本公开大体涉及用于穿过被定位成与模块直接密封接触的窗口读取在视场上通过图像捕获要电光地读取的目标(诸如条形码符号)的成像模块和成像读取器以及方法，并且更具体地，涉及防止来自模块机载的瞄准系统和/或照明系统和/或指示系统和/或物体感测系统的光干扰对目标的成功读取。
固态成像读取器已经长期以来以手持和免提两种操作模式被用在许多行业(诸如零售、制造、仓储、配送、邮政、运输、物流等)中，以电光地读取目标(诸如要解码的一维或二维条形码符号)。已知的成像读取器通常包括具有窗口的壳体，以及安装在壳体中与窗口间隔开的成像模块，也称为扫描引擎。该模块具有带有多个内部隔室的底盘。具有包含在隔室中的一个隔室中的瞄准光源的瞄准光系统将一个或多个可见瞄准光通过窗口引导到目标以在视觉上定位目标，并且因此告知操作者读取器将以何种方式指向，以便在读取之前将瞄准光定位在目标上。具有包含在隔室中的另一个隔室中的照明光源的照明系统通过窗口朝向目标发射一个或多个照明光以照射目标，尤其是在昏暗的环境中。具有包含在隔室中的又另一个隔室中的固态成像器的成像系统穿过窗口在视场上捕获目标的图像。具有支撑在底盘上的指示光源的指示系统发射指示光，该指示光在视觉上指示目标何时已被成功读取。具有支撑在底盘上的唤醒光源的物体感测系统在目标处发射物体感测光以检测目标进入视场。这些系统通常在底盘上彼此非常接近地定位，特别是当特定读取器需要小尺寸底盘时。
尽管通常对于它们的预期目的是令人满意的，但是这些系统的紧密相互接近可能导致瞄准光和/或照明光和/或指示光和/或物体感测光偏离并泄漏到包含成像器的隔室中，并且这种串扰可以干扰对目标的成功成像和读取。间隔开的窗口加剧了这种泄漏，该窗口可以向后反射例如瞄准光和/或照明光返回到底盘中的成像系统。另外，瞄准光和/或照明光和/或物体感测光可能偏离并泄漏到指示系统并错误地指示目标已被成功读取。此外，灰尘、湿气、污垢和类似的污染物不仅可以在系统之间迁移并且干扰它们的性能，而且还可以沉积在间隔开的窗口上。瞄准光和/或照明光和/或物体感测光从窗口上的这些污染物的反射可能在捕获的图像中产生亮点并进一步劣化读取性能。
因此，将希望在环境上密封、光学隔离并抵抗(resist)杂散瞄准光和/或照明光和/或指示光和/或物体感测光进入包含成像器的隔室，以减轻杂散内部反射，并改善整体读取性能。
附图说明
附图(其中类同的附图标记在全部单独的视图中表示相同的或功能类似的要素)连同下面的详细描述被纳入于此并形成说明书的一部分，并用来进一步阐述包括所要求保护的发明的构思的实施例，以及解释那些实施例的各种原理和优势。
图1是根据本公开的用于穿过被定位成与读取器内的成像模块直接密封接触的窗口通过图像捕获来读取目标的电光手持式读取器的示例性实施例的立体图。
图2是图1的读取器内的成像模块的机载成像和瞄准系统的部件的图解视图。
图3是由成像模块支撑的印刷电路板上的成像系统、瞄准系统和照明系统的部件的放大前视图。
图4是定位在图3的印刷电路板上的底盘的放大前视图。
图5是在图3的线5-5上取得的截面图。
图6是在图3的线6-6上取得的截面图。
图7是描绘安装在图1的读取器中的成像模块的剖视截面图。
图8是描绘安装在图1的读取器中的成像模块的剖视俯视截面图。
图9是根据一个实施例的孤立状态下的窗口的前视立体视图。
图10是孤立状态下的窗口的另一个实施例的后视立体视图。
图11是图1的读取器的成像系统和瞄准系统的部件的俯视截面视图。
图12是图7的成像系统和瞄准系统的部件的侧截面视图。
图13是描绘了图1的读取器的离开窗口的瞄准光和照明光以及进入窗口的成像器的视场的放大的剖视立体图。
