CN101449194A - 具有多个像场的成像扫描仪 - Google Patents

Abstract

公开了用于在成像阵列上提供多个像场或图像区域的方法、系统和装置的实施例。在某些优选实施例中，高密度成像阵列可以被分割成两个或多于两个区域，其中每个区域可以用来渲染扫描体积的分离视野。这个装置可以增加有效扫描体积，使其超过具有单一视点的单一成像器的可用体积，并且可以允许在各个方位上读取编码符号，单一成像器不能准确成像的原因之一是不具备这一特性。

Description

具有多个像场的成像扫描仪

技术领域

【0001】本发明领域一般涉及扫描仪。更具体地，其涉及用以改进成像扫描仪的扫描性能的系统、方法和装置。

背景技术

【0002】与更多传统的激光扫描相比，成像技术具有许多优点。例如，与激光扫描仪相比成像器能够以更高的数据传输率捕获信息。这为标签读取提供了更早的第一时机、更密集的有效扫描模式、和在给定的时间跨度内的更多扫描机会。这些优点使该扫描仪与激光扫描仪相比，典型地加快了扫描仪的整体运行。成像还可以提供比激光扫描更低的成本和更高的可靠性，随着成像器的成本持续降低，这一区别可能随时间而变得更重要。

【0003】然而，成像扫描仪有许多缺点。许多目前的基于激光的固定扫描仪利用刻面轮(facet wheel)和反射镜篮创建扫描模式，该扫描模式可以给出覆盖更大的空间体积的扫描空域。这个大的扫描体积允许在具有不同视角的几条不同扫描线中的任何一条上读取条形码。通过比较，成像扫描仪一般基于单透镜和单成像阵列。因此，此类扫描仪仅仅提供单一视点，这将限制扫描仪在某些环境中识别条形码的能力。

【0004】例如，因为成像扫描仪的扫描体积是圆锥形状，所以试图读取条形码或其他非常接近扫描窗口的图像(“在窗口”读取)可能比使用篮式激光扫描仪效率更低。此外，当标签被定向以便照明源被直接反射到成像器时，由于均匀反射破坏所需的全部图像，或变形的镜面反射破坏一个或多于一个元素，所以成像器不能正确地读取。这个影响可以导致在具体反射角读取发亮的标签出现问题。此外，与成像器成极小锐角处定向的标签可能是不可读取的。

【0005】因此确定本发明需要提供改进这些或其他此类局限的成像扫描仪。

附图说明

【0006】应当明白附图仅仅描述某些优选实施例，因此不能认为其实际上局限于此，通过使用附图进一步具体详细地描述和解释优选实施例：

【0007】图1描述带有单一成像区域的成像扫描仪。

【0008】图2是具有单一成像区域的成像阵列的示意图。

【0009】图3是根据一个实施例的分成四个单独成像区域的成像阵列的示意图。

【0010】图4是根据沿着图3示意图的线4-4截取的一个实施例的带有多个成像区域的成像扫描仪的剖视图。

【0011】图5是图4所示成像扫描仪的顶视图。

具体实施方式

【0012】在下面描述中，提供许多具体详细资料以便完全理解具体的优选实施例。然而，本领域的技术人员认可在缺少一个或多于一个具体细节、或使用其他方法、组件、材料等情况下，仍可以实行实施例。

【0013】在一些情况下，为了避免优选实施例的各方面模糊，已知的结构、材料、或操作未显示或未详细描述。此外，在一个或多于一个实施例中，可以以任何合适方式结合所描述的特征、结构、或特性。

【0014】此处公开的是通过提供多个像场来改进成像扫描仪性能的方法、系统和装置的实施例。在某些优选实施例中，高密度成像阵列可以被分割成两个或多于两个区域，其中每个区域可以用来渲染扫描体积(scan volume)的分离视野。这个装置可以增加有效扫描体积，使其超过具有单一视点的单一成像器的可用体积。此外，这个装置通过提供多个视角，诸如激光扫描中一段时间内可利用的视角，可以提供在激光扫描到成像的过渡中丢失的某些性能标记的恢复。这个装置也可以提供使用额外像素的方法，所述额外像素在将来更高密度成像阵列中可能更多地被利用。

