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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren
zum Lesen codierter Information. Die Erfindung betrifft auch eine
Vorrichtung zum Erfassen eines Leuchtsignals, das durch einen Träger diffus
reflektiert wird, der codierte Information enthält.
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Wie
bekannt, wurden in den letzten Jahren Leser für codierte Information (beispielsweise
optische Leser), die dazu in der Lage sind, die auf einem Träger enthaltene
Information (beispielsweise einen optischen Code, der einem Objekt
zugeordnet ist) zu lokalisieren und zu decodieren, und zwar in einem vorbestimmten
Lesebereich, auf den Markt gebracht.
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In
dieser Beschreibung und den nachfolgenden Ansprüchen bezeichnet der Ausdruck „Leser
für codierte
Information" jede
Vorrichtung, die dazu in der Lage ist, Information zu einem Objekt
(beispielsweise Distanz, Volumen, Größe, oder Identifikationsdaten)
durch das Erfassen und Verarbeiten eines Leuchtsignals, das durch
dieses Objekt diffus reflektiert wird, zu erlangen. Der Ausdruck „codierte
Information" bezeichnet
alle Identifikationsdaten, die in einem optischen Code enthalten
sind. Der Ausdruck „optischer
Code" bezeichnet
jede graphische Darstellung, die die Funktion aufweist, eine codierte
Information zu speichern. Ein bestimmtes Beispiel eines optischen
Codes sind lineare oder zweidimensionale Codes, wobei die Information
durch geeignete Kombinationen von Elementen codiert wird, die eine vorbestimmte
Form aufweisen, wie z.B. Quadrate, Rechtecke oder Sechsecke, dunkle
(normalerweise schwarze), durch helle separierte Elemente (Zwischenräume, normalerweise
weiß),
wie z.B. Strichcodes, gestapelte Codes, und zweidimensionale Codes
im allgemeinen, Farbcodes usw. Außerdem umfaßt der Ausdruck „optischer
Code" noch allgemeiner auch
andere graphische Muster mit der Funktion, die Information zu codieren,
einschließlich
lichtgedruckter Textzeichen (Buchstaben, Zahlen usw.) und bestimmter
Muster (wie z.B. Stempel, Logos, Unterschriften, digitaler Fingerabdrücke usw.).
Der Ausdruck „optischer
Code" umfaßt außerdem graphische Darstellungen,
die nicht nur im Bereich des sichtbaren Lichts erfaßbar sind,
sondern auch im Wellenlängenbereich,
der zwischen infrarot und ultraviolett enthalten ist.
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Nur
als Beispiel, und nur zum Zweck der Verdeutlichung der folgenden
Beschreibung, soll explizit Bezug genommen werden auf einen Leser
für einen linearen
optischen Code (Linear leser); natürlich wird ein Fachmann verstehen,
daß das
Gesagte auch auf andere Leser anwendbar ist, wie z.B. auf Leser
für zweidimensionalen
Code (Matrix- oder Flächenleser).
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Üblicherweise
umfassen Leser für
optischen Code ein Beleuchtungssystem, das dazu vorgesehen ist,
ein Leuchtsignal in Richtung des Trägers abzugeben, der die zu
lesende codierte Information (den optischen Code) enthält, und
ein Empfangssystem, das dazu vorgesehen ist, das Leuchtsignal zu erfassen,
das durch den beleuchteten optischen Code diffus reflektiert wird.
Insbesondere wird das Leuchtsignal durch geeignete Lichtaufnahmemittel erfaßt (oder
durch Mittel zum Erfassen des Leuchtsignals, das durch den beleuchteten
optischen Code diffus reflektiert wird, und durch das optische Empfangssystem
erfaßt
wird), die wiederum ein elektrisches Signal erzeugen, das proportional
zu dem erfaßten
Leuchtsignal ist; dabei ist das elektrische Signal dazu vorgesehen,
später
ausgearbeitet und/oder verarbeitet und decodiert zu werden, um den
Informationsgehalt daraus zu extrahieren.
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In
einer typischen Ausführungsform
eines üblichen
optischen Linearlesers umfaßt
das Beleuchtungssystem ein Array aus LEDs (oder mehrere Arrays,
bei Matrix- oder Flächenlesern),
die optional von einer oder mehreren Blenden und einer oder mehreren
Fokussierlinsen gefolgt sind. Jede der LEDs des oben genannten Arrays
erzeugt einen Lichtstrahl, der eine variable Leuchtkraft aufweist,
mit einem Maximalwert an der optischen Emissionsachse der LED, und
mit zunehmendem Emissionswinkel abnehmenden Werten. Die LEDs sind üblicherweise so
ausgerichtet, daß sie
im gleichen Abstand untereinander und zueinander und zu der optischen
Achse des Lesers parallel angeordnet sind; auf diese Weise weist
der aus dem Leser austretende Lichtstrahl eine Leuchtkraft auf,
die entlang der Ausrichtungsrichtung der LEDs variabel ist, mit
einem Muster, das eine Funktion des Beitrags jeder LED ist, der
Position der LED in Bezug auf die optische Achse des Lesers, und des
Abstands des Lesers von dem beleuchteten optischen Code. Es wurde
in der Tat festgestellt, daß bei
relativ geringen Abständen
zwischen Leser und Code das Profil des emittierten Lichtstrahls
in Richtung der LED-Ausrichtung nicht sehr gleichmäßig ist, und
es im Profil an lokalen Spitzen möglich ist, den Beitrag einer
jeden LED zu unterscheiden. Bei zunehmendem Abstand zwischen dem
Leser und dem Code, wird neben der Abnahme der Leuchtintensität des emittierten
Lichtstrahls das Profil immer gleichmäßiger, und der Beitrag einer
jeden LED wird immer weniger klar; dieses Muster ist ein intrinsisches
Betriebsmerkmal des oben beschriebenen optischen Beleuchtungssystems.
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Das
Empfangssystem umfaßt
typischerweise eine oder mehrere Linsen und/oder Blenden, die dazu
bestimmt sind, an den Lichtaufnahmemitteln den Lichtstrahl zu erfassen,
der durch den beleuchteten Code diffus reflektiert wird. Das System
weist das Merkmal auf, daß Licht
in einer quantitativ unterschiedlichen Weise übertragen wird, je nachdem,
ob das Licht es in der Achse oder an den Rändern des Blickfelds durchdringt.
Insbesondere die nimmt die Leistung des Lichtstrahls pro Flächeneinheit,
der von dem beleuchteten Code diffus reflektiert wird und von den
genannten Linsen und/oder Blenden an den Lichtaufnahmemitteln erfaßt wird,
progressiv von der Mitte zu den Rändern des Strahls ab; dieses
Muster ist ein intrinsisches Betriebsmerkmal des oben beschriebenen
optischen Beleuchtungssystems.
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Die
Lichtaufnahmemittel umfassen üblicherweise
ein Array lichtempfindlicher Elemente, die in einer (lineare CCD-
oder C-MOS-Sensoren) oder mehreren parallelen Zeilen (matrixförmige CCD-
oder C-MOS-Sensoren) angeordnet sind. Jedes lichtempfindliche Element,
aus dem das oben genannte Array besteht, ist dazu angepaßt, den
Lichtanteil zu erfassen, der von einem entsprechenden Abschnitt
des beleuchteten optischen Codes diffus reflektiert wird.
