專利名稱：光學(xué)掃描器和光源組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及光學(xué)掃描器，具體的是，本發(fā)明涉及減小兩個單獨光束分量光束直徑的方法和裝置，該光束分量是從同一光源射出的，用于光學(xué)掃描器。
銷售點(POS)系統(tǒng)，比如光學(xué)掃描器，能夠檢測并讀出附在商品上條形碼反射的光，已經(jīng)廣泛使用。例如，光學(xué)掃描器也稱之為條形碼讀出器，用在雜貨店的“出納”柜臺，對附在商品，如食品上的條形碼進行掃描。通過對商品的搬動和操作，這些光學(xué)掃描器幫助操作員，如出納員，減少“掃描”有關(guān)商品信息所需的時間，從而減輕操作員的負擔(dān)和提高操作員的工作效率。
近年來，已經(jīng)研制了帶兩個讀出窗的光學(xué)掃描器，例如，這兩個窗口設(shè)置在光學(xué)掃描器的底部和前部，形成“L”形狀。這兩個窗口能使光學(xué)掃描器從多個方向讀出并掃描附在商品上的條形碼。因此，盡管商品上的條形碼有不同的取向，附在商品上的條形碼仍然可以從兩個窗口射出的光束加以檢測和讀出。這一特點減輕了加在操作員身上的負擔(dān)。然而，帶有多個窗口的普通光學(xué)掃描器需要每個窗口有單獨的光學(xué)掃描器。其結(jié)果是一個帶有許多零件且昂貴和復(fù)雜的光學(xué)掃描器，其體積也大。
例如，光學(xué)掃描器的底部和前部分別裝有讀出窗，這種光學(xué)掃描器需要每個讀出窗口有光學(xué)掃描系統(tǒng)。每個光學(xué)掃描系統(tǒng)包括光源，如多面反射鏡的掃描裝置，以及其他反射鏡。因此，這種掃描器是復(fù)雜的，需要大量零部件，因而增加了制造成本。然而，若一個共用光源用于兩個光學(xué)掃描系統(tǒng)，所需零件的數(shù)目及相應(yīng)的成本就降低了。
采用共用光源1的光學(xué)掃描器100在圖27中表示。圖27是一個典型的現(xiàn)有技術(shù)圖樣，畫出帶共用光源1的普通光學(xué)掃描器100，如用于掃描附在物體上的條形碼。在圖27所示光學(xué)掃描器100中使用共用光源1，分束裝置2，如半反射鏡(半透明反射鏡)，用于把共用光源1分成第一光束分量X和第二光束分量Y。然后，第一光束分量X和第二光束分量Y被引向一個共用的多面反射鏡3，或直接到達或通過另一個反射鏡到達多面反射鏡。光束分量X經(jīng)過一組反射鏡M1從讀出窗4(安裝在光學(xué)掃描器100的底部)射出，而光束分量Y經(jīng)過另一組反射鏡M2從讀出窗5(安裝在光學(xué)掃描器100的前部)射出。射出的光束分量X和Y入射到，如附在物體上的條形碼，經(jīng)過物體的出射光反射回到光學(xué)掃描器100。由檢測器6和7檢測此反射光，光學(xué)掃描器100讀出條形碼。
為了更準確地讀出條形碼，尤其是讀出相鄰條之間間隔很窄的條形碼，掃描條形碼的光束寬度必須足夠小。為了減小掃描條形碼光束的光束寬度，例如，減小光束分量X和Y的光束寬度(圖27所示)，在共用光源1與分束裝置2之間放置一個光束成形裝置8。此外，不僅要減小光束分量X和Y的光束直徑，而且也要減小指定位置處的光束直徑。就是說，光束的直徑在指定位置處必須足夠小，尤其是在物體被掃描的位置上。
隨著條形碼中條寬度變窄，出射光束讀出條形碼會變得更加困難。讀出窄間隔條形碼的滿意解決辦法是采用較小光束直徑的共用光源1。如上面所討論的，需要把共用光源1(即，激光束)“分成”第一激光束分量X和第二激光束分量Y，使得可以從多個方向(從光掃描裝置的底部和前部)讀出或掃描條形碼。分別利用第一激光束X和第二激光束Y，“最佳讀出區(qū)”是由第一激光束X的第一焦點和第二激光束Y的第二焦點確定的。理想的是，激光束的焦點(激光束具有最小直徑的點)是在最佳讀出區(qū)的(讀出)中心附近。就此而言，當(dāng)兩個焦點指向同一個位置時，共用光源1能夠以高性能讀出和掃描條形碼。為了達到這一要求，從底部讀出窗4射出的掃描光(圖27中的光束分量X)到讀出中心的離光源距離與從側(cè)邊讀出窗5射出的掃描光(圖27中的光束分量Y)到讀出中心的離光源距離應(yīng)該相等。
然而，由于現(xiàn)有技術(shù)光學(xué)掃描器中光學(xué)元件的復(fù)雜性，使這兩個離光源距離相等是很困難的，其結(jié)果可能是，第一光束分量X的焦點安排在最佳讀出區(qū)的中心，而第二光束分量Y的焦點偏離了最佳讀出區(qū)的中心。在此情況下，不能利用第二掃描光讀出條形碼。因此，妨礙了實現(xiàn)最佳的第一焦點和第二焦點，當(dāng)兩個激光束分量通過“最佳讀出區(qū)”時，其中之一不能讀出或掃描條形碼。
因此，需要制作一個成本合算的光學(xué)掃描器，此光學(xué)掃描器有多個讀出窗，通過減少內(nèi)部所需元件數(shù)目而使掃描器尺寸減小。另外，需要一個帶多個讀出窗的光學(xué)掃描器，此掃描器采用一個共用的光源能夠讀出和掃描條形碼。
本發(fā)明的一個目的是提供一種光學(xué)掃描器，此光學(xué)掃描器減小了兩個光束分量的光束直徑，兩個光束分量是由光束分束器把共用光源射出的一個光束分成的。
本發(fā)明的另一個目的是提供有一個共用光源和兩個讀出窗的一種光學(xué)掃描器，利用兩個讀出窗分別射出的兩個光束，此光學(xué)掃描器能夠以高靈敏度讀出條形碼。
