CN101401107A - 使用光栅扫描进行数据读取的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供了用于读取位于被移动通过读取体的物品(10)多重侧面的光代码的系统和方法。在一种方法中，利用高速光栅激光束和非反向的聚光元件(160)，光符号被读取，包括步骤：沿物品方向移动包含光代码的物品越过设置于扫描仪外壳或底板的表面中的窗口(102，154)；经由第一扫描机构，在第一方向并沿单线以相对表面第一倾斜和/或倾斜角(104，106，108，110)通过窗口重复地扫描，以对于物品的一个或更多侧面的两个维度获取扫描的数据；经由第二扫描机构，在第二方向并沿单线以相对表面第二倾斜和/或倾斜角(104，106，108，110)通过窗口重复地扫描，以对于物品的其他一个或更多其他侧面的两个维度获取扫描的数据；并且处理已获取的扫描的数据。窗口可以以狭缝(102，124，128)的形状形成，所述狭缝通常在横向于物品方向定向。优选的构造是在斜置场面成像条件(Scheimpflug条件)中使用线性成像器或者平面(二维)成像器以成像有景深的平面的完全的固态实现。

Description

使用光栅扫描进行数据读取的系统和方法

技术领域

【0001】本公开的领域涉及数据读取的光学读取器和方法，并且更具体地涉及使用少量的高速扫描线来产生光代码的光栅图像的方法和系统。

背景技术

【0002】传统的固定扫描仪使用马达/平面转轮(facet wheel)以将激光束扫描经过多个模式镜，以便产生全方向的扫描模式。图1说明了传统的固定扫描仪10的示意图。扫描仪10包括激光二极管15，其产生被定向到平面转轮20的激光束17。平面转轮20由马达21以较高速率旋转地驱动，一般为几千转每分钟。平面转轮20将光束扫描经过多个模式镜22(只示出了一个模式镜)，其中扫描的光束反射离开一个或多个模式镜以形成被投影通过窗口24并进入扫描体中的扫描线。

【0003】反射离开条形码5的回程光被反向地聚集在模式镜22、平面转轮20上，之后聚集在聚光镜26(或替代地，透镜)上，通过该聚光镜26被聚焦朝向检测器28。

【0004】多条扫描线被产生以形成全方向的扫描模式，其经设计成能够扫描在任何方位通过扫描体的条形码。扫描效率的重要方面是侧面覆盖度，即物品的哪些侧面可以被扫描，所述物品被定义为六面立方体或者六面矩形箱状形式。L扫描仪已经用来提高物品侧面覆盖度。L扫描仪，比如美国俄勒冈州Eugene的PSC有限公司生产的

8500扫描仪，具有以普通“L”形状定向的两个窗口，一个窗口通常垂直定向而一个窗口通常水平定向。

8500扫描仪具有扫描物品的所有六个侧面的独特能力：(1)底侧面主要由来自水平窗口的扫描线扫描；(2)前沿侧面(即左侧面，假定右至左的扫描方向)由来自垂直窗口和水平窗口的扫描线扫描；(3)拖尾侧面(即右侧面，假定右至左的扫描方向)右来自垂直窗口和水平窗口的扫描线扫描；(4)前面侧面(即，面对垂直窗口的侧面)由来自垂直窗口的扫描线扫描；(5)后面或检验侧面(背向垂直窗口的侧面)由来自水平窗口的扫描线扫描；(6)顶侧面(背向水平窗口的侧面)被来自垂直窗口的扫描线扫描。

【0005】图2图解说明了通过

8500扫描仪的水平窗口产生的扫描模式30。

8500扫描仪的平面转轮以大约100次/秒(6000转/分钟(rpm))旋转。由于平面转轮上的每个小面的不同角坐标，扫描模式由通常平行线的族(或者组)构成。对于8500扫描仪，有四个小面，每个小面相对于旋转轴以不同的角度排列，所以每个扫描族有四条平行线。如图2的模式30中所示，在水平窗口上存在八个不同的模式镜组，导致32条扫描线。

【0006】扫描模式30受限于平行线的族的使用。需要相对较多的物理空间来产生扫描模式。如图1的系统10中所说明，产品有很大的纵深以包含模式镜和平面转轮。根据扫描发动机的设计，产品可以甚至更深或更长以控制聚光(collection)。扫描线必须从窗口的边缘横向之外的点发出，这就要求产品在两个维度上要比窗口宽。

【0007】因为在典型的平面转轮扫描仪中聚光是反向的，所以平面转轮需要很大。尤其因为少量的小面(典型地三个或者四个)，所以偏差可能很大，引起马达/平面转轮组件的较大功耗。大平面转轮在轴承上还产生很大的负载，影响马达的寿命。由于高速的旋转，平面转轮的反射面的光学性能难以维持。另外，由于来自高速旋转的较大应力，必须小心以确保这种平面转轮的结构整体性。

【0008】因为扫描模式通过空间地覆盖窗口以在所有角度照射产品来读取条形码，所以窗口必须相当大。对于带有水平窗口的扫描仪，蓝宝石或其他耐划表面用来提供将在产品滑过窗口的恶劣环境下耐用的表面。这种窗口的成本很高，并因而是产品中相当大的成本因素。

发明内容

【0009】本公开针对一种扫描在移动通过扫描体的物品上的光代码的方法和系统。优选地，光代码可以位于物品的任何侧面上并处于任何方位。在优选实施例中，使用偏转激光光束和非反向聚光元件来产生产品的光栅图像。

【0010】另一个实施例针对读取光符号的方法，包括如下步骤：将包含光代码的物品沿物品方向移动通过窗口；通过窗口沿形成扫描平面的单一扫描线重复地读取，以获取关于两个维度的光栅模式；从光栅模式提取多个虚拟线模式，所述虚拟扫描线模式对应于通过扫描体的物品的不同速度；处理每个虚拟扫描线模式以解码光代码。

【0011】本公开的这些和其他方面通过下面的说明书将变得更加明显，该说明书在结合附图阅读时用来说明优选的实施例。

附图说明

【0012】图1是采用平面转轮的现有技术扫描机构的示意图。

【0013】图2说明了在图1的扫描仪水平窗口的扫描模式。

【0014】图3是光栅扫描仪的扫描仪参照系的示意图。

【0015】图4是光栅扫描仪的物品参照系的示意图。

【0016】图5说明了条形码标签的光栅扫描。

【0017】图6图解说明了具有单一狭缝的光栅扫描仪。

【0018】图7-8图解说明了具有多个狭缝的L型光栅扫描仪。

【0019】图9图解说明了根据优先实施例的非反向聚光机构的侧视图。

【0020】图10是图9的机构的俯视图。

【0021】图11是扫描分辨率参数的图示。

【0022】图12是包括复合抛物面聚光器的聚光系统的透视图。

【0023】图13是图45的替代实施例聚光透镜系统的俯视图。

【0024】图14是图45的替代实施例聚光透镜系统的侧视图。

【0025】图15是电子扫描发生器的示意图。

【0026】图16是替代电子扫描发生器的示意图。

【0027】图17是说明扫描线产生方法和象素选择方法的图示。

【0028】图18-21是单一X模式在四个不同物品速度时的扫描模式的图示。

【0029】图22-25是带有附加扫描线的X模式在四个不同物品速度时的扫描模式的图示。

【0030】图26-29是说明了扫描线间隙的扫描模式的图示。

【0031】图30-32是用于填补扫描线间隙的扫描模式的图示。

【0032】图33-36是表示实际扫描模式的不同空间密度的密集扫描模式的图示。

【0033】图37是有两个轴的光栅扫描仪在一个扫描窗口上光栅扫描(rastering)的光栅扫描仪的原理图。

【0034】图38是用于图37的扫描仪的扫描机构的原理图。

【0035】图39是根据替代实施例的线性成像光栅扫描仪的原理图。

【0036】图40是根据使用Scheimpflug光学器件的替代实施例的线性成像光栅扫描仪的原理图。

【0037】图41是聚光器元件的横断面视图和简化光线追迹。

【0038】图42是根据优选实施例的聚光透镜的透视图。

【0039】图43是图42的聚光透镜的宽场(俯视)轴的简化光线追迹。

【0040】图44是图42的聚光透镜的窄场(侧视)轴的简化光线追迹。

【0041】图45是替代实施例聚光透镜系统的透视图。

【0042】图46是根据一个实施例的虚拟扫描线的角度方位的表示。

【0043】图47是根据一个实施例的线性成像系统的侧视图。

【0044】图48是图47的线性成像系统的俯视图。

【0045】图49是图47的线性成像系统的成像象素的条形码目标视图和激光线。

具体实施方式

【0046】虽然在下面描述了关于高速光栅扫描仪的某些优选实施例，但是本领域技术人员将认识到此处描述的原理对于其他的应用是可行的。尽管将描述关于扫描条形码的某些优选实施例，但是应该理解此处描述的原理适用于其他类型的光代码(例如，一维、二维、Maxicode、PDF-417)以及其他物品比如指纹的成像。