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Aus
den obigen Ausführungen
ist zu schließen,
daß die
beschriebenen Beleuchtungs- und Empfangssysteme das ähnliche
Merkmal aufweisen, die flächenbezogene
Leistung des Lichtstrahls (bei Emission bzw. bei Empfang) an den
Rändern
ihres Sichtfeldes zu senken, und so einen kumulativen Effekt erzeugen,
der die Leuchtungleichmäßigkeit
zwischen dem mittleren Abschnitt und den Rändern des Lichtstrahls, der
von den lichtempfindlichen oder Sensormitteln erfaßt wird,
verstärkt.
Aus diesem Grund empfangen die lichtempfindlichen Elemente an den
Enden des Sensors (die von dem Licht getroffen werden, das aus den
Bereichen an den Rändern des
optischen Codes kommt) weniger Licht als die mittig angeordneten;
da das elektrische Signal, das von dem Sensor erzeugt wird, proportional
zu der von den verschiedenen lichtempfindlichen Elementen empfangenen
Lichtmenge ist, weist es somit in Abhängigkeit von von dem Abstand
von der optischen Achse des Sensors eine unterschiedliche Amplituden-Hüllkurve
auf. Dies kann zu signifikanten Problemen für den einwandfreien Betrieb
der optischen Lesevorrichtung und also für die Zuverlässigkeit
des von dieser durchgeführten
Lesevorgangs führen;
es wäre
deshalb wünschenswert,
als Ausgabe von dem Sensor ein elektrisches Signal zu erhalten,
das eine im wesentlichen konstante Amplituden-Hüllkurve aufweist, um hohe Präzisions-
und Zuverlässigkeitsstandards
bei den nachfolgenden Digitalisierungs- und Decodiervorgängen des
optischen Codes sicherzustellen.
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Um
den genannten unerwünschten
Effekt zu mindern, daß die
flächenbezogene
Leistung des Lichtstrahls, der die lichtempfindlichen Elemente des Sensors
trifft, je nach Abstand von der optischen Achse desselben abgeschwächt werden,
wurden verschiedene strukturelle Lösungen ermittelt, die bereits
in üblichen
optischen Lesern benutzt wurden. Eine dieser Lösungen besteht beispielsweise
darin, ein Beleuchtungssystem zu benutzen, bei dem die verschiedenen
lichtemittierenden LEDs in einem nicht konstanten gegenseitigen
Abstand und/oder in einem gegenseitigen Winkel angeordnet sind;
eine andere Lösung
besteht in der Benutzung eines Systems zum Steuern der lichtemittierenden
LEDs, das dazu vorgesehen ist, die verschiedenen LEDs in differenzierter
Weise zu steuern, um den Code an den Rändern wie auch in der Mitte
gleichmäßig zu beleuchten,
oder ihn an den Rändern
im Vergleich zur Mitte stärker
zu beleuchten, um den Lichtverlust an den Rändern auszugleichen, der von
dem optischen Empfangssystem verursacht wird.
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Auf
diese Weise wird in der beschriebenen verschiedenen strukturellen
Lösungen
der erwähnte Nachteil
wenigstens teilweise überwunden,
indem an dem optischen Beleuchtungssystem der Lesevorrichtung (oder
an ihm vorgeordneter Stelle) Einfluß genommen wird. Obwohl dies
vorteilhaft bei dem Erfüllen
des erwarteten Zwecks ist, benötigen
diese Lösungen
eine Ad-hoc-Auslegung
des Beleuchtungs- und Empfangssystems des Lesers (das heißt, die
Implementierung einer Reihe struktureller Details in diesen System
ist erforderlich), je nach der Nutzungsweise, die für den Leser
vorgesehen ist (insbesondere je nach der Art des zu lesenden Codes,
dem erwarteten Abstand zwischen dem Leser und dem Code und/oder
der Fokustiefe des Lesers), wodurch die Möglichkeit eingeschränkt wird,
ihn für
andere Zwecke als diejenigen zu verwenden, für die er ausgelegt wurden;
außerdem
sind diese Leser hinsichtlich ihres Aufbaus relativ komplex, und
dies beeinflußt
unvermeidlich die Herstellungs- und/oder die Verkaufskosten derselben
in negativer Weise.
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US-Patentschrift
4,792,666 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung um Erzielen
einer gleichmäßigeren
Ausgangssignalstärke
für verschiedene
Abtastzeilen eines Laser-Strichcodelesers für mehrere Abtastzeilen, die
ein Umschalten der Verstärkungsstufe
in dem Rückgabesignalverstärker des Strichcodelesers
umfaßt,
gemäß der Position
des Laserstrahls in der Abtastsequenz, und gemäß bekannter Information in
Bezug auf die relative Reaktion, die für jede unterschiedliche Abtastzeile
zu erwarten ist. Unvermeidliche Schwankungen der Rückgabesignalstärke für verschiedene
Abtastzeilen werden kompensiert, und eine erhöhte Gleichmäßig keit der Signale aus dem
Lesevorgang des Strichcodes wird unabhängig davon erzielt, welche
Abtastzeile benutzt wurde, um den Code zu lesen.
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EP 1 111 538 , die Stand
der Technik gemäß Art. 54(3)
EPC bildet, offenbart ein Verfahren zum Kompensieren unerwünschter
Schwankungen in einem elektrischen Signal, das von einem Sensor
eines optischen Codelesers erzeugt wird. Das Verfahren umfaßt die Schritte
des Erzeugens eines Hüllkurvensignals,
beginnend mit dem elektrischen Signal, das von dem Sensor erzeugt
wird, und des Normierens des elektrischen Signals in Bezug auf das
Hüllkurvensignal.
Es wird eine Beleuchtungskompensationsvorrichtung bereitgestellt.
Die Beleuchtungskompensationsvorrichtung normiert das elektrische
Signal, das von dem Sensor erzeugt wird, um so zu erreichen, daß die Spitzenamplitude
des elektrischen Signals konstant bleibt.
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Die
der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende technische Aufgabe besteht
darin, eine neue strukturelle Lösung
zu finden, die es ermöglicht,
dem Sensor nachgeordnet ein elektrisches Signal zu erhalten, das – entlang
einer vorbestimmten Leserichtung – jede gewünschte und vorbestimmte Amplituden-Hüllkurve
aufweist. Genauer ausgedrückt,
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine alternative
Lösung
zu den bekannten Lösungen
zu ermitteln, um den Nachteil im Zusammenhang mit der Abschwächung der
flächenbezogenen
Leistung des Lichtstrahls an den lichtempfindlichen Elementen des Sensors
zu überwinden,
wenn der Abstand von der optischen Achse desselben sich verändert (um
einen einwandfreien Betrieb und eine hohe Zuverlässigkeit der Lesevorrichtung
zu gewährleisten),
und gleichzeitig die Nachteile der Lösungen des Stands der Technik
zu überwinden,
insbesondere diejenigen in Bezug auf die kritische Implementierung
des Beleuchtungs- und des Empfangssystems der Lesevorrichtung in
Abhängigkeit
von der erwarteten Nutzungsweise.
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Somit
betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung gemäß Anspruch
1.
