DE69327114T2

DE69327114T2 - Optischer abtastkopf

Info

Publication number: DE69327114T2
Application number: DE69327114T
Authority: DE
Inventors: Alex Roustaei
Original assignee: Individual
Current assignee: Symbol Technologies LLC
Priority date: 1992-10-02
Filing date: 1993-02-25
Publication date: 2000-07-13
Anticipated expiration: 2013-02-26
Also published as: DE69327114D1; EP0680641B2; ATE187001T1; EP0680641A1; DK0680641T3; DE69327114T3; EP0680641B1; DK0680641T4; JPH08501644A; PT680641E

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft allgemein ein Abtastsystem zum Lesen und/oder Analysieren von Strichcodesymbolen und insbesondere einen tragbaren Strichcodeabtaster.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Viele Industrieunternehmen einschließlich Montage-, Handels- und Nahrungsmittelunternehmen verwenden ein Identifikationssystem, bei dem die Produkte mit einem Strichcodesymbol markiert werden, das aus einer Reihe von Strichen und Zwischenräumen variierender Breite besteht. Es ist bereits eine Anzahl verschiedener Strichcodeleser und Laserabtastsysteme entwickelt worden, um das Symbolmuster in eine mehrstellige Darstellung für den Lagerbestand, den Produktionslauf und Abgabe- und Verkaufszwecke zu decodieren. Optische Abtaster sind in einer Vielzahl von Ausbildungsformen erhältlich, von denen einige in eine feste Abtaststation eingebaut sind und andere tragbar sind. Die Tragbarkeit eines optischen Abtastkopfes hat eine Anzahl von Vorteilen, unter denen sich die Möglichkeit befindet, Produkte auf Regalen zu lagern und tragbaren Gegenständen wie beispielsweise Akten oder kleinen Ausrüstungsgegenständen nachzuspüren. Eine Anzahl dieser tragbaren Abtastköpfe enthält Laserdioden, die es dem Benutzer erlauben, die Strichcodesymbole in verschiedenen Abständen von der Oberfläche abzutasten, auf die der Strichcode gedruckt ist. Ein Nachteil von Lasterabtastern besteht darin, daß sie mit hohen Kosten herzustellen sind.
Eine andere Art eines Strichcodeabtasters, der in ein tragbares System eingebaut werden kann, verwendet Leuchtdioden LED als Lichtquelle und ladungsgekoppelte Einrichtungen CCD als Detektoren. Diese Klasse von Strichcodeabtastern ist allgemein als CCD-Abtaster bekannt. Während CCD-Abtaster den Vorteil haben, daß sie in ihrer Herstellung preisgünstiger sind, be schränken sie jedoch den Benutzer darauf, den Strichcode entweder durch Kontaktieren der Oberfläche, auf die der Strichcode gedruckt ist, oder durch Beibehalten eines Abstandes von nicht mehr als eineinhalb inch vom Strichcode abzutasten, was zu einer weiteren Beschränkung insofern führt, als der Benutzer einen Strichcode nicht mehr lesen kann, der länger als die Fenster- oder die Gehäusebreite des Abtastkopfes ist. CCD-Abtaster haben daher nicht die Bequemlichkeit oder die Anpassungsfähigkeit von Laserabtastern, die ein Abtasten unter veränderlichen Abständen der Strichcodesymbole erlauben, die breiter als die Fenster- oder Gehäusebreite sind.
In der jünsten Zeit haben zweidimensionale Strichcodes eine beträchtliche Aufmerksamkeit gefunden, die etwa 100 mal mehr Informationen im gleichen Raum speichern können, der von einem eindimensionalen Strichcode eingenommen wird. Beim zweidimensionalen Strichcodieren werden Reihen von Strichen und Zwischenräumen aufeinander gestapelt. Die Codes werden dadurch gelesen, daß mit einem Laserstrahl nacheinander zickzackförmig über jede Reihe getastet wird. Diese Abtasttechnik ist mit der Gefahr des Verlustes der Vertikalsynchronität verbunden. Sie hat auch den Nachteil, daß eine Lasereinrichtung zum Beleuchten des Strichcodes erforderlich ist, was den Abtaster kostenträchtiger macht.
Die US-PS-4 315 245 befaßt sich mit einer optischen Informationslesevorrichtung, die eine Gruppe von Leuchtdioden aufweist. Ein Sensor überträgt empfangene Datensignale auf eine Musteridentifizierungsschaltung. Diese Signale werden auch auf eine Lichtsteuerschaltung übertragen, um das Leuchten der Gruppe zu variieren und dadurch für eine gleichmäßige Ausleuchtung der zu lesenden Zeichen zu sorgen.
Die US-PS-4 818 886 betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Selbstbezug und zur Selbstfokussierung eines Strichcodelesers. Die Vorrichtung verwendet eine Vielzahl von Leuchtdioden, die in verschiedenen Abständen von einem Objektiv angeordnet sind, um eine Strahlung zu liefern, die im wesentli chen auf der Strichcodeoberfläche fokussiert ist oder nicht. Ein vollständiges Lesen macht eine relative Abtastbewegung unter einer Steuerung von Hand oder einer mechanischen Steuerung notwendig um über das Strichcodemuster zu laufen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, daß ein optischer Abtastkopf zum Lesen von Strichcodesymbolen unter verschiedenen Abständen vom Symbol geschaffen wird, der LED Lichtquellen und CCD Detektoren verwendet.
Gemäß der Erfindung wird ein optischer Abtaster nach dem Anspruch 1 geschaffen.
Bei einem Ausführungsbeispiel umfaßt der optische Abtastkopf eine Vielzahl von Leuchtdioden, die in großer Nähe zueinander angeordnet sind, wobei jede der Leuchtdioden so ausgerichtet ist, daß sie Licht unter einem anderen Winkel aussendet, so daß ein Lichtfächer erzeugt wird. Im allgemeinen sind die Leuchtdioden gleichfalls so ausgerichtet, daß alle Leuchtdioden unter einem gewissen Winkel ungleich Null von einer Linie senkrecht zu dem Fenster ausgerichtet sind, durch das das Licht gesandt wird. Die Anzahl der Leuchtdioden kann in Abhängigkeit von der gewünschten Lichtintensität und der Anwendungsform variieren. Die Abtastung beispielsweise eines zweidimensionalen Strichcodes wird mehr Leuchtdioden im allgemeinen in einer Doppellichtanordnung erforderlich machen, während ein eindimensionaler Strichcode nur eine Reihe benötigt. Ein einzelner Abtastkopf kann mit der Fähigkeit ausgebildet sein, eine ein- oder zweidimensionaler Abtastung zu wählen, indem er eine Auslöseeinrichtung oder eine andere Schalteinrichtung enthält, die die passende Anzahl von Leuchtdioden aktiviert. Die Leuchtdioden können in einer Anzahl von verschiedenen Gruppen, beispielsweise V oder U förmig, oder in einer einzigen oder in parallelen Linien angeordnet sein. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist die Leuchtdiodengruppe durch eine Blitzlichtlampe ersetzt, die ein stärkeres Licht zum Abtasten aus größeren Abständen liefert.
Ein optischer Modul enthält eine Lichtabschirmung oder eine "Dunkelkammer" sowie eine Linsen/Filteranordnung, die für die Steuerung der Tiefenschärfe des Abtasters sorgt. Der optische Modul befindet sich hinter der Lichtquelle und der Detektor, der aus einer CCD Gruppe aufgebaut ist, ist hinter dem optischen Modul angebracht, um die Lichtintensität im reflektierten Lichtstrahl über ein Blickfeld quer über ein Strichcodesymbol zu erfassen. Die CCD Gruppe kann aus einer einzigen linearen Anordnung, einer doppelten linearen Anordnung oder aus einer Matrixanordnung bestehen. Die CCD Gruppe erzeugt ein elektrisches Signal, das die erfaßte Lichtintensität angibt. Dieses Signal wird auf einen Signalwandler übertragen, der aus einer Analogfilter- und Analogdigitalwandlerschaltung besteht, um Störsignale heraus zu filtern und das analoge Signal zu digitalisieren und dadurch Daten zu erzeugen, die das Strichcodesymbol beschreiben. Es ist für eine Verstärkungssteuerung, die automatisch sein kann oder nicht, eine Flankenerfassung und eine hochadaptive Schwellenwertbildung gesorgt, um die Amplitude des empfangenen Signals auf einen bestimmten Pegel einzustellen und zwar unabhängig vom Abstand zwischen dem Strichcode und dem Abtaster und von der Umgebungsbeleuchtung. Jede dieser Techniken betrachtet effektiv die Neigung der Wellenform, die dann erzeugt wird, wenn der Strichcode abgetastet wird (wobei das Idealsignal eine Gruppe von rechtwinkligen Impulsen ist, während des tatsächliche Signal aufgrund der Faltungsverzerrung eine abgerundete Form hat).
Ein Lichtübertragungsfenster befindet sich vor den Leuchtdioden, um das Licht zu beeinflußen und zu fokussieren. Das Fenster kann ein Filter und/oder eine Antireflektionsbeschichtung aufweisen. Das Fenster kann so ausgebildet sein, daß es einen Doppelradius zum Fokussieren auf zwei verschiedenen Brennweiten hat, und kann "geriffelt" oder gezahnt sein, um das Licht zu homogenisieren. Für einen optimalen Wirkungsgrad befindet sich das Fenster in einem Abstand vor den Leuchtdioden, der mit der größten Lichtkonzentration zusammenfällt.
Der optische Abtastkopf wird von einer Gleichspannungsquelle oder Batterie versorgt, die vorzugsweise wiederaufladbar ist und auf ein Taktsignal den LED und den CCD eine Gleichspannung liefert, das von einer Treibertaktfolgesteuerung und einem Synchronisationsmodul kommt. Das Zeitsteuersignal kann ein allmähliches der Reihe nach erfolgendes Aufleuchten der Leuchtdioden steuern und die Aktivierung der CCD so koordinieren, daß während der Abtastungen der Energieverbrauch so klein wie möglich ist. Die den Leuchtdioden gelieferte Spannung kann auch auf den Pegel des Signals ansprechend moduliert sein, das von den CCD erzeugt wird. Wenn ein Strichcode in einem nahen Bereich abgetastet wird, wird ein niedrigerer Lichtpegel ein starkes Signal liefern. In größeren Abständen vom Strichcode ist jedoch eine höhere Lichtintensität erforderlich, um ein Signal mit guter Qualität an den CCD zu erzielen. Eine Energieeinsparung bei der zuletzt genannten Version wird dadurch erreicht, das den Leuchtdioden nur dann die volle Leistung gegeben wird, wenn das notwendig ist.
Das Zeitsignal kann auch dazu benutzt werden, einen nach Wunsch vorgesehenen elektronischen Verschluß zu steuern, der periodisch schließt, um "Schnappschüsse" des Strichcodes zu erzeugen. Das bewahrt die Vollständige des Strichcodemustersignals, während sich der Abtaster oder der Strichcode bewegt.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Das Verständnis der vorliegenden Erfindung wird dadurch erleichtert, daß die folgende Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung im einzelnen betrachtet wird, die in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen gegeben wird, in denen sich ähnliche Bezugszeichen auf ähn liche Bauteile beziehen und in denen
Fig. 1 eine schematische Ansicht der relativen Anordnung der Leuchtdioden, des optischen Moduls und des Detektors auf einer gedruckten Schaltungsplatte zeigt,
Fig. 2a, 2b und 2c schematische Ansichten der relativen Positionen der Leuchtdioden für ein Trio, zwei Trios und drei Trios von Leuchtdioden jeweils zeigen,
Fig. 3 eine auseinandergezogenen Ansicht der Linsenanordnung zeigt,
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines montierten optischen Abtastkopfes mit einem Gehäuse zeigt,
Fig. 5 eine Querschnittsansicht längs der Linie 5-5 in Fig. 4 zeigt,
Fig. 6 das Schaltbild einer Leuchtdiodenplatte für die Konfiguration mit 12 Leuchtdioden zeigt, die in Fig. 1 dargestellt ist,
Fig. 7a bis 7g in Diagrammen die Taktimpulse für die verschiedenen zeitlichen Steuerungen bezüglich der Aktivierung des Abtasters (Fig. 7a), der abwechselnden Leuchtzyklen (Fig. 7b, 7c und 7d) gemäß der vorliegenden Erfindung, des analogen Rücksetzens des Detektors (Fig. 7e) und der Leuchtmuster nach Maßgabe bekannter Verfahren 1 und 2 (Fig. 7f und Fig. 7g) zeigen,
Fig. 8 in einem Blockschaltbild die Arbeitsabfolge des optischen Abtastkopfes gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt,
Fig. 9 in einer schematischen Ansicht eine alternative Leuchtdiodenanordnung und die entsprechende Lichtverteilung zeigt,
Fig. 10 in einer schematischen Ansicht eine zweite alternative Leuchtdiodenanordnung und ihre entsprechende Lichtverteilung zeigt,
Fig. 11 eine schematische Ansicht einer dritten alternativen Leuchtdiodenanordnung und ihre entsprechende Lichtverteilung zeigt,
Fig. 12 ein Blockschaltbild der Abtastvorrichtung zeigt,
Fig. 13a und 13b Vorderansichten von Luftschlitzen für eindimensionale und zweidimensionale Anwendungen jeweils zeigen,
Fig. 14a und 14b schematische Ansichten einer geriffelten zylindrischen Linse mit einem konkaven und einem konvexen Ausgangsrand jeweils zeigen,
Fig. 15 eine schematische Ansicht einer zylindrischen Linse mit Doppelradius zeigt,
Fig. 16 ein Blockschaltbild eines CCD Moduls zeigt,
Fig. 17 eine teilweise geschnittene Seitenansicht der Erfindung zeigt, bei der die zylindrische Linse mit Doppelradius verwandt ist,
Fig. 18a bis 18f schematische Ansichten der Leuchtdiodenausrichtung für eine zweidimensionale Abtastung zeigen, wobei Fig. 18a eine zur Vorderseite der gedruckten Schaltungsplatte parallele und Fig. 18b dazu senkrechte Ansicht zeigt, Fig. 18c eine zweireihige Anordnung der Leuchtdioden zeigt, Fig. 18d zwei vertikale Reihen von Leuchtdioden zeigt, Fig. 18e und 18f eine Kombination von horizontalen und vertikalen Anordnungen zeigen,
Fig. 19 eine schematische Ansicht einer einzelnen Lichtquelle mit parabolischem Reflektor zeigt,
Fig. 20a bis 20d Diagramme der Intensität gegenüber der Bildpunktnummer für ein tatsächliches Bild (20a), ein Dunkelbild (20b), ein Flachbild (20c) und ein korrigiertes Bild (20d) zeigen und
Fig. 21 ein Diagramm einer Filterübertragungsfunktion zeigt.

BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS IM EINZELNEN

Der Abtastkopfmodul, der in Fig. 1 dargestellt ist, umfaßt eine gedruckte Schaltungsplatte (PCB) 2, die mit einer im wesentlichen U oder Y förmigen Oberfläche ausgebildet ist, auf der mehrere Leuchtdioden (3 bis 24 einzelne Leuchtdioden) angebracht sind, die V förmig, U förmig oder in einem linearen Muster in einer derartigen Orientierung konfiguriert sind, daß das Ergebnis eine Projektion eines Lichtstrahles von einer Leuchtdiode in eine Richtung ist, die von den anderen Leuchtdioden im Trio verschieden ist. Die in Fig. 1 dargestellte Konfiguration weist 12 Leuchtdioden auf, die auf der PCB 2 V förmig angebracht sind. Diese sind als Leuchtdioden 4 bis 15 identifiziert und senden Lichtstrahlen 105 bis 115 aus. Der Teil der gedruckten Schaltungsplatte 2, von dem Leuchtdiodenlicht austritt, wird als Vorderseite der Platte angesehen. Eine Bezugslinie zur Beschreibung der Ausrichtungswinkel der Leuchtdioden verläuft senkrecht zur Vorderseite der PCB 2. Annähernd in der Mitte der Platte hinter den Leuchtdioden befindet sich ein optischer Modul 17, der aus einer Lichtabschirmung (Dunkelkammer 16) besteht, in der eine Linsenanordnung 18 aufgenommen ist, die das von einem abgetasteten Strichcode reflektierte Licht filtert und auf einen CCD Detektor 20 fokussiert, der hinter dem optischen Modul an der Rückseite der PCB 2 angeordnet ist. Ein Signal, das durch die Aktivierung der CCD durch das reflektierte Licht erzeugt wird, liegt an einem Signalwandler 22 für den eindimensionalen Abtaster, der aus einer Analogfilter- und Analogdigitalschaltung besteht oder an einem Signalwandler 22' für einen zweidimensionalen Abtaster. Vor den Leuchtdioden ist entweder an der PCB 2 oder im Gehäuse, das die PCB 2 enthält, ein Fenster 24 angebracht, das lichtdurchlässig ist und für eine Filterung, Fokussierung und Positionierung des Lichtweges des Beleuchtungslichtstrahles sorgt, der auf den abzutasteten Strichcode fällt. Das reflektierte Licht, das eine Intensität hat, die durch das Strichcodesignal moduliert ist, wird zur Linsenanordnung und zum Detektor zurückgeworfen.
Der Abtastkopf kann auch einen Decodierermodul 26 enthalten, der einen mehrstellige Darstellung von Strichcodesymbolen wie beispielsweise UPC, EAN, JAN, Code 39, Code 2/5I, Code 2/5, Code 128, Codebar, Plessey und andere Strichcodesysteme decodiert. Bei dem zweidimensionalen Strichcodeleser speichert ein Pufferspeicher 88, der in Fig. 12 dargestellt ist, das zweidimensionale Bild vor der Decodierung durch den Decodierermodul 26.
Das erste Ausführungsbeispiel einer Lichtquelle, das in Fig. 1 dargestellt ist, besteht aus 12 Leuchtdioden, die im wesentlichen V förmig bezüglich anderer Leuchtdioden angeordnet sind, so daß sie unter Winkeln nach außen gerichtet sind, derart, daß Gruppen von drei auf einem einzelnen Schenkel, beispielsweise die Leuchtdioden 4, 5 und 6 oder 13, 14 und 15, im wesentlichen einen einzigen Lichtstrahl bilden, der sich mit zunehmender Feldtiefe ausdehnt. Die tatsächliche Gruppierung der Leuchtdioden ist am besten in den Fig. 2a, b und c dargestellt. Dabei sind die zwölf Leuchtdioden in Gruppen von 3 Leuchtdioden oder Trios jeweils unterteilt. Daraus ist ersichtlich, daß ein gegebenens Leuchtdiodentrio nicht durch die fortschreitende Reihe der Leuchtdiodenpositionen in der V Form bestimmt ist sondern daß die kombinierte Beleuchtung des Trios im wesentlichen das Fenster 24 füllt und sich davon ausdehnt, so daß ein Lichtfächer gebildet wird, um die Erfassung von Strichcodes zu erleichtern, die breiter als das Fenster selbst sind.
In Fig. 2a bilden die Leuchtdioden 6, 10 und 13 das erste Trio. Lichtstrahlen 106, 110 und 113, die in Fig. 1 dargestellt sind, füllen einen wesentlichen Teil des Fensters 24. Das zweite Trio von Leuchtdioden umfaßt die Leuchtdioden 5, 10 und 14, die zusätzlich zu dem ersten Trio hinzukommen, wie es in Fig. 2b dargestellt ist. Die davon austretenden Lichtstrahlen, nämlich die Lichtstrahlen 105, 110 und 114, die in Fig. 1 dargestellt sind, ergänzen die Lichtstrahlen vom ersten Trio, um das Fenster 24 zu füllen und sich davon auszubreiten. Fig. 2c zeigt die Position des dritten Trios aus den Leuchtdioden 7, 11 und 12. Die Strahlen 107, 111 und 112 treten davon aus, um das Licht von den beiden ersten Trios zu ergänzen. Das vierte Trio besteht aus den Leuchtdioden 4, 8 und 15 mit ihren jeweiligen Strahlen 104, 108 und 115. Die jeweiligen Leuchtdioden in einem gegebenen Trio sind variabel, solange der sich ergebende Lichtfächer im wesentlichen das Fenster 24 füllt. Wie es später beschrieben wird, kann die bezeichnete Gruppe von Leuchtdioden in einem Trio oder in einer anderen Anzahl größer als 2 der Reihe nach zum Leuchten gebracht werden, um Energie der Energiequelle zu sparen. Die Konfiguration mit zwölf Leuchtdioden kann beispielsweise auch in zwei Sextette oder drei Quartette unterteilt sein. Wenn in ähnlicher Weise vierundzwanzig Leuchtdioden verwandt sind, können die Gruppen aus drei, vier, sechs, acht oder zwölf Leuchtdioden bestehen. Die Gruppierung der Leuchtdioden ist bedeutend, wenn ein der Reihe nach erfolgendes oder allmähliches Aufleuchten vorgesehen ist.
Andere Konfigurationen für die Anordnung der Leuchtdioden können eine U förmige Konfiguration oder eine Konfiguration im wesentlichen in einer geraden Linie quer über die Vorderseite der Platte sein, wie es in Fig. 11 dargestellt ist. Für eine zweidimensionale Strichcodeabtastung können die Variationen zwei lineare Reihen von Leuchtdioden parallel zur Vorderseite der PCB 2 oder zwei lineare Reihen von Leuchtdioden senkrecht zur Vorderseite der Platte einschließen, wie es in den Fig. 18a und 18b jeweils dargestellt ist. Es können auch Kombinationen von parallelen und senkrechten Reihen verwandt werden. Eine mehrlagige Anordnung kann auch für die Positionierung der Leuchtdioden verwandt werden, und zwar beispielsweise mit einer Reihe über der anderen, wie es in Fig. 18c dargestellt ist, oder mit zwei vertikalen Reihen, die von der PCB 2 nach oben verlaufen, wie es in Fig. 18d dargestellt ist, sowie irgendeiner Kombination daraus. In Fig. 18e besteht eine mögliche Kombination aus einer Reihe von Leuchtdioden, die quer über die obere Reihe verlaufen, und einer einzelnen Leuchtdiode auf einer Seite und in Fig. 18f befindet sich eine einzelne Leuchtdiode auf jeder der vier Seiten in einer vertikalen Ebene. In jedem Fall wird der Lichtfächer dadurch erzeugt, daß die Leuchtdioden unter verschiedenen Winkeln ausgerichtet werden. Bei einer Konfiguration in einer geraden Linie, die in Fig. 11 dargestellt ist, sind die mittigsten Leuchtdioden 209 und 211 so gedreht, daß sie unter einem Winkel von 1,625º von einer Linie normal auf die Vorderseite der Platte weg gerichtet sind. Fortschreitend nach außen ist jede Leuchtdiode um 3,25º von ihrer innen benachbarten Leuchtdiode abgewandt.
Die Leuchtdioden sind so gewählt, daß sie Licht mit einer Wellenlänge von 660 Nanometern, d. h. rotes Licht im sichtbaren Spektrum aussenden. Diese Wellenlänge liefert einen optimalen Kontrast für Strichcodeabtastungsanwendungen, bei denen dunkle und helle Striche unterschieden werden müssen. Infrarotlicht liefert gleichfalls einen verstärkten Kontrast, so daß auch Leuchtdioden verwandt werden, die Licht außerhalb des sichtbaren Spektrums aussenden.
