CN110297303A - 用于在底座内对准透镜组件的设备系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本公开总体上涉及与光学数据捕获相关联的设备、系统和方法。在某一实施例中，本发明是一种用于在成像装置中使用的底座，该成像装置具有相对于底座和窗口固定地定位的成像传感器。底座包括：腔；延伸穿过腔壁的槽，腔壁限定腔的至少一部分；以及具有突起的透镜组件，透镜组件定位在腔内使得突起定位在槽内，其中透镜组件仅通过硬化的粘合剂紧固地固定到底座。

Description

用于在底座内对准透镜组件的设备系统和方法
技术领域
本发明的至少一些实施例总体上涉及与光学数据捕获相关联的设备、系统和方法，并且更具体地涉及用于在底座内对准透镜组件以用于在例如条形码读取器中使用的设备、系统和方法。
背景技术
光学透镜对准是重要的组成部分或许多成像系统。例如，在手持条形码读取器的领域中，透镜组件和图像传感器的相对对准确定了捕获到成像器数据的精确视场。这是条形码读取器的重要组成部分，因为许多条形码读取器操作者经常期望给定的视场在某些特定区域上延伸，这通常由手的自然定位和使用条形码读取器的特定应用决定。
由于制造和组装公差，并不总是能够以实际成本提供高度精确对准的光学部件。因此，仍然需要针对像图像传感器和相应的透镜组件之类的光学部件的对准而改进的设备、系统和方法。
发明内容
因此，本发明的至少一些实施例涉及针对像图像传感器和相应的透镜组件之类的光学部件的对准的设备、系统和方法。
在实施例中，本发明是条形码读取器，包括：壳体，该壳体限定腔；第一成像组件，该第一成像组件位于腔内，第一成像组件具有第一线性成像传感器和第一透镜组件，第一成像组件具有第一线性视场(FOV)；第二成像组件，该第二成像组件位于腔内，第二成像组件具有第二线性成像传感器和第二透镜组件，第二成像组件与第一成像组件分离，第二成像组件具有第二线性FOV；以及瞄准组件，该瞄准组件位于腔内，瞄准组件具有瞄准照明源和瞄准光束整形器，瞄准组件被配置为发射线性瞄准光图案，其中第一线性FOV、第二线性FOV和线性瞄准光图案是共平面的。
在另一实施例中，本发明是一种制造条形码读取器的方法。该方法包括：提供壳体，该壳体具有腔；将第一成像组件定位于腔内，第一成像组件具有第一线性成像传感器和第一透镜组件，第一成像组件被定位成使得其具有第一线性FOV；将第二成像组件定位于腔内，第二成像组件具有第二线性成像传感器和第二透镜组件，第二成像组件与第一成像组件分离，第二成像组件被定位成使得其具有第二线性FOV；以及将瞄准组件定位于腔内，瞄准组件具有瞄准照明源和瞄准光束整形器，瞄准组件被配置为发射线性瞄准光图案，其中第一线性FOV、第二线性FOV和线性瞄准光图案在相同平面上延伸。
在又一实施例中，本发明是一种安装透镜组件的方法，该透镜组件在底座内具有突起，该底座具有延伸穿过腔壁的槽，该腔壁限定腔的至少一部分，该透镜组件具有相对于底座固定地定位的对应的成像传感器。该方法包括：提供具有腔的底座，该腔被配置为接收透镜组件；将透镜组件定位在底座内，使得突起定位在槽内，透镜组件相对于底座自由浮动；当透镜组件相对于底座自由浮动时，相对于成像传感器调节透镜组件；以及在达到调节阈值时，将透镜组件紧固地固定到底座。
在又另一实施例中，本发明是一种成像装置，包括：壳体，该壳体具有窗口；底座，该底座位于壳体内部，底座具有腔和延伸穿过腔壁的槽，腔壁限定腔的至少一部分；成像传感器，该成像传感器相对于底座固定地定位；以及透镜组件，该透镜组件具有突起，透镜组件定位在腔内使得突起定位在槽内，透镜组件进一步定位在成像传感器和窗口之间，其中透镜组件仅通过硬化的粘合剂紧固地固定到底座。
在又另一实施例中，本发明是条形码读取器，包括：壳体，该壳体具有窗口；底座，该底座位于壳体内部，底座具有腔和延伸穿过腔壁的槽，腔壁限定腔的至少一部分；成像传感器相对于底座固定地定位；以及透镜组件，该透镜组件具有突起，透镜组件定位在腔内使得突起定位在槽内，透镜组件进一步定位在成像传感器和窗口之间，其中透镜组件仅通过硬化的粘合剂紧固地固定到底座。
在又另一实施例中，本发明是一种用于在成像装置中使用的底座，该成像装置具有相对于底座和窗口固定地定位的成像传感器。底座包括：腔；延伸穿过腔壁的槽，腔壁限定腔的至少一部分；以及具有突起的透镜组件，透镜组件定位在腔内使得突起定位在槽内，其中透镜组件仅通过硬化的粘合剂紧固地固定到底座。
在又另一实施例中，本发明是一种成像引擎，包括：第一成像组件，具有第一FOV，第一成像组件被配置为在第一工作距离范围内捕获图像数据；第二成像组件，具有第二FOV，第二成像组件被配置为在第二工作距离范围内捕获图像数据，第一工作距离范围延伸超过第二工作距离范围；以及瞄准组件，该瞄准组件被配置为发射瞄准光图案，瞄准光图案包括第一部分和第二部分，第一部分被配置为提供第一FOV的近似边界和第一FOV的中心区域中的至少一个的视觉指示，第二部分被配置为提供第二FOV的近似边界的视觉指示。
在又另一实施例中，本发明是一种成像引擎，包括：第一成像组件，具有第一FOV，第一成像组件配置为在第一远工作距离(FWD1)和第二远工作距离(FWD2)之间延伸的第一工作距离范围内捕获图像数据，FWD1比FWD2更靠近第一成像组件；第二成像组件，具有第二FOV，第二成像组件被配置为在第一近工作距离(NWD1)和第二近工作距离(NWD2)之间延伸的第二工作距离范围内捕获图像数据，NWD1比NWD2更靠近第二成像组件，第一工作距离延伸超过第二工作距离范围；以及瞄准组件，该瞄准组件被配置为发射瞄准光图案，瞄准光图案包括第一部分和第二部分，第二部分具有第一子部分和第二子部分，第二子部分与第一子部分被空间隔开，其中，瞄准组件被配置成使得当瞄准光图案投射在定位于NWD2和FWD2之间的工作表面上时，第一子部分和第二子部分中的每一个都在第一FOV之外。
