图像捕捉装置的制作方法

专利名称：图像捕捉装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种图像捕捉装置，且特别是涉及“成像器”类型的光学信息读取系统或读取器的此种装置。
背景技术：
成像器类型的光学信息读取器是公知的。这样的读取器包括可捕捉或获取存在于任何类型的基板上的光学信息的图像的图像捕捉装置，包括其上又通过任何电气或电子装置显示光学信息的显示器。在本说明书中且在所附的权利要求中，词语“光学信息”在其最宽泛的意义上用于包括ー维的光学代码、堆叠的和ニ维的光学代码两者，其中信息被编码为形状、尺寸、 顔色和/或至少两个不同顔色的元素的相互位置，和字母数字字符、签名、徽标、印章、商标、标签、手写文本以及一般的图像还有它们的组合，特别是存在于预先打印的形式上的，和包含适合于基于其形状和/或体积而识别和/或选择对象的特征的图像。在本说明书中且在所附的权利要求中，术语“光”在其最宽泛的意义上使用，指示不仅在可见光谱中而且在紫外和红外光谱中的波长或波长范围的电磁辐射。术语例如“颜色”、“光学”、“图像”和“视图”也同样在最宽泛的意义上使用。特别地，能够使用隐形墨水将编码信息标记在基板上，但对于紫外或红外射线敏感。成像器类型的光学信息读取器除图像捕捉装置外通常包括具有一个或更多个不同的其它功能的或与之通信的装置。这样的另外的装置在此包括用于处理所捕捉图像的装置，可从这样的图像或从该图像的部分提取信息内容；存储装置；用于将获取的图像和/或提取的信息内容传输到读取器外侧的装置或接ロ ；用于输入来自外部源的读取器的设置数据的装置或接ロ ；用于向使用者显示例如涉及读取器的运行状态、所读取的信息的内容等等的字母数字和/或图形信息的装置；用于手动输入控制信号和数据的装置；用于供电或从外侧获取供电信号的内部装置。此外，可包括在成像器类型的光学信息读取器内或与之结合的另外的装置在此包括通过在基板上显示被图像捕捉装置框取的区域的视觉指示，例如该区域的中心和/或其边缘和/或角部的至少部分，来辅助操作者将读取器相对于光学信息定位的瞄准装置；用于将图像捕捉装置正确地聚焦的辅助装置(測距仪)，所述辅助装置在基板上显示在聚焦条件和非聚焦条件之间的具有可变形状、尺寸和/或位置的发光图形，且能够指示为了达到聚焦条件而手动移动图像捕捉装置和基板的方向；结果指示装置，所述结果指示装置通过发光图形的形状、尺寸、顔色和/或位置的改变，在基板上显示了指示尝试捕捉图像和/或解码图像信息时的肯定或否定结果的发光图形，且可能地显示否定结果的原因；用于检测基板的存在，和/或用于测量或估计读取距离-即读取器内的參考物具体地图像捕捉装置的传感器和基板之间的距离-的装置。对标和指示聚焦的功能也可通过投影合适的发光图形，例如分别为ー对倾斜的条或ー对十字来一起完成，所述ー对倾斜的条或ー对十字仅在聚焦的距离处在被图像捕捉装置框取的区域处分别于中心处相交或相互重叠。距离的測量或估计通常被读取器使用，以仅当光学信息位于包括在最小和最大工作距离之间的距离处时才激活解码算法，和/或以控制变焦装置和/或用于自动改变图像捕捉装置的聚焦距离(自动聚焦)的装置。此外，距离的測量或估计可使用在其中需要图像的数字复原的情况下，因为图像形成装置的光学器件的降级函数或PSF (点扩散函数)取决于读取距离。此外，距离的測量或估计对于计算物体的体积是需要的。用于瞄准和/或指示焦点的装置例如在US 5，949，057、US6, 811，085、US7，392，951B2、US 5，331，176、US 5，378，883 和 EP 1466292B1 中描述。结果指示装置例如在前述文献US 5，331，176和EP 1128315A1中描述。
值得强调的是，瞄准、聚焦条件的指示、结果指示、存在检测和读取距离的测量或估计功能中的每个可通过不同的方式实施，所述不同的方式本身是熟知的且不利用在基板上的光的投射。在此仅作为示例提及的是，为瞄准和/或聚焦条件，对被传感器所框取的事物取景并显示；为指示结果，将声音指示和视觉指示不投射到基板上，而是朝操作者投射；为检测存在，測量或估计距离和/或评估聚焦条件、光电系统、雷达或超声装置等等。成像器类型的图像捕捉装置包括图像形成装置或部分，所述图像形成装置或部分包括呈光敏元件的-直线或优选地矩阵类型的-规则排列或阵列形式的传感器，所述传感器可从光学信号产生电信号，且所述图像形成装置或部分通常也包括图像的接收器光学器件，所述接收器光学器件可在传感器上形成包含光学信息的基板或其区域的图像。图像捕捉装置的特征在于光学接收轴线，所述光学接收轴线通过接收器光学器件的元件的中心限定或在单个透镜的情况下通过光学表面的曲率中心限定，且所述光学接收轴线限定了图像捕捉装置的主工作方向。图像捕捉装置的特征还在于工作空间区域，所述工作空间区域一般地成形为类似于在传感器前方延伸的金字塔的截锥体。工作空间区域，換言之其中光学信息被传感器正确地框取且其图像充分地在传感器上聚焦的空间区域通常特征在于视场和景深，所述视场表示工作区域关于接收轴线的角宽度，所述景深表示エ作区域沿接收轴线的方向的尺寸。景深因此表示沿接收轴线在读取器和基板上被传感器框取的区域之间的最小和最大有用距离之间的范围。视场也可以以“垂直”和“水平”视场的形式来表示，換言之以在通过接收轴线且相互垂直的平面内的两个角度范围的形式表示，以考虑到传感器的形状因数，或甚至在不带有任何对称性的接收系统的情况下以90°分开的半平面中的四个角度范围表示。工作空间区域-且因此视野和景深-可以是固定的或在尺寸和/或比例上通过已熟知的变焦和/或自动聚焦系统而动态地变化，所述变焦和/或自动聚焦系统例如是用于移动ー个或更多个透镜或光圈、镜或接收器光学器件的其它部件或用于移动传感器和/或用于改变接收器光学器件的一个或更多个透镜-例如液体透镜或可变形透镜-的曲率的机电、压电或光电致动器。EP I 764 835 Al描述了一种光学传感器,其中姆个光敏兀件或光敏兀件的组均具有相结合的透镜或其它光学元件，例如光圈、棱镜表面、光导或自聚焦透镜。此文献总体上未言及被传感器框取的区域的照明。虽然仅熟知以环境光运行的图像捕捉装置，但成像器类型的图像捕捉装置通常还包括适合于将ー个或更多个光束可能地以可变的強度和/或光谱成分投射到携帯光学信息的基板上的照明装置或部分。由照明装置发出的光束或光束的整体限定了光学照明轴线，所述光学照明轴线是此单独的或复合的光束的平均方向，在ニ维阵列的情况下作为所述光束在至少ー个平面内且通常在两个垂直的平面内的对称轴线。为正确地操作图像捕捉装置，照明装置必须可照亮图像形成装置的整个工作空间区域。一种图像捕捉装置，所述图像捕捉装置类似于以上所提到的US5，378，883的图4的图像捕捉装置，其中如在图I中所图示的，照明装置90不与图像形成装置91同轴，而是布置在图像形成装置91旁边、且构造成使得照明光束93的照明轴线92和接收轴线94汇合，在ニ维情况下所述图像捕捉装置受到固有的视差误差的影响且受到固有的透视畸变误差的影响。此误差使得基板S和照明光束93之间的交点以及基板S和图像形成装置91的工作空间区域95之间的交点大体上至多在非常小的读取距离(大约为在图I中部分地指示的基板S处的距离)的范围内是同心的。因此，为使得照明装置90可照亮图像形成装置91 的整个工作空间区域95，在大部分读取距离处，照明是过度冗余的(參考在图I中部分地指示的基板S1或基板S2处的距离)，換言之，照明延伸到基板上被传感器框取的区域外侧，其结果是能量的浪费。在现有技术的用于捕捉图像的ー些装置中，视差误差通过使得照明装置与图像形成装置同轴来解決。US 5，319，182描述了非成像器类型而是扫描类型的图像捕捉装置，其中照明装置和传感器总体上同轴，因为它们由其中带有可程序激活的发射器与传感器的光敏元件交替的矩阵组成。此装置潜在地非常紧凑且灵活，但也受到在发射器和光敏元件之间的明显的光学隔离的问题的困扰即使通过在发射器和光敏元件之间提供如在此文献中所建议的隔离器，通过发射器发出且即使最小程度上被任何表面例如不透明的分隔壁或投影光学器件的带有防反射处理的后表面反射到光敏元件上的光的強度也远高于从携带光学信息的基板接收到的光的強度。此外，在单个的基板上布置光敏元件和发光元件导致在效率方面的折中，因为为具有有效的发光元件而要求的材料的特征与获得有效的光敏元件所要求的材料特征相反。在US 5，430，286中，通过照明装置发出的光和图像形成装置之间的同轴性通过光束分离器获得。由于沿照明路径和沿接收路径两者的50%的功率损失，所以导致存在读取器内被占据的非常大的空间和非常低的效率的結果。也受到被占据的空间问题的这样的系统在前述US 5，331，176中描述，所述系统使用了半透明镜作为光束分离器的替代。此文献也教导了调整照明光束的部分的尺寸，但通过机械移动装置进行，所述装置导致占据的空间和读取器的消耗。此外，这样的解决方案无法避免用于照明的能量的浪费的缺点，因为照明光束的部分仅被遮挡。代表了最接近的现有技术的US 2007/0158427 Al在图5B中描述了ー种照明系统，该照明系统包括每个均布置在传感器的相对侧上且以较大的工作距离相结合的ー对照明阵列的和每个也均布置在传感器的所述相对侧上且以较小的距离相结合的ー对照明阵列。因为总体上通过以更大的工作距离相结合的ー对阵列发射的光束的部分被定向且定尺寸为至少在最大距离处均匀地照亮被传感器框取的整个区域，所以结果是在此距离处且在更短的读取距离处，通过此阵列的照明是过度冗余的，換言之，所述阵列在被传感器框取的区域外侧延伸。此类缺点相对于以更小的工作距离相结合的ー对阵列发生。因此此文献的装置效率很低，特别是几乎不适合于将节能作为重要要求的电池供电的便携式读取器。文献也教导了仅开启每对中的ー个阵列以避免从基板反射的问题，因此落入到受到视差和透视畸变误差困扰的系统的情况，或教导了当读取距离未知时开启一对阵列中的两个。所述文献还描述了 另ー对照明器，每个均布置在传感器的另外两侧处以照亮用于读取ー维编码的细线；和布置在传感器的顶点处的四个照明器，以瞄准关注的区域。