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In
vorteilhafter Weise ermöglicht
es die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung, stromabwärts des
optischen Empfangsweges ein elektrisches Signal zu erhalten, das
entlang einer Leserichtung jede gewünschte und/oder vorbestimmte
Amplituden-Hüllkurve
aufweist. Dies wird in vorteilhafter Weise erreicht, indem die Amplitude
des elektrischen Signals, das von den lichtempfindlichen Mitteln
(oder Erfassungsmitteln, oder dem Sensor) erfaßt wird, variiert wird. Insbesondere
wird die Kenntnis des Variationsgesetzes der Amplitude des erfaßten elektrischen
Signals (das bereits vorher bekannt ist, oder als Ausgabe des Sensors
ermittelbar ist) benutzt, um bei jeder Abtastung ein Steuersignal
zu erzeugen, das dazu vorgesehen ist, die Amplitude des erfaßten elektrischen
Signals zu variieren, um ein resultierendes Signal (das in der nachfolgenden
Beschreibung auch als „kompensiertes
Signal" bezeichnet
wird) zu erzeugen, das eine gewünschte
und vorbestimmte Amplituden-Hüllkurve
aufweist.
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In
dieser Beschreibung und den nachfolgenden Ansprüchen bezeichnet der Ausdruck „resultierendes
(oder kompensiertes) elektrisches Signal" ein elektrisches Signal, bei dem die
Amplitude in einer Leserichtung variiert wurde (durch die Anwendung eines
geeigneten Steuersignals), sodaß es
eine vorbestimmte Hüllkurve
annimmt. Beispielsweise kann gemäß der vorliegenden
Erfindung das resultierende (oder kompensierte) elektrische Signal
ein Signal mit einer im wesentlichen konstanten Amplituden-Hüllkurve
sein (das ausgehend von einem erfaßten elektrischen Signal mit
einer variablen Amplitude erzielt wurde), oder ein elektrisches
Signal mit einer Amplituden-Hüllkurve,
die gemäß einem
zweiten Variationsgesetz variabel ist, beispielsweise mit einer
größeren Amplitude
an den Enden (und das ausgehend von einem erfaßten elektrischen Signal mit
einer konstanten Amplituden-Hüllkurve
oder einer Amplitude erzielt wurde, die gemäß einem ersten Variationsgesetz
variabel ist – beispielsweise
mit einer größeren Amplitude
in der Mitte) usw.
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Vorteilhafterweise
weist die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung eine bevorzugte
Anwendung in solchen Fällen
auf, in denen das elektrische Signal, das von den lichtempfindlichen
Mitteln erfaßt wird,
eine Amplitude aufweist, die entlang wenigstens der einen Leserichtung,
zwischen wenigstens einem Maximalwert Vmax und wenigstens einem
Minimalwert Vmin variabel ist; in diesen Fällen sind die Mittel zum Variieren
der Amplitude des ersten elektrischen Signals entlang der wenigstens
einen Leserichtung vorzugsweise solcherart, daß sie ein elektrisches Signal
mit einer im wesentlichen konstanten Amplituden-Hüllkurve
erzeugen.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung, und anders als die oben unter Bezugnahme auf den Stand der
Technik beschriebenen technischen Lösungen wird der Nachteil im
Zusammenhang mit der Abschwächung
der flächenbezogenen
Leistung des Lichtstrahls, der auf die lichtempfindlichen Elemente des
Sensors trifft, wenn der Abstand von der optischen Achse desselben
variiert, in vorteilhafter Weise überwunden, indem stromabwärts des
optischen Empfangssystems des durch den beleuchteten optischen Code
diffus reflektierten Lichtsignals, Einfluß genommen wird; insbesondere
umfaßt
die vorliegende Erfindung ein Variieren der Amplitude des elektrischen
Signals, das von den lichtempfindlichen Mitteln (oder den Erfassungsmitteln
oder dem Sensor) erfaßt
wird. In vorteilhafter Weise erlaubt dies eine Loslösung von
der kritischen Implementierung des benutzten Beleuchtungs- und Empfangssystems,
da in diesem Fall keine Ad-hoc-Auslegung der Systeme in Abhängigkeit
von der erwarteten Nutzungsweise der Lesevorrichtung erforderlich
ist.
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Tatsächlich beruht
die vorliegende Erfindung auf der Tatsache, daß die variable Hüllkurve
der Amplitude des erfaßten
Signals (verursacht durch die Variation der flächenbezogenen Leistung des
Lichtstrahls, der von dem beleuchteten optischen Code diffus reflektiert
wird) so wie sie ist übernommen
wird, unabhängig
von den strukturellen Eigenarten des in der erfindungsgemäßen Vorrichtung
benutzten Beleuchtungs- und Empfangssystems. Insbesondere wird die
Kenntnis des Variationsgesetzes der Amplitude des erfaßten elektrischen
Signals (das bekannt ist oder als Ausgabe des Sensors ermittelbar
ist) benutzt, um bei jeder Abtastung ein Steuersignal zu erzeugen,
das geeignet ist, die Amplitude des erfaßten elektrischen Signals zu
variieren, um ein elektrisches Signal zu erzeugen, das – entlang
der Lesezeile – eine
vorbestimmte Amplituden-Hüllkurve
aufweist, insbesondere eine im wesentlichen konstante Amplituden-Hüllkurve.
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Vorzugsweise
arbeiten die Mittel zum Variieren der Amplitude des ersten elektrischen
Signals an dem ersten elektrischen Signal Punkt für Punkt.
Das heißt,
es wird in vorteilhafter Weise eine Punkt-für-Punkt-Variation des erfaßten elektrischen Signals
durchgeführt;
dies ist besonders vorteilhaft zum Erzielen eines optischen Signals
mit einer im wesentlichen konstanten Amplituden-Hüllkurve.
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Typischerweise
umfassen die Beleuchtungsmittel wenigstens ein Array aus LEDs, das
dazu bestimmt ist, ein Leuchtsignal zu erzeugen. Andererseits umfassen
die Empfangsmittel vorzugsweise einen linearen oder matrixförmigen CCD-
oder C-MOS-Sensor.
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Die
Mittel zum Variieren der Amplitude des ersten elektrischen Signals
umfassen Verstärkermittel
mit einem Verstärkungsgrad,
der gemäß einem vorbestimmten
Variationsgesetz variabel ist. Vorzugsweise ist die Verstärkung des
Verstärkungsmittels
gemäß einem
Variationsgesetz variabel, das zu dem Variationsgesetz des ersten
elektrischen Signals (das, wie bereits erwähnt, vorbekannt oder aus der
Ausgabe des Sensors ermittelbar ist) im wesentlichen invers ist,
um so einen Verstärkungsgrad
Gmin mit einem Wert von 1 auf Punkte des ersten elektrischen Signals
anzuwenden, die eine maximale Amplitude Vmax aufweisen, und einen
Verstärkungsgrad Gmax
mit einem Wert von Vmax/Vmin auf Punkte des ersten elektrischen
Signals anwenden, die eine Minimalamplitude Vmin aufweisen. In vorteilhafter Weise
erlaubt dies, stromabwärts
des optischen Empfangswegs ein elektrisches Signal mit einer konstanten
Amplituden-Hüllkurve
gleich Vmax zu erzielen. Natürlich
ist die Amplituden-Hüllkurve
des resultierenden (oder kompensierten) elektrischen Signals um
so konstanter, je näher
das Verstärkungsvariationsgesetz,
das auf das erfaßte
elektrische Signal angewandt wird, dem Inversen der Amplituden-Hüllkurve
des Signals kommt; aus diesem Grund sind die nachfolgenden Vorgänge der
Digitalisierung und optionalen Decodierung des optischen Codes präziser und
zuverlässiger.
