專利名稱：具有單片可擺動聚焦/掃描元件的電光掃描組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及手持掃描系統(tǒng)，它“閱讀”諸如條形碼符號的標(biāo)記，具體地說，本發(fā)明涉及具有可擺動聚焦/掃描元件的新穎的微型組件。
背景技術(shù)：
已發(fā)展各種光閱讀器(optical reader)和掃描元件用于閱讀出現(xiàn)在物品的標(biāo)簽或表面上的條形碼符號。條形碼符號本身是一種標(biāo)記的編碼形式，它包括一系列相互隔開的具有各種寬度的條(bar)，其中通過相互隔開來形成各種寬度的間隔，而這些條和間隔具有不同的光反射特征。閱讀器和掃描元件將圖形標(biāo)記電光變換成電子信號，將這些信號解碼成用于說明物品或其特征的字母-數(shù)字字符。這些字符一般以數(shù)字形式表示，并被輸入到用于銷售點處理、庫存控制等應(yīng)用的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。例如，在美國專利號4,251,798；4,360,798；4,369,361；4,387,297；4,409,470和4,460,120中揭示了這種一般類型的掃描系統(tǒng)，所有這些專利都已轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人。
尤其是，如上面這些專利所述的這種掃描系統(tǒng)的一個實施例是用于用戶支持的手持、便攜式激光掃描頭。構(gòu)成掃描頭以使得用戶將該頭瞄準(zhǔn)目標(biāo)以向要閱讀的符號發(fā)射光束。一般，該光源是以氣體或半導(dǎo)體激光元件形式的激光掃描儀。由于半導(dǎo)體激光器小型、廉價和低功率要求，所以將半導(dǎo)體設(shè)備用作掃描系統(tǒng)中的光源特別理想。一般，用透鏡對激光束進(jìn)行光學(xué)調(diào)整以在目標(biāo)距離處形成某一尺寸的聚束光點。較佳的是，在目標(biāo)距離處的聚束點尺寸大約與不同光反射率區(qū)域之間(即，符號的條和間隔)的最小寬度相同。
條形碼符號一般由寬度不一的矩形狀的條或單元(element)形成的。單元的具體排列限定了根據(jù)所用的碼或“象征學(xué)”規(guī)定的一組規(guī)則和定義表示的字符。
一般由手持閱讀器提供的一維單行掃描通過運用掃描部件(諸如，設(shè)置在光通路中的反射鏡)沿行或行系列跨符號重復(fù)掃描光束來起作用。掃描部件可跨符號掃描聚束光點，并跨符號跟蹤掃描線并通過該符號或者掃描掃描儀的視野，或者兩者兼?zhèn)洹?br> 掃描系統(tǒng)還包括傳感器或光檢測器(一般是半導(dǎo)體類的)，它起到了檢測符號反射光的功能。因此，將光檢測起定位在掃描儀中或在光路徑中，其中它具有超出或稍稍越過符號的視野。檢測到從符號反射的一部分反射光并將它轉(zhuǎn)換成電信號，而且電路或軟件將該電信號解碼成由要掃描的符號表示的數(shù)據(jù)的數(shù)字表示。例如，一般將來自光檢測器的模擬電信號轉(zhuǎn)換成脈寬調(diào)制數(shù)字信號，其寬度與條和間隔的物理寬度相對應(yīng)。于是，根據(jù)具體的象征學(xué)將該信號解碼成在符號中編碼的數(shù)據(jù)的二進(jìn)制表示，并解碼成如此表示的字母-數(shù)字字符。
在已知的掃描系統(tǒng)中的解碼處理一般以下列方法進(jìn)行。解碼器接收來自掃描儀的脈寬調(diào)制數(shù)字信號，而且以軟件實施的算法嘗試解碼掃描。如果成功且完整地解碼在掃描中起始和停止字符和它們之間的字符，那么解碼處理終止且向用戶提供成功閱讀的指示符(諸如，綠光和/或可聽見的蜂鳴聲)。否則，解碼器接收下一個掃描、對該掃描執(zhí)行下一次解碼嘗試，等等，直至獲得完全解碼的掃描或者不能獲得任何掃描。
