專利名稱：諧振電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般性地涉及條碼掃描器中的擺動(dòng)諧振電機(jī)的一種驅(qū)動(dòng)電路，該電機(jī)在相反的轉(zhuǎn)動(dòng)方向上周期性地?cái)[動(dòng)向一面掃描反射鏡傳遞擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)。更具體地，本發(fā)明涉及用于條碼掃描器的諧振電機(jī)的一種驅(qū)動(dòng)電路，其中的電機(jī)是在其本身的自然諧振頻率上驅(qū)動(dòng)的，只需要極小的電流來(lái)維持這種擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)。
一般，本發(fā)明涉及位于條碼掃描設(shè)備中的一種掃描裝置，它能夠反復(fù)地掃描其各部分具有不同的光反射率的標(biāo)記，如條碼符號(hào)。該掃描裝置很好地安裝在該掃描設(shè)備的用戶能夠輕松地握住及操縱的槍形手持式外殼的輕型掃描設(shè)備中的單片印刷電路板上的。
利用激光掃描設(shè)備來(lái)掃描與讀取設(shè)置在諸如包裝或商品等目標(biāo)上的信息在這一特殊技術(shù)領(lǐng)域中眾所周知，并已為商業(yè)上廣泛接受。在這方面，各種類型的激光掃描設(shè)備包含有容納用于讀取目標(biāo)上的信息或條碼符號(hào)的諸如條碼閱讀器這樣的光學(xué)閱讀系統(tǒng)的掃描頭的激光掃描設(shè)備，這種符號(hào)是由條碼閱讀器投射的一個(gè)激光束掃描的。通常，這種激光掃描設(shè)備，尤其是條碼閱讀器類型的，被廣泛地用于諸如制造、運(yùn)輸?shù)裙I(yè)中以及零售業(yè)中，例如可以永久性地安裝在超級(jí)市場(chǎng)的結(jié)賬出口柜臺(tái)的結(jié)構(gòu)中，從而印有或貼有條碼符號(hào)的商品從位于柜臺(tái)表面下的一個(gè)固定條碼閱讀器的上方通過(guò)以向商人提供顧客所購(gòu)買的商品的記錄，并同時(shí)向顧客提供一個(gè)讀數(shù)(可能是一個(gè)印刷記錄)。
另外，條碼閱讀器或激光掃描設(shè)備也可以是由一個(gè)固定安裝在延伸到排放商品的一個(gè)承載平臺(tái)或柜臺(tái)面上的一個(gè)支架上的光學(xué)掃描器單元構(gòu)成的，或者在按照本發(fā)明的一種較佳實(shí)施例的許多應(yīng)用場(chǎng)合，它是以一種小型的、重最輕的帶有手槍把的槍形設(shè)備的形式構(gòu)成的，并且啟動(dòng)了的設(shè)備通常在較近的距離上通過(guò)印在商品或目標(biāo)上的條碼符號(hào)的上方來(lái)掃描這些條碼符號(hào)所提供的信息。
在此以前，已經(jīng)研制出各種各樣的光學(xué)閱讀器及光學(xué)掃描系統(tǒng)來(lái)讀取出現(xiàn)在標(biāo)簽上或者物體的表面上的條碼符號(hào)。條碼符號(hào)本身為包含界定不同寬度的間隔的一系列互相分隔開(kāi)的不同寬度的條紋的標(biāo)記的一種編碼圖形，條紋與間隔具有不同的光反射特征。閱讀器與掃描系統(tǒng)將圖形標(biāo)記光電地變換成電信號(hào)，再將這些電信號(hào)解碼成旨在描述該物體或其某些特征的字母數(shù)字型字符。這些字符通常是以數(shù)字形式表示的并用作對(duì)銷售點(diǎn)處理、庫(kù)存管理等應(yīng)用的一個(gè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的輸入。這種通用型掃描系統(tǒng)已在諸如轉(zhuǎn)讓給本申請(qǐng)的同一受讓人的4，251，798;4，369，361;4，387，297;4，409，470;4，760，248;及4，896，026號(hào)美國(guó)專利中公開(kāi)過(guò)。
在上述專利及它們以外的專利中，具有特別優(yōu)越的構(gòu)造的一種是5，015，833號(hào)美國(guó)專利中所展示與提出的用于激光掃描器的一種掃描板模塊，該專利也已轉(zhuǎn)讓給本申請(qǐng)的同一受讓人，并在這里引入其所公開(kāi)的內(nèi)容作為參照。在這一方面，5，015，833號(hào)美國(guó)專利公開(kāi)了一種包括在通常重量輕的手持式槍形外殼中的一種掃描板模塊，該外殼中包含一塊印刷電路板，上面裝有光學(xué)地對(duì)準(zhǔn)的工作關(guān)系的光學(xué)與掃描部件。該印刷電路板是以某種方式安裝在外殼中的，并且這些工作掃描器部件是緊固在印刷電路板上使它們免遭粗暴的操作或掃描設(shè)備有可能掉落時(shí)所導(dǎo)致的碰撞或振動(dòng)所引起的破壞的。此外，這一專利中所公開(kāi)與展示的以及參照520，464號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)中圖2的實(shí)施例所特別闡明的那種在單片印刷電路板上的各種工作部件的模塊式安裝使該掃描裝置具有簡(jiǎn)單而高效的構(gòu)造及操作。
如上述某些專利中所公開(kāi)的，這種掃描系統(tǒng)中的一個(gè)實(shí)施例為由用戶托住的一個(gè)手持式便攜激光掃描頭，它是配置成使用戶能夠?qū)⒃擃^，更具體地說(shuō)它所投射的光束或激光束瞄準(zhǔn)在待讀取的一個(gè)目標(biāo)與一個(gè)符號(hào)上。
激光掃描器中的光源通常是一個(gè)氣體激光器或半導(dǎo)體激光器。在掃描系統(tǒng)中使用諸如激光二極管這樣的半導(dǎo)體器件作為光源尤其理想，因?yàn)樗鼈凅w積小、成本低及所需的能量低。通常由一個(gè)透鏡光學(xué)地修正激光束以在目標(biāo)上形成一個(gè)一定大小的束斑。目標(biāo)距離上的束斑的大小最好的大致上與具有不同光反射率的區(qū)域間的最小寬度相等，該寬度為符號(hào)中條和間隔的最小寬度。
條碼符號(hào)是由不同的可能寬度的通常成矩形的條紋或元素構(gòu)成的。元素的特定排列按照所采用的代碼或“符號(hào)表示”所規(guī)定的一組規(guī)則與定義所表示的字符。條紋與間隔的相對(duì)尺寸取決于所采用的編碼類型，條紋與間隔的實(shí)際尺寸也是這樣。條碼符號(hào)每英寸中所表示的字符數(shù)稱作符號(hào)的密度。為了編碼一個(gè)所要求的字符序列，將一組元素排列連接在一起來(lái)構(gòu)成整個(gè)條碼符號(hào)，信息中的每一字符是由其自己的對(duì)應(yīng)元素群表示的。在某些符號(hào)表示中使用了一個(gè)唯一的“起始”與“終止”字符來(lái)指明條碼的開(kāi)始與結(jié)束位置。存在著許多種不同的條碼符號(hào)表示。這些符號(hào)表示中包括UPC/EAN、Code39、Code128Codabar及交叉25碼(Interlaved2of5)。
為了便于討論，一種符號(hào)表示所識(shí)別與定義的字符稱作合法字符，而該符號(hào)表示所不能識(shí)別與定義的字符則稱作非法字符。從而，一種給定的符號(hào)表示所不能解碼的元素排列對(duì)應(yīng)于該符號(hào)表示的非法字符。
為了增加一定量的表面區(qū)域上所能表示或存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量，最近研制了若干種新的條碼符號(hào)表示。其中之一，Code49，通過(guò)垂直地相疊字符行而不是水平地延伸這些條紋而引入了“二維”的概念。即，不止一行而是有若干行條紋與間隔的圖形。Code49的結(jié)構(gòu)4，794，239號(hào)美國(guó)專利中描述，在這里引入它作為參照。
