專利名稱：條形碼掃描器的光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種經(jīng)改進(jìn)的掃描筆，或掃描器，該裝置是用來(lái)讀取光學(xué)編碼信息的，尤其是條形碼數(shù)據(jù)。特別地，該發(fā)明涉及這種設(shè)備的光探測(cè)器和光發(fā)射器的光學(xué)系統(tǒng)，這些系統(tǒng)用來(lái)讀取光學(xué)編碼信息，比如條形碼標(biāo)簽。
光學(xué)編碼信息，比如條形碼，已經(jīng)成為很普通的東西了。一個(gè)條形碼符號(hào)是由一串明、暗相間的區(qū)域構(gòu)成的，這些區(qū)域典型的是矩形。暗區(qū)域，即條的寬度和/或條與條之間明亮部分的寬度指示出編碼信息。這些元素的特定數(shù)目和編排表征一個(gè)字符。標(biāo)準(zhǔn)化的編碼方案為每個(gè)字符規(guī)定了特定的編排，可接受的元素寬度及間隔，一個(gè)符號(hào)能包含的字符個(gè)數(shù)或者符號(hào)長(zhǎng)度是否可變等等。
為翻譯一個(gè)條形碼符號(hào)并取出一個(gè)合理的信息，采用一個(gè)條形碼閱讀器掃描該符號(hào)，產(chǎn)生一個(gè)代表被掃描符號(hào)的模擬電信號(hào)。已知的掃描器裝置有許多種。掃描器可以是一種包括發(fā)射器和探測(cè)器固定于其內(nèi)的棒形閱讀器，使用時(shí)用戶用手移動(dòng)棒體掃過(guò)符號(hào)。另外，光學(xué)掃描器是用光束，比如激光束來(lái)掃描符號(hào)的，一個(gè)探測(cè)器檢測(cè)從符號(hào)反射回來(lái)的光。在上述任何一種情形中，探測(cè)器均是檢測(cè)一個(gè)橫向掃過(guò)符號(hào)的光斑反射的光，并且該探測(cè)器提供一個(gè)表征編碼信息的模擬掃描信號(hào)。
一個(gè)數(shù)字化轉(zhuǎn)換器對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行處理并給出一個(gè)脈沖信號(hào)，該脈沖信號(hào)的寬度及脈沖之間的間隔與條形碼條的寬度及條與條之間的間隔相對(duì)應(yīng)。數(shù)字化轉(zhuǎn)換器起的作用是一個(gè)邊緣探測(cè)器，或者波形整形線路，數(shù)字化轉(zhuǎn)換器設(shè)置的閾值決定模擬信號(hào)的哪些點(diǎn)是條的邊緣。閾值的高低有效地限定了閱讀器將承認(rèn)信號(hào)中的哪些部分是條或是間隔。
以上討論的那類閱讀器為單通道系統(tǒng)，具有一個(gè)單一的數(shù)字化轉(zhuǎn)換器輸出和/或一個(gè)單一的處理線路來(lái)產(chǎn)生一個(gè)單一的數(shù)字化的輸出。
從數(shù)字化轉(zhuǎn)換器得到的脈沖信號(hào)被加到一個(gè)譯碼器上。該譯碼器首先判定來(lái)自數(shù)字化轉(zhuǎn)換器的脈沖信號(hào)的脈沖寬度和間隔。然后，譯碼器對(duì)這些寬度和間隔進(jìn)行分析，從而找到并譯碼出一個(gè)合法的條形碼信息。這包括按照合適的編碼標(biāo)準(zhǔn)分析辨認(rèn)合法的字符和序列。這也許還包括掃描符號(hào)所遵循的特定標(biāo)準(zhǔn)的初始辯識(shí)。這種標(biāo)準(zhǔn)的辯識(shí)被典型地稱為自動(dòng)識(shí)別。
不同的條形碼具有不同的信息密度，在表征不同數(shù)量編碼數(shù)據(jù)的給定區(qū)域內(nèi)所包含的元素個(gè)數(shù)不同。碼的密度越高，元素和間隔的尺寸就越小。在一種合適的媒質(zhì)上印刷密度較高的符號(hào)是比較困難的，而且也比印刷低分辨率符號(hào)更昂貴。
典型的條形碼閱讀器有一個(gè)特定的分辯率，通常以其有效探測(cè)光斑的尺寸來(lái)表示。閱讀器的分辨率由發(fā)射器或探測(cè)器的參數(shù)確定，由與發(fā)射器或探測(cè)器有關(guān)的孔徑來(lái)確定，由決定發(fā)射器或探測(cè)器焦距及景深的光學(xué)元件確定，由數(shù)字化轉(zhuǎn)換器的閾值水平確定，由譯碼器的編程確定，或由以上因素中的二項(xiàng)或多項(xiàng)的組合來(lái)確定。
在一臺(tái)激光束掃描器中，有效探測(cè)光斑也許和光束入射到條形碼上時(shí)光點(diǎn)的尺寸相對(duì)應(yīng)。在使用LED(發(fā)光二極管)或相類似器件的棒式掃描器中，光斑尺寸可以是被照明的區(qū)域，也可以是被照明的區(qū)域中可以被探測(cè)器有效探測(cè)其光反射的那部分。不管采用哪種方式，光斑尺寸是針對(duì)特定的閱讀器來(lái)設(shè)定的，光探測(cè)器將在探測(cè)光斑的區(qū)域上對(duì)反射光進(jìn)行均化處理。
在一個(gè)現(xiàn)有技術(shù)實(shí)施例-即美國(guó)授予Clark等人的專利4，675，531號(hào)中，一個(gè)LED(發(fā)光二極管)照明條形碼將碼反射到光探測(cè)器上。光探測(cè)器的孔徑?jīng)Q定了分辯率或“光斑尺寸”。在Clark等人的系統(tǒng)中，光探測(cè)器有效地在孔徑范圍內(nèi)將反射光均化。
一個(gè)高分辨的閱讀器具有較小的光斑尺寸，能夠譯解高密度的符號(hào)。然而，高分辨率閱讀器也許無(wú)法準(zhǔn)確地讀取低密度符號(hào)，因?yàn)檫@些符號(hào)的印刷質(zhì)量比較差。對(duì)點(diǎn)陣型印刷符號(hào)來(lái)講，情況更是如此。高分辨率的閱讀器也許實(shí)際上把一“條”中一個(gè)點(diǎn)的寬度誤認(rèn)為是一個(gè)獨(dú)立的條無(wú)素。相反，一個(gè)低分辨率閱讀器具有較大的光斑尺寸，能夠譯碼解低密度符號(hào)。然而，就閱讀相對(duì)噪聲較大的符號(hào)-如點(diǎn)陣符號(hào)的閱讀器而言，由于其光斑較大，高密度符號(hào)的兩條或多條細(xì)條也許會(huì)同時(shí)落入該光斑。結(jié)果是，低分辨率、適用于點(diǎn)陣符號(hào)的閱讀器不能準(zhǔn)確閱讀高密度符號(hào)。因此，任何具有固定分辯率的閱讀器只能讀取在一個(gè)符號(hào)密度限制范圍內(nèi)的條形碼。
對(duì)一個(gè)給定的符號(hào)密度而言，閱讀器的分辨率還限制工作角度的范圍，即印刷有條形碼的表面的法線與閱讀器軸線間的夾角。如果角度范圍和分辨率過(guò)份受到限制，使用者擺弄閱讀器-尤其是棒型閱讀器時(shí)也許會(huì)有困難，無(wú)法舒適、準(zhǔn)確地掃描條形碼。如果掃描棒還安裝有附加元件來(lái)構(gòu)成一個(gè)集成數(shù)據(jù)終端時(shí)，這會(huì)更加容易出問(wèn)題。尺寸、重量以及一個(gè)不適宜的角度加在一起能使得閱讀大量條形碼信息既困難又煩人，從而使用戶不愿使用條形碼系統(tǒng)。
一種解決辦法也許是提供調(diào)整閱讀器分辨率或者接受“光斑尺寸”的手段，比如，通過(guò)調(diào)整數(shù)字化轉(zhuǎn)換器的閾值。然而，這種途徑要求針對(duì)不同的分辨率進(jìn)行掃描。如果掃描是自動(dòng)的，分辨率的變化造成適用性損失，因?yàn)閽呙鑳H僅在很少的時(shí)間內(nèi)會(huì)處在正確的分辨率上。實(shí)際上，這樣的掃描器相當(dāng)于是以一個(gè)減慢了的速率在掃描。如果該閱讀器是一個(gè)棒型裝置，用戶不得不每次調(diào)整分辨率后手握閱讀器再掃描一次信息。這使得首次讀出率顯著下降，并使用戶的無(wú)效勞動(dòng)增加。
另一個(gè)問(wèn)題涉及長(zhǎng)時(shí)間使用的應(yīng)用場(chǎng)合，一個(gè)大而笨重的手持單元會(huì)造成疲勞。當(dāng)掃描器的使用產(chǎn)生疲勞或者某種形式的不方便，用戶就不愿操作掃描器，這一點(diǎn)使設(shè)想的用條形碼系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的目的受挫折。
