平码五不中公式规律
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成像器型线性光学信息阅读器和用于对齐成像器型光学信息阅读器的方法.pdf

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成像 线性 光学 信息 阅读器 用于 对齐 方法
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摘要
申请专利号:

CN201580037223.8

申请日:

2015.05.08

公开号:

CN106663182A

公开日:

2017.05.10

当前法律状态:

实审

有效性:

审中

法?#19978;?#24773;: 实质审查的生效IPC(主分类):G06K 7/10申请日:20150508|||公开
IPC分类号: G06K7/10 主分类号: G06K7/10
申请人: 得利捷IP科技有限公司
发明人: A·古阿卢米; F·卡尼尼; D·博塔齐; K·文密特兹
地址: 意大利博洛尼亚
优?#28909;ǎ?/td> 2014.05.08 IT MI2014A000837
专利代理机构: ?#26412;?#32426;凯知识产权代理有限公司 11245 代理人: 徐东升;赵蓉民
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法律状态
申请(专利)号:

CN201580037223.8

授权公告号:

|||

法律状态公告日:

2017.06.06|||2017.05.10

法律状态类型:

实质审查的生效|||公开

摘要

本发明涉及一种接收装置(2,2′)和照明装置(6,6′)的主动对齐方法,所述接收装置包括传感器(4),所述照明装置包括适合于发射光束的至少一个光源(18,8′),所述方法包括:??组装所述接收装置(2,2′);??将所述接收装置(2,2′)稳定地固定到底架(30)上;??使所述照明装置(6,6′)的光组(11,11′)相对于所述光源(18,18′)主动对齐;??将所述照明装置的所述光组(11,11′)固定地连接到所述光源(18,18′);??使所述照明装置(6,6′)相对于所述接收装置(2,2′)主动对齐;以及??将所述照明装置(6,6′)稳定地固定到所述底架(30)。

权利要求书

1.一种接收装置(2,2′)和照明装置(6,6′)的主动对齐方法,所述接收装置包括传感器
(4),所述照明装置包括适合于发射光束的至少一个光源(18,18′),所述方法包括:
-组装所述接收装置(2,2′);
-将所述接收装置(2,2′)稳定地固定到底架(30)上;
-使所述照明装置(6,6′)的光组(11,11′)相对于所述光源(18,18′)主动对齐;
-将所述照明装置的所述光组(11,11′)固定地连接到所述光源(18,18′);
-使所述照明装置(6,6′)相对于所述接收装置(2,2′)主动对齐;以及
-将所述照明装置(6,6′)稳定地固定到所述底架(30)。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,组装所述接收装置(2,2′)并将所述接收装置(2,
2′)稳定地固定到底架(30)上包括:
-将所述传感器(4)安装在印刷电路(16)上;
-将所述印刷电路(16)固定到所述底架(30);
-将所述接收装置(2,2′)的光组(5,5′)安装在盒式壳体(12,12′)中;以及
-将所述盒式壳体(12,12′)固定到所述底架(30)。
3.根据权利要求2所述的方法,其中,将所述盒式壳体(12,12′)固定到所述底架(30)包
括:
-通过沿平移方向(Z)移动所述盒式壳体(12,12′)使所述盒式壳体(12,12′)与所述传
感器(4)主动对齐。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中,将所述接收装置(2,2′)的光组(5,
5′)安装在盒式壳体(12,12′)中并将所述盒式壳体(12,12′)固定到所述底架(30)包括:
-将所述盒式壳体(12,12′)插入与所述底架(30)一体制作的插孔(31)中。
5.根据前述权利要求中的一项或多项所述的方法,其中,使所述照明装置(6,6′)的所
述光组(11,11′)相对于所述光源(18,18′)主动对齐包括:
-将所述照明装置(6,6′)的所述光组(11,11′)组装在盒式壳体(24,24′)中;
-将所述光源(18,18′)安装在印刷电路(17,17′)中;以及
-相对于所述盒式壳体(24,24′)平移或旋转所述印刷电路(17,17′),从而使所述照明
装置(6,6′)的所述光组(11,11′)相对于所述光源(18,18′)主动对齐。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法,其中,所述光组(11,11′)包括准?#24065;?22,
22′)和束成形器(23,23′),并且其中,使所述照明装置(6,6′)的所述光组(11,11′)相对于
所述光源(18,18′)主动对齐包括:
-将所述束成形器(23,23′)安装并固定在盒式壳体(24,24′)中;
-将所述准?#24065;?22,22′)插入所述盒式壳体(24,24′)内;
-将所述光源(18,18′)安装在印刷电路(17,17′)中;以及
-相对于所述盒式壳体(24,24′)平移或旋转所述印刷电路(17,17′),并平移或旋转所
述准?#24065;?22,22′),从而使所述照明装置(6,6′)的所述光组(11,11′)相对于所述光源(18,
18′)主动对齐。
7.根据前述权利要求中的一项或多项所述的方法,其中,使所述照明装置(6,6′)相对
于所述接收装置(2,2′)主动对齐包括:
-使所述照明装置(6,6′)的所述光组(11,11′)与所述光源(18)作为单元相对于所述接
收装置(2,2′)旋转。
8.根据权利要求7所述的方法,其中,旋转所述照明装置(6,6′)的所述光组(11,11′)包
括:
-围绕属于所述底架(30)的安装平面(X,Z)的第一轴线旋转所述照明装置(6,6′)的所
述光组(11,11′),和/或
-围绕大体上垂直于所述第一轴线的属于所述底架(30)的安装平面(X,Z)的第二轴线
旋转所述照明装置(6,6′)的所述光组(11,11′)。
9.一种成像器型线性光学信息(C)阅读器(1),所述阅读器包括:
-接收装置(2,2′),其包括线性传感器(4)和限定光学接收轴线(AR)和视场(15)的光组
(5,5′),所述视场在截面上具有主要尺寸和?#25105;?#23610;寸;
-照明装置(6,6′),其包括至少一个非相干光源(18,18′)和限定光学照明轴线(AI,
AI′)并适合于发射光束的光组(11,11′);
其特征在于
-所述光学接收轴线(AR)和所述光学照明轴线(AI,AI′)大体上是共面的;
-所述照明发光装置(6,6′)的所述光组(11,11′)包括在所述光束的传播方向上在所述
光源(18,18′)下游按顺序排列的:
■准?#24065;?22,22′),其适合于在输出处发射准直光束,所述准直光束在大体上垂直于
传播方向的平面中的截面具有主要尺寸和?#25105;?#23610;寸,并且?#25105;?#23610;寸的散度小于1.5°半值,
以及
■束成形器(23,23′),其适合于在输出中发射成形准直束(T),所述成形准直束在大体
上垂直于传播方向的平面中的截面具有主要尺寸和?#25105;?#23610;寸,并且适合于使所述主要尺寸
大体上平行于所述视场(15)的所述主要尺寸。
10.一种成像器型线性光学信息(C)阅读器(1),所述线性阅读器(1)包括:
-接收装置(2,2′),其包括线性传感器(4)和限定光学接收轴线(AR)和视场(15)的光组
(5,5′),所述视场在截面上具有主要尺寸和?#25105;?#23610;寸;
-照明装置(6,6′),其包括至少一个非相干光源(18,18′)和限定光学照明轴线(AI,
AI′)并适合于发射光束的光组(11,11′);
其特征在于
-所述光学接收轴线(AR)和所述光学照明轴线(AI,AI′)大体上是共面的;
-所述照明装置(6,6′)的所述光组(11,11′)包括在所述光束的传播方向上在所述光源
下游按顺序排列的:
·准?#24065;?22,22′),其适合于在输出中发射准直光束,所述准直光束在大体上垂直于
所述传播方向的平面中的截面具有主要尺寸和?#25105;?#23610;寸,以及
·束成形器(23,23′),其适合于在输出中发射成形准直束,所述成形准直束在大体上
垂直于所述传播方向的平面中的截面具有主要尺寸和?#25105;?#23610;寸,并且适合于使所述主要尺
寸大体上平行于所述视场的所述主要尺寸,从而使成形准直光束在距离所述照明装置(6,
6′)的出口等于500mm的距离处具有大小小于15mm的所述?#25105;?#23610;寸。
11.根据权利要求9或10所述的阅读器(1),其中,所述束成形器(23,23′)适合于在输出
中发射成形准直光束(T),所述成形准直光束沿所述成形准直束的所述主要方向具有大体
上均匀的功率。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的阅读器(1),其中,所述束成形器(23,23′)在垂
直于所述成形准直光束(T)的所述主要尺寸的方向上是不变的,从而不改变所述方向上的
所述准直光束。
13.根据权利要求12所述的阅读器(1),其中,所述束成形器(23,23′)在其上不变的所
述垂直方向对应于来自所述准?#24065;?22,22′)的输出中的所述准直光束的所述?#25105;?#23610;寸。
14.根据权利要求9至13中任一项所述的阅读器(1),其中,所述束成形器(23,23′)包括
具有正焦距的透镜。
15.根据权利要求9至14中一项或多项所述的阅读器(1),其中,所述非相干光源(18,
18′)沿主要方向延伸,所述主要方向大体上平行于所述成形准直束(T)的所述主要尺寸。
16.根据权利要求9至15中一项或多项所述的阅读器(1),其中,所述光源(18,18′)包括
微型LED。
17.根据权利要求16所述的阅读器(1),其中,所述光源(18,18′)包括单个微型LED。
18.根据权利要求16所述的阅读器(1),其中,所述光源(18,18′)包括线性微型LED阵
列。
19.根据权利要求9至18中一项或多项所述的阅读器(1),其中,所述光源(18,18′)在第
一方向上具有包括在5μm与300μm之间的尺寸。
20.根据权利要求9至19中一项或多项所述的阅读器(1),其中,所述光源(18,18′)在第
二方向上具有包括在100μm与3000μm之间的尺寸。
21.根据权利要求19和20所述的阅读器(1),其中,所述非相干光源(18,18′)在所述第
一方向上的所述尺寸和在所述第二方向上的所述尺寸之间的比率小于1/5。
22.根据权利要求9至21中一项或多项所述的阅读器(1),其中,所述线性传感器(4)包
括CCD型的线性传感器。
23.根据权利要求9至22中一项或多项所述的阅读器(1),其中,所述光源(18,18′)以绿
色、蓝色或红色光谱发射辐射。
24.根据权利要求9至23中一项或多项所述的阅读器(1),其中,所述准?#24065;?22,22′)的
焦距(f)小于15mm。
25.根据权利要求24所述的阅读器(1),其中,所述准?#24065;?22,22′)的所述焦距(f)包括
在1mm与6mm之间。
26.根据前述权利要求中任一项所述的阅读器(1),当从属于权利要求19时,其中,所述
准?#24065;?22,22′)的焦距(f)等于:
焦距=(在所述第一方向上的源的尺寸*距离)/(所述准直光束横截面的?#25105;?#23610;寸)
其中,所述准直光束横截面的所述?#25105;?#23610;寸≤15mm,并且
距离=500mm。
27.根据权利要求9至26中一项或多项所述的阅读器(1),其中,在所述光束的传播方向
上在所述准?#24065;?22,22′)与所述光源(18,18′)之间的距离(d)小于15mm。
28.根据权利要求9至27中一项或多项所述的阅读器(1),其中,所述准?#24065;?22,22′)
和/或所述束成形器(23,23′)由折射率≥1.5的材料制成。
29.根据权利要求9至28中一项或多项所述的阅读器(1),其中,所述准?#24065;?22,22′)
和/或所述束成形器(23,23′)由塑料材料制成。
30.根据权利要求9至29中一项或多项所述的阅读器(1),其中,所述准?#24065;?22,22′)包
括单个透镜。
31.根据权利要求9至30中一项或多项所述的阅读器(1),其中,所述束成形器(23,23′)
包括单个透镜。
32.根据权利要求9至31中一项或多项所述的阅读器(1),其中,在所述光束的传播方向
上所述准?#24065;?22,22′)的最大厚度(D1)和所述束成形器(23,23′)的最大厚度(D2)的和小于
15mm。
33.根据权利要求9至32中一项或多项所述的阅读器(1),其中,所述光学接收轴线(AR)
和所述光学照明轴线(AI,AI′)是会聚性的。
34.根据权利要求9至33中一项或多项所述的阅读器(1),其中,所述准?#24065;?22,22′)适
合于在输出中发射准直光束,所述准直光束在所述最小尺寸上具有小于1°的半值的散度。
35.根据权利要求9至34中一项或多项所述的阅读器(1),其中,所述视场(15)具有大体
上矩形的截面,所述矩形的截面限定大体上彼此垂直的所述主要尺寸和所述?#25105;?#23610;寸。
36.根据权利要求9至35中一项或多项所述的阅读器(1),其中,所述视场(15)沿所述视
场的所述?#25105;?#23610;寸小于0.5°的半值。
37.根据权利要求9至36中一项或多项所述的阅读器(1),包括底架(30),所述接收装置
(2,2′)和所述照明装置(6,6′)在限定安装平面(X,Z)的安装基部(60)上被相邻地安装到所
述底架(30)上。
38.根据权利要求37所述的阅读器(1),其中,所述线性传感器(4)和所述光源(18,18′)
大体上垂直于所述安装平面(X,Z)排列。
39.根据权利要求37或38所述的阅读器(1),其中,所述线性传感器(4)被固定到安装在
所述基部(60)上的印刷电路(16)上,所述线性传感器(4)具有大体上平行于所述安装平面
(X,Z)的较长的延伸方向。
40.根据前述权利要求9至39中一项或多项所述的阅读器(1),当从属于权利要求37时,
其中,所述接收装置(2,2′)和所述照明装置(6,6′)安装在所述底架(30)上,以便由所述光
学接收轴线(AR)和所述光学照明轴线(AI,AI′)限定的平面平行于所述安装平面(X,Z)。
41.根据权利要求37至40中一项或多项所述的阅读器(1),其中,所述照明装置(6,6′)
包括盒式壳体(24,24′),所述盒式壳体包含所述准?#24065;?22,22′)和所述束成形器(23,
23′),所述盒式壳体(24,24′)包括用于调整围绕所述盒式壳体的轴线的至少一个旋转角度
的装置(24a,42a,42b)或适合于与该装置相关。
42.根据权利要求41所述的阅读器(1),其中,所述盒式壳体(24,24′)包括与所述安装
基部(60)接触的安装壁(24a,42a,42b),所述安装壁(24a,42a,42b)具有例如允许所述盒式
壳体(24,24′)绕至少一个笛卡尔轴线旋转的几何配置。
43.根据权利要求42所述的阅读器(1),其中,所述底架(30)包括底座(43),所述底座具
有适合于具有与所述盒式壳体(24,24′)的所述安装壁(24a,42a,42b)的所述几何配置连接
的形状的形状。
44.根据权利要求41、42或43所述的阅读器,其中,所述盒式壳体(24,24′)包括至少一
个安装壁(24a,42a,42b),所述盒式壳体(24)通过所述安装壁与所述安装基部(60)接触,所
述安装壁(24a)具有面向所述底架(30)的所述安装基部(60)的凸面。
45.根据权利要求41至44中任一项所述的阅读器,其中,所述盒式壳体(24,24′)包括配
合所述底架(30)中的两个对应的凹形底座(43)的两个球形帽(42a,42b)。
46.根据权利要求9至45中一项或多项所述的阅读器(1),其中,所述底架(30)包括用于
容纳所述接收装置(2,2′)的所述光组(5,5′)的一体的插孔(31)。
47.根据权利要求46所述的阅读器(1),其中,所述插孔(31)包括与所述光组(5,5′)的
远端(12a)接触的由弹性材料制成的环(14)或套管(41),所述环或套管面向所述线性传感
器(4)。

说明书

成像器型线性光学信息阅读器和用于对齐成像器型光学信息阅读器的方法

技术领域

本发明涉及图像形成类型(英文通常称为“成像器”型)的线性光学信息阅读器,以
及用于对齐成像器型光学信息阅读器的一些组件的方法。

背景技术

图像形成类型的光学信息阅读器是众所周知的。该阅读器包括能够捕捉或获取呈
现在任何类型的基底上的光学信息的图像的图像捕捉装置,同时包括借助于任何种类的电
气或电子装置查看该光学信息的?#20801;?#22120;。

在本说明书和所附的权利要求书中,表述“光学信息?#24065;?#24191;义使用,以覆盖一维的
和堆叠的或二维的光学代码,其中至少两个不同颜色的元件的形状、尺寸、颜色和/或相应
位置的信息被编码,无论字母数字?#22336;?#31614;名、标志、印章、商标、标签、?#20013;?#25991;字以及一般的
图像,它们的组合(特别是当存在于预先印好的模块中时)和包含适用于基于其形状和/或
体积识别和/或选择物体的特征。

光学信息阅读器根据用于创建图像的传感器的类型称为线性或矩阵。在现有技术
已知的阅读器中,传感器包括光敏元件的阵列,其可以以线性或矩阵方式排列,由此给出阅
读器的实际名称,线性或矩阵。