按照本發(fā)明的一個實施例，光學(xué)掃描器包括機身；機身內(nèi)至少有一個讀出窗；光源；分束裝置，把光源射出的光束分成沿第一光程傳播的第一光束分量和沿第二光程傳播的第二光束分量。本發(fā)明的光學(xué)掃描器中還有光導(dǎo)向裝置，能使第一光束分量和第二光束分量從讀出窗射出；至少一個檢測器，用于檢測從讀出窗射出的光束，此光束是入射到物體上并被此物體反射回來的光束；第一光束成形裝置，它放在光源與分束裝置之間，以及第二光束成形裝置，它放在第一光程和第二光程二者之一上。
按照本發(fā)明另一個實施例，光學(xué)掃描器包括機身；機身內(nèi)放置的第一讀出窗；機身內(nèi)放置的第二讀出窗，此讀出窗與第一讀出窗之間有一夾角；光源；以及分束裝置，把光源射出的光束分成沿第一光程傳播的第一光束分量和沿第二光程傳播的第二光束分量。本發(fā)明的光學(xué)掃描器中還有光導(dǎo)向裝置，能使分束裝置分出的第一光束分量和第二光束分量從第一讀出窗和第二讀出窗射出；至少一個檢測器，用于檢測從兩個讀出窗射出的光束，此光束是入射到物體上并被此物體反射回來的光束；第一光束成形裝置，它放在光源與分束裝置之間；以及第二光束成形裝置，它放在第一光程和第二光程二者之一上。
在上述本發(fā)明的兩個實施例中，從光源射出的光束被第一光束成形裝置成形，使此光束在指定位置上有減小了的光束直徑。然而，在某些情況中，被光束裝置分成的兩個光束分量在指定位置上并不都有最小的光束直徑。為了解決這個問題，第一光束成形裝置只減小兩個光束分量之一在指定位置上的光束直徑，第二光束成形裝置放在另一個我束分量的光程上，用于修正光束到指定位置上有最小光束直徑的位置。因此，被分束裝置分成的兩個光束分量中的每一分量在所需位置上都有最小光束直徑。
按照本發(fā)明另一個實施例，光導(dǎo)向裝置包括一個多面反射鏡，用于反射分束裝置分出的第一光束分量和第二光束分量；至少一個反間，它放在分束裝置與多面反射鏡之間；第一組反射鏡，使多面反射鏡反射的第一光束分量從第一讀出窗射出；以及第二組反射鏡，使多面反射鏡反射的第二光束分量從第二讀出窗射出。
按照本發(fā)明又一個實施例，提供一個掃描物體的設(shè)備，此物體上附有條形碼，該設(shè)備包括一個機身，機身上有射出和接收光束的第一讀出窗和第二讀出窗；分束器，把光源射出的光束分成第一光束分量和第二光束分量；光導(dǎo)向器，使第一光束分量和第二光束分量通過相應(yīng)的第一讀出窗和第二讀出窗；第一光束成形器，和第二光束成形器。
本發(fā)明的第一方面，該設(shè)備還包括第一檢測器和第二檢測器，分別檢測第一光束分量和第二光束分量。
本發(fā)明的第二方面，第一光束成形裝置減小離光源第一距離處的光束直徑，第二光束成形裝置減小沿一條光程傳播離光源第二距離處的光束直徑，第二距離不同于第一距離。
本發(fā)明的第三方面，第一光束成形裝置包括一個準直透鏡和一個孔徑。
本發(fā)明的第四方面，第二光束成形裝置包括一個凸透鏡，其焦距大于準直透鏡的焦距?；蛘?，第二光束成形裝置包括一個凹透鏡，或一個凹面反射鏡。
本發(fā)明的第五方面，光源，分束裝置和第一光束成形裝置組成一個單元。
本發(fā)明的第六方面，光源、分束裝置、第一光束成形裝置和第二光束成形裝置組成一個單元。
按照本發(fā)明又一個實施例，提出利用光學(xué)掃描器對物體掃描的一種方法把從光源射出的光束進行分束；通過第一讀出窗和第二讀出窗分別射出第一光束和第二光束；把第一光束分量和第二光束分量引到第一讀出窗和第二讀出窗，使出射的光在光學(xué)讀出位置上光程相交；對光束及第一光束或第二光束成形，使第一光束分量和第二光束分量在光學(xué)讀出位置上的光束直徑最小；檢測此物體。
以上這些方面以及隨后會逐漸清楚的其他目的和優(yōu)點，歸納在以下充分描述和權(quán)利要求中提到的結(jié)構(gòu)和運行細節(jié)中，并參照構(gòu)成其內(nèi)容部分的附圖，其中相同的數(shù)字表示相同的部件。


圖1是說明本發(fā)明光學(xué)掃描器的立體圖；圖2是一個剖面圖，大致畫出本發(fā)明光學(xué)掃描器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)；圖3是圖2中第一光束成形裝置的放大圖；圖4是一個典型的曲線圖，表示光束通過第一光束成形裝置的光束直徑與離光源距離之間的關(guān)系；圖5是一個典型的曲線圖，表示圖2中第一和第二光束成形裝置完成的光束成形；圖6是一個改型的第一光束成形裝置的示范圖；圖7是一個示范圖，說明光源射出的光束在豎直方向的發(fā)散角不同于橫向的發(fā)散角；圖8是一個示范圖，表示本發(fā)明另一個實施例中改型的第一光束成形裝置；圖9是一個示范圖，表示本發(fā)明另一個實施例中改型的第一光束成形裝置；圖10是一個分解圖，表示光學(xué)掃描器機身的上框架和下框架，畫出下反射鏡組的各個反射鏡；圖11是圖7的下框架放大圖；圖12是一個示范圖，表示從底部讀出窗射出的光束；圖13是一個部分剖面圖，表示光學(xué)掃描器機身的上框架和下框架，畫出側(cè)邊反射鏡組的各個反射鏡；圖14是一個透視圖，表示安裝在頂蓋內(nèi)反射鏡架的各個反射鏡；圖15是一個示范圖，表示從側(cè)邊讀出窗射出的光束；圖16是一個剖面圖，大致畫出本發(fā)明另一個實施例光學(xué)掃描器