現(xiàn)有技術(shù)中已知諧振掃描元件。這種元件一般裝有Mylar或其它材料制成的彎曲條，其中該彎曲條懸臂安裝在基座并支撐定位在線圈中的微型永磁鐵。將線圈固定在基座上，將掃描鏡附在懸臂安裝的彎曲條的自由端上。通過改變懸臂安裝條的尺寸或彎曲特征、改變條、永久磁鐵和反射鏡的質(zhì)量或在彎曲條上的質(zhì)量分布，可以建立不同的諧振頻率。
在圖2和3中，掃描模塊110支持安裝在電路板114上的擺動物鏡112，電路板114還攜帶沿著電路板的4個象限均勻隔開的4個電線圈116。支持部件118具有中央開口120用于接收和保持發(fā)光二極管122，它最好是激光二極管。在支撐物118的一測，與二極管122相對的是永磁鐵124，當(dāng)施加電流時，它與線圈116產(chǎn)生的電磁場交互作用。
由4根半剛性金屬線126互連電路板114和支撐物118，上述金屬線126將電流從驅(qū)動器電路攜帶到4個線圈。通過改變線圈之間的連接，可以有選擇地獲得1-D或2-D掃描模式。
最好將金屬線126用錫焊接在電路板114和支撐物118上。金屬線的材料最好是磷青銅合金，雖然可以采用導(dǎo)電并向電路板114和透鏡112提供相對于支撐物118的半剛性支撐的任何其它材料。
磁鐵124是環(huán)狀，而且可以軸向磁化。磁鐵124的中央孔作為激光束的孔徑光闌(aperture stop)。
另一方面，永磁鐵124可以在它的圓周周圍布有多個極。例如，永磁鐵的布極(poling)可以有4個，其中南極以沿著圓周0°和180°取向，和北極以沿著圓周90°和270°取向。通過適當(dāng)?shù)叵?個線圈116中的兩個激磁，透鏡和線圈組件將稍微旋轉(zhuǎn)，而且半剛性金屬線將開始形成螺旋線，減小在透鏡112和激光束源122之間的距離以聚焦光束。向其它兩個線圈激磁以擺動透鏡組件，從而產(chǎn)生適當(dāng)掃描。
發(fā)明概述本發(fā)明一般涉及用于電光掃描標(biāo)記的緊致組件，包括支撐物、光源(諸如，安裝在支撐物上的激光二極管)、可擺動光學(xué)部件和用于擺動該部件的驅(qū)動器。部件包括聚焦元件用于聚焦光源發(fā)射的光束，和具有聚焦元件的單片(one-piece)掃描元件，用于使光束偏離支撐物。驅(qū)動器包括安裝用于與部件一起擺動的永磁鐵，以及安裝在支撐物上的可勵磁的(energizable)電線圈。當(dāng)通過供電驅(qū)動電流勵磁時，線圈產(chǎn)生的場與磁鐵產(chǎn)生的場交互作用以實現(xiàn)部件的擺動，以在標(biāo)記(例如，條形碼符號)上掃描光束。
新穎的單片光學(xué)部件是由光透射材料制成的，它具有第一彎曲表面構(gòu)成聚焦元件部分且通過它光束進(jìn)入該部件，和第二反射表面，從該表面反射聚焦光束。用反射涂層涂覆第二表面并構(gòu)成掃描元件部分。該元件還包括第三彎曲表面，通過該表面，反射光束出射該部件。第三表面作為校正元件用于掃描偏差(aberration)校正。該部件還包括帶有這些元件的單片延伸部分(extensionsof one-piece with the elements)。對該延伸部分進(jìn)行操作以支持永磁鐵。
將部件安裝在軸上，其軸頸(journal)位于支撐物上相對端處。將偏置元件可操作地連接在部件和支撐物之間，始終對部件施加恢復(fù)力，從而使得后者回到中性位置。偏置元件最好是加長的片簧，其一端固定在部件，而相對片簧端可移動地連接在支撐物上。相對片簧端通過支撐物上的一對摩擦柱之間，并在部件擺動期間在柱之間滑動。
進(jìn)入部件的光束與出射中性位置的部件的光束成直角。第二反射表面最好位于與進(jìn)入部件的光束成45度角的平面內(nèi)。當(dāng)將支撐物構(gòu)成為具有縱軸的圓柱形外殼時，進(jìn)入的光束沿著縱軸行進(jìn)，而出射光束徑向行進(jìn)并通過在外殼的側(cè)臂上形成的出射口。
光源最好是在外殼的開口端容納激光二極管。驅(qū)動線圈圍繞二極管。將用于檢測從標(biāo)記反射的光的傳感器安裝在靠近線圈和二極管的外殼上。
