DE3650217T2

DE3650217T2 - Tragbarer Abtastkopf mit Laserdiode.

Info

Publication number: DE3650217T2
Application number: DE3650217T
Authority: DE
Inventors: Alexander M Adelson; Edward Barkan; Eric F Barkan; Mark J Krichever; Boris Metlitsky; Howard M Shepard; Jerome Swartz
Original assignee: Symbol Technologies LLC
Current assignee: Symbol Technologies LLC
Priority date: 1985-02-28
Filing date: 1986-02-28
Publication date: 1995-09-28
Anticipated expiration: 2006-03-01
Also published as: US4760248A; US5021641A; EP0414281B1; JPH03192486A; DE3686494D1; DE3686171D1; JPS61251980A; JPH0447353B2; DE3686494T2; US4806742A; DE3686170T2; EP0367298A2; DE3687127T2; US4816660A; EP0367300B1; EP0414281A2; JPH03179579A; CA1256205A; EP0367299B1; JPH03182979A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Strichcodeabtastvorrichtung zum Lesen von Strichcodesymbolen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Verschiedene optische Leser und optische Abtastsysteme wurden bisher entwickelt, wie beispielsweise in den US- Patenten Nr. 4,251,798; 4,360,793; 4,369,361; 4,387,297; 4,409,470 und 4,460,120.
Eine Strichcode-Abtastvorrichtung von der Art, auf die sich der Oberbegriff des Anspruchs 1 bezieht, ist aus US-A-4,460,120 bekannt.
IBM TECHNICAL DISCLOSURE BULLETIN, Band 27, Nr. 4A, September 1984, ARMONIK (US), Seiten 2021-2022; Cato: "Hand-held holographic scanner having highly visible Iocator beam" zeigt einen handgehaltenen oder Hand- Scanner. Er erkennt das Problem unsichtbarer LED-Laser für einen handgehaltenen Scanner. Er schlägt die Verwendung einer versetzten holographischen Linse vor, auf die ein größerer Lagebestimmungs- oder Suchstrahl und ein Scan- bzw. Abtast- bzw. Überstreichstrahl auftreffen, so daß der ausgesandte Suchstrahl koaxial ist mit dem ausgesandten infraroten Scanstrahl. Eine stationäre versetzte holographische Linse oder ein bewegliches holographisches Element kann verwendet werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Strichcode-Abtastvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 gekennzeichnet durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1.
Wie in einigen der anfangs erwähnten Patente gezeigt ist, besteht ein besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel eines solchen Abtastsystems unter anderem darin, daß ein Laserlichtstrahl von einem handgehaltenen, portablen Laserabtastkopf ausgesandt wird, welcher von einem Verwender getragen wird, wobei der Kopf und insbesondere der Laserlichtstrahl auf das zu lesende Symbol gerichtet wird, wobei der Laserstrahl in einer Reihe oder Serie von Abtastungen oder Überstreichungen über das Symbol wiederholt scannt bzw. abtastet bzw. überstreicht, wobei das gescannte Laserlicht detektiert wird, welches von dem Symbol reflektiert wird, und wobei das detektierte reflektierte Licht decodiert wird. Insofern als der Laserlichtstrahl üblicherweise, aber nicht immer, durch einen He- lium-Neon-Gaslaser erzeugt wurde, welcher rotes Laserlicht mit einer Wellenlänge von ungefähr 6328 Angström emittierte, war das rote Laserlicht für den Verwender sichtbar und somit konnte der Verwender ohne Schwierigkeiten den Kopf ordnungsgemäß ausrichten und das emittierte rote Laserlicht während des Scannens oder Abtastens auf dem Symbol und darüberhinweg positionieren und halten.
In dem Fall jedoch, daß der Laserlichtstrahl von einer Halbleiterlaserdiode erzeugt wurde, wie beispielsweise gemäß US-Patent Nr. 4,387,297; 4,409,480 und 4,460,120, stellt sich das Zielen des Kopfes bezüglich des Symbols schwieriger dar, wenn die Laserdiode Laserlicht emittierte, das für den Verwender nicht leicht sichtbar war. Bei einigen Laserdioden wurde Laserlicht emittiert mit einer Wellenlänge von ungefähr 7800 Angström, was sehr nahe an infrarotem Licht ist und an der Grenze der Sichtbarkeit liegt. Dieses Laserdiodenlicht war in einem abgedunkelten Raum für den Verwender sichtbar, nicht aber in einer beleuchteten Umgebung, wo Umgebungs- oder sonstiges Licht dazu neigte, das Laserdiodenlicht zu maskieren bzw. auszublenden. Wenn sich ferner das Laserdiodenlicht bewegte, beispielsweise dadurch, daß es über das Symbol gestrichen wurde, und insbesondere wenn das Laserdiodenlicht mit hoher Geschwindigkeit in der Größenordnung einer Vielzahl von Malen pro Sekunde überstrichen wurde, beispielsweise mit einer Rate von 40 Abtastungen oder Überstreichungen pro Sekunde, dann war das Laserdiodenlicht für den Verwender nicht sichtbar, nicht einmal in einem abgedunkelten Raum. Daher wurde das Laserdiodenlicht auf Grund einer oder mehrerer Faktoren, wie beispielsweise der Wellenlänge des Laserlichts, der Intensität des Laserlichts, der Intensität des sonstigen Lichts in der Umgebung, in der das Laserlicht arbeitete, der Scan- oder Abtastrate, sowie anderer Faktoren im Endeffekt "unsichtbar" oder "nicht leicht sichtbar" gemacht.
Dieses nicht leicht sichtbare Laserdiodenlicht ermöglichte jedoch dem Verwender nicht, das Laserdiodenlicht leicht auf ein Symbol zu richten, zumindest nicht ohne einen hohen Grad an Schwierigkeit und Anstrengung, weil der Verwender das Laserdiodenlicht nicht sehen konnte, um es einfach zu sagen. Daher mußte der Verwender durch Versuch und Irrtum (trial and error) herumjagen oder -suchen, hoffen, daß das abtastende oder überstreichende Laserdiodenlicht schließlich ordnungsgemäß auf dem Symbol und darüberhinweg positioniert war, und warten, bis das Abtastsystem ihm anzeigte, typischerweise durch das Aufleuchten einer Anzeigelampe oder durch Ertönen eines hörbaren Piepses, daß das Symbol tatsächlich erfolgreich decodiert und gelesen worden war. Diese Jagd- oder Suchtechnik war eine sehr wenig effiziente und zeitaufwendige Prozedur zum Ablesen von Symbolen, insbesondere bei solchen Anwendungen, wo eine Vielzahl von Symbolen jede Stunde und jeden Tag gelesen werden mußte.
Es ist ein allgemeines Ziel dieser Erfindung, die oben beschriebenen Nachteile von Laserabtastsystemen des Standes der Technik zu überwinden.
Es ist ein weiteres Ziel dieser Erfindung, einem Verwender zu ermöglichen, einen Kopf leicht auszurichten und insbesondere einen nicht leicht sichtbaren Laserlichtstrahl, der von dem Kopf ausgesandt oder emittiert wird, auf ein Symbol zu richten und/oder nicht leicht sichtbares reflektiertes Laserlicht zu sammeln, das von dem Symbol reflektiert wurde.
Es ist ein weiteres Ziel dieser Erfindung, einem Verwender zu ermöglichen, einen nicht leicht sichtbaren Laserstrahl, der von einer Halbleiterlaserdiode ausgesandt oder emittiert wurde, auf ein Symbol oder darüber hinweg zu richten, und zwar vor und während einer Abtastung oder Überstreichung des Symbols.
Gemäß dieser und anderer Zeile, die im weiteren noch deutlich werden, besteht ein Merkmal der Erfindung kurz gesagt in einer Ziellichtanordnung zur Verwendung beim Zielen eines handgehaltenen Laserabtastkopfes in einem Laserabtastsystem zum Lesen von Symbolen, auf die der Kopf gerichtet wird. Verschiedene Komponenten sind herkömmlicherweise in dem Kopf angebracht. Beispielsweise sind Mittel, wie zum Beispiel eine Halbleiterlaserdiode oder möglicherweise ein Gaslaser innerhalb des Kopfes vorgesehen zum Erzeugen eines ausgehenden bzw. auftreffenden Laserstrahls. Optische Mittel, zum Beispiel eine positive Linse, eine negative Linse, reflektierende Spiegel oder andere optische Elemente, sind auch innerhalb des Kopfes vorgesehen zum optischen Modifizieren, d. h. Formen und Richten des ausgehenden bzw. auftreffenden Laserstrahls, entlang eines ersten optischen Pfads zu einer Bezugsebene, die außerhalb des Kopfes angeordnet ist und in einer Ebene liegt, die im wesentlichen senkrecht zu der Richtung der Ausbreitung des ausgehenden bzw. auftreffenden Laserstrahls liegt, und auf ein Symbol, das in einem Arbeitsabstandsbereich in der Umgebung der Bezugsebene angeordnet ist. Aus Gründen der Einfachheit wird ein Symbol, das zwischen der Bezugsebene und dem Kopf angeordnet ist, im weiteren als ein "nahes" Symbol ("close-in" symbol) definiert, wogegen ein Symbol, das auf der anderen Seite der Bezugsebene weg von dem Kopf angeordnet ist, als ein "entferntes" Symbol ("far-out" symbol) definiert wird.
Laserlicht wird von dem Symbol reflektiert und mindestens ein zurückkehrender Teil des reflektierten Laserlichts bewegt sich entlang eines zweiten optischen Pfads weg von dem Symbol zurück zu dem Kopf. Scan- oder Abtastmittel, zum Beispiel ein Scan-Motor mit einer hin- und herschwingbaren bzw. oszillierbaren Ausgangswelle, auf der eine reflektierende Oberfläche, wie beispielsweise ein Scan-Spiegel angebracht ist, sind in dem Kopf angebracht zum Abtasten des Symbols in einer Abtastung bzw. Überstreichung und vorzugweise mit einer Vielzahl von Überstreichungen pro Sekunde über das Symbol in einer sich wiederholenden oder repetierenden Art und Weise. Der zurückkehrende Teil des reflektierten Laserlichts besitzt eine variable Lichtintensität über das Symbol hinweg während des Abtastens oder Überstreichens, was im Fall eines Strichcodesymbols von den unterschiedlichen lichtreflektierenden Eigenschaften der Balken bzw. Striche und Zwischenräume herrührt, die das Symbol bilden.
Der Kopf weist auch Sensormittel auf, zum Beispiel eine oder mehrere Photodioden, zum Detektieren der variablen Lichtintensität des zurückkehrenden Teils des reflektierten Laserlichts über ein Sichtfeld und zum Erzeugen eines elektrischen Analogsignals als Anzeige der detektierten variablen Lichtintensität. Signalverarbeitungsmittel sind auch in dem Kopf angebracht zum Verarbeiten des analogen elektrischen Signals und üblicherweise zum Verarbeiten des Analogsignals in ein digitalisiertes elektrisches Signal, das in Daten decodiert werden kann, die beschreibend sind für das Symbol, das gescannt oder abgetastet wurde. Die Scan- oder Abtastmittel haben die Funktion des Abtastens oder Scannens von entweder dem ausgehenden bzw. auftreffenden Laserstrahl selbst über das Symbol hinweg, oder des Sichtfelds der Sensormittel, oder von beiden.
