CN115942099A - 成像组件的透镜单元 - Google Patents

Abstract

一种成像组件，其包括壳体、安装在该壳体内的透镜单元。该透镜单元包括沿着光轴定位的至少一个透镜和附接到该透镜单元以使该透镜单元能够在该壳体内沿着该光轴滑动地移位的一个或多个滚珠轴承。定位在壳体的一端的校准机构用于通过将该透镜单元定位在最佳焦点位置处来校准该至少一个透镜，其中使该校准机构旋转以使该透镜单元能够滑动地移位并且将该透镜单元定位在该最佳焦点位置处，并且其中该最佳焦点位置是近场焦点位置或远场焦点位置中的一者。

Description

成像组件的透镜单元

技术领域

本发明的示例性实施方案大体上涉及一种成像组件的透镜单元，并且更具体地，涉及一种用于校准透镜单元内的透镜的焦点位置的机构。

背景技术

成像组件/模块与诸如移动电话、个人数据助理(PDA)、计算机、条形码读取器等许多电子设备一起使用。最近，成像技术领域已有许多发展，其使得成像模块小型、可靠、易用且稳固。然而，通常，电子设备中的成像模块实施方式经受各种约束，例如大小、成本和复杂性，这推动了对成像模块设计的需求，该成像模块设计允许以不太复杂的硬件实现低制造成本，同时以高标准保持图像质量。进一步地，在成像模块中使用的一个或多个透镜可能需要校准。通过所付努力、智慧和创新，包括在本公开的实施方案中的开发解决方案已经解决了许多这些识别的问题，本文详细描述了这些解决方案的许多示例。

发明内容

下文给出了简要发明内容，以提供对所公开的物料搬运系统的一些方面的基本理解。该发明内容不是详尽综述，并且既非旨在识别关键元件或重要元件，亦非描写此类元件的范围。其目的在于作为后文所提供的具体实施方式的序言，以简化形式给出所述特征的一些概念。

本文描述的各种示例性实施方案涉及一种光学装置，该光学装置包括图像传感器和成像组件，该成像组件用于将来自目标的光学辐射聚焦到图像传感器上。成像组件包括壳体和透镜单元，该透镜单元被配置为通过施加磁力而被致动到远场焦点位置和近场焦点位置中的一者。透镜单元包括一个或多个滚珠轴承，该一个或多个滚珠轴承附接到透镜单元，以响应于磁力而使透镜单元能够在壳体内沿着光轴滑动地移位。成像组件进一步包括能够旋转地附接到壳体的第一螺母和第二螺母。透镜单元的远场焦点位置和近场焦点位置基于第一螺母和第二螺母的位置来进行校准。

本文描述的各种示例性实施方案涉及一种光学装置，其中壳体包括一个或多个导轨以引导一个或多个滚珠轴承。

本文描述的各种示例性实施方案涉及一种光学装置，其中成像组件进一步包括驱动机构，该驱动机构包括附接到壳体的一个或多个线圈和附接到透镜单元的一个或多个磁体，其中线圈和磁体在所选择的电压电平下通电以产生磁力。

本文描述的各种示例性实施方案涉及一种光学装置，其中一个或多个滚珠轴承能够旋转地附接到在透镜单元的外部部分上一体形成的一个或多个凹部。

本文描述的各种示例性实施方案涉及一种光学装置，其中透镜单元进一步包括光学滤光器，该光学滤光器与至少一个透镜一起沿着光轴定位以使预定义波长的光学辐射通过。

本文描述的各种示例性实施方案涉及一种成像组件，该成像组件包括壳体、安装在壳体内的透镜单元。透镜单元包括沿着光轴定位的至少一个透镜和附接到透镜单元以使透镜单元能够在壳体内沿着光轴滑动地移位的一个或多个滚珠轴承。定位在壳体的一端的校准机构用于通过将透镜单元定位在最佳焦点位置处来校准至少一个透镜，其中使校准机构旋转以使透镜单元能够滑动地移位并且将透镜单元定位在最佳焦点位置处，并且其中最佳焦点位置是近场焦点位置或远场焦点位置中的一者。

本文描述的各种示例性实施方案涉及一种成像组件，该成像组件包括驱动机构，该驱动机构包括附接到壳体的一个或多个线圈和附接到透镜单元的一个或多个磁体。

本文描述的各种示例性实施方案涉及一种成像组件，其中一个或多个滚珠轴承用于响应于磁力或重力中的一者而使透镜单元沿着光轴线性地移位，其中通过选择性地使线圈和磁体通电来感生出磁力。

本文描述的各种示例性实施方案涉及一种用于将成像组件的透镜单元预校准并定位在最佳焦点位置处的方法。该方法包括在第一位置处使成像组件移位以使透镜单元在重力下沿着光轴朝向校准机构滑动；以及在邻接透镜单元时旋转校准机构，以校准透镜单元的最佳焦点位置。该最佳焦点位置是近场焦点位置或远场焦点位置中的一者。该方法进一步包括响应于目标的位置被成像组件捕获到而在第二位置处使成像组件移位并且向透镜单元施加磁力，以将透镜单元从默认焦点位置滑动到所校准的最佳焦点位置。

本文描述的各种示例性实施方案涉及一种用于在最佳焦点位置对成像组件的透镜单元进行预校准和定位的方法，其中施加磁力进一步包括选择性地使定位在成像组件的壳体内的线圈和磁体通电。

