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Gebiet der
Erfindung
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Die
Erfindung bezieht sich auf optische Abbildsysteme und insbesondere
auf eine Abbildvorrichtung, die einen oder mehrere Lichtabtaststrahlen verwendet,
um ein ganzes Zielobjekt oder einen Teil des Zielobjekts abzubilden.
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Hintergrund
der Erfindung
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Ein
typisches Strich- oder Barcodesystem kann Komponenten verwenden,
die Folgendes umfassen: eine Lichtquelle, einen Scanner, einen optischen
Detektor und einen Prozessor. Die Lichtquelle projiziert einen Lichtstrahl
auf einen oszillierenden Scanner, der den Lichtstrahl in einem Abtastmuster auf
und über
ein Strichcodesymbol streicht. Der optische Detektor empfängt vom
Strichcodesymbol reflektiertes Licht und erzeugt ein Signal, das
der Prozessor in einen Datenstrom umwandelt. Die Daten werden zur
Bestimmung der speziellen Meinung oder des speziellen Inhaltes des
abgetasteten Strichcodesymbols analysiert.
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Ein
typisches, breitenmoduliertes lineares Strichcodesymbol umfasst
parallele Striche oder Bars und Abstände von unterschiedlichen Breiten, und
zwar sich in eine gemeinsame Richtung (Y) erstreckend. Durch Abasten
oder Überstreichen
eines Lichtstrahls über
die Striche und Abstände
entlang einer Achse grob senkrecht zu deren Längsachsen (X) und durch Analysieren
des reflektierten Lichts kann das abgetastete Strichcodesymbol mit
einer speziellen Symbologie zusammengebracht werden. Eine spezielle
Strichcodesymbologie umfasst einen Satz von Codier- und Decodierregeln,
Regeln zur Erkennung der Symbologie und Regeln für Fehlerdetektion und Korrektur.
Die Codierregeln einer speziellen Symbologie können solche hinsichtlich der
Codierung von Buchstaben, Symbolen und anderen Informationsarten
umfassen.
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Symbole
sind nicht notwendigerweise auf eindimensionale Muster begrenzt.
Kürzlich
wurden zweidimensionale (2D) Symbologien wegen ihrer höheren Datenkapazität verbreitet,
ihrer höheren
Codiereffizienz und ihrer Vorwärtsfehlerkorrektur
verwendet. Zwei Typen von 2D-Symbolen sind 2D-gestapelte Symbole
und 2D-Matrixsymbole.
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Die
2D-gestapelten Symbole weisen im Allgemeinen eine Vielzahl von breiten
modulierten Segmenten auf, wobei die Segmente normalerweise vertikal
derart gestapelt sind, dass ihre individuellen Striche und Zwischenräume sich
entlang einer Y-Achse erstrecken, wobei Daten in ihren Breiten längs der X-Achse codiert sind.
Zusätzlich
zu den Codierdaten weist jedes Segment oftmals Mittel auf, um seine
Position im Stapel von Segmenten zu codieren, beispielsweise durch
sein "parity pattern" oder durch die Lage
der Zeichen, angefügt
am Anfang und/oder am Ende des Segmentes. Somit kann gemäß den für eine 2D-gestapelte
Symbologie geltenden Decodierregeln ein gemäß diesen Regeln konstruiertes 2D-gestapeltes
Symbol nach dem Abtasten jedes seiner Segmente decodiert werden,
wobei diese Abtastung ohne irgendeine bestimmte Ordnung durchgeführt wird.
Der Einschluss von Ortsdaten bei jedem Segment gestattet die Verwendung
einer großen Vielzahl
oder Vielfalt von Datensammelvorrichtungen beim Lesen von 2D-gestapelten
Symbolen, und zwar einschließlich
solchen, die in der Lage sind, Messungen entlang nur einer einzigen
Achse vorzunehmen.
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2D-Matrixsymbole
codieren ihre Daten durch das Vorhandensein oder das Nichtvorhandensein von
Markierungen über
eine zweidimensionale Anordnung von Stellen (Orte) oder Zellen,
wobei das Vorhandensein oder die Abwesenheit den Wert einer speziellen
Zelle bestimmt. Die Codier- und Decodierregeln für eine 2D-Matrixsymbologie
umfassen mindestens ein definiertes Verfahren zur Bestimmung des
Vorhandenseins eines Symbols innerhalb eines zweidimensionalen Gesichtsfeldes
(field-of-view = FOV), das Bestimmen des Ausmaßes des Symbols innerhalb des
FOV und die Bestimmung der Position jeder Zelle innerhalb dieses
Ausmaßes.
Zusätzliche Regeln
definieren dann mindestens ein Verfahren zum Zusammenbau der detektierten
Zellen werte in Datenworte, und der Datenworte in eine oder mehrere
innerhalb eines Symbols codierte Nachrichten. Da Daten an Orten
oder Stellen entlang beider Achsen eines Symbols codiert werden,
sind 2D-Matrixsymbole nur durch Vorrichtungen lesbar, die zwei Achsen innerhalb
eines FOV detektieren oder mindestens erkennen können. Im Gegensatz zu einem
2D-gestapelten Symbol enthalten die Daten in einer speziellen Reihe
der meisten Matrixsymbole nicht an sich oder in sich selbst Information
hinsichtlich der Lage innerhalb des Symbols.
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Viele
Leser, die mit 2D-Symbolen und insbesondere 2D-Matrixsymbolen kompatibel
sind, umfassen zweidimensionale Detektoranordnungen, beispielsweise
CCD- oder CMOS-Anordnungen, die eine Digitalrepräsentation einer Zone oder Region
eines Zielobjekts erzeugen. Der Leser verwendet sodann Signalverarbeitung,
wie beispielsweise einen Finderalgorithmus ("finden algorithmus") und Decodierregeln zur Lokalisierung
und Decodierung irgendwelcher Symbole auf dem Objekt.
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Baulich
gesehen, weisen übliche
kommerzielle in der Hand zu haltende Abtastsysteme typischerweise
eine in der Hand zu haltende Einheit auf, die einen Lichtemitter,
einen Scanner und einen Detektor in einer einzigen Einheit enthält. Eine
entfernt gelegene Basiseinheit enthält eine Batterie, die den in
der Hand zu haltenden Teil mit Leistung versorgt. Üblicherweise
trägt der
Benutzer die entfernte Basiseinheit als ein Pack um seine Hüfte herum
oder in irgendeiner anderen ähnlichen
Anordnung.
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Die
Basiseinheit weist oftmals einen Prozessor auf, der Symbole analysiert
und decodiert, und den in der Hand zu haltenden Teil durch eine
Verdrahtungsverbindung steuert.
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U.S.
Patent 5,600,120 offenbart einen Generator für ein schraubenförmiges Strichcode-Abtastmuster
und zwar zur unabhängigen
Steuerung der Drehung und Oszillation (Schwingung) des Abtastspiegels
(vgl. beispielsweise die Fi guren 5 bis 7). Dieser Stand der Technik
ist in dem Oberbegriff des Anspruchs 1 berücksichtigt.
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U.S.
Patent 5,900,617 offenbart ein in sich selbst abgeschlossenes optisches
Strichcode-Abtastmodule, das leicht in eine Verschiedenheit von unterschiedlichen
Arten von optischen Abtastsystemen eingebaut oder verwendet werden
kann.
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U.S.
Patent 5,596,446 offenbart ein optisches Strichcode-Abtastsystem
für einen
in der Hand zu haltenden Scanner, wobei das System eine einstellbare
Abtastgeschwindigkeit und einen einstellbaren Abtastwinkel besitzt
und über
einen großen Schärfentiefenbereich
hinweg betreibbar ist.
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Europäische Patentanmeldung
EP 0 974 922 A2 zeigt
ein Abtastsystem, das eine "geparkte" Position besitzt,
in der empfindliche Abtastkomponenten gegenüber Schädigung geschützt sind,
die ansonsten durch einen externen mechanischen Stoß hervorgerufen
werden könnten.
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Verschiedene
Lösungsmöglichkeiten
wurden auf dem Gebiet der in der Hand zu haltenden Strichcode-Abtastvorrichtungen
vorgesehen. Einige dieser Lösungsmöglichkeiten
werden durch die folgenden U.S. Patente dargestellt: 5,671,374;
5,665,956; 5,583,331; 521,367 und 5,519. ????
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
Erfindung ist in den Ansprüchen
1 und 15 angegeben.
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In
einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung weist ein Scanner einen Strahlengenerator auf, eine Strahlenreflektoranordnung
und einen Strahlenschwenk- bzw. Strahlenüberstreichungsmechanismus auf.
Der Strahlengenerator ist zur Erzeugung eines Scan- oder Abtaststrahls
betreibbar, und die Strahlenreflektoranordnung weist einen ersten
Magneten auf und ist betreib bar um den Abtast- oder Scanstrahl zu
verschwenken, bzw. zu überstreichen. Der
Strahlenschwenk- bzw. Strahlenüberstreichungsmechanismus
besitzt einen zweiten Magneten, der für eine mechanische Bewegung
ausgelegt ist, und zwar zwischen einer ersten Position und einer
zweiten Position, wobei in der ersten Position der zweite Magnet
den ersten Magneten anzieht, während
in der zweiten Position der zweite Magnet den ersten Magnet abstößt. Ein
derartiger Scanner kann Ziele, wie beispielsweise Strichcodes abtasten
oder scannen, und er verwendet typischerweise wenig elektrische
Leistung und ist kleiner als Strichcodescanner, die einen Motor
verwenden, um den Strahlenschwenkmechanismus zu drehen.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die 1 bis 20 werden
im Folgenden in der "Beschreibung
der Erfindung" erläutert.
