專利名稱：帶鍵盤顯示器收發(fā)兩用機及打印器的便攜式掃描頭的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及閱讀編碼標記(例如條形碼符號)用的激光掃描系統(tǒng)，特別是，涉及帶鍵盤，顯示器、打印器和無線電收發(fā)兩用機的一種手攜式激光掃描頭，最好采用展寬頻譜技術，使掃描頭能遠距離進行聯(lián)系。
迄今為止，已經開發(fā)出多種閱讀標記上或物品表面上的條形碼符號的光學閱讀器和光學掃描系統(tǒng)。條形碼符號本身是一種編碼的標記形式，由許多不同寬度的豎條組成，豎條間隔寬度也不同。豎條與間隔的光反射特性不一樣。閱讀器和掃描系統(tǒng)利用光電方式將符號譯碼成為多位字母數字符號。這些多位字母數字符號用來說明該物品或它的某種特性，這些符號以數字化的形式，作為售貨點、庫管理以及諸如此類的數據處理系統(tǒng)的輸入。一般的掃描系統(tǒng)已經公開過，例如美國專利第4251798號;第4360798號;第4369361號以及第4387297號中都已公開過。
一般都知道，操作者拿的手攜式掃描頭發(fā)出一束光束，把掃描頭，更明確地說，把光束對準被讀符號。這里最好是用由氣體或半導體激光源產生的激光束。激光束經過光學系統(tǒng)沿光路行進，聚焦到參考平面成為掃描點。參考平面一般都遠離掃描頭。在傳感器的視野內由位于參考面附近的符號反射回來的激光束至少有一部分被掃描頭上的傳感器收集并檢測到。掃描或者只對符號周圍，或者對視野進行。傳感器產生表征符號的電模擬信號，就被轉換成數字信號，再譯碼成為表示符號的數據，送到遠處的例如主計算機進一步處理。由手動扳機開關來使符號閱讀起動。這種系統(tǒng)能判斷何時符號已成功地譯碼閱讀完畢，然后自動終止閱讀。
人工輸入數據鍵盤在系統(tǒng)中很有用。這種鍵盤有多種鍵，需要很大的空間，一般都遠離掃描頭安裝，或者裝在掃描頭上不便于操作的位置上。如果鍵盤裝在掃描頭上激光束所經過的窗口的前方，則閱讀符號時如果操作者要用鍵盤，他的手和手指都可能擋住外射光束，而且通過窗口投向傳感器的反射光也可能被擋住，都會干擾閱讀操作。鍵盤也可以裝在掃描頭手把上的可拆卸終端上。
顯示信息用的顯示器也是這種系統(tǒng)中的有用器件。一般用指示燈作為顯示器給操作者信號。顯示器是單屏或多屏時，占很大空間。對于象美國第4251798號專利用的有足夠空間的接觸式裝置，這不成問題;但對手攜非接觸式掃描頭，可用空間極為寶貴，這就成了問題。這種顯示器往往裝在離開掃描頭的或者可以附加在掃描頭上的獨立終端上。
美國第4628193號專利提到把鍵盤、顯示器、打印器裝在手攜電子器件中，用于郵包遞送服務，醫(yī)院醫(yī)療及血樣識別系統(tǒng)中。
本發(fā)明的一般目的是把顯示器和鍵盤一起都裝在閱讀標記的掃描頭上。
本發(fā)明另一目的是使操作者能在使用鍵盤時不干擾閱讀標記。
本發(fā)明附加的目的是使操作者能看到顯示器而不干擾閱讀標記。
本發(fā)明還有的一個目的是提供一種帶有數據輸入，信息顯示，以及電信號傳送與接收，標記打印的緊湊、完整的手攜式激光掃描頭。
