CN1041247C - 用于手持激光扫描器转换操作的独立夹持装置 - Google Patents

Abstract

一种扳机式操作的或无扳机式的扫描器在手持使用的第一种希望位置时按第一扫描图形读出符号。两种扫描器中的任一种均可安装在一个独立夹持装置上，其中第一扫描图形被转移成一个不同的第二扫描图形，仍然用来在工作站使用的第二种希望位置时读出记号。公开了用来对符号进行不失真的数字重建的各种信号处理数字化电路。

Description

用于手持激光扫描器转换操作的独立夹持装置

本申请相应的美国申请是1991年6月27日提出的美国申请(序号721,951)的部分继续申请，后者是1990年4月13日提出的申请(序号510,074)的一个分案申请。后一申请是1989年6月16日提出的申请(序号367,335)的部分继续申请，这最后一个申请现在已是美国专利(专利号5,124,539)。

一般地，本发明涉及一种按第一扫描图形来扫描和读出编码记号，例如条形码符号的手持激光扫描器；较具体地，本发明涉及一种用来有选择地夹持激光扫描器以及当在夹持装置上夹持激光扫描器之后用来把第一扫描图形转换成一个不同的第二扫描图形以扫描和读出位在夹持装置外部的记号的独立夹持装置。更具体地，本发明涉及把带有扳机的手持扫描器(在手动操作时，它以扳机触发模式来启动读出)转换成无扳机触发模式(通过把扫描器简单地夹持在夹持装置上)，夹持装置既可夹持扳机式手持扫描器，也可夹持无扳机式手持扫描器，还可夹持一般的无扳机式扫描器。再有，用于信号处理的各种数字化电路也在此公开。

手持激光扫描器是众所周知的。例如，美国专利4,387,297；4,409,470和4,806,742号等可作为该技术的代表。带有内藏激光器以及扫描和传感元件的独立激光扫描工作站(例如见美国专利4,369,361号)也是已知的。已知的还有所谓的“空”支座或夹持装置，当手持激光扫描器不由操作者手持或使用时，可以随意地放置在其上。这种空支座典型地主要用作方便的桌面支架或设备支架，使得操作者易于取放扫描器。在某些情况下，例如见美国专利5,105,070号，空支座可以用来改变由放置在其上的扫描器所发射的激光束的方向。

所有上面提及的手持扫描器都使用了扳机，在手动操作时，该扳机启动对记号的扫描和读出。近来有人建议提供一种所谓的“无扳机式”手持激光扫描器，其中不使用需人工操作的扳机，而令扫描器附加有一个红外发光二极管(LED)和一个相应的红外传感器，两者都安装在扫描器的前端或鼻部。当扫描器鼻部靠近一个符号时，从LED发出的光便从符号上反射回来并被传感器探测到。安装在扫描器中的附加控制电路使激光器点燃，同时扫描元件也对该传感器探测作出响应，启动对符号的扫描和读出。

因此，这种无扳机式扫描器的工作范围受到红外传感器的敏感范围的限制。位在传感器敏感范围之外的符号不会被扫描，因为传感器不会启动激光器和扫描元件。此外，除了红外LED和传感器需附加成本之外，这种无扳机式传感技术还可能造成使用不便。为了读出另一个符号，或者对同一符号作再次读出，必须先把扫描器从符号移开到敏感范围(例如为15cm)之外，然后再够回到敏感范围之内。这会需要大距离的、令人疲乏的手部运动。再有，无扳机式扫描器还会造成许多虚假的读出要求，因为任何靠近扫描器鼻部的物体都会启动扫描器，当然，这些物体中包括了根本不带有任何符号的物体。

同样已知的是，在这类技术中，是利用信号处理数字化电路来把在扫描过程中由符号反射的光所转换成的光电模拟信号转变成数字信号的；该信号处理数字化电路或者使用固定的阈值电平直接从模拟信号得到数字信号，或者通过将模拟信号的一次导数与跟随在模拟信号各个峰值后面的峰值信号相比较而得到数字信号。然而，这种已知的数字化电路容易在诸如高环境光强和噪音等因素的影响下出现误读，这个缺点在读出光斑的聚焦不良时，即远距离读出的使用时，或者在读出非常高密度的符号时尤为突出。

本发明的一个目的是提供一种所谓的“智能”夹持装要，它不仅能有选择地夹持一个手持激光扫描器，而且能用作一个可以对带有编码记号的物体进行读出的不需手持的工作站。

本发明的另一个目的是提供一种非手持智能工作站，它能够把由手持扫描器发出的扫描图形转换成另一种不同的扫描图形。

本发明的再一个目的是，通过简单地将手持扫描器安装在夹持装置上，即可把由手持扫描器发出的单线扫描图形转换成多条相交线的全向扫描图形。

本发明的又一个目的是提供一种夹持装置，在安装在上扫描器之后，它能使带有扳机的手持激光扫描器自动地转换到无扳机操作模式。

本发明的还有一个目的是提供一种新颖的无扳机扫描器。

本发明的另一个目的是提供一种抗噪音，抗高环境光强以及抗聚焦条件不良的信号处理数字化电路，该电路能提供被扫描符号的真实无误的数字重建。

为了达到这些目的，也为了达到下面将会说明的其他目的，简单地说，本发明的一个特点寓寄于用来电光地读出编码记号，例如条形码符号的系统和方法之中。本发明包括一个光电读出器，它带有一个手柄供操作者把持，以使读出器按照某个希望的使用位置去对准需读出的记号。读出器具有能够按第一扫描图形对记号进行扫描的装置，例如当操作者适当地把持并对准读出器时，可对记号进行单线横向扫描，或者按光栅式多线扫描图形对记号进行扩展的横向扫描。光栅式扫描图形可以是一组平行直线，或者是一组相交的扫描线，或者也可以是曲线扫描图形。

本发明还包括一个独立的夹持装置，它具有夹持装置，以便在希望另一种使用位置时，也就是说，当读出器不由操作者手持时，可以夹持读出器。该夹持装置包含有一个出口和转换装置，当读出器被夹持在夹持器上之后，后者用来把第一扫描图形转换成不同的第二扫描图形，例如许多扫描线；后者也用来使第二扫描图形通过出口横过位在出口外部的记号。第二扫描图形可以是一组平行的或相交的直扫描线，也可以是一组扫描曲线。在两个扫描图形都是一组平行直线的情形中，第一和第二扫描图形仍可以在高度、强度、倾角或某些其他特征方面有所不同。

这样，不论读出器是由操作者所手持或是装夹在独立夹持装置上，都可以用来进行记号读出的操作。只要简单地把读出器安装在夹持装置上，就可以方便地改变扫描图形。

夹持装置包含一个底座和一个在底座上面的空心头。出口位在空心头上，面向底座。按照一个实施例，转换器装置包含许多个安装在空心头内部的光束折叠反射镜。由读出器产生的光束在通过出口射向底座之前，先相继地射到这些反射镜上，并在那里被反射。在另一个实施例中，光束直接射向一个被多个光束折叠反射镜所包围的主反射镜上。一个驱动装置令主反射镜旋转，使照射在其上的光束反射到光束折叠反射镜上。

在扳机启动模式中，读出器可以有，也可以没有一个手动操作的扳机来启动读出。如果有扳机，本发明也提出一种装置，它可以独立于扫描图形的改变来操作，在读出器被装夹在夹持装置上之后，把读出器转变到无扳机模式来启动读出。

例如，该转变装置可以由夹持装置上的一个固定的凸块所构成，该凸块的位置使得当读出器装夹到夹持装置上时，其扳机便被压下。或者，也可以提供一种传感装置，用以探知读出器已被安装在夹持装置上。在一个优选的实例中，在夹持装置上提供了一块磁铁，同时在读出器上提供了一个磁性开关或一个磁性传感器。当读出器安装在夹持装置上时，读出器的存在便被探测出来，产生一个电控制信号。这个控制信号用来启动读出。

如果在读出器上没有扳机，这时它组成了所谓的“无扳机式”扫描器，本发明建议限制其工作范围，即令光束的束腰聚焦在读出器的内部。束腰在扫描方向上有最小的光束截面，各个被扫描记号即沿着该扫描方向延展。工作范围受到光束在读出器内束腰和出口窗之间所越过的距离所限制，光束在射向记号时要通过该出口窗。只要位在有限的工作范围之内的记号才能被读出。不需要额外的LED或传感器。

