DE4411023C2 - Optoelektronische Vorrichtung zum Erkennen von Kontrastmarken und Verfahren zur Reduktion von Signalverzerrungen für eine optoelektronische Vorrichtung zum Erkennen von Kontrastmarken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 9.

Eine Vorrichtung dieser Art ist aus der EP 0 433 593 A2 bekannt. Die Vorrichtung ist als Barcode-Lesegerät zum Abtasten von Barcode-Symbolen ausge­ bildet.

Die Barcode-Symbole bestehen aus einer Folge von hellen und dunklen Linien­ elementen vorgegebener Breite. Die Barcode-Symbole werden von der Vorrich­ tung mittels eines Sendelichtstrahls, vorzugsweise eines Laserstrahls, abgetastet. Der Sendelichtstrahl weist einen mittleren Durchmesser entsprechend seiner räumlichen Intensitätsverteilung senkrecht zur Ausbreitungsrichtung auf. Bei Laserstrahlen entspricht die räumliche Intensitätsverteilung idealerweise einer Gaußverteilung.

Der Durchmesser des Sendelichtstrahls variiert mit dem Abstand zur Vorrich­ tung entsprechend der Sendeoptik, die dem Sendeelement vorgeschaltet ist. In der Brennebene des Sendelichtstrahls ist der Durchmesser des Sendelichtstrahls üblicherweise erheblich kleiner als die Breite der Linienelemente. Demzufolge ist die Amplitudenmodulation des Empfangssignals nahezu identisch mit den Breiten der Linienelemente des Barcode-Symbols, so daß dieses von der Vorrichtung sicher erkannt werden kann.

Mit zunehmender Entfernung des Barcode-Symbols von der Brennebene des Sendelichtstrahls wird der Durchmesser des Sendelichtstrahls rasch größer. Sobald der Durchmesser des Sendelichtstrahls von gleicher Größenordnung wie die Breiten der Linienelemente der Barcode-Symbole ist, wird die Modulation des Empfangssignals durch die Breite des Sendelichtstrahls so beeinflußt, daß eine sichere Detektion des Barcode-Symbols erschwert wird oder nicht mehr möglich ist.

Wie in der EP 0 433 593 A2 ausgeführt wird, werden mit größer werdendem Durchmesser des Sendelichtstrahls die hochfrequenten Anteile des modulierten Empfangssignals, die von den schmalen Linienelementen des Barcode-Symbols stammen, zunehmend unterdrückt.

Werden die Amplituden der hochfrequenten Anteile des Empfangssignals im Verhältnis zu den Amplituden der niederfrequenten Anteile des Empfangssignals zu stark unterdrückt, kann das Barcode-Symbol von der Vorrichtung nicht mehr gelesen werden.

Um diesen Effekt zu kompensieren, ist in der Vorrichtung gemäß der EP 0 433 593 A2 ein analoges Filter vorgesehen, mit dem das analoge Emp­ fangssignal so gefiltert wird, daß die hochfrequenten Komponenten stärker als die niederfrequenten Komponenten verstärkt werden.

Zur Festlegung der Übertragungscharakteristik des Filters werden vier Frequen­ zen f₀, f₁, f₂ und f₃ definiert.

In den Bereichen zwischen zwei benachbarten Frequenzen wird jeweils ein be­ stimmter Verstärkungsfaktor gewählt, wobei die Verstärkungsfaktoren mit zuneh­ mender Frequenz größer werden. Die Übertragungscharakteristik des Filters kann für einen bestimmten Durchmesser des Sendelichtstrahls fest eingestellt werden. Alternativ kann die Übertragungsfunktion des Filters durch Verschieben der Frequenzen f₀, f₁, f₂ und f₃ verändert werden.

Diese Verschiebung erfolgt zweckmäßigerweise in Abhängigkeit der Frequenz die den schmalen Linienelementen des Barcode-Symbols entspricht.