為實現上述目的及后面將指出的其他目的，本發(fā)明的特點，簡單地說，在激光掃描系統(tǒng)中有一個手攜激光掃描頭。該掃描頭用于閱讀所對準的標記。掃描頭中裝有若干器件，例如半導體激光二極管或氣體激光器，從而產生入射激光束;光學器件，例如聚焦透鏡，孔徑光闌，反射鏡或其他光學元件，作為光學調節(jié)之用，也就是形成光束并沿第一光路把入射激光束導向參考平面。該參考平面在掃描頭以外垂直于入射激光束行進方向。入射激光束最后到達在參考平面附近的符號。
激光從符號反射。反射激光至少有一部分沿第二光路回到掃描頭。掃描裝置(例如有往復振蕩輸出軸的掃描電機)裝在掃描頭內。輸出軸上裝有象掃描鏡的反射面，用來對符號掃描，每秒掃描多次，反復掃過符號。掃描經過符號的反射激光的光強是變化的。對于條形碼而言，這是由于構成符號的豎條與間隔的光反射特性不同之故。
掃描頭里裝有傳感器，例如一個或多個光電二極管，用來檢測視野上反射激光的不同光強，并由此產生代表不同光強的電模擬信號，處理電模擬信號的裝置也裝在掃描頭內，一般把模擬信號處理成數字化電信號，經過譯碼成為代表被讀符號的數據。掃描裝置使入射激光束對符號掃描，或者對傳感裝置的視野掃描，也可以對兩者都掃描。
譯碼控制電子線路有時就裝在掃描頭內，但并非總是如此。這種線路把數字化信號譯碼成代表上述被讀符號的數據，能判斷是否已把符號成功地譯碼，還能在判明譯碼已經完成后使閱讀符號終止。閱讀由裝在掃描頭上的扳機開關來使之起動。扳機開關和激光束發(fā)生器，掃描裝置，傳感裝置，信號處理裝置，以及譯碼控制裝置在操作上相聯(lián)，由扳機開關使它們起動運行。每個符號在它的閱讀輪次中要求扳機開關動作一次。在最佳實例中扳機開關使譯碼控制裝置運行，譯碼控制裝置又使激光束發(fā)生器，掃描裝置，傳感裝置，以及信號處理裝置依次一一動行。
通常使用時操作者手拿掃描頭，對準被讀符號，對準之后扳動扳機開關，使閱讀起動。一個符號閱讀之后，譯碼控制裝置自動提示操作者，使他把注意力轉移到下一個符號，重復閱讀過程。
如上所述，鍵盤與顯示器是這種系統(tǒng)的有用器件。把它們都裝在掃描頭上，信息的顯示與鍵盤輸入在閱讀符號的地點上就能實現，而非遠離掃描頭處。
因此，本發(fā)明推薦把鍵盤裝在掃描頭的后區(qū)，顯示器裝在前區(qū)，在鍵盤與顯示器間的中區(qū)開窗口。外射激光束和/或返回的反射光都通過窗口無障礙地在掃描頭外通過前區(qū)，到達顯示器。鍵盤因為在窗口后方而且在第一、第二光路之外，能保證操作者的手和手指不會擋住或干擾符號的閱讀。顯示器在窗口前方，不會干擾閱讀的位置。操作者對顯示器的視線也不會由于激光束通過而模糊。
為了提高鍵盤的能見度與便于接近，把它裝在掃描頭后區(qū)的后低前高的斜面板上。為了提高顯示器的能見度，把它裝在掃描頭前區(qū)通常是平的面板上。操作者的雙眼與顯示器之間沒有障礙。窗口開在掃描頭中區(qū)的后高前低的斜面板上，使操作者能直接看見顯示器。
裝在掃描頭上的收發(fā)兩用機是用把數字化譯碼后的信號以無線電波傳送并接收返回信號，掃描頭上裝有與兩用機電連接的天線。
掃描頭上還裝有打印器，能以人能閱讀的或/與機器閱讀的信息形式打印出標簽。
本發(fā)明的特點在權利要求書中列出。發(fā)明本身的結構與它的操作方法兩方面，連同附加目的及由此而來的優(yōu)點，在閱讀下面實例的說明及附圖時將得到最好的了解。


圖1根據本發(fā)明的手槍形、手攜激光掃描頭透視圖。
圖2是圖1中掃描頭的俯視圖。
圖3是圖1中沿3-3所取前視截面圖。
