專利名稱：帶有可互換的x-y掃描元件的細長掃描模件的制作方法
本申請對應的美國申請為1991年11月8日提交的789，705號共同未決申請的部分繼續申請，而前者又是1990年5月8日提交的520，464號申請的部分繼續申請，該申請又是1989年10月30日提交的428，770號申請并作為5，099，110號美國專利授權的申請的部分繼續申請。上述各申請引入在此作為參照。
本發明涉及光學掃描裝置，諸如條碼掃描器，并且更具體地涉及用于要求特別小的掃描器的應用中的改進的激光掃描模件。本發明還涉及適用于讀取截斷的條碼的掃描器，諸如由于損壞或印刷缺陷而具有不能讀取部分的碼。
光學閱讀器，諸如條碼閱讀器，當前已十分普及。通常一個條碼包括一系列編碼符號，而各符號則由一系列通常成矩形的明與暗區構成。暗區即條紋的寬度和/或條紋間的明亮間隔的寬度表示編碼的信息。
一個條碼閱讀器照明該碼并感測從該碼反射的光來檢測該碼符號的寬度與間隔并導出編碼數據。條碼閱讀型數據輸入系統改進各式各樣應用的數據輸入的效率與精度。這些系統中不費力的數據輸入方便了更頻繁與詳細的數據輸入，例如提供高效的庫存管理，對正在進行的工作的跟蹤等。然而，為達到這些優點，用戶或雇員必須樂意始終如一地使用條碼閱讀器。因此，閱讀器必須是容易與方便操作的。
已知有各種掃描裝置。一種特別優越的閱讀器種類是一種將諸如一個激光束這樣的一束光線橫越符號掃描的光學掃描器。在4，387，297與4，760，248號美國專利(它們為本發明的受讓人所擁有并引入在此作為參照)中所例示的激光掃描器系統及這類部件通常是為在距一個手持式或固定的掃描器一定工作范圍或讀取距離上讀取具有不同的光反射率的部分的標記而設計的，諸如讀取條碼符號，特別是通用產品碼(UPC)型條碼符號。


圖1示出了作為具有手槍把型握把53的一種槍形裝置實現的一個先有技術條碼閱讀器單元10的一個實例。一個重量輕的塑料外殼55包含激光源46、檢測器58、光學與信號處理電路及CPU40、以及一個電源或電池62。在外殼55的前端上的一個透光窗口56允許外出光束51出去及進入的反射光52進來。用戶從閱讀器10離開符號(即不接觸符號或在符號上移過)的一位置上將閱讀器10瞄準在一個條碼符號70上。
如圖1中進一步描繪的，閱讀器10可包含一適當的透鏡57(或多透鏡系統)來將掃描束在一個適當的參照平面上聚焦成一個掃描光斑。一個光源46，諸如一個半導體激光二極管，將一光束引入透鏡57的軸線中，并令光束通過一面部分鍍銀的反射鏡47及其它必需的透鏡或束成形結構。光束從一面耦合在一臺掃描電機60上的擺動反射鏡59上反射，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以一種所要求的圖式來回掃描。
可用各種反射鏡與電機配置來以所要求的掃描圖式移動光束。例如4，251，798號美國專利公開了在每一面上具有一平面鏡的一個旋轉多面體，各反射鏡掃描一條橫越符號的掃描線。4，387，297與4，409，470號美國專利都使用一面在繞安裝該反射鏡的一條驅動軸的交替的周邊方向上重復地與往復地被驅動的平面鏡。4，816，660號美國專利公開了由一個大致上凹的反射鏡部分與一個大致上平的反射鏡部分構成的一個多反射鏡結構。該多反射鏡結構在繞安裝該多反射鏡結構的一條驅動軸的交替周邊方向中被重復地往復驅動。
符號70反射回來的光52通過窗口56返回作用在檢測器58上。在圖1所示的示例性閱讀器10中，反射光從反射鏡59及部分鍍銀的反射鏡47反射出來并照射在光敏檢測器58上。檢測器58生成一個與反射光52的強度成正比的模擬信號。
安裝在板61上的一個數字化轉換器電路處理來自檢測器58的模擬信號生成一個脈沖信號，其中的脈沖寬度與脈沖間間隔對應于條紋的寬度與條紋間的間隔。數字化轉換器起邊沿檢測器或波形成形器電路的作用，并且由該數字化轉換器設定的閾值確定模擬信號上的哪一點表示條紋邊沿。來自數字化轉換器的脈沖信號作用在一個解碼器上，該解碼器通常是一個具有相關聯的程序存儲器與隨機存取數據存儲器的編程微處理器40。微處理器解碼器40首先判定來自數字化轉換器的信號的脈沖寬度與間隔。然后，解碼器通過分析這些寬度與間隔找出并解碼一個合法的條碼信息。這包括通過分析來識別由適當的碼標準所定義的合法字符與序列。這也可包括對被掃描的符號所遵守的特定標準的一次初始識別。這一對標準的識別通常稱作目識別。
為了掃描一個符號70，一位用戶瞄準條碼閱讀器單元10并操作可動扳機開關54來啟動光束51、掃瞄電機60與檢測器電路。如果掃描束是可見的，操作員能看見出現符號的表面上的掃描圖式并相應地調整閱讀器10的瞄準。如果光源46所生成的光是勉強可見的，則在光學系統中可包含一束瞄準光。如果需要，瞄準光生成一個可見光斑，它可以是固定的，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來將閱讀器單元瞄準在符號上。
閱讀器10也可作為一個便攜式計算機終端工作。如果這樣，條碼閱讀器10將包含一個鍵盤48與一個顯示器49，諸如在前面提到的4，409，470號美國專利中所描述的。
在上面討論的類型的光學掃描器中，激光二極管、透鏡、反射鏡及擺動反射鏡的裝置都將尺寸與重量加在手持的掃描器上。光檢測器與關聯的處理電路也都增加尺寸與重量。在包含長時間使用的應用中，一個大而重的手持單元能引起疲勞。當掃描器的使用產生疲勞或其它方面的不方便時，用戶是不愿意操作這種掃描器的。任何不愿意始終如一地使用掃描器的心理會破壞條碼系統旨在完成的數據采集目的的。同時，還存在著對裝備在諸如筆記本這樣的小型緊致設備中的小型掃描器單元的需求。
從而，條碼閱讀器研制中的一個與日俱增的目的為使條碼閱讀器盡可能小型化，并且還存在著進一步減小掃描單元的尺寸與重量及提供一種特別方便的掃描器系統的要求。運動部件的質量應盡可能地小以使產生掃描運動所需的電力為最小并方便以高掃描速率操作。
也希望將掃描部件模件化使一特定的模件能用于許多種不同的掃描器中。然而，有必要研制一種特別小型的重量輕的但卻包含所有必要的掃描器部件的模件。
較小尺寸的掃描部件有以較高掃描頻率操作的趨勢。然而，在典型的條碼掃描應用中，移動光斑的掃描頻率應當是較低的，通常為20赫茲或更低。如果頻率增加，光斑通過標記的速度也增加。檢測器產生的信號的頻率也增加，最終必須增加分析檢測器信號的處理電路的帶寬。并且，在較高的掃描頻率上的操作通常會產生包含較高的噪聲級的檢測器信號，而使精確的解碼更為困難。
在掃描難以讀取的條碼中還會出現一系列其它問題。由于印刷條碼的成本較低而使許多條碼用相對地低質量的印刷技術來印刷。然而，得到的條碼通常包含若干印刷缺陷。而且，即使印刷沒有缺陷，條碼標簽時間一長通常會磨損或破壞，而使這些碼的相當部分成為不能讀出的。現有的移動光斑掃描器產生一條單一的在操作員用掃描器瞄準的碼的部分上保持靜止的掃描線。如果條碼的被掃描部分包含一個或多個缺陷，掃描器通常得不到該碼的正確讀取。該缺陷可以是也可以不是如此明顯，使得一位操作員能識別該缺陷而將掃描器瞄準在不包含缺陷的一個條碼部分上。如果操作員重復地嘗試掃描該碼，碰運氣操作員有可能將掃描器瞄準在沒有缺陷的一個碼的部分上而得到一個正確的讀取結果。沒有任何明顯的理由而不時要求重復地掃描該碼，會使操作員感到厭煩并且降低要求掃描大量的碼的數據采集操作的速度。雖然上面是對掃描有缺陷的或遭破壞的碼說明的，在掃描特別小的碼時也會出現類似的問題。明顯地，存著研制一種能夠從小的標記和/或具有光學缺陷的條碼或類似標記的未受損部分中抽取有效信息的掃描器的需求。
本發明的一個目的為研制一種完全自含的掃描模件，它包含生成光束、以橫越一個標記的一種圖式掃描光束，檢測由標記反射回來的光以及處理表示反射的光的信號所必需的全部部件。在這一方面，該模件必須是小而輕的并且便于裝進各種不同類型的光學掃描系統中的。
本發明的另一目的為小型化用于產生光束的掃描運動的元件的尺寸與重量。
另一個相關的目的為研制一種操作員手持的較小的與較輕的并且易于操作來掃描編碼數據的光學掃描系統。
本發明的又一個目的為研制一種特別適合于讀取包含缺陷的碼標記的光學掃描器。這一目的的更具體的形式為研制一種掃描器和/或一種掃描方法，它們能夠在基本上與掃描線正交的一個方向上自動地移動掃描線直到掃描器從有缺陷的標記中得到足以導出一個有效讀取結果的信息為止。
