DE19605505C2 - Optische Abtastanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Abtastanordnung nach dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1.

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

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

Insbesondere bei solchen Codierungen, die Strahlung in für das menschli­ che Auge nicht wahrnehmbaren Bereichen reflektieren, besitzen derartige herkömmliche Abtastanordnungen den weiteren Nachteil, daß die Orien­ tierung der jeweiligen Codierung auf der Abtastebene nicht festgestellt werden kann.

Aus der US 5,166,820 und der US 3,806,706 ist jeweils eine optische An­ ordnung bekannt, bei der durch Eigenrotation eines Bauteils für eine Drehung einer Lichtfläche gesorgt wird.

Dabei wird in der US 5,166,820 eine Anordnung beschrieben, bei der ein erstes Abtastmittel für eine Ablenkung eines Lichtstrahls in einer ersten Richtung sorgt und eine Lichtlinie auf einem Spiegel erzeugt, mit dem die Lichtlinie in einer senkrecht zur ersten Richtung verlaufenden zweiten Richtung abgelenkt werden kann. Dadurch kann ein Objekt rasterförmig mit parallelen Lichtlinien abgetastet werden. Zusätzlich können durch ein als zweites Abtastmittel bezeichnetes, drehbares Prisma die vom Spiegel reflektierten Lichtlinien gedreht werden.

Die US 3,806,706 beschreibt eine Anordnung, bei der ein Lichtbalken, der aufgrund einer Spiegeltrommel eine horizontale Abtastbewegung ausführt, durch ein Spiegelgehäuse zusätzlich verdreht wird.

Aus der US 4,469,404 ist ein optisches System bekannt, mit dem einfal­ lendes Licht in eine gewünschte Richtung abgelenkt und gleichzeitig ein durch das einfallende Licht repräsentiertes Bild um einen gewünschten Winkel gedreht werden kann. Das optische System selbst dreht sich dabei nicht.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine optische Abtastanordnung zu schaffen, deren Rotationskörper es bei möglichst geringer Baugröße gestattet, eine möglichst große Fläche auf der Abtastebene derart abzutasten, daß auf der Abtastebene vorhandene, beliebig orientierte Codierungen auf mög­ lichst einfache Weise sowie vollständig und einwandfrei gelesen werden können.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

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 Sekundärlichtflä­ che ohne Verdrehung der Abtastanordnung unabhängig von dieser dreh­ bar ist und daher im Verlauf ihrer Drehung eine zum einwandfreien Lesen der Codierung geeignete Drehpositon einnimmt, wobei die Drehung konti­ nuierlich 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 vollständig abzutasten.

Die Drehung des Rotationskörpers und damit der Sekundärlichtfläche gemäß der Erfindung ist besonders für beispielsweise an Ladenkassen verwendete Handlesegeräte von Vorteil, da bei der Erfindung ein um­ ständliches Verdrehen der Abtastanordnung oder des mit der Codierung versehenen Objekts, um die Lichtfläche relativ zur Codierung auszurich­ ten, entfällt.

Es ist nicht erforderlich, daß die Wellenlänge der Abtastlichtstrahlen im sichtbaren Bereich liegt, da eine Ausrichtung der Abtastanordnung auf­ grund 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 Wellenlän­ gen-Bereichen reflektieren.

Derartige, für das menschliche Auge nicht wahrnehmbare Codierungen können somit auf vorteilhafte Weise mit der erfindungsgemäßen Abta­ stanordnung unabhängig von ihrer Orientierung stets einwandfrei gelesen werden.

Der Rotationskörper ist erfindungsgemäß derart ausgebildet, daß der Mittelstrahl der Sekundärlichtfläche unter einem Winkel zum Mittelstrahl der Primärlichtiläche abgelenkt wird. Die Drehachse des Rotationskörpers kann dabei mit dem Mittelstrahl der Primärlichtfläche zusammenfallen oder zu diesem geneigt sein.

Dadurch vollführt bei sich drehendem Rotationskörper die Sekunderlicht­ fläche eine Taumelbewegung um den Mittelstrahl der Primärlichtfläche, so daß seitlich versetzt zu einer Position, die auf der durch den Mittelstrahl der Primärlichtfläche definierten Achse liegt, angebrachte Codierungen gelesen werden können, ohne daß die Abtastanordnung entsprechend ausgerichtet werden müßte.

