专利名称：用于扫描装置的光源模块和具有光源模块的扫描装置的制作方法
本申请是申请日为1998年6月19日，申请号为03159722.X，标题为“用于扫描装置的光源模块和具有光源模块的扫描装置”的专利申请的分案申请。
本发明涉及一种用于扫描装置例如条形码阅读器的光源模块，并涉及一种具有光源模块的扫描装置。
近年来，销售终端系统(POS系统)在商店里已越来越普遍。在POS系统中，一种条形码阅读器阅读设置在商品上的条形码。根据POS系统，结算工作只需通过扫描条形码阅读器发射的光束来进行。于是，营业员(售货员)的工作量通过使用条形码阅读器而减少了。
条形码阅读器一般包括一个用于发射光束的光源，一个用于通过将来自光源的光束反射生成扫描光束的装置(例如一种旋转的多面镜)，多个用于反射扫描光束并用于分割扫描光束以在条形码阅读器外面提供一组扫描线的镜面。被商品上的条形码反射的返回光束由一个凹透镜或聚光透镜汇聚到一个光接收器件例如光敏二极管上生成一个相应于光接收器件所接收的返回光束的电信号。这些元信均密封装在一个外壳内形成一个光学单元。
这样一种用于阅读条形码的装置是一种扫描装置，它类似于激光打印机或复印机的扫描机构，常被叫做POS扫描器或条形码扫描器。激光二极管因为与最初使用的气体激光光束(例如He-Ne激光光束)相比具有体积小、功耗低以及费用少等而常常被用作光源。
激光二极管有一个问题，即它的寿命比气体激光器短，以致必须在设计和使用带有激光二极管的条形码阅读器的同时考虑更换光源。此外，还存在一个静电可能毁坏半导体激光器的问题。
在现有技术中，使用一个包括有激光光束源以及用于给光束整形的透镜和光阑的VLD(可见光激光二极管)模块提供光源。
在更换激光二极管时，VLD模块和激光二极管一起更换。在现有技术中，VLD模块装在光学单元外壳中。因而，更换VLD模块必须打开光学单元外壳。这一工作必须在一个洁净的房间进行，以防止可能对扫描器的光学特性有有害影响的灰尘进入光学单元。还有一个问题是要被修理的条形码阅读器在更换VLD模块期间不能使用。
本发明以解决现有技术中的上述问题为目标，并且本发明的一个目的就是提供一种用于扫描装置例如条形码阅读器或者激光打印机或复印机中的扫描机构的改进型光源模块或VLD模块，使得凡是在使用扫描装置的地方，光源模块都可以更换而没有灰尘进入扫描装置的光学单元。
本发明的另一个目的是提供一种改进型光源模块，使得静电对激光二极管的影响被消除或降低。
本发明的另一个目的是提供一种包含有光源模块的扫描装置，例如条形码阅读器，或者是激光打印机或复印机中的扫描机构。
为了达到目的，本发明提供一种具有激光二极管和电路板的光源模块。电路板包括激光二极管，用于驱动激光二极管的驱动电路以及用于从电力电源接收电力供应驱动激光二极管的连接器。透镜和光阑给激光二极管发射的激光束整形。一个由电绝缘材料制作的外壳用于盛放透镜、光阑以及电路板(安装连接器的电路板部分除外)。
光源模块使得更换起来更方便。光源模块还有一个优点，即由于操作者不接触激光二极管就能更换光源模块而消除或减少了激光二极管被静电毁坏的可能性。
根据本发明的另一特点，提供一种扫描装置包括一个光源模块；一个光学单元，包括一个外壳，将用于接收来自光源模块的光束并将光束反射以提供扫描光束的装置，用于反射扫描光束以在外壳外面提供多条扫描线的装置，以及用于接收被商品反射的返回光束的装置密封封装起来；并且外壳包括一个用于将光源模块安装在外壳外面的装置以及一个光阑，光束可以通过光阑进入外壳内。
根据本发明的另一特点，提供一种用于发射扫描光束的扫描器。扫描器包括一个用于发射光束的光源；一个光学单元，包括一个用于接收来自光源的光束和用于产生一个扫描光束的光学元件，以及一个用于将光学元件包封起来的外壳，外壳包括一个光阑，光束就通过它进入外壳；以及安装在光学单元的外壳外面的光源使光束通过光阑指向外壳内的光学元件。