发明内容
本发明所基于的技术问题是提供一种有效的图像捕捉装置，且更具体地提供成像器类型的光学信息读取器的这样ー种装置，具体地所述装置无视差误差，还不提供在被传感器框取的区域外侧延伸的过度的冗余照明，且避免了光源和光敏元件之间的光学干渉的任何可能性。在本发明的第一方面中，本发明涉及成像器类型的图像捕捉装置，包括
·0026]-图像形成装置，所述图像形成装置包括传感器，所述传感器包括光敏元件的一维或ニ维阵列，且限定了光学接收轴线、至少ー个读取距离和在基板上在所述至少ー个读取距离处被传感器框取的区域；-照明装置，所述照明装置包括阵列或相邻的光源的阵列，其限定光学照明轴线，其特征在于-光源可単独地驱动，且每个光源适合于照亮尺寸远小于被传感器框取的所述区的尺寸的区，-照明轴线不与接收轴线重合，-所述图像捕捉装置包括光源的驱动器，所述光源的驱动器适合于驱动光源，以至少关闭照亮在所述至少一个读取距离处在基板上被传感器框取的区域的边界外侧的光源。在本说明书中且在所附的权利要求中，术语“光学接收轴线”意味着指示了被接收器光学器件的元件的中心限定的方向，或在单独透镜的情况下被光学表面的曲率中心限定的方向。在本说明书中且在所附的权利要求中，术语“光学照明轴线”意味着指示如下最大照明光束的平均方向，即在除在阵列的相対的末端处的光源的可能的不同角度模糊之外，阵列的所有光源被开启的情况下，由照明装置发出的最大照明光束。应注意的是，在本说明书中且在所附的权利要求中，术语“轴线”为简单起见使用，但在实践中在两个情况下为半轴线。在本说明书中且在所附的权利要求中，术语“相邻”意味着指示在光源之间不存在具有如下功能的部件，所述功能与光发射功能和/或与隶属于此的功能例如光源的寻址、驱动、散热、光学隔离的功能不同；此术语因此不必以限制性意义解释为指示光源相互接触。在本说明书中且在所附的权利要求中，在基板上由传感器框取的区域的“边界”术语意味着指示具有至多等于被阵列的単独的光源照亮的区域的厚度的行列。換言之，术语考虑到如下事实，即光源在任何情况下在数量上是有限的，且每个光源照亮的区域具有有限的尺寸，因此规定了照明系统相对于被传感器框取的区域的几何边界的分辨极限。每个单独的可驱动的光源优选地包括一个单独的照明元件，但其可包括超过ー个照明元件。优选地，所述至少ー个读取距离包括在景深内的多个读取距离，換言之，包括在最小读取距离和最大读取距离之间(含最小读取距离和最大读取距离)的多个读取距离。在其处驱动器适合于驱动光源以关闭至少照亮在基板上被传感器框取的区域的边界外侧的光源的读取距离可相互不连续，或可在景深内连续变化。通常，为增加景深和/或在被传感器框取的区域的空间内更好地限定方向和/或形状，图像形成装置还包括至少ー个带有固定的或可变的焦距的接收器光学器件。这样的接收器光学器件可特别地包括被传感器的光敏元件共享的单独的透镜或光学部件组，和/或每个均与光敏元件或元件的子组相关联的透镜阵列、棱镜表面和/或光圈，例如在前述EP I 764 835 Al中所述的。 通常，图像形成装置包括变焦和/或自动聚焦系统，在此情况下，被传感器框取的区域以不直接与景深内的读取距离成比例的方式变化。接收轴线可与传感器的表面的法线重合，或以ー个角度相对于该法线傾斜。优选地，为增加图像侧上的焦深和/或将照明轴线相对于光源阵列的法线傾斜，将光源阵列与至少ー个投影透镜相结合。更具体地，每个光源可设有其自己的投影透镜，和/或可提供至少ー个被阵列的光源共享的单独的投影透镜。每个投影透镜可被其它的光学元件替换或与其它的光学元件相结合，所述光学元件例如光圈、棱镜表面、光导和/或自聚焦透镜，类似于在前述EP I 764 835 Al中所述的。照明轴线可与阵列的平面的法线重合，或以ー个角度相对于该法线傾斜。在一些实施例中，照明轴线平行于接收轴线且与之分开。在其它实施例中，照明轴线相对于接收轴线倾斜且不共平面。在两个轴线倾斜的情况下，两个轴线可相交，一般地在传感器前方相交，或它们可傾斜。在一些实施例中，阵列和传感器是共平面的，使得它们可有利地制成在相同的集成电路板的相同的支撑件上，或制成在相同的集成电路基板上。在其它实施例中，阵列和传感器布置在相互倾斜的平面上，使得有利地照明轴线和接收轴线之间的倾斜角度被确定或有助于被确定。优选地，阵列的光源如果都开启则适合于总体上照亮大于在景深内被传感器框取的最大区域的区。更具体地，光源的数量选择为使得当一个单独光源被开启/关闭时，在基板上被照明装置总体上照亮的区经历足够小的百分比变化。优选地，百分比变化小于或等于15%，更优选地小于或等于10%，再更优选地小于
或等于5%。优选地，驱动器适合于在任何读取距离处不开启阵列的所有的光源。更优选地，驱动器适合于关闭在每个读取距离处在阵列的边缘处的至少ー个光源。換言之，驱动器适合于在任何读取距离处不开启在阵列的相対的末端处布置的两个光源。优选地，驱动器适合于关闭在读取距离处照亮了被传感器框取的区域的边界外侧的所有光源，且适合于以运行模式开启照亮了被传感器框取的区域的边界内的所有光源。优选地，驱动器适合于以运行模式仅开启照亮了被传感器框取的区域内的至少ー个关注区的光源。驱动器可响应于读取距离的测量器或用于估计读取距离的装置。读取距离的测量器可以是与读取器不同且与之通信的装置，例如光电池的系统，基于相位测量的装置或基于激光器或LED光束、可见光或IR (红外线)的飞行时间的测量的装置，或基于雷达或超声波类型的装置等等。然而，优选地，驱动器适合于以运行模式开启阵列的被选择为投射发光的图形以用于评估读取距离的光源。读取距离基于在传感器上通过被所述阵列的至少若干光源发射的光形成的图像的形状和/或位置而测量或估计。
驱动器可适合于以运行模式开启阵列的被选择为总体上照亮用于瞄准被传感器框取的区域和/或其至少ー个关注区的图形的光源。驱动器可适合于以运行模式开启阵列的被选择为总体上照亮用于指示在被传感器框取的区域内尝试捕捉图像的结果的图形的光源。阵列的光源优选地还在发射強度方面可被単独地驱动。优选地，光源的阵列适合于发射超过ー种波长的光。特别地，阵列可包括适合于发射第一波长的多个光源的第一子集和至少ー个适合于发射与第一波长不同的第二波长的多个光源的第二子集。可替换地，每个光源可适合于可选地发射不同波长的光。在这样的措施的情况下，例如可基于光学编码及其背景的颜色调整照明的顔色。此外，可例如通过对于肯定的结果投射緑色照明图形而对于否定的结果投射红色照明图形，来容易地提供捕捉或读取尝试的结果的不同的指示。此外，为瞄准多个关注区也为其方便使用者选择，可使照明图形多祥化。光源的阵列可以是ー维的或ニ维的。光源阵列可以是扁平的或弯曲的。通过将光源布置在弯曲的表面上，可使得每个光源和基板之间的光路径的长度相同或大体上相同，因此补偿了光源所发出的光在扁平阵列的情况下将经历的不同的衰减，且因此获得了在读取距离处的均匀的照明。弯曲的布置也可用于确定或有助于确定不同光源的照明束的差异。优选地，阵列的光源的数量在一维情况下大于或等于32，或在ニ维情况下大于或等于32X32。更优选地，ニ维阵列的光源的数量从包括32X32、64X64、44X32和86X64的组中选择，且在ー维情况下从包括32和64的组中选择。在一个实施例中，驱动器适合于关闭至少照亮在读取距离处被传感器框取的区域的第一半的边界外侧的所有光源，图像捕捉装置还包括可単独地驱动的相邻的光源的第ニ阵列，所述第二阵列限定了第二照明轴线，第二照明轴线不与接收轴线重合；并且光源的驱动器适合于驱动第二阵列的光源，以关闭至少照亮被传感器框取的区域的与第一半互补的第二半的边界外侧的光源。在一个实施例中，图像捕捉装置还包括可单独地驱动的相邻的光源的第二阵列，所述第二阵列限定了第二照明轴线，所述第二照明轴线不与接收轴线重合；光源的驱动器适合于驱动第二阵列的光源，以关闭至少照亮被传感器框取的区域的边界外侧的光源。