可以通过线性阅读器阅读的光学信息是沿垂直于信息被编码的方向(也称为扫描
方向或“光学代码方向”)的方向局部不变的。所述光学信息的示例是一维条形码和?#25910;?#32534;
码以及堆叠代码,其中代码是沿垂直于光学代码的方向的方向局部不变或间歇性不变的。

在本说明书中和在所附权利要求书中,术语“光”是在广义上使用的,以表示特定
波长或波长范围的电磁辐射,不仅在可见范围内而且在紫外和红外范围内。术语“颜色?#34180;?br />“光学?#34180;ⅰ?#22270;像”和“视图”是在相同的广义上使用的。特别地,编码的信息可以用隐?#25991;?#27700;印
刷在基底上,但是隐?#25991;?#27700;在紫外线或红外线范围内是敏感的。

通常,诸如光学代码的光学信息的阅读器包括在一侧上的光源以及从光源朝向光
码扩展的光学照明路径,并且在另一侧上,光敏装置或传感器和在另一侧上形成图像的光
学接收装置排?#24615;?#20174;光学代码到传感器扩展的光学接收路径中。整个设备放置在适合的壳
体内,壳体设置有至少一个窗口,用于投射光学照明路径,也就是说,投射来自光源的照亮
光学代码的光,并且壳体设置有附加的窗口,用于光学接收路径,即从被照亮的光学代码朝
向传感器返回的光。这两个窗户通常是一致的,即,它们是相同的窗口。

光学接收装置典型地包括物镜,其包括一个或多个透镜,用于将光学信息图像收
集并形成在传感器上。

光学接收装置以光学接收轴线为特征,其由接收光学器件的元件的中心或在单个
透镜的情况下由光学表面的曲率中心限定,并限定其主要工作方向。接收装置进一步以工
作空间区域为特征,通常形状被设置为锥的主体,在传感器前面延伸。工作空间区域,也就
是说光学信息被传感器正确框住并且其图像充分集?#24615;?#20256;感器上的空间区域,仅以视场和
视野深度为特征,视场表示接收轴线周围的工作区域的角幅度,视野深度表示表示沿接收
轴线的尺寸。因此,视野深度表示沿接收轴线在阅读器与由传感器框住(framed)的基底上
的区域之间的最小与最大有用距离之间的间距。视场也可以在“纵向”和“横向”视场方面来
表示,也就是说,在通过接收轴线并彼此垂直的两个平面的角幅度方面来表示,从而适时考
虑传感器的形状因素,或进一步,在接收系统不对称的情况下,由彼此成半平面90°的四个
角幅度来表示。

在线性类型传感器的情况下,如在线性阅读器的情况下,该工作空间区域包括在
一个方向上的角幅度,该角幅度远大于在另一个方向上的角幅度,并且大致上形成接收“条
(sliver)?#34180;?br />

还可以引入工作平面的概念,其被定义为包含光学接收轴线和工作空间的较大扩
展的方向的平面。换句话说,该工作平面是在纵向方向(也就是说从一个基体到另一个基
体)上切割通常由工作空间限定的锥的主体的中心的平面。

工作空间区域,以及因此的视场和视野深度的尺寸和/或其比例可以是固定的,或
者可以借助于熟知的缩放和/或自动对焦系?#24120;?#20363;如,用于移动接收光学器件中的一个或多
个透镜或光圈、?#24213;?#25110;或其他组件或移动传感器和/或修改接收光学器件中的一个或多个
透镜(例如,液体或可变形透镜)的曲率的)的机电、压电或光电致动器。

通常,视场和焦点的距离以及视野深度通过属于接收装置的光学器件的物镜的设
计来确定。

照明装置适用于朝向?#24615;?#20809;学信息的基底投射光束。

由照明装置发射的光束限定了照明的光学轴线,其是所述光束的平均方向,在这
个过程?#24615;?#33267;少一个平面中定义对称轴。

为了正确操作图像捕捉装置,照明装置必须能够照亮接收装置的整个工作空间区
域,如在下文更好地描述的。

用在光学阅读器中的光源选自包括LED、微型LED和激光的群组。

在基于线性传感器的线性采集系?#25345;校?#30001;照明装置发射的光必须集?#24615;?#34987;叠加在
线性传感器的视场上的“带(strip)”中。换句话说,差不多高的光量必须到达属于传感器的
每个光敏元件。

在以下的说明书和权利要求书中,术语“带?#34180;?#26465;或光线将可互换地使用,以表示从
照明装置发射的光束,其沿垂直于传播方向的平面的横截面具有比第二方向(其大致垂直
于第一方向)上的?#33267;?#30340;尺寸大得多的第一方向上的?#33267;俊?#21457;射的光束的横截面上的这些
不同尺寸在下文称为?#25105;?#23610;寸和主要尺寸。

过去,出现在市场上的光学信息第一线性阅读器基于激光扫描系?#22330;?#36825;种类型的
阅读器的特征为穿过整个工作范围(在视野深度内)的非常薄和良好限定的光线。随后,应
用了设置有LED照明装置的线性阅读器,?#28304;?#24314;图像。LED照明装置具有比激光大的光束散
度,并且特别是它们生成更宽的发光束,并且,例如,这限制了在更近距离阅读垂直堆叠的
光学代码的能力。

如果为了人体工学的原因必须减小线性阅读器的尺寸,则引入了附加的复杂性。
从经典光学定律已知,当为了实施照明和接收光学器件可以使用减小的体积时,与借助于
激光扫描系统实现的光线相比,获得具有厚度和散度的光线甚至更难以实现。

已经提出了基于激光照明的线性成像器系?#24120;?#20854;中借助于适合的(典型地圆柱形
的)光学器件投射激光二极管的束,其产生非常强烈的光线。但是,所述系统需要高度的精
确对齐,以使传感器的视场和激光的照明束在传感器前面重叠很大范围的距离,因为希望
具有大的阅读深度;此外,由于?#19978;?#24178;源引起的固有的相干斑噪声,激光产生非常?#24615;?#30340;信
号。

发明内容

本发明的主要目的是创建一种成像器型线性光学信息阅读器,其投射在尺寸和清
晰度上可比得上由激光器照明产生的光线的光线,而没有上述斑点噪声问题。

此外,希望所述线性阅读器是特别紧凑的。

为此目的,有必要寻找从非相干源选择的光源从而消除该斑点问题,该光源的发
射面积与具有希望的减小尺寸的阅读器的创建兼容。

但是,当处理非相干光源时,光线与传感器的视场之间的正确对齐的问题依然类
似于在激光器中存在的问题,使得有必要平衡对薄光线的需求和允许适当对齐的光学机械
系?#22330;?#33719;得高对齐度不是一项容易的任务,因为非相干源的定位容差特征是由针对应用开
发的生产过程所固有的,其中需要的精确度比本申请所必需的少至少一个数?#32771;丁?br />

虽然一方面很希望获得从源发射的非常薄的光线(如前所述),同样为了最大化由
传感器接收的信号的强度,光线越薄,传感器和光源就越复杂;事实上,即使很小的错位
(misalignment)也可能导致光线或者至少其强度峰值离开传感器的视场,从而?#26723;?#20256;感器
的效率并浪费大部分发射光。

因此,在第一和第四方面,本发明涉及一种具有紧凑的体积并且包含某一光学结
构的成像器型线性阅读器,借助于该光学结构有可能获得薄线,并且该光学结构简化上述
对齐问题。

根据本发明的下?#24615;?#35835;器被配置为,在距离照明装置的光学器件的输出半米的距
离“d”处,发射具有小于15mm并且优选小于6mm的最大厚度“av”的“光带”或光线。光带的厚
度被计算为在发射光束的半幅值处其在大体上垂直于光束自身的传播方向的平面中横切
该束的宽度(FWHM-半峰全宽)。在垂直于其厚度的横截面中,由光束带限定的第二方向优选
地具有比其厚度“av”大得多的尺寸。

在第二和第三方面,本发明涉及一种用于获得线性阅读器的各种组件的正确对齐
从而获得所需的组装容差的方法。

在所述第一方面,本发明涉及一种成像器型线性光学信息阅读器,所述阅读器包
括:

-接收装置,其包括线性传感器和光组,所述光组限定光学接收轴线和视场,所述
视场具有横截面,所述横截面具有主要尺寸和?#25105;?#23610;寸;

-照明装置,其包括至少一个非相干光源和光组,所述光组限定光学照明轴线,并
适合于发射光束;

其特征在于

-所述光学接收轴线和所述光学照明轴线大体上是共面的;

-所述照明装置的所述光组包括在所述光束的传播方向上自所述光源下游按顺序
排列的:

ο准?#24065;牽?#20854;适合于在其输出处发射准直光束,所述准直光束在大体上垂直于传播
方向的平面中的横截面具有主要尺寸和?#25105;?#23610;寸,?#25105;?#23610;寸具有小于1.5°半值的散度,以

ο束成形器,其适合于在其输出处发射成形准直束,所述成形准直束在大体上垂直
于传播方向的平面的横截面具有主要尺寸和?#25105;?#23610;寸,并且适合于使所述主要尺寸大体上
平行于所述视场的所述主要尺寸。

在以下给出的整个说明书和权利要求书中,诸如“平行?#34180;ⅰ?#22402;直?#34180;ⅰ?#20849;面”等术语不
以绝对意义来理解,而是在参考领域中已知的“标准”误差间距内。在以上术语的定义中的
该“非绝对性”可以(尽管不是必须的)通过同时使用“大体上(substantially)”来强调,从
而强化非绝对的精确性(通过任何技术都不能实现绝对的精确性)。

根据第一方面,本发明涉及一种基于成像技术的线性光学信息阅读器,其包括两
个主要的子系?#24120;?#22522;于线性图像传感器的接收装置以及包括非相干光源的照明装置。这两
个接收和照明装置的组装件在下文中称为图像捕捉装置或模块。

除了线性传感器之外,接收装置还包括由一个或多个透镜并且优选地由矩形孔径
组成的接收光学器件(光组)。所述光学器件确定用于读取的视场以及视野深度。

视场具有大体上矩形的横截面,其限定主要尺寸和?#25105;?#23610;寸,其中这两个尺寸中
的一个优选地明显地大于另一个。

照明装置包括非相干光源和适合的光组,所述光组能够投射具有希望的“薄”光线
形状的光束。

所述线的形状被设计为照亮整个线性传感器。换句话说,根据使用的传感器的类
型,希望差不多大量的光到达传感器的所有光敏元件。因此,在实施线性传感器,例如,如包
括单行光敏元件(像素)的阵列的情况下,希望从照明装置发射的光线“命中”每个像素,这
意味着光线必须与视场的主要方向一样长或者比其更长,而光线的厚度也可以小于视场的
厚度,其?#24615;?#36825;个实施例的情况下视场由单个像素确定。

为了获得薄光线,其厚度,也就是说其?#25105;?#23610;寸必须要“小?#34180;?#20026;了获得这个,由成
像器型线性阅读器中的照明装置发射的光束沿轴线的散度相当于激光系统的散度(小于
1.5°),并且适合于使线在所有距离处看起来都是“薄的?#34180;?br />

因此,在垂直于传播方向的平面的横截面中,由照明装置发射的这个光束是“矩
形”的,其具有大于另一尺寸的一个尺寸,并且特别是大于至少一个数?#32771;丁?#27492;外,光束在主
要尺寸上是发散的;而在?#25105;?#23610;寸上,如上所述,散度是相当小的。?#28304;?#26041;式,获得大体上平
面的束,其沿整个希望的读取深度是相当薄的。

光线的厚度与接收视场之间的比率随着距离的增加而减小,直到对于大于给定值
的距离大体上变成一,所述距离例如是距线性阅读器的输出(也就是说距照明装置的输出,
其优选地与光束传播方向中的一个方向上的束成形器的最外表面一致)大于50cm的距离。
假定所述比率的值很小,则有必要考虑接收装置与照明装置之间的对齐的问题。

但是,同时本发明中的成像器型线性阅读器是紧凑的阅读器,使得子组件的总数
量优选地保持得尽可能小,这也倾向于将可接受的错位?#26723;?#21040;最小。

为此,本发明的成像器型线性阅读器优选地包括照明装置中的光组,而没有?#24213;印?br />

为了获得良好的对齐度,上述照明和接收两个装置以使得所述光学接收轴线和所
述光学照明轴线共面的方式排列。如下文所述,照明装置的光组在其输出处附加地产生束,
该束在垂直于传播方向的截面中具有大体上平行于视场的主要尺寸的主要尺寸。例如,视
场和光线在垂直于光束传播方向的横截面中限定两个大体上平行的矩形。

例如,在接收装置和照明装置两者?#21450;?#35013;在一个阅读器底架上的情况下,这两个
装置优选地并列,并且它们相应的光学轴线在距离底架的安装平面相同的高度处。

照明装置的结构必须是满足不同需求的结构。事实上,就像前面提到的,希望阅读
器是紧凑的,这意味着包括照明光学器件的各个元件的实?#39135;?#23544;存在有物理限制。为了是
紧凑的,照明装置的光组优选地设置有具有短焦距的若干小尺寸透镜,并且光源本身优选
地具有小尺寸。

但是,同时,本发明中的成像器型线性阅读器优选地在收集和重新分配由光源发
射的功?#36866;?#26159;有效率的,这进而暗示着照明装置的光组优选地包括具有短焦距和高数值孔
径的大尺寸透镜,并且光源具有减小的尺寸。

在光束的至少一个方向上形成由照明装置产生的光线或光带的低散度约束(如上
所述小于1.5°)将进而要求使用具有长焦距的一个或多个透镜。例如,为了在距离照明装置
的输出500mm的距离处获得由照明装置产生的等于或小于15mm的光束的厚度并且利用具有
尺寸为500μm x 500μm的发射面积的LED作为光源,光学照明组的焦距必须是至少16mm。此
外,投影线清晰度的要求(减少的畸变)将要求使用包括具有低数值孔径的若干透镜的光
组,并且此外,所述透镜将需要远大于光源。

根据本发明,为了平衡所有这些有时冲突的需求,照明装置的光组包括以下特征:

A.准?#24065;恰?#22312;当前背景中,准?#24065;?#34987;限定为适合于接收输入光束(如由本发明中的
阅读器的非相干光源发射的光束)并且在垂直于光束本身的传播方向的至少一个方向上发
射准直的输出光束的一个或多个光学元件的组装件。按照以上要求,准?#24065;?#36866;合于至少在
所述方向上以小于1.5°半值的散度发射准直束。准?#24065;?#36866;合于收集由非相干光源发射的功
?#21097;?#22312;沿至少一个方向上的过程中使其准直,从而投射源本身的图像。因为光源优选地是
“矩形的?#20445;?#25152;以图像本身优选地将是矩形的,使得准直光束将在垂直于低散度尺寸的方向
上具有主要尺寸或主尺寸。准?#24065;?#30340;尺寸优选地受照明装置的给定机械约束限制,其优选
地是紧凑的,因为如前所述,阅读器也优选地是紧凑的。因此,为了实现高效?#21097;?#26681;据优选实
施例,准?#24065;?#20248;选地非常接近光源放置。平衡效率的要求和期望的焦距,那么可以确定准直
仪的厚度。为?#21496;?#21487;能多地限制畸变,在优选实施例中,准?#24065;?#30340;表面是非球面的,诸如透
镜中的非球面。

B.束成形器(或束形成器)。它以这样的方式重新分配由准?#24065;?#25910;集的功?#21097;?#22312;一
个方向上创建具有期望的散度的均匀光线。换句话说,束成形器以这样的方式?#35789;?#26045;:使得
被准?#24065;?#20934;直的穿过该束成形器的光束大体上平行于预定方向,所述方向平行于视场的主
要方向。因此,被准?#24065;?#20934;直的束通过穿过束成形器而在视场的主要方向上“变宽?#20445;?#22240;此重
新分配功率。束成形器优选地包括竖直不变的两个自由形式的表面(由多项方程式描述)。

在本发明的一个实施例中,两个光学装置,准?#24065;?#21644;束成形器,可以是单个光学元
件的部分,也就是说,照明装置的光组可以通过单个元件实施为单件,其中,用于光束的一
个输入或输出面或表面具有准?#24065;?#30340;功能,并?#19994;?#20108;输入或输出面或表面具有束成形器的
功能。

在这个“单个元件”实施例中,输入表面优选地属于执行束成形器功能的部分,而
输出表面属于执行准?#24065;?#21151;能的部分。

替代地,输入表面优选地属于实施准?#24065;?#21151;能的部分,而输出表面属于实施束成
形器的部分。根据一种变体,输入表面和输出表面两者都具有准?#24065;?#21644;束成形器的双重功
能。

在替代实施例中,束成形器和准?#24065;?#26159;两个功能不同且独立的装置,或者功能不
同但例如借助于不旋光的机械组件彼此连接的装置。每一个可以包括单个光学元件或若干
元件,如下文所述。例如,准?#24065;?和/或束成形器)可以实施为单个透镜或实施为透镜的组
合。