本领域技术人员将理解附图中的要素出于简化和清楚而示出，并且不一定按比例绘制。例如，附图中的一些要素的尺寸和位置可相对于其他要素被放大以帮助提高对本发明实施例的理解。
已在附图中通过常规符号在适当位置对成像模块、成像读取器和方法构成进行了表示，所述表示仅示出与理解本发明的实施例有关的那些特定细节以免因得益于本文的描述将对本领域技术人员显而易见的细节而混淆本公开。
具体实施方式
根据本公开的一个特征，成像模块可操作用于通过图像捕获来读取目标，例如条形码符号。该模块包括具有界定具有开口的内部隔室的底盘壁的底盘。用于发射光的光源被该模块支撑。成像系统具有成像器，例如光电单元或传感器的电荷耦合器件(ccd)阵列或互补金属氧化物半导体(cmos)阵列，其包含在内部隔室中，用于穿过开口在视场上捕获目标的图像。透光窗口被定位成与该底盘直接接触并且覆盖该开口。该窗口在环境上密封、光学隔离并且抵抗所发射的光进入内部隔室。
有利地，该光源可以是用于将所发射的光作为瞄准光引导在所述目标处的瞄准光源，或者可以是用于将照明光引导在所述目标处的照明光源，或者可以是用于在所述目标已经被成功读取时引导所发射的光作为视觉指示光的指示光源，或者可以是用于将所发射的光作为物体感测光引导在所述目标处以检测所述目标进入所述视场的物体感测光源。瞄准光源和照明光源优选地分别安装在底盘的其它内部隔室中，并且与成像器一起安装在共同的、大致平面的印刷电路板(pcb)上。所有内部隔室的底盘壁在大致垂直于pcb的方向上远离pcb延伸并终止于外壁表面。窗口与外壁表面直接密封接触。优选地，窗口是大致平面的、固定地安装在底盘上、并且定位成大致平行于pcb。
根据本公开的另一特征，前述成像模块被安装在成像读取器的壳体的内部中。壳体被优选地具体化为便携的、交易点的、枪形的手持式壳体，但可被具体化为手持式的盒形壳体，或包括免提配置的任何其他配置。窗口不仅如上所述在环境上密封模块的内部隔室，而且还在环境上密封壳体的内部，例如，防污垢、防潮、防尘和防止类似的污染物。
根据本公开的又另一个特征，通过以下来执行通过图像捕获读取目标的方法：将底盘配置有底盘壁，所述底盘壁界定具有开口的内部隔室；从由所述底盘支撑的光源发射光；穿过开口在视场上捕获目标的图像；以及通过将透光窗口定位成与所述底盘直接接触并且与所述开口成覆盖关系来在环境上密封、光学隔离并且抵抗所发射的光进入所述内部隔室。
通过将所述窗口这样定位成与所述底盘壁的外壁表面直接密封接触，防止杂散瞄准光和/或照明光和/或指示光和/或物体感测光泄漏到包含成像器的隔室中，并防止杂散瞄准光和/或照明光和/或物体感测光泄漏到指示系统。此外，防止灰尘、湿气、污垢和类似的污染物在系统之间迁移，并防止沉积在窗口上。增强了读取性能。
现在转向附图，图1中的附图标记30一般标识用于在有角度的(angular)视场(fov)20上电光地读取目标24(诸如，条形码符号或者类似的标记)的手持式成像读取器。读取器30包括壳体32，如下面联系图2-图8所详细描述的成像或扫描引擎或成像模块40被安装在壳体32中。壳体32包括通常细长的手柄或下部握柄部分28以及具有前端的桶管(barrel)或上部主体部分，透光窗口26位于所述前端处。手柄28的横截面尺寸和总体大小使得读取器30可被便利地保持在操作者的手中。主体和手柄部分可由重量轻的、有回弹力的、抗冲击的自支撑材料(诸如合成塑料材料)构成。塑料壳体32可被注塑模制而成，但也可被真空成型或吹模以形成薄的空心壳，该空心壳界定内部空间，所述内部空间的体积足以容纳读取器30的各种部件。手动可致动的触发器34在读取器30的前向区域内以移动关系安装在手柄28上。操作者的食指用于通过按压触发器34来致动读取器30以启动读取。虽然壳体32被示出为便携的、交易点的、枪形的手持式壳体，但这仅仅是示例性的，因为壳体还可被具体化为手持式的盒形壳体或用包括免提配置的任何其他配置来具体化。
