成像系統(tǒng)的制作方法
【專利說(shuō)明】成像系統(tǒng)
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求2014年3月14日在日本提交的日本專利申請(qǐng)N0.2014-052791的優(yōu)先權(quán)并且通過(guò)引用的方式將其全部?jī)?nèi)容并入。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本申請(qǐng)總地涉及成像系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0004]存在用于讀取諸如條形碼的碼和字符或者符號(hào)并且包括諸如電荷耦合器件(CCD)或者互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)的圖像傳感器的已知成像器。一種已知類型的這種成像器是這樣的成像器，該成像器利用由于軸向色差對(duì)于不同的光波長(zhǎng)具有不同的焦點(diǎn)位置以提供大的景深的光學(xué)系統(tǒng)，由此提供大的可讀范圍。這種成像器的示例公開(kāi)在日本特開(kāi)專利申請(qǐng)N0.2011-078097中。
[0005]然而，這種常規(guī)成像器的缺點(diǎn)在于，在對(duì)象的亮度依賴于光的波長(zhǎng)而變化的情況下，景深不能有效地?cái)U(kuò)展。這是因?yàn)椋谶@種情況下，對(duì)比度依賴于光的波長(zhǎng)顯著變化。
[0006]因此，存在對(duì)于能夠高效地?cái)U(kuò)展景深的成像系統(tǒng)的需要。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]根據(jù)實(shí)施例，成像系統(tǒng)包括光學(xué)系統(tǒng)、光學(xué)元件、光源以及成像設(shè)備。該光學(xué)系統(tǒng)對(duì)于不同的光波長(zhǎng)具有不同焦點(diǎn)位置。該光學(xué)元件擴(kuò)展光學(xué)系統(tǒng)的景深。該光源用從多個(gè)波長(zhǎng)之中指定的波長(zhǎng)的照明光照射對(duì)象。該成像設(shè)備捕捉用該照明光照射的并且由光學(xué)系統(tǒng)形成的該對(duì)象的圖像。
[0008]當(dāng)結(jié)合附圖考慮時(shí)，通過(guò)閱讀本發(fā)明的目前優(yōu)選實(shí)施例的以下詳細(xì)描述，將更好地理解本發(fā)明的上面和其他目標(biāo)、特征、優(yōu)點(diǎn)以及技術(shù)和工業(yè)重要性。
【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1是圖示成像器到對(duì)象的距離與每個(gè)波長(zhǎng)處的對(duì)比度之間的關(guān)系的圖；
[0010]圖2是圖示成像器到對(duì)象的距離與每個(gè)波長(zhǎng)處的對(duì)比度之間的關(guān)系的圖；
[0011]圖3是圖示成像器到對(duì)象的距離與每個(gè)波長(zhǎng)處的對(duì)比度之間的關(guān)系的圖；
[0012]圖4是圖示根據(jù)實(shí)施例的成像系統(tǒng)的示例配置的框圖；
[0013]圖5是圖示具有使得焦點(diǎn)位置隨著波長(zhǎng)而變化的軸向色差的鏡頭單元的示例配置的圖；
[0014]圖6是圖示使用圖5中圖示的鏡頭單元獲取的鏡頭數(shù)據(jù)的示例的圖；
[0015]圖7是圖示依賴于波長(zhǎng)的焦點(diǎn)位置偏移的示例的圖；以及
[0016]圖8是圖示在用R波長(zhǎng)的照明光、G波長(zhǎng)的照明光和B波長(zhǎng)的照明光的照射下捕捉的圖像中的對(duì)比度的示例的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面參考附圖詳細(xì)描述示例性實(shí)施例。
[0018]首先描述景深和對(duì)比度之間的關(guān)系。圖1至3是每個(gè)圖示成像器到對(duì)象的距離和每個(gè)波長(zhǎng)處的對(duì)比度之間的關(guān)系的圖。
[0019]為了擴(kuò)展利用對(duì)于不同的光波長(zhǎng)具有不同的焦點(diǎn)位置的光學(xué)系統(tǒng)的成像器(成像系統(tǒng))的景深，可期望如圖2中圖示那樣的這種關(guān)系在對(duì)比度和位置之間保持。然而，在使用自然光捕捉的圖像中對(duì)比度可以在不同波長(zhǎng)處(例如，在R (紅色)、G (綠色)和B (藍(lán)色)波長(zhǎng)之間)變化；在該情形下，特定波長(zhǎng)(在圖1中圖示的示例中，R和G波長(zhǎng))可以產(chǎn)生低對(duì)比度。在該情況下，即使使用不同的波長(zhǎng)，也不能實(shí)現(xiàn)景深的有效擴(kuò)展。
