DE102005006584A1

DE102005006584A1 - Optische Einstellung für vergrösserten Arbeitsbereich und verbesserte Leistung in elektro-optischen Lesern

Info

Publication number: DE102005006584A1
Application number: DE200510006584
Authority: DE
Inventors: Pierre Craen; David Tsi Shi; Vladimir Gurevich; Edward Barkan; Igor Vinogradov
Original assignee: Symbol Technologies LLC
Current assignee: Symbol Technologies LLC
Priority date: 2004-03-11
Filing date: 2005-02-14
Publication date: 2005-09-29
Also published as: CN100432746C; KR20060043226A; GB2411998A; US7201318B2; CN1667450A; GB0503234D0; US20050199725A1; GB2411998B; JP2005259128A; FR2867587B1; FR2867587A1

Abstract

Der Arbeitsbereich wird in einem elektro-optischen Leser oder einem Abbilder zum Lesen von (Kenn-)Zeichen durch Anlegen einer Spannung an eine variable Linse vergrößert, um die Form einer Flüssigkeit darin zu verändern.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf elektro-optische Systeme zum Lesen von (Kenn-)Zeichen, wie beispielsweise Strichcodesymbolen, die Teile mit unterschiedlichen Lichtreflexionsgraden besitzen, und insbesondere auf eine Anordnung für und ein Verfahren zum Vergrößern des Arbeitsbereichs und/oder Verändern des Strahlenquerschnitts für eine erhöhte Leistung in dem System.

Verschiedene elektro-optische Leser und Systeme sind bisher zum Lesen von Strichcodesymbolen auf einem Etikett oder auf einer Oberfläche auf einem Ziel entwickelt worden. Das Strichcodesymbol selbst ist ein codiertes Muster von (Kenn-)Zeichen. Im Allgemeinen wandeln Leser elektro-optisch graphische (Kenn-)Zeichen dieser Symbole in elektrische Signale um, die in alphanumerische Zeichen decodiert werden. Die resultierenden Zeichen beschreiben das Ziel und/oder irgendeine Eigenschaft des Ziels, mit dem das Symbol verbunden ist. Derartige Zeichen weisen typischerweise Eingabedaten an ein Datenverarbeitungssystem für Anwendungen bei der Verkaufsstellenverarbeitung, der Bestandsprüfung, der Artikelverfolgung und Ähnlichem auf.

Die spezifische Anordnung der Symbolelemente, z.B. Striche und Zwischenräume, in einem Symbol definiert die Zeichen, die gemäß einem Satz von Regeln und Definitionen, die durch einen Code oder eine Symbologie bzw. Symbolsprache festgelegt sind, repräsentiert werden. Die relative Größe der Striche und Zwischenräume wird durch den verwendeten Codetyp bestimmt, ebenso wie die tatsächliche Größe der Striche und Zwischenräume.

Um eine erwünschte Zeichenfolge zu codieren, wird eine Sammlung von Elementanordnungen verknüpft, um das vollständige Symbol zu bilden, wobei jedes Zeichen durch seine eigene entsprechende Gruppe von Elementen repräsentiert wird. In einigen Symbologien wird ein eindeutiges „Start"- und „Stopp"-Zeichen verwendet, um anzuzeigen, wo das Symbol beginnt und en det. Eine Anzahl unterschiedlicher Strichcodesymbologien ist gegenwärtig vorhanden. Die Symbologien umfassen eindimensionale Codes wie beispielsweise UPC/EAN, Code 39, Code 128, Codabar und Interleaved 2 aus 5.

Um die Datenmenge zu erhöhen, die auf einer gegebenen Größe an Symboloberfläche repräsentiert oder gespeichert werden kann, sind einige neue Symbologien entwickelt worden. Ein neuer Code-Standard, Code 49, führte ein zwei-dimensionales Konzept des vertikalen Stapelns von Reihen bzw. Zeilen von Elementen anstelle des horizontalen Erweiterns der Elemente ein. D.h., es existieren einige Zeilen von Strich- und Zwischenraummustern anstelle einer langen Zeile. Der Aufbau von „Code 49" ist in dem U.S. Patent Nr. 4,794,239 beschrieben. Ein anderer zweidimensionaler Codeaufbau, bekannt als „PDF417", ist in U.S. Patent Nr. 5,304,786 beschrieben.

Elektro-optische Leser wurden beispielsweise in den U.S. Patenten Nr. 4,251,798; Nr. 4,369,361; Nr. 4,387,297; Nr. 4,409,470; Nr. 4,760,248 und Nr. 4,896,026, offenbart, die alle dem Anmelder der vorliegenden Erfindung zugewiesen sind. Diese Leser umfassen im Allgemeinen eine Lichtquelle, bestehend aus einem Gas-Laser oder Halbleiter-Laser zum Emittieren eines Lichtstrahls. Die Verwendung von Halbleitervorrichtungen als der Lichtquelle in Lesern ist besonders erwünscht aufgrund ihrer kleinen Größe, geringen Kosten und niedrigen Leistungserfordernisse. Der Laserstrahl wird optisch modifiziert, typischerweise durch eine optische Fokussieranordnung, um einen Leucht- bzw. Strahlpunkt mit einer bestimmten Größe bei einer vorbestimmten Zielposition zu bilden. Der Querschnitt des Strahlpunkts bei der Zielposition kann sich der minimalen Breite zwischen Symbolbereichen unterschiedlichen Lichtreflexionsgrads, d.h. Strichen und Zwischenräumen, annähern, aber der Punktquerschnitt kann größer, in einigen Fällen mehr als doppelt so groß, wie die minimale Breite sein.