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)；圖17(A)和17(B)是示范圖，表示圖16第二光束成形裝置內(nèi)的反射鏡；圖18是一個示范圖，表示圖17反射鏡的另一個改型例子；圖19是一個剖面圖，大致畫出本發(fā)明另一個實施例光學(xué)掃描器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)；圖20是一個典型的曲線圖，表示被圖19中第一和第二光束成形裝置完成的光束成形；圖21是一個剖面圖，大致畫出本發(fā)明另一個實施例光學(xué)掃描器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)；圖22是一個剖面圖，大致畫出本發(fā)明另一個實施例光學(xué)掃描器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)；圖23是一個剖面圖，大致畫出本發(fā)明另一個實施例光學(xué)掃描器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)；圖24是一個剖面圖，大致畫出本發(fā)明另一個實施例光學(xué)掃描器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)；圖25是一個剖面圖，大致表示本發(fā)明另一個實施例的光學(xué)掃描器；圖26(A)-26(D)表示典型的光源組件圖；以及圖27表示現(xiàn)有技術(shù)的光學(xué)掃描器。
圖1和圖2表示按照本發(fā)明一個實施例的光學(xué)掃描器，如條形碼讀出器的示范圖。光學(xué)掃描器10包括機身12，底部14和頂蓋部分16。
底部讀出窗18是在底部14的表面，側(cè)邊讀出窗20是在頂蓋部分16的表面。底部讀出窗18和側(cè)邊讀出窗20放置成一夾角，大致呈“L”形。
如圖2所示，從底部讀出窗18射出的光束用箭頭X表示，從側(cè)邊讀出窗20射出的另一個光束用箭頭Y表示。最佳讀出區(qū)(區(qū)域P)在底部讀出窗18的上方，最佳讀出區(qū)的中心離側(cè)邊讀出窗20有一個預(yù)定的距離。因此，當(dāng)物體處在最佳讀出區(qū)(區(qū)域P)內(nèi)時，能夠準確地讀出帶條形碼的商品。此外，即使商品，或物體，是在最佳讀出區(qū)P以外，仍然可以讀出附在物體上的條形碼，但可能讀得不準確。
參照圖2，光學(xué)掃描器10包括光源(如激光二極管)22、第一光束成形器24、分束元件26、和第二光束成形器28。這些元件固定在一個共同的框架內(nèi)，組成一個單元，用光源組件30表示。
光學(xué)掃描器10還包括一個多面反射鏡32，和兩個反射鏡34，36，多面反射鏡32由電機32a帶動旋轉(zhuǎn)。光源組件30大致位于底座部分14的下端，靠近主體機身12的最右端，如從圖2看到。反射鏡34位于光源組件30的上方，它在底座部分14的一端，而反射鏡36大致位于底座部分14的另一端。多面反射鏡32位于主體機身12的最左邊部分附近，它在兩個讀出窗18與20之間。
分束元件26的實例包括半反射鏡，半立方體分束器，或偏振光束分束器。分束元件26把從光源22射出的光束分成沿第一光程L1傳播的第一光束分量和沿第二光程L2傳播的第二光束分量。在圖2的例子中，第一光束分量L1透過分束元件26，沿著一條直線傳播到多面反射鏡32的一個側(cè)面。第二光束分量L2被分束元件26反射，首先傳播到反射鏡34，然后被反射鏡36反射，所以，從分束元件26到多面反射鏡32一個側(cè)面的光程是曲折的。反射鏡36把第二光束分量L2反射到多面反射鏡36的另一個側(cè)面。第二光束分量L2在反射鏡34與36之間反射時，它是沿著一條位于多面反射鏡32下方的路徑傳播的。
被多面反射鏡32反射的第一光束分量L1經(jīng)過一組底部反射鏡38從底部讀出窗18射出，例如，作為掃描物體的光束X。第二光束分量L2是經(jīng)過另一組反射鏡40從側(cè)邊讀出窗20射出，例如，作為掃描物體的光束Y，為了使一個物體被光束X和光束Y掃描，此物體必須通過稱之為最佳讀出區(qū)的空間區(qū)域。這個最佳讀出區(qū)在底部讀出窗18的上方，其中心離側(cè)邊讀出窗20有一預(yù)定的距離，最佳讀出區(qū)在圖2中表示為區(qū)域P。例如，帶條形碼被掃描的物體通過區(qū)域P，就能夠最好地讀出此物體。若物體在最佳區(qū)域P之外通過，仍然能夠讀出其條形碼，然而，大大降低了讀出條形碼的準確度。
更具體地說，當(dāng)一個物體在最佳讀出區(qū)P以內(nèi)(或附近)，兩個光束X和Y對此物體掃描，從物體反射回來的光束在多個散射方向。此反射的散射光重新進入底部讀出窗18和側(cè)邊讀出窗20。重新進入讀出窗18的反射的散射光被多面反射鏡32的一個側(cè)面反射，如L3所示。類似地，反射的散射光重新進入側(cè)邊窗20，它被多面反射鏡32的另一個側(cè)面反射，如L4所示。
為了檢測反射光，反射鏡42放在第一光束分量L1的光程上，靠近光源組件30。反射鏡42做成一個凹面反射鏡，在其中心部分鉆了一個孔42a。此開孔42a允許第一光束分量L1通過，第一光束分量L1是從分束元件26傳送到多面反射鏡32的，第一檢測器44放在反射鏡42的焦點處。反射光束L3在重新進入讀出窗18之后，入射到反射鏡42表面一塊大的區(qū)域上，被會聚后入射到第一檢測器44。第一檢測器44，例如，是一個細光束光電管，把檢測到的光量轉(zhuǎn)換成電信號。這個電信號被送到一個電路上(未畫出)，在此電路上完成解調(diào)等工作。因此，就可以讀出附在一個物體上的條形碼。
