公开了一种成像器型的光学代码阅读器，该光学代码阅读器具有与光源相关联的照明透镜(15)。在第一方向(X)上，透镜(15)的主面(16)具有多个基本区域(17)，所述多个基本区域中的每一个具有单独计算的相对于阅读器(1)的光轴(A-A)的斜率，以便所述基本区域(17)使来自所述光源并入射到其上的光分量偏转并且使其朝向照明图案的特定基本区域。因此可生成任何期望的辐照剖面。
1.成像器型的光学代码阅读器(1)，包括至少一个光源(2a、2b、S)以及至少一个照明透镜(3a、3b、15、19、24)，所述至少一个照明透镜(3a、3b、15、19、24)位于用于投射出预定照明图案(H)的所述至少一个光源(2a、2b、S)的下游，所述至少一个照明透镜(3a、3b、15、19、24)包括第一主面(16、20、25)，其特征在于：在第一方向(X)上，所述第一主面(16、20、25)具有多个基本区域(17、21、26-27、L1、L2、L3、......Ln)，所述至少一个照明透镜(3a、3b、15、19、24)的所述基本区域(17、
21、26-27、L1、L2、L3、......Ln)中的每一个具有单独计算的相对于阅读器(1)的光轴(A-A)的斜率以便所述基本区域(17、21、26-27、L1、L2、L3、......Ln)使来自所述至少一个光源(2a、2b、S)并入射到所述基本区域上的光分量(Φ1、Φ2、Φ3、......Φn)偏转朝向照明图案(H)的特定基本区域(H1、H2、H3、......Hm)。
2.根据权利要求1所述的阅读器(1)，其特征在于：所述至少一个照明透镜(3a、
3b、15、19)的相邻基本区域(17、21、L1、L2、L3、......Ln)具有为照射照明图案(H)的相同基本区域(H1、H2、H3、......Hm)或者照明图案(H)的相邻基本区域(H1、H2、H3、......Hm)而单独计算的斜率。
3.根据权利要求2所述的阅读器(1)，其特征在于：所述至少一个照明透镜(3a、
3b、15)的基本区域(17、L1、L2、L3、......Ln)是弯曲的区域，曲率半径在所述至少一个照明透镜(3a、3b、15)的相邻基本区域(17、L1、L2、L3、......Ln)之间缓慢地变化。
4.根据权利要求2所述的阅读器(1)，其特征在于：所述至少一个照明透镜(3a、3b)的基本区域(L1、L2、L3、......Ln)是平坦区域，相邻基本区域(L1、L2、L3、......Ln)的靠近边缘处是一致的。
5.根据权利要求3-4中的任何一项所述的阅读器(1)，其特征在于：基本区域(17、L1、L2、L3、......Ln)的密度大于每毫米50个基本区域(17、L1、L2、L3、......Ln)。
6.根据权利要求2所述的阅读器(1)，其特征在于：所述至少一个照明透镜(3a、
3b、19)的基本区域(21、L1、L2、L3、......Ln)是平坦区域，所述至少一个照明透镜(3a、3b、19)的相邻基本区域(21、L1、L2、L3、......Ln)的靠近边缘处不一致，所述相邻基本区域之间布置有连接面。
7.根据权利要求1所述的阅读器(1)，其特征在于：选择照明图案(H)的特定基本区域(H1、H2、H3、......Hm)以便所述至少一个照明透镜(3a、3b、24)的相邻基本区域(26-27、L1、L2、L3、......Ln)在相反方向上倾斜。
8.根据权利要求6-7中的任何一项所述的阅读器(1)，其特征在于：基本区域(21、
26-27、L1、L2、L3、......Ln)的密度大于每毫米2个基本区域(21、26-27、L1、L2、L3、......Ln)。
9.根据权利要求1-4和6-7中的任何一项所述的阅读器(1)，其特征在于：计算所述斜率，以便均匀地照射照明图案(H)的基本区域(H1、H2、H3、......Hm)。
10.根据权利要求1-4和6-7中的任何一项所述的阅读器(1)，其特征在于：计算所述斜率，以便与照明图案(H)的中间基本区域(H1、H2、H3、......Hm)相比更多地照射照明图案(H)的端部基本区域(H1、H2、H3、......Hm)。
11.根据权利要求1-4和6-7中的任何一项所述的阅读器(1)，其特征在于：计算所述斜率，以便进一步产生瞄准光图案。
12.根据权利要求1-4和6-7中的任何一项所述的阅读器(1)，其特征在于：计算所述斜率，以便进一步产生用于发送阅读结果信号的光图案。
13.根据权利要求1-4和6-7中的任何一项所述的阅读器(1)，其特征在于：计算所述斜率，以便使阅读器(1)与照明图案(H)之间的距离对所述照明图案(H)的辐照剖面的影响最小化。
14.根据权利要求1-4和6-7中的任何一项所述的阅读器(1)，进一步包括用于接收所述照明图案(H)所照射的支座所漫射的光的光检测器设备(5)，其特征在于：计算所述斜率，以便当所述支座具有均匀散射特性时所述照明图案具有使得所述光检测器设备(5)所接收到的所述光具有均匀分布的辐照剖面。
15.根据权利要求1-4和6-7中的任何一项所述的阅读器(1)，其特征在于：所述至少一个照明透镜(3a、3b、15、19、24)的与第一主面(16、20、25)相反的第二主面(18、
