專利名稱：條形碼數(shù)字化信號處理電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種讀取條型碼符號的激光掃描系統(tǒng)，特別是一種檢測掃描光點從空間移至條型碼符號，或從條型碼符號移至空間的數(shù)字化處理電路。
在商業(yè)界，由于大量使用識別產(chǎn)品特性的條型碼符號，而開發(fā)了各種條型碼閱讀系統(tǒng)。大部分條型碼閱讀機(jī)使用者要求使用小型、輕便及低耗電的便于攜帶的手持式掃描器。類似系統(tǒng)記載于美國專利4，496，831號的激光掃描條型碼閱讀系統(tǒng)中。
記載于美國專利第4，496，831號的激光掃描系統(tǒng)能應(yīng)用在各種形式的掃描裝置上，但以具有手槍形的輕塑料外殼的攜帶型手持掃描頭較佳。在其把手及槍身內(nèi)，設(shè)有掃描頭的各種元件;槍身內(nèi)裝有小型光源、包括聚焦透鏡的小型光學(xué)系統(tǒng)以及將來自光源的光束導(dǎo)至條型碼符號的掃描系統(tǒng)、檢測由條型碼符號反射的光束的小型檢測裝置。
小型光源為氦氖激光管，或激光二極管，但是激光二極管較佳。由于，激光二極管比激光管小且輕，故可減少掃描頭的必要尺寸及重量，并且易于控制掃描頭及易操作。產(chǎn)生激光束的光源安裝在槍身內(nèi)，掃描系統(tǒng)使來自光源的光束通過光學(xué)裝置射向條型碼符號;掃描系統(tǒng)至少具有一個控制激光束沿條型符號長度方向橫掃條型符號的掃描用馬達(dá);掃描系統(tǒng)也可具有二個馬達(dá)，第二個馬達(dá)用于控制掃描光束沿寬度方向橫越條型碼符號，像鏡子般的光反射裝置安裝在馬達(dá)軸上，使光束通過出口孔而對準(zhǔn)符號。用于檢測由符號所反射的光束而進(jìn)行處理的檢測電路一般包括像光電二極管的光檢測元件;使用者根據(jù)需要決定手持裝置的位置，橫越應(yīng)讀取的符號，則光檢測元件會產(chǎn)生相應(yīng)于條型碼的連續(xù)的電信號。利用本發(fā)明的條型碼數(shù)字信號處理電路，會產(chǎn)生將相應(yīng)于條型碼的電信號轉(zhuǎn)變?yōu)樽g碼電路的數(shù)字信號。當(dāng)閱讀機(jī)對準(zhǔn)應(yīng)讀取的符號時，起動激光束及檢測器電路，若閱讀機(jī)有內(nèi)裝電源，則能使用可動扳機(jī)，節(jié)省電池。
輕塑料外殼內(nèi)裝有激光光源、檢測器、光學(xué)系統(tǒng)、信號處理電路、CPU及電池。閱讀機(jī)是使用者將其放在靠近條型碼符號的位置時，不接觸符號，但不移動即可橫越符號，也可設(shè)計成直接接觸符號的形式，典型的手持式條型碼閱讀機(jī)大部分被指定為在數(shù)英寸的距離內(nèi)掃描。
以下就有關(guān)線形或單線條型碼為例說明本發(fā)明內(nèi)容，但本發(fā)明并不限于這些實例，本發(fā)明也能應(yīng)用在代碼49及類似符號的更復(fù)雜的掃描圖形及重疊的也就是二維條型碼中。本發(fā)明也能應(yīng)用在文字類的其他形式的符號，或與被掃描物品的表面特性所引起的各種機(jī)器影像同時使用，也可用于識別光字符。
使用時，激光掃描光點，在條型碼符號上移動，從條型碼符號的一端進(jìn)入框內(nèi)，然后移動再從另一端離開，其目的是檢測位于條型碼框內(nèi)亮度變化的各點，并且在產(chǎn)生的模擬信號中存在著相應(yīng)于這些變化點的回折點。為了檢測這些回折點，在條型碼掃描器中使用了各種形式的信號處理方法。
