CN1037876C - 微条形码读出系统 - Google Patents

Abstract

本发明所提供的适用于读取微条形码的条形码读出系统包括一个将光束投照到备有需使取的微条形码的条形码表面上的发光体、一个使从条形码表面反射的反射光聚焦的聚焦透镜、一个接收经聚焦的反射光以形成需读取的微条形码的象的摄象装置、以及一个配置在既能通过从发光体发出的光束双能通过从条形码表面反射的反射光束的位置上的柱面透镜，而柱面透镜配置成其轴与条形码读取方向基本一致的状态。

Description

微条形码读出系统

本发明与一种从尺寸比目前通行的条形码小的微条形码中读取信息的条形码读出系统有关。具体些说，本发明与一种能保证从微条形码中读取信息的条形码读出器有关。

如所周知，条形码设计成通过将一组相互平行的实条和实条之间的空白问隔(以下称为白条)组合起来对诸如各种字符(如字母、数字、符号等)的信息进行编码。通常，应用的有如下四种条形码。

(1)JAN(日本物品编号)码

 这个编码系统已用于日本生产的消费商品的识别。JAN编码系统与在美国使用的UPC(通用产品码)及在欧洲和亚洲使用的EAN(欧洲物品编号)相兼容。在JAN编码系统中，可以使用13位数字的标准码和8位数字的压缩码。标准的JAN码由2位数字的图家码、5位数字的产品制造单位码、5位数字的产品名称码和1位数字的校验码组成。压缩码的格式与标准码基本相同，但产品制造单位码为4位数字，而产品名称码为1位数字。在JAN编码系统中，只有0至9的数字可以通过实条的白条的组合来表示。这种编码系统对于读取操作来说是十分方便的，因为它对条形码读出器的扫描方向并不灵敏。

(2)ITF(五插二)码

ITF编码系统是一种适合实体分布的标准编码系统。在上述JAN码上增加一个为1或3的实体分布识别码(包括一位通常保持为0的前端数字)就构成了ITF编码系统。因此，这种ITF码可以表示的仅为数字0至9。这种编码系统在运输行业得到广泛应用，十分成功。此外，这种编码系统可以用作磁带录象机(VTR)定时录象的数据。ITF编码系统的特点是记录密度高，并且即使条形码印刷在印刷条件不好的印刷介质上信息读取精度仍然相当稳定。

(3)39码

在这种编码系统中，一个字符用9根条(5根实条，中间夹4根白条)来表示。在这9根条中，有三根是宽度较大的粗实条或白条。用星号(＊)作为开始和终止码。这种编码系统要以表示数字0至9、字母A至Z以及各种符号9如：＋、－、空格、/、$、％、·等)。这种编码系统已经用作工业界工厂自动化的标准。这种类型的编码系统的著名例子有美国汽车制造工业的AIAG及美国医院和制药工业的HIBC。

(4)NW-7(编码条)

在这种编码系统中，一个字符用7根条(4根实条，中间夹3根白条)来表示。在这7根条中，有二根或三根是粗条。用A、B、C、D中的一个作为开始和终止码。这种编码系统可以表示数字0至9和各种符号(如：＋、－、空格、/、$、％、：、·等)。

对于读取记录在条形码上的信息的条形码读出器来说，有采用电荷耦合器件(CCD)读取信息的CCD型条形码读出器和通过用激光来扫描条形码读取信息的激光扫描器。就手持式的条形码读出器而言，由于CCD型读出器体积小、重量轻，价格又比较低，因此经常使用的是这种读出器。

下面将参照图10至12对传统的CCD型条形码读出器的一个例子加以讨论。

图10示出了一个工作中的传统条形码读出系统20。图11为示出在图10的传统条形码读出器中所使用的光学系统各器件的配置情况的正视示意图。图12为示出图11的光学系统的侧视示意图。由图12可见，这个条形码读出系统包括一个CCD传感器1、一个聚焦透镜2以及一对发光元件3、3，这些器件在与图12平面的横交方向上是对准的，因此在图12中呈直线排列。力10所示的条形码读出器20设计成可用手握住，在使之与带有条形码5a的平面垂直的状态下将其顶端放到条形码5a上。这样，CCD传感器1通过聚焦透镜2接收到反射光，形成一幅得到发光元件3、3发出的光束照射的条形码5a的图系。在CCD传感器1上形成的条形码5a变换成电信号后，就可以用一个解码器(未示出)对条形码中所含的信息进行解码。