顯然，在現(xiàn)有技術(shù)中存在著一種需求，即一種高性能的條形碼閱讀器，該裝置能在一個(gè)較大的工作角度范圍內(nèi)操作，并且能在一個(gè)較寬的符號(hào)密度范圍上讀取條形碼。這樣一種閱讀器必須盡可能體積小、重量輕，應(yīng)該能在不同的位置上方便地使用并且壽命長(zhǎng)。
本發(fā)明的目的是提供一種使用起來(lái)更方便、更有效的高性能條形碼閱讀器，尤其適于相對(duì)不熟練的操作者使用。
本發(fā)明的一個(gè)更特殊的目的是從條形碼掃描器或閱讀器的每次“通過(guò)”或“掃描”中讀取大量的信息。尤其，本發(fā)明的一個(gè)目的是利用棒型掃描器單次掃描的附加信息來(lái)獲得在較寬的工作角度范圍內(nèi)的準(zhǔn)確讀取，工作角度是指接收棒與印刷條形碼表面的法線間的角度。較寬的工作角度范圍使不熟練的操作者在任何最方便、最適宜的角度下掃描條碼，并仍然獲得很高的首次讀取成功率。當(dāng)棒型掃描器安裝有附加元件構(gòu)成一個(gè)集成終端，并且該終端在處理、存貯及顯示被掃描條形碼的數(shù)據(jù)和由設(shè)置在鍵盤上的操作輸入的數(shù)據(jù)時(shí)，這種特征所提供的操作上的方便顯得尤其重要。
為了使光學(xué)掃描型閱讀器使用起來(lái)更方便、舒適，本發(fā)明的進(jìn)一步目的是提供一種操作人員手持操作并體積小、重量輕的掃描器，該掃描器在掃描編碼數(shù)據(jù)時(shí)更易于操作。尤其，發(fā)射器、探測(cè)器和所有相關(guān)的光學(xué)器件必須盡可能輕巧。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提出一種具有較大景深的光學(xué)掃描型閱讀器系統(tǒng)。這又進(jìn)一步提出了在較大角度范圍下進(jìn)行操作的目的，并使操作者可以在離開被掃描信息較大的距離范圍內(nèi)手持閱讀器進(jìn)行操作。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是利用掃描所獲得的附加信息來(lái)讀取在一個(gè)較寬的光學(xué)編碼密度范圍內(nèi)的條形碼，不再需要對(duì)信息進(jìn)行多重掃描。這使得一個(gè)經(jīng)過(guò)改進(jìn)的閱讀器可以取代兩個(gè)或多個(gè)以前所要求的閱讀器，這些以前的閱讀器被不可避免地設(shè)計(jì)成只能讀取在一個(gè)很苛刻的條形碼密度范圍內(nèi)的條形碼。對(duì)一個(gè)相對(duì)低熟練程度的使用者來(lái)講，這可以排除由于選擇閱讀器和/或調(diào)整閱讀器的靈敏度以便與用戶擬掃描的特定碼的密度相匹配時(shí)所帶來(lái)的問(wèn)題和無(wú)效勞動(dòng)。
為了在一個(gè)較寬的工作角度范圍內(nèi)進(jìn)行操作，本發(fā)明采用兩個(gè)不同直徑的有效探測(cè)光斑來(lái)檢測(cè)光學(xué)編碼信息。當(dāng)角度變化時(shí)，一個(gè)光斑必須充分聚焦從而提供一個(gè)有效的讀取，即使兩個(gè)光斑都不能滿足要求，來(lái)自兩個(gè)光斑的信息通常也能組合起來(lái)，對(duì)信息進(jìn)行準(zhǔn)確的讀取。為了增加景深，光學(xué)元件提供了兩個(gè)不同的焦點(diǎn)。
為了在較寬的條形碼分辨率范圍下進(jìn)行讀取，該閱讀器包括兩個(gè)讀取通道，并采用兩個(gè)通道的掃描數(shù)據(jù)導(dǎo)出一個(gè)有效的單一譯碼結(jié)果。典型情況是，一個(gè)通道的分辨率將和正在被掃描的條形碼的密度相適應(yīng)，如果不是，來(lái)自每個(gè)通道的數(shù)據(jù)中的有效部分能夠組合起來(lái)提供一個(gè)準(zhǔn)確的單一譯碼結(jié)果。
另一方面，本發(fā)明包括一個(gè)經(jīng)改進(jìn)的發(fā)射光學(xué)組件和一個(gè)光探測(cè)器光學(xué)組件，兩者配合使用。發(fā)射光學(xué)組件包括一個(gè)模壓的光學(xué)器件，該器件具有一個(gè)前折射面和一個(gè)內(nèi)反射面，兩者配合產(chǎn)生兩個(gè)焦距。一個(gè)光發(fā)射器，如LED(發(fā)光二極管)片被埋置在模壓光學(xué)器件的里面。
另一方面，本發(fā)明含有一個(gè)經(jīng)改進(jìn)的光發(fā)射、探測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)發(fā)射光照射光學(xué)編碼信息然后接收從光學(xué)編碼信息反射回來(lái)的光。該系統(tǒng)包括一個(gè)光發(fā)射器及其光學(xué)組件和一個(gè)光探測(cè)器。光發(fā)射器及其光學(xué)組件包括一個(gè)直接模壓成形的光學(xué)器件和一個(gè)埋置在模壓光學(xué)器件內(nèi)部的光發(fā)射片。光發(fā)射片發(fā)出的光通過(guò)模壓光學(xué)器件照射到光學(xué)編碼信息。該模壓光學(xué)器件含有一個(gè)折射前表面和一個(gè)反射內(nèi)表面，兩者配合來(lái)提供兩個(gè)不同的焦距。
該發(fā)明包括許多種不同的模壓光學(xué)器件的結(jié)構(gòu)。在優(yōu)選實(shí)施例中，光發(fā)射器及其光學(xué)組件和光探測(cè)器被調(diào)準(zhǔn)在一根共同的光學(xué)軸線上?？晒┻x擇的是，該系統(tǒng)也許可以進(jìn)一步包含一個(gè)透鏡和一個(gè)光孔，兩者也調(diào)準(zhǔn)在同一根光軸上。
在經(jīng)改進(jìn)的光發(fā)射和探測(cè)系統(tǒng)中，元件沿著軸線調(diào)準(zhǔn)，這種設(shè)置提供了一個(gè)細(xì)長(zhǎng)、重量輕的閱讀器系統(tǒng)，同時(shí)也更便于長(zhǎng)時(shí)間使用這種閱讀器。為使發(fā)射光聚焦而進(jìn)行的模壓光學(xué)器件設(shè)計(jì)減少了對(duì)附加鏡片的依賴，進(jìn)而也減輕了重量，同時(shí)使用掃描器的制造和調(diào)準(zhǔn)簡(jiǎn)化。兩個(gè)焦點(diǎn)提供了一個(gè)較大的景深，這使得該裝置可以在離編碼信息較大的距離范圍、以及在一個(gè)較寬的工作角度范圍內(nèi)使用。
優(yōu)選實(shí)施例采用一個(gè)經(jīng)改進(jìn)的多通道光探測(cè)器，該探測(cè)器具有一個(gè)由第一、第二光敏探測(cè)區(qū)域組成的半導(dǎo)體光探測(cè)片。第二光敏探測(cè)區(qū)域基本上是圍繞著第一光敏區(qū)域。
在一個(gè)單通道棒型條形碼閱讀器中使用經(jīng)改進(jìn)的光發(fā)射及探測(cè)系統(tǒng)組件也包括在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。但是，在優(yōu)選實(shí)施例中，經(jīng)改進(jìn)的光發(fā)射及探測(cè)系統(tǒng)是用于一個(gè)雙通道系統(tǒng)的。
雙通道系統(tǒng)實(shí)施例也許包括上面討論的多通道光探測(cè)器。雙通道系統(tǒng)還包括至少對(duì)來(lái)自光學(xué)傳感探測(cè)器的一個(gè)信號(hào)敏感的裝置，從而針對(duì)每次“掃描”或“通過(guò)”編碼信息，產(chǎn)生相應(yīng)的兩個(gè)數(shù)據(jù)通道。兩個(gè)數(shù)據(jù)通道有兩個(gè)不同的分辨率，一個(gè)高于另一個(gè)。一個(gè)譯碼器與兩個(gè)獲得數(shù)據(jù)的通道相配合生成一個(gè)表征被檢測(cè)光學(xué)編碼信息的單一數(shù)據(jù)輸出。
