已開發(fā)出用于讀取諸如條形碼之類的光學(xué)標(biāo)記的多種電光系統(tǒng)。條形碼是由一系列不同寬度的條和間隔構(gòu)成的圖形標(biāo)記的經(jīng)編碼的圖案。在條形碼中，條和間隔具有不同的光反射特性。一些條形碼具有一維結(jié)構(gòu)，其中條和間隔在一個(gè)方向上隔開以形成一排圖案。一維條形碼的示例包括通用產(chǎn)品代碼(UPC)，其一般用于零售店銷售。一些條形碼具有二維結(jié)構(gòu)，其中多行的條和間隔圖案垂直地堆疊以形成單個(gè)條形碼。二維條形碼的示例包括代碼49(Code 49)和PDF417。

使用一個(gè)或多個(gè)成像傳感器以對(duì)條形碼進(jìn)行讀取和解碼的系統(tǒng)通常被稱為基于成像的條形碼讀取器、成像掃描儀或成像讀取器。成像傳感器通常包括以一個(gè)或多個(gè)陣列對(duì)齊的多個(gè)光敏元件或像素。成像傳感器的示例包括電荷耦合器件(CCD)或互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)成像芯片。

附圖說(shuō)明

附圖，其中類同的附圖標(biāo)記在全部單獨(dú)的視圖中表示相同的或功能類似的要素，連同下面的詳細(xì)描述被納入于此并形成說(shuō)明書的一部分，并用來(lái)進(jìn)一步闡述包括所要求保護(hù)的發(fā)明的構(gòu)思的實(shí)施例，以及解釋那些實(shí)施例的各種原理和優(yōu)勢(shì)。

圖1示出根據(jù)一些實(shí)施例的成像掃描儀。

圖2是根據(jù)一些實(shí)施例的成像掃描儀的示意圖。

圖3是示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的用于產(chǎn)生瞄準(zhǔn)圖案的光學(xué)系統(tǒng)的示意圖。

圖4是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的用于產(chǎn)生其形狀隨著距離而改變的瞄準(zhǔn)圖案的光學(xué)系統(tǒng)。

圖5A－5D是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的在四個(gè)不同距離處的瞄準(zhǔn)圖案。

圖6是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的用于產(chǎn)生其形狀隨著距離而改變的瞄準(zhǔn)圖案的另一光學(xué)系統(tǒng)。

本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，附圖中的要素出于簡(jiǎn)化和清楚而示出，并且不一定按比例繪制。例如，附圖中的一些要素的尺寸可相對(duì)于其他要素被放大以幫助提高對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的理解。

已在附圖中通過(guò)常規(guī)符號(hào)在適當(dāng)位置對(duì)裝置和方法構(gòu)成進(jìn)行了表示，所述表示僅示出與理解本發(fā)明的實(shí)施例有關(guān)的那些特定細(xì)節(jié)以免因得益于本文的描述對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的細(xì)節(jié)而混淆本公開。

具體實(shí)施方式

圖1示出根據(jù)一些實(shí)施例的成像掃描儀50。成像掃描儀50具有窗56和帶手柄的殼體58。成像掃描儀50還具有用于將其本身支承在工作臺(tái)面上的底部52。當(dāng)成像掃描儀50被放置在工作臺(tái)面上時(shí)，其可作為靜止工作站在免提模式下使用。當(dāng)成像掃描儀50被從工作臺(tái)面拾起并握持在操作者的手中時(shí)，其也可在手持模式下使用。在免提模式下，產(chǎn)品可滑過(guò)、刷過(guò)或呈現(xiàn)給窗56。在手持模式下，成像掃描儀50可朝向產(chǎn)品上的條形碼移動(dòng)，并可手動(dòng)地按下觸發(fā)器54以發(fā)起對(duì)條形碼的成像。在一些實(shí)現(xiàn)中，可省去底部52，并且殼體58也可以呈其他形狀。在圖1中，纜線也連接至底部52。在其他實(shí)現(xiàn)中，當(dāng)省去連接于底部52的纜線時(shí)，成像掃描儀50可由板載電池供電并且其可通過(guò)無(wú)線鏈路與遠(yuǎn)程主機(jī)通信。

