专利名称：基于光路长度控制而从对象光学读取信息的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及从对象光学读取信息的方法和装置，特别地讲，涉及这样的方法和装置，其中使用了用于对来自信息码的反射光进行成像的成像透镜和用于从成像透镜接收图像的光传感器。
背景技术：
读码器例如条形码读取器被公知为是能够从附着在对象上的条形码读取信息段的装置。为了从条形码读取信息，需要使用被称作条形码读取器的装置。
一种手持式光学信息读取装置被归类为上述装置中的一种，并且该读取装置被构造成能够读取诸如条形码或二维码等信息。这种读取装置具有一个包括光传感器的读取单元、一个包括成像透镜的光学成像器具以及设在便携式主单元中的照明器具。用于被光学读取信息的对象(例如条形码，以下简称作对象)被照明器具通过一个设在主单元端部的读取窗照亮。这样，利用穿过读取窗的对象反射光，光传感器通过光学成像器具成像。
用于读取光学信息的读取距离(即光学信息读取装置与对象之间的距离)取决于光学成像读取装置中的光学成像器具的光学特性(主要取决于焦深)，并且位于一定的距离范围内。因此，光学信息读取装置的使用者通过将读取装置(例如读取窗)移动到对象的适宜读取位置(即最佳聚焦位置)而进行读取操作。另一方面，最近，为了扩大可读距离的范围，一种具有自动聚焦单元的光学信息读取装置被研制出来，其能够通过透镜系统的移动来改变焦深。例如，一种通过沿光轴移动透镜系统来改变焦深的自动聚焦单元被研制出来，其组合了滚珠螺杆和步进电机(例如见日本特开平7-319990号公报)。
然而，上述自动聚焦单元尽管具有无级改变焦深的优点，但需要采用非常复杂的机构和控制。特别是，使透镜系统沿直线移动的驱动单元非常复杂，从而导致单元大型化。此外，由于驱动单元的移动部分较重，因此其反应速度较低，从而给单元带来缺点。
发明内容
本发明是考虑到背景技术中的上述问题而研制的。因此，本发明的目的是提供一种光学信息读取装置，其能够通过简单的小型结构来扩大可读距离范围。
为了实现上述目的，本发明的光学信息读取装置的特征在于，具有一个固定在预定点上并且对来自信息码的反射光成像的成像透镜，以及一个用于接收成像透镜所形成图像的光传感器。光传感器安置在相对于成像透镜而言的位置上。光学信息读取装置还包括一个设置在成像透镜与光传感器之间的用于将反射光偏折多次的光路偏折器具，以及一个用于移动光路偏折器具的移动器具。通过利用移动装置改变光路偏折器具的位置，可改变成像透镜与光传感器之间的光路长度。
来自信息码的反射光在穿过成像透镜并且被光路偏折器具偏折了多次之后被输入到光传感器。利用移动装置改变光路偏折器具的位置，可改变成像透镜与光传感器之间的光路长度。结果，可以获得适宜的读取距离(最佳聚焦位置)。因此，对象与光学信息读取装置之间的可读距离范围可以扩大。此外，由于设在成像透镜与光传感器之间的光路偏折器具被构造成将光路偏折多次，因此光路偏折器具可以沿成像透镜的光轴方向上紧凑构造，而且即使光路偏折器具的移动较小，也可以显著改变光路长度。
具体地讲，首要的是，光路偏折器具具有至少两个反射面，以使输入到反射面的入射光与从反射面输出的出射光相互平行且相反。利用上述光路偏折器具，光路长度的变化可以是光路偏折器具移动距离的两倍或更多倍。光路偏折器具还可以被构造成具有至少一组将光路偏折90度两次的反射面。在这种情况下，被反射面偏折的光路可以平行或垂直于成像透镜的光轴。反射面可以由例如反射镜或棱镜构成。
其次，光路偏折器具具有两个反射镜，所述反射镜偏折光路，以使光路自身交叉，而且所述移动器具分别沿着成像透镜和光传感器的光轴移动所述两个反射镜。由于光路被构造成在成像透镜与光传感器之间交叉，因此成像透镜和光传感器均可以设置在较小区域中，从而使得它们布置的自由度增大。
可以将所述两个反射镜结合为一个组件，从而利用移动器具将这两个反射镜一起移动。这两个反射镜还可以由单一的驱动器同时且以相等的距离移动。在任何情况下，均可以实现比反射镜的移动距离大的光路长度变化。因此，移动器具可以简化。
此外，可以将由所述两个反射镜偏折的光路构造成一个等腰三角形的形式，该三角形包括位于相应反射镜上的两个反射点以及一个由输入到所述反射镜的入射光和从所述反射镜输出的反射光形成的交点。通过将成像透镜和光传感器的光轴布置成以直角交叉，可以由反射镜偏折的光路构造成等腰直角三角形，该三角形包括位于相应反射镜上的两个反射点以及一个由输入到所述反射镜的入射光和从所述反射镜输出的反射光形成的交点。
在本发明中，光学信息读取装置包括一个用于测量从信息码至光学信息读取装置的距离的距离测量器具，以及一个基于距离测量器具的测量结果控制移动器具的控制器。作为示例，利用距离测量器具，可以自动测量从信息码至光学信息读取装置的距离，而不需要用视觉猜测该距离。结果，可以将光路偏折器具自动移动到最佳聚焦位置。
