DE60130950T2

DE60130950T2 - Elektro-optische Abtastvorrichtung mit einstückigem oszillierenden Fokussier-/Lesekopf

Info

Publication number: DE60130950T2
Application number: DE60130950T
Authority: DE
Inventors: Paul Holtsville Dvorkis; Edward Holtsville Barkan; Yajun Holtsville Li
Original assignee: Symbol Technologies LLC
Current assignee: Symbol Technologies LLC
Priority date: 2000-08-31
Filing date: 2001-08-31
Publication date: 2008-07-24
Anticipated expiration: 2021-09-01
Also published as: ATE376221T1; AU779933B2; CN1220093C; AU5793701A; US6575370B1; EP1184803A2; CN1371009A; JP4763178B2; DE60130950D1; EP1184803B1; EP1184803A3; JP2002131686A

Description

Technisches Gebiet
Diese Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf handgehaltene Scannsysteme, die (Kenn-)Zeichen, wie beispielsweise Strichcodesymbole, „lesen" und insbesondere auf neuartige Miniaturanordnungen mit einem oszillierbaren Fokussier-/Scannelement.
Technischer Hintergrund
Verschiedene optische Leser und Scannelemente sind zum Lesen von Strichcodesymbolen entwickelt wurden, die auf einer Markierung bzw. einem Kennzeichen oder der Oberfläche eines Artikels erscheinen. Das Strichcodesymbol selbst ist ein kodiertes Muster von (Kenn-)Zeichen, das aus einer Reihe von Strichen verschiedener Breite besteht, die voneinander beabstandet sind, um Zwischenräume unterschiedlicher Breite zu begrenzen, wobei die Striche und Zwischenräume unterschiedliche Lichtreflektivitätscharakteristiken besitzen. Die Leser und Scannelemente wandeln elektro-optisch die graphischen (Kenn-)Zeichen in elektrische Signale um, die in alphanumerische Ziffern bzw. Zeichen decodiert werden, die den Artikel oder eine Eigenschaft von diesem beschreiben sollen. Derartige Zeichen werden typischerweise in digitaler Form dargestellt und als eine Eingabe in ein Datenverarbeitungssystem für Anwendungen in der Verkaufsstellenverarbeitung, der Lagerhaltung und Ähnlichem verwendet. Scannsysteme dieses allgemeinen Typs wurden beispielsweise in den U.S. Patenten Nr. 4,251,798 ; 4,360,798 ; 4,369,361 ; 4,387,297 ; 4,409,470 und 4,460,120 offenbart, die alle dem Anmelder der vorliegenden Anmeldung zugewiesen sind.
Ein Ausführungsbeispiel eines derartigen Scannsystems, wie es in einigen der obigen Patente offenbart ist, besteht u. a. aus einem handgehaltenen, tragbaren Laserscannkopf, der durch einen Benutzer getragen wird. Der Scannkopf ist konfiguriert, um es einem Benutzer zu ermöglichen, den Kopf auf ein Ziel zu richten, um einen Lichtstrahl zu dem zu lesenden Symbol hin zu emittieren. Die Lichtquelle ist ein Laserscanner, typischerweise in der Form eines Gas- oder Halbleiterlaserelements. Die Verwendung von Halbleitervorrichtungen als Lichtquelle in Scann systemen ist besonders wünschenswert aufgrund der geringen Größe, der niedrigen Kosten und der niedrigen Leistungserfordernisse der Halbleiterlaser. Der Laserstrahl wird optisch modifiziert, und zwar typischerweise durch eine Linse, um einen Strahlfleck bzw. Strahlpunkt einer bestimmten Größe bei der Zielentfernung zu bilden. Vorzugsweise entspricht die Strahlpunktgröße bei der Zielentfernung ungefähr der minimalen Breite zwischen Bereichen unterschiedlicher Lichtreflektivität, d. h. den Strichen und Zwischenräumen des Symbols.
Die Strichcodesymbole werden aus Strichen oder typischerweise rechteckig geformten Elementen mit einer Vielzahl möglicher Breiten gebildet. Die spezifische Anordnung der Elemente definiert das Zeichen, das gemäß einem Satz von Gesetzen und Definitionen, die durch den verwendeten Code oder die „Symbologie" spezifiziert werden, dargestellt wird.
