DE69334084T2

DE69334084T2 - Abtastmodul

Info

Publication number: DE69334084T2
Application number: DE69334084T
Authority: DE
Inventors: Howard Great River Shepard; Paul Stony Brook Dvorkis
Original assignee: Symbol Technologies LLC
Current assignee: Symbol Technologies LLC
Priority date: 1992-09-29
Filing date: 1993-09-24
Publication date: 2007-03-01
Anticipated expiration: 2013-09-25
Also published as: CN1112649C; US5367151A; DE69331161T2; CN1084994A; ATE346349T1; ATE208929T1; CA2107201A1; EP0590537B1; DE69331161D1; DE9321454U1; EP0818750A2; DE9321485U1; CA2107201C; DE69334084D1; JPH06236450A; EP0818750B1; EP0590537A3; DE9321437U1; ES2165561T3; EP0818750A3

Description

Technisches Gebiet
Diese Erfindung bezieht sich auf optische Scann- bzw. Abtasteinrichtungen, wie beispielsweise Strichcodescanner und insbesondere auf verbesserte Laser-Scann- bzw. Abtast-Module zur Verwendung bei Anwendungen, die besonders kleine Scanner benötigen.
Hintergrund
Optische Leser, wie beispielsweise Strichcodeleser, sind heutzutage ziemlich üblich. Typischerweise weist ein Strichcode eine Reihe codierter Symbole auf, und jedes Symbol besteht aus einer Reihe von hellen und dunklen Bereichen, typischerweise in Form von Rechtecken. Die Breiten dieser dunklen Bereiche, der Striche oder Balken, und/oder die Breite der hellen Zwischenräume zwischen den Strichen bzw. Balken zeigen die codierte Information an.
Ein Strichcodeleser beleuchtet den Code und fühlt Licht ab, das von dem Code reflektiert wird, um die Breiten und Abstände der Codesymbole zu detektieren und die codierten Daten daraus abzuleiten. Strichcode lesende Dateneingabesysteme verbessern die Effizienz und Genauigkeit der eingegebenen Daten für eine Vielzahl von Anwendungen. Die Leichtigkeit der Dateneingabe bei solchen Systemen erleichtert häufigere und genaue Dateneingabe, um beispielsweise in effizienter Weise Inventar aufzunehmen, laufende Arbeit zu verfolgen, etc. Um diese Vorteile zu erreichen, müssen jedoch Benutzer oder Angestellte willens sein, die Strichcodeleser konsequent einzusetzen. Daher müssen Leser leicht und praktisch zu betreiben bzw. zu bedienen sein.
Eine Vielzahl von Scann- bzw. Abtasteinrichtungen ist bekannt. Eine besonders vorteilhafte Art von Leser ist ein optischer Scanner, der einen Lichtstrahl, wie beispielsweise einen Laserstrahl, über die Symbole scannt bzw. streicht. Laserscannersysteme und Bauteile von der Art, die beispielsweise von den US-Patenten Nr. 4,387,297 und 4,760,248 beschrieben sind, die dem Inhaber der vorliege den Anmeldung gehören, wurden allgemein so konstruiert dass sie (Kenn-)Zeichen lesen, die Teile mit unterschiedlichem Lichtreflexionsvermögen besitzen, zum Beispiel Strichcodesymbole, insbesondere von der Art des Universal-Product-Codes (UPC) oder des EAN-Codes, und zwar in einem bestimmten Arbeitsbereich oder in einer bestimmten Leseentfernung von einem handgehaltenen oder stationären Scanner.
1 zeigt ein Beispiel einer herkömmlichen Strichcodeleseeinheit 10, die als pistolenförmige Einrichtung mit einem pistolengriffartigen Handgriff 53 ausgeführt ist. Ein leichtgewichtiges Kunststoffgehäuse 55 enthält die Laserlichtquelle 46, den Detektor 58, die Optik und Signalverarbeitungsschaltung und die CPU (zentrale Prozessoreinheit) 40 sowie eine Leistungsquelle oder Batterie 62. Ein lichtdurchlässiges Fenster 56 im vorderen Ende des Gehäuses 55 gestattet, dass der ausgehende Lichtstrahl 51 austritt und das ankommende, reflektierte Licht 52 eintritt. Der Benutzer richtet den Leser 10 auf ein Strichcodesymbol 70, und zwar aus einer Position, in der der Leser 10 von dem Symbol beabstandet ist, d.h. ohne das Symbol zu berühren oder den Leser über das Symbol hinweg zu bewegen.
Wie ferner in 1 dargestellt ist, kann der Leser eine geeignet Linse 57 (oder ein Mehrfachlinsensystem) umfassen, um einen Abtaststrahl auf einen Abtastpunkt in einer geeigneten Bezugsebene zu fokussieren. Eine Lichtquelle 46, wie beispielsweise eine Halbleiterlaserdiode, erzeugt einen Lichtstrahl auf der Achse der Linse 57, und der Strahl geht durch einen teilweise versilberten bzw. mit Silber beschichteten Spiegel oder Teilsilberspiegel (oder auch einseitigen Spiegel) 47 und, je nach Bedarf, andere Linsen oder Strahl formende Strukturen. Der Strahl wird von einem oszillierenden Spiegel 59 reflektiert, der mit einem Scann- oder Überstreichmotor 60 gekoppelt ist, welcher mit Energie versorgt wird, wenn der Auslöser 54 gedrückt wird. Die Schwingung des Spiegels 59 bewirkt, dass der reflektierte Strahl 51 in einem gewünschten Muster hin- und herstreicht bzw. gescannt wird.
Eine Vielzahl von Spiegel- und Motorkonfigurationen kann dazu verwendet werden, den Strahl in einem gewünschten Scann- bzw. Abtastmuster zu bewegen. Beispielsweise offenbart das U.S. Patent Nr. 4,251,798 ein sich drehendes Polygon mit einem ebenen Spiegel auf jeder Seite, wobei jeder Spiegel eine Scann- bzw. Abtastlinie über das Symbol hinweg erzeugt. Die U.S. Patente Nr. 4,387,297 und 4,409,470 verwenden beide einen ebenen Spiegel, der wiederholt und in einer Hin- und Herbewegung in entgegengesetzte Umfangsrichtungen um eine Antriebsachse herum angetrieben wird, auf der der Spiegel angebracht ist. Das U.S. Patent Nr. 4,816,660 offenbart eine Mehrfachspiegelkonstruktion, die aus einem allgemein konkaven Spiegelteil und einem allgemein ebenen Spiegelteil aufgebaut ist. Die Mehrfachspiegelkonstruktion wird wiederholt in einer Hin- und Herbewegung in entgegengesetzten Umfangsrichtungen um eine Antriebsachse herum angetrieben, auf der die Mehrfachspiegelkonstruktion angebracht ist.
Das von dem Symbol 70 zurückreflektierte Licht 52 geht durch das Fenster 56 hindurch und trifft auf den Detektor 58. Bei dem beispielhaften, in 1 gezeigten Leser 10 wird das reflektierte Licht von dem Spiegel 59 und dem Teilsilberspiegel 47 reflektiert und trifft auf den lichtempfindlichen Detektor 58. Der Detektor 58 erzeugt ein analoges Signal proportional zu der Intensität des reflektierten Lichts 52.
Eine auf einer Leiterplatte 61 angebrachte Digitalisierschaltung verarbeitet das analoge Signal von dem Detektor 58, um ein Pulssignal zu erzeugen, bei dem die Breiten der Pulse und die Abstände zwischen den Pulsen den Breiten der Striche und den Abständen zwischen den Strichen entsprechen. Der Digitalisierer dient als Kanten- oder Flankendetektor oder Wellenformerschaltung, und der von dem Digitalisierer eingestellte Schwellenwert bestimmt, welche Punkte des Analogsignals Kanten bzw. Ränder von Strichen bzw. Balken (des Strichcodesymbols) repräsentieren. Das Pulssignal von dem Digitalisierer wird an einen Decoder angelegt, der typischerweise ein programmierter Mikroprozessor 40 mit einem zugehörigen Programmspeicher und einem zugriffsfreien Datenspeicher (RAM) ist. Der Mikroprozessor-Decoder 40 bestimmt zuerst die Pulsbreiten und die Abstände des Signals von dem Digitalisierer. Der Decoder analysiert dann die Breiten und Abstände, um eine zulässige Strichcodenachricht zu finden und zu decodieren. Dies umfasst eine Analyse zum Erkennen zugelassener Zeichen und Folgen, wie sie von dem zugehörigen Code-Standard definiert sind. Dies kann auch eine anfängliche Erkennung eines bestimmten Standards umfassen, dem das abgetastete Symbol entspricht. Diese Erkennung des Standards wird typischerweise als Selbstunterscheidung oder Autodiskrimination bezeichnet.
Um ein Symbol 70 abzutasten, richtet ein Benutzer die Strichcodelesereinheit 10 darauf und betätigt den beweglichen Auslöseschalter 54, um den Lichtstrahl 51, den Scann- oder Überstreichmotor 60 und die Detektorschaltung zu aktivieren. Wenn der Abtaststrahl sichtbar ist, kann der Bediener das Scann- oder Abtastmuster auf der Oberfläche sehen, auf der das Symbol erscheint, und das Zielen bzw. Ausrichten des Lesers 10 entsprechend anpassen. Wenn das von der Quelle 46 erzeugte Licht kaum sichtbar ist, kann ein Richt- oder Ziellicht in dem optischen System umfasst sein. Das Ziellicht erzeugt bei Bedarf einen sichtbaren Lichtpunkt, der feststehend sein kann oder wie der Laserstrahl gescannt bzw. überstreichend sein kann; der Benutzer verwendet dieses sichtbare Licht, um die Lesereinheit auf das Symbol zu richten, bevor er den Auslöser drückt.
Der Leser 10 kann auch als tragbarer Computerterminal funktionieren. In diesem Fall würde der Strichcodeleser 10 eine Tastatur 48 und eine Anzeige 49 umfassen, wie es in dem erwähnten U.S. Patent Nr. 4,409,470 beschrieben ist.
US-A-4,805,175 offenbart einen Laserscanner, der ein unabhängiges Gehäuse aufweist, das einen Griffteil besitzt, der konfiguriert ist, um einfach in der Hand einer Person gehalten zu werden, und einen Körperteil von geringer Länge, der von dem Griffteil nach außen ragt. Eine Untergruppe einschließlich eines Laserröhre und einer angeschlossenen Stromversorgung ist an einer Schaltplatte innerhalb des Griffs angebracht und kann aus diesem entfernt werden. Eine Signalverarbeitungsuntergruppe auf einer Schaltplatte ist innerhalb des Körperteils über dem Griff gelegen. Eine Motor- und Optiksystemuntergruppe ist ebenfalls innerhalb des Körperteils angebracht und ist angeordnet, um einen Laserlichtstrahl von der Laserröhre durch einen Bogen durch ein Fenster in dem Vorderteil des Körperteils des Gehäuses zu richten, um über ein Strichcodesymbol hinweg zu streichen, auf das die Einrichtung gerichtet ist. Ein beweglicher Strahlbreitenanpassungs-/Strahlenblockiervorhang ist über dem Fenster angebracht. Licht, das von dem Strichcode reflektiert, tritt zurück in das Gehäuse durch das Fenster ein, geht durch einen kompakten optischen Pfad hindurch zu einem Photodetektor und angeschlossenen Signalverarbeitungskomponenten, so dass der gescannte Strichcode decodiert wird.
US-A-4,560,862 offenbart ein System zum optischen Scann von Gegenständen, und insbesondere von Strichcodes über eine große Tiefenschärfe hinweg, wobei dieses eine Glühlampenlichtquelle verwendet, um den Strichcode zu beleuchten, und das Feld unter Verwendung eines drehenden Polygons mit Spiegeln mit unterschiedlicher Krümmung auf unterschiedlichen Facetten davon scannt, was Scannen in unterschiedlichen Brennebenen in dem Feld vorsieht, während es diese Ebenen temporär multiplext. Die optischen, elektronischen und mechanischen Komponenten sind auf beiden Seiten einer gedruckten Leiterplatte modular verpackt, die angepasst ist, um in einem Gehäuse enthalten zu sein, das nahe an einen Code gehalten und auf diesen gerichtet sein kann, wenn es erwünscht ist, den Code zu lesen.
EP-A-0 464 284 offenbart ein Miniaturscannmodul, das angepasst ist, um als Teil eines Terminals oder einer anderen Vorrichtung zum Lesen der Strichcodes installiert zu sein, und das eine integrierte Anordnung einer Laserdiode und eines Photodetektors besitzt, der drehbar zur Hin- und Herbewegung um eine Drehachse angebracht ist. Die Anordnung wird als Ganzes oder als Teil auf einer Befestigungsplatte getragen und ist mit dieser elektrisch verbunden, und zwar durch Biegeelemente, die sich zwischen der integrierten Anordnung erstrecken, sowie Halterungen auf der Platte. Die Anordnung besitzt einen Körper mit einer Wand und einer Plattform. Die Wand trägt den Laser und besitzt eine Reflexionsoberfläche, die Licht, das von dem Scannen des Laserstrahls über den Strichcode hinweg stammt, zu dem Detektor richtet. Die Anordnung trägt außerdem gedruckte Schaltungen, die mit dem Detektor und der Laserdiode verbunden sind. Verbindungen werden durch die Biegungen zu diesen gedruckten Schaltungen und zu anderen Schaltungen auf der Montageplatte hergestellt.
WO-A-90 08364 offenbart ein Scannmodul zur Verwendung in einem Laserscannsystem. Das unabhängige Modul weist ein Gehäuse mit einem Fenster einer Laserlichtquelle, einem Mechanismus zum Scannen bzw. Überstreichen des Laserstrahls innerhalb des Gehäuses, um ein Scannmuster zu erzeugen, das zumindest eine Linie aufweist, ein Reflexionsstrahlfaltsystem zum Projizieren des Musters aus dem Fenster heraus und auf ein Objekt, wie beispielsweise einen Strichcode, und ein System zum Aufnehmen von Licht, das von einem Gegenstand weg reflektiert wurde, um das reflektierte Licht in ein elektrisches Signal umzuwandeln, das für dieses anzeigend ist. Der Strahlabtastmechanismus weist ein oszillierendes Reflexionsglied auf. Das Reflexionsstrahlfaltsystem weist zumindest zwei Spiegel auf, die im Allgemeinen gegenüberliegend zueinander angeordnet sind, um den Lichtstrahl von dem Strahlabtastmechanismus aufzunehmen und seinen Pfad zu falten, und zwar durch Reflektieren von diesem hin und her innerhalb des Gehäuses. Das Modul kann mit einem Griff oder irgendeinem anderen Glied, z.B. einem Datenterminal einschließlich eines Steuerungssystems zur Betätigung des Moduls und zum Decodieren des elektrischen Signals, das durch das Modul vorgesehen wird, verbunden sein.
