DE102012104582A1 - Optical sensor - Google Patents
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- G06K2007/10485—Arrangement of optical elements
Abstract
Die Erfindung betrifft einen optischen Sensor zur Erfassung von Codes und umfasst eine eine matrixförmige Anordnung von Pixeln (7a) aufweisende Flächenkamera (7) und eine Auswerteeinheit (10), in welcher zur Dekodierung der Codes Ausgangssignale der Flächenkamera (7) ausgewertet werden. Mit der Flächenkamera (7) ist eine plenoptische Kamera ausgebildet.The invention relates to an optical sensor for detecting codes and comprises a surface-area camera (7) having a matrix-like arrangement of pixels (7a) and an evaluation unit (10) in which output signals of the area camera (7) are evaluated for decoding the codes. With the area camera (7) a plenoptic camera is formed.
Description
Die Erfindung betrifft einen optischen Sensor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an optical sensor according to the preamble of
Derartige optische Sensoren werden zur Erfassung von Codes, insbesondere Barcodes eingesetzt. Diese optischen Sensoren umfassen neben einer Beleuchtungseinheit als Empfangseinheit eine Flächenkamera, der typischerweise eine Linse vorgeordnet ist, mit der von einem Code zurückreflektierte Lichtstrahlen auf die Flächenkamera abgebildet werden. Das so auf der Flächenkamera erhaltende Bild des Codes wird in einer Auswerteeinheit ausgewertet. Hierzu werden die Ausgangssignale der einzelnen Pixel der Flächenkamera in die Auswerteeinheit eingelesen. Anhand dieser eingelesenen Bildinformationen wird in der Auswerteeinheit der gelesene Code dekodiert.Such optical sensors are used for the detection of codes, in particular barcodes. These optical sensors comprise, in addition to a lighting unit as a receiving unit, an area camera, which is typically preceded by a lens with which light beams reflected back from a code are imaged onto the area camera. The image of the code thus obtained on the area camera is evaluated in an evaluation unit. For this purpose, the output signals of the individual pixels of the area camera are read into the evaluation unit. On the basis of this read-in image information, the read code is decoded in the evaluation unit.
Durch die Abbildungseigenschaften einer der Flächenkamera vorgeordneten Linse können die Codes nur in einem eng begrenzten Distanzbereich, dem sogenannten Schärfentiefebereich, 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.Due to the imaging properties of a lens camera upstream of the codes, the codes can be detected only in a narrow distance range, the so-called depth of field, since the code is only with the lens sufficiently sharp imaged on the surface camera, if he at least approximately in the range of the image Lens lies.
Um eine hohe Verfügbarkeit des optischen Sensors zu erhalten, ist es jedoch erforderlich, dass mit diesem Codes innerhalb eines möglichst großen Schärfentiefebereichs erfasst werden können.However, in order to obtain high availability of the optical sensor, it is necessary that it can detect codes within the largest possible depth of field.
Um den Schärfentiefebereich 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.
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.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen optischen Sensor bereitzustellen mittels dessen bei geringem konstruktivem Aufwand Codes in einem möglichst großen Schärfentiefebereich erfasst werden können.The invention has for its object to provide an optical sensor by means of which codes can be detected in the largest possible depth of field with low design effort.
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
Die Erfindung betrifft einen optischen Sensor zur Erfassung von Codes und umfasst eine eine matrixförmige Anordnung von Pixeln aufweisende Flächenkamera und eine Auswerteeinheit, in welcher zur Dekodierung der Codes Ausgangssignale der Flächenkamera ausgewertet werden. Mit der Flächenkamera ist eine plenoptische Kamera ausgebildet.The invention relates to an optical sensor for detecting codes and comprises an area camera having a matrix-like arrangement of pixels and an evaluation unit in which output signals of the area camera are evaluated for the decoding of the codes. With the area camera a plenoptic camera is formed.
Mit dem erfindungsgemäßen optischen Sensor wird ohne den Einsatz von bewegten Teilen oder Stellvorrichtungen ein großer Schärfentiefebereich realisiert, innerhalb dessen Codes, insbesondere Barcodes sicher und zuverlässig erfasst werden können.With the optical sensor according to the invention, a large depth of field range is realized without the use of moving parts or adjusting devices within which codes, in particular bar codes, can be detected reliably and reliably.
