CH706534A2

CH706534A2 - Optical sensor.

Info

Publication number: CH706534A2
Application number: CH9092013A
Authority: CH
Inventors: Joerg Woerner
Original assignee: Leuze Electronic Gmbh & Co Kg
Priority date: 2012-05-16
Filing date: 2013-05-03
Publication date: 2013-11-29
Also published as: DE202012101809U1; CH706534B1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen optischen Sensor (1) zur Erfassung von Codes und umfasst eine eine matrixförmige Anordnung von Pixeln (7 a) aufweisende Flächenkamera (7) sowie ein der Flächenkamera (7) vorgeordnetes Optikelement (8), mittels dessen von einem Code zurückreflektierte Lichtstrahlen (4) auf die Flächenkamera (7) abgebildet werden. Die Flächenkamera (7) und das Optikelement sind in einer Scheimpflug-Anordnung angeordnet. Mit einer Auswerteeinheit (9) werden zur Dekodierung eines Codes Ausgangssignale der Pixel (7a) der Flächenkamera (7) ausgewertet. Der optische Sensor (1) wird für eine Codeerkennung in der Analyseautomation eingesetzt.The invention relates to an optical sensor (1) for detecting codes and comprises an area camera (7) having a matrix-like arrangement of pixels (7a) and an optical element (8) arranged upstream of the area camera (7), by means of which light rays reflected back from a code (4) are imaged on the area camera (7). The area camera (7) and the optical element are arranged in a Scheimpflug arrangement. With an evaluation unit (9), output signals of the pixels (7a) of the area camera (7) are evaluated for the decoding of a code. The optical sensor (1) is used for code recognition in the analysis automation.

Description

[0001] Die Erfindung betrifft einen optischen Sensor. The invention relates to an optical sensor.

[0002] Optische Sensoren der in Rede stehenden Art werden zur Erfassung von Codes, insbesondere Barcodes eingesetzt. Derartige Barcodelesegeräte bildende optische Sensoren werden in unterschiedlichsten industriellen Applikationen, wie zum Beispiel der Fördertechnik oder auch der Medizintechnik, insbesondere im Bereich der Blutanalysetechnik, eingesetzt. Optical sensors of the type in question are used for the detection of codes, in particular barcodes. Optical sensors of this type forming bar code readers are used in a wide variety of industrial applications, such as, for example, conveyor technology or medical technology, in particular in the field of blood analysis technology.

[0003] Bekannte optische Sensoren bilden scannende Systeme, bei welchen ein von einer Laserdiode emittierter Laserstrahl über eine Ablenkeinheit in Form eines motorisch getriebenen Polygonspiegelrads innerhalb eines Abtastbereichs periodisch abgelenkt wird. In diesem Abtastbereich können dann Barcodes erfasst werden, indem der Laserstrahl über das Strichmuster des Barcodes geführt wird. Nachteilig bei derartigen optischen Sensoren ist, dass der Laserstrahl exakt zu den Strichmustern des Barcodes ausgerichtet sein muss, um den Barcode erfassen zu können. In vielen Applikationen ist eine derartige definierte Ausrichtung jedoch nicht gegeben. Weiterhin ist der hohe optomechanische Aufwand derartiger optischer Sensoren nachteilig. Insbesondere die für die Ablenkung und Ausrichtung des Laserstrahls benötigten Teile sind konstruktiv aufwändig. Schliesslich führen die empfindliche Laserdiode zur Generierung des Laserstrahls und die bewegten Teile, die für die Ablenkung des Laserstrahls sorgen, zu einer geringen Lebensdauer des optischen Sensors und auch zu einer geringen Zuverlässigkeit bei der Barcodedetektion. Known optical sensors form scanning systems in which a laser beam emitted by a laser diode is deflected periodically via a deflection unit in the form of a motor-driven polygon mirror within a scanning range. Barcodes can then be detected in this scanning area by guiding the laser beam over the bar pattern of the barcode. A disadvantage of such optical sensors is that the laser beam must be aligned exactly with the line patterns of the barcode in order to be able to detect the barcode. In many applications, however, such a defined orientation is not given. Furthermore, the high optomechanical complexity of such optical sensors is disadvantageous. In particular, the parts required for the deflection and alignment of the laser beam are structurally complex. Finally, the sensitive laser diode for generating the laser beam and the moving parts, which provide for the deflection of the laser beam, lead to a low life of the optical sensor and also to a low reliability in the barcode detection.

[0004] Weiterhin sind optische Sensoren zur Erfassung von Codes, insbesondere Barcodes bekannt, die als Lichtempfangselement eine Flächenkamera einsetzen. Vorteilhaft hierbei ist, dass in diesem Fall eine stationäre Beleuchtungseinheit ausreicht und auf einen Scanner mit bewegten Teilen zur Lichtablenkung verzichtet werden kann. Furthermore, optical sensors for detecting codes, in particular barcodes are known which use a surface camera as a light receiving element. The advantage here is that in this case a stationary lighting unit is sufficient and can be dispensed with a scanner with moving parts for light deflection.

