CN101894249A - 具有改进的解码的激光扫描器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有改进的解码的激光扫描器。一种扫描装置，用于解码符号体系的编码的符号字符，所述扫描装置包括：用来沿着轴发射光束并且照射目标的激光源。目标包括编码的符号字符。调焦装置与激光源光通信，用来将光束聚焦在物距处的目标上，并且检测器接收从编码的符号字符散射的强度变化的光，并且将该光转化为第一信号。数字转换器将第一信号转化为数字比特流。扫描装置还包括预存信息，其将非标准符号图案与根据符号体系的标准定义的有效符号字符相关联。非标准符号图案包括偏离与有效符号字符相关联的第二数目的元素的第一数目的元素。解码器接收数字比特流，并且利用预存信息来解码信号。

Description

具有改进的解码的激光扫描器
技术领域
本发明总体上涉及光学扫描系统的领域，尤其涉及增加系统性能的、用于解码图像的系统和方法。
背景技术
已经开发了各种光学扫描装置来读取和解码诸如标签的目标上的光学标记，诸如条形码符号。虽然早先的条形码扫描器被设计成在相对近的距离处读取符号，但是存在着在越来越大的距离处(例如在仓库环境中)读取符号的需要。传统的光学扫描系统(诸如便携式条形码激光扫描器)由于光学组件受到约束而一般具有有限的工作范围。具有附加的透镜或反射镜的机械化系统已经开发出来以便相对于固定透镜组件重新定位激光束腰，由此增大扫描装置的工作范围，然而这种改进是复杂的并且增加了成本。
解码图像总是被证明是具有挑战性的，部分原因是因为解码系统对条形码符号的清晰表示最佳地工作，而清晰表示并不总是可能的。由于光学、环境或物理因素，该表示可能离焦，太接近读取器或距离读取器太远。该问题的一种解决方案是通过移动扫描装置或通过移动目标将符号手动移动到读取器能力之内的范围。这个解决方案可能是麻烦的、易失败或者甚至是不可能。已经开发了各种系统来帮助将激光聚焦在目标上，诸如用以确定从读取器到目标的距离的测距系统，但是这些系统增加了复杂性和成本。
发明内容
因此，鉴于背景情况，本发明的目的是提供一种扫描装置，该扫描装置包括用于沿着轴发射光束并且照射目标的激光源。所述目标包括编码的符号字符。与激光源进行光通信的可变焦距透镜组件将光束聚焦在物距处的目标上，并且检测器接收从编码的符号字符散射的强度变化的光并将该光转化为第一信号。数字转换器将第一信号转化为数字比特流。该扫描装置进一步包括预存信息，所述预存信息将非标准符号图案与根据符号体系的标准定义的有效符号字符相关联。非标准符号图案包括从与有效符号字符相关联的第二数目个元素偏离的第一数目个元素。解码器接收数字比特流，并且利用预存信息来解码信号。
本发明的另一个目的是利用预存信息来向扫描装置提供增大的景深，由此允许装置的使用者更快地译解符号字符。
本发明的另一个目的是利用预存信息来向扫描装置提供扩展的工作范围，由此与以前的扫描装置相比，允许装置的使用者以更大的距离范围译解诸如条形码的符号字符。
附图说明
作为本发明的优选实施例的新的特征在权利要求中特别阐述。结合附图参考下面的描述可以最好地理解有关其结构和操作方法的本发明本身，在附图中：
图1是根据本发明的实施例的扫描装置的透视外部图；
图2是以横截面示出了图1中所示的扫描装置的示意图；
图3A是以横截面示出了根据图2的透镜元件的示意图；
图3B是以横截面示出了根据图2的替代透镜元件的示意图；
图4是以横截面示出了图2中所示的可变焦距透镜组件的一个实施例的示意图；
图5是以横截面示出了图2中所示的可变焦距透镜组件的第二实施例的示意图；
图6是以横截面示出了图2中所示的可变焦距透镜组件的第三实施例的示意图；
图7是以横截面示出了图2中所示的可变焦距透镜组件的第四实施例的示意图；
图8是示出了来自图2的检测器的各种信号的图表；以及
图9是用于操作根据本发明的实施例的扫描装置的方法的框图。
具体实施方式
参考图1，示出了典型的现有技术的激光条形码读取器1。读取器1包括壳体4，在一个例子中，壳体4可具有枪柄式把手5和触发器6。读取器1还包括固定透镜组件2，用来聚焦激光束3。按压触发器6会激活激光束3并且使得透镜组件2将光束聚焦在目标7上，目标7具有光学标记8，诸如条形码符号。读取器1还可包括数据线缆9，以便将数据从扫描装置传输到主计算机(未示出)。