【0047】在优选配置中，光栅扫描仪设置在扫描地点比如零售公司的结账柜台，并且物品经过扫描区/场。代替于产生空间扫描模式，根据优选实施例的光栅扫描仪针对正在经过扫描场的物品产生单一扫描线。扫描线形成物品经过的平面。与传统的固定扫描仪相比，所述扫描线具有快速的重复率。从这种扫描线收集的数据建立光栅图像，其Y方向由扫描操作建立而X方向由越过扫描线的产品的运动建立。

【0048】所述操作与传真机类似。一个不同在于操作员移动产品越过扫描线(即，通过扫描平面)，而不是机动皮带将纸张移动越过传真机的光栅扫描机构。另一个不同在于光栅扫描仪优选地在相当大的景深上成像。产品越过扫描线的人类动作的不规则性将引起所捕获的图像中的几何变形，但是因为大多数人类动作特别在高速度时是相对地平稳的，所以这种变形是可容忍的，因为条形码信息可容忍一些变形。需要注意在光代码扫描中有两种不同的参照系(观察点)，即物品的观察点和扫描仪的观察点。图3-4说明了这两种参照系。从图3中所示的扫描仪参照系，扫描仪重复地发出单一扫描线，同时产品移动越过/通过扫描线的平面，由此改变扫描线照到产品的位置。从图4中所示的物品参照系，物品是固定的而条形码扫描仪移动经过该物品(以相反的方向)，以提供经过产品的许多照射。物品参照系更有帮助于理解扫描仪的操作。

【0049】考虑条形码在底部的产品并使用图4的物品参照系，扫描线在物品上形成光栅模式12，如图5所示。所述光栅模式12可以认为与传真机的操作方式类似。一条线被扫描并被转换为强度分布。然后，物体/物品被移动某个距离并且重复此过程(即，另一条线被扫描)以产生大量线，结果形成二维光栅图像。可以理解，虽然沿光栅扫描线的图像的范围由系统的光学器件决定，但是因为物体何时出现在视场中是未知的，所以另一轴是不定范围。在特定的物品速度和扫描线重复率下，形成特定的线线间隔，限定了该轴的分辨率(以及激光光斑尺寸)。在特定的扫描速率时物品移动得越快、分辨率越低并且物品移动得越慢，则分辨率就越高(直到受限于因激光光斑尺寸的分辨率)。

【0050】为了读取物品的多个侧面，多个光栅模式可能是必需的。用于固定的光代码扫描仪的三个主要配置是：(1)平顶水平扫描仪；(2)垂直扫描仪；和(3)具有水平组件和垂直组件的L形扫描仪。每一种配置将优选地产生四条扫描线以便提供多面读取，而L扫描仪优选能够读取物品的全部六个侧面。

【0051】图6说明了具有与物品移动通过扫描体的方向垂直设置的单一细长狭缝102的水平扫描仪100。如果扫描仪包括一体化的扫描仪-台秤，那么狭缝102将设置在称重浅盘(platter)内部。在这个实施例中，从站在扫描仪的前面靠近前沿(操作者的位置在图右边较低侧)的操作者观察，扫描仪100是关于正从右向左通过扫描体的物品描述的。扫描仪100配有四个扫描线发生器，每个发生器产生定向通过狭缝102的扫描线：(1)前沿扫描线104(斜地指向上和向右)，用于读取扫过狭缝102的物品的前沿左侧面和底侧面；(2)拖尾扫描线106(斜地指向上和向左)，用于读取拖尾右侧面和底侧面；(3)指向前面的扫描线108，斜地指向上并朝向操作者，用于扫描后侧面(即，背对操作者的侧面)，并且也可能是底侧面；和(4)指向后面的扫描线110，斜地指向上并远离操作者，用于扫描前侧面(即，面对操作者的侧面)并且也可能扫描底侧面。替代地，这个单一狭缝102可以被垂直地定向以作为垂直扫描仪操作。这种扫描仪根据其装配的方位可以被配置成在垂直扫描仪或水平扫描仪之间是可转换的。在另一种配置中，扫描仪100可以被水平地配有朝下的狭缝102，以作为上部扫描仪操作。

【0052】扫描线可以替代地被描述为如图6中图示的扫描平面。扫描线110图示为通过狭缝102以到水平90°倾斜角(或者到垂直0°)投影的平面，但其以倾斜角β的视角被投影，这样扫描线110被斜指向上并远离操作者。如果物品是六面箱子，那么扫描线110将投影到箱子的前侧面(即，面对操作者的侧面)上并且也可能投影到箱子的底侧面上。为了投影到箱子的前侧面上(即，平行于物品方向并垂直于扫描仪表面的箱子侧面，扫描仪表面是狭缝或窗口102的水平表面)，扫描线110的视场可以被描述成是来自临近操作者的狭缝102末端。

【0053】扫描线108图示为以到水平90°倾斜角(或者到垂直0°)投影通过狭缝102的平面，但是其以倾斜角(与扫描线110的倾斜角β类似，但是在相反方向)被投影，这样扫描线108被斜指向上并朝向操作者。如果被扫描的物品是六面箱形物品，那么扫描线108将投影到箱子的后侧面(即，背对操作者的侧面)上并且也可能投影到箱子的底侧面上。为了投影到箱子的后侧面上，扫描线108的视场可以被描述为是来自远离操作者的狭缝102末端。

【0054】扫描线104图示为经过狭缝102以到水平的向前倾斜角Φ(或者到垂直90°-Φ)投影的平面。优选地，扫描线104以0°倾斜角被投影，这样扫描线104被投影到正通过扫描平面的六面箱形物品的底侧面和前沿侧面上。扫描线106图示为经过狭缝102以到水平的向后倾斜角Φ(或者到垂直90°-Φ)投影的平面。优选地，扫描线106以0°倾斜角被投影，这样扫描线106被投影到六面箱形物品的底侧面和拖尾侧面上。倾斜角Φ可以是提供所需视场的任何合适角度，所述视场根据具体应用可能不同。在某些应用中，倾斜角Φ优选地是大约45°，其在箱形物品的两个侧面比如扫描线106的前沿侧面和底侧面提供相等的入射角。替代地，向前和向后倾斜角彼此可能不同。

【0055】根据期望的覆盖度和模式积极性，扫描仪可以以扫描线104、106、108、110的任意组合进行配置。随着所提供的扫描平面的数量增加，性能得到增强但机械的复杂性、成本和处理要求也成比例地增加。例如，系统可能只有两条扫描线104、106，其对于扫描物品的三个侧面(即，六面箱形物品的底侧面、前沿侧面和拖尾侧面)将是有效的。在另一个实例中，系统可能只有两条扫描线108、110，其对于扫描物品的三个侧面(即，六面箱形物品的底侧面、面对操作者的侧面和背对操作者的侧面)将是有效的。

【0056】每条扫描线104、106、108、110被优选地投影到物品上，这样投影到物品上的扫描线垂直于物品通过扫描平面的前进方向。替代地，扫描线104、106可能不仅以到水平的倾斜角Φ定向，其也可能是倾斜的。例如，第一条线可以以到水平的左倾斜角Φ定向(比如扫描线106)并且也可以歪斜地斜指向上并远离操作者(比如扫描线110)。在这里物品是六面箱子，该结合的倾斜的和歪斜的扫描线将投影到箱子的前侧面(即，面向操作者的侧面)、箱子的底侧面和箱子的拖尾侧面上。第二条线可以以到水平的右倾斜角Φ定向(比如扫描线104)并且也可以歪斜地斜指向上并朝向操作者(比如扫描线108)。在这里物品是六面箱子，该第二结合的倾斜的和歪斜的扫描线将投影到箱子的后侧面(即，背对操作者的侧面)、箱子的底侧面和箱子的前沿侧面上。在组合中，这些第一和第二结合的倾斜的和歪斜的扫描线对于扫描物品的五个侧面(即，六面箱形物品的底侧面、拖尾侧面、前沿侧面、面向操作者的侧面和背向操作者的侧面)将是有效的。

【0057】狭缝102设置在扫描仪外壳或者浅盘的表面(例如，扫描仪-台秤的称重浅盘)，其中操作者手动地移动含有光代码的物品越过狭缝并通过扫描平面或若干扫描平面。替代地，狭缝可以包括运输机的间隙或者其他可视开口，该运输机通过所述间隙或开口传送物品越过狭缝并通过扫描平面或若干扫描平面。在另一个替代的配置中，狭缝可以由在表面的全部或某局部范围内延伸的水平表面中的窗口替代。

【0058】图7-8说明了L扫描仪120，其包括(a)较低的水平部分122，其有与物品运动通过扫描体的方向垂直或横向设置的细长狭缝124，和(b)上面的垂直部分126，其有与物品运动通过扫描体的方向垂直或横向设置的细长狭缝128。如图所示的，狭缝124、126优选彼此垂直定向并通常在相同的平面内。替代地，狭缝124、126可能有偏移并因此不共面。较低部分122可以包括一体化的台秤的称重浅盘，狭缝124将借此被设置在称重浅盘中。出于描述的目的，如图中看到的，操作将关于物品运动从右向左的方向被描述，但是要理解扫描仪也可以在从左向右的方向操作。扫描仪120被提供具有四个扫描线发生器，每个发生器产生被指向通过狭缝124/128的扫描线：(1)拖尾扫描线132(通过狭缝124斜地指向上和向左)，用于读取扫过狭缝124的物体的拖尾左侧面和底侧面；(2)前沿扫描线130(通过狭缝124斜地指向上和向右)，用于读取前沿右侧面和底侧面；(3)对着前部的扫描线134，其通过狭缝128斜地指向下并向外朝向操作者用于扫描后侧面(即，背向操作者的侧面)并且也可能扫描顶侧面；(4)对着后部的扫描线136，其通过狭缝124斜地指向上并远离操作者用于扫描前侧面(即，面向操作者的侧面)，并且可能也扫描底侧面。替代地，狭缝124可以向外延伸并覆盖较低部分122至将近较低部分前边缘。

