專利名稱：光發(fā)射和接收設(shè)備結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于讀取條形碼的光學(xué)裝置中的光發(fā)射和接收設(shè)備結(jié)構(gòu)，特別涉及通過(guò)調(diào)節(jié)光發(fā)射元件和光接收元件的結(jié)構(gòu)而實(shí)現(xiàn)這種小型化和輕量的設(shè)備結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
最近，大量的商店、工廠等等把條形碼設(shè)置在他們的商品和產(chǎn)品上，用于銷售控制和產(chǎn)品管理。分別表示數(shù)字信息的條形碼通過(guò)光學(xué)掃描而讀取。通常，通過(guò)把一束光照射到條形碼上并且使反射的光束強(qiáng)度進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，這種條形碼提供由所檢測(cè)信號(hào)的組合所獲得的信息。
也就是說(shuō)，如圖5中的示意圖所示，來(lái)自光發(fā)射元件1的光束通過(guò)光投射透鏡3的光圈被聚焦，并且如此獲得的光束被掃描鏡5的鏡面7所反射，以照射作為照射目標(biāo)的條形碼圖案9。由于光束照射在條形碼圖像9的整個(gè)區(qū)域上，使鏡面7振蕩。用如下方式產(chǎn)生振蕩通過(guò)把附加到鏡面7的磁鐵安裝到驅(qū)動(dòng)線圈13中，例如把正負(fù)電流以恒定的周期施加到振蕩線圈13上，然后由驅(qū)動(dòng)線圈13吸引和排斥磁鐵11，如此使得鏡面7相對(duì)于作為支點(diǎn)的振蕩支持點(diǎn)15而振蕩。
另一方面，盡管受到不規(guī)則的反射，但是照射在條形碼圖案9的條形碼會(huì)反射回鏡面7，由于條形碼圖像的黑白顏色使得光量改變。然后，所反射的光束被聚焦透鏡17所聚焦，光量的改變被光接收單元19進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換并輸出。應(yīng)當(dāng)指出，為了增加讀取精度，在光接收元件19的前方設(shè)置一個(gè)帶通濾波器，以防止接收除了光發(fā)射的頻率之外的其它不需要的光束。
如圖6中所示用于條形碼讀取的光發(fā)射和接收設(shè)備可以作為根據(jù)上述條形碼讀取方法而構(gòu)造的常規(guī)裝置而獲得。如圖所示的光發(fā)射和接收設(shè)備由在一個(gè)殼體25中包含光發(fā)射元件1和光投射透鏡3的光發(fā)射組件A和在一個(gè)殼體27中包含光接收元件19和光接收透鏡17以及帶通濾波器21的光接收組件B所構(gòu)成。這兩個(gè)組件被安裝基片29上。
在每個(gè)殼體25和殼體27中的電連接通過(guò)線接合或其它方法而實(shí)現(xiàn)，掃描鏡面5的鏡面7被如此設(shè)置，以能夠相對(duì)于振蕩支持點(diǎn)15而振蕩。另外，這些光發(fā)射組件A、光接收組件B和掃描鏡面5被包含在一個(gè)未示出的框架中，以形成用于條形碼讀取的光發(fā)射和接收設(shè)備。
無(wú)論如何，由于用于條形碼讀取的光發(fā)射和接收設(shè)備包括與具有包含在一個(gè)殼體中的光接收元件和光接收透鏡的光接收組件B相分離的具有包含在另一個(gè)殼體中的光發(fā)射元件和光投射透鏡的光發(fā)射組件，因此存在較多部件。另外，由于光發(fā)射元件和光接收元件需要并列地面對(duì)照射的目標(biāo)，在該封裝之間的間隙導(dǎo)致需要較大的安裝空間，這限制整個(gè)光發(fā)射和接收設(shè)備的小型化和輕量化。
