DE19605505A1 - Optische Abtastanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Abtastanordnung zum Lesen von in einer Abtastebene vorhandenen Codierungen, welche einen Abtastlichtstrahl aussendet, der zumindest im wesentlichen senkrecht zu seiner Längserstreckung periodisch eine Abtastbewegung ausführt und dadurch eine Primärlicht­ fläche festlegt, und eine Empfangs- und Auswerteeinrichtung für von der Abtastebene rückgestreutes und Informationen über die abgetastete Codierung enthaltendes Streulicht auf­ weist.

Bei bekannten Abtastanordnungen müssen das Lesegerät und der Strichcode relativ zueinander so ausgerichtet werden, daß der Strichcode im wesentlichen senkrecht zur Längserstreckung der Code-Balken überstrichen wird, da nur dann sicher­ gestellt ist, daß der Strichcode vollständig und einwandfrei gelesen wird.

Die Ausrichtung dieser bekannten Abtastanordnungen zu den Codierungen wird erschwert, wenn die Wellenlänge der von der Abtastanordnung ausgesandten Strahlung, beispielsweise UV- oder IR-Strahlung, für das menschliche Auge nicht wahrnehm­ bar ist.

Insbesondere bei solchen Codierungen, die Strahlung in für das menschliche Auge nicht wahrnehmbaren Bereichen reflektie­ ren, besitzen derartige herkömmliche Abtastanordnungen den weiteren Nachteil, daß die Orientierung der jeweiligen Codie­ rung auf der Abtastebene nicht festgestellt werden kann.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine optische Abtastanord­ nung zu schaffen, mit der auf möglichst einfache Weise be­ liebig orientierte Codierungen vollständig und einwandfrei lesbar sind.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe im wesentlichen dadurch gelöst, daß im Lichtweg des Abtastlichtstrahls eine als Rota­ tionskörper ausgebildete Lichtumlenkeinheit angeordnet ist, welche eine zumindest einen wesentlichen Teil und vorzugswei­ se das gesamte ausgesandte Licht erfassende Lichteintritts­ fläche aufweist, um eine im wesentlichen parallel zur Licht­ eintrittsrichtung verlaufende Achse drehbar ist und die ein­ tretenden Abtastlichtstrahlen mehrfach derart ablenkt, daß diese aus einer Lichtaustrittsfläche der Lichtumlenkeinheit unter Festlegung einer Sekundärlichtfläche austreten und sich die Sekundärlichtfläche beim verdrehen der Lichtumlenk­ einheit um deren Achse dreht.

Mit einer Abtastanordnung gemäß der Erfindung kann somit eine beliebig orientierte und zur Lichtauftreffrichtung sowohl senkrecht als auch schräg ausgerichtete Codierung gelesen werden, da die Sekundärlichtfläche ohne Verdrehung der Abtastanordnung unabhängig von dieser drehbar ist und daher im Verlauf ihrer Drehung eine zum einwandfreien Lesen der Codierung geeignete Drehposition einnimmt, wobei die Drehung kontinuierlich oder schrittweise und in jedem Fall derart erfolgt, daß die Zeit, in der die Sekundärlichtfläche die korrekte Lese-Drehposition einnimmt, ausreicht, um die Codierung zumindest einmal, vorzugsweise mehrmals vollstän­ dig abzutasten.

Die Drehung des Rotationskörpers und damit der Sekundärlicht­ fläche gemäß der Erfindung ist besonders für beispielsweise an Ladenkassen verwendete Handlesegeräte von Vorteil, da bei der Erfindung ein umständliches Verdrehen der Abtastanord­ nung oder des mit der Codierung versehenen Objekts, um die Lichtfläche relativ zur Codierung auszurichten, entfällt.

Es ist nicht erforderlich, daß die Wellenlänge der Abtast­ lichtstrahlen im sichtbaren Bereich liegt, da eine Ausrich­ tung der Abtastanordnung aufgrund der erfindungsgemäßen Drehung der Sekundärlichtfläche nicht notwendig ist.

Die Wellenlänge der Abtastlichtstrahlen kann daher auch im UV- oder IR-Bereich liegen, so daß mit der erfindungsgemäßen Abtastanordnung auch solche Codierungen lesbar sind, die Strahlung in diesen Wellenlängen-Bereichen reflektieren.

Derartige, für das menschliche Auge nicht wahrnehmbare Codie­ rungen können somit auf vorteilhafte Weise mit der erfin­ dungsgemäßen Abtastanordnung unabhängig von ihrer Orientie­ rung stets einwandfrei gelesen werden.

Der Rotationskörper kann so ausgebildet sein, daß seine Dreh­ achse mit dem Mittelstrahl sowohl der Primärlichtfläche als auch der Sekundärlichtfläche zumindest im wesentlichen zusam­ menfällt, so daß bei Ausbildung der Abtastanordnung als Hand­ lesegerät der Bediener die Codierung in der gewohnten Weise direkt anvisieren kann.

Grundsätzlich kann der Rotationskörper aber auch derart aus­ gebildet sein, daß der Mittelstrahl der Sekundärlichtfläche parallel versetzt und/oder unter einem Winkel zum Mittel­ strahl der Primärlichtfläche abgelenkt wird. Die Drehachse des Rotationskörpers kann dabei mit dem Mittelstrahl der Pri­ märlichtfläche zusammenfallen oder zu diesem geneigt seine.