Manchmal, aber nicht immer, ist eine elektronische Decodier-/Steuerschaltung lokal in dem Kopf oder entfernt von dem Kopf vorgesehen. Die elektronische Decodier- /Steuerschaltung hat die Funktion des Decodierens des digitalisierten Signals in die vorgenannten Daten, des Bestimmens einer erfolgreichen Decodierung des Sybmols und des Beendens des Lesens des Symbols bei Beendigung der erfolgreichen Decodierung davon. Das Lesen wird begonnen oder initiiert durch Betätigung von manuell betätigbaren Auslöser- bzw. Abzug- bzw. Triggermitteln, die an dem Kopf vorgesehen sind und betriebsmäßig mit den Laserstrahlerzeugungsmitteln, den Scan- oder Abtastmitteln, den Sensormitteln, den Signalverarbeitungsmitteln und den Decodier-/Steuermitteln verbunden sind und die Funktion haben der Betätigung derselben. Die Triggermittel werden einmal für jedes Signal betätigt, und zwar für jedes Symbol ein jeweiliges Mal. Die Betätigung der Triggermittel bewirkt die Betätigung der Decodier-/Steuermittel, die ihrerseits die Betätigung der Laserstrahlerzeugungsmittel, der Scan- bzw. Abtastmittel, der Sensormittel und der Signalverarbeitungsmittel bewirken.
Bei herkömmlicher Verwendung wird der Kopf, der von einem Verwender in seiner oder ihrer Hand getragen wird, auf jedes zu lesende Symbol gerichtet, und sobald das Symbol lokalisiert bzw. geortet ist, betätigt der Verwender die Triggermittel, um das Ablesen zu beginnen bzw. initiieren. Die Decodier-/Steuermittel alarmieren bzw. benachrichtigen den Verwender automatisch, wenn das Symbol gelesen wurde, so daß der Verwender seine oder ihre Aufmerksamkeit auf das nächste Symbol richten kann und die Ableseprozedur wiederholen kann.
Wie oben bemerkt wurde, entsteht ein Problem, wenn der ausgehende bzw. auftreffende Laserstrahl oder das reflektierte Laserlicht nicht leicht sichtbar sind, was auftreten kann, auf Grund von einem oder mehreren derartigen Faktoren, wie beispielsweise der Wellenlänge des Laserlichts, der Laserlichtintensität, der Intensität des Umgebungslichts, der Scan- oder Abtastrate, sowie anderer Faktoren. Auf Grund solcher "Unsichtbarkeit" kann der Verwender den Laserstrahl nicht sehen und weiß nicht gleich, wann der unsichtbare Laserstrahl auf dem Symbol positioniert ist oder ob der abtastende bzw. überstreichende Laserstrahl die gesamte Länge des Symbols abtastet bzw. überstreicht.
Die Ziellichtanordnung hilft dem Verwender, jedes Symbol visuell zu lokalisieren bzw. zu orten und den Kopf auf jedes Symbol zu richten, wenn derartiges, nicht leicht sichtbares Laserlicht verwendet wird. Die Ziellichtanordnung umfaßt Mittel einschließlich einer betätigbaren Ziellichtquelle, zum Beispiel eine sichtbares Licht emittierende Diode, die in dem Kopf angebracht ist und betriebsmäßig mit den Triggermitteln verbunden ist und, wenn sie von dem Triggermitteln betätigt ist, die Funktion hat, einen Ziellichtstrahl zu erzeugen, dessen Licht von dem Verwender leicht sichtbar ist; und Zielmittel, die auch in dem Kopf angebracht sind zum Richten des Ziellichtstrahls entlang eines Ziellichtpfades von der Ziellichtquelle zu der Bezugsebene und zu jedem jeweiligen Symbol, wobei mindestens ein Teil des jeweiligen Symbols sichtbar beleuchtet wird, und letzteres für den Verwender dadurch lokalisiert bzw. geortet wird. Der Ziellichtpfad liegt innerhalb entweder des ersten optischen Pfads oder des zweiten optischen Pfads oder beiden, und zwar in dem Teil dieser Pfade, die außerhalb des Kopfes liegen, und erstreckt sich vorzugsweise parallel dazu. Somit wird der Verwender beim korrekten Zielen oder Richten des Kopfes auf das jeweilige, zu lesende Symbol unterstützt.
Die Ziellichtanordnung richtet einen einzigen Ziellichtstrahl auf jedes Symbol, um darauf einen allgemein kreisförmigen Punktbereich zu beleuchten innerhalb des Sichtfelds und vorzugsweise nahe der Mitte des Symbols. Dieser einzelne Punktbereich bleibt stationär oder statisch während des Abtastens des Symbols, so daß sowohl nahe als auch entfernte Symbole von dem Verwender gesehen und lokalisiert bzw. geortet werden können, und zwar sowohl vor als auch während des Abtastens. Jedoch besteht ein Nachteil, der mit einem solchen statischen Einzelstrahlzielen assoziiert wird, darin, daß der Verwender die lineare Abtastung oder Überstreichung des abtastenden bzw. überstreichenden Strahls über das Symbol während der Abtastung bzw. Überstreichung nicht verfolgen kann. Mit anderen Worten weiß der Verwender nicht, wo die Enden der Laserabtastung bzw. -überstreichung sind und er weiß daher nicht, ob die lineare Abtastung bzw. Überstreichung sich über die gesamte Länge des Symbols erstreckt oder relativ dazu gekippt ist.
Ein Paar von Ziellichtstrahlen kann auf jedes Symbol gerichtet werden, um darauf ein Paar von allgemein kreisförmigen Punktbereichen zu beleuchten, die innerhalb des Sichtfeldes liegen und voneinander entlang des Sichtfelds beabstandet sind. Vorzugsweise sind die zwei Punktbereiche an den Enden oder nahe der Enden der linearen Abtastung bzw. Überstreichung angeordnet und bleiben stationär oder statisch während des Abtastens oder Überstreichens des Symbols, so daß sowohl nahe als auch entfernte Symbole nicht nur von dem Verwender sowohl vor als auch während des Abtastens oder Überstreichens gesehen und lokalisiert bzw. geortet werden können, sondern auch während des Abtastens oder Überstreichens verfolgt werden können. Jedoch besteht ein Nachteil, der mit einem solchen statischen Doppelstrahlzielen assoziiert wird, darin, daß zwei Ziellichtquellen und zugehörige Optik benötigt werden, und dies stellt erhöhte Systemkomplexität, Gewicht, Größe und Kosten dar.
In einer weiteren Anordnung richtet eine Ziellichtanordnung einen einzigen Ziellichtstrahl auf einen hin- und herschwingenden bzw. oszillierenden, fokussierenden Spiegel, der die Funktion hat, das Ziellicht über jedes Symbol zu streichen und einen Linienbereich darauf zu beleuchten, der sich entlang des Sichtfelds erstreckt. Derartiges dynamisches Einzelstrahlzielen ist vorteilhaft, weil nahe Symbole leichter gesehen, lokalisiert bzw. geortet und verfolgt werden können, verglichen mit statischem Zielen. Jedoch besteht ein Nachteil, der mit derartigem dynamischem Zielen assoziiert wird, darin, daß entfernte Symbole nicht leicht gesehen, lokalisiert bzw. geortet und verfolgt werden können, insbesondere wenn der Fokussierspiegel mit hohen Scan- oder Abtastraten in der Größenordnung von 40 Abtastungen bzw. Überstreichungen pro Sekunde bewegt wird, und zwar wegen der inhärent oder natürlich reduzierten Intensität des Lichts, das vom menschlichen Auge gesammelt oder aufgenommen wird.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel richtet die Ziellichtanordnung einen einzelnen Ziellichtstrahl auf einen Fokussierspiegel, der einen stationären Zustand und einen hin- und herschwingenden bzw. oszillierenden Zustand besitzt. Anfangs wird der Ziellichtstrahl von dem stationären Fokussierspiegel zu jedem Symbol reflektiert, um darauf einen Punktbereich innerhalb des Sichtfelds und vorzugsweise nahe der Mitte des Symbols zu beleuchten, und zwar vor dem Abtasten oder Überstreichen des Symbols, um dieses zu lokalisieren bzw. zu orten. Daraufhin wird bewirkt, daß der Fokussierpiegel hin- und herschwingt bzw. oszilliert, um den Ziellichtstrahl zu dem Symbol zu reflektieren, um den Ziellichtstrahl über das Symbol hinweg zu streichen, um darauf einen Linienbereich zu beleuchten, der sich entlang des Sichtfelds erstreckt, wodurch das Symbol verfolgt bzw. aufgespürt wird. Diese Kombination aus statischem und dynamischem Zielen ist sehr wünschenswert, weil sie es einem Verwender ermöglicht, ein nahes Symbol während des Abtastens bzw. Überstreichens zu verfolgen bzw. aufzuspüren (was mit nur statischem Einzelstrahlzielen nicht leicht möglich war), und dem Verwender auch ermöglicht, ein entferntes Symbol vor dem Abtasten bzw. Überstreichen zumindest zu lokalisieren bzw. zu orten (was mit nur dynamischem Zielen nicht leicht möglich war). Da in der Mehrheit von Fällen die zu lesenden Symbole nahe Symbole sein werden, ist die Unfähigkeit nicht kritisch, ein entferntes Symbol in der Kombination des Ausführungsbeispiels mit statischem und dynamischem Zielen aufzuspüren bzw. zu verfolgen.
Um eine solche Kombination aus statischem und dynamischem Zielen auszuführen, ist es vorteilhaft, wenn die Auslöse- oder Triggermittel mehrfache Positionen besitzen, und betriebsmäßig entweder direkt oder indirekt über die Decodier-/Steuermittel mit der Ziellichtquelle sowie mit dem schwingbaren bzw. oszillierbaren Fokussierspiegel verbunden sind. In einer ersten Position oder einem Aus- Zustand des Auslösers oder Triggers sind alle Komponenten bzw. Bauteile in dem Kopf deaktiviert bzw. in Ruhestellung. In einer zweiten Position oder einem ersten Betriebszustand ist die Ziellichtquelle aktiviert und der Fokussierspiegel ist in einer vorbestimmten stationären Position, zum Beispiel in einer Mittelposition, positioniert, und zwar für eine vorbestimmte Zeit(-dauer), so daß der Zielstrahl einen Mittelpunktbereich des zu lesenden Symbols beleuchten kann. In einer dritten Position oder einem zweiten Betriebszustand sind alle anderen Komponenten bzw. Bauteile in dem Kopf einschließlich derer, die verantwortlich sind zum Hin- und Herschwingen bzw. Oszillieren des Fokussierspiegels, aktiviert, um dadurch das Lesen des Symbols und die Beleuchtung eines Linienbereichs entlang des Sichtfelds zu beginnen bzw. zu initiieren.
Alle der oben genannten Ziellichtanordnungen stehen in direktem Gegensatz zu denen, die auf Handleseköpfen oder Lesestiften vorgesehen waren, welche manuell auf einem Symbol oder in einem geringen Abstand davon positioniert wurden und die daraufhin manuell über das Symbol gezogen oder bewegt wurden. Geübte Verwender waren im allgemeinen erforderlich, um die vorgenannte Bewegung zu bewirken, weil Kritikalität bzw. eine genaue Einhaltung bei der Manipulation des Winkels des Stifts relativ zum Symbol, bei der Stiftgeschwindigkeit, bei der Gleichförmigkeit der Stiftgeschwindigkeit sowie anderer Faktoren notwendig war. In jedem Fall ergibt der manuelle Leser bestenfalls Ergebnisse bei einer Abtastung oder Überstreichung pro manueller Bewegung und, wenn das Symbol nicht erfolgreich beim ersten Versuch gelesen wurde, dann mußte der Verwender die manuelle Abtastung wieder und wieder wiederholen.
