專(zhuān)利名稱(chēng)：擴(kuò)大焦深的光掃描器的制作方法
一般地說(shuō)，本發(fā)明涉及有擴(kuò)大焦深的掃描方式的光掃描器及方法，具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及用于利用多焦距光學(xué)系統(tǒng)以對(duì)條形碼進(jìn)行擴(kuò)大焦深的掃描的光掃描器以及擴(kuò)大焦深的方法。雖然本發(fā)明對(duì)使用發(fā)光二極管(LED)或LED線(xiàn)陣等非激光發(fā)射光源的光掃描器特別有用，不過(guò)它也可能適用于使用激光二極管之類(lèi)的激光光源的光掃描器。本發(fā)明對(duì)于以CCD(電荷耦合器件)為基礎(chǔ)的條形碼讀取裝置極為有用。
為了讀取呈現(xiàn)在標(biāo)簽上或貨物表面上的條形碼記號(hào)，歷來(lái)開(kāi)發(fā)了各種光讀取裝置和光掃描系統(tǒng)。條形碼記號(hào)是由以各種不同寬度的間隔畫(huà)出的相互分開(kāi)的并且自身的寬度也是各樣的條形所組成的、使記號(hào)符號(hào)化的圖形，條形和間隔具有不同的反光特性。讀取裝置和掃描系統(tǒng)用光電方法把圖形記號(hào)變換成電信號(hào)，并把該電信號(hào)解碼成記載有貨物或其特性信息的字母/數(shù)字文字。典型地說(shuō)，這種文字表示成數(shù)字形式，它們?cè)阡N(xiāo)售點(diǎn)(POS)處理、貨架控制等應(yīng)用中用作數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的輸入。
特別地，這種掃描系統(tǒng)的第一實(shí)施例是關(guān)于由用戶(hù)手持的手持式便攜型激光掃描頭的，該掃描頭的形狀使得用戶(hù)可以用掃描頭進(jìn)行瞄準(zhǔn)(具體是利用光束瞄準(zhǔn)要讀取的目標(biāo)和記號(hào))。
激光掃描器的典型光源是氣體激光器或半導(dǎo)體激光器。由于像激光二極管那樣的半導(dǎo)體器件有小型、價(jià)廉和耗電少的優(yōu)點(diǎn)，特別希望使用半導(dǎo)體器件作為掃描系統(tǒng)的光源。激光束典型地是被透鏡作光學(xué)調(diào)整的，在目標(biāo)距離處形成某種大小的光束光斑。光束光斑在目標(biāo)距離處的大小最好大約等于反射率變化的寬度，也即記號(hào)中條形和間隔中的最小寬度。
條形碼記號(hào)典型地是由具有各種不同寬度的矩形條，也即要素，所組成的。這種要素按照由編碼法或“記號(hào)法”所規(guī)定的規(guī)則和定義所作出特定排列，決定了要代表的文字。條形和間隔的相對(duì)大小和見(jiàn)到的條形和間隔的實(shí)際大小一樣，由所使用的符號(hào)化的類(lèi)型決定。在一英寸內(nèi)由條形碼記號(hào)所代表的文字?jǐn)?shù)目稱(chēng)為記號(hào)的密度。為了使文字所要求的序列符號(hào)化，把要素排列結(jié)合，形成完全的條形碼記號(hào)，含有信息的各個(gè)文字便由與之對(duì)應(yīng)的要素群代表。在一些記號(hào)法中，為了指示條形碼從何處開(kāi)始，到何處結(jié)束，使用了特殊的“開(kāi)始”和“結(jié)束”文字。存在有多種條形碼記號(hào)法。其中包括UPC/EAN、code39、code128、代碼條以及交織2/5等。
在眾知的掃描系統(tǒng)中，光束由透鏡之類(lèi)的光學(xué)元件導(dǎo)引到沿光路的方向，并射向表面上含有條形碼記號(hào)的目標(biāo)。掃描是通過(guò)使光束以橫向切割成一條線(xiàn)或一組線(xiàn)的形式進(jìn)行來(lái)回掃描而實(shí)現(xiàn)的。掃描的方法可以是橫向切割記號(hào)的光束光斑沿著橫向通過(guò)記號(hào)的掃描線(xiàn)掃描，或者是掃描掃描器的視場(chǎng)，或者是兩者同時(shí)進(jìn)行。
