DE102017130378A1 - Optoelektronischer Sensor und Verfahren zur Erfassung eines Erfassungsbereichs - Google Patents

Optoelektronischer Sensor und Verfahren zur Erfassung eines Erfassungsbereichs Download PDF

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Abstract

Es wird ein optoelektronischer Sensor (10) zur Erfassung eines Erfassungsbereichs (18) angegeben, der mindestens einen Lichtsender (12) zum Aussenden eines Sendelichtbündels (16) mit mehreren Wellenlängen, dem eine refraktäre Sendeoptik (14) vorgeordnet ist, mindestens einen Lichtempfänger (24) zum Erzeugen eines Empfangssignals für in dem Erfassungsbereich (18) remittierte Anteile (20) des Sendelichtbündels (16) sowie eine Steuer- und Auswertungseinheit (26) zum Auswerten des Empfangssignals aufweist. Dabei ist ein diffraktives optisches Element (14b) der Sendeoptik (14) zur künstlichen Vergrößerung der chromatischen Aberration vorgesehen.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen optoelektronischen Sensor, insbesondere einen Codescanner, und ein Verfahren zur Erfassung eines Erfassungsbereichs nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 beziehungsweise 10.
  • Optische Codeleser dienen der Erfassung der in einem Code enthaltenen Informationen. In industriellen Anwendungen ist der Codeleser häufig stationär an einem Förderband montiert, auf dem codetragende Objekte an dem Codeleser vorbei gefördert werden. Bekannt sind andererseits aber auch Handgeräte, die über die zu lesenden Codes geführt werden. Es gibt Codescanner, welche die Codes mit einem Lesestrahl abtasten, und kamerabasierte Codeleser, die ein Bild des Codebereiches aufnehmen und anschließend mit Bildauswertungsalgorithmen bearbeiten.
  • Ein Vorteil von Codescanner gegenüber kamerabasierten Codelesern ist, dass der Lesebereich ohne größeren optischen Konstruktionsaufwand an Tiefe gewinnt, der nur durch die Querschnittsausdehnung des Lesestrahls oder präziser die Kaustik begrenzt ist, d.h. die Änderung des Spotdurchmessers als Funktion des Leseabstandes. Denn das Auslösungsvermögen hängt von dem Spotdurchmesser ab, der die Breite eines Barcodebalkens nicht signifikant überschreiten darf. Die Kaustik gibt also den Tiefenschärfebereich vor, und dieser ist bei Codescannern vergleichsweise groß.
  • Trotzdem gibt es Anwendungen insbesondere im Nahbereich unterhalb von einem Meter, wo noch größere Tiefenschärfebereiche wünschenswert wären. Eine Möglichkeit ist, anstelle von fixen Sendeoptiken eine Fokusverstellung zu integrieren, sei es durch Verschieben der Kollimationslinse oder eine Flüssiglinse. Das bedeutet aber entsprechenden Aufwand, der sich auf die Herstellkosten niederschlägt, um die Position beziehungsweise Brennweite verlässlich und genau genug, zudem oft extrem schnell umzustellen.
  • Die US 2006/0171041 A1 offenbart ein Bilderfassungssystem mit erweiterter Tiefenschärfe unter Ausnutzung von chromatischer Aberration. Dabei wird das Ziel mit LEDs unterschiedlicher Wellenlängen beleuchtet, und es wird jeweils ein Bild mit einem wellenlängenselektiven Filter aufgenommen. Aufgrund der chromatischen Aberration der Empfangsoptik ergeben sich dabei je Wellenlänge unterschiedliche Fokuslagen, und dadurch werden eine erweiterte Tiefenschärfe und eine verbesserte Auflösung der Bilder erreicht. Die Empfangsoptik kombiniert mehrere Linsen, welche die durch Dispersion verursachte chromatische Aberration verstärken, und wird dadurch aufwändig. Einen Sende- oder Lesestrahl gibt es hier nicht, da es sich um ein kamerabasiertes und nicht scannendes System handelt. Die LEDs beleuchten mit großem Divergenzwinkel ohne eine Sendeoptik.
