专利名称：杆式读取装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用来读取光学符号化信息的装置，具体地说，用来读取条形码的改良型杆式读取装置。
条形码即光学符号化信息已经能经常见到。条形码记号一般由一系列长方形的亮区域(间隔)和暗区域(条形)所构成。条形的宽度和(或)条形之间间隔的宽度代表了符号化信息，这些要素的指定数目和排列代表了字符。在规格化的代码体系中，指定了每个字符的要素排列、要素可以具有的宽度和间隔、一个记号可以包含的字符数目、或者记号的长度如何变化等。
为了对条形码记号解码，取得正确的消息，条形码读取装置通过对记号进行扫描，产生代表被扫描记号的模拟电信号。读取装置已知有各种各样的形式，在杆内固定设置有发光元件和探测器的杆式读取装置是其中之一。对于这种情形，使用者用手使杆沿着记号移动。对于另外的读取装置，光学扫描器用光束，例如激光束，去扫描记号并由光探测器探测出从记号反射的光。不论对于何种情形，光探测器都探测出从扫描记号的探测斑反射回来的光，并产生代表符号化信息的模拟扫描信号。
数字化器对模拟扫描信号进行处理，产生脉冲信号。脉冲的宽度和各脉冲间的间隔分别与条形的宽度和条形间的间隔宽度相对应。数字化器具有边缘探测器即波形整形电路的功能，数字化器通过设定的阈值决定模拟信号中哪些点代表条形的边缘。实际上，阈值电平定义了读取装置识别出条形或间隔的信号部分。
上述形式的读取装置是具有能产生一个数字化器的输出和(或)一个数字化输出的一个处理链的单通道方式。
来自数字化器的脉冲信号被送入解码器。解码器首先测定来自数字化器的信号的脉冲宽度和间隔。然后，解码器分析这些脉冲宽度和间隔，解码出正确的条形码信息。在该处理中，包含了辨识分析根据适当的代码规则所定义的正确的文字和顺序。该处理中还包含了首先辨识作为被扫描记号依据的特定规则。通常把这种对依据规则的辨识称作“自动辨识”。
不同的条形码有不同的信息密度，在一定的区域内含有代表着不同数量的代码化数据的不同数目的要素。条形码的密度愈高，条形要素及其间隔就愈窄。因为在适当的媒体上印刷高密度记号是困难的，所以比较多的是印刷低密度记号。
通常，条形码读取装置具有确定的分辨率，大多用有效探测斑的大小来表示。读取装置的分辨率取决于发光元件或光探测器的参数、与发光元件或光探测器相配合的透镜口径、数字化器的阈值电平、解码器内的程序、或者上述因素中两个以上因素的组合。
在激光束扫描器情形下，有效探测斑是与光束在条形码上照射点处的光束大小相一致的。在使用LED(发光二极管)或类似光源的杆形读取器情形下，有效探测斑的大小或者是照明区域，或者是照明区域中能被光探测器有效地探测到反射光的那一部分。不论特定的读取装置用何种方法来设定探测斑的大小，光探测器事实上都对探测斑区域内探测到的光进行平均。
作为已有技术的一个例子，美国专利4，675，531中所记述的装置用LED照明条形码，并把条形码成像在光探测器上。分辨率，也即“探测斑大小”，由光探测器的口径决定。在该装置中，光探测器对从口径区内探测到的光也进行了事实上的平均。
由于高分辨率读取装置的探测斑尺寸小，可以对高密度记号进行解码，然而，因为低密度记号的印刷质量比较差，要正确地读取低密度记号却是困难的。特别对于用点阵方式印刷的记号更是困难。实际上，高分辨率读取装置把条形内的各个点的宽度都分别当作条形要素探测出来了。另一方面，由于低分辨率读取装置的的探测斑尺寸大，可以对低密度记号进行解码。但是，对于用于噪音比较多的记号，例如点阵式条形码的读取装置，由于其用宽幅的探测斑读取，可能出现在探测斑内同时存在两条或更多条的高密度记号的细条形的情况。因此适用于点阵式条形码的低分辨率读取装置不能够正确读取高密度记号。这样，不论是哪一种具有固定分辨率的读取装置，都只能够读取具有限定范围内的记号密度的条形码。
此外，对于记号密度确定的情形，由于读取装置分辨率的缘故，作业角(读取装置的轴线与印刷有条形码的表面的法线的夹角)的范围受到了限制。如果作业角的范围受到过分的限制，使用者在正确地扫描条形码时要保持读取装置，特别是杆式读取装置的位置是十分辛苦的。如果在杆内再要加上构成综合数据终端装置的元件，那么保持读取装置位置将是特别困难的事。大小、重量、以及窄小的作业角使得难以读取大量的条形码信息，加上焦急的心情，将使使用者对使用条形码系统产生了抗拒心理。
作为一种解决的方案，例如可以考虑设置通过调整数字化器的阈值来调整读取装置的分辨率，即探测斑大小的手段。然而，这个方法需要以各种分辨率分别进行多次扫描。如果扫描是自动进行的，则由于扫描只有在短时间内才有适当的分辨率，所以分辨率的改变将引起装置效率的降低。事实上，可以认为这种装置是以低的等效速度在进行扫描。如果读取装置是杆式的，则分辨率每改变一次，使用者都要手动地把杆在信息符号上扫描一次。这样，因为第一次读取的效率明显地降低，增加了使用者的焦急心情。
由以上所述就可以明白，为什么在该领域中要期望有能够以宽广的作业角范围工作的、并且能够读取属于宽广的记号密度范围的条形码的高性能条形码读取装置。
本发明的目的是提供，特别是对比较不熟练的使用者提供使用方便并且效率高、性能好的条形码读取装置。
本发明比较具体的目的是，通过用一个条形码扫描器，即读取装置，进行扫描，以获得大量的信息。