[0005] Probleme treten jedoch bei derartigen optischen Sensoren dann auf, wenn mit diesen in relativ kurzen Zeitabständen Barcodes gelesen werden müssen, die als Strichcodes mit hohen Dichten, das heisst einer hohen Anzahl von einzelnen Strichelementen, das heisst Modulen mit geringen Modulbreiten ausgebildet sind. Zur Erfassung derartiger Barcodes müssen Flächenkameras mit hohen Auflösungen, das heisst einer grossen Anzahl von Pixeln eingesetzt werden. Jedoch weisen derartige Flächenkameras im Vergleich zu deren Auflösung relativ geringe Pixelleseraten auf. Damit ergeben sich für diese hoch auflösenden Flächenkameras entsprechend kleine Bildaufnahmeraten, die durch den Quotient der Pixelleserate und der Anzahl der Pixel definiert sind. Werden nun die zu detektierenden Barcodes mit grösseren Geschwindigkeiten relativ zum optischen Sensor bewegt, ist die Bildaufnahmerate des optischen Sensors kleiner als die erforderliche Barcodeleserate, das heisst es können nicht alle der am optischen Sensor vorbei bewegten Barcodes erfasst werden. Problems occur, however, in such optical sensors when barcodes must be read with these in relatively short time intervals, which are formed as bar codes with high densities, that is, a high number of individual bar elements, that is, modules with small module widths. To capture such barcodes, surface cameras with high resolutions, ie a large number of pixels, must be used. However, such areal cameras have relatively low pixel readings as compared to their resolution. This results in correspondingly small image acquisition rates for these high-resolution area cameras, which are defined by the quotient of the pixel read rate and the number of pixels. If now the barcodes to be detected are moved at relatively high speeds relative to the optical sensor, the image acquisition rate of the optical sensor is smaller than the required barcode reading rate, which means that not all of the barcodes moving past the optical sensor can be detected.

[0006] Ein weiteres Problem derartiger optischen Sensoren besteht darin, dass durch die Abbildungseigenschaften einer der Flächenkamera vorgeordneten Linse Codes nur in einem sehr begrenzten Distanzbereich, dem sogenannten Tiefenschärfebereich erfasst werden, da der Code nur dann mit der Linse hinreichend scharf auf die Flächenkamera abgebildet wird, wenn er zumindest näherungsweise im Bereich der Bildweite der Linse liegt. Another problem of such optical sensors is that by the imaging properties of a surface camera upstream lens codes are detected only in a very limited distance range, the so-called depth of field, since the code is only sufficiently well with the lens imaged on the surface camera if it is at least approximately in the range of the image width of the lens.

[0007] Um eine hohe Verfügbarkeit des optischen Sensors zu erhalten, ist es jedoch erforderlich, dass mit diesem Codes innerhalb eines möglichst grossen Tiefenschärfebereichs erfasst werden können. However, in order to obtain a high availability of the optical sensor, it is necessary that with this codes within a maximum depth of focus range can be detected.

[0008] Um den Tiefenschärfebereich bei derartigen optischen Sensoren zu erhöhen, ist es bekannt, Fokusverstelleinrichtungen vorzusehen. Eine Möglichkeit einer solchen Fokusverstelleinrichtung besteht darin, mittels einer mechanischen Stelleinheit wie einem Motor oder einem Piezo-Element, die Position der Linse zu ändern. Je nach Linsenposition kann dann in einem bestimmten Ortsbereich eine Codeerfassung erfolgen. Eine weitere Möglichkeit einer Fokusverstelleinrichtung besteht darin, als Linsen Flüssiglinsen einzusetzen. Durch eine elektrische Ansteuerung der Flüssiglinse kann direkt deren Brennweite verändert werden. In order to increase the depth of field in such optical sensors, it is known to provide Fokusverstelleinrichtungen. One possibility of such a focus adjustment device is to change the position of the lens by means of a mechanical actuating unit such as a motor or a piezo element. Depending on the lens position, a code detection can then take place in a specific local area. Another possibility of a focus adjustment device is to use liquid lenses as lenses. By an electrical control of the liquid lens can be directly changed their focal length.

[0009] Nachteilig bei den Fokusverstelleinrichtungen ist zum einen der relativ hohe konstruktive Aufwand. Zudem ist nachteilig, dass diese Fokusverstellungen relativ langsam sind, so dass eine schnelle Adaption an unterschiedliche Leseabstände nicht oder nur unzureichend gegeben ist. A disadvantage of the Fokusverstelleinrichtungen is on the one hand, the relatively high design effort. In addition, it is disadvantageous that these focus adjustments are relatively slow, so that a rapid adaptation to different reading distances is not or only insufficiently given.

[0010] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen optischen Sensor der eingangs genannten Art bereitzustellen, der bei geringem konstruktivem Aufwand eine hohe Funktionalität aufweist. The invention has for its object to provide an optical sensor of the type mentioned, which has high functionality with little design effort.

[0011] Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmässige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben. To solve this problem, the features of claim 1 are provided. Advantageous embodiments and expedient developments of the invention are described in the subclaims.

