專(zhuān)利名稱(chēng)：電光讀取器中工作范圍和束光斑大小的光學(xué)調(diào)整的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及用于讀取具有不同光反射率的部分的例如條形碼符號(hào)的標(biāo)記的電光系統(tǒng)，尤其涉及為了在系統(tǒng)中提高性能而調(diào)整工作范圍和/或激光束橫截面的裝置與方法。
背景技術(shù)：
以前已經(jīng)開(kāi)發(fā)了各種用于讀取標(biāo)簽上或目標(biāo)表面上出現(xiàn)的條形碼符號(hào)的電光讀取器與系統(tǒng)。條形碼符號(hào)本身就是標(biāo)記的編碼圖案。通常，讀取器把符號(hào)的圖形標(biāo)記電光轉(zhuǎn)換為解碼成字母數(shù)字字符的電信號(hào)。結(jié)果產(chǎn)生的字符描述符號(hào)與之關(guān)聯(lián)的目標(biāo)和/或目標(biāo)的某種特征。這種字符一般包括到用于銷(xiāo)售點(diǎn)處理、存貨控制、物品跟蹤等中的應(yīng)用的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的輸入數(shù)據(jù)。
符號(hào)中例如條和間隔的符號(hào)元素的特定布置定義了根據(jù)由代碼或符號(hào)體系指定的一組規(guī)則和定義表示的字符。就象條和間隔的實(shí)際大小，條和間隔的相對(duì)大小是由所使用的代碼類(lèi)型確定的。
為了編碼期望的字符序列，一組元素布置連接起來(lái)形成完整的符號(hào)，每個(gè)字符由其自己對(duì)應(yīng)的元素組表示。在有些符號(hào)體系中，唯一的“起始”與“結(jié)束”字符用于指示符號(hào)開(kāi)始和結(jié)束的位置。目前存在多種不同的條形碼符號(hào)體系。這些體系包括例如UPC/EAN、Code39、Code128、Codebar和Interleaved2of5的一維代碼。
為了增加可以在給定量符號(hào)表面積上表示或存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了幾種新的符號(hào)體系。一種新的代碼標(biāo)準(zhǔn)，Code49，引入了垂直堆疊(stack)元素行而不是水平擴(kuò)展元素的兩維概念。即，有幾行條與間隔圖案，而不是長(zhǎng)長(zhǎng)的一行。Code49的結(jié)構(gòu)在美國(guó)專(zhuān)利號(hào)4,794,239中描述。另一種稱(chēng)為PDF417的兩維代碼結(jié)構(gòu)在美國(guó)專(zhuān)利號(hào)5,304,786中描述。
電光讀取器已經(jīng)在例如美國(guó)專(zhuān)利號(hào)4,251,798；4,369,361；4,387,297；4,409,470；4,760,248和4,896,026中公開(kāi)，所有這些專(zhuān)利都轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人。這些讀取器通常包括光源，該光源包含用于發(fā)射光束的氣體激光器或半導(dǎo)體激光器。因?yàn)楣庠吹男〕叽?、低成本和低功率需求，所以在讀取器中使用半導(dǎo)體設(shè)備作為光源是尤其期望的。激光束一般是由聚焦光學(xué)部件光學(xué)修改的，以便在預(yù)定義的目標(biāo)位置形成具有特定大小的束光斑。目標(biāo)位置束光斑的橫截面可以接近不同光反射率的符號(hào)區(qū)域，即條與間隔，之間的最小寬度，但光斑橫截面可以更大，在有些情況下，可以大于最小寬度的兩倍。
在傳統(tǒng)的讀取器中，光束由掃描組件沿光路徑指向目標(biāo)符號(hào)。讀取器通過(guò)借助于例如位于光束路徑中的鏡的掃描組件的移動(dòng)，按例如跨目標(biāo)符號(hào)的行或一系列行的掃描模式重復(fù)地掃描光束而操作。掃描組件可以跨符號(hào)地掃(sweep)束光斑、跟蹤跨越并超過(guò)符號(hào)邊界的掃描行和/或掃描預(yù)定義的視野。
