在成像扫描仪的照明系统中使用的光学透镜技术方案

成像扫描仪包括照明光源与混合照明透镜。该混合照明透镜包括面向该照明光源的第一菲涅尔表面以及在其上具有微透镜阵列的第二表面。该第一菲涅尔表面被配置成朝向第二表面引导从照明光源接收到的光，以穿过第二表面上的微透镜阵列朝向目标对象生成照明光。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
已研发出多种电光系统用于读取诸如条形码之类的光学标记。条形码是由一系列不同宽度的条和间隔构成的图形标记的经编码的图案。在条形码中，条和间隔具有不同的光反射特性。一些条形码具有一维结构，其中条和间隔在一个方向上隔开以形成一排图案。一维条形码的例子包括通用产品代码(UPC)，其一般用于零售店销售。一些条形码具有二维结构，其中多行的条和间隔图案垂直地堆叠以形成单个条形码。二维条形码的例子包括代码49(Code49)和PDF417。使用一个或多个成像传感器以对条形码进行读取和解码的系统通常被称为基于成像的条形码读取器、成像扫描仪或成像读取器。成像传感器通常包括对准成一列或多列的多个光敏元件或像素。成像传感器的例子包括电荷耦合器件(CCD)或互补式金属氧化物半导体(CMOS)成像芯片。基于成像的条形码读取器可以是便携式的或固定的。便携式的条形码读取器是一种适合持于用户手中，且相对于目标标记(诸如将被读取，即，被成像并且被解码的目标条形码)移动的条形码读取器。固定的条形码读取器例如相对于销售点柜台被安装在固定的位置。目标对象，例如，包括目标条形码的产品包装被移动或被刷(swipe)过一个或多个透明窗口之一，并且藉此在固定的条形码读取器的视场内穿过。条形码读取器通常提供可听和/或视觉信号，以指示目标条形码已被成功地成像且解码。有时与被刷相反，条形码被呈现。附图说明附图，其中像参考标记在全部单独的视图中表示相同的或功能类似的元件，连同下面的详细描述被纳入于此并形成说明书的一部分，并用来进一步阐述包括所要求保护的专利技术的理念的实施例，并解释那些实施例的各种原理和优势。图1描绘了根据一些实施例的工作站。图2A是根据一些实施例的包括多个固态成像器的多平面工作站的示意图。图2B是根据一些实施例的成像扫描仪的示意图。图3是根据一些实施例的具有第一菲涅尔表面和第二微透镜阵列表面的紧凑的混合光学透镜的示意图。图4-5是根据一些实施例的用于生成照明视场的照明系统的示意图。图6A和图6B分别是根据一些实施例的照明视场的X-扫描强度分布与Y-扫描强度分布。本领域技术人员将理解，附图中的要素为了简化和清楚而示出，并且不一定按比例绘制。例如，附图中的一些要素的尺寸可相对于其它要素被放大以帮助提高对本专利技术实施例的理解。已通过附图中的传统标号在适宜的位置对装置和方法构成进行了表示，这些标号仅示出理解本专利技术的实施例有关的那些特定细节，这是为了不使对本领域技术人员借助本文的说明书显而易见的那些细节的披露变得晦涩。具体实施方式成像扫描仪包括照明光源、照明透镜、成像透镜布置、成像传感器以及控制器。照明透镜包括面向照明光源的第一菲涅尔表面以及在其上具有微透镜阵列的第二表面。该第一菲涅尔表面被配置成朝向第二表面引导从照明光源接收到的光，以穿过第二表面上的微透镜阵列朝向目标对象生成照明光。照明光具有预定的照明视场。成像传感器具有光敏元件，所述光敏元件被配置成至少在当照明光照明该目标对象的时间周期期间，检测穿过成像透镜布置来自成像视场内的该目标对象的光。成像传感器被配置成从光敏元件输出图像数据。控制器被配置用于处理图像数据，以对目标对象上的条形码的图像进行解码。图1描绘了根据一些实施例的工作站10。该工作站10是固定的，且包括外壳20。该外壳20具有大致水平的窗口25H与大致垂直的窗口25V。在一种实现中，该外壳20可被集成到交易点系统的销售柜台中。交易点系统还可包括收银机48、触摸屏视觉显示器、用于生成销售收据的打印机或其他类型用户界面。工作站通常包括并入外壳20内的磅秤46。水平盘片26与磅秤46耦合，以用于称量放置在水平盘片26上的产品工作站10可被零售商用来处理涉及产品的购买的交易，所述产品承载诸如UPC符号之类的识别目标。根据一种用途，操作者可以“刷”模式将产品30从右向左或从左向右滑动或刷过窗口之一(例如，25H或25V)，以使产品30上的条形码40的图像被工作站10捕捉。替代地，操作者可以“呈现”模式将产品30上的条形码40呈现给窗口25V的中心。选择取决于操作者偏好或者工作站的布局。一旦成功地读取目标条形码，工作站10将生成视觉和/或可听信号，以指示用户目标条形码40已被成功成像且解码。如图2A中所示意性示出的，多个成像扫描仪50被安装在工作站10处，以用于捕捉来自目标的穿过其一或两个窗口的光，该目标可以是一维或二维的符号(诸如驾照上的二维符号)，或如下所述的任何文件。图2B是根据一些实施例的成像扫描仪50的示意图。图2B中的成像扫描仪50包括下列部件：(1)置于成像透镜布置60后面的成像传感器62；(2)置于照明光源72前面的照明透镜布置70；以及(3)控制器90。成像传感器62可以是CCD或CMOS成像设备。成像传感器62通常包括多个像素元件。这些多个像素元件可由以单个行线性地布置的一维阵列的光敏元件形成。这些多个像素元件也可由以相互正交的行和列的布置的二维阵列的光敏元件形成。成像传感器62可操作以检测穿过窗口25H(或25V)沿着光路或轴61由成像透镜布置60捕捉的光。通常，成像传感器62和成像透镜布置60被设计成一起操作，以捕捉从条形码40散射或反射的光作为二维成像视场(FOV)上的图像数据。条形码40一般可位于近距工作距离(WD1)和远距工作距离(WD2)之间的距离的工作范围内的任何位置。在图2B中，照明透镜布置70和照明光源72被设计成一起操作，以在照明时间周期期间朝向条形码40生成照明光。照明光源72可包括一个或多个发光二极管(LED)。照明光源72也可包括激光器或其他类型的光源。