在又另一实施例中，本发明是一种成像引擎，包括：第一成像组件，具有第一FOV，第一成像组件配置为在第一远工作距离(FWD1)和第二远工作距离(FWD2)之间延伸的第一工作距离范围内捕获图像数据，FWD1比FWD2更靠近第一成像组件；第二成像组件，具有第二FOV，第二成像组件被配置为在第一近工作距离(NWD1)和第二近工作距离(NWD2)之间延伸的第二工作距离范围内捕获图像数据，NWD1比NWD2更靠近第二成像组件，第一工作距离延伸超过第二工作距离范围；以及瞄准组件，该瞄准组件被配置为发射瞄准光图案，瞄准光图案包括第一部分和第二部分，其中，瞄准组件被配置成使得当瞄准光图案投射在定位于NWD2处的工作表面上时，第二部分具有5英尺烛光(ft-c)至10ft-c的第二光强度，并且第一部分具有大于第二光强度的第一光强度。
在又另一实施例中，本发明是一种用于在具有预定环境光强度的环境中使用的成像引擎，包括：第一成像组件，具有第一FOV，第一成像组件配置为在第一远工作距离(FWD1)和第二远工作距离(FWD2)之间延伸的第一工作距离范围内捕获图像数据，FWD1比FWD2更靠近第一成像组件；第二成像组件，具有第二FOV，第二成像组件被配置为在第一近工作距离(NWD1)和第二近工作距离(NWD2)之间延伸的第二工作距离范围内捕获图像数据，NWD1比NWD2更靠近第二成像组件，第一工作距离延伸超过第二工作距离范围；以及瞄准组件，该瞄准组件被配置为发射瞄准光图案，瞄准光图案包括第一部分和第二部分，其中，瞄准组件被配置成使得当瞄准光图案投射在定位于NWD2处的工作表面上时，第二部分具有第二光强度，该第二光强度在预定环境光强度的五分之一和十五分之一之间。
在又另一实施例中，本发明是一种成像引擎，包括：第一成像组件，该第一成像组件具有第一FOV，第一成像组件配置为在第一工作距离范围内捕获图像数据；第二成像组件，该第二成像组件具有第二FOV，第二成像组件被配置为在第二工作距离范围内捕获图像数据，第一工作距离范围延伸超过第二工作距离范围；以及瞄准组件，该瞄准组件被配置为发射瞄准光图案，瞄准光图案由激光光源产生，瞄准光图案包括第一部分和第二部分，第一部分被配置为与第一FOV相关，第二部分被配置为与第二FOV相关，其中，瞄准光图案被配置成使得如从瞄准组件测量的由7mrad锥体所包围的瞄准光图案的任何部分的组合功率小于或等于1mW。
通过参照以下附图、描述和任何跟随的权利要求，这些和其它特征、方面和本公开的优点将变得更好理解。
附图说明
图1图示根据本发明实施例的条形码读取器的前透视图和后透视图。
图2图示根据本发明实施例的条形码读取器的一部分的示意框图。
图3A图示根据本发明实施例的条形码读取器的一些部件的透视图。
图3B图示出图3A的部件的顶部剖视图。
图3C图示根据本发明实施例的条形码读取器的一些部件的透视图。
图4图示根据本发明实施例的视场和瞄准光图案场。
图5图示图4的旋转侧视图。
图6图示根据本发明实施例的用于在条形码读取器中使用的底座。
图7图示根据本发明实施例的在条形码读取器中使用的透镜组件的正视图和侧视图。
图8是图6的底座的一部分的俯视图。
图9图示根据本发明实施例的视场和瞄准光图案的未对准示例。
图10图示根据本发明实施例的瞄准光图案。
图11图示根据本发明实施例的图10的瞄准光图案在工作表面上的投射。
图12图示根据本发明实施例的图10的瞄准光图案和视场在工作表面上的投射。
图13图示根据本发明实施例的图10的瞄准光图案和视场在工作表面上的投射。
图14图示根据本发明实施例的图10的瞄准光图案和另一视场在工作表面上的投射。
图15-图16图示根据本发明实施例的图10的瞄准光图案和远成像组件的视场在工作表面上的投射。
图17A图示根据本发明实施例的光束整形器。
图17B图示根据本发明实施例的使用中的图17A的光束整形器。
具体实施方式
参照图1，其中示出了示例性条形码读取器100，其具有壳体102、触发器104和窗口106，壳体102具有用于容纳内部部件的腔。当条形码读取器100被放置在支撑支架(未示出)中的台面上时，该条形码读取器100可作为静止工作站在免提模式下使用。当条形码读取器100被从台面(或其他表面)上拾取且保持在操作者的手中时，该条形码读取器100也可在手持模式下使用。在免提模式下，产品可被滑过、刷过或呈现给窗口106。在手持模式下，条形码读取器100可以被瞄准到产品上的条形码，并可手动地按下触发器104以发起对条形码的成像。在一些实现中，可省去支撑支架，并且壳体102也可以呈现其他的手持或非手持形状。
图2图示根据一些实施例的条形码读取器100的一部分的示意框图。应当理解，图2未按比例绘制。图2中的条形码读取器100包括下列部件：(1)第一成像组件110，其包括第一线性成像传感器112和第一透镜组件114；(2)第二成像组件116，其包括第二线性成像传感器118和第二透镜组件120；(3)照明源122；(4)瞄准光组件123，其具有瞄准光源125和瞄准透镜组件127(也称为瞄准光束整形器)；(5)印刷电路板(PCB)124，其支撑第一线性成像传感器112和第二线性成像传感器118以及照明源122；(6)控制器126，其位于PCB 124上并且可通信地耦合到第一线性成像传感器112和第二线性成像传感器118、以及照明源124；(7)存储器128，其连接到控制器126；以及(8)照明透镜组件130，其位于照明源122前方。在参考条形码读取器的部分时，可以将其分组并称为“成像引擎”。在一些情况下，可以说成像引擎包括像(多个)图像传感器之类的图像捕获部件。在其他情况下，可以说成像引擎包括附加元件，诸如，例如瞄准光组件。
第一线性成像传感器112和第二线性成像传感器118可以是CCD或CMOS线性成像传感器，其通常包括以一维阵列排列的多个光敏像素元件。第一线性成像传感器112和第二线性成像传感器118可操作以检测分别由第一透镜组件114和第二透镜组件120沿着相应的光路或轴线132、134通过窗口106捕获的光。通常，每个相应的线性成像传感器和成像透镜组件对被设计成一起操作以用于捕获从条形码散射、反射或发射的光作为沿着相应的线性FOV平面延伸的一维视场(FOV)上的像素数据。然而，每个透镜/成像传感器对(也称为光学组件)以不同的参数配置。