所示出的这种条形码读出器对于从一种尺寸经过压缩的条形码(以下称为微条形码)中读取信息特别适合。这种微条形码的条宽，对于最细的实条来说，大致为100微米，而条长则大致在1至10毫米的范围内。为了便于将条形码读出系统20中CCD传感器1的光束轴7与条形码5a对准，在系统20的顶端部开了一个切口10。

然而，当用具有以上结构的条形码读出系统20读取微条形码时，会出现以下问题。图13(a)为以放大形式示出局部条形码的示意图。虽然在印刷这些条形码时是非常注意的，然而总会发生实条内有空白，白条内有斑点，以及实条模糊或畸变的情况。当沿如图所示的三根直线(1)、(2)和(3)对这种有缺陷的条形码进行扫描时，就会相应得到分别如定时图13(b)的(1)、(2)和(3)所示的结果，这是由于在扫描中输出信号在检测列实条时变为高电平而在检测到白条时变为低电平而引起的。由图13(b)可见，由于这些结果中分别含有因实条中的空白V而产生的读取误差α、因模糊而产生的读取误差β和因白条中的斑点S而产生的读取误差γ，因此有所不同。

此时，由于为了便于对准条形码5a在条形码读出系统20的顶端部开有切口10，因此外部光线可以穿过切口10，从而使在CCD传感器1处所接收到的光强发生变化。这样，就需对CCD传感器1的曝光周期进行调整。这延长了对记录在条形码5a上的信息进行解码所需的时间，从而降低了读取信息的效率。

而且，灰尘和污物也可能穿过切口10，粘附到光学器件(如CCD传感器1的光线接收表面)上，使得信息读取无法进行。

本发明的目的是解决以下提出的这些问题。因此，本发明提供了一种能从比传统的条形码小的微条形码中确切读取信息的条形码读出系统。

为了达到上述目的和其它一些目的，本发明所提供的微条形码读取系统具有一个柱面透镜，这个柱面透镜配置在带有需读出的微条形码的表面与聚焦透镜之间的光传播路径内，使得照射该表面的照射光及从该表面反射的反射光均可通过这柱面透镜。

按照本发明的一个方案，读取微条形码中所含信息的条形码读出系统包括：

一个将一光束投射列带有需读取的微条形码的条形码表面上的发光体；

一个对从条形码表面反射的反射光进行聚焦的聚焦透镜；

一个接收经聚焦的反射光并且形成需读取的微条形码图象的摄象装置，以及

一个配置在既能使从发光体发出的光束通过双能使从条形码表面反射的反射光条通过的位置上的柱面透镜，该柱面透镜的轴与条形码读取方向基本一致。

按照本发明的另一个方案，读取微条形码中所含信息的条形码读出系统包括：

一个将一光束投射到带有需读了以的微条形码的条形码表面上的发光体；该发光体由一对发光二根管组成；

一个对从条形码表面反射的反射光进行聚焦的聚焦透镜；

一个接收经聚焦的反射光并且形成需读取的微条形码的图象的摄象装置，该摄象装置是一个用作摄象器件的电荷耦合装置；以及

一个配置在使从发光体发出的光束通过又能使众条形码表面反射的反身光束通过的位置上的柱面透镜，该柱面透镜的轴与条形码读取方向基本一致。

从以下给出的详细说明和本发明优选实施例的附图中可以对本发明有更充分的认识，然而这只是示例性的，并有是对本发明有所限制。

在这些附图中：

图1为简要示出构成本发明的条形码读出系统优选关施例的内部各器件的配置情况的正视图；

图2为图1所示条形码读出系统的侧见图；

图3为示出本发明的第一个优选实施例中主光通量情况的插图；

图4为示出从图3横侧所看到的在受照射表面上光量分布情况的插图；

图5为示出本发明的第二个优选实施例中主光通量情况的插图；

图6为示出本发明的第三个优选实施例中主光通量情况的插图；

图7至图9为示出本发明的第四个优选实施例中主光通量情况的插图；

图10为传统的条形码读出系统的透视图；

图11为简要示出传统的条形码读出系统的内部器件的配置情况的正视图；

图12为图11所示配置的侧视图；

图13(a)和图13(b)分别为一个条表码的局部放大图和示出所示条形码读取结果的定时图；

图14为示出一个条形码例子的插图；

图15为示出在只用一个聚焦透镜的条形码读出系统中主光通量情况的插图；以及

图16为示出在本发明的条形码读出系统中主光通量情况的插图，在这个系统中有一个柱面透镜，安装在聚焦透镜和条形码之间。

下面将参照附图的本发明的名优选实施例加以说明。应注意，与原有技术相同的器件，其标记号也相同。

首先参照图14至图16简要地说明一下本发明的原理。在从图14所示的条形码读取信息时，条形码信息是通过沿与各条码的长边垂直的方向逐根读取各条的信息来读取的。这个读取条形码信息的方向以下称为“读取方向”，而沿各条(即实条和白条)的方向以下称为“条方向”。如在垂直干带表条形码的表面的方向可见，当与原有技术一样只有聚焦透镜L_x时，则在摄象装置的光接收表面上的点F₁和F₂处相应形成条形码表面上点A₁和A₂的象，如图15所示。

