CN105247538A - 标识读取装置中的序列照明 - Google Patents

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Abstract

一种可操作以读取在基底上的标识的读取器，所述读取器包括：电源，其可操作以递送可变的驱动电流或电压；光源，其可操作以采用不同波长谱的照明光脉冲的序列照明所述标识，所述照明光脉冲的强度根据递送的驱动电流或电压而变化；光传感器，其可操作以测量从所述标识接收的光的强度并且递送相应的光强度信号；以及控制单元，其可操作以控制所述电源和光传感器，以根据切换模式和时序控制所述照明光脉冲的时序，以采集所述光强度信号，以用于将所述光强度信号的采集与照明光脉冲的所述序列同步，所述控制单元进一步可操作以调节所述切换模式的占空比，以便将与每个照明光脉冲相关联的热生成维持在给定阈值以下。

Description

标识读取装置中的序列照明
技术领域
本发明涉及可操作以读取标识的读取器，例如用于读取安全标识或附接于某种基底的一维或二维条码的读取器与扫描仪。本发明还涉及操作这种装置的方法，以及相应的电脑程序和电脑程序产品。
背景技术
如今，将标识(例如一维或二维条形码)施加于物件(例如消费产品、食品、饮料包装、罐和瓶、香烟包装和其它烟草产品、文件、证件、钞票等)是常见的。然后，标识可在区域中(即在市场中)、在生产或包装线上、在零售商处、在运输期间等等中用于追踪、识别或验证物件的目的。
一旦将标识施加于物件，经编码的信息然后可通过标识(条码)读取装置获取。这种装置通常首先获得所述图像数据，所述图像数据使用例如数字相机来采集。其它的采集支持可通过照明装置(例如LED、激光器及其它光源)的方式提供。然后，读取装置可例如以微处理器(CPU)和关联的存储器的形式采用处理资源，用于处理所获得的图像数据。通常，这种处理涉及隔离(识别)在图像数据中的条码，并且解码有效载荷数据。经解码的数据然后可被进一步处理、显示或传输到其它实体。
标识同样以各种方式出现，在图1A和1B中示出其中两个示例：图1A的常见的一维条形码10′通常包括作为例如黑线与白线1′、2′的元素的布置。信息通过连接变化的厚度与距离的黑线和白线1′、2′预定组来编码。这些组通常通过某种工业标准关联到特定字符或意义。
图1B示出常见的二维条形码10″，该常见的二维条形码10″一般通过沿着在某种有序网格中的两个维度来布置第一类型元素1″和第二类型元素2″(如矩形、点、三角形等)的方式来编码信息。图1B的示例遵循根据GS1(商标)DataMatrixECC200标准(GS1是提供用于二维条码的标准的国际协会)的实施。例如，该标准采用所谓的“L查找模式(Lfinderpattern)”4(也称为L形实线、L线、实线等)和所谓的“时钟轨线”3(也称为时钟线、L形时钟线等)，它们环绕载有条形码的实际有效载荷数据的数据5。
在一维和二维条形码的两种情况中，使用至少两个可区分类型的元素。例如，作为第一类型元素的白印方格可代表信息0，而作为第二类型元素的黑印方格可代表信息1。然而，不论如何，通过黑和白线或点(元素)的方式的实现仅代表一个示例。
具体地，条形码还可通过使用颜色和/或荧光染料或墨、在热敏纸上的热印刷、机械手段(例如铣切、压花、研磨)或物理/化学手段(例如激光蚀刻、酸蚀刻等)来很好地实施。例如，只要元素可在已经从正常施加到某种类型的物件(商品)的二维条形码中获得的图像数据中将它们区分到相应的类型中，任何类型的实施是可能的。例如，数字相机可获得印在纸张文件或激光蚀刻在金属罐上的条形码的数字图像数据。
同样地，发光材料同样用于设置在文件或物品(物件)上的安全标识，或用于文件或物品的散装材料中，以作为真实性特征。发光材料通常将给定波长的激发辐射的能量转换为具有另一波长的发射光。用于标识真实性的发光发射可位于从紫外(UV)光(400nm以下)、可见光(400-700nm)或邻近中红外光(NIR、MIR、IR)(700-2500nm)的谱范围中。在这种情况下，所谓的“上转换”材料以比激发辐射更短的波长来发射辐射。相比之下，“下转换”材料以比激发辐射更长的波长来发射辐射。大多数发光材料可以在一个以上的波长处被激发，而一些发光材料可同时以一个以上的波长发射。
发光可分成所谓的“磷光”和所谓的“荧光”，该所谓的“磷光”涉及在移除激发辐射之后可观察的时间延迟辐射发射(通常，具有从大约1μs到大约100s的衰减寿命)，并且该所谓的“荧光”涉及在激发时的迅速辐射发射(通常，具有低于1μs的衰减寿命)。
因此，根据在激发波长范围具有的激发光的照明，用于标识的发光材料通常发射在发射波长范围内的照明光，该发射波长范围可(取决于所使用的材料)不同于或重叠于所述激发波长范围。例如，可采用发光材料的特征光谱特性(例如其可随时间的发射光强度轮廓，或者其在激发已停止之后的特征衰减时间)作为该材料的标志，并且因此可进一步将其作为用于检测真正或伪造(真实性)的安全特征来使用。
