用于色散型傅立葉變換成像的設(shè)備和方法
【專(zhuān)利摘要】一種條碼讀取設(shè)備和方法，其中，首先將探測(cè)光的光譜傅立葉變換到指向條碼的空間，然后將光譜編碼的條碼圖案傅立葉變換為時(shí)域波形。在一種實(shí)現(xiàn)中，通過(guò)色散元件來(lái)實(shí)現(xiàn)從光譜域到空間域的傅立葉變換，而通過(guò)群速離差（GVD）來(lái)實(shí)現(xiàn)從光譜編碼的條碼圖案到時(shí)域波形的傅立葉變換。時(shí)間編碼的條碼圖案通過(guò)光電檢測(cè)器被檢測(cè)、通過(guò)數(shù)字化轉(zhuǎn)換器被數(shù)字化、并通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理器被分析。本發(fā)明可應(yīng)用于許多領(lǐng)域，包括一維和二維條碼的讀取、位移感測(cè)、表面測(cè)量、寬度和間隔測(cè)量、流式細(xì)胞計(jì)量術(shù)、光學(xué)介質(zhì)的讀取、存在或不存在的檢測(cè)、以及其他相關(guān)領(lǐng)域。
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于色散型傅立葉變換成像的設(shè)備和方法
[0001]本申請(qǐng)是申請(qǐng)?zhí)枮?00980131718.1、申請(qǐng)日為2009年7月23日、發(fā)明名稱(chēng)為“用
于色散型傅立葉變換成像的設(shè)備和方法”的專(zhuān)利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
[0002]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0003]本申請(qǐng)要求于2008年7月24日提交的序列號(hào)為61/083，255的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，并通過(guò)引用的方式將其整體合并于此。
[0004]關(guān)于聯(lián)邦政府主辦的研究或發(fā)展的聲明
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[0009]按照美國(guó)和其他國(guó)家的版權(quán)法，本專(zhuān)利文件中的部分材料受版權(quán)保護(hù)。版權(quán)擁有者不反對(duì)任何專(zhuān)利文件或?qū)＠_(kāi)的拓制，這是因?yàn)樵撌馨鏅?quán)保護(hù)的材料出現(xiàn)在了美國(guó)專(zhuān)利商標(biāo)局公開(kāi)的可用文件或記錄中，但是，版權(quán)擁有者保留除此以外的所有版權(quán)。因此，版權(quán)擁有者不放棄任何將本專(zhuān)利文件當(dāng)作秘密的權(quán)利，包括在不依照《聯(lián)邦法規(guī)匯編》第37輯，第1.14條限制其權(quán)利的情況下。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0010]本發(fā)明主要涉及光學(xué)成像，更具體地，涉及使用色散型傅立葉變換成像的高速光學(xué)成像。
【背景技術(shù)】
[0011]條碼是通常表現(xiàn)為高反射背景(例如，淺色或白色背景)上的一系列低反射條(例如，深色或黑色條)的信息的可機(jī)讀二進(jìn)制表示。這些條的光學(xué)性質(zhì)的可測(cè)量差異(例如，深色條相比于淺色條的反射率)被轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制表示。例如，根據(jù)解碼軟件，使深色條對(duì)應(yīng)于0，深色條間的白色間隔對(duì)應(yīng)于I，或者反之亦然。可以通過(guò)被稱(chēng)為條碼讀取器的光學(xué)掃描器來(lái)讀取條碼，當(dāng)探測(cè)束入射到黑色條或白色間隔時(shí)，條碼讀取器測(cè)量來(lái)自黑色條或白色間隔的光學(xué)反射。
[0012]由于黑色條或白色間隔的引入，條碼已成為標(biāo)簽和庫(kù)存管理中所必需的。條碼的一些現(xiàn)代應(yīng)用包括:(a)產(chǎn)品標(biāo)簽和自動(dòng)檢測(cè)；(b)票務(wù)和許可證；(C)移動(dòng)和流動(dòng)，諸如郵件、包裹、航空行李、租車(chē)、以及核廢料；(d)文件管理，包括成像、歸檔和索引；(e)血庫(kù)信息系統(tǒng)；(f)蜜蜂研究中的跟蹤；(g)從多網(wǎng)絡(luò)源收集郵包信息并對(duì)其進(jìn)行跟蹤。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員都將意識(shí)到，條碼的應(yīng)用已普遍存在于我們現(xiàn)代社會(huì)。
[0013]條碼讀取器是條碼技術(shù)的必須部件。傳統(tǒng)的讀取器包括掃描器、解碼器(內(nèi)置或外置)、以及用來(lái)連接讀取器與用于對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理的處理裝置(例如，計(jì)算機(jī))的電纜。條碼讀取器是測(cè)量來(lái)自條碼(例如，由非反射黑色條和反射白色間隔組成)的光學(xué)反射的光電裝置。市場(chǎng)中可獲得不同類(lèi)型的條碼讀取器，它們使用略有不同的方法對(duì)條碼進(jìn)行讀取和解碼。條碼可以是使用條和線描繪的一維變化，或者可以是使用點(diǎn)或二維域中所包含的其他小的空間限制符號(hào)描繪的二維變化。
[0014]條碼讀取器的一種形式是筆式讀取器，在筆式讀取器中連續(xù)波(continuous-wave)光源和光電二極管接收器相互鄰近，諸如在筆或棒的頂端。為了讀取條碼，以恒穩(wěn)運(yùn)動(dòng)的方式使筆的頂端移動(dòng)跨越條。響應(yīng)于在各條暴露于移動(dòng)入射光時(shí)對(duì)從其反射回的光功率的改變進(jìn)行的光電二極管檢測(cè)，生成表示條碼中的條和間隔圖案的電壓波形。光電二極管檢測(cè)到的波形由掃描器以類(lèi)似于解碼莫爾斯電碼信號(hào)(Morse code dotsand dashes)的方式進(jìn)行解碼。
[0015]條碼讀取器的另一種形式是激光掃描器，除了采用往復(fù)鏡(reciprocatingmirror)或旋轉(zhuǎn)棱鏡來(lái)掃描反復(fù)越過(guò)條碼的激光束外，其工作與筆式讀取器非常類(lèi)似。如同筆式讀取器一樣，使用光電二極管來(lái)測(cè)量從條碼反射回的光的功率。在筆式讀取器和激光掃描器二者中，讀取器發(fā)出的光都被調(diào)節(jié)為特定波長(zhǎng)，并且光電二極管都被設(shè)計(jì)為僅檢測(cè)該波長(zhǎng)的光。
[0016]讀取器的另一種形式是CCD讀取器，其中電荷耦合器件(CCD)讀取器或者可替換地CMOS有源像素讀取器利用讀取器頭部中排成一行的光傳感器陣列。CCD讀取器測(cè)量從條碼反射的光，通過(guò)測(cè)量所述一行傳感器中每個(gè)傳感器兩端的電壓來(lái)生成與條碼中的圖案相同的電壓圖案。CCD讀取器和筆式或激光掃描器之間的一個(gè)重要區(qū)別在于，CCD讀取器測(cè)量從條碼反射的環(huán)境光，而筆式或激光掃描器則測(cè)量源自掃描器本身的特定波長(zhǎng)的反射光。
[0017]讀取器的另一種形式是基于攝像機(jī)的讀取器，其中攝像機(jī)捕獲條碼的二維圖像。盡管技術(shù)上它們可以讀取任意類(lèi)型的條碼，但是尤其適合用來(lái)讀取二維條碼。應(yīng)該理解的是，對(duì)于給定的幾何分辨率(例如，基于最細(xì)的線或像素間隔)，二維條碼的信息密度可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)僅跨越單個(gè)方向來(lái)掃描的一維條碼的信息密度。舉例來(lái)說(shuō)，通過(guò)小型CCD或CMOS攝像機(jī)成像器來(lái)捕獲條碼的圖像，并使用數(shù)字圖像處理技術(shù)對(duì)其進(jìn)行解碼。
[0018]盡管條碼讀取器對(duì)跟蹤大量的物品很有用，但是，當(dāng)需要跟蹤相當(dāng)大量(例如，約數(shù)百萬(wàn))的物品時(shí)，傳統(tǒng)的條碼技術(shù)由于其緩慢的讀取和解碼處理而在速度方面具有其限制。傳統(tǒng)的條碼讀取器具有每秒約幾百次掃描的掃描速率。甚至最快的條碼讀取器也僅限于每秒約一千次掃描的掃描速率。掃描器的速度限制主要是越過(guò)條碼對(duì)源光進(jìn)行掃描所需要的響應(yīng)，而在成像讀取器中，圖像幀的速率限制了每秒的掃描次數(shù)。
[0019]結(jié)合了傳統(tǒng)數(shù)字信號(hào)處理的傳統(tǒng)條碼讀取器的速度限制阻止了人們對(duì)相當(dāng)大量物品進(jìn)行跟蹤，尤其是在包括生物信息學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用中，在生物信息學(xué)領(lǐng)域中，本來(lái)就需要管理大量物品，諸如血庫(kù)、干細(xì)胞庫(kù)、精子庫(kù)、以及DNA序列庫(kù)。
[0020]例如，條碼技術(shù)目前用于允許安全捐血和輸血服務(wù)(包括收集、處理、存儲(chǔ)、以及提供用于輸血的人血)的血庫(kù)信息系統(tǒng)。錯(cuò)誤血液成分的輸血是與輸血有關(guān)的最常見(jiàn)的嚴(yán)重事件。引起這些事件的過(guò)失通常是因?yàn)閷?duì)樣本的錯(cuò)誤標(biāo)識(shí)。面對(duì)全球化的加速，跟蹤和管理極其大量的血液樣本是很關(guān)鍵的。但是，為了進(jìn)行適當(dāng)?shù)臉?biāo)識(shí)，條碼技術(shù)需要數(shù)量可觀的信息來(lái)進(jìn)行編碼，例如包括患者的醫(yī)院編號(hào)、姓、名、出生日期、性別、血型等。對(duì)如此之多的信息的需要對(duì)當(dāng)今掃描器的速度提出了要求，尤其是當(dāng)所探測(cè)的條碼必須與大型數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比較時(shí)。這就意味著需要在掃描速度與準(zhǔn)確性之間進(jìn)行折衷。[0021]因此，需要在無(wú)需使光越過(guò)要掃描的物品的情況下以較少的時(shí)間讀取條碼并執(zhí)行位移感測(cè)的系統(tǒng)和方法。這些和其他需要在本發(fā)明中得到了滿(mǎn)足，本發(fā)明克服了以前開(kāi)發(fā)的掃描系統(tǒng)和方法的缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0022]本發(fā)明提供了一種設(shè)備和方法，所述設(shè)備和方法用于響應(yīng)于對(duì)指向目標(biāo)或來(lái)自目標(biāo)的光束執(zhí)行色散型傅立葉變換來(lái)讀取該目標(biāo)。所述目標(biāo)可以包括任意形式的編碼或未編碼目標(biāo)(包括各種形式的條碼)以及未編碼的固體、液體和/或氣體樣本。為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，術(shù)語(yǔ)“目標(biāo)”在此用來(lái)表示可以響應(yīng)于對(duì)指向該目標(biāo)的光束的反射率或透射率來(lái)收集與其有關(guān)的信息的任意目標(biāo)或樣本。
[0023]盡管本發(fā)明適合寬泛的檢測(cè)、測(cè)量和讀取應(yīng)用，但是，本發(fā)明尤其適合于涉及條碼讀取和相關(guān)匹配的條碼讀取的應(yīng)用。本發(fā)明的操作通常基于分別在空間域和時(shí)域中利用條碼的光譜編碼和解碼的檢測(cè)，從而允許在一秒內(nèi)對(duì)數(shù)千萬(wàn)樣本(例如，條碼)進(jìn)行讀取和數(shù)據(jù)庫(kù)相關(guān)匹配的檢測(cè)。這比傳統(tǒng)的條碼讀取器快多達(dá)四個(gè)數(shù)量級(jí)。本發(fā)明還利用對(duì)跨越一維或多維空間的光響應(yīng)進(jìn)行檢測(cè)和/或測(cè)量來(lái)提供高速位移感測(cè)。
[0024]為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，本發(fā)明主要討論對(duì)條碼樣本的讀取，其中條碼樣本中相鄰條的尺寸是確定的，從而可以對(duì)它們的編碼進(jìn)行解碼以生成字母數(shù)字信息。這些條碼可以包括對(duì)本文所描述的光束探測(cè)光敏感的任意條碼結(jié)構(gòu)。例如，所述條可以包括不同顏色、反射率的材料，或者具有對(duì)探測(cè)束光敏感的反射性?？商鎿Q地或另外地，所述條可以例如響應(yīng)于凹陷的或凸出的結(jié)構(gòu)而具有位移。