本发明还提出各种信号处理数字化电路，它们能提供被扫描符号的真实无误的数字信号。

可以认为是本发明特征的新特点将特别地在所附的权利要求书中指出。然而，就本发明自身而言，包括它的结构和操作方法，以及附加的目的和有关的优点，则最好是通过下面关于特定实施例的说明，并联系到所附的插图来理解。

附图的简要说明：

图1是手持扫描器的正视图；

图2是图1的2-2线剖视图；

图3是图2的3-3线剖视图；

图4是图1扫描器在一个所希望的使用位置下的透视图；

图5是图1扫描器中所用光学组件的透视图，并画出了放大的光束截面；

图6是图1扫描器的部分光学组件的放大截面图；

图7是图1扫描器在另一个所希望的使用位置(位在独立夹持装置的一个实施例中)的部分截面、部分立体视图；

图8是图7的8-8线平面截面图；

图9是与图7相类似的图，不过是对独立夹持装置的另一个实施例画出的；

图10是图9的10-10线平面截面图；

图11是用于图7的扫描器/夹持装置的控制组件的原理图；

图12是与图2相类似的图，不过是对无扳机式扫描器画出的；

图13是根据本发明的信号处理数字化电路的一个实施例的方框图；

图14是图13电路中不同位置处的一组波形图；

图15是根据本发明的信号处理数字化电路的另一个实施例的方框图；

图16是图15电路中不同位置处的一组波形图；

图17a是根据本发明的信号处理数字化电路的又一个实施例的电原理图；

图17b是图17a的数字化电路的一个变形实施例的电原理图；

图18是根据本发明的信号处理数字化电路的再一个实施例的电原理图；

图19是图18电路中不同位置处的一组波形图；

图20是制作有数字化电路的一个集成电路芯片的方框图；

图21是使用了独立扫描器的一个销售点系统的透视图；

图22是带有可拆卸的扫描器的独立工作站的立体图；以及

图23是图22工作站的正视图。

首先参阅图1至图4，代号10一般地代表一个轻型(小于1英磅)的、完全可由操作者手持的手持激光扫描器，它在激光扫描系统中用来对编码记号进行读出、扫描和/或分析，并可在读出前或读出时由操作者逐个地对准记号。术语“记号”或“符号”在本文中有相同的意义，可以交替使用，用来涵盖所有由不同区域所组成的记号，在所用光源例如激光器的光波波长照明下，这些不同的区域具有不同的光反射性质。记号可以是到处存在的通用产品码(UPC)的条形码符号，也可以是任何黑白工业符号，例如代码39，代码条(Codabar)，5之2交织码(Interleaved2 of 5)，等等。记号也可以是任何字母和/或数字字符。术语“符号”也用来涵盖位在背景中的记号，其中记号，或至少是记号的一部分具有与背景不同的光反射性质。根据这后一定义，符号的“读出”在机器人领域和目标识别领域中具有特珠的意义。

现在回到图1，扫描器10一般包含一个枪型外壳，它带有一个截面通常为矩形的、并通常沿手柄轴方向延伸的手柄部分12，以及一个通常沿水平方向延伸的枪管或枪体部分11。手柄部分12的横截面尺寸和总体大小使得扫描器能适配于操作者的手并方便地被其把持。枪体和手柄部分由轻重量的、有弹性的、能抗震的和能自保持形状的材料，例如合成塑料材料所做成。该塑料外壳最好用注塑模铸法制作，但也可以用真空成型或吹气模铸方法，以形成一个薄的空壳，它的内部空间体积约小于50立方英寸左右，在某些应用中，该体积约为25立方英寸或更小。上面所给出的具体数据并不是为了作自我限制，而是为了给外壳的总体最大尺寸和体积提供一个一般的概念。外壳由两个外壳零件12a和12b所构成，两者沿着垂直连结线12c相结合。

考虑一种希望的使用位置，也即如图4所示的手持扫描器，枪体部分11带有一个向前突出的区域，即鼻部，它具有倾斜的前壁11a。枪体部分11还有一个后部区域，即尾部，它有一个后壁11b，位在倾斜前壁11a的后方。枪体部分11还有一个顶壁11c，一个位在顶壁11c下方的底壁11d，以及一对位在顶壁和底壁之间的左、右则壁11e和11f。前壁11a相对于顶壁和底壁是倾斜的。

在一个跳板式弹性臂13a上装有一个手动操作的(最好是扣压式的)扳机13，它在外壳上一个面向前方的区域中可以相对外壳运动，该区域位于手柄部分和枪体部分的结合处，也是当操作者在希望的使用位置下用手握住手柄部分时其食指自然所在的地方。底壁11d的低处有一个开口，手把12有一个面向前方的开口，扳机13即从这些开口处突出和运动。臂13a的一端有一个扳机开关25，在压下扳机13时，该开关从断开状态转换成接通状态。

出口窗14固定安装在鼻部，它是透光的，容许激光从外壳内部通过它射向外部，或沿相反方向通过。

一条柔软的、轻巧的，具有多个运动自由度的螺圈状电缆15将扫描器与激光扫描系统的其余部件连接起来，后者的操作将在下面作详细说明。

在扫描器上安装了大量的零部件，如下面将说明的，至少其中的某些零部件是直接地或间接地借助于一个控制微处理器，通过扳机13来激活的。这些零部件之一是可激活的激光光源(见图3，5和6)，例如半导体激光二极管33，当它被扳机13激活时，可传出和产生一个可见光的或至少是在可见光边缘的激光光束。激光二极管所发射的光束是高度发散的，在平行和垂直于光束传播的纵向方向的不同平面内，发散情况也不相同，它是非径向对称的，即是可畸变的，其光束截面通常像卵形。激光二极管可以是连续波型的或是脉冲型的。二极管需要一个由电源稳压器和电池(直流)所提供的低电压(例如12V直流或更低)，这可以由装在扫描器内的电池，或者可以由以可卸方式装在扫描器上的可充电电池附件盒，也可以通过接在扫描器上的电缆15中的供电导线，由外部电源(例如直流电源)供给。

如图6所示，在扫描器内的一块薄印刷电路板16上安装了一个光学组件30，其位置可以相对于印刷电路板调节，以便进行光学调整，即聚焦和把所发射的激光束导向面向位在扫描头外部的参考平面的第一光路21a和21c上；该参考平面或者位在鼻部，以读出与前壁11a相接触的符号，或者位在鼻部的前方，以读出不与前壁11a接触的符号。参考平面通常垂直于发射激光束传播所沿的纵方向。需读出的符号100(见图5)位在参考平面的附近：或者在该平面上，或者在其一侧，或者在其另一侧，总之，位在经过光学调整后的激光束的焦深范围之内的任何地方，也就是位在从扫描器处算起的工作距离范围内的任何地方。激光束在符号上受到反射，在一个方向上该符号好像是一个镜面反射物，在其他许多方向上该符号好像是一个漫散射物，被散射的激光中沿着第二光路21c和21b离开符号并返向扫描器的那一部分，在这里叫做返回部分。

如图6所示，光学组件包含一个长的圆柱状光学管34，在它的一端有一个柱状孔，其中紧配合地放置了二极管33的环状盒，使二极管的位置固定；光学管34的另一端有一个透镜筒35，其中包括一个孔径光阑45和环绕在孔径光阑周围并限定孔径光阑的阻挡壁44，以及限定内部空间的柱状侧壁46。

光学组件进一步包含一个聚焦透镜32，例如一个平凸透镜，它位在第一光路中的侧壁46的内部，并与孔径光阑一起使发射的激光束在参考平面处聚焦成束腰(例如，见图5的d₃部分)。孔径光阑45可以位在透镜32的任一侧，但最好位在光束的下游一侧。在光学管内放置了张紧装置或螺圈状压簧47，其一端顶着二极管的环状盒，另一端顶着透镜32的平面一侧。该弹簧始终将透镜紧压在阻挡壁上，从而固定透镜相对于孔径光阑的位置。当纵向移动透镜筒时，透镜和孔径光阑作为整体一起移动。