掃描系統(tǒng)還含有用來(lái)檢測(cè)從記號(hào)反射的光的傳感器，也即光檢測(cè)器。于是決定了光檢測(cè)器在掃描器內(nèi)的或者在具有比橫向切割記號(hào)的范圍稍大的視場(chǎng)的光路內(nèi)的位置。從記號(hào)反射的反射光的一部分被檢測(cè)出來(lái)，并且被變換成電信號(hào)。電子回路或者軟件把該電信號(hào)解碼成代表被掃描記號(hào)的數(shù)據(jù)的數(shù)字表示。例如，從光檢測(cè)器輸出的模擬電信號(hào)在典型情況下被轉(zhuǎn)換成脈沖寬度與條形和間隔的物理寬度相對(duì)應(yīng)的調(diào)寬脈沖數(shù)字信號(hào)。該信號(hào)是根據(jù)特定的記號(hào)法的、記號(hào)內(nèi)符號(hào)化數(shù)據(jù)的二進(jìn)制表示，并且被解碼成以二進(jìn)制表示的字母/數(shù)字文字。
眾知的掃描系統(tǒng)的解碼過(guò)程通常是如下工作的。解碼器接收來(lái)自?huà)呙杵鞯恼{(diào)寬脈沖數(shù)字信號(hào)，并試著用由軟件實(shí)現(xiàn)的算法對(duì)掃描進(jìn)行解碼。如果成功地獲得了掃描開(kāi)始文字和掃描結(jié)束文字以及它們之間的文字并且它們被完全解碼，則過(guò)程結(jié)束，(以綠燈和蜂鳴聲同時(shí)表示或者用其中任一個(gè)表示)向用戶(hù)給出檢測(cè)成功的標(biāo)志。如果情況不是這樣，解碼器接收下一次的掃描(信號(hào))，并對(duì)該掃描(信號(hào))重新進(jìn)行試探性解碼。這個(gè)過(guò)程一直繼續(xù)達(dá)到完全解碼，或者發(fā)現(xiàn)不能利用上述掃描(信號(hào))時(shí)為止。
該信號(hào)員根據(jù)特定的記號(hào)法的、記號(hào)內(nèi)符號(hào)化數(shù)據(jù)的二進(jìn)制表示，并且被解碼成以二進(jìn)制表示的字母/數(shù)字文字。
能夠讀取條形碼記號(hào)的光學(xué)裝置的種類(lèi)并不是只有激光掃描器。還有其它種類(lèi)的裝有基于電荷耦合器件(CCD)技術(shù)的檢測(cè)器的條形碼讀取裝置。這種讀取裝置中的檢測(cè)器的尺寸比要讀取的記號(hào)大，或者基本上相同。全部記號(hào)被來(lái)自讀取裝置的光所照明(泛光)，當(dāng)依次對(duì)CCD的各個(gè)像素進(jìn)行讀出就可以確定條形式間隔的存在。這種讀取裝置的重量輕，操作容易，為了能夠恰當(dāng)?shù)刈x取信號(hào)，有必要使得讀取裝置實(shí)質(zhì)上與信號(hào)直接接觸，或者有必要把讀取裝置放置在記號(hào)上。這種讀取裝置和記號(hào)作物理接觸的情況在某些應(yīng)用中是理想的工作模式，另外也有用戶(hù)的個(gè)人愛(ài)好問(wèn)題。
與基于激光器的掃描器相比，使用發(fā)光二極管(LED)的條形碼掃描器的焦深是極為有限的。其原因是，具有LED光源的、基于CCD的掃描器的f數(shù)要遠(yuǎn)低于激光掃描器的f數(shù)。由于焦深與f數(shù)的平方成正比，基于LED/CCD的掃描器的焦深是很短的。
從而，本發(fā)明的主要目的是提供擴(kuò)大焦深的光學(xué)掃描器及掃描方法。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供通過(guò)使用多焦距離光學(xué)系統(tǒng)來(lái)獲得擴(kuò)大焦深的光學(xué)掃描器及掃描方法。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是，提供用來(lái)過(guò)濾掉反射光信號(hào)的低頻成分的特殊電處理回路。
本發(fā)明提供了用于以光電方法讀取具有不同反射率區(qū)域的記號(hào)的擴(kuò)大焦深的掃描器，它具有a、產(chǎn)生用來(lái)照明視場(chǎng)的輻射束的裝置，b、用來(lái)收集從視場(chǎng)內(nèi)目標(biāo)所反射的輻射的，至少具有第一短焦距和第二長(zhǎng)焦距的多焦距聚光光學(xué)系統(tǒng)，c、用來(lái)檢測(cè)從視場(chǎng)反射由多焦距聚光光學(xué)系統(tǒng)引導(dǎo)的輻射，并且產(chǎn)生代表該輻射的電輸出信號(hào)的光檢測(cè)器。
