阅读说明：本技术 具有范围和光级别检测的图像传感器 (Image sensor with range and light level detection ) 是由 高文亮 于 2018-04-23 设计创作，主要内容包括：公开了用于选择性地照亮位于在机器可读符号读取器中用于捕获图像的图像传感器的视场内的物体的系统和方法。在有源照明读取模式下,当图像传感器捕获图像时,光源照亮物体。在用于捕获智能电话、平板电脑或其它自照明显示器的图像的自照明物体读取模式下,图像传感器捕获图像,而无需光源照亮物体。机器可读符号读取器基于对图像传感器视场内的各种物体进行的距离和光级别测量而在两种模式之间转变。(Systems and methods for selectively illuminating objects located within a field of view of an image sensor used to capture images in a machine-readable symbol reader are disclosed. In an active illumination reading mode, the light source illuminates an object when the image sensor captures an image. In a self-illuminated object reading mode for capturing images of a smartphone, tablet, or other self-illuminated display, the image sensor captures the images without the light source illuminating the object. The machine-readable symbol reader transitions between the two modes based on distance and light level measurements made of various objects within the image sensor field of view.)

具有范围和光级别检测的图像传感器

技术领域

本公开涉及包括物体范围和光级别检测能力的机器可读符号读取器。

背景技术

机器可读符号读取器(诸如扫描仪和基于成像器的机器可读读取器)在当今的环境中已变得无处不在。这种机器可读符号读取器已经用于检测和捕获已经附着、刻写或以其它方式与各种物理物体物理关联的一维机器可读符号(例如，条形码符号)和二维机器可读符号(例如，快速响应符号)。

机器可读符号读取器通常包括有源光源。例如，成像器类型的机器可读符号读取器可以包括在机器可读符号的视场中提供泛光照明以允许机器可读符号的图像被捕获的一个或多个发光二极管(LED)。而且，例如，扫描仪类型的机器可读符号读取器通常包括发射激光束的激光器和移动以跨机器可读符号的视场扫描激光束以允许生成机器可读符号的电子简档的反射镜。

在一些情况下，机器可读符号可以被打印在或刻写在非自照明的物体或材料(诸如，纸、书或盒子)上。在一些情况下，机器可读符号可以在自照明屏幕(诸如，智能电话或平板电脑的显示器)上呈现。

发明内容

在自照明屏幕的情况下，可能不需要来自成像器类型的机器可读符号读取器的有源光源的光来捕获经由自照明物体呈现的机器可读符号的图像。由于镜面反射，来自有源光源的附加光甚至会使机器可读符号读取器的图像传感器像素饱和，从而导致可能部分或完全遮盖机器可读符号的图像的“过度暴露(over-exposed)”的图像。此外，在一些情况下，自照明物体的显示器还可以包括类似于反射镜的反射材料或涂层，其反射诸如顶灯之类的入射光。在这种情况下，反射表面会将大量光从机器可读符号读取器的有源光源反射回机器可读符号读取器的图像传感器，从而进一步阻碍图像传感器捕获机器可读符号的图像。

机器可读符号读取器可能需要捕获在一个时间显示在非自照明物体上以及在另一个时间显示在自照明物体上的机器可读符号的图像。照此，机器可读符号读取器可以在有源照明读取模式和自照明物体读取模式之间转变(transition)。可以基于图像特点来自动执行模式之间转变的能力，但是基于图像特点的这种方法会导致大量的假阳性和/或假阴性，这会对机器可读符号读取器的性能产生负面影响。

一种在装置中操作来捕获机器可读符号的图像的方法，该装置包括具有视场的图像传感器、被定向并可操作来选择性地照亮图像传感器的视场内的物体的至少一个有源光源，以及至少第一换能器和第二换能器，该方法可以被概括为包括：经由第一换能器检测到图像传感器的视场中的物体的范围；在环境光采样时间段期间，在至少一个有源光源没有照亮图像传感器的视场中的物体的同时，经由第二换能器检测在图像传感器的视场的至少一部分中的环境光的级别；以及响应于以下两者的组合：i)检测到的到物体的范围在阈值范围内和ii)检测到的环境光的级别在阈值级别之上，a)停止至少一个有源光源照亮图像传感器的视场内的物体和b)在至少一个有源光源没有照亮图像传感器的视场中的物体的同时，经由图像传感器捕获所述图像传感器的视场中的物体的图像。

该方法还可以包括确定捕获的图像是否在捕获的图像内包括机器可读符号；以及响应于确定捕获的图像在捕获的图像内包括机器可读符号，进入自照明物体读取模式。进入自照明物体读取模式可以包括退出有源照明读取模式。

该方法还可以包括在自照明物体读取模式期间的第二环境光采样时间段期间，在至少一个有源光源没有照亮图像传感器的视场中的第二物体的同时，经由第二换能器检测在图像传感器的视场的至少一部分中的环境光的级别；以及响应于在第二环境光采样时间段期间检测到的环境光的级别低于阈值级别，a)激活至少一个有源光源以照亮图像传感器的视场中的第二物体和b)在至少一个有源光源照亮图像传感器的视场中的第二物体的同时，经由图像传感器捕获图像传感器的视场中的第二物体的图像。

