DE102012105100B4

DE102012105100B4 - Optischer Sensor

Info

Publication number: DE102012105100B4
Application number: DE102012105100.3A
Authority: DE
Inventors: Jörg Wörner
Original assignee: Leuze Electronic GmbH and Co KG
Current assignee: Leuze Electronic GmbH and Co KG
Priority date: 2012-06-13
Filing date: 2012-06-13
Publication date: 2014-08-21
Anticipated expiration: 2032-06-14
Also published as: DE102012105100A1; CH706625A2; CH706625B1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen optischen Sensor zur Erfassung von Codes und umfasst eine eine matrixförmige Anordnung von Pixeln (9a) aufweisende Flächenkamera (9), sowie ein der Flächenkamera (9) vorgeordnetes Optikelement, mittels dessen von einem Code zurückreflektierte Lichtstrahlen (8) auf die Flächenkamera (9) abgebildet werden. Die Flächenkamera (9) und das Optikelement sind in einer Scheimpflug-Anordnung angeordnet. Mit einer Auswerteeinheit (12) werden zur Dekodierung eines Codes Ausgangssignale der Pixel (9a) der Flächenkamera (9) ausgewertet. Desweiteren sind Distanzmessmittel vorgesehen, mittels derer ein für den Abstand eines zu erfassenden Codes repräsentativer Distanzwert ermittelt wird. In Abhängigkeit des ermittelten Distanzwerts wird ein Fenster (F1) als Teilbereich der Flächenkamera (9) gebildet, wobei die Pixel (9a) innerhalb des Fensters (F1) selektiv ausgelesen und nur diese Pixel (9a) zur Codeerfassung in der Auswerteeinheit (12) herangezogen werden.

Description

Die Erfindung betrifft einen optischen Sensor.
Optische Sensoren der in Rede stehenden Art werden zur Erfassung von Codes, insbesondere Barcodes eingesetzt. Derartige Barcodelesegeräte bildende optische Sensoren werden in unterschiedlichsten industriellen Applikationen, wie zum Beispiel der Fördertechnik oder auch der Medizintechnik, insbesondere im Bereich der Blutanalysetechnik, eingesetzt.
Bekannte optische Sensoren bilden scannende Systeme, bei welchen ein von einer Laserdiode emittierter Laserstrahl über eine Ablenkeinheit in Form eines motorisch getriebenen Polygonspiegelrads innerhalb eines Abtastbereichs periodisch abgelenkt wird. In diesem Abtastbereich können dann Barcodes erfasst werden, indem der Laserstrahl über das Strichmuster des Barcodes geführt wird. Nachteilig bei derartigen optischen Sensoren ist, dass der Laserstrahl exakt zu den Strichmustern des Barcodes ausgerichtet sein muss, um den Barcode erfassen zu können. In vielen Applikationen ist eine derartige definierte Ausrichtung jedoch nicht gegeben. Weiterhin ist der hohe optomechanische Aufwand derartiger optischer Sensoren nachteilig. Insbesondere die für die Ablenkung und Ausrichtung des Laserstrahls benötigten Teile sind konstruktiv aufwändig. Schließlich führen die bewegten Teile, die für die Ablenkung des Laserstrahls sorgen, zu einer geringen Lebensdauer des optischen Sensors und auch zu einer geringen Zuverlässigkeit bei der Barcodedetektion.
Weiterhin sind optische Sensoren zur Erfassung von Codes, insbesondere Barcodes bekannt, die als Lichtempfangselement eine Flächenkamera einsetzen. Vorteilhaft hierbei ist, dass in diesem Fall eine stationäre Beleuchtungseinheit ausreicht und auf einen Scanner mit bewegten Teilen zur Lichtablenkung verzichtet werden kann.