Vorzugsweise ist der Rotationskörper so ausgebildet, daß die in ihm stattfindenden Reflexionen der eintretenden Abtast­ lichtstrahlen beim Verdrehen des Rotationskörpers eine Drehung der Sekundärlichtfläche mit einer Winkelgeschwindig­ keit bewirken, die doppelt so groß wie jene der Rotations­ körper-Drehung ist. Dies ist von Vorteil, da für eine rela­ tiv schnelle Abtastung der Abtastebene der im Vergleich zu den übrigen Bauteilen der Abtastanordnung große bzw. schwere Rotationskörper nur vergleichsweise langsam gedreht werden muß, wodurch der Aufwand für Antriebseinrichtung, Lagerung etc. gering gehalten werden kann.

Weitere Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unter­ ansprüchen angegeben.

Die Erfindung wird im folgenden beispielhaft anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt:

Fig. 1 eine schematische perspektivische Ansicht einer Abtastanordnung gemäß der Erfindung, die eine Abtastebene abtastet,

Fig. 2 eine schematische Seitenansicht einer ersten Ausführungsform eines aus einem Prisma beste­ henden Rotationskörpers gemäß der Erfindung,

Fig. 3 eine schematische Seitenansicht einer zwei­ ten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rotationskörpers, der aus einem vorzugsweise aus zwei Einzelprismen zusammengesetzten oder optisch verkitteten Prisma besteht, das mit einem Spiegel oder einer verspiegelten Fläche versehen ist,

Fig. 4 eine schematische Seitenansicht einer drit­ ten Ausführungsform eines aus zwei Prismen bestehenden Rotationskörpers gemäß der Erfin­ dung,

Fig. 5 eine schematische Seitenansicht einer vier­ ten Ausführungsform eines aus zwei Prismen bestehenden Rotationskörpers gemäß der Erfin­ dung, wobei außerdem gestrichelt ein auch bei den vorangehenden Ausführungsformen vor­ handener Halter angedeutet ist, und

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht einer als Porro-Prisma ausgebildeten fünften Ausfüh­ rungsform eines Rotationskörpers, der zusätz­ lich einen Parallelversatz der eintretenden Lichtstrahlen bewirkt.

Fig. 1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße optische Ab­ tastanordnung 1 mit einem einen Abtastlichtstrahl 4 aussen­ denden Abtastkopf 7 und einem transparenten Rotationskörper 10, der im Strahlengang zwischen dem Abtastkopf 7 und einer Abtastebene 30 angeordnet ist, auf der eine mit der Abtast­ anordnung 1 zu lesende Strich-Codierung 32 vorhanden ist.

Der Abtastlichtstrahl 4 führt eine V-förmige periodische Abtastbewegung aus und legt dadurch eine Primärlichtfläche 6a fest. Die Abtastbewegung verläuft senkrecht zur Richtung des momentan ausgesendeten Lichtstrahls.

Die Erzeugung des Abtastlichstrahls 4 und dessen periodi­ scher Abtastbewegung erfolgt beispielsweise mittels einer Lichtquelle, wie einem Laser oder einer LED, sowie eines als Spiegelrad oder Dreh- oder Schwingspiegel ausgebildeten Abtastmittels, wobei das Abtastmittel so ausgelegt ist, daß die von der Lichtquelle erzeugten und auf das Abtastmittel treffenden Lichtstrahlen gemäß Fig. 1 als V-artige Primär­ lichtfläche 6a aus einer Frontöffnung 8, die durch ein Fenster oder eine längliche Zylinderlinse verschlossen sein kann, im Abtastkopf 7 der Abtastanordnung 1 austreten.

Es ist jedoch auch möglich, die in einer V-artigen Ebene vom Abtastmittel reflektierten Lichtstrahlen mittels eines Hohl­ spiegels und/oder einer Linse im wesentlichen parallel zuein­ ander versetzt zu reflektieren, so daß sich eine im wesent­ lichen rechteckige aus der Frontöffnung 8 austretende Primär­ lichtfläche anstelle der sich V-artig erweiternden Primär­ lichtfläche 6a gemäß Fig. 1 ergibt.

Die Wellenlänge des Abtastlichtstrahls 4 kann im sichtbaren, aber auch im UV- oder IR-Bereich liegen, so daß mit der Abtastanordnung 1 gemäß der Erfindung auch solche Codierun­ gen lesbar sind, die Strahlung im UV- oder IR-Bereich reflek­ tieren.

Der in der Primärlichtfläche 6a angeordnete kreiszylindri­ sche Rotationskörper 10 ist um seine geometrische Achse 11 drehbar, die in der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform mit einem Mittelstrahl 4′ der Primärlichtfläche 6a zusammen­ fällt. Der Rotationskörper 10 besitzt eine Lichteintritts­ fläche 12, auf die der Mittelstrahl 4′ senkrecht auftrifft und die so bemessen ist, daß sie die gesamte Primärlicht­ fläche 6a erfaßt, wodurch auf der Lichteintrittsfläche 12 eine Primärabtastlinie 5a entsteht.

Wie im folgenden anhand einzelner Ausführungsformen des Rota­ tionskörpers 10 beschrieben wird, ist der Rotationskörper 10 so ausgebildet, daß die durch die Lichteintrittsfläche 12 einfallenden Abtastlichtstrahlen 4 mehrfach derart abgelenkt bzw. gebrochen werden, daß diese aus einer parallel zur Lichteintrittsfläche 12 und mit axialem Abstand von ihr ver­ laufenden Lichtaustrittsfläche 13 austreten und eine Sekun­ därlichtfläche 6b definieren, die sich beim Verdrehen des Rotationskörpers 10 um dessen Drehachse 11 dreht, wobei die Art und Weise der in den Rotationskörpern stattfindenden Reflexionen der Abtastlichtstrahlen 4 eine im Vergleich zur Drehung des Rotationskörpers doppelt so schnelle Drehung der Sekundärlichtfläche bewirkt.