通过下面对本发明的优选实施例的详细描述以及附图，可以更全面地理解本发明。然而，应当理解，本发明并不局限于这些实施例，它们仅仅是用于解释和理解的目的。
在附图中图1A是本发明第一实施例中的读取距离L1与反射镜停止位置a1之间关系的俯视图。
图1B是第一实施例中的读取距离L2与反射镜停止位置a2之间关系的俯视图。
图1C是第一实施例中的读取距离L3与反射镜停止位置a3之间关系的俯视图。
图2是第一实施例中的光学信息读取装置的端侧部分的适宜性剖视图。
图3是第一实施例中的焦深调节单元的主要部分的俯视图。
图4是第一实施例中的移动器具的结构的示意图。
图5A是第一实施例中的距离测量器具的示意性俯视图。
图5B是显示第一实施例中的距离测量器具的摄影成像的示意性俯视图。
图6是第一实施例中的光学信息读取装置的电气结构的示意性框图。
图7是本发明第二实施例中的焦深调节单元的主要部分的俯视图。
图8是本发明第三实施例中的焦深调节单元的主要部分的俯视图。
图9是本发明第四实施例中的焦深调节单元的主要部分的俯视图。
图10A是本发明第五实施例中的由多个棱镜组成的反射面的一种形式的俯视图。
图10B是第五实施例中的由多个棱镜组成的反射面的另一种形式的俯视图。
图11A是本发明第六实施例中的读取距离L1与反射镜停止位置之间关系的俯视图。
图11B是第六实施例中的读取距离L2与反射镜停止位置之间关系的俯视图。
图11C是第六实施例中的读取距离L3与反射镜停止位置之间关系的俯视图。
图12是第六实施例中的焦深调节单元的主要部分的俯视图。
图13是第六实施例中的移动器具的结构的示意图。
图14是本发明第七实施例中的焦深调节单元的主要部分的俯视图。
图15是本发明第八实施例中的焦深调节单元的主要部分的俯视图。
具体实施例方式
下面参照附图描述本发明应用在二维码的手持式光学信息读取装置(下面简称为读取装置)时的各个实施例。
(第一实施例)下面参照图1至6描述本发明的第一实施例。一种二维码读取装置，也就是第一实施例中的光学信息读取装置，具有一个主单元1，该主单元在长度方向上的形状和尺寸被构造为适于便携和利用单手操作，如图2所示。如后文中所述，主单元1在其一端设有光学系统(即读取器具)，用于读取二维码Q(参看图1和图3)，例如印在可被读取光学信息的对象(以下仅称作对象)上的QR码，其可以是贴装于商品上的标签P(参看图5和图6)。矩形透明读取窗1a形成在主单元1的端部。
光学系统包括光传感器2、成像透镜3、设在光传感器2与成像透镜3之间的焦深调节单元4、照明器具5以及瞄准光发射单元6(参看图5)。焦深调节单元4和瞄准光发射单元6将在后面详细描述。如图1、3、5所示，光传感器2可以是例如CCD(即电荷耦合器件)面积传感器，其面对着读取窗1a(在第二位置P2)安置在主单元中央。成像传感器3(在第一位置P1)安置在光传感器2前面。尽管没有详细示出和解释，但成像透镜3包含位于镜筒中的多个透镜。成像透镜3的光轴O垂直于读取窗1a的中心延伸，光传感器2以其轴线中心设置在光轴O的延长线上。
照明器具5包括光源LED(即发光二极管)7和安置在LED 7前面的用于汇聚或扩散来自LED 7的光的照明透镜8。多个LED 7和多个照明透镜8在成像透镜3附近面向这读取窗1a安置。通过上述结构，来自照明器具5的照明光穿过读取窗1a照射在印制在对象上的二维码Q(例如标签P)上，来自二维码Q的反射光穿过读取窗1a入射到主单元中，并且通过成像透镜3和焦深调节单元4而在光传感器2上形成图像。这样，二维码Q可被光学信息读取装置读取。
图6中示意性地示出了本发明的二维码光学信息读取装置的电气结构。主要由微处理器构成的控制电路21包含在主单元1中，以总体控制光学信息读取装置和执行解码处理。控制电路21控制例如放大电路21、AD转换电路101、存储器102、特定比值检测电路103、同步信号发生电路104、地址发生电路105。光传感器2的成像信号被放大电路100放大，然后被AD转换电路101转换成数字信号，并且作为图像数据存储在存储器102中。与此同时，图像数据中的特定模式被特定比值检测电路103检测。光传感器2、特定比值检测电路103和放大电路100被同步信号发生电路104施加同步信号。
用于输入各种指令的操作开关22、指示LED 23、液晶显示器24安置在光学信息读取装置的主单元的上侧。此外，作为示例，指示蜂鸣器25、用于与外界通讯的通讯接口26、用作驱动电源的二级电池27设置在主单元1中。用于发出读取操作指令的触发开关28布置在主单元1的侧面。触发开关被构造成例如通过两个按压步骤操作，即第一按压步骤(所谓的半按压状态)用于测量操作(该步骤将在后文中详细描述)，第二按压步骤用于读取操作。
