DE3686171T2

DE3686171T2 - Tragbarer abtastkopf mit laserdiode.

Info

Publication number: DE3686171T2
Application number: DE8989122543T
Authority: DE
Inventors: Alexander M Adelson; Edward Barkan; Eric F Barkan; Mark J Krichever; Boris Metlitsky; Howard M Shepard; Jerome Swartz
Original assignee: Symbol Technologies LLC
Current assignee: Symbol Technologies LLC
Priority date: 1985-02-28
Filing date: 1986-02-28
Publication date: 1993-03-18
Anticipated expiration: 2006-03-01
Also published as: EP0367300B1; US4806742A; DE3687127T2; DE3650217T2; EP0367300A2; JPH03192486A; US4816660B1; DE3687127D1; US5021641A; EP0367299A2; EP0367298A2; EP0194115B1; EP0367298B1; JPS61251980A; EP0414281A3; JPH03179579A; US4825057A; EP0367298A3; DE3650217D1; DE3686494T2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf einen in der Hand zu haltenden Laserabtastkopf nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zum Lesen von Anzeigemitteln.
Es wurden bereits verschiedene optische Lesegeräte und optische Abtastsysteme entwickelt und es wird beispielsweise auf die in den folgenden US-Patenten genannten Geräte und Systeme hingewiesen: 4 251 798, 4 360 798, 4 369 361, 4 387 297, 4 409 470 und 4 460 120.
Von den genannten US-Patenten beschreibt US-A- 4 387 297 ein Lichtabtastsystem mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs l.
Weiterer Stand der Technik der sich auf Abtastsysteme und andere Vorrichtungen bezieht, ist gezeigt in den folgenden Druckschriften: US-Patente 2 863 064, 3 610 891, 3 800 084, 3 825 747, 3 860 794, 3 931 524, 4 025 200, 4 027 859, 4 091 270, 4 304 467, 4 333 006, britische Patente 1 120 720 und 1 155 696, französisches Patent 2 339 179 sowie europäische Patentschriften EP-A-0 032 794, EP-A-0 067 414, EP-A-0 074 485, EP-A-0 137 966.
Gemäß der Erfindung ist ein in der Hand zu haltender Laserabtastkopf gemäß des Oberbegriffs des Anspruchs 1 durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gekennzeichnet.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen offenbart.
Wie in einigen der anfangs erwähnten Patente ausgeführt, besteht ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines derartigen Abtastsystems unter anderem darin, daß ein Laserlichtstrahl von einem in der Hand zu haltenden tragbaren Abtastkopf emittiert wird, wobei dieser von einem Benutzer getragen wird und damit gezielt oder gerichtet wird, und wobei insbesondere dabei der Laserlichtstrahl auf ein zu lesendes Symbol gerichtet wird, wobei der Laserstrahl in einer Reihe von Abtastungen über das Symbol eine Abtastung vornimmt, wobei das von dem Symbol reflektierte Abtastlaserlicht detektiert wird und das detektierte reflektierte Licht decodiert wird. Da der Laserlichtstrahl üblicherweise aber nicht immer durch einen Helium-NeonGaslaser erzeugt wurde, der rotes Laserlicht in einer Wellenlänge von ungefähr 6328 Angströmeinheiten erzeugte, war das rote Laserlicht für den Benutzer sichtbar und somit konnte der Benutzer ohne Schwierigkeit den Kopf richtig zielen und positionieren und dabei den emittierten roten Laserlichtstrahl auf und über dem Symbol während des Abtastens halten.
Wenn jedoch der Laserlichtstrahl durch eine Halbleiterlaserdiode erzeugt würde, wie beispielsweise gemäß den US-Patenten 4 387 297, 4 409 480 und 4 460 120, so wurde das Zielen des Kopfes relativ zum Symbol dann schwerer gestaltet, wenn die Laserdiode nicht ohne weiteres durch den Benutzer sichtbares Laserlicht emittiert. Für einige Laserdioden wurde Laserlicht mit einer Wellenlänge von ungefähr 7800 Angström emittiert, was sehr dicht am infraroten Licht liegt und an der Grenzlinie des Sichtbaren lag. Dieses Laserdiodenlicht war für den Benutzer in einem abgedunkelten Raum sichtbar, aber nicht in einer beleuchteten Umgebung, wo das Umgebungslicht die Tendenz hatte, das Laserdiodenlicht auszulöschen. Wenn sich ferner das Laserdiodenlicht bewegte, beispielsweise beim Überstreichen des Symbols, und insbesondere dann, wenn das Laserdiodenlicht mit schnellen Geschwindigkeitsraten in der Größenordnung einer Vielzahl von Malen pro Sekunde, beispielsweise mit einer Rate von 40 Abtastungen pro Sekunde, Überstreichungen vorgenommen hat, dann war das Laserdiodenlicht für den Benutzer selbst in einem abgedunkelten Raum nicht sichtbar. Somit war infolge eines oder mehrerer dieser Faktoren, der Wellenlänge des Laserlichts, der Intensität des Laserlichts, der Intensität des Umgebungslichts, der Intensität des Umgebungslichts der Umgebung, in der das Laserlicht in Betrieb war, der Abtastrate wie auch anderen Faktoren das Laserdiodenlicht in der Tat "unsichtbar" gemacht oder "nicht lesbar sichtbar".
Das nicht-lesbare sichtbare Laserdiodenlicht ermöglichte dem Benutzer jedoch nicht, das Laserdiodenlicht ohne weiteres auf das Symbol zu richten oder zumindest nicht ohne ein großes Maß an Schwierigkeiten und auszuführender Bemühungen, weil, einfach ausgedrückt, der Benutzer das Laserdiodenlicht nicht sehen konnte. Der Benutzer war daher veranlaßt gemäß dem Gesetz von Versuch und Irrtum "herumzujagen" in der Hoffnung, daß das Abtastlaserdiodenlicht schließlich richtig auf und über dem Symbol positioniert ist und der Benutzer mußte warten, bis das Abtastsystem ihm Nachricht gab, daß das Symbol in der Tat erfolgreich decodiert und gelesen wurde, und zwar typischerweise dadurch, daß eine Anzeigelampe anging oder dadurch, daß ein hörbarer Piepton erklang. Dieses Nachjagverfahren war ein wenig effizientes zeitverbrauchendes Verfahren zum Lesen von Symbolen, insbesondere in solchen Anwendungsfällen, wo eine große Zahl von Symbolen jede Stunde und jeden Tag gelesen werden mußte.
Ein allgemeines Ziel der Erfindung besteht darin, die oben genannten Nachteile von Laserabtastsystemen des Standes der Technik zu überwinden.
Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, einen Benutzer in die Lage zu versetzen, ohne weiteres einen Kopf zielen zu können und insbesondere den Kopf auf ein Symbol richten zu können mit einem nicht ohne weiteres sichtbaren Laserlichtstrahl, der vom Kopf emittiert wird und/oder wobei ferner das nicht ohne weiteres sichtbare reflektierte Laserlicht, welches vom Symbol reflektiert wurde, gesammelt werden kann.
Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, den Benutzer in die Lage zu versetzen, einen nicht ohne weiteres sichtbaren Laserstrahl emittiert durch eine Halbleiterlaserdiode auf und über ein Symbol zu zielen, und zwar vor und während der Abtastung des Symbols.
In Übereinstimmung mit diesen Zielen sowie weiteren, die sich aus der folgenden Beschreibung ergeben, besteht ein Merkmal der Erfindung kurz gesagt darin, daß eine Ziellichtanordnung vorgesehen wird zur Verwendung beim Zielen eines in der Hand zu haltenden Laserabtastkopfes in einem Laserabtastsystem zum Lesen von Symbolen, auf die der Kopf gezielt oder gerichtet ist. Mehrere Komponenten sind üblicherweise im Kopf angeordnet. Beispielsweise sind innerhalb des Kopfes Mittel zur Erzeugung eines einfallenden Laserstrahls angeordnet, beispielsweise eine Halbleiterlaserdiode oder möglicherweise ein Gaslaser. Ferner sind im Kopf optische Mittel, beispielsweise eine positive Linse (Sammellinse), eine negative Linse (Streulinse), Reflexionsspiegel, oder andere optische Elemente vorgesehen, und zwar zur optischen Modifizierung, d. h. Formung, und zur Leitung oder Richtungsgebung des einfallenden Laserstrahls längs eines ersten optischen Pfades zu einer Bezugsebene hin, die außerhalb des Kopfes angeordnet ist und die in einer Ebene liegt, die im allgemeinen senkrecht zur Fortpflanzungsrichtung des einfallenden Laserstrahls verläuft und ferner hin zu einem Symbol angeordnet in einem Arbeitsabstandbereich in der Nähe der Bezugsebene. Der Einfachheit halber sei ein Symbol, welches zwischen der Bezugsebene und dem Kopf angeordnet ist, als ein "nähergelegenes" Symbol bezeichnet, wohingegen ein Symbol, welches auf der anderen Seite der Bezugsebene weg zum Kopf liegt, als ein "weiter weg" gelegenes Symbol bezeichnet wird.
Von dem Symbol wird Laserlicht reflektiert und mindestens ein zurücklaufender Teil des reflektierten Laserlichts läuft entlang eines zweiten optischen Pfads weg von dem Symbol zurück zu dem Kopf. Abtastmittel, beispielsweise ein Abtastmotor, mit einer hin- und heroszillierenden Ausgangswelle, auf der eine Reflexionsoberfläche, wie beispielsweise ein Abtastspiegel angeordnet sind, sind im Kopf angeordnet, um das Symbol in einer Abtastung abzutasten, und zwar vorzugsweise mit einer Vielzahl von Überstreichungen pro Sekunde, und zwar über das Symbol hinweg in einer wiederholten Art und Weise. Der zurückkehrende Teil des reflektierten Laserlichts hat eine variable Lichtintensität über das Symbol hinweg während der Abtastung, was auf die Tatsache zurückzuführen ist, daß im Falle eines Bar- oder Strichcodesymbols unterschiedliche lichtreflektierende Eigenschaften der Striche und Zwischenräume, die das Symbol bilden auftreten.
Der Kopf weist auch Sensormittel, beispielsweise ein oder mehrere Photodioden auf, und zwar zum Detektieren der variablen Lichtintensität des zurückkehrenden Teils des reflektierten Laserlichts über ein Gesichtsfeld hinweg und zur Erzeugung eines elektrischen Analogsignals, welches eine Anzeige bildet für die detektierte variable Lichtintensität. Signalverarbeitungsmittel sind ebenfalls im Kopf angeordnet, zur Verarbeitung des analogen elektrisches Signals und üblicherweise zur Verarbeitung des anlogen Signals in ein digitalisiertes elektrischen Signal, welches auf Daten decodiert werden kann, welche das abgetastete Symbol beschreiben. Die Abtastmittel sind im Betrieb zum Abtasten oder Tasten entweder des einfallenden Laserstrahls selbst über das Symbol, oder des Sichtfeldes der Sensormittel oder beider.
Manchmal, aber nicht immer, ist die Decodier/Steuer-Elektronikschaltung örtlich in dem Kopf oder entfernt von diesem angeordnet. Die Decodier/Steuer-Elektronikschaltung ist im Betrieb zum Decodieren des digitalisierten Signals zu den oben benannten Daten, und zwar zur Bestimmung einer erfolgreichen Decodierung des Symbols und zur Beendigung des Lesevorgangs des Symbols bei Feststellung einer erfolgreichen Decodierung desselben. Das Lesen wird eingeleitet durch Betätigung von von Hand betätigbaren Auslösemitteln, vorgesehen am Kopf und zwar betriebsmäßig verbunden mit und im Betrieb zur Betätigung dienend, der Laserstrahlerzeugungsmittel, der Abtastmittel, der Sensormittel, der Signalverarbeitungsmittel und der Decodier/Steuermittel. Die Auslösemittel werden einmal für jedes Signal betätigt, und zwar jedes Symbol in seiner entsprechenden Reihenfolge. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel bewirkt die Betätigung der Auslösemittel die Betätigung der Decodier/Steuermittel, die ihrerseits die Betätigung der Laserstrahlerzeugungsmittel, der Abtastmittel, der Sensormittel und der Signalverarbeitungsmittel bewirken.