從下列的詳細(xì)描述，對于熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員而言，本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點將顯而易見，其中在詳細(xì)描述中簡單地通過示例執(zhí)行本發(fā)明的最佳模式來示出和描述本發(fā)明的較佳實施例。如可實現(xiàn)的那樣，本發(fā)明能夠?qū)嵤┢渌筒煌膶嵤├?，而且在多個明顯的方面進(jìn)行數(shù)個細(xì)節(jié)修整，而不偏離本發(fā)明。因此，附圖和說明應(yīng)被認(rèn)為用于示例，而非限制。
附圖簡述

圖1是根據(jù)本發(fā)明的掃描組件的示意圖；圖2和3是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的微型掃描儀組件的側(cè)視圖和正視圖；和圖4是根據(jù)本發(fā)明的實施例的緊致掃描儀組件的截面圖。
執(zhí)行本發(fā)明的最佳模式如在本說明書中所用到的那樣，應(yīng)廣泛地解釋術(shù)語“符號”和“條形碼”，且它不僅覆蓋包含各種寬度的交替條和間隔的模式，而且還包括一維或兩維圖解模式以及字母數(shù)字字符。
如圖1示意所示，由光源34(諸如，激光二極管等)在掃描儀30產(chǎn)生的出射光束36，而且照射通常位于離掃描儀幾英寸位置上的條形碼符號32。然而，其它應(yīng)用可能要求掃描離掃描儀相當(dāng)大距離(例如，60英尺)的目標(biāo)。由單片、完整或單一(integral or unitary)聚焦/掃描元件38，從而掃描光束橫過要閱讀的符號。由掃描儀30接收從符號反射的光并由光檢測器44檢測它。
根據(jù)本發(fā)明，圖4示出根據(jù)本發(fā)明的電光掃描標(biāo)記的緊致組件200的實施例。組件200包括支撐物202，最好是在相對端204，206之間延伸縱軸的圓柱形外殼。光源208(最好是激光二極管)被插入開口端204。在光源上的環(huán)形肩部(shoulder)210鄰靠在開口端204的環(huán)形凸緣212以限定光源的安裝位置。當(dāng)電激勵時，光源沿著路徑向要掃描的標(biāo)記發(fā)射激光光束。
支撐物202具有與凸緣212軸向隔開的環(huán)形軸環(huán)(collar)。在軸環(huán)214和凸緣212之間的支撐物周圍環(huán)繞電磁線圈216。將傳感器218(最好是光電二極管)徑向安裝在凸緣和軸環(huán)之外，并重疊線圈216和光源208。傳感器218檢測從標(biāo)記反射的光，而且產(chǎn)生表示從標(biāo)記反射的光的可變強(qiáng)度的電信號。將濾色片220設(shè)置在傳感器之上，且可以是玻璃濾色片的光透射塑料，或者甚至是液體濾色片材料的涂層，可將它適當(dāng)?shù)赝吭趥鞲衅魃稀?br> 光源208包括光闌板(aperture plate)222，它具有發(fā)射光束通過的孔徑光闌224。將可擺動光學(xué)部件230安裝在光束的路徑中，而且在旋轉(zhuǎn)軸上，其軸頸位于圓柱形外殼的相對側(cè)的軸承中。在外殼的側(cè)臂上形成出射窗或端口228。
部件230由光透射、光調(diào)制材料(諸如，合成塑料或玻璃)制成，且包括具有外凸彎曲表面234的聚焦元件232，通過它發(fā)射光束首先進(jìn)入部件并在標(biāo)記所處的工作距離范圍內(nèi)的焦點聚焦；還包括具有用反射涂層涂覆的外平面表面238的掃描元件236，其中上述涂層最好是由鎳、鉻金(gold of chromium)形成的金屬涂層，以反射來自涂覆表面238的聚焦光束。涂覆表面238以45度角取向以使反射光束與入射聚焦光束垂直。聚焦和掃描元件是相互為單片或整體形成。
部件230還最好包括具有外凸彎曲表面242的連接元件240，通過該表面242反射光束出射部件并聚焦以校正掃描偏差。同樣，校正元件是與該部件成單片，或成為整體。