Der Rotationskörper 10 gemäß Fig. 1 lenkt die Abtastlicht­ strahlen 4 derart ab, daß ein Mittelstrahl 4′′ der Sekundär­ lichtfläche 6b zumindest im wesentlichen mit der Drehachse 11 zusammenfällt. Es gibt somit eine Basisdrehposition des Rotationskörpers 10, in welcher die Sekundärlichtfläche 6b gegenüber der Primärlichtfläche 6a nicht verdreht ist und beide Lichtflächen 6a, 6b zumindest im wesentlichen in einer Ebene liegen.

Die durch die Lichtaustrittsfläche 13 aus dem Rotationskör­ per 10 austretenden Abtastlichtstrahlen 4 erzeugen auf der ebenen, senkrecht zur Drehachse 11 verlaufenden Abtastebene 30 eine Sekundärabtastlinie 5b, entlang welcher die auf der Abtastebene 30 angebrachte Strich-Codierung 32 periodisch dann abgetastet wird, wenn die Sekundärabtastlinie 5b im wesentlichen senkrecht zur Längserstreckung der Strich- Elemente der Codierung 32 verläuft.

Die Sekundärabtastlinie 5b dreht sich somit bei Verdrehung des Rotationskörpers 10 auf der Abtastebene 30 um den Schnittpunkt der Drehachse 11 mit der Abtastebene 30 relativ zu der auf der Abtastebene 30 vorhandenen Codierung 32, um die zum Lesen der Codierung 32 geeignete Winkelposition im Verlauf ihrer Drehung einzunehmen. Beim Lesen von der Codie­ rung 32 gemäß Fig. 1 entsprechenden Strichcodes nimmt die Sekundärabtastlinie 5b somit im Verlauf einer vollen Umdre­ hung des Rotationskörpers 10 viermal eine im wesentlichen senkrecht zur Längserstreckung der Code-Balken orientierte Drehposition ein.

Die zur Drehung des Rotationskörpers 10 vorgesehene Antriebs­ einrichtung kann beispielsweise als ein Hohlachsenmotor aus­ gebildet sein, in welchen der Rotationskörper 10 integriert ist.

Die Drehung des Rotationskörpers 10 erfolgt je nach Anwen­ dung entweder kontinuierlich mit einer Drehzahl, die an die periodische Abtastbewegung des Abtastlichtstrahls 4 angepaßt ist, oder schrittweise in ebenfalls auf eine geeignete Weise angepaßten Winkelschritten.

Wenn die zur Erzeugung des Abtastlichtstrahls 4 vorgesehene Anordnung so ausgebildet ist, daß sie gemäß Fig. 1 eine sich V-artig erweiternde Primärlichtfläche 6a erzeugt, ist der Rotationskörper 10 vorzugsweise möglichst nahe der Frontöff­ nung 8 angeordnet, so daß die auf der Lichteintrittsfläche 12 des Rotationskörpers 10 erzeugte Primärabtastlinie 5a möglichst klein ist und ein Rotationskörper 10 mit kleiner Lichteintrittsfläche 12 und geringer Baugröße ausreicht, um auf der Abtastebene 30 eine wesentlich größere Sekundärab­ tastlinie 5b zu erzeugen.

Der Rotationskörper 10 ist vorzugsweise mit der Anordnung zur Erzeugung des Abtastlichtstrahls 4 in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht, um eine möglichst kompakte Abtastan­ ordnung 1 zu erhalten.

Abweichend von der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform kann der Rotationskörper 10 auch so ausgebildet sein, daß er die einfallenden Abtastlichtstrahlen 4 derart ablenkt, daß der Mittelstrahl 4′′ der Sekundärlichtfläche 6b im wesent­ lichen parallel versetzt und/oder unter einem Winkel zum Mittelstrahl 4′ der Primärlichtfläche 6b austritt. Die Dreh­ achse 11 des Rotationskörpers 10 fällt dabei entweder mit dem Mittelstrahl 4′ der Primärlichtfläche 6a zusammen oder verläuft geneigt zum Mittelstrahl 4′ und schließt mit diesem einen von Null verschiedenen Winkel ein. Dadurch vollführt bei sich drehendem Rotationskörper 10 die Sekundärlicht­ fläche 6b und damit auch die Sekundärabtastlinie 5b eine Taumelbewegung um den Mittelstrahl 4′ der Primärlichtfläche 6a, so daß seitlich versetzt zu der in Fig. 1 gezeigten Posi­ tion der Codierung 32 angebrachte Codierungen gelesen werden können, ohne daß die Abtastanordnung 1 bzw. der Abtastkopf 7 entsprechend ausgerichtet werden müßte.

Zur Ablenkung der durch die Lichteintrittsfläche 12 des Rota­ tionskörpers 10 eintretenden Abtastlichtstrahlen 4 weist der Rotationskörper 10 eine in Fig. 1 nicht dargestellte Anord­ nung aus optischen Elementen wie Spiegeln und/oder Prismen auf, deren reflektierenden und/oder total reflektierenden und/oder brechenden Flächen die Abtastlichtstrahlen 4 in der gewünschten Weise ablenken.