在一个实施例中，驱动器适合于至少根据读取距离实时确定分别开启或关闭阵列的哪些光源。在实施例中，实时确定通过解析方法执行，换言之，使用仅取决于读取器的且特别是图像形成装置、其照明装置的已知的(设计)几何參数，和/或其相对空间布置的解析公式确定，所述相对空间布置包括其部件或子组件的相对空间布置。优选地，解析方法包括如下步骤-在与接收装置相关的第一參考系中计算在基板上被传感器框取的区域的特定点的坐标；-执行到与照明装置相关的第二參考系内的坐标变换；和-在第二參考系内，计算照亮对应的特定点的阵列的光源。 优选地，在前述步骤中，执行来自下述(I)至(31)的公式中的一个或更多个。在实施例中，实时确定至少部分地通过经验或自适应方法执行，所述经验或自适应方法包括以回归的方式驱动以开启光源的子集，相对于被传感器框取的区域评估在基板上被照亮的区的位置和/或范围，和基于此评估使光源的子集适应。光源的初始子集可通过解析方式、通过经验或自适应方法提前确定，因此所述解析方式、通过经验或自适应方法被用于例如修正批量生产的每个图像捕捉装置的光源阵列的不精确性。在实施例中，光源的被开启的子集的所述回归适应沿多个径向分开的方向执行。在实施例中，光源的被开启的子集通过将被开启的末端光源的位置沿所述多个方向插值来确定。在一个可替换的实施例中，驱动器适合于根据读取距离通过从查询表中读取它们确定分别开启或关闭哪些光源。驱动器可适合于一次性(una tantum)建立所述查询表,特别是利用解析或检验/自适应方法，类似于实时确定。可替换地，驱动器可适合于接收所述查询表作为输入，所述查询表通过单独的处理装置以解析或经验/自适应方法一次性建立，类似于实时确定。如果根据在一个单独的处理装置中一次性发生的读取距离来确定分别应开启或关闭的光源，则优选地通过计算机程序实施，所述计算机程序參数地管理图像捕捉装置的ー个或更多个量。以此方式，有利地，相同的计算机程序可用于例如一系列的读取器模型。这样的计算机程序代表了本发明的ー个另外的方面。阵列的光源优选地是固态类型的光源或有机光源，且更优选地所述光源从包括LED、OLED、微型LED和微型激光器的组中选择。在本发明的另ー个方面中，本发明涉及成像器类型的光学信息读取器，所述读取器包括如上所述的图像捕捉装置。在本发明的另ー个方面中，本发明涉及计算机可读取的存储装置，所述存储装置包括前述程序。在本发明的另ー个方面中，本发明涉及光学读取器，所述光学读取器包括可単独地驱动的相邻的光源的阵列，和适合于以照明模式、瞄准模式和读取结果指示模式驱动阵列的光源的驱动器。
优选地，所述驱动器也适合于以光学距离测量系统或测量模式驱动光源。


本发明的另外的特征和优点将通过參考附图而完成的本发明的一些实施例的描述来更好地强调，其中图I已被详细描述，其图示了现有技术的图像捕捉装置，其中照明装置与图像形成装置不同轴，图2示意性地图示了根据本发明的成像器类型的光学信息读取器，图3示意性地图示了根据本发明的图像捕捉装置，图4以更放大的比例图示了在每个光源上带有预准直透镜的微型LED的阵列的部 分，图5图示了与图像形成装置不同轴的照明装置的光源的扁平阵列的照明，图6图示了与图像形成装置不同轴的照明装置的光源的弯曲的阵列的照明，图7至图9是图示了照明装置的光源的驱动的一些实施例的框图，图10至图17是图像捕捉装置或其部分的几何形状的表示，图18是图示了照明装置的光源的驱动的另ー个实施例的框图，图19是图18的照明装置的光源的驱动的实施例的图形表示，图20是照明装置的光源的驱动的实施例的图形表示，图21a、图21b和图21c表示了整个框图，所述框图详细地图示了图20中的照明装置的光源的驱动的实施例，图22至图27是图像捕捉装置的多种实施例的示意性表示，图28是图像捕捉装置的照明装置的实施例的几何形状的表示，图29图示了实施例的图像捕捉装置的光源，该光源待被开启以在不同的工作距离处照亮被传感器框取的整个区域，图30至图37示意性地图示了图像捕捉装置的照明装置的另外的功能，图38和图39示意性地图示了图像捕捉装置的其它实施例。
具体实施例方式图2是根据本发明的成像器类型的光学信息的读取系统或简言之读取器I的框图。读取器I包括可捕捉或获取光学信息C的图像的图像捕捉装置2，所述光学信息C在图2中通过存在于基板S上的ニ维光学代码举例说明。将在下文中更好地描述的图像捕捉装置2包括图像形成装置或部分3，所述图像形成装置或部分3包括呈光敏元件的阵列形式的-线性或优选地如所示的矩阵类型的-传感器4，所述传感器4可从光学信号、換言之从由基板S发射的光R生成电信号，所述光R被所存在的图形元素调制，特别地被代码或其它的光学信息C调制。即使不必要，图像形成装置3通常也还包括图像接收器光学器件5，所述图像接收器光学器件5可在传感器4上形成充分地聚焦了含有光学信息C的基板S或其部分的图像。图像捕捉装置2还包括适合于将照明光束T投射向基板S的照明装置或部分6。
读取器I还包括处理和/或控制装置7，所述处理和/或控制装置7可从被图像捕捉装置2或其部分捕捉的图像获取信息内容，例如解码ニ维代码C，以及控制读取器I的其它部件。处理和/或控制装置7本质上是公知的，且包括用于处理被传感器4发射的信号的硬件和/或软件装置，例如为滤波器、放大器、采样器和/或ニ值化器；用于重构和/或解码光学代码的模块，包括用于查询可能代码的表、用于查询与可能代码相关的任意纯文本信息的表的模型；光学特征识别模块等等。获得的图像和/或其处理结果以及读取器I的编程代码、处理參数值和所述的查询表通常以数字形式存储在至少ー个临时的和/或大容量的存储装置8内，存储装置8为读取器I的可能可移除的存储装置。存储装置8也用作服务存储器以执行软件算法。读取器I还可包括通信装置或接ロ 9，以用于将获得的图像和/或提取的信息内容与读取器I的外部通信和/或用于输入来自外部源的用于读取器I的配置数据。 读取器I还包括至少ー个输出装置10，以用于向使用者显示例如涉及读取器I的运行状态的字母数字和/或图形信息、读取的信息内容等，和/或用于显示当前被传感器4框取的图像。输出装置10可替换地或额外地包括打印机，语音合成器或其它前述信息的输出装置。读取器I还包括例如用于配置读取器的控制信号和/或数据的至少ー个手动输入装置11，例如类似于键盘或多个按键或控制杆、方向键、鼠标、触摸板、触摸屏、语音控制装置等。读取器I还包括至少ー个电源装置12，以使用电池电源或通过从主电源或从外部装置获取功率供给信号来向多种部件供给合适的电压和电流水平。读取器I还包括照明装置6的在下文中更好地描述的驱动器13。如在下文中更好地描述的，驱动器13和照明装置6优选地除了实现基板S或其一个或更多个关注区(ROI)的照明功能以通过图像形成装置3捕捉图像之外，还实现如下装置中的ー个或更多个装置的照明功能瞄准装置，输出指示装置，用于检测基板S的存在和/或用于光学地測量或估计读取距离和/或图像捕捉装置2 (取景器)的聚焦条件的装置。处理和/或控制装置7可通过ー个或更多个处理器特别是一个或更多个微处理器或微控制器，和/或带有分立的或集成的部件的电路来实施。类似地，驱动器13可通过ー个或更多个带有分立的或集成的部件的电路和/或通过ー个或更多个处理器特别是一个或更多个微处理器或微控制器实施。此外，虽然在图2中处理和/或控制装置7与驱动器13示出为分开的装置，但它们可共享ー个或更多个这样的电路和处理器，和/或共享执行存储装置8的ー个或更多个装置。更一般地，应理解的是，图2从功能的角度图示了不同的方框。从物理的角度，上述的读取器I的各个部件可制成为分立的物体，假定它们相互间如在图2中示意性地图示地相互通信，以用于控制、数据和/或供电信号的通信。连接可经由电缆和/或无线方式进行。因此，上述的读取器I可制成为ー个单独的物体，其中各个部件容纳在未示出的外壳内，所述外壳具有例如使用在固定式或便携式平台中的合适形状和尺寸；所述外壳包括至少ー个透明的区域，作为所发射的光T和所接收的光R的通道。外壳和/或一个或更多个内部支撑件还构造成以预定的相互关系支撑图像捕捉装置2和照明装置6的部件。反之，输出装置10和/或手动输入装置11和/或处理和/或控制装置7可至少部分地由计算机实施。此外，照明装置6和图像形成装置3可形成在分开的外壳内，所述外壳中的每个均带有自身的透明区域，且照明装置6和图像形成装置3在读取器或读取系统I的安装步骤期间被以预定的相互关系约束在空间内。图3更详细地但示意性地图示了根据本发明的实施例的图像捕捉装置2。