【0059】替代地或者另外，前沿扫描线130和/或拖尾扫描线132可以被产生并通过垂直狭缝128投影出来。这样的配置将潜在地增强前侧面覆盖度但是以底侧面覆盖度为代价。然而，让前沿扫描线130和拖尾扫描线132中之一投影到底部狭缝124外而另一扫描线投影到顶部狭缝128外，这样可能是很好折衷办法。期望的产品性能和内部空间考虑因素将确定支撑扫描线130和132的最佳机构布局。

【0060】在另一个替代实施例中，结合扫描线130、132、134、136，另外的拖尾和前沿扫描线可以被产生并投影到垂直狭缝128外以形成共计六条扫描线。

【0061】这个数目的扫描线可与8500扫描仪的64条扫描线相比拟，具有相当的产品覆盖度。这种扫描覆盖度是可能存在的，因为优选实施例的每条扫描线能够聚集二维全象，但是传统激光器扫描仪例如

8500扫描仪中的扫描线能够扫描其码条大致垂直于扫描线方向被定向的条形码。

【0062】每条扫描线可以由分离的扫描发动机产生和聚集。图9-10说明了根据本发明的非反向光栅扫描系统150，其将产生图6-8中的扫描线中的一条扫描线。系统150包括光源155比如激光二极管，其产生指向振动器(ditherer)156(比如谐振机械振荡器或者其他合适机构)的光束。振动器156通过聚光透镜160的间隙161在角度α内扫描光束，并且之后反射离开重定向镜158，斜朝上并通过窗口154，朝向含有条形码的扫描体中的物品。当反射离开条形码的回程光通过窗口154、(反射)离开其被聚光透镜160聚光/聚焦朝向检测器162所在的重定向镜158时，系统150实现了非反向的聚光机制。由于容许很薄扫描仪结构的重定向镜158，扫描机构152的扫描平面平行于窗口154。因为要求高扫描速率，所以优选实施例使用谐振抖动系统以建立扫描线。由于非反向的聚光/聚集，所以抖动机构156的移动镜也非常小，其对于低功耗和低噪声工作是有利的。

【0063】作为更简单且更紧凑的光学器件配置的折衷办法，扫描机构152的扫描速率优选高至10,000扫描/秒的量级。如果扫描线由四侧面自旋平面转轮产生，则该扫描速率将对应于150,000转/秒(rpm)的平面转轮速度。该速率相对于以2,000到6,000rpm的量级扫描的传统平面转轮扫描仪是高的。另外，抖动机构可以以谐振机械振荡器实现并且可以以大约5,000Hz(每秒周数)扫描，提供抖动镜每次振动就扫描2次，即左向右，接着右向左。

【0064】在使用由多个扫描发动机产生的扫描线并由此使用多个检测器的若干实施例中，多个信号可以被同时收集。这些信号可以由公共处理器处理，使得来自一个扫描发动机的扫描的局部光代码片断可以与来自另一扫描发动机的扫描的局部光代码片断相结合，这些局部代码片断被缝合(stitch)在一起或者被集合以产生光代码的完整扫描。可以使用任何合适的缝合方法，比如在美国专利号第5,493,108号中公开的那些方法，据此将其以参考文献并入本文。这里公开的系统和方法也可以应用添加代码和多种代码读取技术比如美国公开申请号第2004-0004124号所公开的，据此将其以参考文献并入本文，由此基本代码或者第一代码可以由一个扫描发动机读取，而添加代码或者第二代码可以由另一个扫描发动机读取。

【0065】图11说明了扫描仪的分辨率在X轴中是依赖于扫描速率、产品速率和非扫描轴光斑尺寸以及在Y轴中是依赖于扫描线的宽度、模数转换器采样速率、扫描速率和扫描轴光斑尺寸。图11中的要素表示如下：

W_采样＝线宽×扫描速率/采样速率

W_扫描和W_非扫描＝激光光斑尺寸

W_光栅＝产品速度/扫描速率

dX＝更小的W_非扫描或者W_光栅

dY＝更小的W_扫描或者W_采样

奈奎斯特(Nyquist)定理(防止图形失真)的空间推论要求为了求解条形码元素的宽度dX，采样间隔必须小于或等于dX(其符合2次采样每空间周期)。可能期望具有比这个数值略好的分辨率，以减少信号处理的复杂性，因此在下面的等式中给出了过采样比率R：

采样速率＝L_扫描·V·R²/X²

其中L_扫描＝扫描线长度

    R＝过采样比率

    X＝最小元件宽度

    V＝产品速度

上述等式的典型实例设为L_扫描＝15.25厘米(6英寸)，R＝1.5，X＝0.19毫米(7.5mils(千分之一寸))和V＝254厘米/秒(100英寸/秒或者100ips)。因此所要求的采样速率是24MHz。这种系统的模拟带宽是采样速率除以两倍的过采样比率，在这种情况下是8MHz。

【0066】本发明者已经认识到当在X轴和Y轴的激光器光斑尺寸(即，圆形斑点形状)相同并且光栅间距W_光栅(在最大期望的物品速度)和由于采样速率W_采样的空间宽度和激光器光斑尺寸在同一量级时，出现最佳权衡。在更慢的物品速度，光栅宽度将更窄，并且激光器光斑尺寸将决定X轴中的分辨率。因为许多扫描线以45°角照到产品上，所以期望非扫描轴光斑尺寸是扫描轴光斑尺寸的大约70％，以补偿当被投影到含有条形码的物品上时光斑尺寸的扩大。

【0067】此处描述的光栅扫描系统可以以许多非反向的聚光结构或配置来实现，包括图10的聚光透镜160的许多变体。聚光系统应该沿扫描线151任何地方聚集被反射离开目标的光，其在水平平面中组成了大的锥角α，但在垂直平面中构成轴区域。在比如图1中的反向系统中，凭借大平面转轮20的反向性质，聚集的光将被重定向到输出光束的轴上。扫描镜156的高速度使得反向光学器件的使用变得很难并且不方便。一种在整个大锥角内聚集信号的方法示于图12中，其说明了复合抛物线集中器(CPC)172。技术上，CPC 172的侧壁是抛物线，即是曲线的，然而为了方便说明，图12示出了直壁的圆锥形集中器。检测器174光学地结合到光学塑料集中器172。集中器172的侧壁的全反射允许检测器174可以聚集锥角ψ内的光，如图41中所示。不幸的是，集中器在角ψ的旋转对称圆锥内聚集光，引起检测器“看到”没有被扫描线横切的空间中的较大区域。这种旋转对称的聚光引起检测器聚集环境光，其降低了所聚集的信号的质量，特别在环境光包含调制光源比如荧光时更加明显。本发明者已经认识到非反向聚光系统的有用性，其在(水平)扫描轴中但只沿水平轴的平面聚集锥角ψ内的光，以便只聚集来自扫描线反射离开物体的返回光。

【0068】图42示出了这种非旋转对称的聚光透镜400的透视图。检测器410(示于图43-44)光学地结合到透镜400的后表面。图43示出了在水平平面内透镜的简化光线追迹。透镜400的作用原则上与图12的CPC 172类似。这个透镜400的前表面402/403是曲线的以提供所聚集光的增强折射，这样形成更短的聚光透镜。这种类型的聚光系统被称作介质内部全反射集中器(DTIRC)。传统的DTIRC已经是旋转对称的。与传统的DTIRC不同，图42的聚光透镜400只在(水平)扫描平面中有DTIRC表面。在垂直平面，透镜具有传统浸没透镜的透镜形状，如图44所示。来自目标的光线被前表面402/403聚焦到检测器410。在与检测器410保持垂直的侧壁404上没有全反射发生。在垂直轴中的前表面曲线一般被设计用于聚集从最远距离的目标反射的光，所述最远距离是从聚集光学镜到检测器的中心上的光斑。由此，图42中聚光透镜40的前表面402/403是变形的，其中水平面内的透镜曲率与垂直面内的透镜曲率不同。光学设计软件可以用来优化透镜表面形状，以最大化经扫描角α所聚集的能量同时最小化离开扫描平面的环境光的聚集。图42中的聚光透镜是非常紧凑且有效的，并且它产生高数值孔径(NA)。