[0025]為了簡(jiǎn)化討論，本發(fā)明討論樣本的“讀取”，而不管正在對(duì)什么進(jìn)行解碼、檢測(cè)和/或測(cè)量，并且不限于包含編碼信息的樣本(諸如條碼的情況)。對(duì)未編碼樣本的“讀取”被視作意味著對(duì)樣本的性質(zhì)(包括:成分的有無(wú)、尺寸、形狀、粗糙度、方向、流動(dòng)、以及樣本內(nèi)可以根據(jù)從所述樣本反射的探測(cè)束確定的任意有關(guān)性質(zhì))進(jìn)行確定?？商鎿Q地，本發(fā)明可以被配置用于響應(yīng)于穿過(guò)樣本的光透射水平來(lái)讀取樣本，其中可以通過(guò)透射光而不是反射光來(lái)辨別樣本的不同特性。此外，如果想得到另外的信息，可以將本發(fā)明實(shí)現(xiàn)為對(duì)樣本的反射和透射率進(jìn)行單獨(dú)的檢測(cè)。本發(fā)明所教導(dǎo)的技術(shù)也可以用于通過(guò)干涉地檢測(cè)透射光來(lái)對(duì)透明物體的相位進(jìn)行分析。
[0026]本發(fā)明主要涉及光學(xué)成像，尤其用于對(duì)條碼進(jìn)行高速位移感測(cè)和讀取、針對(duì)參考數(shù)據(jù)庫(kù)執(zhí)行相關(guān)匹配的檢測(cè)，且更具體地，涉及一種用于分別在空間域和時(shí)域中基于對(duì)一維或二維條碼的光譜編碼和解碼來(lái)進(jìn)行色散型傅立葉變換成像和光學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)相關(guān)的設(shè)備和方法，包括使樣本暴露于寬帶脈沖束和對(duì)優(yōu)選地被轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的時(shí)域波形的光反射檢測(cè)。
[0027]所述方法使條碼曝露于通過(guò)衍射光柵而空間分散的寬帶脈沖光探測(cè)束，以使得每個(gè)獨(dú)立波長(zhǎng)的光沿著條碼上的橫向線路入射到條碼的不同部分。條碼信息被編碼成反射光的光譜。來(lái)自條碼的反射光返回到衍射光柵，衍射光柵對(duì)光譜分散的分量進(jìn)行重組。然后，使用群速離差(GVD)來(lái)對(duì)反射光束執(zhí)行傅立葉變換，并且由單像素光電檢測(cè)器來(lái)檢測(cè)該反射光。在進(jìn)行傅立葉變換期間，可以實(shí)施任意的內(nèi)部放大以提高信噪比，從而提高檢測(cè)靈敏度。也可以執(zhí)行零差檢測(cè)和/或平衡檢測(cè)來(lái)改善信噪比。[0028]在優(yōu)選實(shí)施例中，光電檢測(cè)器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為可以被放大和數(shù)字化的電子信號(hào)。色散型傅立葉變換與光電檢測(cè)器相結(jié)合地將光譜(光譜編碼的條碼信息)映射為電子時(shí)域波形并且表示了全電子譜分析器。因此，本發(fā)明的實(shí)施例消除了對(duì)傳統(tǒng)光學(xué)分光計(jì)(例如，衍射光柵和陣列檢測(cè)器)的需要，并且提供了高檢測(cè)靈敏度，尤其是結(jié)合內(nèi)部放大來(lái)看。
[0029]應(yīng)該理解的是，可以根據(jù)本發(fā)明使用另一種色散元件來(lái)在垂直方向上對(duì)探測(cè)束進(jìn)行進(jìn)一步色散，從而光束譜以光束頻率進(jìn)行光柵掃描的方式跨越二維平面。另一種方法是，當(dāng)在垂直于探測(cè)束經(jīng)由衍射光柵入射的橫線的方向上掃描探測(cè)束時(shí)，可以獲得條碼的二維圖像，例如用來(lái)在讀取二維條碼的過(guò)程中使用。還應(yīng)該理解的是，此處的技術(shù)可以被擴(kuò)展到三維。在一個(gè)實(shí)施例中，第二二維探測(cè)束可以從正交方向指向樣本，并且根據(jù)本發(fā)明來(lái)捕獲和處理光反射和/或透射，以在三維中提供對(duì)樣本的讀取和分析。
[0030]本發(fā)明還允許利用由上百萬(wàn)個(gè)條碼組成的大型數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)所測(cè)量條碼進(jìn)行可選的超速相關(guān)匹配檢測(cè)。如果電光調(diào)制器放置在光電檢測(cè)器之前，則實(shí)現(xiàn)了相關(guān)匹配檢測(cè)。所探測(cè)條碼的幅值通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)中已知條碼圖案的共軛進(jìn)行調(diào)制。如果所測(cè)量條碼匹配數(shù)據(jù)庫(kù)中的一個(gè)，則所檢測(cè)信號(hào)顯示一個(gè)相關(guān)峰。來(lái)自隨后的激光脈沖的測(cè)量信號(hào)與數(shù)據(jù)庫(kù)中的其他圖案進(jìn)行比較，直到識(shí)別出正確的圖案。在對(duì)光束進(jìn)行調(diào)制之前，使用圖案生成器或者數(shù)模轉(zhuǎn)換器將數(shù)據(jù)庫(kù)圖案轉(zhuǎn)換為共軛時(shí)間序列。當(dāng)然，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行調(diào)制的圖案必須與引入的測(cè)量圖案同步。此后，以激光的脈沖重復(fù)率來(lái)執(zhí)行對(duì)相關(guān)匹配檢測(cè)的掃描。顯然，相關(guān)匹配檢測(cè)的使用是可選的，這是因?yàn)樯⑿透盗⑷~變換掃描器可以在沒(méi)有相關(guān)匹配檢測(cè)的情況下使用。
[0031 ] 使用衍射光柵來(lái)將光譜映射到空間是已知的。當(dāng)空間衍射的光從物體反射時(shí),物體的反射率圖案被編碼到光譜上。光譜的映射已用于醫(yī)學(xué)成像，在醫(yī)學(xué)成像中使用電荷耦合器件(CXD)來(lái)解碼光譜編碼的空間信息。
[0032]本發(fā)明的一個(gè)重要的方面是利用色散型傅立葉變換來(lái)將空間信息(編碼到光譜上)映射為時(shí)域信號(hào)，以及利用該技術(shù)來(lái)讀取條碼。色散型傅立葉變換已應(yīng)用到了在吸收光譜學(xué)和拉曼光譜學(xué)、光反射法、以及光相干斷層照相法方面的光脈沖譜的測(cè)量。使用色散型傅立葉變換測(cè)量光譜消除了對(duì)衍射光柵和檢測(cè)器陣列的需要。這些元件由色散光纖、單光電檢測(cè)器、以及數(shù)字化轉(zhuǎn)換器代替。這簡(jiǎn)化了系統(tǒng)，并且更重要地，使得能夠進(jìn)行快速實(shí)時(shí)的條碼捕獲。
[0033]色散型傅立葉變換的主要限制以及本發(fā)明所克服的是在色散介質(zhì)中的損耗。該損耗可以是由光穿過(guò)色散元件時(shí)發(fā)生的不期望的吸收或散射而引起的。還有一個(gè)由克拉茂-克朗尼希關(guān)系(Kramers-Kronig relation)的色散與損耗之間的密切聯(lián)系所描述的更重要的根源。獨(dú)立于該根源，所述損耗限制了系統(tǒng)的檢測(cè)靈敏度。這可以通過(guò)認(rèn)識(shí)到以下方面來(lái)理解，即，借助于光譜-時(shí)間轉(zhuǎn)換，光譜分辨率(從而，條碼掃描器的像素?cái)?shù))由電檢測(cè)系統(tǒng)的時(shí)間分辨率確定。換句話說(shuō)，數(shù)字化轉(zhuǎn)換器的電帶寬(electrical bandwidth)限制了光譜分辨率，Δ λ=0.35/(D*fdig)給出了這一關(guān)系，其中Λ λ為光譜分辨率，D為總?cè)核匐x差，fdig為實(shí)時(shí)電子數(shù)字化轉(zhuǎn)換器的輸入帶寬。乘積Λ λ.D由數(shù)字化轉(zhuǎn)換器的帶寬確定，從而，為了增大光譜分辨率(即，增大像素?cái)?shù))，則不得不增大總?cè)核匐x差D。
[0034]但是，該光譜分辨率的增大是以增大光損耗和減小檢測(cè)靈敏度為代價(jià)而實(shí)現(xiàn)的。因此，當(dāng)期望高檢測(cè)靈敏度和高光譜分辨率時(shí)，色散元件中的損耗為中心問(wèn)題。由于條碼空間信息被編碼到光譜上，因此色散元件的損耗對(duì)像素?cái)?shù)和檢測(cè)靈敏度施加了限制。靈敏度可以通過(guò)使用長(zhǎng)信號(hào)積分時(shí)間來(lái)改善，但是這限制了條碼的讀取速度。因此，色散元件中的損耗使得在檢測(cè)靈敏度、像素?cái)?shù)與掃描速度之間產(chǎn)生了折衷。增大激光功率不是可取的解決方案，因?yàn)槠淇梢詫?dǎo)致不期望的非線性信號(hào)失真。
[0035]本發(fā)明依靠在色散元件中使用內(nèi)部放大來(lái)克服靈敏度、像素?cái)?shù)與掃描速度的折衷。上述折衷通過(guò)對(duì)色散元件中的損耗進(jìn)行補(bǔ)償來(lái)克服。為了使性能最佳化，在色散光纖中執(zhí)行放大，以增加從條碼反射回的信號(hào)強(qiáng)度。色散元件中的內(nèi)部放大先前已經(jīng)關(guān)于實(shí)時(shí)拉曼光譜學(xué)和吸收光譜學(xué)、以及飛秒數(shù)字化在我們實(shí)驗(yàn)室中得到論證。該放大被應(yīng)用到本發(fā)明中來(lái)優(yōu)化一個(gè)或多個(gè)條碼掃描器實(shí)施例。
[0036]色散元件的期望特征是高全色散、低損耗、大光學(xué)帶寬、所述帶寬上的平滑色散、以及商業(yè)可用性。盡管存在諸如啁啾光纖光柵(CFBG)之類(lèi)的其他選擇，但是諸如色散補(bǔ)償光纖(DCF)之類(lèi)的色散光纖提供了這些參數(shù)的最優(yōu)組合。盡管CFBG比DCF更緊湊，但是后者也可以作為拉曼放大器來(lái)對(duì)損耗進(jìn)行補(bǔ)償。所述損耗還可以通過(guò)分立的光學(xué)放大器(例如，摻餌光纖放大器或者甚至半導(dǎo)體光學(xué)放大器)來(lái)補(bǔ)償。通常首選色散光纖內(nèi)的分布式拉曼放大是因?yàn)槠湓谡麄€(gè)傅立葉變換過(guò)程中保持了相對(duì)恒定的信號(hào)電平。該相對(duì)恒定的信號(hào)電平是重要的，因?yàn)槠渫ㄟ^(guò)使信號(hào)功率遠(yuǎn)離低功率(充滿(mǎn)噪聲的)和高功率(非線性的)狀態(tài)而使信號(hào)對(duì)噪聲和失真比最大化。
[0037]拉曼放大相對(duì)于半導(dǎo)體光學(xué)放大器的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，當(dāng)在非晶態(tài)介質(zhì)(例如玻璃)中使用時(shí)，拉曼放大自然為寬帶?？梢酝ㄟ^(guò)使用多波長(zhǎng)泵激激光來(lái)進(jìn)一步裁剪該增益譜，并且出人意料地，使用非相干的泵激源可以實(shí)現(xiàn)非常寬頻帶的增益譜。這是非?？扇〉?，因?yàn)榇蟮墓鈳拰?dǎo)致大的橫向條碼檢測(cè)范圍。拉曼放大的色散元件還可以消除對(duì)高功率源的需要，高功率源可以潛在地導(dǎo)致不期望的非線性信號(hào)失真。
[0038]本發(fā)明經(jīng)得起以多種方式實(shí)施的檢驗(yàn)，包括但不限于以下描述。
[0039]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例是用于讀取條碼和感測(cè)位移的設(shè)備，其包括:(a)用于生成寬帶脈沖探測(cè)束的裝置；(b)用于基于將要讀取的目標(biāo)的響應(yīng)光信號(hào)將脈沖探測(cè)束的光譜映射到指向?qū)⒁x取的目標(biāo)的空間域的裝置；(C)用于對(duì)響應(yīng)光信號(hào)進(jìn)行色散型傅立葉變換的裝置，以將該響應(yīng)光信號(hào)轉(zhuǎn)換為時(shí)域波形；以及(d)用于檢測(cè)和分析時(shí)域波形的裝置，以確定被讀取目標(biāo)內(nèi)的條碼圖案和/或位移。
[0040]在本發(fā)明的實(shí)施例中，可以響應(yīng)于從目標(biāo)反射到用于色散型傅立葉變換的裝置的光能量、或者響應(yīng)于通過(guò)目標(biāo)傳輸?shù)接糜谏⑿透盗⑷~變換的裝置的光能量來(lái)生成響應(yīng)光信號(hào)。此外，可以實(shí)施組合實(shí)施例，其基于反射和透射光二者讀取關(guān)于樣本的信息。
[0041]所述設(shè)備可以被實(shí)施為使得通過(guò)自由空氣、光纖(或其他光傳輸結(jié)構(gòu))、或者通過(guò)自由空氣和光纖的組合來(lái)傳送包括探測(cè)束和響應(yīng)光信號(hào)的光束。