固定透镜读取器1利用被聚焦在距离壳体的固定点D0处的光束3而工作。固定透镜组件2的景深关于该聚焦点是线性范围，其中读取器1能够解码符号8。如在此所使用的，景深定义为码读取器能够读取指定的X维度(条形码符号中的窄条和间隔的标定宽度维度)符号的最大和最小平面之间的距离。当目标7在物距D0处进入读取器的景深时，条形码符号8被解码。对于13密耳UPC条形码，典型的景深值大约为13英寸(33厘米)。
可变焦点透镜组件已经被开发出来以便例如在目标的位置可能难以接近的仓库环境下帮助扩展激光条形码读取器的物距，。一个例子是电湿润调焦装置，其通过根据所施加的电压改变透镜的曲率而改变读取器的物距。电湿润透镜组件具有不仅能够以长距离(例如二十英尺)而且能够以较短的距离解码符号的优点。尽管电湿润透镜组件增大了读取器的工作距离的范围，但是它们仍可改进。
典型地，采用可变焦点透镜组件的读取器将会在预定范围的物距内循环，直到实现有效解码。每次扫描之间的物距的改变不能超出景深距离，否则读取器的工作范围内将会出现间隙。因此，由于景深受到读取器解码轻微离焦的图像的能力的限制，所以随着读取器工作范围的增大，需要更多次迭代来取得成功的解码。作为一个例子，如果焦深大致相同，则工作范围为12英寸至24英寸(30.5至61厘米)的条形码读取器将会比工作范围为12英寸至20英尺(30.5厘米至6.1米)的扫描器快得多地取得正确的解码。随着通过对透镜组件进行技术改进而使得工作范围增大，在实现正确的解码之前，必须评估附加的预先选定的迭代。
参考附图的图2，示出了根据本发明所用的扫描装置10的示意图。扫描装置10包括壳体16，可变焦距透镜组件112固定在其中。所示的例子中的扫描装置10可为便携式读取器，其包括电光系统，用于读取符号体系(例如条形码)的编码的符号字符。
如这里所使用的，“编码的符号字符”意欲表示消息中的信息单元的表示，诸如单个字母数字式字符在条形码符号体系中的表示。一个或多个编码的符号字符可用来传达信息，诸如产品的来源和型号标识，例如在UPC条形码中，其包括表示数位的十二个编码的符号字符。另外，编码的符号字符可以是具有商定的常规意思的非字母数字式字符，诸如包括用来表示UPC条形码的起始(左手边的防护图案)、结尾(右手边的防护图案)和中心(中心的防护条图案)的条和间隔的元素。通常将用来将字符编码作为编码符号的这些条和间隔称为“元素”。例如，UPC符号中的编码字符包括四个元素，两个条和两个间隔。类似地，可为其它条形码符号体系(诸如其它一维(“1-D”)条形码系统，包括Code 39和Code 128)或者为堆栈式二维(“2-D”)条形码系统(包括PDF417)定义编码的符号字符。
扫描装置10包括激光源26，其固定安装到壳体16并且被对准，以便沿着光路或光轴28发射激光束14以照明目标30。激光源26可以例如是激光二极管。扫描装置10进一步包括布置在光路内的扫描反射镜32。在所公开的实施例中，扫描反射镜32位于壳体16之内，在可变焦距透镜组件112之后。扫描反射镜32反射入射到其上的所发射的光束14并且将该光束向目标30对准。此外，扫描反射镜32以预定的频率振荡，以便根据预先描述的扫描图案使光束14扫过目标30。扫描图案可沿着横过目标所在平面的线，例如左右运动。在一些实例中，增加正交扫描机构以允许光栅扫描。扫描反射镜32的振荡运动可通过马达34来驱动。
准直透镜36可沿着轴28布置在激光源26和可变焦距透镜组件112之间，以产生聚焦光束。在所公开的例子中，准直透镜36布置在激光源26和扫描反射镜32之间，但是该透镜可沿着轴28位于任意有利的位置。在一个实施例中，准直透镜36被包括作为激光源26组件的一部分。准直透镜36由扫描装置10的厂商根据设计的特定需要来选取。
如上所述，扫描装置10包括可变焦距透镜组件112，用来将光束聚焦在目标30上。如附图的图3A中所示，可变焦距透镜组件112包括至少一个调焦装置12。如图3B中所示，可变焦距透镜组件112可进一步包括平-凸透镜11、双凸校正透镜13或者其它适应扫描装置10的特定需要的透镜元件，例如用以校正球面像差的透镜元件。在一些例子中，可变焦距透镜组件112可包括多个调焦装置12。通常，调焦装置12可包括与光束14进行光通信的可变形表面。可变形表面可作为调焦透镜，其中致动器作用于可变形表面以改变透镜的曲率，由此改变焦距。以这种方式，扫描装置10的物距无需借助于沿着轴28移动固定透镜就可被改变。如在此所提及的，物距D0是指从壳体16到目标30的距离。