根据本发明的一个实施例，光学单元最好包括一个用于产生扫描光束的扫描镜，用于反射扫描光束并用于将扫描光束分割为第一和第二组扫描光束段的多个镜面，一个用于接收被条形码反射的返回光束以产生一个响应返回光束的电信号的光学接收元件，以及一个用于将扫描镜、多个镜面以及光学接收元件包封起来的外壳，外壳包括一个光阑以及第一和第二开口，第一和第二扫描光束段就通过它传播到外壳外面以在扫描器的外面提供第一和第二组扫描线。光源固牢到外壳的外面使光束通过设置在外壳上的光阑指向扫描镜。
根据本发明的另一特点，提供一种用于阅读条形码的条形码扫描器。条形码扫描器包括一个用于发射光束的光源；一个光学单元，包括一个用于产生扫描光束的扫描镜，用于反射扫描光束并用于将扫描光束分割成第一和第二组扫描光束段的多个镜面，一个用于接收被条形码反射的返回光束以产生一个响应返回光束的电信号的光学接收元件，以及一个用于将扫描镜、多个镜面以及光学接收元件包封起来的外壳，外壳包括一个光阑以及第一和第二开口，第一和第二组扫描光束段就通过它传播到外壳外面以在扫描器之外提供第一和第二组扫描线。光源固牢到外壳外面，使光束通过设置在外壳上的光阑指向扫描镜。
根据本发明的又另一个特点，提供一种用于阅读条形码的条形码扫描器。条形码扫描器包括一个用于发射光束的光源；一个光学单元，包括一个用于产生扫描光束的扫描镜，用于反射扫描光束并用于将扫描光束分割成一组扫描光束段的多个镜面，一个用于接收被条形码反射的返回光束以产生一个响应返回光束的电信号的光学接收元件，以及一个用于将扫描镜、多个镜面以及光学接收元件包封起来的外壳，外壳包括一个光阑和一个开口，一组扫描光束段就通过它传播到外壳外面，以在扫描器的外面提供一组扫描线。光源固牢到外壳外面，使光束通过设置在外壳上的光阑指向扫描镜。
这些和其他目的与优点，以及进一步的描述，现在就结合附图讨论，在附图中
图1是应用了本发明的条形码阅读器的前视图；图2是图1的条形码阅读器的侧截面图；图3是根据本发明的VLD模块外壳的透视图；图4是图3的外壳的侧视图；图5A和5B分别为图3的外壳的顶视图和底视图；图6A和6B是VLD模块的盖罩的透视图和侧视图；图7是图6A的盖罩的侧视图；图8是图6A的盖罩的底视图；图9是说明组装外壳与盖罩的外壳与盖罩透视图；图10是VLD模块的安装底座的透视图，透镜和光阑便安装在它上面；图11A和11B是图10的底座的前视图和底视图；图12是底座的侧视图；图13是VLD模块的透镜固定器的透视图；图14A和14B是透镜固定器的底视图和侧视图；图15是说明组装底座与透镜的底座与透镜的透视图；图16A至16C是已组装好的底座、透镜固定器和电路板的前视图、平面视图和侧视图；图17是VLD模块的正截面图；图18是VLD模块的侧截面图；图19是条形码阅读器的光学单元的前视图；图20是图19的光学单元的侧视图；图21是图19的光学单元的顶视图；图22是图19的光学单元外壳的背视图；图23是图19的光学单元的内部立面图；图24是图19的光学单元外壳的侧截面图；图25是图19的光学单元外壳的顶视图；图26是图19的光学单元外壳的截面图；图27是图19的光学单元背视图，说明一个用于安放电路板的凹进部分；图28是光学单元外壳的侧视图，说明安装到外壳上的VLD模块；图29是光学单元外壳的顶视图，说明安装到外壳上的VLD模块；图30是VLD模块安装到外壳上的放大顶视图；图31是VLD模块安装到外壳上的放大截面图；图32是VLD模块安装到外壳上的放大背视图；图33是关于本发明的VLD模块的方框图；图34是根据现有技术的与图33相似的方框图。
将参照附图叙述本发明的优选实施例。在下面的叙述中，本发明被应用于条形码阅读器。但是，本发明并不局限于条形码阅读器，而是可以应用于激光打印机或复印机等等之中的扫描机构。
