本发明一般性地涉及用于电光地读取具有不同的光反射率部分的标记的扫描器，例如，条码符号，并且更具体地涉及这种扫描器中使扫描器能够适应特定的应用环境及符号可读性条件的控制电路。本发明同时涉及用于在返回的光径上消除收集光学部件的一种光学设计，从标记上反射的光是沿这一返回光径行进的。 在此以前，已经研制出各式各样的用于读取出现在一个物体的表面上的一张标签上的条码符号的光学扫描系统。条码符号本身是标记的一种编码图形，在该图形中包含互相分隔开的具有不同宽度的一系列条纹来定界不同宽度地间隔，条纹与间隔具有不同的光反射特性。阅读器与扫描系统将图形标记电光地变换成电信号，再将这些电信号解码成用于描述该物体或其某种特征的字母数字型字符。这些字符通常是以数字的形式表示的并用作一个数据处理系统的输入，供在销售点处理、库存管理等中应用。这种通用型式的扫描系统已在诸如4，251，798;4，369，361;4，387，297;4，409，470;4，760，248;4，896，076号美国专利中公开，所有这些专利都已转让给本申请的受让人。
如上述专利中某些专利所公开的，其中这一扫描系统的一个实施例为用户托住的一种手持式便携激光扫描头，它是装配成使该用户能够将该头（具体地说，一个光束）瞄准在一个要读取的目标与符号上的。
激光扫描器条码阅读器中的光源通常是一个气体激光器或半导体激光器。在扫描系统中使用半导体器件作为光源，由于它们体积小、成本低及功率要求低而特别受青睐。激光束通常由一个聚焦光学组件光学地修正而在目标距离上形成一个具有一定大小的光束斑。束斑在目标距离上的截面最好约等于具有不同光反射率的区域，即符号的条纹与间隔，之间的最小宽度。
条码符号是由具有多种可能宽度的通常是矩形的条纹或元素构成的。这些元素的特定排列按照一组所采用的代码或“符号表示法”的规则与定义来定义所表示的字符。条纹与间隔的相对尺寸是由所采用的码型确定的，条纹与间隔的实际尺寸也是这样。每英寸中条码符号所表示的字符数称作该符号的密度。为了编码一个要求的字符序列，将一组元素的排列连接在一起来构成完整的条码符号，信息的每一个字符由其本身所对应的元素群表示。在某些符号表示中采用一个独特的“起始”与“终止”字符来指示条码的开始与结束位置。存在着若干不同的条码符号表示法，在这些符号表示法中包括UPC/EAN、Code39、Code128、Codabar及5中交插2（Intereaved 2 of 5）。
为了讨论的目的，一种符号表示法所识别与定义的字符将称为合法字符。而一种给定的符号表示法所不能解码的一个元素排列便称作该符号表示法的一个非法字符。
为了提高在一个给定大小的表面区域上所能表示或存储的数据量，最近开发了多种新的条码符号表示法。这些新的代码标准之一，Code49，通过字符行垂直地叠在一起而不是仅水平地延伸条码而引入了一种“二维的”概念。即，存在着若干行条纹与间隔的图形而不只是一行。在4，794，239号美国专利中描述了Code49的结构，在这里引用它作为参照。在461，881号美国专利申请中描述了另一种称作“PDF417”的结构。
在本技术领域中已知的扫描系统中，光束是沿一条光径被一个透镜或类似的光学部件导向表面上包含一个条码符号的一个目标的。扫描器利用一个扫描部件的运动在一条或一系列横越该符号的线上反复扫描光束来进行工作，这种扫描部件是诸如设置在光束的光径中的一面反射镜。扫描部件可令束斑跟踪一条横越并超过该符号的一条扫描线扫过该符号，或者扫描该扫描器的视野，或者两者兼做。
条码阅读系统还包括一个传感器或光检测器，它的作用是检测符号的反射或散射光。光检测器或传感器设置在扫描器中的一条光径上，使其视野横越符号延伸并略为超出该符号。从符号上反射或散射的光线中的一部分被检测到并被转换成一个电信号。电子电路或者软件将电信号解码成所扫描到的符号所表示的数据一种数字表示。例如，光检测器所生成的模拟电信号可转换成一个脉冲宽度调制的数字信号，其宽度对应于条纹与间隔的物理宽度。然后根据该符号所采用的特定符号表示法将这一数字化信号解码成编码在该符号中的数据的二进制表示，并随即解码成所表示的字母数字型字符。
