DE102008046822B4

DE102008046822B4 - Optoelectronic device

Info

Publication number: DE102008046822B4
Application number: DE102008046822A
Authority: DE
Inventors: Jörg Droemer
Original assignee: Leuze Electronic GmbH and Co KG
Current assignee: Leuze Electronic GmbH and Co KG
Priority date: 2008-09-11
Filing date: 2008-09-11
Publication date: 2013-01-31
Anticipated expiration: 2028-09-12
Also published as: DE102008046822A1

Abstract

Optoelektronische Vorrichtung zum Erkennen von Marken, insbesondere von Barcodes, mit einem auf eine Fokuslage fokussierten Sendelichtstrahlen emittierenden Sender, einem Empfangslichtstrahlen empfangenden Empfänger, wobei die Marken mittels der Sendelichtstrahlen periodisch abgetastet werden, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der Sendelichtstrahlen (2) ausgekoppelt und auf einen flächigen Bildsensor (12) geführt wird, welcher eine in Zeilen und Spalten gegliederte flächige Anordnung von Empfangselementen (12a) aufweist, dass eine Auswerteeinheit (9) als Mittel zur Bestimmung der Größe des Lichtflecks der Sendelichtstrahlen (2) auf dem Bildsensor (12) und zur Berechnung der Fokuslage der Sendelichtstrahlen (2) in Abhängigkeit vier Größe des Lichtflecks vorgesehen ist, wobei in der Auswerteeinheit (9) als Maß für die Größe des Lichtflecks dessen Breite als Ausdehnung in Zeilenrichtung und dessen Höhe als Ausdehnung in Spaltenrichtung des Bildsensors (12) ermittelt wird, und dass zur Ermittlung der Breite des Lichtflecks Spaltenintegrale der Signale der Empfangselemente (12a) des Bildsensors (12) und zur Ermittlung der Höhe des Lichtflecks...Optoelectronic device for detecting markers, in particular barcodes, with a transmitter emitting light beams focused on a focus position, a receiver receiving receiving light beams, wherein the marks are scanned periodically by the transmitted light beams, characterized in that a part of the transmitted light beams (2) is coupled out and on a planar image sensor (12) is guided, which has a planar arrangement of receiving elements (12a) arranged in rows and columns, in that an evaluation unit (9) as means for determining the size of the light spot of the transmitted light beams (2) on the image sensor (12) and in order to calculate the focal position of the transmitted light beams (2) as a function of the size of the light spot, the evaluation unit (9) measures the size of the light spot as its width in the line direction and its height as extension in the column direction of the image sensor (12 ) is determined in that, for determining the width of the light spot, column integrals of the signals of the receiving elements (12a) of the image sensor (12) and for determining the height of the light spot are ...

Description

Die Erfindung betrifft eine optoelektronische Vorrichtung.The invention relates to an optoelectronic device.

Optoelektronische Vorrichtungen der in Rede stehenden Art dienen generell zur Erfassung von Marken mit definierten Kontrastmustern. Insbesondere sind die Marken von Barcodes gebildet.Optoelectronic devices of the type in question are generally used to detect marks with defined contrast patterns. In particular, the marks are formed by barcodes.

Derartige optoelektronische Vorrichtungen weisen generell einen Sendelichtstrahlen emittierenden Sender und eine Ablenkeinheit auf, wobei die Sendelichtstrahlen mittels der Ablenkeinheit periodisch abgelenkt werden, um so das Kontrastmuster einer zu erfassenden Marke abzutasten. Weiterhin weist die optoelektronische Vorrichtung einen Empfangslichtstrahlen empfangenden Empfänger auf. Die Sendelichtstrahlen werden an der zu detektierenden Marke als Empfangslichtstrahlen zum Empfänger zurückreflektiert, wobei den Empfangslichtstrahlen eine dem Kontrastmuster der Marke entsprechende Amplitudenmodulation aufgeprägt wird. In der Auswerteeinheit wird diese Amplitudenmodulation zur Dekodierung der Marke, das heißt zur Erfassung deren Kontrastmusters ausgewertet.Such optoelectronic devices generally include a transmit emissive beam emitter and a deflector, wherein the transmit beams are periodically deflected by the deflector so as to scan the contrast pattern of a mark to be detected. Furthermore, the optoelectronic device has a receiving light beam receiving receiver. The transmitted light beams are reflected back to the receiver at the mark to be detected as receiving light beams, and the received light beams are impressed with an amplitude modulation corresponding to the contrast pattern of the mark. In the evaluation unit, this amplitude modulation is evaluated for decoding the mark, that is, for detecting its contrast pattern.

Die Sendelichtstrahlen werden über eine geeignete Sendeoptik fokussiert. Die Marken können dann in einem bestimmten Tiefenschärfebereich, das heißt in einem engen Bereich um die Fokuslage der Sendelichtstrahlen herum erfasst werden.The transmitted light beams are focused via a suitable transmission optics. The marks can then be detected in a certain range of depth of field, that is to say in a narrow range around the focal position of the transmitted light beams.

Um die Marken in unterschiedlichen Abständen zur optoelektronischen Vorrichtung erfassen zu können, kann die Fokuslage der Sendelichtstrahlen in geeigneter Weise variiert werden.In order to be able to detect the marks at different distances from the optoelectronic device, the focal position of the transmitted light beams can be varied in a suitable manner.