尺寸大于反射鏡36的聚光鏡46放置在反射鏡36的后側(cè)。聚光鏡46包括，如凸透鏡或費涅耳透鏡。第二檢測器48放在聚光鏡46的焦點處，用于檢測通過聚光鏡46并被此聚光鏡會聚的反射光束L4。第二檢測器包括，如細光束光電管，其作用是把檢測到的光量轉(zhuǎn)換成電信號。此電信號被送到一個電路上(未畫出)，由此可以讀出附有條形碼的物體。
圖3表示第一光束成形器24的一個例子。第一光束成形器24包括準直透鏡50和孔徑52，它們構(gòu)成一個單元，成為一個組件。準直透鏡50會聚從光源(例如，激光源)22射出的發(fā)散光束，使此光束比平行光束略為發(fā)散。孔徑52的作用是截去通過準直透鏡50光束的多余部分，使光束直徑變小，就此而言，從孔徑52射出的光束直徑逐漸減小，一直到通過截面S為止，在截面S處光束具有最小的光束直徑。在通過截面S之后，光束直徑開始逐漸增大。
圖4是一個典型的曲線圖，表示光束已通過光束成形器24以后的光束直徑與離光源22距離之間的關(guān)系。各個距離a，b，c，d對應(yīng)于圖2中的位置A，B，C，D。就是說，距離a對應(yīng)于光源22與底部讀出窗18上位置A之間的距離，距離b對應(yīng)于光源22經(jīng)過底部讀出窗18到最佳讀出區(qū)(區(qū)域P)上位置B的距離，距離c對應(yīng)于側(cè)邊讀出窗20上的位置C，距離d對應(yīng)于光源22與位置D之間的距離，此位置D位于經(jīng)過側(cè)邊讀出窗20的最佳讀出區(qū)(區(qū)域P)正對面。
參照圖4，底部讀出區(qū)E是這樣一個區(qū)域，可以利用從底部讀出窗18射出的光束讀出該區(qū)域內(nèi)帶有條形碼的物體。側(cè)邊讀出區(qū)F是這樣一個區(qū)域，可以利用從側(cè)邊讀出窗20射出的光束讀出該區(qū)域內(nèi)帶有條形碼的物體。最佳讀出區(qū)(區(qū)域P)比底部讀出區(qū)E和側(cè)邊讀出區(qū)F都窄。點PB對應(yīng)于光源22與2圖中最佳讀出區(qū)(區(qū)域P)中心之間沿直線AB方向的距離。另外，點PS對應(yīng)于光源22與圖2中最佳讀出區(qū)(區(qū)域P)中心之間沿直線CD方向的距離。
從圖2和圖4可以看出，光源22與點PB之間的距離比光源22與點PS之間的距離短。在這樣情況下，普通掃描器設(shè)置成這樣，點PS是光束X具有最小光束直徑的點。因此，如上所述，光束Y具有最小光束直徑的位置不在點PS處。所以，在點PS處的光束直徑略大于最小光束直徑。當(dāng)條形碼中各條之間間距進一步減小時，最好是，利用更小直徑的光束完成掃描。因此，本發(fā)明中提供的第二光束成形器28減小在PS附近光束Y的光束直徑。
圖5是一個典型的曲線圖，說明本發(fā)明中第一光束成形器24和第二光束成形器28的特性。曲線G代表圖4中所示的曲線。如下面所描述的，改變第一光束成形器24的設(shè)置，使得點PS處的光束直徑減小，曲線H代表這樣的光束直徑。因此，對應(yīng)于曲線G上的點PS就轉(zhuǎn)移到了對應(yīng)于曲線H上的點PS’。尤其是，從側(cè)邊讀出窗20射出的光束Y的光束直徑在點PS處減小了。所以，由曲線H表示的點c與點d之間光束直徑比曲線G表示的還小。類似地，曲線I表示當(dāng)?shù)诙馐尚纹?8的設(shè)置是變到減小光束X在點PB處的光束直徑時的光束直徑。由曲線I表示的點a與點b之間光束直徑比曲線G和曲線H表示的都小。所以，光束直徑在整個讀出區(qū)都減小了，可以利用任一光束讀出寬度小的條形碼。
為了把曲線G表示的特性改變到曲線H表示的特性，即提高光學(xué)掃描器的性能，第一光束成形器24的設(shè)置改變是，增大光源22與焦點S位置之間距離，在焦點S處光束具有最小的光束直徑。這是通過增大第一光束成形器24中準直透鏡50的焦距實現(xiàn)的，使其焦距大于圖4中所示的長度。例如，曲線G代表準直透鏡50的焦距為3.6mm情況，而曲線H代表準直透鏡50的焦距為14mm情況。曲線G代表的特性變化到曲線H代表的特性是通過改變孔徑52的直徑，或通過改變光源22與準直透鏡50之間距離實現(xiàn)的。
然而，曲線G上的點PB移到曲線H上的點PB’產(chǎn)生這樣一個問題，從底部讀出窗18射出的光束直徑增大了。為了解決這個問題，第二光束成形器28放置在圖2所示第一光束分量L1的光程上，曲線G上的點PB移到了曲線H上的點PB’，如圖5中曲線所示。所以，從底部讀出窗18射出的光束X直徑減小了。因此，第二光束成形器28僅僅對光束X完成光束成形，從底部讀出窗18射出的光束直徑減小了。就是說，當(dāng)光束X從讀出窗18射出時，對應(yīng)于焦點位置的特性是，從曲線H代表的特性改變到曲線I代表的特性。而且，曲線H上點PB’處的光束直徑減小到曲線I上點PB”處的光束直徑。
當(dāng)?shù)诙馐尚纹?8放在分束器26之后時，第二光束成形器28中平凸透鏡的焦距為3000mm，由于準直透鏡50的焦距為14mm，為了減小光束X在點PS處的光束直徑，第二光束成形器28中平凸透鏡的焦距是準直透鏡50焦距的幾百倍。