16.根据权利要求1所述的阅读器(1)，其特征在于：在与所述第一方向(X)相正交的第二方向(Y)上，所述至少一个透镜(3a、3b、15、19、24)的与第一主面(16、20、
25)相反的第二主面(18、23、28)呈现出多个第二基本区域，所述第二基本区域中的每一个具有单独计算的相对于所述光轴(A-A)的斜率，以便所有第二基本区域使来自所述至少一个光源(2a、2b、S)并入射到所述第二基本区域上的光分量偏转朝向照明图案(H)的相同基本区域。
17.根据权利要求1所述的阅读器(1)，其特征在于：同样在与所述第一方向(X)相正交的第二方向(Y)上，所述第一主面(16、20、25)呈现出多个基本区域，所述基本区域中的每一个具有单独计算的相对于所述光轴(A-A)的斜率，以便所述基本区域使来自所述至少一个光源(2a、2b、S)并入射到所述基本区域上的光分量偏转朝向阅读器(1)的照明图案(H)的特定基本区域。
18.根据权利要求16-17中的任何一项所述的阅读器(1)，其特征在于：所述至少一个照明透镜(3a、3b、15、19、24)的基本区域(17、21、26-27、L1、L2、L3、......Ln)在第一方向(X)上都具有相同宽度和/或在第二方向(Y)上都具有相同宽度。
19.根据权利要求1-4和6-7中的任何一项所述的阅读器(1)，其特征在于：所述至少一个照明透镜(3a、3b、15、19、24)的基本区域(17、21、26-27、L1、L2、L3、......Ln)在第一方向(X)上都具有相同宽度。
20.根据权利要求16-17中的任何一项所述的阅读器(1)，其特征在于：所述至少一个照明透镜(3a、3b、15、19、24)的基本区域(17、21、26-27、L1、L2、L3、......Ln)在第一方向(X)上具有不同宽度和/或在第二方向(Y)上具有不同宽度。
21.根据权利要求1-4和6-7中的任何一项所述的阅读器(1)，其特征在于：所述至少一个照明透镜(3a、3b、15、19、24)的基本区域(17、21、26-27、L1、L2、L3、......Ln)在第一方向(X)上具有不同宽度。
22.根据权利要求1-4和6-7中的任何一项所述的阅读器(1)，其特征在于：将所述至少一个照明透镜(3a、3b、15、19、24)与阅读器(1)的光学接收设备(4)的至少一个透镜(7)一起集成到公共体(8)中。
23.根据权利要求1-4和6-7中的任何一项所述的阅读器(1)，其特征在于：包括两个非准直光源(2a、2b)以及两个照明透镜(3a、3b、15、19、24)。
24.用于权利要求1-23中任一项的光学代码阅读器(1)的照明透镜(3a、3b、15、
25.一种用于制造在包括至少一个光源(2a、2b、S)的光学代码阅读器(1)中使用的照明透镜(3a、3b、15、19、24)的方法，包括步骤：沿着至少一个方向(X、Y)定义透镜(3a、3b、15、19、24)的多个(n)基本区域(17、21、26-27、L1、L2、L3、......Ln)；
定 义 照明 图 案 (H)中 的 多 个 (m)基 本 区 域(17、21、26-27、H1、H2、H3、......Hm)；
对于照明图案(H)的每个基本区域(H1、H2、H3、......Hm)，计算透镜(3a、3b、
15、19、24)的至少一个基本区域(17、21、26-27、L1、L2、L3、......Ln)的斜率，以便透镜(3a、3b、15、19、24)的所述至少一个基本区域使来自所述至少一个光源(2a、
2b、S)并入射到所述至少一个基本区域上的光分量(Φ1、Φ2、Φ3、......Φn)偏转朝向照明图案(H)的所述基本区域(H1、H2、H3、......Hm)；以及制造在每个基本区域(17、21、26-27、L1、L2、L3、......Ln)中都具有所计算的斜率的透镜(3a、3b、15、19、24)。
26.根据权利要求25所述的方法，其特征在于：所述至少一个方向(X、Y)是单个方向(X)并且透镜(3a、3b、15、19、24)的所述基本区域(17、21、26-27、L1、L2、L3、......Ln)是条带形的。
27.根据权利要求25所述的方法，其特征在于：所述至少一个方向(X、Y)是两个方向(X、Y)并且透镜(3a、3b、15、19、24)的所述多个基本区域(17、21、26-27、L1、L2、L3、......Ln)包括基本区域(17、21、26-27、L1、L2、L3、......Ln)的二维阵列。
28.根据权利要求25-27中的任何一项所述的方法，计算透镜的至少一个基本区域的斜率的步骤进一步包括预先确定照明图案(H)的辐照剖面(Ψ1、Ψ2、Ψ3、......Ψm)的步骤；其中，在计算照明图案(H)的每个基本区域(H1、H2、H3、......Hm)的斜率的步骤中所涉及的透镜(3a、3b、15、19、24)的基本区域(17、21、26-27、L1、L2、L3、......Ln)的数目使得偏转到照明图案(H)的所述基本区域(H1、H2、H3、......Hm)上的总光(Ψ1、Ψ2、Ψ3、......Ψm)与预定的辐照剖面(Ψ1、Ψ2、Ψ3、......Ψm)相对应。
29.根据权利要求25-27中的任何一项所述的方法，计算透镜的至少一个基本区域的斜率的步骤进一步包括强制透镜(3a、3b、15、19)的相邻基本区域(17、21、L1、L2、L3、......Ln)的斜率相差小于预定门限值的步骤。
