具有漫射構造的光學讀取頭的製作方法

2023-05-08 20:22:41 1

專利名稱：具有漫射構造的光學讀取頭的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種具有漫射構造的光學讀取頭，尤其涉及一種具有管狀或柱 狀漫射構造的光學讀取頭，來改善對於二維條形碼的讀取成功率，並清除反射 雜光所造成的辨識死角的問題。
背景技術：
圖1顯示一種傳統的光學讀取頭的應用示意圖。如圖1所示，光學讀取頭
101讀取一物體102，其中所述光學讀取頭101包含一中空殼體110、 一光源模 塊120及一感光模塊140。光源模塊120固定於中空殼體110內並提供一光線。 光線在中空殼體110之內反射後照射到物體102。感光模塊140固定於中空殼 體110內，來感測被物體102反射的光線。
光線的反射可分為三種形式，也就是鏡面反射、擴散反射和漫反射。鏡面 反射是指光線的入射角度相等於反射角度。擴散反射發生在不平坦的表面且反 射的光線超過一個角度，所有的反射光的反射角或多或少會與入射角相同。漫 反射發生在粗糙或不光滑的表面，其反射光會有許多不同的角度。
由於中空殼體110的內壁面並非屬於鏡面，所以會有雜光L10進入到感光 模塊140。目前所使用的感光模塊140包含有CMOS傳感器，其解析度一般為 100*100。感光模塊140的透鏡搭配CMOS傳感器的FOV (Field of View)約為 ArcTan (圖案對角/2/EFL) *2。光源模塊120通常是發光二極體(LED),其發 光波長大約為800nm 950nm的紅外線。感光模塊140的一透鏡固定結構可以 調整透鏡到物體102上的圖像的取向距離。通過調整感光模塊140的透鏡固定 結構、設計中空殼體110的內壁面的反射特性以及調整光源模塊120的位置， 即可控制光學讀取頭101對於物體102的照明效果。在一例子中，鏡頭的解像約為50至80 Ip/mm， Rl>80%，且相對通光口徑 (f-number， F/N)不宜太高以免增加照明負擔。讀取頭讀取物體的容許傾斜角 度要達到30至40度，鏡頭的景深(Deep of focus)大於±0.7 mm。物體102 可以是一本電子書，上面印有二維條形碼圖案。由於電子書的紙面材質容易反 光，加上使用者握取讀取頭來讀取電子書時，讀取頭跟紙面的傾斜角度A可能 會達到0至30度，或甚至是0至40度。因此，必須避免紙面反光所造成的強 光進到感光模塊140中而造成無法辨識物體的問題。
於圖1中，是讓譬如是發光二極體的光源模塊120發出的光線打在譬如是 錐狀筆頭的中空殼體110的內壁面上，以增加入射光的強度。但是，本案發明 人發現在入射角等於24度時，仍會有反射強光進入到感光模塊140,而且，具 有反射效果的內壁面(通常稱為反射罩)也會使雜光射回感光模塊140而進一 步降低了對比。
圖2顯示另一種傳統的光學讀取頭的應用示意圖。圖2的光學讀取頭是類 似於圖l，不同之處在於直接以LED 120的光線打在物體102上，這種情況非 常容易造成反射的強光進到感光模塊140內而進一步降低對比。
因此，公知技術的光學讀取頭的缺點在於無法避免反射強光所造成的辨識 死角、無法有效提升照明效率以減少LED的使用量及耗電量、以及無法有效提 高傾斜角度的容許範圍。

發明內容
本發明要解決的一個技術問題是提供一種具有漫射構造的光學讀取頭，其 能提供均勻輸出光線以消除強光所造成的辨識死角並提升照明效率，更能提高 傾斜角度的容許範圍，以促進使用的便利性。
為此，本發明提供一種具有漫射構造的光學讀取頭，用來讀取一物體。光 學讀取頭包含一中空殼體、 一光源模塊、 一漫射構造及一感光模塊。光源模塊 固定於中空殼體內並提供一初始光線。漫射構造連接至中空殼體，接收初始光線，並將初始光線處理成一均勻光線後輸出，初始光線在漫射構造中進行多次 反射後，進而形成均勻光線。感光模塊固定於中空殼體內，來感測被物體反射 的均勻光線，其中感光模塊的一光軸實質上平行於漫射構造的一軸向方向。且 所述感光模塊包含 一透鏡固定結構； 一透鏡，其固定於所述透鏡固定結構中； 及一影像傳感器，其固定於所述透鏡固定結構中，並通過所述透鏡接收被所述 物體反射的所述均勻光線。