详细地说，本发明的目的是利用在一次扫描中所得到的附加信息，用杆式读取装置在宽广的作业角(印刷有条形码的表面的法线与杆之间的夹角)范围内以及在宽广的杆与所印刷的条形码码间的距离范围内获得正确的读取结果。由于作业角的范围宽广，即使对于不熟练的使用者，也能够以最合适舒服的角度去扫描条形码，并且第一次读取就可能有很高的成功率。对于在杆式读取装置内附加设置了构成用来处理、存储和显示被扫描条形码的数据或由内设键盘输入的数据的综合终端装置的元件的情形，这个特点也即操作的容易性将变得特别重要。
本发明的另一个目的是，不需要对信息进行多次扫描，只利用由一次扫描所得到的附加信息就可以读取宽度范围的条形码。这样，就有可能用一个改良型的读取装置来代替过去所必须的两个以上的读取装置(每个读取装置必然是设计成只能读取某个限定密度范围内的条形码)。这样，对于比较不熟练的使用者，也就排除了前述的各种问题，也排除了选择适用于特定的条形码密度的读取装置和调整读取装置灵敏度的麻烦。
为了能以宽范围的作业角工作，本发明使用两个不同直径的有效探测斑来探测光学符号化信息(即条形码)。当作业角发生变化时，由于两个探测斑中有一个处在正确对焦状态，所以可以获得正确的读取结果。并且，如果没有一个探测斑处在正确对焦状态，则在许多情形下都可以通过结合从两个探测斑得到的信息，解码出正确的信息。
为了能够读取宽范围密度的条形码，读取装置备有两个读取通道，根据两个通道的扫描信号获得正确的解码结果。通常，有一个通道的分辨率是与正在扫描的条形码密度相匹配的。然而，如果不是这样，仍有可能通过结合两个通道的数据中的正确部分，得到一个正确的解码结果。
作为第一特点，本发明提供扩大杆式读取装置在读取光学符号化信息时的作业角范围的方法。作业角是杆式读取装置的主轴与印刷有光学符号化信息的表面的法线之间的夹角。该方法通过配置发光元件和探测元件，包含(ⅰ)对从具有第一直径的第一有效探测斑反射的光进行光学探测的、以及(ⅱ)对从具有比第一直径大的第二直径的第二有效探测斑反射的光进行光学探测的步骤。第一和第二有效探测斑在光学符号化信息上扫过。这样，(ⅰ)当第一有效探测斑扫过光学符号化信息时探测出了光学符号化信息，产生了第一探测信号，(ⅱ)当第二有效探测斑扫过光学符号化信息时探测出了光学符号化信息，产生了第二探测信号。第一和第二有效探测斑的直径随作业角的增大而成比例地增大。本方法还进一步包含根据上述两个探测信号获得一个光学符号化信息的解码形式的步骤。即使作业角不同，也至少有一个有效探测斑具有能够正确读取光学符号化信息的适当大小。
作为第二个特点，本发明提供对应于上述方法的装置。详细地说，该装置是以宽广的作业角范围读取光学符号化信息的杆式读取装置。杆式读取装置在杆内配备有发光元件和探测元件，当具有第一直径的第一有效探测斑扫过光学符号化信息的时候，对从第一有效探测斑反射的光进行光学探测，并产生与之相对应的第一探测信号。此外，上述发光元件和探测元件的布置方式使得，当具有比第一直径大的第二直径的第二有效探测光斑扫过光学符号化信息的时候，对从第二有效探测斑反射的光进行光学探测，并产生与之相对应的第二探测信号。第一和第二有效探测斑的直径随作业角的增大而成比例地增大。杆式读取装置还进一步配备有能从上述两个探测信号导出代表光学符号化信息的一个解码形式的装置。以上这样设计的结果是，在各种作业角条件下，至少有一个有效探测斑具有能够正确读取光学符号化信息的适当大小。
作为第三个特点，本发明提供读取光学符号化信息的方法。该方法包括使光学符号化信息变成光学信息的步骤以及在探测从光学符号化信息反射的光时产生两个数据流(它们都与光学符号化信息有关)的步骤。两个数据流有不同的分辨率。该方法根据上述两个数据流获得代表光学符号化信息的一个解码形式。
作为第四个特点，本发明提供读取光学符号化信息的装置。该装置配备有探测装置，即至少一个能够对符号化信息进行光学探测并产生与之对应的至少一个电信号的探测器。该装置还进一步配备有能够导出与用上述探测器对光学符号化信息进行每次扫描时所得到的至少一个电信号相对应的两个数据流的装置。两个数据流同样有不同的分辨率。作为对上述两个数据流的响应，解码器产生代表被探测到的光学符号化信息的一个数据输出。
作为第五个特点，本发明提供改良型的光学式探测装置。光学式探测装置含有沿第一和第二光轴发射光的第一和第二发光元件以及探测来自第一和第二发光元件的反射光的光探测元件。光探测元件接受沿着与第一、第二光轴相平行的第三光轴反射回来的光。光学式探测装置还进一步含有后部为球形表面的分别与沿第一和第二光轴的发光元件排成一直线的第一和第二半拱形锥光学元件。第一半拱形锥光学元件决定了第一发光元件发光时和光探测元件接受光时的景物深度和探测斑大小。同样，第二半拱形锥光学元件决定了第二发光元件发光时和光探测元件接受光时的景物深度和探测斑大小。两个半拱形锥光学元件可以是相同的，也可以是不同的。当两个半拱形锥光学元件相同时，将得到同一景物深度和相当对称的同一探测斑大小。当两个半拱形锥光学元件不同时，它们分别确定了不同的景物深度和探测斑大小。
作为第六个特点，本发明提供改良型的光探测器。本发明的光探测器是在一个基板上形成了两个光敏区的多通道光探测器。第二光敏区配置在第一光敏区的周围。
本发明包含具有不同分辨率的两个数据通道以及(或)能得到两个探测斑的多个系统。例如，在最简单的实施例情形中，杆式读取装置含有LED光源和单一的光电二极管探测器。探测器的信号通过两个不同的与信号调整电路相联系的数字化器。与一个信号调整电路相联系的数字化器产生高分辨率输出，与另一个信号调整电路相联系的数字化器产生低分辨率输出。微处理器通过分析来自两个通道的数字化数据，对被扫描的条形码数据进行解码。由于有这样两种分辨率的通道，用一个条形码读取装置进行一次扫描，就既能够读取密集的高分辨率条形码，又能够读取低分辨率条形码(例如，用点阵式方式印刷的条形码)。