[0012] Die Erfindung betrifft einen optischen Sensor zur Erfassung von Codes und umfasst eine eine matrixförmige Anordnung von Pixeln aufweisende Flächenkamera, sowie ein der Flächenkamera vorgeordnetes Optikelement, mittels dessen von einem Code zurückreflektierte Lichtstrahlen auf die Flächenkamera abgebildet werden. Die Flächenkamera und das Optikelement sind in einer Scheimpflug-Anordnung angeordnet. Mit einer Auswerteeinheit werden zur Dekodierung eines Codes Ausgangssignale der Pixel der Flächenkamera ausgewertet. Der optische Sensor wird für eine Codeerkennung in der Analyseautomation eingesetzt. The invention relates to an optical sensor for detecting codes and comprises a matrix camera having an array of surface area camera, as well as an area camera upstream optical element by means of which a code back reflected light beams are imaged on the area camera. The area camera and the optical element are arranged in a Scheimpflug arrangement. With an evaluation unit output signals of the pixels of the area camera are evaluated for decoding a code. The optical sensor is used for code recognition in the analysis automation.

[0013] Mit dem erfindungsgemässen optischen Sensor wird ohne den Einsatz von bewegten Teilen oder Stellvorrichtungen ein grosser Tiefenschärfebereich realisiert, innerhalb dessen Codes, insbesondere Barcodes, sicher und zuverlässig erfasst werden können. With the optical sensor according to the invention, a large depth of focus range is realized without the use of moving parts or adjusting devices, within which codes, in particular barcodes, can be detected reliably and reliably.

[0014] Damit kann der optische Sensor erfindungsgemäss im Bereich der Analyseautomation eingesetzt werden, denn dort müssen Codes in unterschiedlichen Distanzen erfasst werden, wobei diese zudem relativ zum optischen Sensor bewegt werden, so dass auch hohe Leseraten bei der Codeerfassung erforderlich sind. Thus, the optical sensor according to the invention can be used in the field of analysis automation, because there codes must be detected at different distances, and these are also moved relative to the optical sensor, so that high read rates are required in the code detection.

[0015] Bei Anwendungen im Bereich der Analyseautomation werden mit diesem Sensor Codes auf Probenröhrchen und/oder auf einem Probenröhrchen aufnehmenden Probenträger, welcher in vorgegebenen Einschubpositionen in einen Analyseautomaten einführbar ist, erfasst. For applications in the field of analysis automation codes with this sensor on sample tubes and / or on a sample tube receiving sample carrier, which is inserted in predetermined insertion positions in an automatic analyzer detected.

[0016] Da die Probenträger wahlweise in eine relativ grosse Anzahl von in Abstand zueinander liegenden Einschubfächer eingeführt werden können, wobei die Codes bei Einschieben in die Einschubfächer erfasst werden müssen, muss mit dem optischen Sensor ein entsprechend grosser Tiefenschärfebereich abgedeckt werden, um die Codes bei Einschub in eines der Einschubfächer sicher zu erkennen. Since the sample carrier can be optionally introduced into a relatively large number of mutually spaced slots, the codes must be detected when inserted into the slots, with the optical sensor, a correspondingly large depth of field must be covered to the codes Detect slot in one of the slots safely.

[0017] Ein derartiger grosser Tiefenschärfebereich wird allein durch die erfindungsgemässe Scheimpflug-Anordnung der Flächenkamera und des der Flächenkamera zugeordneten Optikelements erzielt. Such a large depth of focus range is achieved solely by the inventive Scheimpflug arrangement of the area camera and the surface camera associated with the optical element.

[0018] Besonders vorteilhaft ist die Scheimpflug-Anordnung dadurch gegeben, dass sich die Ebenen der Flächenkamera und des Optikelements sowie die eine Scheimpflug-Ebene bildende Abbildungsebene der Flächenkamera in einem Punkt schneiden. Ein zu erfassender Code ist geneigt zur Scheimpflug-Ebene angeordnet und schneidet diese. Particularly advantageously, the Scheimpflug arrangement is given by the fact that intersect the planes of the surface camera and the optical element and a Scheimpflug level forming imaging plane of the area camera in one point. A code to be detected is disposed inclined to Scheimpflug level and cuts them.

[0019] Mit dieser Scheimpflug-Anordnung wird ein besonders grosser Tiefenschärfebereich erhalten, da ein Code immer dann am optischen Sensor erfasst werden kann, wenn dieser die Scheimpflug-Ebene schneidet. Dabei kann der Code entlang seiner Schnittlinie mit der Scheimpflug-Ebene sicher gelesen werden, da dort eine entsprechend scharfe Abbildung des Codes auf der Flächenkamera erhalten wird. Damit eignet sich der erfindungsgemässe optische Sensor besonders gut zur Erfassung eindimensionaler Codes oder sehr schmaler, langgestreckter zweidimensionaler Codes. With this Scheimpflug arrangement, a particularly large depth of focus range is obtained since a code can always be detected on the optical sensor when it intersects the Scheimpflug level. The code can be safely read along its intersection with the Scheimpflug plane, since there a correspondingly sharp image of the code on the surface camera is obtained. Thus, the inventive optical sensor is particularly well suited for detecting one-dimensional codes or very narrow, elongated two-dimensional codes.