本發(fā)明還提供了用于以光電方法讀取具有不同反射率區(qū)域的記號(hào)的、擴(kuò)大焦深的掃描方法，它包括a、產(chǎn)生用來(lái)照明視場(chǎng)的輻射束的步驟，b、使用至少具有第一短焦距和第二長(zhǎng)焦距的多焦距聚光光學(xué)系統(tǒng)，收集從視場(chǎng)內(nèi)目標(biāo)反射的輻射的步驟，c、檢測(cè)從視場(chǎng)反射的和被多焦距光光學(xué)系統(tǒng)收集的輻射并產(chǎn)生能夠代表該輻射的電輸出信號(hào)的步驟。
如下面將要說(shuō)明的，本發(fā)明提供用于以光電方法讀取像條形碼圖形那樣的具有不同反射率區(qū)域的記號(hào)的擴(kuò)大焦深的光學(xué)掃描器及掃描方法。照明視場(chǎng)的輻射光束由激光器或非激光光源中任何一種光源產(chǎn)生。盡管在以下特別說(shuō)明的實(shí)施例中，使用了比較價(jià)廉而焦深比較有限的LED之類(lèi)的非激光光源，但是本發(fā)明的工作原理同樣也能適用于半導(dǎo)體激光二極管或激光管之類(lèi)的激光光源。例如在CCD實(shí)施例中，由最少有短焦距和長(zhǎng)焦距的多焦距聚光光學(xué)系統(tǒng)對(duì)被視場(chǎng)中的目標(biāo)反射的輻射進(jìn)行收集，并且把它引導(dǎo)到光檢測(cè)器上以進(jìn)行檢測(cè)，并產(chǎn)生能代表該輻射的電輸出信號(hào)。由檢測(cè)具有不同反射率區(qū)域的記號(hào)而產(chǎn)生的檢測(cè)器電輸出信號(hào)通過(guò)高通濾波器的濾波而被濾掉直流背景，這樣就改善了信號(hào)的調(diào)制深度(DOM)。
在第一實(shí)施例中，多焦距光學(xué)系統(tǒng)含有由多個(gè)焦距不同的多同心透鏡所做成的多焦距透鏡系統(tǒng)。光檢測(cè)器含有具有多個(gè)電荷耦合檢測(cè)像素的電荷耦合器件，視場(chǎng)的掃描是(不是使用振動(dòng)式掃描鏡進(jìn)行掃描)通過(guò)對(duì)多個(gè)電荷耦合檢測(cè)像素的電輸出作掃描而實(shí)現(xiàn)的。為了排除反射光的低頻信號(hào)成份，可以使用電學(xué)高通濾波器。輻射光束可以由發(fā)光二極管、或者發(fā)光二極管線(xiàn)陣或者激光二極管之類(lèi)的激光光源產(chǎn)生。
第二實(shí)施例中的多焦距光學(xué)系統(tǒng)含有具有短焦距的第一檢測(cè)鏡和長(zhǎng)焦距的第二檢測(cè)鏡的多鏡多焦距鏡系統(tǒng)。為了補(bǔ)償從各鏡所收集的信號(hào)中的1/f2衰減(f是焦距)，第二鏡的面積最好比第一鏡的面積做得大一些。在該實(shí)施例中，輻射光束可以由LED或者LED陣列或者激光二極管之類(lèi)的激光光源產(chǎn)生。優(yōu)選的光檢測(cè)器是光電二極管，它的輸出是由檢測(cè)具有不同反射率部分的記號(hào)時(shí)所得到的電輸出信號(hào)，它通過(guò)高通濾波器后成為排除掉直流背景的電信號(hào)。
在第三實(shí)施例中，可以使用單一的激光源，或者可以使用能夠把多個(gè)激光光束組合成會(huì)聚在不同距離上的，實(shí)質(zhì)上是一個(gè)共軸光束的多焦距光學(xué)系統(tǒng)。
通過(guò)下面參考附圖對(duì)幾個(gè)實(shí)施例所作的詳細(xì)說(shuō)明，可以容易地理解關(guān)于本發(fā)明的擴(kuò)大焦深的光學(xué)掃描器的上述目的和優(yōu)點(diǎn)。在各附圖中，同樣的元部件用同樣的代號(hào)表示。
附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明

圖1是過(guò)去典型的LED/CCD條形碼掃描器的光學(xué)系統(tǒng)概圖。
圖2是圖1掃描器檢測(cè)器的典型波形，其中，(A)表示在掃描器前端焦點(diǎn)處時(shí)的波形，(B)表示在掃描器焦深的遠(yuǎn)端邊界處時(shí)的波形。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的擴(kuò)大焦深的掃描器的第一實(shí)施例的示意圖，其中的聚光光學(xué)系統(tǒng)含有短焦距聚光用的第一透鏡和長(zhǎng)焦距聚光用的第二透鏡。