另一方面，可以考慮通過(guò)在單個(gè)封裝中并列和包含光發(fā)射元件和光接收元件而實(shí)現(xiàn)小型化，而另一方面，由于通過(guò)構(gòu)造一個(gè)整體單一的封裝可以消除由于封裝的重復(fù)所占用的區(qū)域，但是仍然需要保證在相同的平面上用于安裝光發(fā)射元件和光接收元件的空間，這樣不可能充分地實(shí)現(xiàn)小型化。
另外，在相同平面上并列該光發(fā)射元件和光接收元件的情況中，所發(fā)射光線的光軸不能夠置于與光的返回光束的光軸相靠近，從而光投射透鏡被置于光接收透鏡的外側(cè)面上，導(dǎo)致由光學(xué)系統(tǒng)所占據(jù)的空間增大—實(shí)現(xiàn)光發(fā)射和接收設(shè)備的小型化和輕量化的另一個(gè)不利因素。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)于解決這些缺點(diǎn)，并且提供一種光發(fā)射和接收設(shè)備結(jié)構(gòu)，其可以把發(fā)射光束的光軸設(shè)置為與返回光束的光軸相靠近，從而實(shí)現(xiàn)光發(fā)射和接收設(shè)備的小型化和輕量化。
根據(jù)本發(fā)明第一方面的光發(fā)射和接收設(shè)備結(jié)構(gòu)包括具有底部的圓柱型封裝，其在一端具有開口，另一端被封閉；以及基座部件，其與封裝的中線同心的并且凸起地置于封裝的底板上。在該設(shè)備結(jié)構(gòu)中，光接收元件被固定到基座部件的前端表面，并且光發(fā)射元件固定到基座部件的側(cè)表面，從而光發(fā)射元件和光接收元件都被包含在相同的封裝中。
在光發(fā)射和接收設(shè)備結(jié)構(gòu)中，置于該封裝底板上的凸起的立方體基座部件的每個(gè)表面(前端表面和側(cè)表面)被用于安裝每個(gè)元件的空間；例如，與把光發(fā)射元件和光接收元件并列放置在底板上的結(jié)構(gòu)相比，當(dāng)前結(jié)構(gòu)可以通過(guò)使封裝的外部直徑更小而提供高密度的包裝。即，使封裝的小型化變得可能。
另外，通過(guò)按照這種方式的元件設(shè)置的結(jié)構(gòu)，可以把發(fā)射的光束的光軸置于返回光束的光軸附近，使得光線投射透鏡可以容易地置于光線接收透鏡的區(qū)域上，從而一個(gè)介質(zhì)被結(jié)合使用(可以通過(guò)在光接收透鏡的一部分上形成光投射透鏡的單片光投射和接收透鏡來(lái)實(shí)現(xiàn))使得光學(xué)系統(tǒng)的重量減輕。
根據(jù)本發(fā)明第二方面的光發(fā)射和接收設(shè)備的結(jié)構(gòu)包括一條光發(fā)射元件，其在一個(gè)端面上具有光發(fā)射單元，并且把從光發(fā)射單元發(fā)出的光束照射到照射目標(biāo)上；一條光接收元件，其在一個(gè)表面上具有光接收面，并且在光接收面上接收來(lái)自照射目標(biāo)的返回光束；具有底部的圓柱形封裝，其在一端上具有開孔并且另一端被底板所封閉；以及基座部件，其凸起地置于封裝的底板上，與封裝的中線同心。在該設(shè)備結(jié)構(gòu)中，光接收元件被固定到基座部件的前端表面上，從而光接收面面向該開孔，并且光發(fā)射元件被固定到基座部件的側(cè)面上，從而光發(fā)射單元面向該開孔。
在上文所述的光發(fā)射和接收設(shè)備結(jié)構(gòu)中，除了該節(jié)約空間的特征之外，凸起地置于封裝的底板上的立方體基座部件的正交表面(前端表面和側(cè)表面)被有效地作用為安裝元件的空間，以使得各條光發(fā)射元件和光接收元件被相互形成直角，從而例如與在一個(gè)底板上并列放置光發(fā)射元件和光接收元件的常規(guī)結(jié)構(gòu)相比，可以減小封裝的外徑，以提供高密度的包裝，也就是說(shuō)使得該封裝變得緊湊。
另外，按照這種方式的設(shè)備的結(jié)構(gòu)可以使發(fā)射的光束的光軸接近于返回光束的光軸放置，從而可以把光投射透鏡置于接收光透鏡的區(qū)域上，從而可以結(jié)合地使用一個(gè)介質(zhì)，使光學(xué)系統(tǒng)的重量減輕。
