HU191573B

HU191573B - Bar code reader

Info

Publication number: HU191573B
Application number: HU408384A
Authority: HU
Inventors: Dezsoe Benesoczky; Miklos Serenyi
Original assignee: Mta Mueszaki Fiz Kutato Inteze
Priority date: 1984-11-05
Filing date: 1984-11-05
Publication date: 1987-03-30
Also published as: HUT38457A

Abstract

A találmány tárgya egy optikai úton működő vonalkód olvasó berendezés, amelynek a vonalkódot érzékelő reflexiós optikai csatoló szerve legalább egy fénykibocsátó félvezető diódát (5) és a vonalkódról visszavert jelet érzékelő félvezető detektort (8) tartalmaz. A félvezető detektorhoz (8) jelformáié áramkör csatlakozik. A berendezés lényeges új megoldása abban van, hogy a fénykibocsátó félvezető dióda (k) (5) a vonalkódot közvetlenül megvilágító módon vannak elhelyezve. A vonalkódról visszavert fényt fényvezető optikai szál (3) juttatja a félvezető detektorhoz (8). A jelformáló áramkör a félvezető detektorhoz (8) áram -feszültség átalakítón keresztül csatlakozó aktív sávszűrőt tartalmaz. 1 Öbrn -1-The present invention relates to an optically operating barcode reader having a barcode detecting optical coupling body comprising at least one light-emitting semiconductor diode (5) and a semiconductor detector (8) detecting a signal reflected from the barcode. A signal circuit is connected to the semiconductor detector (8). An important new feature of the apparatus is that the light-emitting semiconductor diode (s) (5) are positioned directly in the bar code. The light reflected from the bar code is transmitted by a light-guide optical fiber (3) to the semiconductor detector (8). The signal shaping circuit comprises an active band filter connected to the semiconductor detector (8) via a current voltage converter. 1 Öbrn -1-

Description

Λ találmány tárgya vonalkód olvasó berendezés.The present invention relates to a barcode reader.

A számítógépek kereskedelmi forgalomban való alkalmazása szükségessé tette nagysebességű és megbízhatóságú, billentyűzet nélküli adatbeviteli eljárások és eszközök kidolgozását. Az árucikkekre ragasztható, géppel olvasható azonosító cédulák két fajtája ismeretes: a mágnesszalag és a vonalkód (bar code).The commercialization of computers necessitated the development of high-speed and reliable keyboard-free data entry methods and tools. There are two types of machine-readable identification tags that can be affixed to articles: the magnetic tape and the bar code.

Napjainkban a vonalkód terjedt el, hiszen nyomdai úton előállítható. A vonalkód olyan optikai kód, mely az alapszinttől különböző színű vonalak (általában fehér alapon fekete) egymástól való távolságával és a vonalak szélességével kódolja az információt. A kód leolvasása reflexiós módszerrel történik. Az erre alkalmas eszközt, a vonalkód olvasó berendezést közelítőleg egyenletes sebességgel mozgatják a vonalkód fölött. A kódot a berendezésben elhelyezkedő fényforrás (általában LED) világítja meg és egy megfelelő optikai rendszer a reflektált fényt fényérzékeny detektorra vetíti, melyet elektronikus erősítő és jelfonnáló áramkörök TTL vagy CMOS szintű feszültség impulzusokká alakítják. A digitális jelet számítógéppel feldolgozva visszaállítható a kódolt információ.Nowadays barcode is widely used because it can be printed. Barcode is an optical code that encodes information by the distance between lines of a color other than the baseline (usually black on a white background) and the width of the lines. The code is read by a reflection method. A suitable device, the barcode reader, is moved at approximately uniform speed over the barcode. The code is illuminated by a light source (usually an LED) located inside the unit and a suitable optical system projects the reflected light onto a photosensitive detector, which is transformed by electronic amplifier and signal processing circuits into TTL or CMOS voltage pulses. The digital signal is processed by a computer to recover the encrypted information.