提供上述发明内容仅是为了概述一些示例性实施方案的目的，以提供对本公开一些方面的基本了解。因此，应当理解，上述实施方案仅为示例并且不应理解为以任何方式缩小本公开的范围或实质。应当理解，除了这里总结的那些，本公开的范围还涵盖了很多可能的实施方案，这些实施方案中的一些实施方案将在下面进一步描述。

附图说明

可结合附图阅读例示性实施方案的描述。应当理解，为了说明的简单和清晰，图中所示的元件不一定按比例绘制。例如，元件中的一些元件的尺寸相对于其他元件被夸大。并入有本公开的教导的实施方案相对于本文中呈现的附图来展示和描述，在附图中：

图1示出了根据本发明主题的实施方案的示例性成像系统的框图。

图2示出了根据本发明主题的实施方案的具有成像组件的示例性光学装置的不完整的局部剖面侧视图。

图3示出了根据本发明主题的实施方案的示例性成像装置的框图示意图。

图4示出了根据本发明主题的实施方案的成像组件的分解视图。

图5A和图5B示出了根据本发明主题的实施方案的成像组件的壳体的透视图。

图6示出了根据本发明主题的实施方案的附接到成像组件的壳体的校准机构的透视图。

图7示出了根据本发明主题的实施方案的结合图4、图5和图6论述的部件处于组装形式的成像组件的透视图。

图8示出了根据本发明主题的实施方案的处于组装形式的图7的成像组件的不完整的局部剖面图，该成像组件示出了定位在透镜单元的内部部分内的一个或多个光学部件。

图9A至图9E示出了描绘根据本发明主题的实施方案的结合图7和图8论述的成像组件的示例性校准方法的框图示意图。

图10示出了根据本发明主题的实施方案的采用图4的成像组件的示例性光学装置的双模式成像系统的透视图。

图11示出了根据本发明主题的实施方案的用于将成像组件的透镜单元预校准并定位在最佳焦点位置处的示例性方法的流程图。

具体实施方式

在下文中将参考附图更全面地描述本发明的一些实施方案，附图中示出了本发明的一些实施方案，但未示出全部实施方案。实际上，本公开可以以许多不同的形式体现，并且不应该被解释为限于本文阐述的实施方案；相反，提供这些实施方案是为了使本公开满足适用的法律要求。除非另外指明，否则术语“或”和“任选地”在另选和结合意义上均用于本文。术语“例示性”和“示例性”是用于没有质量水平指示的示例。在全篇内容中，类似的标号指代类似的元件。

附图中示出的部件表示在本文描述的本发明的各种实施方案中可以存在或可以不存在的部件，使得实施方案可以包括比图中所示的部件更少或更多的部件，而不脱离本发明的范围。

现在转到附图，下文结合附图示出的具体实施方式旨在描述各种配置并且不旨在表示其中可实践本文所述概念的唯一配置。具体实施方式包括具体细节，以用于提供对各种概念的全面理解，其中类似的附图标记表示在整个几个视图中类似的部件。然而，对于本领域的技术人员显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践这些概念。

术语“包括”意指包括但不限于，并且应以在专利上下文中通常使用的方式加以解释。应当理解，使用广义的术语如“包含”、“包括”和“具有”提供对狭义的术语诸如“由......组成”、“基本上由......组成”和“基本上由...构成”的支持。此外，在详细描述或权利要求书中使用术语“包括(includes)”和“包括(including)”和其变型的范围内，这些术语旨在以类似于术语“包括(comprising)”的方式包括在内。

在本说明书中对“一个实施方案”、“实施方案”、“多个实施方案”或“一个或多个实施方案”的引用意在指示结合该实施方案描述的特定特征、结构或特性包括在本公开的至少一个实施方案中。此类短语在说明书中的各个地方的出现不一定都指代相同的实施方案，也不是与其他实施方案互斥的单独或另选实施方案。此外，描述了可以由一些实施方案而不是由其他实施方案呈现的各种特征。类似地，描述了各种要求，这些要求可能是一些实施方案的要求而不是其他实施方案的要求。

此外，本文使用的词语“示例性”意指“用作示例、实例或说明”。本文描述为“示例性”的任何实施方式、方面或设计不一定被理解为比其他实施方式、方面或设计优选的或有利的。相反，示例性的词语的使用旨在以具体方式呈现概念。

应当理解，使用特定部件、设备和/或参数名称和/或其对应的首字母缩略词诸如本文所述的执行的实用程序、逻辑和/或固件的那些仅是示例性的，并不意味着暗示任何对所述实施方案的限制。因此，可以用不同的命名和/或术语来描述实施方案，这些命名和/或术语用于描述本文中的部件、设备、参数、方法和/或功能，但不限于此。在描述实施方案的一个或多个元件、特征或概念时对任何特定协议或专有名称的引用仅作为一个具体实施的示例提供，并且这种引用并不限制所要求保护的实施方案扩展到使用不同元件、特征、协议或概念名称的实施方案。因此，本文中利用的每个术语将在利用该术语的背景下得到其最广泛的解释。