根據(jù)本發(fā)明第三個(gè)方面的光發(fā)射和接收設(shè)備結(jié)構(gòu)包括固定到封裝的開口上的單片光投射和接收透鏡，其具有形成在光接收透鏡單元的一部分上的光投射透鏡單元。
在該光發(fā)射和接收設(shè)備結(jié)構(gòu)中，單片光投射和接收透鏡的光接收透鏡單元被固定到封裝的整個(gè)開口上，該光投射透鏡單元形成在光接收透鏡單元的一部分上，從而甚至可以在高密度設(shè)備結(jié)構(gòu)中聚焦發(fā)射光束和返回光束。該設(shè)備結(jié)構(gòu)中，發(fā)射光束的光軸被置于返回光束的光軸附近。另外，光投射透鏡可以被設(shè)置在用于設(shè)置光接收透鏡的空間中，并且通過(guò)消除不需要的間隔，使得用于設(shè)置光學(xué)系統(tǒng)的空間可以變得更小。另外，重量變得更輕。
根據(jù)本發(fā)明第四個(gè)方面的光發(fā)射和接收設(shè)備結(jié)構(gòu)包括由散熱器構(gòu)成的基座部件。
在該光發(fā)射和接收設(shè)備結(jié)構(gòu)中，由于基座部件由散熱器所構(gòu)成，因此基座部件具有作為用于光發(fā)射元件和光接收元件的立方體結(jié)構(gòu)的基座和作為用于冷卻設(shè)備的裝置的雙重功能，因此實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的功能(額外的冷卻功能)，并且保持小型的尺寸。
根據(jù)本發(fā)明第五方面的光發(fā)射和接收設(shè)備結(jié)構(gòu)包括多個(gè)通過(guò)底板延伸并且在基座部件的外圓周與封裝的內(nèi)圓周之間的環(huán)形空間上凸起的引線，各個(gè)引線被連接到光發(fā)射元件和光接收元件的電極。
在該光發(fā)射和接收設(shè)備結(jié)構(gòu)中，通過(guò)把在底板上凸起地放置基座部件，環(huán)形空間形成在封裝的內(nèi)圓周與基座部件的外圓周之前。通過(guò)使多條引線通過(guò)底板向環(huán)形空間中凸起，該引線可以被放置在環(huán)形方向上的任何位置處，因此可以有效地使用該環(huán)形空間。這能夠進(jìn)行電連接，并且保持封裝的小型化，而不用提供專用于引線連接的空間。
根據(jù)本發(fā)明的光發(fā)射和接收設(shè)備結(jié)構(gòu)，基座部件被凸起地置于具有底部的圓柱形封裝的底板上，光接收元件被固定到基座部件的前端表面上，并且光發(fā)射元件被固定到基座部件的側(cè)表面上，因此與使立方體基座部件的每個(gè)表面(前端表面和側(cè)表面)用于安裝每個(gè)設(shè)備的空間的情況相比，例如，把光發(fā)射元件和光接收元件并列放置在封裝的底板上，封裝的外徑變小，以能夠?qū)崿F(xiàn)高密度的包裝。也就是說(shuō)，可以實(shí)現(xiàn)緊湊的結(jié)構(gòu)，從而該封裝變得更小。使用按照這種方式放置該設(shè)備的結(jié)構(gòu)，可以把發(fā)射光束的光軸置于返回光束的光軸附近，并且光投射透鏡可以置于光接收透鏡的區(qū)域上，從而可以使用單個(gè)介質(zhì)結(jié)合地制造單片光發(fā)射和接收結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)輕量的光發(fā)射和接收設(shè)備。


從下面結(jié)合附圖的描述中，本發(fā)明的其它目的、優(yōu)點(diǎn)的功能將變得更加清楚，其中圖1為根據(jù)本發(fā)明的光發(fā)射和接收設(shè)備的截面視圖；圖2為沿著圖1的線II-II截取的截面視圖；圖3為沿著圖1的線III-III截取的截面視圖；圖4為在圖1中的光發(fā)射和接收設(shè)備的操作的示意圖；圖5為說(shuō)明常規(guī)光學(xué)讀取方法的示意圖；以及圖6為用于條形碼讀取的常規(guī)光發(fā)射和接收設(shè)備的截面視圖。
