接到一臺掃描電機60的一面擺動反射鏡59反射該光束，該電機是在扣動扳機54時加電的。反射鏡59的擺動使反射光束51以所要求的圖式來回掃描。
各種各樣的反射鏡與電機配置能用于以所要求的掃描圖式移動光束。例如，4，251，785號美國專利公開了每邊上有一面平面反射鏡的一個旋轉(zhuǎn)多邊形，每一面反射鏡掃描一條橫越該符號的掃描線。4，387，297及4，409，470號美國專利中采用了繞安裝反射鏡的驅(qū)動軸的交替周邊方向重復(fù)與往復(fù)地驅(qū)動的一面平面反射鏡。4，816，660號美國專利公開了由一個普通的凹鏡部分與一個普通的平面鏡部分構(gòu)成的多反射鏡構(gòu)造。繞安裝該多反射鏡構(gòu)造的一條驅(qū)動軸的交替周邊方向反復(fù)地驅(qū)動該多反射鏡構(gòu)造。
被符號70反射回來的光52通過窗口56作用在檢測器58上。在圖1所示的示例性閱讀器10中，反射光經(jīng)反射鏡59及部分鍍銀的反射鏡47反射后照射在光敏檢測器58上。檢測器58生成與反射光52的強度成正比的一個模擬信號。
安裝在板61上的一個數(shù)字化電路處理來自檢測器58的模擬信號以生成一脈沖信號，其寬度與脈沖間的間隔對應(yīng)于條紋的寬度及條紋間的間隔。數(shù)字化器起邊緣檢測器或波成形器電路的作用，并且由數(shù)字化器設(shè)定的閾值確定模擬信號的那些點表示條紋邊緣。來自數(shù)字化器的脈沖信號作用在一個解碼器上，這通常是一臺編程的微處理器40。通常，該微處理器解碼器40具有關(guān)聯(lián)的程序存儲器及隨機存取數(shù)據(jù)存儲器。解碼器首先確定來自數(shù)字化器的信號的脈沖寬度及間隔。然后，解碼器分析寬度及間隔以發(fā)現(xiàn)并解碼一合法的條碼信息。這包括通過分析來識別由適當(dāng)?shù)木幋a標(biāo)準(zhǔn)所定義的合法字符與序列。這還可包括對被掃描的符號所遵守的特定標(biāo)準(zhǔn)的一次初始識別。這一對標(biāo)準(zhǔn)的識別通常稱作自識別。
為了掃描一個符號70，一位用戶瞄準(zhǔn)條碼閱讀器單元10并操作可移動的扳機開關(guān)54來啟動光束51、掃描電機60及檢測器電路。如果掃描光束是可見的，操作員能目睹符號所在的表面上的掃描圖式并相應(yīng)地調(diào)整閱讀器10的瞄準(zhǔn)。如果光源46產(chǎn)生的光是勉強可見的，則在光學(xué)系統(tǒng)中可包含一束瞄準(zhǔn)光。如果需要瞄準(zhǔn)光時，它產(chǎn)生一個可見光斑，該光斑可以是不動的也可以象激光束那樣掃描;用戶在扣動扳機以前利用這一可見光束將閱讀器瞄準(zhǔn)在符號上。
閱讀器10也可起便攜式計算機終端的作用。如果這樣，條碼閱讀器10將包括一鍵盤48及一顯示器49，諸如在前面提及的4，409，470號美國專利中所描述的。
在上面一般性地討論的那種類型的許多先有技術(shù)掃描器中，設(shè)置了撓性支承裝置來支承一個或多個光學(xué)部件來往復(fù)運動。雖然在圖1中并未單獨示出這種支承結(jié)構(gòu)，通常撓性支承件將支承反射鏡使之能響應(yīng)掃描電機60的起動來進行往復(fù)角運動。當(dāng)掃描器的尺寸減小以減輕重量并使長時間的操作更舒適與方便時，制造廠家曾試圖減小反射鏡及其支承結(jié)構(gòu)的尺寸。然而，許多由平片材料構(gòu)成的撓性支承結(jié)構(gòu)缺少支承反射鏡的足夠物理強度。結(jié)果，反射鏡有下垂的傾向而破壞反射鏡與激光源46的光學(xué)對準(zhǔn)。
另外，在某些掃描應(yīng)用中希望以極低的頻率掃描，例如20赫茲或更低。這一點對于在兩個不同的方向上光學(xué)地掃描一個包括兩行以上的光學(xué)編碼信息的標(biāo)記的裝置尤其真實。為讀取這種二維碼，以比較高的速率掃描一個第一方向(例如X方向)而以低速率掃描第二方向(例如Y方向)。這便產(chǎn)生一具有X方向掃描線較高密度的光柵或類似的二維掃描圖式。然而，用于這樣低速的反射鏡或其它光學(xué)部件的運動的撓性支承結(jié)構(gòu)是容易受到操作員握住掃描器的手的運動所引起的低頻跳動的影響的。手的動作通常引起2赫茲至10赫茲數(shù)量級的噪聲振動，而這種振動會引起低速掃描支承機構(gòu)的振動并破壞掃描圖式。
先有技術(shù)掃描器的另一個問題涉及工作范圍，特別是為讀取二維符號表示而設(shè)計的掃描器的工作范圍。工作范圍是定義為當(dāng)束圖式橫越通過條碼符號時，掃描圖式足以容許精確的解碼的區(qū)域。一種二維掃描圖式在第一(X)方向中具有限數(shù)量的線。當(dāng)掃描器接近被掃描的表面時，掃描圖式是小的，并且掃描線緊靠在一起(高的線密度)。然而，如果操作員移開掃描器，掃描圖式被放大，并且掃描線隔開(降低線密度)。最終，當(dāng)掃描器與符號之間的距離移出該掃描器的工作范圍時，(掃描器的工作范圍通常只有幾英寸長)，二維圖式中的掃描線密度降得如此之低以至不能精確地讀取該二維條碼。從而，為了正確地讀取符號，必須將現(xiàn)有的二維掃描系統(tǒng)定位在距一個符號相對地較窄的距離范圍內(nèi)，這會使操作不方便與困難。
本發(fā)明的一個目的為減小使用在光學(xué)掃描系統(tǒng)中可移動地支承掃描部件的撓性支承結(jié)構(gòu)的下垂。
本發(fā)明的另一個目的為提供一種能以低頻掃描擺動的撓性支承結(jié)構(gòu)，它不會受到諸如由一位操作員握住光學(xué)掃描器的手的動作所引起的低頻噪聲振動的影響。
其它目的具體涉及改進配置為讀取包含兩條或兩條以上的光學(xué)編碼信息的線而產(chǎn)生在兩個不同方向上的一個掃描圖式的掃描器的性能。
在具有以較高頻率在一個第一方向上產(chǎn)生掃描運動的裝置及以較低頻率在一個第二方向上產(chǎn)生掃描運動的裝置的一個掃描器中，一個特殊的目的為消除可能破壞在第二方向上產(chǎn)生掃描的裝置的操作的低頻振動。
另一個特殊的目的為擴展二維光學(xué)掃描器的工作范圍。
為達到上述目的，本發(fā)明在鄰近實際支承掃描部件的一塊第一撓性片或平板彈簧處設(shè)置了一片或多片附加的撓性片。這些附加的片為防止在掃描部件的重量下第一撓性片下垂提供支承，并減弱第一撓性片的低頻運動以防止可能由操作員移動掃描器引起的振動所導(dǎo)致的對掃描的干擾。另外，按照本發(fā)明的二維掃描器使用一個增益定向可見激光二極管，其定向能使束象散性在遠離掃描器的點上補償降低的快速方向上的掃描線密度。