孔径光阑的开口截面通常与激光束在孔径光阑位置处的截面大致相同(见下面的解释)，因此容许大部分的发射激光束能够通过孔径光阑而沿着第一光路射向符号。孔径光阑开口截面最好是矩形或卵形的，这时矩形或卵形的长方向应该与激光束发散较大的方向相一致，以便有更多的能量到达符号上。光学组件还含有一个带有前区52和后区54的光学块50，这前、后两区一起限定了一个内部空间，其中容纳了二极管33，光学管34，透镜筒35和前述的各元件。散热器31以良好热接触的方式装配在二极管上，以把其上产生的热传导出去。至少含有一个螺丝元件56的俯仰调节装置非紧接触地穿过分别开在散热器和后区54上的对准孔，旋入前区52上的螺母孔之中。铰链58以下述方式来实现是有利的：在光学块的前区和后区之间提供一个薄的、有柔性的薄弱区域。前区52通过铆钉59稳定地安装在印刷板16之上。二极管、光学管、透镜筒以及它们内部的元件都安装在后区上，以利于运动。当环绕元件56的长轴沿任一方向旋转元件56时，后区以及在其上安装的所有元件都将环绕铰链58相对于固定的前区进行角运动，由此来提升或降低发射的激光束，这激光束通过一个开口通道60自光学块50射出，开口通道的大小有足够的大，以至在整个调整角范围内它都不会挡住激光束。

通过通道60的激光束在扫描器内被光学组件向后方沿光路21a导向通常是平面状的扫描镜19b，以便在其上受到反射。扫描镜19b把射在其上的激光束反射到前方，并沿着光路21c，通过面向前方的激光透射窗14，射向符号。如图5所示，符号100位在参考面102附近，对于条形码符号的情形，它由一系列相互沿着横向分开的垂直条形所组成。激光束光斑聚焦在符号上。当扫描镜横向地往复并重复地振动(见下面说明)时，它使激光束沿扫描线长度方向扫过符号上所有的条形，产生了单线扫描。只要能扫到所有的条形，扫描线可以位在条形的任何高度处。扫描线的长度要比需读出的最长符号长度大，在一种优选情形中，扫描线在参考平面上的长度约为3英寸量级。

扫描镜19b安装在一个扫描装置上，后者最好是如美国专利4,387,297号所示和所说明的那种型号的高速扫描电机24，上述专利的全部内容在此都将被参考引用，并构成本申请的组成部分。就本申请而言，相信只要指出扫描电机24具有一根在其上固定地安装了一个支座19的输出轴104就足够了。扫描镜固定地安装在该支座上。电机的驱动方式是使其输出轴交替地沿两个方向往复并重复地振动，振动的角幅度可以是任意需要的大小，典型地小于360度，振动的速率为每秒若干次振荡的量级。在一个优选实施例中，扫描镜和电机输出轴一起振动，使扫描镜能够把照射在其上的激光二极管光束进行重复性扫射，在参考平面处扫射的角距离或弧长约为32度，速率约为每秒40次扫描或每秒20次振荡。

再次参阅图2，由于组成符号100的各个部分具有不同的光反射性质，反射的激光中被散射回来的部分在扫描符号的过程中其光强是变化的。反射的激光中返回的部分由通常为凹球面的集光镜19a所收集，这部分光是一个宽锥状的光流，集中在以光路21c为中心的锥状集光体积之中。集光镜19a把收集到的锥状光束通过一个透射激光的元件106沿着光路21b反射到扫描器头部的内部并射向传感器，例如一个光电传感器17。光电传感器17，它最好是一个光电二极管，对沿着扫描线(最好是更伸长一些)变化的光强进行探测，产生一个反映探测到的变化光强的模拟电信号。

集光镜19a也安装在支座19上，当扫描镜被扳机启动时，集光镜将重复地往复横向振动，在直线扫描时沿着跨越符号的长度方向扫描光电二极管的视场。

在一个优选实施例中，扫描镜和集光镜是一块整体结构，不过扫描镜也可以是一块分立的小平面反射镜，它以正确的位置和角度用胶粘(或模压)在一个分立的、前表面镀有反射膜的凹面镜上。该凹面集光镜用来收集激光的返回部分，并把它聚焦在光电二极管上。

在扫描器头部还带有安装在印刷板16上的各种子电路。例如，印刷板16上的信号处理装置38用来对由传感器产生的模拟电信号进行处理，以产生一个数字化的视像信号。从视像信号中可以导出符号的数字描述。用于此目的的合适的信号处理装置在美国专利4,251,798号中已有说明。印刷板16上的部件39组成了扫描电机的驱动电路，用于此目的的合适的电机驱动电路在美国专利4,387,297号中已有说明。印刷板16上的部件40是激发激光二极管33的电压变换器。美国专利4,251,798号和4,387,297号都可作为这里的参考，它们是本申请的一个部分。

在一个实施例中，数字化的视像信号沿着电缆15被导向解码/控制模块或装置101(见图4)，它们用来把数字化的视像信号解码成数字化的解码信号，由此根据含在控制程序软件中的算法，可得到所需的符号的数字重建。解码/控制装置包含一个用来保持控制程序的PROM(可编程只读存储器)，一个用来暂时寄存数据的RAM(随机取存存储器)和一个用来控制PROM和RAM的控制微处理器。解码/控制装置可确定是否已得到了对符号的成功解码，并且在确定已得到了成功的解码之后，可终止对符号的读出。读出过程由扣压扳机来启动。解码/控制装置也包含有控制电路，它可以扳机启动后去控制那些装在扫描头内的可激励元部件的激励，还可与操作者进行通信，例如通过向指示灯36、37(见图3)送出控制信号使之点亮，以告诉操作者读出过程已经自动地终止。

解码后的信号被导向一个远处的主计算机103，后者基本上用作一个大型的数据库，它存储解码后的信号，并在某些情形中提供关于解码后信号的信息。例如，主计算机可以提供关于由解码后信号所识别出的物品的零售价格信息。

在另一个实施例中，解码/控制装置和一个当地数据存储装置被安装在手柄部分的另一块印刷电路板27上，它们可存储多个被读出的解码信号。在那里存储的信号可以再转移到远处的主计算机中。通过提供当地数据存储装置，在读出符号时就可避免使用电缆：在使扫描器头部尽可能自由地操作的意义上，这是一个非常希望的特点。在印刷板27上也可以视需要安装上一个蜂鸣器28，使操作者能够在获得对符号的成功读出后，通过开设在手柄上的开口29听到蜂鸣声。在手柄部分还安装有一个电池盒。

现在转到图7和图8，如前面已指出的，扫描器10发射出单线扫描图形图形。本发明的一个方面是把单线扫描图形转换成不同的扫描图形，例如由相交扫描线构成的全方向图形。这只要简单地把扫描器10安装到一个独立的固定定夹持装置110上即可实现。

夹持装置110有一个空心头112，它依靠立柱116而竖立在底座114上。底座114放置在一个水平支撑面，例如柜台顶面124上。空心头112有一个容物腔118，用来容纳扫描器10的枪管部分11的鼻部。空心头112还有一个指状突起120，用来在推入扫描器时弹性地卡住扫描器手柄12的底部。这样扫描器就被紧紧地定位在夹持装置上。容物腔118中的一块透光窗122面对着扫描器鼻部，它容许扫描器所发出的激光束进入空心头122的内部。

扫描转换器124安装在空心头内部，它包括多块光束折叠反射镜126，128，139，这些反射镜环绕一个垂直轴，等角度地排列，通过后支座126a，128a和130a固定在空心头内部。各面反射镜都位在发射激光束的光路上，向下方倾斜，面向一个出口132，该出口也作为透光窗口。

当扫描器10装入夹持装置，并如下述那样被激励之后，它就发射一个激光束，在两个极限位置134a，134b(见图8)之间作线性的运动。在线性运动过程中，(激光束相继地射向侧镜130，中央镜126和对面的另一侧镜128。各个反射镜都把入射的光束反射到下方，通过出口132射向位在或邻近于底座114和/或支撑面124处的符号。如图所示，由于使用了三面反射镜，产生了一组三条相交的扫描线126’、128’和130’。

另一种扫描转换器140如图9和图10所示，它包含一组光束折叠反射镜142、144和146，它们环绕电机轴148等角度地排列，在电机轴上安装了一面主扫描反射镜150。电机轴148由驱动电机152驱动旋转。各面反射镜142、144和146分别由后支座142a、144a和146a固定在空心头内部，向下方倾斜，面向出口132。主反射镜150位在发射激光束的光路上。在夹持装置上安装了一个近程传感器153，用来探测安装在扫描器内的传感元件155是否存在，由此可以探测到扫描器是否已经安装在夹持装置上。传感器153和传感元件155的位置可以互换。

