本发明涉及用光读出例如条形码等信息的光学扫描器。更确切地说，本发明涉及小的轻便型扫描器结构，该结构不需移动的反射镜即可使光束对信息进行扫描。 光读出器，例如条形码读出器现在已相当普及。通常，条形码包括一系列编码符号，而且每个符号都由一系列亮区和暗区构成，这些区域一般为矩形形式。暗区的宽度、条的宽度、和/或条之间的光间隔的宽度表示编码信息。条形码读出器照射条码并检测从条码反射的光以探测条码符号的宽度和间隔并得出编码数据。
条形码读出型数据输入系统改善了用于各种用途的数据输入的效率和准确性。由于在这种系统中容易进行数据输入所以方便了更频繁和更详细的数据输入，例如，提供有效的库存、工作过程的跟踪等。然而，为了获得这些优点，必须使应用者或雇员乐于始终如一地使用条形码读出器。因此，读出器必须容易和便于操作。
已知的有各种扫描装置。一种特别优越的读出器类型是利用移过符号的光束，例如激光束进行扫描的光学扫描器。
由美国专利号4，251，798;4，360，798;4，369，361;4，387，297;4，593，186;4，496，831;4，409，470;4，460，120;4，607，156;4，673，803;4，736，095;4，758，717;4，816，660;4，808，804;4，816，661;4，760，248;4，871，904;4，806，742;和4，845，350，以及美国申请顺序号07/148，669和07/147，708（所有这些专利和专利申请都属于本发明的受让人并在此引用为参考文件）例举的激光扫描器系统和元件类型通常都设计成在离开手持式固定扫描器一定的工作距离或读出距离上读出具有不同光反射率部分的标记，例如，具体地说是通用产品码（UPC）型的条形码符号。
在一种典型的光学扫描系统中，光源例如激光源产生光束，该光束通过光学变换在工作距离上形成一定尺寸的射束点并通过光学元件沿光路射向位于工作距离附近用于进行符号反射地条形码符号。一个其视场延伸跨越并稍稍超过符号的光探测器探测从符号上反射的各种强度的光并产生代表探测光的电信号。将扫描元件设置在光路上。扫描元件可以是使射束点移过符号进行扫描形成横移并通过符号的扫描线，或者对光探测器的视场扫描，或者两种扫描都进行。
与扫描器相连或包含在扫描器中的数字化转换器对模拟信号进行处理使之成为脉冲信号，脉冲之间的宽度和间隔对应于条码的条宽和间隔宽度。数字化转换器起边缘探测器或被整形器电路的作用，而且由数字化转换器设定的阈值确定了代表条形码边缘的模拟信号点。将来自数字化转换器的脉冲信号送至译码器。译码器首先确定来自数字化转换器的信号的脉冲宽度和间隔。然后，译码器对该宽度和间隔进行分析以找出合法的条形码信息并对其进行译码。这包括分析识别例如由合适的代码标准确定的字符和顺序。这也可以包括对被扫描信号所依据的特殊标准的初始识别。这种标准的识别通常称作自动鉴别。
在条形码读出器的特殊应用场合，常常需要将光学扫描器设计成手持装置的形式，典型的是手枪形。使用者将扫描器对准目标并操纵扳机启动对条形码进行扫描。在这种手持装置中，光源，例如可见光激光二极管（下文称之为VLD）发射光束。为了使光束在横扫象点时进行扫描，光束从反射镜上反射并且反射镜以摆动方式运动。反射镜的摆动导致反射光束在要求的图形上来回扫描。例如，在美国第4，251，789号专利中公开了一种转动边形，该多边形的每个侧上都有一个平面反射镜，每个反射镜形成一条通过符号的扫描线。美国第4，387，297号和4，409，407号专利使用了一种平面反射镜，该反射镜相对于装有该反射镜的驱动轴在二个交替的圆周方向上受到重复地和往复地驱动。美国第4，816，660号专利公开了一种多反射镜结构，该结构通常由凹镜和平面镜构成。该多反射镜结构相对于装有多反射镜结构的驱动轴在二个交替的圆周方向上受到重复地和往复地驱动。
在上面讨论的光学扫描器类型中，反射镜和使反射镜摆动的装置增加了手持扫描器的尺寸和重量。在进行长时间使用的应用中，较大重量的手持装置会使人产生疲劳。当因使用扫描器而产生疲劳或感到有些不方便时，使用者就会不愿使用扫描器，这样就会导致条形码系统用于进行数据收集的目的丧失。
上面所讨论的扫描器类型的另一个问题涉及扫描场和在光束撞击信息点处的射束点尺寸。在进行扫描例如读出条形码时，光束在扫描表面上基本上以匀速通过被扫描信息全长时保持射束点尺寸是很重要的。激光器发射称之为激光束的狭窄的辐射。光束截面随激光束的传播，特别是在其通过透镜聚焦之后产生变化。将最小的光束直径称为“光束腰”。在已有技术中，扫描元件，例如可移动的反射镜通常是定位在物镜之后的，以便使聚焦的光束进行扫描。这种扫描称为“后物镜扫描”。在这种扫描器中需要使物镜稍稍大于光束，而且扫描反射镜可以稍小于光束直径。然而，反射镜的转动会引起光束聚焦点的弯曲或弧形扫描。这种弯曲扫描意味着光束的聚焦点实际上移入和移出了被扫描的信息平面，并使撞击信息平面的光束部分发生变化。结果是，射束点尺寸实际上沿信息表面上的扫描线逐点发生变化。这种射束点尺寸的变化会引起由光探测器检测的光反射强度产生变化，这样可能会影响对因为扫描信息的变化而变化的反射的精确检测。
在由美国第4，578，571号专利例举的非激光型扫描系统中，将非激光发射二极管、光学组件、光探测器和电子前置放大/滤波电路全部柔性安装在一个普通支架上，该支架与一个悬臂双压电晶片相连，该双压电晶片受到往复地驱动以便连带地使所有上述元件在被扫描的条形码符号上方来回运动。所有的这些普通安装的非激光系统元件形成的大体积和大质量需要消耗驱动器大量的能量。这在某些情况下不是完全实用的，例如在能量消耗保持最小的电池作动力的操作中。此外，由于光学准直的问题，迄今为止并不认为仅仅相对于其它元件移动一个或多个非反射系统元件以节约能量是理想的。
可以将用于光扫描系统的元件包括光源、光学部件、光探测器、扫描元件和电导体一起安装到一个共同的装置中使之构成一个小型的、轻便的扫描部分。将这种扫描部件以可更换的组合方式安装到不同外形的壳体内。例如，该壳体可以是手持的并具有所谓闪光灯型外形的柱形体、或是盒形、或具有枪的外形。该壳体通常可以借助于带子、皮带扣或手套安装在操作者手臂的背面上（参见例如美国第4，766，299号专利）或安装在操作者手上的一个或多个手指上。可以将该壳体安装在柜台顶部的工作位置上。还可以将该壳体安装到移动车或运货车中，或者，在某些情况下甚至可以将其装在固定的设备中。
在1988年5月11日申请的顺序号为07/193，265的已转让申请中公开了一种普通的无反射镜光学扫描器，而在1991年3月13日申请的顺序号为07/699，417的申请中公开了一种将这种扫描器与便于使扫描器在各种不同壳体外形中使用的组合式扫描器元件系统相结合的形式。
然而，仍然存在进一步减小扫描器装置的尺寸和重量以及提供特别方便的扫描器系统的需要。运动部件的重量要尽可能的轻以便减少进行扫描运动和在高扫描速度下用于操作所需的能量。
本发明的目的是提供一种扫描器，该扫描器特别在由操作者手持时是更小的和更轻便的，而且，它很容易用来扫描编码数据。
本发明的进一步目的是生产一种较低成本的经久耐用的扫描系统。
为了减小重量和实现较大程度的小型化，本发明的一个特别目的是从光学扫描器中去除反射镜。
本发明的另一个目的是减小实际上进行运动以便于光束进行扫描的元件的质量。这一质量的减小减少了进行运动时所需要的能量并大大有利于扫描器在高扫描频率下的运行。
本发明的进一步目的是设计一种光学部件和扫描系统，使之自动补偿由于扫描元件运动而产生的弯曲场导致的光学编码信息表面上光束撞击点处射束点尺寸的变化。
一方面，本发明是一个无反射镜的光学扫描器，该扫描器包括一个光发射器和一个用于将从发射器照到被扫描信息表面上的光聚焦的物镜。一个柔性件可移动地将物镜支撑在光发射器前面。柔性件允许物镜相对于来自光发射器的光作横向移动。该扫描器还包括在光发射器发射光并使光对表面进行扫描期间使物镜作横向往复运动的装置。