Im folgenden werden einzelne Ausführungsbeispiele eines er­ findungsgemäßen Rotationskörpers 10 beschrieben, bei denen - mit Ausnahme des von einem Porro-Prisma gebildeten Rotati­ onskörpers 10′′′′′ gemäß Fig. 6 - der Mittelstrahl 4′ der Primärlichtfläche 6a und der Mittelstrahl 4′′ der Sekundär­ lichtfläche 6b zumindest im wesentlichen mit der Drehachse 11 des Rotationskörpers 10 zusammenfallen, so daß es eine Basisdrehposition des jeweiligen Rotationskörpers 10 gibt, in welcher die Primärlichtfläche 6a und die Sekundärlicht­ fläche 6b zumindest im wesentlichen in einer Ebene liegen, und außerhalb der Basisdrehposition die Sekundärlichtfläche 6b gegenüber der Primärlichtfläche 6a um die Drehachse 11 verdreht ist.

In allen im Anschluß beschriebenen Ausführungsformen erwei­ tert sich sowohl die Primärlichtfläche 6a als auch die Sekun­ därlichtfläche 6b jeweils V-artig, jedoch sind die jeweili­ gen Rotationskörper auch mit andersartig ausgebildeten Licht­ flächen verwendbar.

Die nachstehend im Zusammenhang mit den einzelnen Rotations­ körpern angeführten Flächen wie Reflexionsflächen, Lichtein- und -austrittsflächen etc. sind jeweils als ebene Flächen ausgebildet.

Nach Fig. 2 besteht der erfindungsgemäße Rotationskörper 10′ aus einem Prisma 15, welches eine zur Drehachse 11 im wesent­ lichen parallele Grundfläche 15a, eine in Lichtsenderichtung von der Grundfläche 15a schräg weglaufende, mit der Drehach­ se 11 einen Winkel β einschließende Lichteintrittsfläche 12′ und eine in Lichtsenderichtung auf die Grundfläche 15a schräg zulaufende, mit der Drehachse 11 einen Winkel 180°-β einschließende Lichtaustrittsfläche 13′ aufweist, so daß die Flächen 12′ und 13′ des Prismas 15 dachförmig aufeinander zulaufen.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform des Prismas 15 sind bestimmte Bereiche, die für die im folgenden be­ schriebene Ausbreitung und/oder Reflexion der Abtastlicht­ strahlen 4 nicht erforderlich sind, eingespart, so daß sich die Flächen 12′ und 13′ nicht schneiden.

Die einfallenden und die Primärlichtfläche 6a festlegenden Abtastlichtstrahlen 4 werden gemäß Fig. 2 nacheinander an der Lichteintrittsfläche 12′ zur Grundfläche 15a hin gebro­ chen, an der Grundfläche 15a reflektiert und schließlich beim Austritt aus dem Prisma 15 an der Lichtaustrittsfläche 13′ zur Drehachse 11 hin erneut gebrochen. Der Mittelstrahl 4′′ der von den austretenden Abtastlichtstrahlen 4 definier­ ten Sekundärlichtfläche 6b fällt mit der Drehachse 11 und dem Mittelstrahl 4′ der Primärlichtfläche 6a zusammen.

Aus Fig. 2 ist außerdem zu erkennen, daß eine kleine Licht­ eintrittsfläche 12′ ausreicht, um eine Sekundärlichtfläche 6b zu erzeugen, die an der Lichtaustrittsfläche 13′ wesent­ lich größer als die Primärlichtfläche 6a an der Lichtein­ trittsfläche 12′ ist.

Bei einer Drehung des Rotationskörpers 10′ gemäß Fig. 2 um die Drehachse 11 dreht sich somit die Sekundärlichtfläche 6b relativ zur Primärlichtfläche 6a, ohne die Ausbreitungsrich­ tung des Mittelstrahls 4′′ der Sekundärlichtfläche 6b zu ändern.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform eines aus einem Prisma 16 bestehenden Rotationskörpers 10′′, bei dem die Aus­ breitungsrichtung des Mittelstrahls 4′′ der Sekundärlicht­ fläche 6b wiederum mit derjenigen des Mittelstrahls 4′ der Primärlichtfläche 6a sowie mit der Drehachse 11 überein­ stimmt. Das Prisma 16 ist vorzugsweise aus zwei Einzelpris­ men 16′, 16′′ zusammengesetzt, die mittels einer durch die gestrichelte Linie 16′′′ angedeuteten optisch transparenten Schicht miteinander verbunden, insbesondere zusammengekittet sind.

Das Prisma 16 besitzt eine zur Drehachse 11 im wesentlichen parallele Grundfläche 16a, eine zur Drehachse 11 senkrechte Lichteintrittsfläche 12′′, eine zur Drehachse 11 ebenfalls senkrechte Lichtaustrittsfläche 13′′ sowie zwei Reflexions­ flächen 16d, 16e. Die Grundfläche 16a wird vorzugsweise von einem Spiegel oder einer verspiegelten Fläche gebildet, was in Fig. 3 durch den schraffierten Bereich angedeutet ist.

Die in Lichtsenderichtung erste Reflexionsfläche 16d läuft in Lichtsenderichtung schräg auf die Grundfläche 16a zu und schließt mit der Drehachse 11 einen Winkel τ ein, während die in Lichtsenderichtung zweite Reflexionsfläche 16e in Lichtsenderichtung schräg von der Grundfläche 16a wegläuft und mit der Drehachse 11 einen Winkel 180°-τ einschließt, so daß die Flächen 16d und 16e V-artig auseinanderlaufen.

