Scanners manuels, prestations, solutions et choix

Comme nous le savons, la lecture des codes à barres met en oeuvre sur deux technologies différentes, CCD et laser, offrant toutes deux d’excellentes performances. Toute éventuelle préférence pour l’une des deux ne doit pas être le fruit du hasard mais être déterminée en fonction de l’application envisagée. Il faut en outre remarquer que la technologie laser, apparue la première, peut aujourd’hui être considérée comme mature et sujette à de légères améliorations tandis que la technologie CCD – grâce à sa large utilisation dans le monde de la photographie et de la vidéo amateur et professionnelle – est sujette à de continuels perfectionnements ainsi qu’à une baisse progressive des prix. Pour mieux illustrer les caractéristiques et les performances des scanners manuels, il semble donc opportun de proposer quelques brefs rappels sur ces deux technologies.

Le CCD (Charge Coupled Device) est un composant intégré faisant office de transducteur photoélectrique, c’est-à-dire capable de générer, une fois qu’il est frappé par la lumière, un signal électrique évoluant en fonction de celle-ci : à lumière forte, signal à intensité élevée, à lumière faible, signal de faible intensité. L’architecture du CCD comprend trois éléments : une couche photosensible, une porte de transfert et une couche CCD. De plus, sa structure est soit linéaire (pour la lecture de codes à barres) soit bidimensionnelle (pour la lecture de codes 2D). Souvent appelé « imageur », il est dans ce cas en tout et pour tout semblable au CCD monté sur les appareils photos et les caméras vidéo. >La couche photosensible Elle est constituée de petites cellules placées les unes contre les autres, chacune correspondant à un pixel (picture element) en mesure de capturer une portion de l’image filmée. Selon le principe de la photosensibilité, chaque cellule libère, une fois frappée par la lumière, un certain nombre d’électrons en quantité proportionnelle à l’intensité de la lumière qui l’a atteinte. Il est évident que, pendant la lecture d’un code à barres, lorsque la cellule est frappée par l’image d’une barre (noire) elle ne libère que très peu d’électrons, alors qu’elle en libère beaucoup plus lorsqu’elle est atteinte par l’image d’un espace (blanc). Une fois la lecture terminée, la couche photosensible retient l’image électronique (comme si elle l’avait photographié) du code à barre examiné. Quand le CCD est de forme linéaire, la couche photosensible est constituée d’une seule rangée de cellules ; quand le CCD est à deux dimensions, la couche photosensible est constituée de plusieurs rangées empilées les unes sur les autres. >La porte de transfert Elle est constituée d’une grille métallique très fine et a pour mission, en fonction de la polarité à laquelle elle est soumise, de retenir les électrons libérés par la couche photosensible (grille à tension négative), ou de les laisser passer vers la couche CCD (grille à tension positive). La vitesse de lecture du CCD est en fonction de la fréquence de gestion de la porte de transfert. >La couche CCD Elle est constituée, elle aussi, de cellules en quantité et de manière identiques à celles de la couche photosensible. Cette couche, une fois la charge des cellules correspondantes “vue“ à travers la porte de transfert, en assume la même charge électrique. Après la lecture du code, les charges de chacune des cellules CCD passent, à leur tour, de cellule en cellule, en se dirigeant vers un port de sortie offrant ainsi un signal électrique analogue à l’évolution de l’image du code lu : linéaire ou bidimensionnelle. Ceci étant, pour offrir des performances optimales quel que soit le milieu ambiant, le scanner CCD nécessite une source de lumière propre qui est obtenue généralement avec des DEL (diodes électroluminescentes) qui se caractérisent par une faible consommation d’énergie et une durée de vie moyenne plutôt longue. Ces deux caractéristiques permettent, à l’exception des scanners portables fonctionnant à batterie, de laisser les DEL constamment allumées et d’éviter l’utilisation de dispositifs d’allumage et d’extinction ou de trigger (gâchette). Dispositif entièrement solide, le CCD ne présente aucune partie mobile et offre par conséquent plus de fiabilité que les scanners laser qui mettent en œuvre des miroirs oscillants ou rotatifs. La lecture d’un code à barres se fait donc par éclairage du code lui-même et mise au point de l’image sur le plan du CCD par une optique prévue à cet effet. Le processus de de décodage a lieu par reconnaissance des crêtes d’image blanches ou noires et application d’un ou plusieurs algorithmes capables de déchiffrer les contenus du code. Les algorithmes sont appliqués par un convertisseur analogique/numérique intégré au scanner et par le logiciel géré par le processeur. La vitesse et la réactivité de la lecture du scanner dépendent en grande partie de la vitesse du processeur et des performances du logiciel. Grâce aux développements continus de la technologie CCD, liés en grande partie à son utilisation dans le domaine grand public de la photo et des caméras vidéos, les performances sont en constante amélioration, tant pour les CCD à structure linéaire que ceux à deux dimensions. Mais le logiciel de décodage, qui permet d’augmenter la vitesse de lecture, les profondeurs de champ et le taux des lectures réussies, s’est également amélioré. Ces caractéristiques, alliées à des fréquences de lecture plus rapides (jusqu’à dix fois celles des lasers, dérivant de simples échanges de polarité) et à la rapidité des processus de décodage, permettent de comprendre pourquoi certains scanners sont meilleurs que d’autres lors des opérations de lecture de codes de mauvaise qualité ou imprimés sur des surfaces laminées réfléchissantes.

