專利名稱：具有移動(dòng)光束仿真的成像條形碼閱讀器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及使用用于記錄目標(biāo)圖象的固態(tài)傳感器的光電成像系統(tǒng)，包括光代碼閱讀器和數(shù)碼相機(jī)。本發(fā)明的某些方面在基于線性傳感器和基于二維傳感器的手持條形碼閱讀器上是尤其有用的。更準(zhǔn)確地說，本發(fā)明涉及在這種成像系統(tǒng)中仿真閃爍激光束的出現(xiàn)。
光代碼是由具有不同光反射或光吸收特性的映象區(qū)組成的圖形，其典型地依照先驗(yàn)的規(guī)則集合。術(shù)語“條形碼”有時(shí)候用于描述某一類光代碼。選擇光代碼的光學(xué)特性和圖形以便以外表從背景上辨別它們。用于識(shí)別或提取光代碼中數(shù)據(jù)的裝置有時(shí)候被稱作“光代碼閱讀器”，條形碼掃描器是其中的一種類型。光代碼閱讀器用在例如用于校驗(yàn)服務(wù)的存儲(chǔ)器中，用于工作流程和編目控制的生產(chǎn)場所中，以及用于眼蹤包裹處理的運(yùn)輸車輛之類的多種不同環(huán)境中的固定和便攜式裝置上。光代碼能作為快速、普遍的數(shù)據(jù)輸入手段，例如，通過從許多條形碼的打印列表中讀取目標(biāo)條形碼。在一些用途中，光代碼閱讀器連接到便攜式數(shù)據(jù)處理設(shè)備或數(shù)據(jù)收集和傳輸設(shè)備。通常，光代碼閱讀器包括一個(gè)能手動(dòng)對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)代碼的手持傳感器。
大多數(shù)常規(guī)的代碼閱讀器設(shè)計(jì)成讀取一維條形碼符號(hào)。條形碼是一種通過固定或可變寬度的間隔所分割的可變寬度的矩形條紋圖形。所述條紋和間隔具有不同的光反射特性。一維條形碼的一個(gè)例子是UPC/EAN碼。
傳統(tǒng)上通過激光束橫掃過代碼并通過檢測代碼所反射的光來讀條形碼。電處理被檢測的光以產(chǎn)生與代碼相關(guān)的數(shù)據(jù)。以每秒多次的掃描速率掃描激光束，例如每秒20或40次。對(duì)于一個(gè)用戶來說，激光束出現(xiàn)閃爍并且，因此，經(jīng)過一定的時(shí)間，用戶希望在讀碼期間看到一個(gè)閃爍的激光束。閃爍光束是作為一種系統(tǒng)在運(yùn)行中的視覺提示。
通過使用固態(tài)成像設(shè)備也能讀取條形碼。例如，可以使用具有相應(yīng)于此設(shè)備視圖區(qū)中的圖象元素或象素的單元或光傳感器的二維陣列的圖象傳感器。這種圖象傳感器可以是二維或區(qū)域電荷耦合設(shè)備(CCD)以及用于產(chǎn)生相應(yīng)于視圖區(qū)象素信息的二維陣列的電信號(hào)的相關(guān)電路。光電二極管的一維線性陣列也可以用于檢測條形碼反射圖象(參見，例如，Danielson等人的美國專利No.6138915，其被結(jié)合于此作為參考)。
對(duì)于在光代碼閱讀器中使用CCD圖象傳感器和物鏡組件在本領(lǐng)域是公知的。過去，這種系統(tǒng)使用最初為相當(dāng)昂貴的視頻成像系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的復(fù)雜的物鏡組件。該系統(tǒng)具有單一的強(qiáng)聚焦和有限的視野深度，其與傳統(tǒng)的瞄準(zhǔn)、照明和信號(hào)處理以及譯碼算法一起，限制了系統(tǒng)的通用性和工作范圍。
然而，固態(tài)成像器不提供有關(guān)它們的操作的視覺提示。不存在任何閃爍的激光束。由于固態(tài)成像器充當(dāng)一部照相機(jī)并且僅接收來自目標(biāo)的光線，因而一個(gè)期望閃爍光束的用戶，反而什么也看不見。
為了提供照明和幫助瞄準(zhǔn)，成像系統(tǒng)既可以使用激光器也可以使用發(fā)光二極管(LEDs)。LEDs優(yōu)于激光器，因?yàn)長ED光源的不連貫性不會(huì)產(chǎn)生由激光器所產(chǎn)生的斑點(diǎn)噪聲沖擊。此外，由于LEDs的生產(chǎn)和包裝簡易而使得LEDs比激光器有更高的成本效率。另外，LEDs與激光器相比能更緊密地構(gòu)造并且更容易表面安裝。
然而，與激光器相比，LEDs不是理想的點(diǎn)光源。具體地，LED產(chǎn)生的光較少地聚焦，這會(huì)引起投影光的線寬增加。為了減少LED所產(chǎn)生的光的線寬，許多設(shè)計(jì)者在LED的前面放置一個(gè)機(jī)械狹縫。然而，機(jī)械狹縫減少了由LED投影到物體上的光量。不管怎樣，在使用期間，要不斷地激勵(lì)LED以使聚集的光達(dá)到最大限度并提高瞄準(zhǔn)。
