DE19604212C2 - Optoelektronische Vorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine optoelektronische Vorrichtung gemäß dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der EP 0 276 589 B1 bekannt. Mit dieser Vorrichtung können Barcode-Symbole in unterschiedlichen Distanzen zur Vorrichtung gelesen werden. Hierzu ist zwischen dem Sender und der Sendeop­ tik eine drehbare lichtdurchlässige Platte vorgesehen, welche zwei Segmente unterschiedlicher Dicke aufweist. Durch Drehung der Platte ist einmal das Segment mit geringerer Dicke und einmal das Segment größerer Dicke zwi­ schen dem Sender und der Sendeoptik angeordnet. Je nachdem welches der Segmente im Strahlengang der Vorrichtung angeordnet, ist, verschiebt sich die virtuelle Position des Senders relativ zur Sendeoptik. Damit verschiebt sich auch die Position des Fokuspunkts. Die Lage des Fokuspunkts wiederum definiert den Lesebereich, innerhalb dessen die Barcode-Symbole gelesen werden kön­ nen. Ein Lesen der Barcode-Symbole ist nur innerhalb eines engen, vorgegebe­ nen Bereichs um den Fokuspunkt möglich.

Durch den Einsatz der drehbaren Platte werden somit zeitlich nacheinander verschiedene Lesebereiche eingestellt, so daß der insgesamt nutzbare Lesebe­ reich der Vorrichtung vergrößert wird.

Die von der Sendeoptik fokussierten Sendelichtstrahlen treffen auf einen dieser nachgeordneten Drehspiegel. Dieser Drehspiegel bildet die Ablenkeinheit und führt die Sendelichtstrahlen über einen vorgegebenen Abtastbereich.

Die Drehung des Drehspiegels erfolgt unabhängig von der Rotation der licht­ durchlässigen Platte. Dies ist insbesondere dann von Nachteil, wenn mit der Vorrichtung während einer Abtastung ein bestimmter Lesebereich eingestellt sein soll. Um dies zu erreichen müssen die Drehungen der Ablenkeinheit synchronisiert werden, was einen erheblichen Schaltungsaufwand verursacht, insbesondere dann, wenn an die Synchronisation hohe Genauigkeitsanforderun­ gen gestellt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahin zu verbessern, daß während einer Abtastung ein bestimm­ ter Lesebereich eingestellt ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfin­ dung sind in den Ansprüchen 2-11 beschrieben.

Erfindungsgemäß besteht die Ablenkeinheit aus einem Polygonspiegelrad mit mehreren Facetten, wobei an einer Stirnseite des Polygonspiegelrads die licht­ durchlässigen Elemente befestigt sind. Dabei erstreckt sich jedes lichtdurch­ lässige Element in Längsrichtung entlang einer Facette und steht in vorgegebe­ nem Winkel zu dieser über den Rand des Polygonspiegelrads hervor.

Die Sendelichtstrahlen treffen in vorgegebenem Winkel auf die Facetten des Polygonspiegelrads. Durch die Drehung des Polygonspiegelrads werden die Sendelichtstrahlen über die gesamte Breite einer Facette geführt, wodurch die Sendelichtstrahlen über einen bestimmten Abtastbereich geführt werden. Die Anzahl der Facetten bestimmt demzufolge wieviele Abtastungen pro Umdre­ hung durchgeführt werden.

Durch die Drehung des Polygonspiegelrads werden die fest mit diesem ver­ bundenen lichtdurchlässigen Elemente mit gedreht und dadurch nacheinander in den Zwischenraum zwischen Sender und Sendeoptik eingeführt.

Da sich die einzelnen lichtdurchlässigen Elemente in Umfangsrichtung des Polygonspiegelrads jeweils entlang einer Facette erstrecken, ist gewährleistet, daß während einer Abtastung ein bestimmtes lichtundurchlässiges Element zwischen dem Sender und der Sendeoptik angeordnet ist. Dementsprechend ist gewährleistet, daß während einer Abtastung dieselbe Fokuseinstellung der Sendelichtstrahlen eingestellt ist, wobei die Fokuseinstellung durch die Dicke der lichtundurchlässigen Elemente vorgegeben ist.