Im üblichen Gebrauch wird der von einem Benutzer in seiner Hand getragene Kopf auf jedes zu lesende Ziel gerichtet und sobald das Symbol lokalisiert ist, betätigt der Benutzer die Auslösemittel zur Einleitung des Lesens. Die Decodier/Steuermittel machen den Benutzer automatisch darauf aufmerksam, wenn das Symbol gelesen wurde, so daß der Benutzer seine Aufmerksamkeit dem nächsten Symbol zuwenden kann und den Lesevorgang wiederholen kann.
Wie oben erwähnt, tritt ein Problem dann auf, wenn der einfallende Laserstrahl oder das reflektierte Laserlicht nicht ohne weiteres sichtbar ist, was auf eine oder mehrere der folgenden Faktoren zurückzuführen sein kann: die Wellenlänge des Laserlichts, die Laserlichtintensität, die Umgebungslichtintensität, die Abtastrate oder -geschwindigkeit und auch andere Faktoren. Infolge dieser "Unsichtbarkeit" kann der Benutzer den Laserstrahl nicht sehen und weiß nicht ohne weiteres, wann der unsichtbare Laserstrahl auf dem Symbol positioniert ist oder er weiß nicht, ob der Laserstrahl über die geamte Länge des Symbols tastet.
Somit unterstützt die Ziellichtanordnung den Benutzer bei der visuellen Lokalisierung und beim Zielen des Kopfes auf jedes Symbol, wenn derartiges nicht ohne weiteres sichtbares Laserlicht verwendet wird. Die Ziellichtanordnung weist Mittel auf, die eine betätigbare Ziellichtquelle umfassen, beispielsweise einer sichtbares Licht emittierende Diode, und zwar angeordnet im Kopf und ferner betriebsmäßig verbunden mit den Auslösemitteln und im Betrieb dann, wenn Betätigung durch die Auslösemittel erfolgt, um einen Ziellichtstrahl zu erzeugen, dessen Licht ohne weiteres für den Benutzer sichtbar ist; ferner sind Zielmittel vorgesehen, die ebenfalls im Kopf angeordnet sind, um dem Ziellichtstrahl längs eines Ziellichtpfades zu leiten, und zwar von der Ziellichtquelle zu der Bezugsebene und zu jedem Symbol, wobei sichtbarer Weise mindestens ein Teil des entsprechenden Symbols beleuchtet wird und dadurch letzteres für den Benutzer lokalisiert wird. Der Ziellichtpfad liegt innerhalb und vorzugsweise erstreckt er sich parallel zu entweder dem erstem optischen Pfad und dem zweiten optischen Pfad oder beiden, und zwar in dem Teil dieser Pfade, die außerhalb des Kopfes liegen. Auf diese Weise wird der Benutzer in richtiger Weise beim Zielen des Kopfes auf das entsprechende Symbol, welches gelesen werden soll, unterstützt.
Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel leitet die Ziellichtanordnung einen einzigen Ziellichtstrahl zu jedem Symbol, um darauf eine im ganzen kreisförmige Punkt- oder Fleckenregion innerhalb des Sichtfeldes zu beleuchten, und vorzugsweise nahe der Mitte des Symbols. Es ist ferner vorteilhaft, daß diese einzige Punktregion stationär verbleibt oder statisch ist während des Abtastens des Symbols, so daß sowohl nahegelegene als auch weiter abgelegene Symbole gesehen und durch den Benutzer lokalisiert werden können, und zwar vor und während der Abtastung. Ein Nachteil ist jedoch mit diesem statischen Einzelstrahlzielvorgang verbunden, der darin besteht, daß der Benutzer die Linearabtastung des Abtaststrahls über das Symbol hinweg während der Abtastung nicht verfolgen kann. Anders ausdrückt, weiß der Benutzer nicht, wo die Enden der Laserabtastungen sind und somit weiß er nicht, ob sich die Linearabtastung über die gesamte Länge des Symbols erstreckt oder bezüglich des Symbols gekippt ist.
Bei einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel leitet die Ziellichtanordnung ein Paar von Ziellichtsstrahlen zu jedem Symbol, um darauf ein Paar von im allgemeinen kreisförmigen Punkt- oder Fleckregionen zu definieren, die innerhalb des Sichtfeldes liegen und die mit Abstand voneinander entlang des Sichtfeldes angeordnet sind. Vorzugsweise sind die zwei Punktregionen an oder nahe den Enden der Linearabtastung angeordnet und bleiben stationär oder statisch während der Abtastung des Symbols, so daß sowohl nahegelegene als auch weiter außengelegene Symbole nicht nur gesehen und durch den Benutzer lokalisiert werden können sowohl vor als auch während der Abtastung, sondern auch während der Abtastung verfolgt werden können. Ein Nachteil dieses statischen Doppelstrahlzielvorgangs besteht darin, daß zwei Ziellichtquellen mit zugehörigen Optikmitteln erforderlich sind und dies bedeutet eine erhöhte Komplexität, erhöhtes Gewicht, Größe und Kosten für das System.
Bei einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel leitet die Ziellichtanordnung einen einzigen Ziellichtstrahl zu einem hin- und herschwingenden Fokussierspiegel, der im Betrieb das Ziellicht über jedes Symbol streicht, um darauf eine Linienregion zu beleuchten, die sich entlang des Sichtfeldes erstreckt. Dieser dynamische Einzelstrahlzielvorgang ist vorteilhaft, weil nahegelegene Symbole besser gesehen werden können, lokalisiert werden können und verfolgt werden können verglichen mit dem statischen Zielvorgang. Ein Nachteil, welcher jedoch mit dieser dynamischen Zielung verbunden ist besteht darin, daß weiterweggelegene Symbole nicht ohne weiteres gesehen werden können, nicht ohne weiteres lokalisiert oder verfolgt werden können, insbesondere dann, wenn der Fokussierspiegel mit hohen Abtastraten in der Größenordnung von 40 Abtastungen pro Sekunde seine Überstreichbewegungen ausführt, und zwar infolge der inhärenten verminderten Intensität des durch das menschliche Auge gesammelten Lichtes.
Bei einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel leitet die Ziellichtanordnung einen einzigen Ziellichtstrahl auf einen Fokussierspiegel, der einen stationären Zustand und einen hin- und herbewegbaren Oszillationszustand besitzt. Anfangs wird der Ziellichtstrahl vom stationären Fokussierspiegel zu jedem Symbol reflektiert um darauf eine Punkt- oder Fleckregion innerhalb des Sichtfeldes zu beleuchten, und zwar vorzugsweise nahe der Mitte des Symbols, und zwar vor dem Abtasten des Symbols zur Lokalisierung desselben. Daraufhin wird der Fokussierspiegel veranlaßt, hin- und herbewegbar zu oszillisieren, um den Ziellichtstrahl zu dem Symbol zu reflektieren, um den Ziellichtstrahl über das Symbol zu streichen, um auf diese Weise darauf eine Linienregion zu beleuchten, die sich entlang des Sichtfeldes erstreckt, wodurch das Symbol verfolgt wird. Diese Kombination des statischen/dynamischen Zielens ist außerordentlich zweckmäßig, weil dies einem Benutzer ermöglicht, ein nahegelegenes Symbol während der Abtastung zu verfolgen (was nicht ohne weiteres mit nur der statischen Einzelstrahlzielung möglich war), und was dem Benutzer auch ermöglicht, ein weit außen- gelegenes Symbol vor der Abtastung mindestens zu lokalisieren (was mit nur dem dynamischen Zielgang nicht ohne weiteres möglich war). Da bei der Mehrzahl der Fälle die zu lesenden Symbole nahegelegene Symbole sein werden, ist die Unfähigkeit ein weitaußengelegenes Symbol in der Kombination des statischen-dynamischen Zielausführungsbeispiels zu verfolgen nicht kritisch.
Um die Kombination des statischen/dynamischen Zielvorgangs zu implementieren, ist es vorteilhaft, wenn die Auslösemittel Mehrfachpositionen besitzen und betriebsmäßig verbunden sind entweder direkt oder indirekt über die Decodier/Steuermittel mit der Ziellichtquelle und auch mit dem schwingbaren Fokussierspiegel. In einer ersten Position oder im Aus-Zustand für den Auslöser sind sämtliche Komponenten im Kopf deaktiviert, d. h. abgeschaltet. In einer zweiten Position oder im ersten Betriebszustand ist die Ziellichtquelle aktiviert und der Fokussierspiegel ist in einer vorbestimmten stationären Position positioniert, beispielsweise in einer Mittelposition, und zwar für eine vorbestimmte Zeit derart, daß der Zielstrahl eine Mittelpunktregion des zu lesenden Symbols beleuchten kann. In einer dritten Position, oder einem zweiten Betriebszustand, sind sämtliche anderen Komponenten des Kopfes einschließlich der für die Hin- und Herschwingung des Fokussierspiegels aktiviert, wodurch der Lesevorgang des Symbols initiiert wird und die Beleuchtung einer Linienregion entlang des Gesichtsfeldes.
Sämtliche oben erwähnten Ziellichtanordnungs-Ausführungsbeispiele stehen im direkten Gegensatz zu denjenigen, die bei Stab- oder Stiftlesern manuell posioniert waren an oder in einem kleinen Abstand von einem Symbol und die daraufhin von Hand über das Symbol gezogen oder bewegt wurden. Erfahrene Benutzer waren im allgemeinen notwendig, um die oben genannte Bewegung durchzuführen, und zwar wegen der Kritikalität der Manipulation des Winkels des Stiftes relativ zum Symbol, wegen der Stiftgeschwindigkeit und wegen der Gleichförmigkeit der Stiftgeschwindigkeit und aus Gründen anderer Faktoren. In jedem Falle hatte der manuelle Leser bestenfalls nur eine Abtastung pro manueller Bewegung zur Folge, und wenn das Symbol nicht erfolgreich beim ersten Versuch gelesen wurde, dann mußte der Benutzer die manuelle Abtastung wieder und wieder wiederholen.
Optische Mittel zum Fokussieren des stark divergierenden nicht-radial symmetrischen Laserdiodenstrahls mit einem im allgemeinen ovalen Strahlenquerschnitt werden vorgesehen. Vorteilhafterweise weisen die optischen Mittel eine Fokussierlinse auf, beispielsweise eine plankonvexe Linse, und ferner eine Aperturblende, angeordnet im ersten optischen Pfad benachbart zur Fokussierlinse. Die Aperturblende kann einen kreisförmigen, rechteckigen oder ovalen Querschnitt besitzen, der kleiner ist als der Strahlquerschnitt an der Aperturblende, um so zu gestatten, daß ein Teil des einfallenden Laserdiodenstrahls durch die Aperturblende auf dem Weg oder en route zum Symbol läuft. Die die Aperturblende begrenzenden Wände sperren und verhindern, daß der verbleibende Teil des einfallenden Laserdiodenstrahls durch die Aperturblende auf dem Weg zum Symbol läuft. Dieses Beeinflussen des Strahls durch die Apertur steht im direkten Gegensatz zu bekannten Konstruktionen, wie beispielsweise der gemäß US-PS 4 409 470, wo absichtlich gestattet wird, daß der einfallende Laserdiodenstrahl, behindert durch eine Apertur auf dem Weg zum Symbol läuft. Dieser Strahlbeeinflussungsvorgang durch die Apertur vermindert die numerische Apertur von großen Werten in der Größenordnung von 0,15 bis 0,45 auf einen Wert unterhalb 0,05 und vermindert in signifikanter Weise den optischen Vergrößerungsfaktor, so daß eine einzige Fokussierlinse verwendet werden kann, um die oben erwähnten, damit verbundenen Vorteile zu erreichen. Obwohl diese Strahlaperturbeeinflussung auf Kosten der Ausgangsleistung der Laserdiode erfolgt, sind jedoch die erreichten Vorteile diesen Aufwand wert, und es verbleibt eine ausreichende Ausgangsleistung in dem Teil des einfallenden Laserdiodenstrahls, der durch die Aperturblende zum zu lesenden Symbol läuft.
Obwohl die Verwendung von Aperturblenden bei optischen Systemen wohl bekannt ist, ist doch diese Beeinflussung des Strahls durch die Apertur ("Beam oder Strahl"-Apertur) neu und in Laserabtastsystemen zum Lesen von Symbolen nicht nahegelegt. Wie zuvor erwähnt, vermindert die Aperturblende die Leistung im Teil des einfallenden Laserdiodenstrahls, der auf das Symbol auftrifft, und als eine allgemeine Regel gilt, daß der Konstrukteur eines Laserabtastsystems nicht freiwillig Leistung beseitigt, insbesondere dem Teil des einfallenden Laserstrahls, der auf das Symbol auftrifft und dieses abtastet, da weniger Leistung in dem vom Symbol reflektierten und dem gesammelten Laserlicht enthalten ist.
