DE112016002007B4

DE112016002007B4 - Abbildungslinsen-aufbau, anordnung und verfahren zum abbilden eines ziels

Info

Publication number: DE112016002007B4
Application number: DE112016002007.4T
Authority: DE
Inventors: Caihua Chen; Chinh Tan
Original assignee: Symbol Technologies LLC
Current assignee: Symbol Technologies LLC
Priority date: 2015-06-02
Filing date: 2016-04-08
Publication date: 2019-03-14
Anticipated expiration: 2036-04-09
Also published as: GB201719726D0; WO2016195811A1; DE112016002007T5; CN107710030A; US20160358001A1; CN107710030B; GB2554324A; US9639729B2; GB2554324B

Abstract

Abbildungslinsen-Aufbau zum Aufnehmen von Licht von einem Ziel über einem Sichtfeld eines Felds von Bildsensoren eines Festkörper-Abbilders, und zum Projizieren des aufgenommenen Lichts auf das Feld während eines elektrooptischen Lesevorgangs des Ziels, wobei der Aufbau umfasst:eine Basislinse, die das aufgenommene Licht entlang einer optischen Achse passiert, wobei die Basislinse eine optische Brechkraft, eine Zielseite, die auf das Ziel hin gerichtet ist, und eine Abbilderseite, die auf den Abbilder hin gerichtet ist, aufweist;eine Aperturblende in einem direkten Oberflächenkontakt mit der Abbilderseite der Basislinse und mit einer Apertur, durch die sich die optische Achse erstreckt und das aufgenommene Licht tritt, wobei die Apertur in der erscheinenden Größe durch die optische Brechkraft der Basislinse vergrößert wird, um, gesehen durch die Zielseite, eine vergrößerte Eintrittspupille zu bilden; undeine Linse mit variablem Fokus, die entlang der optischen Achse zwischen der Aperturblende und dem Abbilder angeordnet ist, zum Fokussieren eines wesentlichen Betrags des Lichts, das durch die vergrößerte Eintrittspupille aufgenommen wird, über einem erweiterten Bereich von Arbeitsabständen auf den Abbilder.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Anordnung und ein Verfahren zum elektrooptischen Lesen von Zielen durch eine Bildaufnahme und insbesondere ein Abbildungslinsen-Aufbau mit einer vergrößerten Eintrittspupille zum Aufnehmen von zurückkehrendem Licht von einem Ziel mit einem verbesserten Lichtsammelvermögen über einem erweiterten Bereich von Arbeitsabständen in einem Sichtfeld eines Festkörper-Abbilders eines Abbildungs-Lesegeräts und zum Projizieren des aufgenommenen zurückkehrenden Lichts auf den Abbilder während eines Lesevorgangs des Ziels.
Festkörper-Abbildungssysteme oder Abbildung-Lesegeräte sind in zahlreichen Industriezweigen verwendet worden, wie beispielsweise im Handel, bei der Herstellung, bei der Lagerung, im Vertrieb, bei der Postzustellung, im Transportwesen, der Logistik, usw., um verschiedene Symbolziele, wie beispielsweise ein- und zweidimensionale Barcodesymbole, die elektrooptisch dekodiert und durch eine Bildaufnahme gelesen werden sollen, abzubilden. Ein bekanntes Abbildungs-Lesegerät umfasst einen Festkörper-Abbilder, zum Beispiel eine ein- oder zweidimensionale ladungsgekoppelte Einrichtung (Charge Coupled Device; CCD) oder eine Einrichtung mit einem komplementären Metalloxidhalbleiter (Complementary Metal Oxide Semiconductor; CMOS) mit einem Sensorfeld von Fotozellen oder Lichtsensoren, die Bildelementen oder Pixeln über einem Sichtfeld des Abbilders entsprechen, und die zugehörigen Schaltungen zum Erzeugen und zum Verarbeiten von elektrischen Signalen, die von dem programmierten Mikroprozessor oder Controller in Daten verarbeitet werden, die das Ziel anzeigen, welches gerade dekodiert und gelesen wird. Das Abbildungs-Lesegerät umfasst auch einen Beleuchtungslicht-Aufbau zum Beleuchten des Ziels, und einen Abbildungslinsen-Aufbau zum Aufnehmen von zurückkehrendem Licht, welches von dem beleuchteten Ziel gestreut und/oder reflektiert wird, und zum Projizieren des aufgenommenen zurückkehrenden Lichts auf das Sensorfeld, um ein Bild des beleuchteten Ziels während einer Belichtungszeitperiode aufzunehmen.
Ein bekannter Abbildungslinsen-Aufbau umfasst eine Vielzahl oder eine Gruppe von Linsen mit unterschiedlichen optischen Leistungen (Brechkräften), wie beispielsweise ein klassisches Cooke-Triplet mit einer Mittenlinse zwischen einem Paar von Seitenlinsen, und einer Aperturblende, die zwischen einer der Seitenlinsen und der Mittellinse angeordnet ist. Um die Ziele abzubilden, die über einem breiten Bereich von Arbeitsabständen im Verhältnis zu dem Lesegerät angeordnet sein können, ist es bekannt die Linsengruppe zum Beispiel mit einem Tauchspulenmotor zu bewegen, um das Ziel zwischen einer nahen Position nahe zu dem Lesegerät und einer entfernten Position weiter weg von dem Lesegerät automatisch zu fokussieren. Jedoch ist diese mechanische Linsenbewegung wegen mehrerer Gründe nachteilig. Zunächst erzeugt die mechanische Linsenbewegung Vibrationen, die sich für den Fall eines in der Hand gehaltenen Lesegeräts durch das Lesegerät zu der Hand des Benutzers ausbreiten können, Staub erzeugen können, um die Linsen zu verdecken, und ein unangenehmes, lästiges und hörbares Summen erzeugen können. Zusätzlich ist der Tauchspulenmotor (Voice Coil Motor) gegenüber einer Handbewegung sehr empfindlich, verbraucht elektrische Energie, ist teuer und ausgesprochen langsam, kann unzuverlässig sein, belegt Platz und erhöht das Gesamtgewicht, die Größe und die Komplexität des Lesegeräts.
