为成像读取器产生均匀分布的照明图案的配置和方法技术

在拟通过图像捕获读取的标志上并沿该标志形成基本均匀分布的照明光图案。固态成像器被安装在符合人机工程学的倾斜手柄中的倾斜印刷电路板上。成像透镜组件捕获视场内沿成像轴来自标志的返程光，并将捕获的返程光投射到成像器上。照明光源被安装在印刷电路板上，从而以相对于成像轴的一锐倾角射出照明光。光学器件包括具有多项式入射表面的第一透镜部分以及第二透镜部分，该第一透镜部分用于将射出的照明光拦截、弯折和对准以沿标志的扫描方向产生图案，该第二透镜部分用于校准对准的照明光以沿横断方向产生图案。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】关联技术的描述固态成像系统或成像读取器已以手持和/或免提两种操作模式应用于光电读取对象，所述光电读取对象例如是一维条形码标志，尤其是沿某一扫描方向具有一排长条和彼此隔开的间隔的通用产品码(UPC)标志，以及二维标志，例如在单个标志中具有多个垂直层叠的多排长条和间隔图案的Code49标志，如美国专利No. 4，794，239中描述的那样。手持式成像读取器包括具有由操作者手持的手柄的外壳以及由外壳支承并在读取期间由操作者瞄准标志的成像模块。成像模块包括带光电元件或光传感器(这些光电元件或光传感器对应于成像器的视场中的成像元件或像素)的传感器阵列的固态成像器以及用于捕获沿成像轴从正被成像的标志散射和/或反射的返程光并将返程光投射到传感器阵列上以发起对标志图像的捕获的透镜组件。该成像器可包括一维或二维电荷耦合器件(CXD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)器件以及产生和处理与视场内的一维或二维像素·数据阵列对应的电信号的关联电路。因此已知的是使用例如美国专利No. 5，703, 349中披露的成像器来捕获标志的单色图像。另外已知使用例如美国专利No. 4，613，895中披露的具有多个掩埋通道的成像器以捕获标志的全色图像。常见地提供具有在VGA监视器中常见的640X480分辨率的二维CCD，尽管其它分辨率大小也是可行的。为了增加由传感器阵列捕获的返程光的量，尤其是在昏暗光环境和/或远距离读取的情形下，成像模块通常还包括照明光组件，用于通过照明光照射标志以从中反射和散射。当传感器阵列是一维(即线性)的或者是具有合成视场的二维的时，照明光优选地沿短高度分布，即分布式照明图案，它也被称为照明或扫描线，其沿标志纵向地延伸。分布式照明图案通常是使用单光源形成的，例如尺寸在毫米级别的发光二极管(LED)以及单个柱面透镜。尽管就其意图目的来说一般是令人满意的，但单个LED和单个柱面透镜的使用已存在问题，因为分布式照明图案通常具有比所要求高度更高的高度，不具有尖锐边缘，受光学像差影响，并且由于光强度沿LED位于其中心的光轴是最亮的然后随着远离光轴逐渐减弱，尤其在分布式照明图案的相对端区域，因此强度不均匀。另外，LED和柱形透镜之间的耦合效率已很差劣。在LED和柱形透镜之间增设孔径光阑(aperture stop)将提高分布式照明图案的锐度(即缩短高度)，但却是以较差的耦合效率和更昏暗的分布的照明图案为代价的，这当然使读取性能劣化。为了更亮的分布式照明图案，可采用一对隔开的LED和一对柱形透镜。然而，这进一步增加了成本，引入更多的光学像差，并进一步降低了耦合效率。另外，由一对LED射出的照明光在分布式照明图案的中央区域处重叠，由此在分布式照明图案中产生明亮的“热”点以及突然的光强度变换，所有这些因素会造成读取性能劣化。已知的成像系统紧靠地设置在读取器外壳窗附近，照明光和返程光通过该窗。因此，成像透镜组件的视场相对较宽以可靠地读取相对于窗位于近距工作距离的标志。这进而降低了相对于窗处于远距工作距离的分辨率，并还将照明扩展至更宽的区域，由此降低其强度并再次降低了读取性能。为了良好的人机工程学，外壳的手柄有益地向后倾斜，例如相对于垂直方向倾斜大约15°。照明光组件可有益地安装在印刷电路板(PCB)上，该印刷电路板(PCB)被安装在倾斜的手柄内并因此也相对于垂直方向倾斜。