手持式閱讀器通常提供的一維單線掃描在讀取這些二維條碼中多有不便;即必須逐行地瞄準(zhǔn)閱讀器。同樣，多掃描線閱讀器生成互相成角度的許多掃描線，因而也是不適用于識(shí)別Code49型的二維符號(hào)的。
此外，Well的4，902，083號(hào)美國(guó)專利公開(kāi)了一種用于小型光學(xué)顯示器裝置的低振動(dòng)諧振掃描單元，其中的一個(gè)諧振掃描單元采用了一種所謂音叉設(shè)計(jì)。在一個(gè)音叉的一條臂上安裝了一面掃描反射鏡，而在其另一條臂上則安裝了一塊抗衡質(zhì)量。雖然這為掃描反射鏡的擺動(dòng)提供了生成光柵顯示的條件，但其結(jié)構(gòu)本質(zhì)上是相對(duì)復(fù)雜的，并且需要多個(gè)部件來(lái)產(chǎn)生掃描操作。
在本技術(shù)中所知的掃描系統(tǒng)中，一塊透鏡或類似的光學(xué)部件將光束沿一條光徑引向表面上包含一個(gè)條碼符號(hào)的一個(gè)目標(biāo)上。掃描是通過(guò)將光束在一條線上或者一系列線上掃過(guò)符號(hào)而進(jìn)行工作的。掃描部件可包含一個(gè)驅(qū)動(dòng)器或掃描電機(jī)用于或者以高速重復(fù)的方式將束斑掃掠過(guò)該符號(hào)并跟蹤一條橫越并超過(guò)該符號(hào)的掃描線，或者掃描該掃描器的視野，或者兩者兼做。
掃描系統(tǒng)通常還包括一個(gè)傳感器或測(cè)光器，用于檢測(cè)符號(hào)反射的光。因此測(cè)光器是設(shè)置在掃描器中或光徑上一個(gè)使其具有橫越并略為超過(guò)該符號(hào)的視野的位置上的。一部分從該符號(hào)反射的光被檢測(cè)到并轉(zhuǎn)換成一個(gè)電信號(hào)，電子電路或軟件將該電信號(hào)解碼成所掃描的符號(hào)所表示的數(shù)據(jù)的一種數(shù)字表示。例如，來(lái)自測(cè)光器的模擬電信號(hào)通?？赊D(zhuǎn)換成脈沖寬度調(diào)制的數(shù)字信號(hào)，其寬度對(duì)應(yīng)于條紋與間隔的物理寬度。然后按照特定的符號(hào)表示將這一信號(hào)解碼成該符號(hào)中所編碼的數(shù)據(jù)的一種二進(jìn)制表示，并轉(zhuǎn)換成所表示的字母數(shù)字型字符。
已知掃描系統(tǒng)中的解碼過(guò)程通常以下述方式工作。解碼器從掃描器接收脈沖寬度調(diào)制的數(shù)字信號(hào)，在軟件中實(shí)現(xiàn)的一種算法隨即試圖解碼這一掃描。如果成功而完全地解碼了掃描中的起始與終止字符以及它們之間的字符，則解碼過(guò)程結(jié)束并向用戶提供一個(gè)指示成功讀取的信號(hào)(諸如一個(gè)綠燈與/或嘟嘟聲)。否則解碼器接收下一個(gè)掃描，在該掃描上進(jìn)行另一次解碼嘗試，等等，直到得到一個(gè)完全解碼的掃描或者再也沒(méi)有可利用的掃描為止。
激光掃描器不是唯一的能夠讀取條碼符號(hào)的光學(xué)儀器。另一種條碼閱讀器包含以電荷耦合器件(CCD)技術(shù)為基礎(chǔ)的檢測(cè)器。在這種閱讀器中，檢測(cè)器的大小大于或者基本等于待讀取的符號(hào)。整個(gè)符號(hào)照滿來(lái)自閱讀器的光，并順序地讀出每一個(gè)CCD元件來(lái)確定一個(gè)條紋或間隔的出現(xiàn)。這種閱讀器重量輕、易于使用，但要求將閱讀器基本上直接接觸或放置在符號(hào)上才能正確地讀出該符號(hào)。對(duì)于某些應(yīng)用而言，或者作為一種用戶的個(gè)人愛(ài)好，這種閱讀器與符號(hào)的物理接觸是一種較佳的操作方式。
本發(fā)明在技術(shù)上涉及下述美國(guó)專利及專利申請(qǐng)，它們是共同轉(zhuǎn)讓的并且屬于相同的條碼掃描器驅(qū)動(dòng)電路與電機(jī)的總技術(shù)領(lǐng)域的。
1991年1月10日提交的639，822號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)了一種條碼掃描器驅(qū)動(dòng)電路，它包含一個(gè)帶有電壓反饋的電壓驅(qū)動(dòng)放大器，用于驅(qū)動(dòng)激光條碼閱讀器中一面掃描反射鏡的一臺(tái)步進(jìn)電機(jī)。所公開(kāi)的電壓驅(qū)動(dòng)電路提供實(shí)際上消除了諧振的高阻尼低q驅(qū)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)包括一個(gè)轉(zhuǎn)子、一個(gè)定子、一個(gè)中心抽頭的交流繞組及一個(gè)直流繞組。電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路包括一個(gè)矩形波發(fā)生器用于生成周期性矩形電壓信號(hào)。交流繞組的驅(qū)動(dòng)電路接收該周期性矩形電壓信號(hào)作為一個(gè)輸入，并包括一個(gè)電壓反饋電路，在其中將跨越交流繞組的電壓與驅(qū)動(dòng)交流繞組的輸入電壓信號(hào)進(jìn)行比較并使之跟蹤這一輸入電壓。交流繞組的驅(qū)動(dòng)電路包括一個(gè)第一同相運(yùn)算放大器及一個(gè)第二反相運(yùn)算放大器用于分別驅(qū)動(dòng)交流繞組的第一與第二相位側(cè)。各第一與第二運(yùn)算放大器接收該矩形電壓信號(hào)作為第一輸入信號(hào)同時(shí)接收分別表示跨越交流繞組的第一與第二相位側(cè)的電壓的反饋信號(hào)作為第二輸入。該電路還包括分別耦合于第一與第二運(yùn)算放大器的輸出端的第一與第二低輸出阻抗射極跟隨器驅(qū)動(dòng)器用于分別驅(qū)動(dòng)交流繞組的第一與第二相位側(cè)。直流繞組的驅(qū)動(dòng)電路利用從交流繞組得到微步進(jìn)電壓反饋信號(hào)來(lái)補(bǔ)償交流與直流繞組之間的角位移，并包括一個(gè)運(yùn)算放大器用于將一個(gè)直流電壓驅(qū)動(dòng)信號(hào)與該微步進(jìn)電壓反饋信號(hào)進(jìn)行復(fù)合。
提出一種“具有電機(jī)調(diào)幅器電路的便攜式激光掃描系統(tǒng)及掃描方法”的5，003，164號(hào)美國(guó)專利公開(kāi)了一種具有受電機(jī)調(diào)幅器電路控制的高速掃描電機(jī)的激光條碼掃描器，該電路自動(dòng)控制高速掃描電機(jī)的傳動(dòng)軸的擺幅。通過(guò)使用一個(gè)向掃描電機(jī)的交流定子繞組提供激勵(lì)與去激勵(lì)交流定子線圈的周期性矩形電流波形的閉環(huán)控制系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行幅度控制。閉合控制環(huán)路的信號(hào)是一個(gè)從電機(jī)的直流定子繞組得到的反饋信號(hào)，該反饋信號(hào)指明擺幅。通過(guò)控制擺幅，高速掃描電機(jī)能夠保持一致的掃描速度并耗用較小的功率。
提出一種“便攜式激光掃描系統(tǒng)與諧振電機(jī)控制電路”的5，019，746號(hào)美國(guó)專利公開(kāi)了具有由諧振電機(jī)電路控制的高速掃描電機(jī)的一種激光條碼掃描器，該電路自動(dòng)控制高速掃描電機(jī)的擺動(dòng)頻率與幅度。頻率與幅度控制是通過(guò)使用一個(gè)從電機(jī)的繞組上得到的驅(qū)動(dòng)電流的二次諧波的一個(gè)單一反饋信號(hào)來(lái)完成的，這一反饋信號(hào)指示諧振，同時(shí)測(cè)定擺動(dòng)幅度。利用該電路來(lái)將電機(jī)調(diào)諧并保持在諧振的擺動(dòng)模式中。對(duì)高速掃描電機(jī)的擺動(dòng)頻率與幅度都加以控制能使電機(jī)持一致的掃描速度并耗用較小的功率。