本發(fā)明包括許多種信號(hào)處理系統(tǒng)，這些系統(tǒng)可以用來(lái)獲得兩個(gè)探測(cè)光斑和/或兩個(gè)具有不同分辨率的數(shù)據(jù)通道。例如，在最簡(jiǎn)單的實(shí)施例中，棒型閱讀器包括一個(gè)LED(發(fā)光二極管)光源和一個(gè)單光電二極管式的探測(cè)器，探測(cè)器信號(hào)通過(guò)兩個(gè)不同的信號(hào)調(diào)節(jié)線路以及相應(yīng)的數(shù)字化轉(zhuǎn)換器。一個(gè)信號(hào)調(diào)節(jié)線路及相應(yīng)的數(shù)字化轉(zhuǎn)換器提供一個(gè)高分辨輸出;另一個(gè)信號(hào)調(diào)節(jié)線路及相當(dāng)?shù)臄?shù)字化轉(zhuǎn)換器提供一個(gè)低分辯率輸出。一個(gè)微處理器分析來(lái)自兩個(gè)通道的數(shù)字化數(shù)據(jù)，從而譯出被掃描條形碼的數(shù)據(jù)。兩個(gè)不同分辨率通道允許對(duì)密集的高分辨率條形碼以及那些類似用點(diǎn)陣打印機(jī)生成的低分辨率條形碼進(jìn)行讀取，只需用單個(gè)條形碼閱讀器進(jìn)行一次“掃描”或“通過(guò)”即可。
另外，有的實(shí)施例使用具有兩個(gè)光敏探測(cè)區(qū)域的探測(cè)器片，在這些實(shí)施例中，來(lái)自中心光敏區(qū)域的信號(hào)表征高分辯率信息。來(lái)自兩個(gè)光敏區(qū)域的信號(hào)相加生成一個(gè)表征低分辨率信息的信號(hào)。兩個(gè)通道的信號(hào)分別通過(guò)兩個(gè)不同的信號(hào)調(diào)節(jié)線路以及相應(yīng)的數(shù)字化轉(zhuǎn)換器。這些數(shù)字化轉(zhuǎn)換器本質(zhì)上具有相似的性能特征。由于采用不同的探測(cè)區(qū)域來(lái)產(chǎn)生信號(hào)，一個(gè)數(shù)字化轉(zhuǎn)換器將提供一個(gè)高分辨率輸出，而另一個(gè)數(shù)字化轉(zhuǎn)換器將提給出一個(gè)低分辨率輸出。再有，一個(gè)微處理器分析來(lái)自兩個(gè)通道的數(shù)字化數(shù)據(jù)從而譯出被掃描條形碼的數(shù)據(jù)。
不管采用哪個(gè)系統(tǒng)來(lái)生成兩個(gè)通道，該微處理器能夠分析來(lái)自每個(gè)通道的數(shù)據(jù)，并辯認(rèn)出哪個(gè)通道產(chǎn)生了有效的譯碼結(jié)果，從而選擇該通道產(chǎn)生的結(jié)果數(shù)據(jù)作為輸出數(shù)據(jù)。其分辨率無(wú)法與正在被讀取的條形碼密度相匹配的通道會(huì)產(chǎn)生一個(gè)可以辨認(rèn)的讀取錯(cuò)誤。
另外，該微處理器還能將來(lái)自兩個(gè)通道的數(shù)據(jù)組合起來(lái)生成一個(gè)單一的有效結(jié)果，即使兩個(gè)獨(dú)立的通道沒(méi)有一個(gè)能單獨(dú)給出一個(gè)有效的讀取。該微處理器可以辨認(rèn)出來(lái)自每個(gè)通道的讀數(shù)中哪些部分處在相應(yīng)分辨率條件下進(jìn)行讀數(shù)操作時(shí)可以接受的參數(shù)范圍以內(nèi)。任何來(lái)自兩個(gè)通道的數(shù)據(jù)如果處在可接受的限制之外，都將被該微處理器所拋棄。該微處理器將來(lái)自兩個(gè)通道的數(shù)據(jù)中可接受部分組合起來(lái)生成一個(gè)最終有效的單一讀取結(jié)果。
一個(gè)高性能的棒式條形碼閱讀器應(yīng)具有以下特征·內(nèi)藏式譯碼器·自動(dòng)識(shí)別最流行的編碼方案·較大的分辨率范圍(從低至高密度條形碼，也即5～20mil(注1mil＝25.4微米)，從高質(zhì)量印刷條形碼到點(diǎn)陣條形碼)·能方便地讀取塑料及層壓板上的信息。
當(dāng)發(fā)射器/探測(cè)器組件具有一個(gè)較高的景深以及一個(gè)可變的“光斑尺寸”時(shí)，上述技術(shù)要求能夠得到滿足。例如，在塑料及層壓板面上讀數(shù)時(shí)，通常需要2mm的景深，而讀取點(diǎn)陣條形碼時(shí)，所要求的光斑尺寸也許要大至0.5mm。
本發(fā)明的其他目的、優(yōu)點(diǎn)和新穎特征將在后面的說(shuō)明中提出，通過(guò)審查下面的內(nèi)容或者通過(guò)該發(fā)明的具體實(shí)施，從某種程度上說(shuō)，這些內(nèi)容對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員是很容易理解的。借助于所附的權(quán)力要求書中特別指出的裝置和系統(tǒng)，本發(fā)明的目的和優(yōu)點(diǎn)也許能被認(rèn)識(shí)和達(dá)到。
附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明如下

圖1為一個(gè)棒型條形碼閱讀器在掃描一個(gè)條形碼時(shí)的立體圖，圖中本發(fā)明被具體概括成一個(gè)棒型閱讀器。
圖2所示為閱讀棒在圖1所示的不同工作角度時(shí)的兩個(gè)有效探測(cè)光斑。
圖3A和3B為探測(cè)光斑掃描時(shí)經(jīng)過(guò)條形碼時(shí)的情形。圖3A所示為本發(fā)明的兩個(gè)有效探測(cè)光斑通過(guò)整個(gè)具有相對(duì)較高密度的條形碼符號(hào)時(shí)的情形。圖3B為兩個(gè)有效探測(cè)光斑在通過(guò)一低密度點(diǎn)陣型符號(hào)中的單個(gè)條形碼元素時(shí)的情形。
圖4為一種雙通道實(shí)施方案的線路方塊圖，該系統(tǒng)采用不同分辨率的數(shù)字化轉(zhuǎn)換器。
圖4A所示為一種高分辨率的條形碼以及在掃描這種條形碼時(shí)由圖4所示的線路所產(chǎn)生的信號(hào)。
圖4B所示為一種由點(diǎn)陣式打印機(jī)生成的高噪聲條形碼以及在掃描這種條形碼時(shí)圖4所示的線路所產(chǎn)生的信號(hào)。
圖5所示為本發(fā)明的光發(fā)射及探測(cè)系統(tǒng)的剖面圖。
圖6所示為本發(fā)明一種經(jīng)改進(jìn)的光發(fā)射及探測(cè)系統(tǒng)的剖面圖，采用了一個(gè)圍繞著光發(fā)射器及其光學(xué)組件的環(huán)形透鏡。
圖7到圖10給出了可供圖5、圖6所示的光發(fā)射及探測(cè)系統(tǒng)使用的光發(fā)射器及其光學(xué)組件的不同結(jié)構(gòu)。
圖11為一個(gè)雙光敏區(qū)域光探測(cè)器的簡(jiǎn)化平面圖，一個(gè)光敏區(qū)圍繞著另一個(gè)區(qū)域。
圖12為雙通道系統(tǒng)另一個(gè)實(shí)施例的線路方塊圖，采用了一個(gè)光發(fā)射器和圖11所示的雙光敏區(qū)域型的光探測(cè)器。
圖13和圖14為圖11所示的光探測(cè)器在特定實(shí)施例中的更詳細(xì)表示。圖14所示為環(huán)形的光敏區(qū)域以及通過(guò)外圍光敏區(qū)域上的一個(gè)隔離缺口從中心光敏區(qū)向外面連線的情形。圖13所示為矩形環(huán)繞光敏區(qū)域以及采用中心區(qū)域內(nèi)的一個(gè)焊墊及導(dǎo)線跨過(guò)外圍光敏區(qū)域往外連線的情形。
圖15為表示譯碼器從兩路不同分辨率的數(shù)據(jù)串導(dǎo)出單一合理結(jié)果的處理流程圖。
圖16所示為一個(gè)放大了的條形碼和來(lái)自兩通道的信號(hào)，以及這些信號(hào)經(jīng)過(guò)圖15中掃描組合算法部分處理后的結(jié)果。
圖1和圖2所示為條形碼進(jìn)行掃描以及本發(fā)明如何起到增加工作角度θ范圍的作用，尤其是指棒型閱讀器。圖1所示為一個(gè)棒型閱讀器10由手動(dòng)掃過(guò)條形碼20。如圖1所示，工作角度θ被定義為閱讀棒10的主軸線和垂直于光學(xué)編碼信息存在表面的線之間的夾角。圖中閱讀棒10處在b位置上，這時(shí)θ大約為45°。然而，閱讀棒能夠處在一個(gè)很大的角度范圍上，比如圖1所示的0°位置或者a、c位置。