因此，由倾斜PCB的板载LED发出的照明光需要被重定向并与成像透镜的总体水平成像轴对准。已知的成像读取器通过将其中的手柄和PCB配置成严格垂直而确保这种对准，但这导致具有差劣的人机工程学设计的外壳，这会增加操作者的疲劳感并降低生产力。专利技术概述简言之，本专利技术的一个特征在于，在将由图像捕获所读取的标志上并沿该标志产生基本均匀分布的照明光图案的配置。这种配置包括一成像系统，该成像系统具有带图像传感器(例如CCD或CMOS)阵列的固态成像器以及用于捕获视场内沿成像轴来自标志的的返程光并将该捕获的返程光投射到阵列上的成像透镜组件。该阵列是一维(即线性)阵列 或者是具有合成视场的二维阵列。成像系统的视场一般垂直于成像轴，并基本与标志上并沿标志的分布式照明光图案匹配。成像透镜组件优选地包括多个成像透镜，优选地是双合或库克三合的，这些透镜沿成像轴隔开或者彼此紧密相邻。这种配置进一步包括照明光组件，该照明光组件具有照明光源，用于射出相对于成像轴呈锐倾角的照明光；以及光学器件，该光学器件包括第一透镜部分和第二透镜部分，该第一透镜部分用于拦截、弯折和对准射出的照明光以沿基本垂直于成像透镜的扫描方向沿标志产生基本均匀分布的照明光图案，该第二透镜部分用于在与扫描方向大致垂直的横断方向上校准对准的照明光以在标志上产生基本均匀分布的照明光图案。有益地，光学器件可包括关于与成像轴不重合的光轴对称的全尺寸透镜的低半部。光源包括至少一个发光二极管(LED)，且优选地是多个LED，例如沿标志纵长的扫描方向隔开的一对LED。孔径光阑被定位在每个LED和光学器件之间,优选地紧邻于LED,用以限制入射到光学器件上的射出的照明光的垂直范围和高度，并进而限制分布式照明图案沿横断方向的垂直高度。LED和阵列优选地被表面安装在相对于成像轴以锐倾角倾斜的印刷电路板(PCB)上。在优选实施例中，倾斜的PCB被安装在人机工程学成像读取器的倾斜手柄中，所述成像读取器通过图像捕获来光电地读取标志。读取器具有窗，返程光和光的分布的照明图案通过该窗。窗可相对于成像轴倾斜以避免射出的照明光的反射到达成像透镜组件。成像透镜组件被定位成远离窗，例如在40毫米之外。从每个LED射出的照明光在分布式照明图案的中央区域重叠。因此，为了降低中央区域的光强度，第一透镜部分被配有入射多项式表面，另外可用以光学地修正照明光以使其沿扫描方向在直线上摆放。第二透镜部分配有出口超环面或柱形非球面表面，用以向标志投射通过孔径光阑的有限垂直高度的照明光以及用于将对准的照明光校准到标志上。光学器件可以是沿多个LED之间的扫描方向延伸的单式透镜，或一对分立透镜，对于每个LED具有一个分立透镜，每个透镜配有第一透镜部分和第二透镜部分。根据本专利技术，光学器件在标志上和沿标志形成分布式照明图案，该照明图案具有不受光学像差或突然的强度变化影响的均匀强度。光源和光学器件之间的耦合效率大为提高，由此增加了光吞吐量，增进了读取性能，并改善分布式发光图案的可见性。读取器人机工程学得以改善。本专利技术的另一特征在于，在将由图像捕获所读取的标志上并沿该标志产生基本均匀分布的照明光图案的方法。该方法是通过下列步骤实现的捕获视场内沿成像轴来自标志的返程光并将该捕获的返程光投射到固态成像器上；射出相对于成像轴呈锐倾角的照明光；用光学器件的第一透镜部分拦截、弯折和对准射出的照明光，并用光学器件的第二透镜部分校准对准的照明光以在标志上并沿该标志产生基本均匀分布的照明光图案。本专利技术相信具有新颖性的特征在所附权利要求中具体陈述。然而，本专利技术本身不管是其结构还是其操作方法及其额外的目的和优势当结合附图阅读具体实施例时将从下文描述中得到最好的理解。附图简述图I是根据本专利技术的便携式成像读取器的侧视图，该便携式成像读取器用以在拟通过图像捕获读取的对象或标志上并沿该对象或标志产生基本均匀分布的照明本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·刘，E·巴坎，M·德兹玛拉，I·维诺格德夫，
申请(专利权)人：讯宝科技公司，
类型：
国别省市：