TW201510873A - 標示讀取裝置中的序列照明 - Google Patents

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Aldric Molina
Nicola Duca
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Sicpa Holding Sa
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Abstract

讀取器可操作以讀取基材上之標示，讀取器包含電源、光源、光感測器及控制單元，電源可操作以提供可變驅動電流或電壓，光源可操作以利用不同波長光譜的照明光脈衝序列照明標示，照明光脈衝強度係根據所提供之驅動電流或電壓而變化，光感測器可操作以測量從標示接收之光強度，並提供相應的光強度訊號，控制單元可操作以控制電源與光感測器，以根據開關模式與時序來控制照明光脈衝之時序，以取得光強度訊號，而同步取得光強度訊號與照明光脈衝序列，控制單元進一步可操作以調整開關模式之工作週期，以便維持與每一照明光脈衝相關聯之熱產生低於給定閥值。

Description

標示讀取裝置中的序列照明
本發明係關於讀取器，讀取器可操作以讀取標示，如讀取器與掃描器，係用於讀取安全標示或附接於某種基材上之一維或二維條碼。本發明亦關於操作這種裝置之方法，以及相應之電腦程式及電腦程式產品。
在今天，將標示(例如一維或二維條碼)應用至物件上(如消費產品、食物、飲料包裝、罐與瓶、香煙包裝與其他煙草產品、文件、證件、鈔票及類似物)係為常見的。然後，標示可在一區域中(即在市場上)、在生產或包裝線上、在零售商處、在運輸期間中及類似者中用於追踪、識別或驗證物件之目的。
一旦將標示應用至物件，經編碼之資訊可稍後由標示(條碼)讀取裝置進行擷取。這種裝置通常先獲得影像資料，影像資料係使用如數位相機所取得。其他取得支援可藉由照明裝置，如LED、雷射及其他光源之方式提供。然後，讀取裝置可以如微處理器(CPU)和相關聯記憶體之形式採用 處理資源，以處理所獲得之影像資料。通常，這種處理係涉及解析(識別)影像資料中之條碼，並解碼負載資料。經解碼之資料可進一步處理、顯示或傳輸至其他實體。
標示係以各種方式出現，其中二個例子圖示於第1A及1B圖：第1A圖中之常見一維條碼10'通常包含元素佈置，例如，黑線與白線1'、2'。資訊係藉由將預定義之黑線與白線1'、2'之群組以不同厚度與距離連續排列來編碼。這些群組通常藉由某種工業標準相關聯至特定字符或意義。
第1B圖展示常見二維條碼10"，常見二維條碼10"通常係藉由佈置第一類型元素1"與第二類型元素2"(如矩形、點、三角形等)沿二個維度以某種有序網格來編碼資訊。第1B圖之實例係根據GS1(商標)DataMatrix ECC 200標準(GS1係為提供二維條碼標準的國際協會)之實施。舉例而言，此標準係採用所謂的「L探測型式」4(亦稱為L形實線、L-線、實線等)與所謂的「時鐘軌」3(亦稱為時鐘線、L形時鐘線等)，並環繞於資料5，資料5載有條碼之實際負載資料。
一維與二維條碼的二種情況下，係使用至少二個可區分之類型元素。舉例而言，作為第一類型元素之白印方格可表示資訊0，而作為第二類型元素之黑印方格表示資訊1。然而，不論如何，由黑與白之線或點(元素)之方式的實現僅表示為實例。
特定言之，條碼亦可很好地藉由使用顏色及/或螢光染料或墨水、在熱敏紙上之熱印刷、機械手段(如銑切、浮 凸壓印、研磨)或物理/化學手段(如雷射蝕刻、酸蝕刻等)而實施。舉例而言，只要元素可在已從正常應用至某種類型的物件(商品)之二維條碼獲得之影像資料中區分至各自之類型中，任何類型之實施係為可能的。舉例而言，數位相機可獲得印在紙張文件或雷射蝕刻在金屬罐上之條碼之數位影像資料。
因此，發光材料通常用於安全標示以設置在文件或物品(物件)上，或在文件或物品之散裝物料中，以作為真實性特徵。發光材料通常將給定波長之激發輻射的能量轉換為具有另一波長之發射光。用於標示認證之光發射可位於從紫外(UV)光(400nm以下)、可見光(400-700nm)或近於中紅外光(NIR、MIR、IR)(700-2500nm)之光譜範圍。在此情況下，所謂的「上轉換」材料以比激發輻射更短之波長來發射輻射。對之，「下轉換」材料以比激發輻射更長之波長來發射輻射。大多數發光材料可由一個以上之波長激發，而一些發光材料可同時發射一個以上之波長。
發光可區分為所謂的「磷光」與所謂的「螢光」，所謂的「磷光」係關於激發輻射移除後可觀察之時間延遲輻射發射(通常衰減壽命從約1μs至約100s)，所謂的「螢光」係關於激發時之提示輻射發射(通常衰減壽命低於1μs)。
因此，在激發波長範圍內之激發光照明時，用於標示之發光材料通常發射在發射波長範圍內之照明光，發射波長範圍可不同或重疊於激發波長範圍(取決於使用材料)。舉例而言，發光材料之特殊光譜特性(如隨時間之發射光強 度分佈，或激發已停止後之特殊衰減時間)可採用為此材料之簽章，並因此可進一步作為用於偵測真實或偽造(真實性)之安全特徵。