從而，本發(fā)明的主要目的是為條碼掃描器提供一種用于驅(qū)動(dòng)一臺(tái)擺動(dòng)諧振電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路，該電機(jī)在相反的轉(zhuǎn)動(dòng)方向上周期性地?cái)[動(dòng)而將擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)傳送給一面掃描反射鏡。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是為條碼掃描器的諧振電機(jī)提供一種驅(qū)動(dòng)電路，其中該電機(jī)是以其本身的自然諧振頻率驅(qū)動(dòng)的，只需要極小的電流來(lái)維持?jǐn)[動(dòng)運(yùn)動(dòng)因而這一系統(tǒng)特別適用于蓄電池供電的應(yīng)用。
此外，這里所描述的驅(qū)動(dòng)電路與諧振電機(jī)必定會(huì)有長(zhǎng)的工作壽命，這使本發(fā)明成為固定安裝的應(yīng)用的最佳選擇。
根據(jù)這里的教導(dǎo)，本發(fā)明提供了一種較已知技術(shù)的諧振驅(qū)動(dòng)器更簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)電路，并具有若干優(yōu)點(diǎn)，其中包括能夠在低電源電壓工作以及通過(guò)在電機(jī)驅(qū)動(dòng)繞組上作用可資利用的電源電壓中的大百分比電壓來(lái)快速啟動(dòng)該電機(jī)。驅(qū)動(dòng)電路只在一個(gè)方向上驅(qū)動(dòng)電機(jī)，這一點(diǎn)是重要的，因?yàn)樗鼫p少了串聯(lián)在驅(qū)動(dòng)繞組上的部件的數(shù)量，并且增加了在啟動(dòng)時(shí)能夠作用在驅(qū)動(dòng)繞組上的電壓，這一驅(qū)動(dòng)電路是設(shè)計(jì)成一臺(tái)簡(jiǎn)單的電機(jī)上工作的，該電機(jī)具有單一的移動(dòng)磁鐵轉(zhuǎn)子及帶有兩個(gè)繞組的單一固定線圈繞線架、一個(gè)驅(qū)動(dòng)繞組及一個(gè)反饋繞組，它使得系統(tǒng)成本為最低。
本發(fā)明提供了具有一面掃描反射鏡的條碼掃描器，該反射鏡受到周期性驅(qū)動(dòng)而在第一與第二相反的轉(zhuǎn)動(dòng)方向上擺動(dòng)。一個(gè)掃描光束射在掃描反射鏡上，后者使該光束周期性地掃過(guò)條碼掃描器的視野。一個(gè)檢測(cè)器檢測(cè)正在被掃描的條碼符號(hào)對(duì)掃描光束的反射，并生成表示它的輸出信號(hào)。
具有安裝在其上面的永久磁鐵的一個(gè)轉(zhuǎn)子的一臺(tái)諧振電機(jī)驅(qū)動(dòng)該掃描反射鏡，該諧振電機(jī)包括位于與永久磁鐵相鄰的位置上的一個(gè)驅(qū)動(dòng)繞組，用于只在一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)方向上在永久磁鐵上作用一個(gè)驅(qū)動(dòng)力，同時(shí)還有一個(gè)也位于與永久磁鐵相鄰的位置上的反饋繞組，用于當(dāng)該永磁鐵周期地在相反的方面上在反饋繞組附近通過(guò)時(shí)發(fā)送一個(gè)基本上正弦波形的反饋電壓。正弦波形的反饋電壓的前一半是在永久磁鐵在第一轉(zhuǎn)動(dòng)方向上通過(guò)時(shí)生成的，而正弦波形的反饋電壓的后一半是在磁鐵在第二相反的轉(zhuǎn)動(dòng)方向上通過(guò)時(shí)生成的。五個(gè)回動(dòng)偏壓彈簧在第二轉(zhuǎn)動(dòng)方向上在轉(zhuǎn)子上作用一個(gè)回動(dòng)偏壓力。
諧振電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路包括一個(gè)耦合于反饋繞組的驅(qū)動(dòng)放大器，該驅(qū)動(dòng)放大器只被反饋電壓的前一半接通，而被反饋電壓的后一半斷開(kāi)。一個(gè)驅(qū)動(dòng)器晶體管的輸入端耦合到驅(qū)動(dòng)放大器，其輸出端耦合到驅(qū)動(dòng)繞組，只在反饋電壓的前一半中驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子?；剞D(zhuǎn)偏壓彈簧只在第二轉(zhuǎn)動(dòng)方向上驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子，使得該電機(jī)在其自然諧振頻率上受到驅(qū)動(dòng)，這一頻率確定反饋電壓的頻率。
在一個(gè)較佳實(shí)施例中，正弦波形的反饋電壓的前一半是正的一半，而后一半則是負(fù)的一半，雖然如此，一個(gè)對(duì)稱地相反極性電路的實(shí)施例也在本發(fā)明的教導(dǎo)的范圍內(nèi)，這一點(diǎn)是顯而易見(jiàn)的。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例從反饋電壓的正負(fù)兩個(gè)峰值上都導(dǎo)出反饋信息，這使得在調(diào)整的幅度上的穩(wěn)定時(shí)間更快。在這另一個(gè)實(shí)施例中，電機(jī)依然是只在單一方向上被驅(qū)動(dòng)的，并且應(yīng)使驅(qū)動(dòng)電路與反饋繞組之間的磁耦合盡可能地小。
更詳細(xì)地說(shuō)，驅(qū)動(dòng)電路還包括一個(gè)耦合于反饋繞組的負(fù)峰值檢測(cè)器來(lái)接收所產(chǎn)生的反饋電壓。負(fù)峰值檢測(cè)器的輸出在轉(zhuǎn)動(dòng)偏轉(zhuǎn)越小時(shí)具有越大的正值。一個(gè)誤差比較器放大器在其一個(gè)第一輸入端上耦合到負(fù)峰值檢測(cè)器上，并在其一個(gè)第二輸入端上耦合到一個(gè)參照電壓。一個(gè)可變電阻器FET(場(chǎng)效應(yīng)晶體管)的輸入端耦合到誤差比較器放大器，其輸出端耦合到驅(qū)動(dòng)放大器。運(yùn)行中，來(lái)自誤差比較器放大器的較大的正值減小可變電阻器FET的電阻，而增加驅(qū)動(dòng)放大器的增益，從而在較小幅度偏轉(zhuǎn)時(shí)增加作用在驅(qū)動(dòng)繞組上的電流。此外，可以通過(guò)調(diào)整參照電壓的大小來(lái)調(diào)整電機(jī)的擺動(dòng)幅度。
負(fù)峰值檢測(cè)器包括一個(gè)二極管，其陽(yáng)極耦合于反饋繞組，而其陰極則通過(guò)一個(gè)電阻器與一個(gè)電容器的并聯(lián)裝置耦合到參照電壓上。
只在所產(chǎn)生的反饋電壓的正的半周期中驅(qū)動(dòng)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是只在負(fù)的半周期中對(duì)負(fù)峰值檢測(cè)器充電。這一點(diǎn)是重要的因?yàn)檎胫芷诘牟ㄐ文茉陔娏髁鹘?jīng)驅(qū)動(dòng)繞組時(shí)被驅(qū)動(dòng)繞組與反饋繞組之間的感應(yīng)耦合所畸變。由于這只發(fā)生在正半周期上，峰值檢測(cè)器并不受其影響，因而反饋信號(hào)能保持精確。
驅(qū)動(dòng)電路還生成一個(gè)諧振電機(jī)的啟動(dòng)脈沖，在諧振電機(jī)中有一個(gè)電容器耦合在反饋繞組與驅(qū)動(dòng)放大器之間，當(dāng)電壓首先作用在電路上時(shí)，該電容器接受一個(gè)充電電流，該電流流經(jīng)一個(gè)串聯(lián)的電阻器及一個(gè)接地的電阻器，為驅(qū)動(dòng)放大器生成一個(gè)電壓脈沖。啟動(dòng)時(shí)在反饋繞組上生成的電壓是低的，它接通誤差比較器放大器，后者驅(qū)動(dòng)全部可變電阻器，使驅(qū)動(dòng)放大器的增益上升而使驅(qū)動(dòng)器晶體管對(duì)驅(qū)動(dòng)繞組作用一個(gè)大的電流。