Ein wesentlicher Nachteil dieser Vorrichtung besteht in der groben Einteilung des Frequenzspektrums des Empfangssignals. Dadurch kann der Einfluß des Sendelichtstrahldurchmessers auf die Modulation des Empfangssignals nur un­ vollständig erfaßt werden. Entsprechend kann das Empfangssignal mittels des analogen Filters nur begrenzt optimiert werden.

Ein weiterer Nachteil dieser Vorrichtung besteht darin, daß die Übertragungs­ funktion des analogen Filters nur für einen bestimmten Abstand optimiert werden kann. Bei verschiedenen Leseabständen müssen die Frequenzen f₀, f₁, f₂ und f₃ verändert werden, wobei die Änderung der Frequenzen mittels eines zusätzlichen Sensorsystems erfolgt, das beispielsweise die Signal-Frequenzen der von den schmalen Linien stammenden Empfangssignale mißt. Dies bedeutet einen beträchtlichen zusätzlichen Schaltungsaufwand.

Aus der US 43 23 772 ist eine Vorrichtung zum Erkennen von Barcode-Symbolen bekannt, deren Empfangselement von einer Zeilenkamera, bestehend aus einer linearen Anordnung von Photodioden, gebildet ist.

Das von der Zeilenkamera registrierte analoge Empfangssignal wird mittels einer Schwellwerteeinheit digitalisiert. Dieser Schwellwerteeinheit ist ein digitales Filter nachgeschaltet. Mit dem digitalen Filter wird eine Bewertung der Signale derart durchgeführt, daß ein bestimmter Zustand, d. h. ein schwarzes oder weißes Strichelement eines Barcode-Symbols, nur dann als erkannt gilt, wenn wenigstens zwei benachbarte Photodioden dasselbe Empfangssignal liefern. Auf diese Weise können Ausfälle einzelner Photodioden kompensiert werden oder kleine Fehler in den Barcode-Symbolen unterdrückt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die Marken innerhalb eines großen Lesebereichs sicher erkannt werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale der Ansprüche 1 und 9 vorgese­ hen.

Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfin­ dung sind in den Ansprüchen 2-8 sowie 10-16 beschrieben.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, die Störungen des Empfangssignals, die insbesondere durch das Empfangselement und durch den endlichen Durchmesser des Sendelichtstrahls verursacht werden, systematisch und voll­ ständig zu erfassen und mittels des digitalen Filters zu kompensieren.

Hierfür ist dem Empfangselement ein n-bit Analog-Wandler nachgeschaltet, der das analoge Empfangssignal in ein digitales Signal umwandelt. Die Auflösung des Analog-Digitalwandlers d. h. dessen Wortbreite ist zweckmäßigerweise möglichst groß zu wählen. Dadurch wird ein Informationsverlust bei der Wandlung des Analogsignals in ein Digitalsignal weitgehend vermieden.

Die Kompensation der Verzerrungen des Empfangssignals erfolgt durch eine geeignete Wahl der Übertragungsfunktion des digitalen Filters, dem das digitali­ sierte Empfangssignal zugeführt wird.

Bei der Bestimmung der Übertragungsfunktion des digitalen Filters werden die Übertragungsfunktionen der signalverzerrenden Bauelemente, insbesondere des Empfangselements, sowie das Frequenzspektrum der räumlichen Intensitätsver­ teilung des Sendelichtstrahls berücksichtigt. Dadurch können die Störeinflüsse über den gesamten Frequenzbereich genau erfaßt und kompensiert werden, wo­ durch die Geometrie der Hell-Dunkelflächen der Marken sehr präzise aus den Amplitudenverlauf des Empfangssignals rekonstruiert werden kann.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die einstellbaren Koeffizien­ ten des digitalen Filters über ein zweckmäßigerweise rechnergestütztes Varia­ tionsverfahren erhalten. Dabei erfolgt die Variation der Koeffizienten des Filters bis das Empfangssignal innerhalb einer vorgegebenen Genauigkeit mit dem tat­ sächlichen Kontrastmuster der Marken übereinstimmt.