【0069】为了提高聚光效率，在空间允许的情况下，可以使用图13、14和45的双透镜聚光系统170。前透镜172b优选与扫描线一样宽并且与图9中所示的可用产品高度一样高。图13示出了前透镜172b的聚焦作用。从扫描束176反射离开目标的光被指向前透镜172b。这个透镜172b朝向检测器174聚焦光。前透镜172b是圆柱形的，只在水平轴有聚焦能力。后透镜172a在其前表面和后表面上通常具有平行于聚集光束172的表面曲率。这种曲率类似于饮水杯。前表面和后表面的曲率的中心被定在检测器表面的中心。这样，水平轴的光线未偏转地通过后透镜172a。然而，后透镜172a在垂直轴中具有曲率，使其形成另一圆柱光学镜。图14示出了在垂直轴上如何聚焦所聚集的光束。前透镜172b在垂直轴不具有前曲率或者后曲率，因为它是圆柱光学镜。后透镜172a的前表面是曲线的以集中光束172到检测器174上。后透镜172a的后表面是平面的(平的)以方便加工。该变形的聚光透镜系统在扫描角α内提供相同的聚光效率，同时提供非常有效的(高数值孔径)聚光。替代地，后透镜172a可以除去，并且前透镜172b在水平和垂直轴具有曲率，产生较低光效率的聚光系统但具有较少的部件。因为检测器系统的高模拟带宽，由于前面计算的高采样速率，所以高聚光效率是非常重要的设计考虑因素。图42和45的透镜可以由合适的光学材料比如丙烯酸或者聚碳酸酯制成，但也可以以本领域技术人员所共用的方式实现为衍射光学元件。然而，透镜的大NA可能使这些透镜的衍射实现明显不如其折射实现有效。

【0070】下面的表格A将

8500扫描仪的某些参数的数值与上面描述的建议的薄光栅扫描仪相比较，被设计为在长15厘米(6英寸)的扫描线的X轴以高达250厘米/秒(100英寸/秒)读取0.254毫米(10mil)条形码，或等效地以高达127厘米/秒(50英寸/秒)读取0.127毫米(5mil)条形码，假定过采样比率为1.5。

表A

【0071】根据优选实施例从光栅扫描仪捕获的原始数据将是来自

8500扫描仪的原始数据的5.6倍。在优选实施例中，只处理了这种数据的选定子集，其对应于所选的虚拟扫描线，但是原则上如果需要可以用全部这些数据来读取光代码。另外，来自光栅扫描仪的全部原始数据是来自于从移动物体收集的图像，这样数据可以是空间相关的。相反，如图1中的传统激光器扫描仪只能解码由产生的扫描线几乎从头到尾地横过的条形码，并且甚至当使用扫描线片段的缝合时要求大致上与条形码的可能定向匹配的扫描线。

【0072】为了降低需要被处理以解码条形码的数据量，“虚拟”扫描模式从捕获的图像数据中产生。原则上，任何“虚拟”扫描模式可以从光栅扫描机构捕获的原始数据产生。在期望的条形码大小和长宽比内，产生的扫描模式在定向和位置上应该足够密集以在任何方位横越任何条形码。最理想地，虚拟扫描模式要足够密集但不比需要的更密集以便将处理带宽保持最小。

【0073】图15说明了电子扫描产生器190的一个实施例。对于扫描器中的每个模拟通道可能有一个产生器190，在表格A的实例中例如四个通道。来自检测器191的信号被前置放大器192预先放大并传送到将信号数字化以形成采样象素的模拟/数字(A/D)转换器194，然后传送到处理器196。前置放大器192可以进一步包括可编程增益级和图形保真低通滤波器。在优选实施例中，前置放大器、增益级和图形保真滤波器被实现为模拟专用集成电路(ASIC)。

【0074】A/D转换器的数字输出表示二维全象，如图11中描述的。如果全象需要被处理，那么在该点上其可以存储在帧缓存器中。在优选实施例中，处理器196实现了象素检出算法，其沿预定虚拟扫描线选择象素并且只将那些象素保存在存储器中。处理器196使用计数器的数值作为象素坐标，所述象素坐标通过A/D时钟(对于图11中Y轴)和高速振动器193周期时钟(对于图11中X轴)递增。所选的象素被存储在扫描线缓存器198中，用于这些虚拟扫描线的每一条扫描线。扫描线缓存器198可以是单一存储器阵列，其处理器196选择存储阵列中的合适存储地址用来存储象素数据。当选择器202识别出整体扫描线的数据已经存储在特定的扫描线缓存器198内时，扫描线选择器202提供全线的扫描数据用于处理。同样地，当来自缓存器198的多条扫描线是可用时，扫描线选择器202可以提供全扫描线数据的连续发送。利用可能为数字边沿检测器的边沿检测器206，来自扫描线选择器202的数据被逐条扫描线地处理。来自边沿检测器206的元件宽度数据由解码器208处理以产生解码的条形码数据。典型地，原始前置放大信号在模拟到数字转换后被数字地处理。替代地，当处理复杂性和速度所需要时，边沿检测器206可以实现在模拟硬件而不是数字硬件中。这种处理可以在边沿检测器模块206中用数字模拟转换器(DAC)实现，以将数字化的象素数据转换为模拟波形。因为光栅扫描的速度和复杂性增加，196、198、202、206和208的一些或全部元件可以由处理器或ASIC代替。

【0075】图16说明了用于数字扫描模式产生器210的硬件体系结构，其中ASIC 212包含电子扫描模式产生和数字处理功能。来自每个检测器(例如，上面描述的四个探测器)的信号被前置放大器218预先放大并传送到将信号数字化用于每个“象素”的模拟/数字转换器216，然后将它们传送到ASIC 212，所述ASIC 212通过和抖动器220通信来确定每个这些象素属于哪条“虚拟”扫描线。随机存取存储器(RAM)214可以是如显示的分离设备或者可以合并到ASIC 212内。模拟到数字(A/D)硬件216也可以完全地或者部分地包含在ASIC 212中。数字化的原始模拟数据优选存储在扫描线缓存器中，因为要求低很多的采样速率来存储相对边沿位置数据的原始数据，并且因为多行原始数据需要被处理以在两个维度数字化信号从而确定条形码解码一般所需的边沿位置到亚象素的准确度。所以，在优选实施例中，二进制化原始数据(即，边沿检测)在虚拟扫描线被汇编后进行。之后这种累加的数据可以通过适当方法进行处理，所述适当方法例如公开于美国专利号第5,446,271号、5,635,699号或者6,142,376号，据此每个这些专利作为参考文献被并入。

【0076】虚拟扫描模式优选可以遵循一些非常简单的规则来产生。图17图解说明了在光栅扫描模式上显示的一组扫描线，其可看作图像并含有象素(原始前置放大数据的数字化样本)。从大多数最近的光栅扫描线数据数字化的数据被描述为列232。列232的左边的列是来自物体的先前光栅扫描。通过存储来自每条光栅线的单一象素然后由一个象素推进这行原始数据列232以存储每四个光栅列，扫描线230可以被形成。为了获取整条扫描线族，总共四个扫描线缓冲器将被使用，其中象素检选模块存储总共四个相同间隔的象素，一个象素进入四个扫描线缓冲器中，每四条线偏移起始点。在这个实例中，在扫描线列中有32个象素，并且只有四个象素被存储，使到边沿检测器206的输出数据速率只是A/D采样速率的1/8。在实际的系统中，假定有127毫米(5mil)分辨率并且过采样速率为1倍的15厘米(6英寸)扫描线，可以有1200象素/线或者更多，并且有比图17所示的更多扫描线。边沿检测器206的数据速率的降低依赖于期望扫描模式的密度。

【0077】为了概念化扫描模式产生器，将使用速记绘制方法。代替于绘制全部的象素，利用暗象素表示扫描线的选定象素，线被绘制在合适的角度以说明所选象素的方位。象素模式的图画看起来类似于传统的激光扫描模式。然而，应该认识到这些线是由象素而不是连续的线组成并且是虚拟的而不是实际的。在各种情况下，物理扫描模式是单一光栅线，其物品移动提供另一维度以形成图像。因为这些“线”是由象素组成，所以象素分辨率必须足够高以便使读取标签，即避免信号中的混叠/图形失真。因此有可能在正确的方位中绘制扫描线，但是分辨率太低以至于不能读取特定标签。低分辨率情况的实例将在下面陈述。光栅扫描仪比如图6或者图8中描述的，可以有4条光栅线，由此产生被扫过物体的不同侧面的4个分离光栅图像视图。每条光栅线的扫描模式产生器190可以建立相同的扫描模式或者适于期望使用而建立不同的扫描模式。

【0078】不同于传统的条形码扫描仪，光栅扫描仪的扫描模式随物品速度而变化并确实由物品速度决定。图18-21说明了经过光栅扫描仪的扫描场的物品上的X模式的建立，其中扫描线以10000扫描/秒重复。在这些图中，物品从左向右移动通过扫描场。通过为每条扫描线存储来自数字化光栅线232的一个象素，X模式被产生。象素Y坐标(沿数字化光栅线232的位置)在正或者负方向以1推进，从而建立X模式中的每条线。

【0079】图18示出了二条扫描线(N＝2)的扫描模式，其在Y方向以1个象素推进用于每条新捕获的光栅列232。扫描线232的垂直物理范围、扫描率和物品速度(V＝254厘米/秒)(100英寸/秒)是使捕获的扫描线以相对垂直的角度θ＝45°形成X模式250。当每条扫描线250被完成后，Y坐标碰到光栅线232的末端，新的扫描线以类似的方式被产生。