一方面，本發(fā)明包括一個光學(xué)掃描系統(tǒng)，用于讀取含有不同的光反射率的部分的光學(xué)編碼標(biāo)記。該系統(tǒng)包括用于發(fā)射一束光并光學(xué)地將該光束導(dǎo)向該光學(xué)編碼標(biāo)記的部件，以及用于接受該光學(xué)編碼標(biāo)記反射回來的光并生成對應(yīng)于該標(biāo)記的不同光反射率的電信號的一個檢測器。一塊通常稱作“平板彈簧”的第一撓性片有一個固定端及一個在平板彈簧彎曲時自由移動的對側(cè)端。設(shè)置了諸如一塊永久性磁鐵與一塊電磁鐵這樣的裝置來產(chǎn)生平板彈簧的往復(fù)彎曲使其自由端振動。發(fā)光與光學(xué)部件之一與平板彈簧的自由端一起往復(fù)運動，結(jié)果，在平板彈簧型第一撓性片的往復(fù)彎曲運動中，光束橫越光學(xué)編碼標(biāo)記掃描。該系統(tǒng)還包括一塊具有一個固定端及一個自由端的第二撓性片，以及用于在平板彈簧彎曲時約束第二撓性片在其自由端上或接近其自由端的一個部分的約束裝置。第二撓性片提供對第一撓性片的支承和/或減弱第一撓性片的往復(fù)彎曲運動。
另一方面，如上面所討論的一個系統(tǒng)是適用于二維掃描的。這一第二系統(tǒng)為光學(xué)部件在一個第一方向上以一個第一振動頻率產(chǎn)生光束的擺動運動及在第二方向上以低于第一振動頻率的一個第二振動頻率產(chǎn)生光束的擺動提供了固定件。第一撓性片即“平板彈簧”提供該部件的必要撓性支承以產(chǎn)生光束在第二方向上的運動。通常，平板彈簧還支承用于安裝在第一方向上產(chǎn)生掃描的擺動部件的裝置。結(jié)果，平板彈簧上攜帶了大的質(zhì)量而其振動頻率則相當(dāng)?shù)?。從而，第二撓性片所提供的附加支承與阻尼大大地提高了這一二維掃描器的性能與耐用性。
通常，本發(fā)明采用兩塊附加的撓性片。諸如MylarTM(聚酯樹脂，商標(biāo))或KaptonTM(卡普頓，商標(biāo))之類的撓性塑料材料可用于制造第一與第二撓性片。本發(fā)明還擁有苦干種約束附加的撓性片的不同方式。例如，第二撓性片的平表面可摩擦地接觸平板彈簧的表面。另一種方法是，為了與第一平板彈簧的自由端一起運動而安裝的伸出部分在各附加撓性片的自由端點或靠近自由端處接觸各附加撓性的表面的一個部分。各伸出物可彎曲成一拋光的端部表面直接與對應(yīng)的附加的撓性片的表面接觸，或者伸出物的端上可裝有與撓性片接觸的塑料園柱。
在其它方面，本發(fā)明提供了采用特定地定向的激光束掃描二維標(biāo)記的一種方法及一個系統(tǒng)。通常本發(fā)明在這一方面采用了一個增益定向可見激光二極管。來自這一器件的光束具有象散現(xiàn)象。在相對地接近二極管片的點上，在平行于該二極管片的平面的維度內(nèi)的光束截面寬度小于在垂直于二極管片的平面的維度內(nèi)的光束截面高度。然而，在遠離二極管片的點上，束的截面寬度卻大于束的截面高度。在二維掃描中，激光束是擺動的，使束的截面寬度在基本上對應(yīng)于標(biāo)記的線的方向的一個第一方向上橫越該標(biāo)記移動。通常，這一方向也是該快速掃描方向。增益定向激光二極管的這一定向在掃描器遠離編碼標(biāo)記時補償了掃描線的較低的密度。作為結(jié)果，二維掃描器的有效工作范圍延伸到了遠離掃描器的前端的點上。
本發(fā)明的其它目的、優(yōu)點與新穎特征將部分地在下面的說明中提出，而其中部分對于熟悉本技術(shù)的人員而言在研讀了下文以后將是顯而易見的或者是可以通過實踐本發(fā)明而學(xué)到的。本發(fā)明的目的與優(yōu)點可用所附權(quán)利要求書中所特別指出的工具及組合實現(xiàn)并獲得。
圖1為作為一槍形裝置實現(xiàn)的一個先有技術(shù)條碼閱讀器單元的剖視圖;
圖2為提供本發(fā)明中使用的一種二維掃描配置的簡化例示的剖視圖;
圖3與4分別提供根據(jù)本發(fā)明的二維掃描器的一個較佳實施例的一個子組件的前視與后視等角圖;
圖5為取自圖3與圖4中所示的子組件的反射鏡、U形彈簧與支承板的前視圖;
圖6為沿圖5中線A-A所取的反射鏡、U形彈簧與支承板的剖視圖;
圖7描繪了裝有一個激光二極管與聚焦模件并包含圖3與圖4中所示的子組件的一個二維束掃描模件;
圖7A為裝在圖7的掃描模件中的激光二極管及聚焦模件的后視圖，用于展示增益定向激光二極管的朝向;
圖7B為圖7中點劃線園7b所指的掃描模件的一部分的詳圖，它提供了附加撓性片為Y維度運動提供的支承與阻尼的進一步放大圖;
圖8為作為一個槍形裝置實現(xiàn)的、包含圖7的二維掃描模件的一個條碼閱讀器單元的剖視圖;
圖9與10描繪裝有根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)部件運動阻尼的改型的一維掃描器實施例;
圖11A至11C為展示一個增益定向可見激光二極管的象散性效應(yīng)及一個標(biāo)記的二維掃描的一系列曲線;及圖12A至12C展示一個二維條碼的行掃描。
實現(xiàn)本發(fā)明的最佳方式如本說明書及所附權(quán)利要求書中所使用的，“標(biāo)記”一詞不僅包含通常稱作條碼符號的由相間的不同寬度的條紋與間隔構(gòu)成的符號圖形，而且還包含其它類型的二維圖形甚至字母數(shù)字型字符?？偟恼f來，“標(biāo)記”一詞可用于任何類型的圖形或信息，只要它們是能夠通過掃描一束光束并檢測該圖形或信息的各點上作為光反射率的一種表示的反射光或散射光而加以識別或鑒別的即可。一個條碼符號是本發(fā)明所能掃描的“標(biāo)記”的一個實例。
圖2展示了用于實現(xiàn)一種二維或二軸掃描圖式的一個典型掃描配置200。如圖所示，一個托架202上裝有一具有一對臂206與208的U形彈簧204。一個掃描部件(例如一光反射器或反射鏡210)固定地安裝在臂208的自由端上。一塊永久磁鐵212連接在托架202的對側(cè)端上，即臂206的端上。固定在基座218上的一個直立部件216在緊鄰永久磁鐵212處支承一塊電磁鐵216。電輸入引線220向電磁鐵214的線圈輸送一個勵磁電流或驅(qū)動信號。
臂206與永久磁鐵212固定在一個基本上平板形的彈簧部件222的一端222上。平板彈簧部件222的另一端用適當(dāng)?shù)墓潭潭ㄔ诨?18上。反射鏡210的質(zhì)量可等于永久磁鐵212的質(zhì)量，或者在某些情況中，反射鏡的質(zhì)量可大為高于U形彈簧204的等效質(zhì)量。
平板彈簧222可用任何適用的撓性材料制成，諸如片簧、撓性金屬薄片或扁條。下面討論的較佳實施例采用一塊塑料扁條，諸如MylarTM或KaptonTM，來構(gòu)成平板彈簧。由U形彈簧結(jié)構(gòu)204、206、208構(gòu)成的托架可由任何適用的彈性或撓性金屬材料制成;諸如一種鈹青銅合金。