[0042]可替換地，可以通過(guò)改變將光譜映射到空間(空間色散)和色散型傅立葉變換(時(shí)間色散)的順序來(lái)實(shí)現(xiàn)所述設(shè)備。
[0043]在至少一個(gè)實(shí)施例中，用于生成寬帶脈沖探測(cè)束的裝置包括被配置為生成脈沖的激光器。在本發(fā)明的一種模式中，可選地包括脈沖采集元件，以提供從由脈沖激光器(或類(lèi)似源)生成的一系列脈沖中采集所選脈沖的裝置。脈沖束探測(cè)可以包括或被改進(jìn)為響應(yīng)于用于放大和/或?yàn)V波的可選裝置，從而提高所述設(shè)備的信噪比和檢測(cè)靈敏度。類(lèi)似地，放大和/或?yàn)V波可以可選地施加到從樣本接收到的響應(yīng)光信號(hào)(例如，反射和/或透射光)。通過(guò)示例而非限制的方式，光學(xué)放大可以使用受激拉曼散射、半導(dǎo)體放大器、或光纖放大器來(lái)執(zhí)行。更進(jìn)一步，光纖放大器可以被布置在用于色散型傅立葉變換的裝置之前、之內(nèi)、或之后，而連續(xù)波光或脈沖光可以對(duì)所述光纖放大器進(jìn)行泵激。另一個(gè)可選的元件是用于超連續(xù)譜生成的裝置，其用于使從光源發(fā)出的光的光譜帶寬變寬，并且其可以被包含在所述光源內(nèi)或者被實(shí)現(xiàn)為單獨(dú)的可選元件。
[0044]在至少一個(gè)實(shí)施例中，用于將光譜映射到空間域中的裝置包括色散元件，例如衍射光柵、棱鏡、虛擬成像的相控陣列色散器、或者可以區(qū)分引入的寬帶脈沖探測(cè)束的波長(zhǎng)的類(lèi)似元件。
[0045]在至少一種實(shí)現(xiàn)中，例如，當(dāng)檢測(cè)與入射探測(cè)光的路徑相同路徑的一部分的反射光能量時(shí)，包括用于分離光束的可選裝置。
[0046]在至少一個(gè)實(shí)施例中，用于色散型傅立葉變換的裝置使用用于引起群速離差(GVD)的元件(例如色散元件)、和/或被配置用于在將響應(yīng)光信號(hào)轉(zhuǎn)換為時(shí)域波形的過(guò)程中引起群速離差(GVD)的啁啾光學(xué)元件將響應(yīng)光信號(hào)轉(zhuǎn)換為時(shí)域波形。
[0047]在至少一個(gè)實(shí)施例中，用于檢測(cè)和分析時(shí)域波形的裝置利用至少一個(gè)諸如光敏半導(dǎo)體器件(例如，光電二極管、光電晶體管等)之類(lèi)的光敏元件或者其電特性響應(yīng)于接收到的光的特性的改變而改變的任意其他器件來(lái)檢測(cè)入射光。檢測(cè)器對(duì)入射光進(jìn)行轉(zhuǎn)換，優(yōu)選地在將模擬信號(hào)改變?yōu)閿?shù)字信號(hào)以簡(jiǎn)化處理的數(shù)字化轉(zhuǎn)換器中進(jìn)行轉(zhuǎn)換。但是，應(yīng)該理解的是，在不首先將這些模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的情況下，響應(yīng)于對(duì)這些模擬信號(hào)的直接處理，至少可以從樣本讀取有限的信息。信號(hào)處理器分析來(lái)自檢測(cè)器的電信號(hào)，從而對(duì)樣本進(jìn)行讀取并且提供關(guān)于編碼、空間位移和樣本的其他可讀方面的信息。優(yōu)選地，信號(hào)處理器包括一個(gè)或多個(gè)配置有用于執(zhí)行數(shù)字信號(hào)處理的軟件的處理器。
[0048]在至少一個(gè)實(shí)施例中，所述設(shè)備被配置用于對(duì)作為一維或二維條碼的目標(biāo)進(jìn)行讀取，例如用于商品的跟蹤、印刷電路板的串行控制(serial control)、硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器(HDD)部件的檢尋控制、傳送線中的自動(dòng)分揀、PC媒體驅(qū)動(dòng)器的跟蹤、晶片生產(chǎn)、或其中讀取條碼的任意場(chǎng)合。
[0049]在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例中，可以以相關(guān)的形式來(lái)讀取樣本，其中將樣本的實(shí)際特征與樣本的期望特征(例如，從數(shù)據(jù)庫(kù)中讀出的)進(jìn)行光學(xué)比較。由于本發(fā)明的該方面關(guān)于編碼樣本最容易理解，因此條碼將被看作示例而非限制。在一種相關(guān)模式中，使用樣本的期望條碼(例如，在連續(xù)條碼之中)來(lái)調(diào)制來(lái)自樣本的響應(yīng)光信號(hào)，其中根據(jù)所接收到的信號(hào)(例如，響應(yīng)于閾值處理)可以容易地確定相關(guān)性而無(wú)需進(jìn)一步分析。在至少一個(gè)實(shí)施例中，可以通過(guò)包含布置在將響應(yīng)光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)之前的電光調(diào)制器來(lái)提供與從數(shù)據(jù)庫(kù)及其施加到該電光調(diào)制器的共軛接收到的期望的條碼圖案的相關(guān)性。響應(yīng)于被檢測(cè)響應(yīng)光信號(hào)是否具有相關(guān)峰來(lái)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)與數(shù)據(jù)庫(kù)的相關(guān)匹配檢測(cè)。在相關(guān)性的至少一種模式中，圖案生成器用于基于來(lái)自數(shù)據(jù)庫(kù)的信息來(lái)生成相關(guān)圖案，所述數(shù)據(jù)庫(kù)包含與其中可以找到當(dāng)前目標(biāo)的目標(biāo)集合相關(guān)的信息。調(diào)幅器被配置用于調(diào)制響應(yīng)光信號(hào)，其使用用于對(duì)進(jìn)行了幅值調(diào)制的響應(yīng)光信號(hào)進(jìn)行閾值感測(cè)的裝置來(lái)顯示目標(biāo)與從數(shù)據(jù)庫(kù)接收到的用于調(diào)制響應(yīng)光信號(hào)的幅值的相關(guān)圖案之間的正相關(guān)性或負(fù)相關(guān)性。
[0050]可以利用本發(fā)明的實(shí)施例來(lái)響應(yīng)于從目標(biāo)(樣本)反射的光和/或透射過(guò)目標(biāo)(樣本)的光以一維或二維的方式對(duì)目標(biāo)進(jìn)行讀取。本發(fā)明可以被實(shí)現(xiàn)用于讀取編碼的目標(biāo)(例如，光敏條碼形式)，以及用于對(duì)目標(biāo)執(zhí)行高速位移感測(cè)。應(yīng)該理解的是，位移感測(cè)可以記錄目標(biāo)的形狀和結(jié)構(gòu)、對(duì)粗糙表面的測(cè)量、對(duì)寬度和間隙的測(cè)量、以及材料和/或物體或元件缺失的存在。本發(fā)明還可以利用位移感測(cè)通過(guò)檢測(cè)和/或測(cè)量流體內(nèi)任意形式顆粒的移動(dòng)和形態(tài)特征(例如，大小、形狀等)來(lái)實(shí)現(xiàn)流式細(xì)胞計(jì)量術(shù)(flow cytometry)。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，所述設(shè)備可以被配置用于讀取被使用例如光存儲(chǔ)介質(zhì)(包括根據(jù)協(xié)議格式化了的介質(zhì)，所述協(xié)議包括與CD、DVD、以及藍(lán)光光盤(pán)一起使用的那些協(xié)議)內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行了光學(xué)編碼了的目標(biāo)。
[0051 ] 在至少一個(gè)實(shí)施例中，所述設(shè)備被配置用于對(duì)選自應(yīng)用領(lǐng)域組中的應(yīng)用中的目標(biāo)進(jìn)行讀取，所述應(yīng)用領(lǐng)域組包括生物信息學(xué)、醫(yī)學(xué)標(biāo)本的跟蹤、跟蹤干細(xì)胞庫(kù)、精子庫(kù)、DNA序列庫(kù)中的使用、或者其中從設(shè)備內(nèi)的測(cè)試樣本讀取生物信息的任意場(chǎng)合。
[0052]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例是一種設(shè)備，其包括:(a)寬帶光源，被配置用于生成脈沖探測(cè)束；(b)光譜編碼器，被配置用于將脈沖探測(cè)束轉(zhuǎn)換到空間域并且引導(dǎo)其指向?qū)⒁x取的目標(biāo)；(C)空間解碼器，被配置用于將從目標(biāo)反射的或者透射通過(guò)目標(biāo)的空間域的光轉(zhuǎn)換到時(shí)域；以及(d)信號(hào)處理器，被配置用于檢測(cè)和分析時(shí)域波形以讀取圖案和/或確定目標(biāo)內(nèi)的位移。
[0053]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例是一種用于讀取圖案和確定目標(biāo)的位移的方法，其包括:(a)生成來(lái)自寬帶光源的脈沖探測(cè)束；(b)將脈沖探測(cè)束轉(zhuǎn)換到空間域；(c)引導(dǎo)空間域脈沖探測(cè)束指向?qū)⒁x取的目標(biāo)；(d)將來(lái)自讀取目標(biāo)的空間域的光轉(zhuǎn)換為時(shí)域波形；以及(e)在配置用于執(zhí)行來(lái)自存儲(chǔ)器的程序指令的處理器內(nèi)檢測(cè)并分析時(shí)域波形，以讀取圖案和/或確定目標(biāo)內(nèi)的位移。
[0054]本發(fā)明提供了許多有益的方面，在不脫離本技術(shù)的情況下，其可以單獨(dú)實(shí)現(xiàn)也可以以任意期望組合的形式實(shí)現(xiàn)。
[0055]本發(fā)明的一方面是用于從光學(xué)目標(biāo)讀取信息的設(shè)備和方法。
[0056]本發(fā)明的另一方面提供了響應(yīng)于將空間域的第一光學(xué)信號(hào)引導(dǎo)指向目標(biāo)來(lái)讀取目標(biāo)信息、將從目標(biāo)接收到的光轉(zhuǎn)換到時(shí)域、然后對(duì)時(shí)域波形進(jìn)行分析來(lái)讀取目標(biāo)信息的能力。
[0057]本發(fā)明的另一方面提供了以一維、二維或三維的形式對(duì)信息進(jìn)行讀取。
[0058]本發(fā)明的另一方面提供了響應(yīng)于從目標(biāo)反射的或透射穿過(guò)目標(biāo)的探測(cè)光、或者其組合來(lái)對(duì)信息進(jìn)行讀取。
[0059]本發(fā)明的另一方面提供了對(duì)編碼目標(biāo)進(jìn)行讀取，例如對(duì)來(lái)自目標(biāo)的條碼信息進(jìn)行讀取。
[0060]本發(fā)明的另一方面提供了目標(biāo)信息與數(shù)據(jù)庫(kù)信息的相關(guān)性。
[0061]本發(fā)明的另一方面提供了響應(yīng)于對(duì)光信號(hào)進(jìn)行調(diào)制和在響應(yīng)時(shí)域波形中對(duì)相關(guān)峰進(jìn)行檢查的目標(biāo)相關(guān)性。
[0062]本發(fā)明的另一方面提供了對(duì)來(lái)自目標(biāo)(樣本)的各種編碼和未編碼形式的信息進(jìn)行讀取。
[0063]本發(fā)明的再一方面是可以被應(yīng)用于寬范圍的編碼目標(biāo)(例如，一維和二維條碼)以及收集關(guān)于樣本的信息(包括基于樣本的組成部分的存在、位移、結(jié)構(gòu)、移動(dòng)等的信息)的設(shè)備和方法。
[0064]說(shuō)明書(shū)的以下部分中將給出本發(fā)明的其他方面，其中詳細(xì)的描述是為了充分公開(kāi)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，而不是對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限制。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0065]通過(guò)參考以下僅用于說(shuō)明目的的附圖，將更充分地理解本發(fā)明:
[0066]圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的執(zhí)行色散型傅立葉變換反射率測(cè)量的方法的一個(gè)實(shí)施例的流程圖。
[0067]圖2是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的執(zhí)行一維色散型傅立葉變換反射率測(cè)量的設(shè)備的示意框圖。
