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Schaltungsanordnung für optische Handlesegeräte zum Er-
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fassen der Strichcodekanten eines abzutastenden Strichcodes Die Erfindung
betrifft eine Anordnung für optische Handlesegeräte gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1.
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Optische Handlesegeräte werden bei der automatischen Zeichenerkennung
angewendet, um visuell lesbare Ziffern oder Buchstaben eines Aufzeichnungsträgers
z.B. eines Beleges, eines Briefes oder auch eines Etikettes direkt in eine maschinell
auswertbare Form umzusetzen und sie zu weiteren Verarbeitung einer datenverarbeitenden
Anlage bzw.
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einem Terminal, wie einem Drucker oder dergl. zuzuführen.
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So wird in der DE-OS 28 17 341 ein optisches Handlesegerät für maschinelle
Zeichenerkennung beschrieben, das zum Lesen von normierten Klarschriften, wie der
sogenannten OCR-Schrift geeignet ist.
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Neben derartigen Lesegeräten zum Erfassen von Klarschriften sind Lesegeräte
bekannt, mit denen Daten auf Etiketten gelesen werden können, die durch sogenannte
"Strichcodes" codiert sind (Ruby, Wand, Light, Pen Modell 1240 Spezifikantion beschreibt).
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Derartige für Strichcodemarkierungen ausgelegte Lesegeräte unterscheiden
sich in ihrem Aufbau prinzipiell von Klarschriftleseeinrichtungen. So wird bei der
Strichcodierleseeinrichtung das Schwellenverhalten des Strichcodes über eine einzige
Sensoreinrichtung mit zugehöriger
Beleuchtungseinheit abgetastet
und die daraus abgeleitete Impulsfolge der Erkennungseinheit zugeführt.
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Die Abtastung erfolgt dabei über ein einziges lichtempfindliches Halbleiterelemente,
wobei sich im wesentlichen das Problem der Erkennung darauf reduziert, den Schwarz-Weiß-Ubergang,
d.h. die Kante der einzelnen Striche des Strichcodes zu erkennen.
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Strich- oder Balkencodierungen werden in erster Linie zur Kennzeichnung
von Lebensmitteln verwendet. Daraus ergibt sich die Schwierigkeit, daß, bedingt
durch den Aufdruck des Strichcodes auf verschiedene Untergrundfarben und z.B. auch
auf blankes spiegelndes Material (Dosen etc.) die Abtastung in einem sehr weiten
Bereich fehlerfrei erfolgen muß. Streulicht und Verschmutzungen dürfen sich dabei
auf die Abtastung nicht auswirken.
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Zur gleichzeitigen Strichcode- und Klarschriftabtastung wurde bereits
ein optisches Handlesegerät für maschinelle Zeichenerkennung vorgeschlagen, bei
dem die Abtastung sowohl für die Klarschrift als auch für den Strichcode über eine
gemeinsame Abtastöffnung erfolgt. Aus dem Strahlengang für die Klarschrifterkennung
wird über ein entsprechendes Spiegelsystem ein Teil des Lichtes ausgespiegelt und
dem fotoelektrischen Sensor für die Strichcodeabtastung zugeführt.
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Eine derartige getrennte Abtastung sowohl für Strichcode als auch
für Klarschrift hat gegenüber einem optischen Handlesegerät bei dem die Strichcodeerkennung
über die fotoelektrische Sensorfläche zur Klarschrifterkennung erfolgt (EP-OS 0
062 777) den Vorzug, daß damit wesentlich dünnere und undeutlicher markierte Strichkanten
erkannt werden können. Ein derartiges System ist außerdem durch seine Trennung betriebssicherer.
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Integriert man den Sensor für die Strichcodeerkennung im Abtastbereich
für die Klarschrifterkennung, so kann die Gefahr bestehen, daß sich die Leuchtstärkenregulierung
für das Abtastfeld der Klarschrifterkennung störend auf den Strichcodesensor einwirkt.
Plötzlicher Intensitätswechsel der Beleuchtung kann so zu Fehlinterpretationen der
Strichcodeerkennung führen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung für optische Handlesegeräte
der eingangs genannten Art bereitzustellen, die es ermöglicht, Strichcodekanten
bzw. Balken auch bei Schwankungen der Beleuchtungsintensität und im Verschmutzungsfall
sicher zu erkennen.
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Diese Aufgabe wird bei einer Anordnung der eingangs genannten Art
gemäß dem kennzeichnenden Teil des ersten Patentanspruchs gelöst.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen
gekennzeichnet.