圖2是根據(jù)一些實(shí)施例的成像掃描儀50的示意圖。圖2中的成像掃描儀50包括下列部件：(1)定位于成像透鏡布置60后面的成像傳感器62；(2)定位于照明源72前面的照明透鏡布置70；(3)定位于瞄準(zhǔn)光源82前面的瞄準(zhǔn)圖案產(chǎn)生器80；以及(4)控制器90。在圖2中，成像透鏡布置60、照明透鏡布置70以及瞄準(zhǔn)圖案產(chǎn)生器80被定位于窗56的后面。成像傳感器62被安裝在成像掃描儀中的印刷電路板91上。

成像傳感器62可以是CCD或CMOS成像器件。成像傳感器62通常包括多個(gè)像素元件。這些多個(gè)像素元件可由以單行線性地布置的一維陣列的光敏元件形成。這些多個(gè)像素元件也可由以相互正交的行和列布置的二維陣列的光敏元件形成。成像傳感器62可操作以檢測(cè)沿著光路或軸61穿過(guò)窗56由成像透鏡布置60捕獲的光。通常，成像傳感器62和成像透鏡布置60被設(shè)計(jì)成一起操作，以用于捕捉從條形碼40散射或反射的光作為二維成像視場(chǎng)(FOV)上的像素?cái)?shù)據(jù)。

條形碼40一般可位于近距工作距離(WD1)和遠(yuǎn)距工作距離(WD2)之間的距離的工作范圍內(nèi)的任何位置。在一個(gè)特定實(shí)現(xiàn)中，WD1近鄰于窗56，而WD2離窗56大約幾英尺。一些成像掃描儀可包括測(cè)距系統(tǒng)，用于測(cè)量條形碼40和成像透鏡布置60之間的距離。一些成像掃描儀可包括自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)，以允許基于條形碼的測(cè)得距離使該條形碼通過(guò)成像傳感器62被更清晰地成像。在自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)的一些實(shí)現(xiàn)中，基于條形碼的測(cè)得距離調(diào)整成像透鏡布置60的焦距。在自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)的一些其他實(shí)現(xiàn)中，基于條形碼的測(cè)得距離調(diào)整成像透鏡布置60和成像傳感器62之間的距離。

在圖2中，照明透鏡布置70和照明源72被設(shè)計(jì)成一起操作，以用于在照明時(shí)間周期期間產(chǎn)生朝向條形碼40的照明光。照明源72可包括一個(gè)或多個(gè)發(fā)光二極管(LED)。照明源72也可包括激光器或其他類型的光源。瞄準(zhǔn)圖案產(chǎn)生器80和瞄準(zhǔn)光源82被設(shè)計(jì)成一起操作，以用于產(chǎn)生朝向條形碼40的可見瞄準(zhǔn)光圖案。這種瞄準(zhǔn)圖案可被操作者使用以將成像掃描儀準(zhǔn)確地瞄準(zhǔn)于條形碼。瞄準(zhǔn)光源82可包括一個(gè)或多個(gè)發(fā)光二極管(LED)。瞄準(zhǔn)光源82也可包括激光器、LED或其他類型的光源。

在圖2中，諸如微處理器之類的控制器90被操作性地連接至成像傳感器62、照明源72和瞄準(zhǔn)光源82，以控制這些部件的操作?？刂破?0也可被用于控制成像掃描儀中的其他器件。成像掃描儀50包括存儲(chǔ)器94，該存儲(chǔ)器可由控制器90訪問(wèn)以用于存儲(chǔ)和檢索數(shù)據(jù)。在許多實(shí)施例中，控制器90還包括解碼器，用于對(duì)成像掃描儀50的成像視場(chǎng)(FOV)內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)條形碼進(jìn)行解碼。在一些實(shí)現(xiàn)中，可通過(guò)利用微處理器數(shù)字地處理捕獲的條形碼圖像來(lái)對(duì)條形碼40進(jìn)行解碼。

