專利名稱:自動(dòng)聚焦壓電激勵(lì)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在光學(xué)讀取設(shè)備中成像，并且更為具體地，涉及在光學(xué)讀取設(shè)備中自動(dòng)聚焦目標(biāo)圖像的激勵(lì)系統(tǒng)。本發(fā)明的多個(gè)方面都特別用于固態(tài)的、基于區(qū)域圖像傳感器的手持圖像讀取器，其可以定位于相對(duì)于目標(biāo)圖像可變的方向和距離。
背景技術(shù)：
光代碼是由具有不同光反射或光發(fā)射特性的圖像區(qū)域組成的圖案，其通常是根據(jù)先驗(yàn)規(guī)則而匯編的?！皸l形碼”一詞有時(shí)用于描述某些種光代碼。光代碼的光學(xué)特性和圖像被選擇用來(lái)從外表上將它們從使用它們的背景環(huán)境中區(qū)別出來(lái)。用于從光代碼識(shí)別或提取數(shù)據(jù)的設(shè)備有時(shí)稱為“光代碼讀取器”，其中條形碼掃描儀是一種。光代碼讀取器用于許多不同環(huán)境中的固定裝置以及便攜式裝置，例如在商店中用于為服務(wù)結(jié)帳，在制造場(chǎng)所用于工作流程(work flow)和庫(kù)存控制，以及在運(yùn)輸車(chē)輛上用于跟蹤包裹處理。光代碼也能夠用作數(shù)據(jù)輸入的普遍的快速方法，例如，通過(guò)從打印的許多條形碼的列表中讀取目標(biāo)條形碼。在一些使用中，光代碼讀取器連接于便攜式數(shù)據(jù)處理設(shè)備或數(shù)據(jù)采集和傳送設(shè)備。通常，光代碼讀取器包括一個(gè)手動(dòng)地對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)代碼的手持傳感器。
多數(shù)傳統(tǒng)光學(xué)掃描系統(tǒng)被設(shè)計(jì)為讀取一維條形碼符號(hào)。條形碼是一種由固定或可變寬度間隔分開(kāi)的可變寬度矩形條的圖案。矩形條和間隔具有不同的光反射特性。一個(gè)一維條形碼的例子是用于標(biāo)識(shí)諸如產(chǎn)品明細(xì)的UPC/EAN代碼。一個(gè)二維代碼或堆疊條形碼的例子是PDF417條形碼。對(duì)PDF417條形碼的描述和對(duì)其編碼的技術(shù)已在由Shellhammer等人轉(zhuǎn)讓給Symbol Technologies公司的美國(guó)專利號(hào)5,635,697中公開(kāi)，并將其引入本文中以供參考。另一個(gè)傳統(tǒng)的光代碼被稱為“MaxiCode”。MaxiCode由中心瞄準(zhǔn)圖案或靶心中心和圍繞中心瞄準(zhǔn)的一圈六邊形組成。應(yīng)該注意的是，在本專利申請(qǐng)中公開(kāi)的本發(fā)明的多個(gè)方面通常可應(yīng)用于光代碼讀取器，而不考慮他們所適合讀取的特定類型的光代碼。本文所描述的發(fā)明也可應(yīng)用于圖像識(shí)別和/或分析設(shè)備。
多數(shù)傳統(tǒng)掃描系統(tǒng)產(chǎn)生一束或多束激光，所述激光反射條形碼符號(hào)并返回至掃描系統(tǒng)。系統(tǒng)獲得一個(gè)連續(xù)的模擬波形，所述波形對(duì)應(yīng)于沿著系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)掃描行的代碼所反射的光。然后系統(tǒng)解碼波形以從條形碼中提取信息。例如，轉(zhuǎn)讓給Symbol Technologies公司的美國(guó)專利號(hào)4,251,798公開(kāi)了這種一般類型的系統(tǒng)，其在此被引入本文中以供參考。而在轉(zhuǎn)讓給SymbolTechnologies公司的美國(guó)專利號(hào)5,561,283公開(kāi)了一種用于檢測(cè)和解碼一維和二維條形碼的激光束掃描系統(tǒng)，其被引入本文中以供參考。
條形碼也能夠用成像設(shè)備來(lái)讀取。例如可以使用具有二維單元陣列的圖像傳感器或與設(shè)備的視域內(nèi)的圖像元素或像素相對(duì)應(yīng)的光電傳感器(photosensor)。這種圖像傳感器可以是二維或區(qū)域電荷耦合器件(CCD)以及用于產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于觀察區(qū)的二維像素信息陣列的電信號(hào)的相關(guān)電路。
目前所使用的許多掃描儀使用掃描激光束。一些這種系統(tǒng)用于可以手動(dòng)對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)的手持單元中。通常一個(gè)單獨(dú)的掃描儀是包括其他掃描儀，計(jì)算機(jī)，電纜，數(shù)據(jù)終端等的更大系統(tǒng)的一個(gè)組件。這種系統(tǒng)通常是基于掃描引擎的機(jī)械或光學(xué)規(guī)格(有時(shí)稱為“波形因數(shù)(form factor)”)而設(shè)計(jì)并構(gòu)造的。一個(gè)這種波形因數(shù)是由Symbol Technologies公司使用的SE1200波形因數(shù)。
由于當(dāng)前波形因數(shù)利用較小維數(shù)來(lái)規(guī)定掃描引擎引擎，所以有必要提供一種小型成像引擎，其能夠代替在目前設(shè)計(jì)并使用的光代碼讀取器系統(tǒng)中的傳統(tǒng)激光行掃描引擎。