讀取器還包括用于檢測(cè)從符號(hào)反射或散射的光的傳感器或光電檢測(cè)器。光電檢測(cè)器或傳感器位于光路徑中的讀取器中，使得它具有延伸到至少跨越并稍微超過(guò)符號(hào)邊界的視野。從符號(hào)反射的一部分光束被檢測(cè)到并轉(zhuǎn)換成模擬電信號(hào)。數(shù)字轉(zhuǎn)換器數(shù)字轉(zhuǎn)換模擬信號(hào)。然后，基于用于該符號(hào)的特定符號(hào)體系，來(lái)自數(shù)字轉(zhuǎn)換器的數(shù)字化的信號(hào)被解碼。
掃描符號(hào)的掃描模式可以采取多種形式，例如重復(fù)行掃描、標(biāo)準(zhǔn)光柵掃描、抖動(dòng)光柵掃描、魚(yú)骨、花瓣等。這些束模式是由光束路徑中掃描組件的受控運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的。一般來(lái)說(shuō)，掃描組件是由某種形式的掃描電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的，以便通過(guò)期望的光束掃描模式周期性地偏移束。對(duì)于重復(fù)行掃描束模式，可以使用由簡(jiǎn)單電動(dòng)機(jī)單向旋轉(zhuǎn)的多棱鏡。對(duì)于更復(fù)雜的束模式，需要更復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)機(jī)制。
執(zhí)行束模式的頻率也是一個(gè)重要的考慮。在給定時(shí)間周期內(nèi)符號(hào)掃描的次數(shù)越多，獲得符號(hào)有效讀取的機(jī)會(huì)就越大。當(dāng)符號(hào)由移動(dòng)的物體(例如在傳送帶上移動(dòng)的包裹)承載時(shí)，這是特別重要的。
符號(hào)還可以通過(guò)采用成像設(shè)備讀取。例如，可以采用具有單元或光電檢測(cè)器的兩維陣列的圖像傳感器設(shè)備，其中單元或光電檢測(cè)器對(duì)應(yīng)于設(shè)備視野中的圖像元素或像素。這種圖像傳感器設(shè)備可以包括用于產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于視野像素信息的兩維陣列的電信號(hào)的兩維或區(qū)域電荷耦合設(shè)備(CCD)或互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)設(shè)備及關(guān)聯(lián)電路。
因此，就象在例如美國(guó)專(zhuān)利號(hào)5,703,349中所公開(kāi)的，使用CCD來(lái)捕捉要讀取的條形碼符號(hào)的單色圖像是已知的。就象在例如美國(guó)專(zhuān)利號(hào)4,613,895中所公開(kāi)的，使用具有多個(gè)埋置溝道的CCD捕捉目標(biāo)的全色圖像也是已知的。
許多應(yīng)用要求其中容納了移動(dòng)激光束設(shè)備或成像設(shè)備的手持式讀取器。對(duì)于這種應(yīng)用，電光組件的布置必須緊湊，以便容納在可以是手槍形狀的手持式包裝中。此外，這種讀取器必須重量輕且結(jié)構(gòu)健壯，以忍受粗暴操縱所導(dǎo)致的物理振動(dòng)。還期望最小化操作過(guò)程中所消耗的功率，以便延遲電池壽命。