参考附图的图4，示意性地示出了调焦装置12的一个实施例。可变形透镜组件40包括可变形表面42、间隔物44和透明盖46。在所示的例子中，可变形表面42包括薄的、无孔的、光学透明的弹性体材料，诸如SYLGARD 184硅弹性体，其是可从DOW CORNING得到的类型。盖46可由不可变形的玻璃片提供。盖46可以如所示的为平的，或者为曲的以提供光焦度。壳体48封装可变形透镜组件40和致动器50。
在另一个实施例中，用于扫描装置10中的调焦装置12也可根据与本申请同时提交的、发明名称为“FLUID LENS ELEMENT FOR USE IN CHANGINGTHERMAL OPERATING ENVIRONMENT”的美国专利申请No.12/432,434中描述的调焦技术来提供，在此通过参考将其全部内容并入。
在又一个实施例中，用于扫描装置10中的调焦装置12也可根据与本申请同时提交的、发明名称为“LASER SCANNER WITH DEFORMABLE LENS”的美国专利申请No.12/432,517中描述的调焦技术来提供，在此通过参考将其全部内容并入。
各种致动器均可用于本发明。图4中所示的致动器50为离子导电的电活性聚合物(EAP)致动器。致动器50包括第一导体元件52a、第二导体元件52b以及夹在第一导体元件52a与第二导体元件52b之间的包括多个标签状元件56的可变形元件54。第一导体元件52a包括电触点(在图4中看不见)，并且第二导体元件52b也包括电触点58。可变形元件54可包括一个或多个导电聚合材料层，以便标签状元件56响应于施加给导体元件52a和52b的电信号而大体上沿着轴28的方向朝向可变形透镜组件40弯曲。推环60响应于标签状元件56的运动而向可变形表面42施加外力，由此为可变形透镜组件40提供驱动。
调焦装置12在由两个极端状态限定的范围内运行。一个极端状态为图5中所示的“电源关断”状态，其中标签状元件56向着可变形表面42偏置推环60。另一个极端状态为“电源接通”状态(未示出)，其中标签状元件56将推环60拉离可变形表面42，以便允许可变形表面42呈现大体平的且较不凸起的结构。在“电源关断”状态中，可变形表面42凸出从而定义凸透镜表面，由此改变了调焦装置12的光学特性。调焦装置12可在两个极端之间的任意状态下运行。
在另一个实施例中，仅当施加电压时，标签状元件56可以相反的方式被偏置以提供凸的(突出的)可变形表面42。在“电源关断”状态，可变形表面42呈现基本上平的和较不凸起的结构。在一些实施例中，表面42甚至可呈现凹形结构。
在又一个实施例中，用于扫描装置10中的包括致动器的调焦装置12也可根据与本申请同时提交的、发明名称为“FOCUSING APPARATUS ANDTERMINAL COMPRISING VARIABLE FOCUS LENS ASSEMBLY”的美国专利申请No.12/432,480中描述的调焦技术来提供，在此通过参考将其全部内容并入。
参考附图的图5，示意性地示出了具有离子导电电活性聚合物致动器的调焦装置12，其中可变形表面42处于变形状态。由可变形表面42、间隔物44和盖46限定的腔62可容纳光学透明的聚焦流体。选择折射率相对高的聚焦流体将减小获得给定的焦距变化所需的变形量。在一个例子中，合适的折射率将会在约1.3到约2.0的范围内。合适的聚焦流体(光学流体)的一个例子为可从SANTOLIGHT获得的SL-5267 OPTICAL FLUID(光学流体)，折射率＝1.67。
现在转而参考附图的图6，其中相同的数字表示与图5相同的元件，示意性地示出了优选的调焦装置12。在所示的例子中，致动器150为音圈致动器。壳体148限定了由背板68连接的圆柱形外壁64和圆柱形内柱66。内柱66为中空的，从而形成与光轴28对准的中心孔70，激光束14通过该中心孔70。壳体148进一步限定在其中形成的内部区72，以锁位和保持音圈元件。在内部区72内，永久磁体74固定到外壁64的内径。推环76或具有线圈78的环在剩余的内部区72内浮动。可变形表面42、间隔物44和盖46固定到外壁64的内径，如前面参考图5所公开的。折射率大于1.0的聚焦流体可置于腔62中。
在操作中，适当的电流经过线圈78并产生电场。根据洛伦兹定律，电场与由永久磁体74感应的磁场相互作用，从而产生驱动力F，驱动力F与电通量和磁通量二者的方向都成直角，如图6中的箭头所示。力F的量与通过线圈78的电流成正比。力F使得推环76在沿着轴28的方向在与光轴28和激光束14的传播方向相同的方向上移动。推环76挤压可变形表面42，使得可变形表面42以产生凸透镜表面的方式凸出。由于音圈设计的特性，可在非常小的时间段内实现非常精确的移动，从而允许以极大的精度调节调焦装置12。
