CN102646185A - 光学读取模块和光学读取器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了光学读取模块和光学读取器，该光学读取模块包括：第一照明光源，向包含全息图的图像摄取目标发射再生照明光，从而再生记录在全息图中的信息，其中，在全息图中记录了当从预定角度照射全息图时在预定角度范围中再生的信息；图像摄取器件，摄取从全息图再生的信息的图像；第一光投射单元，将第一光学引导形成光投射在图像摄取目标上。当再生照明光对全息图的发射角等于预定角度时，投射在图像摄取目标上的第一光学引导呈现预定形状。图像摄取目标的观察者基于投射在图像摄取目标上的第一光学引导相对于预定形状的变形来识别再生照明光对全息图的发射角与预定角度之间的偏差。
Description
技术领域
本发明涉及光学读取模块和光学读取器。更具体地，涉及用于包含二维表示的图像信息(诸如字符和条形码)的全息图的光学读取模块和光学读取器。
背景技术
能够显示三维图像的全息图被用于鉴定信用卡、身份卡等。近年来，经常使用其中将干涉图案记录为记录层的折射率之差的体全息图(volumehologram)。这是因为必须使用高水平技术来产生记录图像以伪造体全息图，并且很难获得记录材料。
然而，复制体全息图的技术日益先进，需要全息图具有更好的鉴定功能和防伪造特征。为了赋予全息图更好的鉴定功能，例如，日本未审查专利申请公开第2008-122670号公开了一种根据观察方向来切换再生图像的图像切换全息图。
当需要全息图具有更好的鉴定功能时，还需要通过例如使机器读取记录在全息图中的信息来获得的简化鉴定。例如，存在再生、通过图像摄取器件光电转换以及通过机器来读取全息摄影记录的信息的需求。
日本未审查专利申请公开第2008-122670号中所公开的图像切换全息图由于记录的多条图像信息的可视检查不可避免而不能完全满足简化鉴定的需求。
发明内容
需要提供能够获取以全息摄影记录的信息的光学读取模块和光学读取器。
作为深入研究的结果，本发明人发现了通过再生图像的衍射光强度的半高全宽(FWHM)控制全息图记录介质。可以在该全息图记录介质中记录多条图像信息，并且所记录的多条图像信息中的一条例如可以通过改变照射全息图记录介质的照明光的方向而选择性地再生。此外，本发明人发现，通过该全息图记录介质，可以通过控制摄取图像时的角度和距离而使机器读取以二维表示的图像信息，诸如字符和条形码。
在进一步深入研究之后，本发明人公开了一种全息图再生装置，其在预定方向上发射照明光以选择性地再生记录在全息图记录介质中的图像信息，从而使得能够容易、快速且可靠地观察到再生的图像信息。通过该全息图再生装置，能够控制发射照射全息图记录介质的照明光的方向以及观察方向(图像摄取方向)。因此，其适合作为用于摄取全息图的图像的工具。
通过由此发现的全息图记录介质和全息图再生装置，可以使机器读取全息摄影记录的字符和条形码。尽管上述全息图再生装置是固定型的，但仍需要将全息摄影记录的图像信息的读取进一步简化的手持式全息图再生装置。
在进一步深入研究之后，本发明人公开了能够获取以全息摄影记录的字符信息和条形码信息的光学读取模块和光学读取器。
根据优选实施方式的光学读取模块包括：第一照明光源，向包含全息图的图像摄取目标发射再生照明光，从而再生记录在所述全息图中的信息，其中，在该全息图中记录了当从预定角度照射全息图时在预定角度范围中再生的至少一条信息；图像摄取器件，摄取从全息图中再生的信息的图像；以及第一光投射单元，将第一光学引导形成光(first-optical-guide-forming light)投射在图像摄取目标上。当再生照明光对全息图的发射角等于预定角度时，投射在图像摄取目标上的第一光学引导呈现预定形状。图像摄取目标的观察者基于投射在图像摄取目标上的第一光学引导从预定形状的变形来识别再生照明光对全息图的发射角与预定角度之间的偏差。
根据优选实施方式的光学读取器包括：照明光源，向包含全息图的图像摄取目标发射再生照明光，从而再生记录在所述全息图中的信息，其中，在该全息图中记录了当从预定角度照射全息图时在预定角度范围中再生的至少一条信息；图像摄取单元，包括摄取从全息图再生的信息的图像的图像摄取器件；光投射单元，将光学引导形成光投射在图像摄取目标上；以及手柄，包括用于使图像摄取单元开始获取从全息图再生的信息的开关。当再生照明光对全息图的发射角等于预定角度时，投射在图像摄取目标上的光学引导呈现预定形状。图像摄取目标的观察者基于投射在图像摄取目标上的光学引导与预定形状的变形来识别再生照明光对全息图的发射角与预定角度之间的偏差。
优选的是，光学读取模块或光学读取器除包括用于使观察者识别再生照明光对全息图的发射角与预定角度之间的偏差的光学引导之外，还包括第二光投射单元，其向图像摄取目标发射第二光学引导形成光。这种构造使图像摄取目标的观察者基于投射在图像摄取目标上的两个光学引导是否彼此重叠来识别在图像摄取器件的图像摄取表面与全息图之间是否存在适当距离。
优选的是，形成在全息图的中心法线与连接全息图的中心和第一光投射单元的直线之间的角度以及形成在全息图的中心法线与连接全息图的中心和第二光投射单元的直线之间的角度中的至少一个大于等于15°小于90°。通过这种构造，投射在图像摄取目标上的光学引导从预定形状的变形程度会相对于再生照明光对全息图的发射角与预定角度之间的偏差而增大。