因此，發光材料可為安全油墨或塗料之成分。舉例而言，以下專利揭示發光物質(可包括具有不同衰減時間特性之顏料混合物)與包括此物質之防偽紙：EP 0 066 854 B1、US 4,451,530，US 4,452,843、US 4,451,521。用於偵測標示項目之發光與真實性之處理及設備亦是眾所皆知：可見如US 4,598,205或US 4,533,244(揭示光發射之感應衰變行為)。發光編碼符號係從US 3,473,027得知，而用於發光碼之光學讀取器在US 3,663,813中揭示。專利US 6,996,252 B2、US 7,213,757 B2及US 7,427,030 B2揭示使用具有不同衰減時間特性之二個發光材料，以用於驗證項目。
多種可能的實施亦導致標示廣泛不同的光學特性。舉例而言，條碼可使用特殊墨水列印，如發射不同波長的光(相較於用於照明之波長)及/或具有延遲之螢光或磷光墨水。這些特定墨水之特定特徵可用於驗證標示。
然而，想要能夠偵測標示之特定特徵亦需要適當照明，因而使合適的照明波長可用於一些標示進行回應。通常，採用高強度寬頻光源，以確保在考量中之所有波長中提供足夠強度。這樣的特權造成對用於照明標示之相應的光源之高要求，其中給定光源之發射功率特徵係利用至某種最大程度。
然而，這樣的操作可能導致增加或甚至不容許產生之熱量，而使冷卻光源之附加手段可能變得必要。此外，光 源操作接近或甚至超過最大功率會大大減少相關部件的壽命。一旦光源變得太熱或甚至惡化，由於適當的照明不再可能，則相應的讀取裝置亦將失效。
在同一時間，現今通常使用之手持式或甚至無線讀取裝置僅配備有限容量(電池)之電源。以此方式，亦可在光源之過度功率消耗使得在電池必須更換或充電期間裝置無法使用，而導致裝置停止時間增加，觀察到短期效果。此外，由於增加裝置之重量、尺寸與再一次功耗，在手持裝置中用於冷卻光源的任何附加措施顯然不理想。
用於這種讀取器之習知光源包括白熾燈(通常波長在約400nm與約2500nm之間)、閃光燈(如氙氣高壓閃光燈)、雷射或發光二極體(LED，發射紫外光、可見光或紅外光區域，通常波長為從約250nm至約1微米)。習知光源係經由驅動電流(例如發光二極體)，或經由驅動電壓(例如放電燈)供電。作為實例，具有多LED模組之複合光源(配備準直與混合結構)係揭示於美國專利申請案US 2009/0316393 A1中(亦見於美國專利US 7125143 B2與歐洲專利EP 1 815 534 B1)。
換言之，光源應傳遞照明至標示，而使得發射光強度足以測量操作。由於照明光僅一部分對應於實際上用於激發之子頻寬之情況，光源可能會出現散熱問題。此舉可能需要控制光源中之熱，以避免破壞來源及/或減少生命週期。舉例而言，這樣的技術包括LED本身之特定設計及/或適於基材上之排列，以及冷卻系統。
因此，需要一種改進標示讀取器裝置，以避免光源的過熱，最大化光源與標示裝置整體之壽命，並降低整體尺寸、重量及功耗。
上述問題係藉由本發明獨立請求項之標的而解決。較佳實施例係描述於附屬請求項。
根據本發明的一個實施例，提供一種可操作以讀取基材上標示之讀取器，讀取器包含電源、光源、光感測器及控制單元，電源可操作以提供可變驅動電流或電壓，光源可操作以利用不同波長光譜的照明光脈衝序列照明標示，照明光脈衝強度係根據所提供之驅動電流或電壓而變化，光感測器可操作以測量從標示接收之光強度，並提供相應的光強度訊號，控制單元可操作以控制電源與光感測器，根據開關模式與時序來控制照明光脈衝之時序，以取得光強度訊號，而同步取得光強度訊號與照明光脈衝序列，控制單元進一步可操作以調整開關模式之工作週期，以便維持與每一照明光脈衝相關聯之熱產生低於給定閥值。
根據本發明的另一實施例，一種操作讀取器之方法，讀取器可操作以讀取基材上標示，該讀取器包含電源、光源及光感測器，電源可操作以提供可變驅動電流或電壓，光源可操作以利用不同波長光譜的照明光脈衝序列照明標示，光感測器可操作以測量從標示接收之光強度，並提供相應的光強度訊號，該方法包括以下步驟：根據開關模式與時序來控制照明光脈衝之時序，以取得光強度訊號，而同步取 得光強度訊號與照明光脈衝序列，並調整開關模式之工作週期，以便維持與每一照明光脈衝相關聯之熱產生低於給定閥值。
根據本發明之進一步實施例，提供包含代碼之電腦程式與相應的電腦程式產品，該等代碼在處理資源上執行時實施本發明之方法實施例。
1'‧‧‧黑線
2'‧‧‧白線
1"‧‧‧黑印方格
2"‧‧‧白印方格
3‧‧‧時鐘軌
4‧‧‧L探測型式
5‧‧‧資料
10‧‧‧標示
10'‧‧‧一維條碼
10"‧‧‧二維條碼
100‧‧‧裝置
100'‧‧‧裝置
100"‧‧‧裝置
101‧‧‧光源
101'‧‧‧光源
101"‧‧‧光源
102‧‧‧電源
102"‧‧‧影像取得構件
103‧‧‧控制單元
104‧‧‧光感測器
131‧‧‧微處理器
132‧‧‧記憶體單元
133‧‧‧通訊單元
300‧‧‧時間T
301‧‧‧時間
302‧‧‧光強度
310‧‧‧紅光脈衝
311‧‧‧T(R)
312‧‧‧T(G)
313‧‧‧T(B)
320‧‧‧綠光脈衝
