[0001] 本
发明涉及一种基于照相机的读码器，其具有用于记录扫描线（Bildzeile）的线状读取区域的图像
传感器，以及一种用于校准地制造根据
权利要求1或12的前序部分所述的、基于照相机的读码器的制造方法。
[0002] 最流行的读码器为
条形码扫描器，其利用激光读取光束横向穿过代码来扫描条形码（Barcode）或条码（Strichcode）。所述条形码扫描器经常被用于超市收
银台、自动的
包装识别、邮件分类或飞机场托运行李时和其它物流应用情况。随着数字照相技术的进一步发展，使得越来越多的条形码扫描器被基于照相机的读码器所代替。代替扫描代码范围，基于照相机的读码器借助CCD芯片采集具有位于物体上的代码的物体图像，并且图像评估
软件（Bildauswertungssoftware）从这些图像中提取代码信息。基于照相机的读码器还可毫无问题地处理非一维条码的其他的代码类型，这些其它的代码类型（如矩阵码）也可具有二维结构并可提供更多信息。
[0003] 在一个重要应用组中，需要将携带代码的物体送过读码器。行扫描照相机随着相对运动连续且逐行地读入具有代码信息的物体图像。此外所述物体可按任意方向置于传送带上，所述传送带上通常设有多个读码器，以便记录物体的多个面或所有面。
[0004] 因为环境光仅在很少的情况下是充足的或在类似读取隧道的情况下甚至是被遮蔽的，因此读取范围要被额外地照亮。为此例如使用多个线状排布的LED，所述LED的光通过光学器件在行的横向上聚焦在行的宽度上，并在纵向上均匀分布。此类光学器件例如根据EP 1 742 168或EP 1 507228是已知的。为此需要在相对于照明方向校准接收器，并且其必须在照相单元和照明单元的交接点完成该校准。
[0005] 另外需要的是行扫描照相机的接收光学器件在物体间隔上快速聚焦。为此已知根据EP 1 513 094 B1和EP 1 698 995 B1的解决方案，其中光学元件在平衡杆（Schwinge）上移动，以使光学作用的图像截距或者说焦距通过偏转所述平衡杆而被调节。
[0006] 在所阐述的以行扫描照相机为
基础的读码器的应用中，其中物体应该在传送带上移动通过读码器的读取区域，行扫描照相机可以在传送带的整个宽度范围上采集。因此在照相机中需要高
分辨率的接收器行。所述的接收器行非常昂贵并限制了分辨率。因为应用越来越宽的传送带，使得照相机系统必须
覆盖越来越大的读取范围。
[0007] 已知的具有高分辨率的接收器行和具有附属照明的高效照相机在安装和校准上成本过高。固定的读取区域很难被调整以适于那些存在对读取区域有不同需求的应用。换句话说，调整总是将接收器行作为一个整体来起作用，以使得要平均地考虑在行方向上的（以及在传送带宽度方向上的）不同照明需求、间距或类似问题。最后在已知的解决方案中，由于存在大量交接点而使得系统重量非常高，例如每个照相机和附属的照明单元大约重20kg。
[0008] 本发明的任务和目的在于，找到一种基于照相机的读码器，所述读码器被更简单地构成并更灵活地应用。同样，其制造应容易实现。
[0009] 所述任务和目的的实现是通过一种基于照相机的读码器，其具有用于记录扫描线的线状读取区域的图像传感器以及一种用于校准地制造根据权利要求1或12所述的、基于照相机的读码器的方法。此外本发明的基本思想在于，用在更小采集区域中使用更多更简单的图像传感器来替换至今为止单一的、高分辨率的图像传感器。由此模
块化地建立图像传感器。
[0010] 本发明的优点在于，通过模块化的构建实现实际上任意长度的线状读取区域。此外昂贵的、单独的接收器行由多个在总体上更廉价的单个图像传感器来代替。通过模块化的构建，系统是可扩展的并且可以非常灵活地架设于用于不同的应用。同样对于单个图像传感器可以使用不同的调节方法，借此进一步提高其灵活性。由于多个照相机的有利分布代替了一个仅在中心处的照相机，这也使得能够以张
角来限制每个照相机的V形采集区域。这将给布线带来显著的优点并因此改善成像
质量。
[0011] 评估单元优选地设计为，将单个图像传感器的图像数据合成为图像行。所述合成例如可以硬编码（hartcodiert）或通过软件实现。单个图像传感器中的每一个具有线状的单个读取区域，但其短于要采集的整体宽度。此外这些单个读取区域的