具體實(shí)施例方式
下面將參照附圖描述根據(jù)本發(fā)明的光發(fā)射和接收設(shè)備結(jié)構(gòu)的優(yōu)選如圖1中所示，一種具有本實(shí)施例的光發(fā)射和接收設(shè)備結(jié)構(gòu)的光發(fā)射和接收設(shè)備31包括封裝33、由合成樹脂所形成的外殼。封裝33是具有底部的圓柱體，并且具有在中線的CL方向上的一端上的開口35以及封閉另一端的底板37(所謂罐形封裝”)。
在封裝33中的底板37上，凸起地放置與封裝33的中線CL同心的角桿形狀的基座部件。在本實(shí)施例中，該基座部件是用于冷卻在下文中描述的光發(fā)射元件和光接收元件的散熱器39。散熱器39可以采用除了角桿形狀之外的其它形狀，例如圓柱狀。散熱器35由具有良好導(dǎo)熱性的銅所構(gòu)成，主要消除由于連續(xù)發(fā)光而從光發(fā)射元件產(chǎn)生的熱量。
通過(guò)與封裝33的中線CL同心地放置，散熱器39形成在封裝33的外圓周和內(nèi)圓周之前的環(huán)形空間41，從而其前端表面43形成相對(duì)于封裝33的中線CL正交的表面，并且其側(cè)面45構(gòu)成與中線CL平行的表面。也就是說(shuō)，前端表面43和側(cè)面45為正交表面。
散熱器39的側(cè)面45上固定地安裝一條光發(fā)射元件47；并且，在散熱器39的前端表面43上固定地安裝一條光接收元件49。光發(fā)射元件47具有在該端表面上的光發(fā)射單元(與該表面正交)，從光發(fā)射單元發(fā)出一束光以照亮一個(gè)照射目標(biāo)，而光接收元件49在其表面上具有一個(gè)光接收面，用于接收來(lái)自該照射目標(biāo)的返回光束。
光發(fā)射元件47固定地安裝在側(cè)面45上，從而把其光發(fā)射單元定位為面向該開口35，并且光接收元件49被固定安裝在前端表面43上，從而把該光接收面定位為面向該開口35。也就是說(shuō)，光發(fā)射元件47和光接收元件49如此使得光發(fā)射單元和光接收面被安裝為相互形成直角，它們都被包含在該封裝33中。
這種設(shè)置使得從光發(fā)射元件47發(fā)出的一束光直接被該散熱器39上的光接收元件49所接收，而不需要通過(guò)鏡面或棱鏡進(jìn)行90度轉(zhuǎn)換。根據(jù)本實(shí)施例，由于基座部件由散熱器39所形成，因此該基座部件具有作為用于立體地設(shè)置光發(fā)射元件47和光接收元件49的基座以及作為用于冷卻該設(shè)備的裝置這樣的雙重功能，導(dǎo)致一種先進(jìn)的功能(額外的冷卻功能)，并且保持小型的尺寸。
應(yīng)當(dāng)指出，光發(fā)射元件47和光接收元件49的形狀不限于條形形狀，而是可以有其它任何形狀，只要在不同形狀的情況下也必須保持其最大表面與根據(jù)本發(fā)明的上述實(shí)施例中所述的“表面”相平行的位置即可。也就是說(shuō)，在端面上具有光發(fā)射單元的光發(fā)射元件47被固定，使得其最大表面與側(cè)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，其得其最大表面與前端表面43相平行。這種結(jié)構(gòu)使得有效地利用立方體散熱器39的正交表面安裝該設(shè)備成為可能。
另外，在本實(shí)施例中，未示出的監(jiān)視PD(光電二極管)被提供在光發(fā)射元件47附近的側(cè)面上，用于接收來(lái)自光發(fā)射元件47的光束，并且發(fā)送其檢測(cè)信號(hào)，從而把光發(fā)射元件47的激光輸出控制在預(yù)定的水平。監(jiān)視PD被設(shè)置為與光發(fā)射元件47相重疊，或者在光發(fā)射單元的相對(duì)側(cè)表面上。