此外,还是在这个实施例中,束成形器和准?#24065;?#22312;光束传播方向上的具体排列顺
序是?#25105;?#30340;,并且取决于根据本发明的线性阅读器的具体实施?#25442;?#21477;话说,准?#24065;?#21487;以首先
放置在光源的下?#31283;?#21518;是束成形器,或者束成形器先沿光束的光路放置,并且然后是准直
仪。因此,光学元件被列出的顺序不是强制性的;所以两个元件可以互换。

根据所有以上实施例,来自照明装置输出光束是被准直并且成形的束,其在大体
上垂直于传播方向的平面中的横截面具有主要尺寸和?#25105;?#23610;寸,其中?#25105;?#23610;寸的散度小于
1.5°半值,其中所述主要尺寸大体上平行于接收装置的视场的主要尺寸。

优选地,准?#24065;?#21644;束成形器?#21450;?#25324;针对光源的波长的抗反射涂层,从而使由于结
构内部的反射造成的损失最小。

优选地,除了准?#24065;?#21644;束成形器之外,照明装置的光组不包括作用在由源发射的
束上的任何其他光学元件。因此,仅使用两个光学装置限制了光组本身的总体积。更优选
地,准?#24065;?#21253;括单个透镜和/或束成形器包括单个透镜。更优选地,照明装置的光组仅包括
两个元件或透镜;第一个具有准?#24065;?#21151;能,并?#19994;?#20108;个具有束成形器功能。

此外,所述光组优选地由于所使用的球形表面而允许在减小的空间中具有良好的
准直并且由于准?#24065;?#25509;近光源而允许具有收集发射的功率的良好效率。同时,由于专用于
此目的束成形器的存在,照明装置的光组优选地允许足够的自由度以获得均匀的光线。

此外,由源发射的光束的准直问题与光线的形成问题之间的分离(分别通过两个
独立的光学装置,准?#24065;?#21644;束成形器来解决)增加了可用?#35789;?#26045;线性阅读器的自由度,同时
使照明装置的光组对抗准?#24065;?#21644;束成形器的相对位移问题(因为在准?#24065;?#30340;输出处已经发
现准直的光束,对实现准?#24065;?#21644;束成形器的两个透镜之间的距离存在低灵敏度,这在组装
光组时是有利的)。

光束在垂直于传播方向的平面中的横截面中的?#25105;?#23610;寸的散度(其对于准?#24065;?#30340;
配置小于1.5°半值)如下计算。

光束在给定方向上的散度通过测?#23458;?#24433;线的尺寸来计算。

考虑到在要计算散度的方向上的投影线的尺寸和发射表面(被理解为光学投影系
统的最后表面,也就是说,光从其有效地发射出的表面;在优选示例中,这意味着,采用在束
成形器的输出处的准直和成形的光束的尺寸)的尺寸,存在两种可能的情况:

·投射的光束在?#25105;?#36317;离处具有大于发射面(s)的尺寸(a)。该情况在所附的图
15a中表示出。

·存在距投影系统的某一距离,在该距离处线的高度(a)与发射面(s)的高度相
同。该情况在所附的图15b中表示出。

用于测量在图15a和图15b中表示为θ的散度角的方法如下:

·针对至少两个距离(p)测?#23458;?#24433;线的尺寸(a)。所述尺寸定义为光线的曲线的
FWHM(半峰全宽)。

·通过线性回归计算内插所有测量的成对值(p,a/2)的直线的方程。所述直线的
方程是a/2=m·p+q;

计算散度角θ=arctanm)。

?#28304;?#26041;式计算的散度角称为半值(half-amplitude),因为它是连接投影线和发射
源的两条直线包围的总的角度的一半。

上述方法用来计算由本发明的线性阅读器中的准?#24065;?#20135;生的散度。通过上述方法
定义并计算光束在垂直于传播方向的平面中的截面的?#25105;?#23610;寸的散度值小于1.5°半值。在
下文中,?#25105;?#23610;寸也将被称为“竖直”尺寸。可以理解,在当前背景中使用的术语竖直的或水
平的,不?#20174;?#38405;读器在其使用期间在空间中的实际位置,该位置可以是?#25105;?#30340;。

因此,根据本发明,准?#24065;?#34987;设计为获得期望的竖直散度,也就是说,使得光线的
厚度是“薄的?#20445;?#26463;成形器被设计为使光线的强度均衡并且在水平方向上(也就是说在平行
于传感器视场的主要尺寸的方向上)获得期望的角幅度。

此外,即使在准?#24065;?#30340;光组的输出处光束的尺寸强烈地取决于光束在厚度方向上
的散度(其如上所述小于1.5°半值,并且是准?#24065;?#30340;实施?#38468;?#30340;结果),优选的是准?#24065;?#36824;
在垂直于?#25105;?#23610;寸的方向的方向(水平方向)上执?#24615;?#21457;射的光束的准直。事实上,在主要
或水平方向上的准直允许通过束成形器收集更大量的功?#21097;?#24182;因此在照明装置的光组的输
出处提供更大功率的光束。为了在不沿主要方向准直光束的情况下在输出处也获得相同的
功?#21097;?#23558;有必要具有大尺寸的束成形器,其与此情况下优选需要减小线性阅读器的尺寸不
兼容。

在这个第一方面中,本发明可以提供一个或多个以下优选特性,无论是组合或是
替代性地。

优选地,所述束成形器适合于在输出处发射准直的成形光束,其沿所述主要方向
具有大体上均匀的功率。

束成形器使源发射的功率沿光束的整个长度(也就是说大体上由光束在垂直于传
播方向的平面中的横截面限定的主要方向上)均衡,以便沿所述主要尺寸的光线的功?#36866;?br />大体上均匀的。

优选地,所述束成形器包括具有正焦距的透镜。

如果束成形器包括正焦距透镜,这意味着由源发射的光束先会聚,然后在水平尺
寸上发散。这允许在选择阅读器的玻璃窗的正确位置的同时,使来自光源的反射在玻璃窗
上并引导到线性传感器中的光?#23380;?#23567;。

优选地,所述束成形器在垂直于所述准直成形光束的所述?#25105;?#23610;寸的方向上是不
变的,以便在所述方向上被准直的所述光束保持不被改变。

更优选地,束成形器的所述不变的垂直方向对应于所述准?#24065;?#36755;出处的所述准直
光束的?#25105;?#23610;寸。

束成形器对准?#24065;?#36755;出处的准直光束的作用在束的?#25105;?#23610;寸方向上保持大体上
不变的散度(竖直厚度保持来自准?#24065;?#36755;出的散度),但是沿大体上平行于视场的主要轴线
的方向的方向(所谓的水平方向)使束“变宽?#34180;?#32771;虑到视场是矩形的,束成形器在被定义在
视场中的矩形的主要侧的方向上延长准直光束,并在垂直方向上使其大体上不改变。

优选地,这个扩展方向不仅平行于视场的主要尺寸,而且平行于准?#24065;?#36755;出处的
光束的主要方向。

更优选地,所述非相干光源沿主要方向延伸,所述主要方向大体上平行于所述成
形的准直光束的所述主要方向。

如前所述,束成形器限定准直光束沿其“变宽”的轴线,并且这个轴线实现为使得
它平行于在传感器的视场的横截面中定义的矩形的主要尺寸。

在束成形器的“变宽”轴线与准?#24065;?#30340;输出处的束的主要宽度方向之间存在角度
的情况下,在束成形器输出处的准直成形光束将具有大于准?#24065;?#36755;出处的准直光束的厚度
尺寸。因此,为了将准直成形光束保持在最小厚度尺寸,优选的是源的主要尺寸平行于光束
沿其变宽的束成形器的轴线。

优选地,准直光束和成形准直光束共同的这个主要方向也平行于源的主要延伸
轴。

更优选地,所述光源包括微型LED。

在现有技术中已知微型LED光源,诸如基于GaN技术(氮化镓)的那些微型LED光源,
能够实现具有非常小尺寸的发射器芯片,如在WO 2011/111079 A1中所描述的,其适合于实
现能够投射非常小的?#21450;?#30340;阵列。具体地,在现有技术中已知,微型LED光源适用于实现具
有矩形形式因素的芯片。

更优选地,所述光源包括单个微型LED。

替代地,所述光源包括微型LED的线性阵列。

优选地,对于低功率范围应用,最近已经开发了提供新型光源的微型LED。微型LED
通常使用标准的LED材料来建立,并且因?#21496;?#26377;标准LED的光谱曲线、灵活性和可靠性。微型
LED提供高效率以及在制造过程中集成在装置上的独特的光控制结构。在一个示例中,在装
置的光生成层周围创建抛物线结构。在光脱离芯片之后,这个结构控制在光生成地点处发
射的光,并比使用外部光学器件更有效率。

在LED的设计和制造中,GaN材料的折射率与空气的折射率之间的差是高提取光效
率的重大?#20064;?#19982;标准组件相反,微型LED装置使用材料的这种基本特性,以增强性能。来自
微型LED内的抛物线结构的侧壁的全内反射朝向提取表面聚焦光;侧壁的设计和形状被精
确地控制以确保高比例的光到达垂直于界面的离开表面。这导致最小的背反射、高光提取
效率和良好的束形状控制。

优选地,所述微型LED光源是矩形的,具有较小的第一尺寸和较长的第二尺寸。

在两种情况下,也就是说在源实施为单个源或实施为多个源的情况下,所述光源
优选地在第一方向上具有5μm与300μm之间的尺寸,更优选地具?#24615;?μm与50μm之间的尺寸。

在两种情况下,也就是说在源实施为单个源或实施为多个源的情况下,所述光源
优选地在第二方向上具有100μm与3000μm之间的尺寸,更优选地具?#24615;?00μm与1500μm之间
的尺寸。

优选地,所述第一和所述第二方向彼此垂直。

“源的尺寸”理解为源的“有用”部分(或有用区域)的尺寸,其图像被光学器件投
射。本发明?#22266;?#20379;放置在源前面或与源接触的狭缝或孔径的使用,以形成束的形状;在此情
况下,在狭缝或孔径的输出处的束的尺寸表示光的尺寸。

优选地,源的主要尺寸(也称为第二尺寸或水平尺寸)在100μm与3000μm之间。较大
尺寸的源将产生具有使它不适合作为输入到“适度”尺寸(例如,实施紧凑阅读器所要求的
那些尺寸)的准?#24065;?#30340;尺寸的光束,因为大部分的功率将损失。尤其是,相当于准直光学器
件的具有大尺寸的源将增加存在于准直光束中的畸变,从而远离“点光源”的理想条件移
动。较小尺寸将不允许紧凑的光组产生具有用于在期望的距离处读取光学信息的足?#36824;?#29575;
的光线。

关于源的厚度(其是沿第一方向的尺寸),因为优选地产生的光线是“薄的?#20445;?#25152;以
由光源的实际可行性给出5μm的最低限制(理论上发射器线尽可能薄,同时保持适合于应用
的发射功率)。300μm的最大限制大体上是对准?#24065;?#30340;焦距和投影线的期望厚度的约束的结
果。

如图14a所示,在第一方向上的例如微型LED的光源的尺寸(即,其厚度)称为“tv?#34180;?br />在距离照明装置的准?#24065;?#30340;主平面的距离“d”处由源发射的光束的厚度称为“av?#20445;?#24182;且准
?#24065;?#30340;焦距称为“f?#20445;?#20960;何光学器件保持以下等式:

tv=(f*av)/d。

考虑在距离准?#24065;莇=500mm处具有最大厚度av=10mm的线,并且准?#24065;?#30340;最大焦
距f=15mm,光源将优选地具有最大尺寸“tv”等于:10*(15/500)=0.3mm=300μm。这个计算
是纯近轴的,而由于畸变的存在实际的线的厚度要更大,并且具体地,其可?#28304;?#21040;如前所述
的15mm FWHM。

优选地,所述准?#24065;?22)的焦距等于:

f=(tv*d)/av

其中,av≤15mm,并且

d=500mm。

以与上述相同的方式,给定所使用的源的厚度“tv”和在距离“d”处的束的最大期
望厚度“av?#20445;?#21017;准?#24065;?#30340;焦距“f”必须从相同的公式f=(tv*d)/av计算。优选地,因此给定
距离d=500mm并且在?#21496;?#31163;d处光线具有厚度“av?#34180;?5mm,并且给出非相干源的厚度“tv?#20445;?br />根据以上公式计算准?#24065;?#30340;焦距。

优选地,如提到的,该源是微型LED,因此,在公式中引入非常“薄的?#34180;皌v?#34180;?#20855;有薄
的源允许选择准?#24065;?#30340;?#21248;弧?#21512;理的”焦距“f?#20445;?#20197;在距离照明装置的光学器件半米的距离
处获得合理的“薄的”光束。

优选地,所述非相干光源在所述第一方向上的所述尺寸与在所述第二方向上的所
述尺寸之间的比率小于或等于1/5,更优选地小于或等于1/10,甚至更优选地小于或等于1/
20。

如前所述,优选地,需要光组?#35789;?#29616;适合于产生具有期望尺寸的光“带”的大体上
薄的“矩形”光源。

在优选实施例中,所述线性传感器包括CCD型的线性传感器。

替代技术是可能的,如使用CMOS传感器。

传感器优选地包括CCD元件的线性阵列。

优选地,传感器的尺寸在高度上是1像素并且在长度上在1000像素与3600像素之
间,更优选地在1500像素与2500像素之间,并且更优选地该长度是2500像素,即传感器是1x
2500像素。

优选地,所述光源发射绿色、蓝色或红色光的光谱中的辐射。

由于现?#24615;?#19978;的技术限制而选择这些波长;更优选地选择绿色,因为它是传感器
和人眼都对其最敏感的辐射。

有利地,所述准?#24065;?#30340;焦距小于或等于15mm,更优选地小于或等于5mm。

准?#24065;?#30340;焦距f的最大限制由包括准?#24065;?#30340;透镜或多个透镜的实际可行性给出。
最大限制由准?#24065;?#33258;身的尺寸给出,也就是说,由线性阅读器是紧凑型的要求给出。

实际上,准?#24065;?#20248;选地满足以下参数:

·准?#24065;?#30340;宽度(也就是说,其尺寸中的在对应于束的主要尺寸、垂直于光束传播
方向的方向上的一个尺寸)优选地≤15mm,更优选地小于8mm。

ο由准?#24065;?#30340;实际可行性给出最小限制;

ο最大限制等于照明装置的总宽度;在此情况下,为了实?#32440;?#20945;的装置选择15mm的
最大宽度。

·准?#24065;?#30340;高度(也就是说,其尺寸中的在垂直于光束传播、垂直于上述方向并对
应于束的?#25105;?#23610;寸的方向上的一个尺寸)优选地≤11mm,更优选地小于8mm。

ο由准?#24065;?#30340;实际可行性给出最小限制;

ο最大限制等于照明装置的总高度;在此情况下,为了实?#32440;?#20945;的装置选择11mm的
最大高度。

·深度(也就是说其尺寸中的在光束传播方向上的一个尺寸)D1:

ο由透镜的实际可行性给出最小限制,

ο由照明器的总深度和束成形器的厚度(D2)给出最大限制。2个厚度的总和必须小
于模块的总深度(D1+D2≤15mm)。在此情况下,为了实?#32440;?#20945;的装置选择15mm的最大深度。

类似地,束成形器优选地设置有以下参数:

·束成形器的宽度(也就是说,其尺寸中的在对应于束的主要尺寸、垂直于光束传
播方向的方向上的一个尺寸)优选地≤15mm

ο由束成形器的实际可行性给出最小限制;。

ο最大限制等于照明装置的总宽度。

·束成形器的高度(也就是说,其尺寸中的在垂直于光束传播、垂直于上述方向并
对应于光束的?#25105;?#23610;寸的方向上的一个尺寸)优选地≤11mm

ο由束成形器的实际可行性给出最小限制;

ο最大限制等于照明装置的总高度。

·深度(也就是说其尺寸中的在束传播方向上的一个尺寸)D2:

ο由束成形器的实际可行性给出最小限制,

ο由照明装置的总深度和准?#24065;?#30340;厚度(D1)给出最大限制。2个厚度的总和必须小
于照明装置的总深度(D1+D2≤15mm)。

更优选地,所述准?#24065;?#30340;所述焦距在1mm与6mm之间。

在优选实施例中,所述准?#24065;?#19982;所述光源之间的距离在0mm与15mm之间,更优选地
在0mm与10mm之间,甚至更优选地,该距离小于或等于3mm。

后焦距(BFL-准?#24065;?#19982;光源之间的距离)优选地在所述间隔内,其中,可以通过将
准?#24065;?#25918;置为接触光源来获得最小限制,而由可以实施的最大焦距给出最大限制。

有利地,所述准?#24065;?#30340;最大厚度和所述束成形器在所述束的传播的所述方向上的
最大厚度的总和小于15mm。

准?#24065;?#21644;/或束成形器的厚度被定义为在由光源发射的光束的传播方向上所述准
?#24065;?#21644;/或束成形器的尺寸。所述厚度被最小化,以使线性阅读器紧凑。

