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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Abbildungsmodul und ein Abbildungs-Lesegerät und ein Verfahren zur Beleuchtung und Abbildung von Zielen, die über einen erweiterten Bereich von Arbeitsabständen gelesen werden sollen.
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Festkörper-Abbildungssysteme oder Abbildungs-Lesegeräte (die auch als Bildverarbeitung-Lesegeräte bezeichnet werden) sind in sowohl einem handgehaltenen Betriebsmodus als auch in Freihand-Betriebsmoden verwendet worden, um Ziele elektrooptisch zu lesen, beispielsweise ein- und zweidimensionale Barcodesymbol-Ziele und/oder Nicht-Symbol-Ziele, wie beispielsweise Dokumente. Ein in der Hand gehaltenes Abbildungs-Lesegerät umfasst ein Gehäuse mit einem Griff, der von einem Betreiber gehalten wird, und ein Abbildungsmodul, das als eine Scanmaschine bekannt ist und das von dem Gehäuse gehalten wird und von dem Betreiber während des Lesevorgangs auf ein Ziel gerichtet wird. Das Abbildungsmodul umfasst eine Abbildungsanordnung mit einem Festkörper-Abbilder und einem Bildsensor mit einem Feld (Array) von Fotozellen oder Lichtsensoren, die Bildelementen oder Pixeln in einem Abbildungs-Sichtfeld des Abbilder entsprechen, und eine Abbildungslinsenanordnung zur Aufnahme von zurückkehrendem Licht, das von dem Ziel, welches gerade abgebildet wird, gestreut und/oder reflektiert wird, und zur Projektion des zurückkehrenden Lichts auf das Feld, um einen Einfang bzw. eine Aufnahme des Bilds des Ziels zu initiieren. Ein derartiger Abbilder kann eine ein- oder zweidimensionale ladungsgekoppelte Einrichtung (CCD) oder eine Einrichtung mit einem komplementären Metalloxid-Halbleiter (CMOS) und zugehörigen Schaltungen zur Erzeugung und Verarbeitung von elektronischen Signalen, die einem ein- oder zweidimensionalen Feld von Pixeldaten über dem Abbildungssichtfeld entsprechen. Um die Menge des von dem Feld aufgenommenen zurückkehrenden Licht zu erhöhen, zum Beispiel in schwach beleuchteten Umgebungen, umfasst das Abbildungsmodul auch allgemein eine Beleuchtungslichtanordnung zur Beleuchtung des Ziels mit einem Beleuchtungslicht in einem Beleuchtungsmuster zur Reflexion und Streuung von dem Ziel.
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In einigen Anwendungen, zum Beispiel in Warenhäusern mit Zielen auf Produkten, die auf hohen Regalen angeordnet sind, ist es erforderlich, dass derartige Ziele von dem Lesegerät in einem erweiterten Bereich von Arbeitsabständen gelesen werden können, zum Beispiel in der Größenordnung von 30–40 Fuß weg von dem Lesegerät. Für diesen Zweck ist es bekannt zwei Abbilder zu verwenden: einen sogenannten Nahfeld-Abbilder oder -Kamera, um Ziele im Nahfeld über ein relativ breites Abbildungssichtfeld abzubilden, und einen sogenannten Fernfeld-Abbilder oder eine -Kamera, um Ziele im Fernfeld über ein relativ schmales Abbildungssichtfeld abzubilden. Es ist auch bekannt zwei Beleuchtungslichtanordnungen zu verwenden, die jeweils für jeden Abbilder speziell zugeschnitten sind. Zum Beispiel beleuchtet die Beleuchtungslichtanordnung für die Ziele im Fernfeld (Fernziele) allgemein derartige Ziele im Fernfeld mit einem intensiveren helleren Beleuchtungslicht im Vergleich mit der Beleuchtungslichtanordnung für Ziele im Nahbereich (Nahziel). Es ist ferner bekannt, einen Zoomtyp oder Flüssigkristall-gestützten Beleuchtungsmechanismus zu verwenden, um Ziele an unterschiedlichen Arbeitsabständen von dem Lesegerät sequenziell zu beleuchten.
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Obwohl allgemein ausreichend für den beabsichtigten Zweck erhöht die bekannte Verwendung von zwei Abbildern und zwei Beleuchtungslichtanordnungen, sowie die bekannte Verwendung von Zoomtyp- oder Flüssigkristall-gestützten Beleuchtungsmechanismen die Größe, die Kosten, den elektrischen Energieverbrauch und die Komplexität des Abbildungsmoduls und wiederum des gesamten Lesegeräts. Eine sequenzielle Umschaltung zwischen Beleuchtungslichtanordnungen und einem Zooming zwischen Arbeitsabständen kann bewirken, dass die Beleuchtungsmuster zu flimmern scheinen, und kann in einigen Fällen die Betreiber der Lesegeräte verwirren, sowie Zuschauer oder Konsumenten in der Nähe beunruhigen. Zoom-Antwortzeiten können langsam sein. Jedes mechanische Zoom-Teil ist einer Abnutzung ausgesetzt und kann erwünschtes Rauschen erzeugen. Streubeleuchtungslicht von den Beleuchtungslichtanordnungen können manchmal den Betrieb der Abbildungsanordnung stören, was bewirken kann, dass sich die Leseeigenschaften verschlechtern.