Probleme treten jedoch bei derartigen optischen Sensoren dann auf, wenn mit diesen in relativ kurzen Zeitabständen Barcodes gelesen werden müssen, die als Strichcodes mit hohen Dichten, das heißt einer hohen Anzahl von einzelnen Strichelementen, das heißt Modulen mit geringen Modulbreiten ausgebildet sind. Zur Erfassung derartiger Barcodes müssen Flächenkameras mit hohen Auflösungen, das heißt einer großen Anzahl von Pixeln eingesetzt werden. Jedoch weisen derartige Flächenkameras im Vergleich zu deren Auflösung relativ geringe Pixelleseraten auf. Damit ergeben sich für diese hoch auflösenden Flächenkameras entsprechend kleine Bildaufnahmeraten, die durch den Quotient der Pixelleserate und der Anzahl der Pixel definiert sind. Werden nun die zu detektierenden Barcodes mit größeren Geschwindigkeiten relativ zum optischen Sensor bewegt, ist die Bildaufnahmerate des optischen Sensors kleiner als die erforderliche Barcodeleserate, das heißt es können nicht alle der am optischen Sensor vorbei bewegten Barcodes erfasst werden.
Ein weiteres Problem derartiger optischen Sensoren besteht darin, dass durch die Abbildungseigenschaften einer der Flächenkamera vorgeordneten Linse oder sonstigen Optik Codes, insbesondere Barcodes 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.
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.
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.
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.
Aus der DE 689 26 664 T2 sind eine Detektoranordnung und ein Beleuchtungssystem für einen Strichkode-Abtaster bekannt. Die Detektoranordnung besteht aus einer Flächenkamera mit einer matrixförmigen Anordnung von Pixeln. Weiterhin ist ein Optikelement vorgesehen, mittels dessen von einem Strichkode zurückreflektierte Lichtstrahlen auf die Flächenkamera abgebildet werden. Dabei sind die Flächenkamera und das Optikelement in einer Scheimpflug-Anordnung positioniert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen optischen Sensor der eingangs genannten Art bereitzustellen, der bei geringem konstruktivem Aufwand eine hohe Funktionalität aufweist.
Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Die Erfindung betrifft einen optischen Sensor zur Erfassung von Codes und umfasst eine eine matrixförmige Anordnung von Pixeln aufweisende Flächenkamera, sowie ein der Flächenkamera vorgeordnetes Optikelement, mittels dessen von einem Code zurückreflektierte Lichtstrahlen auf die Flächenkamera abgebildet werden. Die Flächenkamera und das Optikelement sind in einer Scheimpflug-Anordnung angeordnet. Mit einer Auswerteeinheit werden zur Dekodierung eines Codes Ausgangssignale der Pixel der Flächenkamera ausgewertet. Desweiteren sind Distanzmessmittel vorgesehen, mittels derer ein für den Abstand eines zu erfassenden Codes repräsentativer Distanzwert ermittelt wird. in Abhängigkeit des ermittelten Distanzwerts wird ein Fenster als Teilbereich der Flächenkamera gebildet, wobei die Pixel innerhalb des Fensters selektiv ausgelesen und nur diese Pixel zur Codeerfassung in der Auswerteeinheit herangezogen werden.
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.
Damit kann der optische Sensor beispielsweise im Bereich der Analyseautomation eingesetzt werden, denn dort müssen Codes in unterschiedlichen Distanzen erfasst werden, wobei diese zudem relativ zum optischen Sensor bewegt werden, so dass auch hohe Leseraten bei der Codeerfassung erforderlich sind.
Bei Anwendungen im Bereich der Analyseautomation werden mit dem optischen Sensor Codes auf Probenröhrchen und/oder auf einem Probenröhrchen aufnehmenden Probenträger, welcher in vorgegebenen Einschubpositionen in einen Analyseautomaten eingeführt wird, erfasst.
Da die Probenträger wahlweise in eine relativ große Anzahl von in Abstand zueinander liegenden Einschubfächer eingeführt werden können, wobei die Codes bei Einschieben in die Einschubfächer erfasst werden müssen, muss mit dem optischen Sensor ein entsprechend großer Schärfentiefebereich abgedeckt werden, um die Codes bei Einschub in eines der Einschubfächer sicher zu erkennen.