该方法还可以包括进入有源照明读取模式。

该方法还可以包括在自照明物体读取模式下，在至少一个有源光源没有照亮图像传感器的视场中的物体的同时，经由图像传感器捕获附加的图像。

该方法还可以包括，在自照明物体读取模式下，对出现在经由图像传感器捕获的图像中的每个机器可读符号进行解码。在环境光采样时间段期间在图像传感器的视场的至少一部分中检测环境光的级别可以包括在小于由图像传感器的视场所包围的区域的区域中检测光的级别。第一换能器可以包括飞行时间换能器，所述飞行时间换能器使用飞行时间测量来检测范围。第二换能器可以包括检测光的强度的光强度换能器。至少一个换能器可以是单个包装，所述包装提供表示在视场的至少一部分中检测到的到物体的范围和光的级别的信号。

该装置还可以包括发射器和收集器，其中检测到物体的范围还可以包括：从发射器发送电磁波，所述电磁波在限定的波长范围内，以及在收集器处接收电磁波的反射部分，所述电磁波的反射部分在限定的波长范围内并且是从物体反射的。

一种捕获成像器的视场内的物体的图像的装置可以被概括为包括：具有视场的图像传感器；至少一个有源光源，其可操作来选择性地照亮成像器的视场；测距仪，其检测到图像传感器的视场中的物体的范围；光传感器，其在传感器的视场中选择性地检测光的级别；处理器，其可通信地耦合成接收表示在图像传感器的视场中的到物体的范围和光的级别的信号；以及非暂态处理器可读存储介质，其可通信地耦合到处理器，其中所述非暂态处理器可读存储介质存储数据或指令，其在由处理器执行时使处理器：检测到图像传感器的视场中的物体的范围；在环境光采样时间段期间，在至少一个有源光源没有照亮图像传感器的视场中的物体的同时，检测在图像传感器的视场的至少一部分中的光的级别；以及响应于以下两者的组合：i)检测到的到物体的范围在阈值范围内和ii)检测到的光的级别在阈值级别之上，a)停止至少一个有源光源照亮图像传感器的视场内的物体和b)在至少一个有源光源没有照亮图像传感器的视场中的物体的同时，经由图像传感器捕获所述图像传感器的视场中的物体的图像。

非暂态存储介质还可以存储在由处理器执行时还可以使处理器执行以下操作的指令：确定捕获的图像是否在捕获的图像内包括机器可读符号；以及响应于确定捕获的图像在捕获的图像内包括机器可读符号，进入自照明物体读取模式。

非暂态存储介质还可以存储在由处理器执行时还可以使处理器执行以下操作的指令：退出有源照明读取模式。

非暂态存储介质还可以存储在由处理器执行时还可以使处理器执行以下操作的指令：在自照明物体读取模式期间的第二环境光采样时间段期间，在至少一个有源光源没有照亮图像传感器的视场中的第二物体的同时，经由至少一个换能器检测在图像传感器的视场的至少一部分中的光的级别；以及响应于在第二环境光采样时间段期间检测到的光的级别低于阈值级别，a)激活至少一个有源光源以照亮图像传感器的视场中的第二物体和b)在至少一个有源光源照亮图像传感器的视场中的第二物体的同时，经由图像传感器捕获图像传感器的视场中的第二物体的图像。

非暂态存储介质还可以存储在由处理器执行时还可以使处理器执行以下操作的指令：进入有源照明读取模式。

非暂态存储介质还可以存储在由处理器执行时还可以使处理器执行以下操作的指令：在自照明物体读取模式下，在至少一个有源光源没有照亮图像传感器的视场中的物体的同时，经由图像传感器捕获附加的图像。

非暂态存储介质还可以存储在由处理器执行时还使处理器执行以下操作的指令：在自照明物体读取模式下，对出现在经由图像传感器捕获的图像中的每个机器可读符号进行解码。光传感器可以在小于由图像传感器的视场所包围的区域的区域中检测光的级别。测距仪可以包括飞行时间换能器，所述飞行时间换能器使用飞行时间测量来检测范围。光传感器可以至少包括检测光的强度的光强度传感器。飞行时间换能器和光强度换能器可以被包括在单个包装中，所述包装提供表示在图像传感器的视场的至少一部分中检测到的到物体的范围和光的级别的信号。

该装置还可以包括发射器，其发射在限定的波长范围内的电磁波；以及收集器，其在收集器处接收电磁波的反射部分，所述电磁波的反射部分在限定的波长范围内并且是从物体反射的；其中非暂态存储介质还存储在由处理器执行时还使处理器执行以下操作的指令：至少部分地基于从发射器发送的电磁波和由收集器接收的电磁波的反射部分，检测到物体的范围。

附图说明

在附图中，完全相同的附图标记识别相似的元件或动作。附图中元件的尺寸和相对位置不必按比例绘制。例如，各种元件的形状以及角度不一定按比例绘制，并且这些元件中的一些可以任意放大和定位以提高绘图的清晰度。另外，所描绘的元件的特定形状不一定旨在传达有关特定元件的实际形状的任何信息，并且可以仅仅是为了便于在附图中识别而选择的。

图1是根据至少一个示出的实施方式的承载机器可读符号的物体和定位成读取机器可读符号的机器可读符号读取器的示意图，该机器可读符号读取器包括范围和光级别检测器以及图像传感器。

