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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein Bilderfassungssysteme und
-verfahren und insbesondere das Erfassen eines Vollfarbbildes eines
Objekts und/oder das Erfassen eines monochromen Bildes eines zu
lesenden optischen Codesymbols, inbesondere, indem eine Abbildungsmatrix
aus Pixelsensoren verwendet wird, die jeweils eingerichtet sind, um
jede der drei Primärfarben
des einfallenden Lichts an der jeweiligen Positionen des zugehörigen Sensors
zu messen.
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Optische
Codes sind Muster, die aus Bildflächen mit unterschiedlichen
lichtreflektierenden oder lichtemittierenden Eigenschaften bestehen,
die üblicherweise
a-priori-Regeln entsprechend zusammengesetzt sind. Der Begriff „Barcode" bzw. „Strichcode" wird manchmal verwendet,
um bestimmte Arten von optischen Codes zu beschreiben. Die optischen
Eigenschaften und Muster von optischen Codes werden so ausgewählt, dass
sich diese im Aussehen von den Hintergrundumgebungen unterscheiden,
in denen sie verwendet werden. Geräte zum Identifizieren oder
Extrahieren von Daten aus optischen Codes werden manchmal „optische
Code-Lesegeräte" genannt, von denen
eine Art die Barcodescanner sind. Optische Code-Lesegeräte werden
sowohl in feststehenden als auch in tragbaren Einrichtungen in vielen verschiedenen
Umgebungen genutzt, zum Beispiel in Geschäften zum Kassieren, in der
Fertigung für
die Materialflusssteuerung und die Bestandskontrolle und in Transportfahrzeugen
zur Einzelgüterbeförderung.
Der optische Code kann als schnelles, verallgemeinertes Dateneingabemittel
verwendet werden, indem beispielsweise ein Ziel-Barcode aus einer
gedruckten Liste mit vielen Barcodes gelesen wird. In einigen Anwendungen
ist das optische Code-Lesegerät
mit einer tragbaren Datenverarbeitungseinrichtung oder einer Datensammel-und- übertragungseinrichtung verbunden.
Oft enthält
das optische Code-Lesegerät
einen tragbaren Sensor der manuell auf einen Zielcode gerichtet
wird.
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Die
meisten konventionellen optischen Scansysteme sind zum Lesen von
eindimensionalen Barcodesymbolen konzipiert. Der Barcode bzw. Strichcode
ist ein Muster aus rechteckigen Balken unterschiedlicher Breite,
die durch Zwischenräume fester
oder variabler Breite getrennt sind. Die Balken und die Zwischenräume haben
unterschiedliche lichtreflektierende Eigenschaften. Ein Beispiel
für einen eindimensionalen
Barcode ist der UPC/EAN-Code, der beispielsweise zum Kennzeichnen
des Produktinventars verwendet wird. Ein Beispiel für einen zweidimensionalen
oder gestapelten Barcode ist der Barcode PDF 417. Eine Beschreibung
des Barcodes PDF417 und von Techniken zu dessen Decodierung sind
im
US-Patent Nr. 5,635,697 beschrieben.
Ein weiterer herkömmlicher
optischer Code ist unter dem Namen "MaxiCode" bekannt. Er besteht aus einem zentralen
Suchmuster oder Bullaugenzentrum und einem Gitter aus Sechsecken,
das das zentrale Suchmuster umgibt. Man beachte, dass die in dieser Patentanmeldung
beschriebenen Aspekte der Erfindung ganz allgemein auf optische
Code-Lesegeräte anwendbar
sind, und zwar unabhängig
von der speziellen Art der optischen Codes, welche diese lesen können. Die
beschriebene Erfindung ist auch auf einige verwandte Bilderkennungs-
oder -analyseverfahren anwendbar.
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Die
meisten herkömmlichen
Scansysteme erzeugen einen oder mehrere Laser-Lichtstrahlen, der/die
von einem Barcodesymbol zurück
zu dem System reflektiert werden. Das System erhält eine kontinuierliche analoge
Signalform, die dem von dem Code reflektierten Licht entspricht,
und zwar entlang einer oder mehreren Abtastzeilen des Systems. Das System
decodiert die Signalform dann, um Informationen aus dem Barcode
zu gewinnen. Ein System dieser allgemeinen Art ist beispielsweise
in dem
US-Patent Nr. 4,251,798 beschrieben.