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Die Verwendung von zwei parallel zueinander verlaufenden nebeneinander
angeordneten balkenförmigen Sensorflächen mit einer zugehörigen Auswerteschaltung,
die dann ein Signal erzeugt, wenn die Differenz der Signalintensität der von den
balkenförmigen Sensorstrukturen ausgehenden Signale einen vorgegebenen Wert überschreitet,
ermöglicht ein besonders sicheres Erkennen der Strichcodekanten. Da bei Schwankungen
der Hintergrundshelligkeit sich diese Schwankungen gleichmäßig auf beide Sensorstrukturen
auswirken, es aber für die Auswertung allein auf die Differenz der empfangenen Helligkeit
zwischen der linken und rechten Sensorstruktur ankommt, ist das System gegenüber
Helligkeitsschwankungen vollständig unempfindlich.
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Durch die Anordnung einer, die beiden Sensorstrukturen
verbindenden
Abgleichbrücke aus Widerständen lassen sich fertigungsbedingte Toleranzen leicht
ausgleichen.
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Die Verwendung von Differenzverstärker (Komparatoren) zum Auswerten
der von den Sensorstrukturen ausgehenden Signale ermöglicht die Erzeugung von zwei
Rechteckimpulsketten, bei denen die jeweils gleich gerichteten Flanken den Codekanten
entsprechen.
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Durch Anordnung einer logischen Schaltungsanordnung z.B.
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aus monostabilen Kippgliedern können die beiden Rechteckimpulsketten
zu einer einzigen Signal kette zusammengefaßt werden, bei der die Einzelsignale
den einzelnen Codekanten entsprechen.
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Bei der Auswertung dieser Signal kette durch die eingangs beschriebene
bekannte Erkennungsanordnung können nun die Abstände zwischen den Einzelsignalen
der Signalkette abwechselnd als Balkenbreiten des Strichcodes und Abstände zwischen
den einzelnen Balken gedeutet werden. Daraus abgeleitet ergibt sich eine Rechteckimpulskette,
bei denen der "High"-Pegel entweder dem Strichcodebalken oder dem Zwischenraum entspricht.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform wird deshalb über die Erkennungsschaltung
über eine bestimmte Zeit z.B. 30 ms.
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geprüft, ob, bedingt durch das Aufsetzen des Handlesegerätes außerhalb
der eigentlichen Codierung, das eingehende Signal einen "Low"- oder "High"-Pegel
hat. In Abhängigkeit davon wird dann beim nächsten Flankenwechsel der Signalkette
dieser Flankenwechsel als Übergang zu einer Balkenkante ausgewertet. Das bedeutet
bei erkannten "Low"-Pegel ist der folgende übergang zu einem "High"-Pegel als Balkenkante
zu deuten, wobei dann immer die positive Amplitude ("High"-Pegel) der Signalkette
als Balken gedeutet wird. Umgekehrt witd bei erkanntem "High"-Pegel der
Übergang
zum "Low"-Pegel als Balkenkante gedeutet, wobei dann die Bereiche mit "Low"-Pegel
der Signalkette als Einzelbalken des Strichcodes gedeutet werden.
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Damit ist ohne zusätzlichen Aufwand eine Erkennung des Strichcodes
unabhängig von der den Strichcode umgebenden Farbe, sei sie nun extrem dunkel oder
besonders hell, sichergestellt.
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Eine Ausführungsform der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt
und wird im folgenden beispielsweise näher beschrieben. Es zeigen Fig. 1 eine schematische
Darstellung des optischen Systems eines Kombinationslesers, der sowohl für die Klarschrifterkennung
als auch für die Strichcodeerkennung geeignet ist, Fig. 2 ein Schaltbild der erfindungsgemäßen
Anordnung und Fig. 3 eine schematische Darstellung der einzelnen beim Uberfahren
eines Strichcodes in der Anordnung auftretenden Impulsketten.
