TW503372B - Barcode reader with infrared light source - Google Patents

Description

A7 B7 五、發明說明（ 5-1發明領域： 本發明係有關於條碼（ba「c〇d ^ 4# μ m έτ ,4 )讀取裝置，特別是關 番爾以摇古怂m 攝〜機之條碼讀取裝 置，用以k同條碼辨識準確度 方便性。 一備成本以及使用的 5-2發明背景： 的 條碼技術之應用由來已久你 木巳久也很普遍的存在於我們 四週，便利商店、書店、百眢八q 士 百貨A …在在都存在著以條啊 為 讀取器將此條碼所表示的資訊讀出。一般條 色 的 碼讀取裝置使用的方法’是在商品的某-處空出一塊白” 的區域’再將條碼印在上面，麸 …、傻用 條狀紅色光照明 讀取器接近此條碼，即可Μ $ •… P J辨識出此條碼影像的確實代碼 如第一圖及第二圖所示，為傳統條碼讀取裝置之示音 圖。第一圖所示為傳統條碼讀取裝置之光徑側視圖，其中 條碼讀取器100之結構主要含有一影像感測單元1〇6,通 常為-線性的影像感測單元排列成條狀，如第二圖所示， 其次為夫* 源 1 0 2，— j6/t. ^ 'sr* a Ρ μ ϊ 般為可見光發光二極體（led)，為配 合影像感測單元，所以發光二極體也是排列成條狀，以便 照亮影像感測單元所要照明的條狀區域i 1 〇，當光源1 02 發出可見光108照射條㉙110,產生反射可見光112由鏡 頭單元104進入讀取裝置1〇〇,鏡頭單元配合影像感測單 元亦排列成條狀’用以接收反射光，12，反射光到達影像 -2 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公髮 503372 A7 B7 五、發明說明（ 感測單元1 0 6後產生條碼影像 條碼1 1 0係由數條粗細不同且問 J h不同的平行黑白 條紋所組成，分別代表不同的數字及 卞久央文予元，排列於一 對比的背景上，因為影像感測單元為條 * 餘狀的，為了要真正 讀出條碼’所以習知條碼讀取器必須和條碼保持90产左 右以及固定距離的關係，至少也不能相 "在双多，才能正 的判讀出條碼，此外’因其是用可見光疋作為光源，所以 受外界的光源干擾，而影響其判讀之正確性，且傳統條 器多用線性影像感測器，故也只能讀取一維條碼。 易 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 综合以上所述，我們知道傳統的條碼讀取器有下列幾 個缺點，一為條碼讀取器和條碼的相互位置不能和設定的 相差太多，二為用可見光易受外界干擾’三為只能讀取〜 維條碼。 因此，有必要提出一種新的條碼讀取裝置，用以改盖 傳統讀取裝置之缺點’提高條碼辨識準確度，並降低成 本。 5-3發明目的及概诚： 本發明之目的為提供一種新的條碼讀取裝置，用以增 進條碼讀取準確率。 -3- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 503372 A7 B7 五、發明說明（ 本發明之另一目的為提供一種低成本的條碼讀取裝 置，可應用於辨識方面的玩具使用，符合玩具便宜、簡單 的要求。 本發明之再一目的為提供一種條碼讀取裝置，其可以 讀取一維和二維的條碼。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本發明揭露一種紅外線光源條碼讀取裝置，首先提 一光源單元，用以照明欲判讀之條碼，係由一個或複數 紅外線發光二極體（丨nfrared LED)所組成，鏡頭單元可 待攝物體之光影像信號聚焦成像於影像感測測單元的 光表面上，而影像感測單元係由控制單元所控制，可將 上述鏡頭單元所成像之光影像信號轉變為電子影像 料，再送至控制單元作辨識條碼的處理，控制單元可將 述影像感測單元所產生之影像信號做進一步的處理，判 條碼所代表的識別符號，控制單元並負責控制其他各單 的動作以及單元與單元間之協調工作， 而電源供應單元 負責所有單元之電源供應。 ^4圖式簡罩說明： 第一圖為傳統條碼讀取裝置之結構與光徑側視圖。 第二圖為傳統條碼讀取裝置之正視示意圖。 第三圖為依據本發明之紅外線光源條蝎讀 方塊圖。 裝置之結 個 感 經 資 上 斷 元 則 構 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) .