[0068]圖3是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的執(zhí)行一維色散型傅立葉變換反射率測(cè)量和數(shù)據(jù)庫(kù)相關(guān)匹配檢測(cè)的設(shè)備的示意框圖。
[0069]圖4是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的執(zhí)行二維色散型傅立葉變換反射率測(cè)量的設(shè)備的示意框圖。
[0070]圖5是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的執(zhí)行二維色散型傅立葉變換反射率測(cè)量和數(shù)據(jù)庫(kù)相關(guān)匹配檢測(cè)的設(shè)備的示意框圖。
[0071]圖6是根據(jù)本發(fā)明的一方面的圖2的色散型傅立葉變換反射率測(cè)量設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例的示意圖，其示出了對(duì)壓電式換能器(PZT)樣本的檢測(cè)。
[0072]圖7是測(cè)試樣本的正交視圖，通過(guò)非條碼的目標(biāo)來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的使用，所述樣本具體為被具有兩個(gè)相鄰薄鋁膜的二氧化硅保護(hù)的硅波導(dǎo)。
[0073]圖8是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的對(duì)來(lái)自樣本的反射探測(cè)光譜與來(lái)自用作參考的反射鏡的反射光進(jìn)行比較的曲線圖。
[0074]圖9是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的圖7所示樣本的校準(zhǔn)反射率輪廓的曲線圖。
[0075]圖10是響應(yīng)于被掃描樣本的物理平移(移動(dòng))示出的、根據(jù)本發(fā)明的一方面的圖7中的樣本的校準(zhǔn)反射率輪廓的曲線圖。
[0076]圖11是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的響應(yīng)于不同放大等級(jí)示出的從樣本反射的探測(cè)光的光譜的曲線圖。
[0077]圖12是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例示出的、圖2的色散型傅立葉變換條碼讀取測(cè)量的示意圖。
[0078]圖13是以如存在于樣本條碼中的背景條示出的、根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的單沖(single shot)—維條碼測(cè)量的曲線圖。
[0079]圖14是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例示出的、圖4的二維色散型傅立葉變換反射率測(cè)量的示意圖。
[0080]圖15是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例示出的色散型傅立葉變換透射率測(cè)量的示意圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0081]下面對(duì)附圖進(jìn)行更具體地參考，為了說(shuō)明的目的，在圖1至圖15概括示出的設(shè)備中實(shí)施本發(fā)明。應(yīng)該理解的是，在不脫離此處所公開(kāi)的基本思想的情況下，所述設(shè)備的結(jié)構(gòu)及其具體部件可以改變，并且所述方法的具體步驟和順序可以改變。[0082]圖1是色散型傅立葉變換反射率測(cè)量的方法的實(shí)施例10，其概括了執(zhí)行一維或二維條碼讀取以及可選的針對(duì)已知數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行相關(guān)匹配檢測(cè)所必需的步驟。根據(jù)該實(shí)施例，在框12中，通過(guò)衍射光柵使條碼暴露于寬帶脈沖，同時(shí)空間色散光譜入射到條碼。在框14中，從條碼產(chǎn)生的反射光返回到重整脈沖的衍射光柵，并且通過(guò)色散型傅立葉變換被轉(zhuǎn)換為時(shí)域波形。然后，在框16中，可以依照由圖案生成器提供的由光調(diào)制器對(duì)其進(jìn)行調(diào)制的光譜編碼的條碼信息來(lái)光學(xué)地執(zhí)行可選的針對(duì)參考數(shù)據(jù)庫(kù)的相關(guān)匹配檢測(cè)。在框18中，通過(guò)光電檢測(cè)器來(lái)檢測(cè)光信號(hào)，并且在時(shí)域中例如通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理器來(lái)分析該光信號(hào)的電信號(hào)。
[0083]參考框12，光源優(yōu)選地為指向條碼的超連續(xù)譜。應(yīng)該理解的是，超連續(xù)譜的生成通?？梢员幻枋鰹槠渲袑⒓す廪D(zhuǎn)換為具有非常寬的光譜帶寬(例如，具有低時(shí)間相干性)的光的處理。通常通過(guò)使光脈沖傳播通過(guò)強(qiáng)非線性裝置(例如，光纖)來(lái)實(shí)現(xiàn)光譜擴(kuò)展?？梢酝ㄟ^(guò)使具有高峰值功率的脈沖激光穿過(guò)高非線性光纖來(lái)產(chǎn)生超連續(xù)譜?？商鎿Q地，可以通過(guò)具有大帶寬的超短波脈沖激光來(lái)生成光源，例如由鈦藍(lán)寶石激光器產(chǎn)生。探測(cè)束在到達(dá)衍射光柵之前可以被光學(xué)地放大和濾波。
[0084]探測(cè)束的帶寬應(yīng)該較大，在某些情況下優(yōu)選地為盡可能的大，這是因?yàn)檠苌涔鈻诺难苌浣嵌确秶蜅l碼上的可分辨點(diǎn)數(shù)隨帶寬而增大。光譜帶寬可以與目標(biāo)以及設(shè)備允許的一樣大。只要時(shí)間色散的連續(xù)脈沖不在時(shí)間上重疊，就可以增大帶寬。同樣，應(yīng)該理解的是，對(duì)設(shè)備的每個(gè)部件(例如，光電二極管)以及光學(xué)元件存在限制。另外，目標(biāo)本身在指定光譜范圍內(nèi)被最好地分辨，例如，在可視光譜中從條碼中清楚地檢測(cè)到的目標(biāo)在移動(dòng)到光譜的紅外光部分時(shí)可能不會(huì)呈現(xiàn)出來(lái)。典型地，帶寬是一個(gè)范圍，例如可視到近紅外范圍的650nm到llOOnm，或者可視范圍內(nèi)的、可視到紫外(UV)范圍的、可視到紅外、近紅外、近紫外等范圍的某些類(lèi)似范圍。
[0085]入射到衍射光柵的探測(cè)束被空間色散，對(duì)探測(cè)束的波長(zhǎng)進(jìn)行分離。然后，通過(guò)柱面透鏡或其他衍射光柵使色散光準(zhǔn)直并入射到條碼。來(lái)自條碼的反射光返回到衍射光柵，重整脈沖。
[0086]考慮框14，通過(guò)任意期望的光學(xué)元件或其組合(例如，色散元件、啁啾光學(xué)元件等)來(lái)引起(啁啾)群速離差以執(zhí)行傅立葉變換，從而提供用于對(duì)反射光信號(hào)進(jìn)行色散型傅立葉變換的裝置。該色散元件包括引起反射光信號(hào)的群速離差的光學(xué)元件。應(yīng)該理解的是，啁啾反射響應(yīng)是其中布拉格波長(zhǎng)不恒定而在結(jié)構(gòu)內(nèi)改變的響應(yīng)，例如在啁啾光學(xué)元件(例如啁啾鏡)中，不同波長(zhǎng)的光不同程度地穿透到鏡結(jié)構(gòu)中，從而經(jīng)歷不同的群時(shí)延。色散元件可以是光纖、體單晶、啁啾鏡、或啁啾光纖布拉格光柵。色散元件中的色散將頻域信號(hào)轉(zhuǎn)換為時(shí)域波形。沿橫向線路對(duì)應(yīng)于條碼的不同點(diǎn)的來(lái)自條碼的反射光的構(gòu)成頻率以這樣的方式在時(shí)間上進(jìn)行分布，所述方式為允許將來(lái)自條碼不同點(diǎn)的反射光映射為時(shí)域波形。在傅立葉變換期間，當(dāng)通過(guò)寬帶光來(lái)光學(xué)地泵激色散元件時(shí)，信號(hào)光可以通過(guò)受激拉曼散射進(jìn)行光學(xué)放大?？商鎿Q地，在可以或不可以進(jìn)行光學(xué)放大的色散元件之前，可以通過(guò)拉曼放大器或摻鉺光纖放大器來(lái)光學(xué)放大反射光。
[0087]在框16中，示出了用于使檢測(cè)與數(shù)據(jù)相匹配的光學(xué)相關(guān)性。應(yīng)該理解的是，其變型允許使用大型數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)執(zhí)行一系列相關(guān)檢測(cè)操作。已經(jīng)按照框14進(jìn)行了傅立葉變換的時(shí)序條碼信號(hào)由調(diào)幅器進(jìn)行調(diào)制。例如，在共軛時(shí)序中，由生成對(duì)應(yīng)于白色間隔和深色條的0、1序列(與條碼編碼相反)的圖案生成器來(lái)提供調(diào)制信號(hào)，從而僅當(dāng)調(diào)制器抵銷(xiāo)了輸入條碼信號(hào)的幅值時(shí)調(diào)幅器的傳輸才為零，從而檢測(cè)到正相關(guān)性。
[0088]參考框18，如果與參考數(shù)據(jù)庫(kù)的相關(guān)匹配檢測(cè)不是必須的，則框14處的反射信號(hào)可以直接被光電檢測(cè)器檢測(cè)。如果需要與參考數(shù)據(jù)庫(kù)的相關(guān)匹配檢測(cè)，則光電檢測(cè)器在框16處檢測(cè)調(diào)幅器的傳輸。光電檢測(cè)器的輸出信號(hào)被數(shù)字化轉(zhuǎn)換器數(shù)字化，所述數(shù)字化轉(zhuǎn)換器被一定重復(fù)率的探測(cè)束的脈沖序列適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行觸發(fā)。僅當(dāng)數(shù)字化轉(zhuǎn)換器上的信號(hào)為零時(shí)，所測(cè)量的條碼與其信號(hào)被提供給調(diào)幅器的數(shù)據(jù)庫(kù)中的條碼相匹配。每個(gè)脈沖執(zhí)行一次數(shù)據(jù)庫(kù)中的條碼與測(cè)量條碼的相關(guān)性檢測(cè)。換句話說(shuō)，以激光脈沖序列的重復(fù)率來(lái)執(zhí)行測(cè)量條碼與許多條碼的相關(guān)性檢測(cè)。
[0089]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一維色散型傅立葉變換反射率測(cè)量的示例實(shí)施例20。應(yīng)該理解的是，所述設(shè)備可以被用于條碼感測(cè)以及寬范圍的高速位移形式感測(cè)、以及類(lèi)似應(yīng)用。另外，指向讀取目標(biāo)的光束(脈沖探測(cè)束)、檢測(cè)和/或測(cè)量的以及其反射的光信號(hào)通過(guò)自由空氣、光透射介質(zhì)或裝置(例如光纖)、或者通過(guò)其組合傳播。
[0090]通常，用于生成寬帶脈沖探測(cè)束的裝置(例如，寬帶脈沖探測(cè)激光器22)連接到用于分離指向目標(biāo)的光信號(hào)與從目標(biāo)反射的光信號(hào)的裝置32，例如包括光環(huán)行器，其隔離從讀取目標(biāo)反射的光。以下討論可選元件24、26和28。
[0091]例如，響應(yīng)于使用衍射光柵或使探測(cè)束空間色散的類(lèi)似的一個(gè)或多個(gè)光學(xué)元件(例如，棱鏡、虛擬成像的相控陣列色散器等)、使探測(cè)束的波長(zhǎng)分散到跨越讀取目標(biāo)(例如，條碼38)的一維橫向線路或延長(zhǎng)圖案上，通過(guò)用于對(duì)脈沖探測(cè)束的光譜進(jìn)行傅立葉變換映射的裝置34來(lái)將脈沖流轉(zhuǎn)換到空間域?？商鎿Q地，所述系統(tǒng)可以被配置用于讀取、檢測(cè)、和/或測(cè)量根據(jù)材料性質(zhì)和/或位移提供不同反射率的其他目標(biāo)的一維或二維方面。