在環(huán)形空間41中，通過(guò)底板37延伸的多個(gè)(在本實(shí)施例中為4個(gè))引線51(51a、51b、51c和51d)凸起以及光發(fā)射元件47的電極通過(guò)接合線53連接到引線51a的端表面上。監(jiān)視PD的電極通過(guò)接合線55連接到引線51b的端表面上。光接收元件49的電極由接合線56連接到引線51c的端表面上。并且，散熱器39連接到引線51d。
按照這種方式，通過(guò)使經(jīng)過(guò)底板37延伸的多個(gè)引線51突出到環(huán)形空間41中，引線51可以設(shè)置在圓周方向上的任何位置處，從而可以有效地使用該環(huán)形空間41。結(jié)果，不需要提供用于引線連接的專用空間，并且可以實(shí)現(xiàn)電連接并保持封裝33的小型化。
固定到封裝33的開口35上的單片光投射和接收透鏡57包括一個(gè)光接收透鏡單元57a和形成在光接收透鏡單元57a的一部分上的光投射透鏡單元57b。該單片光投射和接收透鏡57通過(guò)使用相同的介質(zhì)整體形成光投射透鏡單元57a和光發(fā)射透鏡單元57b，該介質(zhì)例如為透明的樹脂材料(聚碳酸脂等等)。
使用具有形成在光接收透鏡單元57a的一部分上的光投射透鏡單元57b的單片光投射和接收透鏡，這樣甚至在把發(fā)射光束的光軸設(shè)置為緊靠著返回光束的光軸的高密度設(shè)備結(jié)構(gòu)中，也能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)發(fā)射光束和返回光束的聚焦。這種方案可以使光投射透鏡單元57b與光接收透鏡單元57a一同置于光投射和接收設(shè)備31中，從而減小用于安裝光學(xué)系統(tǒng)的空間。
下面，將參照?qǐng)D4描述具有上述結(jié)構(gòu)的光發(fā)射和接收設(shè)備的操作，圖4為示出圖1的光發(fā)射和接收設(shè)備的操作的示意圖。
在光發(fā)射和接收設(shè)備31中，來(lái)自光發(fā)射單元47的光束被單片光投射和接收透鏡57的光投射透鏡單元57b所會(huì)聚和發(fā)射。然后，該光束由未示出的掃描鏡的鏡面所反射，并且照射到未示出的條形碼圖案上。
通過(guò)由條形碼圖案的黑白顏色所導(dǎo)致的光量的改變，照射到條形碼圖案表面上的一束光盡管被不規(guī)則地反射也會(huì)再次返回到該鏡面。由該鏡面反射的光束進(jìn)入單片光透射和接收透鏡57的光接收透鏡單元57a。進(jìn)入光接收透鏡單元57a的返回光束被光接收元件49所聚焦和接收。該光束被光接收元件49進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，以把條形碼圖案處理成輸出到引線51c的電信號(hào)，然后輸出信號(hào)被發(fā)送到未示出的計(jì)算機(jī)，并且進(jìn)行處理，從而該條形碼信息被解碼。
根據(jù)已經(jīng)描述的光發(fā)射和接收設(shè)備，通過(guò)使用在端表面上具有光發(fā)射單元的光發(fā)射元件47以及在該表面上具有光接收面的光接收元件49，該光接收元件47被固定到散熱器39的前端表面43上，從而光接收面面向開 35，并且該光發(fā)射元件47固定到散熱器39的側(cè)面45上，從而光發(fā)射單元面向開口35，從而凸起地設(shè)置在封裝33的底板37上的立方體散熱器39的正交表面(前端表面43和側(cè)面45)有效地使用該設(shè)備的安裝空間，使得各條光發(fā)射元件47和光接收元件49相互相交地設(shè)置。也就是說(shuō)，例如與把光發(fā)射元件和光接收元件并且放置在底板上的結(jié)構(gòu)相比，使散熱器39的每個(gè)表面作為安裝元件的空間，減少了封裝的外徑，能夠進(jìn)行高密度的包裝。
