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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf elektro-optische
Leser oder Scanner, wie beispielsweise Strichcodesymbolleser, und insbesondere
auf ein Scanmodul zur Verwendung in Anwendungen, die besonders kompakte
Leser erfordern.
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Beschreibung der verwandten
Technik
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Elektro-optische
Leser, wie beispielsweise Strichcodesymbolleser, sind heute sehr
verbreitet. Typischerweise weist ein Strichcodesymbol eine oder
mehrere Reihen von hellen und dunklen Bereichen auf, und zwar typischerweise
in der Form von Rechtecken. Die Breiten der dunklen Bereiche, d.
h. die Striche, und/oder die Breiten der hellen Bereiche, d. h.
die Abstände
zwischen den Strichen, zeigen codierte Information an, die gelesen
werden soll.
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Ein
Strichcodesymbolleser beleuchtet das Symbol und fühlt das
Licht ab, das von den codierten Bereichen reflektiert oder gestreut
wird, und zwar um die Breiten und die Abstände der codierten Bereiche zu
detektieren und um die codierte Information abzuleiten. Dateneingabesysteme
vom Strichcodelesetyp verbessern die Effizienz und Genauigkeit der
Dateneingabe für
eine breite Vielzahl von Anwendungen. Die Leichtigkeit der Dateneingabe
in derartigen Systemen ermöglicht
eine häufigere
und detailierte Dateneingabe, beispielsweise um eine effiziente
Lagerhaltung vorzusehen, um den Arbeitsfortschritt zu verfolgen
etc. Um diese Vorteile zu erzielen, müssen die Benutzer und Angestellten
jedoch bereit sein, beständig
die Leser zu benutzen. Die Leser müssen daher leicht und bequem
zu bedienen sein.
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Eine
Vielzahl von Scannern ist bekannt. Ein besonders vorteilhafter Lesertyp
ist ein optischer Scanner, der einen Lichtstrahl, wie beispielsweise
einen Laserstrahl über
die Symbole hinweg scannt. Laserscannersysteme und Komponenten des Typs, beispielhaft
gezeigt durch
US-A-4,387,297 und
US-A-4,760,248 ,
sind im Allgemeinen dafür
ausgelegt, um (Kenn-)Zeichen mit Teilen unterschiedlicher Lichtreflektivität, d. h.
Strichcodesymbolen, insbesondere des Universal Product Code (UPC)
Typs, bei einem bestimmten Arbeitsbereich oder Leseentfernung von
einem handgehaltenen oder stationären Scanner zu lesen.
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Eine
Vielzahl von Spiegel- und Motorkonfigurationen kann verwendet werden,
um den Strahl in einem gewünschten
Scanmuster zu bewegen. Beispielsweise
US-A-4,251,798 offenbart
ein sich drehendes Polygon mit einem planaren Spiegel an jeder Seite,
wobei jeder Spiegel eine Scanlinie über das Symbol hinweg verfolgt.
US-A-4,387,297 und
US-A-4,409,470 verwenden
beide einen planaren Spiegel, der wiederholt und wechselseitig in
abwechselnden Umfangsrichtungen um eine Antriebswelle angetrieben
wird, auf der der Spiegel angebracht ist.
US-A-4,816,660 offenbart eine Konstruktion
aus mehreren Spiegeln, die aus einem im Allgemeinen konkaven Spiegelteil
und einem im Allgemeinen planaren Spiegelteil besteht. Die Konstruktion
aus mehreren Spiegeln wird wiederholt wechselseitig in abwechselnden
Umfangsrichtungen um eine Antriebswelle angetrieben, auf der die
Konstruktion aus mehreren Spiegeln angebracht ist.
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In
elektro-optischen Scannern des oben beschriebenen Typs umfasst ein „Scanantrieb" oder ein Scanmodul
eine Laserquelle, Optiken, einen Scanspiegel, einen Antrieb um den
Scanspiegel zu oszillieren, einen Photodetektor und eine assoziierte
Signalverarbeitungs- und Decodierschaltung. Sämtliche dieser Komponenten
erhöhen
die Größe und das
Gewicht des Scanmoduls und seinerseits des Scanners. Bezug wird
genommen auf die
US-A-5,099,110 ;
US-A-5,168,149 ;
US-A-5,504,316 ;
US-A-5,262,627 ;
US-A-5,367,151 ; und
US-A-5,682,029 für Details
von Scanmodulen.
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Bei
Anwendungen die eine langwierige Verwendung umfassen, kann ein großer, schwerer, handgehaltener
Scanner eine Ermüdung
des Benutzers bewirken. Wenn der Gebrauch des Scanners eine Ermüdung erzeugt
oder in einer anderen Art und Weise lästig bzw. unbequem ist, ist
der Benutzer widerwillig, den Scanner zu bedienen. Jeglicher Widerwille
beständig
den Scanner zu verwenden, vereitelt die Datensammelzwecke für die derartige
Strichcodesysteme gedacht sind.