Es ist auch bekannt eine Flüssiglinse mit variablem Fokus für den Abbildungslinsen-Aufbau zu verwenden. Die Flüssiglinse verwendet ein Fluid bzw. eine Flüssigkeit, um eine Linse mit variablem Fokus ohne irgendwelche sich bewegende Teile zu erzeugen, indem die Krümmung einer äußeren Oberfläche (Meniskus) des Fluids bzw. der Flüssigkeit gesteuert wird. Obwohl die Flüssiglinse schneller fokussiert als eine Linse, die mechanisch bewegt wird, weist die flüssige Linse eine kleine Eintrittspupille begrenzt durch ihre verfügbare kleine aktive Fläche auf dem Meniskus auf. Infolgedessen weist die flüssige Linse ein geringes Lichtsammelvermögen auf und bedingt, dass der Beleuchtungslicht-Aufbau Beleuchtungslicht mit einer höheren Intensität oder Helligkeit aussendet, um die schlechte Lichtsammlung zu kompensieren, zusammen mit einem gleichzeitigen Verbrauch von zusätzlicher elektrischer Energie. Eine helle Beleuchtung, die von dem Lesegerät heraus scheint, kann für einen Betreiber oder für andere Personen in der Nähe des Lesegeräts störend oder unangenehm sein. Ferner weist die flüssige Linse selbst eine sehr begrenzte optische Brechkraft auf, wodurch der Arbeitsabstands-Bereich eingeschränkt wird.
Die US 2009 / 0 166 543 A1 beschreibt einen Festkörper-Bildgeber, der von einem Ziel zurückkehrendes Licht detektiert und ein elektrisches Signal erzeugt, das dem zurückkehrenden Licht entspricht. Eine Steuerung verarbeitet das elektrische Signal in Daten, die das Ziel während einer Abbildungsbetriebsart anzeigen. Eine Abbildungslinsenanordnung erfasst, modifiziert und leitet das zurückkehrende Licht über ein Sichtfeld entlang eines optischen Pfades auf den Bildgeber. Die Abbildungslinsenanordnung umfasst eine variable Flüssigkeitslinse, die von der Steuerung gesteuert wird, um das zurückkehrende Licht optisch zu modifizieren. Die Flüssigkeitslinse hat einen Eintrittsbereich und befindet sich in unmittelbarer Nähe einer Blendenstufe. Eine Vielzahl von festen Linsen vergrößert die Blendenstufe und weist eine Eintrittspupille auf, die größer ist als die Blendenstufe und der Eintrittsbereich, um den Durchsatz des zurückkehrenden Lichts zum Bildgeber zu erhöhen.
Demzufolge würde es wünschenswert sein einen kompakten, leichtgewichtigen und kostengünstigen Abbildungslinsen-Aufbau mit einer vergrößerten Eintrittspupille und einem verbesserten Lichtsammelvermögen bereitzustellen, der schnell auf sowohl einals auch zweidimensionale Ziele, die von einem Abbildungs-Lesegerät gelesen werden sollen, insbesondere von einem in der Hand gehaltenen Lesegerät, welches in tragbaren und mobilen Anwendungen nützlich ist, bei denen die Größe, das Gewicht und die Kosten am höchsten sind, über einem erweiterten Bereich von Arbeitsabständen fokussieren kann, ohne dass es erforderlich ist, dass irgendeine störende helle Beleuchtung erzeugt wird oder eine übermäßige Beleuchtungsenergie verbraucht wird.
Figurenliste
Die beiliegenden Zeichnungen, in denen sich gleiche Bezugszeichen auf identische oder funktional ähnliche Elemente überall in den getrennten Ansichten beziehen, zusammen mit der ausführlichen nachstehenden Beschreibung, sind in die Beschreibung eingebaut und bilden einen Teil davon und dienen zur weiteren Illustration von Ausführungsformen von Konzepten, die die beanspruchte Erfindung umfassen, und erläutern verschiedene Prinzipien und Vorteile von diesen Ausführungsformen.
In den Zeichnungen zeigen:

1 eine perspektivische Ansicht eines Abbildungs-Lesegeräts, das entweder in einem in der Hand gehaltenen Modus oder einem Freihand-Modus arbeitet, zum Aufnehmen von zurückkehrendem Licht von Zielen;
2 ein schematisches Diagramm von verschiedenen Komponenten des Lesegeräts der 1;
3 eine Ansicht teilweise im Querschnitt und teilweise als Diagramm, eines Abbildungslinsen-Aufbaus in Übereinstimmung mit dieser Offenbarung zur Verwendung in dem Lesegerät der 1;
4 eine vergrößerte Querschnittsansicht einer Flüssiglinse des Abbildungslinsen-Aufbaus der 3;
5 eine Ansicht teilweise im Querschnitt und teilweise als Diagramm einer bevorzugten Ausführungsform eines Abbildungslinsen-Aufbaus analog zu dem Abbildungslinsen-Aufbau der 3 bei der Verwendung; und
6 ein Flussdiagramm, welches Schritte darstellt, die in dem Verfahren in Übereinstimmung mit dieser Offenbarung ausgeführt werden.

Durchschnittsfachleute in dem technischen Gebiet werden erkennen, dass Elemente in den Figuren zur Vereinfachung und Deutlichkeit dargestellt 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 zu einem verbesserten Verständnis der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beizutragen.
Die Komponenten der Anordnung und des Verfahrens sind soweit geeignet mit herkömmlichen Symbolen in den Zeichnungen dargestellt worden, wobei nur diejenigen spezifischen Einzelheiten gezeigt sind, die für das Verständnis der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wichtig sind, um so die Offenbarung nicht mit Einzelheiten zu überladen, die Durchschnittsfachleuten in dem technischen Gebiet, die den Nutzen aus der hier vorliegenden Beschreibung ziehen, bereits offensichtlich sein werden.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNGEN DER ERFINDUNG
In Übereinstimmung mit einem Merkmal dieser Offenbarung nimmt ein Abbildungslinsen-Aufbau zurückkehrendes Licht von einem Ziel, zum Beispiel einem Barcodesymbol, über einem Sichtfeld eines Felds (Arrays) von Bildsensoren eines Festkörper-Abbilders, auf und projiziert das aufgenommene zurückkehrende Licht auf das Feld während eines elektrooptischen Lesevorgangs des Ziels. Der Abbildungslinsen-Aufbau umfasst eine Basislinse, die das aufgenommene zurückkehrende Licht entlang einer optischen Achse passiert. Die Basislinse ist vorzugsweise als eine Vielzahl oder eine Gruppe von Linsen, die entlang der optischen Achse angeordnet sind, konfiguriert. Die Basislinse weist eine optische Leistung (optische Brechkraft), eine Zielseite, die auf das Ziel hin gerichtet ist, und eine Abbilderseite, die auf den Abbilder hin gerichtet ist, auf. Der Abbildungslinsen-Aufbau umfasst auch eine Aperturblende in einem direkten Oberflächenkontakt mit der Abbilderseite der Basislinse. Die Aperturblende weist eine Apertur auf, durch die sich die optische Achse erstreckt und das aufgenommene zurückkehrende Licht geht. Die Apertur ist in einer offensichtlichen bzw. erscheinenden Größe durch die optische Brechkraft der Basislinse vergrößert, um, gesehen durch die Zielseite, eine vergrößerte Eintrittspupille zu bilden. Der Abbildungslinsen-Aufbau umfasst ferner eine flüssige Linse mit variablem Fokus, die entlang der optischen Achse zwischen der Aperturblende und dem Abbilder angeordnet ist, zum Fokussieren eines wesentlichen Betrags des zurückkehrenden Lichts, das von der vergrößerten Eintrittspupille zurückkehrt, über einem erweiterten Bereich von Arbeitsabständen auf den Abbilder hin. Da die vergrößerte Eintrittspupille mehr von dem zurückkehrenden Licht aufnimmt, tritt mehr von dem zurückkehrenden Licht durch die Basislinse und die flüssige Linse zu dem Abbilder, wodurch das Lichtsammelvermögen des Abbildungslinsen-Aufbaus erhöht wird.