Eine alternative Lichtquelle ist eine Blitzlichtlampe 130 oder irgendeine andere intensive Lichtquelle, die in Fig. 19 dargestellt ist. Es sind Blitzlichtlampen verfügbar, die Licht auf einer Anzahl verschiedener Wellenlängen aussenden. Die Wellenlänge, bei der die gewählte Blitzlichtlampe aussendet, ist durch die Farbe des Strichcodes und seines Hintergrundes so bestimmt, daß der bestmögliche Kontrast erzielt wird. Ein parabolischer Reflektor 132 ist in der optischen Abtastkopfanordnung mit der Blitzlichtlampe 130 an seinem Mittelpunkt enthalten. Das erlaubt es, die maximale Lichtmenge zur Beleuchtung des Strichcodes nach vorne zu richten. Licht mit einer höheren Intensität erlaubt es, in Abständen von mehr als 35 inch abzutasten.
Der optische Modul 17 besteht aus drei Linsen, die im Inneren eines gleitend verschiebbaren Linsenhalters 30 angeordnet sind, welche Bauteile alle in der Dunkelkammer 16 aufgenommen sind. Die Wahl der drei Linsen, aus der die Linsenanordnung 18 besteht, hängt von der gewünschten Bezugsebene, d. h. von der gewünschten Feldtiefe ab, die gleich dem Abstand zwischen dem Detektor 20 und dem abgetasteten Strichcode ist, so daß das reflektierte Licht in passender Weise auf die Detektorgruppe fokussiert wird. Die Linsenanordnung 18 besteht aus einer Plankonvexlinse 32, an die sich ein Bandpaßfilter 34 anschließt, einer Bikonkavlinse 36, an die sich eine optische Streuscheibe 28 anschließt, und einer Fokussiierungs- und Aufnahmesingletlinse 40. Die Linse 40 ist für den Erfolg der Erfindung wichtig, da sie den Durchmesser des Strahls bestimmt, der auf die Detektorgruppe fällt, und den Strahl so konzentriert, daß am Detektor das maximal verfügbare Licht vorliegt. Bei einem zweidimensionalen Abtaster wird das Bild auf der Detektorgruppe ohne Verzerrung durch eine Plankonvexlinse anstatt der Fokussierungssingletlinse fokussiert. Die Linsen können mit einer Antireflektionsbeschichtung und/oder einer Bandpaßbeschichtung beschichtet sein, um die Reflektion an der Grenzfläche zwischen benachbarten Linsen und an den Enden der Linsenanordnung so gering wie möglich zu halten.
Die optimale Feldtiefe kann dadurch eingestellt werden, das die Linsenanordnung in ihrem gleitend verschiebbaren Halter 21 bezüglich des Detektors vor oder zurück bewegt wird. Dadurch wird der Brennpunkt auf dem Detektor verändert, so daß dieser für eine gewünschte Abtasthöhe fein abgestimmt werden kann.
Ein räumliches Filter kann im optischen Modul enthalten sein und neben der Linsenanordnung 18 oder sogar in einem Stück damit angeordnet sein. Das räumliche Filter 42 ist ein Luftschlitz, der eine Ausrichtung und Form hat, die der Form des abgetasteten Strichcodes entspricht. Für einen eindimensionalen Strichcode wird ein einzelner Schlitz verwandt, wie es in Fig. 13a dargestellt ist. Der Schlitz ist horizontal orientiert, so daß er parallel zu der Richtung verläuft, in der der Strichcode abgetastet wird. Für zweidimensionale Strichcodes wird ein Kreuzschlitzmuster verwandt, um ein zweidimensionales räumliches Filter 42' vorzusehen, wie es in Fig. 13b dargestellt ist. Die räumlichen Filter 42 oder 42' können vor oder hinter der Linse 32 angeordnet sein. Das räumliche Filter 42 oder 42' und das Bandpaßfilter 34 können auch in einer Baueinheit ausgebildet sein, indem das Schlitzmuster direkt am Filter 34 ausgebildet ist. Das räumliche Filter 42' kann auch für Anwendungen bei eindimensionalen Strichcodes verwandt werden. Die horizontalen und vertikalen Schlitze können jeweils die gleichen Abmessungen wie der einzelne Schlitz haben, die Abmessungen der vertikalen und horizontalen Schlitze können jedoch auch voneinander verschieden sein. Der Lichtabsorber/Streuer 28 hat die Form eines Trichters mit einer Öffnung, deren breiteres Ende zum Detektorende der Linsenanordnung gerichtet ist. Der Trichter erlaubt die Absorption und Konzentration des von den Rändern der Linse gebeugten Lichtes. Das Bandpaßfilter 34 dient dazu, Strahlung zu blockieren, die aus einem Wellenlängenbereich herausfällt, der um 660 Nanometer konzentriert ist (oder Wellenlängen, die infrarotes Licht für den Infrarotabtaster umgeben). Bei einem System mit sichtbarem Licht ist es insbesondere erwünscht, den infraroten Anteil und andere sichtbare Anteile des Lichtspektrums zu filtern, die das Fenster vom Wahrnehmungsbereich erreichen können, um für einen optimalen Kontrast zu sorgen. Das verbessert die Auflösung von Strichcodes, die in einem Abstand gelesen werden, der kürzer als die Tiefe des Feldes ist.
Das Fenster 24 hat im wesentlichen ein Z förmiges Profil, dessen einer Schenkel vor der optischen Anordnung 18 verläuft und ein Bandpaßfilter 25, das bei annähernd 660 Nanometer zentriert ist, für einen Abtaster mit sichtbarem Licht, und einen Lichtausgleicher/Streuer hält oder aus diesem besteht, und dessen anderer Schenkel eine zylindrische Linse 28 hält, die das Licht entlang einer Achse fokussiert, um eine Lichtebene mit einer Lichtlinie zu bilden, die an ihrem Brennpunkt erzeugt wird. Wenn der Strichcode genau am Brennpunkt der zylindrischen Linse 38 abgetastet wird, wird das maximal mögliche Licht zum Detektor reflektiert. Die Funktion der Fensterkomponenten besteht darin, Störstrahlung von den Leuchtdioden zu unterdrücken, um einen homogenen einfallenden Strahl für die Beleuchtung des Strichcodes zu bilden, den Strahl zu sammeln und das reflektier te Licht dadurch zu filtern, daß Außenlicht entfernt wird, das aus dem bestimmten akzeptablen Bandbreitenbereich von 660 Nanometern heraus fällt.
Die zylindrische Linse 38 kann so abgewandelt sein, daß sie für eine gleichmäßige Verteilung des Lichtes am Brennpunkt sorgt. Diese "Homogenisierung" wird durch ein Rändeln oder Zahnen der Eingangsseite 90 der Linse erreicht, wie es in Fig. 14 dargestellt ist. Jede Stufe 92 in dem gerändelten Rand 90 wirkt als "Minilinse", die das Licht streut, das in die zylindrische Linse an diese Stelle eintritt. Das gestreute Licht von jeder Minilinse überlappt anderes gestreutes Licht, so daß das Licht am Brennpunkt der zylindrischen Linse homogenisiert wird. Der Brennpunkt der zylindrische Linse ist durch die Außenseite 94 bestimmt. Im idealen Fall ist der Ort der zylindrischen Linse 38 bezüglich der Leuchtdioden durch den Punkt bestimmt, an dem die Leuchtdioden kombiniert das am meisten konzentrierte Licht erzeugen. In Fig. 9 liegt dieser Punkt auf der Linie 75.
In Verbindung mit dem gerändelten Eingangsrand kann der Ausgangsrand der zylindrischen Linse entweder konkav oder konvex sein. Der konkave Rand 94' ist in Fig. 14a dargestellt und der konvexe Rand 94 ist in Fig. 14b dargestellt. Der konkave Rand 94' ist für Abtastungen von zweidimensionalen Strichcodes in einem Kontaktabstand bis 3 inch gewählt. Der konvexe Rand 94 wird dazu benutzt, in Abständen von mehr als 3 inch abzutasten.
Eine andere Abwandlungsform der zylindrischen Linse ist in Fig. 15 dargestellt. Der Doppelradius erzeugt effektiv zwei getrennte zylindrische Teillinsen 96 und 98 jeweils mit einer anderen Brennweite. Das von den Leuchtdioden ausgesandte Licht wird durch beide Teillinsen 96 und 98 fokussiert, so daß zwei verschiedene Linien des fokussierten Lichtes unter verschiedenen Winkeln von der Linse erzeugt werden, wie es in Fig. 17 dargestellt ist. Diese Linse liefert eine größere Variabilität in dem Abstand, unter dem ein Strichcode genau gelesen werden kann, ohne daß die zylindrische Linse ausgetauscht werden muß oder ein Kompromiss in der Stärke des Signals geschlossen werden muß.