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21 ist
eine Explosionsansicht eines in der Hand zu haltenden Abtasters
oder Scanners, der einen Scanstrahl verschwenkt und zwar unter Verwendung
kinetischer Energie, geliefert von einem erfindungsgemäßen Operator
bzw. Betätigen.
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22 ist
eine isometrische Ansicht der Strahlenquelle der 21,
wobei die Strahlenreflektoranordnung in ihrer Heim- oder Ausgangsposition sich
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung befindet.
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23 ist
eine isometrische Ansicht der Strahlenquelle der 21,
wobei sich die Strahlenreflektoranordnung in ihrer Null-Schwenkposition
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung befindet.
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24 ist
eine isometrische Ansicht der Strahlenquelle der 23,
wobei der Scanstrahl und der reflektierte Rückstrahl gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung dargestellt sind.
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25A zeigt die Strahlenreflektoranordnung und die
Ausgangs- und Schwenkpositionen des Strahlenschwenkmechanismusmagneten
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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25B ist eine isometrische Ansicht des Strahlenschwenkungsmechanismusmagneten
der 25A gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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26 ist
eine Seitenansicht der Strahlenreflektoranordnung und des Strahlenschwenkmechanismus
der 22 bis 24 gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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27 ist
eine isometrische Ansicht des Magneten, des Magnethalters und des
Magnetrückhalters
des Strahlenschwenkmechanismus der 22 bis 24 gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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28 ist
eine isometrische Ansicht der Strahlenquelle der 21 bis 24 mit
einem Auslösermechanismus
in einer Aufwärtsposition
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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29 ist
eine isometrische Ansicht der Strahlenquelle der 28,
wo der Auslösermechanismus
sich in einer Abwärtsposition
gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung befindet.
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Beschreibung
der Erfindung
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1 veranschaulicht
ein Ausführungsbeispiel
eines Strichcode-Abtastsystem 100, das Folgendes aufweist:
einen optischen Emitter 104, einen Abtastet oder Scanner 102,
der mit Leistung vom Benutzer versorgt wird, einen Detektor 108 und
einen Prozessor 112, innerhalb einer Steuervorrichtung 135.
Der Emitter 104 weist eine Lichtquelle auf, die durch den
Auslöser
in Gang gesetzt wird und durch eine Batterie mit Leistung versorgt
wird. Der Emitter 104 emittiert einen Lichtstrahl 130 zu
dem Scanner 106 hin und der Scanner lenkt den Lichtstrahl 130 zu einem
Symbol 190 auf einem Zielobjekt 192 hin um. Wie üblich, weist
das Symbol 190 eine Anzahl von Regionen oder Zonen unterschiedlicher
Reflektivität auf,
wie dies zuvor beschrieben wurde.
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Der
optische Emitter kann optische Energie bei einer speziellen Wellenlänge erzeugen,
die sichtbar oder nicht sichtbar sein kann, wobei dies mit einer lichtemittierenden
Diode (LED) oder Laserdiode geschieht. Auch kann der Emitter eine
ein volles Spektrum liefernde Lichtquelle verwenden, wie beispielsweise
eine Quersilberdampflampe, eine einen kurzen Bogen besitzende Lampe
oder eine weiße
Laserdiode. Andere Arten von Emittern umfassen die folgenden: Elektrolumineszenzemitter,
Glühfadenemitter, Vakuumemitter,
Fluoreszenzemitter, chemische Emitter, Phosphoreszenzemitter und
Feldemitter.
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Das
Symbol 190 reflektiert einen Teil des Lichts von dem Lichtstrahl 130,
und zwar abhängig von
den entsprechenden Reflektivitäten
der vom Strahl 130 getroffenen Zonen. Ein Teil des reflektierten
Lichtes wird, wie durch den Pfeil 135 repräsentiert,
durch eine Sammellinse 111 gesammelt und trifft auf den
Detektor 108. Die Menge des auf den Detektor 108 auftreffenden
reflektierten Lichtes hängt
von mehreren Faktoren ab, und zwar einschließlich der folgenden: Wellenlänge, Scannerposition,
Detektorposition, die zugehörigen
Sammeloptiken und der Reflektivität des Symbols 190.
Der Detektor 115 kann eine konventionelle elektronische Vorrichtung
sein, wie beispielsweise eine Fotodiode oder eine CCD. Ansprechend
auf das Licht 135 erzeugt der Detektor 108 ein
elektrisches Signal.
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Der
Prozessor 112 empfängt
das Signal und wandelt das empfangene Signal in eine digitale Repräsentation
oder Digitaldarstellung eines Bildes des Symbols 190 um,
d.h. der Flächen
des Symbols, die den Scanlichtstrahl (den abgetasteten Lichtstrahl) 135 auf
den Detektor 108 reflektieren. Der Prozessor 112 oder
eine andere Komponente, wie beispielsweise ein Digitalsignal/Bildprozessor
identifiziert durch das Symbol 190 repräsentierte Informationen und zwar
ansprechend auf die Digitalerstellung. Beispielweise kann der Prozessor 112 das
Zielobjekt 192 identifizieren oder kann die Charakteristika
bestimmen, wie beispielsweise das Versanddatum, den Bestimmungsort
oder andere Informationen. Alternativ muss sich die identifizierte
Information nicht direkt auf das Zielobjekt 192 beziehen.
Beispielsweise dort, wo das Zielobjekt 180 eine Identifikationskarte
ist, kann das Symbol Information über den Halter oder Karteninhaber
geben.
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2 zeigt
schematisch ein Ausführungsbeispiel
eines durch einen Benutzer mit Leistung versehenen Scanners 102,
der einen durch einen oszillierenden oder schwingenden Körper 108 getragenen
Spiegel 107 aufweist. Der Scanner 102 erfordert keine
gesonderte elektrische Leistungsquelle für seinen Betrieb, sondern wir
stattdessen durch mechanische Energie, die der Benutzer anlegt,
in Oszillation gebracht und zwar erfolgt das Anlegen durch Niederdrücken eines
Auslösers 110.
In anderen Ausführungsbeispielen
kann der Scanner 102 durch elektrische Energie mit Leistung
versorgt werden, die aus der durch den Benutzer eingegebenen mechanischen
Energie abgeleitet wird. Obwohl die 2 eine Kupplung
zwischen dem Auslöser 110 und
dem Schwingungskörper 108 als
ein einfaches Glied 120 aus Zwecken der Klarheit zeigt,
können
die unterschiedlichsten Strukturen und Lösungsmöglichkeiten für die Übertragung
der Energie innerhalb des Rahmens der Erfindung verwendet werden.
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3 zeigt
eine Lösungsmöglichkeit
zum Antrieb eines Scanners 302 mit vom Benutzer gelieferter
Energie. Bei dieser Lösungsmöglichkeit
treibt das Glied 120 eine Gleitstange 122 an,
die durch eine Schiene 124 geführt ist. Die Oberkante der
Gleitstange 122 weist eine Reihe von abgerundeten Zähnen 126A auf,
die sich in Längsrichtung
bewegen, wenn das Glied 120 die Gleitstange 122 entlang
der Schiene 124 antreibt, wie dies durch den Pfeil 128 und
die gestrichelten Linien 126B, 126C gezeigt ist.
Die Gleitstange 122 und die Zähne 126A sind aus
einem dauerhaften, im Wesentlichen starren Kunststoff, spritzgeformt.
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Ein
flexibles Glied 135 aus spritzgussgeformten flexiblem Kunststoff
ist oberhalb der Gleitstange 122 positioniert und trägt einen
Spiegel 132. Ein Finger 134 ragt von dem flexiblen
Glied 135 zum Eingriff mit den Zähnen 126A nach unten.
Der Finger 134 ist ein Kunststoff, ausgewählt für eine relativ niedrige
Gleitreibung, wenn der Finger 134 die Zähne 126A erfasst.
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Wenn
die Zähne 126A in
Längsrichtung
gleiten, so treiben den Finger 134 durch einen periodischen
Auf- und Abpfad an. Der sich bewegende Finger 134 biegt
das Glied 120 in entsprechender Weise und treibt dadurch
den Spiegel 132 an, und zwar durch eine Reihe von Positionen
und Orientierungen, definiert durch die Zähne 126A und das Glied 135, wie
dies durch die gestrichelten Darstellungen des Glieds 135 und
des Spiegels 132 angedeutet ist. Wie oben beschrieben,
gilt Folgendes: wenn sich der Spiegel 132 durch seine Serie
oder Reihe von Positionen und Orientierungen bewegt, wird der Strahl 130 durch
einen Scan- oder Abtastpfad gescannt oder getastet.