In Übereinstimmung mit einem anderen Merkmal dieser Offenbarung wird ein Verfahren zum Abbilden eines Ziels, welches elektrooptisch gelesen werden soll, durch Aufnehmen von zurückkehrendem Licht von dem Ziel über einem Sichtfeld eines Felds von Bildsensoren eines Festkörper-Abbilders und durch Projizieren des aufgenommenen zurückkehrenden Lichts auf das Feld ausgeführt, indem das aufgenommene zurückkehrende Licht entlang einer optischen Achse durch eine Basislinse, die eine optische Brechkraft, eine Zielseite, die auf das Ziel hin gerichtet ist, und eine Abbilderseite, die auf den Abbilder hin gerichtet ist, aufweist, geführt wird. Das Verfahren wird weiter ausgeführt durch Kontaktieren einer Aperturblende mit einer Apertur, durch die sich die optische Achse erstreckt und das aufgenommene zurückkehrende Licht geht, in einem direkten Oberflächenkontakt mit der Abbilderseite der Basislinse und durch Vergrößern der Apertur in der erscheinenden Größe durch die optische Brechkraft der Basislinse, um eine vergrößerte Eintrittspupille, wie durch die Zielseite gesehen, zu bilden. Das Verfahren wird ferner durch Fokussieren, mit einer flüssigen Linse mit variablem Fokus, eines wesentlichen Betrags des zurückkehrenden Lichts, das von der vergrößerten Eintrittspupille aufgenommen wird, über einem erweiterten Bereich von Arbeitsabständen auf den Abbilder hin ausgeführt. Wiederum erlaubt die vergrößerte Eintrittspupille, dass mehr von dem zurückkehrenden Licht durch die Basislinse und die flüssige Linse zu dem Abbilder geht.
Bezugnehmend nun auf die Zeichnungen bezeichnet das Bezugszeichen 30 in 1 allgemein eine Abbildungsvorrichtung oder ein Lesegerät mit einem lichtdurchlässigen Fenster 26 und einem pistolenförmigen Gehäuse 28, das von einer Basis 32 zum Halten des Abbildungs-Lesegeräts 30 auf einem Ladentisch oder einer ähnlichen Halteoberfläche gehalten wird. Das Abbildungs-Lesegerät 30 kann somit in einem Freihand-Modus als eine stationäre Arbeitsstation verwendet werden, an der Produkte, die Ziele tragen oder die mit Zielen assoziiert sind, vorbeigeschoben oder vorbeigewischt werden oder an dem Fenster 26 dargeboten werden, oder kann von dem Ladentisch aufgenommen werden und in der Hand des Betreibers gehalten werden und in einem in der Hand gehaltenen Modus verwendet werden, bei dem das Lesegerät bewegt wird und ein Auslöser 34 manuell gedrückt wird, um eine Abbildung eines Ziels, insbesondere von ein- oder zweidimensionalen Symbolen, die in einem Arbeitsabstand von dem Fenster 26 gelesen werden sollen, zu initiieren. In einer anderen Abänderung kann die Basis 32 weggelassen werden und Gehäuse mit anderen Konfigurationen können verwendet werden. Zum Beispiel kann das Gehäuse als ein Scanner mit vertikalem Schlitz, der ein allgemein vertikal angeordnetes aufrechtstehendes Fenster aufweist, oder als ein Flachbett- oder Horizontalschlitz-Scanner, der ein allgemein horizontal angeordnetes Fenster aufweist, oder als ein bi-optischer Scanner mit doppelten Fenstern, der sowohl allgemein horizontal als auch vertikal angeordnete Fenster aufweist, konfiguriert sein. Ein Kabel, wie in 1 dargestellt, das mit der Basis 32 verbunden ist, kann ebenfalls weggelassen werden, wobei in diesem Fall das Lesegerät 30 mit einem entfernten Host durch eine drahtlose Strecke kommuniziert und das Lesegerät 30 elektrisch von einer Bordbatterie gespeist wird.
Wie schematisch in 2 gezeigt ist ein Abbilder oder Abbildungssensor 24 auf einer gedruckten Schaltungsplatine in dem Lesegerät 30 angebracht. Der Abbildungssensor 24 ist eine Festkörper-Einrichtung, zum Beispiel ein CCD oder ein CMOS Abbildungssensor mit einem ein- oder zweidimensionalen Feld von adressierbaren Bildsensoren oder Pixeln, die in einer einzelnen, linearen eindimensionalen Zeile oder in einer Vielzahl von zueinander orthogonalen Zeilen und Spalten, vorzugsweise einem Megapixel-Feld, angeordnet sind und zum Erfassen von zurückkehrendem Licht, welches von einem Abbildungslinsen-Aufbau 20 entlang eines optischen Pfads oder einer optischen Achse 46, die sich durch das Fenster 26 erstreckt, aufgenommen wird, arbeitet. Das zurückkehrende Licht wird von einem Ziel oder einem Symbol 38 als Pixeldaten über einem Sichtfeld gestreut und/oder reflektiert. Der Abbildungslinsen-Aufbau 20 arbeitet zum Fokussieren und zum Projizieren des zurückkehrenden Lichts auf das Feld von Bildsensoren, um zu ermöglichen, dass das Ziel 38 gelesen wird. Das Ziel 38 kann irgendwo in einem Bereich von Arbeitsabständen zwischen einem nahen Arbeitsabstand (WD1) und einem fernen Arbeitsabstand (WD2) angeordnet sein. In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt WD1 ungefähr vier bis sechs Inch von dem Abbildungssensor 24 und WD2 kann zahlreiche Fuß von dem Fenster 26 weg sein, zum Beispiel ungefähr 50 oder mehr Fuß weg.
