TW201003645A - Optical head that can be easily assembled - Google Patents

Description

201003645 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種便於組裝之光學讀取頭。 【先前技術】 圖1顯示一種傳統之光學讀取頭之應用示意圖。如 - 圖1所示，光學讀取頭101係用以讀取一物體1 02，其 中光學讀取頭101包含一中空殼體110、一光源模組12 / 及一感光模組140。光源模組120固定於中空殼體11 〇 内並提供一光線。光線在中空殼體丨丨〇之内反射後照射 到物體102。感光模組140固定於中空殼體11〇内，用 以感測被物體1 02反射之光線。 光線的反射可分為三種形式，也就是鏡面反射、擴 散反射和漫射反射。鏡面反射是指光線的入射角度相等 於反射角度。擴散反射發生在不平坦的表面且反射的光 線超過一個角度’所有的反射光的反射角或多或少會與 I 入射角相同。漫射型的反射發生在粗糙或不光滑的表面， 其反射光會有許多不同的角度。 • 由於中空殼體110的内壁面並非屬於鏡面，所以會

有雜光L10進入到感光模組140。目前所使用的感光模 組140包含有CMOS感測器，其解析度一般為1〇〇*1〇〇。 感光模組1 4 0的透鏡搭配C Μ O S感測器的可視角度（f i e 1 d of View，FOV)約為 ArcTan(圖案對角 /2/EFL)*2，其中 EFL 為透鏡之等效焦距。光源模組120通常是發光二極體 (LED)，其發光波長大約為800nm〜950nm的紅外線。感 5 201003645 光模組1 40之一透鏡固定結構可以調整透鏡到物體1 〇2 上的圖像之取向距離。藉由調整感光模組14〇之透鏡固 定結構、設計中空殼體110之内壁面之反射特性以及調 整光源模組120之位置，即可控制光學讀取頭1〇1對於 物體102之照明效果。 於一例子中，鏡頭的解像約為5〇至8〇 lp/mm， Rl>8 0 /。，且相對通光口徑（f_number，f/n)不宜太高以免 增加照明負擔。讀取頭讀取物體之容許傾斜角度要達到 3〇至40度，鏡頭的景深（Deep 〇f f〇cus)大於±〇 7 mm。 物體1〇2可以是一本電子書，上面印有二維條碼圖案。 由於電子書的紙面材質容易反光，加上使用者握取讀取 頭來讀取電子書時，讀取頭跟紙面的傾斜角度A可能會 達到0至30度，或甚至是〇至4〇度。因此，必須避免 紙面反光所造成的強光進到感光模組14〇中而造成無法 辨識物體的問題。 於圖1中，係讓譬如是發光二極體之光源模組12〇 發出的光線打在譬如是錐狀筆頭的中空殼體110之内辟 面上 本案發明人發現在 以增加入射光的強度。但是 入射角等& 24 &時’仍會有反射強光進人到感光模組 14〇’而且，具有反射效果的内壁面（通常稱為反射罩）也 會使雜光射回感光模組14 0而進一步降低了對比 圖2顯示另一種傳統之光學讀取頭之應用示意圖。 圖2之光學讀取頭係類似於圖1 ,不 LED 120的光線打在物體1〇2上， 造成反射的強光進到感光模組14〇 同之處在於直接以 這種情況非常容易 内而進一步降低對 201003645 比0 因此’習知技術之光學讀取頭的缺點在於無法避 免反射強光所造成的辨識死角、無法有效提升照明效 率以減J LED之使用量及耗電量、以及無法有效提高 傾斜角度之容許範圍。此外，習知技術的光學讀取頭 的組裝亦相當複雜。 