專利名稱：一種光學讀取頭的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種光學讀取頭。
背景技術：
圖1為一種傳統(tǒng)的光學讀取頭的應用示意圖。如圖l所示，光學讀取頭
101用于讀取物體102,其中光學讀取頭101包含中空殼體110、光源模塊 120及感光模塊140。光源模塊120固定于中空殼體110內(nèi)并提供光線。光 線在中空殼體110內(nèi)反射后照射到物體102。感光模塊140固定于中空殼體 110內(nèi)，用于感測被物體102反射的光線。
光線的反射可分為三種形式，也就是鏡面反射、擴散反射和漫射反射。 鏡面反射是指光線的入射角度等于反射角度。擴散反射發(fā)生在不平坦的表面 且反射的光線超過一個角度，所有的反射光的反射角或多或少會與入射角相 同。漫反射型的反射發(fā)生在粗糙或不光滑的表面，其反射光會有許多不同的 角度。
由于中空殼體110的內(nèi)壁面并不屬于鏡面，所以會有雜光L10進入到感 光模塊140。目前所使用的感光模塊140包含有CMOS感測器，其解析度一 般為100 x 100。感光模塊140的透鏡搭配CMOS感測器的可視角度(Field of View, FOV)約為ArcTan (圖案對角/2/EFL) x 2,其中EFL為透鏡的等效 焦距。光源模塊120通常是發(fā)光二極管(LED),其發(fā)光波長大約為 800nm 950nm的紅外線。感光模塊140的透鏡固定結構可以調(diào)整透鏡到物 體102上的圖像的取像距離。通過調(diào)整感光模塊140的透鏡固定結構、設計 中空殼體110的內(nèi)壁面的反射特性以及調(diào)整光源模塊120的位置，即可控制 光學讀取頭101對于物體102的照明效果。在一例子中，鏡頭的解像約為50至80 lp/mm,折射率Rl>80%,且相 對通光口徑(f-number， F/N )不宜太高以免增加照明負擔。讀取頭讀取物 體的容許傾斜角度要達到30至40度，鏡頭的景深(Deep of focus )大于±0.7 mm。物體102可以是一本電子書，上面印有二維條碼圖案。由于電子書的 紙面材質(zhì)容易反光，加上使用者手握讀取頭來讀取電子書時，讀取頭跟紙面 的傾斜角度A可能會達到0至30度，或甚至是0至40度。因此，必須避 免紙面反光所造成的強光進到感光模塊140中而造成無法辨識物體的問題。
在圖1中，讓譬如是發(fā)光二極管的光源模塊120發(fā)出的光線打在譬如是 錐狀筆頭的中空殼體110的內(nèi)壁面上，以增加入射光的強度。但是，本案發(fā) 明人發(fā)現(xiàn)在入射角等于24度時，仍會有反射強光進入到感光模塊140,而 且，具有反射效果的內(nèi)壁面(通常稱為反射罩)也會使雜光射回感光模塊 140而進一步降低了對比。
圖2為另一種傳統(tǒng)的光學讀取頭的應用示意圖。圖2的光學讀取頭類似 于圖1,不同之處在于直接以作為光源模塊的LED 120的光線打在物體102 上，這種情況非常容易造成反射的強光進到感光模塊140內(nèi)而進一步降低對 比。
因此，現(xiàn)有技術中光學讀取頭的缺點在于無法避免反射強光所造成的辨 識死角、無法有效提升照明效率以減少LED的使用量及耗電量、以及無法 有效提高傾斜角度的容許范圍。此外，現(xiàn)有技術的光學讀取頭的組裝也相當 復雜。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明一個目的在于提供一種光學讀取頭，同時能消除強反射光 所造成的辨識死角，提升照明效率以減少光源的數(shù)量及耗電量，并提升照明 的均勻性以提高傾斜角度容許范圍。