图2是根据至少一个示出的实施方式的包括测距仪和光传感器的范围和光级别检测器的正等轴测图。

图3是根据至少一个示出的实施方式的范围和光级别检测器的顶视图，其包括一起形成测距仪的发射器和收集器以及光传感器。

图4A是根据至少一个示出的实施方式的当机器可读符号读取器在有源照明读取模式下操作时，控制图像传感器、光源、范围检测器和光级别检测器的操作的信号的时序图。

图4B是根据至少一个示出的实施方式的当机器可读符号读取器在自照明物体读取模式下操作时，控制图像传感器、光源、范围检测器和光级别检测器的操作的信号的时序图。

图5是根据至少一个示出的实施方式的用于机器可读符号读取器的控制单元的框图。

图6是根据至少一个示出的实施方式的机器可读符号读取器的操作方法的流程图，该方法用于在有源照明读取模式和自照明物体模式之间转变机器可读符号读取器。

具体实施方式

在以下描述中，阐述了某些具体细节以便提供对各种公开的实施方式的透彻理解。但是，相关领域的技术人员将认识到，可以在没有一个或多个这些具体细节的情况下，或者利用其它方法、部件、材料等来实践实施方式。在其它情况下，与成像器和/或机器可读取符号读取器相关联的众所周知的结构没有示出或详细描述，以避免不必要地模糊实施方式的描述。

除非上下文另外要求，否则贯穿本说明书和随后的权利要求书，单词“包括”与“包含”同义，并且是包含性的或开放性的(即，不排除其它未叙述的要素或方法动作)。

贯穿本说明书，对“一个实施方式”或“实施方式”的引用意味着结合该实施方式描述的特定特征、结构或特点包括在至少一个实施方式中。因此，贯穿本说明书在各处出现的短语“在一个实施方式中”或“在实施方式中”不一定都是指同一实施方式。此外，可以在一个或多个实施方式中以任何合适的方式来组合特定特征、结构或特点。

如本说明书和所附权利要求书中所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数指示物。还应当注意的是，除非上下文另外明确指出，否则术语“或”一般以包括“和/或”的意义使用。

本文提供的本公开的标题和摘要仅仅是为了方便起见，并不解释实施方式的范围或含义。

图1示出了根据至少一个示出的实施方式的机器可读符号读取器100，其包括范围检测器和光级别检测器(示为范围和光级别检测器102)以及图像传感器104。范围和光级别检测器102可以用于使用范围检测能力来检测位于图像传感器视场108内的物体106的存在。此外，范围和光级别检测器102可以用于检测从物体106获得并因此由物体106发射的光的量(如果有的话)。在一些实施方式中，范围和光级别检测器102可以是提供范围检测和光级别检测两者的单个部件。例如，由STMicroelectronics出售的VL6180飞行时间传感器、环境光传感器和IR发射器可以是提供范围检测和光级别检测的单个部件。在一些实施方式中，范围和光级别检测器102可以由多个部件组成，其中至少一个提供范围检测，而另一个提供光级别检测。图像传感器104可以用于捕获位于图像传感器视场108内的物体106的图像。图像传感器104可以例如用于捕获位于或附着到物体106上的机器可读符号110的图像。机器可读符号110可以包括例如条形码符号、快速响应符号、其它形式的二维机器可读符号或可以由机器或处理器捕获并解码的数据的任何其它类似的视觉表示。在一些实施方式中，图像传感器104可以包括一个或多个将接收的光的量转换成电压值的换能器(例如，电荷耦合器件的阵列或CCD阵列)。

机器可读符号读取器100还可以包括窗口112、有源光源114、一个或多个反射镜(例如，第一反射镜116a和第二反射镜116b，统称为反射镜116)、过滤器组件118、透镜组件120、以及控制单元122。窗口112可以将机器可读符号读取器100的内部124与外部126分开。窗口112可以由玻璃、石英、萤石、丙烯酸塑料或其它具有使光通过以捕获静止或移动图像的期望特性的材料中的一种或多种组成。

有源光源114可以用于选择性地照亮位于图像传感器视场108内的物体106。有源光源114可以由一个或多个发光二极管(LED)组成，其可以采用标准LED或有机LED(OLED)的形式，并且可以在一定波长范围内发射(例如，白光、红外线、蓝光等)。有源光源114可以由其它合适的可操作以提供短持续时间的高功率光脉冲的发光设备组成，所述发光设备在图像传感器104捕获图像时可以用于照亮图像传感器视场108。

反射镜116可以用于形成从图像传感器104到位于图像传感器视场108外部126内的物体106到机器可读符号读取器100的光路128。过滤器组件118可以包括一个或多个光学过滤器，其可以用于过滤掉某些波长的电磁辐射(例如，可见光、紫外光、无线电波等)，以促进由图像传感器104捕获机器可读符号110。这种滤波器可以包括例如带通、陷波、高通和/或低通滤波器。在一些实施方式中，例如，范围和光级别检测器102可以使用特定波长的光(例如，850nm)来使用例如飞行时间测量来检测物体106的范围。在这种实施方式中，过滤器组件118可以包括陷波滤光器，该陷波滤光器以范围和光级别检测器102用来执行范围检测能力的光的波长为中心。透镜组件120可以用于将穿过光路128的传入的光聚焦到图像传感器104上。控制单元122可以可通信地耦合到范围和光级别检测器102、图像传感器104和有源光源114中的一个或多个，并且可以将信号发送到这种部件以控制机器可读符号读取器100的操作。

机器可读符号读取器100可以具有捕获位于图像传感器视场108内的物体106的图像的多种操作模式。在一些实施方式中，一个这种模式可以包括有源照明读取模式，其中当图像传感器104捕获物体106的图像时，控制单元122选择性地激活有源光源114以瞬时照亮物体106。在这种实施方式中，范围和光级别检测器102可以检测到物体106在图像传感器视场108内。例如，范围和光级别检测器102可以基于飞行时间测量来检测到物体106的范围134。在这种实施方式中，范围和光级别检测器102可以数字化检测到的范围134并使用例如8位(256个值)或16位(65536个值)标度来生成这种范围134的数字化表示。在一些实施方式中，范围和光级别检测器102可以基于从物体106反射回的光的量来检测接近度。在这种实施方式中，范围和光级别检测器102可以从范围和光级别检测器102生成指示物体106的范围134的一个或多个信号(例如，电压信号)。例如，电压信号的强度可以与来自范围和光级别检测器102的物体106的范围134成正比。