已知的条码阅读系统中的解码过程通常以下述方式工作。解码器接收来自条码阅读器的脉冲宽度调制的数字信号，在软件中实现的一种算法便试图去解码这一扫描。如果成功而完整的解码了这一扫描中的起始与终止字符以及它们之间的字符，解码过程便告结束并向用户提供一次成功读取的标志（诸如一个绿灯和/或一个嘟嘟声）。否则，解码器接收下一个扫描并在该扫描上执行另一次解码尝试，等等，直到获得一个完整地解码的扫描或者再也没有可利用的扫描为止。
必须认识到读取符号的一个扫描系统的总体性能不仅是光学子系统而且也是其电子子系统的一个函数。一种条码阅读器的总体性能的度量是接收最窄的元素及解码距该阅读器数百英寸远的符号的能力。光学子系统将光束聚焦成具有一定的可测定的光斑尺寸，但是电子子系统，尤其是模拟信号处理电路，也在对检测与光斑大小的贡献中扮演一定的角色。测定电路的作用的一种方法是通过Eric Barkan与Jerome Swartz在下述两篇论文中所引入的有效光斑大小的概念：
1、“激光扫描技术进展”，国际光学工程学会会报，299卷，1981年8月27-28日。
2、“条码激光器扫描中的系统设计研究”，光学工程，23卷，第4号，413-420页，1981年7月/8月。
在这两篇论文中，有效光斑大小这一概念是由下式定义的：
其中：W e f f ( 2 ) =W o p t2( 2 ) + W e l2( 2 )]]>
Wopt是光学系统单独导致的焦点平面上的聚焦光束的光斑大小;及
Wel是由电气系统导致的光斑大小的增加。
Wel参数是模拟系统处理电路的频带宽度或时间常数的函数，同时也是在焦点或扫描平面上的激光束光斑速度的函数。距离外壳越远，Wel在Weff的值的增加上的影响越大，从而在这样远的距离上降低系统的总体性能。在太远的距离上，符号不再能被读出。
在本发明之前，是在逐个的基础上调整扫描参数的，独立地调整象束密度或放大器增益这种单个的参数。没有研究过同时一起调整若干个不同的光学与电参数而使得在一个给定的距离上或距离范围中或一个特定的应用或工作对象上的一个符号的可读性为最佳（例如最大工作范围）。
简要而概括地说，本发明提供一种读取条码符号之类的自适应系统及方法，包括用于生成一个指向一个目标并扫掠整个要读取的符号的具有可调整的特性的光束的一个扫描器。本系统还包括一个用于接收来自这一符号的反射光的光检测器及判定所接收的信号是否清楚得足以确定所扫描的是一个合法符号的电路，以及用于处理这些信号的具有可调整特性的信号处理电路。
更具体地，本发明提供一种操作一个条码扫描器的方法，包括以下步骤：将一个光束瞄准在一个条码符号上;检测来自所述条码符号的反射光并对其作出响应生成一个电信号;以及在一个具有可选择的增益、带宽及数字化器阈值的电路中处理该电信号。然后确定该电信号所表示的条码符号的可读性以生成一个控制信号;以及根据该控制信号改变信号处理电路的增益和/或带宽和/或数字化器阈值，或者对扫描器操作进行其它调整，诸如调整激光束的“光腰”位置。
本发明的新颖特征在所附的权利要求书中提出。然而，本发明本身及其其它的特性及优点可以在结合附图阅读说明书中、通过参照一个特殊的实施例的详细说明而更好地得到理解。
图1为读取条码的一个扫描系统的高度简化了的方框图;
图2为根据本发明的条码阅读器的一个实施例的透视图;
图3为根据本发明的条码阅读器的一个第二实施例的透视图;
图4是为判定是否扫描到了一个合法条码而用于检测一次扫描的条纹与间隔图形的电路的示意图;
图5为根据本发明确定是否读取了一个条码的一部分或者是否需要调整扫描器参数的一种算法的流程图;
图6为描绘作为离开光腰的距离的一个函数的高斯束的束宽的曲线;
图7为图6中用A指示的束的图形表示;
图8为图6中用B指示的束的图形表示;以及
图9为描绘作为光腰直径的一个函数的具有不同波长的一个扫描器的工作范围的曲线。
本说明书及随后的权利要求书中所用的名词“符号”及“条码”不仅指由不同宽度的交错条纹与间隔组成的图形而言，而且还旨在广义地覆盖其它一维或二维图形以及字母数字型字符。