為了達(dá)到此檢測目的，最普通的方法是使用檢測模擬信號的二次導(dǎo)函數(shù)，橫越零點的交叉檢測器。這是由于零交叉點和模擬信號的回折點時間一致。這個方法的問題之一是二次導(dǎo)函數(shù)的零交叉點中，存在與模擬信號的回折點不一致者。于是，開發(fā)了區(qū)別零交叉和偽零交叉的各種技術(shù)方法，這些方法大都是依靠從模擬信號或模擬信號的一次導(dǎo)函數(shù)其中之一所得到的數(shù)據(jù)。這些技術(shù)方法的例子記載于光譜物理學(xué)專利第4，000，397號及4，749，879號中。其他眾所周知的方法是將模擬信號偏移振幅的一半，這是使其以零為中心，然后使用電壓轉(zhuǎn)換器將其和二次導(dǎo)函數(shù)比較。其他方法的特點是依照某時段雜音的平均值，設(shè)定雜音的臨界值，保證處理電路無欄外雜波(條型碼外邊的白色區(qū)域)干擾。平均雜音電平以下的信號不被數(shù)字化。
本發(fā)明的主要目的是提供一種通過檢測掃描光束從空間(白條)移至條型碼符號或從條型碼符號移至空間的光點，讀取條型碼符號的新改良的數(shù)字化信號處理電路，這個新的數(shù)字化信號處理電路是從檢測掃描光點的光檢測器所產(chǎn)生的模擬信號的一次導(dǎo)函數(shù)，得到所有的數(shù)據(jù)，以便進(jìn)行數(shù)字化，排除偽轉(zhuǎn)移，清除欄外雜波(背景光)，獲得相應(yīng)于條型碼符號的數(shù)字化信號;不直接使用原始模擬信號及二次導(dǎo)函數(shù)信號。
本發(fā)明提供的檢測掃描光點從空間移至條型碼符號上的點，或從條型碼符號移至空間的點的數(shù)字化信號處理電路包括檢測條型碼符號所反射的掃描光點而產(chǎn)生表示掃描光點的模擬信號的光檢測器，接收該模擬信號，產(chǎn)生模擬信號的一次導(dǎo)函數(shù)信號的微分電路，使一次導(dǎo)函數(shù)信號產(chǎn)生時間延遲的延遲電路，峰值檢測比較器電路接收該一次導(dǎo)函數(shù)信號作為第一輸入信號，并且接收經(jīng)延遲的一次導(dǎo)函數(shù)信號作為第二輸入信號，并檢測兩信號的轉(zhuǎn)移;判別偽轉(zhuǎn)移信號的偽轉(zhuǎn)移控制電路，其僅于檢測到臨界值以上的轉(zhuǎn)移信號時，才改變狀態(tài)。由鎖存比較器構(gòu)成的輸出電路從峰值檢測比較器電路接收第一輸入信號，并且從偽轉(zhuǎn)移控制電路接第二輸入信號;該輸出電路僅在偽轉(zhuǎn)移控制電路改變狀態(tài)時其輸出信號才轉(zhuǎn)變。
進(jìn)一步詳細(xì)說明如下輸出電路還包括一個接收一次導(dǎo)函數(shù)信號作一輸入信號的欄外臨界閾值檢測電路，其能再觸發(fā)一個觸發(fā)器(單穩(wěn))電路工作。只要一次導(dǎo)函數(shù)信號(連續(xù)脈沖信號)大于欄外臨界閾值檢測電路的臨界值，就不會超時，若脈沖信號的停止時間過長，輸出電路無輸出信號，而返回到白條(間隔)狀態(tài)。偽轉(zhuǎn)移電路超過臨界閾值的電平取決于由正反饋所帶來的滯后標(biāo)準(zhǔn)。并且微分電路輸出信號耦合到具有低通濾波特性的放大器進(jìn)行一次導(dǎo)函數(shù)的放大和低通濾波。
本發(fā)明具有下述的效果由于不直接使用原始模擬信號，故能將微分電路配置于放大器的前級，附加放大器可用以放大被微分的信號，直到使其變成相當(dāng)大的程度，以至能被數(shù)字化;由此，微分電路可有效地消除周圍光的影響，否則會使末級放大器飽和，所以這是對周圍光的特性的改善;這也限制了高通慮波及其耦合部分的瞬態(tài)響應(yīng)，這正是為了抑制周圍光或避免DC放大器提供較大補(bǔ)償電壓所需要的。