Die Variation der Koeffizienten des digitalen Filters kann für einen vorgegebe­ nen Leseabstand der Marken zur Vorrichtung und für ein vorgegebenes Kon­ trastmuster einer Marke erfolgen.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird die Varia­ tion der Koeffizienten des digitalen Filters für einen vorgegebenen Bereich des Leseabstands durchgeführt. Zusätzlich wird die Variation auf verschiedene Kon­ trastmuster der Marken ausgedehnt.

Dadurch wird erreicht, daß verschiedene Marken nicht nur bei einem Leseab­ stand sondern in einem ausgedehnten Lesebereich sicher erkannt werden kön­ nen. Dadurch wird die Verfügbarkeit der Vorrichtung ohne Erhöhung des Schal­ tungsaufwands beträchtlich erhöht.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung werden die Übertragungsfunktionen des Empfangselements oder ggf. weiterer signalverzer­ render Bauelemente innerhalb einer vorgegebenen Bandbreite bei der Variation der Koeffizienten der signalverzerrenden Bauelemente vorgegeben.

Diese Bandbreiten entsprechen zweckmäßigerweise den Exemplarstreuungen der Bauelemente. Auf diese Weise braucht die Variation der Koeffizienten des digitalen Filters nicht für jede Vorrichtung einzeln durchgeführt werden, sondern nur einmal für eine gesamte Serie von Vorrichtungen.

Auf diese Weise wird der Aufwand bei der Prüfung und Einstellung der Vor­ richtung erheblich gesenkt, wodurch der Kostenaufwand für die Vorrichtung re­ duziert werden kann.

Die Erfindung wird im nachstehenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zei­ gen:

Fig. 1 einen Prinzipaufbau der optoelektronischen Vorrichtung,

Fig. 2 ein Blockschaltbild der Auswerteeinheit der optoelektronischen Vorrichtung,

Fig. 3 ein Impulsdiagramm der Signalauswertung in der Schwellwertein­ heit mit:

• a) Darstellung eines Barcode-Symbols,
• b) Empfangssignal am Eingang der Schwellwerteinheit,
• c) differenziertes Empfangssignal,
• d) binäre Empfangssignalfolge am Ausgang der Schwell­ werteinheit,

Fig. 4 ein Blockschaltbild eines FIR-Filters,

Fig. 5 Ablaufschema zur Bestimmung der Koeffizienten des digitalen Filters,

Fig. 6 Zeitabhängigkeit der Koeffizienten des digitalen Filters während der Variation der Koeffizienten,

Fig. 7 Koeffizienten des digitalen Filters nach Ablauf der Variation der Koeffizienten,

Fig. 8 Übertragungsfunktion des optimierten digitalen Filters,

Fig. 9 Dekodiersicherheit der Vorrichtung mit bzw. ohne optimiertem di­ gitalen Filter.

In Fig. 1 ist der prinzipielle Aufbau einer optoelektronischen Vorrichtung 1 zum Erkennen von mit definierten Kontrastmustern versehenen Marken dargestellt. Prinzipiell können die Marken beliebige Folgen und Formen von einander an­ grenzenden Hell-Dunkelflächen, vorzugsweise Schwarz-Weiß-Flächen, aufwei­ sen. Im folgenden soll die Erfindung für den Fall erläutert werden, daß die Marken von Barcode-Symbolen 2 gebildet sind. Die Barcode-Symbole 2 bestehen im wesentlichen aus einer Folge von schwarzen und weißen Linienelementen 2a, b definierter Länge und Breite.

Die optoelektronische Vorrichtung 1 besteht im wesentlichen aus einem Sende­ element 3, einem Empfangselement 4 sowie einer Auswerteeinheit 5. Das Sen­ deelement 3 besteht aus einem Sender 6, vorzugsweise einer Laserdiode, sowie aus einer dem Sender 6 vorgeschalteten Sendeoptik 7 zur Fokussierung des Sendelichts 8. Das fokussierte Sendelicht 8 wird über eine Ablenkeinheit 9, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel von einem rotierenden Polygonspiegelrad gebildet ist, abgelenkt und über das zu detektierende Barcode-Symbol 2 geführt. Die Drehachse des Polygonspiegelrads ist senkrecht zur in Fig. 1 dargestellten Äquatorialebene des Polygonspiegelrads angeordnet.