Vorteilhaft ist dabei insbesondere, daß die verschiedenen Fokuseinstellungen für die jeweiligen Abtastungen ohne Schaltungsaufwand zur Synchronisation der Fokuseinstellung und der Abtastbewegung realisiert werden. Durch die mecha­ nische Kopplung der lichtdurchlässigen Elemente an die Ablenkeinheit ist eine einfache und genaue Zuordnung jederzeit gewährleistet. Zudem ist vorteilhaft, daß die Bewegungen der Ablenkeinheit und der lichtdurchlässigen Elemente über denselben Antrieb erfolgen, wodurch der mechanische Aufwand der Vorrichtung erheblich reduziert wird.

Schließlich ist vorteilhaft, daß die Genauigkeitsanforderungen an die Montage der lichtdurchlässigen Elemente relativ gering sind. Es muß lediglich gewähr­ leistet sein, daß sich das lichtdurchlässige Element über die gesamte Breite einer Facette erstreckt. Ist dies der Fall so ist in jedem Fall gewährleistet, daß eine bestimmte Fokuseinstellung während einer Abtastung erhalten bleibt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung

Fig. 2 Draufsicht auf die Vorrichtung gemäß Fig. 1.

Die Fig. 1 und 2 zeigen ein Ausführungsbeispiel einer optoelektronischen Vorrichtung 1 zum Lesen von mit bestimmten Kontrastmustern versehenen Marken. Die Marken sind vorzugsweise von Barcode-Symbolen gebildet, welche Strichmuster von alternierenden hellen und dunklen Strichelementen vorgegebener Breite aufweisen.

Die optoelektronische Vorrichtung 1 weist ein Sendeelement auf, welches im wesentlichen aus einem Sendelichtstrahlen 2 emittierenden Sender 3 und einer diesem nachgeordneten Sendeoptik 4 besteht. Der Sender 3 besteht beispiels­ weise aus einer Laserdiode. Die Sendeoptik 4 besteht aus einer oder, wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel dargestellt, mehreren Linsen, welche die Sendelichtstrahlen 2 fokussieren.

Die fokussierten Sendelichtstrahlen 2 werden über eine Ablenkeinheit 5 abge­ lenkt und periodisch innerhalb eines vorgegebenen Abtastbereichs 6 geführt.

Dabei treffen die Sendelichtstrahlen 2 auf die zu erfassenden Barcode-Symbole. Entsprechend den Kontrastmustern der Barcode-Symbole wird den von diesen reflektierten Empfangslichtstrahlen 7 eine Amplituden-Modulation aufgeprägt.

Die auf die Vorrichtung 1 auftreffenden Empfangslichtstrahlen 7 werden über die Ablenkeinheit 5 abgelenkt und auf das Empfangselement geführt. Das Emp­ fangselement besteht aus einer Empfangsoptik 8, welche von einer Linse gebil­ det ist. Die Linse fokussiert das auftreffende Empfangslicht auf einen Empfänger 9, welcher ebenfalls Bestandteil des Empfangselements ist. Der Empfänger 9 ist vorzugsweise von einer Photodiode gebildet. Die am Ausgang der Photodiode anstehenden Empfangssignale werden in einer nicht dargestellten Auswerte­ einheit ausgewertet.

Die Ablenkeinheit 5 ist von einem Polygonspiegelrad mit mehreren Facetten 10, an denen die Sende- 2 bzw. Empfangslichtstrahlen 7 reflektiert werden, gebildet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist das Polygonspiegelrad acht identische und symmetrisch angeordnete Facetten 10 auf. Der Querschnitt des Polygonspiegelrads ist demzufolge ein regelmäßiges Achteck. Die Ebenen der Facettenflächen verlaufen jeweils senkrecht zur Querschnittsebene des Polygon­ spiegelrads.