為達上述目的，本發(fā)明提供一種光學讀取頭，用于讀取物體的影像。光 學讀取頭包含殼體、漫射構造、光源模塊及感光模塊。漫射構造連接至殼體。光源模塊具有基板及安裝至基板正面的第 一光源?；宓恼婀潭ǖ铰錁?造的外表面。第一光源提供初始光線射入漫射構造中。漫射構造將初始光線 處理成均勻光線后輸出。感光模塊固定于殼體內(nèi)，用于感測均勻光線被物體 反射所產(chǎn)生的反射光線。
作為本發(fā)明進一步的優(yōu)選方案，所述感光模塊的光軸平行于所述漫射構造 的軸向方向。
作為本發(fā)明進一步的優(yōu)選方案，所述基板為軟性電路板，所述第一光源電 連接至所述軟性電路板。
作為本發(fā)明進一步的優(yōu)選方案，所述光源模塊進一步包括第二光源，所述 第二光源安裝于所述軟性電路板上，且電連接至所述軟性電路板。
作為本發(fā)明進一步的優(yōu)選方案，所述第一光源和Z或所述第二光源直接焊4妻
在軟性電路板上。
作為本發(fā)明進一步的優(yōu)選方案，所述基板環(huán)繞所述漫射構造超過360度。 作為本發(fā)明進一步的優(yōu)選方案，所述第一光源容納于所述漫射構造的凹槽
中，使得所述第一光源發(fā)出的光線垂直入射至所述漫射構造中。
作為本發(fā)明進一步的優(yōu)選方案，所述漫射構造為中空管體或實心柱體。 作為本發(fā)明進一步的優(yōu)選方案，所述漫射構造可相對于所述殼體移動。 作為本發(fā)明進一步的優(yōu)選方案，所述基板的正面通過粘膠固定至所述漫射
構造的外表面。
作為本發(fā)明進一步的優(yōu)選方案，所述基板的正面用于將未直接射入至所述 漫射構造中的第一光源所發(fā)出的次要光線反射到所述漫射構造中。
作為本發(fā)明進一步的優(yōu)選方案，所述漫射構造進一步包含雜散光消除區(qū)段， 用于避免雜散光進入所述感光模塊。
作為本發(fā)明進一步的優(yōu)選方案，所述透鏡的等效焦距小于或等于3毫米。 因此，采用本發(fā)明的結構，可以大幅縮小光學讀取頭的體積，以方便使 用者攜帶使用。此外，由于采用了漫射結構使得光源發(fā)出來的光線在較小的 空間內(nèi)即可實現(xiàn)均勻化，使得光源可以裝設得非?？拷軠y物體，同時通過提升照明的均勻性以消除強反射光所造成的辨識死角，提升照明效率從而減
少光源的數(shù)量及耗電量；而且，光線經(jīng)過漫射消除了方向性，使得讀取裝置
傾斜角度容許范圍變大。且光源所發(fā)出來的大部分光線可以接近垂直地入射 至漫射構造中，因此可以進一步有效提升照明效率及辨識能力。采用本發(fā)明 的結構，組裝也相當方便。
在本發(fā)明的進一步技術方案中，由于發(fā)光二極管直接焊接在軟性電路板
上，形成所謂的表面安裝式發(fā)光二極管(Surface Mount LED )，使得光源模 塊的固定方式更加簡化，而不需復雜的固定方式，只要將軟性電路板環(huán)繞漫 射構造一圈即可，因此，光學讀取頭的組裝可以變得更加簡便。
在本發(fā)明的進一步技術方案中，本發(fā)明還可加入用于消除雜散光的雜散 光消除區(qū)段，即使縮短漫射構造的長度，也可以達到消除雜散光的效果。光 學讀取頭的漫射構造被縮短，使得物距能夠變得更短，此時需要加大CMOS 感測器的可視角度(Field of View, FOV)才能感測到同樣大小的物體，故 能夠選用等效焦距較小的透鏡，并獲得較短的像距，因此，光學讀取頭的整 體長度被有效的縮短。