閱讀棒10的光發(fā)射和探測(cè)元件被設(shè)計(jì)成可以生成兩個(gè)有效探測(cè)光斑S1和S2，兩者直徑不同。圖2所示為在不同的工作角度θ時(shí)，兩個(gè)探測(cè)光斑不同的直徑和形狀。在0°位置，兩個(gè)探測(cè)光斑S1和S2基本上為同心圓。然而，當(dāng)角度θ增加到a，b，c位置時(shí)，兩個(gè)光斑S1和S2開始模糊、擴(kuò)大，形成逐漸增大的橢圓。
如果閱讀器為一種棒型裝置，使用者手持閱讀棒使兩個(gè)探測(cè)光斑掃過(guò)條形碼。這產(chǎn)生(ⅰ)第一個(gè)有效探測(cè)光斑掃過(guò)后產(chǎn)生第一個(gè)探測(cè)信號(hào)從而完成一次對(duì)光學(xué)編碼信息的探測(cè);以及(ⅱ)第二個(gè)有效探測(cè)光斑掃過(guò)后產(chǎn)生第二個(gè)探測(cè)信號(hào)從而完成一次對(duì)光學(xué)編碼信息的探測(cè)。
在對(duì)條形碼或其他光學(xué)編碼信息的掃描中，第一、第二探測(cè)光斑S1和S2在光學(xué)編碼信息上掃過(guò)。圖3A為光斑S1和S2以一個(gè)相對(duì)較小的角度θ掃描條形碼20時(shí)的情形。在整個(gè)掃描長(zhǎng)度上，使用者保持工作角度接近或者等于0°，使光斑S1和S2基本上保持圓形。
如果使用者改變工作角度，探測(cè)光斑S1和S2的尺寸和形狀會(huì)按照?qǐng)D2所示的方式變化。第一和第二有效探測(cè)光斑的直徑的增加與工作角度的增加成正比例。借助于用兩個(gè)探測(cè)光斑掃描所獲得的探測(cè)信號(hào)，本發(fā)明導(dǎo)出一個(gè)表征光學(xué)編碼信息的單一譯碼結(jié)果。對(duì)不同的工作角度而言，至少有一個(gè)有效探測(cè)光斑具有合適的尺寸，從而產(chǎn)生一個(gè)有關(guān)光學(xué)編碼信息的有效讀取。
對(duì)相對(duì)較低密度的碼而言，如圖2中a所示，0°工作角度會(huì)生成一個(gè)具有合適尺寸的較大圓形探測(cè)光斑S1。對(duì)一些噪聲較大的印刷碼來(lái)講，比如點(diǎn)陣打印的碼，較小的光斑S2實(shí)際上是太小了。在一個(gè)稍大些的角度，比如b位置，兩者也許至少都提供一些可讀的信息，從而可以組合起來(lái)生成一個(gè)合理的單一譯碼結(jié)果。隨著工作角度θ的增加，如圖2所示的c、d情形，光斑S1、S2變長(zhǎng)了。在許多角度位置，盡管大光斑S2變得太大了，然而小光斑S2具有一個(gè)合適的直徑。
圖3A所示為光斑S1和S2在一個(gè)相對(duì)高密度的條形碼20上掃描時(shí)的情形。由于工作角度接近或等于0°，光斑S1和S2基本上均為圓形。在掃描高密度條形碼時(shí)的幾個(gè)點(diǎn)上，尤其在圖示的中間的兩個(gè)位置上，大的探測(cè)光斑S1覆蓋了兩個(gè)或更多個(gè)元素。由于在一個(gè)區(qū)域上的均化作用，無(wú)法給出指示細(xì)小條形碼元素邊緣的準(zhǔn)確信號(hào)。然而，小直徑光斑S2所覆蓋的區(qū)域非常小，以至于即使在這些位置上也只是覆蓋一根細(xì)小的元素。
圖3B所示為光斑S1和S2掃描點(diǎn)陣條形碼的一條元素23時(shí)的情形。如圖所示，元素23的單個(gè)點(diǎn)與點(diǎn)之間是有空隙的。如果采用小光斑S2來(lái)探測(cè)會(huì)將點(diǎn)當(dāng)作暗點(diǎn)、把空隙當(dāng)作明亮區(qū)域。例如，在圖3B中所示的位置上，光斑S2大致上正好與一個(gè)空隙的位置相對(duì)應(yīng)。結(jié)果，在這點(diǎn)上S2光斑所給出信號(hào)指示的是明亮區(qū)域，而不是暗條。因此，采用光斑S2進(jìn)行探測(cè)無(wú)法準(zhǔn)確給出元素23的寬度。然而，大光斑S1會(huì)給出一個(gè)合理的譯碼結(jié)果。采用光斑S1探測(cè)將來(lái)自較大光斑范圍的反射光均化，從而指出一條暗條。
圖4所示為本發(fā)明的雙通道系統(tǒng)的第一個(gè)實(shí)施例，這是生成兩個(gè)具有不同分辨率的通道或探測(cè)光斑的最簡(jiǎn)單技術(shù)。該實(shí)施例采用電子學(xué)方法產(chǎn)生兩個(gè)不同的分辨率，即采用具有不同分辨率的數(shù)字化轉(zhuǎn)換器。閱讀器可以是一臺(tái)自動(dòng)掃描器或者要求手動(dòng)掃描的棒型裝置。為了簡(jiǎn)化，在討論電路時(shí)假設(shè)閱讀器是一種手動(dòng)掃描的棒型閱讀器。
圖4所示的實(shí)施例具有一個(gè)單光源-發(fā)光二極管或稱“LED”41，以及一個(gè)單光探測(cè)器-光電二極管“PD”42。LED41發(fā)出光來(lái)照明光學(xué)編碼信息表面-比如條形碼20表面上的一個(gè)區(qū)域。PD42探測(cè)從條形碼20反射回來(lái)的光，從而獲得一個(gè)其幅度代表反射光強(qiáng)度的模擬信號(hào)。閱讀器掃描條形碼。如果閱讀器是一個(gè)棒型單元，使用者用手移動(dòng)該單元掃過(guò)編碼信息，從而所探測(cè)到的反射光的強(qiáng)度隨著編碼信息的明、暗區(qū)域變化而變化。
從PD42獲取的模擬信號(hào)由兩個(gè)模擬信號(hào)調(diào)節(jié)電路43、44進(jìn)行放大、轉(zhuǎn)換和調(diào)整。信號(hào)調(diào)節(jié)電路43、44基本上是一樣的，從而產(chǎn)生兩個(gè)模擬輸出信號(hào)。這些輸出信號(hào)中的一個(gè)傳輸給第一個(gè)數(shù)字化轉(zhuǎn)換器45，另一個(gè)信號(hào)輸送給第二個(gè)數(shù)字化轉(zhuǎn)換器46。數(shù)字化轉(zhuǎn)換器45，46起的作用是邊緣探測(cè)器或波形整形電路，其方式與現(xiàn)有的單通道型閱讀器的數(shù)字化轉(zhuǎn)換器相似。數(shù)字化轉(zhuǎn)換器45，46中的每一個(gè)，以及數(shù)字化轉(zhuǎn)換器所設(shè)置的閾值決定了模擬信號(hào)中的哪點(diǎn)代表?xiàng)l的邊緣。當(dāng)然，數(shù)字化轉(zhuǎn)換器45，46具有不同的閾值。
來(lái)自數(shù)字化轉(zhuǎn)換器45，46的脈沖信號(hào)輸出均被作為輸入信號(hào)輸送給經(jīng)過(guò)編程的微處理器型譯碼器47。信號(hào)調(diào)節(jié)線路43和數(shù)字化轉(zhuǎn)換器45形成第一個(gè)通道，為譯碼器47提供第一個(gè)數(shù)據(jù)串。第一個(gè)數(shù)字化轉(zhuǎn)換器43的閾值被設(shè)置得相對(duì)較低，如圖4A，4B中所示的T1，因此，數(shù)字化轉(zhuǎn)換器43的分辨率將比較低。第二個(gè)數(shù)字化轉(zhuǎn)換器46的閾值為T2，并且比較靈敏。
圖4A所示為一個(gè)高分辨率的條形碼以及掃描該條形碼時(shí)由圖4所示電路產(chǎn)生的信號(hào)。模擬信號(hào)是隨著反射光的均值的變化而變化，信號(hào)經(jīng)調(diào)整后，對(duì)緊密排列的條元素來(lái)講，將產(chǎn)生比較小的信號(hào)起伏。從圖4A所示來(lái)自數(shù)字化轉(zhuǎn)換器45的脈沖信號(hào)來(lái)看，第一個(gè)數(shù)字化轉(zhuǎn)換器45的低閾值會(huì)造成其中幾個(gè)起伏無(wú)法被探測(cè)到。第二個(gè)通道具有高分辨率，將探測(cè)出來(lái)自緊密排列條元素的反射光中的小變化，因?yàn)楸容^靈敏的數(shù)字化轉(zhuǎn)換器46能采集到模擬信號(hào)中的小波谷。如圖4A所示，高分辨率的第二個(gè)通道將通過(guò)數(shù)字化轉(zhuǎn)換器46生成一個(gè)輸出脈沖序列，該序列更接近于條形碼的邊緣。