第一方面，本發明為用于讀取具有不同的光反射率的部分的光學編碼標記的一種自含的光學掃描模件。該模件具有一個金屬基座以及固定地安裝在該金屬基座上的一個發射器，諸如一個激光二極管。在較佳實施例中，金屬基座包圍激光二極管并起二極管的散熱器的作用。一個光學掃描部件(諸如一面反射鏡)交來自發射器的光束導向光學編碼標記。連接到基座上的一個支架安裝該光學部件，使之能作擺動運動。一個驅動機構產生支架上的光學部件的往復運動而使光束橫越出現標記的表面掃描。一個光檢測器接受從該表面反射回來的光并生成對應于光學編碼標記的不同光反射率的電信號。該模件包含互相垂直地安裝的第一與第二電路板。一條柔性電纜將兩塊電路板上的電路連接在一起，從而電路生成驅動發射器信號及操作驅動機構的信號及操作驅動機構的信號并且處理來自檢測器的電信號。模件的較佳實施例具有用于驅動安裝在第一電路板上的發射器的電路，以及一個用于生成操作驅動機構的信號及處理檢測器所生成的電信號的應用專用的集成電路是安裝在第二電路板上的。
通常，光學掃描部件的支架包含一個構件，其一端支承該部件而其另一端支承一塊磁鐵。該構件與磁鐵的尺寸是制成使磁鐵的重量相對于反射鏡與磁鐵間接近一半處的一根軸線平衡該光學掃描部件的重量的。一個撓性平板彈簧具有固定地耦合于該構件的一端上的一個自由端，并且彈簧的另一端通常是連接在某一固定點上的。在一個雙向掃描實施例中，撓性平板彈簧的第二端將被一個附加的撓性支承結構所支承。撓性平板彈簧長于該構件的一端與該軸線之間的距離但短于該構件的兩端之間的距離。通常，該撓性平板彈簧包括一對撓性片，各片由一種撓性塑料形成的片構成，諸如MylarTM或KaptonTM(聚酯薄膜商標或卡普頓商標)。這一支承結構可以是相當小的，但仍能提供掃描部件的低頻振動，如大多數條碼閱讀應用所要求的。
本發明也能將一個束掃描模件結合進一支記錄筆或其它類型的寫工具中。這方面，本發明包含一個在一端上具有一個錐形的尖端，在錐形尖端的對側端為一擴大的部分及在兩端之間為伸長的身部的筆形外殼。一個束掃描器模件位于筆形外殼的擴大部分中。這一模件發出一束光并在沿筆形外殼的身部的外表面延伸的一條光徑上將該光束導向出現光學編碼標記的目標表面上。記錄筆還包含一個安裝在筆形外殼的錐形尖端中的書寫工具。在較佳實施例中，這一書寫工具包括用于在該筆形外殼的尖端接觸一塊數字化板的表面時向該數字化板提供位置數據輸入的電子記錄筆元件。安裝在筆形外殼中鄰近錐形尖端的一個光檢測器用于感測從光學編碼標記反射的光并生成一個表示光學編碼標記的光反射率的變化的電信號。一個手動驅動的開關使操作員能啟動束掃描器模件來啟動對該光學編碼標記的閱讀。該開關是安裝在筆身的一個側面上在所述光徑以外接近錐形尖端的一個點上的。從而，操作員能不阻擋光徑而用拇指或食拇啟動開關。
另一方面，本發明涉及用于生成一個前進地在一個條符號上移動的曲折的掃描圖式的一種方法及一個系統。該曲折的圖式包含水平線與斜線。由于掃描頻率是選擇為使圖式將線移動橫越標記直到系統能得到一個碼的有效讀取為止，而不是重復由垂直掃描間隔所定義的各幀。這樣能夠容易地讀取小的截斷的符號。這一方法還消除了將一個單線型掃描器瞄準在一個沒有缺陷的一個碼的截斷部分上的難點。
為了得到所要求的曲折的掃描圖式，該掃描系統包含一個用于安裝在一個第一方向中擺動運動的光學掃描部件的第一往復的支架，以及用于安裝在一個第二方向中擺動運動的第一支架的一個第二往復的支架。一個第一驅動器產生安裝在第一往復的支架上的光學部件的一個第一擺動頻率上的往復運動。一個與第一驅動器獨立地操作的第二驅動器產生一起安裝在第二往復的支架上的光學部件與第一往復的支架在一個第二擺動頻率上的往復運動。第一頻率略大于第二頻率，但不正好是第二頻率的整數倍。通常，第一頻率與第二頻率之比大于1.5而小于2.0，最好是近似地1.75∶1。
本發明的其它目的、優點及新穎性將部分地在下面的說明中提出，而部分地對于熟悉本技術的人員是可以通過檢驗以下的說明而理解的或者是可以通過實踐本發明而學到的。本發明的目的與優點可通過利用所附的權利要求書中所具體指出的工具與組合實現與達到。
圖1展示用于掃描條碼及輸入與顯示數據的一種先有技術手持式激光掃描器與終端設備;
圖2為本發明用于產生一條水平掃描線的一個第一實施例的布置圖;
圖3為本發明的一個實施例的布置圖，它與圖2的相似，但帶有支承成能產生一條垂直掃描線的方向中的運動的掃描反射鏡;
圖4至7分別示出本發明的掃描模件的一個第一較佳實施例的頂視、左視、右視與端視圖;
圖8為一細部剖視圖，對應于圖7的圓圈部分，提供濾波器與光檢測器的安裝的放大視圖;
圖9為圖4至7的掃描模件的反射鏡與磁鐵支承結構的側視圖;
圖10為用于本發明的另一個實施例中的一個子組件的側視圖，沒有固定的支承結構但帶有以剖面示出的電磁鐵;
圖11(A)與11(B)分別為包含圖10中所示的子組件的一臺掃描電機的頂視與側視圖;
圖12與13分別為按照本發明的用于二維掃描器的無固定的支承結構的一種子組件的頂視與側視圖;
圖14描繪包含一個激光二極管與聚焦模件及圖12與13中所示的子組件的一種束掃描模件;
圖15以剖視圖示出包含本發明的束掃描器模件之一的一支電子記錄筆;
圖16為圖15的電子記錄筆與掃描器的頂視圖，并展示電子記錄筆到一塊數字化板的連接;
圖17與18分別為用于本發明的另一個實施例的一塊電路板及掃描機的頂視與側視圖，它產生兩個方向中的高速掃描使得圖式的線橫越一個條碼前進;
圖19至21分別為圖17與18的掃描機中用于提供X方向掃描運動的彈簧的頂視與端視圖;以及圖22與23分別為包含圖17和18的電路板與掃描機的一種手持式掃描器的頂視與側視剖面圖。
用于實現本發明的最佳模式。
如在本說明書及所附的權利要求書中所使用的，名詞“標記”廣義地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成的符號圖形，還包含其它的一維或二維圖形，以及字母數字型字符。廣義上，“標記”一詞可應用于任何類型的信息圖形，只要它們是能夠通過掃描一個光束并檢測作為該圖形或信息的不同點上的光反射率的變化的一種表示的反射或散射光而加以辨別或識別的。條碼符號是本發明能夠掃描的“標記”的一個例子。
下面討論的本發明的較佳實施例將使用一面反射鏡作為掃描部件，它進行運動來在標記上產生所要求的束斑掃描運動，然而也能移動其它的光學部件。例如，撓性支承結構也能支承一個發光器(例如一個激光二極管)或一個聚焦物鏡來進行往復運動。
一般描述圖2與3示出按照本發明的包含用于提供一面反射鏡的往復運動的撓性支承結構的掃描器系統的布置圖。所展示的系統基本上是相同的，并且這些圖中使用相同的參照數字來表示各系統的對應的部件。然而，對兩個圖的比較突出了本發明一個關鍵性特點。支承掃描反射鏡的基礎撓性支承結構能夠以任何所要求的方式朝向以提供所得到的掃描線的所要求的朝向。如下面所詳細說明的，圖2的布置將在圖的左側產生一條基本上垂直于圖所在的平面的掃描線。反之，圖3中所示的系統在圖的左側產生一條基本上位于圖所在的平面中的掃描線。
如圖2所示，一個激光二極管及聚焦模件600產生一個光束。Krichever等人在他們的4，923，281號美國專利中公開了適用于在本實施例中作為模件600的一個激光二極管及光學模件的一個實例。采用Krichever等人的實現，模件600包含一個可見激光二極管(VLD)633，諸如東芝制造的TOLD9201.138。一塊透鏡635在必要時聚焦來自激光二極管633的光束來準備將光束傳送到反射鏡502。該模件具有兩個伸縮性夾持部件611及615，以及位于激光二極管633與透鏡635之間的偏壓彈簧613。一個夾持部件611連接在激光二極管633上，而另一個部件615則夾住透鏡635。第二夾持件615還為通過透鏡635的光提供一個小孔617。通常，在將模件裝入掃描器系統之前，先將模件600進行組裝并為一種特定的應用正確地聚焦。
當作用電流來驅動激光二極管633時，來自該二極管的光束通過透鏡635與孔617并照射在一面反射鏡159的一個反射表面上。反射鏡159將光束再引導到出現編碼標記70的目標表面上。反射鏡159還起掃描部件的作用，它進行運動將光斑橫越目標表面掃描一條線或圖形。
一個支承結構100為反射鏡159提供撓性支承，從而使反射鏡能作必要的往復運動。在圖2的實施例中，反射鏡支承結構100包含U形件103。該件103在其一端上具有一第一臂105，反射鏡159便是連接在它上面的。件103的一條第二臂107支承一第一磁鐵，在本例中為一永久磁鐵109。一條直邊段111在第一與第二臂之間延伸并將它們連接在一起形成件103的U形。通常，件103是用一種硬塑料構成的。
一對撓性片121、123構成一個連接到U形件103的一條臂上的平板彈簧。圖中示出一對撓性片，但該平板彈簧可包括一個單一的撓性片或者兩片以上的撓性片。在本較佳形式中，各撓性片包括MylarTM或KaptonTM膜，但也可用其它的撓性元件諸如象鈹青銅合金這樣的非磁性金屬平片。當在靜止位置中時，片121、123保持在一種相對地非彎曲的狀態中并延伸在第一臂103與第二臂107之間的空間中基本上平行于直邊段111的方向中。平板彈簧或撓性片沒有直邊段111或反射鏡159與磁鐵109之間的距離長。在圖2的系統中，片的自由端連接到第一臂105，但片能容易地連接到第二臂107上。片121、123的對側端是由一個固定的支承結構夾住的。