30.根据权利要求25-27中的任何一项所述的方法，计算透镜的至少一个基本区域的斜率的步骤进一步包括强制相邻基本区域(26-27、L1、L2、L3、......Ln)的斜率处于相反方向上的步骤。
31.根据权利要求25-27中的任何一项所述的方法，计算透镜的至少一个基本区域的斜率的步骤包括确定所述至少一个光源(2a、2b、S)的辐照剖面(Φ1、Φ2、Φ3、......Φn)的初始步骤，其中，计算由透镜的每个基本区域所偏转的光分量，以作为所述至少一个光源(2a、2b、S)的所述辐照剖面(Φ1、Φ2、Φ3、......Φn)的函数。
32.根据权利要求25-27中的任何一项所述的方法，其中，所述制造透镜(3a、3b、
15、19、24)的步骤包括对透镜(3a、3b、15、19、24)进行注射模塑。
用于光学代码阅读器的照明透镜
技术领域
[0001] 本发明涉及一种光学代码阅读器、用于这种阅读器的照明透镜以及其的制造方法。
背景技术
[0002] 众所周知，光学代码是按照颜色并且可选地按照多个单元的数目以及相对尺寸所编码的信息。 条形的线性光学代码例如包含典型黑条与典型白空的交替序列，黑条和白空的每一个具有多个基本宽度的宽度。 二维代码包含恒定形状和尺寸的单元网格，但是具有两种或更多种不同颜色。 在任何情况下，通常字母数字混编的字符也属于本说明书以及权利要求中所使用的术语“光学代码”的范围之内。
[0003] 通常，光学代码阅读器包括一个或多个光源、用于将照明图案照射在光学代码上的照明光学器件以及用于对所照射的光学代码所漫射的光进行检测并且产生由其幅度和相位来表示光学代码单元的颜色和尺寸的电信号的装置。
[0004] 在本说明书以及权利要求中，术语“光”用于广义，其不但指可见光谱中的电磁辐照而且还指能够利用用于可见光谱的光学技术来操作的这种波长的电磁辐照，因此还包括UV和IR区域。
[0005] 例如通过滤波器、放大器以及数字化器来对该电信号进行适当地处理以获得光学代码的二进制表示，此后对该光学代码的二进制表示进行解码用于获得与正在阅读的特定光学代码相关的信息。 可将光学代码阅读的一部分委托给主处理器，一般将解码委托给主处理器。
[0006] 更具体地，本发明涉及成像器型的光学代码阅读器，其中，同时照射整个代码或者线性代码的整个宽度，并且在线性和二维光学代码的情况下分别通过线性的或矩阵型的光检测器设备或者传感器来使整个被照射的光学代码所漫射的光集聚并对其进行检测。
[0007] 为了良好的阅读结果，成像器阅读器中的照明图案应有明确定义的形状。 此外，在成像器阅读器中，电信号应该既不会受到例如由于所使用的照明源的发射特性所引起的对光学代码的各个区域的照射过程中的不均匀性的影响，也不会受到例如由于光学代码所漫射的光照射传感器的不同角度所引起的传感器的各个感光区当中的响应的不均匀性的影响。
[0008] 因此，公知的是使照明光学器件与光源以及将要对这种不均匀性进行校正的光学器件相关联。
[0009] 在线性光学代码的公知的解决方案当中，除了负透镜或正透镜、双凸透镜阵列(lenticular arrays)、全息漫射器以及棱镜阵列之外，还提到了在例如U.S.5,504,317中所描述的后者。 所有这些解决方案提供了微结构的局部反复，这可使入射光束仅在期望的方向上以预定角度漫射。 因此可使两个光源的发射波瓣重叠，这可提高照明线的均匀性并且可改善扫描线的外形。
[0010] 在上述公知的解决方案中，如在图15中可看出的，因为一般照射比阅读器接收光学器件实际上所框定的区域大很多的区域，所以以降低阅读器的总效率为代价而提供了均匀强度的照明图案。 该图图解地示出了由具有分别与其相关联的传统光学器件101a、101b的两个LED(发光二极管)光源100a、100b在最佳焦平面上且在靠近阅读范围(reading range)处所产生的辐照剖面(irradiance profile)以及其与接收光学器件的视场
102的关系。此外，从该图中可注意到，在靠近阅读范围处阅读器效率甚至下降并且阅读线极其不均匀。 此外，在所有 阅读距离处，照明线的侧边缘都没有明确定义，因此阅读器操作者并不清楚知道阅读区的角度范围。
[0011] GB 2 225 659A教导了使一对LED(发光二极管)中的每一个与用于在与布置在就阅读器而言的预定位置上的光学代码相平行的方向上对光进行聚焦的透镜或透镜部分以及用于在与光学代码相正交的方向上对光进行聚焦的透镜或透镜部分相关联，以便获得类似于细条带的照明线，其中条带端部上的照明比中心处的照明更强。 用于在与代码相平行的方向上进行聚焦的每个透镜或透镜部分呈现出曲率半径不同的两个区域。 在另一实施例中，该文献提供了单个LED以及曲率半径在朝着透镜端部的方向逐渐减小、中心部分凹两侧区域凸的透镜或透镜部分。 同样，在这种情况下，照射比阅读器接收光学器件实际上所框定的区域更大的区域。
[0012] 发明内容
[0013] 本发明的根本技术问题是要使得能够有效地照射成像器型的光学代码阅读器中的光学代码。