Zu dem ist es wohl bekannt, daß für einen gegebenen Querschnitt des einfallenden Laserstrahls die Fokussiertiefe in einem optischen System mit einer Aperturblende größer ist als für ein optisches System, das keine Aperturblende besitzt.
Es ist ebenfalls wohlbekannt, daß die kleinste Laserstrahlpunkt- oder Fleckengröße, die theoretisch in einem optischen System erhalten werden kann, das eine Aperturblende besitzt größer ist als die für ein optisches System, das keine Aperturblende besitzt. Somit würde man sich sicher nicht zur Verwendung einer Aperturblende für diejenigen Anwendungsfälle hinwenden, wo eine sehr kleine Strahlpunktgröße erwünscht ist.
In einem optischen Lasersystem, welches keine Aperturblende besitzt, hat der Laserstrahlpunktquerschnitt eine Gaus'sche- Helligkeitsverteilungskennlinie. Wenn im Gegensatz dazu eine Aperturblende verwendet wird, so ruft die Lichtbrechung Lichtringe oder -ränder im Strahlenpunkt hervor. Solche Ringe oder Ränder bewirken ineffektiver Weise, daß die Strahlpunktgröße sich erhöht, darüber hinaus werden noch weitere unerwünschte Effekte hervorgerufen. Die unerwünschte Vergrößerung der Strahlpunktgröße ist ein Grund, warum in Laserabtastsystemen eine Aperturblende nicht verwendet wird.
Hinsichtlich des letztgenannten Punktes diktiert die Verwendung einer Aperturblende die Anwendung komplexer mathematischer Regeln gemäß der allgemeinen Brechungstheorie für die Konstruktion und den Entwurf des optischen Systems. Da Laserabtastsystem-Konstrukteure häufiger mit der Gaus'schen Strahlmathematik arbeiten, die einfacher ist als die Brechungsmathematik, stellt dies einen weiteren möglichen Grund dafür dar, warum die Verwendung einer Aperturblende in einem Laserabtastsystem bislang noch nicht vorgeschlagen wurde.
Eine besonders kompakte optisch gefaltete Pfadanordnung wird dann erreicht, wenn ein optisches Element, wie ein sogenannter "kalter Spiegel" verwendet wird, um den sichtbaren Ziellichtstrahl zu einem Sammelspiegel der Sensormittel zu reflektieren, wobei aber durch diesen kalten Spiegel das reflektierte Laserdiodenlicht reflektiert vom Symbol geleitet wird und durch den Sammelspiegel gesammelt wird. Ein weiterer effizienter Aspekt der gesamten optischen Anordnung besteht darin, daß der Sammelspiegel für das reflektierte Laserlicht mit dem oben erwähnten Abtastspiegel für den einfallenden Laserdiodenstrahl integriert werden kann, und zwar zusammen mit dem oben erwähnten Fokussierspiegel für den Ziellichtstrahl, und zwar in einer einteiligen Mehrzweckspiegelkonstruktion.
Ein weiteres außerordentlich erwünschtes Merkmal wird in der austauschbaren Komponentenkonstruktion für den Kopf realisiert, so daß ein Hersteller den Kopf an unterschiedliche Erfordernisse des Benutzers anpassen kann. Somit können unterschiedliche Komponenten in einem einzigen Handgriff für den Kopf enthalten sein, oder in einer Vielzahl von austauschbaren Handgriffen für den Kopf, wodurch in einfacher Weise der Kopf an die Benutzerbedürfnisse angepaßt wird und die bekannten benutzungsangepaßten Köpfe, die arbeitsaufwendig sind, eliminiert werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen.
Fig. 1 ist eine Vorderansicht eines tragbaren Laserdiodenabtastkopfes gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 2 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht längs Linie 2-2 der Fig. 1;
Fig. 3 ist ein Schnitt längs Linie 3-3 in Fig. 2;
Fig. 4 ist ein vergrößerter Schnitt längs Linie 4-4 der Fig. 2;
Fig. 5 ist eine vergrößerte Einzelansicht der Auslöseanordnung in einem ersten Betriebszustand;
Fig. 6 ist eine der Fig. 5 analoge Ansicht, wobei hier der Auslöser in einem zweiten Betriebszustand gezeigt ist;
Fig. 7 ist eine Ansicht eines abnehmbaren Batteriepackzubehörs für den Kopf der Fig. 1;
Fig. 8 ist eine vergrößerte Schnittansicht einer einstückigen Abtast/Sammel/Fokussier-Spiegelkomponente entlang Linie 8-8 der Fig. 1;
Fig. 9 ist eine vergrößerte Ansicht eines Symbols und von Teilen desselben, auf die Laserlicht auftrifft und von denen Laserlicht reflektiert wird;
Fig. 10 ist eine schematische Ansicht einer statischen Einzelstrahlzielanordnung;
Fig. 11 ist eine vergrößerte Ansicht eines Symbols und Teilen desselben, die durch den statischen Einzelstrahl oder durch Doppelstrahlzielen beleuchtet werden;
Fig. 12 ist eine schematische Ansicht einer statischen Doppelstrahlzielanordnung;
Fig. 13 ist eine vergrößerte Ansicht eines Symbols und Teilen davon, die durch dynamisches Einzelstrahlzielen beleuchtet werden; und
Fig. 14 ist eine Ansicht analog Fig. 2, aber von einem derzeit bevorzugten kommerziellen Ausführungsbeispiel des Kopfes gemäß der Erfindung.
Nunmehr seien die bevorzugten Ausführungsbeispiele im einzelnen beschrieben.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 8 der Zeichnungen erkennt man, daß mit dem Bezugszeichen 10 ein Laserabtastkopf bezeichnet ist; der Laserabtastkopf ist vorzugsweise von geringem Gewicht, (weniger als ein englisches Pfund), hat einen schmalen Körper, ist stromlinienförmig, besitzt eine schmale Schnauze, kann in der Hand gehalten werden, ist zur Gänze tragbar, ist leicht zu manipulieren und ermüdet weder Arm noch Gelenk; der Laserkopf ist durch einen Benutzer völlig tragbar bei der Anwendung in einem Laserabtastsystem, um im Betrieb Symbole zu lesen, abzutasten und/oder zu analysieren; der Kopf ist ferner zielfähig, und zwar sowohl vor als auch während des Lesens von Symbolen durch den Benutzer, wobei jedes Symbol der Reihe nach gelesen werden kann. Der Ausdruck "Symbol", wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf Indizien oder Kennmittel die aus unterschiedlichen Teilen bestehen, welche unterschiedliche lichtreflektierende Eigenschaften bei der Wellenlänge der verwendeten Lichtquelle, beispielweise einem Laser, haben. Die Kennmittel können die oben erwähnten schwarz-weißen industriellen Symbole sein, beispielsweise Code 39, Codabar, "Interleaved" (Ineinandergreifen) 2 von 5 usw.; die Kennmittel können auch als überall vorhandene UPC-Strichcodesymbole sein. Die Kennmittel können ferner auch irgendwelche alpabetischen und/oder numerischen Zeichen sein. Der Ausdruck "Symbol" soll auch Kennmittel bezeichnen, die in einem Hintergrundfeld angeordnet sind, wobei die Kennmittel oder mindestens ein Teil davon eine nichtreflektierende Eigenschaft besitzen, die unterschiedlich ist von der des Hintergrundfeldes. Bei dieser letztgenannten Definition ist das "Lesen" des Symbols von besonderem Nutzen auf den Gebieten der Roboter und der Objekterkennung.
Es sei nunmehr auf die Fig. 1 bis 3 Bezug genommen. Der Kopf 10 weist ein im ganzen pistolenförmiges Gehäuse auf, mit einem Handgriffteil 12 von im allgemeinen rechteckigem Querschnitt und sich entlang einer Handgriffachse im allgemeinen vertikal langgestreckt erstreckende, und ferner weist das Gehäuse einen im allgemeinen horizontal verlaufenden langgestreckten schmalkörprigen Körperteil oder Trommelteil 14 auf. Die Querschnittsabmessung und die Gesamtgröße des Handgriffteils 12 ist derart, daß der Kopf 10 bequem in die Hand eines Benutzers paßt und von diesem gehalten werden kann. Die Körper- und Handgriffteile sind aus einem selbsttragendem Material, wie beispielsweise einem synthetischen Kunststoffmaterial hergestellt, wobei dieses Material insbesondere ein geringes Gewicht hat, elastisch ist, schlagfest ist und selbsttragender Natur ist. Das Kunststoffgehäuse ist vorzugsweise durch Spritzguß hergestellt, kann aber auch vakuumgeformt oder blasgeformt sein, um einen dünnen hohlen Mantel zu bilden, der einen Innenraum begrenzt, dessen Volumen kleiner ist als ein Wert in der Größenordnung von 820 cm³ und in einigen Anwendungsfällen ist das Volumen in der Größenordnung von 410 cm³ oder weniger. Diese speziellen Werte sind nicht selbstbeschränkend zu verstehen, sondern sehen nur eine allgemeine Annäherung der gesamten Maximalgröße und des Volumens des Kopfes 10 vor.
Bei Betrachtung in einer beabsichtigten Gebrauchsposition gemäß den Fig. 1 bis 3 hat der Körperteil 14 eine vordere Bugregion mit einer oberen Vorderwand 16 und einer unteren Vorderwand 18, die in Vorwärtsrichtung aufeinanderzukonvergieren und sich an einem Nasenteil 20 treffen, der am vordersten Teil des Kopfes liegt. Der Körperteil 14 besitzt auch eine hintere Region mit einer hinteren Wand 22 nach hinten gegenüber den Vorderwänden 16, 18 mit Abstand angeordnet. Der Körperteil 14 besitzt auch eine obere Wand 24, eine untere Wand 26, unterhalb der oberen Wand 24 und ein Paar von entgegengesetzt liegenden Seitenwänden 28, 30, die in gegenseitiger Parallelität zwischen den oberen und unteren Wänden liegen.
Ein von Hand betätigbarer und vorzugsweise niederdrückbarer Auslöser 32 ist für eine Schwenkbewegung um eine Schwenkachse 34 am Kopf in einer nach vorne weisenden Region angeordnet, wo Handgriff und Körperteil sich treffen und wo der Zeigefinger des Benutzers normalerweise dann liegt, wenn der Benutzer den Handgriffteil in der beabsichtigten Gebrauchsposition erfaßt. Die Bodenwand 26 besitzt einen rohrförmigen Halsteil 36, der sich nach unten längs der Handgriffachse erstreckt und in einem sich radial nach innen erstreckenden Kragenteil 38 von im ganzen rechteckigem Querschnitt endet. Die Hals- und Kragenteile besitzen einen nach vorne weisenden Schlitz, durch den der Auslöser 32 ragt und bewegbar ist.
Der Handgriffteil 12 besitzt einen sich radial nach außen erstreckenden oberen Flanschteil 40 von im ganzen recheckigen Querschnitt, der auch einen nach vorne weisenden Schlitz besitzt, durch den der Auslöser 32 ragt und bewegbar ist. Der obere Flanschteil 40 ist elastisch und in eine radial nach innen gerichteten Richtung auslenkbar. Wenn der obere Flanschteil 40 in den Halsteil 36 eingesetzt wird, so liegt der obere Flanschteil 40 am Kragenteil 38 an und wird radial nach innen ausgelenkt, bis der Flanschteil 40 vom Kragenteil 38 freikommt, wobei zu diesem Zeitpunkt der obere Flanschteil 40 infolge seiner innewohnenden Elastizität zurück in seine anfängliche nichtausgelenkte Position schnappt und in Eingriff kommt hinter dem Kragenteil mit einer schnappartigen Verriegelungswirkung. Um den Handgriffteil vom Körperteil außer Eingriff zu bringen, wird der obere Teil des Handgriffteils hinreichend ausgelenkt, bis der obere Flanschteil 40 wiederum vom Kragenteil freikommt, und sodann kann der Handgriffteil aus dem Halsteil 36 herausgezogen werden. Auf diese Weise kann der Handgriffteil 12 abnehmbar durch Schnappen angebracht und wieder vom Körperteil 14 abgenommen werden und, wie unten erläutert, kann ein anderer Handgriffteil aus einem Satz von Handgriffteilen am Körperteil angebracht werden, wobei der Satz unterschiedliche Komponenten des Laserabtastsystems enthält, so daß auf diese Weise der Kopf an unterschiedliche Benutzererfordernisse angepaßt werden kann.
