[发明专利]带有为全内反射而定位的至少一个表面所给出的孔径的集成透镜模块

说明书

技术领域

本发明涉及光学部件，尤其涉及包括用于数据捕获器件的集成部件的透镜模块。

背景技术

有大量的标准用于对数字和其它可视形式的信息进行编码，比如通用产品代码(UPC)和/或欧洲物件号码(EAN)。这些数字代码允许各行业在相似的系统下标识各种产品和制造，维持大量的库存，管理种类很广的物品。产品的UPC和/或EAN作为一种数据表单被印到、贴到、蚀刻到产品上或以其它方式附加到产品上。

数据表单是对数字和其它可视形式的信息进行编码的任何标记。例如，数据表单可以是条形码、二维代码、物体上的标记、标签、签名、符号等。条形码由一连串宽度不同的亮的和暗的矩形区域构成。这些亮的和暗的矩形区域可以排列成代表UPC数字。另外，数据表单并不限于产品。它们可以被用于标识重要的物品、地点等。数据表单也可以是其它对象，比如商标图像、人脸等。

诸如基于激光的条形码扫描仪等器件可以被用于解码这些数据表单，并从它们中自动地获得关于产品的信息。已知的激光扫描仪包括光束成形光学器件以形成其激光束。为了提高扫描仪性能，例如，对于低对比度和印刷较差的条形码而言，椭圆成形的激光光斑是较佳的。通过使激光光斑的垂直高度拉长，比如通过向光束成形光学器件添加带像散的光学部件，便可以形成椭圆成形的激光光斑。例如，带像散的光学部件可以是圆柱形透镜或镜子。圆柱部件在扫描仪中的准确定向对于一致的扫描仪性能而言是关键的。例如，如果透镜偏移90度，则激光光斑在水平方向上被拉长并且并不提供性能增强。

图2示出了典型的光束成形组件200，它包括激光器205、聚焦透镜215、圆柱透镜220、透镜夹具210以及孔径225。激光被聚焦透镜215聚焦，被圆柱透镜220拉长，并且被孔径225进一步定形。孔径225可以是非旋转对称形状，比如矩形、椭圆形等。产生孔径的典型方法是在不透明材料(比如透镜夹具)中压铸一个孔。通常，在批量生产环境中，可能很难控制孔径尺寸和边缘的质量。这导致孔径缺陷，比如孔径边缘处成形后的余料以及规格之外的尺寸。

尽管未示出，透镜夹具210包括对准特征，用于帮助使透镜模块在扫描仪中恰当地定向。当组件200被构造出时，使圆柱透镜220与孔径225和/或透镜夹具的对准特征恰当地定向是非常重要的，否则当透镜模块被放入扫描仪中时激光束将被不恰当地定形。

相应地，期望简化扫描仪的光束成形组件的构造。另外，期望提高批量生产出的孔径的质量。

发明内容

本发明满足这个和其它需要，这从本文的描述中可明显地看到。

根据本发明而实现的透镜模块包括聚焦透镜以及作为聚焦透镜一部分的孔径。由以大于全内反射临界角的角度定位于该透镜上的至少一个表面形成了该孔径。通过使多个表面以临界角定位于聚焦透镜上，便可以形成该孔径的形状。聚焦透镜表面上被上述成一定角度的表面覆盖的区域将光线反射掉，而聚焦透镜表面上没有被上述成一定角度的表面覆盖的区域则形成一个孔径从而允许光线穿过。

该孔径可以具有半椭圆形状、椭圆形状、矩形形状、圆形形状、自由形状等，并且该孔径可以限定激光束的水平宽度或垂直高度。

该聚焦透镜包括让光线进入该聚焦透镜的表面以及让光线从该聚焦透镜中出射的表面。可以形成任一表面以便聚焦进入该透镜的光线。在一些实施方式中，相反的表面可以具有非旋转对称的形状(比如圆柱形表面)，以拉长光束光斑的垂直高度并提高扫描仪性能。用于构成该孔径的成一定角度的表面都形成于该透镜的出射表面。

在包括非旋转对称表面的本发明的实施方式中，该表面相对于扫描设备的定向/对准是重要的，因为透镜安装不当可能导致光束光斑被不恰当地拉长或扫描仪性能有所下降。由此，本发明的一些实施方式包括位于透镜模块上的对准特征。这些对准特征可以是突出的构件、凹陷的部分等。

在本发明的一些实施方式中，透镜模块还包括圆柱形透镜夹具。单片聚焦透镜/圆柱形表面/孔径都可以被插入该圆柱形透镜夹具中，从而无须担心定向问题。

在本发明的备选实施方式中，透镜夹具可以具有其自身的旋转对称孔径。由此，透镜孔径限定激光束的宽度或激光束的高度，而透镜夹具孔径则限定激光束的其它维度。一些透镜夹具孔径可能是非旋转对称的，但透镜和孔径在这些透镜夹具中的定向将是很重要的。

根据本发明一实施方式实现的一种备选的透镜模块包括聚焦透镜、孔径和透镜夹具。该孔径就是聚焦透镜的一部分，由至少一个以大于全内反射临界角的角度定位于该聚焦透镜上的表面形成了该孔径。