圖1顯示一種傳統的光學讀取頭的應用示意圖。
圖2顯示另一種傳統的光學讀取頭的應用示意圖。
圖3顯示依據本發明第一實施例的光學讀取頭的應用示意圖。
圖4顯示依據本發明第二實施例的光學讀取頭的應用示意圖。
圖5顯示依據本發明第三實施例的光學讀取頭的應用示意圖。
圖6顯示依據本發明第四實施例的光學讀取頭的應用示意圖。
附圖標記說明-
Ll:初始光線L2:均勻光線
L10:雜光1:光學讀取頭
2:物體10:中空殼體
11:開口部12:內周壁
13:內壁面14:內擋緣
15:密閉空間20:光源模塊
30A:軸向方向30:漫射構造
40:感光模塊41:透鏡固定結構
42:透鏡43:影像傳感器
44:第一間隔器45:第二間隔器
46:導槽50:電路板101:光學讀取頭 102:物體
110:中空殼體 120:光源模塊
140:感光模塊
具體實施方式
第一實施例
圖3顯示依據本發明第一實施例的光學讀取頭的應用示意圖。如圖3所示，
本實施例的光學讀取頭1是用來讀取一物體2。物體2譬如是電子書，上面印 有譬如二維條形碼的圖案。光學讀取頭1包含一中空殼體10、 一光源模塊20、 一漫射構造30及一感光模塊40。
光源模塊20固定於中空殼體10內並提供一初始光線Ll。光源模塊20包 含但不限於一個發光二極體或多個發光二極體。多個發光二極體可以發出相同 的光線或不同的光線。於此實施例中，是以一個發光二極體作為例子來說明， 而且初始光線Ll是由中空殼體10的一內壁面13反射至漫射構造30中。然而， 初始光線L1亦可以直接入射至漫射構造30。其中，可利用熱縮套管作為具有 反射效果的內壁面(通常稱為反射罩)，利用錫箔紙當作反射罩內的一層，或將 塑件外殼的內部做成(或塗布、噴漆)成鏡面、白色或紅色即可。
漫射構造30連接至中空殼體10，接收初始光線Ll，並將初始光線Ll處 理成一均勻光線L2後輸出。初始光線Ll是在漫射構造30中進行多次反射後， 進而形成均勻光線L2。於本實施例中，漫射構造30形成於中空殼體10的一開 口部11的一內周壁12。因此，漫射構造30呈一管狀構造，且漫射構造30的 內管壁中塗敷有漫射材料。漫射構造30亦具有一封閉的截面，此截面可以是圓 形、橢圓形或多邊形。因此，開口部ll的內周壁12的截面形狀是圓形、橢圓 形或多邊形。值得注意的是，中空殼體10可以分成好幾個部分。舉例而言，圖 中的中空殼體10的錐狀部分可以跟圓柱部分通過螺鎖的方式結合。
感光模塊40圓定於中空殼體10內，來感測被物體2反射的均勻光線L2。感光模塊40的一光軸40A實質上平行於漫射構造30的一軸向方向30A。於本 實施例中，感光模塊40包含一透鏡固定結構41 、 一透鏡42及一影像傳感器43。 透鏡42及影像傳感器43兩者都固定於透鏡固定結構41中。影像傳感器43通 過透鏡42接收被物體2反射的均勻光線L2。
此外，光學讀取頭1可以更包含一個電路板50，其上形成有多個電子元件 以構成處理電路。在光學讀取頭1讀取物體上的圖案後，電路板50上的處理電 路可以直接辨識此圖案並輸出對應於此圖案的對應訊號，譬如是發出聲音或發 出光線等等，來跟使用者進行互動。值得注意的是，電路板50及其上的處理電 路是可以被視為是感光模塊40的一部分。
因此，於本實施例中，是將通稱為反射器(reflector)的中空殼體10的內 壁面13設計成反射曲面，來將初始光線匯聚成導光管(Lightpipe)，以達到均 勻化照明的功能。因此，只要適當設計反射器內部的形狀，即可以達到良好的 照明效率。
第二實施例
本實施例是以管狀的漫射構造來提供均勻化的光線。