Zum Zweck der Gewährleistung einer
minimalen Differenz zwischen dem Verstärkungsmuster, das auf das erfaßte elektrische
Signal angewandt wird, und der Inversen der Amplituden-Hüllkurve
des Signals wurden einige Kriterien entwickelt (im folgenden als
Kompensationskriterien bezeichnet), die nachfolgend in der vorliegenden
Beschreibung genauer beschrieben werden sollen.
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Vorzugsweise
umfaßt
die Vorrichtung der Erfindung Mittel zum Steuern der Verstärkungsmittel mit
variablem Verstärkungsgrad.
Insbesondere umfassen die Steuermittel gemäß einer Ausführungsform
der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung:
- – Mittel
zum Erzeugen von wenigstens einem zweiten elektrischen Signal, das
gemäß einem Variationsgesetz
variable ist, das zu demjenigen wenigstens eines dritten elektrischen
Signals invers ist, das repräsentativ
für ein
Leuchtsignal ist, das durch ein Referenzziel diffus reflektiert
wird, das in wenigstens einem vorbestimmten Abstand angeordnet ist;
- – Mittel
zum Synchronisieren des wenigstens einen zweiten elektrischen Signals
mit dem ersten elektrischen Signal.
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Vorzugsweise
ist das Referenzziel ein Träger mit
einer weißen
Fläche.
Tatsächlich
weist ein solches Ziel Merkmale auf, die vergleichbar mit denen eines
weißen
Blatt Papiers sind, welches der üblichste
Träger
zum Drucken optischer Codes ist. Das Ziel stellt so in idealer Weise
die Fläche
dar, auf der bei einem normalen Betrieb des Lesers der zu lesende optische
Code angeordnet ist. Deshalb enthält das elektrische Signal,
das von dem Sensor unter diesen Betriebsbedingungen erzeugt wird,
den charakteristischen Effekt der Abschwächung der Leuchtkraft an den
Rändern
des Sehfelds der benutzten Beleuchtungs- und Empfangssysteme. Durch
Umkehren der Hüllkurve
des Signals wird ermittelt, wie die Verstärkung in der Abta stung variieren
muß, um
die Einflußnahme
des Variierens der Amplitude des erfaßten Signals wirksam zu machen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ist das wenigstens eine
dritte Signal repräsentativ
für den
Mittelwert der erfaßten
elektrischen Signale, wenn das Referenzziel in unterschiedlichen
Abständen
angeordnet wird. Die Anzahl der bei unterschiedlichen Abständen durchgeführten Erfassungsvorgänge wird vorteilhaft
aufgrund von Nützlichkeitseinschätzungen in
Bezug auf den Abstand zwischen Ziel und Lesevorrichtung, den Typ
der für
den Leser benötigten
Anwendung, die Heterogenität
der Hüllkurve
des bei den verschiedenen Abständen
erfaßten
elektrischen Signals usw. definiert.
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In
einem zweiten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung einen Leser
für codierte
Information nach Anspruch 11.
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In
einem dritten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Lesen
codierter Information nach Anspruch 13.
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Ein
solches Verfahren kann vorteilhafterweise durch die Lesevorrichtung
der vorliegenden Erfindung implementiert werden, und ermöglicht es,
alle oben genannten Vorteile zu erzielen.
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Insbesondere
weist das Verfahren der vorliegenden Erfindung vorteilhafterweise
eine bevorzugte Implementierung in denjenigen Fällen auf, in denen das elektrische
Signal, das von den Lichtaufnahmemitteln erfaßt wird, eine Amplitude aufweist,
die entlang der wenigstens einen Leserichtung variabel zwischen
wenigstens einem Maximalwert Vmax und wenigstens einem Minimalwert
Vmin ist; in diesen Fällen ist
die Variation der Amplitude des elektrischen Signals, das entlang
der wenigstens einen Leserichtung erfaßt wird, vorzugsweise derart,
daß ein
elektrisches Signal mit einer im wesentlichen konstanten Amplituden-Hüllkurve
erzeugt wird. Insbesondere erlaubt es das Verfahren der Erfindung,
das Phänomen der
Abschwächung
der flächenbezogenen
Leistung des Lichtstrahls, der auf die lichtempfindlichen Elemente
des Sensors trifft, zu eliminieren wenn der Abstand von der optischen
Achse desselben variiert, und gewährleistet so hoch zuverlässige Lesevorgänge.
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Vorzugweise
erfolgt die Variation der Amplitude des ersten elektrischen Signals
Punkt für
Punkt.
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Vorzugsweise
wird das erste elektrische Signal verstärkt, indem darauf ein Verstärkungsgrad
gemäß einem
Variationsgesetz angewandt wird, das im wesentlichen zu demjenigen
des ersten elektrischen Signals invers ist.
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Vorzugsweise
umfaßt
der Schritt des Verstärkens
des ersten elektrischen Signals einen Schritt, in dem ein Verstärkungsgrad
Gmin mit einem Wert von 1 auf Punkte des ersten elektrischen Signals
angewendet wird, die eine maximale Amplitude Vmax aufweisen, und
ein Verstärkungsgrad
Gmax mit einem Wert von Vmax/Vmin auf Punkte des ersten elektrischen
Signals angewendet wird, die eine minimale Amplitude Vmin aufweisen.
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In
einer ersten Ausführungsform
des Verfahrens der vorliegenden Erfindung umfaßt der Schritt des Verstärkens des
ersten elektrischen Signals die folgenden Schritte:
- – Erzeugen
wenigstens eines zweiten elektrischen Signals, das gemäß einem
Variationsgesetz variabel ist, das zu demjenigen von wenigstens
einem dritten elektrischen Signal invers ist, das repräsentativ
ist für
wenigstens ein Leuchtsignal, das durch ein Referenzziel diffus reflektiert wird,
das in wenigstens einem vorbestimmten Abstand angeordnet ist;
- – Synchronisieren
des wenigstens einen zweiten elektrischen Signals mit dem ersten
elektrischen Signal;
- – Einstellen
des Verstärkungsgrades
in Abhängigkeit
von dem wenigstens einen zweiten elektrischen Signal.
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Vorzugsweise
umfaßt
der Schritt des Erzeugens des wenigstens einen zweiten elektrischen
Signals die folgenden Schritte:
- – Erfassen
eines dritten Signals, das repräsentativ ist
für wenigstens
ein Leuchtsignal, das durch ein Referenzziel diffus reflektiert
wird, das in wenigstens einem vorbestimmten Abstand angeordnet ist;
- – Wiederholen
des vorhergehenden Schritts für eine
vorbestimmte Anzahl von Malen, wobei jedesmal der Abstand, in dem
das Referenzziel angeordnet ist, variiert wird;
- – Bestimmen
eines wenigstens einen vierten elektrischen Signals, das für die elektrischen
Signale repräsentativ
ist, die durch das Anordnen des Referenzziels in unterschiedlichen
Abständen
erfaßt wird;
- – Bestimmen
wenigstens eines zweiten elektrischen Signals, das ein Variationsgesetz
aufweist, das invers zu demjenigen des mindestens einen vierten
elektrischen Signals ist
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Vorzugsweise
ist das Referenzziel ein Träger mit
einer weißen
Fläche.
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In
einer alternativen Ausführungsform
umfaßt
das Verfahren der vorliegenden Erfindung die Schritte des Durchführens mehrerer
aufeinander folgender Erfassungen, wobei jedesmal das erfaßte elektrische
Signal verstärkt
wird, indem darauf ein Verstärkungsgrad
angewendet wird, der gemäß einem
Variationsgesetz variabel ist, das invers zu demjenigen des zuvor
erfaßten
Signals ist.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sollen anhand der
folgenden detaillierten Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
deutlicher werden, unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren.