[0014] 根据本发明，通过下述成像器型的光学代码阅读器可解决该问题，所述成像器型的光学代码阅读器包括至少一个光源和位于所述至少一个光源的下游、用于投射出预定照明图案的至少一个照明透镜，所述至少一个照明透镜包括第一主面，其特征在于：在第一方向上，所述第一主面具有多个基本区域，所述至少一个照明透镜的所述基本区域中的每一个具有单独计算的相对于阅读器的光轴的斜率，以便所述基本区域使来自所述至少一个光源并入射到其上的光分量(light fraction)偏转朝向照明图案的特定基本区域。
[0015] 因此，可使一个或多个单元透镜区域与照明图案的每个基本区域相关联，以获得照明图案的每个基本区域中的期望光强，因而可生成以最佳方式校正了上述不均匀性的辐照剖面。
[0016] 如果照明透镜基本上与由阅读器的接收光学器件所定义的阅读器的光轴垂直，即基本上面向光学代码，那么第一方向一般与代码方向平行；相反，如果照明透镜被布置成与阅读器的光轴成一定角度，那么第一方向与光学代码的方向不平行。 [0017] 在一些实施例中，照明透镜的相邻基本区域具有为照射照明图案的相同基本区域或照明图案的相邻基本区域而单独计算的斜率。
[0018] 按照这种方式，如果照明图案中的所需辐照剖面基本均匀，那么照明透镜的相邻基本区域具有相同方向上的斜率并且斜率差很小。
[0019] 更具体地，在一个实施例中，照明透镜的基本区域是弯曲的区域，曲率半径在相邻基本区域之间缓慢地变化。
[0020] 在另一实施例中，照明透镜的基本区域是平坦区域，照明透镜的相邻基本区域的靠近边缘处是一致的。
[0021] 容易以诸如注射模塑法这样的低成本技术制成透镜的这种连续剖面。 [0022] 在上述实施例中，优选基本区域的密度大于每毫米50个基本区域，更优选大于每毫米100个基本区域。
[0023] 在另一实施例中，照明透镜的基本区域是平坦区域，照明透镜的相邻基本区域的靠近边缘处不一致，其之间布置有连接面。
[0024] 按照这种方式，透镜具有就其在第一方向上的整个宽度而言宏观上基本恒定的厚度。
[0025] 在另一实施例中，选择照明图案的特定基本区域，以便照明透镜的相邻基本区域在相反方向上具有斜率。
[0026] 同样按照这种方式，透镜具有就其在第一方向上的整个宽度而言宏观上基本恒定的厚度并且利用诸如注射模塑法这样的低成本技术而制成。
[0027] 在上述实施例中，优选基本区域的密度大于每毫米2个基本区域，更优选大于每毫米5个基本区域并且甚至更优选大于每毫米10个基本区域。
[0028] 一般地，计算斜率，以便均匀地照射照明图案的基本区域。
[0029] 可选地，计算斜率，以便与照明图案的中间基本区域相比更多地照射照明图案的端部基本区域。
[0030] 此外，计算斜率以优选在照明图案的端部区域中产生瞄准光图案和/或以产生用于发送阅读结果信号的光图案。
[0031] 优选地，计算斜率以使阅读器至照明图案的距离对所述照明图案的辐照剖面的影响最小化。
[0032] 一般地，阅读器进一步包括用于接收所述照明图案所照射的支座(support)所漫射的所述光的光检测器设备，并且有利的是，计算所述斜率，以便所述照明图案具有这样的辐照剖面，使得当所述支座具有均匀漫射特性时所述光检测器设备通过接收光学器件所接收到的所述光具有均匀分布。
[0033] 按照这种方式，光检测器设备所产生的电信号呈现出由光学代码单元的反射率所唯一调制的强度。
[0034] 在线性阅读器的情况下，为了使照明光集中在与形成了细的照明线的光学代码相正交的方向上，在第一尤其简单的实施例中，所述照明透镜的与第一主面相反的第二主面是柱面。
[0035] 在其他实施例中，在与所述第一方向相正交的第二方向上，所述透镜的与第一主面相反的第二主面呈现出多个第二基本区域，所述第二基本区域中的每一个具有单独计算的相对于所述光轴的斜率，以便所有的第二基本区域使来自所述至少一个光源并入射到其上的光分量偏转朝向照明图案的相同基本区域。
[0036] 按照这种方式，可获得类似于条带的照明图案，其中，与传统柱面透镜所产生的条带的纵向边缘相比，还对该条带的纵向边缘进行了进一步定义与进一步标记，因为传统透镜所存在的球面像差成分(contribution)得以减小。
[0037] 为了在线性阅读器的情况下产生二维照明图案，例如为了对准阅读结果和/或发送阅读结果信号，或者在二维阅读器的情况下，在透镜上形成了基本区域的规则二维布置(arrangement)，每个基本区域具有根据期望的二维照明图案所计算的各自的斜率，换句话说，同样在与所述第一方向相正交的第二方向上，所述第一主面可呈现出多个基本区域，每个所述基本区域具有单独计算的相对于所述光轴的斜率，以便所述基本区域使来自所述至少一个光源并入射到其上的光分量偏转朝向阅读器的照明图案的特定基本区域。
[0038] 所述至少一个照明透镜的基本区域可在第一方向上具有相同宽度和/或在第二方向上具有相同宽度，或者它们可在第一方向上具有不同宽度和/或在第二方向上具有不同宽度以用于提供照明图案中的进一步的自由度。
[0039] 有利地，将所述至少一个照明透镜与光学代码阅读器的光学接收设备的至少一个透镜一起集成到公共体中。
[0040] 一般地，阅读器包括两个非准直光源以及两个照明透镜。
[0041] 在其第二方面中，本发明涉及一种具有一个或多个上述特征的光学代码阅读器的照明透镜。
[0042] 在其第三方面中，本发明涉及一种用于制造在包括至少一个光源的光学代码阅读器中所使用的透镜的方法，该方法包括步骤：
