專利名稱：條碼識讀解碼模塊和手持電子裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及條碼識別領域，特別涉及一種條碼識讀解碼模塊和手持電子裝置。
背景技術：
條碼掃描器是利用光電原理將條碼信息轉(zhuǎn)化為計算機可接受的信息的輸入設備，常用于圖書館、醫(yī)院、書店以及超級市場，作為快速登記或結(jié)算的一種輸入手段，對商品外包裝上或印刷品上的圖像或條碼信息直接閱讀，并輸入到聯(lián)機系統(tǒng)中。因此，條碼掃描器至少需具有識讀與解碼功能，而現(xiàn)有技術大多以條碼識讀模塊(imaging module, imaginghead)搭配解碼電路板，用以實現(xiàn)前述功能?，F(xiàn)有的條碼識讀模塊的電子電路架構(gòu)，主要是使用微處理器(CPU)搭配隨機存取存儲器(RAM)及快閃存儲器(FLASH)運算架構(gòu)，實現(xiàn)對圖像芯片的圖像采集和條碼的識另IJ。前述架構(gòu)將處理指令集合存儲在快閃存儲器等外部非易失性存儲器上；在模塊啟動時，微處理器將快閃存儲器中的指令集合復制到隨機存取存儲器中運行，或直接在快閃存儲器上運行；運行過程中采集的圖像、運算過程的數(shù)據(jù)存儲在隨機存取存儲器上。因此，由于現(xiàn)有識讀模塊使用了 CPU、RAM、FLASH、圖像傳感芯片等眾多電子器件，不僅裝配測試繁瑣，電路板的總面積很難做到400mm2以內(nèi)，且功率很難小于1.5瓦特?，F(xiàn)有的條碼識讀模塊的出射光架構(gòu)，主要是使用照明光源和瞄準光源，瞄準光源可使用發(fā)光二級管(LED)或激光LED投射特定圖案，用以瞄準與25定位條碼等識別目標；照明光源可使用LED透射光束照射在條碼等識別目標上，以利于條碼識讀模塊采集到高質(zhì)量的圖像進行解碼。另，瞄準光源與照明光源可位于相同電路板或是不同電路板上，并各自搭配不同的透鏡結(jié)構(gòu)達到聚焦或是均勻布光的效果，例如美國專利公開案US PatentPublication N0.: 2003/0029917揭示了瞄準光源位于具有圖像傳感芯片的第一電路板、照明光源位于第二電路板的條碼識讀模塊。市面上現(xiàn)有產(chǎn)品，例如Honeywell 5X80產(chǎn)品、Motorola SE3300產(chǎn)品，皆是采用相似概念設計出射光架構(gòu)。因此，由于現(xiàn)有識讀模塊使用多顆LED搭配不同透鏡，作為不同光源用途，器件較多，成本較高。綜上所述，現(xiàn)有的條碼識讀模塊的整體結(jié)構(gòu)，需要搭載圖像傳感芯片的電路板、光學鏡頭、照明電路板等組件，以便將其固定，并阻隔外界非成像的光線影響圖像傳感芯片成像質(zhì)量。由于需要承載較多組件，甚至包括各種電路板的固定，因此整個條碼識讀模塊的結(jié)構(gòu)尺寸難以做到IOOOmm3以內(nèi)，亦因此具有尺寸大、功耗大、器件多、成本高等缺陷，不利條碼識讀模塊微型化設計。若需進一步將解碼功能納入解碼識讀模塊中，形成條碼識讀解碼模塊，則更難以達到整體模塊的微型化設計。故，本發(fā)明的主要目的是解決目前條碼識讀解碼模塊難以做到極小尺寸、極低功耗、零器件最簡化和極低成本的問題
發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明目的在于提供一種極小尺寸、極低功耗、零器件最簡化和極低成本的條碼識讀解碼模塊和手持電子裝置。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案:一條碼識讀解碼模塊，其包括一電路板、一發(fā)光光源、一異型透鏡、以及一支架，其特征在于:
所述電路板包括一條碼處理芯片與一圖像傳感芯片，分別位于所述電路板的不同側(cè)，其中，所述圖像傳感芯片為互補金屬氧化物半導體芯片并用以采集圖像，所述條碼處理芯片用于對所述圖像進行條碼解碼；