Ein eindimensionales Einzelzeilenscannen, wie es gewöhnlich durch hangehaltene Leser vorgesehen wird, funktioniert durch wiederholtes Scannen des Lichtstrahls in einer Zeile oder Reihe von Zeilen über das Symbol hinweg, unter Verwendung einer Scannkomponente, wie beispielsweise einem Spiegel, der in dem Lichtpfad angeordnet ist. Die Scannkomponente kann entweder den Strahlpunkt über das Symbol hinweg streichen und eine Scannlinie über das Symbol hinweg und darüber hinaus verfolgen, oder das Sichtfeld des Scanners scannen, oder beides tun.
Scannsysteme umfassen ebenfalls einen Sensor oder Photodetektor, gewöhnlich vom Halbleitertyp, der funktioniert, um Licht zu detektieren, welches von dem Symbol reflektiert wird. Der Photodetektor ist daher in dem Scanner oder in einem optischen Pfad positioniert, in dem er ein Sichtfeld besitzt, welches sich über das Symbol hinweg erstreckt und leicht darüber hinaus. Ein Teil des reflektierten Lichts, das von dem Symbol reflektiert wird, wird detektiert und in ein elektrisches Signal umgewandelt, und eine Elektronikschaltung oder Software decodiert das elektrische Signal in eine digitale Darstellung der Daten, die durch das Symbol dargestellt werden, welches gescannt wurde. Beispielsweise kann das analoge elektrische Signal von dem Photodetektor typischerweise in ein pulsbreitenmodu liertes, digitales Signal umgewandelt werden, wobei die Breiten den physischen Breiten der Striche und Zwischenräume entsprechen. Ein derartiges Signal wird dann gemäß der spezifischen Symbologie in eine binäre Darstellung der in dem Symbol codierten Daten und in die so dargestellten alphanumerischen Zeichen decodiert.
Der Decodierprozess in bekannten Scannsystemen arbeitet gewöhnlich in der folgenden Art und Weise. Der Decodierer empfängt das pulsbreitenmodulierte, digitale Signal von dem Scanner und ein in der Software implementierter Algorithmus versucht den Scann zu decodieren. Wenn die Beginn- und Endzeichen und die Zeichen dazwischen in dem Scann erfolgreich und vollständig decodiert wurden, endet der Decodierprozess und ein Indikator eines erfolgreichen Lesens (wie beispielsweise ein grünes Licht und/oder ein hörbares Piepen) werden an den Benutzer vorgesehen. Andernfalls empfängt der Decodierer den nächsten Scann, führt einen weiteren Decodierversuch bei diesem Scann usw. aus, bis ein vollständig decodierter Scann erreicht wird oder keine weiteren Scanns verfügbar sind.
Resonanzscannelemente sind in der Technik bekannt. Derartige Elemente werden typischerweise mit einem Biegeelementstreifen aus Mylar^® oder anderem Material vorgesehen, das freihängend an einer Basis angebracht ist und einen Miniaturpermanentmagneten trägt, der innerhalb einer Spule positioniert ist. Die Spule ist an einer Basis befestigt, und ein Scannspiegel ist an dem freien Ende des freihängend angebrachten Biegestreifens angebracht. Durch Verändern der Abmessungen oder der Biegeeigenschaften des freihängend angebrachten Streifens, der Masse des Streifens, des Permanentmagneten und des Spiegels, oder der Verteilung der Masse auf dem Biegestreifen, können unterschiedliche Resonanzfrequenzen aufgebaut werden.
In 2 und 3 trägt ein Scannmodul 110 eine oszillierende Objektivlinse 112, die auf einer Leiterplatte 114 angebracht ist, die ebenfalls vier elektrische Spulen 116 trägt, die gleichmäßig entlang der vier Quadranten der Leiterplatte beabstandet sind. Ein Trageglied 118 besitzt eine zentrale Öffnung 120 zum Aufnehmen und Halten einer Leuchtdiode 122, die vorzugsweise eine Laserdiode ist. Auf einer Sei te der Tragvorrichtung 118, gegenüberliegend der Diode 122, befindet sich ein Permanentmagnet 124, der mit einem elektromagnetischen Feld interagiert, das durch die Spulen 116 erzeugt wird, wenn ein elektrischer Strom angelegt wird. Diese Anordnung ist in der U.S. 5,705,799 offenbart.
Die Leiterplatte 114 und die Tragvorrichtung 118 sind durch vier halbstarre Drähte 126 verbunden, die ebenfalls elektrischen Strom von einer Antriebsschaltung zu den vier Spulen transportieren. Durch Verändern der Verbindungen zwischen den Spulen können selektiv 1-D oder 2-D-Scannmuster erreicht werden.