图像捕捉装置2的图像形成装置3的传感器4包括光敏元件14的阵列，所述光敏元件中的每个均提供电信号，电信号的强度是投射在其上的光的函数。作为示例，图3示出了正方形的ニ维传感器4，但所述传感器也可以是矩形、圆形或椭圆形的。传感器4能够例 如以C-MOS或CCD技术制成。可选地，传感器4可被驱动以提取由其光敏元件14的子集生成的信号，且作为临界情況，每个单独的光敏元件14可被単独地驱动。图像捕捉装置2的图像形成装置3的接收器光学器件5被设计为在传感器4上形成包含光学信息C的基板S或其区域的图像。接收器光学器件5可包括ー个或更多个透镜，一个或更多个光圈，折射、反射或衍射光学元件，接收器光学器件5能够变形以修改传感器4的有效纵横比。作为示例，在图3中接收器光学器件5示出为放置在平行于传感器4的平面内且与之同轴的倒置透镜。图像形成装置3限定了在传感器4前方延伸的工作空间区域15。工作空间区域15是光学信息C被传感器4正确地框取且光学信息C的图像充分聚焦在传感器4上的空间的区域。在此工作空间区域15内，最佳焦平面可以是固定的或通过自动聚焦系统而改变。在作为矩形传感器的特定情况的正方形传感器4所代表的情况下，工作空间区域15是金字塔形状的或金字塔的截锥形状的；在圆形或椭圆形传感器4的情况下，工作空间区域15是圆锥形或圆锥形的截锥；在一维传感器4的情况下，金字塔的基部大体上变得更薄，且可认为工作区域15大体上是扁平的。图像形成装置3还限定了接收器光学器件5的光学轴线，简言之，接收轴线Z。接收轴线Z通过接收器光学器件5的元件的中心限定，或在単独透镜的情况下通过光学表面的曲率中心限定。如将在下文中变得更清楚的，接收轴线Z不必垂直于传感器4，也不需要通过传感器4的中心。特别地，在接收器光学器件5包括偏转元件的情况下，接收轴线Z可以是图像形成装置3内的非直线，但在本发明的意义内可在任何情况下通过成直线的接收轴线Z模拟。沿接收轴线Z布置了工作空间区域15的顶点0，简言之，接收顶点O。工作空间区域15的顶点O是金字塔或圆锥形的顶点，且在倒置的接收器光学器件5的情况下所述顶点落在光学器件5的光学中心内，而在非倒置的接收器光学器件5的情况下，所述顶点通常落在传感器4后方。图像形成装置3还限定了工作区域15关于接收轴线Z的角度宽度，所述角度宽度通常以四个角度βρ β2、β3、β4的形式表示，所述四个角度的原点在接收顶点O内，且在与接收轴线Z相重合并在相互垂直的四个半平面内延伸的侧面中的ー个内。參考传感器4的两个主方向，即其光敏元件4的行方向和列方向，能够论及通过角度βρ β3表示的“水平”视场和通过角度β 2、β 4表示“垂直”视场。在传感器4相对于接收器光学器件5同轴且居中的特定情况下，工作空间区域15具有対称性，且在绝对值方面爲厂^^而β2=β4。在一维传感器的情况下，“垂直”视场远小于“水平”视场，且大体上可忽略。图像形成装置3还限定了景深D0F，所述景深DOF表示了沿接收轴线Z的工作空间区域15的范围。在图3中，基板S在一般读取距离D处以S指示，且相应地被传感器框取的区域以16指示；作为特殊情況，基板S在最小可读取距离D1处以S1指示，且被传感器框取的区域以Ie1指示，而基板S在最大可读取距离D2处以S2指示，且被传感器框取的区域以162指示。景深因此通过DOF=D2-D1给出。值得强调的是，即使接收轴线Z不必垂直于传感器4且不必垂直于被传感器4框取的基板的区域16，也沿接收轴线Z从接收顶点O测量读取距离D、DpD215工作空间区域15可以是固定的，或在尺寸和/或比例上通过已熟知的变焦和/或 自动聚焦系统动态地改变，所述变焦和/或自动聚焦系统例如机电、压电或光电致动器，用于移动接收器光学器件5的一个或更多个透镜或光圈、镜或其它部件，和/或用于改变ー个或更多个透镜例如液体透镜或可变形透镜的曲率，和/或用于移动传感器4。在优选的实施例中，接收器光学器件5包括由法国的Varioptic SA制造的Arctic 416 SL-Cl液体透镜。換言之，虽然在图3中为简单起见而假定β P β 2、β 3、β 4的视场在不同的读取距离D处相同，但这可沿接收轴线Z通过变焦系统改变，使得工作区域15不再是金字塔或圆锥形的静态截锥，而是具有可变的尺寸和/或比例的。本发明的描述在任何情况下维持总体有效。成像器类型的光学信息读取器I的图像捕捉装置2的照明装置6包括相邻的光源18的阵列17。在图3中，为清晰起见，仅示出了所述光源18中的ー些光源。阵列17的光源18可通过驱动器13単独地驱动，以开启和关闭，且优选地也可按照強度和/或发射的波长或波长范围来単独地驱动。因此，这是作为“像素化源”限定在场内的阵列，或可限定为PPEA (可编程光子发射器阵列)的阵列。阵列17的光源18优选地每个均包括单个照明元件，照明元件在形状和尺寸上彼此相同。然而，阵列17的光源18也可包括不同形状和/或尺寸的照明元件。此外，阵列17的光源18可每个均包括多个聚集成相同或不同形状和/或尺寸的组的照明元件。換言之，如果根据本发明可単独地驱动的簇的数量換言之光源18的数量仍充分大到实现照明装置6的下述功能性，则像素化源的驱动可在照明元件或像素的簇的层面上进行。照明装置6可选地包括照明光学器件。照明光学器件可包括能够变形的一个或更多个透镜和可能的光圈，折射、反射或衍射光学元件，这对于所有阵列17的光源18是公共的。照明光学器件可以是公共的，且在图3中作为示例的图像倒置光学器件19a示出为与阵列17同轴。如作为示例在下述图14至图16中更好描述的，照明光学器件也可作为可替换地或额外地包括多个透镜1%，每个透镜19b与阵列17的光源18相结合。具有与光源18或其照明元件可比较的尺寸的这样的透镜1%的具有确定且具体地降低単独光源18的有效发射角度的功能，且这样的透镜19b还可具有确定由単独的光源18反射的照明光束的取向的功能。
每个透镜19b可被替换或与其它光学元件例如光圈、棱镜表面、光导或自聚焦透镜相结合，以更好地选择由単独的光源发射的光束的方向，例如，如在前述EP I 764 835Al中所描述的。如在下述图16中作为示例示出的，多个透镜19b也可与公共的非倒置的成像光学器件19c结合使用，或与公共的倒置的成像光学器件19a结合使用。阵列17的光源18优选地制成在公共的基 板上呈集成电路的形式。优选地，光源18还通过带有行指标和列指标的地址总线驱动。优选地，填充因数，即被光源18 (或多个透镜19b)的激活表面占据的总面积与布置了源(透镜)的集成电路的基板的总面积之间的比值是高的，优选地超过90%。在一个实施例中，阵列17的光源18是微型LED。所述微型LED是微型发射器，所述微型发射器例如以氮化镓(GaN)技术制成，带有等于大约20微米的更大的线性尺寸的发射面积，但该线性尺寸通常也小到4微米；以此技术，阵列17可被制造成在极小尺寸中包含上千或上万的光源18 (例如，很小的几mm的尺寸用于512X512的照明元件的阵列)且带有最小的成本和功耗。这样的装置还能以不同的波长发射。在一个实施例中，阵列17的光源18是OLED (有机发光二极管)。OLED是通过将ー系列薄的有机膜布置在两个导体之间而获得的光电装置。当施加电流时，发射光流。此过程被称为电致磷光。即使利用多层的系统，OLED 18的阵列17也非常薄，通常小于500纳米(一毫米的千分之O. 5)，且小至lOOnm。OLED消耗非常低的能量，要求非常低的电压(2至10伏持)。OLED能以可见光谱中的不同波长发光。OLED也能够以通常达到每英寸(像素/英寸)740个照明元件的密度布置在非常紧凑的阵列内，每个阵列为15平方微米(“0LED/CM0S组合打开了微型显示器的新世界(OLED/CMOS combo opens anew world of microdisplay)，，，激光聚焦世界(Laser Focus World)，2001 年 12 月，第37卷，第12期，潘威尔出版物(Pennwell Publications),其在如下链接处可得“http: / / www. opto I q. com/ maex/pnotomcs-technologies-applications/lfw-display/Ifw-article-display/130152/articles/laser-focus-world/volume-37/issue-12/features/microdisplays/oled-cmos-combo-opens-a-new-world-of-mic rodisplay.html” ；“有机地成长发光有机晶体和聚合物预示着平板显示器会发生革命性变化从而可能使得制造成本降低且便携性增加(Organically grown: Luminescent organic crystalsand polymers promise to revolutionize flat-panel displays with possibilitiesfor low-cost manufacture and more portability)，，，激光聚焦世界(Laser FocusWorld)，2001 年 8 月，第 37 卷，第8期，潘威尔出版物(Pennwell Publications),其在如下链接处可得“http: / /www. optoiq. com/index/photonics-technologies-applications/lfw-d isplay/1fw-article-display/I13647/articles/laser-focus-world/volume-37/issue-8/features/back-to-basics/organically-grown. html，，)。