叠加最好不是无重叠的（überlappungsfrei）。在重叠区域中多余的图像信息可被评估单元利用，以将图像数据按正确的方式合成为图像行。
[0012] 需要注意的是，评估单元优选地具有两个不同的图像数据合成功能。一方面，各由通过单个图像传感器所采集的读取区域的不同部分构成共同的图像行。另一方面，将被顺序记录的图像行与二维图像相联系。在一个特别重要的应用中，在携带代码的物体被送过固定安装的读码器时，物体在多个重叠的单个读取窗口中被
逐行扫描和记录。然后解码单元在二维图像中寻找代码信息并对其进行解码。
[0013] 单个图像传感器优选地包括多个排列成行的
像素元件。这些单个图像传感器分别构成行扫描照相机。通常来说，设置正好一行像素元件。然而，还可设想的是存在多个平行的像素行。只要在行方向上的像素数明显高于像素行的数值时，例如在行方向上的几百个像素相对于1到10个像素行时，那么所得读取区域保持为线状。
[0014] 单个图像传感器优选地包括多个排布为矩阵的像素元件，其中评估单元被设计为，即在记忆模式（Einlernmodus）下选择成行排布的像素元件的子集，并且在使用时只应用所选择的像素元件的图像数据。因此，在
硬件这一层面上，单个图像传感器在此实施方式中构成矩阵照相机而非行扫描照相机。然而，在记忆过程结束后还通过仅应用所记住的像素元件来有效地形成行扫描照相机。然而，行的定向和
定位又可以在预定的矩阵范围内
电子地改变，由此将机械过程的大部分校准转移至实质上可更灵活且更简单地操作的电子记忆过程中。如之前段落中所述，总是能够有效地构成行扫描照相机的、多个平行的行还可代替单一行而被记住。行的定向最好跟随预设矩阵结构的行方向，也就是说实际上选择行的一部分或所述矩阵的一整行。然后图像数据可被更简单和更迅速地读出。原则上，行还可是所述矩阵中的列或甚至其走向可相对于所述矩阵结构倾斜。
[0015] 单个图像传感器优选地彼此间隔均匀，并且以使得这些行构成为共同的直线的方式安装在基体上。这样一个均匀的排布使得覆盖所期望的读取区域变得更加容易。
[0016] 照明单元优选地包括具有多个照明元件（特别是LED）的电子卡，其中电子卡直接安装在基体上。照明元件优选地各自分配给单个图像传感器。这可以例如通过将每个具有照明元件的电子卡设置在单个图像传感器上来实现。因此，照明单元也可模块化地构造。照明元件总体上以有利的方式在读取区域的行方向上构成一列或多列。
[0017] 照明单元优选地包括
变形的光学传输器件，特别是一个或多个圆柱透镜，以使光线成束照射到线状读取区域。因此，产生尽可能恰好与读取区域相适应的线状照明区域。此外，可供使用的光功率被优化地充分利用。
[0018] 照明单元优选地包括至少一个可调节的光学元件，特别是可移动的镜子，以使被照明单元照亮的区域定位在线状读取区域中。因此在该实施方式中，照明单元可以校准到
光接收器。这使得光接收器在不进行自身校准步骤的情况下被安装成为可能。通过可调节的光学元件实现照明单元的定向，可调节的光学元件例如由具有可偏转的镜子和固定镜子的镜子系统构成。其中，发射光束发生折射并因此允许特别节省空间的排布。可偏转的镜子同样可利用其
支点安装在基体上。因为镜子仅作用于传输光线，并因此不会对拍照的高品质成像产生影响，所以可以应用具有相对低表面质量的低成本的镜子元件。
[0019] 单个图像传感器各自包括可聚焦的接收光学器件。因此单个图像传感器可以记录不同距离的清晰的图像数据。接收光学器件特别包括镜管（Tubus），该镜管贯通所述基体。此外，镜管的开口最好与照明元件构成一直线式排布。
[0020] 所述接收光学器件优选地包括安装在平衡杆上的、具有光学元件（特别是镜子）的自动对焦单元，其中通过偏转平衡杆可改变接收光学器件的图像截距或焦距，并且其中平衡杆通过其支点直接固定在所述基体上。这样的自动对焦单元，其基础方案中对应于序言部分中所讨论的EP 1 742168或EP 1 507 228。由此，焦点
位置被非常快地且在特别大数值的调整周期上被改变。通过将自动对焦单元的
支架直接安装到基体上，使得能够以很少的成本来满足对于校准
精度的最高要求。
[0021] 评估单元被优选地设计为，单独设定接收光学器件的调焦。相对于单一接收行而言，模块化的构建方式的另外一个优点是有可能对于单个图像传感器进行不同的设定。理论上，在接收光学器件、在灵敏度或其他类似方面中可能存在其它的区别。