In herkömmlichen Lesern wird der Lichtstrahl durch eine Scannkomponente entlang eines Lichtpfades zu einem Zielsymbol gelenkt. Der Leser funktioniert durch wiederholtes Scannen des Lichtstrahls in einem Scannmuster, bei spielsweise einer Linie oder eine Reihe von Linien über das Zielsymbol hinweg durch Bewegen der Scannkomponente, wie beispielsweise einen Spiegel, der in dem Pfad des Lichtstrahls angeordnet ist. Die Scannkomponente kann den Strahlpunkt über das Symbol streichen, eine Scannlinie über die Grenzen des Symbol hinweg und darüber hinaus verfolgen und/oder ein vorbestimmtes Sichtfeld scannen.

Leser umfassen auch einen Sensor oder Photodetektor, der zum Detektieren des von dem Symbol reflektierten oder gestreuten Lichts funktioniert. Der Photodetektor oder Sensor ist in dem Leser in einem optischen Pfad positioniert, so dass er ein Sichtfeld besitzt, das sich zumindest über das Symbol hinweg und geringfügig über dessen Grenzen erstreckt. Ein Teil des Lichtstrahls, der von dem Symbol reflektiert wird, wird detektiert und in ein analoges elektrisches Signal umgewandelt. Ein Digitalisierer digitalisiert das analoge Signal. Das digitalisierte Signal wird dann von dem Digitalisierer decodiert, und zwar basierend auf der spezifischen Symbologie, die für das Symbol verwendet wird.

Das Scannmuster, das das Symbol scannt, kann eine Vielzahl von Formen annehmen, wie beispielsweise wiederholtes Linienscannen, Standardrasterscannen, flackerndes bzw. zitterndes Rasterscannen, Fischgrätenmuster, Blütenform etc. Diese Strahlenmuster werden durch gesteuerte Bewegungen der Scannkomponente in dem Strahlenpfad erzeugt. Typischerweise wird die Scannkomponente durch eine Art von Scannmotor angetrieben, um den Strahl periodisch durch das erwünschte Strahlenscannmuster abzulenken. Für ein wiederholtes Linienscannstrahlenmuster kann ein polygonaler Spiegel, der unidirektional durch einen einfachen Motor rotiert wird, verwendet werden. Für komplexere Strahlenmuster sind kompliziertere Antriebsmechanismen erforderlich.

Die Frequenz, mit der das Strahlenmuster ausgeführt wird, ist auch ein wichtiger Gesichtspunkt. Je öfter ein Symbol in einem gegebenen Zeitraum gescannt werden kann, desto höher sind die Chancen eine gültige Lesung des Symbols zu erhalten. Dies ist insbesondere wichtig, wenn die Symbole von sich bewegenden Objekten getragen werden, wie beispielsweise Paketen, die auf einem Förderband transportiert werden.

Symbole können auch durch Verwenden von Abbildungsvorrichtungen gelesen werden. Beispielsweise kann eine Abbildungssensorvorrichtung verwendet werden, die eine zweidimensionale Anordnung von Zellen oder Photosensoren besitzt, die Bildelementen oder Pixeln in einem Sichtfeld der Vorrichtung entsprechen. Eine derartige Abbildungssensorvorrichtung kann einen zweidimensionale oder flächige ladungsgekoppelte Einrichtung (CCD = Charge Coupled Device) oder eine Komplementär-Metalloxid-Halbleitervorrichtung (CMOS = Complementary Metal Oxide Semiconductor) umfassen, sowie zugehörige Schaltungen zum Erzeugen von elektronischen Signalen, die einer zweidimensionalen Anordnung von Pixel-Information für ein Sichtfeld entsprechen.

Es ist daher bekannt, einen CCD zum Erfassen eines Monochromabbilds eines Strichcodesymbols zu verwenden, das gelesen werden soll, wie beispielsweise offenbart in U.S. Patent Nr. 5,703,349. Es ist ebenfalls bekannt einen CCD mit mehrfachen versenkten Kanälen zum Erfassen eines Vollfarbenabbilds eines Ziels zu verwenden, wie beispielsweise offenbart in U.S. Patent Nr. 4,613,895.

Viele Anwendungen verlangen nach einem handgehaltenen Leser, in dem die Einrichtung für den beweglichen Laserstrahl oder die Abbildungsvorrichtung untergebracht ist. Für derartige Anwendungen muss die Anordnung der elektrooptischen Komponenten kompakt sein, um in einer handgehaltenen Einheit, die pistolenförmig sein kann, untergebracht zu werden. Darüber hinaus müssen derartige Leser leichtgewichtig und strukturell robust sein, um physische Stöße, resultierend aus grober Handhabung, auszuhalten. Es ist ebenfalls erwünscht, dass minimale Leistung während des Betriebs verbraucht wird, um die Batteriedauer zu verlängern.

