DE19842352A1 - Optoelektronische Vorrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine optoelektronische Vorrichtung (1) zum Erkennen von mit definierten Kontrastmustern versehenen Marken mit einem Sendelichtstrahlen (8) emittierenden Sendeelement (3), einem Empfangslichtstrahlen (10) empfangenden Empfangselement (4) sowie einer Auswerteeinheit (5) zur Auswertung der am Ausgang des Empfängers anstehenden Empfangssignale. Die Sendelichtstrahlen (8) werden über die Marken geführt, wobei die durch die von einer Marke auf das Empfangselement (4) zurückreflektierten Empfangslichtstrahlen (10) generierten Empfangssignale eine dem Kontrastmuster der Marke entsprechende Amplitudenmodulation aufweisen, welche in der Auswerteeinheit (5) zur Erkennung der Marke ausgewertet wird. Das Sendeelement (3) weist einen im blauen Wellenlängenbereich emittierenden Sender (6) auf.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Vorrichtungen können insbesondere als Barcode-Lesegeräte zum Abtasten von Barcode-Symbolen ausgebildet sein.

Die Barcode-Symbole bestehen aus einer Folge von hellen und dunklen Linien­ elementen vorgegebener Breite. Die Barcode-Symbole werden von der Vorrich­ tung abgetastet. Hierzu ist ein Sendeelement vorgesehen, welches Sendelicht­ strahlen vorzugsweise Laserstrahlen emittiert. Die Sendelichtstrahlen weisen einen mittleren Durchmesser entsprechend ihrer räumlichen Intensitätsvertei­ lung senkrecht zur Ausbreitungsrichtung auf. Bei Laserstrahlen entspricht die räumliche Intensitätsverteilung idealerweise einer Gaußverteilung.

Der Durchmesser der Sendelichtstrahlen variiert mit dem Abstand zur Vorrich­ tung entsprechend der Ausgestaltung einer Sendeoptik, die dem Sendeelement nachgeordnet ist. In der Brennebene der Sendelichtstrahlen ist der Durchmesser der Sendelichtstrahlen üblicherweise erheblich kleiner als die Breite der Linien­ elemente. Demzufolge ist die Amplitudenmodulation der Empfangssignale nahezu identisch mit den Breiten der Linienelemente des Barcode-Symbols, so daß diese von der Vorrichtung sicher erkannt werden kann.

Mit zunehmender Entfernung des Barcode-Symbols von der Brennebene der Sendelichtstrahlen wird der Durchmesser der Sendelichtstrahlen rasch größer. Sobald der Durchmesser der Sendelichtstrahlen von gleicher Größenordnung wie die Breiten der Linienelemente der Barcode-Symbole ist, wird die Modu­ lation des Empfangssignals durch die Breite des Sendelichtstrahls so beein­ flußt, daß eine sichere Detektion des Barcode-Symbols erschwert wird oder nicht mehr möglich ist.

Somit können mit den Sendelichtstrahlen Barcode-Symbole nur dann sicher erfaßt werden, wenn diese innerhalb eines eng begrenzten Lesebereichs um die Brennebene angeordnet sind.

Aus der DE 44 11 023 C2 ist eine optoelektronische Vorrichtung bekannt, bei welcher zur Erweiterung des Lesebereichs die analogen Empfangssignale am Ausgang des Empfängers einem n-bit-Analog-Digitalwandler zugeführt wer­ den. Die dadurch erhaltenen digitalisierten Empfangssignale werden in ein digi­ tales Filter eingelesen. Die Übertragungscharakteristik des digitalen Filters ist so gewählt, daß sie innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs dem Inver­ sen des Frequenzspektrums der räumlichen Intensitätsverteilung der Sende­ lichtstrahlen am Ort der zu detektierenden Marke entspricht. Zur Bestimmung der Übertragungscharakteristik werden die zeitabhängigen Koeffizienten des digitalen Filters in einem mehrere Iterationsschritte umfassenden Variations­ verfahren berechnet.