此外，也有可能使用一个光源和两个探测器。为了得到必要的两个不同的分辨率，两个探测器和(或)与它们相关联的光学装置的特性也要不同。在一个特别有用的实施例中，两个探测器都是光电二极管，它们制作成同心结构。也就是说，第一光电二极管制作在中央，第二光电二极管制作在其周围。第一模数转换器使第一光电二极管的输出信号数字化，作为高分辨率数据通道。然后把第一光电二极管的输出信号与第二光电二极管的输出信号相加。第二模数转换器使该合成信号数字化，作为低分辨率的数据通道。
还有另外的方法，即设置两个不同的发光元件和两个探测器。每一对发光元件和探测器给出扫描信息的一个通道。每个通道的分辨率取决于一个或一个以上的光学元件，即发光元件的结构、探测器的结构、或者一对发光元件和探测器的联合口径。
不论采用何种系统都可以得到两个通道，微处理器就可以分析来自各个通道的数据，判别哪一个通道能够导出正确的解码结果，并选择由该通道所得到的结果数据作为输出数据。如果正在读取的条形码密度和通道的分辨率不匹配，则显然要发生读取错误。
作为替代，即使对于任何一个单独通道都不能实现正确读取的情形，微处理器也能够使两个通道的数据合并，以得到一个正确的结果。微处理器辨识出在各通道所读取到的数据中哪些部分是处在读取时达到分辨率匹配所容许的参数范围之内的。微处理器丢弃两个通道数据中所有处在容许范围之外的数据，微处理器使两个通道数据中处在容许范围之内的数据相结合，给出一个正确的最后读取结果。
高性能的杆式条形码读取装置应该具备以下特征。
内藏式解码器，使用最广的记号表示法的自动识别，宽广的分辨率范围(从低密度条形码直到高密度条形码，也即5～20密耳(1密耳等于0.001英寸)，从印刷良好的条形码到点阵式条形码)，容易对塑料或分层板上的符号读取。
如果发光元件/探测器模块具有大的景物深度和可变的探测斑大小，就可以满足上述技术要求。例如，对塑料或分层板读取时，通常要求有2mm的景物深度，读取点阵条形码时，要求有0.5mm的探测斑大小。
本发明的上述以外的目的、优点和新的特征，虽然在下面的说明中只是部分地提到，但通过仔细阅读下面的说明将可以明白，如果实施本发明将可以理解。
附图的简单说明
图1是本发明的正在对条形码扫描的杆式条形码读取装置的斜视图。
图2是在图1所示的杆的各种作业角下，两个有效探测光斑的示意图。
图3是本发明的两个有效探测斑在通过较高密度条形码记号时的示意图。
图4是两个有效探测斑在通过低密度点阵式条形码记号中的一个条形要素时的示意图。
图5是使用不同分辨率的数字化器的本发明第一实施例的电路方框图。
图6是高密度条形码以及在对该条形码扫描时图5电路所产生的信号的示意图。
图7是由点阵式打印机打印的多噪音条形码以及对该条形码扫描时图5电路所产生的信号的示意图。
图8是使用两个发光元件和两个光探测器的本发明的第二实施例的电路方框图。
图9是使用两个发光元件和一个光探测器以及转换开关的本发明的第三实施例的电路方框图。
图10是本发明的光学式探测装置的截面图。
图11是沿图10C-C线的截面图。
图12是沿图10A-A线的截面图。
图13是沿图11B-B线的截面图。
图14画出了从LED发出并照明条形码记号的光线的、类似于图5的本发明光学式探测装置的截面图。
图15是具有一个光敏区包围着另一个光敏区的形式的、具有两个光敏区的光探测器的平面略图。
图16是使用一个发光元件和图15的两个光敏区的本发明的第四实施例的电路方框图。
图17是图15的光探测器的详图，示出了两个圆形的光敏区以及通过切断周围光敏区的绝缘通路进行中央光敏区连接的方式。
图18是图15的光探测器详图，示出了两个矩形光敏区、以及利用中央光敏区上的焊接垫和跨越周围光敏区的引线进行中央光敏区的连接的另一种方式。
图19是表示解码器根据两个不同分辨率的数据流导出一个正确结果的过程的流程图。
图20是表示根据条形码记号、从两个通道获得的信号，以及扫描合并算法来得到修正信号的放大图。
图21是图8实施例中的替用光学式探测装置的截面图。
图22是光学式探测装置的第二实施例沿图21D-D线的截面图。
图23是图21光学式探测装置中所使用的透镜的球差和焦距的示意图。
符号说明S、S2直径不同的两个有效探测斑T1、T2阈值L1、L2透镜
T.SA横向球差L.SA纵向球差10杆式条形码读取装置20条形码23点阵式条形码的条形要素41LED(发光二极管)42PD(光电二极管)43、44信号调整电路45、46数字化器47解码器51第一LED52第一PD53信号调整电路54第一数字化器55第二LED56第二PD57信号调整电路58第二数学化器61第一LED62第二LED63PD64、65转换开关66、67S/H(采样保持)电路68、69信号调整电路70第一数字化器71第二数字化器
72时钟75装置外壳77光学元件(拱形锥1和拱形锥2)79管筒131LED132加法器133信号调整电路134第一数字化器137信号调整电路138第二数字化器141基板142第一光敏区143死区144第二光敏区145、146金属线147焊接垫148引线149窄非光敏区151基板152第一光敏区153死区154第二光敏区155、156引线157焊接垫158引线图1和图2说明，本发明在用杆式读取装置扫描条形码时是通过什么样的功能来扩大作业角的范围的。图1示出正在用手使杆式读取装置(以下把它简单地称作“杆”)10对条形码20进行扫描的情形。如图所示，作业角θ定义为带有光学符号化信息的表面的法线与杆10的主轴之间的夹角。图1所示杆10的作业角θ约为45°，对应于图2中的b。然而，杆10也可以保持在宽角度范围内的其他角度的姿态上，例如0°的姿态(对应于图1中的0°)。