如圖8中1070處所示，一個二維條碼包括一系列光學(xué)編碼信息的行或線。如果這些行是朝向X方向的(示出為基本上水平的)，則這些行在Y方向(垂直的)上為互相疊置的。信息的每一行或線中包含一系列編碼符號，而每一符號又由一系列通常成矩形的明與暗區(qū)構(gòu)成。暗區(qū)，即條紋，的寬度和/或條紋間的亮間隔的寬度指明行或線上的編碼信息。為了讀取諸如碼1070這樣的一個二維標(biāo)記，希望用一種光柵型掃描圖式之類來掃描該標(biāo)記。在這種掃描圖式中，一系列基本上水平的與基本上平行的掃描線從上到下逐條橫掃標(biāo)記1070的上部水平掃描線、多條中間水平掃描線直到下部水平掃描線以均勻地覆蓋包含該標(biāo)記的一個所要求的掃描區(qū)。
為了利用掃描配置200(圖2)得到一個光柵型掃描圖式，U形彈簧204及平板彈簧222可以布置成在兩個互相垂直的平面中擺動的。如圖所示，U形彈簧204的兩臂將在X-2平面中擺動而平板彈簧222則將在X-Y平面中擺動。通過這一托架結(jié)構(gòu)202的配置、反射鏡或掃描器部件210是安裝成第一與第二交替的周邊方向上的第一與第二對掃描端點位置之間作角擺動運動的。
形狀、尺寸與材料是選擇為使U形彈簧204較硬的。另外，U形彈簧204在X-Z平面中擺動時所帶動的質(zhì)量是比較小的(基本上只等于反射鏡210的質(zhì)量)。反之，平板彈簧222的形狀、尺寸及材料是選擇為使彈簧222比較柔軟的。同樣，當(dāng)平板彈簧222在X-Y平面中擺動時所必須帶動的質(zhì)量是比較大的(基本上等于反射鏡210的質(zhì)量加上磁鐵212及U形彈簧204的質(zhì)量)。結(jié)果，U形彈簧204將在X-Z平面中以高頻率范圍擺動，通常在200至800Hz(赫茲)的范圍內(nèi)，而平板彈簧則在X-Y平面內(nèi)以低頻率范圍擺動，通常為大約5至200Hz。
電磁鐵214通常包括一個芯或軸心，圍繞它撓有一個線圈，使得芯與線圈是完全同心的，這樣可以減小尺寸與重量。芯可以由任何適當(dāng)?shù)妮p型材料制成。在沒有電流通過線圈時，U形彈簧204與平板彈簧222的彈性使反射鏡210返回到其靜止位置(基本是圖2中所示的位置)。當(dāng)一個電流通過線圈時，線圈的磁場與永久磁鐵212之間的交互作用產(chǎn)生一個力矩使磁鐵212(帶著附加的U形彈簧204、平板彈簧222及反射鏡210)從平衡位置開始移動。這一力矩使永久磁鐵212或者移向軸心與線圈或者從軸心與線圈處移開。作為這一運動的一種結(jié)果，U形彈簧204與平板彈簧222中都產(chǎn)生了彈簧力，它們傾向于將永久磁鐵212及反射鏡210帶回到它們的靜止位置上。倒轉(zhuǎn)作用電流的極性將會倒轉(zhuǎn)磁力及對抗的彈簧力的方向。因此，如果作用在電磁鐵214的線圈上的電流采取周期性交流信號的方式，諸如符號波、脈沖信號、三角形波等，得到的磁性力將產(chǎn)生永久磁鐵212的往復(fù)擺動運動(在圖中從左至右)。
電磁鐵214作用在單一永久磁鐵212上的擺動力通過精心地選擇作用在端點220上的驅(qū)動信號來驅(qū)動電磁鐵214的線圈能夠起動彈簧204與222兩者所要求的擺動。具體地說，作用在電磁鐵上的驅(qū)動信號中包含兩個不同頻率的周期性信號的一個疊加。第一信號分量具有對應(yīng)于U形彈簧204的振動頻率的高頻率范圍內(nèi)的頻率。第二信號分量具有對應(yīng)于平板彈簧222的振動頻率的低頻率范圍內(nèi)的頻率。這樣，作用在永久磁鐵212上的擺動磁性力將會包含對應(yīng)于驅(qū)動信號中的兩個信號的兩個不同的頻率分量。由于兩個彈簧204與222的不同頻率振動特征，每一個彈簧將只在其自然振動頻主率上振動。這樣，當(dāng)電磁鐵214受到這一疊加信號驅(qū)動時，U形彈簧204將在高頻率范圍中的一個頻率上振動，而平板彈簧222則將在低頻率范圍中的一個頻率上振動，而平板彈簧222則將在低頻率范圍中的一個頻率上振動。
掃描符號所必需的角擺幅取決于符號的大小，通常至少為10至30度。對于某些應(yīng)用所要求的，由托架配置202所產(chǎn)生的掃描線的角幅度的增加可以方便地通過將U形彈簧204構(gòu)造成帶有不對稱的尺寸的雙臂而達到，即雙臂具有不同的長度。這樣一種彈簧構(gòu)造產(chǎn)生一個共振的非對稱掃描元件。從而，在一個特定實施例中，臂208至少以2∶1的比值短于臂206。這樣，一個制成非對稱尺寸的U形彈簧將導(dǎo)致在光柵型圖式中較長的X方向掃描線。
除了可以將角幅度比對稱尺寸的U形彈簧增加一倍以外，一個非對稱尺寸的U形彈簧提供較高的抗金屬疲勞與斷裂的耐用性，這是用于節(jié)點不再位于彈簧的彎曲部分。這種構(gòu)造還提供將較少的振動傳遞給基座的優(yōu)點，這是由于U形彈簧只支承在磁鐵端上并且磁鐵的角運動可低于掃描部件或反射鏡210的角運動許多倍。
二維掃描器的較佳實施例本發(fā)明的一個較佳實施例示出在附圖中的圖4至8中。在這一實施例中，掃描部件為反射鏡502。U形彈簧支承反射鏡502繞一條通過該反射鏡的垂直軸線作旋轉(zhuǎn)擺動以產(chǎn)生X方向束掃描運動，而一個平板彈簧522受到彎曲來繞一條水平軸線擺動以產(chǎn)生Y方向束掃描運動。
子組件500采用寬平板彈簧522用于低頻撓曲。彈簧522通常由MylerTM或KaptonTM等撓性塑料的平板構(gòu)成。平板彈簧522的下端包含兩個或更多的孔，通過它們可以插入固定件(螺栓、鉚釘、銷等，因此當(dāng)子組件500裝入掃描模件700時(見圖7)下端便是彈簧522的“固定”端。
平板彈簧522的自由上端帶有永久磁鐵514、U形彈簧504及反射鏡502。更具體地說，平板彈簧522的上端是夾在一塊向前延伸板517與一個L形托架的下端之間的。向前延伸板517與L形托架的下部是用兩個固定件(鉚釘或銷之類)固定在一起的。然后，用類似的固定件將支承板506的邊連接到L形托架的垂直部分上。將一個第二伸出件518連接到L形托架的下部或夾在平板彈簧與托架之間。在這一實施例中，伸出件517與518通常是用撓性金屬構(gòu)成的，諸如鈹青銅合金。這兩個伸出件向下并向平板彈簧522的自由端的外側(cè)彎曲。伸出件517與518的端部具有拋光的端表面。下面詳細討論伸出件517與518的功能。
如圖4所示，在板506的后表面接近右邊處安裝有該板所帶的永久磁鐵514。在板506的前表面上與磁鐵514的位置相對的一點上(比較圖3與4)將U形彈簧504的臂508的端部緊固在板506上。
子組件500還包括一個安裝成與支承板506及它上面所連接部件一起運動的平衡部件520。在圖中所示的實例中，平衡部件520是連接在L形托架的下方水平臂的后側(cè)的，固定件便是通過它將托架與支承板506連接到平板彈簧522的上端的。另一種方法是將支承板506、L形托架及平衡部件構(gòu)成一個單一的集成部件。
