CN101346729B - 用于符号体系读取器的集成照明组件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了能够以多种方式应用于读取器的多种新颖特征。在一个实施例中，光导管(244)由耐用的聚碳酸酯制造以实现增强的抗冲击性，并能够界定矩形截面。对光导管的斜切末端(230)进行纹理化或磨砂处理以进一步漫射通过该末端的折射光，从而提供更均匀的效果。光导管内的锥形/楔形漫射体(280)由反射器照明，反射器具有白色纹理表面，该白色纹理表面将多个后向照明源(282)反射回漫射体。反射器可以界定预定的截面，该截面将更多光引导到漫射体最前端的边远区域，以产生更好的光散布并减轻斑点效应。可以采用斜切光导管末端上的纹理表面来更好地投射指示器光。在光导管内端将照明源(310)设置成环，照明源可以是多色源，其响应于控制器投射适当颜色和/或以适当图案闪烁，以指示各种状况，例如读取成功或失败。控制器适于在图像获取之间提供指示。控制器可以操作环的各部分，使得在给定时刻以特定颜色仅照明光导管周边的相应部分(例如象限)。在一个范例中可以用不同颜色同时照明不同象限。

Description

用于符号体系读取器的集成照明组件
技术领域
本发明涉及机器视觉系统以及采用机器视觉的符号体系读取器，尤其涉及用于该符号体系读取器的照明器。
背景技术
机器视觉系统利用了图像获取装置，所述图像获取装置包括照相传感器，以提供所观察对象的信息。然后该系统根据各种算法对该信息进行解译，以执行编程决策和/或识别功能。为了通过传感器在可见光以及近可见光范围内最有效地获取图像，应当对对象适当照明。
在利用图像传感器进行符号体系读取(通常也称为“条形码”扫描)的范例中，非常需要适当的照明。符号体系读取需要将图像获取传感器(CMOS照相机、CCD等)瞄准包含符号(“条形码”)的目标位置，并获取该符号的图像。该符号包含一组预定图案，该图案代表一组有序的字符或形状，附属的数据处理器(例如微型计算机)可以从其导出关于该目标的有用信息(例如，其序列号、类型、型号、价格等)。可以使用各种形状和尺寸的符号/条形码。在标识和识别对象中最常用的两种符号类型是所谓的一维条形码和所谓的二维条形码，一维条形码由宽度和间距变化的竖直条线构成，二维条形码由点或矩形的二维阵列构成。
作为背景技术，图1示出了适于手持操作的示范性扫描系统100。提供了一种示范性手持式扫描用具或机头102。其包括握持部分104和主体部分106。以剖视图示出的成像系统151可以受到控制并可以将图像数据引导到板上嵌入式处理器109。该处理器可以包括扫描软件应用程序113，通过该应用程序113来控制光照，获取图像并将图像数据解译成可用信息(例如从符号(例如图示的二维条形码图像195)导出的字母数字串)。可以经由电缆111将解码后的信息引导到具有(例如)显示器114、键盘116和鼠标118的PC或其他数据存储装置112，在这里可以存储该信息并使用适当的应用程序121对其进行进一步操作。替代地，电缆111可以直接连接到扫描用具中的接口和计算机112中的适当接口。在这种情况下，基于计算机的应用程序121根据需要执行各种图像解译/解码和光照控制功能。相对于嵌入式处理器、计算机或其他处理器，手持式扫描用具的精确布置是高度可变的。例如，可以提供其中没有电缆111的无线互连。类似地，图示的微型计算机可以被另一种处理装置取代，包括板上处理器或诸如个人数字助理或其他小型计算装置的微型化处理单元。
扫描应用程序113可以适于对来自扫描用具102的输入做出响应。例如，当操作员切换手持式扫描用具102上的触发器122时，内部相机图像传感器(成像系统151的一部分)获取目标105上的关注区131的图像。示范性的关注区包括可用于识别目标105的二维符号195。身份识别及其他处理功能由扫描应用程序113基于从手持式扫描用具102传输到处理器109的图像数据来实现。可以由来自处理器109的信号来对可视指示器141进行照明，以指示对符号195进行了成功的读取和解码。
在读取符号体系或其他感兴趣目标时，所采用的照明类型是关注点。在符号体系和/或其他被观察目标是利用对比度高的墨或颜料印刷在平坦表面上的情况下，漫射型高角度“明场”照明可能会最好地突出传感器的这些特征。利用高角度，通常表示光几乎垂直地(正交地)照射到目标，或者以与垂直(正交)于被扫描物体表面相差不超过大约45度的角度照射目标。这样的照明易于大量反射回传感器。例如，可以在附着于物体或容器的印刷标签上，或者在物体或容器相对平滑区域中的印刷区域中，提供主要需要明场照明的条型码及其他目标。
