專利名稱：基于確定軸向色差的自動(dòng)聚焦系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)讀碼器中的成像，尤其涉及一種通過(guò)利用軸向色差原理來(lái)自動(dòng)聚焦圖像的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)照相機(jī)、光學(xué)讀碼器等中的自動(dòng)聚焦系統(tǒng)，在移動(dòng)一個(gè)或多個(gè)透鏡以便聚焦目標(biāo)之前，通常先使用一些器件來(lái)確定自動(dòng)聚焦器件和所選目標(biāo)之間的距離。通常，這些器件使用三角測(cè)量技術(shù)來(lái)測(cè)量距離。
基于三角測(cè)量技術(shù)的圖像傳感器包括照明器件(比如，LED或激光器)和檢測(cè)器(比如，CCD)。照明器件將光斑投射到目標(biāo)上。從目標(biāo)表面反射的一部分光通過(guò)位于照相機(jī)、光學(xué)讀碼器等之前的透鏡，并到達(dá)照相機(jī)中大量的傳感元件上。通過(guò)大量的計(jì)算，確立了反射光投射到傳感元件上的角度并確定了傳感器與目標(biāo)之間的距離。然后，根據(jù)已測(cè)得的、用于自動(dòng)聚焦照相機(jī)、光學(xué)讀碼器等的距離，自動(dòng)移動(dòng)一個(gè)或多個(gè)透鏡。
這種三角測(cè)量技術(shù)通常會(huì)有因視差而導(dǎo)致的誤差，尤其是對(duì)于附近的物體，比如，光學(xué)讀碼器被用于使光學(xué)代碼成像這樣的情形。視差是因傳感器的位置變化而導(dǎo)致的目標(biāo)的表觀位置的變化。
另一種距離測(cè)量技術(shù)使用圖像頻譜分析原理。使用圖像頻譜分析的距離測(cè)量系統(tǒng)將光束照射到光學(xué)目標(biāo)上，并捕獲反射光束以便由具有陣列的圖像傳感器來(lái)處理。圖像頻譜原理要求系統(tǒng)去測(cè)量預(yù)定的陣列之內(nèi)的各像素的值，并將該值與相鄰像素的值進(jìn)行比較以確定這些像素值的差異。
針對(duì)陣列內(nèi)所有的像素重復(fù)該過(guò)程，其中所有的像素值之差的總和被確定為一個(gè)絕對(duì)值，由此表示該陣列中對(duì)比度的等級(jí)。通常，測(cè)得的對(duì)比度越高，光學(xué)目標(biāo)的圖像就越銳利(也就是聚焦更好)。不過(guò)，使用該原理的系統(tǒng)必然需要附加的處理步驟來(lái)計(jì)算像素值中的差值，并確定該光學(xué)目標(biāo)的圖像中對(duì)比度的等級(jí)。在這種系統(tǒng)中，對(duì)附加的處理步驟的必然需求限制了系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間。
因此，需要一種自動(dòng)聚焦圖像且不易產(chǎn)生視差的系統(tǒng)和方法，該系統(tǒng)和方法可提供瞬時(shí)的或?qū)崟r(shí)的圖像聚焦，并可以配置并調(diào)整成裝在像照相機(jī)以及移動(dòng)和靜止的光學(xué)讀碼器等各種設(shè)備中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)方面是提供一種不易于產(chǎn)生視差(無(wú)視差)的自動(dòng)聚焦系統(tǒng)和方法，還提供瞬時(shí)或?qū)崟r(shí)的圖像自動(dòng)聚焦。
本發(fā)明的另一個(gè)方面是提供一種可配置并調(diào)整成裝入像照相機(jī)以及移動(dòng)和靜止的光學(xué)讀碼器等各種設(shè)備中的自動(dòng)聚焦系統(tǒng)和方法。
本發(fā)明的另一個(gè)方面是提供一種使用軸向(縱向)色差原理的自動(dòng)聚焦系統(tǒng)和方法，可用于確定照射到圖像傳感器上的圖像的聚焦質(zhì)量，并且如果必要的話，還可以調(diào)節(jié)至少一個(gè)透鏡以便改變圖像的聚焦質(zhì)量。軸向色差的產(chǎn)生是因?yàn)橥哥R將不同顏色聚焦到不同的像平面或焦平面中。這是因?yàn)榻咕嗳Q于折射，并且藍(lán)光(短波長(zhǎng))的折射率大于紅光(長(zhǎng)波長(zhǎng))的折射率。軸向色差的量取決于玻璃的色散。使軸向色散最小化的一種方式是使用一對(duì)不同色散的玻璃或其它組合。不過(guò)，既然本發(fā)明利用軸向色差原理來(lái)確定圖像的聚焦質(zhì)量以便聚焦圖像，那么本發(fā)明需要具有最佳而非最小的軸向色散的透鏡(光學(xué)元件)。
此處所揭示的一種用于自動(dòng)聚焦圖像的系統(tǒng)和方法可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述諸多方面以及其它方面。根據(jù)本發(fā)明，用于自動(dòng)聚焦圖像的系統(tǒng)和方法利用軸向色差的原理。因此，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)和方法不易產(chǎn)生色差，可以提供瞬時(shí)或?qū)崟r(shí)的圖像自動(dòng)聚焦，并且可以配置并調(diào)整成裝入像照相機(jī)以及移動(dòng)和靜止的光學(xué)讀碼器等各種設(shè)備中。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，軸向色差自動(dòng)聚焦系統(tǒng)包括照明裝置、彩色圖像傳感器、信號(hào)處理器以及用于啟動(dòng)致動(dòng)器的控制器，該致動(dòng)器耦合到透鏡上以便沿系統(tǒng)的光軸移動(dòng)透鏡。較佳地，配置本發(fā)明的自動(dòng)聚焦系統(tǒng)并且確定其尺寸使其適合于常規(guī)的光學(xué)讀碼器的形狀因子(比如，Symbol Technologies公司所開發(fā)的SE900和SE1200形狀因子)之內(nèi)。光學(xué)讀碼器進(jìn)一步包括啟動(dòng)裝置(比如，扳機(jī)組件、按鈕、或開關(guān))以便啟動(dòng)自動(dòng)聚焦系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明，照明裝置包括照明源，比如一個(gè)或多個(gè)LED，用于照明具有光學(xué)代碼(比如，條形碼符號(hào))的目標(biāo)區(qū)域。光線照射在光學(xué)目標(biāo)上并將反射光朝著光學(xué)讀碼器往回反射。一部分反射光基本上朝著耦合到致動(dòng)器上的透鏡傳播。在致動(dòng)器的致動(dòng)期間，通過(guò)沿光學(xué)讀碼器的光軸移動(dòng)，可移動(dòng)透鏡調(diào)節(jié)反射光的圖像屬性，比如聚焦質(zhì)量。自動(dòng)聚焦系統(tǒng)的反饋系統(tǒng)控制著致動(dòng)器的致動(dòng)過(guò)程以便移動(dòng)透鏡。反饋系統(tǒng)包括彩色圖像傳感器、信號(hào)處理器以及控制器。
圖像穿過(guò)透鏡并投射到平面(即彩色圖像傳感器的像平面)上。彩色圖像傳感器包括可檢測(cè)所投射的圖像中的不止一種波長(zhǎng)組分的傳感器，較佳地，可檢測(cè)所投射的圖像中的藍(lán)、紅和綠波長(zhǎng)組分。彩色圖像傳感器包括一種接口，該接口以數(shù)據(jù)信號(hào)的形式將表示所投射的波長(zhǎng)組分的值傳輸?shù)叫盘?hào)處理器，其中各數(shù)據(jù)信號(hào)對(duì)應(yīng)于所照射的圖像的特定波長(zhǎng)組分。較佳地，這些數(shù)據(jù)信號(hào)表示照射到彩色圖像傳感器上的藍(lán)、紅和綠波長(zhǎng)組分的強(qiáng)度或大小。
