发明名称 固定聚焦式CCD摄像之方法
摘要 本发明提供一种方法辅助选择适当的光学元件,以将可供由一个宽广范围的视深与视角读取一,二,与三维光学编码资讯的光学扫描器的性能调节至最佳。光学组件系被固定在互相对应的位置上,以便不须进行其间互相位置的调整,便可以在一旦光学组件的最佳化达成时,在需要的距离获得一个读数。其中所考虑到的参数为可在特定波长的范围内发光的LED,光学滤波器,镜片聚焦长度,放大率等。由从一条码上反射的光产生的一个输入方波信号之傅利叶转换( Fouriertransform ),系被应用来产生适当的解析度需求,适当的光学组件的选择系随扫描作业的预定需求而定。例如,如同扫描角度与所要读取码条的密度,视野的深度亦有被考虑到。其运作模式系基于光学系统的调变转换函数( MTF,modulation transfer function ),包括有编码资讯,镜片系统,与CCD阵列。
申请公布号 TW256902 申请公布日期 1995.09.11
申请号 TW083104043 申请日期 1994.05.04
申请人 亚历山大.R.罗斯塔 发明人 亚历山大.R.罗斯塔
分类号 G06K7/10;H04N1/04 主分类号 G06K7/10
代理机构 代理人 陈长文 台北巿敦化北路二○一号七楼
主权项 1.一种方法,可将用来扫描由数个代表编码资讯的 对比区 域所构成的一个符号的一CCD光学扫描器之组件调 节至最 佳化,其每一个对比区域各具有一个条码宽度,其 中该符 号系以一入射光照明,以便产生具有代表该些数个 对比区 域的一个方波图形的反射光,该方波系由一侦测器 阵列加 以侦测,该方法之步骤包括有: 决定该些数个对比区域的一空间频率; 利用一多元件镜片系统在离该符号一个距离之外 将该被反 射光的放大调节至最佳,以使该反射光照射在该侦 测阵列 的一个区域之一个实质部份之上; 利用该方波图像的傅利叶转换计算一个方波调变 转换函数 以便决定一个光学解析度; 将该光学解析度与该些数个对比区域的一个给定 密度之最 低必要光学解析度加以比较,以便决定具有该给定 密度的 一个特定符号是否可以在离开该符号一个给定距 离外读取 ;与 变化该多元件镜片系统中之元件,以便获得大于在 该给定 距离的该最低必要光学解析度的一个经调整的光 学解析度 ,并获得整个视野的相等可解析性。2.根据申请专 利范围第1项之一种将光学元件调节至最佳 的方法,更包含有假定在该侦测器阵列中的每一个 CCD, 皆具有一个在该些数个对比区域的空间频率的一 个标准范 围中大约为1.0的调变转换函数。3.根据申请专利 范围第1项之一种将光学元件调节至最佳 的方法,其中该些光学解析度比较的步骤包含有依 据下列 关系式决定该最低必要光学解析度: F@ssa=1/(放大率)(线条宽度)。4.根据申请专利范围 第1项之一种将光学元件调节至最佳 的方法,更包含有依据下列关系式选定CCD与LED的一 个组 合: V@sso@ssu@sst=∫V()F()D(), 其中V()为以伏特/流明/微米表示的频谱灵敏度, 而F( )为LED以流明/微米表示的通量输出,以使CCD的输 出电 压V@sso@ssu@sst调至最大。5.根据申请专利范围第1项 之一种将光学元件调节至最佳 的方法,其中光束追踪的步骤包含有选定离开该符 号的距 离之范围由0.5英寸至20英寸。6.根据申请专利范围 第1项之一种将光学元件调节至最佳 的方法,更包含有利用一光学带通滤波器将该反射 光予以 滤波。7.根据申请专利范围第5项之一种将光学元 件调节至最佳 的方法,其中选定距离的该个范围之步骤包含有涵 盖大至 30度的视野。8.根据申请专利范围第1项之一种将 光学元件调节至最佳 的方法,其中该多元件镜片系统系置于离该侦测阵 列的一 个固定距离上。9.根据申请专利范围第1项之一种 将光学元件调节至最佳 的方法,其中将放大率调节至最佳的步骤包含有使 用光束 追踪。10.根据申请专利范围第1项之一种将光学元 件调节至最佳 的方法,更包括有由至少两个LED产生足够的照明, 以在 整个该距离的范围之内,获得大于来自于该侦测器 阵列的 黑暗电压杂讯的一个输出信号。11.一种固定聚焦 式CCD摄像之方法,应用一个CCD光学扫 描器来扫描由数个代表编码资讯的对比区域所构 成的一个 符号,其每一个对比区域各具有一个线条宽度,其 中该符 号系以一入射光照明,以便产生具有代表该些数个 对比区 域的一个方波图形的反射光,该方波系由一侦测器 阵列加 以侦测,该方法之步骤包括有: 决定该些数个对比区域的一空间频率; 利用一多元件镜片系统在离该符号一个距离之外 将该被反 射光的放大调节至最佳,以使该反射光照射在该侦 测阵列 的一个区域之一个实质部份之上; 利用该方波图像的傅利叶转换计算一个方波调变 转换函数 以便决定一个光学解析度; 将该光学解析度与该些数个对比区域的一个给定 密度之最 低必要光学解析度加以比较,以便决定具有该给定 密度的 一个特定符号是否可以在离开该符号一个给定距 离外读取 ;与 变化该多元件镜片系统中之元件,以便获得大于在 该给定 距离的该最低必要光学解析度的一个经调整的光 学解析度 。