所以，分別從底部讀出窗18和側(cè)邊讀出窗20射出的光束X和光束Y的光束直徑都減小了。因而，能夠利用較小光束直徑的光束對物體進行掃描。在本發(fā)明一個實施例的組件中，光束分量Y的焦點調(diào)整到最佳讀出位置。被準直透鏡50準直的光束分量X的焦點設(shè)置在這樣一個位置上，它與光源的距離略短于平凸透鏡確定的距離。
圖6是一個示范圖，表示一個改型的第一光束成形器24。在此例子中，第一光束成形器24還包括準直透鏡50與孔徑52之間的一個直角棱鏡54。直角棱鏡54是這樣放置的，直角棱鏡54的斜面朝向孔徑52。然而，也可以把直角棱鏡54放置成這樣，直角棱鏡54的斜面朝向光源22。另外，也可以采用其他的棱鏡替代直角棱鏡54。
如圖7所示，當(dāng)光束從激光二極管22射出時，第一光束分量與第二光束是正交的，第一光束分量和第二光束分量二者之一的發(fā)散角通常大于另一個光束分量的發(fā)散角。直角棱鏡54對光束成形時，直角棱鏡54減小兩個光束直徑之一較大的發(fā)散角，使它等于另一個光束直徑的發(fā)散角。例如，直角棱鏡54減小有較大發(fā)散角的縱向光束的光束直徑，但并不減小有較小發(fā)散角的橫向光束的光束直徑。
圖8是一個示范圖，表示替代直角棱鏡48的柱面凸透鏡54a和柱面凹透鏡54b。在此例子中，用實線表示的縱向光束原先有較大的發(fā)散角，可以使縱向光束的發(fā)散角等于橫向光束的發(fā)散角，用虛線表示的橫向光束原先有較小的發(fā)散角。
包含直角棱鏡的光源組件30在以下參照圖26(A)至26(D)時給以描述和表示。
圖9是一個示范圖，表示本發(fā)明另一個實施例中改型的第一光束成形24。參照圖9，與以上例子類似，提供了一個含柱面凹透鏡54c和柱面凸透鏡54d的實例，在此情況中，用實線表示的橫向光束原先有較小的發(fā)散角，可以使橫向光束的發(fā)散角等于縱向光束的發(fā)散角，用虛線表示的縱向光束原先有較大的發(fā)散角。
圖10和圖11是示范圖，表示圖2中一組底部反射鏡38的布置。在圖10和圖11中，畫出的各個反射鏡與圖2中多個反射鏡是左右顛倒的。雖然，圖2中畫出的一組底部反射鏡38是放在基座部分14的底部讀出窗18正下方，這組底部反射鏡38也可以放在其他位置，如放在基座部分14的下部或其周圍。
更具體地說，圖10表示由下框架14a和上框架14b構(gòu)成的基座部分14。圖11僅畫出基座部分14的下框架14a，但上框架14b安裝在下框架14a的左側(cè)部分。圖2中頂蓋部分16安裝在圖11中右側(cè)部分。
多面反射鏡32畫在圖10中下框架14的中央部分。支承基座32b畫在圖11中下框架14a的中央部分。多面反射鏡32(在圖11中未畫出)安裝到這個支承基座32b上。另外，接收來自圖2中分束元件26反射光束的反射鏡34畫在圖11中的左端。圖2中光源組件30放在反射鏡34下方。接收來自反射鏡34反射光束的反射鏡36畫在圖11中右端。圖2中的聚光鏡46是一個費涅耳透鏡，它放在反射鏡36的后面。接收聚光鏡46會聚的反射光束的第二檢測器48安裝在印刷電路板56上。第一檢測器44也安裝在印刷電路板(未畫出)上，這塊電路板放在圖11中左端底部的“V型區(qū)”內(nèi)。
如圖10和圖11所示，下框架14a上也有反射鏡ZB2，VBRR，VBLL，HBR2，HBL2，ZML2和ZMR2。這些反射鏡構(gòu)成一組底部反射鏡38的一部分。下框架14a上還有反射鏡VSR1和VSL1。圖10畫出了附在頂蓋(未畫出)上的反射鏡ZL和ZR。這些反射鏡構(gòu)成一組側(cè)邊反射鏡40的一部分。這些反射鏡是這樣放置的，其反射面幾乎都是向上傾斜。
上框架14b上有反射鏡ZBR1，ZBL1，HBR1，HBL1，VBR1，VBL1，VBR2，VBL2，ZMR1和ZML1。這些反射鏡構(gòu)成一組底部反射鏡38的一部分。這些反射鏡是這樣放置的，其反射面幾乎都是向下傾斜。
從光源22射出的光束被分束元件26分束后傳播，再被多面反射鏡32反射，入射到上框架14的各個反射鏡上。然而，當(dāng)多面反射鏡32按順時針方向旋轉(zhuǎn)時，掃描是在按下列順序的反射鏡ZMR1，VBR2，VBR1，HBR1，ZBR1，ZBL1，HBL1，VBL1，VBL2和ZML1上完成的。被上框架14b中各個反射鏡反射的光束傳送到下框架14a中各個反射鏡上。例如，被反射鏡ZMR1反射的光束再被反射鏡ZMR2向上反射，然后從底部讀出窗18射出，被反射鏡VBR2和VBR1反射的光束再被反射鏡VBRR向上反射，然后從底部讀出窗18射出，等等。
所以，如圖12所畫出的，從底部讀出窗18射出的光束具有不同的方向和夾角，因此，可以在不同的方向，夾角和取向上對物體掃描，圖2中的箭頭X表示從本發(fā)明光學(xué)掃描器10底部讀出窗18射出的光束，此光束入射到物體上之后被第一檢測器44檢測。另外，如圖13和圖14所示，頂蓋部分包括一個反射鏡夾具17，此夾具中安裝了反射鏡VSL2，ZLL，ZHL，ZHR，ZRR，和VSR2。這些反射鏡構(gòu)成一組側(cè)邊反射鏡40。
關(guān)于一組側(cè)邊反射鏡40，從光源22射出的光束被分束元件反射，傳輸?shù)蕉嗝娣瓷溏R32。然后，被多面反射鏡32反射的光束入射到下框架14a中各個反射鏡VSR1，VSL1，ZL和ZR。掃描是在按下列順序的反射鏡VSL1，ZL，ZR和VSR1上完成的。被這些反射鏡反射的光束然后傳輸?shù)椒瓷溏R夾具17中各個反射鏡上。接著，被反射鏡夾具17中各個反射鏡反射的光束從側(cè)邊讀出窗20射出。如圖13所示，反射鏡47也放在聚光鏡46與第二檢測器48之間。因此，通過聚光鏡46的光束被反射到反射鏡47，然后入射到第二檢測器48上。