信號(hào)處理器利用軸向色差原理分析這些數(shù)據(jù)信號(hào)以確定像平面上所投射的圖像的聚焦質(zhì)量。一種分析方法要求確定通過(guò)從表示藍(lán)波長(zhǎng)組分的強(qiáng)度或大小的數(shù)值中減去表示紅波長(zhǎng)組分的強(qiáng)度或大小的數(shù)值從而獲得的表示藍(lán)減紅波長(zhǎng)組分的差值(即，銳利度差值)是否在預(yù)定的期望范圍中。
這種確定過(guò)程包括由信號(hào)處理器訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器，該存儲(chǔ)器存儲(chǔ)著查詢表格或其它存儲(chǔ)著預(yù)定的期望范圍的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。預(yù)定的期望范圍也可以存儲(chǔ)在信號(hào)處理器的存儲(chǔ)器中，比如ROM。銳利度差值是聚焦鑒別器，因?yàn)樗軌蚴瓜到y(tǒng)確定圖像是否具有所期望的聚焦，以及是否要調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)的位置。
另一種分析方法要求確定表示投射到像平面上的特定波長(zhǎng)組分的強(qiáng)度或大小的數(shù)值是否基本上等于所存儲(chǔ)的、用于表示該特定波長(zhǎng)的最大強(qiáng)度或大小的數(shù)值。如果不是，則獲得差值(即作為結(jié)果的數(shù)值)并使其與查詢表格或其它數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)以確定透鏡的移動(dòng)量。
根據(jù)上述分析之一，信號(hào)處理器產(chǎn)生控制信號(hào)并將其發(fā)送給控制器，以便產(chǎn)生用于啟動(dòng)致動(dòng)器的致動(dòng)信號(hào)并朝著圖像傳感器或在遠(yuǎn)離圖像傳感器的方向上移動(dòng)透鏡。反饋系統(tǒng)繼續(xù)產(chǎn)生并分析數(shù)據(jù)信號(hào)，以確定該圖像何時(shí)具有期望的聚焦，例如，適合于對(duì)表示光學(xué)代碼的圖像進(jìn)行解碼的聚焦。該過(guò)程幾乎是瞬時(shí)的，從而能夠?yàn)樽詣?dòng)聚焦系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)進(jìn)行自動(dòng)聚焦的能力。這在某些應(yīng)用中很關(guān)鍵，其中自動(dòng)聚焦系統(tǒng)是移動(dòng)的或靜止的光學(xué)讀碼器的一部分，用于在幾微秒內(nèi)聚焦并讀取快速穿過(guò)讀取器視場(chǎng)的目標(biāo)上的光學(xué)代碼。


參照附圖，下文將描述本發(fā)明的各種實(shí)施例，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的軸向色差自動(dòng)聚焦系統(tǒng)的方框圖；圖2A示出了與圖1所示的自動(dòng)聚焦系統(tǒng)的像平面(垂直軸)有關(guān)的藍(lán)、綠和紅波長(zhǎng)；圖2B示出了當(dāng)圖像具有期望的焦距時(shí)與圖1所示的自動(dòng)聚焦系統(tǒng)的像平面有關(guān)的藍(lán)、紅以及藍(lán)減紅波長(zhǎng)；圖2C示出了當(dāng)圖像具有的焦距小于所期望的焦距時(shí)與圖1所示的自動(dòng)聚焦系統(tǒng)的像平面有關(guān)的藍(lán)、紅以及藍(lán)減紅波長(zhǎng)；圖3是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的光學(xué)代碼讀取系統(tǒng)的側(cè)視圖；圖4是圖3所示的光學(xué)代碼讀取系統(tǒng)的頂視平面圖；以及圖5是使用圖1所示的系統(tǒng)并根據(jù)本發(fā)明的一種操作方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)D1，示出了根據(jù)本發(fā)明用標(biāo)號(hào)100來(lái)指定的軸向色差自動(dòng)聚焦系統(tǒng)。圖5示出了使用圖1所示系統(tǒng)的操作方法的流程圖。自動(dòng)聚焦系統(tǒng)100和方法都可以調(diào)整并配置成裝入像照相機(jī)、手機(jī)、PDA、終端等各種設(shè)備中，以便提供瞬時(shí)或?qū)崟r(shí)的圖像自動(dòng)聚焦，同時(shí)不易產(chǎn)生因視場(chǎng)而導(dǎo)致的誤差。
此處所描述的系統(tǒng)100和方法特別適合裝入光學(xué)讀碼器中，光學(xué)讀碼器用于成像并讀取光學(xué)代碼，比如，條形碼。較佳地，配置自動(dòng)聚焦系統(tǒng)100并使其大小適合光學(xué)讀碼器200(參看圖2和3)的常規(guī)形狀因子，比如光學(xué)代碼讀取系統(tǒng)300的、由Symbol Technologies公司開發(fā)的SE900和SE1200形狀因子。光學(xué)代碼讀取系統(tǒng)300進(jìn)一步包括顯示器302、至少裝入一個(gè)處理器的機(jī)箱304以及鍵盤306。顯示器302、機(jī)箱304以及鍵盤306可以是銷售點(diǎn)終端。
自動(dòng)聚焦系統(tǒng)100利用軸向色差原理來(lái)確定圖像的聚焦質(zhì)量，并且如果有必要的話，還可以相應(yīng)地調(diào)節(jié)聚焦質(zhì)量。如圖1所示，自動(dòng)聚焦系統(tǒng)100包括照明裝置110、彩色圖像傳感器130、信號(hào)處理器140、控制器150、致動(dòng)器160以及透鏡170。透鏡170位于自動(dòng)聚焦系統(tǒng)100的光軸X上，并且可操作地耦合到致動(dòng)器160以便沿光軸X移動(dòng)?？刂破?50使致動(dòng)器160致動(dòng)的過(guò)程使透鏡170沿光軸X移動(dòng)，這在2003年4月29日提交申請(qǐng)、序列號(hào)為10/425,344的美國(guó)專利申請(qǐng)中描述過(guò)，其全部?jī)?nèi)容引用在此。透鏡170可以是若干個(gè)透鏡(光學(xué)元件裝置)，其中一個(gè)或多個(gè)透鏡沿光軸X移動(dòng)。
彩色圖像傳感器130、信號(hào)處理器140以及控制器150是反饋系統(tǒng)的一部分，用于根據(jù)已確定的、投射到圖像傳感器130上的圖像的聚焦質(zhì)量來(lái)控制透鏡170沿光軸X的位置。或者，控制器150可以被包括在信號(hào)處理器140中或與信號(hào)處理器140集成在一起，其中信號(hào)處理器140控制著致動(dòng)器160的致動(dòng)過(guò)程。
照明裝置110包括照明源112(比如，一個(gè)或多個(gè)LED)，用于產(chǎn)生光線113來(lái)照明具有光學(xué)目標(biāo)114的目標(biāo)區(qū)域(比如，條形碼符號(hào))，并產(chǎn)生反射光116。如圖1所示，光線113從光學(xué)讀碼器200(圖3和4)起傳播，并照射到光學(xué)目標(biāo)114上以產(chǎn)生反射光116。反射光116包括表示光學(xué)目標(biāo)114的各組分。