條形碼成像掃描儀通常投射明亮的瞄準(zhǔn)圖案(例如，點(diǎn)、線、交叉圖案，等等)以幫助使用者將該掃描儀朝向條形碼瞄準(zhǔn)。當(dāng)正確瞄準(zhǔn)時(shí)，瞄準(zhǔn)圖案會(huì)被投射到期望的條形碼上。

在操作中，根據(jù)一些實(shí)施例，控制器90發(fā)送命令信號(hào)以對(duì)照明源72供能達(dá)預(yù)定的照明時(shí)間周期?？刂破?0隨后使成像傳感器62曝光以捕捉條形碼40的圖像。所捕捉的條形碼40的圖像作為像素?cái)?shù)據(jù)被轉(zhuǎn)移至控制器90。此類像素?cái)?shù)據(jù)由控制器90中的解碼器數(shù)字地處理，以對(duì)條形碼進(jìn)行解碼。從解碼條形碼40獲得的信息隨后被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器94中或被發(fā)送至其他設(shè)備以用于進(jìn)一步處理。

對(duì)于基于圖像的條形碼掃描儀，距離知識(shí)對(duì)配置諸如傳感器曝光時(shí)間、傳感器增益、照明脈沖寬度等之類的系統(tǒng)參數(shù)以用于最佳條形碼讀取性能來(lái)說(shuō)是重要的。另外，為了容易使用，基于圖像的條形碼掃描儀通常需要瞄準(zhǔn)系統(tǒng)提供可見瞄準(zhǔn)圖案以指示成像視場(chǎng)(FOV)在何處。本公開提出了單一設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)提供在期望讀取范圍內(nèi)的可見瞄準(zhǔn)圖案，并且同時(shí)該瞄準(zhǔn)圖案的形狀從近距離到遠(yuǎn)距離而改變，使得可從瞄準(zhǔn)圖案形狀導(dǎo)出距離信息。

一種用于距離感測(cè)的已知方法是增加專用的源和傳感器對(duì)并從返回信號(hào)強(qiáng)度導(dǎo)出距離信息。這種方法的問(wèn)題是返回信號(hào)強(qiáng)度不僅依賴于距離也依賴于諸如對(duì)象反射率和對(duì)象取向等之類的許多其他因素。因此，將這些因素分離以可靠地確定距離是極具挑戰(zhàn)性的。而且，額外的源和傳感器增加了成本并增加了系統(tǒng)復(fù)雜度。本公開公開了一種單一光學(xué)設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)提供在期望讀取范圍內(nèi)的可見瞄準(zhǔn)圖案，并且同時(shí)該瞄準(zhǔn)圖案的形狀從近距離到遠(yuǎn)距離而改變以用于距離感測(cè)。

圖3是示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的用于產(chǎn)生瞄準(zhǔn)圖案的光學(xué)系統(tǒng)的示意圖。該光學(xué)系統(tǒng)包括瞄準(zhǔn)LED 82、孔徑光闌83和瞄準(zhǔn)透鏡84。在一種實(shí)現(xiàn)中，瞄準(zhǔn)LED 82是正方形芯片，形成具有正方形形狀的面光源?？讖焦怅@83和瞄準(zhǔn)透鏡84屬于圖案產(chǎn)生產(chǎn)生器80。瞄準(zhǔn)透鏡84將正方形LED芯片82的圖像投射在距離D1處并且瞄準(zhǔn)透鏡84還將圓形孔徑光闌83成像在距離D2處。因此，這種單一系統(tǒng)提供了在不同距離處的可見瞄準(zhǔn)圖案，以用于指示圖像FOV。同時(shí)，如圖4中所示，瞄準(zhǔn)圖案形狀隨著距離而改變：在距離D1附近，瞄準(zhǔn)圖案具有正方形LED芯片的形狀；從距離D2附近到讀取范圍的終點(diǎn)，瞄準(zhǔn)圖案具有圓形孔徑光闌的形狀。從距離D1到距離D2，瞄準(zhǔn)形狀從正方形形狀改變成圓形形狀。從不同距離處的瞄準(zhǔn)圖案形狀這種先備知識(shí)，可容易并快速地獲得距離信息以配置用于最佳條形碼讀取性能的系統(tǒng)參數(shù)。