当扫描器10装入夹持装置，并如下述那样被激励之后，它将发射一个激光束，射向主反射镜150。因为主反射镜150被电机152驱动而旋转，被主反射镜反射的光束依次地被导向周围的反射镜142、144和146，在那里再被向下方反射，通过出口132，射向位在或邻近于底座114和/或支撑面124处的符号。这样再次产生了相交的扫描线图形142’、144’和146’。

本发明还考虑了其他的扫描转换器，它们使用一面或多面反射镜，有的是活动的，有的是固定的。例如，可以使用具有多个镜面元的旋转多面体，或者是有倾斜镜面的棱镜。当近程传感器153和155探测到扫描器已被安装到夹持装置上时，它们就激励电机152，而当近程传感器153、155不再探测到有扫描器存在时，电机152就被停止。

如图7和图9所示，当扫描器10安装到夹持装置110上时，其扳机13不再易于操作。因此，需要另外的装置来启动扫描和读出。

一个方法如图7所示，在扫描器10内安装了一个磁性激励的舌簧开关或霍尔(Hall)效应传感器154，在夹持装置内安装了一块磁铁156。当扫描器10被安放到夹持装置上之后，传感器154将自动地探测到磁铁156的存在，令扫描器10转换到所谓的“无扳机”模式，如下所述。

如图11所示，无扳机信号通过电缆15中的导线158传导到解码/控制模块101中的一个微处理器160中。如下所述，微处理器中的程序将输出一个控制信号，沿着导向162传递到激光驱动器164，以控制激光二极管33；以及/或者输出一个控制信号，沿着导线166传递到电机驱动器168，以控制扫描电机24。

另一个方法如图9所示，夹持装置带有一个面向扳机13的突块157。当扫描器10放入夹持装置后，突块157将自动地压下扳机，并且只要扫描器位在夹持装置上，其扳机将始终被压下。

另一种方法是，解码/控制模块101中的微处理器160也可编程得能够探测到一个持久的扳机扣压，例如，扣压时间大于5秒，然后使扫描器转变成无扳机模式，当扳机被释开后，扫描器将回复到扳机操作模式。

在扳机操作模式中，扫描器10将正常地工作，即当扳机被压下时，扫描器即开始扫描。扫描的持续时间为下述两个时间中的较短者：一个预定的时间(典型地为1或2秒)，已完成一个符号的解码。

只有当扳机被压下的时间比上述预定的1或2秒时间多出几秒钟时，扫描器将转入无扳机模式。如果需要，扫描器也可以设计成这样：只有当读到一个特定符号之后再压下扳机，或者只有当读到任何符号之后再压下扳机，或者只有当没有读到任何符号时压下扳机的情形下，扫描器才能够变成无扳机模式。

无扳机模式既可以是一种连续扫描的模式，也可以是一个闪烁模式，即扫描器每秒数次地“寻找”符号。在寻找的间隙期间，激光二极管33和/或扫描电机24可以被关断。如果扫描器判断出确实存在着一个符号，它将停留在那里直到符号被解码，然后恢复到闪烁模式。这个模式能够延长扫描器的寿命，因为它使扫描器内的热量产生达到最小程度，并且使电机24和/或激光光源33的工作时间达到最小。在一个优选实施例中，电机是连续旋转的，但激光光源则处于闪烁模式。

除了把手持式、手动操作的扳机式扫描器安装到一个扫描夹持装置上，以及或者以手动扣压扳机来在夹持装置中启动读出过程，或者令扫描器在装入夹持装置后转换成无扳机模式之外，本发明也展示了一种新的无扳机扫描器，它可以在扫描夹持装置上工作，也可以不在夹持装置上工作。

图12所示的无扳机扫描器在结构上和图2所示的扫描器相类似，主要不同之处在于它没有手动扣压式的扳机。在无扳机扫描器中，工作范围受限于这样的事实：其光学组件的设计是以非传统的方式来聚焦激光束的。

如图5所示，聚焦透镜32和孔径光阑45，包括光学组件，使激光束以如下方式聚焦：在不同的距离d₁、d₂、d₃、d₄、d₅和d₆处有不同的截面形状。当沿扫描的方向(即水平地扫过符号的方向)考虑时，光束截面在距离d₃处减少为最小，而在距离d₆处增大为最大。而当从非扫描方向(即垂直方向)考虑时，光束截面在距离d₃处增大到最大，在距离d₆处减少为最小。距离d₃处的最小截面称作束腰，那里是放置需读出的符号100的理想位置。符号可以放置在距离d₃至距离d₆范围内的任何地点，这个范围构成了扫描器的工作范围。

在以前所有的扫描器中，激光束的聚焦总是使得束腰位在工作范围之内，但同时又位在扫描器外壳之外。束腰大小的选定是根据当把扫描器所需读出的符号放置在束腰处或其近处时，可以对最高密度的条形码符号进行读出。

在根据本发明的无扳机扫描器中，束腰是位在扫描器外壳之内的，符号不可能放置在那里。束腰的尺寸要比读出高密度符号所需的尺寸小得多。当光束到达扫描器鼻部时，其截面尺寸已增大到适合于读出高密度的符号。由于光束的束腰尺寸很小，其截面离开鼻部后继续很快地增大，在距离鼻部只有数英寸时，其尺寸就大得不能对普通密度的符号进行读出了。例如，一种扫描器原型能在0.25英寸的距离内读出5mil(密耳)的符号，在1.25英寸距离内读出13mil的符号，在2.5英寸距离内读出26mil的符号。有限的工作范围避免了已有技术在连续相继读出多个符号时所需的大幅度的令人疲劳的手部运动。

因为不需要过去技术所用的传感电路，这是十分经济的。激光聚焦也变得简单了，因为非常小的束腰尺寸意味着可以使用低放大倍率(小于10倍)的聚焦系统，其聚焦是很容易的。

因为当把符号放近扫描器时没有传感器来接通激光器33和扫描电机24，可能最好是让电机和激光器始终处在运转状态，使得任何进入扫描范围的符号都能立即被解码。然而，这可能导致在扫描器外壳内产生不能接受的热量。作为扫描器内最大的热发生器的激光器，同时也是扫描器内对温度最为敏感和寿命最短的元件。因此重要的是应该使激光器只有在需要时才被点燃。有几个方法可以使激光器点燃时间达到极小。

激光器可以高频率地接通和断开(在激光斑扫过一个条形的宽度时间内，通断数次)。这是一种众所周知的减少激光功耗的方法。另一个方法是，只有当解码模块101已做好接受新数据的准备时才接通激光器。这是利用了这样的事实：解码模块中的微处理器160用一部分时间来装载数据(这时需要有激光器)，用一部分时间来对刚装入的数据进行评估(这时不需要激光器)。评估(或处理)时间约占扫描时间的15％到50％，取决于被扫描的符号。

另一个减少激光器点燃时间的方法是在过扫描时期内把它关断。过扫描时期是指，当电机的转角使得激光束被导向扫描窗口的任一侧的外部时期，这时激光束将射在外壳的内壁上而不是符号上。微处理器160可以通过在扫描开始过渡期的任一侧暂短地关断激光器来进行控制。扫描开始是电机驱动电路发出的一个信号，表明扫描电机的旋转方向正在改变，以开始一个新的扫描。

在完成一次解码之后，或者在一个时期内没有探测到任何符号，激光器可以只是偶而地接通一下，例如，每隔一次扫描接通一下，直到探测到一个符号。如果解码微处理器认为在工作范围内可能存在一个可解码的符号，它可以使激光器在每次扫描中都点燃，或者每当微处理器已准备好装载数据时，它也可以使激光器在每次扫描中都点燃，直到完成符号的解码，以后，它可令激光器回复到偶然接通的模式。

如果解码器认为出现了一个符号，并使激光器转入“每次扫描都点燃”的模式，但经过一段预定的时间(例如2秒)之后没有能成功地解码，则将回复到偶而点燃模式，直到处理器认为又出现了某个新情况。

