CN101111849A - 扫描电机 - Google Patents

Abstract

用于提供例如用于回射型照明系统的相对小型的注射成型扫描电机的方法和装置。一种示例性扫描电机包括包含通过注射成型柔性弹簧耦合在一起的静态基板和动态基板。在一个实施例中，该弹簧可以是液体注射成型的。该扫描电机还包括磁体以及延伸到静态基板和/或动态基板之外的反射元件。

Description

扫描电机

技术领域

本发明针对激光扫描器，尤其针对扫描电机。

背景技术

有多种标准用于以视觉形式编码数字和其它信息，诸如通用产品代码(UPC)和/或欧洲商品编号(EAN)。这些数字代码允许商家标识产品和制品、保持大量库存、在相似系统下管理各种各样不同的物品。产品的UPC或EAN作为数据表单(dataform)被打印、标记、蚀刻、或贴附到产品上。

数据表单是以视觉形式编码数字和其它信息的任何标记。例如，数据表单可以是条形码、二维码、物品上的记号、标签、签名、符号等。条形码由一系列不同宽度的浅色和深色矩形区域构成。这些浅色和深色区域可被排列用以表示UPC的编号。另外，数据表单并不限于产品。它们也可被用于标识重要的对象、地方等。数据表单还可以是诸如商标图像、人脸等其它对象。

能够读取和处理数据表单的扫描器已经较为普遍、并且有许多形式和种类。扫描系统的一个实施例驻留于例如手持式枪形激光扫描设备中。用户可将扫描器的头部对准目标对象并按下扳机以发射用于读取例如对象上的数据表单的光束。

在一个实施例中，由于半导体激光器尺寸较小、成本较低且不需要很大功率，所以它们被用于生成激光束。一个或多个激光束可由反射镜头或其它光学组件沿光路径导向包括数据表单的对象。该光路径包括使激光来回扫过对象和/或数据表单的旋转扫描反射镜。该反射镜可以是包括弹簧和永磁体的扫描电机的一部分。永磁体位于振荡扫描电机的驱动线圈的附近。有许多其它已知的扫掠激光的方法，诸如移动光源本身或依次照亮多个间隔紧密的光源以构成扫掠扫描线。扫描器还能创建其它扫描图案，诸如椭圆、曲线、二维或三维图案等。

扫描器还可包括用于检测从对象和/或数据表单反射或散射的光的传感器或光探测器。随后分析返回光以获得来自对象或数据表单的数据。用于采集光的两种已知扫描系统是回射型扫描系统或非回射型扫描系统。

在回射型扫描系统中，扫掠激光以形成扫描线的相同旋转扫描反射镜还接收返回扫描器的光。反射镜的表面被做得尽可能地大以捕捉尽可能多的返回光。返回光被导向诸如光电二极管等发射与返回光相对应的电信号的传感器。通过解释该电信号从目标数据表单获得数据。由于扫描器的视场是动态的并且扫描器的瞬间视场相对较小，所以传感器能够相对较小。在本发明受让人所有的并通过援引包括在内的美国专利No.6,360,949中描述了一种示例性回射型扫描系统。

在非回射型扫描系统中，不使用旋转以产生扫描线的扫描反射镜来接收从目标数据表单返回的光。由于旋转扫描反射镜无需接收返回光，所以它能够相对较小。扫描器包括检测经过其视场的返回激光的相对较大传感器，而不是使用较大的采集反射镜和较小的传感器来接收返回光。由于扫描器的视场不依赖于扫描反射镜，所以扫描器可位于扫描线源之下。在本发明受让人所有的并通过援引包括在内的美国专利No.6,592,040中描述了一种示例性的非回射型扫描系统。