還期望符號(hào)能夠在相對(duì)于手持式讀取器的工作距離的延伸范圍內(nèi)讀取。在移動(dòng)激光束設(shè)備的情況下，傳統(tǒng)上是移動(dòng)聚焦光學(xué)部件中的一個(gè)或多個(gè)透鏡并然后在靠近讀取器的近位置和遠(yuǎn)離讀取器的遠(yuǎn)位置之間移動(dòng)激光束的焦點(diǎn)。透鏡的移動(dòng)通常是機(jī)械執(zhí)行的。由于幾個(gè)原因，這是不利的。首先，機(jī)械移動(dòng)產(chǎn)生通過(guò)讀取器傳播到達(dá)用戶(hù)手的振動(dòng)，而且還可以產(chǎn)生模糊光學(xué)器件的灰塵。此外，依賴(lài)于掃描速率，振動(dòng)可能產(chǎn)生引起反對(duì)的、令人討厭的且可以聽(tīng)見(jiàn)的嗡嗡聲。此外，透鏡移動(dòng)需要驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器又會(huì)消耗電功率、既貴又慢、不可靠、占據(jù)空間并增加讀取器總重量、大小和復(fù)雜性。
通常，已知推薦了液晶透鏡來(lái)調(diào)整光學(xué)部件的焦點(diǎn)。美國(guó)專(zhuān)利號(hào)5,305,731描述了具有可調(diào)整焦距的液體透鏡。美國(guó)專(zhuān)利號(hào)5,625,496描述了改變液體透鏡中的折射率。法國(guó)公開(kāi)號(hào)2,791,439和2,769,375(及其等價(jià)物，美國(guó)專(zhuān)利號(hào)6,369,954)描述了可變焦點(diǎn)的液體透鏡。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供調(diào)整用于讀取數(shù)據(jù)編碼符號(hào)的讀取器的工作范圍和/或束光斑大小的改進(jìn)的裝置與方法。
本發(fā)明的另一目的是提供結(jié)構(gòu)緊湊、輕重量、耐用且有效并在操作中安靜可靠，因此理想地適用于便攜式手持式應(yīng)用的裝置。
本發(fā)明還有一個(gè)目的是調(diào)整電光讀取器中的焦距和/或改變束光斑橫截面，而不機(jī)械移動(dòng)透鏡。
鑒于這些目的及其它在下文中變得顯而易見(jiàn)的目的，簡(jiǎn)單地說(shuō)，本發(fā)明的一個(gè)特征在于電光讀取例如一和/或二維條形碼符號(hào)的標(biāo)記的裝置與方法。
本發(fā)明提供了一對(duì)可變的光學(xué)透鏡，優(yōu)選地每個(gè)透鏡都具有一對(duì)沿光路徑布置的透光液體，每個(gè)透鏡的液體是不能混合的、具有不同的光折射率并且具有基本相同的密度。其中一個(gè)液體具有用于光學(xué)修改沿朝著標(biāo)記的光路徑通過(guò)該一個(gè)液體的光，使其具有第一光學(xué)特征的靜止(rest)狀態(tài)的形狀。根據(jù)本發(fā)明，控制器可操作用于跨每個(gè)透鏡的該一個(gè)液體施加改變其形狀的電壓，及用于光學(xué)修改光，使之具有第二不同的光學(xué)特征。
在移動(dòng)束讀取器的情況下，例如激光器二極管的光源發(fā)射作為激光束的光，且透鏡中的第一透鏡的該一個(gè)液體的形狀的改變將激光束沿光路徑聚焦到相對(duì)于第一可變透鏡的工作距離中的一個(gè)工作距離上，而透鏡中的第二透鏡的該一個(gè)液體的形狀的改變光學(xué)修改光，使之具有在該一個(gè)工作距離上所選的橫截面。
控制器在讀取過(guò)程中連續(xù)地或者只在確定特定標(biāo)記或條形碼符號(hào)未成功讀取后跨每個(gè)透鏡的該一個(gè)液體施加周期性電壓。
每個(gè)可變透鏡都可以包括單個(gè)固定透鏡或在相對(duì)端的一對(duì)固定透鏡。該一個(gè)液體可以在靜止?fàn)顟B(tài)沿光路徑徑向?qū)ΨQ(chēng)，或者在修改中可以沿與光路徑垂直的橫軸延伸并修改激光束的橫截面。對(duì)于讀取一維符號(hào)，橢圓形束橫截面是優(yōu)選的，而對(duì)于讀取兩維符號(hào)，則圓形束橫截面是優(yōu)選的。改變束橫截面使讀取器能夠自適應(yīng)地讀取被損壞或打印得不好的符號(hào)。
光路徑中的孔徑光闌可操作以維護(hù)恒定的束橫截面作為到第一可變透鏡的輸入。
不同焦平面之間的改變和/或束橫截面的改變是不需要機(jī)械或物理移動(dòng)固態(tài)透鏡執(zhí)行的，由此減小了這種讀取器中的噪聲和振動(dòng)及灰塵，及大小、重量、功率和體積需求。可變液體透鏡將不會(huì)隨時(shí)間而磨損。


圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)用于讀取條形碼符號(hào)的手持式讀取器的示意圖；圖2是圖1手持式讀取器中所使用的可變透鏡的截面圖；圖3是利用圖1讀取器中所使用的圖2的可變透鏡的裝置的圖示；圖4是利用與成像讀取器一起使用的可變透鏡的裝置的圖示；圖5是根據(jù)修改的可變透鏡一部分的分解視圖；圖6、7和8是由圖5可變透鏡產(chǎn)生的束橫截面的各個(gè)視圖；及圖9是利用圖1讀取器中所使用的兩個(gè)可變透鏡和孔徑光闌的圖示。
具體實(shí)施例方式
圖1中的標(biāo)號(hào)20總體上標(biāo)識(shí)了一種手持式讀取器，用于電光讀取位于距離其的工作距離范圍內(nèi)的例如條形碼符號(hào)24的標(biāo)記。讀取器20具有手槍式握把把手21和手動(dòng)制動(dòng)觸發(fā)器22，當(dāng)按下時(shí)，觸發(fā)器22使光束23指向符號(hào)24。讀取器20包括其中容納光源26、光檢測(cè)器27、信號(hào)處理電路28和電池組29的外殼25。位于外殼前面的透光窗口30使光束23離開(kāi)外殼并使從符號(hào)散射的光31進(jìn)入外殼。鍵盤(pán)32和顯示器33可以有利地在外殼的頂壁上提供，用于對(duì)其進(jìn)行訪問(wèn)。
在使用中，持有把手21的操作人員將外殼對(duì)準(zhǔn)符號(hào)并按下觸發(fā)器。光源26發(fā)送由光學(xué)聚焦部件35光學(xué)修改和聚焦的光束，以便在符號(hào)24上形成束光斑。束通過(guò)分束器34到達(dá)由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器38以至少每秒20次掃描的掃描速率重復(fù)振蕩的掃描鏡36。掃描鏡36將入射到其上面的束反射到符號(hào)24并跨符號(hào)按掃描模式掃束光斑。掃描模式可以是沿掃描方向沿符號(hào)縱向延伸的行，或者沿互相正交的方向布置的一系列行，或者是全方向模式，等等。
反射光31在掃描模式上具有可變密度并通過(guò)窗口30照射到掃描鏡36上，在那里它反射到分束器34上并又反射到光電檢測(cè)器27上，用于轉(zhuǎn)換成模擬電信號(hào)。如在本領(lǐng)域中已知的，信號(hào)處理電路28數(shù)字化并解碼信號(hào)，以提取在符號(hào)中編碼的數(shù)據(jù)。
根據(jù)本發(fā)明，聚焦光學(xué)部件35配置為圖2所示的可變透鏡?？勺兺哥R具有外殼40，其中示為小滴形式的第一液體42和第二液體44沿光路徑46布置，其中如以下結(jié)合圖3-4描述的，光路徑46朝例如要由電光讀取器20讀取的條形碼符號(hào)24的標(biāo)記延伸。
液體42、44是透光、不能混合的，具有不同的光折射率并具有基本相同的密度。液體或滴42由電絕緣物質(zhì)構(gòu)成。例如，油、烷烴或烷烴混合物，優(yōu)選地是鹵化物，或任何其它絕緣液體都可以用作滴42。液體44由導(dǎo)電物質(zhì)(例如載有鹽(礦物或其它)的水)或任何其它有機(jī)或無(wú)機(jī)并優(yōu)選地通過(guò)添加離子成分使其導(dǎo)電的液體構(gòu)成。
外殼40由電絕緣、透光材料構(gòu)成，例如玻璃，優(yōu)選地利用硅烷進(jìn)行了處理或者覆蓋了氟化聚合物或氟化聚合物、環(huán)氧樹(shù)脂和聚乙烯的疊層。外殼40包括絕緣壁48，優(yōu)選地具有其中滴42以相對(duì)于光路徑或軸46對(duì)稱(chēng)的關(guān)系被容納的井50。與滴42相比，壁48通常具有低潤(rùn)濕特征，但表面處理確保了高潤(rùn)濕特征并維持滴42的中心位置并防止滴散開(kāi)。井50也幫助防止這種散開(kāi)。