Eine derartige optoelektronische Vorrichtung mit einer Einrichtung zur Variierung der Fokuslage der Sendelichtstrahlen ist aus der DE 199 21 479 A1 bekannt. Diese optoelektronische Vorrichtung weist zur Variation der Fokuslage eine verspiegelte Membran auf, an welcher die Sendelichtstrahlen reflektiert werden. Diese Membran kann durch Anlegen eines elektrischen Felds durchgebogen werden. Entsprechend der Stärke des elektrischen Felds ergibt sich eine bestimmte Durchbiegung der Membran, wodurch eine entsprechende Fokuslage der Sendelichtstrahlen erhalten wird.Such an optoelectronic device with a device for varying the focal position of the transmitted light beams is known from US Pat DE 199 21 479 A1 known. This optoelectronic device has a mirrored membrane for varying the focal position, on which the transmitted light beams are reflected. This membrane can be bent by applying an electric field. According to the strength of the electric field, a certain deflection of the membrane results, whereby a corresponding focal position of the transmitted light beams is obtained.

Um die Fokuslage der Sendelichtstrahlen kontrolliert ändern zu können, müssen geeignete Messmittel zur fortlaufenden Bestimmung der Fokuslage vorgesehen sein. Bei der optoelektronischen Vorrichtung der DE 199 21 479 A1 werden hierzu Randstrahlen der Sendelichtstrahlen über einen Strahlteiler und eine Blende ausgekoppelt und über eine Kollimatorlinse einem PSD-Element zugeführt. Aus dem Auftreffpunkt der ausgekoppelten Randstrahlen auf dem PSD Element wird die Divergenz der Sendelichtstrahlen errechnet, die bei bestimmter Strahlform der Sendelichtstrahlen ein Maß für die Fokuslage liefert.In order to be able to change the focus position of the transmitted light beams in a controlled manner, suitable measuring means must be provided for the continuous determination of the focal position. In the optoelectronic device of DE 199 21 479 A1 For this purpose, edge beams of the transmitted light beams are decoupled via a beam splitter and a diaphragm and fed to a PSD element via a collimator lens. The divergence of the transmitted light beams is calculated from the point of impact of the decoupled edge beams on the PSD element, which provides a measure of the focal position for a given beam shape of the transmitted light beams.

Da nur die Randstrahlen der Sendelichtstrahlen zur Fokuslagenbestimmung herangezogen werden, ist die Bestimmung der Fokuslage mit gewissen Ungenauigkeiten behaftet. Dies beruht insbesondere darauf, dass durch Ungenauigkeiten der einzelnen optischen und optoelektronischen Bauteile durch Verschmutzungen, thermisches Dritten und dergleichen der Randbereich der Sendelichtstrahlen mit relativ großen Unregelmäßigkeiten behaftet ist, die zur Verfälschungen bei der Bestimmung der Fokuslage führen insbesondere arbeitet dieses Verfahren zur Bestimmung der Fokuslage dann ungenauer, wenn der Lichtfleck der Sendelichtstrahlen nicht rotationssymmetrisch ist.Since only the marginal rays of the transmitted light beams are used for focus position determination, the determination of the focus position is subject to certain inaccuracies. This is based in particular on the fact that due to inaccuracies of the individual optical and optoelectronic components due to contamination, thermal third parties and the like, the edge region of the transmitted light beams is subject to relatively large irregularities, which lead to distortions in the determination of the focus position, in particular, this method for determining the focus position then works less accurate if the light spot of the transmitted light beams is not rotationally symmetric.

Die DE 197 26 581 A1 betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Fokuslage einer einen Lichtstrahl durch eine fokussierende Linse aussendenden optoelektronischen Vorrichtung, insbesondere eines Strichcodelesers. Bei dem Verfahren wird die Breite des ausgesandten Lichtstrahls an einer bestimmten Referenzposition ermittelt und aus der ermittelten Breite wird die Fokuslage bestimmt. Dabei wird durch die Ablenkung des Lichtstrahls über einen lichtempfindlichen Sensor geführt. Aus der Dauer des Überstrechens wird die Breite des Lichtstrahls ermittelt.The DE 197 26 581 A1 relates to a method for determining the focus position of a light beam through a focusing lens emitting optoelectronic device, in particular a bar code reader. In the method, the width of the emitted light beam is determined at a specific reference position, and the focus position is determined from the determined width. It is guided by the deflection of the light beam via a photosensitive sensor. From the duration of the overcrossing, the width of the light beam is determined.

Die DE 10 2007 039 878 A1 betrifft eine Vorrichtung zur Fokuslagen-Stabilisierung bei Optiken für Hochleistungs-Laserstrahlung. Der Fokus wird mittels beweglicher optischer Elemente und einer Steuerung bei Auftreten der Laserstrahl-induzierten Fokuslagen-Änderung in entgegengesetzter Richtung verschoben, so dass der Fokus in Summe in der Soll-Lage verbleibt. Die Information über die notwendige Korrektur wird nicht als Temperaturmessung gewonnen, sondern entweder aus Informationen über die momentane Leistung des Laserstrahls berechnet oder durch einen Autofokus-Sensor direkt bestimmt.The DE 10 2007 039 878 A1 relates to a device for focus position stabilization in optics for high-power laser radiation. The focus is shifted in the opposite direction by means of movable optical elements and a control upon the occurrence of the laser beam-induced focus position change, so that the focus remains in total in the desired position. The information about the necessary correction is not obtained as a temperature measurement, but either calculated from information about the instantaneous power of the laser beam or directly determined by an autofocus sensor.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine optoelektronische Vorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, bei welcher eine möglichst genaue Fokuslagenbestimmung der Sendelichtstrahlen gewährleistet ist.The invention has for its object to provide an optoelectronic device of the type mentioned, in which the most accurate focus position determination of the transmitted light beams is guaranteed.