更具體地，構成撓性片121、123的MylarTM或KaptonTM材料板的自由端是用適當的緊固件125(銷、鉚釘、螺釘之類)固定的，并被夾在一塊平板127與一個從第一臂105的后表面伸出的支架部件(位于平板127的下方，在圖2中基本上看不見)之間。片121、123的對側端用適當的緊固件129固定在一個固定的支承結構上，并從而被夾緊在一塊平板131及一個從安裝系統的基座(未示出)向上延伸的支承架之間。該支承架位于平板131的下方并且在圖2中不可見。
如圖所示，件103是從平板彈簧121、123所連接的一個點上延伸的，越過該點以后平板彈簧的對側端是用緊固件129與平板131固定地連接在支架上的。在展示的例子中，反射鏡159是鄰近平板彈簧121、123的自由端的;并且件103在超越平板彈簧121、123的固定端的一個點上支承磁鐵109。支承結構100的部件、反射鏡159與磁鐵109的尺寸是制成為使磁鐵的重量相對于位于反射鏡與磁鐵之間大約一半地方的一條軸線A平衡反射鏡的重量的。片121、123從其與臂105的連接點上向位于軸線A與另一條臂107之間的固定點延伸。這意味著撓性片121、123是長于臂105與軸線A之間的距離的，或者長于反射鏡105與磁鐵109之間的距離的一半的。結果，片121、123作為平板片簧元件工作，并繞樞軸A彎曲。支承在彈簧121、123上的U形部件的振動產生反射鏡159通過繞軸線A的一條弧的來回往復運動，該弧線是垂直于圖所在的平面的。
一塊第二磁鐵，在本例中為電磁鐵133，在十分接近永久磁鐵109的一個位置上連接在基座(未示出)上。電輸入引線將勵磁電流或驅動信號帶到電磁鐵133的線圈上。第一與第二磁鐵109、133一起產生使件103繞軸線A振動及反射鏡159的對應往復運動所需要的原動力。
永久磁鐵109是對準的，使其南北兩極間的軸線基本上垂直于軸線A及電磁鐵133的線圈的軸線。例如，磁鐵109的軸線可以是垂直于圖2所在的平面的，而線圈的軸線則在圖所在的平面中。
當一個電流被引導通過電磁鐵133的線圈時，線圈與永久磁鐵109的磁場之間的交互作用產生了使磁鐵109(連同件103的連接的第二端)離開平衡位置移動的一個力矩。以圖2中所展示的布置，線圈與永久磁鐵的磁場的這一點交互作用產生力圖迫使磁鐵109的軸線與線圈133的軸線相重合的力矩。這一力矩使件103繞由撓性片121、123構成的平板彈簧所提供的軸線A轉動。支承件103的第一臂105的彈簧121、123繞軸線A彎曲而產生一返回的力。這一返回的力試圖將永久磁鐵109帶回到其靜止位置。倒轉作用電流的極性將會倒轉磁力以及對抗的返回力的方向。因此，如果作用在電磁鐵133的線圈上的電流采取周期性交流信號的形式，諸如一個正弦波、一個脈沖信號、一個三角形波等，所感應的磁力將使永久磁鐵109產生一個擺動運動并使所連接的件103產生轉動的擺動。撓性片繞軸線A來回彎曲使件103擺動，并且使反射鏡159通過撓軸線A的弧線往復運動。反射鏡運動的弧線來回通過圖2所在的平面。
代替使用一個交流的驅動電流，也有可能使用與彈簧的特征振動同一頻率上的同相的一個脈沖或半波信號。彈簧力會產生一種前進的振動，而由驅動電流產生的磁力則補充振動損失的機械能，從而維持彈簧的振動運動。用于產生這種驅動電流的電路比用于生成交流型驅動信號的電路更容易實現。
當激光二極管及聚焦模件600發出一個光束時，運動中的反射鏡159將該光束反射到出現標記70的一個目標表面上。反射鏡159的往復擺動使該光束在圖中所示的支承結構100的左側掃描一條線。如果圖2是一個側視圖而支承結構100是如所示那樣朝向的，得到的掃描線將是水平的并且將掃描一個具有垂直的條紋的標記70。標記反射回來的光通過一個阻擋環境光的光學濾波器156作用在檢測器158上。檢測器158，通常為一光敏二極管，產生一個與反射光的強度成正比的模擬信號，該信號以常用的方式受到處理、數字化與解碼。
圖3示出了與圖2相似的一個掃描系統，但平板彈簧部件具有不同的朝向以提供不同方向中的掃描。同樣，一個激光二極管及聚焦模件600在作用電流驅動激光二極管633時產生光束。反射鏡159將光束重新引導到目標表面上，并進行運動使束斑在橫越目標表面的一條線或圖形中運動。
一個支承結構200對反射鏡159的撓性支承使反射鏡能繞垂直于圖所在的平面的一條軸線A作必要的往復運動。在圖3的實施例中，反射鏡支承結構包含與圖2的實施例所用的相同的U形部件103。
構成平板彈簧的一對撓性片121、123的自由端用適當的緊固件(在圖3中看不見)夾持在一塊平板127與從第一臂105的后表面伸出的一個支架部件126之間。支架135連接在構成系統的基座的一塊電路板或金屬板上。支架135具有一靜止臂137，它延伸到件103的U形中軸線A'與一條臂之間的一個點上，在這一例中，該點在軸線與第二臂107之間。在這一實施例中，片121、123的對側端是用適當的緊固件(未示出)夾緊在靜止臂137的一個擴大端與板131之間的。
支承結構100的部件、反射鏡159與磁鐵109的尺寸是制成為使磁鐵的重量相對于反射鏡與磁鐵之間近似地半途上的一條軸線A'平衡反射鏡的重量的，基本上與上一個實施例中相同的方式。結果，片121、123作為一個平板片簧工作并繞垂直的樞軸A'彎曲。
第一與第二磁鐵109與133的作用基本上與圖2的實施例中它們的作用相同，然而，由于圖3中所示的支承結構200的朝向，現在磁鐵的南北極之間的軸線是對準在圖所在的平面中的。當交流電被引導通過電磁鐵133的線圈時，線圈的磁場與永久磁鐵109的磁場之間的交互作用使永久磁鐵109產生一個擺動運動并使所連接的件103產生一個轉動擺動。撓性片繞軸線A'的來回彎曲使部件103擺動，并且反射鏡159通過繞軸線A'的弧線往復運動。反射鏡運動的弧線位于圖2所在的平面中。
當激光二極管及聚焦模個600發出一光束時，運動中的反射鏡159將該光束反射到出現一個標記70'的一個目標表面上。反射鏡159的往復擺動使光束在圖中所示的支承結構100的左側掃描一條線。如果圖3為一個側視圖而支承結構如圖所示地朝向，得到的掃描線將是垂直的并將掃描具有水平條紋的一個標記70'。標記反射回來的光通過一個阻擋環境光的光學濾波器156，作用在檢測器156上。檢測器158產生一個與反射光的強度成正比的模擬信號，該信號以常用的方式受到處理、數字化與解碼。
如上面討論的掃描器支承結構的兩種不同布置所展示的，本發明性掃描部件支承結構的一個優點為它能以各種不同的方式朝向來產生不同方向中的掃描。例如，如果將圖2的系統裝入圖1所示的那種手持式掃描器中，得到的掃描線將橫越條碼標記70水平地掃描。反之，如果將圖3的系統裝入圖1所示的那種手持式掃描器中，得到的掃描線將是垂直掃描的。這樣一種掃描將能讀取其條紋為水平的朝向的一個碼70'。
在上面討論的實施例中的撓性支承結構100或200提供了一種掃描部件結構，它可以是相當小的但仍能以條碼掃描所希望的低掃描頻率工作，通常為20赫茲或更低。將反射鏡與磁鐵放置在部件103的兩對端上使它們的重量相對地遠離軸線。結果，運動部件呈現高的轉動慣量。并且，運動部件的質量是相當大的;并且彈簧片121、123首先材料(即MylarTM或KaptonTM)是相當柔性的。作為高質量、高慣量與彈簧撓性的結果，該系統具有一個相對地低的特征振動頻率。
相對于樞軸的反射鏡的重量與第一磁鐵的重量之間的平衡提供了一種精確的掃描運動，在任何不需要的方向上沒有振動。如果彈簧支承的部件不是平衡的，當操作員手持掃描器而軸線的朝向不是精確地垂直時，部件的重力效應的重量可能將它們移離位置。結果反射鏡不能準確地與固定部件(諸如激光二極管與光束通過它從外殼出去的窗口)對準。運動部分的平衡還能改進掃描器的性能的效率。
模件化的較佳實施例。
圖4至9示出了一個小型、自含的掃描模件400的構造。該模件400基本上呈長方體并且在一個實例中做成小到1.35英寸×0.95英寸×0.69英寸的大小。
該模件包含一個通常用鋁構成的金屬基座410。一個圓形外殼412包含一個激光二極管及聚焦模件600'，類似于上面討論的二極管及聚焦模件600(見圖4與6)。圖7為掃描模件400去掉第一電路板以及激光二極管及聚焦模件600'后的端視圖。如該圖中所示，圓形外殼412是作為金屬基座410的一個部分整體成形的。圓形外殼412起到一個激光二極管及聚焦模件600'的激光二極管的托座的作用。在這一實施例中，激光二極管是從圖4與6中作為下端出現的一端壓合進外殼412的圓形開口中的。一個夾住透鏡的第二部件從對側端伸進圓形外殼412中。在聚焦過程中，第二托座與透鏡對抗位于激光二極管與透鏡之間的一個偏壓彈簧的力進入圓形外殼中。在達到正確的聚焦時，相對于激光二極管與圓形外殼412將透鏡托座固定在位，例如通過注入一種膠。由于外殼412在激光二極管及聚焦模件600'上的緊配合，外殼412與基座410起到放散激光二極管在掃描操作中所生成的熱量的散熱器的作用。