Vorzugsweise ist der Rotationskörper so ausgebildet, daß die in ihm statt­ findenden Reflexionen der eintretenden Abtastlichtstrahlen beim Verdre­ hen des Rotationskörpers eine Drehung der Sekundärlichtfläche mit einer Winkelgeschwindigkeit bewirken, die doppelt so groß wie jene der Rotati­ onskörper-Drehung ist. Dies ist von Vorteil, da für eine relativ 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 Antriebsein­ richtung, Lagerung etc. gering gehalten werden kann.

Weitere Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird im folgenden beispielhaft anhand der Zeichnung be­ schrieben, deren einzige Figur eine schematische perspektivische Ansicht einer Abtastanordnung gemäß der Erfindung zeigt, die eine Abtastebene abtastet.

Bei der Figur handelt es sich um eine erläuternde Darstellung einer opti­ schen Abtastanordnung, die der erfindungsgemäßen optischen Abtast­ anordnung lediglich insofern nicht entspricht, als in der erläuternden Darstellung sowohl der Mittelstrahl 4' der Primärlichtfläche 6a als auch der Mittelstrahl 4" der Sekundärlichtfläche 6b mit der Drehachse 11 des Rotationskörpers 10 zusammenfallen.

Die Figur zeigt schematisch eine erfindungsgemäße optische Abtastanord­ nung 1 mit einem einen Abtastlichtstrahl 4 aussendenden Abtastkopf 7 und einem transparenten Rotationskörper 10, der im Strahlengang zwi­ schen dem Abtastkopf 7 und einer Abtastebene 30 angeordnet ist, auf der eine mit der Abtastanordnung 1 zu lesende Strich-Codierung 32 vorhan­ den 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 Licht­ strahls.

Die Erzeugung des Abtastlichstrahls 4 und dessen periodischer Abtastbe­ wegung 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 der Figur als V-artige Primärlichtfläche 6a aus einer Frontöffnung 8, die durch ein Fenster oder eine längliche Zylinderlinse verschlossen sein kann, im Abtastkopf 7 der Abtastanordnung 1 austre­ ten.

Es ist jedoch auch möglich, die in einer V-artigen Ebene vom Abtastmittel reflektierten Lichtstrahlen mittels eines Hohlspiegels und/oder einer Linse im wesentlichen parallel zueinander versetzt zu reflektieren, so daß sich eine im wesentlichen rechteckige aus der Frontöffnung 8 austretende Pri­ märlichtfläche anstelle der sich V-artig erweiternden Primärlichtfläche 6a gemäß der Figur 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 Codierungen lesbar sind, die Strahlung im UV- oder IR-Bereich reflektieren.

Der in der Primärlichtfläche 6a angeordnete kreiszylindrische Rotations­ körper 10 ist um seine geometrische Achse 11 drehbar, die in der in der Figur gezeigten Ausführungsform mit einem Mittelstrahl 4 der Primär­ lichtfläche 6a zusammenfällt. Der Rotationskörper 10 besitzt eine Licht­ eintrittsfläche 12, auf die der Mittelstrahl 4' senkrecht auftrifft und die so bemessen ist, daß sie die gesamte Primärlichtfläche 6a erfaßt, wodurch auf der Lichteintrittsfläche 12 eine Primärabtastlinie 5a entsteht.

Der Rotationskörper 10 ist so ausgebildet, daß die durch die Lichtein­ trittsfläche 12 einfallenden Abtastlichtstrahlen 4 mehrfach derart abge­ lenkt bzw. gebrochen werden, daß diese aus einer parallel zur Lichtein­ trittsfläche 12 und mit axialem Abstand von ihr verlaufenden Licht­ austrittsfläche 13 austreten und eine Sekundärlichtfläche 6b definieren, die sich beim Verdrehen des Rotationskörpers 10 um dessen Drehachse 11 dreht, wobei die Art und Weise der im Rotationskörper 10 stattfinden­ den Reflexionen der Abtastlichtstrahlen 4 eine im Vergleich zur Drehung des Rotationskörpers 10 doppelt so schnelle Drehung der Sekundärlicht­ fläche bewirkt.