已知的非回射型扫描系统使用由为该发明的受让人所有并通过援引包括于此的美国专利No.6,817,529描述的注射成型(IM)工艺构造的扫描电机。在一个示例性实施例中，扫描电机包括注射成型的基板和液体注射成型(LIM)的弹簧。另外，注射成型的扫描电机可以相对较低的成本来制造。非回射型扫描系统是IM扫描电机较好的候选，因为这些系统使用较小的反射镜，而较小的反射镜导致较低的惯性以及较低的驱动电压。由于回射型系统使用相对较大的反射镜，因此LIM扫描电机因驱动电压将会太高而没有被使用。已知的回射型系统使用具有由聚酯薄膜和/或金属制成的弹簧的扫描电机。这些材料不具有诸如硅等材料的成本和撞击上的益处。

因此，需要一种也可使用在耐用、抗震并且能以低成本制造的回射型系统中的扫描电机。另外，需要用于使用较少功率的非回射型系统的IM扫描电机。

发明内容

从这里的示教显而易见的是，在此说明和要求保护的发明满足这个和其它需要。

扫描电机以例如扫描模块的方式使用。该扫描电机包括：弹簧模块、磁体和反射元件。该弹簧模块包括通过注射成型的柔性弹簧耦合在一起的静态基板和动态基板。在一个示例性实施例中，基板由热塑料制成而弹簧由硅制成。该弹簧尺寸相对较小并可降低驱动扫描电机所需的功率。另外，扫描电机可以低成本制造并具有较好的震动保护。

动态基板包括一包括第一侧面和第二侧面的延伸件。磁体被耦合至延伸件的第一侧面，而诸如反射镜等反射元件被耦合至延伸件的第二侧面。反射元件尺寸相对较大并且伸展到静态基板和/或动态基板之外。在本发明的一个实施例中，扫描电机包括一对液体注射成型(LIM)硅弹簧并且该延伸件被置于弹簧之间。

根据本发明的一个实施例实现的另一示例性扫描电机包括

在本发明的一个实施例中，扫描电机可以是扫描模块的一个部分。一个示例性扫描模块还包括：底架、激光模块、采集元件以及驱动线圈。示例性扫描模块可以是手持式扫描器、终端等的扫描引擎和/或扫描模块。示例性扫描模块可以是回射型或非回射型。

根据本发明实现的一种扫描方法包括：例如通过激励位于扫描电机的磁体对面的驱动线圈来驱动扫描电机，将激光束导向反射元件，以及产生扫描线。扫描器用户可将扫描线对准数据表单，例如条形码上，并读取数据表单中所显示的信息。

结合附图考虑以下详细说明，本发明的其它目的和特征将可显而易见。然而应该理解的是，设计这些附图仅是用作说明的目的，并不作为本发明限制的定义。

附图说明

附图不按比例绘制且仅作示例，并且在所有这数个视图中，相同的标号标示相同的要素。

图1示出了根据本发明的一个实施例实现的示例性设备的框图。

图2和3示出了根据本发明的一个实施例实现的示例性扫描引擎的三维视图。

图4和5示出了根据本发明的一个实施例实现的示例性弹簧组件的三维视图。

图6-8示出了根据本发明的一个实施例实现的示例性扫描电机的三维视图。

图9示出了根据本发明的一个实施例实现的示例性数据捕捉方法。

图10示出了根据本发明的一个实施例实现的替换数据捕捉方法。

具体实施方式

将结合附图示出用于提供扫描电机的方法和装置的数个示例性实施例并对其进行说明。

使非回射型和回射扫描系统包括具有优良震动保护以及最小数目的部件的扫描电机以降低扫描电机的成本是有利的。例如，当扫描系统被包括在诸如扫描器或终端等最终产品中时，一些技术规格要求从6英尺或以上落下的震动保护。本发明受让人所有的美国专利No.6,817,529中描述的非回射型扫描系统的扫描电机的注射成型的弹簧模块或组件，提供了优良的震动保护并且能够以低成本制造，但是该弹簧组件的尺寸和功率要求不能使其成为一些更小尺寸的回射型扫描系统的良好替换。

在本发明的一个实施例中，一种减小了尺寸的注射成型的弹簧组件可用在非回射型或回射型扫描系统或模块的扫描电机中。该示例性弹簧组件包括通过柔性弹簧耦合在一起的静态基板和动态基板。一种示例性静态基板可以是例如可固定至扫描引擎的底架并相对扫描引擎保持静止的注射成型热塑性材料。动态基板也可以是例如注射成型的热塑性材料。