与此相反，按照本发明，在带有条形码的表面和聚焦透镜L_x之间配置了一个柱面透镜L_f。这个柱面透镜L_f的轴与条形码表面的读取方向平行。因此，从点B₁和B₂反射的反射光束在柱面透镜L_f的轴向上有少许偏移，使得反射光束基本上有会发生散射，如图16(a)所示。另一方面，在与柱面透镜L_f的轴垂直的方向上，从点C₁和C₂反射的反射光事受到折射而散开，形成如图16(b)中的H₁和H₂所示的散射光束。考虑单实条的情况，实条上的点这样投射到光接收表面上而形成的象呈一条直线。如前所述，实条的空白、模糊、畸变和其它缺陷可能会引起读取误差。然而，在本发明的情况下，由于实条上各点投射到摄象装置的光接收表面而形成的象呈一条由一条条直线重叠而成的直线，因此，由于实条内有空白而引起的象缺陷就可以受到邻近各点的实心象的补偿。另一方面，由于条形码上有模糊的畸变而引起的投射象的缺陷能因与周围区域的对比得到减弱。此外，白条中的斑点也可能引起读取误差，但由于邻近的各空白点所产生的白色象叠在这斑点的象上，因此就能使其消褪。

所以，由于本发明的微条形码读出系统通过柱面透镜将光源发出的光束投射到带有条形码的表面上和接收从该表面反射的反射光，因此在摄象装置上形成的条形码的图象呈在条方向上散开的形式。结果是，在印刷时所产生的条形码的各种缺陷能够在条方向上得到补偿，有利于形成能够加以解码的图象数据。

而且，由于穿过开在外壳上的切口的外部光线受到散射而不能到达摄象装置，因此能有效地避免外部光线的影响。否则，这外部光线会引起读取误差或使信息读取成为不可能。

此外，由于柱面透镜封闭了外壳的切口部，因此外部的灰尘、污物等很难透入这种条形码读出系统的内部空间，从而能有效地避免内部器件受列这类灰尘、污物等的污染。否则，这种污染会使各器件或整个系统发生故障。

实施例1

图1简要地示出了本发明的条形码读出系统优选实施例的各内部器件。图2示出了图1各器件的侧视图。这种条形码读出系统一般包括一个诸如CCD传感器那样的摄象装置1、一个聚焦透镜2、一对诸如发光二极管那样的发光体3、3以及一个柱面透镜4。发光二极管3、3横向(CCD传感器阵列1的纵向)配置，相隔一定距离S₁(例如，在所示实施例中为10毫米)，而柱形透镜4配置成横越条形码5a，其截面基本上是圆形的。在摄取条形码图象的实际情况中，用一个控制电路(未示出)对构成CCD传感器陈列的各摄象元沿读取方向(可以相当于CCD传感器的纵向)进行扫描，以便有次序地得到图象信息。在这个具体的实施例中(但并不作为限制)，柱面透镜4的外径为5.0毫米，折射率为1.488。柱面透镜4可以用合成树脂或玻璃制成。柱面透镜4定位成离带有条形码5a的照射表面的距离为S₄(例如，在所示实施例中为2毫米)，而离发光体3、3的距离为S₆(例如，在所示实施例中为3毫米)。通过印刷、粘帖条形码标杆或其它措施而具有条形码的表面以下将称为“条形码表面”。此外，柱面透镜4配置成其轴心的方向与条形码读出系统进行扫描的条形码读取方向一致，因此基本上垂直于条形码各条的长边的方向。条形码各条的长边的方向以下将称为“条方向”。在另一方面，聚焦透镜3配置成离条形码5a一定距离S₃(例如，在所示实施例中为27毫米)，离CCD传感器1一定距离S₂(例如，在所示实施例中为21毫米)。这些器件都配置在公共的光束轴7上。