Ein Strahlen-Abtastsystem zum Erfassen und Decodieren von ein- und zweidimensionalen
Barcodes ist im
US-Patent Nr. 5,561,283 beschrieben.
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Viele
heute verwendeten Scanner verwenden einen scannenden Laserstrahl.
Einige derartige Systeme werden in tragbaren Einheiten- bzw. Handeinheiten
eingesetzt, welche manuell auf ein Ziel gerichtet werden können. Oft
ist ein einzelner Scanner eine Komponente eines viel größeren Systems,
welches andere Scanner, Computer, Kabel, Datenterminals usw. enthält.
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Barcodes
können
auch durch Verwendung von Abbildungsgeräten gelesen werden. Beispielsweise
kann ein Bildsensor verwendet werden, der eine zweidimensionale
Matrix aus Zellen oder Pixelsensoren aufweist, welche Bildelementen
oder Pixeln in dem Lesefeld des Geräts zugeordnet sind. Ein derartiger
Bildsensor kann ein zweidimensionales oder Flächen-CCD-Element (ladungsgekopppeltes Bauelement)
enthalten sowie zugehörige
Schaltungen zum Erzeugen von einer zweidimensionalen Matrix aus
Pixelinformationen entsprechenden elektronischen Signalen für ein Lesefeld.
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Es
ist daher bekannt, ein CCD zur Erfassung eines monochromen Bildes
eines zu lesenden Barcodesymbols zu verwenden, wie es beispielsweise im
US-Patent Nr. 5,703,349 beschrieben
ist. Es ist ferner bekannt, ein CCD mit mehreren vergrabenen Kanälen zum
Erfassen eines Vollfarbbildes eines Objekts zu verwenden, wie es
beispielsweise in
US-Patent Nr.
4,613,895 beschrieben ist.
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Aufgrund
der Schwierigkeiten und des Aufwands zur Herstellung derartiger
CCDs, ist es aus dem
US-Patent
Nr. 3,971,065 bekannt, ein Farbfilter-Mosaik zu verwenden,
um an verschiedenen Pixelsensorpositionen verschiedene Wellenlängenbänder auszuwählen. Ein
beliebtes in Digitalkameras verwendetes Mosaik ist das Bayer-Farbfilter-Matrix(CFA)-Muster
mit 50% grünen
Pixeln, die im Schachbrettmuster angeordnet sind, und mit alter nierenden
Zeilen aus 25% roten und 25% blauen Pixeln, die den Rest des Musters
füllen.
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Obwohl
die Bayer-CFA für
ihren gewünschten
Zweck im Allgemeinen ausreicht gibt es Farb-Aliasing-, Auflösungs- und
Empfindlichkeitsprobleme, die teilweise darauf zurückzuführen sind,
dass die Sensoren für
die verschiedenen Farben an unterschiedlichen Positionen angeordnet
sind. Zur Behebung dieses Problems hat der Stand der Technik im
US-Patent Nr. 5,965,875 eine
Abbildungsmatrix vorgeschlagen, um verschiedene Farben an der gleichen
Position zu messen, dass heisst bei jedem Sensor, und zwar unter
Verwendung einer Drei-Wannen- bzw. Triele-Well-IC-Struktur. Der Stand der Technik bei
CCD-basierten Barcode-Lesegeräten leidet
allerdings weiterhin an schlechter Auflösung und Empfindlichkeitsproblemen,
wenn das monochrome Bild eines optischen Codes mit einem CFA-Detektor
erfasst wird.
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Das
US-Patent Nr. 5,946,427 beschreibt
ein Bild-Leseverfahren
und eine Bild-Leseeinrichtung, welche ein effizientes Hochgeschwindigkeitslesen
eines mehrfarbigen Bildes und eines monochromen Bildes ermöglicht.
Die Bild-Leseeinrichtung
weist eine Farbbildaufnahmeeinheit, eine erste Lichtquelle und eine
zweite Lichtquelle auf. Eine Ausgabe-Schalteinheit wird selektiv entweder
in einen ersten Ausgabezustand geschaltet, in welchem mehrere Arten
von Leseinformationen aus der Farbbildaufnahmeeinheit alle als Ergebnis
eines Bild-Lesevorgangs ausgegeben werden, oder in einen zweiten Ausgabezustand,
in welchem nur eine Art von Leseinformationen von den mehreren Arten
von Leseinformationen aus der Farbbildaufnahmeeinheit ausgewählt wird,
um als Ergebnis eines Bild-Lesevorgangs ausgegeben
zu werden. Eine Lichtsteuereinheit steuert die Lichtbedingungen
der ersten Lichtquelle und der zweiten Lichtquelle. Eine Schaltsteuereinheit steuert
eine Schaltbedingung der Ausgabe-Schalteinheit.