Ein Beleuchtungslicht-Aufbau ist ebenfalls in dem Abbildungs-Lesegerät 30 angeordnet und umfasst vorzugsweise einen Beleuchter oder Beleuchtungslichtquellen 12,18, zum Beispiel Leuchtdioden (LEDs) und entsprechende Beleuchtungslinsen 10,16, um das Ziel 38 gleichförmig mit einem Beleuchtungslicht, welches einen Intensitätspegel oder eine Helligkeit über einer Beleuchtungszeitperiode aufweist, gleichförmig zu beleuchten. Die Lichtquellen 12,18 sind vorzugsweise gepulst.
Wie in 2 gezeigt sind der Bildsensor 24 und die Beleuchtungslichtquellen 12, 18 betriebsmäßig mit einem Controller oder einem programmierten Mikroprozessor 36 verbunden, der zum Steuern des Betriebs dieser Komponenten arbeitet. Vorzugsweise arbeitet der Mikroprozessor 36 zum Verarbeiten des zurückkehrenden Lichts von dem Ziel 38 und zum Decodieren des aufgenommenen Ziellichts, wenn das Ziel 38 ein Symbol ist. Der Controller 36 kann auf einen Speicher 14 zugreifen, um Daten zu speichern und auszulesen.
Im Betrieb sendet der Controller 36 ein Befehlssignal zum Pulsen der Beleuchtungslichtquellen 12, 18 für die Beleuchtungszeitperiode, zum Beispiel 500 µs oder weniger, und versorgt den Bildsensor 24 mit Energie und belichtet diesen, um Licht, zum Beispiel Beleuchtungslicht und/oder Umgebungslicht, von dem Ziel 38 während einer Belichtungszeitperiode zu sammeln. Ein typisches Feld benötigt ungefähr 16-33 Millisekunden, um das gesamte Zielbild aufzunehmen, und arbeitet bei einer Bildrate von ungefähr 30-60 Bildern pro Sekunde.
In Übereinstimmung mit einem Aspekt dieser Offenbarung, wie in 3-5 gezeigt, umfasst der Abbildungslinsen-Aufbau 20, der in dem Lesegerät 30 vorgesehen ist, eine Basislinse 40, durch die das aufgenommene zurückkehrende Licht entlang der optischen Achse 46 geht. Wie gezeigt umfasst die Basislinse 40 eine Vielzahl oder eine Gruppe von ersten, zweiten und dritten Linsen L1, L2 und L3, die nacheinander entlang der optischen Achse angeordnet sind. Die zweite Linse ist zwischen den ersten und dritten Linsen angeordnet. Wie in 3 gezeigt hat die Basislinse eine Zielseite, die auf das in einer Zielebene (in der Richtung nach links) angeordnetes Ziel hin gerichtet ist, und eine Abbilderseite, die auf den Abbilder 24, der in einer Abbilderebene (in Richtung nach rechts) angeordnet ist. Die Basislinse 40 weist eine gesamte optische Brechkraft (optische Leistung) auf, die eine positive optische Brechkraft für die erste Linse, eine negative optische Brechkraft für die zweite Linse, und eine positive optische Brechkraft für die dritte Linse kombiniert.
Der Abbildungslinsen-Aufbau 20 umfasst ferner eine Aperturblende 50 in einem direkten Oberflächenkontakt mit der Abbilderseite der Basislinse, d. h. die Aperturblende 50 ist auf der Oberfläche der dritten Linse L3, die auf den Abbilder hin gerichtet ist, angebracht. Die Aperturblende 50 weist eine physikalische Apertur (Öffnung) auf, durch die sich die optische Achse 46 erstreckt und das aufgenommene zurückkehrende Licht tritt. Die Aperturblende 50 ist vorzugsweise als eine diskrete optische Komponente konfiguriert. Die Apertur (Blende) 52 ist vorzugsweise symmetrisch, zum Beispiel kresiförmig, kann aber auch asymmetrisch sein, zum Beispiel eine rechteckförmige oder elliptische Apertur. Wie nachstehend beschrieben wird die Apertur 52 in der erscheinenden Größe durch die optische Brechkraft der Basislinse 40 vergrößert, um eine vergrößerte Eintrittspupille zu bilden, so wie sie durch die Zielseite gesehen wird. Die vergrößerte Eintrittspupille ist auf der Eintrittspupillenebene angeordnet, die in 3 gezeigt ist.
Der Abbildungslinsen-Aufbau 20 umfasst ferner eine Flüssiglinse 54 mit variablem Fokus, die entlang der optischen Achse 46 zwischen der Aperturblende 50 und dem Abbilder 24 angeordnet ist, zum Fokussieren des zurückkehrenden Lichts, welches durch die vergrößerte Eintrittspupille aufgenommen wird, über einem erweiterten Bereich von Arbeitsabständen auf dem Abbilder 24. Wie am besten in 4 ersichtlich weist die Flüssiglinse 54 ein Gehäuse auf, in dem eine erste Flüssigkeit 56, die in Tropfenform gezeigt ist, und eine zweite Flüssigkeit 58 entlang der optischen Achse 46 angeordnet sind. Die Flüssigkeiten 56, 58 sind lichtdurchlässige, unvermischbare Flüssigkeiten mit unterschiedlichen optischen Brechungsindizes und mit im Wesentlichen der gleichen Dichte. Die Flüssigkeit oder der Tropfen 56 ist aus einer elektrisch isolierenden Substanz gebildet, zum Beispiel durch ein Öl, ein Alkan, oder ein Gemisch aus Alkanen, die vorzugsweise halogenisiert sind, oder irgend eine andere isolierende Flüssigkeit kann für den Tropfen 56 verwendet werden. Die Flüssigkeit 58 ist aus einer elektrisch leitenden Substanz gebildet, zum Beispiel Wasser mit Salzen (Mineralien oder andere), oder aus irgendeiner anderen Flüssigkeit, organisch oder nicht, und vorzugsweise durch die Hinzufügung von ionischen Komponenten leitend gemacht.