EP-A-0 425 844 offenbart einen handgehaltenen Scanner, der einen Sammelspiegel aufweist, der in dem Rückkehrpfad positioniert ist und über ein Sichtfeld eines Photodetektors oszilliert. Der Scanner besitzt ein Gehäuse mit einem Vorderende bei dem ein Fenster gelegen ist. Eine Anordnung von LEDs ist innerhalb des Gehäuses hinter dem Fenster gelegen. Eine zylindrische Linse ist zwischen der LED-Anordnung und dem Fenster gelegen und ist betriebsbereit, um die inkohärente Beleuchtung, die durch die LEDs erzeugt wird, gleichmäßiger über das Symbol hinweg wiederzugeben. Sämtliche Komponenten sind auf einer gedruckten Leiterplatte angebracht, die innerhalb eines Gehäuses angeordnet ist.
EP-A-0 574 004 bildet einen Teil des Standes der Technik unter Art. 54(3) EPC und offenbart einen handgehaltenen Strichcodeleser, der ein Strahlscannermodul beinhaltet. Der Strichcodeleser weist ein zylindrisches Gehäuse, wie das Gehäuse einer Taschenlampe oder eines Kugelschreibers auf. Das Gehäuse kann einen Durchmesser von einem Zoll oder weniger haben. Das Strahlscannermodul weist eine Basis auf, die einen Scannmotor trägt. Eine gedruckte Leiterplatte trägt einen Schalter, der durch Herabdrücken eines Auslösers betätigt wird, und eine Steuerschaltung zum Vorsehen von Antriebssignalen, die notwendig ist, um den Laser zu bedienen und um den Betrieb des Motors zu steuern. Die Abtriebswelle des Motors erstreckt sich durch eine Öffnung in der Leiterplatte. Der Motor treibt wiederholt die Abtriebswelle in abwechselnden Umfangsrichtungen über Bogenlängen von weniger als 360° in jeder Richtung um eine Achse an, entlang derer sich die Welle erstreckt. Eine U-förmige oder kreisförmige Haltestruktur ist an dem Ende der Motorwelle angebracht. Ein flexibles, flaches Drahtkabel verbindet elektrisch eine Laseremittiervorrichtung und eine Optikuntergruppe mit der Leiterplatte. Die Untergruppe und die Haltestruktur oszillieren gemeinsam und drehen sich mit der Welle. Ein Photodetektor ist stationär an der Leiterplatte angebracht und fühlt die variable Intensität des Rückkehrteils des reflektierten Laserlichts ab und erzeugt ein elektrisches, analoges Signal, das anzeigend für die detektierte, variable Lichtintensität ist. Die gedruckten Leiterplatten auf jeder Seite einer Platte enthalten eine Signalverarbeitungsschaltung und eine Mikroprozessorschaltung zum Umwandeln des analogen, elektrischen Signals in ein digitales Pulssignal und zum Ableiten von Daten, die repräsentativ für Strichcodesymbole aus dem digitalen Pulssignal sind.
EP-A-0 194 115 offenbart ein Scannmodul, das die Merkmale des Oberbegriffs des Anspruchs 1 aufweist.
Bei den optischen Scannern von der oben beschriebenen Art vergrößern die Laserdiode, die Linse, der Spiegel und die Mittel zum Oszillieren des Spiegels alle die Größe und das Gewicht des handgehaltenen Scanners. Der Photodetektor und die zugehörige Verarbeitungsschaltung können auch die Größe und das Gewicht vergrößern. Bei Anwendungen, die die Verwendung über einen längeren Zeitraum umfassen, kann eine große, schwere handgehaltene Einheit zu Ermüdung führen. Wenn die Benutzung des Scanners Ermüdung erzeugt oder in irgendeiner anderen Weise unbequem ist, ist der Benutzer widerwillig, den Scanner zu bedienen bzw. zu verwenden. Jeglicher Widerwillen, den Scanner konsequent zu benutzen, gefährdet die Datenerfassungszwecke, für die die Strichcodesysteme gedacht sind. Auch besteht ein Bedarf, dass kleine Scannereinheiten in kleine, kompakte Einrichtungen passen, wie beispielsweise in Notebooks (tragbare Computer).
Somit ist es ein andauerndes Ziel der Strichcodeleserentwicklung, den Strichcodeleser soweit wie möglich zu miniaturisieren, und es besteht noch ein Bedarf, die Größe und das Gewicht der Scann- bzw. Abtasteinheit weiter zu vermindern und ein besonders praktisches Scannersystem vorzusehen. Die Masse der sich bewegenden Bauteile oder Komponenten sollte so niedrig wie möglich sein, um die Leistung zu minimieren, die erforderlich ist, um die Scann- oder Überstreichbewegung zu erzeugen und den Betrieb bei hohen Scann- oder Abtastgeschwindigkeiten zu erleichtern.
Es ist auch zweckmäßig, die Scann- bzw. Abtastkomponenten zu modularisieren, so dass ein bestimmtes Modul in einer Vielzahl verschiedener Scanner verwendet werden kann. Es besteht jedoch ein Bedarf danach, ein besonders kleines, leichtgewichtiges Modul zu entwickeln, das alle notwendigen Scannerkomponenten enthält.
Kleinere Scann- oder Abtastkomponenten neigen dazu, mit höheren Scann- oder Abtastfrequenzen zu arbeiten. Bei typischen Strichcodeabtastanwendungen sollte jedoch die Scann- oder Abtastfrequenz des sich bewegenden Punkts relativ niedrig sein, typischerweise 20 Hz oder weniger. Wenn die Frequenz ansteigt, steigt die Geschwindigkeit des Punkts, wahrend er sich über die Zeichen hinweg bewegt. Die von dem Detektor erzeugten Signale steigen auch bezüglich ihrer Frequenz an und infolgedessen muss die Bandbreite der Verarbeitungsschaltung zum Analysieren der Detektorsignale erhöht werden. Auch erzeugt der Betrieb bei höheren Scann- oder Abtastfrequenzen allgemein Detektorsignale, die höhere Rauschpegel umfassen, was ein genaues Decodieren erschwert.
Offenbarung der Erfindung
Ziele
Ein Ziel besteht darin, ein vollkommen unabhängiges Scann- oder Abtastmodul zu entwickeln, das alle Bauteile oder Komponenten enthält, die notwendig sind zum Erzeugen des Lichtstrahls, zum Scannen oder Bewegen des Lichtstrahls in einem Muster über ein Zeichen hinweg, zum Detektieren von Licht, das von den Zeichen reflektiert wurde, und zum Verarbeiten von Signalen, die für das reflektierte Licht repräsentativ sind. Diesbezüglich sollte das Modul klein und leichtgewichtig sein und leicht in eine Vielzahl verschiedenen Arten von optischen Scann- oder Abtastsystemen einbaubar sein.
Ein weiteres Ziel dieser Erfindung ist, die Größe und das Gewicht von Elementen zu minimieren, die verwendet werden zum Erzeugen der Scann- oder Überstreichbewegung des Lichtstrahls.
Ein weiteres, verwandtes Ziel besteht darin, ein optisches Scann- oder Abtastsystem zu entwickeln, das kleiner und leichtgewichtiger ist, wenn es von einem Bediener gehalten wird, und das leichter zu bedienen ist, um codierte Daten zu scannen bzw. abzutasten.
Zusammenfassung
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Scann- oder Abtastmodul gemäß Anspruch 1 vorgesehen. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung können den abhängigen Ansprüchen entnommen werden.
Mit anderen Worten ist die Erfindung ist ein unabhängiges optisches Scann- oder Abtastmodul zum Lesen optisch codierter Zeichen mit Teilen mit unterschiedlichem Lichtreflexionsvermögen. Das Modul besitzt eine Metallbasis und einen Emitter bzw. Strahler, wie beispielsweise eine Laserdiode, der bzw. die fest auf der Metallbasis angebracht ist. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel umgibt die Metallbasis die Laserdiode und dient als Kühlkörper für die Diode. Eine optische Scann- oder Abtastkomponente, wie beispielsweise ein Spiegel, richtet den Lichtstrahl von dem Emitter zu dem optisch codierten Zeichen. Ein an der Basis befestigter Träger trägt die optische Komponente bzw. das optische Bauteil derart, dass eine oszillierende oder schwingende Bewegung davon gestattet wird. Ein Antriebsmechanismus erzeugt eine Hin- und Herbewegung der optischen Komponente auf dem Träger, so dass der Lichtstrahl über eine Oberfläche hinweg streicht auf der das Zeichen erscheint. Ein Photodetektor empfängt Licht, das von der Oberfläche zurückreflektiert wird, und erzeugt elektrische Signale entsprechend dem unterschiedlichen Lichtreflexionsvermögen der optisch codierten Zeichen. Das Modul umfasst erste und zweite Leiterplatten, die senkrecht zueinander angeordnet sind. Ein flexibles Kabel verbindet die Schaltung auf den zwei Leiterplatten miteinander, so dass die Schaltung Signale zum Betrieb des Emitters und Signale zum Betrieb des Antriebsmechanismus erzeugt und die elektrischen Signale von dem Detektor verarbeitet. Das Modul umfasst eine Schaltung zum Betrieb des auf der ersten Leiterplatte angebrachten Emitters, und eine anwendungsspezifische, integrierte Schaltung zum Erzeugen der Signale zum Betrieb des Antriebsmechanismus und zum Verarbeiten der von dem Detektor erzeugten elektrischen Signale ist auf der zweiten Leiterplatte angebracht.
Typischerweise umfasst der Träger für die optische Scann- bzw. Abtastkomponente ein Glied, dessen eines Ende die Komponente trägt und dessen anderes Ende einen Magneten trägt. Das Glied und der Magnet sind so bemessen, dass das Gewicht des Magneten das Gewicht der optischen Scann- bzw. Abtastkomponente aufwiegt bzw. ausgleicht bezüglich einer Achse, die ungefähr auf halbem Weg zwischen dem Spiegel und dem Magneten liegt. Ein freies Ende einer flexiblen planaren Feder ist mit einem der Enden des Glieds fest verbunden, und typischerweise ist das andere Ende der Feder mit irgendeinem festgelegten Punkt verbunden. Bei einem Ausführungsbeispiel mit bidirektionalem bzw. Zwei-Richtungs-Abtasten oder -Scannen wäre das zweite Ende der flexiblen planaren Feder von einer zusätzlichen flexiblen Tragstruktur getragen. Die flexible(n) planare(n) Feder(n) ist bzw. sind länger als die Entfernung zwischen einem Ende des Glieds und der Achse, aber kürzer als die Entfernung zwischen den Enden des Glieds. Typischerweise weist die flexible, planare Feder ein Paar flexibler Streifen auf, die jeweils aus einem Flächenelement oder Blatt aus flexiblem Kunststoffmaterial besteht, wie beispielsweise Mylar^TM oder Kapton^TM. Diese Tragstruktur kann ziemlich klein sein und dennoch eine Schwingung der Scann- oder Abtastkomponente mit niedriger Frequenz vorsehen, wie es für die meisten Strichcodeleseanwendungen erforderlich ist.
Die Erfindung gestattet auch den Einbau eines Strahlabtastmoduls in einen Griffel bzw. Stylus oder eine andere Art von Schreibgerät. Das stiftförmige Gehäuse besitzt eine verjüngte Spitze an einem Ende, einen vergrößerten Abschnitt an einem Ende gegenüber der verjüngten Spitze und einen langgestreckten Körper zwischen den Enden. Ein Strahlscannermodul ist in dem vergrößerten Abschnitt des stiftförmigen Gehäuses angeordnet. Dieses Modul sendet einen Lichtstrahl aus und richtet den Lichtstrahl entlang eines Lichtpfads, welcher sich entlang einer Außenoberfläche des Körpers des stiftförmigen Gehäuses zu einer Zieloberfläche hin erstreckt, auf dem das optisch codierte (Kenn-) Zeichen erscheint. Der Stylus bzw. Griffel umfasst auch ein Schreibinstrument, das in der verjüngten Spitze des stiftförmigen Gehäuses angebracht ist. Dieses Schreibinstrument weist ein elektronisches Stylus- oder Griffelelement auf zum Liefern von Positionsdateneingaben an ein Digitalisiertablett bzw. eine Digitalisiertafel bei Kontakt einer Spitze des stiftförmigen Gehäuses auf einer Oberfläche des Digitalisiertabletts bzw. der Digitalisiertafel. Ein Photodetektor ist in dem stiftförmigen Gehäuse benachbart zu der verjüngten Spitze angebracht, und zwar zum Abfühlen von Licht, das von den optisch codierten (Kenn-) Zeichen reflektiert wird, und zum Erzeugen eines elektrischen Signals, das repräsentativ ist für die Änderungen des Lichtreflexionsvermögens der optisch codierten (Kenn-)Zeichen. Ein manuell betätigbarer Schalter gestattet, dass der Bediener das Strahlscannermodul aktiviert, um das Lesen der optisch codierten (Kenn-)Zeichen zu beginnen. Der Schalter ist auf einer Seitenoberfläche des Körpers des Stifts außerhalb des Lichtpfads an einem Punkt nahe der verjüngten Spitze angebracht. Infolgedessen kann der Bediener den Schalter unter Verwendung des Daumens oder Zeigefingers aktivieren, ohne den Lichtpfad zu blockieren.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine handgehaltene Laserscanner- und Terminal-Einrichtung zum Scannen bzw. Abtasten von Strichcodes und zur Eingabe und Anzeige von Daten, und zwar gemäß dem Stand der Technik;
2 zeigt ein Diagramm der Auslegung zum Erzeugen einer horizontalen Scann- oder Abtastlinie;
3 zeigt ein Diagramm der Auslegung, und zwar ähnlich zu dem von 2, wobei aber der Scann- bzw. Abtastspiegel zur Bewegung in einer Richtung getragen wird, die eine vertikale Scann- bzw. Abtastlinie erzeugt;
4 bis 7 zeigen eine Draufsicht, eine linke Seitenansicht, eine rechte Seitenansicht bzw. eine Stirnansicht eines ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels des Scann- bzw. Abtastmoduls der vorliegenden Erfindung;
8 ist eine genaue Schnittansicht entsprechend dem eingekreisten Teil von 7, und sieht eine weiter vergrößerte Darstellung der Anbringung des Filters und Photodetektors vor;
9 ist eine Seitenansicht der Spiegel- und Magnettragstruktur des Scann- bzw. Abtastmoduls der 4 bis 7;
10 ist eine Seitenansicht einer Teil- bzw. Subanordnung, und zwar ohne die feste Tragstruktur und wobei der Elektromagnet im Querschnitt gezeigt ist;
11(A) und 11(B) sind eine Draufsicht bzw. eine Seitenansicht eines Scann- oder Abtastmotors einschließlich der in 10 gezeigten Subanordnung;
12 und 13 sind eine Draufsicht bzw. eine Seitenansicht einer Subanordnung ohne die feste Tragstruktur zur Verwendung in einem zwei-dimensionalen Scanner;
14 zeigt ein Strahlabtastmodul einschließlich eines Laserdioden- und Fokussiermoduls und der in den 12 und 13 gezeigten Subanordnung;
15 zeigt im Querschnitt einen elektronischen Stylus oder Griffel einschließlich eines der Strahlabtastmodule;
16 ist eine Draufsicht auf den elektronischen Stylus bzw. Griffel und Scanner von 15 und zeigt eine Verbindung des elektronischen Stylus bzw. Griffels mit einem Digitalisiertablett;
Beste Ausführungsmodi der Erfindung
So wie der Ausdruck „Zeichen" bzw. „Kenn-)Zeichen" bzw. „Kennzeichen" in dieser Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen verwendet wird, umfasst er in weiter Auslegung nicht nur Symbolmuster, die aus abwechselnden Strichen und Zwischenräumen mit verschiedener Breite bestehen und üblicherweise als Strichcodesymbole bezeichnet werden, sondern auch andere ein- oder zweidimensionale graphische Muster sowie alphanumerische Zeichen. Allgemein kann sich der oben genannte Ausdruck auf jegliche Art von Muster oder Information beziehen, das bzw. die durch Scannen eines Lichtstrahls und Detektieren des reflektierten oder gestreuten Lichts als eine Darstellung der Veränderungen des Lichtreflexionsvermögens an verschiedenen Punkten des Musters oder der Information erkannt oder identifiziert werden kann. Ein Strichcodesymbol ist ein Beispiel eines "(Kenn-)Zeichens", das die vorliegende Erfindung scannen kann.