所述發(fā)光光源為發(fā)光二級管并置于所述異型透鏡后方；
所述異型透鏡包括一均光區(qū)域與一聚光區(qū)域，其中，所述發(fā)光光源透過所述異型透鏡形成一照明圖案與一瞄準圖案；以及
所述支架用于承載所述電路板、所述發(fā)光光源與所述異型透鏡。作為本發(fā)明的進一步改進，所述條碼處理芯片控制所述圖像傳感芯片的曝光功能并控制所述發(fā)光光源的發(fā)光功能。作為本發(fā)明的進一步改進，所述發(fā)光光源為多晶封裝發(fā)光二級管。作為本發(fā)明的進一步改進，所述聚光區(qū)域為凸透鏡或平凸透鏡。作為本發(fā)明的進一步改進，所述均光區(qū)域位于所述異型透鏡的中央部分。作為本發(fā)明的進一步改進，所述瞄準圖案為長條形或圓點形。作為本發(fā)明的進一步改進，所述瞄準圖案位于所述照明圖案的左右兩側(cè)。作為本發(fā)明的進一步改進，所述瞄準圖案位于所述照明圖案的上下兩側(cè)。作為本發(fā)明的進一步改進，所述瞄準圖案為圓點形且位于所述照明圖案的四個角落。本發(fā)明還可采用如下技術方案:一手持電子裝置，其特征在于，所述手持電子裝置包括如前所述的條碼識讀解碼模塊。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是:實現(xiàn)條碼識讀解碼模塊微型化設計，有效達到極小尺寸、極低功耗、零器件最簡化和極低成本。


圖1a為本發(fā)明條碼識讀解碼模塊的立體示意圖。圖1b為本發(fā)明條碼識讀解碼模塊的爆炸示意圖。圖1c為本發(fā)明影像芯片與解碼電路板的側(cè)面示意圖。圖2為本發(fā)明條碼識讀解碼模塊的背面示意圖。圖3a為本發(fā)明條碼識讀解碼模塊的側(cè)面出射光結(jié)構(gòu)透視圖。圖3b為本發(fā)明異型透鏡結(jié)構(gòu)立體圖。圖4a_4g為本發(fā)明發(fā)光光源結(jié)合異型透鏡所形成的瞄準與照明圖案。圖5a為本發(fā)明條碼識讀解碼模塊的側(cè)面入射光結(jié)構(gòu)透視圖。圖5b為本發(fā)明鏡頭模塊的立體示意圖。圖6為本發(fā)明條碼識讀解碼模塊的電路原理框圖。
具體實施方式
本發(fā)明涉及的是條碼識讀解碼模塊，其主要用于識別一維條碼或二維條碼圖像，為了使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面結(jié)合附圖作詳細描述:
參照圖la、lb所示，本發(fā)明條碼識讀解碼模塊100包括條碼處理芯片101、第一電路板102、反射鏡105、第二電路板107、支架109、鏡頭模塊111、異型透鏡113、發(fā)光光源115。其中，支架109用以支撐并固定第一電路板102、反射鏡105、第二電路板107、鏡頭模塊111、異型透鏡113與發(fā)光光源115。此外,第一電路板102與第二電路板107分別以螺絲固定于支架109的上方與后方。當然，前述固定方式亦可使用卡合、焊接或黏合等其他固定方式來實現(xiàn)，在此不做具體限制。參照圖1c所示，第一電路板102承載條碼處理芯片101與圖像傳感芯片103，分別位于第一電路板102的不同側(cè)，用以減少第一電路板102面積并縮小條碼識讀解碼模塊100尺寸。圖像傳感芯片103是用來接收反射鏡105所反射的光線，用以采集圖像。優(yōu)選地，圖像傳感芯片103可為二維互補金屬氧化物半導體(CMOS)芯片，并可采用卷廉式快門(rolling shutter)或全局快門(global shutter)實現(xiàn)曝光。此外，圖像傳感芯片103可為單色(monochrome)芯片或多色芯片，以單色芯片為優(yōu)選。條碼處理芯片101是用于輸出曝光控制信號以使所述圖像傳感芯片103曝光采集圖像、輸出照明控制信號，并可用于對所述圖像進行條碼解碼。由于條碼處理芯片101為集成電路式芯片架構(gòu)，而非采用微處理器(CPU)搭配隨機存取存儲器(RAM)及快閃存儲器(FLASH)運算架構(gòu)，因此有效減小條碼識讀解碼模塊100的尺寸。