使用柔性件支撑物镜进行扫描的物体扫描方式提供了一种小型轻便的扫描器。而且运动部件的质量小到便于在低能量下操作和以高扫描速度操作。物镜可以是玻璃或塑料聚光镜;然而，为了进一步减小尺寸和质量，本发明使用了菲涅耳透镜。
可以用一些不同的结构作为支撑透镜的柔性件。例如，可以用一对盘旋状的隔膜簧或是所谓的蛛网形簧来支撑透镜。在目前的最佳形式中，柔性件包括一对由聚脂薄膜制成的柔性支板。将透镜支撑在支板的可运动一端并于平的聚脂支板边缘之间。将两支板的相对端固定到比较固定的结构上，例如，底座的一个点上。用于安装透镜的柔性装置的聚脂薄膜支板提供了比较便宜和耐用型的柔性结构。
本发明还包括用于提供所需小孔光阑的装置。在一个实施例中，在部分透镜支撑构件上形成孔。结果，孔随透镜作往复运动。另一个实施例包括一个固定的定位孔。可以将固定的有孔板安装在透镜的前面，或可以将固定的有孔板安装在激光二极管的前面和物镜的后面之间。
用于横向往复运动透镜的装置可以采用多种不同的方式，但最好包括一个永久磁铁和保持在靠近永久磁铁的固定位置上的线圈。当将交流电信号供给电磁铁时，电磁铁产生磁场，该磁场作用在永久磁铁上使永久磁铁和与永久磁铁相连的透镜产生摆动。该磁性摆动系统可以相当小和轻便，而且还能响应低功率驱动信号在高频下工作。
第二方面，本发明由改进的用于光发射和使光经过被扫描表面进行扫描的光学扫描系统构成。该改进包括至少一个用于安装扫描系统的光学元件，以使其能进行往复运动的柔性支板。该方面的发明还包括横向运动光学元件以使光横扫被扫描表面进行扫描的装置。安装成往复运动形式的光学元件可以是物镜或是光发射器。
本发明的另一个实施例提供了两维扫描。在两维扫描器中，将基础的一维扫描器本身作为可运动组件安装在第二柔性支撑构件上，例如另一个柔性聚脂薄膜支板上。将第二个永久磁铁安装到可运动组件上并且使第二电磁体响应第二交流电流信号以便使组件在第二个方向上往复运动。
在一个最佳实施例中，本发明包括一个线圈和线圈架，线圈架上具有一个同心安装在线圈架中的柔性件。该柔性件支撑激光二极管。将永久磁铁安装到激光二极管上。永久磁铁可以采用环绕可见光激光二极管式发光器的环形磁铁形式。供给线圈的交流电流在永久磁铁上产生转矩。结果是，柔性安装的光发射器在它的柔性安装结构中产生摆动。
本发明使用了多种用于安装光发射器和柔性安装装置的结构。例如，在一个使用激光二极管发光器、和柔性安装物镜的聚脂支板的实施例中，两个板用螺栓固定在一起以便将二极管和聚脂支板固定端夹紧。
另一方面，本发明提供了一种光学编码信息的物镜扫描方法，该方法利用自动补偿来减小当光束移过编码信息进行扫描时光束射点尺寸的变化。该方法从产生激光束和通过物镜将光束聚焦到光束腰上开始。物镜相对于光束作横向往复运动以便聚焦光束的光束腰通过弧形扫描场进行扫描。光学编码信息位于离开物镜的一定距离上。该距离是这样的，即，在通过弧形扫描场进行扫描期间，聚焦光束的光束腰通过光学编码信息端部的光学编码信息平面。聚焦光束的光束腰落在弧形扫描物中心处的光学编码信息的后面。
在该方法的最佳实施例中，通过使光束穿过物镜将激光束聚焦到光束腰上并且使光束聚焦到位于离开物镜一定距离的焦点上。当进行往复运动时，物镜沿穿过光路的弧形线来回运动。光学编码信息是这样设置的。当透镜偏转使光束射在光学编码信息的任何一端时，光束腰在光学编码信息的端部与光学编码信息平面相交。这样，在扫描场的那些点上，透镜和信息表面之间的光束长度等于光学系统的象距。
在不同的方面，本发明提供了一种扁平线柔性电缆以连接可运动安装的光发射器。光发射器可以按上面讨论的方式安装成一种往复运动型的。此外，可运动的光发射器可以是安装在马达输出轴上的激光二极管或类似物。
另一方面，将本发明的扫描组件与扫描装置相结合。扫描装置包括上面讨论的产生运动光束的组件之一，运动光束用于对形成有不同反射率的编码标记表面进行光学扫描。该扫描装置还包括光探测器，该探测器用于检测从扫描表面反射的光并产生相应的电信号。
也就是说本发明提出这样一种无反射镜光学扫描装置，该装置包括：
用于从前部发射光的光发射器;
用于将来自光发射器的光聚焦到被扫描表面上的物镜;
用于将物镜可移动地安装在光发射器前面的柔性件，所述柔性件使物镜相对于来自光发射器的光作横向运动;和
用于在光发射器发射光期间使物镜来回横向运动以便使光对被扫描表面进行扫描的装置。
其中，柔性件可包括至少一个扁平柔性支板，该支板的一端固定到一个固定点上，而在至少一个扁平柔性支板的可运动端部将物镜与该至少一个柔性支板的边缘相连。其中，至少一个柔性支板可由聚脂扁平支板构成。
其中，至少一个柔性板可包括两个与物镜两相对侧相连的柔性支板。
其中，光发射器是可装在两柔性支板之间的可见光激光二极管。
其中，物镜可包括一个聚光透镜。
其中，物镜可包括一个菲涅耳透镜。
其中，横向运动物镜的装置可包括：
一个与通过所述柔性件可运动安装的物镜相连接的永久磁铁;和
一个靠近永久磁铁保持在固定位置上的电磁铁，这样，当有交流电流信号施加到电磁铁上时，该电磁铁就产生作用在永久磁铁上以使物镜摆动的磁场。
其中，所述的无反射镜光学扫描装置，可进一步包括：
用于安装柔性件和物镜使它们可作往复运动的偏移装置，其中，由柔性件提供的横向运动处于第一方面，而由偏移装置提供的往复运动处于与第一方向不同的第二方面;和
用于在第二方向上使物镜往复运动的装置以便使光在二维方向上扫描表面。
其中，在第二方向上往复运动物镜的装置可包括：
一个与偏移装置固定相连的永久磁铁;和
一个电磁铁，该电磁铁保持在靠近永久磁铁的位置上，以便当交流电流信号施加到电磁铁上时，电磁铁产生作用在永久磁铁上以使偏转装置和物镜在第二方向上往复运动的磁场。
其中，将光发射器可固定连接到偏转装置上以便使光发射器在第二方向上往复运动。
其中，柔性装置和偏转装置各可包括至少一个柔性支板。
其中，柔性装置和偏转装置的至少一个柔性支板是可由聚脂扁平支板构成。
其中，该装置可进一步包括用于确定小孔光阑的装置，该装置限制了从发射器射出且撞击到被扫描表面的光量。
其中，用于确定小孔光阑的装置可包括设在运动地安装物镜的柔性件上的孔以便使孔伴随物镜一起往复运动。
其中，孔可设在处于物镜前面的位置上用于运动地安装物镜的柔性件上。
其中，用于确定小孔光阑的装置可包括相对于光发射器装在固定位置上的孔。
其中，孔的固定位置可位于物镜前面。
其中，孔的固定位置可位于光发射器前面和物镜之间。
本发明还在改进的用于发射光和使光移过被扫描表面进行扫描的光学扫描系统中，包括有：
用于安装扫描系统的至少一个光学元件以便使至少一个光学元件作往复运动的至少一个柔性支板;和
往复运动至少一个光学元件并使光扫过被扫描表面的装置。
其中，至少一个光学元件可以是一个透镜。
其中，透镜可以是聚光透镜或菲涅耳透镜。
其中，至少一个光学元件可以是一个光发射器。
其中，光发射器可以是可见光激光二极管。
其中，其可进一步包括具有光轴的物镜，其中：
至少一个柔性支板将光发射器支撑在沿物镜光轴的一个位置上以便使物镜将来自光发射器的光聚焦;和横向运动至少一个光学元件的装置包括：
（i）一个与光发射器或者至少一个柔性支板相连接的永久磁铁;和
（ii）一个以物镜光轴为中心的电磁铁，将电磁铁保持在靠近永久磁铁的固定位置上，以便当向电磁铁施加交流电流信号时，使电磁铁产生作用于永久磁铁上以便使至少一个柔性支板上的光发射器产生摆动的磁场。
其中，横向运动至少一个光学元件的装置可包括：
一个与至少一个光学元件或至少一个柔性支板相连的永久磁铁;和
一个电磁铁，它保持在靠近永久磁铁的固定位置上以便当向电磁铁施加交流电流信号时，使电磁铁产生作用于永久磁铁上并使至少一个柔性支板上的至少一个光学元件上产生摆动的磁场。
