TWI380296B - Optical head that can be easily assembled - Google Patents

Description

1380296 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102，其 中光學讀取頭101包含一中空殼體11〇、一光源模組120 及一感光模組140。光源模組1 20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no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 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100* 100。 感光模組140的透鏡搭配CMOS感測器的可視角度（Field of View ’ FOV)約為 ArcTan(圖案對角 /2/EFL)*2，其中 EFL 為透鏡之等效焦距。光源模組丨20通常是發光二極體 (LED) ’其發光波長大約為8〇〇nm〜950nm的紅外線。感 丄 之透鏡固疋結構可以調整透鏡到物體1 ο 2 • - ^圖像之取向距離。藉由調整感光模組140之透鏡固 ..:結構、設計，空殼體11〇之内壁面之反射特性以及調 正光源模，组120之位置，即可控制光學讀取帛ι〇ι對於 物體102之照明效果。 ， 於例子中’鏡頭的解像約為50至80 lp/mm， 、 8〇/〇且相對通光口彳坐（f-number，F/N)不宜太高以免 曰加照明負擔。讀取頭讀取物體之容許傾斜角度要達到 0至4〇度，鏡頭的景深（Deep Of focus)大於土〇 7 mm。 物體102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 達到〇至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 鲁 發出的光線打在譬如是錐狀筆頭的中空殼體110之内壁 ， 面上，以增加入射光的強度。但是，本案發明人發現在 ：入射角等於24度時，仍會有反射強光進入到感光模組 140,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140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，不同之處在於直接以 LED 120的光線打在物體1〇2上，這種情況非常容易 造成反射的強光進到感光模組140内而進—步降低對 6 1380296 比。 · 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 率以減少LED t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 學讀取頭，同時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。 為達上述目的，本發明提供一種便於組裝之光學讀 取頭，用以讀取一物體之一影像。光學讀取頭包含一殼 體、一漫射構造、一光源模組及一感光模組。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 _ 面之一第一光源。基板之正面係固定至漫射構造之一外 ”表面。第一光源提供一初始光線射入至漫射構造中。漫 3射構造將初始光線處理成一均勻光線後輸出。感光模組 固定於殼體内，用以感測被物體反射所產生之一反射光 • 線。 因此，本發明可以大幅縮小光學讀取頭的體積，以 方便使用者攜帶使用。此外，由於光源可以裝設得非常 靠近受測物體，且光源所發出來的大部分光線可以接近 垂直地入射至漫射構造中，因此可以有效提升照明效率 7 1380296 及辨識能力。再者，發夹-極砰 w 發先―極體可以直接焊接在軟性電 路板上，形成所謂的表面安裝式發光二

Mount LED)，使得 #、择广知认 m ( urface p /件光源杈組的固定方式更加簡化，而不 二炅：的二方式，只要將軟性電路板環繞漫射構造一 :讓IT光學讀取頭的組裝可以變成相當簡便。 為讓本發明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顯示依據本發明第-實施例之光學讀取頭之應 用不意圖。如圖3所示’本實施例之光學讀取頭i係用 以讀取一物體2之-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i包含一殼體1〇、 -漫射構造20、-光源模組3〇及一感光模組4〇。 /又射構& 2G連接至滅體1G。於圖3中，漫射構造n 可為中工體或中空管體，進而可當作_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31環繞漫射構造2〇超過 360度。然而，本發明並未受限於此，基板31亦可以環 繞漫射構造2〇小於360度。舉例而言，基板31環繞漫 射構造2〇可以小於180度或介於180度跟360度之間。 光源杈組30具有基板31及安裝至基板3ι之正面31八 之一第一光源32。基板3 1之正面3丨a係固定至漫射構 造20之—外表面21，第一光源32提供一初始光線li 8 1380296 射入至漫射構造20中，漫射構造20接收初始光線， 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中進行多次反射後，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被物體2反射所產生之一反射光線Eg。感光模組切 '之—光軸40A實質上平行於漫射構造20之一軸向方向 φ 20A。 基板3 1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6〇而電連接至 光予β賣取頭1之一主機板50。第一光源32可以是一發 光二極體。主機板50形成有複數個電子元件以構成處理 電路。在光學讀取頭1讀取物體上的圖案後，主機板5〇 上的處理電路可以直接辨識此圖案並輸出對應於此圖案 的對應§fl ΐί虎，譬如是發出聲音或發出光線等等，藉以跟 B 使用者進行互動。 ·. 為了提供更贵的均勻光線，光源模組30可以更具有 ^ 一第一光源33，第二光源33安裝於基板31上，且電連 接至基板31。第一光源33亦可以是發光二極體。LED31 及32可以容納於漫射構造2〇的凹槽24與25中，使其 大部分的光線可以垂直入射至漫射構造2〇中。於另一例 子中’第二光源;33可以安裝於另一基板上。因此，光源 模組30 &含但$限於—個#光二極體或多個發光二極 體。多個發光二極體可以發出相同的光線或不同的光線。 9 1380296 感光模組40包含一透鏡41及一影像感測器42❶透 鏡41固定於殼體10中。影像感測器42透過主機板50 . 而固定於殼體10，並透過透鏡41接收反射光線L3。 為了遽除第一光源及第二光源所發出的紅外光，感 光模組40可以更包含一紅外線濾波器43，其固定於殼 體10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20設計成使 其内壁23可相對於殼體1〇之外壁u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31A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L4反射到漫射構造20中。 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。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， Λ用以避免雜散光進入感光模組40。雜散光消除區段22 通常被設計成圓錐狀，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40包含一鏡筒44、 透鏡41及—影像感測器4 2。類似地，感光模組4 〇可 以更包含一、红外線濾波器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41接收反射光線L3。 1380296 由上可知，本實施例之光學讀取頭丨的長度可以有 ‘ 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（EquWaient

