具有全局电子快门控制的条形码读取装置制造方法及图纸

本发明专利技术的特性为一种图像读取器和相应的用于捕捉诸如一维或者二维条形码的目标的清晰不失真图像的方法。在一个实施例中，图像读取器包括基于二维CMOS的图像传感器阵列、定时模块、照明模块、控制模块。照射目标的期间称为照明期。图像传感器阵列捕捉图像由定时模块驱动，在一个实施例中，定时模块能够同时曝光阵列中基本上所有的像素。共同激活像素以将光入射光光转换为电荷的周期确定了传感器阵列的曝光周期。在一个实施例中，在照明周期内发生曝光周期的至少一部分。

【技术实现步骤摘要】
图像读取装置及自动对焦手持条形码读取装置的方法专利
相关申请的交叉申请本PCT申请要求2005年3月11日提交的申请号为11/077，975、主题为“具有全局电子快门控制的条形码读取装置”的美国整理申请案和2005年3月11日提交的、申请号为11/077，976、主题为“自动对焦图像读取器的系统和方法”的优先权。要求每个上述申请的优先权，并且每个上述申请的全部内容结合于此作为参考。本专利技术总体上涉及图像数据采集，更具体的，涉及具有调整照明和全局快门控制的图像数据采集器。
技术介绍
许多传统图像读取器（例如手持和嵌入安装的条形码和机器码读取器）使用基于电荷耦合器件（CCD）的图像传感器。基于CCD的图像传感器包括电耦合的光敏性的光电二极管阵列，光敏二极管将入射光能转换为电荷包。在操作中，电荷包被转移出CCD图像传感器以用于下一步处理。一些图像读取器使用基于CMOS的图像传感器作为可选的成像技术。与CCD一样,基于CMOS的图像传感器包括光敏性的光电二极管阵列，光敏二极管将入射光能转换为电荷。然而，与CCD不同的是，基于CMOS的图像传感器允许二维阵列中的每个像素被直接寻址。这样的好处之一为，整帧图像数据的子区域能够被单独访问。基于CMOS的图像传感器的另一个好处为通常来讲他们的每个像素的成本更低。这主要是由于CMOS图像传感器由生产例如微处理器等的普通集成电路的大量晶圆生产设备的标准CMOS工艺制造。除了降低成本外，普通制造工艺意味着能够将CMOS像素阵列与诸如时钟驱动器、数字逻辑电路、模/数转换器等其它标准电子装置集成在一个单芯片上。而这样的进一步好处是，减小了空间需求，并且降低了功率消耗。基于CMOS的图像读取器传统上使用卷帘式快门以曝光传感器阵列中的多个像素。在卷帘式快门机构中，激活多行像素并且依次将其读出。像素的曝光或积分时间在重置像素的时间和读出像素值的时间之间。在图2A中示出了这种概念。图2A中，行a到行n中的每行的曝光由多个线条4a…4n（通常为4）图示。每个线条的水平宽度8设计为对应于一个单独行的曝光时间。每个线条4的水平位移代表时移周期（shiftingtimeperiod），在时移周期中，曝光每行像素。从图2A中可以看到，连续行的曝光期是交迭的。图2B中更详细地示出了关于卷帘式快门机构的时序图。该时序图的第二条线12和第三条线16分别表示行a的重置定时信号和读出定时信号。第四条线20和第五条线24分别表示行b的重置定时信号和读出定时信号。如两个图2A、图2B所示，在将行a的值读出之前，开始曝光行b。由于在捕捉数据帧时必须曝光并且读出几百行像素，所以通常地邻近行像素的曝光期基本上交迭。如第一条线28上的照明定时信号所示，具有交迭曝光期的卷帘式快门机构要求，在捕捉数据帧所需的大致上所有时间内，照明源保持开启，因此给所有行提供了照明。操作中，卷帘式快门机构遭受至少两个不利条件：图像失真和图像模糊。图像失真是是像素的每行在不同时间曝光的典型产物。当视觉记录快速移动的物体时，图像失真的影响最明显。图3中示出了使用卷帘式快门拍摄从左到右经过视野的公共汽车图像像素50的代表图像，示出的图像表明了这种影响。