下面将参照图1和图3至5来描述焦深调节单元4。如图1和图3所示，焦深调节单元4包括四个反射镜，即第一反射镜9、第二反射镜10、第三反射镜11、第四反射镜12。这些反射镜用作光路偏折器具，用于多次、在本例中为四次偏折成像透镜3与光传感器2之间的反射光的光路。
第一反射镜9被安置成使其反射面以45度倾斜面对着光轴O，也就是说，从上面看，第一反射镜9将来自对象的入射光偏折90度而向着第二反射镜10的方向(图1和3中的向上方向)反射。第二反射镜10安置在第一反射镜9的右侧(图1和3中的上侧)，以使其反射面面对并且平行于第一反射镜9的反射面，以使来自第一反射镜9的光线偏折90度而射向第三反射镜11的方向(图1、3中的向右方向)。
第三反射镜11毗邻第二反射镜10安置，以使其反射面相对于第二反射镜成直角，以将来自第二反射镜10的光线偏折90而射向第四反射镜12的方向(即图1、3中的向下方向)。第四反射镜12毗邻第一反射镜9安置，以使其反射面面对并且平行于第三反射镜11的反射面，以将来自第三反射镜11的光线偏折90而射向光传感器2的方向(图1、3中的向右方向)。
也就是说，焦深调节单元4包括两组反射面(即反射镜)，用于在每组反射面之间将光路R偏折两次，每次偏折90度。光路R中的进入到焦深调节单元4的入射光路在焦深调节单元中被偏折，以使入射光路与从焦深调节单元射出的出射光路平行(在本例中为同光轴)。被每个反射镜9至12偏折的光路R与成像透镜3的光轴O平行或直角交叉。
第一反射镜9和第四反射镜12结合并固定在主单元1上。另一方面，第二反射镜10和第三反射镜11结合为一个组件并且可以沿着指向第一反射镜9和第四反射镜12的方向(即沿着图1、3中的方向A和B)移动。第二和第三反射镜10、11被移动单元13(该移动单元13将在后文中描述)沿方向A和B自由移动。结果，反射镜10、11的位置被改变。
固定反射镜9、12与可移动反射镜10、11之间的距离a通过前述机构而被改变，结果，成像透镜3与光传感器2之间的光路长度被改变。在这种情况下，如图3所示，如果成像透镜3与光传感器2之间的距离为b，则光路长度为2a+b。也就是说，光路长度的变化等于第二和第三反射镜10、11移动距离的两倍。
如图1所示，第二和第三反射镜10、11可停止在三个给定位置，每个位置分别具有不同的距离a。结果，成像透镜3与光传感器2之间的光路长度根据反射镜10、11的停止位置而变化，从而导致用于以最佳焦点读取对象的读取距离(最佳聚焦距离，也就是读取窗1a与对象标签P之间的距离)发生变化。
图1A示出的是第二和第三反射镜10、11停止在第一停止位置。在这种情况下，反射镜10、11与固定反射镜9、12之间的距离a1相对较短，从而产生用于以最佳焦点读取对象的相对较长读取距离L1，例如300mm±70mm。图1B示出的是反射镜10、11停止在第二停止位置。在这种情况下，反射镜10、11与反射镜9、12之间的距离a2为中等，从而产生用于以最佳焦点读取对象的相对中等读取距离L2，例如200mm±50mm。图1C示出的是反射镜10、11停止在第三停止位置。在这种情况下，反射镜10、11与反射镜9、12之间的距离a3较长，从而产生用于以最佳焦点读取对象的相对较短读取距离L3，例如120mm±30mm。
图4是用于沿箭头所示的方向A和B移动第二和第三反射镜10、11的移动单元13和用于驱动移动单元13的驱动电路14的示意图。移动单元13包括固定电磁体15和在固定电磁体15的作用下沿箭头所示方向A和B移动反射镜的移动体16。第二和第三反射镜10、11附着在移动体16的一个端部上。移动体16包括永磁体。作为示例，永磁体的一端是N极，另一端是S极。
驱动电路14通过第一反相电路17和第一放大电路18而从控制电路21向电磁体15的一个终端传送驱动信号。第一反相电路17的输出信号通过第二反相电路19和第二放大电路20传送到电磁体15的另一个终端。来自控制电路21的允许信号(以EN表示)被发送到第一和第二放大电路18和20。
响应于来自控制电路21的驱动信号和允许信号，来自驱动电路14的驱动脉冲被发送到移动单元13的电磁体15。然后，移动体16根据脉冲数量而沿方向A和B移动一段距离，并且被保持就位于此。结果，第二和第三反射镜10、11被控制电路21选择性地移动到第一、第二和第三位置。
此外，在本实施例中，如图5A和5B所示，距离测量单元被设置成用于测量主单元1(即读取窗1a)与对象(即标签P)之间的距离。如图5所示，由例如位于左右侧的一对LD(激光二极管)构成的瞄准光发射单元6以倾斜照射方向靠近成像透镜3布置。瞄准光发射单元6安置在成像透镜3和光传感器2的读取视场V内，并被构造成通过读取窗1a而向对象(即标签P)的左右侧部分发射瞄准光(例如红色聚光)。