在优选实施例中,以具有高折射率的材料实现所述准?#24065;?#21644;/或所述束成形器。优
选地,所述折射率高于1.5。

优选地,束成形器和/或准?#24065;?#30340;构成材料是例如具有等于1.59的折射率的塑料,
如聚碳酸酯,其高于具有等于1.49的折射率的如PMMA的标准丙烯酸塑料。

高折射?#35797;?#35768;限制束成形器和/或准?#24065;?#30340;表面曲?#21097;?#21516;样以便使这两个光学装
置的机械体积最小化并满足紧凑度的约束。

优选地,所述光学接收轴线和所述光学照明轴线是平行的并放置在小于15mm并且
更优选地小于10mm的距离处。

根据替代实施例,光学接收轴线和光学照明轴线是会聚的。更优选地,光学接收轴
线和光学照明轴线形成包括在1°与5°之间的更优选地大约1.5°的角度。

为了将投影线相对于接近阅读器的视场的错位?#26723;?#21040;最小,优选的是接收装置和
照明装置放置得尽可能彼此接近,并且优选地,中心到中心的距离小于15mm。

此外,接收装置的视场和由照明装置发射的光束形成的线优选地重叠尽可能宽的
距离范围。?#26412;?#31163;阅读器的短距离处,如果照明装置和接收装置这两个装置相互间隔远,则
视场和光线将不重叠。因此,光学接收轴线和光学照明轴线的位置理想地应该是一致的。这
优选地限制了照明装置和接收装置这两个的光组的尺寸,以便小尺寸将限制中心到中心的
距离。

优选地,所述准?#24065;?#36866;合于在输出处发射准直光束,?#31859;?#30452;光束在?#25105;?#23610;寸上具
有小于1°半值的散度。

如前所述,希望获得非常薄的发射光带。

有利地,所述视场具有大体上矩形的横截面,其限定大体上互相垂直的所述主要
尺寸和所述?#25105;?#23610;寸。

因为由照明装置发射的光束具有大于另一尺寸的一个尺寸,从而在过程中实现光
条,因此接收装置的视场的尺寸类似地具有矩形横截面,其也形成“条状”横截面。

按照以上讨论,光线和视场优选地叠加通过本发明的线性阅读器的大部分有用读
取范围。

更优选地,所述视场沿所述视场的所述?#25105;?#26041;向小于0.5°半值。

?#28304;?#26041;式,光线的尺寸和视场的尺寸在具阅读器的宽范围的距离处大体上一致。

有利地,阅读器包括底架,所述接收装置和所述照明装置邻近限定安装基部的所
述底架安装,所述线性传感器和所述光源大体上垂直于所述安装基部布置。

底架是阅读器的各个组件如照明装置和接收装置组装在其上的支撑件。其限定由
互相垂直的两个轴线-X和Z给出的安装平面。各个装置例如通过粘合平行于这个平面(下文
中称为水平面)被固定的基部上。但是,应该理解,所述平面(以及因此的基底)还可以相对
于水平面倾?#20445;?#29305;别是在阅读器的使用过程中;该平面移动以使阅读器本身相对于要读取
的光学信息定位在最佳位置,以便底架可以采用可及?#22791;?#21464;的空间中的位置。术语“水平
面”仅用于方便作为参照系。

此外,术语“平行”和“垂直”不在绝对意义上被理解,而在各个组件的组装和对齐
的潜在误差内。因此,当说两个元件平行或垂直时,要理解为在现有技术中已知的并在参考
技术领域中普遍的误差范围内。

线性传感器和光源都?#28304;?#20307;上垂直于安装平面的方式安装。替代地,它们可以以
相对于垂直于安装平面的线成高达20°至30°角的角度安装。如前所述,传感器的光学轴线
和源的光学轴线是共面的,并且优选地,由两个轴线形成的所述平面也平行于安装平面。以
此方式,线性传感器和光源优选地相对于底架的安装平面处于大体上相同的高度,也就是
说,它们大体上处于沿垂直于限定在底架(例如,基底)上的安装平面的轴线的相同距离。

更优选地,所述线性传感器固定在大体上垂直于所述安装基部安装的印刷电路板
上,所述线性传感器使其主要取向方向大体上平行于所述安装基部的。

有利地,线性传感器以矩形配置布置。其主要取向方向大体上平行于底架的安装
平面。此外,传感器优选地安装在印刷电路或PCB上,从而被方便地供电和控制。

优选地,所述照明装置包括盒式壳体,所述盒式壳体包含所述准?#24065;?#21644;所述束成
形器,所述盒式壳体包括或适合于连接到用于调节围绕所述盒式壳体的轴线旋转的至少一
个角度的装置。

包括准?#24065;?#21644;束成形器的照明装置的光组优选地组装在盒式壳体内。如前所述,
因为准?#24065;?#21644;束成形器相对于它们的相互位置具有宽的容差,所?#36816;?#20204;可以预先组装在诸
如盒式壳体的机?#21040;?#26500;中,而不用进一步检查。

优选地,首先将束成形器固定到盒式壳体上,并且然后朝向和远离束成形器平移
准?#24065;牽?#30452;到到达正确位置。

随后,优选地执行与光源的对齐,光源进而优选地安装在印刷电路(PCB)上。

优选地,源安装在其上的PCB也垂直于由底架限定的安装基部。优选地,源的PCB和
传感器的PCB互相平行,并排?#24615;?#20132;错的平面上。

为了正确地执行照明装置与接收装置之间的对齐以便针对离线性阅读器尽可能
大的距离范围使后者的视场大体上重叠在由前者发射的光束限定的线上,优选的是主动地
执行这些装置之间的对齐。通过保持接收装置固定,而根据需要相对于接收装置旋转照明
装置来有利地执行该对齐。

可以借助于盒式壳体外部的装置,如外部3D操纵器,借助于盒式壳体本身的适当
的配置(其可以借助于外部操纵器再?#25105;?#21160;,但是由于其几何结构在底架上滑动和/或旋
转)执行围绕一个或多个轴线的这种旋转,从而使对齐更简单。

更优选地,所述照明装置包括盒式壳体,所述盒式壳体包括所述准?#24065;?#21644;所述束
成形器,所述盒式壳体包括该盒式壳体以其固定到所述底架上的至少一个安装壁,所述安
装壁接触所述安装基部,并且具?#24615;?#35768;围绕至少一个笛卡尔轴旋转所述盒式壳体的几何结
构。

甚至更优选地,所述底架包括适合于与所述盒式壳体的安装壁的所述几何结构结
合的基座。

在此实施例中,在安装期间,盒式壳体靠在底架的安装基部上,但不固定到其上。
盒式壳体的壁的几何结构使得由于壁本身的特定几何结构该盒式壳体本身可以在安装基
部上容易地旋转或滑动。

例如,几何结构包括突起,例如,帽,其形状结合到实现在安装基部中的凹陷,例
如,基座。突起的壁与凹陷的壁之间的相互滑动允许整个盒式壳体所需的旋转。

替代地,“突起”几何结构存在于底架的安装基部中,而凹陷或基座实现在盒式壳
体中,并且更精确地实现在其壁中的一个上。上述相同形状结合允许必要的旋转。

甚至更优选地,所述安装壁具?#24615;?#35768;所述盒式壳体围绕互相垂直的至少两个笛卡
尔轴线旋转的几何结构。

在实施例中,可以借助包括照明装置的光组的盒式壳体的壁的适合的几何结构来
获得这种旋转。甚至更优选地,所述安装壁设置有面向所述底架的所述安装基部的凸形或
凹形形状。

具有面向安装基部的凸形或凹形形状的所述壁允许围?#30772;?#34892;和垂直于安装平面
的照明装置的各种轴线的更简单旋转。

凸形或凹形形状可以是单的或双的;例如,根据希望围绕其获得盒式壳体的潜在
旋转的笛卡尔轴线的数量,所述壁可以包括圆柱壳的一部分(在单个方向上成凸形或凹形)
或球形表面的一部分(在两个方向上成凸形或凹形)。

进而,底架包括互补的凸形或凹形基座:在盒式壳体具有朝向安装平面凸起的壁
如突出的球形壁的情况下;基座可以例如包括用于使球面停留和旋转的环。替代地,底架可
以包括凹陷或基座形式的球形壁,其以这样的方式配置:从盒式壳体突伸出的球形表面的
壁在底架上的凹陷的球形表面的壁上滑动。

优选地,所述盒式壳体包括两个轴向相对的球形帽。

更优选地,这两个球形帽是同一球面的部分,即,它们是单个球面的部分,并且因
?#21496;?#26377;相同的中心。这两个球形?#21271;?#23481;纳在例如实现在底架上的具有几何匹配形状的对应
基座中。

优选地,底架包括压缩元件,所述压缩元件接触一个所述球形帽,以抵靠基座压缩
帽,以便防止相互滑动。

优选地,底架包括这样的元件,?#22791;?#20803;件被固定到底架的剩余部分上时,将帽压缩
在基座上,以便帽不再可能在基座中旋转,并将照明装置“封锁(blocked)”在选定的位置
中。

这种元件可以是例如盖状物(cover),其插在从底架延伸的突出或突起中,并且然
后固定。更优选地,在固定之后,盖状物和基部大体上互相平行。

优选地,接触的元件的表面,例如,(多个)球形帽的表面和基座或盖状物的表面,
是粗糙的,以便当这些表面一个在另一个上滑动时存在相对高的摩擦。

优选地,所述盒式壳体包括匹配所述底架中的两个对应的凹形基座的两个球形
帽。

例如,盖状物同样包括具有匹配一个帽的几何形状的基座,以执行围绕?#25105;?#31515;卡
尔轴的简单旋转。

有利地,所述底架包括集成的插孔,以容纳所述接收装置的所述光组。

在一个实施例中,所述底架包括集成的插孔,以容纳接收装置的光组。然后可以例
如容纳在盒式壳体中的所述光组被插入在所述壳体中并牢固地安装在底架上。

在照明装置与接收装置之间的上述主动对齐中,后者因此保持牢固地“静止”在由
底架限定的参?#35745;?#38754;(安装平面)上。

更优选地,所述插?#35013;?#25324;弹性材料的环或套管,该环或套管接触从所述传感器面
向外的所述光组的末端中的一个。

当在与底架本身一体形成的插孔内滑动接收装置的光组的盒式壳体(例如,其由
与底架相同的金属制成)时,由于两个组件之间的摩擦,可能形成?#39029;?#25110;其他残留物。所述
残留物可以潜在地接触位于插孔底部处的线性传感器的表面。为了防止插孔中(并且优选
地在其面向传感器的一个端部处)的这种沉积,存在用作用于由光组的盒式壳体的壁与插
孔的壁的摩擦产生的任何颗粒的垫圈的环(如橡胶环),从而阻?#20849;?#30041;物并防止它落在线性
传感器上。

代替环,优选地,接收装置具?#24615;?#20256;感器周围的内壁,其被弹性套管覆盖。

优选地,套管覆盖插孔的内壁的大部分,并且是弹性的和黑色的。

在所述第二方面中,本发明涉及一种相对于照明装置主动对齐接收装置或相对于
接收装置主动对齐照明装置的方法。

这种方法应用到线性传感器,并且更通常地还应用到具有适合于读取二维光学信
息的矩阵传感器的阅读器。所述方法允许具有非常高的精确度。例如,在上述线性阅读器的
情况下,假设投影的光线尺寸相对于阅读器的视场减小,可见可以当前技术实现的机械容
差如何不足以对齐照明装置和接收这两个装置以使视场和光线按需要重叠。

在所述第二方面中,本发明涉及主动对齐包括传感器的接收装置和包括适合于发
射光束的至少一个光源的照明装置的方法,所述方法包括:

-组装所述接收装置;

-将所述接收装置稳定地固定到底架上;

-使所述照明装置的光组相对于所述光源主动对齐;

-将所述照明装置的所述光组固定地连接到所述光源;

-使所述照明装置相对于所述接收装置主动对齐;并且

-将所述照明装置稳定地固定到所述底架上。

在光学信息的阅读器中,希望获得借助于照明装置的光组获得的光线与接收装置
的视场之间的对齐。

然而考虑到构造容差,实?#26159;?#20917;可能呈现出三类误差:

1)偏移:光线未叠加在传感器看到的光线上。当照明装置的光学平面不平行于接
收装置的光学平面时产生偏移。

照明装置的光学平面被定义为由照明装置的光学轴线和在垂直于束传播的方向
上由照明装置发射的束的主要取向方向产生的平面。其大体上上是照明装置发射的光束位
于首次近似的平面。

类似地,接收装置的光学平面被定义为由接收装置的光学轴线和沿纵向截面的接
收装置的工作场的主要取向方向产生的平面。其大体上是工作场位于初次近似的平面。

如果两个平面彼此成角度并?#20063;?#24179;?#24615;?#20135;生偏移误差,特别是由两个平面的交叉
限定的直线大体上垂直于两个装置的光学轴线。例如,在根据本发明第一方面的上述成像
器型线性阅读器的情况下,优选的是获得两个平面之间的小于±0.1°的角,而在不主动对
齐的情况下机械容差允许达到大约±3.5°的精度。

2)倾?#20445;和?#26679;在此情况下,由照明装置限定的光学平面相对于由接收装置限定的
光学平面旋转。在此情况下,由两个平面的交叉限定的直线大体上平行于两个装置的光学
轴线。

例如,在根据本发明第一方面的上述成像器型线性阅读器的情况下,优选的是获
得两个平面之间的小于±0.1°的角,而在不主动对齐的情况下机械容差允许达到大约±
1.5°的精度。

3)散焦:光线?#32469;?#26395;的厚并?#20063;?#28165;晰。这在光源相对于准?#24065;?#20301;于错误的距离处
或者相对于束成形器旋转时产生。换句话说,光的主取向方向与束成形器沿其延伸准?#24065;?br />输出处的准直束的轴线的方向不一致。

例如,在根据本发明第一方面的上述成像器型线性阅读器的情况下,优选的是获
得相对于光源的准?#24065;?#20301;置的小于±10μm的误差(相对短的焦距的结果)以及小于±1°的
旋转误差,这些误差仅可通过主动对齐实现。

因此,申请人已经确定,类似的要求的容差可以借助于接收装置和照明装置的主
动对齐(包括,例如,本发明第一方面中所述的成像器型线性阅读器)?#35789;?#29616;。

所提出的对齐的解决方案利用选择的光学结构的特性,以尽可能地减少需要主动
调整的参数的数量。

在下面解释光学装置中的一些组件的“主动”对齐与“被动”对齐之间的差异。在当
前说明书和权利要求书中,被动对齐定义为仅基于包括光学装置的组件的机械接口对齐,
连同它们的容差。另一方面,当基于组装?#38181;?#26399;间的对齐质量的一个或多个参数的评估时,
对齐称为是主动对齐,其提供组件之间的相对移动。评估可以借助于仪器进行,也就是?#21040;?br />助于特别设计的测量仪器自动进行,或手动(例如视觉),或手动并同时借助于仪器进行。

接收装置在根据本发明的方法的第一?#38181;?#20013;组装。接收装置优选地具有用于正确
地接收信号以在传感器上正确地形成光学信息图像的光组。所述光组被动地对齐,然后组
装在例如盒式壳体中。

然后所述盒式壳体附接到底架上,例如,成像器型线性阅读器的底架,将底架和接
收装置的光组便成单个块,其在随后的主动对齐中用作参照系。在?#31169;锥?#20013;,传感器的接收
装置的光组对齐。

替代地,接收装置的盒式壳体是底架本身的集成部分。因此,当接收装置的盒式壳
体集成到底架上时还执行“永久固定”步骤。

然后组装照明装置的光组。这种对齐是被动的。优选地,照明装置的光组也被插在
盒式壳体中。替代地,仅部分光学器件的对齐是被动的,并且其余的是主动的。

然后在组装的光学器件与例如安装在PCB上的光源之间进行的对齐优选地是主动
的。

替代地,在主动对齐步骤中一起执行照明装置的光组的对齐和光源的对齐。

在对齐之后,例如,通过将?#24615;?#20256;感器的PCB固定到包含光学器件的盒式壳体上来
使照明装置的光组和光源彼此连接。

优选地,光组被粘合到盒式壳体上,光源被焊接到PCB上,然后将PCB固定到盒式壳
体的端部上。

然后通过放置照明装置并相对于接收装置对齐照明装置进行主动对齐的第二阶
段,同时打开两个装置并操作,以允许监测这些装置之间的对齐质量。

在已经实?#33267;似?#26395;的对齐之后,照明装置也永久地固定到底架上。

通过保持接收装置固定使照明装置相对于接收装置光学对齐并连接到底架上的
选择是照明装置的尺寸相对于接收装置减小的结果,因此更容易管理照明装置相对于接收
装置的旋转和移动。此外,相对于接收装置在照明装置打开的同?#24065;?#21160;它更简单,因为照明
装置具有比接收装置简单的电子接口。