如圖15所示，從側(cè)邊讀出窗20射出的光束以不同的方向和各種夾角對物體掃描，圖2中所示箭頭Y是這些光束中代表性的一個光束。光束入射到物體上之后，反射光束被第二檢測器48檢測。所以，除了附在物體上的條形碼是筆直向上的以外，大多數(shù)的條形碼可以利用從底部讀出窗18從側(cè)邊讀出窗20射出的光束讀出。
圖16是一個示范圖，表示本發(fā)明的另一個實施例。圖16所示的實施例類似于以上描述的本發(fā)明一個實施例。然而，在圖16的實施例中，第二光束成形器28位于與上述第一個實施例中第二光束成形器28不同的位置。在圖16的實施例中，第二光束成形器28是一個平凸透鏡，它插在反射鏡42中所鉆的孔徑42a內(nèi)。反射鏡42中所鉆的孔徑42a允許第一光束分量通過，第一光束分量是從分束元件26傳輸?shù)蕉嗝娣瓷溏R32的。另外，其中的第二光束成形器28完成“光束成形”。反射鏡42孔徑42a內(nèi)形成的第二光束成形器28可以用類似于圖2的平凸透鏡做成。所以，圖16中所示第二個實施例的運行和優(yōu)點與上述圖2中所示第一個實施例的類似。
圖17(A)是一個表示反射鏡42的立體圖，此反射鏡42是圖2所描述的凹面反射鏡。圖17(B)是一個典型的平面圖，表示一個改型的反射鏡42。在反射鏡42中所鉆的孔徑42a內(nèi)，有一個帶同心圓形圖樣的透射型全息圖43。透射型全息圖43會聚透射光。因此，此全息圖用作第二光束成形器28，它類似于第一個實施例中的平凸透鏡。平凸透鏡和/或全息圖可以與凹面反射鏡42(圖17(B)中未畫出)做成一個整體。另外，平凸透鏡和/或全息圖可以與凹面反射鏡42分開做成(或模壓成)，然后裝配到掃描器10中。
圖18是一個示范圖，表示一個改型的反射鏡42。在圖18的例子中，反射鏡42做成一個平面反射鏡，是一個具有同心圓形圖樣的反射型全息圖。因此，來自多面反射鏡32的光束被反射后進入第一檢測器42(見圖2)。具有同心圓形圖樣的透射型全息圖放在反射鏡42中所鉆的孔徑42a內(nèi)。所以，圖18所示例子的運行和優(yōu)點類似于上述本發(fā)明的幾個實施例。
圖19是一個示范圖，表示本發(fā)明的另一個實施例。圖19所示實施便的結(jié)構(gòu)類似于上述本發(fā)明的實施例，不同的是，第二光束成形器28放在與第一個實施例中不同的地方。在圖19的實施例中，第二光束成形器28做成一個凹透鏡29。凹透鏡29放在反射鏡34與36之間，從光源22射出并被分束元件26反射的光束在到達多面反射鏡32之前，此光束被反射鏡34和36反射。
圖20是一個典型的曲線圖，說明圖19所示第一光束成形器24和第二光束成形器28的效果。如圖5所示例子一樣，曲線G代表與圖4有相同的特性。曲線J代表改變后的第一光束成形器24，以減小點PB處的光束直徑。為了使曲線G代表的特性改變成曲線H代表的特性，必須減小光源22與點S(在此點上光束有最小的光束直徑)之間的距離，這是通過改變第一光束成形器24的設(shè)置，減小準直透鏡50的焦距f實現(xiàn)的。
另外，由曲線G代表的特性改變到由曲線J代表的特性可以通過改變孔徑52的孔眼大小實現(xiàn)，或通過改變光源22與準直透鏡50之間的距離實現(xiàn)。因而，曲線G上的點PS移動曲線J上的點PS’。因此，光束在點PS的光束直徑增大了。
另一方面，由于采用了凹透鏡29，光束在點PS’的光束直徑減小到在點PS”的光束直徑。如圖20所示，由曲線J代表的特性改變到由曲線K代表的特性。凹透鏡29具有增大光源22到點S之間距離的效果，從光源22射出的光束在點S處有最小的光束直徑。因而，本發(fā)明的這個(第三個)實施例具有與圖2中本發(fā)明實施例類似的有利效果。
圖21是說明本發(fā)明另一個實施例的示范圖。除了第二光束成形器28放在與上面討論的實施例中不同的地方以外，圖21所示實施例的結(jié)構(gòu)類似于上述的實施例。在本發(fā)明這個(第四個)實施例中，如圖21所示，第二光束成形器28做成一個反射鏡34，它反射從光源22射出并被分束元件26反射到反射鏡34的光束。反射鏡34做成一個凹面反射鏡。因而，本發(fā)明獲得類似圖19的有利效果。
圖22是一個示范圖，表示類似于圖21所示實施例的本發(fā)明一個實施例。在圖22所示的本發(fā)明實施例中，第二光束成形器28作成一個反射鏡36，它反射從光源22射出并被分束元件26反射到多面反射鏡32再經(jīng)過反射鏡34的光束。因而，得到了類似于圖19本發(fā)明實施例的有利效果。
圖23是一個示范圖，表示類似于圖22所示實施例的本發(fā)明另一個實施例。在圖23所示的本發(fā)明實施例中，第二光束成形器28包括反射鏡34和36。兩個反射鏡34和36中一個做成凹面反射鏡，另一個做成柱面透鏡。如上面結(jié)合圖8和圖9所描述的，反射鏡做成柱面透鏡適合于控制從激光源22射出的兩個光束分量之一的發(fā)散角，以激光源22射出的兩個光束分量的發(fā)散角并不相同。