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Ebenfalls
besteht ein Bedarf für
kompakte Scanner, um in kleine, kompakte Vorrichtungen zu passen,
wie beispielsweise Mobiltelefone, PDAs, Notebooks, stiftförmige Instrumente
und Ringscanner, die auf dem Finger des Benutzers getragen werden. Diese
Vorrichtungen müssen
so klein wie möglich sein
und das Scanmodul muss wesentlich kleiner gemacht werden, als notwendig
wäre, wenn
die Leichtigkeit der Verwendung die ausschließliche Anforderung wäre.
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Hersteller
dieser kompakten Einrichtungen verwenden fortschrittliche Herstellungstechniken,
um deren Größe zu minimieren.
Selbst wenn kein Scanner installiert werden soll, können diese
Vorrichtungen größer sein,
als es viele Benutzer als wünschenswert
ansehen würden.
Wenn ein Scanner in derartigen, kompakten Einrichtungen für eine erhöhte Funktionalität eingebaut
ist, ist das Scannen der Strichcodesymbole typischerweise nicht
der primäre Zweck
für den
die Vorrichtung verwendet wird. Um die Anordnung der Vorrichtung
zu rechtfertigen, müssen
der Scanner und der Scanantrieb folglich so klein und kostengünstig wie
möglich
sein.
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Auf
diese Weise ist es ein anhaltendes Ziel der Strichcodeleserentwicklung,
die Leser so stark wie möglich
zu miniaturisieren, und ein Erfordernis besteht weiterhin, die Größe, das
Gewicht und die Kosten des Scanmoduls weiter zu verringern. Die Masse
der bewegenden Komponenten sollte so gering wie möglich sein,
um die Leistung zu minimieren, die erforderlich ist, um die Scanbewegung
zu erzeugen.
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Es
ist ebenfalls wünschenswert,
das Scanmodul zu modularisieren, so dass ein bestimmtes Modul in
einer Vielzahl von unterschiedlichen Scannern verwendet werden kann.
Es besteht jedoch ein Bedarf, ein besonders kompaktes, leichtgewichtiges Modul
zu entwickeln, das sämtliche
notwendigen Scannerkomponenten enthält.
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US-A-5,764,398 bezieht
sich auf einen optischen Leser mit einem vibrierenden Spiegel und
wurde als eine Basis für
den Oberbegriff des Anspruchs 1 verwendet. Die Systeme gemäß dem Stand
der Technik umfassen einen vibrierenden Arm, der eine Seite besitzt,
auf der eine reflektierende Oberfläche zum Hinwegstreichen eines
Lichtstrahls über
ein Ziel hinweg, dessen Inhalte gelesen werden sollen, angebracht
ist. Der vibrierende Arm umfasst eine Stab eines magnetischen Materials,
die um ihren Mittelpunkt schwenkbar gelagert ist, um imstande zu
sein, sich frei zu drehen (d. h. „bewegbar" zu sein). Die Enden des „bewegbaren" Stabs sind zwischen
den Seitenwänden
eines stationären
(d. h. nicht beweglichen oder befestigten) Jochs aus magnetischem
Material angeordnet, wobei eine Antriebsspule zwischen den Enden
des bewegbaren Stabs und den Seitenwänden des stationären Jochs
angeordnet ist. Das stationäre
Joch besteht aus magnetischem Material, um ein Magnetfeld zu konzentrieren,
das der bewegbare Stab, die Spule und das stationäre Joch
umfasst. Die Kombination des bewegbaren Stabs und des Jochs ist
so konfiguriert, dass ein Magnetfeld erzeugt wird, so dass ohne
Strom in der Antriebsspule, der bewegbare Stab eine definierte Gleichgewichts-
(oder Ruhe-) Position besitzt, und wenn der bewegbare Stab von ihrer
Gleichgewichtsposition entfernt bzw. versetzt wird, ein magnetisches
Rückführdrehmoment vorhanden
ist, so dass der bewegbare Stab um ihre Gleichgewichtsposition oszilliert.
Der Stab kann ein Permanentmagnet sein und das Joch kann aus einem
magnetischen Material bestehen. Ein variierendes Stromsignal wird
selektiv an die Antriebsspule angelegt, um die Frequenz und die
Amplitude der Vibrationen des bewegbaren Stabs zu steuern.
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Ferner
wird die Aufmerksamkeit auf die
US-A-5,880,452 gelenkt, die ein laserbasiertes
PCMCIA-Datensammelsystem mit automatischem Auslösen für tragbare Anwendungen offenbart.