具体地并且关于由上述部件、设备、电路、系统等执行的各种功能，除非另有说明，否则用于描述此类部件的术语(包括对“装置”的引用)旨在对应于尽管在结构上不等同于所公开的结构(其在本文中示出的实施方案的示例性方面中执行功能)，但仍执行所述部件的特定功能(例如，功能上等效)的任何部件。在这方面，还将认识到，实施方案包括具有用于执行各种方法的动作和/或事件的计算机可执行指令的系统以及计算机可读介质。

现在将参考示例性实施方案，这些示例性实施方案示出于附图中。其他实施方案可呈各种形式，并且示例性实施方案不应该被解释为限于本文所阐述的实施方案。相反，详细地描述这些代表性实施方案使得本公开将是彻底且完整的，并且将向本领域的技术人员充分传达范围、结构、操作、功能性和潜在适用性。在可能的情况下，在整个附图中将使用相同的附图标记来指代相同或相似的零件。本文使用的术语“扫描(scan)”或“扫描(scanning)”是指对来自信息承载光学(符号)的数据进行成像或提取该数据。本文使用的术语成像是指拍摄、捕获或创建电子图像。

在成像模块中使用的一个或多个透镜可能需要校准以将透镜保持在最佳焦点位置(例如，近场校准、远场校准等)。典型校准涉及将透镜定位到成像模块上与图像传感器相距一定距离的特定位置处以建立最佳焦点位置。常规地，这种校准经由手动进程执行，其中透镜经由夹具、平移特征或钉住特征固定并且手动调整。这种手动校准是耗时费力的任务，其中成像模块内的光学部件可经受外力，从而导致透镜失真，这又导致不良或不稳定的焦点位置。进一步地，使用诸如夹具、平移特征或钉住特征的附加硬件的手动校准增加了成像模块的成本和复杂性。

在一些示例中并且如本文所公开的，成像组件采用具有用于校准的较少部件的设计，这些部件包括壳体、安装在该壳体内的透镜单元、一个或多个滚珠轴承和校准机构。透镜单元包括沿着光轴定位的至少一个透镜和附接到透镜单元以使透镜单元能够在壳体内沿着光轴滑动地移位的一个或多个滚珠轴承。定位在壳体的一端的校准机构用于通过将透镜单元定位在最佳焦点位置处来校准至少一个透镜，其中在邻接透镜单元时旋转校准机构，以使用一个或多个滚珠轴承使透镜单元能够滑动地移位，直到透镜单元处于最佳焦点位置为止，并且其中最佳焦点位置是近场焦点位置或远场焦点位置中的一者。校准机构的位置保持以供将来在操作期间使用。

在一些示例中，透镜单元在壳体中的远场焦点位置和近场焦点位置由校准机构预设或校准，该校准机构包括能够旋转地附接到壳体的第一螺母和第二螺母。因而，当在校准期间将透镜单元推到壳体的前部或后部时，第一螺母和第二螺母的旋转将透镜单元移动到光学辐射的焦点与图像传感器对准的位置。将前螺母和/或后螺母的位置保持为使得允许透镜单元在操作中移动到前螺母(近场焦点位置)或后螺母(远场焦点位置)。

在一些示例中，成像组件进一步包括驱动机构，该驱动机构包括附接到壳体的一个或多个线圈和附接到透镜单元的一个或多个磁体，其中线圈和磁体在所选择的电压电平下通电以产生磁力以将透镜单元致动到后螺母或后止挡件(远场焦点位置)和前螺母或前止挡件(近场焦点位置)中的一者。

根据本文的示例，已经实现了使用不太复杂的硬件进行校准的具有最佳焦点位置调整的成像组件。

在以下对本公开的示例性实施方案的详细描述中，足够详细地描述可以实践本公开的具体代表性实施方案，以使得本领域技术人员能够实践公开的实施方案。例如，本文已经呈现了具体细节诸如具体方法顺序、结构、元件和连接件。然而，应当理解，不需要利用提出的具体细节实施本公开的实施方案。还应理解，可以利用其他实施方案，并且可以在不脱离本公开的一般范围的情况下进行逻辑、架构、程序、机械、电气和其他改变。因此，以下详细描述不是限制性的，并且本公开的范围由所附权利要求及其等同物限定。

贯穿本说明书，术语‘光学成像器’或‘光学装置’可互换使用，并且这些术语应被视为可被配置为捕获一个或多个目标图像的任何装置的示例。

如本文所用，术语“成像组件”可共同指代有助于将光学辐射或光从目标聚焦到图像传感器的一个或多个部件。因此，任何此类术语的使用不应被理解为限制本公开的实施方案的精神和范围。

如本文所用，术语“成像系统”可共同指代一个或多个光学装置可用的系统，其中每个光学装置具有结合一个或多个实施方案描述的“成像组件”。因此，任何此类术语的使用不应被理解为限制本公开的实施方案的精神和范围。