本发明一般性地涉及利用一个光源来从诸如条码符号这样的具有不同的光反射率的标记上反射光线的一种扫描器系统。更具体地，本发明提供一种扫描器系统，该系统能够自动调整扫描光束的各种光学参数和/或光检测与处理电路的电参数来启动适当的检测、扫掠和/或扫描待读取的符号。本发明还通过对表示或可表示诸如条码符号这样的所要求的目标的标记的检测作出响应向光源电流驱动器与扫描电机控制器提供信号来提供操作一个扫描器系统的一种方法。
本发明还涉及包含自动启动与结束对目标扫描的技术的扫描系统。某些扫描器系统的一个特点是使用一个手动操作的开关来启动对目标的扫描，如在4，387，297号美国专利中所描述的。虽然对于许多应用而言使用一个开关是一个重要的特点，但在某些应用中可能要求使用其它的启动技术来启动扫描，这些技术在这里加以描述并且也属于本发明的范围之内。
转让给本申请的受让人的4，933，538号美国专利描述了包括一台处理器的一种条码阅读器，该处理器判定所反射的光是否表示一个能表示一个条码的间隙变化，并根据这一判定生成一个启动信号。设置了一个控制器来对该启动信号作出响应，通过改变该光束的密度、光斑大小、扫描路径和/或扫描速率来修正该光束。
也已转让给本申请的受让人的4，808，804号美国专利描述了可以改变工作距离或光斑大小的一种条码阅读系统。
本发明扩展了上述4，933，538号美国专利中所最先提出的反射光处理与分析技术。本发明还扩展了上述专利中或4，808，804号美国专利中所描述的在必要时通过修正光束来调整条码阅读器的技术，不仅可以通过修正光束并且还可以通过调整该条码阅读器中的检测与信号处理部分的电参数来达到这一目的。
1990年7月18日提交并转让给本申请的受让人的553，559号美国专利申请描述了一种条码阅读器，其中利用一台微处理器来调整电机的扫描速度、激光器功率、模拟放大器增益及数字化阈值来协助解码难读的符号。在制造中确定的正常设定值可以存储在非易失性存储器中。
本发明精心改进了上述553，559号美国专利中首先提出的利用微处理器的技术。
1990年8月3日提交并转让给本申请的受让人的562，130号美国专利申请描述了一种条码阅读器，其中检测与处理条码符号的特征来判定该符号是高密度还是低密度条码符号。根据判定的结果来改变该阅读器的信号处理电路的带宽。以这一方式，信号处理电路利用最适合于阅读所检测到的那种类型的条码的带宽。宽的带宽会使更多的噪声在处理电路中传播，因此将带宽压缩到仅为所需要的宽度。低密度条码对信号处理电路中带宽的要求较高密度条码低。本发明同样扩展了上述美国专利申请中所描述的技术。
在一个条码扫描器中，通常在软件中设定各种操作参数使该扫描器适用于特定的应用。例如，由用户或扫描器制造商以及为该扫描要在其中工作的应用环境所配置的特定扫描器型号频繁地确定信息传输的数据率、或其它接口参数以及要解码的符号表示类型。
有时也希望调整或修正某一扫描器硬件的电参数或功能使该扫描器能够更好地在读取与特定的应用相关联的符号中工作。例如，用于读取高速传送带上点阵印刷的符号的扫描器与用于读取静止的高密度符号的扫描器相比，前者要求以特殊的方式设定某些参数。
为了优化一个条码扫描器的性能，通常是在制造或者安装扫描器时调整或设定诸如电机转速、放大器增益、激光器功率放大器带宽及数字化器阈值等参数的。这种调整通常是通过在电路板上设置特定的部件值或调整配平电位计来进行的。一位熟练的技师或工程师应能准确地确定如何进行这些调整。
本发明在条码扫描器中提供了可调整的电路，使得所有上述各种调整及其它的调整都能在一台微处理器的控制下进行。用于解码符号和/或与外部设备接口的同一台微处理器可用于这种调整操作。这些调整可在生产具有预定或预置的供用户专用的操作特性的不同型号的条码阅读器的制造过程中进行。这些调整也可在安装时或者在一个特定的任务的开始时由用户执行。这些调整还可由设置在“自动调整”模式中的扫描器自动进行，使该扫描器自动地调整到提交给它的符号上。