图1是应用本发明的条形码扫描器的前视图。图2是一个侧截面图，示出条形码扫描器的内部布局结构。
条形码扫描器是一种直立式的并被安装在例如出纳柜的桌面10上。扫描器的外壳包括有第一和第二开口11和12，第一和第二扫描光束通过它们分别传播到外壳外面。第一开口垂直于桌面10。第一扫描光束通过第一开口11水平传播，而第二扫描光束则通过第二开口12倾斜向下传播。第一和第二扫描光束在第一开口11的正前方交叉。
商品(未示出)上的条形码(未示出)在条形码通过条形码阅读器的前方第一和第二光束相交的阅读区域时至少被第一和第二光束之一照射。如果营业员没有把条形码准确对向窗口，具有单一开口的条形码阅读器不能读出条形码。另一方面，在本发明的条形码阅读器中，提供两组开口和光束就使得扫描器即使在营业员没有把条形码准确对准第一或第二开口时也能读出条形码。
在扫描器的顶部设置一个显示器13，用于指示与条形码相对应的名称和价格以及购买总数。显示器13包括第一和第二指示器13a和13b。第一和第二指示器13a和13b分别面向扫描器操作员和顾客。第一和第二指示器13a和13b可以指示同一信息。
扫描器还包括一个光学单元14和一个作为光源模块的VLD(可见光激光二极管)模块15。VLD模块15用螺丝16(附图仅示出一个螺丝)安装在光学单元14的外面。在VLD模块15和光学单元14之间设置一个弹性材料例如橡胶或人造橡胶的缓冲器或减震器。
参照图23，在光学单元14之内，配备有一个多面镜93，用于通过反射来自多面镜93的扫描光束在扫描器外面提供一组扫描线的多个镜面96a至96h，以及一个用于将条形码所反射的光束汇聚到光学接收器98例如光电二极管的凹透镜94。
VLD模块15包括一个示于图3至5B的外壳部分20，和一个示于图6A至8的盖罩30，两者均用模制树脂制成。外壳部分20包括一个光阑21，正如下面要叙述的一样，由装在外壳20和30中的激光二极管发射的激光光束就通过它到多面镜93。应当指出，虽然外壳部分20在图3、4、5和9中示出使得光阑21横向取向，但装在光学单元14上的VLD模块15使得光阑21朝向单元14的底部，如图20所示。在本说明书中，“顶”和“底”被定义为附图所示的取向。
盖罩30包括一个基底31和一对从基底31的两侧伸出的安装构件32。基底31包括一个隆起部分33在基底31的上面，一对通孔34，一个用于将VLD模块定位得朝向光学单元14的切口36，以及一个邻靠切口36的钩爪35。每一个安装构件32包括一个通孔32a，螺丝16(图2)就插入它将VLD模块固牢到光学单元14上。
盖罩30与外壳部分20连接得将外壳部分20的开口关紧(如图9所示)以提供一个VLD模块15的机盒。
图10至12示出的是一个用于将激光光束源固牢在VLD模块的机盒内部的底座40。底座40包括两对螺纹孔41a和41b以及一个适于配合盖罩30的基底31顶表面上的隆起部分33的凹进部分45，可用铸铝制造。螺孔41a安装插进盖罩30的通孔34中的螺丝71(图18)以将底座40固牢到盖罩30的基底31上。螺孔41b安装螺丝63(图16A和16B)固牢下文要提到的印制电路板。
底座40还包括一个安装透镜固定器50(图13至15)的腔膛42，以及一个拧进螺丝64(图16A和16C)锁定透镜固定器50的螺孔43。透镜固定器50加工成包含有一个腔膛51和一个整平部分52的圆柱体形状，螺丝64的尖端顶紧整平部分52以锁定固定器50。
透镜固定器50固定住一个包含有光阑53a的光阑平板53以及一个安装在腔膛51内的透镜54(图14A和14B)。光阑53a将光束整形以提供一个需要的光束断面。虽然在图14A和14B所示的实施例中光阑53a有一个矩形结构，但光阑53a的结构可以根据所要求的激光光束断面选择。透镜54调节光束的焦点。光阑平板53和透镜54调节激光光束的直径。