比較器還將負(fù)峰值檢測(cè)器電壓與一個(gè)參照電壓進(jìn)行比較，并且當(dāng)適當(dāng)?shù)卣{(diào)整了轉(zhuǎn)子的角偏轉(zhuǎn)幅度時(shí)，來(lái)自峰值檢測(cè)器的輸入將低于該參照電壓。反之，如果該系統(tǒng)不是適當(dāng)?shù)卣{(diào)整的，峰值檢測(cè)器電壓將上升而斷開(kāi)比較器，諸如在在激光掃描系統(tǒng)中的一次電機(jī)故障事件中，比較器的斷開(kāi)可用于切斷激光掃描束發(fā)生器。反饋電壓還被引導(dǎo)到一個(gè)過(guò)零檢測(cè)器，后者為條碼掃描器的解碼器生成一個(gè)掃描開(kāi)始定時(shí)信號(hào)。
熟悉本技術(shù)的人員可參照結(jié)合附圖的一個(gè)較佳實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明更清楚地理解本發(fā)明的諧振電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路的上述目的與優(yōu)點(diǎn)，在附圖中的所有的幾種視圖中，相同的部件是用相同的參照數(shù)字指明的，其中

圖1是專門(mén)為諧振電機(jī)設(shè)計(jì)的一種驅(qū)動(dòng)電路的電路圖，其中的轉(zhuǎn)子是在相反的轉(zhuǎn)動(dòng)方向上擺動(dòng)的，并且該電機(jī)包括一個(gè)帶永久磁鐵的轉(zhuǎn)子、一個(gè)驅(qū)動(dòng)線圈及一個(gè)反饋線圈;
圖2示出了與驅(qū)動(dòng)繞組串聯(lián)的少數(shù)部件，它們使得在啟動(dòng)時(shí)作用在驅(qū)動(dòng)繞組上的可利用的電壓為最大;
圖3示出在兩個(gè)方向上驅(qū)動(dòng)一臺(tái)電機(jī)的第一種方法，其中的驅(qū)動(dòng)繞組是以與兩個(gè)驅(qū)動(dòng)晶體管相關(guān)聯(lián)的一個(gè)中心抽頭繞成的;
圖4示出了在兩個(gè)方向上驅(qū)動(dòng)一臺(tái)電機(jī)的第二種方法，其中使用了一個(gè)電橋驅(qū)動(dòng)器，在任何一個(gè)時(shí)刻該驅(qū)動(dòng)器具有兩個(gè)與繞組串聯(lián)的對(duì)角地相對(duì)的晶體管，并且其中的兩對(duì)對(duì)角地相對(duì)的晶體管交替地被接通而在一個(gè)方向或另一個(gè)方向上作用通過(guò)線圈的電流;
圖5以放大了的比例尺示出根據(jù)提出一種“掃描裝置與方法”的07/812，923號(hào)專利申請(qǐng)構(gòu)成的聚酯薄膜(Mylar)掃描電機(jī)的一部分的剖面圖;
圖6示出郵沿圖5中6-6線所取的一個(gè)剖視圖;以及圖7示出了一種條碼閱讀器的一個(gè)高度簡(jiǎn)化了的實(shí)施例，它可以與本發(fā)明的諧振電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路聯(lián)合使用。
詳細(xì)參見(jiàn)附圖，圖1為專門(mén)為Mylar電機(jī)使用而設(shè)計(jì)的一種驅(qū)動(dòng)電路(諸如1991年12月4日提交的提出一種“掃描裝置與方法”的07/812，923號(hào)專利申請(qǐng)中所描述的Mylar電機(jī))的電氣示意圖，同時(shí)還部分地示出在本申請(qǐng)中的圖5與圖6中。然而，本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)電路能夠用于這里所描述的其它類型的諧振電機(jī)，其中的轉(zhuǎn)子是在相反的轉(zhuǎn)動(dòng)方向上周期性地?cái)[動(dòng)的以在一個(gè)條碼掃描器的掃描反射鏡上產(chǎn)生一個(gè)擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)。
本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)電路較其它的已知先有技術(shù)的諧振驅(qū)動(dòng)電路更簡(jiǎn)單，并且具有這里所述的各種優(yōu)點(diǎn)。圖1的驅(qū)動(dòng)電路示出了為諧振頻率大約為20赫茲的一種電機(jī)所設(shè)計(jì)的電氣值與部件，其操作如下。在圖1的示意圖中，在電機(jī)線圈的繞線架上的兩個(gè)繞組為一個(gè)驅(qū)動(dòng)繞組10及一個(gè)反饋繞組12。示出為鄰近驅(qū)動(dòng)繞組10并在外表上鄰近反饋繞組12的安裝在轉(zhuǎn)子16上的一塊磁鐵14，該磁鐵14設(shè)置在鄰近繞組10與12的線圈繞線架處。起初，作用在驅(qū)動(dòng)繞組上的電流使磁鐵14及安裝在其上的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，這一結(jié)構(gòu)為諸如條碼掃描器的一面掃描反射鏡18及一個(gè)電機(jī)回動(dòng)彈簧20。
回動(dòng)彈簧20是示意性示出的，它可以是一個(gè)諸如07/812，923號(hào)專利申請(qǐng)中所述的Mylar片簧，一個(gè)扭力彈簧，或者任何適當(dāng)?shù)钠D(zhuǎn)裝置。如本技術(shù)中所公知的，在條碼掃描器的操作中，諸如激光器或激光二極管這樣的掃描束發(fā)生器19將一光束指向擺動(dòng)的掃描反射鏡18上，使該光束周期性地橫越該條碼掃描器的一個(gè)視野進(jìn)行掃描。掃描光束的反射(諸如正在被掃描的一個(gè)條碼符號(hào)的反射)被一個(gè)適當(dāng)?shù)臋z測(cè)器21所檢測(cè)而生成一個(gè)表示這種反射的模擬信號(hào)。
轉(zhuǎn)子磁鐵14的運(yùn)動(dòng)在反饋繞組12中產(chǎn)生一個(gè)小的反饋電壓，該電壓在正常的運(yùn)行中是近似正弦波形的。轉(zhuǎn)子在一個(gè)第一轉(zhuǎn)動(dòng)方向上運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生正的半周期，而在第二反射轉(zhuǎn)動(dòng)方向上運(yùn)動(dòng)時(shí)則產(chǎn)生負(fù)的半周期。在行程方向反向時(shí)出現(xiàn)所生成的反饋電壓的過(guò)零點(diǎn)。
放大器A1放大在反饋繞組上生成的反饋電壓，放大后的輸出被導(dǎo)向一個(gè)檢測(cè)放大的反饋電壓的過(guò)零點(diǎn)的比較器C1。比較器C1將該放大后的反饋電壓與一個(gè)參照電壓(例如，1、2伏)進(jìn)行比較。在操作中，當(dāng)電機(jī)在一個(gè)方向上轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)比較器C1的輸出上升，并當(dāng)它在第二相反的方向上轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)則下降。標(biāo)以掃描開(kāi)始的比較器C1的輸出被該條碼閱讀器的條碼解碼器用作掃描開(kāi)始輸出時(shí)的一種變換來(lái)指示解碼器一次掃描即將開(kāi)始。