本發(fā)明的電路中，數(shù)字化電路及其相關(guān)放大器皆設(shè)計成能在單一+5伏特電源的低電源電壓下工作的電路。這對掃描器的數(shù)字譯碼電路也是有利的。因此，不須要高價的直流電源或其它高電壓電源。
附圖簡要說明

圖1本發(fā)明的條型碼數(shù)字化信號處理電路;
圖2相應(yīng)于圖1各級的波型圖;
其中A原始模擬信號B延遲后的一次導(dǎo)函數(shù)信號(虛線)一次導(dǎo)函數(shù)信號(實線)C峰值檢測比較器的輸出信號D偽轉(zhuǎn)移控制電路的輸出信號E數(shù)字化的條型碼信號(鎖存比較器的輸出信號)F欄外臨界閾值電路的輸出信號圖3利用本發(fā)明數(shù)字化信號處理電路的條型碼閱讀器的平面圖。
結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作詳細(xì)說明如下如附圖所示，對條型碼符號反射的掃描光束的檢測，是將光電二極管10產(chǎn)生的與其成比例的電流信號，經(jīng)電流/電壓轉(zhuǎn)換電路12轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓信號;該電壓信號輸入給微分電路14，微分電路14對該模擬信號(圖2的A)取時間變量的一次導(dǎo)函數(shù)(圖2的B的實線);微分電路14輸出的一次導(dǎo)函數(shù)信號通過具有低通濾波特性的放大器16進(jìn)行放大。
經(jīng)放大器放大的信號由延遲電路延時，而得到如圖2中B的曲線所示的信號;峰值檢測比較器20是對被微分的信號和延遲電路18輸出的延遲信號進(jìn)行比較;從圖2B可知，表示這兩個信號的曲線在峰值處延遲一小時間段后交叉。并且從圖2C可知，峰值檢測比較器20在相應(yīng)于交叉點其輸出狀態(tài)改變;如果偽轉(zhuǎn)移控制電路22的輸出狀態(tài)轉(zhuǎn)變(如圖2D)后，由于峰值檢測比較器20狀態(tài)的轉(zhuǎn)變，則會使鎖存比較器24的輸出狀態(tài)改變(圖2E);換言之，鎖存比較器24改變狀態(tài)只有在偽轉(zhuǎn)移控制電路22的輸出狀態(tài)轉(zhuǎn)變后，峰值檢測比較器20狀態(tài)轉(zhuǎn)變時才會發(fā)生。因此，若雜音信號能使峰值檢測放大器20的輸出改變狀態(tài)，但只有控制雜音的偽轉(zhuǎn)移控制電路22的門限電平不十分大的情況下，一般情況下則不會由此而使鎖存比較器改變狀態(tài)。
為了保證較高的數(shù)字化精確度，偽轉(zhuǎn)移控制電路22反轉(zhuǎn)的標(biāo)準(zhǔn)是依照滯后量而決定的。
欄外臨界閾值電路26的臨界閾值設(shè)定為0以下某固定的直流電壓值。欄外臨界閾值電路26接收來自一次導(dǎo)函數(shù)的電壓脈沖信號;其振幅大小由電阻28及30所組成的分壓器決定，欄外臨界閾值電路26能再觸發(fā)一單穩(wěn)態(tài)電路;該連續(xù)脈沖信號，只有在超過臨界閾值時能被接收(不會超時)，若電路超時，即在相當(dāng)長的時間中無脈沖信號束輸出，則條型碼數(shù)字化電路輸出會返回相應(yīng)的白色(space)狀態(tài);在遇上邊界值之前，欄外臨界閾值電路26的輸出都較高(參照圖2F)。由于充電電容器32的作用，反轉(zhuǎn)用晶體管34會截止，則鎖存比較器無法供給輸出，當(dāng)開始對條型碼符號掃描時，欄外臨界閾值電路26的輸出會變低(參照圖2F)，由于電容器32放電，故反轉(zhuǎn)用晶體管34接通，則鎖存比較器24能供給輸出。