簡要且概括地說，本發(fā)明提供一種裝置，用于通過使由標(biāo)記反射的光在兩個(gè)相互垂直的方向上成像，特別是通過例如電荷耦合設(shè)備(CCD)陣列或互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)陣列的固態(tài)傳感器，來仿真一個(gè)用于光電讀取諸如條形碼符號(hào)之類的標(biāo)記的系統(tǒng)中的掃描激光束。
該裝置包括一個(gè)用于發(fā)射可見光的發(fā)光二極管(LED)部件，一個(gè)用于光學(xué)地改變可見光以形成通過標(biāo)志的可見線的光學(xué)部件，以及用于開啟和關(guān)閉可見線的裝置。其作用為仿真掃描激光束，在使用中在所述標(biāo)記上波動(dòng)或閃爍。
已知移動(dòng)激光束掃描器的用戶希望在讀取時(shí)在所述標(biāo)記上和穿過所述標(biāo)記看到這樣一種不穩(wěn)定的閃爍掃描線。在使用一個(gè)沒有利用這種激光器的固態(tài)傳感器后，看不到任何閃爍動(dòng)作的用戶不能夠確定該系統(tǒng)是工作的。因此，本發(fā)明向用戶提供了視覺反饋并且仿真用戶所希望的操作環(huán)境。


圖1示意性說明了用在根據(jù)一優(yōu)選實(shí)施例的條形碼閱讀器中的光電模塊。
圖2A和2B分別示意性說明了根據(jù)一示范性實(shí)施例的微型成像器的頂視圖和側(cè)視圖。
圖3A和3B是依據(jù)一優(yōu)選實(shí)施例的條形碼閱讀器的分解圖示。
圖4A-4D示意性說明了依據(jù)優(yōu)選實(shí)施例的瞄準(zhǔn)光束LEDs。
圖4E示意性說明了依據(jù)一示范選擇性實(shí)施例的方形瞄準(zhǔn)光束LED并說明了圖4A-4D的優(yōu)選實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)。
圖5示意性說明了依據(jù)一優(yōu)選實(shí)施例的條形碼閱讀器的優(yōu)選的電部件。
圖6說明一個(gè)描述根據(jù)本發(fā)明的圖象捕獲過程的流程圖。
圖1示意性說明了用在根據(jù)一優(yōu)選實(shí)施例的條形碼閱讀器1中的光電模塊1。該模塊1包括一個(gè)優(yōu)選由塑料或其他模制聚合和/或合成材料構(gòu)成的框架2。印刷電路(PC)板4與框架2耦合。雖然沒有在圖1中顯示(參見，例如，圖3A)，PC板4具有安裝于其上的一個(gè)半導(dǎo)體傳感器設(shè)備704和一個(gè)LED702(見圖4A-4E)。半導(dǎo)體傳感器設(shè)備優(yōu)選包括一個(gè)具有象素線性陣列的單一CMOS芯片，每一個(gè)象素垂直于陣列的線性方向而延長，也就是與條形碼符號(hào)22的條紋平行。LED702也優(yōu)選地延長以使它在透鏡18聚焦方向上更狹窄，其中透鏡18優(yōu)選地是圓柱形/環(huán)形并且在一側(cè)面上是圓柱形另一側(cè)面上是環(huán)形，一般的，透鏡18在形成條形碼的條紋的方向上具有較大的光學(xué)放大率。PC板4優(yōu)選地包括用于處理從傳感器設(shè)備接收的信號(hào)的其他半導(dǎo)體芯片6。例如，這些其他的芯片6可以包括用于存儲(chǔ)電子圖象的芯片和/或用于解碼信號(hào)的芯片。
如上所述，優(yōu)選為圓柱形/環(huán)形，或至少在條形碼符號(hào)22的條紋的方向上具有高放大率的透鏡18被插入到框架2中，以聚焦從LED702發(fā)射的光作為條形碼閱讀器1的可見瞄準(zhǔn)光束20。也就是說，如圖1所示，當(dāng)瞄準(zhǔn)光束與條形碼符號(hào)22對(duì)準(zhǔn)時(shí)，條形碼閱讀器1適當(dāng)調(diào)整以讀取條形碼符號(hào)22。透鏡18的模制塑料部分8用于幫助將透鏡18插入到框架2中。
如圖1所示，當(dāng)瞄準(zhǔn)光束20與條形碼符號(hào)22對(duì)準(zhǔn)時(shí)，聚焦透鏡16將條形碼符號(hào)成像于PC板4的傳感器設(shè)備中。聚焦透鏡16優(yōu)選地安裝在透鏡鏡筒中，其中透鏡鏡筒安裝到框架2的圓柱形套筒17中。例如，如圖1所示，一個(gè)或多個(gè)槽口14可以用于定位套筒17內(nèi)的透鏡鏡筒。包括有聚焦透鏡16的透鏡鏡筒相對(duì)于傳感器設(shè)備對(duì)準(zhǔn)，然后使用例如圖1所示的粘結(jié)孔10或通過本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的其他方式例如螺栓或鉤狀緊固部件而固定到框架2上。在安裝處理期間，圖1所示的槽口12也可以優(yōu)選地用于適當(dāng)?shù)毓潭K1。