Eine Vielzahl von Komponenten ist im Kopf angeordnet, und, wie unten erläutert, werden mindestens einige dieser Komponenten durch den Auslöser 32 entweder direkt oder indirekt betätigt, und zwar durch einen Steuer-Mikroprozessor. Eine der Kopfkomponenten ist eine betätigbare Laserlichtquelle (vgl. Fig. 4) beispielsweise eine Halbleiterlaserdiode 42, die bei Betätigung durch den Auslöser 32 in Betrieb ist und dazu dient, die Fortpflanzung und die Erzeugung eines einfallenden Laserstrahls vorzusehen, dessen Licht, wie oben erläutert, "unsichtbar" oder für den Benutzer nicht ohne weiteres sichtbar ist, wobei das Licht ferner stark divergierend und nicht radial symmetrisch ist und im allgemeinen einen ovalen Querschnitt besitzt und ferner eine Wellenlänge von oberhalb 7000, beispielsweise ungefähr 7800 Anströmeinheiten besitzt. Vorteilhafterweise handelt es sich bei der Diode 42 um eine im Handel verfügbare Diode, die aus vielen Quellen bezogen werden kann, beispielsweise von der Firma Sharp Corporation, und zwar dort unter der Modell-Nr. LTO2OMC. Die Diode kann zu der Bauart mit kontinuierlicher Welle oder Impuls sein. Die Diode 42 macht eine niedrige Spannung (beispielsweise 12 V Gleichspannung oder weniger) erforderlich, was von einer Batterie (Gleichstrom)-Quelle geliefert wird, die innerhalb des Kopfes vorgesehen werden kann, oder aber die Spannung wird von einem wiederaufladbaren Batteriepackzubehör 44 (vgl. Fig. 7) geliefert, wobei das Zubehör entfernbar am Kopf angebracht ist; ferner kann die Spannung durch einen Leistungsleiter in einem Kabel 46 (vgl. Fig. 2) geliefert werden, wobei dieser Leiter mit dem Kopf in Verbindung steht und von einer externen Leistungsversorgung (beispielsweise einer Gleichspannungsquelle) herkommt.
Wie man am besten in Fig. 4 erkennt, ist die Laserdiode 42 auf einer gedruckten Schaltungsplatte 48 angebracht. Eine optische Anordnung ist im Kopf angeordnet und ist einstellbar relativ zur Diode 42 positioniert, um den einfallenden Laserstrahl zu modifizieren und längs eines ersten optischen Pfades zu der Bezugsebene zu leiten, die außerhalb des Kopfes nach vorne gegenüber dem Nasenteil 20 angeordnet ist und die im allgemeinen senkrecht zur Längsrichtung liegt, entlang welcher der einfallende Laserstrahl sich fortpflanzt. Ein zu lesendes Symbol ist in der Nähe der Bezugsebene angeordnet, und zwar entweder an oder auf einer Seite oder auf einer entgegengesetzten Seite der Bezugsebene, d. h. irgendwo innerhalb der Fokussiertiefe oder des Fokussierfeldes des optisch modifizierten einfallenden Laserstrahls, wobei die Fokussiertiefe oder das Fokussierfeld auch als der Arbeitsabstand bekannt sind, indem das Symbol gelesen werden kann. Der einfallende Laserstrahl wird vom Symbol in viele Richtungen hinwegreflektiert, der Teil des reflektierten Laserlichts, der längs eines zweiten optischen Pfades weg vom Symbol und zurück zum Kopf läuft, ist als der zurückkehrende Teil bekannt, der natürlich für den Benutzer nicht ohne weiteres sichtbar ist.
Wie man am besten in Fig. 4 erkennt, weist die optische Anordnung ein langgestrecktes zylindrisches optischen Rohr 50 auf, und zwar mit einer zylindrischen Bohrung 52 an einer Endregion, wobei diese Bohrung ein ringförmiger Gehäuseteil der Diode 42 engpassend aufgenommen ist, um die Diode in einer festen Position zu halten und wobei ferner an der entgegengesetzt liegenden Endregion des optischen Rohrs 50 eine Linsentrommel 54 für Längsbewegung angeordnet ist. Die Linsentrommel 54 weist eine Aperturblende 56 auf, Blockierwandteile 58, die die Aperturblende 56 umgeben und begrenzen und zylindrische Seitenwandteile 60, welche einen Innenraum begrenzen.
Die optische Anordnung weist ferner eine Fokussierlinse 62, beispielsweise eine Plankonvexlinse, auf, und zwar angeordnet innerhalb des Innenraums der Seitenwandteile 60 im ersten optischen Pfad und im Betrieb dazu dienend, den einfallenden Laserstrahl an der Bezugsebene zu fokussieren. Die Aperturblende 56 kann auf der einen oder anderen Seite der Linse 62 angeordnet sein, ist aber vorzugsweise auf der stromabwärtsgelegenen Seite vorgesehen. Vorspannmittel oder eine gespannte Schraubenfeder 64 sind innerhalb des optischen Rohres angeordnet und besitzen ein am Gehäuseteil der Diode anstoßendes Wickelende und ein weiteres Wickelende liegt an der planaren Seite der Linse 62 an. Die Feder 64 drückt die Linse 62 konstanterweise gegen die Blockierwandteile 58, wodurch die Linse 62 relativ zu der Aperturblende 56 fest angeordnet ist. Die Linse 62 und die Aperturblende 56 werden gemeinsam dann bewegt, wenn die Linsentrommel 54 in Längsrichtung bewegt wird. Die Seitenwandteile 60 sind anfänglich in einer Gewinde- oder Gleitbeziehung aufgenommen, und zwar mit einer inneren das optische Rohr 50 begrenzenden Umfangswand, und sie sind daraufhin an der inneren Umfangswand, beispielsweise durch Kleben oder Klemmen, festgelegt, wenn ein gewünschter Längsabstand zwischen der Linse 62 und der Aperturblende 56 einerseits und der Diode 42 andererseits erreicht ist. Die Längsbewegung zwischen den Seitenwandteilen 60 und der inneren Umfangswand des Rohrs 50 bildet einstellbare Positionierungsmittel für die Linse 62 und die Aperturblende 56, und die Festlegung der Linse und der Aperturblende in Position bezüglich der Diode sieht Mittel vor zur festen Lokalisierung oder Lage der Linse und der Aperturblende mit einem vorbestimmten Abstand gegenüber der Diode.
Die Aperturblende 56 besitzt einen Querschnitt, der kleiner ist als der Querschnitt des einfallenden Laserstrahls an der Aperturblende 56, wodurch gestattet wird, daß nur ein Teil des einfallenden Laserstrahls durch die Aperturblende 56 stromabwärts längs des ersten optischen Pfades "en route" zum Symbol läuft. Die Blockierwandteile 58 sperren den verbleibenden Teil des einfallenden Laserstrahls ab und verhindern, daß der verbleibende Teil durch die Aperturblende 56 gelangt. Der Aperturblendenquerschnitt ist vorzugsweise kreisförmig aus Gründen der vereinfachten Herstellung, er kann aber auch rechteckig oder oval sein, wobei in diesem Falle die längere Dimension des rechteckigen oder ovalen Querschnitts mit dem größeren Divergenzwinkel des einfallenden Laserstrahls ausgerichtet ist, um mehr Energie zum Symbol zu übertragen.
Entsprechend den optischen Brechungsgesetzen ist der erforderliche einfallende Strahlquerschnitt an der Bezugsebene unter anderem bestimmt durch die Größe der Aperturblende, die Wellenlänge des einfallenden Strahls und den Längsabstand zwischen der Linse 62 und der Bezugsebene. Nimmt man somit an, daß die Wellenlänge und der Längsabstand gleich bleiben, so kann der Strahlquerschnitt an der Bezugsebene leicht dadurch gesteuert werden, daß man die Größe des Aperturblendenquerschnitts steuert. Die Anordnung der Aperturblende ("aperture stop") stromabwärts anstelle von stromaufwärts der Linse 62 vermeidet, also das Inbetrachtziehen der Toleranzen der Linse bei der Bestimmung des Strahlquerschnitts an der Bezugsebene.
Die Aperturblende 56 ist in der Mitte des Laserdiodenstrahls derart positioniert, daß die Lichtintensität annähernd gleichförmig in den Ebenen sowohl senkrecht als auch parallel zum p-n Übergang, d. h. des Emitters der Diode 42 ist. Man erkennt, daß wegen der nicht-radialen Symmetrie des Laserdiodenstrahls die Lichtintensität in der Ebene senkrecht zum p-n Übergang (p-n junction) am hellsten in der Strahlenmitte ist, und dann in der radial nach außen gerichteten Richtung abfällt. Das gleiche gilt auch für die Ebene parallel zum p-n Übergang, aber hier fällt die Intensität mit einer unterschiedlichen Rate ab. Somit wird durch Positionierung einer vorzugsweise kreisförmigen kleinen Apertur in der Mitte eines Laserdiodenstrahls mit einem ovalen, größeren Querschnitt der ovale Querschnitt an der Apertur modifiziert, auf einen Querschnitt, der im allgemeinen kreisförmig ist und die Lichtintensität in beiden Ebenen senkrecht und parallel zu dem p-n Übergang ist annähernd konstant. Die Aperturblende reduziert vorzugsweise die numerische Apertur der optischen Anordnung auf unter 0,05 und gestattet, daß die einzige Linse (Einzellinse) 62 den Laserstrahl an der Bezugebene fokussiert.
Der angenäherte Abstand zwischen dem Emitter der Laserdiode 42 und der Aperturblende 56 liegt im Bereich von ungefähr 9,7 mm bis ungefähr 9,9 mm. Der Brennabstand der Linse 62 liegt im Bereich von ungefähr 9,5 mm bis ungefähr 9,7 mm. Wenn die Aperturblende 56 kreisförmig ist, dann ist ihr Durchmesser ungefähr 1,2 mm. Wenn die Aperturblende 56 rechteckig ist, dann sind ihre Dimensionen ungefähr 1 mm mal ungefähr 2 mm. Der Strahlenquerschnitt ist ungefähr 3,0 mm mal ungefähr 9,3 mm unmittelbar bevor der Strahl durch die Aperturblende 56 läuft. Diese beispielhaften Abstände und Größen ermöglichen den optischen Zusammenbau zur Modifikation des Laserdiodenstrahls und zum Fokussieren desselben mit einem Strahlquerschnitt von ungefähr 6 mils bis ungefähr 12 mils (1 mil = 1/1000 inch oder Zoll; 1 inch oder Zoll ungefähr 2,54 cm) an der Bezugsebene, die ungefähr 7,5 cm bis ungefähr 10 cm vom Nasenteil 20 entfernt liegt. Der Arbeitsabstand ist derart, daß ein nahegelegenes Symbol, wie es zuvor definiert wurde, irgendwo angeordnet sein kann, und zwar von ungefähr 2,5 cm weg vom Nasenteil 20 bis zur Bezugsebene, und ein weit außenliegendes Symbol, wie es zuvor definiert wurde, kann irgendwo angeordnet sein, und zwar von der Bezugsebene bis zu etwa 50 cm weg von der Bezugsebene.
Der Teil des einfallenden Laserstrahls, der durch die Aperturblende 56 gelaufen ist, wird durch die optische Anordnung längs einer optischen Achse 102 innerhalb des Kopfes zu einem im allgemeinen planaren oder ebenen Abtastspiegel 66 zur Reflexion davon geleitet. Der Abtastspiegel 66 reflektiert den darauf einfallenden Laserstrahl nach vorne mit einer weiteren optischen Achse 104 durch ein nach vorne weisendes für Laserlicht durchlässiges Fenster 68, welches an der oberen Vorderwand 68 angebracht ist, und zwar erfolgt die Reflexion zum Symbol hin. Fig. 9 zeigt am besten ein repräsentatives Symbol 100 in der Nähe der Bezugsebene und, im Falle eines Bar- oder Strich- Codesymbols besteht dieses aus einer Reihe von vertikalen Bars oder Strichen, die in Abstand voneinander entlang einer Längsrichtung angeordnet sind. Das Bezugszeichen 106 bezeichnet den im allgemeinen kreisförmigen nicht-sichtbaren auf dem Symbol liegenden Laserpunkt oder Laserfleck (spot). Der Laserpunkt oder -fleck 106 in Fig. 9 ist in einer augenblicklichen Position dargestellt, da der Abtastspiegel 66, wenn er durch den Auslöser 32 bestätigt wird und, wie unten erläutert, sich hin- und herbewegt und wiederholt in Querrichtung oszilliert oder in Schwingungen versetzt wird, um den einfallenden Laserstrahl in Längsrichtung über alle die Striche des Symbols in einer linearen Abtastung zu überstreichen. Die Laserpunkte 106a und 106b in Fig. 9 bezeichnen die augenblicklichen Endpositionen der linearen Abtastung. Die lineare Abtastung kann irgendwo entlang der Höhe der Striche (bars) vorgesehen sein, vorausgesetzt, daß alle Striche überstrichen werden. Die Länge der Linearabtastung ist länger als die Länge des längsten zu erwartenden zu lesenden Symbols und in einem bevorzugten Fall, liegt die Linearabtastung in der Größenordnung von 13 cm an der Bezugsebene.