Es ist ferner wünschenswert, dass das Symbol über einen verlängerten Bereich der Reichweite relativ zu dem handgehaltenen Leser gelesen werden kann. In dem Fall einer Einrichtung für den beweglichen Laserstrahl ist es üblich, eine oder mehr Linsen in der optischen Fokussieranordnung zu bewegen und abwechselnd den Brennpunkt des Laserstrahls zwischen einer nahen Position dicht an dem Leser und einer entfernten Position weg von dem Leser zu bewegen. Die Linsenbewegung wird typischerweise mechanisch ausgeführt. Dies ist aus mehreren Gründen nachteilig. Zunächst erzeugt die mechanische Bewegung Vibrationen, die sich durch den Leser zu der Hand des Benutzers fortsetzen und kann ebenfalls Staub erzeugen, der die Optik verschleiern bzw. verdecken kann. Darüber hinaus kann die Vibration abhängig von der Scannrate ein störendes, unerfreuliches, hörbares Brummen bzw. Summen verursachen. Zusätzlich erfordert die Linsenbewegung einen Antrieb, der wiederum elektrische Energie verbraucht, teuer und langsam ist, unzuverlässig sein kann, Raum in Anspruch nimmt und Gesamtgewicht, -größe und -komplexität des Lesers erhöht.

Es ist im Allgemeinen bekannt, dass eine Flüssigkristalllinse vorgeschlagen wurde, um die Brennweite einer optischen Anordnung einzustellen. Das U.S. Patent Nr. 5,305,731 beschreibt eine Flüssiglinse mit einer anpassbaren Brennweite. Das U.S. Patent Nr. 5,625,496 beschreibt die Veränderung des Brechungsindex innerhalb einer Flüssiglinse. Die französische Veröffentlichungen Nr. 2,791,439 und Nr. 2,769,375 (und ihr Pendant, U.S. Patent Nr. 6,369,954) beschreiben eine Flüssiglinse mit variabler Brennweite.

Ein Ziel dieser Erfindung ist es, eine verbesserte Anordnung für und ein Verfahren zum Erhöhen des Arbeitsbereichs und der Leistung eines Lesers zum Lesen eines datencodierten Symbols vorzusehen.

Ein weiteres Ziel dieser Erfindung ist es, eine Anordnung vorzusehen, die kompakt, leichtgewichtig, haltbar und effizient in der Konstruktion und leise und zuverlässig im Betrieb ist, und auf diese Weise ideal geeignet für tragbare, handgehaltene Anwendungen ist.

Noch ein weiteres Ziel dieser Erfindung ist es, die Brennweite in einem elektrooptischen Leser anzupassen und/oder den Strahlpunktquerschnitt zu ändern ohne mechanisch Linsen zu bewegen.

Diese Ziele und andere berücksichtigend, die im Folgenden offensichtlich werden, liegt ein Merkmal dieser Erfindung kurz gesagt in einer Anordnung für und ein Verfahren zum elektro-optischen Lesen von (Kenn-)Zeichen, wie beispielsweise ein- und/oder zweidimensionalen Strichcodesymbolen.

Die Erfindung sieht eine variable optische Linse vor, die ein Paar von lichtdurchlässigen Flüssigkeiten besitzt, die entlang eines optischen Pfades angeordnet sind, wobei die Flüssigkeiten unvermischbar sind, unterschiedliche Brechungsindizes besitzen und von im Wesentlichen gleicher Dichte sind. Eine der Flüssigkeiten besitzt eine Form in einem Ruhezustand zum optischen Modifizieren von Licht, das durch die eine Flüssigkeit entlang des optischen Pfades zu den (Kenn-)Zeichen hindurchgeht, um eine erste optische Charakteristik zu besitzen. Gemäß dieser Erfindung ist eine Steuervorrichtung betriebsbereit, um eine Spannung über die eine Flüssigkeit hinweg anzulegen, um deren Form zu ändern, und um das Licht optisch zu modifizieren, um eine zweite unterschiedliche optische Charakteristik zu besitzen.

In dem Fall eines sich bewegenden Strahlenlesers emittiert eine Lichtquelle, wie beispielsweise eine Laserdiode das Licht als einen Laserstrahl und die Veränderung der Form der einen Flüssigkeit fokussiert den Laserstrahl bei unterschiedlichen Arbeitsbereichen relativ zu der variablen Linse entlang des optischen Pfades. In dem Fall eines Abbildungslesers empfängt ein Sensor, wie beispielsweise eine (Sensor-)Anordnung, das Licht von der variablen Linse und die Veränderung der Form der einen Flüssigkeit gestattet es, dass das Licht bei unterschiedlichen Abbildungsebenen relativ zu der variablen Linse entlang des optischen Pfades gesammelt wird.

Die Steuervorrichtung legt eine periodische Spannung über die eine Flüssigkeit hinweg an, entweder kontinuierlich während des Lesens, oder nur nach dem Bestimmen, dass ein bestimmtes (Kenn-)Zeichen oder Strichcodesymbol nicht erfolgreich gelesen wurde.