Neuartige optische Mittel sind gezeigt zum Fokussieren des stark divergenten bzw. divergierenden, nicht radial symmetrischen Laserdiodenstrahls, der einen allgemein ovalen Strahlquerschnitt besitzt. Vorteilhafterweise weisen die optischen Mittel eine Fokussierlinse, zum Beispiel eine plan-konvexe Linse und eine Blende auf, die in dem ersten optischen Pfad benachbart zu der Fokussierlinse angeordnet ist. Die Blende kann einen kreisförmigen, rechteckigen oder ovalen Querschnitt besitzen, der kleiner ist als der Strahlquerschnitt an der Blende, um zu gestatten, daß ein Teil des ausgehenden bzw. auftreffenden Laserdiodentrahls auf dem Weg zu dem Symbol durch die Blende hindurchgeht. Die Wände, die die Blende begrenzen, blockieren den übrigen Teil des ausgehenden bzw. auftreffenden Laserdiodenstrahls und verhindern, daß dieser auf dem Weg zu dem Symbol durch die Blende hindurchgeht. Eine solche Strahlblende steht in direktem Gegensatz zu Konstruktionen gemäß dem Stand der Technik, wie er beispielsweise im US-Patent Nr. 4,409,470 gezeigt ist, wobei dem ausgehenden bzw. auftreffenden Laserdiodenstrahl absichtlich gestattet wird, ungehindert durch eine Öffnung zu gehen auf dem Weg zu dem Symbol. Eine solche Strahlblende vermindert die numerische Blende oder Apertur von großen Werten in der Größenordnung von 0,15 bis 0,45 auf einen Wert unterhalb von 0,05 und vermindert den optischen Vergrößerungsfaktor beträchtlich, so daß eine einzige Fokussierlinse verwendet werden kann, um die damit assoziierten, vorgenannten Vorteile zu erreichen. Obwohl eine solche Strahlblende auf Kosten der Ausgangsleistung der Laserdiode geht, sind die erreichten Vorteile diese Kosten wert und es verbleibt genügend Ausgangsleistung in dem Teil des ausgehenden bzw. auftreffenden Laserdiodenstrahls, der durch die Blende hindurchgeht, um das Symbol zu lesen.
Obwohl die Verwendung von Blenden in optischen Systemen bekannt ist, wird angenommen, daß eine derartige Strahlblende neuartig und nicht naheliegend ist bei Laserabtastsystemen zum Lesen von Symbolen. Wie oben erwähnt wurde, vermindert eine Blende die Leistung in dem Teil des ausgehenden bzw. auftreffenden Laserdiodenstrahls, der auf das Symbol auftrifft und als generelle Regel möchte ein Konstrukteur eines Laserabtastsystems nicht absichtlich Leistung vergeuden, insbesondere in dem Teil des ausgehenden bzw. auftreffenden Strahls, der auf das Symbol auftrifft und dieses abtastet bzw. überstreicht, da weniger Leistung in dem Laserlicht enthalten ist, das von dem Symbol reflektiert wird und gesammelt wird.
Zusätzlich ist es bekannt, daß für einen gegebenen Querschnitt des ausgehenden bzw. auftreffenden Laserstrahls die Tiefenschärfe in einem optischen System mit einer Blende größer sein wird als für ein optischen System, das keine Blende besitzt.
Es ist auch bekannt, daß die kleinste Laserstrahlpunktgröße, die theoretisch erreicht werden kann, in einem optischen System mit einer Blende größer sein wird als diejenige für ein optischen System, das keine Blende besitzt. Daher würde man für solche Anwendungen, in denen eine sehr kleine Strahlpunktgröße gewünscht wird, sich nicht der Verwendung einer Blende zuwenden.
In einem optischen Lasersystem, das keine Blende besitzt, besitzt der Laserstrahlpunktquerschnitt eine Gauss'sche Helligkeitsverteilungskennlinie bzw. -charakteristik. Im Gegensatz dazu verursacht Lichtbrechung, wenn eine Blende verwendet wird, Lichtringe oder -ränder im Strahlpunkt. Solche Lichtringe oder -ränder haben die Wirkung, daß die Strahlpunktgröße ansteigt, sowie andere unerwünschte Wirkungen. Die unerwünschterweise erhöhte Strahlpunktgröße ist ein Grund, warum eine Blende in Laserabtastsystemen nicht verwendet wird.
Bezüglich diesem letzteren Punkt diktiert die Verwendung einer Blende, daß komplexe Mathematik gemäß der allgemeinen Brechungstheorie verwendet wird bei der Konstruktion des optischen Systems. Da es häufiger der Fall ist, daß Konstrukteure von Laserabtastsystemen mit Gauss'scher Mathematik arbeiten, die leichter ist als Brechungsmathematik, stellt dies einen weiteren möglichen Grund dar, warum die Verwendung einer Blende in einem Laserabtastsystem bisher nicht vorgeschlagen wurde.
Eine besonders kompakte optische Anordnung mit gefaltetem Pfad wird erreicht, wenn ein optisches Element, wie beispielweise ein sogenannter "kalter Spiegel" (halbdurchlässiger Spiegel) verwendet wird zum Reflektieren des sichtbaren Ziellichtstrahls zu einem Sammelspiegel der Sensormittel, aber zum Übertragen des reflektierten Laserdiodenlichts dahindurch, das von dem Symbol reflektiert und von dem Sammelspiegel gesammelt wurde. Die gesamte optische Anordnung dient zum Integrieren des Sammelspiegels für das reflektierte Laserlicht, zusammen mit dem zuvor genannten Abtast- oder Scanspiegel für den ausgehenden bzw. auftreffenden Laserdiodenstrahl, sowie mit dem vorgenannten Fokussierspiegel für den Ziellichtstrahl in einen Mehrzweckspiegel mit einteiligem Aufbau.
Eine Konstruktion für den Kopf mit austauschbaren Komponenten bzw. Bauteilen ist gezeigt, so daß ein Hersteller den Kopf leicht anpassen kann, um ihn an die speziellen Erfordernisse des Verwenders anzupassen. Somit können verschiedene Komponenten bzw. Bauteile in einem einzigen Handgriff für den Kopf enthalten sein, oder in einer Vielzahl von austauschbaren Handgriffen für den Kopf, um dadurch den Kopf an die Bedürfnisse des Verwenders leicht anzupassen und die arbeitsaufwendigen, kundenspezifischen Köpfe des Standes der Technik zu eliminieren.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Vorderansicht eines portablen bzw. tragbaren Laserdiodenabtastkopfes gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 2 ist eine vergrößerte Schnittansicht entlang der Linie 2-2 von Fig. 1;
Fig. 3 ist eine Schnittansicht entlang der Linie 3-3 von Fig. 2;
Fig. 4 ist eine vergrößerte Schnittansicht entlang der Linie 4-4 von Fig. 2;
Fig. 5 ist eine vergrößerte Detailansicht, die die Auslöser- oder Triggeranordnung in einem ersten Betriebszustand zeigt;
Fig. 6 ist eine Ansicht analog zu Fig. 5, aber in einem zweiten Betriebszustand;
Fig. 7 ist eine Ansicht eines abnehmbaren Batteriepackzubehörs zu dem Kopf von Fig. 1;
Fig. 8 ist vergrößerte Schnittansicht eines einstückigen Abtast-/Sammel-/Fokussier-Spiegelbauteils entlang der Linie 8-8 von Fig. 1;
Fig. 9 ist eine vergrößerte Ansicht eines Symbols und der Teile davon, auf die Laserlicht auftrifft und von denen dieses reflektiert wird,
Fig. 10 ist eine schematische Ansicht einer statischen Einzelstrahlzielanordnung;
Fig. 11 ist eine vergrößerte Ansicht eines Symbols und der Teile davon, die durch einen statischen Einzelstrahl oder durch Doppelstrahlzielen beleuchtet werden;
Fig. 12 ist eine schematische Ansicht einer statischen Doppelstrahlzielanordnung;
Fig. 13 ist eine vergrößerte Ansicht eines Symbols und der Teile davon, die durch dynamisches Einzelstrahlzielen beleuchtet werden; und
Fig. 14 ist eine Ansicht analog zu Fig. 2, aber von einem gegenwärtig bevorzugten, handelsüblichen Ausführungsbeispiel des Kopfes gemäß dieser Erfindung.

Genaue Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

Mit Bezug nun auf die Fig. 1-8 der Zeichnung bezeichnet das Bezugszeichen 10 allgemein einen leichtgewichtigen (weniger als 1 Pfund), einen schmalen Körper aufweisenden, stromlinienförmigen, eine schmale Schnauze bzw. Nase aufweisenden, handgehaltenen, vollständig tragbaren, leicht handhabbaren, nicht Arm- und Handgelenk ermüdenden Laserabtastkopf, der von einem Verwender vollständig getragen werden kann, zur Verwendung in einem Laserabtastsystem, das verwendet werden kann zum Lesen, Scannen bzw. Abtasten und/oder Analysieren von Symbolen, und der sowohl vor als auch während des Lesens davon von dem Verwender auf die Symbole gerichtet werden kann, und zwar jeweils auf jedes Symbol. Der Ausdruck "Symbol", wie er hierin verwendet wird, soll Kennzeichnungen oder Indizien abdecken, die aus unterschiedlichen Teilen mit unterschiedlichen Lichtreflexionseigenschaften bei der Wellenlänge der verwendeten Lichtquelle, zum Beispiel einem Laser, aufgebaut sind. Die Kennzeichnungen können die oben genannten schwarz-weißen industriellen Symbole sein, zum Beispiel Code 39, Codabar, Interleaved 2 of 5 etc. und auch das allgegenwärtige UPC-Strichcodesymbol. Die Kennzeichnungen können auch jegliche alphabetischen und/oder numerischen Zeichen sein. Der Ausdruck "Symbol", soll Kennzeichnungen oder Indizien umfassen oder abdecken, die in einem Hintergrundfeld angeordnet sind, wobei die Kennzeichnungen bzw. Indizien oder mindestens ein Teil davon eine andere Lichtreflexionseigenschaft besitzen als das Hintergrundfeld. In dieser letzteren Definition ist das "Lesen" des Symbols besonders vorteilhaft auf dem Gebiet der Roboter (robotics) und Objekterkennung.
Mit Bezug nun auf die Fig. 1-3 umfaßt der Kopf 10 ein allgemein pistolenförmiges Gehäuse mit einem Handgriffteil 12 mit allgemein rechteckigem Querschnitt und allgemein vertikal langgestreckt entlang einer Handgriffachse und mit einem allgemein horizontal langgestreckten, mit einem schmalen Körper versehenen Lauf oder Körperteil 14. Das Querschnittsmaß und die Gesamtgröße des Handgriffteils 12 ist derart, daß der Kopf 10 bequem in die Hand eines Verwenders paßt und in dieser gehalten werden kann. Die Körper- und Handgriffteile bestehen aus einem leichtgewichtigen, elastischen, stoßbeständigen, selbsttragenden Material, wie beispielsweise einem synthetischen Plastik- oder Kunststoffmateriai. Das Kunststoffgehäuse ist vorzugsweise durch Spritzguß geformt, kann aber vakuumgeformt oder durch Blasformen gebildet sein, um eine dünne, hohle Schale zu bilden, die einen Innenraum begrenzt, dessen Volumen weniger mißt als ein Wert in der Größenordnung von 820 cm³, und in einigen Anwendungen ist das Volumen in der Größenordnung von 410 cm³ oder weniger. Solche speziellen Werte sollen nicht selbstbeschränkend sein, sondern eine allgemeine Annäherung der gesamten Maximalgröße und des Volumens des Kopfes 10 vorsehen.