第一電極54延伸進(jìn)入液體44，而第二電極52位于壁52下面。電極連接到電壓源V。電極，尤其是電極52，優(yōu)選地是透光的。如在美國(guó)專(zhuān)利號(hào)6，369，954中所解釋的，當(dāng)電壓跨電極施加時(shí)，產(chǎn)生相對(duì)于滴42改變壁48潤(rùn)濕特征的電場(chǎng)，該專(zhuān)利的全部?jī)?nèi)容在此引入作為參考。在存在電場(chǎng)的情況下，潤(rùn)濕顯著增加。
在沒(méi)有電壓施加時(shí)，滴42通常是圖2實(shí)線所示的半球形，而且其外表面“A”是凸起的。當(dāng)施加電壓時(shí)，絕緣壁48的潤(rùn)濕增加，而且滴42變形并采取圖2中虛線所示的形狀，且其外表面“B ”更加凸起，具有更小的曲率半徑。如以下結(jié)合圖3-4所描述的，滴的這種變形改變了透鏡35的焦點(diǎn)并被本發(fā)明用于在工作距離的延伸范圍上讀取符號(hào)24。
作為例子，靜止?fàn)顟B(tài)的滴42具有大約6mm的直徑。如果液體44是鹽水，則其折射率是大約1.35。如果滴42是油，則其折射率是大約1.45。對(duì)于大約40V RMS的施加電壓，可以獲得大約40的焦點(diǎn)變化屈光度。透鏡的響應(yīng)時(shí)間是秒的百分之幾，在這種情況下，如果使用周期電壓，則頻率可以在50Hz到10kHz之間，使得其周期小于響應(yīng)時(shí)間。
轉(zhuǎn)向圖3，圖1的光源26示為激光二極管。掃描鏡36及其驅(qū)動(dòng)器38同樣在圖3中描述?？勺兺哥R35中滴42曲率的變化負(fù)責(zé)在近位置Z1和遠(yuǎn)位置Z2之間改變焦點(diǎn)。符號(hào)24可以在這些端點(diǎn)極限位置及其之間的任何位置讀取，由此增加讀取器的工作范圍。
電壓優(yōu)選地是周期性的，優(yōu)選地是方波驅(qū)動(dòng)電壓。方波容易由具有內(nèi)建脈沖寬度調(diào)制器電路的微處理器60以可變占空比創(chuàng)建。驅(qū)動(dòng)電壓還可以是正弦或三角波信號(hào)，在這種情況下，電壓的幅值控制滴42的形狀，從而控制焦距和工作距離。對(duì)于焦距中的給定變化，方波不需要象正弦波一樣高的電壓。例如，許多讀取器使用單個(gè)5伏電源?？勺兺哥R需要多于5伏特，因此必須在讀取器中生成更高的電壓以便驅(qū)動(dòng)可變透鏡。需要該所生成電壓越低，電壓生成電路的成本就越低。
當(dāng)使用方波時(shí)，焦距變化是通過(guò)改變占空比實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)使用正弦波時(shí)，焦距變化是通過(guò)改變驅(qū)動(dòng)電壓幅值獲得的。幅值或占空比可以由微處理器或控制器60離散步進(jìn)地(數(shù)字方式)或連續(xù)地(模擬方式)改變，微處理器或控制器60優(yōu)選地安裝在與信號(hào)處理電路28相同的電路板中。電壓也可以是恒定的DC電壓。
在圖3的裝置中，在讀取過(guò)程中，激光束由掃描鏡36跨焦平面掃描，焦平面通常在光路徑或軸46的橫向。控制器60可以操作以在所有時(shí)間或在所選時(shí)間向可變透鏡35施加周期電壓。因此，電壓可以對(duì)每次掃描施加或每隔一個(gè)掃描施加，等等。電壓不僅可以在掃描過(guò)程中施加，還可以其后施加。電壓可以在拉觸發(fā)器22的時(shí)候啟動(dòng)，或者只在檢測(cè)到符號(hào)后啟動(dòng)。電壓可以自動(dòng)施加，或者只在信號(hào)分析器62，優(yōu)選地是微處理器，確定所掃描的符號(hào)沒(méi)有成功解碼和讀取后施加。
除了以下這點(diǎn)，圖4類(lèi)似于圖3圖4描述具有傳感器64的成像器，傳感器64優(yōu)選地是具有光單元的相互正交的行與列的CCD或CMOS陣列，用于成像位于成像平面Z3和Z4或其之間任何地方的符號(hào)，由此向成像器提供從符號(hào)收集光的擴(kuò)展工作范圍或聚焦深度(depth of focus)。就象前面所述，所述當(dāng)周期電壓施加到可變透鏡35時(shí)滴42形狀的變化使得實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展的聚焦深度。
