技术领域
[0001] 本
专利大体上涉及成像布置(imaging arrangement)并且尤其涉及成像布置和包括此类成像布置的条形码读取器。
背景技术
[0002] 手持条形码读取器内包括的成像布置可以用于读取条形码。由于这些手持条形码是手持的，因此不会太大，限制了用于附加选择的可获得的有效面积。
[0003] 因此，需要成像布置和包括这种成像布置的条形码读取器的进一步发展。
附图说明
[0004] 附图(其中类同的附图标记在全部单独的视图中表示相同的或功能类似的要素)连同下面的详细描述被纳入于此并形成
说明书的一部分，并用来进一步阐述包括所要求保护的示例的构思的
实施例，以及解释那些实施例的各种原理和优势。
[0005] 图1A示出了根据本公开内容的教导的示例条形码读取器的透视图。
[0006] 图1B示出了可以用于实现图1A的条形码读取器的示例成像布置的等距视图。
[0007] 图2示出了可以用于实现图1B的成像布置的示例成像布置的横截面平面图。
[0008] 图3是图2的成像布置的前视图。
[0009] 图4示出了可以用于实现图1B的成像布置的另一个示例成像布置的横截面平面图。
[0010] 图5是图4的成像布置的前视图。
[0011] 图6是图示出了
光源和成像组件的视场的图4的成像布置的平面图。
[0012] 已在附图中通过常规符号在适当
位置对装置和方法构成进行了表示，所述表示仅示出与所公开的示例有关的那些具体细节以免因得益于本文的描述将对本领域技术人员显而易见的细节而混淆本公开。
具体实施方式
[0013] 本文所公开的示例涉及具有满足
阈值的宽度的成像布置和扫描布置。在一些示例中，阈值为近似9毫米(mm)或更小。如本文所述，短语“近似9毫米”是指9mm+/-2mm和/或考虑到制造公差。在一些示例中，宽度限定在布置的后壁处的印刷
电路板(PCB)和布置的前部之间。成像布置可以被称为可以与条形码读取器一起使用的成像引擎，扫描布置可以被称为可以与条形码扫描器一起使用的扫描引擎。
[0014] 为了使得布置的宽度能够满足阈值并且与包括分立的
准直透镜和图案生成器的已知示例相反，所公开的布置包括单个整体部分，该单个整体部分包括示例
准直透镜和示例图案生成器两者。该部分可以是塑料模制的部分。图案生成器可以被称为激光图案生成器、发光
二极管图案生成器、照明图案生成器或瞄准图案生成器，并且该部分可以被称为透镜或准直图案生成透镜，其中将理解的是，对“透镜”的引用包括对被配置为共同地提供类似操作的多个透镜的引用。
[0015] 在一些实施例中，该部分包括形成准直透镜的第一表面和形成图案生成器的第二表面。第一表面被构造成面对光源，并且第二表面被构造成背对光源。光源可以由
激光器或
发光二极管(LED)实现。为了使进入该部分的光准直，在一些示例中，第一表面被构造成非球面表面、基本上双曲线的表面、束形成表面或者具有被构造成使光准直的另一个轮廓。例如，第一表面可以被实现为折射表面、菲涅
耳(Fresnel)表面或衍射表面。如本文所述，短语“基本上双曲线的”是指表面不会偏离双曲线表面超过20波均方根(rms)为了使得离开成像布置和/或相关联的条形码读取器的光能够具有特定图案，所公开的第二表面包括表面结构、图案形成表面和/或以其他方式构造成生成图案。例如，第二表面可以被实现为衍射光学元件(DOE)、折射光学元件(ROE)、工程漫射器(ED)，并且所生成的图案可以呈十字准线、加号等形式。
[0016] 为了限制进入示例透镜的光的范围和/或防止光散射，
光圈(aperture)被