Der Abtastspiegel 66 ist auf Abtastmitteln angeordnet, vorzugsweise einem Hochgeschwindigkeitsabtastmotor 70, der in US- PS 4 387 297 beschriebenen Bauart. Für die Zwecke der vorliegenden Anmeldung reicht es aus, darauf hinzuweisen, daß der Abtastmotor 70 eine Abtriebswelle 72 aufweist, an der ein Tragbügel 74 fest angebracht ist. Der Abtastspiegel 66 ist fest an dem Tragbügel 74 angebracht. Der Motor 70 wird angetrieben, um die Welle 72 hin und her und wiederholt zu oszillieren, und zwar in abwechselnden Umfangsrichtungen über Bogenlängen irgendeiner gewünschten Größe typischerweise weniger als 3600 hinweg, und zwar mit einer Geschwindigkeitsrate in der Größenordnung von einer Vielzahl von Schwingungen oder Oszillationen pro Sekunde. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden Abtastspiegel 66 und Welle 72 gemeinsam oszilliert, so daß der Abtastspiegel 66 wiederholt den darauf auftreffenden einfallenden Laserdiodenstrahl durch einen Winkelabstand oder über eine Bogenlänge an der Bezugsebene von ungefähr 320 streichen läßt, und zwar mit einer Rate von ungefähr 20 Abtastungen oder 40 Schwingungen pro Sekunde.
Es sei nun wiederum auf Fig. 2 Bezug genommen. Der zurückkehrende Teil des reflektierten Laserlichtes hat eine variable Lichtintensität infolge der unterschiedlichen lichterflektierenden Eigenschaften der verschiedenen Teile wie das Symbol 100 über das Symbol hinweg während der Abtastung aufweist. Der zurückkehrende Teil des reflektierten Laserlichts wird durch einen im ganzen konkaven sphärischen Sammelspiegel 76 gesammelt und ist ein breiter konischer Lichtstrom begrenzt in einem konischen Sammelvolumen, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist, und zwar durch obere und untere Grenzlinien 108, 110 und wie in Fig. 3 gezeigt durch entgegengesetzt liegende Seitengrenzlinien 112, 114. Der Sammelspiegel 76 reflektiert das gesammelte konische Licht in den Kopf entlang einer optischen Achse 116 (vgl. Fig. 3) längs des zweiten optischen Pfades durch ein für Laserlicht durchlässiges Element 78 zu Sensormitteln, beispielsweise einem Photosensor 80. Das gesammelte konische Laserlicht, welches auf dem Photosensor 80 gerichtet ist, ist durch obere und untere Grenzlinien 118, 120 (vgl. Fig. 2) und durch entgegengesetzt liegende Seitengrenzlinien 122, 124 (Fig. 3) begrenzt. Der Photosensor 80, vorzugsweise eine Photodiode, detektiert die variable Intensität des gesammelten Laserlichts über ein Gesichtsfeld hinweg, welches sich entlang der linearen Abtastung und vorzugsweise darüber hinaus erstreckt und der Photosensor 80 erzeugt ein elektrisches Analogsignal, welche eine Anzeige bildet für die detektierte variable Lichtintensität.
Es sei wiederum auf die Fig. 9 Bezug genommen. Das Bezugszeichen 126 bezeichnet eine augenblickliche Sammelzone, der das Symbol 100 unterworfen ist und von der aus der augenblickliche Laserpunkt 106 reflektiert. Anders ausgedrückt "sieht" der Photosensor 80 die Sammelzone 126, wenn der Laserpunkt 106 auf das Symbol auftrifft. Der Sammelspiegel 76 ist am Tragbügel 74 angebracht und, wenn der Abtastmotor 70 durch den Trigger oder Auslöser 32 betätigt ist, überstreicht der Sammelspiegel 76 in hin- und hergehender Weise und wiederholt transversal oszillierend das Gesichtsfeld der Photodiode in Längsrichtung über das Symbol hinweg in einer linearen Abtastung. Die Sammelzonen 126a, 126b bezeichnen augenblickliche Endpositionen der Linearabtastung des Gesichtsfeldes. Der Abtastspiegel 66 und der Sammelspiegel 76 sind in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel von einteiliger Konstruktion und, wie in Fig. 8 gezeigt, sind lichtreflektierende Schichten oder Überzüge auf der plankonvexen Linse 82 gebildet aus einem lichtdurchlässigen Material, vorzugsweise Glas, aufgebracht. Die Linse 82 besitzt eine erste äußere im wesentlichen ebene oder planare Oberfläche, wobei auf einem Teil derselben eine erste lichtreflektierende Lage oder Schicht, vorzugsweise als Überzug, aufgebracht ist, um den planaren Abtastspiegel 66 zu bilden und ferner wird eine zweite äußere im ganzen sphärische Oberfläche gebildet, auf der eine zweite lichtreflektierende Lage oder Schicht vorzugsweise durch Überzug, aufgebracht ist , um den konkaven Sammelspiegel 36 als einen sogenannten "zweiten sphärischen Oberflächenspiegel" zu bilden.
Der Abtastspiegel 66 kann auch ein diskreter, kleiner Planarspiegel sein, der durch Kleber befestigt ist oder der an Ort und Stelle ausgeformt ist, und zwar an der korrekten Position und Winkel auf einem diskreten eine vordere Oberfläche besitzenden versilberten Konkavspiegel. Wie unten beschrieben, dient der konkave Sammelspiegel 76 nicht nur zum Sammeln des zurückkehrenden Teils des Laserlichtes und zur Fokussierung derselben auf der Photodiode 80, sondern auch zum Fokussieren und Leiten eines Ziellichtstrahls außerhalb des Kopfes.
Im Kopf ist ferner ein Paar oder mehr gedruckte Schaltungsplatten 84, 86 angeordnet, auf denen verschiedene elektrische Unterschaltungen angebracht sind. Beispielsweise dienen Signalverarbeitungsmittel mit Komponenten 81, 82, 83 auf der Platte 84 zur Signalverarbeitung des durch den Sensor 80 erzeugten elektrischen Analogsignals und zur Erzeugung eines digitalisierten Videosignals. Aus dem Videosignal können das Symbol beschreibende Daten abgeleitet werden. Geeignete Signalverarbeitungsmittel für diesen Zweck sind in US-PS 4 251 798 beschrieben. Die auf der Platte 86 angeordneten Komponenten 87, 89 bilden eine Treiberschaltung für den Abtastmotor 70 und eine geeignete Motortreiberschaltung für diesen Zweck ist in US-PS 4 387 297 beschrieben. Die Komponente 91 auf der Platte 86 bildet eine Ziellichtsteuerunterschaltung, deren Betrieb weiter unten erläutert wird. Die Komponente 93 auf der Platte 48, auf der die Diode 42 und Sensor 80 angebracht sind, ist ein Spannungsumwandler zur Umwandlung der hereinkommenden Spannung in eine für die Erregung der Laseriode 42 geeignete Spannung.
Das digitalisierte Videosignal wird zu einer elektrischen Verriegelungsschaltung geleitet, die aus einem Sockel 88 vorgesehen an dem Körperteil 14 besteht und einem zusammenpassenden Stecker 90 vorgesehen am Handgriffteil 12. Der Stecker 90 paßt automatisch elektromechanisch mit dem Sockel 88 zusammen, wenn der Handgriffteil am Körperteil angebracht ist. Ebenfalls angebracht innerhalb des Handgriffteils sind ein Paar von Schaltungsplatten 92, 94 (vgl. Fig. l), auf denen verschiedene Komponenten angebracht sind. Beispielsweise sind Decodier/Steuermittel, bestehend aus den Komponenten 95, 97 und anderen im Betrieb dazu vorgesehen, das digitalisierte Videosignal in ein digitalisiertes decodiertes Signal zu decodieren, woraus die gewünschten Daten, die das Symbol beschreiben, erhalten werden, und zwar entsprechend einem in dem Software-Steuerprogramm enthaltenen Algorythmus. Die Decodier/Steuermittel weisen ein PROM auf zum Enthalten des Steuerprogramms, ein RAM als temporären Datenspeicher und einen Steuermikroprozessor zur Steuerung von PROM und RAM. Die Decodier/Steuermittel bestimmen, wenn ein erfolgreiches Decodieren des Symbols erhalten wurde und sie beenden das Lesen des Symbols nach der Bestimmung, daß eine erfolgreiche Decodierung stattfand. Die Einleitung des Lesens wird durch das Niederdrücken des Auslösers 32 erwirkt. Die Decodier/Steuermittel weisen auch eine Steuerschaltung auf zur Steuerung der Betätigung der betätigbaren Komponenten im Kopf, und zwar eingeleitet durch den Auslöser und auch zur Verbindung mit dem Benutzer derart, daß der Lesevorgang automatisch beendet wurde, beispielsweise geschieht dies dadurch, daß ein Steuersignal an einer Anzeigelampe 96 geliefert wird, um diese zu beleuchten.
Das decodierte Signal wird in einem Ausführungsbeispiel längs eines Signalleiters im Kabel 46 zu einem entfernt gelegenen Hostcomputer 128 geleitet, der im wesentlichen als eine große Datenbasis dient und das decodierte Signal speichert und in einigen Fällen Information bezüglich des decodierten Signals liefert. Beispielsweise kann der Hostcomputer Einzelhandelspreisinformation enthalten, und zwar entsprechend den durch die decodierten Symbole identifizierten Objekten.
In einem anderen Ausführungsbeispiel sind örtliche Datenspeichermittel, beispielsweise Komponente 95 im Handgriffteil angebracht und speichern mehrfach decodierte Signale, die gelesen wurden. Die gespeicherten decodierten Signale können daraufhin einem entfernt angeordneten Hostcomputer zugeführt werden. Dadurch, daß man örtliche Datenspeichermittel vorsieht, kann die Verwendung des Kabels 46 während des Lesens der Symbole eliminiert werden, wobei dieses Merkmal außerordentlich erwünscht ist, da man den Kopf so frei wie möglich manipulieren möchte.
Wie bereits erwähnt, kann der Handgriffteil 12 einer aus einem Satz von Handgriffteilen sein, die austauschbar am Körperteil befestigt werden. Der Handgriffteil kann vakant gelassen werden, wobei in diesem Falle das Videosignal längs des Kabels 46 geleitet wird, und zwar zur Decodierung in entfernt gelegenen Decodier/Steuermitteln. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel können nur die Decodier/Steuermittel innerhalb des Handgriffteils enthalten sein, wobei in diesem Fall das decodierte Signal längs des Kabels 46 zur Speicherung in einem entfernt gelegenen Hostcomputer geleitet wird. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel können die Decodier/Steuermittel und örtliche Datenspeichermittel innerhalb des Handgriffteils enthalten sein, wobei in diesem Falle die gespeicherten decodierten Signale von einer Vielzahl von Ablesungen daraufhin in einem entfernt gelegenen Hostcomputer abgelegt werden können, wobei das Kabel 46 nur angeschlossen wird, um das gespeicherte Signal abzulegen.
Alternativ kann anstelle des Vorsehens eines Satzes von entfernbaren Handgriffen ein einziger Handgriff nicht lösbar am Kopf befestigt werden und in diesem Falle können unterschiedliche Komponenten angebracht an entfernbaren Schaltungsplatten 92, 94, wenn gewünscht, vorgesehen werden, und zwar innerhalb des einzigen Handgriffs durch Entfernen und durch Ersetzen des entfernbaren Handgriffendes 128.
Was die elektrische Leistungsversorgung der Laserdiode 42 betrifft, wie auch der verschiedenen elektrische Leistung erfordernden Komponenten im Kopf, so kann ein Spannungssignal längs eines Leistungsleiters in dem Kabel 46 übertragen werden und ein Konverter oder Umwandler, wie beispielsweise Komponente 93, kann eingesetzt werden, um das ankommende Spannungssignal in die erforderlichen Spannungswerte umzuwandeln. In demjenigen Ausführungsbeispiel, in dem das Kabel 46 während des Lesens der Symbole eliminiert war, kann eine wiederaufladbare Batteriepackanordnung 44 (vgl. Fig. 7) lösbar durch Schnappen am Boden des Handgriffteils 12 angebracht werden.
