专利名称：在扩展的工作范围上具有改进的激光强度调制的电光读取器的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及电光读取器，诸如激光扫描仪和成像仪，尤其涉及如下改进的孔径光阑和光学组件，它们用于改进在用于读取诸如条形码符号的标记的扩展工作范围或聚焦深度上的激光强度调制。
用来读取各种符号表征，诸如出现在标签上或物品表面上的通用产品代码(UPC)条形码符号的条形码读取器是现有技术中公知的。条形码符号本身是编码的图形标记图案，包括一系列各种宽度的条，它们被相互隔开以限定各种宽度的空白，条和空白具有不同的光反射特性。读取器将图形标记电光转换为电信号，该信号被解码成信息，典型的是对物品或物品的某些特征的描述。此信息通常用数字形式表示并用作对于数据处理系统的输入，该系统用于销售点运行、库存控制等方面的应用。这种常规类型的读取器已经在例如授予与本申请相同的受让人的美国专利No.5,600,121中被公开，且可以采用由用户持有的便携式激光扫描装置，其被配置为允许用户将该装置，特别是扫描激光束瞄准到要读取的目标符号。
激光扫描条形码读取器中的光源典型的是半导体激光器件。将半导体器件用作光源是特别需要的，因为它们的小尺寸、低成本和低电压要求。激光束可被光学校正，典型的通过光学组件来校正，以在目标距离处形成特定大小的束斑或截面。优选的，目标距离处的束斑截面与具有不同光反射率的区域(即，符号中的条和空白)之间的最小宽度大致相同。
在本领域公知的移动激光束读取器中，激光束被透镜或其他光学元件沿光路聚焦导向包括条形码符号的目标。移动光束读取器以如下方式运行利用扫描元件，诸如置于光束路径上的移动反射镜的移动，重复扫描符号上的扫描图案中的束斑。扫描元件或者扫过符号上的束斑并示踪符号上的一条扫描线或一系列扫描线或其他图案；或者扫描读取器的视场；或者二者均扫描。
条形码读取器还包括传感器或光电探测器，其检测从符号反射或散射的光。光电探测器或传感器位于读取器中的一光路上，以使得其所具有的视场确保捕获一部分从符号反射或散射的光。该光被检测到并转换为电信号。
一些条形码读取器是“后向反射的”。在后向反射读取器中，使用诸如反射镜的移动光学元件来传送发出光束并接收反射光。非后向反射读取器典型地采用移动反射镜来传送发出光束，但含有一个具有宽固定视场的独立检测系统。
电子电路和软件将电信号解码成由已被扫描的符号表征的数据的数字表示。例如，光电探测器产生的模拟电信号被数字转换器转换成脉冲宽度调制数字化信号，其宽度相应于条和空白的实际宽度。然后此数字化信号被基于符号所使用的特定符号表征法而解码成符号中所编码的数据的二进制表示，随后解码成所表示的信息或文字数字字符。此信号处理器在授予与本申请相同受让人的美国专利No.5,734,153中被公开。
不同符号具有不同的信息密度且在给定区域中包含代表不同数量的编码数据的不同数量的单元。码越密，单元和间隔就越小。在适当的介质上印刷较密的符号是吃力的，因此，比印刷具有较大单元的低密度符号贵很多。条形码符号的密度可由术语最小条/空白宽度，也称为“模块大小”，来表达，或者表达为码的“空间频率”，它是条/空白宽度的两倍的倒数。
条形码读取器典型的具有指定的分辨率，通常由模块尺寸表示，模块尺寸可通过它的有效检测点被检测到。例如，束斑尺寸可能稍微大于不同光反射率区域(也就是符号的条和空白)之间的最小宽度。读取器的分辨率以如下方式建立通过光束源或探测器的参数；通过与光束源或探测器相关联的透镜或孔径；通过光束相对于符号的一个平面倾斜的角度；通过数字转换器的阈值电平；通过译码器中的编程；或通过这些因素中的两个或更多个的结合。光电探测器将有效地平均到达探测器孔径的、从所投射束斑的区域散射的光。
读取器能够解码符号的区域称为读取器的有效工作范围。在此范围内，束斑尺寸便于对于给定的密度，产生符号的准确的读取。工作范围依赖于读取器的光学元件的聚焦特征和符号的模块尺寸。