现在具体参考附图和其中描绘的说明性实施方案，图1示出了根据本发明主题的实施方案的示例性成像系统100的框图。成像系统100包括可在存在信息承载光学(IBI)的情况下操作和利用的多个光学装置或成像器112。光学装置或成像器112可为静止的或手持式设备，其利用图像捕获设备来从目标提取数据。操作员可将手持式光学成像器112瞄准目标，并且在光学成像器112上致动按钮或触发器115以控制成像器112的全部或部分操作。可在呈现模式下利用成像器112，其中成像器112在不需要触发激活的情况下采取连续图像。示例性光学成像器112可为移动设备，诸如手持式扫描仪、便携式数据终端(PDT)、个人数字助理(PDA)、移动电话等。便携式数据终端或PDT通常是用于经由无线传输(WLAN或WWAN)输入或检索数据的电子设备，并且还可用作在存储库、仓库、医院中或用于从远程位置访问数据库的领域中使用的光学成像器。个人数字助理(PDA)是通常用作个人整理器的手持式设备，并且可具有许多用途，诸如计算、用作时钟和日历、播放计算机游戏、访问互联网、发送和接收电子邮件、用作无线电或立体声、视频录制、录制笔记、用作通讯录等。示例性光学成像器112可具有显示器116。示例性光学成像器112可具有设置在被配置为手持式的壳体117内的多个子系统。例如，成像器可具有手柄部分111。示例性光学成像器112可与诸如收银机、客户站或员工站的本地交易处理系统140或本地主机/服务器125直接通信(有线或无线)或通过充电站或基座138通信。示例性本地服务器125或光学成像器112可与网络120和/或远程/web服务器134进行通信。

图2示出了示例性光学装置或光学成像器112的放大局部剖视图，该光学装置或光学成像器可包括封装在成像器框架117中的成像组件110。

参考图3，示例性成像系统可包括成像组件110，该成像组件可包括图像传感器132。示例性图像传感器132转换从目标反射的光或其他电磁能量，并且提供代表该光或其他电磁能量的输出信号。图像传感器132可为适于在全局快门或全帧快门模式下操作或交替地在卷帘快门模式下操作的像素阵列。图像传感器可为以CCD、CMOS、NMOS、PMOS、CID、CMD、背照式技术中的任一者实现的彩色或单色2D固态图像传感器。成像器112可为渐进式或交错成像器。图像传感器132可包含将入射光能量转换成电荷的光敏光电二极管(或像素)的阵列。许多固态图像传感器还允许对图像数据的全帧区进行寻址。示例性图像传感器132可使用单色图像传感器，该单色图像传感器可包括滤光器元件，该滤光器元件限定分散在整个单色像素阵列中的色敏像素元件。单色图像传感器的操作是利用进行图像捕获或识读扫描的相关联最佳传感器设置对彩色图像(单色或全色)进行二次采样。示例性单色图像传感器描述于名称为“具有混合单色和彩色图像传感器阵列的数字图片拍摄光学成像器(DIGITAL PICTURE TAKING OPTICAL IMAGER HAVING HYBRID MONOCHROME AND COLORIMAGE SENSOR ARRAY)”的美国专利公开号20060274171中，其全部内容据此以引用方式并入本文。示例性图像传感器132可包括图像传感器处理器、模数转换器(ADC)和其他电路系统。

成像组件110可包括可编程控制电路或成像设备处理器152，该可编程控制电路或成像设备处理器可通过控制由LED电源123提供的输出功率来控制由LED 16提供的照明量。处理器152还可控制其他功能和设备，诸如用于向瞄准器LED 18供电的瞄准器电源。处理器152可包括用于存储数据以及模拟和数字逻辑的可配置块的预定量的存储器以及可编程互连器。可利用照明光学器件(未示出)、瞄准器光学部件25(诸如透镜、漫射器、楔形件、反射器等)来在目标对象T的方向上引导光。可利用激光器或发光二极管(LED)，诸如白色LED或红色红外LED。如果环境光线水平高到足以允许采用对象T的高质量图像，那么可消除或禁用照明。照明也可远离成像设备定位，以便消除或减少镜面反射。

在示例性实施方案中，成像组件包括用于将光从目标聚焦到图像传感器设备132上的成像光学器件40。成像组件110具有成像光学器件或透镜40，该成像光学器件或透镜具有用于接收从目标T反射的光并且将反射光从目标T引导或投射到图像传感器132的光轴(OA)。光轴是穿过成像光学器件的对称线。成像光学器件40具有焦点，其中来自无穷远点的平行光线会聚在焦点处。如果焦点与图像传感器132重合，那么目标(在无穷远点处)是“焦点对准的”。如果来自目标点的光围绕图像传感器132会聚并且在该图像传感器处为合乎需要的，那么认为目标T是焦点对准的。相反，如果光不能良好地会聚，那么目标失焦。“聚焦”是调整接收光学器件与图像传感器132之间的距离以使目标T大致焦点对准的过程。

图4示出了根据本发明主题的实施方案的成像组件401的分解视图。图4示出了成像组件110的具有实现精确焦点校准的光学和非光学部件的一部分。在整个说明书中，成像组件110的此部分将在下文中被称为成像组件401。

根据实施方案，成像组件401可定位在光学装置112内，如先前结合图1至图3所论述的。根据实施方案，成像组件401包括壳体402、透镜单元404、一个或多个滚珠轴承408a、驱动机构406和校准机构408。

根据实施方案，透镜单元404定位在壳体402内。根据实施方案，壳体402可形成为后盖417和线圈板419形成结构的一部分以形成外壳的单个模制结构。根据实施方案，透镜单元404包括沿着光轴411定位以将来自目标的光学辐射聚焦到图像传感器上的至少一个透镜。根据另一实施方案，透镜单元404包括一对透镜40以聚焦光学辐射。在一些示例中，透镜单元404可进一步包括光学滤光器(未示出)，该光学滤光器可沿着至少一个透镜的光轴411定位以使预定波长的光学辐射通过。