在本发明的一个实施例中，基板通过诸如由硅等LIM材料制成的柔性弹簧使用过模工艺耦合在一起。LIM材料提供了良好的震动保护，因为它能在损坏前承受相当大的伸长。该特性允许诸如从6英尺坠落等任何震动事件通过在时间上延长震动事件来极大地降低g水平(重力加速度水平)。由于震动事件中的能量由g水平和事件的时间确定，即，等于g水平对时间的曲线以下的面积，因此LIM材料的震动事件在时间上较长且g水平低得多。诸如聚酯薄膜或金属弹簧等其它弹簧材料不能和LIM材料一样良好地吸收震动，因为这些材料在损坏之前没有较大的伸长。

在一替换实施例中，动态基板和弹簧可使用相同的材料成型为单体。弹簧的工作部分被做得足够小以提高效率并满足小型扫描引擎的体积要求。动态基板还包括向静态基板延伸的延伸件。在一个实施例中，该延伸件具有在向静态基板延伸时变宽的类似于锲的形状。

一个示例性扫描电机包括弹簧组件、反射镜以及磁体。反射镜被置于靠近弹簧或诸弹簧而不是在一对弹簧之间。动态基板的延伸件在第一侧面上容纳反射镜并且在第二侧面上容纳磁体，并且它们相对于弹簧的角度可通过调节锲形延伸件的容纳面的大小和/或倾斜角度来操纵。因此，反射镜所处平面可以与弹簧或诸弹簧所处平面成任意角度，而磁体所处平面也可与弹簧或诸弹簧所处平面成任意角度。动态基板的延伸件在其第一侧面上包括托架以容纳较大的反射镜，并且该反射镜包括用于耦合至该托架的容纳结构。磁体例如使用粘合剂粘合到延伸件的第二侧面。

在已知的非回射型扫描系统中，相对较小的反射镜被耦合至一对弹簧之间的IM弹簧组件。因此，示例性的尺寸减小的IM弹簧组件的反射镜被置于诸弹簧的一侧，而不是在一对弹簧之间。这允许弹簧组件容纳能比诸弹簧之间的空间更大的反射镜。另外，将反射镜置于靠近诸弹簧处产生较低的惯性矩，这有助于保持较低的扫描引擎运行功率。通过减小弹簧组件的尺寸也构成了功率节省。由减小弹簧组件的尺寸引起的功率节省也可应用到已被更改以容纳较小弹簧组件的非回射型扫描系统。

如在本发明的受让人所有的并通过援引包括在内的美国专利No.6,824,060中描述的，在一个示例性扫描模块中，扫描电机被置于靠近诸如双向驱动线圈的驱动线圈。当上电时，驱动线圈使扫描电机来回振荡。碰撞在反射镜上的激光束然后被来回的移动以产生可用于读取诸如条形码等数据表单的扫描线。

扫描电机在扫描模块内被适当地对准，从而使激光束反射出扫描电机的反射镜并在期望方向上产生扫描线。在一个示例性回射型扫描模块中，静态基板包括用于对准扫描电机的旋转底座。该扫描电机还包括用以容纳该旋转底座的功能部件的底架。在扫描电机被正确地对准后，使用粘合剂将其固定在适当的位置。在一些实施例中，回射型扫描模块可以是可作为扫描设备模块的独立扫描引擎。

在根据本发明实现的一个示例性非回射型扫描系统中，可更改弹簧组件的延伸件以托住小反射镜。该小反射镜使得扫描电机更为高效。

参照图1，示出了包括通过总线125耦合在一起的扫描模块100、处理单元105以及存储器120的设备101的示例性框图。设备101的模块可被实现为软件、硬件、硬件仿真软件、以及可重新编程硬件的任意组合。总线125是示出了本发明不同模块的互操作性的示例性总线。根据设计选择，可以有一条以上的总线并且在某些实施例中特定的模块可不被耦合至总线125而直接耦合。设备101可以是例如激光扫描器、移动计算机、服务点等，并且扫描模块可以是例如回射型扫描引擎100。