還有另一個(gè)需要就是提供一種成像引擎所述成像引擎能夠代替在當(dāng)前設(shè)計(jì)并使用的光代碼讀取系統(tǒng)中的波形因數(shù)掃描引擎引擎以提高這種系統(tǒng)的可靠性，通用性和目標(biāo)工作范圍。
在光代碼讀取器中使用CCD光電檢測(cè)器和物鏡組件是本領(lǐng)域所公知的。過(guò)去，這種系統(tǒng)曾采用原始設(shè)計(jì)用于相對(duì)昂貴的視頻成像系統(tǒng)中的復(fù)雜物鏡組件。這種透鏡組件通常使用多個(gè)大直徑非球面的透鏡元件。在美國(guó)專利號(hào)5,703,349中示例了在代碼讀取器中的非球面透鏡元件和CCD光電檢測(cè)器的使用。非球面透鏡系統(tǒng)是相對(duì)昂貴并難于構(gòu)建的。它們也具有單個(gè)銳聚焦和有限的區(qū)域深度，與傳統(tǒng)的對(duì)準(zhǔn)，照明(illumination)和信號(hào)處理以及解碼算法一起限制了系統(tǒng)的通用性和工作范圍。
Symbol Technologies公司已經(jīng)研發(fā)了用于條形碼掃描儀的雙穩(wěn)態(tài)高速區(qū)域采集(zone collection)系統(tǒng)。在美國(guó)專利號(hào)5,798,515和5,821,522中公開(kāi)了這些系統(tǒng)，其使用可移動(dòng)到掃描儀(嵌入光學(xué)系統(tǒng))的輸入光學(xué)路徑中的透鏡結(jié)構(gòu)。
Symbol Technologies公司還研發(fā)了一種易于構(gòu)造并且經(jīng)濟(jì)的用于成像光代碼讀取器的物鏡組件。美國(guó)專利號(hào)6,340,114B1公開(kāi)了這種組件，其內(nèi)容并入本文中以供參考。所述‘114專利也公開(kāi)了一種光代碼讀取器，能夠用于以遠(yuǎn)距離讀取代碼。另外，’114專利也公開(kāi)了一種成像光代碼讀取器，具有可選的視域和視圖的工作深度以適應(yīng)讀取器的信號(hào)處理和解碼能力。
然而，盡管對(duì)現(xiàn)有技術(shù)作出了改進(jìn)，但是仍需要這種系統(tǒng)這種系統(tǒng)足夠小以符合最近的波形因數(shù)規(guī)格，同時(shí)又能提供現(xiàn)存系統(tǒng)中可以發(fā)現(xiàn)的相同或更高程度的通用性和性能。

發(fā)明內(nèi)容因此，為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題，本發(fā)明涉及用于自動(dòng)聚焦光學(xué)圖像讀取器的激勵(lì)系統(tǒng)。并公開(kāi)了可應(yīng)用于與各種類型的圖像讀取器相關(guān)的成像引擎和成像透鏡系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的技術(shù)。更為具體地，本發(fā)明涉及用于自動(dòng)聚焦與成像系統(tǒng)相關(guān)的物鏡的激勵(lì)系統(tǒng)。
本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種微型成像引擎，其能夠代替目前設(shè)計(jì)并使用的光代碼讀取系統(tǒng)中的傳統(tǒng)激光行掃描引擎。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種成像引擎，其能夠代替目前設(shè)計(jì)并使用的光代碼讀取系統(tǒng)中的波形因數(shù)掃描引擎，以提高這種系統(tǒng)的可靠性，通用性和目標(biāo)工作范圍。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種易于構(gòu)造并且經(jīng)濟(jì)的用于自動(dòng)聚焦成像光代碼讀取器的可移動(dòng)物鏡組件。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供幾個(gè)激勵(lì)組件實(shí)例，以便沿著透鏡導(dǎo)向組件移動(dòng)物鏡組件以自動(dòng)聚焦成像光代碼讀取器。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種具有裝配了物鏡組件的成像引擎的成像光代碼讀取器，所述物鏡組件能夠沿著透鏡導(dǎo)向組件移動(dòng)以自動(dòng)聚焦成像光代碼讀取器。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種可移動(dòng)物鏡組件，根據(jù)已確定的透鏡組件的聚焦質(zhì)量沿著透鏡導(dǎo)向組件移動(dòng)，以自動(dòng)調(diào)整成像光代碼讀取器的聚焦質(zhì)量。
上述的一些或所有目的都可以在單個(gè)光代碼讀取引擎或系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。加上適當(dāng)?shù)目刂齐娐泛蛿?shù)據(jù)處理軟件，系統(tǒng)又可以構(gòu)造為實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生一個(gè)可以代替現(xiàn)有行掃描引擎的小型制造經(jīng)濟(jì)的成像引擎的目的?？梢允挂孢m用于許多不同的環(huán)境，利用多個(gè)光場(chǎng)和焦距以便讀取多個(gè)不同大小的代碼。系統(tǒng)也可以用于圖像識(shí)別或分析，包括獲取關(guān)于目標(biāo)及其環(huán)境的數(shù)據(jù)。