330‧‧‧藍光脈衝
401‧‧‧控制器
402‧‧‧相機
403‧‧‧光學方塊
404‧‧‧標示
405‧‧‧基材
406‧‧‧光學過濾器
407‧‧‧SMPS
408‧‧‧進一步控制器
409‧‧‧驅動電流控制迴路
410‧‧‧同步連接
412‧‧‧分支
413‧‧‧分支
414‧‧‧連接
415‧‧‧連接
416‧‧‧連接
417‧‧‧高速鏈路
418‧‧‧以太網鏈路
421‧‧‧紅色LED
422‧‧‧綠色LED
423‧‧‧藍色LED
431‧‧‧Vo
432‧‧‧Vi
501‧‧‧時間
502‧‧‧電流
511‧‧‧分佈
512‧‧‧分佈
601‧‧‧步驟
602‧‧‧步驟
為更好地理解本發明之概念，但不視為限制本發明，本發明之實施例現在將參照隨附圖式描述，其中：第1A及1B圖圖示示例性習知條碼之示意圖；第2A-2C圖圖示根據本發明之進一步實施例之標示讀取器裝置之示意圖；第3圖圖示根據本發明之實施例之複數個給定分量光源之脈衝強度與時間的關係之示意曲線圖；第4圖圖示根據本發明之進一步實施例的標示讀取器裝置之電路之示意圖；第5A及5B圖圖示電流脈衝與時間的關係之示意曲線圖；以及第6圖圖示本發明之方法實施例之流程圖。
第2A圖圖示出本發明之裝置實施例之示意圖。裝置100(例如條碼或標示讀取器)包含電源102與光源101，電源102可操作以提供可變驅動電流或電壓，光源101可操作以利用不同波長光譜的照明光脈衝序列照明標示10，照明 光脈衝強度係根據所提供之驅動電流或電壓而變化。裝置100亦包含光感測器104，光感測器104可操作以測量從標示10接收之光強度，並提供相應的光強度訊號。
裝置100亦包含控制單元103，例如包含微處理器(CPU)131與記憶體單元132。控制單元103可操作以控制電源102與光感測器104，根據開關模式與時序來控制照明光脈衝之時序，以取得光強度訊號，而同步取得光強度訊號與照明光脈衝序列。控制單元103進一步可操作以調整開關模式之工作週期，以便維持與每一照明光脈衝相關聯之熱產生低於給定閥值。
舉例而言，第一光脈衝係為第一波長光譜之光，而第二光脈衝係為第二波長光譜之光，其中第二波長光譜不同於第一波長光譜。在本發明的意義上的上下文中應將光譜「不同」之情況理解為，光譜包含位於不同光波長之發射強度之至少一個局部最大值。以此方式，儘管光譜可能具有重疊區域，其中二個光譜之光強度在某些給定波長係為非零或甚至可比較或相同，但是二個光譜是不同的。在一般情況下，時序亦可「不同」，具有至少一個時間點僅利用二個波長光譜之一者照明。較佳地，二個波長光譜係用於不同時序，以便每次僅利用一個光譜照明。
作為進一步之選擇，控制單元103可包含通訊單元133，用於傳送關於光源101發射之控制指令。指令可從其他實體(如伺服器、控制器及類似物)接收。通訊可透過網路實現，如區域網路(LAN)、無線網路(WLAN)、網際網路 及類似物。此外，匯流排系統(如CAN)亦可用於資料交換。
此外，裝置100可選擇性地進一步包含整合影像取得構件之光感測器104，以取得標示之影像資料(亦可能包括周邊，如標示所應用之物件、產品或項目形式之基材)。在一般情況下，光感測器及/或影像取得構件可包含或可由一或更多個光電二極體(單個或陣列)、一或更多個光電晶體或光阻電路、線性CMOS或CCD感測器、取得光學元件(透鏡等)及類似物所組成。
影像取得構件104可耦合至控制單元103，係用於示例性CPU 131處理所取得之影像資料，以識別及/或解碼標示，例如以一維或二維條碼的形式。在這種實施例中，可選擇性之通訊單元133可用於傳送識別、解碼及/或認證結果至上述其他實體。
第2B圖圖示本發明之手持式標示讀取器(掃描器)100'形式之進一步實施例之示意圖。舉例而言，設備100'經配置為採取產品或項目之標示之影像，並識別及解碼產品或項目之標示之影像。裝置100'包含窗口101'，根據本發明之實施例可透過窗口101'照明標示，並可取得數位影像。特定言之，裝置100'再次包含根據本發明之實施例之光源。藉由整合在裝置100'中之個別構件，影像亦可透過窗口101'取得。
儘管窗口101'圖示為用於保護光源、光感測器及/或任何影像構件之有用構件(例如防止灰塵、水或濕度)，此窗口101'係為可選擇性，因為光源本身可能已經具有某種形式之外罩，而針對環境提供足夠保護。用於控制光源及(任 選地)處理用於解碼/認證之任何取得影像資料之目的，裝置100'可包含整合處理資源，整合處理資源經配置以根據本發明之實施例操作。
第2C圖圖示根據本發明之另一實施例之固定式標示讀取器之示意圖。裝置100"包含根據本發明之實施例之光源101"。同時，裝置100"可包含影像取得構件102"，影像取得構件102"用於將利用光源101"照明之標示成像。所示之實施例考慮相機類型之影像取得構件102"，例如CCD相機形式(儘管亦可採用相關技術，如與構件104一起描述者)。用於控制光源及(任選地)處理用於解碼/認證之任何取得影像資料之目的，裝置100"可包含整合處理資源，整合處理資源經配置以根據本發明之實施例操作。
