專利名稱：基于光路長度控制而從對象光學讀取信息的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及從對象光學讀取信息的方法和裝置，特別地講，涉及這樣的方法和裝置，其中使用了用于對來自信息碼的反射光進行成像的成像透鏡和用于從成像透鏡接收圖像的光傳感器。
背景技術：
讀碼器例如條形碼讀取器被公知為是能夠從附著在對象上的條形碼讀取信息段的裝置。為了從條形碼讀取信息，需要使用被稱作條形碼讀取器的裝置。
一種手持式光學信息讀取裝置被歸類為上述裝置中的一種，并且該讀取裝置被構造成能夠讀取諸如條形碼或二維碼等信息。這種讀取裝置具有一個包括光傳感器的讀取單元、一個包括成像透鏡的光學成像器具以及設在便攜式主單元中的照明器具。用于被光學讀取信息的對象(例如條形碼，以下簡稱作對象)被照明器具通過一個設在主單元端部的讀取窗照亮。這樣，利用穿過讀取窗的對象反射光，光傳感器通過光學成像器具成像。
用于讀取光學信息的讀取距離(即光學信息讀取裝置與對象之間的距離)取決于光學成像讀取裝置中的光學成像器具的光學特性(主要取決于焦深)，并且位于一定的距離范圍內。因此，光學信息讀取裝置的使用者通過將讀取裝置(例如讀取窗)移動到對象的適宜讀取位置(即最佳聚焦位置)而進行讀取操作。另一方面，最近，為了擴大可讀距離的范圍，一種具有自動聚焦單元的光學信息讀取裝置被研制出來，其能夠通過透鏡系統(tǒng)的移動來改變焦深。例如，一種通過沿光軸移動透鏡系統(tǒng)來改變焦深的自動聚焦單元被研制出來，其組合了滾珠螺桿和步進電機(例如見日本特開平7-319990號公報)。
然而，上述自動聚焦單元盡管具有無級改變焦深的優(yōu)點，但需要采用非常復雜的機構和控制。特別是，使透鏡系統(tǒng)沿直線移動的驅動單元非常復雜，從而導致單元大型化。此外，由于驅動單元的移動部分較重，因此其反應速度較低，從而給單元帶來缺點。

發(fā)明內容
本發(fā)明是考慮到背景技術中的上述問題而研制的。因此，本發(fā)明的目的是提供一種光學信息讀取裝置，其能夠通過簡單的小型結構來擴大可讀距離范圍。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的光學信息讀取裝置的特征在于，具有一個固定在預定點上并且對來自信息碼的反射光成像的成像透鏡，以及一個用于接收成像透鏡所形成圖像的光傳感器。光傳感器安置在相對于成像透鏡而言的位置上。光學信息讀取裝置還包括一個設置在成像透鏡與光傳感器之間的用于將反射光偏折多次的光路偏折器具，以及一個用于移動光路偏折器具的移動器具。通過利用移動裝置改變光路偏折器具的位置，可改變成像透鏡與光傳感器之間的光路長度。
來自信息碼的反射光在穿過成像透鏡并且被光路偏折器具偏折了多次之后被輸入到光傳感器。利用移動裝置改變光路偏折器具的位置，可改變成像透鏡與光傳感器之間的光路長度。結果，可以獲得適宜的讀取距離(最佳聚焦位置)。因此，對象與光學信息讀取裝置之間的可讀距離范圍可以擴大。此外，由于設在成像透鏡與光傳感器之間的光路偏折器具被構造成將光路偏折多次，因此光路偏折器具可以沿成像透鏡的光軸方向上緊湊構造，而且即使光路偏折器具的移動較小，也可以顯著改變光路長度。
具體地講，首要的是，光路偏折器具具有至少兩個反射面，以使輸入到反射面的入射光與從反射面輸出的出射光相互平行且相反。利用上述光路偏折器具，光路長度的變化可以是光路偏折器具移動距離的兩倍或更多倍。光路偏折器具還可以被構造成具有至少一組將光路偏折90度兩次的反射面。在這種情況下，被反射面偏折的光路可以平行或垂直于成像透鏡的光軸。反射面可以由例如反射鏡或棱鏡構成。
其次，光路偏折器具具有兩個反射鏡，所述反射鏡偏折光路，以使光路自身交叉，而且所述移動器具分別沿著成像透鏡和光傳感器的光軸移動所述兩個反射鏡。由于光路被構造成在成像透鏡與光傳感器之間交叉，因此成像透鏡和光傳感器均可以設置在較小區(qū)域中，從而使得它們布置的自由度增大。
可以將所述兩個反射鏡結合為一個組件，從而利用移動器具將這兩個反射鏡一起移動。這兩個反射鏡還可以由單一的驅動器同時且以相等的距離移動。在任何情況下，均可以實現(xiàn)比反射鏡的移動距離大的光路長度變化。因此，移動器具可以簡化。
此外，可以將由所述兩個反射鏡偏折的光路構造成一個等腰三角形的形式，該三角形包括位于相應反射鏡上的兩個反射點以及一個由輸入到所述反射鏡的入射光和從所述反射鏡輸出的反射光形成的交點。通過將成像透鏡和光傳感器的光軸布置成以直角交叉，可以由反射鏡偏折的光路構造成等腰直角三角形，該三角形包括位于相應反射鏡上的兩個反射點以及一個由輸入到所述反射鏡的入射光和從所述反射鏡輸出的反射光形成的交點。