优选的是，光学读取模块或光学读取器包括多个照明光源并且从多个照明光源向图像摄取目标发射的再生照明光的发射角彼此不同。通过这种构造，记录在全息图中的信息可以通过在将再生照明光发射至图像摄取目标的多个照明光源之间进行切换而选择性地再生。
设置在光学读取器中的手柄被成形为使得操作者能够用单手握持是优选的。即使例如图像摄取目标未被水平放置，这种构造仍能提高光学读取器的操作容易性并使得容易获取信息。
根据光学读取模块的优选实施方式或光学读取器的优选实施方式，光学引导形成光被发射至包括全息图的图像摄取目标，并且光学引导被投射在图像摄取目标上。在本文中，在全息图中记录了当从预定角度照射全息图时在预定角度范围中再生的至少一条信息。当再生照明光对全息图的发射角等于预定角度时，投射在图像摄取目标上的光学引导呈现预定形状。投射在图像摄取目标上的光学引导的形状由于再生照明光对全息图的发射角与预定角之间的偏差而发生变形并且从预定形状进行变形。也就是，图像摄取目标的观察者基于投射在图像摄取目标上的光学引导从所述预定形状的变形来识别再生照明光对全息图的发射角与预定角度之间的偏差。
当图像摄取目标的观察者使投射在图像摄取目标上的光学引导呈现预定形状时，图像摄取目标与光学读取模块或光学读取器之间的位置关系变成用于获取信息的适当位置关系，如果达到了图像摄取目标与光学读取模块或光学读取器之间的适当位置关系，则从预定角度准确地照射了全息图，并且可靠地再生出记录在全息图中的信息。此外，在预定角度范围中从全息图再生的信息被可靠地入射在图像摄取器件上，从而可靠地获取从全息图再生的信息。
根据至少一个实施方式，可以提供能够容易、快速且可靠地获取以全息摄影记录的信息的光学读取模块和光学读取器。
附图说明
图1A是示出了根据第一实施方式的光学读取模块和光学读取器的构造的示意性截面图，图1B示出了利用根据第一实施方式的光学读取器来读取记录在全息图中的二维信息；
图2A至图2F是示出了光学引导形成光(optical-guide-forming light)的投射角度与投射在图像摄取目标上的光学引导的形状之间的关系的示意图；
图3A是示出了根据第二实施方式的光学读取模块和光学读取器的构造的示意性截面图，图3B示出了利用根据第二实施方式的光学读取器来读取记录在全息图中的二维信息；
图4A至图4I是示出了光学读取器和图像摄取目标之间的距离与投射在图像摄取目标上的第一光学引导和第二光学引导的形状之间的关系的示意图；
图5A至图5I是示出了当投射在图像摄取目标上的第二光学引导的形状保持不变时、光学读取器和图像摄取目标之间的距离与投射在图像摄取目标上的第一光学引导和第二光学引导的形状之间的关系的示意图；
图6A是示意性地示出了根据第三实施方式的光学读取模块和光学读取器的构造的俯视图，图6B和图6C是示出了当从包含多条图像信息的全息图选择性地再生图像信息以获取信息时、再生照明光与衍射光之间的关系的示意图；
图7是示出了其中结合有根据第三实施方式的光学读取模块的固定型光学读取器的示例性构造的透视图；
图8A是光学地读取二维条形码的示例性条形码读取器的透视图，并且图8B是从侧面观看的图8A中的条形码读取器的示意图；
图9A是示出了其上印刷有一维条形码的标签与图像摄取器件之间的位置关系的平面视图，图9B是用于解释倾斜角(tilt angle)的示意图，图9C是用于解释坡度角(pitch angle)的示意图，图9D是当坡度角增大时在显示器上出现的示例性图像的示意图，图9E是用于解释偏斜角(skewangle)的示意图，图9F是示出了当偏斜角增大时在显示器上出现的示例性图像的示意图；以及
图10A是示出了衍射光与入射在包含全息摄影记录的二维信息的全息图上的再生照明光之间的关系的示意图，图10B是示出了被表示为角β的函数的衍射光的标准化强度与衍射光强度的再生角的半高全宽之间的关系的曲线。
具体实施方式
下文中，将按下列顺序描述光学读取模块和光学读取器的实施方式：
0.条形码读取器和包含二维信息的全息图
1.第一实施方式
2.第二实施方式
3.第三实施方式
4.变形例
应当注意，下面描述的实施方式为光学读取模块和光学读取器的优选实施例。尽管下面的描述包含了各种技术上优选的限制，但光学读取模块和光学读取器的实施例不限于下面的实施方式，除非另有具体陈述。
0.条形码读取器和包含二维信息的全息图
为了便于理解实施方式，在给出实施方式的描述之前，将描述典型的条形码读取器的构造和其中记录有二维信息的全息图的概况。
图8A是光学地读取二维条形码的示例性条形码读取器的透视图，图8B是从侧面观看的图8A中的条形码读取器的示意图。图8B没有示出图像形成光学系统。
如图8A和图8B所示，条形码读取器151例如包括拍摄图像摄取目标96的图像的头部h，以及操作者握持条形码读取器151的手柄g。手柄g例如具有用于指示条形码读取器151开始读取二维条形码Bt的触发开关153。根据需要而设置在条形码读取器151上的显示器154例如显示由图像摄取器件105所摄取的二维条形码Bt的图像。
图8A中示出的图像摄取目标96例如为其上印刷有条形码的标签。该条形码可以直接印刷在产品的包装上。在这种情况下，产品的包装用作图像摄取目标。在图8A中示出的实施例中，二维条形码Bt被印刷在图像摄取目标96的表面上。
当操作者按下触发开关153时，激光二极管103导通、发光并照射二维条形码Bt。然后，图像摄取器件105摄取被二维条形码Bt反射的光的强度差的图像，并由此获取记录在二维条形码Bt中的信息。