在当前描述的实施例中，第一成像组件110被设计成在FWD1和FWD2之间延伸的相对远的工作距离范围内读取条形码。在一些实施例中，FWD1距离窗口106大约24英寸，并且FWD2距离窗口106大约600至680英寸。在一些实施例中，FWD2延伸超过680英寸。另外，成像组件110捕获来自相对窄的FOV 136的光。另一方面，第二光学组件116被设计成在NWD1和NWD2之间延伸的相对近的工作距离范围内读取条形码。在一些实施例中，NWD1距离窗口106大约0英寸，并且NWD2距离窗口106大约28至32英寸。另外，成像组件116捕获来自相对宽的FOV 138的光。
图2的部件布置的示例说明性地示出在图3A的透视图和图3B的顶部剖视图中，其示出了部分组装形式的读取器100的一些部件。在该实施例中，瞄准组件定位在第一成像组件和第二成像组件之间。在优选配置中，瞄准组件定位成相比第一成像(远)组件更靠近第二(近)成像组件。这可以是有利的，因为由于视差引起的瞄准光图案相对于第二(近)成像组件的FOV的偏移减小。另外，在图3A和图3B所示的实施例中，第一线性成像传感器112和第二线性成像传感器118位于基板(诸如PCB 124)上，使得第一线性成像传感器112和第一透镜组件114之间的距离不同于第二线性成像传感器118和第二透镜组件120之间的距离。此外，成像组件和瞄准组件可以定位成使得它们各自的视场(在图4和图5中示出为共平面)和它们沿着其延伸的相应平面形成相对于PCB平面的倾斜角，该PCB平面由PCB 124的纵向方向和横向方向限定。
图2的部件布置300的替代实施例在图3C中示出。在该实施例中，第一线性成像传感器302和第二线性成像传感器304两者都定位在基板305上，该基板305平行于第一透镜组件306和第二透镜组件308中的每一个的中心轴。为了允许图像传感器捕获由每个透镜组件引导的光，成像折叠镜310和312用于将来自透镜组件的光重定向到它们各自的图像传感器。应当理解，虽然示出了图像传感器相对于透镜组件定位成特定角度的实施例，但是该角度可以根据需要改变，并且仍然可以通过适当的调节折叠镜来保持部件布置的功能性。对上文进行进一步描述，图3C的实施例还包括至少一个照明组件，其包括照明源(例如，LED)314和照明透镜；以及瞄准组件，其包括瞄准光源(例如，激光器)318和瞄准光束整形器320(例如，透镜和/或微透镜阵列)。照明源314和瞄准光源318安装在第二基板(例如，PCB)322上。
在读取器100的优选实施例中，瞄准组件123被配置为发射沿着线性瞄准光图案平面延伸的线性瞄准光图案，并且第一成像组件110、第二成像组件116和瞄准组件123被布置成使得第一成像组件110的第一线性FOV平面、第二成像组件118的第二线性FOV平面和线性瞄准光图案平面是相同的或基本相同的。换句话说，第一线性FOV和第二线性FOV沿线性瞄准光图案平面延伸。该配置的示例可以在图4中看到，其示出了条形码读取器100，其中第一成像组件具有第一线性FOV 136，第二成像组件具有第二线性FOV 138，并且瞄准组件被配置成在场140上发射线性瞄准光图案。当视场136、138和线性瞄准光图案场140共平面时，它们将如图3B和图5所示，在离开读取器窗口一定距离处开始重叠并且当它们继续远离读取器100延伸时保持重叠。
应当理解，虽然第一FOV、第二FOV和瞄准光图案中的每一个被称为线性的，但是这些元件中的每一个具有相对小的高度分量。因此，在一些实施例中，使第一线性FOV平面、第二线性FOV平面和线性瞄准光图案平面相同的布置包括当第一线性FOV、第二线性FOV、以及线性瞄准光图案之间在垂直方向上存在至少一些重叠时的布置。这同样适用于其中布置以第一线性FOV、第二线性FOV和线性瞄准光图案共平面表示的实施例。换句话说，当这些部件之间在垂直方向上存在至少一些重叠时，可以说第一线性FOV、第二线性FOV和线性瞄准光图案是共平面的。
在实施例中，可以通过利用底座200和透镜组件202来实现上述对准，如图6和图7所示。底座200被配置为紧固地固定到其上安装有成像传感器的基板。这可以通过任何合适的固定特征来完成，包括但不限于螺钉、紧固件、粘合剂、夹子、桩等。当在图3A的实施例中使用时，底座200可以紧固地固定到PCB 124，使得它也相对于图像传感器(也称为“成像器”)固定地定位。可选地或替代地，底座200可以紧固地固定到读取器100的壳体。在该情况下，借助于其上安装有成像传感器的基板也紧固地固定到壳体，底座将相对于图像传感器固定地定位。应该理解，一个元件相对于另一个元件的相对关系应该被视为是相互的。这样，底座200相对于成像传感器固定地定位也应该被理解为成像传感器相对于底座200固定地定位。
如图6所示，底座200包括两个腔204、206，其配置成接收相应的透镜组件202。当在图2-图3B的实施例中使用时，定位在腔204中的透镜组件可以对应于与远成像传感器112一起使用的透镜组件114，并且定位在腔206中的透镜组件可以对应于与近成像传感器118一起使用的透镜组件120。每个腔由腔壁208限定，腔壁208可以完全或部分地限定相应的腔。腔壁包括至少一个槽210，该槽210从腔的内部延伸穿过到达底座的外部。虽然在图6中，槽210示出为相对于底座200的整体取向及其在读取器200内的定位纵向延伸，但其他非限制性配置(例如，横向和成角度)也在本公开的范围内。
安装在腔中的是透镜组件202。根据不同应用的需要，透镜组件的整体物理特性和/或光学性质可以相同或者可以不同。如在图7中更清楚地看到，透镜组件202具有大致桶状的形状，其中定位有一个或多个光学元件(诸如透镜)。当提供多于一个光学元件时，元件的集合可以沿着中心轴对齐，该中心轴纵向延伸穿过透镜组件。透镜组件202包括至少一个突起，该突起被配置为当透镜组件202安装在底座200中时，该突起定位在底座200的槽210内。在当前描述的实施例中，突起被描绘为凸缘212，其沿着透镜组件202的主体214纵向延伸。凸缘212包括第一凸缘部分216、第二凸缘部分218和将第一凸缘部分214和第二凸缘部分218分开的切口220。