作為進一步之選擇，裝置100'與100"可包含通訊單元，用於從前述其他實體傳送關於光源發射之控制指令或識別，解碼及/或認證，及/或傳送關於光源發射之控制指令或識別，解碼及/或認證至前述其他實體。儘管裝置100'圖示為有線，通訊可透過任何類型的合適網路以無線方式來實現，如區域網路(LAN)、無線網路(WLAN)、網際網路及類似物。此外，匯流排系統(如CAN)亦可用於資料交換。亦可考慮用於供電至讀取器之電源模組、用於無線通訊(例如透過Wi-Fi)之無線電模組、用於顯示測量資料或掃描參數(解碼/認證結果)之顯示模組(如液晶顯示器LCD，或映像管顯示器)以及用於輸入掃描條件(包括具有多種功能之按鈕與ON/OFF開關按鈕)之控制介面。
某種程度上，本發明之實施例係關於用於讀取及/或解碼應用至某種物件或基材的具有圖案(條碼、資料矩陣等)之標示之光學裝置。應理解在本揭示之上下文中，術語物件、項目及產品表示相同實體，亦即其中標示所應用之物件。舉例而言，可讀取發光圖案與標示以及不發光圖案，發光圖案與標示如具有由形成圖案之發光材料發射照明光之衰減時間特性，並且不發光圖案係從圖案反射之光所成像。
因此，本發明之實施例(提供例如成像條碼讀取器(標示讀取器))亦能夠在高速生產線上得到移動產品之影像，並藉由複合光源利用不同類型之照明(如不同顏色的光)照明目標產品標示。照明閃光燈可與所使用之影像取得構件之影像光圈之打開同步。照明類型、照明強度與曝光時間係可程式化，而使讀取器能在不同環境條件(如環境光強度或類型)下掃描許多不同類型之標示，其中要求不同照明，同時亦防止光源過熱。以此方式，掃描器之手持版本(如第2B圖之示例性裝置100')亦可以有利方式考慮。
根據本發明之實施例，照明光源提供照明光脈衝分量，每一光脈衝分量具有光源總波長範圍內之波長子範圍之波長分佈(光譜)，光脈衝分量係由光源根據照明序列(如根據脈衝分量之切換開啟/關閉時序)提供。
結果，光源適合於提供高照明強度至目標標示，同時避免功率過度耗散為熱量，功率過度耗散為熱量會損壞光源，並減少生命週期。此外，給定(標準化)光源可藉由選擇脈衝分量(光譜)與時序(可能的話，光脈衝分量可在時 間上重疊及/或可在整體照明週期期間重複)適合於各種標示類型。可能的話，可設置藉由光脈衝分量提供之光強度，以及脈衝持續時間與形成全局照明光之光脈衝分量之序列(通常係藉由如縮放因子改變一個光譜之強度分佈)。
適於標示類型之光感測器可回應藉由光源之照明，而從標示接收光，並主要由於照明序列的一些特定照明光脈衝分量，可與照明序列同步而收集光，以便僅測量光強度(在測量時間序列上)。因此，由光源提供之照明序列之設置與藉由光感測器之光強度操作之相關聯測量，允許容易地讓多種標示類型(具有特定光反射及/或光發射特性)適應於高強度之光照明與光偵測操作，同時避免由於光源之功率過度耗散的損害。
在本發明之進一步實施例中，裝置經配置以依據由發光材料(具有衰減時間特性)所發射之照明光而讀取，解碼及/或認證可包含發光材料之標示，以回應來自光源之特定序列之照明。這樣的「衰變時間掃描器」將包含根據本揭示之照明光源與發光之光感測器，照明光源用於提供激發光至發光標示，發光之光感測器用於回應於激發光而測量從標示所接收之發射光強度。
在一般情況下，閃光照明光源具有波長光譜頻寬WS=[λmin，λmax](與ΔλS=λmax-λmin)內之照明光波長分佈，並可適合用於照明標示，標示包括在目標照明週期T(即脈衝持續時間)具有高強度激發光脈衝之某種發光顆粒。然後在照明停止後，發光之光感測器可操作以在約100μs(如 相機積分時間)之測量時間Δt接收衰變發光強度(在發光顆粒已藉由照明光源激發之後從標示發射)。通常，T係約在Δt之範圍或順序(如T~Δt)。
標示可包含發光顆粒類型i，而發光顆粒類型i之衰減時間值為τi。在已由光源提供之激發光脈衝之相應激發光分量而激發之後，標示中類型i之發光顆粒在發光發射波長λ(i)中心之窄發光頻寬δi發射光，在其中激發波長子頻寬係包含在WS內。通常，可假設Δt»τi。
根據本發明之實施例，光源係為複合光源，如照明光源包含複數個不同照明光源S(j)，j=1,......,N。舉例而言，獨立發光二極體(LED)可設置於載體上。每一獨立光源分量可製造成可操作以提供具有自身強度分佈Ij(t)(時間)、持續時間T(j)(包含在T內)以及波長頻寬(如波長頻寬內之照明波長光譜)的對應激發光脈衝分量。
因此，由光源提供之整體照明光脈衝(對應於給定顏色)係由約在波長λj(對應於不同顏色)之波長頻寬[λjmin，λjmax]之複數個(可能的話，波長部分重疊)激發光脈衝分量j構成，而光譜寬度Δλj=λjmax-λjmin，每一者係包含於[λmin，λmax]內。
此外，一些不同的激發光脈衝分量可在照明週期T內同時或以不同時刻與時序(可能的話，可設定脈衝分量間之時間延遲)提供，並最後可甚至在時間上部分重疊。舉例而言，複合光源可透過經配置為切換開/關獨立光源分量j之控制單元切換序列根據一組時序提供多種激發光脈衝分量 (時間脈衝)，以便產生具有特性值Ij(t)、T(j)與光譜分佈之激發光脈衝，而提供用於照明標示之序列。