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Das in der Fig. 1 nur ausschnittsweise im Bereich seines optischen
Systemes dargestellte Handlesegerät ist sowohl zum Lesen von Klarschrift, sogenannter
OCR-Schrift als auch zum Lesen von strichcodierten Daten geeignet. Bei dem dargestellten
integrierten optischen System erfolgt sowohl die Abtastung von Strichcode als auch
die Abtastung von Klarschrift durch eine gemeinsame Reflektorkappe 52 mit einem
einzelnen Abtastfenster für beide Abtasteinheiten. Beleuchtet wird dieses Abtastfenster
durch eine Beleuchtungseinrichtung 58, die in bekannter Weise (DE-OS 28 16 325)
in Abhängigkeit von der Hintergrundhelligkeit des Datenträgers gesteuert wird. Das
Bild des Da-
tenträgers 56, sei es nun ein Strichcode oder eine
Klarschrift, wird über ein optisches System 59 auf eine Sensorfläche 57 zur Klarschrifterkennung
abgebiLdet ui7 uber eine hier nicht dargestellte bekannte Anordnung 5 entsprechend
weiterverarbeitet. Gleichzeitig wird ein Teil des von dem Code 56 reflektierten
Lichtes mittels eines gegenüber der optischen Achse um 45" geneigten Spiegels 50,
der über eine entsprechende Justiereinrichtung, in diesem Falle eine Schraube 52
justiert werden kann, auf einen Strichcodedetektor 51 abgebiidet, wobei dann die
Nachverarbeitung der Ausgangssignale des Strichcodedetektors 51 über die in der
Fig. 2 dargestellte Schaltungsanordnung 53 in der nachstehend beschriebenen Weise
erfolgt.
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Entsprechend der Darstellung der Fig. 2 besteht der Fotodetektor 51
aus zwei balkenförmigen im Abstand zueinander angeordneten ersten S1 und zweiten
S2 Sensorstrukturen, die jeweils aus zwei im Abstand nebeneinander angeordneten
Fotodioden P bestehen. Die einzelnen Fotodioden der Sensorstrukturen S1 und S2 sind
jeweils parallelgeschaltet und liegen gemeinsam an Nullpotential E. Dem Fotodetektor
nachgeschaltet ist eine Widerstandsbrücke W aus zwei Festwiderständen R1 und R2
mit einem dazwischen geschalteten Abgleichwiderstand R3. Durch die die Ausgänge
der Potentiometer P verbindenden Widerstandsbrücke W ist ein Empfindlichkeitsabgleich
der beiden Sensorstrukturen S1 und S2 möglicht, so daß durch Verändern des Koppelwiderstandes
R3 eine Anpassung an Fertigungstoleranzen möglich ist. Dieser Abgleich kann z.B.
dadurch erfolgen, daß die beiden Sensorstrukturen S1 und S2 mit einer gleichmäßigen
Helligkeit beaufschlagt werden und daß dann über den Potentiometer R3 ein Nullabgleich
des Ausgangssignals des Fotodetektors 51 erfolgt.
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In Verbindung mit der Widerstandsbrücke W und damit mit den Sensorstrukturen
S1 und S2 ist eine Auswerteschaltung
AS, die die Aufgabe hat, die
analogen Ausgangssignale der Sensorstrukturen S1 und S2 in entsprechende Rechtecksignale
umzuformen bzw. die Ansprechschwellen der Sensorstrukturen S1 und S2 festzulegen.
Zu diesem Zweck sind in der Auswerteschaltung zwei Differenzverstärker (Komparatoren)
D1 und D2 angeordnet, die über Abgleichwiderstände RA entsprechend abgeglichen werden
und die ausgangsseitig mit einem Widerstandsnetzwerk aus Widerständen RH mit der
zugehörigen Spannungsquelle SQ in Verbindung stehen. Das Widerstands- netzwerk aus
den Widerständen RH, die den Ausgang der Differenzverstärker auf ihr entsprechende
Eingänge zurückkoppeln und mit der Spannungsquelle verbinden, hat in bekannter Weise
die Aufgabe, eine Spannungshysterese an den Differenzverstärkers zu erzeugen.
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Eine derartige Hystereseerzeugung ist allgemeiner Stand der Technik
und wird bei Differenzverstärkern (Komparatoren) aLlgemein angewandt (TL311, Firma
Texas Instruments).
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Die einzelnen Sensorstrukturen stehen dabei eingangsseitig mit den
Differenzverstärkers D1, D2 wie falgt in Verbindung. Die erste Sensorstruktur S1
mit dem nichtinvertierenden Eingang des Differenzverstärkers D1 und dem invertierenden
Eingang des Differenzverstärkers D2; die zweite Sensorstruktur S2 mit dem invertierenden
Eingang des Differenzverstärkers D1 und dem nichtinvertierenden Eingang des Differenzverstärkers
D2.
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Durch eine derartige Beschaltung der Differenzverstärker D1, 02 mit
den balkenförmigen Sensorstrukturen S1 und S2 wird erreicht, daß dann jeweils an
den Ausgängen der Differenzverstärker D1 und D2 ein einer Strichcodekante zugeordnetes
Signal erzeugt wird, wenn die Differenz der lichtintensitätsabhängigen Ausgangssignale
der Sensorstrukturen S1 und S2 einen vorgegebenen Wert z.3. 10 % des einzelnen Maximalsignales
überschreitet. Die eigentliche Funktion der Anordnung beim Abtasten einer einen
Strichcode
tragenden Datenträgers wird später anhand der Impulsdiagramme näher erläutert.