  • Aus der DE 20 2009 009 493 U1 ist ein Codeleser bekannt, der Leselicht in mehreren Farben benutzt, um den Kontrast des zu lesenden Codes gegenüber einem Codehintergrund zu erhöhen. Das Problem der Fokussierung beziehungsweise eines begrenzten Tiefenschärfenbereichs wird dabei nicht angesprochen.
  • Die US 6 807 019 B2 beschreibt eine Objektivlinse mit einer diffraktiven Struktur für einen optischen Lesekopf. Um die chromatische Aberration zu minimieren, weist die Linse eine diffraktive Struktur auf. Auch hierbei wird nicht auf einen Tiefenschärfenbereich eingegangen, der angesichts der ohnehin fixierten Position des Lesekopfes im Gerät auch unkritisch ist.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die Erfassung mit einem Sendelichtstrahl zu verbessern.
  • Diese Aufgabe wird durch einen optoelektronischen Sensor und ein Verfahren zur Erfassung eines Erfassungsbereichs nach Anspruch 1 beziehungsweise 10 gelöst. Ein Lichtsender ist in der Lage, ein Sendelichtbündel mit mehreren Wellenlängen zu erzeugen. Mit dem Begriff Wellenlänge ist auch ein jeweiliger Wellenlängenbereich umfasst, also beispielsweise rot, grün, blau oder infrarot, und nicht notwendig nur eine extrem schmale Spektrallinie. Jedenfalls ist der Lichtsender multispektral, beispielsweise mit rotem und blauem Sendelicht, aber auch möglichweise breitbandig wie ein weißer Lichtsender, oder erzeugt je nach Ausführungsform jegliche sonstige Kombination von zwei oder mehr Wellenlängen. Dem Lichtsender ist eine refraktive Sendeoptik vorgeordnet, die folglich mindestens eine und bevorzugt genau eine Sammellinse aufweist. Ein Lichtempfänger wandelt aus dem Erfassungsbereich remittierte Anteile des Sendelichtbündels in ein elektrisches Empfangssignal. Aus diesem Empfangssignal gewinnt eine Auswertungseinheit Informationen über Objekte in dem Erfassungsbereich, liest demnach im Falle eines Codescanners den Codeinhalt aus.
  • Die Erfindung geht nun von dem Grundgedanken aus, die chromatische Aberration der Sendeoptik künstlich zu vergrößern. Dadurch ergeben sich für Sendelichtanteile der jeweiligen Wellenlängen deutlich unterschiedliche Fokuslagen und damit insgesamt ein erweiterter Tiefenschärfenbereich. Eine gezielte wellenlängenspezifische Fokussierung, also starke chromatische Aberration, wird dabei durch ein diffraktives optisches Element der Sendeoptik erreicht.
  • Die Erfindung hat den Vorteil, dass auf aufwändige und teure Fokusverstellungen verzichtet werden kann. Der Spotdurchmesser wird dennoch optimiert, vorzugsweise sogar nur in einer Scanrichtung. Die Sendeoptik bleibt dabei sehr einfach, es ist kein Objektiv aus mehreren Linsen erforderlich, die nur aufgrund von dispersiven Effekten eine gewisse chromatische Aberration aufweisen und eigens kombiniert werden, um diese Effekte zu verstärken. Sofern der erweiterte Tiefenschärfenbereich noch nicht genügt, ist es relativ einfach, Sensoren für einen anderen Tiefenschärfenbereich durch ein anderes diffraktives optisches Element zu erhalten. Dabei kann sogar die Optikhalterung unverändert bleiben. Durch die mehrfache Informationserfassung mit mehreren Wellenlängen kann überdies ein verbessertes Signal-Rausch-Verhältnis erzielt werden.
  • Der Lichtsender weist vorzugsweise eine Lichtquelle mit mehreren Wellenlängen auf. Der Lichtsender ist also mehrfarbig beziehungsweise so breitbandig, dass mehrere Wellenlängen umfasst sind, oder ist in der Lage, die Wellenlänge zu wechseln. Dadurch genügt eine einzige Lichtquelle, was den optischen Aufbau im Sendepfad vereinfachen kann.