其中，至少一个柔性支板可包括一个聚脂平支板。
其中，其进一步的改进可包括：
至少一个第二柔性支板，其用于安装至少一个柔性与板和至少一个光学元件以便使至少一个支板和至少一个光学元件作往复运动，其中，由至少一个柔性支板提供的往复运动处于第一方向上，而由至少一个第二柔性支板提供的往复运动处于与第一方向不同的第二方向上;
在第二方向上横向运动至少一个第二光学元件以便使光在二维方向上扫过表面的装置。
其中，在第二方向上横向运动至少一个光学元件的装置可包括：
一个固定连接到至少一个第二柔性支板上的永久磁铁;和
一个电磁铁，其保持在靠近永久磁铁的固定位置上以便当向电磁铁施加交流电流信号时使电磁铁产生磁场作用于永久磁铁上，以使至少一个光学元件在至少一个第二柔性支板的第二方向由作往复运动。
其中，至少一个光学元件可包括一个透镜。
其中，该系统可包括一个光发射器，而且该光发射器固定地连接到至少一个第二柔性支板上，以便使光发射器在第二方向上往复运动。
其中，至少一个柔性支板和至少一个第二柔性支板可各由聚脂扁平支板构成。
本发明还提出一种在扫描编码信息时能自动补偿光束射点尺寸使之变化最小的光学编码信息的物镜扫描方法，该方法包括以下步骤：
产生准直光束;
通过物镜将准直光束聚焦到光束腰上;
使物镜相对于准直光束横向往复运动以便使聚焦光束的光束腰扫过弯曲的扫描场;
使光学编码信息离开物镜一段距离安置，以便在沿所述弯曲扫描场进行扫描期间，使聚焦光束的光束腰在光学编码信息的端部通过光学编码信息的表面，而在弯曲扫描场的中部聚焦光束的光束腰位于光学编码信息后面。
其中，使物镜往复运动的步骤可包括使物镜沿一条弧线来回穿过准直光束的光路。
其中，使准直光束聚焦到光束腰上的步骤可包括使准直光束穿过物镜并将准直光束聚焦到离物镜一定距离的焦点上，该距离为所述物镜的聚焦长度。
其中，使光学编码信息定位的步骤可包括确定光学编码信息的位置，以便在聚焦点通过光学编码信息端部的光学编码信息平面时，在物镜所偏转的角度上使透镜和被扫描表面之间的光束长度等于物镜的聚焦长度。
本发明还提出一种无反射镜光学扫描器，其包括：
一个光发射器;
一个用于将从发射器发出的光聚焦到被扫描表面上的物镜;
至少一个在沿物镜光轴的一个位置上支撑光发射器的柔性件，所述柔性件使光发射器可相对于物镜光轴作往复运动;和
在光发射器发射光期间使支撑在柔性件上的光发射器往复运动以便使由物镜聚焦的光扫过部分被扫描表面的装置。
其中，使光发射器往复运动的装置可包括：
（i）一个与光发射器或靠近光发射器某个点的柔性件相连的永久磁铁;和
（ii）一个以物镜光轴为中心的电磁铁，它保持在靠近永久磁铁的固定位置上，以便当向电磁铁施加交流电流信号时，使电磁铁产生作用于永久磁铁上以使支撑在柔性件上的光发射器往复运动的磁场。
本发明还提出一种无反射镜光学扫描装置，该装置包括：
一个用于从其前部发射光的光发射器;
一个用于将从发射器发出的光聚焦为到被扫描表面上的物镜;
至少一个柔性支板，至少一个柔性支板的第一端与物镜相连，以便使至少一个柔性支板将物镜可运动地支撑在发射器的前面，并使物镜相对于来自光发射器的光作横向运动;
用于将至少一个柔性支板的第二端固定到相对于光发射器固定的位置上的装置;和
在光发射器发射光期间使物镜横向往复运动，以便使由物镜聚焦的光扫过部分表面的装置。
其中，用于固定的装置可包括一对板，两板之间夹有至少一个柔性支板的第二端，和向一对板施加的压力的装置。
其中，可将光发射器置于两板之间并使其保持不动。
本发明又提出一种无反射镜光学扫描装置，该装置包括：
一个光发射器;
用于提供电流以驱动光发射器的电路，所述电路安装在固定点上;
用于使光发射器产生摆动运动以便使从发射器发出的光束来回扫过形成有不同光反射率标记的表面的装置;
一个包含有多条连接在电路和光发射器之间的电线的扁平柔性电缆、所述的多条线将电流送至光发射器。
其中，用于使光发射器产生摆动运动的装置可包括：
一个转动轴，光发射器安装在该转动轴上;
一个与转轴相连的水平臂;和
以预定扫描频率来回运动水平臂以使光发射器产生摆动运动从而使来自发射器的光束以预定的扫描频率在象上来回扫描的装置。
其中，用于使光发射器产生摆动运动的装置可包括带有转动轴的电机，转动轴在扫描操作期间以一定弧度来回转动，其中光发射器装在转轴上。
本发明还提出一种用于读出具有不同光反射率的光学编码标记的装置，该装置包括：
一个光发射和扫描组件，其用于产生激光束和使所述激光束扫过形成带有不同光反射率的光学编码标记的表面;
用于接收从光学编码标记上反射回来的光并产生对应于不同光反射率的电信号的装置;
其中光发射和扫描组件包括：
一个用于从前部发射光的光发射器;
一个用于将从发射器发出的光聚焦到被扫描表面上的物镜;
用于将物镜可运动地安装在光发射器前面的柔性件，所述的柔性件使物镜相对于来自光发射器的光作横向运动;和
在光发射器发射光期间使物镜作横向往复运动以便使光对被扫描表面进行扫描的装置。
其中，柔性件可包括至少一个扁平柔性支板，其一端固定在固定点上，而在至少一个扁平柔性支板的可运动端上将透镜安装到至少一个柔性支板的边缘上。
其中，至少一个柔性支板可由聚脂扁平支板构成。
其中，至少一个柔性支板可包括两个与物镜两端相连的柔性支板。
其中，物镜可以是聚光透镜或菲涅耳透镜。
其中，其可进一步包括用于确定小孔光阑的装置，该装置限制从发射器发出的撞击到被扫描表面上的光之光通量。
其中，用于确定小孔光阑的装置可包括固定在可运动安装物镜的柔性件上的孔，以便使孔和物镜一起往复运动。
其中，可在物镜前面的位置上将孔固定到可运动安装物镜的柔性件上。
其中，用于确定小孔光阑的装置可包括相对于光发射器安装在固定位置上的孔。
其中，孔的固定位置可位于物镜之前。
其中，孔的固定位置可位于光发射器前面和物镜之间。
其中，其可进一步包括：
用于安装柔性件和物镜以便使它们能够往复运动的偏转装置，其中由柔性件提供的横向运动处于第一方向，而由偏转装置提供的往复运动处于与第一方向不同的第二方向上;和
使物镜在第二方向上往复运动以便使光在二维方向上扫过表面的装置。
本发明再提出一种用于读出具有不同光反射率的光学编码标记的装置，该装置包括：
一个光发射和扫描组件，其用于产生激光束和使所述激光束在形成有不同光反射率的光学编码标记表面上扫描;
用于接收从光学编码标记上返回的光并产生相应于不同光反射率的电信号的装置;
其中，光发射和扫描组件包括：
一个光发射器;
一个用于将从发射器发出的光聚焦到被扫描表面上的物镜;
在沿物镜光轴的位置上支撑光发射器的至少一个柔性件，所述的柔性件使光发射器相对于物镜光轴进行往复运动;和
在光发射器发射光期间，使支撑在柔性件上的光发射器往复运动以便使由物镜聚焦的光扫过部分被扫描表面的装置。
其中，使光发射器往复运动的装置可包括：
（i）一个与光发射器相连或在靠近光发射器的点上与柔性件相连的永久磁铁;和
（ii）一个以物镜光轴为中心的电磁铁，所述电磁铁保持在靠近永久磁铁的固定位置上，以便当交流电流施加到电磁铁上时在电磁铁上产生作用于永久磁铁以便使支撑在柔性件上的光发射器往复运动的磁场。
本发明又提出一种用于读出具有不同光反射率的光学编码标记的装置，该装置包括：
一个光发射和扫描组件，其用于产生激光束和使所述激光束对形成有不同光反射率的光学编码标记表面进行扫描;
用于接收从光学编码标记上返回的光并产生与不同光反射率相对应的电信号的装置，
其中，光发射和扫描组件包括：
一个用于从前部发射光的光发射器;
一个用于将来自发射器的光聚焦到被扫描表面上的物镜;
至少一个柔性支板，至少一个柔性支板的一端与物镜相连以便使至少一个柔性支板可运动地将物镜支撑在光发射器前面，并使物镜相对于来自光发射器的光作横向运动;