在各示例性实施例中，处理单元105可被实现为一个或多个中央处理单元(CPU)、现场可编程门阵列(FPGA)等。在一个实施例中，处理单元105可包括多个处理单元或模块。每个模块可包括可被预先编程以执行诸如信号处理、接口仿真等特定功能的存储器。在其它实施例中，处理单元105可包括在扫描引擎100与设备101之间共用的通用CPU。在替换实施例中，处理单元105的一个或多个模块可被实现为加载有例如来自存储器120的不同过程并执行多个功能的FPGA。处理单元105还可包括以上所述处理器的任意组合。

存储器120可被实现为诸如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)和/或闪存等易失性存储器、非易失性存储器以及可重写存储器。存储器120存储诸如数据捕捉方法145、信号处理方法150、电源管理方法155以及接口方法160等用以操作设备101的方法和过程。

在本发明的一个示例性实施例中，设备101可以是包括扳机的手持式扫描器101。当扫描操作被启动，例如该扳机被按下时，扫描器101开始数据捕捉方法145。以下参照图9对数据捕捉方法145的一种示例性实施例进行说明。在数据捕捉方法145过程中，扫描器101发射激光，激光与目标数据表单交互并返回扫描器101。通过扫描器101使用信号处理方法150来分析所返回的激光，例如将接收到的模拟激光转换为数字格式。电源管理方法155管理扫描器101使用的电源，而接口方法160允许扫描引擎100与扫描器101通信。

图1的示例性实施例示出了作为单独组件的数据捕捉方法145、信号处理方法150、接口方法160以及电源管理方法155，但是这些方法并不限于该配置。在此所述的每种方法全部或部分地可以是单独的组件或可以交互操作并共享操作。另外，虽然这些方法被绘制成在存储器120中，但是在替换实施例中，这些方法可以永久地或动态地包括在处理单元105的存储器中。

存储器120在图1中被示为单个模块，但是在一些实施例中，图像扫描器100可包括一个以上的存储器模块。例如，以上所述的方法可存储在单独的存储器模块中。例如，存储器120的一些或所有部分都可被集成为处理单元105的一部分。

图2和3示出了根据本发明的一个实施例实现的扫描引擎100的三维视图。该扫描引擎100可被用作图1的扫描引擎100。图2示出了位于扫描引擎101底架112的左上角中的激光模块或组件110。在数据捕捉方法145的过程中，激光组件110发射激光束210，该激光束210被折叠反射镜115反射。激光束210经过采集反射镜130中的孔并碰撞在扫描反射镜170上。该扫描反射镜170是来回移动以产生用于读取数据表单的扫描线的扫描电机165的一部分。

在与数据表单交互后，所发射激光中的一部分返回到扫描引擎100。该返回光被扫描反射镜170接收并向采集反射镜130反射。可具有轴外抛物线形状的采集反射镜130采集返回光并将其集中到传感器140。在一些示例性实施例中，传感器140可被实现为光电二极管。生成相应电信号的传感器140检测该返回光。该电信号被分析并且目标数据表单被解码。

扫描电机165包括弹簧模块175、扫描反射镜170以及磁体180。图4和5示出了一个示例性弹簧模块175。该示例性弹簧模块175包括通过柔性弹簧179耦合在一起的静态基板177和动态基板176。在一个示例性实施例中，柔性弹簧179由被过模410至动态基板176和静态基板177的一对硅弹簧179制成。弹簧179被液体注射成型至基板176、177。在替换实施例中，柔性弹簧179可使用注射成型工艺由热塑料制成，或者，弹簧179和动态基板176可由LIM材料制成。

示例性静态或动态基板176、177由热塑料制成。静态基板177包括用于适当地将扫描电机165对准和固定至扫描引擎100底架的旋转底座178。动态基板176包括容纳磁体180和扫描反射镜170的延伸件181。

