专利名称：扫描器的启动装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于检测万能制品码记号或任意其他记号的光扫描器，特别是一种扫描器的启动装置及启动方法。
现有的光扫描器，特别是狭缝扫描器，当在规定的时间内扫描不到记号时，例如30分钟，在不使用时间内，及时关掉马达及激光源;当需要再启动时，要靠操作人员利用机械按钮开关接通;另外一种扫描器是采用单独向光接收器发送光束的光源，当在光束传输的光路上出现要扫描的记号时，就再向激光源及扫描用马达供电。这种设置带来的问题是，难以保证光发射器与光接收器之间的相互匹配。其他多数狭缝扫描器是以连续方式工作的，也就是说，只要向扫描器供电，激光源及马达就连续被启动着。
本发明的目的在于促进扫描器特别是狭缝扫描器及台式工作站的技术进步。克服上述扫描器存在的不足之处，排除当再启动扫描器而设置的机械式开启和关闭开关;当扫描器被关闭后，每当被检测的记号通过扫描窗口时，扫描器能准确地被启动。
本发明的另一目的是在保持光强及电能损耗最低的情况下，完成对待测记号的全方位的扫描。
本发明的再一目的是在装置中随时将激光发射部件-如激光二极管在工作中产生的热量传导散发出去，以延长其使用寿命。
为了达到这些目的，本发明的主要技术措施是利用对周围光(暗影光)强的变化的检测来启动扫描器。
该扫描器的作用是读取各部分具有不同光反射率的记号，例如读取条形码，条形码具有以宽度可变的光亮间隔分隔开的交互暗亮条纹，扫描器包含机壳及位于机壳内产生入射激光束的发射器，发射器包含有半导体激光二极管的激光源，此激光源至少能产生人眼刚能看得见的激光。发射器还包括有机壳内装设的光学部件，此光学部件形成入射激光束，发射器工作时沿着光路向放置在距机壳一定工作距离范围内的记号发射入射激光束，激光束由记号反射回来，反射光束由记号返回到机壳方向;光学组件对激光束进行光学修正并按所定光斑尺寸使激光束在窗口附近基准平面上聚焦。
读取部件还包含有以全方位或直线扫描方式对记号扫描的扫描部件，理想的实施例是这个扫描部件包含有输出轴，在该输出轴上有电动机，它能使一个带镜面的多角形体绕着轴旋转，在此轴线周围配置有多个固定的反射镜;激光束入射到多角形体的一个侧面镜后，由其中一个反射镜反射，然后到达记号。被反射的激光至少被送到一个反射镜上，再由多角形体的一个侧面镜反射后，入射到接收器部件，例如此接收器是一个或一个以上的光电二极管，它们工作时能检测出整个视野反射的可见光光强及产生表示被检测出的可变光强的电信号，此信号一般是模拟信号。
扫描器还包含有将模拟信号处理成数字信号的A/D变换信号处理部件，还包含有将数字信号变成表达读取记号的解码信号的解码部件，控制微处理器确定了记号已正确译码时，终止读取信号。控制微处理器与存储各译码信号的数据存储装置同步动作。控制微处理器还在读不到记号且到达所规定时间时，关闭扫描器，从而延长激光二极管及扫描用电动机的寿命。如此，扫描器更详细的内容记载在与本发明相同受让人的美国专利中，这些美国专利是第4，251，798号、第4，369，361号、第4，387，297号、第4，409，470号、第4，816，660号、第4，896，026号。这些都引用为本文的参考资料。
狭缝扫描器在使用时，机壳装在大致平坦的柜台面上。机壳有一个与柜台面在同一平面的扫描窗口，发射激光及反射激光相互以相反方向通过此窗口。在扫描器工作期间，扫描不到记号时，并经过所规定的时间，例如经过30分钟后，在不使用期间，就关掉马达及激光源。当需要时再启动马达及激光源。