圖24是一個示范圖，表示類似于圖2所示實施例的本發(fā)明一個實施例。在圖24所示的實施例中，第二光束成形器28做成一個平凸透鏡33，它放在分束元件26與反射鏡34之間。這個平凸透鏡33的作用和有利效果與圖2中的平凸透鏡相同，用作第二光束成形器28。與圖2實施例對比，當(dāng)光源22與底部讀出區(qū)E之間距離大于光源22與側(cè)邊讀出區(qū)E之間距離時，圖24所示的實施例也是有效的。
圖25是說明本發(fā)明另一個實施例的示范圖。在上述本發(fā)明的各個實施例中，光學(xué)掃描器10包括底部讀出窗18，側(cè)邊讀出窗20，以及用于這兩個讀出窗的共用光源22。與此對照，在圖25的本發(fā)明實施例中，光學(xué)掃描器10只有一個讀出窗180。另外，從共用光源22射出的光束被分束元件26分成兩個光束分量。于是，一個物體被從讀出窗180射出的兩個光束分量的掃描器10掃描。第一光束成形器24位于光源22與分束元件26之間。第二光束成形器28位于兩個光束分量的兩條光程之一上，這兩個光束分量是由分束器26對光束分束形成的，第一光束成形器24和第二光束成形器28的作用和有利效果類似于上述的各個實施例。
圖26(A)和26(B)是示范圖，表示含直角棱鏡的光源組件30。圖26(A)是光源組件30的平面視圖，圖26(B)是概略地畫出光源組件30的豎直剖面圖。光源組件30包括一個主體30a，光源22附著在主體上，第一光束成形器24的準直透鏡50，直角棱鏡54，第一光束成形器24的孔徑52，分束裝置(半反射鏡)26，和第二光束成形器28都在光源組件30的主體30a上。準直透鏡50安裝在鋁塊50a上，插入到主體30a一個端部所鉆的孔內(nèi)，如圖26(D)所示。作為第二光束成形器28的透鏡插入到主體30a另一個端部所鉆的孔內(nèi)，如圖26(C)所示。作為第二光束成形器28的透鏡做成近似半圓形。安裝孔28a的形狀與那個透鏡配合，安裝孔28a是一個帶U型截面的槽。
如上面所描述的，按照本發(fā)明可以把兩個光束分量的光束直徑減至最小，這兩個光束分量是從同一光源射出并被分束器分成的。
本發(fā)明的許多特征和優(yōu)點在上面詳細的技術(shù)說明中是顯而易見的，因此，我們的意圖是，所附的權(quán)利要求書包括了本發(fā)明所有的這些特征和優(yōu)點，這些都在本發(fā)明的精神實質(zhì)和范圍內(nèi)。此外，由于各種改型和變動對于熟悉此專業(yè)的人員來說是很容易的，我們并不打算把本發(fā)明局限于以上說明和描述的具體結(jié)構(gòu)和運行原理上，因而各種適當(dāng)?shù)母男秃偷刃г紝儆诒景l(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一個光學(xué)掃描器，它包括機身；機身內(nèi)放置的至少一個讀出窗；光源；分束裝置，把從光源射出的光束分成沿第一光程傳播的第一光束分量和沿第二光程傳播的第二光束分量；光導(dǎo)向裝置，允許被分束裝置分出的第一光束分量和第二光束分量從該至少一個讀出窗射出；第一光束成形裝置，它放在光源與分束裝置之間；以及第二光束成形裝置，它放在第一光程和第二光程二者之一上。
2.一個光學(xué)掃描器，它包括機身；機身內(nèi)放置的第一讀出窗；機身內(nèi)放置的第二讀出窗，此讀出窗相對于第一讀出窗有一夾角；光源；分束裝置，把從光源射出的光束分成沿第一光程傳播的第一光束分量和沿第二光程傳播的第二光束分量；光導(dǎo)向裝置，允許被分束裝置分出的第一光束分量和第二光束分量從第一讀出窗和第二讀出窗射出；至少一個檢測器，用于檢測從第一讀出窗和第二讀出窗射出的光束，此光束入射到物體上并被此物體反射；第一光束成形裝置，它放在光源與分束裝置之間；以及第二光束成形裝置，它放在第一光程和第二光程二者之一上。
3.按照權(quán)利要求1的光學(xué)掃描器，其中第一光束成形裝置適用于完成光束成形，使得從光源射出的光束在離光源第一距離處有最小的光束直徑，第二光束成形裝置適用于完成光束成形，使得沿第一光程和第二光程二者之一傳播的光束分量在離光源第二距離處有最小的光束直徑，第二距離不同于第一距離。
4.按照權(quán)利要求3的光學(xué)掃描器，其中第一光束成形裝置包括一個準直透鏡和一個孔徑。
5.按照權(quán)利要求3的光學(xué)掃描器，其中第二光束成形裝置包括一個凸透鏡，此凸透鏡的焦距大于準直透鏡的焦距。
6.按照權(quán)利要求3的光學(xué)掃描器，其中第二光束成形裝置包括一個凹透鏡。
7.按照權(quán)利要求3的光學(xué)掃描器，其中第二光束成形裝置包括一個凹面反射鏡。
8.按照權(quán)利要求1的光學(xué)掃描器，其中光源，分束裝置，和第一光束成形裝置，組成一個單元。
9.按照權(quán)利要求1的光學(xué)掃描器，其中光源，分束裝置，第一光束成形裝置，和第二光束成形裝置組成一個單元。
10.一個光源組件，它包括光源；第一光束成形裝置，用于給光源射出的光束成形；光分離器，把光源射出的光束分成沿第一光程傳播的第一光束和沿第二光程傳播的第二光束；以及第二光束成形裝置，它放在第一光程和第二光程二者之一上。
11.一個掃描物體的設(shè)備，此物體上附有條形碼，該設(shè)備包括發(fā)射光束的光源；分束器，把從光源射出的光束分成第一光束分量和第二光束分量，第一光束分量沿第一光程傳播，第二光束分量沿第二光程傳播。第一讀出窗和第二讀出窗，每個讀出窗射出各自的光束分量到物體上，此光束分量被物體反射，每個讀出窗接收來自物體的反射光；光導(dǎo)向器，讓第一光束分量和第二光束分量分別通過第一讀出窗和第二讀出窗，使第一光束分量與第二光束分量在最佳讀出位置上光程相交；第一光束成形器，它位于光源與分束器之間，使第一光束分量的光束直徑在最佳讀出位置上最??；以及第二光束成形器，它位于第一光程和第二光程二者之一上，使第二光束分量的光束直徑在最佳讀出位置上最??；及一個檢測器系統(tǒng)，檢測第一和第二光束分量。