许多公知的读取器使用光学系统来对准或聚焦激光束以在指定距离处产生给定尺寸的束斑。在此距离处的激光束的密度(在垂直于该光束(理想的是大致平行于所扫描的符号)的平面上)，典型地以具有高中央峰值的高斯分布为特征。高斯光束典型的具有沿它们的传播轴的轮廓，表现为一具有有限散度的腰部(准直)区域，随后为一发散区域。此准直区域确定对于最大条形码密度的场的深度(聚焦范围)。然而，随着读取器和符号之间的距离移出读取器的工作范围，该工作范围典型的仅为几英寸长，束斑的高斯分布大幅度加宽，妨碍了符号的精确读取。因此这种读取器必须位于离符号的距离的较窄范围内，以正确读出符号。
已提出了通过引导准直激光束到诸如锥形透镜的轴棱镜光学元件来修正激光扫描光束，以产生表现为在沿光束的光轴的一实际距离上束斑尺寸一致的光束。这种光学系统在美国专利No.5,164,584，美国专利No.5,331,143，和美国专利No.6,651,888中公开。此锥形轴棱镜产生近乎自由衍射的光束并增加了扫描光束的工作范围。这种光束表现为在一较长的距离范围上基本上没有发散，然后分散成类环形斑的密度分布图案。这样的非发散光束可以针对特定符号密度，提供传统高斯光束范围的二到三倍。然而，在设计这种光束以改进扫描特定条形码密度时的性能的情况下，低密度符号的相应工作范围没有显著增加或者根本没有增加，而是受限于光束分散成类环形分布的距离。
锥形轴棱镜自身产生大体圆形的束斑，这对于读取一维UPC符号是不期望的，在读取一维UPC符号时椭圆形束斑是优选的，因为它对于由符号中的空隙和墨迹扩展和光板噪声产生的错误较不敏感。事实上，沿扫描方向扫过窄尺寸的椭圆形束斑以使错误最少。
可以通过采用衍射光栅将束斑的椭圆率被引入基于轴棱镜的读取器。然而，对于可被引入的椭圆率的量有限制，尤其在与一个非基于轴棱镜的光学系统相比较时，在该系统中来自激光器二极管的传统高斯光束被引导穿过一孔径。
同时，锥形轴棱镜对于定向激光器的误差是敏感的。换句话说，激光器和轴棱镜之间良好的角度调整和校正对于正确操作是重要的。因此，尽管期望使用锥形轴棱镜以增加工作范围，尤其是对于其中远(far-out)符号远离读取器的长范围扫描仪而言，将产生的束斑限制为椭圆形，并且将提供对于定向误差不太敏感的激光源限制为倾向于防止电光读取器中的轴棱镜的现成采用。
因此，本发明的总体目的是增加电光读取器的工作范围。
更具体的，本发明的一个目的是增加移动光束读取器的工作范围，尤其是对于邻近读取器的符号。
本发明的另一个目的是引入束斑的椭圆率而不必借助于衍射光栅。
本发明另一个目的是提供对于光源的定点误差和角度误差不太敏感的读取器。
本发明进一步的目的是增加成像读取器中的聚焦深度。
为了与上述目的和下面变得显著的其他目的一致，简要地说，本发明的一个特征在于利用不对称的光学元件，如在公知的锥形轴棱镜的情况下，但是该光学元件为非对称的且长度和宽度尺寸彼此独立，优选的这两个尺寸不同。该非对称光学元件，本文称为“屋顶(rooftop)”元件，具有一对透镜表面，优选的是平面的，沿一条线相接，该线与传播光的光轴交叉。这两个透镜表面将光聚到沿光轴的多个焦点，由此扩展移动光束型电光读取器的工作范围，在该读取器中使用屋顶元件以读取位于扩展的工作范围内的标记。在成像读取器的情况下，两个透镜表面对从沿光轴的多个成像点返回的光进行成像。
由此，获得期望的扩展的工作范围。然而，屋顶元件产生线扩展函数或束轮廓(beam profile)形式的不期望的光强度调制，称为“波动(wiggle)”，该线扩展函数或束轮廓表示穿过屋顶元件的光的光强分布。这些波动损害读取器成功读取符号的能力，并且在某些情况下，甚至可能导致读取符号完全失败。