Bei Betrachtung der in den Fig. 1-3 gezeigten beabsichtigten Verwendungsposition besitzt der Körperteil 14 einen vorderen (Bug-) Bereich mit einer oberen Vorderwand 16 und einer unteren Vorderwand 18, die zueinander nach vorn zusammenlaufen und sich an einem Nasenteil 20 treffen, der an dem vordersten Teil des Kopfes liegt. Der Körperteil 14 besitzt auch einen hinteren Bereich mit einer Rückwand 22, die von den Vorderwänden 16, 18 nach hinten beabstandet ist. Der Körperteil 14 besitzt auch eine obere oder Deckenwand 24, eine untere oder Bodenwand 26 unterhalb der oberen Wand 24 und ein Paar gegenüberliegender Seitenwände 28, 30, die parallel zueinander zwischen den oberen und unteren Wänden liegen.
Ein manuell betätigbarer und vorzugsweise niederdrückbarer Auslöser bzw. Abzug bzw. Trigger 32 ist angebracht für eine Schwenkbewegung um eine Schwenkachse 34 auf dem Kopf in einem nach vorn weisenden Bereich, wo der Handgriffteil und der Körperteil zusammentreffen und wo normalerweise der Zeigefinger des Verwenders liegt, wenn der Verwender den Handgriffteil in der beabsichtigten Verwendungsposition ergreift. Die untere bzw. Bodenwand 26 besitzt einen rohrförmigen Halsteil 36, der sich entlang der Handgriffachse nach unten erstreckt, und endet in einem sich radial nach innen erstreckenden Kragenteil 38 mit allgemein rechteckigem Querschnitt. Die Hals- und Kragenteile besitzen einen nach vorn weisenden Schlitz, durch den der Auslöser 32 hervorragt und bewegt wird.
Der Handgriffteil 12 besitzt einen sich radial nach außen erstreckenden, oberen Flanschteil 40 mit allgemein rechteckigem Querschnitt, der auch einen nach vorn weisenden Schlitz aufweist, durch den der Auslöser 32 hervorragt und bewegt wird. Der obere Flanschteil 40 ist elastisch und in einer radial nach innen weisenden Richtung ablenkbar bzw. verbiegbar. Wenn der obere Flanschteil 40 in den Halsteil 36 eingesetzt wird, liegt der obere Flanschteil 40 gegen den Kragenteil 38 an und wird radial nach innen abgelenkt oder verbogen, bis der Flanschteil 40 sich am Kragenteil 38 vorbeibewegt, wobei der obere Flanschteil 40 zu dieser Zeit auf Grund seiner innewohnenden oder natürlichen Elastizität in seine anfängliche, nicht ausgelenkte oder verbogene Position zurückschnappt und hinter dem Kragenteil in Eingriff kommt mit einer Schnappverriegelungswirkung. Um den Handgriffteil von dem Körperteil zu lösen, wird der obere Teil des Handgriffteils ausreichend ausgelenkt oder verbogen, bis der obere Flanschteil 40 sich wieder am Kragenteil vorbeibewegt und daraufhin kann der Handgriffteil von dem Halsteil 36 abgezogen werden. Auf diese Weise kann der Handgriffteil 12 lösbar durch Schnappen an dem Körperteil 14 angebracht und davon gelöst werden, und, wie im weiteren beschrieben, ein anderer Handgriffteil aus einem Satz austauschbarer Handgriffteile, wobei jeder unterschiedliche Komponenten oder Bauteile des Laserabtastsystems enthält, kann an dem Körperteil angebracht werden, um den Kopf 10 an unterschiedliche Verwenderanforderungen anzupassen.
Eine Vielzahl von Komponenten oder Bauteilen ist in dem Kopf angebracht und, wie im weiteren beschrieben wird, mindestens einige davon werden durch den Auslöser 32 entweder direkt oder indirekt aktiviert bzw. betätigt, und zwar mittels eines Steuerungsmikroprozessors. Eines der Kopfbauteile ist eine betätigbare Laserlichtquelle (siehe Fig. 4), zum Beispiel eine Halbleiterlaserdiode 42, die bei Betätigung durch den Auslöser 32 die Funktion besitzt, einen ausgehenden bzw. auftreffenden Laserstrahl auszubreiten und zu erzeugen, dessen Licht, wie oben beschrieben, für den Verwender "unsichtbar" oder nicht leicht sichtbar ist, hochdivergent bzw. stark divergierend ist, nicht radial symmetrisch ist, allgemein oval im Querschnitt ist, und eine Wellenlänge oberhalb von 7000 Angström, zum Beispiel ungefähr 7800 Angström besitzt. Vorteilhafterweise ist die Diode 42 im Handel von vielen Quellen erhältlich, zum Beispiel von Sharp Corporation als Modell Nr. LT020MC. Die Diode kann von der Bauart mit kontinuierlicher Welle oder von der Pulsbauart sein. Die Diode 42 erfordert eine niedrige Spannung (zum Beispiel 12v DC (Gleichspannung) oder weniger), die von einer Batteriequelle, die innerhalb des Kopfes vorgesehen sein kann, oder durch ein wiederaufladbares Batteriepackzubehör 44 (siehe Fig. 7), das lösbar an dem Kopf angebracht ist, oder durch einen Leistungsleiter bzw. eine Stromleitung in einem Kabel 46 (siehe Fig. 2), das von einer externen Leistungsversorgung (zum Beispiel einer Gleichspannungs- oder DC-Quelle) mit dem Kopf verbunden ist, geliefert werden kann.
Wie am besten in Fig. 4 gezeigt ist, ist die Laserdiode 42 auf einer gedruckten Leiterplatte 48 angebracht. Eine optische Anordnung ist in den Kopf angebracht und in einstellbarer Weise relativ zu der Diode 42 positioniert zum optischen Modifizieren und Leiten bzw. Richten des ausgehenden bzw. auftreffenden Laserstrahls entlang eines ersten optischen Pfads zu einer Bezugsebene hin, die außerhalb des Kopfes nach vorn von dem Nasenteil 20 angeordnet ist und die allgemein senkrecht zu der Längsrichtung liegt, in der sich der ausgehende bzw. auftreffende Laserstrahl ausbreitet. Ein zu lesendes Symbol ist in der Umgebung der Bezugsebene angeordnet, und zwar entweder in der Bezugsebene oder auf einer Seite oder einer gegenüberliegenden Seite der Bezugsebene, d. h. irgendwo innerhalb einer Fokussiertiefe oder Tiefenschärfe des optisch modifizierten, auftreffenden Laserstrahls, wobei die Fokussiertiefe oder Tiefenschärfe auch als die Arbeitsdistanz bekannt ist, in der das Symbol gelesen werden kann. Der auftreffende Laserstrahl wird von dem Symbol in viele Richtungen reflektiert und derjenige Teil des reflektierten Laserlichts, der entlang eines zweiten optischen Pfades weg von dem Symbol und zurück zu dem Kopf hin wandert, ist hierin bekannt als der zurückkehrende Teil, der natürlich auch für den Verwender nicht leicht sichtbar ist.
Wie am besten in Fig. 4 gezeigt ist, umfaßt die optische Anordnung ein langgestrecktes, zylindrisches, optisches Rohr 50 mit einer zylindrischen Bohrung 52 in einem Endbereich, in der ein ringförmiger Gehäuseteil der Diode 42 in anschmiegender Weise aufgenommen ist, um die Diode in einer festgelegten Position zu halten, und an dem entgegengesetzten Endbereich des optischen Rohrs 50 ist ein Linsenrohr bzw. Objektivtubus für eine Längsbewegung angebracht. Der Objektivtubus 54 umfaßt eine Blende 56, Blockierwandteile 58, die die Blende 56 umgeben und begrenzen, und zylindrische Seitenwandteile 60, die einen Innenraum begrenzen.
Die optische Anordnung umfaßt ferner eine Fokussierlinse 62, zum Beispiel eine plan-konvexe Linse, die innerhalb des Innenraums der Seitenwandteile 60 in dem ersten optischen Pfad angeordnet ist und die Funktion besitzt, den ausgehenden bzw. auftreffenden Laserstrahl auf die Bezugsebene zu fokusieren. Die Blende 56 kann auf jeder Seite der Linse 62 angeordnet sein, ist aber vorzugsweise auf der stromabwärtigen Seite angeordnet. Vorspannmittel oder eine gespannte Schraubenfeder 64 sind bzw. ist innerhalb des optischen Rohrs angeordnet und besitzen bzw. besitzt ein Schraubenende, das gegen einen Gehäuseteil der Diode liegt, und ein weiteres Schraubenende, das gegen eine planare Seite der Linse 62 liegt. Die Feder 64 drängt die Linse 62 konstant gegen die Blockierwandteile 58, wodurch die Linse 62 relativ zu der Blende 56 fest angeordnet wird. Die Linse 62 und die Blende 56 werden gemeinsam bewegt, wenn der Objektivtubus 54 in Längsrichtung bewegt wird. Die Seitenwandteile 60 werden anfangs in einer gewindemäßigen oder gleitenden Beziehung mit einer inneren Umfangswand aufgenommen, welche das optische Rohr 50 begrenzt, und werden daraufhin, zum Beispiel durch Kleben oder Klemmen, an der inneren Umfangswand befestigt, wenn ein gewünschter Längsabstand zwischen der Linse 62 und der Blende 56 einerseits und der Diode 42 andererseits erhalten wurde. Die Längsbewegung zwischen den Seitenwandteilen 60 und der inneren Umfangswand des Rohrs 50 bildet einstellbare Positioniermittel für die Linse 62 und die Blende 56, und das Befestigen bzw. Festlegen der Linse und der Blende relativ zu der Diode in einer Position bildet Mittel zum festen Anordnen der Linse und der Blende in einem vorbestimmten Abstand von der Diode.
Die Blende 56 besitzt einen Querschnitt, der kleiner ist als der Querschnitt des ankommenden bzw. einfallenden Laserstrahls an der Blende 56, wodurch nur einem Teil des ankommenden Laserstrahls gestattet wird, durch die Blende 56 stromabwärts hindurchzugehen entlang des ersten optischen Pfads auf dem Weg zu dem Symbol. Die blockierenden Wandteile 58 versperren bzw. blockieren den restlichen Teil des ankommenden Laserstrahls und verhindern, daß der restliche Teil durch die Blende 56 hindurchgeht. Der Querschnitt der Blende ist vorzugsweise kreisförmig aus Gründen der Leichtigkeit der Herstellung, kann aber auch rechteckig oder oval sein, wobei in diesem Fall die größere Dimension des rechteckigen oder ovalen Querschnitts mit dem größeren Divergenzwinkel des ankommenden Laserstrahls ausgerichtet ist, um mehr Energie zu dem Symbol zu übertragen.
Gemäß dem Gesetz der Diffraktions- oder Brechungsoptik wird die Größe des erforderlichen Querschnitts des ankommenden Strahls an der Bezugsebene unter anderem bestimmt durch die Größe der Blende, die Wellenlänge des ankommenden Strahls und den Längsabstand zwischen der Linse 62 und der Bezugsebene. Unter der Annahme, daß die Wellenlänge und der Längsabstand gleich bleiben, kann somit der Strahlquerschnitt an der Bezugsebene leicht gesteuert werden durch Steuern der Größe des Blendendurchmessers. Die Plazierung der Blende stromabwärts anstatt stromaufwärts von der Linse 62 vermeidet auch, daß die Toleranzen der Linse berücksichtigt werden müsen bei Bestimmung des Strahlquerschnitts an der Bezugsebene.