[0043] 沿着至少一个方向定义透镜的多个(n)基本区域；
[0044] 定义照明图案的多个(m)基本区域；
[0045] 对于照明图案的每个基本区域，计算透镜的至少一个基本区域的斜率，以便透镜的所述至少一个基本区域使来自所述至少一个光源并入射到其上的光分量偏转朝向照明图案的所述基本区域；以及
[0046] 制造在每个基本区域中具有所计算的斜率的透镜。
[0047] 如上对于本发明的透镜可知，所述至少一个方向可以是单个方向，在这种情况下透镜的所述基本区域是条带形的，或者所述至少一个方向可以是两个方向，透镜的所述多个基本区域包括基本区域的规则二维阵列(array)。
[0048] 优选地，该方法进一步包括预先确定照明图案的辐照剖面的步骤；其中在计算照明图案的每个基本区域的斜率的步骤中所涉及的透镜的基本区域的数目使得偏转到照明图案的所述基本区域上的总光与预定的辐照剖面相对应。
[0049] 该方法进一步包括强制使相邻基本区域的斜率相差小于预定门限值的步骤。 [0050] 可选地，该方法进一步包括强制使相邻基本区域的斜率处于相反方向上的步骤。
[0051] 优选地，该方法包括确定所述至少一个光源的辐照剖面的初始步骤，并且其中计算由透镜的每个基本区域所偏转的光分量以作为所述至少一个光源的所述辐照剖面的函数。
[0052] 优选地，制造透镜的步骤包括对透镜进行注射模塑。
附图说明
[0053] 参考仅通过非限制性示例的方式提供的附图，从对其一些实施例的以下详细说明可更清楚地得知根据本发明的阅读器的这些及其他特征和优点。 附图是图解表示的，其中，仅为了更好地区分彼此而使用阴影线填充不同部件，并且该阴影线既不表示截面也不表示构成材料。 此外，再次仅为了更清楚地示出后面的部件，将一些部件示出为看起来像是透明的。
[0054] 图1是示出了根据本发明的阅读器的透视图；
[0055] 图2是示出了图1的阅读器的内部部件的一部分的透视性局部分解图； [0056] 图3是示出了其第一实施例中的、图1的阅读器的光学器件的一部分的透视图；
[0057] 图4是示出了其第二实施例中的、图1的阅读器的光学器件的一部分的透视图；
[0058] 图5和6示出了根据本发明的照明透镜的第一实施例；
[0059] 图7和8示出了根据本发明的照明透镜的第二实施例；
[0060] 图9和10示出了根据本发明的照明透镜的第三实施例；
[0061] 图11示出了可利用本发明的透镜在不同阅读距离处产生的、与接收光学器件的视场相关的辐照剖面；
[0062] 图12示出了可利用本发明的透镜产生的另一辐照剖面；
[0063] 图13是示出了根据本发明的、在用于计算透镜的局部斜率的程序中所涉及的一些实体的图解视图；
[0064] 图14示出了可利用本发明的透镜产生的照明图案；以及
[0065] 图15示出了可利用现有技术的透镜在不同阅读距离处产生的、与接收光学器件的视场相关的辐照剖面。
具体实施方式
[0066] 在图1和2中，图解性地示出了根据本发明的光学代码阅读器1。 [0067] 阅读器1具有基本平行六面体形状并且在实际实施例中，其尺寸在大约3
21.5mm×17.5mm×12.5mm之内，也就是说，在小于5000mm 的体积之内。 [0068] 阅读器1是线性光学代码的成像器阅读器并且包括两个LED光源2a和2b、照明光学器件以及接收光学器件4，所述照明光学器件包括用于将LED光源2a、2b所发射出的光投射到照明图案中的两个透镜3a、3b，所述接收光学器件4用于使照明图案所照射的线性光学代码所漫射的光集聚到线性光检测器设备或者传感器5上。 [0069] LED源2a、2b装配在公共印刷电路板(PCB)6的传感器5的侧面上，该公共印刷电路板形成了阅读器1的背面。 公共PCB6优选进一步包括诸如滤波器和模拟放大器这样的用于对线性传感器5所输出的信号进行预处理的前端电子器件以及用于将已适当预处理的信号转换成数字信号的模数转换器。 阅读器1可进一步设置有包括有下述电子部件的第二PCB(未示出)，所述电子部件用于对阅读器1进行控制、对公共PCB6所产生的数字信号进行处理、以及进行解码和/或与主处理器接口。
[0070] 然而，应该理解，公共PCB6可以与例如装配在其上的阅读器的底壁相平行地布置，在阅读器的底壁提供了用于使发射和接收路径中 的光偏转的倾斜的镜子。 [0071] 在阅读器1中，在形成了阅读器1前面的公共体(common body)8上提供了照明光学器件3a、3b的透镜以及接收光学器件的透镜7，但是这三个透镜3a、3b、7也可以是单独的元件。
[0072] 如在与同一申请人所递交的一个同一日期申请的、标题为“光学代码阅读器”、通过参考而引入到这里的专利申请中更好描述的，公共体8附接到相对于公共PCB6滑动的框架9上，但是可选地，阅读器1的内部结构可以是固定的。 [0073] 框架9在物理和光学上限定了三个独立的腔：包括接收光学器件4和传感器5的中心接收腔10以及包括光源2a、2b和照明光学器件3a、3b的两侧照明腔11a、11b。 [0074] 公共体8可以是由对塑料材料进行注射模塑制成的，并且在接收光学器件的透镜7与照明光学器件的两个透镜3a、3b之间形成了两个漫射的(例如褶皱的)或者不透明的区域12a、12b，以便阻挡光束在相邻透镜之间透射。 可选地，公共体8可以是通过对两个塑料材料进行共同模塑制成的，透明的一个用于透镜3a、3b、7，不透明的一个用于透镜3a、3b、7之间的所述中间区域12a、12b。 在图4所示的公共体8的实施例中，由接收光学器件4的透镜7周围的透明区域12c替代漫射的或者不透明的区域12a、12b，所述透明区域12c由按照相应方式所成形的框架9的壁所遮盖。