圖4是圖3掃描器的典型檢測(cè)器波形，其中，(A)表示條形碼圖形位在掃描器前端第一透鏡焦點(diǎn)處時(shí)由第一透鏡檢測(cè)到的波形，(B)表示在同樣條件下由第二透鏡檢測(cè)到的波形，(C)表示兩檢出波形的合成波形。
圖5中，(A)表示高通濾波器的特性曲線(xiàn)，(B)表示通過(guò)高＝通濾波器之前的信號(hào)，(C)是高通濾波器特性曲線(xiàn)的方框式表示，(D)表示通過(guò)高通濾波器之后的信號(hào)。
圖6是圖3掃描器的典型檢測(cè)器波形，其中(A)表示條形碼圖形位在第一透鏡焦點(diǎn)和第二透鏡焦點(diǎn)之間，兩個(gè)透鏡各自焦深范圍的邊界位置時(shí)由第一透鏡檢測(cè)的波形，(B)表示同樣條件下由第二透鏡檢測(cè)的波形。
圖7是圖6中兩波形的合成波形，其中，(A)表示通過(guò)高通濾波器之前的信號(hào)，(B)是高通濾波器的方框式表示，(C)表示通過(guò)高通濾波器之后的信號(hào)。
圖8是圖3掃描器的典型檢測(cè)器波形，其中，(A)表示條形碼圖形位在第二透鏡焦深范圍邊界時(shí)由第一透鏡檢測(cè)的波形，(B)表示同樣條件下由第二透鏡檢測(cè)的波形。
圖9是圖8中兩波形的合成波形，其中(A)表示通過(guò)高通濾波器之前的信號(hào)(B)是高通濾波器的方框式表示，(C)表示通過(guò)高通濾波器之后的信號(hào)。
圖10包括根據(jù)本發(fā)明的擴(kuò)大焦深的掃描器的第二實(shí)施例的端面概圖(A)和側(cè)面概圖(B)，其中聚光光系統(tǒng)含有短焦距聚光用的第一透鏡、中焦距聚光用的第二透鏡和極長(zhǎng)焦距聚光用的第三透鏡。
圖11是過(guò)去的非激光LED條形碼掃描器的光學(xué)系統(tǒng)概圖。
圖12是與圖11類(lèi)似的、根據(jù)本發(fā)明的擴(kuò)大焦深的掃描器的第三實(shí)施例示意圖。其中聚光光學(xué)系統(tǒng)含有短焦距聚光用的第一檢測(cè)鏡和長(zhǎng)焦距聚光用的第二檢測(cè)鏡。
圖13中，(A)和(B)表示圖12掃描器的典型檢測(cè)器波形，(C)表示兩波形的合成波形，(D)是具有高通濾波器功能的微分回路的方框式表示，以及(E)表示通過(guò)微分回路后的波形。
圖14是可能結(jié)合使用本發(fā)明的擴(kuò)大焦深的光學(xué)掃描器的條形碼讀取裝置的一種類(lèi)型的極端簡(jiǎn)化的實(shí)施例的示意圖。
代號(hào)說(shuō)明10單焦距透鏡系統(tǒng)12、20＝CCD檢測(cè)器14CCD像16、24第一透鏡
18、26第二透鏡22、高通濾波器28第三透鏡30光源32、50第一鏡33視場(chǎng)面35光斑37光傳感器38、52第二鏡39帶有開(kāi)孔的屏40狹縫開(kāi)口43記號(hào)54微分回路100條形碼記號(hào)讀取裝置140CPU146激光光源147半透明鏡148鍵盤(pán)149顯示器153把手154扳機(jī)155外殼156透光窗157光學(xué)系統(tǒng)(透鏡)158光檢測(cè)器
159振動(dòng)鏡160掃描用電機(jī)161印刷回路基板162電池170條形碼記號(hào)圖1是過(guò)去典型的LED/CCD條形碼掃描器的光學(xué)系統(tǒng)的概圖，單焦距的透鏡系統(tǒng)10把位在其焦距處的視場(chǎng)成像在CCD檢測(cè)器12上，反過(guò)來(lái)，在焦距14處形成了CCD的像。圖1的光學(xué)掃描器有給定的被測(cè)物焦深(DOF)。能夠讀取的給定密度(它限定條形碼記號(hào)的條寬)的條形碼記號(hào)決定了最大光束直徑。還有，如圖1所示，通常CCD對(duì)掃描器的前端即前窗口(參考圖3)聚焦，其結(jié)果將使焦深損失一半。
圖2示出了圖1的CCD掃描器的典型檢測(cè)器輸出波形。圖2A是當(dāng)被檢測(cè)的條形碼圖形位在掃描器前端即前窗口位置時(shí)的波形，圖2B是當(dāng)位在掃描器焦深遠(yuǎn)端邊界時(shí)的波形。