[0020] Besonders vorteilhaft ist dieser optische Sensor ein stationäres Codelesegerät. Particularly advantageous is this optical sensor is a stationary code reader.

[0021] Der optische Sensor ist stationär in einer bestimmten Einbaulage relativ zum Analyseautomaten angeordnet. The optical sensor is arranged stationary in a specific mounting position relative to the automatic analyzer.

[0022] Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemässen optischen Sensors besteht darin, dass auch bei hohen Barcoderaten, das heisst bei einer grossen Anzahl von per Zeiteinheit in den Erfassungsbereich der Flächenkamera eintretenden Codes, insbesondere Barcodes, alle Barcodes sicher und zuverlässig detektiert werden können, und zwar auch dann, wenn diese Barcodes in unterschiedlichen Richtungen relativ zum optischen Sensor orientiert sind. Another significant advantage of the optical sensor according to the invention is that even with high bar code rates, that is, with a large number of per unit time entering the coverage area of the area camera codes, especially bar codes, all bar codes can be detected safely and reliably, and even if these barcodes are oriented in different directions relative to the optical sensor.

[0023] Dies wird erfindungsgemäss durch die dynamische Fensterung der Flächenkamera erzielt. Zu dieser dynamischen Fensterung werden mittels des Umschaltmittels, angepasst an die Fördergeschwindigkeit der Barcodes, selektiv Fenster als Teilbereiche der Flächenkamera definiert, wobei bei einer solchen Fensterung immer nur die Pixel innerhalb des jeweiligen Fensters ausgelesen und für die Bildauswertung in der Auswerteeinheit verwendet werden, nicht jedoch die ausserhalb des Fensters liegenden Pixel. Damit kann die Bildausleserate des optischen Sensors gegenüber dem herkömmlichen Betrieb des optischen Sensors, bei welchem alle Pixel der Flächenkamera ausgelesen werden müssen, erheblich gesteigert werden. Dadurch wird erreicht, dass die Bildausleserate des optischen Sensors erheblich grösser ist als die Barcoderate, wodurch gewährleistet ist, dass sämtliche der am optischen Sensor vorbei bewegten Barcodes sicher detektiert werden können. This is achieved according to the invention by the dynamic fenestration of the area camera. For this dynamic fenestration, windows are selectively defined as subregions of the area camera by means of the switching means, adapted to the conveying speed of the barcodes. In such a windowing, only the pixels within the respective window are read out and used for the image evaluation in the evaluation unit, but not the pixels outside the window. Thus, the image readout rate of the optical sensor compared to the conventional operation of the optical sensor, in which all pixels of the area camera must be read out, be significantly increased. This ensures that the image readout rate of the optical sensor is considerably greater than the barcode rate, which ensures that all of the barcodes moving past the optical sensor can be reliably detected.

[0024] Die Grössen und Lagen des Fensters innerhalb der Gesamtfläche der Flächenkamera sind dabei an die Grösse und an die aktuellen Orientierungen der Barcodes relativ zum optischen Sensor derart angepasst, dass mit dem jeweils aktivierten Fenster der geradezu detektierende Barcode vollständig erfasst werden kann. Umgekehrt ist das jeweilige Fenster so dimensioniert, dass im Wesentlichen nur der zu detektierende Barcode erfasst wird, das heisst das jeweilige Fester wird so klein wie möglich gewählt, um die vollständige Erfassung des Barcodes noch zu gewährleisten. Dadurch kann die grösstmögliche Bildaufnahmerate erhalten werden. The sizes and locations of the window within the total area of the area camera are adapted to the size and the current orientations of the bar codes relative to the optical sensor such that the barcode to be detected can be completely detected with the respective activated window. Conversely, the respective window is dimensioned so that essentially only the barcode to be detected is detected, that is, the respective fixed is chosen as small as possible in order to ensure the complete detection of the bar code. This allows the highest possible image acquisition rate to be obtained.

[0025] Besonders vorteilhaft ist durch Speicherung der Folge von zu detektierenden Barcodes oder durch Ermittlung der zeitlichen Abfolge der zu detektierenden Barcodes in einem Einlernvorgang diese Abfolge bekannt. Dann kann durch ein externes Triggersignal das Umschaltmittel im optischen Sensor derart gesteuert werden, dass die Aktivierung der einzelnen Fenster bei der dynamischen Fensterung an den Transport der Barcodes so abgestimmt ist, dass für jeden der in den Erfassungsbereich des optischen Sensors eintauchenden Barcodes zeitgenau das Fenster mit der an die Position und Orientierung angepassten Grösse und Lage aktiviert wird. Particularly advantageously, this sequence is known by storing the sequence of barcodes to be detected or by determining the time sequence of the barcodes to be detected in a teach-in process. Then, the switching means in the optical sensor can be controlled by an external trigger signal such that the activation of the individual windows in the dynamic fenestration to the transport of the barcodes is tuned so that for each of the immersed in the detection range of the optical sensor barcodes the window with the size and position adapted to the position and orientation is activated.