如果在一个预定的时间之后，没有新的符号被解码，偶而扫描模式的重复频率可以减小，如果愿意的话，还可以逐步减小。激光器可以每隔一次扫描闪亮一次。如果持续5分钟没有什么可以解码，激光器只是每三次扫描闪亮一次。如果持续15分钟，激光器可以每五次扫描闪亮一次。这将使激光器的点燃时间在只是偶而使用扫描器的情形下减少到最低限度，或者当入们在晚间回家时不切断扫描器的电源，扫描器将以低的循环频率工作，同时可以保持在重负载使用条件下的积极状态。

如果需要，操作者可以利用条形码手册或者扫描器与主机间的接口来编制扫描器工作的准确的重复频率和扫描次数。

上述关于限制激光器点燃时间的技术最好通过令扫描电机24不停地旋转来实现。因此有一个非常长寿的电机是十分重要的，因为它可能需要连续运转数年。同样重要的是，电机的功率要尽量小，不会使扫描器内部变热，如果变热则会缩短激光器的寿命。对于此种用途，共振电机是理想的，在1991年12月24日提出的正在审查中的美国专利申请812,938号中描述了一种这样的电机。

另一个限制工作范围的方法使用了一个激光器，它的聚焦方式可提供一种较通常适用于无扳机扫描器的工作范围更长的工作范围。在此情形中，工作范围受到解码软件的限制。可以对解码器进行编程，使得它拒绝承认看上去过小的符号(编码器认为较远的符号比较小，因为那里的光斑扫描速率比较大)。这样，工作范围便处在软件的控制之下，这意味着工作范围可以变动，以适应特定的应用，例如，对于扫描器夹持装置，工作范围可设定为6英寸，而对读出菜单可设定为1英寸。这样甚至可以读出各种符号体系，或者在不同距离下读出特殊编码的符号。

如前面所指出，信号处理装置38是用来使由光电传感器17产生的模拟电信号数字化的。然而，这种模拟信号并没有能表明条形码符号中从条形到空隙或从空隙到条形之间的过渡的确定的点。这种模拟信号的特征是，幅度逐渐地倾斜上升，达到一个幅度峰值，然后随着远高峰值又逐渐地倾斜下降。在那些已有技术的信号处理电路中，例如在美国专利4,251,798号中所描述的那样，直接利用模拟信号自身来获得固定的最大和最小阈值电平，再由此确定符号中的过渡点。然而，高环境光强对符号的判定是有不利影响的。

在例如由美国专利5,061,843号中所公开的已有技术中也曾经建议，在把模拟信号转换成数字信号时利用模拟信号的一级导数和利用峰值探测器。然而，在读出光斑聚焦不良的一些情形下，也即光斑在焦深测范围之外时(例如在远距离扫描时)，仅把一级导数信号与峰值探测信号相比较是不够的。一级导数信号的峰值幅度是有变化的，而很低幅度的峰值是探测不到的，这会导致符号判定时出现错误。

图13画出了信号处理电路200，图14画出了电路200中不同位置处的一些电压波形。电路200包含一个电流/电压转换器202，用来把光电传感器17在扫描符号过程中产生的变化的电流转换成电压。然后该变化的电压被低通滤波器204滤波，得到滤波后的模拟电压信号(波形A)。

第一微分器206产生第一电压信号(波形C)。第一导数信号的幅度峰值位置十分接近原始条形码符号的真实边缘位置。正峰值探测器208产生一个峰值信号(波形B)，它从一个峰值位置延伸到下一个峰值位置。位置在聚焦不良的情形下，一级导数信号的某些峰的幅值十分低，不能被峰值信号探测器所检出。因此，作为第一个修正装置，峰值信号的电压被分压器210缩小，典型地为50％。在图14中，该缩小的峰值信号由虚线表示，见波形B’。

求和放大器212将第一导数信号(波形C)和缩小的峰值信号(波形B’)相加，得到第一和信号(波形D)。倒相器214使第一导数信号(波形C)倒相，得到倒相导数信号(波形E)。然后第一和信号(波形D)和倒相导数信号(波形E)在比较器216中进行比较，得到第一比较器输出信号(波形H)。比较器输出信号由一组脉冲组成，脉冲的前后沿位置由波形D和E的交点确定。这些脉冲被导向一个双稳电路218的“Preset”(“预置”)输入端，使双稳电路预置到二进制的高逻辑电平“1”，由此表明出现了上升边沿。

为了得到下降边沿，倒相的第一导数信号(波形E)被导向另一个正峰值探测器220，产生一个峰值倒相信号(波形F)。如前面一样，分压器222使峰值倒相信号缩小，然后该缩小后的信号和倒相的第一导数信号在另一个求和放大器224中相加，产生第二和信号(波形G)。第二和信号(波形G)和第一导数信号(波形C)在另一个比较器226中进行比较，得到第二比较器输出信号(波形I)，然后它被导向双稳电路218的“清零”端，使双稳电路218清零，表明出现了下降边沿。双稳电路218产生一个输出信号(波形L)，其中每当探测到一个上升边沿就存储了一个二进制高逻辑电平“1”，每当探测到一个下降边沿就存储了二进制低逻辑电平“0”。该输出信号(波形L)被传导到另一个双稳电路228的数据端“D”。

第二微分器230产生第二导数信号(波形J)，后者被输送到比较器232的一个输入端，比较器的另一个输入端接地。比较器的输出通过一个R-C(阻容)时间延迟电路和一个异或门，以产生一个时钟信号(波形K)，每当第二导数信号(波形J)经过零点，也即每当比较器232改变状态时就在时钟信号中产生一个脉冲。

时钟信号(波形K)被导至双稳电路228的时钟输入端“CK”，双稳电路228的另一输入由双稳电路218提供，结果双稳电路228产生一个输出数字信号(波形M)。时钟信号用来提供双稳电路228的时钟，并锁定存储在双稳电路218中的边沿方向。这样，就从模拟信号中重建了真正的条形码边沿。一个临界阈值子电路236用来使双稳电路228清零，它的工作过程将在下面结合图17或图18来说明。

现在转到图15和16，那里画出了信号处理电路240的另一个实施例和有关波形。同样的代号表示同样的元件。如前面一样，转换器202，滤波器204、微分器206、正峰值探测器208、分压器210、求和放大器212和倒相器214用来产生波形A、B、B’、C和D。与电路200不同，求和放大器212产生第一和信号(波形N)，它是缩小的峰值信号(波形B’)和倒相第一导数信号(波形E)的和。比较器216将第一和信号(波形N)和第一导数信号(波形C)相比较，产生第一比较器输出信号(波形S)，后者被导至双稳电路218的“Clear(清零)”端。第一比较器输出信号的跳变把双稳电路218清零到二进制低逻辑电平“0”，以此来指明各个下降边沿。

为了获得指明上升边沿的跳变，一个负峰值探测器238对第一导数信号(波形C)的负峰进行探测，产生一个负峰值信号(波形P)。分压器222将负峰值信号缩小。求和放大器224把该缩小的信号和倒相第一导数信号相加，得到第二和信号(波形Q)。第二和信号和第一导数信号在比较器226中进行比较，产生第二比较器输出信号(波形R)，然后后者被导至双稳电路218的“Preset(预置)”端。第二比较器输出信号(波形R)的跳变指明了上升边沿。双稳电路218产生一个输出信号(波形L)，其中当探测到上升边沿时在双稳电路218中就存储了二进制高逻辑电平“1”，当探测到下降边沿时就存储了二进制低逻辑电平“0”。

和前面一样，第二微分器230产生第二导数信号(波形J)和时钟信号(波形K)，后者被送到双稳电路228的时钟端“CK”，双稳电路228的输出数字信号(波形M)就是符号的数字重建。

因此，本发明不象已有技术所做的那样，利用直接从模拟信号导出的固定阈值电平，或者把第一导数信号与峰值信号相比较，而是把第一导数信号和峰值信号与倒相第一导数信号的和进行比较。因此，得到了额外的性能，特别在模拟信号的对比度较低时更为突出。例如，如图16中的X区域所示，那里模拟信号的对比度是低的。有时候峰值信号不能穿越到第一导数信号峰值的下面，导至符号重建不良。

图17画出了一个简化的数字化电路250，它甚至在读出光束光斑远大于所扫描符号中最窄的条形或间隙时，也能给出良好的数字化精度。这一特点对在下述扫描器情形中使用是特别有利的：远距离扫描器；读出非常高密度的符号的扫描器；或是用于需要在大焦深工作的扫描器。数字化电路250也可以提供极佳的对包括太阳光在内的高环境光强的抵抗力。