Das vom Barcode-Symbol 2 reflektierte Empfangslicht 10 wird über das Polygonspiegelrad zum Empfangselement 4 geführt. Das Empfangselement 4 besteht aus einer Fotodiode 11, in der das Empfangslicht 10 in ein elektronisches Empfangssignal gewandelt wird, und einem dieser nachgeschalteten Verstärker 12. Zur Verbesserung der Nachweisempfindlichkeit ist dem Empfangselement 4 eine Empfangsoptik 13 vorgeschaltet.

Das am Ausgang des Empfangselements 4 anstehende Empfangssignal wird der Auswerteeinheit 5 zugeführt.

Aus Fig. 3 ist das Prinzip der Auswertung der Empfangssignale ersichtlich. In Fig. 3a ist ein Barcode-Symbol 2 mit einer Folge von schwarzen und weißen Linienelementen 2a, b dargestellt. Falls der Durchmesser des Sendelichtstrahls 8 auf dem Barcode-Symbol 2 wesentlich kleiner als die kleinste Breite eines Linienelements 2a, b ist, wird das Sendelicht 8 durch die Reflexion von dem Barcode-Symbol 2 wie in Fig. 3b dargestellt amplitudenmoduliert.

Falls im Empfangselement 4 keine Verzerrungen oder Verfälschungen des Emp­ fangssignals erfolgt, entspricht der in Fig. 3b dargestellte Kurvenverlauf dem am Ausgang des Empfangselements 4 anstehenden Empfangssignal.

Die Bestimmung der Breite der einzelnen Linienelemente 2a, b des Barcode-Symbols 2 in der Auswerteeinheit 5 erfolgt zweckmäßigerweise nach dem Wendepunktverfahren.

In einem ersten Schritt wird das Empfangssignal differenziert (Fig. 3c). Anschließend werden die Extrema des differenzierten Empfangssignals bestimmt, die den Wendepunkten des Empfangssignals entsprechen. Diese Wendepunkte wiederum definieren die Übergänge von einem schwarzen zu einem weißen Linienelement 2a, b bzw. umgekehrt.

Zur Bestimmung der Wendepunkte des Empfangssignals wird das differenzierte Empfangssignal mit vorzugsweise zwei Schaltschwellen S₁ und S₂ (Fig. 3c) in eine binäre Signalfolge (Fig. 3d) umgewandelt. Die Dauer der Zustände "0" und "1" der binären Signalfolge ist ein Maß für die Breite der Linienelemente 2a, b des Barcode-Symbols 2. Die Dauer der Zustände "0" und "1" kann über einen taktgesteuerten Zähler einfach erfaßt werden.

Mit größer werdendem Durchmesser des Sendelichtstrahls 8 bzw. zunehmenden Signalverzerrungen im Empfangselement 4 werden auch die Kantenfehler größer, d. h. die Wendepunkte des Empfangssignals fallen mit den Ortskoordinaten der Schwarz-Weiß-Übergänge des Barcode-Symbols 2 nicht mehr zusammen. Im Extremfall kann dadurch ein Barcode-Symbol 2 nicht mehr erkannt werden.

Ein Maß für die Abweichung des Empfangssignals vom tatsächlichen Kontrast­ muster bildet die sogenannte Dekodiersicherheit DS.

Bei einem idealen Barcode-Lesegerät ohne signalverzerrende Bauelemente und mit einem unendlich scharf fokussierten Sendelichtstrahl 8 ergibt sich eine voll­ kommene Übereinstimmung der Lagen der Wendepunkte des Empfangssignals und der Lagen der Schwarz-Weiß-Übergänge des Barcode-Symbols 2. Dies ent­ spricht dem Wert DS = 1. Ein Barcode-Symbol 2 kann von der Vorrichtung 1 mit Sicherheit erkannt werden.

Mit größer werdenden Störeinflüssen werden die Unterschiede zwischen den La­ gen der Wendepunkte des Empfangssignals und den Lagen der Schwarz-Weiß-Über­ gänge des Barcode-Symbols 2 größer, d. h. die Dekodiersicherheit DS wird kleiner.