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Der
die japanische veröffentlichte
Patentanmeldung Nr.
61187282 betreffende
Patent Abstracts aus Japan beschreibt eine Festkörper-Photodetektorelement-Anordnung,
die eine pnpnp-Struktur
enthält,
welche mehrere Photodioden bildet, und einen diese Photodioden steuernden
Schalter. Von auf eine lichtaufnehmende Fläche in einem Photodetektorelement
projizierten Strahlen, werden Strahlen kurzer Wellenlänge an einem
pn-Übergang
zwischen einer eine erste Schicht bildenden p-Schicht und einer
eine zweite Schicht bildenden n-Schicht absorbiert, und wirken als
Photoströme
in einer ersten Photodiode, Strahlen mittlerer Wellenlänge werden
an einem np-Übergang
zwischen der die zweite Schicht bildenden n-Schicht und einer die
dritte Schicht bildenden p-Schicht absorbiert und wirken als Photoströme in einer
zweiten Photodiode, und Strahlen langer Wellenlänge werden in einem np-Übergang
zwischen der die dritte Schicht bildenden p-Schicht und einer eine vierte
Schicht bildenden n-Schicht absorbiert und wirken als Photoströme in einer
dritten Photodiode. Wenn zuvor eine Vorspannung angelegt wird und MOS-Schalter
gleichzeitig in EIN-Phasen gebracht werden, werden in Elektroden
Potentialdifferenzen erzeugt und den Wellenlängen entsprechende Chrominanz-Signale
können
gelesen werden. Auf diese Weise kann die Farbunterscheidung verbessert
werden.
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Daher
ist es eine allgemeine Aufgabe dieser Erfindung, die Auflösung und
die Empfindlichkeit beim elektrooptischen Lesen von optischen Codes zu
verbessern, wobei Abbildungsgeräte
verwendet werden. Insbesondere ist es eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung ein einziges Gerät
bereitzustellen, dass ein Vollfarbbild eines Objekts und/oder ein
monochromatisches Bild eines optischen Codes aufnehmen kann.
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Noch
eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, sowohl Vollfarbbilder
als auch monochrome Bilder aus einer einzigen Abbildungsmatrix zu
bearbeiten.
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Zur
Lösung
der obigen Aufgaben und anderer, die im folgenden ersichtlich werden,
ist ein Merkmal der vorliegenden Erfindung kurz gesagt, dass bei einem
Bilderfassungssystem und -verfahren eine Abbildungsmatrix aus an
bestimmten Positionen in der Matrix beabstandet angeordneten Pixelsensoren zum
Detektieren von auf die Sensoren einfallendem Licht verwendet wird.
Jeder Pixelsensor weist drei Photosensoren auf und ist eingerichtet,
um jede der drei Primärfarben
des einfallenden Lichtes an der jeweiligen Position des zugehörigen Sensors
zu messen, so dass ein Rot-Messsignal, ein Blau-Messsignal und ein
Grün-Messsignal
gewonnen werden, und zwar vorzugsweise wie im
US-Patent Nr. 5,965,875 beschrieben
ist, indem bei jedem Sensor Differenzen der Absorptionstiefe im
Silizium von verschiedenen Wellenlängen des einfallenden Lichtes
detektiert werden. Diese Vollfarbabbildungsmatrix, welche in jedem
Sensor jede Primärfarbe
erfasst, ist eingerichtet, um in einem Objektabbildungsbetriebsmodus
im Vergleich zu dem bekannten Bayer-CFA ein Dreifarbenbild eines
Objekts mit hoher Auflösung
und hoher Empfindlichkeit aufzunehmen.
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Gemäß dieser
Erfindung ist diese Abbildungsmatrix modifiziert, um ein monochromes
Bild eines optischen Codes in einem Lesebetriebsmodus aufzunehmen.