Le scanner laser lit le code grâce à un rayon de lumière oscillant en avant et en arrière à travers le symbole, puis réfléchi sur un miroir oscillant ou rotatif. Les “moteurs“ laser (laser engine) sont disponibles dans une vaste quantité de configurations (portée standard, longue portée, grand angle, etc.) pour satisfaire les diverses exigences d’utilisation. Le plus grand avantage de la lecture laser est sa profondeur de champ, qui permet de lire des codes à des distances parfois considérables. Du moment que le code est imprimé selon la résolution appropriée, le laser est en mesure d’effectuer des lectures pouvant aller jusqu’à 11 mètres de distance. Il s’agit là d’une caractéristique qui, pour des applications comme celles mettant en oeuvre des chariots élévateurs dans les magasins, offre la possibilité à l’opérateur de lire les codes à barres sans devoir descendre systématiquement du chariot. La grande profondeur de champ dérive, à son tour, de l’extrême subtilité du faisceau lumineux. En rappelant que la lumière laser est cohérente (lumière monochromatique, c’est-à-dire d’une seule fréquence et une seule longueur d’onde), aucune déperdition du faisceau n’est à déplorer même sur de longues distances. Le diamètre du faisceau, en d’autres termes, reste suffisamment subtil pour discriminer les barres larges et étroites même à des distances de lecture différentes. En contrepartie, le scanner laser tend à coûter plus cher que le CCD. Il est doté en effet de parties en mouvement (miroirs oscillants) et peut s’avérer sensible aux chocs brusques et aux températures extrêmes. Comme pour les CCD, les lasers sont soit manuels et portables soit sur un poste fixe. Les premiers travaillent généralement sur des fréquences de lecture basses (de 30 à 50 balayages par seconde), étant donné que le symbole balayé se trouve la plupart du temps sur un objet fixe. En revanche, les scanners fixes pour convoyeurs travaillent à des fréquences plus élevées (de 50 à 14 000 balayages par seconde) pour pouvoir garantir de bonnes lectures même sur les objets transportés.

Les deux technologies, CCD et laser, sont excellentes et, bien qu'elles présentent plusieurs points communs en termes de performances, chacune d’elles présente un ensemble de caractéristiques qui les destinent à une utilisation précise. Afin de décider quelle technologie choisir et comment mieux l’adapter à ses propres exigences, les conditions opérationnelles et les spécifications de lecture (à partir de quelle distance la lecture est effectuée, de quelle qualité et quelles sont les caractéristiques du code à traiter, quelles sont les conditions d’éclairage, etc.) ainsi que le rapport prix/prestations du scanner devront être pris en compte. Le tableau 1 résume les caractéristiques des dernières générations de CCD et des technologies laser, dont nous fournissons également quelques approfondissements. Distances de lecture A l’heure actuelle, les scanners CCD travaillent particulièrement bien en lecture à contact et jusqu’à une distance maximum de 46 cm. Par conséquent, si le lecteur peut être amené à proximité du code, le CCD peut constituer un bon choix. Si les étiquettes se trouvent à plus de 46 cm, il ne reste plus qu’à opter pour un lecteur laser. Type de code utilisé Les deux technologies permettent de lire tous les principaux types de codes standard, y compris Ean/Upc, le Code 39 et le Code 128. Les dernières générations de lecteurs CCD travaillent mieux sur ces codes à haute densité, dans une zone X (distance minimum entre barres voisines) d’une valeur comprise entre 0,05 et 0,1 mm et d’une largeur de code jusqu’à 203 mm pour X compris entre de 0,25 à 0,5 mm. En outre, ils sont en mesure de lire des codes de mauvaise qualité, c’est-à-dire présentant un faible contraste entre les barres et les espaces causé par la présence d’un fond de couleur ou par une impression de mauvaise qualité ou réalisée sur des surfaces de lecture difficile. Certains CCD peuvent travailler même sur des codes endommagés. Conditions opérationnelles Les scanners CCD, dispositifs solides ne présentant aucun composant mobile, tendent à être plus fiables que les scanners laser, qui utilisent des miroirs en mouvement. Ces considérations mises à part, le paramètre qui détermine la meilleure correspondance d’un scanner à certaines ambiances d’utilisation est son revêtement. Dans la grande distribution, un scanner CCD à coque en plastique ABS standard constitue une