【0015】图1图示说明与单一成像器扫描仪相关的一些问题。图1描述包括成像器20、透镜30、和扫描窗口40的单一成像扫描仪10。两个标签，即标签50和标签52位于扫描窗口40前面，扫描仪10试图读取标签。来自照明源60的光线，经过标签50和52反射，进入成像器20。扫描仪10的扫描体积如70所示。如图1所示，扫描体积70是圆锥形。标签50被置于与照明源60相对的一个角度，以致形成镜面反射，并且可能导致扫描仪10不能正确地读取标签50。由于标签52表面和成像器之间的入射角是非常小的角度，所以标签52也可能不被扫描仪10读取。

【0016】通过将成像阵列(诸如图2所示成像阵列Q)分成多个成像区域，并且为每个区域优选使用不同光路，可以解决这些和其他问题。例如，如图3示意图所示，阵列Q可以被分成四个分离的成像区域，Q1-Q4。Q1-Q4中的每个区域可以具有分离的、不同的视场和/或扫描体积。

【0017】图4和图5描述多个成像器扫描仪100的实施例。扫描仪100包括高密度成像阵列110，其被分成四个分离的成像区域(注意图4侧视图中仅能看到四个成像区域中的两个)。首先参考图4，第一成像区域120由透镜130、折叠反射镜140和篮式反射镜150支持。同样地，第二成像区域122由透镜132、折叠反射镜142和篮式反射镜152支持。如在此处所使用的，术语“篮式反射镜(basket mirror)”指的是进入扫描仪的图像所遇到的第一反射镜。在一些实施例中，这些反射镜被安装在模制塑料“篮”上，这就是使用“篮式反射镜”术语的原因。然而，应当理解，反射镜可以被认为是在术语“篮式反射镜”范围内，即使反射镜未被安装在篮、模制塑料或别的形式塑料上。如在此处所使用的，术语“折叠反射镜”指的是装置中的第二反射镜，其使图像与透镜/成像器的轴排成一行。然而，应当理解，在所描述的实施例中，篮式反射镜围绕中心轴设置，并且被设置为朝折叠反射镜径向反射光。

【0018】应当理解此处公开的各种元件是示例，而且在可选实施例中可以由其他合适元件代替。例如，尽管在所描述实施例的附图中提供的是透镜，但是可以使用任何其他聚焦元件(诸如抛物型聚焦反射镜)代替。

【0019】在一些实施例中，成像阵列的各个成像区域彼此之间可以被隔开。例如，遮光罩160、161、163可以用来分隔装置的各个成像区域。这些遮光罩可以位于一些支持各个成像区域组件之间，诸如图5所示，在每个成像区域的透镜和折叠反射镜之间。在一些实施例中，遮光罩可以被整体模制为装置的一部分。在其他实施例中，遮光罩可以附属在装置上，以将成像阵列划分成各段。从上述图中可以看出，来自照明源185的光经标签180和182反射，通过扫描仪窗口170，并且从篮式反射镜150和152反射到折叠反射镜140和142上，穿过透镜130和132，然后进入高密度成像阵列110的各个成像区域Q1-Q4。

【0020】各个成像区域产生的四个扫描体积中的两个的二维表示可以参看图4。扫描体积190映射到成像区域120(图3中Q4)，扫描体积192映射到成像区域122(图3中Q2)。可以看出扫描体积190和192在区域195中重叠，形成组合的有效扫描体积。然而，扫描体积190和192指向不同角度的方位。因此，不仅可以读取扫描体积190和192(除了重叠扫描体积195的外面)的有效扫描体积内的标签，也可以读取重叠扫描体积195内的标签，但在无多个扫描区域的情况下，重叠扫描体积195内的标签可能是不可读的。

【0021】例如，如参考图1的上述讨论，标签180被置于与照明源185相对的一个角度，以致于在没有多个成像区域的情况下，由于镜面反射问题，标签180可能不可读。然而，使用彼此之间指向不同角度的方位的多个成像区域，标签180可以通过一个成像区域(诸如区域120)读取，即使标签180不被其他成像区域(诸如区域122)读取。可选地，即使标签不被任何一个成像区域读取，可以合并各个图像，以便正确地读取图像，如下面将进行详细描述。此外，尽管标签182不可读，(由于标签182和扫描体积192之间的入射角非常小)只要存在成像区域122(和扫描体积192)，则存在的成像区域120(和扫描体积190)可以提供可选的扫描角度，从而允许标签182被读取。