在本發(fā)明中，光學信息讀取裝置包括一個用于測量從信息碼至光學信息讀取裝置的距離的距離測量器具，以及一個基于距離測量器具的測量結果控制移動器具的控制器。作為示例，利用距離測量器具，可以自動測量從信息碼至光學信息讀取裝置的距離，而不需要用視覺猜測該距離。結果，可以將光路偏折器具自動移動到最佳聚焦位置。


通過下面對本發(fā)明的優(yōu)選實施例的詳細描述以及附圖，可以更全面地理解本發(fā)明。然而，應當理解，本發(fā)明并不局限于這些實施例，它們僅僅是用于解釋和理解的目的。
在附圖中圖1A是本發(fā)明第一實施例中的讀取距離L1與反射鏡停止位置a1之間關系的俯視圖。
圖1B是第一實施例中的讀取距離L2與反射鏡停止位置a2之間關系的俯視圖。
圖1C是第一實施例中的讀取距離L3與反射鏡停止位置a3之間關系的俯視圖。
圖2是第一實施例中的光學信息讀取裝置的端側部分的適宜性剖視圖。
圖3是第一實施例中的焦深調節(jié)單元的主要部分的俯視圖。
圖4是第一實施例中的移動器具的結構的示意圖。
圖5A是第一實施例中的距離測量器具的示意性俯視圖。
圖5B是顯示第一實施例中的距離測量器具的攝影成像的示意性俯視圖。
圖6是第一實施例中的光學信息讀取裝置的電氣結構的示意性框圖。
圖7是本發(fā)明第二實施例中的焦深調節(jié)單元的主要部分的俯視圖。
圖8是本發(fā)明第三實施例中的焦深調節(jié)單元的主要部分的俯視圖。
圖9是本發(fā)明第四實施例中的焦深調節(jié)單元的主要部分的俯視圖。
圖10A是本發(fā)明第五實施例中的由多個棱鏡組成的反射面的一種形式的俯視圖。
圖10B是第五實施例中的由多個棱鏡組成的反射面的另一種形式的俯視圖。
圖11A是本發(fā)明第六實施例中的讀取距離L1與反射鏡停止位置之間關系的俯視圖。
圖11B是第六實施例中的讀取距離L2與反射鏡停止位置之間關系的俯視圖。
圖11C是第六實施例中的讀取距離L3與反射鏡停止位置之間關系的俯視圖。
圖12是第六實施例中的焦深調節(jié)單元的主要部分的俯視圖。
圖13是第六實施例中的移動器具的結構的示意圖。
圖14是本發(fā)明第七實施例中的焦深調節(jié)單元的主要部分的俯視圖。
圖15是本發(fā)明第八實施例中的焦深調節(jié)單元的主要部分的俯視圖。
具體實施例方式
下面參照附圖描述本發(fā)明應用在二維碼的手持式光學信息讀取裝置(下面簡稱為讀取裝置)時的各個實施例。
(第一實施例)下面參照圖1至6描述本發(fā)明的第一實施例。一種二維碼讀取裝置，也就是第一實施例中的光學信息讀取裝置，具有一個主單元1，該主單元在長度方向上的形狀和尺寸被構造為適于便攜和利用單手操作，如圖2所示。如后文中所述，主單元1在其一端設有光學系統(tǒng)(即讀取器具)，用于讀取二維碼Q(參看圖1和圖3)，例如印在可被讀取光學信息的對象(以下僅稱作對象)上的QR碼，其可以是貼裝于商品上的標簽P(參看圖5和圖6)。矩形透明讀取窗1a形成在主單元1的端部。
光學系統(tǒng)包括光傳感器2、成像透鏡3、設在光傳感器2與成像透鏡3之間的焦深調節(jié)單元4、照明器具5以及瞄準光發(fā)射單元6(參看圖5)。焦深調節(jié)單元4和瞄準光發(fā)射單元6將在后面詳細描述。如圖1、3、5所示，光傳感器2可以是例如CCD(即電荷耦合器件)面積傳感器，其面對著讀取窗1a(在第二位置P2)安置在主單元中央。成像傳感器3(在第一位置P1)安置在光傳感器2前面。盡管沒有詳細示出和解釋，但成像透鏡3包含位于鏡筒中的多個透鏡。成像透鏡3的光軸O垂直于讀取窗1a的中心延伸，光傳感器2以其軸線中心設置在光軸O的延長線上。
照明器具5包括光源LED(即發(fā)光二極管)7和安置在LED 7前面的用于匯聚或擴散來自LED 7的光的照明透鏡8。多個LED 7和多個照明透鏡8在成像透鏡3附近面向這讀取窗1a安置。通過上述結構，來自照明器具5的照明光穿過讀取窗1a照射在印制在對象上的二維碼Q(例如標簽P)上，來自二維碼Q的反射光穿過讀取窗1a入射到主單元中，并且通過成像透鏡3和焦深調節(jié)單元4而在光傳感器2上形成圖像。這樣，二維碼Q可被光學信息讀取裝置讀取。
圖6中示意性地示出了本發(fā)明的二維碼光學信息讀取裝置的電氣結構。主要由微處理器構成的控制電路21包含在主單元1中，以總體控制光學信息讀取裝置和執(zhí)行解碼處理?？刂齐娐?1控制例如放大電路21、AD轉換電路101、存儲器102、特定比值檢測電路103、同步信號發(fā)生電路104、地址發(fā)生電路105。光傳感器2的成像信號被放大電路100放大，然后被AD轉換電路101轉換成數(shù)字信號，并且作為圖像數(shù)據(jù)存儲在存儲器102中。與此同時，圖像數(shù)據(jù)中的特定模式被特定比值檢測電路103檢測。光傳感器2、特定比值檢測電路103和放大電路100被同步信號發(fā)生電路104施加同步信號。