圖5與6示出模件400包含兩塊互成直角定位的電路板。在金屬基座410的一端上垂直安裝的一塊第一電路板416支承掃描器所使用的一部分電路。通常，第一電路板416支承用于產生驅動包含在二極管及聚焦模件600'中的激光二極管的電流的電路。
一塊第二電路板418垂直于第一電路板并平行于金屬基座410安裝。假定基座410的平的主表面是模件400的底，則第二電路板將構成模件400的頂。一條柔性電纜417將第一與第二電路板上的電路連在一起。第二電路板418支承所需電路的其余部分。需要特別指出的是，板418支持一個應用專用的集成電路419，它包含模擬信號處理電路、數字化轉換器并且也可以包含以微處理器為基礎的解碼器。
圖4為去掉第二電路板后的模件400的頂視圖，用于提供該模件的內部的一個圖示。如圖所示，一個支承結構300為反射鏡359提供撓性支承，使反射鏡能進行必要的往復運動。支承結構300在本質上是與較早的實施例中的結構相同的。
如圖9中所示，反射鏡支承結構300包含具有反射鏡359連接在其上的一條第一臂305的U形部件303。部件303的一條第二臂307支承永久磁鐵309與延伸在第一與第二臂之間并將它們連在一起構成U形的部件303的直邊段311。
一對撓性片321、323連接在U形部件303的一條臂上并起到平板彈簧的作用。同樣，這些彈簧片包括諸如MylarTM或KaptonTM膜的一種撓性塑料的平板，或者諸如鈹青銅合金這樣的非磁性金屬的平片的其它撓性元件。當臂303位于其靜止位置(圖4)上時，片321、323保持在一種相對不彎曲的狀態中并且延伸在第一臂303與第二臂307之間的空間中基本上與直邊段311平行的方向中，如圖9中所示。片321、323的自由端連接在第一臂305上，而片321與323的對側端則被一個固定的支承結構夾住。
更具體地，構成撓性片321、323的MylarTM或KaptonTM材料板的自由端是用適當的緊固件325固定的，借此夾緊在一塊平板327與從第一臂305的后表面及直邊段311的下表面的一部分中伸出的一個支架部件326之間。片321、323的對側端則是用適當的緊固件329固定在一個固定的支承結構上的，這些緊固件將片夾緊在一塊平板331(圖9)與從支承架335(圖4)伸出的一條靜止臂337的一個擴大部分之間。支承架335是安裝在金屬基座410的平坦部分上的。
支承結構300的部件、反射鏡359與磁鐵309的尺寸是制成為使磁鐵的重量相對于反射鏡與磁鐵之間大約一半處的一條軸線A'平衡反射鏡的重量的，正如上面關于較早的實施例所討論的。結果，片321、323作為平板片簧元件工作并繞該樞軸彎曲。該樞軸A'將垂直于基座410的平坦的下方部分延伸(或在圖9中垂直延伸)。
用一個支架334(圖5)將一塊電磁鐵333連接到第二電路板418的下表面上。將第二電路板418安裝在模件400的頂部使所附著的線圈333位于緊鄰永久磁鐵309的位置上，如圖4所示。永久磁鐵309的南北兩極之間的軸線是對準在圖4所在的平面中的，即平行于金屬基座410的平坦下方部分，當將交流電流引導通過電磁鐵333的線圈時，線圈與永久磁鐵309的磁場之間的交互作用產生永久磁鐵309的一個擺動運動，并使所附著的部件303對抗平板彈簧片321、323所產生的回歸力產生一個轉動的擺動。撓性片321、323繞軸線A'來回彎曲使部件303擺動，并且反射鏡359通過繞軸A'的弧線往復運動。
當激光二極管及聚焦模件600'發出一個光束時，運動中的反射鏡359將該光束反射到出現標記的目標表面上。當從上向下俯視時，如在圖4中，反射鏡359將光束反射到模件400的右側。光束通過形成在模件右側的一個開口461(圖6)發出。具體地說，開口461是形成在金屬基座410上形成的一個支承架463與包含激光二極管及聚焦模件600'的圓形外殼412之間的。在激光二極管及聚焦模件600'發出光束的過程中，反射鏡359的往復擺動使光束在圖4中所示的模件400的右側掃描一條線。
如果模件400是水平地安裝在一個掃描器中的(圖4如同一個頂視圖)，則得到的掃描線將是水平的并掃描一個具有垂直條紋的標記。反之，如果模件400是垂直地安裝在一個掃描器中的(圖4如同一個側視圖)，則得到的掃描線將是垂直的并掃描一個具有水平條紋的標記。
標記反射回來的光通過一個阻擋環境光的光學濾波器356作用在檢測器358(圖8)上。檢測器358是光敏二極管的一個線性陣列或者圖6中以虛線長方形示意性地指示的一個長形光敏二極管。濾波器356阻擋大部分光的波長但允許對應于激光二極管發出的光束波長的光通過。如圖6所示，濾波器356與檢測器358延伸在開口461上方。這樣，檢測器358與濾波器356是垂直于兩塊電路板416、418并且垂直于在金屬基座410的底部的平坦的主表面的。
圖8提供了對應于圖7的圓圈部分中的用于支承濾波器356與檢測器358的結構的一個放大詳圖。如圖所示，一個夾持件361支承濾波器356，并且檢測器358是用膠之類連接在一塊背板363上的。在這樣組裝時，檢測器358伸入貫通夾持件361的一個開口到達濾波器356后面的一個位置上。夾持件361的下部包含一條邊的延伸部分365，該延伸部分鑲嵌在形成在圓形外殼412的側面的一個槽367中。夾持件的對側端包含一個相似的邊延伸部分，它鑲嵌在支承架463中形成的一個槽中。
一旦將夾持件361與板363進行了組裝，并且將下部邊延伸部分定位在圓形外殼412與支承架463的槽中，便將電路板固定在金屬基座的垂直延伸部分410'上。背板363的上端包含三個通過第二電路板418上對應的孔伸出的銷369。這樣，第二電路板418沿模件400(見圖4至8)的右上側夾持由板363與夾持件361構成的組件使其就位。
檢測器358產生一個與反射光的強度成正比的模擬信號，該信號受到應用專用的集成電路619的處理數字化并且還可能受其解碼。用于將信號從檢測器陣列358的二極管帶到應用專用集成電路419的電引線是沿背板363、銷369與第二路板418布線的。
在這一實施例中，U形件303也有一個從直邊段311(圖4與9)向上延伸的銷312。支架335在其頂部連有一塊頂板315。該頂板315延伸在U形部件303的上方，使得銷312位于形成在頂板315上的一個孔313中。孔313是略大于銷312的。結果，孔的內表面并不與銷312接觸，而且在正常的掃描操作中，銷與孔并不作為一個支點工作。然而，孔313的確起到限制銷312及所連接的臂303的橫向運動的作用。銷與孔一起起到限制掃描部件的位移的一個止動裝置的作用。結果，如果掃描模件400掉落或者遭受到震動，反射鏡與磁鐵的重量不致于迫使彈簧321在任何橫方向上彎曲到使這些彈簧產生永久性變形或其它損壞的極端程度。
在掃描模件中設置的撓性支承結構300的小的尺寸并不妨礙以低的掃描頻率操作。再者，反射鏡與磁鐵在部件303的對側端上的位置將它們的重量放置在相對地遠離軸線的地方，借此提供了高的轉動慣量。并且，運動部件的質量是相當大的;并且彈簧321、323的較佳材料是相當柔性的。高質量、高慣性與彈簧的柔性使撓性支承結構呈現相對地低的特征振動頻率。從而，該小型的自含掃描模件400在條碼掃描所希望的低掃描頻率上工作，諸如20赫茲或更低。并且，模件400包含反射鏡的重量與第一磁鐵的重量的平衡，這可以減少或消除可能破壞掃描運動的不利振動并且使啟動掃描部件的運動所必須作用的能量為最小，使掃描器更高效。
撓性支承結構的另一個實施例圖10、11(A)與11(B)描繪了撓性支承結構的一種改進型，它通過將電磁鐵733放置在永久磁鐵709與反射鏡759之間的一個位置上而進一步縮小了掃描器的尺寸。圖10提供了這一實施例的一個側視圖，其中的線圈是以剖面示出的并且去掉了用于支承撓性片的自由端與線圈的結構。圖11(A)與11(B)為分別示出安裝在一個適當的靜止支承結構上的圖10的子組件的頂視與側視圖。
在這一最新的實施例中，一個撓性支承結構700包含一個T形部件703(見圖11(A))。部件703包含一個直邊段711，并且在該直邊段711的一個第一端上包含一個橫桿元件707。當撓性片721、723不彎曲時，反射鏡759是在其靜止位置上的，直邊段711則位于沿貫穿電磁鐵733(圖10或11(B))的線軸的孔的軸線的位置上。
如圖10與11(A)中所示，直邊段711的第二端707通過永久磁鐵709伸出。磁鐵709壓配合在直邊段711的第二端707上或者粘接或連接在直邊段711的第二端上與其一起運動。