在图2B中，诸如微处理器之类的控制器90被可操作地连接至成像传感器62和照明光源72，以控制这些部件的操作。控制器90也可被用于控制成像扫描仪中的其他设备。成像扫描仪50包括存储器94，该存储器可由控制器90访问以用于存储和检索数据。在许多实施例中，控制器90还包括解码器，以用于对成像扫描仪50的成像视场(FOV)内的一个或多个条形码进行解码。在一些实现中，可通过利用微处理器数字地处理捕捉的条形码的图像来对条形码40进行解码。在操作中，根据一些实施例，控制器90发送命令信号以对照明光源72供能达预定的照明时间周期。控制器90随后使成像传感器62曝光以捕捉条形码40的图像。条形码40的所捕捉的图像被转移至控制器90作为图像数据。这种图像数据由控制器90中的解码器数字地处理，以对条形码进行解码。从解码条形码40获得的信息随后被存储在存储器94中或被发送至其他设备以供进一步处理。基于图像的条形码扫描器通常需要高功率可视LED来提供照明以独立于环境和条形码取向来读取条形码。明亮的照明一直引起用户的大的不适。本公开提出一种紧凑的照明设计方法，以提供极好的眼睛舒适度，同时满足对条形码读取的期望的信号和视场要求。改善由于基于图像的条形码读取器中明亮的LED照明的眼睛不适的一种已知方法是使用漫射器来柔化易碎的(crispy)LED芯片图像(chipimage)并降低光强度。遗憾的是，这是以牺牲扫描仪性能和由于来自光漫射器的性质的功率损失造成的较高功耗而实现的。满足性能要求并且同时提供可接受的眼睛舒适度如果并非不可能的话通常也是非常有挑战性的。在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种装置，包括：照明光源；照明透镜，所述照明透镜包括面向所述照明光源的第一菲涅尔表面与在其上具有微透镜阵列的第二表面，所述第一菲涅尔表面被配置成朝向所述第二表面引导从所述照明光源接收到的光，以穿过所述第二表面上的微透镜阵列朝向目标对象生成照明光，所述照明光具有预定的照明视场；成像透镜布置；成像传感器，所述成像传感器具有光敏元件，所述光敏元件被配置成至少在当所述照明光照明所述目标对象的时间周期期间，检测穿过所述成像透镜布置来自成像视场内所述目标对象的光，其中，所述成像传感器被配置成从所述光敏元件输出图像数据；以及控制器，所述控制器被配置用于处理所述图像数据，以对所述目标对象上的条形码的图像进行解码。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.31 US 14/230,4411.一种装置，包括：照明光源；照明透镜，所述照明透镜包括面向所述照明光源的第一菲涅尔表面与在其上具有微透镜阵列的第二表面，所述第一菲涅尔表面被配置成朝向所述第二表面引导从所述照明光源接收到的光，以穿过所述第二表面上的微透镜阵列朝向目标对象生成照明光，所述照明光具有预定的照明视场；成像透镜布置；成像传感器，所述成像传感器具有光敏元件，所述光敏元件被配置成至少在当所述照明光照明所述目标对象的时间周期期间，检测穿过所述成像透镜布置来自成像视场内所述目标对象的光，其中，所述成像传感器被配置成从所述光敏元件输出图像数据；以及控制器，所述控制器被配置用于处理所述图像数据，以对所述目标对象上的条形码的图像进行解码。2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述照明光源位于所述第一菲涅尔表面的焦点位置处，以朝向所述照明透镜的第二表面准直来自所述照明光源的光。3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一菲涅尔表面被配置成朝向所述照明透镜的第二表面准直来自所述照明光源的光。4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一菲涅尔表面具有至少5mm的焦距。5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述微透镜阵列被布置在M行和N列的矩阵中，其中，整数M至少是5，且整数N至少是5。6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述微透镜阵列包括至少25个微透镜，所述微透镜各自具有至少0.5mm的焦距。7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，以矩形图案布置至少25个矩形的微透镜。8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，以六边形图案布置至少25个六边形的微透镜。9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述微透镜阵列包括至少25个微透镜，所述微透镜各自将从所述第一菲涅尔表面接收到的光投射至相应的视场内，所述视场在形状上是矩形。10.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述预定的照明视场在形状上是矩形。11.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述预定的照明视场在形状上是六边形。12.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述微透镜阵列包括至少25个微透镜，其中，多个微透镜各自将从所述第一菲涅尔表面接收到的光投射至相应的视场内，所述视场与所述预...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·陈，
申请(专利权)人：讯宝科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US