Die Drähte 126 sind vorzugsweise an die Leiterplatte 114 und die Tragvorrichtung 118 weichgelötet. Das Material der Drähte ist vorzugsweise eine Phosphor-Bronze-Legierung, obwohl jegliches andere Material verwendet werden kann, das Elektrizität leitet und eine halbstarre Tragvorrichtung der Leiterplatte 114 und der Linse 112 in Bezug auf die Tragvorrichtung 118 vorsieht.
Der Magnet 124 besitzt die Form eines Rings und kann axial magnetisiert werden. Das Mittelloch des Magneten 124 dient als eine Apertur- bzw. Öffnungsblende für den Laserstrahl.
Alternativ kann der Permanentmagnet 124 vielfach um seinen Umfang herum gepolt sein. Beispielsweise kann die Polung des Permanentmagneten derart sein, dass es vier Pole gibt, wobei Südpole mit 0° und 180° und Nordpole mit 90° und 270° entlang des Umfangs ausgerichtet sind. Durch geeignetes Erregen von zwei der vier Spulen 116 wird sich die Linsen- und Spulenanordnung leicht drehen und folglich werden die halbstarren Drähte beginnen, eine Helix bzw. spiralförmige Struktur zu bilden, die die Entfernung zwischen der Linse 112 und der Laserstrahlquelle 122 verringert, um den Strahl zu fokussieren. Die anderen beiden Spulen werden erregt, um die Linsenanordnung zu oszillieren, um ein geeignetes Scannen zu erzeugen.
US-A-5,949,068 offenbart einen optischen Leser zum Lesen optischer (Kenn-)Zeichen, einschließlich eines Abbildungselements zum Bilden eines Abbilds des optischen (Kenn-)Zeichens; ein Photodetektorelement mit einer Öffnung mit einer Breite, die kleiner als die Breite des kleinsten Elements in dem Abbild ist, das durch den optischen Leser erkannt werden soll; und optische Mittel um zu bewirken, dass das Abbild an der Öffnung vorbei gestrichen wird, um eine Ausgabe des Photodetektors zu erzeugen, die eine Anzeige des optischen (Kenn-)Zeichens bildet. Der optische Leser kann ebenfalls ein optisches Element umfassen, welches eine Abbildenffernung zwischen dem Abbildungselement und dem Photodetektor hinsichtlich der Zeit variiert, um dementsprechend eine Objektentfernung zu variieren, bei der das optische (Kenn-)Zeichen von dem Abbildungselement gelegen ist, so dass das Abbild auf der Abbildebene fokussiert wird.
DE-A-34 08 114 offenbart eine Linsenkombination für ein katadioptrisches Spiegelteleskop einschließlich einer sphärischen Linse mit verspiegelten Oberflächen und einer asphärischen Linse auf einer gemeinsamen optischen Achse.
GB-A-2 324 168 offenbart eine Ablenkplatte bzw. einen Deflektor, der eine Anordnung von rotierenden Linsen aufweist, die über einen optischen Strahl hinwegstreichen, um ein unidirektionales Scannen vorzusehen. Die Linsen können modifiziert werden, um die Form einer Bild- bzw. Brennebene zu steuern. Ein Strahlexpander, der zwei gebogene gegenüberliegende Strahlen vorsieht, kann Licht zu dem Deflektor liefern, um Koma bzw. Asymmetriefehler zu beseitigen. Das Scannsystem kann ebenfalls Strahlteiler umfassen. Der Scanner dient dem Aufzeichnen oder Schreiben eines Abbilds und die Verwendung beim Strichcodescannen wird erwähnt.
Gemäß der US-A-5,521,367 ist die Laserdiode eines optischen Scannsystems in einer separaten Einheit gelegen und Licht von dieser wird zu einem entfernten Scannkopf über eine optische Faser transportiert. Dies verringert die Größe und das Gewicht des Scannkopfs und verringert die Temperaturempfindlichkeit des Scannkopfs. Der Scannkopf kann einen optischen Sensor zum Detektieren von Licht, das von den gescannten Symbolen reflektiert wird, umfassen. Alternativ kann die separate Einheit den Sensor unterbringen und die gleiche Faser oder eine zusätzliche Faser wird das reflektierte Licht sammeln und dieses Licht zurück zu dem Sensor übertragen. Diese Offenbarung umfasst eine Anzahl von elektromagnetischen und piezoelektrischen Systemen zur Erzeugung einer Scannbewegung des Strahls, der durch den Scannkopf emittiert wird.