因此，及時提供激發光脈衝分量可形成從光源提供之某種寬頻照明光，因為儘管每一複合光源僅提供一些光譜貢獻，多於一個的照明波長光譜之序列可編譯較寬或較窄之寬頻光譜。舉例而言，紅光脈衝、綠光脈衝及藍光脈衝之序列可編譯為複合白光寬頻光脈衝。
當使用如上述之複合光源，發光之光感測器(影像取得構件)可相應地調整，以適於及時測量來自標示之發光顆粒之至少一個類型i之發射光強度，其中由光源提供之至少一個激發光脈衝分量之激發導致發射光。
根據進一步實施例，每一照明光脈衝I可設置以便激發標示上之相應發光顆粒類型i。然後，發光之光感測器(影像取得構件)可適於測量由相應類型i之發光顆粒發射之不同發光發射光分量i。此舉可涉及從激發光脈衝分量之照明序列產生之特定發射序列。舉例而言，發光感測器可為複合者，包含不同發光感測器，可更具體地調整和控制，以便測量標示之不同類型的發光顆粒的發射強度。舉例而言，每一獨立元件感測器係設計以偵測個別波長光譜之特性。
根據本發明之實施例，讀取器可配備有效寬頻照明光源，有效寬頻照明光源可操作以測量在發光發射波長λ(i)中心之窄發光頻寬δ i中由標示中之類型I之發光顆粒所發射之發光強度I(i)，以回應於在週期T期間，由光源提供至標示之高強度照明光脈衝，而實際上發光發射光分量(i)係 為標示對於至少一個激發光脈衝分量之回應之寬頻照明光內之波長子頻寬。
來自發光材料之典型發光衰減強度曲線(隨時間之強度分佈)可藉由指數法I(t)=I0 exp(-α[t-t0])而建模，其中時間t係從激發光移除之時刻t0開始計算。脈衝光源僅在激發時間間隔期間，利用給定強度之激發光與在激發波長範圍照明標示之發光材料，並可能在照明停止之後具有時間延遲，光感測器在測量時間間隔利用在發射波長範圍中的所接收之衰減發光強度使標示成像，以及相應數位影像可儲存於記憶體中，用於進一步影像處理(解碼/認證)。可能設置激發時間間隔及/或時間延遲，以便避免出現發光強度值低於光感測器之偵測閥值或或高於飽和閥值。
根據本發明之一個實施例中，光源包含連接在鋁電路板上之複數個(陣列)晶片直接封裝之LED(COB LED)單元，每一COB LED單元包含一組三個LED：紅光二極體(R LED)、綠光二極體(G LED)及藍光二極體(B LED)，以及用於該單元之準直光學元件。COB LED單元連接至電路，以允許控制器獨立切換陣列中之R、G及B LED之電力。以此方式，光源可獲得包含複數個獨立分量光源，可操作以發射至少第一光脈衝與第二光脈衝，第一光脈衝與第二光脈衝分別具有第一波長光譜與第二波長光譜。
這種光源可操作以根據給定切換時間序列，利用高光強度之R、G、B光脈衝基本上均勻地照明標示。這些R、G、B光脈衝在照明時間間隔T期間形成由光源提供全域照明 光脈衝之照明光脈衝分量。舉例而言，在發光材料由R照明光脈衝之波長範圍之近紅外(NIR)部分之光(如680-1000nm)所激發之情況，R照明光脈衝分量之通常持續時間T(R)可為約100μs。照明序列之實例可僅由三種連續照明脈衝組成：一個R脈衝(持續時間T(R)，強度等級I(R))，一個G脈衝(持續時間T(G)，強度等級I(G))，以及一個B脈衝(持續時間T(B)，強度等級I(B))(見第2圖)，其中例如，T(R)=T(G)=T(B)~100μS(所以T(R)+T(G)+T(B)=T~300μS)。T(R)與I(R)能夠為標示之發光顆粒充分「充電」，以便從標示接收足夠的發光發射強度。
一旦已提供作為發光材料之激發脈衝的第一R照明脈衝，讀取器的成像單元(影像取得構件相機)之光感測器可開始從標示接收(透過適合的光學方塊)發光發射光。光感測器整合測量時間間隔Δt中所接收之發射光強度訊號，在此實例中，Δt係為約100μs。以此方式，成像構件已取得標示之數位影像為影像資料之形式。
根據本發明之進一步實施例，下列參數中之一者可設置或調整：脈衝分量持續時間、脈衝分量強度等級、脈衝分量時間之開始時間以及測量時間間隔(影像取得間隔)。此外，LED切換開/關之時序作為分量光源可進一步設置以藉由脈衝分量完成切換時間序列以及藉此完成照明序列。
第3圖圖示示例性的三個光脈衝之序列之示意性曲線圖。針對紅光脈衝310、綠光脈衝320及藍光脈衝330與相 應脈衝時間T(R)311、T(G)312及T(B)313而繪製光強度302與時間301之關係。序列中之整體脈衝具有時間T300。
根據另一實施例之掃描器/讀取器之設置圖示於第4圖中。控制器401控制配備有光學方塊403之相機402(影像取得構件包括一些合適類型的光/影像感測器)，而可包括一些型式透鏡或光學系統。相機402可從應用至基材/物件405之標示404接收光，並聚焦所接收之光至相機中之光感測器。光學過濾器406可增加以過濾從標示404所接收之光，以窄化發送至光感測器402之波長頻。
照明光源可操作以利用照明脈衝光來照明標示404，照明脈衝光具有分別由紅色LED 421提供之紅照明光脈衝分量，綠色LED 422提供之綠照明光脈衝分量及藍色LED 423提供之藍照明光脈衝分量。在由光源之紅色類型(R)之LED 421發射之紅光脈衝分量所激發之後，形成利用發光墨水印刷於基材405上之標示404的一些(資料矩陣/條碼)圖案發射發光，然後由相機402透過過濾器406與光學方塊403而成像。