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.

Die erfindungsgemäße optoelektronische Vorrichtung dient zum Erkennen von Marken, insbesondere von Barcodes und umfasst einen auf eine Fokuslage fokussierten Sendelichtstrahlen emittierenden Sender, einem Empfangslichtstrahlen empfangenden Empfänger, wobei die Marken mittels der Sendelichtstrahlen periodisch abgetastet werden. Ein Teil der Sendelichtstrahlen wird ausgekoppelt und auf einen flächigen Bildsensor geführt, welcher eine in Zeilen und Spalten gegliederte flächige Anordnung von Empfangselementen aufweist. Eine Auswerteeinheit ist als Mittel zur Bestimmung der Größe des Lichtflecks der Sendelichtstrahlen auf dem Bildsensor und zur Berechnung der Fokuslage der Sendelichtstrahlen in Abhängigkeit der Größe des Lichtflecks vorgesehen.The optoelectronic device according to the invention serves to recognize marks, in particular barcodes, and comprises one on one Focus position focused transmit light beam emitting transmitter, a receiving light beam receiving receiver, wherein the marks are scanned periodically by means of the transmitted light beams. A portion of the transmitted light beams is decoupled and guided on a flat image sensor, which has a structured in rows and columns planar arrangement of receiving elements. An evaluation unit is provided as a means for determining the size of the light spot of the transmitted light beams on the image sensor and for calculating the focal position of the transmitted light beams as a function of the size of the light spot.

In der Auswerteeinheit wird als Maß für die Größe des Lichtflecks dessen Breite als Ausdehnung in Zeilenrichtung und dessen Höhe als Ausdehnung in Spaltenrichtung des Bildsensors ermittelt. Zur Ermittlung der Breite des Lichtflecks werden Spaltenintegrale der Signale der Empfangselemente des Bildsensors und zur Ermittlung der Höhe des Lichtflecks Zeilenintegrale der Signale der Empfangselemente des Bildsensors herangezogen. Alternativ werden in Zeilen- und Spaltenrichtung des Bildsensors Erwartungswerte für die Breite und Höhe gebildet, welche auf die Schwerpunkte des Lichtflecks in Zeilen- und Spaltenrichtung bezogen sind.In the evaluation unit, its width is determined as a dimension in the row direction and its height as an extent in the column direction of the image sensor as a measure of the size of the light spot. To determine the width of the light spot, column integrals of the signals of the receiving elements of the image sensor and for determining the height of the light spot line integrals of the signals of the receiving elements of the image sensor are used. Alternatively, expected values for the width and height are formed in the row and column direction of the image sensor, which are related to the focal points of the light spot in the row and column direction.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass durch dessen Abbildung auf den Bildsensoren der gesamte Lichtfleck der Sendelichtstrahlen zur Bestimmung der Fokuslage zur Verfügung steht. Damit kann die komplette Geometrie des Strahlquerschnitts der Sendelichtstrahlen analysiert werden um die Fokuslage der Sendelichtstrahlen zu bestimmen, wodurch auch bei vorhandenen störungsbedingten Unregelmäßigkeiten des Lichtflecks der Sendelichtstrahlen eine genaue Bestimmung der Fokuslage möglich ist.An essential advantage of the invention is that the entire light spot of the transmitted light beams is available for determining the focus position by its imaging on the image sensors. Thus, the complete geometry of the beam cross section of the transmitted light beams can be analyzed to determine the focal position of the transmitted light beams, whereby an accurate determination of the focus position is possible even with existing disturbance-related irregularities of the light spot of the transmitted light beams.

Der Ort der Messung wird bevorzugt durch einen Strahlteiler im Strahlengang der Sendelichtstrahlen zwischen dem Sender und einer Ablenkeinheit zur Ablenkung der Sendelichtstrahlen vorgegeben. Vorteilhaft wird mit dem Strahlteiler nur ein kleiner Anteil der Lichtmenge der Sendelichtstrahlen ausgekoppelt und auf den Bildsensor geführt, da diese ausreicht um die Größe des Lichtflecks der Sendelichtstrahlen zu bestimmen. Vorteilhaft hierbei ist, dass durch die Auskopplung am Strahlteiler die Lichtmenge des zur Markendetektion verwendeten Anteils der Sendelichtstrahlen nahezu unbeeinträchtigt bleibt, wodurch erreicht wird, dass die Nachweisempfindlichkeit der optoelektronischen Vorrichtung nicht beeinträchtigt wird.The location of the measurement is preferably predetermined by a beam splitter in the beam path of the transmitted light beams between the transmitter and a deflection unit for deflecting the transmitted light beams. Advantageously, only a small proportion of the light quantity of the transmitted light beams is coupled out with the beam splitter and guided onto the image sensor, since this is sufficient to determine the size of the light spot of the transmitted light beams. The advantage here is that the amount of light used for mark detection portion of the transmitted light beams remains almost unaffected by the coupling at the beam splitter, thereby ensuring that the detection sensitivity of the optoelectronic device is not impaired.