Bei einem realen Barcode-Lesegerät können die bauteilbedingten Störeinflüsse oder der Durchmesser des Sendelichtstrahls 8 so groß sein, daß Linienelemente 2a, b des Barcode-Symbols 2 mit unterschiedlichen Breitenverhältnissen zu einem Empfangssignal mit äquidistanten Wendepunktabständen führen. In die­ sem Fall können Linienelemente 2a, b unterschiedlicher Breite nicht mehr er­ kannt werden. Die Dekodiersicherheit beträgt in diesem Fall DS = 0.

Zur Elimination dieser Signalverzerrungen d. h. zur Erhöhung der Dekodiersi­ cherheit ist in der Auswerteeinheit 5 der Schwellwerteinheit 14 der Analog-Di­ gitalwandler 15 und das digitale Filter 16 vorgeschaltet.

Der n-bit-Analog-Digitalwandler 15 weist eine Wortbreite im Bereich von n = 8-12 auf. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird ein 10-bit-Analog-Di­ gitalwandler 15 verwendet. Dadurch kann das analoge Empfangssignal mit einer hohen Auflösung in ein digitalisiertes Empfangssignal gewandelt werden.

Das digitale Filter 16 ist von einem nicht rekursiven FIR-Filter gebildet. Der prinzipielle Aufbau eines FIR-Filters ist in Fig. 4 dargestellt. Die Ausgangs­ größe y_n des FIR-Filters hängt von der Eingangsgröße x_m (m=n, n-1, n-2, . . ., n-M) zu verschiedenen Zeitpunkten m ab.

Die in Fig. 4 dargestellte Variable z ist die zur Zeitvariablen n konjugierte Va­ riable im Frequenzbereich. Die Größe z^-1 stellt den Betrag der Verzögerung zwi­ schen zwei Verknüpfungspunkten, z. B. x_n und x_n-1, dar. Die Symbole x bzw. Σ charakterisieren eine multiplikative bzw. additive Verknüpfung.

Die Gewichtung der Eingangsgrößen x_m erfolgt mit einstellbaren Koeffizienten h_m. Die Anzahl der Koeffizienten h_m bestimmt den Grad des Filters. Im vorlie­ genden Ausführungsbeispiel wird ein FIR-Filter 18. Grades verwendet.

Das digitalisierte und gefilterte Empfangssignal wird der Schwellwerteinheit 14 zugeführt und dort in eine binäre Signalfolge umgewandelt.

Erfindungsgemäß ist die Übertragungsfunktion des digitalen Filters 16 so ausge­ staltet, daß Signalverzerrungen des Empfangssignals, die durch Bauelemente oder durch den endlichen Durchmesser des Sendelichtstrahls 8 hervorgerufen werden, eliminiert werden können.

Diese Störgrößen sind jedoch keine Konstanten, sondern hängen von mehreren externen Faktoren ab. Der Einfluß des Sendestrahldurchmessers 8 auf die Deko­ diersicherheit hängt vom Verhältnis des Durchmessers zu den Breiten der Lini­ enelemente 2a, b des Barcode-Symbols 2 ab. Ferner hängt der Durchmesser des Sendelichtstrahls 8 vom Abstand d des Barcode-Symbols 2 zur Vorrichtung 1 ab. Schließlich beeinflußt die Ausbildung der signalverzerrenden Bauelemente die Größe der Störsignale.

Bei der Bestimmung der Koeffizienten h_m des digitalen Filters 16 sind diese Einflußgrößen erfindungsgemäß im Rahmen eines Gesamtmodells für die Vor­ richtung 1 berücksichtigt. Auf der Basis dieses Gesamtmodells werden die Ko­ effizienten über eine systematische Variation ermittelt. Das Ablaufschema zur Bestimmung der Koeffizienten h_m des digitalen Filters 16 ist in Fig. 5 darge­ stellt.

Das Barcode-Lesegerät ist an eine nicht dargestellte Rechnereinheit angeschlos­ sen und detektiert in vorgegebenen Abständen d Barcode-Symbole 2, die Lini­ enelemente 2a, b mit definierten Breitenverhältnissen aufweisen.