Mit der auf diese Weise bestimmten Übertragungscharakteristik des digitalen Filters können Signalverzerrungen, welche durch den endlichen Durchmesser der Sendelichtstrahlen bei der Abtastung der Marken auftreten, weitgehend eliminiert werden. Dadurch kann der nutzbare Lesebereich der Vorrichtung erheblich erweitert werden.

Nachteilig hierbei ist jedoch, daß zur Vergrößerung des Lesebereichs ein auf­ wendiges Auswerteverfahren nötig ist. Zwar braucht die Bestimmung der Koeffizienten des Filters lediglich vor Inbetriebnahme der Vorrichtung durch­ geführt werden. Jedoch ist zur Bestimmung der Koeffizienten ein erheblicher Aufwand an Rechenleistung notwendig. Zudem müssen die Randbedingungen für das Variationsverfahren sehr sorgfältig gewählt werden, damit für die Übertragungscharakteristik sinnvolle Ergebnisse erhalten werden. Dies bedingt zum einen erhöhten Aufwand und erfordert zum anderen ein erhöhtes Fachwis­ sen bei der Festlegung der Übertragungscharakteristik des digitalen Filters.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs ge­ nannten Art so auszubilden, daß mit möglichst geringem baulichen Aufwand Marken innerhalb eines großen Lesebereichs sicher erkannt werden können.

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

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist einen Sender auf, welcher Sende­ lichtstrahlen im blauen Wellenlängenbereich emittiert. Im Vergleich zu den bisher eingesetzten Sendern, welche Sendelichtstrahlen im roten oder im infra­ roten Wellenlängenbereich emittieren, erfolgt bei Verwendung von blauem Sendelicht eine erheblich langsamere Strahlaufweitung mit zunehmender Ent­ fernung zu der Brennebene der Sendelichtstrahlen. Dies hat zur Folge, daß die Sendelichtstrahlen auch in größeren Distanzen zur Brennebene noch einen so kleinen Strahldurchmesser aufweisen, daß eine sichere Detektion der Marken gewährleistet ist. Somit wird durch die Verwendung eines im blauen Wellen­ längenbereich emittierenden Senders der nutzbare Lesebereich der Vorrichtung vergrößert.

Besonders vorteilhaft ist der Sender als Halbleiterelement, vorzugsweise in Form einer Laserdiode oder auch in Form einer Leuchtdiode ausgebildet. Da­ durch kann der Sender auf einfache Weise in der Vorrichtung platzsparend montiert werden. Insbesondere ist bei der Verwendung von derartigen Sendern im Vergleich zu im rotem Bereich oder infraroten Bereich emittierenden Sen­ dern kein zusätzlicher konstruktiver Aufwand notwendig.

Die Erfindung wird im nachstehenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: Einen Prinzipaufbau der optoelektronischen Vorrichtung.

Fig. 2: Strahldurchmesser der Sendelichtstrahlen in Abhängigkeit des Ab­ stands zur Vorrichtung für mit unterschiedlichen Wellenlängen emittierende Sender.

In Fig. 1 ist der prinzipielle Aufbau einer optoelektronischen Vorrichtung 1 zum Erkennen von mit definierten Kontrastmustern versehenen Marken darge­ stellt. Prinzipiell können die Marken beliebige Folgen und Formen von anein­ ander angrenzenden Hell-Dunkelflächen, vorzugsweise Schwarz-Weiß- Flächen, aufweisen. Im folgenden soll die Erfindung für den Fall erläutert wer­ den, daß die Marken von Barcode-Symbolen 2 gebildet sind. Die Barcode- Symbole 2 bestehen im wesentlichen aus einer Folge von schwarzen und wei­ ßen Linienelementen 2a, 2b definierter Länge und Breite.