【發明内容] 因此，本發明之一個目的係提供一種便於組裝之光 學絲頭’同日夺能消除強反射光所造成的辨識死角，提 升照明效率以減少光源的數量及耗電量，並提升照明之 均勻性以提供傾斜角度容許範圍。 -為達上述目@，本發明提供一種便於組裝之光學讀 ^貝，用以讀取-物體之—影像。光學讀取頭包含一殼 、—漫射構造、—光源模組及—感光模組。漫射構造 連接至殼體。光源模組具有一基板及安裝至基板之一正 :之J ★源。基板之正面係固定至漫射構造之一外 表面。第一光源提供一 D先線射入至漫射構造中。漫 mr光線處理成—均勻光線後輸出。感光模組 體内，用以感測被物體反射所產生之一反射光 因此，本發明可以大幅 ^ ^ %縮小先學讀取頭的體積，以 ::使用者攜帶使用。此外，由於光源可以裝設 千古α 6 务出來的大部分光線可以接近 垂直地入射至漫射構造中， 迎 因此可u有效提升照明效率 201003645 及辨識能力。再者，欲> _ 路板上，形成所謂^ 體可以直接焊接在軟性電 M_t LED)，使得 ^文裝式發光二極體伽心 需複雜的固定方式，D i验认 更加間化’而不 圈即可。因此，二1取::二 為讓U日日 裝可以變成相當簡便。 ^ ’、— 之上述内容能更明顯易懂，下文特舉一 較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。 【實施方式】 圖3顯示依據本私明筮_ 不^月第實％例之光學讀取頭之應 用7Γ意圖％圖3所不’本實施例之光學讀取頭丄係用 以讀取-物體2之一影像。物體2譬如是電子書，上面 印有譬如二維條碼的圖案。光學讀取頭^包含一殼體1 〇、 一漫射構造20、一光源模組3〇及一感光模組4〇。 度射構造20連接至殼體1〇。於圖3中，漫射構造2〇 可為中空體或中空管體，進而可當作一個光積分球使用。 然而，漫射構造20亦可以是實心體或實心柱體。漫射構 造20可以是具有圓形、方形或其他截面形狀。當漫射構 造20具有圓形截面時’ 一基板3 1環繞漫射構造2〇超過 3 60度。然而，本發明並未受限於此，基板3 1亦可以環 繞漫射構造2 0小於3 6 0度。舉例而言，基板3 1環繞漫 射構造20可以小於180度或介於180度跟360度之間。 光源模組30具有基板31及安裝至基板31之正面31A 之一第一光源32。基板3 1之正面3 1A係固定至漫射構 造20之一外表面21，第一光源32提供一初始光線L1 201003645 射入至漫射構造20中’漫射構造2〇接收初始光線L1， 並將初始光線L1處理成一均勻光線L2後輸出，其中初 始光線L1係在漫射構造20十進行多次反射後，進而形 成均勻光線L2。或者，初始光線L1亦可以在漫射構造2〇 中進行多次反射及多次折射後，進而形成均勻光線L2。 感光模組40固定於殼體10内，用以感測均勻光線 L2被物# 2反射所產生之一反射光線^。感光模組切 之一光軸40A實質上平行於漫射構造2〇之一軸向方 20A。 呵 基板31係為一軟性電路板，第一光源32係電連接 至軟性電路板，而軟性電路板再透過導線6〇而電連 光學讀取f員1之一主機板5〇。第_光源32可以是—發 光二極體。主機板5G形成有複數個電子元件以構成處^ 電路。在光學讀取帛】讀取物體上的圖案後，主機板 上的處理電路可以直接辨識此圖案並輸出對應於 的對應訊號，譬如是發出聲音或發出 跟 使用者進行互動。 错从跟

為了 k供更亮的的4 I括 I 尺儿町巧q先線，光源模組3〇可以 一第二光源3 3，第_ φ 、有 枝 弟一先/原33安裝於基板31上，且n 接至基板31。第-夹调u + 電連