范围和光级别检测器102可以发送指示由物体106发射或从物体106反射的光的级别的信号。在一些实施方式中，范围和光级别检测器102可以数字化检测到的光级别并使用例如8位(256个值)或16位(65536个值)标度来生成光级别的数字化表示。在一些实施方式中，范围和光级别检测器102可以生成指示光级别的一个或多个信号(例如，电压信号)。

范围和光级别检测器102可以将距离相关信号和/或光级别信号发送到控制单元122。控制单元122可以将从范围和光级别检测器102接收到的距离相关信号与一个或多个存储的阈值(例如，电压阈值)或范围(例如，电压范围)进行比较，这些阈值或范围与距在图像传感器视场108内的范围和光级别检测器102的距离相关联。控制单元可以将光级别信号与阈值进行比较，以确定是否存在足够的光来捕获图像而无需使用有源光源114。当控制单元122检测到从范围和光级别检测器102接收到的距离相关信号满足阈值之一和/或落入范围之一内使得该物品在图像传感器视场108内但是从范围和光级别检测器102接收到的光级别信号降到低于指示使用有源光源114来捕获图像的光级别阈值时，控制单元122可以发送保持有源光源114处于接通从而照亮图像传感器视场108的第一信号，以及激活图像传感器104以捕获物体106的图像的第二信号。可以对第一信号和第二信号进行定时，使得在图像传感器104捕获物体106的图像的同一时间段内，有源光源114以短的高功率光脉冲照亮物体106。机器可读符号读取器100可以使用有源照明读取模式来捕获诸如纸、盒子等物体的图像，这些物体的图像通过反射环境中现有的光而可见但不是自照明的。

在一些实施方式中，机器可读符号读取器100可以包括自照明物体读取模式。可以使用这种模式来例如从物体(诸如具有生成或发射光的自照明显示器的用于智能电话、平板计算机或其它电子设备的显示器)捕获图像。如前所述，在自照明物体读取模式下，控制单元122从范围和光级别检测器102接收指示物体106在图像传感器视场108内的信号。在检测到物体106在图像传感器视场108内后，控制单元122可以将信号发送到图像传感器104，从而使图像传感器104捕获物体106的图像而无需激活有源光源114。控制单元122可以继续监视捕获的图像和后续捕获的图像，以验证自照明物体、表面或显示器在图像传感器视场108内。

机器可读符号读取器100可以基于由范围和光级别检测器102生成的一个或多个信号从有源照明读取模式转变到自照明物体读取模式。在一些实施方式中，例如，范围和光级别检测器102可以包括测距仪130，以检测范围和光级别检测器102与物体106之间的范围134。测距仪130可以被定位和定向为检测到位于图像传感器视场108内的物体106的距离134。在一些实施方式中，由测距仪130计算出的距离可以是单个距离(例如，50厘米)。在一些实施方式中，由测距仪130计算的距离可以是距离范围(例如，在30和75厘米之间)。在一些实施方式中，测距仪130可以生成并发送检测到的距离的数字化表示。距离相关信号可以被发送到控制单元122。可替代地或附加地，测距仪130可以生成具有指示测距仪和物体106之间的范围134的电压值的信号。例如，在一些实施方式中，由测距仪130生成的信号的电压可以与物体106与测距仪130的范围134成正比例。

测距仪130可以由发射器-收集器对实现，该发射器-收集器对使用发射器朝着物体发射光、超声波、电磁或其它合适的信号，并检测直到所发射信号的从物体106反射或返回的至少一部分在收集器处被接收为止所经过的时间量。信号可以具有强加在其上的时间、频率或波长模式，例如以促进从环境信号中检测返回的信号。在一些实施方式中，诸如电容式、光电式、电感式或霍尔效应传感器之类的接近传感器可以用于检测物体到测距仪130的距离或距离范围。在一些实施方式中，例如，测距仪130可以基于已经从物体106反射的光的量来检测到物体106的距离。

范围和光级别检测器102可以包括光传感器132，该光传感器132检测区域内存在的光的量。在一些实施方式中，测距仪130可以检测到物体106的距离，并且光传感器132可以检测在相同时间段期间和/或重叠的时间段期间存在的光的量。例如，光传感器132可以被定位和定向为检测在包括图像传感器视场108的区域内存在的光的量。光传感器132可以用于捕获当未激活或照亮有源光源114时存在的环境光量的光级别，例如以勒克斯(lux)为单位测量。在一些实施方式中，光传感器132可以包括将光转换成电流的光电传感器或光电检测器或光电二极管。可以在限定的环境光采样时间段期间暴露光传感器132，在此期间光传感器132生成指示检测到的光的强度或级别的信号。在这种实施方式中，所生成的信号的强度可以与光的级别或强度成正比。在一些实施方式中，光传感器132可以输出指示检测到的光的强度的模拟信号。在一些实施方式中，光传感器132可以生成数字数据，其中光的级别或强度已经被转换成数字标度。例如，光传感器132可以生成并输出指示检测到的光的强度的8位或16位计数值。可以使用适当的转换将位计数值转换成勒克斯值或任何其它适当的照明标度。