放大器A1的輸出還通過(guò)一個(gè)電容器CAP2及一個(gè)帶有一個(gè)接地的分路電阻器R5的電阻器R4交流耦合到放大器A2。在A2的輸入端上的接地的電阻器R5使交流耦合的信號(hào)集中在地電平附近。在放大的反饋電壓的正半周期上，放大器A2的輸出接通一個(gè)驅(qū)動(dòng)晶體管Q1，后者向電機(jī)驅(qū)動(dòng)繞組提供電流，而在負(fù)半周期上，Q1被斷開(kāi)。這樣電機(jī)便只在第一轉(zhuǎn)動(dòng)方向上受到驅(qū)動(dòng)，而在驅(qū)動(dòng)電流被斷開(kāi)時(shí)，則由電機(jī)定心彈簧20在相反的轉(zhuǎn)動(dòng)方向上驅(qū)動(dòng)電機(jī)。當(dāng)電機(jī)再度變換方向時(shí)，所產(chǎn)生的反饋電壓再次上升為正值并再次接通Q1等等。以這一方式，電機(jī)提供了自律的擺動(dòng)，其擺動(dòng)頻率由該電機(jī)的自然諧振頻所確定，因?yàn)樗_定了所產(chǎn)生的反饋電壓的頻率，而后者又確定何時(shí)向該電機(jī)提供驅(qū)動(dòng)電流。
由于電機(jī)是以其本身的自然諧振頻率加以驅(qū)動(dòng)的，只需要極小的電流便能維持其擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，從而使這一系統(tǒng)能極好地用于畜電池供電的應(yīng)用。
用直到目前為止所描述的電路的電機(jī)的擺動(dòng)的機(jī)械角度是不穩(wěn)定的。如果電機(jī)受到干擾，所產(chǎn)生的電壓將會(huì)改變，從而改變驅(qū)動(dòng)電流，而后者又改變電機(jī)的運(yùn)動(dòng)，后者更進(jìn)一步改變所產(chǎn)生的反饋電壓，以此類推。從而，有必要調(diào)節(jié)電機(jī)的操作幅度，即，轉(zhuǎn)子的角偏移幅度。由于回動(dòng)彈簧20的剛度能隨溫度變化，因此在溫度波動(dòng)時(shí)也需要調(diào)節(jié)來(lái)保持恒定的擺幅。操作幅度的調(diào)節(jié)也對(duì)快速啟動(dòng)電機(jī)有利，如下面所描述的。
幅度是如下加以調(diào)節(jié)的。二極管D1、電容器CAP1及電阻器R1構(gòu)成一個(gè)負(fù)峰值檢測(cè)器22。D1的陽(yáng)極上的電壓與所產(chǎn)生的反饋電壓的幅值成正比，因此也與機(jī)械運(yùn)動(dòng)的幅度成正比。
誤差放大器A3將24上的峰值檢測(cè)器輸出電壓與可調(diào)節(jié)的電位計(jì)R2的臂上所提供的一個(gè)參照電壓進(jìn)行比較。24上的峰值檢測(cè)器電壓在較小的轉(zhuǎn)子角位移時(shí)正值較大，反之，在較大的轉(zhuǎn)子角位移時(shí)正值較大。如果峰值檢測(cè)器電壓的正值大于R2的臂上的電壓的正值，A3的輸出由升為正值，從而將該正電壓作用在Q2的控制極上，Q2為一個(gè)作用可變電阻器工作的FET(場(chǎng)效應(yīng)晶體管)。Q2的控制極上較高的電壓降低其電阻值，從而提高驅(qū)動(dòng)放大器A2的增益。這又增加驅(qū)動(dòng)晶體管Q1作用在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)繞組上的電流，從而在轉(zhuǎn)子角位移上增加一個(gè)大致上與角位移成反比的力。
因此，誤差放大器A3調(diào)節(jié)供給電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電流，初起時(shí)在較小的角位移上供給大的驅(qū)動(dòng)電流，并在較大的角位移上供給較小的驅(qū)動(dòng)電流，直到峰值檢測(cè)器輸出電壓與R2的臂上的電壓近似相等為止。有鑒于此，R2可用于調(diào)節(jié)電機(jī)的擺動(dòng)幅度，跨越R2作用的電源電壓是由穩(wěn)壓器VR1調(diào)節(jié)的，盡管電源電壓中存在小的變化，它仍能提供一個(gè)經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)的穩(wěn)定的參照輸出電壓。從而，而即使電源電壓存在著微小的波動(dòng)，電機(jī)幅度也不會(huì)改變。
本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)電路在主要的設(shè)計(jì)因素中得益于單方向驅(qū)動(dòng)。電機(jī)只在所產(chǎn)生的反饋電壓的正半周期中受到驅(qū)動(dòng)，而負(fù)峰值檢測(cè)器則只在負(fù)半周期中充電。這一點(diǎn)是重要的，因?yàn)楫?dāng)電流流經(jīng)驅(qū)動(dòng)繞組時(shí)正半周期中的波形可被驅(qū)動(dòng)與反饋繞組之間的感應(yīng)耦合所畸變。由于這只發(fā)生在正半周期中，因而峰值檢測(cè)器不受其影響，從而反饋信號(hào)保持精確。
帶有上述驅(qū)動(dòng)電路的電機(jī)不一定能可靠地啟動(dòng)。如果電機(jī)不在運(yùn)動(dòng)，則沒(méi)有反饋電壓生成。因此，在A2的輸入端上沒(méi)有反饋信號(hào)作用，Q1不接通，而電機(jī)不能驅(qū)動(dòng)。
然而，如果給予該電機(jī)一個(gè)極小的運(yùn)動(dòng)，該電路將開(kāi)始運(yùn)行有如上述。本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)電路在開(kāi)始向該電路供電時(shí)通過(guò)在驅(qū)動(dòng)繞組10上作用一個(gè)啟動(dòng)電流脈沖來(lái)保證啟動(dòng)。啟動(dòng)電流脈沖使電機(jī)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，這時(shí)驅(qū)動(dòng)電路與電機(jī)保持?jǐn)[動(dòng)運(yùn)動(dòng)。
生成啟動(dòng)電流脈沖的過(guò)程如下。當(dāng)開(kāi)始向電路供電時(shí)，電容器CAP2的一個(gè)端是由VR1通過(guò)二極管D1提供的1、2伏參照電壓，而另一端則通過(guò)電阻器R4與R5接于地電位(當(dāng)電機(jī)不動(dòng)時(shí))。從而，在初始向電路供電時(shí)，CAP2通過(guò)通往A2的輸入端的兩個(gè)電阻器R4與R5充電。這使得跨越通往A2的輸出端上的電阻器R5生成一個(gè)電壓脈沖，該脈沖瞬時(shí)接通Q1。電機(jī)一開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，由反饋繞組上生成的電壓調(diào)節(jié)的電流便作用在驅(qū)動(dòng)繞組上，有如前述。初始時(shí)，所產(chǎn)生的反饋電壓是低的，所以如上面所述地運(yùn)行A3全部接通Q2，從而將A2的增益提高到最大。這使得Q1初始時(shí)在驅(qū)動(dòng)繞組10上作用一個(gè)大的電流，從而快速驅(qū)動(dòng)起電機(jī)幅度。如上所述，當(dāng)接近正常幅度而在24上的電壓達(dá)到由R2的設(shè)定所選擇的參照電壓的幅值時(shí)，A3降低A2的增益并使驅(qū)動(dòng)電流降低到一個(gè)小值(只夠保持所要求的幅度)。