弟一九源33亦可以是發光二極體。LE 及32可以容納於漫射 31 又耵稱w 20的凹槽24與25中 大部分的光線可以垂吉 使其 子 直入射至漫射構造20中。於另—例 千 第一光源33可以忠姑认口 模电3〇句人/ 了 乂女裝於另一基板上。因此，光源 二包含但不限於-個發光二極體或多個發光二極 體。夕個發光二極體可以發出相同的光線或不同的光：。 9 201003645 感光模組40包含一透鏡41及一影像感測器42。透 鏡41固定於殼體1 〇中。影像感測器4 2透過主機板5 〇 而固定於殼體10,並透過透鏡41接收反射光線L3。 為了渡除第一光源及第二光源所發出的紅外光，感 光模组40可以更包含一紅外線濾波器43，其固定於殼 體1 〇中，用以過濾反射光線L3之紅外光。 為了便於對焦的調整，可以將漫射構造2〇設計成使 其内壁23可相對於殼體1〇之外壁〗丨滑動或移動。或者， 内壁2 3及外壁11可以形成有對應的螺紋以便於調整。 於本實施例中’基板3 1之正面3 1A係藉由一黏膠3 5 而固定至漫射構造20之外表面21。此外，基板31之正 面3 1A用以將未直接射入至漫射構造2〇中之第一光源32 所發出之一次要光線L 4反射到漫射構造2 〇中。 圖4顯示依據本發明第二實施例之光學讀取頭之應 用不意圖。為了便於清楚顯示起見，圖4並未顯示出基 板及黏膠。如圖4所示，本實施例係類似於第一實施例， 不同之處在於漫射構造20具有一雜散光消除區段22， 用以避免雜散光進入感光模組4〇。雜散光消除區段22 通’吊被设計成圓錐狀，用以避免雜散光進入到感光模組 40中。 此外，於本實施例中，感光模組4〇包含一鏡筒44、 透鏡41及衫像感測器4 2。類似地，感光模組4 〇可 以更包含一紅外線濾波器43。鏡筒44固定於殼體1 〇中。 透鏡41固定於鏡筒44中。影像感測器42固定於殼體1〇， 並透過透鏡4 1接收反射光線L3。 10 201003645 由上可知，本實施例之光學讀取頭1的長度可以有 效被縮短。傳統的光學讀取頭的透鏡之等效焦距 (Equivalent Focal Length，EFL)都是大於或等於 5 公釐’ 本發明的光學讀取頭的透鏡41之等效焦距（Equivalent

Focal Length, EFL)可以小 ' 藉由本發明之上述實 - 頭的體積，以方便使用者 以裝設得非常靠近受測物 光線可以接近垂直地入射 提升照明效率及辨識能力 焊接在軟性電路板上，形 體（Surface Mount LED)， 簡化’而不需複雜的固定 漫射構造一圈即可。因此 相當簡便。 於或等於3公釐。 施例，可以大幅縮小光學讀取 攜帶使用。此外，由於光源可 體，且光源所發出來的大部分 至漫射構造中’因此可以有效 。再者，發光二極體可以直接 成所謂的表面安裝式發光二極 使得光源模組的固定方式更加 方式，只要將軟性電路板環繞 ，光學讀取頭的組裝可以變成 出之具體實 非將本發明 之精神及以 施’皆屬於 施例僅 狹義地 下申請 I發明 在較佳實施例之詳細說明中所提 用以方便說明本發明之技術内容，而 限制於上述實施例’在不超出本發明 專利範圍之情況’所做之種種變化實 之範圍。 201003645 【圖式簡單說明】 圖1顯示一種傳統之光學讀取頭之應用示意圖。 圖2顯示另一種傳統之光學讀取頭之應用示意圖。 圖3顯示依據本發明第一實施例之光學讀取頭之應 用不意圖。 圖4顯示依據本發明第二實施例之光學讀取頭之應 用示意圖。 【主要元件符號說明】 L1 :初始光線 L2 ： 均勻光線 L3 :反射光線 L4 ： 次要光線 1 ： 光學讀取頭 2 :物體 10 :殼體 11 ： 外壁 20 :漫射構造 20A :轴向方向 21 :外表面 22 ： 雜散光消除區段 23 :内壁 24 ' 25 :凹槽 30 :光源模組 31 ： 基板 3 1 A :正面 32 ： 第一光源 33 :第二光源 35 ： 黏膠 40 :感光模組 40A :光軸 41 :透鏡 42 ： 影像感測器 43 :紅外線濾波器 44 ： 鏡筒 50 :主機板 60 ·· 導線 12