Der Detektormodul 20 besteht aus einer Gruppe von ladungsgekoppelten Einrichtungen CCD, die in Form von gleichbeabstandeten Bildelementen angeordnet sind, und kann zusätzliche Verarbeitungselemente enthalten, die in Fig. 16 dargestellt sind. Der Abstand der Bildelemente bestimmt die Grenze der Auflösung des Detektors, so daß es notwendig ist, die CCD Auflösung an die erforderliche räumliche Auflösung in der Bildebene anzupassen, in der der Detektor liegt. Die Verstärkung des Linsensystems sollte so gewählt werden, daß wenigstens zwei CCD Bildelemente die kleinste Strichbreite überdecken, die in der Bildebene aufzulösen ist. Das ist insbesondere für Strichcodes wichtig, die mit einem Punktmatrixdrucker gedruckt sind.
Die Anordnung der CCD Gruppe wird von der Anwendungsform abhängen. Für einen eindimensionalen Strichcode ist eine einzige lineare Gruppe von CCD akzeptabel. Für zweidimensionale Strichcodes kann eine einzige lineare Gruppe verwandt werden, indem der Abtastkopf von der Oberseite zur Unterseite des Strichcodes bewegt wird. Um für eine bessere Auflösung zu sorgen, können jedoch zwei parallele Linien von CCD oder eine Vollflächenmatrix von CCD benutzt werden. Die Verwendung mehrerer Reihen von CCD erlaubt die Anwendung einer Autokorellationstechnik, bei der das von einer Reihe der CCD gelesene Signal durch eine zweite Reihe doppelt geprüft wird.
Teile der CCD Gruppe in zwei Linien oder der Matrixanordnung können wahlweise an- und ausgeschaltet werden, indem die Steuerung des CCD Moduls mit einem äußeren Auslöser oder Schalter verbunden wird, der mehrfache Wahlmöglichkeiten hat. Das wird es erlauben, einen eindimensionalen Strichcode mit einem zweidimensionalen Abtaster zu lesen, wobei Energie eingespart wird, indem nur so viel der CCD Gruppe benutzt wird, wie es erforderlich ist.
Drei Typen von CCD, die an sich bekannt sind, können für die Matrix des zweidimensionalen Strichcodelesers verwandt wer den. Der erste Typ ist die Vollbild CCD, die ein einziges paralleles Register für die Photonenbelichtung, Ladungsintegration und den Ladungstransport hat. Ein Verschluß dient dazu, die Belichtung zu steuern und Licht gegenüber einem Einfall auf die CCD während des Auslesens zu blockieren.
Die zweite Art, die Halbbildübertragungs CCD hat ein paralleles Register, das aus zwei CCD besteht, die tandemartig angeordnet sind. Eines dieser CCD Register ist das Speicherfeld, das mit einer lichtundurchlässigen Maske abgedeckt ist und für eine Zwischenspeicherung der gesammelten Ladung während des Auslesens sorgt. Das andere CCD Register, das Bildfeld, ist in seiner Kapazität mit dem Speicherfeld identisch und dient dazu, das Bild zu sammeln. Nachdem das Bildfeld belichtet ist, wird das elektronische Bild, das dadurch erzeugt wird, zum Auslesen in das Speicherfeld verschoben. Während das Speicherfeld gelesen wird, kann das Bildfeld Ladung für das nächste Bild sammeln.
Die dritte Art einer CCD ist die Zwischenzeilenübertragungs CCD. Diese CCD hat ein paralleles Register, das so unterteilt ist, daß das lichtundurchlässige Speicherregister zwischen den Spalten von Bildelementen liegt. Das elektronische Bild sammelt sich im belichteten Feld des parallelen Registers. Zum Auslesen wird das gesamte Bild unter die Zwischenzeilenmaske verschoben. Das CCD Schieberegister liegt gleichfalls unter den Zwischenzeilenmasken. Das Auslesen erfolgt in der gleichen Weise wie bei der Halbbildübertragungs CCD.
Die Matrix 102, die im CCD Modul 20 in Fig. 16 enthalten ist, arbeitet im Verschachtelungsbetrieb. Dieser Betrieb besteht darin, daß die Potentialquellen um ein halbes Bildelement in abwechselnden Feldern verschoben werden, wobei sich der Begriff "Felder" auf das Blickfeld des Abtastkopfes bezieht. Diese Verschiebung ist aufgrund der Mehrphasenausbildung der Gatterstrukturen in der CCD möglich, die eine sequentielle Fortpflanzung der gesammelten Ladungen in den Potentialquellen erlaubt, wie es an sich bekannt ist. Das führt zu zwei aufeinanderfolgenden Feldern, die verschiedene Informationen enthalten, die in einer gegebenen Anzahl von Zeilenbildern mit verringertem Aliaseffekt gegeben sind. Während der Belichtungs- oder Integrationszeit wird die Ladung an jedem Bildelement proportional zur auftreffenden Beleuchtung gesammelt. Jede Zeile enthält eine gegebene Anzahl von Bildelementen. Ein Übertragungsimpuls wird die Ladung auf jeder Zeile "auslesen", um ein analoges Signal zu erzeugen. Die kombinierten ausgelesenen Ladungen jeder Zeile geben den zweidimensionalen Strichcode wieder. Die Information wird in einem Pufferspeicher 88 konditioniert und gespeichert, um durch den Decodierer 26 decodiert zu werden. Nachdem eine Übertragung aufgetreten ist, wird die Matrix 102 wieder in ihren Integrationszustand zurückkehren, um die Ladung für das nächste Bild zu sammeln.
Um eine optimale Funktion zu erhalten, müssen die Dunkelpegel geeicht werden und muß eine Schattenkorrektur erfolgen. Ein Dunkelbild wird gespeichert und von einem Bild abgezogen, um einen Nullbezug zu erzielen.
Ein Schattenkorrekturrahmen oder ein Flachfeld ist dazu erforderlich, Abweichungen im Ansprechvermögen des Systems zu korrigieren. Da die CCD eine ausgezeichnete Linearität hat, muß nur ein Flachbild genommen werden, um ein Bild irgendwo im verfügbaren dynamischen Bereich bei einer bestimmten Wellenlänge (660 Nanometer) zu korrigieren. Die Abschattung variiert mit der Wellenlänge und Flachfelder werden oftmals bei verschiedenen Wellenlängen erhalten. Eine Eichabfolge macht es notwendig, das Bild IR, das von Interesse ist, ein Dunkelbild In und ein Flachfeld IF aufzunehmen. Die arithmetische, Bildelement für Bildelement erfolgende Berechnung ergibt ein korrigiertes Bild mit photometrischer Integrität IC = (IR - ID)/(IF - ID).
Der Treibertaktfolgesteuer- und Synchronisationsmodul 106 verwendet einen einzigen Quarzkristall oder einen äußeren Takt, um alle notwendigen logischen Signale und Synchronsignale zu liefern. Ein TTL/MOS Puffer 104, der an sich bekannt ist, ist als Schnittstelle zwischen der Matrix 102 und dem Folgesteuermodul 106 vorgesehen.
Eine Antiüberhellungseinrichtung kann gleichfalls im Detektormodul 20 enthalten sein. Die Antiüberhellungseinrichtung, die bei jedem Bildpunkt wirkt, besteht aus einer Diode, die von der Lichtstelle durch eine Potentialsperre getrennt ist. Diese Potentialsperre wird über ein zugewiesenes Gatter gesteuert, das über eine Gattersteuerung getaktet wird.
Das hat zur Folge, daß Überschußladungen zu einem sehr schwachen Strom führen, so daß der Wirkungsgrad der Antiüberhellungseinrichtung im Grunde genommen unbegrenzt ist.
Andere Sekundäreffekte, die die Überbeleuchtungsbeständigkeit begrenzen, sind die folgenden: 1) Verwischen auf Grund des Durchganges jedes Spaltenelementes entlang des überbeleuchteten Elementes während der Übertragung des Bildes auf den Speicher und 2) Trägerdiffusion im Substrat, die mit der Wahrscheinlichkeit der Sammlung eines Elektrons verbunden ist, das unter einem Bildelement in der benachbarten Quelle erzeugt wird. Obwohl dieser Effekt in einem Softbild kaum bemerkbar ist, bekommt er eine signifikante Bedeutung dann, wenn es einen stark überbelichteten Bereich gibt, der dann auftreten kann, wenn im Sonnenlicht gelesen wird.
Ein Bildfehlerkorrigierer 108 ist im CCD-Modul enthalten, um eine Bildfehlerkorrektur durchzuführen. Der Bildfehlerkorrigierer arbeitet in Verbindung mit dem Pufferspeicher 88. Er arbeitet so, daß er das Signal des fehlerhaften Bildelementes oder der fehlerhaften Bildelemente auf einer Zeile durch das Signal ersetzt, das durch das letzte fehlerfreie Bildelement erzeugt wird. Dieser Datenaustausch wird über eine Tastspeicherschaltung mit einem Sperreingang ausgeführt, die stromabwärts vom CCD Ausgang angeordnet ist, und erfolgt vor der Videosignalkonditionierung und/oder -verarbeitung.