圖1A示出了圖1的一種改型，它是設(shè)計(jì)成使得電機(jī)以最小的超調(diào)量穩(wěn)定在其最終的幅度上。在圖1A的實(shí)施例中，如圖所示地連接在圖1中的一個(gè)附加的運(yùn)算放大器26將A1的輸出端上生成的電壓信號(hào)反相，使得峰值檢測(cè)器電容器(CAP1)在反相的正峰值上充電?，F(xiàn)在，CAP1以兩倍的次數(shù)充電，從而在啟動(dòng)加速階段跨越CAP1越的電壓更逼近地跟蹤電機(jī)幅度。這又在電機(jī)到達(dá)其正常幅度時(shí)更快地降低驅(qū)動(dòng)放大器A2增益。如果正峰值的畸變使峰值檢測(cè)器失常，附加的運(yùn)算大器26能有略小于1的增益，從而它在啟動(dòng)加速階段只充電峰值檢測(cè)器22，這時(shí)每一個(gè)后繼的半周期大于前一個(gè)半周期。電機(jī)一經(jīng)達(dá)到其穩(wěn)態(tài)幅度，因放大器26的輸出太低而不能充電峰值檢測(cè)器22，從而正峰值上的任何畸變都不會(huì)產(chǎn)生影響。相應(yīng)地，圖1A的實(shí)施例從反饋電壓的正負(fù)兩個(gè)峰值中導(dǎo)出反饋信息，這使得調(diào)節(jié)幅度的穩(wěn)定時(shí)間更快。在這一另一個(gè)實(shí)施例中，電機(jī)依然是在單一的方向上受到驅(qū)動(dòng)的，并且驅(qū)動(dòng)與反饋繞組之間的磁耦合應(yīng)盡可能地減小。
驅(qū)動(dòng)電路只在一個(gè)方向上驅(qū)動(dòng)電機(jī)，這一點(diǎn)是重要的因?yàn)樗沟门c驅(qū)動(dòng)繞組串聯(lián)的部件數(shù)目為最少，如圖2所示。這便使得在啟動(dòng)時(shí)能夠作用在驅(qū)動(dòng)繞組上的電壓為最大。
如果電機(jī)是在兩個(gè)方向上都受到驅(qū)動(dòng)的，則可采用兩種方法中的一種。在圖3所示的第一方法中，驅(qū)動(dòng)繞組可繞成帶有與兩個(gè)驅(qū)動(dòng)晶體管相聯(lián)的一個(gè)中心抽頭，如圖所示，這可減少一半繞線圈數(shù)，這對(duì)于一個(gè)給定的電流只在電機(jī)上作用一半的力。在圖4所示的第二方法中，可使用一個(gè)電橋驅(qū)動(dòng)器，在任何一個(gè)時(shí)刻，它具有兩個(gè)對(duì)角地相對(duì)的晶體管與繞組串聯(lián)。在圖4的電橋式配置中，兩對(duì)對(duì)角地相對(duì)的晶體管交替地接通來(lái)在一個(gè)方向或者另一個(gè)方向上提供通過(guò)線圈的電流。這一配置在高電源電壓中工作得很好，但在低電壓時(shí)，如果要求跨越晶體管的電壓降為最小，則電路的設(shè)計(jì)必須相精巧。沒(méi)有這種精巧的電路，在低電源電壓(3伏左右)時(shí)，一多半可利用的電源電壓有可能損失。
另一個(gè)比較器C2將負(fù)峰值檢測(cè)器電壓與分壓電路R6、R7所提供的R2的臂上的電壓的一個(gè)百分比進(jìn)行比較。當(dāng)轉(zhuǎn)子的偏轉(zhuǎn)幅度是正確地調(diào)節(jié)時(shí)，來(lái)自峰值檢測(cè)器的輸入將會(huì)低于參照電壓。如果系統(tǒng)因任何原因而失調(diào)，峰值檢測(cè)器電壓將升高到參照電壓以上，從而使比較器C2斷路。在激光掃描系統(tǒng)中的一次電機(jī)故障事件中，比較器C2的斷路可用于切斷激光束發(fā)生器，如某些這全規(guī)定中所要求的。
圖5與6示出用于一臺(tái)Mylar電機(jī)的一種掃描裝置36的組裝后的部件，諸如1991年12月4日提交的，提出一種“掃描裝置與方法”的07/812，923號(hào)專利申請(qǐng)中更詳細(xì)的描述的。掃描裝置36包括一個(gè)豎直的、具有伸長(zhǎng)的方括號(hào)形的中間部分42及從其兩個(gè)對(duì)端伸出的大致上成L形的延伸彎臂44、46的支承件40，每一條臂的對(duì)角為銳角α。伸長(zhǎng)的大致上長(zhǎng)方形的托架42通過(guò)適當(dāng)固定件(未示出)的中介安裝在一塊印刷電路板30上，該固定件延伸通過(guò)在托架的兩端上形成的孔47并擰入凸耳49的螺紋中。托架42包含一個(gè)穿孔的中心部分48，用于可轉(zhuǎn)動(dòng)地支承一個(gè)柱銷50，該柱銷50具有一個(gè)延伸通過(guò)板30而插入凸耳49中的下端，該凸耳位于伸出在印刷電路板30的下表面的位置上。柱銷50包含一個(gè)固定適當(dāng)?shù)膾呙柙?4的托架，諸如一面平凹的掃描反射鏡，使之能繞與柱銷同軸延伸的軸擺動(dòng)。固定在柱銷50上的還有一個(gè)伸出的臂部件70，在其外側(cè)遠(yuǎn)端74上安裝有一塊磁鐵72，該磁鐵能夠被電氣地、交替地由一個(gè)安裝在印刷電路板30上的電激磁的電磁線圈結(jié)構(gòu)76的內(nèi)部被吸入或被排斥出。該磁鐵能夠在線圈的一個(gè)孔中進(jìn)進(jìn)出出地運(yùn)動(dòng)，借此產(chǎn)生臂部件70及柱銷50的擺動(dòng)并在掃描反射鏡54上產(chǎn)生一個(gè)往復(fù)擺動(dòng)的運(yùn)動(dòng)。
設(shè)置了由一片Mylar構(gòu)成的平片簧80來(lái)控制掃描反射鏡54的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)范圍，并且主要是向掃描反射鏡的中心位置復(fù)位或偏轉(zhuǎn)該掃描反射鏡。結(jié)構(gòu)托架42的各彎臂部件42的遠(yuǎn)端44、46上設(shè)置有夾緊部件，諸如半球形圓柱延伸部分60、62，它們與適于緊固在它們上面的互補(bǔ)夾緊部件66、68協(xié)作將片簧緊固在它們之間。片簧80延伸通過(guò)柱銷50上形成的一個(gè)缺口，并且也壓緊在支承磁鐵的臂上，使得聚酯薄膜片簧80的中心部分夾緊在支承掃描反射鏡54的可轉(zhuǎn)動(dòng)柱銷50上。聚酯片簧的兩端夾緊在臂42的外端上相應(yīng)的半球形截面夾緊部件60、66;62、68之間使之緊固在它們之間。由是，彈簧在受到彈性的臂部件44、46拉伸時(shí)，彎折成兩個(gè)臂段，例如互相成直角即90°從柱銷50上的附件向各端延伸。這在掃描反射鏡54上提供一個(gè)與磁鐵的勵(lì)磁效應(yīng)傳遞給掃描反射54的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)相反的彈性偏轉(zhuǎn)復(fù)位作用，借此使反射鏡在其極限位置之間往復(fù)運(yùn)動(dòng)。實(shí)際上，在掃描裝置的操作中，每次向線圈作用一個(gè)勵(lì)磁脈沖，便將磁鐵拉進(jìn)中心開(kāi)口或孔而進(jìn)入線圈中，從而一起拉動(dòng)所有可擺動(dòng)的部件，并同時(shí)彎折成簧。片簧的每一條臂大致上是平的，但當(dāng)響應(yīng)磁鐵的擺動(dòng)而移動(dòng)時(shí)，片簧的每一條臂受到彎折而儲(chǔ)蓄能量。彎折以后，片簧釋放其所儲(chǔ)蓄的能量，從而將磁鐵及掃描反射鏡移回并且移過(guò)在其中心的正常靜止位置，使整個(gè)組件以阻尼方式擺動(dòng)。這一特殊的結(jié)構(gòu)保證掃描反射鏡在其兩個(gè)極限位置之間的受控?cái)[動(dòng)，從而為讀取目標(biāo)物體上的信息提供均勻的掃描操作。
除了片簧80的構(gòu)造是由聚酯薄膜構(gòu)成的以外，上述掃描裝置36中除外掃描反射鏡后剩下的部件可用模壓的塑料制成，例如，聚碳酸酯(Lexan)之類。將整個(gè)掃描裝置以模件方式安裝在印刷電路板20上的構(gòu)造上的簡(jiǎn)易性有效地在一切可能的掉落或粗暴操作掃描設(shè)備中所遇到的由外部產(chǎn)生的震動(dòng)及撞擊中保護(hù)掃描裝置，同時(shí)使其構(gòu)造在本質(zhì)上是廉價(jià)的并且能夠很容易及很快地投入使用。
圖7示出了可與本發(fā)明的諧振電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路聯(lián)合使用的一種條碼閱讀器的高度簡(jiǎn)化了的實(shí)施例。一個(gè)閱讀器100可裝設(shè)在一個(gè)如圖所示的手持式掃描器，或者在一個(gè)桌面工作站或固定的掃描器中。在一個(gè)較佳實(shí)施例中，該裝置是裝設(shè)在一個(gè)外殼155中的，該外殼包含一個(gè)出口156，外出的激光束151便是通過(guò)該出口引導(dǎo)到接觸在、并且掃描越過(guò)位于外殼的外部的符號(hào)170的。
