CN1396552A - 光发射和接收设备结构 - Google Patents

Abstract

一种光发射和接收设备结构能够紧凑地容纳光发射元件和光接收元件，并且使返回光束的光轴与发射光束的光轴相邻近，以制造小型和轻量的光发射和接收设备。在一端上具有开口并且另一端被底板所封闭的圆柱形封装所构成的单片结构被安装在该封装的底板上，并且其中线与该封装的中线同心。光接收元件被固定到基座部件的前端表面上，并且光发射元件被固定到基座部件的侧面上，从而在一个封装中容纳这两个设备。

Description

光发射和接收设备结构

技术领域

本发明涉及一种适用于读取条形码的光学装置中的光发射和接收设备结构，特别涉及通过调节光发射元件和光接收元件的结构而实现这种小型化和轻量的设备结构。

背景技术

最近，大量的商店、工厂等等把条形码设置在他们的商品和产品上，用于销售控制和产品管理。分别表示数字信息的条形码通过光学扫描而读取。通常，通过把一束光照射到条形码上并且使反射的光束强度进行光电转换，这种条形码提供由所检测信号的组合所获得的信息。

也就是说，如图5中的示意图所示，来自光发射元件1的光束通过光投射透镜3的光圈被聚焦，并且如此获得的光束被扫描镜5的镜面7所反射，以照射作为照射目标的条形码图案9。由于光束照射在条形码图像9的整个区域上，使镜面7振荡。用如下方式产生振荡：通过把附加到镜面7的磁铁安装到驱动线圈13中，例如把正负电流以恒定的周期施加到振荡线圈13上，然后由驱动线圈13吸引和排斥磁铁11，如此使得镜面7相对于作为支点的振荡支持点15而振荡。

另一方面，尽管受到不规则的反射，但是照射在条形码图案9的条形码会反射回镜面7，由于条形码图像的黑白颜色使得光量改变。然后，所反射的光束被聚焦透镜17所聚焦，光量的改变被光接收单元19进行光电转换并输出。应当指出，为了增加读取精度，在光接收元件19的前方设置一个带通滤波器，以防止接收除了光发射的频率之外的其它不需要的光束。

如图6中所示用于条形码读取的光发射和接收设备可以作为根据上述条形码读取方法而构造的常规装置而获得。如图所示的光发射和接收设备由在一个壳体25中包含光发射元件1和光投射透镜3的光发射组件A和在一个壳体27中包含光接收元件19和光接收透镜17以及带通滤波器21的光接收组件B所构成。这两个组件被安装基片29上。

在每个壳体25和壳体27中的电连接通过线接合或其它方法而实现，扫描镜面5的镜面7被如此设置，以能够相对于振荡支持点15而振荡。另外，这些光发射组件A、光接收组件B和扫描镜面5被包含在一个未示出的框架中，以形成用于条形码读取的光发射和接收设备。

无论如何，由于用于条形码读取的光发射和接收设备包括与具有包含在一个壳体中的光接收元件和光接收透镜的光接收组件B相分离的具有包含在另一个壳体中的光发射元件和光投射透镜的光发射组件，因此存在较多部件。另外，由于光发射元件和光接收元件需要并列地面对照射的目标，在该封装之间的间隙导致需要较大的安装空间，这限制整个光发射和接收设备的小型化和轻量化。

另一方面，可以考虑通过在单个封装中并列和包含光发射元件和光接收元件而实现小型化，而另一方面，由于通过构造一个整体单一的封装可以消除由于封装的重复所占用的区域，但是仍然需要保证在相同的平面上用于安装光发射元件和光接收元件的空间，这样不可能充分地实现小型化。

另外，在相同平面上并列该光发射元件和光接收元件的情况中，所发射光线的光轴不能够置于与光的返回光束的光轴相靠近，从而光投射透镜被置于光接收透镜的外侧面上，导致由光学系统所占据的空间增大—实现光发射和接收设备的小型化和轻量化的另一个不利因素。

发明内容

本发明针对于解决这些缺点，并且提供一种光发射和接收设备结构，其可以把发射光束的光轴设置为与返回光束的光轴相靠近，从而实现光发射和接收设备的小型化和轻量化。

根据本发明第一方面的光发射和接收设备结构包括：具有底部的圆柱型封装，其在一端具有开口，另一端被封闭；以及基座部件，其与封装的中线同心的并且凸起地置于封装的底板上。在该设备结构中，光接收元件被固定到基座部件的前端表面，并且光发射元件固定到基座部件的侧表面，从而光发射元件和光接收元件都被包含在相同的封装中。