Die optoelektronische Vorrichtung 1 besteht im wesentlichen aus einem Sen­ deelement 3, einem Empfangselement 4 sowie einer Auswerteeinheit 5. Das Sendeelement 3 besteht aus einem Sender 6, sowie aus einer dem Sender 6 nachgeordneten Sendeoptik 7 zur Fokussierung der vom Sender 6 emittierten Sendelichtstrahlen 8. Die fokussierten Sendelichtstrahlen 8 werden über eine Ablenkeinheit 9, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel von einem rotieren­ den Polygonspiegelrad gebildet ist, abgelenkt und über das zu detektierende Barcode-Symbol 2 geführt. Die Drehachse des Polygonspiegelrads ist senkrecht zur in Fig. 1 dargestellten Äquatorialebene des Polygonspiegelrads angeord­ net.

Die vom Barcode-Symbol 2 reflektierten Empfangslichtstrahlen 10 werden über das Polygonspiegelrad zum Empfangselement 4 geführt. Das Empfangs­ element 4 besteht aus einer Fotodiode 11, in der die Empfangslichtstrahlen 10 in ein analoges elektronisches Empfangssignal gewandelt werden, und einem dieser nachgeschalteten Verstärker 12. Zur Verbesserung der Nachweisemp­ findlichkeit ist dem Empfangselement 4 eine Empfangsoptik 13 vorgeschaltet.

Die am Ausgang des Empfangselements 4 anstehenden Empfangssignale wer­ den der Auswerteeinheit 5 zugeführt, welche beispielsweise als Microcontroller ausgebildet ist.

In der Auswerteeinheit 5 werden die analogen Empfangssignale beispielsweise mittels einer Schwellwerteinheit in eine binäre Signalfolge gewandelt. Zur Er­ kennung eines Barcode-Symbols 2 wird diese Signalfolge mit einer dem Kon­ trastmuster des Barcode-Symbols 2 entsprechenden, in der Auswerteeinheit 5 abgespeicherten Signalfolge verglichen.

Erfindungsgemäß emittiert der Sender 6 Sendelichtstrahlen 8 im blauen Wel­ lenlängenbereich. Die Zentralwellenlänge des Senders 6, bei welcher die ma­ ximale Leistung abgestrahlt wird, liegt vorzugsweise im Wellenlängenbereich von 400-480 nm. Dabei kann der Sender 6 entweder als Laserdiode oder Leuchtdiode ausgebildet sein. Je nach Ausbildung des Senders 6 kann dieser nur blaues Licht abstrahlen. Alternativ kann der Sender 6 auch über einen breiteren Wellenlängenbereich emittieren, welcher teilweise im grünen oder im nahen Ultraviolett-Bereich liegt. Vorzugsweise können in diesem Fall dem Sender 6 Farbfilter nachgeordnet sein, welche die Anteile des Sendelichts, wel­ che beispielsweise im grünen Wellenlängenbereich liegen ausfiltern.

Wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich ist, kann durch die Verwendung von im blauen Wellenlängenbereich emittierenden Sendern 6 ein großer Lesebe­ reich L der Vorrichtung 1 erzielt werden.

Fig. 2 zeigt die Abhängigkeit der Strahldurchmesser in Abhängigkeit vom Abstand zur Vorrichtung 1 für zwei unterschiedliche Sender 6. Die mit R ge­ kennzeichnete Kurve gibt den Verlauf des Strahldurchmessers für einen im roten Wellenlängenbereich abstrahlenden Sender 6 wieder. Die Zentralwellen­ länge dieses Senders 6 liegt bei 660 nm. Die mit B gekennzeichnete Kurve gibt den Verlauf des Strahldurchmessers für einen im blauen Wellenlängenbereich abstrahlenden Sender 6 wieder. Die Zentralwellenlänge dieses Senders 6 liegt bei 480 nm.

Die den einzelnen Sendern 6 nachgeordneten Sendeoptiken 7 sind jeweils so dimensioniert, daß die Brennebene F der Sendelichtstrahlen 8 jeweils in einem Abstand von etwa 770 mm zur Vorrichtung 1 liegt. In diesem Abstand errei­ chen die Strahldurchmesser der Sendelichtstrahlen 8 beider Sender 6 ihr Mini­ mum, welches zwischen 0,35 mm und 0,4 mm beträgt.