Der Rotationskörper 10 gemäß der Figur lenkt die Abtastlichtstrahlen 4 derart ab, daß ein Mittelstrahl 4" der Sekundärlichtfläche 6b zumindest im wesentlichen mit der Drehachse 11 zusammenfällt. Es gibt somit eine Basisdrehposition des Rotationskörpers 10, in welcher die Sekundärlicht­ fläche 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 Rotationskörper 10 austre­ tenden 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 Rotati­ onskörpers 10 auf der Abtastebene 30 um den Schnittpunkt der Drehach­ se 11 mit der Abtastebene 30 relativ zu der auf der Abtastebene 30 vor­ handenen Codierung 32, um die zum Lesen der Codierung 32 geeignete Winkelposition im Verlauf ihrer Drehung einzunehmen. Beim Lesen von der Codierung 32 gemäß der Figur entsprechenden Strichcodes nimmt die Sekundärabtastlinie 5b somit im Verlauf einer vollen Umdrehung des Ro­ tationskörpers 10 viermal eine im wesentlichen senkrecht zur Längser­ streckung der Code-Balken orientierte Drehposition ein.

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

Die Drehung des Rotationskörpers 10 erfolgt je nach Anwendung 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 der Figur eine sich V-artig erweiternde Primärlichtfläche 6a erzeugt, ist der Rotationskörper 10 vorzugsweise möglichst nahe der Frontöffnung 8 angeordnet, so daß die auf der Licht­ eintrittsfläche 12 des Rotationskörpers 10 erzeugte Primärabtastlinie 5a möglichst klein ist und ein Rotationskörper 10 mit kleiner Lichteintritts­ fläche 12 und geringer Baugröße ausreicht, um auf der Abtastebene 30 eine wesentlich größere Sekundärabtastlinie 5b zu erzeugen.

Der Rotationskörper 10 ist vorzugsweise mit der Anordnung zur Erzeu­ gung des Abtastlichtstrahls 4 in einem gemeinsamen Gehäuse unterge­ bracht, um eine möglichst kompakte Abtastanordnung 1 zu erhalten.

Abweichend von der erläuternden Darstellung der Figur ist der Rotations­ körper 10 gemäß der Erfindung so ausgebildet, daß er die einfallenden Abtastlichtstrahlen 4 derart ablenkt, daß der Mittelstrahl 4" der Sekun­ därlichtfläche 6b unter einem Winkel zum Mittelstrahl 4' der Primärlicht­ fläche 6b austritt. Die Drehachse 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 Rotati­ onskörper 10 die Sekundärlichtfläche 6b und damit auch die Sekun­ därabtastlinie 5b eine Taumelbewegung um den Mittelstrahl 4' der Pri­ märlichtfläche 6a, so daß seitlich versetzt zu der in der Figur gezeigten Po­ sition 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 Rotationskörpers 10 eintretenden Abtastlichtstrahlen 4 weist der Rotationskörper 10 eine in der Figur nicht dargestellte Anordnung aus optischen Elementen wie Spiegeln und/oder Prismen auf, deren reflektierenden und/ oder total re­ flektierenden und/oder brechenden Flächen die Abtastlichtstrahlen 4 in der gewünschten Weise ablenken.

Bezugszeichenliste

1

Abtastanordnung

4

Abtastlichtstrahl

4

' Mittelstrahl der Primärlichtfläche

4

" Mittelstrahl der Sekundärlichtfläche

5

a Primärabtastlinie

5

b Sekundärabtastlinie

6

a Primärlichtfläche

6

b Sekundärlichtfläche

8

Frontöffnung

10

Rotationskörper

11

Drehachse

12

Lichteintrittsfläche

13

Lichtaustrittsfläche

30

Abtastebene

32

Codierung

Claims (11)

