集成了照明组件的手持式ID读码系统技术方案

本发明专利技术提供了一种通常被构造成手持式操作的ID读码器，所述ID读码器将三种类型的照明集成到一个紧凑封装中，该封装具备强大的性能并可用于恶劣的环境条件(如灰尘和湿气)。这些照明类型包括直射(漫射)光、低角度光和偏振光。所述ID读码器包括密封的读码器模块组件，该组件具有照明器，照明器与相对中心处的成像器组件(光学器件和图像传感器)相结合。此外，此模块中还集成了同轴瞄准器和具有液体透镜的可变焦距系统，这两个器件使用包含双色滤光器的镜组件置于轴上。由于使用低角度光读码的最佳距离通常比使用偏振照明的最佳距离短，因此可变(例如液体)透镜能够将读码器的焦距调节到所选照明的最佳距离。

【技术实现步骤摘要】
集成了照明组件的手持式ID读码系统
本专利技术涉及用于发现和解码物体上的ID码的机器视觉系统，尤其涉及用于此类视觉系统的摄像头和相关联照明器。
技术介绍
以机器可读符号(也称为“ID码”、“条形码”或有时简称为“ID”，例如一维(1D)条形码、二维(2D)DataMatrix码、QR码或DPM码)的形式执行测量、检查、物体对准和/或符号解码的视觉系统被广泛用于各种应用领域和行业。这些系统基于使用图像传感器，该图像传感器获取对象或物体的图像(通常是灰度或颜色，并且采用一维、二维或三维形式)，并使用板载或互连视觉系统处理器处理这些获取的图像。处理器通常包括处理硬件和非瞬时性计算机可读程序指令，它们执行一个或多个视觉系统过程，以基于图像的处理信息产生所需的输出。通常在每个具有不同颜色和/或密度的图像像素阵列内提供该图像信息。在ID读码器(在本文中也称为“摄像头”)的示例中，用户或自动过程获取被认为包含一个或多个条形码的物体的图像。对图像进行处理识别条形码特征，然后通过解码过程将其解码和/或处理器获取由代码表示的固有字母数字数据。在操作过程中，ID读码器通常可以照射包含一个或多个ID码的场景。然后，所述照射的场景由成像系统内的图像传感器通过光学器件获取。对阵列传感器像素进行曝光，并且将通过曝光为每个像素产生的电子值存储到存储单元阵列中，该存储单元阵列可以被称为场景的“图像”。在ID读码应用的环境中，场景包括感兴趣物体，该物体具有一个或多个具有适当尺寸和类型的ID。ID码是存储图像的一部分。ID读码器的常见用途是对在生产和物流操作中沿直线(例如，传送带)移动的物体进行跟踪和分类。ID读码器，或更典型地，多个(一组)读码器，可以以适当的视角定位在直线上，以在各个物体分别移动通过视场时获取这些物体表面上的任何预期ID码。ID读码器还可以以手持式方式提供，允许用户从一个物体移动到另一个物体(例如在检查台上)，并任意改变读码器与物体表面之间的距离和/或相对角度。更一般地来说，ID读码器相对于物体的焦距可以根据读码器相对于直线的位置和物体的大小进行变化。发现和解码小型ID码通常具有挑战性，例如在部件上提供打印、点刻或蚀刻的DataMatrix码以及其它形式的打印标签代码。这种小型ID码的一种具体实现方式是在生产环境中广泛使用的直接部件标记或DPM码。这种DPM码可以出现在各种物体和部件中，例如在显示面板、太阳能面板、电路板等中使用的电子和光电部件。例如，DPM可以定义为其单元或条形尺寸小于约5密耳的DPM。这种小特征尺寸通常要求ID读码器光学器件表现出良好的焦深/景深(DOF)，并在给定范围内具有相对较好的焦距。另外，由于这种ID可以直接应用于各种抛光面和/或纹理面，因此单一照明(illumination)方式，通常是直接漫射照明，并非总是应对所应用ID特征的最佳照射图案。因此，许多ID读码器包括其它形式的照明，例如低角度投光器。将多种类型的照明集成到一个相对紧凑且简单易用的手持式ID读码器中是一项挑战。同样，通常在成像器光学器件周围的直射(漫射)照明组件通常会引起所谓的“阴影”效应，其中被照物体表面的中心区域由于光图案的中心缺少投射光而显得较暗。
技术实现思路
