CN101263574A - 光电读取器中的不含重金属的带通滤光器 - Google Patents

Abstract

在用于光电读取器的带通滤光器中不使用重金属，例如镉，以遵守有关危害环境的政府规定。

Description

光电读取器中的不含重金属的带通滤光器

技术领域

本发明总地涉及用于读取编码如条形码符号的光电读取器，如扫描器和成像器；更具体地说，涉及一种在这样的读取器中用于对沿路径传输至光电检测器的光进行过滤的带通滤光器；特别是使滤光器不含重金属。

背景技术

光电读取器如条形码符号扫描器和固态成像器在零售、批发、工业和军事应用方面已被广泛接受。扫描器一般照亮包含不同光反射率区域的符号，利用光电检测器如光电二极管感知从这些符号区域散射的不同强度的光，并确定这些符号区域的宽度和间距以获得编码在符号中的信息。成像器通过捕获和处理符号的图像确定符号区域的宽度和间距，图像捕获由光电检测器如光电元件阵列执行。

在上述两种类型的读取器中，光电检测器感知入射其上的光。该光包括所期望的从符号区域散射的光，以及不期望的光如周围环境的光、阳光和从该读取器的视场内的其他物体反射的光。带通滤光器通常被置于光电检测器之前，从而仅允许所期望的光穿过并到达光电检测器，而阻止不期望的光。检测到不期望的光将损害读取器性能，甚至导致读取符号失败。

众所周知，在现有技术中使用带有红外阻挡涂层的透明玻璃构件和由易碎的玻璃纸材料构成的雷登(Wratten)滤光器制造带通滤光器。由于在切割或冲压过程中雷登滤光器容易碎，所以通过切割来成型雷登滤光器而不产生浪费是昂贵和困难的。

在移动光束读取器的情况中，波长约650nm的红色激光束被扫过所要读取的符号，众所周知，在现有技术中制造红色塑料材料的读取器的出射窗以使该窗口本身形成带通滤光器的一部分。然而，因为出射窗使用塑料使得读取器易受刮擦并且由于暴露于阳光或化学物质下容易褪色。

另外，众所周知，把读取器中的带通滤光器置于光电检测器之前。在红色激光束的情况中，该滤光器包含红色玻璃构件，它具有绝缘涂层用于设置较高的通带值。该玻璃构件的红颜色是由一种染料造成的，该染料的成分之一是用来设置较低通带值的镉。镉是在该玻璃构件处于熔化状态下被加入的。

然而，一些政府当局认为镉的使用对环境具有潜在危险。镉是一种已知的眼睛和皮肤刺激物，并同肺和肾病以及癌症有联系。和其他重金属一样，如果浓度高，或者如果由于自然过程或处理过程——例如碾磨或粉碎——从玻璃构件中泄漏出来，镉能够成为一种污染源。

因此，本发明总的目的是制造一种带通滤光器，该滤光器不含重金属，特别是被一些政府当局认为有害的镉。

发明内容

根据上述目的以及其他随后将显而易见的目的，本发明的一个特征简单地说在于一种不含重金属的带通滤光器和一种制造和使用该滤光器的方法。在用于读取标记如条形码符号的光电读取器中，该滤光器用于对沿路径传输至光电检测器的光进行滤波。

根据本发明，塑料构件被置于所述路径上，包含当局认为不危险的元素的染料分布于整个所述塑料构件。例如，如上所述，镉被一些当局认为是一种有害的元素，而该染料中没有镉。该染料用于吸收波长比低通带值更短的光。绝缘涂层也被置于所述路径上。该涂层用于反射波长比高通带值更长的光。

例如，如果该读取器扫描具有像650nm波长的红色激光束，则在50％透射率处的低通带值大约是625nm，而在50％透射率处的高通带值大约是690nm。该滤光器基本上允许大部分波长在625nm和690nm之间的光到达光电检测器，而基本上阻挡大部分在这些波长之外的光，但不使用镉或其他重金属元素。

所述绝缘涂层可涂于所述塑料构件的外表面，或者，优选的，该涂层涂于所述路径上的玻璃板。该玻璃板不仅是紫外(UV)滤光器，对涂层来说也是方便的支撑物。在典型应用中，需用高温来沉淀该涂层，而这样的高温能够软化或熔化许多塑料材料。通过在玻璃上沉淀涂层，在涂层沉淀中常遇的高温下玻璃将不会变形。

光电二极管通常被封装于塑料壳体内。因此，在另一种实施方案中，染料优选地分布于该塑料壳体内，因此，单独的塑料构件不是必要的。

在其他的实施方案中，聚光透镜有时用来聚光并将光引向光电检测器。如果该透镜由塑料制成，则染料可分布于整个塑料透镜。如果该透镜由玻璃制成，则绝缘涂层可被方便地沉淀在该透镜上。