橫桿元件707攜帶反射鏡759。具體地說，橫桿元件707垂直彎曲構成一個第一撓性片止動裝置(圖10)。橫桿元件707的對側橫向端727向后延伸(圖11(A))并向上彎曲(圖10)。支承結構700還包括一個第二撓性片止動裝置728。第二撓性片止動裝置728的對側端726向后延伸，與圖11(A)中所示的橫桿元件707的兩端相似。第二撓性片止動裝置728的對側端726還向下彎曲如圖10中所示。
一對彈簧卡箍712圍住反射鏡759、橫桿707的第一止動裝置卡箍以及第二撓性片止動裝置卡箍728構成如圖10中所示的一個組件。橫桿元件707、第二撓性片止動裝置728以及彈簧卡箍712都是用諸如鈹青合金之類的非磁性金屬構成的。彈簧卡箍連同兩個止動裝置一起將反射鏡緊固在T形部件703的橫桿上。
并且，撓性片彈簧721、723的自由端是被彈簧卡箍712(見圖10)所提供的壓力夾緊在橫桿元件707的彎曲端727與第二止動裝置728的對應彎曲端726之間的。片721、723的對側端起固定端的作用并且用示出為十字頭螺絲的適當緊固件729緊固在一個固定支承結構上的。緊固件729將撓性彈簧片721、723中每一個的固定端夾緊在板731之一與從一個基座(在圖11(B)的底部以一條實線示出)向上伸出的一個支承架735之間，系統是安裝在該基座上的。
再者，這些部件的尺寸是制成使磁鐵709的重量相對于反射鏡與磁鐵之間大約半途上的一條軸線平衡反射鏡759的重量的。結果，片721、723作為平板片簧工作并繞該軸線彎曲。彈簧片721、723上的T形部件703的擺動使反射鏡759產生通過繞該軸線的一條弧線的上下往復運動。該弧線位于圖11(B)所在的平面中。
圖11(A)示出電磁鐵733基本上是與部件703的直邊段711同心的，并且平板彈簧片721、723在電磁鐵733的兩側通過。電磁鐵733可連接在支架735中一個或兩個支架的表面上，或者電磁鐵733可連接在基座上。
第一與第二磁鐵709與733基本上與圖3的實施例中的第一與第二磁鐵一樣地工作。永久磁鐵709的南北兩極之間的軸線垂直地對準，例如在圖11(B)所在的平面中。當交流電流通過電磁鐵733的線圈時，線圈與永久磁鐵709的磁場之間的交互作用使永久磁鐵產生一個擺動運動，并使附著在其上的部件703產生一個轉動擺動。撓性片繞反射鏡與磁鐵之間的平衡軸的來回彎曲使部件703擺動，并且使反射鏡759通過繞該軸的弧線往復運動。
諸如在較早的實施例中所示的一個激光二極管向運動中的反射鏡759發出一個光束。反射鏡759將該光束反射向出現標記的一個平面。反射鏡759的往復擺動使光束在圖11(B)所示的支承結構700的左側的掃描一條線。如果支承結構700的朝向是如圖11(B)的側視圖中所示的，則得到的掃描線將是垂直的。如果將支承結構轉動90°(圖11(B)如同一個頂視圖)，則得到的掃描線將是水平的。并以常用方式對標記反射回來的光進行檢測、對檢測器信號進行處理、數字化及解碼。
橫桿元件及第二止動裝置的各彎曲的端727與726的曲率半徑與板731的下表面及支承架735的上表面的曲率半徑相同。如果掃描器受到一個垂直的震動，例如由掉落掃描器引起的，由平板彈簧片721、723所支承的部件的重量將作用一個強的向下的力使這些彈簧繞這些彎曲表面中的一個或多個變形。因此，這些部件的曲率半徑限制了各彈簧片721、723的曲率，這些曲率是如果操作員不小心掉落掃描器時可能產生的。對于一種給定材料與厚度的任何平板彈簧，存在著一個最小的曲率半徑，小于它時該彈簧不能無損地進行彎曲。從而，如果平板彈簧721、723要彎曲到小于該彈簧材料的最小半徑的一種彎曲的形狀，其彈簧材料將永久地變形。為了防止這種破壞，彎曲端727與726的半徑以及板731的下表面與支承架735的上表面的曲率半徑全都大于MylarTM或KaptonTM型平板彈簧721、723的最小半徑。雖然上面并未專門討論，較早的實施例也可包含形成在各種夾緊板與支承臂或支架的適當位置上的相似的彎曲表面。
二維掃描圖12至14示出了在兩個基本上互相垂直的方向上提供束斑掃描的撓性支承結構的一種改型。若干不同的掃描應用要求在兩個不同方向中的掃描。這種應用之一提供一個橫越一條碼型標記運動的掃描圖式，來尋找完整到足以精確地讀取該碼的標記部分。這一雙向的掃描應用將在下面參照圖17至23的實施例進行更詳細地討論。其它的雙向掃描應用涉及掃描在兩個不同的維度中編碼的標記。圖13至15的實施例一般將參照這一后一類型的掃描應用進行討論。
一個二維條碼包括一系列光學編碼信息的行或線。如果這些行是朝向X方向(水平)中的，則這些行在Y方向(垂直)中是一個位于另一個上方的。每行或線信息包括一系列編碼符號，而每一符號則由通常為長方形的一系列明與暗的區域構成。暗區(條紋)的寬度和/或條紋間的明亮的間隔的寬度指示各行或線上的編碼信息。二維條碼能攜帶比普通的一維碼多得多的編碼信息。
為了讀取一個二維標記，用一種光柵型或類似類型的掃描圖式來掃描該標記是理想的。在這一掃描圖式中，相當大的數量的橫越該標記的基本上水平的與平行的掃描線從一條上部水平掃描線向下進行通過多條中間水平掃描線到達一個下部水平掃描線，均勻地覆蓋包圍該標記的一個所要求的掃描區。
為了得到這樣一種光柵型掃描圖式，掃描部件必須支承成能在兩個不同的方向中往復運動的。并且，產生X方向光斑掃描運動的一個第一方向中的振動頻率通常是顯著地高于產生Y方向束斑掃描運動的一個第二方向中的振動頻率的。
圖10與11中所示的子組件800包含支承反射鏡159與永久磁鐵109的U形部件103。撓性片121、123的自由的第一端連接在用緊固件125支承反射鏡159的臂、板127與一個支架部件上。這些部件全都與圖2中的實施例中對應地編號的部件相同?；貞浺粋€圖2的實施例包括一個支承撓性片121、123的對側端的固定結構。反之，在圖12至14的二維掃描器中，撓性片121、123的對側端是撓性地支承的以容許其所支承的片與U形臂103在一個第二方向中運動。
更具體地，在這一實施例中，撓性片121、123的第二端是用適當的緊固件129緊固到一個撓性支承結構上的并借此夾緊在對板131'之間。支承板131'之一是在圖13中可見的，而另一塊支承板則位于所示出的板的后方的片的對側，因此在圖13中是看不見的。
撓性支承結構800還包含構成一個第二平板彈簧的第二組撓性片221、223。在這一較佳方式中，各撓性片221、223包括MylarTM或KaptonTM膜，但通過適當的緊固件225也可使用其它的撓性元件，諸如像鈹青銅合金這樣的非磁性金屬的平片。這一對撓性片彈簧221、223的自由的第一端是用適當的緊固件225夾緊在一對板226與227之間的。兩塊板226、227之一連接在子組件800的各側面上并從板131'之一的表面伸出。
作為這種連接結構的結果，第二對平板撓性片221、223是位于U形部件103與第一對撓性片121、123的兩對側的。然而，第二對平板撓性彈簧片221、223的平面是垂直于由第一對撓性片121、123構成的彈簧的平面的。撓性片221、223與片121、123等長或略短。
圖14描繪了一個與前兩個實施例中所使用的模件及圖10與11中所示的子組件800相同的、包含一個激光二極管及聚焦模件600的束掃描模件。如圖14所示，銷229或其它適當的緊固件用于將平板彈簧221、223的第二端夾緊在板231與支架235之間。支承架528支承支架235并通過它們支承所附著的子組件800。支承架528的一端上的一個延伸部分還將電磁鐵133支承在緊鄰子組件800的永久磁鐵109的一個固定的位置上。
子組件800的部件以類似于較早的實施例中的部件的平衡方式進行平衡，但在本例中的部件是相對于兩條正交的軸線平衡的。用磁鐵109的重量來平衡反射鏡159的重量將使第一對平板撓性片121、123繞反射鏡與磁鐵之間大約一半距離上的一條軸線Ax彎曲。重量平衡還將使第二對平板撓性片221、223繞反射鏡與磁鐵之間大約一半距離上的一條軸線Ay彎曲。兩條軸線Ax、Ay是互相垂直的。在這一實施例中，軸線Ax為一條垂直軸線而軸線Ay則為水平的。
由第一對撓性片121、123構成的平板彈簧繞垂直軸線Ax的往復彎曲將引起U形部件103的振動及反射鏡159通過一條繞軸線Ax的水平弧線的來回往復運動。相似地，第二對撓性片221、223繞水平軸線Ay的往復彎曲引起U形部件的擺動及反射鏡159通過一條線軸Ay的垂直弧線的對應的上下往復運動。
為了產生所要求的二維掃描圖式，繞Ax軸線的擺動運動的頻率應高于繞Ay軸線的擺動運動的頻率。通常，當一個彈簧必須移動一個較高的質量時，它在一個較低的頻率上振動。在圖14的系統中，第一對平板撓性片121、123攜帶著磁鐵109、U形部件103及反射鏡159連同銷125、支承架部件與板127(它們將這些彈簧連接到部件103上)的質量。除了這些質量以外，第二對撓性片221、223還攜帶著第一對撓性片121、123以及將片121、123的第二端連接在第二對撓性片221、223的自由端上的各種板與銷的質量。結果，由撓性片221、223構成的第二平板彈簧所移動的質量在一定程度上高于由撓性片121、123構成的第一平板彈簧所移動的質量。對于某些要求的圖式，諸如下面將更詳細地討論的前進的曲折圖式(參照圖17-23)，由這些質量差別所引起的振動頻率的差別是足夠的。