Die Breite einer Facette 10 und deren Orientierung zu den vom Sendeelement emittierten Sendelichtstrahlen 2 bestimmt den Abtastbereich 6, der von den Sendelichtstrahlen 2 überstrichen wird. Dies ist insbesondere aus Fig. 2 er­ sichtlich. Dort sind die von den Rändern zweier benachbarter Facetten 10 ausgehenden Sendelichtstrahlen 2 eingezeichnet, welche den Abtastbereich 6 der Vorrichtung 1 begrenzen. Der Abtastbereich 6 umfaßt einen vorgegebenen Winkelbereich. Durch die Drehung des Polygonspiegelrads werden die Sende­ lichtstrahlen 2 entlang der Breite einer Facette 10 geführt. Dabei überstreichen die Sendelichtstrahlen 2 einmal den gesamten Abtastbereich 6. Da das Poly­ gonspiegelrad acht Facetten aufweist, werden pro Umdrehung des Polygon­ spiegelrads acht Abtastungen durchgeführt.

Üblicherweise werden die Abtastungen mit einer fest vorgegebenen Fokusein­ stellung der Sendelichtstrahlen 2 durchgeführt. In diesem Fall sind die Sende­ lichtstrahlen 2 in einem vorgegebenen Abstand zur Vorrichtung 1 fokussiert. Barcode-Symbole könne nur dann von der Vorrichtung 1 gelesen werden, wenn diese im Bereich des Fokuspunkts angeordnet sind, denn nur dann ist der Durchmesser des Sendelichtstrahlbündels kleiner als die Breiten der Strich­ elemente der Barcode-Symbole.

Um eine variable Fokuseinstellung und um damit einen größeren Lesebereich zu erhalten, innerhalb dessen Barcode-Symbole gelesen werden können, sind an der Ablenkeinheit 5 mehrere lichtdurchlässige Elemente 11 unterschiedlicher Dicke befestigt.

Durch die Rotation der Ablenkeinheit 5 werden die lichtdurchlässigen Elemente 11 mitgedreht. Dadurch werden periodisch nacheinander die unterschiedlichen lichtdurchlässigen Elemente 11 in den Strahlengang der Sendelichtstrahlen 2 zwischen den Sender 3 und die Sendeoptik 4 eingeführt. Je nachdem, welche Dicke das im Strahlengang befindliche lichtdurchlässige Element 11 aufweist verschiebt sich die virtuelle Position des Senders 3 relativ zur Sendeoptik 4 und damit auch der Fokuspunkt der Sendelichtstrahlen 2. Somit werden durch das Einführen der unterschiedlichen lichtdurchlässigen Elemente 11 in den Strahlen­ gang der Sendelichtstrahlen 2 unterschiedliche Lesebereiche erhalten. Zur Dekodierung eines Barcode-Symbols reicht es aus, wenn dessen Kontrastmuster wenigstens bei einem der verschiedenen einstellbaren Lesebereiche gelesen werden kann. Der nutzbare Lesebereich wird somit auf diese Weise erheblich vergrößert.

Dabei sind die lichtdurchlässigen Elemente 11 so an einer Stirnseite des Poly­ gonspiegelrads befestigt, daß sich jedes lichtdurchlässige Element 11 entlang einer Facette 10 erstreckt und in vorgegebenem Winkel zur Facette 10 über den Rand des Polygonspiegelrads hervorsteht. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel bestehen die lichtdurchlässigen Elemente 11 aus Glasplatten, die in einer Ebene liegend angeordnet sind und im rechten Winkel vom Polygonspiegelrad hervor­ stehen.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind zwei unterschiedliche Glasplatten vorgesehen, wobei eine Glasplatte die Dicke d1 und die andere Glasplatte die Dicke d2 aufweist. Die Dicke jeder Glasplatte ist konstant. Der Querschnitt der Glasplatten ist rechteckförmig ausgebildet.