参考附图的图7，示意性地示出了调焦装置12的第三实施例，调焦装置12被示出为包括壳体248的电湿润调焦装置，第一液体80和第二液体82沿着光轴28布置在壳体248中，第一液体80以液滴形式示出。液体80、82是可透光的、不相溶的、具有不同的光学折射率、且密度基本上相同。液体或液滴80由电绝缘物质构成。例如，油、烷(alcane)或者烷(alcane)的混合物，优选卤化的，或任意其它绝缘液体可用于液滴80。液体82由导电物质构成，例如加有盐(矿物或其它)的水、或任意其它有机或无机液体，优选地通过添加离子成分而使其可导电。壳体248包括电解质壁84，该电解质壁优选具有井85，液滴80以相对于轴28的对称的方式被容纳于井85中。壁84与液滴80相比通常具有较低的湿润性，但是表面处理确保高湿润性，并且保持液滴80处于中心位置且防止液滴扩散。井85进一步有助于防止这种扩散。
第一电极86延伸入第二液体82中，而第二电极88位于壁84下面。这些电极连接至电压源V，该电压源V可被看作致动器50。这些电极，尤其是电极88，优选是透光的。当在电极两端施加电压时，产生电力场，该电力场改变液滴80相对于壁84的湿润性。在存在电场的情况下湿润显著增加。在未施加电压的情况下，液滴80呈现图7中的实线所示的大体半球形的形状，且其外表面“A”为凸起的。当施加电压时，电介质壁84的湿润增加，且液滴80变形并且呈现图7中虚线所示的形状，并且其外表面“B”更加凸起，具有更小的曲率半径。液滴的这种变形改变了调焦装置12的焦点，并且对于读取扩展了的距离范围上的符号字符是有用的。
现在返回来参考图2，激光束14通过可变焦距透镜组件112，从而射到物距D0处的目标30上。在所示的例子中，目标30包括多个编码的符号字符90，其在一个例子中其为1-D条形码。照射符号字符90的激光从亮带和暗带的区域散射。检测器92(诸如光电二极管)固定到扫描装置10，并且检测该散射光并产生与返回的光量成比例的小电流。放大器95增强来自检测器92的信号到可用水平。利用数字转换器97将来自放大器95的模拟电压信号101数字化，并且将数字化的比特流102传给解码器99，解码器99可为系统控制器96的一部分。在下面所示的例子中，来自数字转换器97的输出102为表示符号字符90的暗或亮元素的1比特信号，但是比特流102可根据所使用的解码方法而改变。例如数字转换器97可产生8比特信号。
解码器99测量并且量化每个元素(亮或暗)的宽度，并且将量化了的元素宽度与预存信息100中所包含的符号体系的有效符号字符相比较。在一个例子中，预存信息100为存在于控制器96中的查找表。当信号102被成功解码时，可将输出传给例如显示设备。
在一个例子中，扫描装置10以开环循环运行，这意味着控制器不接收关于束腰W0相对于目标30的位置的反馈。当扫描装置10被激活时，诸如当操作者按压触发器时，扫描装置10利用设定到第一焦距的可变焦距透镜组件112捕获第一信号94。如果该信号102利用如上所述的常规技术不能被解码，则控制器96可通过将其关联到与有效符号字符不相关联的非标准符号图案来交替地尝试解码该信号，如下面将详细解释的那样。如果信号102在尝试将其与非标准符号图案相关联之后仍然不能被解码，则控制器96可命令调焦装置12改变光束28的焦距，并且利用设定到第二焦距的透镜组件112捕获第二信号94。继续在调整焦距之前通过将信号102与有效符号字符和非标准符号图案相比较来尝试解码的序列，直到实现下列之一：成功的解码、触发器释放或者到达时限。
在条形码扫描时，关于期望特定条形码看起来像什么以及期望其如何以编码形式出现的信息是可用的。例如，UPC条形码由编码的符号字符组成，该编码的符号字符由总宽度为7个宽度单元的4个交替的条和间隔(或者间隔和条)序列来表示。这些条通常是具有低反射率的黑色的矩形标记。这些间隔通常是没有墨的区域从而使得可看见白色或浅色的基底，并且这些间隔与所述条相比通常是高反射性的。条形码中有效符号字符的图像包括典型地由阶梯函数表示的一个或多个条和间隔。当利用条形码读取器通过数字转换器97被成像和处理时，条形码被表示成例如具有二元值序列的代码字。典型地，解码表定义了每个可用的代码字的精确的阶梯函数，并且解码器99根据至少一种算法来解码信号102。
然而，如上所述，并非所有通过扫描装置10读取的编码的符号字符90都可被解码。在一些情况下，光学、环境或物理因素可能使信号94失真，致使常规的解码算法没有什么用处。目标30可能位于明显不同于束腰的物距处(离焦)，条形码可能照明不足从而黑白对比度不明显，或者符号字符90可能劣化。