  • Der Lichtsender weist alternativ mehrere Lichtquellen mit jeweils zumindest einer Wellenlänge und eine gemeinsame Sendeoptik für die Lichtquellen auf. In dieser bevorzugten Ausführungsform werden die unterschiedlichen Wellenlängen jeweils von eigenen Lichtquellen erzeugt, beispielsweise mit einer roten und einer blauen Laserdiode. Die Lichtquellen können durch Umlenkungen oder Teilerspiegel auf eine gemeinsame optische Achse geführt sein, oder sie liegen bi- oder multiaxial dicht nebeneinander. Jedenfalls genügt eine gemeinsame Sendeoptik, um das Licht der mehreren Lichtquellen zu dem Sendelichtbündel mit mehreren Wellenlängen zu formen. Das vereinfacht den Aufbau der Sendeoptik. Anstelle von jeweils einer Lichtquelle pro Wellenlänge ist auch eine Mischform mit mehreren Lichtquellen denkbar, unter denen zumindest eine Lichtquelle schon für sich mehrere Wellenlängen erzeugt.
  • Der Lichtempfänger ist bevorzugt für mehrere Wellenlängen empfindlich. Damit erfasst das Empfangssignal die Information zu mehreren Wellenlängen, vorzugsweise allen Wellenlängen des Sendelichtbündels.
  • Der Lichtempfänger weist alternativ mehrere Lichtempfangselemente auf, die für jeweils eine Wellenlänge empfindlich sind. Dabei kann es sich um separate Lichtempfangselemente handeln, wie mehrere Photodioden, aber auch um Bereiche eines Lichtempfängers wie etwa Pixelgruppen eines Zeilen- oder Matrixempfängers. Die Lichtempfangselemente können bereits durch ihren Aufbau eine bestimmte spektrale Empfindlichkeit zeigen, oder es wird jeweils ein entsprechendes Filter vorgeordnet. Vorzugsweise ist jeweils ein Lichtempfangselement für eine der Wellenlängen des Lichtsenders vorgesehen, aber Abweichungen und insbesondere Überlappungen sind auch vorstellbar.
  • Der Sensor ist bevorzugt dafür ausgebildet, das Sendelichtbündel mit mehreren, vorzugsweise allen Wellenlängen gleichzeitig auszusenden und remittierte Anteile mit mehreren, vorzugsweise allen Wellenlängen gleichzeitig zu empfangen. Das ist naturgemäß bei nur einer einzigen multispektralen Lichtquelle beziehungsweise nur einem für alle verwendeten Wellenlängen empfindlichen Lichtempfangselement der Fall. Mehrere Lichtquellen beziehungsweise Lichtempfangselemente werden entsprechend angesteuert. Damit entstehen auf den gleichen Abtastort und -zeitpunkt synchronisierte Empfangssignale zu mehreren Wellenlängen, die eine verbesserte Auswertung ermöglichen. Die Empfangssignale werden je nach Ausführungsform kombiniert oder einzeln ausgewertet. Beispielsweise wird ein schärfstes Empfangssignal anhand des Kontrasts ausgesucht, oder es wird mit jedem Empfangssignal ein Decodierungsversuch unternommen, wobei es dann genügt, wenn der Codeinhalt bei einer der Wellenlängen gelesen werden kann. Alternativ ist auch ein umschaltendes System vorstellbar, das dann entsprechend langsamere Auswertungszyklen hat, aber möglicherweise die Farbkanäle sauberer trennen kann.
  • Bevorzugt weist die Sendeoptik eine Sendelinse mit dem diffraktiven optischen Element auf. Das diffraktive optische Element ist in dieser Ausführungsform in eine Sendelinse integriert, beide sind einstückig miteinander ausgebildet. Die Sendelinse und das diffraktive optische Element bilden eine hybride Optik, in der Refraktion und Diffraktion monolithisch verbunden sind. Noch besteht die Sendeoptik aus der Sendelinse mit dem integrierten diffraktiven optischen Element, weist also keine weiteren optischen Elemente wie beispielsweise mehrere Linsen oder dergleichen auf.
  • Das diffraktive optische Element ist bevorzugt als Oberflächenstrukturierung der Sendelinse ausgebildet. Eine solche Strukturierung lässt sich besonders kostengünstig herstellen. Beispielsweise muss bei einer Kunststofflinse nur einmalig ein Werkzeug hergestellt werden, welches an mindestens einer der beiden Oberflächen keine glatte Fläche, sondern die Struktur des diffraktiven optischen Elements erzeugt. Damit wird der erfindungsgemäße Effekt der verstärkten chromatischen Aberration und folglich der Erweiterung des Tiefenschärfenbereichs praktisch ohne zusätzliche Herstellungskosten der Optik erzielt.