用于将至少一个柔性支板的另一端固定到某个位置上的装置，该位置相对于光发射器是固定的;和
用于在光发射器发射光期间，使物镜横向往复运动以便使由物镜聚焦的光扫过部分被扫描表面的装置。
其中，用于固定的装置可包括两个板，两板之间夹有至少一个柔性支板的另一端，和向该对板施加压力的装置。
其中，光发射器可固定在两板之间并使其保持不动。
本发明再提出一种用于读出具有不同光反射率的光学编码标记的装置，该装置包括：
一个光发射和扫描装置，其用于产生激光束和使所述激光束对形成有不同光反射率的光学编码标记表面进行扫描;
用于接收从光学编码标记上返回的光并产生与不同光反射率相对应的电信号的装置，
其中光发射和扫描组件包括：
一个光发射器;
用于提供电流以驱动光发射器的电路，所述电路安装在固定点上;
用于使光发射器产生摆动运动以便使来自发射器的光束对形成有不同光反射率的标记来回扫描的装置;
一条包含多条连接在电路和光发射器之间的导线的扁平柔性电缆，所述多条导线将电流送至光发射器。
其中，用于使光发射器产生摆动运动的装置可包括：
一个转动轴，光发射器装在该转动轴上;
一个与转动轴相连的水平臂;和
以预定的扫描频率来回运动水平臂，以使光发射器产生摆动运动、从而使来自发射器的光束以预定的扫描频率在象上来回扫描的装置。
其中，使光发射器产生摆动运动的装置可包括具有转动轴的扫描电机，该转轴在扫描操作期间沿一定弧度来回转动，其中光发射器安装在转动轴上。
本发明的其它目的、优点和新的特征将在下面的说明书中部分列出，而另一部分对于熟悉本技术领域的人员来说根据下面的分析将是很明显的或可以通过本发明的实践而获得教导。借助于附加的权利要求书中特别提出的手段和组合方案是可以实现和获得本发明的这些目的和优点的。
图1是本发明的无反射镜扫描器第一实施例的等比例视图，其中光发射器往复运动。
图2是表示发射器摆动的转动弧度和光发射方向的示意图。
图3是本发明的无反射镜扫描器第二实施例的等比例视图，其中光探测器也往复运动。
图4是按照本发明的无反射镜扫描器装置另一个实施例的侧视图。
图5是取自图4中5-5线的截面图。
图6是图4和图5的实施例中使用的优选簧的横截面图。
图7是按照本发明的无反射镜扫描器装置另一个实施例的俯视平面图。
图8是图7中实施例的端视图。
图9是取自图7中线9-9的截面图。
图10是与图9类似的视图，但它是按照本发明无反射镜扫描器装置的另一个实施例。
图11是与图9类似的视图，但也是按照本发明无反射镜扫描器装置的另一个实施例。
图12是本发明另一个实施例的前视图，该实施例中物镜沿弧线往复运动进行光束扫描。
图13是取自图12中A-A线的横截面图。
图14是本发明提供的两维扫描实施例的前视图。
图15是取自图14中线A-A的横截面图。
图16A表示弯曲扫描场和其对扫描线各点上实际射束点尺寸的影响。
图16B是表示在图16A所示的扫描场的右半部中射束点尺寸相对于扫描线长度关系变化的曲线图。
图17A表示弯曲的扫描场和当激光束对平面上的全部条形码符号进行扫描时射束点尺寸变化的自动补偿效果。
图17B是表示在图17A所示扫描场的右半场中射束点尺寸相对于扫描线长度变化关系的曲线图。
图18是类似于图12和图13所示实施例的本发明另一个实施例的前视图，其中物镜沿弧线往复运动的以进行光束扫描。
图19是取自图18中A-A线的横截面图。
图20和21是类似于图13中实施例的本发明其它两个实施例的横截面图，但其中使用了固定的小孔光阑。
图22至图24也是本发明其它实施例的横截面图。
图25是表示本发明的一个类似于图1的实施例，其中使用了柔性扁平线电缆以提供与激光二极管相连的导线。
图26表示本发明的另一个实施例，其中使用了柔性扁平线电缆以提供与激光二极管相连的导线。
图27至29表示用于读出条形码的运动射束点光学扫描器，其中每个扫描器与本发明扫描组件的一个选定实施例结构相结合。
图1描述了本发明的一种无反射镜扫描装置1。光发射器，例如可见光激光二极管或VLD11，发射光束以产生扫描线。可以将VLD11安装到马达的回转轴上或是能产生摆动运动的任何材料制成的装置上。
在扫描装置1的最佳实施例中，将VLD11安装到转动轴或回转枢轴13的顶端。将轴13可回转地安装到扫描器基座50中。可以将轴装到任何公知型的轴承上或使其刚好在基座50的塑性体中转动。VLD11和轴13一起构成使来自VLD型光发射器的光束进行扫描的运动组件10。运动组件10还包括安装到轴13上的环件12和水平臂14。施加到水平臂14端部的力使组件10产生下文将要讨论的摆动运动。
环12将VLD11固定到运动组件10上。在本最佳实施例中，将VLD11固定在轴13顶上，以便使VLD11有效地定位在轴13的回转轴线上并使得发射光对准与轴的轴线相垂直的方向。也可以将VLD和轴进行其它形式的布置。例如，可将VLD安置在偏移轴线的位置上。此外，也可以用环支撑VLD使之与轴成一定角度。
图2表示运动和VLD11发射的光与轴13的轴线的关系。围绕转轴轴线的短的回转弧O代表VLD11的往返回转摆动。VLD11在1方向上向目标物体例如条形码（未示）发射光。随着组件10的VLD11沿小回转弧O来回摆动，发射的光1将来回扫描目标象。通常，目标象会是一个具有不同反射特性的标记，而反射特性代表着信息。例如，象代码包括一系列之间具有间隔的条带，它们一起构成了条形码符号。
如图1所示，三条细导线15一端连接VLD11的导引线，另一端连到固定保持架17上。作为优选，也可以使用一个柔性电缆。在本最佳实施例中，将导线15或电缆装到环12顶端的中间固定点16上。点16设在运动组件10和轴13的运动轴线上以便减小在该点处因零线性速度而引起的导线张力。此外，导线可以是松弛的和悬松的或绕成圈的，只要导线能与摆动VLD进行柔性连接即可。在下面结合图25至27讨论的实施例中，导线包括一个柔性扁平线电缆。
可以使用各种装置施加力以使运动组件10相对于轴13的轴线产生摆动。在所描述的实施例中，组件的摆动是由所谓的感应励磁马达（下文为IMM）提供的。
IMM型马达已在1990年5月8日申请的顺序号为07/520，464标题为扫描装置的普通转让的申请中公开，在此将其全部引出作为参考文件。在这在先申请中，由IMM摆动一个扫描反射镜。在IMM型马达中，通过将固定位置的磁芯和线圈与可运动的永久磁铁相结合来产生恢复力。在使用柔性扁平线电缆的实施例中，扁平线也产生恢复力。如果将永久磁铁装在与转动轴相连的水平臂端部，就会围绕转轴轴线产生转矩形式的力。
在本实施例的IMM中，磁芯21包括线圈架，线圈23绕在线圈架上以便使磁芯和线圈完全同心从而减小尺寸和重量。将永久磁铁25刚性安装在运动组件10之水平臂14的端部。永久磁铁25的位置离开轴13的轴线一段距离从而使得通过永久磁铁而施于水平臂14上的磁力产生围绕轴13轴线的转矩。
磁芯21由软钢制成的避免产生剩磁而且在本实施例中磁芯21是磁中性的。当没有电流通过线圈23时，通过水平臂与运动组件相连且已轴向磁化的永久磁铁25借助于其磁铁本身与磁芯21的钢吸引而定位于磁芯21的中心轴线上方。这样，在没有电流通过线圈23的情况下，运动组件返回到它在转动弧线中心处的静止位置，也就是说面对正直前方。
当使电流通过线圈23时，线圈和永久磁铁25的磁场之间相互作用使磁铁（带有与之相连的运动组件）从平衡位置起移动。然而，这种运动的结果是磁芯的磁性增强，于是便产生了试图将永久磁铁25和组件10带回到静止位置的力（两个不同磁极的现象）。该力的大小取决于通过线圈23的电流量、永久磁铁25和磁芯表面之间的空气隙尺寸、磁芯21的尺寸和材料等。改变供给电流的极性将改变IMM中工作时的磁力方向。因此，如果供给线圈的电流采用周期性交流信号AC的形式，例如，符号波、脉冲信号、方波等，感应的磁力将使永久磁铁25和与之相连的运动组件10产生摆动运动。