由于来自瞄准光发射单元6的瞄准光的发射方向具有比读取视场V的外边缘线的角度小的角度，因此瞄准光在对象上的照射位置将随着瞄准光发射单元6与对象(即标签P)之间的距离L而变化。也就是说，如图5B所示，如果对象距离读取窗1a相对较近，则两个瞄准光在对象上的照射位置的之间的距离为d1。另一方面，如果对象距离读取窗1a相对较远，则两个瞄准光的照射位置更靠近于读取视场V的外边缘(即两个照射位置之间距离更大)。在这种情况下，两个照射位置之间距离变为例如d2。
如果触发开关28的第一按压步骤被执行，则控制电路21接通瞄准光发射单元6，输入光传感器2的摄影图像，利用光传感器2输入的摄影图像数据检测检测瞄准光的位置，并且计算瞄准光照射位置之间的距离。然后，通过将比值d/c(d为两个瞄准光照射位置之间的距离，c为读取视场V的宽度)与一个数据表中的预定值进行比较，距离L(本实施例中为三级，即长、中等、短)被计算。
控制电路21用作控制器，用以响应于距离测量单元的测量结果(即计算距离L)而控制移动单元13(即电磁体15)，以将第二和第三反射镜10、11移动到预定停止位置。也就是说，如果计算出的距离L是长距离，则第二和第三反射镜10、11停止在第一位置。如果计算出的是中等距离，则反射镜10、11停止在第二位置；如果计算出的是短距离，则反射镜10、11停止在第三位置。
在上述二维码读取装置中，如果读取操作是对印制在标签P上的二维码Q进行的，则该装置需要与标签P相隔适宜的距离，而且读取窗1a需要面对着标签P。在上述结构中，通过按压装于主单元1侧面的触发开关28执行按压步骤。通过触发开关28的第一按压步骤，从瞄准光发射单元6至标签P的距离L被测量。根据测量到的距离L，焦深调节单元4的第二和第三反射镜10、11移动到预定停止位置(即三个停止位置之一)。
通过触发开关28的第二按压步骤，进行二维码Q的读取操作。前述读取操作是以下面所述的方式进行的。来自照明器具5的照明光穿过读取窗1a照射在印制于标签P上的二维码Q上。来自二维码Q的反射光通过读取窗1a输入到主单元中，并且通过成像透镜3和焦深调节单元4而在光传感器2上形成图像。
如图1和图3所示，穿过成像透镜3后的反射光被焦深调节单元4的每个反射镜即第一反射镜9、第二反射镜10、第三反射镜11、第四反射镜12分别偏折90度，然后射入光传感器2中。第二和第三反射镜10、11停止在三个停止位置之一，从而根据停止位置而改变成像透镜3至光传感器2的光路长度，从而产生适合于读取对象的光路长度(适合于最佳聚焦长度)。
如果到标签P的长度L相对较大，如图1A所示，则第二和第三反射镜10、11停止在第一停止位置。在这种情况下，反射镜10、11与固定反射镜9、12之间的距离a1相对较小。这样，成像透镜3至光传感器2的光路长度变短。结果，适宜读取长度(最佳聚焦长度)变长，并且在此位置可以进行读取。此外，如果长度L为中等，如图1B所示，则反射镜10、11停止在第二停止位置。在这种情况下，反射镜10、11与固定反射镜9、12之间的距离变为a2，从而产生成像透镜3至光传感器2的中等光路长度。结果，结果，适宜读取长度(最佳聚焦长度)变为中等，并且在此位置可以进行读取。
在到标签P的长度L相对较小的情况下，如图1A所示，反射镜10、11停止在第三停止位置。在这种情况下，反射镜10、11与固定反射镜9、12之间的距离变为a3，从而导致大的光路长度。结果，适宜读取长度(最佳聚焦长度)变短，并且在此位置可以进行读取。这样，不论标签P位于什么位置，总能获得适宜读取长度，并且实现精确读取。因此，可读长度的范围被显著扩大。
在本实施例中，多个反射镜9、10、11、12被设置，以偏折成像透镜3与光传感器2之间的光路R。此外，焦深调节单元4配备有移动单元13，用于通过移动反射镜10、11而改变光路长度。结果，可读长度的范围可以扩大。本实施例中的焦深调节单元4利用与传统技术不同的方法来获得最佳聚焦长度。在传统技术中，透镜系统沿着光轴移动，以获得最佳聚焦位置。另一方面，在本实施例中，光路R被偏折多次。这样，即使第二和第三反射镜10、11的移动距离较小，也能够较大地改变光路长度。结果，可以获得小型且快速的反应系统。
这样，本实施例能够扩大可读长度的范围。此外，读取装置可以简化且变得相对较小。特别地讲，在本实施例中，设置了距离测量单元，用于测量主单元1与对象(即标签P)之间的距离。由于第二和第三反射镜10、11被移动单元13基于距离测量单元的测量结果而移动到适宜的预定位置，因此反射镜10、11可以被自动移动，从而导致更为方便。此外，距离测量单元较为简单。其仅配备有瞄准光发射单元6。