定位在光源和面对光源的第一表面之间。换句话说，光圈使得从光源发射的光的第一部分能够穿过透镜，并阻止从光源发射的光的第二部分穿过透镜。尽管光圈可以具有任何尺寸，但在一些示例中，光圈的尺寸为近似1毫米(mm)、近似2.3mm或更大(例如，3mm)或近似2.7mm。更通常地，光圈在约1mm至5mm之间。如本文所述，短语“近似2.5mm”和“近似2.7mm”分别是指2.3mm+/-0.5mm和2.7mm+/-0.5mm，和/或考虑到制造公差。尽管光圈被公开为定位在第一表面和光源之间，但光圈可以可替代地邻近第二表面设置，使得光被“夹住”，并且在从光源发射的光穿过透镜之后，光的第二部分被去除。
[0017] 为了显著防止反射光被成像布置重新发射，在一些示例中，包括图案生成结构的第二表面相对于在成像布置的相对侧之间延伸的横向平面成一定
角度。例如，第二表面可以相对于横向平面成近似3°角。如果第二表面没有以防止通过第二表面反射的光被该布置重新发射的方式成一定角度，则由该布置发射的光可能不会产生预期的图案。换句话说，如果反射光由该布置重新发射，则不同于预期图案的第二图案可能由该布置发射。此外，在一些示例中，第二表面的角度使得由成像布置朝向成像布置的相机发射的图案能够校正光源和相机之间的
视差。相机可以被称为
图像采集组件、成像组件或成像器组件。尽管第二表面可以被设置在相对于该布置的横向平面的任何角度下，但在一些示例中，第二表面可以相对于横向平面成近似30°。
[0018] 在第一示例中，用于在条形码读取器内使用的成像布置包括
外壳。成像布置还包括被配置为沿着中心光轴发射光的光源。光源被设置在外壳内。成像布置还包括透镜，该透镜具有第一表面和与该第一表面相对的第二表面。透镜被设置在外壳内。第一表面被配置为面对光源并被构造成将从光源接收的光基本准直为准直光束。第二表面包括表面结构，该表面结构被构造成响应于接收到准直光束而生成
图案化光束。在第一示例的变型中，第二表面相对于光源成一定角度，使得从第二表面朝向光源反射的光以相对于中心光轴的倾斜角度指向。
[0019] 在第二示例中，用于在条形码读取器内使用的成像布置包括外壳，该外壳包括前壁和后壁。成像布置还包括被配置为发射光的光源。光源应被设置在外壳中靠近后壁的位置。成像布置还包括用于将来自光源的光准直为准直光束并响应于接收到准直光束而生成图案化光束的装置。用于将光准直并生成图案化光束的该装置使得前壁与后壁之间的距离能够为近似9毫米或更小。用于将光准直并生成图案化光束的该装置定位在靠近前壁的位置。在示例中，用于将光准直并生成图案化光束的该装置包括透镜，该透镜包括第一表面和与该第一表面相对的第二表面。透镜要被设置在外壳内。第一表面被配置为面对光源并被构造成将从光源接收的光基本准直为准直光束。第二表面包括表面结构，该表面结构被构造成响应于接收到准直光束而生成图案化光束。
[0020] 在第三示例中，条形码读取器包括外壳和设置在外壳内的成像布置。成像布置包括光源和透镜，该光源被配置为发射光，该透镜具有第一表面和与该第一表面相对的第二表面。第一表面被配置为面对光源并被构造成将从光源接收的光基本准直为准直光束。第二表面包括表面结构，该表面结构被构造成响应于接收到准直光束而生成图案化光束。在第三示例的变型中，条形码读取器包括设置在光源和透镜之间的光圈。光圈的尺寸被设置成使得从光源发射的光的第一部分能够穿过透镜，并阻止从光源发射的光的第二部分穿过透镜。
[0021] 参照图1A，其中示出了示例条形码读取器100，其具有外壳102、触发器104和外壳窗口106，外壳102具有用于容纳内部部件的腔。在该示例中，示例成像布置107定位在外壳102的腔内并被配置为穿过外壳窗口106捕获图像数据并且，尤其是在相对较远的工作距离范围上读取条形码。成像布置107可以被称为包括元件(诸如例如，瞄准光组件或照明光组件)的成像引擎。在其他实例中，成像引擎可以包括像(多个)图像
传感器那样的图像捕获部件。
[0022] 当条形码读取器100被放置在
支撑支架(未示出)中的