Die Positionen der fehlerhaften Bildelemente werden im Pufferspeicher 88 in Form ihrer relativen x, y Koordinaten auf gelistet. Diese werden mit der Anzahl von Zeilen im Speicherbereich der CCD und der Anzahl von Zeilen der Taktimpulse quantifiziert, bei denen die Fehler auftreten. In ähnlicher Weise wird das erste fehlerhafte Bildelement bezüglich eines Bildsynchronimpulses herausgegriffen. Fehlerhafte Bildpunkte können über einen oder zwei Synchronimpulse oder Taktimpulse herausgegriffen werden.
Bei der Anwendung auf zweidimensionale Strichcodes ist die Auflösung in der horizontalen x Achse wichtiger als in der y Achse. Daher kann ein CCD Bunkern benutzt werden, um die Feldtiefe bezeichnend zu erhöhen. Das Bunkern ist der Vorgang der Kombination von Ladung von benachbarten Bildelementen zu sogenannten "Superbildelementen" während des Auslesens. Das Bunkern verbessert das Signalrauschverhältnis und erlaubt eine Dehnung des dynamischen Bereiches der CCD auf Kosten der räumlichen Auflösung.
Die elektrische Leistung wird der CCD Gruppe über eine Gleichspannungsquelle oder Batterie 46 geliefert. Bei einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Energieversorgung der CCD Gruppe durch ein Taktsignal mit dem der Reihe nach oder allmählich erfolgenden Aufleuchten der Leuchtdioden koordiniert. Wie es in Fig. 7e dargestellt ist, liegt insbesondere ein Taktsignal (vom Taktgeber 50) an der CCD Gruppe, um diese koordiniert mit der Aktivierung der Leuchtdioden zu löschen. Die CCD Gruppe kann mit einer variablen Frequenz von 36- 200 Abtastungen pro Sekunde abgetastet werden, wobei diese Frequenz durch die Dichte der abgetasteten Strichcodes bestimmt ist. Die Abtastfrequenz wird durch den Systemtakt festgelegt, der dann die Aufleuchtfolge der Leuchtdioden so modifiziert, daß die in den Fig. 7a bis 7e dargestellte Koordination beibehalten wird. Die Bestimmung der Abtastfrequenz kann vorprogrammiert sein und dadurch initiiert werden, daß ein Strichcode mit der vorgegebenen Abtastfrequenzinformation oder einer anderen relevanten Information vor der Messung derjenigen Strichcodes abge tastet wird, die von Interesse sind.
Die Arbeitsabfolgen sind in den Fig. 8 und 12 dargestellt. Für einen eindimensionalen Betrieb (der dem ersten Weg in Fig. 8 folgt) wird das von der CCD Gruppe gelieferte Signal verstärkt und dann über ein zweipoliges Tiefpassfilter und ein fünfpoliges Hochpassfilter verarbeitet (die kombiniert als Filter 52 dargestellt sind), die vom Nutzsignal jedes Störsignal entfernen, das entweder durch das ankommende Licht oder durch die CCD Gruppe selbst erzeugt wird. Eine je nach Wunsch vorgesehene Verstärkungsregelung (AGC 54) stellt den Pegel des Signals auf einen vorbestimmten Pegel ein. Der Pegel des Signals, das in die AGC eintritt, ist eine Funktion des Abstandes, von dem aus der Strichcode abgetastet wird. Je größer dieser Abstand ist, den der Abtaster über dem abgetasteten Code hat, um so schwächer wird das Signal sein. Ein gefiltertes Signal wird dann eine Spannung an eine Schaltung legen, die den Bezugspegel des Echtzeitmittelpunkts (Nulldurchgang) für einen Komparator bestimmt, der das analoge Videoausgangssignal in ein digitales Signal umwandelt, das den Strichcode wiedergibt. Die Verwendung einer automatischen Komparatorsteuerung (ACC 56) vermeidet die Erzeugung von Störsignalen durch Hysterese und vermeidet, daß der sogenannte Weißwächter und die erste Umschaltung fehlen, die den ersten Strich im Videosignal wiedergeben. Das Signal wird dann durch den A/D Wandler 58 von einem analogen in ein digitales Signal umgewandelt und an den Dekodierer 26 gelegt. (Der Dekodierer 26 ist als wahlweise dargestellt, da er mit dem optischen Abtastkopf kombiniert sein kann oder dazu extern vorgesehen sein kann.)
Bei dem zweidimensionalen Abtaster geht das Ausgangssignal des CCD Bauteils über den Signalwandler 22'. Hier wird wie beim eindimensionalen Weg das Signal durch das Filter 52' verstärkt und gefiltert. Das Filter 52' kann ein festes oder ein programmierbares mehrpoliges aktives Verstärkerfilter sein. Wenn ein Strichcode abgetastet wird, hat die erzeugte Wellenform eine abgerundete Form mit einem sich fortlaufend ändernden Anteil auf Grund der sich wellenartig abwechselnden weißen und schwarzen Striche mit einer Amplitude, die eine Anzeige für die Impulsbreite ist. Um die Amplitude nach Maßgabe der Breite der Striche und der Zwischenräume zu vergrößern, verstärkt das Filter 52', das ein Bandpaßfilter ist (aktiv), den Teil mit niedriger Amplitude des Signals und hält das Filter 52' den Teil mit hoher Amplitude auf dem gleichen Pegel. Die "Übertragungsfunktion" des Filters 52' ist in Fig. 21 dargestellt. Die Segmente "BC" und "CD" zeigen die Vergrößerung gemäß der hohen Frequenz (niedriger Pegel) oder der kleinen schwarzen und weißen Striche, die zu vergrößern sind. Das Segment "AB" entspricht den großen schwarzen und weißen Strichen, die auf derselben Amplitude zu halten sind. Die Steigungen der Segmente "FA", "BC", "CD" oder "EG" kann verändert werden, um die relative Größe der Breiten der schmalen schwarzen und weißen Striche an die breiten Striche anzupassen. Diese Filterung kann über ein festes Filter, ein automatisches Filter oder eine programmierbare menübetriebene Funktion erreicht werden.
Eine Verstärkungssteuerung 54', die eine automatische flankenerfassende oder eine hochadaptieve schwellenwertbildende Steuerung sein kann (im folgenden beschrieben), ist dazu vorgesehen, die Amplitude des empfangenen Signals auf einen bestimmten Pegel einzustellen und zwar unabhängig vom Abstand zwischen dem Strichcode und dem Abtaster und von der Umgebungsbeleuchtung. (Diese Technik kann auch bei einem eindimensionalen Abtaster verwandt werden). Ein Dunkelbezug 55 ist das Mittel, mit dem eine Eichung erfolgen kann, um Änderungen im Ansprechvermögen des Systems zu korrigieren. Eine Komparator- und Schwellenwertsteuerung 56' kann eine hochadaptive Schwellenwertbildung einschließen, um die genaue Form des Strichcodesignals unter Ausschluß der Faltungsverzerrung rückzugewinnen.
Die Faltungsverzerrung bezieht sich auf eine Mittelung des Signals auf Grund der begrenzten Größe der Auflösung der CCD und der Verzögerungen in den elektronischen Schaltungen. Die Verzerrung führt zu einer Abrundung der Signalflanke, was einen beträchtlichen Fehler hervorruft. Das Verfahren der adaptiven Schwellenwertbildung besteht darin, der Flanke des Signals zu folgen und den digitalen Ausgangspegel der endgültigen Signalform des Komparators auf den Pegel 1 an der ansteigenden Flanke des analogen Signals und den Pegel 0 an der abfallenden Flanke des analogen Signals zu schalten, indem der Nulldurchgang des analogen Signals (Mittelwert) als Bezugspegel verwandt wird.
Ein Videosignalverarbeitungsmodul, der an sich bekannt ist, kann gleichfalls dazu benutzt werden, das analoge Signal zu verarbeiten und einen digitalen Ausgangsdatenstrom zu liefern und/oder ein Signal zu decodieren und zu liefern, das die decodierte Information in einem zweidimensionalen Strichcode wiedergibt.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel wird statt dem der Reihe nach erfolgenden Aufleuchten der Leuchtdioden die Spannung der Leuchtdioden auf den Signalpegel im Detektor ansprechend reguliert. Je stärker das empfangene Signal ist, um so niedriger ist die Lichtintensität, die von den Leuchtdioden benötigt wird. Die Stärke des Signals hängt von dem Abstand zwischen dem Abtaster und dem Strichcode ab, so daß bei einem maximalen Abtastabstand an den Leuchtdioden die volle Leistung liegt. Das spart Energie, indem nur die Leistung gefordert wird, die notwendig ist. Das vermeidet auch eine Sättigung oder Verzerrung des erfaßten Signals, wenn der Strichcode in einem kurzen Abstand vom Abtaster mit Licht hoher Intensität gelesen wird.