延伸件181具有第一侧面405和第二侧面505。第一侧面405包括用于容纳扫描反射镜170的托架，而第二侧面505包括用于容纳磁体180的容纳结构。延伸件181具有三角形或类似于锲的形状。延伸件181始于弹簧模块175的一端并在它从动态基板176向静态基板177延伸时变大。

图6到8示出了扫描电机165。磁体180被置于位于延伸件181的第二侧面505上的容纳结构中。反射镜170被耦合至延伸件181的第一侧面405。反射镜170包括容纳延伸件181的第一侧面405的容纳结构。磁体180和反射镜170可使用粘合剂固定至延伸件181。

在一个替换实施例中，柔性弹簧179和动态基板176可被成型为由相同材料制成的一个单元。例如，该组合单元可由硅或热塑料制成。

回到图2和3，扫描电机165被置于靠近驱动线圈135。当驱动线圈135被激励时，耦合至扫描电机165的磁体180与驱动线圈135生成的磁场交互并振荡扫描电机165。

图9示出了用于扫描数据表单的方法900的一个示例性实施例。在方法900的说明中参照设备101。在此说明的方法900和其它方法的步骤仅是示例性的并且步骤的顺序可以重新排列。数据捕捉方法900始于步骤905。在一个示例性实施例中，方法900在设备101通电时，例如在例如扫描器101上的扳机或按钮被按下时开始。方法900还可通过来自在设备101上运行的其它程序的命令来启动。设备操作员通常在数据捕捉方法900被启动时将设备101对准目标数据表单。

处理从步骤905进入步骤910，其中扫描器101启动激光110。激光撞击折叠反射镜115并被导向扫描反射镜170。几乎在同时，在步骤915，扫描器101通过向驱动线圈135提供电源来启动驱动线圈135。磁体180响应于由驱动线圈135生成的磁场并开始振荡扫描电机165。结果，碰撞在扫描反射镜170上的激光来回移动，从而产生扫描线。图10示出了作为方法900的替换实施例的数据捕捉方法1000，其中步骤915发生在步骤910之前。即，驱动线圈135在激光110被启动之前启动。

所发射扫描线的激光与数据表单交互，并且在步骤920，扫描器101接收返回到扫描器101的任何光。例如，返回光由扫描反射镜170向采集反射镜130反射。采集反射镜将返回光导向传感器。由于扫描反射镜170正在来回移动，因此扫描器101的视场也来回移动。

在步骤920之后，在步骤925，接收到的光被分析并且目标数据表单被解码。在步骤930，如果分析成功，则处理进入其中编码数据被进一步处理的步骤935。例如，数据可被发送至另一设备。在步骤935之后，方法900的处理进入结束方法900的步骤950。扫描器101可处于待机模式，以准备处理其它数据表单。

返回到步骤930，如果扫描器101没有成功地解码目标数据表单，则处理进入步骤940。在一些实施例中，扫描器101没有任何动作并在步骤950结束，但在其它实施例中，扫描器101可向扫描器操作者发送听得到的失败指示，向所连接的设备发送失败信号等。而在其它实施例中，扫描器101继续步骤910到925，直到数据表单被成功读取或操作者例如通过释放扳机断开扫描引擎的电源。

虽然示例性扫描电机已作为回射型扫描系统的一部分进行了说明，但是本发明的扫描电机也可用在减小尺寸的非回射型扫描系统中。相对较大的反射镜可由较小的反射镜代替，并且反射镜的平面与弹簧之间的角度可通过调节锲形延伸件的宽度被适当地调节至例如45度。另外，可更改静态基板的结构以使扫描电机被固定至耦合到电路板的扫描模块。本发明的一个示例性扫描电机可有助于提高非回射型扫描系统的效率，因为该示例性扫描电机使用较少的功率。

虽然已示出、说明并指出了本发明的如应用于其优选实施例的基本新颖特征，但是应该理解的是，本领域技术人员可在所公开的发明的形式和细节上作出各种省略、替换以及改动而不会背离本发明的精神。因此，本发明旨在仅被如所附权利要求的范围所指出的那样地限定。