Der Bildsensor zur Messung der Größe des Lichtflecks der Sendelichtstrahlen weist erfindungsgemäß eine in Zeilen und Spalten gegliederte flächige Anordnung von Empfangselementen auf, wobei insbesondere der Bildsensor ein CMOS-Sensor oder ein CCD-Sensor ist.According to the invention, the image sensor for measuring the size of the light spot of the transmitted light beams has a planar arrangement of receiving elements arranged in rows and columns, wherein in particular the image sensor is a CMOS sensor or a CCD sensor.

Durch eine getrennte Auswertung der Signale der Empfangselemente in den einzelnen Spalten des Bildsensors einerseits und in den einzelnen Zeilen des Bildsensors andererseits können separat die Höhe und Breite, das heißt die Ausdehnungen des Lichtflecks in Spalten- oder Zeilenrichtung bestimmt werden, so dass auch Abweichungen des Lichtflecks von einer rotationssymmetrischen Form genau erfasst werden können. Damit kann bei gegebenem räumlichen Verlauf der Sendelichtstrahlen aus der Größe des Lichtflecks die Fokuslage der Sendelichtstrahlen exakt bestimmt werden.By a separate evaluation of the signals of the receiving elements in the individual columns of the image sensor on the one hand and in the individual lines of the image sensor on the other hand, the height and width, that is the extents of the light spot in the column or row direction can be determined separately, so that deviations of the light spot can be accurately detected by a rotationally symmetric shape. Thus, given a spatial progression of the transmitted light beams from the size of the light spot, the focus position of the transmitted light beams can be determined exactly.

Gemäß einer ersten Variante der Erfindung erfolgt die Auswertung derart, dass zur Ermittlung der Breite des Lichtflecks Spaltenintegrale der Signale der Empfangselemente des Bildsensors und zur Ermittlung der Höhe des Lichtflecks Zeilenintegrale der Signale der Empfangselemente des Bildsensors herangezogen werden. Dabei definiert das Spaltenintegral mit den höchsten Signalwert das Zentrum des Lichtflecks in Zeilenrichtung des Bildsensors. Die Grenzen des Lichtflecks und damit dessen Breite sind durch die Spaltenintegrale definiert, bei welchen der Signalwert auf einen bestimmten Teil des höchsten Signalwerts abgefallen ist. Ebenso definiert das Zeilenintegral mit dem höchsten Signalwert das Zentrum des Lichtflecks in Spaltenrichtung des Bildsensors. Die Grenzen des Lichtflecks und damit dessen Höhe sind durch die Zeilenintegrale definiert, bei welchen der Signalwert auf einen bestimmten Teil des höchsten Signalwerts abgefallen ist.According to a first variant of the invention, the evaluation is carried out in such a way that column integrals of the signals of the receiving elements of the image sensor and for determining the height of the light spot line integrals of the signals of the receiving elements of the image sensor are used to determine the width of the light spot. In this case, the column integral with the highest signal value defines the center of the light spot in the line direction of the image sensor. The boundaries of the light spot, and thus its width, are defined by the column integrals at which the signal value has dropped to a certain part of the highest signal value. Likewise, the line integral with the highest signal value defines the center of the light spot in the column direction of the image sensor. The boundaries of the light spot and thus its height are defined by the line integrals at which the signal value has dropped to a certain part of the highest signal value.

Durch die Integration über die Empfangselemente einzelner Spalten bei der Bildung der Spaltenintegrale ebenso wie bei der Integration über die Empfangselemente einzelner Zeilen bei der Bildung der Zeilenintegrale wird eine Mittelung der einzelnen Zeilen beziehungsweise Spaltensignale durchgeführt, durch welche lokale Unregelmäßigkeiten des Lichtflecks herausgemittelt werden. Dadurch wird eine erhöhte Genauigkeit bei der Bestimmung der Höhe und Breite des Lichtflecks erzielt.By integrating over the receiving elements of individual columns in the formation of the column integrals as well as in the integration of the receiving elements of individual rows in the formation of the line integrals an averaging of the individual rows or column signals is performed by which local irregularities of the light spot are averaged out. As a result, an increased accuracy in determining the height and width of the light spot is achieved.

Gemäß einer zweiten Variante der Erfindung erfolgt die Auswertung derart, dass in Zeilen- und Spaltenrichtung des Bildsensors Erwartungswerte für die Breite und Höhe gebildet werden. Dabei sind die Erwartungswerte in Zeilen- und Spaltenrichtung auf die Schwerpunkte des Lichtflecks in Zeilen- und Spaltenrichtung bezogen, wobei die Schwerpunkte des Lichtflecks in Zeilen- und Spaltenrichtung aus den Signalen der Empfangselemente des Bildsensors vorab bestimmt werden.According to a second variant of the invention, the evaluation is carried out such that expected values for the width and height are formed in the row and column direction of the image sensor. In this case, the expected values in the row and column direction are related to the focal points of the light spot in the row and column directions, the focal points of the light spot in the row and column direction being determined beforehand from the signals of the receiving elements of the image sensor.

Da bei der Erwartungswertbildung sowohl für die Breite als auch die Höhe des Lichtflecks immer die Signale aller Empfangselemente des Bildsensors herangezogen werden, wird auch in diesem Fall eine hochgenaue Bestimmung der Lichtfleckgeometrie erhalten.Since in the expectation of both the width and the height of the light spot always the signals of all the receiving elements of the image sensor are used, a highly accurate determination of the light spot geometry is also obtained in this case.