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Der Auswerteschaltung AS nachgeschaltet ist je eine monostabile Kippstufe
M1 bzw. M2. Diese monostabile Kippstufe setzen dabei die jeweils ansteigenden Flanken
der von den Differenzverstärkern D1 und D2 ausgehenden Rechteckimpulsketten in Einzelsignale
um und bilden daraus eine Signalkette, die wiederum einer bistabilen Kippstufe BK
zuführt wird. Die bistabile Kippstufe BK formt aus der aus Einzelsignalen bestehenden
Signalkette wiederum eine gemeinsame, Auswertesignalkette genannte, Rechteckimpulskette,
wobei den jeweiligen Flankenwechseln dieser Rechteckimpulskette je eine Strichcodekante
zugeordnet ist.
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Die von der bistabilen Kippstufe BK ausgehende dem abgetasteten Strichcode
entsprechende Auswertesignalkette wird dann der eigentlichen Erkennungsschaltung
ES zugeführt, die in bekannter (EP-OS 0 062 777) Weise die eingehende Auswertesignalkette
untersucht und bei Erkennung eines Codes die gelesene Zahlenfolge einem Display
D zur Anzeige zuführt.
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Die Funktion der Schaltungsanordnung der Fig. 2 wird im folgenden
anhand der Impulsdiagramme der Fig. 3 näher erläutert. Dabei ist in der Zeile SC
schematisch ein Strichcode mit seinen einzelnen schwarzen Balken 5 unterschiedlicher
Breite dargestellt, wobei die Folge der Balken mit unterschiedlicher Breite einer
codierten Ziffernfolge entspricht. Dieser auf z.B. einem Etikette einer Ware angebrachte
Strichcode wird nun mit Hilfe des schematisch in der Fig. 1 dargestellten Handlesegerätes
abgetastet, wobei das Abtastfenster 52 in diesem Fall von links nach rechts über
den Strichcode SC geführt wird.
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Befindet sich das Abtastfenster außerhalb des ersten 3alkens Bl auf
dem das Etikett umgebenden Umfelde, so ist
das an den Ausgängen
der Sensorstrukturen S1 und S2 abnehmbare analoge Ausgangssignal DS bedingt durch
die AbgleichwirKung der Widerstandsbrücke W entsprechend der Darstellung der Signalfolge
DS auf Null. Wird nun das Handlesegerät mit dem Fotodetektor 51 und seinen beiden
Sensorstrukturen S1, S2 über den ersten Balken B1 geschoben und zwar von weiß nach
schwarz, so wird bei einer angenommenen Situation bei der durch den Balken B1 zunächst
die erste Sensorstruktur S1 abgedeckt wird, auf dem Fotodetektor bzw. auf seinen
Sensorstrukturen S1 und S2 eine ungleiche Lichtverteilung erzeugt, die einem Analogsignalpegel
DS1 entspricht. Dieser Analogsignalpegel DS1 wird mit Hilfe des Differenzverstärkers
D1 in ein Rechtecksignal WS umgesetzt, dabei entspricht die ansteigende Kante WS1
des erzeugten Rechtecksignales einer Vorderkante des Balkens B1 und zwar einer Weiß-Schwarz-Kante,
wenn man als Richtungsangabe die Uberstreichbewegung des Handlesers zugrundelegt.
Mit Hilfe der monostabilen Kippstufe !1 wird dann aus der ansteigenden Flanke WS1
ein Einzelimpuls MWS1 erzeugt.
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Deckt nun im weiteren Verlauf der Abtastung der Balken 81 die zweite
Sensorstruktur S2 ab, so liegt am Ausgang der Sensorstrukturen S1 und S2 in analoger
Weise das Analogsignal DS2 (positiv) an. Aus diesem positiven Analogsignal DS2 beim
Ubergang von einer schwarzen auf eine weiße Fläche wird mit Hilfe des Differenzverstärkers
D2 wiederum ein Rechteckimpuls SW1 erzeugt, der dem Ubergang von einer schwarzen
auf eine weiße Fläche, d.h. einer Schwarz-Weiß-Kante des Balkens B1 entspricht.