如图2中图解示出，成像模块40包括成像系统，该成像系统具有固态成像器10和成像透镜组件12，成像透镜组件12安装在具有圆形孔径16的管状保持器14中。成像器10是具有全局快门或卷帘快门的光电单元或传感器的二维的电荷耦合器件(ccd)阵列或互补金属氧化物半导体(cmos)阵列。出于低成本原因，cmos成像器可有利地和卷帘快门一起使用。成像器10和成像透镜12优选地沿中心线或光学成像轴18对准，中心线或光学成像轴18通常居中地位于壳体32的上部主体部分内。
在操作中，成像系统捕获来自位于离开窗口26工作距离范围中的目标24的沿成像轴18穿过窗口26的上部中心区54的返回光，成像轴18居中在成像透镜组件12的成像视场20中。成像器10被有利地定位为比壳体32的前面更靠近上部主体部分的后壁，以便在工作距离的靠近读取器30的近距范围中扩大成像视场20。成像透镜组件12优选地包括一个或多个定焦透镜，优选地是库克三合透镜，该一个或多个定焦透镜具有成像平面，在该成像平面处，目标24被最佳地聚焦并成像到成像器10上。视场20一般是矩形的并且沿通常两者都与成像轴18垂直的所图示的互相正交的水平x-轴和竖直y-轴(参见图1)延伸。传感器针对目标24的图像产生与像素信息的二维阵列对应的电信号。电信号由控制器或经编程的微处理器22处理成指示正被读取的目标24的数据。控制器22被连接到存储器36以用于数据检索和存储。控制器22和存储器36可被安装在印刷电路板(pcb)38上，该印刷电路板38由模块40来支撑，如下所述。
成像系统能够在各种光照(lighting)条件下获取目标24的全图像。如下所描述，照明系统也可以被安装在模块40上以提供照明光来照射目标。曝光时间由控制器22控制。阵列的分辨率可以具有各种大小，但是可使用640×480像素的vga分辨率以最小化成本。
包括一个或多个瞄准光组件的瞄准系统被支撑在模块40上，并且与成像系统偏移。瞄准系统可操作用于将瞄准标志(mark)60投影在目标24上(参见图2)。瞄准光组件在成像传感器10的相对侧沿水平x-轴被间隔开。每个瞄准光组件包括：安装在pcb38上的瞄准光源或发射器(例如，发光二极管(led)42)；沿着水平x-轴在相应的led42前面延伸的大体线性的瞄准孔径46；以及离开其相应的led42安装并且如以下更充分描述的与窗口26集成的环形(toroidal)瞄准透镜44。每个瞄准led42、瞄准透镜44和瞄准孔径46沿相应的瞄准轴48居中并放置。瞄准轴48一般位于共同平面中并且一般彼此平行。如所示，瞄准led42和传感器10沿共同水平轴被安装，但并非必须如此，因为led42可被安装在成像器10的上方或下方。有利地，成像轴18位于与瞄准轴48同一平面中并且一般与瞄准轴48平行。
瞄准光组件可操作用于在有角度的瞄准场52上沿相应的瞄准轴48引导从每个瞄准led42发射的瞄准光穿过相应的孔径46和相应的瞄准透镜44到目标24处，有角度的瞄准场52以相应的瞄准轴48为中心。在目标24上，这些瞄准场52描述了一对瞄准光行(lightline)50，每个瞄准光行50具有预定亮度。瞄准光行50是沿着水平x-轴共线的。瞄准光行50具有内线性末端区域50a，在工作距离范围上，内线性末端区域50a延伸经过成像轴18且在目标24上重叠以形成因内线性末端区域50a的叠加而具有大于预定亮度的亮度的、明亮的、线性的瞄准标志60，从而视觉地指示视场20的中心区域。因此，操作者可将瞄准标志60定位在目标24上，并且目标24将基本上居中在成像视场20中。瞄准光行50还具有外线性末端区域50b，在工作距离范围上，外线性末端区域50b沿水平x轴向视场20的近似边界区或末端界限延伸，并且视觉地指示所述近似边界区或末端界限。由此，操作者被引导以将外线性末端区域50b定位在目标24上，使得目标24将被基本上完全包含在成像视场20内。