Die mit dem Bildsensor ermittelten Lichtfleckgrößen bilden vorteilhaft Eingangsgrößen für eine Regeleinheit zur Verstellung der Fokuslage der Sendelichtstrahlen. Dabei werden in der Regeleinheit als Ausgangsgröße Stellgrößen für einen Aktor gebildet, mittels dessen die Fokuslage vier Sendelichtstrahlen, beispielsweise durch Änderung von Parametern einer Sendeoptik, in Abhängigkeit der Stellgrößen des Aktors in vorgegebener Weise geändert wird.The light spot sizes determined with the image sensor advantageously form input variables for a control unit for adjusting the focal position of the transmitted light beams. In this case, manipulated variables for an actuator are formed in the control unit as an output variable, by means of which the focus position four transmitted light beams, for example by changing parameters of a transmission optics, in dependence on the manipulated variables of the actuator is changed in a predetermined manner.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:The invention will be explained below with reference to the drawings. Show it:

1: Schematische Darstellung einer optoelektronischen Vorrichtung zur Erfassung von Marken. 1 : Schematic representation of an optoelectronic device for detecting marks.

2: Abbildung des Lichtflecks der Sendelichtstrahlen auf einen Bildsensor der optoelektronischen Vorrichtung gemäß 1. 2 : Illustration of the light spot of the transmitted light beams on an image sensor of the optoelectronic device according to 1 ,

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer optoelektronischen Vorrichtung 1 zur Erfassung von Marken, welche definierte Kontrastmuster aufweisen. Im vorliegenden Fall werden mit der optoelektronischen Vorrichtung 1 Barcodes erfasst, das heißt die optoelektronische Vorrichtung 1 bildet einen Barcodeleser. 1 shows an embodiment of an optoelectronic device 1 for detecting marks having defined contrast patterns. In the present case, with the optoelectronic device 1 Barcodes detected, that is the optoelectronic device 1 forms a barcode reader.

Die optoelektronische Vorrichtung 1 weist einen Sendelichtstrahlen 2 emittierenden Sender 3 auf, welchem eine Sendeoptik 4 zur Kollimierung der Sendelichtstrahlen 2 nachgeordnet ist. Der Sender 3 ist bevorzugt von einer Laserdiode gebildet. Die Sendelichtstrahlen 2 werden auf eine Ablenkeinheit 5 geführt, mittels derer die Sendelichtstrahlen 2 periodisch innerhalb eines Abtastbereichs A abgelenkt werden. Dadurch werden im Abtastbereich A vorhandene Barcodes periodisch abgetastet. Die am Barcode reflektierten Sendelichtstrahlen 2 werden als Empfangslichtstrahlen 6 über die Ablenkeinheit 5 und ein Umlenkmittel 7, das von einem Strahlteilerspiegel gebildet sein kann, auf einen Empfänger 8 geführt, der von einer Photodiode oder dergleichen gebildet ist. Die Empfängssignale am Ausgang des Empfängers 8 werden in eine Auswerteeinheit 9 eingelesen, die von einem Mikroprozessor oder dergleichen gebildet ist.The optoelectronic device 1 has a transmitted light rays 2 emissive transmitter 3 on which a transmission optics 4 for collimating the transmitted light beams 2 is subordinate. The transmitter 3 is preferably formed by a laser diode. The transmitted light rays 2 be on a distraction unit 5 guided, by means of which the transmitted light beams 2 be deflected periodically within a scanning A range. As a result, existing barcodes are scanned periodically in the scanning area A. The transmitted light rays reflected at the barcode 2 be as receive beams 6 over the deflection unit 5 and a deflecting means 7 , which may be formed by a beam splitter mirror, on a receiver 8th guided, which is formed by a photodiode or the like. The receiver signals at the output of the receiver 8th become an evaluation unit 9 read in, which is formed by a microprocessor or the like.

Durch das Kontrastmuster eines Barcodes werden den über den Barcode geführten und als Empfangslichtstrahlen 6 zum Empfänger 8 reflektieren Sendelichtstrahlen 2 Amplitudenmodulationen aufgeprägt. In der Auswerteeinheit 9 ist eine Dekodiereinheit integriert, in der die Dekodierung des Barcodes, das heißt die Erfassung und Erkennung des Kontrastmusters des Barcodes aus der Amplitudenmodulation der Empfangslichtstrahlen 6, die auch in den Empfangssignalen des Empfängers 8 enthalten ist, erfolgt.Due to the contrast pattern of a barcode, the barcode is passed over as the receiving light beams 6 to the recipient 8th reflect transmitted light rays 2 Amplitude modulations impressed. In the evaluation unit 9 a decoding unit is integrated, in which the decoding of the barcode, that is the detection and recognition of the contrast pattern of the barcode from the amplitude modulation of the received light beams 6 which also in the receiving signals of the receiver 8th is included.

Für den Fall, dass die Sendeoptik 4 von einer einfachen, stationär angeordneten Linse gebildet wäre, werden die Sendelichtstrahlen 2 auf eine fest vorgegebene Fokuslage, die außerhalb der optoelektronischen Vorrichtung 1 liegt, fokussiert. Dann können die Barcodes nur dann erfasst werden, wenn diese genau in der Fokuslage oder in einem sehr engen Tiefenschärfebereich um die Fokuslage heran angeordnet wären.In the event that the transmitting optics 4 would be formed by a simple, stationary lens, the transmitted light beams 2 to a fixed focal position, outside the optoelectronic device 1 lies, focused. Then, the barcodes can only be detected if they were arranged exactly in the focal position or in a very narrow depth of field around the focus position zoom.