In diesen Figuren zeigen
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1 ein
Blockdiagramm eines üblichen
optischen Lesers für
Strichcodes;
-
2 ein
Blockdiagramm einer Vorrichtung zum Erfassen eines Leuchtsignals,
das von einem beleuchteten optischen Code diffus reflektiert wird, gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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3 ein
Blockdiagramm einer ersten Ausführungsform
eines Abschnitts einer Lesevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung,
einschließlich der
Vorrichtung aus 2;
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4 ein
Blockdiagramm einer zweiten Ausführungsform
eines Abschnitts einer Lesevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung,
einschließlich der
Vorrichtung aus 2;
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5 ein
Blockdiagramm einer dritten Ausführungsform
eines Abschnitts einer Lesevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung,
einschließlich der
Vorrichtung aus 2.
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Um
die Beschreibung des Lesers und/oder der Erfassungsvorrichtung der
vorliegenden Erfindung, sowie die Unterschiede zu Lesern und/oder
Erfassungsvorrichtungen des Stands der Technik deutlicher zu machen,
soll zunächst
Bezug auf 1 genommen werden, die einen
optischen Codeleser 100 des üblichen Typs (STAND DER TECHNIK)
zeigt.
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Typischerweise
umfaßt
ein Leser des üblichen
Typs ein Beleuchtungssystem 101, das dazu vorgesehen ist,
einen Lichtstrahl 500 in Richtung eines Trägers 102 zu
emittieren, der die zu lesende codierte Information enthält (in diesem
speziellen Fall einen Strichcode), und ein Empfangssystem 103, das
dazu vorgesehen ist, den Lichtstrahl 600, der von dem beleuchteten
Code diffus reflektiert wird, zu erfassen. Genauer ausgedrückt wird
der Lichtstrahl 600 an geeigneten Lichtaufnahmemitteln
(oder einem Sensor) 104 erfaßt, die wiederum ein elektri sches
Signal erzeugen, das zum erfaßten
Leuchtsignal proportional ist; anschließend wird das elektrische Signal
durch geeignete Verarbeitungsmittel 105 ausgearbeitet und/oder
verarbeitet, und schließlich durch
geeignete Decodiermittel 106 decodiert, um den Informationsgehalt
daraus zu extrahieren.
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Es
soll Bezug genommen werden auf 2, die eine
Vorrichtung 1 zum Erfassen eines Leuchtsignals 2 zeigt,
das von einem beleuchteten Träger
erzeugt wird, der codierte Information (optischen Code) enthält, gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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Vorrichtung 1 ist
dazu bestimmt, in einem modifizierten optischen Codeleser benutzt
zu werden, neben den üblichen
Lichtaufnahmemitteln 104. Ein solcher Leser ist ein Beispiel
für eine
Vorrichtung zum Lesen codierter Information (einen optischen Codeleser)
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
-
Ein
solcher Leser umfaßt
ein Beleuchtungssystem (nicht dargestellt), das an sich üblicher
Natur ist (das heißt,
aus einem Array aus LEDs besteht, die optional gefolgt sind von
einer oder mehreren Blenden und einer oder mehreren Fokussierlinsen),
und dazu bestimmt ist, den zu lesenden optischen Code zu beleuchten.
Der Leser umfaßt
außerdem
ein System (das an sich ebenfalls üblicher Natur ist) zum Empfangen
und/oder Erfassen eines Leuchtsignals 2, das durch den
beleuchteten optischen Code diffus reflektiert wird, und, stromabwärts des
optischen Codes, im optischen Empfangsweg, eine Erfassungsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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Stromabwärts der
Erfassungsvorrichtung 1 umfaßt der Leser außerdem übliche Mittel
(nicht dargestellt) zum Ausarbeiten und Decodieren des erfaßten elektrischen
Signals, um den Informationsgehalt daraus zu extrahieren.
-
Wie
in 2 gezeigt, umfaßt die Erfassungsvorrichtung 1 der
Erfindung einen Sensor 3 üblichen Typs, der ein Array
lichtempfindlicher Elemente enthält,
die in einer Zeile (lineare CCD- oder C-MOS-Sensoren) oder mehreren
Zeilen (matrixförmige
CCD- oder C-MOS-Sensoren)
angeordnet sind, die parallel zu einer vorbestimmten Lese- oder
Abtastrichtung des Codes ist bzw. sind. Der Sensor ist dazu bestimmt,
ein elektrisches Signal 4 zu erzeugen, das proportional
zu dem Leuchtsignal 2 ist, das von dem beleuchteten optischen
Code diffus reflektiert wird (und durch das optische Empfangssystem erfaßt wird);
beispielsweise ist das elektrische Signal ein Signal mit einer Amplitude,
die entlang der Leserichtung zwischen einem Maximalwert Vmax und
einem Minimalwert Vmin variabel ist (abhängig von der Leuchtkraftvariation
des Leuchtsignals 2, das von dem beleuchteten optischen
Code diffus reflektiert wird).
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Dem
Sensor 3 operativ zugeordnet sind in Vorrichtung 1 der
Erfindung Mittel 5 zum Punkt-für-Punkt-Variieren
der Amplitude des elektrischen Signals 4 entlang der Leserichtung
vorgesehen, um ein resultierendes elektrisches Signal 6 mit einer
vorbestimmten Amplituden-Hüllkurve,
vorzugsweise einer im wesentlichen konstanten Amplituden-Hüllkurve,
zu erzeugen. Die Mittel 5 sind in 2 direkt
an dem Ausgang von Sensor 3 gezeigt; tatsächlich können sie
an unterschiedlichen Punkten (weiter stromabwärts) der Signalverarbeitungskette des
erfindungsgemäßen Lesers
angeordnet sein, vorausgesetzt, daß sie stets dem Sensor 3 operativ
zugeordnet sind (beispielsweise nach einem Puffer, einem Vorverstärker, einem
Filtersystem usw.).
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Mittel 5 wiederum
umfassen Verstärkungsmittel 7 mit
einem Verstärkungsgrad
gemäß einem Variationsgesetz,
das eine gewünschte
und/oder vorbestimmte Signalamplituden-Hüllkurve erzeugt, vorzugsweise
gemäß einem
Gesetz, das im wesentlichen invers zu dem Variationsgesetz des elektrischen
Signals 4 ist; außerdem
umfassen die Mittel 5 Mittel 8 zum Steuern der
Verstärkungsmittel 7.