【0080】对于如图19所示以127厘米/秒(V＝127厘米/秒)(50英寸/秒)经过扫描场的产品，X模式250在X轴被压缩了2倍。在与图18的相同时间段内，X模式可以重复两次，形成表示为252和254的四条线(N＝4)。虽然在捕获的图像中的扫描线的角度仍然是45°，但是更慢的物品移动导致如果被投影到物品上的X模式的角度相对垂直变为θ＝27°。

【0081】对于如图20所示以63厘米/秒(V＝63厘米/秒)(25英寸/秒)经过扫描场的产品，X在X轴被压缩了4倍。在相同的时间段内，形成四个X模式256、258、260、262的八条线(N＝8)被投影到物品上，扫描线相对垂直的角度θ＝14°。

【0082】对于如图21中所示以31.75厘米/秒(V＝31.75厘米/秒)(12.5英寸/秒)经过扫描场的产品，X在X轴被压缩了8倍。形成八个X模式264、266、268、270、272、274、276、278的十六条线(N＝16)被投影到物品上，扫描线相对垂直的角度θ＝7°。为了使光栅扫描仪的概念更有效地起作用，含有条形码的物品不得不以特定的最小速度移动通过扫描场。对于物品速度，实际可以达到低至2.54厘米(一英寸)/秒，但无论如何，需要注意在典型的扫描仪环境中，操作者以不同的速度移动物品通过扫描场。由此扫描仪不知道物品移动得多快，所以系统必须能够处理各种可能的物品速度。

【0083】如在图18-21中说明，在较低速度，在产品移动方向上扫描线的压缩扭曲扫描模式。相反地，在高速度比如在图18-21中高于250厘米/秒(100英寸/秒)的速度，分辨率可能太差以至于不能读取0.254毫米(10mil)的标签，因为扫描的列232之间的间隔变得更远。另外，X模式在垂直于物品移动方向的方向上显著拉伸。所以最大产品速度被扫描线重复率限制，以提供足够的分辨率。设计用于最大产品速度的扫描模式应该包括合适定位和偏移的扫描线以足够覆盖扫描区域。通过象素分配模块196以有数字化的光栅线232的连续列的象素Y坐标的适当推进，在数字化的光栅线中选择合适的象素，所述覆盖被完成。

【0084】两种优选的方法被描述用于在较低产品速度产生较浅角度的X模式。在第一种方法中，可以考虑为要求在最大产品速度的一半的X模式。象素Y坐标可以每隔一条扫描线推进，形成被设计用于最大产品速度的具有X模式的扫描线两倍象素的扫描线。这种方法浪费内存和处理带宽，因为数据将对于最大产品速度情况以因子2空间地过采样。在较慢产品速度产生较浅角度的X模式的优选方法是当聚集象素以作为虚拟扫描线存储时，设计象素分配模块以跳过扫描线。例如，为了使θ＝45°的X模式以127厘米/秒(50英寸/秒)的物品速度代替250厘米/秒(100英寸/秒)，来自每隔一条扫描线的象素被存储并且位置以每隔一条扫描线推进。最为结果的扫描线具有在254厘米/秒(100英寸/秒)的X扫描模式的输出数据速度1/2的速度(进入边沿检测器206)。照这样，额外的扫描线互相以1/2速度倍数产生，在以这些较低的物品速度通过的物品上产生X扫描线。

【0085】如果完整的八套扫描线以1、1/2、1/4、1/8、1/16、1/32、1/64、1/128倍的扫描线速度产生，相同“形状”的扫描模式在128：1的标签速度范围将是可用的，比如从2厘米/秒到250厘米/秒(0.8英寸/秒到100英寸/秒)。处理这个扫描系的必需的边沿检测器和解码数据比率只是需要被自身用来控制高速度扫描线的总数的两倍，因为1+1/2+1/4+1/8+1/16+1/32+1/64+1/128大约等于2。对于在全光栅速度获取有更低象素Y坐标推进速率的更长扫描线的处理节省和内存节省是非常重要的。

【0086】图22-25说明了这种更低速度X模式产生的效果。在图22-25中说明的扫描模式包括图18-21中的“快”扫描模式，还包括在1/2倍速度另外的X模式，由此提供了在以更低速度通过扫描场的物品上更加全方位的模式。和对于所有产品速度，传统的固定的扫描仪的扫描模式是不变的形成对比，当物品更缓慢地移动通过扫描场时，用于这种光栅扫描仪的扫描线密度增加。因为扫描线的额外的定位在更低的扫描速度出现，因此对于相同数量的扫描线/秒，光栅扫描仪具有相当好的扫描模式。

【0087】特别地参照图22，对于以速度V＝254厘米/秒(100英寸/秒)(全速)通过扫描场的物品，两条扫描线(N＝2)的单一X物品250被投影到物品上，扫描线在相对垂直的角度θ＝45°。

【0088】特别地参照图23，在V＝127厘米/秒(50英寸/秒)(1/2速度)的速度，在x轴X模式变为以因子2压缩的。形成两个X模式252、254(也在图19中显示)的四条线被投影到物品上，扫描线在相对垂直的角度θ＝27°；其扫描线在相对垂直的角度θ＝45°的另外的X模式280被投影到物品上。扫描模式由存储每隔一条光栅线的象素产生。由此总计六条扫描线(N＝6)被产生。

【0089】参照图24，在V＝63厘米/秒(25英寸/秒)(1/4速度)的速度，在x轴X模式变为以因子4压缩的。形成四个X模式256、258、260、262(也在图20中显示)的八条线被投影到物品上，扫描线在相对垂直的角度θ＝14°；在x轴X模式280变为以因子2压缩的，有四条线形成两个X模式280a、280b(在相对垂直的角度θ＝27°)被投影到物品上；其扫描线在相对垂直的角度θ＝45°的另外的X模式282被投影到物品上。由此总计14条扫描线(N＝14)被产生。

【0090】参照图25，在V＝32厘米/秒(12.5英寸/秒)(1/8速度)的速度，在x轴X模式变为以因子8压缩的。形成八个X模式(见图21中的元素数字，模式264-278)的十六条线被投影到物品上，扫描线在相对垂直的角度θ＝7°；在x轴X模式280a、280b(来自图24)变为以因子2压缩的，有八条线在相对垂直的角度θ＝14°形成四个X模式280a、280b、280c、280d被投影到物品上；在x轴X模式282(来自图24)变为以因子2压缩的，有四条线在相对垂直的角度θ＝27°形成两个X模式280a、280b被投影到物品上；其扫描线在与垂直相对的角度θ＝45°的另外的X模式284被投影到物品上。由此总计30条扫描线(N＝30)被产生。

【0091】另外的扫描线组可以以类似的方式产生用于每个其他的1/2速度倍数(1/16速度、1/32、1/64、1/128)以在这些更低物品速度提供增加的物品覆盖率。

【0092】尽管在图25说明了以32厘米/秒(12.5英寸/秒)的高度全方位的模式，但是只有以250厘米/秒(100英寸/秒)的单一X模式250在图22被说明。由此期望通过以这样的速度增加额外的扫描线，在高速度增强全方位性。例如，一对27°线(只)可以增加到250厘米/秒(100英寸/秒)模式，其将在125厘米/秒(50英寸/秒)以14°复制自身，和在63厘米/秒(25英寸/秒)以7°复制自身等等。如果需要，另一对在14°用于250厘米/秒(100英寸/秒)的模式也可以被增加。每对线在250厘米/秒(100英寸/秒)增加沉重地增加了处理负担，因为它将在最大速率运转，由此优选地为了处理的有效性不以全方位运行最大速度。进一步地，与先前描述的那些X模式相比，在更低产品速度的这些线的益处被降低了，因为有增加的速度的扫描线的缩短使它们更不可能横越整个条形码。

【0093】对不同速度处扫描模式的表现的认识可以借助于图26-29看到。使用在图22-25中使用的相同的扫描模式产生方法，扫描线的定位在公共轴线周围的中心处显示(扫描线的左向右的位置被移动以击中公共中心)。图26示出了以250厘米/秒(100英寸/秒)的扫描模式，示出了单一X模式300。图27示出了连同在1/2速度产生的X模式302一起，图26的压缩的X模式304。两组扫描角度拼凑成扫描模式：±45°和±27°。图28和29在更慢产品速度示出了扫描线定向，图29示出了四种不同的扫描角度。扫描角度的不足可以在45°和90°之间看到。

【0094】图30-32说明了可以被生成以填补这些间隙的另外的扫描线。这些另外的扫描线由推进速率大于1每象素的更慢内部扫描线(象素Y坐标)建立。例如，在254厘米/秒(100英寸/秒)的模式中，在沿扫描线推进到下一个象素位置之前，在相同扫描线“坐标”采用了来自两条连续的扫描线的象素。这种推进速度可以与图30所显示的具有1象素/线的推进速率扫描线对290的45°相对，被称作1/2象素/线的推进速率。这种1/2推进速率建立了图31中所说明的以63°的扫描线对292。尽管这种类型的扫描模式要求45°模式的长度两倍的扫描线缓存器，但是数据处理速率与254厘米/秒(100英寸/秒)处X模式相同。类似地，使用1/4象素/线推进速率在76°(图32中所说明)产生扫描线对194，要求4倍深度的扫描线缓存器。用于76°的数据处理速率与用于45°模式的相同。如果这些定位的扫描线被期望在更低的扫描速度，那么它们可以作为前面描述的通过跳过光栅线产生用于X模式，有伴随的处理速率降低。然而，对于这些线的存储器需求与最大速度情况类似，要求比X模式更大的存储器。