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Demzufolge besteht eine Notwendigkeit die Größe, die Kosten, den elektrischen Energieverbrauch und die Komplexität des Abbildungsmoduls und des gesamten Lesegeräts zu verringern, um flimmernde bzw. flickernde Beleuchtungslichtmuster zu vermeiden, Antwortzeiten zu verbessern, eine Abnutzung von sich bewegenden Teilen zu vermeiden und zu verhindern, dass Streubeleuchtungslicht die Leseeigenschaften verschlechtert.
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KURZBESCHREIBUNG DER MEHREREN ANSICHTEN DER ZEICHNUNGEN
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Die beiliegenden Figuren, in denen gleiche Bezugszeichen identische oder funktionell ähnliche Elemente überall in den getrennten Ansichten bezeichnen, sind zusammen mit der ausführlichen nachstehenden Beschreibung in einen Teil der Beschreibung eingebaut und bilden diese und dienen zur weiteren Illustration von Ausführungsformen von Konzepten, die die beanspruchte Erfindung umfassen, und erläutern verschiedene Prinzipien und Vorteile von diesen Ausführungsformen.
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IN DEN ZEICHNUNGEN ZEIGEN:
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1 eine Seitenelevationsansicht eines tragbaren Abbildungs-Lesegeräts, welches zur Beleuchtung von Zielen über einem erweiterten Bereich von Arbeitsabständen in Übereinstimmung mit dieser Erfindung betreibbar ist;
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2 ein schematisches Diagramm von verschiedenen Komponenten, einschließlich Abbildungs- und Beleuchtungslichtanordnungen des Lesegeräts der 1;
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3 eine vergrößerte Seitenquerschnittsansicht, die einen Betrieb von Komponenten der Beleuchtungslichtanordnung der 2 in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform dieser Erfindung darstellt;
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4 eine vergrößerte Seitenquerschnittsansicht, die einen Betrieb von Komponenten der Beleuchtungslichtanordnung der 2 in Übereinstimmung mit einer anderen Ausführungsform dieser Erfindung darstellt;
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5 eine Elevationsansicht einer Lensletarray-Komponente der Beleuchtungslichtanordnung der 2 in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform dieser Erfindung;
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6 eine Querschnittsansicht der Lensletarray-Komponente der 5;
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7 eine Ansicht analog zu 2, die aber die Verringerung oder Beseitigung von Streubeleuchtungslicht von der Beleuchtungslichtanordnung von einem Eintritt in das Sichtfeld der Abbildungsanordnung zeigt;
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8 eine Ansicht analog zur 4 in Übereinstimmung mit noch einer anderen Ausführungsform der Beleuchtungslicht Anordnung dieser Erfindung;
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9 eine Ansicht analog zu 4 in Übereinstimmung mit einer anderen Ausführungsform der Lenzletarray-Komponente dieser Erfindung; und
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10 eine Ansicht analog zur 2, die aber die Lenkung bzw. Steuerung des breiten Beleuchtungsfelds zeigt, sodass es im Wesentlichen mit dem breiten Abbildungs-Sichtfeld der Abbildungsanordnung überlappt.
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Durchschnittsfachleute werden erkennen, dass Elemente in den Figuren zur Übersichtlichkeit und Klarheit dargestellt worden sind und nicht notwendigerweise im Maßstab gezeichnet sind. Zum Beispiel können die Abmessungen und Orte von einigen der Elemente in den Figuren im Verhältnis zu anderen Elementen übertrieben dargestellt sein, um zur Verbesserung eines Verständnisses der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beizutragen.
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Das System und die Verfahrenskomponenten sind soweit geeignet mit herkömmlichen Symbolen in den Zeichnungen dargestellt worden, wobei nur die spezifischen Details gezeigt sind, die für das Verständnis der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wichtig sind, um so die Offenbarung nicht mit Details zu überlasten, die Durchschnittsfachleuten in dem technischen Gebiet, die den Nutzen der Beschreibung hier haben, leicht verstehen werden.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft ein Abbildungsmodul, welches auch als Scanmaschine bekannt ist, zur Beleuchtung und Abbildung von beleuchteten Zielen, die durch eine Bildaufnahme über einem erweiterten Bereich von Arbeitsabständen weg von dem Modul gelesen werden sollen. Ein anderer Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft ein Abbildungs-Lesegerät mit einem Gehäuse zum Halten des Abbildungsmoduls, und einem Lichtübertragungsfenster an dem Gehäuse. In beiden Aspekten umfasst das Abbildungsmodul eine Abbildungsanordnung mit einer Vielzahl von Festkörper-Abbildern, die jeweils ein Abbildungsarray von Bildsensoren und eine Abbildungslinsenanordnung zum Aufnehmen von zurückkehrendem Licht über einem Abbildungssichtfeld von einem Ziel, und zum Projizieren des eingefangenen bzw. aufgenommenen zurückkehrenden Lichts auf das jeweilige Abbildungsarray. Einer der Abbilder ist ein Nahabbilder oder eine Kamera zur Aufnahme des zurückkehrendem Licht über ein relativ breites Abbildungssichtfeld von einem Ziel, das in einem Nahfeld des Bereichs angeordnet ist. Ein anderer der Abbilder ist ein Fernabbilder oder eine Kamera zum Aufnehmen des zurückkehrenden Lichts über ein relativ schmales Abbildungssichtfeld von einem Ziel, das in einem Fernfeld des Bereichs angeordnet ist.