為讓本發(fā)明之上述內(nèi)容能更明顯易懂，下面舉較佳實施例，并配合附圖， 作詳細說明如下。


圖1為一種傳統(tǒng)的光學讀取頭的應用示意圖。
圖2為另一種傳統(tǒng)的光學讀取頭的應用示意圖。
圖3為本發(fā)明第一實施例中光學讀取頭的應用示意圖。
圖4為本發(fā)明第二實施例中光學讀取頭的應用示意圖。
主要元件符號說明
LI:初始光線
L2:均勻光線
L3:反射光線L4:次要光線
1:光學讀取頭
2:物體
10:殼體
11:殼體的外壁
20:漫射構造
20A:漫射構造的軸向方向
21:漫射構造的外表面
22:雜散光消除區(qū)段
23:漫射構造的內(nèi)壁
24、 25:漫射構造的凹槽
30:光源模塊
31:基板
31A:基板的正面
32:第一光源
33:第二光源
35:粘膠
40:感光模塊
40A:感光模塊的光軸
41:透鏡
42:影像感測器
43:紅外線濾波器
44:鏡筒
50:主機板
60:導線
具體實施例方式
圖3為本發(fā)明第一實施例中光學讀取頭的應用示意圖。如圖3所示，本
實施例的光學讀取頭1用于讀取物體2的影像。物體2譬如是電子書，上面 印有譬如二維條碼的圖案。光學讀取頭1包含殼體10、漫射構造20、光源 模塊30及感光模塊40。
漫射構造20連接至殼體10。在圖3中，漫射構造20可為中空體或中 空管體，進而可當作一個光積分球使用。然而，漫射構造20也可以是實心 體或實心柱體。漫射構造20可以具有圓形、方形或其他截面形狀。當漫射 構造20具有圓形截面時，基板31環(huán)繞漫射構造20超過360度。然而，本 發(fā)明并未受限于此，基板31也可以環(huán)繞漫射構造20小于360度。舉例而言， 基板31環(huán)繞漫射構造20可以小于180度或介于180度和360度之間。
光源模塊30具有基板31及安裝至基板31的正面31A的第一光源32。 基板31的正面31A固定至漫射構造20的外表面21,第一光源32提供初始 光線Ll射入至漫射構造20中，漫射構造20接收初始光線Ll,并將初始光 線Ll處理成一均勻光線L2后輸出，其中初始光線Ll在漫射構造20中進 行多次反射后，進而形成均勻光線L2。或者，初始光線L1也可以在漫射構 造20中進行多次反射及多次折射后，進而形成均勻光線L2。
感光模塊40固定于殼體10內(nèi)，用以感測均勻光線L2被物體2反射所 產(chǎn)生的反射光線L3。感光模塊40的光軸40A實質(zhì)上平行于漫射構造20的 4由向方向20A。
基板31為一軟性電路板，第一光源32電連接至軟性電路板，而軟性電 路板再通過導線60而電連接至光學讀取頭1的主機板50。第一光源32可 以是發(fā)光二極管。主機板50上有多個電子元件構成處理電路。在光學讀取 頭1讀取物體2上的圖案后，主機板50上的處理電路可以直接辨識此圖案 并輸出對應于此圖案的對應信號，譬如是發(fā)出聲音或發(fā)出光線等等，從而跟 使用者進行互動。為了提供更亮的均勻光線，光源模塊30可以進一步具有第二光源33, 第二光源33安裝于基板31上，且電連接至基板31。第二光源33也可以是 發(fā)光二極管。第一光源32及第二光源33可以容納于漫射構造20的凹槽24 與凹槽25中，使其大部分的光線可以垂直入射至漫射構造20中。本實施例 中，第一光源32及第二光源33均安裝于同一基板31上，在另一例子中， 第二光源33可以安裝于另一基板上。而且，光源模塊30包含但不限于一個 發(fā)光二極管或多個發(fā)光二極管。多個發(fā)光二極管可以發(fā)出相同的光線或不同 的光線。