为了通过条形码读取器151获取记录在二维条形码Bt中的信息，头部h面向二维条形码Bt，使得从二维条形码Bt反射的光准确地入射在图像摄取器件105上。当操作者使用握在操作者手中的条形码读取器151时，从二维条形码Bt反射的光在图像摄取器件105上的入射角很少与所设计的理想角度相对应。因此，对于图像摄取器件105的图像摄取表面与图像摄取目标96的表面之间的位置关系，允许一定的容差。
图像摄取器件105的图像摄取表面与图像摄取目标96的表面之间的位置关系例如可以由在直线C(其是关于图像摄取器件105的图像摄取表面中心延长的法线的延伸，且被延伸为使得穿过条形码的中心)与条形码的中心法线N之间形成的角度来表示。此时，图像摄取器件105的图像摄取表面与图像摄取目标的表面之间的位置关系例如可以通过倾斜角θt、坡度角θp以及偏斜角θs来表示。本文中，如图8A所示，假设图像信息(例如，二维条形码Bt)在图像摄取目标上的横向方向为方向X，假设二维条形码Bt的纵向方向(其垂直于方向X)为方向Y，并且假设与平面XY正交的方向为方向Z。
图9A是示出了其上印刷有一维条形码的标签与图像摄取器件105之间的位置关系的平面视图。如图9A所示，一维条形码Bo被印刷在图像摄取目标96的表面上，并且图像摄取目标96的表面与图像摄取器件105的图像摄取表面彼此平行，使得图像摄取目标96的中心与图像摄取器件105的中心对准。此外，矩形图像摄取器件105的横向方向和纵向方向对应于方向X和方向Y。
图9B是用于解释倾斜角的示意图。如图9B中所示，倾斜角θt表示条形码Bo和图像摄取器件105相对于彼此绕Z轴的旋转。
图9C是用于解释坡度角的示意图，图9D是当坡度角增大时出现在显示器上的示例性图像的示意图。如图9C所示，坡度角θp表示条形码Bo和图像摄取器件105相对于彼此向左或向右的倾斜。
图9E是用于解释偏斜角的示意图，图9F是示出了当偏斜角增大时出现在显示器上的示例性图像的示意图。如图9E所示，偏斜角θs表示条形码Bo和图像摄取器件105相对于彼此向前或向后的倾斜。
当要读取一维条形码时，针对图像摄取器件105的图像摄取表面与图像摄取目标96的表面之间的位置关系所允许的示例性容差为θt：±15°，θp：±50°至±70°，以及θs：±50°至±70°。
除了倾斜角θt、坡度角θp及偏斜角θs的组合之外，图像摄取器件105的图像摄取表面与图像摄取目标96的表面之间的位置关系还可以通过图像摄取器件105的图像摄取表面与图像摄取目标96的表面之间的距离来定义。当读取条形码时，图像摄取器件105的图像摄取表面与图像摄取目标96的表面之间的距离必须被设置为使得能够读取条形码。该距离被称为“读取距离”或“读取深度”并且约在20mm至150mm的范围内。在激光扫描器中，图像摄取器件105的图像摄取表面与图像摄取目标96的表面之间的距离越大，读取条形码所需的分辨率越高，因此，对于激光扫描器而言很难读取细微的条形码。因此，在通常的条形码读取器中，由条形码读取器的分辨率来确定读取距离。
包含二维信息的全息图
接下来，将描述由申请人设计的包含二维信息的全息图的概况。利用叠加记录(superimposed recording)，可以将多条图像信息记录在该全息图中。以叠加方式被记录的多条图像信息例如可以通过改变照明光照射全息图的方向而选择性地再生。在本文中，术语“二维信息”指以二维表示的图像信息，诸如字符和条形码。二维信息的实例包括字符、号码、符号、图形、图案、一维条形码、二维条形码以及它们的任意组合。
图10A是示出了衍射光与入射在包含全息摄影地被记录的二维信息的全息图上的再生照明光之间的关系的示意图。例如，一维条形码Boh被全息摄影地记录为图10A所示的全息图98中的二维信息。包含二维信息的全息图的记录介质例如为体全息图，其中，将干涉图案记录为记录层内部的折射率之差。在图10A中，箭头DL示意性地表示当来自专用照明光源3的再生照明光IL入射在全息图98上时来自全息图98的衍射光强度最大的方向。此外，锥形Cc示意性地表示当来自专用照明光源3的再生照明光IL入射在全息图98上时可以观察到以全息摄影记录的一维条形码Boh的区域。
通过调节在全息摄影地记录二维信息的过程中叠加二维信息的对象光的散射角，可以调节当观察全息图98时在其中观察二维信息的视角。在本文中，通过在图像形成光学系统中利用具有减小的散射角的对象光来记录二维信息以缩小在全息图98上观察的二维信息的视角，可以使二维信息的再生图像清晰(sharp)且明亮。
当记录二维信息时，二维信息被直接定位在与全息图98的记录表面距离非常浅的深度处。如果二维信息被定位在距离全息图98的记录表面较大的距离处，一经用散射光源照射全息图98，就再生叠加图像。这会损害再生图像的清晰度并导致难以使机器读取二维信息。应当注意，可以根据要执行什么样的图像处理、散射板的位置等来灵活选择定位二维信息的深度。
图10B是示出了被表示为角β的函数的衍射光的标准化强度与衍射光强度的再生角的半高全宽之间的关系的曲线。在本文中，角β表示在来自全息图98的衍射光强度为最大的方向与观察全息图98的方向之间形成的角度。衍射光强度的再生角的半高全宽指的是，当将衍射光强度表示为角β的函数时，通过使作为最大值的一半的角度加倍所获得的角度范围。在图10B中示出的实施例中，衍射光强度I在角±γ处为最大值的一半。因此，半高全宽为2γ。在其中通过控制散射角的对象光来记录二维信息的全息图98中，2γ小于等于8°。