Die Blende 56 ist in der Mitte des Laserdiodenstrahls positioniert, so daß die Intensität des Lichts annähernd gleichförmig ist in den Ebenen sowohl senkrecht als auch parallel zu dem p-n-Übergang, d. h. dem Emitter der Diode 42. Es sei bemerkt, daß auf Grund der nicht-radialen Symmetrie des Laserdiodenstrahls die Lichtintensität in der Ebene senkrecht zu dem p-n-Übergang in der Mitte des Strahls am hellsten ist und dann in der Richtung radial nach außen abfällt. Dasselbe gilt in der Ebene parallel zu dem p-n-Übergang, jedoch fällt die Intensität mit einer anderen Rate ab. Daher wird durch Positionieren einer vorzugsweise kreisförmigen, kleinen Öffnung in der Mitte eines Laserdiodenstrahls mit einem ovalen, größeren Querschnitt der ovale Strahlquerschnitt an der Öffnung modifiziert zu einem Querschnitt, der allgemein kreisförmig ist, und die Lichtintensität in den Ebenen sowohl senkrecht als auch parallel zu dem p-n-Übergang ist ungefähr konstant. Die Blende vermindert vorzugsweise die numerische Öffnung bzw. Apertur der optischen Anordnung auf unter 0,05 und gestattet, daß die einzige Linse 62 den Laserstrahl an der bzw. auf die Bezugsebene fokussiert.
Der ungefähre Abstand zwischen dem Emitter der Laserdiode 42 und der Blende 56 liegt im Bereich von ungefähr 9,7 mm bis ungefähr 9,9 mm. Der Fokalabstand bzw. die Brennweite der Linse 62 liegt im Bereich von ungefähr 9,5 mm bis ungefähr 9,7 mm. Wenn die Blende 56 kreisförmig ist, dann ist ihr Durchmesser ungefähr 1,2 mm. Wenn die Blende 56 rechteckig ist, dann sind ihre Abmessungen ungefähr 1 mm mal ungefähr 2 mm. Der Strahlquerschnitt ist ungefähre 3,0 mm mal ungefähr 9,3 mm, und zwar gerade bevor der Strahl durch die Blende 56 hindurchgeht. Diese nur als Beispiel gegebenen Abstände und Größen ermöglichen der optischen Anordnung, den Laserdiodenstrahl zu modifizieren und diesen zu fokussieren, so daß er einen Strahlquerschnitt von ungefähr 6 mil bis ungefähr 12 mil (1 mil = 1/1000 inch; 1 inch 2,54 cm) an bzw. auf der Bezugsebene besitzt, die sich ungefähr 7,5 cm bis ungefähr 10 cm von dem Nasenteil 20 entfernt befindet. Der Arbeitsabstand ist so, daß ein nahes Symbol, wie es oben definiert wurde, irgendwo von ungefähr 2,5 cm weg von dem Nasenteil 20 bis zu der Bezugsebene angeordnet sein kann, und ein entferntes Symbol, wie es oben definiert wurde, kann irgendwo zwischen der Bezugsebene und ungefähr 50 cm entfernt davon angeordnet sein.
Der Teil des ausgehenden bzw. auftreffenden Laserstrahls, der durch die Blende 56 hindurchgegangen ist, wird durch die optische Anordnung entlang einer optischen Achse 102 innerhalb des Kopfes nach hinten auf einen allgemein planaren bzw. ebenen Scan- bzw. Abtastspiegel 66 gerichtet zur Reflexion von dort. Der Abtastspiegel 66 reflektiert den darauf auftreffenden Laserstrahl nach vorn entlang einer weiteren optischen Achse 104 durch ein nach vorn weisendes, laserlichtdurchlässiges Fenster 68, das in der oberen Vorderwand 68 angebracht ist, und auf das Symbol 66. Wie am besten in Fig. 9 gezeigt ist, ist ein repräsentatives Symbol 100 in der Umgebung der Bezugsebene gezeigt und besteht in dem Fall eines Strichcodesymbols aus einer Serie oder Reihe vertikaler Balken, die voneinander entlang einer Längsrichtung beabstandet sind. Das Bezugszeichen 106 bezeichnet den allgemein kreisförmigen, unsichtbaren Laserpunkt, der auf dem Symbol liegt bzw. von diesem getragen wird. Der Laserpunkt 106 in Fig. 9 ist in einer augenblicklichen Position gezeigt, da der Abtastspiegel 66, wie unten erklärt wird, wiederholt in Querrichtung hin- und herbewegt bzw. oszilliert wird, wenn er von dem Auslöser 32 betätigt wird, um den ausgehenden bzw. auftreffenden Laserstrahl in Längsrichtung über alle Striche bzw. Balken des Symbols in einer linearen Abtastung bzw. Überstreichung zu streichen. Die Laserpunkte 106a und 106b in Fig. 9 bezeichnen die augenblicklichen Endpositionen der linearen Überstreichung. Die lineare Überstreichung kann irgendwo entlang der Höhe der Striche oder Balken angeordnet sein, so lange alle Striche bzw. Balken überstrichen werden. Die Länge der linearen Überstreichung ist größer als die Länge des längsten Symbols, von dem erwartet wird, daß es gelesen wird, und in einem bevorzugten Fall ist die lineare Überstreichung in der Größenordnung von 13 cm an der Bezugsebene.
Der Abtastspiegel 66 ist auf Abtastmitteln angebracht, vorzugsweise einem Hochgeschwindigkeitsabtast- oder Scannermotor 70 von der Art, wie sie im US-Patent 4,387,297 gezeigt und beschrieben ist. Für die Zwecke dieser Anmeldung wird angenommen, daß es ausreichend ist zu bemerken, daß der Abtastmotor 70 eine Ausgangswelle 72 besitzt, auf der ein Tragbügel 74 fest angebracht ist. Der Abtastspiegel 66 ist auf dem Bügel 74 fest angebracht. Der Motor 70 wird angetrieben, um die Welle 72 in abwechselnden Umfangsrichtungen über Bogenlängen von jeglicher gewünschten Größe, typischerweise weniger als 360º, und mit einer Geschwindigkeitsrate in der Größenordnung einer Vielzahl von Schwingungen pro Sekunde wiederholt hin- und herzubewegen bzw. zu oszillieren. Der Abtastspiegel 66 und die Welle 72 werden gemeinsam hinund herbewegt bzw. oszilliert, so daß der Abtastspiegel 66 den darauf auftreffenden, ankommenden Laserdiodenstrahl über einen Winkelabstand oder eine Bogenlänge an der Bezugsebene von ungefähr 32º und mit einer Geschwindigkeit oder Rate von ungefähr 20 Abtastungen oder 40 Schwingungen oder Oszillationen pro Sekunde wiederholt überstreichen läßt.
Mit Bezug wiederum auf Fig. 2 besitzt der zurückkehrende Teil des reflektierten Laserlichts eine variable Lichtintensität über das Symbol hinweg während der Abtastung , und zwar auf Grund der verschiedenen Lichtreflexionseigenschaften der verschiedenen Teile, die das Symbol 100 ausmachen. Der zurückkehrende Teil des reflektierten Laserlichts wird durch einen allgemein konkaven, sphärischen Sammelspiegel 76 gesammelt und ist ein breiter konischer Lichtstrahl in einem konischen Sammelvolumen, das, wie in Fig. 2 gezeigt ist, durch obere und untere Begrenzungslinien 108, 110, und, wie in Fig. 3 gezeigt ist, durch gegenüberliegende Seitenbegrenzungslinien 112, 114 begrenzt ist. Der Sammelspiegel 76 reflektiert das gesammelte konische Licht in den Kopf entlang einer optischen Achse 116 (siehe Fig. 3) entlang des zweiten optischen Pfades durch ein laserlichtdurchlässiges Element 78 zu Sensormitteln, zum Beispiel einem Photosensor 80. Das gesammelte konische Laserlicht, das auf den Photosensor 80 gerichtet ist, wird begrenzt durch obere und untere Begrenzungslinien 118, 120 (siehe Fig. 2) und durch gegenüberliegende Seitenbegrenzungslinien 122, 124 (siehe Fig. 3). Der Photosensor 80, vorzugsweise eine Photodiode, detektiert die variable Intensität des gesammelten Laserlichts über ein Sichtfeld, das sich entlang der linearen Abtastung, und vorzugsweise darüber hinaus, erstreckt und erzeugt ein elektrisches Analogsignal als Anzeige für die detektierte variable Lichtintensität.
Mit Bezug wiederum auf Fig. 9 bezeichnet das Bezugszeichen 126 eine momentane Sammelzone, die sich auf dem Symbol 100 befindet und von der aus der momentane Laserpunkt 106 reflektiert wird. Anders gesagt, "sieht" der Photosensor 80 die Sammelzone 126, wenn der Laserpunkt 106 auf das Symbol auftrifft. Der Sammelspiegel 76 ist auf dem Tragbügel 74 angebracht, und wenn der Scanner- Motor 70 von dem Auslöser 32 betätigt wird, wird der Sammelspiegel 76 wiederholt in Querrichtung hin- und herbewegt bzw. oszilliert, wobei er das Sichtfeld der Photodiode in Längsrichtung über das Symbol hinweg in einer linearen Abtastung überstreicht. Die Sammelzonen 126a, 126b bezeichnen die momentanen Endpositionen der linearen Abtastung des Sichtfelds.
Der Abtastspiegel 66 und der Sammelspiegel 76 sind eine einstückige Konstruktion und, wie in Fig. 8 gezeigt ist, sind lichtreflektierende Lagen oder Beschichtungen, die auf einer plan-konvexen Linse 82 aufgebracht sind, die aus einem lichtdurchlässigen Material, vorzugsweise Glas, gebildet ist. Die Linse 82 besitzt eine erste, äußere, im wesentlichen ebene bzw. planare Oberfläche, von dem ein Teil mit einer ersten lichtreflektierenden Lage oder Schicht überzogen bzw. beschichtet ist, um den planaren Abtastspiegel 66 zu bilden, und eine zweite, äußere, im wesentlichen sphärische Oberfläche, auf der eine zweite lichtreflektierende Lage bzw. Schicht aufgebracht bzw. beschichtet ist, um den konkaven Sammelspiegel 76 zu bilden, und zwar als ein sogenannter "sphärischer Zweitoberflächenspiegel" ("second surface spherical mirror").
Der Abtastspiegel 66 kann auch ein diskreter bzw. gesonderter, kleiner, ebener bzw. planarer Spiegel sein, der durch Klebstoff befestigt ist oder an seinem Platz eingegossen bzw. geformt ist, und zwar an der korrekten Position und in dem korrekten Winkel auf einem diskreten bzw. gesonderten, mit Silber beschichteten, konkaven Spiegel mit einer Vorderoberfläche. Wie unten beschrieben, dient der konkave Sammelspiegel 76 nicht nur zum Sammeln des zurückkehrenden Teils des Laserlichts und zum Fokussieren desselben auf der Photodiode 80, sondern auch zum Fokussieren und Richten eines Ziellichtstrahls außerhalb des Kopfes.