台面上时，该条形码读取器100可以以免提模式使用作为固定工作站。当条形码读取器100被从台面(或其他表面)上拾取且保持在操作者的手中时，该条形码读取器100也可以在手持模式下使用。在免提模式下，产品可被滑过、刷过或呈现给窗口106。在手持模式下，条形码读取器100可以被瞄准到产品上的条形码，并可以手动地按下触发器104以发起对条形码的成像。在一些实现中，可省去支撑支架，并且外壳102也可以呈现其他的手持或非手持形状。
[0023] 图1B示出了可以用于实现图1A的条形码读取器100的成像布置107的等距视图。在示出的示例中，成像布置107包括外壳150，该壳体150限定了能够进入示例透镜154的第一光圈152和能够进入成像组件158的第二光圈156。成像组件158包括具有多个光敏元件的成像传感器和用于捕获视场的图像数据的(多个)透镜，该多个光敏元件与诸如壳体之类的其他部件一起限定了基本平坦的表面。图像数据可以包括条形码数据，并且成像组件158可以被称为相机或成像器组件。此外，一个或多个照明组件可以定位在成像布置107内。为了容纳该一个或多个附加照明组件中的任何一个以例如对光成像，可以由外壳150限定一个或多个附加光圈。依旧如图所示，外壳150承载印刷
电路板(PCB)160，该印刷电路板(PCB)160可以用于处理例如由成像组件158
访问的图像数据。
[0024] 图2示出了可以用于实现图1B的条形码读取器100的成像布置107的横截面平面图。在示出的示例中，光源204和透镜154被设置在外壳150内。光源204和透镜154可以被称为瞄准组件，光源204可以被称为瞄准光源，并且透镜154可以被称为瞄准透镜组件或瞄准光束整形器。光源204被配置为沿着中心光轴207发射光。光源204可以由激光器实现，并且由光源204发射的光可以被称为瞄准光。
[0025] 在示出的示例中，光源204定位在靠近由PCB 160形成的外壳150的后壁208的位置，并且透镜154位于靠近外壳150的前壁210的位置。为了在外壳150内耦合透镜154，透镜154可以接收在由外壳150限定的狭槽内。然而，透镜154可以以任何其他合适的方式(包括例如
粘合剂、
紧固件、压配合、固定夹、闩
锁等)由外壳150保持和/或承载。
[0026] 透镜154被示为由具有“楔形”的单模(single-molded)部件形成，该单模部件被构造成既将从光源204接收的光准直又响应于接收到经准直光束而生成图案化光束(例如，图案化瞄准光束)。通过将透镜154构造为既将从光源204接收的光准直又响应于接收到经准直光束而生成图案化光束，成像布置107的在前壁210和后壁208之间的宽度211能够满足阈值。在一些示例中，阈值为约10毫米或更小。如本文所述，短语“约10毫米”是指10mm+/-1.5mm。此外，通过根据本公开内容的教导构造透镜154，透镜154的焦距可以大于或近似等于1.0mm、2.8mm、3mm、3.5mm或小于5mm。如本文所述，短语“近似1.0mm”、“近似2.8mm”、“近似
3.0mm”和“近似3.5mm”分别是指2.8mm+/-0.5mm和3mm+/-0.5mm，和/或考虑到制造公差。然而，透镜154的焦距可以是在约0.25mm-5mm之间的任何合适的焦距。当达到期望的有效焦距时，光的横截面可以是椭圆的或圆形的。然而，例如，光的横截面可以根据应用而不同。
[0027] 在图2中所示的透镜154包括第一表面212和与该第一表面212相对的第二表面214。第一表面212面对光源204并且被构造成将从光源204接收的光基本准直。为了将从光源204接收的光准直，第一表面212可以由非球面表面、凸面表面、双曲线表面、折射表面、菲涅耳表面或衍射表面来实现。
[0028] 为了防止从光源204发出的光中的一些穿过透镜154，示例光圈216被定位成与第一表面212的一部分相邻并在透镜154和光源204之间。换句话说，设置光圈216的尺寸和/或构造光圈216使得从光源204发射的光的第一部分能够穿过透镜154，并阻止从光源204发射的光的第二部分穿过透镜154。光圈216被示为由元件(例如，层)限定，并且被定位成使得第一表面212的一部分218能够穿过光圈216朝向光源204延伸。在一些示例中，光圈216大于或近似等于2.3mm。然而，可以设置光圈216的尺寸以使得来自光源204的更多或更少的光能够穿过透镜154。