Ismeretes olyan vonalkód olvasó berendezés, melybe egy speciális reflexiós érzékelő elemet helyeztek. Ez az érzékelő egy tokban tartalmaz egy fényemittáló (LED) és egy fényt detektáló chi|Kt. Az cmittált fényt egy kettős optikai tengelyű, azonos fókuszéi, speciális optikai elem egyik fele képzi le a vizsgált felületre, a visszavert fényt ugyanezen optikai elem má^;sík részéhez csatlakozó detektor érzékeli. A fototranzisztort és a LED-et 0,05 mm-nél nagyobb pozicionálást pontossággal kell felforrasztani. A speciális optikai elem és a nagy pontosságú szerelési igény meglehetősen drágává teszi az eszközt, mely 0,2 mm széles vonalakat tud megkülönböztetni. Az olvasó áramköre egy áram-feszültség konverterből, egy jelfeldolgozó egységből és digitális kimeneti puffer áramkörből áll. A feldolgozó egység csúcsdetektáláson alapuló Schmitt-triggeres áramkör (I IP - Journal, Jan. 1981.).It is known to have a barcode reader having a special reflection sensor element inserted therein. This sensor contains a light emitter (LED) and a light detecting chi | K in a case. The scattered light is mapped to the surface under examination by one half of a special optical element with the same focus and a dual optical axis, and the reflected light reflected by the same optical element ^; detected by a detector connected to its flat part. Solder the phototransistor and the LED with positioning greater than 0.05 mm for accuracy. The special optical element and the high precision mounting requirement make the device quite expensive, which can distinguish 0.2 mm wide lines. The reading circuit consists of a current-to-voltage converter, a signal processing unit and a digital output buffer circuit. The processing unit is a Schmitt trigger circuit based on vertex detection (I IP - Journal, Jan. 1981).

A fényvezető üvegszálak megjelenésével egy időben felismerték, hogy a vonalkód olvasó bonyolult optikai rendszere üvegszál alkalmazásával egyszerűsíthető. Az üvegszálból csak a szál törésmutatójára jellemző szögtartományban léphet ki fény, illetve ennek a fordítottja is igaz, a fényvezetőbe csak meghatározott szögtartományból csatolódik be fény. Ez a paraméter a fényvezető numerikus apertúrája; minél nagyobb a be- ill. kilépés térszöge, annál nagyobb a numerikus apertúra. Ha tehát a vonalkódtól adott távolságra megfelelő numerikus apertúrájú szálat helyezünk, elérhető, hogy csak világos, ill. csak sötét területekről csatolódjon be a fény a szálba és ezen keresztül a reflektált fény intenzitásával arányos elektromos jelet adó detektorba. Ilyen elven működő eszközt ismertetnek a 1774426 számú NSZK-beli közrebocsátási leírásban,With the advent of fiber-optic glass fibers, it has been recognized that the complex optical system of barcode scanners can be simplified by the use of glass fiber. Fiberglass may only emit light within the angular range of its refractive index, or vice versa; This parameter is the numerical aperture of the light guide; the higher the in / out. exit angle, the greater the numerical aperture. Thus, if we place the appropriate numeric aperture fiber at a given distance from the barcode, then it is possible to obtain only a clear or an aperture. only from dark areas should light be incorporated into the fiber and through this to an electrical signal detector proportional to the intensity of the reflected light. A device operating on this principle is disclosed in German Patent Publication No. 1774426,

Az említett üvegszálas eszközök a gyakorlatban nem terjedtek el. Ennek oka a következő: mivel a ma használatos vonalkódok 0,2 mm és ennél szélesebb fekete-fehér vonalak kombinációjából állnak, ezért az üvegszálba csak kb. 0,2 mm átmérőjű tartomány2 ból juthat fény a detektorba. Mivel praktikusan a megvilágító fénytelcjsílinény nem növelhető tetszőlegesen, a kis területről reflektálódó fény a detektorban csak olyan kis jelet kelt, ami egyszerű jelfeldolgozó elektronika számára kiértékeihetetlen. Nagyobb numerikus apertúrájú szál alkalmazása növeli a detektorra jutó fényintenzitást, azonban ezzel az eszköz felbontóképessége romlik.These fiberglass devices are not widespread in practice. The reason for this is that since today's barcodes consist of a combination of 0.2mm and wider black-and-white lines, only about half the amount of fiber in the glass fiber is used. A range of 0.2 mm in diameter2 provides light to the detector. Since, practically, the illuminating beam path cannot be magnified arbitrarily, the light reflected from a small area in the detector produces only a small signal that is incalculable for simple signal processing electronics. The use of a fiber with a larger numerical aperture increases the light intensity per detector, but decreases the resolution of the device.

A találmány szerinti megoldással a gyakorlatban jól alkalmazható száloptikás vonalkód olvasó berendezés készíthető. Felismertük, hogy az optikai szálhoz csatolt detektor jele frekvenciafüggő erősítőhöz csatolva alkalmassá tehető egyszerű felépítésű és jó felbontóképességű vonalkód olvasó készítésére.The present invention provides a practical fiber optic barcode reader. It has now been discovered that a detector signal coupled to an optical fiber, coupled to a frequency-dependent amplifier, can be adapted to produce a barcode scanner of simple design and high resolution.