控制单元使用从测距仪130接收到的距离相关信号和从光传感器132接收到的光级别相关信号在有源照明读取模式和自照明物体读取模式之间转变。控制单元122可以将从测距仪130接收到的距离相关信号的电压与阈值电压或电压范围进行比较。阈值电压或电压范围可以与从测距仪130到图像传感器视场108的距离相关联。在一些实施方式中，例如，可以设置阈值电压以指示物体106在与图像传感器视场108对应的测距仪130的特定距离(例如，三英寸)内。在一些实施方式中，可以设置电压范围以指示物体106在与图像传感器视场108对应的距测距仪130的距离的特定范围内(例如，一到三英寸或两到四英寸)。

此外，控制单元122可以分析从光传感器132接收的信号以检测物体106是否生成足够的光，使得有源光源114不需要为图像传感器104激活以捕获图像。在这种情况下，控制单元122可以将从光传感器132接收的信号与阈值进行比较，以确定该信号是否满足或超过阈值。如果从测距仪130接收的信号在距离阈值或距离范围值内，并且从光传感器132接收的信号满足或超过光级别阈值，那么控制单元122可以发送激活图像传感器104的信号以捕获物体106的图像而无需激活有源光源114。控制单元122可以分析捕获的图像以确定其是否可以检测到机器可读符号110。如果控制单元122在捕获的图像内检测到机器可读符号110，那么控制单元122可以将机器可读符号读取器100转变到自照明物体读取模式，其中机器可读符号读取器100捕获物体106的图像而不使用有源光源114。

控制单元122可以根据多种条件之一将机器可读符号读取器100从自照明物体读取模式转变到有源照明读取模式。例如，在一些实施方式中，控制单元122可以以自照明读取模式继续，直到它不再能够在捕获的图像内检测到机器可读符号110为止。在这种实施方式中，当图像传感器104捕获下一个图像以确定是否可以检测到机器可读符号110时，控制单元122可以激活有源光源114以照亮物体106。如果是这样，那么机器可读符号读取器100可以转变到有源照明读取模式。在一些实施方式中，当测距仪130检测到物体106在图像传感器视场108内时，控制单元122可以周期性地激活光传感器132。如果来自光传感器132的信号指示图像传感器视场108内存在足够的环境光(例如，信号满足或超过光强度的阈值)，那么控制单元122可以继续以自照明物体读取模式操作机器可读符号读取器100。如果来自光传感器132的信号指示图像传感器视场108内不存在足够的环境光(例如，信号未能满足光强度的阈值)，那么控制单元122可以转变到有源照明读取模式。

图2示出了根据至少一个示出的实施方式的范围和光级别检测器102，其包括测距仪130和光传感器132。范围和光级别检测器102可以具有前侧202、相对的后侧204以及位于它们之间的一个或多个侧壁206。测距仪130和光传感器132可以沿着前侧202定位并且定向成从范围和光级别检测器102面向外。测距仪130可以包括发射器208和收集器210，其可以用于检测测距仪130和位于范围和光级别检测器102前面的物体106之间的范围134。发射器208和收集器210可以在范围和光级别检测器102的前侧202上隔开距离207。在一些实施方式中，发射器208可以从范围和光级别检测器102的前侧202向外发送信号(例如，电磁、超声、光)。例如，发射器208可以发射波长为850nm的光信号。

收集器210可以包括一个或多个换能器，其检测与由发射器208发送的信号(例如，波)相同波长处或该波长周围的信号。收集器210可以具有从范围和光级别检测器102的前侧202向外延伸的收集器视场212，并且可以检测入射在收集器上的收集器视场212内的此类信号。在一些实施方式中，收集器210可以生成指示在收集器视场212内接收或检测到此类信号的电子信号。收集器视场212可以指向图像传感器视场108并且至少部分地与图像传感器视场108重叠。

在一些实施方式中，发射器208和收集器210可以用于提供飞行时间测量以检测测距仪130和物体106之间的范围134。在这种实施方式中，发射器208可以朝着物体106向外发送信号(例如，电磁、光、超声)。朝着物体106发送的信号的至少一部分可以入射在物体106上，从而朝着范围和光级别检测器102反射回去。反射信号中的至少一些可以在收集器视场212内并且可以入射在收集器210上。发射器208发射信号与收集器210接收反射信号之间的时间差可以用于确定测距仪130与物体106之间的范围134。

在一些实施方式中，这种确定可以由测距仪130执行，测距仪130可以生成指示测距仪130与物体106之间的范围134的输出信号。在一些实施方式中，例如，由测距仪130生成的信号的强度可以与来自测距仪130的范围134成正比或成反比。在一些实施方式中，收集器可以数字化测距仪130和物体106之间的检测到的距离，并输出检测到的距离的数字表示。在一些实施方式中，可以在控制单元122处执行距离确定。

范围和光级别检测器102可以包括光传感器132，该光传感器132被定向为从范围和光级别检测器102的前侧202面向外。光传感器132可以具有从范围和光级别检测器102的前侧202向外延伸的光传感器视场214。光传感器视场214可以至少部分地与图像传感器视场108重叠。光传感器132可以包括一个或多个换能器(例如，光电二极管)，其在光传感器视场214内测量或检测以勒克斯为单位测得的光的量或级别。在一些实施方式中，光传感器132可以数字化测得的光级别并且输出光的量或级别的数字表示。