【0095】下面的表格B总结了有简单象素分配模块算法的可利用的扫描角度。X增加速率描述了象素是否被用在每个光栅扫描线或者是否有光栅扫描线被跳过。1的速率意味着来自每条光栅线的象素被存储。1/2的速率意味着来自给出的光栅线的两个象素将被存储。当这些光栅模式在更低速度被复制时，X增加速率被合适地定标。Y增加速率描述了在什么速率光栅扫描线中的Y坐标被增加。表格B只示出了7种类型的扫描线，每种类型由简单的象素地址计算形成。图46图解说明了从这个表格建立的扫描线。也示出了扫描线之间的角度间隔Δ。线之间的角度间距结果在13°到18°之间。比起在越过其模式的角度间隔大约30°的

8500扫描仪的扫描模式，角度间距是非常小的。这个角度越小，标签越可以被截短并且仍然是可读取的。使用更好的X和Y增加速率可以形成更密集的角度覆盖率，例如通过使用Bresenham线提取算法变为可能。

表B

 

Y增加速率(象素/线)	X增加速率(象素/线)	扫描角度
			0	1	90°
±1/4	1	±76°
			±1/4	1	±63°
±1/4	1	±45°
			±1/4	1/2	±27°
±1/4	1/4	±14°
			1	0	0°

【0096】除了具有扫描模式的足够的旋转覆盖率，模式可以要求空间的覆盖率。通过以常数数值从前面扫描线偏移起始象素，多条平行扫描线可以被产生。图33-36说明了由这种方法建立的一组愈加密集的扫描模式。这种增加的密度的方法与前面的产生不同扫描角度的方法的结合产生密集全方位的模式。在给出角度直接地增加平行扫描线的数量增加了处理负载。在图中的标签N表示所给扫描角度处平行扫描线的数量(L/A)。

【0097】为实现这些扫描模式类型，用于象素检选模块196在处理器中实现的优选的配置可以包括：

两个光栅线存储器，在那里用于单一光栅线的来自A/D转换器194的数字化的象素数据被存储，其中一个存储器被用于存储输入的光栅线，同时另一个存储器用于从前面的存储的线中检索选择的象素，借此在每条光栅线上存储器在功能上交互，作为双缓冲在某种意义上在技术领域是公知的；

扫描线存储器198具有足够的大小，其能够存储全部的选择的象素用于所给扫描模式中全部的扫描线；

表示所期望的扫描模式的一列数据包括，但不限制于，对于每条扫描线，扫描线开始的起始X象素坐标(以说明这种线随时间的重复)，在第一光栅列的数据和增加速率以确定扫描线的角度的开始Y象素坐标，和要存储象素的总数量(描述线的长度)；

记住要被存储用于每条扫描线的下一个象素的一组数值；

软件程序包括但是不限制于，对于存储在光栅线存储器的每条新光栅线，通过所有的扫描线，在指定的坐标选择象素，在合适的扫描模式存储器存储选择的象素并通过增加的速率增加指定的坐标。

【0098】一种用于实现象素寻址的非常灵活的和有效的方法是Bresenham划线算法，因为它使用整数运算以计算有任意开始和结束坐标的线的象素坐标。在硬件中象素检选模块196的实现可以以显著不同的模式实现。当模块要求的速度对于在处理器上合理的实现太高的时候，硬件实现将典型地被调用。扫描角度上的限制，比如表格B中显示的，可以允许硬件实现更显著的不复杂。在X和Y地址上逻辑操作的使用将允许来自A/D转换器194的数字化的数据被存储进入扫描线存储器198，不需要一对扫描线缓存器或者时序存储逻辑。

【0099】下面是光栅扫描仪的优选实施例的实例。典型地，比如在图8中，扫描仪光栅包括四种光栅机构。每个抖动设备156(图9)在5KHz或者10000扫描/秒操作。对于以254厘米/秒(100英寸/秒)移动通过扫描仪的物体，在光栅线之间的空间是大约0.254毫米(10mils)。在152厘米/秒(60英寸/秒)的物体速度，扫描线之间的空间是大约0.152毫米(6mils)。当它们接近相关的扫描窗口时，每条扫描线是15厘米(6英寸)长。通过获取窗口和抖动设备156之间扫描外罩内的合适的距离，达到这种扫描线长度。如果抖动设备偏转角在大约28°，抖动设备需要在窗口后面大约30厘米(12英寸)，以在窗口投影一个15厘米(6英寸)宽的扫描线。镜的使用，比如重定向镜158允许30厘米(12英寸)路径长度在小的物理空间中继续，如果需要则有另外的镜。通过在1000采样/扫描线或者40MHz采样，采样分辨率为0.152毫米(6mils)。为了与传统激光器扫描仪的性能相匹配，例如

8500，来自每条光栅线的扫描模式包括三组扫描角度：有±定位的14°、45°和76°，总计有以30°间隔分开的6个定位。

【0100】在每个扫描角度有四条平行线，提供由此处描述的优选扫描仪产生的四条扫描线的每条形成的24条虚拟扫描线。因此，总计96条虚拟扫描线由扫描仪产生以读取以最大指定速度254厘米/秒(100英寸/秒)扫过的产品。

【0101】为了覆盖改变的物品速度，另外的更慢的数据速率虚拟扫描线在1/2、1/4、1/8、1/16、1/32、1/64、1/128倍的扫描线速率产生。扫描线速率提供八倍的扫描线总数量或者768条扫描线。因为另外的扫描线的降低的数据速率(1+1/2+1/4+1/8+1/16+1/32+1/64+1/128大约等于2)，所以边沿检测器的数据速率是原始96条扫描线的数据速率的两倍。将具有全方位模式的最低的扫过速率254厘米/秒(100英寸/秒)除以128，其大约是2厘米/秒(0.8英寸/秒)。在14°和45°扫描线的每条的采样数量是1000采样，其与光栅线的数字化的宽度相同。在76°扫描线采样的数量是2000采样，如图32中所显示。用于整体扫描仪的存储的采样总数量通过(4个源)×(4条扫描线)×(2个定向)×(1000采样/14°+1000采样/45°+2000采样/76°)×8速度被计算，其等于大约一百万采样。如果每采样存储两个字节，那么一百万采样是2Mb存储。因而，动态随机存储器或者DRAM是合适的因为其数据以快速的速率不断地刷新。进一步地，从每个光栅线选择的象素的平均数量是大约1000象素中的48或者大约5％，因为有(4条平行线)×(2定向)×(3个角度)×(1+1/2+1/4+1/8+1/16+1/32+1/64+1/128)象素被选择每条虚拟扫描线每光栅线)。虽然每条光栅线的采样速率是10MHz，但是进入到虚拟扫描线存储器和进入到边沿检测器的数据的象素速率是480KHz。考虑到四条扫描线组成的扫描仪，之后大约两百万象素/秒可以被边沿检测器处理。当模拟基于边沿检测时，这种处理速度符合相当的1MHz的模拟带宽。对于平面转轮类型条码扫描仪比如 8500，模拟边沿检测带宽是1.6MHz每通道，或者总体3.2MHz。所以光栅扫描仪可以提供更密集的扫描模式，然而使用小于1/3的边沿检测和解码带宽。

【0102】如在图22-25中显示，在较低扫描速度扫描模式变得更密集，其增加了读取越过扫描仪比如

 8500的被删节了的标签的能力。在最快的速度，描述的光栅扫描仪的扫描模式提供了良好的常数30°的间隔。在更低的速度，角度覆盖率变为愈加密集并且在走向方向，线的间隔更加靠近。当间隔作用在平面转轮扫描仪上发生时，对于平面转轮扫描仪没有角度覆盖率作用，产生光栅扫描仪的增强的性能。

【0103】当处理功率和存储器允许时，从进入的光栅线产生的虚拟扫描模式可以如期望的密集。当优选实施例使用了虚拟扫描模式机构时，本领域技术人员认识到一直到A/D转换器194的输出，描述的扫描机构(例如图8的)能够捕获多个扫描物品的二维图像。不同于并且包括条形码的物品的图像可以在合适的帧缓存器存储器被捕获，以允许比虚拟扫描线技术允许的更复杂的图像处理。

【0104】对于光栅扫描仪设计的成本因素，A/D转换器的设计可能是重要的因素。来自前置放大器的原始数据将要求大概12位的分辨率。表格A上实例中的带宽要求在假定的1.5的过采样速率，4.5MHz的模拟带宽和13.5百万采样每秒(MSPS)用于A/D转换器。有精巧设计的用于这种应用的A/D将被简化。全局动态量程是宽的，但是条形码自身的量程相当低，或许只有6比特。如果使用量程转换器(变速杆/增益控制概念)，那么低的、近似的A/D可以选择增益并且高的、近似的A/D可以数字化条形码数据自身。全12位数据将被记录在ASIC内部。许多A/D功能性可能在ASIC自身的内部，比如例如以改进的∑-Δ转换器的形式，使用已经购买用于ASIC的硅进一步降低成本。