用于輸入各種指令的操作開關22、指示LED 23、液晶顯示器24安置在光學信息讀取裝置的主單元的上側。此外，作為示例，指示蜂鳴器25、用于與外界通訊的通訊接口26、用作驅動電源的二級電池27設置在主單元1中。用于發(fā)出讀取操作指令的觸發(fā)開關28布置在主單元1的側面。觸發(fā)開關被構造成例如通過兩個按壓步驟操作，即第一按壓步驟(所謂的半按壓狀態(tài))用于測量操作(該步驟將在后文中詳細描述)，第二按壓步驟用于讀取操作。
下面將參照圖1和圖3至5來描述焦深調節(jié)單元4。如圖1和圖3所示，焦深調節(jié)單元4包括四個反射鏡，即第一反射鏡9、第二反射鏡10、第三反射鏡11、第四反射鏡12。這些反射鏡用作光路偏折器具，用于多次、在本例中為四次偏折成像透鏡3與光傳感器2之間的反射光的光路。
第一反射鏡9被安置成使其反射面以45度傾斜面對著光軸O，也就是說，從上面看，第一反射鏡9將來自對象的入射光偏折90度而向著第二反射鏡10的方向(圖1和3中的向上方向)反射。第二反射鏡10安置在第一反射鏡9的右側(圖1和3中的上側)，以使其反射面面對并且平行于第一反射鏡9的反射面，以使來自第一反射鏡9的光線偏折90度而射向第三反射鏡11的方向(圖1、3中的向右方向)。
第三反射鏡11毗鄰第二反射鏡10安置，以使其反射面相對于第二反射鏡成直角，以將來自第二反射鏡10的光線偏折90而射向第四反射鏡12的方向(即圖1、3中的向下方向)。第四反射鏡12毗鄰第一反射鏡9安置，以使其反射面面對并且平行于第三反射鏡11的反射面，以將來自第三反射鏡11的光線偏折90而射向光傳感器2的方向(圖1、3中的向右方向)。
也就是說，焦深調節(jié)單元4包括兩組反射面(即反射鏡)，用于在每組反射面之間將光路R偏折兩次，每次偏折90度。光路R中的進入到焦深調節(jié)單元4的入射光路在焦深調節(jié)單元中被偏折，以使入射光路與從焦深調節(jié)單元射出的出射光路平行(在本例中為同光軸)。被每個反射鏡9至12偏折的光路R與成像透鏡3的光軸O平行或直角交叉。
第一反射鏡9和第四反射鏡12結合并固定在主單元1上。另一方面，第二反射鏡10和第三反射鏡11結合為一個組件并且可以沿著指向第一反射鏡9和第四反射鏡12的方向(即沿著圖1、3中的方向A和B)移動。第二和第三反射鏡10、11被移動單元13(該移動單元13將在后文中描述)沿方向A和B自由移動。結果，反射鏡10、11的位置被改變。
固定反射鏡9、12與可移動反射鏡10、11之間的距離a通過前述機構而被改變，結果，成像透鏡3與光傳感器2之間的光路長度被改變。在這種情況下，如圖3所示，如果成像透鏡3與光傳感器2之間的距離為b，則光路長度為2a+b。也就是說，光路長度的變化等于第二和第三反射鏡10、11移動距離的兩倍。
如圖1所示，第二和第三反射鏡10、11可停止在三個給定位置，每個位置分別具有不同的距離a。結果，成像透鏡3與光傳感器2之間的光路長度根據(jù)反射鏡10、11的停止位置而變化，從而導致用于以最佳焦點讀取對象的讀取距離(最佳聚焦距離，也就是讀取窗1a與對象標簽P之間的距離)發(fā)生變化。
圖1A示出的是第二和第三反射鏡10、11停止在第一停止位置。在這種情況下，反射鏡10、11與固定反射鏡9、12之間的距離a1相對較短，從而產(chǎn)生用于以最佳焦點讀取對象的相對較長讀取距離L1，例如300mm±70mm。圖1B示出的是反射鏡10、11停止在第二停止位置。在這種情況下，反射鏡10、11與反射鏡9、12之間的距離a2為中等，從而產(chǎn)生用于以最佳焦點讀取對象的相對中等讀取距離L2，例如200mm±50mm。圖1C示出的是反射鏡10、11停止在第三停止位置。在這種情況下，反射鏡10、11與反射鏡9、12之間的距離a3較長，從而產(chǎn)生用于以最佳焦點讀取對象的相對較短讀取距離L3，例如120mm±30mm。
圖4是用于沿箭頭所示的方向A和B移動第二和第三反射鏡10、11的移動單元13和用于驅動移動單元13的驅動電路14的示意圖。移動單元13包括固定電磁體15和在固定電磁體15的作用下沿箭頭所示方向A和B移動反射鏡的移動體16。第二和第三反射鏡10、11附著在移動體16的一個端部上。移動體16包括永磁體。作為示例，永磁體的一端是N極，另一端是S極。
驅動電路14通過第一反相電路17和第一放大電路18而從控制電路21向電磁體15的一個終端傳送驅動信號。第一反相電路17的輸出信號通過第二反相電路19和第二放大電路20傳送到電磁體15的另一個終端。來自控制電路21的允許信號(以EN表示)被發(fā)送到第一和第二放大電路18和20。