[0026] Dadurch wird mit dem optischen Sensor ein getriggertes System bereitgestellt, bei welchem der Takt der dynamischen Fensterung an die Barcoderate exakt angepasst ist. Characterized a triggered system is provided with the optical sensor, in which the clock of the dynamic fencing is adapted to the Barcoderate exactly.

[0027] Die Flächenkamera ist besonders vorteilhaft von einem CCD- oder CMOS-Array gebildet. Mit derartigen Flächenkameras können die erforderlichen hohen Auflösungen zur Detektion von Barcodes hoher Dichte erzielt werden. The area camera is particularly advantageously formed by a CCD or CMOS array. With such area cameras, the required high resolutions can be achieved for the detection of high density barcodes.

[0028] In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist der erfindungsgemässe optische Sensor eine eigene Beleuchtungseinheit in Form einer Anordnung von Leuchtdioden auf. In a further advantageous embodiment, the inventive optical sensor has its own lighting unit in the form of an array of LEDs.

[0029] Die Belichtungszeiten der Pixel werden besonders vorteilhaft elektronisch gesteuert. The exposure times of the pixels are particularly advantageously controlled electronically.

[0030] Gemäss einer ersten Variante kann hierzu ein sogenannter Rolling Shutter vorgesehen sein. Mit diesem Rolling Shutter werden die einzelnen Pixel-Zeilen der Flächenkamera rollierend einzeln nacheinander belichtet. Um Fehldetektionen zu vermeiden, muss hierbei mittels der Beleuchtungseinheit das zu detektierende Objekt für die komplette Bildaufhahmezeit, das heisst für die Zeitspanne über welche alle Pixel-Zeilen der Flächenkamera belichtet werden, beleuchtet werden. According to a first variant, a so-called rolling shutter can be provided for this purpose. With this Rolling Shutter, the individual pixel lines of the area camera are exposed one after the other, rolling one by one. In order to avoid misdetections, the object to be detected has to be illuminated by the illumination unit for the entire image acquisition time, that is to say for the time span over which all pixel lines of the area camera are exposed.

[0031] Gemäss einer zweiten Variante kann ein sogenannter Global Shutter vorgesehen sein. Bei diesem Global Shutter werden alle Pixel der Flächenkamera zeitgleich belichtet, was die Bildaufhahmezeit erheblich verkürzt. According to a second variant, a so-called global shutter can be provided. With this global shutter all pixels of the area camera are exposed at the same time, which considerably reduces the picture recording time.

[0032] Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen: <tb>Fig. 1:<sep>Schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemässen optischen Sensors. <tb>Fig. 2:<sep>Darstellung eines Analyseautomaten mit einem zugeordneten Probenträger. <tb>Fig. 3:<sep>Darstellung der Scheimpflug-Anordnung der Flächenkamera und des Optikelements des optischen Sensors gemäss Fig. 1. <tb>Fig. 4:<sep>Beispiel einer Fensterung der Flächenkamera für den optischen Sensor gemäss Fig. 1.The invention will be explained below with reference to the drawings. Show it: <Tb> FIG. 1: <sep> Schematic representation of an embodiment of the inventive optical sensor. <Tb> FIG. 2: <sep> Display of an automatic analyzer with an assigned sample carrier. <Tb> FIG. 3: <sep> Representation of the Scheimpflug arrangement of the surface camera and the optical element of the optical sensor according to FIG. 1. <Tb> FIG. 4: <sep> Example of a windowing of the area camera for the optical sensor according to FIG. 1.

[0033] Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemässen optischen Sensors 1. Die Komponenten des optischen Sensors 1 sind in einem Gehäuse 2 integriert. Der optische Sensor 1 ist ein stationäres Codelesegerät, das heisst das Gehäuse 2 des optischen Sensors 1 wird an einer Aufnahme ortsfest gelagert um in dieser Position Codes erfassen zu können. Der optische Sensor 1 umfasst eine Beleuchtungseinheit 3, die bevorzugt eine Anordnung von Leuchtdioden umfasst. Die von der Beleuchtungseinheit 3 emittierten Lichtstrahlen 4 werden durch ein Austrittsfenster 5 in der Frontwand geführt und dienen zur Ausleuchtung eines Erfassungsbereiches, in welchem Codes erfasst werden können. Die Codes können allgemein als eindimensionale oder zweidimensionale Codes ausgebildet sein. Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines eindimensionalen Codes in Form eines Barcodes 6. Fig. 1 shows schematically the structure of an embodiment of the inventive optical sensor 1. The components of the optical sensor 1 are integrated in a housing 2. The optical sensor 1 is a stationary code reader, that is, the housing 2 of the optical sensor 1 is fixedly mounted on a receptacle to be able to detect codes in this position. The optical sensor 1 comprises a lighting unit 3, which preferably comprises an arrangement of light-emitting diodes. The light beams 4 emitted by the lighting unit 3 are guided through an exit window 5 in the front wall and serve to illuminate a detection area in which codes can be detected. The codes may generally be formed as one-dimensional or two-dimensional codes. 1 shows an exemplary embodiment of a one-dimensional code in the form of a barcode 6.