平衡部件520從接近板506的下端處伸出并通過平板彈簧522的下端。將平衡部件520的大小做成使其質(zhì)量相對于平板彈簧522繞之彎曲的水平旋轉(zhuǎn)軸線基本上平衡反射鏡502、彈簧504、板506及磁鐵514的質(zhì)量。平衡部件還通過增加平板彈簧彎曲時運動部件的質(zhì)量來減小平板彈簧522的共振頻率。平衡部件520的端部以下面要討論的方式向后彎曲當(dāng)作一個止動件。
當(dāng)彈簧522彎曲時，平衡部件520、反射鏡502、彈簧504、伸出板517、板506以及磁鐵514將與平板彈簧522的自由端一起運動。因此，彈簧522擺動時的擺動質(zhì)量是相當(dāng)大的。此外，彈簧522的材料是相對柔軟的，諸如MylarTM或KaptonTM。結(jié)果，平板彈簧522將在相對地低頻率范圍內(nèi)的一個特征頻率上振動，諸如在大約5至15Hz的范圍內(nèi)。
反之，只帶有反射鏡502的質(zhì)量的U形彈簧是比較硬的并在比較高的頻率上振動。在這一實施例中，U形彈簧504是相對于平板彈簧522的長度或軸向長度旋轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)動大約90度的一個角度的。U形彈簧可以是鈹青銅或類似的材料的，如上面對圖2中的彈簧204討論的。如圖3與5中所示，反射鏡502在其一端具有一縮短的截面寬度以形成一個大致上矩形的頸部(圖5的左側(cè))。形成在U形彈簧504的兩對邊上的向內(nèi)折合的鉗形部件或夾緊臂512夾住反射鏡502的矩形頸部。在頸部的右側(cè)(圖5)反射鏡502顯著地加寬，無論橫向與縱向都是如此，以便在掃描時能提供一個大的反射面。因此，反射鏡502與彈簧504的尺寸是做成使反射鏡相對于彈簧504的振動的轉(zhuǎn)動軸線垂直地通過反射鏡502的放大部分。
如圖7所示，構(gòu)成平板彈簧522的MylarTM或KaptonTM材料片的下端是用適當(dāng)?shù)墓潭?26固定的并借此夾緊在一個第一支承架528及一個第二支承架530之間的。支承架528與530通常是用非磁性金屬構(gòu)成的，諸如鈹青銅合金。第二支承架530在緊鄰永久磁鐵514的一個位置上攜帶電磁鐵516。第一支承架攜帶激光二極管與聚焦模件600。
Krichever等人在他們的4，923，281號美國專利中公開了適合于用作本實施例的模件600的一個激光二極管與光學(xué)模件的實例。使用Krichever等人的裝置，模件600包含一個增益定向型可見激光二極管(VLD)633，諸如東芝公司制造的TOLD9201.138。一塊透鏡635在必要時聚焦來自激光二極管633的光束以生成傳輸?shù)椒瓷溏R502的光束。該模件具有兩個伸縮的支承部件611與615、以及一個位于激光二極管633與透鏡635之間的偏壓彈簧613。一個支承部件611連接在激光二極管633上，另一個支承部件615支承透鏡635。第二支承部件615還提供一個孔617使光線能通過透鏡635。
通常，在將模件600連接到支承架528以前先進行組裝與聚焦。在實際聚焦中，將激光二極管與聚焦模件組件600固定在帶有鍵或卡頭的托架上，當(dāng)兩個支承部件611與615逐漸壓縮在一起時，插入鍵或卡頭的凹槽或鍵槽確定激光束、透鏡與孔的朝向。在達到了所要求的焦點時立即將兩個支承件用膠或環(huán)氧樹脂之類的粘接劑永久性地互相固定在一起，或者用加樁、點焊、超聲焊接等固定住。
諸如二極管633這樣的增益定向激光二極管是制成為帶有外殼基座中的一個矩形凹槽621的。凹槽621確定二極管外殼內(nèi)的激光二極管片的朝向。具體地說，在外殼就位時使凹槽對應(yīng)于外殼的后表面的一條垂直軸線(如圖7A)所示的底部或者在頂部)，三條引線中的兩條沿水平軸線平放。在這一位置上，外殼中的激光二極管片也是沿該水平軸線對準(zhǔn)的。激光二極管支承部件611具有一相同朝向或定位在離開激光二極管外殼的基座中的凹槽621九十度的二極管的周邊上的凹槽或鍵槽。
圖7與7A是在假定通過激光二極管外殼的垂直軸線是基本上垂直于安裝模件600的支承部件528的表面的條件下繪制的。作為這一朝向的結(jié)果，增益定向VLD633是這樣安裝的，使得激光二極管片位于基本上垂直于由產(chǎn)生X方向光束掃描運動的U形彈簧504的振動所形成的振動軸線的一個平面中，在得到的掃描圖式中，在平行于二極管片的方向上測得的光束寬度在方向上與X方向掃描運動相對應(yīng)。二極管的這一朝向通過用這種二極管所產(chǎn)生的光束的象散性來補償遠離掃描器前端的點上的減小的線密度而延長了二維掃描器的工作范圍，如下面參照圖11A至16將要詳細討論的。
在二維掃描模件中，平板彈簧522是支承繞一條基本上水平的軸線擺動的各種部件一塊第一撓性片。彈簧522所支承的部件是比較重的。為了提供較低頻率的擺動，將彈簧522的材料選定為較柔軟的。如圖7B)中以放大的細部所示，在平板彈簧522的兩個相對面上的附加撓性片542與544提供附加的支承與阻尼。
附加撓性片542與544中每一個由類似于但短于彈簧522的MylarTM或KaptonTM材料構(gòu)成。撓性片544具有一夾在第一支承架528與平板彈簧522之間的固定下端;撓性片542具有一夾在平板彈簧522與第二支承架530之間的固定下端。
平板彈簧522所攜帶的伸出板517的邊接觸在撓性片544的平表面上鄰近片544的自由上端處。相似地，伸出件518的邊接觸在撓性片542的平表面上鄰近自由上端處。如參看圖7B所見，彈簧522的任何向右運動都會導(dǎo)致伸出件518將撓性片542的自由上端推向右邊，而使片542進一步彎離其放松狀態(tài)。撓性片的作用如同一個彈簧。在片542進一步彎離時，它產(chǎn)生一個對抗使它彎曲的運動的較大的彈性力。這樣，撓性片542將通過伸出件518作用一個反向的力來對抗平板彈簧522的自由端的向右運動。類似地，平板彈簧的向左運動會引起撓性片544通過伸出件517作用一個反射的彈簧力來對抗平板彈簧522的自由端的向左運動。
撓性片542、544提供的彈簧力增加了對平板彈簧522的物理支承，而伸出件與撓性片之間的摩擦力則具有減弱彈簧522的振動的趨向。這一構(gòu)造防止了這些部件的重量導(dǎo)致彈簧522彎下或下垂并消除了由掃描器的外殼的振動所引起的抖動，諸如可能由一位操作員的握掃描器的手引起的。這些優(yōu)點超過了產(chǎn)生Y掃描動作所要求的幅度所需的較大的驅(qū)動信號電流的費用。
伸出件517與518從平板彈簧522向外張開。每一個伸出件用來接觸對應(yīng)的撓性片542或544(圖7B)的端面是經(jīng)過拋光的，以防止對撓性片的表面的破壞。