圖4是圖1中沿4-4所取截面圖。
圖5是圖4中5-5所取俯視截面圖。
圖6根據本發(fā)明的激光掃描工作站的部分透視，部分示意圖。
較佳實例的詳細說明參看圖1-5，數字10代表一種輕型手攜激光掃描頭，流線型窄體，便于攜帶，操作方便，用在激光掃描中閱讀、掃描、和/或分析條形碼符號時，操作者完全能在整個過程中支撐住，不會使臂，腕疲勞。流行的典型條形碼符號有通用商品碼UPC、EAN、Codabar及Code39。
參看圖1，掃描頭10包括手槍形的殼體有把手12和狹長的主體部分14。手把12的截面尺寸和總體大小都適于握在手里。主體和手把兩部分都用質輕、有彈性、抗振的自撐式材料例如合成塑料制成。塑料殼體最好用注模法成形，也可用真空成形或吹模法成形為空心薄殼，內部空間大約略小于50立方英寸，但此值并非限制而僅是一種參考。可以更小些，確有某些實例只有約25立方英寸。
主體部分14一般是在水平軸縱向延伸的，前端稱為前區(qū)16，后端為后區(qū)18，兩者之間為中區(qū)20。主體14有底板22，一對相對距離一定寬度的側板24、26，還有前板或稱鼻端28，以及后端部的后板30。
主體14在底板22上方有上面板，分成三部分第一部分32在后區(qū)18，是后低前高的斜面板。第二部分34在前區(qū)16，一般是平行于底板22的平面板。第三部分36在中區(qū)20，是后高前低的斜面板。兩斜面板32與36相接的兩高邊之間有平滑過渡的圓角，而斜面板36和平面板34相接的邊在同一平面內。
有多個手按鍵38的鍵盤裝在斜面32上，操作很方便，按鍵38包括有多個字母數字鍵，以及一組控制功能鍵，最好排成平行的行與列?？删幊坦δ苕I也能根據用戶要求提供。
顯示屏40裝在平面板34上。顯示器可以是低功率液晶顯示屏。在一種較優(yōu)實例中，屏有8行，每行20字。為了清晰及便于閱讀，屏是逆光照明的。由于顯示器40及鍵盤38都裝在掃描頭上，數據閱讀及鍵盤輸入都是在閱讀符號的地點上進行而不必離開掃描頭進行。操作方便。
參看圖3-5。激光源(例如半導體激光二極管42)產生入射激光束。激光束經過光學系統(tǒng)44，裝在可彎曲的支架48上的可調整光反射鏡46，通過與傳感鏡54同心的光圈52;穿過52之后投射到掃描電動機58帶動的掃描鏡56上，然后被引導到斜面板36上的透光窗口60，從掃描前區(qū)16及顯示器40上經過，最后到達待閱讀的一個符號上。
電動機58能以需要的掃描式樣使入射光束掃描?？梢圆捎妹绹?387297號專利中所描述并圖示的電動機。該專利的全部內容當作參考資料，并取為本申請一部分。
入射光束在掃描頭外部的發(fā)送使總掃描范圍基本上與掃描頭寬度無關。入射光束的大小與掃描頭主體部分寬度沒有直接關系意味著總掃描范圍可以大于也可以小于掃描關寬度。當然，愿意的話，入射光束可以掃過比掃描頭寬度大的視野。
符號反射的光同樣也在掃描頭外部行進，越過前區(qū)16及顯示器40，穿過同一窗口60，投到掃描鏡56上。
掃描電動機58使反射光掃描的總范圍可以小于，也可以大于掃描頭主體寬度。傳感鏡54在反射光路中使光圈52上的反射光向后射向傳感透鏡62，透鏡62則把反射光投到光傳感元件64上。透鏡62與傳感元件64分別裝在光具座50上各自的支架66及68上。
應該指出，入射光束與反射光都掃過并通過同一窗口60，這樣構成了后向反射型的掃描頭retro-reflectivetypescanhead。