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Die
Steuermittel 8 erzeugen ein Steuersignal 9, das
die Information darüber
enthält,
wie der Verstärkungsgrad
der Verstärkungsmittel 7 in
der Abtastung variieren muß,
um die Amplitudenvariation des elektrischen Signals 4 durchzuführen, das
von Sensor 3 erfaßt
wurde, um ein resultierendes elektrisches Signal 6 zu erzeugen,
das eine vorbestimmte Amplituden-Hüllkurve
aufweist, die vorzugsweise konstant ist. Beispielsweise können gemäß einer Ausführungsform
der Vorrichtung 1 der Erfindung die Verstärkungsmittel 7 durch
das Steuersignal 9 gesteuert werden, um einen Verstärkungsgrad
Gmin mit einem Wert von 1 an Punkten des elektrischen Signals 4 mit
einer maximalen Amplitude Vmax, einen Verstärkungsgrad Gmax mit einem Wert
von Vmax/Vmin an Punkten des elektrischen Signals 4 mit
einer minimalen Amplitude Vmin, und ein Verstärkungsvariationsgesetz, das
zu dem Variationsgesetz des elektrischen Signals 4 im wesentlichen
invers ist, auf alle anderen Punkte des elektrischen Signals 4 anzuwenden,
deren Amplitudenwerte zwischen Vmax und Vmin liegen. Auf diese Weise
wird ein resultierendes elektrisches Signal 6 stromabwärts von Sensor 3 erzielt,
das eine gewünschte
und/oder vorbestimmte Amplituden-Hüllkurve aufweist, insbesondere
eine konstante Amplituden-Hüllkurve,
die gleich Vmax ist.
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Je ähnlicher
das Verstärkungsvariationsgesetz,
das auf das erfaßte
elektrische Signal 4 angewandt wird, zu der Inversen der
Amplituden-Hüllkurve
des Signals ist, desto konstanter ist die Amplituden-Hüllkurve
des resultierenden Signals 6, nachdem die Einflußnahme des
Variierens der Amplitude durchgeführt wurde; auf diese Weise
sind die nachfolgenden Vorgänge
der Digitalisierung und optionalen Decodierung des optischen Codes
genauer und zuverlässiger.
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Wie
bereits erwähnt,
haben die Erfinder zum Zweck der Gewährleistung einer minimalen
Differenz zwischen dem Verstärkungsmuster,
das auf das erfaßte
elektrische Signal 4 angewandt wird, und der Inversen der
Amplituden-Hüllkurve
des Signals, einige Kompensationskriterien entwickelt, die nachfolgend
in der vorliegenden Beschreibung im Detail beschrieben werden sollen.
Tatsächlich
ist der Abstand von dem optischen Code, mit dem der Leser durch den
Nutzer im Betrieb angeordnet werden soll, sowie seine Neigung nicht
im Voraus vorhersagbar, obwohl es möglich ist – wenn der Abstand variiert – das Beleuchtungsprofilmuster
eines typischen Beleuchtungssystems, das aus gleichen Leuchtquellen (LEDs)
besteht, die in einer Reihe und in gleichem Abstand voneinander
angeordnet sind, auf einem Flächenziel
zu berechnen, das vor ihnen in einer senkrechten Position in Bezug
auf ihre Symmetrieachse angeordnet ist, und obwohl das Leuchtprofilmuster,
das durch das optische Empfangssystem an den Lichtaufnahmemitteln
erfaßt
wird, bekannt (oder ermittelbar) ist. Die unten beschriebenen Kompensationskriterien
berücksichtigen
in vorteilhafter Weise diese unterschiedlichen Betriebsbedingungen
des Lesers.
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Gemäß einem
der Kriterien wird ein Referenzziel geschaffen, das aus einem Träger mit
einer weißen
Fläche
besteht, dessen Merkmale vergleichbar mit denen eines weißen Blatt
Papiers sind, welches der üblichste
Träger
zum Drucken von optischen Codes ist. Das so geschaffene Ziel stellt
so in idealer Weise die Fläche
dar, auf der bei einem normalen Betrieb des Lesers der zu lesende
optische Code angeordnet ist. Deshalb enthält das elektrische Signal,
das von dem Sensor unter diesen Betriebsbedingungen erzeugt wird,
den charakteristischen Effekt der Abschwächung der Leuchtkraft an den
Rändern
des Sehfelds der benutzten Beleuchtungs- und Empfangssysteme. Durch Invertieren
der Hüllkurve des
Signals wird ermittelt, wie die Verstärkung in der Abtastung variieren
muß, um
die Einflußnahme
des Variierens der Amplitude des erfaßten Signals 4 wirksam
zu machen.
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Insbesondere
wird der genannte Schritt zum Erfassen des Leuchtsignals 2,
das durch das beleuchtete Ziel diffus reflektiert wird, für eine vorbestimmte
Anzahl von Malen wiederholt, wobei jedesmal der Abstand zwischen
Ziel und Leser variiert wird; die Anzahl von Malen kann aufgrund
der Nützlichkeitseinschätzungen
in Bezug auf die Lesefeldschärfe
des Lesers, die Heterogenität
der Leuchtmuster bei den unterschiedlichen Abständen, den für den Leser erforderlichen
Anwendungstyp usw. definiert werden. Nachdem alle vorgesehenen Erfassungen
vorgenommen wurden, wird bestimmt, welche der erfaßten Hüllkurven
die Hüllkurve
eines mittleren oder typischsten elektrischen Signals sein kann
(indem ein mittlerer oder typischster Wert des Verhältnisses
Vmax/Vmin bestimmt wird, der die betrieblichen Anforderungen des
Lesers erfüllen
soll, oder indem die Variationshüllkurve
des Signals in ihrer Ausbildung zwischen den Werten Vmax und Vmin
ermittelt wird, die die betrieblichen Anforderungen des Lesers erfüllen soll).
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Aus
struktureller Perspektive kann das oben beschriebene Kriterium durch
verschiedene alternative Ausführungsformen
der Steuermittel 8 der Verstärkermittel 7 implementiert
werden.
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Gemäß einer
ersten Ausführungsform
(nicht dargestellt), umfassen die Steuermittel 8 einen
Signalgenerator 8, der in analog bei jeder Abtastung die inverse
Hüllkurve
des Signals reproduziert, das zuvor als mittleres oder typischstes
Signal bestimmt wurde, und einen Synchronisierer oder Taktgeber,
der dazu vorgesehen ist, den Signalgenerator mit dem Sensor 3 zu
synchronisieren; bei jeder Abtastung steuert der Signalgenerator
durch das Steuersignal 9 die Verstärkung durch die Verstärkermittel 7,
und erzeugt so ein resultierendes elektrisches Signal 6 mit
einer im wesentlichen konstanten Amplituden-Hüllkurve.
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Gemäß einer
alternativen Ausführungsform, gezeigt
in 3, umfassen die Steuermittel 8 eine Steuereinheit 11 zum
Steuern der Verstärkermittel 7, und
Speichermittel 12.
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Gemäß der Ausführungsform
werden von dem Signal, das als mittleres oder typischstes Signal ausgewählt wurde,
N Proben entnommen (wobei N kleiner oder gleich der Anzahl lichtempfindlicher
Elemente von Sensor 3 ist); die Proben werden in Binärwerte umgewandelt
und werden, nachdem ihr Kehrwert gebildet wurde, in den Speichermitteln 12 gespeichert.
Die gespeicherten Werte werden aus diesem Mittel 12 sequentiell
zurückgeholt,
synchron zu der Abtastung des optischen Codes (durch einen Synchronisierer
oder Taktgeber 13, der in geeigneter Weise in der Steuereinheit 11 vorgesehen
ist), und über
einen Digital/Analog-Wandler 14 (der
ebenfalls in der Steuereinheit 11 vorgesehen ist) wird
die Verstärkung
der Verstärkermittel 7 bei
jeder Abtastung durch das Steuersignal 9 gesteuert, sodaß ein resultierendes
elektrisches Signal 6 mit einer im wesentlichen konstanten
Amplitude erzeugt wird.