Das durch die Abtastung des Barcode-Symbols 2 auf das Empfangselement 4 auftreffende Empfangslicht 10 wird dort in das Empfangssignal gewandelt. Die­ ses Empfangssignal weist Signalverzerrungen auf, die durch das Empfangsele­ ment 4 und durch den endlichen Durchmesser des Sendelichtstrahls 8 verursacht werden.

Dadurch enthält das Empfangssignal nicht nur Informationen über die Ausge­ staltung des Barcode-Symbols 2 welches abgetastet wurde, sondern auch Informationen über den Sendelichtstrahl 8 und das Empfangselement 4. Dieses Emp­ fangssignal wird im Analog-Digitalwandler 15 digitalisiert, dem FIR-Filter und schließlich der Rechnereinheit zugeführt. Zudem ist das Kontrastmuster des Barcode-Symbols 2 in der Rechnereinheit gespeichert.

In der Rechnereinheit werden die Lagen der Wendepunkte des Empfangssignals ermittelt und mit den Positionen der Übergänge von schwarzen zu weißen Lini­ enelementen 2a, b verglichen. Aus der Abweichung dieser Positionen wird die Dekodiersicherheit der Vorrichtung 1 ermittelt.

Dieses Verfahren wird für verschiedene Leseabstände wiederholt, so daß die Dekodiersicherheit in Abhängigkeit des Leseabstands d in der Rechnereinheit vorliegt. Ein Beispiel für die so ermittelte Dekodiersicherheit in Abhängigkeit des Leseabstands ist in Fig. 9 (untere Kurve) dargestellt.

Die Koeffizienten h_m des Filters 16 sind auf vorgegebene Werte eingestellt, die die Anfangsbedingung für das nachfolgende Variationsverfahren bilden. Zweck­ mäßigerweise wird als Anfangsbedingung der Wert eines der Koeffizienten h_m des Filters 16 auf 1 gesetzt, während die restlichen Koeffizienten h_m den Wert 0 annehmen.

Die Variation der Koeffizienten h_m des FIR-Filters erfolgt in der Rechnereinheit nach dem Verfahren der Entwurfszentrierung (DCA = design centering analy­ sis). Die zuvor ermittelte Dekodiersicherheit in Abhängigkeit des Abstands d wird als Eingangsgröße verwendet. Mit dieser Information werden die Koeffizi­ enten h_m des FIR-Filters nach dem Zufallsprinzip geändert. Dann werden dieje­ nigen Parametersätze gespeichert, die zu einer Dekodiersicherheit führen, die einen vorgegebenen Mindestwert überschreiten.

Dieses Verfahren wird in mehreren Iterationsschritten wiederholt, wobei jeweils die in der Rechnereinheit ermittelte Dekodiersicherheit des vorher gehenden Ite­ rationsschrittes für den aktuellen Iterationsschritt verwendet wird. Die Iteration wird dann abgebrochen, wenn die Dekodiersicherheit einen vorgegebenen Soll­ wert überschreitet. Die zeitliche Veränderung der Koeffizienten des FIR-Filters während der einzelnen Iterationsschritte ist in Fig. 6 dargestellt.

Zweckmäßigerweise wird die Optimierung der Koeffizienten des Filters nicht nur für einen Leseabstand, sondern für einen vorgegebenen Abstandsbereich durchgeführt, wobei der Sollwert für die Dekodiersicherheit für jeden Lese­ abstand erreicht werden muß.

Auf diese Weise kann das digitale Filter 16 so dimensioniert werden, daß die Dekodiersicherheit in einem vorgegebenen Lese-Abstandsbereich verbessert wird. Die Ergebnisse einer solchen Variation sind in Fig. 9 (obere Kurve) dar­ gestellt. Alternativ kann die Dekodiersicherheit nur für einen bestimmten Lese­ abstand optimiert werden. In diesem Fall können höhere Dekodiersicherheiten von nahezu DS = 1 erzielt werden, da die Dekodiersicherheit nur für einen Le­ seabstand d optimiert werden muß.