聚焦透鏡16本身實(shí)際上最好是一個(gè)寬角度透鏡，例如35°-40°，用于讀取諸如圖1中示意性說明的條形碼符號(hào)22的一維條形碼符號(hào)。因此，可以捕獲實(shí)際上距離透鏡16兩英寸，而輸出實(shí)際上距離透鏡16六英寸的條形碼符號(hào)22。為了讀取一維條形碼符號(hào)22，透鏡16的光圈最好為橢圓形，并且可以選擇為圓形，正方形，矩形或其他形狀。系統(tǒng)優(yōu)選地操作以捕獲沒有任何人工照明的條形碼圖象。透鏡16優(yōu)選為球形以捕獲比選擇為柱面透鏡所捕獲更多的光。照明可選擇地同柱面透鏡16一起使用。
圖2A-2B以塊的形式分別示意性說明根據(jù)圖1所示優(yōu)選實(shí)施例的條形碼閱讀器的橫截面頂視圖和側(cè)視圖。條形碼閱讀器插入到對(duì)應(yīng)于圖1的框架2的模制光學(xué)組件110中。用于這樣做的結(jié)構(gòu)和技術(shù)已披露于Mazz等人于2001年6月15日申請(qǐng)的美國專利申請(qǐng)序列號(hào)為NO.09/880,906，名稱為“模制成像器光學(xué)組件和基于線性檢測器的掃描機(jī)器”(“Molded Imager Optical Package and LinearDetector-Based Scan Engines”)中，該申請(qǐng)轉(zhuǎn)讓給與本申請(qǐng)相同的受讓人，將其結(jié)合于此作為參考。該模制光學(xué)組件包括一個(gè)成像/譯碼器集成電路(IC)120和對(duì)應(yīng)于圖1中透鏡16的成像/聚焦透鏡140，以及瞄準(zhǔn)發(fā)光二極管(LED)130和對(duì)應(yīng)于圖1中透鏡18的瞄準(zhǔn)透鏡150(其最好不是用于條形碼符號(hào)的主要照明而配置的，而是可以選擇性地配置以照亮條形碼符號(hào))。根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，成像/譯碼器IC(120)依據(jù)已知的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)技術(shù)而制作。作為選擇，成像/譯碼器IC120包括一個(gè)帶有關(guān)聯(lián)譯碼電路的CCD成像器。
在操作中，成像/譯碼器IC120經(jīng)由成像/聚焦透鏡140接收?qǐng)D象。為幫助由透鏡140聚焦的目標(biāo)圖象(例如，圖1中一維條形碼符號(hào)22)與IC120的傳感器陣列對(duì)準(zhǔn)，經(jīng)由瞄準(zhǔn)透鏡150在目標(biāo)圖象上聚焦LEDs130所發(fā)射的光而產(chǎn)生一個(gè)瞄準(zhǔn)光束。通過使用瞄準(zhǔn)LEDs130投影瞄準(zhǔn)圖形于目標(biāo)圖象之上來幫助在成像/譯碼器IC的適當(dāng)視野范圍內(nèi)的目標(biāo)圖象的定位。照明/瞄準(zhǔn)LEDs通過照明/瞄準(zhǔn)透鏡150聚焦于目標(biāo)圖象上。
根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，成像系統(tǒng)的體積通過度量成像/譯碼器IC120的檢測器陣列的象素間距而度量。將認(rèn)識(shí)到象素間距是指圖象元素，即圖象傳感器上的象素之間的間距。當(dāng)象素間距減少時(shí)，焦距減少以便維持同等的視野范圍。如果光圈大小保持不變，那么每一象素將聚集相同量的光并且在成像器靈敏度上不存在損失。如果光圈的大小沒有限制成像器的大小，那么在二維成像系統(tǒng)中整個(gè)三維空間通過象素的標(biāo)度因子來度量。在一維成像系統(tǒng)中，二維空間通過象素的標(biāo)度因子度量。設(shè)計(jì)所述優(yōu)選實(shí)施例的成像引擎以便為每一象素提供相似的景深和相似的光通量。這樣導(dǎo)致象素動(dòng)態(tài)范圍和象素量子效率的平衡。
在優(yōu)選實(shí)施例中，圖2A-2B的條形碼閱讀器具有一COMS檢測器陣列120，該CMOS檢測器陣列具有256-512個(gè)、每個(gè)約5-8微米寬的象素，大約1-4毫米長。這有利地產(chǎn)生小的檢測器長度結(jié)果。系統(tǒng)的焦距大約是5毫米。
在所述優(yōu)選實(shí)施例的優(yōu)選一維系統(tǒng)中，檢測器覆蓋區(qū)通過使兩個(gè)或更多的象素行偏移，例如，彼此相互交錯(cuò)，而能被進(jìn)一步的縮小。例如，具有3微米間距的500個(gè)象素的陣列具有1.5毫米長。通過將陣列安排成兩個(gè)相鄰行偏移半個(gè)象素，象素間距被維持在3毫米，但是檢測器陣列具有.75毫米的合成長度。由于陣列偏移半個(gè)象素，象素值能被組合以便獲得相當(dāng)于1.5毫米傳感器的分辨率。象素間距維持在合理的水平以吸收光子，但是檢測器覆蓋區(qū)，和系統(tǒng)的總體積顯著地減少。