Ein derartiger großer Schärfentiefebereich wird allein durch die erfindungsgemäße Scheimpflug-Anordnung der Flächenkamera und des der Flächenkamera zugeordneten Optikelements erzielt.
Besonders vorteilhaft ist die Scheimpflug-Anordnung dadurch gegeben, dass sich die Ebenen der Flächenkamera und des Optikelements sowie die eine Scheimpflugebene bildende Abbildungsebene der Flächenkamera in einem Punkt schneiden. Ein zu erfassender Code ist geneigt zur Scheimpflugebene angeordnet und schneidet diese.
Mit dieser Scheimpflug-Anordnung wird ein besonders großer Schärfentiefebereich erhalten, da ein Code immer dann am optischen Sensor erfasst werden kann, wenn dieser die Scheimpflugebene schneidet. Dabei kann der Code entlang seiner Schnittlinie mit der Scheimpflugebene sicher gelesen werden, da dort eine entsprechend scharfe Abbildung des Codes auf der Flächenkamera erhalten wird. Damit eignet sich der erfindungsgemäße optische Sensor besonders gut zur Erfassung eindimensionaler Codes oder sehr schmaler, langgestreckter zweidimensionaler Codes.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen optischen Sensors besteht darin, dass auch bei hohen Barcoderaten, das heißt bei einer großen Anzahl von per Zeiteinheit in den Erfassungsbereich der Flächenkamera eintretenden Codes, insbesondere Barcodes, alle Barcodes sicher und zuverlässig detektiert werden können, und zwar auch dann, wenn diese Barcodes in unterschiedlichen Distanzen relativ zum optischen Sensor angeordnet sind.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass mittels der Auswerteeinheit eine dynamische Fensterung der Flächenkamera durchgeführt wird. Dabei erfolgt die Fensterung in Abhängigkeit von Distanzwerten, die mit Distanzmessmittel erfasst werden, wobei diese Distanzwerte ein Maß für den Abstand eines aktuell zu erfassenden Codes zum optischen Sensor bilden. Je nach Abstand eines Codes zum optischen Sensor wird dieser verschieden groß auf der Flächenkamera abgebildet. Abhängig von den ermittelten Distanzwerten wird daher in der Auswerteeinheit für jeden zu erfassenden Code ein an dessen Größe angepasstes Fenster als Teilbereich der lichtempfindlichen Fläche der Flächenkamera so definiert, dass der Code vollständig innerhalb dieses Fensters liegt.
Mit dieser Fensterung werden immer nur die Pixel in dem jeweiligen Fenster ausgelesen und für die Bildauswertung in der Auswerteeinheit verwendet, nicht jedoch die außerhalb des jeweiligen Fensters liegenden Pixel. Damit kann die Bildausleserate des optischen Sensors gegenüber dem herkömmlichen Betrieb des optischen Sensors, bei welchem alle Pixel der Flächenkamera ausgelesen werden müssen, erheblich gesteigert werden. Dadurch wird erreicht, dass die Bildausleserate des optischen Sensors erheblich größer ist als die Barcoderate, wodurch gewährleistet ist, dass sämtliche der am optischen Sensor vorbei bewegten Barcodes sicher detektiert werden können.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Distanzmessung nach dem Triangulationsprinzip, wobei hierzu als Distanzmessmittel ein Sendelichtstrahlen emittierender Sender sowie ein Teilbereich der Flächenkamera als ortsauflösender Empfänger vorgesehen ist.
Vorteilhaft hierbei ist, dass die Flächenkamera nicht nur zur Codeerfassung sondern auch zur Distanzmessung verwendet wird. Damit kann auf einen separaten Empfänger für die Distanzmessung verzichtet werden.
Alternativ erfolgt die Distanzmessung nach dem Pulslaufzeitprinzip oder dem Phasenmessprinzip, wobei als Distanzmessmittel ein Sendelichtstrahlen emittierender Sender sowie ein von der Flächenkamera unabhängiger Empfänger vorgesehen sind.
Prinzipiell können zur Distanzmessung auch andere Sensorsysteme wie Ultraschallsensoren eingesetzt werden.