如在图5至图9中最佳看到的，瞄准透镜44在上部中心区54的相对侧处并且远离上部中心区54，由与窗口26的一体式结构来形成，通过该上部中心区54目标24的图像被捕获。窗口26可以由玻璃和/或模制塑料材料构成，并且集成光学系统包括一个或多个光学元件(例如，瞄准透镜44)，这些光学元件同样可以由玻璃和/或模制塑料材料构成。因此，窗口26可由玻璃制成，并且每个瞄准透镜44可由相同的玻璃制成。替代地，窗口26可由塑料制成，并且每个瞄准透镜44可由相同的塑料制成。在其他变型中，窗口26可由玻璃制成，并且每个瞄准透镜44可由塑料制成，该塑料在已知为二次成型(overmolding)或复制的过程中被沉积或模制到玻璃上，或反之亦然，其中，窗口26可由塑料制成，并且每个瞄准透镜44可由模制到塑料中的玻璃制成。虽然瞄准透镜44被示出在窗口26的外表面上，但是它们也可形成在窗口26的内表面上。因此，瞄准透镜44与窗口26是整体的，藉此减少要单独制造、安装并对准的部件的总数量。
如图3-图4、图6和图11-图12中所示，读取器30还可以包括照明光系统，例如安装在pcb38上的一个或多个照明光源或发射器，诸如发光二极管(led)62。如图3中最佳所示，瞄准光源32、照明光源62和成像器10全部表面安装在同一pcb38上。在变型构造中，照明光源62可以安装在优选地与pcb38共面的单独的pcb上。每个照明led62可操作用于通过在以照明轴64为中心的照射角度上朝向目标24发射照明光来照射目标24，以便用于从目标24反射和散射。每个照明led62有利地提供有光学元件，诸如复合抛物面反射器(cpr)66，以便利用照明光图案均匀且有效地照射目标24。每个cpr66优选地与窗口26集成，并且被配置为接收并光学地修改从每个照明led62发射的照明光，以沿着图1所描绘的x轴和y轴两者生成大致均匀且有效的照明光图案(优选地具有大致矩形形状)，该照明光图案基本上与视场20一致并且基本上重叠视场20(再次优选地具有大致矩形形状)。每个cpr66具有第一对抛物线段，其位于照明轴64的相对侧，用于沿x轴在第一照射角度上反射所发射的照明光；以及第二对抛物线段，其也位于照明轴64的相对侧，用于沿y轴在第二照射角度上反射所发射的照明光。每个cpr66有利地是实心元件，例如模制塑料，其内表面以全内反射反射和引导照明光远离每个照明led62。每个cpr66也可以是空心元件。
如在图10中最佳看到的，cpr66在上部中心区54的相对侧处并且在上部中心区54的下方，由与窗口26的一体式结构来形成，通过该上部中心区54目标24的图像被捕获。窗口26可以由玻璃和/或模制塑料材料构成，并且集成光学系统包括一个或多个光学元件(例如，cpr66)，这些光学元件同样可以由玻璃和/或模制塑料材料构成。因此，窗口26可由玻璃制成，并且每个cpr66可由相同的玻璃制成。替代地，窗口26可由塑料制成，并且每个cpr66可由相同的塑料制成。在其他变型中，窗口26可由玻璃制成，并且每个cpr66可由塑料制成，该塑料在已知为二次成型或复制的过程中被沉积或模制到玻璃上，或反之亦然，其中，窗口26可由塑料制成，并且每个cpr66可由模制到塑料中的玻璃制成。虽然cpr66被示出在窗口26的内表面上，但是它们也可形成在窗口26的外表面上。因此，cpr66与窗口26是整体的，藉此减少要单独制造、安装并对准的部件的总数量。