本专利技术克服了现有技术的缺点，提供了通常被构造成手持式操作的ID读码器，所述ID读码器将三种类型的照明集成到一个紧凑封装中，该封装具备强大的性能并可用于恶劣的环境条件(如灰尘和湿气)。这些照明类型包括直射(漫射)光、低角度光和偏振光。所述ID读码器包括密封的读码器模块组件，该组件具有照明器，照明器与相对中心处的成像器组件(光学器件和图像传感器)相结合。此外，此模块中还集成了同轴瞄准器和具有液体透镜的可变焦距系统，这两个器件使用包含双色滤光器的镜组件置于轴上。由于使用低角度光读码的最佳距离通常比使用偏振照明的最佳距离短，因此可变(例如液体)透镜能够将读码器的焦距调节到所选照明的最佳距离。有利地，本文的说明性实施例将三种分立型照明与可变(例如液体)透镜和同轴瞄准器相结合的体积很紧凑，足以用在手持式ID读码器的操作模块(顶部)中。所述说明性ID读码器模块的紧凑性受到多种设计特征的影响。一个特征是低角度光组件，该组件形成单行LED，由(例如)位于这些LED前面的椭圆形(或其它外形)全息漫射器遮住，以使光呈现得更加均匀。此外，光束成形光学器件与背光漫射器结合使用，所述背光漫射器可以是密封模块前部的保护盖/窗的一部分。薄型柔性线路板(PCB)从主照明电路板延伸出，位于保护盖/窗后面，用于定位用于低角度照明和偏振照明的LED靠近模块前部。在说明性实施例中，提供了一种用于从直接标记到物体上的一个或多个ID码捕获图像的系统和方法。所述系统和方法采用具有以下组件的模块：(a)图像传感器组件，该图像传感器组件将与图像相关的数据发送到视觉系统处理器；(b)漫射照明组件；(c)低角度照明组件；以及(d)偏振照明组件。偏振滤器安装在物体和图像传感器组件之间，其中滤器的偏振方向大致垂直于照明的偏振方向。用作说明地，所述低角度照明组件限定多个分立光源大致设置成直线，并且还包括位于所述光源和所述物体之间的全息漫射器，其中，所述全息漫射器限定大致沿直线的漫射性大于垂直于直线的漫射性。所述多个分立光源能够包括多个LED，和/或所述偏振照明组件可以包括至少两个光源，其中(至少)两个光源沿基本相似的偏振方向投射偏振光，所述两个光源位于所述低角度照明组件的相对两侧的每一侧上。所述(至少)两个光源可包括至少两个LED。此外，相应的偏振滤器可以位于每个(至少)两个LED的前面。还可以提供一种透镜组件，并与相应的偏振滤器相关联。所述透镜组件倾斜构造和设置，使得来自所述(至少)两个LED的偏振光通过定向可以大致在预定工作距离处穿过所述图像传感器组件的光轴。用作说明地，所述低角度照明组件和所述偏振照明组件安装在向前延伸部分的前端附近，所述向前延伸部分向前延伸超过所述漫射照明组件的光源。所述漫射照明组件能够限定在照明电路板上有多个光源，所述照明电路板位于在所述图像传感器组件的光学器件周围的漫射器后面。此外，可以提供光束成形光学器件，以将光源投射的光扩散到照明电路板上。所述光束成形光学器件可以面向密封所述模块外壳内部的保护性透光盖。所述光束成形光学器件可以被构造和设置成允许光进入所述漫射器的中心区域，从而减小阴影效应。所述保护盖还可以具有沿其光轴位于所述图像传感器组件的前部的窗口，所述窗口承载所述偏振滤器。所述图像传感器组件的光学器件可以具有调整所述图像传感器组件的焦距的液体透镜。可以提供控制电路，所述控制电路基于所述模块投射的一种或多种类型的照明(b)、(c)和(d)来调节焦距。与所述照明(b)相关联的焦距位置可以与所述图像传感器更邻近，与所述照明(c)和(d)相关联的焦距位置可以与所述图像传感器具有更远间隔。用作说明地，所述更远间隔相对于照明(b)约为30毫米。可以提供瞄准器组件，所述瞄准器组件将来自位于所述照明电路板后面的光源的瞄准器光束投射到镜组件上，所述镜组件(然后)将所述瞄准器光束重定向到所述图像传感本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于从直接标记到物体上的一个或多个ID码捕获图像的系统，包括：/n模块，所述模块具有：/n(a)图像传感器组件，所述图像传感器组件将与所述图像有关的数据传输到视觉系统处理器；/n(b)漫射照明组件；/n(c)低角度照明组件；/n(d)偏振照明组件；/n偏振滤器，安装在所述物体和所述图像传感器组件之间，其中所述滤器的偏振方向大致垂直于所述照明的偏振方向。/n