響應于來自控制電路21的驅動信號和允許信號，來自驅動電路14的驅動脈沖被發(fā)送到移動單元13的電磁體15。然后，移動體16根據(jù)脈沖數(shù)量而沿方向A和B移動一段距離，并且被保持就位于此。結果，第二和第三反射鏡10、11被控制電路21選擇性地移動到第一、第二和第三位置。
此外，在本實施例中，如圖5A和5B所示，距離測量單元被設置成用于測量主單元1(即讀取窗1a)與對象(即標簽P)之間的距離。如圖5所示，由例如位于左右側的一對LD(激光二極管)構成的瞄準光發(fā)射單元6以傾斜照射方向靠近成像透鏡3布置。瞄準光發(fā)射單元6安置在成像透鏡3和光傳感器2的讀取視場V內，并被構造成通過讀取窗1a而向對象(即標簽P)的左右側部分發(fā)射瞄準光(例如紅色聚光)。
由于來自瞄準光發(fā)射單元6的瞄準光的發(fā)射方向具有比讀取視場V的外邊緣線的角度小的角度，因此瞄準光在對象上的照射位置將隨著瞄準光發(fā)射單元6與對象(即標簽P)之間的距離L而變化。也就是說，如圖5B所示，如果對象距離讀取窗1a相對較近，則兩個瞄準光在對象上的照射位置的之間的距離為d1。另一方面，如果對象距離讀取窗1a相對較遠，則兩個瞄準光的照射位置更靠近于讀取視場V的外邊緣(即兩個照射位置之間距離更大)。在這種情況下，兩個照射位置之間距離變?yōu)槔鏳2。
如果觸發(fā)開關28的第一按壓步驟被執(zhí)行，則控制電路21接通瞄準光發(fā)射單元6，輸入光傳感器2的攝影圖像，利用光傳感器2輸入的攝影圖像數(shù)據(jù)檢測檢測瞄準光的位置，并且計算瞄準光照射位置之間的距離。然后，通過將比值d/c(d為兩個瞄準光照射位置之間的距離，c為讀取視場V的寬度)與一個數(shù)據(jù)表中的預定值進行比較，距離L(本實施例中為三級，即長、中等、短)被計算。
控制電路21用作控制器，用以響應于距離測量單元的測量結果(即計算距離L)而控制移動單元13(即電磁體15)，以將第二和第三反射鏡10、11移動到預定停止位置。也就是說，如果計算出的距離L是長距離，則第二和第三反射鏡10、11停止在第一位置。如果計算出的是中等距離，則反射鏡10、11停止在第二位置；如果計算出的是短距離，則反射鏡10、11停止在第三位置。
在上述二維碼讀取裝置中，如果讀取操作是對印制在標簽P上的二維碼Q進行的，則該裝置需要與標簽P相隔適宜的距離，而且讀取窗1a需要面對著標簽P。在上述結構中，通過按壓裝于主單元1側面的觸發(fā)開關28執(zhí)行按壓步驟。通過觸發(fā)開關28的第一按壓步驟，從瞄準光發(fā)射單元6至標簽P的距離L被測量。根據(jù)測量到的距離L，焦深調節(jié)單元4的第二和第三反射鏡10、11移動到預定停止位置(即三個停止位置之一)。
通過觸發(fā)開關28的第二按壓步驟，進行二維碼Q的讀取操作。前述讀取操作是以下面所述的方式進行的。來自照明器具5的照明光穿過讀取窗1a照射在印制于標簽P上的二維碼Q上。來自二維碼Q的反射光通過讀取窗1a輸入到主單元中，并且通過成像透鏡3和焦深調節(jié)單元4而在光傳感器2上形成圖像。
如圖1和圖3所示，穿過成像透鏡3后的反射光被焦深調節(jié)單元4的每個反射鏡即第一反射鏡9、第二反射鏡10、第三反射鏡11、第四反射鏡12分別偏折90度，然后射入光傳感器2中。第二和第三反射鏡10、11停止在三個停止位置之一，從而根據(jù)停止位置而改變成像透鏡3至光傳感器2的光路長度，從而產(chǎn)生適合于讀取對象的光路長度(適合于最佳聚焦長度)。
如果到標簽P的長度L相對較大，如圖1A所示，則第二和第三反射鏡10、11停止在第一停止位置。在這種情況下，反射鏡10、11與固定反射鏡9、12之間的距離a1相對較小。這樣，成像透鏡3至光傳感器2的光路長度變短。結果，適宜讀取長度(最佳聚焦長度)變長，并且在此位置可以進行讀取。此外，如果長度L為中等，如圖1B所示，則反射鏡10、11停止在第二停止位置。在這種情況下，反射鏡10、11與固定反射鏡9、12之間的距離變?yōu)閍2，從而產(chǎn)生成像透鏡3至光傳感器2的中等光路長度。結果，結果，適宜讀取長度(最佳聚焦長度)變?yōu)橹械?，并且在此位置可以進行讀取。
在到標簽P的長度L相對較小的情況下，如圖1A所示，反射鏡10、11停止在第三停止位置。在這種情況下，反射鏡10、11與固定反射鏡9、12之間的距離變?yōu)閍3，從而導致大的光路長度。結果，適宜讀取長度(最佳聚焦長度)變短，并且在此位置可以進行讀取。這樣，不論標簽P位于什么位置，總能獲得適宜讀取長度，并且實現(xiàn)精確讀取。因此，可讀長度的范圍被顯著擴大。