繼續(xù)參照?qǐng)D1，反射光116穿過(guò)透鏡170并作為定向光線118被引導(dǎo)到圖像傳感器130之上，以將光學(xué)目標(biāo)114的圖像投射到圖像傳感器130的平面(即像平面，在圖2A-2C中以字母D表示的)上。較佳地，只有當(dāng)環(huán)境發(fā)光太弱以至于無(wú)法將足夠的光引導(dǎo)至光學(xué)目標(biāo)114上并且無(wú)法產(chǎn)生足夠的光116來(lái)將光學(xué)目標(biāo)114的圖像成像到圖像傳感器130的平面上，自動(dòng)聚焦系統(tǒng)才啟動(dòng)照明光源112。在可以保證有充足的環(huán)境光的應(yīng)用中(比如，在零售商店中)，本發(fā)明的自動(dòng)聚焦系統(tǒng)100中可以不包括照明裝置110。
透鏡170是由合適的光學(xué)材料構(gòu)成的，比如，玻璃、塑料、或這些及其它材料的組合。透鏡170較佳地涂有一種材料以便減少反射光116的反射和/或折射或使其最小化。透鏡170較佳地涂有一種材料以便減少對(duì)于通過(guò)利用軸向色差原理確定圖像是否具有期望的聚焦這一過(guò)程而言不需要的波長(zhǎng)組分的透射，或使這種透射最小化。
透鏡170被設(shè)計(jì)成(或被選擇)通過(guò)將定向光118的各波長(zhǎng)組分聚焦到包括圖像傳感器130的像平面在內(nèi)的多個(gè)不同的焦平面上從而提供軸向色差。不過(guò)，較佳的是，透鏡170最好不將波長(zhǎng)組分相隔太遠(yuǎn)的那些波長(zhǎng)組分聚焦到焦平面上，其可以顯著影響圖像聚焦質(zhì)量，即引起顯著模糊的圖像。
如下文的更詳細(xì)描述，本發(fā)明的自動(dòng)聚焦系統(tǒng)100利用軸向色差原理來(lái)確定投射到圖像傳感器130上的一個(gè)或多個(gè)波長(zhǎng)組分的聚焦質(zhì)量，并且如果有必要，還可以調(diào)節(jié)透鏡170沿光軸X的位置。這樣，系統(tǒng)100也調(diào)節(jié)一個(gè)或多個(gè)波長(zhǎng)組分的聚焦質(zhì)量。系統(tǒng)100繼續(xù)調(diào)節(jié)透鏡170的位置，直到定向光118的一個(gè)或多個(gè)波長(zhǎng)組分具有如信號(hào)處理器140所確定的那樣的期望聚焦。
如圖2A所示，當(dāng)透鏡170位于給定的位置處，投射到圖像傳感器130上的各波長(zhǎng)組分中的至少一個(gè)并不具有最佳的聚焦質(zhì)量，因?yàn)橛休S向色差。在圖2A中，縱軸D表示圖像傳感器130的像平面，也表示三種所示波長(zhǎng)的強(qiáng)度或大小(銳利度)。橫軸表示散焦距離，即波長(zhǎng)的最大峰偏離像平面D的距離。
定向光118的藍(lán)B波長(zhǎng)組分最佳地聚焦到焦平面B1上，定向光118的紅R波長(zhǎng)組分最佳地聚焦到焦平面R1上，定向光118的綠G波長(zhǎng)組分最佳地聚焦到焦平面D上。與圖像傳感器130的像平面D相比，藍(lán)和紅焦平面B1和R1都偏離一段散焦距離。相對(duì)于像平面D的偏移量被稱為散焦差，并用圖2A中的符號(hào)ΔdZ來(lái)表示。
在圖2中，藍(lán)和紅波長(zhǎng)組分所對(duì)應(yīng)的散焦差是完全相同的，因?yàn)榫GG波長(zhǎng)組分被最佳地聚焦到像平面D上。即，具有最大強(qiáng)度或大小的綠波長(zhǎng)的一部分或峰值投射到像平面D上。因此，綠波長(zhǎng)組分所對(duì)應(yīng)的散焦差別是零，即如圖2A所示。
像平面D在空間上與圖像傳感器130的平面相關(guān)。該平面包括光電池或光傳感器的兩維陣列，該陣列對(duì)應(yīng)于自動(dòng)聚焦系統(tǒng)100的視場(chǎng)中的圖像元件或像素。圖像傳感器130較佳地是具有相關(guān)電路的兩維的或面電荷耦合器件(CCD)，以便產(chǎn)生與兩維像素信息陣列相對(duì)應(yīng)的電子信號(hào)，該兩維像素信息陣列對(duì)應(yīng)于視場(chǎng)。
圖像傳感器130較佳地可響應(yīng)于不止一個(gè)可見光波長(zhǎng)組分，比如，三個(gè)一組的CCD結(jié)構(gòu)圖像傳感器，可響應(yīng)于定向光118中的藍(lán)B、紅R以及綠G波長(zhǎng)組分。各波長(zhǎng)組分尤其僅是藍(lán)B、紅R以及綠G波長(zhǎng)組分是由圖像傳感器130和相關(guān)電路來(lái)檢測(cè)的。
圖像傳感器130和/或相關(guān)電路產(chǎn)生與投射到像平面D上的各波長(zhǎng)組分相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)信號(hào)135B、135R以及135G?；蛘?，當(dāng)接收到來(lái)自圖像傳感器130的波長(zhǎng)組分時(shí)執(zhí)行一組可編程的指令，通過(guò)這樣，處理器140產(chǎn)生數(shù)據(jù)信號(hào)135B、135R以及135G。數(shù)據(jù)信號(hào)135B、135R以及135G表示投射到圖像傳感器130上的各波長(zhǎng)組分的強(qiáng)度或大小。自動(dòng)聚焦系統(tǒng)100是可配置的和/或可編程的，用來(lái)使數(shù)據(jù)信號(hào)135B、135R以及135G代表波長(zhǎng)組分的其它特性。
系統(tǒng)100使用本領(lǐng)域已知的光度測(cè)量和輻射度測(cè)量技術(shù)便可實(shí)際測(cè)量各波長(zhǎng)組分的強(qiáng)度或大小，例如單位可以是流明、瓦特等。不過(guò)，較佳地，系統(tǒng)100根據(jù)圖像傳感器130和/或相關(guān)電路所估計(jì)的各組分的表觀強(qiáng)度來(lái)分配一個(gè)號(hào)碼給投射到圖像傳感器130上的各波長(zhǎng)組分，例如，從一到十。后一種方法需要較少的組分和計(jì)算。
圖像傳感器130將各數(shù)據(jù)信號(hào)135B、135R以及135G傳遞給信號(hào)處理器140。信號(hào)處理器140分析數(shù)據(jù)信號(hào)135B、135R以及135G中的一個(gè)或多個(gè)，以確定投射到圖像傳感器130上的圖像的聚焦質(zhì)量。
在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)較佳的分析方法中，信號(hào)處理器140從由數(shù)據(jù)信號(hào)135B所傳遞的、表示藍(lán)波長(zhǎng)組分?jǐn)?shù)值中減去由數(shù)據(jù)信號(hào)135R所傳遞的、表示紅波長(zhǎng)組分的數(shù)值。信號(hào)處理器140訪問(wèn)存儲(chǔ)在外部存儲(chǔ)器中的查詢表格或其它數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，以確定所得到的數(shù)值(被稱為銳利度差值)是否在預(yù)定的期望范圍中。預(yù)定的期望范圍也可以存儲(chǔ)在信號(hào)處理器140的存儲(chǔ)器之內(nèi)，比如ROM。
如圖2B所示，如果銳利度差值為零或基本上為零，則信號(hào)處理器140確定該圖像具有最佳的聚焦質(zhì)量。因此，預(yù)定的期望范圍是零加上或減去一個(gè)值，比如0±0.5。在圖2B中，信號(hào)處理器140確定該圖像具有最佳聚焦質(zhì)量，即，被最佳地聚焦了，因?yàn)樗{(lán)波長(zhǎng)組分減去紅波長(zhǎng)組分(B-R)的值是零。如圖2B所示，B-R波長(zhǎng)在原點(diǎn)處與橫軸和縱軸相交。