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Das Abbildungsmodul umfasst ferner eine einzelne Beleuchtungslichtanordnung zur gemeinsamen Verwendung von sowohl dem Nah- als auch dem Fernabbilder. Vorzugsweise ist die einzelne Beleuchtungslichtanordnung zwischen den Nah- und Fernabbildern angeordnet. Die einzelne Beleuchtungslichtanordnung umfasst eine Beleuchtungslichtquelle, vorzugsweise eine Leuchtdiode (LED) zum Aussenden von Beleuchtungslicht, und eine Beleuchtungslinsenanordnung zum optischen Modifizieren des ausgesendeten Beleuchtungslichts, und zur gleichzeitigen Beleuchtung eines breiten Beleuchtungsfelds, um das Ziel, welches sich in dem Nahfeld des Bereichs befindet, zu beleuchten, und eines schmalen Beleuchtungsfelds, um das Ziel zu beleuchten, das in dem Fernfeld des Bereichs angeordnet ist. In Übereinstimmung mit dieser Offenbarung verkleinert die Verwendung einer einzelnen Beleuchtungslichtanordnung zum gleichzeitigen Erzeugen von breiten und nahen Beleuchtungsfeldern die Größe, die Kosten, den elektrischen Energieverbrauch und die Komplexität des Abbildungsmoduls und wiederum des gesamten Lesegeräts.
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In einer bevorzugten Konstruktion ist die LED stationär auf einer optischen Achse angebracht und die Beleuchtungslinsenanordnung umfasst eine Kollimationslinse, die ebenfalls stationär auf der optischen Achse angebracht ist, und eine Lenslet-Komponente mit einem Feld (Array) von Lenslets, die stationär in einer Ebene angeordnet ist, die allgemein senkrecht zur optischen Achse ist. Die Kollimationslinse bildet eine konvexe Linse oder eine Gradientenlinse, entweder mit einer Eingangsoberfläche, auf der das ausgesendete Beleuchtungslicht einfällt, und einer Ausgangsoberfläche, von der das modifizierte Beleuchtungslicht als allgemein parallele Lichtstrahlen zum Einfall auf die Lenslet-Komponente austritt. In einer Ausführungsform weist eine erste Gruppe von den Lenzlets A asphärische Oberflächen auf, die mit einer ersten Brennweite konfiguriert sind, um optisch die einfallenden Lichtstrahlen von der Kollimationslinse zu modifizieren, um das Ziel, das in dem Nahbereich (Nahfeld) angeordnet ist, mit dem breiten Beleuchtungsfeld zu beleuchten, und eine zweite Gruppe der Lenslets weisen asphärische Oberflächen auf, die mit einer unterschiedlichen zweiten Brennweite konfiguriert sind, um die einfallenden Lichtstrahlen von der Kollimationslinse optisch zu modifizieren, um das Ziel, das in dem Fernbereich (Fernfeld) angeordnet ist, mit dem schmalen Beleuchtungsfeld zu beleuchten. In einer anderen Ausführungsformen weisen alle Lenslets asphärische Oberflächen auf, die mit der gleichen Brennweite konfiguriert sind, um die einfallenden Lichtstrahlen von der Kollimationslinse (Sammellinse) optisch zu modifizieren, um das Ziel, das in dem Nahbereich (Nahfeld) angeordnet ist, mit dem breiten Beleuchtungsfelder zu beleuchten, und die Lenslet-Komponente ist ferner mit einem Bypassbereich gebildet, in dem die einfallenden Lichtstrahlen von der Kollimationslinse die Lenslets umgehen (Bypass), um das Ziel, das in dem Fernbereich angeordnet ist, mit dem schmalen Beleuchtungsfeld zu beleuchten. Das breite Beleuchtungsfeld wird vorzugsweise durch die Lenslets gebildet, die allgemein in dem mittleren Bereich der Lenslet-Komponente angeordnet sind, während das schmale Beleuchtungsfeld vorzugsweise durch die Lenslets gebildet werden, die allgemein an den äußeren Kantenbereichen der Lenslet-Komponente angeordnet sind.
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Noch ein anderer Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft ein Verfahren zum Beleuchten und Abbilden von beleuchteten Zielen, die durch eine Bildaufnahme über einem erweiterten Bereich von Arbeitsabständen gelesen werden sollen. Das Verfahren wird durch Aufnahme von zurückkehrendem Licht mit einem Nahabbilder über einem relativ breiten Abbildungssichtfeld von einem Ziel, welches in einem Nahbereich des Bereichs angeordnet ist, durch Ausnehmen von zurückkehrendem Licht mit einem Fernabbilder über einem relativ schmalen Abbildungssichtfeld von einem Ziel, das in einem Fernbereich des Bereichs angeordnet ist, durch optisches Modifizieren von Beleuchtungslicht, das von einer einzelnen Beleuchtungslichtquelle ausgesendet wird, die von beiden Nah- und Fernabbildern gemeinsam verwendet wird, und durch gleichzeitiges Beleuchten eines breiten Beleuchtungsfelds, um das Ziel zu beleuchten, das in dem Nahbereich des Bereichs angeordnet ist, und mit einem schmalen Beleuchtungsfeld, um das Ziel zu beleuchten, das in dem Fernbereich des Bereichs angeordnet ist.
