CN101408927B - 具有漫射构造的光学读取头 - Google Patents

Abstract

一种具有漫射构造的光学读取头，用来读取一物体上的图案。光学读取头包含一中空壳体、一光源模块、一漫射构造及一感光模块。光源模块固定于中空壳体内并提供一初始光线。漫射构造连接至中空壳体，接收初始光线，并将初始光线处理成一均匀光线后输出。初始光线在漫射构造中进行多次反射后，进而形成均匀光线。感光模块固定于中空壳体内，来感测被物体反射的均匀光线，其中感光模块的一光轴实质上平行于漫射构造的一轴向方向。

Description

具有漫射构造的光学读取头

技术领域

本发明涉及一种具有漫射构造的光学读取头，尤其涉及一种具有管状或柱状漫射构造的光学读取头，来改善对于二维条形码的读取成功率，并清除反射杂光所造成的辨识死角的问题。

背景技术

图1显示一种传统的光学读取头的应用示意图。如图1所示，光学读取头101读取一物体102，其中所述光学读取头101包含一中空壳体110、一光源模块120及一感光模块140。光源模块120固定于中空壳体110内并提供一光线。光线在中空壳体110之内反射后照射到物体102。感光模块140固定于中空壳体110内，来感测被物体102反射的光线。

光线的反射可分为三种形式，也就是镜面反射、扩散反射和漫反射。镜面反射是指光线的入射角度相等于反射角度。扩散反射发生在不平坦的表面且反射的光线超过一个角度，所有的反射光的反射角或多或少会与入射角相同。漫反射发生在粗糙或不光滑的表面，其反射光会有许多不同的角度。

由于中空壳体110的内壁面并非属于镜面，所以会有杂光L10进入到感光模块140。目前所使用的感光模块140包含有CMOS传感器，其分辨率一般为100*100。感光模块140的透镜搭配CMOS传感器的FOV(Field of View)约为ArcTan(图案对角/2/EFL)^*2。光源模块120通常是发光二极管(LED)，其发光波长大约为800nm～950nm的红外线。感光模块140的一透镜固定结构可以调整透镜到物体102上的图像的取向距离。通过调整感光模块140的透镜固定结构、设计中空壳体110的内壁面的反射特性以及调整光源模块120的位置，即可控制光学读取头101对于物体102的照明效果。

在一例子中，镜头的解像约为50至80lp/mm，R1＞80％，且相对通光口径(f-number，F/N)不宜太高以免增加照明负担。读取头读取物体的容许倾斜角度要达到30至40度，镜头的景深(Deep of focus)大于±0.7mm。物体102可以是一本电子书，上面印有二维条形码图案。由于电子书的纸面材质容易反光，加上使用者握取读取头来读取电子书时，读取头跟纸面的倾斜角度A可能会达到0至30度，或甚至是0至40度。因此，必须避免纸面反光所造成的强光进到感光模块140中而造成无法辨识物体的问题。

于图1中，是让譬如是发光二极管的光源模块120发出的光线打在譬如是锥状笔头的中空壳体110的内壁面上，以增加入射光的强度。但是，本案发明人发现在入射角等于24度时，仍会有反射强光进入到感光模块140，而且，具有反射效果的内壁面(通常称为反射罩)也会使杂光射回感光模块140而进一步降低了对比。

图2显示另一种传统的光学读取头的应用示意图。图2的光学读取头是类似于图1，不同之处在于直接以LED 120的光线打在物体102上，这种情况非常容易造成反射的强光进到感光模块140内而进一步降低对比。

因此，公知技术的光学读取头的缺点在于无法避免反射强光所造成的辨识死角、无法有效提升照明效率以减少LED的使用量及耗电量、以及无法有效提高倾斜角度的容许范围。

发明内容

本发明要解决的一个技术问题是提供一种具有漫射构造的光学读取头，其能提供均匀输出光线以消除强光所造成的辨识死角并提升照明效率，更能提高倾斜角度的容许范围，以促进使用的便利性。