Mit zunehmender Entfernung von der Brennebene F steigt der Strahldurchmes­ ser wieder an, wobei der Anstieg des Strahldurchmessers für den im roten Be­ reich emittierenden Sender 6 erheblich stärker als für den im blauen Bereich emittierenden Sender 6 ist.

In Fig. 2 ist mit L der Lesebereich des im roten Wellenlängenbereich emittie­ renden Senders 6 bezeichnet. Der Lesebereich L ist von den Kontrastmustern der zu detektierenden Barcode-Symbole 2 abhängig. Im vorliegenden Fall wird der Lesebereich L durch einen maximalen Strahldurchmesser von etwa 0,5 mm definiert. Mit einem derartigen Strahldurchmesser können die Linienelemente 2a, 2b der zu detektierenden Barcode-Symbole 2 noch erkannt werden. Sobald die Barcode-Symbole 2 außerhalb dieses Lesebereichs angeordnet sind, ist eine Detektion aufgrund des zu großen Strahldurchmessers der Sendelichtstrahlen 8 nicht mehr möglich.

Entsprechend der Abstandsabhängigkeit des Strahldurchmessers des im roten Wellenlängenbereich emittierenden Senders 6 liegt der nutzbare Lesebereich L im Bereich von etwa 635 mm bis etwa 930 mm.

Demgegenüber weist der im blauen Wellenlängenbereich emittierende Sender 6 einen größeren nutzbaren Lesebereich L' auf. Da der Anstieg des Strahl­ durchmessers der Sendelichtstrahlen 8 mit zunehmendem Abstand von der Brennebene F erheblich flacher als für den im roten Wellenlängenbereich emittierenden Sender 6 erfolgt, ist der Lesebereich L' entsprechend vergrößert.

Wie in Fig. 2 dargestellt, beträgt für den im blauen Wellenlängenbereich emittierenden Sender 6 der Lesebereich L' = L + ΔL₁ + ΔL₂, wobei L' im Be­ reich zwischen 575 mm und 980 mm liegt.

Ein weiterer Vorteil der Verwendung von im blauen Wellenlängenbereich emittierenden Sendern 6 ist insbesondere darin zu sehen, daß Marken, welche mit im roten Bereich oder infraroten Bereich emittierenden Sendern 6 nicht oder nur unzureichend detektierbar sind, nunmehr sicher detektiert werden können.

Hierzu zählen insbesondere Barcode-Symbole 2, die aus roten und weißen Stri­ chelementen bestehen, oder auch Thermo-Druck Labels.

Claims (5)

1. Optoelektronische Vorrichtung zum Erkennen von mit definierten Kon­ trastmustern versehenen Marken mit einem Sendelichtstrahlen emittie­ renden Sendeelement, einem Empfangslichtstrahlen empfangenden Emp­ fangselement sowie einer Auswerteeinheit zur Auswertung der am Aus­ gang des Empfängers anstehenden Empfangssignale, wobei die Sende­ lichtstrahlen über die Marken geführt werden und die durch die von einer Marke auf das Empfangselement zurückreflektierten Empfangslichtstrah­ len generierten Empfangssignale eine dem Kontrastmuster der Marke entsprechende Amplitudenmodulation aufweisen, welche in der Auswer­ teeinheit zur Erkennung der Marke ausgewertet wird, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Sendeelement (3) einen im blauen Wellenlängenbereich emittierenden Sender (6) aufweist.

2. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Sender (6) Sendelichtstrahlen (8) im Wellenlängenbereich von 400 nm bis 480 nm emittiert.

3. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß der Sender (6) von einer Laserdiode gebildet ist.

4. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß der Sender (6) von einer Leuchtdiode gebildet ist.

5. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß das Sendeelement (3) eine dem Sender (6) nachge­ ordnete Sendeoptik (7) aufweist, mittels derer die Sendelichtstrahlen (8) auf eine Brennebene F fokussiert werden.