附图说明

图1是一种光电读取器的示意图，该光电读取器中使用了根据本发明的带通滤光器；

图2是图1的滤光器的带通特性；

图3-6是图1的滤光器的不同实施方案的示意图；

图7-8是图1的滤光器的其他实施方案的示意图；和

图9是比较图7-8的实施方案的带通特性的图。

具体实施方案

现参考附图，图1中的附图标记10总地标识了用于光电读取标记如条形码符号的便携式读取器。读取器10优选地实现为枪型装置，具有枪把式手柄53。轻型塑料壳体55包含光源46、检测器58、光学元件57、信号处理电路63、已编程的微处理器40和电源或电池组62。在壳体55前端的出射窗56允许输出光束51射出和输入的反射光52进入。操作员从读取器10与条形码符号70相分离——即不接触该符号或移过该符号——的位置上将该读取器对准条形码符号70。

光学元件57可包含一个合适的透镜(或多透镜系统)来将光束51聚焦到在适当的参考平面上的扫描点。光源46如半导体激光二极管将光束引入到透镜57的光轴以及所需的其他透镜或波束成形结构。该光束从振动反射镜59反射，该振动反射镜被耦合到扫描驱动电机60，该电机在手动拉动触发器54的时候被供电。振动反射镜59的振荡致使输出波束51以所需模式——如扫描线或光栅模式扫描线——来回扫描过所述符号。

被符号70反射或散射回的光52回来穿过窗56透射到检测器58。在图1所示的示例性的读取器中，从反射镜59反射的反射光穿过带通滤光器47并射到光敏检测器58上。详述如下，滤光器47一般被设计为具有带通特性以使反射的(返回)激光通过并阻挡来自其他光源的光。检测器58产生模拟信号，该信号正比于返回光52的强度。

所述信号处理电路包括安装在印刷电路板61上的数字转换器63。该数字转换器处理来自检测器58的模拟信号以产生脉冲信号，在脉冲之间的宽度和间距对应于所述符号的条带宽度和条带之间的间距。该数字转换器起到边沿检测器或波形电路的作用，该数字转换器设置的阈值确定模拟信号的哪些点代表条带边沿。来自数字转换器63的脉冲信号被送入解码器，解码器一般包含在已编程的微处理器40中，该微处理器还具有相关的程序存储器和随机访问数据存储器。微处理器解码器40首先确定来自所述数字转换器的信号的脉冲宽度和间距。然后，该解码器分析该宽度和间距以寻找并解码合理的条码信息。这包括用于识别由适当的编码标准定义的合法字符和序列的分析过程。这也可包括对被扫描的符号所遵循的特定标准的初始识别。这种对标准的识别一般被称为自动鉴别。

为扫描符号70，操作员将条形码读取器10对准，操作可动的触发开关54来激活光源46、扫描电机60和信号处理电路。如果扫描光束51是可见的，则操作员能够在显示符号的表面上看到扫描图案并相应地调整读取器的瞄向。如果光源46产生的光束51难以看到，则瞄准光可被包含进来。如果需要，该瞄准光产生可见光点，该光点可以是固定的，或像激光束51一样是扫描的。在拉动触发器之前，操作员利用该可见光将读取器对准符号。

读取器10也可用作便携式数据收集终端。如果这样，该读取器将包含键盘48和显示器49。

如前所述，带通滤光器47用于对沿路经传输至光电检测器58的光52进行滤波。光52穿过窗56至反射镜59，从此处反射通过滤光器47至光电检测器。可选的聚光透镜45可用来将光52聚焦到光电检测器上。如果激光46发射具有650nm量级的波长的红色波束，则希望滤光器47只允许650nm附近的光通过并到达光电检测器。

图2所示的是滤光器47的一般带通特性，该滤光器中在约50％透射率处的低通带波长被设为约625nm，在约50％透射率处的高通带波长被设为约690nm。这些数值仅仅是示例性的。如上所述，高通带波长通常由玻璃构件上的绝缘涂层确定，而玻璃构件里的红色颜料确定低通带波长。然而，红色颜料的元素之一是镉，镉被一些当局认为造成安全和环境危害。

根据本发明的一个特征，镉被去除。如图3所示的实施方案，滤光器47包括塑料构件70，一种点画表示的染料分布于整个塑料构件。该染料不含镉并用于吸收波长比低通带波长更短的光。在所述路径上同样提供绝缘涂层72，用于反射波长比高通带波长更长的光。涂层72实际上是一层涂于一层之上的多层反射涂层，每个涂层的厚度均为微米的分数并反射不同波长的光从而造成不同波长的光的干涉。在图3的实施方案中，涂层72直接涂于红色塑料构件70的外表面上。

在图4的实施方案中，绝缘涂层72涂于玻璃板47的外表面上。涂层72的喷涂是在足以融化塑料如塑料构件70或至少使其变形的高温下进行的。因此，为承受如此高温，涂层72被涂于玻璃板上。图4所示的是，具有涂层的玻璃板74和红色塑料构件70为彼此分离的元件。这样做是为了图示方便，因为在实际中一般利用透光胶直接将具有涂层的玻璃板74粘附于红色塑料构件70。玻璃板74也用作紫外光滤光器。