图7至10中示出了第二至第五实施例。第二至第五实施例是第一实施例中的光路偏折器具(即焦深调节单元)的改型例。在这些实施例中，为了简化解释，与第一实施例中相同或相似的元件被赋予与第一实施例中相同的附图标记，并且不再进行解释。
(第二实施例)在第二实施例中，如图7所示，作为光路偏折器具的焦深调节单元30具有例如四组反射面。每组偏折表面分别将光路R偏折两次，每次偏折90度，从而通过这四组反射面将光路R偏折八次。也就是说，焦深调节单元30具有八个反射镜，即第一至第八反射镜31至38。穿过成像透镜3后的反射光被第一至第八反射镜31至38中的每一个分别偏折90度，然后射入光传感器2中。
第一、第四、第五、第八反射镜31、34、35、38结合在一起形成一个单元，并且固定在主单元1上。另一方面，第二、第三、第六、第七反射镜32、33、36、37结合在一起形成一个单元，并且被移动单元沿箭头所示的方向A和B移动，从而导致每个可移动反射镜的位置变化。通过如此改变位置，固定反射镜31、34、35、38与可移动反射镜32、33、36、37之间的距离变化，从而导致成像透镜3与光传感器2之间的光路长度被改变。在这种情况下，光路长度变为4a+b。也就是说，如果可移动反射镜32、33、36、37改变位置，则光路长度的变化等于反射镜32、33、36、37移动距离的四倍。
(第三实施例)在第三实施例中，如图8所示，作为光路偏折器具的焦深调节单元39具有例如一组反射面。该组偏折表面将光路R偏折两次，每次偏折90度。也就是说，焦深调节单元39具有第一反射镜40和第二反射镜41，二者以直角结合为一个组件，以及一个移动单元，其用于带动第一和第二反射镜40和41前后移动(沿箭头所示的方向C和D)。
光传感器2以面向后方的方式安置在成像透镜3的一侧(图8中的右上侧)。穿过成像透镜3后的反射光被第一和第二反射镜40和41分别偏折90度，然后射入光传感器2中。通过沿箭头所示的方向C和D前后移动第一和第二反射镜40和41，可以改变光路长度。
(第四实施例)在第四实施例中，如图9所示，作为光路偏折器具的焦深调节单元42具有例如两组反射面。这两组反射面分别将光路R偏折90度。也就是说，焦深调节单元42具有第一反射镜43和第二反射镜44，二者以直角结合为一个组件，以及第三反射镜45和第四反射镜46，二者也以直角结合为一个组件。
用于带动第一和第二反射镜43和44前后移动(沿箭头所示的方向C和D)的第一移动单元和用于带动第三和第四反射镜45、46前后移动的第二移动单元相互独立设置。第一和第二移动单元被构造成分别将反射镜43、44和反射镜45、46在两个位置之间移动。光传感器安置在成像透镜3的背侧方向。
穿过成像透镜3后的反射光被第一和第二反射镜43和44以及第三和第四反射镜45和46分别偏折90度，然后射入光传感器2中。通过反射镜43和44的两个不同位置，光路长度可以变为两个不同长度；通过反射镜45和46的两个不同位置，光路长度又可以变为两个不同长度，这样，总共可以产生四个不同的光路长度。
(第五实施例)在图10所示的第五实施例中，形成光路偏折器具的反射面由棱镜而非反射镜构成。也就是说，在图10A所示的情况中，第一至第三棱镜47至49安置在成像透镜3和光传感器2之间。在第一棱镜47中，一个倾斜平面构成反射面47a。在第二棱镜48中，两个彼此成直角的表面构成了反射面48a、48b。在第三棱镜49中，一个倾斜平面构成反射面49a。第二棱镜48被沿着沿箭头所示的方向A和B移动。
在图10B所示的例子中，第一和第二棱镜50、51安置在成像透镜3和光传感器2之间。在棱镜50、51中，彼此成直角的表面分别构成了反射面50a、50b和51a、51b。第一棱镜50和第二棱镜51分别被第一移动单元和第二移动单元沿箭头所示的方向C和D移动。
(第六实施例)接下来参照图11至13描述第六实施例。第六实施例中的许多元件与第一实施例中相同。因此，为了简化解释，与第一实施例中相同或相似的元件被赋予与第一实施例中相同的附图标记，并且不再进行解释。
第六实施例中不同于第一实施例之处在于，设有作为光路偏折器具的焦深调节单元61，其安置在成像透镜3和光传感器2之间，用于多次偏折光路R。在本实施例中，光传感器2面对着右侧(即面对着反射镜63)安置在成像透镜3的左后侧(图11中的右后侧)。此外，成像透镜3的光轴和光传感器2的入射光轴彼此成直角安置。
例如，如图12所示，焦深调节单元61包括第一和第二反射镜62和63，二者在成像透镜3和光传感器2之间偏折光路R，并使光路R本身交叉。第一反射镜62被这样安置，即它的反射面倾斜面对着成像透镜3的光轴O。这样，沿光轴O射入的反射光线被偏折向图12中的左上方(即朝向反射镜63的方向)。