圖2B所示的B-R波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)于從圖2A所示的藍(lán)B波長(zhǎng)中減去紅R波長(zhǎng)。如果在圖2A中藍(lán)B和紅R波長(zhǎng)的交點(diǎn)向左或向右移動(dòng)，則照射到像平面D上的藍(lán)減去紅波長(zhǎng)組分的銳利度差值將分別小于零或大于零。
如果交點(diǎn)向像平面D的左邊移，則從圖2C中很明顯地看出，在像平面D處，紅波長(zhǎng)組分具有比藍(lán)波長(zhǎng)組分更大的強(qiáng)度或大小。如果交點(diǎn)向像平面D的右邊移，則從圖2C中很明顯看出，在像平面D處，藍(lán)波長(zhǎng)組分具有比紅波長(zhǎng)組分更大的強(qiáng)度或大小。無(wú)論哪種情形，信號(hào)處理器140都會(huì)確定(如果該移動(dòng)是顯著的，即大于一個(gè)閾值量)通過(guò)從135B所表示的藍(lán)波長(zhǎng)組分中減去由135R表示的紅波長(zhǎng)組分，銳利度差值便在預(yù)定的期望范圍之外了，因此，需要移動(dòng)透鏡170。
簡(jiǎn)言之，銳利度差值是聚焦辨別器，因?yàn)樗軌蚴棺詣?dòng)聚焦系統(tǒng)100確定圖像是否具有期望的聚焦，以及是否要沿光軸X調(diào)節(jié)透鏡170的位置。銳利度差值也表示透鏡170的移動(dòng)方向。如果銳利度差值是正的，則應(yīng)該將透鏡170朝著紅色聚焦位置R1移動(dòng)，即遠(yuǎn)離圖像傳感器130。如果銳利度差值是負(fù)的，則透鏡170應(yīng)該朝著藍(lán)色聚焦位置B1移動(dòng)，即靠近圖像傳感器130。
在“智能的”自動(dòng)聚焦系統(tǒng)100中，信號(hào)處理器140訪問(wèn)查詢表格或其它數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，以便使銳利度差值與透鏡170沿光軸X移動(dòng)的量相關(guān)聯(lián)。然后，信號(hào)處理器140產(chǎn)生控制信號(hào)145，用于控制透鏡170的移動(dòng)方向和移動(dòng)量?？刂破?50接收該控制信號(hào)145并產(chǎn)生致動(dòng)信號(hào)155，致動(dòng)信號(hào)155用于使致動(dòng)器160啟動(dòng)一段必需的時(shí)間，以將透鏡170在所傳遞的方向上移動(dòng)預(yù)定的量。
反饋系統(tǒng)繼續(xù)產(chǎn)生并分析用于計(jì)算B-R值(即銳利度差值)的數(shù)據(jù)信號(hào)，并相應(yīng)地移動(dòng)透鏡170，直到銳利度數(shù)值落在預(yù)定的期望范圍中。那時(shí)，圖像具有期望的聚焦，例如，適合于對(duì)表示光學(xué)代碼的圖像進(jìn)行解碼的聚焦。
可以預(yù)計(jì)，銳利度差值的測(cè)量可以被模糊或點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)的估計(jì)來(lái)代替或補(bǔ)充。此外，可以預(yù)計(jì)，銳利度差值可以與R-B等同，而非B-R。
在可選的分析方法中，信號(hào)處理器140通過(guò)利用軸向色差原理只分析數(shù)據(jù)信號(hào)135G，來(lái)確定投射到圖像傳感器130上的圖像的聚焦質(zhì)量。即便此處所描述的可選分析方法分析的是數(shù)據(jù)信號(hào)135G，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，根據(jù)軸向色差原理，系統(tǒng)100也可以設(shè)計(jì)成分析其它數(shù)據(jù)信號(hào)135B或135R中的一個(gè)。
這種可選的分析方法尤其適合于當(dāng)反射光116及定向光118中并不包括藍(lán)和紅波長(zhǎng)組分的情形。如此，圖像傳感器130并不產(chǎn)生用于表示投射到像平面D上的藍(lán)和紅波長(zhǎng)組分的強(qiáng)度和大小的數(shù)據(jù)信號(hào)，因此，之前所描述的分析是不可能的。
如圖2A所示，軸向色差在近場(chǎng)聚焦紅色波長(zhǎng)，在中場(chǎng)聚焦綠色波長(zhǎng)，在遠(yuǎn)場(chǎng)聚焦藍(lán)色波長(zhǎng)。因此，根據(jù)這種特別的聚焦場(chǎng)定位，信號(hào)處理器140和/或相關(guān)電路確定用于表示投射到像平面D上的綠色波長(zhǎng)組分的強(qiáng)度或大小的數(shù)值是否基本上等于用于表示綠色波長(zhǎng)的最大強(qiáng)度或大小的數(shù)值。如果前面的數(shù)值基本上等于后面的數(shù)值，則信號(hào)處理器140確定投射到像平面D上的綠色波長(zhǎng)組分代表綠色波長(zhǎng)的峰值部分，并且圖像具有期望的聚焦質(zhì)量，例如，適合于解碼該圖像的聚焦質(zhì)量。因此，透鏡170的移動(dòng)是不必要的。
數(shù)據(jù)信號(hào)135G傳遞著用于表示投射到像平面D上的綠色波長(zhǎng)組分的強(qiáng)度和大小的數(shù)值。該數(shù)值可以是投射到像平面D上的綠色波長(zhǎng)組分的強(qiáng)度或大小的實(shí)際測(cè)量結(jié)果，或者是像上文那樣根據(jù)圖像傳感器130和/或相關(guān)電路所估計(jì)的該組分的表觀強(qiáng)度而分配的一個(gè)數(shù)值。后一種方法需要較少的組分和計(jì)算。
信號(hào)處理器140訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器來(lái)確定用于表示綠色波長(zhǎng)的最大強(qiáng)度或大小，以便與數(shù)據(jù)信號(hào)135G所傳遞的數(shù)值進(jìn)行比較。用于表示最大強(qiáng)度或大小的數(shù)值也可以存儲(chǔ)在信號(hào)處理器140的存儲(chǔ)器之內(nèi)，比如ROM。
如果兩個(gè)數(shù)值基本上不等，則信號(hào)處理器從所存儲(chǔ)的數(shù)值中減去數(shù)據(jù)信號(hào)135G所傳遞的數(shù)值以獲得正的結(jié)果數(shù)值?；蛘?，信號(hào)處理器可以從數(shù)據(jù)信號(hào)135G所傳遞的數(shù)值中減去所存儲(chǔ)的數(shù)值以獲得負(fù)的結(jié)果數(shù)值。無(wú)論哪種情形，該結(jié)果數(shù)值都是聚焦鑒別器，像上文針對(duì)銳利度差值描述的那樣，因?yàn)樵摻Y(jié)果數(shù)值能夠使自動(dòng)聚焦系統(tǒng)100確定該圖像是否具有期望的聚焦，以及是否要沿光軸X調(diào)節(jié)透鏡170的位置。
不過(guò)，與銳利度差值不同的是，該結(jié)果數(shù)值并不表示透鏡170的移動(dòng)方向，因?yàn)樵摻Y(jié)果數(shù)值并不提供究竟綠色波長(zhǎng)的哪一部份投射在像平面D上的參考點(diǎn)。這是因?yàn)榫G色波長(zhǎng)是如圖2A所示的鐘形曲線。例如，如果波長(zhǎng)組分G1投射在像平面D上并且該結(jié)果數(shù)值是X，則如果波長(zhǎng)組分G2投射在像平面D上該結(jié)果數(shù)值也將是X。