感光片莫塊40包含透4竟41及影像感測器42。透鏡41固定于殼體10中。 影像感測器42通過主機板50而固定于殼體10,并透過透鏡41接收反射光 線L3。
為了濾除第 一光源及第二光源所發(fā)出的紅外光以外的光線，感光模塊 40可以進一步包含紅外線濾波器43,其固定于殼體10中，用于通過反射光 線L3中的紅外光。例如，該紅外濾波器43可以選用可透過紅外光的紅外光 帶通濾波器。
為了便于對焦的調(diào)整，可以將漫射構造20設計成使其內(nèi)壁23可相對于 殼體10的外壁11滑動或移動。或者，內(nèi)壁23及外壁11可以具有對應的螺 紋以i^更于對焦的調(diào)整。
在本實施例中，基板31的正面31A可通過粘膠35而固定至漫射構造 20的外表面21，組裝很方便。此外，基板31的正面31A用于將未直接射 入至漫射構造20中的第 一光源32所發(fā)出的次要光線L4反射到漫射構造20 中。
圖4為本發(fā)明第二實施例的光學讀取頭的應用示意圖。為了便于清楚顯 示起見，圖4并未顯示出基板及粘膠。如圖4所示，本實施例類似于第一實 施例，不同之處在于，漫射構造20具有雜散光消除區(qū)段22，用于避免雜散 光進入感光模塊40。雜散光消除區(qū)段22通常被設計成圓錐狀，用于避免雜 散光進入到感光模塊40中。此外，在本實施例中，感光模塊40包含鏡筒44、透鏡41及影像感測 器42。類似地，感光模塊40可以進一步包含紅外線濾波器43。鏡筒44固 定于殼體10中。透鏡41固定于鏡筒44中。影像感測器42固定于殼體10, 并透過透鏡41接收反射光線L3。紅外線濾波器43可固定在雜散光消除區(qū) 段22與透鏡41之間，用于對消除雜散光的反射光線L3進行濾波，將濾波 后的反射光線L3透過到透鏡41中。如圖4所示，紅外線濾波器43可以固 定在漫射構造20中。
比較圖3和圖4可知，圖3示出的結構采用足夠長的漫射結構消除雜散 光，而本實施例加入了用于消除雜散光的雜散光消除區(qū)段22，因此即使縮 短漫射構造20的長度，也可以達到消除雜散光的效果?？梢姡緦嵤├?， 學讀取頭1的長度可以有效被縮短。
傳統(tǒng)的光學讀取頭的透鏡的等效焦距(Equivalent Focal Length, EFL ) 都是大于或等于5毫米。由于采用了雜散光消除區(qū)段22，光學讀取頭的漫 射構造被縮短，使得物距能夠變得更短，此時需要加大CMOS感測器的可 視角度(Field of View, FOV)才能感測到同樣大小的物體，故能夠選用等 效焦距較小的透鏡，并獲得較短的像距，因此，光學讀取頭的整體長度被有 效的縮短。本實施例的光學讀取頭的透鏡41的等效焦距(Equivalent Focal Length, EFL)可以小于或等于3毫米。
綜上所述，采用本發(fā)明上述實施例，可以大幅縮小光學讀取頭的體積， 以方便使用者攜帶使用。此外，由于光源可以裝設得非?？拷軠y物體，且 光源所發(fā)出來的大部分光線可以接近垂直地入射至漫射構造中，因此可以有 效提升照明效率及辨識能力。此外，發(fā)光二極管可以直接焊接在軟性電路板 上，形成所謂的表面安裝式發(fā)光二極管(Surface Mount LED )，使得光源模 塊的固定方式更加簡化，而不需復雜的固定方式，只要將軟性電路板環(huán)繞漫 射構造一圈即可。因此，光學讀取頭的組裝可以變成相當簡便。
綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的 保護范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權利要求