Die einfallenden und die Primärlichtfläche 6a festlegenden Abtastlichtstrahlen 4 treten somit durch die Lichteintritts­ fläche 12′′ in das Prisma 16 ein und werden dann nacheinan­ der an der ersten Reflexionsfläche 16d, der Grundfläche 16a und der zweiten Reflexionsfläche 16e reflektiert, bis sie schließlich durch die Lichtaustrittsfläche 13′′ aus dem Prisma 16 austreten und die Sekundärlichtfläche 6b definie­ ren.

In Fig. 4 ist ein Rotationskörper 10′′′ gezeigt, der eine Anordnung aus zwei Prismen 17, 17′ umfaßt. Das in Lichtsende­ richtung erste Prisma 17 weist eine zur Drehachse 11 paral­ lele Grundfläche 17a sowie eine Reflexionsfläche 17b und eine weitere Fläche 17c auf, während das in Lichtsenderich­ tung zweite Prisma 17′ eine zur Drehachse 11 senkrechte Lichtaustrittsfläche 13′′′, eine zur Drehachse 11 parallele Reflexionsfläche 17b′ sowie eine zur Fläche 17c des ersten Prismas 17 im wesentlichen parallele Lichteintritts- und Reflexionsfläche 12′′′ besitzt.

Des weiteren sind die Prismen 17, 17′ durch einen Luftspalt 20 im wesentlichen konstanter Dicke zwischen der Fläche 17c des ersten Prismas 17 und der Lichteintrittsfläche 12′′′ des zweiten Prismas 17′ getrennt.

Wie dem in Fig. 4 gezeigten Verlauf der einfallenden und die Primärlichtfläche 6a definierenden Abtastlichtstrahlen 4 zu entnehmen ist, werden diese nacheinander an der Reflexions­ fläche 17b des ersten Prismas 17 reflektiert, treten durch die Lichteintrittsfläche 12′′′ des zweiten Prismas 17′ in dieses ein, werden an der zur Drehachse 11 parallelen Refle­ xionsfläche 17b′ und der Lichteintrittsfläche 12′′′ des zweiten Prismas 17′ reflektiert und treten schließlich durch die Lichtaustrittsfläche 13′′′ des zweiten Prismas 17′ aus diesem wieder aus.

Auch hier fallen der Mittelstrahl 4′′ der von den aus der Prismenanordnung 17, 17′ austretenden Abtastlichstrahlen 4 definierten Sekundärlichtfläche 6b, der Mittelstrahl 4′ der Primärlichtfläche 6a und die Drehachse 11 zusammen.

In Fig. 5 ist eine weitere Ausführungsform eines Rotations­ körpers 10′′′′ dargestellt, der ebenfalls aus zwei Prismen 18, 18′ besteht und bei dem die Abtastlichtstrahlen 4 wiede­ rum so abgelenkt werden, daß sowohl der Mittelstrahl 4′ der Primärlichtfläche 6a als auch der Mittelstrahl 4′′ der Sekundärlichtfläche 4b mit der Drehachse 11 zusammenfallen.

Das in Lichtsenderichtung erste Prisma 18 besitzt eine zur Drehachse 11 senkrechte Lichteintrittsfläche 12′′′′, eine mit der Drehachse 11 einen Winkel von etwa 45° einschlie­ ßende Innenfläche 18c und eine Reflexionsfläche 18b, während das in Lichtsenderichtung zweite Prisma 18′ eine zur Dreh­ achse 11 senkrechte Lichtaustrittsfläche 13′′′′, eine mit der Drehachse 11 einen Winkel von ebenfalls etwa 45° ein­ schließende Innenfläche 18c′ und eine Reflexionsfläche 18b′ aufweist.

Ferner sind die Prismen 18, 18′ durch einen Luftspalt 21 im wesentlichen konstanter Dicke zwischen den Innenflächen 18c, 18c′ getrennt, und der von ihnen gebildete Rotationskörper 10′′′′ weist eine im wesentlichen trapezförmige Querschnitts­ fläche auf, wobei die parallelen Seiten des Trapezes senk­ recht zur Drehachse 11 verlaufen.

Die einfallenden und die Primärlichtfläche 6a festlegenden Abtastlichtstrahlen 4 treten zunächst je nach Auftreffwinkel mit entsprechender Ablenkung durch die Lichteintrittsfläche 12′′′′ des ersten Prismas 18 in dieses ein, werden nacheinan­ der an der Innenfläche 18c und der Reflexionsfläche 18b des ersten Prismas 18 reflektiert, treten daraufhin im wesent­ lichen ohne Ablenkung über die Innenflächen 18c, 18c′ und den Luftspalt 21 in das zweite Prisma 18′ ein, werden an der Lichtaustrittsfläche 13′′′′, der Reflexionsfläche 18b′ und der Innenfläche 18c′ des zweiten Prismas 18′ reflektiert und treten schließlich wieder je nach Auftreffwinkel mit entspre­ chender Ablenkung durch die Lichtaustrittsfläche 13′′′′ des zweiten Prismas 18′ aus, um die Sekundärlichtfläche 6b fest­ zulegen.

In Fig. 5 ist mit einer gestrichelten Linie schematisch ein Halter 31 angedeutet, der zu einer Drehbewegung antreibbar ist und in welchem der Rotationskörper 10′′′′ gelagert ist. Grundsätzlich ist für jeden der beschriebenen Rotationskör­ per eine derartige Halteeinrichtung vorgesehen.