在一個(gè)特定實(shí)現(xiàn)中，如圖3中所示，瞄準(zhǔn)LED 82是具有正方形芯片的OSRAM LO E67F。圓形孔徑光闌83被置于離LED頂部0.2毫米處并且具有0.4毫米的直徑。瞄準(zhǔn)透鏡84是具有8.8毫米的有效焦距(EFL)的平-凸透鏡。作為選擇，瞄準(zhǔn)透鏡的兩個(gè)表面可以是非球面的以最小化離軸像差并因此最大化瞄準(zhǔn)斑點(diǎn)的銳度?？讖焦怅@83和瞄準(zhǔn)透鏡84之間的間隔是6.8毫米。

圖5A-5D分別是在距離101.6毫米(即，4英寸)、152.4毫米(即，6英寸)、203.2毫米(即，8英寸)和254.0毫米(即，10英寸)處的瞄準(zhǔn)圖案，其清楚地示出了瞄準(zhǔn)圖案在近距離101.6毫米和152.4毫米處是正方形的而在遠(yuǎn)距離203.2毫米和254.0毫米處是圓形的。因此，人們可配置短的傳感器曝光時(shí)間、低的傳感器增益和/或短的照明脈沖寬度以在檢測(cè)正方形瞄準(zhǔn)圖案時(shí)避免條形碼圖案飽和。另一方面，人們可配置長(zhǎng)的傳感器曝光時(shí)間、高的傳感器增益和/或長(zhǎng)的照明脈沖寬度以在檢測(cè)圓形瞄準(zhǔn)圖案時(shí)增加條形碼圖案亮度。以這種方式，條形碼圖像總是具有用于進(jìn)取的(aggressive)解碼的最佳亮度。另外，當(dāng)變焦透鏡被用于成像透鏡布置60時(shí)，該變焦透鏡可基于從瞄準(zhǔn)圖案確定的距離使其最佳聚焦設(shè)置在預(yù)定焦距處。

在其他實(shí)現(xiàn)中，孔徑光闌形狀不必被限制為圓形。它可以是不同于LED芯片形狀的任何形狀，比如十字形、橢圓形、軌跡形等。根據(jù)應(yīng)用，可通過(guò)改變孔徑光闌和瞄準(zhǔn)透鏡之間的間隔、瞄準(zhǔn)透鏡的EFL和/或LED和孔徑光闌之間的距離來(lái)調(diào)整瞄準(zhǔn)圖案改變其形狀之處的距離。還可在LED上增加額外的場(chǎng)透鏡以幫助調(diào)整LED芯片圖像的位置。另外，如圖6中所示，另一孔徑光闌81可被定位在瞄準(zhǔn)LED 82近鄰處以充當(dāng)用于更清楚地限定瞄準(zhǔn)光源的有效表面形狀的光源開口。

所公開的將瞄準(zhǔn)和距離感測(cè)功能結(jié)合到單一設(shè)計(jì)中的實(shí)施例能夠具有節(jié)約系統(tǒng)成本和復(fù)雜度的優(yōu)點(diǎn)。此外，相較于依靠返回信號(hào)強(qiáng)度的現(xiàn)有方法，瞄準(zhǔn)圖案的形狀提供了用于距離感測(cè)的可靠得多的方法。