有利地,照明装置相对于接收装置的主动对齐包括旋转照明装置。通过容纳照明
装置的光组的优选结构(例如,盒式壳体)形状有助于检查照明装置的角位置。特别地,被机
械接合到包括接收成像系统的底架上的所述结构的底部表面优选地不是平的而是弯曲的,
以有助于它们自己的旋转。更优选地,基座实现在底架的安装基部中,以实现用于使为了旋
转而设置有特别设计的几何结构的结构滑动的形状耦接(shape coupling)。类似地,基座
可以实现在容纳光学器件的结构中,并且可以在底架的安装基部中建立用于旋转的几何结
构。

在第二方面中,本发明可以具有一个或多个以下优选特征,无论是组合或是替代
性的。

优选地,组装所述接收装置并将所述接收装置永久地附接在底架上包括:

-将所述传感器安装在集成电路上;

-将所述集成电路固定到所述底架上;

-将所述接收装置的光组安装在盒式壳体中;并且

-将所述盒式壳体固定到所述底架上;

所述接收装置的光组被认为是可以在特定位置固定到底架上的“模块?#34180;?#20248;选地,
借助于被动对齐组装盒式壳体内的光组。在不同的实施例中,接收装置的盒式壳体集成到
底架上。

更优选地,将所述接收装置的所述盒式壳体固定到所述底架上包括:

-通过沿平移方向移动所述盒式壳体,使所述盒式壳体主动对齐到所述传感器。

优选地,传感器固定到安装在底架上的PCB上。然后将接收装置的光学器件组装在
也安装在底架上的盒式壳体上。一旦传感器被固定,优选地在组装期间进行盒式壳体相对
于传感器的主动对齐,并且优选地包含接收光学器件的盒式壳体的移动仅是平移。

借助于PCB将传感器,例如优选地线性传感器,固定到底架上。

更优选地,将所述接收装置的光组安装在盒式壳体中并将所述盒式壳体固定到所
述底架上包括将所述盒式壳体插在集成实现在所述底架中的插孔中。

因此,盒式壳体-传感器在主动对齐期间的平移移动是盒式壳体在插孔内的“往
复?#24065;?#21160;(主动控制盒式壳体内的光组与传感器之间的距离)。

优选实施例允许通过将底架插入到适当地实现在底架本身上的插孔中使接收装
置附接到底架上,从而使结合简单快速。

有利地,所述照明装置的所述光组相对于所述光源的主动对齐包括:

-将所述照明装置的所述光组组装在盒式壳体中;

-将所述光源安装在印刷电路上;以及

-相对于所述盒式壳体平移或旋转所述印刷电路,以使所述照明装置的所述光组
相对于所述光源主动对齐。

优选地,例如,通过相对于照明装置的光组的透镜移动光源附接在其上的PCB,主
动地进行包括照明装置的光组的光学装置(例如,透镜)相对于光源的对齐。例如,可以通过
相对于底架的安装基部中的轴线以及垂直于其的轴线(Z和Y)执行平移来进行所述对齐。此
外,所述对齐可以包括围绕安装基部中的轴线旋转(绕Z轴旋转)。这种类型的对齐纠正了散
焦的问题以及部分纠正了偏移的问题,还补偿了由于缺乏对封装内的光源位置的控制而造
成的误差。优选地,通过相对于照明装置的光组移动光源附接到其上的PCB执行对齐。

优选地,照明装置的所述光组包括束成形器和准?#24065;牽?#20854;设置?#24615;?#26412;发明第一方
面中所述的一个或多个特征。

优选地,所述光组包括准?#24065;?#21644;束成形器,并且其中,相对于所述光源主动对齐所
述照明装置的所述光组包括:

-将所述束成形器安装并固定在盒式壳体中;

-将所述准?#24065;?#25554;入所述盒式壳体内;

-将所述光源安装在印刷电?#20998;校?#24182;且

-相对于所述盒式壳体平移或旋转所述印刷电路,并平移或旋转所述准?#24065;牽?#20197;使
所述照明装置的所述光组相对于所述光源主动对齐。

?#28304;?#26041;式,主动对齐是光组和光源的组件的主动对齐。

优选地,所述照明装置相对于所述接收装置的主动对齐包括:

-使所述照明装置的光组与所述光源作为一个单元相对于所述接收装置旋转。

更优选地,所述照明装置的所述光组的旋转包括:

-围绕属于所述底架的安装基部的第一轴线旋转所述照明装置的所述光组,和/或

-围绕大体上垂直于所述第一轴线的属于所述底架的安装基部的第二轴线旋转所
述照明装置的所述光组。

优选地,通过围绕安装基部中的两条轴线相对于接收装置旋转照明装置,并且更
优选地不需要平移移动,来进行照明装置相对于接收装置的对齐。这个步骤校正要求线的
厚度比得上阅读器的视场所固有的残留倾斜和偏移的问题。

根据所述第三方面,本发明涉及一种主动对齐包括传感器的接收装置和包括至少
一个非相干光源的照明装置的方法,所述方法包括:

-组装所述照明装置;

-将所述照明装置永久地固定在底架上;

-使所述接收装置的光组相对于所述传感器主动对齐;

-使所述接收装置的所述光组连接到所述传感器上;

-使所述接收装置相对于所述照明装置主动对齐;并且

-将所述接收装置永久地固定在底架上。

替代地,根据本发明第二方面中的上述方法的主动对齐可以通过先将照明装置附
接到底架上并且然后相对于固定的照明装置移动接收装置使它与接收装置主动对齐来进
行。

这种主动对齐适合于使参考本发明第二方面解释和例示的偏移、倾斜和散焦的误
差最小化。

照明装置在根据本发明的方法的第一?#38181;?#20013;组装。

例如,首先组装照明装置的光组。这种对齐是被动的。优选地,照明装置的光组插
在盒式壳体中。

然后在组装在盒式壳体中的光学器件与例如安装在PCB上的光源之间进行的对齐
优选地是主动的。

在对齐之后,例如,通过将?#24615;?#20256;感器的PCB固定到包含光学器件的盒式壳体上,
使照明装置的光组和光源彼此连接。

?#28304;?#26041;式组装的照明装置然后安装到底架上,例如,成像器型线性阅读器的底架,
将底架和照明装置组装成单个单元,其在随后的主动对齐中用作参照系。例如,照明装置可
以粘合到底架上。

优选地,接收装置具有用于正确地接收信号以在传感器上正确地形成光学信息图
像的光组。所述光组被动地对齐,然后也组装在例如盒式壳体中。

然后所述盒式壳体连接到例如也安装在PCB上的线性传感器。

然后通过放置接收装置并相对于照明装置对齐接收装置进行主动对齐的第二阶
段,同时打开两个装置并操作,以允许监测这些装置之间的对齐的质量。

在已经实?#33267;似?#26395;的对齐之后,接收装置也永久地固定到底架上。

通过容纳接收装置的光组的结构的形状有助于检查照明装置的角位置。特别地,
机械接合到底架上的所述结构的底部表面优选地不是平的,而是弯曲的,以有助于它们自
己的旋转。更优选地,插?#36164;?#29616;在底架的安装基部中,以实现用于使设置有特别设计的几何
结构以便旋转的结构滑动的形状连接。类似地,插孔可以实现在容纳光学器件的结构中,并
且可以在底架的安装基部中建立用于旋转的几何结构。

根据第四方面,本发明涉及一种成像器型线性光学信息阅读器,所述阅读器包括:

-接收装置,其包括线性传感器和光组,所述光组限定光学接收轴线和视场,所述
视场具有横截面,所述横截面具有主要尺寸和?#25105;?#23610;寸;

-照明装置,其包括至少一个非相干光源和光组,所述光组限定光学照明轴线,并
适合于发射光束;

其特征在于

-所述光学接收轴线和所述光学照明轴线大体上是共面的;

-所述照明装置的所述光组包括在所述光束的传播方向上在所述光源下游顺序布
置的:

ο准?#24065;牽?#20854;适合于在其输出处发射准直光束,?#31859;?#30452;光束的位于大体上垂直于传
播方向的平面中的横截面具有主要尺寸和?#25105;?#23610;寸,以及

ο束成形器,其适合于在输出处发射成形准直光束,该成形准直光束的位于大体上
垂直于传播方向的平面中的横截面具有主要尺寸和?#25105;?#23610;寸,并且适合于使所述主要尺寸
大体上平行于所述视场的所述主要尺寸,以建立成形准直光束,在距离所述照明装置的输
出500mm的距离处所述?#25105;?#23610;寸小于15mm。

根据本发明第四方面的成像器型线性阅读器被配置为,在距离照明装置的输出为
半米的距离处,发射具有小于15mm,并且优选小于6mm的最大厚度的光“带?#34180;?#20809;带的厚度的
被计算为在大体上垂直于光束本身的传播方向的平面中的束的横截面中的发射束的半值
全宽(FWHM)。由在垂直于其厚度的横截面中的光束带限定的第二方向优选地具有比其厚度
大得多的尺寸。

根据第四方面,本发明涉及一种基于成像技术的光学信息线性阅读器,其包括两
个主要的子系?#24120;?#22522;于线性成像传感器的接收装置以及包括非相干光源的照明装置。这两
个接收和照明装置的组装在下文中称为图像捕捉装置或模块。

优选地,照明装置的输出在光束传播方向上大体上与束成形器的外部表面一致。

除了线性传感器之外,接收装置包括由一个或多个透镜并且优选地由矩形孔径组
成的接收光学器件(光组)。所述光学器件确定用于读取的视场以及视野深度。

视场具有大体上矩形的横截面,其限定主要尺寸和?#25105;?#23610;寸,优选地,两个尺寸中
的一个明显地大于另一个。

照明装置包括非相干源和适合的光组,所述光组能够投射具有希望的“薄的”光线
形状的光束。

所述线的形状被设计为照亮整个线性传感器。换句话说,根据使用的传感器的类
型,希望差不多大量的光到达传感器的所有光敏元件。因此,在实施线性传感器例如如包括
单行光敏元件(像素)的阵列的情况下,希望从照明装置发射的光线“命中”每个像素,其暗
示着光线必须与视场的主要方向一样长或者比其长,而光线的厚度也可以小于视场的厚
度,其?#24615;?#36825;个实施例的情况下视场由单个像素确定。

为了获得薄光线,其厚度,也就是说其?#25105;?#23610;寸优选地要“小?#34180;?#20026;了获得这个,由
成像器型线性阅读器中的照明装置发射的光束沿轴线的散度优选地大体上相当于激光系
统的散度,并且适合于使线在所有距离处看起来都是“薄的?#34180;?br />

因此,在垂直于传播方向的平面的横截面中,由照明装置发射的这个光束是“矩
形”的,其具有大于另一尺寸的一个尺寸,并且特别是大于至少一个数?#32771;丁?#27492;外,光束在主
要尺寸上是发散的;而在?#25105;?#23610;寸上,如上所述,散度优选地是相当小的。?#28304;?#26041;式,获得大
体上平面的束,其沿整个希望的读取深度是相当薄的。

光线的厚度与接收视场之间的比率随着距离的增加而减小,直到对于大于给定值
的距离大体上变成一,所述距离例如是距线性阅读器的输出(也就是说距照明装置的输出,
其优选地与光束传播方向中的一个方向上的束成形器的最外表面一致)大于50cm的距离。
假定所述比率的值很小,则有必要考虑接收装置与照明装置之间的对齐的问题。

但是,同时本发明中的成像器型线性阅读器是紧凑的阅读器,因此子组件的总数
量必须优选地保持得尽可能小,这也将可接受的错位?#26723;?#21040;最小。

为此,本发明的成像器型线性阅读器优选地包括照明装置中的光组,而没有?#24213;印?br />

为了获得良好的对齐度,上述照明和接收两个装置以使得所述光学接收轴线和所
述光学照明轴线共面的方式排列。如下文所述,照明装置的光组在其输出处附加地产生束,
该束在垂直于传播方向的截面中具有大体上平行于视场的主要尺寸的主要尺寸。例如,视
场和光线在垂直于束传播方向的横截面中限定两个大体上平行的矩形。

例如,在接收装置和照明装置两者?#21450;?#35013;在一个阅读器底架上的情况下,这两个
装置优选地并列,并且它们相应的光学轴线在距离底架的安装基部相同的高度处。

照明装置的结构必须是满足不同需求的结构。事实上,就像前面提到的,希望阅读
器是紧凑的,这意味着包括照明光学器件的各个元件的实?#39135;?#23544;存在有物理限制。为了是
紧凑的,照明装置的光组优选地设置有具有短焦距的若干小尺寸透镜,并且光源本身优选
地具有小尺寸。

但是,同时,本发明中的成像器型线性阅读器优选地在收集和重新分配由光源发
射的功?#36866;?#26159;有效率的,这进而暗示着照明装置的光组优选地包括具有短焦距和高数值孔
径的大尺寸透镜,并且光源应?#26412;?#26377;减小的尺寸。

在光束的至少一个方向上形成由照明装置产生的光线或光带的低散度约束将进
而要求使用具有长焦距的一个或多个透镜。例如,为了在距离照明装置的输出500mm的距离
处获得由照明装置产生的等于或小于15mm的光束的厚度并且利用具有尺寸为500μm x 500
μm的发射面积的LED作为光源,光学照明组的焦距必须是至少16mm。此外,投影线清晰度的
要求(减少的畸变)将要求使用包括具有低数值孔径的若干透镜的光组,并且此外,所述透
镜将需要远大于光源。

根据本发明的第四方面,为了平衡所有这些需求,照明装置的光组包括以下特征:

A.准?#24065;恰?#22312;当前背景中,准?#24065;?#34987;限定为适合于接收输入光束(如由本发明中的
阅读器的非相干光源发射的光束)并且在垂直于光束本身的传播方向的至少一个方向上发
射准直的输出束的一个或多个光学元件的组装件。准?#24065;?#36866;合于收集由非相干光源发射的
功?#21097;?#22312;沿至少一个方向上的过程中使其准直,从而投射源本身的图像。因为源是“矩形
的?#20445;?#25152;以图像本身优选地将是矩形的,使得准直束将在相对于垂直方向的方向上具有主要
尺寸或主尺寸。准?#24065;?#30340;尺寸优选地受源自于结构的机械约束限制,该结构如前所述必须
是紧凑的。因此,为了实现高效?#21097;?#26681;据优选实施例,准?#24065;?#24517;须优选地非常接近光源放置。
平衡效率的要求和期望的焦距,那么可以确定准?#24065;?#30340;厚度。为?#21496;?#21487;能多地限制畸变,在
优选实施例中,准?#24065;?#30340;表面是非球面的,诸如透镜中的非球面。

B.束成形器(或束形成器)。它以这样的方式重新分配由准?#24065;?#25910;集的功?#21097;?#22312;一
个方向上创建具有期望的散度的均匀光线。换句话说,束成形器以这样的方式?#35789;?#26045;:使得
被准?#24065;?#20934;直的穿过该束成形器的光束大体上平行于预定方向,所述方向平行于视场的主
要方向。因此,被准?#24065;?#20934;直的束通过穿过束成形器而在视场的主要方向上“变宽?#20445;?#22240;此重
新分配功率。束成形器优选地包括竖直不变的两个自由形式的表面(由多项方程式描述)。

在本发明的一个实施例中,两个光学装置,准?#24065;?#21644;束成形器,可以是单个光学元
件的部分,也就是说,照明装置的光组可以通过单个元件实施为单件,其中,用于光束的一
个输入或输出面或表面具有准?#24065;?#30340;功能,并?#19994;?#20108;输入或输出面或表面具有束成形器的
功能。

在这个“单个元件”实施例中,输入表面优选地属于执行束成形器功能的部分,而
输出表面属于执行准?#24065;?#21151;能的部分。

替代地,输入表面优选地属于实施准?#24065;?#21151;能的部分,而输出表面属于实施束成
形器的部分。根据一种变体,输入表面和输出表面两者都具有准?#24065;?#21644;束成形器的双重功
能。

在替代实施例中,束成形器和准?#24065;?#26159;两个功能不同且独立的装置,或者功能不
同但例如借助于不旋光的机械组件彼此连接的装置。每一个可以包括单个光学元件或若干
元件,如下文所述。例如,准?#24065;?和/或束成形器)可以实施为单个透镜或实施为透镜的组
合。

此外,还是在这个实施例中,束成形器和准?#24065;?#22312;光束传播方向上的具体排列顺
序是?#25105;?#30340;,并且取决于根据本发明的线性阅读器的具体实施?#25442;?#21477;话说,准?#24065;?#21487;以首先
放置在光源的下?#31283;?#21518;是束成形器,或者首先是束成形器并且然后是准?#24065;恰?#22240;此,光学元
件被列出的顺序不是强制性的;所以两个元件可以互换。

根据所有以上实施例,照明装置的输出处的光束是被准直并且成形的束,其在大
体上垂直于传播方向的平面中的横截面具有主要尺寸和?#25105;?#23610;寸,其中所述主要尺寸大体
上平行于接收装置的视场的主要尺寸,并且?#25105;?#23610;寸在距所述照明装置的输出等于500mm
的距离处具有小于15mm的尺寸。