Die variable Linse kann eine einzelne feststehende Linse oder ein Paar von feststehenden Linsen an ihren gegenüberliegenden Seiten umfassen. Die eine Flüssigkeit kann radial symmetrisch mit dem optischen Pfad in dem Ruhezustand sein, oder kann sich in einer Modifikation entlang einer Querachse senkrecht zu dem optischen Pfad erstrecken und einen Querschnitt eines Laserstrahls modifizieren. Ein elliptischer Strahlquerschnitt wird zum Lesen eindimensionaler Symbole bevorzugt, währenddessen ein kreisförmiger Strahlenquerschnitt zum Lesen zweidimensionaler Symbole bevorzugt wird. Das Verändern des Strahlquerschnitts ermöglicht es dem Leser beschädigte oder schlecht gedruckte Symbole adaptiv zu lesen.

Die Veränderung zwischen unterschiedlichen Brennpunkts- und Abbildungsebenen und/oder die Veränderung des Strahlquerschnitts wird ohne mechanisches oder physisches Bewegen fester Linsen ausgeführt, wodurch Geräusch, Vibration und Staub in derartigen Lesern, als auch Größen-, Gewichts-, Leistungs- und Volumenerfordernisse verringert werden. Die variable flüssige Linse wird sich nicht über die Zeit hinweg abnützen.
1 ist ein schematisches Diagramm eines handgehaltenen Lesers zum Lesen eines Strichcodesymbols gemäß dem Stand der Technik;
2 ist eine Querschnittsansicht einer variablen Linse, die in dem handgehaltenen Leser der 1 gemäß dieser Erfindung verwendet wird;
3 ist eine schematische Ansicht einer Anordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel dieser Erfindung zur Verwendung in dem Leser der 1;
4 ist eine schematische Ansicht einer Anordnung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel dieser Erfindung;
5 ist eine weggebrochene Ansicht eines Teils einer variablen Linse gemäß einer Modifikation; und
6, 7 und 8 sind entsprechende Ansichten der Strahlquerschnitte, die durch die variable Linse der 5 erzeugt werden.
Bezugszeichen 20 in 1 bezeichnet im Allgemeinen einen handgehaltenen Leser zum elektro-optischen Lesen von (Kenn-)Zeichen, wie beispielsweise einem Strichcodesymbol 24, das in einem Bereich von dessen Arbeitsabständen gelegen ist. Der Leser 20 besitzt einen Pistolengriff 21 und einen manuell betätigbaren Auslöser 22 der bei Betätigung ermöglicht, dass ein Lichtstrahl 23 zu dem Symbol 24 gelenkt wird. Der Leser 20 umfasst ein Gehäuse 25 in dem eine Lichtquelle 26, ein Lichtdetektor 27, eine Signalverarbeitungsschaltung 28 und ein Batteriesatz 29 untergebracht sind. Ein lichtdurchlässiges Fenster 30 an einer Vorderseite des Gehäuses ermöglicht es, dass der Lichtstrahl 23 das Gehäuse verlässt, und ermöglicht es, dass das Licht 31, das von dem Symbol gestreut wird, in das Gehäuse eintritt. Eine Tastatur 32 und eine Anzeige 33 können vorteilhafter Weise zum schnellen Zugriff darauf auf der Oberseitenwand des Gehäuses vorgesehen werden.
Beim Gebrauch zielt ein Bediener, der den Griff 21 hält, das Gehäuse auf das Symbol und betätigt den Auslöser. Die Lichtquelle 26 emittiert einen Lichtstrahl, der optisch durch eine optische Fokussieranordnung 35 modifiziert und fokussiert wird, um einen Strahlpunkt auf dem Symbol 24 zu bilden. Der Strahl geht durch einen Strahlenteiler 34 hindurch zu einem Scannspiegel 36, der wiederholt bei einer Scannrate von zumindest 20 Scannvorgängen pro Sekunde durch einen Motorantrieb 38 oszilliert wird. Der Scannspiegel 36 reflektiert den darauf einfallenden Strahl zu dem Symbol 24 und streicht den Strahlpunkt über das Symbol in einem Scannmuster hinweg. Das Scannmuster kann eine Linie sein, die sich der Länge des Symbols nach entlang einer Scannrichtung erstreckt, oder eine Linienserie, die entlang gegenseitig orthogonaler Richtungen angeordnet sind, oder ein omnidirektionales Muster, um nur einige Möglichkeiten zu benennen.
Das reflektierte Licht 31 besitzt eine variable Intensität über das Scannmuster hinweg und geht durch ein Fenster 30 auf den Scannspiegel 36, wo es auf den Teiler 34 reflektiert wird und wiederum zu dem Photodetektor 27 zur Umwandlung in ein analoges elektrisches Signal reflektiert wird. Wie in der Technik bekannt, digitalisiert und decodiert die Signalverarbeitungsschaltung 28 das Signal, um die Daten, die in dem Symbol codiert sind, zu extrahieren.