根据实施方案，驱动机构包括一个或多个磁体406b和缠绕在铁芯406c上的一个或多个线圈406a。在一些示例中，一个或多个磁体406b可形成透镜单元404的一部分，并且一个或多个线圈406a可形成壳体402的一部分。驱动机构406可能能够通过施加磁力来驱动透镜单元404。在一些示例中，通过使缠绕在铁芯406c上的线圈406a通电来产生磁力，这继而在排斥磁力下驱动磁体406b。此外，尽管图4中所描绘的示例性实施方案示出了与一对线圈406a呈一对一相关性的一对磁体406b，但其他实施方案使用其他配置是可能的。例如，并非一对磁体406b，而是单个磁体406b对应于两个或更多个线圈406a。在一些示例中，线圈406a可包括多匝导电线。可从附接到线圈板419的一个或多个电路接收电信号，或线圈线的一端和线圈线的另一端处的任何电路可接地。

根据实施方案，一个或多个滚珠轴承408a形成透镜单元404的一部分。滚珠轴承408a在磁力的影响下或在重力的影响下使透镜单元404能够在壳体402内滑动地移位。根据实施方案，提供滚珠轴承，使得透镜单元能够在移动期间没有任何摩擦的情况下在壳体内部自由移动。在一些示例中，滚珠轴承408a可包括滚珠轴承分离环或轴承块以支撑滚珠。此外，尽管图4中所描绘的示例性实施方案示出四个滚珠轴承408a，但使用可采用多于四个滚珠轴承的其他配置的其他实施方案是可能的。在一些示例中，透镜单元可包括沿着透镜单元404的外部部分413的圆周一体地设置以容纳一个或多个滚珠轴承的一个或多个凹部415。

根据实施方案，校准机构408被配置为通过将透镜单元定位在最佳焦点位置处(例如在近场焦点位置处或远场焦点位置处)来校准至少一个透镜的一个或多个透镜位置。校准机构408可包括形成壳体404的一部分的至少一个螺母。至少一个螺母可旋转成使用一个或多个滚珠轴承408a来使透镜单元404线性地移位，直到透镜单元404处于最佳焦点位置处为止。根据实施方案，校准机构408包括第一螺母409和第二螺母410。透镜单元404的最佳焦点位置通过旋转第一螺母409和第二螺母410来进行预设。

根据实施方案，第一螺母的位置是前止挡件，并且第二螺母的位置是后止挡件。因而，当透镜单元被磁力驱动远离家庭或默认位置时，前止挡件和/或后止挡件有效地将透镜单元停止在近场焦点位置或远场焦点位置处。

如图5A和图5B所示，壳体402包括前端503、后端505、一个或多个导轨502a、一个或多个第一螺纹部分501和一个或多个配合突起部502。根据实施方案，一个或多个导轨502a一体地形成在壳体402的内部部分上，该内部部分与透镜单元404配合。在一些示例中，一个或多个导轨502a可为U形或C形凹槽。在一些示例中，壳体402的内部部分可为平坦的，而没有任何形状的凹槽。导轨502a可引导滚珠轴承408a。在这方面，滚珠轴承408a可允许透镜单元404能够沿着光轴411在壳体内滑动地移位。

根据实施方案，壳体402的前端可容纳第一螺母，并且壳体402的后端可容纳第二螺母。根据实施方案，一个或多个第一螺纹部分501一体地形成在第一壳体402的前端503上。

根据实施方案，后盖417可联接到壳体402的后端505。壳体的后端可包括一个或多个第一螺纹部分501。在一些示例中，后端505可设置有一个或多个配合突起部502以与后盖417联接。在一些示例中，后盖417和第二螺母410可为可联接到壳体402的后端505的单个集成结构。根据另一实施方案，壳体402的后端505可包括一个或多个第一螺纹部分501。根据实施方案，提供一个或多个第一螺纹部分501以使第一螺母409和第二螺母410与壳体402能够旋转地联接。

图6示出了可旋转地联接到壳体402的第一螺母409或第二螺母410中的一者的透视图。在一个示例中，第一螺母409和第二螺母410可在结构上相同。根据实施方案，第一螺母409和第二螺母410包括一个或多个第二螺纹部分420。第二螺纹部分420可一体地形成在第一螺母409和第二螺母410上。根据实施方案，一个或多个第一螺纹部分501与第一螺母409或第二螺母410中的一者的一个或多个第二螺纹部分420机械地联接。在一些示例中，第一螺纹部分501可为凹形螺纹部分，而第二螺纹部分420可为凸形螺纹部分，反之亦然。在这方面，第二螺纹部分420可被拧入或旋转到第一螺纹部分501中，以分别将第一螺母409和第二螺母410机械地联接到壳体402的前端和后端。

根据实施方案，第一螺母409和第二螺母410可包括键槽602。提供键槽602以促进第一螺母409和第二螺母410的螺旋运动或旋转运动。例如，键槽602可与合适的键元件配合，该键元件可在顺时针或逆时针方向上相对于壳体402旋转或旋拧第一螺母409和第二螺母410。

图7示出了结合图4、图5和图6论述的部件处于组装形式的成像组件401的透视图。可看出，第一螺母409和第二螺母410在组装时联接到壳体404的前端503和后端505。图7示出了一个或多个滚珠轴承408a联接到透镜单元404的外部部分413。