根據(jù)典型實(shí)施例，成像檢測器陣列、讀出電子儀器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和譯碼邏輯電路被集成到單一芯片上。成像/譯碼芯片安裝在具有至少一個(gè)LED芯片或小型激光器的載體上。該載體可以是FR4襯底，一工業(yè)公知的有機(jī)基底，并且可以包含用于附加到較大電路板的引線框或焊接凸起。所述載體用澆注光學(xué)表面于其上的模型塑料片覆蓋。模制塑料蓋具有光學(xué)性能并且能承受在自動(dòng)電路板部件中遇到的溫度。該設(shè)備可以配置成完整的掃描器，包括光學(xué)儀器和電子儀器，其能像表面安裝集成電路一樣處理并且與回流(re-flow)焊接技術(shù)兼容。該設(shè)備僅可以通過焊接結(jié)點(diǎn)而機(jī)械地連接到一電路板。因此，螺絲釘或其他的機(jī)械支撐將不需要，所以減少了組成該成像機(jī)器的設(shè)備的尺寸和復(fù)雜性。
圖3A-3B是條形碼閱讀器1的分解圖示。參考圖3A，條形碼閱讀器1包括圖1中的框架2和PC板4。如以上參照?qǐng)D1所示，框架2與包含將模型塑料部分8插入其中的圓柱形/環(huán)形透鏡18，帶有包含聚焦透鏡16插入其中的透鏡鏡筒的套筒17，以及槽口12和14和粘結(jié)孔10一起被示出。在圖3A的分解表示中，PC板4與框架2分離以使PC板4的LED702和傳感器設(shè)備704可以示意性地說明。應(yīng)當(dāng)注意，在圖3A中LED702和傳感器設(shè)備704不是成比例繪制(在此以后提供優(yōu)選的尺寸)。還應(yīng)注意關(guān)于條形碼符號(hào)22的條形碼閱讀器1的方向是，其延伸方向與條形碼條紋垂直，正如所示的，并且隨著透鏡16，18以及LED702和傳感器設(shè)備704的方向相應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)可以旋轉(zhuǎn)適當(dāng)?shù)姆较?，例如?0°。
與芯片6鄰接示出的是用于發(fā)射由透鏡18聚焦的可見光以掃過條形碼符號(hào)22來作為瞄準(zhǔn)光束20的LED702，芯片6可以是圖象存儲(chǔ)和譯碼芯片6。LED702最好在透鏡18的聚焦方向上延長其狹窄的尺寸。在條形碼條紋的方向上優(yōu)選的具有較高放大率的透鏡18，最好是圓柱形/環(huán)形，并且可選擇完全是柱面透鏡，或在垂直方向上具有一些能力，例如，擴(kuò)展與條形碼條紋相垂直的瞄準(zhǔn)光束和/或?qū)⒚闇?zhǔn)光束稍微地指向圖3A的右側(cè)，以便補(bǔ)償條形碼閱讀器1的LED702/透鏡18部分對(duì)條形碼閱讀器1的傳感器設(shè)備/聚焦透鏡16部分的偏移，當(dāng)捕獲圖像時(shí)其最好位于條形碼符號(hào)22的中心。如所示的，LED702優(yōu)選地是單一，延長的LED設(shè)備，并且可選擇地包括任意形狀的單一LED或任意形狀和位置的多個(gè)LEDs，以此條件LED702/透鏡18的組合產(chǎn)生一個(gè)合適的瞄準(zhǔn)光束。
傳感器設(shè)備704優(yōu)選地包括單一半導(dǎo)體芯片704。如圖3A所示，該傳感器設(shè)備芯片704優(yōu)選的包括以線性陣列形式排列的多個(gè)傳感器象素。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，該設(shè)備包括不多于512個(gè)象素，并且最好在256與512個(gè)象素之間?？梢栽跅l形碼符號(hào)22的圖形可分辨的最小數(shù)目(例如，256)與取決于由于PC板4所選擇的尺寸和所選透鏡16的聚焦特性的尺寸限制的最大數(shù)目(例如，512)之間使用任意數(shù)目的象素。雖然優(yōu)選單行，但也可以包括多于一行的象素。例如，以他們寬度的一半相交錯(cuò)的兩行象素可以組成傳感器設(shè)備704以便提高其分辨率。
如圖3A所示，象素本身優(yōu)選地在條形碼條紋的方向上延長。象素的長寬比優(yōu)選地大于2∶1并且尤其在4∶1和8∶1之間。這些象素最好具有不小于2微米且不大于8微米的小尺寸，并且特別是在7微米和8微米之間。所以，在圖3A中，繪制的象素陣列704不與框架2和PC板4成比例。也就是說，例如，對(duì)于512個(gè)象素、每一個(gè)是8微米寬并且例如是64微米高來說，傳感器設(shè)備704將具有一個(gè)大約4毫米×8微米的有效區(qū)域(與框架2和PC板4相比其實(shí)際上小于圖3所示的傳感器設(shè)備704的相關(guān)尺寸)。與例如一具有單行正方形象素的傳感器設(shè)備相比，在傳感器設(shè)備704中，優(yōu)選象素的有利延長形狀提供了條形碼符號(hào)22高分辨率的一種改進(jìn)組合并提供了捕獲條形碼符號(hào)圖象的高角度概率。