Jeder Facette 10 ist ein lichtdurchlässiges Element 11 zugeordnet, wobei die Glasplatten unterschiedlicher Dicke alternierend am Polygonspiegelrad angeord­ net sind.

Die lichtdurchlässigen Elemente 11 sitzen auf einer kranzförmigen Halterung 12 auf, welche an der oberen Stirnseite des Polygonspiegelrads befestigt ist. Die kranzförmige Halterung 12 ist mit den Facetten 10 des Polygonspiegelrads fest verbunden und drehbar an der Ablenkeinheit 5 gelagert.

Das Polygonspiegelrad mit der kranzförmigen Halterung 12 wird von einem Motor 13 über eine Welle 14 angetrieben.

Die kranzförmige Halterung 12 weist acht Aufnahmen 15 für die Glasplatten auf. Die Aufnahmen 15 sind an die Geometrie der Glasplatten angepaßt, so daß die Glasplatten in den Aufnahmen 15 formschlüssig gelagert sind. Die Glas­ platten können gegebenenfalls mit Klebstoff an den Aufnahmen 15 fixiert sein.

Der Sender 3 und die Sendeoptik 4 sind in einem quaderförmigen Block 16 gelagert. Der Block 16 weist Ausnehmungen 17, 18 auf, in welche der Sender 3 und die Linsen der Sendeoptik 4 eingesetzt werden. Dabei sind der Sender 3 und die Sendeoptik 4 in Abstand zueinander angeordnet. Zwischen Sender 3 und Sendeoptik 4 ist ein vertikal verlaufender Schlitz 19 vorgesehen, in welchem die lichtdurchlässigen Elemente 11 geführt sind. Um Beschädigungen zu vermeiden sind die lichtdurchlässigen Elemente 11 mit Spiel in dem Schlitz 19 geführt.

Da sich die Glasplatten in Längsrichtung entlang der gesamten Breite einer Facette 10 erstecken, ist gewährleistet, daß während einer Abtastung ein und dieselbe Fokuseinstellung erhalten bleibt. Die Glasplatten sind mit den Facetten 10 des Polygonspiegelrads starr verbunden, so daß keine Synchronisierung der Bewegung der lichtdurchlässigen Elemente 11 und der Ablenkeinheit 5 erforder­ lich ist.

Die Querschnittsebenen des Senders 3, der Linsen der Sendeoptik 4 sowie der im Schlitz 19 geführten lichtdurchlässigen Elemente 11 sind senkrecht zur Richtung der Sendelichtstrahlen 2 angeordnet. Im Bereich des Sendeelements verlaufen die Sendelichtstrahlen 2 parallel zur Längsachse des Polygonspiegel­ rads.

Um die Sendelichtstrahlen 2 auf die Facetten 10 des Polygonspiegelrads zu lenken, ist dem Sendeelement ein Umlenkspiegel 20 nachgeordnet, welcher auf der Empfangsoptik 8 aufsitzt. Durch den Umlenkspiegel 20 werden die Sende­ lichtstrahlen 2 so abgelenkt, daß sie im rechten Winkel auf die Facetten 10 auftreffen.

Da der Umlenkspiegel 20 klein im Verhältnis zur Empfangsoptik 8 ist, wird durch den Umlenkspiegel 20 nur eine kleine Menge der Empfangslichtstrahlen 7 ausgeblendet und gelangt nicht auf den Empfänger 9.

Je nachdem, welches lichtdurchlässige Element 11 im Strahlengang der Sende­ lichtstrahlen 2 angeordnet ist, sind Barcode-Symbole in unterschiedlichen Abständen zur Vorrichtung 1 lesbar. Die nutzbaren Signale werden in der Auswerteeinheit extrahiert. Hierzu werden die während einer Umdrehung des Polygonspiegelrads mit den unterschiedlichen Fokuseinstellungen ermittelten Signale abgespeichert und miteinander verglichen. In der Auswerteeinheit werden hierzu die vom Empfänger 9 eingelesenen amplitudenmodulierten Signale beispielsweise hinsichtlich des Kontrasts untersucht. Je größer der Kontrast der Signale, daß heißt je größer Amplitudenunterschied zwischen Signalwerten, die von hellen oder dunklen Strichelementen der Barcode-Symole stammen, ist, desto größer ist die Dekodiersicherheit, mit der ein Barcode-Sym­ bol gelesen werden kann.