Die im Weiteren beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung verwenden einen Spiegel als die Scann- oder Überstreichkomponente, welcher sich bewegt, um die gewünschte Scann- oder Überstreichbewegung des Strahlpunkts über das (Kenn-) Zeichen zu erzeugen, jedoch könnten andere optische Komponenten oder Bauteile verwendet werden. Beispielsweise könnte die flexible Tragstruktur einen Lichtemitter (zum Beispiel eine Laserdiode) oder eine Fokussierlinse für eine Hin- und Herbewegung tragen.
Allgemeine Beschreibung
Die 2 und 3 zeigen Auslegungen von Scannersystemen mit flexiblen Tragstrukturen zum Vorsehen von Hin- und Herbewegung eines Spiegels. Die gezeigten Systeme sind im Wesentlichen ähnlich und die Zeichnungen verwenden die gleichen Bezugszeichen, um entsprechende Bauteile oder Komponenten jedes Systems zu identifizieren. Die grundlegende, flexible Tragstruktur, die den Scann- oder Abtastspiegel trägt, kann in jeglicher Art und Weise ausgerichtet oder orientiert sein, wie es gewünscht wird, um eine gewünschte Orientierung oder Ausrichtung der sich ergebenden Scann- bzw. Abtastlinie zu erhalten. Wie im Weiteren noch in größerer Einzelheit erklärt wird, erzeugt die Auslegung von 2 eine Scannlinie in Richtung nach links in der Zeichnung und im Wesentlichen senkrecht zu der Ebene der Zeichnungsfigur. Im Gegensatz dazu erzeugt das in 3 gezeigte System eine Scannlinie in Richtung nach links in der Zeichnung, wobei die Scannlinie im Wesentlichen in der Ebene der Zeichnungsfigur liegt.
Wie in 2 gezeigt ist, erzeugt ein Laserdioden- und Fokussiermodul 600 einen Lichtstrahl. Krichever et al. zeigen in ihrem US-Patent Nr. 4,923,281 ein Beispiel eines Laserdioden- und Optikmoduls, das geeignet ist zur Verwendung als das Modul 600. Bei Verwendung der Ausführung von Krichever et al. umfasst das Modul 600 eine sogenannte sichtbare Laserdiode, d. h. eine Diode mit sichtbarem Laserlicht (VLD) 633, wie beispielsweise eine TOLD9201.138, hergestellt von Toshiba. Eine Linse 635 fokussiert den Strahl von der Laserdiode 633 je nach Bedarf, um den Strahl zur Übertragung zu dem Spiegel 502 vorzubereiten. Das Modul be- sitzt zwei teleskopartige Halteglieder 611 und 615 und eine Vorspannfeder 613, die zwischen der Laserdiode 633 und der Linse 635 angeordnet ist. Ein Halteglied 611 ist an der Laserdiode 633 befestigt, und das andere Glied 615 hält die Linse 635. Der zweite Halter 615 sieht auch eine Öffnung oder Apertur 617 für das Licht vor, das durch die Linse 635 hindurchgeht. Typischerweise wird das Modul vor dem Einbau des Moduls in das Scannersystem für eine bestimmte Anwendung zusammengebaut und ordnungsgemäß fokussiert.
Wenn Strom an die Treiberlaserdiode 633 angelegt wird, geht der Strahl von der Diode durch die Linse 635 und die Öffnung 617 hindurch und trifft auf eine reflektierende Oberfläche auf einem Spiegel 159 auf. Der Spiegel 159 leitet den Strahl um zu einer Zieloberfläche hin, auf der die codierten (Kenn-)Zeichen 70 erscheinen. Der Spiegel 159 dient auch als eine Scann- oder Überstreichkomponente, die sich bewegt, so dass der Strahlpunkt eine Linie oder ein Muster über die Zieloberfläche scannt bzw. überstreicht.
Eine Tragstruktur 100 liefert eine flexible Unterstützung für den Spiegel 159, um die notwendige Hin- und Herbewegung des Spiegels zu gestatten. In 2 umfasst die Spiegeltragstruktur 100 ein U-förmiges Glied 103. das Glied 103 besitzt einen ersten Arm 105, und zwar an dem einen Ende, an dem der Spiegel 159 befestigt ist. Ein zweiter Arm 107 des Glieds 103 trägt einen ersten Magneten, in diesem Fall einen Permanentmagneten 109. Ein gerader Abschnitt 111 erstreckt sich zwischen dem ersten und dem zweiten Arm und verbindet diese miteinander, um die U-Form des Glieds 103 zu bilden. Typischerweise wird das Glied 103 aus einem starren Kunststoffmaterial gebildet.
Ein Paar flexibler Streifen 121, 123 bildet eine planare Feder, die mit einem der Arme des U-förmigen Glieds 103 verbunden ist. Die Zeichnungen zeigen ein Paar von Streifen, aber die planare Feder könnte einen einzigen flexiblen Streifen oder mehr als zwei flexible Streifen aufweisen. In der bevorzugten Form kann jeder flexible Streifen einen Film aus Mylar^TM oder Kapton^TM aufweisen, jedoch könnten auch andere flexible Elemente verwendet werden, wie beispielsweise ein flacher Streifen aus einem nichtmagnetischen Metall, wie beispielsweise einer Beryllium-Kupfer-Legierung. In der Ruheposition bleiben die Streifen 121, 123 in einem relativ entspanntem bzw. nicht ausgelenkten Zustand und erstrecken sich in einer Richtung im Wesentlichen parallel zu dem geraden Abschnitt 111 in dem Raum zwischen dem ersten Arm 103 und dem zweiten Arm 107. Die planare Feder oder der bzw. die flexible(n) Streifen ist bzw. sind nicht so lang wie der gerade Abschnitt 103 oder die Entfernung zwischen dem Spiegel 159 und dem Magnet 109. In dem System von 2 sind die freien Enden der Streifen mit dem ersten Arm 105 verbunden, aber die Streifen könnten genauso gut bzw. leicht mit dem zweiten Arm 107 verbunden sein. Die entgegengesetzten Enden der Streifen 121, 123 werden von einer festen Tragstruktur gehalten.
Insbesondere ist das freie Ende der Flächenelemente bzw. Blätter aus Mylar^TM- oder Kapton^TM-Material, die die flexiblen Streifen 121, 123 bilden, mit geeigneten Befestigern 125 (Stiften, Nieten, Schrauben oder ähnlichem) befestigt und dadurch zwischen einer Platte 127 und einem Rahmenglied eingeklemmt, das sich von der Rückseite des ersten Arms 105 aus erstreckt (unterhalb der Platte 127 angeordnet und im Wesentlichen in 2 nicht sichtbar). Die entgegengesetzten Enden der Streifen 121, 123 sind mit einer festen Tragstruktur verbunden, und zwar durch geeignete Befestiger 129, und sie sind dadurch zwischen einer Platte 131 und einem Tragsockel eingeklemmt, welcher sich von einer (nicht gezeigten) Basis nach oben erstreckt, auf der das System angebracht ist. Der Tragsockel liegt unterhalb der Platte 131 und ist in 2 nicht sichtbar.
Wie gezeigt ist, erstreckt sich das Glied 103 von einem Punkt, an dem die freien Enden der planaren Federn 121, 123 befestigt sind, zu einem Punkt, jenseits von welchem die entgegengesetzten Enden der planaren Federn durch die Befestiger 129 und die Platte 131 fest an dem Tragsockel befestigt sind. In dem gezeigten Beispiel ist der Spiegel 159 benachbart zu den freien Enden der planaren Federn 121, 123; und das Glied 103 trägt den Magneten 109 an einem Punkt jenseits der festgelegten Enden der planaren Federn 121, 123. Die Komponenten oder Bauteile der Tragstruktur 100, der Spiegel 159 und der Magnet 109 sind so bemessen, dass das Gewicht des Magneten das Gewicht des Spiegels bezüglich einer Achse A ungefähr auf halbem Wege zwischen dem Spiegel und dem Magneten aufwiegt bzw. ausgleicht. Die Streifen 121, 123 erstrecken sich von ihrer Verbindung mit dem Arm 105 zu dem festen Punkt, der zwischen der Achse A und dem anderen Arm 107 angeordnet ist. Dies bedeutet, dass die flexiblen Streifen 121, 123 länger sind als die Entfernung zwischen dem Arm 105 und der Achse A, oder länger als die Hälfte der Entfernung zwischen dem Spiegel 105 und dem Magneten 109. Infolgedessen funktionieren die Streifen 121, 123 als planare Blattfederelemente und verbiegen sich um die Schwenkachse A herum. Eine Schwingung des U-förmigen Glieds, das auf den Federn 121, 123 getragen wird, erzeugt eine Hin- und Herbewegung des Spiegels 159 über einen Bogen bzw. eine Bogenlänge um die Achse A herum. Der Bogen bzw. die Bogenlänge ist senkrecht zu der Zeichnungsebene.
Ein zweiter Magnet, in diesem Fall ein Elektromagnet 133, ist an der (nicht gezeigten) Basis an einer Stelle in nächster Nähe zu dem Permanentmagneten 109 befestigt. Elektrische Zuleitungen tragen einen Erregungsstrom oder ein Treibersignal zur Spule des Elektromagneten 133. Zusammen erzeugen die ersten und zweiten Magneten 109, 133 die Bewegungskraft, die notwendig ist, um die Schwingung des Glieds 103 um die Achse A und die entsprechende Hin- und Herbewegung des Spiegels 159 hervorzurufen.
Der Permanentmagnet 109 ist so ausgerichtet, dass die Achse zwischen seinem Nordpol und seinem Südpol im Wesentlichen senkrecht zu der Achse A und senkrecht zu der Achse der Spule des Elektromagneten 133 ist. Beispielsweise könnte die Achse des Magneten 109 senkrecht zu der Ebene der 2 sein, und die Achse der Spule wäre in der Ebene der Zeichnung.
Wenn ein Strom durch die Spule des Elektromagneten 133 eingeführt wird, erzeugt die Wechselwirkung zwischen den Magnetfeldern der Spule und des Permanentmagneten 109 ein Drehmoment, welches bewirkt, dass sich der Magnet 109 (mit dem befestigten zweiten Ende des Glieds 103) aus einer Gleichgewichtsposition bewegt. Bei der in 2 dargestellten Anordnung erzeugt diese Wechselwirkung des Magnetfelds der Spule mit demjenigen des Permanentmagneten ein Drehmoment, das dazu neigt, die Achse des Magneten 109 mit der Achse der Spule 133 auszurichten oder in eine Linie zu zwingen. Dieses Drehmoment bewirkt, dass sich das Glied 103 um die Achse A dreht, welche von der planaren Feder vorgesehen wird, die durch die flexiblen Streifen 121, 123 gebildet wird. Die Federn 121, 123, die den ersten Arm 105 des Glieds 103 tragen, verdrehen oder verbiegen sich um die Achse A und erzeugen eine Rückkehrkraft. Diese Rückkehrkraft versucht, den Permanentmagneten 109 zurück in die Ruheposition zu bringen. Eine Umkehr der Polarität des angelegten Stroms wird die Richtungen der Magnetkraft und der entgegenwirkenden Rückkehrkraft umkehren. Wenn daher der an die Spule des Elektromagneten 133 angelegte Strom die Form eines zyklischen Wechselstromsignals annimmt, wie beispielsweise eine Sinuswelle, ein Impulssignal, eine Dreieckswelle, etc. werden die induzierten Magnetkräfte eine oszillatorische oder Schwingbewegung des Permanentmagneten 109 und eine Drehoszillation bzw. Drehschwingung des befestigten Glieds 103 erzeugen. Der bzw. die flexible(n) Streifen dreht bzw. drehen sich um die Achse A hin und her und bewirkt bzw. bewirken eine Schwingung des Glieds 103, und der Spiegel 159 bewegt sich hin und her über den Bogen hinweg um die Achse A herum. Der Bogen der Spiegelbewegung verläuft nach vorn und hinten durch die Zeichnungsebene von 2.
Anstatt einen Wechselstrom als Treiberstrom zu verwenden, ist es möglich, ein Impuls- oder Halbwellensignal mit der gleichen Frequenz und in Phase mit der charakteristischen Schwingung (Eigenschwingung) der Feder zu verwenden. Die Federkräfte würden eine dauerhafte Schwingung erzeugen, und die von dem Treiberstrom erzeugten Magnetkräfte würden jegliche mechanische Energie ersetzen, die durch die Schwingung verloren ginge, um dadurch die schwingende Federbewegung aufrechtzuerhalten. Die Schaltung zum Erzeugen dieser Art von Treiberstrom kann leichter auszuführen sein, als die Schaltung zum Erzeugen des Wechselstromtreibersignals.