在本文中，为了通过再生图像的窄视角观察记录在全息图98中的二维信息，必须选择与全息图正交的方向、照射全息图的再生照明光的方向以及观察全息图的方向的适当组合。例如，为了使机器读取以全息摄影记录的二维信息，必须从预定的角度准确地照射全息图98，使得全息图98可靠地再生所记录的二维信息，并且使得来自全息图98的衍射光可靠地进入图像摄取器件5。换而言之，为了使机器读取以全息摄影记录的二维信息，专用照明光源3、全息图98以及图像摄取器件5必须具有适当的位置关系。
通常，可以在任意倾斜角θt中获取二维条形码中的信息。因此，当记录二维条形码取代一维条形码Boh时，倾斜角θt似乎不是问题。然而，为了再生以全息摄影记录的二维条形码，必须选择再生照明光的合适方向。如已描述的，在以全息摄影记录二维信息的过程中，对象光在图像形成光学系统处的散射角较窄。因此，当专用照明光源3被结合在光学读取器(诸如条形码读取器)以照射全息图98并读取以全息摄影记录的二维信息时，倾斜角θt的容差小于一般的条形码读取器的容差。
此外，全息图98的衍射光强度的再生角的半高全宽小于坡度角θp和偏斜角θs的典型容差。因此，为了通过光学读取器(诸如条形码读取器)获得以全息摄像记录的二维信息，期望光学读取器的操作者能够确定光学读取器和图像摄取目标之间是否存在适当的位置关系。
已经存在手持式条形码读取器，其通过从发光二极管(LED)发射的光或激光束将光学引导投射在图像摄取目标以帮助操作者对准条形码。然而，这种光学引导用于帮助操作者对准设置有条形码的位置而不是用于使操作者直觉地了解条形码读取器的倾斜。这是因为这种条形码读取器具有倾斜角θt、坡度角θp及偏斜角θs的相对较大的容差(即，几十度)，并且条形码读取器在读取印刷的条形码时的倾斜不是严重的问题。
1.第一实施方式
图1A是示出了根据第一实施方式的光学读取模块和光学读取器的构造的示意性截面图，图1B示出了通过根据第一实施方式的光学读取器来读取记录在全息图中的二维信息。
如图1A所示，在第一实施方式中，光学读取模块1包括专用照明光源3、图像摄取器件5和第一光投射单元7。光学读取模块1被结合在例如壳体52中并被用作光学读取器51以读取记录在全息图中的信息。光学读取器51的操作者在图1A所示的手柄G处握住光学读取器51，该手柄被成形为使得操作者能够通过一只手握住。手柄G具有用于启动获取从全息图98中再生的信息的开关53。根据需要而设置在光学读取器51上的显示器54显示提供至光学读取器51的指令的结果和所获取的信息的内容。应当注意，图1A未示出设置在图像摄取目标99与图像摄取器件5或处理由图像摄取器件5摄取的图像的图像处理单元之间的图像形成光学系统。
尽管图1A示出了图像摄取目标99由粘附体97和粘结至其上的全息图98形成的构造，但图像摄取目标99当然可以仅由全息图98形成。诸如二维条形码Bth的二维信息被记录在全息图98中。粘附体97的实例包括产品、产品的包装以及设置有全息图98的身份卡，并且没有具体限制。
下面将依次描述专用照明光源3、图像摄取器件5以及第一光投射单元7。
专用照明光源
专用照明光源3从预定方向照射包含在图像摄取目标99中的全息图98以使全息图98再生所记录的信息。专用照明光源3的实例包括LED光源、荧光灯、卤素灯、氙气灯、氪灯以及电致发光(EL)光源。荧光激发LED可以被用作LED光源。可选地，通过光纤等引导的光可以被用作专用照明光源3。
专用照明光源3照射记录有二维信息的全息图98中的整个区域是优选的。通过这样做，清晰地再生出记录在全息图98中的所有二维信息，使得一次就读取再生的二维信息。散射板或准直透镜可以设置在连接专用照明光源3和全息图98的中心的线上，使得清晰地再生出记录在全息图98中的整个二维信息。可选地，反射板可以相对于专用照明光源3设置在全息图98的相对侧，或者专用照明光源3可以被形成为多个光源的组。
从专用照明光源3向全息图98发射的再生照明光和用于记录全息图98中的信息的激光束并非一定具有相同的波长。只要再生照明光包含用于记录全息图98中的信息的激光束的波长成分，就可以再生记录在全息图98中的信息。
当在与全息图98的表面正交的方向上摄取图像时，再生照明光的发射角优选地使得形成在用于连接全息图98的中心和专用照明光源3的直线与全息图98的中心法线之间的角度在10°至35°的范围内。通过这种构造，专用照明光源3和图像摄取器件5可以被设置为使得彼此不相干涉，并且可以减小光学读取模块1的尺寸。
图像摄取器件
图像摄取器件5接收从由来自专用照明光源3的再生照明光照射的全息图98发射并衍射的光、执行光电转换并输出衍射光的强度之差作为电信号。图像摄取器件5的实例包括诸如电荷耦合器件(CCD)和互补金属氧化物半导体(CMOS)的器件。当然，图像摄取器件5不限于此。
如将下文要描述的，图像摄取器件5被设置为使得来自全息图98的衍射光被准确地入射在图像摄取器件5上。应当注意，图像摄取器件5被设置在壳体52中，使得不会接收到来自专用照明光源3的再生照明光、来自第一投射单元7的第一光学引导形成光(在下面描述)或者在全息图98的表面或后表面被完全反射的光。
第一光投射单元
第一光投射单元7是用于将第一光学引导形成光投射在图像摄取目标99上的光源。更具体地，第一光投射单元7例如包括光学引导形成光源7a和滤波器7b。