如图7所示，一个或多个滚珠轴承408a在组装时与壳体402的内部部分配合。在这方面，当透镜单元404定位在壳体402内时，滚珠轴承408a可在第一壳体402上的对应导轨502a上移动。根据实施方案，透镜单元404在移动期间透镜单元404与壳体402之间没有任何摩擦的情况下使用一个或多个滚珠轴承408a在壳体402内线性滑动。

在一些示例中并且在校准期间，透镜单元404可在重力或磁力下在壳体402内从一个位置移位到另一位置。根据实施方案，透镜单元404可使用一个或多个滚珠轴承408a通过重力移位以将透镜单元校准到最佳焦点位置。例如，透镜单元的远场焦点位置和近场焦点位置由第一螺母409和第二螺母410通过使透镜单元404在重力下朝向第一螺母409和第二螺母410移位来预校准。结合图9描述了这种校准方法。

根据另一实施方案，透镜单元404可使用一个或多个滚珠轴承408a通过磁力移位以定位透镜单元404。例如，当将成像组件401部署成用于捕获目标的图像时，透镜单元404可由驱动机构406移位到预校准的远场焦点位置或近场焦点位置。结合图8描述了通过施加磁力对透镜单元404的这种位移。

图8示出了处于组装形式的图7的成像组件401的不完整的局部剖面图，该成像组件示出了定位在透镜单元404的内部部分内的一个或多个光学部件。如先前所论述的，透镜单元404能够被致动到默认或主焦点位置、前止挡件(近场焦点位置)和/或后止挡件(远场焦点位置)。可预校准近场焦点位置和/或远场焦点位置。

根据实施方案，透镜单元404可通过施加磁力从默认焦点位置移位到远场焦点位置或近场焦点位置。磁力由驱动机构406提供。

如图8所示，包括一对磁体406b的驱动机构406附接到透镜单元404的外部部分413。具有铁芯406c的这对线圈406a附接到壳体402。根据实施方案，磁体406b可与线圈406a以间隔开的面对关系定位。根据实施方案，透镜单元404可使用第一螺母409和第二螺母410来预校准，该第一螺母和该第二螺母在施加磁力之前分别在前端503或前止挡件和后端505或后止挡件处附接到壳体404。这种校准定位透镜单元404的远场焦点位置或近场焦点位置。

当成像组件401处于操作中时，包括一对透镜40a、40b和光学滤光器801的透镜单元404附接到透镜单元404的内部部分，可基于待由成像组件401捕获的目标的位置来致动该透镜单元以移动到远场焦点位置或近场焦点位置。例如，透镜单元404可被设置为默认焦点位置，同时发起目标的图像捕获。如图8所示，透镜单元通过磁体406b与铁芯406c之间的磁性吸引力而保持在默认焦点位置处。在这方面，当透镜单元404将基于目标的位置而移位到远场焦点位置或近场焦点位置时，线圈406a被通电以从默认焦点位置移动透镜单元404。

例如，向线圈406a施加电流且电磁场由流过线圈406a的电流设置，从而引起磁排斥力以使透镜单元404和磁体406b相对于线圈406a移位。这种磁力可使透镜单元404移位，从而使其在壳体402内朝向第一螺母409或第二螺母410线性地滑动。在这方面，透镜单元404朝向第一螺母409或前止挡件的位移指示透镜单元位于远场焦点位置，并且透镜单元404朝向第二螺母410或后止挡件的位移指示透镜单元404位于近场焦点位置。因此，透镜单元404借助于由流过线圈406a的电力生成的磁场与磁体406b的磁场之间的相互作用而在光轴方向上移位。根据实施方案，当电流停止流过线圈406a时，透镜单元404可返回到默认焦点位置。

图9A至图9E示出了描绘根据本发明主题的实施方案的结合图7和图8论述的成像组件的示例性校准方法的框图示意图。图9A至图9E是具有透镜单元404、第一螺母409和第二螺母410的成像组件401的符号表示。此类符号表示是出于易于解释透镜单元404的校准技术的目的而示出的，并且不应被视为限制本公开的范围。在图9A至图9E中，示出了成像组件401可垂直倾斜以使透镜单元404在重力下朝向第一螺母409或第二螺母410移位。在一些示例中，一个或多个滚珠轴承408a滑动透镜单元404，使得透镜单元404可在与第一螺母409和第二螺母410配合时没有任何摩擦的情况下朝向壳体402的前端503或后端505移动。

在图9A至图9D所示的示例性实施方案中，透镜单元404使用第一螺母409和第二螺母410来校准。旋转第一螺母409和第二螺母410以校准透镜单元404的远场焦点位置和近场焦点位置。在一些示例中，透镜单元404可旋转到180度，从而允许透镜单元404在校准透镜单元404的近场焦点位置之前在重力下朝向第二螺母410移动。还可在校准透镜单元404的远场焦点位置之前发生180度旋转。

在一些示例中，校准可涉及监测图像传感器132上的光学辐射的焦点的步骤。光学辐射使用两条线(即，来自目标的反射光线)象征性地表示。两条线在由可为焦点的圆表示的点处汇聚。焦点入射于图像传感器132上。换句话说，在焦点与图像传感器132对准时，图像传感器132与透镜单元404的至少一个透镜40之间的焦距是恒定的且精确的。