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Eine ähnliche
Lösungsmöglichkeit
ist in 4 gezeigt, wo das Glied 135, der Spiegel 132 und
der Finger 134 in ähnlicher
Weise wie die entsprechenden Bauteile dir 3 strukturiert
sind. In diesem Ausführungsbeispiel
jedoch ist das Glied 120 dadurch ersetzt, dass man Zähne 140 direkt
auf dem Auslöser 142 vorsieht.
Wenn der Benutzer den Auslöser 142 durch
Anlegen einer Kraft 144 nieder rückt, so verschwenkt sich der
Auslöser 142 um
eine Achse 146, wodurch die Zähne 140 am Finger 134 vorbeigeführt werden,
wie dies durch den Pfeil 148 gezeigt ist. Wie beim oben
beschriebenen Ausführungsbeispiel
gemäß 3 schieben
oder stoßen
die sich bewegenden Zähne 140 den
Finger 134 zum Antrieb des Spiegels 132 durch
eine Reihe von Positionen und Orientierungen. Wenn sich der Spiegel 132 bewegt,
scannt er den Strahl 130 periodisch.
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Eine
weitere Lösungsmöglichkeit
ist in 5 gezeigt, wo der Benutzer eine Kraft an 50 an
einen Hebelarm 252 anlegt, um zu bewirken, dass die Hebelanordnung 254 um
eine Achse 256 schwenkt. Wenn der Benutzer anfängt, den
Hebelarm 252 niederzudrücken,
so liefert eine Torsionsfeder 258 eine Widertandskraft,
die die Hebelanordnung 254, wie durch den Pfeil 259 gezeigt,
nach außen
vorspannt. Zu Beginn schwenkt die Hebelanordnung 254 um
die Achse 256, was bewirkt, dass ein entfernter Teil 260 auf
einen Ansatz 262 am entfernten Ende des flexiblen Glieds 120 drückt oder
schiebt. Wenn der entfernte Teil 260 auf den Ansatz 262 drückt, so
biegt sich das flexible Glied 120 nach unten, was einen
zusätzlichen
Widerstand gegenüber
den Hebelarm 252 vorsieht. Wenn der Benutzer die Kraft
am Hebelarm 252 erhöht,
so biegt sich das flexible Glied 120 hinreichend, um auf
einen Anschlag 264 zu treffen. Wenn das flexible Glied 120 auf
den Anschlag 264 auftrifft, betätigt es einen Schalter, der
seinerseits eine Laseranordnung 266 einschaltet. Die Laseranordnung 266 ist
derart orientiert, dass durch die Laseranordnung emittiertes Licht
vom Spiegel 132 reflektiert wird und zu einem Kastengenerator 268 läuft.
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Der
Kastengenerator ist ein optisches Element, welches den Strahl 130 in
ein erkennbares Findermuster umwandelt, welches dem Benutzer gestattet,
den Laser mit dem (nicht gezeigten) Zielobjekt einfacher auszurichten.
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Wenn
der Benutzer die Kraft wiederum erhöht, so gleitet die durch einen
Schlitz 270 geführte Hebelanordnung 254 in
Längsrichtung
entlang der durch den Pfeil 272 angedeuteten Achse. Wenn
die Hebelanordnung 254 in Längsrichtung gleitet, so gibt der
entfernte Teil 260 Kraft am Ansatz 262 frei, wodurch
das flexible Glied 120 freigegeben wird. Bei Freigabe springt
das flexible Glied in seine ursprüngliche Ruheposition und verschwenkt
den Spiegel 132 durch eine Reihe von Positionen und Orientierungen. Der
sich bewegende Spiegel 132 schwenkt den Strahl 130 durch
einen Scan- oder Abtastpfad, der durch ein Fenster 274 austritt,
und zwar zum (nicht gezeigten) Zielobjekt. Bei einer Lösungsmöglichkeit verbleibt
die Laseranordnung aktiviert, bis das flexible Glied 120 den
Spiegel 132 in seine Ruheposition bewegt. Alternativ hält eine
einfache Zeitsteuerschaltung die Leistung für die Laseranordnung für eine ausgewählte Zeitperiode
hinreichend hoch, um zu gestatten, dass der Spiegel 132 den
Strahl 130 durch den Scan- oder Abtastpfad scannt oder
verschwenkt.
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Während die
zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele
einen Spiegel 132, getragen direkt durch das flexible Glied 120 verwenden,
benutzt eine alternative Lösungsmöglichkeit
eine Resonanzscan- oder Abtastanordnung 280, getragen durch
das flexible Glied 120, wie in 6 gezeigt.
In diesem Ausführungsbeispiel
legt der Benutzer eine Kraft 282 an einen Knopf 284 an,
schwenkbar oder flexibel gekuppelt mit einem Gehäuse 286, und zwar
durch einen Arm 288. Wenn der Benutzer den Knopf 282 niederdrückt, so
biegt eine entfernt gelegene Spitze 290 das flexible Glied 120.
Sobald der flexible Arm 20 (Übersetzer: 135) hinreichend
niedergedrückt
ist, so dass die entfernte Spitze 290 nicht mehr den flexiblen Arm 120 erfasst,
wird der flexible Arm frei und springt zurück in seine Originalposition.
Wenn der flexible Arm 20 (Übersetzer: 135) die
Originalposition erreicht, und auf einen Anschlag 292 auftritt,
so stoppt er abrupt.
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Da
die Bewegung der Resonanzscan- oder Abtastanordnung 280 abrupt
unterbrochen wird, bewirkt ein Teil ihrer kinetischen Energie eine
Resonanzbewegung der Abtastanordnung 280. Um die Energieübertragung
zu verbessern, weist die Resonanzscan- oder Abtastanordnung 280 eine
Masse 601 auf, die von der Mitte ihres Drehmittelpunktes versetzt
ist. Sobald die Resonanzscan- oder
Abtastanordnung 280 anfängt
sich um ihre Drehmitte oder ihren Drehmittelpunkt zu drehen, "klingelt" die Resonanzscan-
oder Abtastanordnung 280 für eine Zeitperiode und mit
der durch ihre Parameter definierten Amplituden einschließlich ihres
Q. Wie unten beschrieben wird, weist die Resonanz-Abtastanordnung 280 einen
Spiegel auf, der durch eine Reihe von Positionen verschwenkt wird
oder streicht, und zwar als Teil seiner Resonanzbewegung. In ähnlicher Art
und Weise zu den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen kann der Laser
die Resonanzbewegung des Spiegels verwenden, um den Strahl 130 durch
den Scanpfad zu schwenken.
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Eine
weitere Lösungsmöglichkeit
zur Betätigung
der Resonanzscan- oder Abtastanordnung 280, gezeigt in 7,
weist ein Rastrad 602 mit mehreren Fingern 604 auf,
und zwar beabstandet längs
seines Umfangs. Der Benutzer betätigt
das Rastrad durch Niederdrücken
eines Knopfes 606, der eine Zahnstange 608 antreibt,
die mehrere Getriebezähne 610 entlang
einer Kante aufweist. Die Kraft des Benutzers schiebt die Zahnstange
in Längsrichtung
derart, dass die Zähne 610 mit
komplementären
Zähnen 612 auf einer
Achse 614 in Eingriff stehen. Die laufende Zahnstange 608 prägt somit
eine Drehbewegung auf die Achse 614 auf. Die Drehachse 614 dreht
das Rastrad 602.
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Wenn
sich das Rastrad dreht, so biegt es einen flexiblen Arm 616,
der die Scanninganordnung 280 trägt, und zwar solange bis ein
entferntes Ende 618 des flexiblen Armes 616 einen
der Finger 604 erreicht. Wenn das entfernte Ende 618 an
den Fingern 604 vorbeiläuft,
so richtet sich der flexible Arm 616 aus und treibt das
entfernte Ende 618 gegen das Rastrad 602. Das
entfernte Ende 618 trifft auf das Rastrad 602,
wodurch abrupt der Lauf des entfernten Endes 618 gestoppt
wird. Da der flexible Arm 616 die Abtastanordnung 280 trägt, bewegt
sich die Abtastanordnung 280, wenn sich der flexible Arm 616 biegt, und
kehrt in seine ursprüngliche
Position zurück, wenn
sich der flexible Arm 616 ausrichtet bzw. erstreckt. Der
Aufschlag des entfernten Endes 618 auf dem Rastrad 602 stoppt
die Scanninganordnung 280. Die Trägheit bewirkt jedoch, dass
das Gewicht 601 weiter entlang des Rückkehrpfades läuft, was bewirkt,
dass ein Mittelteil 622 sich verschwenkt. Der Mittelteil 622 oszilliert
um seine Drehachse und die Amplitude und Frequenz werden durch die
Parameter der Scanninganordnung 280 bestimmt.
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Ein
weiteres Ausführungsbeispiel
eines, durch den Benutzer mit Leistung versorgten Scanners, ist
in 8 gezeigt, wo der Benutzer einen Knopf 702 niederdrückt, um
einen Betätigungsarm 704 dann
zu bewegen, der schwenkbar mit dem Betätigen 702 und einem
ersten Ende 706 gekuppelt ist. Ein entgegengesetzt liegendes
Ende 708 des Betätigers 704 bewegt
sich durch eine Führungsnut 710, wenn
der Benutzer den Knopf 702 niederdrückt. Wenn der Benutzer anfängt den
Betätigen 702 niederzudrücken, so
drückt
ein Ansatz 712 nahe dem zweiten Ende 708 des Betätigerarms 704 einen
Finger 714, gekoppelt mit einem flexiblen Träger 716 nieder.