在光发射和接收设备结构中，置于该封装底板上的凸起的立方体基座部件的每个表面(前端表面和侧表面)被用于安装每个元件的空间；例如，与把光发射元件和光接收元件并列放置在底板上的结构相比，当前结构可以通过使封装的外部直径更小而提供高密度的包装。即，使封装的小型化变得可能。

另外，通过按照这种方式的元件设置的结构，可以把发射的光束的光轴置于返回光束的光轴附近，使得光线投射透镜可以容易地置于光线接收透镜的区域上，从而一个介质被结合使用(可以通过在光接收透镜的一部分上形成光投射透镜的单片光投射和接收透镜来实现)使得光学系统的重量减轻。

根据本发明第二方面的光发射和接收设备的结构包括：一条光发射元件，其在一个端面上具有光发射单元，并且把从光发射单元发出的光束照射到照射目标上；一条光接收元件，其在一个表面上具有光接收面，并且在光接收面上接收来自照射目标的返回光束；具有底部的圆柱形封装，其在一端上具有开孔并且另一端被底板所封闭；以及基座部件，其凸起地置于封装的底板上，与封装的中线同心。在该设备结构中，光接收元件被固定到基座部件的前端表面上，从而光接收面面向该开孔，并且光发射元件被固定到基座部件的侧面上，从而光发射单元面向该开孔。

在上文所述的光发射和接收设备结构中，除了该节约空间的特征之外，凸起地置于封装的底板上的立方体基座部件的正交表面(前端表面和侧表面)被有效地作用为安装元件的空间，以使得各条光发射元件和光接收元件被相互形成直角，从而例如与在一个底板上并列放置光发射元件和光接收元件的常规结构相比，可以减小封装的外径，以提供高密度的包装，也就是说使得该封装变得紧凑。

另外，按照这种方式的设备的结构可以使发射的光束的光轴接近于返回光束的光轴放置，从而可以把光投射透镜置于接收光透镜的区域上，从而可以结合地使用一个介质，使光学系统的重量减轻。

根据本发明第三个方面的光发射和接收设备结构包括：固定到封装的开口上的单片光投射和接收透镜，其具有形成在光接收透镜单元的一部分上的光投射透镜单元。

在该光发射和接收设备结构中，单片光投射和接收透镜的光接收透镜单元被固定到封装的整个开口上，该光投射透镜单元形成在光接收透镜单元的一部分上，从而甚至可以在高密度设备结构中聚焦发射光束和返回光束。该设备结构中，发射光束的光轴被置于返回光束的光轴附近。另外，光投射透镜可以被设置在用于设置光接收透镜的空间中，并且通过消除不需要的间隔，使得用于设置光学系统的空间可以变得更小。另外，重量变得更轻。

根据本发明第四个方面的光发射和接收设备结构包括由散热器构成的基座部件。

在该光发射和接收设备结构中，由于基座部件由散热器所构成，因此基座部件具有作为用于光发射元件和光接收元件的立方体结构的基座和作为用于冷却设备的装置的双重功能，因此实现进一步的功能(额外的冷却功能)，并且保持小型的尺寸。

根据本发明第五方面的光发射和接收设备结构包括多个通过底板延伸并且在基座部件的外圆周与封装的内圆周之间的环形空间上凸起的引线，各个引线被连接到光发射元件和光接收元件的电极。

在该光发射和接收设备结构中，通过把在底板上凸起地放置基座部件，环形空间形成在封装的内圆周与基座部件的外圆周之前。通过使多条引线通过底板向环形空间中凸起，该引线可以被放置在环形方向上的任何位置处，因此可以有效地使用该环形空间。这能够进行电连接，并且保持封装的小型化，而不用提供专用于引线连接的空间。

根据本发明的光发射和接收设备结构，基座部件被凸起地置于具有底部的圆柱形封装的底板上，光接收元件被固定到基座部件的前端表面上，并且光发射元件被固定到基座部件的侧表面上，因此与使立方体基座部件的每个表面(前端表面和侧表面)用于安装每个设备的空间的情况相比，例如，把光发射元件和光接收元件并列放置在封装的底板上，封装的外径变小，以能够实现高密度的包装。也就是说，可以实现紧凑的结构，从而该封装变得更小。使用按照这种方式放置该设备的结构，可以把发射光束的光轴置于返回光束的光轴附近，并且光投射透镜可以置于光接收透镜的区域上，从而可以使用单个介质结合地制造单片光发射和接收结构，实现轻量的光发射和接收设备。