在“智能的”自動(dòng)聚焦系統(tǒng)100中，信號(hào)處理器140訪問(wèn)查詢表格或其它數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，以便將上述結(jié)果數(shù)值的絕對(duì)值與透鏡170沿光軸X的移動(dòng)量關(guān)聯(lián)起來(lái)。然后，信號(hào)處理器140產(chǎn)生控制信號(hào)145，該信號(hào)傳遞著透鏡170的移動(dòng)量。控制器150接收控制信號(hào)145并產(chǎn)生致動(dòng)信號(hào)155，該致動(dòng)信號(hào)155啟動(dòng)致動(dòng)器160一段必需的時(shí)間量以將透鏡170移動(dòng)確定的量。
不過(guò)，既然致動(dòng)信號(hào)155并不將透鏡170的移動(dòng)方向傳遞給致動(dòng)器160，那么致動(dòng)信號(hào)155啟動(dòng)致動(dòng)器160一個(gè)微小的時(shí)間量，該微小的時(shí)間量只占使透鏡170移動(dòng)確定的量所必需的時(shí)間的一個(gè)很小的百分比。因此，透鏡170在一個(gè)方向上(比如，朝著圖像傳感器130)輕微地移動(dòng)，例如一或二微米。然后，致動(dòng)器160等待反饋系統(tǒng)根據(jù)像平面D上新投射的圖像來(lái)重新計(jì)算該結(jié)果數(shù)值。
如果與之前的結(jié)果數(shù)值相比重新計(jì)算的結(jié)果數(shù)值的絕對(duì)值減小了(趨向零)，則信號(hào)處理器140通過(guò)控制信號(hào)145命令控制器150產(chǎn)生另一個(gè)致動(dòng)信號(hào)155，使致動(dòng)器160在剛才移動(dòng)的方向上重新開始移動(dòng)透鏡170一個(gè)特定的量。上次移動(dòng)的量加上這次特定的量等于最初確定的量。
如果與之前的結(jié)果數(shù)值相比重新計(jì)算的結(jié)果數(shù)值的絕對(duì)值增大了，則信號(hào)處理器140通過(guò)控制信號(hào)145命令控制器150產(chǎn)生另一個(gè)致動(dòng)信號(hào)155，使致動(dòng)器140在與剛才移動(dòng)方向相反的方向上移動(dòng)透鏡170一特定的量。該特定的量減去剛才移動(dòng)的量等于最初確定的量。
在確定了適當(dāng)?shù)囊苿?dòng)方向之后并且致動(dòng)器140在該適當(dāng)?shù)姆较蛏弦苿?dòng)透鏡170的同時(shí)，反饋系統(tǒng)繼續(xù)產(chǎn)生并分析用于計(jì)算該結(jié)果數(shù)值的數(shù)據(jù)信號(hào)135G，并且相應(yīng)地，系統(tǒng)100移動(dòng)透鏡170，直到該結(jié)果數(shù)值基本上等于零?；蛘?，系統(tǒng)100移動(dòng)透鏡170，直到該結(jié)果數(shù)值在預(yù)定的期望范圍之內(nèi)，例如0±0.5。那時(shí)，圖像具有期望的聚焦，例如，適合于對(duì)表示光學(xué)代碼的圖像進(jìn)行解碼的聚焦。
此處所描述的并由圖5所示流程圖示出的過(guò)程與光學(xué)代碼讀取系統(tǒng)300有關(guān)，并且?guī)缀跏且詫?shí)時(shí)方式瞬時(shí)地自動(dòng)聚焦目標(biāo)的圖像。這在下面的應(yīng)用中是關(guān)鍵的，其中自動(dòng)聚焦系統(tǒng)100是移動(dòng)的或靜止的光學(xué)代碼讀取器的一部分，用于在幾微秒內(nèi)聚焦并讀取在快速移動(dòng)過(guò)讀取器視場(chǎng)的物體上的光學(xué)代碼。
應(yīng)該理解，該自動(dòng)聚焦系統(tǒng)100可以是非智能的。相應(yīng)地，系統(tǒng)100并不使用查詢表格或其它數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)確定透鏡170移動(dòng)的方向和/或移動(dòng)量，而是系統(tǒng)100盲目地移動(dòng)透鏡170，即嘗試與出錯(cuò)。移動(dòng)透鏡170直到銳利度差值被確定為落在預(yù)定的期望范圍內(nèi)，或者該結(jié)果數(shù)值基本上等于所存儲(chǔ)的數(shù)值或落在預(yù)定的期望范圍內(nèi)。
信號(hào)處理器140和控制器150利用相關(guān)軟件和/或電路，這包括至少一組可編程指令，它們能夠被信號(hào)處理器140、控制器150和/或像比較器、加法器、除法器等硬件執(zhí)行，以便進(jìn)行各種計(jì)算和確定并產(chǎn)生控制和致動(dòng)信號(hào)145、155，參照兩種分析方法都描述過(guò)。由信號(hào)處理器140來(lái)執(zhí)行的分析方法也可以由被設(shè)計(jì)用來(lái)確定圖像聚焦質(zhì)量的ASIC中所實(shí)現(xiàn)的邏輯電路來(lái)執(zhí)行。如圖3所示，該邏輯電路可以是光學(xué)讀碼器200的相關(guān)電路208的一部分。
致動(dòng)器160響應(yīng)于包括數(shù)字或模擬波形在內(nèi)的輸入。在一種配置中，致動(dòng)器160包括電子馬達(dá)和相關(guān)電路。致動(dòng)信號(hào)155被傳遞給相關(guān)電路以便操縱馬達(dá)。馬達(dá)工作的持續(xù)時(shí)間和/或功率等級(jí)是由致動(dòng)信號(hào)155來(lái)傳遞的，以便使透鏡170移動(dòng)確定的量。馬達(dá)通過(guò)臂、聯(lián)動(dòng)裝置、齒輪、或本領(lǐng)域已知的其它結(jié)構(gòu)機(jī)械地結(jié)合到透鏡上。
另一種適合系統(tǒng)100使用的致動(dòng)器160包括具有音圈、軛、磁鐵以及相關(guān)電路的音圈組件。這種致動(dòng)器的一個(gè)示例是2003年4月29日提交申請(qǐng)、申請(qǐng)序列號(hào)為10/425,344的美國(guó)專利的主題，其內(nèi)容整體引用在此作為參考。致動(dòng)信號(hào)155被傳遞給相關(guān)電路，其中相關(guān)電路產(chǎn)生線圈控制信號(hào)。線圈控制信號(hào)被傳遞給音圈組件中的音圈以便改變通過(guò)該線圈的電流。通過(guò)音圈的電流的變化將引起音圈所產(chǎn)生的通量的變化以及在音圈與軛之間的電磁力的變化。既然軛是由磁鐵保持靜止的，那么音圈將相對(duì)于軛移動(dòng)。音圈可以連接到透鏡170，或與之相鄰，使得線圈的移動(dòng)將導(dǎo)致透鏡的移動(dòng)。當(dāng)音圈并不連接到透鏡170時(shí)，它可以通過(guò)臂、聯(lián)動(dòng)裝置、齒輪或其它本領(lǐng)域已知的結(jié)構(gòu)來(lái)機(jī)械地結(jié)合到透鏡170上。
圖3和4示出了光學(xué)讀碼器200之內(nèi)的本發(fā)明。軸向色差自動(dòng)聚焦系統(tǒng)100和圖像傳感器180位于光學(xué)讀碼器200的頭部210之內(nèi)。光學(xué)讀碼器200進(jìn)一步包括具有致動(dòng)裝置204的手柄部分202、連接器206以及用于操作該光學(xué)讀碼器100的相關(guān)電路208。相關(guān)電路208包括本領(lǐng)域已知的解碼器212。解碼器212可以在機(jī)箱304之內(nèi)。