【0022】图5描述多个成像器扫描仪100的顶视图。应该注意可以在图5中看到另外的两个成像区域(这两个成像区域未在图4的剖视图中描述)。具体地，可以在图5中看出，除了图4中所示的上述透镜、折叠反射镜、篮式反射镜、和遮光罩外，在图5顶视图中所示的其他两个成像区域也具有与其相关的透镜、折叠反射镜、篮式反射镜、和遮光罩。因此，图中所示的另外两个成像区域具有附随的透镜134和136、折叠反射镜144和146、和篮式反射镜154和156。图5中所示的箭头图示说明与各自折叠反射镜和成像区域相关的篮式反射镜。

【0023】如图5所示，篮式反射镜150、152、154、和156围绕成像器形成“篮”状结构。在所述实施例中的每个篮式反射镜包括梯形反射镜，该梯形反射镜从顶部(接近扫描窗口)到底部(接近成像阵列)成锥状。在一些实施例中，这个形状在简化制造和/或设计密度上具有优势。然而，应当理解，一些可选替换是可能的。例如，在其他实施例中，可以使用其他多棱镜。在另一些其他实施例中，可以使用非多棱镜。篮式反射镜150、152、154、和156被定位并且配置为在折叠反射镜140、142、144、和146上投射图像，转而，将图像投射到一个成像区域。

【0024】在所描述的实施例中，成像阵列被分成矩形成像区域。当然，其他实施例关注未被分成矩形成像区域的成像阵列。此外，参考图5所示，每个折叠反射镜140、142、144、和146是矩形，并且每个折叠反射镜与邻近的反射镜成90度角。同样，不需要所有实施例都是如此。

【0025】因此，阵列的每个成像区域可以位于分离透镜和分离反射镜组的成像平面上。每个各自成像区域的篮式反射镜、折叠反射镜、和遮光罩的组合担当观测镜组件，其允许每个单独的成像区域以与另一个成像区域(实施例中有两个成像区域)不同的角度“观察”或引导，或与其他任意成像区域(实施例中有两个或多于两个成像区域)不同的角度“观察”或引导。

【0026】在一些实施例中，可以提供折叠反射镜，用以产生上述的观测镜组件。如先前所述，此处使用的术语“篮式反射镜”和“折叠反射镜”指的是反射镜在装置中的各自位置，而不是要求反射镜的具体结构或类型。此外，例如，可以提供包括遮光罩的模制组件将成像阵列分成分离的成像区域，并且覆盖装置的组件，其中该遮光罩位于透镜和每个成像区域的一个或多于一个反射镜之间。如果需要将从观测镜组件接收的光线聚焦到成像阵列上，则模制组件中也可以包括透镜，该透镜位于与每个折叠反射镜邻近的位置。可以提供篮式反射镜使光线指向折叠反射镜，转而，使光线穿过透镜。可以预想到的是与现行或传统激光扫描仪所使用的反射镜相似的篮式反射镜可以与某些实施例结合使用。

【0027】具有篮式反射镜、折叠反射镜、和透镜的配置可以针对每个成像区域提供“观测镜”。每个成像区域的折叠反射镜和篮式反射镜(“观测镜”)可以对准不同的角度方位，以允许扫描仪从全部有效的扫描体积中的不止一个视点读取。此多视点配置可以通过分隔和策略布置由每个“观测镜”定义和观察的圆锥形区域，允许扫描仪增加有效的扫描体积。通过仔细选择成像阵列区域的位置，有效的扫描体积也可以被制成较小的圆锥，而且如果需要，可以制成更像许多传统激光扫描仪的矩形扫描区域。被配置为将观察轴转换为所需成像轴的任何观测镜装置应该被认为是合适的“观测镜组件”。

【0028】除了增加扫描体积和定形有效扫描区域外，一个优选实施例也可以用来减少或消除传统成像扫描仪普遍存在的镜面反射问题。例如，因为各种成像阵列区域的视角一般不同，所以在一个成像区域具有镜面反射的标签，可以在没有此镜面反射的一个或多于一个其他的成像区域中读取。