将当前实施例的透镜组件202安装在底座200中使得(多个)凸缘212定位在(多个)相应的槽210中，使得第一凸缘部分216和第二凸缘部分218可从底座200的外部接近并且切口220形成沿槽210的一部分延伸的通道222。一旦被定位并充分调节，透镜组件202通过合适的可硬化粘合剂紧固地固定到底座202，在一些实施例中，该粘合剂是可UV固化粘合剂，其在暴露于UV光时硬化。优选地，粘合剂沉积在通道222中(参见图8)，使得其接触槽的至少一部分和突起的至少一部分(在该情况下为凸缘212)，从而在固化时将这两个元件相对于彼此锁定。
在实施例中，在被固定之前，透镜组件202相对于底座200保持自由浮动。这可以通过从底座200外部经由凸缘部分支撑透镜组件、同时在透镜组件的任何部分和底座之间保持一定量的间隙来实现。在透镜组件调节和固定期间，自由浮动配置可以是特别有利的，因为它能防止透镜组件和底座之间的摩擦力，这可能导致不期望的回弹、粘滑和其他透镜组件和底座之间基于摩擦的相互作用，其可能会增加准确调节透镜组件的难度。另外，在处于自由浮动配置的透镜组件与接收腔的(多个)壁和(多个)槽之间具有一定量的间隙允许在任何方向上调节透镜组件，包括但不限于如图6所示那样沿Z轴和Y轴移动透镜组件。应当理解，调节程度在某种程度上取决于透镜组件和底座之间的间隙量。
如前面结合图4和图5所述，在读取器10的优选实施例中，第一成像组件110的第一线性FOV平面、第二成像组件118的第二线性FOV平面、以及线性瞄准光图案平面是相同的。由于制造公差，在不进行调节的情况下实现这种对准可能至少是困难的。因此，在制造过程期间可以利用透镜组件202相对于底座200(并因此相对于成像传感器)的可调节性，来适当地对准两个线性视场和瞄准光图案。
在实施例中，视场和光图案的共平面对准通过以下步骤来实现：首先将瞄准光图案投射在工作表面上作为参考点，然后调节每个透镜组件的位置直到每个相应的线性成像传感器正在指示峰值响应或者直到成像传感器的响应在峰值的预定阈值内，其中峰值响应对应于成像传感器捕获从工作表面反射到成像传感器的最高记录量的瞄准光图案。例如，参考图9，当这些平面投射在工作表面141上时，读取器的成像/光学部件的初始组件可以揭示第一线性FOV 136、第二线性FOV 138和线性瞄准光图案场140的平面之间的不匹配。利用上述方法，可以向下调节与第一FOV相关联的第一透镜组件，并且可以向上调节与第二FOV相关联的第二透镜组件，直到视场136、138两者均充分地与瞄准光图案重叠。通过确保跨越一系列工作距离的工作表面范围内的共平面对准，可以进一步验证对准的正确性。在将透镜组件调节到适当的调节阈值时，可以如上文所述沉积和固化粘合剂。在一些实施例中，在调节透镜组件之前沉积粘合剂，因为这可以减少在透镜组件已经被调节之后对透镜组件的无意干扰。
应当理解，尽管与本文公开的透镜组件调节相关联的教导已经结合线性传感器示例性地呈现，但是它们同样适用于与其他、非线性(例如，2D)成像传感器结合的透镜组件的调节。换句话说，特别是与所公开的透镜组件和底座相关联的结构和方法不应限于应用线性成像传感器，而应理解为扩展到具有其他成像传感器的应用，类似2D成像传感器，其通常具有布置在基本平坦表面上的相互正交的光敏元件阵列。
现在参考图10和图11，其中示出了示例性线性瞄准光图案500。可以通过瞄准光源和光束整形器的组合来产生瞄准图案500，两者都可以定位在条形码读取器(诸如条形码读取器100)的壳体的内部腔内。光束整形器可包括但不限于一个或多个透镜、一个或多个棱镜、以及一个或多个微透镜阵列，它们中的每一者可以定位在读取器100的壳体内部和/或与读取器的前窗口(诸如图1的窗口106)集成。当与窗口集成时，光束整形器(或其任何部分)可以是附接到窗口的单独元件，它可以整体地形成在窗口本身中，或者上述的任何组合。光束整形器可以被配置为改变由瞄准光源产生的光的至少一部分，其中改变包括分裂、重定向、漫射、分散和扩散光的所述一部分中的至少一种。在实施例中，瞄准光源是配置成在630nm至680nm波长操作范围内操作的激光光源。在其他实施例中，瞄准光源是配置成在630nm至680nm波长操作范围外操作的可见激光光源。
返回参考图10，瞄准光图案包括两个部分。第一部分502可以被配置为相对窄，使得当其被投射在工作表面506(参见图11)上时(其中工作表面在条形码读取器的远工作距离范围内)，第一部分502的总宽度W1提供读取器FOV的近似宽度边界的视觉指示，其对应于可操作以在远工作距离上捕获图像数据的成像组件。第一部分502也可以被配置为相对窄，使得当其被投射在工作表面506上时(其中工作表面在条形码读取器的远工作距离范围内)，第一部分502的总宽度W1提供读取器FOV的近似中心区域的视觉指示，其对应于可操作以在远工作距离上捕获图像数据的成像组件。第二部分504被配置为相对宽，使得当其被投射在工作表面506上时(其中工作表面在条形码读取器的近工作距离范围内)，第二部分504的总宽度W2提供读取器FOV的近似宽度边界的视觉指示，其对应于可操作以在近工作距离上捕获图像数据的成像组件。