Um die Barcodes in einem stark vergrößerten Raumbereich, das heißt Tiefenschärfenbereich erfassen zu können, kann mittels eines Aktors 10 die Sendeoptik 4 so beeinflusst werden, dass die Fokuslage gezielt geändert werden kann.In order to be able to detect the barcodes in a greatly enlarged spatial area, that is to say the depth of field range, an actuator can be used 10 the transmission optics 4 be influenced so that the focal position can be changed specifically.

Im einfachsten Fall bildet der Aktor 10 ein mechanisches Stellsystem zur Veränderung der Sendeoptik 4, die dann von einer einfachen Linse gebildet sein kann.In the simplest case, the actuator forms 10 a mechanical adjusting system for changing the transmitting optics 4 , which can then be formed by a simple lens.

Alternativ kann die Sendeoptik 4 von einer Flüssigkeitslinse gebildet sein, wobei dann der Aktor 10 Mittel zum Anlegen unterschiedlicher elektrischer Felder aufweist, durch welche die Flüssigkeit in der Flüssigkeitslinse elektrisch beeinflusst wird um so deren Brennweite zu ändern.Alternatively, the transmission optics 4 be formed by a liquid lens, in which case the actuator 10 Having means for applying different electric fields, by which the liquid in the liquid lens is electrically influenced so as to change the focal length.

Weiterhin kann die Sendeoptik 4 auch von einer verspiegelten Membran gebildet sein, an welcher die Sendelichtstrahlen 2 reflektiert werden. Die Membran kann durch Anlegen eines elektrischen Felds durchgebogen werden. Entsprechend der Stärke des Felds ergibt sich eine bestimmte Durchbiegung der Membran, wodurch eine entsprechende Fokuslage erhalten wird.Furthermore, the transmission optics 4 also be formed by a mirrored membrane on which the transmitted light beams 2 be reflected. The membrane can be bent by applying an electric field. Depending on the strength of the field results in a certain deflection of the membrane, whereby a corresponding focal position is obtained.

Der Aktor 10 wird mittels einer in der Auswerteeinheit 9 integrierten Regeleinheit betätigt. Die in der Regeleinheit integrierte Regelung verwendet als Eingangsgrößen die Größe des Lichtflecks an einer vorgegebenen Messstelle zwischen Sender 3 und Ablenkeinheit 5. Bei bekanntem räumlichen Verlauf der Sendelichtstrahlen 2 liefert die Größe des Lichtflecks ein direktes Maß für die Fokuslage der Sendelichtstrahlen 2. Damit kann in der Regeleinheit der Aktor 10 in Abhängigkeit der aktuellen Fokuslage der Sendelichtstrahlen 2 nachgeführt werden, so dass die Fokuslage der Sendelichtstrahlen 2 schnell und genau eingestellt werden kann.The actor 10 is by means of a in the evaluation 9 integrated control unit operated. The control integrated in the control unit uses as input variables the size of the light spot at a predetermined measuring point between transmitters 3 and deflection unit 5 , With known spatial course of the transmitted light beams 2 The size of the light spot provides a direct measure of the focal position of the transmitted light beams 2 , This can be in the control unit of the actuator 10 depending on the current focus position of the transmitted light beams 2 be tracked so that the focus position of the transmitted light beams 2 can be adjusted quickly and accurately.

Die Messstelle zur Bestimmung der Größe des Lichtflecks der Sendelichtstrahlen 2 ist durch einen Strahlteiler 11 bestimmt, der wie das Umlenkmittel von einem Strahlteilerspiegel gebildet ist. Durch den Strahlteiler 11 wird ein kleiner Teil der Lichtmenge der Sendelichtstrahlen 2 ausgekoppelt und auf einen Bildsensor 12 projiziert. Vorzugsweise liegt der Anteil des ausgekoppelten Sendelichts unterhalb 5%.The measuring point for determining the size of the light spot of the transmitted light beams 2 is through a beam splitter 11 Certainly, like that Deflection means is formed by a beam splitter mirror. Through the beam splitter 11 becomes a small part of the amount of light of the transmitted light rays 2 decoupled and onto an image sensor 12 projected. Preferably, the proportion of decoupled transmitted light is below 5%.

Der Bildsensor 12, der in 2 in einer Draufsicht dargestellt ist, besteht aus einer flächigen, im vorliegenden Fall rechteckigen oder quadratischen Anordnung von lichtempfindlichen Empfangselementen 12a, die in Zeilen Z_i und Spalten S_i angeordnet sind. Der Bildsensor 12 ist beispielsweise von einem CMOS-Sensor oder CCD-Sensor gebildet.The image sensor 12 who in 2 is shown in a plan view, consists of a flat, in the present case rectangular or square arrangement of photosensitive receiving elements 12a arranged in rows Z _i and columns S _i . The image sensor 12 is for example formed by a CMOS sensor or CCD sensor.