Zum Lesen eines optischen Codes ist es nicht erforderlich, Farben
in dem Bild zu unterscheiden. Daher schlägt diese Erfindung vor, eine Mehrzahl
von Messsignalen zu mischen und zu kombinieren, z.B. die Rot- und
Blau-Signale, um ein zusammengesetztes Signal zu erzeugen, das zum
Lesen des optischen Codes verwendet wird. Dieses Mischen kann hardwaremäßig oder
softwaremäßig außerhalb
der Matrix oder innerhalb der Matrix ausgeführt werden und sowohl im analogen
als auch im digitalen Bereich. Das zusammengesetzte Signal hat eine
höhere
Auflösung
und eine höhere
Empfindlichkeit im Vergleich zu bekannten CFA-Abbildungsmatrizen,
beispielsweise in optischen Code-Lesegeräten verwendeten CCDs, weil
das zusammengesetzte Signal aus drei Messsignalen bei jedem Pixelsensor
erzeugt wird, und nicht aus einem Messsignal bei jedem Pixelsensor.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
ist das System in einer Abbildungseinheit oder einem Abbildungsmodul
befestigt, welches wiederum in einem Gerät, beispielsweise einem tragbaren
oder fest montierten Lesegerät
befestigt ist, oder hat eine andere Bauform. Für Hand-Lesegeräte oder
am Finger befestigte Lesegeräte
ist es besonders wünschenswert,
wenn ein manuell betätigter
Auslöser
von einer Bedienperson verwendet wird, um nach Bedarf zwischen dem
Objektabbildungsmodus und dem Lesemodus hin und her zu schalten.
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1 zeigt
eine Explosionsansicht einer Miniatur-Abbildungseinheit einer bevorzugten
Ausführungsform
dieser Erfindung;
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2 zeigt
eine perspektivische Ansicht eines die Abbildungseinheit gemäß 1 enthaltenden
tragbaren optischen Code-Lesegeräts;
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3 zeigt
eine Schnittansicht eines anderen die Abbildungseinheit gemäß 1 enthaltenden tragbaren
optischen Code-Lesegeräts;
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4 zeigt
eine elektrische Schaltung, die einem bekannten Pixelsensor einer
Vollfarbabbildungsmatrix gemäß dem Stand
der Technik entspricht;
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5 zeigt
eine elektrische Schaltung, die eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bilderfassungssystems
veranschaulicht;
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6 zeigt
eine elektrische Schaltung, die eine andere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bilderfassungssystems
veranschaulicht;
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7 zeigt
eine elektrische Schaltung, die noch eine andere Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Bilderfassungssystems
veranschaulicht; und
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8 zeigt
eine elektrische Schaltung, die noch eine andere Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Bilderfassungssystems
veranschaulicht.
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Es
wird nun auf die Zeichnungen Bezug genommen.
1 zeigt
eine optische Code-Abbildungseinheit
10 gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Die Figur zeigt eine Explosionsansicht,
welche bestimmte Strahlengänge
und Subsysteme der Abbildungseinheit veranschaulicht. Wie dargestellt
ist, enthält
die Abbildungseinheit verschiedene Schaltungsplatinen, optische
Bauelemente und Gehäuseelemente.
Eine kompakte Bildsensormatrix
12 ist auf einer Bildsensorplatine
14 angeordnet.
Die Bildsensorplatine
14 kann ferner eine der Bildsensormatrix
12 zugeordnete
Bilderfassungsschaltung enthalten. Bei einer bevorzugten Ausführungsform
hat die Abbildungsmatrix
12 ein Fenster
16, durch
welches ein einfallendes Bild empfangen wird. Die Matrix wandelt
das einfallende Licht in elektrische Signale um, die wie weiter unten
beschrieben verarbeitet werden. Eine geeignete Matrix ist in dem
US-Patent Nr. 5,965,875 beschrieben.
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Eine
Linie 18 markiert die optische Hauptachse der Bildsensormatrix 12 der
Abbildungseinheit 10. Die optische Hauptachse 18 verläuft durch
eine Streulichtblende 20 in eine Objetivlinsenanordnung 22,
die die gleiche optische Hauptachse wie das Gesamtsystem hat. Die
optische Achse 18 verläuft
dann durch das Fenster 16 der Matrix 12.
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Im
Betrieb wird ein Lesefeld der Abbildungseinheit von der Bildsensormatrix 12 abgebildet.