如在此所定义的，“劣化的编码的符号字符”意欲表示已经被修改(无论是故意地还是意外地)的编码的符号字符，从而使得无论使用哪个方位来观看或扫描该编码的符号字符，该劣化的编码的符号字符都不再与该类型的编码的符号字符的公认标准一致。
劣化的UPC编码的符号字符可以是任何被涂布了墨或其它暗色材料从而使得一个或多个条的宽度在它们的整个长度上被扩展的编码的符号字符，例如通过利用黑色的墨覆盖介于两个黑色的条之间的白色间隔来扩展，从而条-间隔-条序列被转化为单个宽条。相反，白色(或高反射性的)物质在条的一定宽度上(且在其整个长度上)的涂覆可产生以下情况：间隔的宽度增加而相邻的条的宽度减小(极端情况下，间隔-条-间隔序列被转化为单个较宽的间隔)，或者使得宽条看起来是：较窄的条、之后为间隔、再之后为另一个条，从而使得原始条的总宽度用来表示的不是一个条而是由间隔分隔开的两个条。
在一些例子中，符号字符90可能看起来似乎在信号94中被劣化，但是事实上在印刷规格内。当激光束腰与目标30不对准时可能存在这种例子。参考附图的图2，光束14的束腰表示为W0。理论上，如果目标30在与到W0的距离一致的物距D0处，则在被检测器92感测时，符号字符90将会具有最清晰的对比度。事实上，物距D0与W0的一定差异是允许的，并且检测器92所感测的对比度将足以实现成功的编码。这个距离就是景深，并在图2中表示为DOF。如果物距D0在景深范围内，则解码将是成功的。景深一般根据条形码元素的宽度而变化。例如，可用来读取13密耳条形码的条形码读取器一般可能具有13英寸(33厘米)的景深。对于7.5密耳条形码，景深一般可为5.75英寸(14.6厘米)，而对于5密耳条形码，景深一般可为0.85英寸(2.2厘米)。在常规光学扫描系统中，当目标30的位置超出景深范围时，信号94将恶化，从而看上去像是劣化的编码的符号字符的情况。因此，将扫描装置10配置为解码超出一般景深范围的信号94，允许扫描装置10解码在扫描装置10离焦时产生的信号94。
参考附图的图8，由字母“A”至“F”标记的各个曲线表示从条形码所检测到的记录信号，以及通过使记录信号经过信号处理方法而获得的信号。在图8中，(在任意单元)沿着垂直轴给出了所反射的照明的强度。对于反射性区域，诸如白色间隔，反射率相对高，相应地曲线被表示为在垂直轴上具有较高的数值。对于具有较低反射率的黑色的条，相应地曲线在垂直轴上具有较低的数值。在图8中，水平轴表示沿着所示的扫描线98在图2的条形码上经过的距离。可选择地，水平轴可被看作时间轴，以毫秒为单位被示出。
由字母“A”标记的曲线是被记录为检测器92(图2)的输出信号的所示信号，检测器92检测与从编码的符号字符反射的照明相对应的光强度并且由所检测的光强度产生电信号。在图8中，由字母“B”标记的阶梯函数是通过使曲线“A”经历常规的数字化技术而由曲线“A”得到的信号。
在读取曲线“A”的实际数据或者由曲线“A”得到的阶梯函数“B”中的状态变化或波动序列时，存在可被定义的数学序列。在编码的符号字符中出现的元素(条和间隔)的宽度的序列称为“e-序列”或者为了方便称为“esep”。元素宽度序列(“esep”)可以从测量阶梯函数“B”的边到边过渡的宽度而得到。例如，阶梯函数“B”的esep为：(左手边的防护条图案)3211-1114-1411-1132-1411-1231(中间的防护条图案)1213-1231-2221-1114-3211-3112-(右手边的防护条图案)。曲率“A”和阶梯函数“B”表示未失真的、未更改的且未损坏的UPC条形码，这样的条形码在适当的照明条件下并且在条形码读取器的景深范围内正在被读取。采用利用解码值(诸如在表I的第一和第二栏中找到的解码值)的常规解码技术，信号94将会被解码为字母数字式的数字串0-6-3-4-3-5-8-5-1-6-0-9。
图8的曲线“C”是被记录作为检测器92的输出信号的信号的另一个例子。曲线“C”与曲线“A”的比较表明信号的特征正在变得劣化，这可能是由上述条件中的一个或多个而导致的。然而，通过比较曲线“B”和阶梯函数“D”，可以看出常规解码技术仍然能够准确地读取该条形码。可选择地，该图案可通过故意修改条间隔图案而产生。