US-A-5,015,831 offenbart Miniaturscannmodule, die zumindest zwei gedruckte Leiterplatten besitzen, bei denen auf zumindest einer eine Quelle eines Lichtstrahls, wie beispielsweise eine Laserdiode oder Leuchtdiode, angebracht ist und eine weitere Platte, die in der Vorrichtung befestigt sein kann, in der das Modul installiert ist. Die Platten sind miteinander durch die Struktur verbunden, einschließlich eines Biegeelements, das eine Schwenkachse für die Lichtquelle definiert, und der Platte auf der sie angebracht ist. Das Biegeelement besteht aus einer Vielzahl von Elementen, die voneinander isoliert sind und separate Leitpfade für elektrische Leistung und Signale zwischen den Platten vorsehen. Die Platte, auf der die Lichtquelle angebracht ist, wird angetrieben, so dass sie um die Schwenkachse oszilliert, wodurch der Strahl über das Ziel hinweg gescannt wird. Ein Photodetektor kann auf der gleichen Platte wie die Quelle angebracht sein und nimmt Licht auf, das von dem Ziel reflektiert wird, und zwar wie durch eine Sammellinse.
US-A-5,661,290 offenbart eine spiegellose Strahlenscanneinheit. Eine flexible Tragestruktur, wie beispielsweise einer oder mehrere Streifen aus Mylar, bringt die Lichtemittiervorrichtung ansprechend auf eine Triebkraft bewegbar an, wie sie beispielsweise durch eine Kombination eines Permanentmagneten, der an die Lichtemittiervorrichtung gekoppelt ist, und einen fest angebrachten Elektromagneten, der durch ein Wechselstromsignal angetrieben wird, angelegt werden kann. Die Hin- und Herbewegung der Lichtemittiervorrichtung während der Emission des Lichts durch die Lichtemittiervorrichtung bewirkt, dass das Licht eine Oberfläche scannt, wie beispielsweise eine Oberfläche, die ein Strichcodekennzeichen trägt.
US-A-5,187,353 offenbart eine Anordnung zum Lesen von Strichcodesymbolen einschließlich einer Laserdiodeneinheit, die einen vorwärts gerichteten Laserstrahl besitzt, der entlang eines optischen Pfades zu einem Symbol hin emittiert wird, um von diesem reflektiert zu werden, um ein reflektiertes Licht zu erzeugen, sowie einen rückwärts gerichteten Laserstrahl, sowie eine Überwachungsphotodiode in optischer Verbindung mit dem rückwärts gerichteten Laserstrahl zur Erzeugung eines Signals, das eine Anzeige für die Ausgangsleistung der Laserdiode bildet. Die Anordnung umfasst ebenfalls einen Sammler bzw. Kollektor außerhalb der Laserdiodeneinheit zum Sammeln von zumindest einem Teil des von dem Symbol reflektierten Lichts und zum Richten des gesammelten Teils auf eine Überwachungsphotodiode, um ein Informationssignal zu erzeugen, das das Symbol beschreibt.
EP-A-0 367 300 offenbart einen tragbaren Laserdiodenscannkopf, der auf jedes zu lesende Symbol richtbar ist und welcher nicht direkt sichtbares Laserlicht emittiert und aufnimmt und mit einer auslöserbetätigten Ziellichtanordnung zum visuellen Lokalisieren und Verfolgen jedes Symbols ausgestattet ist. Das Ziellicht wird durch einen konkaven Sammelspiegel fokussiert und ausgerichtet, welcher oszillierend sein kann.
US-A-4,387,297 offenbart ein tragbares Laserscannsystem zum Lesen von Strichcodesymbolen einschließlich eines leichtgewichtigen und klein dimensionierten Laserscannkopfs. Die Laserquelle, Leistungslieferkomponente, Optiken, Scannelemente, Sensorschaltung und Signalverarbeitungsschaltung sind speziell für minimale Größe, Gewicht und Volumen ausgelegt, so dass sie alle in dem Kopf angebracht werden können. Hochgeschwindigkeitsoszillationsscannmotoren und/oder Pentabimorphscanner werden als Scannelemente verwendet. Ein Auslöser initiiert das wiederholte Scannen jedes Objekts, das ein Symbol trägt, und ein Indikator zeigt an, wenn das Scannen des bestimmten Objekts beendet worden ist.
Als letztes wurde US-A-5,705,799 als eine Basis für den Oberbegriff des Anspruchs 1 verwendet und offenbart eine optische Scannanordnung, die ein optisches Element in entgegengesetzten Umfangsrichtungen um eine Längsachse dreht, entlang derer ein Lichtstrahl von einer Lichtquelle emittiert wird. Das optische Element und die Lichtquelle sind auf einzelnen Tragvorrichtungen angebracht, zwischen denen Torsionselemente verbunden sind. Eine elektrische Spu lenanordnung interagiert mit einem Permanentmagneten, um die Drehbewegung zu bewirken.