為了生成用于讀取二維標記的光柵型圖式，繞Ax軸線的振動運動的頻率必須大為高于繞Ay軸線的振動頻率。通常，較硬的彈簧在較高的頻率上振動(與較軟的彈簧相比)，因此第一對撓性片121、123應較第二對平板撓性片221、223為硬。如果各種平板彈簧片都是用同一種材料制成的，第一對撓性片121、123應較第二對撓性片221、223為厚。另一方面，第一對平板撓性片或彈簧121、123也可由相對地較硬的彈簧材料制成，諸如象鈹青銅合金這樣的撓性非磁性金屬。第二對平板撓性片或彈簧221、223則由較軟的塑料材料構成，諸如MylarTM或KaptonTM。對于一個二維條碼的光柵掃描，第二對平板彈簧221、223將在較低頻率范圍內的一個特征頻率上振動，諸如在大約5至15Hz的范圍內。反之，第一對平板彈簧121、123將在一個較高的頻率范圍內的一個特征頻率上振動，諸如在大約200至800Hz的范圍內。
電磁鐵159作用在單個永久磁鐵109上的振動力能通過采用永久磁鐵的兩極的適當朝向以及通過小心地選擇作用在接線端220上的驅動信號來驅動電磁鐵214的線圈而起動在兩對彈簧片121、123與221、223中所要求的振動。
電磁鐵133包括一個芯或軸心，線圈便是繞在它上面的。當沒有電流通過線圈時，第一與第二對平板彈簧的彈性使反射鏡159與磁鐵109返回到靜止位置上。當將一個電流引導通過線圈時，線圈與永久磁鐵109的磁場之間的交互作用產生一個使磁鐵從其平衡位置移開的力矩。在這一實施例中，永久磁鐵109的兩極之間的軸線位于樞軸Ax與Ay之間大約45°角的位置上(即以45°角離開圖14所在的平面)。結果，作用在該磁鐵上的力將包含一個與各轉動軸正交的矢量，并將使磁鐵相對于該兩條軸線從其靜止位置上移開。作為這一運動的結果，第一對平板彈簧片121、123產生一個彈簧力，并且第二對平板彈簧片221、223產生一個彈簧力。這兩個彈簧力對抗該運動，并力圖將永久磁鐵109帶回到靜止位置。倒轉作用電流的極性將會倒轉磁性力與對抗的彈簧力的方向。因此，如果作用在電磁鐵133的線圈上的電流采取周期性交流信號的形式，諸如一個正弦波、一個脈沖信號、一個三角形波等，感應的磁性力將使永久磁鐵109產生繞兩條線軸Ax與Ay的一個振動運動或擺動。
為了產生繞兩條軸線的兩個不同頻率的運動，作用在電磁鐵上的驅動信號包括兩種不同頻率的兩個周期性信號的疊加。第一信號分量具有在高頻范圍內對應于第一對彈簧121、123的特征振動頻率的頻率。第二信號分量具有在低頻范圍內對應于第二對平板彈簧221、223的特征振動頻率的頻率。從而，作用在永久磁鐵109上的振動磁性力將包含對應于驅動信號中的兩個分量信號的兩個不同頻率分量。由于兩組彈簧片的振動的不同特征頻率，由一對片構成的各平板彈簧將只響應垂直于其對應的樞軸的力矢量在其固有振動頻率上振動。從而當電磁鐵133受到這樣一個疊加信號的驅動時，第一對平板彈簧片121、123將繞Ax軸在高頻范圍內的一個頻率上振動，而第二對平板彈簧片221、223則將繞Ay軸在低頻范圍內的一個頻率上振動。
如圖14中所描繪的，激光二極管及聚焦模件600產生一個光束，該光束從擺動的反射鏡159反射。該反射鏡159在兩個不同的頻率上在兩個正交的方向中擺動，有如上述。反射鏡159的這一擺動使反射光束51在X方向中來回掃描并在Y方向中上下掃描，以一種光柵圖式橫越出現二維條碼的表面。標記反射回來的光將受到檢測，而與反射光的強度成正比的檢測器信號將受到(未示出的一個檢測器與處理電路)以通常方式的處理、數字化與解碼。
將掃描模件裝入一支記錄筆中由于裝有本發明的撓性支承結構的掃描器模件體積小、重量輕以及堅固耐用的構造，上面討論的任何一個本發明的實施例都能由一位操作員安裝、戴或持在大范圍的位置上。例如，諸如圖4至7中所示的400的掃描器模件可以安裝成使操作員能將模件戴在頭盔、眼鏡、手鏈、手鐲或戒指等上面。該模件能夠容易地裝入與圖1中所示的相似的一個手持式掃描器中。另外，該模件也能作為一個固定裝置的掃描器的部件。
在圖15與16所示的一個較佳實施例中，一個束掃描器模件400'是裝入一個書寫工具750中的。模件400'可以是實質上與模件400相同的，在這一例中，用于束掃描的檢測器與所有處理電路都是該模件的部件。另外，如圖15所示，檢測器可以是該系統的獨立安裝的部件。模件400'至少應包含激光二極管及聚焦模件、反射鏡、用于支承反射鏡在一個或兩個所要求的方向中運動的結構、以及用于響應一個適當的驅動信號產生在所要求的頻率上的這種運動的第一與第二磁鐵。
參見圖15，工具750包括一個在一端具有錐形尖端、在錐形尖端的相對端上的一個擴大部分以及在兩端之間的伸長身部的筆形外殼751。筆的尖端將包括必要的記錄筆電子設備752，并且掃描器模件400'是安裝在一塊電路板753的一端將模件定位在記錄筆外殼751的擴大的后部中的。電路板753必要時還能支承用于生成或處理與記錄筆的掃描操作或書寫操作相關的處理信號所需要的任何附加電路。
透光窗口756允許來自束掃描器模件400'的外出光束從外殼751中出去。該光束在沿外殼751的身部的外表面延伸的一條光徑中前進對向出現光學編碼標記70的一個目標表面。
標記反射回來的光通過一個阻擋環境光的光學濾波器756'作用在檢測器758上。如圖所示，濾波器與檢測器是安裝在筆形外殼751的錐形尖端上或在其附近的。檢測器758生成一個與反射光的強度成正比的模擬信號，該信號受到模件400'中的或者安裝在電路板753上的電路用常規方式的處理、數字化與解碼。
一個手動啟動開關754安裝在筆身的接近錐形尖端的一個筆身的側表面上的點上(圖16)。結果，開關不是在光徑的線上的。一位在她的右手中持有該筆的操作員可以用她的食指啟動該開關。而在他的左手中持有該記錄筆的操作員可用他的姆指啟動開關。在任何一種情況中，由于開關754的位置，啟動開關的手指不會阻擋沿外殼751的身部的外表面的光束的光徑。操作開關啟動操作400'的發光與掃描部件以及檢測器756與相關的信號處理與解碼電路起動對光學編碼標記70的讀取。
移動的束斑掃描器通常在接近掃描器的窗口處有一個“死角區”，在該區中裝置不能掃描標記，由于掃描線短于標記的寬度。然而，操作員在掃描中將掃描器的前端或尖端放在十分靠近標記的地方通常是最方便的。當如圖所示地配置一支筆或記錄筆時，即使不是全部的掃描器模件400'的“死角區”也是絕大部分“死角區”是沿筆形外殼751的筆身的長度的。從而，操作員能將記錄筆750的尖端放在相對地靠近標記70處，而掃描器仍能得到標記的一次精確而有效的讀取。
如圖16中所示，包含掃描器模件400'的記錄筆通過一條電纜757連接到分離的板775上。該書寫板是對記錄筆尖在板上的位置上的接觸或指點敏感的，可得出位置數據，并且該板能夠顯示與所得出的位置數據相關的信息。例如，該板可包括一個電阻接觸型輸入屏幕，用于電子地確定筆尖接觸板表面的X、Y位置、以及一個相關聯的顯示設備，諸如4，972，496號美國專利中所公開的那些。另外，記錄筆電子設備可依靠光筆技術、電容接觸檢測電路、壓力靈敏的接觸檢測電路、超聲接近檢測電路等。在各種情況中，關鍵性的特征是記錄筆750既包含提供輸入到對應的類型的電子板775的X、Y位置數據所必需的電子設備還包含這里所討論的那種類型的一個束掃描器模件400'。
在圖16的實施例中，電纜757將表示解碼字符的數字數據帶給相關聯的計算機，例如經由到顯示器與電阻記錄筆輸入板的連線。在這一例中，記錄筆750通常經由連接到板775的電纜757接受來自諸如系統電源的一個外部電源的電源電壓。另外，記錄筆也可包含一個內部的電池電源與一個無線發送機。發送機可以是一臺無線電發射機、一個紅外線發送機、一個超聲發送機或者任何其它種類的無線發送機。發送機將掃描光學編碼標記70所得到的模擬或數字信號送至相關聯的計算機系統。在這后一種情況中，連接到板775的電纜將是不必要的，并且操作員在擴展的掃描操作中沒有必要持有該板。
前進的線運掃描器圖17-23描繪了本發明的一個實施例，用于產生兩個不同方向中的束斑掃描運動。然而，在這一實施例中，掃描圖式為一種移動中的截斷的曲折圖式，而不是一種光柵圖式。
使用低質量印刷技術印刷的標記常包含許多印刷缺陷。這種有缺陷的印刷碼及損壞的或擦傷的標記通常包含一個截斷條碼區，但它仍然是足夠地完整和/或精確地印刷的，能夠讀取的。還存在著使條碼更小的一種趨向，使碼占用更少的表面面積并且是較小地在視覺上突出的。然而，只有當一條或多條掃描線真正橫越完整的截斷碼時，才能成功地讀取任何這種小的或截斷的碼。使用只重復地掃描一條單一的掃描線的典型掃描器，做到這一點要求小心地瞄準使掃描線橫越截斷的碼并且可能要求操作員手持掃描器使掃描線成一定的角度橫越該碼而不是通常的水平角。