solution fiable et durable, tandis que ce même scanner utilisé dans un magasin ou en usage industriel nécessitera un revêtement réalisé dans un matériau plus robuste. Vitesse de lecture, profondeur de champ et définition de la zone de lecture Indépendamment de la technologie mise en oeuvre, en supposant qu’un scanner soit en mesure de lire un code, celui-ci peut offrir des prestations différentes concernant trois éléments essentiels : vitesse de lecture, profondeur de champ et définition de la zone de lecture. A l’intérieur de sa propre zone de profondeur de champ, un scanner CCD peut offrir d’excellentes performances en termes de fréquence de balayage : les 100 balayages par seconde sont désormais courants tandis que les meilleures performances offrent jusqu’à 800 balayages seconde. Dans certaines circonstances, un CCD peut donc lire un groupe de codes plus rapidement qu’un laser sans, par ailleurs, nécessiter de “trigger“. En revanche, certains CCD ne sont en mesure que d’effectuer des lectures en contact avec le code : cette approche ne présente aucune limite en ce qui concerne la lecture de codes sur des surfaces planes mais peut s’avérer problématique quand le code se trouve sur une surface courbe. En présence de surfaces courbes, les lecteurs CCD longue portée, c’est-à-dire non en contact, et les lecteurs laser fonctionnent donc mieux. Certains CCD peuvent lire jusqu’à 5 cm de distance tandis que les dernières générations de CCD, comme nous l’avons dit précédemment, permettent de lire jusqu’à 46 cm (18 pouces). Avec cette augmentation de la distance de lecture, il devient de plus en plus important de savoir où se positionne le tracé de balayage. Avec les scanners laser, c’est le laser lui-même qui indique avec précision où se situe le tracé, mais les scanners CCD dépendent d’un bien plus faible éclairage des DEL. Il en découle que la ligne de balayage des CCD devient difficile à repérer lorsque la distance de lecture augmente ou lorsque la distance est courte mais dans une ambiance à éclairage extérieur élevé. Pour pallier à cet inconvénient, certains fabricants proposent déjà l’intégration dans le scanner CCD, d’une diode laser qui a pour but de pointer la ligne de balayage, déléguant au CCD l’opération de lecture. Combien est-on disposé à dépenser ? Les scanners CCD sont généralement moins chers que les lasers, à tel point que cette différence peut constituer à elle seule une justification d’achat. La gamme des prix des scanners CCD est assez large et celle des laser l’est encore plus : une situation qui peut représenter une opportunité pour les services d’achats, notamment ceux devant gérer de gros volumes. Si le prix est une opportunité et si les conditions essentielles comme les symboles à lire et le formatage des données sont tenus pour acquises, il est bon de tenir également compte des caractéristiques suivantes, d’autant plus si l’achat vise à augmenter la productivité de ses propres lignes. 1 La profondeur de champ est-elle adaptée à l’application envisagée ? Existe-t-il une marge de sécurité (« zone de confort ») avec une profondeur de champ d’au moins 1 cm sur les codes à lire, pour rendre les opérations plus aisées et pour pouvoir lire également les étiquettes de forme courbe ? L’opérateur doit-il voir la ligne de balayage sur le code ? 2 La résolution du scanner est-elle adaptée à l’application envisagée ? Le scanner doit pouvoir lire les codes avec une certaine tolérance étant donné la présence d’une marge de sécurité. 3 Le scanner sera-t-il en mesure de lire toutes les qualités de code présentées par l’application ? 4 Le scanner est-il d’une utilisation facile et présente-t-il une construction ergonomique ? Peut-il être soulevé et reposé facilement ? Le scanner s’adapte-t-il au plan de balayage des objets et à la zone réservée à l’opérateur ? Si le scanner dispose d’un “trigger“, est-il facile à utiliser ? 5 Le scanner est-il en mesure de lire facilement tous les codes prévus ou demande-t-il du temps ? Un bon test consiste à effectuer un relevé des temps nécessaires pour effectuer par exemple 10 ou 20 lectures en conditions réelles au lieu d’effectuer des lectures sur un seul échantillon. 6 Le scanner est-il adapté à l’ambiance professionnelle ? Certains facteurs doivent être pris en compte comme la robustesse, la forme, la longueur du câble et la résistance à l’eau, à la poussière et aux vibrations, ainsi qu’à la lumière ambiante et aux conditions de température.