在本實施例中，多個反射鏡9、10、11、12被設置，以偏折成像透鏡3與光傳感器2之間的光路R。此外，焦深調節(jié)單元4配備有移動單元13，用于通過移動反射鏡10、11而改變光路長度。結果，可讀長度的范圍可以擴大。本實施例中的焦深調節(jié)單元4利用與傳統(tǒng)技術不同的方法來獲得最佳聚焦長度。在傳統(tǒng)技術中，透鏡系統(tǒng)沿著光軸移動，以獲得最佳聚焦位置。另一方面，在本實施例中，光路R被偏折多次。這樣，即使第二和第三反射鏡10、11的移動距離較小，也能夠較大地改變光路長度。結果，可以獲得小型且快速的反應系統(tǒng)。
這樣，本實施例能夠擴大可讀長度的范圍。此外，讀取裝置可以簡化且變得相對較小。特別地講，在本實施例中，設置了距離測量單元，用于測量主單元1與對象(即標簽P)之間的距離。由于第二和第三反射鏡10、11被移動單元13基于距離測量單元的測量結果而移動到適宜的預定位置，因此反射鏡10、11可以被自動移動，從而導致更為方便。此外，距離測量單元較為簡單。其僅配備有瞄準光發(fā)射單元6。
圖7至10中示出了第二至第五實施例。第二至第五實施例是第一實施例中的光路偏折器具(即焦深調節(jié)單元)的改型例。在這些實施例中，為了簡化解釋，與第一實施例中相同或相似的元件被賦予與第一實施例中相同的附圖標記，并且不再進行解釋。
(第二實施例)在第二實施例中，如圖7所示，作為光路偏折器具的焦深調節(jié)單元30具有例如四組反射面。每組偏折表面分別將光路R偏折兩次，每次偏折90度，從而通過這四組反射面將光路R偏折八次。也就是說，焦深調節(jié)單元30具有八個反射鏡，即第一至第八反射鏡31至38。穿過成像透鏡3后的反射光被第一至第八反射鏡31至38中的每一個分別偏折90度，然后射入光傳感器2中。
第一、第四、第五、第八反射鏡31、34、35、38結合在一起形成一個單元，并且固定在主單元1上。另一方面，第二、第三、第六、第七反射鏡32、33、36、37結合在一起形成一個單元，并且被移動單元沿箭頭所示的方向A和B移動，從而導致每個可移動反射鏡的位置變化。通過如此改變位置，固定反射鏡31、34、35、38與可移動反射鏡32、33、36、37之間的距離變化，從而導致成像透鏡3與光傳感器2之間的光路長度被改變。在這種情況下，光路長度變?yōu)?a+b。也就是說，如果可移動反射鏡32、33、36、37改變位置，則光路長度的變化等于反射鏡32、33、36、37移動距離的四倍。
(第三實施例)在第三實施例中，如圖8所示，作為光路偏折器具的焦深調節(jié)單元39具有例如一組反射面。該組偏折表面將光路R偏折兩次，每次偏折90度。也就是說，焦深調節(jié)單元39具有第一反射鏡40和第二反射鏡41，二者以直角結合為一個組件，以及一個移動單元，其用于帶動第一和第二反射鏡40和41前后移動(沿箭頭所示的方向C和D)。
光傳感器2以面向后方的方式安置在成像透鏡3的一側(圖8中的右上側)。穿過成像透鏡3后的反射光被第一和第二反射鏡40和41分別偏折90度，然后射入光傳感器2中。通過沿箭頭所示的方向C和D前后移動第一和第二反射鏡40和41，可以改變光路長度。
(第四實施例)在第四實施例中，如圖9所示，作為光路偏折器具的焦深調節(jié)單元42具有例如兩組反射面。這兩組反射面分別將光路R偏折90度。也就是說，焦深調節(jié)單元42具有第一反射鏡43和第二反射鏡44，二者以直角結合為一個組件，以及第三反射鏡45和第四反射鏡46，二者也以直角結合為一個組件。
用于帶動第一和第二反射鏡43和44前后移動(沿箭頭所示的方向C和D)的第一移動單元和用于帶動第三和第四反射鏡45、46前后移動的第二移動單元相互獨立設置。第一和第二移動單元被構造成分別將反射鏡43、44和反射鏡45、46在兩個位置之間移動。光傳感器安置在成像透鏡3的背側方向。
穿過成像透鏡3后的反射光被第一和第二反射鏡43和44以及第三和第四反射鏡45和46分別偏折90度，然后射入光傳感器2中。通過反射鏡43和44的兩個不同位置，光路長度可以變?yōu)閮蓚€不同長度；通過反射鏡45和46的兩個不同位置，光路長度又可以變?yōu)閮蓚€不同長度，這樣，總共可以產(chǎn)生四個不同的光路長度。
(第五實施例)在圖10所示的第五實施例中，形成光路偏折器具的反射面由棱鏡而非反射鏡構成。也就是說，在圖10A所示的情況中，第一至第三棱鏡47至49安置在成像透鏡3和光傳感器2之間。在第一棱鏡47中，一個傾斜平面構成反射面47a。在第二棱鏡48中，兩個彼此成直角的表面構成了反射面48a、48b。在第三棱鏡49中，一個傾斜平面構成反射面49a。第二棱鏡48被沿著沿箭頭所示的方向A和B移動。
在圖10B所示的例子中，第一和第二棱鏡50、51安置在成像透鏡3和光傳感器2之間。在棱鏡50、51中，彼此成直角的表面分別構成了反射面50a、50b和51a、51b。第一棱鏡50和第二棱鏡51分別被第一移動單元和第二移動單元沿箭頭所示的方向C和D移動。
