CN101861590B - 具有照明控制系统的成像条形码读取器 - Google Patents

Abstract

所公开的条形码读取器包括自动聚焦部件，用于迅速地产生聚焦图像。一种成像系统使用照射在目标的编码标记上的瞄准图案。该成像系统包括光监视像素阵列和聚焦透镜，该聚焦透镜相对于像素阵列是固定的，用于将目标对象的图像透射到像素阵列上。该条形码读取器还包括照明系统，该照明系统包括一个或多个发光二极管，用于照亮位于由光学系统限定的视场中的目标。耦合到照明系统的发光二极管的驱动电路至少包括一个储能电容器，用于提供用于照亮目标的电脉冲。控制器通过将驱动电路的至少一个电容器放电来选择性地向发光二极管赋予能量。

Description

具有照明控制系统的成像条形码读取器

技术领域

本发明涉及基于成像的条形码读取器，其具有高强度目标照明系统。

背景技术

已经开发了各种光电系统来读取诸如条形码的光学标记。条形码是图形标记的编码图案，其由不同宽度的条和间隔的矩阵或者系列构成，所述条和间隔具有不同的光反射特性。使用基于CCD或者CMOS的成像系统来读取和解码条形码的系统通常被称为基于成像的条形码读取器或者条形码扫描器。

成像系统包括CCD阵列、CMOS阵列或者其他具有多个光敏元素或者像素的成像像素阵列。通过成像系统的透镜将从例如目标条形码的目标图像反射的光聚焦在像素阵列上。模数转换器将来自像素阵列的像素的输出信号数字化。成像系统的解码电路处理该数字化信号，并且试图解码成像的条形码。

成像系统成功地解码成像的条形码的能力取决于满意地捕获被聚焦在像素阵列上的目标条形码的清楚图像的能力。

发明内容

一种示例性系统用于用以成像目标的基于成像的条形码读取器，并且具有：成像系统，包括光监视像素阵列；以及，光学系统，具有相对于像素阵列定位的一个或多个聚焦透镜，用于向像素阵列透射目标对象的图像。

示例性条形码读取器还包括照明系统，该照明系统具有一个或多个发光二极管，用于照亮位于由光学系统限定的视场中的目标。耦合到照明系统的发光二极管的驱动电路具有至少一个储能电容器，用于提供照亮目标的电脉冲。控制器通过经由发光二极管对驱动电路的电容器进行放电来选择性地向发光二极管赋予能量。

控制器被通知：照明系统准备好向一个或多个发光二极管提供短突发电流，并且在被照亮的系统中，通过在对电容器充电时监视何时超过电容器上的门限电压来实现这点。照明系统也向控制器通知电容器何时已经被完全放电，并且向控制器提供其他信息，以便控制器在任何时间都可以估计在电容器中存储的能量的量。

通过参考结合附图对于本发明的示例性实施例的说明，将进一步理解本发明的这些和其他目的、优点和特征。

附图说明

图1是具有自动聚焦系统的本发明的基于成像的条形码读取器的示意方框图；

图2是用于支撑在图1中描绘的部件的外壳的描绘；

图3是用于从发光二极管照明源提供高强度的闪光的控制电路的示意描绘。

图4是可编程的电流源的示意图；

图5和图6是两个条形码读取器照明模式的电流对时间描绘；

图7是示出了图3的描绘的电压感测部分的方框图；和

图8是基于时间的充电电容器上的电压的描绘。

具体实施方式

在图1中示意地示出了基于成像的条形码读取器10的方框图。条形码读取器10除了成像和解码1D和2D条形码和邮政编码之外，也能够捕获图像和签名。在本发明的一个优选实施例中，条形码读取器10是被支撑在外壳11(图2)中的手持便携读取器部件，走路或者开车通过商店、仓库或者工厂的用户可以携带和使用该外壳，以读取条形码来用于仓储或者库存控制的目的。

然而，本发明的条形码读取器可以有利地与任何类型的基于成像的自动识别系统相结合地使用，所述任何类型的基于成像的自动识别系统包括但是不限于条形码读取器、签名成像获取和识别系统、光学字符识别系统和指纹识别系统等。本发明的意图是涵盖所有这样的基于成像的自动识别系统。

条形码读取器10包括耦合到条形码读取器电路13的触发器12，用于当拉动或者按下触发器12时启动对位于对象上的目标条形码15的读取。条形码读取器10包括成像部件20，成像部件20包括成像光学器件21和CCD成像器24。