[0075] 如图4中的交叉阴影线所图解表示的，公共体8的边缘壁优选是不透明的(例如暗的或被处理成漫射的)以防止来自周围环境的侧光进入。
[0076] 除了上述透镜7之外，接收光学器件4还包括靠近公共体8附接 到框架9的光阑13以及包括附接到框架9之中的一个或多个透镜的光学组14。
[0077] 为了提高亮度，每个光源2a、2b可包括LED阵列。 作为LED的替代，光源2a、2b可以是激光二极管(LD)或垂直腔面发射激光器(VCSEL)或者其组合。 [0078] 例如通过使框架9位于阅读器1的一侧上，还可存在单个照明腔。 在这种情况下，存在与单个照明透镜相关联的单个LED、LD或VCSEL光源或者这种源的单个组。 [0079] 在如所示的线性阅读器1的情况下，照明图案应当基本上是照明线并且因此，在条形码基本与代码条和代码空隔垂直的情况下，两个透镜3a、3b将执行使源2a、2b所发射出的光在一个方向上漫射并且使源2a、2b所发射出的光集中在与光漫射的方向相正交的方向上这样的功能，也就是说，使源2a、2b所发射出的光集中在与条形码的条和空隔相平行的、线性光学代码不变的方向上。
[0080] 根据本发明，如在下文中参考图5至10所更好描述的，这可由具有局部定义的剖面的透镜来实现，其中图5至10示出了由参考数字15、19以及24表示的透镜3a的不同实施例，透镜3b与之类似。
[0081] 在下面的描述中，将参考图2所示的阅读器构造，其中透镜3a、3b与阅读器1的光轴A-A(与接收光学器件4的光轴一致)基本垂直地布置并且因此与用于接收光学代码的平面基本平行地布置。 在这种构造中，如第一方向X所指示的、其中光漫射的方向与透镜3a和3b本身的方向之一平行。 然而，应当理解，仅考虑这种角度均匀地影响通过整个透镜的光学光路，下列所述也适用于透镜布置成相对于光轴A-A成一定角度(一般朝向彼此会聚)。
[0082] 使光在第一方向X上漫射的功能可以通过在第一方向上的第一面16、20以及25上分别形成多个基本区域17、21以及26和27来实现，所述多个基本区域中的每一个具有其自己的相对于阅读器1的光轴A-A的单独的斜率，所述阅读器1的光轴如上述在阅读器1的情况中一样基本与第一面16、20、25相正交。 第一面16、20以及25优选是面向阅读器1的内部的一个。
[0083] 因而，透镜15、19以及24的每个基本区域17、21以及26和27根据某个角度而使入射到其上的光偏转，而与透镜15、19以及24的其他基本区域17、21以及26和27使光偏转所根据的角度无关。
[0084] 在图5和6中所示出的透镜15中，基本区域17是弯曲的区域，其中，相对于光轴A-A的斜率将理解为光轴A-A与基本区域17的中点处的法线之间的角度。 [0085] 曲率半径在基本区域17之间缓慢地变化，从而还由于基本区域17的高密度而使透镜15实际上具有基本连续的剖面，其中无法通过肉眼来区分单个基本区域17。 [0086] 在图5和6中，仅为了说明目的而示出了少量基本区域17。 在实际实施例中，根据该实施例的透镜应具有更高密度的基本区域，优选为每毫米至少50个。 [0087] 可选地，透镜15的基本区域17可以是平坦区域，相邻基本区域17的靠近边缘处是一致的。
[0088] 容易利用诸如注射模塑这样的低成本技术制成具有平坦基本区域17的连续剖面透镜或者其变形。然而，由于剖面连续性，所以透镜15与其部分的高度相比具有完全可变的厚度。
[0089] 代之以，图7和8的透镜19具有就其在第一方向X上的整个宽度而言宏观上基本恒定的厚度。通过使平坦的相邻基本区域21的靠近边缘处不一致而通过两个连接面22相连接来提供这种基本上恒定的厚度。
[0090] 透镜19可很好地适合于通过诸如激光蚀刻、反应离子蚀刻、电子束划线或者其他等效的这样的用于使负片用作对透镜进行再造的母片的复杂技术制成。 此后通过对塑料树脂进行热模压(hot embossing)来复制透镜。 然而，在注射模塑的情况下，无法在与透镜19的平面完全正交的平面上形成连接面22，相反，它们必须形成小的但抛光模塑的拔模角(draft angle)。 因此，在透镜19中形成了小的但抛光的在光学上不活跃的区域或者任何情况下效率低的区域。
[0091] 此外在图7和8中，仅为了说明目的示出了少量的基本区域21，但是在实际实施例中，根据这个实施例的透镜应具有优选每毫米至少2个这样的基本区域密度。 [0092] 图9和10的透镜24包括在一个方向上倾斜的基本区域26和在相反方向上倾斜的基本区域27，其中所述基本区域26与所述基本区域27交替，基本区域26和27的特定斜率仍然是单独定义的。
[0093] 相邻基本区域26、27的靠近边缘处是一致的，并且在宏观上，透镜24呈现出基本均匀的厚度，而不需要连接面。 然而，与透镜15和19的性能相比，当距焦平面的阅读距离变化时，其性能更快地变差。