本发明的扫描启动装置包括以电光学手段读取记号的部件，记号的各部分具有不同的光反射率，利用此反射光的强弱变化识别记号;停止读取工作的部件，在规定时间内读取不到记号时，即停止读取工作;还有安装在扫描窗口处的周围光传感器，它用于检测窗口处的光强变化，按其检测结果再启动记号读取工作。该传感器具有向读取部件供电的部件。
该发明的方法的步骤是使含有不同光反射率部分的记号通过曝露在周围光线中的窗口，并以电光学方法读取这一记号;当读取不到记号，而且已达到所规定的时间时，则停止读取步骤;检测窗口处的周围光强，并对应此检测量再开始读取步骤。
读取部件包括通过扫描窗口向记号发射激光束的发射器，接收其反射光的接收器，该发射器，接收器以及上述的传感器均设置在扫描窗口的同一侧;根据具体使用情况，传感器也可设置在扫描窗口的另一侧。读取部件还包括对记号进行全方位扫描方式来扫描的扫描部件。为实现对记号的全方位扫描，扫描部件的组成包含有可绕轴线回转的装有镜面的多角形体，及多个装在轴线附近的反射镜。
根据本发明，周围光传感器部件例如暗影光电传感器设置在通过发射激光及反射激光的同一窗口处。暗影光电传感器用于检测窗口处的周围光强变化，当检测出变化时，再开始读取记号。光电传感器检测出周围光强，能向电气式激光源或电气式扫描用马达或向两者供电和切断其电源。
在实施例中，在暗影光电传感器上连接着一对峰值电压检测器。当窗口暴露在周围光稳定状态下时，各峰值电压检测器分别向各个电容器充上不同的电压，当窗口处周围光强比对象物检知状态阈值低时，以不同的电压不同的比率使各个电容器放电。这样当附带记号的对象物通过窗口上面时，它产生的影子或窗口处照明度降低就被暗影光电传感器检测出，再开始向激光源或扫描用马达或向两者供电，并再对呈现在窗口处对象物上的记号进行扫描。因为使用了单一窗口，要注意防止尘埃、液体及其他污染物污染这一窗口。
本发明的另一特征是对二极管激光源采取了散热措施，激光二极管对温度是敏感的。因此为了提高动作的可靠性，本发明是用金属或同样材料做的导热性好的壳体直接传导热量。壳体有一个装在扫描窗及柜台同一平面内的金属制顶板，此顶板暴露在周围环境中，便于向周围散热。
在理想的实施例中，在装有镜面的多角形体的轴线周围，等角度地只配置着3个反射镜。由此向被读取记号投射光线，光线被记号反射，此间光线由反射面反射两次。这样就可能将电能损耗限制在最低限度，且可能使用低价格的光学仪器。
另外从所谓“灵活独立”来看，暗影光电传感器装在工作站的底座中，而这一底座是装在柜台平面上，底座上面装有扫描头。前述的发射器及接收器装在扫描头内。周围光传感器装在附带记号的对象物通过的扫描窗口附近的底座内。理想的情况是扫描头作成手枪形的壳体。并采用适于二用的形式，可由底座上取下，也可当做手持扫描器用，或者装在底座上作为工作站，取、放都很方便。
用暗影光电传感器时，对象物在工作站上时，没有必要用单独的光发射器及光接收器进行检测。
本发明的效果本装置在规定的时间内读取不到记号时自动关闭和开启扫描器，从而可以延长扫描器用电动机的寿命，不用人工操作扫描器关闭和启动，该装置由于电源不是连续供电，光电器件的合理安排，所以电能损耗低，而且，电器元件使用寿命长。
结合附图对本发明的实施例说明如下
图1是本发明由周围光基底检测装置启动的狭缝扫描器的部分剖面示意图。
图2是本发明，由周围光基底检测装置启动的柜台工作站的部分剖面示意图。
图3是本发明，检测周围光强变化的暗影光电传感器及与其配合的电路图。