【0105】光栅扫描仪依赖物品运动以产生扫描模式。如果物品不扫描并且使用者在扫描仪前面固定地持有标签，那么光栅扫描仪不能读取标签，除非条形码被定位使光栅扫描线(或者如果使用缝合，则多个光栅扫描线)横向于样条形码。当条码没有移动时，增大有可以读取条形码的机构的光栅扫描仪的扫过操作将是有利的。这种机构只需要向上小于2.5厘米(1英寸)/秒移动以读取条形码。许多技术适用于这种目的，包括使用电荷藕合组件(CCD)或者CMOS传感器的二维固态成像设备。

【0106】图37-38说明了替代的光栅扫描仪350，具有L形状的配置较低水平部分352和上面垂直的部分356。较低部分352包括窄狭缝水平窗口354，在其后面是图9的一个或多个光栅扫描机构152，但是较高部分包括大的矩形垂直窗口358。因为不是被牵引越过垂直窗口358，所以它的材料可能包括标准玻璃(而不是更贵的蓝宝石或者其他耐划痕表面的水平窗口354)。垂直窗口358包括二维成像设备并且可能也包括图9中说明的一个或多个光栅扫描机构152。这种设计最优化了读取固定的条形码(通过垂直窗口)或者扫过条形码(从任何方位)的能力。通过降低需要用比较贵的耐划痕材料制成的水平窗口354的尺寸，成本被最小化。除了一个或多个光栅扫描机构152之外，类似于图37的扫描仪在水平和垂直窗口都可以使用二维成像装置制成。

【0107】在图37中描述的二维成像设备可以通过光栅扫描设备的形式实现。图38示出了可以如何被改进以提供扫过的和非移动物体读取的光栅扫描机构152一个实例。图9的重定向镜158被扫描镜366替代。组件362、364和368等同于图9的那些156、161和162。镜366被来回反射，由枢轴367说明。可以以马达、震动系统或者无论什么结构实现的这种偏转机构适合于应用的空间、大小和成本。光栅线以不同的角度直接由镜366发射出大窗口358。镜366在低速率反射，以在每个振动周期提供众多的扫描线。扫描线的横断，即从左到右或者从右到左被称作一帧。理想地，时间是光栅扫描周期的整倍数。例如，在优选实施例系统，在那里光栅扫描线速率是10000线每秒并且每光栅扫描线1000象素被数字化，10帧每秒的帧速率将允许每帧1000行被数字化，产生1000×1000象素的图像。镜366将以5周期每秒(5Hz)的速率来回振荡。固定的物体由此通过光栅扫描机构Y维度的反应和偏转镜366的X维度反应在二维成像。偏转镜366在X维度提供重定向聚光路径到检测器268。由此镜尺寸需要是较大，但是因为偏转速度很小，因此对于这种设计，选择不存在任何恶化。用于偏转镜366的示例性驱动机构是线性马达。在磁盘驱动器探头的设计中，这样的设计是通用的。这些设计在小的低成本的包装中提供有效的扭矩。在线圈中移动磁体和固定线圈的使用允许固定的霍尔传感器(hall sensor)的使用，以在低成本感测磁体(并因此偏转镜366位置)。这种配置容易地适合于固定的和手持的系统。

【0108】因为光栅扫描仪从多个平面捕获二维光栅图像，所以对于读取PDF-417和真实的二维条形码比如MaxiCode来说是非常可能的。数据可以作为旋转的二维图像被存储并以公共技术处理用于二维图像扫描仪。尽管在固定的扫描仪速度处理负担将是很大的，但是所提出的扫描仪或者通过子采样扫描线缓慢扫过扫描仪将是非常切实可行的。

【0109】光栅扫描仪概念无疑有助于自身单一线固态成像技术。因为要在目标上得到足够的光并且达到足够的景深，所以在固定的扫描仪中成像的使用是有问题的。这些问题以这种概念设法应付过去：因为照明只沿着少量(典型的四条)扫描线是必要的，而不是要求二维场都被照明。图39的成像器械装置370代替了图9的激光器扫描机构。线性成像器372可以和成像镜头384一起使用以使目标388越过希望的景深成像。折叠镜378用于重定向镜158的同样的目的，叠合光进入薄封装中。线性成像系统的场角可以优选地类似于图9激光扫描机构的场角，即大约28°，其简化了离轴光学像差的纠正，比如彗差。

【0110】光源374可以是一组光发射二极管(LED)，其提供越过期望的景深照明的明亮的窄带。在LED照明的情况下，在那里照明区域的高度关于系统期望的分辨率较大，希望有具有方象素的线性成像器372，所以在最大扫过速度在X和Y轴分辨率是相同的。为提供和激光扫描机构相似的性能，成像器械装置370优选地在1000扫描/秒运行。这种速度和100μs的曝光时间相符合。短曝光时间与大景深需求(典型地大约23厘米(9英寸))和可利用的照明强度相结合对于镜头/成像器系统施加了严格的限制。优选实施例使用低噪声线性CCD或者线性CMOS传感器。在美国专利申请号11/045,213中描述的镜头系统通过引用合并于此，其提供了可能在本实施例中是有利的改进的光学效率。

【0111】替代地，光源374可以是看得见的激光二极管374a和镜头374b，如在图47的侧视图中显示。在沿着389成像系统共有的光轴的位置，镜头374b聚焦激光二激光的光到条形码目标上。线性成像器372的象素在形状上是矩形，以从包括和稍微围绕激光束的区域聚集光以最大化聚光效率。图48示出了组件的俯视图。镜头374b优选地是圆柱的，在这种顶视图有很少或者没有光能量。典型地激光二极管具有大量象散，产生在一个轴非常大的发射锥形，其与这个图的俯视图相符。镜头374b聚集激光二极管的窄轴以制成投射的激光线。这种激光线产生器与线性成像器372的视场相符合。

【0112】在图49中说明了线性成像器372的象素391的图像传感区域的作用。激光线源389击中条形码目标。线性成像器372的象素391聚集激光束的所有能量并由象素并将其空间地分割。因为由线性成像器372的矩形象素390提供的大聚光区域，所以激光线389的位置公差是可制造的。在这种系统中，在机构的移动轴(术语为在前面图中X轴)中，激光线源的密度提供成像分辨率，同时象素宽度391确定所谓的扫描轴(术语为前面图中的Y轴)中的分辨率。所以象素的高度不能确定系统的分辨率，但是提供用于有效地聚集返回的激光的方法。本发明已经认识到激光线源的产生典型地建立了不均匀的光点和光束。这些效应可以通过各种方法被挑战，包括有短相干长度(宽带宽)的激光器的使用，通过微振动或者通过其他合适的技术。

【0113】在上面的配置中，物品被读取并且数据读取器被彼此相对地移动。如描述的在固定的扫描仪中，物品可以在所给物品方向通过扫描平面被移动。在另一种配置中，物品可以是固定的，比如在手持读取器配置中，并且手持读取器在比如通过扫描平面越过物品的方向移动。

【0114】在景深中照明的进一步减少和增加可以通过使用利用了斜置场面成像(Scheimpflug)技术的光学配置被实现。例如，在图40中说明的扫描仪390使用二维成像器392作为单一线扫描仪。在图中每个其他元件和图39的实施例一致并且被标上同样的号码。成像器392的聚焦平面是歪斜的以在不同目标距离有不同行的聚焦。因为每行需要覆盖更小的景深，所以镜头孔径可以更大。成像器392的所有行的总合提供了需要的景深。这种大孔径允许系统聚集更多光，实现更低亮度照明比如LED374。可以使用便宜的CMOS成像器，因为这种技术不要求帧快门像其他的二维成像技术一样工作，因为成像器只有一行被用于给出的光栅扫描。

【0115】为了降低从成像器出来的数据速率，查找哪一行或者哪些行具有数据或者选择性地只扫描出那些行是优选的。集成和行读出需要同时地发生，每一个发生在100μs用于优选实施例。选择最佳聚焦的数据的行可以以许多方法实施。如果提供了足够窄的照明源，比如通过激光线照明或者最佳焦点的LED照明，并且这个照明被指向沿着最佳焦点的平面，那么有最多照明的图像中的线是在最佳焦点中。这种最佳焦点的选择可以由二维成像器自身中的电路非常容易地确定。由此用于二维成像器以只在最佳焦点提供行的自动装置方法可以容易的获取。替代地，可以比较在成像器的不同行的数据的调制深度，以确定哪一行有最大调制深度，并且因此即在最佳焦点。在另一个方法中，当物体比起成像线速率缓慢地移动时，从扫描到扫描的最佳焦点中行的改变倾向于变慢。

【0116】虽然这里关于某种实施例作出说明并描述了公开，可以理解对于本领域中技术人员，可能发生许多更改和改动。在附加的权利要求中旨在覆盖落入本公开的精神和范围内的所有其他的更改和改动，并且因此应该由下面的权利要求极其类似物确定。

Claims (29)