第二反射镜63被设置在图12中所示的反射镜62左上方，其反射面向下并略微向右，以将来自反射镜62的光线向下偏折(即沿着光传感器2的光轴方向)，从而将反射光输入光传感器2中。接下来，如图12所示，被所述两个反射镜62、63偏折的光路R形成一个等腰直角三角形，该三角形具有位于反射镜62、63上的两个反射点和由反射镜62的入射光与反射镜63的出射光形成的一个交点。
作为移动器具的移动单元64被设置成分别沿成像透镜3和光传感器2的光轴(沿箭头所示的方向C、D和A、B)移动第一反射镜62和第二反射镜63。在本实施例中，通过移动单元64的单一驱动源(即步进电机)每次将反射镜62、63移动相同的距离。
也就是说，如图13所示，第一反射镜62安装在一个沿成像透镜3的光轴延伸的第一齿条65上。第一齿条65能够沿箭头所示的方向C、D(即图13所示的左右方向)移动。另一方面，第二反射镜63安装在一个沿光传感器2的光轴延伸的第二齿条66上。第二齿条66能够沿箭头所示的方向A、B(即图13所示的上下方向)移动。第一和第二齿条65和66被交叉地安置在不同高度的同时平行于齿条65和66移动方向的平面内。
同时与第一和第二齿条65和66啮合的齿轮67被安置在图13中所示齿条65和66的交叉点的右下方。齿轮67直接结合在步进电机68的轴上并被自由地前后转动(即沿箭头所示的方向E、F)。步进电机68被控制电路控制。
如果齿轮67被步进电机68沿方向E转动，则第一齿条65及第一反射镜62沿方向C移动，第二齿条66及第二反射镜63沿着方向A移动。另一方面，如果齿轮67被步进电机68沿方向F转动，则第一齿条65及第一反射镜62沿方向D移动，第二齿条66及第二反射镜63沿着方向B移动。
此外，多个穿过型光传感器69至71，在本例中为例如三组光传感器，被左右并排设置，用于探测第一齿条65的位置。光传感器69至71被构造为通过遮蔽对象(即第一齿条65)来检测光的屏蔽。
如果第一齿条65位于仅使图13所示所述光传感器左端的第一光传感器69操作的位置，则说明第一和第二反射镜62、63停止在第一停止位置(参看图11A)。如果第一齿条65位于使第一光传感器69和第二光传感器70操作的位置，则说明反射镜62、63停止在第二停止位置(参看图11B)。如果第一齿条65位于使所有光传感器69至71操作的位置，则说明反射镜62、63停止在第三停止位置(参看图11C)。
如图11A所示，如果第一和第二反射镜62、63位于第一停止位置，则第一和第二反射镜62、63之间的距离相对较小，从而产生较小的光路长度。结果，可以获得相对较长的适宜读取距离L1。如图11B所示，如果第一和第二反射镜62、63位于第二停止位置，则第一和第二反射镜62、63之间的距离为中等，从而产生中等光路长度。这样，可以获得中等适宜读取距离L2。如图11C所示，如果第一和第二反射镜62、63位于第三停止位置，则第一和第二反射镜62、63之间的距离相对较大，从而产生较大的光路长度。结果，可以获得相对较小的适宜读取距离L3。
在这种情况下，控制电路21也被构造成基于距离测量器具的测量结果(即距离L的判断结果)来控制移动单元64(即步进电机68)，以将第一和第二反射镜62、63移动到给定的停止位置。也就是说，如果距离L被判断为长，则反射镜62、63停止在第一停止位置。如果距离L被判断为中等，则反射镜62、63停止在第二停止位置。如果距离L被判断为短，则反射镜62、63停止在第三停止位置。
如前所述，在第六实施例中，类似于第一实施例，读取装置配备有焦深调节单元61，用于偏折成像透镜3和光传感器2之间的光路R，并因此而改变光路长度。结果，可读长度的范围被扩大，用于实现可读长度范围扩大的结构可以简单和小型化。此外，移动单元也被简化。因此，第六实施例可获得多项优异效果。
(第七实施例)图14中示出了本发明的第七实施例。在第七实施例中，类似于第六实施例，作为光路偏折器具的焦深调节单元81包括第一反射镜82和第二反射镜83，用于在成像透镜3和光传感器2之间偏折光路R，使光路本身直角交叉。反射镜82、83通过连接件84而结合为一个组件。连接件84被一个移动单元(未示出)沿着以45度面对成像透镜3光轴的方向(即沿箭头所示的方向G、H)前后移动。
接下来，通过将结合为一个组件的反射镜82、83一起移动以改变光路长度。在这种情况下，反射面上的反射点随着第一和第二反射镜82、83的位置变化而移动，因此反射镜82、83的表面相对较大。通过上述结构，可以实现与第六实施例相同或相似的效果和优点。