固定安裝永磁鐵244在一對后延伸部分或臂246、248上以與部件230連接擺動，同樣與該部件成單片。磁鐵244產(chǎn)生永磁場，一旦由供電驅(qū)動電流(諸如方波列或任何周期性驅(qū)動信號)向線圈勵磁，上述磁場就與由線圈216產(chǎn)生的電磁場交互作用。部件沿著交替圓周方向圍繞著旋轉(zhuǎn)軸擺動，從如圖4所示的平衡或中和位置沿著每個方向以弧長大約20°-25°擺動。
由偏置元件或撓曲件250(最好是平面片簧)建立中性位置，該撓曲件的一端252固定在部件上(例如，通過緊固件(未圖示))，而相對端254可滑動地安裝在支撐物上安裝的摩擦柱對256、258之間。摩擦地捕獲彎曲端254，但是可在柱之間移動。撓曲件252不斷地對部件施加恢復(fù)力以使得后者返回到中性位置。
在驅(qū)動電流向線圈勵磁期間，交互磁場使得磁鐵和部件擺動，從而彎曲撓曲件。撓曲件一端彎曲，然后相對端彎曲成為圓形。在撓曲件彎曲期間，彎曲端254通過柱來回滑動。較佳的是，撓曲件是由彈力材料(諸如，Mylar，聚脂薄膜，約0.0254mm(0.001英寸)厚)構(gòu)成。
用相同的部件可有利地獲得光束聚焦，該部件用光束掃描或橫掃(sweep)標(biāo)記。整個組件占約6.5mm×6.5mm×5.6mm的緊致體積。
應(yīng)理解，上述每種元件或兩個或更多個可用于與這里所述的結(jié)構(gòu)不同的其它類型結(jié)構(gòu)中。
雖然示出和描述本發(fā)明，如在帶有單片可擺動、聚焦/掃描元件的電光掃描組件中體現(xiàn)的那樣，但是它并不局限于所示的細(xì)節(jié)，因為可作各種變更和結(jié)構(gòu)變化，而不偏離由所附權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于電光掃描標(biāo)記的緊致組件，其特征在于，包括；a)支撐物；b)安裝在支撐物上用于發(fā)射光束的光源；c)可擺動光學(xué)部件，包括用于聚焦光束的聚焦元件和與聚焦元件成單片的用于定向光束離開所述支撐物的掃描元件；和d)用于相對于支撐物擺動光學(xué)部件的驅(qū)動器，包括安裝以與所述光學(xué)部件連接擺動且可操作以產(chǎn)生永磁場的永磁鐵，和安裝在所述支撐物上并當(dāng)由供電驅(qū)動電流勵磁時可操作以產(chǎn)生電磁場的可勵磁的電線圈，其中所述電磁場與永磁場交互作用以實現(xiàn)光學(xué)部件的擺動用于用光束掃描標(biāo)記。
2.如權(quán)利要求1所述的組件，其特征在于，所述支撐物是具有開口端區(qū)域的管狀外殼，而且所述光源通過開口端區(qū)域延伸，所述外殼最好具有環(huán)形凸緣，而且所述光源包括具有鄰靠所述凸緣的肩部的外殼；和/或所述線圈最好圍繞開口端區(qū)域和至少一部分光源；和/或所述光源最好是激光二極管；和/或所述外殼最好具有窗口，光束通過該窗口離開所述支撐物。
3.如權(quán)利要求1所述的組件，其特征在于，所述光學(xué)部件包括具有第一表面和第二反射表面以及第三表面的光透射材料，其中光束通過所述第一表面進(jìn)入光學(xué)部件，從所述第二反射表面反射所述進(jìn)入的光束且反射的光束通過第三表面出射光學(xué)部件，最好彎曲第一表面并構(gòu)成聚焦元件部分；和/或最好用反射涂層涂覆第二反射表面并構(gòu)成掃描元件部分；和/或所述光學(xué)部件最好包括校正元件，用于校正掃描偏差，而且彎曲所述第三表面并構(gòu)成校正元件部分。
4.如權(quán)利要求2所述的組件，其特征在于，所述光學(xué)部件包括與元件成單片的延伸部分用于保持磁鐵。