光学引导形成光源7a的实例包括LED光源和半导体激光。滤波器7b是被设置为对从光学引导形成光源7a发射的光进行散射并且将作为具有预定形状的光学引导的光投射在图像摄取目标99上的器件。这种光学器件的实例包括衍射光学器件和折射光学器件。代替光学引导形成光源7a和滤波器7b对，扫描光学系统可以被用于将光学引导投射在图像摄取目标99上。
如图1B所示，从光学引导形成光源7a发射的光穿过滤波器7b并在图像摄取目标99上形成具有预定形状的光学引导og1。尽管投射在图像摄取目标上的光学引导og1的形状例如为矩形，但光学引导og1的形状肯定不限于此。
投射在图像摄取目标99上的光学引导og1使操作者知道在光学读取器51和图像摄取目标99之间是否存在用于读取从全息图98产生的二维信息的适当位置关系。换而言之，光学引导og1使操作者知道在专用照明光源3、全息图98以及图像摄取器件5之间是否存在用于读取从全息图98产生的二维信息的适当位置关系。
当从专用照明光源3发射的再生照明光的发射角适于再生记录在全息图98中的二维信息时，投射在图像摄取目标99上的光学引导og1例如呈现正方形。这使得操作者在再生照明光的发射角从用于再生记录在全息图98中的二维信息的适当角度移动时容易直觉地识别投射在图像摄取目标99上的光学引导og1的变形。
因此，光学引导og1的形状不限于正方形，而可以为任何形状，只要其可以使操作者直觉地识别投射在图像摄取目标99上的光学引导og1从预设形状(例如，正方形)的变形即可。例如，如果预设形状为正方形，则再生照明光的发射角从用于再生记录在全息图98中的二维信息的适当角度的偏移使得投射在图像摄取目标上的光学引导og1的形状从正方形持续地变形至梯形。
预设形状的实例包括正方形、多边形、圆形以及十字形。例如，当预设形状为圆形时，可以通过用直线代替圆形的一部分或被截取为使得可以识别出倾斜角θp的偏移。以这种方式，当光学引导og1被投射在图像摄取目标上时，其并非一定是连续的，而是例如可以仅投射正方形的四个角。可选地，可以通过将一组点或一组线段投射在图像摄取目标上来形成光学引导og1或者可以组合上述形状。
图2A至图2F是示出了光学引导形成光的投射角和投射在图像摄取目标上的光学引导的形状之间的关系的示意图。为了使操作者识别再生照明光的发射角从用于再生二维信息的适当角度开始的偏移，投射在图像摄取目标上的光学引导og1的形状的变化程度优选地相对于再生照明光的发射角的偏移较大。在图2A至图2F中，假设当从专用照明光源3发射的再生照明光的发射角适于再生记录在全息图98中的二维信息时，投射在图像摄取目标上的光学引导og1为正方形。
图2A示出了在正交于全息图98的方向上设置第一光投射单元7的情况，并且光学读取器51设置有偏斜角。如图2B所示，此时投射在图像摄取目标上的光学引导og1的形状不是正方形而是梯形。
图2C示出了假设在全息图98的中心法线N与连接全息图98的中心和第一光投射单元7的直线M之间形成的角度为ξ1时光学读取器51被设置与图2A中一样的偏斜角的情况。在图2D中示出了此时投射在图像摄取目标上的光学引导og1的形状。图2E示出了假设全息图98的中心法线N与连接全息图98的中心和第一光投射单元7的直线M之间形成的角度为ξ2时光学读取器51被设置与图2A中一样的偏斜角的情况。在图2F中示出了此时投射在图像摄取目标上的光学引导og1的形状。在本文中，0°＜ξ1＜ξ2＜90°。
如图2A至图2F所示，如果提供给光学读取器51的偏斜角是相同的，则在全息图98的中心法线N与连接全息图98的中心和第一光投射单元7的直线M之间形成的角度越大，则光学引导og1变形得越明显。尽管图2A至图2F示出了光学读取器51设置相同的偏斜角的实施例，但当光学读取器51设置相同的坡度角时也获得相同的结果。
因此，优选的是，光学引导形成光在倾斜方向上被投射在图像摄取目标上并且在连接全息图的中心和第一光投射单元的直线与全息图的中心法线之间形成的角度在15°至90°的范围内。此时，通过预先校正梯形变形(楔石变形)，光学引导og1可以在再生照明光的发射角适于再生二维信息时呈现预设的形状。
如上所述，当从专用照明光源3发射的再生照明光的发射角适于再生记录在全息图98中的二维信息时，投射在图像摄取目标上的光学引导og1的形状例如为正方形。此时，来自全息图98的衍射光强度为最大的方向与来自全息图98的衍射光入射在图像摄取器件5的图像摄取表面上的方向一致。即，当投射在图像摄取目标上的光学引导og1的形状为正方形时，来自全息图98的衍射光被准确地入射在图像摄取器件5上。
根据第一实施方式，光学读取器51的操作者能够根据投射在图像摄取目标上的光学引导的变形来确定在图像摄取目标和光学读取器51之间是否存在适当的位置关系。此外，通过使投射在图像摄取目标上的光学引导具有接近于预设形状的形状，可以将图像摄取目标与光学读取器51之间的位置关系调整成用于获取信息的适当位置关系。因此，光学读取器51的操作者能够从预定角度准确地照射全息图98，使全息图98可靠地再生记录信息，并且能够通过按压开关53来获取该信息。通过使来自于全息图98的衍射光可靠地入射在图像摄取器件5上，对现有的软件和算法进行大变化变得不必要。
2.第二实施方式
图3A是示出了根据第二实施方式的光学读取模块和光学读取器的构造的示意性截面图，图3B示出了通过根据第二实施方式的光学读取器来读取记录在全息图中的二维信息。