当公共汽车的图像54的顶行早于像素58的底行被拍摄时，并且当公共汽车行驶到左边时，公共汽车的图像像素58的底像素移动到相对于公共汽车像素54的顶行的左边。图像模糊是图像读取器中卷帘式快门机构中的通常需要长曝光期的典型产物。如上面所指出的，卷帘式快门机构中的照明源必须在捕捉数据帧所需的大致上所有时间内保持开启。由于电池和/或照明源的限制，捕捉整帧数据期间内提供的光对于短曝光时间通常来讲是不够的。没有短曝光时间，导致模糊的影响变得明显。导致模糊影响的常见例子包括例如由于手持图像读取器的手抖动而使图像传感器移动。图像读取器需要克服现有CMOS图像读取器具有的图像失真和图像模糊的缺点。
技术实现思路
一方面，本专利技术特征在于用于从目标采集图像数据的、基于互补金属氧化物半导体（CMOS）的图像读取器。基于CMOS的图像读取器包括基于CMOS的图像传感器阵列、与基于CMOS的图像传感器阵列电通信的定时模块。定时模块在曝光期能够同时曝光基于CMOS的图像传感器阵列的整帧像素。基于CMOS的图像读取器还包括照明模块，照明模块能够在照明期照射目标。照明模块与定时模块电通信。基于CMOS的图像读取器进一步包括与定时模块和照明模块电通信的控制模块。控制模块能够使在照明期发生至少一部分曝光期。在基于CMOS的图像读取器的一个实施例中，对目标照明包括在照明模块中过激励光源。在基于CMOS的图像读取器的另一实施例，光源包括光敏二极管。在基于CMOS的图像读取器的又一个实施例中，照明期开始之后开始曝光期，并且在照明期结束之前结束曝光期。在基于CMOS的图像读取器的另一实施例中，在曝光期开始之后开始照明期，并且曝光期结束之前结束照明期。在基于CMOS的图像读取器的另一实施例中，在曝光期开始之前开始照明期，并且曝光期结束之前结束照明期。在基于CMOS的图像读取器的再一个实施例中，曝光期的持续期小于3.7毫秒。在基于CMOS的图像读取器的各种实施例中，目标包括符号体系，例如一维条形码（例如39码或UPC代码）或二维条形码（例如PDF417条形码、阿芝台克（Aztec）符号、或数据矩阵符号）。另一方面，本专利技术的特征在于一种从目标采集图像数据的、基于互补金属氧化物半导体（CMOS）的图像读取器。基于CMOS的图像读取器包括集成电路，集成电路包括至少一个基于CMOS的图像传感器阵列和全局电子快门控制电路。全局电子快门控制电路能够生成曝光定时脉冲，曝光定时脉冲能够使基于CMOS的图像传感器阵列的大致上所有的整帧像素同时曝光。基于CMOS的图像读取器还包括与集成电路电通信的光源。光源能够响应于照明控制定时脉冲而照射包括符号体系的目标。曝光控制定时脉冲期间，发生照明控制定时脉冲的至少一部分。在基于CMOS的图像读取器的一个实施例中，对目标照明包括过激励光源。在基于CMOS的图像读取器的另一实施例中，光源包括光敏二极管。在基于CMOS的图像读取器的再一个实施例中，照明期开始之后开始曝光期，并且照明期结束之前结束曝光期。在基于CMOS的图像读取器的又一个实施例中，曝光期开始之后开始照明期，曝光期结束之前结束照明期。在基于CMOS的图像读取器的另一实施例中，曝光期开始之前开始照明期，并且在曝光期结束之前结束照明期。在基于CMOS的图像读取器的再一个实施例中，曝光期的持续期小于3.7毫秒。在基于CMOS的图像读取器的各种实施例中，目标包括符号体系，例如一维条形码（例如39码或UPC代码）或二维条形码（例如PDF417条形码、阿芝台克符号、或数据矩阵符号）。另一方面，本专利技术特征在于一种用于从目标采集图像数据的图像读取器。图像读取器包括具有至少一个图像传感器阵列和曝光定时控制电路的集成电路。曝光定时控制电路能够生成曝光控制定时脉冲，曝光控制定时脉冲能够同时曝光图像传感器阵列中的大致上所有的像素。