傳感元件64(最好用光電二極管)在符號所鋪展的視野里(比視野大更好)檢測收集變化的激光光強，并產生相應的電模擬信號。
掃描頭里線路板72上裝在信號處理裝置70，能把光電二極管64產生的電模擬信號轉變?yōu)閿底只曨l信號，由此導出符號的數據描述。適用于這種目的的信號處理線路在美國第4251798號專利中有說明。掃描頭內還裝有其它元件，如電動機58的驅動線路74;把輸入電壓即電池78，80的電壓轉換成適于激勵激光二極管42的調節(jié)電壓的電壓轉換器76;使顯示器40工作的顯示驅動器82;以及用來把數字化視頻信號譯碼為數字化譯碼信號的譯碼/控制裝置84。按照微處理機86控制程序軟件中的算法可以從數字化譯碼信號得出需要的符號數據描述。譯碼/控制裝置包括一個裝有控制程序的PROM可編程只讀存儲器，和臨時存儲數據的RAM隨機存取存儲器。譯碼/控制裝置84連同微處理機86，能斷定何時譯碼已成功地完成，并在判斷譯碼已完成后使閱讀符號終止。閱讀的起動則由按下扳機開關88來開始。譯碼/控制裝置還包括控制線路，用來控制掃描頭內可動作的器件的動作，如激光二極管42，光電二極管64，電動機58以及其中所有的電子支線路，譯碼/控制裝置由扳機開關88來起動;還能通知使用者閱讀已自動停止，譬如送出控制信號到顯示器40，或者激勵蜂鳴器或無人遙控裝置來通知使用者。
譯碼信號或者用連接掃描頭與分離的主計算機90的電纜中的一股電線傳送，或者用無線電波由天線92從掃描頭發(fā)送給計算機90。計算機90主要用作大數據庫，可以是一臺內存儲處理機，用來儲存譯碼信號并提供有關譯碼信號的信息。例如，按本發(fā)明，主計算機能在及時更新的基礎上提供譯碼符號所識別的商品的零售價信息。主計算機能有利地聯(lián)入便攜式終端，或者聯(lián)入象現金收入記錄機那種固定式終端。
掃描頭傳送天線電池是用裝在線路板96上的收發(fā)兩用機94來完成的。傳送的是數字化視頻信號或者數字化譯碼信號。首先最好用移頻按鍵調制器98加以調制，然后送到計算機90。兩用機94也接收從計算機90回來的電信號，回來信號的信息可以在顯示器40上顯示。
無線電波的發(fā)送與接收以展寬頻譜技術為基礎。這無需聯(lián)邦通訊委員會FCC的認可批準，因為它是在902MH到928MH范圍內工作的。展寬頻譜技術把數據均布在一個頻率范圍內，這范圍遠大于機器人數據正常傳送所需要的頻率范圍。把一個數據信號在頻率范圍內展寬時，信號得到顯著的冗余度redundancy，這樣，即使有干擾信號例如噪音與信號音存在，允許數據能夠恢復再現。
在較優(yōu)實例中，數據以每秒60比特在500-2000英尺的工作范圍內傳送。范圍更大時可以安排多達62個射頻基站RFbasestation，能允許終端以網格方式進行運行。當操作終端的使用者在整個庫房或工廠車間里自由活動時，通訊能在基站與基站間清晰地傳送?；九c主計算機以標準高速115000BPS(每秒比特)串行端口serialports進行通訊。展寬頻譜技術即使在有幾百個終端的網絡里也具有秒以下性能subsecondperformance的特點，并且提供一種無線傳送數據的高效而又費用合理的方法。