如图3A所示，在第二实施方式中，光学读取模块1除包括专用照明光源3、图像摄取器件5以及第一光投射单元7之外还包括由光学引导形成光源8a和滤波器8b组成的第二光投射单元8。因此，与根据第一实施方式的光学读取器相比，根据第二实施方式的光学读取器61还包括由光学引导形成光源8a和滤波器8b组成的第二光投射单元8。光学引导形成光源8a和滤波器8b的构造可以与光学引导形成光源7a和滤波器7b的那些构造相同。图3A并未示出设置在图像摄取目标99与图像摄取器件5之间的图像形成光学系统，或处理由图像摄取器件5摄取的图像的图像处理单元。
如图3B所示，在第二实施方式中，除了第一光学引导og1被投射在图像摄取目标99上之外，由发自第二光投射单元8的第二光学引导形成光形成的第二光学引导og2也被投射在图像摄取目标99上。尽管图3B示出了投射在图像摄取目标上的第二光学引导og2的形状为矩形的实施例，但第二光学引导og2的形状不限于此。
投射在图像摄取目标上的第二光学引导og2使操作者知道在光学读取器61和图像摄取目标99之间是否存在用于读取从全息图98产生的二维信息的适当读取距离。换而言之，第二光学引导og2使操作者知道在图像摄取器件5的图像摄取表面与图像摄取目标99的表面之间是否存在用于读取从全息图98产生的二维信息的适当读取距离。如果光学读取器61与图像摄取目标99之间的距离不合适，则未包含二维信息的区域会被照射或者仅清楚地再生包含二维信息的有限的一部分区域，使得难以在一次就读取所记录的二维信息。
当从专用照明光源3发射的再生照明光的发射角适于再生记录在全息图98中的二维信息时，投射在图像摄取目标上的第二光学引导og2被设计为呈现预定形状。本文中，与第一光学引导og1的情况一样，第二光学引导og2的形状的实例包括正方形。第二光学引导og2的预定形状可以与第一光学引导og1的形状相同或者不同。例如，这些光学引导中的一个可以为正方形，另一光学引导可以仅具有四个角。
当光学读取器61与图像摄取目标99之间的距离是用于再生记录在全息图98中的二维信息的适当读取距离时，被投射在图像摄取目标上的第二光学引导og2被设计为与第一光学引导og1相重叠。也就是，光学读取器61的操作者可以基于投射在图像摄取目标上的两个光学引导是否相重叠来确定在图像摄取器件5的图像摄取表面与图像摄取目标99的表面之间是否存在适当的距离。
图4A至图4I是示出了光学读取器和图像摄取目标之间的距离与投射在图像摄取目标上的第一光学引导和第二光学引导的形状之间的关系的示意图。
图4A至图4C示出了光学读取器与图像摄取目标之间的距离大于适当读取距离的情况。图4A示出了光学读取器61设置正偏斜角的情况，图4C示出了光学读取器61设置负偏斜角的情况。在这两种情况下，第一光学引导og1和第二光学引导og2彼此均不重叠。
图4D至图4F示出了光学读取器与图像摄取目标之间的距离为适当读取距离的情况。在图4D至图4F中，为了易于解释，第一光学引导og1和第二光学引导og2的大小稍有不同。
在图4E中，第一光学引导og1和第二光学引导og2具有预定形状(例如，矩形)并彼此重叠。也就是，图4E示出了就角度和距离而言在图像摄取目标和光学读取器61之间存在适当位置关系的情况。另一方面，图4D示出了光学读取器61被设置正偏斜角的情况，图4F示出了光学读取器61设置负偏斜角的情况。在这些情况中，尽管第一光学引导og1和第二光学引导og2彼此相重叠，但第一光学引导og1和第二光学引导og2的形状不是正方形而是梯形。因此，在这些情况中，光学读取器61的操作者能够识别图像摄取目标与光学读取器61之间的位置关系就距离而言是适当的，同时就角度而言也是适当的。
图4G至图4I示出了光学读取器与图像摄取目标之间的距离小于适当读取距离的情况。图4G示出了光学读取器61被设置正偏斜角的情况，图4I示出了光学读取器61被设置负偏斜角的情况。在这两种情况中，第一光学引导og1和第二光学引导og2彼此均不重叠。
当除了设置第一光投射单元7之外还设置了第二光投射单元8时，优选的是，散射从光学引导形成光源7a发射的光的散射角与散射从光学引导形成光源8a发射的光的散射角是不同的。可选地，第一光学引导形成光的投射角与第二光学引导形成光的投射角不同是优选的。通过这样做，投射在图像摄取目标上的光学引导的形状变化在第一光学引导og1和第二光学引导og2之间是不同的。应当注意，第一光学引导形成光和第二光学引导形成光中的至少一个可以被垂直地投射在图像摄取目标上。
从光学引导形成光源7a发射的光和从光学引导形成光源8a发射的光可以具有不同的波长。在这种情况下，投射在图像摄取目标上的第一光学引导og1的颜色与第二光学引导og2的颜色不同。因此，光学读取器61的操作者能够将投射在图像摄取目标上的第一光学引导og1与第二光学引导og2区分开。
此外，第二光投射单元8可以被构造成相对于光学读取器61的倾斜而保持相同的定位，通过这样做，即使在光学读取器61倾斜时，第二光学引导形成光相对于图像摄取目标的投射角能够保持不变，从而可以将投射在图像摄取目标上的第二光学引导og2的形状保持不变。
图5A至图5I是示出了当投射在图像摄取目标上的第二光学引导og2的形状保持不变时，光学读取器和图像摄取目标之间的距离与投射在图像摄取目标上的第一光学引导和第二光学引导的形状之间的关系的示意图。图5A至图5C示出了光学读取器与图像摄取目标之间的距离大于适当读取距离的情况。图5D至图5F示出了光学读取器与图像摄取目标之间的距离为适当读取距离的情况。图5G至图5I示出了光学读取器与图像摄取目标之间的距离小于适当读取距离的情况。在图5D至图5F中，为了易于解释，第一光学引导og1和第二光学引导og2的大小稍有不同。