OLED 具有非常宽的发射角度，通常达到160°。OLED的阵列17也可设置在柔性基板上且因此呈现弯曲的构造。OLED的阵列17也可形成为使得发射元件具有不同的形状和/或尺寸。在一个实施例中，阵列17的光源18是LED (发光二极管)。LED是具有50微米的最大线性尺寸的光电发射装置，所述线性尺寸可达350微米或更大；这些装置可实现高的效率，但代价是大的芯片尺寸和相互之间需要散热元件，这使得因此形成的阵列17体积偏大且在发射器相互之间具有大的空置区域，即填充因数低；可替换地，LED发射器可形成在基板上，例如在前述文献US 5，319，182中描述的，例如C-MOS基板，但具有较低的效率。此夕卜，LED 18的驱动器芯片倾向于具有在中心处的接触，这产生了在被分别照亮的区域的中心处的阴影。即使存在方法来避免此缺陷，例如在前述US 6，811，085中所提出的接触几何形状，但这些系统也相对昂贵且消耗相对大量的能量，此外在每个光源18附近经常需要相对大的散热面积，如上所述这降低了其填充因数。在一个实施例中，阵列17的光源18是与以MEMS (微机电系统)技术制造的微镜相结合的激光器，所述激光器可移动到不允许光通过的取向上，換言之在本发明的意义内关闭激光器，且所述激光器可移动到至少ー个允许光通过的取向上，換言之在本发明的意义内开启激光器。这样的装置在领域内被称为“微型投影仪”。能够提供用干与每个微镜结合的激光器，或也能够提供对于多个微镜是公共的単独的激光器。然而，移动部分的存在涉及一定量的消耗和磨损。
其它技术可用于制作光源18的阵列17。作为光源18的阵列17的ー个示例，图4以很大的放大比例图示了在每个光源18上带有预准直透镜1%的微型LED的阵列17的部分。照明装置6构造为使得阵列17的每个光源18发射基本照明光束，所述基本照明光束在照明装置6的前方空间内具有自己的平均传播方向。如在下文中将更好地解释的，照明装置6也构造为使得在基板S上被阵列17的相邻光源18照亮的区域相互邻近且可能略微重叠，以形成在后文中以T指示的总体照明光束，总体照明光束的形状和尺寸取决于当前多少光源18以及哪个光源18被驱动器13开启。阵列17的光源18的数量选择为使得在基板S上被照明装置6全部照亮的区域在単独光源18开启/关闭时经历了足够小的百分比变化。优选地，所述百分比变化小于或等于15%，更优选地小于或等于10%，再更优选地小于或等于5%。图3图示了照明光束Ttl，如果开启阵列17的全部光源18，则除在阵列17的相对的末端处的光源的角度模糊外，将通过照明装置6发射上述照明光束I；。照明装置6限定了光学照明轴线A，所述光学照明轴线A是此最大照明光束Ttl的平均方向，作为在至少ー个平面内照明光束Ttl的对称轴线，且在ニ维阵列17的所图示的情况下通常为在两个垂直的平面内照明光束Ttl的对称轴线。在公共的照明光学器件19a、19c和相对于此公共的照明光学器件19a、19c的光学轴线居中的阵列17的情况下，照明轴线A由公共的照明光学器件19a、19c的元件的中心限定，或由在公共的单个透镜19a、19c的情况下的光学表面的曲率中心限定。特别地，在照明光学器件19a、19b、19c包括偏转元件的情况下，照明轴线A在照明光学器件6内侧可以是不成直线的，但在本发明的意义内照明轴线A仍可通过成直线的照明轴线A模拟。在正方形或一般地矩形的ニ维阵列17的代表性情况下，最大照明光束Ttl是金字塔形或金字塔的截锥形的；在圆形或椭圆形阵列17的情况下，照明光束Ttl是圆锥形或截圆锥形的；在ー维阵列17的情况下，金字塔的基部变得大体上更薄，其厚度等于被单独的光源18照亮的区的尺寸，且可认为最大照明光束Ttl大体上是平的。照明装置6还限定了照明顶点Atl，所述照明顶点A0是如下金字塔或圆锥的顶点在公共的倒置照明光学器件19a的情况下，照明顶点A0与其光学中心重合，而在非倒置的照明光学器件19b、19c的情况下，照明顶点Atl通常落在阵列17的后方。值得强调的是，如将在下文中显见的，取决于公共的照明光学器件19a、19c相对于阵列17的取向和定位和/或取决于与光源18结合的单独的透镜19b的几何形状，照明轴线A不必垂直于阵列17，也不需要通过阵列17的中心。根据本发明，照明轴线A不与接收轴线Z重合。特别地，照明装置6和图像形成装置3不同轴。一般地，接收顶点O和照明顶点A0不重合，且照明轴线A和接收轴线Z相互傾斜。那么假定接收顶点O和照明Atl不重合，则照明轴线A和接收轴线Z可平行。那么假定照明轴线A和接收轴线Z相互傾斜，则接收顶点O和照明A0可原理上重合。根据本发明，阵列17的光源18的驱动器13适合于以稍后所述的方式驱动光源18，以便关闭在一般的读取距离D处照亮基板S上被传感器4框取的区域16的边界外侧的光源18。因此，在图3中，附图标号20指示了阵列17内的在读取距离D处照亮了被传感器4框取的区域16的边界的光源18。在距离D处，驱动器13负责开启周界20 (含周界20) 内的光源18，并且关闭在周界20外侧的光源。在希望仅照亮被传感器4框取的区域16的一部分的情况下，如在下文中更好地描述的，驱动器13将负责开启周界20内的光源18的仅ー个子集。值得强调的是，在此且在本说明书和权利要求的剰余部分中，“关闭”和“开启”及衍生的形式不一定意味着指示状态的切換，而意味着包含如果光源18已处于希望的状态，则驱动器13维持此状态。应理解的是，被传感器框取的区域16的“边界”意味着指示越过区域的几何周界的层，该层的厚度通过被阵列17的単独的光源18照亮的区域确定，且因此相对于被传感器4框取的整个区域16来说相当小。作为特定的情况，在图3中，附图标号20i指示了阵列17内的在最小读取距离D1处照亮被传感器4框取的区域Iei的边界的光源18，在此距离D1处驱动器13负责开启至多在周界20i (包含周界20P内的所有光源，且负责关闭周界20i外侧的光源；附图标号202指示了阵列17内的在最大读取距离D2处照亮被传感器4框取的区域162的边界的光源18，在此距离D2处驱动器13负责开启至多在周界202 (包含周界202)内的所有光源，且负责关闭周界202外侧的光源。如从图3中可见，当读取距离D在D1和D2之间改变时，外周所开启的光源2(^20和202在阵列17内的变化允许了修正视差误差和透视畸变误差，所述视差误差和透视畸变误差对于照明装置6的相对于图像形成装置3的非同轴布置来说是固有的(在此特定的情况下，轴线A同样相对于轴线Z傾斜，因此区域20、2(V202为梯形形状)。附图标号21、2レ212图示了如果阵列17的所有光源18被开启则分别在距离D、DpD2处将被照亮的区域的周界，換言之，在不同的距离D、D1, D2处基板S、S1, S2与最大照明光束Ttl的相交部分应注意至IJ，这样的最大照明区域21、2し、212中的每个如何延伸为远超过在对应的距离处被传感器