[0094] 此外在该实施例中，基本区域26-27的密度优选为每毫米至少2个。 [0095] 如上所述，在透镜15、19以及24的各个实施例中，每个基本区域17、21以及26和27根据仅由其相对于轴A-A的斜率所强加的角度 使入射在其上的光偏转。 [0096] 再次参考图2，可将每个透镜3a、3b设计成使得将来自LED光源2a、2b的光投射到具有期望辐照剖面的期望照明图案中。 实际上，本发明的透镜既没有如双凸透镜或棱镜阵列或者全息漫射器中这样的重复性约束，也没有如圆柱形、环形或者球面透镜这样的对称性约束。
[0097] 例如，可获得具有明确定义的侧边缘的基本矩形辐照剖面，这使阅读器1的操作者可更好地识别阅读区，并且，正如从对上面所描述的、现有技术的图15与使用本发明的透镜3a和3b的相似图11之间的比较可明白的，由于可照射接收光学器件的全部视场29且仅照射光学器件的视场29，所以能够使得光学效率最大化。
[0098] 此外，公知的是，当阅读器1与光学代码之间的距离改变时可获得其均匀性尽可能不变地照明线，两个透镜3a、3b的每一个应该适当地产生通过具有奇对称的S形函数所描述的辐照剖面。 这实质上是修改了的、其中斜边呈现出拐点的三角形函数，利用现有技术的透镜难以获得该函数。 另一方面，如果随着阅读器1与光学代码之间的距离减小，两个透镜3a、3b的每一个产生形状为直角三角形的辐照剖面，那么三角形剖面将彼此分离并且照明图案的中心受到较少照射。 通过本发明的透镜的局部定义的剖面，可获得包括这种奇对称S形函数剖面的任何期望辐照剖面。
[0099] 此外，将理解的是，利用本发明的局部定义的剖面，可对由所使用的光源的发射特性引起的、诸如在LED源的情况下与微芯片键合引线相对应的典型中心暗区这样的任何照明不均匀性进行补偿。 因为本发明的透镜是非成像型的结构，所以没有如代之以成像型的现有技术的典型光学器件(圆柱形、环形以及球面透镜)所发生的将这种中心暗区投射到照明图案上。
[0100] 此外，利用本发明的局部定义的剖面，如图12所示，通过仅照射光信号较弱的区域，尤其是通过进一步照射照明线的边缘，可对由例如下述不同角度所造成的传感器5的感光区当中的响应的任何不均匀性进行补偿，光学代码所漫射的光以所述不同角度来照射传感器5的感光区。
[0101] 特别地，还可使照明线的边缘显著或者生成紧接于其端部的两个斑点或线段，由此为阅读器1的操作者提供指示物。
[0102] 此外，可对每个透镜的面16、20、25的部分进行分配以形成与不同LED源(未示出)相关的、用于发送光学代码阅读结果信号的光图案，一般具有与LED照明源2a、2b的颜色不同的颜色。
[0103] 还可分配两个照明透镜3a、3b中的一个以产生照明图案并且分配另一个以形成瞄准光图案和/或用于发送阅读结果信号的光图案。
[0104] 参考图13，现在对用于计算透镜15、19、24的基本区域17、21、26-27的斜率的程序进行描述。
[0105] 首先，沿着第一方向X定义透镜的n个基本区域L1、L2、L3、......Ln。 使光源S所发射出的光通量的部分Φ1、Φ2、Φ3、......Φn与透镜的每个部分相关。 可认为光通量Φ1、Φ2、Φ3、......Φn全部彼此相等并且等于光源S所发射出的总光通量的n分之一，但是优选它们实际上考虑了沿着光源S的第一方向Φ(X)的辐照剖面，为了方便起见将其表示为Φ(α)，其中α是从光轴A-A开始测量的发射角。
[0106] 依次将照明图案H划分成m个基本区域，优选但并不必需m＜n。将期望的照明剖面表示为应入射到m个基本区域的每一个中的部分光通量Ψ1、Ψ2、Ψ3、......Ψm。假定部分光通量Ψ1、Ψ2、Ψ3、......Ψm的每一个大于或等于来自源S的部分光通量Φ1、Φ2、Φ3、......Φn中 的最大的一个。
[0107] 因此查找关系β(Ψ)，其中β是通过透镜的第n部分所折射的角度。 [0108] 首先根据折射律来计算透镜的第一基本区域L1的斜率，所述第一基本区域L1的斜率强加了折射角β1使部分光通量Φ1偏转到其中需要光通量Ψ1的照明图案的第一基本区域H1中。 如果Φ1等于或足够地接近Ψ1，那么对于照明图案的第二基本区域H2该程序继续。
[0109] 如果反之Φ1小于Ψ1，那么再次根据折射律来计算透镜的第二基本区域L2的斜率，同样使与透镜的下一(第二)基本区域L2相关的光通量Φ2偏转到照明图案的第一基本区域H1上。 对于透镜的下一基本区域Lx该程序选择性地继续，直至达到或足够地接近照明图案的第一基本区域H1中所需的光通量为止，例如Φ1+Φ2＝Ψ1。 [0110] 一旦已达到第一基本区域H1中所需的光通量Ψ1，则对于第二基本区域H2该程序继续，并且使该透镜的下一基本区域L3、......的光通量Φ3、......偏转到其上，直至达到照明图案的第二基本区域所需的光通量Ψ2的值为止。
[0111] 考虑到照明图案的所有基本区域H1、H2、H3、......Hm，重复该程序。 [0112] 通常，照明图案中所需的各部分光通量Ψ1、Ψ2、Ψ3、......Ψm与来自光源S的下述一个或多个成分Φx的和相对应，所述一个或多个成分Φx的每一个根据折射律所计算的适当角度βx而偏转。这样，逐个离散点地建立光源S的发射角α与透镜的折射角β之间的关系α(β)，所述关系α(β)使得初始通量分布Φ(α)能够“映射”到照明图案H上。