杆10的发光元件和探测元件配置得能够产生两个具有不同直径的有效探测斑S1和S2。图2示出在不同的作业角θ下，两个探测斑S1和S2的不同直径和形状。在0°姿态下，两个探测斑S1、S2必然是同心圆。然而，当角度θ按a、b、c、增大时，两个探测斑S1、S2的形状逐渐变为愈来愈大的椭圆形。
假如读取装置是杆式读取装置，使用者用手移动杆，使两个探测斑横向扫描条形码。通过扫描，(ⅰ)第一有效探测斑在扫过光学符号化信息时对光学符号化信息进行了探测，产生了第一探测信号，(ⅱ)第二有效探测斑在扫过光学符号化信息时对光学符号化信息进行了探测，产生了第二探测信号。
在对条形码或其他光学符号化信息进行扫描时，第一和第二探测斑S1和S2从光学符号化信息的一端扫描到另一端。图3示出在作业角θ比较小的情形下，探测斑S1和S2对条形码20的横向扫描。由于使用者在扫描长度范围之内保持了0°或其附近的作业角，探测斑S1、S2必然是圆形的。
如果使用者改变作业角，则探测斑S1、S2的大小和形状就要像图2那样变化。第一和第二有效探测斑S1、S2的直径随作业角的增大而成比例地增大。本发明根据两个探测斑S1、S2从光学符号化信息的一端扫描到另一端时所获得的两个探测信号，得到一个光学符号化信息的解码形式。在各种作业角下，至少有一个有效探测具有适当的大小，可以获得光学符号化信息的正确读取结果。
对于密度较低的条形码情形，如图2a所示，0°作业角下大的圆形探测斑S1可以给出正确结果。不过，对于某些噪音多的印刷条形码，例如点阵式印刷条形码，小直径的探测斑S2实际上太小了一些。对于稍大一些的角度，例如图2b的情形，两个探测斑S1、S2至少在某种程度上可以给出有可能读取的信息。这样两个信息在合并之后可以得到一个正确的解码结果。当作业角θ增大时，探测斑S1、S2变得细长，在多数情形下大直径的探测斑S过于大了，而小直径的探测斑变得具有适当的直径。
图3示出探测斑S1、S2对较高密度的条形码进行横向扫描的情形。当作业角为0°或其附近时，探测斑S1、S2必然都是圆形的。在对高密度条形码进行扫描中的一些点上，具体地如在中间的两个位置上，大直径探测斑S1的范围跨越了两个或两个以上的条形要素。在这个范围内经过平均之后，就不能得到代表窄条形要素的正确信息。与之成对比的是，小直径探测斑S2的范围小，即使在上述位置处也只跨越了一个窄条形要素。
图4示出探测斑S1、S2对点阵式条形码的一个条形要素23进行横向扫描的情形。如图所示，实际上条形要素23的各个点之间存在着间隙。当用小直径探测斑S2探测时，将把点作为暗区域而把间隙作为亮区域来探测。其结果是，与探测斑S2的探测相对应的信号将认为在上述地点处暗的区域是条形，亮的区域是间隔。从而，使用探测斑S2探测时不能正确读取条形要素23的宽度。与之成对比的是，大直径探测光斑S1可以导出正确的解码结果。由于用探测斑S1探测时将对在宽广的探测斑区域内的反射光进行平均，可以表示出暗的条形。
图5示出了本发明第一实施例中产生具有两个不同分辨率的，也即具有两个不同探测斑的两个通道的最简单的方法。该实施例通过使用具有不同分辨率的数字化器，用电子技术获得两个不同的分辨率。读取装置可以是自动扫描器，也可以是手动扫描时所必需的杆式读取装置。下面，假定读取装置是杆式的，对图5的电路网络进行说明。
图5的实施例含有单一的光源即发光二极管(LED)41和单一的光探测器即光电二极管(PD)42。LED41发出的光照明光学符号化信息(条形码)20表面上的一个区域。PD42探测从条形码20反射的光并产生模拟信号。模拟信号的振幅代表了反射光的振幅。读取装置对条形码进行扫描。当读取装置是杆式装置时，使用者用手把杆从条形码的一端移动到另一端。与所探测的反射光相对应的模拟信号按照条形的亮区域和暗区域发生振幅变化。
从PD42得到的模拟信号被两个模拟信号调整电路43和44放大、倒相和调整。信号调整电路43和44实质上是相同的，从而给出了两个模拟输出信号。这两个输出信号中的一个被送入第一数字化器45，另一个被送入第二数字化器46。数字化器45和46与过去的单通道式读取装置所使用的数字化器相同，具有边缘探测器，即整形电路的功能。在每个数字化器45或46中，数字化器所预定的阈值决定了模拟信号中哪些点代表了条形的边缘。不过，数字化器45和46具有不同的阈值。
从两个数字化器45、46输出的脉冲信号被送入已编程的微处理器式解码器47。信号调整电路43和数字化器45向解码器47输送第一数据流，构成第一通道。信号调整电路44和数字化器46向解码器47输送第二数据流，构成第二通道。如图6和图7所示，由于第一数字化器43的阈值T1得比较低，所以数字化器43的分辨率比较低。与之相反，第二数字化器46的阈值T2比较高，灵敏度也比较高。
图6示出对高密度条形码进行扫描时，图5电路内所产生的信号。由于模拟信号是按照平均的反射光来变化的，所以调整之后对应于间隔比较窄的条形信号的变化比较小。由于第一通道的第一数字化器45的阈值低，所以从数字化器45输出的脉冲信号如图6所示，有一些变化没有被探测出来。由于高分辨率的第二通道有高灵敏度的数字化器46，它连模拟信号中的一些小凸起也能探测出来，所以能够探测到由窄间隔的条形要素所造成的反射光的小变化。从而，如图6所示，高分辨率的第二通道中的数字化器46可以输出与条形码边缘恰好一致的脉冲系列。