各伸出件517與518的曲率半徑與夾住撓性片與平板彈簧的支承架528與530在夾持區(qū)上方的角部的上表面的曲率半徑相同(見圖7B)。如果掃描受到一個垂直的沖擊(諸如掉落掃描器所引起的)，平板彈簧522所支承的部件的重量會在彈簧522作用一個強的向下的力而使它變形成S形。例如，如果沖擊迫使彈簧522向圖7B中右下方壓縮，則彈簧522會繞伸出件517及支承架530的彎曲的上表面形成S形。反之，如果沖擊迫使彈簧522向圖7B中左下壓縮，則彈簧522會繞伸出件518及支承架528的彎曲的上表面形成S形。當(dāng)操作員意外地掉落掃描器時，伸出件517與518以及支承架528與530的角部上表面的半徑限制了由此引起的彈簧522的這些S形的曲率。對于任何給定材料與厚度的平板彈簧，存在著一個最小曲率半徑，小于它時，彈簧不能無損地彎曲。從而，如果將平板彈簧522具有小于其最小半徑的半徑的彎曲形狀，該平板彈簧的材料將會永久性變形。為了防止這種破壞，伸出件517、518的半徑、支承架528與530的角部的上表面的半徑是大于MylarTM或KaptonTM型平板彈簧522的最小半徑的。
如圖7所示，當(dāng)子組件500安裝進掃描器模件700中時，平衡部件520從支承板506的L形托架的后面通過第二支承架530的水平部分上的一個通道向下伸出。然后，平衡部件520彎向圖中的左方并通過第一與第二支承架528、530的垂直部分上的開口。平衡部件520的下端向后彎曲形成一個第一止動件。當(dāng)平板彈簧彎曲而使反射鏡轉(zhuǎn)動到圖中最左側(cè)時，在平衡部件520的下端處的彎曲的止動件碰在第二支承架530的下面部分上。因此，平衡部件520與第二支承架530構(gòu)成了反射鏡在圖7中向左方向上的行程的一個最大極限。板506與電磁鐵516起限制相反方向上的運動的一個第二止動件的作用。當(dāng)平板彈簧522彎曲而使反射鏡移動到圖中的最右側(cè)時，板506的背面將碰在電磁鐵516的前表面上。這兩個止動件限制了平板彈簧522的彎曲，從而，即使掃描器掉落，彈簧522也不會彎曲到破壞其材料或者破壞支承在平板彈簧522的自由端上的任何部件的極端程度。
圖7所示的單元700是可以作為模件安裝在各種各樣的掃描器外殼中的，圖8中示出了其中的一個例子。圖8中示出的示例性條碼閱讀器1000是實現(xiàn)為一個槍形裝置的。與圖1中所示部件相對應(yīng)的那些部件是標(biāo)以對應(yīng)的參照數(shù)字的。
裝置1000包括一個重量輕的帶有一個手槍扳機型把53的塑料外殼55。外殼55中容納設(shè)置在直接通過窗口56接受反射光52的方向上的光檢測器58、信號處理電路與CPU40、以及電源或蓄電池62。在外殼55的前端上的透光窗口56也容許外出光束51出去，用于橫越二維條碼1070進行掃描。裝置1000和圖1中所示的裝置一樣，是設(shè)計成由用戶從離開符號1070的一個閱讀器1000的位置上瞄準(zhǔn)在一個條碼符號上的，即，不接觸該符號或橫越符號移動。
如圖8中進一步描繪的，激光二極管與聚焦模件600產(chǎn)生一束由擺動反射鏡502反射的光束。當(dāng)線圈516響應(yīng)扳機54的起動而勵磁時，反射鏡502受到磁鐵514與線圈516的驅(qū)動而在兩個正交的方向上擺動。
二維條碼1070包含一條列光學(xué)編碼信息的線。如圖所示，這些線是朝向示出為基本上水平的X方向中的，并且在Y方向(垂直)上是互相疊置的。暗區(qū)(條紋)的寬度和/或條紋間的亮間隔的寬度表示各線上的編碼信息。為了讀取二維標(biāo)記1070，閱讀器1000以反射鏡502的二維運動產(chǎn)生的光柵型掃描圖式等掃描該標(biāo)記。
如圖2中的實施例，圖7的實施例中的電磁鐵516通常包括一個芯或軸心，圍繞它繞有一個線圈。當(dāng)沒有電流通過線圈時，U形彈簧504與平板彈簧522的彈性使反射鏡502返回到其靜止位置。當(dāng)一個電流通過線圈時，線圈與永久磁鐵514的磁場之間的交互作用產(chǎn)生一個力矩使磁鐵離開其平衡位置運動。這一力矩使永久磁鐵514或者向電磁鐵516的軸心與線圈移動，或者從那里移開。作為這一運動的結(jié)果，平板彈簧522產(chǎn)生了一個力圖將永久磁鐵514帶回到靜止位置的彈簧力。倒轉(zhuǎn)作用電流的極性將倒轉(zhuǎn)磁性力與反向的彈簧力的方向。因此，如果作用在電磁鐵516的線圈上的電流具有周期性交流信號的形式，諸如符號波、脈沖信號、三角形波等，感應(yīng)磁性力將使永久磁鐵514產(chǎn)生擺動運動或擺動。
如上面所討論的，U形彈簧504與平板彈簧522是設(shè)計成在兩個不同頻率范圍內(nèi)振動的。作用在電磁鐵516的線圈上的一個驅(qū)動信號中包括兩個具有不同頻率的不同的周期性信號分量。第一信號分量具有對應(yīng)于U形彈簧504的振動頻率的高頻范圍內(nèi)的頻率。第二信號分量具有對應(yīng)于平板彈簧522的振動頻率的低頻范圍內(nèi)的頻率。從而作用在永久磁鐵514上的振動磁性力也將包含兩個對應(yīng)于驅(qū)動信號中的兩個分量信號的不同頻率分量。由于兩個彈簧504與522的不同頻率振動特征，各彈簧將只在其自然振動頻率上振動。從而當(dāng)電磁鐵516受到這樣一個疊架信號驅(qū)動時，U形彈簧504將在高頻范圍內(nèi)的一個頻率上振動，而平板彈簧522則將在低頻范圍內(nèi)的一個頻率上振動。
返回至圖8，在兩上正交方向上反射鏡502在兩個不同頻率上的擺動使反射光束51在X方向上來回掃描而在Y方向上下掃描，以一種光柵圖式橫越出現(xiàn)二維條碼1070的表面。從符號1070反射回來的光52通過窗口56返回，作用在檢測器58上。檢測器58生成一個與反射光52的強度成比例的模擬信號。這一信號由安裝在板61上的電路處理與數(shù)字化，并由微處理器40解碼。為了掃描一個符號1070，一位用戶瞄準(zhǔn)條碼閱讀器單元1000并操作可動扳機開關(guān)54來啟動光束51、線圈516及檢測器電路。
使用附加撓性片的其它掃描器實施例圖9中示出裝有根據(jù)本發(fā)明的用于減弱光學(xué)部件運動的裝置的一個第二實施例的一維掃描器模件800。一塊彎板806支承反射鏡802及永久磁鐵814。反射鏡802具有一擴展部分及一個矩形的頸部，基本上與前一個實施例中的反射鏡502相同(見圖5)。形成在板806的兩對側(cè)邊上的向內(nèi)折疊的鉗形部件或夾緊臂812夾住反射鏡802的矩形頸部。一個鉚釘或銷或類似的緊固件穿過磁鐵814、支承板806、平板彈簧822及一塊面板806′。結(jié)果是，磁鐵814連接在板806的背面;并且平板彈簧822的上部自由端夾緊在板806與806′之間。