虽然对于图1的实施例来说IMM是优选的，但是也可以用其它装置来产生所需的摆动运动。例如，可以将VLD11安装在马达的转轴上（例如参见图26）。此外，如果使用IMM，则在IMM上安装VLD和连接运动组件的其它装置也包括本发明的范围内。例如，代替图中所示的轴和水平臂装置，将永久磁铁和VLD都可直接装到带绕线圈上面的可运动的或柔性的桥式支撑上以便使永久磁铁和VLD一起响应供给带绕线圈的周期性交流AC信号进行横向摆动。
当（将磁铁和VLD）用作扫描器以读出光学编码信息，例如条形码时，扫描器还包括光探测器，例如光二极管31。如图1所示，在扫描基座50的前面将光二极管支撑在这样的位置和方向上，即使得来自VLD11由被扫描的象反射的光撞击在光二极管31的光敏感应区上。光二极管31接收一定量的、从目标，例如条形码标记上反射回来的光，并将反射光转换成电流信号。可以将滤波器，前置放大和放大级设置在图中所示与扫描器基座50的底部相连的印刷线路板60上。前置放大和放大级将来自光二极管31的电流转换成送入数字转换器和其它包含在分离单元中的处理电路的电信号。
将启动钮33装在该单元的一侧上。使用者操纵钮33启动该单元工作。
在一实际上已完成的实施例中，无反射镜扫描装置仅仅1英寸长、1.25英寸高、0.625英寸宽。包含无反射镜扫描器的壳体外部尺寸是1.1英寸长、1.4英寸高、0.7英寸宽。仅需13.5毫安电流和3.5伏电压即可使无反射镜扫描器工作。扫描角度定±20°。单位重量小于1盎司（27.5克）。这样小的扫描装置可以很容易地象普通戒指一样戴在手指上，从而使操作者的手（包括那手指）非常自由。
通过使VLD（从开始工作区域）再聚焦和在光二极管前面安装菲涅耳透镜或使用具有较大敏感性和灵敏区的光二极管可以改变工作区域或编码区。
图3表示无反射镜扫描器的第二实施例。图3的扫描器1′基本上类似于图1所示的扫描器，而且用相同的参考标号表示与各图中扫描器相对应的元件。如图3所示，两条细导线15′将光二极管31′的导出线连接到固定保持架17′上。导线15′以与来自VLD11的线15相同的方式连在环12顶端上的中间固定点16上。
在图3中，光二极管31′随VLD11一起摆动。光二极管31′位于可运动组件10的前面并正好在VLD11的下方。光二极管31′与VLD11一样，围绕轴13的轴线沿一条短的转的弧线来回摆动。因此，作为接收器的光二极管31′紧紧地跟踪发射器VLD11的摆动。
如上所述，激光二极管VLD11本身或者VLD和光探测器31′绕轴线转动以便起到扫描的作用。在另一个最佳实施例中，本发明使安装在VLD前面的聚焦透镜相对于VLD在从二极管的光发射口发出的光束路径的横向方向上运动。透镜可以单独运动，在这种情况下，本发明包括一个位于透镜前面或后面的小孔光阑。此外，该小孔光阑可以设置到透镜上并随透镜运动。
再看图4，在该图中将激光二极管32固定地装在支撑件122上。二极管32沿光轴130发射光。发射的光为如光线124、126示意表示的广角扇形激光束形式。扇形光束以不同的角度在两个正交平面内发散，两个正交平面是平行于二极管出口平面和垂直于光束130的平面。聚焦透镜36装在保持架128上，并位于沿轴线130测得的离二极管为聚焦长度F的固定距离上。保持架上有一个与轴线130对中的开口，该开口起小孔光阑38的作用。
如图5所示，保持架128延伸到永久磁铁壳体132中。一对回旋状的隔膜悬簧134、136将保持架128支撑在磁铁壳体132中。音圈138缠绕在磁铁壳体132内的保持架128上并位于磁铁壳体的N极和S极之间。
通过电气激励线圈138，由于在线圈上产生电磁吸引和排斥力而使得保持架、透镜和小孔光阑依次连带地在垂直于轴线130的平面内作来回往复运动。如果用D表示从轴线130到一个端点位置测得的透镜和孔径阑的偏移，那么由光线140代表的激光束的偏移就由角距A＝tan-1（D/F）表示。
图6表示一个替代回旋状簧134、136的形式。也可以使用具有弯腿144的所谓“蛛网”簧142。
图7表示另一种结构，该结构是在与二极管出口平面相平行的平面内往复地偏转透镜36和小孔光阑38。透镜36装在桥式支撑150（如图9所示）上，该桥式支撑跨越在E形片簧156、158（见图8）的两个中间腿152、154之间并由其携带。片簧156的外腿160、162和片簧158的外腿164、166固定地连接到高架支撑架170上。
桥式支撑150上具有一个与光轴130对中的开口，该开口起小孔光阑38的作用。一端为N极另一端为S极的永久磁铁条172由桥式支撑携带。一对线圈174、176绕在各磁极上。
在操作中，每个驱动线圈都是电激励的。电磁吸引和排斥力是由线圈和N、S极之间的磁作用产生的，由此引起桥式支撑在垂直于轴线30的平面内往复偏转。图9表示的这种结构处于中心无偏移的位置。作为对比，以下描述的图10中的实施例为一个偏移的位置。应该注意到，仅仅E形簧中间腿的上端有位移。实际上在透镜和小孔光阑的结合体与二极管之间的距离是保持恒定的。这种结构使激光束在透镜往复位移的整个范围内能完全聚焦到参考平面上。
和上面一样，透镜和小孔光阑的偏转引起由二极管发射的激光束偏移一个角度A＝tan-1（D/F）。射束点沿一条绕透镜曲率中心的弧线运动。有可能通过使片簧腿具有不同长度或不同硬度而使运动的射束点以所希望的方式移过符号。例如，射束点可以作直线运动。
可以使用其它装置移动透镜和小孔光阑，而不使用电磁装置。图10表示一种与图9一样的结构，只是将磁性条172替换掉，代之以将板180连接到桥式支撑上。板180上有一个突起182，其上可回转地连接一个驱动杆184。杆184可以与完全的机械驱动、电子-机械驱动或压电基片例如将电能转换成机械能的传感器相连以便产生往复运动。
在另一种变型中，片簧的中间腿152、154可以由双金属材料制成而外边的腿由另一种双金属材料制成。加热所有的腿会使中间的腿相对于外边的腿产生移动。
在图7-10中，由于小孔光阑38和透镜36一起运动，因而在扫描线的端部激光束的输出能量将减少，因为在轴线30上未聚焦的激光束亮度最大。这种在扫描端处的能量损失可以通过检测光束的输出能量、或反射出小孔光阑背面的光，和通过调节供给激光二极管的电源电流进行补偿以保持恒定的能量输出。
另一种手段如图11所示，其中小孔光阑38固定保持在透镜36和激光二极管32之间一点上，而仅仅聚焦透镜36往复偏转。由于当透镜偏离轴线时激光束并不通过透镜36的中心，所以偏移或扫描角A被放大。在偏离轴线130的透镜上通过的光具有更多的光学畸变，但还没有发现它们对条形码读出方面有影响。
小质量的运动构件，例如，单一透镜;透镜和孔径阑一起的构件;透镜，小孔光阑和二极管连在一起的构件;以及透镜、小孔光阑、二极管和光探测器连在一起的构件，能够使系统适于低能量供给情况下在谐振状态下工作，也可适于在非谐振状态下工作。由于运动构件的质量很小，所以能够获得大约每秒钟扫描40次或更多次的高扫描速度。
在图12和13的实施例中，物镜在光发射器前面沿一条弧线横向往复运动。柔性支撑部件可运动地将物镜安装在光发射器的前面。在最佳形式中，柔性支撑部件由两条聚脂薄膜支板构成，但也可以使用其它的柔性元件。由两条聚脂薄膜支板提供的柔性支撑使物镜能相对于来自光发射器的光作横向运动。将物镜装在两支板的可运动端之间，而将支板的相对端装在固定支撑点上，例如扫描器的底座上。所以支板的弯曲会引起物镜沿一条弧线横向运动。物镜响应原动力进行横向往复运动。在光发射器发射光期间，物镜沿弧线进行的往复运动可以使光对一个表面例如带有条形码标记的表面进行扫描。
在所描述的实施例中，通过将永久磁铁和电磁铁相组合也使组件产生了摆动。在针对图1和图3所描述的IMM型马达中，转动（回复）力是通过固定位置的磁芯和线圈与可运动的永久磁铁共同提供的。在图12和13的实施例中，柔性支撑构件提供转动力，这样就省略了对较重的电磁性磁芯的需要，该磁芯由钢材料构成，其被永久磁铁所吸引。