微处理器可根据所要求的精度与分辨率用各种方法进行这些光学与电信号的调整。为了使微处理器能够进行这些调整而设置的电路的例子为数字到模拟转换器、数字电位计、模拟开关、FET（场效应晶体管）及晶体管。
本发明的另一种应用是将不同目标距离上的优化参数存储在存储器中，而当将一个特定目标距离上的一个符号提交给扫描器时处理器便自动调出这些参数。这些应用的实例包括读取传送带上的包装上的条码，其中的包装上的条码标签是位于离开扫描器的若干不同距离上的。
本发明还提供用于操作一个条码阅读系统的一种方法与装置，该系统可读两种不同类型的条码-一种标准线性条码及一种二维条码。本发明还提供了一种为了精确地读取一个二维条码而调整扫描光束的空间覆盖范围或垂直扫掠范围、检测器的电子器件及适当的解码器软件的技术。
参见图1，它示出了可根据本发明的原理设计的一种条码阅读器的一个实施例的高度简化了的方框图表示。阅读器100可装设在一个便携式扫描器中，或者作为一个桌面工作站或静止的扫描器。在较佳实施例中，该阅读器是装设在一个轻型塑料外壳101中的。
在一个较佳实施例中，阅读器100可以是具有手枪把形的握把的一种枪形设备;一个第二实施例是如图2中所示的带在手上的一个单元;一个第三实施例是如图3所示的一个戒指型扫描器。当用户将该设备置于指向待读取的符号的位置上时，用户可使用外壳上的一个可移动的触发开关（图3所示）来手动启动扫描器。如下面要描述的，也可用各种“无触发器”的启动技术。
第一个较佳实施例可一般性地具有颁发给Swartz等人的4，760，248号美国专利，或者转让给符号技术公司的4，896，026号美国专利中所公开的那种型式，同时还类似于可从符号技术公司购得的型号为LS8100或LS2000的条码阅读器。另外，颁发给Swartz等人的4，387，297号美国专利或颁发给Shepard等人的4，409，470号美国专利（两者都已转让给符号技术公司）的特性可用于构造图1的条码阅读器单元。在这里引入专利4，760，248、4，896，026与4，409，470作为参照，但这些设置的总体设计将在这里扼要地描述以供参考。
更详细地参见图1，光源107（通常为激光二极管之类）的阅读器100中生成一个射出的光束103。来自光源107的光束被一个光学组件108光学地修正以形成一个具有一定特征的光束。由组件108确定大小与成形的光束作用在一个扫描单元109上。该光束是以特定的扫描图形偏折到扫描单元109上的，即形成一条单一的线、一个线性光栅扫描图形、或者更复杂的图形。然后，扫描单元109将扫描光束103引导通过一个出射窗口102照射到位于该阅读器前方数英寸处的一个目标上的条码符号104上。在便携式阅读器100的实施例中，用户瞄准或定位该便携式单元使这一扫描图形横越待读取的符号104。从符号反射的和/或散射的光线105由阅读器中的一个光检测器106检测，生成要处理与解码的电信号以再生该条码所表示的数据。以后所用的名词“反射光”泛指反射和/或散射光）。
光学部件107、108与109中每一个的特征可分别由驱动单元110、111与112独立地调整。这些驱动单元是由中央处理单元119在控制总线126上送出的数字控制信号操作的，该中央处理单元最好是用外壳101中所包括的一台微处理器实现的。
光检测器106的输出作用在一个具有可调或可选择的增益或带宽的模拟放大器113上。在模拟放大器113上连接一个放大器控制单元114，响应通过控制总线126作用在控制单元112上的控制信号来产生对模拟放大器113中的电路值的适当调整。
模拟放大器113的一个输出作用在一个模-数（A/D）转换器115上，后者采样模拟信号使之能被CPU119测试。A/D转换器连接在控制总线126上，传送所采样的数字信号供CPU119处理。
模拟放大器113的另一个输出作用在一个数字化器116上。数字化器116将来自模拟放大器113的模拟信号转换成脉冲宽度调制的数字信号。4，360，798号美国专利中描述了一种数字化器。如前面所指出的，诸如包含在数字化器116中的那些电路具有可变的阈值级，根据本发明这些阈值级是可以适当地调整的。数字化器控制单元117连接到数字化器116上并根据CPU119通过控制总线126作用在控制单元117上的控制信号对数字化器116中的阈值级进行适当的调整。