圖3示出根據(jù)本發(fā)明的擴(kuò)大焦深的掃描器的第一實(shí)施例，聚光用光學(xué)系統(tǒng)含有用于短焦距聚光的第一透鏡16和用于長(zhǎng)焦距聚光的第二透鏡18。本發(fā)明最好把高通濾波器信號(hào)處理技術(shù)與多焦距光學(xué)系統(tǒng)相結(jié)合使用，這樣條形碼掃描器的焦深或工作范圍可以增大。兩個(gè)透鏡同時(shí)使目標(biāo)(條形碼)的像形成在CCD檢測(cè)器上。沿著光軸上不同的點(diǎn)A、B、C和D的信號(hào)波形圖如圖4至圖9所示。關(guān)于這些波形將在下面分別利用各個(gè)附圖來(lái)作說(shuō)明。
圖4表示，當(dāng)條形碼圖形位在第一透鏡焦點(diǎn)處即掃描器前端或前窗口處的A點(diǎn)位置時(shí)，用圖3的掃描器檢測(cè)所得到的典型檢測(cè)器波形。圖(A)是由第一透鏡形成的波形，圖(B)是由第二透鏡形成的波形。
一般地，當(dāng)把圖4(A)和(B)所示的兩個(gè)信號(hào)相加時(shí)所得到的如圖4(C)所示的合成信號(hào)的調(diào)制深度變小，這樣就給數(shù)字化器(ADC，模擬/數(shù)字變換器)造成了本質(zhì)性的問(wèn)題。為了改善調(diào)制深度，通過(guò)具有如圖5(A)所示通頻特性的高通濾波器來(lái)消除直流背景電平。圖5(B)和(D)分別示出了在通過(guò)高通濾波器22[圖5(C)中示出了特性曲線(xiàn)]前、后的檢測(cè)器輸出合成波形。
圖6(A)和(B)表示當(dāng)把條形碼圖形的位置確定在圖3中第一透鏡焦點(diǎn)和第二透鏡焦點(diǎn)之間、各自的焦深范圍的邊界點(diǎn)B時(shí)所得到的典型掃描器檢測(cè)器波形，(A)表示由第一透鏡形成的波形，(B)表示由第二透鏡形成的波形。圖7表示在通過(guò)高通濾波器22[圖7(B)]之前[圖7(A)]和在通過(guò)高通濾波器22之后[圖7(C)]的檢測(cè)器輸出的合成波形。
位在點(diǎn)C時(shí)的情況與位在點(diǎn)A時(shí)的情況極為類(lèi)似。
圖8(A)和(B)表示當(dāng)把條形碼圖形位在圖3中第一透鏡完全不對(duì)焦的、第二透鏡焦深范圍的遠(yuǎn)端邊界的位置D時(shí)所得到的典型的掃描器檢測(cè)器波形，圖(A)表示由第一透鏡形成的波形，圖(B)表示由第二透鏡形成的波形。圖9表示通過(guò)高通濾波器22[圖9(B)]之前[圖9(A)]和通過(guò)高通濾波器22之后[圖9(C)]的檢測(cè)器輸出合成波形。
利用使兩個(gè)信號(hào)的合成信號(hào)通過(guò)高通濾波器，得到了有較強(qiáng)可操作性(較深度的調(diào)制)的信號(hào)。高通濾波器的功能猶如可以從信號(hào)中排除直流電平信號(hào)的鑒別器。
在替用實(shí)施例中，由于同時(shí)使用了三個(gè)或更多個(gè)光學(xué)系統(tǒng)，焦深被進(jìn)一步擴(kuò)大。圖10(A)和(B)表示根據(jù)本發(fā)明原理的擴(kuò)大焦深的掃描器的第二實(shí)施例，聚光光學(xué)系統(tǒng)含有短焦距的第一透鏡24、中焦距的第二透鏡26，以及極長(zhǎng)焦距的第三透鏡28。
盡管圖10(A)中透鏡前面的開(kāi)口畫(huà)成是矩形的，不過(guò)選擇橢圓、圓等其它適當(dāng)?shù)男螤钜膊粫?huì)有什么差別。然而對(duì)于把較遠(yuǎn)的目標(biāo)成像在CCD上的透鏡，開(kāi)口的面積要做得比較大一些。這樣可以使各光學(xué)系統(tǒng)的f數(shù)保持相同。如果不這樣做，則在有必要增加從較遠(yuǎn)處收集信號(hào)的情況下，把較遠(yuǎn)目標(biāo)成像在CCD上的透鏡的f數(shù)就要降低。可以認(rèn)為所收集的信號(hào)大致正比于1/f2。
雖然所建議的透鏡形狀并不簡(jiǎn)單，但它仍然在目前最新的塑料光學(xué)技術(shù)可能制造的范圍之內(nèi)。也有可能使用折射光學(xué)系統(tǒng)。