In dem Kopf ist ebenfalls ein Paar oder mehrere gedruckter Leiterplatten 84, 86 angebracht, auf denen verschiedene elektrische Sub- oder Teilschaltungen angebracht sind. Beispielsweise sind Signalverarbeitungsmittel mit Komponenten bzw. Bauteilen 81, 82, 83 auf der Platte 84 vorgesehen zum Verarbeiten des analogen elektrischen Signals, das von dem Sensor 80 erzeugt wird, und zum Erzeugen eines digitalisierten Videosignals. Daten, die beschreibend für das Symbol sind, können von dem Videosignal abgeleitet werden. Geeignete Signalverarbeitungsmittel für diesen Zweck wurden im US-Patent 4,251,798 beschrieben. Die Bauteile bzw. Komponenten 87, 89 auf der Platte 86 bilden eine Treiberschaltung für den Scanner- Motor 70 und eine geeignete Motortreiberschaltung für diesen Zweck wurde im US-Patent 4,387,297 beschrieben. Das Bauteil 91 auf der Platte 86 bildet eine Ziellichtsteuerungs-Subschaltung, deren Funktion unten beschrieben wird. Das Bauteil 93 auf der Platte 48, auf der die Diode 42 und der Sensor 80 angebracht sind, ist ein Spannungskonverter bzw. -wandler zum Umwandeln der ankommenden Spannung in eine geeignete Spannung zum Erregen der Laserdiode 42.
Das digitalisierte Videosignal wird an eine elektrische Verbindung geleitet, die aus einer Buchse 88, welche auf dem Körperteil 14 vorgesehen ist, und einem dazu passenden Stecker 90, welcher auf dem Handgriffteil 12 vorgesehen ist, gebildet wird. Der Stecker 90 verbindet sich automatisch elektro-mechanisch mit der Buchse 88, wenn der Handgriffteil an den Körperteil angebracht wird. Ein Paar von Leiterplatten 92, 94 (siehe Fig. 1), auf denen verschiedene Komponenten oder Bauteile angebracht sind, sind ebenfalls innerhalb des Handgriffteils angebracht. Beispielsweise sind Decodier-/Steuermittel vorgesehen, die aus den Bauteilen bzw. Komponenten 95, 97 und anderen bestehen, zum Decodieren des digitalisierten Videosignals in ein digitalisiertes decodiertes Signal, aus dem die gewünschten Daten, die beschreibend sind für das Symbol, erhalten werden gemäß einem Algorithmus, der in einem Software-Steuerungsprogramm enthalten ist. Die Decodier- /Steuermittel umfassen einen PROM (= programmable read only memory = programierbarer Lesespeicher) zum Halten des Steuerungsprogramms, einen RAM (= random access memory = Speicher mit freiem Zugriff) für zeitweilige bzw. temporäre Datenspeicherung und einen Steuerungsmikroprozessor zum Steuern des PROM und RAM. Die Decodier-/Steuermittel bestimmen, wann ein erfolgreiches Decodieren des Symbols ereicht wurde und beenden auch das Lesen des Symbols bei Beendigung des erfolgreichen Decodierens davon. Der Beginn bzw. die Initiierung des Lesens wird bewirkt durch Drücken des Auslösers 32. Die Decodier-/Steuermittel umfassen auch eine Steuerschaltung zum Steuern der Betätigung der betätigbaren Bauteile oder Komponenten in dem Kopf, wenn sie von dem Auslöser initiiert werden, sowie zur Kommunikation mit dem Verwender, daß das Lesen automatisch beendet wurde, wie beispielsweise durch Senden eines Steuersignals an eine Anzeigelampe 96, um diese zu beleuchten.
Das decodierte Signal wird in einem Ausführungsbeispiel entlang eines Signalleiters in dem Kabel 46 an einen entfernten Zentralrechner oder Host-Computer 128 geleitet, der im wesentlichen als eine große Datenbank dient, das decodierte Signal speichert und in einigen Fällen Information bezüglich des decodierten Signals liefert. Beispielsweise kann der Host-Computer Verkaufspreisinformation liefern entsprechend der Objekte, die durch ihre decodierten Symbole identifiziert wurden.
Lokale Datenspeichermittel, zum Beispiel das Bauteil 95, sind in dem Handgriffteil angebracht und speichern mehrfache bzw. mehrere decodierte Signale, die gelesen wurden. Die gespeicherten decodierten Signale können daraufhin an einen entfernten Zentralrechner oder Host- Computer übertragen bzw. heruntergeladen werden. Durch Vorsehen der lokalen Datenspeichermittel kann die Verwendung des Kabels 46 während des Lesens der Symbole eliminiert bzw. beseitigt werden - ein Merkmal, das sehr wünschenswert ist, wenn man den Kopf so frei handhabbar wie möglich machen will.
Wie vorher bemerkt wurde, kann der Handgriffteil 12 einer aus einem Satz von Handgriffen sein, die austauschbar an dem Körperteil angebracht werden können. Der Handgriffteil kann leer gelassen werden, wobei das Videosignal in diesem Fall entlang des Kabels 46 geleitet wird zum Decodieren in entfernten Decodier-/Steuermitteln. Die Decodier-/Steuermittel können innerhalb des Handgriffteils enthalten sein, wobei das decodierte Signal in diesem Fall entlang des Kabels 46 geleitet wird zur Speicherung in einem entfernten Zentralrechner bzw. Host-Computer. Die Decodier-/Steuermittel und lokale Datenspeichermittel können innerhalb des Handgriffsteils enthalten sein, wobei die gespeicherten decodierten Signale von einer Vielzahl von Ablesungen in diesem Fall daraufhin zu einem entfernten Zentralrechner bzw. Host-Computer übertragen bzw. heruntergeladen werden können, wobei das Kabel 46 nur verbunden wird zum Übertragen bzw. Entladen des gespeicherten Signals.
Alternativ dazu kann, anstatt einen Satz von entfernbaren Handgriffen vorzusehen, ein einziger Handgriff nicht lösbar an den Kopf befestigt sein und in diesem Fall können verschiedene Bauteile oder Komponenten, die auf entfernbaren Leiterplatten 92, 94 angebracht sind, je nach Wunsch innerhalb des einzigen Handgriffs vorgesehen werden, durch Entfernen und daraufhin Wiedereinsetzen des entfernbaren Handgriffendes 128.
Zum Versorgen der Laserdiode sowie der verschiedenen Bauteile in dem Kopf, die elektrische Leistung benötigen, mit elektrischer Leistung kann ein Spannungssignal entlang eines Leistungsleiters in dem Kabel 46 geleitet werden, und ein Konverter oder Wandler, wie beispielsweise das Bauteil 93, kann verwendet werden, zum Umwandeln des ankommenden Spannungssignals in diejenigen Spannungen bzw. Spannungswerte, die benötigt werden. In diesen Ausführungsbeispielen, in denen das Kabel 46 während des Lesens der Symbole entfernt wurde, wird eine wiederaufladbare Batteriepackanordnung 44 (siehe Fig. 7) lösbar an dem Boden des Handgriffteils 12 durch Schnappen angebracht.
Ferner ist eine Ziellichtanordnung innerhalb des Kopfes angebracht zum Unterstützen des Verwenders beim visuellen Lokalisieren bzw. Orten jedes zu lesenden Symbols und zum Zielen des Kopfes darauf, und zwar insbesondere in der oben beschriebenen Situation, in der der auf das Symbol auftreffende und von diesem reflektierte Laserstrahl für den Verwender nicht leicht sichtbar ist. Die Ziellichtanordnung weist folgendes auf: Mittel einschließlich einer betätigbaren Ziellichtquelle 130, zum Beispiel einer sichtbares Licht emittierenden Diode (LED), einer Glühlichtquelle für weißes Licht, einer Xenon-Blitzröhre, etc., die in dem Kopf angebracht sind und betriebsmäßig mit dem Auslöser 32 verbunden sind. Wenn es entweder direkt durch den Auslöser 32 oder indirekt durch die Decodier-/Steuermittel aktiviert bzw. betätigt wird, breitet sich das Ziellicht 130 aus und erzeugt einen divergenten bzw. divergierenden Ziellichstrahl, dessen Licht für den Verwender leicht sichtbar ist und dessen Wellenlänge ungefähr 6600 Angström ist, so daß der Ziellichtstrahl im allgemeinen in Farbe gelesen wird und somit einen Kontrast bildet mit dem weißen Umgebungs- bzw. sonstigen Licht der Umgebung, in der das Symbol angeordnet ist.
Zielmittel sind auch in dem Kopf angebracht zum Richten des Ziellichtstrahls entlang eines Ziellichtpfads von der Ziellichtquelle zu der Bezugsebene und zu jedem Symbol, wobei mindestens ein Teil des jeweiligen Symbols sichtbar beleuchtet wird. Wie am besten in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist, ist das Ziellicht 130 insbesondere auf einem geneigten Träger 132 angebracht zum Richten des allgemein konischen Ziellichtstrahls auf das optische Element 78. Der konische Ziellichtstrahl wird begrenzt durch obere und untere Begrenzungslinien 134, 136 (siehe Fig. 2) und durch gegenüberliegende seitliche Begrenzungslinien 138, 140 (siehe Fig. 3) auf dem Weg zu dem optischen Element 78. Wie oben bemerkt wurde, gestattet das optische Element 78, daß das gesammelte Laserlicht dahindurch geht zu dem Photosensor 80 und es filtert Umgebungs- oder sonstige Lichtstörungen (Lichtrauschen) aus der Umgebung aus und verhindert, daß diese den Photosensor erreichen. Das optische Element 78 reflektiert auch den darauf auftreffenden Ziellichtstrahl. Das optische Element ist im Endeffekt ein sogenannter "kalter" bzw. halbdurchlässiger Spiegel, der Licht mit Wellenlängen im Bereich des Ziellichtstrahls reflektiert, aber Licht mit Wellenlängen im Bereich des Laserlichts durchläßt. Der Ziellichtstrahl wird von dem kalten Spiegel 78 reflektiert entlang einer optischen Achse, die im wesentlichen ko-linear mit der optischen Achse 116 des gesammelten Laserlichts ist zwischen dem Sammelspiegel 76 und dem Photosensor 80, und trifft auf den konkaven Spiegel 76 auf, der dazu dient, den Ziellichtstrahl zu fokussieren und nach vorn zu reflektieren entlang einer optischen Achse, die im wesentlichen ko-linear mit der gleichen optischen Achse des gesammelten Laserlichtes zwischen dem konkaven Spiegel 76 und dem Symbol 100 ist. Der konkave Spiegel 76, der als ein Fokussierspiegel für den Ziellichtstrahl dient, fokussiert diesen auf eine kreisförmige Punktgröße von ungefähr 1 cm in einem Abstand von ungefähr 21 cm bis ungefähr 25 cm von der Nase 20 des Kopfes. Es sei bemerkt, daß der Teil des Ziellichtpfades, der außerhalb des Kopfes liegt, mit dem Teil des gesammelten Laserlichtpfades zusammentrifft, der außerhalb des Kopfes liegt, so daß der Photosensor 80 im Endeffekt das nicht leicht sichtbare Laserlicht "sieht", das von dem Teil des Symbols reflektiert wurde, das durch den Ziellichtstrahl beleuchtet oder sichtbar gemacht wurde. In einer weiteren Variante könnte der Ziellichtstrahl auf das Symbol gerichtet werden, um mit dem ausgehenden, auftreffenden Laserstrahl zusammenzufallen, und zwar durch Plazieren eines kalten bzw. halbdurchlässigen Spiegels in dem ersten optischen Pfad und durch Leiten oder Richten des Ziellichtstrahls auf den kalten Spiegel, so daß die optische Achse des Ziellichtstrahls mit derjenigen des ausgehenden, auftreffenden Laserstrahls zusammenfällt.