如前面所描述的，滴42曲率的變化在兩個(gè)凸曲率A、B之間。在不同曲率之間變形(deform)滴也在本發(fā)明的主旨之內(nèi)。例如，有可能滴42的外表面是彎月面，即靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)是凹的，當(dāng)施加第一電壓時(shí)通常平的以便將光聚焦到第一焦平面，而當(dāng)施加第二不同的電壓時(shí)是凸的以便將光聚焦到第二焦平面。
參考圖2，可變透鏡35還可以在一個(gè)軸末端區(qū)域具有固定的凸透鏡66，而在相對(duì)的軸末端區(qū)域具有固定的凹或平凹透鏡68。這些固定的透鏡是整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的一部分并幫助最小化任何種類(lèi)的象差，例如色象差。光學(xué)系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)有利地包括可以位于光路徑任何地方的孔徑光闌(未示出)。
在變體中，滴42通常不需要具有相對(duì)于光路徑46徑向?qū)ΨQ(chēng)的半球形狀，而是可以如圖5所示沿通常與光路徑垂直的橫向伸長(zhǎng)?，F(xiàn)在由標(biāo)號(hào)70識(shí)別的圓柱形滴處于由絕緣壁74形成的溝道形狀的井72中。
當(dāng)施加周期電壓時(shí)，現(xiàn)在充當(dāng)圓柱形透鏡的圓柱形滴70改變通過(guò)其到達(dá)符號(hào)的激光束的橫截面。因此，來(lái)自激光二極管的光束橫截面76通常如圖7所示是橢圓形的。所說(shuō)明的x軸是沿掃描方向。y軸沿符號(hào)條與間隔的縱向延伸。
對(duì)于一維符號(hào)，期望如圖6所示的更橢圓或更長(zhǎng)的光束橫截面78。對(duì)于兩維符號(hào)，期望如圖8所示的更圓的光束橫截面80。通過(guò)施加周期電壓，圓柱形滴70可以光學(xué)修改束的橫截面，成為橫截面78或80或之間的任何形狀。這些形狀改變可以持續(xù)或步進(jìn)發(fā)生，而且在讀取被損壞或打印得很差的符號(hào)時(shí)特別有用，從而改善系統(tǒng)的性能。
可以看到聚焦的改變和/或束橫截面的改變是不需要任何固態(tài)透鏡的機(jī)械運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。除了液體，可變透鏡35的所有部分都可以由模制材料制成。
本發(fā)明建議在光路徑中使用多于一個(gè)可變透鏡。一個(gè)可變透鏡可以用于聚焦變化，另一個(gè)可以用于改變束橫截面的橢圓率和/或放大倍率(即，變焦作用)。類(lèi)似于Petzval透鏡，還可以使用多個(gè)透鏡來(lái)降低散光。
更具體而言，如圖9所示，兩個(gè)可變透鏡沿光路徑串聯(lián)布置?？讖焦怅@82有利地位于激光二極管26和第一可變透鏡之間?？刂破?0有兩個(gè)輸出，每個(gè)可變透鏡一個(gè)。除此之外，以上結(jié)合圖3所使用的相同標(biāo)號(hào)用于識(shí)別相同的部分。
孔徑光闌可操作以維護(hù)恒定的束直徑，作為到圖9雙透鏡系統(tǒng)或圖3或4單透鏡系統(tǒng)的輸入，由此確保與激光束散度變化一致。
如以上結(jié)合圖3所描述的，改變焦距將造成束光斑或收斂部分(waist)，即激光束在橫截面中具有最小直徑的點(diǎn)，在不同的工作范圍位置Z1和Z2之間移動(dòng)。當(dāng)焦距改變時(shí)，收斂部分的大小也將改變。當(dāng)調(diào)整焦距以向外朝Z2移動(dòng)收斂部分時(shí)，收斂部分的直徑增加，而當(dāng)收斂部分向內(nèi)朝Z1移動(dòng)時(shí)，收斂部分的直徑減小。因此，隨著收斂部分向外移動(dòng)，分辨率降低，從而導(dǎo)致讀取器在遠(yuǎn)距離讀高密度符號(hào)的能力上的限制。
另一方面，因?yàn)榇笫諗坎糠纸档桶唿c(diǎn)(speckie)噪聲并降低分辨率，從而使讀取器更容易忽略打印缺陷，所以有時(shí)候期望在近距離以大尺寸收斂部分掃描，尤其是對(duì)于讀取被損壞的或低對(duì)比度的符號(hào)。