Gemäß dieser Erfindung ist die optische Fokussieranordnung 35 als eine variable Linse konfiguriert, wie in 2 gezeigt. Die variable Linse besitzt ein Gehäuse 40, in dem eine erste Flüssigkeit 42, gezeigt in einer Tröpfchenform, und eine zweite Flüssigkeit 44 entlang eines optischen Pfades 46 angeordnet sind, der, wie unten in Verbindung mit 3-4 beschrieben, sich zu einem (Kenn-)Zeichen, wie beispielsweise einem Strichcodesymbol 24 erstreckt, um von einem elektro-optischen Leser 20 gelesen zu werden.
Die Flüssigkeiten 42, 44 sind lichtdurchlässig, unvermischbar, besitzen unterschiedliche optische Brechungsindizes und im Wesentlichen die gleiche Dichte. Die Flüssigkeit oder der Tropfen 42 besteht aus einer elektrisch isolierenden Substanz. Beispielsweise kann ein Öl, ein Alkan, eine Mischung von Alkanen, vorzugsweise halogeniert, oder irgendeine andere isolierende Flüssigkeit für den Tropfen 42 verwendet werden. Die Flüssigkeit 44 besteht aus einer elektrisch leitenden Substanz, zum Beispiel mit Salzen zugesetztes Wasser (Mineraliensalze oder andere), oder irgendeiner anderen Flüssigkeit, organisch oder nicht, die vorzugsweise durch die Zugabe ionischer Komponenten leitfähig gemacht wird.
Das Gehäuse 40 besteht aus einem elektrisch isolierenden, lichtdurchlässigen Material, wie beispielsweise Glas, vorzugsweise behandelt mit Siliziumwasserstoff bzw. Silan oder beschichtet mit einem fluorierten Polymer, oder einem Laminat aus fluoriertem Polymer, Epoxidharz und Polyethylen. Das Gehäuse 40 umfasst eine dielektrische Wand 48, vorzugsweise mit einer Senke 50, in der der Tropfen 42 in symmetrischer Beziehung relativ zu dem optischen Pfad oder Achse 46 untergebracht ist. Die Wand 48 besitzt normalerweise eine verglichen mit dem Tropfen 42 niedrige Benetzungscharakteristik, aber eine Oberflächenbehandlung stellt eine hohe Benetzungscharakteristik sicher und bewahrt eine zentrierte Position des Tropfen 42 und hindert den Tropfen an der Ausbreitung. Die Senke 50 hilft ferner eine derartige Ausbreitung zu verhindern.
Eine erste Elektrode 54 erstreckt sich in die Flüssigkeit 44, und eine zweite Elektrode 52 ist unterhalb der Wand 48 gelegen. Die Elektroden sind elektrisch mit einer Spannungsquelle V verbunden. Die Elektroden, und insbesondere die Elektrode 52, sind vorzugsweise lichtdurchlässig. Wie in U.S. Patent Nr. 6,369,954, deren gesamter Inhalt hierin durch Bezugnahme aufgenommen wird, erklärt, wird, wenn eine Spannung über die Elektroden angelegt wird, ein elektrisches Feld geschaffen, das die Benetzungscharakteristik der Wand 48 in Bezug auf den Tropfen 42 verändert. Die Benetzung nimmt wesentlich beim Vorhandensein eines elektrischen Felds zu.
Ohne Anlegen einer Spannung nimmt der Tropfen 42 die im Allgemeinen hemisphärische Form an, die in durchgezogenen Linien in 2 gezeigt ist, und seine Außenoberfläche „A" ist konvex. Wenn eine Spannung angelegt wird, nimmt die Benetzung der dielektrischen Wand 48 zu, der Tropfen 42 deformiert sich und nimmt die Form an, die in gestrichelten Linien in 2 gezeigt ist, und seine Außenoberfläche „B" ist konvexer mit einem geringeren Krümmungsradius. Diese Deformation des Tropfes verändert die Brennweite der Linse 35 und wird durch die vorliegende Erfindung verwendet, um das Symbol 24 über einen erweiterten Bereich von Arbeitsabständen, wie unten in Verbindung mit 3-4 beschrieben, zu lesen.
In einem Beispiel besitzt der Tropfen 42 in dem Ruhezustand einen Durchmesser von ungefähr 6mm. Wenn die Flüssigkeit 44 Salzwasser ist, beträgt ihr Brechungsindex ungefähr 1,35. Wenn der Tropfen 42 Öl ist, beträgt sein Brechungsindex ungefähr 1,45. Ungefähr 40 Dioptrien von Brennweitenvariation können für eine angelegte Spannung von ungefähr 40V (effektiv) erreicht werden. Die Ansprechzeit der Linse beträgt einige Hundertstel Sekunden, in welchem Fall, wenn eine periodische Spannung verwendet wird, die Frequenz zwischen 50 Hz und 10 kHz liegen kann, so dass seine Periodendauer geringer als die Ansprechzeit ist.