(第六實施例)接下來參照圖11至13描述第六實施例。第六實施例中的許多元件與第一實施例中相同。因此，為了簡化解釋，與第一實施例中相同或相似的元件被賦予與第一實施例中相同的附圖標記，并且不再進行解釋。
第六實施例中不同于第一實施例之處在于，設有作為光路偏折器具的焦深調節(jié)單元61，其安置在成像透鏡3和光傳感器2之間，用于多次偏折光路R。在本實施例中，光傳感器2面對著右側(即面對著反射鏡63)安置在成像透鏡3的左后側(圖11中的右后側)。此外，成像透鏡3的光軸和光傳感器2的入射光軸彼此成直角安置。
例如，如圖12所示，焦深調節(jié)單元61包括第一和第二反射鏡62和63，二者在成像透鏡3和光傳感器2之間偏折光路R，并使光路R本身交叉。第一反射鏡62被這樣安置，即它的反射面傾斜面對著成像透鏡3的光軸O。這樣，沿光軸O射入的反射光線被偏折向圖12中的左上方(即朝向反射鏡63的方向)。
第二反射鏡63被設置在圖12中所示的反射鏡62左上方，其反射面向下并略微向右，以將來自反射鏡62的光線向下偏折(即沿著光傳感器2的光軸方向)，從而將反射光輸入光傳感器2中。接下來，如圖12所示，被所述兩個反射鏡62、63偏折的光路R形成一個等腰直角三角形，該三角形具有位于反射鏡62、63上的兩個反射點和由反射鏡62的入射光與反射鏡63的出射光形成的一個交點。
作為移動器具的移動單元64被設置成分別沿成像透鏡3和光傳感器2的光軸(沿箭頭所示的方向C、D和A、B)移動第一反射鏡62和第二反射鏡63。在本實施例中，通過移動單元64的單一驅動源(即步進電機)每次將反射鏡62、63移動相同的距離。
也就是說，如圖13所示，第一反射鏡62安裝在一個沿成像透鏡3的光軸延伸的第一齒條65上。第一齒條65能夠沿箭頭所示的方向C、D(即圖13所示的左右方向)移動。另一方面，第二反射鏡63安裝在一個沿光傳感器2的光軸延伸的第二齒條66上。第二齒條66能夠沿箭頭所示的方向A、B(即圖13所示的上下方向)移動。第一和第二齒條65和66被交叉地安置在不同高度的同時平行于齒條65和66移動方向的平面內。
同時與第一和第二齒條65和66嚙合的齒輪67被安置在圖13中所示齒條65和66的交叉點的右下方。齒輪67直接結合在步進電機68的軸上并被自由地前后轉動(即沿箭頭所示的方向E、F)。步進電機68被控制電路控制。
如果齒輪67被步進電機68沿方向E轉動，則第一齒條65及第一反射鏡62沿方向C移動，第二齒條66及第二反射鏡63沿著方向A移動。另一方面，如果齒輪67被步進電機68沿方向F轉動，則第一齒條65及第一反射鏡62沿方向D移動，第二齒條66及第二反射鏡63沿著方向B移動。
此外，多個穿過型光傳感器69至71，在本例中為例如三組光傳感器，被左右并排設置，用于探測第一齒條65的位置。光傳感器69至71被構造為通過遮蔽對象(即第一齒條65)來檢測光的屏蔽。
如果第一齒條65位于僅使圖13所示所述光傳感器左端的第一光傳感器69操作的位置，則說明第一和第二反射鏡62、63停止在第一停止位置(參看圖11A)。如果第一齒條65位于使第一光傳感器69和第二光傳感器70操作的位置，則說明反射鏡62、63停止在第二停止位置(參看圖11B)。如果第一齒條65位于使所有光傳感器69至71操作的位置，則說明反射鏡62、63停止在第三停止位置(參看圖11C)。
如圖11A所示，如果第一和第二反射鏡62、63位于第一停止位置，則第一和第二反射鏡62、63之間的距離相對較小，從而產(chǎn)生較小的光路長度。結果，可以獲得相對較長的適宜讀取距離L1。如圖11B所示，如果第一和第二反射鏡62、63位于第二停止位置，則第一和第二反射鏡62、63之間的距離為中等，從而產(chǎn)生中等光路長度。這樣，可以獲得中等適宜讀取距離L2。如圖11C所示，如果第一和第二反射鏡62、63位于第三停止位置，則第一和第二反射鏡62、63之間的距離相對較大，從而產(chǎn)生較大的光路長度。結果，可以獲得相對較小的適宜讀取距離L3。
在這種情況下，控制電路21也被構造成基于距離測量器具的測量結果(即距離L的判斷結果)來控制移動單元64(即步進電機68)，以將第一和第二反射鏡62、63移動到給定的停止位置。也就是說，如果距離L被判斷為長，則反射鏡62、63停止在第一停止位置。如果距離L被判斷為中等，則反射鏡62、63停止在第二停止位置。如果距離L被判斷為短，則反射鏡62、63停止在第三停止位置。
如前所述，在第六實施例中，類似于第一實施例，讀取裝置配備有焦深調節(jié)單元61，用于偏折成像透鏡3和光傳感器2之間的光路R，并因此而改變光路長度。結果，可讀長度的范圍被擴大，用于實現(xiàn)可讀長度范圍擴大的結構可以簡單和小型化。此外，移動單元也被簡化。因此，第六實施例可獲得多項優(yōu)異效果。