为此，本发明提供一种具有漫射构造的光学读取头，用来读取一物体上的图案。光学读取头包含一中空壳体、一光源模块、一漫射构造及一感光模块。光源模块固定于中空壳体内并提供一初始光线。漫射构造连接至中空壳体，接收初始光线，并将初始光线处理成一均匀光线后输出，初始光线在漫射构造中进行多次反射后，进而形成均匀光线。感光模块固定于中空壳体内，来感测被物体反射的均匀光线，其中感光模块的一光轴实质上平行于漫射构造的一轴向方向。且所述感光模块包含：一透镜固定结构；一透镜，其固定于所述透镜固定结构中；及一影像传感器，其固定于所述透镜固定结构中，并通过所述透镜接收被所述物体反射的所述均匀光线。

附图说明

图1显示一种传统的光学读取头的应用示意图。

图2显示另一种传统的光学读取头的应用示意图。

图3显示依据本发明第一实施例的光学读取头的应用示意图。

图4显示依据本发明第二实施例的光学读取头的应用示意图。

图5显示依据本发明第三实施例的光学读取头的应用示意图。

图6显示依据本发明第四实施例的光学读取头的应用示意图。

附图标记说明：

L1：初始光线    L2：均匀光线

L10：杂光       1：光学读取头

2：物体         10：中空壳体

11：开口部      12：内周壁

13：内壁面      14：内挡缘

15：密闭空间    20：光源模块

30A：轴向方向   30：漫射构造

40：感光模块    41：透镜固定结构

42：透镜        43：影像传感器

44：第一间隔器  45：第二间隔器

46：导槽        50：电路板

101：光学读取头    102：物体

110：中空壳体      120：光源模块

140：感光模块

具体实施方式

第一实施例

图3显示依据本发明第一实施例的光学读取头的应用示意图。如图3所示，本实施例的光学读取头1是用来读取一物体2。物体2譬如是电子书，上面印有譬如二维条形码的图案。光学读取头1包含一中空壳体10、一光源模块20、一漫射构造30及一感光模块40。

光源模块20固定于中空壳体10内并提供一初始光线L1。光源模块20包含但不限于一个发光二极管或多个发光二极管。多个发光二极管可以发出相同的光线或不同的光线。于此实施例中，是以一个发光二极管作为例子来说明，而且初始光线L1是由中空壳体10的一内壁面13反射至漫射构造30中。然而，初始光线L1亦可以直接入射至漫射构造30。其中，可利用热缩套管作为具有反射效果的内壁面(通常称为反射罩)，利用锡箔纸当作反射罩内的一层，或将塑件外壳的内部做成(或涂布、喷漆)成镜面、白色或红色即可。

漫射构造30连接至中空壳体10，接收初始光线L1，并将初始光线L1处理成一均匀光线L2后输出。初始光线L1是在漫射构造30中进行多次反射后，进而形成均匀光线L2。于本实施例中，漫射构造30形成于中空壳体10的一开口部11的一内周壁12。因此，漫射构造30呈一管状构造，且漫射构造30的内管壁中涂敷有漫射材料。漫射构造30亦具有一封闭的截面，此截面可以是圆形、椭圆形或多边形。因此，开口部11的内周壁12的截面形状是圆形、椭圆形或多边形。值得注意的是，中空壳体10可以分成好几个部分。举例而言，图中的中空壳体10的锥状部分可以跟圆柱部分通过螺锁的方式结合。

感光模块40固定于中空壳体10内，来感测被物体2反射的均匀光线L2。感光模块40的一光轴40A实质上平行于漫射构造30的一轴向方向30A。于本实施例中，感光模块40包含一透镜固定结构41、一透镜42及一影像传感器43。透镜42及影像传感器43两者都固定于透镜固定结构41中。影像传感器43通过透镜42接收被物体2反射的均匀光线L2。

此外，光学读取头1可以更包含一个电路板50，其上形成有多个电子元件以构成处理电路。在光学读取头1读取物体上的图案后，电路板50上的处理电路可以直接辨识此图案并输出对应于此图案的对应讯号，譬如是发出声音或发出光线等等，来跟使用者进行互动。值得注意的是，电路板50及其上的处理电路是可以被视为是感光模块40的一部分。