本发明的另一特征在于一种新的孔径光阑，用于减小波动的影响，从而改进读取器的读取性能。此孔径光阑包括光学孔径；以及支撑物，沿一边界限定此光学孔径，该边界通过沿标记顺其延伸的相互垂直的方向的各种尺寸确定光学孔径的形状。光学孔径的尺寸不同，以使得穿过其的光的截面具有卵形或椭圆形形状，从而防止现有技术中的对衍射光栅的要求。
光学孔径，根据现有技术，可以是圆形，椭圆形，矩形，正方形，或菱形。然而，根据本发明，光学孔径具有沿边界隔开的多个光通过区域，并且遮光区域位于一对光通过区域之间。优选的，将边界设置为使得当沿着所述方向之一考虑时，所述边界具有在所述光学孔径的相对边上的周期形状。此周期性的形状可以是正弦的或相继的三角形、梯形或矩形形式。
由此，不是如当束斑在矩形孔径的每个边处横跨一垂直沿的情况下产生光强的突然变化，本发明提出光学强度的更为渐进的变化，这是由于这样的事实孔径每边的沿不是垂直直线沿，或者如圆形或椭圆形孔径情况下的弯曲沿。相反，每个沿有多个光通过区域和光阻隔区域，以使得光强度变化是连续而渐进的。由于孔径的相对边不会导致突然的光密度变化，所以这些相对的边或沿有时在本文中称为“软”沿，孔径在本文中称为“软沿”孔径。
正如上面指出的，软沿孔径减小了束轮廓的波动的影响，正如下面将详细描述的，但是也减小了工作范围。然而，当软沿孔径与上面描述的增加了工作范围的屋顶元件一起使用时，实际结果是，最好的结果是得到改进，而最坏的结果是工作范围不变。
图1是在根据本发明的用于电光读取位于工作距离范围内的标记的读取器中使用的手持装置的拆开透视图，该装置包括屋顶元件的一个实施例，以及孔径光阑的一个实施例。
图2是图1的屋顶元件实施例的放大立体图。
图3是在两个轴上的线扩展函数的曲线图，示出了不期望的光强度调制。
图4是图1的孔径光阑实施例的放大正视图。
图5a是根据现有技术的矩形孔径光阑。
图5b，5c是根据现有技术的对于近符号和远符号的、两个轴上的线扩展函数。
图6a是根据本发明的具有第一组设计参数的软沿孔径光阑。
图6b，6c类似图5b，5c，但是针对图6a的孔径光阑。
图7a是根据本发明的具有第二组设计参数的软沿孔径光阑。
图7b，7c类似于图5b，5c，但是针对图7a的孔径光阑。
图8a，8b是图4的孔径光阑的正视图，但是叠加有椭圆束斑，示出了对激光器定向误差的不敏感性。
图9是根据本发明的屋顶元件的另一实施例的透视图。
图10是图9的表面细节的放大截面图。
图11是根据本发明的屋顶元件的另一实施例的立体图。
图12是根据本发明的采用屋顶元件和孔径光阑的成像读取器的示意性立体图。
图13是根据现有技术的基于轴棱镜的光学组件的示意图。
图14是根据本发明的用于扩展工作范围的非基于轴棱镜的光学组件的视图；和图15是根据本发明的用于扩展工作范围的另一非基于轴棱镜的光学组件的视图。
正如在这里使用的，术语“符号”广义地不仅包含由交替的不同宽度的条和空白组成的符号图案，如通常所称的条形码，还包含其他的一维或者二维的图形图案，以及文字数字字符。通常，术语“符号”可以应用于任何类型的图案或标记，这些图案或标记可通过扫描光束和检测反射光或散射光而识别或标识为在图案或标记的不同点处的不同光反射率的变化的表示。图1示出了标记15作为本发明可读取的“符号”的一个示例。
图1描述了用来读取符号的手持激光扫描装置10。激光扫描装置10包含通常为上述专利中所示类型的外壳，该外壳具有桶部11和把手12。尽管该图描述了一个手持手枪形状的外壳，但是本发明也可以实现为其他类型的外壳，诸如台式工作站或者固定扫描仪。在所例示的实施例中，外壳的桶部11包含出口或者窗口13，发出的激光束14可以经过它照射到与外壳有一定距离的条形码符号15并且对其进行扫描。
激光束14在符号15上移动以创建扫描图案。典型的，如线16所示，扫描图案是一维的或者直线的。该激光束14的直线扫描移动是由被振荡马达18驱动的振荡扫描反射镜17产生的。如果需要的话，可以提供装置来将光束14扫描过二维扫描图案，从而使得可以读取被二维光学编码的符号。手动致动开关19或者类似的装置允许当操作者手持装置10并且将其对准符号15时使操作者开始该扫描操作。