一个或多个透镜将从目标条形码15反射的光聚焦在CCD成像器24的光电传感器或者像素28上。在一个实施例中，读取器10包括自动聚焦系统50，其使用电机29来移动至少一个透镜，电机29具有耦合到透镜的输出传输，并且使用位置编码器27来监视至少一个透镜的移动。将像素阵列28的像素读出，以在输出30产生模拟信号，所述模拟信号表示被成像光学器件21聚焦在像素阵列28上的任何内容的图像，例如被读取器的光轴OA相交的条形码15的图像。然后模数转换器70将在输出30的模拟图像信号数字化，并且解码器电路80将在输出74的数字化的信号解码。然后经由数据输出端口100将用于表示在条形码15中编码的数据/信息的解码数据90输出，并且/或者经由显示器108将其向读取器10的用户显示。一旦获得条形码15的良好“读取”，即一旦成功地成像和解码条形码15，就通过电路13来激活扬声器120，以向用户指示已经成功地读取了条形码。

读取器10还包括瞄准图案产生器40，其产生可视的瞄准图案43，以帮助用户正确地将读取器瞄准目标条形码15。在一个优选实施例中，瞄准产生器40是激光瞄准机构。替换地，瞄准机构40可以使用LED或者本领域内的技术人员公知的另一个照明源。图案43可以是包括由粗的水平线43a和正交的细垂直线43b形成的十字的图案。在一个优选实施例中，激光瞄准机构40包括激光二极管42和衍射透镜44。

在所说明的实施例中，除了瞄准图案产生器40之外，读取器10还包括独立的照明系统51，用于将照明光照射在目标条形码15上。照明系统包括电容器110(图3)，电容器110耦合到发光二极管115，发光二极管115将光引导到目标条形码上。

构成成像器24的CCD或者CMOS传感器感测从目标表面反射回的光，并且形成对应于目标的图像的像素数据。有益的是，使用能够在请求下输出一部分像素的阵列传感器，以便当仅仅适当地暴露阵列的一部分时，可以缩短传递时间和处理时间。一种这样的传感器是由Micron制造的CMOS阵列，其具有零件号MT9M001。A/D转换器70将来自阵列的像素数据转换为数字数据，解码系统80将该数字数据解码。输出端口或者显示器108向外部设备(未示出)提供解码结果，或者向用户显示它们。扫描器10也包括照明源(未示出)，该照明源能够在预定的扫描器范围内照亮目标表面的一部分，所述一部分足以以数据填充传感器的整个二维阵列。扫描器包括瞄准图案产生器40，瞄准图案产生器40包括一个或多个激光二极管42和聚焦透镜44(参见图1)，通过用户致动的触发器12来激活瞄准图案产生器40。

高强度照明源

示例性照明系统51包括发光二极管115(图3)，用于以由成像光学器件21限定的焦距D照亮位于视场中的目标15。虽然在图3中描绘了一个LED，但该描绘使用符号表示串联连接以同时照亮目标的一个或多个发光二极管。焦距D可以根据成像光学器件21的结构是固定的或者是可变的。

耦合到发光二极管115的驱动电路140(图3)对于储能电容器110充电，储能电容器110通过二极管115来提供电流脉冲。在所谓的闪光模式中，短持续时间脉冲使得发光二极管发出高强度光脉冲以照亮目标。驱动电路140具有控制装置150，用于通过响应于触发器12的用户致动而将电容器110放电来选择性地向发光二极管赋予能量。在所说明的实施例中，控制装置150与控制器190通信，控制器190执行诸如图像解码的其他条形码读取器功能。替换地，来自触发器的输入可以直接地耦合到控制装置150，以启动电容器放电。在将电容器放电后，系统必须在其可以再一次闪光之前对于电容器110重新充电——对于闪光模式操作的工作周期施加限制。

照明系统140具有可编程的电流源160，用于控制从电容器通过LED 115到地或者参考电势的放电率或者电流。在所说明的实施例中，可调整或者可编程的电流控制装置160耦合到控制装置150，以响应于来自控制器190的信号而调整放电电流。

在图4中公开了一种适当的可编程电流源160。电路耦合到数模转换器210，数模转换器210形成控制电路150的一部分，并且沿着通信路径从主微处理器或者控制器190接收控制信号。来自数模转换器的模拟输出向放大器220提供了模拟输入，放大器220具有耦合到晶体管230的栅极输入的输出。晶体管230耦合到LED 115，并且当电容器110通过LED放电时，通过由放大器220提供的晶体管230上的偏置对其放电率进行控制。电流I_out等于V_in/R，只要在跨越可编程的电流源的两端之间保持大约0.4伏特的最小电压(有时被称为顶部空间(headroom))。