相反，在符号或其他目标形成于更加不规则的表面上时，或者通过直接在表面上蚀刻或锤击(peening)出图案而生成时，使用高反射性的明场照明可能就不合适。被锤击/蚀刻的表面具有二维特性，其易于散射明场照明，由此使得所获取的图像模糊。当所观察的目标具有这种明确的二维表面结构时，可以用暗场照明对其进行最佳照明。这是一种利用相对于目标表面的特征小角度(例如大约45度或更小)的照明(即，相对于正交超过大约45度的角度)。利用这种低角度暗场照明，可以更加有效地对比二维表面结构(凹痕表现为亮点，周围表现为阴影)，以获取更好的图像。
在其他的被应用符号情况下，可以优选采用漫射型直接照明。通常利用直接投射的照明源(例如，发光二极管(LED))来产生这种照明，其经过漫射体以产生期望的照明效果。
为了充分利用相机图像传感器的多功能性，最好提供明场、暗场和漫射照明。不过，必需靠近目标提供暗场照明以获得低入射角。相反，在相对距离处更好产生明场照明以确保整个区域照明。
共同转让的均由Laurens W.Nunnink做出的题为“HAND HELDSYMBOLOGY READER ILLUMINATION DIFFUSER”的美国专利申请No.11/014478以及题为“LOW PROFILE ILLUMINATION FORDIRECT PART MARK READERS”的美国专利申请No.11/019763提供了用于改善明场(高角度)和暗场(低角度)照明的传输改进的技术，在此通过引用将其教导明确并入本文。这些技术包括提供直接明场LED和锥形和/或平坦漫射体的特定几何布置，这些部件设置于明场照明器和目标之间以更好地扩散明场光。以上引入的“HAND HELD SYMBOLOGYREADER ILLUMINATION DIFFUSER”还教导了使用特定的颜色以改进适用于特定类型表面的照明。对于很多类型的表面和/或读取器指向表面的特定角度来说，选择明场、暗场、直接或漫射光对于用户来说常常并不是直观的。换言之，一个表面看起来可能用暗场照明是最佳读取，但是在实践中，尤其是在特定视角，却优选用明场来拾取所需的细节。类似地，对于手持式读取器来说，表面和表面(部分和部分)之间的视角决不是非常一样的，一些视角用明场较好，其他视角可能用暗场更好。上述专利申请构思采用多种照明类型以获取特定表面和视角的最佳图像。
已经认识到手持式读取器提出了很多独特的问题。这些问题中的至少一些是和固定式读取器共有的。例如，制造大部分光导管的材料是丙烯酸树脂(acrylic，通称为“有机玻璃”)。丙烯酸树脂表现出高折射率(大约1.58)，这最适合于沿光导管的内部传输光。不过，丙烯酸树脂容易响应于冲击而破碎。这可能会限制手持式读取器(尤其是无绳/无线型的)的寿命和耐用性，手持式读取器预计会偶尔跌落并撞击坚硬的地板，或许会撞击光导管。尽管可以用减震材料和外壳为光导管加上铠装，但这会不利地增加生产成本、重量、突出性并可能在光学上使导管模糊。
此外，上述专利中描述的光导管可以包括斜切的末端，以经由内反射投射暗场照明。通过抛光的斜切末端的折射还产生了直接明场照明。光导管和末端的光学清晰度易于产生聚光灯效应，其中在某些表面上可以清晰地看到每个单独照明源(例如红色LED)(参见如下的图7)。这与提供均匀照明散布的典型目的相反。
而且，在采用锥形漫射体提供直接漫射照明的总体源时，现有技术器件在其如下能力方面受到限制：将来自几个个体照明源(例如LED)的光在整个漫射表面上散布并然后将其作为漫射光散布到目标上。于是，漫射光往往表现出一种特性，即局域化的光斑和暗斑效应。向漫射部分增加额外的照明源可能会受到空间和照明源的相对成本的限制，尤其是在采用成本较高的蓝色LED时更是如此。
此外，现有技术的读取器常常包括位于它们背部、顶部或另一表面上的视觉指示器，其表示读取器的当前状态(例如，电源开启/关闭、读取良好、错误、读取不良、准备就绪、未准备就绪等)。可以通过不同颜色的光(例如红色/绿色)和/或经过闪烁模式向用户提供各种信息。不过，在生产环境中，小的背后安装或顶部安装的指示器可能被忽略或在用户试图关注被读取表面时带来干扰。非常希望有一种技术，用于更加方便地将指示器与用户的主要关注点相结合。
发明内容
本发明通过提供多种新颖的特征克服了现有技术的缺陷，所述多种新颖特征可以以多种方式应用于读取器，以改进暗场/直接明场和直接漫射型照明中的照明性能。其他特征实现了增强的光导管耐用性而没有增加重量或尺寸，并通过将状态指示器靠近目标放置并显著放大指示器的总尺寸而提供了更容易读取的状态指示器。
在一个实施例中，光导管由耐用的聚碳酸酯制造，以获得增强的抗冲击性。对光导管的斜切末端进行纹理化或磨砂(frosted)处理以进一步漫射通过该末端的折射光，从而提供更均匀的效果。光导管内的锥形/楔形(tapered)漫射体由具有白色纹理表面的反射器照明，该白色纹理表面将多个后向(与照明和观察方向相反)照明源反射回漫射体。反射器可以界定预定的截面，该截面将更多光引导到漫射体最前端的边远区域，以产生更好的总体光散布并减轻亮斑和暗斑效应。可以采用斜切光导管末端上的纹理表面来更好地投射指示器光。替换地(或额外地)，可以将纹理表面应用于与导管远(前)端相邻的内壁暴露部分。