Der optische Abtastkopf der vorliegenden Erfindung sorgt für eine Einsparung von Energie der Energieversorgung, indem ein Systemtakt dazu benutzt wird, koordiniert mit dem Löschen der CCD Gruppe ein abgetastetes fortschreitendes Aufleuchten der Leuchtdioden zu steuern. Das Schaltbild von Fig. 6 ist dazu vorgesehen, die Folgesteuerung der vier verschiedenen Leucht diodentrios darzustellen, die im Ausführungsbeispiel von Fig. 1 gezeigt sind. Der Takttreiber liefert beispielsweise ein Signal zum Aktivieren des Verstärkers U2A, der dann ein Signal dem ersten Trio liefert, das als TRIO 1 bezeichnet ist, um die Leuchtdioden 5, 6 und 12 zum Aufleuchten zu bringen. Die Schaltung ist derart, daß TRIO 1 immer im angeschalteten Zustand ist, wenn der Abtaster aktiviert ist, und zwar unabhängig davon, welche anderen Trios im angeschalteten Zustand sind (siehe den Basiskollektorkurzschluß am Transistor Q8).
Fig. 7 liefert Beispiel von Impulsmustern zur Aktivierung der Leuchtdioden des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels. Fig. 7a zeigt die Aktivierung des Abtasters am Anfang eines ersten Taktimpulses, was bedeutet, daß die Energieversorgung angeschaltet wird. Nach Maßgabe des Impulsmusters nach dem "Anschalten", das in Fig. 7b dargestellt ist, wird das erste Leuchtdiodentrio (TRIO 1) zum Aufleuchten gebracht. Am Anfang des zweiten Taktzyklus wird ein zweites Trio (TRTO 2) zum Aufleuchten gebracht. Zu diesem Zeitpunkt wird gleichfalls ein Signal an die CCD Gruppe gelegt, um diese rückzusetzen und dadurch ihre Detektorfunktion in Gang zu setzen, wie es in Fig. 7e dargestellt ist. Am Anfang des dritten Taktzyklus schaltet ein drittes Leuchtdiodentrio (TRIO 3) an und während eines vierten Taktzyklus schaltet eine vierte Gruppe von Leuchtdioden (TRIO 4) an. Während des fünften Taktzyklus schalten TRIO 2, TRIO 3 und TRIO 4 aus und bleibt nur TRIO 1 angeschaltet. Dieser Schritt der Anschalt- und Abfallfolge wird fortgesetzt, bis der Auslöser an der in Fig. 7a angegebenen Stelle ausschaltet. In Fig. 7c ist ein zweites mögliches Impulsmuster dargestellt, bei dem das erste Leuchtdiodentrio während des ersten Taktzyklus anschaltet und ein zweites Leuchtdiodentrio im zweiten Taktzyklus anschaltet und dann im dritten Taktzyklus abschaltet, so daß das erste Trio bis zum siebten Taktzyklus angeschaltet bleibt, zu welchem Zeitpunkt das zweite und das dritte Trio für einen einzigen Taktzyklus anschalten. Das erste Leuchtdiodentrio bleibt während des gesamten Arbeitsvorgangs angeschaltet und im zwölften Taktzyklus schalten alle vier Leuchtdiodentrios für einen Zyklus an. Nach einem einzelnen Taktzyklus, in dem nur die erste Leuchtdiodengruppe angeschaltet geblieben ist, wird die Abfolge wiederholt. In Fig. 7d wechselt das Impulsmuster zwischen zwei angeschalteten Leuchtdiodentrios und dem Anschalten von vier Leuchtdiodentrios ab, wobei ein Trio immer angeschaltet bleibt. Die Fig. 7f und 7g dienen zum Vergleich des erfindungsgemäßen Verfahrens mit den bekannten Praktiken. In Fig. 7f tritt eine einfache Umschaltung zwischen dem angeschalteten und dem ausgeschalteten Zustand auf. In Fig. 7g bleibt irgendeine Kombination von Leuchtdioden, die der Auslöser aktiviert, immer angeschaltet.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel kann eine Energieeinsparung dadurch erzielt werden, daß die den Leuchtdioden gelieferte Spannung auf den Pegel des Signals, das von der Detektorgruppe erzeugt wird, reguliert wird. Wie es oben beschrieben wurde, hängt der Signalpegel des Detektors vom Abstand ab, unter dem der Strichcode abgetastet wird. Bei größeren Abständen ist der Signalpegel niedriger. Auf ein derartiges Signal mit niedrigerem Pegel ansprechend wird die den Leuchtdioden gelieferte Spannung erhöht. Wenn der Signalpegel über einem vorbestimmten Grenzwert liegt, wird die den Leuchtdioden gelieferte Spannung kleiner werden, da weniger Licht benötigt wird, um ein akzeptables Signal zu liefern. Wenn beispielsweise der Strichcode in großer Nähe gelesen wird, werden die Leuchtdioden mit 25% des maximalen Stromverbrauchs versorgt, der bei dem Prototyp bei 5 mA liegt. Wenn der Strichcode in der Mitte der gesamten Feldtiefe gelesen wird, empfangen die Leuchtdioden 50% oder 10 mA. An den äußeren Grenzen der Feldtiefe liegt der Versorgungsstrom bei 20 mA. Der prozentuale Anteil der den Leuchtdioden gelieferten Energie kann mit der Farbe des Strichcodes variieren, je nach dem wie es erforderlich ist, um die optimale Lichtintensität zum Abtasten zu erzielen. Dieses Leistungsmanagement nutzt den Pegel des Videoausgangssignals aus, um den Strom an den Leuchtdioden über eine passende Taktfunktion zu befehlen und zu steuern.
Der Lichtweg des am vorderen Bereich des Abtaster auftretenden Lichtstrahls wird einen Lichtstrahl über eine Winkelstrecke über das Blickfeld quer über das Strichcodesymbol erzeugen, das sich in der Nähe der Bezugsebene befindet. Die Breite des lichtdurchlässigen Fensters 24 stellt einen Begrenzungsfaktor für die Breite des auftretenden Lichtstrahls dar. Aus diesem Grunde sind die Leuchtdioden so nahe wie möglich am Fenster 24 angebracht, um das Blickfeld und die Leistung des auftretenden Strahls zu optimieren. Trotz dieser Beschränkung ist im allgemeinen das Blickfeld des auftretenden Lichtstrahles von der Breite der PCB 2 oder des Gehäuses unabhängig. Das erlaubt es, daß das Blickfeld d. h. die Abmessung des Lichtstrahles in Querrichtung des auftretenden Lichtstrahls größer als die Breite des Fensters 24 ist. Das beruht auf der Tatsache, daß die Leuchtdioden den Lichtstrahl unter verschiedenen Richtungen von jeder Seite der Vorrichtung im Abtastkopf aussenden. Die Leuchtdioden sind so ausgerichtet, daß sie paarweise parallele Lichtstrahlen liefern. Beispielsweise ist ein erstes Paar von Leuchtdioden, d. h. die Leuchtdioden 4 und 7 unter einem Winkel von 7,5º auf der y Achse (eine Linie senkrecht zur Vorderseite der PCB 2) ausgerichtet, sind die Leuchtdioden 5 und 8 unter 15º ausgerichtet und sind die Leuchtdioden 6 und 7 unter 22,5º ausgerichtet, wie es in Fig. 9 dargestellt ist. Die Leuchtdioden auf dem anderen Schenkel der V Form sind in ähnlicher Weise aber in die entgegengesetzte Richtung ausgerichtet. Aus dieser Figur ist ersichtlich, daß der Lichtfächer, der sich aus dieser Ausrichtung ergibt, eine Intensitätsverteilung liefert, die im Nahbereich in der Mitte des Fächers höher ist, wenn dieser in einem Abstand von 7 Inch vom Abtaster bestimmt wird.
Die alternative Leuchtdiodenanordnung, die in Fig. 10 dargestellt ist, bringt die mittigsten Leuchtdioden unter einem Winkel von 3,75º gegenüber einer Linie senkrecht zur Vorderseite des Abtasters in Stellung, wobei die anderen Leuchtdioden in Schritten von 3,75º fortschreitend nach außen entlang der Schenkel der V Form ausgerichtet sind. Diese Leuchtdiodenkonfiguration führt zu einem etwas breiteren Bereich höherer Intensität verglichen mit dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel. Es sei darauf hingewiesen, daß die zylindrische Linse 38 in einem Abstand von den Leuchtdioden, der der Stelle entspricht, an der sich die Lichtstrahlen kreuzen, um für die höchste Intensität zu sorgen, beispielsweise an der Stelle 120 in Fig. 10 angeordnet sein sollte.