图3示出了根据至少一种示出的实施方式的范围和光级别检测器102，其包括一起形成测距仪130的发射器208和收集器210以及光传感器132。发射器208和收集器210可以位于相同的基板300上，并且隔开距离302。发射器208可以将电磁信号(例如，波)304从范围和光级别检测器102的前侧202向外朝着物体106发射。电磁信号304可以具有特定波长或在波长范围内。例如，在一些实施方式中，发射器208可以发射具有850nm波长的电磁信号304。在一些实施方式中，发射器208可以沿着垂直于由范围和光级别检测器102的前侧202形成的平面的中心轴310发射电磁信号304。在一些实施方式中，中心轴310可以以非九十度角与由范围和光级别检测器102的前侧202形成的平面相交。在一些实施方式中，发射器208可以相对于收集器210定位和定向，以优化将朝着收集器210反射并被其接收的电磁信号304的量。所发送的电磁信号304中的至少一些可以入射在物体106上，并作为返回的电磁信号306反射回范围或光级别检测器102内的收集器210或以其它方式返回到收集器210。

收集器210可以包括一个或多个换能器314，当电磁信号入射到换能器上时，该换能器314生成电压。在一些实施方式中，收集器210中的这种换能器314可以仅对特定波长或波长范围内的电磁信号起反应。例如，如在范围和光级别检测器102中实现的，收集器210可以具有对在由发射器208发射的电磁信号304的波长处或该波长附近的电磁信号起反应的换能器314。这种换能器314可以是用于提供飞行时间测量的飞行时间换能器。收集器210可以具有从范围和光级别检测器102的前侧202向外延伸的视场308。视场308可以表示收集器210可以在其中检测电磁信号的三维区域。当将收集器210用在包括在机器可读符号读取器100中的范围和光级别检测器102中时，收集器210的视场308可以与图像传感器视场108至少部分重叠。返回的电磁信号306中的至少一些可以在收集器210的视场308内，并且还可以入射在收集器210上，从而使收集器210生成最终的电子信号。在这种实现中，可以基于从发射器208发送电磁信号304与在收集器210处接收反射的电磁信号306之间的时间差来检测范围和光级别检测器102和物体106的距离134。

光传感器132可以被定位和定向为面向范围和光级别检测器102的前侧202的外部。光传感器132可以由一个或多个换能器316组成，当光入射到换能器316上时，换能器316生成电信号(例如，电压或电流)。这种换能器316可以包括光强度换能器。照此，光传感器132可以生成指示入射在光传感器132中的换能器上的光的强度或级别的输出信号。来自光传感器132的这种输出信号可以是接收和入射光的强度的模拟或数字表示。在一些实施方式中，光传感器132可以将输出的电子信号提供给范围和光级别检测器102。在这种实施方式中，范围和光级别检测器102还可以处理从光传感器132接收的电子信号，诸如例如通过在将指示由光传感器132接收的光的强度或级别的输出之前，将从光传感器132接收的模拟信号转换成数字表示。

光传感器132可以具有从范围和光级别检测器102的前侧202向外指向的视场312。光传感器132的视场312可以表示三维区域，其中光传感器132中的换能器316可以接收入射光。当光传感器132用在包括在机器可读符号读取器100中的范围和光级别检测器102中时，光传感器132的视场312可以至少部分地与图像传感器视场108重叠。在一些实施方式中，光传感器132的视场312所包围的区域可以至少部分地重叠，但是小于由图像传感器视场108所包围的区域。在这种实施方式中，由光传感器132生成的信号可以用于确定自照明物体(诸如智能电话显示器、平板计算机显示器或来自某种其它电子设备的显示器)是否在图像传感器视场108内。

图4A是根据至少一个示出的实施方式的当机器可读符号读取器100在有源照明读取模式400下操作时控制图像传感器104、有源光源114、测距仪130和光传感器132的操作的多个信号的时序图。时序图示出了控制有源光源114照明的光照明信号402，控制图像传感器104暴露于机器可读符号读取器100的外部126的图像捕获信号404，控制从图像传感器104捕获的图像数据的显示的图像数据信号406，控制从发射器208传输电磁波304的发射器输出信号408，控制从收集器210收集数据的收集器控制信号410，在环境光采样时间段428期间控制光传感器132暴露于机器可读符号读取器100的外部126的光传感器控制信号412，以及控制由范围和光级别检测器102输出的与环境光测量有关的信号的环境光信号414。信号402、404、408、410、412和414中的每个可以由控制单元122生成和发送。

在有源照明读取模式400下，光照明信号402在第一时间416从低转变到高，从而使得有源光源114接通。同样在第一时间416处，图像捕获信号404从低转变到高，从而使得图像传感器104暴露于机器可读符号读取器100的外部126。

在第二时间418，光照明信号402从高转变到低，从而使得有源光源114在第二时间418关掉。图像捕获信号404也从高转变到低，从而使得图像传感器104在第二时间被停用和/或从与机器可读符号读取器100的外部126屏蔽(例如，通过关闭相机门)418。进一步在第二时间418，图像数据信号406从低转变到高，从而使得由图像传感器104检测到的图像数据被传送并存储在机器可读符号读取器100的存储器部件内。同样在第二时间418，发射器输出信号408可以从低转变到高，从而激活发射器208并且使发射器208开始发送电磁信号(例如，波)304。此外，在第二时间418，环境光信号414可以从低转变到高，从而使得光传感器132激活和/或暴露于机器可读符号读取器100的外部126，从而检测光传感器132的视场312内的区域中的环境光的强度。在一些实施方式中，例如，当环境光信号414从低转变到高时，光传感器132可以例如通过选择性可移动的盖(例如，相机门、机械光圈或电子光圈)从机器可读符号读取器100的外部126被屏蔽，该盖移动以向机器可读符号读取器100的外部126暴露光传感器132。如图所描绘的，仅在关掉或停用有源光源114之后，光传感器132才可以暴露于机器可读符号读取器100的外部126。光传感器132可以生成指示环境光的强度的输出信号。