Sich 3 zuwendend ist die Lichtquelle 26 der 1 als eine Laserdiode gezeigt. Der Scannspiegel 36 und sein Antrieb 38 sind gleichfalls in 3 gezeigt. Die Krümmungsveränderung des Tropfens 42 in der variablen Linse 35 ist verantwortlich für das Variieren des Brennpunktes zwischen einer Nah-Position Z1 und einer Fern-Position Z2. Das Symbol 24 kann bei und irgendwo zwischen diesen Endbegrenzungspositionen gelesen werden, wodurch der Arbeitsbereich des Lesers verbessert wird.
Die Spannung ist vorzugsweise periodisch, vorzugsweise eine Rechteckwellenantriebsspannung. Die Rechteckwelle wird leicht mit einem variablen Arbeitszyklus durch einen Mikroprozessor 60 mit einer eingebauten Pulsbreitenmodulatorschaltung erzeugt. Die Antriebsspannung könnte auch sinusförmig oder ein Dreieckswellensignal sein, in welchem Fall die Amplitude der Spannung die Form des Tropfens 42 steuert und damit die Brennweite und den Arbeitsbereich. Die Rechteckswelle erfordert nicht eine so hohe Spannung wie eine Sinuswelle für eine gegebene Veränderung in der Brennweite. Zum Beispiel verwenden viele Leser eine einzige 5 Volt Energieversorgung. Die variable Linse erfordert viel mehr als 5 Volt und daher muss eine höhere Spannung innerhalb des Lesers erzeugt werden, um die variable Linse anzutreiben. Je niedriger diese erzeugte Spannung sein muss, desto niedriger sind die Kosten der Spannungserzeugungsschaltung.
Wenn eine Rechteckwelle verwendet wird, werden Brennweitenveränderungen durch Variieren des Arbeitszyklus erreicht. Wenn eine Sinuswelle verwendet wird, werden Brennweitenveränderungen durch Variieren der Antriebsspannungsamplitude erhalten. Die Amplitude oder der Arbeitszyklus bzw. das Tastenverhältnis können in diskreten Schritten (digitale Weise) oder kontinuierlich (analoge Weise) verändert werden durch einen Mikroprozessor oder eine Steuervorrichtung 60, die vorzugsweise auf der gleichen Leiterplatte wie die Signalverarbeitungsschaltung 28 angebracht ist. Die Spannung könnte auch eine konstante Gleichstromspannung sein.
In der Anordnung der 3 wird der Laserstrahl während des Lesens durch den Scannspiegel 36 über Brennebenen hinweg im Allgemeinen quer zu dem optischen Pfad oder der Achse 46 gescannt. Die Steuervorrichtung 60 kann in Betrieb sein, um die periodische Spannung an die variable Linse 35 zu allen Zeitpunkten anzulegen, oder an bestimmten Zeitpunkten. Auf diese Weise kann die Spannung für jedes Scannen oder für jedes zweite Scannen etc. angelegt werden. Die Spannung kann nicht nur während des Scannens, sondern sogar danach angelegt werden. Die Spannung kann beim Abziehen des Auslösers 22 betätigt werden oder nur nachdem ein Symbol detektiert worden ist. Die Spannung kann automatisch angelegt werden, oder nur nachdem ein Signalanalysator 62, vorzugsweise ein Mikroprozessor, bestimmt hat, dass ein Symbol, das gescannt wird, nicht erfolgreich decodiert und gelesen wurde.
4 ist analog zu 3, mit der Ausnahme, dass es einen Abbilder darstellt mit einem Sensor 64, vorzugsweise einer CCD- oder CMOS-Anordnung mit gegenseitig orthogonalen Zeilen und Spalten von Photozellen zum Abbilden des Symbols, das bei oder irgendwo zwischen den Abbildungsebenen Z3 und Z4 gelegen ist, wodurch der Abbilder mit einem verlängerten Arbeitsbereich oder einer vergrößerten Tiefenschärfe vorgesehen wird, in der das Licht von dem Symbol gesammelt werden kann. Wie zuvor ermöglicht die Formveränderung des Tropfens 42, wenn eine periodische Spannung an die variable Linse 35 angelegt wird, dass eine vergrößerte Tiefenschärfe erreicht wird.
Wie bisher beschrieben, liegt die Veränderung der Krümmung des Tropfens 42 zwischen zwei konvexen Krümmungen A, B. Es liegt auch innerhalb des Rahmens der Erfindung den Tropfen zwischen unterschiedlichen Krümmungen zu deformieren. Beispielsweise ist es möglich, dass die Außenoberfläche des Tropfens ein Meniskus ist, der konkav in dem Ruhezustand ist, im Allgemeinen flach ist, um das Licht bei einer ersten Brennebene zu bündeln, wenn eine erste Spannung angelegt wird, und konvex ist, um das Licht bei einer zweiten Brennebene zu bündeln, wenn eine zweite, unterschiedliche Spannung angelegt wird.