圖4顯示依據本發明第二實施例的光學讀取頭的應用示意圖。如圖4所示， 本實施例的光學讀取頭是類似於第一實施例，不同之處在於漫射構造30是一中 空管體，其裝設於中空殼體10的一開口部11。因此，初始光線L1先折射穿透 進入漫射構造30，再於漫射構造30中進行反射動作。值得注意的是，漫射構 造30可以是一實心柱體。實心柱體有助於將外界的灰塵與感光模塊40隔絕。 或者，漫射構造30可以是由一中空管體及用來封住中空管體的一透明件所組 成。其中，所述漫射構造可採用PC或壓克力、ABS的塑料中添加白色染料制 成；或在透明塑件表面實施霧化處理都可以達到均勻化照明的效果。
此外，於本實施例中，亦可以將漫射構造30設計成可相對於中空殼體10 滑動。由此，可以調整初始光線的反射狀況以及均勻光線的特性。因此，光源模塊20的發光二極體的組裝精密度可以有效降低。 第三實施例
本實施例是以管狀的漫射構造配合光積分構造來提供均勻化的光線。
圖5顯示依據本發明第三實施例的光學讀取頭的應用示意圖。如圖5所示， 本實施例的光學讀取頭是類似於第一實施例，不同之處在於漫射構造30是裝設 於中空殼體10的一開口部11以及中空殼體10的一內擋緣14。由此，可以使 漫射構造30、中空殼體IO及內擋緣14形成一密閉空間15，用來作為一光積分 構造。並配合漫射構造30來提供更均勻化的光線。
於本實施例中，光源模塊20的發光二極體是位於密閉空間15中，初始光 線Ll先折射穿透於漫射構造30，再於漫射構造30進行反射動作，漫射構造 30是一中空管體。然而，漫射構造30可以是一實心柱體，實心柱體有助於將 外界的灰塵與感光模塊40隔絕。或者，漫射構造30可以是由一中空管體及用 來封住中空管體的一透明件所組成。
此外，於本實施例中，亦可以將漫射構造30設計成可相對於中空殼體10 滑動。由此，可以調整初始光線的反射狀況以及均勻光線的特性。因此，光源 模塊20的發光二極體的組裝精密度可以有效降低。
第四實施例
圖6顯示依據本發明第四實施例的光學讀取頭的應用示意圖。如圖6所示， 本實施例的光學讀取頭是類似於第三實施例，不同之處在於感光模塊40更包含 一第一間隔器44及一第二間隔器45。第一間隔器44位於透鏡42與漫射構造 30之間，並緊靠透鏡42與透鏡固定結構41，用於調整透鏡42與影像傳感器 43的一相對距離。第二間隔器45位於透鏡42與影像傳感器43之間，用於固 定透鏡42並消除雜光。
漫射構造30是裝設於中空殼體10的一開口部11以及透鏡固定結構41的一導槽46中，透鏡固定結構41裝設於中空殼體10的一內擋緣14，進而使得 漫射構造30、中空殼體IO、透鏡固定結構41及內擋緣14形成一密閉空間15， 用來作為一光積分構造。漫射構造30可在導槽46中滑動，並相對於中空殼體 IO滑動。
綜上所述，本發明的具有漫射構造的光學讀取頭可以提供均勻輸出光線以 消除強光所造成的辨識死角並提升照明效率，更能提高傾斜角度的容許範圍， 以促進使用的便利性。
在較佳實施例的詳細說明中所提出的具體實施例僅用來方便說明本發明的 技術內容，而非將本發明狹義地限制於上述實施例，在不超出本發明的精神及 權利要求書的情況，所做的種種變化實施，皆屬於本發明的範圍。
權利要求
1.一種具有漫射構造的光學讀取頭，用來讀取一物體，所述光學讀取頭包含一中空殼體；一光源模塊，其固定於所述中空殼體內並提供一初始光線；一漫射構造，其連接至所述中空殼體，接收所述初始光線，並將所述初始光線處理成一均勻光線後輸出，其中，所述初始光線在所述漫射構造中進行多次反射後，進而形成所述均勻光線；及一感光模塊，其固定於所述中空殼體內，來感測被所述物體反射的所述均勻光線，其中所述感光模塊的一光軸平行於所述漫射構造的一軸向方向，且所述感光模塊包含一透鏡固定結構；一透鏡，其固定於所述透鏡固定結構中；及一影像傳感器，其固定於所述透鏡固定結構中，並通過所述透鏡接收被所述物體反射的所述均勻光線。