4框取的区域16、％、162，这将对应于能量的浪费，且在由光源18发射的光在可见光谱内的情况下，带来了被传感器4框取的区域16、16ρ162的误导使用者的视觉指示方面的缺点。虽然从图3中总体上不清楚，但是阵列17的被开启的単独光源18、存在公共的照明光学器件19a、19c的地方和在基板S、Sp S2上被传感器4框取的区域之间的光路是不恒定的。作为此的结果，存在在图5中示意性地表示的照明不均匀性和/或聚焦损失。这样的照明不均匀性和/或聚焦损失可通过照明光学器件19a、19b、19c的合适的设计来修正，然而证明这可能是特别繁累的。可替换地或额外地，驱动器13可驱动光源18，使得光源以不同的強度，特别地在图3中从右向左强度增加地发射。值得强调的是，通过调制単独的光源18的強度，也可修正在光源18本身的強度方面的可能的不均匀性，因此增加照明装置6对于产品公差的不明感性。換言之，不需要具有均匀的发射器阵列17。仍可替换地或额外地，光源18的阵列17可布置在对应于公共的照明光学器件19a、19b、19c的最佳聚焦曲线(焦散曲线)的弯曲的表面上，在一维阵列的情况下该弯曲的表面大体上变成曲线，使得阵列17的最外侧的光源18被公共的照明光学器件19a、19b、19c置于正确的距离，以将聚焦的图像投射到基板S上。带有弯曲阵列17的实施例示意性地在 图6中图示，且特别地在OLED的情况下是可能的。在实施例中，阵列17的光源18可布置在具有与图6的凹度相反的凹度的弯曲的表面上。在此情况下，单独的光源18的照明光束发散且照明光学器件可省去。存在不同的方法，即根据所述方法驱动器13选择阵列17的要开启的光源18，且可选地以所述光源18的強度和/或发射波长(s)作为在图像形成装置3的景深DOF内的读取距离D的函数，以便仅照亮基板S上通过传感器4框取的完整的区域16。在后文中，为简洁起见，仅涉及要开启的光源18的确定，这隐含着可同时确定相应的强度和/或发射波长(多个波长)。首先，所述确定可实时或一次性地进行。在实时确定的情况下，驱动器13自身应包括硬件和/或软件模块，以实施确定算法。如在图7中所图示，在步骤100中，设定或检测在景深DOF内的当前工作距离D(D1 < D < D2)。在步骤101中，确定光源18的必须被开启以仅照亮被传感器4框取的整个区域16的子集18a，具体地以下述的方法之一确定。在步骤102中，至多将子集18a的所有光源都开启。在一次性确定的情况下建立查询表，然后在读取器I的图像捕捉装置2的正常运行期间，驱动器13參考该查询表。驱动器13又可包括所述的硬件和/或软件模块，或方法可通过外部处理器执行，且仅查询表可载入读取器I的与驱动器13相关的存储器8内。一次性确定优选地大体上对于景深DOF内的每个读取距离D进行，換言之，在D1和D2之间连续地或以合适的采样率变化，且因此对于运行周期提供该一次性确定。工作距离D的取样范围可不恒定，特别地，采样的工作距离D可在靠近最小工作距离D1时相互更靠近，且在接近最大工作距离D2时相互更不靠近，其中被开启的光源18的构造更缓慢地改变。參考图8，在步骤103中将工作距离D分别选择为最小工作距离D1或最大工作距离D2。然后执行步骤101，确定光源18的必须开启以仅照亮被传感器4框取的整个区域16的子集18a。然后在步骤104中将记录存储在查询表中，所述记录包括所选择的工作距离D(在此循环的第一次执行时分别对应于D1或D2)和在步骤101中确定的子集18a。在步骤105中，然后分别以无限小的量或基于预选择的采样的量増加或降低工作距离D。在步骤106中，然后检查循环是否已在整个景深DOF上执行，換言之工作距离D是否相应地超过最大工作距离D2或小于最小工作距离Dp在否定的情况下，步骤101、104、105和106重复，因此将新的记录插入在查询表内。当循环在整个景深DOF上执行完时，換言之当步骤106的检查为肯定吋，驱动器13可进入到正常使用模式。在此模式中，在步骤100中设定或检测在景深DOF内的当前的工作距离D (D1 ^ D2)。在步骤107中，从查询表读取光源18的必须开启以在当前的工作距离D处仅照亮被传感器4框取的整个区域16的子集18a。在步骤102中，至多开启子集18a的光源。在图像捕捉装置2的不同的实施例中，确定在景深DOF内的给定的工作距离D处光源18的必须开启以仅照亮被传感器4框取的整个区域16的子集18a的步骤101可根据不同的方法、实时(图 的步骤101)和一次性(图8的步骤101)地执行。第一方法是解析类型的方法。一旦已建立图像捕捉装置2的几何形状和光学构造，实际上就能够为每个读取距离D计算出阵列17的哪个光源18照亮了被传感器4的每个光敏元件14框取的基本区域。应注意的是在实践中，被传感器4的每个光敏元件14框取的基本区域可至多被在阵列17内彼此相邻地布置的形成正方形的四个光源18照亮。
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解析方法的一个优选的实施例在图9中示意性地图示，且随后參考图10至图17更详细描述。參考图9，在步骤108中，在与接收装置3相结合且基于图像形成装置3的构造的第一參考系中，具体地以接收顶点O为原点的第一參考系中，计算出一些特定点的坐标，所述点允许在基板S上被传感器4框取的区域16的边界被识别到。这样的特定点优选地是其图像形成在限定了传感器4的周界的光敏元件14和/或其图像形成在传感器4的中心光敏元件14上的点。特别地，在矩形或正方形传感器4的情况下，參考系优选地是笛卡尔坐标系，且特定点优选地对应于通过至少处在传感器4的两个相対的顶点处的光敏元件14看到的那些点；在圆形或椭圆形传感器4的情况下，參考系优选地是圆柱形坐标系且特定点优选地对应于中心光敏元件14和外周光敏元件14，或对应于沿传感器4的对称轴线的两个或四个外周光敏元件14。事实上，存在将与被传感器4框取的区域16的周界对应的所有点的坐标表示为这样的特定点的函数的解析关系。在步骤109中，执行特定点的坐标到第二參考系的变换，所述第二參考系与照明装置6相结合且具体地以照明顶点A0为原点。特别地，在矩形或正方形阵列17的情况下，第二參考系优选地为笛卡尔坐标系；在圆形或椭圆形阵列17的情况下，第二參考系优选地是圆柱坐标系。在一些情况下，可合适地改变、増加或减少从ー个參考系传递到另ー个參考系且使用表示了与基板S上被传感器4框取的区域16的周界对应的所有点的坐标和/或表示了与在基板上被阵列17照亮的区域的周界对应的所有点的坐标的解析关系的特定点例如，如果在基板S上被传感器4框取的区域16是矩形的且通过照明装置6观察为梯形的区域，则可在四个顶点上操作，或可例如在两个相对的顶点上操作或在第一參考系中的中心和一个顶点上操作，且可通过矩形的解析关系来获得在第二參考系中的梯形的四个顶点。在步骤110中，在第二參考系中且基于照明装置6的构造，计算出阵列17的照亮了对应的特定点的光源18。在步骤109中执行的在两个參考系之间的坐标变换在本质上是已熟知的。仅作为示例，參考图10，在第一參考系是原点在接收顶点O处的笛卡尔坐标系X、Y、Z且第二參考系是原点在照明顶点Atl处的笛卡尔坐标系U、V、W的情况下，坐标变换一般地是旋转平移(旋转加平移)，在特定情况下这可简化为旋转或平移。以Χ(ι、10、Ztl指示第二參考系的照明顶点Aci在第一參考系中的坐标,且以cos a j. . . cos α 9指示第二參考系的轴U、V、W相对于第一參考系X、Y、Z的方向余弦(为简化表示，角度Ci1... ^9是指示相对于平移到图10中的O的參考系U’、V’、Ψ的角度)，所述变换通过如下关系式组表示U= (x - x0) *cos a j+ (y - y0) *cos a 2+ (z - z0) *cos a , (I)V= (X - x0) *cos a 4+(y - y0) *cos a 5+(z - z0) *cos a 6 (2)w= (X - x0) *cos a 7+(y - y0) *cos a 8+(z - z0) *cos a 9 (3)照明顶点Atl的位置图示在第一象限(X(l、10、Ztl为正值)中，但照明顶点Atl的位置可在任何象限中。照明顶点Atl的位置也可沿着轴线中的一条和/或位于接收顶点O处。此外，在两个參考系中的一个或更多个轴平行和/或重合或垂直的情况下，方向余弦cos O1... cos a 9的一个或更多个可以是零或单位一。借助于图11和图12，现在将解释将基板S上被传感器4框取的区域16的点与光敏元件14关联的关系，所述关系在如下情况下在图9的方法的步骤108中使用，即传感器4是ニ维矩形的或作为其特殊情况的正方形的，且示意为近轴透镜5的倒置光学器件具有与传感器4的平面平行的主平面，所述主平面在特定的情况下是与通过接收器光学器件5的光学中心的接收轴线Z垂直的平面。应注意的是,为维持一般形式,接收轴线Z不穿过传感器4的中心，而是穿过其一般的点0S。在图像形成装置3的此实施例的情况下，第一參考系优选地选择为原点在接收顶点O处的笛卡尔坐标系X、Y、Z，Z轴线选择为与接收轴线Z重合但以与接收光R的路径相反的方式取向，且X、Y取向为平行于传感器4的主方向，即光敏兀件14的列方向和行方向。在一般的工作距离D处，即，在具有如下等式的平面中，Z=D(4)工作空间区域15 (以点划线和虚线指示)限定了在基板S上被传感器4框取的区域16 (为简洁起见未示出)。限定在基板S的侧上的视场的角度β P β 2、β 3、β4与在相反的象限内的传感器4的侧上的在接收轴线Z和传感器4的边缘之间的角度β ’ ” β ’ 2、β ’ 3、β ’ 4以如下关系相关联β J k=AMAGs* β k(5)其中AMAGs是接收器光学器件5的角度放大率，一般地AMAGs ( I。如上所述，虽然视场βρ β2、β3、β4示出为沿接收轴线Z是恒定的，但一般地这不是必需的，例如在可存在作为工作距离的函数即作为当前的ζ坐标的函数的视场变焦和/或自动聚焦系统的情况下不是必需的。在该情况下，在以上的式(5)和在如下的将在下文中阐述的一些式子中，将使用在所考虑的工作距离处的视场的值。如果s是传感器4和接收器光学器件5的主平面之间的距离，则接收轴线Z在坐标(O, O, S)的点Os处与传感器4相遇。參考图12,如果点Os落在传感器4的光敏兀件14的中心后方，且如果I和J是传感器4的列指标和行指标轴线间隔，即两个相邻的光敏元件14的中心之间的分别沿行方向和列方向的距离，则每个光敏元件14通过其中心限定，所述中心在參考系X、Y、Z中具有通过如下关系表不的坐标