数字化器116的输出作用在边缘检测器118上。后者的操作可参照图4加以说明。
图4中示出了用于本发明的一个较佳边缘检测电路118的一个实施例的示意图。这一电路与506，674号原申请中所公开的相同，为了讨论的完整性将它包括在这里。来自数字化器116的信号作用在一个反相器31的输入端上，反相器的输出作用在二极管32上。一个RC（电阻电容）电路由第一电阻器R1与电容器（C）34构成，电阻器R1串联在二极管32的输出端与一个收集极开路的输出比较器37的一个第一输入端35之间。电容器（C）34连接在第一输入端35与地电位之间，并且一个第二电阻器R2连接在第一输入端35与地电位之间。电阻器R1的电阻值最好远小于电阻器R2的电阻值。
比较器的第二输入端38连接到由电阻器R4与R5构成的分压器，这两个电阻器串联在电位V与地之间。比较器37的输出端41连接到“激光器启动”信号线，以及通过电阻器R3的反馈线。来自比较器37的输出端的反馈向比较操作提供一个迟滞效应，这是由于电阻器R3的另一端是连接到比较器37的第二输入端38上的。检测器电路118的操作可描述如下：当数字化器输出一个条纹时，电容器以近似于R1C的时间常数充电，这是由于R2是远大于R1的。当数字化器输出一个间隔时，电容器通过R2充电，因为二极管32防止了通过R1放电。时间常数R2C远大于时间常量R1C，所以需要更多的间隔时间来消除一个条纹的作用。
经过了若干个具有典型密度的条纹与间隔之后，在电容器34上产生一个超过阈值的电压，该阈值是用比较器37设定的。此时，从比较器37输出一个“触发”或一个解码器启动信号来指明一个条码的出现。这时便可将来自边缘检测器118的数据交给解码器120去解码。
此刻，比较器37的开路的收集极输出被驱动到低电平，从而降低了该比较器的阈值，使得由于后随的条纹与间隔及静止区域所引起的电容器34上的较小电压变化不致截止该触发信号。
如果扫描到一条长的黑色条纹，上述电路也能被触发。然而，在较佳实施例中，数字化器中包含一个排除读取一条长的黑色条纹的电路，即数字化器如同一个高通滤波器那样工作。
如上面所指出的，边缘检测器118是连接到解码器120上的，解码器以本发明的背景中所描述的方式工作。解码后的数据存储在连接在一条数据总线122上的一个锁存器121中。锁存器121还连接在一条控制总线126上，后者又连接在CPU119上。
在较佳实施例中，扫描参数的调整是以CPU119的控制下软件中实现的。以下的讨论提出一种可在根据本发明的阅读器中的一个计算机程序中实现的算法的例子。
图5为根据本发明的一种算法的流程图，该算法确定是否读到了一个条码的一个部分以及是否需要调整扫描器参数。假定在开动扫描器时，自动设设定了某些预定的初始化参数，如框200所示。然后将扫描器置于“调整”模式中（与“读入”模式不同）并开始进行这一算法。
在下面的讨论中，括号内的参照数字是指图5中的流程图中所示的功能框而言。201得出一次扫描，并且对由模拟放大器113，A/D转换器115及边缘检测器118处理后得出的信号加以测定与分析。根据本发明的软件算法考虑范围内的一种增益调整可参见635，431号美国专利申请。从而，在202作出放大器113的增益是否需要调整的判定，如果需要，则在203增加增益。假定放大器增益是合适的，在204判定该信号是否一个条码，例如利用边缘检测器118来判定。如果该信号不是一个条码或者一个条码的一部分，阅读器便没有可分析的适当信号了，便在201从另一次扫描中取得数据。如果该信号是一个条码，并且在205判定阅读器是在调整模式中，则在209对数据进行分析。如果阅读器不在调整模式中，并在206信号是作为正常的条码解码的，则在207输出该数据。如果信号没有解码，则在208将阅读器置于调整模式并在209对数据进行分析。