符号说明10狭缝扫描器12柜台14机壳16顶板18扫描窗20激光二极管22激光源调节器24散热器26聚光透镜28光阑30光路32孔34集光透镜36反射镜38多角形体40扫描用马达42马达电源48对象物50光电传感器52A/D变换器54解码器56控制微处理器58数据存储单元60暗影光电传感器62暗影检测器电路64底座66柜台68直立托架70座架72机体74手轮形扫描头76板机78对象物80扫描窗82放大器84第1峰值检测器86第2峰值检测器88比较器图1，表示用在普通超级市场会计柜台上的狭缝扫描器10，它被装在平坦型式的柜台12上。扫描器用于读取像食品等对象物上的记号，在此“记号”的意思是指对光线，例如激光，具有不同反射率的亮暗相间的条纹或一组标记。此记号可以是万能制品码(UPC)记号或是任意其他记号，例如Code39、Codabar、Interleaved2of5等。记号可以是任意罗马字母或是数字或是由两者组成的。“记号”用语的意思还指置于背景时其全体或至少一部分与背景有不同光反射率的记号。利用后一定义读取记号，对于机器人及物体识别领域特别有利。
图1中，扫描器包含有一个金属材料制成的箱形的机壳14，此机壳有一个大致平坦的柜台平面12和与它在同一平面的顶板16。透光的扫描窗18也与顶板16在同一平面内并装在机壳14上。
框台平面12的下方机壳14内安装有多个电气及光学部件。其中的一个是激光源，例如它是一个半导体激光二极管20，它用于发射波长约670nm到680nm的激光束，这是在人眼可视界限内。这种激光束发散性非常大，和光束传播方向成直角的诸平面上呈多种发散状。二极管可以发射连续波型或是脉冲波型信号，由激光源调节器22供给合适的低电压，例如直流5伏或直流12伏。散热器24与激光二极管及金属机壳14处在便于热传导状态，工作时将二极管发出的热传递给顶板16。顶板16因为暴露在周围环境中，热量由它散发出去。
在激光束经过的路程中，有聚焦透镜26和光阑28，它们用以对发散的激光束进行光学修正，使激光束在扫描窗18附近的基准平面上形成所需尺寸的光斑。窗口18是用于读取对象物上的记号，该对象物记号接触或稍微偏离窗口。透镜26和光阑28也使激光束通过集光透镜34形成的孔32沿着光路30传布。光阑28具有与该处的激光束的横截面大致相等的横截面，使激光束的主要部分沿着光路30依次经过聚焦透镜、光阑，使向记号传布途中能量损失最小。光阑的横截面的形状希望是矩形或椭圆形，在这种场合下，矩形或椭圆形的长轴要与激光束最大的发散角相一致，以便向记号传送更多的能量。
通过孔32的激光束入射到装在多角形体38周围的多个反射镜36中的一个上。扫描用电动机40带动多角形体38绕着轴线旋转。马达电源42与马达40相连接。多个(理想是3个)固定的反射镜45、44、46在多角形体的回转轴线周围等分角度配置。从多角形体镜中的一个镜面反射的激光束送到固定的反射镜中的一个镜面上，再通过扫描窗18送出。
激光束由对象物48上的记号在一个方向做为部分反射光反射回来，而在很多方向做为散射成分反射。在这些散射光中与发射激光反方向而通过扫描窗口18的部分为返回部分，由于对象物48上记号的各各部分有不同的光反射率，所以返回部分具有可变光强。反射光束的返回部分至少为一个反射镜和多角形体38的镜面36中的一个面所反射，为透镜34所聚光，送到接收器光电传感器50。光电传感器50沿着对记号的扫描方向，最好检测到超越它而延伸到整个视野传来的聚光激光的可变强度。光电传感器50产生表征检测到的可变光强的电模拟信号。用A/D变换器52将此模拟信号变换为数字视频信号。解码器54再将数字视频信号译成解码信号。美国专利第4，251，798号公开了这样的信号处理装置。控制微处理器56与数据存储部件58一起将解码信号用包括软件程序的算法处理成为表达记号的数据。控制微处理器56在记号译码后作出判断，并据此，停止读取信号。