圖9的雙透鏡系統(tǒng)使第一可變透鏡能夠改變收斂部分在入射到第二可變透鏡時(shí)的直徑。通過(guò)控制第二透鏡上收斂部分的直徑，有可能在收斂部分位置改變時(shí)維持恒定的收斂部分尺寸。如果期望讀取低密度、被損壞或低對(duì)比度的符號(hào)，則恒定的收斂部分尺寸可以大，或者對(duì)于讀取擴(kuò)展范圍上的高密度符號(hào)，則恒定的收斂部分尺寸可以小。雙透鏡系統(tǒng)可以根據(jù)任何掃描應(yīng)用需要在任何工作范圍距離上放置任何束收斂部分尺寸。
兩個(gè)透鏡的焦距可以由信號(hào)分析器或微處理器62以協(xié)作方式獨(dú)立或同時(shí)控制，以便在期望工作距離產(chǎn)生期望收斂部分尺寸。收斂部分尺寸和/或工作距離可以預(yù)先設(shè)置，以便為特定應(yīng)用優(yōu)化讀取器，或者也可以由運(yùn)行分析來(lái)自符號(hào)的返回信號(hào)并根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整以便優(yōu)化讀取器讀取掃描符號(hào)的能力的算法的微處理器62控制。
有利地，用于解碼符號(hào)的相同微處理器用作信號(hào)分析器。此外，相同的微處理器可以用于通過(guò)硬連線或無(wú)線鏈路，例如射頻或紅外線，將解碼的數(shù)據(jù)傳送到遠(yuǎn)程主計(jì)算機(jī)。
除在此所述的液體透鏡以外的其它類(lèi)型的可變透鏡也可以采用。
本發(fā)明還考慮利用可變透鏡中的多個(gè)電極改變滴42沿不同方向的曲率，由此例如將球形透鏡變成圓柱形透鏡。也稱(chēng)為束收斂部分的束的最小橫截面可以改變，同時(shí)，束的橢圓率也可以改變。如果需要，附加(多于兩個(gè))電極的使用可以用于不僅對(duì)于移動(dòng)的光束讀取器，也對(duì)于成像器校正某種特定的象差。
在移動(dòng)的束掃描器中，不僅可以在朝要讀取的標(biāo)記的向外路徑中采用可變透鏡，也可以在反射光沿其返回到光電檢測(cè)器的返回路徑中采用可變透鏡?？勺兺哥R可以位于光電檢測(cè)器的前面，以便通過(guò)改變射到光電檢測(cè)器上的反射光量控制光自動(dòng)增益。
權(quán)利要求
1.一種用于電光讀取具有不同光反射率部分的標(biāo)記的裝置，包括a)多個(gè)沿光路徑隔開(kāi)的可變焦距光學(xué)透鏡；b)光源，用于生成具有橫截面的光束并用于將光束沿光路徑通過(guò)透鏡引向位于遠(yuǎn)離光源的工作距離范圍內(nèi)的標(biāo)記；及c)控制器，用于控制所述透鏡中的一個(gè)透鏡將光束聚焦到標(biāo)記所位于的工作距離中的一個(gè)工作距離，還用于控制所述透鏡中的其它透鏡光學(xué)修改光束以便在所述一個(gè)工作距離具有所選的橫截面。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，還包括位于光源和所述一個(gè)透鏡之間的光路徑中的孔徑光闌，用于在光束通過(guò)所述一個(gè)透鏡之前形成用于光束的恒定光束橫截面。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中每個(gè)透鏡都具有沿光路徑布置的一對(duì)透光液體，每個(gè)透鏡的液體都是不能混合的、具有不同的光折射率并具有基本相同的密度，其中每個(gè)透鏡的一個(gè)液體具有用于光學(xué)修改沿朝著標(biāo)記的光路徑通過(guò)所述一個(gè)液體的光束使之具有第一光學(xué)特征的靜止?fàn)顟B(tài)的形狀；而且其中控制器可操作用于跨每個(gè)透鏡的所述一個(gè)液體施加改變其形狀的電壓，及用于光學(xué)修改光束，使之具有第二不同的光學(xué)特征。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其中所述一個(gè)液體是電絕緣的，而且其中每個(gè)透鏡的另一液體是導(dǎo)電的，而且其中第一電極位于所述一個(gè)液體的一側(cè)，而且其中第二電極在所述一個(gè)液體的相對(duì)側(cè)浸入所述另一液體中，而且其中電壓跨每個(gè)透鏡的電極施加。