[0022] 调焦最好根据预先给定的高度剖面来实现。例如被参数化的高度剖面，其被记住或被位于传送方向上游的另一个传感器采集。在高度剖面上被调整的、关于单个图像传感器的不同调焦使得相对于读码器倾斜的物体的读取或相反的读码器的倾斜安装成为可能，所述物体具有超过读取行的高度轮廓或多个不同高度的被并排传送的物体。然而一般来说，现有的高度轮廓通过实际上大部分与传送方向成横向的读取行来记录清晰图像。单个行扫描照相机必须以具有唯一的焦点设定的状态进行工作，并且如果在读取区域以上的高度差超过景深范围 那么部分代码信息可不被采集。
[0023] 基体最好构成为
散热体。此外可设有
散热片。因此，基体实现了双重功能，即一方面作为照相单元和照明单元的载体而另一方面则是对整个系统进行冷却。
[0024] 依据本发明，根据权利要求11所述的制造方法显著地简化了调准。所述照明件仅直接安装在基体上。因此，在一个安装和校准步骤中，可以将单个图像传感器安装到运转的照明件上。由此该制造方法更简单、成本更低，并且示出最高的校准精度。
[0025] 每个焦点可调的接收光学器件最好插入基体的开口，并因此设置在每个单个图像传感器之前的照明元件之间。由此接收光学器件由基体稳定地固定，并且无干扰地采集由照明元件产生的照明区域。
[0026] 通过记住关于依赖间隔的必需的焦点设定的焦点表的方法，所述读码器优选地在间距方向上被校准。此外实现在Z方向上的校准，而无需进行机械步骤。
[0027] 优选地，通过移动照明单元的可调节的光学元件，特别是移动可移动的镜子，将照明单元定向到线状读取区域。此外无需校准光接收器。
[0028] 在优选的实施方式中，具有多个布置成行的像素元件的单个图像传感器以如下方式彼此均匀间隔开地安装在基体上，即所有单个图像传感器的像素元件构成共同的直线。此外通过安装和校准，实现了单个读取区域叠加到共同的线状读取区域，这还与在X方向和Y方向的校准相对应。
[0029] 在可选的优选实施方式中，单个图像传感器包括多个布置为矩阵的像素元件，其中在开启照明单元时选择这样的像素元件，从读取区域接收照明光，并且其中评估单元存储所选择的像素元件，以在使用时只应用所选择的像素元件的图像数据。因此，此处矩阵状单个图像传感器的安装只需要实现粗略地定向。通过电子地记忆各个活跃的像素元件来实现在X方向和Y方向上实际校准。因此无需机械校准。
[0030] 下面将示例性地依据所示实施方式并参考
附图，进一步阐述本发明的其它特征和优点。在附图中：
[0031] 图1三维图解地示出在传送带上的、具有线状读取区域的基于照相机的读码器，其中在传送带上传送具有待读取的代码的物体；
[0032] 图2示出通过依据图1的读码器的基体和照相模块的侧视图；
[0033] 图3示出通过依据图1的读码器的基体和照相模块的纵剖面图；以及[0034] 图4示出具有可校准的照明单元的本发明的其它实施方式的视图。
[0035] 图1示出读码器10，其安装在传送带12上方，传送带12上的物体14，如箭头16所示，被传送通过读码器10的采集区域18。物体14在其外表面上携带代码区域20。读码器10的任务是：识别代码区域20；读出其上显示的代码；解码；以及，对各代码所属的物体14进行分类。
[0036] 当代码区域20布置在上表面或至少从上方可见时，代码区域20可以仅被读码器10识别。图1示出的可以用于不规则地读取布置在物体侧面或下面的代码22的多个读码器10从不同的方向安装，以便可以从所有方向实现所谓的全方位读取（Omnilesung）。将多个读码器10布置成一个读取系统，在实际中多数被实现为读取隧道。
[0037] 如在图1中所示出的，读码器10的采集区域18是单个平面并且无空间断面。与此相应产生读码器10的线状读取区域。通过在传送方向16上逐行对物体14拍照，逐渐产生包括代码区域20的被送过的物体14的整个图像。在均匀地传送具有固定不变结构的物体14时，特别是当传送装置16提供路径测量数据或速度测量数据时，合成整个图像实现起来相对简单。为此必然需要不止一次的智能
算法，用于找到连接位置或排除多余的图像区域。然而可以设想的是，传感器10还作为可移动的仪器（例如手持式仪器）使用，并且这些传感器每个都可沿其要读取的区域移动。