一般而言，成像掃描儀50包括形狀限定元件83、瞄準(zhǔn)透鏡布置84和瞄準(zhǔn)光源82，瞄準(zhǔn)光源82配置成發(fā)射可見光穿過(guò)形狀限定元件83和瞄準(zhǔn)透鏡布置84二者以在目標(biāo)對(duì)象上產(chǎn)生瞄準(zhǔn)圖案。瞄準(zhǔn)圖案的形狀隨著至少在第一距離D1與第二距離D2之間的表征目標(biāo)對(duì)象40與成像掃描儀50之間的間隔的距離而改變。在此，在第一距離D1處的瞄準(zhǔn)圖案和在第二距離D2處的瞄準(zhǔn)圖案具有彼此不相似并且在任何統(tǒng)一的比例變換下不全等的實(shí)質(zhì)上(substantially)不同的幾何形狀

成像掃描儀50進(jìn)一步包括照明源72、成像透鏡布置60、具有光敏元件的成像傳感器62、以及控制器90。成像傳感器62被配置用于檢測(cè)來(lái)自目標(biāo)對(duì)象40并穿過(guò)成像透鏡布置60的光以在瞄準(zhǔn)圖案被投射在目標(biāo)對(duì)象上時(shí)的第一時(shí)間周期期間創(chuàng)建第一像素?cái)?shù)據(jù)?？刂破?0被配置成處理第一像素?cái)?shù)據(jù)以用于確定表征目標(biāo)對(duì)象與該裝置之間的間隔的距離。為了確定該距離，將第一像素?cái)?shù)據(jù)中的瞄準(zhǔn)圖案的形狀與瞄準(zhǔn)圖案在多個(gè)距離處的預(yù)期形狀進(jìn)行比較。在一種實(shí)現(xiàn)中，為了確定該距離，將第一像素?cái)?shù)據(jù)中的瞄準(zhǔn)圖案的形狀的邊界與瞄準(zhǔn)圖案在多個(gè)距離處的預(yù)期形狀的邊界進(jìn)行比較。在另一種實(shí)現(xiàn)中，為了確定該距離，將第一像素?cái)?shù)據(jù)中的瞄準(zhǔn)圖案的形狀的二維圖像與瞄準(zhǔn)圖案在多個(gè)距離處的預(yù)期形狀的二維圖像進(jìn)行比較。瞄準(zhǔn)圖案在多個(gè)距離處的圖像可被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器94中。

在上述說(shuō)明書中已經(jīng)描述了具體實(shí)施例。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，可做出多種修正和改變而不脫離本發(fā)明如下權(quán)利要求書記載的范圍。因此，說(shuō)明書和附圖被認(rèn)為是示例性的而非限定性的意義，并且所有這些修正都旨在落在本教義的范圍內(nèi)。

這些益處、優(yōu)勢(shì)、問(wèn)題解決方案以及可能使任何益處、優(yōu)勢(shì)或解決方案發(fā)生或變得更為突出的任何要素不被解釋成任何或所有權(quán)利要求的關(guān)鍵、必需或必要特征或要素。本發(fā)明單獨(dú)由所附權(quán)利要求書限定，包括在本申請(qǐng)?zhí)幱谖礇Q狀態(tài)期間做出的任何修改以及出版后這些權(quán)利要求的所有等效物。