A találmány tehát vonalkód olvasó berendezés, amelynek a vonalkódot érzékelő csatoló szerve legalább egy fénykibocsátó félvezető diódát és a vonalkódról visszavert fényt érzékelő félvezető detektort tartalmaz. A detektorhoz jelformáló áramkör van csatlakoztatva. A fénykibocsátó félvezető diódá(k) a vonalkódot közvetlenül megvilágító módon van(nak) elhelyezve, a vonalkódról visszavert fény fényvezető optikai szál útján van a félvezető fotódé te ktorhoz csatlakoztatva és a jelformáló áramkör a félvezető detektorhoz áram-feszültség átalakítón keresztül csatlakoztatott aktív sávszűrőt tartalmaz.Accordingly, the present invention is a barcode reading device having a barcode sensing coupling member comprising at least one light emitting semiconductor diode and a semiconductor detector detecting reflected light from the barcode. A signal forming circuit is connected to the detector. The light-emitting semiconductor diode (s) is (are) directly illuminated with the barcode, the light reflected from the barcode is connected to the semiconductor photoconductor via a fiber optic fiber, and the signal-forming circuit is connected to the semiconductor detector via a voltage converter.

A találmány szerinti vonalkód olvasó berendezés előnye az, hogy az olcsón előállítható fényvezető szálas optikai csatoló felbontóképességének korlátozott voltát egyszerű elektronikával kompenzálja.An advantage of the barcode reader of the present invention is that it compensates for the limited resolution of the low-cost optical fiber optical coupler by simple electronics.

A találmányt a továbbiakban a rajzokon látható kiviteli alakok alapján ismertetjük, ahol azThe invention will now be described with reference to the embodiments shown in the drawings, wherein:

1. ábra a találmány szerinti berendezés reflexiós optikai csatolószervének metszeti rajza, aFigure 1 is a sectional view of a reflection optical coupling of the apparatus of the invention, a

2. ábra a találmány szerinti berendezés villamos tömbvázlata, aFig. 2 is an electrical block diagram of the apparatus according to the invention, a

3. ábra a találmány szerinti berendezés működését szemléltető jelalak ábrákat mutatja be, és aFig. 3 is a diagram showing the operation of the apparatus according to the invention, and a

4. ábra a találmány szerinti berendezés aktív sávszűrőjének karakterisztikája.Figure 4 is a characteristic of an active bandpass filter of the apparatus of the invention.

A vonalkód olvasó ceruza fényadó és érzékelő részének keresztmetszeti rajza az. 1. ábrán látható. Egy TO 18 típusú 6 állványra egy vagy két közeit infravörös vagy vörös fényt adó 5 világító diódát szerelünk. Az 5 világító dióda áramellátását a 7 kivezetéseken keresztül biztosítjuk. A 6 állványt kis átmérőjű vékony üvegből 1 ablakot tartalmazó 2 sapkával zárjuk le. A hengeres TO 18 6 állvány tengelyébe egy olyan furatot készítünk, melybe a megfelelő numerikus apertúrájú 3 üvegszál belehelyezhető. A detektorrészben külön 9 állványra szerelt 8 félvezető detektort (fototranzisztort vagy fotodarlingtont) alkalmazunk, melyhez a jobb optikai csatolás érdekében törésmutató illesztő epoxi-gyanta segítségével néhány etn hosszú 3 üvegszálat (optikai szálat) csatlakoztatunk. Az így elkészített ún. pigtail-lel ellátott detektor 3 üvegszálat az 5 világító diódát (fénykibocsátó diódát) tartalmazó 6 állvány furatába helyezzük oly mő-23The barcode reader pencil is a cross-sectional drawing of the light-emitting and sensor portions. Figure 1 shows. On a TO 18 type rack 6, one or two mid-infrared or red light emitting diodes 5 are mounted. Power is provided to the LED 5 through the terminals 7. The rack 6 is closed with a small cap 2 of small diameter glass with a window 1. A hole is made in the axis of the cylindrical TO 18 6 rack into which 3 glass fibers with the appropriate numerical aperture can be inserted. In the detector part, a separate 8 rack mounted semiconductor detector (phototransistor or photodarlington) is used, to which some ethnically long glass fibers (optical fibers) are connected with a refractive index epoxy resin for better optical coupling. The so-called so-called. a detector with a pigtail is inserted into a bore 6 of a stand 6 containing a light-emitting diode 5 (light-emitting diode)

191 573 dón, hegy 3 üvegszál az 1 ablaknak ütközzék, majd ebben a helyzetben 4 ragasztóval rögzítjük. A fényadó és érzékelő részt egy megfelelő mintázatú és alakú NYÁK lemezre forrasztjuk.191,573 dons, tip 3 glass strands hit the window 1 and then secure with 4 glue in this position. The light-emitting and sensor portions are soldered onto a PCB of properly shaped and shaped.