Die Signale der Empfangselemente 12a des Bildsensors 12 werden in die Auswerteeinheit eingelesen. Anhand dieser Signale wird in der Auswerteeinheit 9 die Größe des Lichtflecks und daraus die Fokuslage der Sendelichtstrahlen 2 bestimmt.The signals of the receiving elements 12a of the image sensor 12 are read into the evaluation unit. Based on these signals is in the evaluation 9 the size of the light spot and from this the focus position of the transmitted light rays 2 certainly.

2 zeigt schematisch die Abbildung des Lichtflecks der Sendelichtstrahlen 2 auf dem Bildsensor 12. Wie aus 2 ersichtlich, ist der Lichtfleck im vorliegenden Fall nicht rotationssymmetrisch ausgebildet. Vielmehr ist die Höhe des Lichtflecks, das heißt dessen Ausdehnung in Spaltenrichtung des Bildsensors 12, in 2 mit y bezeichnet, größer als die Breite des Lichtflecks, das heißt dessen Ausdehnung in Zeilenrichtung des Bildsensors 12, in 2 mit x bezeichnet. 2 schematically shows the image of the light spot of the transmitted light beams 2 on the image sensor 12 , How out 2 As can be seen, the light spot is not rotationally symmetrical in the present case. Rather, the height of the light spot, that is its extension in the column direction of the image sensor 12 , in 2 denoted by y, greater than the width of the light spot, that is, its extension in the line direction of the image sensor 12 , in 2 denoted by x.

Weiterhin ist in 2 der Randbereich des Lichtflecks mit R bezeichnet. Durch Unregelmäßigkeiten der verwendeten optischen Bauteile kann der Randbereich des Lichtflecks etwas verwaschen sein und lokale Unregelmäßigkeiten aufweisen.Furthermore, in 2 the edge region of the light spot is denoted by R. Due to irregularities of the optical components used, the edge region of the light spot may be slightly washed out and have local irregularities.

Gemäß einer ersten Variante der in der Auswerteeinheit 9 durchgeführten Auswertung zur Ermittlung der Höhe beziehungsweise Breite des Lichtflecks werden Zeilen- beziehungsweise Spaltenintegrale der Signale der Empfangselemente 12a herangezogen.According to a first variant of the evaluation unit 9 evaluation carried out to determine the height or width of the light spot are line or column integral of the signals of the receiving elements 12a used.

Bei der Ermittlung der Breite des Lichtflecks werden in einem ersten Schritt die Zeilenintegrale aller Zeilen Z_i des Bildsensors 12 gebildet, das heißt für jede Zeile Z_i wird die Summe der Signale aller Empfangselemente 12a dieser Zeile Z_i gebildet. Dann wird ermittelt, welche Zeile Z_i den höchsten Summenwert aufweist. Diese Zeile Z_i wird als Zentrum des Lichtflecks definiert. Dann wird, ausgehend vom Zentrum, nach oben und unten geprüft, ab welcher Zeile Z_i der Summenwert auf einen bestimmten Bruchteil des höchsten Summenwerts gefallen ist. Vorzugsweise beträgt dieser Bruchteil (1/e)² des größten Summenwerts. Die Zeilen Z_i mit diesen Bruchteil-Werten bilden dann die obere und untere Grenze des Lichtflecks, das heißt die Differenz dieser die Grenzwerte bildenden Zeilen Z_i definiert die Höhe des Lichtflecks.In determining the width of the light spot, in a first step, the line integrals of all lines Z _{i of} the image sensor 12 formed, that is for each line Z _i is the sum of the signals of all receiving elements 12a formed this line Z _i . Then it is determined which row Z _{i has} the highest sum value. This line Z _i is defined as the center of the light spot. Then, starting from the center, it is checked up and down from which line Z _i the summation value has fallen to a certain fraction of the highest summation value. Preferably, this fraction (1 / e) is ^{2 of} the largest sum value. The line Z _i with these fractional values then form the upper and lower limit of the light spot, i.e., the difference between these limits the forming line Z _i defines the height of the light spot.

Die Bestimmung der Breite des Lichtflecks erfolgt in analoger Weise, wobei hier anstelle der Zeitintegrale die Spaltenintegrale, das heißt die Summe der Signale aller Empfangselemente 12a jeweils einer Spalte S_i gebildet wird. Dann wird zunächst die Spalte S_i gesucht, die den höchsten Scannwert aufweist. Ausgehend hiervon werden nach links und rechts gehend die Spalten S_i gesucht, bei welcher der Summenwert auf (1/e)² des Maximalwerts gefallen ist. Diese Spalten S_i definieren dann die linke und rechte Grenze des Lichtflecks.The determination of the width of the light spot is carried out in an analogous manner, in which case, instead of the time integrals, the column integrals, that is to say the sum of the signals of all the receiving elements 12a each one column S _{i is} formed. Then, first, the column S _{i is} searched for, which has the highest scanning value. Proceeding from this, the columns S _{i are} searched to the left and right, at which the sum value has dropped to (1 / e) ^{2 of} the maximum value. These columns S _i then define the left and right boundaries of the light spot.

Gemäß einer zweiten Variante erfolgt die Bestimmung der Höhe und Breite des Lichtflecks durch Bilden von Erwartungswerten. Zunächst wird hierzu der Schwerpunkt des Lichtflecks durch ortsaufgelöste Summation über die Signale der Empfangselemente 12a gebildet. Die Position des so bestimmten Schwerpunkts in x-Richtung, das heißt in Zeilenrichtung, wird im Folgenden als x_s bezeichnet. Entsprechend wird mit y_s die Position des Schwerpunkts in y-Richtung, das heißt in Spaltenrichtung, bezeichnet.According to a second variant, the determination of the height and width of the light spot is carried out by forming expected values. First, this is the focus of the light spot by spatially resolved summation on the signals of the receiving elements 12a educated. The position of the centroid thus determined in the x direction, that is to say in the row direction, is referred to below as x _s . Accordingly, y _s denotes the position of the center of gravity in the y direction, that is to say in the column direction.