Da ein Basisende 719 des Trägers 716 fest am Gehäuse 724 gehalten
ist, bewirkt der niedergedrückte
Finger 714 ein Biegen des flexiblen Träger 716. Wenn sich
der flexible Träger 716 biegt,
so trägt er
einen Spiegel 718 aus einer Ruheposition in eine gebogene
oder Biegungsposition.
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Wenn
der Benutzer den Knopf 702 weiter niederdrückt, so
führt die
Führungsnut 710 den
Ansatz 712 weg vom Basisende 719 bis der Ansatz 712 vom
Finger 714 außer
Eingriff kommt, was den flexiblen Träger 716 freigibt.
Bei Frei gabe läuft
der flexible Träger 716 zurück zu seiner
Ruheposition und biegt sich in entgegengesetzter Richtung und trägt dabei den
Spiegel 718 mit sich. Der Träger 716 setzt die Rückwärts- und
Vorwärtsbiegung
fort und schwenkt den Spiegel 718 wiederholt durch oder über einen sich
verringernden Abtast- oder
Scanpfad.
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In
einem anderen, in den 9A bis 9D gezeigten
Ausführungsbeispiel
trägt ein
flexibler Arm 802 wiederum einen Spiegel 804.
Der Benutzer betätigt
den Scanner durch Niederdrücken
eines Knopfes 806 zum Schwenken eines Antriebsarms 808 um eine
Achse 810. Wenn sich der Antriebsarm 808 verschwenkt,
so biegt ein Ansatz 812 den flexiblen Arm 802 durch
Schieben des Fingers 814, wodurch ein Spiegel 801 um
die Achse 810, wie in 9B gezeigt bewegt
wird. Wenn der Benutzer den Arm noch weiter niederdrückt, so
erreicht der flexible Arm 808 einen Anschlag 820,
der die weitere Bewegung des entfernten Endes des flexiblen Arms
um die Achse 810 ausschließt, wie dies in 9C gezeigt
ist. Ansprechend auf die weitere Niederdrückung durch den Benutzer, bewegt
sich das entfernte Ende des flexiblen Arms 808 in Längsrichtung
entlang des Anschlags 820, wie dies durch den Pfeil 822 in 9D gezeigt
ist. Wenn das entfernte Ende sich längs bewegt, so gibt der Ansatz 812 den
Finger 814 frei. Im flexiblen Arm 802 gespeicherte
Energie bewirkt, dass der Spiegel 801 durch einen Abtast-
oder Scanpfad verschwenkt wird, wie dies durch den Pfeil 824 angegeben
ist. Um zusätzliche
Energie vorzusehen, ist eine Hilfsfeder 826 zwischen den
Rahmen und den flexiblen Arm 808 gekoppelt.
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Die
elastischen Träger
und flexiblen Arme, die hier beschrieben wurden, sind derart ausgelegt, dass
sie ein hohes "Q" besitzen, und zwar
typischerweise von mehr als 1000 derart, dass relativ wenig Energie
von Schwenkung zu Schwenkung verloren geht. Die Konstruktion von
mechanischen Strukturen mit hohem Q ist allgemein bekannt.
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Die
verspiegelte Oberfläche
oszilliert zurück und
nach vorne auf dem oszillierenden Glied oder Oszillationsglied 156 und
zwar mit einer relativ konstanten Frequenz infolge des hohen "Q" des Oszillations- oder Schwingungsgliedes.
Die optische Energie wird von der verspiegelten Oberfläche 760 reflektiert,
wenn diese oszilliert oder schwingt, was bewirkt, dass die reflektierte
optische Energie über
einen Abtast- oder Scanwinkel (θ)
verschwenkt wird, was einen Abtast- oder Scanpfad auf einem Ziel
bildet.
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10 zeigt
eine Bauart eines, ein mikroelektrisches System verwendenden Scanners 758 (MEMS
= micro-electromechanical system scanner), der für diesen Anwendungsfall geeignet
ist. Der MEMS Scanner 158 ist für eine einachsige oder uniaxiale
Abtastung oder Scannen mit der verspiegelten Oberfläche 760 konfiguriert.
Die Konstruktion, die Herstellung und der Betrieb solcher Scanner
ist beispielsweise in dem Neukermans '790 Patent beschrieben und ferner auch
in folgenden Literaturstellen: Asada et al, Silicon Micromachined
Two-Dimensional Galvano Optical Scanner, IEEE Transactions on Magnetics,
Band 30, Nr. 6,4647-4649, November 1994 und Kiang et al, Micromachined
Microscanners for Optical Scanning, SPIE proceedings on Miniaturized
Systems with Micro-Optics and Micromachines II, Band 3008,
Februar 1997, Seiten 82–90.
Der Scanner 758 weist integrale Sensoren 762 auf,
die eine elektrische Rückkopplung
der Spiegelposition zu den Klemmen XXXX vorsehen, wie dies in dem Neukermans '618 Patent beschrieben
ist.
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Der
MEMS Scanner 758 ist auf einem Siliziumsubstrat aufgebaut,
und zwar mit einem eine hohe Reflektivität besitzenden Element 760,
angeordnet auf einem Mittelglied 762. Ein Satz von Tragelementen 763 und 764 hängt das
Mittelglied 762 innerhalb eines Rahmens 766 auf
und tragen dieses. Die Tragelemente 763, 764 definieren
eine Achse (x), relativ zum Rahmen 766 um die herum das
Mittelglied 762 sich dreht. Ein mechanischer Schlag wird
den MEMS Scanner 758 in einen Oszillations- oder Schwingungszustand
versetzen. Um das Ansprechen des Scanners 758 auf einen
Schlag zu verbessern, ist das Mittelglied 762 symmetrisch
bezüglich
der Tragelemente 763 und 764 positioniert. Sobald
der Antrieb in Bewegung erfolgte, gestattet die hohe Q Charakteristik
des MEMS Scanners 758 den MEMS Scanner 758 mechanisch
mit einer bestimmten Frequenz zu schwingen oder zu oszillieren,
oder aber in einem relativ schmalen Frequenzbereich, wodurch das
Mittelglied 762 mechanisch durch einen Winkelüberstreichung
oder Winkelschwenkung verschwenkt wird.
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Ein
mechanischer Schlag oder eine mechanische Vibration überträgt mechanische
Energie an den MEMS Scanner 758 und bewirkt dessen Oszillation
oder Schwingung. Der Scan-Winkel (θ für die x-Achse) ist eine Funktion
des Schwingungsbereichs des MEMS Scanners 758.
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Beispiele
von MEMS Scannern sind in den folgenden US-Patenten beschrieben:
US-Patent Nr. 5,629,790 von Neukermans et al, mit dem Titel MICROMACHINED
TORSIONAL SCANNER, US-Patent Nr. 5,648,618 von Neukermans et al,
mit dem Titel MICROMACHINED HINGE HAVING AN INTEGRAL TORSIONAL SENSOR
und CITE DICKENSHEETS PATENT INSTEAD. Zudem kann ein Abtast- oder Scanningsystem
derart konfiguriert sein, dass ein nicht-MEMS mechanischer Resonanzscanner
inkorporiert wird, wie beispielsweise der im folgenden US-Patent
offenbarte: US-Patent Nr. 5,557,444 von Melville et al, mit dem
Titel MINIATURE OPTICAL SCANNER FOR A TWOAXIS SCANNING SYSTEM.
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11 zeigt
eine Vorder- und Hinteransicht eines alternativen Scanners 900,
der unter Verwendung von Spritz- oder ähnlichen Techniken geformt sein
kann. Anfangs wird der Scanner 900 als ein integrales Teil
geformt, und zwar mit einem Rahmen 902, einem Mittelkörper 904 und
Armen 906. Sobald der integrale Teil geformt ist, wird
ein Aufhängungsdraht 910 zwischen
Rahmen 902 und Mittelkörper 904 gekuppelt,
und zwar unter relativ hoher Spannung und am Platz gehalten durch
einen Satz von Führungsstiften 912.
Sobald der Aufhängungsdraht 910 sich
an seinem Platz befindet, werden die Arme 906 entfernt,
wie durch die Querstrichelung angedeutet ist, wodurch der Mittelkörper 904 relativ
zum Rahmen 902 durch den Aufhängungsdraht 910 geführt wird.
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Wie
man am Besten in 12 erkennt, weist der Mittelkörper 904 ein
Versetzungsgewicht 914 derart auf, dass bei einem Aufschlag,
wie oben beschrieben, der Mittelkörper 904 um den Aufhängungsdraht 910 herum
schwingt oder oszilliert. Während
das Versetzungsgewicht 914 als ein integrales Teil dargestellt
ist, können
auch andere Asymmetrien in den Mittelkörper 904 eingeführt werden,
wie beispielsweise durch hinzugefügte Massen, ausgehöhlte Teile
oder nicht homogene Abschnitte.