因此，在校准期间，第一螺母409和第二螺母410可旋转，一直到光学辐射的焦点与图像传感器132对准，以分别配准远场焦点位置和近场焦点位置。在这方面，第一螺母409和第二螺母410的旋转线性地推动通过重力移位的透镜单元404，以配准透镜单元404的远场焦点位置和近场焦点位置。因此，第一螺母409和第二螺母410的位置表示透镜单元404的远场焦点位置和近场焦点位置，并且因此可用于在操作期间将透镜单元停止在那些位置处。

图9B和图9D示出了旋转第一螺母409和第二螺母410以校准透镜单元404的远场焦点位置和近场焦点位置的符号表示。在这方面，在一些示例中，第一螺母409和第二螺母410作为壳体402的一部分提供，以在不需要复杂硬件的情况下自由地校准和配准透镜单元404的最佳焦点位置，从而消除对校准的费力任务的要求。

进一步地，将滚珠轴承408a提供给透镜单元404，使得透镜单元404能够在壳体402内自由移动，这使得透镜单元404能够平滑地转变到不同焦点位置。图9E示出了在完成预校准之后的默认位置处的透镜单元404的符号表示。透镜单元404通过磁体406b与铁芯406c之间的相互作用而保持在默认位置中。如结合图8所论述的，透镜单元404可在磁力的影响下在默认焦点位置与近场/远场焦点位置之间移位。在这方面，本文中的示例中公开的成像组件401可为自足的，以提供对焦点的校准和自动调整两者的布置。

图10示出了根据本发明主题的实施方案的采用图4的成像组件401的示例性光学装置112的双模式成像系统的透视图。光学装置112可使用双模式成像系统准许多个可聚焦视野。在示例实施方案中，双模式成像系统具有近场图像传感器132a和远场图像传感器132b。双模式成像系统可被配置为读取例如条形码、光学字符或RFID标签。如图10所示，成像系统包括近场成像组件401a和远场成像组件401b。根据实施方案，近场成像组件401a和远场成像组件401b可包括沿着光轴411定位的至少一个透镜40，以分别将光学辐射聚焦在近场图像传感器132a和远场图像传感器132b上的焦点处。在一些示例中，近场图像传感器132a和远场图像传感器132b可包括布置成矩阵的多个光电检测器，该矩阵捕获来自光学辐射的光子并且输出电子信号。

近场图像传感器132a和远场图像传感器132b可安装到对应PCB(印刷电路板)903。图像传感器132a、132b与对应印刷电路板1003电连接和机械连接，其中印刷电路板1003可包括用于处理来自图像传感器132a、132b的电信号的一个或多个有源和无源电子电路。来自电子电路的组合输出可由信号处理电路系统处理以获得图像输出。在一些示例中，图像传感器132a、132b可为电荷耦合设备(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)。

如图10所示，双模式成像系统进一步包括安装在与成像组件401a、401b之间的图像传感器132a、132b相同的平面中的照明器透镜1005。在一些示例中，照明器透镜1005可包括定位在照明源(例如发光二极管(LED))前面的透镜阵列，以将光学辐射或光均匀地分布在目标区域内。另外，近场成像组件401a和远场成像组件401b可包括以与成像组件401的至少一个透镜40接触或用其密封的方式定位的可压缩橡胶垫圈1002。

如图10的示例性实施方案所示，成像组件401a、401b中的一者或成像组件401a、401b中的两者可包括透镜单元404，并且可如先前结合前述图所论述的一般进行校准，以提供成像组件401a、401b配置来在便于校准的情况下执行远场焦点和近场焦点两者。

图11示出了根据本发明主题的实施方案的用于在最佳焦点位置处校准成像组件的透镜单元的示例性方法的流程图。如先前所论述，可使用包括第一螺母和第二螺母的校准机构来校准成像组件的透镜单元。第一螺母和第二螺母预配准透镜单元的最佳焦点位置。成像组件包括驱动机构以将透镜单元致动到最佳焦点位置。

在步骤1102中，当成像组件倾斜到第一位置时，成像组件的透镜单元在重力下移位。第一位置可为垂直定向位置。透镜单元在倾斜到第一位置时可在重力下沿着光轴朝向校准机构滑动。在一些示例中，透镜单元可使用附接到透镜单元的一个或多个滚珠轴承来在没有朝向校准机构的任何摩擦的情况下自由下降。校准机构包括第一螺母或第二螺母中的一者。

在步骤1104中，校准机构可旋转，同时邻接透镜单元以校准透镜单元的最佳焦点位置。最佳焦点位置是近场焦点位置或远场焦点位置中的一者。例如，使用第二螺母来配准透镜单元的近场焦点位置，并且使用第一螺母来配准透镜单元的远场焦点位置。在这方面，在使用第一螺母、第二螺母和滚珠轴承的情况下自由地执行预校准透镜单元的步骤。

在步骤1106中，成像组件可移位到第二位置并且通过磁力保持在该位置中。第二位置可为默认焦点位置。

透镜单元可定位在默认焦点位置处，并且向透镜单元施加磁力，以响应于目标的位置被成像组件捕获到而将透镜单元从默认焦点位置滑动到所校准的最佳焦点位置。例如，基于目标的位置，驱动机构可提供磁力以将透镜单元朝向第一螺母或朝向第二螺母移动，以将透镜单元定位在校准后的近场焦点位置或远场焦点位置处。可通过选择性地使定位在成像组件的壳体内的线圈和磁体通电来施加磁力。在这方面，成像组件设置有移动到透镜单元一直到由第一螺母和第二螺母自由地预校准的近场焦点位置或远场焦点位置的能力。