[0092]用于使脈沖探測(cè)束準(zhǔn)直的裝置36 (例如，透鏡)使探測(cè)束對(duì)準(zhǔn)或聚焦到條碼目標(biāo)38。條碼信息被光譜編碼為來(lái)自條碼38的反射光的光譜。來(lái)自條碼38的反射光返回到衍射光柵34，重整脈沖。光環(huán)行器32引導(dǎo)反射光指向(放大式)色散型傅立葉變換器40，并且對(duì)其隔離使其不能返回到激光源22。然后，通過(guò)用于對(duì)反射光信號(hào)進(jìn)行色散型傅立葉變換的裝置40將反射光傅立葉變換為時(shí)域波形，以將反射光信號(hào)轉(zhuǎn)換為時(shí)域波形。可選地，可以在色散型傅立葉變換處理中執(zhí)行光學(xué)放大，從而對(duì)由于色散處理而產(chǎn)生的不可避免的光損耗進(jìn)行補(bǔ)償。色散型傅立葉變換裝置40的輸出被用于檢測(cè)和分析時(shí)域波形以確定讀取目標(biāo)內(nèi)的條碼圖案和/或位移的檢測(cè)和分析裝置接收。該檢測(cè)和分析裝置被示為包括光檢測(cè)器42、可選濾波器44、可選放大器46、數(shù)字化轉(zhuǎn)換器48，通過(guò)它們對(duì)時(shí)域波形進(jìn)行引導(dǎo)，然后通過(guò)用于執(zhí)行數(shù)字信號(hào)處理的裝置50 (例如，以任意期望的方式實(shí)現(xiàn)的數(shù)字信號(hào)處理器)來(lái)對(duì)其進(jìn)行分析。
[0093]應(yīng)該理解的是，在不脫離本發(fā)明的技術(shù)范圍的情況下，可以以多種方式來(lái)生成寬帶脈沖束。例如，本發(fā)明尤其適合于使用脈沖激光。激光的光譜響應(yīng)可以根據(jù)需要響應(yīng)于使用裝置來(lái)生成超連續(xù)譜而得到增強(qiáng)。
[0094]在圖2所示的實(shí)施例中，如果激光脈沖重復(fù)率如此高以至于連續(xù)脈沖在經(jīng)過(guò)色散型傅立葉變換裝置40之后重疊，則可以通過(guò)使用可選的脈沖檢出器24來(lái)減少脈沖序列。此外，可以利用可選的光學(xué)放大器26來(lái)放大來(lái)自脈沖激光器22的光脈沖，并且用于泵激可選的超連續(xù)譜生成器28。如果源自激光器22的脈沖已經(jīng)足夠強(qiáng)大來(lái)生成超連續(xù)譜，則可以不需要可選的放大器26。同樣，如果原始脈沖具有非常大的帶寬，則放大器26和/或超連續(xù)譜生成器28可以不是必須的。例如，鈦藍(lán)寶石鎖模激光器可以生成具有非常大帶寬OlOOnm)的超快脈沖(<10fs)。輻射的超連續(xù)譜可以通過(guò)可選的帶通濾波器30。
[0095]光檢測(cè)器42可選地是可以將來(lái)自(放大式)傅立葉變換裝置40的輸出的光子轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的光檢測(cè)器。光檢測(cè)器42可以是光電二極管、雪崩光電檢測(cè)器、或配置用于將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的類(lèi)似裝置?？梢詫?duì)來(lái)自光檢測(cè)器42的電信號(hào)進(jìn)行濾波以限制其帶寬，例如利用可選的電子濾波器44以及可選地通過(guò)電子放大器46來(lái)放大所述信號(hào)。應(yīng)該理解的是，只需將帶寬向下限制為限制引入到隨后的模數(shù)轉(zhuǎn)換中的噪聲。然后，可以通過(guò)數(shù)字化轉(zhuǎn)換器48對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化。也可以使用數(shù)字信號(hào)處理器50或計(jì)算機(jī)來(lái)處理或分析信號(hào)，并對(duì)其進(jìn)行顯示和存儲(chǔ)。
[0096]可以看出，所述設(shè)備和方法可以在大范圍的合理探測(cè)波段實(shí)現(xiàn)。例如，可以使用工作在1300與1600nm之間的通信激光器或放大器來(lái)產(chǎn)生高峰值功率的探測(cè)脈沖。還可以對(duì)通信激光器進(jìn)行倍頻(二次諧波生成)或三倍頻(三次諧波生成)來(lái)產(chǎn)生更高頻率以在所述設(shè)備中使用。可以使用的另一種類(lèi)型的激光器是鈦藍(lán)寶石激光器，其提供波長(zhǎng)在650與IlOOnm之間(更典型地，在SOOnm附近)的短波、高功率脈沖。盡管這些激光器類(lèi)型是優(yōu)選的，但是也可以利用各種其他類(lèi)型的激光源。
[0097]圖3示出了執(zhí)行一維色散型傅立葉變換反射率測(cè)量和數(shù)據(jù)庫(kù)相關(guān)匹配檢測(cè)的示例實(shí)施例52。應(yīng)該看出，除了圖案生成器74和調(diào)幅器76被包括用來(lái)執(zhí)行被匹配條碼70與參考數(shù)據(jù)庫(kù)的相關(guān)匹配檢測(cè)以外，圖3與圖2相同。
[0098]寬帶脈沖探測(cè)激光器54的輸出被引導(dǎo)通過(guò)可選的脈沖檢出器56、可選的光學(xué)放大器58、可選的超連續(xù)譜生成器60、以及可選的光濾波器62，通過(guò)隔離入射和反射波的光環(huán)行器64，到用于對(duì)該探測(cè)束進(jìn)行空間色散的衍射光柵66以使其波長(zhǎng)分散到一維橫向線路或延長(zhǎng)圖案，到透鏡68，到目標(biāo)條碼70或位移感測(cè)目標(biāo)或者多個(gè)目標(biāo)。來(lái)自目標(biāo)條碼70的反射光通過(guò)透鏡68、衍射光柵66，并被光環(huán)行器64路由到色散型傅立葉變換裝置72，到還接收來(lái)自圖案生成器74的信號(hào)的調(diào)幅器76。來(lái)自調(diào)幅器76的輸出被路由到檢測(cè)器78，檢測(cè)器78的輸出通過(guò)可選濾波器80和可選放大器82到達(dá)數(shù)字化轉(zhuǎn)換器84并被信號(hào)處理裝置86處理。
[0099]圖案生成器74生成數(shù)字條碼圖案(例如，其由O和I組成)，并以共軛時(shí)間序列的形式將其提供到調(diào)幅器76。由圖案生成器74生成的條碼圖案被看作來(lái)自包含關(guān)于其條碼正在被所述設(shè)備讀取的物品的信息的數(shù)據(jù)庫(kù)。僅當(dāng)由圖案生成器74生成的條碼圖案與正在讀取的條碼70的圖案匹配時(shí)，調(diào)幅器76的傳輸被空置為零。每個(gè)脈沖到達(dá)調(diào)幅器后，數(shù)據(jù)庫(kù)中的不同圖案被提供給調(diào)幅器，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的所有參考條碼與測(cè)試條碼進(jìn)行比較以查看哪個(gè)與其匹配。
[0100]圖4示出了二維色散型傅立葉變換反射率測(cè)量的示例實(shí)施例88。盡管圖2和圖3描述了用于執(zhí)行一維反射率測(cè)量的示意圖，但是圖4示出了用于執(zhí)行二維反射率測(cè)量、以及從而讀取二維條碼的示意圖。
[0101]參考該附圖，寬帶脈沖激光器90的輸出被引導(dǎo)通過(guò)可選的脈沖檢出器92、可選的光學(xué)放大器94、可選的超連續(xù)譜生成器96、以及可選的光濾波器98，通過(guò)使入射和反射波隔離的光環(huán)行器100，到第一透鏡102、色散器104、第二透鏡106、以及衍射光柵108，到目標(biāo)110 (例如二維條碼)或位移感測(cè)目標(biāo)或者多個(gè)目標(biāo)。來(lái)自目標(biāo)Iio的反射光返回通過(guò)衍射光柵108、透鏡106、色散器104、透鏡102，并且被光環(huán)行器100路由到色散型傅立葉變換裝置112，到光檢測(cè)器114，光檢測(cè)器114的輸出通過(guò)可選濾波器116和可選放大器118到了數(shù)字化轉(zhuǎn)換器120，并且被信號(hào)處理裝置122處理。
[0102]更具體地考慮圖4所示的元件，該實(shí)施例優(yōu)選地使用柱面透鏡102來(lái)將寬帶脈沖聚焦到虛擬成像的相控陣列(VIPA)色散器104，例如包括玻璃板，所述玻璃板在光束進(jìn)入的前區(qū)上具有防反射膜、并且在其余的正面部分上具有高反射涂層(約100%)以及在背面上具有部分高反射涂層(通常為95%或類(lèi)似)。VIPA色散器104產(chǎn)生從位于入射光束發(fā)生第一反射的背面位置處的光束腰的各虛擬圖像發(fā)散的光束陣列。這些光束相干并形成準(zhǔn)直光束，然后通過(guò)球面透鏡106聚焦。
[0103]衍射光柵108沿垂直于VIPA色散器104產(chǎn)生的色散方向的方向來(lái)分離入射光束的衰退頻率。這在二維平面中產(chǎn)生了由許多聚焦在目標(biāo)樣本Iio (或2D條碼)上的點(diǎn)構(gòu)成的光束。目標(biāo)樣本110上的這些點(diǎn)對(duì)應(yīng)于寬帶光束的不同頻率分量,形成了樣本110上的可分辨點(diǎn)。來(lái)自樣本110的寬帶光束的不同頻率分量的反射完全返回到光環(huán)行器100，形成樣本Iio的二維反射率被光譜編碼成的脈沖。(放大式)色散型傅立葉變換112將輸入光譜映射為時(shí)域波形。該色散型傅立葉變換112可以被光學(xué)放大，以補(bǔ)償變換處理期間的光損耗。因此，(放大式)色散型傅立葉變換的輸出是將來(lái)自二維樣本的反射光以類(lèi)似于光柵掃描的某種方式光譜編碼成的時(shí)域波形。
[0104]圖5示出了二維色散型傅立葉變換反射率測(cè)量和數(shù)據(jù)庫(kù)相關(guān)匹配檢測(cè)的示例實(shí)施例124。按照該附圖，所獲得的二維反射圖像已被轉(zhuǎn)換為一維時(shí)域波形，然后可以如圖3所示的讀取一維目標(biāo)時(shí)一樣，通過(guò)使用圖案生成器150和調(diào)幅器152進(jìn)行相關(guān)匹配檢測(cè)來(lái)與參考數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比較。
[0105]參考該附圖，寬帶脈沖激光器126的輸出被引導(dǎo)通過(guò)可選的脈沖檢出器128、可選的光學(xué)放大器130、可選的超連續(xù)譜生成器132、以及可選的光濾波器134，通過(guò)光環(huán)行器136到達(dá)第一透鏡138 (例如，柱面透鏡)、色散器140、第二透鏡142 (例如，球面透鏡)、以及衍射光柵144，到目標(biāo)146，例如二維(2D)條碼或位移感測(cè)目標(biāo)或者多個(gè)目標(biāo)。來(lái)自目標(biāo)146的反射光返回穿過(guò)衍射光柵144、第二透鏡142、色散器140、第一透鏡138，并且被光環(huán)行器136路由到色散傅立葉變換148。來(lái)自傅立葉變換148的輸出被引導(dǎo)指向接收從圖案生成器150輸入的信號(hào)的調(diào)幅器152。來(lái)自調(diào)幅器152的輸出被引導(dǎo)指向光檢測(cè)器154,光檢測(cè)器154的輸出通過(guò)可選濾波器156和可選放大器158到達(dá)數(shù)字化轉(zhuǎn)換器160以由數(shù)字信號(hào)處理器162進(jìn)行處理。
[0106]在稍后的說(shuō)明二維色散型傅立葉變換反射率測(cè)量的附圖(圖13)中示出了上述實(shí)施例。應(yīng)該再次強(qiáng)調(diào)的是，樣本可以包括任何感興趣的讀回事物，例如通過(guò)示例而非限制的方式描述的二維條碼。
[0107]下文中討論對(duì)本發(fā)明實(shí)施例執(zhí)行的實(shí)際測(cè)試。
[0108]圖6示出了使用壓電式換能器(PZT)上的樣本的圖2所示的色散型傅立葉變換反射率測(cè)量設(shè)備的簡(jiǎn)化實(shí)現(xiàn)170。與圖2中所示相同的參考標(biāo)號(hào)表示相同的功能。寬帶脈沖激光源54耦接到光纖172，通過(guò)光環(huán)行器64，通過(guò)目標(biāo)側(cè)光纖174到達(dá)光纖準(zhǔn)直器176。從準(zhǔn)直器176輸出的自由空間光束178被引導(dǎo)指向產(chǎn)生色散圖案182的衍射光柵34，通過(guò)透鏡36并到達(dá)耦接到固定架188的壓電平移臺(tái)186上的樣本38。如關(guān)于圖2所描述的，反射光返回穿過(guò)該設(shè)置并被光環(huán)行器64分離到使用色散補(bǔ)償光纖(DCF)從中執(zhí)行色散型傅立葉變換的測(cè)量光纖190。通過(guò)示例而非限制的方式，DCF40被示為在其輸入端具有耦接到光纖194以用于附接至第一泵激源的第一波分復(fù)用器(WDM)192。DCF40的輸出端處為耦接到光纖198以用于附接至第二泵激源的第二波分復(fù)用器(WDM) 196。傅立葉變換的輸出被引導(dǎo)指向檢測(cè)器42 (描繪為光電二極管)，并引導(dǎo)指向測(cè)量裝置200 (此處被描繪為示波器)。應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，在所示測(cè)試設(shè)置中，示波器提供用于觀察波形，從而評(píng)價(jià)是否可以使用數(shù)字信號(hào)處理裝置和方法來(lái)正確地記錄所述裝置所生成的波形。應(yīng)該清楚地理解的是，所述示波器被用在光學(xué)設(shè)備的測(cè)試中，而在自動(dòng)化應(yīng)用中，將利用計(jì)算機(jī)處理器裝置來(lái)分析信號(hào)，從而響應(yīng)于從設(shè)備的其余部分接收到的信號(hào)來(lái)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行讀取。