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Gemäß einem
anderen der Kompensationskriterien, die von den Erfindern zum Zweck
der Gewährleistung
einer minimalen Differenz zwischen dem Muster des Verstärkungssignales,
das auf das erfaßte
elektrische Signal 4 angewendet wird, und der Umkehrung
der Amplituden-Hüllkurve
dieses Signals entwickelt wurden, wird anstelle der Bestimmung eines
einzelnen mittleren oder typischsten Signals (wie in dem zuvor beschriebenen
Kompensationskriterium vorgeschlagen) eine Serie typischer Signale
bestimmt, die gemäß dem oben
beschriebenen Verfahren erfaßt
wurden (beispielsweise bei unterschiedlichen Leseabständen, oder
auf Basis des erforderlichen Anwendungstyps usw.); die inverse Hüllkurve
wird für
jedes von ihnen bestimmt. So wird eine Signalserie erzielt, die
repräsentativ
für eine
Serie von Gesetzen ist, nach denen es möglich ist, die Verstärkung der
Verstärkermittel 7 bei
jeder Abtastung zu variieren. Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise, die
Einsatzflexibilität
des Lesers zu erhöhen,
indem die Einflußnahme
des Variierens der Amplitude des elektrischen Signals 4,
das von dem Sensor 3 erfaßt wird, genauer gemacht wird.
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In
struktureller Hinsicht kann auch dieses zweite Kriterium durch verschiedene
alternative Ausführungsformen
der Steuermittel 8 der Verstärkermittel 7 implementiert
werden.
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Gemäß einer
ersten Ausführungsform
(nicht dargestellt) umfassen die Steuermittel 8 mehrere
Signalgeneratoren, die (durch geeignete Taktgeber) mit Sensor 3 synchronisiert
sind, und zwar so viele, wie verschiedene durchzuführende Einflußnahmen
des Variierens der Amplitude des elektrischen Signals 4 vorliegen;
dann wählt
eine Mikrosteuerung den geeigneten Generator für die aktuelle Abtastung, gemäß einem
geeigneten Auswahlkriterium aus.
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Gemäß einer
zweiten Ausführungsform (nicht
dargestellt) umfassen die Steuermittel 8 einen einzelnen
Signalgenerator, der von der Mikrosteuerung programmiert sein kann,
um die Invertierung aller typischen berücksichtigten Signale zu erzeugen. In
diesem Fall wird die Information zu der Generatorprogrammierung
in geeigneten Speichermitteln gespeichert.
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Gemäß einer
dritten Ausführungsform
(nicht dargestellt) umfassen die Steuermittel 8 auch in
diesem Fall eine Steuereinheit zum Steuern der Verstärkermittel 7,
und Speichermittel. Gemäß der Ausführungsform,
und völlig
analog zu dem in Bezug auf die zweite Ausführungsform des ersten Kompensationskriteriums
Beschriebenen, werden N Proben für
jedes Signal entnommen, das als ein typisches Signal ausgewählt wurde
(wobei N gleich der oder kleiner als die Anzahl lichtempfindlicher
Elemente von Sensor 3 ist); die Proben werden in Binärwerte umgewandelt
und werden, nachdem ihr Kehrwert gebildet wurde, in den Speichermitteln
gespeichert. Dann wird eins der typischen Signale in Abhängigkeit
von der spezifischen Anwendung und in Synchronisation mit der optischen
Codeabtastung ausgewählt
(durch einen Synchronisierer oder Taktgeber, der in geeigneter Weise
in der Steuereinheit vorgesehen ist), und es werden die gespeicherten
Werte, die mit dem ausgewählten
Signale korrelieren, sequentiell aus den Speichermitteln zurückgeholt.
Dann wird durch einen Digital/Analog-Wandler (der ebenfalls in der Steuereinheit
vorgesehen ist) der Verstärkungsgrad
der Verstärkermittel 7 bei
jeder Abtastung gesteuert, sodaß ein
resultierendes elektrisches Signal 6 erzeugt wird, das
eine im wesentlichen konstante Amplituden-Hüllkurve aufweist.
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Die
Auswahl des geeigneten Generators oder der geeigneten Sequenz gespeicherter
Proben kann gemäß verschiedener
Modi implementiert werden; einige von ihnen sind in der nachfolgenden
Beschreibung beschrieben.
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Gemäß einem
ersten Modus wählt
ein Mikroprozessor durch einen Softwarealgorithmus eine Sequenz
aus, oder gemäß einem
vorbestimmten Kriterium (beispielsweise hinsichtlich der Typikalität) die unterschiedlichen
Signalgeneratoren, oder alle gespeicherten N Proben, bis die Einflußnahme des
Variierens der Amplitude des elektrischen Signals 4 derart
ist, daß die
Decodierung des optischen Codes möglich ist.
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Gemäß einem
zweiten Modus wählt
ein Mikroprozessor durch ein übliches
System zum Erfassen des Abstands zwischen dem Leser und dem optischen
Code und ein geeignetes Korrespondenzgesetz (das im Voraus bestimmt
wird) zwischen dem Abstand und der typischen Signal-Hüllkurve
den geeigneten Generator aus. Wenn das System zum Auswählen des
Abstands ausreichend genau ist, um auch eine Schätzung der Neigung des optischen
Codes in Bezug auf den Leser auf der horizontalen Ebene (Neigungswinkel)
bereitzustellen, kann die Einflußnahme des Variierens der Amplitude
des elektrischen Signals 4 noch genauer sein, da es in
diesem Fall außerdem
möglich
ist, in dem Schritt des Bestimmens des typischen Signals und in
demjenigen der Abschwächung
der Verstärkungsvariation
die Ungleichmäßigkeiten
des Musters des Leuchtkraftprofils des Lichtstrahls, der von dem
beleuchteten Code diffus reflektiert wird, aufgrund der Fehlausrichtung zwischen
Code und Leser zu berücksichtigen.
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Gemäß einem
anderen der Kompensationskriterien, die von den Erfindern zum Zweck
der Gewährleistung
einer minimalen Differenz zwischen dem Muster der Verstärkung, die
auf das erfaßte elektrische
Signal 4 angewendet wird, und der Umkehrung der Amplituden-Hüllkurve
dieses Signals entwickelt wurden, werden mehrere aufeinanderfolgende
Erfassungen durchgeführt,
wobei jedesmal das erfaßte
elektrische Signal verstärkt
wird, indem darauf gemäß einem
Variationsgesetz, das invers zu demjenigen des zuvor erfaßten Signals
ist, ein Verstärkungsgrad
angewandt wird. Genauer ausgedrückt
ermittelt bei jeder Abtastung des optischen Codes ein Mikroprozessor
das elektrische Signal 4 im Ausgang von Sensor 3 durch
einen geeigneten A/D-Wandler, und bestimmt sein Variationsgesetz (seine
Hüllkurve)
durch eine Tiefpaßfilterung
oder eine Interpolation der erfaßten lokalen Minimalwerte. Dann
wird die Umkehrfunktion des Variationsgesetzes berechnet und auf
die nächste
Abtastung angewandt, indem – durch
einen D/A-Wandler – das
Verstärkermittel
gesteuert wird.
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Ein
Beispiel eines Algorithmus zum Bestimmen des Variationsgesetzes
(der Hüllkurve)
des elektrischen Signals im Ausgang von Sensor 3 umfaßt die folgenden
Schritte:
- – Unterteilen
des Bilds des elektrischen Signals 4 in mehrere Abschnitte;
- – für jeden
Abschnitt, Identifizieren eines relativen Minimalpunkts;
- – Interpolieren
der identifizierten Minimalpunkte (beispielsweise mit einer Interpolation
der kleinsten Quadrate).