F(i*I，j*J，s)(6)其中i和j分别是传感器4的列指标和行指标，所述指标可取正整数值和负整数值，且在以Os为中心的光敏元件14处取零值。如果点Os不落在光敏元件14的中心处，而是落在距离中心的距离I1, J1处，则每个光敏元件的中心的坐标将以j*J+J1;s)表示。如果传感器4的光敏元件14相互不相等，则仍可计算其在參考系X、Y、Z中的坐标。应注意的是，在均匀分开在传感器4上的方形或圆形的光敏元件的情况下，传感器4的列和行轴间间距I，J彼此相等。如果点Os落在光敏元件14的中心处，则接收轴线Z是传感器4的对称轴线，且エ作空间区域15具有两个对称平面，因此β2=β4。在此情况下，列指标以及行指标具有在绝对值上相等的极限值。
可容易地认识到，在距离D处通过指标i、j限定的一般的光敏元件14所框取的区域的中心P的坐标具有以如下关系表不的坐标Jc = JCiil =D * tan I-ニ· * arctan 丄-11
I AMAGsい Jj (7)Y = y(i) = D * tan* arctan (丁)|z=D(9)在单位角度放大率AMAGs=I的情况下，关系(7)、(8)简化为简单的比例
f ' Λ· I \X = x(j)=D*\
I S J(10)y =y(i) = O * (—I
K s J(II)在图11中图示的实施例的情况下，在图9的方法的步骤108中，关系式(7)、(8)、
(9)或(10)、(11)、(9)分别应用到限定在基板S上被传感器4框取的区域16的顶点的四个点P1' P2、P3> P4，或仅应用在相对的顶点P1和P3或P2和P4处。虽然在图9的方法中未使用，但值得阐述如下关系即关系式(7)、(8)的反式，且其中工作距离D通过一般的坐标z代替j = j(x,z) =—* tan ·{ AMAGs * arctan I — jj/ワ)I =/(y,z) = — *tan|^M4Gs * arctan |所述反式允许对于给定的工作空间区域15的任意点P，使得传感器4的接收其图像的光敏元件14的指标被识别。当然，因为指标i、j是整数，所以关系式将近似取为最靠近的整数。在单独的光敏元件14的视场略微重叠的情况下，在重叠区内，被不足地或过多地近似的两个整数将识别接收所考虑的点的图像的光敏元件14的对。明显地认识到，參考图11和图12所论述的情况成立，比照适用于如下照明装置6的实施例，在所述实施例中照明装置6具有矩形或作为特殊情况的正方形ニ维阵列17，和具有平行于阵列17的平面的主平面的公共的倒置照明光学器件19a，所述主平面在此特定的情况下是垂直于照明光学器件19a通过其自身的光学中心的光学轴线的平面。相关的參考符号在图11和图12的括号中指示。点G指示了照亮点P的虚拟光源的位置，阵列17的至少ー个光源18对应于所述点G，且至多彼此相邻形成正方形的四个光源18对应于所述点G0在照明装置6的此实施例的情况下，第二參考系有利地选择为笛卡尔坐标系U、V、W，其原点在照明顶点Atl处，其轴线W与公共的倒置照明光学器件19a的光学轴线重合，且轴线U、V取向为平行于阵列17的主方向，即光源18的行方向和列方向。应注意的是，仅在照明轴线A通过阵列17的中心的特定的情况下，轴线W与照明轴线A重合。一旦一般的点P或特定的点PpP^PpP4或P1J3或P2、P4在坐标系U、V、W内的坐标u、v、w已在图9的方法的步骤109中且通过关系(I)、(2)、(3)获得，则在图9的方法的步骤110中因此将如下关系应用于这样的坐标
权利要求
1.一种成像器类型的图像捕捉装置(2)，包括 -图像形成装置(3)，所述图像形成装置(3)包括传感器(4)，所述传感器(4)包括光敏元件(14)的ー维或ニ维阵列，且限定了光学接收轴线(Z)、至少ー个读取距离(D、D1. D2)和在所述至少ー个读取距离(D、DpD2)处在基板(S、S1. S2)上由所述传感器(4)框取的区域(16,16^162)； -照明装置(6)，所述照明装置(6)包括相邻的光源(18)的阵列(17)，所述照明装置(6)限定光学照明轴线(A)， 其特征在于 -所述光源(18)能够单独地驱动，且每个光源(18)适合于照亮尺寸远小于由所述传感器(4)框取的所述区域(16、16^162)的尺寸的区(22m)， -所述照明轴线(A)不与所述接收轴线(Z)重合，并且 -所述图像捕捉装置(2)包括光源(18)的驱动器(13)，所述驱动器(13)适合于驱动所述光源(18)，以便至少关闭照亮在所述至少ー个读取距离(D、D1, D2)处在所述基板(S、S1.S2)上由所述传感器(4)框取的所述区域(16、16ρ162)的边界外侧的光源(18)。
2.根据权利要求I所述的装置(2)，其中每个能够单独地驱动的光源(18)包括单个照明元件。
3.根据前述权利要求中任一项所述的装置(2)，其中在所述至少ー个读取距离(D、D1,D2)处，所述驱动器(13)适合于驱动所述光源(18)，以便至少关闭照亮在所述基板(S、S1.S2)上由所述传感器(4)框取的所述区域(16、16ρ162)的边界外侧的所述光源(18)，所述至少ー个读取距离(D、D1. D2)包括在景深(DOF)内的多个读取距离(D、D1. D2)。
4.根据权利要求3所述的装置(2)，其中在所述读取距离(D、D1.D2)处，所述驱动器(13)适合于驱动所述光源(18)，以便至少关闭照亮在所述基板(S、S1. S2)上由所述传感器(4)框取的所述区域(16、16ρ162)的边界外侧的所述光源(18)，所述读取距离(D、DpD2)相互不连续。
5.根据权利要求3所述的装置(2)，其中在所述读取距离(D、D1.D2)处，所述驱动器(13)适合于驱动所述光源(18)，以便至少关闭照亮在所述基板(S、S1.S2)上由所述传感器(4)框取的所述区域(16、16i、162)的边界外侧的所述光源(18)，所述读取距离(D、Di、D2)在所述景深(DOF)内能连续变化。
6.根据前述权利要求中任一项所述的装置(2)，其中所述图像形成装置(3)还包括至少ー个接收器光学器件(5 )。
7.根据权利要求6所述的装置(2)，其中所述接收器光学器件(5)包括被所述传感器(4)的光敏元件(14)共享的至少ー个单独的透镜或光学部件组，和/或每个均与光敏元件(14)或光敏元件(14)的子组相关联的透镜阵列、棱镜表面和/或光圏。
8.根据前述权利要求中任一项所述的装置(2)，其中所述接收轴线(Z)与所述传感器(4)的平面的法线重合。
9.根据权利要求I至7中任一项所述的装置(2)，其中所述接收轴线(Z)相对于所述传感器(4)的平面的法线倾斜ー个角度(θ2)。
10.根据前述权利要求中任一项所述的装置(2)，其中光源(18)的所述阵列(17)与至少ー个投影透镜(19a、19b、19c)相关联。
11.根据权利要求10所述的装置(2)，其中提供至少ー个投影透镜(19a、19c)，所述至少ー个投影透镜(19a、19c)被所述阵列(17)的光源(18)共享。
12.根据权利要求10或11所述的装置(2)，其中每个光源(18)设有从如下组中选择的光学元件，所述组由所述光源(18)自己的投影透镜(1%)、光圈、棱镜表面、光导、自聚焦透镜及其组合组成。
13.根据前述权利要求中任一项所述的装置(2)，其中所述照明轴线(A)与所述阵列(17)的平面的法线重合。
14.根据权利要求I至12中任一项所述的装置(2)，其中所述照明轴线(A)相对于所述阵列(17)的平面的法线倾斜ー个角度(QtlX
15.根据前述权利要求中任一项所述的装置(2)，其中所述照明轴线(A)平行于所述接收轴线(Z)，且与所述接收轴线(Z)隔开。
16.根据权利要求I至14中任一项所述的装置(2)，其中所述照明轴线(A)相对于所述接收轴线(Z)倾斜(Θ )。
17.根据前述权利要求中任一项所述的装置(2)，其中所述阵列(17)和所述传感器(4)共平面。
