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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft allgemein ein Abtastsystem zum Lesen und/oder
Analysieren von Strichcodesymbolen und insbesondere einen tragbaren Strichcodeabtaster.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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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.
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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.
Wäh rend
CCD-Abtaster den Vorteil haben, dass sie in ihrer Herstellung preisgünstiger
sind, beschränken
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.
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In
der jüngsten
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.
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Eine
offenkundige Vorbenutzung, die dem Bedienungshandbuch von Datalogic
DL 66-00/01, Nr. B8250002, gedruckt im Mai 1999 entspricht, beschreibt
einen ähnlichen
optischen Abtaster, bei dem eine Gruppe mehrerer paralleler Leuchtdioden
hinter einer einzelnen Linse vorgesehen ist.
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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 übertra gen, um das Leuchten
der Gruppe zu variieren und dadurch für eine gleichmäßige Ausleuchtung
der zu lesenden Zeichen zu sorgen.
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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 Wesentlichen 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.
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Die
US-PS 4 743 773 zeigt einen Strichcodeabtaster, der eine lineare
Gruppe oder Gruppen von Punktlichtquellen umfasst. Die lineare Gruppe
besteht aus einer Vielzahl von parallelen Punktlichtquellen.
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Die
GB 2 225 659 zeigt einen
optischen Strichcodeleser, bei dem eine Leuchtdiode eine Linse oder
Linsen aufweist, die davor angeordnet ist oder sind, um für eine gleichmäßige Beleuchtung
eines streifenförmigen
Bereiches zu sorgen, in dem sich ein Strichcode befindet, um gelesen
zu werden.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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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.
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Gemäß der Erfindung
wird ein optischer Abtaster nach dem Anspruch 1 geschaffen.
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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.
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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,
das nicht der beanspruchten Erfindung entspricht, ist die Leuchtdiodengruppe
durch eine Blitzlichtlampe ersetzt, die ein stärkeres Licht zum Abtasten aus
größeren Abständen liefert.
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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
das tatsächliche
Signal aufgrund der Faltungsverzerrung eine abgerundete Form hat).
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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.
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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.
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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.
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KUZRE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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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 ähnliche
Bauteile beziehen und in denen
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1 eine
schematische Ansicht der relativen Anordnung der Leuchtdioden, des
optischen Moduls und des Detektors auf einer gedruckten Schaltungsplatte
zeigt,
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2a, 2b und 2c schematische Ansichten
der relativen Positionen der Leuchtdioden für ein Trio, zwei Trios und
drei Trios von Leuchtdioden jeweils zeigen,
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3 eine
auseinandergezogene Ansicht der Linsenanordnung zeigt,
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4 eine
perspektivische Ansicht eines montierten optischen Abtastkopfes
mit einem Gehäuse
zeigt,
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5 eine
Querschnittsansicht längs
der Linie 5-5 in 4 zeigt,
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6 das
Schaltbild einer Leuchtdiodenplatte für die Konfiguration mit 12
Leuchtdioden zeigt, die in 1 dargestellt
ist,
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7a bis 7g in
Diagrammen die Taktimpulse für
die verschiedenen zeitlichen Steuerungen bezüglich der Aktivierung des Abtasters (7a),
der abwechselnden Leuchtzyklen (7b, 7c und 7d)
gemäß der vorlie genden
Erfindung, des analogen Rücksetzens
des Detektors (7e) und der Leuchtmuster nach
Maßgabe
bekannter Verfahren 1 und 2 (7f und 7g)
zeigen,
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8 in
einem Blockschaltbild die Arbeitsabfolge des optischen Abtastkopfes
gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt,
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9 in
einer schematischen Ansicht eine alternative Leuchtdiodenanordnung
und die entsprechende Lichtverteilung zeigt,
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10 in
einer schematischen Ansicht eine zweite alternative Leuchtdiodenanordnung
und ihre entsprechende Lichtverteilung zeigt,
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11 eine
schematische Ansicht einer dritten alternativen Leuchtdiodenanordnung
und ihre entsprechende Lichtverteilung zeigt,
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12 ein
Blockschaltbild der Abtastvorrichtung zeigt,
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13a und 13b Vorderansichten
von Luftschlitzen für
eindimensionale und zweidimensionale Anwendungen jeweils zeigen,
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14a und 14b schematische
Ansichten einer geriffelten zylindrischen Linse mit einem konkaven
und einem konvexen Ausgangsrand jeweils zeigen,
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15 eine
schematische Ansicht einer zylindrischen Linse mit Doppelradius
zeigt,
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16 ein
Blockschaltbild eines CCD Moduls zeigt,
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17 eine
teilweise geschnittene Seitenansicht der Erfindung zeigt, bei der
die zylindrische Linse mit Doppelradius verwandt ist,
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18a bis 18f schematische
Ansichten der Leuchtdiodenausrichtung für eine zweidimensionale Abtastung
zeigen, wobei 18a eine zur Vorderseite der
gedruckten Schaltungsplatte parallele und 18b dazu
senkrechte Ansicht zeigt, 18c eine
zweireihige Anordnung der Leuchtdioden zeigt, 18d zwei vertikale Reihen von Leuchtdioden zeigt, 18e und 18f eine
Kombination von horizontalen und vertikalen Anordnungen zeigen,
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19 eine
schematische Ansicht einer einzelnen Lichtquelle mit parabolischem
Reflektor zeigt, die nicht Teil der Erfindung ist,
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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
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21 ein
Diagramm einer Filterübertragungsfunktion
zeigt.