在光导管内端将照明源设置成环，照明源可以是多色源，其响应于控制器投射适当颜色和/或以适当图案闪烁，以指示各种状况，例如读取成功或失败。控制器通常适于在实际的图像获取之间提供这些特定指示，从而对图像获取进行适当照明。控制器可以操作环的各部分，使得在给定时刻以特定颜色仅照明光导管周边的相应部分(例如象限)。在一个范例中可以用不同颜色同时照明不同象限。
在示例性实施例中，光导管界定多边形(例如矩形)截面(该多边形大体被界定为至少四个线性或非线形边，四个边在角部(可以是圆滑的)处相连以形成(典型的)不等边形状)。每个边的斜切边缘处于固定的角度，从而使得北方-南方的边与东方-西方的边的长度不同(在是矩形的时候)，产生了暗场光线会聚的两种不同距离，这增大了景深。换言之，多边形(矩形)包括至少两对相对边，第一对相对边的长度不同于第二对相对边，以产生两个不同距离的暗场光线会聚点。
附图说明
本发明如下的描述引用了附图，其中：
图1已经介绍过，其是根据现有技术具有集成照明的手持式扫描系统的透视图；
图2是能够结合本发明的教导使用的手持式扫描系统的侧视截面图；
图3是图2的扫描系统的前视图；
图4是用于图2的扫描系统的照明组件和图像传感器的分解图；
图5是与图2的扫描系统结合使用的传感器和照明组件的稍微简略的侧视截面图，详细示出了各种照明类型采取的路径；
图6是图5的照明组件的光导管的稍微简略的侧视截面图，更加详细地示出了直接明场照明的投射；
图7是示出了通过抛光的斜切光导管末端将各个照明源投射到表面上的照明效果的图示；
图8是读取器观察末端的部分透视图，该读取器特征在于照明组件并在斜切光导管末端上具有带纹理表面；
图9是示出了根据本发明实施例利用带纹理斜切光导管末端实现的照明效果的图示；
图10是与传感器、触发器和照明环交互作用的图像处理器及照明控制电路的方框图，其特征在于各个象限控制和多色照明源；
图11是读取器的观察末端的局部透视图，示出了被红光照明用作指示器的带纹理斜切光导管末端；
图12是读取器的观察末端的局部透视图，示出了被绿光照明用作指示器的带纹理斜切光导管末端；
图13是读取器的观察末端的局部透视图，示出了在预定象限中被红光照明而在其他预定象限中被绿光照明从而用作指示器的带纹理斜切光导管末端；
图14是光导管、漫射体、照明源和反射器的示意侧视截面图，示出了预定的反射体几何结构，从而增强光沿着漫射体的边远区域的投射；
图15是照明组件的光导管的稍微简略的侧视截面图，详细示出了所提供的用于模制光导管的脱模角(draft angle)，并示出了漫射表面在光导管的远端处的备选放置；
图16是矩形截面光导管的大致形状的示意图，示出了北、南、东和西边缘的表示；
图17是来自图16的光导管的北边缘和南边缘的暗场光线会聚的示意表示，示出了到此处的第一距离；
图18是来自图16的光导管的东边缘和西边缘的暗场光线会聚的示意表示，示出了到此处的第一距离；以及
图19是根据本发明备选实施例的界定椭圆截面的光导管的分解透视图。
具体实施方式
图2示出了根据本发明的读取器200的示例性实施例的截面侧视图。成像器212和照明板214位于外壳206之内的抗冲击底座(未示出)上。在该示范性实施例中，处理器模块和相关的功能电子元件安装在处理器板215上。握持部分202和触发器204在功能上与外壳206以及处理器板215的组件协作。握持部分206包括方便放置的触发器204，可以由用户的手指启动该触发器，以开始图像获取和解码功能。更具体而言，按下触发器导致所有类型和颜色的照明(如下文进一步所述)同时被投射到所关注的目标上，并且使成像器相应地获取图像。
简要参考照明器，该照明板214支撑着多个LED 310，在本实施例中它们是红色的(可以使用多种颜色)。LED 310向前引导，朝向读取器的开口。这些LED位于无源光导管244后面，无源光导管244从LED 310的环向前端230内部传输光。在该实施例中，前端230包括斜切的表面232。在William H.Equitz等人做出的题为“LIGHT PIPEILLUMINATION  SYSTEM AND METHOD”的美国专利申请No.10/693626中示出和描述了用于读取器或类似应用的光导管的各种范例，在此通过引用将其教导明确并入本文。
简而言之，光从与LED 310相邻的内端开始通过导管244延伸的主体传播。该主体由透射/透明物质形成。如上所述，光导管的一个关心的问题是耐用性和抗冲击性。在本发明的实施例中，用透明的聚碳酸酯(可以从德国的BASF以商品名Makrolon购得，或者替代地从GeneralElectric Company以