  • Die Sendeoptik ist bevorzugt dafür ausgebildet, spektrale Anteile des Sendelichtbündels in unterschiedlichen Fokuslagen zu bündeln. Durch die künstlich vergrößerte chromatische Aberration werden Teillichtbündel unterschiedlicher Farben oder Wellenlängen in verschiedenen Arbeitsabständen fokussiert. Das ist üblicherweise ein unerwünschter Abbildungsfehler. Die Erfindung nutzt dies aus, um unterschiedliche Tiefenschärfenbereiche für verschiedene Wellenlängen des Sendelichtbündels zu erzeugen. In einer Gesamtbetrachtung bei den unterschiedlichen Wellenlängen ergibt sich dann ein erweiterter Tiefenschärfenbereich quasi als Summe der einzelnen, gegeneinander verschobenen Tiefenschärfenbereiche.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann auf ähnliche Weise weitergebildet werden und zeigt dabei ähnliche Vorteile. Derartige vorteilhafte Merkmale sind beispielhaft, aber nicht abschließend in den sich an die unabhängigen Ansprüche anschließenden Unteransprüchen beschrieben.
  • Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile beispielhaft anhand von Ausführungsformen und unter Bezug auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Die Abbildungen der Zeichnung zeigen in:
    • 1 eine schematische Schnittansicht eines optoelektronischen Sensors mit multispektralem Lichtsender und erweitertem Tiefenschärfenbereich;
    • 2 eine weitere Ausführungsform des optoelektronischen Sensors mit einem Lichtsender, der mehrere Lichtquellen, und einem Lichtempfänger, der mehrere Lichtempfangselemente jeweils für unterschiedliche Wellenlängen aufweist;
    • 3 eine schematische Darstellung des Strahlverlaufs im Sendepfad zur Erläuterung der unterschiedlichen Fokuslagen je nach Wellenlänge;
    • 4 eine weitere schematische Darstellung des Strahlverlaufs im Sendepfad mit Illustration der abstandsabhängigen Strahldurchmesser und getrennten Teildarstellungen für jeweils eine von zwei Wellenlängen;
    • 5 eine Darstellung einer Sendeoptik mit einer Sendelinse und einem separaten diffraktiven optischen Element zur Erweiterung des Tiefenschärfenbereichs; und
    • 6 eine Darstellung einer Sendeoptik, die eine diffraktive Struktur zur Erweiterung des Tiefenschärfenbereichs aufweist.
  • 1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines optoelektronischen Sensors 10. Die Erfindung wird an vielen Stellen am Beispiel eines Codescanners zum scannenden Erfassen von Barcodes erläutert. Sie umfasst aber ebenso andere Sensoren, beispielsweise einen entfernungsmessenden Lichttaster insbesondere nach einem Lichtlaufprinzip oder einen Laserscanner, der keine Codes liest, sondern Positionen oder Konturinformationen von Objekten misst.
  • Ein Lichtsender 12 erzeugt mit Hilfe einer Sendeoptik 14 einen Sendelichtstrahl 16 und sendet ihn in einen Erfassungsbereich 18 aus. Der Lichtsender 12 ist mehrfarbig oder multispektral, somit hat der Sendelichtstrahl 16 mehrere Wellenlängen. Diese jeweilige Wellenlänge ist nicht mathematisch als einzelne Wellenlänge zu verstehen, sondern im Sinne eines Teilspektrums, wie etwa rot, blau, grün oder auch infrarot. Das lässt sich beispielsweise durch einen ausreichend breitbandigen oder einen umschaltbaren Lichtsender 12 erreichen, der als LED, vorzugsweise jedoch als Laserdiode ausgebildet ist. Die Sendeoptik 14 weist eine Sendelinse 14a und ein diffraktives optisches Element 14b auf und wird noch unter Bezugnahme auf die 3 bis 6 genauer erläutert.