Insbesondere läuft
Licht von dem Lesefeld durch die Streulichtblende 20 und
in die Linsenanordnung 22, welche das Licht auf der Fläche der
Matrix fokussiert. Eine Matrix aus Zellen oder Pixelsensoren mit
jeweils 3 Photosensoren erzeugt elektronische Signale, die einer
zweidimensionalen Matrix von Pixelinformationen für ein Zielbild
entsprechen. Jeder Pixelsensor ist eingerichtet, um jede der drei
Primärfarben
des einfallenden Lichts an der jeweiligen Position des zugehörigen Sensors
in der Matrix zu messen, so dass ein Rot-Messsignal, ein Blau-Messsignal
und Grün-Messsignal für jeden
Sensor gewonnen wird, wie weiter unten detaillierter beschrieben
wird.
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Die
Bildsensorplatine 14, die die Matrix 12 und die
Linsenanordnung 22 trägt,
ist am Chassis-Bauteil 24 befestigt. Ein zweites Chassis-Bauteil 26 bildet
zusammen mit dem ersten Chassis-Bauteil einen starren Körper für die Abbildungseinheit.
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Die
Abbildungseinheit 10 wird zusammen mit einem Zielsystem
bereitgestellt, welches in Zusammenhang mit einem Strahlengang 28 beschrieben wird.
Licht für
das Zielsystem liefert eine Zielstrahlgeneratoranordnung 30,
welche eine Laserdiode 32 und eine ringförmige Linse 34 enthält. Ein
Ziellaserstrahl 36 geht von der Generatoranordnung aus
und wird von einem Umlenkspiegel 38 über ein diffraktives optisches
Element 40 reflektiert. Das diffraktive optische Element 40 erzeugt
divergierende Beamlets, welche einem mit dem Bezugszeichen 42 gekennzeichneten
Pfad folgen (der Pfad 42 wurde in y-Richtung gedehnt, wie
durch die Strichlininen 43 angegeben ist, um die Wiedergabe
einer Explosionsansicht in 1 zu ermöglichen).
Die divergierenden Beamlets von dem Zielsystem treten aus der Abbildungseinheit
durch die Stirnseite der Abbildungseinheit bei einem Fenster 44 in
dem optischen Blendenelement 20 aus. Die Anordnung des
diffraktiven Elements 40 in der Nähe der Stirnfläche der
Abbildungseinheit ermöglicht
eine Verkleinerung der Einheit, da innerhalb der Einheit kein Platz
für Beamlet-Divergenz
bereitgestellt werden muss. Die Abmessung A kennzeichnet einen Offset
zwischen der optischen Hauptachse 18 der Linsenanordnung 22 und
dem Beamlet-Pfad 28, welcher die optische Hauptachse des
Zielsystems an dem Punkt ist, an dem die zielenden Beamlets die
Abbildungseinheit verlassen. Bei bevorzugten Ausführungsformen
beträgt
die Abmessung A weniger als 1,27 cm beispielsweise 5 mm.
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Bei
bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung wird eine Beleuchtungsquelle 46 für die Bildeinheit 10 vorgesehen.
Eine Beleuchtungsplatine 48 trägt Leuchtdioden. Eine Lenslet-Platte 50 bildet
die externe Stirnfläche
der Bildeinheit. Licht von Laserdioden auf der Beleuchtungsplatine 48 durchläuft die
Lenslet-Platte 50 und liefert ein Beleuchtungsfeld für die Bildeinheit.
Die Energie für die
Beleuchtungsplatine liefert die Energieversorgungsplatine 52.
Auch die Energie für
die anderen elektronischen Komponenten der Bildeinheit, einschließlich der
Bildsensorplatine, kann von der Energieversorgungsplatine 52 geliefert
werden.
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Zusammengebaut
ist die Bildeinheit eine extrem kompakte Einheit, üblicherweise
in der Größe 1'' × 1,5'' × 0,75'' (2,54 cm × 3,81 cm × 1,91 cm) und mit einem Volumen
von ungefähr
1,25 inch3 (18,48 cm3). Die
kompakte Einheit passt problemlos in Lesegeräte verschiedener Formen, wie
z. B. das tragbare Lesegerät 54 gemäß 2,
welches ein Gehäuse 56 mit einem
im wesentlichen länglichen
Griff 58 und einem oberen Abschnitt 60 zur Aufnahme
der Bildeinheit 10 aufweist. Die Stirnfläche der
Bildeinheit erscheint am vorderen Ende des oberen Abschnitts des
tragbaren optischen Code-Lesegerätes 54.