Figure S2006800486668D00071
购得)制造光导管。可以利用如下所述形成为期望形状的液态树脂对该物质进行注射模制。透射光被光导管244的带角度/斜切表面232内部反射，从而以低角度朝向中心光轴270出射。尽管丙烯酸树脂表现出优良的折射率(大约1.58)，但已经发现聚碳酸酯的折射率(大约1.49)也足以实现根据本发明实施例的暗场照明所采用的光透射和内反射程度。可以用不透明涂料或另一种混合物涂布光导管244的内和/或外壁表面，以防止光泄漏到导管之内或之外。在该范例中，还沿着光导管的内表面提供屏蔽250。屏蔽250的一个功能是防止漫射光透射(如下所述)到光导管中。另一种功能是将从反射器(见下文)透射的光重新引导回到漫射体中。
在该范例中，LED 310的环用于通过来自LED的一些光经过斜切表面232的折射而与暗场效应一起产生红色直接明场效应。通常，在距表面短读取距离处(在光导管远(前)端230和表面之间＜25mm)，来自光导管230的明场照明往往不会与暗场照明相互干扰。不过，对于更大的读取距离(末端230和表面之间＞25mm)，该明场照明也是可用的。对于例如黑白印刷标记的易读代码来说这是有用的。在备选实施例中，如下所述，可以提供独立的明场照明器。实际上，很多可用的成像器包括集成的红色明场照明器。在备选实施例中，可以提供分立(discrete)颜色(例如绿色)的独立明场照明器。
注意，提供了一对瞄准LED 220(通常发射绿光)。不过，这些是可选的。这种瞄准LED可以与本文采用的商业上可获得的成像器集成。
缆线260向读取器200提供电力以及用于编码信息的解码字符串的通信传输路径，尽管构思的是可将读取器200配置成电池电源以及无线通信，以实现完全的便携灵活性。
还参考图3，示出了读取器200的前视图。用光导管244周边周围与远端230一致定位的一系列相邻X表示向光导管244发光的各LED(或其他合适的光元件)310的分布和布置。示例的LED放置产生了大致均匀的光照效果。这里所用的这些光元件和其他元件的放置都是高度可变的。此外，可以控制光元件的寻址，从而使得在特定时间仅激活特定的元件，以产生期望的总体暗场照明强度和/或目标上暗场照明效果的偏置(例如一侧比另一侧亮)。下文中进一步描述了这种可变寻址特征，并且在上文并入的美国专利申请和其中引用的其他共同转让的美国专利申请中，更详细地描述了该特征。
现在还参考图4的分解图，该图更详细地示出了关于成像器212的总体照明组件的部件。如图所示，已将上述的各种照明组件部件分开，以揭示各个结构细节。成像器212位于视图的左侧。照明板组件214位于其前方。照明板214和LED 310前方放置的是光导管244的近(或基)端410，该端接收从LED 310发射的光并在内部将其传输到斜切远端230。楔形(也不严格地称为“锥形”)漫射体280(还参考图2)嵌套于光导管244之内，狭窄的近端开口420与成像器212相邻地提供，展宽的远端开口422位于相对末端。在示例性实施例中，可以由内部磨砂/带纹理的薄(1-3毫米)聚合物材料制造该漫射体280。如上所述，靠着光导管的内部提供薄屏蔽250，以阻挡漫射体的透射光进入光导管244。通过这种方式，从漫射体发射的光不会与光导管的传输混合。
在屏蔽250和漫射体280内表面之间的区域中空间可能是受到限制的。此外，在很多实施例中设想采用高输出蓝色LED为漫射照明提供蓝色，这种LED成本比红色或绿色LED更高。于是，高度希望使用更少数量的这种LED。采用的个体照明源越少，为避免在关注表面上的亮斑和暗斑效应而在漫射体周围散布光的需求就越大。为了使用最少数量的个体照明源实现漫射照明的期望散布，通过一组(四个)安装在与光导管LED 310的环相对一侧上的照明板214上的后向投射LED 282，来提供由漫射体投射的光。这些LED 282向后投射到圆锥形、球形、抛物面(或其他形状的)反射器290中，该反射器290在漫射体280的整个内表面中散布反射光，使得光作为基本均匀散布的直接漫射光出射到关注表面上。如以下所进一步描述的，可以对反射器的形状加以优化以改善光沿着锥形漫射体的散布。在该实施例中，用具有白色纹理表面的聚合物制造反射器290以进一步漫射从其反射的光。利用漫射性反射面的这样间接投射光大大有助于减少用于投射漫射照明的漫射照明LED 282的数量，由此降低了生产成本和功耗。如上所述，在本实施例中，漫射照明LED 282是高输出蓝色LED。不过，用于每种照明的具体颜色是高度可变的。不过，非常希望漫射照明在光谱上与暗场照明充分间隔开，以实现两种波长的光的充分分辨。