(第八实施例)本发明的第八实施例显示于图15中。在第八实施例中，作为光路偏折器具的焦深调节单元85包括第一反射镜86和第二反射镜87，用于在成像透镜3和光传感器2之间偏折光路R，使光路本身交叉。被所述两个反射镜86、87偏折的光路R形成一个等腰锐角三角形，该三角形具有位于反射镜86、87上的两个反射点和由反射镜86的入射光与反射镜87的出射光形成的一个交点。这样，光传感器2的光轴与成像透镜3的光轴形成一个斜角。
在这种结构下，第一反射镜86被一个移动单元(未示出)沿成像透镜3的光轴O(沿箭头所示的方向C、D)移动，第二反射镜87被一个移动单元(未示出)沿光传感器2的光轴(沿箭头所示的方向I、J)移动。通过改变反射镜86、87的位置，光路长度被改变。通过第八实施例中的结构，可以实现与第六实施例相同或相似的效果和优点。
在前述各实施例中，通过用于测量读取装置与对象之间距离的距离测量器具，反射镜的停止位置被自动调节。然而，也可以由使用者手工操作以移动反射镜，从而改变读取距离。在这种情况下，距离测量装置不总是必需的。例如，使用者可以视觉测量反射镜的停止位置。其它方法也可以被采用，例如，如果在一个停止位置不能读取对象，如果判断出信息码图像(即对象)的离焦而导致失效，则将停止位置从前一位置切换到下一位置。也可以显示距离测量器具的测量结果。当然，也可以采用距离测量器具和移动器具等的其它多种改型或改进结构。
本发明并不局限于上述实施例。本发明的读取装置不局限于手持式的。例如，组合并固设在FA(工厂自动化)系统中的装置也是可行的。本发明的读取装置并不局限于读取二维码，而是还可以读取例如条形码等。
在不脱离其精神和根本特征的前提下，本发明可以以其它特定形式实施。因此，这里的实施例在所有方面均被认为是解释性而非限制性的，本发明的范围仅由权利要求而非前面的描述限定。落在权利要求的等效替代的定义和范围内的所有变化均包含在本发明的范围内。本领域的技术人员可以实施其它多种修改或改进。
权利要求
1.一种用于从对象光学读取信息的装置，包括成像器具，其在第一位置固定于装置中，并且对来自对象的反射光进行成像；光传感器，其在相对于所述第一位置而言的第二位置固定于装置中，并且接收由成像器具形成的图像；以及光路长度改变器具，其基于对象与装置之间距离的信息来改变从成像器具至光传感器的光路长度。
2.一种用于从对象光学读取信息的装置，包括成像器具，其在第一位置固定于装置中，并且对来自对象的反射光进行成像；光传感器，其在相对于所述第一位置而言的第二位置固定于装置中，并且接收由成像器具形成的图像；光路偏折器具，其在成像器具与光传感器之间将所述反射光偏折多次；以及移动器具，其响应于对象与装置之间距离的信息而移动所述光路偏折器具，以改变成像器具与光传感器之间的光路长度。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述光路偏折器具包括一个光学器件，所述光学器件具有至少两个反射面，所述反射面偏折所述反射光的光路，以使输入到所述反射面的入射光路方向与从所述反射面输出的出射光路方向相互平行且相反。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述光路偏折器具的光学器件具有至少一组将光路偏折90度两次的反射面。
5.如权利要求3所述的装置，其特征在于，被所述反射面偏折的光路方向包括与成像器具的光轴平行和垂直的方向。
6.如权利要求4所述的装置，其特征在于，被所述反射面偏折的光路方向包括与成像器具的光轴平行和垂直的方向。
7.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述反射面由选自下面一组光学器件的一种器件的表面构成反射镜、棱镜。
8.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述反射面由选自下面一组光学器件的一种器件的表面构成反射镜、棱镜。
9.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述反射面由选自下面一组光学器件的一种器件的表面构成反射镜、棱镜。
10.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述反射面由选自下面一组光学器件的一种器件的表面构成反射镜、棱镜。
11.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述光路偏折器具包括一个光学器件，所述光学器件具有两个反射面，所述反射面偏折光路，以使输入到所述反射面的入射光与从所述反射面输出的反射光相互交叉，而且所述移动器具分别沿着成像器具和光传感器的光轴移动所述两个反射面。