优选地,准?#24065;?#21644;束成形器?#21450;?#25324;针对光源的波长的抗反射涂层,从而使由于结
构内部的反射造成的损失最小。

优选地,除了准?#24065;?#21644;束成形器之外,照明装置的光组不包括作用在由源发射的
束上的任何其他光学元件。因此,仅使用两个光学装置限制了光组本身的总体积。更优选
地,准?#24065;?#21253;括单个透镜和/或束成形器包括单个透镜。更优选地,照明装置的光组仅包括
两个元件或透镜;第一个具有准?#24065;?#21151;能,并?#19994;?#20108;个具有束成形器功能。

此外,所述光组优选地由于所使用的球形表面而允许在减小的空间中具有良好的
准直并且由于准?#24065;?#25509;近光源而允许具有收集发射的功率的良好效率。同时,由于专用于
此目的束成形器的存在,照明装置的光组优选地允许足够的自由度以获得均匀的光线。

此外,由源发射的光束的准直问题与光线的形成问题之间的分离(分别通过两个
独立的光学装置,准?#24065;?#21644;束成形器来解决)增加了可用?#35789;?#26045;线性阅读器的自由度,同时
使照明装置的光组对抗准?#24065;?#21644;束成形器的相对放置问题(因为束被准直,对两个透镜之
间的距离存在低灵敏度,这在组装光组时是有利的)。

优选地,准?#24065;?#36866;合于在至少一个方向上以小于1.5°半值的散度发射准直光束。

光束在垂直于传播方向的平面中的横截面中的?#25105;?#23610;寸的散度(其对于准?#24065;?#30340;
优选配置小于1.5°半值)如下计算。

光束在给定方向上的散度通过测?#23458;?#24433;线的尺寸来计算。

考虑到在要计算散度的方向上的投影线的尺寸和发射表面(被理解为光学投影系
统的最后表面,也就是说,光从其有效地发射出的表面;在该情况下为在束成形器的输出处
的准直和成形的光束的尺寸)的尺寸,存在两种可能的情况:

·投射的光束在?#25105;?#36317;离处具有大于发射面(s)的尺寸(a)。该情况在所附的图
15a中表示出。

·存在距投影系统的某一距离,在该距离处线的高度(a)与发射面(s)的高度相
同。该情况在所附的图15b中表示出。

用于测量在图15a和图15b中表示为θ的散度角的方法如下:

·针对至少两个距离(p)测?#23458;?#24433;线的尺寸(a)。所述尺寸定义为光线的曲线的
FWHM(半峰全宽)。

·通过线性回归计算内插所有测量的成对值(p,a/2)的直线的方程。所述直线的
方程是a/2=m·p+q;

计算散度角θ=arctan(m)。

?#28304;?#26041;式计算的散度角称为半值(half-amplitude),因为它是连接投影线和发射
源的两条直线包围的总的角度的一半。

上述方法用来计算由本发明的线性阅读器中的准?#24065;?#20135;生的散度。通过上述方法
定义并计算光束在垂直于传播方向的平面中的截面的?#25105;?#23610;寸的优选的散度值小于1.5°
半值。?#25105;?#23610;寸也被称为“竖直”尺寸。可以理解,在当前背景中使用的术语竖直的或水平
的,不?#20174;?#38405;读器在其使用期间的空间中的实际位置,该位置可以是?#25105;?#30340;。

因此,根据本发明,准?#24065;?#34987;设计为获得期望的竖直散度,也就是说,使得光线的
厚度是“薄的?#20445;?#26463;成形器被设计为使光线的强度均衡并且在水平方向上(也就是说在平行
于传感器视场的主要尺寸的方向上)获得期望的角幅度。

此外,即使在准?#24065;?#30340;光组的输出处光束的尺寸强烈地取决于光束在厚度方向上
的散度(其是准?#24065;?#30340;实施?#38468;?#30340;结果),优选的是准?#24065;?#36824;在垂直于?#25105;?#23610;寸的方向的方
向(水平方向)上执?#24615;?#21457;射的光束的准直。事实上,在主要或水平方向上的准直允许通过
束成形器收集更大量的功?#21097;?#24182;因此在照明装置的光组的输出处提供更大功率的光束。为
了在不沿主要方向准直束的情况下在输出处也获得相同的功?#21097;?#23558;有必要具有大尺寸的束
成形器,其与此情况下需要减小线性阅读器的尺寸不兼容。

在这个第四方面中,本发明可以提供一个或多个优选特征,无论组合或替代已经
相对于本发明的第一方面列出的特征。相对于第一方面详细说明的所有特征也可应用到第
四方面。

另外,优选地,所述准?#24065;?#36866;合于在输出处发射在?#25105;?#23610;寸上具有小于1.5°半值
的散度的准直光束。

更优选地,所述准?#24065;?#36866;合于在输出处发射在?#25105;?#23610;寸上具有小于1°半值的散度
的准直光束。

如前所述,希望获得非常薄的发射光带。

附图说明

根据具体实施方式参考附图,本发明的这些和附加的优点将变得更明显,在附图
中:

图1是根据本发明实施的线性阅读器的组件的透视图;

图2是自图1中的线性阅读器的组件的顶部观看的横截面图;

图3a和图3b分别是自图1中的线性阅读器的照明装置的顶部观看的横截面侧视图
和横截面图;

图4是在操作期间的图1和图2中的组件的侧视图;

图5是可以借助于本发明的方法获得的发射束与视场之间的理想对齐的示意表
示;

图6是可以借助于本发明的方法解决的第一对齐误差的示意图;

图7是类似于图4的视图,以示出图6中的误差的原因;

图8是可以借助于本发明的方法解决的第二对齐误差的示意图;

图9是可以借助于本发明的方法解决的第三对齐误差的示意图;

图10是本发明的方法中的?#38181;?#30340;透视图;

图11表示本发明的方法中的附加?#38181;?#30340;横截面侧视图;

图12表示根据本发明的方法中的附加?#38181;危?br />

图13a表示根据本发明实施的线性阅读器的优选实施例的透视图;

图13b表示根据本发明实施的线性阅读器的附加优选实施例的透视图;

图14a是光源的尺寸、焦距与光线的尺寸之间的关系的示意图;

图14b和图14c表示在距准?#24065;?#30340;距离等于半?#29366;?#30001;照明装置发射的光束的厚度
分别关于光源的尺寸和关于准?#24065;?#25110;散度角的焦距的两个绘图;

图15a、图15b示意性地表示必须应用在本发明中以便计算由光源发射的光束的散
度的方法;

图16a示意性地表示自根据本发明实施的阅读器的接收装置的工作场(working
field)的顶部观看的视图;

图16b示意性地表示图16a中的工作场的横截面;

图17a示意性地表示自根据本发明实施的阅读器的照明装置发射的光束的顶部观
看的视图;

图17b示意性地表示图17a中的光束的横截面;

图18是根据本发明实施的线性阅读器的组件的第二实施例的透视图;

图19是在移除元件的情况下自图18中的线性阅读器的组件的顶部观看的立体图;

图20是图18和图19的线性阅读器的组件中的进一步移除的元件的透视图:

图21是在操作期间自图18至图20中的线性阅读器的组件的顶部观看的横截面图;

图22a和图22b是图18至图21的线性阅读器的照明装置的正横截面图和侧横截面
图;

图23是自图22a和图22b的照明装置的后面观看的透视图;

图24是图18至图21的线性阅读器的接收装置的透视截面图;以及

图25是在移除图18至图21的线性阅读器的组件的元件的情况下自后面观看的透
视图。

具体实施方式

根据其两个优选实施例,根据本发明的成像器型线性阅读器在图13a和图13b中表
示为1。阅读器优选地适合于被使用者持有并使用,以便阅读在图13a中由呈现在诸如产品
包装的衬底S上的一维光学代码例示的光学信息。但是,阅读器也可以具有另一种类型,例
如,安装在移动或固定的自动设备上的类型。

参见图2和图18,阅读器1包括接收装置2、2′,接收装置进而包括?#36816;?#24207;布置形式
的传感器4或光敏元件的线性阵列,该光敏元件能够从光学信号(也就是说,由衬底S发射的
光R)开始产生电信号,其通过存在的图形化元素调制,并且特别是通过代码或其他光学信
息C来调制。

接收装置2、2′进一步包括图像接收光学器件5、5′,其能够在传感器4上形成包含
光学信息C的衬底S或其区域的充分聚焦的图像。

阅读器1进一步包括照明装置6、6′,该照明装置包括光源18、18′和光组11、11′,该
光组适合于朝向衬底S投射光束T。

接收装置2、2′和照明装置6、6′形成被称为图像捕捉装置的模块,其在图1、图2、图
4和图7的第一实施例3中和图18至图25的第二实施例3′中示出。

阅读器1进一步包括处理和/或控制装置,其未在图中描绘出,该处理和/或控制装
置能够从由图像捕捉装置3、3′捕获的图像或其一部?#31181;?#25552;取信息内容,例如,解码代码C,
而?#19968;?#25511;制阅读器1的其他组件。

处理和/或控制装置本身是现有技术中所熟知的,并且包括用于处理由线性传感
器4发射的信号的硬件和/或软件,诸如,滤波器、放大器、取样器和/或量化器、重建模块和/
或光学编码解码器(包括用于潜在代码的查?#20918;懟?#29992;于与该潜在代码相关的任何类型的未
?#29992;?#20449;息的查?#20918;?、光学?#22336;?#35782;别模块等。

获取和/或处理的图像、以及阅读器1的编程代码、处理参数的值和所述查?#20918;?#36890;
常以数?#20013;?#24335;储存在阅读器1中的至少一个潜在地可移除的随机和/或大容?#30475;?#20648;器器件
(也未描绘出)中。

阅读器1可以进一步包括通信装置或接口9(例如,存在于阅读器1的?#30452;?#30340;端部上
的多个触点(contact),其在图13a中不可见,或图13b中的天线),用于传输从阅读器1外部
获取的图像和/或信息内容和/或输入来源于外部源的用于阅读器1的配置数据。

阅读器1进一步包括至少一个输出装置10(例如,图13b中的屏幕),用于向使用者
?#20801;?#23383;母数字和/或图形信息结合例如阅读器1操作状态、读取的信息内容等,和/或用于显
示目前被传感器4捕捉的图像。替代地或另外,输出装置10可以包括打印机、语音合成器或
用于上述信息的其他输出装置。

阅读器1进一步包括手动输入装置41,例如,键盘或多个键或控制杆、箭头键、鼠
标、触摸板、触摸屏、语音命令装置等,(例如,参见图13b中的键盘),用于诸如用于配置阅读
器的输入控制和/或数据信号。

阅读器1进一步包括至少一个电源装置(在附图中未示出,图13a和图13b中的线性
阅读器1的这两个优选实施例中的电源通过电池供电,因此它们在其端部处具有连接器,该
连接器包含触点,当放置在专门设计的电池充电器桩(stand)上?#22791;?#35302;点用于对它们的内
部电池(未示出)进行充电,在附图中也未示出,但是现有技术中已知的),该电源装置用于
借助电池源或通过从电网或从外部装置获得电源信号来给各个组件提供适当水平的电压
和电流。

可以通过一个或多个处理器,特别是一个或多个微处理器或微控制器和/或?#33267;?br />或集成的电路组件?#35789;?#29616;处理和/或控制装置。

因此,上述阅读器1可以被实现为单个物体,由此各个组件可以被容纳在壳体7中,
该壳体具有适合于在例如移动站使用并且特别适合于由使用者持有以便读取光学信息的
形状和尺寸;所述外壳包括用于允许发射光T和接收光R通过的至少一个透明区域7a。此外,
外壳和/或一个或多个内部支撑件被布置为以相互预定义的配置支撑接收装置2、2′和照明
装置6、6′的组件。

反之亦然,输出装置10和/或手动输入装置41和/或处理和/或控制装置可以由计
算机至少部分地实施。

图1至图12以及图18至图25未描绘外壳7,仅呈?#33267;?#32447;性阅读器1的内部操作零件;
特别描绘了图像捕捉装置模块3、3′或其部分。

优选的是外壳7特别紧凑,这进而意味着模块3、3′必须特别紧凑。例如,优选的是
模块3、3′具有小于或等于21mm X 15.5mm X 11.5mm或小于4cm3的尺寸。

虽然示意性地,但是图1和图2更详细地描绘了根据本发明的第一实施例的图像捕
捉装置模块3。

模块,如其名称所建议的,?#38405;?#22359;化方式实施,使得其可以通过将它简单地安装在
其外壳7内部而适用于最多样类型的阅读器。模块3的组装特别简单;例如,模块3可以设置
有用于将螺丝安装在外壳7上的孔42,以及用于将模块3电连接到阅读器1的接口连接器43。
例如,连接器43将电源传送到对其进行控制的模块3,并且传送输出信号,该输出信号可以
是由传感器4直接产生的电信号或处理之后的诸如二进制格式的信号。

如可以看到的,接收装置2和照明装置6都固定在模块3的底架30上,根据该底架定
义坐标系轴线。

例如,金属构建的底架30包括的安装基部(60),该安装基部定义被称为水平平面
的安装平面(X,Z)和被称为竖直轴线的垂直轴线Y,图像形成装置3被安装在该平面上,包括
接收装置2和照明装置6。

接收装置2包括线性传感器4(在图2中以横截面描绘),其包括例如光敏元件的阵
列,每个光敏元件供应电信号,该电信号的强度与其上的入射光成比例。

为了例证目的,图1和图2描绘矩形孔隙线性传感器4,其因?#21496;?#26377;主取向轴线。例
如,可以以CMOS或CCD技术实施传感器4。

例如,传感器是具有一个像素的高度和等于2500个矩形像素(每个像素具有5.25μ
m X 64μm的尺寸)的线性图像传感器。通常,线性传感器4具有主尺寸和?#25105;?#23610;寸。

优选地,线性传感器4被安装在印刷电路板或PCB 16上,该PCB板进而以线性传感
器4的主取向轴线大体上平行于平面(X,Z)的方式例如垂直于平面(X,Z)安装在底架30上。
在附图中,为了方便,所述主轴线被绘制为平行于X轴线。传感器相对于参?#35745;?#38754;(X,Z)的高
度被称为H(见图7)。

如前所述,接收装置2包括接收光学器件5,其被设计以在线性传感器4上形成包含
光学信息C的衬底S或其区域的图像。仅在图2中以整体?#20801;?#32780;从其他图中被移除的接收光
学器件5可以包括一个或多个透镜、一个或多个光圈、折射、反射或衍射光学元件,其是潜在
变形的,以便修改线性传感器4的有效形状因子(effective form factor)。

接收光学器件5优选地组装在诸如以金属构造的盒式壳体12中。底架30优选地包
括与底架30实施成一个整体的一体插孔31,盒式壳体12被插入在该一体插孔31中。当插入
时,盒式壳体12的远端12a中的一个面对PCB 16和传感器4。

此外,远端12a被插入在环14中,该环起垫圈的作用,并适合于在盒式壳体12的插
入期间防?#22815;页静?#30041;沉积在传感器4的表面上。所述环优选地?#19978;?#33014;制成。

接收装置2限定在传感器4前面延伸的空间工作区域15。空间工作区域15是光学信
息C被传感器4正确框住并且其图像充分聚焦在传感器4上的空间区域。在该空间工作区域
15内,最佳焦平面(focus plane)可以是固定的或是借助于自动对焦系统可变的。在所描绘
的优选实施例中,焦平面是固定的。

在矩形线性传感器4的表示情况下,空间工作区域15是锥体或锥截面;其中传感器
大体上是一维的,锥的基体明显变窄,并且工作区域15可以被认为大体上是平的(图4中具
有标签15的“三角形?#21271;?#31034;工作场,其中其散度已经在一个方向上扩大)。在横截面中,由工
作场15限定的区域大体上是矩形的,其中矩形的一侧优选地比另一侧大得多。图16a和图
16b示意性地表示工作平面。

此外,接收装置2限定光学接收轴线AR,为了简洁起见称为接收轴线AR。接收轴线
AR由接收光学器件5的元件的中心识别,或在单个透镜的情况下由光学表面的曲率中心识
别。优选地,接收轴线AR正交于传感器4。

优选地,由于光组5和传感器4被安装在PCB 16上的方式,所述接收轴线AR平行于
安装平面(X,Z)。参考图16a和图16b,接收装置2围绕光学接收轴线AR限定工作区域15(或视
场)的角幅度,该角幅度通常依照两个角度来表达,这两个角度具?#24615;?#25509;收顶点处的原点和
与接收轴线AR一致的侧边中的一个侧边,并且该角幅度在互相垂直的四个半平面上延伸。
参考传感器4的两个主方向,也就是说其光敏元件的行方向和列方向,我们可?#36816;?#30001;角度
a1、a3表示的“水平”视场,并且由角度a2、a4(在图4中也可见两个角,其中它们不是按比例
绘制的,并且具有比本发明假设的值大得多的值)表示的“竖直”视场。所示实施例中的空间
工作区域15优选地以对称性设置,并且因此在绝对值上a1=a3,并且a2=a4。