  • Fällt der Sendelichtlichtstrahl 16 im Erfassungsbereich 18 auf ein Objekt, insbesondere einen Codebereich, so kehrt ein Anteil des Lichts als Empfangslichtstrahl 20 zu dem Sensor 10 zurück. Der Empfangslichtstrahl 20 wird von einer Empfangsoptik 22 auf einen Lichtempfänger 24 gebündelt, und dort wird aus dem einfallenden Licht ein Empfangssignal erzeugt. Der Lichtempfänger 24 ist für die Wellenlängen des Lichtsenders 12 empfindlich.
  • Das Empfangssignal wird an eine Steuer- und Auswertungseinheit 26 weitergegeben, die auch den Lichtsender 12 steuert. Aus dem Empfangssignal werden Informationen über das von dem Sendelichtstrahl 16 angetastete Objekt erfasst, insbesondere ob ein Objekt erfasst ist oder, mit einem Puls- oder Phasenverfahren anhand der Lichtlaufzeit, in welcher Entfernung es sich befindet. Bei einem Codescanner wird der Sendelichtstrahl 16 mit einem nicht dargestellten Scanmechanismus in Form eines Schwenk- oder Drehspiegels periodisch durch den Erfassungsbereich 18 geführt, so dass eine Leselinie erfasst wird. Die Steuer- und Auswertungseinheit 26 liest in diesem Fall den Codeinhalt aus dem Empfangssignal aus. Über eine Schnittstelle 28 werden die gewonnenen Informationen ausgegeben, umgekehrt kann über diese Schnittstelle 28 oder eine weitere Schnittstelle der Sensor 10 auch parametriert oder gesteuert werden.
  • 2 zeigt eine weitere Ausführungsform des Sensors 10, die sich von derjenigen nach 1 durch einen mehrteiligen Lichtsender 12 und Lichtempfänger 24 unterscheidet. Der Lichtsender 12 umfasst demnach mehrere Lichtquellen 12a-b für jeweils eine Wellenlänge, beispielsweise eine rote und eine blaue Laserdiode. Es ist aber weiterhin nur eine gemeinsame uniaxiale Sendeoptik 14 vorgesehen, die Lichtquellen 12a-b liegen dafür vorzugsweise im Vergleich zum Abstand zur Sendeoptik 14 sowie deren Ausdehnung sehr nahe beieinander.
  • Entsprechend sind im Empfangspfad anstelle eines Lichtempfängers 24, der für alle verwendeten Farben empfindlich ist, mehrere farbsensitive Empfangselemente 24a-b vorgesehen. Die Empfangselemente 24a-b können separate Lichtempfänger sein, wie Photodioden oder APDs (Avalanche Photodiode), aber auch unterschiedliche Bereiche eines Zeilen- oder Matrixsensors, insbesondere eines SPAD-Detektors (Single-Photon Avalanche Diode). Die Lichtempfangselemente 24a-b können inhärent für bestimmte Wellenlängen besonders empfindlich sein, oder es können ihnen entsprechende optische Bandpassfilter vorgeordnet sein. Mischformen mit mehreren Lichtquellen 12a-b und/oder Lichtempfangselementen 24a-b für jeweils mehrere Wellenformen sind auch denkbar. In allen diesen Ausführungsformen besteht jedenfalls die Möglichkeit einer effektiven Farbtrennung der verwendeten Sendefarben im Empfangspfad.
  • 3 zeigt in vergrößerter Darstellung den Sendepfad mit Lichtsender 12 und Sendeoptik 14 zur Erläuterung der Tiefenschärfenerweiterung durch das mehrfarbige Sendelichtbündel 16 und das diffraktive optische Element 14b. Die Sendeoptik 14, die in dieser Ausführungsform aus einer refraktiven Sendelinse 14a und einer diffraktiven Struktur 14b auf deren gekrümmter Oberfläche besteht, fokussiert das Sendelichtbündel 16 im Erfassungsbereich 18. Aufgrund der chromatischen Aberration der Sendeoptik 14 haben Lichtanteile 16a des Sendelichtbündels 16 mit einer ersten Wellenlänge λ1 und Lichtanteile 16b einer zweiten Wellenlänge λ2 , beispielsweise blaues und rotes Laserlicht, unterschiedliche Fokuslagen. Dabei ist eine gewisse dispersive chromatische Aberration der Sendelinse 14a durch das diffraktive optische Element 14b künstlich vergrößert. Die Fokuslagen unterscheiden sich daher nicht nur geringfügig im Rahmen von kleineren Abbildungsfehlern, sondern liegen weiter auseinander und decken so unterschiedliche Arbeitsabstände ab. Es sei noch angemerkt, dass die sehr nahen Fokuslagen in 3 der Darstellung dienen und in der Praxis meist größere Arbeitsabstände eingestellt werden.