【技术特征摘要】
20181101 US 16/177,7911.一种用于从直接标记到物体上的一个或多个ID码捕获图像的系统，包括：
模块，所述模块具有：
(a)图像传感器组件，所述图像传感器组件将与所述图像有关的数据传输到视觉系统处理器；
(b)漫射照明组件；
(c)低角度照明组件；
(d)偏振照明组件；
偏振滤器，安装在所述物体和所述图像传感器组件之间，其中所述滤器的偏振方向大致垂直于所述照明的偏振方向。


2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述低角度照明组件限定多个分立光源大致设置成直线，并且还包括位于所述光源和所述物体之间的全息漫射器，其中，所述全息漫射器限定大致沿直线的漫射性大于垂直于直线的漫射性。


3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述多个分立光源包括多个LED。


4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述多个LED中的一些LED限定与所述图像传感器组件的光轴的第一交叉点，并且所述多个LED中的其它LED限定与所述光轴的第二间隔开交叉点，以产生亮场效应。


5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述多个LED在所述模块底侧上沿着所述模块的宽度方向设置成直线，并且与所述光轴更邻近的第一组LED限定与所述模块更邻近的第一交叉点，相对于第一组LED不太邻近所述光轴的第二组LED限定与所述模块不太邻近的第二交叉点。


6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述偏振照明组件包括至少两个光源，所述光源沿基本相似的偏振方向投射偏振光，并位于所述低角度照明组件的相对两侧的每一侧上。


7.根据权利要求4所述的系统，其中，所述至少两个光源包括至少两个LED，并且还包括相应偏振滤器，所述相应偏振滤器位于所述至少两个LED中的每一个LED前面。


8.根据权利要求7所述的系统，还包括透镜组件，所述透镜组件与所述相应偏振滤器相关联并倾斜地设置，使得来自所述至少两个LED的偏振光被定向为大致在预定工作距离处穿过所述图像传感器组件的光轴。


9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述低角度照明组件和所述偏振照明组件安装在向前延伸部分的前端附近，所述向前延伸部分向前延伸超过所述漫射照明组件的光源。


10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述漫射照明组件限定在照明电路板上有多个光源，所述照明电路板位于在所述图像传感器组件的光学器件周围的漫射器后面。


11.根据权利要求10所述的系统，还包括光束成形光学器件，所述光束成形光学器件传播由所述光源投射到所述照明电路板上的光，其中，所述光束成形光学器件面向密封所述模块外壳内部的保护性透光盖。


12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述光束成形光学器件构造并设置成允许光进入所述漫射器的中心区域，从而减小阴影效应。

【专利技术属性】
技术研发人员：J·F·多拉多，L·努恩宁克，S·S·罗德里格斯，K·弗吕格，Y·S·西夫西，
申请(专利权)人：康耐视公司，
类型：发明
国别省市：美国;US