現(xiàn)在參考圖3B，圖3A中框架2的元件也從他們的安裝位置上被分解以便于觀察。示出的PCB部件4a具有7.1毫米高19.5毫米寬的優(yōu)選尺寸。示出的機(jī)架2a從它的支架移動(dòng)到PCB部件4a。機(jī)架2a具有大約6.6毫米×11.45毫米的優(yōu)選尺寸。示出的透鏡鏡管16a從機(jī)殼2a的槽中分解以便能示出透鏡系統(tǒng)的特征。透鏡系統(tǒng)優(yōu)選地包括最好由玻璃制成的第一透鏡16b，一個(gè)光圈16c和最好由塑料制成的第二透鏡16d。示出的光導(dǎo)管18a和光圈19從他們的支架移動(dòng)到圖3B的分解圖中的裝置。
圖4A-4D說明根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例對(duì)應(yīng)于圖3A所述LED702的被延長的LEDs的四個(gè)不同的實(shí)施例。一般的，圖4A-4D中優(yōu)選的LEDs，和圖4E中可選的LED600，每一個(gè)都具有相同的總的芯片面積，即，具有類似的輸出功率并具有類似的輸入功率和總的不動(dòng)產(chǎn)需求，盡管他們?cè)谛螤詈?或功率輸入配置上不同。特別地，優(yōu)選的LED芯片615，635，655，675在圖1透鏡18的聚焦方向上，即產(chǎn)生瞄準(zhǔn)光束20的線寬的方向上變薄，并且芯片615，635，655，675在與條形碼符號(hào)22的掃描線相垂直的方向上延長。
現(xiàn)在參考圖4A，LED615具有正方形部分620和矩形部分625，該矩形部分是以上所提及的延長部分。正方形部分620具有一結(jié)合片630。而且，LED620具有Dx×Dy的尺寸，其中Dy是延長部分625的寬度。由于經(jīng)由結(jié)合片來提供驅(qū)動(dòng)LED的電壓，因此IED部分距離結(jié)合片越遠(yuǎn)，從LED發(fā)射的光功率的數(shù)量就減少。因此，在圖4A中，對(duì)于結(jié)合片630右側(cè)更遠(yuǎn)的部分來說，從延長部分625的部分所發(fā)射的光功率的數(shù)量減少?？墒牵?dāng)前的LED技術(shù)提供了穿過整個(gè)LED的足夠的發(fā)光強(qiáng)度輸出到在圖4中的右邊緣。
圖4B說明依據(jù)另一實(shí)施例的LED的頂視圖。具體地，LED635具有通過矩形部分642連接的兩個(gè)正方形部分640和647。正方形部分640具有位于其上的結(jié)合片645并且正方形部分647具有位于其上的結(jié)合片650。通過在矩形部分642的每一側(cè)上放置結(jié)合片645和650，與圖4A中所說明的LED615相比獲得矩形部分所發(fā)射的更均勻的光功率量。
圖4C說明根據(jù)本發(fā)明又一實(shí)施例LED的頂視圖。根據(jù)該實(shí)施例，結(jié)合片670相鄰于LED655的矩形部分660而放置。因此，結(jié)合片670并不阻擋延長部分所發(fā)射的任何光。此外，雖然圖4B中結(jié)合片的放置可能導(dǎo)致在矩形部分中心上光量的減少，但是圖4C中結(jié)合片670的放置確保了從LED芯片655的矩形部分660的中心所發(fā)射的光更加均勻的分布。
圖4D說明依據(jù)第四實(shí)施例LED的頂視圖。依據(jù)本發(fā)明的該實(shí)施例，LED芯片675的矩形部分680在所有面上被結(jié)合片685包圍。用結(jié)合片685包圍LED芯片675的矩形部分680，與圖4A-4C中所說明的LED芯片相比可以獲得從LED芯片675的整個(gè)矩形部分680所發(fā)射的光的均勻分布。
根據(jù)一個(gè)典型實(shí)施例，圖4A-4D中的Dy可以減少到小于或大約為50毫米。為保持足夠的發(fā)射功率，有利地選擇圖4A-4D中的Dx，最好為大約1毫米，以便以如此的總芯片面積可以產(chǎn)生足夠的發(fā)射功率。另外，選擇圖1的透鏡18以致于瞄準(zhǔn)光束聚焦到一條又細(xì)又亮的線上以提供足夠亮的瞄準(zhǔn)光束20，盡管，如果被擴(kuò)展，所述光束也將具有足夠的功率以照亮整個(gè)條形碼符號(hào)22。