Mit Hilfe der zweiten monostabilen Kippstufe M2 wird die ansteigende Flanke des
Ausgangssignals des Differenzverstärkers D2 in einen Einzelimpuls MSW1 umgesetzt.
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Beim nachfolgenden erneuten Abtasten einer Weiß-Schwarz-Kante wird
das entsprechende Signal DS3 in ein Analogsi-
gnal DS2 umgesetzt,
was wiederum einem Einzelimpuls am Ausgang der monostabilen Kippstufe M1 von MWS2
zur Folge hat, wobei dann die folgenden überstrichenen Balken B2 bis BN entsprechende
Impulsketten hervorrufen.
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Die aus Einzelimpulsen MWS1, MWS2 etc. bestehende Impulskette MWS
am Ausgang der monostabilen Kippstufe Ml , die den weiß-schwarzen Kantenübergängen
der Balken B1 bis BN entspricht, wird die Einzelimpulskette aus den Einzelimpulsen
MSW1, MSW2 bis MWN die den einzelnen Schwarz-Weiß-Ubergängen der Balken B1 bis BN
entspricht (tmpulskette MSW) überlagert und damit die bistabile Kippstufe BK angesteuert.
Die bistabile Kippstufe BK erzeugt dabei aus der Folge der Einzelimpulse MWS bzw.
MSW eine Auswertesignalkette ASK aus Rechteckimpulsen, bei der in diesem Fall der
Nullpegel ("Low"-Pegel) dem weißen Bereich des Strichcodes entspricht und der logische
1-Pegel ("High"-Pegel) den Balken 31 bis BN (schwarz) entspricht. Die Breite der
einzelnen Rechteckimpulse entspricht dabei der Breite der Kantenbalken B1 bis Bbl.
Diese Auswertesignalkette ASK wird nun von der nachfolgenden Erkennungsschaltung
ES in bekannter Weise ausgewertet und damit das Display D angesteuert.
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Die einen Mikroprozessor enthaltenden und z.B. entsprechend der Erkennungsschaltung
ES der EP-OS 0 062 777 aufgebaute Erkennungsschaltung enthält nun eine vorteilhafte
Besonderheit. So besteht die Erkennungsschaltung ES aus der eigentlichen herkömmlichen
Erkennungsschaltung ESH und einer weiteren Zuordnungsschaltung ZS. Diese Zuordnungsschaltung
ZS bewertet dabei die eingehende Auswertesignalkette ASK hinsichtlich ihrer Spannungspegel
und zwar in der folgenden Weise: Die Zuordnungsschaltung ZS prüft bei Eingang der
Auswertesignalkette zunächst ob das eingehende Signal zumindest
für
eine Dauer von 30 ms (T) konstant bleibt. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß
der Lesekopf des Kombilesers außerhalb des Strichcodes aufgesetzt worden ist. Die
Umgebung des Strichcodes unterliegt nun keiner Vorschrift hinsichtlich der Farbgebung,
so daß die Umgebung sowohl schwarz als auch weiß ausgebildet sein kann.
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Die Auswertesignalkette kann deshalb während der Zeit T entweder auf
O-Pegel entsprechend der Auswertesignalkette ASK sein oder aber auf einem positiven
Spannungspegel (2'High"-Pegel) entsprechend der inversen Auswertesignalkette ASKJ
(gestrichelt dargestellt).
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Wird während der Abtastzeit T über die Zuordnungsschaltung ein Null-Pegel
der Auswertesignalkette entsprechend der Darstellung ASK erkannt, so wird die folgende
Rechteckimpulskette ASK in traditioneller Weise über die Erkennungsschaltung ESH
ausgewertet und dabei dem positiven Spannungsbereich der Rechteckimpulskette AK
die Balkenstruktur zugeordnet.
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Erkennt die Zuordnungsschaltung während der Abtastzeit T einen konstanten
positiven Signalpegel entsprechend der Impulskette ASKJ, so wird der folgende Übergang
zum Null-Pegel als Balkenkante ausgewertet und den einzelnen Balken des Strichcodes
der Nullpegel der Impulskette ASKJ zugeordnet.
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Dieser Wechsel zwischen der Impulskette ASK und der inversen Impulskette
ASKI kann auch bei einer weiteren Ausführungsform der Erkennungsschaltung nach Plausibilitätsgrundsätzen
erfolgen, d.h. führt eine Erkennungsprozedur mit der Impulskette ASK zu einem Ergebnis,
wird automatisch auf die inverse Impulskette ASKJ umgeschaltet und diese Impulskette
einer Erkennungsprozedur unterzogen.
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8 Patentansprüche 3 Figuren