DE19844234C2 - Optoelectronic device - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine optoelektronische Vorrichtung zum Erkennen von Marken gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 2.The invention relates to an optoelectronic device for detecting Trademarks according to the preambles of claims 1 and 2.
Derartige Vorrichtungen können insbesondere zum Lesen von Barcodes einge setzt werden. Die Barcodes sind im Überwachungsbereich angeordnet und werden von den vom Sendeelement der Vorrichtung emittierten Sendelicht strahlen periodisch abgetastet. Hierzu weist die Vorrichtung eine Ablenkeinheit auf, welche üblicherweise von einem rotierenden Polygonspiegelrad mit meh reren facettenförmigen Spiegelflächen gebildet ist.Devices of this type can be used, in particular, for reading barcodes be set. The barcodes are arranged in the surveillance area and are emitted by the transmission light emitted by the transmission element of the device radiate scanned periodically. For this purpose, the device has a deflection unit on, which is usually from a rotating polygon mirror with meh reren faceted mirror surfaces is formed.
Die vom ortsfest in der Vorrichtung installierten Sendeelement emittierten Sendelichtstrahlen werden durch Reflexion an einer der Spiegelflächen des Polygonspiegelrads in den Überwachungsbereich abgelenkt. Durch die Dreh bewegung des Polygonspiegelrads werden die Sendelichtstrahlen über die ein zelnen Spiegelflächen geführt. Je nach aktueller Drehposition des Polygonspie gelrads werden die Sendelichtstrahlen in einer vorgegebenen Richtung in den Überwachungsbereich geführt.The transmitting element emitted from the stationary installed in the device Transmitted light beams are reflected by one of the mirror surfaces of the Polygon mirror wheel deflected into the monitoring area. By the shoot Movement of the polygon mirror wheel, the transmitted light beams over the one led mirror surfaces. Depending on the current rotational position of the polygon game gelrads the transmitted light beams in a predetermined direction in the Monitored area.
Der Überwachungsbereich liegt in einer Abtastebene und erstreckt sich über einen Winkelbereich, der im wesentlichen durch die Anzahl der Spiegelflächen des Polygonspiegelrads sowie durch die Anordnung des Sendeelements relativ zu den Spiegelflächen vorgebbar ist.The monitoring area lies in a scanning plane and extends over an angular range, essentially by the number of mirror surfaces of the polygon mirror wheel and relative by the arrangement of the transmission element is predeterminable to the mirror surfaces.
Das Polygonspiegelrad kann so ausgebildet sein, dass die Normalenvektoren der Spiegelflächen senkrecht zur Drehachse des Polygonspiegelrads angeordnet sind. In diesem Fall kann das Sendeelement in der Abtastebene vor dem Poly gonspiegelrad angeordnet sein. Die optische Achse der auf das Polygonspiegel rad auftreffenden Sendelichtstrahlen verläuft dann parallel zu den Normalen vektoren der Spiegelflächen, so dass die auf das Polygonspiegelrad auftreffenden und die am Polygonspiegelrad reflektierten Sendelichtstrahlen jeweils in der Abtastebene verlaufen.The polygon mirror wheel can be designed such that the normal vectors the mirror surfaces are arranged perpendicular to the axis of rotation of the polygon mirror wheel are. In this case, the transmission element in the scanning plane in front of the poly gonspiegelrad be arranged. The optical axis of the polygon mirror Radically incident transmission light rays then run parallel to the normals vectors of the mirror surfaces, so that those hitting the polygon mirror wheel and the transmitted light rays reflected on the polygon mirror wheel in each case the scanning plane.
Vorteilhaft bei dieser Anordnung ist einerseits, daß in diesem Fall das Sende- und das Empfangselement in derselben Ebene wie das Polygonspiegelrad an geordnet sein können, wodurch eine geringe Bauhöhe der Vorrichtung erzielt wird. Andererseits ist vorteilhaft, daß sich bei einer derartigen Anordnung der Überwachungsbereich über einen doppelt so großen Winkelbereich erstreckt, wie der Winkelbereich, über welchen sich die entsprechende Spiegelfläche am Polygonspiegelrad erstreckt. Weist das Polygonspiegelrad beispielsweise acht identische Spiegelflächen auf, so erstreckt sich jede der Spiegelflächen über einen Winkelbereich von 45° am Polygonspiegelrad. Durch die Strahlführung der Sendelichtstrahlen in der Abtastebene werden die an einer Spiegelfläche abgelenkten Sendelichtstrahlen innerhalb eines sich über einen Winkelbereich von 90° erstreckenden Überwachungsbereich geführt.One advantage of this arrangement is that in this case the transmission and the receiving element in the same plane as the polygon mirror wheel can be ordered, thereby achieving a low overall height of the device becomes. On the other hand, it is advantageous that in such an arrangement the Monitoring area extends over an angular range twice as large, like the angular range over which the corresponding mirror surface is located Polygon mirror wheel extends. For example, the polygon mirror has eight identical mirror surfaces, each of the mirror surfaces extends over an angular range of 45 ° on the polygon mirror wheel. Through the beam guidance of the transmitted light beams in the scanning plane are those on a mirror surface deflected transmitted light beams within an angular range guided by a 90 ° monitoring area.