当扫描器完全读取不到记号，且已达到所规定的时间时，例如经过30分钟，控制微处理器56，则关闭扫描器，这是以对激光二极管20或马达40或向两者中之一，断电来实现的。
解码信号可以局部地储存在存储器58中，也可以送到远距离的主计算机的大容量的数据库。
其他有关信息如另售价格信息也可以由存储器或主计算机获得。
根据本发明，周围光传感器或暗影光电传感器60设置在向记号发射的激光或由记号回来的激光通过的同一窗口18处。如图3详细表示光电传感器60，与暗影检测电路62相互电连接。此暗影检测电路62还与激光电源22和马达电源42相互电连接。扫描停止后，若再打算开启读取时，就向二极管20及马达40供电。
详细说明如下当对象物48通过窗口18时，周围光强降低，并在窗口投影，光电传感器60检测出窗口18处的这种光强变化，通过检测电路对激光源及马达供电，再开始读取工作。
下面参看图2该实施例的扫描器就是柜台平面工作站，该工作站包括柜台上安装的底座及在此底座一定高度上安装的扫描头，读取部件装在扫描头中，而传感器安装在底座中。如图所示，暗影光电传感器60及暗影检测器电路62装在底座64内，底座64装在柜台平面66上。直立托架68的顶头座架70做成滑套形状。例如，可以将美国专利第4，896，026号公开的手枪形扫描头74的机体72可以很方便地装入此架座和从架座取出。该美国专利在此作为参考资料。为了手持操作，也可以将扫描头74由座架70上拿出来。在这种场合下，每当要读取记号，要扣动板机76。也可以将扫描头74仍旧装在机体70中，构成一个被称为“灵活独立”的柜台工作站，使附带记号的对象物78通过扫描窗80上的工作站。用狭缝扫描器时，暗影响光电传感器60装在扫描窗口80的对面，将对象物放在窗口80上，使其横切通过扫描窗时，总能如前所述检测出产生的周围光强变化。
参看图3传感器包含有一对峰值电压检测器，当窗口被周围光稳定曝光时，每个峰值电压检测器对应一种电压分别向各各电容器充电，当窗口处周围光强比对象物检测状态阈值低时，则对应不同电压以不同比率使各电容器分别放电。
检测步骤是以一对峰值电压检测器实现的，当窗口被周围光稳定曝光时，每个峰值电压检测器对应不同的电压，分别向各个电容器充电，当窗口处周围光强比对象物检知状态阈值低时，则对应不同的电压以不同的比率分别使各个电容器放电。
如图所示，暗影光电传感器60，并联在放大器的输入端。放大后的信号送给第1峰值检测器84和与它串接的第2峰值检测器86。峰值检测器84和与它串接的第2峰值检测器86。峰值检测器84和86分别具有二极管D1、D2、电阻R1、R2及电容器C1、C2。第1峰值检测器84的作用是向电容器C1充电，其充电电压V1与入射到暗影光电传感器60的周围光强成比例。第2峰值检测器86的作用是向电容器C2充电，其充电电压V2也与入射到暗影光电传感器60的周围光强成比例。因为峰值检测器84与86是串接的，所以第2峰值检测器只能以比电压V1还低的电压V2向电容器C2充电。此电压差以半导体D1前后降低的电压降来测量，通常是0.6V。
第1峰值检测器84的输出接到电阻网络R3、R4，依次接到比较器88的正输入端。第2峰值检测器86的输出直接接到比较器88的负输入端。比较器的输出经过电阻R5接到转换晶体管T1，此晶体管的集电极经过电阻R6接到5V电源上。晶体管T1的集电极接在晶体管T2的基极上。第2晶体管T2的集电极作为输出端。