透镜固定器50可滑动地装入底座40的腔膛42中，如图15所示。透镜固定器50沿图15中箭头A示出的纵向方向在腔膛42内移动改变激光光束的焦点在条形码阅读器前方的阅读区里面的位置。改变焦点的位置就调节阅读区内的激光光束的直径。透镜光束直径的调节是一个关键问题，这是因为直径是决定阅读条形码的能力(阅读分辨率)的要素。在适当的范围内，直径越小，能够阅读的条形码的条带越窄。VLD模块15包括一个作为用于将来自底座40的激光光束单独整形的装置的透镜固定器，使得调节激光光束的直径更方便。
参照图16A至16C，通过一对螺丝63拧入底座40的孔41b中而将一个电路板61固定到底座40。电路板61包括一个固牢到电路板61上的激光二极管62和一个用于驱动二极管激光器62的驱动电路(未示出)。
电路板61这样固定到底座40，使得激光二极管62的光束的光轴与透镜固定器50的光轴对准，特别是，光阑53a和透镜54的光轴靠透镜固定器50保持。
激光二极管有一个特性，即所发射光束的功率不是相互一致的。因此，设置一个可变电阻器62用于调节从激光二极管62发射的光束功率，以便降低扫描器之间的阅读能力的波动。
用于将激光二极管62连接到电源的连接器66也装在电路板61上。
参照图17和18，电路板61(除连接器66外)、底座40和透镜固定器50都装在外壳20和30之内以提供一个VLD模块15。底座40通过设置在底座40上的凹进部分45(图10)和盖罩30的基底31的顶表面上的隆起部分33之间的配合而放置在盖罩30上的适当地方。底座40通过螺丝71插入盖罩30的通孔34并将拧入底座40的螺孔41a而固牢到盖罩30上。这样激光二极管62便位于以底座40和透镜固定器为基准的适当地方。
激光二极管62装在由模制树脂例如ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物)树脂制成的外壳20和30内。从而，外部静电对激光二极管的影响降低，使得在更换VLD模块期间毁坏激光二极管的可能性降低并且提高了VLD模块的可靠性。
另外，透镜固定器装在外壳20和30之内，以减少透镜固定器上的外力。本发明的这一特点的优势在于透镜在更换VLD模块15期间不动，避免了激光光束直径的变化。
参照图19至21，光学单元14包括有为构成一个光学单元的机盒而互相连接的外壳部分14a和盖罩14b。特别是，外壳部分14a和盖罩14b沿着直线83密封连接，使得灰尘或小质点不能通过那里进入。盖罩14b包括第一和第二开口11和12分别用第一和第二玻璃平板81和82密封和透明封盖。在这个实施例中，第一和第二扫描光束分别传播通过第一和第二玻璃平板81和82。
VLD模块15用螺丝16固牢到光学单元14的外壳部分14a的顶部(图19和20)。VLD模块15和光学单元14之间的减震器19(图20)防止灰尘通过其间可能的缝隙进入光学单元14并防止把扫描器的振动传送给VLD模块15。
参照图22，设置在外壳部分14a的后壁上的是用于放置VLD模块15的水平突出部91。紧靠水平突出部91，设置一个光阑92(图25和26)使光束穿过外壁通入光学单元14的外壳内部。设置一个光阑95(图23)使光束在汇聚凹透镜94的中心穿过，使得光阑92和95提供一条路径，激光光束通过这条路径从安装在光学单元14的外壳部分14a上的VLD模块15传播到多面镜93。
在这一特定实施例中，光阑92被固定在外壳部分14a内侧面的玻璃平板92a封盖住。特别是，玻璃平板92a设置得关于VLD模块15的光轴倾斜，以防止激光光束在玻璃平板处的全反射。在本发明的另一个实施例中，光阑92由于减震器17防止了灰尘进入而可以不用玻璃平板92a封盖。