Bezug nehmend auf 2 kann die variable Linse 35 ebenfalls eine feststehende konvexe Linse 66 bei einem axialen Endbereich, und eine befestige konkave, oder plankonkave Linse 68 bei dem gegenüberliegenden axialen Endbereich besitzen. Diese feststehenden Linsen sind Teil des optischen Gesamtsystems und wirken beim Minimieren irgendwelcher Arten von Abweichungen bzw. Aberrationen, beispielsweise chromatischen Aberrationen mit. Das optische System sollte vorteilhafter Weise eine Blendenstufe bzw. Öffnungsblende (nicht dargestellt) umfassen, die irgendwo in dem optischen Pfad positioniert sein kann.
In einer Variante muss der Tropfen 42 nicht eine im Allgemeinen hemisphärische Form besitzen, die radial symmetrisch relativ zu dem optischen Pfad 46 ist, sondern könnte, wie in 5 gezeigt, entlang einer Querrichtung im Allgemeinen senkrecht zu dem optischen Pfad langgestreckt sein. Der zylindrische Tropfen, der jetzt durch das Bezugszeichen 70 identifiziert wird, ruht in einer kanalförmigen Senke 72, die durch eine dielektrische Wand 74 geformt wird.
Bei Anwendung einer periodischen Spannung verändert der zylindrische Tropfen 70, der jetzt als eine zylindrische Linse wirkt, den Querschnitt des Laserstrahls, der dadurch auf dem Weg zu dem Symbol hindurchgeht. Auf diese Weise ist der Strahlenquerschnitt 76 von einer Laserdiode im Allgemeinen ellpitisch, wie in 7 gezeigt. Die dargestellte x-Achse befindet sich entlang der Scannrichtung. Die y-Achse erstreckt sich entlang der Striche und Zwischenräume des Symbols nach.
Für eindimensionale Symbole ist ein eher eliptischer oder langgestreckter Strahlquerschnitt 78, wie der in 6 gezeigte, erwünscht. Für zweidimensionale Symbole, ist ein eher kreisförmiger Strahlenquerschnitt 80, wie der in 8 dargestellte, erwünscht. Durch Anlegen einer periodischen Spannung kann der zylindrische Tropfen 70 optisch den Querschnitt des Strahls modifzieren, um entweder der Querschnitt 78 oder 80 zu sein, oder irgendeine Form dazwischen. Diese Formveränderungen können kontinuierlich oder in schrittweiser Art auftreten und sind insbesondere nützlich beim Lesen von beschädigten oder schlecht gedruckten Symbolen, wodurch die Leistungsfähigkeit des Systems verbessert wird.
Es wird gesehen werden, dass die Veränderung der Brennweite und/oder die Veränderung des Strahlquerschnitts ohne mechanische Bewegung irgendwelcher festen Linsen erreicht wird. Mit der Ausnahme der Flüssigkeiten können sämtliche Teile der variablen Linse 35 aus gegossenen Materialien hergestellt werden.
Diese Erfindung erwägt die Verwendung von mehr als einer variablen Linse in dem optischen Pfad. Eine variable Linse kann zur Brennweitenvariation verwendet werden, eine andere kann verwendet werden, um die Elliptizität des Strahlenquerschnitts und/oder die Vergrößerung (d.h. den Zoom-Effekt) zu verändern. Mehrfachlinsen können verwendet werden, um den Astigmatismus ähnlich einer Petzval-Linse zu verringern.
Diese Erfindung erwägt ferner die Verwendung von multiplen Elektroden in der variablen Linse, um die Krümmung des Tropfens 42 in unterschiedliche Richtungen zu verändern, wodurch beispielsweise eine sphärische Linse zu einer zylindrischen Linse verändert wird. Der minimale Querschnitt des Strahls, auch bekannt als die Strahlentaille, kann verändert werden und gleichzeitig kann die Elliptizität des Strahls verändert werden. Die Verwendung von zusätzlichen (mehr als zwei) Elektroden kann verwendet werden, um einige spezielle Aberrationen bei Bedarf zu korrigieren, und zwar nicht nur für einen Leser mit beweglichem Strahl, sondern auch für einen Abbilder.
In einem Scanner mit beweglichem Strahl, kann nicht nur die variable Linse in dem abgehenden Pfad zu den zu lesenden (Kenn-)Zeichen eingesetzt werden, sondern die variable Linse kann auch in dem Rückkehrpfad, entlang dessen das reflektierte Licht zu einem Photodetektor zurückkehrt, verwendet werden. Die variable Linse kann vor dem Photodetektor positioniert sein, um die optische automatische Verstärkung durch Verändern der Menge des reflektierten Lichts, das auf den Photodetektor auftrifft, zu steuern.
Was als neu beansprucht und durch die Patenturkunde geschützt werden soll, ist in den angehängten Ansprüchen dargestellt.