因此，发光材料可以是安全墨或涂料的成分。例如，以下专利公开发光物质(其可包括具有不同的衰减时间特性的颜料混合物)与包括该物质的安全纸：EP0066854B1、US4,451,530、US4,452,843、US4,451,521。用于检测标记条目的发光与真实性的方法和设备也是众所周知：参见例如US4,598,205或US4,533,244(其公开发光发射的感应衰变行为)。发光编码符号从US3,473,027已知，而用于发光码的光学读取器在US3,663,813中公开。专利US6,996,252B2、US7,213,757B2及US7,427,030B2公开使用具有不同的衰减时间特性的两种发光材料，以用于验证条目。
各种各样可能的实施也导致标识的广泛不同的光学特性。例如，条码可使用特定墨打印，例如发射不同的波长(相较于用于照明的波长)的和/或具有延迟的光的荧光或磷光墨。可采用这些特定的墨的特定特征用于验证标识。
然而，要能够检测标识的特定特征也需要适宜的照明，以致某些标识所响应的适当的照明波长是可获得的。通常，采用高强度宽带光源，以便确保在考虑下的所有波长中提供足够强度。这种特权提出对用于照明标识的相应的光源的高需求，其中给定光源的发射功率特征被开发到某种最大程度。
然而，这种操作可能导致增加或甚至不容许的热量生成，以致用于冷却光源的附加工具可能变得必要。此外，光源操作接近或甚至超过最大额定功率会大幅减少有关部件的寿命。一旦光源变得太热或甚至已经恶化，因为适宜的照明不再可能，则相应的读取装置将失效。
同时，现今通常使用仅以有限容量(电池)的电源为特征的手持或甚至无线读取装置。以该方式，也可观察到的短期效应，在于由光源的过度功率消耗导致装置的增加的停止时间，在该增加的停止时间期间，电池必须更换或充电，而且反过来，装置无法使用。此外，在手持装置中用于冷却光源的任何附加措施显然是不希望的，因为它们增加装置的重量、尺寸和再次电力消耗。
用于这种读取器的常规光源包括白炽灯(通常波长在大约400nm与大约2500nm之间)、闪光灯(例如像氙气高压闪光灯)、激光器或发光二极管(LED，其在紫外光、可见光或红外光区域发射，通常波长从大约250nm到大约1微米)。常规光源经由驱动电流(例如LED)，或经由驱动电压(例如放电灯)供电。作为示例，具有多LED模块(配备有准直与混合结构)的复合光源被公开于美国专利申请US2009/0316393A1中(也参见美国专利US7,125,143B2和欧洲专利EP1815534B1)中。
换言之，光源应当将照明递送到标识，以致发射光强度对测量操作是充分的。由于照明光中仅一部分相应于实际上用于激发的子带宽的事实，对于光源可能会出现散热问题。这可能需要控制在光源内的热，以避免损坏源和/或减少生命周期。这种技术包括例如LED本身的特定设计和/或在适配的基底上的布置，以及还有冷却系统。
因此，需要一种改进的标识读取器装置，其避免光源过热，最大化光源与标识装置作为整体的寿命，并降低总体尺寸、重量和功率消耗。
发明内容
以上提及的问题通过本发明的独立权利要求的主题来解决。在从属权利要求中描述优选的实施例。
根据本发明的一个实施例，提供一种可操作以读取在基底上的标识的读取器，所述读取器包括：电源，其可操作以递送可变的驱动电流或电压；光源，其可操作以采用不同波长谱的照明光脉冲的序列照明所述标识，所述照明光脉冲的强度根据递送的驱动电流或电压而变化；光传感器，其可操作以测量从所述标识接收的光的强度并且递送相应的光强度信号；以及控制单元，其可操作以控制所述电源和光传感器，以根据切换模式和时序控制所述照明光脉冲的时序，以采集所述光强度信号，以用于将所述光强度信号的采集与照明光脉冲的所述序列同步，所述控制单元进一步可操作以调节所述切换模式的占空比，以便将与每个照明光脉冲相关联的热生成维持在给定阈值以下。
根据本发明的另一个实施例，一种操作可操作以读取在基底上的标识的读取器的方法，所述读取器包括：电源，其可操作以递送可变的驱动电流或电压；光源，其可操作以采用不同波长谱的照明光脉冲的序列照明所述标识，所述照明光脉冲的强度根据递送的驱动电流或电压而变化；光传感器，其可操作以测量从所述标识接收的光的强度并且递送相应的光强度信号；所述方法包括：根据切换模式和时序控制所述照明光脉冲的时序，以采集所述光强度信号，以用于将所述光强度信号的采集与照明光脉冲的所述序列同步，以及调节所述切换模式的占空比，以便将与每个照明光脉冲相关联的热生成维持在给定阈值以下。
根据本发明的进一步的实施例，提供有计算机程序和相应的计算机程序产品，所述计算机程序包括代码，当在处理资源上执行所述代码时，所述代码实施本发明的方法实施例。
附图说明
现将参考附图描述本发明的实施例，其为了更好地理解本发明的概念而被呈现，但不视为限制本发明，其中：
图1A和1B示出示例性常规条形码的示意图；
图2A-2C示出根据本发明的进一步的实施例的标识读取器装置的示意图；
图3示出根据本发明的实施例的针对给定的多个组件光源的脉冲强度对时间的示意曲线图；
图4示出根据本发明的进一步的实施例的标识读取器装置的电路的示意图；
图5A及5B示出电流脉冲对时间的示意曲线图；以及