提供半透明的“锥形”滤光器292。滤光器292适于滤除具有更大波长的光，从而允许更小波长的蓝光通过漫射体并到达表面上，但是防止从表面反射的任何红光被再次透射，否则的话，这种反射的红光往往会像漫射红光那样与红色暗场照明一起被再次透射。红光和蓝光之间波长的散布度足以在不影响任何类型(暗场/直接明场与直接漫射)照明的性能的情况下实现这种滤光。滤光器292与漫射体的外(暴露)表面的形状保持一致，可以利用本领域普通技术人员应当清楚的各种固定技术将其固定或贴附到漫射体表面上。注意，通过利用彩色漫射体(参见以下图6)来代替该独立的滤光器(292)，也可以获得类似的效果。应当这样选择颜色，使得漫射体透射漫射光(在本实施例中为蓝色光)，但是不反射从光导管传输的暗场光(在本实施例中为红色光)。
于是，总而言之，根据示例性实施例至少提供了两组分立的照明发射器(例如LED)，即直接漫射发射器282和暗场发射器310。根据示例性实施例，每组分立的发射器282和310都产生对应的分立照明颜色。例如，可以通过蓝色LED产生直接漫射照明，可以通过红色LED产生暗场(和直接明场)。使用两种分立的颜色允许使用照明组件中的滤光将每种照明限制在其具体应用而不会相混。在该实施例中，每种照明产生由成像器212接收的图像。在本实施例中的成像器包括从彩色光产生灰度级图像的常规单色传感器。注意在备选实施例中可以采用彩色传感器。在Laurens W.Nunnink做出、与本申请在同一天提交的、题为“SYSTEMAND METHOD FOR EMPLOYING COLOR ILLUMINATION ANDCOLOR FILTRATION IN A SYMBOLOGY READER″的共同转让美国专利申请中示出和描述了一种这样的实现方式，在此通过引用将其教导明确并入本文。
现在参考图5和图6，其大致绘示了由照明组件的光导管244和漫射体280实现的照明图案。首先参考图5，相对于成像器组件212(以及相关的透镜结构240)示出了漫射体280的一种实现方式的截面，其具有在上文中大致描述的光导管244。将暗场照明(光线510)引导到光导管244中，在斜切远(前)端230处内部反射该光线，从而将其以低角度引导到目标表面520处。在以上并入的William H.Equitz等人做出的题为“LIGHT PIPE ILLUMINATION SYSTEM AND METHOD”的美国专利申请No.10/693626中，可以找到利用被选择性启动的照明来提供暗场照明的无源光导管的基本设计和实施的更多信息。通过离开反射器290反射以及进入并且经过本实施例的漫射体280，将来自蓝色LED 282的直接照明(光线532)转换成总体漫射直接照明。由此漫射体280将漫射照明在视场之内投射到目标表面520上，该视场被示出为短划线540所界定的区域。在本实施例中，漫射体280自身是半透明的，没有彩色色调或彩色过滤效果。在备选实施例中，可以对漫射体着色以产生期望的颜色和/或充当滤色器(利用彩色或白色照明源(282))。应当指出，可以构造并布置根据本实施例及其他这里所述的实施例的漫射体280，以便可拆除地附着到手持式扫描用具。在一个范例中，可以除去漫射体以允许发射器282作为非漫射直接明场照明工作。可替代地，漫射体可以设有可移动的挡板，该挡板有选择地暴露整个漫射体中的透明(非磨砂/非漫射)窗口。可以通过在漫射体和光导管242中结合允许可移除组件(未示出)的锁扣配合缝隙和/或特征来实现漫射体280的可移除性。
在本实施例中，通过经由光导管244的斜切末端230的光的折射，提供直接非漫射明场照明(参见图6中的光线620)。尤其如图6所示，沿着导管244内部反射的光的一部分作为较高角度(通常相对于轴表面520大于45度)的明场光(光线620)，直接从斜切末端230出射。剩余的光被斜切末端230内反射，如以上大致所述，在与导管244的内角630邻近处出射。注意，在备选实施例中可以修改光导管，使其包括平坦的环(位于垂直于轴270的平面中)。这将允许额外的明场光被直接传输到表面520上。类似地，在备选实施例中可以使用其远端形成有平坦(未斜切)环的嵌入式光导管，用于沿着与所示的暗场光导管244分开的波导管直接传输明场光。在具有分立颜色的照明器用于直接明场光的情况下这可能是有用的。可替代地，在采用可选的直接明场发射器时，可以这样定位它们以通过漫射体280的清晰/透明部分(未示出)投射光。
尽管为简单起见在该图中未示出，但可以设想，可以在漫射体上方采用滤光器(以上的292)，以防止反射的暗场(和明场)光移进漫射体280中。
如以上背景技术中所述，根据标记读取器的各种现有实施的照明器光导管包括抛光的远端。简单参考图7，示出了利用具有抛光末端的光导管获取的反射面的图像710。该图像710清楚地示出了照明环中单个照明源产生的轮廓斑点720。这些斑点导致稍微损坏的照明图案，这可能会影响标记730的获取。