如上所述，光以稳态入射到暗影光电传感器60时，V1通常比V2大。比较器88检测出比电压差，输给转换晶体管T1、T2输出信号。晶体管T2的输出接到激光电源22或马达电源42的电源控制器上，当丝毫读不到记号，而且过了所规定的时间时，则关闭激光二极管20或马达40或同时关闭两者。当对象物通过扫描窗18或80上面时，则照明度减小，并为暗影光电传感器60检测到，从而使电容器C1、C2放电。峰值检测器84、86的RC网络时间常数的选择要使电容器C1比电容器C2放电快。因此，经短时间后，V1比V2变小，此电压差再次为比较器88所检测到，它依次发出改变晶体管T1、T2的转换状态的输出信号。这样，晶体管T2的输出使得再次向激光二极管20或马达40或向其双方供电，从而再开始读取扫描窗处对象物的记号。
上述每个构成单元可组合构成与上述不同的其他类型。
本发明说明了在扫描器中组装进了周围光基底的检测结构。但本发明并不打算限于此，在不脱离本发明的精神下，可以进行种种修正和改进。
不再做更多的分析，以上的说明充分概括了本发明的优点，它是应用了现代知识，参考了已有技术得到的。只要在构成方面包括本发明全局或局部的技术特征，就可找到多种用途。因此，这些应用也理应落在本专利申请的权利范围内或其等价范围内。
权利要求
1.一种扫描器的启动装置，其特征在于，该装置包括下列几部分(a)以电光学手段读取记号的部件，该记号的各部分具有不同的光反射率，光束是通过暴露在周围光线中的窗口入射的；(b)在规定的时间内，读不到记号时，停止读取工作的部件；(c)安装在扫描窗口处的周围光传感器，它用于扫描窗口周围的光强变化，按其检测结果再启动记号读取工作。
2.根据权利要求1所记载的装置，其特征在于，所说的读取部件包括通过扫描窗口向记号发射激光束的发射器，接收其反射光的接收器，该发射器，接收器及所述传感器，都设置在扫描窗口的同一侧。
3.根据权利要求2所记载的装置，其特征在于扫描器是被设置在大致平坦的柜台面上的狭缝扫描器，窗口与柜台面在同一平面内。
4.根据权利要求2所记载的装置，其特征在于，发射器包含有激光二极管、激光束的光学修正及按所定光斑尺寸使激光束在窗口附近基准平面上聚焦的光学组件。
5.根据权利要求1或2所记载的装置，其特征在于，读取部件包括对记号进行全方位扫描方式来扫描的扫描部件。
6.根据权利要求5所记载的装置，其特征在于，扫描部件包含有可绕轴线回转的装有镜面的多角形体，及多个装在轴线附近的反射镜。
7.根据权利要求4所记载的装置，其特征在于，所说的激光二极管，被安装在导热材料作的机壳内，以散去所发生的热量，机壳有一个与柜台平面在同一平面的壁面，并能向周围散热。
8.根据权利要求1所记载的装置，其特征在于，进行上述检测时，传感器有向读取部件供电的部件。
9.根据权利要求5所记载的装置，其特征在于，包含有电气式激光源，电气式的扫描部件，进行所述检测时，至少向激光源和扫描部件中的一个供电。
10.根据权利要求1的记载的装置，其特征在于，包含有向记号发射激光束的发射器及收集记号反射光的接收器，发射器和接收器设置在窗口一侧，而传感器设置在窗口的另一侧。
11.根据权利要求10记载的装置，其特征在于，所说的扫描器就是柜台平面工作站，该工作站包括柜台上安装的底座及在此底座一定高度上安装的扫描头，读取部件装在扫描头中，而传感器安装在底座中。
12.根据权利要求11的记载的装置，其特征在于，所说的扫描器呈手枪形，装在底座上，便于取下。