图7示出对点阵式低分辨率条形码进行扫描时，图5电路内所产生的信号。由于模拟信号是按照平均的反射光来变化的，所以调整之后含有对应于阵列点的小的变化。此外，模拟信号还含有对应于条形码记号实际要素的大的变化。因为第一数字化器45的阀值低，所以像图7所示的从数字化器45所得到脉冲信号那样，没有探测出模拟信号中的小变化。从而，从低分辨率的第一通道中的数字化器45可以输出与条形码边缘恰好一致的脉冲系列。反之，由于高分辨率的第二通道有高灵敏度的数字化器46，能够探测出模拟信号中的小凸起，所以由条形要素内有间隙的阵列点所造成的反射光的小变化也能被探测出来。从而，如图7所示，从数字化器46得到的脉冲信号与条形要素的实际边缘不一致。
从图6和图7可以看出，不论对于高分辨率条形码还是低分辨率条形码，两个通道中的一个将产生与被扫描条形码的边缘恰好一致的脉冲信号输出，即数据流。除了因为存在有两个不同分辨率的通道的两个数据流因而解码器47有两个输入端而不是一个输入端以外，该解码器是一个比较标准的单元。合并后的解码器47输出例如ASCⅡ格式的数字化数据。这个特殊的解码处理将在后参照图19和图20进行详细说明。
上述两个数据通道可以用各种方法来得到。图8及其后的图简明地示出了几个可用方案。不过，在各个实施例中，所有装置都是向一个解码器47输送来自两个不同分辨率的通道的两个数据流。解码器47都是相同的。
在图8的实施例中，两个不同的通道是用光学方法形成的。这个实施例备有两个发光元件和两个探测器。第一LED51发出的光照明条形码20上的第一探测斑。LED51发出的光在条形码上被反射而返回，由第一PD52探测。由第一信号调整电路53和第一数字化器54给出的低分辨率数据流以脉冲系列信号的形式输送到解码器47。第二LED55发出的光照明条形码20上的第二探测斑。LED55发出的光照明条形码上被反射而返回，由第二PD56探测。由第二信号调整电路57和第二数字化器58给出的高分辨率数据流以脉冲系列信号的形式输出到解码器47。
如图8所示，发光元件和探测器配置得使两个探测斑分开一些距离。这称作空间多重化。如果两个探测斑是同心的，可以使用其他形式的多重化。例如，可以设计成让LED51和55发出不同波长的光，而PD52，56只探测相应LED所发出的光，也可以设置滤光器。
LED51、PD52、信号调整电路53，以及数字化器54构成了低分辨率通道。LED55、PD56、信号调整电路57以及数字化器58构成了高分辨率通道。在该实施例中，各个通道的分辨率和探测斑大小取决于LED、PD、有关的光学装置或它们的联合口径的特性。例如，光学装置把各LED所发的光聚集在焦点处，当光学装置到杆的前端的距离不同时，就可以产生不同大小的照明斑。或者，当PD的大小不同时，也即通过使PD有不同的口径，就可以得到不同的区域(深测时对该区域内的反射光进行平均)。尽管数字化器54和58的阈值可以是相同的，但是最好是由相应通道的LED、PD和光学装置的特性来决定阈值。
图9的实施例使用了两个发光元件和一个探测器。为了形成两个通道，使探测器的输出分别与两个发光元件的调制同步，以实现多重化。为了得到两个不同的有效探测斑和两个不同的分辨率。两个发光元件和(或)相应的光学装置是不同的。两个探测斑可以正好按一直线并列，也可以在条形码20的表面上接近是同心的。通过分别对两个LED的调制，实现了高分辨率和低分辨率信号的时间分割多重化。
该第三实施例含有两个LED61、LED62以及一个PD63。转换开关64使LED61和62交替工作。另外，转换开关65把PD63的输出送给两个采样保持(S/H)电路66、67中的一个。信号调整电路68和数字化器70把低分辨率通道的脉冲信号输送给解码器47。此外，信号调整电路69和数字化器71把高分辨率通道的脉冲信号输送给解码器47。时钟72把适当的时标信号输送给转换开关64、65和S/H电路66、67。还有，通过用两个不同的频率对两个LED作快速的调制，然后根据频率进行解调，也可以实现多重化。
LED61及其相应的光学装置设计成能给出较大的照明光斑，LED62及其相应的光学装置设计成能给出较小的照明光斑。来自时钟72的信号一方面驱动转换开关64，激励LED61，另一方面驱动转换开关65，使来自PD63的信号送入S/H电路66。S/H电路66对由LED61和PD63所产生的低分辨率模拟信号进行采样保持。然后，来自时钟72的信号一方面驱动转换开关64，激励LED62，另一方面驱动转换开关65，使来自PD63的信号送入S/H电路67。S/H电路67对由LED62和PD63所产生的高分辨率模拟信号进行采样保持。通过反复进行上述循环，S/H电路66、67就可以连续地保持两个不同分辨率的模拟信号的采样值。
然后，信号调整电路和数字化器向解码器47输送两个不同分辨率的数据流。信号电路68、69和数字化器70、71完全与前述实施例中的信号调整电路和数字化器相对应。
图10至图14示出改良型读取装置(具有杆式结构的)中的光学装置的优选实施例。如图10至图14所示，双通道杆式读取装置的光学装置能被做成为由结合两个半拱形锥所构成的三轴非常规光学系统。在这个设计中，使用了两个LED和一个探测器，与图9所示电路的实施例相同，两个LED是交替工作的。
