成像系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】成像系統(tǒng)
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求2014年3月14日在日本提交的日本專利申請N0.2014-052791的優(yōu)先權(quán)并且通過引用的方式將其全部內(nèi)容并入。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本申請總地涉及成像系統(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于不同的光波長具有不同的焦點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在日本特開專利申請N0.2011-078097中。
[0005]然而，這種常規(guī)成像器的缺點在于，在對象的亮度依賴于光的波長而變化的情況下，景深不能有效地擴(kuò)展。這是因為，在這種情況下，對比度依賴于光的波長顯著變化。
[0006]因此，存在對于能夠高效地擴(kuò)展景深的成像系統(tǒng)的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]根據(jù)實施例，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)對于不同的光波長具有不同焦點位置。該光學(xué)元件擴(kuò)展光學(xué)系統(tǒng)的景深。該光源用從多個波長之中指定的波長的照明光照射對象。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)形成的該對象的圖像。
[0008]當(dāng)結(jié)合附圖考慮時，通過閱讀本發(fā)明的目前優(yōu)選實施例的以下詳細(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)點以及技術(shù)和工業(yè)重要性。
【附圖說明】
[0009]圖1是圖示成像器到對象的距離與每個波長處的對比度之間的關(guān)系的圖；
[0010]圖2是圖示成像器到對象的距離與每個波長處的對比度之間的關(guān)系的圖；
[0011]圖3是圖示成像器到對象的距離與每個波長處的對比度之間的關(guān)系的圖；
[0012]圖4是圖示根據(jù)實施例的成像系統(tǒng)的示例配置的框圖；
[0013]圖5是圖示具有使得焦點位置隨著波長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是圖示依賴于波長的焦點位置偏移的示例的圖；以及
[0016]圖8是圖示在用R波長的照明光、G波長的照明光和B波長的照明光的照射下捕捉的圖像中的對比度的示例的圖。
【具體實施方式】
[0017]下面參考附圖詳細(xì)描述示例性實施例。
[0018]首先描述景深和對比度之間的關(guān)系。圖1至3是每個圖示成像器到對象的距離和每個波長處的對比度之間的關(guān)系的圖。
[0019]為了擴(kuò)展利用對于不同的光波長具有不同的焦點位置的光學(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)系在對比度和位置之間保持。然而，在使用自然光捕捉的圖像中對比度可以在不同波長處(例如，在R (紅色)、G (綠色)和B (藍(lán)色)波長之間)變化；在該情形下，特定波長(在圖1中圖示的示例中，R和G波長)可以產(chǎn)生低對比度。在該情況下，即使使用不同的波長，也不能實現(xiàn)景深的有效擴(kuò)展。
[0020]在這些情況下，根據(jù)本實施例的成像系統(tǒng)通過使用能夠發(fā)射從多個波長之中指定(選擇)的一個或者多個波長的照明光的光源而高效地擴(kuò)展景深。本文使用的“擴(kuò)展景深”意味著使得焦點位置在寬范圍中可控制。
[0021]例如，如圖2中圖示，可以實現(xiàn)控制以使得R、G和B波長重疊，由此如圖2中圖示而擴(kuò)展總的景深。對于另一示例，在已知對象的位置的情況下，可以以圖3中圖示的以下方式實現(xiàn)控制。在第一定時點，用適當(dāng)?shù)牧康腞照明光照射被定位為接近成像器的對象，并且在第二定時點，用適當(dāng)?shù)牧康腂照明光照射被定位為遠(yuǎn)離成像器的對象。
[0022]圖4是圖示根據(jù)實施例的成像系統(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和識別單元209。成像系統(tǒng)可以實現(xiàn)為例如在單個外殼中包括多個單元的成像器?？商娲?，成像系統(tǒng)可以通過包括以分布方式并且通過網(wǎng)絡(luò)等相互可通信地連接的多個單元的多個設(shè)備來實現(xiàn)。
[0023]成像系統(tǒng)使用上面描述的單元來捕捉對象201的圖像。對象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是包括一個或者多個透鏡并且對于不同波長具有不同焦點位置的光學(xué)系統(tǒng)。更具體地，通過利用色差，鏡頭單元202將不同波長聚焦在軸向分離的圖像平面上，而不是將所有波長聚焦在單個圖像平面上。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是圖示使得焦點位置隨波長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中的表面號是表面的序號(從透鏡51開始計數(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，圖像處理單元206可以應(yīng)用用于對由相位板203擴(kuò)散的PSF去卷積的處理(在下文中，“