圖4E說明諸如可以用于產(chǎn)生一個(gè)組合的照明/瞄準(zhǔn)光束，或甚至僅用于提供諸如參照?qǐng)D1如上所述的瞄準(zhǔn)光束的正方形LED600的頂視圖。然而，由于以下提供的原因，圖44A-4D的LEDs615，635，655，675優(yōu)于圖4E的LED600。LED600包括一個(gè)經(jīng)由其將電功率提供給LED600的結(jié)合片610。圖4E所示的LED600具有正方形形狀并且可以具有大約300毫米×300毫米的尺寸。如圖4E所示，結(jié)合片610典型地可以放置在LED600的中間。結(jié)合片610的這種布置阻斷了由LED600發(fā)射的大約30％的光功率。而且，如上所討論的，圖4E中的正方形IED與激光器相比產(chǎn)生較少的聚焦光，其結(jié)果是在由透鏡18聚焦之前，具有長寬比為1∶1的光被投影。
以上分別參照?qǐng)D4A-4D所描述的延長的LEDs615，635，655和675優(yōu)于圖4E的正方形LED600。這是因?yàn)橄Ｍ哂兄T如圖1所說明的高線性瞄準(zhǔn)光束20一樣的能夠聚焦到窄線的瞄準(zhǔn)光束20，所述窄線可以瞄準(zhǔn)以穿過整個(gè)條形碼符號(hào)22。而且，該瞄準(zhǔn)光束20不需要另外照亮條形碼符號(hào)22以致于閱讀器1能夠以足夠的光亮度來捕獲它以分辨掃描線。瞄準(zhǔn)光束最好僅用于對(duì)準(zhǔn)閱讀器1，因而優(yōu)選一條又亮又細(xì)的線來廣泛照明，盡管該瞄準(zhǔn)光束有利地既可以用于瞄準(zhǔn)又可以用于照明。以上分別參照?qǐng)D4A-4D所述的有利的LEDs615，635，655和675結(jié)合在符號(hào)22的掃描線方向上最好具有高放大率的透鏡18(例如，如上參照?qǐng)D1所述，優(yōu)選的透鏡18是柱面/環(huán)形透鏡18)，提供了所需的又亮又細(xì)的瞄準(zhǔn)光束20。
圖5說明依據(jù)優(yōu)選實(shí)施例的條形碼閱讀器的電子設(shè)備。這些電子設(shè)備包括一個(gè)經(jīng)由時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器和電荷泵420控制的二維傳感器設(shè)備410。時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器和電荷泵420依據(jù)從定時(shí)脈沖發(fā)生器430接收到的信號(hào)而被控制。將傳感器設(shè)備410捕獲的圖象提供給相關(guān)的復(fù)式采樣塊440。因?yàn)楫?dāng)它們被復(fù)位時(shí)，象素并不總是返回到同一值，因此相關(guān)的復(fù)式采樣用于消除由不能返回到正常復(fù)位值的象素所引入的偏移。從而，相關(guān)的復(fù)式采樣包括捕獲象素的兩個(gè)值，第一個(gè)值是所需圖像的象素值，例如一維條形碼，第二個(gè)值是復(fù)位之后的象素值。比較每一象素的兩個(gè)值以消除由不能返回到正常復(fù)位值的象素所引入的偏移。在完成相關(guān)的復(fù)式采樣之后，圖象通過弱交流耦合傳送到相關(guān)復(fù)式采樣圖象的阻滯(block)DC內(nèi)容。在弱交流耦合之后，自動(dòng)增益控制442將信號(hào)放大然后提供給模數(shù)轉(zhuǎn)換器444。依據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，模數(shù)轉(zhuǎn)換器是一個(gè)9位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
由模數(shù)轉(zhuǎn)換器將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)提供到膠合邏輯現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)框450。膠合邏輯/FPGA450壓縮數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)以便能夠通過微處理器460來讀取，并且與微處理器460相連以提供所有的設(shè)備控制。微處理器460包括嵌入在與微處理器相同的IC上的DRAM，其增加了系統(tǒng)的速度同時(shí)允許合成成像器有減少的尺寸和成本。微處理器460在存儲(chǔ)于閃存470中的程序的控制下經(jīng)由外部數(shù)據(jù)和地址總線而操作。
目標(biāo)圖象，諸如圖1中的條形碼符號(hào)22，由于圖1中優(yōu)選條形碼閱讀器1的光電配置，最好由環(huán)境光來充分照明，以便可以分辨條形碼符號(hào)22而不需要額外的照明?？墒牵谝粋€(gè)可選的實(shí)施例中，可以通過光學(xué)照明模塊475的一個(gè)或多個(gè)650納米的紅IEDs來提供照明。布置LEDs以便均勻地照亮目標(biāo)圖象。
