专利名称：用于光学读取附加到目标的信息的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于光学读取其上写有诸如信息码等的光学可读信息的目标的方法和设备。
背景技术：
手持光学信息读取器目标在于读取诸如条形码、二维码或其它类似代码等的光学可读信息码。在本说明书中，目标本身或附加有光学可读信息的目标总体被称为“目标”。
为了提高手持光学信息读取器的读取性能，已经提供了一种能读取位于一定距离外的信息码的手持光学信息读取器。
这种类型的手持光学信息读取器具有手持壳体，在它的一个端部设置有读取窗口、诸如CCD(电荷耦合装置)区域传感器等的光电检测器、具有成像透镜的成像单元和由光照明装置组成的读取单元。光电检测器、成像单元和读取单元分别安装在壳体中。
在这种类型的手持光学信息读取器中，使用者推动安装到手持壳体的触发开关，使读取窗口朝向诸如条形码等的目标。推动触发开关引起光照明装置穿过读取窗口朝目标供给光。从光照明装置供给的光被照射到目标(条形码)以便基于照射光的从目标反射的光穿过读取窗口进入成像单元。进入成像单元的光通过将在其上成像的成像透镜聚焦在光电检测器上，从而对应于目标的图像被光电检测器采集。
在这种类型的手持光学信息读取器中，定义为读取窗口与目标之间距离的一定范围的读取距离依据目标上的照射光的强度与光电检测器的曝光时间之间的关系被预定。所确定的读取距离的范围允许读取设备精确地读取在其范围内的目标。
如果读取窗口与目标之间的读取距离超过所确定的范围，目标上的照射光的强度将不够，引起需要重新读取操作。
为了避免这种重新读取操作，具有用于以非接触方式测量读取窗口与目标之间的读取距离的装置的传统光学信息读取器是众所周知的。
传统光学信息读取器的第一和第二示例分别在日本未审查专利申请No.H5-181995和对应于日本未审查专利申请No.H6-162249的美国专利No.5426288中公开。
作为第一示例的前一个日本专利申请显示了具有基于三角测量技术的用于测量读取器与目标之间距离的距离传感器的条形码读取器。条形码读取器控制作为目标上照射光的激光束的直径以便激光束直径被正确设定。
作为第二示例的后一个美国专利申请显示了一种光学信息读取器，它具有用于测量从光学信息读取器朝目标的激光束照射和基于照射的激光束从目标反射到光学信息读取器的激光束返回之间的周期的装置。光学信息读取器基于所测量的周期确定是否读取器与目标之间的读取距离在预定范围内，基于所确定的结果允许光学信息读取器精确地读取目标。
在传统光学信息读取器的第一示例中，距离传感器可能相当昂贵，并且可能具有相当大的尺寸从而需要适当的空间安装距离传感器。这可能使传统光学信息读取器尺寸扩大。
在传统光学信息读取器的第二示例中，因为激光束的速度可能非常快，可能难于精确地测量激光束照射和反射的激光束接收之间的周期。
发明内容
本发明基于以上背景而提出，使得根据本发明优选实施例的光学读取设备能简单且廉价地制造一种结构以确定每一个光学读取设备与目标之间的距离。
根据本发明的一个方面，提供一种用于由光电检测器通过成像光学装置光学读取信息的设备。信息被附加到目标上。该设备包括准直光束照射单元，它被设计为照射具有尺寸的大体上准直的光束到所述目标上。该设备包括第一采集单元，它在大体上准直的光束由所述准直光束照射单元照射到所述目标上时可操作以引起所述光电检测器通过所述成像光学装置采集所述目标的第一图像。该设备包括测量单元，它可操作以基于采集的第二图像测量表示照射在所述目标上的准直光束尺寸的尺寸信息。该设备包括距离确定单元，它可操作以基于所述准直光束的测量尺寸信息确定所述设备与所述目标之间的距离。
根据本发明的另一个方面，提供一种由安装在设备中的光电检测器通过安装在设备中的成像光学装置光学读取信息的方法。信息被附加到目标上。该方法包括照射具有尺寸的大体上准直的光束到所述目标上。该方法包括在大体上准直的光束由所述准直光束照射单元照射到所述目标上时引起所述光电检测器通过所述成像光学装置采集所述目标的第一图像。该方法包括基于采集的第二图像测量表示照射在所述目标上的准直光束尺寸的尺寸信息。该方法包括基于所述准直光束的测量尺寸信息确定所述设备与所述目标之间的距离。
在本发明的一个和别的方面中，照射到目标上的大体上准直的光束和成像光学装置产生一种关系，其中通过光电检测器采集的第一图像中表示照射到目标上的准直光束尺寸的尺寸信息随设备和目标之间距离的变化而改变。
因此该关系允许设备和目标之间的距离基于所测量的尺寸信息被确定。
通过以下参考附图对实施例的描述，本发明的其它目的和方面将会很明了，其中图1是示意性说明根据本发明第一实施例的二维码读取器的结构的局部截面侧视图；图2是示意性说明图1所示点束照射单元的结构的放大图；图3是示意性说明根据第一实施例的二维码读取器的电结构的方框图；图4是示意性说明根据第一实施例从点束照射单元照射的点束的尺寸变化的示意图；