參照圖2所示，在本發(fā)明之一具體實施例中，第二電路板107位于條碼識讀解碼模塊100的后方，包括電源轉(zhuǎn)換電路(圖未示)，并具有連接器201。將前述電源轉(zhuǎn)換電路與連接器201放置在第二電路板107上，可避免所有電子零器件與電路皆位于第一電路板102上，使得條碼識讀解碼模塊100所占空間三維尺寸最小。在本發(fā)明之另一具體實施例中，第二電路板107同樣位于條碼識讀解碼模塊100的后方，包括電源轉(zhuǎn)換電路(圖未示)，以及位于第二電路板107的下部預留焊盤(圖未示)，而不采用連接器201，其中，可透過焊盤與終端裝置的主板直接焊接，使條碼識讀解碼引擎100固定于終端裝置，并可達到電源供應、信號傳輸?shù)入娦赃B結(jié)特性。將前述電源轉(zhuǎn)換電路與焊盤放置在第二電路板107上，可避免所有電子零器件與電路皆位于第一電路板102上，使得條碼識讀解碼模塊100所占空間三維尺寸最小。參照圖3a所示，條碼識讀解碼模塊100的側(cè)面出射光結(jié)構(gòu)包括異型透鏡113與發(fā)光光源115，皆固定于支架109，異型透鏡113固定于發(fā)光光源115的前方，具體地，透過上述配置，發(fā)光光源115所發(fā)出的出射光通過異型透鏡113后可以同時投射出照明圖案與瞄準圖案。優(yōu)選地，發(fā)光光源115可采用一般LED或多晶封裝LED，前述LED的一次光學封裝透鏡部分可為圓形或橢圓形，亦可具有過驅(qū)動(overdriving)與選通(strobing)功能；若采用多晶封裝LED，內(nèi)部可為三晶粒(die)封裝或四晶粒封裝，內(nèi)部包括至少一顆紅光晶粒，其馀晶?？蔀樗{光或綠光晶粒。另，前述晶粒皆可獨立控制發(fā)光。由于整個條碼識讀解碼模塊100僅使用一個異型透鏡113與一個發(fā)光光源115即可同時投射出照明圖案與瞄準圖案，即照明和瞄準功能，因此，與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明可明顯減少照明與瞄準功能所需發(fā)光光源或透鏡等零器件、降低成本，同時也據(jù)此有效縮小條碼識讀解碼模塊100的尺寸。在本發(fā)明之一具體實施例中，參照圖3b所示，異型透鏡113包括一均光區(qū)域301與一聚光區(qū)域303，均光區(qū)域301可為平面透鏡，聚光區(qū)域303可為凸透鏡或平凸透鏡。均光區(qū)域301主要位于異型透鏡113的中央部分，搭配發(fā)光光源115投射出均勻的照明區(qū)域或照明圖案，聚光區(qū)域303主要位于異型透鏡113的周圍、邊緣或角落部分，搭配發(fā)光光源115投射出特定瞄準圖案，例如長條形、圓點形圖案。優(yōu)選地，以圖3b為例，聚光區(qū)域303位于異型透鏡113的上下兩側(cè)，長度最長可至異型透鏡113的左右兩側(cè)邊緣，可搭配發(fā)光光源115投射出兩個上下平行的長條形瞄準圖案。當然，聚光區(qū)域303亦可位于異型透鏡113的左右兩側(cè)，長度最長可至異型透鏡113的上下兩側(cè)邊緣(圖未示)，可搭配發(fā)光光源115投射出兩個左右平行的長條形瞄準圖案；具體而言，根據(jù)長條形瞄準圖案的設計與用途，相應的聚光區(qū)域303可配置于異型透鏡113的上下側(cè)、左右側(cè)、四側(cè)或任取兩邊以上的組合。值得注意的是，在本發(fā)明之另一具體實施例中，異型透鏡113的聚光區(qū)域303也可以設置為圓形凸透鏡，用以投射出圓點形的瞄準圖案，根據(jù)圓點形瞄準圖案的設計與用途，相應的聚光區(qū)域303可配置于異型透鏡113的上下側(cè)、左右側(cè)、四側(cè)中央或是四個角落。此外，異型透鏡113材料可為壓克力、玻璃或其他透明、半透明光學材料，在此不做具體限制。