图6示出本发明的方法实施例的流程图。
具体实施方式
图2A示出本发明的装置实施例的示意图。装置100(例如，条码或标识读取器)包括电源102和光源101，该电源102可操作以递送可变的驱动电流或电压，该光源101可操作以采用不同波长谱的照明光脉冲的序列来照明标识10，所述照明光脉冲的强度根据所递送的驱动电流或电压而变化。装置100还包括光传感器104，该光传感器104可操作以测量从标识10接收的光强度，并递送相应的光强度信号。
装置100还包括控制单元103，该控制单元103例如又包括微处理器(CPU)131与存储单元132。控制单元103可操作以控制所述电源102与光传感器104，以根据切换模式和时序来控制所述照明光脉冲的时序，以采集所述光强度信号，用于通过照明光脉冲的所述序列来同步所述光强度信号的采集。控制单元103进一步可操作以调节所述切换模式的占空比，以便将与每个照明光脉冲相关联的热生成维持在给定阈值以下。
例如，第一光脉冲具有第一波长谱的光，并且第二光脉冲具有第二波长谱的光，其中第二波长谱不同于所述第一波长谱。在本公开的上下文中，所述谱是“不同”的事实在本公开的上下文中将被理解，在这个意义上，谱包括位于不同光波长处的发射强度中的至少一个局部最大值。以该方式，尽管谱可能具有重迭区域的特征，在该重叠区域中在某些给定波长处的两个谱的光强度是非零或甚至可比较或相同的，但是两个谱是不同的。一般地，时序还可以是“不同的”，在这个意义上，当存在仅采用两个波长谱的中的一个的照明时存在至少一个时间点。优选地，两个波长谱用于不同时序，以致每次仅存在采用一个谱的照明。
作为进一步的选择，控制单元103可包括用于传递与光源101的发射的控制相关的指令的通信单元133。所述指令可从诸如服务器、控制器等的其它实体接收。通信可经过诸如局域网络(LAN)、无线网络(WLAN)、因特网等的网络来实现。进一步地，诸如CAN的总线系统也可用于数据交换。
进一步，装置100还可选地包括集成的的图像采集工具作为光传感器104，该图像采集工具用于采集标识(也可能包括周围环境，例如以标识所施加的物件、产品或条目的形式的基底)的图像数据。一般地，光传感器和/或图像采集工具可包括如下项或可由如下项组成：一个或多个光电二极管(单个或阵列)、一个或多个光电晶体管或光阻电路、线性CMOS或CCD传感器、采集光学器件(透镜等)等。
图像采集工具104可耦接到控制单元103，其目的是示例性CPU131处理所采集的图像数据，用于识别和/或解码例如以一维或二维条码的形式的标识。在这种实施例中，可采用可选的通信单元133用于向上述其它实体传递识别、解码和/或认证结果。
图2B示出本发明的以手持标识读取器(扫描仪)100′形式的进一步实施例的示意图。例如，装置100′被配置为获取在产品或条目上的标识的图像，并且识别并解码该图像。装置100′包括窗口101′，根据本发明的实施例可通过窗口101′照明标识，并且可采集数字图像。具体地，装置100′再次包括依照本发明的实施例的光源。通过被集成在装置100′中的各自的工具，也可通过窗口101′采集图像。
尽管窗口101′被示出作为用于保护光源、光传感器和/或任何图像工具的有用工具免受例如灰尘、水或湿度，该窗口101′是可选的，因为光源本身可能已经具有提供免受环境的足够保护的某种外罩的特征。为了控制光源及(可选地)还处理用于解码/认证的任何所采集的图像数据的目的，装置100′可包括集成的处理资源，该集成的处理资源被配置为依照本发明的实施例操作。
图2C示出根据本发明的另一实施例的固定型标识读取器的示意图。装置100"包括依照本发明的实施例的光源101"。同时，装置100"可包括图像采集工具102"，该图像采集工具102"用于将采用所述光源101"照明的标识成像。所示的实施例考虑相机类型的图像采集工具102"，例如以CCD相机的形式(尽管也可采用相关的技术，诸如结合工具104描述的那些)。为了控制光源并且(可选地)还处理用于解码/认证的任何所采集的图像数据的目的，装置100"还可包括集成的处理资源，该集成的处理资源被配置为依照本发明的实施例操作。
作为进一步的选择，装置100′与100"可包括通信单元，该通信单元用于从和/或向上述其它实体传递与光源发射的控制相关的指令或识别、解码和/或认证。尽管示出装置100′带有线，通信可经过任何类型的合适网络(例如，局域网络(LAN)、无线网络(WLAN)、因特网等)以无线方式来实现。进一步，例如CAN发热总线系统也可用于数据交换。也可考虑用于对读取器供应电力的电源模块、用于(例如经过Wi-Fi)无线通信的无线电模块、用于显示测量的数据或扫描参数(解码/认证结果)的显示模块(例如液晶显示器LCD，或显像管显示器)，以及用于输入扫描条件(包括具有多种功能的按钮和开/关切换按钮)的控制界面。
在某种程度上，本发明的实施例涉及用于读取和/或解码施加至某种物件或基底的具有图案(条码、数据矩阵等)的标识的光学装置。应理解，在本公开的上下文中，术语物件、条目及产品表示相同实体，也就是标识所施加的物件。例如，可读取发光图案和标识以及非发光图案，该发光图案和标识即具有由形成图案的发光材料发射的照明光的衰减时间特性，并且该不发光图案从由图案反射的光被成像。