Offenbarung der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf eine Kompaktanordnung zum elektrooptischen Scannen von (Kenn-)Zeichen, einschließlich einer Tragvorrichtung, einer Lichtquelle wie beispielsweise einer auf der Tragvorrichtung angebrachten Laserdiode, einer oszillierbaren optischen Komponente und einem Antrieb zum Oszillieren der Komponente. Insbesondere sieht die vorliegende Erfindung eine Kompaktanordnung zum Scannen von (Kenn-)Zeichen gemäß Anspruch 1 vor. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung können den abhängigen Ansprüchen entnommen werden.
Die neuartige, einstückige, optische Komponente wird vorzugsweise aus einem lichtdurchlässigen Material mit einer ersten gekrümmten Oberfläche, die einen Teil des Fokussierelements bildet und durch die der Strahl in die Komponente eintritt, und eine zweite Reflexionsoberfläche gebildet, von der der fokussierte Strahl reflektiert wird. Die zweite Oberfläche ist mit einer reflektierenden Beschichtung beschichtet und konstituiert einen Teil des Scannelements. Die Komponente umfasst ferner eine dritte gekrümmte Oberfläche, durch welche der reflektierte Strahl aus der Komponente austritt. Die dritte Oberfläche dient als ein Korrekturelement zur Scannabweichungskorrektur. Die Komponente umfasst darüber hinaus Erweiterungen des einen Stücks mit den Elementen. Die Erweiterungen sind betriebsbereit, um den Permanentmagneten zu halten.
Vorzugsweise ist die Komponente auf einer Welle angebracht, die an gegenüberliegenden Enden auf der Tragvorrichtung drehbar gelagert ist. Ein Vorspannungselement ist betriebsmäßig zwischen der Komponente und der Tragvorrichtung verbunden, um konstant eine Zurückstellkraft auf die Komponente auszuüben, um letztere zu einer neutralen Position zurückzuführen. Das Vorspannungselement ist vorzugsweise eine langgestreckte Blattfeder, deren eines Ende an der Komponente befestigt ist und ein gegenüberliegendes Federende bewegbar mit der Tragvor richtung verbunden ist. Das gegenüberliegende Federende geht zwischen einem Paar von Reibungssäulen auf der Tragvorrichtung hindurch und gleitet zwischen den Säulen während der Oszillation der Komponente.
Der Lichtstrahl, der in die Komponente eintritt, befindet sich in der neutralen Position in einem rechten Winkel zu dem Strahl, der aus der Komponente austritt. Die zweite Reflexionsoberfläche liegt vorzugsweise in einer Ebene, die mit einem 45° Winkel zu dem Strahl ausgerichtet ist, der in die Komponente eintritt. Wenn die Tragvorrichtung als ein zylindrisches Gehäuse mit einer Längsachse konfiguriert ist, bewegt sich der eintretende Strahl entlang der Längsachse und der austretende Strahl bewegt sich radial und geht durch einen Austrittsanschluss hindurch, der in einer Seitenwand des Gehäuses gebildet ist.
Die Lichtquelle ist vorzugsweise eine Laserdiode, die in einem offenen Ende des Gehäuses aufgenommen ist. Die Antriebsspule umgibt die Diode. Ein Sensor zum Detektieren des von dem (Kenn-)Zeichen reflektierten Lichts ist auf dem Gehäuse benachbart zu der Spule und der Diode angebracht.
Noch weitere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden Fachleuten des Gebiets aus der folgenden detaillierten Beschreibung deutlich werden, wobei nur das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt und beschrieben ist, und zwar einfach mittels Darstellung des besten Modus der für die Ausführung der Erfindung erwogen wird. Wie erkannt werden wird, ist die Erfindung mit anderen und unterschiedlichen Ausführungsbeispielen möglich, und ihre diversen Details können in verschiedenen, offensichtlichen Hinsichten modifiziert werden, ohne von der Erfindung abzuweichen. Demgemäß sind die Zeichnungen und die Beschreibung illustrativer Natur und sollen nicht als beschränkend angesehen werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein schematisches Diagramm einer Scannanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 und 3 sind Seiten- und Vorderansichten einer Miniaturscannanordnung gemäß dem Stand der Technik (siehe U.S. 5,705,799 ); und
4 ist eine Seitenschnittansicht einer kompakten Scannanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Bester Ausführungsmodus der Erfindung
Wie in dieser Beschreibung verwendet, sollen die Ausdrücke „Symbol" und „Strichcode" breit ausgelegt sein und nicht nur Muster abdecken, die sich aus abwechselnden Strichen und Zwischenräumen verschiedener Breiten zusammensetzen, sondern auch andere als ein- oder zweidimensionale graphische Muster, ebenso wie alphanumerische Zeichen.