· ----—訂·----——線' 本紙張尺度家鮮（CNS)A4__i格（ χ 公髮） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 503372 A7 ____ B7 五、發明說明（） 第四A圖為依據本發明之較佳實施例之側視示意圖。 第四B圖為依據本發明另一較佳實施例之正視示意圖。 第五圖為待測物體與一維條碼之示意圖。 第六圖為待測物體與二維條碼之示意圖。 5-5 _亂號對照說明： 100 條 碼 讀 取 器 102 光 源 104 鏡頭 單 元 106 影 像感測 單 元 108 可 見 光 1 10 條 碼 102 反 射 可 見 光 301 電 源 供應 單 元 302 光 源 單 元 303 鏡頭 單元 304 影 像 感 測 單元 305 控 制 OXJI 一 單7L 400 電 子 攝 影 機 401 紅 外 線發 光 二極體 402 鏡 頭 單 元 403 冷 光 鏡 404 影 像感 測 單元 501 * 維條碼 502 欲 辨 識 物 體 601 維 條碼 602 欲 辨 識 物 體 發明詳細說明： 本發明所揭露的條碼讀取裝置（Bar Code Reader)與 傳統的條碼讀取裝置不同，具有下列優點，首先，是以紅 外線作為系統光源，如此會顯著減少外界的影響，至少會 將波長700以下的光濾掉，降低對辨識的不確定性。二為 使用一個二維的影像感測單元，如此將減低讀取裝置對條 -5 ^ - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) · I I I 1 . 線Φ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

/Z 五、發明說明（） 1 "-- 碼位置的要求，進而用以-

Si _署at^ 識一維的條碼。三為不用將讀 _ 作辨識，此點對於傳統讀取裝置而 吕為一重要特徵。本發明 y. ^ 之另一較佳實施例係應用在玩具 上，用以辅助幼兒學習之辨 識輔助裝置，因此在辨識距離 上’須有較大之彈性，以利於幼兒之操作與學習。 冑參考第三圖所示，示本發明之條碼讀取裝置主要 結構方塊圖，本發明之條碼讀取裝置基本上係利用一個電 子攝影機，首先是一光源單元3〇2，用以提供一光源照明 欲判讀之條碼，本發明之光源係由一個或複數個紅外線發 光二極體（Infrared LED)所組成，鏡頭單元3〇3可將待攝 物體之光影像信號透過此鏡頭單元3〇3聚焦成像於影像 感測測單το 304的感光表面上，而影像感測單元3〇4係由 控制單元3 0 5所控制，例如一微處理器，可將經上述鏡頭 單元303所成像之光影像信號轉變為電子影像資料，再送 至控制單元3 0 5作辨識條碼的處理，控制單元3 〇 5可將上 述影像感測單元304所產生之影像信號，做進一步的判讀 或處理，判斷條碼所代表的識別符號，上述控制單元3 〇 5 並負責控制其他各單元的動作以及單元與單元間之協調 工作，而電源供應單元3 0 1，則負貴所有單元之電源供應， 可為電池組或交流電供應模組。 上述之電子影像資料可為類比或數位的資料，若為類 比資料，則表示此影像感測單元内不含類比/數位轉換器 -6- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 1|_ ^Φ-----I 丨丨訂--------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 503372 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（） (A/D Converter) ’必須將此電子影像資料送至類比/數位 轉換器’將資料轉換成數位資料後，再送至控制單元。但 若為數位的資料’則表示此影像感測單元内含有一類比/ 數位轉換器’而從此影像感測單元出來的資料就可直接送 至控制單元。 以肉眼來說’我們能看到一個物體，是因為有可見光 照射至物體上之後，再反射至人眼，而人類才能因而看到 此物體。同理的，如果要讓影像感測單元產生紅外線的影 像信號，就要有紅外線去照射物體（Bar Code)以產生紅外 線反射光’以平常的環境而言，曰光包含有可見光和紅外 線，因此在日光下，無須擔心沒有紅外線，至於平常的室 内環境而言’則採用裝置本身製造出紅外線，上述條碼讀 取裝置才能夠在不同的環境下使用，而紅外線發光二極體 為一較佳選擇。 