因此，本发明的实施例提供成像条形码读取器(标识读取器)，例如其也能够在高速生产线上对移动产品的成像，并且借助复合光源采用不同类型的照明(例如不同颜色的光)照明目标产品标识。照明闪光灯可与所采用的图像采集工具的图像光圈的打开同步。照明类型、照明强度和曝光时间是可编程的，以致读取器能在不同环境条件(例如环境光强度或类型)下扫描许多不同类型的标识，其中要求不同的照明，同时防止光源过热。以该方式，也可以有利的方式考虑扫描仪的手持版本(参见例如图2B的示例装置100′)。
根据本发明的实施例，照明光源递送照明光脉冲分量，每个光脉冲分量在光源整体波长范围的波长子范围内具有它的波长分布(谱)，光脉冲分量由光源根据照明序列(即根据脉冲分量的切换的开/关时序)递送。
结果，光源适合于向目标标识递送高照明强度，同时避免功率过度损耗为热量，其将损坏光源，并减少其生命周期。此外，通过选择脉冲分量(谱)与他们的时序(可能地，光脉冲分量可在时间上重迭和/或可在整体照明周期期间重复)，给定(标准化)光源可适应于各种标识类型。可能地，可设定通过光脉冲分量递送的光强度，以及脉冲持续时间和形成全局照明光的光脉冲分量的序列(从这个意义上，通过例如缩放因子来整体地改变一个谱的强度轮廓)。
响应于通过光源的照明，适配于标识类型的光传感器可从标识接收光，并可收集与照明序列同步的光，以便(经过测量时间序列)仅测量主要归因于照明序列的某些特定照明光脉冲分量的光强度。因此，由光源递送的照明序列的设定和通过光传感器操作的光强度的相关测量，允许容易地使高强度的光照明与光检测操作适应于多种标识类型(具有特定光反射和/或光发射特性)，同时避免由于在光源中的过度功率损耗的损害。
在本发明的进一步实施例中，装置被配置为读取、解码和/或认证可包括发光材料的标识，其基于在由所述材料(具有衰减时间特性)响应于来自光源的具有特定序列的照明所发射的照明光。这种“衰变时间扫描仪”包括依照本公开的照明光源与发光光传感器，该照明光源用于向发光标识递送激发光，该发光光传感器用于测量响应于激发光从标识接收的发射光强度。
一般地，闪光照明光源具有在波长谱带宽WS＝[λmin，λmax](具有ΔλS＝λmax-λmin)内的照明光波长分布，并可适合于照明标识，该标识包括在目标照明周期T(即脉冲持续时间)期间具有高强度激发光脉冲的某种发光颗粒。在照明已经停止后，发光光传感器然后可操作以经过大约100μs(例如相机积分时间)的测量时间Δt接收(在其发光颗粒已通过照明源激发之后从标识发射的)衰减的发光光强度。通常，T大致在Δt的范围或量级内(如T～Δt)。
标识可包括发光颗粒类型i，该发光颗粒类型i的衰减时间值为τi。在已经通过由光源递送的激发光脉冲的相应激发光分量激发之后，在标识中的类型i的发光颗粒，发射在以发光发射波长λ(i)为中心的窄发光带宽δi中的发光，其中光源的激发波长子带宽被包括在WS内。通常，可假设Δt>>τi。
根据本发明的实施例，光源是复合光源，即照明光源包括多个不同的照明光源S(j)，j＝1,...,N。例如，单个发光二极管(LED)可设置在支撑物上。每个单个光源组件然后可被制造成可操作以递送具有其自身强度轮廓Ij(t)(经过时间)、持续时间T(j)(被包括在T内)以及波长带宽(即在所述波长带宽内的照明波长谱)的相应的激发光脉冲分量。
因此，由光源(相应于给定颜色)递送的整体照明光脉冲是由在波长λj(对应于不同的颜色)周围的波长带宽[λjmin，λjmax]的多个(可能地，在波长上部分重迭)激发光脉冲分量j组成，具有各自的谱宽度Δλj＝λjmax-λjmin，每个被包括在[λmin，λmax]内。
此外，某些不同的激发光脉冲分量可在照明周期T内同时或以不同时刻与时序(可能地，可设定脉冲分量之间的时间延迟)递送，并且甚至可在时间上部分重迭。例如，复合光源可通过被配置为根据设定时序切换开/关单个光源组件j的控制单元切换序列递送各种激发光脉冲分量(时间脉冲)，以便产生具有其特征值Ij(t)、T(j)与谱分布的激发光脉冲，并依次以便递送用于照明标识的序列。
因此，该及时递送的激发光脉冲分量可形成由光源递送的某种宽带照明光，因为尽管每个复合光源仅提供一些谱贡献，但是一个以上的照明波长谱的序列可汇编更多或更少的宽带谱。例如，红光脉冲、绿光脉冲及蓝光脉冲的序列可汇编为复合白光宽带光脉冲。
当使用如上述的复合光源时，发光光传感器(图像采集工具)可相应地适配于及时测量来自标识的发光颗粒的至少一个类型i的发射光强度，其发射光由通过由光源递送的至少一个激发光脉冲分量的激发导致。
根据进一步实施例，可设定每个照明光脉冲I以便激发在标识中存在的相应的发光颗粒类型i。然后，发光光传感器(图像采集工具)可适配于测量由相应类型i的发光颗粒发射的不同的发光发射光分量i。这可涉及由具有激发光脉冲分量的照明序列导致的特定发射序列。例如，发光传感器可以是复合的一个，包括不同的发光传感器，其更具体地被适配并控制，以便测量标识的不同类型的发光颗粒的发射强度。例如，每个单个组件传感器已经设计为用于各自的波长谱的检测特性。