Wenn das Laserdioden- und Fokussiermodul 600 einen Lichtstrahl aussendet, reflektiert der sich bewegende Spiegel 159 den Strahl zu einer Zieloberfläche hin, auf der ein (Kenn-)Zeichen 70 erscheint. Die Hin- und Herschwingung des Spiegels 159 bewirkt, dass der Strahl eine Linie nach links von der in der Zeichnung gezeigten Tragstruktur 100 scannt bzw. überstreicht. Wenn 2 eine Seitenansicht ist und die Tragstruktur 100 wie gezeigt orientiert ist, wäre die sich ergebende Scann- oder Abtastlinie horizontal und würde ein Zeichen 70 mit vertikalen Strichen scannen. Das von dem Zeichen zurückreflektierte Licht geht durch einen Umgebungslicht blockierenden optischen Filter 156 zum Detektor 158. Der Detektor 158, typischerweise eine Photodiode, erzeugt ein Analogsignal, das proportional zu der Intensität des reflektierten Lichts ist und in der üblichen Weise verarbeitet, digitalisiert und decodiert wird.
3 zeigt ein Scann- oder Abtastsystem ähnlich zu dem von 2, aber mit einer unterschiedlichen Orientierung der planaren Federglieder, um ein Scannen oder Abtasten in einer unterschiedlichen Richtung vorzusehen. Wiederum erzeugt ein Laserdioden- und Fokussiermodul 600 den Lichtstrahl, wenn Strom angelegt wird, um die Laserdiode 633 zu treiben. Der Spiegel 159 leitet den Strahl zu der Zieloberfläche um und bewegt sich, um die Bewegung des Strahlpunkts in einer Linie oder einem Muster über die Zieloberfläche hinweg vorzusehen.
Eine Tragstruktur 200 sieht eine flexible Unterstützung für den Spiegel 159 vor, um die notwendige Hin- und Herbewegung des Spiegels um eine Achse AI herum zu gestatten, welche senkrecht zu der Zeichnungsebene ist. In 3 umfasst die Spiegel- tragstruktur 200 ein U-förmiges Glied 103, das identisch zu demjenigen ist, das in dem Ausführungsbeispiel von 2 verwendet wurde.
Die freien Enden des Paars flexibler Streifen 121, 123, die die planare Feder bilden, sind durch geeignete Befestiger (in 3 nicht sichtbar) zwischen einer Platte 127 und einem Rahmenglied 126 eingeklemmt, welches sich von der Rückseite des ersten Arms 105 aus erstreckt. Ein Sockel 135 ist an einer Leiterplatte oder einem Blech befestigt, die bzw. das eine Basis für das System bildet. Der Sockel 135 besitzt einen stationären Arm 137, welcher sich zu einem Punkt innerhalb des U's des Glieds 103 bei einem Punkt zwischen der Achse A' und einem der Arme hin erstreckt, und zwar in diesem Fall zwischen der Achse und dem zweiten Arm 107. Die entgegengesetzten Enden der Streifen 121, 123 sind durch (nicht gezeigte) geeignete Befestiger zwischen einem vergrößerten Ende des stationären Arms 137 und der Platte 131 festgeklemmt.
Die Bauteile oder Komponenten der Tragstruktur 100, der Spiegel 159 und der Magnet 109 sind so bemessen, dass das Gewicht des Magneten das Gewicht des Spiegels bezüglich einer Achse A' ungefähr auf halbem Wege zwischen dem Spiegel und dem Magneten aufwiegt bzw. ausgleicht, und zwar im Wesentlichen in der gleichen Weise wie bei der vorhergehenden Anordnung. Infolgedessen funktionieren die Streifen 121, 123 als planare Blattfedern und verbiegen sich um die senkrechte Schwenkachse A' herum.
Die ersten und zweiten Magneten 109 und 133 funktionieren im Wesentlichen wie der Anordnung gemäß 2. Wegen der Orientierung der in 3 gezeigten Tragstruktur 200 ist jedoch die Achse des Magneten zwischen seinen Nord- und Südpolen nun in der Zeichnungsebene ausgerichtet. Wenn der Wechselstrom durch die Spule des Elektromagneten eingeführt wird, erzeugt eine Wechselwirkung zwischen den Magnetfeldern der Spule und des Permanentmagneten 109 eine oszillatorische oder Schwingbewegung des Permanentmagneten 109 und eine Drehschwingung des (daran) befestigten Glieds 103. Der bzw. die flexible(n) Streifen verdreht bzw. verdrehen oder verbiegt bzw. verbiegen sich um die Achse A' herum vor und zurück, was bewirkt, dass das Glied 103 schwingt, und der Spiegel 159 bewegt sich über den Bogen bzw. die Bogenlänge hinweg um die Achse A' hin und her. Der Bogen bzw. die Bogenlänge der Spiegelbewegung liegt in der Zeichnungsebene von 3.
Wenn das Laserdioden- und Fokussiermodul 600 einen Lichtstrahl aussendet, reflektiert der sich bewegende Spiegel 159 den Strahl zu einer Zieloberfläche, auf der ein (Kenn-)Zeichen 70' erscheint. Die Hin- und Herschwingung des Spiegels 159 bewirkt, dass der Strahl eine Linie nach links von der in der Zeichnung gezeigten Tragstruktur 200 scannt bzw. überstreicht. Wenn 3 eine Seitenansicht ist und die Tragstruktur 200 wie gezeigt orientiert oder ausgerichtet ist, würde die sich ergebende Scann- oder Abtastlinie vertikal sein und würde ein Zeichen 70' mit horizontalen Strichen abtasten bzw. scannen. Das von dem Zeichen zurückreflektierte Licht geht durch einen Umgebungslicht blockierenden optischen Filter 156 hindurch zum Detektor 158. Der Detektor 158 erzeugt ein Analogsignal, das proportional ist zur der Intensität des reflektierten Lichts und das in der üblichen Weise verarbeitet, digitalisiert und decodiert wird.
Wie durch die zwei verschiedenen Auslegungen der oben beschriebenen Scannertragstruktur gezeigt wurde, liegt ein Vorteil der Scann- oder Abtastkomponententragstruktur darin, dass sie in einer Vielzahl verschiedener Arten orientiert oder ausgerichtet werden kann, um ein Scannen oder Abtasten in verschiedenen Richtungen zu erzeugen. Wenn beispielsweise das System von 2 in einen handgehaltenen Scanner von der in 1 gezeigten Art eingebaut wird, würde die sich ergebende Scann- oder Abtastlinie horizontal über das Strichcodezeichen 70 scannen. Im Gegensatz dazu würde die sich ergebende Scann- oder Abtastlinie vertikal scannen, wenn das System von 3 in einem handgehaltenen Scanner von der in 1 gezeigten Art eingebaut würde. Ein solches Scannen oder Abtasten würde das Lesen eines Codes 70' gestatten, der so orientiert ist, dass die Striche horizontal sind.
Die flexible Tragstruktur 100 oder 200 in dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel sieht eine Scann- oder Abtastkomponentenstruktur vor, die ziemlich klein sein kann, aber dennoch bei den niedrigen Scann- oder Abtastfrequenzen arbeitet, die zum Strichcodescannen bevorzugt werden, nämlich typischerweise 20 Hz oder weniger. Die Lage des Spiegels und der Magnete auf entgegengesetzten Enden des Glieds 103 ordnet das Gewicht davon relativ weit von der Achse entfernt an. Infolgedessen besitzen die sich bewegenden Komponenten ein hohes Trägheitsmoment. Auch ist die Masse der sich bewegenden Komponenten oder Bauteile ziemlich groß; und die bevorzugten Materialien der Federstreifen 121, 123 (d. h. Mylar^TM oder Kapton^TM) neigen dazu, ziemlich flexibel zu sein. Als Folge der großen Masse, der großen Trägheit und der Federflexibilität, besitzt das System eine relativ niedrige charakteristische oder Eigenschwingungsfrequenz.
Der Ausgleich oder die Balance des Gewichts des Spiegels und des Gewichts des ersten Magneten bezüglich der Schwenkachse sieht eine präzise Scann- oder Abtastbewegung ohne Schwingungen in irgendeiner ungewollten Richtung vor. Wenn die von den Federn getragenen Komponenten bzw. Bauteile nicht so ausgeglichen wären und wenn der Bediener den Scanner so halten würde, dass die Orientierung der Achse nicht präzise vertikal wäre, würde das Gewicht der Komponenten diese auf Grund der Schwerkraft aus ihrer Position bewegen. Infolgedessen wäre der Spiegel nicht ordnungsgemäß mit den festliegenden Komponenten oder Bauteilen ausgerichtet, wie beispielsweise mit der Laserdiode und dem Fenster, durch das der Strahl aus dem Gehäuse austritt. Das Ausbalancieren der sich bewegenden Teile verbessert auch die Effizienz der Scannerleistung.
Modulares bevorzugtes Ausführungsbeispiel
Die 4 bis 9 zeigen die Konstruktion eines kleinen unabhängigen Scann- oder Abtastmoduls 400. Das Modul 400 ist im Wesentlichen rechteckig und wurde in einem Ausführungsbeispiel mit den Maßen von nur 3,43 cm × 2,41 cm × 1,65 cm (1,35'' × 0,95'' × 0,69'') ausgeführt.
Das Modul umfasst eine Metallbasis 410, die typischerweise aus Aluminium gebildet ist. Ein kreisförmiges Gehäuse 412 enthält ein Laserdioden- und Fokussiermodul 600', und zwar ähnlich zu dem oben geschriebenen Dioden- und Fokussiermodul 600 (siehe 4 und 6). 7 ist eine Endansicht des Scann- oder Abtastmoduls 400, wobei die erste Leiterplatte und das Laserdioden- und Fokussiermodul 600' entfernt sind. Wie in dieser Zeichnung gezeigt ist, ist das kreisförmige Gehäuse 412 als ein Abschnitt der Metallbasis 410 integral ausgebildet. Das kreisförmige Gehäuse 412 dient als Laserdiodenhalter des Laserdioden- und Fokussiermoduls 600'. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Laserdiode mit einer Presspassung in die kreisförmige Öffnung des Gehäuses 412 eingepasst, und zwar von dem Ende aus, das in den 4 und 6 als das untere Ende erscheint. Ein zweites Glied, das die Linse hält, ist von dem entgegengesetzten Ende aus teleskopartig in das kreisförmige Gehäuse 412 eingesetzt. Während des Fokussierens werden der zweite Halter und die Linse in dem kreisförmigen Gehäuse entgegen der Kraft einer zwischen der Laserdiode und der Linse angeordneten Vorspannfeder bewegt. Wenn die ordnungsgemäße Fokussierung erreicht ist, wird der Linsenhalter in seiner Position bezüglich der Laserdiode und dem kreisförmigen Gehäuse 412 festgelegt, beispielsweise durch Einspritzen bzw. Injizieren eines Klebers. Wegen der festen Passung des Gehäuses 412 um das Laserdioden- und Fokussiermodul 600' herum, dienen das Gehäuse 412 und die Basis 410 als Kühlkörper, um Wärme abzuleiten, die von der Laserdiode während des Scann- oder Abtastbetriebs erzeugt wird.
Die 5 und 6 zeigen, dass das Modul 400 zwei Leiterplatten umfasst, die rechtwinklig zueinander angeordnet sind. Eine erste Leiterplatte 416 ist senkrecht zu der Metallbasis 410 an einem Ende davon angebracht und trägt einen Teil der von dem Scanner verwendeten Schaltung. Typischerweise trägt die erste Leiterplatte 416 die Schaltung zum Erzeugen des Stroms zum Treiben der Laserdiode, die in dem Dioden- und Fokussiermodul 600' enthalten ist.
Eine zweite Leiterplatte 418 ist senkrecht zu der ersten Leiterplatte und parallel zu der Metallbasis 410 angebracht. Unter der Annahme, dass die flache Hauptoberfläche der Basis 410 der Boden des Moduls 400 ist, würde die zweite Leiterplatte die Oberseite des Moduls 400 bilden.
Ein flexibles elektrisches Kabel 417 verbindet die Schaltung auf den ersten und zweiten Leiterplatten miteinander. Die zweite Leiterplatte 418 trägt den Rest der notwendigen Schaltung. Insbesondere trägt die Platte 418 eine anwendungsspezifische, integrierte Schaltung 419, die die analoge Verarbeitungsschaltung und einen Digitalisierer umfasst und einen auf einem Mikroprozessor basierenden Decoder umfassen kann.
4 ist eine Draufsicht auf das Modul 400, und zwar so, als ob die zweite Leiterplatte weggelassen wäre, um eine Darstellung des Inneren des Moduls vorzusehen. Wie gezeigt ist, sieht eine Tragstruktur 300 eine flexible Unterstützung für den Spiegel 359 vor, um die notwendige Hin- und Herbewegung des Spiegels zu gestatten. Die Tragstruktur 300 ist im Wesentlichen ähnlich zu den Strukturen der vorhergehenden Anordnungen.
Wie in 9 gezeigt ist, umfasst die Spiegeltragstruktur 300 ein U-förmiges Glied 303 mit einem ersten Arm 305, an dem der Spiegel 359 befestigt ist. Ein zweiter Arm 307 des Glieds 303 trägt den Permanentmagneten 309, und ein gerader Abschnitt 311 erstreckt sich zwischen ersten und zweiten Armen und verbindet diese miteinander, um die U-Form des Glieds 303 zu bilden.
Ein Paar flexibler Streifen 321, 323 ist mit einem der Arme des U-förmigen Glieds 303 verbunden und dient als die planare Feder. Diese Federstreifen weisen wiederum ein flaches Flächenelement oder Blatt aus einem flexiblen Kunststoffmaterial, wie beispielsweise einen Film aus Mylar^TM oder Kapton^TM auf, oder andere flexible Elemente, wie beispielsweise einen flachen Steifen aus einem nicht-magnetischen Metall, wie einer Beryllium-Kupfer-Legierung. Wenn der Arm 303 in seiner Ruheposition ist (4) bleiben die Streifen 321, 323 in einem relativ nicht-ausgelenkten bzw. unverformten Zustand und erstrecken sich in einer Richtung im Wesentlichen parallel zu dem geraden Abschnitt 311 in den Raum zwischen dem ersten Arm 303 und dem zweiten Arm 307, wie in 9 gezeigt ist. Die freien Enden der Streifen 321, 323 sind mit dem ersten Arm 305 verbunden und die ent- gegengesetzten Enden der Streifen 321, 323 sind von einer festliegenden Tragstruktur gehalten.
Insbesondere sind die freien Enden der Flächenelemente oder Blätter aus dem Mylar^TM- oder Kapton^TM-Material, die die flexiblen Streifen 321, 323 bilden, durch geeignete Befestiger 325 befestigt und dadurch zwischen einer Platte 327 und einem sich von der Rückseite des ersten Arms 305 aus erstreckenden Rahmenglied 326 und einem Teil der Unterseite des geraden Abschnitts 311 eingeklemmt. Die entgegengesetzten Enden der Streifen 321, 323 sind an einer festliegenden Tragstruktur befestigt, und zwar durch geeignete Befestiger 329, die die Streifen zwischen einer Platte 331 (9) und einem vergrößerten Teil eines stationären Arms 337, welcher sich aus dem Tragsockel 335 heraus erstreckt (4), einklemmen. Der Tragsockel 335 ist auf dem flachen Abschnitt der Metallbasis 410 angebracht.