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Jedes
der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele
weist einen Mittelkörper
auf, der um einen Torsionsarm oder einen Körper schwenkt, der ansprechend
auf ein flexibles Glied läuft
oder sich bewegt. Die 13 und 14 zeigen
eine alternative Scanninganordnung 1200 wo eine Führungsschraube 1202 ein
Polygon 1204 antreibt, und zwar getragen auf einer Achse 1206 durch
ein Lager 1208. Die Scanninganordnung ist ähnlich zu
einem Spielzeug, wie es viele Kinder besitzen, bei dem ein Benutzer
einen Druckknopf 1212 niederdrückt, was eine Führungsschraube 1202 dazu
veranlasst, durch eine Antriebsscheibe 1212 zu gleiten.
Wenn die Führungsschraube 1202 durch
die Antriebsscheibe 1212 gleitet, so bewirken die Spiral-
oder Schraubenlinienoberflächen
der Führungsschraube 1212 dass
die Antriebsscheibe sich um die Achse 1206 dreht. Wenn sich
die Antriebsscheibe dreht, bewirkt sie, dass die reflektierten Oberflächen des
Polygons 1204 um die Achse 1206 laufen. Die reflektierten
Oberflächen können den
Stahl in ähnlicher
Weise wie bei konventionellen Bar- oder Strichcodescannern abtasten.
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Eine
weitere, ein umlaufendes Polygon verwendende Lösungsmöglichkeit ist in 15 gezeigt, wo
ein durch den Benutzer aktivierter Knopf 1502 eine Zahnstange 1504 antreibt.
Die Zahnstange schwenkt ein Ritzel 1506, welches die Bewegung
zu einem Polygon 1510 überträgt, und
zwar durch ein Paar von Kegelzahnrädern 1512, 1514.
Damit das Polygon 1510 seine Drehung fortsetzen kann, nachdem
der Benutzer den Knopf 1502 freigegeben hat, ist das untere
Kegelzahnrad 1514 mit dem Polygon 1510 durch eine
Einwegkupplung gekuppelt.
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Obwohl
hier die verschiedensten Lösungsmöglichkeiten
beschrieben wurden, und zwar für
die Betätigung
eines Scanningsystems unter Verwendung von benutzereigene Leistungsversorgung,
so ist doch die Erfindung nicht darauf beschränkt. In der Tat kann bei einigen
Anwendungsfällen
die durch den Benutzer gelieferte Leistung durch einen Freigabemechanismus,
wie in den 16 und 17 gezeigt,
ersetzt werden. In diesem Ausführungsbeispiel legt
ein Benutzer oder ein Federmechanismus eine relativ konstante Längskraft
an eine Zahnstange 1610 an. Die Kraft bewirkt, dass sich
ein Freigaberad 1612 um Achse 1614 derart verschwenkt,
dass Zähne 1616 sequentiell
mit Antriebsstiften 1618, 1620 in Eingriff kommen.
Die Antriebsstifte bewirken, dass Y-Arm 1622 nach hinten
und vorn um einen Tragarm 1624 sich schwingt. Der Y-Arm 1622 treibt
eine Antriebswelle 1632 an, was bewirkt, dass ein Ausgleichsrad 1633 sich
zurück
und nach vorne verschwenkt, während
eine Haarfeder 1636 die Rückholkraft vorsieht. Obwohl
nur eine Art des Austritts in den 16 und 17 dargestellt
ist, erkennt der Fachmann, dass verschiedene ähnliche Strukturen üblicherweise
in federgetriebenen Uhren gefunden werden, und hier angewandt werden
könnten.
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Eine
weitere Lösungsmöglichkeit
zur Betätigung
eines Spiegel 1900 ist in 19 gezeigt,
wo ein Daumenhebel 1902 einen Arm 1904 nach unten
antreibt, und zwar geführt
durch einen Finger 1906 in einem Schlitz 1908.
Der Arm 1904 zieht einen elastischen Träger 1910, was diesen
veranlasst, sich an einer herabgesenkten Region 1912 zu
biegen. Wenn der Benutzer den Daumenhebel 1902 freigibt,
so springt der elastische Träger 1910 zurück und trägt den Arm 1904 und
den Spiegel 1900 durch den Scan- oder Abtastpfad.
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20 zeigt
einen weiteren Mechanismus bei dem der Benutzer einen Druckknopf 2000 niederdrückt, um
eine Welle 2000 (2002) nach unten anzutreiben.
Ein Stift 2004 führt
ein entgegengesetzt liegendes Ende der Welle 2000 (200)
durch eine Schienenführung 2006 derart,
dass ein Finger 2008 anfängt nach unten zu laufen. Wenn
der Stift 200 (2004) ein unteres Glied 2010 erreicht,
so fängt
der Stift an seitlich zu laufen, wie dies durch den Pfeil 2012 angedeutet
ist, und zwar unterstützt
durch eine Hilfsfeder 2014. Wenn der Stift seitlich läuft, so
gibt der Stift einen elastischen Spiegelarm 2015 frei.
Wie oben beschrieben, im Hinblick auf mehrere andere Ausführungsbeispiele,
springt der Spiegelarm 2015 zurück in seine Originalposition
bis er einen Anschlag 2022 erreicht, wodurch die Abtastung
oder das Scannen initiiert wird.
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Wenn
der Benutzer den Druck freigibt, so schiebt eine Rückholfeder 2016 den
Arm 200 (2002) nach oben, so dass der Stift der
Schiene oder Bahn 2006 folgt, und zwar durch eine Versetzungsrückkehr "path" 2020. Der
Finger 2008 kehrt dann zu seiner Ruheposition direkt oberhalb
des Spiegelarms 2015 zurück.
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Obwohl
hier verschiedene Ausführungsbeispiele
eines Scanning-Abbildsystems
beschrieben wurden, kann der Fachmann die verschiedensten Implementierungen
vornehmen. Beispielsweise wurde das Abbildsystem hier unter Bezugnahme
auf ein Strichcode-Abtast- oder Scanningsystem beschrieben. Die
hier beschriebenen Scanningtechniken können jedoch auf andere Bildeinfangsysteme
angewandt werden, oder auf Systeme zur Darstellung eines Bildes.
Demgemäß ist die
Erfindung nicht eingeschränkt,
sondern lediglich durch die beigefügten Ansprüche.
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21 ist
eine Explosionsansicht eines in der Hand zu haltenden Strichcodescanners 3000, der
einen Scanstrahl (nicht in 21 gezeigt)
verschwenkt, und zwar unter Verwendung kinetischer Energie, geliefert
durch einen (nicht gezeigt) Benutzer, gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Infolgedessen verwendet der Scanner 3000 weniger
elektrische Energie zum Verschwenken des Scanstrahls und kann kleiner
sein als Strichcodescanner, die einen Motor oder andere mit elektrischer Leistung
versorgende Mittel verwenden, um einen Scanstrahl zu verschwenken.
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Der
Scanner 3000 weist ein in der Hand zu haltendes Gehäuse 3002 auf,
welches obere und untere Abdeckungen 3004 und 3006 aufweist,
sowie ein Abtast- oder Scanfenster 3008, eine gedruckte Schaltungsplatte 3010,
angeordnet innerhalb des Gehäuses 3002,
eine Strahlungsquelle 3012 und einen op tionalen Prozessor 3013,
angebracht auf der Schaltungsplatte, ein piezoelektrisches Kristall 3014 und
einen Batteriehalter 3016. Die Strahlungsquelle 3012 weist
eine Lichtquelle 3018 auf, wie beispielsweise eine lichtemittierende
Diode (LED) oder eine Laserdiode, und ferner einen Abtastknopf 3020,
und zwar jeweils vorstehend durch LED und Knopföffnungen 3022 und 3024 in
der oberen Abdeckung 3004. Die Strahlungsquelle 3012 weist
auch eine elektrische Anschlussfläche 3026 auf, die
elektrisch die gedruckte Schaltungsplatte 3010 kontaktiert,
um Leistung an die Strahlungsquelle 3012 zu liefern, und zwar
von einer Batterie (nicht gezeigt) dann, wenn der Benutzer (nicht
gezeigt) den Scanknopf 3020 drückt. Ein Kabel 3028 ist
mit der gedruckten Schaltungsplatte 3010 über einen
Verbinder 3030 gekuppelt und gestattet, dass eine (nicht
gezeigte) Ferneinheit, wie beispielsweise ein Prozessor oder eine
Basiseinheit mit dem Scanner 3000 kommuniziert.
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Im
Betrieb gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung drückt
der (nicht gezeigte) Benutzer den Scanknopf 3020 mit seinem
Daumen, um ein Ziel, wie beispielsweise das Strichcodesymbol 190 (1)
zu scannen oder abzutasten, und gibt den Knopf frei um den Scanner 3000 zurückzusetzen.