[0034] Auf den Barcode 6 auftreffende Lichtstrahlen 4 werden von diesem zurückreflektiert und gelangen durch das Austrittsfenster 5 des Gehäuses 2 auf eine Empfängereinheit des optischen Sensors 1. Die Empfängereinheit umfasst eine Flächenkamera 7 mit einer matrixförmigen Anordnung von Pixeln 7a, das heisst lichtempfindlichen Empfangselementen. Bevorzugt ist die Flächenkamera 7 in Form eines CMOS-Arrays oder CCD-Arrays gebildet. On the barcode 6 incident light beams 4 are reflected back from this and pass through the exit window 5 of the housing 2 on a receiver unit of the optical sensor 1. The receiver unit comprises a surface camera 7 with a matrix-shaped arrangement of pixels 7a, that is light-sensitive receiving elements. Preferably, the area camera 7 is formed in the form of a CMOS array or CCD array.

[0035] Der Flächenkamera 7 ist als Optikelement eine Linse 8 vorgeordnet. Mit diesem Optikelement erfolgt eine Abbildung der Lichtstrahlen 4 auf die Flächenkamera 7. The area camera 7 is preceded by a lens 8 as an optical element. This optical element is used to image the light beams 4 onto the area camera 7.

[0036] Die Beleuchtungseinheit 3 und die Flächenkamera 7 sind an eine Auswerteeinheit 9 angeschlossen, die von einem Mikroprozessor oder dergleichen gebildet ist. Damit dient die Auswerteeinheit 9 einerseits zur Steuerung der Beleuchtungseinheit 3. Andererseits dient die Auswerteeinheit 9 zur Auswertung der Ausgangssignale der einzelnen Pixel 7a der Flächenkamera 7, das heisst zur Auswertung der mit der Flächenkamera 7 erfassten Bildinformation eines Codes. The illumination unit 3 and the area camera 7 are connected to an evaluation unit 9, which is formed by a microprocessor or the like. On the other hand, the evaluation unit 9 is used to evaluate the output signals of the individual pixels 7a of the area camera 7, that is, to evaluate the image information of a code captured by the area camera 7.

[0037] Durch die Kontraststruktur des Codes, die im vorliegenden Fall von hellen und dunklen Strichelementen des Barcodes 6 gebildet ist, wird den auf den Barcode 6 auftreffenden Lichtstrahlen 4 eine entsprechende Modulation aufgeprägt, so dass die Lichtstrahlen 4 auf der Flächenkamera 7 ein dem Barcode 6 entsprechendes Kontrastbild liefern, vorausgesetzt der Barcode 6 befindet sich innerhalb eines bestimmten Tiefenschärfebereichs 10, innerhalb dessen das Kontrastmuster des Barcodes 6 hinreichend scharf auf der Flächenkamera 7 abgebildet wird. Due to the contrast structure of the code, which is formed in the present case of light and dark bar elements of the barcode 6, the light beams 4 impinging on the barcode 6 is impressed with a corresponding modulation, so that the light beams 4 on the area camera 7 a the barcode Provide 6 corresponding contrast image, provided that the barcode 6 is located within a certain depth of field range 10, within which the contrast pattern of the barcode 6 is sufficiently sharp imaged on the area camera 7.

[0038] In der Auswerteeinheit 9 ist in Form von Softwaremodulen eine Dekodiereinheit implementiert, mittels derer anhand der mit der Flächenkamera 7 erfassten Bildinformationen der Barcode 6 detektiert wird, das heisst die im Strichmuster des Barcodes 6 enthaltenen Informationen erfasst werden können. In the evaluation unit 9, a decoding unit is implemented in the form of software modules, by means of which the barcode 6 is detected on the basis of the image information acquired with the area camera 7, that is to say the information contained in the bar pattern of the barcode 6 can be detected.

[0039] Der optische Sensor 1 gemäss Fig. 1wird erfindungsgemäss im Bereich der Analyseautomation eingesetzt. Wie Fig. 2zeigt, werden dort auf einem Probenträger, einen sogenannten Rack 11, Probenröhrchen 12 enthaltend Blut- oder Urinproben gelagert. Zur Kennzeichnung der Proben sind auf den Probenröhrchen 12 Barcodes 6 aufgebracht. Die Proben werden in einem Analyseautomaten 13 untersucht. Hierzu werden einzelne Racks 11 in unterschiedliche Einschubfächer 14 des Analyseautomaten 13 eingeschoben. Während des Einschiebens eines Racks 11 in ein Einschubfach 14 werden die Barcodes 6 der Proben auf diesem Rack 11 vom optischen Sensor 1 gelesen. Da das Einschubfach 14, in welches ein Rack 11 eingeschoben wird, in unterschiedlicher Distanz zum stationär angeordneten optischen Sensor 1 liegt, muss der optische Sensor 1 in der Lage sein, die Barcodes 6 innerhalb eines grossen Tiefenschärfebereichs 10, das heisst Distanzbereich, zu lesen. The optical sensor 1 according to FIG. 1 is used according to the invention in the field of analysis automation. As shown in FIG. 2, sample tubes 12 containing blood or urine samples are stored there on a sample carrier, a so-called rack 11. To identify the samples 12 barcodes 6 are applied to the sample tube. The samples are examined in an automatic analyzer 13. For this purpose, individual racks 11 are inserted into different compartments 14 of the automatic analyzer 13. During the insertion of a rack 11 into a slot 14, the barcodes 6 of the samples on this rack 11 are read by the optical sensor 1. Since the insertion compartment 14, into which a rack 11 is inserted, lies at a different distance from the stationarily arranged optical sensor 1, the optical sensor 1 must be able to read the barcodes 6 within a large depth of focus range 10, ie distance range.