Claims

Eine Anordnung zum elektro-optischen Lesen von (Kenn-)Zeichen mit Teilen unterschiedlicher Lichtreflektivität, die Folgendes aufweist: a) eine variable optische Linse mit einem Paar lichtdurchlässiger Flüssigkeiten, die entlang eines optischen Pfades angeordnet sind, wobei die Flüssigkeiten unvermischbar sind, unterschiedliche optische Brechungsindizes besitzen und von im Wesentlichen gleicher Dichte sind, wobei eine der Flüssigkeiten in einem Ruhezustand eine Form zum optischen Modifizieren des Lichts besitzt, das durch die eine Flüssigkeit entlang eines optischen Pfades zu den (Kenn- )Zeichen hindurchgeht, um eine erste optische Charakteristik zu besitzen; und b) eine Steuervorrichtung zum Anlegen einer Spannung über die eine Flüssigkeit hinweg, um deren Form zu verändern, und zum optischen Modifizieren des Lichts, um eine zweite unterschiedliche optische Charakteristik zu besitzen.
Anordnung gemäß Anspruch 1; und eine Lichtquelle zum Emittieren des Lichts zu der variablen Linse; und wobei die ersten und zweiten optischen Charakteristiken unterschiedliche Brennebenen sind, die entlang des optischen Pfades bei unterschiedlichen Arbeitsabständen relativ zu der variablen Linse voneinander beabstandet sind.
Anordnung gemäß Anspruch 2, wobei die Lichtquelle ein Laser zum Emittieren des Lichts als einem Laserstrahl ist.
Anordnung gemäß Anspruch 1; und ein Sensor zum Empfangen des Lichts von der variablen Linse; und wobei die ersten und zweiten optischen Charakteristiken unterschiedliche Abbildungsebenen sind, die voneinander entlang des optischen Pfades bei unterschiedlichen Reichweiten relativ zu der variablen Linse beabstandet sind.
Anordnung gemäß Anspruch 4, wobei der Sensor eine Anordnung von Abbildungszellen ist.
Anordnung gemäß Anspruch 1; und ein Scanner zum Scannen von zumindest einem Licht und einem Sichtfeld über die (Kenn-)Zeichen.
Anordnung gemäß Anspruch 6, und wobei die Steuervorrichtung zum kontinuierlichen Anlegen der Spannung als eine periodische Spannung während des Scannens im vorgesehen ist.
Anordnung gemäß Anspruch 6; und ein Analysator zum Bestimmen, ob die (Kenn-)Zeichen erfolgreich gescannt und gelesen wurden, und wobei die Steuervorrichtung im Betrieb ist, um die Spannung bei einer Bestimmung anzulegen, dass die (Kenn-)Zeichen nicht erfolgreich gescannt und gelesen wurden.
Anordnung gemäß Anspruch 1, wobei die eine Flüssigkeit elektrisch isolierend ist, und wobei die andere der Flüssigkeiten elektrisch leitend ist, und wobei eine erste Elektrode an einer Seite der einen Flüssigkeit angeordnet ist, und wobei eine zweite Elektrode in der anderen Flüssigkeit an der gegenüberliegenden Seite der einen Flüssigkeit eingetaucht ist, und wobei eine Spannung über die Elektroden hinweg angelegt wird.
Anordnung gemäß Anspruch 1, wobei die variable Linse zumindest eine feststehende Fokallinse, von den Flüssigkeiten entlang des optischen Pfades beabstandet, umfasst.
Anordnung gemäß Anspruch 10, wobei zwei Festbrennweitenlinsen mit positiver bzw. negativer optischer Leistung bzw. Sammel- und Streulinsen vorhanden sind, und wobei die zwei Festbrennweitenlinsen an gegenüberliegenden Enden der variablen Linse gelegen sind.
Anordnung gemäß Anspruch 9, wobei die variable Linse eine elektrisch isolierende Wand besitzt, auf der die eine Flüssigkeit ruht, und wobei die zweite Elektrode die isolierende Wand kontaktiert.
Anordnung gemäß Anspruch 1, wobei die eine Flüssigkeit radial symmetrisch um den optischen Pfad im Ruhezustand ist.
Anordnung gemäß Anspruch 1, wobei sich die eine Flüssigkeit entlang einer Querachse im Allgemeinen senkrecht zu dem optischen Pfad erstreckt und einen Querschnitt des Lichts, das durch die eine Flüssigkeit hindurchgeht modifiziert.
Ein Verfahren zum elektro-optischen Lesen von (Kenn-)Zeichen mit Teilen unterschiedlicher Lichtreflektivität, das die Folgenden Schritte aufweist: a) Anordnen eines Paars von lichtdurchlässigen Flüssigkeiten entlang eines optischen Pfades, um eine variable optische Linse zu formen, wobei die Flüssigkeiten unvermischbar sind und unterschiedliche optische Brechungsindizes besitzen und im Wesentlichen von der gleichen Dichte sind, und wobei eine der Flüssigkeiten in einem Ruhezustand eine Form zum optischen Modifizieren des Lichts besitzt, das durch die eine Flüssigkeit entlang des optischen Pfades zu den (Kenn-)Zeichen hindurchgeht, um eine erste optische Charakteristik zu besitzen; und b) Anlegen einer Spannung über die eine Flüssigkeit hinweg, um deren Form zu ändern und um optisch das Licht zu modifizieren, um eine zweite unterschiedliche optische Charakteristik zu besitzen.
Verfahren gemäß Anspruch 15, und der Schritt des Emittierens des Lichts zu der variablen Linse; und wobei die ersten und zweiten optischen Charakteristiken unterschiedliche Brennebenen sind, die voneinander entlang des optischen Pfades bei unterschiedlichen Arbeitsabständen relativ zu der variablen Linse beabstandet sind.
Verfahren gemäß Anspruch 15, und der Schritt des Empfangens des Lichts von der variablen Linse; und wobei die ersten und zweiten optischen Charakteristiken unterschiedliche Abbildungsebenen sind, die voneinander entlang eines optischen Pfades bei unterschiedlichen Arbeitsabständen relativ zu der variablen Linse beabstandet sind.
Verfahren gemäß Anspruch 15, und der Schritt des Scannens von zumindest einem Licht und einem Sichtfeld über die (Kenn-)Zeichen.
Verfahren gemäß Anspruch 18, und der Schritt des kontinuierlichen Anlegens der Spannung als eine periodische Spannung während des Scannens.
Verfahren gemäß Anspruch 18, und der Schritt des Bestimmens, ob die (Kenn-)Zeichen erfolgreich gescannt und gelesen wurden, und der Schritt des Anlegens der Spannung bei einer Bestimmung, dass die (Kenn-)Zeichen nicht erfolgreich gescannt und gelesen wurden.