Aufgrund dieser kann somit mit einer geringen Anzahl von Spiegelflächen ein großer Überwachungsbereich erhalten werden. Alternativ kann durch eine Er höhung der Zahl der Spiegelflächen bei gleicher Drehzahl des Polygonspiegel rads die Abtastrate, mit welcher der Überwachungsbereich überstrichen wird, erhöht werden.Because of this, a small number of mirror surfaces can be used large surveillance area can be obtained. Alternatively, through an Er Increase in the number of mirror surfaces at the same speed of the polygon mirror rads the sampling rate with which the monitoring area is scanned, increase.
Nachteilig bei derartigen Polygonspiegelrädern ist jedoch, daß diese üblicher weise aus einem Aluminium-Massivteil gefertigt sind. Auf die Mantelflächen dieses Aluminium-Massivteils sind Glasspiegel aufgeklebt, deren Oberflächen die Spiegelflächen bilden. Derartige Konstruktionen sind jedoch sehr teuer, insbesondere weil die Spiegelflächen durch Diamantfräsen hergestellt werden müssen. Zudem muß das Polygonspiegelrad aufgrund seiner großen Masse ausgewuchtet sein.A disadvantage of such polygon mirror wheels, however, is that they are more common are made of a solid aluminum part. On the outer surfaces This aluminum solid part is glued on glass mirrors, their surfaces form the mirror surfaces. However, such constructions are very expensive, especially because the mirror surfaces are made by diamond milling have to. In addition, the polygon mirror wheel due to its large mass be balanced.
Prinzipiell können derartige Polygonspiegelräder auch aus Kunststoff- Spritzteilen bestehen. Die Materialkosten hierfür sind erheblich niedriger als bei Aluminium-Polygonspiegelrädern. Nachteilig hierbei sind jedoch die hohen Werkzeugkosten für die Spritzform, in welche der Kunststoff zur Herstellung des Polygonspiegelrads eingespritzt wird.In principle, such polygon mirror wheels can also be made of plastic Injection molded parts exist. The material costs for this are considerably lower than for aluminum polygon mirror wheels. However, the high ones are disadvantageous Tool costs for the injection mold in which the plastic used to manufacture of the polygon mirror wheel is injected.
Dies beruht darauf, daß die von den Spiegelflächen gebildeten Mantelflächen des Polygonspiegelrads in Richtung der Drehachse verlaufen. Daher kann in diesem Fall keine Spritzform verwendet werden, bei welcher eine Entnahme des Kunststoff-Spritzteils längs der Drehachse des Polygonspiegelrads erfolgt.This is due to the fact that the lateral surfaces formed by the mirror surfaces of the polygon mirror in the direction of the axis of rotation. Therefore, in In this case, no injection mold is used, in which a removal of the molded plastic part along the axis of rotation of the polygon mirror.
Ein derartiger Entnahmevorgang setzt voraus, daß sich der Durchmesser des Innenraums der Spritzform vom Boden bis zur Entnahmeöffnung an der Ober seite kontinuierlich verbreitet, was bei einem Polygonspiegelrad mit in Rich tung der Drehachse verlaufenden Spiegelflächen jedoch nicht der Fall ist.Such a removal process requires that the diameter of the Interior of the injection mold from the bottom to the removal opening on the top page continuously spread, what with a polygon mirror wheel in Rich direction of the axis of rotation extending mirror surfaces is not the case.
Die Spritzform besteht daher aus mehreren Teilen, welche in Umfangsrichtung des Polygonspiegelrads aneinander anschließen. Bei der Entfernung des Kunststoff-Spritzteils werden dann die Teile der Spritzform quer zur Drehachse des Polygonspiegelrads entfernt.The injection mold therefore consists of several parts, which are in the circumferential direction of the polygon mirror wheel. When removing the Plastic injection molded parts are then the parts of the injection mold transverse to the axis of rotation of the polygon mirror wheel removed.
Um derartig aufwendige Spritzformen zu vermeiden, werden bei bekannten optoelektronischen Vorrichtungen üblicherweise als Kunststoff-Spritzteile aus gebildete Polygonspiegelräder verwendet, deren Spiegelflächen geneigt zu de ren Drehachse verlaufen. Vorzugsweise sind die Spiegelflächen um einen Win kel α = 45° zur Drehachse geneigt.In order to avoid such complex injection molds, known ones are known optoelectronic devices usually as molded plastic parts formed polygon mirror wheels used, the mirror surfaces inclined to de axis of rotation. The mirror surfaces are preferably around a win kel α = 45 ° inclined to the axis of rotation.
In diesem Fall ist das Sendeelement oberhalb des Polygonspiegelrads so ange ordnet, daß dieses Sendelichtstrahlen in vertikaler Richtung, parallel zur Dreh achse des Polygonspiegelrads emittiert. Die vertikal verlaufenden Sendelicht strahlen werden an einer der Spiegelflächen so abgelenkt, daß sie horizontal verlaufend den Überwachungsbereich überstreichen.In this case, the transmission element is above the polygon mirror wheel orders that this transmit light rays in the vertical direction, parallel to the rotation axis of the polygon mirror wheel is emitted. The vertically running transmission light rays are deflected on one of the mirror surfaces so that they are horizontal continuously sweep the surveillance area.