此外,因为传感器4是一维的,所以“竖直”视场比“水平”视场小得多,也就是说由
垂直于光学轴线AR的平面限定的视场的每个截面是矩形的(视场15的所述截面不仅在图16
中表示,而且由图5、图6、图7、图8中由矩形表示),其中一个尺寸比另一个尺寸大得多。优选
地,a2和a4小于或等于0.5°。

接收装置2进一步限定视野深度(depth of field),其表示空间工作区域15沿接
收轴线AR的延伸。

假设衬底S位于距离阅读器1的一般读取距离B处,而距离基底的最小和最大读取
距离分别称为B1和B2,因此视野深度=B2-B1。视野深度根据代码的类型变化。

因此,视场还限定接收装置2的观察平面PR,所述平面由光学接收轴线AR和在工作
场的横截面上具有较大尺寸的方向限定,该方向优选地与传感器4的主取向轴线的方向大
体上一致。由轴线AR和X限定的该平面PR在图16a中表示。

成像器光学信息阅读器1的图像捕捉装置2的照明装置6包括光源18,该光源适合
于发射非相干光束。在第一实施例中,所述光源是单个源。替代地,该光源包括彼此相邻布
置的源的阵列。

优选地,所述源包括微型LED,更优选地,包括在绿或蓝或红光范围内发射辐射的
微型LED,并且甚至更优选地,包括在绿光范围内发射辐射的微型LED。微型LED是例如以氮
化镓(GaN)技术实施的微发射器,其中发射区域的主要线性尺寸等于大约20微米,但目前也
高达4微米;通过该技术,有可能实现包含非常小尺寸的(例如,对于512个发光元件的阵列
的一侧几mm)并具有非常低的成本和功率消耗的数千或数万个光源18的阵列。所述装置进
一步能够以不同的波长发射。

光源18优选地是矩形的,并且更优选地具有以下尺寸:

在5μm与300μm之间的源的高度,

在100μm与3000μm之间的源的宽度,并且其中,高度与宽度之间的比率优选地小于
1/5(也就是说,其中优选地在给定的间隔内选择高度和宽度,但是无论如何保持小于1/5的
比率),并且更优选地小于1/10。优选地,该光源18被布置使得其主要尺寸(宽度)大体上平
行于平面(X,Z)定位。例如,源18被安装在附加PCB 17上,该附加PCB进而被安装在盒式壳体
24上,该盒式壳体进而被安装在底架30上。优选地,PCB 16和PCB 17彼此面对并?#20063;?#20998;地重
叠而不接触,并且更优选地,彼此平行。此外,源18和传感器4也可以有利地被发现是彼此平
行的,使其相应的主要取向轴线大体上彼此平行。

照明装置6进一步包括照明光学器件11,其适合于修改由源18发射的束,并且将其
转换成大体上在单个方向上分散的准直光“线?#20445;?#20854;中主要取向轴线平行于视场15的横截面
中的主要方向。

照明光学器件11包括准?#24065;?2和束成形器23,其沿由源18发射的光束的传播方向
按此顺序排列。优选地,以下面的方式(见图3a和图3b)选择准?#24065;?#21644;束成形器的参数:

准?#24065;牽?/u>

· 宽度L1:≤15mm

· 高度H1:≤11mm

· 深度:D1

如果束成形器的厚度被称为D2,则2个厚度的总和必须小于模块的总深度(D1+D2≤
15mm)。

· 焦距?#30418;?#20110;15mm

· 后焦距(BFL-准?#24065;?#19982;微型LED之间的距离):0mm-15mm,

束成形器:

· 宽度L2:≤15mm

· 高度H2:≤11mm

· 深度:D2

2个厚度D1和D2的总和必须小于模块的总深度(D1+D2≤15mm)。

优选地,准?#24065;?2和束成形器23每个均包括单个透镜,以使得照明装置6进而仅包
括两个透镜,如图3a和图3b中所描绘的。

准?#24065;?2负责通过由源发射的功率来对其进行收集,从而投射源本身的图像。特
别地,准?#24065;?#34987;设计为使得在一个方向上准直由源发射的光,获得小于1.5°半值(1.5°of
half-amplitude)的散度,并且更优选地小于1°半值的散度。因此,在准?#24065;?#30340;输出处的准
直束具有小于1.5°半值的方向性散度,其中该方向是准直束的?#25105;?#24310;伸的方向。优选地,所
述?#25105;?#24310;伸也平行于源18的?#25105;?#24310;伸。

此外,优选的是准?#24065;?2无论如何还执?#24615;?#22823;体上垂直于?#25105;?#26041;向的方向上的准
直,也就是说大体上在光源的主要取向的方向(也称为水平方向,其优选地平行于(X,Z)平
面)上的准直。这个尺寸称为在准?#24065;?#30340;输出处的准直束的主要尺寸。

准?#24065;?#30340;尺寸受限于结构的机械约束。因此,为了获得高效?#21097;?#26377;必要使所述准直
仪定位得非常接近源18。平衡效率的要求和期望的焦距,那么有可能确定准?#24065;?2的厚度
D1。为?#21496;?#21487;能地限制畸变(aberration),优选的是包括准?#24065;?2的透镜的表面是非球面
的,并且透镜的孔径附加地小于机械约束。准?#24065;?#30340;材料优选地是高折射率塑料,例如,聚
碳酸酯,从而限制所需的表面曲率。

基于25μm x 1000μm的源设计的示例设置有包括准?#24065;?2的透镜,?#31859;賈币?#20855;有
5mm的宽度,4mm的高度,4.5mm的厚度,并被放置在距离源18 1mm的距离处。包括面向源18的
准?#24065;?2的透镜的第一表面的孔径宽2mm并且高3mm。在这种情况下,焦距在3mm与4m之间,
并且在光学系统11的输出处产生的线在距离照明装置6 500mm的距离(特别是从光束离开
束成形器的点测量的距离)处具有5mm与6mm之间的厚度。在相同的距离处,被接收装置2“看
见”的线具有大约3mm的厚度,这要求对齐误差小于±1mm(±0.1°)。束成形器23负责重新分
配由准?#24065;?#25910;集的功?#21097;?#20197;便产生具有希望的散度的均匀光线。优选地设置有自由格式类
型(由多项式方程描述)的两个表面,这两个表面是竖直不变的(也就是说沿Y轴)。关于准直
仪,束成形器的材料优选地也是高折射率塑料,例如,聚碳酸酯,以限制所需的表面曲率。

在上述设计示例中,束成形器23具有5mm的宽度,4mm的高度,2mm的中心厚度,并且
距离准?#24065;?2大约500μm放置。

束成形器23使由准?#24065;?2准直的光束的主取向轴线大体上平行于视场15的主尺
寸的方向?#25442;?#21477;话说,束成型器适合于产生准直成形光束T,?#31859;?#30452;成形光束T在其横截面中
设置有平行于视场15的垂直于传播方向的平面中的主要方向的主要方向。

因此,如在图5中可见,在束成形器的输出处的光束的主要延伸的主轴线和视场的
主轴线互相平行。

优选地,它们还平行于源18的主取向轴线以及线性传感器4。

优选地,包括准?#24065;?#21644;束成形器的两个透镜22、23设置有针对源的波长的抗反射
涂层,以便最小化由于结构内部的反射造成的损失。

如在接收装置2的光学器件5的情况下,照明装置6的光学器件11也以相同的方式
限定光学轴线AI,该光学轴线优选地穿过源18的几何中?#27169;?#24182;且例如也大体上垂直于该源
18。

类似于接收装置2,由照明装置发射的光束T限定照明平面PI,由光学轴线A1和照
明装置6发射的光束T的主取向方向产生的平面给出。按照图16a和图16b中的视场15,这在
图17a和图17b中概述。

平面PI优选地平行于安装平面(X,Z)。这种对齐由束成形器23的形状给出。

包括准?#24065;?2和束成形器23的光学器件11优选地也组装在盒式壳体24中,其中包
括源18的PCB 17在其远端处紧固。因此,盒式壳体24被紧固(例如被粘合)到底架30上。

一旦设定?#21496;?#31163;源18的距离,就有可能根据下列公式计算当准?#24065;?2的焦距变化
时用来获得在某一距离处投射的线的某一厚度所需的光学器件11的尺寸。


该公式在图14a中被图形化表示。以“tv?#21271;?#31034;源18的厚度,“f?#21271;?#31034;焦距,“d?#21271;?#31034;
距离准?#24065;?2的距离,并且以“av?#21271;?#31034;在距离d处的光束的厚度。该计算对于近轴近似
(paraxial approximation)有效?#21644;?#23556;的线的实?#39135;?#23544;由畸变确定,并且大于近轴近似。

在一个实施例中,准?#24065;?2具有大约3.5mm的焦距f,并?#19968;?#24471;具有25μm的厚度tv
的光源,因此在500mm处产生具有大约3.5mm厚度av的线。实际上,该线的厚度(定义为FWHM,
半峰全宽)是大约5mm(增加的30%是由畸变引起的附加)。

关于源18的厚度和光学器件11的焦距的束T的线的不同厚度在图14b中的图形中
?#20801;尽?#22312;图形中具有不同斜率的每条直线表示具有不同厚度的光线。(从上到下)示出了四
个厚度:3mm、5mm、7mm和10mm。所选的并在附图中?#20801;?#30340;优选实施例在图形中由十?#20013;?#34920;
示。图14c示出了关于图14a中描绘的源18的厚度和散度角的不同焦距。在图形中具有不同
斜率的每条线表示不同的焦距。(从上到下)示出了六个焦距:3mm、4mm、5mm、7mm、10mm和
15mm。所选的并在附图中?#20801;?#30340;优选实施例在图形中由十?#20013;?#34920;示。

此外,盒式壳体24优选地包括壁24a(在图12中示出),其被紧固到底架30,并且包
括面向安装基部60的凸形形状。如以下解释的,所述凸形形状有助于模块3的各个光组5、11
的主动对齐。

事实上,在将盒式壳体24永久地紧固到底架30上之前,所述壁24a允许支撑光学器
件11的盒式壳体24绕笛卡尔轴(在该情况下是安装平面(X,Z)的Z轴)旋转。类似地,在两个
方向上的壁凸起(如球形表面(在附图中未示出)的一部分)将导致绕?#25105;?#31515;卡尔轴旋转。

由于上述光学器件11的配置,从照明装置6发射的光束T因此是光“条”(sliver of
light),其具有比另一个尺寸大得多的一个尺寸。特别是在一个方向上,散度不相关,而在
另一方向上小于或等于1.5°半值,使得由非相干源18产生的所述线大体上相当于由激光源
产生的线。

参考图4和图5,在成像器型线性阅读器1的操作中,由源18发射的光束被光学器件
11修改,以便产生条T,并且接收装置2的视场15必须优选地重叠全部或大部分的视野深度
15。大体上,希望满足线性阅读器1的整个视野深度的条件是图5中示出的一个条件,其中接
收装置2的视野深度15和由照明装置6产生的光线T(两者都在沿垂直于光束T传播方向的平
面的横截面中示出)重叠,它们的尺寸在距离装置3的某一距离处开?#21363;?#20307;上相似。

但是,该条件不总是借助于模块3的组件的被动对齐?#35789;?#26045;。

考虑到构造容差,实际条件展现出3类误差:

偏移:光线不叠加在由传感器看到的光线上。该条件在图6中表示。在该情况下,线
性传感器4未“看见”由照明线T照亮的光学代码C的图像,因为它在其工作场15中不发光。这
是由于光学平面PI和PR不平行,如在图7中表示的。

要求在线性阅读器1中,照明装置的光学平面AI与接收装置的光学平面AR之间的
角度小于±0.1°,而未主动对齐的机械容差允许达到大约±3.5°的精度。该角度围绕大体
上垂直于光学轴线AI和AR的轴线来定义。

图7示出了偏移误差的这个角度:示出了平面PI和PR的横截面,并且该角度是相对
于大体上平行于安装平面(X,Z)(并且在此情况下平行于轴线X)的轴线旋转的两个平面之
间的角度。

倾?#20445;?#22914;在横截面中所见,照明线T相对于传感器4的视场15旋转。这在照明装置6
相对于接收装置2旋转时产生,也就是说,光学器件5和11产生相对于彼此旋转的线15和T,
也就是说,使其主要尺寸彼此不平行。该类型的错位在图8中表示出。

换句话说,当平面PI和平面PR相对于彼?#23435;破?#34892;于接收和照明两个装置的光学
轴线的轴线旋转时产生该误差。例如,在所描绘的情况下,该轴线平行于Z轴。

要求在线性阅读器1中,两个光学平面PI与PR之间的角度小于±0.1°,而未主动对
齐的机械容差允许达到大约±1.5°的精度。

散焦:光线?#32469;?#26395;的厚并?#20063;?#28165;晰。这在源18放置在距离准?#24065;?2错误的距离处
或相对于束成形器23旋转时产生,如图9中示意性地示出。

要求线性阅读器1?#24615;?#19982;准?#24065;?#20043;间的位置误差小于±10μm(由于短焦距),而形
成准直成形束T的束成形器的主要尺寸与轴之间的旋转必须小于±1°,其可以仅通过主动
对齐实现。

为了获得要求的容差,根据本发明应用接收装置2与照明装置6之间的主动对齐的
方法。下文所描述的方法不仅适用于线性传感器4,而?#19968;?#36866;用于其他类型的阅读器,包括
其中要求各个光组之间的精确对齐的图像传感器以及其中传感器可能不一定是线性的图
像传感器。

本发明的方法的第一?#38181;?#21253;括组装接收装置2。这种组装优选地包括被动地对齐
光学器件5,并将其放置在盒式壳体12内。然后将线性传感器4固定在PCB 16上,该PCB 16进
而正交地安装在底架30上。然后,优选地,在PCB安装的传感器4与光学器件5之间执行主动
类型的对齐,传感器4和光学器件5被插入在底架30的插孔31中并固定到其。

优选地,这种主动对齐通过将盒式壳体12插入在插孔31中并以平移运动来前后移
动盒式壳体12直到获得期望的对齐?#35789;?#26045;。然后将盒式壳体12固定在插孔31内的这个位置
中。

如所见的,放置在插孔31的一个端部处的环14通过在插入到盒式壳体12中的过程
中保护传感器4免受?#39029;?#25110;其他东西的损害而防止对传感器4的潜在损害。

?#28304;?#26041;式,接收器件2整体牢固地附接到底架30的安装基部60上。

此外,在光学器件11与源18之间执行对齐。首先,将光学器件11以这样的方式组装
在盒式壳体24中:将各个透镜,例如束成形器23和准?#24065;?2,固定在盒式壳体24内。

源18安装在PCB 17上。

源18焊接在其上的PCB 17相对于一起附接在盒式壳体24中的照明装置的两个透
镜-准?#24065;?2、束成形器23移动。移动如下:

·平行于安装平面(X,Z),特别是沿Z轴平移,

·沿Y轴垂直于安装平面平移,

·围绕Z轴旋转安装平面(X,Z)。

这种对齐是主动的。

为了简化这种对齐,PCB 17包括多个刻痕(indentation),这些刻痕都以17a表示,
适合于接收实现在盒式壳体24中的多个凸角(lobe)18a。凸角18a的尺寸稍微小于刻痕的尺
寸,从而在凸角与刻痕的壁之间形成间隙,以便允许绕Z轴旋转,在任何情况下,该旋转被由
凸角18a在相应刻痕17a内的移动空间确定的最小值和最大值限制。

这个?#38181;?#22312;图10中表示出,并且主要用于校正散焦并?#20063;?#20998;校正偏移。

在这个?#38181;?#32467;束时,PCB 17与光学器件11组装在一起,其插入在盒式壳体24中:承
载源18的PCB 17固定在盒式壳体24的远端处。源18和光学器件11此时形成单个主体。

此时预知照明系统6相对于接收系统2的主动对齐?#38181;巍?#36890;过相对于接收系统2旋
转照明系统6?#35789;?#26045;这种对齐,此时照明系统6是包括光组11和源18的单个主体。优选地,这
种对齐不需要平移运动,仅旋转,如在图11和图12中所描绘的。

图11示出了在(Y,Z)平面中围绕X轴旋转给定的角度α。

图12示出?#23435;?#32469;Z轴旋转给定的角度β。

两个旋转都围绕位于安装平面(X,Z)内或平行于安装平面(X,Z)的轴线发生。

这两个旋转允许照明装置6与接收装置2之间的对齐,以便由照明装置发射的光线
或光束T平行于视场15的主要尺寸,而光束和视场大体上在安装平面(X,Z)的“相同高度”
处,以使它们对于距照明装置的至少某一距离范围重叠。特别地,这个步骤校正要求要求线
的厚度相当于接收装置的视场所固有的残留倾斜和偏移的问题。