在图17中，模拟信号最初被送到连接成差分放大器形式的第一运算放大器252上，后者最好是安置在放大器系列的前部，以产生第一导数信号。连接成差分放大器形式的第二运算放大器254用来产生第二导数信号。为了简单，这里可以用一个被动式的差分放大器。第一和第二导数信号被分别送到比较器256的一对输入端上，后者的输出再送到一个晶体管258上。临界阈值子电路260中含有一个比较器262，后者的一个输入由第一导数信号提供，另一个输入接地。比较器262的输出送到晶体管264的基极，晶体管的集电极接在比较器256的输出上。

图18和图19分别画出了另一个信号处理数字化电路300和有关的波形。

一个没有画出的微分电路产生模拟信号的第一导数信号。该第一导数信号(波形AA)被加到电路300的输入端。信号的极性是这样的：负峰代表被扫描条形码符号的白到黑的转变，正峰代表黑到白的转变。

运算放大器302用来略微延迟第一导数信号。在图19中延迟的第一导数信号用虚线画出(波形BB)。比较器304将延迟的第一导数信号(波形BB)和未延迟的第一导数信号(波形AA)相比较，产生比较器输出信号(波形CC)。门306产生一个门输出信号(波形DD)，在比较器304的输出中的每个上升和下降跳变位置处，门输出信号都有一个脉冲。然后门输出信号(波形DD)被送到双稳电路308的时钟端“CK”。

运算放大器310、312和314联合组成一个全波峰值探测器316，它使电容器C1充电到第一导数信号峰值的绝对值。电容器C1通过电阻R1和R2放电。在图19中该峰值电压用波形EE表示。

电阻R1和R2的连结点之处的电压是电容器C1两端电压的一部分，根据图示的数据，这部分的比例约为27％。电阻R1和R2构成了分压器318。在图19中缩小了的电压信号用波形FF表示。

比较器320将这个缩小的峰值信号(波形FF)和第一导数信号(波形AA)相比较。比较器322将同一缩小的峰值信号(波形FF)和倒相后的第一导数信号(波形GG)相比较。倒相操作由放大器310完成。比较器322的输出信号(波形HH)被接到双稳电路324的“PRE(预置)”端。比较器320的输出信号(波形II)被接到双稳电路324的清零端(“CLR”)。

如双稳电路324的输出信号的波形JJ所示，每当第一导数信号(波形AA)的正峰值超出电容器C1电压的某个百分比(该百分比的值由电阻R1和R2的比率决定)时，双稳电路324就跳变到一个状态。每当倒相第一导数信号(波形GG)的正峰值超出电容器C1电压的同一百分比值时，双稳电路324又跳变到另一个状态。第一导数信号(波形AA)中没有超过上述百分比电压的峰不会被比较器322或比较器320所探出，因此不会改变双稳电路324的状态。这样便可以防止电路300对噪音作出响应。

双稳电路324的输出接到双稳电路308的数据端“D”这使得双稳电路308的输出只有在双稳电路324改变其状态之后，当第一个脉冲进入到双稳电路308的时钟输入端时才会改变状态，如其输出数字信号(波形KK)所示。任何额外的时钟脉冲，例如由噪音引起的时钟脉冲不能造成该双稳电路的状态改变。和前述一样，门输出信号(波形DD)只有在第一导数信号的峰值处才出现。因此，只有在双稳电路324发生跳变之后的第一个峰值位置处，双稳电路308才改变其状态。输出数字信号(波形KK)的跳变位置和第一导数信号的峰值(当然，除了那些未予理会的噪音峰之外)位置精确地一致。

分压器318中的电阻R3的作用是，在没有扫描条形码符号或其它图形时，防止峰值探测器316一直放电到零。这可使电路300不响应低电平噪音。

在另一个峰值探测电路328中使用了运算放大器326，它使电容器C2充电到倒相第一导数信号(波形GG)的正峰值电平。这些峰对应于模拟信号中白到黑的转变。电容器C2通过电阻R4和R5缓慢地放电，这两个电阻是另一个分压器330的组成部分。总的时间常数有足够的大，使得电容器C2不会在两次扫描之间完全放完电。根据所示的数据，电阻R4和R5连结点处的电压是电容器C2两端电压的一半。

另一个比较器332将电阻R4和R5连结点处的电压和全波峰值探测器的输出电压相比较。如果正在对一个符号进行扫描，全波峰值探测器的输出电压将高于比较器332另一输入端处的电压。这将使得比较器332的输出变为低电平。

在扫描光斑扫离被扫描符号的最后一个条形之后不久，电容器C1就放电，直到其上的电压小于电容器C2上电压的一半。这使得比较器332的输出变成高电平，从而激励晶体管334。晶体管334的输出接到双稳电路308的预置端“PRE”上，使双稳电路308预置，从而保证后者在开始下一次扫描时处在正确的状态。这也增加了电路300在各次扫描之间对噪音的抵抗力，因为它使得双稳电路308不会对那些幅度小于电阻R4和R5连结点处电压的干扰作出响应，同时它也是一种前面由代号236所表示的临界阈值子电路。

图20画出了一个定做的单芯片线性电路400，它可以完成许多功能，以便用少得多的元件实现高性能的扫描器。芯片400包含：一个数字化电路402，例如分别列在图2、图13、图15、图17和图18中的信号处理电路38、200、240、250和300；一个电机驱动电路404，例如图2中由代号39代表的部件；一个激光器驱动电路406，例如图2中由代号40代表的部件；以及一个前置电路408，它含有一个自动增益控制电路，用来在把由光电传感器产生的模拟信号送进数字化电路之前，控制其增益(40dB的范围)。

前置电路408把来自光电传感器的模拟电流信号转换成电压信号，并对之进行滤波和放大，作好被数字化器使用的准备。对信号所作的预处理准备包括利用自动增益控制单元对信号作适当的放大以及去除噪音和环境光的影响。

总的电压增益可从外部选定，可以大于60dB。因此电流输入端(IN1)的位置与集成电路和印刷电路板的布置有密切的依赖关系，它的确定对尽量减小不希望的反馈和/或振荡是至为关键的。

第一放大器的等效输入噪音电流和电压(IN1)是最为关键的，因这它决定了最小可探测信号的大小，从而限定了整个系统的动态范围。能够使该第一级电路的串扰减小到最低限度的布线是最为重要的。十分希望的是，要尽可能地在电路底板上进行开槽或采取其他措施，以限制底板上的电流。

同样重要的是，自动增益控制电路(AGC)输入端(PKAGC)的输入偏置电流要达到最小程度，以减少在两次扫描之间(典型地为27ms)峰值探测器的电容器上电压的下降。电容器的电容被控制在1μF或更小，其目的是维持自动增益控制电路的高响应速度，电容器的物理尺寸则与扫描器的应用情况相适配。

峰值探测器410包含一个分相器/缓存器输入级和两个全波以及一个单波峰值探测器级。分相缓存后的信号用来输送给数字化器402和峰值探测器的源跟随器。峰值探测器的输出晶体管既要能够提供对负载电容器快速充电时所需的浪涌电流(被串连的电阻所限制)，又要能够耐受最坏情况下的反向电压(例如大于5V)而不被损坏。

峰值探测器410的用途是：给自动增益控制单元以反馈控制电压信号；给数字化器的窗比较器提供信号跟踪阈值；以及在不使用自动增益控制单元的应用中给数字化器的MARGIN(临界)电路输送信号状态信息。

数字化器402是扫描器的核心。正是在那里经过预处理准备的模拟信号被进行分析和分解，以产生所读条形码符号的电子等价表示。数字化器的一个分支是带有可变阈值的窗比较器。

阈值跟踪模拟信号的幅度，以便对所有可能的各种幅度都能保持最大可能的信噪比。

这一措施在信号电平足够高时可以使各个单次扫描都能得到高精度的读出，而当信号较弱并且完成一次读出可能需要几次扫描时，扫描器则能自动适应于较低的信噪比。

窗比较器的输出脉冲用来触发双稳电路412的“SET(S)”(装定)和“RESET(R)”(重设)输入端，以产生代表被读符号的方波。为了得到精确的定时信息(即相位)，利用了一个额外的D型触发器414，它的时钟信号来自异或门416，该异或门是数字化器延迟环分支的一个组成部分。延迟环用来从输入信号中提取定时信息，使得能够基本上去除由跳变速度和电路响应速度的变化所引起的相位畸变。其工作过程是首先使信号延迟，然后把信号和延迟后的信号送到一个选择了适当的迟滞特性的比较器418的输入端。