Claims (1)

1. 201003645 十、申請專利範圍： 1 ·—種便於組裝之光學讀取頭’用以讀取一物體 之影像，該光學讀取頭包含： 一殼體； 一漫射構造，其連接至該殼體； 一光源模組，其具有一基板及安裝至該基板的正面 之一第一光源，該基板的正面係固定至該漫射構造之一 外表面’該第一光源提供一初始光線射入至該漫射構造 中’該漫射構造進而將該初始光線處理成一均勻光線後 輸出；及 一感光模組’其固定於該殼體内’用以感測該均勻 光線被該物體反射所產生之一反射光線。 2. 如申請專利範圍第1項所述之便於組裝之光學 讀取頭’其中該感光模組之一光軸實質上平行於該漫射 構造之一軸向方向。 3 ·如申請專利範圍第1項所述之便於組裝之光學 讀取頭’其中該基板環繞該漫射構造超過3 6 〇度。 4 ·如申請專利範圍第1項所述之便於組裝之光學 讀取頭，其中該基板係為一軟性電路板，該第一光源係 電連接至該軟性電路板。 5·如申請專利範圍第4項所述之便於組裝之光學 讀取頭，其中該第一光源係為一發光二極體。 6 _如申明專利範圍第4項所述之便於組裝之光學 讀取頭，其中該光源模組更具有一第二光源，該第二光 源安裝於該基板上，且電連接至該基板。 13 201003645 7· 如申請專利範園第6項所述之便於組裝之光學 讀取頭，其中該基板環繞該漫射構造超過3 6 0度。 8. 如申請專利範圍第6項所述之便於組裝之光學 讀取頭，其中該第一光源及該第二光源係為發光二極體。 9. 如申請專利範圍第1項所述之便於組裝之光學讀 取頭，其中該漫射構造係為一中空管體。 I 0 ·如申請專利範圍第1項所述之便於組裝之光學 讀取頭，其中該漫射構造係為一實心柱體。 II _如申請專利範圍第1項所述之便於組裝之光學 讀取頭’其中该漫射構造可相對於該殼體移動。 12 .如申請專利範圍第丨丨項所述之便於組裝之光學 讀取頭’其中該漫射構造與該殼體係藉由螺紋而相對移 動。 13.如申請專利範圍第1項所述之便於組裝之光學 讀取頭，其中該基板之該正面係藉由一黏膠而固定至該 漫射構造之該外表面。 14.如申請專利範圍第丨項所述之便於組裝之光學 讀取頭，其中該基板之該正 面用以將未直接射入至該漫

   射構造中。

   讀取頭，其中該感光模組包含. 一诱鏡，其固定於姑iR m .

   收該反射光線。 14 201003645 16. 如申請專利範圍第1 5項所述之便於組裝之光 學讀取頭，其中該感光模組更包含： 一紅外線濾波器，其固定於該殼體中，用以過濾該 反射光線之紅外光。 17. 如申請專利範圍第15項所述之便於組裝之光 ' 學讀取頭’其中該漫射構造具有一雜散光消除區段，用 I 以避免雜散光進入該感光模組。 18. 如申請專利範圍第1項所述之便於組裝之光學 讀取頭，其中該感光模組包含： 一鏡筒，其固定於該殼體中 一透鏡，其固定於該鏡筒中；及 一影像感測器，其固定於該殼體，並透過該透鏡接 收該反射光線。 19. 如申請專利範圍第18項所述之便於組裝之光 學讀取頭’其中該透鏡之一等效焦距小於或等於3公釐。 15