参考图8，读取器200设有照明组件800，该照明组件包括根据本发明实施例的光导管810。光导管810在其前向周边附近包括斜切末端820，其具有如上所述的大致尺寸和形状。值得注意的是，对斜切末端820的图示外表面830进行精细的磨砂处理或纹理化。这为作为直接明场照明出射的光(参见图6)以及作为暗场照明而出射的内反射光提供了柔和的漫射效果。所得的漫射产生了如图9所示的图像。注意，围绕标记930的光920的环更加均匀，而且标记自身比图7所示的抛光末端版本的结果呈现出更好的对比度。
沿斜切末端提供的磨砂或纹理表面830方便了对根据本发明实施例的读取器状态进行新颖和期望的显示。在详细描述状态显示之前，参考图10，其示意性示出了读取器的照明和图像处理系统的基本组件。读取器的电路板(图2中的215)包括处理器和照明控制器，它们被示意性地表示为处理器/控制块1010。处理器/控制1010可以采用常规的图像处理和标记识别/解码过程。处理器/控制1010从触发器(块1012)接收信号，该信号用于操作照明组件并经由成像器(块1014)获得图像数据。在处理器1010的控制下，在图像获取之前和期间操作瞄准LED(块1016并参见图2中的220)。这些操作用于使用户在获取过程期间保持与标记对准，尤其是在与目标表面的偏距处执行扫描时。为此，要指出的是，根据本实施例获取图像涉及到以定时顺序经历多个照明类型(暗场和漫射)的步进，在每种照明期间进行标记的相关图像的获取。通常，选择最佳图像(或图像组合)来对标记代表的数据解码。在获取之前或获取之后，读取器可以指示出各种状态代码，例如读取准备就绪、读取成功、读取失败等。在下文中介绍这些指示器。
在步进过程中，处理器1010指示照明环(块1020)进行照明。处理器然后指示漫射照明器(块1018)进行照明。如以上引用并入的各专利申请中所述，环1020可以包括单独的多组LED(或其他照明源)，在该范例中，LED形成为象限，即顶部/北方1022、底部/南方1024、右部/东方1026和左部/西方1028(从外部向着读取器前端看)。可以由处理器对这些象限进行逐个寻址。这允许改变每个象限的输出以便在目标上产生期望的效果。当读取器以与目标表面不垂直的角度设置或目标表面不平坦时，这尤其有用。可以包括各种自动调节过程，以在象限之间有效地循环切换各种光照设置，从而确定实现最佳图像的布置/轮廓(profile)。在该实施例中，个体照明源(LED 1030)是市场上可买到的多色LED(在本实施例中为红色和绿色，由每个LED 1030中间的分离线示意性表示)，其能够响应于处理器1010投射两种颜色中的任一种。从成像的角度来说，在为暗场和直接明场提供不同颜色的情况下这可能有用。更值得注意的是，照明环的多色能力允许光导管(尤其是磨砂的末端820)以多种颜色投射高度可见的与目标相邻的指示器光。
图11总体上详细示出了为了为用户提供指示器而对光导管810进行的照明。在该范例中，通过环中适当的LED组用红色(由带圆圈的R表示)照射带纹理斜切边缘820的四个象限1110、1120、1130和1140。磨砂表面实际上产生提高指示器观察性能的明亮的漫射色带。可以作为连续或闪烁信号，在图像获取之前、期间或之后照明该指示器。可以用莫尔斯(Morse)码的方式对闪烁进行定时以实现期望的状态消息。应当清楚，在光导管的远端(接近标记，用户将会将他或她的注意力集中在该处)提供大的清晰可见的指示器光能够提供高度有效的指示器，其不会将用户的注意力从目标转移开，并且无论读取器是靠近目标表面放置还是从其隔开，该指示器都是可见的。实际上，在偏距处，指示器自身向表面投射彩色光，进一步将用户的注意力聚焦到手头的任务上。
如图12所示，用绿光(由带圆圈的G表示)照射所有的光导管末端象限1110、1120、1130、1140。这可以是无间断的(连续绿色)或闪烁的指示器。也可以根据任意预定模式交替闪烁红色(或另一种颜色)，以提供特定的消息。
如图13所示，指示器的特征在于由光导管边缘的不同象限(或其他部分)同时显示两种(或更多种)颜色。在该范例中，顶部的象限1110为红色，左部的象限1140为绿色。分别相对的底部和左部象限1120和1130也可以是红色和绿色。该图案可以闪烁或者交替(例如红色和绿色切换)。类似地，可以进行唯一的颜色轮换，其中每个象限依次改变成不同的颜色，使得颜色改变看起来绕着周边移动。可构思任何看得见的和合乎需要的颜色移换来作为根据本发明的指示器。