第二撓性片842與844設(shè)置在平板彈簧822的兩對側(cè)邊上。構(gòu)成平板彈簧822及撓性片842、844的MylarTM或KaptonTM材料板的下部固定端用適當(dāng)?shù)木o固件826緊固，使其夾緊在一個第一支承架828與一個第二支承架830之間。第二支承架830攜帶電磁鐵816的軸心與線圈。第一與第二支承架連接在一個基座上，在圖中底部只示出為一條實線。如果掃描器800必須提供一種垂直的束掃描動作，基座為如圖所示水平的。如果器800必須提供一種水平的束掃描動作，基座則將垂直安裝(好比圖9為一俯視圖)。
板806與806′的下端從平板彈簧822向外彎曲以形成一對伸出件817與818。每一伸出件817、818的端上帶有一塑料圓柱體817′、818′。通常，圓柱體817′與818′是由諸如MylarTM或KaptonTM的塑料材料構(gòu)成的，這是與撓性片822、842與844的材料基本一致的。
在伸出板817的端部上的圓柱體817′在接近撓性片844的自由上端處與片844的平表面接觸。類似地，在伸出件818的端上的圓柱體在接近撓性片842的自由上端處與片842的平表面接觸。圓柱體817′與818′防止片842、844的平表面被伸出件的邊劃出傷痕，這會增加伸出件與撓性片之間的摩擦力。
永久磁鐵814伸入電磁鐵816中心的孔中。在電磁鐵816的線圈上的作用一個周期性的驅(qū)動信號將在永久磁鐵及連接在其上的部件上產(chǎn)生一個交變的磁性力。得到的推拉力使永久磁鐵與連接的部件繞平板彈簧822構(gòu)成的樞軸作往復(fù)運動。彈簧822與撓性片842、844產(chǎn)生力圖將磁鐵814、反射鏡802及彈簧822復(fù)位到圖9中所示的它們的靜止位置的彈簧力。支承架828與830是彎曲成使它們的上部限制彈簧822與撓性片842、844的彎曲運動的。
彈簧822的自由端的向右運動將使伸出件818與圓柱體818′向右推動撓性片842的自由上端，從而使片842離開其放松狀態(tài)進一步彎曲。撓性片象彈簧一樣起作用。當(dāng)片842進一步彎曲時，它產(chǎn)生一個更大的彈簧力對抗使它彎曲的運動。這樣，撓性片842將通過伸出件818作用一個反向的力力圖對抗平板彈簧822的自由端的向右運動。同樣，平板彈簧的向左運動也將使撓性片844通過伸出件816作用一反向的彈簧力圖對抗平板彈簧822的向左運動。
當(dāng)激光二極管與聚焦模件600發(fā)射一束光束時，運動反射鏡502將該光束反射向出現(xiàn)標(biāo)記的一個目標(biāo)表面。反射鏡502的往復(fù)擺動使光束在圖中所示的模件800左側(cè)掃描一條線。如果模件800是垂直朝向的，如圖所示，得到的掃描線也將是垂直的并基本上在圖所在的同一平面上。標(biāo)記反射回來的光通過一塊環(huán)境光阻擋光學(xué)濾鏡856作用在檢測器58上。檢測器58生成一個與反射光的強度或正比的模擬信號，該信號以常用的方式受到處理、數(shù)字化與解碼。
撓性片842、844提供的彈簧力加強對平板彈簧822的物理支承，并且圓柱體與撓性片842、844間的摩擦力力圖以類似前面的實施例的方式減弱彈簧822的振動。這一構(gòu)造防止反射鏡的重量使彈簧822彎下或下垂并消除由掃描器外殼的振動引起的跳動，諸如可能由操作員握住掃描器的手的運動所引起的。
圖10展示裝有根據(jù)本發(fā)明的用于減弱光學(xué)部件運動的一個第三實施例的另一種一維掃描器900的撓性支承結(jié)構(gòu)、反射鏡與磁鐵。一面反射鏡902及一塊永久磁鐵914直接連接在平板彈簧922的正反兩面上，例如將反射鏡902與磁鐵914粘在彈簧上鄰近其上端處。
第二撓性片942與944設(shè)置在平板彈簧922的兩對側(cè)邊上。用一個或多個適當(dāng)?shù)木o固件將構(gòu)成平板彈簧922與撓性片942、944的MylarTM或KaptonTM材料板的下部固定端夾緊在一個支承架928與一塊端板930之間。支承架928在緊鄰永久磁鐵914處攜帶一個電磁鐵916的軸心與線圈。
平板彈簧922裝有反射鏡902一面的平表面與撓性片942的相鄰的平表面摩擦地接觸。同樣，平板彈簧922裝有磁鐵914的平表面與撓性片944的平表面摩擦地接觸。
在電磁鐵916的線圈上作用一個周期性驅(qū)動信號將在永久磁鐵914與連接在它上面的部件上產(chǎn)生一個交變的磁性力，得到的推拉力使永久磁鐵及連接的部件繞平板彈簧922構(gòu)成的樞軸作往復(fù)運動。彈簧922與撓性片942、944產(chǎn)生力圖使磁鐵914、反射鏡902及彈簧922復(fù)位到它們圖10中所示的靜止位置的彈簧力。
彈簧922的自由端的向右運動將會引起彈簧922與撓性片942的自由上端處右變形。彈簧922與撓性片產(chǎn)生一個對抗這一運動的合成彈簧力，在越向右的點上該合成力越大。同樣，平板彈簧922的向左運動會引起彈簧922與撓性片944向左變形。彈簧922與撓性片產(chǎn)生一個對抗這一運動的合成彈簧力，該合成力在越向左的點上越大。
當(dāng)來自一個激光二極管與聚焦模件(未示出)的一束光線照射在運動中的反射鏡502上時，反射鏡將該光束反射到出現(xiàn)標(biāo)記的一個目標(biāo)表面上。反射鏡502的往復(fù)擺動使光束在圖中所示的模件900的右側(cè)的一條線上掃描。例如，如果模件900是如圖所示垂直朝向的，得到的掃描線也將是垂直的并且基本上在圖面的同一平面中。一個檢測器(未示出)感測從標(biāo)記反射回來的光，并且以常用的方式處理、數(shù)字化與解碼來自檢測器的模擬信號。
撓性片942、944產(chǎn)生的彈簧力增強對平板彈簧922的物理支承、并且撓性片942、944與彈簧922的表面之間的摩擦力力圖減弱彈簧922的振動。這一構(gòu)造防止了彈簧所支承的部件的重量引起彈簧922彎下或下垂，并消除了由掃描器外殼的振動引起的跳動，諸如由一位操作員握住掃描器的手的運動所引起的。
二維掃描器的工作范圍的延伸增益定向VLD是用于光學(xué)掃描器中最簡單與最普通的激光源。然而，增益定向激光二極管所發(fā)射的是帶有大象散的光束。更具體地說，該光束在距掃描器的不同距離上的截面大小與朝向是變化的。
如果將平行于激光二極管片的平面的光束截面的一個第一維度定義為X′，則垂直于激光二極管片定義為第二維度Y′。如圖11A中的曲線所示，X′維度中的束寬在接近掃描器的點上小于Y′方向中束高。結(jié)果，束截面具有伸長的橢圓形狀并具有垂直地朝向這些點的趨向。在一個束腰點上(束最窄點)，在兩個維度中的束寬與束高是基本上相等的，從而束截面成為圓形的。在超過束腰的更遠的點上，X′維度中的束寬大于Y′方向中的束高。結(jié)果，束截面具有伸長的橢圓形狀并具有水平地朝向這些遠處的點的趨向。