因此，于本实施例中，是将通称为反射器(reflector)的中空壳体10的内壁面13设计成反射曲面，来将初始光线汇聚成导光管(Light pipe)，以达到均匀化照明的功能。因此，只要适当设计反射器内部的形状，即可以达到良好的照明效率。

第二实施例

本实施例是以管状的漫射构造来提供均匀化的光线。

图4显示依据本发明第二实施例的光学读取头的应用示意图。如图4所示，本实施例的光学读取头是类似于第一实施例，不同之处在于漫射构造30是一中空管体，其装设于中空壳体10的一开口部11。因此，初始光线L1先折射穿透进入漫射构造30，再于漫射构造30中进行反射动作。值得注意的是，漫射构造30可以是一实心柱体。实心柱体有助于将外界的灰尘与感光模块40隔绝。或者，漫射构造30可以是由一中空管体及用来封住中空管体的一透明件所组成。其中，所述漫射构造可采用PC或压克力、ABS的塑料中添加白色染料制成；或在透明塑件表面实施雾化处理都可以达到均匀化照明的效果。

此外，于本实施例中，亦可以将漫射构造30设计成可相对于中空壳体10滑动。由此，可以调整初始光线的反射状况以及均匀光线的特性。因此，光源模块20的发光二极管的组装精密度可以有效降低。

第三实施例

本实施例是以管状的漫射构造配合光积分构造来提供均匀化的光线。

图5显示依据本发明第三实施例的光学读取头的应用示意图。如图5所示，本实施例的光学读取头是类似于第一实施例，不同之处在于漫射构造30是装设于中空壳体10的一开口部11以及中空壳体10的一内挡缘14。由此，可以使漫射构造30、中空壳体10及内挡缘14形成一密闭空间15，用来作为一光积分构造。并配合漫射构造30来提供更均匀化的光线。

于本实施例中，光源模块20的发光二极管是位于密闭空间15中，初始光线L1先折射穿透于漫射构造30，再于漫射构造30进行反射动作，漫射构造30是一中空管体。然而，漫射构造30可以是一实心柱体，实心柱体有助于将外界的灰尘与感光模块40隔绝。或者，漫射构造30可以是由一中空管体及用来封住中空管体的一透明件所组成。

此外，于本实施例中，亦可以将漫射构造30设计成可相对于中空壳体10滑动。由此，可以调整初始光线的反射状况以及均匀光线的特性。因此，光源模块20的发光二极管的组装精密度可以有效降低。

第四实施例

图6显示依据本发明第四实施例的光学读取头的应用示意图。如图6所示，本实施例的光学读取头是类似于第三实施例，不同之处在于感光模块40更包含一第一间隔器44及一第二间隔器45。第一间隔器44位于透镜42与漫射构造30之间，并紧靠透镜42与透镜固定结构41，用于调整透镜42与影像传感器43的一相对距离。第二间隔器45位于透镜42与影像传感器43之间，用于固定透镜42并消除杂光。

漫射构造30是装设于中空壳体10的一开口部11以及透镜固定结构41的一导槽46中，透镜固定结构41装设于中空壳体10的一内挡缘14，进而使得漫射构造30、中空壳体10、透镜固定结构41及内挡缘14形成一密闭空间15，用来作为一光积分构造。漫射构造30可在导槽46中滑动，并相对于中空壳体10滑动。

综上所述，本发明的具有漫射构造的光学读取头可以提供均匀输出光线以消除强光所造成的辨识死角并提升照明效率，更能提高倾斜角度的容许范围，以促进使用的便利性。

在较佳实施例的详细说明中所提出的具体实施例仅用来方便说明本发明的技术内容，而非将本发明狭义地限制于上述实施例，在不超出本发明的精神及权利要求书的情况，所做的种种变化实施，皆属于本发明的范围。

Claims (21)