1.一种读取光代码的方法，其包括如下步骤：

沿物品方向移动含有光代码的物品通过狭缝，所述狭缝被设置在扫描仪外壳或者浅盘的表面中并且通常被定向成横向于所述物品方向；

经由第一扫描机构，在第一方向并沿单线以相对表面的第一倾斜角重复地扫描通过所述狭缝，以在所述物品的至少前沿侧面的两个维度上获取扫描的数据；

经由第二扫描机构，在第二方向并沿单线以相对表面的第二倾斜角重复地扫描通过所述狭缝，以在所述物品的至少拖尾侧面的两个维度上获取扫描的数据；

处理已获取的所述扫描的数据。

2.根据权利要求1所述的方法，其中处理所述扫描的数据的步骤包括：

存储所述扫描的数据的选定部分，和

根据多个虚拟扫描线对所述扫描的数据的所述选定部分进行解码。

3.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

在所述物品的至少三个侧面的两个维度上获取扫描的数据，所述物品包括所述前沿侧面、所述拖尾侧面和面向所述狭缝的侧面。

4.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

所述第一和第二扫描机构要求在所述物品的至少三个侧面的两个维度上获取扫描的数据，所述物品是六面箱形物体，其包括包含所述前沿侧面的第一侧面、包含所述拖尾侧面的第二侧面以及面向所述狭缝的第三侧面；

经由第三扫描机构，在来自所述狭缝的第一端的第一方向并沿单线以相对表面的第一倾斜角重复地扫描通过所述狭缝，以在横向于所述狭缝的所述物品的第四侧面的两个维度上获取扫描的数据。

5.根据权利要求4所述的方法，进一步包括：

经由第四扫描机构，在来自所述狭缝的第二端的第二方向并沿单线以相对表面的第二倾斜角重复地扫描通过所述狭缝，以在横向于所述狭缝的所述物品的第五侧面的两个维度上获取扫描的数据。

6.一种读取光代码的方法，其包括如下步骤：

沿物品方向移动含有光代码的物品通过读取体并经过窗口，所述窗口被设置在读取器外壳或者浅盘的表面中并且面向所述读取体被定向；

在第一方向沿以相对所述表面的第一倾斜角定向的第一读取平面通过所述窗口重复地读取，并且当所述物品经过所述第一读取平面时，在所述物品的至少前沿侧面的两个维度上获取扫描数据；

在第二方向沿以相对所述表面的第二倾斜角定向的第二读取平面通过所述窗口重复地读取，并且当所述物品经过所述第二读取平面时，在所述物品的至少拖尾侧面的两个维度上获取扫描数据；

处理已获取的所述扫描数据。

7.一种读取正通过读取体的物体上的光代码的方法，其包括如下步骤：

沿物品方向移动含有光代码的物品经过窗口，所述窗口被设置在读取器外壳或者浅盘的表面中并且面向所述读取体；

通过经所述窗口重复地读取，形成横向于所述物品方向的第一读取平面，其中所述读取平面，其中所述读取平面以在来自所述窗口的第一端的第一方向中相对所述表面的第一倾斜角的观察方向形成，以获取垂直于所述表面并平行于所述物品方向的所述物品的第一侧面的视场；

当所述物品被移动通过所述第一读取平面时，获取两个维度上的扫描数据；和

处理所述扫描数据。

8.根据权利要求7所述的方法，其中处理所述扫描数据的步骤包括：

存储所述扫描数据的选定部分，和

根据多个虚拟扫描线，解码所述扫描数据的所述选定部分。

9.根据权利要求7所述的方法，进一步包括：

通过以相对所述表面的第一倾斜角重复地读取经过所述窗口，形成第二读取面，和当所述物品被移动通过所述第二读取平面时在所述物品的拖尾侧面的两个维度上获取扫描数据；

通过以相对所述表面的第二倾斜角重复地读取经过所述窗口，形成第三读取面，和当所述物品被移动通过所述第三读取平面时在所述物品的前沿侧面的两个维度上获取扫描数据。

10.根据权利要求7所述的方法，进一步包括：

经由用物品运动以从所述第一扫描线产生二维图像的非反向聚光系统，聚集反射离开所述光代码的返回光。

11.根据权利要求7所述的方法，其中所述第一读取平面在第一方向以相对所述表面的第一倾斜角被定向，以便当所述物品经过所述第一读取平面时在所述物品的前沿侧面的两个维度上获取扫描数据。

12.根据权利要求11所述的方法，进一步包括：

通过经所述窗口重复地读取，形成横向于所述物品方向的第二读取平面，其中所述第二读取平面以在来自相对于所述第一端的所述窗口一端的第二方向中相对所述表面的第二倾斜角的观察方向形成，以获取相对于所述第一侧面的所述物品的第二侧面的视场；其中所述第二读取平面在相对于所述第一方向的第二方向以相对于所述表面的第二倾斜角被定向，以当所述物品经过所述第二读取平面时在所述物品的拖尾侧面的两个维度上获取扫描数据。

13.根据权利要求10所述的方法，进一步包括在面向所述窗口的所述物品的侧面的两个维度上获取扫描的数据，由此所述方法是有效的以在经过所述扫描平面的所述六面箱形物品的五个侧面的两个维度上获取扫描的数据。

14.一种用于读取由操作者手动传送通过读取体的物品上的光代码的系统，其包括：

读取器结构，其具有

较低部分，其包括通常水平表面，所述表面含有设置于所述水平表面并横向于所述物品方向定位的第一窗口，和

上面部分，其包括通常垂直表面，所述表面含有设置于所述垂直表面的第二窗口；

第一读取器，其设置在所述较低部分中以通过所述第一窗口读取并使用产品移动以从一个正交方向产生所述物品的二维图像；

第二读取器，其设置在所述上面部分中以通过所述第二窗口读取并使用产品移动以从另一正交方向产生所述物品的二维图像。

15.根据权利要求14所述的系统，其中所述第一和第二读取器每个包括高速振动的激光扫描器。

16.根据权利要求14所述的系统，其中所述第一窗口包括设置于所述水平表面并通常横向于所述物品方向定位的窄狭缝。

17.根据权利要求14所述的系统，进一步包括二维成像读取器，其设置于上面部分用于读取所述第二窗口的前面出现的物品。

18.根据权利要求14所述的系统，其中所述第一和第二读取器每个包括线性成像器。

19.根据权利要求14所述的系统，进一步包括第三读取器，其设置于所述上面部分并读取所述读取体的二维区域。

20.根据权利要求14所述的系统，其中第一和第二读取器每个包括使用Scheimpflug条件歪斜的固态线性成像器。

21.一种用于读取由操作者手动传送通过读取体的物品上的光代码的系统，其包括：

激光扫描机构，其产生单一扫描线，该扫描线形成含有光代码的物品经过的扫描平面；

非反向聚光系统，其使用产品移动以从所述单一扫描线产生二维图像；

处理所述图像。

22.根据权利要求21所述的系统，其中所述聚光系统包括变形透镜组件，所述透镜组件包括介质内部全反射集中器DTIRC和聚焦透镜元件，所述DTIRC沿平行于所述扫描平面的透镜轴遍及视场集中光，所述聚焦透镜元件沿垂直于所述扫描平面方向的透镜轴聚焦。

23.根据权利要求21所述的系统，其中所述聚光系统包括有前透镜和后透镜的变形透镜组件，所述前透镜为圆柱形并只沿平行于所述扫描平面的透镜轴有聚焦能力，而所述后透镜只沿垂直于所述扫描平面的透镜轴有聚焦能力。

24.一种读取通过读取体的物品上的光代码的方法，其包括如下步骤：

沿物品方向移动含有光代码的物品通过窗口；

沿形成扫描平面的单一扫描线通过所述窗口重复地获取扫描数据，以当所述物品被移动通过所述扫描平面时在两个维度上获取光栅模式；

从所述光栅模式提取虚拟扫描线的多个模式，虚拟扫描线的一个模式被配置成适于读取以第一速度经过所述扫描体的物品，而虚拟扫描线的另一模式被配置成适于读取以比所述第一速度慢的第二速度经过所述扫描体的物品；

处理虚拟扫描线的每个所述模式，用于解码所述光代码。

25.根据权利要求24所述的方法，其中提取的步骤包括通过从每个连续扫描中选择虚拟扫描线的象素，选择第一虚拟扫描线模式用于扫描快速移动物品，和通过跳过选择象素之间的一个或多个扫描，选择第二虚拟扫描线模式用于更慢的移动物品。

26.一种用于读取物品上的光代码的数据读取器，其包括：

激光线产生器，其产生被投影到读取体形成照明平面的静态激光线，其中所述物品和数据读取器中的一个相对于另一个在移动方向上是可移动的，其中所述照明平面横向于所述移动方向形成。

成像系统，包括(a)与所述照明平面共面设置的线性成像阵列，和(b)用于将返回光聚焦到所述线性成像阵列上的聚焦元件，其中与垂直于所述激光线方向的所述移动方向平行的分辨率由所述激光线的厚度决定，并且与平行于所述激光线的移动方向垂直的分辨率由象素宽度决定。

27.根据权利要求26所述的系统，其中所述线性成像阵列具有矩形形状的象素，其长轴设置成与所述阵列的线性轴垂直。

28.根据权利要求26所述的系统，其中所述数据读取器包括在移动方向可移动的手持单元。

29.根据权利要求26所述的系统，其中所述数据读取器包括固定单元，其中所述物品在所述移动方向是可移动的。

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