Die Komponenten der Tragstruktur 300, der Spiegel 359 und der Magnet 309 sind so bemessen, dass das Gewicht des Magneten das Gewicht des Spiegels bezüglich einer Achse A'' ungefähr auf halbem Wege zwischen dem Spiegel und dem Magnet ausgleicht bzw. aufwiegt, und zwar genau so wie es oben mit Bezug auf die früheren Ausführungsbeispiele beschrieben wurde. Infolgedessen funktionieren die Streifen 321, 323 als planare Blattfederelemente und verbiegen bzw. verformen sich um die Schwenkachse herum. Die Schwenkachse All würde sich senkrecht zu dem flachen unteren Teil der Basis 410 (oder vertikal in 9) erstrecken.
Ein Elektromagnet 333 ist an der Unterseite der zweiten Leiterplatte 418 durch einen Bügel 334 befestigt (9). Das Anbringen der zweiten Leiterplatte 418 auf dem Modul 400 positioniert die befestigte Spule 333 in nächster Nähe zu dem Permanentmagneten 309, wie es in 4 gezeigt ist. Die Achse zwischen dem Nordpol und dem Südpol des Permanentmagneten 309 ist in der Ebene der Zeichnung von 4 ausgerichtet, d. h. parallel zu dem flachen unteren Teil der Metallbasis 410. Wenn der Wechselstrom durch die Spule des Elektromagneten 333 eingeführt wird, erzeugt eine Wechselwirkung zwischen den Magnetfeldern der Spule und des Permanentmagneten 309 eine oszillatorische oder Schwingbewegung des Permanentmagneten 309 und eine Drehschwingung des befestigten Glieds 303 entgegen der Rückkehrkräfte, die durch die flachen planaren Federstreifen 321, 323 erzeugt werden. Die flexiblen Streifen 321, 323 verdrehen sich vor und zurück um die Achse A'' und bewirken, dass das Glied 303 schwingt, und der Spiegel 359 bewegt sich hin und her über den Bogen hinweg um die Achse A'' herum.
Wenn das Laserdioden- und Fokussiermodul 600' einen Lichtstrahl aussendet, reflektiert der sich bewegende Spiegel 359 den Strahl zu einer Zieloberfläche, auf der ein Zeichen erscheint. Von oben gesehen, wie in 4, reflektiert der Spiegel 359 den Lichtstrahl nach rechts von dem Modul 400. Der Strahl tritt durch eine Öffnung 461 aus, die in der rechten Seite des Moduls gebildet ist (6). Insbesondere ist die Öffnung 461 zwischen einem auf der Metallbasis 410 gebildeten Tragsockel 463 und dem kreisförmigen Gehäuse 412 gebildet, das das Laserdioden- und Fokussiermodul 600' enthält. Die Hin- und Herschwingung des Spiegels 359 während des Aussendens des Strahls von dem Laserdioden- und Fokussiermodul 600' bewirkt dass der Strahl eine Linie nach rechts von dem in 4 gezeigten Modul 400 scannt oder überstreicht.
Wenn das Modul 400 in einem Scanner horizontal angebracht ist (als ob 4 eine Draufsicht wäre), wäre die sich ergebende Scann- oder Abtastlinie horizontal und würde ein Zeichen mit vertikalen Strichen scannen. Wenn im Gegensatz dazu das Modul 400 vertikal in einem Scanner angebracht ist (als ob 4 eine Seitenansicht wäre), wäre die sich ergebende Scann- oder Abtastlinie vertikal und würde ein Zeichen mit horizontalen strichen scannen.
Das von dem Zeichen zurückreflektierte Licht geht zurück durch einen Umgebungslicht blockierenden optischen Filter 356 zu dem Detektor 358 (8). Der Detektor 358 ist eine lineare Anordnung von Photodioden oder eine lange Photodiode, wie schematisch durch das Rechteck in gestrichelten Linien in 6 dargestellt ist. Der Filter 356 blockiert die meisten Lichtwellenlängen, lässt aber Licht mit einer Wellenlänge durch, die der Wellenlänge des von der Laserdiode emittierten Lichtstrahls entspricht. Wie in 6 gezeigt ist, erstrecken sich der Filter 356 und der Detektor 358 oberhalb der Öffnung 461. Der Detektor 358 und der Filter 356 selbst sind senkrecht zu den beiden Leiterplatten 416, 418 und senkrecht zu der flachen Hauptoberfläche am Boden der Metallbasis 410.
8 sieht eine vergrößerte, detaillierte Darstellung der Struktur zum Tragen des Filters 356 und des Detektors 358 vor, die dem eingekreisten Teil von 7 entspricht. Wie gezeigt ist, trägt ein Halter 361 den Filter 356, und der Detektor 358 ist mittels Kleber oder ähnlichem an einer Rückwand 363 befestigt. Bei diesem Zusammenbau ragt der Detektor 358 in eine Öffnung durch den Halter 361 an einer Position hinter dem Filter 356. Der untere Teil des Halters 361 umfasst einen Kanten- oder Randfortsatz 365, der in eine Nut 367 passt, die in der Seite des kreisförmigen Gehäuses 412 ausgebildet ist. Das gegenüberliegende Ende des Halters umfasst einen ähnlichen Kanten- oder Randfortsatz, welcher in eine Nut passt, die in dem Trägersockel 463 ausgebildet ist.
Wenn der Halter 361 und die Platte 363 zusammengebaut sind und die unteren Kanten- bzw. Randfortsätze in den Nuten in dem kreisförmigen Gehäuse 412 und in dem Trägersockel 463 angeordnet sind, ist die Leiterplatte auf dem vertikalen Fortsatz 410' der Metallbasis gesichert bzw. befestigt. Das obere Ende der Rückenplatte bzw. Rückwand 363 umfasst drei Stifte 369, die durch entsprechende Öffnungen in der zweiten Leiterplatte 418 ragen. Somit klemmt die zweite Leiterplatte 418 die durch die Platte 363 und den Halter 361 gebildete Anordnung in eine Position entlang der oberen rechten Seite des Moduls 400 (siehe 6 und 8).
Der Detektor 358 erzeugt ein Analogsignal, das proportional zu der Intensität des reflektierten Lichtes ist und durch die anwendungsspezifische integrierte Schaltung 419 verarbeitet, digitalisiert und decodiert werden kann. Elektrische Leitungen zum Tragen von Signalen von den Dioden der Detektoranordnung 358 zu der anwendungsspezifischen integrierten Schaltung 419 verlaufen entlang der Rückwand 363, der Stifte 369 und der zweiten Leiterplatte 418.
Bei diesem Ausführungsbeispiel weist das U-förmige Glied 303 auch einen Stift 312 auf, der sich von dem geraden Abschnitt 311 aus nach oben erstreckt (4 und 9). Der Sockel 335 besitzt eine Kappenplatte 315, die am oberen Ende des Sockels bzw. auf dem Sockel befestigt ist. Die Kappenplatte 315 erstreckt sich über das U-förmige Glied 303, so dass der Stift 312 in einer Öffnung 313 angeordnet ist, welche in der Kappenplatte 315 ausgebildet ist. Die Öffnung 313 ist etwas größer als der Stift 312. Infolgedessen steht die Innenoberfläche der Öffnung nicht in Eingriff mit dem Stift 312 bzw. berührt diesen nicht, und der Stift und die Öffnung wirken während normaler Scann- oder Abtastoperationen nicht als Gelenk oder Schwenkpunkt. Die Öffnung 313 dient jedoch dazu, eine seitliche Bewegung des Stifts 312 und des befestigten Arms 303 zu begrenzen. Gemeinsam dienen der Stift und die Öffnung als ein Anschlag zum Begrenzen der Versetzung oder Bewegung der Scann- oder Abtastkomponente. Wenn das Scann- oder Abtastmodul 400 fallen gelassen wird oder auf andere Weise einem Stoß ausgesetzt wird, kann infolgedessen das Gewicht des Spiegels und des Magneten die Feder 321 nicht dazu zwingen, sich in irgendeiner seitlichen Richtung bis zu einem derart extremen Grad zu verbiegen, dass eine permanente Verformung oder eine andere Beschädigung dieser Feder(n) verursacht wird.
Die geringe Größe der flexiblen Tragstruktur 300, die in dem Scann- oder Abtastmodul vorgesehen ist, verhindert nicht den Betrieb bei niedrigen Scann- oder Abtastfrequenzen. Wiederum ordnet die Lage des Spiegels und des Magneten an entgegengesetzten Enden des Glieds 303 das Gewicht davon relativ weit von der Achse entfernt an, um dadurch ein hohes Trägheitsmoment vorzusehen. Auch ist die Masse der sich bewegenden Komponenten oder Bauteile ziemlich groß; und die bevorzugten Materialien der Federn 321, 323 neigen dazu, ziemlich flexibel zu sein. Die große Masse, die große Trägheit und die Federflexibilität bewirken, dass die flexible Tragstruktur eine relativ niedrige charakteristische oder Eigenschwingungsfrequenz aufweist. Somit arbeitet das kleine unabhängige Scann- oder Abtastmodul 400 bei den niedrigen Scann- oder Abtastfrequenzen, die zum Scannen von Strichcodes bevorzugt werden, wie beispielsweise 20 Hz oder weniger. Auch umfasst das Modul das Ausgleichen oder Balancieren des Gewichts des Spiegels und des Gewichts des ersten Magneten, was unerwünschte Schwingungen vermindert oder eliminiert, welche die Scann- bzw. Überstreichbewegung unterbrechen könnten, und minimiert die Leistung bzw. die Leistungsmenge, die angelegt bzw. aufgebracht werden muss, um eine Bewegung der Scannkomponente einzuleiten, was den Scanner effizienter macht.
Alternative Anordnung der flexiblen Tragstruktur
Die 10, 11(A) und 11(B) zeigen eine modifizierte Form der flexiblen Tragstruktur, welche die Größe des Scanners weiter vermindert durch Anordnen des Elektromagneten 733 an einer Stelle zwischen den Positionen des Permanentmagneten 709 und des Spiegels 759. 10 sieht eine Seitenansicht vor, wobei die Spule im Querschnitt gezeigt ist und ohne die Struktur zum Tragen der freien Enden der flexiblen Streifen und der Spule. 11(A) und 11(B) sind eine Draufsicht bzw. eine Seitenansicht und zeigen die Subanordnung von 10, angebracht auf einer geeigneten stationären Tragstruktur.
Bei dieser letzten Anordnung umfasst eine flexible Tragstruktur 700 ein T-förmiges Glied 703 (siehe 11(A)). Das Glied 703 umfasst einen geraden Abschnitt 711 und ein Querbalken- bzw. Querstrebenelement 707 an einem ersten Ende des geraden Abschnitts 711. Wenn die flexiblen Streifen 721, 723 nicht ausgelenkt bzw. verbogen sind, so dass der Spiegel 759 in seiner Ruheposition ist, liegt der gerade Abschnitt 711 entlang der Achse der Öffnung durch den Spulenkörper des Elektromagneten 733 10 oder 11(B)).
Wie in den 10 und 11(A) gezeigt ist, ragt das zweite Ende 707 des geraden Abschnitts 711 durch den Permanentmagneten 709 hindurch. Der Magnet 709 ist mit einer Presspassung auf das zweite Ende 707 des geraden Abschnitts 711 gepasst oder ist an das zweite Ende des geraden Abschnitts 711 zur Bewegung damit angeklebt oder auf andere Weise daran befestigt.
Das Querbalken- bzw. Querstrebenelement 707 trägt den Spiegel 759. Insbesondere ist das Querbalkenelement 707 vertikal gekrümmt, um einen ersten Halter für einen flexiblen Streifen zu bilden (10). Die entgegengesetzten seitlichen Enden 727 des Querbalkenelements 707 erstrecken sich zurück (11(A)) und krümmen sich nach oben (10). Die Tragstruktur 700 umfasst auch einen zweiten Halter 728 für einen flexiblen Streifen. Die entgegengesetzten Enden 726 des zweiten Halters 728 für einen flexiblen Streifen erstrecken sich zurück in einer Weise ähnlich zu den Enden des Querbalkenelements 707, wie es in 11(A) gezeigt ist. Die entgegengesetzten Enden 726 des zweiten Halters 728 für einen flexiblen Streifen krümmen sich auch nach unten, wie in 10 gezeigt ist.
Ein Paar von Federclips 712 umgeben den Spiegel 759, den ersten Halterclip der Querstrebe bzw. des Querbalken 707 und den zweiten Halterclips 728 für einen flexiblen Streifen, um eine Anordnung zu bilden, wie sie in 10 gezeigt ist. Das Querbalkenelement 707, der zweite Halter 728 für einen flexiblen Streifen und die Federclips 712 bestehen alle aus einem nicht-magnetischen Metall, wie beispielsweise einer Beryllium-Kupfer-Legierung. Die Federclips befestigen zusammen mit den zwei Haltern den Spiegel an dem Querbalken des T-förmigen Glieds 703.
Auch sind die freien Enden der flexiblen Federstreifen 721, 723 zwischen den gekrümmten Enden 727 des Querbalkenelements 707 und die entsprechenden gekrümmten Enden 726 des zweiten Halters 728 geklemmt, und zwar durch die Druck- bzw. Kompressionskraft, die von den Federclips 712 vorgesehen wird (siehe 10).
Die entgegengesetzten Enden des Streifens 721, 723 dienen als feste bzw. festgelegte Enden und sind an einer festliegenden Tragstruktur durch geeignete Befestiger 729 befestigt, welche als Kreuzschlitzschrauben dargestellt sind. Die Befestiger 729 klemmen das feste Ende jeder der flexiblen Federstreifen 721, 723 zwischen einer der Platten 731 und einem Tragsockel 735 ein, welcher sich von einer Basis (als durchgezogene Linie am unteren Ende von 11(B) gezeigt), auf der das System angebracht ist, nach oben erstreckt.
Wiederum sind die Bauteile so bemessen, dass das Gewicht des Magneten 709 das Gewicht des Spiegels 759 bezüglich einer Achse ungefähr auf halbem Weg zwischen dem Spiegel und dem Magneten aufwiegt bzw. ausgleicht. Infolgedessen funktionieren die Streifen 721, 723 als planare Blattfederelemente und verdrehen bzw. verbiegen sich um diese Achse herum. Eine Schwingung des T-förmigen Glieds 703 auf den Federstreifen 721, 723 erzeugt eine Bewegung des Spiegels 759 nach oben und unten über einen Bogen hinweg um die Achse herum. Der Bogen läge in der Zeichnungsebene von 11(B).