【0029】此外，如果由于镜面反射，不同成像区域接收的两个或多于两个视图被破坏，通过使用例如本领域技术人员已知的算法，两个或多于两个此类图像可以被合并。例如，类似单一成像扫描仪中使用的动态补偿算法，可以用来合并两个或多于两个上述图像。可以预料，知道成像区域之间的固定关系可以简化使图像互相关联所涉及的步骤。连同各种实施例所使用的进一步详细的示例性算法可以在公开号为NO.2006/0249581，标题为“形成移动光代码图像的方法和系统”(“Methods and Systems for Forming Images of Moving Optical Codes”)的美国专利申请中找到，该专利的全部内容作为参考并入。另外关于解决镜面反射问题的方案信息可以在公开号为NO.2006/0163355，标题为“用于成像受到反射的目标的数据读取器和方法”(“Data reader andmethods for imaging targets subject to specular reflection”)的美国专利申请中找到，该专利的全部内容作为参考并入本文。某些实施例也可以提供在更高密度成像阵列中使用额外像素，尤其在不需要更高密度或额外像素来改进标签元件渲染的情况下。

【0030】此外，在一个图像中定位于极小锐角的标签，在其他成像阵列区域的一个或多于一个其他图像中很可能定位于较大的角(较大的锐角)。此类图像不能被传统的单一成像器扫描仪识别，可以被此处公开的多成像区域扫描仪中的一个或多于一个成像区域识别。

【0031】在一些实施例中，此处陈述的发明原理也可以结合其他相关技术。例如，可以想到一些实施例可以提供聚焦不同扫描距离的成像区域。关于此技术的进一步信息和细节可以在序列号为NO.6,318,635，标题为“基于多焦距成像的便携资料记录表读取器”(“Multi-FocalLength Imaging Based Portable Dataform Reader”)中找到，该专利的全部内容作为参考并入本文。此外，本发明的一个或多于一个实施例连同上述技术可以在序列号为NO.5,814,803，标题为“具有多焦距的图像读取器”(“Image Reader With Multi-Focus Lens”)，该专利也作为参考并如本文。更具体地，参考上述专利的图62A-62F中所显示和描述的万花筒结构可以被提供以将编码符号的多个旋转图像映射到成像阵列。

【0032】此处使用的术语和说明书仅仅通过图示说明陈述，并且其不局限于此。本领域的技术人员将认可，在不偏离本发明根本原则的情况下，可以对上述实施例的细节做出各种变化和修改。因此本发明范围仅由权利要求和其等效要求确定。

Claims (29)

1.一种成像扫描仪，其包括：

成像阵列，其包括第一成像区域和第二成像区域，其中所述第一成像区域的视场与所述第二成像区域的视场不同；

第一反射镜组，其用于将光线导向所述成像阵列的所述第一成像区域；及

第二反射镜组，其用于将光线导向所述成像阵列的所述第二成像区域。

2.根据权利要求1所述的成像扫描仪，进一步包括：

第一聚焦元件，其位于将光线聚焦到所述第一成像区域的位置；及

第二聚焦元件，其位于将光线聚焦到所述第二成像区域的位置。

3.根据权利要求2所述的成像扫描仪，其中所述第一聚焦元件和第二聚焦元件包括透镜。

4.根据权利要求1所述的成像扫描仪，其中所述第一成像区域的所述视场相对所述第二成像区域的所述视场定位于不同的角度。

5.根据权利要求1所述的成像扫描仪，其中所述成像阵列进一步包括第三成像区域和第四成像区域。

6.根据权利要求5所述的成像扫描仪，其中所述成像阵列的每一个所述成像区域的视场与其他所述成像区域的所述视场不同。

7.根据权利要求1所述的成像扫描仪，其中所述第一成像区域与所述第二成像区域物理上分隔开。

8.根据权利要求7所述的成像扫描仪，进一步包括遮光罩，其位于所述第一成像区域与所述第二成像区域分隔的位置。

9.根据权利要求1所述的成像扫描仪，其中所述第一成像区域映射到第一扫描体积，其中所述第二成像区域映射第二扫描体积，其中所述第一扫描体积的一部分与所述第二扫描体积的一部分重叠，形成重叠扫描体积。