[0029] 第二表面214背对光源204并被构造成生成图案化光束。为了生成图案化光束，第二表面214可以由衍射光学元件、折射光学元件或工程漫射器实现。在一些在由光源204发射的光入射到第二表面214上时的示例中，该光可能被反射回第一表面212并进入被光源204占据的腔219中。之后，该反射光可能以不期望的方式穿过透镜154。如图2的公开示例所示，可以通过使第二表面214成角度来解决这种情况。具体地，为了解决这种情况，第二表面
214成一定角度使得从第二表面214朝向光源204反射的光以相对于中心光轴207的倾斜角度反射。换句话说，沿着第二表面214延伸的平面222相对于光源204成一定角度，使得从第二表面214反射的光在大体上由箭头220指示的方向上朝向光源204行进。在示出的示例中，第二表面214相对于第一表面212的平面部分225成近似3°角。如本文所述，短语“近似3°”是指3°+/-1.2°和/或考虑到制造公差。然而，第二表面214和平面部分225可以被设置在相对于彼此呈其他角度(例如，1°、2°、5°等)。
[0030] 为了使得成像布置107能够捕获与图案化光束相关联的图像数据，成像布置107包括设置在外壳150内的成像组件158。为了校正成像组件158的视差，第二表面214被示为使瞄准图案226朝向成像组件158的中
心轴线228偏转近似2°。如本文所述，短语“近似2°”是指2°+/-1°和/或考虑到制造公差。例如，瞄准图案226可以偏转2.7°。
[0031] 图3示出了成像布置107的前视图，示出了透镜154的第二表面214，和成像组件158。如图所示，第二表面214包括第一肋(rib)302和第二肋304，其中第一肋302相对于第二肋304基本上垂直定位。第一肋302被示为基本上彼此平行，并且第二肋304被示为基本上彼此平行。如本文所述，当与肋302、304结合使用时，短语“基本上垂直”是指垂直的+/-2.5°和/或考虑到制造公差，并且当与肋302、304结合使用时，短语“基本上平行”是指垂直的+/-
2.5°和/或考虑到制造公差。肋302、304可以被称为表面结构，并且可以由柱面透镜、双凸透镜、透镜阵列、棱镜透镜、小透镜阵列等实现。换句话说，肋302、304可以由被配置为
修改光的方向的光学元件形成。依旧如图所示，第二表面214包括由肋304形成的第一部分和第二部分306、308，以及位于第一部分和第二部分306、308之间的中心部分310。换句话说，第一部分和第二部分306、308位于中心部分310的侧翼。返回参考图2，平面222被示为沿着中心部分310延伸，该平面222基本上平行于中心部分310，该中心部分310被示出为基本上平坦。
如本文所述，短语“基本上平行”是指平行的+/-5°和/或考虑到制造公差。附加地或可替代地，平面222可以由肋302、304的
顶点限定。
[0032] 图4示出了可以用于实现图1B的条形码读取器100的另一个示例成像布置400的横截面平面图。成像布置400与图2的成像布置200类似，但包括
控制器401、输入/输出(IO)连接器402和示例透镜403。透镜403包括由折射表面实现的第一表面404，该折射表面使用等式1表示的双曲线表面轮廓来补偿球面像差。控制器401可以被用于控制光源204和成像组件158，并且IO连接器402可以被用于使得成像组件158能够例如与附加
电子部件通信。参考等式1，z表示表面垂度(负)，r表示径向坐标，c表示表面
曲率(1/R)，k表示圆锥常数。如下所示，表面
曲率半径R由等式2限定，表面曲率c由等式3限定，圆锥常数k由等式4限定，折射率由n表示。