Eine dritte Anordnung der Leuchtdioden ist in Fig. 11 dargestellt, die eine Leuchtdiodenreihe unter verschiedenen Ausrichtungen zeigt. Diese Anordnung wurde oben beschrieben.
Andere elektrische Hilfsschaltungen einschließlich des Analogfilters 50 und des Analogdigitalwandlers 52 können auf der PCB 2 vorgesehen sein. Um das Gehäuse des Abtasters in der gewünschten Position zu konfigurieren, kann es jedoch notwendig sein, eine zweite Schaltungsplatte vorzusehen, die unter einem gewissen Winkel zur ersten Schaltungsplatte ausgerichtet ist und auf der die zusätzlichen Hilfsschaltungen einschließlich des Dekodiererchips und einer Speichereinrichtung angeordnet sein können. Es können beispielsweise zwei oder mehr Schaltungsplatten so konfiguriert sein, daß eine an der anderen unter annähernd rechten Winkeln anliegt, um eine L-förmige oder U-förmige Anordnung zu schaffen. Diese Anordnung erlaubt die Plazierung von einer der Schaltungsplatten im Lauf der Abtastkanone während die andere Platte teilweise im Handgriffteil verläuft.
Der Decodierermodul 26 kann sich entweder innen oder außen vom Abtastkopfgehäuse befinden und verarbeitet das digitalisierte Signal, das im Abtastkopf erzeugt wird, um die gewünschten Daten, beispielsweise eine mehrstellige Wiedergabe oder einen mehrstelligen Code zu berechnen, der das Strichcodesymbol wiedergibt und zwar nach dem Algorithmus, der im Softwareprogramm enthalten ist. Der Decodierermodul enthält einen Speicher mit direktem Zugriff RAM zur Zwischendatenspeicherung und einen EPROM oder PAL zum Halten des Steuerprogramms sowie einen Mikroprozessor, der den RAM und den EPROM oder den PAL steuert. Der Decodierermodul enthält gleichfalls eine Schaltung zum Steuern des Abtastkopfes und die Kommunikationsschaltung zur Kommunikation mit den verschiedenen Funktionen des Abtastkopfes oder mit einem Host, mit dem der Abtastkopf verbunden werden kann, beispielsweise einem in der Hand gehaltenen Bildschirm-PC-Gerät für ein Computernetz.
Ein Detektor 60 für einen niedrigen Batterieladezustand mit einer Anzeigeleuchtdiode 61 ist im Gehäuse enthalten, um eine unzureichende Energieversorgung für weitere Abtastungen anzuzeigen. Das liefert eine Wahrnung vorab, so daß der Benutzer dieses Problem kennt, bevor er eine Anzahl von Gegenständen abgetastet hat ohne zu realisieren, daß die Gegenstände nicht richtig registriert werden können, da die Energieversorgung nicht ausreicht.
Ein elektronischer Verschluß 116, der in Fig. 16 dargestellt ist, wird durch das Taktsignal vom Taktgeber 50 aktiviert, um periodisch die Integration der Ladung vom Lichteinfall auf den Detektor 20 zu verhindern. Dadurch werden "Schnappschüsse" des Strichcodebildes erzeugt, um die Vollständigkeit des Strichcodemustersignals zu bewahren, wenn sich der Abtastkopf oder der Strichcode gegeneinander bewegen.
Die Schaltung mit der oder ohne die Energieversorgung einer tragbaren Konfiguration des optischen Abtasters ist in einem Gehäuse 30 geschützt, das so geformt ist, daß es problemlos in die Hand des Benutzers paßt. Der Benutzer ergreift das Gehäuse 30 an dessen Handgriffteil 32, der in Fig. 4 und 5 dargestellt ist so, daß der Fensterteil 34 auf das zu lesende Strichcodesymbol gerichtet ist. Der Auslöser 36 ist in den Handgriff 32 eingebaut, um den Abtaster leicht mit einer Hand zu bedienen, wobei der Auslöser in einem kurzen Abstand von den Fingern des Benutzers angeordnet ist, so daß die Aktivierung nur eine Frage des Drückens des Auslösers ist. Ein Doppelauslöser, ein Mehrstellungsauslöser oder ein zusätzlicher Schalter ist dazu vorgesehen, zwischen einer eindimensionalen und einer zweidimensionalen Abtastung zu wählen, so daß nur soviel Energie wie notwendig verbraucht wird, um ein Signal mit hoher Qualität sicher zu stellen. Der Fensterteil kann irgendwo von 0 bis 22 inch über oder vor dem abzutastenden Strichcode angeordnet werden. Bei einem Abtastabstand von weniger als sieben inch ist es erwünscht, den Lichtfächer über dem Strichcode zu zentrieren, da verschiedene Intensitäten aufgrund der seriellen Begrenzung der Leuchtdioden einige Teile des Strichcodes heller als andere beleuchten können und eine höhere Lichtdichte in der Mitte des Fächers auftritt. Bei Abtastungen mit mehr als 22 inch können die Leuchtdioden durch eine Blitzlichtlampe ersetzt werden.
Der optische Abtastkopf der vorliegenden Erfindung liefert eine Vorrichtung, die eine kleine in sich geschlossene tragbare Vorrichtung, einen tragbaren Teil eines mehrteiligen Abtasters oder den optischen Teil einer eingebauten Abtasteinrichtung darstellt, zum Zweck der Abtastung von Strichcodes unter Verwendung der Leuchtdiodentechnologie und der Technologie von ladungsgekoppelten Einrichtungen, was die Vorrichtung wirtschaftlich macht. Der Abtastkopf ist in der Lage, Strichcodes bis zu einer Entfernung von 22 inch vom Detektor mit Leuchtdiodenbeleuchtung und noch mehr mit Blitzlichtlampe zu lesen, so daß er vielseitig entweder für eine tragbare oder für eine feste Ausführung geeignet ist. Die variabel gepulste Aktivierung der Leuchtdioden und der CCD Gruppe oder das allmähliche Aufleuchten der Leuchtdioden macht die Vorrichtung fähig, mit einer niedrigen Energieversorgung und einer minimalen Leistungsaufnahme während der Beleuchtung zu arbeiten, was ein wichtiger Faktor bei tragbaren Abtastern ist. Das Linsensystem und der Lichtfächer, der von der Leuchtdiodengruppe erzeugt wird, erlauben das Lesen von Strichcodedichten und -breiten in einem weiten Bereich. Bei der Benutzung beim Verkauf oder bei industriellen Anwendungen, bei denen der Abtaster festliegt und das mit dem Strichcode bedruckte Objekt daran vorbei bewegt wird, kann eine Anzahl von optischen Abtastköpfen der vorliegenden Erfindung in Kombination verwandt und unter verschiedenen Winkeln angeordnet sein, so daß unabhängig von der Ausrichtung oder der Position des Strichcodes dieser gelesen werden kann. Beispielsweise kann ein Kreuz- oder Sternmuster dadurch gebildet werden, daß zwei oder vier Abtastköpfe jeweils kombiniert werden. Das Signal, das von jedem einzelnen Abtastkopf erzeugt wird, wird mit den Signalen von den anderen Abtastköpfen verglichen und das Signal mit dem geringsten Fehler wird benutzt. Die Signale von jedem Abtastkopf können auch für eine Doppelprüfung der Signale verwandt werden, die von den anderen Abtastköpfen kommen.
Eine weitere Kombination, in die der optische Abtastkopf der vorliegenden Erfindung eingeschlossen werden kann, ist ein "berührungsloser" Strichcode- "Tunnel", der daraus besteht, daß auf jeder Seite eines rechtwinkligen Durchgangstunnels ein oder mehrere Abtastköpfe vorgesehen werden, die in jede Wand des Tunnels d. h. in den Oberteil und in die beiden Seiten eingebaut sind. Der Tunnel kann, muß aber nicht notwendiger Weise in einem Förderbandsystem enthalten sein, das beim Verkauf oder bei industriellen Anwendungen verwandt wird. Das Ergebnis ist, daß unabhängig von der Position oder der Seite des Gegenstandes, auf die der Strichcode gedruckt ist, wenigstens einer der optischen Abtaster in der Lage ist, den Strichcode zu lesen und zwar entweder ein- oder zweidimensional automatisch, und die decodierten Daten auf den Computer oder die Registerkasse zu übertragen. Dieses Verfahren vereinfacht die Handhabung und reduziert die "Ausgabe" -Zeit der Gegenstände. Diese Fähigkeit ist in der Situation der Warenausgabe eines Handelsgeschäftes außerordentlich vorteilhaft.
Die obige Beschreibung und Zeichnungen sind daher nur als Beispiele gedacht und der Umfang der Erfindung ist ausschließlich durch die zugehörigen Ansprüche begrenzt.