Ferner ist innerhalb des Kopfes eine Ziellichtanordnung angeordnet, um den Benutzer bei der visuellen Lokalisierung und beim Zielen des Kopfes auf jedes zu lesende Symbol in seiner Reihenfolge zu unterstützen, und zwar insbesondere in einer oben beschriebenen Situation, wo der Laserstrahl, der auf das Symbol einfällt und von diesem reflektiert wird, nicht ohne weiteres durch den Benutzer sichtbar ist. Die Ziellichtanordnung weist Mittel auf einschließlich einer betätigbaren Ziellichtquelle 130, beispielsweise einer sichtbares Licht emittierenden Diode (LED), einer weißen Glühfadenlichtquelle, einer Xenonblitzröhre usw., und zwar angeordnet im Kopf und betriebsmäßig verbunden mit dem Auslöser 32. Wenn die Betätigung entweder direkt durch den Auslöser 32 oder indirekt durch die Decodier/Steuermittel erfolgt, so pflanzt sich das Ziellicht 130 fort und erzeugt einen divergierenden Ziellichtstrahl, dessen Licht ohne weiteres durch den Benutzer sichtbar ist, und dessen Wellenlänge ungefähr 6600 Angströmeinheiten beträgt, so daß der Ziellichtstrahl im allgemeinen von roter Farbe ist und somit mit dem weißen Umgebungslicht der Umgebung, in der das Symbol angeordnet ist, einen Kontrast bildet.
Zielmittel sind auch im Kopf angeordnet, um dem Ziellichtstrahl längs eines Ziellichtpfades von der Ziellichtquelle zu der Bezugsebene und jedem Symbol zu leiten, um so in sichtbarer Weise mindestens einen Teil des entsprechenden Symbols zu beleuchten. Insbesondere ist, wie am besten in Fig. 2 und 3 gezeigt, das Ziellicht 130 auf einem geneigten Träger 132 angeordnet, um den im allgemeinen konischen Ziellichtstrahl auf das optische Element 78 zu leiten. Der konische Ziellichtstrahl ist durch obere und untere Grenzlinien 134, 136 (vgl. Fig. 2) begrenzt und durch entgegengesetzte Seitengrenzlinien 138, 140 (vgl. Fig. 3), und zwar "en route" zu dem optischen Element 78. Wie zuvor bemerkt, gestattet das optische Element 78, daß der gesammelte Laserlichtstrahl dahindurch zu dem Photosensor 80 laufen kann und das Element filtert das Umgebungslichtrauschen von der Umgebung heraus, so daß dies nicht den Photosensor erreicht. Das optische Element 78 reflektiert auch den Ziellichtstrahl, der darauf auftrifft. Das optische Element ist in der Tat, ein sogenannter "kalter" Spiegel, der Licht mit Wellenlängen im Bereich des Ziellichtstrahls reflektiert, aber Lichtwellenlängen im Bereich des Laserlichts durchläßt. Der Ziellichtstrahl wird von dem kalten Spiegel 78 längs einer optischen Achse reflektiert, die im wesentlichen ko-linear mit der optischen Achse 116 des gesammelten Laserlichtstrahls zwischen dem Sammelspiegel 76 und dem Photosensor 80 verläuft, und trifft auf den Konkavspiegel 76 auf, der dazu dient, den Ziellichtstrahl zu fokussieren und nach vorne zu reflektieren, und zwar längs einer optischen Achse, die im wesentlichen ko-linear mit der gleichen optischen Achse des gesammelten Laserlichts zwischen dem konkaven Spiegel 76 und dem Symbol 100 verläuft. Der Konkavspiegel 76 dient als Fokussierspiegel für den Ziellichtstrahl, fokussiert denselben auf eine ungefähr 1 cm große kreisförmige Punkt- oder Fleckgröße, und zwar auf einen Abstand von ungefähr 21 cm bis ungefähr 25 cm von der Nase 20 des Kopfes. Es sei bemerkt, daß der Teil des Ziellichtpfades, der außerhalb des Kopfes liegt, mit dem Teil des gesammelten Laserlichtstrahlspfades zusammenfällt, der außerhalb des Kopfes liegt, so daß der Photosensor 80 in der Tat das nicht ohne weiteres sichtbare Laserlicht sieht, und zwar reflektiert von dem Teil des Symbols, der durch den Ziellichtstrahl erleuchtet oder sichtbar gemacht wurde. Gemäß einer anderen Variante könnte der Ziellichtstrahl auf das Symbol so gerichtet werden, daß er Koizident ist mit dem herausgehenden einfallenden Laserstrahl, und zwar dadurch, daß man einen kalten Spiegel in dem ersten optischen Pfad anordnet und den Ziellichtstrahl auf den kalten Spiegel derart leitet, daß die optische Achse des Ziellichtstrahls mit der des herauskommenden einfallenden Laserlichtstrahls zusammenfällt.
Wie in Fig. 10 gezeigt, kann die Ziel LED 130 in einem ersten statischen Einzelstrahl Zielausführungsbeispiel relativ zu einem stationären Leitelement 142, beispielsweise einer Fokussierlinse, stationär angeordnet sein, und zwar in dem Ziellichtpfad innerhalb des Kopfes. Die Linse 142 ist betriebsmäßig zum Fokussieren und Leiten des Ziellichtstrahls zu dem entsprechenden Symbol 100 vorgesehen und zur sichtbaren Beleuchtung einer Punkt-oder Fleckzone oder -region 150 auf dem Symbol 100 (vgl. auch Fig. 11), und zwar innerhalb des Gesichtsfeldes. Die Fleck- oder Punktregion 150 ist vorzugsweise kreisförmig und nahe der Mitte des Symbols und ist sowohl vor Abtastung zur Lokalisierung des Symbols vor dessen Lesen und während der Abtastung beleuchtet. Sowohl bei nahegelegenen als auch bei weitaußengelegenen Symbolen kann eine Lokalisierung und ein Sehen erfolgen durch das statische Einzelstrahlziel-Ausführungsbeispiel der Fig. 10, wobei die weitaußengelegenen Symbole infolge ihres größeren Abstandes vom Kopf mit einer geringeren Intensität beleuchtet werden, aber noch immer durch den Benutzer sichtbar sind. Wie bereits zuvor erläutert, sieht der feste Punkt 150 wenig Unterstützung bei der Verfolgung der Abtastung über das Symbol hinweg vor.
Als nächstes sei auf ein zweites statisches Zwillingsstrahlziel-Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 12 eingegangen, wo ein Paar von Ziel LES's 130a, 130b vorgesehen ist, die identisch sind zum Ziel LED 130, und zwar winkelmäßig positioniert relativ zu der stationären Fokussierlinse 142, die ihrerseits im Betrieb die Zielstrahlen der beiden LED's 130a, 130b zum dem gleichen entsprechenden Symbol leitet, sichtbar darauf ein Paar von Punkt- oder Fleckregionen 152, 154 beleuchtet, die darinnen vorgesehen sind und mit Linearabstand voneinander entlang des Gesichtsfeldes angeordnet sind. Die Punktregionen 152, 154 sind vorzugsweise kreisförmig nahe den Enden der Abtastung und sie sind beide beleuchtet, sowohl vor als auch während der Abtastung, um das entsprechende Symbol zu lokalisieren und zu verfolgen, sowohl vor als auch während des Lesens desselben. Sowohl die naheligenden wie auch die weiter außengelegenen Symbole können lokalisiert und gesehen werden durch dieses statische Zwillingsstrahlziel-Ausführungsbeispiel der Fig. 12, wobei die weiter außengelegenen Symbole infolge ihres größeren Abstandes vom Kopf mit einer geringeren Intensität, aber immer noch sichtbar für den Benutzer beleuchtet werden. Wie zuvor erläutert, sieht das Paar von festen Punkten oder Flecken 152, 154 eine wertvolle Unterstützung vor bei der Verfolgung der Abtastung über das Symbol hinweg.
Als nächstes sei auf ein drittes dynamisches Einzelstrahlziel-Ausführungsbeispiel mit Hilfe der Fig. 11 eingegangen; statt die Fokussierlinse 142 im Kopf stationär anzuordnen, kann die Linse 142 in der Weise oszilliert werden, wie dies zuvor für die Abtast/Sammel/Fokussier-Komponente beschrieben wurde, um den Ziellichtstrahl über das entsprechende Symbol zu streichen, wobei auf diesem eine Linienregion 156 (vgl. Fig. 13) beleuchtet wird, die sich längs des Gesichts- oder Sichtfeldes erstreckt. Die Linienregion 156 wird während der Abtastung beleuchtet, um das entsprechende Symbol während dessen Lesen zu verfolgen. Symbole sind durch die Linienregion 156 gut beleuchtet selbst dann, wenn die Abtastung mit Raten von 40 Abtastungen pro Sekunde ausgeführt wird; für weiter weg gelegene Symbole ist jedoch die Linienregion 156 weniger sichtbar, und zwar je größer der Abstand vom Kopf ist und je schneller die Abtastrate ist.
Die Fig. 1 bis 6 zeigen eine Kombination einer statischen/dynamischen Zielanordnung, die durch den Auslöser 32 betätigt wird, und zwar zwischen verschiedenen Positionen oder Zuständen. In Fig. 2 ist der Auslöser 32 in einem Aus-Zustand gezeigt, wo alle betätigbaren Komponenten im Kopf abgeschaltet sind. Ein Paar von elektrischen Schaltern 158, 160 ist auf der Unterseite der Platte 84 angebracht. Jeder Schalter 158, 160 hat eine federvorgespannte Armatur oder einen Knopf 162, 164, der sich im Aus-Zustand aus den Schaltern heraus erstreckt und an entgegengesetzt liegenden Endregionen oder Bereichen eines Hebels 166 anliegt, der an einer gegenüber der Mitte versetzten Position an einem Schwenkpunkt 168 auf einer hinteren Verlängerung 170 des Auslösers 32 schwenkbar gelagert ist.
Wenn der Auslöser 32 anfangs in einem ersten anfänglichen Ausmaß, wie in Fig. 5, gezeigt, niedergedrückt wird, so drückt der Hebel 166 nun den Knopf 162 und der niedergedrückte Schalter 168 sieht einen ersten Betriebszustand vor, indem der Auslöser 32 das Ziellicht 130 betätigt, dessen Ziellichtstrahl daraufhin nach hinten vom kalten Spiegel 78 reflektiert wird und der ferner vom Fokussierspiegel 76 zum Symbol reflektiert wird. In diesem ersten Betriebszustand hat auch der Auslöser der Fokussierspiegel 76 in einer vorbestimmten stationären Position positioniert. Der stationäre Fokussierspiegel 76 leitet den Ziellichtstrahl zum Symbol, und zwar darauf eine Punkt- oder Fleckregion sichtbar beleuchtend, identisch zur zentralen Punkt- oder Fleckregion 150 in Fig. 11 innerhalb des Sichtfeldes, und zwar vor der Abtastung, um den Benutzer bei der Lokalisierung des Symbols vor dem Lesen des Symbols zu unterstützen. Die stationäre Positionierung des Fokussierspiegels 76 wird vorteilhafterweise dadurch erreicht, daß man eine Gleichstromwicklung des Abtastmotors 70 derart erregt, daß die Ausgangswelle und der Fokussierspiegel 76, der darauf angebracht ist, winkelmäßig in eine zentrale oder mittlere Bezugsposition verdreht werden.
Wenn daraufhin der Auslöser 32 auf ein zweites weiteres Ausmaß, wie in Fig. 6 gezeigt, niedergedrückt wird, so drückt der Hebel 166 nicht nur den Knopf 162, sondern auch den Knopf 164 nieder, so daß ein zweiter Betriebszustand vorgesehen wird. In dem zweiten Betriebszustand betätigt der Auslöser sämtliche verbleibenden Komponenten im Kopf, beispielsweise die Laserdiode 42, die Steuerschaltung des Abtastmotors 70, welche die Oszillation des Fokussierspiegels 76 hervorruft, die Photodiode 80, die Signalverarbeitungsschaltung wie auch andere Schaltungen im Kopf, um so das Lesen des Symbols einzuleiten. Der Fokussierspiegel 76 ist nicht mehr stationär, sondern wird derart oszilliert, daß der Ziellichtstrahl dynamisch über das Symbol gestrichen wird, wobei auf diesem eine Linienregion beleuchtet wird, und zwar identisch zu der Linienregion 156 in Fig. 13, wobei sich diese Region entlang des Gesichtsfeldes erstreckt. Der Benutzer wird somit während der Abtastung bei der Verfolgung des Symbols in dessen Lesen unterstützt. Diese Symbolverfolgung oder Nachführung ist außerordentlich sichtbar für nahegelegene Symbole, wenn auch weniger für weiter außengelegene Symbole.