同樣的擴(kuò)大焦深的方法也能夠適用于圖11所示的LED型條形碼掃描器。圖11所示的系統(tǒng)包含有LED也即發(fā)光二極管之類(lèi)的非激光光源30。光源30產(chǎn)生非相干的非平行廣角光束31，光束31被曲面鏡32聚焦在面33上。由聚光光束31形成的光斑35遠(yuǎn)比位在視場(chǎng)面33內(nèi)的條形碼記號(hào)的條和間隔的最小尺寸為大。圖11中還含有光電二極管之類(lèi)的光傳感器37，光束31被條形碼記號(hào)反射之后被較小的曲面鏡38聚集到傳感器37的檢測(cè)表面上。除了通過(guò)帶孔屏39和狹縫開(kāi)口40的光之外，其它反射光因被阻擋而不能到達(dá)傳感器37。這個(gè)狹縫開(kāi)口最好做成是限定傳感器視場(chǎng)即窗口的橢圓形，其大小約為6×16(密耳)傳感器37的窗口由鏡38和鏡32聚光在沿軸方向離開(kāi)光束31的焦平面33的面42內(nèi)。由于要讀取的記號(hào)43的位置是在面42內(nèi)，所以狹縫40的像在記號(hào)上形成一個(gè)窗口。因?yàn)樵谶@個(gè)例舉的實(shí)施例中，兩個(gè)反射鏡32和38的焦距是相同的，所以面33和面42的間隔等于從兩個(gè)反射鏡到光源30和傳感器37的距離之差。
為了使光斑35和窗口按照掃描線(xiàn)的形狀在面42內(nèi)運(yùn)動(dòng)并橫向切割記號(hào)，鏡32和38由電機(jī)驅(qū)動(dòng)。為了使小鏡38的中心軸與大鏡32的中心軸之間有一個(gè)相對(duì)夾角α，小鏡38是安裝在大鏡32上的。光源30位在與傳感器37位置和鏡32所形成的軸線(xiàn)有β夾角的軸線(xiàn)上。角α是角β的一半。
因?yàn)橛晒馐?1產(chǎn)生的掃描光斑35比傳感器37的窗口40大得多，所以只檢測(cè)到了被光束31照明的極小一部分。當(dāng)然，只有一小部分反射光達(dá)到了光檢測(cè)器。況且，一般的LED所產(chǎn)生的光束強(qiáng)度要比激光光源小。所以，重要的是，把鏡32做得大些，以便使更多的LED光聚集到掃描面上，合理地提高光斑35內(nèi)的光強(qiáng)度。
請(qǐng)注意典型的激光掃描器的結(jié)構(gòu)與圖11所示的結(jié)構(gòu)相反。也即，在激光掃描器中，明亮的、高度集束的激光光束產(chǎn)生了大約等于條形碼圖形的最小尺寸的光斑，而所使用的光檢測(cè)器則具有遠(yuǎn)大于激光束光斑的視場(chǎng)。與之成對(duì)比的是，在圖11中，由光束產(chǎn)生的光斑35大，而窗口40小。
圖12是根據(jù)本發(fā)明的擴(kuò)大焦深的掃描器的第三實(shí)施例，其中聚光光學(xué)系統(tǒng)含有用于短焦距聚光的第一檢測(cè)鏡50和用于長(zhǎng)焦距聚光的第二檢測(cè)鏡52(與圖11所示系統(tǒng)的概念相似)。如果選用圖12的實(shí)施例，則要讓幾個(gè)小檢測(cè)鏡50、52使小開(kāi)口40成像在光電二極管37前方的兩個(gè)(或更多個(gè))不同距離處。這樣的布置與模擬處理回路內(nèi)的高通濾波器的組合擴(kuò)大了焦深。
圖13(A)和(B)表示圖12的掃描器的典型檢測(cè)器輸出波形，合成的輸出信號(hào)(圖C)通過(guò)具有高通濾波器功能的微分回路54(圖D)后變成(圖E)所示的波形。用目前市售的一種最高效的數(shù)字化器，利用檢測(cè)器信號(hào)的一次導(dǎo)數(shù)組成峰值信號(hào)檢測(cè)器。最后，關(guān)于高通濾波器，可以用自身就具有高通濾波器特性的微分回路來(lái)實(shí)現(xiàn)。
圖14表示使用本發(fā)明的擴(kuò)大焦深的光學(xué)掃描器的一種可能的變形類(lèi)型的條形碼讀取裝置的高度簡(jiǎn)化的實(shí)施例。讀取裝置100是如圖所示的手持式掃描器，也可以做成是桌上的工作站或者固定不動(dòng)的掃描器。優(yōu)選實(shí)施例的配置在外殼155內(nèi)實(shí)現(xiàn)，出射激光光束151通過(guò)出射窗156后射向放置在外殼外部的記號(hào)170上，并對(duì)記號(hào)進(jìn)行橫向切割掃描。
如圖14所示，出射光束151通常由激光二極管等在讀取裝置100內(nèi)產(chǎn)生，并被導(dǎo)向位在離讀取裝置100前端約數(shù)英寸的目標(biāo)上的條形碼記號(hào)。為了使出射光束151能夠按掃描圖形掃描，用戶(hù)根據(jù)這個(gè)掃描圖形橫向切割被讀取信號(hào)的方式來(lái)確定手持裝置的位置從記號(hào)反射的光和散射的光或者其中任一個(gè)光152由讀取裝置100內(nèi)的感光裝置158檢測(cè)并產(chǎn)生電信號(hào)系列，這些信號(hào)經(jīng)過(guò)處理和解碼后便再現(xiàn)出條形碼所代表的數(shù)據(jù)。下面，“反射光”將意味著反射光和散射光兩部分，或者其中的任一部分。