Eine nicht kontaktierende Hochgeschwindigkeitsstrahlenscandatenerfassungsspeicherkarte
ist offenbart. Die Vorrichtung besitzt die ergonomischen Vorteile
einer Karte, kann jedoch einen Strahl mit breitem Winkel über ein
informationstragendes Ziel in ein- oder zweidimensionalen Scanmustern,
wie beispielsweise Linien, Rastern oder anderen Muster scannen,
um die Information davon zu lesen. Die Vorrichtung ist für das Lesen
von ein- oder zweidimensionalen Strichcodes oder anderen gedruckten
Inhalten geeignet. Die Vorrichtung setzt ein Niedrigprofilscanmodul
ein. Die gesammelte Information wird durch eine Signalverarbeitungselektronik
verarbeitet und in Festkörper-/Niedrigleistungsspeichervorrichtungen
gespeichert. Die Komponenten können
in eine dünne
PCMCIA-Karte oder eine stiftartige Scanvorrichtung integriert werden.
Die Kommunikation von der Vorrichtung ist durch ein Kabel oder ein
kabelloses Mittel erreichbar.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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ZIELE DER ERFINDUNG
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Demgemäß ist es
ein allgemeines Ziel dieser Erfindung, die Größe, das Gewicht und die Kosten der
Komponenten zu verringern, die verwendet werden, um eine Scanbewegung
des Lichtstrahls zu erzeugen und um das von den (Kenn-)Zeichen reflektierte
Licht zu sammeln.
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Genauer
gesagt ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung ein elektro-optisches
Scansystem zu entwickeln, das sowohl kleiner als auch leichter ist.
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Es
ist noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Scanmodul
zu erzeugen, welches auf zweckmäßige Weise
und mit geringen Kosten hergestellt ist.
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Ein
verwandtes Ziel ist es, ein Scanmodul vorzusehen, das in einfacher
Weise zusammengebaut wird.
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Ein
zusätzliches
Ziel ist es, den Scanspiegel in zuverlässiger Weise zu zentrieren,
der in derartigen Scanmodulen verwendet wird.
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MERKMALE DER ERFINDUNG
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In Übereinstimmung
mit diesen Zielen und anderen, die im Folgenden offensichtlich werden,
besteht ein Merkmal der vorliegenden Erfindung, kurz gesagt in einem
Scanmodul zur Verwendung in einem Leser zum elektro-optischen Lesen
von (Kenn-)Zeichen gemäß Anspruch
1. Bevorzugte Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung können
den abhängigen
Ansprüchen
entnommen werden. Das Modul besitzt eine Tragevorrichtung. Eine im
Allgemeinen planare Basis, vorzugsweise eine gedruckte Leiterplatte,
ist auf der Tragevorrichtung angebracht. Eine Laserlichtquelle ist
ebenfalls auf der Tragevorrichtung angebracht und ist betriebsbereit,
um einen Laserstrahl in einer im Allgemeinen senkrechten Richtung
zu der Basis zu emittieren. Ein Scanspiegel ist auf der Tragevorrichtung
für eine
oszillierende Bewegung angebracht. Ein optisches Mittel ist auf
der Tragevorrichtung angebracht, um die Richtung des Laserstrahls
zu verändern,
und um den Laserstrahl zu dem Scanspiegel zur Reflektion von diesem
zu den (Kenn-)Zeichen hin zu leiten. Ein Antrieb ist auf der Tragevorrichtung
angebracht, um den Scanspiegel zu oszillieren, um den Laserstrahl über die
(Kenn-)Zeichen hinweg zu streichen, so dass dieser von diesen gestreut
wird. Ein Sensor ist auf der Tragevorrichtung angebracht, um das
von den (Kenn-)Zeichen gestreute Licht zu detektieren und um ein
elektrisches Signal zu erzeugen, das dem detektierten, gestreuten
Licht entspricht und eine Anzeige für die (Kenn-)Zeichen bildet.
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Vorzugsweise
umfasst das optische Mittel einen Faltspiegel zur Veränderung
der Richtung des Laserstrahls um 90°, sowie ein Fokussierelement und
eine Öffnung,
die gemeinsam betriebsbereit sind, um den Laserstrahl bei einem
Brennpunkt zu fokussieren, der entfernt bei einem Arbeitsabstand
zu dem Scanspiegel gelegen ist. Das Fokussierelement ist zur Bewegung
zu einer angepassten Position auf der Tragevorrichtung angebracht
und ist an der angepassten Position befestigt. Das Fokussierelement
ist zwischen dem Faltspiegel und dem Scanspiegel angebracht. Die
Emission des Laserstrahls senkrecht zu der Basis ermöglicht eine
hochkompakte Konfiguration.