為了更好的理解本發(fā)明，參考對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的以下描述以及附圖，其中圖1是本發(fā)明成像引擎的優(yōu)選實(shí)施例的簡(jiǎn)化功能框圖；圖2是示例根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例使用的處理設(shè)備的框圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的透鏡和激勵(lì)組件的剖面圖；圖4A和4B是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的激勵(lì)組件的剖面圖；以及圖5A和5B是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的激勵(lì)組件的剖面圖。
具體實(shí)施方式現(xiàn)在參照附圖進(jìn)行詳細(xì)描述，其中在幾幅視圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相似或相同的元件，并從附圖1開(kāi)始，顯示了根據(jù)本申請(qǐng)公開(kāi)內(nèi)容而構(gòu)造的一個(gè)成像引擎110的實(shí)施例。更為具體地，圖1是本發(fā)明成像引擎110的優(yōu)選實(shí)施例的功能框圖，示例了成像引擎的一些元件的配置。包括成像子系統(tǒng)和解碼子系統(tǒng)的電子硬件通常由標(biāo)記為“控制和邏輯電路”的方塊112表示。雙向箭頭114示例了圖像傳感器116和控制邏輯電路112之間的信號(hào)傳送。圖像傳感器116通過(guò)物鏡組件118接收光學(xué)圖像信息。進(jìn)一步如圖1中所示，照明源120和激勵(lì)器組件122可以由控制邏輯電路112提供的信號(hào)控制。
成像引擎110能夠被解碼(如圖1所示)或不解碼以產(chǎn)生原始視頻流。在不解碼的情況下，引擎可以作為要集成到執(zhí)行解碼的設(shè)備中的一個(gè)元件出售。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，圖像傳感器是一個(gè)電荷耦合設(shè)備(CCD)。然而，要理解的是，其他區(qū)域圖像傳感器也可以用于預(yù)期的目的，例如CMOS，CMD(電荷調(diào)制設(shè)備)或CID(電荷注入設(shè)備)傳感器。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例可以包括用于處理和解碼從圖像傳感器116接收到的圖像數(shù)據(jù)的電路和/或軟件。圖像傳感器產(chǎn)生電信號(hào)，所述電信號(hào)通常相應(yīng)于目標(biāo)圖像的像素信息的二維像素組。該數(shù)據(jù)由基于電路/軟件的系統(tǒng)進(jìn)行分析以確定黑和白臨界信息。像素?cái)?shù)據(jù)被分為子圖像，例如，32×32像素的子圖像。分析這些子圖像以獲得已知與多種類型的光代碼相關(guān)的特性以及已知從從背景(非代碼)圖像中區(qū)分其他代碼和特定代碼的特性。
提供具有至少一個(gè)透鏡的透鏡組件118以將入射光聚焦在圖像傳感器116上。透鏡組件118可沿著透鏡導(dǎo)向組件124移動(dòng)以改變后焦距。適用于本發(fā)明的成像引擎的優(yōu)選實(shí)施例的物鏡組件118可以包括包含至少一個(gè)透鏡元件的圓柱形外殼。透鏡元件可以卡鎖安裝在圓柱形外殼中以將透鏡保持在公共光軸的位置上。
在優(yōu)選實(shí)施例中，透鏡組件118在多個(gè)位置之間自動(dòng)移動(dòng)以自動(dòng)聚焦要成像的物體，例如條形碼。當(dāng)透鏡組件118移動(dòng)時(shí)，透鏡導(dǎo)向組件124導(dǎo)向并支持透鏡組件118以在成像物體之前自動(dòng)聚焦物體。
激勵(lì)組件122優(yōu)選地將近處的或遠(yuǎn)處的運(yùn)動(dòng)告知透鏡組件118，以便分別將透鏡組件遠(yuǎn)離或朝向物體移動(dòng)。因此，透鏡組件118的運(yùn)動(dòng)量取決于激勵(lì)組件122激勵(lì)的時(shí)間量乘以透鏡組件118移動(dòng)給定單元時(shí)間的距離(速度)。
優(yōu)選地，在確定了成像裝置和要成像的物體之間的距離之后啟動(dòng)激勵(lì)組件122。轉(zhuǎn)讓給Symbol Technologies公司的美國(guó)專利號(hào)6,340,114B1公開(kāi)了能夠用于確定本發(fā)明的成像裝置和物體之間的距離的一種距離確定方法。該方法涉及使用一種成像光代碼讀取器的對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)以測(cè)量到目標(biāo)圖像的距離。其他距離確定方法也可以用于確定成像裝置和要成像的物體之間的距離，例如，于2003年4月29日申請(qǐng)的一并待決的美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)10/425,499中公開(kāi)的方法，將其引入本文當(dāng)中以供參考。
然后，由處理系統(tǒng)將確定的到物體的距離與相對(duì)固定參照點(diǎn)(例如，透鏡導(dǎo)向組件的特定點(diǎn)，諸如中心點(diǎn))的透鏡導(dǎo)向組件124的具體或大約位置相關(guān)聯(lián)。