  • 4 zeigt ein weiteres Mal den Sendepfad und den unterschiedlichen Strahlengang der Lichtanteile 16a-b unterschiedlicher Wellenlängen λ1 , λ2 des Sendelichtbündels 16, wobei die Überlagerung der Lichtanteile 16a-b für eine bessere Übersicht in eine obere und eine untere Ansicht aufgeteilt ist. Im Gegensatz zu 3 ist hier jeweils die Kaustik anstelle des Fokuspunkts illustriert. Die Tiefenschärfenbereiche in den jeweiligen Wellenlängen sind wegen der künstlich vergrößerten chromatischen Aberration deutlich gegeneinander verschoben.
  • Durch Auswertung in den einzelnen Farben wird daher insgesamt der Tiefenschärfenbereich erweitert. Dabei sind unterschiedliche Auswertungen denkbar. Je nach Ausführungsform werden die in einer jeweiligen Wellenlänge gewonnenen Empfangssignale kombiniert oder jeweils einzeln ausgewertet, insbesondere mit anschließendem Vergleich oder Verrechnen der Ergebnisse. Alternativ wird das Empfangssignal einer geeigneten Farbe mit passender Fokuslage dynamisch oder für einen gewissen Zeitraum ausgewählt, beispielsweise anhand eines Kontrastkriteriums. Im Falle von Codelesern können mit oder ohne Vorauswahl jeweilige Leseversuche mit den Empfangssignalen vorgenommen werden, denn es genügt, einen Code bei irgendeiner Farbe lesen zu können.
  • In den bisherigen Darstellungen ist das diffraktive optische Element 14b eher symbolisch als Struktur auf der Oberfläche der Sendelinse 14a gezeigt. Anhand der 5 und 6 werden nun einige Ausführungsformen der Sendeoptik 14 näher betrachtet. 5 zeigt eine Sendelinse 14a mit einem separaten, hier nachgeordneten diffraktiven optischen Element 14b. Rein schematisch sind auch drei einzelne Strahlen 16a-c des Sendelichtbündels 16 eingezeichnet, die beispielsweise drei Farben rot, grün und blau entsprechen. Durch dispersive Effekte in der Sendelinse 14a erfolgt hier schon eine gewisse unterschiedliche Brechung. Erst das diffraktive optische Element 14b sorgt aber dann für eine ausreichende Auftrennung, die zu den unterschiedlichen Fokuslagen und damit dem erweiterten Tiefenschärfenbereich führen.
  • 6 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Sendeoptik 14, bei dem die Sendelinse 14a mit dem diffraktiven optischen Element 14b einstückig als hybride Optik kombiniert ist. Das diffraktive optische Element 14b ist also auf einer der beiden Flächen oder sogar beiden Flächen der Sendelinse 14a sozusagen monolithisch eingearbeitet. Das ergibt eine sehr einfach aufgebaute Sendeoptik 14, die im Grunde nur aus der Sendelinse 14a besteht, welche die Besonderheit der Struktur des diffraktiven optischen Elements 14b hat. Die hybride Optik kombiniert vorzugsweise einen refraktiven Kollimator mit einem chromatischen diffraktiven Nullbrechkraftelement. Bei einer Kunststofflinse lässt sich die diffraktive Struktur durch entsprechende Werkzeuge praktisch ohne Mehrkosten hinzufügen.
  • Die konkrete Struktur für das diffraktive optische Element 14b wird durch Optikdesign anhand des Aufbaus des Sendepfads, der verwendeten Wellenlängen und der anhand des gewünschten Tiefenschärfenbereichs zu erzielenden unterschiedlichen Fokuslagen bestimmt. Dabei sollte der zusätzliche dispersive Effekt im Linsenvolumen der Sendelinse 14a berücksichtigt werden, womit durch entsprechende Auslegung des diffraktiven optischen Elements 14b eine Anpassung an ein Linsenmaterial geschaffen wird. Die dispersiven Effekte allein würden aber den Tiefenschärfenbereich für die meisten Anwendungen nur unzureichend erweitern, die wellenlängenabhängige Lichtbeugung an dem diffraktiven optischen Element 14b verstärkt den gewünschten Effekt der chromatischen Aberration in einem erheblichen und durch die Struktur steuerbaren Ausmaß.