Als erstes erfasst der Benutzer das Gehäuse 3002 mit seiner
Hand und findet die Öffnung 3024 mit
seinem Daumen. Die Öffnung 3024 ist
verjüngt,
um den Daumen des Benutzers zum Scanknopf 3020 zu führen. Als
nächstes
richtet der Benutzer das Scan- oder Abtastfenster 3008 mit
dem Ziel aus und drückt
den Knopf 3020, der bewirkt, dass das Kontaktfeld 3026 die
Strahlenquelle 3012 mit der (nicht gezeigten) Batterie
im Batteriehalter 3016 koppelt, und zwar über die
gedruckte Schaltungsplatte 3010. Die Strahlquelle 3012 verwendet
Leistung von der Batterie, um einen Scanstrahl oder Abtaststrahl
zu erzeugen und zu emittieren (vgl. 24). Zur
gleichen Zeit verwendet die Strahlenquelle 3012 die Bewegung
des Knopfes 3020 zum Verschwenken des Scanstrahls über das Ziel.
Die Strahlenquelle 3012 detektiert einen Rücklaufstrahl
(24), der der Teil des Scanstrahls ist, der vom
Ziel reflektiert wird und wandelt den Rücklaufstrahl in ein elektrisches
Signal um. Eine (nicht gezeigte) entfernt angeordnete Vorrichtung
empfängt das
elektrische Signal über
das Kabel 3028, gewinnt Information über das Ziel aus dem elektrischen
Signal und in formiert die Strahlenquelle 3012, ob die wiedergewonnene
Information gültig
ist. Wenn beispielsweise das Ziel ein Strichcodesymbol ist, so informiert
die entfernt angeordnete Vorrichtung die Strahlenquelle 3012 ob
die wiedergewonnene Information ein gültiges Symbol repräsentiert.
Wenn die Information gültig
ist, dann speichert die Strahlenquelle 3012 die Information
in einem (nicht gezeigten) Speicher und aktiviert den piezo-elektrischen Kristall 3014 und
die LED 3018 um den Benutzer hörbar und sichtbar darauf hinzuweisen,
dass die Abtastung bzw. der Scan des Ziels erfolgreich war. Umgekehrt
gilt dann, wenn die Information nicht gültig ist, dass die Strahlenquelle 3012 den
Kristall 3014 oder die LED 3018 nicht aktiviert.
Alternativ kann die Strahlenquelle 3012 den Kristall 3014 und
die LED 3018 aktivieren, um entsprechende "Information-gültig"- und "Information-ungültig"-Sequenzen zu erzeugen.
Ferner kann anstelle der entfernt angeordneten Vorrichtung der Prozessor 3013 bestimmen,
ob die wiedergewonnene Information gültig ist und den Kristall 3014 und
die LED 3018, wenn erforderlich, aktivieren. Als nächstes gibt
der Benutzer den Knopf 3020 frei, um den Scanner 3000 für die nächste Abtastung
oder den nächsten
Scan zurückzusetzen.
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22 ist
eine isometrische Ansicht der Strahlenquelle 3012 der 21,
wobei die obere Abdeckung gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung entfernt ist. Aus Gründen der Klarheit ist die LED 3018 aus 22 weggelassen.
Zusätzlich
zu dem Scanknopf 3020 und der Kontaktfläche 3026 weist die
Strahlenquelle 3012 eine Reflektoranordnung 3040 auf,
um den Scanstrahl (nicht gezeigt) zu verschwenken, wobei ferner
ein Schwenk- oder Sweep-Mechanismus 3042 vorhanden
ist, um die Reflektoranordnung zu aktivieren und zu deaktivieren
und wobei schließlich
eine Strahl-erzeuge/detektiere-Anordnung 3044 vorhanden
ist. Die Reflektoranordnung 3040 weist einen mehrere Facetten
aufweisenden Spiegel 3046 auf – wobei hier der Spiegel drei
Flächen
oder Stirnflächen
besitzt, obwohl der Spiegel auch eine, zwei oder mehr als drei Stirnflächen aufweisen
könnte – einen
Magneten 3048 und eine Welle 3050 um die der Spiegel
und der Magnet rotieren können.
Der Schwenk- oder Sweep-Mechanismus 3042 weist einen Magneten 3052 auf,
und zwar zum Antrieb und Halten der Reflektoranordnung 3040,
einen Mag nethalter 3054, einen Magnetrückhalter 3056, eine
Magnetführung 3057 und
federbelastete (die Feder ist nicht gezeigt) Magnetbewegungsglieder 3058 und 3060.
Sowohl die Reflektoranordnung 3040 als auch der Schwenkmechanismus 3042 sind
in ihren Ausgangspositionen in 22 gezeigt.
Die Strahlerzeuge/detektiere-Anordnung 3044 weist eine
Laserdiode 3062 (in 24 gezeigt),
und zwar zur Erzeugung des Scan- oder Abtaststrahls, ferner eine
Fotodiode 3064 zum Detektieren des Rücklaufstrahls, reflektiert
von dem gescannten Target oder Ziel (nicht gezeigt) und eine Führung, d.h. ein
rohrförmiges
Element (Röhrchen) 3065 zum
Führen
des Rücklaufstrahls
zur Fotodiode auf. Die Anordnung 3044 weist auch einen
stationären
Spiegel 3066 auf, um den Scanstrahl von der Laserdiode 3062 zum
Spiegel 3046 abzulenken und zum Ablenken des Rücklaufstrahls
vom Spiegel 3046 zur Fotodiode 3064.
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23 ist
eine isometrische Ansicht der Strahlenquelle 3012 der 22 zusammen
mit dem Schwenk- oder Sweep-Mechanismus 3042 in dessen Schwenkposition
und die Reflektoranordnung 3040 befindet sich in ihrer
Null-Schwenkposition
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Wie unten diskutiert, dreht sich die Reflektoranordnung 3040 zurück und vorwärts, d.h.
sie oszilliert um ihre Null-Schwenkposition, während der Scanstrahl (nicht in 23 gezeigt) über das
(nicht gezeigte) Ziel geschwenkt wird.
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24 ist
eine isometrische Ansicht der Strahlenquelle 3012 der 23,
wobei der Scan- oder Abtastknopf 3020 weggelassen ist,
um die Laserdiode 3062 freizulegen und wobei ferner der Scanstrahl 3070 (ausgezogene
Linie) und der Rücklaufstrahl 3072 (gestrichelte
Linie) gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung dargestellt sind. Die Laserdiode 3062, die
Fotodiode 3064 und das Röhrchen 3065 sind derart
positioniert, dass die Strahlen 3070 und 3072 an
einer vorbestimmten Konvergenzdistanz oder an einem vorbestimmten Konvergenzabstand
vom Scanfenster 3008 (21) konvergieren.
In einem Ausführungsbeispiel
ist dieser Abstand sechs Zoll oder annähernd sechs Zoll. Infolgedessen
lernt der Benutzer in typischer Weise das Halten des Scanners 3000 (21)
derart, dass das Scanfenster 3008 sich im Konvergenzabstand weg
vom Ziel (1) befindet oder annähernd im Konver genzabstand.
Alternativ kann die Laserdiode 3062 repositioniert sein,
und zwar mit der Fotodiode 3064 und/oder dem Röhrchen 3065,
um den Konvergenzabstand der Strahlen 3070 und 3072 zu ändern.
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Der
Betrieb des Scanners 3000 gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird in Verbindung mit den 21 bis 24 diskutiert.
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Um
den Scanner 3000 derart zu deaktivieren, dass er ein Ziel
(nicht gezeigt) nicht scannt oder abtastet, gibt der (nicht gezeigt)
Benutzer den Scan- oder Abtastknopf 3020 frei oder gestattet
lediglich, dass der Abtastknopf in seiner nicht gedrückten Position,
wie in 22 gezeigt, verbleibt. Wenn
der Scanknopf 3020 freigegeben wird, so befinden sich die
Reflektoranordnung 3040 und der Schwenkmechanismus 3042 in
ihren entsprechenden Heim- oder Ausgangspositionen,
wie dies in 22 gezeigt ist. Speziell positioniert
der Mechanismus 3042 den Magneten 3052 derart,
dass er den Magneten 3048 anzieht. Da die Anordnung 3040 frei
zur Drehung um ihre Welle 3050 ist, drücken diese magnetischen Anziehungskräfte den
Spiegel 3046 zum Wegweisen vom Spiegel 3066 und
verhindern somit, dass der Spiegel 3046 den Scanstrahl 3070 verschwenkt
oder den Rücklaufstrahl 3072 leitet
oder lenkt. Ferner kontaktiert die Kontaktzone 3026 die
gedruckte Schaltungsplatte 3010 nicht, auf welche Weise
die Leistung zur Laserdiode 3062 und zum Detektor 3064 abgetrennt
wird. Infolgedessen kann der Scanner 3000 den Scanstrahl 3070 während der
Scanknopf 3020 freigegeben ist, nicht erzeugen oder verschwenken.
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Um
den Scanner 3000 zum Scannen eines (nicht gezeigten) Zieles
zu aktivieren, drückt
der (nicht gezeigte) Benutzer den Scanknopf 3020, wie in den 23 und 24 gezeigt.
Wenn der Scanknopf 3020 gedrückt wird, so liefert die gedruckte Schaltungsplatte 3010 Leistung
von der (nicht gezeigten) Batterie in den Halter 3016 zu
den Laser- und Fotodioden 3062 und 3064 über die
Kontaktfläche 3026;
infolgedessen erzeugt die Laserdiode den Scanstrahl 3070.