现在描述微处理器CPU119调整参数所用的方法。某些诸如“电机转速”这样的扫描器参数便可加以测定并在得到适当的电机转速时用一个反馈给该微处理器的信号通知该微处理器。一次激光器功率调整可能要求一个位于扫描内的或者位于一外部装置中的光敏器件来向微处理器反馈激光器功率信息。如果激光二极管组件中的监视器光电二极管已经以某种方式标定为执行这一功能，则可利用它来进行这一工作。
根据本发明的微处理器控制的调整可采用多种方法。在制造过程中的手动调整得以消除，从而降低成本及提高产品的兼容性与质量。专用的设备可用于协助进行某些调整。例如，扫描器可以通过扫描一个预定的印刷条纹图形来自动调整其扫描角。它也可在一个经由一个电接口向扫描器反馈信息的外部激光功率计的协助下调整其激光功率输出。扫描器还可将其本身的放大器增益、带宽及数字化器阈值调整到由一个优化算法确定的级上。这一自调整能力通过在同一条组装线上方便地制造具有可变化的能力的扫描器而简化了制造过程。从而本发明提供了一种制造条码阅读器的方法，包括下述步骤：（a）在制造过程中通过将一个光束引导到用户应用中所使用的那种类型的一个测试符号上来测试一个样品条码阅读器;（b）在离开所述阅读器的第一与第二预定的距离上感测从该测试符号反射的光以生成一个指示在这两个不同距离上所感测到的符号的相对可读性程度的输出信号;（c）自动地确定该阅读器的最佳光学与电特征使之能最佳地读取于第一与第二距离之间的工作距离范围内出现的这种类型的符号;以及（d）自动设定该阅读器的光学与电参数使它们对应于由这两个预定的距离所确定的工作距离范围。
本发明的另一个特性为提供一种操作条码阅读器的方法，特别是设计或读取取决于用户的应用的阅读器与条码符号之间的一种可变的工作距离范围内的一个目标上的条码符号的阅读器，这些阅读器具有一个调整模式及一个工作模式，该方法包括下述步骤：（a）在该阅读器的调整模式中，从该阅读器将一个光束引导到离开该阅读器一个预定的距离上的用户应用中所使用的那种类型的一个测试符号上;（b）感测该预定距离上的测试符号所反射的光，生成一个指示该距离上的符号的相对可读性程度的输出信号;（c）自动确定该阅读器的最佳光学与电特征，使之能于最佳地读取出现在工作距离范围内的这种类型的符号;以及（d）自动设定该阅读器的光学与电参数，使它们对应于由这些预定的距离所确定的工作距离范围。设定了这些参数以后，例如将这些值存储在存储器中，便可将该阅读器置于工作模式中。从而，对于一个特定的用户任务（对应于预置的工作距离），可读性便能得到优化。如果作业或任务有所改变，用户可返回到调整模式，读取另一个测试符号来重新设定这些参数，然后重新开始。本发明的又一个实施例或特性为在使用中提供一种自动可调整性能力使扫描器成为自优化的。例如，可以其前方具有一个要扫描的符号的情况中将该扫描器置于一种“学习”模式中。该扫描器便能自我调整直到获得最高的扫描或功率为止。这特别适用于工业传送带应用中，其中符号类型与到达扫描器的是相当稳定的。如果在用户要求的极端状况中提供符号，则扫描器也能以一定的可读性质量自我调整成覆盖一个指定的工作距离或符号范围。
在上述所有实施例中，适当的调整一经完成，可将参数值存储在非易失性存储器中，因而每次开动该扫描器时，微处理器便能恢复这些参数，或者也可用带有它们自己的非易失性存储器的数字电位计来代替。
自动可调整性还使一个扫描器能够通过迭代调整处理来增进其阅读条码的能力，如应用所要求的。例如，如果扫描器在一次扫描中解码失败，则它可在下一次扫描中试用不同的数字化器阈值。根据来自不成功的扫描数据或来自前面的符号的数据，可用小的增量来适当地作出调整变化。
本发明的另一种方法可对某些或所有的调整采用非易失性数字电位计。这些数字电位计可以不受机载微处理器的控制，而只在一台外部设备的控制下进行调整。
为了说明如何优化一个特定的应用或操作目标（诸如最大的工作范围），我们考虑工作范围与束腰大小之间的关系的一个例子。虽然这一目标较单纯改进符号可读性更为复杂，但它的确说明在出售的扫描器的制造阶段所必须测定与设置的各种扫描器参数之间的相互依赖性。这也说明根据本发明的一个自调整、自适应条码扫描器是怎样实现的。