致動(dòng)裝置204是以扳機(jī)組件示出的，但其它合適的致動(dòng)裝置(比如，按鈕或開關(guān))可以在不背離本發(fā)明的范圍的情況下替代板機(jī)組件。較佳地為致動(dòng)裝置204連上導(dǎo)線以便啟動(dòng)光學(xué)讀碼器200的讀取/解碼操作并同時(shí)操作本發(fā)明的系統(tǒng)100。
連接器206將光學(xué)讀碼器200與光學(xué)代碼讀取系統(tǒng)300中的其它組件結(jié)合起來(lái)。盡管在圖3中連接器206是作為電纜示出的，但可以理解，也可以使用包括無(wú)線配置(例如，射頻或紅外)在內(nèi)的其它結(jié)構(gòu)將光學(xué)讀碼器200與光學(xué)代碼讀取系統(tǒng)300的其余組件(未示出)連接起來(lái)。
圖5所示的流程圖示出了根據(jù)本發(fā)明與光學(xué)代碼讀取系統(tǒng)300有關(guān)的一種示例性方法。在步驟500中，操作人員將光學(xué)代碼讀取系統(tǒng)300的光學(xué)讀碼器200瞄準(zhǔn)光學(xué)目標(biāo)114。在步驟510中，通過(guò)致動(dòng)裝置204啟動(dòng)光學(xué)讀碼器200。在啟動(dòng)光學(xué)讀碼器200時(shí)，照明源112產(chǎn)生光線113并照明光學(xué)目標(biāo)114。在步驟520中，光線113照射到光學(xué)目標(biāo)114上，并作為反射光116朝著光學(xué)讀碼器200往回反射。反射光116穿過(guò)透鏡170，并作為定向光118被引導(dǎo)至圖像傳感器130上，定向光118投射在像平面上，即圖像傳感器130的平面。
在步驟530中，圖像傳感器130和/或相關(guān)電路產(chǎn)生數(shù)據(jù)信號(hào)135B、135R以及135G，并且信號(hào)處理器140通過(guò)使用數(shù)據(jù)信號(hào)135B和135R或數(shù)據(jù)信號(hào)135G來(lái)確定銳利度差值(即B-R)或結(jié)果數(shù)值(RV)。在步驟540中，信號(hào)處理器140分析銳利度差值或結(jié)果數(shù)值來(lái)確定是否需要移動(dòng)透鏡170以便提高投射圖像的聚焦質(zhì)量。
如果不需要移動(dòng)透鏡170，則在步驟550中圖像被發(fā)送給光學(xué)代碼讀取系統(tǒng)300的解碼器212，其中對(duì)該圖像進(jìn)行解碼。解碼器212可位于自動(dòng)聚焦系統(tǒng)100的信號(hào)處理器140之內(nèi)并包括解碼算法，用于對(duì)表示本領(lǐng)域已知的多個(gè)符號(hào)體系的圖像進(jìn)行解碼。
如果在步驟540中確定需要移動(dòng)透鏡170，則在步驟560中，根據(jù)該決定移動(dòng)透鏡170。然后，該過(guò)程進(jìn)入反饋閉環(huán)，其中在步驟530中系統(tǒng)100重新產(chǎn)生并重新分析數(shù)據(jù)信號(hào)135B和135R或數(shù)據(jù)信號(hào)135G，以便重新計(jì)算銳利度差值或結(jié)果數(shù)值。系統(tǒng)100在閉環(huán)中工作，直到在步驟540中確定不需要移動(dòng)透鏡170，即信號(hào)處理器140確定由圖像編碼的數(shù)據(jù)可由所述解碼器來(lái)解碼。
可以由附加的電路、ASIC等來(lái)編程或配置本發(fā)明的自動(dòng)聚焦系統(tǒng)100，以便利用軸向色差原理來(lái)確定到光學(xué)目標(biāo)114的距離。通過(guò)使用信號(hào)處理器140可以訪問(wèn)的查詢表格或其它數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，便可使投射到像平面D上的至少一個(gè)波長(zhǎng)組分的強(qiáng)度或大小與在透鏡或圖像傳感器和光學(xué)目標(biāo)之間的距離關(guān)聯(lián)起來(lái)。所確定的距離幫助自動(dòng)聚焦系統(tǒng)100聚焦圖像、控制照明源112所發(fā)出的光線的強(qiáng)度等。
所描述過(guò)的本發(fā)明的實(shí)施例旨在解釋說(shuō)明而非限制，并不代表本發(fā)明的每一個(gè)實(shí)施例。在不背離權(quán)利要求書及其法律上所認(rèn)同的等價(jià)方案中所闡明的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對(duì)本發(fā)明作出各種修改和變化。
權(quán)利要求
1.一種用于使光學(xué)代碼成像并解碼的光學(xué)代碼讀取系統(tǒng)，所述光學(xué)代碼讀取系統(tǒng)包括光學(xué)讀碼器，它包括圖像傳感器和至少一個(gè)透鏡，所述圖像傳感器用于使所述光學(xué)代碼成像并產(chǎn)生至少一個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)，所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信號(hào)用于表示投射到所述圖像傳感器上的所述光學(xué)代碼的至少一個(gè)波長(zhǎng)組分的至少一個(gè)參數(shù)，所述透鏡用于沿所述光學(xué)讀碼器的光軸移動(dòng)；信號(hào)處理器，用于通過(guò)使用軸向色差原理以及表示至少一個(gè)波長(zhǎng)組分的參數(shù)的至少一個(gè)數(shù)值來(lái)執(zhí)行分析，還用于確定所述至少一個(gè)透鏡的移動(dòng)量以便調(diào)節(jié)與所述光學(xué)代碼相對(duì)應(yīng)的、投射到所述圖像傳感器上的圖像的聚焦質(zhì)量；致動(dòng)器，它可操作地結(jié)合到所述至少一個(gè)透鏡上，以便使所述至少一個(gè)透鏡沿所述光學(xué)讀碼器的所述光軸至少移動(dòng)用于調(diào)節(jié)所述圖像聚焦質(zhì)量的確定量；以及解碼器，用于對(duì)由所述圖像編碼的數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼。
2.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)代碼讀取系統(tǒng)，其特征在于，所述處理器通過(guò)訪問(wèn)至少一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并使用于表示所述至少一個(gè)波長(zhǎng)組分的參數(shù)的至少一個(gè)數(shù)值與到所述光學(xué)目標(biāo)的距離關(guān)聯(lián)起來(lái)，從而確定到所述光學(xué)目標(biāo)的距離。
3.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)代碼讀取系統(tǒng)，還包括反饋系統(tǒng)，所述反饋系統(tǒng)包括圖像傳感器和信號(hào)處理器，用于重復(fù)產(chǎn)生至少一個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)并執(zhí)行所述分析，直到所述信號(hào)處理器確定所述數(shù)據(jù)可由所述解碼器來(lái)解碼。