Ferner schwingt oder oszilliert die Reflektoranordnung 3040 um
den Strahl 3070 über das
Ziel zu verschwenken, und um den Rücklaufstrahl 3072 zur
Fotodiode 3064 zu leiten. Speziell unter Bezugnahme auf
die 23 und 24 sei
darauf hingewiesen, dass der gedrückte Knopf 3020 die Glieder 3058 und 3060 nach
unten bewegt, und auf diese bewirkt, dass die Glieder den Magneten 3052 derart
positionieren, dass dieser den Magneten 3048 abstößt. Da die
Anordnung 3040 frei zur Drehung um ihre Welle 3050 ist,
drücken
diese magnetischen Abstoßkräfte den
Magneten 3048 weg vom Magneten 3052, und somit
wird der Spiegel 3046 zum Magneten 3052 hin gedrückt. Die
stabilen (nach einer Beruhigungs- oder Setzzeit) Sweep- oder Schwenkpositionen,
d.h. die Null-Schwenkpositionen in die der Magnet 3052 den
Spiegel 3046 bzw. den Magneten 3048 zwingt, sind
in den 23, 24 gezeigt.
Da aber die Welle 3050 wenig Widerstand erfährt, oszillieren
Magnet 3048 und Spiegel 3046 nach hinten und nach
vorn um diese entsprechenden Null-Schwenkpositionen, und zwar für eine Zeitperiode
typischerweise einige wenige Sekunden. Diese Schwingung oder Oszillation
wird weiter unten in Verbindung mit den 25A und 25B diskutiert. Während dieser Periode streicht
oder schwenkt der oszillierende Spiegel 3046 den Strahl 3070 mindestens
einmal über
das Ziel und schwenkt bzw. streicht typischerweise den Strahl mehrmals über das
Ziel nach hinten und nach vorne. In einem alternativen Ausführungsbeispiel
kann eine (nicht gezeigte) Feder an der Reflektoranordnung 3040 angebracht sein,
um die Schwingungen zu verstärken
oder zu dämpfen.
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Weiterhin
bezugnehmend auf die 21 bis 24 sei
bemerkt, dass dann, wenn der Scan oder die Abtastung erfolgreich
ist, der Scanner 3000 dem (nicht gezeigten) Benutzer signalisiert,
dass der Scan erfolgreich war, wobei der Benutzer dann den Scanknopf 3020 freigibt,
um den Scanner zurückzusetzen, und
ihn für
ein weiteres (nicht gezeigtes) Ziel bereitzumachen. Speziell die
(nicht gezeigte) entfernt angeordnete Vorrichtung, die mit dem Scanner 3000 über das
Kabel 3028 gekoppelt ist, liest den detektierten Rücklaufstrahl 3072 und
bestimmt, ob ein gültiges
Ziel detektiert ist. Wenn dies der Fall ist, so signalisiert die
entfernte Vorrichtung dem Scanner 3000, der die LED 3018 einschaltet,
der einen Beep-Ton mit dem piezoelektrischen Kristall erzeugt, oder
beides mit einem erkennbaren Muster, um den Benutzer mitzuteilen,
dass die Abtastung erfolgreich war.
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Wenn
die Abtastung nicht erfolgreich war, so signalisiert dies der Scanner 3000 dem
(nicht gezeigten) Benutzer, der dann den Scanknopf 3020 freigibt, um
den Scanner zurückzusetzen
und bereit für.
eine erneute Scannung oder Abtastung des Ziels zu machen. Speziell
dann, wenn die entfernt gelegene Vorrichtung bestimmt, dass ein
gültiges
Ziel nicht detektiert wurde, und zwar innerhalb einer vorbestimmten Zeitperiode,
so signalisiert die Ferneinheit dem Scanner 3000 dies,
der die LED 3018 zum Leuchten bringt, einen Beep-Ton mit
dem piezoelektrischen Kristall erzeugt, oder beides tut, und zwar
mit einem vorbestimmten Muster, um den Benutzer zu informieren,
dass die Abtastung oder der Scan nicht erfolgreich war. Alternativ
kann die fern gelegene Vorrichtung kein Signal senden, und der Benutzer
erkennt, dass eine nicht erleuchtete LED 3018 und/oder
kein Beep innerhalb einer vorbestimmten Zeitperiode eine nicht erfolgreiche
Abtastung oder einen nicht erfolgreichen Scan anzeigt. Der Benutzer
wird dann das Ziel erneut scannen, und zwar gemäß dem oben beschriebenen Scanverfahren.
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25A ist eine Querschnittsansicht der Reflektoranordnung 3040 in
deren Ausgangsposition und des Magneten 3052 in seinen
Ausgangs- und Schwenkpositionen gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung. In einem Ausführungsbeispiel
ist der Magnet 3052 ein flexibler, mehrere Pole besitzender
Magnet, der rechteckig ist und der zwei entgegengesetzte Pole an
jedem Ende besitzt. Es sei für die
Zwecke eines Beispiels angenommen, dass der Magnet 3052 die
mit Nord (N)- und Süd
(S)-Polkonfigurationen hat, obwohl er auch die entgegengesetzten
Polkonfigurationen haben könnte,
wo alle N's zu S's und umgekehrt werden.
Der Magnet 3046 kann aus dem gleichen Material hergestellt
sein wie der Magnet 3052, ist aber ein Standard Dipolmagnet
im gezeigten Ausführungsbeispiel.
Das dreidimensionale Polmuster des Magneten 3052 ist unten
in 25B gezeigt.
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Wenn
sich die Magnete 3048 und 3052 in ihren entsprechenden
Ausgangspositionen, wie in 25A gezeigt,
befinden, so sind die N- und S-Pole des Magneten 3052 mit
den S- bzw. N-Polen des benachbarten Endes des Magneten 3048 ausgerichtet. Daher
ziehen die Magnete 3048 und 3052 einander an.
Da der Schwenkmechanismus 3042 den Magneten 3052 in
einer festen Position hält,
und die Anordnung 3040 frei zur Drehung ist, bewegt die
Anziehung zwischen dem Magneten den Magnet 3048 in seine
Ausgangsposition dann, wenn der Magnet 3052 sich in seiner
Ausgangsposition befindet, und zwar unabhängig von der Anfangsposition
des Magneten 3046. In ihren entsprechenden Ausgangspositionen
können
die Magnete 3048 und 3052 einander berühren.
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Wenn
der Magnet 3052 in seine Schwenkposition, wie in 25A gezeigt, bewegt, so ist der N-Pol mit dem
N-Pol des Magneten 3048 ausgerichtet. Daher stoßen die
Magneten 3046 und 3052 einander. ab. Da der Schwenkmechanismus 3042 den Magneten 3052 in
einer festen Position hält,
und die Anordnung 3040 frei zur Drehung ist, bewegt die
Abstoßung
zwischen den Magneten den Magnet 3046 so weit wie möglich weg
vom Magneten 3052. Da die Reflektionsanordnung 3040 „unterdämpft", d.h. wenig gedämpft ist,
bewirkt diese Abstoßung
auch, dass die Reflektionsanordnung nach hinten und vorne schwingt,
und den Scanstrahl 3070 (24) für eine Zeitperiode
verschwenkt, wie dies oben in Verbindung mit den 23 bis 24 diskutiert
wurde.
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Um
zu verhindern, dass der Magnet 3052 gegen den Magneten 3048 stößt, und/oder
daran kratzt, wenn sich der Magnet 3052 aus seiner Ausgangsposition
zu seiner Schwenkposition bewegt, bewegt der Schwenkmechanismus 3042 (22 bis 24) den
Magneten 3052 entlang eines Pfades 3080 oder längs eines ähnlichen
Pfades. Speziell leitet der Mechanismus 3042 den Magneten 3052 weg
vom Magneten 3048 und hält
ihn auch so bis der Magnet 3052 unterhalb des Bodenniveaus
des Magneten 3046 sich befindet. Sodann bewegt der Mechanismus 3042 den
Magneten 3052 derart unter die Reflektoranordnung 3040,
dass die Magnete 3048 und 3052 einander "lesen". Wie die Mechanismen 3042 den Magneten 3052 bewegen,
ist unten in Verbindung mit den 26 und 27 diskutiert.
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25B ist eine isometrische Ansicht des Magneten 3052 der 25A gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Der Magnet 3052 hat die gleiche Polkonfiguration
wie die zwei Dipolmagneten, die aufeinander gestapelt sind, und
zwar selbst dann, wenn der Magnet 3052 ein einziges Stück aus Magnetmaterial
ist.
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26 ist
eine Seitenansicht der Reflektoranordnung 3040 und der
Magnetführung 3057 des Schwenkmechanismus 3042 (22 bis 24), gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Die Führung 3057 weist
einen Führungskanal 3082 auf,
der den Magneten 3052 dazu zwingt, sich zwischen seine
Ausgangs- und Schwenkpositionen zu bewegen, ohne Kratzen oder Stoßen gegen
den Magneten 3048, wie dies oben in Verbindung mit 25 beschrieben wurde.