Besonders vorteilhaft erfolgt die Distanzmessung gegen eine Zielmarke, die in einer vorgegebenen Sollposition relativ zu dem zu erfassenden Code angeordnet ist.
Mit dieser Zielmarke erfolgt eine exakte Referenzierung der Distanzmessung, wodurch deren Zuverlässigkeit und Genauigkeit erheblich erhöht wird. Für den Fall, dass mit den Distanzmessmitteln eine optische Distanzmessung durchgeführt wird, weist die Zielmarke eine Oberfläche mit einer hohen Reflektivität auf, so dass eine für die Distanzmessung ausreichende Lichtmenge von dieser zurückreflektiert wird.
Bei einem Einsatz des optischen Sensors im Bereich der Analyseautomation ist die Zielmarke vorteilhaft auf dem oder jedem Probenträger angeordnet, der zur Aufnahme von Probenröhrchen dient. Da die Probenröhrchen in definierten Aufnahmen des Probenträgers gelagert sind, besteht somit ein fester räumlicher Bezug der Anordnung der Zielmarke zu den Positionen der Probenröhrchen im Probenträger.
In diesem Fall wird vor oder bei Einschieben des jeweiligen Probenträgers in eine vorgegebene Einschubposition des Analyseautomaten zunächst mit den Distanzmessmitteln die Distanz der Zielmarke zum optischen Sensor bestimmt. Damit sind auch die Distanzen der Codes der Probenröhrchen des Probenträgers relativ zum optischen Sensor bekannt. Anhand dieser Distanzinformation werden dann zum Lesen der Codes der einzelnen Probenröhrchen auf dem Probenträger in der Auswerteeinheit nacheinander Fenster definiert, in welchen die einzelnen Codes liegen. Anhand dieser dynamischen Fensterung wird eine hohe Barcoderate erzielt, mit der es ermöglicht wird, die einzelnen Codes auf den Probenröhrchen während des Einschieben des Probenträgers in den Analyseautomaten sicher zu detektieren.
Der erfindungsgemäße optische Sensor ist besonders vorteilhaft als stationäres Codelesegerät ausgebildet.
Die Flächenkamera ist besonders vorteilhaft von einem CCD- oder CMOS-Array gebildet. Mit derartigen Flächenkameras können die erforderlichen hohen Auflösungen zur Detektion von Barcodes hoher Dichte erzielt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist der erfindungsgemäße optische Sensor eine eigene Beleuchtungseinheit in Form einer Anordnung von Leuchtdioden auf.
Die Belichtungszeiten der Pixel werden besonders vorteilhaft elektronisch gesteuert.
Gemäß einer ersten Variante kann hierzu ein sogenannter Rolling Shutter vorgesehen sein. Mit diesem Rolling Shutter werden die einzelnen Pixel-Zeilen der Flächenkamera rollierend einzeln nacheinander belichtet. Um Fehldetektionen zu vermeiden, muss hierbei mittels der Beleuchtungseinheit das zu detektierende Objekt für die komplette Bildaufnahmezeit, das heißt für die Zeitspanne über welche alle Pixel-Zeilen der Flächenkamera belichtet werden, beleuchtet werden.
Gemäß einer zweiten Variante kann ein sogenannter Global Shutter vorgesehen sein. Bei diesem Global Shutter werden alle Pixel der Flächenkamera zeitgleich belichtet, was die Bildaufnahmezeit erheblich verkürzt.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1a: Draufsicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen optischen Sensors.
1b: Seitenansicht der optoelektronischen Komponenten des optischen Sensors gemäß 1a.
2: Darstellung eines Analyseautomaten mit einem zugeordneten Probenträger.
3: Darstellung der Scheimpflug-Anordnung der Flächenkamera und des Optikelements des optischen Sensors gemäß 1a.
4: Beispiel einer Fensterung der Flächenkamera für den optischen Sensor gemäß 1a.
5: Seitenansicht der optoelektronischen Komponenten eines zweiten Ausführungsbeispiels des optischen Sensors gemäß 1a.