如上面在圖7A的討論中所提到的，凹槽621是定位成定向激光二極管622的外殼內(nèi)的激光二極管片的，使激光二極管片位于一個基本上垂直于由產(chǎn)生X方向束掃描運動的U形彈簧504的振動所提供的振動軸線的平面中，結(jié)果，束的X′維度對應(yīng)于U形彈簧504的彎曲所產(chǎn)生的X掃描運動。從而，激光束是這樣擺動的，使得束的截面寬度在基本上對應(yīng)于標(biāo)記的行的方向的一個方向中移動。
二維系統(tǒng)最佳掃描裝置在距掃描頭的某一距離上提供最佳焦點(較小的光斑大小)。這種裝置的工作范圍則從掃描器與該最佳焦點間的一個點延伸至該最佳焦以遠的一個距離上的一點。對于具有所述象散的光束;在掃描器與焦點位置之間的范圍內(nèi)光束的橢圓長軸是垂直的，而在更長的距離上則是水平的。快速掃描是在水平方向中進行的。下面將說明在距掃描器更遠的點上這是怎樣精確地補償下降的掃描線密度的。再者，在長橢圓軸的方向上進行掃描使光束更可見，從而使操作人員更容易將掃描器瞄準(zhǔn)在標(biāo)記上，因為在遠距離的點上，激光能是分布在一個較大的掃描圖式中的。
下面的分析為了討論的目的假定掃描器1000產(chǎn)生沿Y方向的均勻的(線性的)X線分布的750X掃描/秒，并且該掃描器應(yīng)能提供0.5秒的解碼時間。標(biāo)記的行或線之間的最大掃描線漏失應(yīng)為10%。另外，為在0.5秒的設(shè)計根限中得到一次完整的解碼，每行需要4次良好的嘗試。為了討論的目的，我們假定掃描器1000的掃描角參數(shù)為θx＝±14°與θy＝±7.5°。
對于這一實例，假定二維標(biāo)記在Y方向上為1英寸高，而在X方向上為1.5英寸寬。如果條碼位于距反射鏡4英寸處(距掃描器前端2英寸處)，則掃描圖式的高度也為1英寸。結(jié)果，掃描圖式的所有掃描線都橫越標(biāo)記(圖11C)。在具有一定高度的束截面的任何給定掃描圖式中，某些掃描線將覆蓋二維標(biāo)記的相鄰的行。這些掃描線所產(chǎn)生的檢測器信號將不能精確地表示該標(biāo)記的任何實際的行的光反射率的變化。然而，在接近掃描器的點上，由于大量的線橫越標(biāo)記，有足夠多的線只橫越標(biāo)記的每一行，從而能在分配的時間內(nèi)產(chǎn)生一次對標(biāo)記的有效讀取。
如果條碼位于距反射鏡8英寸處(距掃描器前端6英寸處)，掃描圖式高于標(biāo)記而較少數(shù)量的掃描線落在橫越標(biāo)記的范圍內(nèi)。然而，由于光束的象散，光束的高度較短(圖11A)。結(jié)果，較少掃描線會覆蓋標(biāo)記的相鄰的行。相反地，雖然由于較低的密度而只有較少的掃描線橫越標(biāo)記，但這些線中較大的百分比將產(chǎn)生對標(biāo)記中只有一個單一的行的有效讀取。
圖11C示出1英寸×1.5英寸標(biāo)記的Y掃描。如果條碼位于距反射鏡4英寸處，掃描圖式寬度只是略大于碼的寬度。如果碼位于距反射鏡8英寸處，掃描圖式變寬使得在每條掃描線的端部有相當(dāng)一部分越出標(biāo)記的邊界。
假定一個掃描器能用1.5英寸X′的束斑寬度解碼X維度的條紋與間隔符號，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)對于一個10密耳碼的工作范圍(W)為距離反射鏡3英寸至8英寸(圖11A)。然而，在工作范圍的近端，圖式尺寸是制約因素。因而，對于一個1.5英寸×1英寸的二維條碼只有在距反射鏡4英寸(距前端2英寸)處我們才有2英寸×1英寸的足夠大的圖式(圖11B)。
圖12C展示當(dāng)光斑橫越一個二維條碼的一個部分時，沿不同掃描線通過的激光束斑之間的關(guān)系。圖中的條碼具有行高H，在這一實例中為30密耳。束斑具有高度d(在Y掃描方向中)。圖12C中所示的束斑對應(yīng)于允許精確讀取條碼行的最大位置上的線，即漏失10%的束斑在緊鄰的上面或下面碼行上(圖中在束斑的重疊部分上加陰影線來表示)。在這些最大位置上的束斑中心之間的距離用變量m表示。
圖12C中所示的束斑形狀對應(yīng)于用根據(jù)本發(fā)明定向的象散光束掃描一個標(biāo)記，其中的碼是位于掃描器的工作范圍的近端處的(距反射鏡4英寸)。具體地說，束斑是橢圓形的并定向為以橢圓的長軸對準(zhǔn)在Y方向上。如果標(biāo)記和上面的實例中一樣是一個30密耳條碼，則在所示的最大位置上的束斑中心距m將是19.6密耳。
在4英寸處，性能基本上不降低。在0.5秒內(nèi)將有375次掃描，Y＝13密耳及30密耳行高。由于10%的漏失是可以接受的，我們有(2.6+(30-13)/30＝65%的概率能得到良好的掃描(見圖12C)。從而，我們對33行可得到244次良好的掃描或7.4次掃描/行(我們已假定0.5秒中匯集的X掃描線是沿Y線性分布的)。
在工作范圍的遠端，掃描線的密度是制約因素。圖12B展示用根據(jù)本發(fā)明定向的象散光束的束斑掃描一個標(biāo)記，其中的碼是位于掃描器的工作范圍的遠端處的(距反射鏡8英寸)。具體地說，束斑是橢圓形的并定向為使橢圓的短軸對準(zhǔn)在Y掃描方向上。如果該標(biāo)記與上述實例一樣是一個30密耳的條碼，則在圖12B所示的位置上的束斑的中心之間的距離m將為21.2密耳。在8英寸處，Y′維度d為11密耳，從而對一次良好的掃描的概率為(2.2+30-11)/30＝70%(見圖12B)。圖式為2英寸高，從而對于1英寸高的條碼對33行每0.5秒將有187.5次掃描。這一結(jié)果為4次良好嘗試/行。從而，在上述指出的實例中，Y′束斑尺寸較小并且即使在8英寸處，這一標(biāo)簽也能讀取。
作為對比，考慮始終具有圓形束斑尺寸的束光束，即其中Y束斑性質(zhì)與X束斑性質(zhì)相同。圖12A展示當(dāng)碼位于掃描器的工作范圍的遠端處時，用一束圓形光束對一個標(biāo)記的束斑掃描。如果該標(biāo)記為一30密耳的條碼，則在圖12A中所示的位置上的束斑中心距m將為19.6密耳。工作范圍的遠端在7.5英寸處，因為在這一點上X′束斑寬度d為13密耳。因此，對一次良好的掃描的概率為(2.6+(30-13))/30＝65%。然而，在這一位置上的圖式尺寸為1.9英寸，所以只有197次掃描通過33個碼行。這得到3.9次良好嘗試/行(見圖12A)。
從以上的討論中，對于所述的實例下面的結(jié)論應(yīng)當(dāng)是清楚的對于采用本發(fā)明所教導(dǎo)的定向的增益定向激光二極管的一個掃描器，其工作范圍為4英寸(距掃描器的反射鏡4英寸至8英寸之間，或者距掃描器的前端2英寸至6英寸之間)。反之，采用沒有象散的一個圓形斑束，只能產(chǎn)生3.5英寸的工作范圍(距掃描器的反射鏡4英寸至7.5英寸之間，或者距掃描器的前端2英寸至5.5英寸之間)。從而所公開的二極管定向有效地將工作范圍從3.5英寸(圓形束斑)提高到4英寸。錯誤定向的增益定向激光器甚至?xí)a(chǎn)生更短的工作范圍。本發(fā)明通過采用象散束斑尺寸達到了增加工作范圍，因為a)在遠端，密度是制約因素。本發(fā)明在這一點上并不改變密度，通過采用較小的Y束斑尺寸提高了在這一點上的一次良好掃描的概率。