然后，與成像裝置通信的處理系統(tǒng)確定相對(duì)固定參照點(diǎn)透鏡組件需要移動(dòng)到透鏡導(dǎo)向組件的具體或大約位置的距離大小。為了執(zhí)行該計(jì)算，處理系統(tǒng)考慮相對(duì)固定參考點(diǎn)的透鏡組件118的參考點(diǎn)的最后存儲(chǔ)的位置。不考慮偶然的需要通過(guò)手動(dòng)或自動(dòng)將透鏡組件的當(dāng)前位置設(shè)置在相對(duì)規(guī)定參考點(diǎn)的已知位置來(lái)校準(zhǔn)成像裝置，透鏡組件118的參考點(diǎn)的最后存儲(chǔ)的位置就等同于相對(duì)固定參考點(diǎn)的透鏡組件118的參考點(diǎn)的當(dāng)前位置。
最后記錄的或當(dāng)前的位置是由處理系統(tǒng)不斷地計(jì)算透鏡組件118的參考點(diǎn)相對(duì)固定參考點(diǎn)移動(dòng)的距離量而確定的。例如，在成像裝置的初始生產(chǎn)設(shè)置或校準(zhǔn)之后，透鏡組件118的參考點(diǎn)位于與固定參考點(diǎn)同一平面上，或位于距離固定參考點(diǎn)已知距離的位置，例如距離固定參考點(diǎn)盡可能遠(yuǎn)的位置。
之后，在成像裝置操作過(guò)程中，透鏡組件118沿著透鏡導(dǎo)向組件124移動(dòng)以自動(dòng)聚焦成像裝置。在激勵(lì)組件122每次激勵(lì)的過(guò)程中，透鏡組件沿著軸向前或向后所移動(dòng)的距離會(huì)由處理系統(tǒng)分別增加或減小到先前記錄的數(shù)。例如，如果透鏡組件118的初始位置標(biāo)識(shí)為位置零(優(yōu)選地該初始位置等同于與固定參考點(diǎn)相同平面的透鏡組件的參考點(diǎn))并且在激勵(lì)組件激勵(lì)一預(yù)定時(shí)間周期以參照固定參考點(diǎn)將透鏡組件移動(dòng)+0.11mm(例如，朝向要成像的物體0.11mm)之后，處理系統(tǒng)將零和+0.11相加以將透鏡組件的參考點(diǎn)的新位置確定為距離固定參考點(diǎn)+0.11mm。該位置由處理系統(tǒng)存儲(chǔ)并稱為透鏡組件118的參考點(diǎn)的最后存儲(chǔ)位置或上述的參考點(diǎn)的當(dāng)前位置。激勵(lì)組件的預(yù)定激勵(lì)時(shí)間周期是由處理系統(tǒng)根據(jù)透鏡組件基于成像裝置和物體之間的確定距離需要移動(dòng)多遠(yuǎn)才能自動(dòng)聚焦物體所確定的。
在透鏡組件118的當(dāng)前位置，接著成像裝置對(duì)物體進(jìn)行成像，并將表示成像物體的信號(hào)傳送到能夠執(zhí)行一系列可編程指令的圖像處理系統(tǒng)，以便識(shí)別成像的物體和/或獲取由成像物體編碼的信息，諸如條形碼編碼的信息。圖像處理系統(tǒng)優(yōu)選地與處理系統(tǒng)集成。
在成像裝置被自動(dòng)聚焦并且物體被成像之后，對(duì)接下來(lái)要成像的物體重復(fù)上述自動(dòng)聚焦成像處理。也就是說(shuō)，在通過(guò)用戶按下成像光代碼讀取器的啟動(dòng)按鈕或執(zhí)行一些其他動(dòng)作來(lái)啟動(dòng)自動(dòng)聚焦成像處理時(shí)，成像裝置和要成像的物體之間的距離是由對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)連同處理系統(tǒng)一起確定的。然后，處理系統(tǒng)確定透鏡組件118從當(dāng)前位置要朝著物體或遠(yuǎn)離物體所要移動(dòng)的距離量，并確定相應(yīng)的激勵(lì)組件的激勵(lì)時(shí)間周期。然后，激勵(lì)組件激勵(lì)與激勵(lì)時(shí)間周期相同的時(shí)間，并且將透鏡組件118移動(dòng)與預(yù)定量相等的距離以自動(dòng)聚焦要成像的物體。然后成像該物體。
繼續(xù)參照上個(gè)例子，然后處理系統(tǒng)將透鏡組件118的參考點(diǎn)的新位置存儲(chǔ)為距離固定參考點(diǎn)的+0.11mm加上新移動(dòng)的距離。如果新移動(dòng)的距離是-0.73mm(即，透鏡組件遠(yuǎn)離要成像的物體移動(dòng)0.73mm)，則透鏡組件的參考點(diǎn)的當(dāng)前位置確定為距離固定參考點(diǎn)-0.62mm。通過(guò)確定透鏡組件118的參考點(diǎn)一定位于距離固定參考點(diǎn)-0.62mm的位置(即，與物體的位置相反方向上距離固定參考點(diǎn)0.62mm)來(lái)計(jì)算新移動(dòng)的距離以根據(jù)成像裝置和物體之間的確定距離最大化地自動(dòng)聚焦要成像的物體。
更進(jìn)一步地，聚焦質(zhì)量確定方法能夠用于通過(guò)分析像素?cái)?shù)據(jù)而自動(dòng)區(qū)分條形碼和其他物體。因此，能夠在已經(jīng)捕獲物體的整個(gè)圖像之前，將表示物體類型的信號(hào)和描述物體的其他信息提供給圖像處理系統(tǒng)，或者在使用所有像素不斷成像物體，但只分析代表一些像素的數(shù)據(jù)的情況下，最后獲取的圖像或接受的圖像被提供給圖像處理。