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Das Bezugszeichen 30 in 1 identifiziert allgemein ein ergonomisches Abbildungs-Lesegerät, welches als ein Pistolen-förmiges Gehäuse mit einem oberen Behälter oder Körper 32 und einem unteren Griff 28, der nach hinten weg von dem Körper 32 unter einem Neigungswinkel, zum Beispiel 15° relativ zu der Vertikalen geneigt ist, konfiguriert ist. Ein Lichtübertragungsfenster 26 ist angrenzend zu der Vorderseite oder Nase des Körpers 32 angeordnet und ist vorzugsweise ebenfalls unter einem Neigungswinkel, zum Beispiel 15° relativ zu der Vertikalen, geneigt. Das Abbildungs-Lesegerät 30 wird in der Hand eines Betreibers gehalten und in einem handgehaltenen Modus verwendet, bei dem ein Trigger 34 manuell gedrückt wird, um eine Abbildung von Zielen, insbesondere von Barcodesymbolen, zu initiieren, die in einem erweiterten Bereich von Arbeitsabständen gelesen werden sollen, zum Beispiel in der Größenordnung von 30–50 Fuß weg von dem Fenster 26. Die Gehäuse von anderen Konfigurationen, sowie Lesegeräte, die in einem Freihandmodus betrieben werden, könnten ebenfalls verwendet werden.
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Wie schematisch in 2 gezeigt ist ein Abbildungsmodul 10 in dem Lesegerät 30 hinter dem Fenster 26 angebracht und ist betreibbar, wie nachstehend beschrieben, zur Beleuchtung und Abbildung von beleuchteten Zielen, die durch das Fenster 26 gelesen werden sollen, durch eine Bildaufnahme über einem erweiterten Bereich von Arbeitsabständen weg von dem Modul 10. Ein Ziel kann irgendwo in einem Arbeitsbereich von Abständen zwischen einem nahen Arbeitsabstand (WD1) und einem fernen Arbeitsabstand (WD2) angeordnet sein. In einer bevorzugten Ausführungsform ist WD1 entweder an oder ungefähr eineinhalb Inch weg von dem Fenster 26, und WD2 ist viel weiter weg, zum Beispiel ungefähr 30–50 Fuß weg von dem Fenster 26. Das Modul 10 umfasst eine Abbildungsanordnung, die einen Nahabbildungssensor oder Abbilder 12 und eine Nahabbildungsanordnung 16 zur Aufnahme von zurückkehrendem Licht über einem relativ breiten Abbildungssichtfeld 20, zum Beispiel ungefähr 30°, von einem Ziel, das in einem Nahbereich des Bereichs angeordnet ist, zum Beispiel von ungefähr einem halben Inch bis ungefähr zwei Fuß weg von dem Fenster 26, und zur Projektion des aufgenommenen zurückkehrenden Lichts auf Nahabbilder 12, so wie einen Fernabbildungssensor oder Abbilder 14 und eine Fernabbildungslinsenanordnung 18 zur Aufnahme von zurückkehrendem Licht über einem relativ schmalen Abbildungssichtfeld 22, zum Beispiel ungefähr 16°, von einem Ziel in einem Fernbereich des Bereichs, zum Beispiel größer als ungefähr 2 Fuß weg von dem Fenster 26, und zum Projizieren des aufgenommenen zurückkehrenden Lichts auf den Fernabbilder 14. Obwohl zwei Abbilder 12, 14 und zwei Abbildungslinsenanordnungen 16, 18 dargestellt worden sind, sei darauf hingewiesen, dass mehr als zwei in dem Modul 10 vorgesehen sein können. Zum Beispiel kann ein erster Abbilder Ziele in einem Nahbereich von ungefähr sechs Inch bis ungefähr 2 Fuß weg von dem Fenster 26 lesen, ein zweiter Abbilder kann Ziele in einem mittleren Bereich von ungefähr 2 Fuß bis ungefähr 10 Fuß weg von dem Fenster 26 lesen, und ein dritter Abbilder kann Ziele in einem Fernbereich von ungefähr 10 Fuß bis ungefähr 50 Fuß weg von dem Fenster 26 lesen.
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Jeder Abbilder 12, 14 ist eine Festkörpereinrichtung, zum Beispiel eine CCD oder ein CMOS Abbilder mit einem eindimensionalen Feld von adressierbaren Bildsensoren oder Pixeln, die in einer einzelnen linearen Zeile angeordnet sind, oder vorzugsweise einem zweidimensionalen Feld von derartigen Sensoren, die in zueinander orthogonalen Zeilen und Spalten angeordnet sind, vorzugsweise mit einem anarmorphischen Sichtfeld und betreibbar zur Erfassung von zurückkehrendem Licht, das von den jeweiligen Abbildungslinsenanordnungen 16, 18 entlang jeweiliger Abbildungsachsen 24, 36 durch das Fenster 26 aufgenommen wird. Jede Abbildungslinsenanordnung ist vorzugsweise eine Cooke Triplet, obwohl andere Linsenkombinationen ebenfalls verwendet werden können.
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Wie auch in 2 gezeigt wird eine Beleuchtungslinsenanordnung auch von dem Abbildungsmodul 10 gehalten und umfasst eine Beleuchtungslichtquelle, zum Beispiel eine Leuchtdiode (LED) 40, die stationär auf einer optischen Achse 42 angebracht ist, und eine Beleuchtungslinsenanordnung, die eine kollimierende (sammelnde) konvexe Linse 50 umfasst, die ebenfalls stationär auf der optischen Achse 42 angebracht ist, und eine Lenslet-Komponente 60 mit einem Feld (Array) von Zellen oder Lenslets 64 (siehe 5–6), die stationär in einer Ebene angeordnet sind, die allgemein senkrecht zu der optischen Achse 42 ist. Die stationäre oder feste Anbringung der Komponenten der Beleuchtungslichtanordnung in dem Modul 10 ist im Gegensatz zu bekannten Zoom-Mechanismen, bei denen bewegbare Teile einer Abnutzung und langsamen Antwortzeiten ausgesetzt sind und störendes Rauschen erzeugen.