Fig. 10 zeigt eine statische Ziel-LED 130, die relativ zu einem stationären Ziel- oder Richtelement 142, zum Beispiel einer Fokussierlinse, positioniert ist und die stationär in dem Ziellichtpfad innerhalb des Kopfes angebracht ist. Die Linse 142 hat die Funktion, den Ziellichtstrahl zu fokussieren und auf das jeweilige Symbol 100 zu richten, um darauf einen Punktbereich 150 (siehe auch Fig. 11) innerhalb des Sichtfelds sichtbar zu beleuchten. Der Punktbereich 150 ist vorzugsweise kreisförmig nahe der Mitte des Symbols und wird sowohl vor der Abtastung beleuchtet, um das Symbol vor dem Lesen davon zu lokalisieren bzw. zu orten, als auch während der Abtastung während des Lesens davon beleuchtet. Sowohl nahe als auch entfernte Symbole können lokalisiert bzw. geortet und gesehen werden durch das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 10 mit dem statischen Einzelzielstrahl, wobei die entfernten Symbole auf Grund ihrer größeren Distanz von dem Kopf mit einer geringeren Intensität beleuchtet werden, aber dennoch für den Verwender sichtbar sind. Wie oben erklärt wurde, liefert der feste Punkt 150 jedoch wenig Hilfe bezüglich des Verfolgens der Abtastung bzw. Überstreichung über das Symbol.
Als nächstes unter Bezugnahme auf eine zweite Anordnung mit statischem Doppelzielstrahl, wie sie in Fig. 12 gezeigt ist, sind ein Paar von Ziel-LEDs 130a, 130b, die identisch zu der Ziel-LED 130 sind, winkelmäßig positioniert relativ zu der stationären Fokussierlinse 142, die ihrerseits dazu dient, die Ziellichtstrahlen beider LEDs 130a, 130b auf das gleiche jeweilige Symbol zu richten, um darauf ein Paar von Punktbereichen 152, 154 sichtbar zu beleuchten, die innerhalb des Sichtfelds sind und linear voneinander entlang des Sichtfelds beabstandet sind. Die Punktbereiche 152, 154 sind vorzugsweise kreisförmig nahe der Enden der Abtastung bzw. Überstreichung und werden sowohl vor als auch während der Abtastung bzw. Überstreichung beleuchtet, um das jeweilige Symbol sowohl vor als auch während des Lesens davon zu lokalisieren bzw. zu orten und zu verfolgen. Sowohl nahe als auch entfernte Symbole können von dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 12 mit statischem Doppelzielstrahl lokalisiert bzw. geortet und gesehen werden, wobei die entfernten Symbole auf Grund ihres größeren Abstands von dem Kopf mit einer geringeren Intensität beleuchtet werden, aber dennoch für den Verwender sichtbar sind. Wie oben erklärt wurde, sieht das Paar fester Punkte 152, 154 eine wertvolle Hilfe vor hinsichtlich des Aufspürens bzw. Verfolgens der Abtastung bzw. Überstreichung über das Symbol.
Mit Bezug als nächstes auf eine dritte Anordnung mit einem dynamischen Einzelzielstrahl und mit Bezug auf Fig. 11 kann die Linse 142, anstatt daß die Fokussierlinse 142 stationär in dem Kopf angebracht wird, oszilliert werden, und zwar in der Art und Weise, wie sie oben für die Abtast-/Sammel-/Fokussier-Komponente beschrieben wurde, und zwar zum Überstreichen des Ziellichtstrahls über das jeweilige Symbol, wobei darauf ein Linienbereich 156 (siehe Fig.13) beleuchtet wird, der sich entlang des Sichtfelds erstreckt. Der Linienbereich 156 wird während des Abtastens beleuchtet, um das jeweilige Symbol während des Lesens davon aufzuspüren bzw. zu verfolgen. Nahe Symbole werden durch den Linienbereich 156 gut beleuchtet, selbst wenn die Abtastung durchgeführt wird mit Raten von 40 Abtastungen bzw. Überstreichungen pro Sekunde; jedoch ist für entfernte Symbole der Linienbereich 156 umso weniger sichtbar, je größer der Abstand von dem Kopf und je schneller die Abtastrate ist.
Zurückkehrend zu den Fig. 1-6 ist eine Kombination aus einer statischen/dynamischen Zielanordnung gezeigt, die durch den Auslöser 32 bei verschiedenen Positionen oder Zuständen betätigt wird. In Fig. 2 ist der Auslöser 32 in einem Aus-Zustand gezeigt, wobei alle betätigbaren Bauteile bzw. Komponenten in dem Kopf abgeschaltet bzw. deaktiviert sind. Ein Paar elektrischer Schalter 158, 160 ist auf der Unterseite der Platte 84 angebracht. Jeder Schalter 158, 160 besitzt einen federvorgespannten Anker oder Knopf 162, 164, der sich in dem Aus-Zustand aus den Schaltern erstreckt und gegen gegenüberliegende Endbereiche eines Hebels 166 anliegt, der an einer mittenversetzten Position an einen Schwenkpunkt 168 auf einer hinteren Verlängerung bzw. einem hinteren Fortsatz 170 des Auslösers 32 geschwenkt wird.
Wenn der Auslöser 32 anfangs in einem ersten, anfänglichen Ausmaß gedrückt wird, wie es in Fig. 5 gezeigt ist, drückt der Hebel 166 nur den Knopf 162, und der gedrückte Schalter 158 stellt einen ersten Betriebszustand her, in dem der Auslöser 32 das Ziellicht 130 betätigt, dessen Ziellichtstrahl daraufhin von dem kalten Spiegel 78 nach hinten reflektiert wird und von dem Fokussierspiegel 76 nach vorn reflektiert wird zu dem Symbol. In dem ersten Betriebszustand hat der Auslöser auch den Fokussierspiegel 76 in einer vorbestimmten stationären Position positioniert. Der stationäre Fokussierspiegel 76 richtet den Ziellichtstrahl auf das Symbol, um darauf einen Punktbereich sichtbar zu beleuchten, der identisch ist mit dem mittigen Punktbereich 150 in Fig. 11, und zwar innerhalb des Sichtfeldes vor der Abtastung, um den Verwender beim Lokalisieren bzw. Orten des Symbols vor dem Lesen davon zu unterstützen. Die stationäre Positionierung des Fokussierspiegels 76 wird vorteilhafterweise erreicht durch Erregen einer Gleichspannungs- oder DC- Windung des Scanner-Motors 70, so daß die Ausgangswelle und der darauf angebrachte Fokussierspiegel 76 winkelmäßig in eine mittlere Bezugsposition gedreht werden.
Wenn der Auslöser 32 daraufhin bis zu einem zweiten, weiteren Ausmaß gedrückt wird, wie es in Fig. 6 gezeigt ist, drückt der Hebel 166 nicht nur den Knopf 162, sondern auch den Knopf 164, so daß ein zweiter Betriebszustand hergestellt ist. In dem zweiten Betriebszustand betätigt der Auslöser all die übrigen betätigbaren Bauteile bzw. Komponenten in dem Kopf, zum Beispiel die Laserdiode 42, die Steuerschaltung für den Scanner-Motor 70, der bewirkt, daß der Fokussierpsiegel 76 hin- und herschwingt bzw. oszilliert, die Photodiode 80, die Signalverarbeitungsschaltung sowie die anderen Schaltungen in dem Kopf, um ein Ablesen des Symbols zu initiieren bzw. zu beginnen. Der Fokussierspiegel 76 ist nicht mehr stationär, sondern wird hin- und hergeschwungen bzw. oszilliert, so daß der Ziellichtstrahl dynamisch über das Symbol gestrichen wird, um einen Linienbereich darauf sichtbar zu beleuchten, und zwar identisch mit dem Linienbereich 156 in Fig. 13, der sich entlang des Sichtfelds erstreckt. Daher wird während des Abtastens bzw. Überstreichens der Verwender unterstützt beim Aufspüren bzw. Verfolgen des Symbols während des Lesens davon. Ein derartiges Symbolaufspüren bzw. -verfolgen ist gut sichtbar für nahe Symbole, aber weniger sichtbar für entfernte Symbole.
Die vorgenannte aufeinanderfolgende Betätigung der Komponenten bzw. Bauteile in dem Kopf könnte auch mit einem einzigen zwei-poligen Schalter erreicht werden, der eingebaute sequentielle bzw. aufeinanderfolgende Kontakte besitzt.
Zurückkehrend zu Fig. 1 sei bemerkt, daß viele der verschiedenen Komponenten bzw. Bauteile in dem Kopf stoßfest angebracht sind durch einen vorderen Stoßisolierer 172, auf dem die Platte 48 und alle Bauteile bzw. Komponenten darauf getragen werden, und einen hinteren Stoßisolierer 174, auf dem eine Tragplatte 176 getragen wird, auf der der Scanner-Motor 70 und das Ziellicht bzw. die Ziellichtanordnung 130 angeordnet sind. Eine Lichttrennwand 178 unterteilt das Innere des Körperteils und hilft dem kalten bzw. halbdurchlässigen Spiegel 78 beim Verhindern, daß Umgebungs- oder sonstiges Streulicht den Photosensor 80 erreicht.
Der Laserabtastkopf von Fig. 2 ist von der retro-reflektiven Bauart, wobei der ausgehende, auftreffende Laserstrahl wie auch das Sichtfeld der Sensormittel gescannt werden bzw. eine überstreichende Bewegung ausführen. Es ist leicht verständlich, daß andere Varianten auch innerhalb des Bereichs dieser Erfindung liegen. Beispielsweise kann der ausgehende, auftreffende Laserstrahl durch ein Fenster an dem Kopf auf das Symbol gerichtet werden und darüber hinweg gestrichen werden, während das Sichtfeld nicht gescannt wird und das zurückkehrende Laserlicht durch ein weiteres Fenster in dem Kopf gesammelt wird. Auch kann der ausgehende, auftreffende Strahl auf das Symbol gerichtet werden, aber nicht über das Symbol hinweg gestrichen werden, während das Sichtfeld gescannt wird.
Eine Vielzahl von Gehäusearten und -formen, die von Gesichtspunkten wie beispielweise Ästhetik, Umgebung, Größe, Wahl und Plazierung der elektronischen und mechanischen Bauteile, der benötigten Stoßfestigkeit sowohl innerhalb als auch außerhalb des Gehäuses bestimmt werden, können anstatt des in den Zeichnungen gezeigten Gehäuses verwendet werden.
Der Laserabtastkopf dieser Erfindung braucht nicht handgehalten zu werden, sondern kann auch in einer freistehenden Tischarbeitsstation eingebaut werden, in der das Symbol durch die Arbeitsstation hindurch bewegt wird, und zwar vorzugsweise unterhalb eines oben liegenden Fensters oder Auslasses, durch das der ausgehende, auftreffende Laserstrahl gerichtet wird. Obwohl die Arbeitsstation selbst stationär ist, zumindest während des Abtastens des Symbols, ist das Symbol relativ zu der Arbeitsstation bewegbar und muß von dem ausgehenden Strahl registriert werden, und für diesen Zweck ist die hierin beschriebene Ziellichtanordnung besonders vorteilhaft.