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Der
Scanspiegel ist auf vorzugsweise auf einer Nabe zur gemeinsamen
Bewegung mit diesem durch den Antrieb und zwar um eine Achse entlang derer
sich eine Welle erstreckt, angebracht. Entweder die Nabe oder die
Welle können
das Oszillationsglied sein. Alternativ können sowohl die Welle als auch
die Nabe frei oszillieren. Die Nabe kann integral mit der Welle
gebildet sein, die auf der Tragevorrichtung in Lagern eingesetzt
ist, die erhabene Lagerflächen
besitzen.
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Ein
weiteres Merkmal besteht in der magnetischen Zentrierung des Scanspiegels.
Ein Permanentmagnet ist ebenfalls auf der Nabe zur gemeinsamen Bewegung
mit dem Scanspiegel angebracht. Der Permanentmagnet ist ein Stabmagnet
mit einer magnetischen Achse. Eine erregbare, elektromagnetische
Spule ist auf der Tragevorrichtung angebracht und besitzt eine elektromagnetische
Achse, die sich im Allgemeinen senkrecht zu der magnetischen Achse
in einer Ruheposition des Scanspiegels erstreckt. Die Erregung der
Spule bewirkt, dass die Magnetfelder der Spule und der Magnet interagieren
und die Nabe und den Scanspiegel oszillieren.
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Gemäß diesem
Merkmal wird der Scanspiegel in der Ruheposition bei Enterregung
der Spule zentriert, und zwar durch Verwenden eines Polstücks mit
einem Paar ferromagnetischer Teile, die auf der Tragevorrichtung
angebracht und entlang der magnetischen Achse des Permanentmagneten
beabstandet sind. Die Pole des Permanentmagneten werden magnetisch
an die ferromagnetischen Teile angezogen, wodurch der Permanentmagnet
zu den Polstücken
ausgerichtet wird. Auf diese Weise wird die Ruheposition genau hergestellt.
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Es
ist weiterhin vorteilhaft, wo der Photodetektor auf einer Oberfläche der
gedruckten Leiterplatte angebracht ist und oberflächenangebrachte
Verbinder zur Herstellung einer elektrischen Verbindung bei einer
Oberfläche
der gedruckten Leiterplatte besitzt. Dies ermöglicht es, dass mehr Raum für die Schaltung
auf der gegenüberliegenden
Oberfläche der
Platte vorhanden ist, da es nicht mehr notwendig ist, die gegenüberliegende
Plattenoberfläche
mit Stiften zu belegen, die durch die Platte hervorragen.
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Auf
diese Weise sind die Laserlichtquelle, die Spule und der Photodetektor
alle auf der gleichen Hauptoberfläche der gedruckten Leiterplatte
angebracht. Die Signalverarbeitungsschaltung zur Verarbeitung des
elektrischen Signals ist vorteilhafter Weise auf einer anderen Oberfläche der
gedruckten Leiterplatte gegenüberliegend
der Hauptoberfläche
angebracht. Die Leistungs- und Regulationsschaltung ist ebenfalls
auf der anderen Oberfläche
der gedruckten Leiterplatte zum Liefern von elektrischer Leistung an
die Laserlichtquelle, die Spule und den Photodetektor vorgesehen.
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Die
Positionierung der Laserlichtquelle, die Fokussierung der Optiken
zum Fokussieren des Laserstrahls, der durch die Lichtquelle emittiert
wird, der Photodetektor, die Sammeloptik zum Sammeln des reflektierten
Lichts und der Antrieb, insbesondere der Magnet und die Spule, sind
so hergestellt worden, dass ungenutztes Volumen innerhalb des Moduls
beseitigt und das Gesamtvolumen verringert wird. Die Zusammenbaukosten
werden minimiert, indem ermöglicht
wird, dass eine Standardzusammenbauausrüstung, wie eine solche, die
verwendet wird um Komponenten auf der gedruckten Leiterplatte anzuordnen,
eingesetzt wird. Sowohl die Spule als auch der Photodetektor können beispielsweise
auf der gleichen Seite der gedruckten Leiterplatte wie die Tragevorrichtung
oberflächenangebracht
werden. Dies lässt
mehr Raum auf der anderen Seite der Platte, der durch andere Komponenten
belegt werden kann.