图10至图14的光学装置，即光学式探测装置，含有第一LED61和第二LED62。这两个发光元件被配置在装置的外壳之内，并分别沿第一和第二光轴发光。也就是说，如图10所示，LED61沿轴线1′发出光，LED62沿轴线2′发出光。光探测元件PD63探测由两个LED61、62发出、并被条形码反射回来的光。PD63配置在管筒79内，接受沿光学式探测装置的中心轴即轴线3的反射光。轴线3与第一和第二光轴(即轴线1′和轴线2′)相平行。光学式探测装置还含有注射成形塑料光学元件77。光学元件77由第一第二半拱形锥组成，它们在图10中分别用拱形锥1和拱形锥2表示。拱形锥1沿着轴线1′与LED61排列成一直线，拱形锥2沿着轴线2′与LED62排列成一直线。
第一半拱形锥光学元件，即拱形锥1，在LED61发出光和PD63接受光时决定了景物深度和探测斑大小。同样，拱形锥2在LED62发出光和PD63接受光时决定了景物深度和探测斑大小。不过，两个半拱形锥也可以用其他元件代替，只要他们了能像两个半拱形锥一样，可以决定不同的景物深度和探测斑大小，给出两个通道的两种不同的分辨率。
每个半拱形锥的后表面都是球面，前表面做成是拱形具有指定的拱形锥角α。拱形锥1后表面SA1的曲率使得其焦点在F1处(图14)。拱形锥2后表面SA2的曲率使得其焦点在F2处(图14)。LED61和LED62分别配置在上述焦点F1和F2处。
如图10所示，每个半拱形锥的拱形角定义为拱形锥前表面与光学系统的三个轴的垂直线之间的夹角。为了给出不同的景物深度和探测斑大小，拱形锥1和拱形锥2的拱形锥角不同(α1≠α2)。LED 61和62发出的发散光被拱形锥1和拱形锥2折射，变成平行光，然后聚向条形码(图14)。
还有，从外壳后壁向PD63前方伸出的管筒79被配置在外壳75内。管筒79对条形码反射光的探测没有妨碍，但具有防止被后表面SA1和SA2所反射的LED61、62的光射向PD63的作用。管筒79与轴线3是同心的(图12)。此外，为了让LED61、62以及PD63的引线穿过，在外壳75的后壁上开设了些孔(图13)。
在双通道杆式读取头中也可以用透镜阵列来代替，如图21、22所示，其中使用了两个LED 51和55以及两个光探测器52和56。在这种情形下，图21所示的光学式探测装置使用图8中的电路网络。从两个LED 51、55发出的光被两个非球面透镜L1和L2聚向同一目标。从目标反射的光被透镜L3、L4会聚到光探测器52、56上，转换成模拟电信号。透镜L1和L2的差别在于他们的球差不同。球差用来控制光强度、景物深度以及表面的照明范围。
如图23所示，球差是一种焦距随入射光线的高度不同而不同的像差。F是近轴光线的焦点，Fm是边缘光线与光轴的交点。这两个点之间的距离是纵向球差L.SA。这个球差具有增大景物深度的效果。像将沿横向变大。这个像的半径称为横向球差T.SA，由下式表示。
T.SA＝L.SA×tanU透镜L1约有2mm的L.SA和5密耳的T.SA，透镜L2约有2mm的L.SA和20密耳的T.SA。从而，由于由上式得到的两个透镜的U角不同，于是两透镜的通光口径半径也不同。
图15是具有两个光敏区＃1和＃2的光探测器的平面略图。如图所示，在由网状线表示的中央圆形光敏区＃1的四周包围着由斜线表示的光敏区＃2。该实施例的光探测器的结构将在后面参照图17和图18进行说明。这种光探测器的显著特点是它实质上是多通道的探测装置。这种多通道光探测器含有做在同一基板上的第一光敏区和第二光敏区。第二光敏区配置在第一光敏区的周围。两个光敏区分别与它们下面的基板一起构成了两个光电二极管。这种光探测器在图16所示的本发明实施例中使用。
在图16的电路中，信号调整电路和数字化器与图8及图9的实施例中的信号调整电路和数字化器有相同的功能。唯一的差别是，图16示出的上通道中的第二数字化器的下通道中的第一数字化器都是高分辨率的。
该实施例中有一个发光元件和两个光探测器，光探测器由图15所示装置的光敏探测区构成。在图16中，D1表示具有光敏区＃1(中央光敏区)的光探测器，D2表示具有光敏区＃2(周围的光敏区)的光探测器。LED 131发出照明光学符号化信息的光。光探测器D1、D2接受从条形码20表面反射的光。
光探测器D1产生代表从实际上较小的中央光敏区＃1的全部面积内反射的光的平均值的模拟信号。这个信号和使用小有效探测区域的光电二极管时所得到的信号相同，这个有效探测区域决定了探则斑大小和(或)高分辨率通道的分辨率。
光探测器D2产生代表从实际上较大的周围光敏区＃2的全部面积内反射的光的平均值的模拟信号。来自D1和D2的模拟信号由加法器132相加。这个模拟信号的合成信号非常接近于从比较大的光电二极管(即区域＃1和区域＃2合起来的全部光敏区)反射的光的平均值的信号。
信号调整电路133接受来自加法器132的合成信号，进行前述的调整。从信号调整电路133输出的信号被第一数字化器134数字化，给出低分辨率的数据流。这样，探测器D1、D2、加法器132、信号调整电路133以及第一数字化器134构成了本发明的低分辨率的第一通道。另一方面，信号调整电路137接受来自D1的信号，进行前述的调整。从信号调整电路137输出的信号被第二数字化器138数字化，给出高分辨率的数据流。这样，探测器D1、信号调整电路137以及第二数字化器138构成了本发明的高分辨率的第二通道。解码器47接受来自数字化器134、138的脉冲信号，进行与前面已说明的实施例相同的处理。