為了幫助閱讀器1的用戶，優(yōu)選的瞄準(zhǔn)模塊480最好用于提供唯一的瞄準(zhǔn)圖形。瞄準(zhǔn)模塊480可以包括一個(gè)延長的LED(見圖3A，4A-4D)和圖1和3的透鏡18，或者選擇性地包括一個(gè)激光二極管和一個(gè)衍射光學(xué)元件(DOE)以提供唯一的瞄準(zhǔn)圖形。通過使用圖5中的主機(jī)接口490可以提供與包含圖1中優(yōu)選的條形碼閱讀器1的主機(jī)設(shè)備之間的交互。由于描述于此的優(yōu)選的條形碼閱讀器1是小型的，也就是小的形狀因數(shù)，主機(jī)設(shè)備可以是便攜式無線電話(便攜式電話)，個(gè)人數(shù)字助理(PDA)等等。使用與圖5有關(guān)的所述元件，能夠?qū)崿F(xiàn)一微型條形碼閱讀器設(shè)備，對(duì)于成像設(shè)備制造商來說，其能夠以可以用于成像器行業(yè)的SE900或更小的形狀因數(shù)來制造。
根據(jù)到此所描述的，模塊1包括一個(gè)用于捕獲目標(biāo)圖象的一維、固態(tài)圖象傳感器704或一個(gè)二維、固態(tài)圖象傳感器410。有利地，模塊1定位于具有一切換開關(guān)的手持設(shè)備中，當(dāng)手動(dòng)操縱時(shí)，該切換開關(guān)啟動(dòng)圖象捕獲并且，因此，讀取作為目標(biāo)的條形碼符號(hào)22。LED702和透鏡18一起在所述符號(hào)上形成瞄準(zhǔn)線20以有利于傳感器相對(duì)于符號(hào)的合適定位。在一些情況下，并不希望單獨(dú)依靠環(huán)境光來照亮符號(hào)22，來自LED702的光也幫助照亮符號(hào)。為了瞄準(zhǔn)和/或照明的目的，要經(jīng)常地激勵(lì)LED以致于由LED發(fā)射的光保持恒定。
與固態(tài)傳感器一樣有利，其并不提供與由已知移動(dòng)激光束掃描器所提供的一樣視覺反饋。移動(dòng)激光束掃描器典型地以每秒多次掃描激光點(diǎn)來掃過符號(hào)，每一次掃描定義一個(gè)掃描線。掃描線典型地以每秒20-40的速率掃描。因而，已知移動(dòng)光束掃描器的用戶希望在讀取符號(hào)時(shí)看到閃爍掃描線在其上或掃過其中。以固態(tài)系統(tǒng)，并不存在任何這樣的閃爍掃描線，因此，固態(tài)系統(tǒng)的用戶不能體驗(yàn)任何視覺反饋。這是不利的，因?yàn)橛脩舨荒艽_定固態(tài)系統(tǒng)是在運(yùn)行中。
為在固態(tài)系統(tǒng)中提供上述反饋，如圖6的流程圖所示，本發(fā)明提出使用LED702和透鏡18在所述符號(hào)上形成可見線，并且開啟和關(guān)閉可見線，從而使該可見線閃爍并仿真一個(gè)移動(dòng)激光束。
在開啟電源之后(塊502)，初始化所述模塊的不同參數(shù)，例如傳感器的曝光時(shí)間(塊504)。激勵(lì)LED702，并且開啟可見線20(塊506)。典型地，LED光本身覆蓋與一厘米寬相似的寬區(qū)域。為更好的仿真激光，透鏡18縮小寬度，并且如果必要，可以使用孔徑光闌來縮小LED所發(fā)射的光的寬度。
一旦傳感器正好面對(duì)所述符號(hào)，則拉下切換開關(guān)(塊508)并且關(guān)閉可見線從而導(dǎo)致可見線閃爍(塊510)。傳感器捕獲目標(biāo)圖象(塊512)，之后，再次開啟可見線(塊514)。測試象素品質(zhì)(塊516)并且，如果發(fā)現(xiàn)是良好，則數(shù)字化(塊518)并試圖解碼由傳感器所產(chǎn)生的電信號(hào)(塊520)。如果不解碼，那么用戶將迅速將切換開關(guān)再次拉下。如果解碼，那么處理解碼信號(hào)，存儲(chǔ)結(jié)果(塊522)，并且報(bào)以蜂鳴聲(塊524)以表示成功解碼，系統(tǒng)自身準(zhǔn)備讀取下一符號(hào)。
如果在塊516發(fā)現(xiàn)所測試的象素品質(zhì)不良，那么重新計(jì)算和調(diào)節(jié)傳感器的曝光時(shí)間，既可以更長也可以更短(塊526)。初始化的曝光時(shí)間典型地是10毫秒并且依據(jù)環(huán)境光可在大約60毫秒到30毫秒之間調(diào)節(jié)。在調(diào)節(jié)之后，在塊512捕獲圖象之前又一次關(guān)閉可見線(塊528)。
閃爍可見線模仿事先習(xí)慣了操作移動(dòng)激光束掃描器的用戶的經(jīng)歷，并增加新近使用基于傳感器的系統(tǒng)的用戶的舒適度。
權(quán)利要求