扫描装置10包含装配在外壳内的激光源20，如，气体激光管或者半导体激光二极管。激光源20产生激光束14。光电探测器21位于外壳内，以接收从条形码符号15反射的光的至少一部分。光电探测器21可以面向窗口13。另选的，扫描反射镜17的凹面部分可以聚焦在光电探测器21上的反射光，在这种情况下光电探测器面向扫描反射镜。当激光束14扫过符号15时，光电探测器21检测从符号15反射和散射的光，并产生与反射光强度成正比的模拟电信号。数字转换器(未示出)典型地将模拟信号转换为脉冲宽度调制的数字信号，脉冲宽度和/或脉冲间距与扫描符号15的条和空白的实际宽度对应。解码器(未示出)典型地包括被编程的、具有关联的RAM和ROM的微处理器，根据特定符号表征法将脉冲宽度调制的数字信号解码以导出在符号中的编码的数据的二进制表示，和由符号表示的文字数字字符。
激光源20引导激光束穿过包括聚焦透镜69、光学元件22和孔径光阑23的光学组件，以修正并引导激光束到扫描反射镜17上。安装在垂直轴上并由电机驱动器18绕垂直轴振动的反射镜17反射光束并引导其经过出口13到符号15。本发明所针对的元件22和孔径光阑23的细节将在下面描述。
为了操作扫描装置10，操作者按下触发器19，该触发器19启动激光源20和电机18。激光源20产生激光束，该激光束穿过元件22和孔径23的组合。元件22和孔径23修正光束以产生一给定尺寸的强烈的束斑，其在工作距离范围24上基本没有变化。元件和孔径的组合引导光束到旋转反射镜17上，其引导修正的激光光束从扫描仪外壳11出来并以扫描图案，即，沿扫描线16，射向条形码符号15。置于工作距离24内的任何点并且基本上与激光束14垂直的条形码符号15反射和散射激光的一部分。光电探测器21，示为安装在扫描仪外壳11的非后向反射位置，检测反射和散射光，并将接收的光转换成模拟电信号。光电探测器也可安装在面向扫描反射镜17的后向反射位置。系统电路随后将此模拟信号转换成脉冲宽度调制数字信号，基于微处理器的解码器根据条形码符号表征规则的特征解码该信号。
根据本发明的一个特征，元件22的一个实施例，正如图2中看到的，具有一个基本上平面的、用于接收光的入射前表面24，和一对基本上平面的出射(exit)后表面25、26，光穿过该元件后从该一对表面射出。术语“前”和“出射”的使用是为了方便，因为表面25、26也可被用作前表面，表面24也可被用作出射表面。出射表面25、26沿线27相接，该线与光源20的光束14沿其传播的光轴相交并垂直。元件22具有长度L和宽度W，这些互相垂直的尺寸是可以彼此独立选择的。光学元件22使从点光源20发出的光束14在光轴上弯曲，以沿作为对于每个出射表面的倾斜角α的函数的点的连线，与沿工作距离范围24的轴交叉。
如上所述，本领域公知的采用锥形对称轴棱镜，其中出射表面是锥形，而不是平面。锥形轴棱镜产生圆形光束截面，这对于读取一维符号是并不期望的。因此，正如上面描述的，此技术借助于衍射光栅且克服激光定向误差。
本发明的不对称或“屋顶”元件产生所需的扩展的工作范围，但是在通过传统孔径光阑使用时产生了前面提到的线扩散函数中的波动。例如，图3描述了图2中的屋顶元件在通过矩形孔径光阑使用时的线扩散函数。线扩散函数是通过沿扫描方向(x-轴)和垂直方向(y-轴)整合符号上的束斑在其目标平面中的光强度分布而获得的函数。在图3中，x-轴分布由曲线28标识，y-轴分布由曲线29标识，不期望的光强度调制由波动30标识。波动的存在导致解码劣化或失败。