延迟量的选择原则是让信号和它自身的延迟在邻近峰值处相交(从而使比较器改变状态)，这样就提供了较利用过零变化所能达到的抗噪音能力更强的抗噪音能力，得到了较小的总体相位畸变。

然后，这样在比较器418输出端所得到的方波的一次导数被送到异或门416(它只不过是另一个具有固定阈值的窗比较器)，异或门的输出用来使D触发器414输出的符号数据定时，获得比其它方法所可能达到的更好的相位完善性。

对用于这种子电路的比较器418有最高的要求，因为它必须对峰值幅度低达50mV的信号作出响应。比较器418在十分靠近信号峰值的地方发生状态转变，并允许有高达15mV的迟滞特性。因此，增益和带宽必须尽可能的大(当在低频模式时5V偏置的条件下，较好的数据是直流增益为135dB，2MHz增益为85dB，43MHz增益为0dB)。

在低频模式偏置的条件下，对于10mV的超压需要不超过600ns的响应延迟，最好是300ns的延迟。

为了把相位畸变维持在容许限度的范围之内，对于低频模式偏置，上升时间延迟和下降时间延迟(在10mV的超压下)之间的差别必须小于450ns，对于高频模式偏置则必须小于250ns。在这两种情形中，都非常希望延迟时间的差别能小于100ns。

比较器的输出级在驱动16千欧姆的负载(门电路416的输入阻抗为20千欧姆±20％)时必须至少能在正负1V之间变动。

当门电路416的公共输入端(XORIN)通过一个15pF至22pF的电容器连接在比较器输出端上时，在所有情形(最坏的情形是低频模式)其输出脉冲宽度(半峰值点宽度)都至少必须有1.5μs。为了有适当的抗噪音能力，门的阈值设置得比1V的公共输入直流电平高250mV和低250mV。

当时钟脉冲宽度为1.5μs时，D型触发器414必须能够对数据定时。

开机清零电路420用来在刚接通电源时使触发器414清零，并防止峰值探测器中电容器的过充电。为了确保在最初第一次扫描时就有可能进行解码，这一步骤是必须的。

开机清零电路420的工作过程是，对电源干线和有重负载旁路的交流地线网进行探测。在交流地的电压达到1Vbe之前，它的输出一直在起使用，达到该值之后，其输出停止作用，从而将峰值探测器和触发器释放，使它们可以工作。

控制电路422控制整个芯片的运转。其方法是产生所有的参考电压以及被所有子电路所使用的交流地。

设计了两条输入控制线，以打开集电极和CMOS驱动器。一个输入(/ENABL)激活一个1.25V的带隙基准，后者又继而激活除了激光驱动器之外的所有子电路。当该输入有高电压时，电路不再工作，最多耗用100μA的电(例如睡眠模式)。

当在另一个输入线(LSR.EN)上施加低电压之后，就激活了激光器驱动子电路406，它同时要求在/ENABL输入线上也加以低电压才能工作。

除了提供1.25V基准电压的控制电路422之外，乞今所讨论的所有内容都还和电机驱动电路404没有关系。

刚刚开机时，探测放大器424的输出向交流地的电平上升(它的静止态)。这个变化通过一个外部的电容器被耦合到驱动放大器426的输入端。

初始的浪涌提供了启动刺激，令电机开始转动。一旦启动之后，一个传感线圈将向探测放大器提供感应电动势，然后后者令驱动放大器向电机线圈提供再生的驱动力。电机就像一个高品质系数反馈元件那样工作，控制振荡频率。

驱动放大器的输出用来驱动一个扫描开始(SOS)外部比较器，后者每当信号过零时便改变状态。

激光器驱动电路406主要由一个运算放大器组成，后者的输入是经过低通滤波的，以防止高频噪音(例如射频和电子乐器(EMI))被放大器累积起来，使激光器由于驱动过度而被损坏。

该放大器也有两个输出。输出之一能够向驱动激光器的一个外部驱动器提供高达5mA的电流，但其电压只能在偏离Vcc 1V约范围内变动。

另一个输出只能提供或吸收60μA的电流，用来驱动一个外部的场效应管(FET)，后者用来驱动激光器，其电压能在正负250mV的范围内变动。

LSRADJ输入用于双重目的，其一是通过一个接地的外部电位计来调整激光器的电流，其二是探测来自光电传感器的反馈电流。这使得激光器的电流可以被设定并连续地调节。

当满足下列情形之一或其全部时，激光器驱动电路406便被切断：

(a)光强度过大的情形；

(b)电机失灵的情形；

(c)温度过高的情形；

(d)在LAS.EN端加有逻辑高电平信号的情形。

光强度过大情形由激光二极管内部的监视光电传感器探测(它也用于连续调节)，并直接连接在放大器反馈环路中的LSRADJ输入端上。

电机失灵情形由电机驱动电路控制，当电机的摆动范围小于某个预定的摆动幅度时，激光器将被切断。

温度过高情形由比较器428控制，该比较器将一个内部设定的电压和带隙电压的分压值相比较，该带隙电压是通过一个外部的电阻/热敏电阻对产生的，该电阻对连接在比较器的另一个输入端上，外部接口标为“LSRTMP”。

上述扫描器和信号处理电路可用于许多应用场合，特别是零售点的出口处，例如如图21所示，一个销售点收款柜台508，例如一个食品柜台，有许多食品货物，举例来说有鱼510、肉512、土豆色拉514，奶酪516、肉肠518等等。每种食品与一个特定的条形码符号相联系。例如，在标签520、522、524、526和528上分别带有特定的编码符号，当它们被电光扫描、解码和读出之后，就能分别判断出食品510、512、514、516和518。

柜台508上还有一个收款机530，其中包括一个普通的现款抽斗、一个键盘、一个显示器和一个收据纸条组件，还有一个天线532，它以射频与柜台面上的扫描器536的天线534进行通信。售货员站在柜台508后面，并操作扫描器536和收款机530。

图示的扫描器536是一种放置在柜台面上的工作站，它包含一个安装在一根半钢性可变曲立柱540的一端的头部538，立柱的另一端连结在底座542上。头部538中配备有一个键盘544、一个显示器546和一个卡片读出器，后者有一条缝隙548，可以插入顾客的磁性编码卡，例如记帐卡、信用卡或灵活卡。记帐卡或信用卡上有一个磁性条，它能够被卡片读出器读出，把购物的花费记在顾客的帐户上。灵活卡中埋设有一块芯片，其上有一个编程了一行信用记录的内部存储器，通过它可以对帐户进行收款。底座542上配备有一个磅秤550，一个电子监督标记清除器552和一个打印机，后者带有一个开口554。纸带和/或机器可读和/或目视可读的纸单即从此开口吐出。磅秤在底座542顶壁平面内有一个秤物平台。清除器安装在底座内部，用来改变与货物连在一起的一个标记的状态，以防止偷盗。打印机也安放在底座内部，它通过开口554吐出标明售货情形的纸带和/或纸单。

进一步根据本发明，前面图7和图9所描述的独立扫描器工作站，或者下面要结合图22和23来描述的工作站可以用来替代图21所示的工作站536。扫描器可以从夹持装置上取下的这一特性是一种灵活的手段，它使得售货员可以把扫描器移近货物，而不是把货物移近扫描器。

在使用中，顾客走到柜台508跟前，要求购买某一特定货物(例如肉肠518)的一部分。售货员切下一部分，在磅秤550上秤重，并把扫描器538对准标签528，以告诉系统被秤的是什么货物，在本例中则是告诉系统被秤的是肉肠。这种对货物的光学识别可以避免操作者的出错。

在得知货物品种及其重量之后，便向带有单位重量价格信息的当地数据库查询，然后由打印机554打印出一个纸单。该纸单贴到那部分肉肠上，典型地是贴在其包装纸上。

在秤重过程中，售货员可以查看显示器546，以确认货物是否已被正确地识别，也可以用手去操作键盘。在把纸单贴到货物上之后，可以把记帐卡、信用卡或灵活卡塞进读出缝隙548，以便从顾客的帐号收款。