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Wie ferner in 2 gezeigt sind die Abbilder 12, 14 und die LED 40 betriebsmäßig mit einem Controller oder Mikroprozessor 80 verbunden, der zur Steuerung des Betriebs von diesen Komponenten betreibbar ist. Ein Speicher 82 ist mit dem Mikroprozessor 80 verbunden und zugänglich für diesen. Vorzugsweise ist Mikroprozessor 80 der gleiche wie einer, der zur Verarbeitung des zurückkehrenden Lichts von den Zielen und zum Dekodieren der aufgenommenen Zielbilder verwendet wird. Im Betrieb sendet der Mikroprozessor 80 ein Befehlssignal zur Einschaltung der LED 40 für eine kurze Belichtungszeitperiode, zum Beispiel 500 µs oder weniger, und schaltet die Abbilder 12, 14 ein und legt diese frei, um das zurückkehrende Licht, zum Beispiel Beleuchtungslicht und/oder Umgebungslicht, von dem Ziel, nur während der Belichtungszeitperiode zu sammeln. Ein typisches Array benötigt ungefähr 18–33 ms, um das gesamte Zielbild aufzunehmen, und arbeitet bei einer Rahmenrate (Bildrate) von ungefähr 30–60 Bildern (Rahmen) pro Sekunde. Eine Ziellichtanordnung 84 mit einem Laser und einem beugenden oder brechendem optischen Element wird ebenfalls eingeschaltet und von dem Mikroprozessor 80 in denjenigen Fällen gesteuert, bei denen es wünschenswert ist, ein Zielmuster auf das Ziel vor einem Lesevorgang zu projizieren.
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Wie noch weiter in 2 gezeigt sind die LED 40 und der Nahbbilder 12 auf der Oberfläche einer gedruckten Schaltungsplatine (PCB) 86 angebracht und der Fernabbilder 14 und optional der Mikroprozessor 80, der Speicher 82 und die Ziellichtanordnung 84 sind auf einer anderen PCB 88 auf der Oberfläche angebracht. Die einzelne Beleuchtungslichtanordnung ist zwischen den Abbildungsanordnungen angeordnet, sodass die Beleuchtungsachse 42 zwischen den und allgemein parallel zu den optischen Abbildungsachsen 24, 26 angeordnet ist und eine höchst kompakte Konfiguration in der Größenordnung von 38 mm × 90 mm × 25 mm für das Modul erzielt. Andere physikalische Layouts von diesen Komponenten werden ebenfalls in Erwägung gezogen.
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Die 3–4 illustrieren zwei unterschiedliche Ausführungsformen der LED 40, der kollimierenden konvexen Linse 50 und der Lenslets-Komponente 60 der Beleuchtungslichtanordnung der 2. Die kollimierende konvexe Linse 50 in beiden 3–4 ist eine positive Linse mit einer Eingangsoberfläche 52, auf der das ausgesendete Beleuchtungslicht von der LED 40 einfällt, und einer Ausgangsoberfläche 54, von der das modifizierte Beleuchtungslicht als allgemein parallele Lichtstrahlen 56 zum Einfall auf die Lenslets-Komponente 60 austritt. Die Kollimationslinse 50 trägt zur Maximierung einer Verstärkung auf-der-Achse bei, und ist besonders nützlich für einen Lesevorgang im Fernbereich. Die Lenslets 64 der Lenslets-Komponente 50 in beiden 3–4 sind vorzugsweise in zueinander orthogonalen Zeilen und Spalten (siehe 5) angeordnet und werden gemeinsam aus einer einstückigen Konstruktion geformt, vorzugsweise aus einem lichtübertragenden Plastikmaterial.
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Wie sich am besten der 6 entnehmen lässt, weisen die Lenslets 64 individuelle asphärische Eingangsoberflächen 68, auf die die kollimierten Beleuchtungslichtstrahlen 56 einfallen, und individuelle asphärische Ausgangsoberflächen 70 zur gleichzeitigen, d.h. nicht-sequenziellen Beleuchtung sowohl der breiten als auch der schmalen Beleuchtungsfelder auf. Jede asphärische Oberfläche kann zwei Krümmungsradien in der horizontalen und vertikalen Richtung aufweisen. Die Größe für jedes Lenslets 64 ist typischerweise innerhalb von 1 × 1 mm (quadratisch oder rechteckförmig) und die Mittendicke für jedes Lenslets 64 ist ungefähr 1,5 mm. Die Oberflächen 68, 70 sind optische Oberflächen von hoher Qualität mit einem hohen asphärischen Koeffizienten. Die Oberflächen 68, 70 können um die optische Mittelachse von jedem Lenslet 64 symmetrisch oder nicht-symmetrisch sein. Die optische Eigenschaft von beiden Oberflächen 68, 70 und die jeweilige Mittendicke bestimmen die winkelmäßige Spreizung des Beleuchtungsfelds, das von diesem Lenslet 64 herauskommt.