4.如權(quán)利要求3所述的光學(xué)代碼讀取系統(tǒng)，還包括控制器，用于控制所述致動(dòng)器的致動(dòng)過(guò)程。
5.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)代碼讀取系統(tǒng)，還包括用于照明視場(chǎng)的照明裝置，所述視場(chǎng)包括所述光學(xué)代碼。
6.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)代碼讀取系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個(gè)波長(zhǎng)組分選自包含藍(lán)、綠以及紅波長(zhǎng)組分的集合。
7.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)代碼讀取系統(tǒng)，其特征在于，所述分析包括如下步驟通過(guò)從所述至少一個(gè)波長(zhǎng)組分的第二波長(zhǎng)組分中減去所述至少一個(gè)波長(zhǎng)組分的第一波長(zhǎng)組分，來(lái)確定一個(gè)差值；確定所述差值是否使所述至少一個(gè)透鏡必須沿所述光軸移動(dòng)，其中如果所述差值使所述至少一個(gè)透鏡必須移動(dòng)，則確定所述移動(dòng)量；并且如果所述差值使所述至少一個(gè)透鏡必須移動(dòng)，則根據(jù)所述差值的正負(fù)號(hào)來(lái)確定所述至少一個(gè)透鏡的移動(dòng)方向。
8.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)代碼讀取系統(tǒng)，其特征在于，所述分析包括如下步驟通過(guò)從存儲(chǔ)器內(nèi)所存儲(chǔ)的數(shù)值中減去所述至少一個(gè)數(shù)值或通過(guò)從所述至少一個(gè)數(shù)值中減去所述已存儲(chǔ)的數(shù)值并取該差值的絕對(duì)值，來(lái)確定一個(gè)差值；并且確定所述差值是否使所述至少一個(gè)透鏡必須沿所述光軸移動(dòng)，其中如果所述差值使所述至少一個(gè)透鏡必須移動(dòng)，則確定所述移動(dòng)量。
9.一種用于使光學(xué)代碼成像并解碼的方法，所述方法包括如下步驟用圖像傳感器來(lái)使所述光學(xué)代碼成像，并且產(chǎn)生至少一個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)，所述數(shù)據(jù)信號(hào)用于表示投射到所述圖像傳感器上的所述光學(xué)代碼的至少一個(gè)波長(zhǎng)組分的至少一個(gè)參數(shù)；通過(guò)利用軸向色差原理以及用于表示所述至少一個(gè)波長(zhǎng)組分的參數(shù)的至少一個(gè)數(shù)值，來(lái)執(zhí)行分析；基于所述分析來(lái)確定至少一個(gè)透鏡的移動(dòng)量，以便調(diào)節(jié)與所述光學(xué)代碼相對(duì)應(yīng)的、投射到所述圖像傳感器上的圖像的聚焦質(zhì)量；使所述至少一個(gè)透鏡移動(dòng)至少預(yù)定的量，以便調(diào)節(jié)所述圖像的聚焦質(zhì)量；并且對(duì)由所述圖像編碼的數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，還包括這樣一個(gè)步驟通過(guò)訪問(wèn)至少一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并使用于表示所述至少一個(gè)波長(zhǎng)組分的參數(shù)的至少一個(gè)數(shù)值與到所述光學(xué)目標(biāo)的距離關(guān)聯(lián)起來(lái)，從而確定到所述光學(xué)目標(biāo)的距離。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，還包括這樣一個(gè)步驟重復(fù)產(chǎn)生所述至少一個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)并執(zhí)行所述分析，直到所述數(shù)據(jù)可由所述解碼器來(lái)解碼。
12.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述至少一個(gè)波長(zhǎng)組分選自包含藍(lán)、綠以及紅波長(zhǎng)組分的集合。
13.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述執(zhí)行分析的步驟包括如下步驟通過(guò)從所述至少一個(gè)波長(zhǎng)組分的第二波長(zhǎng)組分中減去所述至少一個(gè)波長(zhǎng)組分的第一波長(zhǎng)組分，來(lái)確定一個(gè)差值；確定所述差值是否使所述至少一個(gè)透鏡必須移動(dòng)；并且如果所述差值使所述至少一個(gè)透鏡必須移動(dòng)，則根據(jù)所述差值的正負(fù)號(hào)來(lái)確定所述至少一個(gè)透鏡的移動(dòng)方向。
14.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述執(zhí)行分析的步驟包括如下步驟通過(guò)從存儲(chǔ)器中所存儲(chǔ)的數(shù)值中減去所述至少一個(gè)數(shù)值或通過(guò)從所述至少一個(gè)數(shù)值中減去所述已存儲(chǔ)的數(shù)值并取該差值的絕對(duì)值，從而確定了一個(gè)差值；并且確定所述差值是否使所述至少一個(gè)透鏡必須移動(dòng)。
15.一種用于調(diào)節(jié)投射到圖像傳感器上的圖像的聚焦質(zhì)量的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括用于產(chǎn)生至少一個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)的裝置，所述數(shù)據(jù)信號(hào)表示所述圖像的至少一個(gè)波長(zhǎng)組分的參數(shù)；利用軸向色差原理以及用于表示所述至少一個(gè)波長(zhǎng)組分的參數(shù)的至少一個(gè)數(shù)值來(lái)執(zhí)行分析的裝置；以及致動(dòng)器，用于根據(jù)所述分析移動(dòng)至少一個(gè)透鏡以便調(diào)節(jié)所述圖像的聚焦質(zhì)量。
16.如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述執(zhí)行分析的裝置包括用于確定到與所述圖像相對(duì)應(yīng)的光學(xué)目標(biāo)的距離的裝置，所述距離是通過(guò)訪問(wèn)至少一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并使用于表示所述至少一個(gè)波長(zhǎng)組分的參數(shù)的至少一個(gè)數(shù)值與所述距離關(guān)聯(lián)起來(lái)而確定的。
17.如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個(gè)波長(zhǎng)組分選自包含藍(lán)、綠以及紅波長(zhǎng)組分的集合。