在優(yōu)選實(shí)施例中，讀出裝置100是手槍型的裝置，它帶有手槍把手形狀的把手153。用戶(hù)瞄準(zhǔn)要讀取的記號(hào)，決定裝置100的位置，扣動(dòng)可動(dòng)的扳機(jī)154就可以激活光束151和檢測(cè)器回路。輕重量的塑料外殼155內(nèi)包含了激光光源146，檢測(cè)器158，光學(xué)系統(tǒng)157、147、159、CPU(中央處理單元)140以及電源即電池162，此外還包含了信號(hào)處理回路。外殼155前端的透光窗既可以讓出射光束151通過(guò)其射出，也可以讓到達(dá)的反射光152射入。讀取裝置100是按照這樣的使用方式來(lái)設(shè)計(jì)的用戶(hù)使讀取裝置位在離開(kāi)記號(hào)的位置上來(lái)瞄準(zhǔn)條形碼記號(hào)(也即既不要與記號(hào)相接觸，也不要相對(duì)記號(hào)作橫向切割運(yùn)動(dòng))。典型地說(shuō)，這種類(lèi)型的手持式條形碼讀取裝置被指定在大約數(shù)英寸的范圍內(nèi)操作。
為了使讀取裝置100有可移動(dòng)計(jì)算機(jī)終端的功能，還含有鍵盤(pán)148和顯示器149。
圖14還示出，為了把掃描光束聚集在適當(dāng)參考面的條形碼記號(hào)上，可以使用適當(dāng)?shù)耐哥R157(或多透鏡系統(tǒng))。半導(dǎo)體激光二極管之類(lèi)的光源146的位置以能夠把光束導(dǎo)向透鏡157的光軸上來(lái)確定。光束通過(guò)半透明鏡147和其它透鏡或者必要時(shí)的光束形成裝置后，被裝置在由扣動(dòng)扳機(jī)154所激活的掃描電機(jī)160上的振動(dòng)鏡159所反射。如果光源146所產(chǎn)生的光是不可見(jiàn)光，可以在光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)包含瞄準(zhǔn)光。當(dāng)必需使用瞄準(zhǔn)光時(shí)，瞄準(zhǔn)光將產(chǎn)生固定的，或者產(chǎn)生像激光光束一樣掃描的可見(jiàn)光光斑，用戶(hù)可以利用這個(gè)可見(jiàn)光來(lái)使讀取裝置瞄準(zhǔn)記號(hào)，然后扣動(dòng)扳機(jī)154。
以上是關(guān)于本發(fā)明的原始的或變形的條形碼讀取的說(shuō)明，不過(guò)本發(fā)明并不只是限于這些實(shí)施例，也有可能適用于比較復(fù)雜記號(hào)的掃描。本發(fā)明還可以把從文字或其它記號(hào)導(dǎo)出的信息，或者從被掃描物體的表面特性導(dǎo)出的信息使用于各種機(jī)器視覺(jué)或光學(xué)文字識(shí)別應(yīng)用中。
由于在上述全部的實(shí)施例中掃描器的元件都可以組合成極小型的整體，所以有可能把掃描制作成為單一的印刷電路板或者一體化的模塊。這樣的模塊能夠互換使用，作為各種不同類(lèi)型的數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)的激光掃描元件。例如模塊可以容納在手提掃描器內(nèi)，可以安裝在自柔性臂或機(jī)器表面伸出支座上作為機(jī)上掃描器使用，或者可以安放在機(jī)器上板的下側(cè)，或者作為精密數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)的輔助部件或輔助組件使用。
模塊中最好含有安裝在支座上的激光/光學(xué)系統(tǒng)輔助組件、由旋轉(zhuǎn)鏡或振動(dòng)鏡實(shí)現(xiàn)的掃描元件以及光檢測(cè)器部件。為了使模塊有可能和數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)的其它部件的電接插件作電連接，可以把這些部件的數(shù)據(jù)控制線(xiàn)連接到安裝在模塊端部或外表面的電接插件上。