Die oben erwähnte sequentielle Betätigung der Komponenten im Kopf könnte auch in einem einzigen zweipoligen Schalter erfolgen, der eingebaute sequentielle Kontakte besitzt.
Betrachtet man erneut die Fig. 1, so erkennt man, daß viele der verschiedenen Komponenten im Kopf stoßunempfindlich gelagert sind, und zwar durch einen vorderen Stoßisolator 172 und einen hinteren Stoßisolator 174; am vorderen Stoßisolator 172 wird die Platte 48 und alle darauf befindlichen Komponenten getragen, während am hinteren Stoßisolator 174 eine Tragplatte 176 getragen ist, auf der der Abtastmotor 70 und das Ziellicht 130 getragen sind. Eine Lichtprallplatte 178 unterteilt das Innere des Körperteils und unterstützt den kalten Spiegel 78 dahingehend, daß Umgebungsstreulicht den Photosensor 80 erreicht. Der Laserabtastkopf der Fig. 2 gehört zur retro-reflektierenden Bauart wo der nach außen laufende einfallende Laserstrahl wie auch das Gesichtsfeld der Sensormittel abgetastet oder gescanned werden. Man erkennt ohne weiteres, daß andere Varianten innerhalb des Rahmens der Erfindung liegen. Beispielsweise kann der nach außen laufende einfallende Laserstrahl durch ein Fenster im Kopf zum Symbol und über dieses hinweg gestrichen oder verschwenkt werden, während das Sichtfeld nicht abgetastet wird und das zurückkommende Laserlicht wird durch ein weiteres Fenster im Kopf gesammelt. Es könnte auch der nach außen gehende einfallende Strahl zum Symbol geleitet, aber nicht über dieses gestrichen oder verschwenkt werden, während das Sichtfeld abgetastet wird.
Unterschiedliche Gehäusestile und formen können vorgesehen werden, und zwar entsprechend ästhetischen Betrachtungen oder Betrachtungen hinsichtlich Umgebung, Größe, Wahl und Anordnung der elektronischen und mechanischen Komponenten, ferner hinsichtlich des erforderlichen Schlagwiderstandes sowie innerhalb als auch außerhalb des Gehäuses.
Der erfindungsgemäße Laserabtastkopf braucht nicht in der Hand gehalten zu werden, sondern kann auch in einer Arbeitsstation auf einem Schreibtisch oder alleine stehend eingebaut sein, wobei hier das Symbol durch die Arbeitsstation hindurchgeleitet wird, und zwar vorzugsweise unterhalb eines oben gelegenen Fensters oder Auslasses, durch den der nach außen verlaufende einfallende Laserstrahl geleitet wird. Obwohl die Arbeitsstation (workstation) selbst stationär ist, zumindest während des Abtastens des Symbols, ist das Symbol relativ zur Arbeitsstation beweglich und muß mit dem nach außen laufenden Strahl in Ausrichtung gebracht werden, und für diesen Zweck hat die hier beschriebene Ziellichtanordnung besondere Vorteile.
Es sei bemerkt, daß der Laserabtastkopf der Erfindung Strichcodesymbole mit hoher, mittlerer und niedriger Dichte lesen kann, und zwar mit angenäherten Arbeitsabstandsbereichen von 2,5 bis 15, bzw. 2,5 bis 30 bzw. 2,5 bis 50 cm. Gemäß der hier vorliegenden Definition haben Bar- oder Strichcodesymbole mit mittlerer und niedriger Dichte Striche und/oder Zwischenräume, deren kleinste Breite in der Größenordnung von 7,5 mils, bzw. 15-20 mils bzw. 30-40 mils liegt (1 mil = 1/1000 inch oder Zoll; 1 inch oder Zoll = 2,54 cm). Im bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Position der Bezugsebene für ein Symbol bekannter Dichte für den maximalen Bearbeitungsabstand für dieses Symbol optimiert.
Zur Unterstützung des Benutzers beim Zielen oder Ausrichten des Kopfes auf das Symbol können zusätzlich zu den Ziellichtanordnungen, die hier beschrieben wurden, andere Mittel vorgesehen sein. Beispielsweise könnten mechanische Zielmittel vorgesehen sein, wie beispielsweise ein erhöhtes Visierelement, welches an einem oberen Teil des Gehäuses ausgeformt ist und sich entlang der Richtung des ersten oder zweiten optischen Pfades erstreckt, um zum Visieren durch den Benutzer ausgenutzt zu werden. Ferner kann eine Sichtöffnung mit einem Sichtfenster ebenfalls am Kopf angeordnet sein, um den Benutzer das Hindurchsehen durch das Sichtfenster zu gestatten und um dadurch das Symbol im Fenster zu lokalisieren. Ferner können auf Schall ansprechenden Entfernungsmeßmittel verwendet werden, um das Symbol zu finden. Die Entfernungsmeßmittel emittieren ein Schallsignal, detektieren das zurückkehrende Echosignal und betätigen eine hörbare Anzeigevorrichtung nach einer derartigen Detektion. Die hörbaren Anzeigemittel können einen Ton hervorrufen oder die Rate einer Reihe von Tönen oder Pieps ändern, wodurch dem Benutzer signalisiert wird, daß das Symbol gefunden wurde.
Manchmal ist es zweckmäßig zu bewirken, daß die zuvor erwähnten Ziellichtpunkte oder -flecken auf dem Symbol blinken, beispielsweise zum Zwecke der leichteren Sichtbarmachung der Flecken oder Punkte oder aber um die durch die Ziellichtwellen verbrauchte durchschnittliche elektrische Leistung zu vermindern. Solche blinkenden Lichtpunkte können durch elektrische und/oder mechanische Mittel bewirkt werden.
Fig. 14 ist analog zu Fig. 2 und stellt ein derzeit bevorzugtes kommerzielles Ausführungsbeispiel des Laserabtastkopfes dar. Aus Gründen der Kürze wurden die gleichen Teile wie in Fig. 14 mit den gleichen, aber mit einem Strich versehenen Bezugszeichen versehen, und zwar verglichen mit den Teilen der Fig. 2.
Was die Unterschiede zwischen den Ausführungsbeispielen der Fig. 2 und 14 anlangt, so ist ein wichtiger für den Kopf 10' in Fig. 14 gezeigter Unterschied der, daß der Körperteil 14' aus zwei Gehäuseteilen, nämlich einem oberen Gehäuse 18 und einem unteren Gehäuse 182 besteht, wobei diese Gehäuse vorzugsweise durch einen Schnappaßeingriff zusammengebaut sind. Das untere Gehäuse 182 besteht aus einem lichtblockierenden undurchsichtigen Material, wie beispielsweise einem gefärbten synthetischen Kunststoffmaterial, aber das obere Gehäuse 180 besteht aus einem lichtdurchlässigen transparenten synthetischen Kunststoffmaterial. Da sowohl das nach außen gehende Licht als auch das nach innen gehende Licht durch das transparente obere Gehäuse 180 laufen kann, deckt eine Abdeckung 184 das lichtblockierende Material die gesamte Außenoberfläche des transparenten oberen Gehäuse 180 ab, allerdings mit der Ausnahme einer Fensterregion 186 und einer Anzeigeregion 188. Die Abdeckung 184 wird aus einem durch Spritzguß hergestellten vorzugsweise wärmeaushärtbaren gummiartigen Material gebildet, dessen Innenoberfläche eng an die Außenoberfläche des oberen Gehäuses 180 angepaßt ist und dieser entspricht, um so einen innigen Kontakt vorzusehen mit der gesamtem Außenoberfläche und um reibungsmäßig daran gehalten zu werden. Der engpassende Deckel oder die Abdeckung maskieren in der Tat sämtliche Teile des transparenten oberen Gehäuses 180 mit Ausnahme der Fensterregion 186 und der Anzeigeregion 188, und die Abdeckung verhindert, daß irgendwelches nach außen laufendes oder nach innen kommendes Licht dahindurchgeht.
Es ist somit nicht mehr notwendig, wie dies bei bekannten Köpfen der Fall war, ein diskretes Fenster an seinem Platz am Kopf anzukleben. Die nicht-abgedeckte Fensterregion 186 dient als das Fenster für sowohl das nach außengehende als auch das hereinkommende Licht. Die nicht-abgedeckte Fensterregion 186 ist natürlich von einteiliger Konstruktion mit dem Rest des oberen Gehäuses 180 und somit besteht nicht mehr die Möglichkeit, wie beim Stand der Technik, daß ein Fenster sich aus einer Halterung lösen könnte und gestattet, daß Staub, Feuchtigkeit und andere Verunreinigungen auf der Optik oder den elektrischen Komponenten einen Überzug bilden oder eine Störung mit dem ordnungsgemäßen Betrieb der optischen Mittel der elektrischen Komponenten innerhalb des Kopfes herbeiführen.
Zudem ist die Anzeigeregion 188 nicht durch die Abdeckung 184 abgedeckt, so daß Licht von der Anzeigelampe 96' dahindurchscheinen kann. Es sei nochmals betont, daß die Notwendigkeit des Standes der Technik, ein gesondertes Fenster an der Region der Anzeigelampe 96' anzuordnen, eliminiert wurde und daß ferner die Erfindung in effektiver Weise zur Abdichtung des Inneren des Kopfes beitragen wird.
Die gummiartige Abdeckung ist vorzugsweise dick, dämpfend und nachgiebig und sieht ein Maß an Stoßwiderstand für den Kopf vor. Ferner erkennt man aus Fig. 14, daß die Abdeckung dauntergebogene Flansche an der Region der Verbindung zwischen den oberen und unteren Gehäusen 180, 182 aufweist, um eine sehr effektive dichtungsartige Abdichtung vorzusehen.
Ein weiterer Unterschied zwischen den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 2 und gemäß Fig. 14 ist das Vorsehen einer Abdichtmembran 190 in der Region des Auslösers 3'. Die Abdichtmembran 190 besitzt eine mittige Betätigungsvorrichtung 192, wobei eine Oberfläche derselben mit dem Kopf 164' des Schalters 160' in Eingriff kommt. Die entgegengesetzte Oberfläche der Betätigungsvorrichtung 192 kommt mit einem Rampenteil 194 des Auslösers 32' in Eingriff. Immer dann, wenn im Betrieb der Auslöser von Hand niedergedrückt ist, so drückt der Rampenteil 194 die Betärigungsvorrichtung 192 in Eingriff mit dem Knopf 164', um den Schalter 160' zu betätigen. Während dieses Vorgangs isoliert oder trennt die Membran 190 das Innere des Kopfes gegenüber dem Äußeren in der Region des Auslösers, wodurch ein weiterer Weg abgeschlossen wird, durch den Staub, Verunreinigungen, Feuchtigkeit usw. ansonsten frei eintreten könnten, wie dies beim Stand der Technik der Fall ist.
Ein weiterer Unterschied zwischen dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 und dem gemäß Fig. 14 besteht darin, daß die Laserdiode, die optischen Anordnung, das Ziellicht und der Motorteil des Abtastmotors sämtlich innerhalb eines gemeinsamen Trägers angeordnet ist, der auch als eine optische Wiege 200 bezeichnet werden kann. Die Wiege 200 besitzt einen oberen Teil 202 und einen unteren Teil 204, die zusammen wie folgt angeordnet sind. Am vorderen Ende der Wiege läuft ein Vorsprung 206 des oberen Teils 202 durch, und kommt schnappend in Eingriff hinter, eine Ausnehmung 208, gebildet in einem Kanal vorgesehen am unteren Teil 204. Am hinteren Teil der Wiege läuft eine mit Gewinde versehene Befestigungsvorrichtung 210 durch ein Abstandsloch im unteren Teil 204 und kommt gewindemäßig in Eingriff mit einem Gewindeloch, welches im oberen Teil 202 ausgeformt ist. Der vordere Stoßisolator 172' ist zwischen der Vorderseite des Gehäuses und der Vorderseite der Wiege 200 angeordnet und der hintere Stoßisolator 174' ist zwischen dem hinteren Ende der Wiege und den sich nach innen erstreckenden Unterteilungen 175, 177 vorgesehen am hinteren Ende des Kopfes angeordnet.
Ein weiterer Unterschied besteht in der Anordnung der gedruckten Schaltungsplatte 86' nicht oberhalb der gedruckten Schaltungsplatte 84', sondern statt dessen in einem sich nach hinten erstreckenden Abteil 212, gebildet zwischen den oben erwähnten Unterteilungen 175, 177 und der hinteren Wand des Körperteils 14'.
Ein weiterer Unterschied liegt in dem Vorsehen einer O-Ringdichtung 214, angeordnet in einer Ringnut ausgebildet an der inneren Endregion des Handgriffeinsatzes 128'.