根據本實施例，光源(或相應的控制單元)包含開關模式電源供應407(SMPS或開關電源供應)，可為降壓轉換器或升壓轉換器，取決於輸出電壓是否分別低於或高於輸入電壓；SMPS 407係連接至控制器401，用於接收輸入電壓Vi 432(固定值)，並可操作以提供恆定輸出電壓Vo 431至電路，電路包含LED(例如，Vi為24V而Vo為48V)。進 一步控制器408控制LED 421-423之照明序列，並可操作以從控制器401透過同步連接410接收同步訊號，以藉由LED設置照明及藉由相機402取得(經由透過連接411以控制LED之光脈衝發射之訊號)。進一步控制器408控制在分支412與413中的每一者所提供之驅動電流。通常情況下，進一步控制器408使用PWM(脈衝寬度調製)以建立照明序列之控制訊號。
R、G及B LED 421-423係設置於二個分支412、413以作為說明實例，從SMPS 407接收輸出電壓訊號Vo 431，每一分支412與413連接至接地之驅動電流控制迴路409，接地驅動電流控制迴路409可操作以使驅動電流根據控制訊號流經分支，控制訊號係由進一步控制器408分別透過連接414與415發送。因此，分支412及413中之每一者中之驅動電流可單獨控制。驅動電流控制迴路409可進一步可操作以消散電壓下降所產生之能量與分支中之驅動電流。此外，驅動電流控制迴路409具有與SMPS 407之連接416，以發送設置輸出電壓(常數)值Vo 431之設置訊號，以提供分支中之驅動電流之適當準位，以避免由LED生產多餘的熱，同時具有足夠光強度之照明。
相機402經由以太網鏈路418與高速鏈路417連接至控制器401，以太網鏈路418用於接收相機設置訊號，高速鏈路417用於從控制器401接收設置點訊號(開/關)，並提供數位影像至控制器單元401，以用於影像處理(並在控制器之可程式CPU單元中進一步資料矩陣/條碼解碼)。因此，相 機402可操作以從控制器401接收設置點訊號，以打開快門取得標示404之影像(影像資料)，並同時發送同步訊號至控制器401，以初始化將由光源提供之照明光脈衝之控制，此訊號由控制器傳送至光源之進一步控制器。
驅動電流分佈511圖示在第5A圖中之電流502與時間501之關係之曲線圖。分佈511經由驅動電流控制迴路409在由SMPS 407提供至光源之分支412與413中之R、G、B LED 421-423之恆定輸出電壓Vo 431下控制。由於驅動電流控制迴路409之具體電路設置，電流分佈之邊緣可能相當尖銳，並可能顯示瞬態阻尼振盪(當LED剛剛打開或關閉)。對之，若無預防措施，LED中之驅動電流分佈將具有如第5B圖圖示之典型分佈512，如電流將表現出特性瞬態非阻尼振盪，而損壞LED。第5A與5B圖係意欲展示為電流502與時間501在相同規模之分佈511和512。
此外，利用驅動電流分佈512，隨著在典型平均電流等級約2A之相應瞬態驅動電流分佈的最大振幅可高達約1A，而會產生過量的熱(此處，瞬態振盪時間為約100ns，脈衝持續時間為約100μs)。因此，驅動電流控制迴路409中之耗散與藉由控制迴路經由連接416設置SMPS 407提供之合適輸出電壓準位Vo 431二者與適當的照明序列一起維持光源之產熱在可接受等級，同時允許利用適當的光強度等級照明標示，用於由光感測器從標示接收之光的準確光強度測量(並藉由相機之處理器做進一步數位影像處理)。舉例而言，輸入電壓Vi為約24V時，輸出電壓準位Vo可設置為30V與 48V間之任何值。
控制器401發送一設置點訊號至相機402，而使相機打開快門以取得標示404之影像(在測量時間間隔期間)，並同時發送同步訊號至控制器以初始化由光源提供之照明光脈衝之控制。在由R型LED 421發射之紅光脈衝分量激發標示且測量時間間隔經過之後，控制器401發送已取得標示之數位影像之訊號至相機402，以關閉快門。然後，相機發送取得之數位影像至控制器401，以進一步對資料矩陣/條碼之取得之數位影像做影像處理及解碼。
為了進一步減少光源中之熱產生，LED之開/關切換序列可藉由相機402(在測量時間間隔中)至少藉由分量光源(如紅型LED 421)中之一者控制複數個照明，以及相應數位影像取得操作。
第6圖圖示本發明之方法實施例之流程圖。方法實施例係用於操作讀取器，讀取器可操作以讀取基材上的標示，讀取器包含電源、光源及光感測器，電源可操作以提供可變驅動電流或電壓，光源可操作以利用不同波長光譜之照明光脈衝序列來照明標示，照明光脈衝之強度係根據所提供之驅動電流或電壓而變化，光感測器可操作以測量從標示接收之光強度，並提供相應之光強度訊號。方法實施例包含步驟601(「控制」)與步驟602(「調整」)，步驟601(「控制」)根據開關模式與時序控制照明光脈衝之時序，以取得用於同步取得照明光脈衝序列與光強度訊號之光強度訊號，以及步驟602(「調整」)調整開關模式之工作週期，以便維 持與每一照明光脈衝相關聯之熱產生低於給定閥值。步驟601與602可依序、交替或同時(如藉由平行線程實現)進行。