示例性驱动电路140包括DC到DC提升电路170，其具有耦合到控制器150的控制输入172和耦合到条形码读取器电源176的电压输入174，用于向电容器提供能量。来自提升电路170的输出178提供了升高的电压，用于在10-16伏特的范围中将电容器110充电。使用从加利福尼亚的米尔皮塔斯的Linear技术公司以商业方式可获得的集成电路来实现一种示例性的提升电路170，所述集成电路的零件号是LT 1618，其被指定为恒流/恒压1.4MHz递升DC/DC转换器。零件号LT 1618的数据资料说明了该电路的典型应用，并且通过引用被包含在此。

如在该数据资料中所描述的，该电路具有反馈引脚(引脚1)，该反馈引脚可以用于通过选择电阻器网络(未示出)的值来设置输出电压。使用DC电压控制被指定为I_ADJ的第二引脚(引脚4)以控制电压递升转换器的输出电流。

在当前使用的实施例中，来自控制装置150的输入172耦合到LT1618集成电路，并且包含用于控制DC到DC转换器的输出电压的信号以及DC到DC提升转换器将从主系统电源176拉出的峰值输入电流。

通过闭合开关180来实现电容器110的放电，以提供通过可编程电流源160到地的放电路径。示例性驱动电路140也具有在跨越发光二极管的两端之间保持低电平提升电压的选择。可以不首先提供闪光而提供低电平(炬光(torch))输出。一种典型的LED致动使用初始高强度的闪光输出，随后是低电平的恒定LED输出(炬光)，在图5中所示的电流对时间图描绘了这一点。高电平的放电电流240随后是低电平的电流250。在短的重新充电时间(T₀)后重复该模式，参见图5。

在图7中描绘的控制器150的一个实施例具有专用的微处理器220，专用微处理器220与主机CPU 190通信。通过来自数模(DAC)转换器222、224的输出来编程提升电路，以管理由电源176(图3)提供的峰值电流和充电率。仅仅在如图6中所示的炬光模式下，对提升电路进行控制以在保持开关180闭合的同时在其输出保持指定的电流250。通过控制装置150调整在对于LT 1618电路的引脚4的输入处的DC电压来实现这点。

示例性系统的一个选择是包括串联布置的堆叠LED，当将电容器110放电时这些LED全部被同时激活以产生光。

示例性系统可以瞬间使一个或多个LED闪光，然后进入炬光模式持续更长的时间段，或者其可以直接地进入炬光模式而不使用闪光模式。在一个实施例中，在将Vin(图4)保持高的同时，通过控制来自DAC 224的输入，可编程在炬光模式中向一个或多个LED提供的电流。这将使得电流源饱和，允许提升转换器支配向一个或多个LED提供多少电流。在闪光模式中，也可以编程放电电流和充电电流。

替换地，在炬光模式中，可以使图4的可编程电流源偏置以控制LED电流。将以用于使可编程的电流源保持激活所需要的最小电压(在晶体管Q1的漏极的～0.4V)来调整DC到DC提升调节器的输出电压。

在图7中所示的实施例中，模数转换器230向微处理器220提供电压输入。该反馈信号允许控制系统作为一种选择来调整输出电压(Vo)，以便当连续地向一个或多个LED提供恒流时，在输出178的电压在最小电压保持不变。该模式提供了用于将一个或多个LED偏置的足够电压，由此将在电流源的电压降低到最小(炬光模式)一这是用于避免在电流源中浪费功率的很有效的手段。

图8是在电容器的闪光放电期间——其后是维持炬光模式——在代表性电容器上的、随着时间变化的电压的图示。在充电时段T0期间，电容器充电到其最大电压V_max，最大电压V_max在所说明的实施例中在10和16伏特之间。当致动触发器时，电容器迅速地放电，并且在电容器上的电压达到最小维持或者炬光电压。在图7实施例中，通过激活开关SW1以将对于模数转换器230的输入耦合到电容器并且确定何时完成充电来感测在电容器上的电压，并且电容器准备好在闪光模式中被放电。将开关SW1移动到替代位置允许微处理器监视在LED阴极上的电压，以确定何时电容器已经被完全放电和闪光事件何时已经结束。将这些电压反馈到微处理器允许微处理器在软件中评估那些值，以确定在电容器上可获得多少电荷。微处理器因此能够更积极地充电和放电，以在给定的时段中提供更多的闪光事件，并且避免不必要的重新充电延迟。这在当不需要完全充电来暴露部分帧(以仅仅覆盖目标的最有效点)时并且当确定电容器具有足够的能量来提供这个作业所需要的脉冲时特别有益。

监视和响应在电容器电压上的实时改变的能力产生更敏感和积极的条形码读取器。这是成立的，因为该系统不必被设计为用于“最差的情况”，即适应于部件容限或者从温度改变或者从在充电和放电电流分布上的不确定性产生的正常变化。