6: Beispiel einer Fensterung der Flächenkamera für den optischen Sensor gemäß 5.
Die 1a und 1b zeigen schematisch den Aufbau eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen optischen Sensors 1. Die Komponenten des optischen Sensors 1 sind in einem Gehäuse 2 integriert. Der optische Sensor 1 ist ein stationäres Codelesegerät, das heißt das Gehäuse 2 des optischen Sensors 1 wird an einer Aufnahme ortsfest gelagert um in dieser Position Codes erfassen zu können. Der optische Sensor 1 umfasst eine Beleuchtungseinheit 3, die bevorzugt eine Anordnung von Leuchtdioden 3a umfasst. Die von der Beleuchtungseinheit 3 emittierten Lichtstrahlen 4 werden durch ein Austrittsfenster 5a in der Frontwand des Gehäuses 2 geführt und dienen zur Ausleuchtung eines Erfassungsbereiches, in welchem Codes erfasst werden können. Die Codes können allgemein als eindimensionale oder zweidimensionale Codes ausgebildet sein. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines eindimensionalen Codes in Form eines Barcodes 6. An die Leuchtdioden 3a der Beleuchtungseinheit 3 schließt ein Sender 7 in Form einer kollimierten Laserdiode an. Die vom Sender 7 emittierten Sendelichtstrahlen 8 werden ebenfalls durch das Austrittfenster 5a geführt. Der Sender 7 bildet eine Komponente von Distanzmessmitteln.
Auf den Barcode 6 auftreffende Lichtstrahlen 4 werden von diesem zurückreflektiert und gelangen durch ein Eintrittsfenster 5b in der Frontwand des Gehäuses 2 auf eine Empfängereinheit des optischen Sensors 1. Die Empfängereinheit umfasst eine Flächenkamera 9 mit einer matrixförmigen Anordnung von Pixeln 9a, das heißt lichtempfindlichen Empfangselementen. Bevorzugt ist die Flächenkamera 9 in Form eines CMOS-Arrays oder CCD-Arrays gebildet. Die Flächenkamera 9 ist auf einer Leiterplatte 10 angeordnet.
Der Flächenkamera 9 ist als Optikelement eine Linse 11 vorgeordnet. Mit diesem Optikelement erfolgt eine Abbildung der Lichtstrahlen 4 auf die Flächenkamera 9.
Die Beleuchtungseinheit 3 und die Flächenkamera 9 sind an eine Auswerteeinheit 12 angeschlossen, die von einem Mikroprozessor oder dergleichen gebildet ist. Damit dient die Auswerteeinheit 12 einerseits zur Steuerung der Beleuchtungseinheit 3. Andererseits dient die Auswerteeinheit 12 zur Auswertung der Ausgangssignale der einzelnen Pixel 9a der Flächenkamera 9, das heißt zur Auswertung der mit der Flächenkamera 9 erfassten Bildinformation eines Codes.
Durch die Kontraststruktur des Codes, die im vorliegenden Fall von hellen und dunklen Strichelementen des Barcodes 6 gebildet ist, wird den auf den Barcode 6 auftreffenden Lichtstrahlen 4 eine entsprechende Modulation aufgeprägt, so dass die Lichtstrahlen 4 auf der Flächenkamera 9 ein dem Barcode 6 entsprechendes Kontrastbild liefern, vorausgesetzt der Barcode 6 befindet sich innerhalb eines bestimmten Schärfentiefebereichs 13, innerhalb dessen das Kontrastmuster des Barcodes 6 hinreichend scharf auf der Flächenkamera 9 abgebildet wird.
In der Auswerteeinheit 12 ist in Form von Softwaremodulen eine Dekodiereinheit implementiert, mittels derer anhand der mit der Flächenkamera 9 erfassten Bildinformationen der Barcode 6 detektiert wird, das heißt die im Strichmuster des Barcodes 6 enthaltenen Informationen erfasst werden können.