图像读取器还包括与集成电路电通信的照明模块。照明模块包括能够响应于照明控制定时脉冲而照射目标的光源。在曝光控制定时脉冲期间，照明控制定时脉冲的至少一部分发生。在图本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种图像读取装置，所述图像读取装置包括：一集成电路，包括一基于互补金属氧化物半导体ＣＭＯＳ的图像传感器阵列，其中所述基于互补金属氧化物半导体的图像传感器阵列包括多个像素，每个像素包含一光敏区，和一绝光屏蔽区；一成像透镜，用于引导和聚焦反射辐射；一全局电子快门控制电路，所述全局电子快门控制电路设置成用于在一曝光期曝光基于互补金属氧化物半导体图像传感器阵列的多个像素；一光源；其中，所述图像读取装置被构造用以使得在一照明期由所述光源发出的光朝向一目标；其中，所述图像读取装置被构造用以使得至少一部分所述照明期发生在所述曝光期；其中，所述全局电子快门控制电路能够控制所述基于互补金属氧化物半导体的图像传感器阵列使得所述基于互补金属氧化物半导体的图像传感器阵列的多个不同行的像素曝光同时开始，所述全局电子快门控制电路控制所述基于互补金属氧化物半导体的图像传感器阵列同时曝光所述基于互补金属氧化物半导体的图像传感器阵列的多个不同行的像素；其中，所述图像读取装置用于从所述基于互补金属氧化物半导体的图像传感器阵列读出图像数据；和其中，所述图像读取装置用于利用所述图像数据尝试解码可解码的标记。

【技术特征摘要】
2005.03.11 US 11/077,976;2005.03.11 US 11/077,9751.一种图像读取装置，所述图像读取装置包括：集成电路，包括至少基于互补金属氧化物半导体CMOS的图像传感器阵列和全局电子快门控制电路，其中所述基于互补金属氧化物半导体的图像传感器阵列包括多个像素，并且所述多个像素中的每个像素都包含光敏区和绝光屏蔽区，并且其中，所述全局电子快门控制电路被构造用以引起所述集成电路上的所述基于互补金属氧化物半导体的图像传感器阵列的多个像素在曝光期期间的曝光；成像透镜，用于引导和聚焦反射辐射；光源；其中，所述图像读取装置被构造用以在照明期传输照明控制定时脉冲使得在所述照明期期间由所述光源发出的光朝向目标；其中，所述图像读取装置被构造用以使得至少一部分所述照明期发生在所述曝光期期间；其中，所述全局电子快门控制电路能够通过在所述曝光期传输曝光控制定时脉冲来控制所述基于互补金属氧化物半导体的图像传感器阵列以使得所述基于互补金属氧化物半导体的图像传感器阵列的多个不同行的像素的曝光同时开始，其中所述曝光期是在重置像素和读出像素值之间的时间；其中，所述照明控制定时脉冲比所述曝光控制定时脉冲短；其中，所述图像读取装置用于从所述基于互补金属氧化物半导体的图像传感器阵列读出图像数据；和其中，所述图像读取装置用于利用所述图像数据尝试在多个条形码类型之间自动识别及解码一维条形码或二维条形码。2.根据权利要求1所述的图像读取装置，其中，所述图像读取装置包含封装所述图像传感器阵列的壳体。3.根据权利要求1所述的图像读取装置，其中，所述图像读取装置包含封装所述图像传感器阵列的手持式壳体。4.根据权利要求1-3中任一项所述的图像读取装置，其中，所述光源由发光二极管提供。5.根据权利要求1-3中任一项所述的图像读取装置，其中，所述图像读取装置包括由多个发光二极管提供的多个光源，其中，所述图像读取装置被构造用以使得所述多个发光二极管在所述照明期期间同时通电。6.根据权利要求5所述的图像读取装置，其中，所述多个发光二极管以不同波段发光。7.根据权利要求1-3中任一项所述的图像读取装置，其中，所述图像读取装置被构造用以捕捉图像数据的窗口帧并使得所述图像数据的窗口帧进行解码可解码标记的尝试。8.