18.如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述用于執(zhí)行分析的裝置包括通過(guò)從所述至少一個(gè)波長(zhǎng)組分的第二波長(zhǎng)組分中減去所述至少一個(gè)波長(zhǎng)組分的第一波長(zhǎng)組分從而確定一個(gè)差值的裝置；用于確定所述差值是否使所述至少一個(gè)透鏡必須移動(dòng)的裝置；以及如果確定所述差值是否使所述至少一個(gè)透鏡必須移動(dòng)的所述裝置確定必須移動(dòng)，則根據(jù)所述差值的正負(fù)號(hào)來(lái)確定所述至少一個(gè)透鏡移動(dòng)方向的裝置。
19.如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述執(zhí)行分析的裝置包括通過(guò)從存儲(chǔ)器中所存儲(chǔ)的數(shù)值中減去所述至少一個(gè)數(shù)值或通過(guò)從所述至少一個(gè)數(shù)值中減去所述已存儲(chǔ)的數(shù)值并取該差值的絕對(duì)值從而確定一個(gè)差值的裝置；以及確定所述差值是否使所述至少一個(gè)透鏡必須移動(dòng)的裝置。
20.一種用于調(diào)節(jié)投射到圖像傳感器上的圖像的聚焦質(zhì)量的方法，所述方法包括如下步驟產(chǎn)生至少一個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)，所述數(shù)據(jù)信號(hào)用于表示所述圖像的至少一個(gè)波長(zhǎng)組分的參數(shù)；利用軸向色差原理以及用于表示所述至少一個(gè)波長(zhǎng)組分的參數(shù)的至少一個(gè)數(shù)值，來(lái)執(zhí)行分析；并且根據(jù)所述分析來(lái)移動(dòng)至少一個(gè)透鏡，以便調(diào)節(jié)所述圖像的聚焦質(zhì)量。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，所述執(zhí)行分析的步驟包括這樣一個(gè)步驟通過(guò)訪問(wèn)至少一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并使用于表示所述至少一個(gè)波長(zhǎng)組分的參數(shù)的至少一個(gè)數(shù)值與到對(duì)應(yīng)于所述圖像的光學(xué)目標(biāo)的距離關(guān)聯(lián)起來(lái)，來(lái)確定到對(duì)應(yīng)于所述圖像的光學(xué)目標(biāo)的距離。
22.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，所述至少一個(gè)波長(zhǎng)組分選自包含藍(lán)、綠以及紅波長(zhǎng)組分的集合。
23.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，所述執(zhí)行分析的步驟包括如下步驟通過(guò)從所述至少一個(gè)波長(zhǎng)組分的第二波長(zhǎng)組分中減去所述至少一個(gè)波長(zhǎng)組分的第一波長(zhǎng)組分，來(lái)確定一個(gè)差值；確定所述差值是否使所述至少一個(gè)透鏡必須移動(dòng)；并且如果確定所述差值是否使所述至少一個(gè)透鏡必須移動(dòng)的所述步驟確定必須移動(dòng)，則根據(jù)所述差值的正負(fù)號(hào)來(lái)確定所述至少一個(gè)透鏡的移動(dòng)方向。
24.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，所述執(zhí)行分析的步驟包括如下步驟通過(guò)從存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器內(nèi)的數(shù)值中減去所述至少一個(gè)數(shù)值或通過(guò)從所述至少一個(gè)數(shù)值中減去所述已存儲(chǔ)的數(shù)值并取該差值的絕對(duì)值，從而確定一個(gè)差值；并且確定所述差值是否使所述至少一個(gè)透鏡必須移動(dòng)。
25.一種為聚焦系統(tǒng)確定聚焦鑒別符的方法，所述方法包括如下步驟產(chǎn)生第一數(shù)據(jù)信號(hào)，所述第一數(shù)據(jù)信號(hào)表示投射到所述聚焦系統(tǒng)的圖像傳感器上的圖像的第一波長(zhǎng)組分的參數(shù)；產(chǎn)生第二數(shù)據(jù)信號(hào)，所述第二數(shù)據(jù)信號(hào)表示所述圖像的第二波長(zhǎng)組分的參數(shù)；并且從用于表示所述第二波長(zhǎng)組分的參數(shù)的數(shù)值中減去用于表示所述第一波長(zhǎng)組分的參數(shù)的數(shù)值以便獲得一個(gè)差值，其中所述差值是聚焦鑒別符，用于指示所述圖像是否需要由所述聚焦系統(tǒng)來(lái)聚焦。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，所述方法利用軸向色差原理，其中具有所述第一波長(zhǎng)組分的第一波長(zhǎng)在第一焦平面處具有最佳的聚焦，具有所述第二波長(zhǎng)組分的第二波長(zhǎng)在第二焦平面處具有最佳的聚焦，并且其中因軸向色差的緣故所述第一和第二焦平面是不同的。
27.一種為聚焦系統(tǒng)確定聚焦鑒別符的方法，所述方法包括如下步驟產(chǎn)生數(shù)據(jù)信號(hào)，所述數(shù)據(jù)信號(hào)是表示投射到所述聚焦系統(tǒng)的圖像傳感器上的圖像的波長(zhǎng)組分的參數(shù)；并且從所存儲(chǔ)的數(shù)值中減去用于表示所述第一波長(zhǎng)組分的參數(shù)的數(shù)值或從所述用于表示所述第一波長(zhǎng)組分的參數(shù)的數(shù)值中減去所述已存儲(chǔ)的數(shù)值以便獲得一個(gè)差值，其中所述差值是聚焦鑒別符，用于指示所述圖像是否需要由所述聚焦系統(tǒng)來(lái)聚焦。
28.如權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于，所述方法利用軸向色差原理，其中具有所述波長(zhǎng)組分的波長(zhǎng)在第一焦平面處具有最佳的聚焦，具有第二波長(zhǎng)組分的另一個(gè)波長(zhǎng)在第二焦平面處具有最佳的聚焦，并且其中因軸向色差的緣故所述第一和第二焦平面是不同的。
全文摘要
提供了一種利用軸向色差原理將圖像自動(dòng)聚焦到圖像傳感器上的系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)和方法特別適合用在光學(xué)讀碼器內(nèi)。信號(hào)處理器分析用于表示投射到圖像傳感器上的圖像的波長(zhǎng)組分的強(qiáng)度或大小的數(shù)據(jù)信號(hào)，以便確定用于表示投射的圖像的聚焦質(zhì)量的一個(gè)值。致動(dòng)器根據(jù)該確定單元所獲得的期望的聚焦質(zhì)量來(lái)控制透鏡的移動(dòng)。解碼器對(duì)具有期望的聚焦質(zhì)量的圖像進(jìn)行解碼。
文檔編號(hào)G02B7/32GK1864166SQ200480028813
公開日2006年11月15日 申請(qǐng)日期2004年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月25日
發(fā)明者V·格爾維奇, M·克瑞切弗, B·S·卡爾森, C·譚 申請(qǐng)人:訊寶科技公司