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Die
neuartigen Merkmale, die als charakteristisch für die Erfindung angesehen werden,
werden insbesondere in den beigefügten Ansprüchen dargestellt. Die Erfindung
selbst wird jedoch sowohl hinsichtlich ihres Aufbaus als auch hinsichtlich
des Betriebsverfahrens gemeinsam mit zusätzlichen Zielen und Vorteilen
davon am besten durch die folgende Beschreibung spezieller Ausführungsbeispiele
verstanden werden, wenn diese gemeinsam mit den begleitenden Zeichnungen
gelesen wird.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine auseinandergezogene, perspektivische Ansicht einer Laserdiode,
die in einer Tragevorrichtung angebracht ist;
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2 ist
eine auseinandergezogene, perspektivische Ansicht einer Laseroptik,
die in der Tragevorrichtung angebracht ist;
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3 ist
eine auseinandergezogene, perspektivische Ansicht einer Scanspiegelstruktur;
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4 ist
eine auseinandergezogene, perspektivische Ansicht der Scanspiegelstruktur,
wobei eine Spulenanordnung und ein Polstück auf der Tragevorrichtung
angebracht sind;
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5 ist
eine auseinandergezogene, perspektivische Ansicht eines Photodetektors
und einer Sammeloptik, die auf der Tragevorrichtung angebracht sind;
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6 ist
eine perspektivische Ansicht des zusammengebauten Scanantriebs,
der auf der gedruckten Leiterplatte angebracht ist;
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7 ist
eine Schnittansicht des Scanantriebs der 6;
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8 ist
eine weitere Schnittansicht des Scanantriebs der 6;
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9 ist
eine obere Draufsicht des Scanantriebs der 6;
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10 ist
eine weggebrochene Ansicht einer Modifikation des Scanantriebs;
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11 ist
eine Ansicht analog zur 7, aber eines weiteren Ausführungsbeispiels
des Scanantriebs; und
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12 ist
eine Ansicht analog zur 8, aber von dem Ausführungsbeispiel
der 11.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Jetzt
auf die Zeichnungen Bezug nehmend, bezeichnet das Bezugszeichen 10 in 1 eine Lichtquelle,
vorzugsweise ein Festkörperhalbleiterlaser
in einem Behälter
mit einer Vielzahl von Stiften 12, die von der unteren
Behälterwand
hervorragen, und der bei elektrischer Erregung betriebsbereit ist, um
einen Laserstrahl, vorzugsweise sichtbar, durch eine Öffnung in
einer oberen Wand des Behälters
zu emittieren. Der Behälter 12 wird
in der Richtung des Pfeils A in eine zylindrische Bohrung 14 in
einer Tragevorrichtung oder Chassis 16 mit einer Vielzahl
von Anbringungspfosten 18 eingeführt, die in entsprechende Anbringungslöcher eingeführt werden,
die sich durch eine im Allgemeinen planare Basis 20, die in 6 dargestellt
ist, erstrecken, und die vorteilhafterweise eine gedruckte Leiterplatte
(PCB) ist, der zugrunde eine Chassis 16 liegt und durch
die sie getragen wird. Die Chassis 16 trägt, wie
unten beschrieben, den Laser 10 und sämtliche anderen Komponenten
eines Scanmoduls oder eines -antriebs.
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Wie
in 7 gezeigt, ruht die untere Behälterwand oberhalb einer oberen
Oberfläche
der Leiterplatte und der Laser 10, der vorzugsweise in
die Bohrung 14 gebondet ist, emittiert seinen Laserstrahl
in einer Richtung im Allgemeinen senkrecht zu der Leiterplatte,
d. h. vertikal aufwärts.
Die Chassis 16 bestimmt die Position des Lasers 10.
Sobald die Stifte 12 durch die Anbringungslöcher in
der Leiterplatte eingeführt
wurden, werden die Stifte 12 bei einer unteren Oberfläche der
Leiterplatte angelötet.
Ein Faltspiegel 22 ist fest auf der Chassis 16 mit
einem Winkel von 45° angebracht
und verändert
die Richtung des Laserstrahls, so dass der von dem Falterspiegel 22 reflektierte
Laserstrahl im Allgemeinen horizontal und parallel zu der Leiterplatte
ist.
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Der
horizontale Laserstrahl geht durch eine Fokussierlinse 24 und
eine Öffnungsblende 26 mit
einer Öffnung 28 hindurch,
die gemeinsam dazu dienen, den Laserstrahl bei einem Brennpunkt
zu fokussieren, der bei einem ausgewählten Arbeitsabstand von dem
Modul gelegen ist. Der Faltspiegel, die Fokussierlinse und die Öffnungsblende
sind separat in 2 gezeigt, und zwar während ihres
Zusammenbaus auf der Chassis 16 in der Richtung des Pfeils
B. Die Fokussierlinse ist in der Richtung des Pfeils C in 7 gleitbar,
um den Brennpunkt auf die ausgewählte
Entfernung anzupassen, und sobald sie angepasst ist, wird die Fokussierlinse
an der Stelle festgebondet.
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Nach
dem Passieren der Öffnung 28 trifft
der Laserstrahl auf einen Scanspiegel 30 zur Reflektion von
diesem quer zu der Leiterplatte in der Richtung des Pfeils D in 7 zu
den (Kenn-)Zeichen, wie beispielsweise einem Strichcodesymbol. Wie
in der auseinandergezogenen Ansicht der 3 und in
der zusammengesetzten Ansicht der 4 gezeigt,
ist der Scanspiegel 30 auf einer Nabe 32 angebracht
und ist an eine geneigte Wand 34 der Nabe gebondet. Die Nabe 32 ist
um eine Achse oszillierbar, die sich entlang einer Welle 36 erstreckt.