1、一種光學讀取頭(1)，用于讀取物體(2)的影像，其特征在于，該光學讀取頭(1)包含殼體(10)；漫射構造(20)，連接至所述殼體(10)；光源模塊(30)，具有基板(31)及安裝至所述基板(31)的正面(31A)的第一光源(32)，所述基板(31)的正面(31A)固定至所述漫射構造(20)的外表面(21)，所述第一光源(32)提供初始光線(L1)射入至所述漫射構造(20)中，所述漫射構造(20)將所述初始光線(L1)處理成均勻光線(L2)后輸出；及感光模塊(40)，固定于所述殼體(10)內(nèi)，用于感測所述均勻光線(L2)被所述物體(2)反射所產(chǎn)生的反射光線(L3)。
2、 如權利要求1所述的光學讀取頭(1 ),其特征在于，所述感光模塊(40) 的光軸(40A)平行于所述漫射構造(20)的軸向方向(20A)。
3、 如權利要求1所述的光學讀取頭(1),其特征在于，所述基板(31)為 軟性電路板，所述第一光源(32)電連接至所述軟性電路板。
4、 如權利要求3所述的光學讀取頭(1 )，其特征在于，所述光源模塊(30 ) 進一步包括第二光源(33)，所述第二光源(33)安裝于所述軟性電路板上，且 電連接至所述軟性電路板。
5、 如杈利要求4所述的光學讀取頭(1),其特征在于，所述第一光源(32) 和/或所述第二光源(33)直接焊接在軟性電路板上。
6、 如權利要求1或4所述的光學讀取頭(1 )，其特征在于，所述基板(31) 環(huán)繞所述漫射構造(20)超過360度。
7、 如權利要求1所述的光學讀取頭(1 ),其特征在于，所述第一光源(32) 容納于所述漫射構造(20)的凹槽中，使得所述第一光源(32)發(fā)出的光線垂 直入射至所述漫射構造(20 )中。
8、 如權利要求1所述的光學讀取頭(1 )，其特征在于，所述漫射構造(20) 為中空管體或實心柱體。
9、 如權利要求1所述的光學讀取頭(1 )，其特征在于，所述漫射構造(20 ) 可相對于所述殼體(10)移動。
10、 如權利要求1所述的光學讀取頭(1),其特征在于，所述基板(31) 的正面(31A)通過粘膠(35)固定至所述漫射構造(20)的外表面(21)。
11、 如權利要求1所述的光學讀取頭(1),其特征在于，所述基板(31) 的正面(31A)用于將未直接射入至所述漫射構造(20)中的第一光源(32) 所發(fā)出的次要光線(L4)反射到所述漫射構造(20)中。
12、 如權利要求1所述的光學讀取頭(1 )，其特征在于，所述漫射構造(20) 進一步包含雜散光消除區(qū)段(22),用于避免雜散光進入所述感光模塊(40)。
13、 如權利要求12所述的光學讀取頭(1)，其特征在于，所述透鏡(41) 的等效焦距小于或等于3毫米。
全文摘要
一種光學讀取頭，用于讀取物體的影像。該光學讀取頭包含殼體、漫射構造、光源模塊及感光模塊。漫射構造連接至殼體。光源模塊具有基板及安裝至基板的正面的第一光源。基板的正面固定至漫射構造的外表面。第一光源提供初始光線射入至漫射構造中。漫射構造進而將初始光線處理成一均勻光線后輸出。感光模塊固定于殼體內(nèi)，用于感測均勻光線被物體反射所產(chǎn)生的反射光線。使用本發(fā)明能夠消除強反射光所造成的辨識死角，提升照明效率以減少光源的數(shù)量及耗電量，并提升照明的均勻性以提高傾斜角度容許范圍。
文檔編號G02B6/00GK101320421SQ200810134470
公開日2008年12月10日 申請日期2008年7月23日 優(yōu)先權日2008年7月23日
發(fā)明者吳智孟 申請人:凌陽多媒體股份有限公司