以紅外線發光二極體為光源具有下列優點，體積小為 其主要優點，其次耗電量較低，為另一重要特色。至於讀 取裝置要用幾顆發光二極體，則有幾個因素需要考慮··一 為鏡頭單元’在鏡頭單元之中，我們需要考慮的因素為光 圈（F)，光圈愈大，表示經過鏡頭的光愈少，所以要用較多 的發光二極體來打光才行；其次為影像感測單元的靈敏 度，靈敏度愈高，就可以用少一點的發光二極體來照明； 二為由條碼與鏡頭之間的距離，因為亮度與距離的平方成 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公楚） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) • · n n n ·ϋ n n 1 一--0’ · n n n n n n n I n «I n n n —.1 n n n n I n I n n -I- n n n I» - 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 503372 Α7 Β7 五、發明說明（） 反比，所以距離愈長’就要使用更多的發光二極體；四為 條碼的反射率’能反射的光愈多，發光二極體就能用的愈 少，五為母一種紅外線發光一極體的亮度、耗電量均不 同，亮度愈大，就可以使用較少的發光二極體。綜上所述， 發光二極體用的愈少愈好，只要達到一定的亮度即可。 本發明之紅外線光源條碼讀取裝置，除了光源為紅外 線光源之外’另一重要特徵為電子攝影機之影像感測單元 304，為一紅外線影像感測單元或者具有冷光鏡（c〇|d mirror)之普通的影像感測單元，上述冷光鏡為一種能將可 見光濾、掉’只剩紅外線能通過的透鏡。因此，當紅外線照 射欲偵測的條碼後，反射光經由鏡頭單元，包含上述冷光 鏡，投射至影像感測單元產生條碼影像信號。值得注意的 是’本發明之影像感測單元為二維影像感測單元，所以可 用以辨識二維條碼，判讀出二維條碼所代表之文字資料， 例如基本數字、英文字母、漢字及各種記號等。 具備紅外線影像感測單元和紅外線發光二極體之 後’本發明之另一重要特徵為條碼，本發明所使用的條碼 和傳統所看到的條碼不一樣，傳統條碼係由平行黑白條紋 所組成，而本發明是利用紅外線來偵測條碼，因此這些條 碼必須要能夠反射紅外線，而且最好能夠完全反射，而這 些材質均很方便取得，只要能反射紅外線的材質皆可使 用。 -8 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210 X 297公爱） 丨丨丨丨丨丨丨丨^--i丨丨丨丨丨丨訂·丨丨I丨丨-ΙΙ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 503372 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（ 接著請參考第四A岡及第四B圖所示，分別顯示鏡頭 單元、影像感測單元、紅外線發光二極體之間的組成關係 側視示意圖及正視示意圖。本發明之條碼讀取裝置主要包 含一電子攝影機400，複數個紅外線發光二極體401排列 於其中’排列方式可任意變換，用於照亮讀取裝置所要判 讀的條碼。於另一較佳實施例中，當本發明之讀取裝置於 曰光中執行，或外界之紅外線光源充足，則上述裝置本身 紅外線光源可切換關閉，以節省電源。鏡頭單元4〇2 ,將 焦距調整好，即可用來決定此電子攝影機的拍攝距離，鏡 頭單元402耦合一冷光鏡403，用以過濾反射光中之可見 光僅讓紅外線反射光進入影像感測單元404，影像感測單 元404將紅外線反射光成像為條碼影像信號，然後將條碼 影像信號轉成數位資料傳送至前述控制單元作辨識判讀 的工作。 另外，值得注意的是，紅外線發光二極體最主要的功 能是用於照亮所要辨識之條碼，其於裝置中之排列位置可 任意變更’能讓影像感測單元能順利得到欲辨識的影像艮 可，例如在第四A圖中，發光二極體401係排列於鏡頭單 元的上面，而另一實施例如第四B圖所示，發光二極體 401則排列於鏡頭單元402周圍，其位置可隨著鏡s員單 元、紅外線發光二極體、與欲辨識物體之間距離而改變， 依實際的情況選擇最好的方式。 -9- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------_------------訂------ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) n A7