在曲线“E”中，由于例如读取的是大大超过激光束的束腰的条形码或在捕获图像时由于手的运动而模糊的条形码或者读取的是这两种情况都存在的条形码，进一步的劣化是明显的。所测量的数据已经丢掉了其许多细节，并且一些元素作为大的无差别信号出现。如从阶梯函数“F”可看出的，常规解码算法不能识别大量的零相交，并且当使用常规条形码读取器或成像仪观察时，数字化的阶梯函数“F”是无意义的。
本发明的系统和方法缓解了当信号102(图2)不符合任何预期图案时遇到的解码问题，该预期图案与特定符号体系的条间隔图案相关联。预存信息100，例如包括一个或多个数学公式的查找表，存储在控制器96中，控制器96将失真的图像或者偏离的符号图案与有效符号字符相关联，该有效符号字符与符号体系的标准定义相关联。可将存储在表中的计算过的失真图像与读取器“看见”的图像相比较。一个或多个查找表的元素可通过计算或者通过实验而产生，即，作为建立该查找表的一个方法，通过建立对已知距离处的已知标记的“读数”且记录如此产生的信号来产生。关联偏离的符号图案的一个示例方法包括使用最小二乘法，由此所采集的原始数据通过与已知的编码的符号字符的预期图案相比较而经历最小二乘法。导致最小余数或者最小平方误差的序列被认为是正确的序列。
表I示出了偏离的符号图案的一个例子。第一栏列出了符号体系中编码的数值，而第二栏列出了相应的有效符号字符，例如每个数值的4元素宽度序列。第三栏列出了偏离第二栏的有效符号字符的可能的失真符号元素。在示出的例子中，如果与宽度为两个、三个、或四个元素宽度的条和间隔相比，具有一个元素宽度的条和间隔变得失真、被涂污、变得模糊或被损坏，则出现失真符号元素。注意第三栏的失真符号元素形成3元素序列宽度，并且不与第一栏中的任何数字相对应，从而常规条形码读取器将不能解码该图案。这种失真符号元素的一个例子可在图8的曲线“F”中在X1＝300处找到，其中符号字符3-2-1-1已经失真而显示成3-2-2。
表I
Figure BSA00000166333900111
Figure BSA00000166333900121
类似地，表I的第四栏列出了偏离第二栏的有效符号字符的另外可能的失真符号元素。在第四栏中，失真符号元素形成2元素序列宽度并且不与第一栏中的任何数字相对应。这种失真符号元素的一个例子可在图8的曲线“F”中在X2＝1000处找到，其中符号字符1-1-1-4已失真而显示成3-4。
现在参考附图的图2、3A、3B、4和5，在本发明的一个实施例中，扫描装置10利用配置在第一设定的调焦装置12产生第一信号94，第一设定即“电源关断”设定(在“电源关断”设定下，调焦装置12处于静止状态)，在图2中表示为物距D0。控制器96尝试解码信号94，并且如果不成功则利用例如表I中的预存信息100并再次尝试解码该信号。如果仍不成功，则控制器96命令致动器50(图4、5)向调焦装置12施加力，由此引起透镜组件的物距的改变。在一个例子中，新物距落在如图2中所示的扩大的景深范围DOF’内。控制器96尝试利用常规解码方法解码第二信号94，并且如果不成功则利用表I中的预存信息100。离焦且显示为图8中的曲线“F”的符号图案被利用预存信息100正确地解码。
在本发明的另一个实施例中，扫描装置10用来解码已经有意地使其失真的条形码符号。在一个例子中，条间隔图案中的两个1元素序列结合在一起从而形成一个2元素序列。可通过例如利用钢笔在条间隔图案的间隔内进行填充而将序列结合在一起。所得到的失真图案仍然可通过扫描装置10来解码，因为失真图案存储在例如表I的参考表中。
通过利用扫描装置10，有两个优点是显而易见的。第一，景深增大，由此控制器96需要更少的迭代来实现正确的解码。第二，如果目标30的物距超出扫描装置10的最大范围能力，例如在“电源关断”状态，扫描装置10仍然可用来解码符号图案，如果目标30在扩大的景深范围内的话。以这种方式，扫描装置10的总的工作范围增大而超出其物理能力。
参考图9(并参考图2的元件标号)，示出了用于操作扫描装置10的方法200。方法200包括步骤210：提供激光源26、可变焦距透镜组件112以及检测器92、数字转换器97和解码器99。该方法200还包括步骤220：向控制器96提供预存信息100。预存信息包括已知的、有效的符号图案的预期偏差。该偏差可根据具有一个元素宽度的条和间隔被分类，与宽度为两个、三个或四个元素宽度的条和间隔相比，该具有一个元素宽度的条和间隔是失真的、涂污的、模糊的或损坏的。该偏差可以例如存储在查找表中。