现在更详细地参照图12和13，聚光透镜211放在由两个聚脂薄膜块215和217支撑的透镜保持器213中。具体地，将透镜保持器213安装到位于聚脂薄膜支板215、217可运动前端的每个膜板的边缘上。相反，在图7-11的实施例中，透镜保持器是连接到柔性弹簧支板的平直边上。聚脂支板215、217的另一端固定到底座28上。例如，图12表示出上和下夹紧块207、205。每个块的至少一部分背面与底座218相连。用螺栓206、204进行紧固将夹紧块207、205压到柔性聚脂支板215、217的端部以使这些支板的端部与底座218保持固定关系。
装在底座218上并位于两聚脂支板215、217之间的弹簧螺栓219支撑作为该扫描器光发射器的VLD232。穿过透镜保持器213前面的开口238作为小孔光阑。
在图12和13的实施例中，磁芯221包括绕有线圈223的线圈架以便使磁芯和线圈完全集中从而将尺寸和重量减至最小。永久磁铁225粘合到透镜保持架213的前面;与底座218相接的臂240支撑电磁线圈223和磁芯221使之非常靠近可运动的永久磁铁225。交流电流信号驱动线圈。由线圈223产生的磁场向永久磁铁225提供驱动力。当供给线圈的交流电流引起永久磁铁摆动时，通过聚光透镜211的往复运动使来自装于聚光透镜后面的VLD232的激光束产生偏移。光束偏移的角度可以在±20°的范围内。
磁芯221不需要象上面所讨论的在IMM中那样由软钢制成。磁芯221可以由任何合适的轻质材料制成。当没有电流通过线圈223时，两个聚脂薄膜支板215、217的弹性本质使得聚光物镜211转回到它的中心静止位置，即面向正直前方。
当电流通过线圈223时，线圈和永久磁铁225的磁场之间的相互作用，产生使磁铁225（带有与之相连的透镜211）离开平衡位置运动的力。这样运动的结果，使每个聚脂支板产生了试图将永久磁铁225和透镜带回静止位置的弹性力。改变供给电流的极性将会改变磁力的方向。因此，如果供给线圈的电流采用周期性交流信号AC的形式，例如正弦流、脉冲信号、方波等，感应的磁力将使永久磁铁225和与之相连的聚光物镜产生摆动运动。聚脂支板215、217前后弯曲使得透镜211沿一条弧线往复运动。弧线半径等于透镜211和夹紧块开始使支板215和217端部保持不动的那一点之间的距离。例如，在图13的实施例中，固定端或曲率半径的中心将对应于夹紧块205、207的前表面。
图14和15表示出一无反射镜二维扫描装置，该装置是图12和13所示一维扫描装置的合乎逻辑的进一步发展。在二维扫描器中，与图12和13中所示的全部组件相类似的整个底座318和可运动的透镜组件350由至少一个柔性支撑，例如另一个聚脂支板可动地支撑着。用另一个磁铁/线圈组件推动单个透镜系统在与第一组件产生的运动方向不同的第二方向上前后运动。两个方向的往复运动形成了光栅扫描图案。
更具体地说，图14和15的实施例包括固定底座410和可运动组件350。可运动组件350实际上相当于图12和13的整个实施例，只是在此将可运动组件350安装到柔性聚脂薄膜支板415上。将物镜聚光透镜311放在由两块聚脂薄膜块315和317支撑的透镜保持架313上。透镜保持架313与支板315、317前端的边缘相连接。聚脂支板315、317的另一端固定到可运动组件350的底座318上。聚脂支板315、317定位成能以使透镜能沿图14中从左到右的水平弧线往复运动的方向弯曲。介于两聚脂支板315和317之间装到底座318上的弹簧螺栓319支撑着作为该扫描器的光发射器的VLD332。
支撑可运动组件350的薄膜支板415设置成能在图15中所允许的从左到右的往复运动方向上弯曲。随着薄膜支板415的弯曲，整个组件350沿短弧线转动，从而引起发射的光束在竖直方向上进行扫描。
磁芯321包括一个绕有线圈323的线圈架以便使磁芯和线圈完全集中从而将尺寸和重量减至最小。将永久磁铁325粘合到透镜保持架313上和/或聚脂薄膜支板317的前面。与运动组件350的底座318相连的臂340支撑线圈323和电磁性带绕磁芯321并使之靠近可运动的永久磁铁325。磁芯321可以由任何轻质材料构成。当没有电流通过线圈323时，可运动组件350中的两个聚脂薄膜支板315、317的弹性本质使得聚光透镜311回到它的水平中心静止位置，即，而对正直前方。
当电流通过线圈323时，线圈和永久磁铁325的磁场之间的相互作用就产生使磁铁325（和与之相连的物镜311一起）从平衡位置作水平运动的力。这种运动的结果，使两个聚脂支板315、317的每一个都产生试图将永久磁铁325和透镜311带回静止位置的弹性力。改变施加的电流极性将会改变磁力的方向。因此，如果供给线圈的电流采用周期性交流信号AC的形式，例如符号波、脉冲信号、方波等，所感应的磁力将使永久磁铁325和与其相连的物镜聚光透镜沿在图14中从左到右的水平方向作摆动运动。聚脂支板315、317前后弯曲使物镜311沿一条弧线往复运动。
磁芯421也包括绕有线圈423的线圈架以便使磁芯和线圈完全集中从而将尺寸和重量减至最小。将永久磁铁425粘合到可运动组件350的底座318的背面。固定位置的底座410支撑电磁线圈423和带绕磁芯421使之靠近可运动的永久磁铁425。
磁芯421可以由任何适合的轻质材料制成。当没有电流通过线圈423时，聚脂薄脂支板415的弹性本质使组件350转回到它的静止位置（图15所示的竖直位置）。当电流通过线圈423时，线圈和永久磁铁425磁场之间的相互作用就产生使磁铁425（和与之相连的组件350一起）从平衡位置作移向或者离开线圈架和线圈之运动的力。这种运动的结果，使聚脂支板415产生试图将永久磁铁425和组件350带回竖直静止位置的弹性力。改变施加的电流极性将会改变磁力的方向。因此，如果供给线圈423的电流采用周期性交流信号AC的形式，例如，符号波、脉冲信号、方波等，感应的磁力将使永久磁铁425和连接在可运动组件350中的物镜聚光透镜311沿图15中的从前到后方向上作摆动运动。
图16表示当激光扫描平面上的条形码符号时，射束点尺寸变化自动补偿的效果。
VLD沿着成平行于物镜的光轴发射光束。透镜将光束聚焦到离透镜一定距离的点上。只要来自VLD的光束保持在透镜孔内，那么透镜光轴的任何运动，也就是说通过运动的透镜，将会使聚焦光束和它的焦点产生相应的运动。这样，由图4-11的实施例提供的透镜平面运动将使聚焦光束在信息表面上，例如条形码上产生平整的平面扫描。在图12-15的实施例中，透镜的曲线运动产生如图17所示的弯曲扫描场。
激光器发射称之为激光束的窄辐射光。光束的截面随激光束的传播尤其是在由透镜聚焦之后发生变化。被称为“光束腰”的最小截面点发生在聚焦点上。
在扫描应用中，例如读出条形码的过程中，重要的是要使扫描表面上的射束点尺寸在通过扫描信息的整个长度上基本不变。如果射束点尺寸发生变化，由光探测器检测的反射光强度也会发生变化，这样就会影响对因为扫描信息的变化而变化的反射的精确测量。此外，射束点的变化将降低工作性能并可能引起读数误差。
由图4-11的实施例进行的平整的平面扫描，使射束点尺寸在横越受扫描表面的长度上基本保持不变。例如，被扫描表面与透镜相隔透镜聚焦的长度，那么光束的腰将会出现在该表面上，并且随着透镜的运动，光束腰将保持在扫描经过的表面上。然而对于产生弯曲扫描场的扫描，将会使聚焦点和光束腰作在被扫描的信息表面的平面内和平面外的运动。结果是，在光束与表面撞击点的光束直径随扫描的进程而变化。此外，由于当靠近扫描场外端时，撞击在表面上的光束角度增加，所以使撞击点拉长。