Das Gehäuse der Flüssiglinse 54 umfasst ein Paar von beabstandeten allgemein planaren Fenstern 60, 62, die jeweils aus einem elektrisch isolierenden, lichtdurchlässigen Material, wie beispielsweise Glas, gebildet sind. Das Fenster 60 erstreckt sich über eine ringförmige Gehäusekappe 64 und das Fenster 62 erstreckt sich über einen ringförmigen Gehäusekonus 66. Die Kappe 64 und der Konus 66 sind jeweils aus einem elektrisch leitenden Material, wie beispielsweise Metall, gebildet. Die Fenster 60, 62, die Kappe 64 und der Konus 66 zusammen begrenzen einen Innenraum, in dem die Flüssigkeiten 56, 58 enthalten sind. Eine Gummiabdichtung 68 dichtet die Flüssigkeiten 56, 58 in diesem Innenraum ab.
Eine Spannungsquelle V ist mit der leitenden Kappe 64 und dem leitenden Konus 66, die als Elektroden dienen, verbunden. Wenn über die Elektroden eine Spannung angelegt wird, dann wird ein elektrisches Feld hervorgebracht, dass die Formen des Tropfens 56 verändert. Mit einer verhältnismäßig höheren angelegten Spannung deformiert sich der Tropfen 56 auf die allgemein halbkugelförmige Form, die mit ausgezogenen Linien in 4 dargestellt ist, und deren äußeren Oberfläche „A“ konvex ist. Wenn eine verhältnismäßig niedrigere Spannung angelegt wird, dann deformiert sich der Tropfen 56 und nimmt die Form ein, die in 5 mit gestrichelten Linien dargestellt ist, und deren äußeren Oberfläche „B“ konkav ist. Diese Deformation des Tropfens ändert den Fokus der flüssige Linse 54 und wird durch die vorliegende Offenbarung verwendet, um das Ziel 58 über einem erweiterten Bereich von Arbeitsabständen zu lesen. Insbesondere wird die konvexe Oberfläche „A“ verwendet, um nahe Ziele, die bei WD1 angeordnet sind, zu lesen und die konkave Oberfläche „B“ wird verwendet, um die entfernten Ziele, die bei WD2 angeordnet sind, zu lesen.
Zurückkehrend zur 3 kann ein optionales Staubabdeckungsglas 70 entlang der optischen Achse 46 zwischen der Flüssiglinse 54 und dem Abbilder 24 angeordnet werden und ist entfernt von dem Abbilder 24 angeordnet. Der Abbilder 24 weist sein eigenes Sensorabdeckungsglas 72 auf und das Staubabdeckungsglas 70 ist eine Zusatzmaßnahme für einen Schutz. Das Staubabdeckungsglas 60 verhindert, dass irgendwelcher Staub, der während der Herstellung und des Zusammenbaus erzeugt wird, auf das Sensorabdeckungsglas 72 fällt und in dem aufgenommenen Bild Flecken erzeugt. Zusätzlich weist eine der Oberflächen des Staubabdeckungsglases 70 eine Anti-Infrarot(IR)-Beschichtung auf, um zu vermeiden, das Umgebungs-IR-Licht den Abbilder 24 erreicht und die Bildqualität ungünstig beeinträchtigt, da der Abbildungslinsen-Aufbau nicht IR-korrigiert ist. Die Anti-IR-Beschichtung kann auf jeder Seite des Staubabdeckungsglases 70 sein und erfordert somit für den Zusammenbau in der Herstellung kein Poka-Yoke Merkmal.
In der bevorzugten Ausführungsform weist die erste Linse L1 eine sphärische Oberfläche auf und die zweiten und dritten Linsen L2 und L3 weisen jeweils eine asphärische Oberfläche auf. Die erste Linse L1 ist aus einem Kron-Typ-Glasmaterial mit hohem Brechungsindex und niedriger Dispersion gebildet. Die zweite Linse ist aus einem Flint-Typ Plastikmaterial mit hohem Brechungsindex und hoher Dispersion gebildet. Die dritte Linse L3 ist aus einem Kron-Typ-Plastikmaterial mit niedrigem Brechungsindex und niedriger Dispersion gebildet. Die erste Linse L1 weist eine konvexe-flache/konkave Form auf, wobei sich die auf das Ziel hin gerichtete Oberfläche oder beide Oberflächen in Richtung auf die Aperturblende 50 hin verbiegen. Die zweite Linse L2 weist eine konkave/flache-konkave Form auf, wobei sich die auf den Abbilder hin gerichtete Oberfläche in Richtung auf die Aperturblende 50 hin verbiegt. Die dritte Linse L3 weist eine konvexe-konkave Form auf, wobei sich beide Oberflächen in Richtung auf die Aperturblende 50 hin verbiegen. In vorteilhafter Weise gilt für die erste Linse L1, ϕ<ϕ1<1,2ϕ, wobei ϕ die optische Leistung (optische Brechkraft) des gesamten Abbildungslinsen-Aufbaus ist, und wobei ϕ1 die optische Brechkraft der ersten Linse ist. Wenn ϕ1<ϕ ist, dann würde es im Allgemeinen schwierig sein die Aberration zu korrigieren. Wenn ϕ1>1,2ϕ ist, dann wird im allgemeinen eine thermische Kompensation schwierig. Für die zweite Linse L2 gilt -1,2ϕ< ϕ2<-ϕ, wobei ϕ die optische Brechkraft des gesamten Abbildungslinsen-Aufbaus ist und wobei ϕ2 die optische Brechkraft zweiten Linse L2 ist. Wenn ϕ2>-ϕ ist, dann würde es im Allgemeinen schwierig sein die Aberration zu korrigieren. Wenn ϕ2<-1,2ϕ ist, dann wird allgemein die thermische Kompensation schwierig. Für die dritte Linse L3 gilt ϕ<ϕ3<1.2ϕ, wobei ϕ die optische Brechkraft des gesamten Abbildungslinsen-Aufbaus ist, und wobei ϕ3 die optische Brechkraft der dritten Linse L3 ist. Wenn ϕ3<ϕ ist, dann würde es allgemein schwierig sein die Aberration zu korrigieren. Wenn ϕ3>1,2ϕ ist, dann wird allgemein eine thermische Kompensation schwierig.