Entweder die Nabe oder die Welle sind das oszillierende Glied. Alternativ können sowohl
die Nabe als auch die Welle frei oszillieren. Die Nabe kann integral
mit der Welle gebildet sein, die in Lager, die auf der Chassis vorgesehen sind,
eingesetzt ist. Ein Permanentmagnet 40 ist fest auf einer
horizontalen, unteren Wand der Nabe angebracht. Wie in 7 gezeigt,
ist der Magnet vorzugsweise ein langgestreckter Stabmagnet mit Nord-(N) und
Süd-(S)
Polen an gegenüberliegenden
Enden und der eine im Allgemeinen horizontale Magnetachse definiert,
die sich entlang der Länge
des Magneten erstreckt. Der Magnet könnte andere Formen besitzen,
wie beispielsweise die eines Vierecks.
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Wie
am besten in 9 gesehen, sind die gegenüberliegenden
Enden der Welle 36 an einem Paar von Armen 38 eines
U-förmigen
Jochs 42 befestigt. Das Joch kann auf der Chassis angebracht sein.
Wie in 7 gezeigt, befindet sich der Scanspiegel 30 gemeinsam
mit der Nabe und dem Magneten in einer Ruhe- oder Gleichgewichtsposition,
in der der Scanspiegel ungefähr
mit einem 45° Winkel zu
der Horizontalen oder Ebene der Leiterplatte ausgerichtet ist und
in der der Magnet in einer Ebene im Allgemeinen parallel zu der
Leiterplatte liegt.
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Der
Magnet 40 ist Teil eines Antriebs zum wiederholten Oszillieren
des Scanspiegels 30 hin und zurück in entgegengesetzten Umfangsrichtungen
um die Welle 36. Der Antrieb umfasst eine elektromagnetische
Spule 44, die wie in 4 gezeigt, ein
Paar von Stiften 46 besitzt, die sich durch die Löcher in
der Leiterplatte erstrecken. Die Spule besitzt einen Spulenkörper auf
dem das Joch 42 tragend angebracht sein kann. Die Spule 44 ruht
auf, oder leicht oberhalb, der oberen Oberfläche der Leiterplatte und besitzt
bei Erregung durch ein Erregungssignal, das durch die Stifte 46 geleitet
wird, eine im Allgemeinen vertikale, elektromagnetische Achse, die
mit der im Allgemeinen horizontalen Magnetachse des Magneten interagiert.
Das Erregungssignal ist periodisch und verändert die Richtung, beispielsweise
eine sinusförmige
oder dreieckige Wellenform, so dass der Magnet 40 und seinerseits
die Nabe und der Scanspiegel mit einer Antriebsfrequenz vor und
zurück
oszilliert werden.
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Die
Oszillation des Scanspiegels 30 bewirkt, dass der Laserstrahl,
der darauf auf diesen auftrifft, über das zu lesende (Kenn-)Zeichen
hinweggestrichen wird. Ein Teil des Lichts, das von den (Kenn-)Zeichen
gestreut wird, kehrt zu dem Modul zurück und wird durch eine Sammellinse 48 gesammelt,
die beispielsweise semizylindrisch in einem benachbarten Fach auf
der Chassis, entfernt von dem Scanspiegel und diesen umgehend, angebracht
ist. Vorzugsweise besitzen beide Ober flächen der Sammellinse eine Krümmung, um
eine Abweichung für eine
maximale Sammeleffizienz zu minimieren. Das gesammelte Licht geht
durch einen optischen Bandpassfilter 50 unterhalb der Linse 48 hindurch
und wird zu einem Sensor, vorzugsweise einer Photodiode 52, geleitet,
die auf der oberen Oberfläche
der Leiterplatte angebracht ist. Die Linse 48, der Filter 50 und
die Photodiode 52 sind in 5 während ihres
Einbaus auf der Chassis gezeigt. Der abgeschlossene Zusammenbau
ist in 6 gezeigt.
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Die
Photodiode besitzt Oberflächenanschlüsse 54 zur
Oberflächenanbringung
der Photodiode auf der oberen Oberfläche der Leiterplatte. Auf diese
Weise ist der Bereich auf der unteren Oberfläche der Leiterplatte direkt
gegenüberliegend
der Photodiode verfügbar,
um eine zusätzliche
Elektronikschaltung, wie beispielsweise eine Signalverarbeitungsschaltung 56 zu
tragen. Es wird erkannt werden, dass wenn die Photodiode Stifte
besitzt (beispielsweise ähnlich
Laserstiften 12 oder Spulenstiften 46), dann der
Bereich auf der unteren Oberfläche der
Leiterplatte derartige Photodiodenstifte unterbringen müsste und
die Signalverarbeitungsschaltung 56, oder eine andere Schaltung,
andernorts angeordnet werden müsste.