Desweiteren können in die Variation unterschiedliche Barcode-Symbole 2 einge­ hen.

Schließlich können anstelle einer experimentellen Bestimmung der Sendelicht­ strahldurchmesser und die Übertragungsfunktion des Empfangselements 4 in einem Simulationsmodell als Modellgrößen vorgegeben werden.

Damit können die Koeffizienten des digitalen Filters 16 bestimmt werden, ohne daß eine reale Abtastung des Barcode-Symbols 2 zu erfolgen braucht.

Ferner ist vorteilhaft, daß die Übertragungsfunktion des Empfangselements 4 im Gesamtmodell innerhalb einer vorgegebenen Bandbreite vorgegeben werden können. Damit können Einflüsse von Exemplarstreuungen auf die Dekodiersi­ cherheit kompensiert werden.

In Fig. 7 ist ein Beispiel eines optimierten Satzes der Koeffizienten h_m des digi­ talen Filters 16 dargestellt. Die Koeffizienten sind bezüglich des Mittelpunkts bzw. der Mittelsenkrechten asymmetrisch ausgebildet. Durch den asymmetri­ schen Anteil der Koeffizienten h_m werden Phasenverzerrungen des Empfangssig­ nals die durch das Empfangselement 4 bewirkt werden, eliminiert.

Durch den symmetrischen Anteil der Koeffizienten h_m werden Amplitudenver­ zerrungen des Empfangssignals, die durch den endlichen Durchmesser des Sen­ delichtstrahls 8 und das Empfangselement 4 hervorgerufen werden, eliminiert.

In Fig. 8 ist die Übertragungsfunktion des digitalen Filters 16 dargestellt, die sich aus der Fouriertransformierten der Koeffizienten des digitalen Filters 16 ge­ mäß Fig. 7 ergibt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt die Frequenz f_a = 10 MHz.

Die Übertragungsfunktion entspricht im wesentlichen dem Inversen des Fre­ quenzspektrums der räumlichen Verteilung des Sendelichtstrahls 8, die im we­ sentlichen eine Gaußcharakteristik aufweist. Abweichungen hiervon rühren von den Signalverzerrungen durch das Empfangselement 4.

Dies bedeutet, daß durch die experimentelle Erfassung aller externer System­ größen im gesamten Frequenzbereich deren Einfluß auf das Empfangssignal ge­ nau erfaßt und durch das Variationsverfahren eliminiert werden kann.

Nach erfolgter Optimierung der Koeffizienten h_m des digitalen Filters 16 wird die Rechnereinheit von der Vorrichtung 1 getrennt. Während des Betriebs der Vorrichtung 1 wird der optimierte Koeffizientensatz h_m des digitalen Filters 16 beibehalten. Eine Nachregelung der Koeffizienten h_m des digitalen Filters 16 und damit der Übertragungsfunktion ist insbesondere dann nicht notwendig, wenn die Koeffizienten h_m für verschiedene Leseabstände d und Barcode-Sym­ bole 2 optimiert werden.

Claims (16)