[0033]
[0034]
[0035]
[0036] k＝-n2 等式4
[0037] 当使用等式1实现第一表面404时，双曲线表面分布不满足补偿慧差所需的正弦条件r＝f sinα。结果，第一表面404可以对光源204从中心光轴207的移位敏感。为了阻止透镜403和/或光源204移动，在示出的示例中，可以使用机械
定心对准。
[0038] 与图2的透镜206一样，图4的透镜403由外壳150承载。在示出的示例中，外壳150包括壁412，壁412限定了被构造成接收透镜403的狭槽414。如图所示，第一表面404具有近似1.86277mm的曲率半径，并且在折射率n＝1.5322的部分上使用。依旧如图所示，光源204的发射点408与第一表面404的顶点410之间的距离406为近似3.5mm。然而，距离406可以不同于近似3.5mm。如本文所述，短语“近似3.5mm”是指3.5mm+/-0.5mm和/或考虑到制造公差。
[0039] 透镜403包括第二表面416，该第二表面416被构造成响应于接收到由第一表面404形成的经准直光束而生成图案化光束。在一些示例中，第二表面416由透明渐变(grading)和/或微透镜，诸如例如，柱面微透镜组来实现。为了使得成像组件158能够捕获图像数据，成像组件158具有近似48°的视场418。然而，成像组件158可以被配置为具有任何其他期望的视场。
[0040] 图5示出了成像布置400的前视图，示出了透镜403的第二表面416，和成像组件158。如图所示，第二表面416包括示例
水平线生成器502、示例垂直线生成器504、506以及示例窗口508、510。应当理解，水平线生成器502包括多个垂直肋512，该多个垂直肋512沿着水平截面垂直地对准光，从而创建水平照明的部分。类似地，应当理解，垂直线生成器504包括多个水平肋514，该多个水平肋514沿着垂直截面水平地对准光，从而创建垂直照明的部分。
肋512、514可以由柱面透镜、双凸透镜、透镜阵列、棱镜透镜、小透镜阵列等实现。窗口508、
510允许光穿过而无需定向修改以使得能够形成中心指示器。
[0041] 图6示出了成像布置400的平面图，示出了成像组件158的视场418和光源204的视场602，其中成像组件158的视场418可以被称为成像视场，光源204的视场602可以被称为瞄准视场。如图所示，视场418、602各自为近似48°，并且第一表面404的顶点410与PCB 160之间的距离604为近似6.9mm。然而，视场418、602可以彼此不同和/或可以与所示的不同。如本文所述，短语“近似6.9mm”是指6.9mm+/-1.0mm和/或考虑到制造公差。
[0042] 根据前述内容，应当理解，以上公开的设备、方法和制品使得能够以较小的尺寸生产成像布置和扫描布置。具体地，这些示例使得能够以近似9毫米或更小的宽度来生产布置。当然，不同的宽度(更大的宽度、更小的宽度)可以使用所公开的示例来实现。
[0043] 在上述说明书中已经描述了具体实施例。然而，本领域普通技术人员理解，可做出各种修改和改变而不脱离如下
权利要求书所阐述的本
发明的范围。因此，说明书和附图被认为是图示性的而非限定性的意义，并且所有这种修改都旨在被包括在本教导的范围内。此外，所描述的实施例/示例/实现不应该被解释为相互排斥的，而应被理解为潜在地可组合的，如果这样的组合以任何方式是允许的。换句话说，前述实施例/示例/实现中的任一个公开的任何特征可以包括在其他前述实施例/示例/实现中的任一个。此外，除非明确
声明相应方法的其余步骤不可能或不需要采用其他顺序，否则本文所公开的任何方法的步骤均不应被理解为具有任何特定顺序。此外，至少一些附图可以按比例或可以不按比例绘制。
[0044] 这些益处、优势、问题解决方案以及可能使任何益处、优势或解决方案发生或变得更为突出的任何(多个)要素不被解释成任何或所有权利要求的关键的、必需的或必要的特征或要素。本知识产权的合法范围仅由所附权利要求书(包括本