此外，在該文檔中，諸如第一和第二、頂部和底部等等之類的關(guān)系項(xiàng)可單獨(dú)地用來(lái)將一個(gè)實(shí)體或動(dòng)作與另一實(shí)體或動(dòng)作區(qū)別開，而不一定要求或暗示這些實(shí)體或動(dòng)作之間具有任何實(shí)際的這種關(guān)系或順序。術(shù)語(yǔ)“構(gòu)成”、“構(gòu)成有”、“具有”、“具備”、“包括”、“包括有”、“包含”、“含有”或它們的任何其他變型旨在覆蓋非排他性包括，以使構(gòu)成為、具有、包括、包含一要素列表的過(guò)程、方法、物品或裝置不僅包括那些要素還可包括對(duì)該過(guò)程、方法、物品或裝置未明確列出的或固有的其他要素。以“構(gòu)成有一”、“具有一”、“包括一”、“包含一”開頭的要素，在沒(méi)有更多約束條件的情形下，不排除在構(gòu)成有、具有、包括、包含該要素的過(guò)程、方法、物品或裝置中有另外的相同要素存在。術(shù)語(yǔ)“一”和“一個(gè)”被定義為一個(gè)或多個(gè)，除非本文中另有明確聲明。術(shù)語(yǔ)“基本上”、“本質(zhì)上”、“近似”、“大約”或這些術(shù)語(yǔ)的任何其他版本被定義為如本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員理解的那樣接近，并且在一個(gè)非限定性實(shí)施例中，這些術(shù)語(yǔ)被定義為在10％以內(nèi)，在另一實(shí)施例中在5％以內(nèi)，在另一實(shí)施例中在1％以內(nèi)，而在另一實(shí)施例中在0.5％以內(nèi)。本文中使用的術(shù)語(yǔ)“耦合的”被定義為連接的，盡管不一定是直接連接的也不一定是機(jī)械方式連接的。以某種方式“配置的”設(shè)備或結(jié)構(gòu)至少以該種方式進(jìn)行配置，但也可以未列出的方式進(jìn)行配置。

要理解，一些實(shí)施例可包括一個(gè)或多個(gè)通用或?qū)Ｓ锰幚砥?或“處理器件”)，例如微處理器、數(shù)字信號(hào)處理器、定制的處理器和現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)以及唯一存儲(chǔ)的程序指令(包括軟件和固件兩者)，所述唯一存儲(chǔ)的程序指令控制一個(gè)或多個(gè)處理器以連同某些非處理器電路實(shí)現(xiàn)本文所描述的方法和/或裝置的一些、多數(shù)或全部功能。替代地，一些或全部功能可由無(wú)存儲(chǔ)程序指令的狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)，或者在一種或多種應(yīng)用中由專用集成電路(ASIC)實(shí)現(xiàn)，在這類ASIC中每種功能或某些功能的某些組合被實(shí)現(xiàn)為定制邏輯。當(dāng)然，也可使用這兩種方式的組合。

另外，一實(shí)施例可被實(shí)現(xiàn)為計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，該計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)具有存儲(chǔ)在其上的計(jì)算機(jī)可讀代碼，用于對(duì)(例如包含處理器的)計(jì)算機(jī)編程以執(zhí)行如本文描述和要求保護(hù)的方法。這種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)的示例包括但不限于硬盤、CD-ROM、光存儲(chǔ)器件、磁存儲(chǔ)器件、ROM(只讀存儲(chǔ)器)、PROM(可編程只讀存儲(chǔ)器)、EPROM(可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器)、EEPROM(電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器)以及閃存。此外，預(yù)期本領(lǐng)域普通技術(shù)人員雖然做出由例如可用時(shí)間、當(dāng)前技術(shù)和經(jīng)濟(jì)考慮促動(dòng)的可能顯著的努力以及許多設(shè)計(jì)選擇，但在得到本文所公開的構(gòu)思和原理指導(dǎo)時(shí)，將容易地能以最少的試驗(yàn)產(chǎn)生此類軟件指令和程序以及IC。

提供本公開的摘要以使讀者快速地確定本技術(shù)公開的性質(zhì)。提交該摘要，并且理解該摘要將不用于解釋或限制權(quán)利要求的范圍或含義。此外，在上述詳細(xì)描述中，可以看出為了使本公開整體化，各個(gè)特征在各實(shí)施例中被編組到一起。這種公開方法不應(yīng)被解釋為反映要求保護(hù)的實(shí)施例需要比每一項(xiàng)權(quán)利要求中明確陳述的特征更多的特征的意圖。相反，如接下來(lái)的權(quán)利要求所反映，發(fā)明主題在于少于單個(gè)公開的實(shí)施例的全部特征。因此，下面的權(quán)利要求在此被納入詳細(xì)說(shuō)明書中，其中每個(gè)權(quán)利要求獨(dú)自作為單獨(dú)要求保護(hù)的主題事項(xiàng)。