圖4B所示為一種點(diǎn)陣型的低分辨率條形碼以及掃描這種碼時(shí)圖4所示的電路產(chǎn)生的信號(hào)。模擬信號(hào)隨著反射光均值的變化而變化，信號(hào)經(jīng)調(diào)整后，將產(chǎn)生與點(diǎn)陣中的點(diǎn)對(duì)應(yīng)的小起伏。對(duì)于符號(hào)中實(shí)際元素，模擬信號(hào)將產(chǎn)生大的起伏。從圖4B所示來(lái)自數(shù)字化轉(zhuǎn)換器45的脈沖信號(hào)來(lái)看，第一個(gè)數(shù)字化轉(zhuǎn)換器的低閾值將使模擬信號(hào)中的小起伏不會(huì)被探測(cè)到。較低分辨率的第一通道將通過(guò)數(shù)字化轉(zhuǎn)換器45生成一個(gè)輸出脈沖序列，該序列與條形碼邊緣對(duì)應(yīng)得很好。相反，具有較高分辨率的第二通道將探測(cè)到反射光中的一些小起伏，這些起伏是由于條形碼條元素中點(diǎn)與點(diǎn)之間的間隙造成的，而比較靈敏的數(shù)字化轉(zhuǎn)換器會(huì)采集到模擬信號(hào)中的這些小波谷。如圖4B所示，來(lái)自數(shù)字化轉(zhuǎn)換器46的脈沖信號(hào)不能與條元素的真實(shí)邊緣對(duì)應(yīng)。
從圖4A和4B中可以明顯看見，不論是對(duì)高分辨率條形碼還是低分辨率條形碼，兩個(gè)通道中的一個(gè)通道將生成一個(gè)與被掃描條形碼的邊緣良好相對(duì)應(yīng)的脈沖輸出信號(hào)。譯碼器47是一個(gè)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的單元，只是它有兩個(gè)輸入端而不是一個(gè)輸入端，分別輸入來(lái)自兩個(gè)不同分辨率通道的數(shù)據(jù)串。該集成譯碼器提供一個(gè)數(shù)字化的數(shù)據(jù)輸出，例如以ASCII碼形式。具體的譯碼過(guò)程將在后面更詳細(xì)地進(jìn)行討論，尤其是針對(duì)圖15，16的內(nèi)容。
有許多種技術(shù)可以被用來(lái)生成兩個(gè)數(shù)據(jù)通道。然而，在每個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)采用兩個(gè)不同分辨率的通道生成兩個(gè)數(shù)據(jù)串輸送給單個(gè)譯碼器47。譯碼器47都是一樣的。
圖5至圖10所示為光學(xué)系統(tǒng)不同的優(yōu)選實(shí)施例，這些系統(tǒng)均用于經(jīng)改進(jìn)后的閱讀器，尤其是被制作成棒型閱讀器。在制作用于讀取光學(xué)編碼信息-尤其是條形碼數(shù)據(jù)的手持式或棒型閱讀器的光學(xué)裝置時(shí)，不但使用了傳統(tǒng)光學(xué)器件，而且使用了非傳統(tǒng)的光學(xué)器件。通過(guò)將光發(fā)射器、探測(cè)器及其相關(guān)光學(xué)部件沿一根軸線調(diào)準(zhǔn)，閱讀棒能夠做得非常細(xì)、小，從而方便使用者手持和操作。
圖5為本發(fā)明光學(xué)部分第一個(gè)實(shí)施例的剖面圖。如圖中所示，以光學(xué)方式讀取編碼信息的光發(fā)射、探測(cè)系統(tǒng)11大體上包含四個(gè)沿軸向調(diào)準(zhǔn)的元件，LED發(fā)射器及其光學(xué)組件12，光探測(cè)器15，以及一個(gè)處于透鏡13和光探器15之間的光孔14。
埋置在LED光發(fā)射器及其光學(xué)組件12中的LED片起的作用好比圖4所示線路中的LED41。從LED光發(fā)射器及其光學(xué)組件12發(fā)出的光照射到一個(gè)條形碼符號(hào)20上。透鏡13收集從條形碼符號(hào)20反射后散射回來(lái)的光，并將光線聚焦到光孔14上。光孔14限制了視場(chǎng)的尺寸和系統(tǒng)的分辨率。光探測(cè)器組件被置于光孔14后面。
光探測(cè)器及其光學(xué)組件15可以由一個(gè)只有一個(gè)光敏區(qū)域的普通探測(cè)器片埋置于一個(gè)模壓光學(xué)塑料元件中來(lái)構(gòu)成。探測(cè)器組件15起的作用好比圖4所示的單探測(cè)器型閱讀棒電路中的探測(cè)器42。另外，光探測(cè)器15也可采用具有兩個(gè)光敏區(qū)域的探測(cè)器片，這將在后面根據(jù)圖11至圖14進(jìn)行介紹。
圖6所示為本發(fā)明光學(xué)部分的另一個(gè)實(shí)施例，與圖5所示的情況相似。然而，圖6所示的光發(fā)射、探測(cè)系統(tǒng)11提供了一個(gè)更緊湊的結(jié)構(gòu)。在此實(shí)施例中，采用了一個(gè)環(huán)狀透鏡13′來(lái)取代圖5中所示的透鏡13。圖5、圖6中所示的LED光發(fā)射器12是GaAs(砷化鎵)外延片與一些模壓光學(xué)器件的組合，將在下面進(jìn)行解釋。
圖7所示為L(zhǎng)ED光發(fā)射器及其光學(xué)組件412的第一個(gè)實(shí)施例，其外形在圖中表示為415。
圖7中的LED光發(fā)射器及其光學(xué)組件包含一個(gè)光學(xué)器件420，該器件是用光學(xué)塑料注塑模壓成形的，一塊LED片421埋置在器件420中間，并處在其軸線上。光學(xué)器件420模壓成形后具有兩個(gè)光學(xué)表面。第一個(gè)光學(xué)表面是形成在光學(xué)器件420前面的球形界面422，第二個(gè)光學(xué)表面是光學(xué)器件420的曲側(cè)面423。側(cè)面423的彎曲部分類似于用于集光器的結(jié)構(gòu)，從而使光學(xué)器件420從后往前逐漸變細(xì)，或者說(shuō)朝著前界面422的方向成錐狀。
球形前界面422將LED 421發(fā)出的近軸光線424會(huì)聚到P2點(diǎn)上。LED 421發(fā)出的光線425穿過(guò)光學(xué)器件420的偏離軸線部分照射到側(cè)面423上，然后反射到球形界面422上，界面422最后將光線聚焦在P1點(diǎn)上。P1點(diǎn)與P2點(diǎn)之間的區(qū)域?yàn)榫吧?。?cè)面423的曲面是根據(jù)特定的條形碼讀取用途的景深設(shè)計(jì)的。
圖7中，光學(xué)組件412的外部結(jié)構(gòu)415包括一個(gè)球形前光學(xué)界面以及一個(gè)內(nèi)反射曲側(cè)面。至少曲側(cè)面外部分415的一部分要鍍上金屬膜，如圖中的虛線所示。
圖8所示為L(zhǎng)ED發(fā)射器及其光學(xué)組件的第二個(gè)實(shí)施例。圖8中的LED發(fā)射器及其光學(xué)組件512大致上與圖7中的組件412相似。然而，組件512所包含的LED片轉(zhuǎn)了180°，片的正面對(duì)著組件512的背面。光學(xué)器件520的背面為一個(gè)內(nèi)反射拋物鏡526，而LED片處在該拋物鏡的焦點(diǎn)上。拋物鏡526的外表面鍍有金屬膜，如圖中虛線所示。拋物鏡526將LED 521發(fā)出的光轉(zhuǎn)換為向前的平行光。在平行光中，球形界面522將近軸部分會(huì)聚到P2點(diǎn)上。平行光中的遠(yuǎn)軸部分先由曲側(cè)面523反射，然后由球形界面522會(huì)聚到P1點(diǎn)上。P1點(diǎn)和P2點(diǎn)之間的區(qū)域?yàn)榫吧?。在圖8左側(cè)的515為上述光學(xué)組件的外形。
圖9所示為L(zhǎng)ED發(fā)射器及其光學(xué)組件的第三個(gè)實(shí)施例。圖9中組件612的結(jié)構(gòu)與圖5所示的結(jié)構(gòu)相似，然而，圖9實(shí)施例的側(cè)面623不再是曲面。側(cè)面623是柱面，從而面上形成的直線均平行于軸線。另外，圖9中有兩片LED片，這可以提高照明目標(biāo)時(shí)的照度。LED片621的正面朝著光學(xué)器件620的背面，并且置于內(nèi)反射拋物鏡面626的焦點(diǎn)上，該拋物面即為光學(xué)器件620的背面。再有，可用金屬膜覆蓋拋物鏡的外表面，如圖中虛線所示。拋物鏡面626將來(lái)自LED 621的光線轉(zhuǎn)換成平行光。LED 621′片正面朝前放置并直接朝著光學(xué)器件620前面的曲界面622發(fā)射光。曲界面622將LED 621′朝前發(fā)出的發(fā)散近軸光線會(huì)聚在P2點(diǎn)。曲界面622還將LED向后發(fā)出，然后經(jīng)拋物鏡面626反射的平行光線會(huì)聚在P1點(diǎn)。點(diǎn)P1和P2離開模壓光學(xué)器件620前端的距離不同，P1與P2間的間隔即為景深。圖9左側(cè)所示的615為上述光學(xué)組件的外形。