根据权利要求7所述的图像读取装置，其中，所述图像读取装置被构造用以投射与所述图像数据的窗口帧相对应的光图案。9.根据权利要求1-3中任一项所述的图像读取装置，其中，所述图像读取装置被构造用以投射照明图案和对焦图案，所述照明图案和所述对焦图案呈可见的色彩对比。10.根据权利要求1-3中任一项所述的图像读取装置，其中，所述图像读取装置能够在卷帘式快门操作模式和全局快门操作模式之间切换，所述切换为以下之一：(a)响应于手动输入控制对所述图像读取装置的输入，(b)自动地，或(C)响应于感应情况。11.根据权利要求1-3中任一项所述的图像读取装置，其中，所述图像读取装置被构造为使得在所述照明期期间用被选通照明控制脉冲来驱动所述光源，所述被选通照明控制脉冲以选通率产生脉冲。12.根据权利要求11所述的图像读取装置，其中，所述图像读取装置被构造为使得在所述照明期期间用被选通照明控制脉冲来驱动所述光源，所述被选通照明控制脉冲以1,000Hz到10,000Hz的选通率产生脉冲。13.根据权利要求1-3中任一项所述的图像读取装置，其中，所述图像读取装置用于利用对应于曝光期的图像数据进行条形码符号的解码尝试。14.根据权利要求1-3中任一项所述的图像读取装置，其中，所述曝光期比所述照明期短。15.根据权利要求1-3中任一项所述的图像读取装置，其中，所述照明期比所述曝光期短。16.根据权利要求1-3中任一项所述的图像读取装置，其中，所述照明期在所述曝光期开始前开始。17.根据权利要求1-3中任一项所述的图像读取装置，其中，所述照明期在所述曝光期开始后开始。18.根据权利要求1-3中任一项所述的图像读取装置，其中，所述照明期在所述曝光期结束前结束。19.根据权利要求1-3中任一项所述的图像读取装置，其中，所述照明期在所述曝光期结束后结束。20.一种从目标采集图像数据的图像读取器，所述图像读取器包括：基于互补金属氧化物半导体的图像传感器阵列，所述基于互补金属氧化物半导体的图像传感器阵列包括多行像素，所述基于互补金属氧化物半导体的图像传感器阵列的像素中的每一个像素为有源像素，每一个像素包括像素放大器，光敏区以及绝光屏蔽数据存储区域；壳体，用于封装所述图像传感器阵列；其中，所述图像读取器被构造用以在曝光期传输曝光控制定时脉冲以使得所述多行像素在所述曝光期期间被曝光，并且其中，所述曝光期是在重置像素和读出像素值之间的时间；其中，所述图像读取器包含第一用户可选操作模式和第二用户可选操作模式；其中，所述图像读取器被构造用以在照明期传输照明控制定时脉冲以使得在所述照明期期间一个或多个光源照射所述目标；其中，所述照明控制定时脉冲比所述曝光控制定时脉冲短；其中，所述图像读取器能够运行以使在所述第一用户可选操作模式激活时，所述基于互补金属氧化物半导体的图像传感器阵列的多个不同行的像素的曝光响应于解码尝试的开始而依次开始；其中，所述图像读取器能够运行以使在所述第二用户可选操作模式激活时，所述基于互补金属氧化物半导体的图像传感器阵列的多个不同行的像素的曝光响应于解码尝试的开始而同时开始；其中，所述图像读取器能够运行以在多个条形码类型之间自动识别。21.根据权利要求20所述的图像读取器，其中，所述照明模块用于在所述第二用户可选操作模式激活时照射所述目标，所述照明模块过激励所述照明模块的光源。22.根据权利要求20所述的图像读取器，其中，所述照明模块包括发光二极管。23.根据权利要求20所述的图像读取器，其中，在所述第二用户可选操作模式激活时，所述图像传感器阵列的曝光期短于所述照明期。24.根据权利要求20所述的图像读取器，其中，在所述第二用户可选操作模式激...

【专利技术属性】
技术研发人员：印军·王，威廉姆H·海温斯，
申请(专利权)人：印军·王，威廉姆H·海温斯，
类型：发明
国别省市：US