A 2. ábra a vonalkód olvasó elektronikájának blokkvázlatát mutatja be. A 11 fototranzisztor kb. 100 nApp áramát műveleti erősítővel felépített 12 árani-feszultség átalakító alakítja kb. 500 mVp_p-os feszültség jellé. Ez a jel az AC csatolt 13 aktív sávszűrőre kerül. A 4. ábrán látható a 3 aktív sávszűrő karakterisztikája, melynek differenciáló jellegű ágán a 3 aktív sávszűrő a magasabb frekvenciás összetevőket jobban erősíti, mint az alacsony frekvenciájúakat. Ezzel kompenzáljuk a vékonyabb vonalak által keltett kisebb jelszintet. A karakterisztika levágó (integráló) oldala sávhatárolást végez, ezáltal növeli a rendszer zajvédettségét. A 13 aktív sávszűrő kimenőjele 14 Schmitt-triggerre kerül, mely jelformálást végez. A 14 Schmitt-trigger jele a 15 TTL/CMOS puffer áramkörre kerül, mely biztosítja a kimenő jelvezeték megfelelő teljesítmény- és feszültségszintű meghajtását.Figure 2 is a block diagram of the barcode reader electronics. The phototransistor 11 is approx. The current of 100 nApp is transformed by a 12-voltage converter built with an operational amplifier for approx. 500 mVp _p voltage signal. This signal is applied to the active bandpass filter 13 attached to the AC. Figure 4 shows the characteristics of the active bandpass filter 3, in the differential branch of which the active bandpass filter 3 amplifies the higher frequency components better than the low frequency ones. This compensates for the lower signal level produced by thinner lines. The trimming (integrating) side of the characteristic performs band delimitation, thereby increasing the system's noise protection. The output signal of the active bandpass filter 13 is applied to a Schmitt trigger 14 which performs signal shaping. The signal from the Schmitt trigger 14 is applied to the TTL / CMOS buffer circuit 15, which provides the power to the output signal line at the appropriate power and voltage level.

A 3. ábra rajzai a vonalkód olvasó ceruza elektronikájának egyes funkcionális blokkjaira jellemző kimenő jeleit mutatja meghatározott vonalkód elrendezés esetén, egyenletes mozgatási sebességet feltételezve.The drawings in Figure 3 show the output signals typical of each functional block of the barcode reader pencil for a given barcode arrangement, assuming a uniform rate of movement.

— 3.a a vonalkód fekete-fehér sávjait mutatja — 3.b a 8 felvezető detektor által szolgáltatott áram időfüggvénye: a keskeny vonalaknál kis áramváltozás figyelhető meg a 3 üvegszál viszonylag nagy látótere miatt — 3.c a 13 aktív szűrő kiemeli a magasabb frekvenciál’s összetevőket — 3.d a 14 Schmitt-trigger négyszög jellé alakítja a 13 aktív szűrő kimenőjelét.- 3.a shows black and white bands of barcode - 3.ba time function of current supplied by 8 leading detectors: small current changes due to relatively large field of view of 3 glass fibers - 3.ca 13 active filters highlight higher frequency components - 3 .da 14 The Schmitt trigger converts the output signal of the active filter 13 into a square signal.

Claims

]. A barcode reading device having a barcode-sensing reflective optical coupling means comprising at least one light emitting diode and a semiconductor detector detecting a reflected signal from the barcode, and a signal forming circuit connected to the semiconductor detector, characterized in that the light emitting diode (k) the barcode is directly illuminated by nteg10, the light reflected from the barcode is connected to the semiconductor detector (8) by a fiber optic fiber (3) and the signal forming circuit is connected to the semiconductor detector (8) via an active bandpass filter (12); 13) Contains.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the optical coupling means has a light-transmitting window (1) for the light-emitting diode (s) and one end of the optical fiber (3) is located on the inner surface of the window (1).

Apparatus according to claim 1, characterized in that the optical coupling body has a transparent plastic body which guides the light to the light emitting diode (s) (5) on the bar code and encapsulates one end of the optical fiber (3).

₃ θ

Apparatus according to claim 2 or 3, characterized in that said end of the optical fiber (3) is curved.

5. A device according to any one of claims 1 to ₃ , characterized in that a Schmitt trigger (14) is connected to the output of the bandpass filter (13).