如图5A至图5I所示，当投射在图像摄取目标上的第二光学引导og2的形状保持不变时，仅在图像摄取目标与光学读取器61之间的位置关系就角度和距离而言是适当的时候，两个光学引导才彼此重叠。
根据第二实施方式，光学读取器的操作者能够识别投射在图像摄取目标上的两个光学引导的变形以及投射在图像摄取目标上的两个光学引导是否彼此重叠。因此，光学读取器61的操作者能够确定在图像摄取目标与光学读取器61之间是否存在适当的位置关系。
3.第三实施方式
图6A是示意性地示出了根据第三实施方式的光学读取模块和光学读取器的构造的俯视图，图6B和图6C是示出了从其中记录了多条二维信息的全息图中读取各个二维信息的示图。
如图6A所示，在第三实施方式中，光学读取模块21包括用于照射全息图的多个光源。更具体地，例如，光学读取模块21包括专用照明光源3a和3b、图像摄取器件5、第一光投射单元7以及第二光投射单元8。因此，与根据第二实施方式的光学读取器61相比，根据第三实施方式的光学读取器71例如包括两个专用照明光源。这些专用照明光源(例如，专用照明光源3a和3b)被设置为使得从不同角度向图像摄取目标发射再生照明光。应当注意的是，专用照明光源的数量不限于两个。
如上所述，全息图98可以包含多条图像信息。根据第三实施方式的光学读取模块21和光学读取器71选择性地再生记录在全息图98中的图像信息以获取信息。
图6B和图6C是示出了当从包含多条图像信息的全息图选择性地再生图像信息以获取信息时、再生照明光与衍射光之间的关系的示意图。例如，在图6B和图6C中示出的实施例中，二维条形码Bth和一维条形码Boh以叠加方式被记录在全息图98中。例如，通过改变照射全息图98的再生照明光的方向，可以选择性地再生记录在全息图98中的多条图像信息中的一条。
在全息图98中记录图像信息的过程中，能够通过使用来记录二维条形码Bth的基准光的发射角与用来记录一维条形码Boh的基准光的发射角不同来制造可以选择性地再生多条图像信息中的一条的全息图98。例如，如图6B所示，当仅打开专用照明光源3a以向全息图98发射再生照明光ILa时，从全息图98中再生二维条形码Bth。从全息图98再生的二维条形码Bth的衍射光DLa入射在图像摄取器件5上。此外，例如，如图6C所示，当仅打开专用照明光源3b以向全息图98发射再生照明光ILb时，从全息图98中再生一维条形码Boh。从全息图98再生的一维条形码Boh的衍射光DLb入射在图像摄取器件5上。
根据第三实施方式，由于根据第三实施方式的光学读取模块21和光学读取器71包括多个专用照明光源，所以能够从包含多条图像信息的全息图98中选择性地再生图像信息。此外，能够获取选择性地再生的图像信息。
光学读取模块21和光学读取器71具有控制电路和用于接通和断开多个专用照明光源的开关是优选的。当获取多条图像信息时，多个专用照明光源可以按次序打开，使得可以连续地拍摄选择性地再生的图像信息。因此，可以获取多条图像信息。如果操作者基于投射在图像摄取目标上的两个光学引导的形状而做出了图像摄取目标和光学读取器71之间的适当位置关系，则可以通过连续拍摄功能自动获取多条图像信息，而不会给操作者造成任何压力。当记录在全息图98中的多条图像信息彼此相关联时，获取的图像信息可以相互对照进行检查。
第三实施方式的变形例
图7是示出了其中结合了根据第三实施方式的光学读取模块的固定型光学读取器的示例性构造的透视图。如图7所示，根据第三实施方式的光学读取模块21被结合在光学读取器81中，此外，例如，光学读取器81具有设置在其前面的显示器84，该显示器指示提供给光学读取器81的指令、指令的结果以及获取的信息。显示器84可以为能够被用作操作面板的触摸面板显示器。当例如由磁卡97和附着于其上的全息图98组成的信用卡99暴露于光学读取器81的前面时，光学读取器81获取记录在全息图98中的图像信息。
来自第一光投射单元7和第二光投射单元8的第一光学引导形成光和第二光学引导形成光分别被发射至用作图像摄取目标的信用卡99，因此，第一光学引导og1和第二光学引导og2被投射在信用卡99上，信用卡99的持有者可以通过调节信用卡99的倾斜来获取信用卡99和光学读取器81之间的适当位置关系。
例如，当在信用卡99和光学读取器81之间达到了用于获取信息的适当位置关系时，专用照明光源3a和3b顺次地发射再生照明光，并且来自全息图98的衍射光通过窗口W进入图像摄取器件5，此时，由于从全息图98再生的二维信息的视角较窄，所以记录在全息图98中的二维信息被其他人看到的风险较低。
4.变形例
尽管已经描述了优选实施方式，但优选的实施例不限于上述实施方式。例如，专用照明光源可以由扫描光学系统形成，或者光学读取模块可以具有自动对焦功能。此外，例如，数据传输单元可以被设置为使得能够在信息终端与服务器之间传输获取的数据。
此外，例如，光学读取模块可以被结合在诸如便携式信息终端(个人数字助理(PDA)、手机、智能手机、商务通(electronic organizer)、膝上型电脑)电子装置中，或者其可以用作与电子装置相结合的可移动附件。