五、發明說明（） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 如第五圖所示為依據本發明之一欲辨識物體與一維 條碼示意圖，其中圖號501為一維條碼，而圖號5〇2為欲 辨識物體’依據本發明該條碼5G1之組成物質可反射紅外 線如此在衫像感測單元成像時的影像只剩下很暗的區域 和很梵的區域，★钟β η <4， Λ 也就疋〇與1，Q為一般物質，其較不能 反射紅外線而1為條碼，其能完全反射紅外線，如此可降 低辨識複雜度’影像感測單元僅須將條碼影像加以處理， 不僅能用簡單、便宜的微處理器作為本裝置之控制單元， 準確度也會提升不少。 第六圖所示為依據本發明之一欲辨識物體與二維條 碼示意圖，其中圖號6()1為—二維條碼，而圖號6Q2為欲 辨識物體。本發明所謂的二維條碼，是說在—二維的影像 上，我們建立-組由符號、圖形所組成的影像，而這些影 像在經由it鏡、影像感測單元再至控制單元後，能由控制 單元解出其所代表的數字，及這個數字所代表的意義或動 作。其優點為=維條竭所能代表的物體較一維條碼多，而 且由於其是二維的，其辨識率也能相對的提高。 於一較佳實施例中，本發明之紅外線光源條碼讀取裝 置可應用於幫助小孩子學習加法的玩具上，首先在一張有 數字1的紙卡上’製作一代纟！的條碼，依此類推，製作 -連串的條碼，其代表的意義為2、3、4、…、8、9、…、 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -I 0 n n 1 I— n n n 一sej i n ϋ a§ i 1 ϋ I I n I n n ϋ n n n n n n n n n n n n ϋ n n n ϋ 503372 五、發明說明（） +、_、*、/、=、…。然後將這樣的一張< + @ _ 很、.·氏卡置於此玩具的 鏡頭單元的前面，再由影像感測單元將旦 析衫像抓至控制單元後’經由控制單元作辨識之後，此玩具就能作⑽應的動作了。例如，將，，彳+2=”這四張紙卡依序放置此玩具前， 時玩具於判讀出”1”時，會發出”i，，的聲立+曰出來，判讀出， 時會發出”加，’的聲音出來，判讀出，，2”時會發出”2”的聲立 來，判讀出”=”時會發出”等於，，的聲音$ I 曰曰阳术，微處理器於讀出4於之後則進行運算，然後會發出叼聲音出來， 表這些運算之後的結果。 此 + ! 出 代 另一較佳實施例為應用一些條碼，其代表的音田 Α、Β、···、Ζ或簡單的英文單字與圖樣，當此裝置讀取 時，會發出Α的標準發音，同樣裝置讀取簡單英文單字 圖樣之條碼時，會發出該圖樣的英文單字發音等， Apple，用以讓小孩子學習簡單的英語，並增加幼兒的 習興趣。

為 A 如 學 n n n If ϋ ϋ n n 1« n · ai· 1 _1 n 1 * · ϋ a— 1· I- n 1 emmmm t 言 务 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 綜上所述’本發明所提供之紅外線條碼讀取裝置其應 用的範圍相當廣，除了一般商業上，商品序號與商品名稱 之辨識外，更可應用於幼兒輔助學習或玩具上。本發明之 紅外線光源條碼讀取裝置除了可辨識一維條碼之外，還可 以用於辨識二維的條碼，因所使用的影像感測器為二維的 影像感測器，因此一維與二維的影像，皆可利用本發明之 條碼讀取裝置作辨識，並解出其所代表的意義。本發明有 -11 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210x 297公餐） 503372 五、發明說明（） 下列幾個優點，一為砍w *”、/、馬㈣取裔和條碼的相互位受 限制，只要在當理& _ 、fe圍内都可接受。二為用紅外線照 明，減少可見光的干擾。三為無論是'維條碼或二維條 碼都可以使用此條碼讀取器。四為提高條碼辨識準確 度，並降低成本。 本發明以一較佳實施例說明如上，僅用於藉以幫助▼ 解本發明之實施，非用以限定本發明之精神，而熟悉此領 域技藝者於領悟本發明之精神後，在不脫離本發明之精 範圍内，當可作些許更動潤飾及等同之變化替換，其專 保護範圍當視後附之申請專利範圍及其等同領域而定。 了 神 ^/AW --------訂------->!線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 12 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公楚）