[0109]該示例性實(shí)施例中的光源54包括中心波長(zhǎng)為1560nm、重復(fù)率為100MHz、以及平均輸出功率為20mW的鎖模飛秒光纖激光器。激光通過(guò)高非線性光纖，其帶寬增大到15nm。激光的重復(fù)率被脈沖檢出器(圖6中沒(méi)有示出)減小到25MHz。經(jīng)過(guò)脈沖檢出器和光纖光環(huán)行器之后，光纖174上的激光具有5mW的平均功率。光纖準(zhǔn)直器176使自由空間中的激光對(duì)準(zhǔn)到衍射光柵34，所述衍射光柵在該測(cè)試情況中具有1200行/毫米的條紋密度以及90%的反射效率。衍射光柵通過(guò)分離探測(cè)束的波長(zhǎng)來(lái)對(duì)寬帶光進(jìn)行空間色散。
[0110]圖7以實(shí)例的方式描繪了圖6中所示的目標(biāo)，該實(shí)例包括硅波導(dǎo)，具有由二氧化硅保護(hù)的硅，并且具有相鄰的薄鋁膜。所述鋁膜部分在該示例中被示為80 μ m寬，其間具有5 μ m的硅翼片。所述硅和二氧化硅是透明的，并且所述鋁膜是對(duì)約1560nm的光具有高反射性。由于本發(fā)明經(jīng)得起使用寬范圍的目標(biāo)類(lèi)型和大小的檢驗(yàn)，因此只有在允許理解以下所描述的測(cè)量結(jié)果是如何與正在讀取的特定目標(biāo)相關(guān)的范圍內(nèi)，對(duì)上述目標(biāo)的測(cè)量才是重要的。
[0111]圖8是描繪了來(lái)自圖7所示樣本的反射探測(cè)光的光譜與來(lái)自被用作參考的反射鏡的反射探測(cè)光的光譜之間的比較的曲線圖。通過(guò)透鏡將空間色散的光束對(duì)準(zhǔn)樣本，所述樣本在該示例中為圖7所示的硅波導(dǎo)。如圖6所示，硅波導(dǎo)樣本被固定在壓電式換能器(PZT)上，所述壓電式換能器被連接到具有大質(zhì)量的光學(xué)固定架。
[0112]如圖6所示，脈沖激光被引導(dǎo)到達(dá)樣本38，并且反射光通過(guò)衍射光柵34返回到光纖準(zhǔn)直器176。光環(huán)行器引導(dǎo)反射光指向離散度為_(kāi)1512ps/nm以及光損耗為9dB的色散補(bǔ)償光纖(DCF)。所述DCF將輸入光譜映射為時(shí)域波形，所述輸入光譜為樣本的光譜編碼的一維橫向反射率輪廓。在DCF之前，波分復(fù)用器(WDM)(第一 WDM)將1470nm的拉曼泵激與反射光結(jié)合，在DCF之后，波分復(fù)用器(WDM)(第二 WDM)從反射光移除1470nm的拉曼泵激。
[0113]光電檢測(cè)器(例如，在該示例中具有50ps的響應(yīng)時(shí)間)被用來(lái)檢測(cè)DCF的時(shí)間分散的輸出。根據(jù)由 D.Yelin, 1.Rizvi1W.M.White, J.T.Motz, T.Hasan, B.E.Bouma 以及G.J.Tearney 在“Three-dimensional miniature endoscopy,，，Nature443, 765 (2006)中所給出的公式，基于衍射光柵的條紋密度、中心波長(zhǎng)、帶寬、和探測(cè)束的直徑、以及利特羅角(Littixw’ S angle)，可分辨點(diǎn)數(shù)約為64個(gè)。基于激光的重復(fù)率(25MHz)，該色散型傅立葉變換成像裝置的時(shí)間分辨率為40ns。
[0114]在圖8中，介電反射鏡樣本的反射光的光譜被顯示為上鐘形曲線，而硅波導(dǎo)的光譜被顯示為下面的曲線，該曲線的中部具有“凹口”或“下沉”。曲線圖所示波長(zhǎng)被標(biāo)定為X軸上的距離。比較兩個(gè)光譜，硅波導(dǎo)的光譜清楚地顯示出一個(gè)下沉，其對(duì)應(yīng)于樣本(即，圖7中所示由二氧化硅覆蓋的硅波導(dǎo))的低反射率部分。
[0115]圖9根據(jù)圖8中所描繪的測(cè)量描繪了圖7中所示樣本的標(biāo)定反射率輪廓。應(yīng)該注意，一個(gè)非常明顯的峰出現(xiàn)在約40 μ m處。
[0116]圖10描繪了圖7所示樣本的標(biāo)定反射率輪廓的另一曲線圖，其基于使用壓電平移臺(tái)橫向掃描樣本時(shí)在不同時(shí)刻在圖6所示的測(cè)試設(shè)置中所進(jìn)行的測(cè)量。當(dāng)使用斜坡函數(shù)來(lái)掃描PZT以使得PZT在圖6所示方向上平移樣本時(shí)，在四個(gè)不同時(shí)刻(O μ S，25 μ S，50 μ S、以及75 μ s)示出了被測(cè)樣本的標(biāo)定反射率輪廓。硅波導(dǎo)傳輸了大部分探測(cè)束，而鋁膜將探測(cè)束反射回光源。盡管圖像獲取周期為40nm，但是此處為了清楚起見(jiàn)，每625次掃描(每25 μ s掃描一次)中僅繪制一次。樣本的快速位移被清楚地捕獲。
[0117]圖11描繪了不同泵激功率水平的、色散濾波器中具有和不具有分布式拉曼放大的來(lái)自圖7所示樣本的反射探測(cè)光的光譜。當(dāng)樣本為弱反射體時(shí)，弱反射信號(hào)可能被光電檢測(cè)器的電子噪聲所掩蓋。該【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】，通過(guò)對(duì)弱反射光的功率進(jìn)行光學(xué)放大可以提高信噪比。在該論證中，分布式拉曼放大被用來(lái)將弱反射信號(hào)提升為遠(yuǎn)高于檢測(cè)器噪聲。附圖中不同泵激功率(40mW、80mW、和120mW)的信號(hào)增長(zhǎng)是明顯的。
[0118]圖12示出了圖2所示色散型傅立葉變換條碼讀取設(shè)備的示例實(shí)施例210，除了使用不同的聚焦透鏡和將所述設(shè)備指向不同的目標(biāo)(具體地為條碼樣本)以外，該設(shè)備類(lèi)似于圖6中所示設(shè)備。圖6中的聚焦透鏡被圖11中的球面透鏡(例如，在本示例中具有100_的焦距)代替?？紤]該示例，光束擴(kuò)展被改變?yōu)樵龃笱苌涔鈻派系陌唿c(diǎn)大小。這些改進(jìn)導(dǎo)致了可分辨點(diǎn)數(shù)(145)的增加。因此在該示例中，條碼被用作樣本來(lái)演示超速條碼讀取。
[0119]在該簡(jiǎn)化的實(shí)現(xiàn)210中，色散型傅立葉變換反射率測(cè)量設(shè)備指向條碼樣本。使用相同參考標(biāo)號(hào)表示相同的功能。寬帶脈沖激光源54耦接至光纖172，通過(guò)光環(huán)行器64，通過(guò)目標(biāo)側(cè)濾波器174到達(dá)光纖準(zhǔn)直器176。從準(zhǔn)直器176輸出的自由空間光束178指向產(chǎn)生色散圖案182的衍射光柵34，通過(guò)透鏡212并被引導(dǎo)指向條碼214。反射光返回穿過(guò)該設(shè)置，并被光環(huán)行器64分離到使用色散補(bǔ)償光纖(DCF)執(zhí)行色散型傅立葉變換的測(cè)量光纖190。通過(guò)示例而非限制的方式，DCF40被示出在其輸入端具有耦接到光纖194以用于附接至第一泵激源的第一波分復(fù)用器(WDM) 192。DCF40的輸出端處為耦接到光纖198以用于附接至第二泵激源的第二波分復(fù)用器(WDM) 196。傅立葉變換的輸出被引導(dǎo)指向檢測(cè)器42(描繪為光電二極管)，并到達(dá)測(cè)量裝置200 (此處被描繪為示波器)。應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，在所示測(cè)試設(shè)置中，示波器提供用于觀察波形，從而評(píng)價(jià)是否可以使用數(shù)字信號(hào)處理裝置和方法來(lái)正確地記錄所述裝置所生成的波形。
[0120]圖13描繪了來(lái)自圖12所示測(cè)試設(shè)備的波形響應(yīng)，其中使用樣本條碼的背景來(lái)示出單沖一維條碼測(cè)量的曲線圖。在該示例中，條碼樣本由其上印有黑色條的透明膜組成。附圖還使用附圖上的標(biāo)定長(zhǎng)軸示出了被測(cè)條碼的標(biāo)定反射率輪廓。測(cè)量到的反射率輪廓容易與在僅17ns內(nèi)示出了 1001010100的條碼樣本進(jìn)行比較(非常一致)。掃描率為25MHz表示一次掃描只需要40ns。該演示明確地確立了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的色散型傅立葉變換條碼讀取的可行性。
[0121]圖14示出了圖4中所示的二維色散型傅立葉變換反射率測(cè)量的示例實(shí)施例250。在該簡(jiǎn)化實(shí)現(xiàn)中，色散型傅立葉變換反射率測(cè)量設(shè)備指向二維條碼或其他樣本。[0122]使用相同參考標(biāo)號(hào)表示相同的功能。寬帶脈沖激光源54耦接到光纖172，通過(guò)光環(huán)行器64,通過(guò)目標(biāo)側(cè)光纖174到達(dá)光纖準(zhǔn)直器176。從準(zhǔn)直器176輸出的自由空間光束178通過(guò)第一透鏡252 (優(yōu)選地為柱面透鏡)到達(dá)高分辨率的虛擬成像的相控陣列(VIPA)色散器254，色散器254的輸出256通過(guò)第二透鏡258 (優(yōu)選地為球面透鏡)、產(chǎn)生照射到樣本266的2D彩色帶信號(hào)或色散圖案264的照射(striking)衍射光柵262。反射光返回穿過(guò)該設(shè)置，并被光環(huán)行器64分離到使用色散補(bǔ)償光纖(DCF)從中執(zhí)行色散型傅立葉變換的測(cè)量光纖190。通過(guò)示例而非限制的方式，DCF40被示出在其輸入端具有耦接到光纖194以用于附接至第一泵激源的第一波分復(fù)用器(WDM) 192。DCF40的輸出端處為耦接到光纖198以用于附接至第二泵激源的第二波分復(fù)用器(WDM) 196。傅立葉變換的輸出被引導(dǎo)指向檢測(cè)器42 (描繪為光電二極管)，并到達(dá)測(cè)量裝置200 (此處被描繪為示波器)。應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，在所示測(cè)試設(shè)置中，示波器提供用于觀察波形，從而評(píng)價(jià)是否可以使用數(shù)字信號(hào)處理裝置和方法來(lái)正確地記錄所述裝置所生成的波形。所檢測(cè)的ID時(shí)域數(shù)據(jù)被數(shù)字地存儲(chǔ)到表示樣本的2D圖像的2D矩陣中。
[0123]圖15示出了色散型傅立葉變換透射率測(cè)量設(shè)備的簡(jiǎn)化實(shí)現(xiàn)270，盡管其讀取通過(guò)樣本的透射光而不是反射光，但是其類(lèi)似于圖6及其他所示設(shè)備。還應(yīng)該理解的是，對(duì)透射光的讀取可以與讀取反射光的實(shí)施例結(jié)合，從而反射光和透射光都可以被記錄，如此可適合于選擇應(yīng)用的技術(shù)。樣本38被示為樣本在分析期間被保留、包含、或通過(guò)其內(nèi)部的空間。應(yīng)該理解的是，如在每個(gè)其他實(shí)施例中，樣本可以為編碼的表面、固態(tài)材料、液態(tài)、或氣態(tài)材料、或者其組合。
[0124]與其他附圖中所示的相同參考標(biāo)號(hào)表示相同的功能。寬帶脈沖激光源54耦接到光纖172，到達(dá)光纖準(zhǔn)直器176。從準(zhǔn)直器176輸出的自由空間光束178指向產(chǎn)生色散圖案182的第一衍射光柵34a,通過(guò)第一透鏡36a并被引導(dǎo)指向樣本38。透射通過(guò)樣本38的光通過(guò)第二透鏡36b到達(dá)第二衍射光柵34b，并到達(dá)準(zhǔn)直器272以及使用色散補(bǔ)償光纖(DCF)40來(lái)在其中執(zhí)行色散型傅立葉變換的測(cè)量光纖274。通過(guò)示例而非限制的方式，DCF40被示出在其輸入端具有耦接到光纖194以用于附接至第一泵激源的第一波分復(fù)用器(WDM) 192。DCF40的輸出端處為耦接到光纖198以用于附接至第二泵激源的第二波分復(fù)用器(WDM)196。傅立葉變換的輸出被引導(dǎo)指向檢測(cè)器42 (描繪為光電二極管)，并到達(dá)信號(hào)處理裝置280。
[0125]因此，應(yīng)該理解的是，由于入射到樣本上的光要么被反射、要么被透射(除非其被吸收，這僅在選擇樣本形式中發(fā)生)，因此透射通過(guò)樣本的光通常可以被看作是反射光的補(bǔ)。圖15中所示設(shè)置的變型也可以適用于干涉測(cè)量法，在干涉測(cè)量法中，響應(yīng)于通過(guò)設(shè)備的其余部分接收到的光，由信號(hào)處理設(shè)備來(lái)檢測(cè)透明物體的相位。