根据本发明的另一特征，孔径光阑23被设置成使波动30最小化。不同于现有技术中的正方形、矩形、圆形、椭圆形或菱形孔径，孔径23具有上面描述的“软”沿。如图4中所见，孔径光阑23具有光学孔径31；和支撑物32，其沿边界33限定孔径31，该边界通过沿x-轴(水平扫描方向)和y-轴(垂直方向)可变的尺寸确定孔径的形状。沿所述两轴的尺寸不同以使得经过其的光束的横截面具有椭圆形，其中沿扫描方向具有更窄或更短的尺寸。
软沿的特征在于至少两个(优选相继的)沿边界彼此隔开的光通过区域35、37、39、41、43、45，并且至少一个(优选相继的)遮光区域34、36、38、40、42也沿边界彼此隔开。光通过区域与遮光区域交替。优选的，一个遮光区域位于一对相邻光通过区域之间。
图4描述一个优选实施例，其中软沿是正弦曲线，具有幅度A和周期T，特征在于函数形式Asin(2πT)。其他周期形状，诸如相继的三角形、矩形或梯形，也可以采用。其他非周期形状，诸如自由形式曲线，也可使用。
图5a描述了标准矩形孔径46；图5b描述了沿x轴和y轴的相应线扩散函数47、48，位于距窗口13大约4英寸的近目标平面处；图5c描述了沿x轴和y轴的相应线扩散函数49、50，位于距窗口大约18英寸的远目标平面处。应注意的是，对于x轴的线扩散函数47、49具有波动或肩部51、52，其从期望的高斯光束轮廓分出。
图6a描述图4中的软沿孔径23，其中A＝8％的孔径宽度，T＝4.5；图6描述在近目标平面处的相应线扩散函数53、54；且图6c描述在远目标平面处的相应线扩散函数55、56。
图7a，7b，7c类似于图6a，6b，6c，除了A＝16％的孔径宽度。沿x轴的线扩散函数57，59不具有肩部(相比于肩部51、52)且因此更接近地类似理想高斯光束轮廓。
因此，周期沿的幅度A越大，对于在工作距离范围的相对边的近和远的符号，肩51、52在劣化读取器性能方面具有的影响越小。选择周期T小于孔径处的束斑尺寸，以使得束斑的位移不会对线扩散函数产生负面影响。当激光束斑的最大强度不在孔径的中心时，即使有很大的定点误差，光束轮廓仍保持其与激光源的一致性。图8a、8b描述了束斑位移或定点误差，并且光束轮廓对此不敏感。
非对称屋顶元件22扩展工作范围，其影响由趋向于减小工作范围的软沿孔径抵消。然而，光束轮廓的波动的减小改进了读取器的性能，尤其对于近符号。此外，孔径光阑使得束斑的水平和垂直尺寸被独立地优化。束斑的垂直尺寸可独立于水平尺寸而选择。而且，如图9中的实施例所示，前表面24不需要是平面的，而是可设置成圆柱表面61以控制束斑的椭圆率。
正如图9中示出的，孔径光阑可通过在每个平面表面25、26上形成一系列槽62、63，来与屋顶元件22形成为一体。正如图10中示出的，穿过平面区域的光直接通过。然而，入射在凹槽62、63上的光被散射，由此形成所指示的有效孔径沿。每一系列的槽可由可变距离隔开，从而给出一个可由屋顶元件包含的软孔径沿。
图11中描述了屋顶元件64的另一实施例，且与图2中示出的是一样的，除了每个出射面是曲面，而不是平面。优选的，每个曲面的出射面65、66是抛物面。沿y轴的光束轮廓由抛物面表面控制。
图12示意性地描述了成像读取器的元件，包括光电池的直线传感器阵列67，优选为电荷耦合装置；聚焦透镜68；屋顶元件22和软沿孔径光阑23，这些元件都安装在从位于一聚焦深度内的任何地方的符号图像捕获的光的返回路径上。公知的具有直线阵列的成像读取器典型的具有比移动光束读取器更浅的聚焦深度。然而，根据本发明的屋顶元件22和软沿孔径光阑23的使用增加了聚焦深度，从而使得这种类型的成像读取器在高吞吐量环境下更有利于应用。
屋顶元件和软沿孔径光阑和成像仪一起使用使得在以扩展工作范围为代价的情况下增加孔径尺寸。新系统与没有结合轴棱镜孔径的系统具有相同的工作范围，但是有更大的通光孔径。更大的孔径导致更多光被传感器阵列聚集，进而使传感器曝光时间减少。通过减少曝光时间，手持读取器相对于手移动的安全性增加。这直接关系到更高的吞吐量和产量。