Die Signalverarbeitungsschaltung 56 ist betriebsbereit,
um ein elektrisches Signal zu verarbeiten, das durch die Photodiode
erzeugt wird, und zwar ansprechend auf die Detektion des gestreuten
Lichts. Das elektrische Signal beginnt als ein analoges Signal,
welches dann digitalisiert und optional in Daten decodiert wird,
die eine Anzeige für das
(Kenn-)Zeichen bilden, das gelesen wird.
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Wenn
Platz für
eine zusätzliche
Schaltung erforderlich ist, dann muss der Bereich auf der unteren
Oberfläche
der Leiterplatte, der direkt gegenüberliegend der Spule 44 ist,
nicht durch die Stifte 46 belegt werden, sondern die Spule 44 kann
stattdessen mit Oberflächenkontakten
vorgesehen sein. Das Gleiche gilt für die Laserstifte 12.
Der Rest der unteren Oberfläche
der Leiterplatte wird verwendet, um die Leistungs- und Regulierungsschaltung
für den Laser 10,
die Spule 44 und den Photodetektor 52 unterzubringen.
Optional können
ein Hochfrequenzsender und eine Antenne auf der Leiterplatte vorgesehen sein,
um das elektrische Signal zu übertragen,
insbesondere nachdem es verarbeitet worden ist, und zwar zu einem
entfernten Host durch eine drahtlose Übertragung.
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Zusätzliche
Kosten und Größe können durch Anbringen
des Rohchips der Photodiode auf der Leiterplatte beseitigt werden,
wodurch die Verpackung oder das Gehäuse der Photodiode beseitigt
wird. Dieser sogenannte „Chip-on-board"-Aufbau verkleinert
die Photodiode und beseitigt die Verpackungskosten.
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Die
Photodiode muss genau positioniert werden, da kleine Fehler in der
Position bewirken, dass das Sichtfeld in die falsche Richtung weist.
Um die Anordnung der Photodiode toleranter zu machen, und um die
Anforderungen an das Sichtfeld zu minimieren, wird die Chassis mit
einer Öffnung 82 hergestellt,
die direkt über
der lichtempfindlichen Oberfläche
der Photodiode positioniert ist. Die empfindliche Oberfläche wird
größer als
die Öffnung
gemacht, so dass selbst wenn die Photodiode nicht perfekt positioniert
wird, der Teil der empfindlichen Oberfläche, der durch die Öffnung sichtbar
ist, die Größe, Form
und Position des Sichtfelds bestimmt. Da die Öffnung ein integraler Teil
der Chassis ist, ist sie genau relativ zu der Sammellinse positioniert,
die ihrerseits genau in Bezug auf den Laser 10 und den
Scanspiegel 30 positioniert ist.
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Die
Chassis trägt
auf diese Weise sämtliche Komponenten
in korrekter optischer Ausrichtung. Zu diesem Zweck ist die Chassis
aus einem synthetischen Kunststoffmaterial präzisionsgeformt.
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Das
Modul der 6 besitzt eine allgemeine Parallelepipedform
und belegt ein Volumen von ungefähr
8,8 mm × 9,8
mm × 5,7
mm. Die Leiterplatte ist ungefähr
9 mm × 12
mm groß.
Dies ist extrem kompakt für
einen nicht-retroreflektiven Scanantrieb, d. h. einen wo das zurückkehrende,
gestreute Licht nicht über
einen Pfad gesammelt wird, der durch den Scanspiegel hindurch geht.
Der Sammelbereich beträgt
nahezu die Hälfte
des gesamten vorderen Oberflächenbereichs
der Chassis.
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Zurück zu 4 kehrend,
besitzt ein langgestrecktes Polstück 60, das aus einem
ferromagnetischen Material, wie beispielsweise Eisen, besteht, ein
Paar von gebogenen Endteilen 62, die voneinander beabstandet
sind. Das Polstück
ist in ei nen Schlitz 64 auf der Unterseite des Spulenkörpers der Spule 44 gepasst,
und wird fest darauf oberhalb der oberen Oberfläche der Leiterplatte getragen.
Die Polstückteile 62 ziehen
magnetisch die Pole des Magneten 40 an, um letzteren in
die Ruheposition zu drängen.
Sobald die Spule enterregt wird, wird der Magnet 40 automatisch
den Scanspiegel zur Ruheposition zurückführen, und zwar aufgrund der
konstanten, magnetischen Anziehung zwischen den Polen und den Polstückteilen.
Diese automatische Zentrierung ist für elektro-optische Ausrichtungszwecke sehr
nützlich.