圖7的手持式設(shè)備通常具有頒發(fā)給Swartz等人的4，760，248號(hào)美國(guó)專利，或者轉(zhuǎn)讓給符號(hào)技術(shù)公司的4，896，026號(hào)美國(guó)專利中所公開(kāi)的型式，同時(shí)也與可以符號(hào)技術(shù)公司購(gòu)得的部件號(hào)為L(zhǎng)S8100或LS2000的條碼閱讀器的配置相似。此外，圖7的條碼閱讀器單元也可采用頒發(fā)給Swartz等人的4，387，297號(hào)美國(guó)專利，或者頒發(fā)給Shepard等人的4，409，470號(hào)美國(guó)專利(這兩件專利都已轉(zhuǎn)讓給符號(hào)技術(shù)公司)的特性來(lái)構(gòu)成。這里將4，760，248、4，896，026及4，409，470號(hào)專利引入作為參照，但這些設(shè)備的一般性設(shè)計(jì)還將扼要地加從描述以供參考。
更詳細(xì)地參見(jiàn)圖7，在閱讀器100中通常用一個(gè)激光二極管之類生成一個(gè)外出的光束151，并將其引導(dǎo)到接觸在位于距該閱讀器單元前端幾時(shí)遠(yuǎn)的一個(gè)目標(biāo)上的一個(gè)條碼符號(hào)上。外出光束151以一種掃描模式掃描，而用戶定位該持式單元使這一模式橫越待讀取的符號(hào)。符號(hào)的反射光152由該閱讀器單元中的一個(gè)光感應(yīng)設(shè)備158來(lái)檢測(cè)，并生成串行電信號(hào)供再生條碼所表示的數(shù)據(jù)時(shí)處理與解碼。
在一個(gè)較佳實(shí)施例中，閱讀器單元100為具有手槍把型握把151的一種槍形設(shè)備，并且采用可動(dòng)的板機(jī)154來(lái)使用戶在瞄準(zhǔn)待讀取的符號(hào)時(shí)啟動(dòng)光束151及檢測(cè)電路，從而當(dāng)該單元為自供電型時(shí)能夠節(jié)省蓄電池壽命。一個(gè)重量輕的塑料外殼155中包含激光源、檢測(cè)器158、光學(xué)部件與信號(hào)處理電路，以及CPU140及電源或蓄電池162。外殼155前端上的一個(gè)透光窗口156容許外出光束151出去及進(jìn)入的反射光152進(jìn)來(lái)。閱讀器100是設(shè)計(jì)成使用戶能夠從離開(kāi)符號(hào)的閱讀器位置上瞄準(zhǔn)一個(gè)條碼符號(hào)，即，既不接觸符號(hào)也不移動(dòng)越過(guò)符號(hào)。通常，這種手持式條碼閱讀器是規(guī)定為在數(shù)英寸的距離內(nèi)操作的。
如圖7中進(jìn)一步描繪的，適當(dāng)?shù)耐哥R157(或者多透鏡系統(tǒng))可用于將掃描光束聚焦在適當(dāng)參照平面上的條碼符號(hào)上。諸如半導(dǎo)體激光二極管之類的光源146被定位成能將一個(gè)光束引導(dǎo)到透鏡157的軸上，該光束通過(guò)一面部分鍍銀的反射鏡147及其它必要的透鏡或束成形結(jié)構(gòu)，連同一面擺動(dòng)的反射鏡159，該反射鏡是由本發(fā)明的電壓驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)的，并且是連接在一臺(tái)扣動(dòng)板機(jī)154時(shí)啟動(dòng)的掃描電機(jī)160上的。如果光源146生成的光是不可見(jiàn)的，必要時(shí)可用一束瞄準(zhǔn)光產(chǎn)生一個(gè)可見(jiàn)光的光斑，它可以是固定不動(dòng)的也可以象激光束那樣掃描;用戶在扣動(dòng)板機(jī)154以前利用這一可見(jiàn)光束將閱讀器單元瞄準(zhǔn)在符號(hào)上。
雖然這里所描述的是本發(fā)明所提出的諧振電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的若干實(shí)施例及改型，顯而易見(jiàn)本發(fā)明的公開(kāi)與教導(dǎo)將對(duì)熟悉本技術(shù)的人員提供許許多多替用的設(shè)計(jì)。
權(quán)利要求
1.一種條碼掃描器，包括a、一面掃描反射鏡，在第一與第一轉(zhuǎn)動(dòng)方向上擺動(dòng)中受到周期性的驅(qū)動(dòng)，其中的一個(gè)掃描束發(fā)生器生成一個(gè)引導(dǎo)到該掃描反射鏡上的掃描光束，該反射鏡使該掃描光束周期性地橫越該條碼掃描器的視野進(jìn)行掃描，以及一個(gè)檢測(cè)器，用于檢測(cè)由正在被掃描的一個(gè)條碼符號(hào)所反射的掃描光束的反射光，及用于生成一個(gè)表示反射光的輸出信號(hào)；b、一臺(tái)諧振電機(jī)，具有安裝有永久磁鐵的一個(gè)轉(zhuǎn)子，它驅(qū)動(dòng)所述掃描反射鏡，一個(gè)鄰近所述永久磁鐵設(shè)置的驅(qū)動(dòng)繞軸，用于只在所述第一轉(zhuǎn)動(dòng)方向上在所述永久磁鐵上作用一個(gè)驅(qū)動(dòng)力，以及一個(gè)也是鄰近所述永久磁鐵設(shè)置的反饋繞組，用于當(dāng)該永久磁鐵通過(guò)該反饋繞組附近時(shí)產(chǎn)生一個(gè)基本上正弦曲線形的反饋電壓，當(dāng)該永久磁鐵在第一轉(zhuǎn)動(dòng)方向上通過(guò)時(shí)生成正弦反饋電壓的前一半，并當(dāng)該磁鐵在第二轉(zhuǎn)動(dòng)方向上通過(guò)時(shí)生成正弦反饋電壓的后一半，以及一個(gè)回動(dòng)偏壓裝置，用于在第二轉(zhuǎn)動(dòng)方向上的轉(zhuǎn)子上作用一個(gè)回動(dòng)偏壓力；c、用于所述諧振電機(jī)的一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路，包括一個(gè)耦合于所述反饋繞組的驅(qū)動(dòng)放大器，該驅(qū)動(dòng)放大器由反饋電壓的前一半接通并反饋電壓的后一半切斷，以及一個(gè)驅(qū)動(dòng)器，其一個(gè)輸入端耦合到所述驅(qū)動(dòng)放大器，其輸出端耦合到所述驅(qū)動(dòng)繞組，用于只在該反饋電壓的前一半中驅(qū)動(dòng)該轉(zhuǎn)子，而所述回動(dòng)裝置在第二轉(zhuǎn)動(dòng)方向上驅(qū)動(dòng)該轉(zhuǎn)子，從而該電機(jī)以其自然諧振頻率驅(qū)動(dòng)，該頻率確定反饋電壓的頻率。
2.權(quán)利要求1所提出的一種條碼掃描器，其中正弦反饋電壓的所述前一半為正的一半，而正弦反饋電壓的所述后一半為負(fù)的一半。
3.權(quán)利要求2所提出的一種條碼掃描器，還包括耦合于所述驅(qū)動(dòng)繞組的一個(gè)負(fù)峰值檢測(cè)器用于接收所生成的反饋電壓，一個(gè)誤差放大器，在其一個(gè)第一輸入端上耦合到所述負(fù)峰值檢測(cè)器，并在一個(gè)第二輸入端上耦合到一個(gè)參照電壓，對(duì)于較小幅度的轉(zhuǎn)動(dòng)偏移負(fù)峰值檢測(cè)器的輸出的正值較大，以及一個(gè)可變電阻器裝置，在其輸入端上耦合到所述誤差放大器，并在其輸出端上耦合到所述驅(qū)動(dòng)放大器，其中來(lái)自所述誤差放大器的一個(gè)正值較大的電壓減小所述可變電阻器的電阻，從而增加所述驅(qū)動(dòng)放大器的增益，從而增加作用在所述驅(qū)動(dòng)繞組上的電流。