在步骤230，激活激光源26，而在步骤240，激光源使激光束14沿着光轴28通过调焦装置12(图3B)，从而在步骤250扫描编码的符号字符90。在步骤260，检测器92接收从编码的符号字符90散射的光，并且在步骤270，将散射光转化为信号94。在步骤280，放大器95将信号增强到可用水平并且将放大的信号101传给数字转换器97。在步骤290，数字转换器97产生符号图案并且将信号102传给解码器99。
在步骤300，将信号94与符号体系的有效的(例如已知的)符号图案相比较。如果所观察到的符号图案与任何已知图案都不相匹配，如在步骤305处所示，控制器访问预存信息，并且在步骤310将观察到的偏差与存储在预存信息中的偏差相关联。如果观察到的符号图案与存储在预存信息中的任何偏差相匹配，如步骤315处所示，解码成功并且控制器进入步骤320，并且例如通过显示器或者信号音来显示结果。如果符号图案不能被解码，则重复方法200，直到有效符号图案被关联并且控制器96能够成功解码信号94或者时间到了，并且利用新的数据重新开始处理。
在此所描述的系统、方法和装置的少量例子如下：
A1.一种扫描装置，用于解码符号体系的编码的符号字符，所述扫描装置包括：
激光源，用于沿着轴发射光束并且照射目标，目标包括所述编码的符号字符；
扫描反射镜，其布置在激光源和目标中间，该扫描反射镜用于偏转从激光源发射的光束，以使得该光束根据扫描图案扫描目标；
调焦装置，其与激光源进行光通信，用于将光束聚焦在物距处的所述目标上；
检测器，用于接收从所述编码的符号字符散射的强度变化的光，并且将该光转化为第一信号；
数字转换器，其用于将第一信号转化为数字比特流；
预存信息，其将非标准符号图案与根据符号体系的标准定义的有效符号字符相关联，所述非标准符号图案包括偏离与所述有效符号字符相关联的第二数目的元素的第一数目的元素；以及
解码器，其用于接收所述数字比特流，并且利用预存信息来解码所述信号。
A2.根据权利要求A1的扫描装置，其中扫描装置用来利用配置在第一设定的调焦装置来产生第一信号，利用配置在第二设定的调焦装置来产生第二信号，并且进一步用来利用预存信息来解码第一信号和第二信号。
A3.根据权利要求A1的扫描装置，其中非标准符号图案为条间隔图案。
A4.根据权利要求A3的扫描装置，其中所述符号体系选自包括通用产品码、Code 39以及PDF417符号体系的组。
A5.根据权利要求A3的扫描装置，其中第一数目的元素为3元素宽度序列，而第二数目的元素为4元素序列，并且解码器利用预存信息将3元素宽度序列解码为符号体系的有效符号字符。
A6.根据权利要求A5的扫描装置，其中3元素宽度序列是通过将两个1元素宽度转化为单个2元素宽度而产生的。
A7.根据权利要求A1的扫描装置，其中调焦装置包括可变形透镜元件和致动器，可变形透镜元件具有可变形表面，所述可变形表面的至少一部分透射所述光束，所述致动器用于向可变形表面施加力。
A8.根据权利要求A7的扫描装置，其中该力沿着基本上平行于所述轴的第一方向。
A9.根据权利要求A8的扫描装置，其中可变形表面配置为沿着与第一方向相反的第二方向变形。
A10.根据权利要求A7的扫描装置，其中致动器在所述轴附近的分布区域中形成的连续性施力点处施加所述力。
A11.根据权利要求A7的扫描装置，其中调焦装置是电湿润调焦装置，其包括一对具有不同光折射率的透光液体，所述液体之一具有被容纳于处于静止状态的井中的液滴形状，以光学地调整所述光束，所述致动器向所述液体之一的两端施加电压以改变该液体的形状。
B1.一种用于操作扫描装置的方法，包括步骤：
提供激光源、调焦装置、检测器、数字转换器和解码器；
提供预存信息，该预存信息将非标准符号图案与根据符号体系的标准定义的有效符号字符相关联，所述非标准符号图案包括偏离与所述有效符号字符相关联的第二数目的元素的第一数目的元素；
激活激光源；
使激光束沿着轴通过调焦装置以照射目标，所述目标包括编码的符号字符；
扫描所述编码的符号字符；
接收来自目标的散射光，并且将该光转化为第一信号；
将第一信号转化为包括数字比特流的第二信号；
从所述数字比特流产生非标准符号图案；以及
利用所述预存信息解码所述非标准符号图案。
B2.权利要求B1的方法，还包括将由检测器产生的信号与预先定义的信号相比较的步骤。
B3.权利要求B1的方法，其中目标上的所述编码的符号字符为劣化的编码的符号字符。
B4.权利要求B3的方法，其中劣化的编码的符号字符选自包括通用产品码、Code 39以及PDF417符号体系的组。
B5.权利要求B4的方法，其中所述非标准符号图案为3元素宽度的条间隔图案，与所述有效符号字符相关联的第二数目的元素为4元素条间隔图案，并且该方法还包括干扰所述编码的符号字符上的两个1元素宽度序列而产生一个2元素宽度序列的步骤