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Eine
alternative Zentrierungstechnik verwendet zwei separate magnetische
Stücke
oder separate Magnete, die auseinander angeordnet sind, um den Rotormagnet 40 dazwischen
zu zentrieren.
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10 stellt
eine Modifikation dar. Statt des Konfigurierens des Faltspiegels 22 und
der Fokussierlinse 24 als separate Elemente und Erfordern, dass
die Fokussierlinse 24 anpassbar bewegt wird, kann ein Prisma 70 eingesetzt
werden. Das Prisma 70 besitzt eine vollständig innenreflektierende
Oberfläche 72,
die mit einem Winkel von 45° geneigt
ist. In dieser Modifikation wird der Laser 10 innerhalb
seiner Bohrung 14 anpassbar bewegt, um die Fokussierung an
der erwünschten
Stelle zu erhalten. Das Prisma besteht aus einem optischen Material
zum Fokussieren des Laserstrahls, der dadurch hindurchgeht.
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11 und 12 stellen
eine weitere Modifikation dar, wobei sich der herausgehende Laserstrahl
und das zurückkehrende,
gestreute Licht entlang entsprechender Pfade bewegen, die im Allgemeinen
parallel zu der Leiterplatte 20 sind, anstatt entlang entsprechender
Pfade, die im Allgemeinen querverlaufend und im Allgemeinen senkrecht
zu der Leiterplatte 20 sind, wie in dem Fall der Ausführungsbeispiele
der 1–10.
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Unter
Verwendung entsprechender Bezugszeichen stellt das Ausführungsbeispiel
der 11–12 den
Laser 10 dar, der den Laserstrahl auf den Faltspiegel 22 und
durch die Fokussierlinse 24 und die Öffnung 28 der Öffnungsblende 26 emittiert,
bevor dieser auf den Scanspiegel 30 auftrifft. Der Scanspiegel 30 ist
an einem o beren Ende einer vertikalen Welle 74 angebracht,
die auf ein Paar von beabstandeten Armen 76 eingesetzt
ist. Eine Nabe 78 ist auf der Welle 74 angebracht.
Der Permanentmagnet 40 ist an einer Seite der Nabe 78 angebracht. Ein
Gegengewicht 80 ist an der anderen Seite der Nabe angebracht,
um das Gewicht des Magneten 40 auszugleichen.
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Die
Spule 44 ist so angebracht, dass ihre elektromagnetische
Achse im Allgemeinen parallel zu der Leiterplatte ist, aber immer
noch senkrecht zu der Magnetachse des Magneten 40 ist.
Bei Erregung der Spule 44 wird der Magnet 40 oszilliert,
wodurch die Nabe und der Scanspiegel 30 oszilliert werden, der
in dieser Konfiguration den Laserstrahl, der auf diesen trifft,
in einer Richtung im Allgemeinen senkrecht zu der Leiterplatte hinwegstreicht.
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Wie
in 12 gezeigt, wird ein Teil des gestreuten Lichts,
das von den (Kenn-) Zeichen in einer Richtung, die im Allgemeinen
parallel zu der Leiterplatte ist, durch ein Paar von zylindrischen
Sammellinsen 48a, 48b gesammelt, wird daraufhin
durch den optischen Filter 50 gefiltert, und wird durch
ein Paar von Photodioden 52a, 52b detektiert.
Ferromagnetische Polstückteile 62 ziehen
magnetisch die gegenüberliegenden
Pole des Magneten 40 an, um den Scanspiegel 30 zu
seiner Ruheposition zurückzuführen, wie
oben beschrieben.
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Die
Spule 44 in jedem Ausführungsbeispiel besitzt
eine zentrale, kreisförmige Öffnung 82 (siehe 12),
deren Durchmesser kleiner als die Länge des Stabmagneten 40 ist.
Der Magnet 40 tritt nicht in die Öffnung 82 ein, sondern
ist in betriebsbereiter Nähe
zu der Spule positioniert, wodurch eine höchst kompakte Konfiguration
für das
Scanmodul ermöglicht
wird.
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Die
untere Seite der Leiterplatte trägt
sowohl die analoge als auch die digitale Schaltung, vorzugsweise
kombiniert in einer einzelnen integrierten Schaltung. Die Leiterplatte
für dieses
Scanmodul ist so klein (9 mm × 12
mm), dass kein Platz für
eine analoganwendungsspezifische, integrierte Schaltung (ASIC =
Analog Application Specific Integrated Circuit) und einen separaten
Decodiermikroprozessor vorhanden ist, wie er in der Vergangenheit
eingesetzt wurde.
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Es
wird verstanden werden, dass jedes der oben beschriebenen Elemente
oder zwei oder mehr gemeinsam ebenfalls eine nützliche Anwendung in anderen
Arten von Konstruktionen finden können, die sich von den oben
beschriebenen Arten unterscheiden.