Wie schematisch in 1 angezeigt, wird ein ausgehender Strahl 36 in einem Scanner 30 durch eine Lichtquelle 34, wie beispielsweise einer Laserdiode oder Ähnlichem, erzeugt und ausgerichtet, um auf ein Strichcodesymbol 32 aufzutreffen, das gewöhnlich wenige Zentimeter (Zoll) von der Vorderseite des Scanners entfernt positioniert ist. Andere Anwendungen können jedoch das Scannen eines Ziels erfordern, das sich in beträchtlicher Entfernung, z. B. 60 Fuß (18,29 m) von dem Scanner entfernt, befindet. Der ausgehende Strahl 36 wird durch ein einstückiges, integrales oder einheitliches Fokussier-/Scannelement 38 gescannt, so dass der Scannstrahl das zu lesende Symbol überstreift. Licht, das von dem Symbol reflektiert wird, wird durch den Scanner 30 aufgenommen und durch den Photodetektor 44 detektiert.
4 stellt ein Ausführungsbeispiel einer Kompaktanordnung 200 zum elektrooptischen Scannen von (Kenn-)Zeichen gemäß der vorliegenden Erfindung dar. Die Anordnung 200 umfasst eine Tragvorrichtung 202, vorzugsweise ein zylindrisches Gehäuse, das sich entlang einer Längsachse zwischen gegenüberliegenden Enden 204, 206 erstreckt. Eine Lichtquelle 208, vorzugsweise eine Laserdiode, wird in ein offenes Ende 204 eingeführt. Eine ringförmige Schulter 210 auf der Quelle stößt gegen einen ringförmigen Flansch 212 bei dem offenen Ende 204, um die Installationsposition der Quelle zu definieren. Bei elektrischer Aktivierung emittiert die Quelle einen Laserstrahl entlang eines Pfads zu den (Kenn-)Zeichen hin, die gescannt werden sollen.
Die Tragvorrichtung 202 besitzt einen ringförmigen Kragen 214, der axial von dem Flansch 212 beabstandet ist. Eine elektromagnetische Spule 216 ist um die Tragvorrichtung herum zwischen dem Kragen 214 und dem Flansch 212 gewickelt. Ein Sensor 218, vorzugsweise eine Photodiode, ist radial außerhalb des Flansches und des Kragens angebracht und überlagert die Spule 216 und die Quelle 208. Der Sensor 218 detektiert Licht, das von den (Kenn-)Zeichen reflektiert wird und erzeugt ein elektrisches Signal, das eine Anzeige für die variable Intensität des von den (Kenn-)Zeichen reflektierten Lichts bildet. Ein Filter 220 ist über dem Sensor positioniert und kann ein lichtdurchlässiger Kunststoff- oder Glasfilter sein oder sogar eine Beschichtung eines flüssigen Filtermaterials, das an der Stelle auf dem Sensor ausgehärtet ist.
Die Quelle 208 umfasst eine Lochblende 222 mit einer Öffnungsblende 224, durch welche der emittierte Strahl hindurchgeht. Eine oszillierbare optische Komponente 230 ist in dem Pfad des Strahls und auf einer Welle 226 angebracht, deren gegenüberliegende Enden in den Lagern auf gegenüberliegenden Seiten des zylindrischen Gehäuses drehbar gelagert sind. Ein Austrittsfenster oder -anschluss 228 ist in der Seitenwand des Gehäuses gebildet.
Die Komponente 230 ist aus einem lichtdurchlässigen, optisch modifizierenden Material, wie beispielsweise einem synthetischen Kunststoff oder Glas, gebildet und umfasst ein Fokussierelement 232 mit einer äußeren, konvex gekrümmten Oberfläche 234 durch welche der emittierte Strahl zunächst in die Komponente eintritt und bei einem Brennpunkt innerhalb des Arbeitsbereichs von Entfernungen, bei denen die (Kenn-)Zeichen gelegen sind, fokussiert wird, sowie ein Scannelement 236 mit einer äußeren planaren Oberfläche 238, die mit einer reflektierenden Beschichtung beschichtet ist, vorzugsweise einer metallischen Beschichtung, die aus Nickel, Gold oder Chrom gebildet ist, so dass der fokussierte Strahl weg von der beschichteten Oberfläche 238 reflektiert wird. Die beschichtete Oberfläche 238 ist mit einem 45°-Winkel ausgerichtet, um den reflektierten Strahl senkrecht zu dem einfallenden fokussierten Strahl auszurichten. Die Fokussier- und Scannelemente bilden gemeinsam ein Stück oder sind integral gebildet.