(第七實施例)圖14中示出了本發(fā)明的第七實施例。在第七實施例中，類似于第六實施例，作為光路偏折器具的焦深調節(jié)單元81包括第一反射鏡82和第二反射鏡83，用于在成像透鏡3和光傳感器2之間偏折光路R，使光路本身直角交叉。反射鏡82、83通過連接件84而結合為一個組件。連接件84被一個移動單元(未示出)沿著以45度面對成像透鏡3光軸的方向(即沿箭頭所示的方向G、H)前后移動。
接下來，通過將結合為一個組件的反射鏡82、83一起移動以改變光路長度。在這種情況下，反射面上的反射點隨著第一和第二反射鏡82、83的位置變化而移動，因此反射鏡82、83的表面相對較大。通過上述結構，可以實現(xiàn)與第六實施例相同或相似的效果和優(yōu)點。
(第八實施例)本發(fā)明的第八實施例顯示于圖15中。在第八實施例中，作為光路偏折器具的焦深調節(jié)單元85包括第一反射鏡86和第二反射鏡87，用于在成像透鏡3和光傳感器2之間偏折光路R，使光路本身交叉。被所述兩個反射鏡86、87偏折的光路R形成一個等腰銳角三角形，該三角形具有位于反射鏡86、87上的兩個反射點和由反射鏡86的入射光與反射鏡87的出射光形成的一個交點。這樣，光傳感器2的光軸與成像透鏡3的光軸形成一個斜角。
在這種結構下，第一反射鏡86被一個移動單元(未示出)沿成像透鏡3的光軸O(沿箭頭所示的方向C、D)移動，第二反射鏡87被一個移動單元(未示出)沿光傳感器2的光軸(沿箭頭所示的方向I、J)移動。通過改變反射鏡86、87的位置，光路長度被改變。通過第八實施例中的結構，可以實現(xiàn)與第六實施例相同或相似的效果和優(yōu)點。
在前述各實施例中，通過用于測量讀取裝置與對象之間距離的距離測量器具，反射鏡的停止位置被自動調節(jié)。然而，也可以由使用者手工操作以移動反射鏡，從而改變讀取距離。在這種情況下，距離測量裝置不總是必需的。例如，使用者可以視覺測量反射鏡的停止位置。其它方法也可以被采用，例如，如果在一個停止位置不能讀取對象，如果判斷出信息碼圖像(即對象)的離焦而導致失效，則將停止位置從前一位置切換到下一位置。也可以顯示距離測量器具的測量結果。當然，也可以采用距離測量器具和移動器具等的其它多種改型或改進結構。
本發(fā)明并不局限于上述實施例。本發(fā)明的讀取裝置不局限于手持式的。例如，組合并固設在FA(工廠自動化)系統(tǒng)中的裝置也是可行的。本發(fā)明的讀取裝置并不局限于讀取二維碼，而是還可以讀取例如條形碼等。
在不脫離其精神和根本特征的前提下，本發(fā)明可以以其它特定形式實施。因此，這里的實施例在所有方面均被認為是解釋性而非限制性的，本發(fā)明的范圍僅由權利要求而非前面的描述限定。落在權利要求的等效替代的定義和范圍內的所有變化均包含在本發(fā)明的范圍內。本領域的技術人員可以實施其它多種修改或改進。
權利要求
1.一種用于從對象光學讀取信息的裝置，包括成像器具，其在第一位置固定于裝置中，并且對來自對象的反射光進行成像；光傳感器，其在相對于所述第一位置而言的第二位置固定于裝置中，并且接收由成像器具形成的圖像；以及光路長度改變器具，其基于對象與裝置之間距離的信息來改變從成像器具至光傳感器的光路長度。
2.一種用于從對象光學讀取信息的裝置，包括成像器具，其在第一位置固定于裝置中，并且對來自對象的反射光進行成像；光傳感器，其在相對于所述第一位置而言的第二位置固定于裝置中，并且接收由成像器具形成的圖像；光路偏折器具，其在成像器具與光傳感器之間將所述反射光偏折多次；以及移動器具，其響應于對象與裝置之間距離的信息而移動所述光路偏折器具，以改變成像器具與光傳感器之間的光路長度。
3.如權利要求2所述的裝置，其特征在于，所述光路偏折器具包括一個光學器件，所述光學器件具有至少兩個反射面，所述反射面偏折所述反射光的光路，以使輸入到所述反射面的入射光路方向與從所述反射面輸出的出射光路方向相互平行且相反。
4.如權利要求3所述的裝置，其特征在于，所述光路偏折器具的光學器件具有至少一組將光路偏折90度兩次的反射面。
5.如權利要求3所述的裝置，其特征在于，被所述反射面偏折的光路方向包括與成像器具的光軸平行和垂直的方向。
6.如權利要求4所述的裝置，其特征在于，被所述反射面偏折的光路方向包括與成像器具的光軸平行和垂直的方向。
7.如權利要求3所述的裝置，其特征在于，所述反射面由選自下面一組光學器件的一種器件的表面構成反射鏡、棱鏡。
8.如權利要求4所述的裝置，其特征在于，所述反射面由選自下面一組光學器件的一種器件的表面構成反射鏡、棱鏡。
9.如權利要求5所述的裝置，其特征在于，所述反射面由選自下面一組光學器件的一種器件的表面構成反射鏡、棱鏡。
10.如權利要求6所述的裝置，其特征在于，所述反射面由選自下面一組光學器件的一種器件的表面構成反射鏡、棱鏡。