作为例子，这种扫描用图16A表示。透镜的聚焦长度是光束腰的弯曲扫描场半径，而用Z表示光束腰和信息表面间的距离。在扫描场的外端，光束腰位于信息表面的前面，而且光束的较宽的未聚焦部分以较大的角度撞击信息表面。因此撞击点较大。在扫描场的中间处，焦点和光束腰位于信息表面之后。仍然是实际上没有聚焦的光束撞击表面。一般说来，中间处的Z尺寸小于扫描场端部的Z尺寸，所以在中间的撞击点是较小的，但是中间点的射束点仍然大于由光束腰本身撞击时所产生的撞击点尺寸。射束腰在扫描场的中心和各端之间的点上通过信息表面。在这些点上，撞击点最小。如图16B中的曲线所示，该弯曲的扫描场使得从扫描场中心到各端的射束点尺寸发生明显的变化。
为了减小射点尺寸的变化，本发明建议通过选择聚焦长度和透镜的偏移角度以及透镜和信息表面之间的间隔以提供一种自动补偿，以便使得当激光束扫描到信息的端部时使Z＝0。
如图17A中所示，这种经补偿的扫描将在中心点处产生一个射束点，该射束点具有用下面公式表示的面积：
面积S1＝（π/4）d21
（d1＝直径）
在位于中心点和扫描信息一个端部之间的扫描位置1处，射束点的面积将是
面积S2＝π/4（d2）2/cosθ2
在扫描信息一端，Z＝0处，射束点面积将是
面积S3＝π/4（d3）2/cosθ3
由于在扫描期间O＜θ2＜θ3，COSθ3＜COSθ2＜1和1/COSθ3＞1/COSθ2＞1，d1＞d2＞d3。因此，如果我们正确地选择激光束参数，就能使这两个参量得到补偿。换句话说，当二极管位于最大角位置时，激光束的光束腰将定位于目标平面上。正如从上述光束平方公式中所能看到的，通过分母（COSθ）的变化能部分地补偿光束直径（分母）的变化（由于运动引起的），这使得射束点尺寸如图17B的曲线所表示的那样保持相对不变。
图18和19表示与图12和13所示实施例相类似的本发明的另一个实施例。然而，图18和19的实施例涉及更紧凑的安装结构。在图18和19所示的实施例中，将激光二极管532安置在激光保持架542中，该保持架由两块铝板542a和542b构成。用螺钉543a和543b还将二极管周围的板542a和542b夹紧到一起。螺钉543a和543b还将位于板542a和542b之间的聚脂薄膜515和517夹紧。结果是，这对夹紧板542a和542b使两个柔性聚脂支板的固定端保持不动并且使激光二极管保持不动。将透镜保持架513粘合到聚脂薄膜515和517的另一端。透镜保持架513支撑着塑透镜511。穿过透镜保持器513的开口538作为小孔光阑。
聚脂薄膜517还支撑永久磁铁525，磁铁525粘合到该薄膜的前端和/或透镜保持架513上。软铁磁芯521立在底座540上并且作为线圈架其上绕有线圈523。底座540和激光保持架542粘合在一起。在施加交流电期间，由线圈523产生的磁场在永久磁铁525上产生摆动力。该摆动力使得磁铁525和与之连带的透镜511以及保持架513相对于由保持架542保持的激光二极管532作往复运动。
众所周知，塑料光学元件对于由于激光束照射而引起的温度变化是很敏感的。然而，在图18和19的结构中，塑料光学元件象风扇一样运动而不管激光束是否发射。这种运动使热从光束散失到空气中。
在使用柔性薄膜条板，例如聚脂薄膜，以支撑透镜经过激光光路进行横向摆动的本发明各种实施例中，使用了较大的小孔光阑（1.5毫米）。大的小孔光阑减小了因光束截断对扫描组件的光通量变化的影响。具体地说，大孔经阑保证了在每次扫描的两端上激光能量为0.8毫瓦。较小的小孔光阑虽然使工作范围增加，但却导致了一个电信号的减小的信噪比。在这种实施例中使用单个探测器（参见例如图27-29）也会使采用扫描模块的光学读出器的性能受到限制。通过使用更复杂的接收机构也能增加工作范围。
很多实验和详细的光学分析已经进行以确定本发明使用柔性薄膜支板，例如聚脂薄膜，以支撑透镜穿过激光束的光路作横向摆动的实施方案的性能。从这些实验和分析中，得出了以下多个观察结果。
为了改进光学性能，可以将小孔光阑移动到固定位置，而不使其成为必须与透镜一起往复运动的透镜保持架的一部分。这种结构的一个优点是使透镜保持架的质量更小。图20表示使用固定小孔光阑的第一个实施例。
图20的实施例基本上与图13中所示的实施例相同。但是透镜保持架213′的前面完全敞开而且并不包括一个其上形成小孔光阑的板。在图20的实施例中，将板239固定地安装在可运动透镜和透镜保持架的前面。例如，电磁线圈架可以支撑板件239。该扫描组件的小孔光阑238′在固定板239上形成并贯通该板。
光学分析表明，聚光透镜是直径15毫米和中心厚度4毫米的厚透镜。该透镜的质量大于1克。随着聚脂薄膜支板的长度增加，电机从0.620英寸增加到1.1英寸，扫描组件的线性尺寸增加40%。尽管最大的激光辐射截面和孔都保持在光轴上，但是图20的实施例仍显示出由于已知的COS4θ定律而造成22%的光通量变化。
较小的孔径能够减小光轴上的总畸变，然而光轴外的畸变，例如象散却会变得更大。因此必须引入非球面因素来平衡这种畸变。
为了消除剩余的光通量变化，可以如图21所示将固定的孔径置于透镜后面。图21的实施例除了将带有孔的板239′置于激光二极管和透镜之间的固定位置上之外，其它均与上面讨论的图20的实施例相同。
参照图21所示的结构，入射激光束的最大辐射度和孔中心不管摆动透镜的位置如何总是处在相同的光轴上。所以，光通量保持恒定并且能达到可通过固定尺寸的圆形孔径获得的最大值。
在使用柔性薄膜支板来支撑可运动透镜的各实施例中，可以用菲涅耳透镜替代聚光透镜。菲涅耳透镜一般比较小并且因而具有较小的运动质量以响应施加的电磁力。也可以使用其它的微光学元件作为可运动的物镜。
图22-24也是本发明的其它实施例的截面图，其中透镜、驱动磁铁组件和激光二极管都沿一条共同的轴线定位并且由柔性件支撑着激光二极管。尺寸的明显减小就使得这种结构能安装在非常有限的空间范围内。
图22中所示的组件包括电磁线圈623、可见光激光二极管或VLD632、永久柱形磁铁625、聚光透镜611、柔性件615和带有孔638的透镜保持架613。柔性件是塑料例如聚脂或聚酰亚胺（kaptan）制成的扁平条板，或是非磁金属例如铜铍合金（berrylium-copper alloy）。将柔性件615安装在绕有线圈623的线圈架621的前面。柔性件615支撑着装在柔性件中心的环形永久磁铁625。永久磁铁625转而将小型的VLD632支撑在磁铁的中心上。透镜保持架613装在靠近线圈623的前面位置，并通过弹簧与线圈架621相连。
如上所述，透镜支持架613是两块式结构。前一块支撑透镜611，而后一块与线圈架621相连。保持架613的两块构件具有不同尺寸以便通过例如滑动或螺纹固定装置使一块嵌进另一块中去。由于是两块套在一起，所以减小了透镜611和VLD632之间的距离。这样也改变了在组件前面透镜611使来自VLD632的光聚焦的距离。为了调节组件的焦点以适应特殊的扫描场合，技术人员将两块保持架嵌套在一起，克服弹簧力的弹力而进行调整，直到使组件的激光束能聚焦在组件前面预期的距离上。然后，技术人员通过例如喷射透明胶或者将两块焊在一起的方法将两块保持架613连在一起。
将柱形永久磁铁对中，使其N极和S极之间的轴线与线圈的轴线相垂直。例如，磁铁625的轴线可以垂直于图22的平面。当电流使线圈623产生磁场时，线圈磁场和柱形永久磁铁625磁场之间的相互作用，就产生迫使磁铁625的轴线与线圈623的轴线相一致的转矩。该转矩使支撑可见光激光二极管632的柔性件扭曲并产生回转力。如果供给线圈623的电流是交流电流C，那么改变电流会使由线圈产生的磁场发生变化。这些变化和由柔性件产生的回转力一起使激光二极管632产生摆动。通过透镜之后，从摆动的VLD632射出的激光束形成扫描线。如果磁铁625的轴线垂直于图22的平面，则全部扫描线会进入然后离开该平面。