1.一种具有漫射构造的光学读取头，用来读取一物体上的图案，所述光学读取头包含：

一中空壳体；

一光源模块，其固定于所述中空壳体内并提供一初始光线；

一漫射构造，其连接至所述中空壳体，接收所述初始光线，并将所述初始

光线处理成一均匀光线后输出，其中，所述初始光线在所述漫射构造中进行多

次反射后，进而形成所述均匀光线；及

一感光模块，其固定于所述中空壳体内，来感测被所述物体反射的所述均匀光线，其中所述感光模块的一光轴平行于所述漫射构造的一轴向方向，且所述感光模块包含：

一透镜固定结构；

一透镜，其固定于所述透镜固定结构中；及

一影像传感器，其固定于所述透镜固定结构中，并通过所述透镜接收被所述物体反射的所述均匀光线。

2.如权利要求1所述的具有漫射构造的光学读取头，其特征是，所述漫射构造形成于所述中空壳体的一开口部的一内周壁。

3.如权利要求2所述的具有漫射构造的光学读取头，其特征是，所述初始光线是由所述中空壳体的一内壁面反射至所述漫射构造中。

4.如权利要求1所述的具有漫射构造的光学读取头，其特征是，所述漫射构造是装设于所述中空壳体的一开口部。

5.如权利要求4所述的具有漫射构造的光学读取头，其特征是，所述初始光线先折射穿透于所述漫射构造后，再于所述漫射构造中进行反射。

6.如权利要求4所述的具有漫射构造的光学读取头，其特征是，所述漫射构造为一中空管体或一实心柱体。

7.如权利要求4所述的具有漫射构造的光学读取头，其特征是，所述光源模块包含至少一个发光二极管。

8.如权利要求4所述的具有漫射构造的光学读取头，其特征是，所述漫射构造可相对于所述中空壳体滑动。

9.如权利要求1所述的具有漫射构造的光学读取头，其特征是，所述漫射构造装设于所述中空壳体的一开口部以及所述中空壳体的一内挡缘，进而使得所述漫射构造、所述中空壳体及所述内挡缘形成一密闭空间，来作为一光积分构造。

10.如权利要求9所述的具有漫射构造的光学读取头，其特征是，所述初始光线先穿透所述漫射构造后，再于所述漫射构造中进行反射。

11.如权利要求9所述的具有漫射构造的光学读取头，其特征是，所述漫射构造为一中空管体或一实心柱体。

12.如权利要求9所述的具有漫射构造的光学读取头，其特征是，所述光源模块包含至少一个发光二极管。

13.如权利要求9所述的具有漫射构造的光学读取头，其特征是，所述漫射构造可相对于所述中空壳体滑动。

14.如权利要求9所述的具有漫射构造的光学读取头，其特征是，所述光源模块位于所述密闭空间中。

15.如权利要求1所述的具有漫射构造的光学读取头，其特征是，所述感光模块更包含：

一第一间隔器，其位于所述透镜与所述漫射构造之间，并紧靠所述透镜与所述透镜固定结构，并调整所述透镜与所述影像传感器的一相对距离；以及

一第二间隔器，其位于所述透镜与所述影像传感器之间，并固定所述透镜并消除杂光。

16.如权利要求1所述的具有漫射构造的光学读取头，其特征是，所述漫射构造装设于所述中空壳体的一开口部以及所述透镜固定结构的一导槽中，所述透镜固定结构装设于所述中空壳体的一内挡缘，使所述漫射构造、所述中空壳体、所述透镜固定结构及所述内挡缘形成一密闭空间，来作为一光积分构造。

17.如权利要求16所述的具有漫射构造的光学读取头，其特征是，所述初始光线先折射穿透于所述漫射构造后，再于所述漫射构造中进行反射动作。

18.如权利要求16所述的具有漫射构造的光学读取头，其特征是，所述漫射构造为一中空管体或一实心柱体。

19.如权利要求16所述的具有漫射构造的光学读取头，其特征是，所述光源模块包含至少一个发光二极管。

20.如权利要求16所述的具有漫射构造的光学读取头，其特征是，所述漫射构造可在所述导槽中滑动，并相对于所述中空壳体滑动。

21.如权利要求16所述的具有漫射构造的光学读取头，其特征是，所述光源模块位于所述密闭空间中。

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