另外，通過(guò)獲知物體的類型，臨界聚焦質(zhì)量范圍或圖像分辨率可以在“處理過(guò)程中(on-the-fly)”被調(diào)節(jié)。例如，如果被成像的物體確定為一個(gè)條形碼，則臨界聚焦質(zhì)量可以調(diào)節(jié)到一個(gè)表示低到中的圖像分辨率的范圍之內(nèi)。如果被成像的物體被確定為一個(gè)精美印刷的數(shù)字，則臨界聚焦質(zhì)量可以調(diào)節(jié)到一個(gè)表示中到高的圖像分辨率的范圍之內(nèi)。預(yù)期的是，也可以使用一個(gè)編號(hào)系統(tǒng)來(lái)量化聚焦質(zhì)量。例如，可以使用一到十的范圍，其中數(shù)字一等同于極差的聚焦質(zhì)量或圖像分辨率，而數(shù)字十等同于極高聚焦質(zhì)量或圖像分辨率。
上述的成像裝置可以構(gòu)成成像引擎的一部分，而成像引擎又包括電源，解碼電路和視頻控制電路。在優(yōu)選實(shí)施例中，成像引擎體積小于兩立方英寸，而大小可以代替諸如SE900和SE1200波形因數(shù)成像引擎之類的手持條形碼掃描儀中的移動(dòng)激光束成像引擎。這種成像引擎可以設(shè)計(jì)為讀取多個(gè)類型的光代碼，包括在11/2和18英寸或更多之間的工作范圍的高和低密度條形碼。
更為具體地，如圖1所示，激勵(lì)組件122優(yōu)選地配置為從控制邏輯電路112接收控制信號(hào)并使物鏡組件118移動(dòng)。物鏡組件的移動(dòng)將改變?cè)趫D像傳感器116的圖像的聚焦質(zhì)量。更為具體地，在操作中，控制邏輯電路112可以命令激勵(lì)器組件122使物鏡組件118在相對(duì)短焦距和相對(duì)長(zhǎng)焦距之間移動(dòng)，從而允許成像引擎被用于讀取與成像引擎不同距離的不同大小的圖像，而圖像保持焦距對(duì)準(zhǔn)。
照明源120可以包括照明印刷電路板和微透鏡盤(pán)(lenslet plate)。照明印刷電路板可以包括多個(gè)發(fā)光二極管。在優(yōu)選實(shí)施例中，在照明板上安置二十個(gè)660nm激光二極管。而在可選實(shí)施例中，可以使用產(chǎn)生更高或更低波長(zhǎng)光的激光二極管。在其他情況中，激光二極管也可這樣安置以使目標(biāo)區(qū)域均勻被照明。在可在成像引擎中選擇多個(gè)視域和多個(gè)焦距的系統(tǒng)中，照明系統(tǒng)可以提供不同的照明區(qū)域。發(fā)光二極管的發(fā)射光通過(guò)成像引擎的前板中的縫隙或微透鏡投射。
照明源可以產(chǎn)生相對(duì)較寬的較低輸出強(qiáng)度光束以照明相對(duì)靠近成像光代碼讀取器的目標(biāo)條形碼，以及產(chǎn)生相對(duì)較窄的較高輸出強(qiáng)度光束以照明相對(duì)遠(yuǎn)離讀取器的目標(biāo)條形碼。用于產(chǎn)生較低輸出強(qiáng)度照明光束的一部分照明源可以包括一個(gè)或多個(gè)位于距離透鏡組件的基本光軸相對(duì)較近的位置、具有寬發(fā)散圖案的發(fā)光元件。也可以使用其他元件來(lái)提供更長(zhǎng)范圍的更高輸出強(qiáng)度的照明光束。在優(yōu)選實(shí)施例中，該功能是由具有窄發(fā)散圖案、位于距離成像引擎的基本光軸相對(duì)較遠(yuǎn)的位置的光發(fā)射元件實(shí)現(xiàn)的。后面這些元件可以是多個(gè)發(fā)光二極管，每個(gè)二極管與位于成像引擎前面的聚焦微透鏡相關(guān)。
在使用多個(gè)發(fā)光元件的照明系統(tǒng)中，可以在照明區(qū)域產(chǎn)生一定的強(qiáng)度變化。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，圖像處理電路和/或軟件為來(lái)自圖像傳感器的信號(hào)補(bǔ)償在照明源提供的照明中的已知變化。
光學(xué)圖像數(shù)據(jù)是由圖像傳感器116內(nèi)的電路和軟件獲得并處理的。該數(shù)據(jù)可以是電信號(hào)的形式，所述電信號(hào)與目標(biāo)圖像的像素信息的二維陣列相對(duì)應(yīng)。數(shù)據(jù)可以被存儲(chǔ)在控制和邏輯電路112的存儲(chǔ)器中以便隨后的處理。可以理解的是，處理軟件可以訪問(wèn)各級(jí)存儲(chǔ)的圖像數(shù)據(jù)。在多個(gè)處理步驟中，可以調(diào)用一部分圖像數(shù)據(jù)以進(jìn)一步處理或確認(rèn)正在運(yùn)行的分析。
圖2顯示了一個(gè)處理設(shè)備210的示例，該處理設(shè)備可以用于執(zhí)行諸如用于確定本文所述的多個(gè)元件的距離的程序。設(shè)備210包括處理器212和存儲(chǔ)器214，其通過(guò)一個(gè)或多個(gè)系統(tǒng)總線組215的至少一部分進(jìn)行通信?？刂圃O(shè)備216和網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備218也利用系統(tǒng)總線組215的至少一部分。設(shè)備210可以表示諸如控制和邏輯電路212或用于執(zhí)行至少一部分根據(jù)本發(fā)明的處理的任何其他類型的處理設(shè)備的部分或組合。設(shè)備210的元件可以與這種設(shè)備的常規(guī)元件一致。
例如，處理器212可以表示微處理器，中央處理單元(CPU)，數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)，或特定應(yīng)用集成電路(ASIC)，以及這些和其他處理設(shè)備的部分或組合。存儲(chǔ)器214通常是電子存儲(chǔ)器，但也可以包含或包括其他類型的存儲(chǔ)設(shè)備，例如基于磁盤(pán)的光學(xué)或磁性存儲(chǔ)器?？刂圃O(shè)備216可以與處理器212相關(guān)?？刂圃O(shè)備216也可以進(jìn)一步配置為傳送控制信號(hào)。