Die Querschnittsabmessungen und die Gesamtgröße des Griffabschnitts 58 sind
derart, dass das optische Code-Lesegerät leicht in der Hand des Benutzers
gehalten werden kann. Der Körper-
und der Griffabschnitt können
aus einem leichten, elastischen, stossfesten, selbsttragenden Material
gebaut sein, beispielsweise aus Kunststoff. Das Kunststoffgehäuse kann
spritzgegossen sein, aber kann auch vakuumgeformt oder blasgeformt
sein, um ein dünnes
hohles Gehäuse
zu bilden, welches einen Innenraum begrenzt, dessen Volumen ausreicht,
um die Bildeinheit 10 und andere Komponenten zu enthalten.
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Ein
manuell auslösbarer
Auslöser 62 ist
auf dem Griffabschnitt 58 in einem nach vorne gerichteten
Bereich des optischen Code-Lesegeräts bewegbar befestigt. Der
Zeigefinger des Benutzers wird normalerweise verwendet, um das optische
Code-Lesegerät durch
Drücken
des Auslösers
zu betätigen.
Ein flexibles elektrisches Kabel 64 kann vorgesehen sein,
um das optische Code-Lesegerät
mit Komponenten des Code-Lesesystems zu verbinden. Bei alternativen
Ausführungsformen
kann das Kabel die Bildeinheit 10 auch mit elektrischer
Energie versorgen. Bei bevorzugten Ausführungsformen ist das Kabel 64 mit
einem Host-Gerät
oder -System 65 verbunden, welches von dem optischen Code-Lesegerät decodierte
Daten empfängt.
Bei alternativen Ausführungsformen
kann ein Decodiermodul 66 ausserhalb der optischen Code-Leseeinheit 10 vorgesehen sein.
Bei einer derartigen Ausführungsform
können von
dem Decodiermodul 66 decodierte Daten an eine weitere Host-Gerät-Verarbeitungseinrichtung
und Terminals übertragen
werden, die ganz allgemein durch den Kasten mit dem Bezugszeichen 68 dargestellt
sind.
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3 zeigt
eine Schnittansicht einer anderen bevorzugten Ausführungsform
eines tragbaren optischen Code-Lesegeräts 54' gemäß bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung und zeigt die Position der Bildeinheit 10.
Diese Ausführungsform
ist batteriebetrieben und kabellos. Eine Decodierplatine 72 (einschließlich des
Mikroprozessors) kann ausserhalb der Bildeinheit 10 vorgesehen sein.
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Eine
Auslöser-
oder Griffplatine 70 ist in dem Griffabschnitt 58' des tragbaren
optischen Code-Lesegeräts
angeordnet. Die Auslöserplatine
ist mit einem dem Auslöser 62 des
tragbaren Geräts
zugeordneten Schaltermittel elektrisch verbunden und verarbeitet
Signale, die das Drücken
der Bedienperson auf den Auslöser 62 anzeigen,
um das Lesen von optischen Codes zu beginnen oder fortzusetzen.
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Zusätzlich zu
der dem Auslöser
zugeordneten Schaltung kann der Griff des optischen Code-Lesegeräts gemäß 3 eine
Hochfrequenzplatine 74 und -antenne 76 enthalten,
welche eine mobile Funkverbindung zu einem oder mehreren Datenterminals ermöglicht.
Die elektrische Energie für
das optische Code-Lesegerät 54' kann von der
Batterie 78 geliefert werden. Eine Infrarot-Datenschnittstelle
(IRDA) 79 oder ein (nichtgezeigter) Vielkontaktschuh können ebenfalls
vorgesehen sein, um Daten zwischen dem optischen Code-Lesegerät und einem
externen Empfänger
bzw. einer Docking-Einrichtung zu übermitteln.
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Die
elektronische Hardware der Bildeinheit enthält zwei elektrische Haupt-Subsysteme:
ein Bild-Subsystem und ein Decodier-Subsystem. Das Bild-Subsystem
enthält
eine Abbildungsmatrix, einen Analog/Digital-Wandler, einen Zeitgeber,
eine automatische Verstärkungsregelungs(AFR)-Schaltung und
die Peripherie-Schaltungen zur Steuerung der obigen Komponenten.