圖10所示的結(jié)構(gòu)與圖9類似。兩者的區(qū)別在于圖9中LED發(fā)射器及其光學(xué)組件612的球形前面622被改變成了圖10中LED發(fā)射器及其光學(xué)組件712的旋轉(zhuǎn)三棱鏡(axicon)面722。
圖10所示為一個(gè)正面朝著光學(xué)器件720的背面的單片LED 721。721片被設(shè)置在拋物鏡726的焦點(diǎn)上，該拋物鏡726即為光學(xué)器件720的背面。另外，可用金屬膜覆蓋拋物鏡的外表面，如圖中虛線所示。旋轉(zhuǎn)三棱鏡面將通過(guò)光學(xué)器件中間部分的光會(huì)聚在第一個(gè)焦點(diǎn)P1上，將通過(guò)光學(xué)器件遠(yuǎn)軸部分的光會(huì)聚到第二個(gè)距離更遠(yuǎn)的焦點(diǎn)P2上。盡管圖中只表示出一個(gè)反置單片LED 721，LED發(fā)射器及其光學(xué)器件712還可以包含第二片朝前設(shè)置的LED片，其形式與圖9中的621′片相仿。圖10左側(cè)的715為上述光學(xué)組件的外觀圖。
至此，優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)包括標(biāo)準(zhǔn)的光探測(cè)器片，以及可在圖4所示的單發(fā)射器/單探測(cè)器電路中使用的每種光發(fā)射、探測(cè)系統(tǒng)。另一種生成兩個(gè)信息通道的方法是將圖5、圖6所示的光探測(cè)器以及光學(xué)組件中的單片探測(cè)器改換成具有兩個(gè)獨(dú)立光敏區(qū)域的探測(cè)器。下面進(jìn)行介紹。
圖11所示為一個(gè)具有兩個(gè)光敏區(qū)域的探測(cè)器的簡(jiǎn)化平面圖，其中一個(gè)區(qū)域圍繞著另一個(gè)區(qū)域，第一光敏區(qū)為以陰影為標(biāo)記的中心圓，第二光敏區(qū)為以斜線為標(biāo)記的周圍部分。該實(shí)施例光探測(cè)器的結(jié)構(gòu)將在下面根據(jù)圖13和圖14來(lái)進(jìn)行仔細(xì)討論。該光探測(cè)器的顯著特征是它在本質(zhì)上形成一種多通道檢測(cè)系統(tǒng)。這種多通道光探測(cè)器包含一個(gè)形成在基片上的第一光敏區(qū)和在同一個(gè)基片上的第二光敏區(qū)。第二光敏區(qū)處在所說(shuō)的第一光敏區(qū)的周圍。每個(gè)光敏區(qū)與基片一起形成一個(gè)光電二極管。該探測(cè)器被用于本發(fā)明的電路實(shí)施例中，如圖12所示。
在圖12所示的線路中，信號(hào)調(diào)節(jié)電路和數(shù)字化轉(zhuǎn)換器工作的形式與圖4所示的實(shí)施例相似。圖11、12所表示的實(shí)施例根據(jù)兩個(gè)光敏區(qū)域D1和D2不同的光探測(cè)性質(zhì)，以光學(xué)方法生成了兩個(gè)不同的通道，而不是象圖4所示的實(shí)施例那樣，采用不同分辨率的數(shù)字化轉(zhuǎn)換器來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖12所示的高分辨通道包含第二個(gè)數(shù)字化轉(zhuǎn)換器，該通道稱為高通道，第一個(gè)通道稱為低通道。
在此實(shí)施例中，有一個(gè)發(fā)光元41以及兩個(gè)光探測(cè)器。這個(gè)光發(fā)射元件41包括圖5至圖10所示的光發(fā)射器及其光學(xué)組件12，412，512，612，712中的任何一個(gè)。光探測(cè)器包含圖11所示元件中的各個(gè)光敏區(qū)，這些光敏元做在一塊探測(cè)片上，并作為半導(dǎo)體探測(cè)片埋置在任何一個(gè)圖5、6所示的光探測(cè)器及其光學(xué)組件15中。在圖12中，D1代表包含第一光敏區(qū)的傳感器或探測(cè)器，即中央光敏區(qū)。D2表示包含第二光敏區(qū)的傳感器或探測(cè)器。LED41發(fā)射光照射光學(xué)編碼信息。光探測(cè)器D1、D2接受來(lái)自條形碼20表面反射光。
探測(cè)器D1將給出一個(gè)模擬信號(hào)，該信號(hào)有效表征較小光敏區(qū)D1接收到的反射光的均值。如果使用一個(gè)較小有效面積的光電二極管，這個(gè)信號(hào)將是一樣的，該有效面積確定光斑的尺寸和/或高分辨率通道的分辨率。
探測(cè)器D2將給出一個(gè)模擬信號(hào)，該信號(hào)有效表征較大的環(huán)形光敏區(qū)D2接收到的反射光的均值。采用加法電路將來(lái)自D1和D2的模擬信號(hào)相加。來(lái)自D1、D2模擬信號(hào)的“和”與采用一個(gè)較大的光電二極管將產(chǎn)生的信號(hào)非常接近，即在整個(gè)第一、第二光敏區(qū)域一對(duì)接收到的光進(jìn)行均化。
信號(hào)調(diào)節(jié)電路133接受來(lái)自加法器132的“和”信號(hào)，并按前面的討論對(duì)其進(jìn)行調(diào)整。經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)電路133后的信號(hào)由數(shù)字化轉(zhuǎn)換器134進(jìn)行數(shù)字化，從而形成低分辨率數(shù)據(jù)串。因此，在此實(shí)施例中，探測(cè)器D1和D2，加法132，信號(hào)調(diào)節(jié)電路133和第一數(shù)字化轉(zhuǎn)換器134構(gòu)成了低分辨率的第一通道。信號(hào)調(diào)節(jié)電路137接受來(lái)自D1的信號(hào)，并按前面的討論對(duì)其進(jìn)行調(diào)整。經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)電路137后的信號(hào)由數(shù)字化轉(zhuǎn)換器138進(jìn)行數(shù)字化，從而形成高分辨率數(shù)據(jù)串。從而，探測(cè)器D1，信號(hào)調(diào)節(jié)電路137和第二數(shù)字化轉(zhuǎn)換器138形成了本實(shí)施例中高分辨率的第二通道。譯碼器47以其在已討論過(guò)的實(shí)施例中的同樣方式接收來(lái)自數(shù)字化轉(zhuǎn)換器134，138的脈沖信號(hào)，并對(duì)它們進(jìn)行處理。
通過(guò)采用圖11類型的光探測(cè)器單元，并增加附加的周圍面積以及相應(yīng)的加法器、信號(hào)調(diào)節(jié)電路和數(shù)字化轉(zhuǎn)換器來(lái)增加不同分辨率通道的個(gè)數(shù)將是一個(gè)簡(jiǎn)單的事情。
圖11中的光探測(cè)器元件將采用相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的光電二極管制造技術(shù)來(lái)制作。尤其是，其制造工藝與制造并排光電二極管以及四象限光二極管型器件的工藝相似。敏感區(qū)域之間的非敏感區(qū)域或“死”區(qū)的典型尺寸范圍為0.001至0.005。圖11中光探測(cè)器元件的可能方案如圖13、14所示。
圖14表示的實(shí)施例包含一塊基片141，在此基片上構(gòu)成光敏區(qū)域。第一光敏區(qū)142是一個(gè)圓形。第一光敏區(qū)的形成是通過(guò)圓形區(qū)域進(jìn)行合適的摻雜來(lái)完成的。
