CN1114515A - 代码阅读器的光学装置 - Google Patents

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Abstract

为使读取打印在商品包装上的代码(24)的代码阅读器光学装置的体积、重量和生产成本得以减少，并提高其可靠性，将发光元件(21)、棱镜(22)和受光元件(15)都固定在一个半导体基片(14)上，于是可以使这些元件(15，21，22)组装成为半导体芯片级的产品。这种装置可用在销售点系统、实际分配/管理系统、生产控制系统等中作为读取各种代码的光学装置。

Description

代码阅读器的光学装置
技术领域：
本专利申请的发明涉及代码阅读器的一种光学装置，用以读取打印在商品的包装等上面的诸如条形码之类的代码。
图6示出了代码阅读器光学装置的一个例子—现有技术的条形码阅读器光学装置(参看例如日本公开专利公报276877/1992)。在此现有技术中，从激光二极管31发射出的激光先经过准直透镜32会聚，然后由狭缝33整形，从而使激光束34的横截面呈椭圆或扁椭圆形。
激光束34经转动的多面镜35和一组反射镜36反射后入射到待读取的条形码37上，扫描着条形码37。条形码37反射回来的光经聚光透镜38会聚后入射到光电二极管39上。条形码37是通过其上收到的光信号转换成电信号之后由光电二极管39相继输出而读取的。
在上述现有技术中，从图6可以清楚地看到，象作为发光元件的激光二极管31、作为受光元件的光电二极管39之类的分立元件都是通过粘接等方式装配和固定的。
鉴于条形码阅读器的一般光学装置带有装配好的分立元件，其固有尺寸的各元件组合起来须要占一定的空间，因而在缩小装置的体积和减轻装置的重量方面都受到一定的限制。此外，这类装置各分立元件之间相对位置的调节精确度要求高，大约在10微米左右，这种调节不容易进行，因而生产成本高。再有，装配好之后，分立元件之间的相对位置可能随着时间的推移而改变，这给可靠性方面带来了局限性。发明公开的内容：
本专利申请的发明是鉴于上述情况提出的，其目的在于减少代码阅读器光学装置的体积、重量、和生产成本，提高其可靠性。
在本专利申请发明的代码阅读器光学装置中，发光元件、棱镜和受光元件全都固定在一个半导体基片上，从而可以将这些元件装配成半导体芯片级的产品，于是达到了减少体积和重量的目的；同时使生产保持低成本，这是因为采用了精确度高的半导体装置封装技术，各元件之间的相对位置易于调节；此外，由于可将上述元件一起密封在一个封装套中，因而排除了相对位置等随着时间推移而改变的可能，从而提高了可靠性。
聚光元件的数值孔径大于对照射代码的光进行反射的反射膜的数值孔径，因而即使照到代码上的光是散射的，该散射光也能有效地被会聚。因此，即使印有代码部分的表面不平又不光滑，读出代码的可能性和可靠性也是很高的。
如果配备一个离轴元件，则安置受光元件的自由度提高。此外还可以避免光一旦被代码反射及被受光元件会聚，在入射到反射膜之后光又返回到发光元件上。因此，甚至半导体激光器等也能作为发光元件让光稳定地照射代码，从而使代码可读出的可能性和可靠性提高。
如果在棱镜上配备一层光吸收膜，则可以避免光一旦从发光元件以大于反射膜数值孔径的角度发射出去时作为杂光入射到受光元件上，从而能以高的S/N(信噪比)读取代码，于是读取代码的可能性和可靠性可以提高。附图简介：
图1示出本专利申请发明的第一实施例的侧视图。
图2示出本专利申请发明的第二实施例的侧视图。
图3示出本专利申请发明的第三实施例的侧视图。
图4示出本专利申请发明的第四实施例的侧视图。
图5示出本专利申请发明的第五实施例的侧视图。
图6示出本专利申请发明列举的现有技术的透视图。发明的最佳实施例：
下面参看图1至图5说明本专利申请发明应用于条形码阅读器光学装置的第一至第五实施例。图1示出了第一实施例。第一实施例包括条形码阅读器的复合光学元件11、聚光透镜12和可摆动镜13。
条形码阅读器的复合光学元件11有一个诸如硅芯片之类的半导体芯片14，此半导体芯片14的表面部位形成有光电二极管15。半导体芯片14形成有光电二极管15的部位以外的另一部位上固定有调节高度用的小支架16，小支架16上固定有发射激光17的激光二极管21。
光电二极管15上固定有棱镜22。棱镜22的横截面呈直角三角形，其斜面22a朝向激光二极管21。斜面22a的一个部位敷有反射膜23，对激光17起反射镜或半反射镜的作用。入射到斜面22a其它部位的激光17都透射过去。
反射膜23的形状取得使其从激光二极管21朝棱镜22看去时形成一个孔，若此孔例如是圆的，则当棱镜22从激光二极管21看去时，反射膜23呈圆形。另一方面，透镜12的数值孔径大于反射膜23形成的孔径。
在具有上述结构的第一实施例中，激光二极管21发出的激光17经反射膜23向上反射之后，由透镜12加以会聚，再由镜片13反射，聚焦在待读取的条形码24上。这时，镜片13摆动，激光17扫描条形码24。
由条形码24反射的激光17经镜片13反射，再经透镜12会聚，入射到斜面22a上。入射到反射膜23部位以外的斜面22a上的光透过此斜面，射到光电二极管15上。
入射到斜面22a中反射膜23部位的激光17，当反射膜23是反射镜时向激光二极管21反射，当反射膜23是半反射镜时一部分射到光电二极管15上，其余部分的光则射向激光二极管21。
在此情况下，入射到光电二极管15上的激光17的光量随条形码24的反射量变化，从而可以通过该信号识别条形码24。反射膜23应采用反射镜还是半反射镜，若采用半反射镜其反射量应是多少，这些问题都应根据被条形码24散射的激光17的散射量而定，散射时增加时，应增大反射膜23的反射量。
在第一实施例中，半导体芯片14上只形成有光电二极管15。然而，除光电二极管15之外，半导体芯片14上还可形成有信号电流的电压变换器、将模拟信号转换成数字信号的模/数转换器等等。
图2示出了第二实施例。上述第一实施例是同轴式，即被条形码24所反射并入射到透镜12的激光17，其光轴与被透镜12会聚的激光17的光轴重合，第二实施例则为离轴式，即上述光轴彼此并不重合，且光电二极管15不安置在棱镜22底下。
因此，在第二实施例中，在透镜12的有条形码阅读器复合光学元件11的一侧，设有一个中心部位有一通孔25a的棱镜25。这样，激光二极管21发出的被反射膜23反射的激光17直接通过通孔25a，入射到透镜12上；被条形码24散射的由透镜12会聚的激光17则被棱镜25偏转，从而入射到光电二极管15上。
图3示出了第三实施例。此实施例的结构基本上与图2所示的第二实施例相同，只是不采用棱镜25而采用中心部位有一个通孔26a的全息照相元件26。第三实施例与第二实施例有同样功能。
图4示出了第四实施例。此实施例的结构基本上与图3所示的第三实施例相同，只是全息照相元件27起着透镜12和全息照相元件26同样的作用。就是说，全息照相元件27的中心部分27a只起会聚作用，而周围部分27b既起会聚作用也起折射作用。
图5示出了第五实施例。此实施例的结构基本上与第二至第四实施例相同，只是光电二极管15不在半导体芯片14上而在另一个半导体芯片28上形成，且半导体芯片28不固定在半导体芯片14中的棱镜22底下部位而固定在另一个部位，而在上述第二至第四实施例中，光电二极管15是设在半导体芯片14内的不是棱镜22底下的另一部位。
若在上述第二至第四实施例中，在光电二极管15一侧的棱镜22的垂直表面22b上敷一层吸光膜(图中未示出)，则可以避免激光二极管21以大于反射膜23数值孔径的角度发射出的激光17实际上作为杂光入射到光电二极管15上的那种情况出现。
在上述第一至第五的全部实施例中，本专利申请的发明是应用于条形码阅读器的光学装置。但本专利申请的发明当然也适用于条形码以外的(例如卡拉码等)代码阅读器的光学装置上。工业上的应用：
本专利申请发明的代码阅读器光学装置可用在销售点系统、实际分配/管理系统、生产控制系统等中作为读取各种代码(例如条形码、卡拉码等)的光学装置。