该操作示例性地示于图12-图14中，它将用前面描述的条形码读取器100的实施例实现。在图12中，条形码读取器100位于距工作表面的远工作距离范围内，其中远工作距离范围在FWD1和FWD2之间延伸。如前所述，从远工作距离范围捕获图像数据由具有相对窄的FOV 136的远成像组件110完成。当瞄准光图案500投射在位于远工作距离范围内的工作表面506上时，瞄准光图案被配置为使其第一部分502的宽度W1基本上对应于FOV 136的在该FOV与工作表面506相交时的宽度。应当理解，由于瞄准光源和远成像组件的横向偏移并且还由于视差，第一部分502的限定宽度W1的外边界可能不总是对应于FOV的边界。在一些实施例中，瞄准光图案500的第一部分502可以被配置为在整个远工作距离范围内保持在FOV136的边界内，作为工作距离的函数横向移动。在一些其他实施例中，第一部分502可以被配置为在整个远工作距离范围内在FOV 136的边界上延伸，再次作为工作距离的函数横向移动。在又一些其他实施例中，第一部分502可以被配置为在FOV 136的(多个)边界内或在FOV136的(多个)边界上延伸之间改变，其中该变化是工作距离的函数。这样，在一些实施例中，当瞄准光图案500投射在位于远工作距离范围内的工作表面506上时，瞄准光图案被配置为使其第一部分502的宽度W1在到FOV 136的在该FOV与工作表面506相交时的宽度的+/-5％内。在一些其他实施例中，当瞄准光图案500投射在位于远工作距离范围内的工作表面506上时，瞄准光图案被配置为使其第一部分502的宽度W1在到FOV 136的在该FOV与工作表面506相交时的宽度的+/-10％内。在又一些其他实施例中，当瞄准光图案500投射在位于远工作距离范围内的工作表面506上时，瞄准光图案被配置为使其第一部分502的宽度W1在到FOV 136的在该FOV与工作表面506相交时的宽度的+/-15％内。在又另一些其他实施例中，当瞄准光图案500投射在位于远工作距离范围内的工作表面506上时，瞄准光图案被配置为使其第一部分502的宽度W1在到FOV 136的在该FOV与工作表面506相交时的宽度的+/-20％内。
在另一实施例中，不是提供第一FOV的宽度边界的一般指示，而是第一部分502提供第一FOV的中心区域的一般指示。这在图13中示例性示出，其中，条形码读取器100位于距工作表面的远工作距离范围内，其中远工作距离范围在FWD1和FWD2之间延伸。如前所述，从远工作距离范围捕获图像数据由具有相对窄的FOV 136的远成像组件110完成。当瞄准光图案500投射在位于远工作距离范围内的工作表面506上时，瞄准光图案被配置为使其第一部分502的宽度W1基本上对应于FOV 136的在该FOV与工作表面506相交时的中心区域。在一些实施例中，当第一部分502与FOV 136的中心轴132重叠/将其包围并且第一部分502的总宽度W1保持在FOV 136的总宽度的某个预定百分比内时，发生第一部分502与FOV 136的中心区域的实质对应。应当理解，由于瞄准光源和远成像组件的横向偏移并且还由于视差，第一部分502的限定宽度W1的外边界可能不总是与FOV的中心等距。换句话说，第一部分502的中心可能不总是与中心轴132重叠，并且第一部分可以相对于中心轴132倾斜，同时仍然与其重叠/将其包围。因此，在一些实施例中，当瞄准光图案500投射在位于远工作距离范围内的工作表面506上时，瞄准光图案500被配置成使得第一部分502与FOV 136的中心轴132重叠/将其包围并且第一部分502的总宽度W1小于FOV 136的总宽度的5％。在一些实施例中，当瞄准光图案500投射在位于远工作距离范围内的工作表面506上时，瞄准光图案500被配置成使得第一部分502与FOV 136的中心轴132重叠/将其包围并且第一部分502的总宽度W1小于FOV 136的总宽度的10％。在一些实施例中，当瞄准光图案500投射在位于远工作距离范围内的工作表面506上时，瞄准光图案500被配置成使得第一部分502与FOV 136的中心轴132重叠/将其包围并且第一部分502的总宽度W1小于FOV 136的总宽度的15％。在一些实施例中，当瞄准光图案500投射在位于远工作距离范围内的工作表面506上时，瞄准光图案500被配置成使得第一部分502与FOV 136的中心轴132重叠/将其包围并且第一部分502的总宽度W1小于FOV 136的总宽度的20％。在一些实施例中，当瞄准光图案500投射在位于远工作距离范围内的工作表面506上时，瞄准光图案500被配置成使得第一部分502与FOV 136的中心轴132重叠/将其包围并且第一部分502的总宽度W1小于FOV 136的总宽度的25％。在一些实施例中，当瞄准光图案500投射在位于远工作距离范围内的工作表面506上时，瞄准光图案500被配置成使得第一部分502与FOV 136的中心轴132重叠/将其包围并且第一部分502的总宽度W1在FOV 136的总宽度的5％和30％之间。
在又另一些其他实施例中，当瞄准光图案500投射在位于远工作距离范围的远端FWD2的工作表面506上时，瞄准光图案被配置为使其第一部分502的宽度W1在12英寸和48英寸之间。在又另一些其他实施例中，当瞄准光图案500投射在位于远工作距离范围的远端FWD2的工作表面506上时，瞄准光图案被配置为使其第一部分502的宽度W1在30英寸和42英寸之间。
在图14中，条形码读取器100位于距工作表面的近工作距离范围内，其中近工作距离范围在NWD1和NWD2之间延伸。如前所述，从近工作距离范围捕获图像数据由具有相对宽的FOV 138的近成像组件116完成。当瞄准光图案500投射在位于近工作距离范围内的工作表面506上时，瞄准光图案被配置为使其第二部分504的宽度W2基本上对应于FOV 138的在该FOV与工作表面506相交时的宽度。应当理解，由于瞄准光源和近成像组件的横向偏移并且还由于视差，第二部分504的限定宽度W2的外边界可能不总是对应于FOV的边界。在一些实施例中，瞄准光图案500的第二部分504可以被配置为在整个近工作距离范围内保持在FOV 138的边界内，作为工作距离的函数横向移动。在一些其他实施例中，第二部分504可以被配置为在整个近工作距离范围内在FOV 138的边界上延伸，再次作为工作距离的函数横向移动。在又一些其他实施例中，第二部分504可以被配置为在FOV 138的(多个)边界内或在FOV 138的(多个)边界上延伸之间改变，其中该变化是工作距离的函数。这样，在一些实施例中，当瞄准光图案500投射在位于近工作距离范围内的工作表面506上时，瞄准光图案被配置为使其第二部分504的宽度W2在到FOV 138的在该FOV与工作表面506相交时的宽度的+/-5％内。在一些其他实施例中，当瞄准光图案500投射在位于近工作距离范围内的工作表面506上时，瞄准光图案被配置为使其第二部分504的宽度W2在到FOV 138的在该FOV与工作表面506相交时的宽度的+/-10％内。在又一些其他实施例中，当瞄准光图案500投射在位于近工作距离范围内的工作表面506上时，瞄准光图案被配置为使其第二部分504的宽度W2在到FOV 138的在该FOV与工作表面506相交时的宽度的+/-15％内。在又另一些其他实施例中，当瞄准光图案500投射在位于近工作距离范围内的工作表面506上时，瞄准光图案被配置为使其第二部分504的宽度W2在到FOV 138的在该FOV与工作表面506相交时的宽度的+/-20％内。