In den vorstehend anhand der Fig. 2 bis 5 beschriebenen Rotationskörpern findet jeweils eine ungerade Anzahl von Reflexionen der eintretenden Abtastlichtstrahlen statt.

Bei allen beschriebenen Prismenanordnungen können die für die Ausbreitung und/oder Reflexion der Abtastlichtstrahlen 4 nicht notwendigen Bereiche, um eine möglichst geringe Bau­ größe des jeweiligen Rotationskörpers zu ermöglichen, ent­ sprechend dem anhand von Fig. 2 erläuterten Ausführungsbei­ spiel eingespart sein.

Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Rotationskör­ pers 10′′′′′, der als sogenanntes Porro-Prisma ausgebildet ist, das aus zwei typgleichen Teilprismen 19a, 19b besteht, die so ausgebildet und angeordnet sind, daß ein einfallender Lichtstrahl 4′ insgesamt viermal um einen Winkel von etwa 90° abgelenkt wird. Dadurch wird, zusätzlich zur Verdrehung einer in Fig. 6 nicht dargestellten einfallenden Sekundär­ lichtfläche durch Rotation des Porro-Prismas um die mit dem Lichtstrahl 4′ zusammenfallende Drehachse 11, die Ausbrei­ tungsrichtung eines aus dem Porro-Prisma austretenden Licht­ strahls 4′′ in zwei aufeinander senkrecht stehenden Rich­ tungen parallel zum einfallenden Lichtstrahl 4′ versetzt.

Bezugszeichenliste

1 Abtastanordnung
4 Abtastlichtstrahl
4′ Mittelstrahl der Primärlichtfläche
4′′ Mittelstrahl der Sekundärlichtfläche
5a Primärabtastlinie
5b Sekundärabtastlinie
6a Primärlichtfläche
6b Sekundärlichtfläche
8 Frontöffnung
10, 10′-10′′′′′ Rotationskörper
11 Drehachse
12, 12′-12′′′′ Lichteintrittsflächen
13, 13′-13′′′′ Lichtaustrittsflächen
15 Prisma
15a Grundfläche
16 Prisma
16′, 16′′ Einzelprismen
16′′′ transparente Schicht
16a Grundfläche
16d, e Reflexionsflächen
16g Schnittgerade
17, 17′ Prismen
17a Grundfläche
17c Prismafläche
17b, b′ Reflexionsflächen
18, 18′ Prismen
18b, b′ Reflexionsflächen
18c, c′ Innenflächen
19a, b Teilprismen eines Porro-Prismas
20, 21 Luftspalte
30 Abtastebene
31 Malter
32 Codierung
β Winkel zwischen Drehachse 11 und Lichteintrittsfläche 12′
τ Winkel zwischen Drehachse 11 und Reflexionsfläche 16d

Claims (18)

1. Optische Abtastanordnung (1) zum Lesen von in einer Abtastebene (30) vorhandenen Codierungen (32), welche einen Abtastlichtstrahl (4) aussendet, der zumindest im wesentlichen senkrecht zu seiner Längserstreckung perio­ disch eine Abtastbewegung ausführt und dadurch eine Primärlichtfläche (6a) festlegt, und eine Empfangs- und Auswerteeinrichtung für von der Abtastebene (30) rückge­ streutes und Informationen über die abgetastete Codierung (32) enthaltendes Streulicht aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß im Lichtweg des Abtastlichtstrahls (4) eine als Rotationskörper ausgebildete Lichtumlenkeinheit (10; 10′-10′′′′′) angeordnet ist, welche eine zumindest einen wesentlichen Teil und vorzugsweise das gesamte ausge­ sandte Licht erfassende Lichteintrittsfläche (12; 12′-12′′′′) aufweist, um eine im wesentlichen parallel zur Lichteintrittsrichtung verlaufende Achse (11) drehbar ist und die eintretenden Abtastlichtstrahlen (4) mehrfach derart ablenkt, daß diese aus einer Lichtaus­ trittsfläche (13; 13′-13′′′′) der Lichtumlenkeinheit (10; 10′-10′′′′′) unter Festlegung einer Sekundärlicht­ fläche (6b) austreten und sich die Sekundärlichtfläche (6b) beim Verdrehen der Lichtumlenkeinheit (10; 10′-10′′′′′) um deren Achse (11) dreht.

2. Optische Abtastanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotationskörper (10; 10′-10′′′′′) die eintreten­ den Abtastlichtstrahlen (4) derart ablenkt, daß ein Mit­ telstrahl (4′) der Primärlichtfläche (6a) und ein Mittel­ strahl (4′′) der Sekundärlichtfläche (6b) mit der Dreh­ achse (11) des Rotationskörpers (10; 10′-10′′′′′) zumin­ dest im wesentlichen zusammenfallen, so daß die Primär­ lichtfläche (6a) und die Sekundärlichtfläche (6b) in einer Basisdrehposition des Rotationskörpers (10, 10′-10′′′′′) zumindest im wesentlichen in einer Ebene liegen und sich die Sekundärlichtfläche (6b) beim Verdrehen des Rotationskörpers (10; 10′-10′′′′′) aus der Basisdrehposition um dessen Achse (11) dreht.