图23和24的实施例与上面讨论的图22的实施例相类似。但在图23中，塑料（或金属）柔性件615′装在线圈架621′的背面上。在图24中，塑料（或金属）柔性件615和图22中一样，装在其上绕有线圈623的线圈架621的前面。柔性件615支撑一个装在柔性件中央的环形件625′。然而在图24的实施例中，支撑小型VLD632的环形件625′可以是或不是磁性的。将柱形磁铁625″装在小型VLD632的背面。
在与图22-24相类似的实施例中，也可以使用其它结构的柔性件、二极管和永久磁铁。例如，可以将柱形磁铁与柔性件的一侧相连，而将激光二极管固定到柔性件的另一侧上。另一种设置方式可以包括一个与磁铁相对的柔性件相连的激光二极管组件。
对于例如图22-24所示的所有类型而言，都可以用双柔性件或交叉柔性件来代替单一的柔性支板。
图25表示本发明的一个与图1相类似的实施例。但是在图25的实施例中将线状导线换成了通常被称作“软电缆”的扁平柔性多线电缆15′，以便提供连接可见光激光二极管VLD11的导线。一般来说，“软电缆”可以由其中嵌有导线的聚酰亚胺（kaptan）材料的扁平带构成。该柔性多线电缆15′提供了一种牢固的连接，这种连接不会因在激光二极管摆动期间来回弯曲而产生断裂。此外，多线电缆还提供了操作该装置所需的部分或全部恢复力。
多线电缆可以采用多种结构形式，而一般情况下由柔性扁平线电缆构成。也可以使用任何其它的柔性扁平线电缆，只要其结构能提供足够的柔性即可。
图26也表示一个使用柔性扁平线电缆的光束扫描器组件的实施例，而图27表示与该光束扫描器组件结合的手持条形码读出器。图27中表示的手持装置包括手持外壳1250，该外壳中含有一个与美国4，496，831号专利中所描述的电机相类似的重量轻、速度高的小型扫描电机1220。在该条形码读出器中，外壳1250是柱形的，很象闪光灯或圆珠笔的外壳。由于扫描组件和组合的电子器件的尺寸很小，所以外壳1250的直径可为1英寸或更小。
基座1214支撑着扫描电机1220。印刷线路板1248支撑一个借助压下启动器1260而动作的开关1262和控制电路1224，其用于为操作激光器和控制电机的操作提供所需的驱动信号。电机1220的输出轴1222延伸穿过线路板1248上的开孔。电机1220围绕转轴的轴线，并在小于360°的弧线长度上以不同的圆周方向重复驱动输出轴1222。美国专利4，496，831号中提供了有关电机1220和与之相关的电机控制电路1224的结构、功能和操作方面的详细情况。
U形或环形支撑构件1226安装在电机1220的转轴1222的端部。例如，图26表示一个环绕激光发射器和光学组件1228的环形支撑件1226′。柔性扁平线电缆1215将激光发射器和光学组件1228电气连接到电路板1248上。
在图27的光学读出器中，U形构件1226支撑激光发射器和光学组件1228。当电机1220以不同的圆周方向反复驱动输出轴1222时，组件1228和支撑构件1226也连带地摆动并随转轴1222一起转动。
组件1228包括一个细长的中空管1230，激光二极管1232固定地装在管1230的一个轴向端部区域上，而透镜筒1234装在管1230的另一个轴向端部区域上。透镜镜筒包含一个聚焦透镜（未示）;而且如果需要的话，透镜镜筒上可以设置一个小孔光阑以便确定光束直径和由此确定扫描器的有效检测点。聚焦透镜最好是平凸镜，但也可以是球面透镜、凸透镜或柱面透镜。美国专利4，816，660中详细描述了组件1228。组件1228上的固态激光二极管1232产生不可见光或可见光范围的入射激光束。透镜使激光束聚焦以便使光束截面或射束点在相对外壳1250的工作范围内的距离上具有一定的光束腰尺寸。聚焦的光束沿光路A通过窗口1252;而且在转轴1222换向、反复摆动期间，随着支撑件1226和组件1228的共同摆动，射束点沿一条横过编码信息或条形码符号的弧线进行扫描。
从符号上反射的部分光沿反向光路B穿过窗口1250回到光探测器1244中。光探测器1244检测返回部分的反射激光的光强度变化并产生代表测得的光强变化的电模拟信号。在所述的实施例中，光探测器1244固定地装在线路板1246上，但也可以将其装到使激光器和光学学组件1228一起摆动的支撑构件1226上。
印刷线路板1248和1251在板1246的一侧上包含有用于将模拟信号转换成数字信号和用于从数字脉冲信号中获得代表被扫描的条形码数据的信号处理电路1252和微处理机电路1253。多线电缆1254将信号处理电路和微处理器作电气连接。此外，除了用于控制电机1220和激光二极管1232工作的控制电路1224外，印刷线路板1248还可以包含信号处理电路和微处理器控制电路。装在外壳1250后部的电池盒1258为扫描电机和手持式条形码扫描器装置的所有电路提供电源。
为了用柱形手持式扫描器扫描编码信息，使用者将扫描器的顶端对准信息并启动启动器按钮1260。激光器二极管1232发射扫描编码信息的光束，而且光探测器1244输出代表任何被扫描符号的一个模拟电信号。设在信号处理电路1252中的数字化转换器对模拟信号进行处理以产生脉冲信号，脉冲信号的宽度和间隔相应于条码的宽度和条码之间的间隔。将数字化转换器输出的脉冲信号送至微处理器1253进行译码。微处理器译码器首先确定从数字化转换器输出的信号的脉冲宽度和间隔，然后对该宽度和间隔进行分析以找出和对合法的条形码信息进行译码。一般说，通过电缆将表示译码字符的数字化数据带到一台有关的计算机或终端（未示）上。
图28和29表示用于读出条形码的枪形运动点光学扫描器。图28中所描述的类型使用了与图13中实施例相当的扫描组件1159，而图29中描述的类型使用了与图23中实施例相当的扫描组件1159′。
正如这些附图所描绘的，条形码读出器装置1100包括一个带有手枪式握柄1153的枪形轻质塑料外壳1155。使用者通过扳机开关1154使激光束1151从扫描组件1159或1159′中射出。枪形外壳含有产生光束1151的扫描组件1159或1159′，还包含用于检测反射光的光探测器1158。装在手枪握把1153中的电池1162为手持式扫描装置1100的所有元件提供电源。
印刷线路板1161装在靠近外壳1155后部的位置上。印刷线路板1161包含有控制电路1124，该电路用于产生驱动扫描组件1159或1159′中的激光二极管和电磁线圈的信号。印刷线路板1161还包括信号处理电路1126和微处理器电路1140，这些电路用于将模拟电信号转换成数字脉冲信号并且从数字脉冲信号中得出代表被扫描条形码符号的数据。
位于外壳1155前端上的光透射窗1156允许射出光束1151射出和使从符号1170上反射的入射光1152射入。读出器1100是这样设置的，即使用者将枪形装置在使读出器1100和符号1170有一定间隔的位置上瞄准条形码符号。读出器1100的前面不与形成有符号的表面相接触。然而，扫描组件1159或1159′的操作则会使光束扫过符号。
从扫描组件1159或1159′内的二极管中发出的光一般是光谱的可见光部分。结果是，随着光束扫述形成有符号1170的表面，使用者可以看到从组件中的光源射出的光。使用者利用这种可见光准确地将读出器1100瞄准符号。
读出器1100也可以起到手提式计算机终端的作用，而且在这种实施例中将包括美国专利4，409，470号中所描述的键盘1148和显示器1149。
图27-29表示出了与在此公开的三个选定扫描组件实施例相结合的两种用于读出条形码的运动光点光学扫描器之不同结构。在此公开的各种扫描组件的每一种组件都可用于公知的结构中或用于各种其它光学扫描结构中。
很明显，本发明的无反射镜扫描器提供了一种特别小、重量轻、耐用的光学扫描器。通过合适选择聚焦长度、偏移角度和透镜与信息表面之间的距离，物镜扫描就可以自动地补偿射束点尺寸的变化。