4.權(quán)利要求3所提出的一種條碼掃描器，其中在啟動(dòng)時(shí)所述反饋繞組上所生成的電壓是低的，它接通所述誤差放大器，它全部驅(qū)動(dòng)所述可變電阻器，從而提升所述驅(qū)動(dòng)放大器的增益而使所述驅(qū)動(dòng)器在所述驅(qū)動(dòng)繞組上作用一個(gè)大的電流。
5.權(quán)利要求4所提出的一種條碼掃描器，其中的電機(jī)只在所生成的反饋電壓的正半周期中受到驅(qū)動(dòng)，而負(fù)峰值檢測(cè)器則在負(fù)半周期中充電，這一點(diǎn)是重要的，因?yàn)楫?dāng)電流流經(jīng)驅(qū)動(dòng)繞組時(shí)，正半周期的波形有可能被驅(qū)動(dòng)繞組與反饋繞組之間的感應(yīng)耦合畸變，并且由于這只發(fā)生在正半周期上，峰值檢測(cè)器是不受影響的，所以反饋信號(hào)仍保持精確。
6.權(quán)利要求5所提出的一種條碼掃描器，其中設(shè)置了一個(gè)電位計(jì)來(lái)調(diào)節(jié)參照電壓的大小，從而調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子的擺動(dòng)幅度。
7.權(quán)利要求6所提出的一種條碼掃描器，其中所述可變電阻器包括一個(gè)作為可變電阻器工作的FET(場(chǎng)效應(yīng)晶體管)。
8.權(quán)利要求7所提出的一種條碼掃描器，其中所述負(fù)峰值檢測(cè)器包括一個(gè)二極管，其陽(yáng)極耦合于所述反饋繞組，而其陰極通過(guò)一個(gè)電阻器與一個(gè)電容器的并聯(lián)裝置耦合于所述參照電壓。
9.權(quán)利要求8所提出的一種條碼掃描器，還包括用于為該諧振電機(jī)生成一個(gè)啟動(dòng)脈沖的裝置，包括一個(gè)耦合于所述反饋繞組與所述驅(qū)動(dòng)放大器之間的電容器，當(dāng)電壓首先作用在該電路上時(shí)，該電容器接收一個(gè)充電電流，它通過(guò)一個(gè)串聯(lián)電阻器及一個(gè)接地的電阻器，為所述驅(qū)動(dòng)放大器生成一個(gè)電壓脈沖。
10.權(quán)利要求9所提出的一種條碼掃描器，還包括一個(gè)比較器，用于將負(fù)峰值檢測(cè)器電壓與一個(gè)參照電壓進(jìn)行比較，并當(dāng)正常地調(diào)節(jié)了轉(zhuǎn)子的角位移幅度時(shí)，來(lái)自峰值檢測(cè)器的輸入較低，如果系統(tǒng)不是正常地調(diào)節(jié)時(shí)，峰值檢測(cè)器電壓將上升而斷開(kāi)比較器，使得在發(fā)生激光掃描系統(tǒng)中的電機(jī)故障事件時(shí)，比較器的斷開(kāi)可用于切斷激光掃描束發(fā)生器。
11.權(quán)利要求10所提出的一種條碼掃描器，其中所述反饋電壓還被引導(dǎo)到一個(gè)過(guò)零檢測(cè)器，它為該條碼檢測(cè)器的一個(gè)解碼器生成一個(gè)掃描開(kāi)始定時(shí)信號(hào)。
12.權(quán)利要求1所提出的一種條碼掃描器，還包括一個(gè)耦合于所述反饋繞組接收所生成的反饋電壓的負(fù)峰值檢測(cè)器，一個(gè)誤差放大器，其第一輸入端耦合到所述負(fù)峰值檢測(cè)器，第二輸入端耦合到一個(gè)參照電壓，對(duì)于較小幅度的轉(zhuǎn)動(dòng)偏移該負(fù)峰值檢測(cè)器的輸出正值較大;以及一個(gè)可變電阻器裝置，其輸入端耦合到所述誤差放大器，其輸出端上耦合到所述驅(qū)動(dòng)放大器，其中來(lái)自所述誤差放大器的一個(gè)正值較大的電壓減小所述可變電阻器的電阻，增加所述驅(qū)動(dòng)放大器的增益，從而增加作用在所述驅(qū)動(dòng)繞組上的電流。
13.權(quán)利要求12所提出的一種條碼掃描器，其中在啟動(dòng)時(shí)在所述反饋繞組上所生成的電壓是低的，它接通所述誤差放大器，全部驅(qū)動(dòng)所述可變電阻器，使所述驅(qū)動(dòng)放大器的增益升高來(lái)使所述驅(qū)動(dòng)器在所述驅(qū)動(dòng)繞組上作用一個(gè)大的電流。
14.權(quán)利要求13所提出的一種條碼掃描器，其中該電機(jī)只在所生成的反饋電壓的正半周期中受到驅(qū)動(dòng)，而該負(fù)峰值檢測(cè)器則在負(fù)半周期中充電，這一點(diǎn)是重要的因?yàn)檎胫芷诘牟ㄐ斡锌赡茉陔娏髁鹘?jīng)驅(qū)動(dòng)繞組時(shí)被驅(qū)動(dòng)繞組與反饋繞組之間的感應(yīng)耦合所畸變，并且由于這只發(fā)生在正半周期上，峰值檢測(cè)器是不受影響的，所以反饋信號(hào)仍保持精確。
15.權(quán)利要求14所提出的一種條碼掃描器，其中設(shè)置了一個(gè)電位計(jì)來(lái)調(diào)節(jié)參照電壓的大小，從而調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子的擺動(dòng)幅度。
16.權(quán)利要求15所提出的一種條碼掃描器，其中所述可變電阻器包括一個(gè)作為可變電阻器操作的FET。
17.權(quán)利要求16所提出的一種條碼掃描器，其中所述負(fù)峰值檢測(cè)器包括一個(gè)二極管，其陽(yáng)極耦合于所述反饋繞組，而其陰極通過(guò)一個(gè)電阻器與一個(gè)電容器的一個(gè)并聯(lián)裝置耦合于所述參照電壓。
18.權(quán)利要求17所提出的一種條碼掃描器，還包括用于為該諧振電機(jī)生成一個(gè)啟動(dòng)脈沖的裝置，包含一個(gè)耦合于所述反饋繞組與所述驅(qū)動(dòng)放大器之間的電容器，當(dāng)電壓首先作用在電路上時(shí)它接受一個(gè)充電電流，它通往一個(gè)串聯(lián)電阻器及一個(gè)接地電阻器，為所述驅(qū)動(dòng)放大器生成一個(gè)電壓脈沖。
19.權(quán)利要求3所提出的一種條碼掃描器，還包括一個(gè)比較器，用于將負(fù)峰值檢測(cè)器電壓與一個(gè)參照電壓進(jìn)行比較，并當(dāng)轉(zhuǎn)子的角偏移幅度正常地被調(diào)節(jié)時(shí)，來(lái)自該峰值檢測(cè)器的輸入是較低的，但當(dāng)該系統(tǒng)不是正常地調(diào)節(jié)時(shí)，該峰值檢測(cè)器電壓將升高而使該比較器斷路，使得在一個(gè)激光掃描系統(tǒng)中發(fā)生電機(jī)故障事件時(shí)，比較器的斷路可用于切斷一個(gè)激光掃描束發(fā)生器。
20.權(quán)利要求1所提出的一種條碼掃描器，其中所述反饋電壓還被導(dǎo)向一個(gè)過(guò)零檢測(cè)器，它為該條碼掃描器的一個(gè)解碼器生成一個(gè)開(kāi)始掃描定時(shí)信號(hào)。
全文摘要
條碼掃描器的一種驅(qū)動(dòng)電路，用于驅(qū)動(dòng)其中的一臺(tái)擺動(dòng)諧振電機(jī)，該電機(jī)在相反的轉(zhuǎn)動(dòng)方向上周期性地?cái)[動(dòng)來(lái)向該條碼掃描器的一面掃描反射鏡傳遞擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，一個(gè)驅(qū)動(dòng)器晶體管耦合在驅(qū)動(dòng)放大器與驅(qū)動(dòng)繞組之間，只在反饋電壓的正半周期中驅(qū)動(dòng)該電機(jī)。一個(gè)回動(dòng)偏壓彈簧在第二轉(zhuǎn)動(dòng)方向上驅(qū)動(dòng)該轉(zhuǎn)子。
文檔編號(hào)G02B26/10GK1080753SQ9310750
公開(kāi)日1994年1月12日 申請(qǐng)日期1993年6月23日 優(yōu)先權(quán)日1992年6月26日
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