12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述反射面由两个结合在一起形成单一组件的元件提供，所述两个元件一起被所述移动器具移动。
13.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述反射面由两个元件提供，所述两个元件被单一的驱动器同时且以相等的距离沿各自的方向移动。
14.如权利要求11所述的装置，其特征在于，通过分别位于相应反射面上的两个反射点和一个由输入到所述反射面的入射光和从所述反射面输出的反射光形成的交点，由所述两个反射面偏折的光路形成了一个等腰三角形。
15.如权利要求12所述的装置，其特征在于，通过分别位于相应反射面上的两个反射点和一个由输入到所述反射面的入射光和从所述反射面输出的反射光形成的交点，由所述两个反射面偏折的光路形成了一个等腰三角形。
16.如权利要求13所述的装置，其特征在于，通过分别位于相应反射面上的两个反射点和一个由输入到所述反射面的入射光和从所述反射面输出的反射光形成的交点，由所述两个反射面偏折的光路形成了一个等腰三角形。
17.如权利要求11所述的装置，其特征在于，成像器具和光传感器的光轴被构造成以直角交叉；并且通过分别位于相应反射面上的两个反射点和一个由输入到所述反射面的入射光和从所述反射面输出的反射光形成的交点，由所述两个反射面偏折的光路形成了一个等腰三角形。
18.如权利要求12所述的装置，其特征在于，成像器具和光传感器的光轴被构造成以直角交叉；并且通过分别位于相应反射面上的两个反射点和一个由输入到所述反射面的入射光和从所述反射面输出的反射光形成的交点，由所述两个反射面偏折的光路形成了一个等腰三角形。
19.如权利要求13所述的装置，其特征在于，成像器具和光传感器的光轴被构造成以直角交叉；并且通过分别位于相应反射面上的两个反射点和一个由输入到所述反射面的入射光和从所述反射面输出的反射光形成的交点，由所述两个反射面偏折的光路形成了一个等腰三角形。
20.如权利要求14所述的装置，其特征在于，成像器具和光传感器的光轴被构造成以直角交叉；并且通过分别位于相应反射面上的两个反射点和一个由输入到所述反射面的入射光和从所述反射面输出的反射光形成的交点，由所述两个反射面偏折的光路形成了一个等腰三角形。
21.如权利要求15所述的装置，其特征在于，成像器具和光传感器的光轴被构造成以直角交叉；并且通过分别位于相应反射面上的两个反射点和一个由输入到所述反射面的入射光和从所述反射面输出的反射光形成的交点，由所述两个反射面偏折的光路形成了一个等腰三角形。
22.如权利要求16所述的装置，其特征在于，成像器具和光传感器的光轴被构造成以直角交叉；并且通过分别位于相应反射面上的两个反射点和一个由输入到所述反射面的入射光和从所述反射面输出的反射光形成的交点，由所述两个反射面偏折的光路形成了一个等腰三角形。
23.如权利要求2所述的装置，还包括距离测量器具，其用于测量对象与装置之间的距离；以及控制器具，其响应于距离测量器具测量到的距离的信息来控制所述移动装置。
24.如权利要求3所述的装置，还包括距离测量器具，其用于测量对象与装置之间的距离；以及控制器具，其响应于距离测量器具测量到的距离的信息来控制所述移动装置。
25.如权利要求11所述的装置，还包括距离测量器具，其用于测量对象与装置之间的距离；以及控制器具，其响应于距离测量器具测量到的距离的信息来控制所述移动装置。
26.一种利用对象的反射光而从对象光学读取信息的方法，包括检测所述对象与用于对反射光成像的成像器具之间的距离；以及响应于检测到的距离，改变从所述成像器具至光传感器的光路长度，所述光传感器用于接收由成像器具形成的图像。
27.如权利要求26所述的方法，还包括利用光路偏折器具在成像器具与光传感器之间将反射光偏折多次；以及响应于对象与成像器具之间的距离而移动光路偏折器具。
全文摘要
一种光学信息读取装置，用于读取信息码例如条形码和二维码，包括一个固定在预定点上并且对来自信息码的反射光成像的成像透镜、一个安置在相对于成像透镜而言的位置上并且接收成像透镜所形成图像的光传感器、一个在成像透镜与光传感器之间将反射光偏折多次的光路偏折单元、一个移动光路偏折单元的移动单元、一个测量从信息码至读取装置的距离的距离测量单元、一个基于距离测量单元的测量结果控制移动单元的控制器。利用移动装置，光路偏折单元改变成像透镜与光传感器之间的光路长度。
文档编号G06K7/10GK1604118SQ20041008346
公开日2005年4月6日 申请日期2004年9月30日 优先权日2003年9月30日
发明者伊藤邦彦, 重草久志 申请人:电装波动株式会社