因此提出在不牺牲工作范围的情况下通过使用屋顶元件来去除轴棱镜在电光读取器中的使用，优选的与软沿孔径光阑结合使用。根据本发明的另一解决方案是有意地在正(聚焦)透镜地表明上形成一负球面像差，同样是为了增加工作范围。
图13描述了一基于轴棱镜的现有技术设备，其中激光二极管20引导激光束穿过正聚焦透镜69、传统的孔径光阑70(即，具有圆形、椭圆形、矩形、正方形或菱形孔径的孔径光阑)、和锥形轴棱镜71，以沿光轴72聚焦光束到多个焦点，如在P1和P2之间的所有点，以限定扩展的工作范围。聚焦透镜69是无像差的，而光束波前是锥形的，正如标号73示意性表示的。
图14描述了根据本发明的附加光学元件74，用于为正聚焦透镜69产生负球面像差以使得光束波前是非球面的，如标号75示意性表示的。负球面像差使外部边缘光线(即，在径向上距光轴72较远的光线R1)折射到与射到距透镜69较近的焦点P3的内部光线(即，在径向上距光轴72较近的光线R2)相比，距离透镜69较远的焦点P4。
负球面像差，就像正球面像差，是阻止光聚焦到一精确点的固有缺陷。光学设计者的传统做法是补偿和纠正这种像差。然而，根据本发明，聚焦透镜故意被过度修正。
从数学上说，出射光瞳的平面上的波前的垂度(W)可描述如下W＝AR2+BR4，其中A是散焦系数，B是球面像差系数，R是径向距离，即光线对光轴的偏移。对于无像差透镜，B是零。然而，根据本发明，B被选择为一负值。
过度修正正透镜69以得到负球面像差的结果是如在点P3和P4之间测量出的工作范围增加。没有使用轴棱镜。因而，光学组件对二极管定点误差和激光二极管变化不敏感，正如基于轴棱镜的组件中的情况。在孔径平面，如使用上述软沿孔径光阑的情况下，不必采用变迹法(apodization)，因为可以采用传统孔径光阑。过度修正的透镜，不像轴棱镜，允许使用传统散光元件如透镜或反射镜对于沿x轴和y轴两个方向的扫描光束的高度和宽度尺寸进行独立控制。所产生的束斑的椭圆率比通过基于轴棱镜的组件可以实现的更大。
负球面像差可通过在玻璃基底上或直接在聚焦透镜69上应用塑料非球面复制品被引入，以形成一体的整体结构。另选的，负球面像差可通过单独光学元件引入，例如相位板(phase plate)76，如图15中示出的。在图15，玻璃平凸透镜69校准激光束。塑料相位板76具有第一表面，其组合了两个区域光束修正区域和锥形区域。光束修正区域引入根据本发明的期望的负球面像差量，以提供扩展的工作范围。有效孔径光束由修正区和轴棱镜区的交叉形成。轴棱镜区使有效孔径外部的光线偏离光轴。偏离光线然后由孔径70阻止。这种设置使产生的激光束的波前离心率最小化以提供一致的工作范围。
用于产生负球面像差的相位板76可用于在成像应用方面扩展工作范围。因此，相位板76可代替图12中的屋顶元件22和软沿孔径23。
所请求保护的新的并期望被专利证书保护的内容在所附权利要求书中提出。
权利要求
1.一种孔径光阑，用在用于电光地读取沿互相垂直的方向延伸的标记的系统中，以限定通过该孔径光阑的光量，该孔径光阑包括a)光学孔径；和b)支撑物，沿边界限制所述光学孔径，所述边界通过沿标记延伸的两个方向都可变的尺寸确定光学孔径的形状，所述光学孔径具有沿所述边界隔开的多个光通过区域，并且所述支撑物具有沿所述边界的光通过区域之间的遮光区域。
2.权利要求1的孔径光阑，其中所述支撑物具有沿所述边界相继设置的多个遮光区域，每个遮光区域位于一对光通过区域之间。
3.权利要求1的孔径光阑，其中当沿着所述方向之一考虑时，所述边界具有在所述光学孔径的相对边上的周期形状。
4.权利要求3的孔径光阑，其中所述周期形状是正弦曲线。
5.权利要求3的孔径光阑，其中所述周期形状是相继的三角形、梯形和矩形形式之一。