通过使用充电和放电时间以及充电和放电电流值的硬编码的值，将需要缺少这种反馈的系统是保守的，并且这些值将被选择为使得可以满足最差情况操作点。这种“一个设置适用于全部”的手段将平均地导致减少可以在给定的时段中提供的闪光事件的数量。

电容器110的代表性值是470微法。LED的峰值电流是大约0.6安培(1毫秒闪光)，并且在维持LED输出模式中，这个值下降到大约0.1安培。

虽然已经以一定的具体程度描述了本发明，但是本发明意欲包括落入所附的权利要求的精神或者范围中的、相对于所公开的设计的所有修改和改变。

Claims (15)

1.一种用于成像目标的条形码读取器，包括：

成像系统，所述成像系统包括光监视像素阵列，用于将从目标反射的光转换为电信号；

光学系统，所述光学系统具有相对于所述像素阵列定位的一个或多个聚焦透镜，用于向所述像素阵列透射目标对象的图像；

照明系统，所述照明系统包括一个或多个发光二极管，用于照亮位于由所述光学系统限定的视场中的所述目标；

耦合到所述照明系统中所述一个或多个发光二极管的驱动电路，所述驱动电路包括至少一个储能电容器，用于向所述一个或多个发光二极管提供电脉冲，以照亮所述目标；

放电控制装置，用于响应于用户致动触发器，通过将所述驱动电路中的所述至少一个储能电容器放电而选择性地向所述发光二极管赋予能量，以及

其中，所述驱动电路包括DC到DC提升电路，所述DC到DC提升电路具有耦合到所述放电控制装置的控制输入、用于向所述电容器提供能量的电压输入和用于提供提升电压的输出，所述提升电压用于将所述至少一个储能电容器充电。

2.根据权利要求1所述的条形码读取器，其中，所述放电控制装置包括可调整电流控制电路，用于控制来自所述电容器的经过所述一个或多个发光二极管的放电电流。

3.根据权利要求2所述的条形码读取器，其中，所述可调整电流控制电路耦合到所述放电控制装置，以响应于来自所述控制器的信号而调整所述放电电流。

4.根据权利要求1所述的读取器，其中，在以高电流对所述电容器进行控制放电后，所述放电控制装置在跨越所述发光二极管的两端之间保持低电平提升电压，以提供光输出的初始闪光，所述光输出的初始闪光之后跟随有稳态的光输出。

5.根据权利要求1所述的读取器，其中，所述驱动电路被编程为管理向所述一个或多个发光二极管提供的峰值电流和充电率。

6.根据权利要求1所述的读取器，其中，所述驱动电路实现炬光模式，在所述炬光模式中，对所述电容器的充电被控制为在跨越电流源的两端之间保持最小电压。

7.根据权利要求1所述的读取器，其中，若干LED以串联的布置耦合在一起，以提高电容器放电电流的有效使用。

8.一种用于使用基于成像的条形码读取器来成像目标的方法，包括：

相对于像素阵列定位一个或多个聚焦透镜，以向所述像素阵列透射目标对象的图像；

提供一个或多个发光二极管，用于照亮位于由所述聚焦透镜限定的视场中的目标；

在至少一个储能电容器中存储能量，以提供照亮所述目标的电脉冲，其中所述存储步骤包括：将来自电源的电压提升，以利用所提升的电压将所述至少一个储能电容器充电；

响应于用户致动触发器，通过经由所述一个或多个发光二极管中的至少一个而将所述至少一个储能电容器放电，来选择性地向所述发光二极管赋予能量；以及

将从目标反射的照射到所述像素阵列上的光转换为电信号，以进行成像。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，另外将可编程电流源与所述电容器串联耦合，以调节通过所述发光二极管的所述电容器的放电率。

10.根据权利要求8所述的方法，包括：调整向存储电容器提供的峰值电流和充电率。

11.根据权利要求8所述的方法，其中，在炬光模式中，所述存储电容器的充电被控制为在跨越电流源的两端之间保持最小电压。

12.根据权利要求8所述的方法，其中，若干LED被串联耦合，以在所述电容器被放电时同时发光。

13.根据权利要求8所述的方法，其中，感测在所述电容器上的电压以确定何时完成充电并且所述电容器能够在闪光模式中被放电。

14.根据权利要求8所述的方法，其中，感测在LED阴极的电压以确定何时完成放电并且实现闪光。

15.根据权利要求8所述的方法，其中，向控制器反馈电压值，所述电压值在软件中被评估，以确定在所述电容器上可获得多少电荷。

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