11(A) zeigt, dass der Elektromagnet 733 1m Wesentlichen konzentrisch um den geraden Abschnitt 711 des Glieds 703 herum ist und die planaren Federstreifen 721, 723 gehen auf jeder Seite des Elektromagneten 733 vorbei. Der Elektromagnet 733 kann an einer Oberfläche von einem oder beiden der Sockel 735 befestigt sein, oder der Elektromagnet 733 kann an der Basis befestigt sein.
Die ersten und zweiten Magneten 709 und 733 funktionieren im Wesentlichen, wie es die ersten und zweiten Magneten in dem Ausführungsbeispiel von 3 taten. Die Achse des Permanentmagneten 709 zwischen seinem Nordpol und seinem Südpol ist vertikal ausgerichtet, d. h. in der Zeichnungsebene von 11(B). Wenn Wechselstrom durch die Spule des Elektromagneten 733 eingeführt wird, erzeugt eine Wechselwirkung der Magnetfelder der Spule und des Permanentmagneten 709 eine oszillatorische bzw. Schwingbewegung des Permanentmagneten 709 und eine Drehschwingung des daran befestigten Glieds 703. Die flexiblen Streifen verdrehen sich vor und zurück um die Ausgleichs- bzw. Balance-Achse zwischen dem Spiegel und dem Magneten, was verursacht, dass das Glied 703 schwingt, und der Spiegel 759 bewegt hin und her sich über den Bogen hinweg um die Achse herum.
Eine Laserdiode, wie sie beispielsweise in den obigen Anordnungen gezeigt wurde, sendet einen Lichtstrahl zudem sich bewegenden Spiegel 759 hin aus. Der Spiegel 759 reflektiert den Strahl zu einer Zieloberfläche hin, auf der ein (Kenn-) Zeichen erscheint. Die Hin- und Herschwingung des Spiegels 759 bewirkt, dass der Strahl eine Linie nach links von der in 11(B) gezeigten Tragstruktur 70 scannt bzw. überstreicht. Wenn die Tragstruktur 700 so orientiert ist, wie es in der Seitenansicht von 11(B) gezeigt ist, wäre die sich ergebende Scannlinie vertikal. Wenn die Tragstruktur um 90° gedreht wird (als ob 11(B) eine Draufsicht wäre), wäre die sich ergebenden Scann- oder Abtastlinie horizontal. Das von dem Zeichen zurückreflektierte Licht würde detektiert werden und die Detektorsignale würden in der üblichen Weise verarbeitet, digitalisiert und decodiert werden.
Der Krümmungsradius jedes der gekrümmten Enden 727 und 726 des Querbalkenelements und des zweiten Halters ist der gleiche wie der Krümmungsradius der Unterseite der Platten 731 und der Oberseite der Tragsockel 735. Wenn der Scanner einen vertikalen Stoß erfährt, wie beispielsweise durch Fallenlassen des Scanners, wird das Gewicht der von den planaren Federstreifen 721, 723 getragenen Komponenten eine starke nach unten gerichtete Kraft ausüben, die bewirkt, dass sich diese Federn um eine oder mehr dieser gekrümmten Oberflächen verformen bzw. deformieren. Die Radien der Kurven dieser Komponenten begrenzen daher die Krümmung solcher Federstreifen 721, 723, die sich ergeben kann, wenn der Bediener aus Versehen den Scanner fallen lässt. Für jegliche planare Feder aus einem gegebenen Material und mit einer gegebenen Dicke existiert ein minimaler Krümmungsradius, jenseits von welchem sich die Feder nicht verbiegen kann, ohne Schaden zu nehmen. Wenn die planaren Federn 721, 723 sich in eine gekrümmte Form mit einem Radius kleiner als dem minimalen Radius des Federmaterials verbiegen würden, würde das Federmaterial davon daher permanent deformiert bzw. verformt. Um eine solche Beschädigung zu verhindern, sind die Radien der gekrümmten Enden 727 und 726 und der Krümmungsradius der Unterseite der Platten 731 und der Oberseite der Tragsockel 735 alle größer als der minimale Radius für die planaren Federn 721, 723 aus Mylar^TM oder Kapton^TM. Obwohl dies oben nicht besonders erwähnt wurde, können die vorhergehenden Ausführungsbeispiele in ähnlicher weise gekrümmte Oberflächen umfassen, die an geeigneten Stellen auf den verschiedenen Klemmplatten und Tragarmen oder -sockeln gebildet werden.
Zweidimensionales Scannen
Die 12 bis 14 zeigen eine Modifikation der flexiblen Tragstruktur, um ein Strahlpunktscannen in zwei Richtungen vorzusehen, die im Wesentlichen senkrecht zueinander sind. Eine Anzahl verschiedener Scann- oder Abtastanwendungen erfordern ein Scannen in zwei verschiedenen Richtungen. Eine solche Anwendung sieht ein Scann- oder Abtastmuster vor, das sich über ein strich- codeartiges Zeichen hinwegbewegt, um Teile davon zu finden, die ausreichend intakt sind, um ein akkurates bzw. richtiges Lesen des Codes zu gestatten. Andere Zweirichtungs-Scannanwendungen beziehen sich auf das Scannen von Zeichen, die in zwei verschiedenen Dimensionen kodiert sind. Die Anordnung der 13 bis 15 wird allgemein beschrieben mit Bezug auf diese letztere Art der Scann-Anwendung.
Ein zweidimensionaler Strichcode weist eine Reihe von Zeilen oder Linien mit optisch codierter Information auf. Wenn die Zeilen in der X-Richtung (horizontal) orientiert sind, sind die Zeilen in der Y-Richtung (vertikal) übereinander angeordnet. Jede Zeile oder Linie von Information weist eine Reihe codierter Symbole auf, und jedes Symbol besteht aus einer Reihe heller und dunkler Bereiche, typischerweise in Form von Rechtecken. Die Breiten der dunklen Bereiche, die Balken oder Striche, und/oder die Breiten der hellen Räume zwischen den Balken bzw. Strichen zeigen die codierte Information in jeder Zeile oder Linie an. Zweidimensionale Strichcodes können beträchtlich mehr codierte Information tragen als übliche eindimensionale Codes.
Um zweidimensionale (Kenn-) Zeichen zu lesen, ist es zweckmäßig, das Zeichen mit einem rasterartigen oder ähnlichen Scann-Muster abzutasten bzw. zu scannen. In einem solchen Scann-Muster überquert eine ziemlich große Anzahl im Wesentlichen horizontaler und im Wesentlichen paralleler Scann-Linien das Zeichen von einer oberen horizontalen Scann-Linie fortschreitend nach unten mit einer Vielzahl von dazwischenliegenden horizontalen Scann-Linien zu einer unteren horizontalen Scann-Linie, um einen gewünschten Scann-Bereich gleichförmig abzudecken, welcher das (Kenn-) Zeichen enthält. Um eine solches rasterartiges Scann-Muster zu erhalten, muss die Scann- bzw. Abtastkomponente für eine Hin- und Herbewegung in zwei verschiedenen Richtungen getragen sein. Auch ist die Schwingungsfrequenz in einer ersten Richtung, welche die Punkt-Scannbewegung in der X-Richtung erzeugt, typischerweise wesentlich höher als die Schwingungsfrequenz in einer zweiten Richtung, die die Punkt-Scannbewegung in der Y-Richtung erzeugt.
Die in den 12 und 13 gezeigte Subanordnung 800 umfasst das U-förmige Glied 103, das den Spiegel 159 und den Permanentmagneten 109 trägt. Die freien ersten Ende der flexiblen Streifen 121, 123 sind durch Befestiger 125, die Platte 127 und ein Rahmenglied an dem Arm befestigt, welcher den Spiegel 159 trägt. Diese Elemente sind alle identisch mit entsprechend bezeichneten Elementen in dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel. Es sei daran erinnert, dass das Ausführungsbeispiel von 2 eine festliegende Struktur umfasst, die entgegengesetzte Enden der flexiblen Streifen 121, 123 trägt. Im Gegensatz dazu sind bei dem zweidimensionalen Scanner der 12 bis 14 die entgegengesetzte Enden der flexiblen Streifen 121, 123 flexibel getragen, um eine Bewegung der Streifen und des von diesen getragenen U-förmigen Arms 103 in einer zweiten Richtung zu gestatten.
Insbesondere sind bei dieser Anordnung die zweiten Enden der der flexiblen Streifen 121, 123 durch geeignete Befestiger 129 an einer flexiblen Tragstruktur befestigt und dadurch zwischen einem Paar von Platten 131' eingeklemmt. Eine der Tragplatten 131' ist in 13 sichtbar, und die andere Tragplatte ist auf der gegenüberliegenden Seite der Streifen hinter der gezeigten Platte angeordnet und ist daher in 13 nicht sichtbar.
Die flexible Tragstruktur 800 umfasst auch einen zweiter Satz flexibler Streifen 221, 223, die eine zweite planare Feder bilden. In der bevorzugten Ausführungsform weisen die flexiblen Streifen 221, 223 jeweils einen Mylar^TM- oder Kapton^TM-Film auf, aber es könnten andere flexible Elemente verwendet werden, wie beispielsweise ein flacher Streifen aus einem nicht-magnetischen Metall, wie beispielsweise eine Beryllium-Kupfer-Legierung. Das freie erste Ende des Paares flexibler Federstreifen 221, 223 ist durch geeignete Befestiger 225 zwischen einem Paar von Platten 226 und 227 eingeklemmt. Auf jeder Seite der Subanordnung 800 ist eine der zwei Platten 226, 227 an einer der Platten 131' besitzt und erstreckt sich aus der Oberfläche davon heraus.
Infolge dieser Verbindungsstruktur ist das zweite Paar planarer flexibler Streifen 221, 223 auf gegenüberliegenden Seiten des U-förmigen Glieds 103 und des ersten Paars flexibler Streifen 121, 123 angeordnet. Jedoch ist die flache Ebene des zweiten Paar planarer flexibler Federstreifen 221, 223 senkrecht zu der flachen Ebene der von dem ersten Paar flexibler Streifen 121, 123 gebildeten Feder. Die Streifen 221, 223 besitzen die gleiche Länge wie die Streifen 121, 123 oder sind etwas kürzer.
14 zeigt ein Strahl-Scann-Modul, das ein Laserdioden- und Fokussiermodul 600, das identisch zu dem in den ersten zwei Anordnungen verwendeten ist, und die in den 12 und 13 gezeigte Subanordnung 800 umfasst. Wie in 14 gezeigt ist, dienen Stifte 229 oder andere geeignete Befestiger dazu, die zweiten Enden der planaren Feder 221, 223 zwischen Platten 231 und Sockeln 235 einzuklemmen. Ein Rahmen 528 trägt die Sockel 235 und über diese die befestigte Subanordnung 800. Ein Fortsatz an einem Ende des Rahmens 528 trägt auch den Elektromagneten 133 an einer festgelegten Position in nächster Nähe zu dem Permanentmagneten 109 der Subanordnung 800.
Die Komponenten der Subanordnung 800 sind in ähnlicher Weise zu der der Komponenten in den früheren Anordnungen ausbalanciert, aber in diesem Fall sind die Komponenten bezüglich zweier orthogonaler Achsen ausbalanciert. Das Ausbalancieren des Gewichts des Spiegels 159 mit dem Gewicht des Magneten 109 bewirkt, dass sich das erste Paar planarer flexibler Streifen 121, 123 um eine Achse A_x verbiegt, welche ungefähr auf halben Wege zwischen dem Spiegel und dem Magneten angeordnet ist.
Die Gewichtsbalance bewirkt auch, dass sich das zweite Paar planarer flexibler Streifen 221, 223 um eine Achse A_y verbiegt, die ungefähr auf halben Weg zwischen dem Spiegel und dem Magneten liegt. Die zwei Achsen A_x, A_y sind senkrecht zueinander. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Achse A_x eine vertikale Achse und die Achse A_y ist horizontal.
Ein Hin- und Herverbiegen der durch das erste Paar flexibler Streifen 121, 123 gebildeten, planaren Feder um die vertikale Achse A_x herum bewirkt eine Schwingung des U-förmigen Glieds 103 sowie eine Hin- und Herbewegung des Spiegels 159 über einen horizontalen Bogen hinweg um die Achse A_x herum. In ähnlicher Weise bewirkt ein Hin- und Herverbiegen des zweiten Paars flexibler Streifen 22I, 223 um die horizontale Achse A_y herum eine Schwingung des U-förmigen Glieds und eine entsprechende Auf- und Abbewegung des Spiegels 159 über einen vertikalen Bogen hinweg um die Achse A_y herum.
Um erwünschte zweidimensionale Scann-Muster zu erzeugen, sollte die Schwingungsbewegung um die Achse A_x herum mit einer höheren Frequenz erfolgen als die Schwingungsbewegung um die Achse A_y herum. Allgemein gilt, dass eine Feder mit einer niedrigeren Frequenz schwingt, wenn sie eine höhere Masse bewegen muss. Bei dem System von 14 trägt das erste Paar planarer flexibler Streifen I21, 123 die Masse des Magneten 109, das U-förmige Glied 103 und den Spiegel 159 zusammen mit den Stiften 125, dem Rahmenglied und der Platte 127, welche diese Federn an dem Glied 103 befestigen. Zusätzlich zu dieser Masse trägt das zweite Paar planarer flexibler Streifen 22I, 223 die Masse der ersten Streifen 121, 123 und die verschiedenen Platten und Stifte, die die zweiten Enden der Streifen 121, 123 mit dem freien Ende des zweiten Paares flexibler Streifen 221, 223 verbinden. Infolgedessen ist die von der zweiten, durch die flexiblen Streifen 221, 223 gebildeten planaren Feder bewegte Masse etwas größer als die von der ersten, durch die flexiblen Streifen 121, 123 gebildeten, planaren Feder bewegte Masse. Für einige gewünschte Muster, wie beispielsweise eine fortschreitendes Zickzack-Muster, welches in größerer Einzelheit noch beschrieben wird (mit Bezug auf die 17 bis 23), kann die durch diese Massenunterschiede verursachte Differenz der Schwingungsfrequenzen ausreichend sein.