在一般情況下，包括影像取得構件的實施例允許控制依據影像資料與時序計算標示之發光材料的衰減時間。更具體言之，可採用從標示接收之光的波長光譜與時序之資訊。舉例而言，控制不同照明波長光譜之光脈衝之照明時序與影像取得時間允許任何發光之時間回應之測量。舉例而言，改變一個波長照明與相應的影像資料收集間之距離(延遲)可提供標示之任何特殊(發光)分量或材料之發光衰減資訊。然後，計算衰減時間可為某種標示墨水之特性，並因此可用於認證標示，以擷取標示是否由正確(真正)化合物組成之資訊。
因此，可根據本實施例而使用(複合)光源，以取得從標示發射之發光強度之全局分佈I(t)，以計算發光化合物之衰變時間值，同時藉由序列照明之電源管理之方式，以避免多餘的熱。衰變時間值可用於認證發光化合物之物理特性。通常，針對照明標示，需要高激發光強度以造成測量到足夠強度之發光發射(因此，熱產生可能為問題)。
因此，(複合)光源之優點係可用於不同類型的發光顏料(材料)，因為可能閃爍具有適當光譜的LED(在某些情況下，僅有光譜中的一部分可用於激發)，或甚至利用光譜重疊在激發範圍的不同LED。在螢光顏料的情況下，我們一般具有在第一激發脈衝後從標示收集之發光(強度隨時間衰減)之發射光強度，並分析以計算衰減時間值(與參考 值比較)或與參考強度分佈比較(可在正常化後)。此舉要求管理照明時間與隨後之光強度取得時間(各別光譜不同)。然而，這樣的衰減時間測量(標示之材料之發光分量之驗證)可與如條碼(如用於解碼目的)之圖案之成像結合。
根據本發明之進一步實施例，標示讀取裝置係為掃描器，用於從由標示之發光材料發射之發光而使標示(M)成像，在利用照明時間間隔T期間提供之複合照明光脈衝照明後，此發光材料發射在發射波長範圍內之發光，並具有照明波長範圍WS=[λmin，λmax]之照明光波長分佈，複合照明光脈衝由至少二個不同照明光脈衝分量之序列而形成，每一照明光脈衝分量具有照明波長範圍WS之子波長範圍WSj=[λjmin，λjmax]內之相應的波長分佈，發光之發射係由於發光材料由二個照明光脈衝分量中之至少一者之激發，包含電源(P)；光源(S)，連接至電源並可操作以利用在照明波長範圍WS內之複合照明光脈衝在照明時間間隔T期間電源提供驅動電流或驅動電壓時，照明發光材料；成像單元，包含光感測器，可操作以測量從發光材料接收在發射波長範圍內發光之光強度，並提供相應的發光強度訊號，成像單元可操作以從光感測器提供之強度訊號形成標示之數位影像；以及控制單元，可操作以控制電源、光源、光感測器及成像單元，以在測量時間間隔Δt提供之發光強度訊號取得標示之數位影像，其中：電源(P)可操作以提供可變驅動電流或驅動電壓；光源(S)可操作以根據所提供之驅動電流或驅動電壓變化之強度產生複合照明光脈衝；以及控制單元進一步可 操作以接收發光強度訊號，並控制電源，以根據提供至光源(S)之驅動電流或驅動電壓之切換波形開/關，以便藉由光感測器同步取得發光強度與光源(S)之至少一個照明(激發)光脈衝分量之產生，同時由驅動電流控制迴路或驅動電壓控制迴路調整切換波形之工作週期，以保持光源內之熱產生低於給定閥值。在標示形成編碼圖案之情況下(如資料矩陣)，上述掃描器可進一步包含影像處理構件，可操作以解碼由成像單元所取得之數位影像。
根據本發明之進一步實施例，標示讀取裝置係為掃描器，用於從由標示之反光材料反射之光而使標示(M)成像，在利用照明時間間隔T期間提供之複合照明光脈衝照明下，此材料反射在反射波長範圍內之光，並具有照明波長範圍WS=[λmin，λmax]之照明光波長分佈，複合照明光脈衝由至少二個不同照明光脈衝分量之序列而形成，每一照明光脈衝分量具有照明波長範圍WS之子波長範圍WSj=[λjmin，λjmax]內之相應的波長分佈，藉由標示之光反射係由於材料由二個照明光脈衝分量中之至少一者之反射，包含電源(P)；光源(S)，連接至電源並可操作以利用在照明波長範圍WS內之複合照明光脈衝在照明時間間隔T期間電源提供驅動電流或驅動電壓時，照明反射材料；成像單元，包含光感測器，可操作以從反射材料測量並接收在反射波長範圍內之反射光強度，並提供相應的反射光強度訊號，成像單元可操作以從光感測器提供之強度訊號形成標示之數位影像；以及控制單元，可操作以控制電源、光源、光感測器及成像單元，以在 測量時間間隔Δt提供之反射光強度訊號取得標示之數位影像，其中電源(P)可操作以提供可變驅動電流或驅動電壓；光源(S)可操作以根據所提供之驅動電流或驅動電壓變化之強度產生複合照明光脈衝；以及控制單元進一步可操作以接收反射光強度訊號，並控制電源，以根據提供至光源(S)之驅動電流或驅動電壓之切換波形開/關，以便藉由光感測器同步取得反射光強度與光源(S)之至少一個照明光脈衝分量之產生，同時由驅動電流控制迴路或驅動電壓控制迴路調整切換波形之工作週期，以保持光源內之熱產生低於給定閥值。