B6.权利要求B1的方法，其中调焦装置是电湿润调焦装置，其包括一对具有不同光折射率的透光液体，所述液体之一具有被容纳于处于静止状态的井中的液滴形状，以光学地调整所述光束。
虽然已经参考多个具体实施例描述了本发明，但是将会理解，本发明的真正精神和范围应该仅关于可受到本说明书支持的权利要求来确定。此外，尽管在此处的众多情况中，其中系统和装置及方法被描述为具有一定数量的元件，但是将会理解，这些系统、装置和方法可利用少于所提到的一定数量的元件来实践。同样，尽管已经描述了多个特定实施例，但是将会理解，已经参考每个特定实施例描述的特征和方面可用于每个其他的特别描述的实施例。

Claims (15)

1.一种扫描装置，用于解码符号体系的编码的符号字符，所述扫描装置包括：
激光源，用于沿着轴发射光束并且照射目标，目标包括所述编码的符号字符；
扫描反射镜，其布置在激光源和目标中间，该扫描反射镜用于偏转从激光源发射的光束，以使得该光束根据扫描图案扫描目标；
调焦装置，其与激光源进行光通信，用于将光束聚焦在物距处的所述目标上；
检测器，用于接收从所述编码的符号字符散射的强度变化的光，并且将该光转化为第一信号；
数字转换器，其用于将第一信号转化为数字比特流；
预存信息，其将非标准符号图案与根据符号体系的标准定义的有效符号字符相关联，所述非标准符号图案包括偏离与所述有效符号字符相关联的第二数目的元素的第一数目的元素；以及
解码器，其用于接收所述数字比特流，并且利用预存信息来解码所述信号。
2.根据权利要求1的扫描装置，其中扫描装置用来利用配置在第一设定的调焦装置来产生第一信号，利用配置在第二设定的调焦装置来产生第二信号，并且进一步用来利用预存信息来解码第一信号和第二信号。
3.根据权利要求1的扫描装置，其中非标准符号图案为条间隔图案。
4.根据权利要求3的扫描装置，其中所述符号体系选自包括通用产品码、Code 39以及PDF417符号体系的组。
5.根据权利要求3的扫描装置，其中第一数目的元素为3元素宽度序列，而第二数目的元素为4元素序列，并且解码器利用预存信息将3元素宽度序列解码为符号体系的有效符号字符。
6.根据权利要求5的扫描装置，其中3元素宽度序列是通过将两个1元素宽度转化为单个2元素宽度而产生的。
7.根据权利要求1的扫描装置，其中调焦装置包括可变形透镜元件和致动器，可变形透镜元件具有可变形表面，所述可变形表面的至少一部分透射所述光束，所述致动器用于向可变形表面施加力。
8.根据权利要求7的扫描装置，其中该力沿着基本上平行于所述轴的第一方向。
9.根据权利要求8的扫描装置，其中可变形表面配置为沿着与第一方向相反的第二方向变形。
10.根据权利要求7的扫描装置，其中致动器在所述轴附近的分布区域中形成的连续性施力点处施加所述力。
11.根据权利要求7的扫描装置，其中调焦装置是电湿润调焦装置，其包括一对具有不同光折射率的透光液体，所述液体之一具有被容纳于处于静止状态的井中的液滴形状，以光学地调整所述光束，所述致动器向所述液体之一的两端施加电压以改变该液体的形状。
12.一种用于操作扫描装置的方法，包括步骤：
提供激光源、调焦装置、检测器、数字转换器和解码器；
提供预存信息，该预存信息将非标准符号图案与根据符号体系的标准定义的有效符号字符相关联，所述非标准符号图案包括偏离与所述有效符号字符相关联的第二数目的元素的第一数目的元素；
激活激光源；
使激光束沿着轴通过调焦装置以照射目标，所述目标包括编码的符号字符；
扫描所述编码的符号字符；
接收来自目标的散射光，并且将该光转化为第一信号；
将第一信号转化为包括数字比特流的第二信号；
从所述数字比特流产生非标准符号图案；以及
利用所述预存信息解码所述非标准符号图案。
13.权利要求12的方法，还包括将由检测器产生的信号与预先定义的信号相比较的步骤。
14.权利要求12的方法，其中目标上的所述编码的符号字符为劣化的编码的符号字符。
15.权利要求12的方法，其中目标上的所述编码的符号字符为劣化的编码的符号字符，其中劣化的编码的符号字符选自包括通用产品码、Code 39以及PDF417符号体系的组，并且其中所述非标准符号图案为3元素宽度的条间隔图案，与所述有效符号字符相关联的第二数目的元素为4元素条间隔图案，并且该方法还包括干扰所述编码的符号字符上的两个1元素宽度序列而产生一个2元素宽度序列的步骤。
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