本文所述的圖像聚焦技術(shù)可以使用利用設(shè)備210的各個(gè)存儲(chǔ)器和處理器元件來(lái)存儲(chǔ)和執(zhí)行的軟件全部或部分的實(shí)現(xiàn)。例如，用于確定多個(gè)元件的距離的處理可以使用存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器214中的一個(gè)或多個(gè)軟件程序來(lái)至少部分地實(shí)現(xiàn)，并由處理器212執(zhí)行。這種軟件程序可以在諸如存儲(chǔ)器214和處理器212之類的設(shè)備元件中存儲(chǔ)并執(zhí)行的特殊方式是本領(lǐng)域所公知的，因此本文不再詳細(xì)描述。
現(xiàn)參照?qǐng)D3，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例示例了一個(gè)成像裝置300。成像裝置300包括圖像傳感器305，透鏡組件310，和壓電激勵(lì)組件315。壓電激勵(lì)組件315包括彈簧320和壓電激勵(lì)器325。如以下將要詳細(xì)描述的，該實(shí)施例依靠壓電激勵(lì)組件335的移動(dòng)而在達(dá)到目標(biāo)圖像的理想聚焦的方向上移動(dòng)透鏡組件310。而且，成像裝置被配置為將透鏡組件移動(dòng)大約總共500微米的距離，并在具有精確度為+/-10微米的該距離內(nèi)的任意一點(diǎn)停下。
透鏡組件310優(yōu)選地是由諸如滑套或活鉸鏈之類的透鏡導(dǎo)向系統(tǒng)支撐的。圖3中所示例的透鏡導(dǎo)向系統(tǒng)330與2003年4月29日申請(qǐng)的一并待決的美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)10/425,344中描述的活鉸鏈相應(yīng)，將其引入本文當(dāng)中以供參考。因此，透鏡導(dǎo)向系統(tǒng)300提供必要的支撐，而又保持足夠靈活以允許透鏡組件310的移動(dòng)以有助于聚焦經(jīng)過(guò)那的光學(xué)信息。
透鏡組件310被配置為聚焦圖像傳感器305上的光學(xué)信息。圖像傳感器305產(chǎn)生與目標(biāo)圖像的像素信息陣列相對(duì)應(yīng)的電信號(hào)。如圖1所示，來(lái)自圖像傳感器305的電信號(hào)被傳送到控制邏輯電路。控制邏輯電路處理該信號(hào)并將輸出信號(hào)提供給相對(duì)于目標(biāo)圖像的聚焦質(zhì)量的激勵(lì)器組件。于2003年3月14日申請(qǐng)的美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)10/389,184中有更為詳細(xì)的描述了用于確定目標(biāo)圖像是否對(duì)準(zhǔn)了焦點(diǎn)以及相應(yīng)的輸出信號(hào)應(yīng)該是什么的方法，將其引入本文以供參考。
在該實(shí)施例中，參考圖1中的激勵(lì)器組件，其包含如圖3所示的壓電激勵(lì)器組件315。彈簧320對(duì)壓電激勵(lì)器325接近尾端的地方在如箭頭A所示朝向透鏡組件310的方向上施加恒力。因此，從壓電激勵(lì)器325的遠(yuǎn)端延伸出來(lái)的尖端335與透鏡組件310保持恒定的接觸。
在運(yùn)行過(guò)程中，是通過(guò)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員熟知的方式將來(lái)自控制邏輯電路的輸出信號(hào)施加于壓電激勵(lì)器325。壓電激勵(lì)器325對(duì)信號(hào)的接收導(dǎo)致壓電激勵(lì)器325機(jī)械地變型，而變型又反過(guò)來(lái)導(dǎo)致尖端335的移動(dòng)。由于尖端335與透鏡組件310保持恒定的接觸，所以壓電激勵(lì)器325的任何變型都經(jīng)由尖端335轉(zhuǎn)化為透鏡組件310的移動(dòng)。優(yōu)選地，將尖端335的表面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為，使得尖端335和透鏡組件310之間的摩擦系數(shù)最小化或消除尖端335的遠(yuǎn)端和透鏡組件310的表面之間的任何滑動(dòng)。而且，被傳送到壓電激勵(lì)器325的信號(hào)的變化將導(dǎo)致壓電激勵(lì)器325不同地變型。因此，壓電激勵(lì)器325的移動(dòng)以及由此導(dǎo)致的透鏡組件310的移動(dòng)可以通過(guò)改變控制信號(hào)而控制。信號(hào)的變化將導(dǎo)致壓電激勵(lì)器機(jī)械地變型包括，例如，電壓、電流和周期的變化。由于透鏡組件310是由透鏡導(dǎo)向系統(tǒng)330控制的，所以最普遍的組件移動(dòng)方向就是在箭頭B-B所示的方向上沿著中心光軸。
有利的是，可以對(duì)壓電激勵(lì)器325作出非常精確的改變，所述改變通過(guò)透鏡組件310又轉(zhuǎn)化為精確的聚焦調(diào)節(jié)。參照?qǐng)D3所示例的實(shí)施例所描述的配置，其提供了一種快速，精確和簡(jiǎn)單的方法以自動(dòng)調(diào)整對(duì)通過(guò)光學(xué)讀取設(shè)備看到的圖像的聚焦。