尽管在上述实施方式中壳体具有基本上为矩形的平行六面体形状，但壳体的形状不限于此。例如，光学读取器可以被构造为手枪形光学读取器。手柄G可以具有任意形状，只要其可以被单手握持即可。手柄G可以具有柄状物(handle)形状，或者手柄G可以设置有带子。此外，例如，用于将指令提供给光学读取器的数字键盘可以设置在手柄G上。为了安全起见，用于启动光学引导形成光的投射的开关可以与用于启动信息的获取的开关分开地设置。此外，例如，显示器可以被构造为可以被用作操作面板的触摸面板显示器。
此外，在上述实施方式中，尽管光学读取器的背面面向图像摄取目标并且再生照明光从光学读取器的背面发射，但该构造不限于此。例如，光学读取器的侧面可以面向图像摄取目标。
在上述第二实施方式和第三实施方式中，在光学读取器和图像摄取目标之间是否存在适当的距离可以基于投射在图像摄取目标上的第一光学引导和第二光学引导是否彼此重叠来确定。然而，该结构不限于这个实施例。例如，在光学读取器和图像摄取目标之间是否存在适当的距离可以基于投射在图像摄取目标上的第一光学引导是否与通过印刷等预先记录在图像摄取目标上的引导标记相重叠来确定。可选地，全息图的轮廓线可以被用作引导标记。
根据至少一个实施方式，可容易、快速并且可靠地获取以全息摄影记录的信息。因此，光学读取模块和光学读取器不仅能够应用于条形码读取器，而且能够应用于扫描器、光学字符阅读机(OCR)、光学标记阅读器(OMR)、图章或印章认识装置、指纹识别装置、货币识别装置或这些装置的组合。
本发明包含于2011年1月7日向日本专利局提交的日本优先专利申请JP 2011-001606所涉及的主题，其全部内容结合于此作为参考。
本领域的技术人员应当理解，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合以及变形，只要它们在所附权利要求或其等价物的范围内。
Claims (7)
1.一种光学读取模块，包括：
第一照明光源，向包含全息图的图像摄取目标发射再生照明光，从而再生记录在所述全息图中的信息，其中，在所述全息图中记录了当从预定角度照射所述全息图时在预定角度范围中再生的至少一条信息；
图像摄取器件，摄取从所述全息图中再生的信息的图像；以及
第一光投射单元，将第一光学引导形成光投射在所述图像摄取目标上，
其中，当所述再生照明光对所述全息图的发射角等于所述预定角度时，投射在所述图像摄取目标上的第一光学引导呈现预定形状，以及
其中，所述图像摄取目标的观察者基于投射在所述图像摄取目标上的所述第一光学引导相对于所述预定形状的变形来识别所述再生照明光对所述全息图的所述发射角与所述预定角度之间的偏差。
2.根据权利要求1所述的光学读取模块，还包括向所述图像摄取目标发射第二光学引导形成光的第二光投射单元，
其中，所述图像摄取目标的观察者基于投射在所述图像摄取目标上的所述第一光学引导和所述第二光学引导是否彼此重叠来识别在所述图像摄取器件的图像摄取表面与所述全息图之间是否存在适当距离。
3.根据权利要求2所述的光学读取模块，其中，
形成在所述全息图的中心法线与连接所述全息图的中心和所述第一光投射单元的直线之间的角度以及形成在所述全息图的中心法线与连接所述全息图的中心和所述第二光投射单元的直线之间的角度中的至少一个大于等于15°小于90°。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的光学读取模块，还包括不同于所述第一照明光源的至少一个照明光源，
其中，从包括所述第一照明光源的多个照明光源向所述图像摄取目标发射的所述再生照明光的所述发射角彼此不同，以及
其中，通过在向所述图像摄取目标发射所述再生照明光的包括所述第一照明光源的所述多个照明光源之间进行切换来选择性地再生记录在所述全息图中的所述信息。
5.根据权利要求1所述的光学读取模块，其中，所述图像摄取器件被设置在壳体中，使得不会接收到来自专用照明光源的再生照明光、来自所述第一投射单元的所述第一光学引导形成光或者在所述全息图的表面或后表面被完全反射的光。
6.一种光学读取器，包括：
照明光源，向包含全息图的图像摄取目标发射再生照明光，从而再生记录在所述全息图中的信息，其中，在所述全息图中记录了当从预定角度照射所述全息图时在预定角度范围中再生的至少一条信息；
图像摄取单元，包括摄取从所述全息图再生的信息的图像的图像摄取器件；
光投射单元，将光学引导形成光投射在所述图像摄取目标上；以及
手柄，包括用于使所述图像摄取单元开始获取从所述全息图再生的所述信息的开关，
其中，当所述再生照明光对所述全息图的发射角等于所述预定角度时，投射在所述图像摄取目标上的光学引导呈现预定形状，以及
其中，所述图像摄取目标的观察者基于投射在所述图像摄取目标上的所述光学引导相对于所述预定形状的变形来识别所述再生照明光对所述全息图的所述发射角与所述预定角度之间的偏差。
7.根据权利要求6所述的光学读取器，
其中，所述手柄被成形为使得所述操作者能够用单手握持。
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| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
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Application publication date: 20120822 |