6.一种光学元件，用在用于电光地读取沿互相垂直的方向延伸的标记的系统中，该光学元件包括非对称透镜，具有光轴和沿与所述光轴相交的一条线相接的一对透镜表面，所述线具有沿所述方向之一延伸的长度尺寸，并且所述透镜具有沿所述方向中另一方向延伸的宽度尺寸，所述长度尺寸独立于所述宽度尺寸。
7.权利要求6的元件，其中每个透镜表面是平面。
8.权利要求6的元件，其中每个透镜表面是曲面。
9.权利要求6的元件，其中所述透镜具有基本上平面的、用于接收光的入射面。
10.权利要求6的元件，其中所述透镜具有圆柱形入射面，该入射面用于对光进行光学修正以具有非对称截面。
11.一种在如下系统中的光学组件，该系统用于在标记上进行扫描时使激光束扫过，来电光地读取沿互相垂直的方向延伸的标记，该光学组件包括a)非对称光学元件，用于扩展工作范围，在该范围内伴随有不期望的激光强度调制而读取标记，所述元件具有光轴和一对透镜表面，该对透镜表面用于将激光束聚焦到沿光轴的多个焦点上，所述透镜表面沿一条线相接，所述线与光轴相交并且具有沿所述方向之一延伸的长度尺寸，所述元件具有沿所述方向中的另一方向延伸且独立于所述长度尺寸的宽度尺寸；和b)孔径光阑，用于伴随有工作范围的减小而减少所述不期望的激光强度调制，所述孔径光阑包括光学孔径，和沿边界限定所述光学孔径的支撑物，所述边界通过沿标记延伸的两个方向都可变的尺寸确定光学孔径的形状，所述光学孔径具有沿所述边界隔开的多个光通过区域，并且所述支撑物具有沿所述边界的光通过区域之间的遮光区域。
12.权利要求11的组件，其中所述元件和所述孔径光阑是一体结构。
13.权利要求11的组件，其中所述元件的每个透镜表面都是平面。
14.权利要求11的组件，其中所述元件具有圆柱形入射面，该入射面用于光学修正激光束以具有非对称截面。
15.权利要求11的组件，其中所述支撑物具有沿所述边界相继设置的多个遮光区域，每个遮光区域位于一对光通过区域之间。
16.一种在如下系统中的光学组件，该系统用于通过在视场上将从标记散射的激光成像，来电光地读取沿互相垂直的方向延伸的标记，该光学组件包括a)非对称光学元件，用于扩展聚焦深度，其中伴随有不期望的激光强度调制而读取标记，所述元件具有光轴和一对透镜表面，该对透镜表面用于对来自沿光轴的多个成像点的激光进行成像，所述透镜表面沿一条线相接，该线与光轴相交且具有沿所述方向之一延伸的长度尺寸，所述元件具有沿所述方向中另一方向延伸且独立于长度尺寸的宽度尺寸；和b)孔径光阑，用于伴随有聚焦深度的减小而减少不期望的激光强度调制，所述孔径光阑包括光学孔径，和沿边界限制所述光学孔径的支撑物，所述边界通过沿标记延伸的两个方向都可变的尺寸确定光学孔径的形状，所述光学孔径具有沿所述边界隔开的多个光通过区域，并且所述支撑物具有沿所述边界的光通过区域之间的遮光区域。
17.权利要求16的组件，其中所述元件和所述孔径光阑是一体结构。
18.权利要求16的组件，其中所述元件的每个透镜表面都是平面。
19.权利要求16的组件，其中所述支撑物具有沿所述边界相继设置的多个遮光区域，每个遮光区域位于一对光通过区域之间。
20.一种在如下系统中的光学组件，该系统通过使激光束扫过标记来电光地读取标记，该光学组件包括a)用于聚焦光束的正聚焦透镜；和b)生成器，为所述正透镜生成负球面像差，以增大读取标记的工作范围。
全文摘要
屋顶光学元件和软沿孔径光阑的组合，并且在正聚焦透镜中引入负球面像差，在用于电光读取诸如条形码符号的标记(尤其是近处符号)的移动光束和成像读取器两方面，改进了工作距离和聚焦深度，此外趋向于减少在光束轮廓中的不期望的光强调制，由此以改进读取器性能。
文档编号G06K7/10GK1989509SQ200580024876
公开日2007年6月27日 申请日期2005年6月30日 优先权日2004年7月23日
发明者艾格尔·维诺格拉多弗, 弗拉迪米尔·古莱维奇, 大卫·特希·施, 达赖厄斯·J.·马德杰, 梅胡尔·M.·帕特尔, 爱德华·巴肯, 张珩 申请人:讯宝科技公司