Um die sphärische Aberration zu minimieren müssen die folgende Bedingungen eingehalten werden: L1R2> L1R1>0 und 1,5<L1R2/L1R1, wobei L1R1 und L1R2 der Krümmungsradius der auf das Ziel hin gerichteten Oberfläche bzw. der auf den Abbilder hin gerichteten Oberfläche der ersten Linse L1 ist. Um sphärische, coma, Astigmatismus und Verzerrungs-Aberrationen im allgemeinen zu minimieren müssen die folgenden Bedingungen eingehalten werden: L2R1<L2R2<0, L2R1/L2R2>5, wobei L2R1 und L2R2 der Krümmungsradius der auf das Ziel hin gerichteten Oberfläche bzw. der auf den Abbilder hin gerichteten Oberfläche der zweiten Linse L2 sind; und L3R2>L3R1>0, 1<L3R2/L3R1<3 ist, wobei L3R1 und L3R2 der Krümmungsradius der auf das Ziel hin gerichteten Oberfläche bzw. der auf den Abbilder hin gerichteten Oberfläche der dritten Linse L3 sind.
Um die asphärische und Feld-Krümmung zu minimieren muss die folgende Bedingung erfüllt werden:T3>0,15EFL, wobei T3 die Dicke der dritten Linse L3 ist, und EFL die effektive System-Brennweite ist. Um Platz zu ermöglichen, um die Flüssiglinse 54 und das Staubabdeckungsglas 70 zusammenzubauen, muss die folgende Bedingung erfüllt sein: Tb>0,5EFL, wobei Tb der Abstand zwischen der Aperturblende 50 und dem Abbilder 24 ist und EFL die effektive Systembrennweite ist. Um Farbaberrationen am besten zu korrigieren muss die folgende Bedingung erfüllt sein: 0,15mm<T12<0,3mm, wobei T12 der Luftspalt zwischen den Linsen L1 und L2 ist. Wenn T12<0,15mm ist, dann würde es schwierig sein bei der Herstellung die Linsen L1 und L2 zusammen zu bauen. Wenn T12>0,3 mm ist, dann würde es schwierig sein die Farbaberration zu korrigieren.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die physikalische Apertur 52 einen Durchmesser von ungefähr 1,7 mm auf, die aktive Fläche der Flüssiglinse 54 definiert wird. Die optische Leistung (Brechkraft) der Basislinse 40 vergrößert die Apertur 52 in der erscheinenden Größe, um eine vergrößerte Eintrittspupille mit einem Durchmesser von ungefähr 3 mm auf der Eintrittspupillenebene (siehe 3) zu bilden, die von der Aperturblende 50 versetzt ist. Die optische Brechkraft der Basislinse 50 kann in einem Bereich von ungefähr 50 Dioptrien bis ungefähr 70 Dioptrien liegen, und die bevorzugte optische Leistung der Basislinse 40 beträgt ungefähr 60 Dioptrien. Die Eintrittspupille ist ein virtuelles optisches Bild der Apertur 52 gesehen durch die Zielseite der Basislinse 40. Da die vergrößerte Eintrittspupillenebene ungefähr zweimal größer im Durchmesser im Vergleich mit dem Durchmesser der Apertur 52 ist, wird das Lichtsammelvermögen des Abbildungslinsen-Aufbaus um ungefähr einen Faktor vier verbessert. Zusätzlich gibt es eine ungefähr vierfache Verringerung in dem Betrag der elektrischen Energie, die von den Beleuchtungslichtquellen 12, 18 verbraucht wird, weil das emittierte Beleuchtungslicht als Folge der Tatsache, dass mehr von dem zurückkehrenden Licht von dem Ziel aufgenommen und über die Basislinse 40 und die Flüssiglinse 54 an den Abbilder 24 geliefert wird, nicht so hell sein muss. Da das Beleuchtungslicht nicht so hell sein muss, wird es für Betreiber und andere weniger störend sein.
Um den erweiterten Arbeitsabstand (Tiefenschärfe) von einigen wenigen Inch bis zu fünfzig und mehr Fuß abzudecken, muss die Flüssiglinse 54 nur von ungefähr zehn Dioptrien bis ungefähr -5 Dioptrien eingestellt werden, und dies erfordert, dass die Spannung der Quelle V um ungefähr 6V verändert wird. Mit dieser Spannungsveränderung verändert sich die effektive Brennweite des gesamten Systems von ungefähr 15 mm bis ungefähr 18 mm und die System-F-Zahl verändert sich von ungefähr 5 bis ungefähr 6, und die Ansprechzeit der Flüssiglinse 54 liegt in der Größenordnung von 10 ms. Es kann gezeigt werden, dass ϕ= ϕ₀+ϕ_L-dϕ₀ϕL= ϕ₀+(1-dϕ₀)ϕ_L, Δϕ=(1-dϕ₀))Δϕ_L ist, wobei ϕ die optische Brechkraft des gesamten Abbildungslinsen-Aufbaus 20 ist, wobei ϕ₀ die optische Brechkraft der Basislinse 40 ist, wobei ϕ_L die optische Brechkraft der Flüssiglinse 54 ist, wobei d der Abstand zwischen der Basislinse 40 und der Flüssiglinse 54 ist, wobei Δϕ die gewünschte optische Brechkraftveränderung des gesamten Abbildungslinsen-Aufbaus 20 ist und wobei Δϕ_L die benötigte optische Brechkraftvariation der Flüssiglinse 54 ist. Da ϕ₀ positiv und allgemein konstant ist, ist es erforderlich den Abstand oder den Luftspalt zwischen der Basislinse 40 und der Flüssiglinse 54 zu minimieren, um Δϕ_L zu minimieren, und somit die Spannungsveränderung für die Flüssiglinse 54 zum Erreichen der gewünschten Autofokussierungs-Tiefenschärfe minimieren, insbesondere wenn die Flüssiglinse 54 über der Zeit altert.