3. Optische Abtastanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotationskörper (10; 10′-10′′′′′) die eintreten­ den Abtastlichtstrahlen (4) derart ablenkt, daß ein Mit­ telstrahl (4′′) der Sekundärlichtfläche (6b) im wesent­ lichen parallel versetzt und/oder unter einem Winkel zu einem Mittelstrahl (4′) der Primärlichtfläche (6a) aus der Lichtaustrittsfläche (13; 13′-13′′′′) des Rotations­ körpers (10; 10′-10′′′′′) austritt, wobei die Drehachse (11) des Rotationskörpers (10; 10′-10′′′′′) mit dem Mittelstrahl (4′) der Primärlichtfläche (6a) oder mit dem Mittelstrahl (4′′) der Sekundärlichtfläche (6b) im wesentlichen zusammenfällt.

4. Optische Abtastanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Abtastlichtstrahlen (4) testgelegte Primärlichtfläche (6a) und die aus dem Rotationskörper (10; 10′-10′′′′′) austretende Sekundärlichtfläche (6b) sich in Lichtsenderichtung V-artig erweitern.

5. Optische Abtastanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotationskörper (10; 10′-10′′′′′) möglichst nahe dem Ursprung der Abtastlichtstrahlen (4) angeordnet ist, so daß ein Rotationskörper (10; 10′-10′′′′′) mit kleiner Lichteintrittsfläche (12; 12′-12′′′′) und geringer Bau­ größe zum Erfassen der Primärlichtfläche (6a) und zum Abtasten einer wesentlich größeren Abtastebene (30) ausreicht.

6. Optische Abtastanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotationskörper (10; 10′-10′′′′′) zur Ablenkung der eintretenden Abtastlichtstrahlen (4) Spiegel und/oder verspiegelte Flächen und/oder Prismen (15; 16; 17, 17′; 18, 18′; 19a, 19b) mit brechenden und/oder reflektierenden und/oder totalreflektierenden Flächen aufweist.

7. Optische Abtastanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotationskörper (10′) zumindest aus einem Prisma (15) besteht, welches eine zur Drehachse (11) im wesent­ lichen parallele Grundfläche (15a), eine in Lichtsende­ richtung von der Grundfläche (15a) schräg weglaufende, mit der Drehachse (11) einen Winkel (β) einschließende Lichteintrittsfläche (12′) und eine in Lichtsenderich­ tung auf die Grundfläche (15a) schräg zulaufende, mit der Drehachse (11) einen Winkel (180°-β) einschließende Lichtaustrittsfläche (13′) aufweist, so daß die einfal­ lenden, die Primärlichtfläche (6a) festlegenden Abtast­ lichtstrahlen (4) nacheinander an der Lichteintrittsflä­ che (12′) zur Grundfläche (15a) hin gebrochen, an der Grundfläche (15a) reflektiert und schließlich beim Aus­ tritt aus dem Prisma (15) an der Lichtaustrittsfläche (13′) zur Drehachse (11) hin erneut gebrochen werden und so die Sekundärlichtfläche (6b) festlegen, deren Mittel­ strahl (4′′) mit der Drehachse (11) zumindest im wesent­ lichen zusammenfällt.

8. Optische Abtastanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotationskörper (10′′) zumindest aus einem Prisma (16) besteht, welches vorzugsweise aus zwei Ein­ zelprismen (16′, 16′′) zusammengesetzt ist, die insbe­ sondere mittels einer optisch transparenten Schicht miteinander verbunden sind, und welches eine zur Dreh­ achse (11) im wesentlichen parallele und vorzugsweise von einem Spiegel oder einer verspiegelten Fläche gebil­ deten Grundfläche (16a), eine zur Drehachse (11) im wesentlichen senkrechte Lichteintrittsfläche (12′′), eine zur Drehachse (11) im wesentlichen senkrechte Licht­ austrittsfläche (13′′) sowie zwei Reflexionsflächen (16d, 16e) aufweist, wobei die in Lichtsenderichtung erste Reflexionsfläche (16d) in Lichtsenderichtung schräg auf die Grundfläche (16a) zuläuft und mit der Drehachse (11) einen Winkel (τ) einschließt und die in Lichtsenderichtung zweite Reflexionsfläche (16e) in Lichtsenderichtung schräg von der Grundfläche (16a) weg­ läuft und mit der Drehachse (11) einen Winkel (180°-τ) einschließt, so daß die einfallenden, die Primärlicht­ fläche (6a) festlegenden Abtastlichtstrahlen (4) durch die Lichteintrittsfläche (12′′) in das Prisma (16) ein­ treten, nacheinander an der ersten Reflexionsfläche (16d), der Grundfläche (16a) und der zweiten Reflexions­ fläche (16e) reflektiert werden und schließlich durch die Lichtaustrittsfläche (13′′) aus dem Prisma (16) aus­ treten und die Sekundärlichtfläche (6b) festlegen, deren Mittelstrahl (4′′) mit der Drehachse (11) zumindest im wesentlichen zusammenfällt.