10.根据权利要求1所述的成像扫描仪，其中所述第一反射镜组包括折叠反射镜和篮式反射镜，并且其中所述第二反射镜组包括折叠反射镜和篮式反射镜。

11.根据权利要求10所述的成像扫描仪，进一步包括：

第一透镜，其位于将光线聚焦到所述第一成像区域的位置，及

第二透镜，其位于将光线聚焦到所述第二成像区域的位置。

12.根据权利要求11所述的成像扫描仪，其中所述第一反射镜组的所述篮式反射镜被配置为反射光线使其通过所述扫描仪的窗口并进入所述第一反射镜组的所述折叠反射镜，并且其中所述第一反射镜组的所述折叠反射镜被配置为反射来自所述第一反射镜组的所述篮式反射镜的光线，使其穿过所述第一透镜并进入所述第一成像区域。

13.一种成像扫描仪，其包括：

成像阵列，其包括第一成像区域和第二成像区域，其中所述第一成像区域的视场相对所述第二成像区域的视场定位于不同的角度；

第一观测镜组件，其用以将光线导向并聚焦到所述成像阵列的所述第一成像区域，所述第一观测镜组件包括篮式反射镜、折叠反射镜、和聚焦元件；及

第二观测镜组件，其用以将光线导向并聚焦到所述成像阵列的所述第二成像区域，所述第二观测镜组件包括篮式反射镜、折叠反射镜、和聚焦元件。

14.根据权利要求13所述的成像扫描仪，进一步包括：

第三观测镜组件，其用以将光线导向并聚焦到所述成像阵列的所述第三成像区域，所述第三观测镜组件包括篮式反射镜、折叠反射镜、和聚焦元件；及

第四观测镜组件，其用以将光线导向并聚焦到所述成像阵列的所述第四成像区域，所述第四观测镜组件包括篮式反射镜、折叠反射镜、和聚焦元件。

15.根据权利要求13所述的成像扫描仪，其中所述第一观测镜组件和第二观测镜组件的聚焦元件包括透镜。

16.根据权利要求13所述的成像扫描仪，其中所述第一成像区域与所述第二成像区域物理上分隔开。

17.根据权利要求16所述的成像扫描仪，进一步包括遮光罩，其位于所述第一成像区域与所述第二成像区域分隔的位置。

18.根据权利要求17所述的成像扫描仪，其中所述遮光罩还位于分隔所述第一观测镜组件的至少一部分与所述第二观测镜组件的至少一部分的位置。

19.根据权利要求13所述的成像扫描仪，其中所述第一成像区域映射第一扫描体积，其中所述第二成像区域映射第二扫描体积，其中所述第一扫描体积的一部分与所述第二扫描体积的一部分重叠，形成重叠扫描体积。

20.根据权利要求13所述的成像扫描仪，其中所述第一观测镜组件被配置为反射光线，使其穿过所述扫描仪的窗口，从所述篮式反射镜照射到所述折叠反射镜，并且使光线从所述折叠反射镜，穿过所述第一聚焦元件，到达所述第一成像区域。

21.一种通过成像从编码符号中读取数据的方法，所述方法包括的步骤有：

将第一编码符号暴露于第一方位处的成像窗口，所述第一方位与所述成像窗口相关；

将第二编码符号暴露于第二方位处的成像窗口，所述第二方位与所述成像窗口相关；

将所述第一编码符号成像于成像阵列，其中所述成像阵列包括第一成像区域和第二成像区域，并且其中所述第一成像区域的视场与所述第二成像区域的视场不同；及

将所述第二编码符号成像于所述成像阵列。

22.根据权利要求21所述的方法，其中所述第一编码符号成像于所述第一成像区域，所述第二编码符号成像于所述第二成像区域。

23.根据权利要求22所述的方法，进一步包括仅从所述第一成像区域的图像中读取所述第一编码符号，并仅从所述第二成像区域的图像中读取所述第二编码符号。

24.根据权利要求22所述的方法，其中所述第一编码符号的第一方位阻止所述第二成像区域单独读取所述第一编码符号。

25.根据权利要求21所述的方法，其中所述第一编码符号成像于所述第一成像区域和所述第二成像区域。

26.根据权利要求25所述的方法，进一步包括通过合并所述第一成像区域的所述第一编码符号的图像与所述第二成像区域的所述第一编码符号的图像，读取所述第一编码符号。

27.根据权利要求21所述的方法，其中所述成像阵列进一步包括第三成像区域和第四成像区域。

28.根据权利要求27所述的方法，其中所述成像阵列的每个所述成像区域的视场与其他所述成像区域的视场不同。

29.根据权利要求21所述的方法，其中所述第一成像区域的所述视场相对所述第二成像区域的所述视场定位于不同的角度。

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