[发明专利]可变焦光学系统

说明书

技术领域

本发明总体上涉及光学系统，更具体而言，涉及一种通过使用可变束焦点来提供增大的景深的光学照明系统。

背景技术

诸如条形码读取器的光学扫描器投射扫描的激光束，该激光束引导到包含代码的远程目标上。由上述代码反射的照明然后被处理以检测代码。代码的准确读取需要激光束在横越代码扫描时保持聚焦。这需要比利用CCD或CMOS图像传感器普通得到的景深更大的景深。因此，在激光扫描器中典型地使用可变焦，以便增大有效景深。

在图1中示意性地示出一种典型的激光照明系统10。诸如激光二极管12的激光光源向前投射激光。光入射到聚焦透镜14并穿过它，在该情况下，聚焦透镜14是固定透镜，光在透镜的前方通过光阑16。相对窄的束从光阑16投射，并且在离光阑16的距离Z0处呈现出束腰18或最小直径，在特定的光波长下，Z0的实际值通过透镜14的焦距和光阑16的直径确定。

图2是在日本专利No.3730673中公开的可变焦激光束照明系统10’的示意图。即，系统10’产生激光束，其中，束腰离光阑的距离可以被调节。在该情况下，光源12向前将激光投射到透镜20上并穿过该透镜20。透镜20被安装为朝向和远离光源12轴向移动。从透镜20向前发射的光入射到具有可变直径的光阑22上。通过透镜20的移动以及光阑22的同时调节，激光束腰离光阑22的距离可以在一定范围的值内被调节。通过感测目标离光阑22的距离以及相应地调节透镜20和光阑22，可在一定范围的值内调节束腰离光阑22的距离，从而它可以被设置在与目标的距离相对应的距离处。结果，有效地增大了光源10’的景深。

虽然增大激光源的有效景深是希望的结果，但是实现的成本相当可观。对于必须协调的两个分离的控制系统和致动器，实现透镜位置的控制和光阑大小。因此，光源变得复杂，且难以实现小型化。

发明内容

根据本发明的一方面，一种可变焦照明系统包括向前投射光的光源，在来自光源的光的路径上具有位于光源的前方的可移动透镜、以及安装在光源的前方的固定透镜，该可移动透镜被安装为朝向和远离光源轴向移动。优选地，固定透镜在可移动透镜的前方。通过设计，透镜组合产生位于实际光源的后方的光源的像，并且可移动透镜的移动使从像向前投射的光聚焦。与单透镜系统相比，在该双透镜系统中，为了实现焦点的给定的位置准确度，可移动透镜中所需的定位准确度可以降低一个数量级。

根据本发明的另一方面，可移动透镜形成为具有固定直径的相对的间隔的光阑的单元。照明系统包括向前投射光的光源，前述单元被安装在光源的前方，用于朝向和远离光源轴向移动，并且，固定透镜被安装在光源的前方。不仅可移动透镜的移动改变发射光束的焦点，而且光阑朝向和远离光源的同时移动改变了传递至固定透镜的光的最大角度。这特别导致焦点的有效控制。不仅相比于固定直径光阑而减小的束腰直径使得照明系统产生的光斑大小更小，而且在照明系统的整个焦点范围内的光斑大小的变化减小。此外，还实现更加一致的照明强度。

附图说明

通过下面参考附图对根据本发明的目前优选的且示例性的实施例的详细描述，可以更加全面地理解本发明的上述简要说明以及进一步目的、特征和优点，在附图中：

图1是典型的现有的激光束照明的示意图；

图2是本领域中已知的可变焦激光束照明系统的示意图；

图3是根据本发明的可变焦照明系统的第一实施例的截面图；

图4是对于图2所示的照明系统(30)的类型而言的系统焦距F作为移动透镜20的位置的函数的曲线图；

图5是如图3所示的系统30中的系统焦距作为激光二极管34和移动透镜38之间的距离的函数的曲线图；

图6是图3的系统30的光学参数的示意图；

图7是根据本发明的可变焦照明系统的第二实施例130的截面图；

图8(A)和8(B)是系统130中的光阑156位于框架154的极端位置的效果的示意图，其中，图8(A)涉及在其最前方位置处的框架154，图8(B)涉及在其最后方位置处的框架154；以及

图9是光斑大小(束腰直径)作为离光阑的距离的函数的曲线图。

具体实施方式