在与图10至图14所示的光学式探测装置同类的装置中，最好使用图15的光探测器。这时，图15的光探测器替代了光学式探测装置中的PD63，并且因为光探测器上的每一区域只对应于一个光源，所以光学式探测装置中的LED61和LED62被同时点亮。此外，拱形锥1和拱形锥2具有相同的拱形角(α1＝α2)。所以，光敏区的大小决定了两个通道的分辨率的和探测斑大小。
利用附加的周围区域、相应的加法器、信号调整电路及数字化器，增加用图15的光探测器所得到的不同分辨率的通道就很简单。也可以代之以使用两个光敏区域，并且像图9那样，对光学式探测装置内的两个LED进行调制。
图15的光探测器是用比较标准的光电二极管制作技术来制作的。详细地说，其制作工艺与并列型光电二极管或四象限光电二极管元件的制作工艺相似。光敏单元之间的非光敏区即死区的大小一般为0.001～0.005。可供考虑的图15光探测器的布局如图17和图18所示。
在图17的第一实施例中，在基板141了制作上两个光敏区。第一光敏区142是圆形的。第一光敏区142是通过对圆形区域作适当的掺杂来制作的。在该光敏区142的周围是死区143。第二光敏区144具有围绕在第一光敏区142和死区143周围的基本上为圆环的形状。第二光敏区144是通过对圆环作适当的掺杂来制作的。死区143使两个光敏区142、144分离并有电绝缘。公用引线148通过焊接垫147固定在基板141上。这样，每个光敏区142、144都与其下面的基板一起共同构成光电二极管。
图17示出了对于第一光敏区142的优选的接线方式。在该实施例中，第二光敏区144没有做成是包围第一光敏区142的完整圆环，而是留有一个狭窄的非光敏区149，形成一个横向切断第二光敏区144圆环的绝缘通路。在狭窄的非光敏区149上制作的金属线145通过焊接垫与第一光敏区142相连接。这样，通过焊接垫和金属线145就可以向第一光敏区供给电流。同样，金属丝146通过焊接垫与第二光敏区连接。因为设置了非光敏区149和金属线145，第二光敏区144要损失一部分，这一部分的宽度要小，不超过2密耳。
图18示出了光探测器的第二实施例，它有两个矩形的光敏区，在每个光敏区上直接设置了焊接垫。在该实施例中，在基板151上制作了两个光敏区。第一光敏区152是矩形的。第一光敏区152是通过对矩形区域进行适当的掺杂来制作的。在该第一光敏区152的四周布置了矩形的死区153。矩形的第二光敏区154完全包围了第一光敏区152和死区153。第二光敏区154是通过对外圈的矩形环进行适当的掺杂来制作的。死区153使光敏区152和光敏区154分离并有电绝缘。公用引线158通过焊接垫157固定在基板上。每个光敏区152、154都与其上面的基板一起共同构成了光电二极管。
图18示出对光敏区的第二种连接方式。在该实施例中，焊接垫分别直接设置在每个光敏区上。金属引线155通过焊接垫向第一光敏区152供给电流。同样，第二金属引线156通过焊接垫向第二光敏区154供给电流。在各个光敏区中，为了形成焊接垫需要牺牲一部分光敏区域。此外，如图18所示，金属引线155还要在第二光敏区154上产生影子。
上面主要说明了关于在基板上形成光敏区这种类型的优选实施例的如图15至图18所示的改良型探测器，然而使用具有其他类型光敏区的光探测器也是可以的。例如，可以考虑由二维电荷耦合器件(CCD)阵列内的区域所构成的光探测器。在这种情形下，可以用CCD阵列中的多个感光像素(例如2×2)的正方形亚阵列)构成中央光敏区。可以用中央光敏区周围的多个感光像素(例如，正方形中央光敏区四周的两个像素宽的方形环)构成周围光敏区。中央光敏区输出的信号可以这样获得把2×2正方形亚阵列中各像素的电荷值移位读出，并对中央光敏区的像素数作电荷值的平均。周围光敏区的输出信号也和同样的方法得到。或者，也可以对有关于两个区域的电荷值一起进行平均，直接作出合成信号。
图19是表示解码器47根据两个不同分辨率的数据流获得一个正确解码结果的过程的流程图。在第一步骤ST1中，解码器47同时读取来自两个通道的数据。下面，把来自两个通道的数据分别称为数据A和数据B。两个数据输入中的一个相当于低分辨率的数据流，另一个相当于高分辨率的数据流。在步骤ST2，解码器对数据A作解码试探。在步骤ST3中，解码器判断对数据A的解码试探是否成功。如果成功，则程序进入步骤ST8，发出标志扫描成功的蜂鸣声，接着在步骤ST9中，输出解码后的数据，并在步骤ST10中结束程序。然而，如果在步骤ST3中判断为数据A的解码试探不成功，则在步骤ST4解码器对数据B进行解码试探。然后在步骤ST5中判断解码器对数据B的解码试探是否成功。如果成功，程序又进入步骤ST8，在作出扫描成功的标志之后，在步骤ST9中输出解码后的数据，在步骤ST10中结束程序。然而，如果在步骤ST5中判断为对数据B的解码试探不成功，则解码器在步骤ST6中执行扫描合并的算法。
下面参照图20说明扫描合并算法。如图所示，第一通道产生了来自其数字化器的含有一处错误的脉冲信号。然而，根据特定的条形码规格，可以揭示出信号中哪些部分的数据是处在容许范围之内的。同样，第二通道产生了来自其数字化器的含有一处错误的脉冲信号，并揭示出信号中哪些部分的数据是处在容许范围之内的。含在第一通道数据中的错误的位置与含在第二通道数据中的错误的位置是不同的。微处理器解码器辨识出两个通道数据的那些部分是处在容许参数范围之内的。微处理器解码器丢弃两个通道的错误数据，结合两个通道数据的容许部分，给出一个正确的最后读取结果(图20的修正后的信号)。这样，即使两上通道都产生了不能直接进行解码的数据，微处理器解码器也能够通过合并来自两个通道的数据，给出一个正确的结果。