[0126]以下部分通過(guò)示例而非限制的方式概括了本文中針對(duì)本發(fā)明所描述的多種實(shí)現(xiàn)、模式和特征。本發(fā)明提供了對(duì)脈沖探測(cè)束指向的一維或多維目標(biāo)進(jìn)行讀取的方法和設(shè)備。發(fā)明構(gòu)思可應(yīng)用于各種設(shè)備和應(yīng)用中。其中，本發(fā)明包括以下發(fā)明實(shí)施例:
[0127]1.一種用于讀取條碼和感測(cè)位移的設(shè)備，包括:
[0128](a)用于生成寬帶脈沖探測(cè)束的裝置；
[0129](b)用于基于將要讀取的目標(biāo)的響應(yīng)光信號(hào)將所述脈沖探測(cè)束的光譜傅立葉變換映射到指向?qū)⒁x取的目標(biāo)的空間域的裝置；[0130](c)用于對(duì)所述響應(yīng)光信號(hào)進(jìn)行色散型傅立葉變換的裝置，以將所述響應(yīng)光信號(hào)轉(zhuǎn)換為時(shí)域波形；以及
[0131](d)用于檢測(cè)和分析所述時(shí)域波形的裝置，以確定被讀取目標(biāo)內(nèi)的條碼圖案和/或位移。
[0132]2.如實(shí)施例1中所述的設(shè)備，其中響應(yīng)于從目標(biāo)反射到所述用于色散型傅立葉變換的裝置的光能量、或者響應(yīng)于通過(guò)目標(biāo)透射到所述用于色散型傅立葉變換的裝置的光能量而產(chǎn)生所述響應(yīng)光信號(hào)。
[0133]3.如實(shí)施例1中所述的設(shè)備，其中通過(guò)自由空氣、光纖、或通過(guò)自由空氣和光纖的組合來(lái)傳播所述探測(cè)束和所述響應(yīng)光信號(hào)。
[0134]4.如實(shí)施例1中所述的設(shè)備，其中所述用于生成所述寬帶脈沖探測(cè)束的裝置包括被配置用于生成脈沖的激光器。
[0135]5.如實(shí)施例1中所述的設(shè)備，還包括用于從所述用于生成寬帶脈沖探測(cè)束的裝置所生成的脈沖序列中檢出所選脈沖的裝置。
[0136]6.如實(shí)施例1中所述的設(shè)備，還包括耦接到所述用于生成寬帶脈沖探測(cè)束的裝置的、用于進(jìn)行放大和/或?yàn)V波的裝置，以提高所述脈沖探測(cè)束的信噪比和檢測(cè)靈敏度。
[0137]7.如實(shí)施例1中所述的設(shè)備，其中所述用于生成寬帶脈沖探測(cè)束的裝置包括用于超連續(xù)譜生成的裝置，用于使從光源發(fā)出的光的光譜帶寬變寬。
[0138]8.如實(shí)施例1中所述的設(shè)備，其中所述用于將光譜傅立葉變換映射到空間域的裝置包括色散元件。
[0139]9.如實(shí)施例1中所述的設(shè)備，其中由包括衍射光柵的色散元件來(lái)實(shí)現(xiàn)所述用于傅立葉變換映射的裝置，以分離所述脈沖探測(cè)束的波長(zhǎng)。
[0140]10.如實(shí)施例1中所述的設(shè)備，其中由包括棱鏡的色散元件來(lái)實(shí)現(xiàn)所述用于傅立葉變換映射的裝置。
[0141]11.如實(shí)施例1中所述的設(shè)備，其中由包括虛擬成像的相控陣列色散器的色散元件來(lái)實(shí)現(xiàn)所述用于傅立葉變換映射的裝置。
[0142]12.如實(shí)施例1中所述的設(shè)備，還包括用于根據(jù)從目標(biāo)返回的響應(yīng)光信號(hào)分離指向目標(biāo)的所述脈沖探測(cè)束的裝置。
[0143]13.如實(shí)施例1中所述的設(shè)備，其中用于將所述響應(yīng)光信號(hào)轉(zhuǎn)換為時(shí)域波形的所述用于色散型傅立葉變換的裝置包括用于引起群速離差(GVD)的元件。
[0144]14.如實(shí)施例1中所述的設(shè)備，其中所述用于色散型傅立葉變換的裝置包括在將所述響應(yīng)光信號(hào)轉(zhuǎn)換為時(shí)域波形的過(guò)程中引起群速離差(GVD)的色散元件和/或啁啾光學(xué)元件。
[0145]15.如實(shí)施例1中所述的設(shè)備，其中所述用于檢測(cè)和分析所述時(shí)域波形的裝置包括:
[0146](a)至少一個(gè)光敏元件；
[0147](b)數(shù)字化轉(zhuǎn)換器，其耦接到所述光敏元件，所述數(shù)字化轉(zhuǎn)換器被配置用于將光學(xué)波形轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；
[0148](C)數(shù)字信號(hào)處理器，被配置用于分析所述數(shù)字信號(hào)，以讀取目標(biāo)。
[0149]16.如實(shí)施例1中所述的設(shè)備，還包括在所述用于色散型傅立葉變換的裝置之前、之內(nèi)、或之后的光學(xué)放大和/或?yàn)V波。
[0150]17.如實(shí)施例1中所述的設(shè)備:
[0151]還包括在所述用于色散型傅立葉變換的裝置之前、之內(nèi)、或之后的光學(xué)放大和/或?yàn)V波；并且
[0152]其中使用受激拉曼散射、半導(dǎo)體放大器、或光纖放大器來(lái)實(shí)現(xiàn)所述光學(xué)放大。
[0153]18.如實(shí)施例1中所述的設(shè)備，還包括:
[0154]布置在所述用于色散型傅立葉變換的裝置之前、之內(nèi)、或之后的光纖放大器；以及
[0155]對(duì)所述光纖放大器進(jìn)行泵激的連續(xù)波光或脈沖光。
[0156]19.如實(shí)施例1中所述的設(shè)備，還包括用于對(duì)目標(biāo)執(zhí)行光學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)相關(guān)匹配檢測(cè)的裝置。
[0157]20.如實(shí)施例1中所述的設(shè)備，還包括:
[0158]電光調(diào)制器，其布置在將所述響應(yīng)光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)之前；以及
[0159]數(shù)據(jù)庫(kù)，其耦接到所述用于控制光調(diào)制的電光調(diào)制器；
[0160]其中，從數(shù)據(jù)庫(kù)及其施加到所述電光調(diào)制器的共軛來(lái)接收期望的條碼圖案；
[0161]其中，響應(yīng)于被檢測(cè)響應(yīng)光信號(hào)是否具有相關(guān)峰來(lái)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)與數(shù)據(jù)庫(kù)的相關(guān)匹配檢測(cè)。
[0162]21.如實(shí)施例1中所述的設(shè)備，其中所述用于執(zhí)行光學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)相關(guān)的裝置包括:
[0163](a)圖案生成器，被配置用于基于來(lái)自數(shù)據(jù)庫(kù)的信息來(lái)生成相關(guān)圖案，應(yīng)當(dāng)在目標(biāo)集合中找到當(dāng)前目標(biāo)；
[0164](b)調(diào)幅器，其耦接到所述圖案生成器，所述調(diào)幅器被配置用于對(duì)響應(yīng)光信號(hào)進(jìn)行調(diào)制；以及
[0165](C)用于對(duì)進(jìn)行了幅度調(diào)制的響應(yīng)光信號(hào)進(jìn)行閾值感測(cè)的裝置，以指示目標(biāo)與從數(shù)據(jù)庫(kù)接收到的用于調(diào)制所述響應(yīng)光信號(hào)的幅度的相關(guān)圖案之間的正相關(guān)性或負(fù)相關(guān)性。
[0166]22.如實(shí)施例1中所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備被配置用于讀取一維或二維目標(biāo)。
[0167]23.如實(shí)施例1中所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備被配置用于對(duì)作為在商品的跟蹤、印刷電路板的串行控制、HDD部件的檢尋控制、輸送線中的自動(dòng)分揀、PC媒體驅(qū)動(dòng)器的跟蹤、或晶片生產(chǎn)中使用的條碼的目標(biāo)進(jìn)行讀取。
[0168]24.如實(shí)施例1中所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備被配置用于對(duì)選自應(yīng)用領(lǐng)域組中的應(yīng)用中的目標(biāo)進(jìn)行讀取，所述應(yīng)用領(lǐng)域組包括生物信息學(xué)、醫(yī)學(xué)標(biāo)本的跟蹤、跟蹤干細(xì)胞庫(kù)、精子庫(kù)、和/或在DNA序列庫(kù)中的使用。
[0169]25.如實(shí)施例1中所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備被配置用于在對(duì)目標(biāo)執(zhí)行高速位移感測(cè)的過(guò)程中讀取目標(biāo)。
[0170]26.如實(shí)施例1中所述的設(shè)備:
[0171]其中所述設(shè)備被配置用于在對(duì)目標(biāo)執(zhí)行高速位移感測(cè)的過(guò)程中讀取目標(biāo)；以及
[0172]其中高速位移感測(cè)包括對(duì)粗糙表面的測(cè)量和/或?qū)挾群烷g隙的測(cè)量。
[0173]27.如實(shí)施例1中所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備被配置用于通過(guò)檢測(cè)和/或測(cè)量流體內(nèi)顆粒的移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)流式細(xì)胞計(jì)量術(shù)。
[0174]28.如實(shí)施例1中所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備被配置用于響應(yīng)于光存儲(chǔ)介質(zhì)內(nèi)編碼的反射差異來(lái)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行讀取。[0175]29.如實(shí)施例1中所述的設(shè)備:
[0176]其中，所述設(shè)備被配置用于對(duì)包括光存儲(chǔ)介質(zhì)內(nèi)編碼的反射差異的目標(biāo)進(jìn)行讀取；以及
[0177]其中，根據(jù)從用來(lái)編碼⑶、DVD、和藍(lán)光光盤(pán)的協(xié)議組中選出的期望的存儲(chǔ)協(xié)議來(lái)格式化所述光存儲(chǔ)介質(zhì)。
[0178]30.如實(shí)施例1中所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備被配置用于檢測(cè)物體存在或不存在。
[0179]31.—種設(shè)備，包括:
[0180](a)寬帶光源，被配置用于生成脈沖探測(cè)束；
[0181](b)光譜編碼器，被配置用于將所述脈沖探測(cè)束轉(zhuǎn)換到空間域并且引導(dǎo)其指向?qū)⒁x取的目標(biāo)；
[0182](c)空間解碼器，被配置用于將從目標(biāo)反射的空間域光或透射穿過(guò)目標(biāo)的空間域光轉(zhuǎn)換到時(shí)域；以及
[0183](d)信號(hào)處理器，被配置用于檢測(cè)和分析所述時(shí)域波形，以在目標(biāo)內(nèi)讀取圖案和/或確定位移。
[0184]32.一種用于讀取目標(biāo)的圖案和確定目標(biāo)的位移的方法，包括:
[0185](a)從寬帶光源生成脈沖探測(cè)束；
[0186](b)將所述脈沖探測(cè)束轉(zhuǎn)換到空間域；
[0187](c)引導(dǎo)所述空間域脈沖探測(cè)束指向?qū)⒁x取的目標(biāo)；
[0188](d)將來(lái)自被讀取目標(biāo)的空間域光轉(zhuǎn)換為時(shí)域波形；以及
[0189](e)在配置用于執(zhí)行來(lái)自存儲(chǔ)器的程序指令的處理器內(nèi)檢測(cè)并分析所述時(shí)域波形，以在目標(biāo)內(nèi)讀取圖案和/或確定位移。