An die Auswerteeinheit 12 ist weiterhin der Sender 7 als Komponente der Distanzmessmittel angeschlossen. Die Flächenkamera 9 bildet eine weitere Komponente der Distanzmessmittel, das heißt die Flächenkamera 9 wird nicht nur der Codeerfassung sondern auch zur Distanzmessung eingesetzt. Der Sender 7 und die Flächenkamera 9 bilden einen nach dem Triangulationsprinzip arbeitenden Distanzsensor.
Der optische Sensor 1 gemäß 1 wird im vorliegenden Fall im Bereich der Analyseautomation eingesetzt. Wie 2 zeigt, werden dort auf einem Probenträger, einen sogenannten Rack 14, Probenröhrchen 15 enthaltend Blut- oder Urinproben gelagert. Zur Kennzeichnung der Proben sind auf den Probenröhrchen 15 Barcodes 6 aufgebracht. Als Referenz die mit den Distanzmessmitteln des optischen Sensors durchzuführenden Distanzmessung ist auf dem Rack 14 eine Zielmarke 16 angebracht, die eine Oberfläche mit hoher Reflektivität aufweist. Die Proben werden in einem Analyseautomaten 17 untersucht. Hierzu werden einzelne Racks 14 in unterschiedliche Einschubfächer 18 des Analyseautomaten 17 eingeschoben. Während des Einschiebens eines Racks 14 in ein Einschubfach 18 werden die Barcodes 6 der Proben auf diesem Rack 14 vom optischen Sensor 1 gelesen. Da das Einschubfach 18, in welches ein Rack 14 eingeschoben wird, in unterschiedlicher Distanz zum stationär angeordneten optischen Sensor 1 liegt, muss der optische Sensor 1 in der Lage sein, die Barcodes 6 innerhalb eines großen Schärfentiefebereichs 13, das heißt Distanzbereich, zu lesen.
Ein derartig großer Schärfentiefebereich 13 wird mit der in 3 dargestellten Scheimpflug-Anordnung von Komponenten des optischen Sensors 1 gemäß 1 erhalten. Bei dieser Scheimpflug-Anordnung sind die Ebene A, in der die Linse 11 des optischen Sensors 1 liegt, und die Ebene B, in welcher die Flächenkamera 9 angeordnet ist, um einen Winkel geneigt angeordnet. Mit der Linse 11 wird in einer dritten Ebene C, welcher eine Scheimpflugebene bildet, ein Abbild der Flächenkamera 9 erzeugt. Die Ebenen A, B, C schneiden sich in einer Linie. Ein zu detektierender Barcode 6 schneidet die Ebene C und ist in einem Neigungswinkel zu dieser angeordnet. Die Länge L der Abbildung der Flächenkamera 9 in der Scheimpflugebene bestimmt die Größe des Schärfentiefebereichs 13. Bei einer Änderung der Distanz innerhalb des Schärfentiefebereichs 13 wandert der Barcode 6 entlang der Abbildung der Flächenkamera 9 in der Scheimpflugebene. Solange eine Schnittlinie des Barcodes 6 mit der Abbildung der Flächenkamera 9 in der Scheimpflugebene erhalten wird, wird der entlang dieser Schnittlinie verlaufende Bereich des Barcodes 6 scharf auf die Flächenkamera 9 abgebildet, so dass anhand dessen der Barcode 6 in der Auswerteeinheit 12 dekodiert werden kann.
4 zeigt eine Draufsicht auf die lichtempfindliche Fläche der Flächenkamera 9. Dabei zeigt 4 eine Fensterung der Flächenkamera 9, die zur Codeerfassung von der Auswerteeinheit 12 vorgegeben wird.