9. Optische Abtastanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotationskörper (10′′′) zumindest aus einem in Lichtsenderichtung ersten Prisma (17) mit einer zur Dreh­ achse (11) im wesentlichen parallelen Grundfläche (17a), einer Reflexionsfläche (17b) und einer weiteren Fläche (17c) sowie einem in Lichtsenderichtung zweiten Prisma (17′) mit einer zur Drehachse (11) im wesentlichen senk­ rechten Lichtaustrittsfläche (13′′′), einer zur Dreh­ achse (11) im wesentlichen parallelen Reflexionsfläche (17b′) sowie einer zur Fläche (17c) des ersten Prismas (17) im wesentlichen parallelen Lichteintritts- und Reflexionsfläche (12′′′) besteht, wobei die Prismen (17, 17′) durch einen Luftspalt (20) im wesentlichen konstan­ ter Dicke zwischen der Fläche (17c) des ersten Prismas (17) und der Lichteintritts- und Reflexionsfläche (12′′′) des zweiten Prismas (17′) getrennt sowie derart ausgebildet und angeordnet sind, daß die einfallenden, die Primärlichtfläche (6a) festlegenden Abtastlicht­ strahlen (4) nacheinander an der Reflexionsfläche (17b) des ersten Prismas (17) reflektiert werden, durch die Lichteintritts- und Reflexionsfläche (12′′′) des zweiten Prismas (17′) in dieses eintreten, an der zur Drehachse (11) im wesentlichen parallelen Reflexionsfläche (17b′) und der Lichteintritts- und Reflexionsfläche (12′′′) des zweiten Prismas (17′) reflektiert werden und schließlich durch die Lichtaustrittsfläche (13′′′) des zweiten Prismas (17′) aus diesem austreten und die Sekundärlicht­ fläche (6b) festlegen, deren Mittelstrahl (4′′) mit der Drehachse (11) zumindest im wesentlichen zusammenfällt.

10. Optische Abtastanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotationskörper (10′′′′) zumindest aus einem in Lichtsenderichtung ersten Prisma (18) mit einer zur Dreh­ achse (11) im wesentlichen senkrechten Lichteintritts­ fläche (12′′′′), einer mit der Drehachse (11) einen Win­ kel von etwa 45° einschließenden Innenfläche (18c) und einer Reflexionsfläche (18b) sowie einem in Lichtsende­ richtung zweiten Prisma (18′) mit einer zur Drehachse (11) im wesentlichen senkrechten Lichtaustrittsfläche (13′′′′), einer mit der Drehachse (11) einen Winkel von etwa 45° einschließenden Innenfläche (18c′) und einer Reflexionsfläche (18b′) besteht, wobei die Prismen (18, 18′) durch einen Luftspalt (21) im wesentlichen konstan­ ter Dicke zwischen den Innenflächen (18c, 18c′) getrennt sowie derart ausgebildet und angeordnet sind, daß die einfallenden, die Primärlichtfläche (6a) festlegenden Abtastlichtstrahlen (4) zunächst durch die Lichtein­ trittsfläche (12′′′′) des ersten Prismas (18) in dieses eintreten, dann nacheinander an der Innenfläche (18c) und der Reflexionsfläche (18b) des ersten Prismas (18) reflektiert werden, über die Innenflächen (18c, 18c′) und den Luftspalt (21) in das zweite Prisma (18′) eintre­ ten, an der Lichtaustrittsfläche (13′′′′), der Reflexi­ onsfläche (18b′) und der Innenfläche (18c′) des zweiten Prismas (18′) reflektiert werden und schließlich durch die Lichtaustrittsfläche (13′′′′) des zweiten Prismas (18′) aus diesem austreten und die Sekundärlichtfläche (6b) festlegen, deren Mittelstrahl (4′′) mit der Dreh­ achse (11) zumindest im wesentlichen zusammenfällt.

11. Optische Abtastanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotationskörper (10′′′′′) als ein die Abtast­ lichtstrahlen (4) zusätzlich durch vierfache Reflexion parallelversetzendes Porro-Prisma (19a, 19b) ausgebildet ist.

12. Optische Abtastanordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotationskörper (10; 10′-10′′′′′) zusätzlich ein oder mehrere im Lichtweg der Primärlichtfläche (6a) und/oder der Sekundärlichtfläche (6b) angeordnete und die Abtastlichtstrahlen (4) durch vierfache Reflexion parallelversetzende Porro-Prismen umfaßt.

13. Optische Abtastanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß an den Spiegeln und/oder verspiegelten Flächen und/oder Prismen (15; 16; 17, 17′; 18, 18′; 19a, 19b) des Rotationskörpers (10; 10′-10′′′′′) das zur Ausbrei­ tung und/oder Reflexion und/oder Brechung der Abtast­ lichtstrahlen (4) nicht erforderliche Material zumindest im wesentlichen eingespart ist, so daß der Rotations­ körper (10; 10′-10′′′′′) eine möglichst geringe Baugröße besitzt.

14. Optische Abtastanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotationskörper (10; 10′-10′′′′′) in einem zu einer Drehbewegung antreibbaren Kalter (31) gelagert und kontinuierlich oder schrittweise drehbar ist.

15. Optische Abtastanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotationskörper (10; 10′-10′′′′′) die eintreten­ den Abtastlichtstrahlen (4) derart ablenkt, daß sich die Sekundärlichtfläche (6b) beim Verdrehen des Rotations­ körpers (10; 10′-10′′′′′) doppelt so schnell wie dieser dreht.

16. Optische Abtastanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotationskörper (10; 10′-10′′′′′) zumindest im wesentlichen transparent ist.

17. Optische Abtastanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotationskörper (10; 10′-10′′′′′) als Spiegel­ kasten ausgebildet ist.

18. Optische Abtastanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse (11) des Rotationskörpers (10; 10′-10′′′′′) zum Mittelstrahl (4′) der Primärlichtfläche (6a) geneigt verläuft, so daß bei sich drehendem Rotati­ onskörper (10; 10′-10′′′′′) die Sekundärlichtfläche (6b) eine Taumelbewegung um den Mittelstrahl (4′) der Primär­ lichtfläche (6a) ausführt.