Die Komponente 230 besitzt außerdem vorzugsweise ein Verbindungselement 240 mit einer äußeren konvex gekrümmten Oberfläche 242, durch welche der reflektierte Strahl aus der Komponente austritt und zur Korrektur von Scannabweichungen bzw. -fehlern fokussiert wird. Das Korrekturelement ist in ähnlicher Weise einstückig oder integral mit der Komponente gebildet.
Ein Permanentmagnet 244 ist fest zur gemeinsamen Oszillation mit der Komponente 230 auf einem Paar von hinteren Erweiterungen oder Armen 246, 248 angebracht, und zwar ebenfalls einstückig mit der Komponente. Der Magnet 244 erzeugt ein permanentes Magnetfeld, welches mit dem elektromagnetischen Feld interagiert, welches durch die Spule 216 bei Erregung der Spule durch einen Erregungsantriebsstrom erzeugt wird, wie beispielsweise eine Reihe von Rechteckwellen oder jegliches periodisches Antriebssignal. Die Komponente oszilliert in abwechselnden Umfangsrichtungen um die Welle über Bogenlängen von 20°–25° in jeder Richtung von einer Gleichgewichts- oder neutralen Position, die in 4 dargestellt ist.
Die neutrale Position wird durch ein Vorspannungselement oder eine Biegeelement 250, vorzugsweise eine planare Blattfeder, hergestellt, deren eines Ende 252 an der Komponente befestigt ist, z. B. durch einen Befestiger (nicht gezeigt), und ein gegenüberliegendes Ende 254 gleitbar zwischen einem Paar von Reibungssäulen 256, 258, die auf der Tragvorrichtung angebracht sind, angebracht ist. Das Biegeelementende 254 ist durch Reibung zwischen den Säulen eingefangen, aber bewegbar. Das Biegeelement 252 übt konstant eine Rückstellkraft auf die Komponente aus, um letztere zu der neutralen Position zurückzuführen.
Während der Erregung der Spule durch den Antriebsstrom bewirken die interagierenden Magnetfelder, dass der Magnet und die Komponente oszillieren, wodurch das Biegeelement gebogen wird. Das Biegeelement krümmt sich in eine und dann in eine entgegengesetzte runde Form. Das Biegeelementende 254 gleitet während der Krümmung des Biegeelements durch die Säulen vor und zurück. Vorzugsweise besteht das Biegeelement aus einem elastischen Material, wie beispielsweise Mylar^®, einem dünnen Polyesterfilm von ungefähr 0,0254 mm (0,001 Zoll) Dicke.
Die Fokussierung des Strahls wird vorteilhafter Weise durch die gleiche Komponente erreicht, die das Scannen oder Streichen des Strahls über die (Kenn-)Zeichen hinweg ausführt. Die Gesamtanordnung belegt ein kompaktes Volumen in der Größenordnung von 6,5 mm × 6,5 mm × 5,6 mm.
Es wird klar sein, dass jedes der oben beschriebenen Elemente, oder zwei oder mehr gemeinsam, ebenfalls eine nützliche Anwendung in anderen Bauarten von Konstruktionen finden können, die sich von den oben beschriebenen Bauarten unterscheiden.
Während die Erfindung als beinhaltet in einer elektro-optischen Scannanordnung mit einem einstückigen, osziilierbaren Fokussier-/Scannelement dargestellt und beschrieben wurde, soll sie nicht auf die gezeigten Details beschränkt sein, da verschiedene Modifikationen und strukturelle Veränderungen vorgenommen werden können, ohne in irgendeiner Art und Weise den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen, wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert ist.