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BESCHREIBUNG
DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
IM EINZELNEN
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Der
Abtastkopfmodul, der in 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 1 dargestellte Konfiguration weist
12 Leuchtdioden auf, die auf der PCB 2V 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 abzutastenden Strichcode
fällt.
Das reflektierte Licht, das eine Intensität hat, die durch das Strichcodesignal
moduliert ist, wird zur Linsenanordnung und zum Detektor zurückgeworfen.
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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 12 dargestellt ist, das zweidimensionale
Bild vor der Decodierung durch den Decodierermodul 26.
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Das
erste Ausführungsbeispiel
einer Lichtquelle, das in 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 2a, 2b und 2c 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.
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In 2a bilden
die Leuchtdioden 6, 10 und 13 das erste
Trio. Lichtstrahlen 106, 110 und 113,
die in 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 2b dargestellt
ist. Die davon austretenden Lichtstrahlen, nämlich die Lichtstrahlen 105, 110 und 114, die
in 1 dargestellt sind, ergänzen die Lichtstrahlen vom
ersten Trio, um das Fenster 24 zu füllen und sich davon auszubreiten. 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.
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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 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 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 18c dargestellt ist, oder mit
zwei vertikalen Reihen, die von der PCB 2 nach oben verlaufen,
wie es in 18d dargestellt ist, sowie irgendeiner
Kombination daraus. In 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 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 11 dargestellt
ist, sind die mittigsten Leuchtdioden 209 und 211 so
gedreht, dass sie unter einem Winkel von 1,625° von einer Linie normal auf
die Vorderseite der Platte weg gerichtet sind. Fortschreitend nach
außen
ist jede Leuchtdiode um 3,25° von
ihrer innen benachbarten Leuchtdiode abgewandt.
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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.
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Eine
alternative Lichtquelle, die nicht der Erfindung entspricht, ist
eine Blitzlichtlampe 130 oder irgendeine andere intensive
Lichtquelle, die in 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
In tensität
erlaubt es, in Abständen
von mehr als 35 inch abzutasten.
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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 Fokussierungs- 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.
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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.
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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 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 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.
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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 Licht ebene
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 reflektierte Licht dadurch
zu filtern, dass Außenlicht
entfernt wird, das aus dem bestimmten akzeptablen Bandbreitenbereich
von 660 Nanometern heraus fällt.
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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 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 zylindrischen 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 9 liegt
dieser Punkt auf der Linie 75.
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In
Verbindung mit dem gerändelten
Eingangsrand kann der Ausgangsrand der zylindrischen Linse entweder
konkav oder konvex sein. Der konkave Rand 94' ist in 14a dargestellt
und der konvexe Rand 94 ist in 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.
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Eine
andere Abwandlungsform der zylindrischen Linse ist in 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 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.
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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 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.
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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.
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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.
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Drei
Typen von CCD, die an sich bekannt sind, können für die Matrix des zweidimensionalen Strichcodelesers
verwandt werden. 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.
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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.
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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.
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Die
Matrix 102, die im CCD Modul 20 in 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 veringertem 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.
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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.
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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 ID und ein
Flachfeld IF aufzunehmen. Die arithmetische,
Bildelement für
Bildelement erfolgende Berechnung ergibt ein korrigiertes Bild mit
photometrischer Integrität
IC = (IR – ID)/(IF – ID).
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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.
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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.