现在参考图14，其示出了上述反射器形状的变化。如上所述，锥形漫射体280的长度和角度(A)(典型地相对于每个象限中的轴270小于45度)在漫射体280的内壁和屏蔽250之间界定了偏僻的远端区域1410，其体积小，并且来自反射器1420的光难以充分填充。照明板214的内周边和漫射体的内壁之间的间隙进一步阻挡了光透射到这些边远区域1410中。于是，本实施例的反射器1420的反射面1422包括多个台阶1424、1426、1428、1429，这些台阶被设计成向着漫射体的各部分，包括边远区域1410，引导来自LED 282的反射光(光线1430)的特定部分。注意，与反射器中的中央窗口1450(成像器通过它观察目标)相邻，在截面中形成的多个小的带角度台阶1429尤其适于沿着边远区域1410将来自光源282的光线1430传输到各点，以得到沿着整个漫射体表面的优化的光散布。在本实施例中的反射器1420还包括纹理表面和白表面色彩，以实现最大的漫射。在备选实施例中，可以采用不同的表面颜色和表面加工。通过这种方式，实现了对整个漫射体表面的更均匀照明，并使目标上亮斑和暗斑的存在最小化。
尽管根据本发明实施例示出和描述了台阶式反射器1420，但明确构思成可以在备选实施例中采用具有各种表面截面轮廓的反射器。这样的反射器应当适于使用光学聚焦技术沿着具有本文大致构思的形状的楔形或锥形漫射体的长度散布光，以免在关注表面的局部区域上出现不希望的斑点。
构思可以通过包括喷砂处理或对已抛光表面的锤击(peening)的各种技术来生产根据本发明各实施例的具有纹理或磨砂斜切末端的光导管，即需要从浇注的树脂模制光导管的期望的构造技术。斜切末端位于模具底部附近，(邻近照明环的)后端位于模具的顶部，已抛光的导管在该位置处从模具弹出。模具的底部设有磨砂或纹理图案，以便在抛光导管的斜切末端上形成该表面效果。参考图15，其示出了光导管244的截面。模具被构造成具有成楔形的轻微脱模角，使得所得的光导管244界定一对其间具有大约至少2度的脱模角AD的内壁(每侧相对于轴270为1度)。由于模具包括磨砂/纹理表面，因此将脱模角设置为大约2度，而不是用于平滑模制部件的典型的1度。该2度的脱模角较好地克服了在抛光的导管和纹理化模具表面之间产生的可能的粘附效应。当向斜切末端230应用了纹理的时候采用这种脱模角。注意，每个斜切末端230都在其间界定了大约70度的角度(每个末端相对于轴270大约为35度)。不过，应当清楚，在普通技术知识的范围内，用于形成这里的光导管和其他部件的技术可以有所变化。
进一步参考图15，根据备选实施例，可以在末端位置1520处将磨砂或纹理饰面施加到光导管244的内壁。该位置1520暴露于漫射体280的远端和上述屏蔽250之外，以允许暗场光(光线510)无阻碍地传播。这导致反射的暗场光在照射到标记表面之前先通过漫射性结构。注意，在本发明的实施例中也可以将纹理表面应用于外侧(位置820)。可替代地，可以酌情有选择地将纹理表面仅施加于内部位置(1520)或外部位置(820)之一。应当指出，在向位置1520处的内壁施加纹理时，实际的脱模角AD(图14)一般会大于2度。适当的脱模角可以由模制塑料部件领域的技术人员决定。
根据上述实施例，光导管的一般截面周边形状为矩形(从通过轴270的平面所看)。出于本说明书的目的，术语“矩形”应当包括矩形的边与直线形状有些许偏差的情形。换言之，这里的矩形形状可以包括例如如图所示和所述的曲线弧形。通常，术语矩形应当被一般性定义为这样一组线性或非线性边，所述边在四个角(可以是基本圆滑的角)的每个处相交，使得两个相邻边的大致方向以大致九十度改变。图16中示出了矩形光导管1610的高度一般化的表达。如上所述，可以按照北方(箭头N)、南方(箭头S)、东方(箭头E)和西方(箭头W)来定义矩形光导管1610的边1620、1622、1624和1626。类似地，可以相应地将远端斜切末端的每个边缘表示为EN(北方边缘)、ES(南方边缘)、EE(东方边缘)和EW(西方边缘)。北方边缘EN和南方边缘ES之间的长度LNS(在本实施例中)短于东方边缘EE和西方边缘EW之间的长度LEW(LNS＜LEW)。注意，在备选实施例中，可能是相反的情况(LNS＞LEW)，或者这些测度可以是近似相等的。
参考图17和18，将沿着每条边的斜切边缘设置成同样的固定角度(在本实施例中为大约55度)，从而产生以大约32度的平均固定角度θ(表示斜切角度的一半与所引起的1度的脱模角以及在光从导管内壁出射时的进一步折射)在点1710处会聚的暗场光线。由于距离LNS小于距离LEW，对于一对相对边EN和ES的光的会聚距离DNS小于来自一对相对边EE和EW的光的会聚距离DEW。于是这种布置通过为标记提供两种不同的照明距离范围从而为读取器提供了更宽的景深。在本发明的实施例中，长度NS大致为3cm，长度EW大致为4.5cm。DNS大致为.92cm，而DEW大致为1.23cm。于是为更大的景深提供了超过0.31cm的适宜差值。
除了利用两个投射距离提供更大景深之外，与圆形光导管和其他普通等边形状的光导管相比，上述矩形光导管形状还提供了若干优点。矩形形状更加密切地符合市场上可买到的传感器表现出的常规4∶3水平垂直比。矩形截面获得了比圆形导管所提供的暗场范围更大的暗场范围。在总高度方面它还允许实现更小外形轮廓的读取器。此外，如上所述，在导管上使用分立的“边”能够更容易地控制独立的象限。