鎖存比較器24的輸出信號提供給條型碼譯碼電路36，在若干實例中，譯碼電路36可利用鎖存比較器24直接驅(qū)動，也可如圖1所示，在鎖存比較器24和條型碼譯碼電路36連接時，將反相用晶體管放大器38聯(lián)接于鎖存比較器24和條型碼譯碼電路36之間。
圖1中也表示了具有穩(wěn)壓作用的二極管40的電路，該電路，能提供2.5伏特穩(wěn)定電壓(利用+5V電源)，作上述電路的信號電平;這個帶穩(wěn)壓二極管40的電路可認(rèn)為是電源電路的一部分。
本發(fā)明的電路具有和過去電路相同的功能，但是其處理信號的方式不同，而且本發(fā)明是個更為簡單的電路，例如，習(xí)用技術(shù)的電路完全使用未被微分的模擬信號(為了決定“窗”或排除周圍光的干擾)或其二次導(dǎo)函數(shù)信號(為了零交叉)其中之一;本發(fā)明的電路不直接使用這些信號，只利用其一次微分信號;在信號處理中本發(fā)明的電路利用一個比較器(偽轉(zhuǎn)移控制電路-門脈沖比較器22)決定“時間窗”;該比較器22由高電平向低電平的轉(zhuǎn)移能使鎖存比較器24受峰值檢測放大器20之最初的而又只是最初的由低往高的電平轉(zhuǎn)移的影響;同樣該比較器22由低往高電平的轉(zhuǎn)移能使鎖存比較器24受峰值檢測放大器20之最初的而又只是最初的由高往低的電平轉(zhuǎn)移的影響;為讀取條型碼，習(xí)用電路技術(shù)是制造由條型碼符號-空間或由空間-條型碼符號的轉(zhuǎn)移之周期為中心的窄窗。
本發(fā)明的電路為了提高抑制欄外雜音信號的作用，使用了上述類型的欄外臨界閾值比較器電路26，可得到如上述限制小雜音信號的特性;該電路不使用二極管限制如此小的電流，因它難于用低電壓推動，這是一熟知的電路。
圖3是表示組入了本數(shù)字化信號處理電路，而將條碼閱讀機(jī)高度簡單化的實施例。閱讀機(jī)100能作為如圖所示的手持型掃描器，也可用于桌上工作站或靜止掃描器來使用。實施例中，該裝置置于具有出口孔156的外殼155中，激光束151，通過出口孔156，照射于外殼外部的符號170上，而橫越符號掃描。
如圖3的手持裝置記載于美國專利第4，760，248號，或美國專利第4，879，026號中，并且類似symboltechnology公司所銷售的產(chǎn)品型號LS8100或LS2000的條型碼閱讀機(jī)的形式。
如圖3所示，通常是利用在閱讀機(jī)100內(nèi)的激光二極管輸出的光束151照射于排列在距離閱讀機(jī)100前面數(shù)英寸的目標(biāo)上的條型碼符號，光束151橫越應(yīng)讀取的符號，對來自符號的反射光152的檢測是利用閱讀機(jī)內(nèi)的光傳感器158，其將光信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的一連續(xù)電信號，為了重現(xiàn)條型碼所表示的數(shù)據(jù)，而再被譯碼。