Focal Length，EFL)可以小於或等於3公釐。 藉由本發明之上述實施例，可以大幅縮小光學讀取 頭的體積，以方便使用者攜帶使用。此外，由於光源可 •以裝設得非常靠近受測物體，且光源所發出來的大部分 ® 光線可以接近垂直地入射至漫射構造中，因此可以有效 提升照明效率及辨識能力。再者，發光二極體可以直接 焊接在軟性電路板上，形成所謂的表面安裝式發光二極 體（Surface Mount LED)，使得光源模組的固定方式更加 簡化，而不需複雜的固定方式，只要將軟性電路板環繞 漫射構造一圈即可。因此’光學讀取頭的組裝可以變成 相當簡便。 雙成* …-I厂Μ代m i丹瓶耳施例僅 用以方便說明本發明之枯淋& _ 技術内谷，而非將本發明狹義地 限制於上述實施例，在 超出本發明之精神及以下申諳 專利範圍之情況，所做之種 之範圍。 心棲種變化實施，皆屬於本發明 1380296 【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 用示意圖。 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)

1380296 充修正 十、申請專利範圍： 1. 種光學讀取頭’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； 一光源模級’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’該第一光源提供一光線射入至該漫 射構造中’該漫射構造進而將該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項所述之光學讀取頭，其 中該基板環繞該漫射構造。 4. 如申請專利範圍第1項所述之光學讀取頭，其 中該第一光源係為一發光二極體。 5. 如申請專利範圍第1項所述之光學讀取頭，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。 6· 如申請專利範圍第5項所述之光學讀取頭，其 中該基板環繞該漫射構造。 13 1380296 101年8月24日補充修正 7. 如申請專利範圍第5項所述之光學讀取頭，其 中該第一光源及該第二光源係為發光二極體。 8. 如申請專利範圍第1項所述之光學讀取頭，其中 該漫射構造係為一中空管體。 9. 如申請專利範圍第1項所述之光學讀取頭，其中 該漫射構造係為一實心柱體。 10. 如申請專利範圍第1項所述之光學讀取頭，其 中該漫射構造可相對於該殼體移動。 11 ·如申請專利範圍第1 〇項所述之光學讀取頭，其 中該漫射構造與該殼體係藉由螺紋而相對移動。 12. 如申請專利範圍第1項所述之光學讀取頭，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。 13. 如申请專利範圍第1項所述之光學讀取頭，其 中該基板之該正面用以將未直接射入至該漫射構造中之 該第一光源所發出之一次要光線反射到該漫射構造中。 14. 如申睛專利範圍第1項所述之光學讀取頭，其 中該感光模組包含： 一透鏡，其固定於該殼體中；及 一影像感測器，4 Μ μ 2 Α 回疋於该喊體，並透過該透鏡接 收該反射光線。 1如申明專利範圍第14項所述之光學讀取頭， 其中該感光模組更包含： 一紅外線渡波器，其固定於# Μ _ & ν、U疋;^孩威體中，用以過濾該 反射光線之紅外光。 14 1380296 101年8月24日補充修正 16·如申請專利範圍第14項所述之光學讀取頭， • 其中該漫射構造具有一雜散光消除區段’用以避免雜散 . 光進入該感光模组。 17·如申請專利範圍第1項所述之光學讀取頭’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。 18· 如申請專利範圍第17項所述之光學讀取頭， 其中該透鏡之一等效焦距小於或等於3公釐。 15