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In 3 ist eine erste Gruppe (Typ A) der Lenslets 64, die allgemein an dem mittleren Bereich der Lenslet-Komponente 60 angeordnet ist, mit einer ersten Brennweite konfiguriert, um die einfallenden Lichtstrahlen 56 von der Kollimationslinse 50 optisch zu modifizieren, um das Ziel, das sich in dem Nahbereich befindet, mit dem breiten Beleuchtungsfeld zu beleuchten, und eine zweite Gruppe (Typ B) der Lenslets 64, die allgemein an einem äußeren ringförmigen Umfangskantenbereich der Lenslet-Komponente 60 angeordnet sind, sind mit einer zweiten unterschiedlichen Brennweite konfiguriert, um die einfallenden Lichtstrahlen 56 von der Kollimationslinse 50 optisch zu modifizieren, um das Ziel, das sich in dem Fernbereich befindet, mit dem schmalen Beleuchtungsfeld zu beleuchten.
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In 4 sind sämtliche Lenslets 64 mit der gleichen Brennweite konfiguriert, um die einfallenden Lichtstrahlen 56 von der Kollimationslinse 50 optisch zu modifizieren, um das Ziel, das sich in dem Nahbereich befindet, mit dem breiten Beleuchtungsfeld zu beleuchten. Zusätzlich weist die Lenslet-Komponente 60 einen Umgehungsbereich (Bypass-Bereich) 62 auf, um das Ziel, das sich in dem Fernbereich befindet, mit dem schmalen Beleuchtungsfeld zu beleuchten. Der Bypass-Bereich 62 kann in seiner einfachsten Form ein lichtübertragender Bereich mit keiner optischen Brechkraft sein. Wie zuvor ist das breite Beleuchtungsfeld vorzugsweise von den Lenslets 64 gebildet, die allgemein in dem mittleren Bereich der Lenslet-Komponente 60 angeordnet sind, während das schmale Beleuchtungsfeld vorzugsweise von dem Bypass-Bereich 62 gebildet ist, der allgemein an den äußeren Kantenbereichen der Lenslet-Komponente 60 angeordnet ist.
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Die gleichzeitige nicht-sequenzielle Beleuchtung der breiten und schmalen Beleuchtungsfelder vermeidet das voranstehend beschriebene Problem des Flimmerns, wenn ein Zoomvorgang oder ein Umschaltvorgang zwischen unterschiedlichen Beleuchtungsmustern in dem bekannten technischen Gebiet durchgeführt wird. Die Überlagerung der breiten und schmalen Beleuchtungsfelder kann bewirken, dass die Beleuchtungslichtverteilung über dem Ziel nicht-gleichförmig ist. Wenn eine gleichförmigere Beleuchtungslichtverteilung gewünscht ist, dann können einige der Lenslets 64 mit anderen optischen Eigenschaften als die übrigen Lenslets 64 konfiguriert werden, um die Beleuchtungslichtverteilung wie gewünscht zu formen.
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Der Ort der Lenslet-Komponente 60 relativ zu der Kollimationslinse 50, sowie dem Fenster 26, kann soweit erforderlich axial und/oder radial eingestellt werden, um Reflexionen des Beleuchtungslichts zurück auf jeden Abbilder 12, 14 zu vermeiden. Wie in 7 gezeigt, wenn ein Beleuchtungslichtstrahl 72 von dem Fenster 26 als ein reflektierter Strahl 74 abreflektiert wird, dann wird der reflektierte Strahl 74 nicht in das breite Abbildungssichtfeld 20 des Nahabbilders 20 eintreten. Somit wird zuverlässig verhindert, dass irgendwelches Streubeleuchtungslicht die Leseeigenschaften verschlechtert.
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Die Kollimationslinse 50 muss nicht eine konvexe Linse sein, wie am besten in den 3–4 dargestellt, sondern könnte auch eine Gradientenindexlinse 76 sein, wie in 8 gezeigt. In einer Gradientenindexlinse nimmt deren Brechungsindex in einer radialen Richtung weg von der optischen Achse 42 zu. Ansonsten ist die Ausführungsform der 8 im Wesentlichen die gleiche wie voranstehend für 4 beschrieben.
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9 zeigt eine andere Version der Lenslet-Komponente 80 mit einem Reihe von Lenslets 86, die von einzelnen asphärischen Eingangsoberflächen 82 abgegrenzt sind, auf denen die kollimierten bzw. gesammelten Beleuchtungslichtstrahlen 56 einfallen, und einzelnen asphärische Ausgangsoberflächen 84 zur gleichzeitigen, das heißt nicht-sequenziellen, Beleuchtung sowohl des breiten als auch des schmalen Beleuchtungsfeld, wie voranstehend beschrieben, aufweist. Im Gegensatz zu der Lenslet-Komponente 60 der 6, bei der die Oberflächen 68, 70 der Lenslets 64 spiegelsymmetrisch sind, sind dies jedoch die Oberflächen 82, 84 der in 9 gezeigt Lenslets 86 nicht. Anstelle davon werden die Oberflächen 84 relativ zu den Oberflächen 82 verschoben.