考虑到在一些实施例中，瞄准光图案500的部分可以被配置为提供相应视场的指示，则还可以优选地以减少相对于所表示的视场的混淆的方式配置图案500。在一些实施例中，这通过将第二部分504分成第一子部分508和第二子部分510来实现，其中两个子部分由具有距离W3的空间512分开(参见图10)。参见图15，优选地，选择距离W3，使得当瞄准光图案500投射在位于远工作距离范围内的工作表面506上时，第一子部分508和第二子部分510中的每一个都完全在第一FOV 136之外。更优选地，选择距离W3，使得当瞄准光图案500投射在位于远工作距离范围的远端FWD2处的工作表面506上时，第一子部分508和第二子部分510中的每一个都距离第一FOV 136至少12英寸(测量是边缘到边缘)。应当理解，虽然第一子部分508和第二子部分510两者都被空间512分开，空间512不一定接收来自瞄准光图案500的第二部分504的照明，但是由另一部分(例如，第一部分502)提供的瞄准照明仍然可占据该空间。上述配置的结果可以是当读取器用于读取位于远工作距离范围内(特别是在远工作距离范围的远端半部内)的条形码时，第一子部分508和第二子部分510被投射得相对远离操作FOV。因此，操作者可能忽略那些这些子部分，集中于其他标记，诸如由第一部分502提供的标记。
在一些实施例中，可以改变第一部分502相对于第二部分504的强度，以帮助操作者聚焦在(多个)适当的部分上。参见图16，瞄准光组件可以配置成使得第一部分502的强度大于第二部分504的强度。随着读取器10和工作表面506之间的距离增加，实现该配置可以导致第二部分504的有利调暗。作为该调暗的结果，当操作者离开工作表面一定距离时，他或她不太可能清楚地辨别第二部分504并且相反地更可能聚焦在更突出的第一部分502上。
在一些实施例中，瞄准光图案被配置成使得当其投射在位于近工作距离的远端NWD2的工作表面上时，第二部分504具有5英尺烛光(foot-candle)(ft-c)至10ft-c的光强度，并且第一部分502具有大于第二部分504的光强度。在一些实施例中，瞄准光图案被配置成使得当其投射在位于近工作距离的远端NWD2的工作表面上时，第二部分504具有5英尺烛光(ft-c)至10ft-c的光强度，并且第一部分502具有700至1500ft-c的光强度。在一些实施例中，瞄准光图案被配置成使得当其投射在位于远工作距离的远端FWD2的工作表面上时，第二部分504具有0.05ft-c至0.1ft-c的光强度，并且第一部分502具有30ft-c至50ft-c的光强度。
在又其他实施例中，可以至少部分地基于环境照明条件来配置第二部分504的强度。已经认识到，平均而言，人类具有在10：1或更高的光强度比下辨别对比度的能力。因此，在环境光强度为50ft-c的环境中，具有40ft-c光强度的光图案将是充分可见的，而具有5ft-c光强度的光图案将是边际的。考虑到这一点，在一些实施例中，瞄准光图案被配置成使得当其投射在位于近工作距离的远端NWD2的工作表面上时，第二部分504具有周围环境的光强度的十分之一的光强度。在一些其他实施例中，瞄准光图案被配置成使得当其投射在位于近工作距离的远端NWD2的工作表面上时，第二部分504具有周围环境的光强度的五分之一和十五分之一之间的光强度。
应当理解，与第二部分504的调暗(作为距离的函数)有关的上述描述适用于第二部分的(多个)被照射部分。因此，在图10中所示的第二部分504的实施例中，第一和第二子部分508将经受上述调暗特性，而空间512将被忽略，因为它未被照亮。
对上文进行进一步描述，优选使瞄准光图案500的第一部分502在读取器100的整个工作范围内保持可见。因此，在一些实施例中，瞄准光图案500被配置成使得当其投射在位于远工作距离的远端FWD2的工作表面上时，第一部分502具有大于5ft-c的光强度。在一些实施例中，瞄准光图案500被配置成使得当其投射在位于远工作距离的远端FWD2的工作表面上时，第一部分502具有30ft-c至50ft-c的光强度。将第一部分502和第二部分504的这些配置组合可以帮助确保瞄准光图案500的仅相关部分在适当的工作距离处可见。换句话说，当在相对近的距离(例如，在近工作范围内)工作时，整个瞄准光图案500看起来足够明亮以便被另一个看到。另一方面，当在相对较远的距离(例如，远工作范围的远端半部)工作时，瞄准光图案500的仅第一部分504(可以被设计为提供远FOV的边界的指示)仍然可见。
虽然在一些情况下，由瞄准光图案500的任何部分输出的光强度的上限可能受到硬件的最大性能的限制，但在其他情况下，可以优选考虑人眼安全性。因此，在瞄准光源是激光光源的一些实施例中，瞄准光图案500被配置为符合IEC 60825(其通过引用整体并入本文)，第2类，用于眼睛安全的激光标准(laser standard for eye safety)。在这样的实施例中，瞄准光图案被配置成使得被7mrad锥体(如从瞄准光组件(例如，从光束整形器)测量的)包围的瞄准光图案的任何部分的组合功率为1mW或更低。给定这样的约束，瞄准光图案可以在各种实施例中配置，其中第一部分502和第二部分504中的任一个或整个瞄准光图案500的总输出仍然保持大于1mW。例如，如图10所示，瞄准光图案可以配置成使得(1)第一部分502的每个点具有小于1mW的功率，(2)每个点与两个点中的另一个间隔开，使得第一部分502的由7mrad锥体包围的部分都不超过1mW，以及(3)任何两个点组合的功率超过1mW。