[0190]盡管以上描述包含許多細(xì)節(jié)，但是這些不應(yīng)當(dāng)被理解為對(duì)本發(fā)明范圍的限制，而僅僅是提供對(duì)本發(fā)明的一些當(dāng)前優(yōu)選的實(shí)施例的說(shuō)明。因此，應(yīng)該理解的是，本發(fā)明的范圍完全涵蓋對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見(jiàn)的其他實(shí)施例，并且因此本發(fā)明的范圍僅由所附權(quán)利要求限定，在所附權(quán)利要求中，除非明確說(shuō)明，否則所提到的單數(shù)形式的元件不是指“只有一個(gè)”而是指“一個(gè)或多個(gè)”。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的所有結(jié)構(gòu)上、化學(xué)上以及功能上等效于上述優(yōu)選實(shí)施例的元件均通過(guò)引用的方式明確地結(jié)合于此并且由所附權(quán)利要求涵蓋。此外，所附權(quán)利要求所涵蓋的裝置或方法無(wú)需解決本發(fā)明所要解決的每個(gè)問(wèn)題。此外，本公開(kāi)中沒(méi)有元件、部件或方法步驟旨在專(zhuān)用于公眾，而不管該元件、部件或方法步驟是否明確地列舉在權(quán)利要求中。
【權(quán)利要求】
1.一種用于讀取條碼和感測(cè)位移的設(shè)備，包括: 用于生成寬帶脈沖探測(cè)束的裝置； 用于將所述脈沖探測(cè)束的光譜傅立葉變換映射到空間域的裝置，從而空間分散所述寬帶脈沖探測(cè)束，以使得基于將要讀取的目標(biāo)的響應(yīng)光信號(hào)，每個(gè)獨(dú)立的波長(zhǎng)入射到將要讀取的目標(biāo)的不同部分； 其中目標(biāo)信息包括條碼圖案和/或位移，所述目標(biāo)信息變成以從所述目標(biāo)接收到的光的光譜被編碼以作為所述響應(yīng)光信號(hào)； 用于對(duì)所述響應(yīng)光信號(hào)進(jìn)行色散型傅立葉變換的裝置，以將所述響應(yīng)光信號(hào)轉(zhuǎn)換為時(shí)域波形；以及 其中所述色散型傅立葉變換將所述空間分散的寬帶脈沖探測(cè)束的各個(gè)獨(dú)立的波長(zhǎng)重組回時(shí)域； 用于檢測(cè)和分析所述時(shí)域波形的裝置，以確定被讀取目標(biāo)內(nèi)的條碼圖案和/或位移。
2.如權(quán)利要求1中所述的設(shè)備，其中響應(yīng)于從目標(biāo)反射到所述用于色散型傅立葉變換的裝置的光能量、或者響應(yīng)于通過(guò)目標(biāo)透射到所述用于色散型傅立葉變換的裝置的光能量而產(chǎn)生所述響應(yīng)光信號(hào)。
3.如權(quán)利要求1中所述的設(shè)備，其中通過(guò)自由空氣、光纖、或通過(guò)自由空氣和光纖的組合來(lái)傳播所述探測(cè)束和所述響應(yīng)光信號(hào)。
4.如權(quán)利要求1中所述的設(shè)備，其中所述用于生成所述寬帶脈沖探測(cè)束的裝置包括被配置用于生成脈沖的激光器。
5.如權(quán)利要求1中所述的設(shè)備，還包括用于從所述用于生成寬帶脈沖探測(cè)束的裝置所生成的脈沖序列中檢出所選脈沖的裝置。
6.如權(quán)利要求1中所述的設(shè)備，還包括耦接到所述用于生成寬帶脈沖探測(cè)束的裝置的、用于進(jìn)行放大和/或?yàn)V波的裝置，以提高所述脈沖探測(cè)束的信噪比和檢測(cè)靈敏度。
7.如權(quán)利要求1中所述的設(shè)備，其中所述用于生成寬帶脈沖探測(cè)束的裝置包括用于超連續(xù)譜生成的裝置，用于使從光源發(fā)出的光的光譜帶寬變寬。
8.如權(quán)利要求1中所述的設(shè)備，其中所述用于將光譜傅立葉變換映射到空間域的裝置包括色散元件。
9.如權(quán)利要求1中所述的設(shè)備，其中由包括衍射光柵的色散元件來(lái)實(shí)現(xiàn)所述用于傅立葉變換映射的裝置，以分離所述脈沖探測(cè)束的波長(zhǎng)。
10.如權(quán)利要求1中所述的設(shè)備，其中由包括棱鏡的色散元件來(lái)實(shí)現(xiàn)所述用于傅立葉變換映射的裝置。
11.如權(quán)利要求1中所述的設(shè)備，其中由包括虛擬成像的相控陣列色散器的色散元件來(lái)實(shí)現(xiàn)所述用于傅立葉變換映射的裝置。
12.如權(quán)利要求1中所述的設(shè)備，還包括用于根據(jù)從目標(biāo)返回的響應(yīng)光信號(hào)分離指向目標(biāo)的所述脈沖探測(cè)束的裝置。
13.如權(quán)利要求1中所述的設(shè)備，其中用于將所述響應(yīng)光信號(hào)轉(zhuǎn)換為時(shí)域波形的所述用于色散型傅立葉變換的裝置包括用于引起群速離差(GVD)的元件。
14.如權(quán)利要求1中所述的設(shè)備，其中所述用于色散型傅立葉變換的裝置包括在將所述響應(yīng)光信號(hào)轉(zhuǎn)換為時(shí)域波形的過(guò)程中引起群速離差(GVD)的色散元件和/或啁啾光學(xué)元件。
15.如權(quán)利要求1中所述的設(shè)備，其中所述用于檢測(cè)和分析所述時(shí)域波形的裝置包括: 至少一個(gè)光敏元件； 數(shù)字化轉(zhuǎn)換器，其耦接到所述光敏元件，所述數(shù)字化轉(zhuǎn)換器被配置用于將光學(xué)波形轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)； 數(shù)字信號(hào)處理器，被配置用于分析所述數(shù)字信號(hào)，以讀取目標(biāo)。
16.如權(quán)利要求1中所述的設(shè)備，還包括在所述用于色散型傅立葉變換的裝置之前、之內(nèi)、或之后的光學(xué)放大和/或?yàn)V波。
17.如權(quán)利要求1中所述的設(shè)備: 還包括在所述用于色散型傅立葉變換的裝置之前、之內(nèi)、或之后的光學(xué)放大和/或?yàn)V波；并且 其中使用受激拉曼散射、半導(dǎo)體放大器、或光纖放大器來(lái)實(shí)現(xiàn)所述光學(xué)放大。
18.如權(quán)利要求1中所述的設(shè)備，還包括: 布置在所述用于色散型傅立葉變換的裝置之前、之內(nèi)、或之后的光纖放大器；以及 對(duì)所述光纖放大器進(jìn)行泵激的連續(xù)波光或脈沖光。
19.如權(quán)利要求1中所述的設(shè)備，還包括用于對(duì)目標(biāo)執(zhí)行光學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)相關(guān)匹配檢測(cè)的裝置。
20.如權(quán)利要求1中所述的設(shè)備，還包括: 電光調(diào)制器，其布置在將所述響應(yīng)光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)之前；以及 數(shù)據(jù)庫(kù)，其耦接到所述用于控制光調(diào)制的電光調(diào)制器； 其中，從數(shù)據(jù)庫(kù)及其施加到所述電光調(diào)制器的共軛來(lái)接收期望的條碼圖案； 其中，響應(yīng)于被檢測(cè)響應(yīng)光信號(hào)是否具有相關(guān)峰來(lái)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)與數(shù)據(jù)庫(kù)的相關(guān)匹配檢測(cè)。
21.如權(quán)利要求1中所述的設(shè)備，其中所述用于執(zhí)行光學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)相關(guān)的裝置包括: 圖案生成器，被配置用于基于來(lái)自數(shù)據(jù)庫(kù)的信息來(lái)生成相關(guān)圖案，應(yīng)當(dāng)在目標(biāo)集合中找到當(dāng)前目標(biāo)； 調(diào)幅器，其耦接到所述圖案生成器，所述調(diào)幅器被配置用于對(duì)響應(yīng)光信號(hào)進(jìn)行調(diào)制；以及 用于對(duì)進(jìn)行了幅度調(diào)制的響應(yīng)光信號(hào)進(jìn)行閾值感測(cè)的裝置，以指示目標(biāo)與從數(shù)據(jù)庫(kù)接收到的用于調(diào)制所述響應(yīng)光信號(hào)的幅度的相關(guān)圖案之間的正相關(guān)性或負(fù)相關(guān)性。
22.如權(quán)利要求1中所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備被配置用于讀取一維或二維目標(biāo)。
23.如權(quán)利要求1中所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備被配置用于對(duì)作為在商品的跟蹤、印刷電路板的串行控制、HDD部件的檢尋控制、輸送線中的自動(dòng)分揀、PC媒體驅(qū)動(dòng)器的跟蹤、或晶片生產(chǎn)中使用的條碼的目標(biāo)進(jìn)行讀取。
24.如權(quán)利要求1中所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備被配置用于對(duì)選自應(yīng)用領(lǐng)域組中的應(yīng)用中的目標(biāo)進(jìn)行讀取，所述應(yīng)用領(lǐng)域組包括生物信息學(xué)、醫(yī)學(xué)標(biāo)本的跟蹤、跟蹤干細(xì)胞庫(kù)、精子庫(kù)、和/或在DNA序列庫(kù)中的使用。
25.如權(quán)利要求1中所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備被配置用于在對(duì)目標(biāo)執(zhí)行高速位移感測(cè)的過(guò)程中讀取目標(biāo)。
26.如權(quán)利要求1中所述的設(shè)備: 其中所述設(shè)備被配置用于在對(duì)目標(biāo)執(zhí)行高速位移感測(cè)的過(guò)程中讀取目標(biāo)；以及 其中高速位移感測(cè)包括對(duì)粗糙表面的測(cè)量和/或?qū)挾群烷g隙的測(cè)量。
27.如權(quán)利要求1中所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備被配置用于通過(guò)檢測(cè)和/或測(cè)量流體內(nèi)顆粒的移動(dòng)和形態(tài)特征來(lái)實(shí)現(xiàn)流式細(xì)胞計(jì)量術(shù)。
28.如權(quán)利要求1中所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備被配置用于響應(yīng)于光存儲(chǔ)介質(zhì)內(nèi)編碼的反射差異來(lái)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行讀取。
29.如權(quán)利要求1中所述的設(shè)備: 其中，所述設(shè)備被配置用于對(duì)包括光存儲(chǔ)介質(zhì)內(nèi)編碼的反射差異的目標(biāo)進(jìn)行讀?。灰约? 其中，根據(jù)從用來(lái)編碼⑶、DVD、和藍(lán)光光盤(pán)的協(xié)議組中選出的期望的存儲(chǔ)協(xié)議來(lái)格式化所述光存儲(chǔ)介質(zhì)。
30.如權(quán)利要求1中所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備被配置用于物體存在或不存在的檢測(cè)。
31.一種設(shè)備，包括: 寬帶光源，被配置用于生成脈沖探測(cè)束； 光譜編碼器，被配置用于將所述脈沖探測(cè)束轉(zhuǎn)換到空間域并且引導(dǎo)其指向?qū)⒁x取的目標(biāo)；` 空間解碼器，被配置用于將從目標(biāo)反射的空間域光或透射穿過(guò)目標(biāo)的空間域光轉(zhuǎn)換到時(shí)域；以及 信號(hào)處理器，被配置用于檢測(cè)和分析所述時(shí)域波形，以在目標(biāo)內(nèi)讀取圖案和/或確定位移。
32.—種用于讀取目標(biāo)的圖案和確定目標(biāo)的位移的方法,包括: 從寬帶光源生成脈沖探測(cè)束； 將所述脈沖探測(cè)束轉(zhuǎn)換到空間域； 引導(dǎo)所述空間域脈沖探測(cè)束指向?qū)⒁x取的目標(biāo)； 將來(lái)自被讀取目標(biāo)的空間域光轉(zhuǎn)換為時(shí)域波形；以及 在配置用于執(zhí)行來(lái)自存儲(chǔ)器的程序指令的處理器內(nèi)檢測(cè)并分析所述時(shí)域波形，以在目標(biāo)內(nèi)讀取圖案和/或確定位移。
【文檔編號(hào)】G06K7/14GK103632125SQ201310624745
【公開(kāi)日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2009年7月23日 優(yōu)先權(quán)日:2008年7月24日
【發(fā)明者】合田圭介, 巴赫拉姆·賈拉利, 謝堅(jiān)文 申請(qǐng)人:加利福尼亞大學(xué)董事會(huì)