[0113] 在照明图案H的所有基本区域H1、H2、H3、......Hm都已考虑之前透镜的基本区域L1、L2、L3、......Ln结束的情况下，或者反过来，在考虑了照明图案H的所有基本区域H1、H2、H3、......Hm之后透镜的基本区域L1、L2、L3、......Ln还有剩余的情况下，该程序可重复改变数目m或数目n，或者改变透镜的单个基本区域L1、L2、L3、......Ln或照明图案H的基本区域H1、H2、H3、......Hm的尺寸。 [0114] 值得注意的是，通过对照明图案H的每个基本区域H1、H2、H3、......Hm的尺寸进行迭代调制，同样可使其中所需的光通量Ψm与透镜的全部数目的基本区域L1、L2、L3、......Ln所偏转的光通量的和完全一致。
[0115] 此外，可结合下述最佳化方法来使用该方法，所述最佳化方法用于计算在不同阅读距离处的最佳剖面α(β)，即，平均来说较小违反了在不同距离所强加的照明条件的一个剖面；为此目的，诸如最小二乘方、拉格朗日乘数等这样的任何公知的最佳化方法是适当的。
[0116] 因为在上面所描述的计算程序中按顺序考虑透镜和照明图案的基本区域，所以透镜的相邻基本区域L1、L2、L3、......Ln之间的斜率变化通常完全受限制，至少期望照明图案H的均匀辐照剖面Ψ。 因此上述程序适用于获得图5和6的连续剖面透镜15或者图7和8的折叠剖面(collapsed profile)透镜19。
[0117] 任何情况下，作为进一步约束，对于透镜的相邻基本区域L1、L2、L3、......Ln的斜率变化而言可强制以按照差不多缓慢的方式发生，以便强制透镜剖面的变化速度并且因此便于其制造。
[0118] 在图9和10中所示出的交错的剖面透镜24的情况下，应形成透镜的非邻接基本区域Lx的光通量Φx以有助于照明图案的每个基本区域Hx，这强制透镜的每个基本区域Lx使其在与相邻基本区域Lx-1和 Lx+1相反的方向上具有斜率。
[0119] 如上所述，如果期望根据本发明进一步增加设计透镜的可用自由度，那么可使透镜17、21、26-27的基本区域具有彼此不同的任何宽度。 按照这种方式，它们中的每一个将接收其不但是光源2a、2b的辐照剖面的函数而且还是其宽度的函数的光通量并使该光通量偏转。
[0120] 在透镜15、19以及24的每一个中，通过使第二主面18、23以及28为圆柱形可按照尤其容易的方式来实现使光集中在与条码的条和空隔相平行的第二方向Y(参考附图)中这样的功能。 第二圆柱面18、23以及28优选面向阅读器1的外部。 [0121] 或者，还可使第二面18、23以及28具有多个基本区域，这多个基本区域的每一个具有单独计算的相对于阅读器1的光轴A-A的斜率以便第二面18、23以及28使光集中在第二方向Y上。参考上述计算程序，这可以通过强制方向Y上的透镜的所有基本区域使光在方向Y上朝向阅读区的相同基本区域偏转而获得，即，这可以通过强制与方向Y相平行的透镜的截面中的基本区域使光在方向Y上朝向阅读区的相同基本区域偏转而获得。 [0122] 按照这样的方式，可获得类似条带的照明图案，其中，与传统柱面透镜所产生的条带的纵向边缘相比，还对该条带的纵向边缘进行了进一步定义与进一步标记，因为传统透镜所存在的球面像差成分得以减小。
[0123] 本发明的透镜15、19以及24的第二面18、23以及28的这种构造可进一步用于形成照明图案的二维延伸部分，例如用于形成类似于图14所示的一个的瞄准图案，这尤其可使照明线的边缘显著，由此可向阅读器1的操作者提供指示物。
[0124] 在二维阅读器的情况下，传感器5是具有适当的接收光学器件4的二维类型，并且一般照明图案应当为基本矩形、正方形、圆形、或者椭圆形。
[0125] 同样，在这种情况下，可使用透镜15、19以及24的两个面以用于生成期望的照明图案。
[0126] 或者，在一维阅读器的二维照明图案的情况下以及在二维阅读器的情况下，可沿着彼此正交的两个方向X和Y来定义根据本发明的透镜3a、3b的第一面的基本区域。换句话说，代替具有第一面16、20、25的条带形基本区域(在图5-10的方向中形状为竖条)，可使透镜具有形状为小正方形或者矩形的基本区域的二维阵列。以上计算程序可适用于加以必要的变更。
[0127] 在这种情况下，透镜的第二面是平坦的，其形状为柱面透镜或者还具有根据一个或两个方向而局部定义的剖面。
[0128] 同样，在基本区域的规则二维阵列的情况下，可将上述三个实施例中的透镜3a、3b构造成具有连续剖面、折叠剖面、以及交错剖面。
[0129] 此外，同样在基本区域的二维阵列的情况下，可使用透镜3a、3b中的一个或两个中的一个或多个区域，或者两个透镜3a、3b中的一个以用于产生瞄准光图案和/或发送阅读结果信号的光图案。
[0130] 将理解的是，与光源2a、2b相关联的照明光学器件还包括集成到LED源2a、2b本身中的透镜以及用于对LED光2a、2b所发射出的光束的一部分进行选择的光阑。 [0131] 如果存在光阑，那么应将对光源和其辐照剖面的所有以上评论理解为是指光阑源，该光阑源在各个方面变为照明透镜的“实际”源。
[0132] 最后，将理解的是，对于任何光学代码阅读应用而言，在任何一个上述实施例中都可将本发明的阅读器放在便携式外壳和固定外壳中。