1. Optoelektronische Vorrichtung zum Erkennen von mit definierten Kontrast­ mustern versehenen Marken, mit einem einen Sendelichtstrahl emittierenden Sendeelement und einem Empfangselement, wobei der Sendelichtstrahl über die Marken geführt wird und der von einer Marke reflektierte Empfangslichtstrahl eine durch den Kontrast der Marke aufgeprägte und vom räumlichen Intensitätsverlauf des Sendelichtstrahls abhängige Amplitudenmodulation aufweist, und wobei das Empfangslicht im Empfangselement in ein analoges Empfangssignal umgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Reduktion von Signalverzerrungen das analoge Empfangssignal in einem n-bit-Analog-Digitalwandler (15), dessen Wortbreite n größer als eins ist, in ein digitales Empfangssignal umgesetzt wird, welches einem digitalen Filter (16) zugeführt wird, dessen Übertragungscharakteristik innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs dem Inversen des Frequenzspektrums der räumlichen Intensitätsverteilung des Sendelichtstrahls (8) am Ort der Marke entspricht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertra­ gungscharakteristik des digitalen Filters (16) innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs dem Inversen des Frequenzspektrums der räumlichen Intensitätsverteilung des Sendelichtstrahls (8) für einen vorgegebenen Bereich des Abstands der Marke von der Vorrichtung (1) entspricht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungscharakteristik des digitalen Filters (16) zur Kompensation bauteilbedingter Störungen des Empfangssignals vom Inversen des Frequenzspektrums der räumlichen Intensitätsverteilung des Sendelichtstrahls (8) definierte Abweichungen aufweist, die den Umkehrfunktionen der Übertragungsfunktionen der Bauteile entsprechen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das signalver­ zerrende Bauteil vom Empfangselement (4) gebildet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß das digitale Filter (16) von einem FIR-Filter mit einstellbaren Koeffizienten gebildet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das FIR-Filter als Filter 18. Grades ausgebildet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wortbreite des n-bit Analog-Digitalwandlers (15) im Bereich 8 n 12 liegt.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß diese als Barcode-Lesegerät ausgebildet ist, dessen Sendeelement (3) einen als Laser ausgebildeten Sender (6) aufweist, dessen Sendelichtstrahl (8) über eine Ablenkeinheit (9) abgelenkt wird, und dessen Empfangselement (4) eine Fotodiode (11) und einen Verstärker (12) zur Verstärkung des Empfangssignals aufweist.

9. Verfahren zur Reduktion von Signalverzerrungen für eine optoelektronische Vorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

• - Modellierung des Gesamtsystems der optoelektronischen Vorrich­ tung (1) bestehend aus dem Frequenzspektrum der räumlichen In­ tensitätsverteilung des Sendelichtstrahls (8) sowie der Übertra­ gungsfunktionen der signalverzerrenden Bauelemente und des digi­ talen Filters (16),
• - einer experimentellen Bestimmung der Dekodiersicherheit der Vor­ richtung (1) in Abhängigkeit des Leseabstands d der Marken von der Vorrichtung (1) für eine bestimmte Voreinstellung des digitalen Filters (16), wobei die Dekodiersicherheit der Grad der Überein­ stimmung der Amplitudenmodulation des Empfangssignals mit dem Kontrastmuster der Marken ist.
• - Variation der einstellbaren Koeffizienten des digitalen Filters (16) bei vorgegebener Übertragungsfunktion der signalverzerrenden Bauelemente und vorgegebenem Frequenzspektrum der räumlichen Intensitätsverteilung des Sendelichtstrahls (8) bis die Dekodiersicherheit einen vorgegebenen Schwellwert überschritten hat.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Anfangsbe­ dingung einer der Koeffizienten des digitalen Filters (16) auf den Wert eins und die restlichen Koeffizienten auf den Wert null gesetzt werden.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Va­ riation der Koeffizienten nach dem Verfahren der Entwurfszentrierung erfolgt.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9-11, dadurch gekennzeichnet, daß die Variation der Koeffizienten des digitalen Filters (16) für einen vorgegebenen Abstand d der Marke zur Vorrichtung (1) und für ein vorgegebenes Kontrastmuster der Marke erfolgt.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9-11, dadurch gekennzeichnet, daß die Variation der Koeffizienten des digitalen Filters (16) für mehrere, in­ nerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegende Abstände d und für ver­ schiedene Kontrastmuster der Marken erfolgt, bis für jeden der Abstands­ werte und jedes Kontrastmuster die Dekodiersicherheit einen vorgegebenen Schwellwert überschritten hat.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9-13, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung der Werte für die Dekodiersicherheit in der Vorrichtung (1) erfolgt.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 9-14, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsfunktion der signalverzerrenden Bauelemente experimen­ tell ermittelt werden.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 9-15, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsfunktion der signalverzerrenden Bauelemente innerhalb einer vorgegebenen Bandbreite im Modell des Gesamtsystems vorgegeben ist, wobei die Bandbreite den Exemplarstreuungen der Bauelemente entspricht.