b)在近端，雖然象散在3.5英寸-4英寸的范圍內(nèi)會導(dǎo)致較大的Y束斑尺寸，但是圖式尺寸而不是束斑尺寸是制約因素。因此，工作范圍的近端極限保持不變。
從以上的詳細說明中現(xiàn)在應(yīng)能認(rèn)清本發(fā)明采用平板撓性彈簧來支承運動掃描器部件為掃描器提供了改進的支承及振動阻尼。本發(fā)明還通過采用一個精確地定向的增益定向激光二極管擴展了二維掃描器的工作范圍。
權(quán)利要求
1.用于讀取具有不同光反射率的光學(xué)編碼標(biāo)記的一種掃描系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括發(fā)光與光學(xué)裝置，用于發(fā)出束光束并光學(xué)地將該光束導(dǎo)向光學(xué)編碼標(biāo)記；用于接收從光學(xué)編碼標(biāo)記反射回來的光并生成對應(yīng)于該光學(xué)編碼標(biāo)記的不同光反射率的電信號的裝置；一塊第一撓性片，其一端是固定的，以及其對側(cè)的端在所述第一撓性片彎曲時是自由運動的；用于產(chǎn)生第一撓性片的一個往復(fù)彎曲運動從而使第一撓性片的自由端來回擺動的裝置；用于安裝一個用于與第一撓性片的自由端一起往復(fù)運動的發(fā)光與光學(xué)裝置的一個部件的裝置，使得在第一撓性片往復(fù)彎曲運動時光束橫越光學(xué)編碼標(biāo)記掃描；一塊第二撓性片，具有一固定端與一自由端；以及接觸裝置，用于在第一撓性片的往復(fù)彎曲運動中至少在或接近第二撓性片的自由端處接觸第二撓性片的一個部分，使所述第二撓性片為所述第一撓性片提供支承或者摩擦地減弱第一撓性片的往復(fù)彎曲運動。
2.用于讀取二維光學(xué)編碼標(biāo)記的一種二維光學(xué)掃描系統(tǒng)，所述標(biāo)記具有不同光反射率的部分，所述系統(tǒng)包括發(fā)光與光學(xué)裝置，用于發(fā)出一光束并光學(xué)地將該光束導(dǎo)向該光學(xué)編碼標(biāo)記;第一支承裝置，用于安裝發(fā)光與光學(xué)裝置的一個部件使之在一個第一方向上以一個第一振動頻率作振動運動;第二支承裝置，用于安裝第一支承裝置使之在一個第二方向上以一個第二振動頻率作振動運動，所述第二方向基本上垂直于所述第一方向，并且所述第二頻率小于所述第一頻率，其中所述第二支承裝置包括(ⅰ)一塊第一撓性片，其一端是固定的其對側(cè)端在所述第一撓性片來回彎曲時能自由地在第二方向上往復(fù)運動;(ⅱ)用于支承第一支承裝置的裝置，使第一支承裝置在第二方向上與第一撓性片的自由端的往復(fù)運動一起往復(fù)運動;(ⅲ)具有一固定端與一自由端的一個第二撓性片，以及(ⅳ)接觸裝置，用于在第一撓性片的往復(fù)運動中至少在或接近第二撓性片的自由端處接觸第二撓性片的一部分，使第二撓性為第一撓性片提供支承或者摩擦地減弱第一撓性片的往復(fù)彎曲運動;讀驅(qū)動裝置，用于同時產(chǎn)生安裝在第一往復(fù)的支承裝置上的光學(xué)部件在第一方向上的往復(fù)運動以及第一撓性片的自由端在第二方向上的往復(fù)運動，使光束實現(xiàn)一個橫越出現(xiàn)有所述光學(xué)編碼標(biāo)記的表面的二維掃描圖式;以及用于接收從該表面反射回來的光并生成對應(yīng)于該光學(xué)編碼標(biāo)記的不同光反射率的電信號的裝置。
3.用于讀取二維光學(xué)編碼標(biāo)記的一種二維光學(xué)掃描系統(tǒng)，所述標(biāo)記具有不同光反射率的部分，所述系統(tǒng)包括發(fā)光與光學(xué)裝置，用于發(fā)出一束并光學(xué)地將該光束導(dǎo)向光學(xué)編碼標(biāo)記;用于安裝該發(fā)光與光學(xué)裝置的一個光學(xué)部件的裝置，用于在一個第一方向上以一個第一振動頻率以及在一個第二方向上以一個第二頻率產(chǎn)生光束的一個振動運動，所述第二方向基本上垂直于所述第一方向，并且所述第二頻率小于所述第一頻率，其中該發(fā)光與光學(xué)裝置包括一個定向成使二極管片的平面基本上平行于第一方向的增益定向激光二極管;讀驅(qū)動裝置，用于同時產(chǎn)生在第一與第二方向上的所述光學(xué)部件的往復(fù)運動，使光束實現(xiàn)一個橫越出現(xiàn)有所述光學(xué)編碼標(biāo)記的表面的二維掃描圖式;以及用于接受從該表面反射回來的光并生成對應(yīng)于該光學(xué)編碼信號的不同光反射率的電信號的裝置。
4.讀取光學(xué)編碼標(biāo)記的一種方法，該標(biāo)記具有定向在一共同方向上的多條線，每一條線具有不同光反射率的部分，所述方法包括下述步驟使用一塊二極管片生成一激光束，其中該束呈現(xiàn)一種象散現(xiàn)象，在較接近該二極管片的點上，在平行于二極管片的平面的維度中該束的截面寬度小于垂直于二極管片的平面的一個維度中的該束的截面高度，而在遠離二極管片的點上光束的截面寬度大于光束的截面高度;產(chǎn)生激光束的一個振動運動，使光束的截面寬度在基本上對應(yīng)于所述標(biāo)記的線的共同方向的一個第一方向上移動;在基本上垂直于所述第一方向的一個第二方向上產(chǎn)生激光束的一個擺動運動;接收從該光學(xué)編碼標(biāo)記反射回來的光;以及生成對應(yīng)于該光學(xué)編碼標(biāo)記的不同光反射率的電信號。
全文摘要
在光學(xué)掃描器中，將產(chǎn)生光束掃描運動的一部件安裝在一第一撓性片或平板彈簧上。鄰接第一撓性片的一或多塊附加撓性片提供附加的支承以防止第一撓性片的下垂。附加撓性片還摩擦地減弱第一撓性片的低頻運動以防止由操作員移動掃描器引發(fā)的干擾。在二維掃描器中，部件在二正交方向以兩種不同速率運動，附加片式摩擦阻尼作用在為低速掃描方向上的運動提供必要的撓性支承的平板彈簧上。二維掃描器還采用一個增益定向可見激光二極管來擴展工作范圍。
文檔編號G06K7/10GK1083953SQ93117690
公開日1994年3月16日 申請日期1993年9月10日 優(yōu)先權(quán)日1992年9月10日
發(fā)明者保羅·德沃基斯, 伊曼紐爾·馬羅姆, 鮑里斯·麥特里斯基, 霍華德·謝潑德 申請人:歐林巴斯光學(xué)工業(yè)股份有限公司