掃描頭上還有一個打印器100，內含熱打印頭102，能在紙卷104上熱打印出圖形標記。每張打印好的標簽由于壓在掃描頭前的撕紙口106上(圖4)，可以從卷軸上撕下。標簽背面最好有壓敏膠，便于直接貼到商品上作為原始標簽，或者貼在已有的產品標簽的邊上，最好是覆蓋在已有的標簽上。
在較優(yōu)實例中，英寸打印器以每秒1.5英寸的速率在紙條上打印條形碼，紙條寬1.5英寸，長可達8英寸，所有主要的條形碼符號都能打印，還有繪制背景，標記或者特定設計的能力。條印碼可以豎直或者水平打印，成為梯形或木柵形式的標記。字母數字可以有不同的傾斜度。打印器與掃描頭可以分開，裝在單獨的機匣里，背在肩上，用插鍵與掃描頭相聯(lián)。
參看圖6，圖1中所示手攜掃描頭10里的大部或全部器件可以裝在工作站110里。其中112為掃描頭。底座114裝在支承面116上?？蓮澢涅Z頸式導管或彎臂118的一端接到掃描頭112，另一端接到底座114。這里圖4中的扳機開關88可以取消。彎臂118是空心的，電線由此穿過把電信號引到掃描頭112內的器件上。彎臂118用半剛性結構的金屬材料做成，可以彎成需要的形狀，并保持這種形狀直到再一次把它彎成另一形狀。因此掃描頭112就能相對于被讀符號隨意調正位置。符號位置在掃描頭外部的一個工作面附近，該工作面或參考平面可以在支承面116的平面內或者稍高。
無需采用電線，天線120能與隨帶的兩用機一起工作，如前所述，與終端122通訊聯(lián)系。為方便起見，此處終端以售貨點設備中的現金收入記錄機為例。終端122有顯示器124能把包括所讀符號的數據描述在內的信息顯示給操作者;有鍵盤126使操作者能手工輸入信號，包括所讀符號的數據描述;有放現金的抽屜128;有記錄信息并作為給顧客的收據用的紙帶130(顧客購買帶所讀符號的商品);有充電設備132，為裝在底座114內或掃描頭112內的電池充電及供給電能之用;有一個譯碼裝置134(如果譯碼裝置不是裝在底座114內，彎臂118內，也不是掃描頭112內);還有主計算機的數據庫136;還有聯(lián)接器138則是為把儲存的數據轉移到另一數據庫用的;天線140和天線120通訊聯(lián)系。
圖6所示整個裝置稱為智能工作站，彎臂118可以有多自由度的變化位置，使射出的激光束(以箭頭142表示)保證射到符號上并保證從符號返回的反射光能收集到。
顯然，以上所描述的每種器件，或者兩種或更多種一起，在與所述型式不同的結構型式中也能找到有用的應用。
盡管已經對帶鍵盤，顯示器、收發(fā)兩用機及打印器的便攜式掃描頭實例所體現的本發(fā)明加以說明與圖示，但并不表示僅僅局限于所述的細節(jié)，因為可以作出各種修改和結構變化而在任何方面都并未離開本發(fā)明的精神實質。
無需進一步分析，前面所述的已如此充分地闡明了本發(fā)明的要點，以致應用現有的這些知識，任何人都能輕易地把它運用于各種用途而并未省略各個特點。從已有的技術觀點看，這些特點恰好構成本發(fā)明的一般方面或特定方面的主要特征。因此，這樣的運用應該是而且應該確認為包括在以下權利申請書的等效的意義與范圍內的。
專利申請書中所要求的新的和要保護的內容記載在權利要求中。
權利要求