[0038] 面对传送方向16在读码器10上游并与其相连，有选择地设有另一个传感器24，例如测量间距的激光扫描器。传感器24同样优选地逐行采集物体14的高度轮廓。这些信息被转送到读码器10。由此，可以例如将物体14作为单个物体来识别，没有物体14的传送带区域被提前标记为不感兴趣的区域或进行焦点设定。
[0039] 依据附图2中示出的读码器10侧视图和附图3中示出的读码器10纵剖面图可以更确切的阐述其模块化的构造。读码器10包括伸长的基本载体或基体26，在其一面上布置有多个照相模块10a-d并在与之相对的面上布置具有作为模块化照明单元的照明元件30的电子卡28。
[0040] 光学传输器件32设置在照明单元28、30的前面，光学传输器件32可以通过未示出的间距元件与基体26连接，例如还可被壳体固定。在图3中仅象征性地在光学传输器件32中示出若干个透镜34。光学传输器件整体构成变形光学器件，其将光线在与纸面垂直的方向上尽可能强地汇聚成束并在垂直示出的方向上均匀分布。这种光学传输器件的结构是已知的，并且本发明不限于被示出的特别实施方式，在该特别实施方中为每个照明单元30分配一个圆柱透镜。
[0041] 每个照相模块10a-d包括具有线状读取区域的有空间分辨率 的光接收器36，例如具有多个光敏像素元件的CCD芯片或CMOS芯片。接收光学器件38利用镜管插入所述基体26的开口，使得所述接收开口位于照明元件30之间并利用它们共同构成在基体26的纵向延伸方向上的线性排布。图2仅示例性地示出作为接收光学器件38的元件的两个透镜38a-b，然而其中可替代地，每个镜头造型可设想为具有或多或少的几个透镜和具有其它光学元件。
[0042] 具有平衡杆40的自动对焦单元设置在接收光学器件38和光接收器36之间。平衡杆40在其一端包括镜子42并利用其另一端可偏转地固定，其中，所述固定利用转动点安装在基体26上。在平衡杆40做偏转运动时，镜子42的位置和定向发生改变，使得从接收光学器件通过镜子42到达光接收器36的接收光光程被延长或缩短。因此，光学有效图像截距被改变并由此设置焦点位置。此外镜子42还可以用凹面镜并由此影响接收光学器件的焦距。
[0043] 每个照相模块10a-d的光接收器36接收来自其各采集区域18a-d的数据图像，这些数据图像通过端口44给出。采集区域18a-d互相重叠并构成共同的线状读取区域，该读取区域实际上可通过一定数量的照相模块10a-d采取任意长度。
[0044] 各个照相模块10a-d的数据图像被输送到评估单元46。借助图像评估算法或利用光接收器36的几何排布和距离的知识，将部分的图像行或图像行部分合成共同的图像行，所述部分的图像行或图像行部分中的每个提供给单个照相模块10a-d。随着物体14相对于读码器10的相对运动逐步采集多个这样的图像行并将其加工成二维图像。因此按两步来合成所述二维图像：关于输送频带宽度的共同图像行由多个光接收器36的图像数据产生，并且二维图像由多个共同图像行产生。
[0045] 解码单元48或者交替地或者以一定时间间隔地接收这样的二维图像，识别代码区域20并从代码区域20读出代码信息。随后被解码的代码信息可被给到读码器10的输出50。
[0046] 在所示出的实施方式中，存在一个共同的、
解码器10的内部评估单元46和解码单元48。但这只是示例性的。评估任务和解码任务能够以各种各样的方式被另外分配。例如在每个照相模块10a-d中设有自身的评估单元，其用于完成预处理，并且其控制用于对焦的平衡杆40的偏转运动。另外可设想的是，评估单元46只是读码器10的一部分，以便产生二维图像，并随后作为整体或仅作为感兴趣的部分（ROL，感兴趣区域）通过输出50而被给出。然后在外部实现解码。光接收机36还可向外给出原始的、未经处理的图像数据，使得图像行的合成、二维图像的合成以及解码被向外转移。以类似的方式，在照相模块10a-d、读码器10本身和外部系统之间进行其他的评估任务分配也是可能的。需要补充的解释还有，在本
说明书中评估单元还执行控制任务，例如焦点调节或控制照明单元28、30的开启和强度。
[0047] 基体26构成照相模块10a-d、照明单元28、30以及未示出的壳体部分的主要安装基础，其中壳体部分可以为简单的板件。基体26还可包括散热板、肋状散热片或类似元件，并因此构成主要的仪器散热部分。由此取消在照相机和照明之间传统上必需的