本發明的這一實施例通過產生一個自動地橫越該碼前進直到一條或多條線掃描到該碼的一個完整部分為止的曲折圖式來克服這些難點。這樣一個圖式包含水平線與成角度的斜線。在圖式橫越截斷的碼前進時，最終有一條掃描線會正確地對準碼的完整的截斷部分，并從而產生一個精確而有效的讀取結果。
圖17提供了本實施例的掃描機部件的頂視圖。一塊電路板11在其一端附近支承該掃描機。如以后要討論的，激光二極管型發射器與檢測器是安裝在電路板11的對側端上的。如同較早的實施例中，這一掃描機采用一面反射鏡5作為運動部件來產生所要求的束掃描運動。反射鏡5是相當長并且是略為彎曲的(當從上方觀察時)，以便將反射光集中在檢測器上。從側面觀察時，例如從圖17的左側，反射鏡呈現為一個長而窄的矩形。
掃描機包含兩個不同的彈簧支承結構，用于在兩個所要求的正交方向中提供反射鏡5的往復運動。彈簧2繞一條第一軸線Ax彎曲以產生反射鏡5的基本上水平的運動，以及一對片簧1繞一條軸線Ay彎曲以產生反射鏡5的基本上垂直的運動。彈簧2在其一端上連接反射鏡5，其連接方式將在下面更詳細地討論。
用鈹青銅合金或類似的撓性非磁性材料制成的各片簧1的“固定”端用銷7或其它適當的緊固件緊固，借此將彈簧的該端夾緊在板9與兩個機器夾持器12之一之間(在圖18中只能見到一個夾持器)。至少一個銷7穿過電路板11并嵌入一個支承塊13，該支承塊橫越電路板11的下表面延伸牢固地將兩個機器夾持器12連接在板上。
鉚釘15將一個支架17連接在兩個片簧1(圖17)的“自由”端之間。支架17包含一個用于支承反射鏡2的延伸部分18。彈簧2的第一臂用諸如鉚釘21的緊固件固定，借此夾緊在支架延伸部分18與一個反射鏡支承夾19之間。
除了將彈簧2夾緊在延伸部分18上之外，反射鏡支承夾19還起平衡部件的作用。具體地說，反射鏡支承夾19延伸在與彈簧2相反的方向中，使得該夾的重量相對于彈簧2繞之彎曲的軸線Ax平衡永久磁鐵23與反射鏡5的重量。如果夾19延伸得足夠地遠，則在夾的彈簧2的對側端上開槽使片簧1能從其中通過，從而在夾19與片簧1之間沒有摩擦。
彈簧2是一個金屬彈簧，通常用彎曲成圖中所示的形狀的一塊鈹青銅合金平板制成。圖20提供了彈簧2的一個邊視圖。這一彈簧有一第一臂31。如圖19的正面圖中所示，孔21'穿過第一臂31。上面討論過的鉚釘21穿過孔21'固定地將臂31的一端連接在支架延伸部分18與反射鏡支承夾19之間。
U形段32的一個第一半圓端連接在第一臂31的第二端上。第二半圓段33的一端連接在第一半圓段的第二端上。第一半圓段32具有小的曲率半徑使之相對地較硬。從而，第一臂31與第一半圓段32為第二半圓段33提供了相對地剛性的支承。
彈簧2的第二臂34連接在第二半圓段33的另一端上。第二半圓段33具有顯著地較第一半圓段32更大的曲率半徑，從而第二半圓段33是相對地柔軟的。從而，反射鏡5在第一方向中的運動是由彈簧繞軸線Ax的彎曲產生的，該軸線接近或者重合于第二半圓段33的中心軸。在接近第二臂34的遠端處設置了支承反射鏡5與第一永久磁鐵23的裝置。
在這一實施例中，第一永久磁鐵23是直接粘在或者連接在反射鏡5的后表面上的(圖17)。如圖19中所示，彈簧2的第二臂34包含一個貫通的孔35。環繞孔的周邊形成的一系列彈性小突出物徑向地向內向孔35的中心伸出。第一永久磁鐵23是圓柱形的，而這些彈性小突出物與孔35的尺寸是確定為當將磁鐵壓入孔中時，這些小突出物卡緊第一永久磁鐵23的外表面。這種結合用于將第一永久磁鐵23與掃描反射鏡5連接在彈簧2的第二臂34的活動端上。
如圖21中所示，臂34還具有形成在彈簧2的第二臂34的兩對側邊上的向內彎曲的夾子樣部件或夾緊臂36。圖19描繪了在孔35的每邊上的向內彎曲的夾子樣部件臂36的位置。夾緊臂36在鄰近反射鏡的端部處夾住反射鏡5的邊，第一永久磁鐵便是連接在該反射鏡上的，從而為第一永久磁鐵25與掃描反射鏡5對彈簧2的第二臂34的活動端提供了附加的連接。
參見圖17，這一實施例包括一塊在緊鄰第一永久磁鐵23的一個位置上連接在電路板11的上表面上的第一電磁鐵25。并且，第一永久磁鐵23是十靠近軸線Ay的，片簧1便是繞該軸線彎曲的。結果，作用在第一永久磁鐵23上的漏磁場將不產生任何實質性的繞軸線Ay的力矩。第一永久磁鐵23的南北兩極間的軸線位于沿該磁鐵圓柱形的中心軸的位置上并且與電磁鐵25的軸線對準或平行。在電磁鐵25的線圈上作用上個周期性的交流電信號將在第一永久磁鐵23上產生一個往復的推拉力。
因為彈簧2是連接在接近長形反射鏡5的一端上的并且反射鏡5的質量中心是接近反射鏡的中心的，反射鏡5相對于彈簧2繞之彎曲的軸線Ax形成一條長的杠桿臂。結果，作用在磁鐵23上的力將在反射鏡上產生一個較大的力矩并將使其產生一個較大的角運動。這向反射鏡提供了足夠的磁性力耦合以及在X方向(圖22中所示為42.0°)中光束的大的角位移。
支承架17還包含一個用于支承一塊第二永久磁鐵的延伸部分26。如圖18的側視圖中所示，延伸部分26圍繞電路板11的一端彎曲并在其下方通過，第二永久磁鐵27是用適當的裝置連接在延伸部分26的下端上的。一塊第二電磁鐵28在緊鄰第一永久磁鐵23的位置上連接到電路板11的下表面上。支承架17連同其所連接的延伸部分18與26的尺寸是選擇為使各部件的重量是相對于片簧1繞之彎曲的軸線Ay互相平衡的。
與第一永久磁鐵23一樣，第二永久磁鐵27也是圓柱形的。第二永久磁鐵27的南北兩極之間的軸線位于沿該磁鐵的圓柱形的中心軸的位置上并且與第二電磁鐵28的軸線對準或緊密地平行。因此，在第二電磁鐵28的線圈上作用一個周期性的交流電信號將在第二永久磁鐵27上產生一個往復的推拉力。
這一掃描器實施例的上面討論的構造容許反射鏡在兩個不同的方向中運動，并且在每一方向中的運動是完全與另一方向中的運動無關的。
更具體地，當沒有電流流經電磁鐵25的線圈時，彈簧2的彈性使反射鏡5返架到其相對于軸線Ax的靜止位置上。當將一個電流引導通過線圈時，線圈與永久磁鐵23的磁場之間的交互作用產生一個力矩將磁鐵23從其圖17中所示的平衡位置上移開。這一力矩或者將永久磁鐵23移向電磁鐵25的軸心與線圈或者將其從那里移開。作為這一運動的結果，彈簧2產生一個力圖將永久磁鐵23帶回到其靜止位置的彈簧力。倒轉作用電流的極性將倒轉磁力與相反的彈簧力的方向。因此，如果作用在電磁鐵25的線圈上的電流采取周期性交流信號的形式，諸如一個正弦波、一個脈沖信號、一個三角形波等，所感應的磁力將使永久磁鐵23及其所連接的反射鏡5產生一個振動或擺動。然而，作用這樣一個電流而不在第二電磁鐵28上作用電流將不產生繞Ay軸的力矩，并且作為后果，反射鏡的運動將完全是水平的。除了交流電流之外，驅動信號可以是與彈簧2的特征振動同一頻率與同相的一個脈沖或半波信號。
同樣，當沒有電流通過電磁鐵28的線圈時，片簧1的彈性使反射鏡5返回到其相對于軸Ay的靜止位置上。當一個電流被引導通過該線圈時，線圈與永久磁鐵27的磁場之間的交互作用產生一個力矩使磁鐵23從其圖18中所示的平衡位置上移開。這一力矩或者將永久磁鐵27移向電磁鐵28的軸心與線圈或者從那里移開。作為這一運動的后果，片簧1產生力圖將永久磁鐵27帶回到其靜止位置的彈簧力。倒轉作用電流的極性將倒轉磁力與相反的彈簧力的方向。因此，如果作用在電磁鐵27的線圈上的電流采取周期性交流信號的形式，諸如一個正弦波、一個脈沖信號、一個三角形波等，所感應的磁力將使永磁鐵27產生一個振動運動或擺動。除了交流信號之外，驅動電流可采用與片簧1的特征振動同一頻率與同相的重復的半周期波或脈沖信號的形式。由于支承架17在片簧1的自由端之間(通過延伸部分18與彈簧2)支承反射鏡5，磁鐵27的振動將使反射鏡5產生一個對應的垂直運動。然而，作用這樣一個電流而不在第二電磁鐵25上作用電流將不產生繞Ax軸的力矩，結果，反射鏡5的運動將完全是垂直的。
當兩個電磁鐵25與28都接受周期性交流電信號時，在永久磁鐵23與27上得到的振動力產生反射鏡5繞兩條軸線Ax與Ay的往復運動。繞各軸線的掃描運動的頻率以下面要詳細討論的特定形式略為不同，使得束斑橫越出現標記的表面掃描一個曲折的圖式，并且在搜索一個要讀的標記的一個截斷的部分的過程中曲折的圖式自由地橫越該表面移動。
圖22與23分別為裝有圖17與18的電路板11與掃描機的一個手持式掃描器的頂視與側視剖面圖。如圖22中所描繪的，激光二極管及聚焦模件600產生一個光束，該光束受到擺動的反射鏡5的反射。反射鏡5在兩個正交的方向中在不同的頻率上振動，有如上述。反射鏡5的這一擺動使反射光束51以截斷的曲折圖式在X方向中來回掃描并在Y方向上下掃描，前進地橫越出現標記的表面移動。