扫描合并算法与发明名称为“用多次扫描对条形码解码的方法和装置”的美国专利申请所公开的处理相似。上述美国专利申请描述了通过分析扫描信号判断正确数据、通过多次扫描对数据解码、合并。本申请的扫描合并算法虽然是类似的，但它适用于处理来自两个不同分辨率的通道的、被同时接受的扫描数据。
回到图19，在步骤ST6中执行了扫描合并算法之后，解码器判断扫描合并是否成功。如果成功，程序又进入步骤ST8，发出扫描成功的标志，接着在步骤ST9中输出解码后的数据，最后在步骤ST10中结束程序。万一扫描合并之后仍然不能得到正确的解码结果，那么程序就不能输出正确的解码数据，在ST10中结束。
为了集中阐明通过对来自两个通道的数据进行处理以获得解码结果，上面关于软件的说明被简单化和局限化了。解码器还可以配备适当的软件，以便有可能对其他不同的代码记号进行自辨识，从含有代表自其他目标反射的光的脉冲的模拟扫描信号中探测出实际的代码数据。
此外，微处理器解码器还可以对有关于综合终端装置的动作进行编程。终端装置一般可以配备有适当容量的存储器、键盘、显示器以及用于通信的某种数据接口。在这样的综合终端装置中，微处理器控制着对数据和指令的键盘输入的响应、对扫描数据和键入数据的显示、以及向外部数据处理装置的数据传输。
上面说明了本发明的基本两通道系统。再增加具有不同分辨率的数据通道只是上述实施例的扩展，仍属于本发明的范畴。
权利要求
1.一种扩大杆式读取装置在读取光学符号化信息时的作业角范围的方法，其特征是它包括以下步骤(a)为了能够(i)对从具有第一直径的第一有效探测斑反射的光进行光学探测，以及(ii)对从具有比第一直径大的第二直径的第二有效探测斑反射的光进行光学探测，而在杆内设置发光元件和探测元件的步骤，(b)使第一和第二有效探测斑从光学符号化信息的一侧扫向另一侧，从而(i)探测出第一有效探测斑扫过时的光学符号化信息并产生与之对应的第一探测信号，以及(ii)探测出第二有效探测斑扫过时的光学符号化信息并产生与之对应的第二探测信号的步骤，以及(c)根据上述两个探测信号，导出光学符号化信息的一个解码形式的步骤，以及随着作业角的增大，第一和第二有效探测斑的直径也按比例地增大，并且在各种作业角下，至少有一个有效探测斑的大小适合于正确读取光学符号化信息。
2.一种能够在宽作业角范围下读取光学符号化信息的杆式读取装置，其特征是，它配备有(a)(ⅰ)设置在杆内的能够对从具有第一直径的第一有效探测斑反射的光进行光学探测的，能够在第一有效探测斑扫过时探测出光学符号化信息并产生对应的第一探测信号的、(ⅱ)设置在杆内的能够对从具有比第一直径大的第二直径的第二有效探测斑反射的光进行光学探测的，能够在第二有效探测斑扫过时探测出光学符号化信息并产生对应的第二探测信号的发光元件和探测元件，以及(b)根据上述两个探测信号导出光学符号化信息的一个解码形式的装置，随着作业角的增大，上述第一和第二有效探测斑的直径也按比例地增大，并且在各种作业角下，至少有一个有效探测斑的大小适合于正确读取光学符号化信息。
3.一种读取光学符号化信息的方法，其特征是，它包括以下步骤对光学符号化信息进行照明的步骤，探测从光学符号化信息反射的光，产生对光学符号化信息有不同分辨率的两个数据流的步骤，以及根据有不同分辨率的两个数据流导出光学符号化信息的一个解码形式的步骤。
4.一种读取光学符号化信息的装置，其特征是，它配备有能够对光学符号化信息进行光学探测，并由此产生至少一个对应于光学符号化信息的电信号的探测装置，作为对上述至少一个电信号的响应，能够把由上述探测装置进行的各个扫描即各个路径分别导向两个数据通道中去的装置，上述两个数据通道分别具有不同的分辨率，一个通道的分辨率比另一个通道的分辨率高，以及作为对被导入的两个数据通道的响应，能够产生代表光学符号化信息的一个数据输出的解码器。
5.一种光学式探测装置，它包括沿第一光轴输出光的第一发光元件，沿与上述第一光轴相平行的第二光轴输出光的第二发光元件，接受并探测从第一和第二发光元件发出的、并沿与第一及第二光轴相平行的第三光轴反射的光的光探测元件，沿着第一光轴并与第一发光元件排列在一直线上的、在光探测元件接收自第一发光元件发出的光时决定景物深度和有效斑大小的第一半拱形锥光学元件，以及沿着上述第二光轴并与第二发光元件排列在一直线上的、至少有一个不同于第一半拱形锥光学元件的光学性质的、在光探测元件接收自第二发光元件发出的光时决定景物深度和有效斑大小(不同于光探测元件接收自第一发光元件发出的光时的景物深度和有效光斑大小)的第二半拱形锥光学元件。
6.一种多通道光探测器，它包括形成在基板上的第一光敏探测区，以及形成在上述基板上、上述第一光敏探测区周围的第二光敏探测区。
全文摘要
一种能够以宽广的作业角范围读取各种密度的条形码的杆式读取装置，其发光元件、光探测元件以及有关的电路网络配置得能够得到从被扫描条形码开始的两个数据通道。两通道有不同的分辨率。即使作业角和条形码的密度有所变化，具有不同分辨率的两个通道中至少有一个适合于探测出条形码数据的全部或大部分。能产生正确结果的通道的数据可以直接使用。即使两个通道自身都不能产生正确的结果，通过分析每个通道的数据，把数据中的正确部分结合起来，也可以产生一个正确的解码结果。
文档编号G06K7/10GK1088702SQ92113728
公开日1994年6月29日 申请日期1992年12月19日 优先权日1992年12月19日
发明者爱德华·巴坎, 戴维·P·戈尔, 约瑟夫·卡茨, 李延允, 杰罗姆·斯沃茨, 托马斯·马茨 申请人:欧林巴斯光学工业股份有限公司