該實施例中，閱讀機(jī)100為具有手槍型把手153的槍型裝置，使用者將其接近應(yīng)讀取的符號，然后扣扳機(jī)154，能啟動光束151及檢測電路。輕塑料外殼155內(nèi)裝有激光光源(激光半導(dǎo)體二極管光源)146、檢測器158、光學(xué)系統(tǒng)及信號處理電路、CPU140及電池162。直達(dá)光束151和反射光束152通過外殼155前端的透光窗156。使用時，將閱讀機(jī)100放置于離符號有一距離的位置，也就是不接觸符號，其不移動光束即可橫越符號。典型的這類型手持式條型碼閱讀機(jī)是指定在距符號數(shù)英寸的距離操作。
如圖3所示，被掃描的激光束經(jīng)適當(dāng)?shù)溺R片157(或多層鏡片系統(tǒng))，使條型碼符號聚焦在適當(dāng)?shù)膮⒖济嫔?當(dāng)扣動扳機(jī)154使光束沿鏡片157的軸線射入時，使光束通過半透明鏡147及其他鏡片，或其它光束聚焦機(jī)構(gòu)，并通過安裝在被啟動的掃描用馬達(dá)160上的轉(zhuǎn)動鏡159反射，照射在條型碼符號上。若光源146所產(chǎn)生的光為不可見光時，必要的話可利用接觸式，或產(chǎn)生一種和激光束一樣的可見光以幫助瞄準(zhǔn)符號產(chǎn)生掃描光點，使用者可根據(jù)可見光點，使閱讀機(jī)接近符號。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)字化信號處理電路，其在檢測掃描光點從空間移至條型碼符號或從條型碼符號移至空間的時間信號的數(shù)字化信號處理電路，其特征在于其包括(a)所述光點橫越條型碼符號時，檢測條型碼符號所反射的掃描光點，產(chǎn)生模擬信號的光檢測裝置；(b)接收所述模擬信號作為一個輸入信號并產(chǎn)生模擬信號的一次導(dǎo)函數(shù)信號的微分電路；(c)接收所述一次導(dǎo)函數(shù)信號作為一個輸入信號并產(chǎn)生延遲作用的一次導(dǎo)函數(shù)信號的延遲電路；(d)以所述一次導(dǎo)函數(shù)信號作為第一輸入信號，所述延遲后的一次導(dǎo)函數(shù)信號作為第二輸入信號，并檢測一次導(dǎo)函數(shù)信號及延遲后的一次導(dǎo)函數(shù)信號的轉(zhuǎn)移的峰值檢測比較器電路；(e)用于消除偽轉(zhuǎn)移信號并僅于當(dāng)檢測到大于給定臨界閾值的轉(zhuǎn)移信號時，才改變狀態(tài)的偽轉(zhuǎn)移控制電路；(f)以所述峰值檢測比較器電路的輸出為第一輸入信號，以所述偽轉(zhuǎn)移控制電路的輸出為第二輸入信號，在所述偽轉(zhuǎn)移控制電路改變狀態(tài)后，僅在峰值檢測比較器電路改變狀態(tài)時才改變輸出信號狀態(tài)的輸出電路。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于讀取條形碼符號的數(shù)字化信號處理電路，其主要包括將光信號轉(zhuǎn)換為模擬信號的光檢測器、對該模擬信號進(jìn)行微分及延時的微分電路、延遲電路、峰值比較器、用于控制雜波信號的偽轉(zhuǎn)移控制電路、臨界閾值電路以及輸出條形碼數(shù)字化信號的鎖存比較器電路；從檢測掃描光點產(chǎn)生的模擬信號得出的一次導(dǎo)函數(shù)信號而得到所有的數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行數(shù)字化處理。本發(fā)明具有排除雜波干擾的功能，本電路使用低而單一的供電電源。
文檔編號G06K7/10GK1084992SQ9211116
公開日1994年4月6日 申請日期1992年9月30日 優(yōu)先權(quán)日1992年9月30日
發(fā)明者愛德華·巴肯 申請人:歐林巴斯光學(xué)工業(yè)股份有限公司