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Anders ausgedrückt, die Eckpunkte zwischen benachbarten Oberflächen 82 sind nicht zu den Eckpunkten zwischen benachbarten Oberflächen 84 ausgerichtet und sind in der Tat um einen Abstand D verschoben. Dieses Merkmal wird verwendet, um das Beleuchtungslicht in eine gewünschte Richtung zu richten, die eine andere als senkrecht relativ zu dem Fenster 26 ist, und ist besonders wünschenswert, um die Parallaxe zwischen dem breiten Beleuchtungsfeld und dem Nahabilder zu verringern, wenn Ziele gelesen werden, die in dem Nahbereich angeordnet sind, wo der Parallaxeneffekt ausgeprägter ist. Dies ist in 10 gezeigt, wobei die Lenslet-Komponente 80 das Beleuchtungslicht entlang einer Steuerungs- bzw. Lenkachse 88 richtet, die relativ zu der optischen Achse 42 geneigt ist. Das breite Beleuchtungsfeld überlappt im Wesentlichen mit dem breiten Abbildungssichtfeld 20 des Nahabbilder 12.
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In der voranstehenden Beschreibung sind spezifische Ausführungsformen beschrieben worden. Jedoch werden Durchschnittsfachleute in dem technischen Gebiet erkennen, dass verschiedene Modifikationen und Änderungen durchgeführt werden können, ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen, so wie sie in den nachstehenden Ansprüchen aufgeführt ist. Demzufolge ist die Beschreibung und sind die Figuren in einer illustrativen Weise und nicht in einer beschränkenden Weise zu verstehen, und alle derartigen Modifikationen sollen in dem Schutzumfang der vorliegenden technischen Lehren enthalten sein.
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Die Nutzen, Vorteile, Lösungen für Probleme und irgendein Element (irgendwelche Elemente), die bewirken können, dass irgendein Nutzen, Vorteil oder irgendeine Lösung auftritt oder ausgeprägter hervortritt, werden nicht als kritische, erforderliche oder wesentlichen Merkmale oder Elemente von irgendeinem oder sämtlichen Ansprüchen betrachtet. Die Erfindung wird ausschließlich durch die beigefügten Ansprüche definiert, einschließlich von irgendwelchen Änderungen, die während der Anhängigkeit dieser Anmeldung durchgeführt werden, und einschließlich von sämtlichen Äquivalenten von den Ansprüchen, so wie sie erteilt werden.
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Ferner werden in diesem Dokument Begriffe, die sich aufeinander beziehen, wie beispielsweise erster/erste und zweiter/zweite, oben und unten und dergleichen ausschließlich verwendet, um eine Einheit oder eine Aktion von einer anderen Einheit oder einer anderen Aktion zu unterscheiden, ohne dass dies notwendigerweise irgendeine tatsächliche derartige Beziehung oder Reihenfolge zwischen derartigen Einheiten oder Aktionen erfordert oder impliziert. Die Begriffe „umfasst“, „umfassend“, „weist auf“, „aufweisend“, „enthält“, „enthaltend“, „schließt ein“, „einschließend“ oder irgend eine andere Variation davon sollen einen nicht-exklusiven Einbau bedeuten, sodass ein Prozess, ein Verfahren, ein Artikel oder eine Vorrichtung, die eine Liste von Elementen umfasst, aufweist, einschließt oder enthält, nicht nur diese Elemente enthält, sondern andere Elemente einschließen kann, die nicht explizit aufgelistet sind oder für einen derartigen Prozess, ein derartiges Verfahren, einen derartigen Artikel oder eine derartige Vorrichtung inhärent sind. Ein Element, dem „umfasst ... einen/eine/einer“, „weist auf ... einen“, „schließt ein einen/einer“, „enthält ... einen/eine“ schließt ohne weitere Randbedingungen die Existenz von zusätzlichen identischen Elementen in dem Prozess, dem Verfahren, dem Artikel oder der Vorrichtung, die das Element umfasst, aufweist, einschließt oder enthält, nicht aus. Die Begriffe „ein“ und „einer“ werden als ein oder mehrere definiert, außer wenn dies explizit hier anders angegeben ist. Die Begriffe „substantiell“, „essenziell“, „ungefähr“, „nahezu“ oder irgendeine andere Version davon sind so definiert, dass sie von einem Durchschnittsfachmann in dem technischen Gebiet als nahe zu verstanden werden, und in einer nicht beschränkten Ausführungsform wird der Begriff definiert, um innerhalb von 10 % zu sein, in einer anderen Ausführungsform von innerhalb von 5 %, in einer anderen Ausführungsform innerhalb von 1 % und in einer anderen Ausführungsform innerhalb von 0,5 %. Der Begriff „gekoppelt“, so wie er hier verwendet wird, wird als verbunden definiert, obwohl dies nicht bedeutet, dass dies notwendigerweise direkt und notwendigerweise mechanisch ist. Eine Einrichtung oder eine Struktur, die in einer bestimmten Weise „konfiguriert“ ist, ist in wenigstens dieser Weise konfiguriert, kann aber auch in Vorgehensweisen konfiguriert sein, die nicht aufgelistet sind.
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Es sei darauf hingewiesen, dass einige Ausführungsformen ein oder mehrere generische oder spezialisierte Prozessoren (oder „Verarbeitungseinrichtungen“) umfassen können, wie beispielsweise Mikroprozessoren, digitale Signalprozessoren, speziell zugeschnittene Prozessoren und Field Programmable Gate Arrays (FPGAs) und ferner einzigartige gespeicherte Programmbefehle (einschließlich sowohl Software und Firmware), die die ein oder mehreren Prozessoren steuern, um in Verbindung mit bestimmten Nicht-Prozessorschaltungen einige, die meisten oder alle Funktionen des Verfahrens und/oder der Vorrichtung, die hier beschrieben werden, zu implementieren. Alternativ können einige oder sämtliche Funktionen durch eine Zustandsmaschine implementiert werden, die keine gespeicherten Programmbefehle aufweist, oder in ein oder mehreren anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen (Application Specific Integrated Circuits, ASICs), bei denen jede Funktion oder irgendwelche Kombinationen von bestimmten Funktionen als eine speziell zugeschnittene Logik implementiert sind. Natürlich kann eine Kombination der zwei Ansätze verwendet werden.