如圖22中所示，本實施例的掃描機將在X方向中產生一個42°的掃描角。接近束斑停止與反轉方向的X方向運動的極端處的掃描部分會在掃描中產生一個不成比例的大量激光能量。為了減小反射的激光能量對操作員的危害和/或對在掃描中在場的其它人員的危害，手持式掃描器包括擋光板39，當光束通過窗口56從掃描器發出時它限制光束的最大掃描角。帶有如圖所示地定位的板39，本實施例的掃描機將在X方向中產生35.5度的掃描角。
標記反射回來的光通過窗口56進入掃描器外殼，而反射鏡5則收集反射光并將它們重新引導到檢測器158上。重新引導的光通過一個阻擋環境光的濾波器156并照射在檢測器158上。檢測器158是一個完全與圖2與3的實施例中所用的相同的光檢測器。檢測器158產生一個與反射光的強度成正比的信號。當掃描橫越標記前進時，檢測器信號受到(未示出的電路)的常規方式的處理、數字化與解碼直到解碼器檢測到一次有效的讀取。
如上面參照圖12-14的實施例所討論的，反射鏡在Y方向中以比X方向中反射鏡的振動頻率低得多的頻率的振動使光束實現一種光柵掃描圖式。然而，在圖17-23的實施例中，光柵圖式不是所希望的。在這后一實施例中，所有的彈簧都包括由同一種材料構成的金屬部件，例如一種鈹青銅合金，它是比較硬的。結果，彈簧2在高于前面的彈簧的振動頻率的頻率上振動，但這兩個頻率之間的差不如一個光柵掃描型實施例中那樣大。
如果這兩個掃描頻率彼此相等，光束將掃描與水平線成一個角度的一條線并來回橫越該線重復地掃描。如果這兩個掃描頻率之比為2∶1，光束將實現一種曲折的圖式。這樣一種圖式每幀中將正好有兩條水平掃描線，并且正好在每一完整的Y方向掃描周期后重復一次。掃描頻率之間這種正好成倍數的關系將產生一種快速地重復的掃描圖式，其中束斑一次又一次地橫越標記的正好相同的部分。由一個垂直掃描周期定義的各幀將重復緊接在前面的幀的圖式。如果該圖式橫越碼的一個受到損壞的段或者具有缺陷的不良地印刷的段，不論這一圖式重復多少次，掃描器都不能讀出編碼信息。
因此，X方向掃描頻率對Y方向掃描頻率之比應大于1.5而小于2.0。在較佳實施例中，這一比值大約為1.75∶1。例如，如果X方向掃描頻率為60Hz，而Y方向掃描頻率為35Hz，兩個頻率之間的實際比值為1.71∶1。作為這一頻率關系的結果，束斑實現了一種截斷的曲折圖式，但該圖式并不在每幀之后重復，并且橫越出現標記的表面前進。
更具體地，束斑從左至右橫越一條水平線，然后向下從右至左沿一條斜線。然后束斑從左至右橫越通過第二條水平線，然后向上從左至右沿第二條斜線。束斑隨即通過這一曲折線重復進行運動。然而，由于高掃描頻率不是低掃描頻率的整數倍(比值1.75∶1)，下一一個曲折圖式的第一條水平線將出現在略低于第一曲折圖式的第一條水平線的一個位置上。從而由一個垂直掃描周期定義的各幀將不會重復緊接在前面的幀。
按照本實施例的掃描所產生的圖式最終將會重復，但在圖式重復以前，曲折的圖式將從頂到底橫越標記前進地移動。這樣，該圖式將包含大量的曲折圖式，每一個具有兩條水平線與兩條斜線。條碼掃描系統中使用的許多解碼器對于在標記上從左至右與從右至左通過的線都能解碼出標記的一次有效讀取。斜線與水平線之間具有相對地小的角度。這樣，移動中的曲折圖式的各條線能夠產生標記的一次有效讀取，只要線在其上通過的標記部分是完整的與未受損的即可。
在許多情況中，一個不良地印刷的條碼或者一個擦傷或損壞的條碼仍包括至少一些小的截斷的部分，如果掃描線在正確的對準中橫越該段，它是足夠完整來讀取該碼的。圖式橫越標記的前進運動導致橫越該標記搜索該碼的這樣的一個未受損的截斷的段。掃描圖式的前進運動還導致橫越一個目標表示搜索一個小的標記或條碼。
并且，在圖式中包含進斜線將產生相對于標記的條紋或不同角度的掃描線，這進一步增加了在一個正確的角度上在標記的未受損段上方通過足夠多的掃描線的概率，使讀出編碼信息成為可能。作為一種后果，為了掃描器讀取標記，操作員沒有必要在相對于標記的條紋的一個十分精確的角度上手持掃描器。
權利要求
1.一種用于讀取具有不同的光反射率部分的光學編碼標記的自含光學掃描模件，所述模件包括一個金屬基座；一個發射器，固定地安裝在所述金屬基座上，用于發射一個光束；光學裝置，用于將光束導向光學編碼標記；支承裝置，連接在所述基座上，用于安裝振動運動的光學裝置；用于使所述支承裝置上的光學裝置產生往復運動的裝置，使光束橫越出現所述標記的一個表面掃描；檢測器裝置，用于接收從該表面反射回來的光并生成對應于光學編碼標記的不同光反射率的電信號；一塊第一電路板，與所述金屬基座正交地安裝在所述金屬基座的一端上；安裝在所述第一電路板上的第一電路裝置；一塊第二電路板，與所述第一電路板正交并與所述金屬基座平行地安裝；安裝在所述第二電路板上的第二電路裝置；以及一條柔性電纜，連接所述第一與第二電路裝置，其中所述第一與第二電路裝置共同工作以產生驅動發射器的信號、產生驅動用于產生往復運動的裝置的信號、以及處理檢測器裝置所生成的電信號。
2.一種用于讀取具有不同光反射率部分的標記的光學掃描系統，所述系統包括一個固定的支承件;發射與光學裝置，用于發射一個光束并光學地將該光束導向該光學編碼標記;第一往復支承裝置，用于安裝發射與光學裝置的在一個第一方向中振動運動的一個部件;第二往復支承裝置，連接在固定支承件上，用于安裝在一個第二方向中振動運動的該第一支承裝置，所述第二方向是基本上垂直于所述第一方向的;驅動裝置，用于同時地產生安裝在第一往復支承裝置上的部件在第一方向中第一振動頻率上的往復運動以及一起安裝在第二往復支承裝置上的該部件與第一往復支承裝置在一個第二振動頻率上的往復運動，其中該第一振動頻率略大于第二振動頻率但不正好是它的整數倍，使得該光束實現一種橫越出現所述光學編碼標記的表面前進的曲折掃描圖式;以及用于接收從該表面反射回來的光并生成對應于該光學編碼標記的不同光反射率的電信號的裝置。
3.一種讀取具有不同光反射率部分的光學編碼標記的方法，所述方法包括下述步驟生成一個光束;產生所述光束在一個第一方向中在一個第一頻率上的橫越出現所述標記的一個表面的往復運動;在產生所述光束在每方向中的運動的同時，產生所述光束在一個第二方向中在一個第二頻率上橫越該表面的往復運動，所述第一與第二方向是基本上互相正交的，并且所述第一頻率略大于所述第二頻率但下正好是它的整數倍，使得該光束實現橫越該表面前進的一種曲折掃描圖式;在該曲折掃描圖式橫越該表面前進時檢測從該表面反射回來的光并且生成對應于該光學編碼標記的不同光反射率的電信號;在曲折掃描圖式的一部分橫越所述標記的沒有缺陷的一個截斷的部分時，解碼所述光學編碼標記的不同光反射率所表示的信息;以及響應信息的解碼，終止光束的生成。
4.一個系統，包括一個筆形外殼，在一端上具有一個錐形的尖端，在錐形尖端的對側端上具有一個擴大的段，在兩端之間具有伸長的身部;發射與光學裝置，位于筆形外殼的擴大段中，用于發射一個光束并在沿筆形外殼的身部的一個外表面延伸的一條光徑上將該光束導向出現光學編碼標記的一個目標表面;一個安裝在筆形外殼的錐形尖端中的書寫工具;一個檢測器，安裝在筆形外殼中鄰近錐形尖端處，用于感測光學編碼標記反射的光并生成表示光學編碼標記的光反射率變化的一個電信號;以及一個手動啟動開關，用于啟動發射與光學裝置來起動對光學編碼標記的讀取，其中該開關是安裝在筆身的一個側面上所述光徑以外鄰近錐形尖端的一個點上的，使得一位操作員能用其姆指或食指啟動該開關而不阻擋光徑。
5.一種用于讀取具有不同光反射率部分的光學編碼標記的光學掃描系統，所述系統包括用于發射一個光束的發射裝置，所述發射裝置包含一個部件，用于將該光束導向出現光學編碼標記的一個目標表面;一個構件，具有一個所述部件連接在其上的第一端及與所述第一端相對的一個第二端;連接在該構件的第二端上的一塊磁鐵，其中該部件、該構件與該磁鐵的尺寸是制成為使所述磁鐵的重量相對于該部件與該磁鐵之間大約半途上的一條軸線平衡該部件的重量的;往復支承裝置，用于安裝該構件使之繞該軸線作轉動振動;驅動裝置，用于在磁鐵上產生一個振動力使該構件繞該軸線振動以及該部件通過繞該軸線的一條弧線往復運動，借此使光束橫越該目標表面掃描;用于接收從目標表面反射回來的光并生成對應于光學編碼標記的不同光反射率的電信號的裝置。
全文摘要
一種光學掃描模件，具有一金屬基座、一塊?？缃饘倩囊欢税惭b的第一電路板，以及垂直于第一電路板安裝的一塊第二電路板。金屬基座支承一個用于生成一掃描束的發光器并用作發光器的散熱器。連接在金屬基座上的一撓性支架支承一而振動運動的反射鏡。該模件包含一驅動機構，用于產生反射鏡的往復運動。在模件中包含的一個檢測器感測掃描的一個標記所反射的光。一條柔性電纜連接第一與第二電路板上的電路。
文檔編號G06K7/10GK1084994SQ9311831
公開日1994年4月6日 申請日期1993年9月29日 優先權日1992年9月29日
發明者保羅·德沃基斯, 霍華德·M·謝潑德 申請人:歐林巴斯光學工業股份有限公司