  • Eine kontinuierliche diffraktive Struktur 14b wie in 6 erzielt die beste Effizienz. Es ist aber auch möglich, näherungsweise eine binäre Annäherung beispielsweise mit vier oder sogar nur zwei Stufen wie in 5 zu verwenden. Dadurch sinkt die optische Effizienz, dafür wird die Komplexität des diffraktiven optischen Elements 14b erheblich reduziert. Es ist klar, dass sowohl ein separates diffraktives optisches Element 14b wie in 5 als auch eine der Sendelinse 14b eingeprägte diffraktive optische Struktur 14b wie in 6 in der beschriebenen Weise durch Optikdesign binär oder kontinuierlich und entsprechend dem Sendepfad und der Anwendung gewählt werden kann.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 2006/0171041 A1 [0005]
    • DE 202009009493 U1 [0006]
    • US 6807019 B2 [0007]

Claims (10)

  1. Optoelektronischer Sensor (10), insbesondere Codescanner, zur Erfassung eines Erfassungsbereichs (18), der mindestens einen Lichtsender (12) zum Aussenden eines Sendelichtbündels (16) mit mehreren Wellenlängen, dem eine refraktäre Sendeoptik (14) vorgeordnet ist, mindestens einen Lichtempfänger (24) zum Erzeugen eines Empfangssignals für in dem Erfassungsbereich (18) remittierte Anteile (20) des Sendelichtbündels (16) sowie eine Steuer- und Auswertungseinheit (26) zum Auswerten des Empfangssignals aufweist, insbesondere zum Decodieren eines mit dem Sendelichtbündel (16) angetasteten Codes in dem Erfassungsbereich (18), dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeoptik (14) ein diffraktives optisches Element (14b) zur künstlichen Vergrößerung der chromatischen Aberration aufweist.
  2. Sensor (10) nach Anspruch 1, wobei der Lichtsender (12) eine Lichtquelle mit mehreren Wellenlängen aufweist.
  3. Sensor (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Lichtsender (12) mehrere Lichtquellen (12a-b) mit jeweils zumindest einer Wellenlänge und eine gemeinsame Sendeoptik (14) für die Lichtquellen (12a-b) aufweist.
  4. Sensor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Lichtempfänger (24) für mehrere Wellenlängen empfindlich ist.
  5. Sensor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Lichtempfänger (24) mehrere Lichtempfangselemente (24a-b) aufweist, die für jeweils eine Wellenlänge empfindlich sind.
  6. Sensor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der dafür ausgebildet ist, das Sendelichtbündel (16) mit mehreren Wellenlängen gleichzeitig auszusenden und remittierte Anteile (20) mit mehreren Wellenlängen gleichzeitig zu empfangen.
  7. Sensor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sendeoptik (14) eine Sendelinse (14a) mit dem diffraktiven optischen Element (14b) aufweist.
  8. Sensor (10) nach Anspruch 7, wobei das diffraktive optische Element (14b) als Oberflächenstrukturierung der Sendelinse (14a) ausgebildet ist.
  9. Sensor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sendeoptik (14) dafür ausgebildet ist, spektrale Anteile (16a-c) des Sendelichtbündels (16) in unterschiedlichen Fokuslagen zu bündeln und so unterschiedliche Tiefenschärfenbereiche für verschiedene Wellenlängen des Sendelichtbündels (16) zu erzeugen.
  10. Verfahren zur Erfassung eines Erfassungsbereichs (18), bei dem ein Sendelichtbündel (16) mit mehreren Wellenlängen durch eine refraktäre Sendeoptik (14) in den Erfassungsbereich (18) ausgesandt und ein remittierter Anteil wieder empfangen und ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, dass spektrale Anteile (16a-c) des Sendelichtbündels (16) von der Sendeoptik (14) unterschiedlich fokussiert werden, indem ein diffraktives optisches Element (14b) der Sendeoptik (14) deren chromatischen Aberration künstlich vergrößert.
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