[0040] Ein derartig grosser Tiefenschärfebereich 10 wird mit der in Fig. 2 dargestellten Scheimpflug-Anordnung von Komponenten des optischen Sensors 1 gemäss Fig. 1 erhalten. Bei dieser Scheimpflug-Anordnung sind die Ebene A, in der die Linse 8 des optischen Sensors 1 liegt, und die Ebene B, in welcher die Flächenkamera 7 angeordnet ist, um einen Winkel geneigt angeordnet. Mit der Linse 8 wird in einer dritten Ebene C, welcher eine Scheimpflug-Ebene bildet, ein Abbild der Flächenkamera 7 erzeugt. Die Ebenen A, B, C schneiden sich in einem Punkt. Ein zu detektierender Barcode 6 schneidet die Ebene C und ist in einem Neigungswinkel zu dieser angeordnet. Die Länge L der Abbildung der Flächenkamera 7 in der Scheimpflug-Ebene bestimmt die Grösse des Tiefenschärfebereichs 10. Bei einer Änderung der Distanz innerhalb des Tiefenschärfebereichs 10 wandert der Barcode 6 entlang der Abbildung der Flächenkamera 7 in der Scheimpflug-Ebene. Solange eine Schnittlinie des Barcodes 6 mit der Abbildung der Flächenkamera 7 in der Scheimpflug-Ebene erhalten wird, wird der entlang dieser Schnittlinie verlaufende Bereich des Barcodes 6 scharf auf die Flächenkamera 7 abgebildet, so dass anhand dessen der Barcode 6 in der Auswerteeinheit 9 dekodiert werden kann. Such a large depth of focus range 10 is obtained with the Scheimpflug arrangement shown in FIG. 2 of components of the optical sensor 1 according to FIG. 1. In this Scheimpflug arrangement, the plane A, in which the lens 8 of the optical sensor 1 is located, and the plane B, in which the area camera 7 is arranged, are inclined at an angle. With the lens 8, an image of the area camera 7 is generated in a third plane C, which forms a Scheimpflug plane. The planes A, B, C intersect at one point. A bar code 6 to be detected intersects the plane C and is disposed at an inclination angle to it. The length L of the image of the area camera 7 in the Scheimpflug plane determines the size of the depth of field 10. When the distance within the depth of focus range 10 changes, the barcode 6 travels along the image of the area camera 7 in the Scheimpflug plane. As long as a section line of the barcode 6 is obtained with the image of the area camera 7 in the Scheimpflug plane, the area of the barcode 6 running along this section line is sharply imaged onto the area camera 7, so that the barcode 6 in the evaluation unit 9 is decoded on the basis of this can.

[0041] Um die Bildaufnahmerate des optischen Sensors 1 gemäss Fig. 1 zu erhöhen, ist eine dynamische Fensterung der Flächenkamera 7 vorgesehen, die in Fig. 4 veranschaulicht ist. Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf die lichtempfindliche Fläche, auf welche ein Barcode 6 abgebildet ist. An die Position und die Grösse des auf die Flächenkamera 7 abgebildeten Barcode 6 angepasst, wird in der Auswerteeinheit 9 ein Fenster F als Teilbereich der lichtempfindlichen Fläche der Flächenkamera 7 definiert. Die Position des Fensters F ist so gewählt, dass der zu erfassende Barcode 6 vollständig in dem Fenster F liegt. In order to increase the image acquisition rate of the optical sensor 1 according to FIG. 1, a dynamic windowing of the area camera 7 is provided, which is illustrated in FIG. 4. Fig. 4 shows a plan view of the photosensitive surface, on which a barcode 6 is shown. Adapted to the position and the size of the barcode 6 depicted on the area camera 7, a window F is defined in the evaluation unit 9 as a subarea of the photosensitive area of the area camera 7. The position of the window F is chosen so that the barcode 6 to be detected lies completely in the window F.