根据本发明的实施例，读取器可有效地配备宽带照明光源，该宽带照明光源可操作以测量由在标识中的类型i的发光颗粒发射的发光强度I(i)，其在以发光发射波长λ(i)为中心的窄发光带宽δi内，并响应于在周期T期间，由光源向标识递送的高强度照明光脉冲，所述发光发射光分量(i)事实上是标识对在宽带照明光内的波长子带宽的至少一个激发光脉冲分量的响应。
来自发光材料的经典发光衰减强度曲线(随时间的强度轮廓)可通过指数律I(t)＝I0exp(-α[t-t0])而建模，其中时间t从移除激发光的时刻t0开始计算。脉冲光源仅在激发时间间隔期间，采用给定强度的激发光并且在激发波长范围内照明标识的发光材料，然后在照明已经停止之后可能具有时间延迟，光传感器经过测量时间间隔从接收的在发射波长范围内的衰减发光强度使标识成像，以及相应的数字图像可储存在存储器中，用于进一步图像处理(解码/认证)。可能的是，设定激发时间间隔和/或时间延迟，以便避免具有发光强度值低于光传感器的检测阈值或高于其饱和阈值。
根据本发明的一个实施例，光源包括接合在铝PCB上的多个板上芯片LED(COBLED)单元(板上芯片LED单元的阵列)以及用于该单元的准直光学器件，每个COBLED单元包括三个LED的组:红光发射二极管(RLED)、绿光发射二极管(GLED)以及蓝光发射二极管(BLED)。COBLED单元连接到电路，该电路允许控制器独立地切换功率到阵列的R、G及BLED。以该方式，获得包括多个单个组件光源的光源，该多个单个组件光源可操作以发射至少第一光脉冲与第二光脉冲，第一光脉冲与第二光脉冲分别具有第一波长谱与第二波长谱。
这种光源可操作以根据给定切换时间序列，采用高光强度的R、G、B光脉冲，基本上均匀地照明标识。这些R、G、B光脉冲在照明时间间隔T期间形成由光源递送的全局照明光脉冲的照明光脉冲分量。例如，在发光材料由在R照明光脉冲的波长范围的近红外(NIR)部分(即680-1000nm)内的光所激发的情况下，R照明光脉冲分量的通常持续时间T(R)可以是大约100μs。照明序列的示例可仅由三个连续照明脉冲组成：一个R脉冲(持续时间T(R)，强度水平I(R))，一个G脉冲(持续时间T(G)，强度水平(level)I(G))，以及一个B脉冲(持续时间T(B)，强度水平I(B))(参见第2图)，具有，例如，T(R)＝T(G)＝T(B)～100μs(我们有T(R)+T(G)+T(B)＝T～300μs)。T(R)与I(R)足以为标识的发光颗粒充分“充电”，以便从标识接收足够的发光发射强度。
一旦已经递送为用于发光材料的激发脉冲的第一R照明脉冲，读取器的成像单元(图像采集工具，相机)的光传感器可开始从标识(通过适配的光学块(opticalblock))接收发光发射光。光传感器经过测量时间间隔Δt整合所接收的发射光强度信号，在此示例中，Δt是大约100μs。以该方式，成像工具已以图像数据形式采集标识的数字图像。
根据本发明的进一步实施例，以下参数中的一个可设定或调节：脉冲分量持续时间、脉冲分量强度水平、脉冲分量时间的开始时间以及测量时间间隔(图像采集间隔)。此外，可进一步设定作为组件光源的LED的接通/断开的时序，以通过脉冲分量完成切换时间序列，以及因此完成照明序列。
图3示出示例性的三个光脉冲的这种序列的示意性曲线图。针对具有各自的脉冲时间T(R)311、T(G)312和T(B)313的红光脉冲310、绿光脉冲320及蓝光脉冲330绘制光强度302相对时间301。序列中的总体脉冲具有时间T300。
在图4中示出根据另一实施例的扫描仪/读取器的设置。控制器401控制配备有光学块403的相机402(包括某些合适类型的光/图像传感器的图像采集工具)，该光学块又可包括某种透镜或光学系统。相机402可从施加到基底/物件405的标识404接收光，并将所接收的光聚焦在相机中的光传感器上。可增加光学过滤器406以过滤从标识404接收的光，用于窄化向光传感器402发送的波长带。
照明光源可操作以采用照明脉冲光照明标识404，该照明脉冲光具有分别由红色LED421、绿色LED422以及蓝色LED423递送的红、绿和蓝照明光脉冲分量。在由光源的红色类型(“R”)的LED421发射的红光脉冲分量激发之后，形成采用发光墨印刷于基底405上的标识404的某些(数据矩阵/条码)图案发射发光，并且然后由相机402通过过滤器406与光学块403成像。
根据本实施例，光源(或相应的控制单元)包括切换模式功率供应407(SMPS或切换功率供应)，该切换模式电力供应407可以是降压转换器或升压转换器，其取决于其输出电压是否分别低于或高于其输入电压；SMPS407连接到控制器401，用于接收输入电压Vi432(固定值)，并可操作以向电路递送恒定输出电压Vo431，该电路包括LED(例如，Vi是24V并且Vo是48V)。进一步的控制器408控制LED421-423的照明序列，并且可操作以从控制器401通过同步连接410接收同步信号，用于通过LED设定照明以及通过相机402采集(经由通过连接411并用于控制LED的光脉冲发射的信号)。进一步的控制器408控制在分支412和413中的每个中递送的驱动电流。通常，进一步的控制器408使用PWM(脉冲宽度调制)用于创建用于照明序列的控制信号。