參照圖4a_4g所示，根據(jù)前述異型透鏡113的設計，搭配發(fā)光光源115，可投射并形成照明圖案401與瞄準圖案403至少七種組合，其中，照明圖案401可為矩形，而瞄準圖案403可為長條形或圓點形。若瞄準圖案403為長條形，則如圖4a-4c所示，可分別平行位于照明圖案401的上下側(cè)、左右側(cè)或是四側(cè)。瞄準圖案403的長度亦可調(diào)整。例如圖4c的四側(cè)長條形瞄準圖案403，可調(diào)整異型透鏡113中的聚光區(qū)域303長度使四側(cè)瞄準圖案連結(jié)成”口”形。若瞄準圖案403為圓點形，則如圖4d-4f所示，可分別位于照明圖案的上下側(cè)、左右側(cè)、四側(cè)中央或是四個角落。以色彩對比而言，前述照明圖案401與瞄準圖案403可為多種可見光，顏色可為同一顏色，例如紅色、白色、綠色或藍色。前述照明圖案401與瞄準圖案403的顏色亦可為不同顏色，例如照明圖案401為紅色或白色，瞄準圖案403為藍色或綠色。前述不同顏色對比若欲透過單一發(fā)光光源115實現(xiàn)，可采用多晶封裝LED，各晶?？瑟毩⒖刂瓢l(fā)光，用以在不同時間點發(fā)出不同顏色的光。參照圖5a所示，條碼識讀解碼模塊100的側(cè)面入射光結(jié)構(gòu)包括圖像傳感芯片103、反射鏡105、鏡頭模塊111。反射鏡105與鏡頭模塊111皆固定于支架109，并且鏡頭模塊111固定于反射鏡105的前方。圖像傳感芯片103固定于第一電路板102,并位于反射鏡105的上方，用于接收入射光。在本發(fā)明之另一具體實施例中，反射鏡105可以45度角放置于支架109上，使入射光的光路徑經(jīng)由鏡頭模塊111導引至反射鏡105后，再由反射鏡105將入射光90度反射至圖像傳感芯片103，使圖像傳感芯片103接收入射光后而采集圖像；SP本實施例透過反射鏡105的設置，改變?nèi)肷涔鈫我环较虻墓饴窂?，搭配將圖像傳感芯片103設置于條碼識讀解碼模塊100的上方，有效縮短了條碼識讀解碼模塊100接收入射光所需要預留的內(nèi)部空間深度。簡言之，藉由反射鏡105的配置用以改變?nèi)肷涔獾墓饴窂?，同時搭配第一電路板102與圖像傳感芯片103的空間結(jié)構(gòu)設計，可有效縮短單一方向入射光的水平深度，因此，本實施例不僅可使第一電路板102及支架109的邊長縮短、面積縮小，還可據(jù)此進一步縮小條碼識讀解碼模塊100的體積尺寸，具體達到微型化的效果。此外，前述反射鏡105的45度角放置角度，可以允許有正負5度的偏差，即入射光經(jīng)由反射鏡105反射后的反射光線可以有正負10度偏差。因此，反射鏡105置于支架109上的角度可為40至50度。鏡頭模塊111包括一透鏡組501及一機構(gòu)件503，其中，透鏡組501安裝于機構(gòu)件503中，并用于將入射光導引至反射鏡105。同時參照圖5a及圖5b所示，機構(gòu)件503包括螺牙505與阻正507，螺牙505可透過旋入或旋出支架109以調(diào)整鏡頭模塊111的焦距。阻正507外徑與支架109內(nèi)的筒狀空間內(nèi)徑相等。因此，鏡頭模塊111安裝于支架109時，阻正507的設計可用于提升入射光的光軸精密度。另，利用螺牙505精密調(diào)整焦距后，鏡頭模塊111可通過點膠方式進行固定于支架109，例如使用UV膠進行固定。參照圖6所示，條碼識讀解碼模塊100的電路原理框圖包括條碼處理芯片101、圖像傳感芯片103、第二電路板107、存儲器601、震蕩器603、發(fā)光光源電路板605。條碼處理芯片101主要功能是對圖像傳感芯片103傳送過來的一維條碼或二維條碼圖像進行解碼，并可透過I2C總線，利用串行通信方式配置圖像傳感芯片103或發(fā)出曝光控制信號用以控制圖像傳感芯片103的曝光。圖像傳感芯片103的主要功能是透過曝光來采集圖像，并將所采集的圖像傳送給條碼處理芯片101進行解碼。