如图7到图8中最佳所见，窗口26在环境中密封壳体32的内部，用于例如，防污垢、防潮、防尘和防止类似的污染物。橡胶垫圈或密封件56有助于将窗口26密封在其在读取器30前部的位置。如图9到图10中最佳所示，多个定位销58与窗口26一体地形成，以帮助将窗口26安装在其密封位置，并防止窗口26旋转。一个这样的销58被提供在窗口26的一侧，且一对这样的销58被提供在窗口26的相对侧。定位销58有助于相对于瞄准、成像和照明系统准确地定位窗口26。更具体地，窗口26上的光学元件相对于瞄准透镜44、瞄准孔径46、瞄准led42、cpr66和照明led62被准确地定位。图13描绘了离开准确定位的窗口26的瞄准光和照明光以及进入准确定位的窗口26的成像器10的视场。
如图4-图8中最佳所示，模块40包括底盘70，底盘70具有界定多个内部隔室72、74和76的底盘壁，每个内部隔室具有开口。成像器10和成像透镜组件12被包含在隔室72中。瞄准光源42和瞄准光孔径46分别被包含在一对隔室74中。照明光源62分别被包含在一对隔室76中。成像器10、瞄准光源42和照明光源62都安装在同一pcb38上，该pcb38以大致直立的位置支撑在底盘的后壁处。所有内部隔室72、74和76的底盘壁在大致垂直于pcb38的方向上远离pcb38向前延伸，并在每个开口处终止于外壁表面。
根据本公开，窗口26不与底盘70间隔开，而是被定位成与底盘70直接密封接触，更具体地说，窗口26直接与底盘70的外壁表面接合并覆盖每个隔室72、74和76的每个开口。底盘壁足够向前延伸以在隔室72、74和76之间形成物理屏障，以使它们彼此光学隔离，并且因此，覆盖窗口26在环境上密封、光学隔离并且抵抗任何杂散瞄准光和/或照明光进入其中包含成像器10的内部隔室72。
指示光源78(参见图7)也支撑在模块40上，优选地在底盘70的后方并且安装在另一pcb82上。在变型构造中，指示光源78可以安装在底盘70中的其自己的内部隔室中。每当目标24已被成功读取时，指示光源78就向壳体32的光散射部分80发射视觉指示光。窗口26不仅防止任何杂散瞄准光和/或照明光泄漏到光散射部分80并且错误地指示目标已被成功读取，而且防止视觉指示光泄漏到内部隔室，并且主要是防止泄漏到其中包含成像器10的隔室72。
读取器30还可以被提供有物体感测系统，用于检测目标24进入视场20。物体感测系统包括物体感测或唤醒光源，用于将发射光作为物体感测光引导在目标处，以及物体感测或唤醒接收器，用于检测发射光从目标24的返回。窗口26还防止任何杂散物体感测光泄漏到任何内部隔室，并且主要是防止泄漏到其中包含成像器10的隔室72。
窗口26可拆卸地保持抵靠底盘70，或者例如通过粘合剂或其它紧固件固定地且永久地安装到底盘70。当窗口26因此被固定地安装时，模块40被完全密封并且可以围绕制造设施移动，或甚至运送到另一设施，而不用担心被环境污染物污染。有利地，窗口26通常是平面的并且定位成大致平行于pcb38。窗口26也可以是弯曲的或形成有一些其他形状，其中壳(case)、外底盘表面配置有互补的轮廓，使得当窗口26接触底盘70时形成紧密密封。虽然窗口26被示出为在外部底盘表面处接触底盘70，但是将理解，底盘70也可以凹入有安装有窗口26的腔。凹进的窗口将更耐刮擦和污染。
在上述说明书中已经描述了具体实施例。然而，本领域普通技术人员理解，可做出各种修改和改变而不脱离如下权利要求书所阐述的本发明的范围。因此，说明书和附图被认为是图示性的而非限定性的意义，并且所有这种修改都旨在被包括在本教导的范围内。