12.按照權(quán)利要求11的設(shè)備，還包括第一檢測器，用于檢測從物體上反射回來的第一光束分量；和第二檢測器，用于檢測從物體上反射回來的第二光束分量。
13.一個利用光學(xué)掃描器掃描物體的方法，它包括如下步驟把從光源射出的光束分成第一光束分量和第二光束分量，第一光束分量沿第一光程傳播，第二光束分量沿第二光程傳播；把第一光束分量和第二光束分量分別掃向第一讀出窗和第二讀出窗，由此射出第一光束分量和第二光束分量，使得從第一讀出窗和第二讀出窗分別射出的第一光束分量和第二光束分量的兩條光程在最佳讀出位置上相交；對一個光束成形，使得在最佳讀出位置上一個光束分量的光束直徑最小，對另一個光束成形，使得在最佳讀出位置上另一個光束分量的光束直徑最小；以及當(dāng)?shù)谝还馐至亢偷诙馐至繌奈矬w上反射回來時，檢測該物體。
14.一個光學(xué)掃描器，它包括機身；機身內(nèi)放置的至少一個讀出窗；機身內(nèi)放置的一個光源；分束器，把從光源射出的光束分成沿第一光程傳播的第一光束分量和沿第二光程傳播的第二光束分量；光掃描器，允許被分束器分出的第一光束分量和第二光束分量從該至少一個讀出窗射出；第一光束成形器，它放在光源與分束器之間；以及第二光束成形器，它放在第一光程和第二光程二者之一上。
15.一個光學(xué)掃描器，它包括機身；機身內(nèi)放置的第一讀出窗；機身內(nèi)放置的第二讀出窗，此讀出窗相對于第一讀出窗有一夾角；光源；分束器，把從光源射出的光束分成沿第一光程傳播的第一光束分量和沿第二光程傳播的第二光束分量；光掃描器，允許被分束器分出的第一光束分量和第二光束分量從第一讀出窗和第二讀出窗射出；第一光束成形器，它放在光源與分束器之間；以及第二光束成形器，它放在第一光程和第二光程二者之一上。
16.一個光源組件，它包括光源；第一光束成形器，用于給光源射出的光束成形；分束器，把光源射出的光束分成沿第一光程傳播的第一光束和沿第二光程傳播的第二光束；以及第二光束成形器，它和在第一光程和第二光程二者之一上。
17.一個光學(xué)掃描器，它包括產(chǎn)生光束的光源；分束器，把光束分成兩個光束分量；以及反射鏡，把兩個光束分量引向最佳讀出區(qū)，其中光束成形器對兩個光束分量成形，使相應(yīng)光束的直徑在最佳讀出區(qū)最小。
18.一個光學(xué)掃描器，它包括光學(xué)組件，用于發(fā)射光束的兩個光束分量，所述兩個光束分量被成形，使相應(yīng)光束分量的光束直徑在最佳讀出區(qū)最小；反射鏡，把成形過的光束分量引向最佳讀出區(qū)。
19.按照權(quán)利要求14的光學(xué)掃描器，其中第一光束成形器適用于完成光束成形，傳播從光源射出的光束在離光源第一距離處有最小的光束直徑，第二光束成形器適用于完成光束成形，使得沿第一光程和第二光程二者之一傳播的光束分量在離光源第二距離處有最小的光束直徑，第二距離不同于第一距離。
20.按照權(quán)利要求19的光學(xué)掃描器，其中第一光束成形器包括一個準直透鏡和一個孔徑。
21.按照權(quán)利要求19的光學(xué)掃描器，其中第二光束成形器包括一個凸透鏡，此凸透鏡的焦距大于準直透鏡的焦距。
22.按照權(quán)利要求19的光學(xué)掃描器，其中第二光束成形器包括一個凹透鏡。
23.按照權(quán)利要求19的光學(xué)掃描器，其中第二光束成形器包括一個凹面反射鏡。
24.按照權(quán)利要求14的光學(xué)掃描器，其中光源、分束器和第一光束成形器組成一個單元。
25.按照權(quán)利要求14的光學(xué)掃描器，其中光源、分束器、第一光束成形器，和第二光束成形器組成一個單元。
26.一個光源組件，包括光源；第一光束成形裝置，用于使從光源射出的光束成形；光分離器，把從光源射出的光束分成沿第一光程傳播的第一光束和沿第二光程傳播的第二光束；以及第二光束成形裝置，放在第一和第二光程之一中，其中第一光束成形裝置成形光束的截面形狀并且第二光束成形裝置改變光束的焦距。
27.一個光源組件，包括光源；分束器，把從光源射出的光束分成沿第一光程傳播的第一光束和沿第二光程傳播的第二光束；以及光束成形器，放在第一和第二光程之一中，改變第一和第二光束之一的聚焦位置使之在第一和第二光束的另一個的聚焦位置之前或超過該聚焦位置。
全文摘要
銷售點(POS)系統(tǒng),如光學(xué)掃描器,能使兩個光束分量的光束直徑減小,這兩個光束分量是從一個共用光源射出并被分束器分出的。光學(xué)掃描器包括:發(fā)射光束的光源;對光束進行分束的分束器;多面反射鏡,把分出的光束分量反射到各不相同的方向;和幾組反射鏡。幾組反射鏡是給讀出窗提供的,使光束分量從讀出窗射出。射出的光束分量入射到一個物體上,光學(xué)掃描器利用檢測器檢測物體,讀出此物體上的條形碼。
文檔編號G06K7/10GK1207538SQ9810844
公開日1999年2月10日 申請日期1998年5月15日 優(yōu)先權(quán)日1997年8月1日
發(fā)明者大川正德, 市川稔幸, 綿貫洋, 山崎行造 申請人:富士通株式會社