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27 ist
eine isometrische Ansicht des Magneten 3052, des Magnethalters 3054 und
des Magnetzurückhalters 3056 des
Schwenkmechanismus 3042 (22 bis 24)
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Der Magnet 3052 ist an dem Halter 3054 mittels
Klebemittel oder irgendeiner andere konventionelle Technik befestigt.
Der Halter 3054 kann horizontal innerhalb von Schienen 3084 des
Halters 3056 gleiten und gestattet somit dem Magneten 3052 die
Bewegung zu der Reflektionsanordnung 3040 hin und von dieser
Weg, wie dies oben in Verbindung mit 25 erläutert wurde.
Der Zurückhalter 3056 kann
sich nach oben und unten innerhalb der Führung 3057 (22 bis 24 und 26) bewegen
und gestattet somit dem Magneten 3052 sich oberhalb und
unterhalb des Bodenniveaus des Magneten 3048 zu bewegen,
wie dies oben in Verbindung mit 26 erläutert wurde.
Der Halter 3054 weist Pfosten 3088 (nur einer
der Pfosten ist in 27 gezeigt), die innerhalb des
Führungskanals 3082 der 26 laufen.
Infolgedessen bewegt sich der Magnet 3052 zwischen seinen
Ausgangs- und Schwenkpositionen, ohne dass der Magnet 3048 kratzt
oder schleift, was oben in Verbindung mit 25 beschrieben
wurde.
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Obwohl
die 25 bis 27 ein
Verfahren beschreiben, um zu verhindern, dass der Magnet 3052 gegen
den Magneten 3048 stößt and an
diesem entlang schleift, und zwar während der Bewegung zwischen
seinen Ausgangs- und
Schwenkpositionen, so können
doch auch andere Techniken verwendet werden.
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Die 28 und 29 sind
isometrische Ansichten der Strahlungsquelle 3012 der 21 gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Die Strahlenquelle 3012 der 28 und 29 ist ähnlich der
Strahlenquelle 3012 der 22 bis 24 mit
der Ausnahme der Hinzufügung
eines Triggermechanismus 3100, der einen federbelasteten
Hebelarm 3102 und eine Auslöser- oder Auslösefeder 3104 aufweist.
Wie unten diskutiert wird, bewirkt der Auslösermechanismus 3100, dass
der Schwenkmechanismus 3042 den Magneten 3052 (22 bis 25) zwischen seinen Ausgangs- und Schwenkpositionen
bewegt, und zwar mit den gleichen oder annähernd den gleichen Geschwindigkeiten,
unabhängig
von der Geschwindigkeit oder Kraft mit der ein (nicht gezeigter)
Benutzer auf den Abtast- oder Scanknopf 3020 (22 bis 24) drückt. Unter
Bezugnahme auf die 22 bis 24 sei
bemerkt, dass der Benutzer auf den Knopf 3020 mit irgendeiner
Geschwindigkeit und mit irgendeinem von ihm gewünschten Abstand drücken kann.
Wenn der Benutzer nicht den Knopf 3020 völlig hineindrückt, dann
kann der Magnet 3052 irgendwo zwischen seinen Ausgangs-
und Schwenkpositionen stoppen, und somit die Reflektoranordnung 3040 nicht
aktivieren. Oder aber, wenn der Benutzer den Knopf 3020 zu
langsam drückt,
so kann die Amplitude des Spiegels 3046 zu klein sein,
um in adäquater Weise
den Strahl 3070 über
das (nicht gezeigte) Ziel zu verschwenken. Das offenbarte Ausführungsbeispiel
des Auslösermechanismus 3100 verhindert
diese potentiellen Fehlfunktionen dadurch, dass der Magnet 3052 den
vollen Abstand und mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit dann
bewegt wird, wenn der Hebelarm die „Ausgangs-zu-Schwenk"- und die „Schwenk-zu-Ausgangs"-Auslöserschwellen,
wie unten beschrieben, kreuzt. Der Auslösermechanismus 3100 sieht
auch ein „Klick"-Geräusch
oder ein anderes Geräusch
vor oder eine Schwingung oder Vibration, die dem Benutzer mitteilt,
dass der Knopf 3020 weit genug gedrückt wurde, so dass eine Abtastung des
Ziels anfangen kann.
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Unter
Bezugnahme auf die 28 sei bemerkt, dass der Hebelarm 3102 in
seiner (gezeigten) oberen Position sich befindet, wenn der Abtastknopf 3020 (21 bis 24)
freigegeben ist. Wenn der (nicht gezeigte) Benutzer den Abtastknopf 3020 drückt, so
schiebt dieser gegen den Hebelarm 3102, auf welche Weise
der Arm nach unten gedrückt
wird. Wenn sich der Arm 3102 nach unten bewegt, so wird die
Feder 3104 gedehnt. Wenn der Arm 3102 die „Ausgangs-zu-Schwenk"-Auslöserschwelle
passiert, was in einem Ausführungsbeispiel
der Punkt ist, wo der Arm sich in seiner Horizontalen befindet,
so zieht die gedehnte Feder 3104 das Magnetbewegungsglied 3060 schnell
nach unten. Dies bewirkt, dass der Magnet 3052 (22 bis 25) sich in einer einzigen Bewegung von
seiner Ausgangsposition in seine Schwenkposition bewegt, wo der
Magnet bewirkt, dass der Spiegel 3048 den Scanstrahl 3070,
wie oben in Verbindung mit den 22 bis 25 ausgeführt ist, verschwenkt.
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Der
Hebelarm 3102 – vgl. 29 – befindet sich
in seiner (gezeigten) unteren Position dann, wenn der Abtastknopf 3020 (21 bis 24)
vollständig
gedrückt
ist. Wenn der (nicht gezeigte) Benutzer den Abtast- bzw. Scanknopf 3020 freigibt,
so drückt
eine (nicht gezeigte) Feder den Hebelarm 3102 nach oben.
Wenn sich der Arm 3102 nach oben bewegt, so wird die Feder 3104 gedehnt.
Wenn der Arm 3102 die Schwenk-zu-Ausgangs-Triggerschwelle
passiert, was in einem Ausführungsbeispiel
der Punkt ist, wo der Arm sich in der Horizontalen befindet, so
zieht die gedehnte Feder 3104 das Magnetbewegungsglied 3060 schnell
nach oben. Dies bewirkt, dass der Magnet 3052 (22 bis 25) sich in einer einzigen Bewegung aus
seiner Schwenkposition in seine Ausgangsposition bewegt, wo der
Magnet bewirkt, dass der Spiegel 3048 sich in seine Ausgangsposition
bewegt und darin verbleibt, wie dies oben in Verbindung mit den 22 bis 25 diskutiert wurde. Da der Arm 3102 federbelastet
ist, brauchen die Glieder 3058 (22 bis 24)
und 3060 nicht federbelastet zu sein.
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Die
vorgestellte Diskussion soll einen Fachmann in die Lage versetzen,
die Erfindung herzustellen und zu verwenden. Verschiedene Abwandlungen der
Ausführungsbeispiele
sind dem Fachmann gegeben, und die allgemeinen Prinzipien können auch
auf andere Ausführungsbeispiele
und Anwendungen angewandt werden, ohne den Rahmen der vorliegenden
Erfindung, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert ist, zu verlassen.
Beispielsweise können die
verschiedensten Mechanismen verwendet werden, um einen Magneten
relativ zum anderen zu bewegen. Zusätzlich kann in einigen Konfigurationen der
Spiegel nur einmal oder sehr wenige Male, ansprechend auf die Benutzeraktivierungen
sich verschwenken. Darüber
hinaus können
die hier beschriebenen Scanningmechanismen auf andere Ziele als
ihre Strichcodesymbole angewandt werden. Obwohl die Scannerausführungsbeispiele,
die hier beschrieben wurden, eine Prozessorschaltung 3013 aufweisen,
kann ferner die Prozessorschaltung oder andere Komponenten entfernt
angeordnet sein, oder in anderen Vorrichtungen eingebaut sein. In
einigen Konfigurationen kann der Scanner 3000 direkt mit
einem tragbaren Computer, PDA oder Handy gekoppelt sein. In solchen
Konfigurationen kann der Scanner 3000 nicht verarbeitete
Daten liefern, und Prozessorleistung in den entfernten Vorrichtungen
benutzen, um die Information hinsichtlich eines Ziels zu identifizieren.
Bei manchen Anwendungsfällen
kann es zusätzlich
erwünscht
sein, eine lineare Anordnung anstelle der Fotodiode 3064 zu
verwenden, um mehr als eine einzige Zeile abzubilden. Zudem kann
der Spiegelträger,
obwohl im beschriebenen Ausführungsbeispiel
hier eine Abtastung oder ein Scannen entlang einer einzigen Achse
erfolgt, derart konfiguriert sein, dass der Spiegel den Strahl durch
ein zweidimensionales Scanmuster verschwenkt, wie beispielsweise
eine Ellipse oder ein komplizierteres Muster. Obwohl der Magnet 3048 als
diskret gegenüber
dem Spiegel 3046 angeordnet ist, ist die Erfindung nicht
darauf beschränkt.
In einer alternativen Konfiguration kann der Spiegel 3046 direkt
auf dem Magneten 3048 angeordnet sein oder der Spiegel 3046 kann
auf einer Stirnfläche
des Magneten 3048 ausgebildet sein.