首先，我们对条码扫描器中的激光束宽度提供一些背景信息。图6为描绘对于不同的束宽，作为离开束腰的距离的函数的高斯光束的束宽的曲线。图中线A表示在光腰处具有0.05mm束宽的一条激光束;线B表示在光腰处具有0.2mm束宽的一条激光束;而线C则表示在光腰处具有0.3mm束宽的一条激光束。比较束A与B最能说明离开束腰的距离增加时光束的表现的反差。
图7为图6中用A指定的光束在其光腰区域内的图形表示，而图8则为图6中用B指定的光束在其光腰区域内的图形表示。这两张图指示出了在图7的情况中相对地小量的光束展宽，以及在图8的情况中明显的较大展宽。
假定应用目的是使工作范围为最大，调整哪些参数能够达到这一目的？为了回答这一问题，我们开始作如下的分析：
空间坐标系中的高斯光束外形（正则化到单位功率）由下式给出：
I ( x ) =12 π σe x p ( -x22 σ2) ( 1 )]]>
其中σ＝dopt/4，而dopt则为束斑的直径，在空间频率范围fx中，束传递函数为
I（fx）＝exp（-2（σπfx）2）＝exp（- 1/8 （πfxdopt）2） （2）
而在（瞬时）频率范围f中，光束的外形为
I ( fx) e x p ( - 2 (σ π fv)2) = e x p ( -18(π f do p tv)2) ( 3 )]]>
其中V为扫描速度而f＝Vfx。一个条码图形的最大空间频率fx，max是由最小条纹宽度bmin确定的
fx m a x= 1/(2 bmin) ( 4 )
密度传递函数I（fx）确定调制深度。从而最大空间频率fx，max上的反差对应于最小反差。对最小反差Cmin的限制是由数字化器的要求设定的。从式（3）与（4）我们可得
Cm i n= e x p ( -18(π do p t2 bm i n)2) ( 5 )]]>
这可解释为在工作范围边缘上对光斑大小的下述要求：
do p t=42πbm i n- l n ( Cm i n)= 1.8 bm i n- l n ( Cm i n)( 6 )]]>
下表中给出了一些例子：
C min0.90.50.150.10.01dopt/bmin0.5851.4992.4812.7333.865
光束的光腰直径为，
do=do p t2]]>
而工作范围为该光束的共焦点参数的两倍，即
例如，对于Cmin＝0.15及bmin＝10mil（密耳），可从式（6）得出dopt＝24.8密耳并从式（7）得出WR＝465mm（＝18.3”）
在这一情况中，再也不能得到工作范围的闭式解，因此需要数值估算。已经示出过，扫描器的电子系统的频率响应可用于下式近似地表示
H ( f ) = e x p ( - l n (2) (ffc)2) = e x p ( - 0.347 (ffc)2) ( 8 )]]>
其中fc为电子系统的3dB（分贝）带宽。计入扫描对合（式（3））及系统带宽（式（8））后的组合响应为两者的积：
I(f)H(f)=exp(-18(πfV)2(dopt2+4ln(2)π2(Vfc)2)=]]>=exp(-18(πfV)2(dopt2+0.281(Vfc)2)---(9)]]>
可以看出对dopt（式（6））的要求被对一个有效光斑大小deff的要求所取代，
de f f=42πdm i n- l n (Cm i n)= 1.8 dm i n- l n ( Cm i n)( 10 )]]>
而deff给定为
deff2=(dopt2+0.281(Vfc)2)---(11)]]>
（应当指出，在沿光束的轴的不同点上，扫描速度是不同的）。
上面提出过的优化问题这时便可重述如下：对于一个给定的deff，找出使工作范围为最大的一条光束的光腰位置。图8中示意性地给出了该光束。工作范围起始于距该光束的光腰距离为X2的一个点上。从工作范围的起始点到扫描反射镜的距离为dms，在X2上的扫描速度为Vs。
X2上的光束直径d2由下式给出
d2=deff2-0.281(Vsfc)2)---(12)]]>
X1上的扫描速度由下式给出：
Vm a x= Vs( 1 + (x1 + x2)/(dm s) ) ( 13 )