在具有以上结构的条形码读出系统中，从作为发光体的发光二极管3、3发射出来的光束通过柱面透镜4，到达条形码5a。发射光束的主光通量在图3中以打了阴影的区域示出。应该注意的是，图3所示出的是在采用图1的条形码读出系统，并且将该系统放在使柱面透镜4的下部离条形码表面5大致2毫米的位置上的条件下的主光通量。大部分外部光线9被柱面透镜4的入射表面反射。即使有一对外部光线透过柱面透镜4，这对光线也不能在条形码表面5上聚焦。因此，外部光线绝不会影响对条形码表面5的照射。从发光二极管3、3发出的光事照射到条形码表面5，经反射后通过柱面透镜4和聚焦透镜2，在CCD传感器1的光接收表面上被接收。这样，CCD传感器1就摄取了条形码5a的图象。在CCD传感器1中这样形成的图象作为一个电模拟信号输出。然后，这个模拟信号由未示出的模数(A/D)变换器和解码器加以处理，从而得到条形码5a所含的信息。应该注意的是，从发光二极管3、3投射到柱面透镜4上的处在以光束轴7为中心、角度为β的范围内的光束在条形码表面5上聚焦，如图3所示。可以将这个光束的角范围(β)与从原有技术的发光二极管3、3发出的光束的角范围α作一比较。很明显，由于柱面透镜4的作用，能够聚集在条形码婧面5上的光束的角范围要比原有技术的大。

图4为图3侧视图，示出了在通过柱面透镜4受到从一对相隔10毫米的发光二极管3、3发出的光束照射的条形码表面5上光量13的分布情况。由图4可见，条形码表面5的光量分布在宽度S₁₀(例如，在所示实施例中为14毫米左右)范围内与没有柱面透镜4的情况基本相同，此外，即使该条形码读出系统在读取条形码时有些偏斜，所示实施例也能减少由透过条形码读出系统切口部10的外部光线9所产生的影响(见表示原有技术的图10)。而且，由于柱面透镜4配置成与江束轴基本横交，因此与条形码读出系统端部开口平行，从而阻止了灰尘和污物透入到条形码读出系统内部。

实施例2

第二个实施例是上述第一个实施例的修正型。在具有第一实施例中所示的光学系统结构的条形码读出系统的情况下，从柱面透镜4的表面与光束轴7相交处8a、8b反射的反射光也可能成象，这将会导致读了以误差或不能进行读取。在所示实施例中，为了减小从相交处8a、8b反射的反射光的影响，柱面透镜4在与CCD传感器1的纵向正交的方向(即图5中的横方向)上偏离光束轴7一个给定的偏置量S₇(例如，在所示实施例中为0.5毫米)，如与图3相似的图5所示。在这种情况下的主光通时在图5中用打了阴影的区域示出。在所示实施例中，由于相对柱面透镜4的表面来说光束在相交处8a、8b的入射角不是直角，因此从相交处8a、8b反射的反射光绝不会返回到CCD传感器1。这样，就能克服在上一个实施例中出现的问题，从而提供了良好的条形码5a读取性能。

实施例3

在如图6所示的第三个实施例中，柱面透镜4在与CCD传感器1的纵向正交的方向(即图6中的横方向)上偏离光束轴7一个给定的偏置量S₇(例如，在所示实例中为0.5毫米)，这与第二个实施例相同。此外，发光二极管3、3也在与CCD传感器1的纵向正交的方向上偏离光束轴7一个给定的量S₈(例如，在所示实施例中为0.2毫米)。在所示实施例中所以这样配置是为了力图避免条形码表面5上的聚焦中心和光束轴7受组装器件中的公差影响而产生位移。

也就是说，发光二极管3、3这样配置是为了对由于柱面透镜4偏置而引起的从光束轴7到经聚焦的光束的两外缘的距离S₁₁、S₁₂不同(见图5)加以补偿。在所示实施例中要形成的光通量由图6的打阴影的区域示出。由图6可见，按照所示的这个实施例，光束轴7到经聚焦的光束的两外缘的距离S₁₁、S₁₂就基本相等了。这样，在CCD传感器1上就能建立一个精细的图象。