另外，通過(guò)采用按照這種方式設(shè)置該設(shè)備的結(jié)構(gòu)，發(fā)射光束的光軸和返回光束的光軸可以被相互靠近地放置，從而可以把光投射透鏡單元57b置于光接收透鏡單元57a的區(qū)域上，從而結(jié)合使用該介質(zhì)(也就是說(shuō)，通過(guò)制造具有形成在一部分光接收透鏡單元57a上的光投射透鏡單元57b而制造單片光投射和接收透鏡57)，可以制造一種輕量的光學(xué)系統(tǒng)。
盡管已經(jīng)描述優(yōu)選實(shí)施例，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以作出各種變型和改進(jìn)，而不脫離如下權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種光發(fā)射和接收設(shè)備結(jié)構(gòu)包括具有底部的圓柱型封裝，其在一端具有開口，另一端被封閉；以及基座部件，其與封裝的中線同心的并且凸起地置于封裝的底板上，其中光接收元件被固定到所述基座部件的前端表面，光發(fā)射元件固定到所述基座部件的側(cè)表面，以及所述光發(fā)射元件和所述光接收元件都被包含在所述封裝中。
2.一種光發(fā)射和接收設(shè)備的結(jié)構(gòu)包括一條光發(fā)射元件，其在一個(gè)端面上具有光發(fā)射單元，并且把從光發(fā)射單元發(fā)出的光束照射到照射目標(biāo)上；一條光接收元件，其在一個(gè)表面上具有光接收面，并且在光接收面上接收來(lái)自照射目標(biāo)的返回光束；具有底部的圓柱形封裝，其在一端上具有開孔并且另一端被底板所封閉；以及基座部件，其凸起地置于封裝的所述底板上，與所述封裝的中線同心，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，從而所述光接收面面向該開孔，并且光發(fā)射元件被固定到基座部件的側(cè)面上，從而光發(fā)射單元面向該開孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光發(fā)射和接收設(shè)備，其中具有形成在光接收透鏡單元的一部分上的光投射透鏡的單片光投射和接收透鏡被固定到所述封裝的所述開口上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光發(fā)射和接收設(shè)備，其中所述基座部件由散熱器所構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光發(fā)射和接收設(shè)備，其中多個(gè)通過(guò)所述底板延伸并且在基座部件的外圓周與封裝的內(nèi)圓周之間的環(huán)形空間上凸起的引線，所述引線分別連接到所述光發(fā)射元件和所述光接收元件的電極。
全文摘要
一種光發(fā)射和接收設(shè)備結(jié)構(gòu)能夠緊湊地容納光發(fā)射元件和光接收元件，并且使返回光束的光軸與發(fā)射光束的光軸相鄰近，以制造小型和輕量的光發(fā)射和接收設(shè)備。在一端上具有開口并且另一端被底板所封閉的圓柱形封裝所構(gòu)成的單片結(jié)構(gòu)被安裝在該封裝的底板上，并且其中線與該封裝的中線同心。光接收元件被固定到基座部件的前端表面上，并且光發(fā)射元件被固定到基座部件的側(cè)面上，從而在一個(gè)封裝中容納這兩個(gè)設(shè)備。
文檔編號(hào)G06K7/10GK1396552SQ02141140
公開日2003年2月12日 申請(qǐng)日期2002年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月5日
發(fā)明者相澤秀邦, 松浦民明, 新沢滋 申請(qǐng)人:索尼株式會(huì)社