[发明专利]用于扫描光学代码的方法和设备

说明书

技术领域

本发明总体上涉及光学代码扫描器，更具体地涉及一种提高扫描器的操作范围和扫描图像的质量的用于扫描光学代码的方法和设备。

背景技术

在现代的超市购物过的任何人都熟悉光学代码成像装置(在这种情况下，条形码扫描器)，所述光学代码成像装置通过扫描印在产品包装上的条形码方便快速结账。这是条形码读取的相对容易的应用，因为为了读取条形码的目的需要由操作员使包装停顿。然而，条形码读取器仍然必须具有合理范围的操作距离，因为用户不能每次把条形码精确地放置在同一位置。

最近，光学代码读取器已被用于组装物品、检查物品、包装物品等的生产线。光学代码读取的这种应用复杂得多，因为产品例如在传送带上以相对较高的速度沿生产线移动。因此，为了避免在生产线上产生瓶颈，对光学代码进行准确解码而不会降低物体沿生产线移动的速度是重要的。因此，能够准确对光学代码解码的速度变为主要关心的问题。在其它条件相同的情况下，如果代码读取器能够在与扫描器相隔更大的距离范围上扫描代码，则能够以更高的生产线速度、更可靠地检测光学代码。

常用于线性条形码的一种形式的光学扫描器把激光束投射于远处的光学代码并沿条形码的方向线性地扫描该激光束。与黑暗区域(条)相比从条形码的明亮区域反射更多的激光束，因此，当感测时从条形码反射的光包含分别与条形码的间隔和条对应的一系列亮部分和暗部分。

对条形码的明亮区域和黑暗区域的准确检测需要在条形码上扫描良好聚焦的光源(在存在大量环境光时尤其如此)，以准确确定哪些区域是亮的或暗的，特别是在哪里出现明亮区域和黑暗区域之间的过渡区域。常见的方法是把光源聚焦于条形码预期所在的特定位置并通过使光束穿过预设尺寸的光阑来限制光束直径。图1是已被如此处理的光束的示意图。可以看出，光束将具有最小直径部分或腰部，并且在腰部的任一侧的宽度将增加。虽然当光学代码位于腰部时扫描的质量极好，但在与腰部相隔较远的距离(尤其在更接近扫描器的位置)，随着伴随的光学分辨率的降低，质量下降。结果，扫描器具有操作范围R，超过该操作范围R，分辨率可能会是不可接受的，或者对比度可能减小以致于使得光学代码不可读取。通过减小所述光阑的尺寸(但只能以减小总体照明为代价)，能够增加操作范围R。也就是说，需要光源的亮度的显著增加。

因此，在现有技术中非常需要提高光学代码扫描器的操作范围。

发明内容

自从发现光学透镜以来，人类一直努力通过消除光学像差来提高光学透镜和系统的质量。根据本发明的一个方面，故意把光学像差引入到产生光学扫描器的扫描光束的光学系统，以便产生在离扫描器的不同距离处具有多个焦点或腰部的扫描光束。当光学代码处于离扫描器的不同距离处时，通过利用不同束腰位置能够由此增加扫描器的操作范围。可以在不需要按照不寻常的方式对光学器件进行成形以及不需要对光执行复杂处理的情况中实现这一点。

慧形像差或“慧差”是发生于具有离轴光源(即，不与光轴对准的光源)的光学系统中的常见形式的光学像差。具体地讲，光学系统的不同部分(例如，透镜的不同部分)不把穿过它们的光聚焦在同一点。结果，具有慧差的透镜根据离轴光入射在透镜上的点在离该透镜的不同距离处产生多个束腰，而不是利用离轴光源产生单个束腰。

根据一个实施例，故意把慧差引入到为光学代码扫描器提供光束的光学系统。这提供了在离扫描器的不同距离处具有多个束腰的扫描光束。通过对光源和聚焦光学系统进行定向以使得它们的光轴相交或者通过在光源和聚焦光学系统之间引入光学构件(诸如，棱镜)，可以实现这一点。

附图说明

通过下面参照附图对根据本发明的当前优选的示例性的实施例的详细描述，将会更全面地理解本发明的前面的简要描述和另外的目的、特征和优点，在附图中：

图1是由把没有像差的光源聚焦到特定位置并通过使光束穿过预设尺寸的光阑限制光束直径的现有的光学代码扫描器产生的光束的示意图；

图2包括图2(A)、2(B)、2(C)和2(D)的波形，是示出由光学扫描器产生的典型无像差光束的形状的光束剖面图；

图3包括图3(A)、3(B)、3(C)和3(D)的波形，是示出由根据本发明的一个方面的已引入慧形像差的光学扫描器产生的光束的形状的光束剖面图；

图4总结由图2(无像差单焦点系统)和图3(具有故意引入的慧形像差的系统)表示的系统的光学性能；

图5示出作为光学代码和扫描器之间的距离的函数的单焦点和慧形像差系统的沿传播方向的全宽半调制(FWHM)光束宽度；