“死”區(qū)143包圍在光敏區(qū)142的周圍。第二光敏區(qū)144實(shí)質(zhì)上是圍繞著第一光敏區(qū)142及死區(qū)143的環(huán)狀區(qū)域。第二光敏區(qū)域的形成是通過(guò)對(duì)環(huán)狀區(qū)域進(jìn)行合適的摻雜來(lái)完成的?！八馈眳^(qū)143將光敏區(qū)142和144隔開，并使二者在電學(xué)意義上絕緣。公共導(dǎo)線148通過(guò)焊墊147連接在基片141上。光敏區(qū)142和144的每一個(gè)與基片一起構(gòu)成一個(gè)光電二極管。
圖14所示為第一光敏區(qū)142接線的優(yōu)選形式。在此實(shí)施例中，第二光敏區(qū)域144沒(méi)有形成一個(gè)包圍第一光敏區(qū)142的完整環(huán)形。一個(gè)很小的非光敏區(qū)149穿過(guò)第二光敏區(qū)144所處的環(huán)，形成一條絕緣通道。在很小的非光敏區(qū)149上設(shè)置的金屬線145將第一光敏區(qū)與焊墊相連。這樣，通過(guò)焊墊及金屬線145，構(gòu)成了對(duì)第一光敏區(qū)的電流回路。同樣，金屬線146將第二光敏區(qū)144與焊墊相連。第二光敏區(qū)只損失了一條僅2mil(1mil＝25.4μm)寬的窄條，該窄條用來(lái)作為導(dǎo)線145的通道149。
圖13所示為本發(fā)明的光探測(cè)器元件的第二個(gè)實(shí)施例，該實(shí)施例具有矩形的光敏區(qū)，焊墊直接形成在每個(gè)光敏區(qū)上。該實(shí)施例包含一塊基片151，光敏區(qū)形成在該基片上面。
第一光敏區(qū)152是矩形的，該區(qū)域的形成是通過(guò)對(duì)矩形區(qū)進(jìn)行合適的摻雜來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在光敏區(qū)152周圍是一個(gè)矩形的“死”區(qū)153。第二個(gè)矩形的光敏區(qū)154將第一光敏區(qū)152和“死”區(qū)153完全包圍住。第二光敏區(qū)的形成是通過(guò)對(duì)外圍矩形環(huán)區(qū)域進(jìn)行合適的摻雜來(lái)實(shí)現(xiàn)的?！八馈眳^(qū)153將光敏區(qū)152和154分隔開，并使兩者在電學(xué)意義上絕緣。公共導(dǎo)線158通過(guò)焊墊157接在基片151上。光敏區(qū)152和154中的每一個(gè)與基片一起構(gòu)成一個(gè)光電二極管。
圖13所示為從光敏區(qū)域引線的第二種形式。在此實(shí)施例中，焊墊直接形成在光敏區(qū)上。金屬引線155通過(guò)設(shè)在光敏區(qū)上的焊墊構(gòu)成對(duì)光敏區(qū)152的電流回路，第二根金屬引線156通過(guò)設(shè)在第二光敏區(qū)154上的焊墊構(gòu)成相似的電流回路。在每個(gè)光敏區(qū)上，損失了一部分面積用來(lái)構(gòu)成焊墊。另外，如圖13所示，引線155在通過(guò)第二光敏區(qū)時(shí)會(huì)造成一個(gè)陰影。
關(guān)于圖11至14中經(jīng)改進(jìn)的光探測(cè)器件的討論集中在這樣一類優(yōu)選實(shí)施例上，其光敏區(qū)在基片上形成光二極管，但是，其他光敏區(qū)形式的光探測(cè)器件也可使用。例如，已經(jīng)考慮光探測(cè)元件可以包含一個(gè)二維的電荷耦合器件(CCD)陣列。其中心光敏部分可以包括陣列中的一些探測(cè)象素單元，比如以2×2分陣列的形式。周圍的光敏區(qū)域可以由圍著中心光敏部分的探測(cè)象素單元組成，比如在方形的中心部分的周圍形成兩個(gè)象素寬的環(huán)。取出2×2方形分陣列中每個(gè)象素單元的電荷值并在整個(gè)中心區(qū)域上進(jìn)行均化即可形成中心光敏部分的信號(hào)。周圍光敏部分的信號(hào)形成方式與此類似。另外，“和”信號(hào)的形成可以通過(guò)直接對(duì)兩個(gè)區(qū)域的信號(hào)值一起進(jìn)行均化來(lái)實(shí)現(xiàn)。
譯碼器47從兩個(gè)不同分辨率的數(shù)據(jù)串導(dǎo)出一個(gè)單一的合理結(jié)果，圖15即為這種處理的流程圖。第一步ST1將來(lái)自兩個(gè)通道的數(shù)據(jù)讀入譯碼器47。兩個(gè)通道的數(shù)據(jù)被稱為數(shù)據(jù)A和數(shù)據(jù)B。這些數(shù)據(jù)輸入中的一個(gè)和低分辨率數(shù)據(jù)串相對(duì)應(yīng)，另一個(gè)與高分辨數(shù)據(jù)串相對(duì)應(yīng)。在步驟ST2中，譯碼器對(duì)數(shù)據(jù)A進(jìn)行試譯。在步驟ST3中，譯碼器確定對(duì)數(shù)據(jù)A的試譯碼是否成功。如果成功，處理過(guò)程進(jìn)入步驟ST8，發(fā)出“嘟嘟”聲表示掃描成功，然后進(jìn)行步驟ST9，給出一個(gè)譯碼數(shù)據(jù)的輸出結(jié)果，最后程序在步驟ST10終止。然而，如果步驟ST3發(fā)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)A的試譯失敗了，譯碼器轉(zhuǎn)至步驟ST4去試譯數(shù)據(jù)B。步驟ST5確定對(duì)數(shù)據(jù)B的試譯是否成功。如果成功，處理過(guò)程又轉(zhuǎn)入步驟ST8，指示掃描成功，然后步驟ST9給出譯碼結(jié)果輸出，最后程序在步驟ST10終止。然而，如果步驟ST5發(fā)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)B的試譯不成功，譯碼器轉(zhuǎn)而執(zhí)行步驟ST6的掃描組合算法。
圖16有助于對(duì)掃描組合算法進(jìn)行說(shuō)明。如圖所示，第一通道產(chǎn)生一個(gè)由其數(shù)字化轉(zhuǎn)換器給出的脈沖信號(hào)，其中含有一個(gè)錯(cuò)誤。然而，該信號(hào)的幾個(gè)片段顯示出其數(shù)據(jù)在特定的條形碼標(biāo)準(zhǔn)的可接受范圍以內(nèi)。與此類似，第二通道也產(chǎn)生一個(gè)由其數(shù)字化轉(zhuǎn)換器給出的脈沖信號(hào)，并含有一個(gè)錯(cuò)誤，該信號(hào)的幾個(gè)片段顯示出其數(shù)據(jù)在可接受的范圍之內(nèi)。第一通道數(shù)據(jù)中的錯(cuò)誤和第二數(shù)據(jù)中的錯(cuò)誤處在不同的位置上。微處理器譯碼器辨認(rèn)來(lái)自每個(gè)通道的數(shù)據(jù)中哪些部分在可接受的參數(shù)之內(nèi)。微處理器譯碼器將錯(cuò)誤從兩通道的數(shù)據(jù)中剔除，并將來(lái)自兩個(gè)通道的數(shù)據(jù)中可以接受的部分組合起來(lái)形成一個(gè)最終有效的單一讀取結(jié)果，如圖16中的“修正后的信號(hào)”。這樣，即使兩個(gè)通道來(lái)的數(shù)據(jù)均不能被成功讀取，微處理器也能將兩個(gè)通道的數(shù)據(jù)組合起來(lái)生成一個(gè)單一的有效結(jié)果。
掃描組合算法與已公開并一起轉(zhuǎn)讓的題目為“從多重掃描讀取條形碼的方法和儀器”的美國(guó)專利申請(qǐng)中的處理是類似的，該專利申請(qǐng)?jiān)诖吮灰胱鳛閰⒖?。這項(xiàng)先前的申請(qǐng)描述了對(duì)掃描信號(hào)進(jìn)行分析并確定有效數(shù)據(jù)的方法，該方法利用連續(xù)多項(xiàng)掃描的數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行讀取和組合。本發(fā)明中的掃描組合算法是類似的，但所處理的掃描數(shù)據(jù)是同時(shí)來(lái)自兩個(gè)不同分辨率的通道。