在第三时间420，环境光信号414可以从高转变到低，从而从机器可读符号读取器100的外部126停用和/或屏蔽光传感器132。光传感器132暴露于机器可读符号读取器100的外部126的时间段可以形成环境光采样时间段428，光传感器132在该时间段内进行环境光测量。同样在第三时间420，环境光信号414可以从低转变到高，从而使得由光传感器132生成的信号被范围和光级别检测器102处理和/或输出。照此，光传感器132可以用于检测和测量光传感器132的视场312内的环境光的量。

在第四时间422，图像数据信号406从高转变到低，从而导致完成图像数据从图像传感器104到机器可读符号读取器100的存储器部件的传输。同样在第四时间422，环境光信号414从高转变到低。因此，可以存储由光传感器132检测到的环境光测量，并由此将其作为范围和光级别检测器102的输出提供。

在第五时间424，光照明信号402从低转变到高，从而使得有源光源114接通，并且图像捕获信号404从低转变到高，从而使得图像传感器104暴露于机器可读符号读取器100的外部126，如前所述。同样在第五时间424，发射器输出信号408从高转变到低，从而导致发射器208被关掉。进一步在第五时间424，收集器控制信号410从低转变到高，从而导致收集器210被激活或暴露于机器可读符号读取器100的外部126。

在第六时间426，收集器控制信号410可以从高转变到低，从而从计算机可读符号读取器100的外部126停用和/或屏蔽收集器210。在第五时间424和第六时间426之间的时间段期间，收集器210可以捕获已经从位于收集器210的视场308内的物体106反射或以其它方式返回的返回电磁信号(例如，波)306。捕获的反射电磁信号306可以用于检测从范围和光级别检测器102到物体106的范围134。信号402、404、406、408、410、412和414可以继续周期性地重复。

图4B是根据至少一个示出的实施方式的当机器可读符号读取器100以自照明物体读取模式450操作时控制图像传感器104、有源光源114、测距仪130和光传感器132的操作的信号的时序图。时序图示出了控制图像传感器104暴露于机器可读符号读取器100的外部126的图像捕获信号404，控制从图像传感器104中的一个或多个换能器收集数据的图像数据信号406，控制电磁信号304从发射器208的传输的发射器输出信号408，控制从收集器210收集数据的收集器控制信号410，控制光传感器132暴露于机器可读符号读取器100的外部126的光传感器控制信号412，以及控制由范围和光级别检测器102输出的与环境光测量有关的信号的环境光信号414。在图4B所示的自照明物体读取模式450下信号406、408、410、412和414中的每一个的定时可以与图4A所示的有源照明读取模式400相同。但是，与图4A中所示的有源照明读取模式不同，图4B中的时序图示出了控制有源光源114的激活的照明信号402从不转变到高状态。在这种情况下，在自照明物体读取模式450期间，有源光源114不能被接通。在一些实施方式中，与有源照明读取模式400相比，在自照明物体读取模式450下，图像捕获信号404可以持续更长的时间段，从而增加了图像传感器104对于机器可读符号读取器100的外部126的暴露时间。

图5示出了根据至少一个示出的实施方式的在范围和光级别检测器102内使用的控制单元122。控制单元122包括处理器500、网络控制器502和相关联的网络接口504、电源506、换能器驱动器508、输入/输出接口509以及系统存储器510。这些部件中的每一个可以通过(一条或多条)总线512通信地连接，总线512可以在机器可读符号读取器100的各个部件之间提供双向通信。(一条或多条)总线512可以采用例如至少一个主体中包括的多条总线(例如，数据总线、指令总线、电源总线)的形式。

用于控制单元122的处理器500可以是任何逻辑处理单元，诸如一个或多个中央处理单元(CPU)、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)等。用于机器可读符号读取器100的电源506可以包括一个或多个电源506，其经由电力连接向机器可读符号读取器100的各种部件提供电力。电源506可以是内部电源，诸如电池、能源、燃料电池等。

控制单元122可以包括网络控制器502和相关联的网络接口504，以使机器可读符号读取器100能够与一个或多个通信或数据网络进行通信。网络控制器502可以包括一个或多个通信栈以促进这种网络通信。通信可以经由网络接口504进行，该网络接口504包括有线和/或无线网络体系架构，以连接到例如有线和无线企业范围的计算机网络、内联网、外联网和/或互联网。其它实施例可以包括其它类型的通信网络，包括电信网络、蜂窝网络、寻呼网络和其它移动网络。

控制单元122可以包括一个或多个换能器驱动器508，其可以用于控制图像传感器104中的换能器以将图像或其它信息从环境外部126捕获到图像传感器104的图像传感器视场108内的机器可读符号读取器100。控制单元122可以包括一个或多个机器可读符号读取器引擎，以从机器可读符号(例如，一维或线性机器可读符号(诸如条形码符号)、二维机器可读符号(例如快速响应(QR)符号)等)光学地读取信息。

控制单元122可以包括系统存储器510，系统存储器510可以包括用于从硬盘读取和写入硬盘的硬盘驱动器(HDD)、用于从可移动光盘读取和写入可移动光盘的光盘驱动器、用于从磁盘读取和写入磁盘的磁盘驱动器，和/或固态驱动器(SSD)。光盘可以是CD-ROM，而磁盘可以是软磁盘或软盘。硬盘驱动器、光盘驱动器和磁盘驱动器可以经由系统总线512与处理单元500通信。相关领域的技术人员将认识到的是，可以采用可以存储可由计算机访问的数据的其它类型的计算机可读介质，诸如WORM驱动器、RAID驱动器、盒式磁带、闪存卡、数字视频盘(“DVD”)、RAM、ROM、智能卡等。