接口，并因此取消在照相机和照明之间的互相校准。
[0048] 通过读码器10的构建和基体26使得校准得以显著简化。具有照明元件30的照明单元的电子卡28直接地或间接地通过非常精确的
固定器安装到基体26上。各自动对焦单元的照相模块10a-d和平衡杆40同样直接安装到基体26上。此外通过将光接收器36的读取区域定向到接通的照明单元28、30的照明区域上以实现利用安装的直接校准。为此仅在一个校准过程中保证从照相模块10a-d到照明单元28、30的最高校准精度。
[0049] 基于在基体26上的直接安装和校准，利用该结构可以成本非常低地组合多个照相模块10a-d。每个照相模块10a-d采集各自的读取区域，并且随后通过
图像处理（图像拼接）来合成图像数据。
[0050] 一个特别的优点在于，多个照相模块10a-d提供了利用平衡杆40不同地调节单个自动对焦单元的可能性。此外调焦可产生在共同的线状读取区域的高度剖面，并还可清晰地绘制出在所有部分区域中的高度轮廓。这导致更好的图像质量和因此导致更高的读取率，也就是说在读取区域内未给出充分平滑的物体轮廓时也能够使用。可以预先确定高度轮廓，但还是要在传感器24工作时提供。
[0051] 可选择地除了像素行，还能够使用具有多个排布成矩阵的像素的矩阵接收器作为光接收器32。其具有的优点在于有完全的校准
自由度。根据部件精度（Teilegenauigkeit），矩阵接收器仅安装在近似理想的位置处。所述接收光学器件38被安装在挡块上。在Z方向上，还在间隔方向上或在沿着接收光学器件38的光轴的方向上，通过焦点表记住自动对焦单元必需的设置，还有平衡杆40的偏转。在与Z方向垂直的X方向和Y方向上，在矩阵接收机上记住靠近被接通的照明单元28、30的光带位置。在之后的工作中只应用被记住的像素，这些被记住的像素有效地对应被理想校准的像素行。
[0052] 以所描述的方式，代替行还可记住多个并排设置的行并且将其用于评估。那么将总是得到微长的 长方形的以及因此线状的读取区域。那么照明带必须是相应的宽的。
[0053] 可替代地除了结合图2和3所描述的照相模块10a-d，还可以使用一种成本特别低的解决方案，即在自动对焦单元之后也安装标准照相机。
[0054] 图4示出读码器10的替代实施方式的示意图。其中在所有附图中，相同附图标记表明相同的或彼此相应的特征。在该实施方式中，给照明单元28、30（其中只示出了一个实例）分配光学调整系统。可偏转的镜子52和固定镜子54使发射光束发生折射，其中通过可偏转的镜子52的偏转，改变所形成的光带的位置。可偏转的镜子52做偏转运动并且所得光带的位置改变在图4中分别用双箭头表示。
[0055] 照明单元28、30分配有用于光线对准的初级光学传输器件56，以及由图3已知的用于产生线状光带的次级光学传输器件32。要理解发射路径的光学元件32、52、54、56的具体设计仅仅是示例性的。因此例如取消初级光学传输器件56，或可以使用用于光束传导和光束成形的附加的镜子、透镜和其它光学元件。此外需要注意的是，通过在二维图示中缺少的维度上，形成垂直于图示平面的例如接收光学器件38可见范围和固定镜子54的表面重叠。
[0056] 在依据图4的实施方式中，光接收器36可以完全无需校准而被安装。光接收器36相对于基体26的位置在机械上通过例如光接收器36的壳体或电子卡的机械操
挡板58来预先确定。此外照明单元28、30与具有光接收器36的接收单元对齐。一般来说，电子卡
28、照明元件30、初级光学传输器件56和/或次级光学传输器件32被横向移动。
[0057] 在图4示出的实施方式中，偏转可偏移的镜子52来定向照明单元28、30，直到被照明的区域与光接收机36的读取区域相符。所述实施方式具有其他优点，即只通过发射光线折射而实现非常紧凑的构造型式。然而照明元件30直接连接在基体26上，因此可以轻松地安装并通过由基体26来散热而达到冷却目的。因为发射光束仅通过镜子52、54而被传送，其作为发射侧的表面质量不重要并因此产生的图像质量也不重要，从而使得可以使用比较简单和成本较低的镜子元件。
[0058] 不仅将共同的光学定向系统分配给所有照明单元28、30是可能的，而且设置多个光学调整系统，特别是小镜子，用于单个或多个照明单元28、30也是可能的。