1. Optische Abtastanordnung (1) zum Lesen von in einer Ab­ tastebene (30) vorhandenen Codierungen (32), welche einen Ab­ tastlichtstrahl (4) aussendet, der zumindest im wesentlichen senk­ recht zu seiner Längserstreckung periodisch eine Abtastbewegung ausführt und dadurch eine Primärlichtfläche (6a) festlegt, und eine Empfangs- und Auswerteeinrichtung für von der Abtastebene (30) rückgestreutes und Informationen über die abgetastete Codierung (32) enthaltendes Streulicht aufweist, wobei im Lichtweg des Ab­ tastlichtstrahls (4) eine als Rotationskörper ausgebildete Lichtum­ lenkeinheit (10) angeordnet ist, welche eine zumindest einen we­ sentlichen Teil und vorzugsweise das gesamte ausgesandte Licht erfassende Lichteintrittsfläche (12) aufweist, um eine im wesentli­ chen parallel zur Lichteintrittsrichtung verlaufende Achse (11) drehbar ist und die eintretenden Abtastlichtstrahlen (4) mehrfach derart ablenkt, daß diese aus einer Lichtaustrittsfläche (13) der Lichtumlenkeinheit (10) unter Festlegung einer Sekundärlichtflä­ che (6b) austreten und sich die Sekundärlichtfläche (6b) beim Ver­ drehen der Lichtumlenkeinheit (10) um deren Achse (11) dreht, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotationskörper (10) die eintretenden Abtastlichtstrahlen (4) derart ablenkt, daß ein Mittelstrahl (4") der Sekundärlichtfläche (6b) unter einem Winkel zu einem Mittelstrahl (4') der Primärlicht­ fläche (6a) aus der Lichtaustrittsfläche (13) des Rotationskörpers (10) austritt, wobei die Drehachse (11) des Rotationskörpers (10) mit dem Mittelstrahl (4') der Primärlichtfläche (6a) oder mit dem Mittelstrahl (4") der Sekundärlichtfläche (6b) im wesentlichen zu­ sammenfällt.

2. Optische Abtastanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse (11) des Rotationskörpers (10) zum Mittel­ strahl (4') der Primärlichtfläche (6a) geneigt verläuft, so daß bei sich drehendem Rotationskörper (10) die Sekundärlichtfläche (6b) eine Taumelbewegung um den Mittelstrahl (4') der Primärlichtflä­ che (6a) ausführt.

3. Optische Abtastanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotationskörper (10) zusätzlich ein oder mehrere im Lichtweg der Primärlichtfläche (6a) und/oder der Sekundärlicht­ fläche (6b) angeordnete und die Abtastlichtstrahlen (4) durch vierfache Reflexion parallelversetzende Porro-Prismen umfaßt.

4. Optische Abtastanordnung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Abtastlichtstrahlen (4) festgelegte Primärlichtflä­ che (6a) und die aus dem Rotationskörper (10) austretende Se­ kundärlichtfläche (6b) sich in Lichtsenderichtung V-artig erwei­ tern.

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

6. Optische Abtastanordnung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotationskörper (10) zur Ablenkung der eintretenden Abtastlichtstrahlen (4) Spiegel und/oder verspiegelte Flächen und/oder Prismen mit brechenden und/oder reflektierenden und/oder totalreflektierenden Flächen aufweist.

7. Optische Abtastanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß an den Spiegeln und/oder verspiegelten Flächen und/oder Prismen des Rotationskörpers (10) das zur Ausbreitung und/oder Reflexion und/oder Brechung der Abtastlichtstrahlen (4) nicht erforderliche Material zumindest im wesentlichen eingespart ist,
so daß der Rotationskörper (10) eine möglichst geringe Baugröße besitzt.

8. Optische Abtastanordnung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotationskörper (10) in einem zu einer Drehbewegung antreibbaren Halter gelagert und kontinuierlich oder schrittweise drehbar ist.

9. Optische Abtastanordnung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotationskörper (10) die eintretenden Abtastlichtstrahlen (4) derart ablenkt, daß sich die Sekundärlichtfläche (6b) beim Verdrehen des Rotationskörpers (10) doppelt so schnell wie dieser dreht.

10. Optische Abtastanordnung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotationskörper (10) zumindest im wesentlichen transpa­ rent ist.

11. Optische Abtastanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotationskörper (10) als Spiegelkasten ausgebildet ist.