Naturellement, les technologies CCD et laser continuent d’évoluer, avec une augmentation des prestations et une réduction des prix. Les domaines où s’opèrent les principaux changements sont, notamment, la profondeur de champ et la décodification de la dernière génération de CCD. Mais voilà quelques caractéristiques dont il conviendra de tenir compte à l’avenir. Moteurs de balayage laser : leurs dimensions continuent à diminuer, permettant de meilleures prestations pour certaines applications. Sécurité du laser : elle continuera de croître selon des évolutions particulièrement sensibles en Europe, où la protection des Etats-Unis, la tendance est de diffuser les lasers à domicile pour le commerce électronique, avec des précautions particulières pour les enfants. Le raster des lasers : en utilisant des miroirs pivotant selon deux axes (du haut vers le bas et de gauche à droite), il devient facilement possible de lire des symboles à deux dimensions comme le code PDF et de capturer des codes linéaires dans n’importe quelle direction. De plus, des lasers à distances de lecture de plus en plus grandes sont en cours de développement. Le CCD longue portée : le range de lecture augmentera à court terme en passant des 46 cm actuels à des valeurs supérieures et rendra les CCD compétitifs aux lasers à portée standard, utilisés dans le commerces de détail et dans d’autres applications grand public. Ce paramètre, allié à l’augmentation de la fenêtre de lecture, éliminera plusieurs limitations d’utilisation. Quant à l’éclairage, celui-ci deviendra plus brillant et plus précis, aidant les opérateurs à repérer la ligne de balayage. Les imageus : basés sur CCD et capturant des images en deux dimensions, ils seront également de plus en plus utilisés pour la lecture de codes linéaires en mode omnidirectionnel. Les optiques : enfin, une réduction des dimensions des optiques est prévue avec de remarquables conséquences pour la forme des scanners, qui débouchera sur des modèles de plus en plus ergonomiques et d’une intégration de plus en plus facile dans d’autres dispositifs.

Les lecteurs manuels font partie du grand monde des technologies de l’information et suivent donc les évolutions de ce secteur. Les produits de ce type, les crayons optiques, les lecteurs CCD et les scanners laser sont en effet des périphériques reliées à n’importe quel type de système de traitement des données. La grande standardisation des prestations facilite le choix de l’utilisateur parmi des produits de qualité mais extrêmement différents, et produit une baisse significative des prix (parfois 10-15% par an) face à des volumes qui, en revanche, continuent de s’accroître, même si cela est, depuis quelque temps, un peu moins sensible, à l’exception bien sûr des niches d’offres plus innovantes. Même les stratégies commerciales des fabricants se ressentent naturellement de ces évolutions du marché et les canaux de vente indirects (distributeurs, VAR, etc.) sont en effet en croissance constante. Ils dépassent désormais nettement la vente directe de ces produits, en termes de volumes. Les lecteurs à contact représentent le meilleur choix en ce qui concerne certaines applications du monde du commerce (points de vente de moyenne et petite taille) pour l’office automation et les activités de guichet (postes, etc.). Les nouveaux produits que le marché est aujourd’hui en mesure d’offrir permettent de lire les codes même à une certaine distance, franchissant ainsi les limites de la lecture par contact et devenant extrêmement compétitifs même pour les scanners laser de bas de gamme. Une nouvelle frontière s’est en effet instituée parmi les lecteurs manuels qui distingue les produits uniquement sur la base de la distance de lecture et non sur celle de la technologie utilisée. C’est ainsi qu’on parle de lecteurs à contact (crayons optiques et lecteurs CCD traditionnels), de lecteurs à distance (pistolets laser) et du nouveau secteur des lecteurs à « distance instinctive », c’est-à-dire de ces lecteurs capables de lire au mieux à la distance naturelle à laquelle l’opérateur se trouve lorsqu’il doit lire un code (généralement entre 5 et 15 cm). Ce dernier segment est couvert par les nouveaux lecteurs CCD à distance qui supportent ces applications mieux qu’un lecteur laser. Datalogic a été un pionnier et reste aujourd’hui le leader dans cette nouvelle catégorie de produits qui voit aujourd’hui s’affirmer sur ce créneau la présence d’autres fabricants. Parmi les lecteurs laser manuels, on distingue par contre les produits de type industriels de ceux destinés au milieu du commerce. Les premiers, en raison de leurs caractéristiques de robustesse et de performance en lecture, sont adaptés à des milieux hostiles, comme les usines et les magasins. Les seconds sont en revanche destinés aux points de vente et à l’office automation mais ressentent maintenant les contrecoups de la concurrence des lecteurs CCD à « distance instinctive». Enfin la « nouvelle vague » des lecteurs manuels est celle des versions sans fil qui permettent de se libérer de la contrainte du câble en exploitant une connexion radio. Grâce à ces produits, il est aujourd’hui possible de réaliser, à des coûts très inférieurs et dans des temps d’installation réduits, des applications qui étaient autrefois l’apanage exclusif des terminaux portables.