存儲器601可為電子抹除式可復寫唯讀存儲器(EEPROM)，主要功能是存儲條碼處理芯片101和圖像傳感芯片103的配置信息，以便每次開機都能得到正確的配置。震蕩器603主要功能是是為條碼處理芯片101提供固定頻率的振蕩時鐘，例如12MHz。發(fā)光光源電路板605中包括圖1b或圖3a中的發(fā)光光源115，其中，發(fā)光光源電路板605可接收條碼處理芯片101所發(fā)出的照明控制信號，用以控制圖1b及圖3a中的發(fā)光光源115，在圖像傳感芯片103曝光來采集圖像時進行補光。第二電路板107可采用通用異步收發(fā)傳輸器(UART)與條碼處理芯片101相互通信，主要功能是橋接終端裝置的主板，并可對外提供信號接口。終端裝置可為手持式條碼掃描器、座體式條碼掃描器、信息終端、移動數(shù)據(jù)終端、智能手機或各種手持電子裝置等。盡管為示例目的，已經(jīng)公開了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但是本領域的普通技術人員將意識到，在不脫離由所附的權利要求書公開的本發(fā)明的范圍和精神的情況下，各種改進、增加以及取代是可能的。
權利要求
1.一條碼識讀解碼模塊，其包括一電路板、一發(fā)光光源、一異型透鏡、以及一支架，其特征在于: 所述電路板包括一條碼處理芯片與一圖像傳感芯片，分別位于所述電路板的不同側(cè)，其中，所述圖像傳感芯片為互補金屬氧化物半導體芯片并用以采集圖像，所述條碼處理芯片用于對所述圖像進行條碼解碼； 所述發(fā)光光源為發(fā)光二級管并置于所述異型透鏡后方； 所述異型透鏡包括一均光區(qū)域與一聚光區(qū)域，其中，所述發(fā)光光源透過所述異型透鏡形成一照明圖案與一瞄準圖案；以及 所述支架用于承載所述電路板、所述發(fā)光光源與所述異型透鏡。
2.如權利要求1中所述的條碼識讀解碼模塊，其特征在于，所述條碼處理芯片控制所述圖像傳感芯片的曝光功能并控制所述發(fā)光光源的發(fā)光功能。
3.如權利要求1中所述的條碼識讀解碼模塊，其特征在于，所述發(fā)光光源為多晶封裝發(fā)光二級管。
4.如權利要求1中所述的條碼識讀解碼模塊，其特征在于，所述聚光區(qū)域為凸透鏡或平凸透鏡。
5.如權利要求1中所述的條碼識讀解碼模塊，其特征在于，所述均光區(qū)域位于所述異型透鏡的中央部分。
6.如權利要求1中所述的條碼識讀解碼模塊，其特征在于，所述瞄準圖案為長條形或圓點形。
7.如權利要求6中所述的條碼識讀解碼模塊，其特征在于，所述瞄準圖案位于所述照明圖案的左右兩側(cè)。
8.如權利要求6或7任一項中所述的條碼識讀解碼模塊，其特征在于，所述瞄準圖案位于所述照明圖案的上下兩側(cè)。
9.如權利要求1中所述的條碼識讀解碼模塊，其特征在于，所述瞄準圖案為圓點形且位于所述照明圖案的四個角落。
10.一手持電子裝置，其特征在于，所述手持電子裝置包括如權利要求1中所述的條碼識讀解碼模塊。
全文摘要
本發(fā)明提供一種條碼識讀解碼模塊和手持電子裝置，其中條碼識讀解碼模塊包括一電路板、一發(fā)光光源、一異型透鏡、以及一支架；電路板包括一條碼處理芯片與一圖像傳感芯片，分別位于電路板的不同側(cè)，其中，圖像傳感芯片為互補金屬氧化物半導體芯片并用以采集圖像，條碼處理芯片用于對圖像進行條碼解碼；發(fā)光光源為發(fā)光二級管并置于異型透鏡后方；異型透鏡包括一均光區(qū)域與一聚光區(qū)域，其中，發(fā)光光源透過異型透鏡形成一照明圖案與一瞄準圖案；支架用于承載電路板、發(fā)光光源與異型透鏡。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是尺寸小、功耗低、器件少、成本低。
文檔編號G06K7/10GK103186758SQ20121053104
公開日2013年7月3日 申請日期2012年12月11日 優(yōu)先權日2012年12月11日
發(fā)明者施曉迪, 羅烽, 劉繼軍 申請人:福建新大陸自動識別技術有限公司