1.一種為閱讀由不同光反射性能的部分所組成的標記用的掃描系統(tǒng)中的掃描頭，包括a、有狹長的殼體，包括前區(qū)，后區(qū)以及兩區(qū)中間的中區(qū)；b、裝在殼體后區(qū)，為人工輸入數據用的鍵盤；c、裝在殼體前區(qū)，為展示信息用的顯示器；d、標記檢測裝置，用來產生一束光束并沿光路把光束導向待讀的標記；還用來接收從標記反射回來的光，形成代表標記的電信號；e、裝在殼體中區(qū)的窗口，窗口是透光的，形狀和在光路中的位置使光束通過窗口，不受障礙地在殼體前區(qū)外部行進，達到顯示器；f、閱讀控制裝置，使標記檢測裝置開始閱讀一個標記。
2.如權利要求1中所述的掃描頭，其中還有一個聯(lián)接在殼體上的把手，使操作者在閱讀標記時能用手握住。
3.如權利要求2中所述的掃描頭，其中后區(qū)有斜面板，上面裝的鍵盤位置應在操作者便于接近的范圍以內。
4.如權利要求3中所述的掃描頭，其中后區(qū)的斜面板從殼體由后向前看時高度升高，即后低前高。
5.如權利要求1中所述的掃描頭，其中的鍵盤有多種鍵。
6.如權利要求2中所述的掃描頭，其中前區(qū)有一大致是平的面板，上裝顯示器，位置在沿著操作者的直接視線上。
7.如權利要求1中所述的掃描頭，其中顯示器有一予先確定面積的屏。
8.如權利要求2中所述的掃描頭，其中窗口裝在從殼體由后向前看時高度降低，即后高前低的斜面板上。
9.如權利要求1中所述的掃描頭，其中殼體有兩側板，彼此相隔一予先確定的寬度，光束在外部傳送，與殼體予先確定的寬度無關。
10.如權利要求1中所述的掃描頭，其中標記檢測裝置包括用來產生入射激光束的激光源，為檢測從標記反射的激光在視野上的不同光強的傳感裝置，以及為掃描所述人射激光束與所述視野至少兩者之一的掃描裝置。
11.如權利要求1中所述的掃描頭，其中殼體內還有為把電信號傳送到遠處，并可接收遠處返回的電信號的收發(fā)兩用機。
12.如權利要求2中所述的掃描頭，其中的閱讀控制裝置包括一個裝在手把上的手動板機開關。
13.如權利要求1中所述的掃描頭，殼體內還有為打印數據用的打印裝置。
14.一種為閱讀由不同光反射性能的部分所組成的標記用的掃描系統(tǒng)中的掃描頭，包括a、一個大致是手槍形的殼體，有狹長的主體部分，包括前區(qū)，后區(qū)，以及兩者之間的中區(qū);還有和主體部分相聯(lián)的手把部分，操作者能手握殼體上的手把，把主體部分對準標記，標記的位置離殼體前區(qū)一段距離;b、鍵盤在殼體后區(qū)，操作者能用來手工輸入數據，所述鍵盤應該在操作者便于接近的范圍內;c、顯示信息用的顯示器在殼體的前區(qū)，所述顯示器應該在閱讀標記時操作者便于看清的范圍內;d 、標記檢測裝置，為產生沿光路導向被讀標記的光束，并接收由標記反射回的光，以形成表征標記的電信號之用;e、裝在殼體中區(qū)的窗口，所述窗口是透光的，形狀和在光路中的位置應使光束能通過窗口，并無障礙地在顯示器上方殼體前區(qū)外部行進并通過;f、閱讀控制裝置，為使標記檢測裝置開始閱讀標記用。
全文摘要
掃描頭包含有分別裝在掃描頭后區(qū)和前區(qū)的鍵盤和顯示器，外向的激光束從位于鍵盤與顯示器之間的中區(qū)上的窗口射出，并在顯示器上方行進。裝在掃描頭內的還有收發(fā)兩用機和打印器。
文檔編號G06K7/14GK1073543SQ9111157
公開日1993年6月23日 申請日期1991年12月14日 優(yōu)先權日1991年12月14日
發(fā)明者愛德華·巴坎, 霍華德·M·謝潑德 申請人:歐林巴斯光學工業(yè)股份有限公司