这些益处、优势、问题解决方案以及可能使任何益处、优势或解决方案发生或变得更为突出的(多个)任何要素不被解释成任何或所有权利要求的关键的、必需的或必要的特征或要素。本发明单独由所附权利要求书限定，包括在本申请处于未决状态期间做出的任何修改以及出版后这些权利要求的所有等效物。
此外，在该文档中，诸如第一和第二、顶部和底部等之类的关系术语可单独地用来将一个实体或动作与另一个实体或动作区别开，而不一定要求或暗示这些实体或动作之间具有任何实际的这种关系或顺序。术语“构成”、“构成有”、“具有”、“具备”、“包括”、“包括有”、“包含”、“含有”或它们的任何其他变型旨在覆盖非排他性的包括，使得构成为、具有、包括、包含要素列表的过程、方法、物品或布置不仅包括那些要素还可包括对该过程、方法、物品或布置未明确列出的或固有的其他要素。以“构成有一”、“具有一”、“包括一”或“包含一”开头的要素，在没有更多约束条件的情形下，不排除在构成有、具有、包括或包含该要素的过程、方法、物品或布置中有另外的相同要素存在。术语“一”和“一个”被定义为一个或多个，除非本文中另有明确声明。术语“基本上”、“本质上”、“近似”、“大约”或这些术语的任何其他版本被定义为接近本领域普通技术人员所理解的那样，并且在一个非限定性实施例中，该术语被定义为在10％以内，在另一实施例中定义为在5％以内，在另一实施例中定义为在1％以内，且在另一实施例中定义为在0.5％以内。本文中使用的术语“耦合的”被定义为连接的，尽管不一定是直接连接的也不一定是机械连接的。以某种方式“配置的”设备或结构至少以该种方式进行配置，但也可以未列出的方式进行配置。
要理解，一些实施例可包括一个或多个通用或专用处理器(或“处理器件”)，例如微处理器、数字信号处理器、定制的处理器和现场可编程门阵列(fpga)以及唯一存储的程序指令(包括软件和固件两者)，所述唯一存储的程序指令控制一个或多个处理器以连同某些非处理器电路实现本文所描述的方法和/或布置的一些、多数或全部功能。替代地，一些或全部功能可由无存储程序指令的状态机来实现，或者在一种或多种专用集成电路(asic)中实现，其中各种功能或某些功能的某些组合被实现为定制逻辑。当然，也可使用这两种方法的组合。
此外，一个实施例可被实现为计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质具有存储在其上的计算机可读代码，用于对(例如包括处理器的)计算机编程以执行如本文所描述和要求保护的方法。这种计算机可读存储介质的示例包括但不限于硬盘、cd-rom、光存储器件、磁存储器件、rom(只读存储器)、prom(可编程只读存储器)、eprom(可擦除可编程只读存储器)、eeprom(电可擦除可编程只读存储器)以及闪存。此外，预期本领域普通技术人员虽然做出了由例如可用时间、当前技术和经济考虑而促动的可能的显著努力以及许多设计选择，但在被本文所公开的构思和原理所指导时，将容易地能通过最少实验产生此类软件指令和程序以及集成电路(ic)。
提供本公开的摘要以允许读者快速地明确本技术公开的性质。提交该摘要，并且理解该摘要将不用于解释或限制权利要求书的范围或含义。此外，在上述具体实施方式中，可以看出出于使本公开整体化的目的，各个特征在各实施例中被编组到一起。这种公开方法不应被解释为反映要求保护的实施例与各项权利要求中明确记载的相比需要更多的特征的意图。相反，如以下权利要求所反映，发明主题在于少于单个公开的实施例的全部特征。因此，以下权利要求由此被结合入具体说明中，其中各个权利要求作为单独要求保护的主题代表其自身。