Das Decodier-Subsystem ist um eine Mikroprozessoreinheit herum gebaut.
Bei bevorzugten Ausführungsformen
ist der Mikroprozessor ein von IBM hergestellter PoweredPC (Serie 403).
Der PowerPC ist ein 23-Bit-RISC-Embedded-Controller, welcher eine
hohe Leistung und eine funktionale Integration bei geringem Energieverbrauch
ermöglicht.
Weitere Komponenten des Decodier-Subsystems
sind eine Flash-ROM, DRAM, I/O (bidirektionaler paralleler 8-Bit-Port,
16 Benutzer/System-1-Bit I/Os) und die benötigte Verknüpfungslogik.
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Es
wird nun auf 4 Bezug genommen, in der ein
elektrisches Schaltungsäquivalent
der Grundstruktur jedes Pixelsensors der Matrix 12 dargestellt ist.
Jeder Sensor misst ein Blau-Spannungssignal VB, ein
Grün-Spannungssignal
VG und ein Rot-Spannungssignal VR. Die zugehörigen Photoströme sind IB, IG und IR. Die zugehörigen Kapazitäten sind
CB, CG und CR. Die drei Spannungsmesssignale jedes Sensors
werden verarbeitet, um ein volles Dreifarben-Bild eines Objekts
im Objektabbildungs betriebsmodus zu erzeugen, wie dies beispielsweise
beim Betrieb einer Digitalkamera bei der Aufnahme eines Gegenstands,
einer Person, einer Szene oder eines ähnlichen Objekts üblich ist.
Das Vollfarbbild hat eine hohe Auflösung und eine hohe Empfindlichkeit,
die teilweise darauf zurückzuführen ist,
dass jeder Sensor drei verschiedenen Farben misst, im Gegensatz zur
Messung von nur einer Farbe bei jedem Sensor, wie dies für das Bayer-CFA
der Fall ist.
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Um
die gleiche hohe Auflösung
und die hohe Empfindlichkeit im Lesebetriebsmodus bereitzustellen,
in welchem optische Codes abgebildet werden, schlägt diese
Erfindung vor, mehrere Farbmesssignale zu kombinieren oder zu mischen,
um ein zusammengesetztes, monochromes oder ein Grauwert-Signal VM bereitzustellen. Insbesondere führt eine
Analyse der Schaltung gemäß 4 zu
der folgenden Beziehung zwischen den Ausgangsspannungen und den
Photoströmen: ΔVB = –IBCBΔt ΔVG = (IB + IG)CGΔt ΔVR = –(IR
+ IG)CRΔt
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Algebraische
Bearbeitungen der obigen Formeln führen zu der folgenden Formel: VM = ΔVB + ΔVR = –(IG + IB + IR)ΔtCBCR/(CB +
CR)
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Folglich
ergibt das Summieren der Spannungssignale von der roten und blauen
Photodiode jedes Sensors eine zu den drei Photoströmen proportionale
Grösse.
Diese Grösse
ist geeignet, um das monochrome Signal für ein Grauwertbild eines optischen
Codes zu messen. Dieses aus einem Gemisch der Farb-Messsignale bestehende
monochrome Signal wird an jedem Sensor erzeugt und folglich hat
das resultierende verarbeitete Grauwertbild eine höhere Auflösung, eine
höhere
Empfindlichkeit und ein besseres Signal/Rausch-Verhältnis im
Vergleich zu bekannten CFA-CCD-basierten
Sensor-Matrizen, bei denen an jedem Sensor nur ein Farbsignal gemessen
wird.
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5 zeigt
einen Spannungssummierverstärker 80,
der die gemessenen blauen und roten analogen Spannungssignale von
jedem Sensor summiert, um das monochrome Signal VM zu
erzeugen. 5 zeigt die Sensorschaltung
gemäß 4 zusammen
mit den Standard-Rücksetz-
und Auswahl-Leitungsschaltungen sowie die Standard-Vorspannungsschaltungen
für die
Stromquellen für
jede Farbe.