而X1上的光束直径为
d1=deff2-0.281(Vmaxfc)2---(14)]]>
工作范围为
WR = X1+ X2( 15 )
X1、X2与d1、d2的关系如下
xi=πdo4λdi2-do2,i=1,2---(16)]]>
其中dO为光腰直径。经过一定的代数运算以后式（12）至（16）可导出WR的下述表达式：
WR= - (B( d o ))/(A( d o )) （17）
其中A与B为dO的函数。
A ( d o ) = (4 λπ do)2+ 0.281 (VSdm sfc)2]]>
B(do)=2(0.281dms(Vsfc)2-4λπdod22-do2]]>
从而，优化问题简化成了找出在式（17）中产生WR的最大解的dO。
作为一个例子，考虑下述情况。最小工作范围为距扫描器前端1英寸处。从扫描反射镜到前端的距离为2.5英寸。从而dms＝3.5英寸。在扫描范围的起始点处的扫描速度VS＝200英寸/秒，而要扫描的条码具有最小条纹宽度bmin＝10mil。数字化器的最小反差Cmin＝0.15，及激光波长为0.67。电子带宽fc＝30KHz（千赫兹）。解式（17）得出下述结果：工作范围WR＝335.9mm，光腰直径为0.37mm，而X1与X2上的光束直径分别为0.46mm与0.62mm（X2与X1分别为217.6mm与118.2mm）。图9中示出了若干激光波长上WR与d2的相关性。从图9中可得出这样的结论，波长越短工作范围越大，以及WR并不是dO的一个非常敏感的函数。
虽然本发明是对读取条码描述的，其中包括诸如Code49及类似的符号表示这些叠在一起的或二维的条码，应能理解本发明的方法同样可在各种机器视觉或光学字符识别应用中找到应用前景，在这些应用中信息是从其它类型的标记上导出的（诸如字符）或者从被扫描的物体的表面特征导出的。
在所有的各种实施例中，扫描器部件可以组装在一个非常紧凑的外壳中，使得该扫描器能制成一个单片的印刷电路板或集成模块。这样一个模块能够可交换地用作多种不同类型的数据采集系统的激光扫描部件。例如，该模块可以交换地用于手持式扫描器、连接在一条柔性臂上或者安装在延伸到桌面上方或连接在桌面下侧的桌面扫描器，或者作为一个更灵巧的数据采集系统的子部件或子组件。
该模块可有利地包括安装在一个支座上的一个激光器/光学器件子组件、诸如一面转动或往复运动的反射镜的扫描部件以及一个光检测器部件。与这些部件相关联的控制或数据线可以连接到安装在该模块的边缘上或外表面上的一个电接线器上，使该模块能够电气地连接到一个与数据采集系统的其它部件相关联的配套的接线器上。
一个独立的模块可具有与之相关联的特定扫描或解码特征，例如，在一定工作距离上的可操作性。其它操作特征的电参数也可通过手动设置与该模块相关联的控制开关来设定，也可以通过将值存储在存储器中来设定，如在本发明中所描述的。用户也可使该数据采集系统适应于扫描不同种类的物体，或者通过使用简单的电接线器更换数据采集系统上的模块而使该系统适应于不同的应用。
上述扫描模块也可装设在一个自含的数据采集系统中，该系统包括一个或多个诸如键盘、显示器、数据存储器、应用软件及数据库之类的组成部分。这一系统也可包括一个通信接口，使该数据采集系统能够通过一个调制解调器或者ISDN（综合业务数字网络）接口，或者通过从便携式终端对一台静止的接收机的低功率射频发送来与一个局域网络或电话交换网络的其它成员进行通信。
应当理解，上述特性中的每一个或者两个或两个以上的组合可在与上面所描述的不同的其它类型的扫描器与条码阅读器中找到有效的应用。
虽然本发明是作为体现操作一个自适应条码扫描器的方法展示与描述的，它并不旨在局限于所示的细节。因为可以在完全不脱离本发明的精神的方式下作出各种修正与结构上的改变。
不需要进一步的分析，上面已经全面地揭示了本发明的要点，使得其它的要点可在不省略颇好地构成本发明的特定形式的总体的主要特征（从先有技术的立场上）的条件下，便可轻易使它适应于各种应用，因此，这种适应性应在下述权利要求书的等价的含义与范围内来领会。