在一些实施例中，示例性瞄准图案500可以通过利用光束整形器600来实现，该光束整形器600包括穿透(pass-through)部件602和位于两组微透镜606a、606b(也称为微透镜阵列)之间的多个棱镜604a、604b，如图17A和图17B所示。当激光瞄准光源608将准直瞄准光束610引导到光束整形器600上时，(1)穿透部件602用于直接传递一些光，从而产生第一图案502的中心点，(2)棱镜604a、604b分别用于以相应的角度重定向一些光，从而产生第一图案502的两个外围点，并且(3)微透镜606a、606b用于分别以相应的角度重定向和分散一些光，从而产生第二部分504的第一部分508和第二部分510。在优选实施例中，穿透元件602和棱镜604a、604b被配置为将光束610的一部分分成三个由α度分开的准直光束，其中α在0.2度和0.6度之间。应当理解，三个仅仅是示例性的，并且在其他实施例中，可以改变光束610，使得输出两个或更多光束作为第一部分。
应当理解，虽然光束整形器600被示出为包括上述部件，但是也可以使用其他已知的光学整形和重定向元件来实现期望的瞄准光图案。另外，尽管瞄准光图案示例性地示出为线性的，但是本文描述的关于利用瞄准图案的多个部分和/或限制给定区域中的功率的原理可以同等地应用于其他线性和/或非线性瞄准图案。
在上述说明书中已经描述了具体实施例。然而，本领域普通技术人员理解，可做出各种修改和改变而不脱离如下权利要求书所阐述的本发明的范围。因此，说明书和附图被认为是图示性的而非限定性的意义，并且所有这种修改都旨在被包括在本教导的范围内。此外，所描述的实施例/示例/实现不应该被解释为相互排斥的，而应被理解为潜在地可组合的，如果这样的组合以任何方式是允许的。换句话说，前述实施例/示例/实现中的任一个公开的任何特征可以包括在其他前述实施例/示例/实现中的任一个。此外，除非明确声明相应方法的其余步骤不可能或不需要采用其他顺序，否则本文所公开的任何方法的步骤均不应被理解为具有任何特定顺序。此外，至少一些附图可以或可以不按比例绘制。
这些益处、优势、问题解决方案以及可能使任何益处、优势或解决方案发生或变得更为突出的(多个)任何要素不被解释成任何或所有权利要求的关键的、必需的或必要的特征或要素。本发明单独由所附权利要求书限定，包括在本申请处于未决状态期间做出的任何修改以及出版后这些权利要求的所有等效物。
此外，在该文档中，诸如第一和第二、顶部和底部等之类的关系术语可单独地用来将一个实体或动作与另一个实体或动作区别开，而不一定要求或暗示这些实体或动作之间具有任何实际的这种关系或顺序。术语“构成”、“构成有”、“具有”、“具备”、“包括”、“包括有”、“包含”、“含有”或它们的任何其他变型旨在覆盖非排他性包括，以使构成为、具有、包括、包含一要素列表的过程、方法、物品或装置不仅包括那些要素还可包括对该过程、方法、物品或装置未明确列出的或固有的其他要素。以“构成有一”、“具有一”、“包括一”、“包含一”开头的要素，在没有更多约束条件的情形下，不排除在构成有、具有、包括、包含该要素的过程、方法、物品或装置中有另外的相同要素存在。术语“一”和“一个”被定义为一个或更多个，除非本文中另有明确声明。术语“基本上”、“大致上”、“近似”、“大约”或这些术语的任何其他版本被定义为如本领域内技术人员理解的那样接近，并且在一个非限定性实施例中，这些术语被定义为在10％以内，在另一实施例中在5％以内，在另一实施例中在1％以内，而在另一实施例中在0.5％以内。本文中使用的术语“耦合的”被定义为连接的，尽管不一定是直接连接的也不一定是机械连接的。以某种方式“配置的”设备或结构至少以该种方式进行配置，但也可以未列出的方式进行配置。
要理解，一些实施例可包括一个或多个通用或专用处理器(或“处理器件”)，例如微处理器、数字信号处理器、定制的处理器和现场可编程门阵列(FPGA)以及唯一存储的程序指令(包括软件和固件两者)，所述唯一存储的程序指令控制一个或多个处理器以连同某些非处理器电路实现本文所描述的方法和/或装置的一些、多数或全部功能。替代地，一些或全部功能可由无存储程序指令的状态机来实现，或者在一种或多种专用集成电路(ASIC)中实现，其中各种功能或某些功能的某些组合被实现为定制逻辑。当然，也可使用这两种方法的组合。
此外，一个实施例可被实现为计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质具有存储在其上的计算机可读代码，用于对(例如包括处理器的)计算机编程以执行如本文所描述和要求保护的方法。这种计算机可读存储介质的示例包括但不限于硬盘、CD-ROM、光存储器件、磁存储器件、ROM(只读存储器)、PROM(可编程只读存储器)、EPROM(可擦除可编程只读存储器)、EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)以及闪存。此外，预期本领域普通技术人员虽然做出由例如可用时间、当前技术和经济考虑促动的可能显著的努力以及许多设计选择，但在得到本文所公开的构思和原理指导时，将容易地能以最少的试验产生此类软件指令和程序以及IC。
提供本公开的摘要以允许读者快速地明确本技术公开的性质。提交该摘要，并且理解该摘要将不用于解释或限制权利要求书的范围或含义。此外，在上述具体实施方式中，可以看出出于使本公开整体化的目的，各个特征在各实施例中被编组到一起。这种公开方法不应被解释为反映要求保护的实施例与各项权利要求中明确记载的相比需要更多的特征的意图。相反，如以下权利要求所反映，发明主题在于少于单个公开的实施例的全部特征。因此，以下权利要求由此被结合入具体说明中，其中各个权利要求作为单独要求保护的主题代表其自身。