系统存储器510可以用于存储数据514以及一个或多个程序、应用或例程516。例如，系统存储器510可以存储用于有源照明读取模式518的指令、用于自照明物体模式520的指令以及控制各种模式之间的转变的一个或多个转变例程522。

输入/输出接口509可以在控制单元122与有源光源114和范围和光级别检测器102中的一个或多个之间提供电和/或通信耦合。输入/输出接口可以发送输出信号以控制有源光源114、图像传感器104以及范围和光级别检测器102上的一个或多个部件。输入输出接口509可以接收从范围和光级别检测器102以及从图像传感器104发送的一个或多个信号。

图6示出了根据至少一个示出的实施方式的机器可读符号读取器的操作方法600，其中机器可读符号读取器在有源照明读取模式400和自照明物体模式450之间转变。

方法600例如在602处机器可读符号读取器100处于有源照明读取模式400开始，即，在该模式期间的大部分时间中(一个或多个)有源光源接通，将光发射到图像传感器视场108中。在一些实施方式中，有源光源114可以在602处以高速率闪烁以将光发射到图像传感器视场108中。在604处，范围和光级别检测器102检测在图像传感器视场108内的物体106的范围。范围和光级别检测器102还可以使用光传感器132针对图像传感器视场108内的区域检测环境光的光级别。

在606处，进行比较以确定：(i)物体106的检测到的范围是否在阈值范围606a内和(ii)检测到的环境光级别是否在指定的环境光阈值606b之上。如果针对物体106的检测到的范围在阈值范围606a内并且检测到的环境光级别在指定的环境光阈值606b之上，那么方法600继续到608。在一些实施方式中，阈值范围606a在一和三英寸之间，即，物体106距范围和光级别检测器102的前侧202在一和三英寸之间。在一些实施方式中，阈值范围606a在零和二英寸之间。在一些实施方式中，阈值范围606a在零和三英寸之间。在一些实施方式中，指定的环境光阈值606b可以被设置为光传感器132的满标度的一半(例如，取决于传感器，等于5000勒克斯、10000勒克斯或某个其它类似的值)。在一些实施方式中，可以基于有源照明源(例如，智能电话或平板电脑屏幕)的预期强度来设置环境光阈值606b。但是，如果不满足涉及阈值范围606a或环境光阈值606b的条件中的任一个，那么方法600继续到602并以有源照明读取模式400进行。

在608处，图像传感器104在不激活有源光源114的情况下捕获物体106的图像。

在610处，机器可读符号读取器100确定从606捕获的图像是否是机器可读符号110。如果是，那么方法600继续到612。如果捕获的图像未示出机器可读符号110，那么方法600继续到602以便以有源照明读取模式400继续。

在612处，机器可读符号读取器100转变到以自照明物体读取模式450操作，即，在该模式期间的大部分时间中(一个或多个)有源光源114关掉，而不向视场中发光。在一些实施方式中，(一个或多个)有源光源114可以在机器可读符号读取器100以自照明物体读取模式450操作的整个持续时间内关掉。

在614处，机器可读符号读取器100监视从测距仪130和/或光传感器132检测到的测量，以确定是否满足退出自照明物体读取模式450的条件。当满足这种条件时，方法600进行到602以在有源照明读取模式400下操作。这种退出条件可以包括例如测距仪130测量到物体106在阈值范围606a内但是光传感器132测量到环境光级别低于环境光阈值606b。

前述详细描述已经通过使用框图、示意图和示例阐述了设备和/或处理的各种实施方式。只要此类框图、示意图和示例包含一个或多个功能和/或操作，本领域技术人员就将理解，可以通过广泛的硬件、软件、固件或其实际上任意组合单独和/或共同地实现此类框图、流程图或示例内的每个功能和/或操作。在一个实施方式中，本主题可以经由专用集成电路(ASIC)来实现。但是，本领域技术人员将认识到，本文中公开的实施方式可以全部或部分地等效地在标准集成电路中实现为在一个或多个计算机上运行的一个或多个计算机程序(例如，作为在一个或多个计算机系统上运行的一个或多个程序)，作为在一个或多个控制器(例如，微控制器)上运行的一个或多个程序，作为在一个或多个处理器(例如，微处理器)上运行的一个或多个程序，作为固件，或作为实际上其任意组合，并且根据本公开，设计电路系统和/或编写用于软件和/或固件的代码将完全在本领域普通技术人员的技能范围内。

本领域技术人员将认识到，本文阐述的许多方法或算法可以采用附加动作、可以省略一些动作，和/或可以以与指定次序不同的次序执行动作。

此外，本领域技术人员将认识到的是，本文所教导的机制能够以各种形式作为程序产品来分发，并且无论用于实际执行分发的信号承载介质的特定类型如何，示例性实施方式均适用。信号承载介质的示例包括但不限于以下：可记录类型的介质(诸如软盘、硬盘驱动器、CD ROM、数字磁带)和计算机存储器。

2017年4月24日提交的美国专利申请No.15/495,529通过引用整体并入本文。

可以根据上述详细描述对实施方式进行这些和其它改变。一般而言，在以下权利要求书中，所使用的术语不应当被解释为将权利要求书限制到说明书和权利要求书中公开的具体实施方式，而应当解释为包括所有可能的实现以及权利要求书有资格的等同物的全部范围。因而，权利要求书不受本公开的限制。