根據本發明之進一步實施例，用於將在基材上之標示成像之掃描器，包含電源、光源、光感測器及控制單元，光源連接至電源，並可操作以在電源提供驅動電流或驅動電壓時，利用不同波長光譜之照明光脈衝序列照明標示，光感測器可操作以測量回應於照明序列從標示接收之波長範圍內之光強度，並提供相應的光強度訊號，以及控制單元可操作以控制電源、光源及光感測器，以控制照明光脈衝之時序，並從標示所接收之光取得光強度訊號，其中電源可操作以提供可變驅動電流或驅動電壓，光源可操作以根據所提供之驅動電流或驅動電壓變化之強度產生照明光脈衝，以及控制單元進一步可操作以從光感測器接收光強度訊號，並控制電源，以根據提供至光源之驅動電流或驅動電壓之切換波形而切換開/關，以便藉由光感測器同步取得光強度與光源之照明光脈衝之序列之產生，並由驅動電流控制迴路或驅動電壓控制迴路調整切換波形之工作週期，以保持與光源內之每一照 明光脈衝之產生相關聯之熱產生低於給定閥值。
更進一步地，所揭示之實施例亦可用於實現用於序列照明複數個具有共同光學性質的標示之裝置之態樣，裝置包含光源、脈衝序列及控制單元，光源可操作以利用重複脈衝序列照明標示，脈衝序列包含複數個不同波長光譜的光脈衝，其中脈衝時序指定一個脈衝序列中之每一脈衝之位置與持續時間，並且控制單元經配置以根據共同光學性質控制每一脈衝序列之脈衝時序，以控制熱產生。
雖然詳細的實施例已進行描述，這些僅用於更好地理解由獨立請求項所定義之本發明，且不應視為限制。
10‧‧‧標示
100‧‧‧裝置
101‧‧‧光源
102‧‧‧電源
103‧‧‧控制單元
104‧‧‧光感測器
131‧‧‧微處理器
132‧‧‧記憶體單元
133‧‧‧通訊單元

Claims (17)

  1. 一種讀取器，可操作以讀取一基材上之一標示，該讀取器包含：一電源，可操作以提供一可變驅動電流或電壓；一光源，可操作以利用不同波長光譜的一照明光脈衝序列照明該標示，該等照明光脈衝之一強度係根據所提供之該驅動電流或電壓而變化；一光感測器，可操作以測量從該標示接收之一光強度，並提供一相應的光強度訊號；以及一控制單元，可操作以控制該電源與該光感測器，根據一開關模式與時序來控制該等照明光脈衝之時序，以取得該光強度訊號，而同步獲得該光強度訊號與該照明光脈衝序列；該控制單元進一步可操作以調整該開關模式之一工作週期，以便維持與每一照明光脈衝相關聯之熱產生低於一給定閥值。
  2. 如請求項1所述之讀取器，其中該光源包含至少二個分量光源，一第一分量光源可操作以利用一第一波長光譜的一光脈衝照明該標示，而一第二分量光源可操作以利用一第二波長光譜的光脈衝照明該標示。
  3. 如請求項1或2所述之讀取器，進一步包含影像取得構件，用於隨著該光感測器取得該標示之影像資料。
  4. 如請求項3所述之讀取器，其中該控制單元經配置以控制該影像取得構件之一取得時間，以控制該時序以取得該光強度訊號。
  5. 如請求項4所述之讀取器，其中該取得時間係為取得該標示之影像資料期間之一開孔時間。
  6. 如請求項1至5中之任意一者所述之讀取器，其中該控制單元經進一步配置以依據該光強度訊號計算該標示之一發光材料之一衰退時間。
  7. 如請求項6所述之讀取器，其中該衰退時間亦依據關於從該標示接收之該光之波長光譜資訊計算。
  8. 如請求項1至7中之任意一者所述之讀取器，其中該標示包含一發光材料，而該控制單元經配置以根據該發光材料之發射特性來控制該時序。
  9. 如請求項1至7中之任意一者所述之讀取器，其中該標示包含複數個發光材料，每一者具有不同的發射特性，而該控制單元經配置以根據每一發光材料之每一發射特性來控制該時序。
  10. 如請求項1至9中之任意一者所述之讀取器，其中該控 制單元經配置以控制該等時序之間的一延遲、該等時序之一者之一位置及該等光脈衝之一者之一持續期間中之任何一者。
  11. 如請求項1至10中之任意一者所述之讀取器，其中該控制單元藉由一控制迴路調整該開關模式之該工作週期。
  12. 如請求項1至11中之任意一者所述之讀取器，其中該開關模式係為定義該可變驅動電流或電壓之開及關之一開關波形。
  13. 如請求項1至12中之任意一者所述之讀取器，其中該標示係為一一維條碼、一二維條碼、一資料陣列及一安全標示中之任意一者。
  14. 一種操作一讀取器以讀取一基材上之一標示之方法，該讀取器包含：一電源，可操作以提供一可變驅動電流或電壓；一光源，可操作以利用不同波長光譜的一照明光脈衝序列照明該標示，該等照明光脈衝之一強度係根據所提供之該驅動電流或電壓而變化；一光感測器，可操作以測量從該標示接收一光強度，並提供一相應的光強度訊號；該方法包含以下步驟： 根據一開關模式與時序來控制該等照明光脈衝之時序，以取得該光強度訊號，而同步取得該光強度訊號與該照明光脈衝序列；以及調整該開關模式之一工作週期，以便維持與每一照明光脈衝相關聯之熱產生低於一給定閥值。
  15. 如請求項14所述之方法，適於實行實施請求項2至13所述之任意一者之讀取器之一方法。
  16. 一種包含代碼之電腦程式，該等代碼在一處理資源上執行時實施請求項14或15所述之方法。
  17. 一種電腦程式產品，包含以一非揮發方式儲存請求項16所述之電腦程式之一實體資料承載。
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