参照图23，通过光阑92和95进入光学单元14的激光光束被旋转的多面镜93(在本实施例中包含有四个镜面)反射，使得光束扫描镜面96a至96h。来自多面镜93的扫描光束在扫描相应的镜面96a至96h时被分割成一组扫描光束段，以便在扫描器外面提供一组扫描线。由于这个原因，镜面96a至96h在本说明书中被叫作光束分割镜。特别是，根据这个实施例，分割镜96a至96h被调整得产生第一和第二组扫描线分别穿过第一和第二开口11和12至扫描器外面。另一组光束分割镜可以设置并固定到盖罩14b上。
扫描光束被条形码漫反射。每个反射光束的一部分沿着发射光束的同一光路返回。于是，返回光束被多面镜93反射向光阑95，通过用于汇聚返回光束的凹透镜提供给光学传感器98。光学传感器98生成一个相应于返回光束的电信号给信号处理器(未示出)。
如上所述，激光二极管直接取向多面镜93而不需要像在现有技术的一些扫描器中常常装在凹透镜周围的附加小镜面。于是，根据本发明，在激光源62和多面镜93之间设置附加镜面是不必要的。
如图24所示，光阑92倾斜形成在外壳部分14a上，以便激光光束沿着一条偏离垂直线倾斜的直线跑到多面镜93。多面镜93将光束垂直反射向分割镜96a至96h。
图25和26分别示出VLD模块15安装其上的外壳部分14a的顶视图和截面视图。光阑92基本上设在外壳部分14a的中心。
参照图27，外壳部分14a在其后壁的外表面上有一个凹进部分103。凹进部分103容放一个用于控制扫描器工作的控制电路板(未示出)。VLD模块15的电路板61通过一个扁平电缆101连接到控制电路板。
图28和29是外壳部14a的侧视图和顶视图。由于包含有安装控制电路板的凹进部分103的表面和安装VLD模块15的表面如图28和28所示那样基本上互相垂直，控制电路板和VLD模块不能直接相互连接。因此，控制电路板和VLD模块15通过一个扁平电缆101连接。连接器66设在外壳20和30外面使扁平电缆101连接到连接器更容易。
参照图29，扁平电缆101的一端连接到连接器66并且另一端102连接到控制电路板。
图30至32示出VLD模块15安装到外壳部分14a上的放大的细节。VLD模块15如图31用箭头B示出的那样发射激光光束。减震器17包括一个顺着箭头B的通路17a，通路17a允许激光光束穿过减震器进入光阑92。
正如在对现有技术的叙述中所提到的，根据现有技术，VLD模块设在光学单元14内。因而，VLD模块必须形成得尽可能小些。为此目的，VLD模块在外壳内仅包括一个激光二极管，而必要的电路例如电压变压器、驱动电路以及输出控制电路都设在VLD模块的外面。
图33和34分别示出根据本发明和现有技术的VLD模块的电路方框图。根据现有技术，电功率从电源110例如市电线路经过设置在一个与VLD模块122分开的电路板120上用于激光二极管的变压器电路、驱动器电路以及输出控制电路供应给激光二极管(VLD)，如图34所示。根据本发明，驱动电路和输出控制电路设在一个与变压器电路板112分开的辅助电路板114(它还相当于电路板61)上(图33)。将电路板61装在外壳20和30之内以提供一个VLD模块15。
如上所述，激光二极管具有一个特性，即所发射光束的功率与输入电流的关系互相不一致。根据现有技术，把驱动与控制电路和VLD模块分开来设置。因此，必须通过用可变电阻调节输入电流来调整激光二极管的输出，并且凡是更换VLD模块之处都必须进行调整。另一方面，根据本发明，VLD模块15将驱动和输出控制电路包括在VLD模块15中。这样对激光二极管62的输出的调节就可以在工厂进行，从而减少了维修的工作量和时间。
另外，对于那些熟悉这一技术的人员，不用说前面的叙述是所发明设备的一个优选实施例，可以作出各种变化和修改而不需要脱离本发明的精神和范围。
权利要求