In einem ersten Schritt wird in der Auswerteeinheit 12 ein Distanzmessfenster F_d als Teilbereich der Flächenkamera 9 definiert. Nur die innerhalb des Distanzmessfensters F_d liegenden Pixel 9a der Flächenkamera 9 werden für den Sender 7 als ortsauflösender Empfänger verwendet, um nach dem Triangulationsprinzip eine Distanz-Messung gegen die an einem Rack 14 angeordnete Zielmarke 16 durchzuführen, bevor das Rack 14 in das ausgewählte Einschubfach 18 des Analyseautomaten 17 eingeschoben wird. Durch diese Distanzmessung sind die Abstände der Barcodes 6 auf den Probenröhrchen 15 dieses Racks 14 bekannt. Abhängig von der ermittelten Distanz werden dann in der Auswerteeinheit 12 unterschiedliche Fenster F₁, F₂, F₃ als weitere Teilbereiche der Flächenkamera 9 so definiert, dass die jeweils zu erfassenden Barcodes 6 gerade in diese Fenster F₁, F₂, F₃ fallen. Die Ausführungsform der 4 zeigt drei Fenster F₁, F₂, F₃. Generell können verschiedene Anzahlen von Fenstern F₁, F₂, F₃, F_n vorgesehen sein, wobei n auch größer oder kleiner als 3 sein kann. Durch die Fensterung müssen nicht alle Pixel 9a der Flächenkamera 9 ausgelesen und in der Auswerteeinheit 12 zur Codeerfassung ausgewertet werden, sondern lediglich die in die jeweiligen Fenster F₁, F₂, F₃ fallenden Pixel 9a. Damit kann die Zeit für eine Codeerfassung erheblich gesenkt werden. Dies wiederum ermöglicht hohe Leseraten bei der Codeerfassung.
Werden mit den Distanzmessmittel des optischen Sensors 1 verschiedene Zielmarken 16 auf in unterschiedlichen Distanzen angeordnete Racks 14 durchgeführt, werden Distanzmesswerte erhalten, die wie in 4 dargestellt auf einer Trajektorie T liegen. Diese Trajektorie T hat einen nichtlinearen Verlauf, da der Sender 7 seitlich an die LED der Beleuchtungseinheit 3 anschließt und daher nicht nur in einer sondern zwei Raumrichtungen verletzt zur Flächenkamera 9 angeordnet ist.
Wie in 4 veranschaulicht wird für den Fall, dass mit den Distanzmessmittel ein erster Distanzwert D₁ erhalten wird, ein Fenster F₁ aktiviert, innerhalb dessen nach Durchführen dieser Distanzmessung der jeweilige Barcode detektiert und dann in der Auswerteeinheit 12 dekodiert wird. Wird mit einer Distanzmessung der größere Distanzwert D₂ erhalten, wird zur Barcodeerfassung ein entsprechendes, kleineres Fenster F₂ definiert. Wird mit einer Distanzmessung ein Distanzwert D3 erhalten, der noch größer ist als D₂, wird ein noch kleineres Fenster F₃ in der Auswerteeinheit 12 aktiviert.
Eine Erfassung von mehreren Barcodes 6 in unterschiedlichen Entfernungen erfolgt somit derart, dass zuerst mit einer Distanzmessung die Distanz wenigstens eines Barcodes 6 erfasst wird und passend hierzu nachfolgend ein geeignetes Fenster F₁, F₂, F₃ definiert wird um den Barcode 6 zu erfassen. Dieses Vorgehen wird so lange wiederholt, bis sämtliche Codes erfasst wurden.
5 zeigt eine Variante zu 1b betreffend die Anordnung der optoelektronischen Komponenten des optischen Sensors 1 gemäß 1a. Im Unterschied zur Anordnung gemäß 1a schließt der Sender 7 nicht seitlich an die Leuchtdioden 3a oder der Beleuchtungseinheit 3 an, sondern ist in deren Zentrum angeordnet. Daran angepasst wird, wie in 6 dargestellt, als ortauflösender Empfänger für die Distanzmessungen ein Distanzmessfenster F_d, gebildet, das im Zentrum der Flächenkamera 9 liegt. Damit werden bei den durchzuführenden Distanzmessungen Distanzwerte D₁, D₂, D₃ erhalten, die auf einer längs einer Geraden verlaufenden Trajektorie T liegen, da nun der Sender 7 nur in einer Raumrichtung versetzt zum ortsauflösenden Empfänger ist. Die Auswertung der Distanzwerte D₁, D₂, D₃ und die Definition von Fenstern F₁, F₂, F₃ in Abhängigkeit hiervon zur Codeerfassung erfolgt analog zur Ausführungsform gemäß 4.