图5的实施方案所示的是塑料构件70封装了光电二极管58，而不是提供塑料构件70作为分离元件。光电二极管58通常封装在塑料壳体76中，图5的实施方案提出使染料分布于整个塑料壳体。这样，绝缘涂层72能够如图5所示直接涂于有色壳体76，或者可被涂覆于玻璃板74，玻璃板74如图6所示远离塑料壳体76或者粘接到塑料壳体76。

在使用聚光透镜45的情况中，透镜45能被集成到所述滤光器中。例如，如果透镜45由玻璃制成，则该透镜能够用作图4和6的实施方案中的玻璃板74。如果透镜45由塑料构成，则该透镜能够用作图3和4的实施方案中的塑料构件70。

如图7-8所示，塑料构件70和上面涂有绝缘涂层72的玻璃板74一起被置于聚光镜80和光电二极管58之间。除了塑料构件70和玻璃板的位置互换外，图7与图4是相似的。图7-8的实施方案的唯一不同在于，在图7中塑料构件的一个表面是平面的，而图8中塑料构件的一个表面是凹面的。图7的滤光器的带通特性在图9中显示为一条实线，而图8的滤光器的带通特性在图9中显示为一条虚线。

图7中射到玻璃板74上的光的入射角比图8中相应的入射角大。当入射角减小时，滤光器特性的有效带宽同样也减小。因此，通过改变塑料构件的曲率，其带通特性能被改变。

通过避免使用镉或其他重金属，光电读取器符合关于有害金属使用的政府规定。

在所附的权利要求书中提出了新的并希望得到保护的内容。

Claims (20)

1.一种在用于读取标记的光电读取器中对沿路径传输至光电检测器的光进行滤波的带通滤光器，该滤光器包括：

a)在所述路径中的塑料构件；

b)分布于整个所述塑料构件的、不含重金属的染料，该染料用于吸收波长比低通带值更短的光；和

c)在所述路径中的绝缘涂层，该涂层用于反射波长比高通带值更长的光。

2.根据权利要求1所述的带通滤光器，其中，所述染料具有红颜色并且不含镉。

3.根据权利要求1所述的带通滤光器，其中，所述绝缘涂层在所述塑料构件的外表面上。

4.根据权利要求1所述的带通滤光器，还包括在所述路径中的玻璃板，其中，所述绝缘涂层在该玻璃板的外表面上。

5.根据权利要求1所述的带通滤光器，其中，所述塑料构件包住所述光电检测器。

6.根据权利要求1所述的带通滤光器，其中，所述塑料构件是聚光透镜。

7.根据权利要求1所述的带通滤光器，其中，所述塑料构件具有用于改变所述滤光器的带通特性的曲面。

8.一种在用于读取标记的光电读取器中对沿路径传输至光电检测器的光进行带通滤波的方法，该方法包括以下步骤：

a)安装塑料构件于所述路径中；

b)使染料分布于整个所述塑料构件，该染料不含重金属并且用于吸收波长比低通带值更短的光；和

c)将绝缘涂层置于所述路径中，该绝缘涂层用于反射波长比高通带值更长的光。

9.根据权利要求8的方法，还包括使所述染料具有红颜色且不含镉。

10.根据权利要求8所述的方法，其中，将绝缘涂层置于所述路径中的步骤是通过在所述塑料构件的外表面上涂覆所述绝缘涂层完成的。

11.根据权利要求8所述的方法，其中，将绝缘涂层置于所述路径中的步骤是通过放置玻璃板于所述路径中以及将所述绝缘涂层涂覆于该玻璃板的外表面上完成的。

12.根据权利要求8所述的方法，其中，所述安装步骤是通过用所述塑料构件包住所述光电检测器完成的。

13.根据权利要求8的方法，还包括使所述塑料构件成为聚光透镜。

14.根据权利要求8的方法，还包括使所述塑料构件的表面形成为曲面以改变滤光器的带通特性。

15.一种制造带通滤光器的方法，该带通滤光器在用于读取标记的光电读取器中对沿路径传输至光电检测器的光进行滤波，该方法包括以下步骤：

a)安装塑料构件于所述路径中；

b)分布染料于整个所述塑料构件，该染料不含重金属且用于吸收波长比低通带值更短的光；和

c)将绝缘涂层置于所述路径中，该绝缘涂层用于反射波长比高通带值更长的光。

16.根据权利要求15的方法，还包括使所述染料具有红颜色且不含镉。

17.根据权利要求15所述的方法，其中，将绝缘涂层置于所述路径中的步骤是通过在所述塑料构件的外表面上涂覆所述绝缘涂层完成的。

18.根据权利要求15所述的方法，其中，将绝缘涂层置于所述路径中的步骤是通过放置玻璃板于所述路径中以及将所述绝缘涂层涂覆于该玻璃板的外表面上完成的。

19.根据权利要求15所述的方法，其中，所述安装步骤通过用所述塑料构件包住所述光电检测器完成的。

20.根据权利要求15所述的方法，还包括使所述塑料构件成为聚光透镜。

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