结合本文中所公开的实施方案描述的各种说明性逻辑块、模块、电路和算法步骤可实施为电子硬件、计算机软件或两者的组合。为了清楚地示出硬件和软件的这种可互换性，上文已经大体上根据其功能描述了各种说明性部件、块、模块、电路和步骤。将此类功能实施为硬件还是软件取决于特定应用和施加在整个系统的设计约束。技术人员可以针对每个特定应用以不同的方式实现所描述的功能，但是此类具体实施决策不应被解释为导致偏离本发明的范围。

已经出于说明和描述的目的呈现了实施方案的前述描述。其并非旨在穷举或将本发明限制于所公开的精确形式。根据上述教导内容，可进行明显的修改或改变。选择和描述实施方案是为了最佳说明本发明的原理及其实际应用，从而使得本领域普通技术人员能够在各种实施方案中并且以适合于预期的特定用途的各种修改最好地利用本发明。尽管仅详细解释了本发明的有限数量的实施方案，但应当理解，本发明的范围不限于前面的描述中阐述的或附图中示出的部件的构造和布置的细节。本发明能够具有其他实施方案并且能够以各种方式实践或实施。另外，在描述实施方案时，为了清楚起见，使用了特定术语。应当理解，每个特定术语包括以类似方式操作以实现类似目的的所有技术等同物。

Claims (10)

1.一种光学装置，所述光学装置包括：

图像传感器；和

成像组件，所述成像组件用于将来自目标的光学辐射聚焦到所述图像传感器上，其中所述成像组件包括：

壳体；

透镜单元，所述透镜单元被配置为通过施加磁力而被致动到远场焦点位置和近场焦点位置中的一者，其中所述透镜单元包括：

一个或多个滚珠轴承，所述一个或多个滚珠轴承附接到所述透镜单元，以响应于所述磁力而使所述透镜单元能够在所述壳体内沿着光轴滑动地移位；和

第一螺母和第二螺母，所述第一螺母和所述第二螺母能够旋转地附接到所述壳体，其中所述透镜单元的所述远场焦点位置和所述近场焦点位置基于所述第一螺母和所述第二螺母的位置来进行校准。

2.根据权利要求1所述的光学装置，其中所述壳体包括一个或多个导轨以引导所述一个或多个滚珠轴承。

3.根据权利要求1所述的光学装置，其中所述成像组件进一步包括驱动机构，所述驱动机构包括附接到所述壳体的一个或多个线圈和附接到所述透镜单元的一个或多个磁体，其中所述线圈和所述磁体在所选择的电压电平下通电以产生所述磁力。

4.根据权利要求1所述的光学装置，其中所述一个或多个滚珠轴承能够旋转地附接到在所述透镜单元的外部部分上一体形成的一个或多个凹部。

5.根据权利要求1所述的光学装置，其中所述透镜单元进一步包括光学滤光器，所述光学滤光器与至少一个透镜一起沿着所述光轴定位以使预定义波长的所述光学辐射通过。

6.一种成像组件，所述成像组件包括：

壳体；

透镜单元，所述透镜单元安装在所述壳体内，其中所述透镜单元包括：

至少一个透镜，所述至少一个透镜沿着光轴定位；

一个或多个滚珠轴承，所述一个或多个滚珠轴承附接到所述透镜单元以使所述透镜单元能够在所述壳体内沿着所述光轴滑动地移位；和

校准机构，所述校准机构定位在壳体的一端以通过将所述透镜单元定位在最佳焦点位置处来校准所述至少一个透镜，其中使所述校准机构旋转以使所述透镜单元能够滑动地移位并且将所述透镜单元定位在所述最佳焦点位置处，并且其中所述最佳焦点位置是近场焦点位置或远场焦点位置中的一者。

7.根据权利要求6所述的成像组件，所述成像组件进一步包括驱动机构，所述驱动机构包括附接到所述壳体的一个或多个线圈和附接到所述透镜单元的一个或多个磁体。

8.根据权利要求6所述的光学装置，其中所述一个或多个滚珠轴承用于响应于磁力或重力中的一者而使所述透镜单元沿着所述光轴线性地移位，其中通过选择性地使所述线圈和所述磁体通电来感生出所述磁力。

9.一种用于将成像组件的透镜单元预校准并定位在最佳焦点位置处的方法，所述方法包括：

在第一位置处使所述成像组件移位以使所述透镜单元在重力下沿着所述光轴朝向校准机构滑动；

在邻接所述透镜单元时旋转所述校准机构，以校准所述透镜单元的所述最佳焦点位置，其中所述最佳焦点位置是近场焦点位置或远场焦点位置中的一者；以及

响应于所述目标的位置被所述成像组件捕获到而在第二位置处使所述成像组件移位并且向所述透镜单元施加磁力，以将所述透镜单元从默认焦点位置滑动到所校准的最佳焦点位置。

10.根据权利要求9所述的方法，其中施加所述磁力进一步包括：

选择性地使定位在所述成像组件的壳体内的线圈和磁体通电。

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