Claims

Eine kompakte Anordnung (200) zum elektro-optischen Scannen von (Kenn-)Zeichen, die Folgendes aufweisen: a) eine Tragvorrichtung (202); b) eine Lichtquelle (208), die auf der Tragvorrichtung (202) angebracht ist, und angepasst ist, um einen Lichtstrahl zu emittieren; c) eine oszillierbare optische Komponente (230); und d) einen Antrieb zum Oszillieren der optischen Komponente (230) relativ zu der Tragvorrichtung (202), wobei der Antrieb einen Permanentmagneten (244), der betriebsbereit ist, um ein permanentes Magnetfeld zu erzeugen, und eine erregbare, elektrische Spule (216) umfasst, die betriebsbereit ist, um bei Erregung durch einen erregenden Antriebsstrom ein elektromagnetisches Feld zu erzeugen, welches mit dem permanenten Magnetfeld interagiert, um die Oszillation der optischen Komponente (230) zum Scannen des Lichtstrahls über die (Kenn-)Zeichen hinweg zu bewirken; wobei die oszillierbare, optische Komponente (230) ein lichtdurchlässiges Material umfasst, welches eine erste Oberfläche (234) besitzt, durch welche der Lichtstrahl in die optische Komponente (230) eintritt, um fokussiert zu werden, wobei die Anordnung (200), dadurch gekennzeichnet ist, dass der Permanentmagnet (244) zur gemeinsamen Oszillation mit der optischen Komponente (230) angebracht ist und die elektrischen Spule (216) auf der Tragvorrichtung (202) angebracht ist, wobei die oszillierbare, optische Komponente (230) ein zweite reflektierende Oberfläche (238) umfasst, von der der eintretende Lichtstrahl reflektiert wird, sowie eine dritte Oberfläche (242) durch welche der reflektierte Lichtstrahl aus der optischen Komponente (230) weg von der Tragvorrichtung (202) zu den (Kenn-)Zeichen hin austritt.
Anordnung (200) gemäß Anspruch 1, wobei die Tragvorrichtung (202) ein rohrförmiges Gehäuse mit einem offenen Endbereich (204) ist und wobei sich die Lichtquelle (208) durch den offenen Endbereich (204) erstreckt.
Anordnung (200) gemäß Anspruch 2, wobei das Gehäuse einen ringförmigen Flansch (212) besitzt, und wobei die Lichtquelle (208) ein Gehäuse umfasst, welches eine Schulter (210) besitzt, die gegen den Flansch (212) stößt.
Anordnung (200) gemäß Anspruch 2, wobei die Spule (216) den offenen Endbereich (204) und zumindest einen Teil der Lichtquelle (208) umgibt.
Anordnung (200) gemäß Anspruch 2, wobei die Lichtquelle (208) eine Laserdiode ist.
Anordnung (200) gemäß Anspruch 2, wobei das Gehäuse ein Fenster (228) besitzt, durch welches der Lichtstrahl weg von der Tragvorrichtung (202) gerichtet wird.
Anordnung (200) gemäß Anspruch 1, wobei die erste Oberfläche (234) gekrümmt ist.
Anordnung (200) gemäß Anspruch 1, wobei die zweite, reflektierende Oberfläche (238) mit einer reflektierenden Beschichtung beschichtet ist.
Anordnung (200) gemäß Anspruch 1, wobei die dritte Oberfläche (242) gekrümmt ist, um Scannfehler zu korrigieren.
Anordnung (200) gemäß Anspruch 1, wobei die optische Komponente (230) Verlängerungen bzw. Erweiterungen (246, 248) zum Halten des Magneten (244) umfasst.
Anordnung (200) gemäß Anspruch 1, wobei die Tragvorrichtung (202) ein rohrförmiges Gehäuse umfasst und eine Welle (226) an gegenüberliegenden Enden auf dem Gehäuse drehbar gelagert ist; und wobei die optische Komponente (230) auf der Welle (226) zur oszillierenden Bewegung in abwechselnden Umfangsrichtungen um eine Achse, die sich entlang der Welle (226) erstreckt, herum angebracht ist,
Anordnung (200) gemäß Anspruch 1, die ferner ein Vorspannungselement (250) aufweist, welches betriebsmäßig zwischen der optischen Komponente (230) und der Tragvorrichtung (202) verbunden ist, um konstant eine Rückstellkraft auf die optische Komponente (230) auszuüben, um die optische Komponente (230) zu einer neutralen Position in einem Pfad des Lichtstrahls zurückzuführen.
Anordnung (200) gemäß Anspruch 12, wobei das Vorspannungselement (250) eine langgestreckte Feder ist, deren eines Federende (252) an der optischen Komponente (230) und ein gegenüberliegendes Federende (254) bewegbar mit der Tragvorrichtung (202) verbunden ist.
Anordnung (200) gemäß Anspruch 13, wobei die Tragvorrichtung (202) ein Paar von Reibungssäulen (256, 258) besitzt, zwischen denen die gegenüberliegenden Federenden gleitbar angebracht sind.