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Das
hat zur Folge, dass Überschussladungen
zu einem sehr schwachen Strom führen,
so dass der Wirkungsgrad der Antiüberhellungseinrichtung im Grunde
genommen unbegrenzt ist.
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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.
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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
Tastspei cherschaltung mit einem Sperreingang ausgeführt, die
stromabwärts
vom CCD Ausgang angeordnet ist, und erfolgt vor der Videosignalkonditionierung
und/oder -verarbeitung.
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Die
Positionen der fehlerhaften Bildelemente werden im Pufferspeicher 88 in
Form ihrer relativen x, y Koordinaten aufgelistet. 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.
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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.
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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 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 7a bis 7e dar gestellte 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 abgetastet wird, die von
Interesse sind.
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Die
Arbeitsabfolgen sind in den 8 und 12 dargestellt.
Für einen
eindimensionalen Betrieb (der dem ersten Weg in 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.)
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Bei
dem zweidimensionalen Abtaster geht das Ausgangssignal des CCD Bauteils über den
Signalwandler 22'.
Hier wird wie beim eindimensi onalen 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 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.
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Eine
Verstärkungssteuerung 54', die eine automatische
flankenerfassende oder eine hochadaptive 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 Aus schluss der Faltungsverzerrung
rückzugewinnen.
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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.
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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.
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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.
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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 6 ist dazu
vorgesehen, die Folgesteuerung der vier verschiedenen Leuchtdiodentrios
darzustellen, die im Ausführungsbeispiel
von 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).
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7 liefert Beispiel von Impulsmustern zur Aktivierung
der Leuchtdioden des in 1 dargestellten Ausführungsbeispiels. 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 7b dargestellt
ist, wird das erste Leuchtdiodentrio (TRIO 1) zum Aufleuchten gebracht.
Am Anfang des zweiten Taktzyklus wird ein zweites Trio (TRIO 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 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 7a angegebenen Stelle ausschaltet.
In 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 wäh rend 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 7d wechselt das Impulsmuster
zwischen zwei angeschalteten Leuchtdiodentrios und dem Anschalten
von vier Leuchtdiodentrios ab, wobei ein Trio immer angeschaltet
bleibt. Die 7f und 7g dienen
zum Vergleich des erfindungsgemäßen Verfahrens
mit den bekannten Praktiken. In 7f tritt
eine einfache Umschaltung zwischen dem angeschalteten und dem ausgeschalteten
Zustand auf. In 7g bleibt irgendeine Kombination
von Leuchtdioden, die der Auslöser
aktiviert, immer angeschaltet.
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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 5mA liegt. Wenn der Strichcode
in der Mitte der gesamten Feldtiefe gelesen wird, empfangen die
Leuchtdioden 50% oder 10mA. An den äußeren Grenzen der Feldtiefe liegt
der Versorgungsstrom bei 20mA. 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 Leuchtdi oden über eine passende Taktfunktion
zu befehlen und zu steuern.
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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 7,5° auf
der y Achse (eine Linie senkrecht zur Vorderseite der PCB 2)
ausgerichtet, sind die Leuchtdioden 5 und 8 unter
15° ausgerichtet
und sind die Leuchtdioden 6 und 7 unter 22,5° ausgerichtet,
wie es in 9 dargestellt ist. Die Leuchtdioden
auf dem anderen Schenkel der V Form sind in ähnlicher Weise aber in die
entgegengesetzte Richtung ausgerichtet. Aus dieser Fig. 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.
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Die
alternative Leuchtdiodenanordnung, die in 10 dargestellt
ist, bringt die mittigsten Leuchtdioden unter einem Winkel von 3,75° gegenüber einer
Linie senkrecht zur Vorderseite des Abtasters in Stellung, wobei
die anderen Leuchtdioden in Schritten von 3,75° 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 10 angeordnet
sein sollte.
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Eine
dritte Anordnung der Leuchtdioden ist in 11 dargestellt,
die eine Leuchtdiodenreihe unter verschiedenen Ausrichtungen zeigt.
Diese Anordnung wurde oben beschrieben.
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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 Platzierung von
einer der Schaltungsplatten im Lauf der Abtastkanone während die
andere Platte teilweise im Handgriffteil verläuft.
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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.
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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 Warnung 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.
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Ein
elektronischer Verschluss 116, der in 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.
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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 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, was nicht der Erfindung entspricht.
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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
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.
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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.
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Die
obige Beschreibung und Zeichnungen sind daher nur als Beispiele
gedacht und der Umfang der Erfindung ist ausschließlich durch
die zugehörigen
Ansprüche
begrenzt.