图5A是示意性说明照射在对应于图4中状态(a)的、图1所示光电检测器的像素区域上的点束的示意图；图5B是示意性说明照射在对应于图4中状态(b)的光电检测器的像素区域上的点束的示意图；图5C是示意性说明照射在对应于图4中状态(c)的光电检测器的像素区域上的点束的示意图；图6是示意性说明图3所示触发开关、点束照射单元和光照明装置的接通时间的时间图；图7是示意性说明根据第一实施例测量读取距离与光束的尺寸信息之间的关系时图3所示控制电路所执行的操作的流程图；图8是示意性说明根据第一实施例响应触发开关的接通操作，控制电路所执行的用于读取二维码的操作的流程图；图9是示意性说明根据本发明第二实施例响应触发开关的接通操作，控制电路所执行的用于读取二维码的操作的流程图；和图10是示意性说明根据本发明第一改进例的二维码读取器的结构的示意图。
具体实施例方式
本发明的实施例将在下文参考附图描述。在实施例中，本发明被应用于枪形二维码读取器。
第一实施例参考图1到图6，作为根据本发明第一实施例的用于光学读取目标的设备的二维码读取器CR设置有枪形壳体(外壳)1。枪形壳体1具有例如薄矩形平行六面体主体1a。主体1a的一个横向端部是圆形的。
枪形壳体1在主体1a的所述横向端部一侧(具体是，图1中底侧)设置有把手部分1b。把手部分1b整体地形成到主体1a上。把手部分1b使得使用者一只手很容易握住二维码读取器CR并操作它。
主体1a的另一个横向端部包括读取窗口1c形成在其上的横向侧壁。读取窗口1c具有例如矩形板状形状且半透明。二维码读取器CR也设置有触发开关2。触发开关2设置在把手部分1b的一个侧表面上并朝向读取窗口1c。触发开关2允许使用者给出读取操作命令到二维码读取器CR。
二维码读取器CR设置有设置在外壳1另一个横向端部中的读取机构(光学读取机构)RM。在第一实施例中，外壳1另一个横向端部被称为“头部”。
读取机构RM可操作以便读取通过打印或其它类似方法写在目标R(见图3和图4)上的诸如QR(快速响应)码等的二维码Q。目标R包括是一张纸或其它介质的标签。和常规条形码一样，目标R能被附加在货物上。二维码Q包括诸如货物的制造商序列号、名称、唯一识别码和制造日期等的信息。
近些年，目标R包括诸如蜂窝式电话或PDA(个人数字助理)等的计算机终端上的液晶显示等的显示屏，二维码显示在显示屏上。
例如，二维码Q由诸如排成矩阵以在其中形成特定图案的黑色和白色单元等的不同彩色单元组成，从而显示数据。黑或白色中的一个对应于位值“0”和“1”中的一个，且黑或白色中的另一个对应于位值“0”和“1”中的另一个。在读取彩色单元之后，就能很容易地使读取的彩色数据数字化以使其解码。
如图1到图3所示意性说明的，读取机构RM包括具有预定视场(FOV)F的光电检测器3、成像透镜4和一对光照明装置5，这在图3中未显示。光电检测器3和成像透镜4组成一个成像光学装置。注意的是如果有需要，成像光学装置包括至少一个镜子。
读取机构RM也包括点束照射单元6，用于照射被用于检测读取窗口1c与目标R之间的读取距离的点束S。
光电检测器3包括例如CCD区域传感器。光电检测器3位于主体1a的头部的中心。光电检测器3具有由排列成矩阵(行和列)的像素组成的恒定有效区域(光敏像素区域PA)。光电检测器3也具有预定的光轴。光电检测器3被布置为使得它的像素区域平行地面对主体1a的读取窗口1c且它的光轴经过读取窗口1c的中心。曝光时间，即，光电检测器3的快门速度可以外部地控制。
成像透镜4具有镜筒和在其中同轴设置的多个透镜元件。成像透镜4具有预定的光轴O。成像透镜4被布置为使得它的光轴O(见图4)垂直于主体1a的头部端壁延伸，头部端壁形成有读取窗口1c。即，读取窗口1c、光电检测器3和成像透镜4相互同轴布置在主体1a中。读取机构RM(成像透镜4)具有恒定视场角θ(见图4)。
除了一个径向侧，具体是其下部光线侧以外(见图4)，每一个光照明装置5绕着成像透镜4设置。具体是，每一个光照明装置5设置有用作为光源的发光装置(LED)。每一个光照明装置5也设置有设置在每一个发光装置与读取窗口1c之间的光透镜。每一个光透镜的光轴朝向读取窗口1c，以便每一个光透镜可操作以聚集和散射从每一个发光装置发射穿过读取窗口1c的诸如白光等的照明光。
具体是，当代码读取器CR的读取窗口1c被设置成与其上写有二维码Q的目标R相对时，从每一个光照明装置5发射的照明光穿过读取窗口照射到二维码Q。从二维码Q反射的光穿过读取窗口1c进入成像透镜4。进入成像透镜4的反射光由成像透镜4聚焦在光电检测器3的像素区域上，从而对应于目标R的图像被光电检测器3采集。
如图1和图2所示，点束照射单元6被靠近成像透镜4周围地设置以朝向读取窗口1c。例如，点束照射单元6被设置在成像透镜4的一个径向侧(右下侧)以便点束照射单元6的光轴与成像光学装置的光轴O相交。这个结构允许光照明装置5和点束照射单元6中的每个位置相互独立。
点束照射单元6设置有由激光二极管7组成的光源7。点束照射单元6也设置有设置在光源7与读取窗口1c之间且与光源7同轴的聚光透镜8。聚光透镜8具有相对的第一和第二透镜平面8a和8b。聚光透镜8的第一透镜平面8a是平的并与光源7的输出平面相对，且第二透镜平面8b是凸形球面并与读取窗口1c相对。光源7设置在聚光透镜8的焦点。
光源7可操作以照射具有不同于照明光的颜色的诸如绿色等的点束S。聚光透镜8被配置为大体上使照射点束S准直。
具体是，点束照射单元6的光源7和聚光透镜8提供一个远心系统。远心系统(点束照射单元6)允许从光源7照射的点束S大体上平行于聚光透镜8的光轴被准直且在它的横截面具有一圆。换句话说，远心系统(点束照射单元6)允许从聚光透镜8照射的点束S的视场角大体上变为零。
另外，成像透镜4、光电检测器3、光源7和聚光透镜8分别位于预定的位置，以便来自聚光透镜8的准直点束S通过光轴O且沿着由视场角θ所界定的视场F1的诸如左上边缘等的一个边缘E被传播，从而照射到在其左上侧的目标R上的视场F中(见图4)。
如图4所示，由于从点束照射单元6照射的点束S是大体上准直的光束，点束S的诸如光斑尺寸等的绝对尺寸大体上保持恒定，而与从点束照射单元6到目标R的读取距离L的变化无关。
相反地，由于成像透镜4具有恒定视场角θ，从代码读取器CR的读取窗口1c到目标R的读取距离L越远，在目标R上的光电检测器3的视场F的尺寸越大。如图4中所示，由于光电检测器3的像素区域PA是恒定的，读取距离L与目标R上的视场F的尺寸之间的相对关系引起像素区域上的点束S的尺寸随着读取距离L的增加相对更小。换句话说，读取距离L与目标R上的视场F的尺寸之间的相对关系随着读取距离的增加减小了视场F中点束S的百分比。
具体是，当代码读取器CR被布置为使得读取窗口1c与目标R之间的读取距离L的数值为L2例如200mm(在图4中状态(a))时，目标R上的视场F具有预定尺寸F(a)。在图4中状态(a)，照射在像素区域PA左上部的点束S具有预定的光束直径D(a)(见图4中参考标号PA(a))。
如果代码读取器CR被布置为使得读取距离L的数值是短于距离L2的L1例如100mm(在图4中另一个状态(b))时，目标R上的视场F具有小于F(a)的预定尺寸F(b)。这导致照射在像素区域PA左上部的点束S具有大于D(a)的预定的光束直径D(b)(见图4中参考标号PA(b))。
如果代码读取器CR被布置为使得读取距离L的数值是大于距离L2的L3例如300mm(在图4中另一个状态(c))时，目标R上的视场F具有大于F(a)的预定尺寸F(c)。这导致照射在像素区域PA左上部的点束S具有小于D(a)的预定的光束直径D(c)(见图4中参考标号PA(c))。
注意的是，在图4中，对应于三个不同读取距离L2、L1和L3在像素区域PA上的三个不同图像分别通过参考标号PA(a)、PA(b)和PA(c)示出。为了解释方便，在像素区域PA上的三个图像的每一个中，对应于二维码Q的光学图像位于像素区域PA的中心。
点束照射单元6被配置为只要触发开关2被使用者推到接通位置就接通(照射)点束S、且在触发开关2接通后当目标R(二维码Q)被光电检测器3采集时断开它。
点束照射单元6能被配置为连续或周期性地照射点束S，除了当目标R(二维码Q)被光电检测器3采集时。
参考图1，二维码读取器CR在其一端侧，具体是在其相对头部一侧的后侧设置有设置在主体1a中的电路板9。在电路板9中，安装有代码读取器CR的电组件(见图3)。如仅在图3中所示，代码读取器CR设置有操作开关10、LED(发光装置)11、液晶显示12、蜂鸣器13和通信接口14。元件10到14分别被设置在主体1a的所述一个横向端部的另一侧(具体是，图1中的顶侧)。操作开关10允许使用者输入不同的指令到代码读取器CR。LED11可操作以可视化显示信息以便发送通知给使用者。蜂鸣器13可操作以发射一系列蜂鸣以便发送通知给使用者。通信接口14允许代码读取器CR与外部设备通信。
另一方面，二维码读取器CR分别设置有作为电源的电池15，用于启动上述光学装置3、5、6，安装在电路板9中的电组件以及上述I/O设备2、10-14。
如图3中所示，在电路板9中，设置有由至少一个微型计算机组成的控制电路16。微型计算机包括例如CPU(中央处理单元)，包括ROM(只读存储器)、RAM(随机存取存储器)和类似物的内部存储单元以及外围设备。
控制电路16基于供自电池15的电力运行。控制电路16依据存储在例如ROM中的程序运行以便控制整个代码读取器CR，且执行解码过程和其它过程。程序能从信号承载介质加载到存储单元。合适的信号承载介质的示例包括诸如软盘和CD(光盘)-ROM等的可记录类介质，以及诸如数字和模拟通信线路等的传输类介质。
控制电路16可通信地连接到触发开关2和操作开关10，以便发自开关2和10的命令被输入到控制电路16。控制电路16可通信地分别连接到光电检测器3、光照明装置5和点束照射单元6。具体是，控制电路16工作以控制光电检测器3、光照明装置6和点束照射单元6，从而完成写在目标R上的二维码的读取过程。控制电路16也可通信地连接到LED11、蜂鸣器13和液晶显示12以控制它们。而且，控制电路16可通信地连接到通信接口14，以便通过通信接口14与包括管理计算机的外部设备通信。
另外，控制电路16可操作以控制光电检测器3的曝光时间(快门速度)。
另外，在电路板9中，安装有放大器(AMP)17、模拟-数字(A/D)转换器18、存储器19、特定比检测电路20、同步信号发生器21和地址生成器22，以便它们分别被可通信地连接到控制电路16。
放大器17被电连接到光电检测器3且可操作从而以基于发自控制电路16的增益控制信号的增益放大从光电检测器3输出的图像信号。A/D转换器18被电连接到放大器17且可操作从而将放大的图像信号转换为数字图像数据；这个数字图像数据是光电检测器3的像素区域的每一个像素的光强数据(像素数据)。
在控制电路16的控制下，同步信号发生器21例如周期性地产生一个同步信号，以便周期性地输出该信号到光电检测器3、特定比检测电路20和地址生成器22。
地址生成器22周期性地计数传输的同步信号以便产生对应于计数结果的地址信号，从而输出地址信号到存储器19。
具体是，依次地发自A/D转换器的图像数据被储存在存储器19中以便对应输出地址信号。特定比检测电路20可操作以检测响应基于控制电路16的控制的同步信号的图像数据中的给定图形(位组合模式)。控制电路和特定比检测电路20识别对应于图像数据的信息码的类型，从而基于特定比检测电路20的识别结果解码图像数据。
具体是，图像数据中的给定图形允许控制电路16和特定比检测电路20识别图像数据(信息码Q)的类型。
在第一实施例中，控制电路16依据程序运行以引起点束照射单元6、光电检测器3和类似物采集点束S照射到其上的目标R的图像(点束图像)。另外，控制电路16依据程序运行以测量显示来自采集图像的像素区域PA上的点束S的相对尺寸的尺寸信息，从而基于测量信息确定目标R与读取窗口1c之间的读取距离L。
例如，控制电路16可以基于采集到的图像测量在像素区域PA内点束照射到的一个圆形区域内的像素数量，作为显示点束S相对尺寸的尺寸信息。另外，控制电路16可以基于采集到的图像测量沿像素区域PA内一个直径的点束照射到的圆形区域的像素数量，作为显示点束S的相对尺寸的尺寸信息；这个直径平行于像素区域PA的行方向和列方向中的任何一个。
而且，控制电路16可以基于采集到的图像测量像素区域PA内点束照射到的圆形区域的直径长度或面积，作为显示点束S的相对尺寸的尺寸信息。
图5A说明照射在对应于图4中状态(a)的像素区域PA上的点束S，且图5B说明照射在对应于图4中状态(b)的像素区域PA上的点束S。另外，图5C说明照射在对应于图4中状态(c)的像素区域PA上的点束S。
例如，如图5A所示，控制电路16基于采集到的图像计数沿像素区域PA内平行于列方向的一个直径的点束照射到的圆形区域R(a)的像素数量(八个像素)，作为尺寸信息。同样，如图5B所示，控制电路16基于采集到的图像计数沿像素区域PA内平行于列方向的一个直径的点束照射到的圆形区域R(a)的像素数量(十一个像素)，作为尺寸信息。
另外，如图5C所示，控制电路16基于采集到的图像计数沿像素区域PA内平行于列方向的一个直径的点束照射到的圆形区域R(a)的像素数量(六个像素)，作为尺寸信息。
在第一实施例中，控制电路16因此用作为第一采集单元、测量单元和距离确定单元。
如图6所示，当触发开关2被接通时，控制电路16引起点束照射单元6照射大体上准直的点束S到目标R(见图4)上，同时保持光照明装置5断开。在目标R上的点束S照射以及照明光被断开期间，目标R的图像(点束图像)被光电检测器3采集。
在图像采集操作之后，保持点束照射单元6断开的同时，控制电路引起光照明装置5接通，以便目标R上的二维码Q的图像被光电检测器3采集(见图6)。具体是，两步骤图像采集操作被执行。
当在第一图像采集步骤中点束图像被光电检测器3采集时，基于采集到的点束图像通过控制电路16获得显示点束S尺寸的尺寸信息。这允许基于获得的尺寸信息由控制电路16测量读取窗口1c与目标R之间的读取距离。
在第一实施例中，在代码读取器CR在工厂装运之前，随距离L的至少一个变化测量表示照射到目标R上的点束S尺寸的尺寸信息的至少一个项目。优选地，在代码读取器CR在工厂装运之前，随距离L的对应的两个或多个变化测量表示照射到目标R上的点束S尺寸的尺寸信息的两个或多个项目。
在代码读取器CR在工厂装运之前，表示尺寸信息和读取距离L的对应值的项目之间关系的数据作为“关联数据RD”被预先储存在存储器19中。
具体是，在第一实施例中，控制器16被编程以依据所获得的尺寸信息和关联数据RD确定读取窗口1c与目标R之间的读取距离L。
在第一实施例中，当在第二图像采集步骤中采集二维码Q的图像时，控制器16操作以根据所确定的读取距离L控制光电检测器3的曝光时间(快门速度)。
具体是，在第一实施例中，控制器16被编程以控制光电检测器3的曝光时间，以便所确定的读取距离L越长曝光时间越长。
另外，如果所确定的读取距离L在预定的适合于读取目标R的范围之外，例如所确定的读取距离L太短或太长而在预定范围之外，控制电路16能控制蜂鸣器13和液晶显示12中的至少一个发送显示读取距离L在预定范围之外的通知。
例如，蜂鸣器13和/或液晶显示12用作为确定单元。
接着，根据第一实施例的二维码读取器CR的操作将在下文参照图7和图8描述。
图7是显示当在代码读取器CR在工厂装运之前获得表示尺寸信息与读取距离L的对应值的项目之间的关系的数据时，依据加载程序由控制电路16所执行的操作的流程图。
如图7所示，在步骤S1，在虚拟目标R′位于离读取窗口1c的距离被预定为例如L1(＝100mm)的第一位置、且点束S被照射到虚拟目标R′时，控制电路16操作光电检测器3。照射到虚拟目标R′上的点束S被成像在光电检测器3的成像区域PA上。光电检测器3因此采集虚拟目标R′的成像的点束S作为点束图像。所采集的点束图像被放大器17放大以便被A/D转换器18转换成点束图像数据(数字图像数据)。
在步骤S2，控制电路16基于采集到的点束图像使点束图像数据(数字图像数据)经过诸如二值化处理等的图像处理，以获得表示光电检测器3的像素区域PA上的点束S的相对尺寸的尺寸信息。例如，控制电路16获得沿像素区域PA内平行于列方向的一个直径的点束照射到的圆形区域的像素数量(见图5A到5C)，作为尺寸信息。
随后，在步骤S3，控制电路16在存储器19中储存读取距离L的数值(L1＝100mm)与所获得的尺寸信息之间的关系作为关联数据RD的一部分。
在步骤S4，在虚拟目标R′位于离读取窗口1c的距离被预定为例如L3(＝300mm)的第二位置、且点束S被照射到虚拟目标R′时，控制电路16操作光电检测器3。照射到虚拟目标R′上的点束S被成像在光电检测器3的成像区域PA上。光电检测器3因此采集虚拟目标R′的成像的点束S作为点束图像。所采集的点束图像被放大器17放大以便被A/D转换器18转换成点束图像数据(数字图像数据)。
在步骤S5，控制电路16基于采集到的点束图像使点束图像数据(数字图像数据)经过诸如二值化处理等的图像处理，以获得表示光电检测器3的像素区域PA上的点束S的相对尺寸的尺寸信息。例如，控制电路16获得沿像素区域PA内平行于列方向的一个直径的点束照射到的圆形区域的像素数量(见图5A到5C)，作为尺寸信息。
随后，在步骤S6，控制电路16在存储器19中储存读取距离L的数值(L3＝300mm)与所获得的尺寸信息之间的关系作为关联数据RD的一部分。
如图4中所清楚看到的，假设，作为尺寸信息，沿像素区域PA内平行于列方向的一个直径的点束照射到的圆形区域的像素数量被表示为“x”，变量x与读取窗口1c和目标R之间的读取距离L成反比地相关。具体是，变量x和读取距离L之间的关系由L＝a+b/x给出，其中a和b是常数。
因此，测量至少两个变量x(像素数量)的数值和读取距离L的对应值之间的关系允许常数a和b的数值借助于简单的联立方程很容易地被计算出。
注意的是，即使变量x(像素数量)的一个值和读取距离L的一个对应值之间的关系被测量出，通过考虑在第一图像采集步骤获得的变量x的一个数值和读取距离L的一个对应值之间的关系可以计算常数a和b的数值。
另外，即使在装配中存在点束照射单元6的位置与成像光学装置(成像透镜4和光电检测器3)的位置之间的位置偏差，在装运前点束S的尺寸与读取距离L之间的关系的确定能消除位置偏差。同样地，即使在装配中在点束照射单元6的光轴与成像光学装置的光轴之间存在相对于精确对准的角偏差，在装运前点束S的尺寸与读取距离L之间的关系的确定可以消除角偏差。
此后，当使用者想读取写在目标R上的二维码Q时，使用者开始定位代码读取器CR以便其读取窗口1c对着目标R且离其任意距离。
在代码读取器CR被布置在这种状态的同时，使用者推动触发开关2，控制器16引起点束照射单元6照射准直的点束S，以便点束S照射到目标R(见图4)。
在点束S被照射到目标R的同时，在图8的步骤S11，控制电路16使光电检测器3曝光以在第一图像采集步骤中采集点束图像。具体是，在每一个光照明装置5处于断开状态的同时，照射在目标R上的准直的点束S被成像在光电检测器3的像素区域PA上。点束图像因此被光电检测器3采集。所采集的点束图像被放大器17放大以便被A/D转换器18转换成点束图像数据(数字图像数据)。
在步骤S12，控制电路16基于采集到的点束图像使点束图像数据(数字图像数据)经过诸如二值化处理等的图像处理，以获得把光电检测器3的像素区域PA上的点束S的相对尺寸的尺寸信息。
具体是，在步骤S12，控制电路16获得沿像素区域PA内平行于列方向的一个直径的点束照射到的圆形区域的像素数量(见图5A到5C)，作为尺寸信息。
在步骤S12，控制电路16参考关联数据RD，以基于关联数据RD确定对应于所获得的尺寸信息的读取距离L的数值。
在步骤S13，控制电路16确定是否读取距离L的确定值在预定范围内。当读取距离L的确定值太短而在预定范围之外时，在步骤S13的判定是NO，控制电路16转换到步骤S19。当读取距离L的确定值太长而在预定范围之外时，在步骤S13的判定也是NO，控制电路16转换到步骤S19。
在步骤19，控制电路16控制蜂鸣器13和液晶显示12中的至少一个，以提供表示读取距离L的当前值在预定范围之外的通知，中止操作；这个通知表示读取距离的当前值是NG(不好)。
相反地，当读取距离L的确定值在预定范围内时，在步骤S13的判定是YES，控制电路16转换到步骤S14。
在步骤S14，控制电路16基于在第二图像采集步骤中的读取距离L的确定值控制光电检测器3的曝光时间(快门速度)。
随后，在步骤S15，随着光束照射装置6被断开，控制电路16接通每一个光照明装置5。控制电路16基于所确定的快门速度(曝光时间)使光电检测器3曝光，以采集照明光照射到其上的目标R的图像。
这导致照射到目标R上的照明光被成像在光电检测器3的像素区域PA上。照明图像因此被光电检测器3采集。
由于光电检测器3的快门速度已经在步骤S14中根据读取距离L的当前值被恰当确定，基于照明光的二维码Q的图像被完全精确地采集在光电检测器3的像素区域内。所采集的图像被放大器17放大，且被A/D转换器18转换成图像数据(数字图像数据)。
在步骤S16，控制电路16使图像数据经过诸如二值化处理等的图像处理，且基于已图像处理的图像数据控制特定比检测电路20、同步信号发生器21和地址生成器22以解码二维码Q。
在步骤S17，控制电路16确定解码是否已成功完成。
当确定解码已成功完成时(在步骤17的判定为YES)，控制电路16控制例如LED11以接通它，因此提供表示二维码Q的解码为OK(在步骤S17的判定为YES)的通知，退出操作。
另一方面，当确定解码没有成功完成时(在步骤17的判定为NO)，控制电路16控制蜂鸣器13和液晶显示12中的至少一个，以提供表示二维码Q的解码为NG(不好)的通知，退出操作。
如上所述，在第一实施例中，包括点束照射单元6的读取机构RM允许大体上准直的点束S照射到目标R，且成像透镜4具有恒定视场角θ。这产生了一个关系，其中从代码读取器CR的读取窗口1c到目标R的读取距离L越远，目标R上的光电检测器3的视场F的尺寸越大。
读取距离L和目标R上的视场F的尺寸之间的相对关系允许像素区域PA上的点束尺寸随读取距离L的变化而变化。控制电路16被配置为基于点束尺寸与读取距离L之间的关系测量读取窗口1c与目标R之间的读取距离L。
因此在第一实施例中，可以使用由光源7和聚光透镜8组成的点束照射单元6测量读取距离L，而不用安装高成本和大尺寸的距离传感器。这允许根据第一实施例的二维码读取器CR的成本降低。
另外，在第一实施例中，可以消除安装新的距离传感器所需要使用的空间，使得代码读取器CR的结构简单紧凑。
而且，在第一实施例中，与具有用于基于照射的激光束测量激光束的照射时间与反射光束的接收时间之间的周期的装置的传统代码读取器相比，可足够精确地确定读取距离L并减少测量误差。
另外，在第一实施例中，依据目标R与读取窗口1c之间的读取距离L在第二图像采集步骤中恰当地确定光电检测器3的快门速度(曝光时间)使得图像被光电检测器3非常好地采集。当所确定的读取距离L在预定范围外时，可以发送表示当前读取距离L为NG的通知给使用者。这提示使用者改变代码读取器CR的当前位置，从而改变目标R与代码读取器CR的读取窗口1c之间的读取距离L到更合适的值。
具体是，在第一实施例中，在两步骤图像采集操作中，点束图像首先被光电检测器3采集；接着，随着点束被断开，基于照明光的二维码Q的图像被采集。这使得点束S的尺寸信息和二维码Q都被精确检测。而且，在第一实施例中，在代码读取器CR在工厂装运之前，表示照射在目标R上的点束S尺寸的尺寸信息的项目已经随距离L改变被测量。在代码读取器CR在工厂装运之前，表示尺寸信息与读取距离L的对应值的项目之间关系的数据已经作为“关联数据RD”被预先储存在存储器19中。
即使在装配中发生点束照射单元6的位置与成像光学装置的位置之间的位置偏差，在装运前点束S的尺寸与读取距离L之间的关系的确定可消除位置偏差。同样地，即使在装配中在点束照射单元6的光轴与成像光学装置的光轴之间出现相对于精确对准的角偏差，在装运前点束S的尺寸于读取距离L之间的关系的确定能消除角偏差。
而且，在第一实施例中，准直的点束S横过光轴O且沿着视场角θ所界定的视场F1的一个边缘E被传播，从而照射到在其一个角部的目标R上的视场F中；这个角部在信息码读取操作的路径之外。
第二实施例图9说明本发明的第二实施例。在第二实施例中，与根据第一实施例的代码读取器CR大体上相同的根据第二实施例的二维码读取器的元件的解释被省略或简化。具体是，解释集中在根据第二实施例的代码读取器与根据第一实施例的代码读取器CR之间的不同点上。
在第二实施例中，取代执行两个图像采集步骤，在点束图像被采集之后，点束S的尺寸信息的测量和二维码Q的解码基于同样的采集图像进行。
而且，可在识别照射光的同时基于照射在像素区域上的光采集图像的彩色CCD区域传感器被用作光电检测器3。
另外，诸如QR码等的二维码Q具有里德索罗门(Reed Solomon)码作为纠错码的示例。里德索罗门码允许纠正包括在二维码Q中的错误，即使二维码Q的代码区是脏的或被破坏至30％，这表示二维码的纠错水平(能力)。纠错水平依据二维码的尺寸被预定。第二实施例使用这种基于众所周知的里德索罗门码的纠错功能，所以纠错功能的详细描述省略。
图9是说明响应触发开关的接通操作，控制电路所执行的用于读取诸如QR码等的二维码Q的操作的流程图。
如图9中所示，当使用者想读取写在目标R上的二维码Q时，使用者定位代码读取器CR，以便其读取窗口1c对着目标R且离其任意距离。
在代码读取器CR被布置在这种状态的同时，使用者推动触发开关2，使用者的接通触发开关2的操作引起控制器16使点束照射单元6照射准直的点束S、并使每一个光照明装置5接通照明光。结果是，点束S被照射到目标R上，且照明光也被照射到目标R的二维码Q上。
在点束S和照明光被照射到目标R的同时，在图9的步骤S21，控制电路16使光电检测器3曝光，以采集照明光被照射到其上且点束S被照射到其上的目标R的图像。具体是，照射到目标R上的照明光和点束S被成像在光电检测器3的像素区域PA上。图像因此被光电检测器3采集。所采集的图像被放大器17放大以便被A/D转换器18转换成点束图像数据(数字图像数据)。
在步骤S22，控制电路16基于采集到的图像使图像数据经过诸如二值化处理等的图像处理，以获得表示光电检测器3的像素区域PA上的点束S的相对尺寸的尺寸信息，这与步骤S12相同。
在第二实施例中，由于点束S的颜色与照明光的颜色不同，诸如绿色，且光电检测器3具有上面所陈述的颜色识别能力，控制电路16能将所采集的图像中点束S的组分与其中照明光的组分区别开。
随后，在步骤S22，控制电路16参考关联数据RD，以基于关联数据RD确定对应于所获得的尺寸信息的读取距离L的数值。
在步骤S23，控制电路16确定是否读取距离L的检测值在预定范围内。当读取距离L的确定值太短而在预定范围之外时，在步骤S23的判定是NO，控制电路16转换到步骤S28。当读取距离L的确定值太长而在预定范围之外时，在步骤S23的判定也是NO，控制电路16转换到步骤S28。
在步骤28，控制电路16控制蜂鸣器13和液晶显示12中的至少一个，以提供表示读取距离L的当前值在预定范围之外的通知，退出操作；这个通知表示读取距离的当前值是NG(不好)。
相反地，当读取距离L的确定值在预定范围内时，在步骤S28的判定是YES，控制电路16转换到步骤S24。
在步骤S24，控制电路16基于已图像处理的数字图像数据确定使用纠错功能的解码过程是否允许解码二维码Q。
如果对应于所采集图像的已图像处理的图像数据中的点束S的组分被叠加到其中的二维码Q的组分部分上，已图像处理的图像数据的叠加部分可能不能精确地读取，类似于脏的或被破坏的部位。
在步骤S24，因此控制电路16确定由叠加部位以及脏和/或已破坏部位的总面积相对于二维码Q的整个面积所确定的水平是否超过二维码Q预定的纠错水平。
当确定总面积的确定水平超过二维码Q预定的纠错水平时，在步骤S24的判定是YES，控制电路16转换到步骤S28以执行产生类似于步骤S19中操作的通知(警报)。
当确定总面积的确定水平没有超过二维码Q预定的纠错水平时，在步骤S24的判定是NO，控制电路16前进到步骤S25。
在步骤S25，控制电路16控制特定比检测电路20、同步信号发生器21和地址生成器22，以基于已图像处理的图像数据借助于使用里德索罗门码的纠错功能解码二维码Q。
在步骤S26，控制电路确定解码是否已经成功完成。
当确定解码已经成功完成时(在步骤26的判定为YES)，控制电路16控制例如LED11以接通它，因此提供表示二维码Q的解码为OK(在步骤S26的判定为YES)的通知。另一方面，当确定解码没有成功完成时(在步骤26的判定为NO)，控制电路16控制蜂鸣器13和液晶显示12中的至少一个，以提供表示二维码Q的解码为NG(不好)的通知，中止操作。
如上面所述，在第二实施例中，可以使用点束照射单元6测量读取距离L，而不用安装高成本和大尺寸的距离传感器，这与第一实施例类似。这允许根据第二实施例的二维码读取器CR的成本降低。另外，可以消除安装新的距离传感器所需要使用的空间，使得代码读取器CR的结构简单紧凑。
而且，在第二实施例中，一个图像采集操作允许照射到目标R上的点束S的尺寸信息的测量和二维码Q的读取都被执行。这使得有可能进一步提高代码读取器CR的读取效率。
注意的是本发明不局限于第一和第二实施例，因此在本发明的范围内可以做各种扩充和改进。
具体是，在第一和第二实施例每一个中，根据本发明的设备被应用到诸如QR码等的二维码Q的光学读取，但本发明不局限于这一应用。本发明可以被应用到诸如条形码等的另一种类型的二维码和/或一维码的光学读取。
当读取诸如写在目标上的条形码等的一维码时，可以基于类似于第二实施例的相同的采集图像执行点束S的尺寸信息的测量以及解码一维码。
具体是，可以读取(扫描)在点束没有照射到其上的已图像处理的图像数据中沿它的纵向(条形码方向)的部分一维码。已图像处理的图像中的一维码的读取部分被解码。例如，当代码读取器CR被布置为使得像素区域PA的行方向平行于一维码的纵向时，已图像处理的图像数据中沿它的纵向的部分一维码可以沿像素区域PA的多行扫描线被读取。
在第一和第二实施例每一个中，读取窗口1c与目标R之间所确定的读取距离L被应用于确定是否读取距离L适用于读取目标R并调整快门速度，但本发明不局限于这些应用。
具体是，在第一改进例中，如图10中所示，成像光学装置的成像透镜4A可设置有机械连接到至少一个透镜元件或至少一个镜子(如果它被安装)上的焦点可变机构30。焦点可变机构30被配置为沿光轴O移动至少一个透镜元件或至少一个镜子以改变焦点。在第一改进例中，读取窗口1c与目标R之间所确定的读取距离L能被应用于通过焦点可变机构调节成像透镜的焦点在另一个改进例中，每一个光照明装置能使得照明光强度可调节。在另一个改进例中，读取窗口1c与目标R之间所确定的读取距离L能被应用于调节照明光强度。
例如，每一个照明装置可调节照明光强度，使得所确定的读取距离越远，照明光强度越高。这使得有可能精确地读取二维码。
在第一实施例中，两步骤图像采集操作响应触发开关2的接通被操作，但本发明不局限于这一操作。
作为另一个改进例，触发开关能被设计为允许使用者以两段行程(第一和第二行程)推动触发开关2。
具体是，在另一个改进例中，当使用者在诸如半行程的第一行程中推动触发开关2时，触发开关的第一行程允许控制电路16引起点束照射单元6照射点束S。
另外，当使用者在诸如全行程的第二行程中推动触发开关2时，触发开关的第二行程允许控制电路16执行图像采集操作。
除了当光电检测器3读取目标R时，点束照射单元6可以连续照射点束。
准直的点束S的配置能被更改。例如，准直的点束S可以在其横截面具有矩形形状或条形形状。点束照射单元6能使点束闪烁。
在第一和第二实施例的每一个中，本发明被应用于枪形二维码读取器，但本发明不局限于第一和第二实施例的每一个的结构。具体是，根据本发明的光学信息读取器可以具有手持结构。另外，根据本发明的光学信息读取器能被预先安装在诸如FA(工厂自动化)系统等的系统中。用于发送通知到使用者的通知装置不局限于在第一和第二实施例的每一个中所示的结构，且各种类型的通知单元可被应用。
点束照射单元6能被设置到成像透镜4的一个径向侧，使得点束照射单元6的光轴平行于成像光学装置的光轴O。
另外，根据本发明的光学信息读取器可以设置一个标记光束照射装置，用于标记在目标R上的光电检测器3的视场F的位置和/或在目标R上的视场F中诸如其中心的预定位置。
尽管描述了本发明的这些实施例和改进例，应该理解的是，其中可以做出各种还没有被描述的改进，且在本发明的要旨和范围内的所有这些改进都包括在所附权利要求中。
权利要求
1.一种用于由光电检测器通过成像光学装置光学读取信息的设备，所述信息被附加到目标上，所述设备包括准直光束照射单元，它被配置为照射具有尺寸的大体上准直的光束到所述目标上；第一采集单元，它配置为在大体上准直的光束由所述准直光束照射单元照射到所述目标上时引起所述光电检测器通过所述成像光学装置采集所述目标的第一图像；测量单元，它被配置为基于采集的第二图像测量表示照射在所述目标上的准直光束尺寸的尺寸信息；和距离确定单元，它被配置为基于所述准直光束的测量尺寸信息确定所述设备与所述目标之间的距离。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，点束照射单元设置有光源和具有预定焦点的聚光透镜，所述光源被设置在所述聚光透镜的焦点上以与其同轴。
3.如权利要求1所述的设备，其特征在于，大体上准直的光束具有预定颜色，所述设备还包括配置为照射具有预定颜色的照明光到目标上的照明光照射单元，大体上准直的光束的颜色与照明光的颜色不同。
4.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述成像光学装置具有预定视场角，且所述准直光束照射单元被配置为沿着由所述成像光学装置的视场角界定的视场的一个边缘将大体上准直的光束照射到所述目标上。
5.如权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括被配置为存储关联数据的储存单元，所述关联数据表示尺寸信息的至少一个项目与所述设备和所述目标之间距离的对应的至少一个数值之间的关系，其中，所述距离确定单元被配置为基于所述关联数据和测量的尺寸信息确定所述设备与所述目标之间的距离。
6.如权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括确定单元，它被配置为确定所确定的距离是否在预定范围内；以及当确定所确定的距离在预定范围之外时，发送表示所确定的距离在预定范围之外的通知。
7.如权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括照明光照射单元，它被配置为照射照明光到所述目标上；以及第二采集单元，它被配置为引起所述光电检测器通过所述成像光学装置采集目标的第二图像，同时在第二图像采集之后照明光被照射到目标上、且大体上准直的光束被断开。
8.如权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括照明光照射单元，它被配置为照射照明光到所述目标上，所述第一采集单元被配置为在大体上准直的光束和照明光分别通过所述准直光束照射单元和所述照明光照射单元被照射到所述目标上时引起所述光电检测器通过所述成像光学装置采集所述目标的第一图像；和解码单元，它被配置为基于所述第一图像解码信息。
9.如权利要求8所述的设备，其特征在于，所述信息是包括纠错码的二维码，纠错码允许根据二维码的预定纠错水平纠正包括在二维码中的错误，且所述解码单元被配置为确定根据在第一图像中的脏或已破坏部位和叠加部位的总面积相对于二维码的整个面积的确定水平是否超过纠错水平，所述叠加部位是第一图像中大体上准直的光束的组分和其中二维码的组分被叠加的部位；以及当确定所述确定水平没有超过纠错水平时，基于所述第一图像解码信息。
10.如权利要求7所述的设备，其特征在于，还包括曝光时间确定单元，它被配置为根据所述设备和所述目标之间的确定距离确定光电检测器的曝光时间，其中，第二采集单元被配置为基于确定的曝光时间使所述光电检测器曝光，以通过所述成像光学装置采集目标的第二图像。
11.如权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括焦点调节单元，它被配置为基于所述设备和所述目标之间的确定距离自动调节所述成像光学装置的焦点。
12.一种由安装在设备中的光电检测器通过安装在所述设备中的成像光学装置光学读取信息的方法，所述信息被附加到目标上，所述方法包括照射具有尺寸的大体上准直的光束到所述目标上；在大体上准直的光束被照射到目标上时引起所述光电检测器通过所述成像光学装置采集所述目标的第一图像；基于采集的第二图像测量表示照射在所述目标上的准直光束尺寸的尺寸信息；和基于所述准直光束的测量尺寸信息确定所述设备与所述目标之间的距离。
全文摘要
在一个设备中，准直光束照射单元照射具有尺寸的大体上准直的光束到所述目标上。第一采集单元在大体上准直的光束由所述准直光束照射单元照射到所述目标上时引起所述光电检测器通过所述成像光学装置采集所述目标的第一图像。测量单元基于采集的第二图像测量表示照射在所述目标上的准直光束尺寸的尺寸信息。距离确定单元基于所述准直光束的测量尺寸信息确定所述设备与所述目标之间的距离。
文档编号G06K7/10GK1828629SQ200610059459
公开日2006年9月6日 申请日期2006年3月2日 优先权日2005年3月3日
发明者伊藤邦彦, 吉田贤一 申请人:电装波动株式会社