1.一种扫描装置，包括光源模块，包含用于发射激光束的激光二极管；包括所述激光二极管、所述激光二极管的驱动电路和连接器的电路板，所述连接器用于将所述电路板连接到控制电路板，以从电源接收用来驱动所述激光二极管的供电，所述控制电路板用于控制所述扫描装置的操作；用于对所述激光二极管发射的激光束进行整形的装置；由电绝缘材料制成、用于包含所述用于对激光束进行整形的装置和所述电路板、但不包含所述电路板中安装所述连接器的部分的外壳；光学单元，包括用于接收来自光源模块的光束并将光束反射以提供扫描光束的装置，用于反射扫描光束以在外壳外面提供多条扫描线的装置，用于接收被商品反射的返回光束的装置，它们被密封起来，以及用于将用来接收和反射光束的装置、用来反射扫描光束的装置和用来接收返回光束的装置包封起来的外壳；以及所述光学单元的外壳包括用于在所述光学单元的外壳外面安装光源模块的装置和一个光阑，其中光束通过该光阑进入所述光学单元的外壳。
2.根据权利要求1的扫描装置，还包括弹性材料的减震器构件，设置在光学单元和光源模块之间以防止灰尘进入所述光学单元的外壳中。
3.根据权利要求2的扫描装置，其中设置一块玻璃平板以封盖所述光学单元的外壳中的光阑，其中来自光源模块的光束通过该光阑进入该外壳。
4.一种用于发射扫描光束的扫描器，包括用于发射光束的光源，包含用于发射激光束的激光二极管；包括所述激光二极管、所述激光二极管的驱动电路和连接器的电路板，所述连接器用于将所述电路板连接到控制电路板，以从电源接收用来驱动所述激光二极管的供电，所述控制电路板用于控制所述扫描器的操作；用于对所述激光二极管发射的光束进行整形的装置；由电绝缘材料制成、用于包含所述用于对激光束进行整形的装置和所述电路板、但不包含所述电路板中安装所述连接器的部分的外壳；光学单元，包括用于接收来自光源的光束并用于产生扫描光束的光学元件，和用于将光学元件包封起来的外壳，该外壳包括一个光阑，其中光束通过它进入该外壳；以及光源被安装在光学单元的外壳外面，以使光束通过光阑指向所述光学单元的外壳里面的光学元件。
5.根据权利要求4的扫描器，其中光学单元包括用于产生扫描光束的扫描镜，多个用于反射扫描光束并用于将扫描光束分割成第一和第二组扫描光束段的镜面，用于接收被条形码反射的返回光束以响应返回光束而产生电信号的光学接收元件，以及所述光学单元的外壳将该扫描镜、多个镜面以及光学接收元件包封起来，此外壳包含有第一和第二开口，其中第一和第二组扫描光束段通过所述第一和第二开口传播到此外壳外面，以在扫描器的外面提供第一和第二组扫描线；所述光源被固定到所述光学单元的外壳外面，以使光束通过设置在此外壳上的光阑指向扫描镜。
6.根据权利要求5的扫描器，其中扫描镜是多面镜。
7.根据权利要求4的扫描器，其中光学单元包括用于产生扫描光束的扫描镜，用于反射扫描光束并用于将扫描光束分割成一组扫描光束段的多个镜面，用于接收被条形码反射的返回光束以产生响应返回光束的电信号的光学接收元件，以及所述光学单元的外壳将扫描镜、多个镜面和光学接收元件包封起来，此外壳包括开口，该组扫描光束段通过所述开口传播到此外壳外面，以在扫描器外面提供一组扫描线；所述光源被固定到所述光学单元的外壳外面，以使光束通过设置在此外壳上的光阑指向扫描镜。
8.根据权利要求7的扫描器，其中扫描镜是多面镜。
全文摘要
一种光源模块具有一个激光二极管和一个电路板。电路板包括有激光二极管，用于激光二极管的驱动电路以及用于从电力电源接收驱动激光二极管的电源供应的连接器。一个透镜和一个光阑将激光二极管发射的激光光束整形。一个用电绝缘材料制作的外壳包含有透镜、光阑和电路板(安装连接器的电路板部分除外)。
文档编号H01S5/022GK1881233SQ20061010071
公开日2006年12月20日 申请日期1998年6月19日 优先权日1997年9月30日
发明者大川正德, 市川稔幸, 绵贯洋, 山崎行造 申请人:富士通株式会社