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Ferner kann eine Ausführungsform als ein Speichermedium, welches von einem Computer lesbar ist, und welches von einem computerlesbaren Code aufweist, der darauf gespeichert ist zur Programmierung eines Computers (zum Beispiel umfassend einen Prozessor), um ein Verfahren wie beschrieben und hier beansprucht auszuführen. Beispiele von derartigen von einem Computer lesbaren Speichermedien umfassen, sind aber nicht beschränkt auf, eine Festplatte, eine CD-ROM, eine optische Speichereinrichtung, eine magnetische Speichereinrichtung, ein ROM (Nur-Lese-Speicher), ein PROM (programmierbarer Nur-Lese-Speicher), ein EROM (ein löschbarer programmierbare Nur-Lese-Speicher), ein EPROM (elektrisch löschbarer programmierbarer Nur-Lese-Speicher) und ein Flash-Speicher. Ferner wird erwartet, dass Durchschnittsfachleute in dem technischen Gebiet trotz möglicherweise signifikanter Anstrengungen und zahlreicher Designwahlmöglichkeiten, die beispielsweise durch die verfügbare Zeit, die gegenwärtige Technologie und wirtschaftlichen Erwägungen geleitet werden, dann, wenn sie von den Konzepten und Prinzipien geführt werden, die hier offenbart sind, leicht in der Lage sein werden derartige Softwarebefehle und Programme und ICs mit einem minimalen experimentellen Aufwand zu erzeugen.
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Die Zusammenfassung der Offenbarung ist vorgesehen, um den Leser in die Lage zu versetzen schnell die Art der technischen Offenbarung festzustellen. Sie wird mit dem Verständnis vorgelegt, dass sie nicht verwendet werden wird, um den Schutzumfang oder die Bedeutung der Ansprüche zu interpretieren oder zu beschränken. Zusätzlich lässt sich in der voranstehenden ausführlichen Beschreibung ersehen, dass verschiedene Merkmale in verschiedenen Ausführungsformen für den Zweck einer Übersichtlichkeit der Offenbarung zusammen gruppiert sind. Dieses Verfahren der Offenbarung soll nicht als die Absicht reflektierend interpretiert werden, dass die beanspruchten Ausführungsformen mehr Merkmale erfordern, als explizit in jedem Anspruch angegeben ist. Im Gegenteil, wie die folgenden Ansprüche darlegen, liegt der erfindungsgemäße Gegenstand in weniger als sämtlichen Merkmalen einer einzelnen offenbarten Ausführungsform. Somit sind die folgenden Ansprüche hiermit in die ausführliche Beschreibung eingebaut, wobei jeder Anspruch für sich selbst als ein getrennt beanspruchter Gegenstand steht.
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Bezugszeichenliste
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Fig. 2
- 80
- Controller
- 82
- Speicher
- 14
- Fernabbilder
- 84
- Ziellichtanordnung
- 40
- Beleuchtungslichtquelle
- 12
- Nahabbilder
- 50
- Kollimationslinse
- 18
- Fernfeld-Abbildungslinsenanordnung
- 16
- Nahfeld-Abbildungslinsenanordnung
- 60
- Linsenarray
- 22
- schmales Abbildungssichtfeld FOV
- 20
- breites Abbildungssichtfeld
Fig. 3 - 40
- Beleuchtungslichtquelle
-
- optische Achse
- 50
- Kollimationslinse
- 60
- Linsenarray
-
- breites Beleuchtungsfeld
-
- schmales Beleuchtungsfeld
Fig. 4 - 40
- Beleuchtungslichtquelle
-
- optische Achse
- 50
- Kollimationslinse
- 60
- Linsenarray
-
- breites Beleuchtungsfeld
-
- schmales Beleuchtungsfeld
Fig. 7 - 80
- Controller
- 82
- Speicher
- 14
- Fernabbilder
- 84
- Ziellichtanordnung
- 40
- Beleuchtungslichtquelle
- 12
- Nahabbilder
- 50
- Kollimationslinse
- 18
- Fernfeld-Abbildungslinsenanordnung
- 16
- Nahfeld-Abbildungslinsenanordnung
- 60
- Linsenarray
- 20
- breites Abbildungssichtfeld FOV
-
- breites Beleuchtungssichtfeld
Fig. 8 - 40
- Beleuchtungslichtquelle
-
- optische Achse
- 60
- Linsenarray
-
- schmales Beleuchtungsfeld
-
- breites Beleuchtungsfeld
- 76
- Kollimationsgradientenlinse
Fig. 10 - 80
- Controller
- 82
- Speicher
- 14
- Fernabbilder
- 84
- Ziellichtanordnung
- 40
- Beleuchtungslichtquelle
- 12
- Nahabbilder
- 50
- Kollimationslinse
- 18
- Fernfeld-Abbildungslinsenanordnung
- 16
- Nahfeld-Abbildungslinsenanordnung
- 80
- Linsenarray
- 20
- breites Abbildungssichtfeld FOV
-
- breites Beleuchtungsfeld