6 ist ein Flussdiagramm, welches das Verfahren zum Beleuchten des Ziels 38, welches elektrooptisch gelesen werden soll, durch Aufnehmen von zurückkehrendem Licht von dem Ziel 38 über einem Sicht Feld eines Felds von Bildsensoren des Festkörper-Abbilders 24 und durch Projizieren des aufgenommenen zurückkehrenden Lichts auf dem Feld darstellt. Das Verfahren wird ausgeführt durch den Schritt 80, bei dem das aufgenommene zurückkehrende Licht entlang der optischen Achse 46 durch die Basislinse 40 mit einer optischen Brechkraft, eine Zielseite, die auf das Ziel 38 hin gerichtet ist, und eine Abbilderseite, die auf den Abbilder 24 hin gerichtet ist, geführt wird. Das Verfahren wird ferner ausgeführt durch den Schritt 82 zum Kontaktieren der Aperturblende 50 mit der Apertur 52, durch die sich die optische Achse 46 erstreckt und das aufgenommene zurückkehrende Licht tritt, in einem direkten Oberflächenkontakt mit der Abbilderseite der Basislinse 40, und durch den Schritt 84 zum Vergrößern der Apertur 52 in der erscheinenden Größe durch die optische Brechkraft der Basislinse 40, um eine vergrößerte Eintrittspupillenebene zu bilden, so wie sie durch die Zielseite gesehen wird. Das Verfahren wird noch weiter ausgeführt durch den Schritt 86, bei dem mit einer Flüssiglinse 54 mit variablem Fokus ein wesentlicher Betrag des zurückkehrenden Lichts, welches durch die vergrößerte Eintrittspupillenebene bei einem erweiterten Bereich von Arbeitsabständen aufgenommen wird, auf dem Abbilder 24 fokussiert wird.
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, so wie er in den Ansprüchen aufgeführt ist, abzuweichen. Demzufolge sollte die Beschreibung und die Figuren in einem illustrativen und nicht in einem beschränkenden Sinn verstanden werden, und sämtliche derartigen Modifikationen sollen in den Schutzumfang der vorliegenden Lehren fallen.
Die Nutzen, Vorteile, Lösungen von Problemen und irgendein Element (irgendwelche Elemente), die bewirken können, dass irgendein Nutzen, Vorteil oder eine Lösung ausgeprägter auftreten oder ausgeprägter werden, sollen nicht als kritische, benötigte oder wesentliche Merkmale oder Elemente von irgendeinem oder sämtlichen Ansprüchen angesehen werden. Die Erfindung wird ausschließlich durch die beigefügten Ansprüche einschließlich von irgendwelchen Änderungen, die während der Anhängigkeit dieser Anmeldung durchgeführt werden, und sämtlichen äquivalenten Ausführungsformen von denjenigen Ansprüchen wie erteilt definiert.
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“ vorangeht, 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.
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.
Ferner kann eine Ausführungsform als ein Speichermedium, welches von einem Computer lesbar ist, und welches einen 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, implementiert werden. 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.
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.

Claims

Abbildungslinsen-Aufbau zum Aufnehmen von Licht von einem Ziel über einem Sichtfeld eines Felds von Bildsensoren eines Festkörper-Abbilders, und zum Projizieren des aufgenommenen Lichts auf das Feld während eines elektrooptischen Lesevorgangs des Ziels, wobei der Aufbau umfasst: eine Basislinse, die das aufgenommene Licht entlang einer optischen Achse passiert, wobei die Basislinse eine optische Brechkraft, eine Zielseite, die auf das Ziel hin gerichtet ist, und eine Abbilderseite, die auf den Abbilder hin gerichtet ist, aufweist; eine Aperturblende in einem direkten Oberflächenkontakt mit der Abbilderseite der Basislinse und mit einer Apertur, durch die sich die optische Achse erstreckt und das aufgenommene Licht tritt, wobei die Apertur in der erscheinenden Größe durch die optische Brechkraft der Basislinse vergrößert wird, um, gesehen durch die Zielseite, eine vergrößerte Eintrittspupille zu bilden; und eine Linse mit variablem Fokus, die entlang der optischen Achse zwischen der Aperturblende und dem Abbilder angeordnet ist, zum Fokussieren eines wesentlichen Betrags des Lichts, das durch die vergrößerte Eintrittspupille aufgenommen wird, über einem erweiterten Bereich von Arbeitsabständen auf den Abbilder.
Abbildungslinsen-Aufbau nach Anspruch 1, wobei die Basislinse eine erste Linse mit einer positiven optischen Brechkraft, eine zweite Linse mit einer negativen optischen Brechkraft, und eine dritte Linse mit einer positiven optischen Brechkraft aufweist, und wobei die zweite Linse zwischen den ersten und dritten Linsen angeordnet ist.
Abbildungslinsen-Aufbau nach Anspruch 2, wobei die erste Linse eine sphärische Oberfläche aufweist und wobei jede der zweiten und dritten Linsen eine asphärische Oberfläche aufweist.
Abbildungslinsen-Aufbau nach Anspruch 2, wobei die erste Linse aus einem Kron-Material mit hohem Brechungsindex und niedriger Dispersion gebildet ist, wobei die zweite Linse aus einem Flint-Material mit hohem Brechungsindex und hoher Dispersion gebildet ist, und wobei die dritte Linse aus einem Kron-Material mit niedrigem Brechungsindex und niedriger Dispersion gebildet ist.
Abbildungslinsen-Aufbau nach Anspruch 2, wobei jede Linse wenigstens eine gekrümmte Oberfläche aufweist, die sich in Richtung auf die Aperturblende hin verbiegt und dessen Krümmungszentrum auf der gleichen Seite der Aperturblende angeordnet ist.
Abbildungslinsen-Aufbau nach Anspruch 2, wobei die positive optische Brechkraft der ersten Linse zwischen ungefähr 1 und ungefähr 1,2 mal die optische Brechkraft des Abbildungslinsen-Aufbaus ist, wobei die negative optische Brechkraft der zweiten Linse ungefähr zwischen -1,2 und ungefähr -1 mal die optische Brechkraft des Abbildungslinsen-Aufbaus ist, und wobei die positive optische Brechkraft der dritten Linse zwischen ungefähr 1 und ungefähr 1,2 mal die optische Brechkraft des Abbildungslinsen-Aufbaus ist, für eine thermische und Aberration-Kompensation.
Abbildungslinsen-Aufbau nach Anspruch 1, wobei die Linse nahe zu der Basislinse mit einer minimalen Beabstandung relativ zu der Basislinse angeordnet ist, und wobei die Linse ein Paar von lichtdurchlässigen Flüssigkeiten, angeordnet entlang der optischen Achse, aufweist, wobei die Flüssigkeiten unvermischbar, mit unterschiedlichen optischen Brechungsindizes und von der gleichen Dichte sind, wobei eine der Flüssigkeiten eine veränderbare Form zum optischen Modifizieren des aufgenommenen Lichts, welches durch die eine Flüssigkeit tritt, entlang der optischen Achse in Richtung auf den Abbilder hin aufweist.
Abbildungslinsen-Aufbau nach Anspruch 1, und ein Staubabdeckungsglas, das entlang der optischen Achse zwischen der Linse und dem Abbilder angeordnet ist und von dem Abbilder entfernt ist.