R、G以及BLED421-423设置在两个分支412、413上作为说明示例，并且从SMPS407接收输出电压信号Vo431，每个分支412和413连接到接地的驱动电流控制回路409，该接地的驱动电流控制回路409可操作以使驱动电流根据由进一步的控制器408分别通过连接414与415发送的控制信号流经分支。因此，在分支412和413中的每个中的驱动电流可单独控制。驱动电流控制回路409进一步可操作以耗散由在分支中电压下降和驱动电流所产生的功率。此外，驱动电流控制回路409具有带有SMPS407的连接416，以发送用于设定输出电压Vo431的(常数)值的设定信号，以便递送在分支中的适当的驱动电流水平，以为了避免由LED产生的过度的热，同时具有足够光强度的照明。
相机402经由以太网链路418与高速链路417连接到控制器401，该以太网链路418用于接收相机设定信号，该高速链路417用于从控制器401接收设定点信号(开/关)，并向控制器单元401递送数字图像用于图像处理(以及在控制器的可编程CPU单元中的进一步的数据矩阵/条码解码)。因此，相机402可操作以从控制器401接收设定点信号，以打开其快门来采集标识404的图像(图像数据)，并且同时向控制器401发送同步信号，以初始化将由光源递送的照明光脉冲的控制，控制器将该信号传输到光源的进一步的控制器。
在图5A中以电流502对时间501的曲线图示出驱动电流轮廓511。轮廓511经由驱动电流控制回路409在由SMPS407递送到在光源的分支412与413中的R、G、BLED421-423的恒定输出电压Vo431下控制。由于在驱动电流控制回路409中的具体电路设置，(当LED刚刚切换为开或切换为关时)电流轮廓的边缘可能相当尖锐，并可能显示阻尼的瞬态振荡。相比之下，若无预防，在LED中的驱动电流轮廓将具有在图5B中示出的典型分布512，即电流将表现出特征非阻尼瞬态振荡，其将损坏LED。图5A和5B旨在示出对于电流502和时间501在相同比例下的轮廓511和512。
此外，采用驱动电流轮廓512，对于大约2A的典型平均电流水平，相应瞬态驱动电流轮廓的最大振幅可高达大约1A，将生成过度的热(此处，对于脉冲持续时间为大约100p，瞬态振荡时间为大约100ns)。因此，在驱动电流控制回路409中的耗散与通过由SMPS407递送的方便的输出电压水平Vo431的经由连接416的控制回路的设定与适当的照明序列一起有助于维持在光源内的在可接受水平下的热产生，同时允许具有适当的光强度水平的标识的照明，以用于由光传感器从标识接收的光的准确光强度测量(并通过相机的处理器做进一步数字图像处理)。例如，具有大约24V的输入电压Vi，输出电压水平Vo可被设定为在30V与48V之间的任何值。
控制器401向相机402发送设定点信号，以致相机打开其快门以采集标识404的图像(在测量时间间隔期间)，并且同时向控制器发送同步信号以初始化由光源递送的照明光脉冲的控制。在由R类型的LED421发射的红光脉冲分量已经激发标识并且测量时间间隔终止之后，控制器401向已采集标识的数字图像的相机402发送信号以关闭快门。然后，相机向控制器401发送采集的数字图像，用于进一步对采集的数据矩阵/条码的数字图像做图像处理及解码。
为了进一步减少光源处的热产生，LED的开/关切换序列可控制至少通过组件光源中的一个(例如红色类型LED421)的多个照明，和通过相机402的相应数字图像采集操作(经过测量时间间隔)。
图6示出本发明的方法实施例的流程图。方法实施例涉及操作读取器，该读取器可操作以读取在基底上的标识，读取器包括电源、光源及光传感器，该电源可操作以递送可变驱动电流或电压，该光源可操作以采用不同波长谱的照明光脉冲序列照明所述标识，所述照明光脉冲的强度根据所递送的驱动电流或电压而变化，该光传感器可操作以测量从所述标识接收的光强度，并且递送相应的光强度信号。方法实施例包括步骤601(“控制”)与步骤602(“调节”)，该步骤601(“控制”)根据切换模式和时序控制所述照明光脉冲的时序，以采集所述光强度信号，用于将所述光强度信号的采集与照明光脉冲的所述序列同步，并且该步骤602(“调节”)调节所述切换模式的占空比，以便将与每个照明光脉冲相关联的热生成维持在给定阈值以下。步骤601与602可依序、交替或同时(例如通过实施并行线程)实行。
一般地，包括图像采集工具的实施例允许对基于所述图像数据与所述时序计算所述标识的发光材料的衰减时间的控制。具体地，可采用关于波长谱的信息和标识接收的光的时序。例如，控制不同照明波长谱的光脉冲的照明时序和图像采集时间允许测量任何发光的时间响应。例如，改变具有一个波长的照明与相应的图像数据采集之间的距离(延迟)可提供关于标识的任何具体(发光)分量或材料的发射衰减的信息。然后，计算的衰减时间可为针对某种标识墨的特征，并且因此可用于认证标识，在这个意义上，检索关于标识是否由正确(真正)化合物组成的信息。