在各個(gè)模塊中，最好還具有特定的掃描或與之相應(yīng)解碼特性(例如，在某個(gè)工作距離處的操作性、或者特定記號(hào)法或印刷密度上的操作性)。這些特性可以通過(guò)手動(dòng)設(shè)定一個(gè)與模塊相連的控制開(kāi)關(guān)來(lái)選定。用戶(hù)僅僅利用電接插件，通過(guò)交換數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)上的模塊便可以用數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)去掃描不同種類(lèi)的物品，或者可以使系統(tǒng)適應(yīng)于不同的應(yīng)用。
上述的掃描模塊可以在含有鍵盤(pán)、顯示器、打印機(jī)、數(shù)據(jù)存貯器、應(yīng)用軟件以及數(shù)據(jù)庫(kù)等等部件中的一個(gè)或多個(gè)部件的獨(dú)立數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)。這樣的數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，通過(guò)調(diào)制解調(diào)器或者ISDN接口，可以含有從移動(dòng)式終端到固定不動(dòng)的信號(hào)接收機(jī)的低功率無(wú)線(xiàn)通信設(shè)備內(nèi)部的通信網(wǎng)的其它部件，或者含有電話(huà)網(wǎng)絡(luò)和能通信的通信接口。
盡管上面只說(shuō)明了關(guān)于本發(fā)明的擴(kuò)大焦深的光學(xué)掃描器的幾種實(shí)施例及其變形，同行們還可以根據(jù)上述本發(fā)明的說(shuō)明作多種其它變形的設(shè)計(jì)。
權(quán)利要求
1.用于以光電方法讀取具有不同反射率區(qū)域的記號(hào)的擴(kuò)大焦深的掃描器，其特征是它具有a、產(chǎn)生用來(lái)照明視場(chǎng)的輻射束的裝置，b、用來(lái)收集從視場(chǎng)內(nèi)目標(biāo)所反射的輻射的，至少具有第一短焦距和第二長(zhǎng)焦距的多焦距聚光光學(xué)系統(tǒng)，c、用來(lái)檢測(cè)從視場(chǎng)反射由多焦距聚光光學(xué)系統(tǒng)引導(dǎo)的輻射，并且產(chǎn)生代表該輻射的電輸出信號(hào)的光檢測(cè)器。
2.用于以光電方法讀取具有不同反射率區(qū)域的記號(hào)的、擴(kuò)大焦深的掃描方法，其特征是它包括a、產(chǎn)生用來(lái)照明視場(chǎng)的輻射束的步驟，b、使用至少具有第一短焦距和第二長(zhǎng)焦距的多焦距聚光光學(xué)系統(tǒng)，收集從視場(chǎng)內(nèi)目標(biāo)反射的輻射的步驟，c、檢測(cè)從視場(chǎng)反射的和被多焦距光光學(xué)系統(tǒng)收集的輻射并產(chǎn)生能夠代表該輻射的電輸出信號(hào)的步驟。
全文摘要
使用多焦距光學(xué)系統(tǒng)的擴(kuò)大焦深的條形碼掃描用光掃描器以及擴(kuò)大焦深的方法。該擴(kuò)大焦深的掃描器具有產(chǎn)生用來(lái)的輻射光束裝置、用于收集從目標(biāo)所反射的輻射的至少含有第一短焦距和第二長(zhǎng)焦距的多焦距聚光光學(xué)系統(tǒng)、用來(lái)檢測(cè)從視場(chǎng)反射和由多焦距光學(xué)系統(tǒng)引導(dǎo)的輻射并且產(chǎn)生能夠代表該輻射的電輸出信號(hào)的光檢測(cè)器，通過(guò)把高通濾波器和光檢測(cè)器的電輸出信號(hào)相結(jié)合、使由條形碼檢測(cè)所產(chǎn)生的電輸出信號(hào)通過(guò)高通濾波器過(guò)濾掉電信號(hào)的直流背景以改善信號(hào)的調(diào)制深度。
文檔編號(hào)G06K7/10GK1084991SQ9211115
公開(kāi)日1994年4月6日 申請(qǐng)日期1992年9月30日 優(yōu)先權(quán)日1992年9月30日
發(fā)明者波莉斯·麥道利基 申請(qǐng)人:歐林巴斯光學(xué)工業(yè)股份有限公司