Claims (19)

1.一种扫描电机，包括：

弹簧模块，包括，

静态基板，以及

动态基板，包括延伸件，其中所述静态基板和所述动态基板通过注射成

型的柔性弹簧耦合在一起；

磁体，其中所述磁体被耦合至所述延伸件的第一侧面；以及

反射元件，其中所述反射元件被耦合至所述延伸件的第二侧面，并且所述反射元件延伸到所述静态基板和所述动态基板的至少一个之外。

2.如权利要求1所述的扫描电机，其特征在于，所述反射元件被置于靠近所述弹簧，并且所述反射元件覆盖所述弹簧的至少一部分。

3.如权利要求1所述的扫描电机，其特征在于，所述弹簧由硅材料制成。

4.如权利要求1所述的扫描电机，其特征在于，所述动态基板和所述静态基板是注射成型的热塑料。

5.如权利要求1所述的扫描电机，其特征在于，所述弹簧模块使用过模注射成型设计耦合在一起。

6.如权利要求1所述的扫描电机，其特征在于，还包括至少一个额外的柔性弹簧。

7.如权利要求6所述的扫描电机，其特征在于，所述延伸件沿对称轴位于一对韧性弹簧之间。

8.如权利要求1所述的扫描电机，其特征在于，所述延伸件具有类似于锲的形状。

9.一种扫描电机，包括：

弹簧模块，包括，

静态基板，以及

动态基板，包括延伸件，其中所述静态基板和所述动态基板通过一对柔

性弹簧耦合在一起；

磁体，其中所述磁体被耦合至所述延伸件的第一侧面；以及

反射元件，其中所述反射元件被耦合至所述延伸件的第二侧面，并且其中所述反射元件延伸到所述静态基板和所述动态基板的至少一个之外。

10.如权利要求9所述的扫描电机，其特征在于，所述反射元件被置于靠近所述弹簧，并且所述反射元件覆盖所述弹簧的至少一部分。

11.如权利要求9所述的扫描电机，其特征在于，所述弹簧由硅材料制成。

12.如权利要求9所述的扫描电机，其特征在于，所述动态基板和所述静态基板是注射成型的热塑料。

13.如权利要求9所述的扫描电机，其特征在于，所述弹簧模块使用过模注射成型设计耦合在一起。

14.如权利要求9所述的扫描电机，其特征在于，所述延伸件沿对称轴位于一对韧性弹簧之间。

15.如权利要求9所述的扫描电机，其特征在于，所述延伸件具有类似于锲的形状。

16.一种扫描物体的方法，包括：

驱动扫描电机，所述电机包括，

弹簧模块，包括，

静态基板，以及

动态基板，包括延伸件，其中所述静态基板和所述动态基板通过注

射成型的柔性弹簧耦合在一起；

磁体，其中所述磁体被耦合至所述延伸件的第一侧面；以及

反射元件，其中所述反射元件被耦合至所述延伸件的第二侧面，并且所

述反射元件延伸到所述静态基板和所述动态基板的至少一个之外。

将激光束导向所述反射元件；以及

产生扫描线。

17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，还包括使用所述反射元件将从所述物体返回的光导向光学元件，所述光学元件将所述光导向传感器。

18.一种扫描物体的方法，包括：

驱动扫描电机，所述电机包括，

弹簧模块，包括，

静态基板，以及

动态基板，包括延伸件，其中所述静态基板和所述动态基板通过一对柔性弹簧耦合在一起；

磁体，其中所述磁体被耦合至所述延伸件的第一侧面；以及

反射元件，其中所述反射元件被耦合至所述延伸件的第二侧面，并且所述反射元件延伸到所述静态基板和所述动态基板的至少一个之外。将激光束导向所述反射元件的激光束；以及产生扫描线。

19.如权利要求16所述的方法，其特征在于，还包括使用所述反射元件将从所述物体返回的光导向光学元件，所述光学元件将所述光导向传感器。

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