通过包含照明装置的光学器件11的盒式壳体24的壁24a的形状,有助于通过通过
改变角α和β的值实现对照明装置11的角位置的控制。

特别地,机械接合到底架30的所述壁24a的底部表面不是平的,而是弯曲的,以有
助于它们自己的旋转。

虽然是示意性的,图18至图21更详细地描绘了根据本发明第二实施例的图像捕捉
装置模块3′。类似于模块3的第一实施例的元件的元件用相同的参考符号标记。在下文中将
仅突出模块3与3′之间的不同,模块3′的其他方面和功能是类似于已经参考模块3公开的方
面和功能。

可以看到,接收装置2′和照明装置6′都固定在模块3′的底架30上,从该底架定义
坐标轴系?#22330;?br />

例如,金属结构的底架30包括基部60,其定义安装平面(X,Z),称为水平面,图像形
成装置3′安装在该水平面上,包括接收装置2′和照明装置6′;以及垂直轴线Y,称为纵轴。

现在参见图21,接收装置2′包括线性传感器4(在图2的横截面中描绘),其包括例
如光敏元件的阵列,每个光敏元件提供电信号,其强度与入射在其上的光成比例。接收装置
2′的线性传感器4与模块3的传感器4相同。

优选地,线性传感器4安装在印刷电路或PCB 16上,其进而例如垂直于平面(X,Z)
以线性传感器4的主取向轴线大体上平行于平面(X,Z)的方式安装在底架30上。

优选地,接收光学器件5′组装在如以金属构造的盒式壳体12′中。优选地,盒式壳
体12′包括肋55(一个肋在图20中部分可见),以在底架内进入干扰,如下面详?#35813;?#36848;的。优
选地,底架30包括以与底架30一体的方式实现的集成插孔31,盒式壳体12′插入在集成插孔
31中。当插入时,盒式壳体12′的远端12a中的一个面对PCB 16和传感器4。

优选地,传感器4和接收装置5′与模块3的那些相同。

插孔31是中空的并且优选地是管状。另外,其在两个端部处是开口的。在一个端部
中,盒式壳体12′具有插入的光学器件5′,而在相对端部处,放置传感器4,如以下详?#35813;?#36848;
的。

在插孔31中,套管41被插入,其覆盖插孔31本身的内壁的大部分。

此外,远端12a插入在套管41中,套管起垫圈的作用,并适合于在盒式壳体12′的插
入过程中防?#22815;页静?#30041;残留在传感器4的表面上。如所提到的,当盒式壳体插入套管41中
时,盒式壳体12′的肋与套管41产生干扰。优选地,所述套管41?#19978;?#33014;制成。套管至少部分地
覆盖插孔31的内壁,以形成用于传感器4的暗室。优选地,以深色,如黑色实现套管41,以形
成这种暗室。套管41还避免暗室内的光反射,或者使暗室内的光反射最小。

另外,在图21中示出,接收装置2′限定光学接收轴线,接收轴线AR。通过接收光学
器件5′的元件的中?#27169;?#25110;在单个透镜情况下通过光学表面的曲率中心识别接收轴线AR。优
选地,如在模块3的实施例中,接收轴线AR正交于传感器4。

传感器4安装在PCB 16上,PCB 16大体上平行于安装平面(X,Z)安装在底架30上。

优选地,由于光组5′和传感器4安装在PCB 16上的方式,所述接收轴线AR平行于安
装平面(X,Z)。

照明装置6′包括光源18′,光源适合于发射非相干光束。在一个实施例中,所述光
源是单个源。替代地,光源包括彼此相邻布置的源的阵列。

优选地,所述源包括微型LED,更优选地,发射在绿色或蓝色或红色光范围内的辐
射的微型LED,甚至更优选地,发射绿色光范围内的辐射的微型LED。

光源18′优选地是矩形的,并且更优选地,具有以下尺寸:

5μm与300μm之间的源高度,

100μm与3000μm之间的源宽度,并且其中,高度与宽度之间的比率优选地小于1/5
(也就是说,优选地在给定的间隔内选择高度和宽度,但是无论如何保持小于1/5的比率),
更优选地小于1/10。

所使用的源18′是微型LED,具有1000μm的宽度和25μm的高度,因?#21496;?#26377;1/40的比
率。

优选地,该源18′布置为其主要尺寸(宽度)大体上平行于安装平面(X,Z)定位。例
如,源18′安装在附加的PCB 17′上,其进而安装在盒式壳体24′上,盒式壳体24′进而安装在
底架30上。优选地,PCB 16和PCB 17′彼此面对并?#20063;?#20998;地重叠而不接触,并且更优选地,彼
此平行。此外,源18′和传感器4还证明彼此平行可以是有利的,使其相应的主取向轴线大体
上彼此平行。

照明装置6′进一步包括照明光学器件11′,适合于改变由源18′发射的束,并且将
其转换成在单个方向上显著分散的准直光“线?#20445;?#20854;中主取向轴线平行于如图16b中所示的
视场15的横截面中的主要方向。

照明光学器件11′包括准?#24065;?2′和束成形器23′,其沿由源18′发射的光束的传播
方向按此顺序排列。优选地,如参考照明光学器件11′描述的选择准?#24065;?#21644;束成形器的参
数。

在模块3′的这个具体示例中,

准?#24065;牽?/u>

· 宽度L1=5mm

· 高度H1=4mm

· 深度:D1=4.5mm

· 焦距:f=3.3mm。

· 后焦距(BFL-准?#24065;?#19982;微型LED之间的距离)=1.5mm

束成形器:

· 宽度:L2=5mm

· 高度H2:在该示例中总高度等于5.7mm,但有效高度=4mm

· 深度:D2=2.3mm

两个厚度D1和D2的总和必须小于模块的总深度(D1+D2≤15mm)。

优选地,束成形器23′具有正焦距,例如,它是水平面中的会聚透镜。在第一会聚之
后,束如束成形器构造所要求的发散。因此,束成形器23′首先会聚,然后使光束在水平尺寸
上发散。

选择这种配置,以使到阅读器1的玻璃窗上的菲涅尔光反射的负效应最小。已知由
源18′发射的光可以反射在阅读器1的玻璃窗上,在其内表面和外表面上,?#36824;?#29627;璃是否具
有抗反射涂层(通过涂层仅减小反射光的强度)。如果光路具有角度从而进入到接收装置2′
的物镜中,则传感器4可以检测到反射光。如果由源18′发射的束撞击在玻璃窗上,则总是存
在反射和多次反射。但是,出于几何光学原因,使用具有正焦距的透?#24213;?#20026;束成形器允许在
定位玻璃窗?#26412;?#26377;更多的自由度。事实上,考虑由传感器4收集的相同量的反射,可以比使
用具有负焦距的透镜的情况下在距束成形器23′更大的距离处定位玻璃窗。

优选地,准?#24065;?2′和束成形器23′各自包括单个透镜,以便照明装置6′进而仅包
括两个透镜,如图21中所描绘的。

为?#21496;?#21487;能多地限制畸变,优选的是包括准?#24065;?2′的透镜的表面是非球面的,并
且透镜的孔径附加地小于机械约束。

如在接收装置2′的光学器件5′的情况下,照明装置6′的光学器件11′也以相同的
方式定义光学轴线AI′,其优选地穿过源18′的几何中心。在这个实施例中,轴线AI′和AH′一
个相对于另一个倾?#20445;?#20248;选地会聚。形成在两个轴线之间的优选角等于大约1.5°。

包括准?#24065;?2′和束成形器23′的光学器件11′也优选地组装在盒式壳体24′中,其
中包括源18′的PCB 17′固定在其远端处。因此,如以下描述的,盒式壳体24′固定到底架30
上。

此外,盒式壳体24′优选地是平行六面体形状,并包括位于盒式壳体的相对轴线端
部处的第一和第二球形帽42a和42b(在图22a、图22b中示出),因此形成面向安装基部60的
第一凸形形状和与其相对的第二凸形形状。如以下解释的,所述凸形形状有助于模块3′的
各个光组5′、11′的主动对齐。

实际上,在将盒式壳体24′永久地固定到底架30上之前,所述帽42a、42b允许支撑
光学器件11′的盒式壳体24′围绕笛卡尔轴(在该情况下是安装平面(X,Z)的Z轴)旋转。

底架30包括实现在基部60上的凹形基座43,优选地,形状为球形的一部分的基座。
基座43易于容纳两个帽42a、42b中的一个。另外,底架30包括盖状物44(在图19和图25中可
见),其易于被插入在多个锥形突起中,例如在所描绘的实施例中,从底架30竖直延伸,即当
安装模块3′时沿Y轴延伸的,编号全部称为45的四个锥形突起。突起45具有确定盖状物44的
中心并固定盖状物44的元件的作用。四个锥形突起45从底架30伸出。盖状物44限定?#31169;?#19968;
步的基座(在附图中不可见),优选地,也形成形状为球形的一部分,其是凹形的并面向由球
形帽42a、42b限定的凸形突起。因此,当安装模块3′时,盒式壳体24′?#24615;?#30422;状物44与底架30
的基部60之间:基部和盖状物将压缩力施加在盒式壳体24′上,在安装配置中实现后者的移
动。进一步的基座具有例如类似于基座43的形状。

在安装配置中,即?#22791;?#29366;物44插入在突起45之中时,后者变形,以便盖状物44保持
在适当位置中,进而使盒式壳体24′固定在特定位置中。

考虑到构造容差,实?#26159;?#20917;呈现出三类误差,如已经参考模块3所描述的,即偏移、
倾斜和散焦。

为了获得要求的容差,使用根据本发明应用的安装模块3′的方法。下文所描述的
方法不仅应用到线性传感器4,而?#19968;?#24212;用到其他类型的阅读器,包括要求各个光组之间的
精确对齐的图像传感器以及传感器可以不一定是线性的图像传感器。

本发明的方法的第一?#38181;?#21253;括组装接收装置2′。这种组装优选地包括被动地对齐
光学器件5′,并将其放置在盒式壳体12′内。然后将线性传感器4固定在PCB 16上,其进而正
交地安装在底架30上。也可以在稍后?#38181;?#25191;行PCB的安装。另外,套管41插入到插孔31中,覆
盖插孔31的侧壁。然后,优选地,在PCB安装的传感器4与光学器件5′之间执行主动类型的对
齐,其插入在底架30的插孔31中,从而压缩套管41并固定在其上。由于存在于套管中的从套
管径向延伸的齿或突起47a、47b,套管41保持固定在插孔31上,齿或突起可以在套管插入插
孔31中时被压缩并阻止进一步移动。例如,在插孔31中,可以沿Z轴在给定的轴线位置处形
成(见图24)槽48a、48b;当套管41开始插入在插孔31中时,齿47a、47b被径向压缩并且套管
可?#28304;?#20307;上沿Z轴水平平移进插孔中,并?#19994;?#21040;达槽的轴向位置时,齿在槽内径向展开,以
便它们变得插入形成在插孔中的相应槽48a、48b中。?#28304;?#26041;式,阻碍了套管41的进一步移
动,包括平移和旋转。

优选地,这种主动对齐通过将盒式壳体12′插入在插孔31中并以平移运动前后移
动盒式壳体12′直到获得期望的对齐?#35789;?#26045;。然后将盒式壳体12′固定在插孔31内的这个位
置中。

如所见的,套管41通过在盒式壳体12′的插入过程中保护传感器4免受?#39029;?#25110;其他
东西的损害而防止对传感器4的潜在损害。

?#28304;?#26041;式,接收器件2′整体牢固地附接到底架30上。这种配置是图24中所描绘的
一个,其中接收装置2′被描绘为被组装的并且是截面的,并且在图20中,示出?#21496;?#26377;组装的
并固定的接收装置2′的底架。

此外,在光学器件11′与源18′之间执行对齐。首先,以这样的方式将光学器件11′
组装在盒式壳体24′中:将各个透镜,例如束成形器23′和准?#24065;?2′,放置在盒式壳体24′
内。

参考图22a、图22b和图23,示出了盒式壳体24′。束成形器23′在一个端部上具?#22411;?br />缘23a′,其从中?#33041;?#20214;23b′径向伸出。优选地,束成形器首先牢固地固定到盒式壳体上。例
如,操纵器可以抓住束成形器23′,通过盒式壳体的一个端部将束成形器插入到盒式壳体
24′中,并按压束成形器,直到凸缘23a′紧靠盒式壳体24′的端部。当保持凸?#24403;?#25353;压抵?#23380;?br />盒式壳体时,优选地在凸缘23a′与盒式壳体24′之间的边界线处应用粘合剂。保持压力,以
避免粘合剂可能泄?#23545;?#30418;式壳体内并污染光学器件11′。

优选地,准?#24065;?2′集成到在安装过程中所使用的棒(rob)(在附图中不可见)上。
准?#24065;?2′通过与束成形器23′相对的盒式壳体的端?#23458;?#20840;插入到盒式壳体24′内,但是准
?#24065;?2′可以借助于棒平移,棒可以借助于通过实现在盒式壳体24′的侧壁中的细长通孔49
从壳体伸出。

此时,准?#24065;?2′还没固定到盒式壳体24′上,而是?#21248;?#21487;以借助于棒调整准?#24065;恰?br />

然后源18′安装在PCB 17′上。

相对于一起附接在盒式壳体24′中的照明装置6′的两个透镜-准?#24065;?2′、束成形
器23′移动源18′有利地焊接在其上的PCB 17′。移动如下:

·沿Y轴垂直于安装平面平移,

·围绕Z轴旋转。

可选地,还执行沿X轴的平移。

这种对齐是主动的。

为了简化这个对齐,PCB 17′包括多个凸角,这些凸角都以50表示,在这些凸角之
间可以插入适合的工具,以抓住、旋转和平移PCB 17′。

准?#24065;?2′在盒式壳体24′内的位置和源18′(例如,微型LED)附接到其上的PCB
17′的位置被选择为,在给定的距离处,优选参考距离500mm,由微型LED投射的光线聚焦并
具有期望的形状和尺寸的位置。当这种配置被实现时,准?#24065;?2′和PCB 17′优选地借助于
粘合剂固定到盒式壳体24′上。从准?#24065;?#20280;出的棒也被去除(例如,折断)。因此获得图23的
照明系统6′。

源18′和光学器件11′此时形成单个主体。

此时预知照明系统6′相对于接收系统2′的主动对齐?#38181;巍?#36890;过相对于接收系统2′
旋转照明系统6′实施这种对齐,此时照明系统6′是包括光组11′和光源18′的单个主体。

然后将照明系统6′放置在安装基部60上,球形帽42b插入球形基座43中。照明装置
?#21248;?#26159;可移动的,并且可以围绕X轴并绕Z轴旋转,换句话说,可以执行“顺时针和逆时针”旋
转和/或“上下”旋转。

优选地,帽42b的在基座43中接触底架30的表面以及基座43本身的表面是粗糙的,
即,不?#20132;?#30340;。?#28304;?#26041;式,每当照明装置6′旋转时?#21363;?#22312;摩?#20142;Α?br />

现在,传感器4安装在其上的PCB 16例如借助于定中心装置(不可见)和螺丝附接
到底架30上。优选地,借助于电连接器51(见图25)为PCB 17′和16带来电流提供动力。

然后在突起45之间将盖状物44定位在照明装置6′的顶部上。盖状物44和其球形的
进一步的基座页也被实现,使盖状物44接触球形帽42a的表面大体上是粗糙的。

存在照明装置6′的两种被允许的旋转,它们是借助于工具获得的,所述工具具有
抓手,其可以通过在基座43处分别实现在帽42a中和基部60中的孔46a和46b被引入,以抓住
并旋转照明装置6′,允许照明装置6′与接收装置2′之间的对齐,以便由照明装置发射的光
线或光束T平行于视场15的主要尺寸,而光束和视场大体上在安装平面(X,Z)的“相同高度”
处,以使它们在距照明装置至少一定范围的距离处重叠。

由基座43、进一步的基座和帽42a、42b的形状帮助的这些旋转允许两个装置之间
的相对简单的对齐。只要两条线重叠(其通过未在附图中描绘的适合的检测器装置来检
测),照明装置的旋转就停止,并在特定的到达的位置中阻挡装置6′。固定使锥形突起45发
生变形,以使盖状物44不能从到达的位置移动。这意味着,两个大体上平行的板,基部60和
盖状物44,从相对的两侧压缩照明装置6′的盒式壳体24′。这种压缩和当帽42a、42b的表面
在基座43和另进一步的基座的表面上滑动时由于它们的粗糙结构产生强烈的的摩?#20142;?#20351;
照明装置6′进一步移动的风险最小化。

通过将照明装置6′固定到底架30上,实现图19的配置。

进一步的PCB 52大体上平行于安装平面(X,Z)连接到底架30上,,电连接到另两个
PCB 17′和16上。这种配置在图18中描绘出。

关于本文
本文标题:成像器型线性光学信息阅读器和用于对齐成像器型光学信息阅读器的方法.pdf
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