因此，可能的是，根据本实施例使用(复合)光源，以采集从标识发射的发光强度I(t)的全局轮廓，以为了计算发光化合物的衰变时间值，同时依赖通过序列照明的方式的功率管理以避免过热。衰变时间值是发光化合物的物理特性，其可用作验证发光化合物。通常，对于照明标识，需要高激发光强度以为了使得足够强度的发光发射被测量(因此，热生成可能是个问题)。
因此，(复合)光源的优点是它可用于不同类型的发光颜料(材料)，因为可能闪烁具有适当谱的LED(在某些情况下，其谱中只有一部分可用于激发)，或甚至采用其谱在激发范围内重迭的不同LED。在荧光颜料的情况下，我们一般具有第一激发脉冲，随后发光(强度随时间衰减)的发射光强度从标识被收集，并且被分析以用于计算衰减时间值(与参考值比较)，或与参考强度轮廓比较(可在标准化之后)。这要求管理照明时间与随后的光强度采集时间(各自谱是有区别的)。然而，这样的衰减时间测量(标识的材料的发光分量的验证)可与如条码的图案的成像结合(例如用于解码目的)。
根据本发明的进一步的实施例，标识读取装置是扫描仪，该扫描仪用于从由标识的发光材料发射的发光使标识(M)成像，根据用照明时间间隔T期间递送的并且具有在照明波长范围WS＝[λmin，λmax]内的照明光波长分布的复合照明光脉冲的照明，所述发光材料发射在发射波长范围内的所述发光，所述复合照明光脉冲由至少两个不同的照明光脉冲分量的序列形成，每个照明光脉冲分量具有在所述照明波长范围WS的子波长范围WSj＝[λjmin，λjmax]内的相应波长分布，发光的所述发射由于发光材料由所述两个照明光脉冲分量中的至少一个的激发，该扫描仪包括电源(P)；光源(S)，连接到所述电源，并且可操作以在照明时间间隔T期间，当采用驱动电流或驱动电压供电时，采用在所述照明波长范围WS内的所述复合照明光脉冲照明所述发光材料；成像单元，其包括光传感器，该光传感器可操作以测量从所述发光材料接收在所述发射波长范围内的发光强度，并且递送相应的发光强度信号，成像单元可操作以从由光传感器递送的强度信号形成标识的数字图像；以及控制单元，可操作以控制所述电源、光源、光传感器以及成像单元，以从经过测量时间间隔Δt递送的发光强度信号采集标识的数字图像，其中：所述电源(P)可操作以递送可变驱动电流或驱动电压；所述光源(S)可操作以用根据所递送的驱动电流或驱动电压而变化的强度产生所述复合照明光脉冲；以及所述控制单元进一步可操作以接收所述发光强度信号，并且控制所述电源以根据递送到光源(S)的所述驱动电流或驱动电压的切换波形来切换开/关，以便通过由光源(S)的至少一个照明(激发)光脉冲分量的产生来通过光感测器同步采集所述发光强度，同时通过驱动电流控制回路或驱动电压控制回路的方式调节所述切换波形的占空比，以便将在光源内的热产生维持在给定阈值以下。在标识形成编码图案(例如像数据矩阵)的情况下，上述扫描仪可进一步包括图像处理工具，该图像处理工具可操作以解码由成像单元采集的数字图像。
根据本发明的进一步的实施例，标识读取装置是扫描仪，该扫描仪用于从由标识的反光材料反射的光使标识(M)成像，在用照明时间间隔T期间递送的并且具有在照明波长范围WS＝[λmin，λmax]内的照明光波长分布的复合照明光脉冲的照明下，所述材料反射在反射波长范围内的所述光，所述复合照明光脉冲由至少两个不同的照明光脉冲分量的序列形成，每个照明光脉冲分量具有在所述照明波长范围WS的子波长范围WSj＝[λjmin，λjmax]内的相应波长分布，通过标识的光反射由于由所述两个照明光脉冲分量中的至少一个的材料反射，扫描仪包括电源(P)；光源(S)，连接到所述电源，并且可操作以在照明时间间隔T期间，当采用驱动电流或驱动电压供电时采用在所述照明波长范围WS内的所述复合照明光脉冲，照明所述反射材料；成像单元，其包括光传感器，该光传感器可操作以测量从所述反射材料反射并且接收的在所述反射波长范围内的光强度，并且递送相应反射光强度信号，成像单元可操作以从由光传感器递送的强度信号形成标识的数字图像；以及控制单元可操作以控制所述电源、光源、光传感器以及成像单元，以从经过测量时间间隔Δt递送的反射光强度信号采集标识的数字图像，其中所述电源(P)可操作以递送可变驱动电流或驱动电压；光源(S)可操作以用根据所递送的驱动电流或驱动电压而变化的强度产生所述复合照明光脉冲；以及所述控制单元进一步可操作以接收所述反射光强度信号，并且控制所述电源以根据递送到光源(S)的所述驱动电流或驱动电压的切换波形来切换开/关，以便通过由光源(S)的至少一个照明光脉冲分量的产生来通过光传感器同步采集所述反射光强度，同时通过驱动电流控制回路或驱动电压控制回路的方式调节所述切换波形的占空比，以将在光源内的热产生维持在给定阈值以下。