18.根据权利要求I至16中任一项所述的装置(2)，其中所述阵列(17)和所述传感器(4)布置在彼此相对倾斜(Θ J的平面上。
19.根据前述权利要求中任一项所述的装置(2)，其中光源(18)的数量被选择为使得在所述基板(S)上被所述照明装置(6)照亮的总的区在单个光源(18)开启/关闭时经历的百分比变化充分地小。
20.根据权利要求19所述的装置(2)，其中所述百分比变化小于或等于15%，优选地小于或等于10%，更优选地小于或等于5%。
21.根据前述权利要求中任一项所述的装置(2)，其中所述驱动器(13)适合于在任何读取距离(D、D1. D2)处不开启所述阵列(17)的所有光源(18)。
22.根据前述权利要求中任一项所述的装置(2)，其中所述驱动器(13)适合于关闭照亮了在所述读取距离(D、D1. D2)处由所述传感器(4)框取的所述区域(16、16ρ162)的边界外侧的所有光源(18)，且适合于在运行模式中开启照亮了由所述传感器(4)框取的所述区域(16、16^16。的边界内的所有光源(18)。
23.根据前述权利要求中任一项所述的装置(2)，其中所述驱动器(13)适合于在运行模式中仅开启照亮了由所述传感器(4)框取的所述区域(16、16ρ162)内的至少ー个关注区(200-203)的光源(18)。
24.根据前述权利要求中任一项所述的装置(2)，其中所述驱动器(13)对所述读取距离(D、DpD2)的測量器或用于估计所述读取距离(D、D1. D2)的装置做出响应。
25.根据前述权利要求中任一项所述的装置(2)，其中所述驱动器(13)适合于在运行模式中开启所述阵列(17)的被选择为投射发光图形(23、23ρ232、24)以用于评估所述读取距离(DJpD2)的光源(18)。
26.根据前述权利要求中任一项所述的装置(2)，其中所述驱动器(13)适合于在运行模式中开启所述阵列(17)的如下光源(18d):所述光源(18d)被选择为总体上照亮用于瞄准由所述传感器(4)框取的所述区域(16、16ρ162)和/或其至少ー个关注区(200-203)的发光图形(26、26ρ262、263)。
27.根据前述权利要求中任一项所述的装置(2)，其中所述驱动器(13)适合于在运行模式中开启所述阵列(17)的如下光源(18c):所述光源(18c)被选择为总体上照亮用于指示尝试捕捉在由所述传感器(4)框取的所述区域(16、16ρ162)内的图像的结果的发光图形(25)。
28.根据前述权利要求中任一项所述的装置(2)，其中所述阵列(17)的所述光源(18)还在发射強度方面能够单独地驱动。
29.根据前述权利要求中任一项所述的装置(2)，其中光源(18)的所述阵列(17)适合于发射多于ー种波长的光。
30.根据前述权利要求中任一项所述的装置(2)，其中光源(18)的所述阵列(13)从由一维阵列和ニ维阵列组成的组中选择。
31.根据前述权利要求中任一项所述的装置(2)，其中光源(18)的所述阵列(13)从由扁平阵列和弯曲阵列组成的组中选择。
32.根据权利要求30至31中任一项所述的装置(2)，其中所述阵列(17)的光源(18)的数量分别在ー维情况下大于或等于32，或者在ニ维情况下大于或等于32X32。
33.根据前述权利要求中任一项所述的装置(2)，其中所述驱动器(13)适合于至少关闭照亮在所述读取距离(D、D1. D2)处由所述传感器(4)框取的所述区域(16、16ρ 162)的第一半(28)的边界外侧的所有的所述源，所述图像捕捉装置(2)还包括能够单独地驱动的相邻的光源(18)的第二阵列(17a)，所述第二阵列(17a)限定了第二照明轴线，所述第二照明轴线不与所述接收轴线(Z)重合，并且所述光源(18)的所述驱动器(13)适合于驱动所述第ニ阵列(17a)的光源(18)，以便至少关闭照亮由所述传感器(4)框取的所述区域(Ieue1,162)的、与所述第一半(28)互补的第二半(28a)的边界外侧的光源(18)。
34.根据权利要求I至32中任一项所述的装置(2)，其中所述图像捕捉装置(2)还包括能够单独地驱动的相邻的光源(18)的第二阵列(17a)，所述第二阵列(17a)限定第二照明轴线，所述第二照明轴线不与所述接收轴线(Z)重合，并且所述光源(18)的所述驱动器(13)适合于驱动所述第二阵列(17a)的光源(18)，以便至少关闭照亮由所述传感器(4)框取的所述区域(Ieae1Ue2)的边界外侧的光源(18)。
35.根据前述权利要求中任一项所述的装置(2)，其中所述驱动器(13)适合于至少根据所述读取距离(D、D1. D2)实时确定分别开启或关闭所述阵列(17)的哪些光源(18)。
36.根据权利要求35所述的装置(2)，其中所述实时确定至少部分地通过解析方法执行。
37.根据权利要求36所述的装置(2)，其中所述解析方法包括如下步骤 -在与所述接收装置(3)相关的第一參考系(X、Y、Z)中，计算(108)在所述基板(S)上由所述传感器(4)框取的所述区域(16)的特定点的坐标； -执行(109)到与所述照明装置(6)相关的第二參考系(U、V、W)中的坐标变换；和 -在所述第二參考系(U、V、W)中，计算(110)所述阵列(17)的照亮对应的特定点的光源(18)。
38.根据权利要求35至37中任一项所述的装置(2)，其中所述实时确定至少部分地通过经验或自适应方法执行，所述经验或自适应方法包括以回归的方式驱动以便开启光源(18)的子集，相对于由所述传感器(4)框取的所述区域(16、16ρ162)来评估在所述基板(S)上被照亮的区的位置和/或范围，以及基于此评估使光源(18)的所述子集相适应。
39.根据权利要求38所述的装置(2)，其中待开启的光源(18)的子集的所述回归适应沿多个径向隔开的方向(DIR)进行。
40.根据权利要求39所述的装置(2)，其中待开启的光源(18)的所述子集通过将待开启的末端光源(18)的位置沿所述多个方向(DIR)插值来确定。
41.根据权利要求I至34中任一项所述的装置(2)，其中所述驱动器(13)适合于根据所述读取距离(D、D1. D2)通过从查询表中读取它们来确定分别开启或关闭哪些光源(18)。
42.根据权利要求41所述的装置(2)，其中所述驱动器(13)适合于一次性地建立所述查询表。
43.根据权利要求41所述的装置(2)，其中所述驱动器(13)适合于接收所述查询表作为输入。
44.根据前述权利要求中任一项所述的装置(2)，其中所述阵列(17)的光源(18)从包括固态光源和有机光源的组中选择，且优选地所述阵列(17)的光源(18)从包括发光二极管、有机发光二极管、微型发光二极管和微型激光器的组中选择。
45.一种成像器类型的光学信息读取器(1)，包括根据前述权利要求中任一项所述的照明装置(2)。
46.一种计算机程序，所述计算机程序包括软件代码，所述软件代码适合于以參数方式管理根据权利要求I至44中任一项所述的图像捕捉装置(2)的至少ー个量，并且对于所述至少ー个量的实际值根据所述读取距离(D、D1, D2)确定分别开启或关闭的光源(18)，且根据所述读取距离(D、D1. D2)输出分别要开启或关闭的光源(18)的查询表。
47.ー种光学读取器(1)，所述光学读取器(I)包括能够单独地驱动的相邻的光源(18)的阵列(17);和驱动器(13)，所述驱动器(13)适合于以照明模式、瞄准模式和读取结果指示模式驱动所述阵列(17)的光源(18)。
48.根据权利要求47所述的读取器(1)，其中所述驱动器(13)也适合于以光学距离测量系统模式驱动所述光源。
全文摘要
描述了一种成像器类型的图像捕捉装置(2)，该图像捕捉装置包括图像形成装置(3)，所述图像形成装置(3)包括传感器(4)，所述传感器(4)限定光学接收轴线(Z)、至少一个读取距离(D、D1、D2)和在基板(S、Si、S2)上在所述至少一个读取距离(D、D1、D2)处被传感器(4)框取的区域(16、16-1、162)；照明装置(6)，所述照明装置(6)包括相邻的光源(18)的阵列(17)，其限定光学照明轴线(A)，其特征在于光源(18)可单独地驱动，且每个光源(18)适合于照亮尺寸远小于被传感器(4)框取的所述区域(16、16i、162)的尺寸的区；照明轴线(A)不与接收轴线(Z)重合；并且，该图像捕捉装置包括光源(18)的驱动器(13)，所述驱动器(13)适合于驱动光源(18)，以至少关闭照亮在所述至少一个读取距离(D、Di、D2)处在基板(S、S-i、S2)上被传感器(4)框取的区域(16、16i、162)的边界外侧的光源(18)。
文档编号G06K7/10GK102870121SQ201080066573
公开日2013年1月9日 申请日期2010年3月11日 优先权日2010年3月11日
发明者费代里科·卡尼尼, 圭多·毛里齐奥·奥利瓦 申请人:得利捷Ip科技有限公司