Um ein rasterartiges Muster zum Lesen zweidimensionaler (Kenn-) Zeichen zu erzeugen, sollte die Schwingungsbewegung um die Achse A_x bei einer viel höheren Frequenz erfolgen als die Frequenz der Schwingungsbewegung um die Achse A_y. Im Allgemeinen schwingen steifere Federn mit höheren Frequenzen als flexiblere Federn, daher sollte das erste Paar flexibler Streifen 121, 123 steifer sein als das zweite Paar planarer flexibler Streifen 212, 223. Wenn die verschiedenen planaren Federstreifen alle aus dem gleichen Material bestehen, sollte das erste Paar flexibler Streifen 121, 123 dicker sein als das zweite Paar flexibler Streifen 221, 223. Alternativ dazu kann das erste Paar planarer flexibler Streifen oder Federn 121, 123 aus einem relativ steifen Federmaterial bestehen, beispielsweise aus einem flexiblen nicht-magnetische Metall, wie beispielsweise einer Beryllium-Kupfer-Legierung. Das zweite Paar planarer flexibler Streifen oder Federn 221, 223 würde dann aus einem flexibleren Kunststoffmaterial bestehen, zum Beispiel Mylar^TM oder Kapton^TM. Zum Rasterscannen eines zweidimensionalen Strichcodes schwingt das zweite Paar planarer Federn 221, 223 mit einer charakteristischen oder Eigenfrequenz in einem relativ niedrigen Frequenzbereich, wie beispielsweise innerhalb des Bereichs von ungefähr 5 bis 15 Hz. Im Gegensatz dazu schwingt das erste Paar planarer Federn 121, 123 mit einer charakteristischen oder Eigenfrequenz in einem relativ hohen Frequenzbereich, wie beispielsweise innerhalb des Bereichs von ungefähr 200 bis 800 Hz.
Die durch den Elektromagneten 133 an den einzelnen Permanentmagneten 109 angelegten Schwingungskräfte können die gewünschten Schwingungen in beiden Paaren von Federstreifen 121, 123 und 221, 223 einleiten durch Verwendung der richtigen Orientierung der Pole des Permanentmagneten und durch sorgfältiges Auswählen des an die Anschlüsse angelegten Treibersignals zum Treiben der Spule des Elektromagneten 133.
Der Elektromagnet 133 weist einen Kern oder Spulenkern auf, auf den eine Spule gewickelt ist. Wenn kein Strom durch die Spule fließt, bewirkt die elastische Natur der ersten und zweiten Paare planarer Federn, dass der Spiegel 159 und der Magnet 109 in die Ruheposition zurückkehren. Wenn ein Strom durch die Spule eingeführt wird, erzeugt die Wechselwirkung zwischen den magnetischen Feldern der Spule und des Permanentmagneten 109 ein Kraftmoment, das den Magneten 109 aus seiner Gleichgewichtsposition wegbewegt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Achse zwischen den Polen des Permanentmagneten 109 ungefähr in einem 45°-Winkel zwischen den Schwenkachsen A_x und A_y (d.h. unter einem 45°-Winkel aus der Zeichnungsebene der 14 heraus). Infolgedessen umfassen die an den Magneten angelegten Kräfte einen Vektor, der senkrecht zu jeder der Drehachsen ist und der den Magneten bezüglich beider Achsen aus seiner Ruheposition wegbewegt. Infolge einer solchen Bewegung wird eine Federkraft durch das erste Paar planarer Federstreifen 121, 123 erzeugt und eine Federkraft wird durch das zweite Paar planarer Federstreifen 221, 223 erzeugt, Diese Federkräfte wirken der Bewegung entgegen und neigen dazu, den Permanentmagneten 109 zurück in die Ruheposition zu bringen. Ein Umkehren der Polarität des angelegten Stroms wird die Richtungen der magnetischen Kräfte und die entgegenwirkenden Federkräfte umkehren. Wenn daher der an die Spulte des Elektromagneten 133 angelegte Strom die Form eines zyklischen Wechselstromsignals annimmt, wie beispielsweise eine Sinuswelle, ein Impulssignal, eine Dreieckswelle, etc., erzeugend die induzierten magnetischen Kräfte eine oszillatorische bzw. Schwingungsbewegung oder Schwingung des Permanentmagneten 109 um beide Achsen A_x und A_y.
Um die zwei verschiedenen Bewegungsfrequenzen um die zwei verschiedenen Achsen herum zu erzeugen, weist das an den Elektromagneten angelegte Treibersignal eine Überlagerung von zwei zyklischen Signalen mit verschiedenen Frequenzen auf. Die erste Signalkomponente besitzt eine Frequenz innerhalb des hohen Frequenzbereichs entsprechend der charakteristischen oder Eigenschwingungsfrequenz des ersten Paars von Federn 121, 123. Die zweite Signalkomponente besitzt eine Frequenz innerhalb des niedrigen Frequenzbereichs entsprechend der charakteristischen oder Eigenschwingungsfrequenz des zweiten Paars planarer Federn 221, 223. Somit umfassen die an den Permanentmagneten 109 angelegten magnetischen Schwingungskräfte zwei verschiedene Frequenzkomponenten entsprechend der zwei Signalkomponenten im Treibersignal. Wegen der verschiedenen Eigenfrequenz der Schwingung dieser zwei Sätze von Federstreifen, schwingt jede durch ein Paar von Streifen gebildete, planare Feder nur mit seiner natürlichen oder Eigenschwingungsfrequenz ansprechend nur auf den Kraftvektor senkrecht zu ihrer entsprechenden Schwenk- bzw. Drehachse. Wenn der Elektromagnet 133 durch ein solches überlagertes Signal getrieben wird, schwingt somit das erste Paar planarer Federstreifen 121, 123 um die Achse A_x mit einer Frequenz im hohen Frequenzbereich und das zweite Paar planarer Federstreifen 221, 223 schwingt um die Achse A_y mit einer Frequenz im niedrigen Frequenzbereich.
Wie in 14 dargestellt ist, erzeugt das Laserdioden- und Fokussiermodul 600 einen Lichtstrahl, der von dem schwingenden Spiegel 159 reflektiert wird. Der Spiegel 159 schwingt in zwei orthogonalen Richtungen mit den zwei verschiedenen Frequenzen, wie es oben beschrieben wurde. Diese Schwingung des Spiegels 159 bewirkt, dass der reflektierte Strahl in einem Rastermuster in der X-Richtung hin und her und in der Y-Richtung auf und ab gescannt wird über die Oberfläche hinweg, auf der der zweidimensionale Strichcode erscheint. Das von dem Zeichen zurückreflektierte Licht wird detektiert und das Detektorsignal, das proportional ist zu der Intensität des reflektierten Lichts, wird in der üblichen Weise (durch einen Detektor und eine nicht gezeigte Verarbeitungsschaltung) verarbeitet, digitalisiert und decodiert.
Einbau des Scannermoduls in einen Stylus bzw. Griffel
Wegen der geringen Größe, des geringen Gewichts und der robusten Konstruktion der Scannermodule mit den flexiblen Tragstrukturen der vorliegenden Erfindung kann jedes der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung in einem weiten Bereich von Positionen angebracht, getragen oder von einem Bediener gehalten werden. Beispielsweise könnte ein Scannermodul, wie beispielsweise das in den 4 bis 7 gezeigte Scannermodul 400, so angebracht werden, dass der Bediener das Modul auf einem Helm, einer Brille, einem Armband, einem Armreifen oder einem Ring etc. tragen könnte. Das Modul könnte leicht in einen handgehaltenen Scanner passen, ähnlich zu dem in 1 gezeigten. Alternativ dazu könnte das Modul ein Teil einer feststehenden Scannerinstallation sein.
15 und 16 zeigen das Strahl-Scanner-Modul 400', das in ein Schreibinstrument 750 eingebaut ist. Das Modul 400' könnte im Wesentlichen identisch zu dem Modul 400 sein, wobei dann der Detektor und die gesamte Verarbeitungsschaltung zum Strahl-Scannen Komponenten oder Bauteile des Moduls sind. Alternativ dazu kann der Detektor ein separat angebrachtes Bauteil des Systems sein, wie es in 15 gezeigt ist. Das Modul 400' würde mindestens das Laserdioden- und Fokussiermodul, den Spiegel, die Struktur zum Tragen des Spiegels zur Bewegung in einer oder zwei gewünschten Richtungen sowie die ersten und zweiten Magneten zum Erzeugen einer Bewegung bei den gewünschten Frequenzen ansprechend auf ein geeignetes Treibersignal umfassen.
Mit Bezug auf 15 umfasst das Instrument 750 ein stiftförmiges Gehäuse 751 mit einer verjüngten Spitze an einem Ende, einem vergrößerten Abschnitt an einem Ende gegenüberliegend der verjüngten Spitze, und einen langgestreckten Körper zwischen den Enden. Das spitze Ende des Stifts würde die notwendige Stylus- oder Griffelelektronik 752 umfassen, und das Scannermödul 400' ist an einem Ende einer Leiterplatte 753 angebracht, um das Modul in dem vergrößerten hinteren Abschnitt des Griffelgehäuses 751 zu positionieren. Die Leiterplatte 753 könnte auch irgendeine zusätzliche Schaltung tragen, die benötigt wird zum Erzeugen oder Verarbeiten von Signalen, die je nach Bedarf entweder mit der Scann- oder Abtastfunktion oder den Schreibfunktionen des Griffels in Verbindung stehen.
Ein lichtdurchlässiges Fenster 756 gestattet, dass der ausgehende Lichtstrahl von dem Strahl-Scanner-Modul 400' aus dem Gehäuse 751 austritt. Der Lichtstrahl bewegt sich entlang eines Lichtpfads, welcher sich entlang einer Außenoberfläche des Körpers des Gehäuses 751 zu einer Zieloberfläche hin erstreckt, auf der optisch codierte (Kenn-)Zeichen 70 erscheinen.
Das von dem Zeichen zurückreflektierte Licht geht zurück durch einen Umgebungslicht blockierenden optischen Filter 756' zu dem Detektor 758. Wie gezeigt ist, sind der Filter und der Detektor an oder nahe der verjüngten Spitze des stiftförmigen Gehäuses 751 angebracht. Der Detektor 758 erzeugt ein analoges Signal proportional zu der Intensität des reflektierten Lichts, welches die in dem Modul 400' oder auf einer Leiterplatte 753 angebrachte Schaltung in der üblichen Weise verarbeitet, digitalisiert und decodiert.
Ein manuell betätigbarer Schalter 754 ist auf einer Seitenoberfläche des Körpers des Stifts an einem Punkt nahe der verjüngten Spitze angebracht (16). Infolgedessen ist der Schalter außerhalb der Linie des Lichtpfads. Der Bediener, welcher den Stift in seiner rechten Hand hält, würde den Schalter mit seinem Zeigefinger betätigen. Ein Bediener, welcher den Griffel in seiner linken Hand hält, würde den Schalter mit seinem Daumen betätigen. In jedem Fall blockiert der den Schalter betätigende Finger nicht den Pfad des Lichtstrahls entlang der Außenoberfläche des Körpers des Gehäuses 751, und zwar wegen der Position des Schalters 754. Die Betätigung des Schalters aktiviert die Strahlemissions- und Scann-Komponenten oder -Bauteile des Moduls 400' und den Detektor 756 und die zugehörige Signalverarbeitungs- und Decodier-Schaltung zum Einleiten des Lesens des optisch codierten Zeichens 70.
Scanner mit einem sich bewegenden Punkt besitzen typischerweise einen "toten Bereich" nahe dem Fenster des Scanners, in welchem die Einrichtung Zeichen nicht scannen kann, weil die Scannlinie kürzer ist als die Breite des Zeichens. Es ist jedoch für den Bediener häufig sehr praktisch, die Nase oder Spitze des Scanners während des Scannens ziemlich nahe des Zeichens zu halten. Wenn der Scanner in einem Stift oder einem Griffel angeordnet ist, wie es gezeigt ist, liegt der größte Teil des "toten Bereichs", wenn nicht der gesamte "tote Bereich" des Scannermoduls 400' entlang der Länge des Körpers des stiftförmigen Gehäuses 751. Infolgedessen kann der Bediener die Spitze des Griffels 750 relativ nahe dem Zeichen 70 halten, und der Scanner kann dennoch das Zeichen akkurat und gültig lesen.
Wie in 16 gezeigt ist, ist der Griffel einschließlich des Scannermoduls 400' über ein Kabel 757 mit einem separaten Tablett bzw. einer separaten Tafel 775 verbunden. Die Schreibtafel ist empfindlich gegenüber Kontakt oder Aufdrücken der Griffelspitze an Positionen der Tafel, um Positionsdaten abzuleiten, und die Tafel zeigt Informationen an, die mit den abgeleiteten Positionsdaten in Beziehung stehen. Beispielsweise kann die Tafel bzw. das Tablett einen Eingabeschirm von Widerstandskontakttyp umfassen zum elektronischen Bestimmen einer X, Y-Position, an der die Stiftspitze die Tafelfläche kontaktiert, sowie eine zugehörige Anzeigeeinrichtung umfassen, wie zum Beispiel diejenige, die im U.S. Patent Nr. 4,972,496 offenbart ist. Alternativ dazu könnte die Griffelelektronik auf eine Lichtstifttechnologie, auf einer kapazitiven Kontaktabfühlschaltung, einer druckempfindlichen Kontaktabfühlschaltung, einer Ultraschall-Nähe-Abfühlschaltung, etc. beruhen. Jedenfalls ist das Schlüsselmerkmal, dass der Griffel 750 sowohl die zum Vorsehen einer X, Y-Positionsdateneingabe an eine entsprechende Art elektronischer Tafel 775 erforderliche Elektronik als auch ein Strahl-Scanner- Modul 400' von einer der hier beschriebenen Arten umfasst.
Bei dem Ausführungsbeispiel von 16 führt das Kabel 757 die die decodierten Zeichen repräsentierenden Digitaldaten zu einem zugehörigen Computer, zum Beispiel über die Verbindung mit der Anzeige- und Widerstandsgriffeleingabetafel. In einem solchen Fall empfängt der Griffel 750 typischerweise Leistungsversorgungsspannung von einer externen Quelle, wie beispielsweise der Systemleistungsversorgung, über die Verbindung des Kabels 757 mit dem Tablett bzw. der Tafel 775. Alternativ dazu kann der Griffel eine interne Batterieleistungsversorgung und einen drahtlosen Sender umfassen. Der Sender könnte ein Radiosender, ein Infrarotsender, ein Ultraschallsender oder irgendeine andere Art drahtloser Sender sein. Der Sender sendet analoge oder digitale Signale, die sich aus dem Abtasten oder Scannen der optisch codierten Zeichen 70 ergeben, an das zugehörige Computersystem. In diesem letzteren Fall wäre die Kabelverbindung mit dem Tablett bzw. der Tafel 775 unnötig und der Bediener würde die Tafel während ausgedehnter Scann-Vorgänge nicht zu halten brauchen.