Claims

1. Ein in der Hand zu haltender Laserabtastkopf (10) zum Lesen von Anzeigemitteln, wobei der Kopffolgendes aufweist:

(a) einen Körperteil (14),

(b) Abtastmittel angeordnet in dem Körperteil (14) zum Abtasten der Anzeigemittel, gekennzeichnet durch

(c) einen Handgriffteil (12) lösbar befestigt am Körperteil (14) und mindestens eine gedruckte Schaltungsplatte derart aufnehmend, daß die Schaltungsplatte geeignet ist, elektrisch mit den Abtastmitteln verbunden zu werden, wodurch eine Funktion des Abtastkopfes dadurch geändert werden kann, daß man mindestens eine gedruckte Schaltungsplatte ändert oder dadurch, daß man eine weitere gedruckte Schaltungsplatte hinzufügt.

2. Kopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Handgriffteil (12) durch Schnappen befestigbar und vom Körperteil (14) abnehmbar ist.

3. Kopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Handgriffteil aus einem Satz von austauschbaren Handgriffteilen auswählbar ist, wobei jeder Handgriffteil unterschiedliche Komponenten des Laserabtastsystems enthält, um den Kopf (10) an unterschiedliche Benutzererfordernisse anzupassen.

4. Kopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Handgriffteil (12) einen sich radial nach außen erstreckenden oberen Flanschteil (40) von im ganzen rechteckigen Querschnitt aufweist, der elastisch und in einer radial nach innen gelegenen Richtung derart auslenkbar ist, daß zum Einsetzen des oberen Flanschteils (40) in einen Halsteil (36) des Körperteils (14) der obere Flanschteil (40) an einem Kragenteil (38) des Körperteils anliegt und radial nach innen ausgelenkt wird, bis der Flanschteil (40) vom Kragenteil (38) freikommt, zu welchem Zeitpunkt der obere Flanschteil (40) infolge seiner innewohnenden Elastizität zurück in seine anfängliche nicht ausgelenkte Position schnappt und hinter dem Kragenteil (38) mit einer schnappartigen Verriegelungswirkung in Eingriff kommt.

5. Kopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine betätigbare Laserlichtquelle in dem Körperteil angeordnet ist und bei Betätigung im Betrieb einen einfallenden Laserstrahl erzeugt;

daß optische Mittel in dem Körperteil angeordnet sind zum optischen Formen und Leiten des einfallenden Laserstrahls zu den Anzeigemitteln hin;

daß Sensormittel (80) in dem Körperteil angeordnet sind zum Detektieren der variablen Intensität eines zurückkommenden Teils des reflektierten Laserlichts und zur Erzeugung eines die detektierte variable Lichtintensität anzeigenden elektrischen Signals;

daß Signalverarbeitungsmittel in dem Körperteil angeordnet sind zur Verarbeitung des elektrischen Signals und zur Erzeugung eines eine Anzeige für die Anzeigemittel bildenden Signals, und

daß die Dekodiermittel in dem Handgriffteil (12) angeordnet sind und im Betrieb das für die Anzeigemittel (Symbol) eine Anzeige bildende Signal in Daten dekodieren, welche die gelesenen Anzeigemittel beschreiben.

6. Kopf nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch manuell betätigbare Auslösermittel (32) am Körperteil (14) zur Betätigung der Laserlichtquelle, der optischen Mittel, der Abtastmittel, der Sensormittel und der Dekodiermittel zur Einleitung eines Lesevorgangs der Anzeigemittel bei manueller Betätigung der Auslösermittel durch den Benutzer.

7. Kopf nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch eine elektrische Verriegelung (88, 90) zwischen dem Körperteil und dem Handgriffteil (12) und im Betrieb dienend zur elektrischen Verbindung der Dekodiermittel in dem Handgriffteil mit Mitteln im Körperteil dann, wenn der Handgriffteil auf dem Körperteil angeordnet ist.

8. Kopf nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei folgendes vorgesehen ist:

eine weitere Lichtquelle zusätzlich zu der Laserlichtquelle, und zwar angeordnet in dem Kopf zur Erzeugung eines Ziellichtstrahls zur visuellen Beleuchtung des Teils einer Bezugsebene auf der von auf dem Teil der Bezugsebene angeordneten Anzeigemittel reflektiertes Licht gelesen werden kann.

9. Kopf nach Anspruch 8, wobei die weitere Lichtquelle eine kreisförmige Punktzone nahe der Mitte der Anzeigemittel während des Lesens der Anzeigemittel beleuchtet.

10. Kopf nach Anspruch 8 oder 9, wobei die weitere Lichtquelle eine einzige lichtemittierende Diode (130) ist.

11. Kopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Körperteil (14) eine Vorderteilzone besitzt mit einer oberen Vorderwand (16) und einer unteren Vorderwand (18), die in Vorwärtsrichtung zueinander hin konvergieren und sich an einem Nasenteil (20) treffen, der am vordersten Teil des Kopfes liegt.

12. Kopf nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Körperteil (14) aus zwei Gehäuseteilen besteht, nämlich einem oberen Gehäuse (180) und einem unteren Gehäuse (182), die miteinander zusammengebaut sind, und zwar vorzugsweise durch einen Schnappassungseingriff.

13. Kopf nach Anspruch 12, wobei das untere Gehäuse (182) aus einem lichtblockierenden undurchsichtigen Material gebildet ist, während aber das obere Gehäuse (180) aus einem lichtdurchlässigen transparenten synthetischen Kunststoffmaterial gebildet ist.

14. Kopf nach Anspruch 12 oder 13, wobei sowohl das nach außen gehende Licht als auch das hereinkommende Licht durch das transparente obere Gehäuse (180) laufen, wobei eine Abdeckung (184) aus lichtblockierendem Material die gesamte Außenoberfläche des transparenten oberen Gehäuses (180) abdeckt, und zwar mit Ausnahme eines Fensterbereichs (186) und eines Anzeigebereichs (188).

15. Kopf nach Anspruch 5, wobei die Laserlichtquelle und die optischen Mittel angeordnet sind innerhalb und auf einem gemeinsamen auch als optische Wiege (200) bekannten Träger.

16. Kopf nach Anspruch 15, wobei die Wiege (200) einen oberen Teil (202) und einen unteren Teil (204) aufweist, die miteinander durch Schnappeingriff zusammengebaut sind.

17. Kopf nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei die Anzeigemittel Strichcodesymbole sind.