注意，尽管这里所述的实施例总体上构思成由角部连接相邻边的稍微多边形形状，但可明确地构思成可以提供“边”之间连续弯曲的连接。照此，应当将术语“边”和一对相对边理解为包括椭圆，其中长轴跨越的相对边在长度上大于短轴跨越的相对边。通过这种方式，每组边都产生不同的暗场平均会聚距离，由此产生期望的增大景深。为此，图19详示了可以适用于本发明实施例的椭圆截面光导管1910(在适用的情况下适当地重新设计照明环和漫射体的形状)。光导管1910的远端在具有角度的斜切末端1920处结束，并其如本文大致所述那样工作。斜切末端的边缘大体上界定了一对相对的北方边和南方边(分别为1930和1932)以及东方边和西方边(分别为1940和1942)，这些边以不同的距离间隔。在这种情况下，这些距离(分别)是椭圆的短轴MIA和长轴MAA。在该实施例中，“边”的特征可以是：以任意的边界或以“连续弯曲的角部”彼此连续地融合到一起。可明确地构思这种基本椭圆形的各种变化。在任何情况下，对于给定的固定斜切角而言，这些边产生至少两个分立的光线会聚距离。
从上述实施例应当清楚，这里描述了一种具有优异照明和标记读取能力的读取器。这种读取器减轻了现有技术读取器遭遇的很多弊病，并提供了改进的目标照明、状态指示和总体耐用性。
上文是本发明示例性实施例的详细说明。在不脱离其精神和范围的情况下可以做出各种修改和增补。例如，可以将这里所述的各种特征的任一种与这里根据备选实施例所述的一些或所有其他特征组合。此外，尽管提供了多个多色LED，在备选实施例中也可以在照明环上彼此相邻地设置均为多种颜色的个体单色LED。类似地，尽管示出了被分成象限的环，根据备选实施例可以提供对整个环的任意可接受的分割。根据其实施例可以使整个环的某些部分与其他部分一起工作。例如，顶部和右部可以总在一起工作，或者顶部和底部可以总在一起工作。类似地，可以采用其他的环颜色，例如黄色来提供更多类型的指示器。可以使用多色照明源或多个相邻的个体照明源(或个体和多色源的组合)来产生期望的环颜色集合。此外，尽管示出和描述了矩形光导管，但可以通过提供具有由角部连接的超过四个边的非等边形状(例如，倾斜的六边形)来获得更大范围的景深。本发明构思具有在角部(其可以是圆化的)连接的四个或更多边(直线或曲线)的多边形光导管截面。最后，明确构思，可以将这里所述的任何过程或步骤实现为硬件、包括在计算机上执行的程序指令的软件或者硬件和软件的组合。因此，本说明书仅用于举例，而不是以另外方式限制本发明的范围。

Claims (12)

1.一种用于标记读取器的照明组件，包括：
光导管，所述光导管具有远端，所述远端沿外表面界定斜切末端，所述斜切末端通过内壁将内反射光投射到表面上作为暗场照明，并且将折射光投射到所述表面上作为直接明场照明，所述远端包括具有漫射表面纹理的外表面。
2.根据权利要求1所述的照明组件，其中所述光导管由聚碳酸酯制造。
3.根据权利要求1所述的照明组件，还包括设置成环的多个照明源，所述照明源与所述光导管光通信，所述照明源与控制器互连，所述控制器适于投射来自所述照明源的照明光，从而在获取表面图像的表面照明事件之间的时间内指示所述读取器的预定状态。
4.根据权利要求3所述的照明组件，其中所述照明源包括多色LED，其在预定时间投射一种或多种颜色以指示所述预定状态。
5.根据权利要求4所述的照明组件，其中所述控制器适于在所述光导管边缘的不同的部分上同时投射至少两种颜色，以指示所述预定状态。
6.根据权利要求4所述的照明组件，其中所述控制器适于使得所述照明源闪烁，以指示所述预定状态。
7.根据权利要求1所述的照明组件，还包括位于所述光导管内周边之内的楔形漫射体，所述楔形漫射体与反射器光通信，所述反射器从多个后向照明源接收光，所述后向照明源以与来自所述斜切末端的光向所述表面投射的方向相反的方向进行投射。
8.根据权利要求7所述的照明组件，其中所述反射器包括适于将光引导到邻近所述斜切末端的所述漫射体的边远区域的表面轮廓。
9.根据权利要求8所述的照明组件，其中所述反射器包括多个台阶，所述多个台阶中的至少一个向着所述边远区域聚焦一部分光。
10.根据权利要求7所述的照明组件，其中所述后向照明源以与在图像获取期间从所述斜切末端投射以照明所述表面的颜色不同的颜色，通过所述漫射体向所述表面上投射光。
11.根据权利要求10所述的照明组件，还包括滤光器，其允许来自所述漫射体的颜色通过，并防止来自所述斜切末端的颜色被所述漫射体再次透射。
12.根据权利要求1所述的照明组件，其中所述内壁和所述斜切末端中的至少一个包括漫射表面纹理以减少分立照明源造成的斑点效应。
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