图示的扫描器538是通过无线通信与收帐机530联系的，但也可以用导线连接。还有，扫描器538不一定要由底座542作机械支持，而可以以固定或非固定的方式安放在一个柱子或类似的支座上。

本发明并不想仅仅局限于食品柜台，因为任何商品都可以按前述方式来进行光学读出。在零售情形中，例如在服装商店中，标记清除器可能更为重要。

现在转到图22和图23，一个手电筒型扫描器600以可卸方式安装在一个支架上。该支架包括一根立柱602，后者由柜台面上的底座604所支持。电/机械连接件606容许扫描器快速地装上支架和从支架卸下。连接件606也起到扫描器内的电气元部件和支架之间的电连接作用。

扫描器600可以含有前述图1至6中扫描器10的所有的元部件，包括一个电光读出器，以便按单线扫描图形或全方向扫描图形来读出条形码符号，或者更好地，包含一个可转换扫描图形的读出器，它能够如前述那样，只要简单地把扫描器600安装到支架上，便能从单线扫描图形转换成另一个图形。扫描器600也可以有和解码器及其他周边设备进行通信的通道，这些周边设备有例如连接在支架上的磅秤、打印机、标记消除器和信用卡、记帐卡、灵活卡读出器等等。扫描器还含有前述的信号处理电路、暂时存储数据的存储器和电源。电源可以是一个当地的可充电电池盒，也可以是一个储能元件，例如一个电容器，它能够在扫描器移离支架之后将一个预定的电量维持一个预定的时间。

在以正常模式使用时，扫描器600被安装在支架上，并以此形式用作不需手持的独立设备。在此情形下，扫描器和周边设备都接通电源，通过连接件606与支架中的电气元部件或周边设备传递带有信息的信号，周边设备或者用电缆，或者以射频通信方式与支架相联系。在需要扫描相对而言比较小的物品时，这种使用方式可以认为是在零售销售点处的正常模式。

然而，当需要处理大尺寸物品，例如放置在购物车内的大盒子或物体时，售货员必须把扫描器移近物体。因为扫描器600是无线的，不会妨碍这样的操作。在操作时，售货员将握住扫描器，将它快速地从支架上取下，与支架分离。由于扫描器内部带有可充电电源，足以提供数分钟扫描操作所需的能量，售货员可以对远处的一个或多个物品上的符号进行扫描。在此情形下，数字数据可以暂时存储在存储器中，以后再转载到远处的主计算机上。

将会理解到，上述的每一个或两个或多个组合的元件，在不同于上述类型的其他结构中同样也可以找到适当的应用。

尽管本发明是通过一个用来转变手持激光扫描器操作的独立夹持装置的具体例子来进行说明和描述的，但并非只想局限于所述细节，因为可以在不在任何方面偏离本发明精神的范围之内作出各种修改和结构变化。

即使不作进一步分析，前面的说明已经如此充分地揭示了本发明的要旨，使得其他人利用当前的知识，就可以在不去掉很好地构成了本发明的广义方面和狭义方面的基本性质的特色(在已有技术的立场上而言)的情形下，容易地把本发明的要旨运用到各种应用中去，因此，这种运用应该，也企图被包含在下述权利要求的含义以及等效范畴之内。

在所附的权利要求书中列出了被认为是新的和要求得到专利保护的权利要求。

Claims (10)

1、一种用来电光地读出编码记号的系统，包括：

(a)一个电光读出器，具有可使操作者手持并把读出器对准待读出记号的手柄以及当读出器被操作者手持并对准时用来按横过记号的第一扫描图形去扫描记号的装置，其特征在于包括：

(b)一个固定夹持装置，具有用来在读出器不被操作者手持时安装读出器的夹持装置，一个出口，以及当读出器安装在夹持装置上时用来把第一扫描图形转换成一个不同的第二扫描图形和用来把第二扫描图形通过出口导向并横过位在出口外部的记号的转换装置。

2、根据权利要求1的系统，其特征在于：所述读出器包含一个用来产生光束的光源和一个出口窗；其中的扫描装置按构成第一扫描图形的单扫描线使光束通过出口窗进行扫描；以及，其中的转换装置被安装在夹持装置上，并把单扫描线转换成组成第二扫描图形的多扫描线。

3、一种用来电光地读出编码记号的系统，包括：

(a)一个电光读出器，具有可使操作者手持并把读出器对准待读出记号的手柄，用来扫描记号的装置，其特征在于包括：

(b)一个带有用来在读出器不被操作者手持时安装读出器的夹持装置的固定夹持装置；以及

(c)用来在读出器被安装在夹持装置上时把读出器转变为以无扳机模式启动扫描的模式改变装置；

所述电光读出器还包括用来在扳机模式中启动对记号进行扫描的扳机装置。

4、一种用来在相对于读出器为有限的工作距离范围内电光地读出编码记号的无扳机式读出器，其特征是包括：

(a)一个带有内腔和出口窗的外壳；

(b)一个位在外壳内的，用来发射激光束并把它沿通过窗口的光路导向待读记号的光源；

(c)位在外壳内的，用来使光束沿横过记号的方向扫描的扫描装置；以及

(d)位在外壳内的，用来使光束聚焦得具有一个位在所述外壳内腔之中的束腰的光学装置，所述束腰在扫描方向上具有最小的光束截面，所述束腰位在光源和出口窗之间的光路中，以利用光束在外壳内部所穿越的距离来限制工作范围。

5、一种电光地读出编码记号的方法，包括下述步骤：

(a)通过手持和操作一个是电光读出器以第一扫描图形来扫描记号，其特征是还包括下述步骤：

(b)通过把读出器安装在一个独立夹持装置上来把第一扫描图形转换成不同的第二扫描图形。

6、一种电光地读出编码记号的方法，包括下述步骤：

(a)通过以扳机模式手持和操作电光读出器来扫描记号，其特征是还包括下述步骤：

(b)通过把读出器安装在一个固定夹持装置上来把读出器转换成无扳机模式。

7、一种在有限工作距离范围内电光地读出编码记号的方法，其特征是包括下述步骤：

(a)发射激光束并把激光束导向一个通过带有内腔的外壳的出口窗的光路；

(b)按横过位在外壳外部的记号的方向使光束进行扫描；以及

(c)使光束聚焦得具有一个位在所述外壳内腔之中的束腰，所述束腰在扫描方向上具有最小的光束截面，所述工作范围由光束在束腰和出口窗之间沿着光路所穿越的距离所限制。

8、一种用来在对具有由边界限制的，空间分离的多个反光区域的记号进行扫描时所得到的反射光经过光电转换后产生的模拟电信号进行数字化的电路，包括：

(a)用来对模拟电信号进行微分产生一微分信号的微分装置，其特征是还包括：

(b)用来使该微分信号倒相以产生一倒相信号的倒相装置；

(c)用来探测微分信号的幅度峰值以产生峰值信号的峰值探测装置；

(d)用来把该峰值信号与所述微分信号和所述倒相信号之一相加以产生一和信号的求和装置；

(e)用来把该和信号和所述微分信号以及所述倒相信号中的另一个进行比较，以产生表明模拟信号边缘位置的门脉冲的比较器装置；以及

(f)响应于该门脉冲以从被扫描符号得到数字电信号的控制装置。

9、一种用来在对具有空间分离的多个反光区域的记号进行扫描时所得到的反射光经过光电转换后产生的模拟电信号进行数字化的电路，包括：

(a)用来对该模拟电信号作微分以产生第一微分信号的第一微分装置，其特征是还包括：

(b)用来对该第一微分信号作微分以产生第二微分信号的第二微分装置；以及

(c)用来比较第一和第二微分信号以从被扫描记号得到数字电信号的比较器装置。

10、一种与含有一个激光器，一个光电传感器和一个扫描电机那种类型的电光扫描器配合使用的单芯片集成电路，其中激光器用来向具有不同光反射率的标记发射激光光束，光电传感器用来在一个视场内探测从记号所反射的光，并产生有变化幅度的模拟信号，扫描电机用来至少使一个所述激光束在所述视场内进行扫描，所述电路包括：

(a)用来把该模拟信号转换成数字信号的数字化装置，其特征是还包括：

(b)用来激励该激光器的激光器驱动装置；

(c)用来驱动该电机的电机驱动装置；以及

(d)所有的所述装置均设置在一个单一的基底上。

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