Zweckmäßigerweise wird nur diejenige Signalfolge ausgewählt und der weiteren Ausführung zugeführt, welche die größte Dekodiersicherheit aufweist.

Bei einer derartigen Auswertung wird lediglich das Optimum der Signale ausgewählt, die mit den durch die lichtdurchlässigen Elemente 11 eingestellten verschiedenen Brennweiten der Vorrichtung 1 gewonnen werden.

Dieses Verfahren ist erheblich einfacher und schneller als bekannte Verfahren, bei welchen zuerst der Abstand der Barcode-Symbole zur Vorrichtung 1 gemes­ sen wird und daraufhin die Brennweite der Vorrichtung 1 eingestellt wird.

Claims (11)

1. Optoelektronische Vorrichtung zum Lesen von Marken, insbesondere Barcode-Symbolen, mit einem Sendelichtstrahlen emittierenden Sende­ element, bestehend aus einem Sender und einer diesem nachgeordneten Sendeoptik, einem Empfangslichtstrahlen empfangenden Empfangsele­ ment, einer Ablenkeinheit, über welche die Sendelichtstrahlen geführt sind, und lichtdurchlässigen Elementen unterschiedlicher Dicke welche periodisch nacheinander in den Strahlengang zwischen Sender und Sende­ optik eingeführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkeinheit (5) von einem Polygonspiegelrad mit mehreren Facetten (10) gebildet ist, und daß an einer Stirnseite des Polygonspiegelrads die lichtdurchlässigen Elemente (11) so befestigt sind, daß sich jedes lichtdurchlässige Element (11) in Längsrichtung entlang einer Facette (10) erstreckt und in vor­ gegebenem Winkel zu dieser über den Rand des Polygonspiegelrads hervorsteht.

2. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtdurchlässigen Elemente (11) in einer Ebene liegend angeord­ net sind.

3. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jeder Facette (10) ein lichtdurchlässiges Element (11) zu­ geordnet ist.

4. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß lichtdurchlässige Elemente (11) mit einer Dicke d1 und lichtdurchlässige Elemente mit einer Dicke d2 vorgesehen sind.

5. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtdurchlässigen Elemente (11) mit den Dicken d1 und d2 alternierend am Polygonspiegelrad angeordnet sind.

6. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtdurchlässigen Elemente (11) von Glasplatten konstanter Dicke gebildet sind.

7. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtdurchlässigen Elemente (11) senkrecht zur Mantelfläche des Polygonspiegelrads angeordnet sind.

8. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtdurchlässigen Elemente (11) auf einer kranz­ förmigen Halterung (12) aufsitzen, welche an einer Stirnseite des Poly­ gonspiegelrads befestigt ist.

9. Optoelektronische Vorrichtung, nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Sender (3) emittierten und von der Sendeop­ tik (4) fokussierten Sendelichtstrahlen (2) parallel zur Längsachse des Polygonspiegelrads geführt sind und von einem Umlenkspiegel (20) auf die Facetten (10) des Polygonspiegelrads umgelenkt werden.

10. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Umlenkspiegel (20) auf der Empfangsoptik (8) des Empfangs­ elements aufsitzt.

11. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß diese eine Auswerteeinheit aufweist, in welcher die mit den unterschiedlichen lichtdurchlässigen Elementen (11) ermittelten Empfangssignale verglichen werden, und daß diejenigen Empfangssignale zur weiteren Auswertung herangezogen werden, welche die größte Deko­ diersicherheit aufweisen.