1.在一種用于通過使標(biāo)志所反射的光在兩個(gè)相互垂直的方向上成像來光電讀取該具有不同光反射率部分的標(biāo)志的系統(tǒng)中，用于仿真掃描激光束的裝置，其特征在于，該裝置包括a)發(fā)光二極管(LED)部件，用于發(fā)射可見光；b)光學(xué)部件，用于光學(xué)地修改可見光以形成穿過標(biāo)志的可見線；以及c)用于開啟和關(guān)閉可見線以仿真掃描激光束的裝置。
2.如權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，LED部件包括單一LED單元。
3.如權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，LED部件包括LED單元線性陣列。
4.如權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，光學(xué)部件是一具有柱面的透鏡。
5.如權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，旋轉(zhuǎn)裝置可操作用于激勵(lì)和交替地去激勵(lì)LED部件。
6.如權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，通過具有可調(diào)曝光時(shí)間的固態(tài)檢測器來完成成像，并且其中在調(diào)節(jié)曝光時(shí)間之后旋轉(zhuǎn)裝置關(guān)閉可見線。
7.如權(quán)利要求6的裝置，其特征在于檢測器是電荷耦合設(shè)備陣列。
8.如權(quán)利要求6的裝置，其特征在于檢測器是互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體陣列。
9.如權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，在一塊印刷電路板(PCB)上安裝所述部件以形成一模塊。
10.如權(quán)利要求9的裝置，其特征在于，所述模塊安裝在具有一切換開關(guān)的手持設(shè)備中，該切換開關(guān)在手動(dòng)激活之后，啟動(dòng)成像并且關(guān)閉可見線。
11.在一種通過使標(biāo)志所反射的光在兩個(gè)相互垂直的方向上成像來光電讀取具有不同光反射率部分的標(biāo)志的方法中，一種用于仿真掃描激光束的方法，其特征在于，該方法包括a)從發(fā)光二極管(LED)部件發(fā)射可見光；b)光學(xué)地修改所述可見光以形成穿過標(biāo)志的可見線；以及c)開啟和關(guān)閉所述可見線以仿真掃描激光束。
12.如權(quán)利要求11的方法，其特征在于，通過單一LED單元完成所述發(fā)射步驟。
13.如權(quán)利要求11的方法，其特征在于，通過LED單元線性陣列完成所述發(fā)射步驟。
14.如權(quán)利要求11的方法，其特征在于，通過具有柱面的透鏡來完成所述光學(xué)修改步驟。
15.如權(quán)利要求11的方法，其特征在于，通過激勵(lì)和交替地去激勵(lì)所述LED部件來完成所述旋轉(zhuǎn)步驟。
16.如權(quán)利要求11的方法，其特征在于，通過具有可調(diào)曝光時(shí)間的固態(tài)檢測器來完成所述成像，并且其中在調(diào)節(jié)所述曝光時(shí)間之后，通過關(guān)閉所述可見線來完成所述旋轉(zhuǎn)步驟。
17.如權(quán)利要求16的方法，其特征在于，所述檢測器是電荷耦合設(shè)備陣列。
18.如權(quán)利要求16的方法，其特征在于，所述檢測器是互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體陣列。
19.如權(quán)利要求11的方法，還包括在印刷電路板(PCB)上安裝所述部件以形成一模塊的步驟。
20.如權(quán)利要求19的方法，還包括在具有一切換開關(guān)的手持設(shè)備中安裝所述模塊的步驟，所述切換開關(guān)在手動(dòng)激活之后，啟動(dòng)成像并且關(guān)閉可見線。
全文摘要
在一種固態(tài)、基于傳感器的成像閱讀器中，通過在捕獲目標(biāo)的二維圖象之前開啟和關(guān)閉由發(fā)光二極管所產(chǎn)生的可見線來仿真光電閱讀器掃描射線中移動(dòng)激光束的操作環(huán)境。
文檔編號(hào)G06K7/10GK1497490SQ200310113890
公開日2004年5月19日 申請(qǐng)日期2003年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月15日
發(fā)明者M·帕特爾, W·普羅伊斯, P·德沃克斯, M 帕特爾, 摶了, 摯慫 申請(qǐng)人:訊寶科技公司