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6 entspricht 5,
jedoch wird ein Paar von Steilheits-Verstärkern 82, 84 verwendet,
um die analogen Blau- und
Rot-Spannungsmesssignale in entsprechende Stromsignale umzuwandeln
und dann die Stromsignale zu addieren. Die Ausgangsspannung VM ist proportional zur Grauwert-Intensität.
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7 ist
eine schematische Darstellung, die Analog/Digitalwandler 86, 88, 90 zeigt,
um die analogen Blau-, Grün-
und Rot-Messsignale in digitale Form umzuwandeln und dann diese
in einer Summierschaltung 92 digital zu kombinieren. Das
digitale zusammengesetzte Signal VM ist
eine gewichtete Summe der drei Farben. Die Wichtungsfaktoren für jede Farbe
sind gleich oder unterschiedlich. 7 ist besonders
vorteilhaft bei Integration auf dem gleichen IC-Chip wie die Abbildungsmatrix.
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8 zeigt
eine Schaltung, die ebenfalls ein digitales zusammengesetztes Signal
erzeugt, jedoch einen separaten ASIC-Chip verwendet. Wie zuvor erzeugen die
Wandler 86, 88, 90 auf demselben Chip 100 wie
die Abbildungsmatrix entsprechende digitale blaue, grüne und rote
Signale. Diese Signale werden in einen Multiplexer(MUX) 94 eingespeist,
welcher wiederum mit einem Demultiplexer (DEMUX) 96 auf einem
anderen ASIC-Chip 102 verbunden ist. Die Ausgangssignale
vom DEMUX werden in ent sprechende Blau-, Rot- und Grün-Register 104, 106, 108 eingespeist,
deren Ausgangssignale wiederum einer Summierschaltung 92 zugeführt werden,
welche das digitale monochrome Signal erzeugt.
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Bei
allen Ausführungsformen
beeinträchtigt die
Erzeugung des zusammengesetzten Signals aus den einzelnen Farbsignalen
die Integrität
der Farbsignale nicht. Die einzelnen Farbsignale können verwendet
werden, um das Vollfarbbild in dem Objektabbildungsmodus zu verarbeiten
und das zusammengesetzte Signal kann separat erzeugt werden und
zur Verarbeitung des Grauwert- oder
Schwarz/Weiß-Bildes
in dem Lesemodus verwendet werden. Die Auswahl der Modi kann manuell
erfolgen, beispielsweise durch ein- oder zweimaliges Drücken des
Auslösers 62 oder
durch Drücken
des Auslösers
und Gedrückthalten
für länger als
eine vorgegebene Zeitdauer oder durch Verwendung eines Zwei-Positions-Auslösers oder
durch Verwendung von zwei getrennten Auslösern. Die Modusauswahl kann
auch automatisch erfolgen durch Programmierung eines Registers oder
Erzeugung eines elektrischen Auslösersignals bei Eintreten eines
vordefinierten Ereignisses.
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Noch
eine weitere Verwendung der oben beschriebenen Abbildungsmatrix
liegt auf dem Gebiet der DPM(direct Part mark)-Leser. Es ist bekannt, eine Beleuchtung
mit streifendem Strahleneinfall aus verschiedenen Richtungen zur
Erzielung des Bildkontrasts zu verwenden. Die Leistungsfähigkeit
kann dadurch verbessert werden, dass das gleichzeitige Aufnehmen
von drei unabhängigen
Bildern ermöglicht wird.
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Auf
diese Weise ermöglicht
das Verwenden einer Vollfarbbildmatrix das Erfassen von drei Bildern,
indem drei verschiedene Farben (rot, grün und blau) verwendet werden.
Drei Bänke
von Leuchtdioden (LEDs) werden eingeschaltet, um einen optischen
Code aus drei verschiedenen Richtungen zu beleuchten. Da die Matrix
die Farben trennt, werden die Bilder von den drei LED-Bänken gleichzeitig
erfasst, wodurch die bekannte Bilderfassungszeit (üblicherweise
30 ms) um einen Faktor von 2/3 verringert wird.
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Obwohl
die Erfindung als Teil eines Bilderfassungssystems und -verfahrens
beschrieben wurde, soll sie durch die dargestellten Details nicht
beschränkt
werden, da zahlreiche Modifikationen und strukturelle Änderungen
vorgenommen werden können,
ohne die vorliegende Erfindung zu verlassen, deren Schutzbereich
durch die beigefügten
Ansprüche
definiert ist.