申请未决期间所作的任何修改以及所公布的那些权利要求的所有等同物)限定。
[0045] 此外，在该文档中，诸如第一和第二、顶部和底部等之类的关系术语可单独地用来将一个实体或动作与另一个实体或动作区别开，而不一定要求或暗示这些实体或动作之间具有任何实际的这种关系或顺序。术语“包括”、“包括有”、“具有”、“具备”、“包含”、“包含有”、“涵盖”、“涵盖有”或它们的任何其他变型旨在
覆盖非排他性包括，以使包括、具有、包含、涵盖一要素列表的过程、方法、物品或装置不仅包括那些要素还可包括对该过程、方法、物品或装置未明确列出的或固有的其他要素。以“包括一”、“具有一”、“包含一”、“涵盖一”开头的要素，在没有更多约束条件的情形下，不排除在包括、具有、包含、涵盖该要素的过程、方法、物品或装置中有另外的相同要素存在。术语“一”和“一个”被定义为一个或更多个，除非本文中另有明确声明。术语“基本上”、“大致上”、“近似”、“约”或这些术语的任何其他版本被定义为如本领域内技术人员理解的那样接近，并且在一个非限定性实施例中，这些术语被定义为在10％以内，在另一实施例中在5％以内，在另一实施例中在1％以内，而在另一实施例中在0.5％以内。本文中使用的术语“耦合的”被定义为连接的，尽管不一定是直接连接的也不一定是机械连接的。以某种方式“配置的”设备或结构至少以该种方式进行配置，但也可以以未列出的方式进行配置。
[0046] 要理解，一些实施例可包括一个或多个通用或专用处理器(或“处理设备”)，例如
微处理器、数字
信号处理器、定制的处理器和现场可编程
门阵列(FPGA)以及唯一存储的程序指令(包括
软件和固件两者)，所述唯一存储的程序指令控制一个或多个处理器以连同某些非处理器电路实现本文所描述的方法和/或装置的一些、多数或全部功能。替代地，一些或全部功能可由无存储程序指令的状态机来实现，或者在一种或多种
专用集成电路(ASIC)中实现，其中各种功能或某些功能的某些组合被实现为定制逻辑。当然，也可使用这两种方法的组合。
[0047] 此外，实施例可被实现为计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质具有存储在其上的计算机可读代码，用于对(例如包括处理器的)
计算机编程以执行如本文所描述和要求保护的方法。这种计算机可读存储介质的示例包括但不限于
硬盘、CD-ROM、光
存储器件、磁存储器件、ROM(
只读存储器)、PROM(可编程只读存储器)、EPROM(可擦除可编程只读存储器)、EEPROM(
电可擦除可编程只读存储器)以及闪存。此外，预期本领域普通技术人员虽然做出由例如可用时间、当前技术和经济考虑促动的可能显著的努
力以及许多设计选择，但在得到本文所公开的构思和原理指导时，将容易地能以最少的试验产生此类软件指令和程序以及IC。
[0048] 本专利申请末尾的专利权利要求不旨在基于35U.S.C.§112(f)而解释，除非明确陈述了常规的装置加功能语言，诸如在(多个)权利要求中明确陈述的“用于……的装置(means for)”或“用于……步骤(step for)”语言。本文所描述的系统和方法旨在改善计算机功能，并改善常规计算机的功能。
[0049] 提供本公开的
摘要以允许读者快速地明确本技术公开的性质。提交该摘要，并且理解该摘要将不用于解释或限制权利要求书的范围或含义。此外，在上述具体实施方式中，可以看出出于使本公开整体化的目的，各个特征在各实施例中被编组到一起。这种公开方法不应被解释为反映要求保护的实施例与各项权利要求中明确记载的相比需要更多的特征的意图。相反，如以下权利要求所反映，发明主题在于少于单个公开的实施例的全部特征。因此，以下权利要求由此被结合入说明书中，其中各个权利要求自身作为单独要求保护的主题。