Claims (21)

1.一种安装透镜组件的方法，该透镜组件在底座内具有突起，该底座具有延伸穿过腔壁的槽，所述腔壁限定所述腔的至少一部分，所述透镜组件具有相对于所述底座固定地定位的对应的成像传感器，所述方法包括：
提供具有腔的所述底座，该腔被配置为接收所述透镜组件；
将所述透镜组件定位在所述底座内，使得所述突起定位在所述槽内，所述透镜组件相对于所述底座自由浮动；
当所述透镜组件相对于所述底座自由浮动时，相对于所述成像传感器调节所述透镜组件；以及
在达到调节阈值时，将所述透镜组件紧固地固定到所述底座。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在将所述透镜组件定位在所述底座内时，所述突起的至少一部分能够从所述底座的外部接近。
3.如权利要求2所述的方法，还包括：
将粘合剂沉积到所述槽中，使得所述粘合剂接触所述槽的至少一部分和所述突起的至少一部分。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在将所述透镜组件定位在所述底座内的操作之后并且在相对于所述成像传感器调节所述透镜组件的操作之前，执行沉积所述粘合剂的操作。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述突起包括凸缘，所述凸缘沿所述透镜组件的主体纵向延伸，所述凸缘具有第一凸缘部分、第二凸缘部分和将所述第一凸缘部分和所述第二凸缘部分分开的切口。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，
在将所述透镜组件定位在所述底座内时，所述第一凸缘部分和所述第二凸缘部分能够从所述底座的外部接近，
所述切口形成沿所述槽的一部分延伸的通道，并且
所述方法还包括：
将粘合剂沉积到所述通道中，使得所述粘合剂接触所述槽的至少一部分和所述突起的至少一部分。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，相对于所述成像传感器调节所述透镜组件的操作包括判断所述成像传感器是否正在从预定视场捕获光。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，调节所述透镜组件的操作包括：
在工作表面上投射瞄准光图案；以及
调节所述透镜组件的物理位置，直到所述成像传感器的响应在峰值响应的预定阈值内。
9.一种成像装置，包括：
壳体，该壳体具有窗口；
底座，该底座位于所述壳体内部，所述底座具有腔和延伸穿过腔壁的槽，所述腔壁限定所述腔的至少一部分；
成像传感器，该成像传感器相对于所述底座固定地定位；以及
透镜组件，该透镜组件具有突起，所述透镜组件定位在所述腔内使得所述突起定位在所述槽内，所述透镜组件进一步定位在所述成像传感器和所述窗口之间，
其中所述透镜组件仅通过硬化的粘合剂紧固地固定到所述底座。
10.如权利要求9所述的成像装置，其特征在于，所述透镜组件定位在所述腔内，使得所述突起的至少一部分能够从所述底座的外部接近。
11.如权利要求10所述的成像装置，其特征在于，所述硬化的粘合剂设置在所述槽内。
12.如权利要求9所述的成像装置，其特征在于，所述突起包括凸缘，所述凸缘沿所述透镜组件的主体纵向延伸，所述凸缘具有第一凸缘部分、第二凸缘部分和将所述第一凸缘部分和所述第二凸缘部分分开的切口。
13.如权利要求12所述的成像装置，其特征在于，
所述透镜组件定位在所述腔内，使得所述第一凸缘部分和所述第二凸缘部分能够从所述底座的外部接近，
所述切口形成沿所述槽的一部分延伸的通道，并且
所述硬化的粘合剂设置在所述通道内。
14.一种条形码读取器，包括：
壳体，该壳体具有窗口；
底座，该底座位于所述壳体内部，所述底座具有腔和延伸穿过腔壁的槽，所述腔壁限定所述腔的至少一部分；
成像传感器，该成像传感器相对于所述底座固定地定位；以及
透镜组件，该透镜组件具有突起，所述透镜组件定位在所述腔内使得所述突起定位在所述槽内，所述透镜组件进一步定位在所述成像传感器和所述窗口之间，
其中所述透镜组件仅通过硬化的粘合剂紧固地固定到所述底座。
15.如权利要求14所述的条形码读取器，其特征在于，所述透镜组件定位在所述腔内，使得所述突起的至少一部分能够从所述底座的外部接近。
16.如权利要求15所述的条形码读取器，其特征在于，所述硬化的粘合剂设置在所述槽内。
17.如权利要求14所述的条形码读取器，其特征在于，所述突起包括凸缘，所述凸缘沿所述透镜组件的主体纵向延伸，所述凸缘具有第一凸缘部分、第二凸缘部分和将所述第一凸缘部分和所述第二凸缘部分分开的切口。
18.如权利要求17所述的条形码读取器，其特征在于：
所述透镜组件定位在所述腔内，使得所述第一凸缘部分和所述第二凸缘部分能够从所述底座的外部接近，
所述切口形成沿所述槽的一部分延伸的通道，并且
所述硬化的粘合剂设置在所述通道内。
19.一种用于在成像装置中使用的底座，该成像装置具有相对于所述底座和窗口固定地定位的成像传感器，包括：
腔；
槽，该槽延伸穿过腔壁，所述腔壁限定所述腔的至少一部分；以及
透镜组件，该透镜组件具有突起，所述透镜组件定位在所述腔内，使得所述突起位于所述槽内，
其中所述透镜组件仅通过硬化的粘合剂紧固地固定到所述底座。
20.如权利要求19所述的底座，其特征在于，所述突起包括凸缘，所述凸缘沿所述透镜组件的主体纵向延伸，所述凸缘具有第一凸缘部分、第二凸缘部分和将所述第一凸缘部分和所述第二凸缘部分分开的切口。
21.如权利要求20所述的底座，其特征在于，
所述透镜组件定位在所述腔内，使得所述第一凸缘部分和所述第二凸缘部分能够从所述底座的外部接近，
所述切口形成沿所述槽的一部分延伸的通道，并且
所述硬化的粘合剂设置在所述通道内。
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