13.根据权利要求1的记载的装置，其特征在于，所说的传感器包含有一对峰值电压检测器，当窗口被周围光稳定曝光时，每个峰值电压检测器对应种种电压分别向各各电容器充电，当窗口处周围光强比对象物检知状态阈值低时，则对应不同电压以不同比率使各电容器分别放电。
14.根据权利要求1的记载的装置，其特征在于，使记号按予定方向横切通过窗口。
15.一种扫描器的启动方法，其特征在于，该方法包括下列步骤(a)使含有不同光反射率部分的记号通过曝露在周围光线中的窗口，并以电光学方法读取这一记号;(b)当读取不到记号，而且已达到所规定的时间时，则停止读取步骤;(c)扫描窗口处的周围光强，并对应此检测量再开始读取步骤。
16.根据权利要求15的记载的方法，其特征在于，所说的读取步骤包含有通过窗口向记号发送激光束，并使它由记号反射回来，再通过窗口收集此反射回来的光信号。
17.根据权利要求15的记载的方法，其特征在于，扫描器为装在大致平坦的柜台上的狭缝扫描器，并且在与柜台面同一平面上安装窗口。
18.根据权利要求15记载的方法，其特征在于，所说的读取步骤是以激光二极管、光学修正激光束及按所定光斑尺寸在窗口附近的基准平面上聚焦的光学组件来实现的。
19.根据权利要求15记载的方法，其特征在于，所说的读取步骤是以对记号全方位扫描方式扫描光斑。
20.根据权利要求15记载的方法，其特征在于，所说的扫描步骤是以绕轴线旋转装有镜面的多角形体，及在轴线附近以轴对称方位装置多个反射镜来实现的。
21.根据权利要求15记载的方法，其特征在于，由于激光二极管工作时会发热，将二极管装在传热材料机壳内，以散去二极管的热量。
22.根据权利要求15记载的方法，其特征在于，所说的读取步骤是以电气工作式构成单元实现的，也包括检测步骤中要向上述构成单元供电。
23.根据权利要求15记载的方法，其特征在于，所说的读取步骤是以电气式激光源及电气式扫描单元来实现的，在检测时，至少向这些构成单元之一供电。
24.根据权利要求16记载的方法，其特征在于，扫描器就是柜台平面工作站，该工作站包括安装在柜台平面上的底座及在此底座一定高度上安装的扫描头，读取步骤是由扫描头内安装的构成单元实现的，而检测步骤是由扫描头内安装的构成单元实现的。
25.根据权利要求24的记载的方法，其特征在于，扫描头装在机座上，并可以方便地取下。
26.根据权利要求15所记载的方法，其特征在于，所说的检测步骤是以一对峰值电压检测器实现的，当窗口被周围光稳定曝光时，每个峰值电压检测器对应不同的电压，分别向各个电容器充电，当窗口处周围光强比对象物检知状态阈值低时，则对应不同的电压以不同的比率分别使各个电容器放电。
27.根据权利要求15的记载的方法，其特征在于，所说的读取步骤包含按所定方向使记号横切通过窗口。
全文摘要
本发明涉及用于检测通用产品标记或者任意其他记号的光电扫描器，特别是一种扫描器的启动装置及启动方法。为促使扫描器，特别是狭缝扫描器及台式工作站的技术进步，本发明提供了当扫描器丝毫读取不到记号而且已达到所规定时间时，自动停止扫描器及其后启动扫描器的装置和方法。主要是在扫描窗处设置暗影光电传感器，它的作用主要是在于检测出扫描窗处的周围光强变化，并按此检出的变化再启动扫描器，使该装置能自动停止与自动启动记号读取工作。
文档编号G06K7/01GK1073280SQ9111154
公开日1993年6月16日 申请日期1991年12月14日 优先权日1991年12月14日
发明者爱德华·巴坎, 霍华德·M·谢泼德 申请人:欧林巴斯光学工业股份有限公司