Der mit dem erfindungsgemäßen optischen Sensor erfassbare große Schärfentiefebereich wird dadurch realisiert, dass die optische Empfangseinheit zum Empfang von Lichtstrahlen, die von einem Code zurückreflektiert werden, als plenoptische Kamera ausgebildet ist.The large depth of field can be detected by the optical sensor according to the invention is realized in that the optical receiving unit for receiving light rays, which are reflected back from a code, is formed as a plenoptic camera.
Die plenoptische Kamera umfasst dabei neben der Flächenkamera eine Hauptlinse und eine matrixförmige Mikrolinsenanordnung. Dabei ist die Mikrolinsenanordnung in der Brennebene der Hauptlinse angeordnet, während die hinter der Mikrolinsenanordnung angeordnete Flächenkamera außerhalb der Brennebene der Hauptlinse liegt.The plenoptic camera comprises, in addition to the area camera, a main lens and a matrix-shaped microlens array. In this case, the microlens array is arranged in the focal plane of the main lens, while the surface camera arranged behind the microlens array lies outside the focal plane of the main lens.
Durch diese Anordnung werden die Lichtstrahlen defokussiert auf die Pixel der Flächenkamera abgebildet. Durch die einzelnen Mikrolinsen der Mikrolinsenanordnung werden die Lichtstrahlen gebrochen und zu einem Kegel erweitert, der kreisförmig auf die Sensorfläche der Flächenkamera trifft. Je nach Einfallsrichtung der Lichtstrahlen ändern sich die Auftreffpunkte des Lichtkegels auf der Flächenkamera. Damit liefern die Ausgangssignale der Pixel der Flächenkamera nicht nur Informationen über die Position des einfallenden Lichts sondern auch über dessen Einfallsrichtung.By this arrangement, the light beams are reflected defocused on the pixels of the area camera. Due to the individual microlenses of the microlens array, the light rays are refracted and expanded into a cone which meets the sensor surface of the area camera in a circle. Depending on the direction of incidence of the light rays, the impact points of the light cone on the surface camera change. Thus, the output signals of the pixels of the area camera not only provide information about the position of the incident light but also about its direction of incidence.
Diese Informationen werden in der Auswerteeinheit des optischen Sensors ausgewertet. Dabei erfolgt die Auswertung derart, dass in der Auswerteeinheit ein unterschiedliches Gruppieren und Zusammenfassen einzelner Pixel durchgeführt wird. Da die einzelnen belichteten Pixel einzelnen Lichtstrahlen zugeordnet sind, entspricht dies einer unterschiedlichen Gruppierung und Zusammenfassung einzelner Strahlen. Damit wird durch diese Auswertung eine synthetische, das heißt rechnerische Refokussierung des an der Flächenkamera erhaltenen Bilds erhalten. Durch unterschiedliche Refokussierungen wird in einem großen Schärfentiefebereich ein ausreichend scharfes, auswertbares Bild eines Codes erhalten, das heißt Codes können in einem sehr großen Schärfentiefebereich sicher erfasst werden.This information is evaluated in the evaluation unit of the optical sensor. In this case, the evaluation takes place in such a way that a different grouping and combining of individual pixels is carried out in the evaluation unit. Since the individual illuminated pixels are assigned to individual light beams, this corresponds to a different grouping and combination of individual beams. This results in a synthetic, that is to say mathematical, refocusing of the image obtained on the area camera by this evaluation. Through different refocusing For example, in a large depth of field, a sufficiently sharp evaluable image of a code is obtained, that is, codes can be surely detected in a very large depth of field.