Der Erwartungswert B_x für die Breite des Lichtflecks errechnet sich dann gemäß folgender Beziehung

The expected value B _x for the width of the light spot is then calculated according to the following relationship

Entsprechend errechnet sich der Erwartungswert B_y für die Höhe des Lichtflecks gemäß folgender Beziehung

Accordingly, the expected value B _y for the height of the light spot is calculated according to the following relationship

Die Größe S_min stellt die Bestrahlungsstärke, das heißt Amplitude des Signals des Empfangselemente 12a in der m-ten Zeile Z_m und in der n-ten Spalte S_n des Bildsensors 12 dar.The size S _min represents the irradiance, that is amplitude of the signal of the receiving elements 12a in the mth row Z _m and in the nth column S _{n of} the image sensor 12 represents.

Weiter bezeichnet x_m den Abstand des Empfangselements 12a mit der Bestrahlungsstärke S_min in x-Richtung zur x_s und y_m den Abstand der Empfangselemente 12a mit der Bestrahlungsstärke S_min in y-Richtung zu y_s. Sowohl x_m als auch y_m bilden quantisierte Größen derart, dass diese Nummern m oder n von Empfangselementen 12a des Bildsensors 12 entsprechen.Further, x _m denotes the distance of the receiving element 12a with the irradiance S _min in the x-direction to x _s and y _m the distance of the receiving elements 12a with the irradiance S _min in the y direction to y _s . Both x _m and y _m form quantized quantities such that these numbers m or n of receiving elements 12a of the image sensor 12 correspond.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Optoelektronische VorrichtungOptoelectronic device
22: SendelichtstrahlenTransmitted light beams
33: Sendertransmitter
44: Sendeoptiktransmission optics
55: AblenkeinheitDeflector
66: EmpfangslichtstrahlenReceiving light rays
77: Umlenkmitteldeflecting
88th: Empfängerreceiver
99: Auswerteeinheitevaluation
1010: Aktoractuator
1111: Strahlteilerbeamsplitter
1212: Bildsensorimage sensor
12a12a: Empfangselementreceiving element
AA: Abtastbereichscanning
RR: Randbereichborder area
Z_i Z _i: Zeilenrow
S_i S _i: Spaltencolumns
S_min S _min: Bestrahlungsstärkeirradiance

Claims

Optoelectronic device for detecting marks, in particular barcodes, with a transmitter emitting light emitting beams focused on a focus position, a receiver receiving receiving light beams, the marks being scanned periodically by means of the transmitted light beams, characterized in that a part of the transmitted light beams ( 2 ) and coupled to a flat image sensor ( 12 ), which has a planar array of receiving elements (rows and columns) ( 12a ), that an evaluation unit ( 9 ) as means for determining the size of the light spot of the transmitted light beams ( 2 ) on the image sensor ( 12 ) and for calculating the focus position of the transmitted light beams ( 2 ) is provided depending on four sizes of the light spot, wherein in the evaluation unit ( 9 ) as a measure of the size of the light spot whose width is an extension in the row direction and whose height is an extension in the column direction of the image sensor ( 12 ), and in order to determine the width of the light spot, column integrals of the signals of the receiving elements ( 12a ) of the image sensor ( 12 ) and to determine the height of the light spot line integrals of the signals of the receiving elements ( 12a ) of the image sensor ( 12 ), or that in the row and column direction of the image sensor ( 12 ) Expectation values for the width and height are formed, which are related to the focal points of the light spot in the row and column direction.

Optoelectronic device according to claim 1, characterized in that the image sensor ( 12 ) is a CMOS sensor or a CCD sensor.

Optoelectronic device according to one of claims 1 or 2, characterized in that the coupling of the transmitted light beams ( 2 ) by means of a beam splitter ( 11 ) he follows.

Optoelectronic device according to claim 3, characterized in that the beam splitter ( 11 ) between the transmitter ( 3 ) and a deflection unit ( 5 ) for the periodic deflection of the transmitted light beams ( 2 ) is arranged.

Optoelectronic device according to one of claims 1 to 4, characterized in that in the evaluation unit ( 9 ) a control unit is provided, by means of which an actuator ( 10 ) for adjusting the focal position of the transmitted light beams ( 2 ) is provided.

Optoelectronic device according to one of claims 1 to 5, characterized in that for determining the width of the light spot, the column integral with the highest signal value, the center of the light spot in the line direction of the image sensor ( 12 ), and that the boundaries of the light spot are defined by the column integrals at which the signal value has dropped to a certain part of the highest signal value.

Optoelectronic device according to one of claims 1 to 6, characterized in that for determining the height of the light spot, the line integral with the highest signal value, the center of the light spot in the column direction of the image sensor ( 12 ), and that the boundaries of the light spot are defined by the line integrals at which the signal value has dropped to a certain part of the highest signal value.

Optoelectronic device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the focal points of the light spot in the row and column direction from the signals of the receiving elements ( 12a ) of the image sensor ( 12 ) be determined in advance.