[0042] Zur Erfassung des Barcodes 6 werden dann nicht alle Pixel 7a der Flächenkamera 7, sondern nur die in das Fenster F fallenden Pixel 7a an die Auswerteeinheit 9 ausgelesen und dort ausgewertet. Dadurch ergibt sich eine erhebliche Reduktion der auszuwertenden Pixel 7a und dadurch bedingt eine entsprechend schnellere Detektion des Barcodes 6. Not all pixels 7a of the area camera 7, but only the pixels 7a falling into the window F are then read out to the evaluation unit 9 for evaluation of the barcode 6 and evaluated there. This results in a considerable reduction in the pixels 7a to be evaluated, and consequently a correspondingly faster detection of the barcode 6.

[0043] Bei der Detektion einer Folge von Barcodes 6 werden die Fenster F an die Grössen und Positionen der jeweiligen Barcodes 6 angepasst. Somit können sehr hohe Barcoderaten, das heisst Lesegeschwindigkeiten erzielt werden. In the detection of a series of barcodes 6, the windows F are adapted to the sizes and positions of the respective barcodes 6. Thus, very high barcode rates, that is, reading speeds can be achieved.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

[0044] <tb>(1)<sep>Optischer Sensor <tb>(2)<sep>Gehäuse <tb>(3)<sep>Beleuchtungseinheit <tb>(4)<sep>Lichtstrahlen <tb>(5)<sep>Austrittsfenster <tb>(6)<sep>Barcode <tb>(7)<sep>Flächenkamera <tb>(7a)<sep>Pixel <tb>(8)<sep>Linse <tb>(9)<sep>Auswerteeinheit <tb>(10)<sep>Tiefenschärfebereich <tb>(11)<sep>Rack <tb>(12)<sep>Probenröhrchen <tb>(13)<sep>Analyseautomaten <tb>(14)<sep>Einschubfach <tb>(F)<sep>Fenster[0044] <tb> (1) <sep> Optical sensor <Tb> (2) <sep> Housing <Tb> (3) <sep> lighting unit <Tb> (4) <sep> beams <Tb> (5) <sep> exit window <Tb> (6) <sep> Barcode <Tb> (7) <sep> Areascan <Tb> (7a) <sep> Pixel <Tb> (8) <sep> lens <Tb> (9) <sep> evaluation <Tb> (10) <sep> depth of field <Tb> (11) <sep> Rack <Tb> (12) <sep> test tube <Tb> (13) <sep> Analyzers <Tb> (14) <sep> push-in compartment <Tb> (F) <sep> Window

Claims

1. An optical sensor (1) for detecting codes, comprising a matrix camera having an array of pixels (7a) surface camera (7), one of the surface camera (7) upstream optical element by means of which a code back reflected light beams (4) on the surface camera (7), wherein the area camera (7) and the optical element are arranged in a Scheimpflug arrangement, and with an evaluation unit (9) in which output signals of the pixels (7a) of the area camera (7) are evaluated for decoding a code , characterized in that the optical sensor (1) is used for code recognition in the analysis automation.

2. An optical sensor according to claim 1, characterized in that with this sensor codes on sample tube (12) and / or on a sample tube (12) receiving sample carrier which is inserted in predetermined insertion positions in an automatic analyzer (13) are detected.

3. Optical sensor according to one of claims 1 or 2, characterized in that the Scheimpflug arrangement is given by the fact that the planes of the surface camera (7) and the optical element and a Scheimpflug plane forming image plane of the surface camera (7) in to cut a line.

4. An optical sensor according to claim 3, characterized in that a code to be detected is arranged inclined to the Scheimpflug level and this intersects.

5. An optical sensor according to any one of claims 1 to 4, characterized in that switching means are provided, by means of which a dynamic switching between different windows (F) as subregions of the area camera (7), wherein the pixels (7a) within the window ( F) are selectively readable and only these selectively read pixels (7a) are used for code detection in the evaluation unit (9).

6. An optical sensor according to claim 5, characterized in that the sizes and positions of the window (F) are dimensioned so that a code to be detected within the respective activated window (F).

7. An optical sensor according to any one of claims 5 or 6, characterized in that the read speed is increased by the dynamic switching between different windows (F).

8. An optical sensor according to any one of claims 5 to 7, characterized in that the switching means are controllable by an external trigger signal.

9. Optical sensor according to one of claims 1 to 8, characterized in that the area camera (7) is formed by a CMOS or CCD array.

10. Optical sensor according to one of claims 1 to 9, characterized in that the exposure times of the pixels (7a) of the area camera (7) are electronically controllable.

11. An optical sensor according to claim 10, characterized in that the pixels (7a) of the area camera (7) are exposed line by line rolling one by one.

12. An optical sensor according to claim 10, characterized in that all pixels (7a) of the area camera (7) are exposed simultaneously.

13. Optical sensor according to one of claims 1 to 12, characterized in that it comprises a lighting unit (3).

14. An optical sensor according to claim 13, characterized in that the illumination unit (3) is formed by an array of light-emitting diodes.

15. An optical sensor according to any one of claims 13 or 14, characterized in that the illumination unit (3) in each case over the entire exposure time of the area camera (7) is activated.

16. Optical sensor according to one of claims 1 to 15, characterized in that it is a stationary code reader.