Bezugszeichenliste

1: Optischer Sensor
2: Gehäuse
3: Beleuchtungseinheit
3a: Leuchtdioden
4: Lichtstrahlen
5a: Austrittsfenster
5b: Eintrittsfenster
6: Barcode
7: Sender
8: Sendelichtstrahlen
9: Flächenkamera
9a: Pixel
10: Leiterplatte
11: Linse
12: Auswerteeinheit
13: Schärfentiefebereich
14: Rack
15: Probenröhrchen
16: Zielmarke
17: Analyseautomaten
18: Einschubfach
F_d: Distanzmessfenster
F₁, F₂, F₃: Fenster
T: Trajektorie
D₁, D₂, D₃: Distanzwerte

Claims

Optischer Sensor (1) zur Erfassung von Codes, mit einer eine matrixförmige Anordnung von Pixeln (9a) aufweisenden Flächenkamera (9), einem der Flächenkamera (9) vorgeordneten Optikelement, mittels dessen von einem Code zurückreflektierte Lichtstrahlen (4) auf die Flächenkamera (9) abgebildet werden, wobei die Flächenkamera (9) und das Optikelement in einer Scheimpflug-Anordnung angeordnet sind, und mit einer Auswerteeinheit (12), in welcher zur Dekodierung eines Codes Ausgangssignale der Pixel (9a) der Flächenkamera (9) ausgewertet werden, dadurch gekennzeichnet, dass Distanzmessmittel vorgesehen sind, mittels derer ein für den Abstand eines zu erfassenden Codes repräsentativer Distanzwert ermittelt wird, und dass in Abhängigkeit des ermittelten Distanzwerts ein Fenster (F₁) als Teilbereich der Flächenkamera (9) gebildet wird, wobei die Pixel (9a) innerhalb des Fensters (F₁) selektiv ausgelesen und nur diese Pixel (9a) zur Codeerfassung in der Auswerteeinheit (12) herangezogen werden.
Optischer Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe und Position eines Fensters (F₁) so dimensioniert ist, dass ein zu erfassender Code vollständig innerhalb des Fensters (F₁) liegt.
Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dessen Lesegeschwindigkeit durch eine dynamische Umschaltung zwischen an die Abstände von Codes angepassten Fenstern (F₁, F₂, F₃, F_n) erhöht ist.
Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Distanzmessung nach dem Triangulationsprinzip erfolgt, wobei hierzu als Distanzmessmittel ein Sendelichtstrahlen (8) emittierender Sender (7) sowie ein Teilbereich der Flächenkamera (9) als ortsauflösender Empfänger vorgesehen ist.
Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Distanzmessung nach dem Triangulationsprinzip, dem Pulslaufzeitprinzip oder dem Phasenmessprinzip erfolgt, wobei als Distanzmessmittel ein Sendelichtstrahlen (8) emittierender Sender (7) sowie ein von der Flächenkamera (9) unabhängiger Empfänger vorgesehen sind.
Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Distanzmessung gegen eine Zielmarke (16) erfolgt, die in einer vorgegebenen Sollposition relativ zu dem zu erfassenden Code angeordnet ist.
Optischer Sensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mit diesem Codes auf Probenröhrchen (15) und/oder auf einem Probenröhrchen (15) aufnehmenden Probenträger, welcher in vorgegebenen Einschubpositionen in einen Analyseautomaten (17) einführbar ist, erfasst werden, und dass die Zielmarke (16) auf dem Probenträger angeordnet ist.
Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheimpflug-Anordnung dadurch gegeben ist, dass sich die Ebenen der Flächenkamera (9) und des Optikelements sowie die eine Scheimpflugebene bildende Abbildungsebene der Flächenkamera (9) in einem Punkt schneiden.
Optischer Sensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein zu erfassender Code geneigt zur Scheimpflugebene angeordnet ist und diese schneidet.
Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass dieser ein stationäres Codelesegerät ist.