2. 如權利要求l所述的具有漫射構造的光學讀取頭，其特徵是，所述漫射 構造形成於所述中空殼體的一開口部的一內周壁。
3. 如權利要求2所述的具有漫射構造的光學讀取頭，其特徵是，所述初始光線是由所述中空殼體的一內壁面反射至所述漫射構造中。
4. 如權利要求l所述的具有漫射構造的光學讀取頭，其特徵是，所述漫射 構造是裝設於所述中空殼體的一開口部。
5. 如權利要求4所述的具有漫射構造的光學讀取頭，其特徵是，所述初始光線先折射穿透於所述漫射構造後，再於所述漫射構造中進行反射。
6. 如權利要求4所述的具有漫射構造的光學讀取頭，其特徵是，所述漫射 構造為一中空管體或一實心柱體。
7. 如權利要求4所述的具有漫射構造的光學讀取頭，其特徵是，所述光源模塊包含至少一個發光二極體。
8. 如權利要求4所述的具有漫射構造的光學讀取頭，其特徵是，所述漫射 構造可相對於所述中空殼體滑動。
9. 如權利要求l所述的具有漫射構造的光學讀取頭，其特徵是，所述漫射 構造裝設於所述中空殼體的一開口部以及所述中空殼體的一內擋緣，進而使得 所述漫射構造、所述中空殼體及所述內擋緣形成一密閉空間，來作為一光積分 構造。
10. 如權利要求9所述的具有漫射構造的光學讀取頭，其特徵是，所述初 始光線先穿透所述漫射構造後，再於所述漫射構造中進行反射。
11. 如權利要求9所述的具有漫射構造的光學讀取頭，其特徵是，所述漫 射構造為一中空管體或一實心柱體。
12. 如權利要求9所述的具有漫射構造的光學讀取頭，其特徵是，所述光源模塊包含至少一個發光二極體。
13. 如權利要求9所述的具有漫射構造的光學讀取頭，其特徵是，所述漫 射構造可相對於所述中空殼體滑動。
14. 如權利要求9所述的具有漫射構造的光學讀取頭，其特徵是，所述光 源模塊位於所述密閉空間中。
15. 如權利要求1所述的具有漫射構造的光學讀取頭，其特徵是，所述感 光模塊更包含一第一間隔器，其位於所述透鏡與所述漫射構造之間，並緊靠所述透鏡與 所述去鏡固定結構，並調整所述透鏡與所述影像傳感器的一相對距離；以及一第二間隔器，其位於所述透鏡與所述影像傳感器之間，並固定所述透鏡 並消除雜光。
16. 如權利要求1所述的具有漫射構造的光學讀取頭，其特徵是，所述漫 射構造裝設於所述中空殼體的一開口部以及所述透鏡固定結構的一導槽中，所述透鏡固定結構裝設於所述中空殼體的一內擋緣，使所述漫射構造、所述中空 殼體、所述透鏡固定結構及所述內擋緣形成一密閉空間，來作為一光積分構造。
17. 如權利要求16所述的具有漫射構造的光學讀取頭，其特徵是，所述初 始光線先折射穿透於所述漫射構造後，再於所述漫射構造中進行反射動作。
18. 如權利要求16所述的具有漫射構造的光學讀取頭，其特徵是，所述漫 射構造為一中空管體或一實心柱體。
19. 如權利要求16所述的具有漫射構造的光學讀取頭，其特徵是，所述光 源模塊包含至少一個發光二極體。
20. 如權利要求16所述的具有漫射構造的光學讀取頭，其特徵是，所述漫 射構造可在所述導槽中滑動，並相對於所述中空殼體滑動。
21. 如權利要求16所述的具有漫射構造的光學讀取頭，其特徵是，所述光源模塊位於所述密閉空間中。
全文摘要
一種具有漫射構造的光學讀取頭，用來讀取一物體。光學讀取頭包含一中空殼體、一光源模塊、一漫射構造及一感光模塊。光源模塊固定於中空殼體內並提供一初始光線。漫射構造連接至中空殼體，接收初始光線，並將初始光線處理成一均勻光線後輸出。初始光線在漫射構造中進行多次反射後，進而形成均勻光線。感光模塊固定於中空殼體內，來感測被物體反射的均勻光線，其中感光模塊的一光軸實質上平行於漫射構造的一軸向方向。
文檔編號G02B7/02GK101408927SQ20071018096
公開日2009年4月15日 申請日期2007年10月10日 優先權日2007年10月10日
發明者吳智孟, 林焜尉 申請人:凌陽多媒體股份有限公司