[0020]在這些情況下，根據(jù)本實(shí)施例的成像系統(tǒng)通過(guò)使用能夠發(fā)射從多個(gè)波長(zhǎng)之中指定(選擇)的一個(gè)或者多個(gè)波長(zhǎng)的照明光的光源而高效地?cái)U(kuò)展景深。本文使用的“擴(kuò)展景深”意味著使得焦點(diǎn)位置在寬范圍中可控制。
[0021]例如，如圖2中圖示，可以實(shí)現(xiàn)控制以使得R、G和B波長(zhǎng)重疊，由此如圖2中圖示而擴(kuò)展總的景深。對(duì)于另一示例，在已知對(duì)象的位置的情況下，可以以圖3中圖示的以下方式實(shí)現(xiàn)控制。在第一定時(shí)點(diǎn)，用適當(dāng)?shù)牧康腞照明光照射被定位為接近成像器的對(duì)象，并且在第二定時(shí)點(diǎn)，用適當(dāng)?shù)牧康腂照明光照射被定位為遠(yuǎn)離成像器的對(duì)象。
[0022]圖4是圖示根據(jù)實(shí)施例的成像系統(tǒng)的示例配置的框圖。如圖4中圖示，成像系統(tǒng)包括鏡頭單元202、成像設(shè)備205、圖像處理單元206、控制單元207、光源208和識(shí)別單元209。成像系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)為例如在單個(gè)外殼中包括多個(gè)單元的成像器?？商娲?，成像系統(tǒng)可以通過(guò)包括以分布方式并且通過(guò)網(wǎng)絡(luò)等相互可通信地連接的多個(gè)單元的多個(gè)設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0023]成像系統(tǒng)使用上面描述的單元來(lái)捕捉對(duì)象201的圖像。對(duì)象201的示例包括條形碼、二維碼和字符串。成像系統(tǒng)可用作用于讀取這些碼和字符的成像器。
[0024]鏡頭單元202是包括一個(gè)或者多個(gè)透鏡并且對(duì)于不同波長(zhǎng)具有不同焦點(diǎn)位置的光學(xué)系統(tǒng)。更具體地，通過(guò)利用色差，鏡頭單元202將不同波長(zhǎng)聚焦在軸向分離的圖像平面上，而不是將所有波長(zhǎng)聚焦在單個(gè)圖像平面上。鏡頭單元202包括相位板(phaseplate) 203 和光圈 204。
[0025]相位板203布置在光圈204附近。相位板203是用于產(chǎn)生像差以擴(kuò)展景深的光學(xué)元件。相位板203可以在兩個(gè)或者更多像素上擴(kuò)散在成像設(shè)備205的圖像表面上的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)(PSF) ο
[0026]鏡頭單元202在成像設(shè)備205的圖像表面上形成對(duì)象201的像差圖像。相位板203可以配置為可拆卸。相位板203從其移除的鏡頭單元202可用作普通的光學(xué)系統(tǒng)。在該實(shí)施例中，使用相位板203產(chǎn)生用于擴(kuò)展景深的像差；然而，用于產(chǎn)生像差的方法不限于使用相位板203的方法。例如，可以利用其中整個(gè)鏡頭單元202產(chǎn)生用于擴(kuò)展景深的像差的配置。
[0027]圖5是圖示使得焦點(diǎn)位置隨波長(zhǎng)變化的具有軸向色差的鏡頭單元的示例配置的圖。圖6是圖示使用圖5中圖示的鏡頭單元獲得的鏡頭數(shù)據(jù)的示例的圖。
[0028]圖5中圖示的鏡頭單元包括透鏡51和52、光圈53以及透鏡54至58。圖5中圖示的鏡頭單元的整個(gè)系統(tǒng)的焦距f、F數(shù)Fno和半視角ω如下:f = 5.26、Fno = 2.8和ω =33.6。圖6中的表面號(hào)是表面的序號(hào)(從透鏡51開(kāi)始計(jì)數(shù))。R、D、Nd和vd分別表不曲率半徑(或者，如果表面是非球面，近軸曲率半徑)、表面至表面間隔、折射率和阿貝(Abbe)數(shù)。
[0029]回去參考圖4，成像設(shè)備205捕捉用從光源208發(fā)射的照明光照射的對(duì)象201的、由鏡頭單元202形成的圖像。成像設(shè)備205例如可以是單色成像設(shè)備。作為成像設(shè)備205，例如，可以使用諸如電荷耦合器件(CCD)或者互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)傳感器的一般固態(tài)成像設(shè)備。成像設(shè)備205輸出圖像數(shù)據(jù)。由此輸出的圖像數(shù)據(jù)被饋送到圖像處理單元206。
[0030]圖像處理單元206將圖像處理應(yīng)用于由成像設(shè)備205捕捉的圖像。例如，當(dāng)相位板203被包括在鏡頭單元202中時(shí)，圖像處理單元206可以應(yīng)用用于對(duì)由相位板203擴(kuò)散的PSF去卷積的處理(在下文中，“