根据本发明的进一步的实施例，用于将在基底上的标识成像的扫描仪，包括电源、光源、光传感器及控制单元，该光源连接到所述电源，并且可操作以当采用驱动电流或驱动电压供电时，采用不同波长谱的照明光脉冲序列照明所述标识；该光感测器可操作以测量响应于照明序列从所述标识接收的在波长范围内的光强度，并且递送相应的光强度信号；以及该控制单元可操作以控制所述电源、光源及光传感器，以控制所述照明光脉冲的时序，并且采集从标识接收的光的光强度信号，其中所述电源可操作以递送可变驱动电流或驱动电压，所述光源可操作以用根据所递送的驱动电流或驱动电压变化的强度产生所述照明光脉冲，以及所述控制单元进一步可操作以从光传感器接收所述光强度信号，并且控制所述电源以根据递送到光源的所述驱动电流或驱动电压的切换波形来切换开/关，以便通过由光源的照明光脉冲的序列的产生来通过光传感器同步采集所述光强度，并且通过驱动电流控制回路或驱动电压控制回路的方式调节所述切换波形的占空比，以便将与在光源内的每个照明光脉冲的产生相关联的热产生维持在给定阈值以下。
更进一步地，公开的实施例也可用作实施用于序列地照明多个具有共同光学特性的标识的装置的方面，所述装置包括光源以及控制单元，该光源可操作以采用重复脉冲序列照明标识，脉冲序列包括不同波长谱的多个光脉冲，其中脉冲时序指定在一个脉冲序列中的每个脉冲的位置与持续时间，以及该控制单元被配置为控制用于每个脉冲序列的所述脉冲时序，用于依照所述共同光学特性控制热产生。
虽然已经描述了详细的实施例，这些仅用作提供由独立权利要求所限定的本发明的更好地理解，且不应视为限制性的。

Claims (17)

1.一种可操作以读取在基底上的标识的读取器，所述读取器包括：
电源，其可操作以递送可变的驱动电流或电压，
光源，其可操作以采用不同波长谱的照明光脉冲的序列照明所述标识，所述照明光脉冲的强度根据递送的驱动电流或电压而变化；
光传感器，其可操作以测量从所述标识接收的光的强度并且递送相应的光强度信号；以及
控制单元，其可操作以控制所述电源和光传感器，以根据切换模式和时序控制所述照明光脉冲的时序，以采集所述光强度信号，用于将所述光强度信号的采集与照明光脉冲的所述序列同步，
所述控制单元进一步可操作以调节所述切换模式的占空比，以便将与每个照明光脉冲相关联的热生成维持在给定阈值以下。
2.根据权利要求1所述的读取器，其中所述光源包括至少两个组件光源，第一组件光源可操作以采用第一波长谱的光脉冲照明所述标识，并且第二组件光源可操作以采用第二波长谱的光脉冲照明所述标识。
3.根据权利要求1或2所述的读取器，进一步包括作为所述光传感器的图像采集工具，用于采集所述标识的图像数据。
4.根据权利要求3所述的读取器，其中所述控制单元被配置为控制所述图像采集工具的采集时间，用于控制所述时序以采集所述光强度信号。
5.根据权利要求4所述的读取器，其中所述采集时间为光圈打开时间，在所述光圈打开时间期间，采集所述标识的图像数据。
6.根据权利要求1到5中的任一个所述的读取器，其中所述控制单元进一步被配置为基于所述光强度信号计算所述标识的发光材料的衰减时间。
7.根据权利要求6所述的读取器，其中也基于与从所述标识接收的光相关的波长谱信息计算所述衰减时间。
8.根据权利要求1到7中的任一个所述的读取器，其中所述标识包括发光材料，并且所述控制单元被配置为依照所述发光材料的发射特性控制所述时序。
9.根据权利要求1到7中的任一个所述的读取器，其中所述标识包括多种发光材料，每种具有不同的发射特性，并且所述控制单元被配置为依照每种发光材料的每种发射特性控制所述时序。
10.根据权利要求1到9中的任一个所述的读取器，其中所述控制单元被配置为控制在所述时序之间的延迟、所述时序中的一个的位置与所述光脉冲中的一个的持续时间中的任一个。
11.根据权利要求1到10中的任一个所述的读取器，其中所述控制单元通过控制回路的方式调节所述切换模式的占空比。
12.根据权利要求1到11中的任一个所述的读取器，其中所述切换模式是限定所述可变的驱动电流或电压的切换开和关的切换波形。
13.根据权利要求1到12中的任一个所述的读取器，其中所述标识是一维条码、二维条码、数据矩阵和安全标识中的任一个。
14.一种操作可操作以读取在基底上的标识的读取器的方法，所述读取器包括：
电源，其可操作以递送可变的驱动电流或电压，
光源，其可操作以采用不同波长谱的照明光脉冲的序列照明所述标识，所述照明光脉冲的强度根据递送的驱动电流或电压而变化；
光传感器，其可操作以测量从所述标识接收的光的强度并且递送相应的光强度信号；
所述方法包括：
根据切换模式和时序控制所述照明光脉冲的时序，以采集所述光强度信号，以用于将所述光强度信号的采集与照明光脉冲的所述序列同步，以及
调节所述切换模式的占空比，以便将与每个照明光脉冲相关联的热生成维持在给定阈值以下。
15.根据权利要求14所述的方法，所述方法适于实行实施权利要求2到13中的任一个的读取器的方法。
16.一种计算机程序，所述计算机程序包括代码，当在处理资源上执行所述代码时，所述代码实施权利要求14或15的方法。
17.一种计算机程序产品，包括以非易失性方式存储权力要求16的计算机程序的有形数据载体。
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