附图说明

从下面结合附图的描述中，本发明的其它目的、优点的功能将变得更加清楚，其中：

图1为根据本发明的光发射和接收设备的截面视图；

图2为沿着图1的线II-II截取的截面视图；

图3为沿着图1的线III-III截取的截面视图；

图4为在图1中的光发射和接收设备的操作的示意图；

图5为说明常规光学读取方法的示意图；以及

图6为用于条形码读取的常规光发射和接收设备的截面视图。

具体实施方式

下面将参照附图描述根据本发明的光发射和接收设备结构的优选

实施例。

如图1中所示，一种具有本实施例的光发射和接收设备结构的光发射和接收设备31包括封装33、由合成树脂所形成的外壳。封装33是具有底部的圆柱体，并且具有在中线的CL方向上的一端上的开口35以及封闭另一端的底板37(所谓罐形封装”)。

在封装33中的底板37上，凸起地放置与封装33的中线CL同心的角杆形状的基座部件。在本实施例中，该基座部件是用于冷却在下文中描述的光发射元件和光接收元件的散热器39。散热器39可以采用除了角杆形状之外的其它形状，例如圆柱状。散热器35由具有良好导热性的铜所构成，主要消除由于连续发光而从光发射元件产生的热量。

通过与封装33的中线CL同心地放置，散热器39形成在封装33的外圆周和内圆周之前的环形空间41，从而其前端表面43形成相对于封装33的中线CL正交的表面，并且其侧面45构成与中线CL平行的表面。也就是说，前端表面43和侧面45为正交表面。

散热器39的侧面45上固定地安装一条光发射元件47；并且，在散热器39的前端表面43上固定地安装一条光接收元件49。光发射元件47具有在该端表面上的光发射单元(与该表面正交)，从光发射单元发出一束光以照亮一个照射目标，而光接收元件49在其表面上具有一个光接收面，用于接收来自该照射目标的返回光束。

光发射元件47固定地安装在侧面45上，从而把其光发射单元定位为面向该开口35，并且光接收元件49被固定安装在前端表面43上，从而把该光接收面定位为面向该开口35。也就是说，光发射元件47和光接收元件49如此使得光发射单元和光接收面被安装为相互形成直角，它们都被包含在该封装33中。

这种设置使得从光发射元件47发出的一束光直接被该散热器39上的光接收元件49所接收，而不需要通过镜面或棱镜进行90度转换。根据本实施例，由于基座部件由散热器39所形成，因此该基座部件具有作为用于立体地设置光发射元件47和光接收元件49的基座以及作为用于冷却该设备的装置这样的双重功能，导致一种先进的功能(额外的冷却功能)，并且保持小型的尺寸。

应当指出，光发射元件47和光接收元件49的形状不限于条形形状，而是可以有其它任何形状，只要在不同形状的情况下也必须保持其最大表面与根据本发明的上述实施例中所述的“表面”相平行的位置即可。也就是说，在端面上具有光发射单元的光发射元件47被固定，使得其最大表面与侧面45相平行，并且在其最大表面上具有光接收面的光接收元件49被固定，其得其最大表面与前端表面43相平行。这种结构使得有效地利用立方体散热器39的正交表面安装该设备成为可能。

另外，在本实施例中，未示出的监视PD(光电二极管)被提供在光发射元件47附近的侧面上，用于接收来自光发射元件47的光束，并且发送其检测信号，从而把光发射元件47的激光输出控制在预定的水平。监视PD被设置为与光发射元件47相重叠，或者在光发射单元的相对侧表面上。

在环形空间41中，通过底板37延伸的多个(在本实施例中为4个)引线51(51a、51b、51c和51d)凸起以及光发射元件47的电极通过接合线53连接到引线51a的端表面上。监视PD的电极通过接合线55连接到引线51b的端表面上。光接收元件49的电极由接合线56连接到引线51c的端表面上。并且，散热器39连接到引线51d。

按照这种方式，通过使经过底板37延伸的多个引线51突出到环形空间41中，引线51可以设置在圆周方向上的任何位置处，从而可以有效地使用该环形空间41。结果，不需要提供用于引线连接的专用空间，并且可以实现电连接并保持封装33的小型化。