实施例4

图7至图9示出了采用空心结构的柱面透镜4的第四个实施例。发光二极管3、3和柱面透镜4象在上述的第三个实施例中的那样偏置配置。即在所示实施例中，柱面透镜4在与CCD传感器1的纵向正交的方向上的偏量为0.5毫米，而发光二极管3、3在横方向上的偏置量为0.2毫米。在所示实施例中的光通量由图7至图9的打阴影的区域示出。应该注意，图7示出的是采用一个外径为5.0毫米而内径为0.6毫米的空心柱面透镜的情况，图8示出的是采用一个外径为5.0毫米而内径为2.0毫米的空心柱面透镜的情况，而图9示出的是采用一个外径为5.0毫米而内径为4.4毫米的空心柱面透镜的情况。在柱面透镜1的折射率的影响下，聚焦性能按内径的增加而降低。因此，根据条形码读邮系统的应用情况，可以选择最佳的柱面透镜结构。值得注意的是，发光二极管3、3和柱面透镜4的偏置量S₇和S₈是可以选择的，并没有规定要为以上所例举的值。也可以用各种发光器件来代替发光二极管。此外，作为制造柱面透镜的材料，除了玻璃和合成树脂，任何其它的合适材料也能使用。而且，柱面透镜的折射率也不一定要为上面所提到的值(即1.488)。还有，作为摄象装置，可以使用任何其它的固态摄象器件、常规的摄象管或其它摄象装置，而不用CCD传感器。

虽然通过示范性的实施例对本发明作了说明，但对于熟悉该技术的人员来说一定能够理解，可以实现上述各实施例和可以作出种种变化、省略和增浦，而不会超出本发明的精神和范围。因此，本发明不庆理解成只限于以上所提出的各具体的实施例，而是包括了所不在其范围内可以实施的实施和所有具有所附权利要求提出的特征的等效装置。

Claims (16)

1.一种用来读取在一个微条形码中所含信息的微条形码读出系统，这种系统包括：

一个发光体，用来将一个光束照射到一个备有需读取的所述微条形码的条形码表面上；

一个聚焦信透镜，用来使一个从所述条形码表面反射的反射光束聚焦；

一个摄象装置，用来接收经聚焦的反射光和形成所述需读取的微条形码的象；其特征在于所述的微条形码读出系统还包括：

一个柱面透镜，该透镜配置在既能通过从所述发光体发出的光束又能通过从所述条形码表面反射的反射光束的位置上，其轴与条形码读了以方向基本一致。

2.一种如在权利要求1中所提出的微条形码读出系统，其特征是：其中所述发光体是一对发光二极管。

3.一种如在权利要求1中所提出的微条形码读出系统，其特征是：其中所述摄象装置包括一个由一个电荷耦合装置所构成的摄象器件。

4.一种如在权利要求1中所提出的微条形码读出系统，其特征是：其中所述聚焦透镜和摄象装置沿一个公共光束轴配置。

5.一种如在权利要求4中所提出的微条形码读出系统，其特征是：其中所述柱面透镜配置在所述公共光束轴上。

6.一种如在权利要求4中所提出的微条形码读出系统，其特征是：其中所述柱面透镜在一个与所述柱面透镜的轴向横交的方面上偏离所述的公共光束轴。

7.一种如在权利要求4中所提出的微条形码读出系统，其特征是：其中所述发光体配置在所述公共光束轴上。

8.一种如在权利要求4中所提出的微条形码读出系统，其中所述发光体在一个与所述柱面透镜的轴向横交的方面上偏离开所述公共光束轴。

9.一种如在权利要求1中所提出的微条形码读出系统，其特征是：其中所述柱面透镜具有空心圆柱的结构。

10.一种用来读取在一个微条形码中所含信息的微条形码读出系统，这种系统包括：

一个发光体，用来将一个光束照射到一个备有需读取的所述微条形码的条形码表面上，所述发光体是一对发光二极管；

一个聚焦透镜，用来使一个从所述条形码表面反射的反射光束聚焦；

一个摄象装置，用来接收经聚焦的反射光和形成所述需读取的微条形码的象，所述摄象装置是一个用作摄象器件的电荷耦合装置；其特征在于所述的微条形码读出系统还包括：

一个柱面透镜，该透镜配置在既能通过从所述发光体发出的光束又能通过从所述条形码表面反射的反射光束的位置上，其轴与条形码读取方向基本一致。

11.一种如在权利要求10中所提出的微条形码读出系统，其特征是：其中所述聚焦透镜和摄象装置都沿一个公共光束轴配置。

12.一种如在权利要求11中所提出的微条形码读出系统，其特征是：所述柱面透镜沿所述公共光束轴配置。

13.一种如在权利要求11中所提出的微条形码读出系统，其特征是：其中所述柱面透镜在一个与所述柱面透镜的轴向横交的方向上偏离所述公共光束轴。

14.一种如在权利要求11中所提出的微条形码读出系统，其特征是：其中所述发光体配置在所述公共光束轴上。

15.一种如在权利要求11中所提出的微条形码读出系统，其特征是：其中所述发光体在一个与所述柱面透镜的轴向横交的方向上偏离所述公共光束轴。

16.一种如在权利要求10中所提出的微条形码读出系统，其特征是：其中所述柱面透镜具有空心圆柱的结构。

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