5.如權(quán)利要求1所述的組件，其特征在于，所述支撐物包括管狀外殼和軸頸位于所述外殼上相對端處的旋轉(zhuǎn)軸；而且將所述光學(xué)部件安裝在所述旋轉(zhuǎn)軸上以沿著交替圓周方向圍繞沿所述旋轉(zhuǎn)軸延伸的軸線擺動，所述組件最好還包括可操作地連接在所述光學(xué)部件和支撐物之間的偏置元件，用于將恢復(fù)力連續(xù)不斷地施于所述光學(xué)部件以將所述光學(xué)部件返回到光束路徑中的中性位置；所述偏置元件最好是延長彈簧，其一個彈簧端固定在所述光學(xué)部件，而相對彈簧端可移動地連接在所述支撐物上；所述支撐物最好具有一對摩擦柱，其中將相對彈簧端滑動地安裝在所述摩擦柱之間。
6.一種用于電光掃描標(biāo)記的緊致組件，其特征在于，包括a)沿著縱軸延伸的支撐物；b)安裝在支撐物上用于沿著所述縱軸發(fā)射光束的光源；c)包括聚焦元件和反射元件的可擺動光學(xué)部件，其中光束通過所述聚焦元件進(jìn)入光學(xué)部件以聚焦光束，而所述反射元件與聚焦元件成單片以垂直于縱軸地反射光束離開認(rèn)為位于光學(xué)元件的中性位置上的支撐物；d)用于相對于支撐物擺動光學(xué)部件的驅(qū)動器，包括安裝以與所述光學(xué)部件連接擺動且可操作以產(chǎn)生永磁場的永磁鐵，和安裝在所述支撐物上并當(dāng)由供電驅(qū)動電流勵磁時可操作以產(chǎn)生電磁場的可勵磁的電線圈，其中所述電磁場與永磁場交互作用以實現(xiàn)光學(xué)部件的擺動用于用光束掃描標(biāo)記；和e)偏置元件，可操作地連接在所述光學(xué)部件之間，用于將恢復(fù)力連續(xù)不斷地施加在所述光學(xué)部件上以使所述光學(xué)部件返回到中性位置。
7.一種用光束掃描標(biāo)記的光學(xué)部件，其特征在于，包括a)具有第一彎曲表面、第二通常平面和第三表面的光透射塊，其中所述光束通過所述第一彎曲表面進(jìn)入所述塊并聚焦，由聚焦的光束照射所述第二通常平面和光束通過第三表面出射所述塊；和b)在所述第二表面上的反射涂層，用于將所述照射的光束反射到并通過第三表面，所述出射光束與所述進(jìn)入光束垂直。
8.一種用于電光掃描標(biāo)記的緊致組件，其特征在于，包括；a)支撐物；b)安裝在支撐物上用于發(fā)射光束的光源；c)可擺動光學(xué)部件，包括用于聚焦光束的聚焦元件和與聚焦元件成單片的用于定向光束離開所述支撐物的掃描元件；d)用于相對于支撐物擺動光學(xué)部件的驅(qū)動器，包括安裝以與所述光學(xué)部件連接擺動且可操作以產(chǎn)生永磁場的永磁鐵，和安裝在所述支撐物上并當(dāng)由供電驅(qū)動電流勵磁時可操作以產(chǎn)生電磁場的可勵磁的電線圈，其中所述電磁場與永磁場交互作用以實現(xiàn)光學(xué)部件的擺動用于用光束掃描標(biāo)記；和e)鄰接所述支撐物上的光源安裝的傳感器，用于檢測從所述標(biāo)記反射的光。
9.一種用于在電光掃描組件中將激光束聚焦的方法，其特征在于，包括下列步驟a)將用于發(fā)射激光束的激光源安裝在支撐物上；和b)將光學(xué)部件安裝在支撐物上并與激光源間隔，所述部件包括用于聚焦激光束的聚焦元件，和與聚焦元件成單片以使聚焦光束離開所述支撐物的掃描元件。
10.一種用于電光掃描標(biāo)記的緊致組件，其特征在于，包括；a)用于發(fā)射光束的光源；b)可擺動光學(xué)部件，包括用于聚焦光束的聚焦元件和與聚焦元件成單片的用于定向光束的掃描元件；和c)用于擺動光學(xué)部件的驅(qū)動器。
全文摘要
電光掃描標(biāo)記的緊致組件包括可擺動部件,該部件可操作以跨標(biāo)記聚焦和橫掃光束,且可任意地校正掃描偏差。將用于發(fā)射光束的激光二極管插入被電磁線圈圍繞的中央開口以保存間隔。在部件上的磁鐵與線圈交互作用以影響擺動。浮動彎曲部分使得該部件返回到平衡位置。
文檔編號G02B26/08GK1371009SQ0112524
公開日2002年9月25日 申請日期2001年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月31日
發(fā)明者P·德沃爾金斯, E·巴坎, Y·J·李 申請人:訊寶科技公司