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass allein durch die synthetische Refokussierung der Bildinformationen der Flächenkamera in der Auswerteeinheit eine Erhöhung des Schärfentiefebereichs erreicht wird. Damit brauchen keine Stellelemente zur Verstellung oder Veränderung von Optikelementen vorgesehen werden, wodurch sich ein sehr geringer konstruktiver Aufwand ergibt. Weiterhin ist vorteilhaft, dass die synthetische Refokussierung in der Auswerteeinheit im Vergleich zur Bewegung von Stellelementen für Optikelemente sehr schnell durchgeführt werden kann, so dass auch mehrere Codes in unterschiedlichen Abständen sehr schnell hintereinander erfasst werden können.An essential advantage of the invention is that only by the synthetic refocusing of the image information of the area camera in the evaluation an increase in the depth of field is achieved. Thus, no adjusting elements for adjusting or changing of optical elements need to be provided, resulting in a very low design effort. Furthermore, it is advantageous that the synthetic refocussing in the evaluation unit can be carried out very quickly in comparison to the movement of control elements for optical elements, so that several codes at different distances can also be detected very quickly in succession.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen optischen Sensors besteht darin, dass mit diesem sowohl eindimensionale auch zweidimensionale Codes in einem großen Schärfentiefebereich erfasst werden können.Another essential advantage of the optical sensor according to the invention is that both one-dimensional and two-dimensional codes can be detected in a large depth of field range with this.
Der optische Sensor ist vorteilhaft als stationärer Codeleser ausgebildet. Mit diesem können beispielsweise Codes auf Gegenständen, die in Förderanlagen transportiert werden, erfasst werden. Insbesondere eignet sich ein derartiger optischer Sensor für den Einsatz in Analyseautomaten. Dort müssen Codes auf Probenröhrchen, die in sogenannten Racks in unterschiedlichen Einschubpositionen in einen Analyseautomaten eingeschoben werden, erkannt werden. Durch den großen Schärfentiefebereich, der mit dem optischen Sensor realisiert wird, können die Codes in allen Einschubpositionen sicher erkannt werden.The optical sensor is advantageously designed as a stationary code reader. With this example, codes on objects that are transported in conveyors, are detected. In particular, such an optical sensor is suitable for use in automatic analyzers. There, codes must be detected on test tubes, which are inserted in so-called racks in different insertion positions in an automatic analyzer. Due to the large depth of field, which is realized with the optical sensor, the codes can be reliably detected in all slot positions.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:The invention will be explained below with reference to the drawings. Show it:
Auf den Barcode
Der Flächenkamera
Die Beleuchtungseinheit
Durch die Kontraststruktur des Codes, die im vorliegenden Fall von hellen und dunklen Strichelementen des Barcodes
In der Auswerteeinheit
Um mit dem optischen Sensor
Wie aus
Durch die Anordnung der Flächenkamera
Diese Informationen werden in der Auswerteeinheit
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Optischer SensorOptical sensor
- 22
- Gehäusecasing
- 3a3a
- Beleuchtungseinheitlighting unit
- 44
- Lichtstrahlenlight rays
- 55
- Fensterwindow
- 66
- Barcodebarcode
- 77
- FlächenkameraAreascan
- 7a7a
- Pixelpixel
- 88th
- MikrolinsenarrayMicrolens array
- 99
- Hauptlinsemain lens
- 1010
- Auswerteeinheitevaluation
- 1111
- SchärfentiefebereichDepth of field
Claims (9)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102012104582A DE102012104582A1 (en) | 2012-05-29 | 2012-05-29 | Optical sensor |
CH00970/13A CH706536A2 (en) | 2012-05-29 | 2013-05-15 | Optical sensor i.e. stationary code reader, for detecting e.g. bar codes on sample tube transported by conveyor system, has polarized camera formed with surface camera, and evaluation unit evaluating output signals of surface camera |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE102012104582A DE102012104582A1 (en) | 2012-05-29 | 2012-05-29 | Optical sensor |
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Publication Number | Publication Date |
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DE102012104582A1 true DE102012104582A1 (en) | 2013-12-05 |
Family
ID=49579220
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102012104582A Withdrawn DE102012104582A1 (en) | 2012-05-29 | 2012-05-29 | Optical sensor |
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DE (1) | DE102012104582A1 (en) |
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2013
- 2013-05-15 CH CH00970/13A patent/CH706536A2/en not_active Application Discontinuation
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102009008893A1 (en) * | 2009-02-13 | 2010-10-28 | Leuze Electronic Gmbh + Co. Kg | Optical sensor |
WO2010121637A1 (en) * | 2009-04-22 | 2010-10-28 | Raytrix Gmbh | Digital imaging system, plenoptic optical device and image data processing method |
Also Published As
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CH706536A2 (en) | 2013-11-29 |
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