Claims (1)

1. 503372 A8B8C8D8 六、申請專利範圍 1 ·種用於讀取條碼、符號、圖形識別符號之條碼讀 取裝置，該裝置至少包括： 光源單元，用以發出紅外蠄止^ ^ Λ ^ , 、·工y卜線先源照明該條碼，其中該 條碼表面將反射該紅外線光源； 鏡頭單元，用以接收該條雜ι I^ , 饮队成脉瑪表面的紅外線反射光，並 將待讀取影像成像於影像感測單元； 影像感料s，用以接收經透鏡單元聚焦成像之光影 像信號，並轉變成電子影像資料； 控制單元’用以接收該電子影像資料，並做適當之判 斷及處理·，及 電源供應單元，用以供應電源至上述各單元。 2 ·如申請專利範圍第1項所述之條碼讀取裝置，其中 上述之光源單元係由一個至複數個紅外線發光二極體 (Infrared LED)所組成。 3·如申請專利範圍第1項所述之條碼讀取裝置，其中 經鏡頭單元聚焦成像至影像感測單元的光影像信號所需 之光源可為日光。 4.如申請專利範圍第1項所述之條碼讀取裝置，其中 上述之條碼係由可反射大部份紅外線之材質所製成。 -13- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) m 訂---------線mi 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 5·如申請專利範圍第1項所述之條螞讀取裝置，其中 上述之鏡頭單元更包含一冷光鏡，用以過濾可見光而使紅 外線通過。 6.如申請專利範圍第1項所述之條碼讀取裝置，其中 上述之影像感測單元為一守接受紅外線之影像感測單 元，用以感測該紅外線之光影像信號。 7 ·如申請專利範圍第1項所述之條碼讀取裝置，其中 上述之影像感測早元為二維影像感測早元，用以辨識條 碼、符號、圖形識別符號之影像。 8 ·如申請專利範圍第1項所述之條碼讀取裝置，其中 上述之控制單元係為一微處理器。 9·如申請專利範圍第1項所述之條碼讀取裝置，其中 上述之電源供應單元係為一電池模組。 1 0 · —種用於讀取條碼、符號、圖形識別符號之紅外 線光源條碼讀取裝置，該裝置至少包括： 光源單元，由複數個紅外線發光二極體（Infrared LED) 所組成，用以發出紅外線光源照明該條碼，其中該條碼表 面可反射該紅外線光源； 透鏡單元，用以接收該條碼表面的紅外線反射光，並 -14- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） — — — — — — — — — — — — — — — — alllllii — I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) )03372 元 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 將該紅外線反射光聚焦； 影像感測單元，用以接收聚焦過的該紅外線反射光成 像之光影像信號，轉變成電子影像信號；及 控制單元’用以接收該電子影像信號，並辨識該電子 影像信號所代表之條碼識別符號。 1 1 ·如申請專利範圍第1 0項所述之條碼讀取裝置，其 中上述之條碼係由可反射大部份紅外線之材質所製成。 12·如申請專利範圍第1〇項所述之條碼讀取裝置，其 中上述之鏡頭單元更包含一冷光鏡，用以過濾可見光而使 紅外線通過。 13.如申請專利範圍第項所述之條碼讀取裝置，其 中上述之影像感測單元為一可接受紅外線之影像感測單 用以感測該紅外線反射光之光影像信號。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} - , ά·-----—訂--------線-· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 14·如申請專利範圍第1〇項所述之條碼讀取裝置， 中上述之影像感測單元為二維影像感測單元，用以辨識 維條碼影像。 其 15.如申請專利範圍第彳〇項所述之條碼讀取裝置’其 中上述之控制單元係為一微處理器。 -15- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）