再回到圖15，在步驟ST6執(zhí)行了掃描組合算法后，譯碼器確定是否“掃描組合”生成了成功的譯碼結(jié)果。如果成功，處理流程又進(jìn)入步驟ST8，指示掃描成功并由步驟ST9給出譯碼結(jié)果輸出信號(hào)，最后程序在步驟ST10終止。只有當(dāng)掃描組合也無(wú)法給出一個(gè)合理、成功的譯碼結(jié)果時(shí)，程序在步驟ST10終止并且不給出有效譯碼輸出數(shù)據(jù)。
以上關(guān)于軟件的討論是經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)化的，并局限在集中討論對(duì)來(lái)自兩個(gè)通道的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而提供譯碼結(jié)果。譯碼器還包含合適的軟件可以自動(dòng)識(shí)別不同的編碼方案，以及在包含其他物體反射光脈沖的模擬掃描信號(hào)中發(fā)現(xiàn)真實(shí)的碼數(shù)據(jù)。
微處理器譯碼器還可以包括與集成終端操作有關(guān)的程序功能。典型的終端將包括基本的存貯能力、一個(gè)鍵盤、一個(gè)顯示器以及一些用于通訊目的的數(shù)據(jù)接口。在這樣一種集成終端方案中，微處理器對(duì)鍵盤輸入的數(shù)據(jù)和命令作出反應(yīng)，提供對(duì)被掃描、被鍵入內(nèi)容的數(shù)據(jù)顯示以及對(duì)向外部數(shù)據(jù)系統(tǒng)所進(jìn)行的數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行控制。
本發(fā)明已經(jīng)被描述了，主要是作為一個(gè)雙通道系統(tǒng)。對(duì)不同的實(shí)施例進(jìn)行擴(kuò)展，使其包括能提供更多不同分辨率的附加數(shù)據(jù)通道，這也在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。另外，盡管優(yōu)選方案是雙通道系統(tǒng)，本發(fā)明的光學(xué)部分提供了特別細(xì)小、高效的光學(xué)部件，這也可以用于單通道系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種用來(lái)發(fā)光并照射光學(xué)編碼信息的一個(gè)光發(fā)射器及其光學(xué)組件，包含一個(gè)模壓光學(xué)器件；以及一個(gè)埋置在模壓光學(xué)器件中的光發(fā)射片，該光發(fā)射片發(fā)出光穿過(guò)第一個(gè)模壓光學(xué)器件從而照射到光學(xué)編碼信息上；其中所說(shuō)的模壓光學(xué)器件包含一個(gè)折射前表面和一個(gè)內(nèi)反射表面，二者配合給所發(fā)射光束提供兩個(gè)不同焦距。
2.如權(quán)利要求1所述的組件，其中模壓光學(xué)器件包含一個(gè)折射前表面和一個(gè)內(nèi)反射表面，二者配合生成兩個(gè)不同的焦距。
3.如權(quán)利要求1所述的組件，其中所述折射前表面包含一個(gè)曲面和一個(gè)所述內(nèi)反射表面，該內(nèi)反射表面包含一個(gè)朝著前折射面方向逐漸變細(xì)的曲側(cè)面。
4.如權(quán)利要求1所述的組件，其中所述折射前表面包含一個(gè)曲面;所述內(nèi)反射表面包含一個(gè)形成在所述模壓光學(xué)器件背面上的內(nèi)反射拋物面;以及發(fā)光片被埋置在所述模壓光學(xué)器件中，朝著所述內(nèi)反射拋物面發(fā)光。
5.一種光發(fā)射及探測(cè)系統(tǒng)，用來(lái)發(fā)出光照射光學(xué)編碼信息并探測(cè)來(lái)自光學(xué)編碼信息的反射光，所述系統(tǒng)包含一個(gè)具有一個(gè)折射前表面和一個(gè)反射內(nèi)側(cè)面的光學(xué)模壓器件;埋置在該光學(xué)模壓器件中用于發(fā)射光的光發(fā)射裝置，其中(ⅰ)折射前表面將所發(fā)射光中的近軸部分會(huì)聚在第一個(gè)焦點(diǎn)上，折射前表面將所發(fā)射光中的遠(yuǎn)軸部分會(huì)聚在第二個(gè)焦點(diǎn)上，以及(ⅱ)第一和第二兩個(gè)焦點(diǎn)離開模壓光學(xué)器件前面的距離不同;以及一個(gè)光探測(cè)器，用來(lái)檢測(cè)從光學(xué)編碼信息反射回來(lái)的光。
6.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中光發(fā)射裝置由一個(gè)面向折射前表面的單個(gè)光發(fā)射器組成，并通常朝著前方發(fā)射發(fā)散光，以及內(nèi)反射表面包含一個(gè)模壓光學(xué)器件的曲側(cè)面，所述曲側(cè)面形成一個(gè)朝著模壓光學(xué)器件的前面并且逐漸變細(xì)的曲側(cè)面，使得所發(fā)出的光中的遠(yuǎn)軸部分在穿過(guò)折射前面之前先由曲側(cè)面反射。
7.一種讀取光學(xué)編碼信息的系統(tǒng)包含一個(gè)光發(fā)射器及其光學(xué)組件，包含(ⅰ)一個(gè)具有一個(gè)折射前表面和一個(gè)反射內(nèi)表面的模壓光學(xué)器件，兩個(gè)面配合生成兩個(gè)焦距，以及(ⅱ)埋置在模壓光學(xué)器件中用于發(fā)光的發(fā)光裝置;一個(gè)以光學(xué)方式探測(cè)編碼信息的光探測(cè)器，并相應(yīng)生成至少一個(gè)電信號(hào)，該信號(hào)與被探測(cè)的光學(xué)編碼信息相對(duì)應(yīng);響應(yīng)所述至少一個(gè)電信號(hào)、用于在由所述光探測(cè)器及其組件掃描編碼信息時(shí)得到兩個(gè)數(shù)據(jù)通道的裝置，兩個(gè)數(shù)據(jù)通道分別具有不同的分辨率，一個(gè)高于另一個(gè);以及一個(gè)譯碼器，用來(lái)從所獲的兩個(gè)通道數(shù)據(jù)生成一個(gè)表征被探測(cè)光學(xué)編碼信息的單一數(shù)據(jù)輸出。
8.如權(quán)利要求7所述的讀取光學(xué)編碼信息的系統(tǒng)，其中所述產(chǎn)生兩個(gè)數(shù)據(jù)通道的裝置包含兩個(gè)數(shù)字化轉(zhuǎn)換器，以及所述兩個(gè)數(shù)字化轉(zhuǎn)換器都響應(yīng)來(lái)自所述光探測(cè)器以及其光學(xué)組件的共同電信號(hào)，但是所述的兩個(gè)數(shù)字化轉(zhuǎn)換器分別具有不同的閾值水平，從而確定兩個(gè)不同的分辨率。
全文摘要
本發(fā)明包含經(jīng)改進(jìn)的光學(xué)及探測(cè)器件。為了提供一個(gè)較寬的景深，與光發(fā)射器和/或光探測(cè)器有關(guān)的光學(xué)部件具有兩個(gè)不同焦點(diǎn)。光學(xué)及探測(cè)器件和/或相關(guān)的電路形成兩個(gè)數(shù)據(jù)通道。該二通道有不同的分辨率。對(duì)兩個(gè)通道的數(shù)據(jù)分析，可給出單一的譯碼結(jié)果。當(dāng)工作角度和碼的密度變化時(shí)，至少有一個(gè)分辨率可以被用來(lái)探測(cè)所有或大部分的條形編碼數(shù)據(jù)?？梢圆捎蒙捎行ЫY(jié)果的通道給出數(shù)據(jù)，如果沒(méi)有一個(gè)通道能給出有效結(jié)果，可以對(duì)各通道的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，將兩個(gè)通道的數(shù)據(jù)中的有效部分組合起來(lái)生成單一的譯碼結(jié)果。
文檔編號(hào)G06K7/10GK1087189SQ9211448
公開日1994年5月25日 申請(qǐng)日期1992年12月24日 優(yōu)先權(quán)日1991年12月24日
發(fā)明者李雅君 申請(qǐng)人:歐林巴斯光學(xué)工業(yè)股份有限公司