Claims (8)

1.代码阅读器的一种光学装置，包括：
一个发光元件，相对于半导体基片固定，且发射出的光供照射代码用；
一个棱镜，相对于所述半导体基片固定，且配备有一个反射膜，通过反射所述发光元件发射出的光照射所述代码；
一个聚光元件，其数值孔径大于所述反射膜的数值孔径，该聚光元件会聚被所述反射膜反射的光和被所述代码反射的光；和
一个受光元件，相对于所述半导体基片固定，接受被所述代码反射和被所述聚光元件会聚的所述光。
2.根据权利要求1所述的代码阅读器光学装置，包括一个离轴元件，能将被所述代码反射和被所述聚光元件会聚的光的光轴与被所述反射膜反射和入射到所述聚光元件的光的光轴分离开来。
3.根据权利要求2所述的代码阅读器光学装置，其中，所述受光元件被安置在所述半导体基片中的不是所述棱镜设置部位的另一个部位上，且在所述棱镜中的所述受光元件一侧的棱镜一个表面上设有吸光膜。
4.根据权利要求2所述的代码阅读器光学装置，其中，所述离轴元件为棱镜或全息照相元件。
5.根据权利要求4所述的代码阅读器光学装置，其中，所述受光元件被安置在所述半导体基片中的不是所述棱镜的设置部位的另一个部位上，且在所述棱镜中的所述受光元件一侧的棱镜一个表面上设有吸光膜。
6.根据权利要求4所述的代码阅读器光学装置，其中，所述全息照相元件同时用作所述聚光元件。
7.根据权利要求6所述的代码阅读器光学装置，其中，所述受光元件被安置在所述半导体基片中的不是所述棱镜设置部位的另一个部位上，且在所述棱镜中的所述受光元件一侧的棱镜一个表面上设有吸光膜。
8.根据1至7任一权利要求所述的代码阅读器光学装置，其中，所述代码为条形码。
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