Claims

1. Optischer Abtaster zum Abtasten eines Strichcodesymbols in einem variablen kontaktfreien Abstand von dem optischen Abtaster, welcher optischer Abtaster eine erste Breite hat und wenigstens eine gedruckte Schaltungsplatte (2) mit einer Vorderseite, einer Mitte, eine Rückseite und einer in Längsrichtung verlaufenden Mittellinie umfaßt, die die wenigstens eine gedruckte Schaltungsplatte (2) in eine erste Seite und in eine zweite Seite unterteilt, wobei die Vorderseite eine zweite Breite hat, die kleiner als die erste Breite ist, mit einer Vielzahl von Leuchtdioden (4-15), die an der Vorderseite der wenigstens einen gedruckten Schaltungsplatte (2) angeordnet sind, um einen auftreffenden Lichtstrahl (104-115) zum Beleuchten des Strichcodesymbols auszugeben, mit einer optischen Anordnung (18), die in der Mitte der wenigstens einen gedruckten Schaltungsplatte (2) angeordnet ist, um das vom Strichcodesymbol reflektierte Licht zu fokussieren, mit einer Detektoreinrichtung (20), die an der Rückseite der wenigstens einen gedruckten Schaltungsplatte (2) angeordnet ist, um das von der optischen Anordnung (18) fokussierte Licht zu erfassen und daraus ein elektrisches Signal zu erzeugen, das das Strichcodesymbol wiedergibt, mit einer Signalverarbeitungseinrichtung (22) mit elektrischer Verbindung zur Detektoreinrichtung (20), um das elektrische Signal in ein Ausgangssignal umzuwandeln, das Daten umfaßt, die das Strichcodesymbol beschreiben, und mit einer Spannungsquelle (46), die eine Spannung für die Vielzahl von Leuchtdioden (4-15), die Detektoreinrichtung (20) und die Signalverarbeitungseinrichtung (22) liefert, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Teil (4; 5; 6; 7; 8; 9) der Vielzahl von Leuchtdioden (4-15) auf der ersten Seite und ein zweiter Teil (10; 11; 12; 13; 14; 15) der Vielzahl von Leuchtdioden (4-15) auf der zweiten Seite angeordnet sind, wobei der erste Teil (4; 5; 6; 7; 8; 9) und der zweite Teil (10; 11; 12; 13; 14; 15) der Leuchtdioden jeweils so ausgerichtet sind, daß sie Licht unter einem Winkel ungleich Null bezüglich der in Längsrichtung verlaufenden Mittellinie aussenden und einen divergierenden auftreffenden Lichtstrahl erzeugen, dessen Breite mit zunehmenden Abstand zwischen dem optischen Abtaster und dem Strichcode zunimmt.

2. Optischer Abtaster nach Anspruch 1, bei dem jede Leuchtdiode der Vielzahl von Leuchtdioden (4-15) Licht mit einer Wellenlänge von 660 nm aussendet.

3. Optischer Abtaster nach Anspruch 1, welcher weiterhin ein lichtdurchlässiges Fenster (24) umfaßt, das neben der Vorderseite der wenigstens einen gedruckten Schaltungsplatte (2) vor der Vielzahl der Leuchtdioden (4-15) angeordnet ist.

4. Optischer Abtaster nach Anspruch 3, bei dem das lichtdurchlässige Fenster (24) eine zylindrische Linse (38) zum Fokussieren des auftreffenden Lichtstrahls zu einer Lichtlinie am Strichcodesymbol aufweist.

5. Optischer Abtaster nach Anspruch 1, bei dem die Detektoreinrichtung (20) eine Reihe von ladungsgekoppelten Einrichtungen umfaßt.

6. Optischer Abtaster nach Anspruch 1, bei dem die optische Anordnung (18) eine Kombination von Linsen (32; 36; 40) und Filtern (28; 34; 42) umfaßt.

7. Optischer Abtaster nach Anspruch 1, welcher weiterhin eine Dunkelkammer (16) zum Blockieren des Streulichtes von der optischen Anordnung (18) umfaßt.

8. Optischer Abtaster nach Anspruch 1, welcher weiterhin ein Gehäuse (30) zum Halten der Bauteile des optischen Abtasters aufweist, wobei das Gehäuse (30) so ausgebildet ist, daß es in der Hand eines Benutzers gehalten werden kann, welches Gehäuse (30) eine Öffnung neben dem vorderen Ende der wenigstens einen gedruckten Schaltungsplatte (2) aufweist, wobei der auftreffende Lichtstrahl (104-115) zum Beleuchten des Strichcodesymbols aus dem Gehäuse (30) durch die Öffnung austritt.

9. Optischer Abtaster nach Anspruch 1, welcher weiterhin einen Auslöser (36) zum Aktivieren und Deaktivieren des optischen Abtasters umfaßt.

10. Optischer Abtaster nach Anspruch 1, bei dem die Signalverarbeitungseinrichtung (22) eine Takteinrichtung (50) zur zeitlichen Steuerung der Abtastung durch die Detektoreinrichtung (20) und der Übertragung eines elektrischen Signals von der Detektoreinrichtung (20) zur Signalverarbeitungseinrichtung (22) aufweist.

11. Optischer Abtaster nach Anspruch 1, wobei der optische Abtaster in einem Abstand vom Strichcodesymbol gehalten ist und eine Strahlbreite aufweist, die wenigstens so groß wie die erste Breite an einer Stelle ist, an der der divergierende auftreffende Strahl das Strichcodesymbol kontaktiert.

12. Optischer Abtaster nach Anspruch 3, bei dem das lichtdurchlässige Fenster (24) eine Einrichtung zum Homogenisieren des divergierenden auftreffenden Strahls aufweist.

13. Optischer Abtaster nach Anspruch 1, welcher weiterhin eine Anzeigeleuchte umfaßt, die am Gehäuse angeordnet ist, um eine Sichtanzeige einer erfolgreichen Decodierung durch den optischen Abtaster zu liefern.

14. Optischer Abtaster nach Anspruch 1, bei dem die Vielzahl von Leuchdioden (4-15) auf der ersten Seite und der zweiten Seite V-förmig angeordnet ist, derart, daß eine erste Hälfte des auftreffenden Strahls (104-115), die vom ersten Teil der Leuchtdioden (4; 5; 6; 7; 8; 9) ausgesandt wird, eine zweite Hälfte des auftreffenden Strahls (104-115) schneidet, die vom zweiten Teil der Leuchtdioden (10; 11; 12; 13; 14; 15) ausgesandt wird.

15. Optischer Abtaster nach Anspruch 1, bei dem die Vielzahl von Leuchtdioden (4 bis 15) in einer Linie unter variierenden Ausrichtungen angeordnet ist, welche variierenden Ausrichtungen eine Ausbildung zum Divergieren des auftreffenden Lichtstrahles darstellen.