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In
struktureller Hinsicht kann auch dieses dritte Kriterium durch verschiedene
alternative Ausführungsformen
der Steuermittel 8 und der Verstärkermittel 7 implementiert
werden. Eine dieser Ausführungsformen
ist in 4 gezeigt.
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Gemäß dieser
Ausführungsform
wird das elektrische Signal 4, das von dem Sensor 3 erfaßt wird,
durch einen ersten Verstärker 15 vorverstärkt, um
seine Umwandlung zu erleichtern. Das vorverstärkte Signal 16 wird
durch einen A/D-Wandler 17 geführt, und die entnommenen Proben
werden in einem ersten Bereich 18a einer Speicherkarte 19 (RAM)
gespeichert. Dann wird die Signalprobe von einer geeigneten Software
in einem Verarbeitungsblock 20 verar beitet, um ihr Variationsgesetz
(ihre Hüllkurve)
zu und ihre Inverse zu bestimmen. Die Proben der Umkehrfunktion
werden in einem zweiten Bereich 18b der Speicherkarte 19 gespeichert
und sind einsatzbereit für
die nächsten
Abtastungen, um die Verstärkungsstufe
der Verstärkermittel 7 zu
steuern; genauer ausgedrückt
werden die Proben der Umkehrfunktion aus dem Bereich 18b entnommen und
an einen D/A-Wandler 21 übertragen, der das Steuersignal 9 des
Verstärkungsgrades
an die Verstärkermittel 7 bereitstellt.
Die Synchronisierung der Übertragungen
an den D/A-Wandler 21 und der Samples des A/D-Wandlers 17 wird
durch einen Taktgeber 13 sichergestellt.
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Natürlich ist
dieses Kriterium leistungsfähiger
und gültiger
als die zuvor beschriebenen; in der Tat erlaubt es, auch die tatsächlichen
Ungleichmäßigkeiten
zu berücksichtigen,
die schwer vorhersehbar sind, beispielsweise diejenigen, die von
der Lichtabgabedifferenz der Lichtquellen verursacht werden, obwohl
diese nominell gleich sind.
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Unabhängig von
dem implementierten Kompensationskriterium und/oder der implementierten Ausführungsform
ist es praktisch, den maximal wirksamen Verstärkungsgrad des variablen Verstärkers 7 zu
begrenzen, um das Rauschen zu begrenzen, wobei optional mehr variable
Verstärkungsschritte
benutzt werden, die in einer Kaskade angeordnet sind, und von dedizierten
Filterschritten entkoppelt sind. Außerdem ist es vorzuziehen,
daß die
Verstärkungsvariation
kontinuierlich ist, um zu verhindern, daß plötzliche Variationen, die an
dem resultierenden Signal 6 erzeugt werden, die Extraktion
seines Informationsgehalts verändern
können.
In der Tat muß berücksichtigt
werden, daß das
elektrische Signal im Ausgang von Sensor 3 typischerweise
in Intervallen konstant ist; das heißt N diskrete Werte der Spannung
folgen zeitlich aufeinander, aufgrund des Weitergabeprozesses, der
von jedem der N lichtempfindlichen Elemente von Sensor 3 betrieben
wird.
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5 zeigt
schematisch eine weitere Ausführungsform
der Mittel 5 zum Variieren der Amplitude des elektrischen
Signals 4, das von Sensor 3 erfaßt wird.
In dieser Ausführungsform
umfassen die Mittel 5 neben dem Verstärkermittel 7 und dem
Steuermittel 8 einen Generator 50 mit einer Referenzspannung 51,
die für
die Verstärkermittel 7 benötigt wird.
Die Referenzspannung 51 wird durch einen klassischen Abtastschaltkreis
aus dem elektrischen Signal 4 im Ausgang des Sensors ermittelt,
beginnend mit einer Spannung 52, die die Stufe des „absoluten
Schwarz" des elektrischen
Signals darstellt (erzielt durch optisches Untersuchen einiger einzelner Pixels).
Signal 9 zum Steuern der variablen Verstärkermittel 7 wird
durch einen Rampengenerator 8 erzielt, der von einem Signal 53 gesteuert
wird, das neben dem Synchronisieren des Rampengenerators 8 die
Hüllkurve
entlang der Leserichtung des resultierenden Signals 6 bestimmt,
und durch ein Signal 54, das die zeitliche Variation des
Signals 6 bestimmt; auf diese Weise wird die Symmetrie
des resultierenden Signals 6 in Bezug auf die optische
Achse des Sensors und seine zeitliche Hüllkurve ermittelt. Schließlich kann
das resultierende Signal 6 anhand des logarithmischen Verhaltens
einer Diode und eines Widerstandsnetzwerks abgemildert werden.
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Im
Betrieb beleuchtet das Beleuchtungssystem des Lesers der vorliegenden
Erfindung die zu lesenden optischen Code, und das Empfangssystem erfaßt das Leuchtsignal,
das von dem beleuchteten Code diffus reflektiert wird. Das Signal
wird von Sensor 3 erfaßt,
der das elektrische Signal 4 erzeugt (proportional zu dem
Leuchtsignal), das beispielsweise eine Amplitude aufweist, die entlang
der Leserichtung zwischen einem Maximalwert Vmax und einem Minimalwert
Vmin variabel ist. Das elektrische Signal 4 wird dann verstärkt, indem
ein Verstärkungsgrad gemäß einem
vorbestimmten Variationsgesetz darauf angewandt wird, beispielsweise
und vorzugsweise ein Variationsgesetz, das im wesentlichen invers zu
demjenigen desselben elektrischen Signals 4 ist (gemäß einem
der oben beschriebenen Kompensationskriterien), um ein resultierendes
elektrisches Signal 6 mit einer vorbestimmten Amplituden-Hüllkurve zu erzeugen, beispielsweise
und vorzugsweise mit einer konstanten Amplituden-Hüllkurve.
Das elektrische Signal 6 wird dann verarbeitet und decodiert, um
den codierten Informationsgehalt daraus zu extrahieren.
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Die
vorliegende Beschreibung erfolgte unter besonderer Bezugnahme auf
den Fall, in dem, ausgehend von einem elektrischen Signal mit einer
variablen Amplituden-Hüllkurve
(üblicherweise
dem elektrischen Signal, das von einem Sensor in einem optischen
Leser für
codierte Information erfaßt
wird), ein Signal mit einer im wesentlichen konstanten Amplituden-Hüllkurve erzielt wird. Allerdings
ist klar, daß die
vorliegende Erfindung nicht als auf diesen spezifischen Fall beschränkt zu betrachten
ist, sondern auf alle Fälle
anzuwenden ist, in denen ein elektrisches Signal mit einer variablen
Amplitude gemäß einem vorbestimmten
Muster erzielt werden soll. Beispielsweise umfaßt die vorliegende Erfindung
den Fall, in dem, ausgehend von einem erfaßten Signal mit einer konstanten
Amplituden-Hüllkurve
oder einer Amplitude, die gemäß einem
ersten Variationsgesetz variabel ist (beispielsweise mit einer größeren Amplitude in
der Mitte) ein elektrisches Signal zu erzielen ist, das eine Amplitude
auf weist, die gemäß einem
zweiten Variationsgesetz variabel ist (beispielsweise mit einer
größeren Amplitude
an den Enden), usw.