現(xiàn)參照?qǐng)D4A和4B，示例了根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的成像裝置400。成像裝置400包括圖像傳感器405，透鏡組件410，和至少兩個(gè)壓電激勵(lì)器425。彈簧420的第一端連接于固定結(jié)構(gòu)445，而彈簧420的第二端接觸壓電激勵(lì)器425接近末端的地方。因此，彈簧420向壓電激勵(lì)器425和尖端435在朝向彼此的方向上施加力。然而，尖端435由凸緣440隔開(kāi)，而凸緣又縱向地連接于透鏡組件410的外表面。
透鏡組件410的移動(dòng)是由傳送給至少兩個(gè)壓電激勵(lì)器中一個(gè)或多個(gè)激勵(lì)器的信號(hào)引起的。響應(yīng)于該信號(hào)，壓電激勵(lì)器以一種方式機(jī)械地變型，而所述方式又將引起相應(yīng)尖端435的移動(dòng)。由于尖端435與凸緣是物理接觸的，凸緣又沿著透鏡組件410的縱軸連接，所以尖端435的移動(dòng)引起凸緣449和透鏡組件410在將達(dá)到對(duì)目標(biāo)圖像的理想聚焦的方向上的移動(dòng)。
透鏡組件優(yōu)選地支撐在諸如滑套或活鉸鏈之類的透鏡導(dǎo)向系統(tǒng)430內(nèi)。圖4A和4B中所示例的透鏡導(dǎo)向系統(tǒng)430與以上參照?qǐng)D3所述的透鏡導(dǎo)向系統(tǒng)330的活鉸鏈相類似。因此，透鏡導(dǎo)向系統(tǒng)430的活鉸鏈提供必要的支撐，而又保持足夠靈活以允許透鏡組件410的移動(dòng)以有助于對(duì)經(jīng)過(guò)那里的光學(xué)信息的聚焦。壓電激勵(lì)器425由固定結(jié)構(gòu)445支撐。有利的是，該配置消除了在透鏡導(dǎo)向系統(tǒng)430上的任何額外的負(fù)載，所述負(fù)載將在壓電激勵(lì)器由透鏡導(dǎo)向系統(tǒng)支撐的情況下發(fā)生。兩個(gè)在相反的方向上的壓電激勵(lì)器425的配置為，能夠具有加強(qiáng)或衰減對(duì)凸緣440實(shí)施的力的作用。
透鏡組件410被配置為聚焦圖像傳感器405上的光學(xué)信息。圖像傳感器405產(chǎn)生與目標(biāo)圖像的像素信息陣列相對(duì)應(yīng)的電信號(hào)。如圖1所示，來(lái)自圖像傳感器305的電信號(hào)被傳送到控制邏輯電路?？刂七壿嬰娐诽幚碓撔盘?hào)并將輸出信號(hào)提供給相對(duì)于目標(biāo)圖像的聚焦的激勵(lì)器組件。于2003年3月14日申請(qǐng)的美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)10/389,184中有更為詳細(xì)的描述了用于確定目標(biāo)圖像是否對(duì)準(zhǔn)了焦點(diǎn)以及相應(yīng)的輸出信號(hào)應(yīng)該是什么的方法，將其引入本文以供參考。
現(xiàn)參照?qǐng)D5A和5B，示例了根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的成像裝置500。成像裝置500包括圖像傳感器505，透鏡組件510，和至少兩個(gè)壓電激勵(lì)器525。彈簧520的第一端連接于固定結(jié)構(gòu)545。將彈簧520的第一端連接于固定結(jié)構(gòu)545消除了加在導(dǎo)向組件530上的任何額外的負(fù)載。而彈簧520的第二端接觸壓電激勵(lì)器525的第一端。因此，彈簧520向壓電激勵(lì)器525的第一端施加力。尖端535從壓電激勵(lì)器525的第二端延伸出來(lái)并接觸透鏡導(dǎo)向組件530的上部分。透鏡導(dǎo)向組件530可以配置為，例如，滑套或活鉸鏈。
透鏡組件510的移動(dòng)是通過(guò)將信號(hào)傳送到一個(gè)或多個(gè)壓電激勵(lì)器525而實(shí)現(xiàn)的。響應(yīng)于該信號(hào)，壓電激勵(lì)器以一種方式機(jī)械地變型，而所述方式又將引起相應(yīng)尖端535的移動(dòng)。由于尖端535與透鏡導(dǎo)向組件530的上部分是物理接觸的，所以尖端535的移動(dòng)將引起透鏡導(dǎo)向組件530的移動(dòng)，而透鏡導(dǎo)向組件530的移動(dòng)反過(guò)來(lái)又將引起透鏡組件510的移動(dòng)。參照?qǐng)D5A和5B描述的實(shí)施例的配置允許簡(jiǎn)化的設(shè)計(jì)和制造過(guò)程，以及提高的可靠性。
盡管本文已參考附圖描述了本發(fā)明的示意性實(shí)施例，但是可以理解的是，本發(fā)明不限于那些精確的實(shí)施例，并且本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在不背離本發(fā)明的范圍或精神的情況下可以作出多種其他改變和修改。例如，光學(xué)系統(tǒng)可以包括具有兩個(gè)不同視域的第一和第二物鏡。因此，在不背離如下從文字上以及法律上認(rèn)同的等同物的權(quán)利要求
所闡明的本發(fā)明的精神或范圍的情況下，可以作出多種修改和變化。
權(quán)利要求