5.如權(quán)利要求3所述的裝置，其中每個(gè)可變透鏡都包括至少一個(gè)沿光路徑與液體隔開(kāi)的固定焦點(diǎn)透鏡。
6.如權(quán)利要求5所述的裝置，其中有兩個(gè)分別具有正負(fù)光功率的固定焦點(diǎn)透鏡，而且其中這兩個(gè)固定焦點(diǎn)透鏡位于每個(gè)可變透鏡的相對(duì)側(cè)。
7.如權(quán)利要求3所述的裝置，其中所述一個(gè)透鏡的第一和第二光學(xué)特征是在相對(duì)于光源的不同工作距離沿光路徑隔開(kāi)的不同焦平面。
8.如權(quán)利要求3所述的裝置，其中所述其它透鏡的第一和第二光學(xué)特征是光束橫截面的不同大小。
9.如權(quán)利要求3所述的裝置，還包括掃描器，用于對(duì)標(biāo)記掃描光束、視野中的至少一個(gè)。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其中控制器可操作用于在掃描過(guò)程中連續(xù)施加電壓作為周期電壓。
11.如權(quán)利要求9所述的裝置，其中控制器可操作用于確定標(biāo)記是否成功掃描和讀取，并用于當(dāng)確定標(biāo)記未成功掃描和讀取時(shí)施加電壓。
12.如權(quán)利要求11所述的裝置，其中控制器是微處理器，微處理器可操作用于解碼從標(biāo)記反射的光中導(dǎo)出的電信號(hào)。
13.如權(quán)利要求12所述的裝置，其中微處理器可操作用于與遠(yuǎn)程主機(jī)通信。
14.一種用于電光讀取具有不同光反射率的部分的標(biāo)記的裝置，包括a)用于沿光路徑指引光束的光源；b)孔徑光闌，用于形成用于光束的恒定的橫截面；c)可變光學(xué)透鏡，具有一對(duì)沿光路徑布置的透光液體，該液體是不能混合的、具有不同的光折射率并具有基本相同的密度，其中一個(gè)液體具有用于光學(xué)修改沿朝著標(biāo)記的光路徑通過(guò)所述一個(gè)液體的恒定橫截面的光束使之具有第一光學(xué)特征的靜止?fàn)顟B(tài)的形狀；及d)控制器，用于跨所述一個(gè)液體施加改變其形狀的電壓，及用于光學(xué)修改光束，使之具有第二不同的光學(xué)特征。
15.如權(quán)利要求14所述的裝置，其中第一和第二光學(xué)特征是在相對(duì)于可變透鏡的不同工作距離沿光路徑隔開(kāi)的不同焦平面。
16.一種用于電光讀取具有不同光反射率的部分的標(biāo)記的方法，包括步驟a)沿光路徑隔開(kāi)多個(gè)可變焦點(diǎn)光學(xué)透鏡；b)生成具有橫截面的光束，并將光束沿光路徑通過(guò)透鏡引向位于遠(yuǎn)離透鏡的工作距離范圍內(nèi)的標(biāo)記；及c)控制一個(gè)透鏡將光束聚焦到標(biāo)記所位于的工作距離中的一個(gè)工作距離，還控制其它透鏡光學(xué)修改光束以便在所述一個(gè)工作距離具有所選的橫截面。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，還包括在光路徑中插入孔徑光闌，用于在光束通過(guò)所述一個(gè)透鏡之前形成用于光束的恒定的束橫截面。
全文摘要
工作范圍與激光束橫截面在用于讀取標(biāo)記的電光讀取器中通過(guò)向一對(duì)可變透鏡施加改變其中液體形狀的控制電壓而調(diào)整?？讖焦怅@維持恒定的束橫截面，作為到一個(gè)透鏡的輸入。
文檔編號(hào)G02B26/10GK101019129SQ200580015962
公開(kāi)日2007年8月15日 申請(qǐng)日期2005年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月19日
發(fā)明者愛(ài)德華·巴肯 申請(qǐng)人:訊寶科技公司