固定到封装33的开口35上的单片光投射和接收透镜57包括一个光接收透镜单元57a和形成在光接收透镜单元57a的一部分上的光投射透镜单元57b。该单片光投射和接收透镜57通过使用相同的介质整体形成光投射透镜单元57a和光发射透镜单元57b，该介质例如为透明的树脂材料(聚碳酸脂等等)。

使用具有形成在光接收透镜单元57a的一部分上的光投射透镜单元57b的单片光投射和接收透镜，这样甚至在把发射光束的光轴设置为紧靠着返回光束的光轴的高密度设备结构中，也能够实现对发射光束和返回光束的聚焦。这种方案可以使光投射透镜单元57b与光接收透镜单元57a一同置于光投射和接收设备31中，从而减小用于安装光学系统的空间。

下面，将参照图4描述具有上述结构的光发射和接收设备的操作，图4为示出图1的光发射和接收设备的操作的示意图。

在光发射和接收设备31中，来自光发射单元47的光束被单片光投射和接收透镜57的光投射透镜单元57b所会聚和发射。然后，该光束由未示出的扫描镜的镜面所反射，并且照射到未示出的条形码图案上。

通过由条形码图案的黑白颜色所导致的光量的改变，照射到条形码图案表面上的一束光尽管被不规则地反射也会再次返回到该镜面。由该镜面反射的光束进入单片光透射和接收透镜57的光接收透镜单元57a。进入光接收透镜单元57a的返回光束被光接收元件49所聚焦和接收。该光束被光接收元件49进行光电转换，以把条形码图案处理成输出到引线51c的电信号，然后输出信号被发送到未示出的计算机，并且进行处理，从而该条形码信息被解码。

根据已经描述的光发射和接收设备，通过使用在端表面上具有光发射单元的光发射元件47以及在该表面上具有光接收面的光接收元件49，该光接收元件47被固定到散热器39的前端表面43上，从而光接收面面向开  35，并且该光发射元件47固定到散热器39的侧面45上，从而光发射单元面向开口35，从而凸起地设置在封装33的底板37上的立方体散热器39的正交表面(前端表面43和侧面45)有效地使用该设备的安装空间，使得各条光发射元件47和光接收元件49相互相交地设置。也就是说，例如与把光发射元件和光接收元件并且放置在底板上的结构相比，使散热器39的每个表面作为安装元件的空间，减少了封装的外径，能够进行高密度的包装。

另外，通过采用按照这种方式设置该设备的结构，发射光束的光轴和返回光束的光轴可以被相互靠近地放置，从而可以把光投射透镜单元57b置于光接收透镜单元57a的区域上，从而结合使用该介质(也就是说，通过制造具有形成在一部分光接收透镜单元57a上的光投射透镜单元57b而制造单片光投射和接收透镜57)，可以制造一种轻量的光学系统。

尽管已经描述优选实施例，但是本领域的普通技术人员可以作出各种变型和改进，而不脱离如下权利要求所限定的本发明的范围。

Claims (5)

1.一种光发射和接收设备结构包括：

具有底部的圆柱型封装，其在一端具有开口，另一端被封闭；以及

基座部件，其与封装的中线同心的并且凸起地置于封装的底板上，其中：

光接收元件被固定到所述基座部件的前端表面，

光发射元件固定到所述基座部件的侧表面，以及

所述光发射元件和所述光接收元件都被包含在所述封装中。

2.一种光发射和接收设备的结构包括：

一条光发射元件，其在一个端面上具有光发射单元，并且把从光发射单元发出的光束照射到照射目标上；

一条光接收元件，其在一个表面上具有光接收面，并且在光接收面上接收来自照射目标的返回光束；

具有底部的圆柱形封装，其在一端上具有开孔并且另一端被底板所封闭；以及

基座部件，其凸起地置于封装的所述底板上，与所述封装的中线同心，其中：

所述光接收元件被固定到所述基座部件的前端表面上，从而所述光接收面面向该开孔，并且光发射元件被固定到基座部件的侧面上，从而光发射单元面向该开孔。

3.根据权利要求1或2所述的光发射和接收设备，其中具有形成在光接收透镜单元的一部分上的光投射透镜的单片光投射和接收透镜被固定到所述封装的所述开口上。

4.根据权利要求1或2所述的光发射和接收设备，其中所述基座部件由散热器所构成。

5.根据权利要求1或2所述的光发射和接收设备，其中多个通过所述底板延伸并且在基座部件的外圆周与封装的内圆周之间的环形空间上凸起的引线，所述引线分别连接到所述光发射元件和所述光接收元件的电极。

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