11.如權利要求2所述的裝置，其特征在于，所述光路偏折器具包括一個光學器件，所述光學器件具有兩個反射面，所述反射面偏折光路，以使輸入到所述反射面的入射光與從所述反射面輸出的反射光相互交叉，而且所述移動器具分別沿著成像器具和光傳感器的光軸移動所述兩個反射面。
12.如權利要求11所述的裝置，其特征在于，所述反射面由兩個結合在一起形成單一組件的元件提供，所述兩個元件一起被所述移動器具移動。
13.如權利要求11所述的裝置，其特征在于，所述反射面由兩個元件提供，所述兩個元件被單一的驅動器同時且以相等的距離沿各自的方向移動。
14.如權利要求11所述的裝置，其特征在于，通過分別位于相應反射面上的兩個反射點和一個由輸入到所述反射面的入射光和從所述反射面輸出的反射光形成的交點，由所述兩個反射面偏折的光路形成了一個等腰三角形。
15.如權利要求12所述的裝置，其特征在于，通過分別位于相應反射面上的兩個反射點和一個由輸入到所述反射面的入射光和從所述反射面輸出的反射光形成的交點，由所述兩個反射面偏折的光路形成了一個等腰三角形。
16.如權利要求13所述的裝置，其特征在于，通過分別位于相應反射面上的兩個反射點和一個由輸入到所述反射面的入射光和從所述反射面輸出的反射光形成的交點，由所述兩個反射面偏折的光路形成了一個等腰三角形。
17.如權利要求11所述的裝置，其特征在于，成像器具和光傳感器的光軸被構造成以直角交叉；并且通過分別位于相應反射面上的兩個反射點和一個由輸入到所述反射面的入射光和從所述反射面輸出的反射光形成的交點，由所述兩個反射面偏折的光路形成了一個等腰三角形。
18.如權利要求12所述的裝置，其特征在于，成像器具和光傳感器的光軸被構造成以直角交叉；并且通過分別位于相應反射面上的兩個反射點和一個由輸入到所述反射面的入射光和從所述反射面輸出的反射光形成的交點，由所述兩個反射面偏折的光路形成了一個等腰三角形。
19.如權利要求13所述的裝置，其特征在于，成像器具和光傳感器的光軸被構造成以直角交叉；并且通過分別位于相應反射面上的兩個反射點和一個由輸入到所述反射面的入射光和從所述反射面輸出的反射光形成的交點，由所述兩個反射面偏折的光路形成了一個等腰三角形。
20.如權利要求14所述的裝置，其特征在于，成像器具和光傳感器的光軸被構造成以直角交叉；并且通過分別位于相應反射面上的兩個反射點和一個由輸入到所述反射面的入射光和從所述反射面輸出的反射光形成的交點，由所述兩個反射面偏折的光路形成了一個等腰三角形。
21.如權利要求15所述的裝置，其特征在于，成像器具和光傳感器的光軸被構造成以直角交叉；并且通過分別位于相應反射面上的兩個反射點和一個由輸入到所述反射面的入射光和從所述反射面輸出的反射光形成的交點，由所述兩個反射面偏折的光路形成了一個等腰三角形。
22.如權利要求16所述的裝置，其特征在于，成像器具和光傳感器的光軸被構造成以直角交叉；并且通過分別位于相應反射面上的兩個反射點和一個由輸入到所述反射面的入射光和從所述反射面輸出的反射光形成的交點，由所述兩個反射面偏折的光路形成了一個等腰三角形。
23.如權利要求2所述的裝置，還包括距離測量器具，其用于測量對象與裝置之間的距離；以及控制器具，其響應于距離測量器具測量到的距離的信息來控制所述移動裝置。
24.如權利要求3所述的裝置，還包括距離測量器具，其用于測量對象與裝置之間的距離；以及控制器具，其響應于距離測量器具測量到的距離的信息來控制所述移動裝置。
25.如權利要求11所述的裝置，還包括距離測量器具，其用于測量對象與裝置之間的距離；以及控制器具，其響應于距離測量器具測量到的距離的信息來控制所述移動裝置。
26.一種利用對象的反射光而從對象光學讀取信息的方法，包括檢測所述對象與用于對反射光成像的成像器具之間的距離；以及響應于檢測到的距離，改變從所述成像器具至光傳感器的光路長度，所述光傳感器用于接收由成像器具形成的圖像。
27.如權利要求26所述的方法，還包括利用光路偏折器具在成像器具與光傳感器之間將反射光偏折多次；以及響應于對象與成像器具之間的距離而移動光路偏折器具。
全文摘要
一種光學信息讀取裝置，用于讀取信息碼例如條形碼和二維碼，包括一個固定在預定點上并且對來自信息碼的反射光成像的成像透鏡、一個安置在相對于成像透鏡而言的位置上并且接收成像透鏡所形成圖像的光傳感器、一個在成像透鏡與光傳感器之間將反射光偏折多次的光路偏折單元、一個移動光路偏折單元的移動單元、一個測量從信息碼至讀取裝置的距離的距離測量單元、一個基于距離測量單元的測量結果控制移動單元的控制器。利用移動裝置，光路偏折單元改變成像透鏡與光傳感器之間的光路長度。
文檔編號G06K7/10GK1604118SQ20041008346
公開日2005年4月6日 申請日期2004年9月30日 優(yōu)先權日2003年9月30日
發(fā)明者伊藤邦彥, 重草久志 申請人:電裝波動株式會社