Es sei bemerkt, daß der Laserabtastkopf dieser Erfindung Strichcodesymbole mit hoher, mittlere und niedriger Dichte lesen kann, und zwar innerhalb ungefährer Arbeitsentfernungsbereiche von 2,5 bis 15, bzw. 2,5 bis 30 bzw. 2,5 bis 50 cm. Strichcodesymbole mit hoher, mittlerer und niedriger Dichte, wie sie hierin definiert werden, besitzen Striche bzw. Balken und/oder Zwischenräume, deren geringste Breite im Bereich von 7,5 mil bzw. 15-20 mil bzw. 30-40 mil liegen (1 mil = 1/1000 inch; 1 inch 2,54 cm). In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Position der Bezugsebene für ein Symbol mit bekannter Dichte optimiert für die maximale Arbeitsdistanz für dieses Symbol. Um den Verwender beim Zielen des Kopfes auf das Symbol zu unterstützen, können zusätzlich zu den hierin beschriebenen Ziellichtanordnungen andere Mittel vorgesehen werden. Beispielsweise kann der Verwender entlang mechanischer Zielmittel schauen, wie beispielsweise einem erhöhten Sichtelement, das auf einem oberen Teil des Gehäuses gebildet ist und sich entlang der Richtung des ersten oder zweiten optischen Pfads erstreckt. Eine Sichtöffnung mit einem Sichtfenster kann auch auf dem Kopf angeordnet sein, um dem Verwender zu ermöglichen, durch das Sichtfenster zu blicken und dadurch das Symbol in dem Fenster visuell zu lokalisieren bzw. zu orten. Akustische Entfernungsmessungsmittel können auch verwendet werden zum Finden des Symbols. Die Entfernungsmessungsmittel senden ein akustisches Signal aus, detektieren ein zurückkehrendes Echosignal und betätigen eine hörbare Anzeige bei einer derartigen Detektierung. Die hörbare Anzeige kann einen Ton ertönen lassen oder die Rate einer Serie von Tönen oder Piepsen ändern, um dadurch dem Verwender zu signalisieren, daß das Symbol gefunden wurde.
Es ist manchmal wünschenswert zu bewirken, daß die vorgenannten Ziellichtpunkte auf dem Symbol blinken, zum Beispiel für den Zweck, die Punkte leicht sichtbar zu machen, oder um die Durchschnittsleistung zu vermindern, die durch die Ziellichtquellen verbraucht wird. Solche blinkenden Lichtpunkte können erreicht werden durch elektrische und/oder mechanische Mittel.
Fig. 14 ist analog zu Fig. 2 und zeigt ein gegenwärtig bevorzugtes, handelsübliches Ausführungsbeispiel eines Laserabtastkopfes. Aus Gründen der Kürze wurden ähnliche Teile in Fig. 14 durch mit einem Apostroph versehene Bezugszeichen identifiziert, verglichen mit den entsprechenden Teilen in Fig. 2.
Bezüglich der Unterschiede zwischen den Ausführungsbeispielen der Fig. 2 und 14 besteht ein wichtiger Unterschied, der für den Kopf 10, in Fig. 14 gezeigt ist, darin, daß der Körperteil 14, aus zwei Gehäuseteilen aufgebaut ist, nämlich einem oberen Gehäuse 180 und einem unteren Gehäuse 182, die zusammengebaut sind, vorzugsweise durch einen einschnappenden Eingriff. Das untere Gehäuse 182 besteht aus einem lichtblockierenden undurchlässigen Material, wie beispielsweise farbigem synthetischem Plastik- oder Kunststoffmaterial, aber das obere Gehäuse 180 besteht aus einem lichtdurchlässigen, transparenten synthetischen Plastik- oder Kunststoffmaterial. Da sowohl das ausgehende Licht als auch das ankommende Licht durch das transparente obere Gehäuse 180 hindurchgehen kann, bedeckt eine Abdeckung 184 aus lichtblockierendem Material die gesamte Außenoberfläche des durchlässigen bzw. transparenten oberen Gehäuses 180 mit der Ausnahme eines Fensterbereichs 186 und eines Anzeigebereichs 188. Die Abdeckung 184 besteht aus einem spritzgußgeformten, thermoplastischen, gummiartigen Material, dessen Innenoberfläche gut zu der Außenoberfläche des oberen Gehäuses 180 paßt und dieselbe Form besitzt, so daß es in engem Kontakt mit der gesamten Außenoberfläche davon ist und durch Reibung darauf gehalten wird. Die anschmiegend passende Abdeckung maskiert im Endeffekt alle Teile des transparenten oberen Gehäuses 180 mit Ausnahme des Fensterbereichs 186 und des Anzeigebereichs 188 und verhindert, daß jegliches ausgehende oder ankommende Licht dahindurch geht.
Somit ist es nicht mehr notwendig, wie bei herkömmlichen Köpfen, ein diskretes bzw. gesondertes Fenster an seinem Platz auf dem Kopf getrennt anzukleben oder anzubringen. Der unabgedeckte Fensterbereich 186 dient als das Fenster sowohl für ausgehendes als auch für ankommendes Licht. Der unbedeckte Fensterbereich 186 ist natürlich eine einstückige Konstruktion mit dem Rest des oberen Gehäuses 180 und daher besteht nicht mehr die Möglichkeit wie beim Stand der Technik, daß das Fenster sich von seiner Befestigung lösen könnte und gestatten würde, daß Staub, Feuchtigkeit und andere Verschmutzungen die Optik oder die elektrischen Komponenten innerhalb des Kopfes bedeckt oder den ordnungsgemäßen Betrieb davon stört.
Zusätzlich ist der Anzeigebereich 188 von der Abdeckung 184 nicht abgedeckt, so daß Licht von der Anzeigelampe 96, dahindurch scheinen kann. Wiederum würde die Notwendigkeit beim Stand der Technik, ein getrenntes Fenster im Bereich der Anzeigelampe 96, anzubringen, beseitigt, wodurch weiter zu der sehr wirksamen Abdichtung des Inneren des Gehäuses beigetragen wurde.
Die gummiartige Abdeckung ist vorzugsweise dick, dämpfend und nachgiebig und sieht eine Stoßfestigkeitmaßnahme für den Kopf vor. Ferner ist aus Fig. 14 deutlich, daß die Abdeckung herumgelegte bzw. darunter gebogene Flansche besitzt im Bereich der Verbindung zwischen dem oberen und dem unteren Gehäuse 180, 182, um eine sehr wirksame dichtungsartige Dichtung vorzusehen.
Ein weiterer Unterschied zwischen den Ausführungsbeispielen der Fig. 2 und Fig. 14 ist das Vorsehen einer Dichtungsmembran 190 im Bereich des Auslösers 32'. Die Dichtungsmembran 190 besitzt einen mittigen Betätiger 192, dessen eine Oberfläche mit dem Knopf 164' des Schalters 160' in Eingriff steht. Die entgegengesetzte Oberfläche des Betätigers 192 steht mit einem Rampenteil 194 des Auslösers 32' in Eingriff. Immer wenn der Auslöser manuell gedrückt wird, drängt der Rampenteil 194 beim Betrieb den Betätiger 192 in Eingriff mit dem Knopf 164', um den Schalter 160' zu betätigen. Während dieses Betriebs isoliert bzw. trennt die Membran 190 das Innere des Kopfes von dem Äußeren davon im Bereich des Auslösers, um dadurch einen weiteren Weg abzuschließen, über den Staub, Verschmutzungen, Feuchtigkeit etc. ansonsten frei eintreten können, wie es beim Stand der Technik der Fall ist.
Noch ein weiterer Unterschied zwischen den Ausführungsbeispielen der Fig. 2 und 14 besteht darin, daß die Laserdiode, die optische Anordnung, das Ziellicht und der Motorteil des Scanner-Motors alle innerhalb oder auf einem gemeinsamen Träger angebracht sind, der auch als eine optische Wiege bzw. ein optischer Schlitten 200 bekannt ist. Der Schlitten 200 besitzt einen oberen Teil 202 und einen unteren Teil 204, die wie folgt zusammengebaut werden. Am vorderen Ende des Schlittens wird ein Vorsprung 206 auf dem oberen Teil 202 durch eine Ausnehmung 208, die in einem Kanal gebildet ist, der auf dem unteren Teil 204 vorgesehen ist, hindurchbewegt und kommt in einschnappender Weise damit in Eingriff. Am hinteren Ende des Schlittens geht ein Gewindebefestiger 210 durch ein Durchsteckloch in dem unteren Teil 204 und kommt mit einem in dem oberen Teil 202 gebildeten Gewindeloch gewindemäßig in Eingriff. Der vordere Stoß isolierer 172' ist zwischen dem vorderen Ende des Gehäuses und dem vorderen Ende des Schlittens 200 angeordnet, und der hintere Stoßisolierer 174' ist zwischen dem hinteren Ende des Schlittens und sich nach innen erstreckenden Unterteilungen 175, 177 angeordnet, die an dem hinteren Ende des Kopfes vorgesehen sind.
Noch ein weiterer Unterschied liegt in der Anbringung der gedruckten Leiterplatte 86' nicht oberhalb der gedruckten Leiterplatte 84', sondern stattdessen in einem sich nach hinten erstreckenden Abteil 212, das zwischen den vorgenannten Unterteilungen 175, 177 und der Rückwand der Körperteils 14' gebildet ist.
Ein weiterer Unterschied liegt im Vorsehen einer O-Ring- Dichtung 214, die in einer Ringnut angebracht ist, welche am inneren Endbereich des Handgriffeinsatzes 128' gebildet ist.

Claims

1. Strichcode-Abtastvorrichtung zum Lesen von Strichcodesymbolen, welche folgendes aufweist:

a) Lichtquellenmittel (42), die in der Vorrichtung angebracht sind zum Erzeugen eines Laserstrahls, wobei der Laserstrahl entlang eines Pfads in Richtung zu einem Strichcodesymbol außerhalb der Vorrichtung gerichtet oder gelenkt wird, um zu ergeben, daß sich reflektiertes Licht zurück zu der Vorrichtung bewegt;

b) einen Scanner bzw. eine Abtast- oder Überstreichvorrichtung einschließlich einer Spiegelanordnung (66, 76, 74) in dem Pfad, welche von einem Motor (70) angetrieben wird, wobei der Scanner geeignet ist zu bewirken, daß der Laserstrahl und ein Sichtfeld für das reflektierte Licht sich entlang einer Scan- bzw. Abtast- bzw. Überstreichlinie über das Strichcodesymbol bewegt, und zwar durch Bewegen der Spiegelanordnung (66, 76, 74); und

c) einen Sensor (80), der in der Vorrichtung angebracht ist zum Detektieren des reflektierten Lichts über die Spiegelanordnung (66, 76, 74) und zum Erzeugen eines elektrischen Signals ansprechend auf das reflektierte Licht;

dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung ferner folgendes aufweist:

d) eine Ziellichtanordnung (130, 132, 136), die in der Vorrichtung angebracht ist zum Richten oder Lenken eines Ziellichtstrahls auf die Spiegelanordnung, um einen Teil einer Bezugsebene sichtbar zu beleuchten, auf der Licht gelesen werden kann, welches von einem auf dem erwähnten Teil angeordneten Symbol reflektiert wird;

e) Schaltmittel (158, 160), die in einem ersten Zustand die Ziellichtanordnung aktivieren, um dadurch einen statischen Ziellichtstrahl vorzusehen, der einen Teil der Bezugsebene sichtbar beleuchtet, und die in einem zweiten Zustand andere Bauteile oder Komponenten der Strichcode- Abtastvorrichtung aktivieren, um dadurch einen dynamischen Leselichtstahl vorsehen, der durch die sich bewegende Spiegelanordnung über die Bezugsebene hinweggestrichen wird um zu ermöglichen, daß der Strichcode gelesen wird.

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmittel (158, 160) manuell betätigbare Auslöse- oder Abzugmittel sind, wobei die Auslöse- oder Abzugmittel für jedes einzelne zu lesende Symbol jeweils einzeln betätigbar sind.