Claims

Ein Scannmodul (400) zum Lesen optisch codierter (Kenn-)Zeichen mit Teilen unterschiedlichen Lichtreflexionsvermögens, wobei das Modul Folgendes aufweist: eine Basis (410); einen Emitter bzw. eine Emittiervorrichtung (600') zum Emittieren eines Lichtstrahls; Mittel (359) zum Richten des Lichtstrahls zu den optisch codierten (Kenn-)Zeichen; Tragmittel (300) zum Anbringen der Richtmittel (359) für eine oszillierende Bewegung; Mittel (309, 333) zum Erzeugen einer Hin- und Herbewegung der Richtmittel (359) auf den Tragmitteln (300) derart, dass der Lichtstrahl über eine Oberfläche hinweg scannt, auf der (Kenn-)Zeichen vorkommen; Detektormittel (358) zur Aufnahme von Licht, das von der Oberfläche zurück reflektiert wird, und zum Erzeugen elektrischer Signale, die dem unterschiedlichen Lichtreflexionsvermögen der optisch codierten (Kenn-)Zeichen entsprechen; eine erste Leiterplatte (416); erste Schaltmittel, die auf der ersten Leiterplatte (416) angebracht sind; eine zweite Leiterplatte (418); zweite Schaltmittel, die auf der zweiten Leiterplatte (418) angebracht sind; wobei die ersten und zweiten Schaltmittel betriebsbereit sind, um Signale zu erzeugen, die die Emittiervorrichtung (600') antreiben, um Signale für den Antrieb der Mittel (309, 333) zur Erzeugung einer Hin- und Herbewegung zu erzeugen, und um die durch die Detektormittel (358) erzeugten elektrischen Signale zu verarbeiten, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Leiterplatte (416) eine Außenseite des Scannmoduls (400) bildet; und die zweite Leiterplatte (418) eine andere Außenseite des Scannmoduls (400) bildet.
Modul gemäß Anspruch 1, wobei die ersten Schaltmittel eine Antriebsschaltung zum Erzeugen eines Signals aufweist, um die Emittiervorrichtung (600') anzutreiben.
Modul gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das zweite Schaltmittel, eine anwendungsspezifische, integrierte Schaltung (419) zur Erzeugung von Signalen, um die Mittel (309, 333) zur Erzeugung einer Hin- und Herbewegung anzutreiben, und zur Verarbeitung der elektrischen Signale, die durch die Detektormittel (358) erzeugt werden, aufweist.
Modul gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Emittiervorrichtung (600') eine Halbleiterlichtquelle wie beispielsweise eine Laserdiode aufweist.
Modul gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Emittiervorrichtung (600') eine Laserdiode aufweist, die in einem Gehäuse (412) enthalten ist, das auf der Basis (410) angebracht ist.
Modul gemäß Anspruch 4 oder 5, wobei ein Teil der Basis (410) eine Wärmesenke zum Abführen von Wärme bildet, die durch die Laserdiode während des Betriebs des Moduls (400) erzeugt wird.
Modul gemäß Anspruch 1, wobei die Mittel (309, 333) zur Erzeugung einer Hin- und Herbewegung erste und zweite Magneten (309, 333) aufweisen, von denen einer ein Permanentmagnet (309) ist und der andere ein Elektromagnet (33), an den ein wechselndes Antriebssignal angelegt wird, wobei der erste Magnet (309) fest an die Richtmittel (359) gekoppelt ist, und wobei der zweite Magnet (333) an der zumindest einen Leiterplatte (418) in einer Position in enger Nähe zu dem ersten Magneten (309) derart angebracht ist, dass das Anlegen eines wechselnden Antriebssignals an den Elektromagneten (333) ein Magnetfeld erzeugt, das auf den Permanentmagneten (309) einwirkt, um eine Hin- und Herbewegung der Richtmittel (359) zu erzeugen.
Modul gemäß Anspruch 1, das ferner ein Scannergehäuse aufweist, das das Modul (400) enthält.
Modul gemäß Anspruch 7, wobei die Tragmittel (300) Folgendes aufweisen: ein Glied (303), an dem die Richtmittel (359) angebracht sind und an dem der Permanentmagnet (309) angebracht ist, eine flexible, planare Feder (321, 323) mit einem freien Ende, das fest an das Glied (303) gekoppelt ist, und Mittel (331, 335), die an der Basis (410) angebracht sind, um fest ein gegenüberliegendes Ende der flexiblen, planaren Feder (321, 323) zu tragen.
Modul gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Richtmittel (359) einen Spiegel aufweisen.
Modul gemäß Anspruch 10, wobei der Spiegel (359) im Allgemeinen planar ist.
Modul gemäß Anspruch 9, wobei das Mittel (331, 335) zum festen Tragen eines gegenüberliegenden Endes der flexiblen, planaren Feder (321, 323) Folgendes aufweist: einen Tragsockel (335), der an der Basis (410) angebracht ist, wobei der Tragsockel (335) einen Arm (337) aufweist, der sich parallel zu der Basis (410) erstreckt; und eine Platte (331), die an dem Arm (337) des Tragsockels (335) angebracht ist, wobei das gegenüberliegende Ende der flexiblen, planaren Feder (321, 333) zwischen die Platte (331) und den Arm (337) des Tragsockels (335) geklemmt ist.
Modul gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Modul (400) ein im Wesentlichen rechteckiges, unabhängiges Modul mit im Allgemeinen planaren Seiten ist.
Modul gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Modul (400) eine Größe von 3,43 cm × 2,41 cm × 1,65 cm besitzt.
Modul gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Basis (410) eine Basisplatte und Wandteile (410') aufweist, die sich im Allgemeinen senkrecht zu der Basisplatte der Basis (410) erstrecken.
Modul gemäß Anspruch 15 mit Abhängigkeit von Anspruch 10, wobei der Spiegel (359) im Allgemeinen senkrecht zu der Basisplatte der Basis (410) angeordnet ist.
Modul gemäß Anspruch 15, wobei die zweite Leiterplatte (418) im Allgemeinen parallel zu der Basisplatte und beabstandet von dieser angeordnet ist.
Modul gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Basis (410) zwei Anbringungseinrichtungen aufweist, die mit den entsprechenden Befestigungsvorrichtungen zusammenwirken, um die zweite Leiterplatte (418) an der Basis (410) anzubringen.
Modul gemäß Anspruch 18,, wobei die Anbringungseinrichtungen der Basis (410) jeweils ein Anbringungspfosten mit einer Öffnung darin sind, wobei einer der Pfosten benachbart zu der Emittiervorrichtung (600') angeordnet ist und der andere Pfosten benachbart zu dem Tragmittel (300) angeordnet ist.
Modul gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Emittiervorrichtung (600') zwischen der Basis (410) und der zweiten Leiterplatte (418) angeordnet ist.
Modul gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die zweite Leiterplatte (418) eine anwendungsspezifische, integrierte Schaltung (419) trägt.
Modul gemäß Anspruch 21, wobei die anwendungsspezifische, integrierte Schaltung (419) eine Analogverarbeitungsschaltung und einen Digitalisierer umfasst.
Modul gemäß Anspruch 21 oder 22, wobei die anwendungsspezifische Schaltung (419) ferner einen mikroprozessorbasierten Decodierer umfasst.
Modul gemäß einem der Ansprüche 21 bis 23, wobei elektrische Leitungen zum Übertragen der Signale von den Detektormitteln (358) zu der anwendungsspezifischen, integrierten Schaltung (419) vorgesehen sind.
Modul gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Detektormittel (358) elektrisch mit der zweiten Leiterplatte (418) verbunden sind.
Modul gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Signal zum Antrieb der Mittel (309, 333) zur Erzeugung einer Hin- und Herbewegung ein zyklisches Wechselstromsignal ist.
Modul gemäß Anspruch 26, wobei das Signal eine Sinuswelle aufweist.
Modul gemäß Anspruch 26, wobei das Signal ein Pulssignal aufweist.
Modul gemäß Anspruch 26, wobei das Signal ein dreieckiges Signal aufweist.
Modul gemäß Anspruch 10, mit Abhängigkeit von Anspruch 9, wobei die planare Feder (321, 323) im Allgemeinen senkrecht zu einem planaren, unteren Teil der Basis (410) und im Allgemeinen senkrecht zu der Ebene des Spiegels (359) angeordnet ist.
Modul gemäß Anspruch 30, wobei die planare Feder (321, 323) zumindest zwei flexible Streifen aufweist.
Modul gemäß Anspruch 31, wobei die planare Feder (321, 323) einen oberen, flexiblen Streifen (321) und einen unteren flexiblen Streifen (323) aufweist, wobei jeder der Streifen die gleiche Größe und Form besitzt.
Modul gemäß Anspruch 32, wobei der obere Streifen (321) benachbart zu dem oberen Ende des Spiegels (359) angebracht ist, und wobei der untere Streifen (323) benachbart zu dem unteren Ende des Spiegels (359) angebracht ist.
Modul gemäß Anspruch 32 oder 33, wobei die beiden flexiblen Streifen (321, 323) im Allgemeinen in einer Ebene und beabstandet voneinander derart angeordnet sind, dass ein Spalt bzw. Zwischenraum in der Ebene zwischen den flexiblen Streifen gebildet ist.
Modul gemäß einem der Ansprüche 31–34, wobei die planare Feder (321, 323) einen ersten langgstreckten Streifenteil (321), der sich zwischen einem ersten Ende und einem zweiten Ende erstreckt, und einen zweiten langgestreckten Streifenteil (323) aufweist, der sich zwischen einem dritten Ende und einem vierten Ende erstreckt, wobei die Streifenteile voneinander beabstandet sind und sich im Allgemeinen parallel zueinander erstrecken, wobei die ersten und dritten Enden benachbart zueinander und zusammen verbunden sind, und wobei die zweiten und vierten Enden benachbart zueinander und zusammen verbunden sind.
Modul gemäß Anspruch 35, wobei die planare Feder (321, 323) ein Loch nahe jedes der vier Enden der Streifenteile, und eine Befestigungsvorrichtung (325, 329) aufweist, die sich durch jedes der Löcher erstreckt, um die planare Feder (321, 323) festzuklemmen, und die planare Feder (321, 323) auf der einen Seite mit dem Spiegel (359) und auf der anderen Seite mit der Basis (410) zu verbinden.
Modul gemäß Anspruch 36, wobei die Befestigungsvorrichtung (325, 329) aus Stiften, Nieten oder Schrauben besteht.
Modul gemäß einem der Ansprüche 30–37, wobei die planare Feder (321, 323) aus einem flachen, dünnen, flexiblen Metallmaterial konstituiert ist.
Modul gemäß einem der Ansprüche 30–38, wobei die planare Feder (321, 323) aus einer Kupfer-Beryllium-Legierung konstituiert ist.
Modul gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Detektormittel (358) eine Photodiode aufweist.
Modul gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ferner ein optisches Element (356) vorgesehen ist, durch welches das aufgenommene reflektierte Licht von den (Kenn-)Zeichen hindurch geht, bevor es auf das Detektormittel (358) auftrifft.
Modul gemäß Anspruch 41, wobei das optische Element (356) ein Umgebungslichtblockiertilter ist.
Modul gemäß Anspruch 7, 9 und 10, wobei der Elektromagnet eine elektromagnetische Spule (333) aufweist, die betriebsbereit ist, wenn ein wechselndes Antriebssignal an die Spule angelegt wird, um ein wechselndes Magnetfeld zu erzeugen, das auf den Permanentmagnet (309) einwirkt, und wiederum die planare Feder (321, 323) biegt und den Spiegel (359) durch einen Bogen um eine Achse (A'') hin- und herbewegt.
Modul gemäß Anspruch 43, wobei das Modul ferner parallel zu der Achse (A'') und fest mit dem Spiegel (359) verbunden und in einer stationären Öffnung (313) gelegen, einen Stift (312) aufweist, der etwas größer als der Stift (312) ist, so dass die Innenoberfläche der Öffnung nicht in Eingriff mit dem Stift (312) steht, und der Stift (312) und die Öffnung (313) gemeinsam als ein Anschlag dienen, um die laterale Versetzung der Richtmittel (359) zu begrenzen, um zu verhindern, dass das Gewicht des Spiegels (359) und des Permanentmagneten (309) die planare Feder (321, 323) zwingen, sich zu einem derartigen Grad in einer lateralen Richtung durchzubiegen, um eine permanente Deformierung oder einen anderen Schaden an der planaren Feder zu verursachen, wenn das Modul (400) fallengelassen oder einem anderen Schock bzw. Stoß ausgesetzt wird.
Modul gemäß Anspruch 44, wobei der Stift (312) und die Öffnung (313) jeweils auf der Achse (A'') zentriert sind und zwischen sich einen im Wesentlichen ringförmigen, radialen Zwischenraum bilden.
Modul gemäß Anspruch 44 oder 45, wobei die Richtmittel (359) eine Spiegeltragstruktur (300) aufweisen, die den Spiegel (359) und den Stift (312) tragen, wobei die Spiegeltragstruktur (300) einen axialen Zwischenraum im Bereich der Öffnung in Bezug auf eine Oberfläche eines stationären Glieds (315) bildet, in dem die Öffnung (313) gebildet ist.
Modul gemäß Anspruch 46, wobei die Spiegeltragstruktur (300) ebenfalls den Permanentmagnet (309) trägt.
Modul gemäß einem der Ansprüche 43–47, wobei die Achse (A'') sich ungefähr mittig durch die planare Feder (321, 323) erstreckt.
Modul gemäß einem der Ansprüche 43–48, wobei die Achse (A'') im Wesentlichen senkrecht zu der Basis (410) verläuft und sich in der Ebene der planaren Feder (321, 323) erstreckt, wobei sich die Ebene der planaren Feder im Wesentlichen mittig durch den Spiegel (359) erstreckt.
Modul gemäß einem der Ansprüche 43–49, wobei der Permanentmagnet (309) derart ausgerichtet ist, dass eine Achse zwischen dem magnetischen Nordpol und dem magnetischen Südpol im Wesentlichen senkrecht zu der Achse (A'') und parallel zu der Basis (410) ist.
Modul gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die elektromagnetische Spule (333) eine zylindrische gewickelte bzw. gewundene Spule ist.
Modul gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Spule (333) befestigt ist auf und sich weg erstreckt von einer Oberfläche der zweiten Leiterplatte (418), die zu der Basis (410) weist.
Modul gemäß einem der Ansprüche 43–52, wobei die Interaktion zwischen den Magnetfeldern der elektromagnetischen Spule (333) und dem Permanentmagnet (309) eine oszillierende Bewegung der Richtmittel (359) gegen die Rückkehrkräfte erzeugt, die durch die planare Feder (321, 323) erzeugt werden.
Modul gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erste Leiterplatte (416) orthogonal zu der Basis (410) an einem Ende der Basis angebracht ist; die zweite Leiterplatte (418) orthogonal zu der ersten Leiterplatte (416) und parallel zu der Basis (410) angebracht ist; und ein flexibles elektrisches Kabel (417) die ersten und zweiten Schaltmittel miteinander verbindet.