12.根据申请专利范围第11项之一种固定聚焦式 CCD摄像之 方法,更包含有假定在该侦测器阵列中的每一个CCD ,皆 具有一个在该些数个对比区域的空间频率的一个 标准范围 中大约为1.0的调变转换函数。13.根据申请专利范 围第11项之一种固定聚焦式CCD摄像之 方法,其中该些光学解析度比较的步骤包含有依据 下列关 系式决定该最低必要光学解析度: F@ssa=1/(放大率)(线条宽度)。14.根据申请专利范围 第11项之一种固定聚焦式CCD摄像之 方法,更包含有依据下列关系式选定CCD与LED的一个 组合 : V@sso@ssu@sst=∫V()F()d(), 其中V()为以伏特/流明/微米表示的频谱灵敏度, 而F( )为LED以流明/微米表示的通量输出,以使CCD的输 出电 压V@sso@ssu@sst调至最大。15.根据申请专利范围第11 项之一种固定聚焦式CCD摄像之 方法,其中光束追踪的步骤包含有选定离开该符号 的距离 之范围由0.5英寸至20英寸。16.根据申请专利范围 第11项之一种固定聚焦式CCD摄像之 方法,更包含有利用一光学带通滤波器将该反射光 予以滤 波。17.根据申请专利范围第15项之一种固定聚焦 式CCD摄像之 方法,其中选定距离的该个范围之步骤包含有涵盖 大至30 度的视野。18.根据申请专利范围第11项之一种固 定聚焦式CCD摄像之 方法,其中该多元镜片系统系置于离该侦测阵列的 一个固 定距离上。19.根据申请专利范围第11项之一种固 定聚焦式CCD摄像之 方法,其中将放大率调节至最佳的步骤包含有使用 光束追 踪。20.根据申请专利范围第11项之一种固定聚焦 式CCD摄像之 方法,更包括有由至少两个LED产生足够的照明,以 在整 个该距离的范围之内,获得大于来自于该侦测器阵 列的黑 暗电压杂讯的一个输出信号。图示简单说明: 图1显示LED,光学模组,与侦测器在一片印刷电路板 上的 相对分布位置; 图2a,2b,2c与2d显示单一成三组,二个成三组,以及三 个成三组的LED,以及一对LED的相对分布位置; 图3为镜片组件的一个实例之分解图; 图4为包括有一个外壳的一个组装好的光学扫描头 的透视 图: 图5为图4中沿着5-5线所切取的横截面图; 图6为图1中12个LED组态的LED板之电路图; 图7a至图7g为相对于扫描器启动时不同的时序组态 的时钟 脉冲图(图7a);依据本发明的不同照明循环(图7b,7c 与 7d);侦测器的类比重置(图7e);以及依据习用技术方 法1 与2的照明图像(图7f与7g); 图8为依据本发明的光学扫描头的操作顺序之方块 图; 图9为不同LED分布与其对应光分布之示意图; 图10为第二种不同LED分布与其对应光分布之示意 图; 图11为第三种不同LED分布与其对应光分布之示意 图; 图12a与12b为扫描顺序的另一种方块图; 图13a,13b与13c分别为一维,二维,与/或三维用途的空 气槽/开口之前视图; 图14a与14b分别为具有凹及凸输出边缘的一个隆起 圆柱形 镜片的示意图; 图15为双半径圆柱形镜片的示意图; 图16为CCD模组的方块图; 图17为本发明应用双半径圆柱形镜片时,局部切开 的侧视 图; 图18a至18f分别为二为扫描,平行与垂直于印刷电路 板的 前方的LED组态之示意图; 图19为输出信号电压相对于扫描器与条码距离的 曲线图; 图20a为视野曲率与视野角度的曲线图,而图20b为视 野角 度的百分比失真曲线图; 图21为照明均匀度做为CCD的视野角度的函数时的 曲线图 ; 图22为显示随着各种视野角度聚焦深度所发生的 对比减低 的曲线图; 图23为显示离扫描头5.5"距离的所有空间频率的对 比的曲 线图; 图24为显示在离开扫描头一个给定距离的各种视 野角度之 解析度的曲线图; 图25为离开扫描头一个给定距离的解析度的曲线 图; 图26为一个光学系统之光束轨迹图; 图27为第四种不同LED分布与其对应光分布之示意 图; 图28为具有抛物面反射器的一个单一光源的示意 图; 图29a至图29e为相对于扫描器启动时不同的时序组 态的时 钟脉冲图,显示扫描方向(图29a);LED的启动与曝光时 间 (图29b);CCD内容的倾出(图29c);读取闸时间(图29b); 与闸(图29e); 图30为CCD的视频输出信号曲线图;与
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