1.一種成像裝置包括一個(gè)圖像傳感器，用于產(chǎn)生與表示目標(biāo)圖像的光學(xué)信息相對(duì)應(yīng)的電信號(hào)；一個(gè)透鏡組件，用于在圖像傳感器上聚焦目標(biāo)圖像；以及至少一個(gè)壓電激勵(lì)組件，配置為移動(dòng)透鏡組件以在圖像傳感器上聚焦目標(biāo)圖像。
2.如權(quán)利要求
1所述的成像裝置，進(jìn)一步包括一個(gè)透鏡導(dǎo)向組件，其中透鏡組件沿著透鏡導(dǎo)向組件移動(dòng)以在圖像傳感器上聚焦目標(biāo)圖像。
3.如權(quán)利要求
2所述的成像裝置，其中透鏡導(dǎo)向組件包含一對(duì)活鉸鏈。
4.如權(quán)利要求
2所述的成像裝置，其中透鏡導(dǎo)向組件包含一個(gè)圓柱形襯套。
5.如權(quán)利要求
1所述的成像裝置，其中圖像傳感器包括一個(gè)電荷耦合裝置。
6.如權(quán)利要求
1所述的成像裝置，其中至少一個(gè)壓電激勵(lì)器組件包含一個(gè)壓電激勵(lì)器，一個(gè)從壓電激勵(lì)器末端延伸出來(lái)的尖端以及鄰近于壓電激勵(lì)器接近末端的彈簧。
7.如權(quán)利要求
6所述的成像裝置，其中尖端與透鏡組件相接觸以使尖端的移動(dòng)引起透鏡組件的移動(dòng)。
8.如權(quán)利要求
1所述的成像裝置，其中光學(xué)信息包括一個(gè)像素信息陣列。
9.如權(quán)利要求
8所述的成像裝置，其中像素信息陣列是二維的。
10.如權(quán)利要求
1所述的成像裝置，其中至少一個(gè)壓電激勵(lì)器組件是位于透鏡組件的鄰近處。
11.如權(quán)利要求
1所述的成像裝置，進(jìn)一步包括控制和邏輯電路，用于處理由圖像傳感器產(chǎn)生的電信號(hào)。
12.如權(quán)利要求
1所述的成像裝置，其中至少一個(gè)壓電激勵(lì)組件配置為自動(dòng)移動(dòng)透鏡組件以在圖像傳感器上聚焦目標(biāo)圖像。
13.如權(quán)利要求
1所述的成像裝置，其中目標(biāo)圖像是條形碼。
14.如權(quán)利要求
1所述的成像裝置，其中成像裝置配置為體積上小于兩立方英寸。
15.如權(quán)利要求
1所述的成像裝置，進(jìn)一步包括一個(gè)照明源，用于照明一個(gè)目標(biāo)區(qū)域。
16.如權(quán)利要求
1所述的成像裝置，進(jìn)一步包括至少兩個(gè)壓電激勵(lì)組件，其配置為以相反方向放置并與從透鏡組件延伸出來(lái)的縱向凸緣相接觸，以使壓電激勵(lì)器組件的尖端的移動(dòng)經(jīng)由凸緣引起透鏡組件的移動(dòng)。
17.如權(quán)利要求
2所述的成像裝置，進(jìn)一步包括至少兩個(gè)壓電激勵(lì)器組件，其配置為以相反方向放置并與透鏡導(dǎo)向組件相接觸，以使壓電激勵(lì)器的移動(dòng)引起透鏡組件的移動(dòng)。
18.一種利用成像裝置讀取圖像的方法，該方法包括以下步驟在圖像傳感器中產(chǎn)生電信號(hào)，其中電信號(hào)與表示目標(biāo)圖像的光學(xué)信息相對(duì)應(yīng)；通過(guò)透鏡組件在圖像傳感器上聚焦目標(biāo)圖像；以及移動(dòng)透鏡組件以經(jīng)由壓電激勵(lì)器組件在圖像傳感器上聚焦目標(biāo)圖像。
19.如權(quán)利要求
18所述的方法，進(jìn)一步包括確定成像裝置和目標(biāo)圖像之間的距離的步驟。
20.如權(quán)利要求
18所述的方法，進(jìn)一步包括將電信號(hào)傳送到圖像處理系統(tǒng)的步驟，所述圖像處理系統(tǒng)配置為執(zhí)行一系列可編程指令以識(shí)別目標(biāo)圖像。
21.一種利用成像裝置聚焦圖像的方法，該方法包括以下步驟確定成像裝置和目標(biāo)圖像之間的距離；將確定的到目標(biāo)圖像的距離與透鏡導(dǎo)向組件的位置相關(guān)聯(lián)；確定透鏡組件相對(duì)于透鏡導(dǎo)向組件位置的當(dāng)前位置；確定在圖像傳感器上聚焦目標(biāo)圖像所需要移動(dòng)透鏡組件的距離量；以及將透鏡組件移動(dòng)確定的距離量，以在圖像傳感器上聚焦目標(biāo)圖像，其中透鏡組件經(jīng)由壓電激勵(lì)器組件移動(dòng)一個(gè)確定的距離以在圖像傳感器上聚焦目標(biāo)圖像。
22.一種成像裝置的子配件，該子配件包括機(jī)殼；機(jī)殼內(nèi)設(shè)置的透鏡組件，透鏡組件配置為在圖像傳感器上聚焦目標(biāo)圖像；以及一個(gè)壓電激勵(lì)器組件，配置為移動(dòng)透鏡組件以在圖像傳感器上聚焦目標(biāo)圖像。
專利摘要
提供一種激勵(lì)系統(tǒng)以便自動(dòng)聚焦光學(xué)圖像讀取器。也提供這種技術(shù)，其應(yīng)用于設(shè)計(jì)與各種類型的圖像讀取器相關(guān)的成像引擎和成像透鏡系統(tǒng)。更為具體地，本發(fā)明涉及透鏡導(dǎo)向組件和激勵(lì)系統(tǒng)，以便自動(dòng)聚焦與光學(xué)圖像讀取器的成像系統(tǒng)相關(guān)的物鏡。光學(xué)圖像讀取器優(yōu)選為一種光學(xué)代碼圖像讀取器，以便成像光代碼，例如條形碼。
文檔編號(hào)G06K7/00GK1998001SQ20038010623
公開(kāi)日2007年7月11日 申請(qǐng)日期2003年12月17日
發(fā)明者A·布瑞特曼, M·科瑞切弗 申請(qǐng)人:訊寶科技公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan