专利名称：具有可变形透镜的激光扫描器的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及用于读取标记的光学扫描系统领域，更具体地涉及用于增大光 学扫描系统的工作范围的可变焦距透镜组件。
背景技术：
已经开发出各种光学扫描装置来读取和解码光学标记，诸如目标(诸如标签)上 的条形码符号。虽然早先的条形码扫描器设计成以相对近的距离读取符号，但是存在着以 越来越大的距离(诸如在仓贮环境中)读取符号的需要。传统的光学扫描系统，诸如便携 式条形码激光扫描器，由于对光学组件的约束而一般具有有限的工作范围。已经开发出具 有附加的透镜或反射镜的机动化系统以沿着光路重新配置固定透镜组件，由此移动激光束 腰并且增大扫描装置的工作范围。然而，这样的改进是复杂的并且增加了成本。例如，美国专利No. 4，916，318公开了一种安装到旋转轴的多边形镜，其将从激光 源发出的激光束偏转到待扫描目标上。在扫描装置中，具有固定投影透镜，该固定投影透镜 设置在激光源和多边形镜之间。诸如平面平行板的光学构件被移入和移出激光源的光束以 改变激光束的束腰。该系统存在若干缺陷。将平面平行板移入和移出光束所需的机械元件 是复杂的，具有许多通过滑轮、皮带等连接的移动部件。另一缺陷是工作范围受限于平面平 行板的厚度。另外，该系统不紧凑，因此不适合用于便携式装置。在另一个例子中，美国专利No. 5，302，812公开了一种扫描装置，该扫描装置通过 移动固定凸透镜组件来改变激光束腰的范围。通过激励电磁线圈来沿着光轴纵向移动固定 透镜。扫描装置包括透镜支撑构件，该透镜支撑构件支撑在成对的片簧上以便其能够沿着 光轴纵向振荡。永久磁体同样被片簧支撑。固定透镜的移动是通过改变由电磁线圈产生的 场强度而实现的。相似于美国专利No. 4，916，318中所公开的扫描装置，此系统是复杂的且 增加了扫描装置的成本。
发明内容
因此，根据背景情况，本发明的一个目的是提供一种扫描装置，其包括激光源、具 有可变形透镜元件的调焦装置以及致动器。本发明的另一个目的是提供一种具有扩展的焦距范围的扫描装置，由此与以前的 扫描装置相比，允许装置的用户以较大的距离范围译解诸如条形码的符号字符。本发明的又一目的是提供一种调焦装置，其适于在最小焦距和最大焦距之间改变 焦距。根据本发明的实施例，最小焦距和最大焦距之间的距离大于三十英尺。根据本发明的实施例，致动器适于向可变形透镜元件施加力，该力在与从激光源 发出的激光束的轴基本平行的方向上。根据发明的另一实施例，可变形透镜元件的可变形表面被配置为在与所施加的力 的方向相反的方向上变形。本发明的另一目的是提供一种具有可变形透镜元件的调焦装置，该可变形透镜元件限定与邻近布置的物质的折射率的折射率差，其中该折射率差大于0. 30。
作为本发明的优选实施例的新的特征在权利要求中特别阐述。结合附图参考下面 的描述可以最好地理解有关其结构和操作方法的本发明本身，在附图中图1是以横截面示出了现有技术的可变透镜元件的示意图；图2是根据本发明的实施例的扫描装置的透视外部图；图3是以横截面示出了图2中所示的扫描装置的示意图；图4是用于解释图3中所示的可变焦距透镜组件的一个方面的示意图；图5A是以横截面示出了根据图3的透镜元件的示意图；图5B是以横截面示出了根据图3的透镜元件的示意图；图6是以横截面示出了图3中所示的调焦装置的一个实施例的示意图；图7是以横截面示出了图3中所示的调焦装置的第二实施例的示意图；以及图8是以横截面示出了图3中所示的调焦装置的第三实施例的示意图。
具体实施例方式已经开发出改变透镜的焦距的透镜组件以扩展扫描装置的工作范围。电湿润透镜 组件就是这样的一个例子，其中透镜的曲率根据所施加的电压而改变。尽管电湿润透镜对 某些应用来说可以是有用的且可能是有益的，但它还是存在缺陷。电湿润透镜的设计的显著的一个这种问题是透镜界面处的折射率差使得系统易 受象差(例如球面像差)的影响。参考附图的图1，示出了现有技术的电湿润调焦装置10， 其包括壳体12，以液滴形式示出的第一流体14和第二流体16沿着光轴18设置在壳体12 中。流体14、16是透光的、不互溶的，具有不同的光学折射率且具有基本上相同的密度。第 一流体滴14由电绝缘物质构成。在现有技术的例子中，第一流体14为折射率大约为1. 45 的油。第二流体16由导电物质构成，S卩加有盐的、折射率大约为1.35的水。壳体12包括 电介质壁20，该电介质壁优选具有井22，液滴14以相对于轴18对称的方式被容纳于井22 中。壁20与液滴14相比通常具有低的湿润特性，但是表面处理确保高湿润特性，并且保持 液滴14处于中心位置，防止液滴扩散。井22进一步有助于防止这种扩散。第一电极24延伸入第二流体16中，而第二电极26位于壁20下面。这些电极连接 至电压源V。这些电极，尤其是电极26，优选是透光的。当向电极两端施加电压时，产生电 场，该电场改变壁20相对于液滴14的湿润特性。在存在电场的情况下湿润显著增加。当 未施加电压时，液滴14呈现出如图1中以实线示出的大体半球形的形状，其外表面“A”是 凸面。当施加电压时，电介质壁20的湿润增加，并且液滴14变形且呈现出如图1中以虚线 示出的形状，其外表面“B”更加凸起，具有更小的曲率半径。液滴的这种变形使由两流体14 和16限定的透镜表面变形，由此改变电湿润调焦装置10的焦距。透镜表面处两流体14、16的折射率差按照以下公式影响近轴焦距f (适用于在流体和空气之间具有无限薄的边界的、空气中的电湿润透镜)，其中n 为第一流体14的折射率，ns#16为第二流体16的折射率，以及R为透镜的曲率半径。
如上所述，在一个例子中，第一流体14的折射率大约为1. 45，第二流体16的折射率大约为 1. 35，以及透镜的半径为10. 08毫米。结果焦距为100. 8毫米。通过更改第一流体14和第二流体16之间的边界处的曲率半径来改变电湿润调焦 装置10的焦距。电湿润透镜结构的显著的一个问题是对于所期望的焦距，与使用空气中 的简单平-凸光学系统的相等焦距相比，纵向球面像差相对较大。这是因为可变边界(例 如，图1中的A或B)上的折射率差很小，大约为0. 1，并且实现期望的焦距所需的曲率半径 小于折射率差较大(例如如果材料之一为空气(n= 1.00))的情况下所需的曲率半径。由 于曲率半径较小，因此可进一步显示的是球面像差将会更大。在一个例子中，焦距大约为 100毫米、透镜半径为10. 08毫米且束半径为1毫米的电湿润调焦装置10具有计算得出的 大约为0. 58毫米的纵向球面像差。在这个例子中，纵向球面像差根据边缘光线高度分别为 0. 0和1. 0毫米时光线交叉距离之间的差而计算得出。相反，具有折射率为1. 0的空气作为 第一流体、具有相同的焦距(100毫米)、对于第二流体具有相同的折射率(1.45)以及透镜 半径为45毫米的简单平-凸光学系统具有计算得出的大约为0. 05毫米的纵向球面像差。 如在这个例子中可以看出的，与简单平_凸光学系统相比，电湿润调焦装置10所产生的纵 向球面像差要大大约一个数量级。在电湿润透镜的例子中，随着电压的施加，曲率半径R减小，并且根据上述公式， 焦距减小。当为了扩大焦距范围而使曲率半径变得更小时，光学像差将变得更显著。该像 差必须通过另外的透镜元件、软件校正或者它们二者来校正。在一些实例中，像差可能是不 可校正的。本发明的发明人已经确定与由较小的曲率半径引起的光学像差相关联的问题可 通过选取具有以下折射率的透镜材料和周围元件来缓解，所述折射率具有足够大的差以便 需要可变形透镜元件的小得多的变形来实现聚焦变化的线性范围。这个认识促使发明人设 计出用于扫描装置的一种新结构，其具有以下优点其具有较小的像差，同时也提供较快的 响应、较低的输出功率、较大的聚焦变化范围以及较简单的结构。一个可能的结构如下参考附图的图2，示出了根据本发明所用的扫描装置100的 透视图。所示的例子中的扫描装置100为便携式读取器，其包括用于读取符号体系的编码 符号字符(例如条形码)的电光系统。如这里所使用的，“编码符号字符”意欲表示消息中的信息单元的表示，例如单个 字母数字式字符在条形码符号体系中的表示。一个或多个编码符号字符可用来传达信息， 诸如产品的来源和型号的标识，例如在UPC条形码中，其包括表示数位的十二个编码符号 字符。同样，编码符号字符可以是具有商定的常规意思的非字母数字式字符，诸如包括用来 表示UPC条形码的起始、结尾和中心的条和间隔的元素。用来编码字符作为编码符号的这 些条和间隔通常被称为“元素”。例如，UPC符号中的编码字符包括四个元素，两个条和两个 间隔。类似地，可为其它条形码符号体系(诸如其它一维(“1-D”)条形码系统，包括Code 39和Code 128)或者针对堆栈式二维(“2-D”)条形码系统(包括PDF417)定义编码符号 字符。扫描装置100包括用来聚焦激光束112的可变焦距透镜组件110，如下面将详细描述的。扫描装置100进一步包括壳体114，在一个例子中，该壳体114可具有枪柄式把手 116和触发器118。按压触发器118激活激光束112并且使可变焦距透镜组件110将光束 聚焦在符号字符上。扫描装置100可进一步包括数据电缆120，以将数据从扫描装置传输到 主计算机(未示出)。参考附图的图3，示出了扫描装置100的示意图。扫描装置100包括激光源122， 激光源122固定安装到壳体114并且对准，以便沿着光路或光轴124发射激光束112来照 明目标126。激光源122可以例如是激光二极管。扫描装置100进一步包括布置在光路内 的扫描反射镜128。在所公开的实施例中，扫描反射镜128位于壳体114之内、可变焦距透 镜组件110之后。扫描反射镜128反射入射到其上的发射光束112并且将该光束导向目标 126。此外，扫描反射镜128以预定频率振荡以根据预先描述的扫描图案使光束112扫过目 标126。扫描图案可以是沿着横过目标的平面的线，例如左右运动。在一些实例中，增加了 正交扫描机构以允许光栅扫描。扫描反射镜128的振荡运动可通过马达130来驱动。准直透镜132可沿着轴124布置在激光源122和可变焦距透镜组件110之间，以 产生近平行光束。在所公开的例子中，准直透镜132布置在激光源122和扫描反射镜128 之间，但是透镜132可沿着轴124布置在任意有利的位置。在一个实施例中，准直透镜132 被包括作为激光源122的组件的一部分。准直透镜132由扫描装置100的制造商根据设计 的特定需要来选取。激光束112穿过可变焦距透镜组件110以物距d入射到目标126。以\表示的激 光束腰表明最小光束直径的位置。为了使扫描装置100正确解码符号图案，束腰\优选位 于物距d附近。在所示的例子中，目标126包括多个编码符号字符134，其在一个例子中为1维 (1-D)条形码。照亮符号字符134的激光被从亮带和暗带区域散射。扫描装置100可产生 表示每次扫描的条形码的反射图案的电信号136。在所公开的实施例中，检测器138，诸如 光电二极管，固定到扫描装置100，并且检测强度变化的散射光且将其转化为电信号136。 在适当的放大和数字化之后，电信号136被传给控制器140以被解码。控制器140可处理 电信号136来识别亮和暗单元的图案，并且可通过将其与预存的信息相比较来确定与同样 的图案相对应的符号字符134或字符串，所述预存的信息诸如存储在查找表中的信息。在一个例子中，扫描装置100以开环循环的方式运行，这意味着控制器不接收有 关束腰相对于目标126的位置的反馈。当扫描装置100激活时，诸如当操作者按压触发器 118时，扫描装置100利用设定到第一焦距的可变焦距透镜组件捕获第一信号。如果该信号 不能被解码，则控制器140可命令可变焦距透镜组件110改变光束112的焦距，并且利用设 定到第二焦距的透镜组件捕获第二信号。如果该信号仍然不能被解码，则控制器140可自 动命令可变焦距透镜组件110继续改变光束112的焦距直到实现成功的解码。当然，在接 收了第一信号136之后控制器140能够正确解码该信号也是可能的。在这种情况下，控制 器仅利用第一信号尝试解码目标126。在另一个例子中，扫描装置运转，以便可变焦距透镜组件110响应由操作者输入 的命令或命令集在第一焦距和第二焦距之间切换。例如，操作者可按压触发器118，则控制 器140尝试解码所捕获的第一信号。如果不成功，则操作者可手动调整到目标126的距离 (诸如通过将扫描装置100移动得更靠近来进行调整)，并且第二次按压触发器118来捕获第二信号。控制器140尝试解码第二信号，并且如果还不成功，则可重复该过程直到实现成 功解码。本发明的可变焦距透镜组件110被适配为用来通过改变可变形透镜元件的光学 特性(诸如透镜的可变形表面的曲率半径)来改变光束112的焦距。参考附图的图4，示意 性地将透镜组件110示出为具有最小和最大标定焦平面或焦距(分别以L-和Lmax表示)， 其同样对应于束腰沿着光轴124的位置。透镜组件110的工作范围，即最小和最大焦距之 差，用R来表示。如上所述，扫描装置100包括用于将光束聚焦在目标126上的可变焦距透镜组件 110。如附图的图5A中所示，可变焦距透镜组件110包括至少一个调焦装置210。如图5B 中所示，可变焦距透镜组件110可进一步包括平-凸透镜144、校正双凸透镜146或者其它 适合扫描装置100的特定需要的透镜元件，诸如用以校正球面像差的透镜元件。在一些例 子中，可变焦距透镜组件110可包括多个调焦装置210。通常，调焦装置210可包括与光束 112进行光通信的可变形表面。可变形表面可用作调焦透镜，其中致动器148 (图6)作用于 可变形表面以改变透镜的曲率，由此改变焦距。通过这种方式，扫描装置100的物距无需借 助于沿着轴124移动固定透镜就可改变。如在此提及的，物距是指从壳体114到目标126 的距离。参考附图的图6，调焦装置210的一个实施例被示意性地示出为包括可变形透镜 元件142、致动器148、壳体158和推环168。可变形透镜元件142包括可变形表面156、隔 离物152和透明盖154。在所示的例子中，可变形表面156包括薄的、无孔的、光学透明的弹 性膜材料(诸如SYLGARD 184硅弹性体)，是可从D0W⑶RNING得到的类型，具有大约1. 43 的折射率。盖154可由不可变形的玻璃片提供。盖154可以如所示的为平的，或者为曲的 以提供屈光度。壳体158封装可变形透镜元件142、致动器148和推环168。在另一个实施例中，用于扫描装置100中的调焦装置210也可根据与本申请同 时提交的、发明名称为 “FLUID LENS ELEMENT FOR USE IN CHANGINGTHERMAL OPERATING ENVIRONMENT”的美国专利申请No. 12/432, 434中描述的调焦技术来提供，在此通过参考将 其全部内容并入。各种致动器可用于本发明。图6中所示的致动器148为离子导电电活性聚合物 (EAP)致动器。致动器148包括第一导体元件160a、第二导体元件160b以及夹在第一导体 元件160a与第二导体元件160b之间的包括多个标签状(tab-like)元件164的可变形元 件162。第一导体元件160a包括电触点(在图6中看不见)，第二导体元件160b也包括电 触点166。可变形元件162可包括一个或多个导电聚合材料层，以便标签状元件164响应 于施加给导体元件160a和160b的电信号而大体上沿着轴124的方向朝向可变形透镜元件 142弯曲。推环168响应于标签状元件164的运动而向可变形表面156施加外力，由此为可 变形透镜元件142提供驱动。调焦装置210在由两个极端状态限定的范围内运行。一个极端状态为图7中所示 的“电源关断”状态，其中标签状元件164朝着可变形表面156偏置推环168。另一个极端 状态为“电源接通”状态(未示出)，其中标签状元件164将推环168拉离可变形表面156， 以便允许可变形表面156呈现大体上平的且非凸的结构。在“电源关断”状态中，可变形表 面156凸出从而限定凸透镜表面，由此改变调焦装置210的光学特性。调焦装置210可在两个极端之间的任意状态下运行。在另一个实施例中，仅当施加电压时，标签状元件164可以相反的方式被偏置以 提供凸的(突出的)可变形表面156。在“电源关断”状态下，可变形表面156呈现基本上 平的且非凸的结构。在又一个实施例中，用于扫描装置100中的包括致动器的调焦装置210也可由 根据与本申请同时提交的、发明名称为“FOCUSING APPARATUS ANDTERMINAL COMPRISING VARIABLE FOCUS LENS ASSEMBLY”的美国专利申请No. 12/432，480中描述的调焦技术来提 供，在此通过参考将其全部内容并入。参考附图的图7，调焦装置210被示意性地示出为具有离子导电电活性聚合物致 动器，其中可变形表面156处于变形状态。由可变形表面156、间隔物152和盖154限定的 腔170可容纳光学透明的聚焦流体。选择折射率相对高的聚焦流体将会减小获得到标定焦 平面的距离的给定变化所需要的透镜表面曲率变化。在一个例子中，合适的折射率将会在 约1. 4到约2. 0的范围内。合适的聚焦流体(光学流体)的一个例子为可从SANT0LIGHT 获得的SL-52670PTICALFLUID (光学流体)，折射率=1. 67。在另一个例子(附图中未示出)中，调焦装置210包括弹性可变形的、光学透明的 物质，该物质可保持其无应力形状。例如，可以提供硅胶作为可变形的形状保持材料。以这 种方式，可变形表面156(例如膜)和置于腔170中的聚焦流体可用单一材料例如硅代替。 硅在致动器负载下变形，从而使得其上的可变形表面用作透镜，但是当致动器负载去除时 硅返回其原始形状。弹性可变形硅胶可置于所描述的任意实施例的腔170 (或取代腔170) 内。为了制造合适的硅胶用作在此描述的可变形表面156，可将液体硅注入到具有完成的凝 胶件的期望形状的容器内，然后将其固化。在一个例子中，可将液体硅注入腔170形状的模 子中(其中硅胶件将被置于该腔170中)，然后固化直到形成硅胶的形式。现在转而参考附图的图8，其中相同的数字表示与图7相同的元件，示意性地示出 了优选的调焦装置210。在所示的例子中，致动器148为音圈致动器。壳体258限定由背板 176连接的圆柱形外壁172和圆柱形内柱174。内柱174为中空的，从而形成与光轴124对 准的中心孔178，激光束112通过该中心孔178。壳体258进一步限定了在其中形成的内部 区180，以锁位和保持音圈部件。在内部区180内，永久磁体182固定到外壁172的内径。 具有线圈186的套管184或环在剩余的内部区180内浮动。可变形表面156、隔离物152和 盖154固定到外壁172的内径，如前参考图7所公开的那样。折射率大于1. 0的聚焦流体 可置于腔170中。在操作中，适当的电流通过线圈186并产生电场。根据洛伦兹定律，电场与由永久 磁体182感应的磁场相互感应，从而产生与电通量和磁通量的方向二者都成直角的驱动力 F。在所公开的实施例中，在基本上平行于轴124的方向上施加力F，如图8的箭头所示。此 外，为了防止可变形表面156的使光束112透射的那些部分的塑性变形和磨损，本发明的致 动器148被适配为在形成在偏离轴124的分布区(area pattern)内的连续性施力点处施 加力F。在偏离轴124的分布区内施加力是因为否则的话，在光路内的直接力对可变形表 面的重复循环随着时间的过去可能会改变可变形表面156的光学特性，这是不期望的。力F的量与通过线圈186的电流成正比。力F使得内套管184在与激光束112的 传播方向相同的方向上在沿着轴124的方向上移动。内套管184压迫可变形表面156，使得可变形表面156以产生凸透镜表面的方式凸出。在所示的实施例中，可变形表面156被配 置为沿着与力F的方向相反的方向变形。以这种方式，可变形表面156的凸面可被配置为 利用可变形表面156和相邻布置的物质之间的折射率差，如下面将详细解释的。由于音圈 设计的特性，可在非常小的时间段内实现非常精确的移动，从而允许以极大的精度调节可 变焦距透镜组件110。现在返回来参考图2、3和8，控制器140被进一步适配为驱动致动器148以改变透 镜设定，由此建立到目标126的焦距d。在一个实施例中，控制器140包含用以改变施加给 音圈致动器148的电流的预存的指令，并且这些指令沿着信号路径188传送。在开始事件 (诸如拉动触发器118)后，可以预设的时间间隔将施加给致动器148的电流从零值改变到 预定最大值。随着电流的改变，可变焦距透镜组件110的焦距连续变化直到实现成功的解 码。在另一实施例中，用于扫描装置100中的调焦装置210也可根据与本申请同 时提交的、发明名称为“LASER SCANNER WITH IMPROVED DECODING”的美国专利申请 No. 12/432，534中描述的调焦和解码技术来提供，在此通过参考将其全部内容并入。参考图8中所示的扫描装置100的结构，在一个例子中，可变形表面156为由折射 率大约为1. 43的SYLGARD 184组成的膜。腔170可填充有光学透明流体，其折射率与膜的 折射率相同或不同。在此引证的例子中，流体的折射率为1.67。然而，由于可变形膜非常 薄，因此其对透镜系统的光学特性的影响可被忽视到第一级近似值。形成透镜的可变形膜 由透镜一侧上的空气限定，空气的折射率为1.0。因此，调焦装置210定义与相邻布置的物 质的折射率的折射率差。在所公开的例子中，折射率差为0. 67(1.67-1.00)。该差显著大于 电湿润透镜组件的折射率差，电湿润透镜组件的折射率差的值为0. 1。较大折射率差的优点 在于在所公开的例子中，可变形表面156需要小得多的变形来实现与电湿润透镜组件相 同的焦距变化。为了进一步举例说明，现在参考附图的图7，其中调焦装置210包括两个光学元 件，即具有可变形表面156的膜和聚焦流体。调焦装置210的结构包括折射率为1. 43的可 变形表面156 (例如膜)和折射率为1. 67的聚焦流体。注意，可变形表面156前面的空气的 折射率为1. 00。因此，调焦装置210提供的可变形表面156和相邻布置的空气之间的折射 率差为0. 43(1. 43-1. 00)，聚焦流体和相邻布置的膜之间的折射率差为0. 24(1. 67-1. 43)。 该组合允许透镜设计者实现用以优化针对特定应用的透镜的另一可能的工具，例如利用该 膜来校正进入可变焦距透镜组件110的光束112的像差。本发明的扫描装置100的一个优点在于，调焦装置210的可变形表面156的非常 小的改变将会导致到标定焦平面的距离(Ln)(即到图3的束腰％的距离)的显著改变。这 个优点归因于以下事实可变形表面156仅仅有少量变形，这减少了光学像差的引入。因 此，扫描装置100在解码距离使用者非常近或者非常远的信号时是有用的。在一个示例性 配置中，致动器148向可变形透镜元件110施加较小的力f\。这个较小的力可以是表示初 始或校准状态的“归零(zeroing out) ”力，或者该较小的力可以为零。因此，可变形表面 156稍微(或者一点都没有)变形，导致到标定焦平面的第一距离L_大约为40英寸(1. 02 米)。接着，致动器148向可变形透镜元件142施加较大的力f2，导致可变形表面156的进 一步变形。所得到的到标定焦平面的第二距离Lmin大约为3英寸(0. 076米)，像通常在许多条形码扫描应用中常见的那样。如可以看出的，对于施加给可变形透镜元件142的力的 小变化，可实现相对大的工作范围R。事实上，基于测试结果，利用单个可变焦距透镜组件 110，已经实现了范围从约40英寸至约3英寸的、到标定焦平面的距离范围。另一个优点在于为实现相同的焦距变化，调焦装置210所需的半径变化比典型 的电湿润调焦装置所需的半径变化小得多，由此显著减少了由小的曲率半径引起的像差。扫描装置100的另一个优点在于聚焦流体(如果存在的话)与致动器148是流体 隔离的。在典型的电湿润透镜组件中，至少一个电极布置在盐溶液中。在参考图1描述的 电湿润调焦装置10中，第一电极24布置在第二流体16 (其被公开为加有盐的水溶液)中。 加有盐的流体中的电荷的存在可导致离子转移和电极的最终劣化。本发明的结构避免了这 些问题，因为任何电位(诸如用于图7的音圈致动器的电位)与任何离子流体是隔离的。在此所描述的系统、方法和装置的少量例子如下A1. —种扫描装置，包括激光源，其被适配为沿着轴发射光束并且照亮目标；扫描反射镜，其布置在激光源和目标中间，该扫描反射镜被适配为偏转从激光源 发射出的光束，以使得该光束根据扫描图案扫描目标；调焦装置，其包括致动器和可变形透镜元件，所述可变形透镜元件与激光源进行 光通信且具有可变形表面，所述可变形表面的至少一部分透射光束，所述致动器被适配为 向可变形表面施加力，该力沿着基本上平行于所述轴的第一方向；检测器，其被适配为接收从目标散射的强度变化的光，并且将该光转化为信号；以 及控制器，其在操作中与检测器相关联，用来接收来自检测器的所述信号并解码该 信号，并且所述控制器在操作中还与调焦装置相关联，用来驱动致动器以改变透镜设定，所 述透镜设定建立到目标的焦距；其中扫描装置用于利用被设定到第一焦距的调焦装置来捕获第一信号，其中扫描装置用于利用被设定到第二焦距的调焦装置来捕获第二信号，其中扫描装置还可操作用于使得控制器利用第一信号和第二信号的每一个来尝 试解码所述目标。A2.权利要求A1的扫描装置，其中扫描装置可操作用于使得调焦装置响应于操作 者输入的命令或命令集而在第一焦距和第二焦距之间切换。A3.权利要求A1的扫描装置，其中扫描装置可操作用于使得调焦装置响应于由操 作者触发的解码尝试而在第一焦距和第二焦距之间自动变化焦距。A4.权利要求A1的扫描装置，其中致动器在形成在所述轴附近的分布区内的连续 性施力点处施加所述力。A5.权利要求A1的扫描装置，其中致动器是音圈致动器，其包括磁体和线圈，其中 磁体和线圈之一被适配为响应于施加到该线圈的电流而沿着平行于所述轴的方向移动，由 此向可变形表面施加力。A6.权利要求A1的扫描装置，其中可变形表面被配置为沿着与第一方向相反的第 二方向变形。A7.权利要求A1的扫描装置，进一步包括壳体，所述壳体被适配为将所述可变形透镜元件固定于其中，所述可变形透镜元件包括可变形膜和端板，其中由壳体、可变形膜和 端板限定的腔被适配为容纳聚焦流体。A8.权利要求A7的扫描装置，其中所述聚焦流体与致动器是流体隔离的。B1. —种扫描装置，包括激光源，其被适配为沿着轴发射光束并且照亮目标；偏转反射镜，其布置在激光源和目标中间，该偏转反射镜被适配为偏转从激光源 发射出的光束，并将该光束导向目标；调焦装置，其包括致动器和可变形透镜元件，所述可变形透镜元件与激光源进行 光通信且具有可变形表面，所述可变形表面的至少一部分透射光束，调焦装置被适配为在 最小焦距和最大焦距之间改变焦距，其中最小焦距和最大焦距之间的距离大于一英尺，所 述致动器被适配为向可变形表面施加力，该力沿着基本上平行于所述轴的第一方向；检测器，其被适配为接收从目标散射的强度变化的光，并且被进一步适配为将该 光转化为信号；以及控制器，其在操作中与调焦装置相关联，用来驱动致动器。B2.权利要求B1的扫描装置，其中最小焦距和最大焦距之间的距离大于8英尺。B3.权利要求B2的扫描装置，其中最小焦距和最大焦距之间的距离大于三十英 尺。B4.权利要求B1的扫描装置，其中致动器在形成在所述轴附近的分布区内的连续 性施力点处施加所述力。B5.权利要求B1的扫描装置，其中可变形表面被配置为沿着与第一方向相反的第 二方向变形。C1. 一种扫描装置，包括激光源，其被适配为沿着轴发射光束并且照亮目标；扫描反射镜，其布置在激光源和目标中间，该扫描反射镜被适配为偏转从激光源 发射出的光束，以使得该光束根据扫描图案扫描目标；调焦装置，其包括可变形透镜元件，该可变形透镜元件与激光源进行光通信且具 有可变形表面，所述可变形表面的至少一部分透射光束，可变形透镜元件限定与相邻布置 的物质的折射率的折射率差，该折射率差大于0. 30 ；检测器，其被适配为接收从目标散射的强度变化的光，并且将该光转化为信号；以 及控制器，其在操作中与检测器相关联，用来接收来自检测器的信号并解码该信号， 并且该控制器在操作中还与可变焦距透镜组件相关联，用来驱动致动器以改变透镜设定， 所述透镜设定建立到目标的焦距。C2.权利要求C1的扫描装置，其中相邻布置的物质为空气。C3.权利要求C1的扫描装置，其中所述折射率差大于0. 40。C4.权利要求C1的扫描装置，其中所述透镜元件包括膜和可变形透镜元件。C5.权利要求C4的扫描装置，其中所述可变形透镜元件为聚焦流体。C6.权利要求C5的扫描装置，其中所述聚焦流体的折射率大于1. 40。C7.权利要求C4的扫描装置，其中所述可变形透镜元件为凝胶。
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C8.权利要求C4的扫描装置，其中所述折射率差为所述膜和所述可变形透镜元件 之间的。虽然已经参考多个具体实施例描述了本发明，但是将会理解，本发明的真正精神 和范围应该仅关于可受到本说明书支持的权利要求来确定。此外，尽管在此处的众多情况 中，其中系统和装置及方法被描述为具有一定数量的元件，但是将会理解，这些系统、装置 和方法可利用少于所提到的一定数量的元件来实践。同样，尽管已经描述了多个特定实施 例，但是将会理解，已经参考每个特定实施例描述的特征和方面可用于每个其他的特别描 述的实施例。
权利要求
一种扫描装置，包括激光源，其被适配为沿着轴发射光束并且照亮目标；扫描反射镜，其布置在激光源和目标中间，该扫描反射镜被适配为偏转从激光源发射出的光束，以使得该光束根据扫描图案扫描目标；调焦装置，其包括致动器和可变形透镜元件，所述可变形透镜元件与激光源进行光通信且具有可变形表面，所述可变形表面的至少一部分透射所述光束，所述致动器被适配为向可变形表面施加力，该力沿着基本上平行于所述轴的第一方向；检测器，其被适配为接收从目标散射的强度变化的光，并且将该光转化为信号；以及控制器，其在操作中与检测器相关联，用来接收来自检测器的所述信号并解码该信号，并且所述控制器在操作中还与调焦装置相关联，用来驱动致动器以改变透镜设定，所述透镜设定建立到目标的焦距；其中扫描装置用于利用被设定到第一焦距的调焦装置来捕获第一信号；其中扫描装置用于利用被设定到第二焦距的调焦装置来捕获第二信号；其中扫描装置还可操作用于使得控制器利用第一信号和第二信号的每一个来尝试解码所述目标。
2.根据权利要求1的扫描装置，其中扫描装置可操作用于使得调焦装置响应于操作者 输入的命令或命令集而在第一焦距和第二焦距之间切换。
3.根据权利要求1的扫描装置，其中扫描装置可操作用于使得调焦装置响应于由操作 者触发的解码尝试而在第一焦距和第二焦距之间自动改变焦距。
4.根据权利要求1的扫描装置，其中致动器在形成在所述轴附近的分布区内的连续性 施力点处施加所述力。
5.根据权利要求1的扫描装置，其中致动器是音圈致动器，其包括磁体和线圈，所述磁 体或线圈，所述磁体或线圈被适配为响应于施加到该线圈的电流而沿着平行于所述轴的方 向移动，由此向可变形表面施加力。
6.根据权利要求1的扫描装置，其中可变形表面被配置为沿着与第一方向相反的第二 方向变形。
7.根据权利要求1的扫描装置，进一步包括壳体，所述壳体被适配为将所述可变形透 镜元件固定于其中，所述可变形透镜元件包括可变形膜和端板，其中由壳体、可变形膜和端 板限定的腔被适配为容纳聚焦流体。
8.根据权利要求7的扫描装置，其中所述聚焦流体与致动器是流体隔离的。
9.一种扫描装置，包括激光源，其被适配为沿着轴发射光束并且照亮目标；偏转反射镜，其布置在激光源和目标中间，该偏转反射镜被适配为偏转从激光源发射 出的光束，并将该光束导向目标；调焦装置，其包括致动器和可变形透镜元件，所述可变形透镜元件与激光源进行光通 信且具有可变形表面，所述可变形表面的至少一部分透射光束，调焦装置被适配为在最小 焦距和最大焦距之间改变焦距，其中最小焦距和最大焦距之间的距离大于一英尺，所述致 动器被适配为向可变形表面施加力，该力沿着基本上平行于所述轴的第一方向；检测器，其被适配为接收从目标散射的强度变化的光，并且被进一步适配为将该光转化为信号；以及控制器，其在操作中与调焦装置相关联，用来驱动致动器。
10.根据权利要求9的扫描装置，其中最小焦距和最大焦距之间的距离大于8英尺。
11.根据权利要求10的扫描装置，其中最小焦距和最大焦距之间的距离大于三十英尺。
12.根据权利要求9的扫描装置，其中致动器在形成在所述轴附近的分布区内的连续 性施力点处施加所述力。
13.根据权利要求9的扫描装置，其中可变形表面被配置为沿着与第一方向相反的第 二方向变形。
14.一种扫描装置，包括激光源，其被适配为沿着轴发射光束并且照亮目标；扫描反射镜，其布置在激光源和目标中间，该扫描反射镜被适配为偏转从激光源发射 出的光束，以使得该光束根据扫描图案扫描目标；调焦装置，其包括可变形透镜元件，该可变形透镜元件与激光源进行光通信且具有可 变形表面，所述可变形表面的至少一部分透射光束，可变形透镜元件限定与相邻布置的物 质的折射率的折射率差，该折射率差大于0. 30 ；检测器，其被适配为接收从目标散射的强度变化的光，并且将该光转化为信号；以及 控制器，其在操作中与检测器相关联，用来接收来自检测器的所述信号并解码该信号， 并且该控制器在操作中还与可变焦距透镜组件相关联，用来驱动致动器以改变透镜设定， 所述透镜设定建立到目标的焦距。
15.根据权利要求14的扫描装置，其中相邻布置的物质为空气。
全文摘要
本发明涉及具有可变形透镜的激光扫描器。一种扫描装置，包括被适配为沿着轴发射光束并且照亮目标的激光源，被适配为接收从目标散射的强度变化的光并且将光转化为信号的检测器，以及在操作中与检测器相关联用来接收来自检测器的信号并解码该信号的控制器。调焦装置包括与激光源进行光通信的可变形透镜元件，且该可变形透镜元件具有可变形表面，所述可变形表面的至少一部分透射光束。可变形透镜元件限定与相邻布置的物质的折射率的折射率差。在一个实施例中，该折射率差大于0.30。
文档编号G06K7/10GK101877048SQ201010207239
公开日2010年11月3日 申请日期2010年4月28日 优先权日2009年4月29日
发明者W·H·黑文斯, Y·P·王 申请人:手持产品公司