Anordnung zum Abbilden eines Ziels, das durch eine Bildaufnahme elektrooptisch gelesen werden soll, umfassend: ein Gehäuse mit einem Fenster; einen Festkörper-Abbilder in dem Gehäuse und mit einem Feld von Bildsensoren, die ein Sichtfeld aufweisen; und einen Abbildungslinsen-Aufbau in dem Gehäuse, zum Aufnehmen von Licht über dem Sichtfeld von dem Ziel durch das Fenster, und zum Projizieren des aufgenommenen Lichts auf das Feld während eines elektrooptischen Lesevorgangs des Ziels, wobei der Abbildungslinsen-Aufbau umfasst: eine Basislinse, durch die das aufgenommene Licht entlang einer Achse geht, wobei die Basislinse eine optische Brechkraft, eine Zielseite, die auf das Ziel hin gerichtet ist, und eine Abbilderseite, die die auf den Abbilder hin gerichtet ist, aufweist; eine Aperturblende in einem direkten Oberflächenkontakt mit der Abbilderseite der Basislinse und mit einer Apertur, durch die sich die optische Achse erstreckt und das aufgenommene Licht geht, wobei die Apertur in der erscheinenden Größe durch die optische Brechkraft der Basislinse vergrößert wird, um eine vergrößerte Eintrittspupille, durch die Zielseite gesehen, zu bilden; und eine Linse mit variablem Fokus, die entlang der optischen Achse zwischen der Aperturblende und dem Abbilder angeordnet ist, zum Fokussieren eines wesentlichen Betrags des Lichts, das von der vergrößerten Eintrittspupille aufgenommen wird, über einem erweiterten Bereich von Arbeitsabständen auf den Abbilder
Anordnung nach Anspruch 9, wobei die Basislinse eine erste Linse mit einer positiven optischen Brechkraft, einer zweiten Linse mit einer negativen optischen Brechkraft, und eine dritte Linse mit einer positiven optischen Brechkraft aufweist, und wobei die zweite Linse zwischen den ersten und dritten Linsen angeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 10, wobei die erste Linse eine sphärische Oberfläche aufweist und wobei jede der zweiten und dritten Linsen eine asphärische Oberfläche aufweist.
Anordnung nach Anspruch 10, wobei die erste Linse aus einem Kron-Material mit hohem Brechungsindex und niedriger Dispersion gebildet ist, wobei die zweite Linse aus einem Flint-Material mit hohem Brechungsindex und hoher Dispersion gebildet ist, und wobei die dritte Linse aus einem Kron-Material mit niedrigem Brechungsindex und niedriger Dispersion gebildet ist.
Anordnung nach Anspruch 10, wobei jede Linse wenigstens eine gekrümmte Oberfläche aufweist, die sich in Richtung auf die Aperturblende hin verbiegt und dessen Krümmungszentrum auf der gleichen Seite der Aperturblende angeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 10, wobei die positive optische Brechkraft der ersten Linse zwischen ungefähr 1 und ungefähr 1,2 mal die optische Brechkraft des Abbildungslinsen-Aufbaus ist, wobei die negative optische Brechkraft der zweiten Linse ungefähr zwischen -1,2 und ungefähr -1 mal die optische Brechkraft des Abbildungslinsen-Aufbaus ist, und wobei die positive optische Brechkraft der dritten Linse zwischen ungefähr 1 und ungefähr 1,2 mal die optische Brechkraft des Abbildungslinsen-Aufbaus ist, für eine thermische und Aberration-Kompensation.
Anordnung nach Anspruch 9, wobei die Linse nahe zu der Basislinse mit einer minimalen Beabstandung relativ zu der Basislinse angeordnet ist, und wobei die Linse ein Paar von lichtdurchlässigen Flüssigkeiten, angeordnet entlang der optischen Achse, aufweist, wobei die Flüssigkeiten unvermischbar, mit unterschiedlichen optischen Brechungsindizes und von der gleichen Dichte sind, wobei eine der Flüssigkeiten eine veränderbare Form zum optischen Modifizieren des aufgenommenen Lichts, welches durch die eine Flüssigkeit tritt, entlang der optischen Achse in Richtung auf den Abbilder hin aufweist.
Anordnung nach Anspruch 9, und ein Staubabdeckungsglas, das entlang der optischen Achse zwischen der Linse und dem Abbilder angeordnet ist und von dem Abbilder entfernt ist.
Anordnung nach Anspruch 9, und einem Beleuchtungslicht-Aufbau zum Beleuchten des Ziels mit Beleuchtungslicht mit einem geringen Helligkeitspegel als Folge des Durchgangs des wesentlichen Betrags des Lichts, aufgenommen durch die vergrößerte Eintrittspupille, durch die Basislinse und die Linse zu dem Abbilder.
Verfahren zum Abbilden eines Ziels, welches elektrooptisch gelesen werden soll, durch Aufnehmen von Licht von dem Ziel über einem Sichtfeld eines Felds von Bildsensoren eines Festkörper-Abbilders, und durch Projizieren des aufgenommenen Lichts auf das Feld, wobei das Verfahren umfasst: Führen des aufgenommenen Lichts entlang einer optischen Achse durch eine Basislinse mit einer optischen Brechkraft, einer Zielseite, die auf das Ziel hin gerichtet ist, und einer Abbilderseite, die auf den Abbilder hin gerichtet ist; Kontaktieren einer Aperturblende mit einer Apertur, durch die sich die optische Achse erstreckt und das aufgenommene Licht geht, in einem direkten Oberflächenkontakt mit der Abbilderseite der Basislinse; Vergrößern der Apertur in der erscheinenden Größe durch die optische Brechkraft der Basislinse, um eine vergrößerte Eintrittspupille, gesehen durch die Zielseite, zu bilden; und Fokussieren, mit einer Linse mit variablem Fokus, eines wesentlichen Betrags des Lichts, welches durch die vergrößerte Eintrittspupille aufgenommen wird, über einem erweiterten Bereich von Arbeitsabständen auf dem Abbilder.
Verfahren nach Anspruch 18 und Konfigurieren der Basislinse als eine Vielzahl von Linsen, die entlang der optischen Achse angeordnet werden.
Verfahren nach Anspruch 18, und Anordnen eines Staubabdeckungsglases entlang der optischen Achse zwischen der Linse und dem Abbilder, und Anordnen des Staubabdeckungsglases entfernt von dem Abbilder.