Nachteilig hierbei ist, zum einen eine relativ große Bauhöhe der Vorrichtung. Ferner ist nachteilig, daß bei dieser Anordnung des Sendeelements relativ zum Polygonspiegelrad der Winkelbereich des Überwachungsbereichs nicht dem doppelten sondern nur dem einfachen Wert des Winkelbereichs entspricht, über welchen sich eine Spiegelfläche am Polygonspiegelrad erstreckt.The disadvantage here is, on the one hand, a relatively large overall height of the device. A further disadvantage is that with this arrangement of the transmission element relative to Polygon mirror wheel the angular range of the monitoring area is not that double but only corresponds to the single value of the angular range which a mirror surface extends on the polygon mirror wheel.
Eine gattungsgemäße optoelektronische Vorrichtung ist aus der US 5,837,988 bekannt. Das dort beschriebene optische System dient zum Lesen von Barco des. Das optische System ist in einem Gehäuse integriert und weist eine Laser diode auf, die Laserlicht emittiert. Über einen Strahlteiler werden aus dem La serlicht zwei Sendelichtstrahlenbündel gewonnen, die jeweils über eine Spie gelanordnung und jeweils einen Teil eines Polygonspiegelrades geführt sind. Dadurch werden die einzelnen Sendelichtstrahlenbündel durch verschiedene Fenster im Gehäuse geführt und erzeugen in unterschiedlichen Ebenen unter schiedliche Abtastmuster.A generic optoelectronic device is from US 5,837,988 known. The optical system described there is used to read Barco des. The optical system is integrated in a housing and has a laser diode on that emits laser light. The La serlicht two transmitted light beams, each via a spie gel arrangement and each part of a polygon mirror wheel are guided. As a result, the individual transmitted light beams are separated by different ones Windows run in the housing and generate in different levels below different scanning patterns.
Das Polygonspiegelrad besteht aus einem Kunststoffspritzteil, ist um eine Drehachse drehbar und weist Spiegelflächen auf, die in einem vorgegebenen Winkel zur Drehachse verlaufen. Dabei laufen die Sendelichtstrahlen parallel zur Drehachse auf die Spiegelflächen zu und werden an diesen im wesentlichen um 90° abgelenkt, so dass diese in einer senkrecht zur Drehachse liegenden Ebene verlaufen.The polygon mirror wheel consists of a plastic injection molded part, is around one Rotation axis rotatable and has mirror surfaces that are in a predetermined Angle to the axis of rotation. The transmitted light beams run in parallel to the axis of rotation towards the mirror surfaces and are essentially on them deflected by 90 ° so that they lie in a perpendicular to the axis of rotation Level.
Aus der US 5,056,882 ist eine Strahlablenkeinheit für einen Laserdrucker be kannt. Die Stahlablenkeinheit weist einen Drehspiegel zur Ablenkung der von einem Sender emittierten Sendelichtstrahlen auf.From US 5,056,882 a beam deflection unit for a laser printer is known. The steel deflection unit has a rotating mirror for deflecting the from a light emitted by a transmitter.
Der Drehspiegel ist auf einem Aufsatz gelagert, der infolge von Ungenauig keiten bei der Fertigung leicht geneigt sein kann. Damit diese Neigung nicht zu einer unerwünschten Auslenkung der Sendelichtstrahlen aus der Abtastebene führt, weist der Drehspiegel vorzugsweise nur eine Spiegelfläche auf, an der die Sendelichtstrahlen abgelenkt werden. Diese Spiegelfläche liegt auch bei einer Neigung des Abtasters immer im gleichen Winkel zu den auftretenden Sendelichtstrahlen, so dass die Fehlablenkung der Sendelichtstrahlen bei jeder Umdrehung gleich und damit reproduzierbar ist. The rotating mirror is mounted on an attachment due to inaccuracy can be slightly inclined during production. So that this tendency does not increase an undesired deflection of the transmitted light beams from the scanning plane leads, the rotating mirror preferably has only one mirror surface on which the transmitted light beams are deflected. This mirror surface is also included an inclination of the scanner always at the same angle to the occurring Transmitted light rays, so that the mis-deflection of the transmitted light rays at each Revolution is the same and therefore reproducible.
Aus der DE 34 44 106 C1 ist eine optische Abtasteinrichtung zum Lesen von Strichcodesymbolen bekannt. Die Abtasteinrichtung weist einen Sendelicht strahlen emittierenden Sender und ein Polygonspiegelrad zur Ablenkung der Sendelichtstrahlen entlang einer gekrümmt verlaufenden Abtastbahn auf. Das Polygonspiegelrad weist Spiegelflächen auf, die unterschiedlich geneigt zur Drehachse verlaufen.DE 34 44 106 C1 describes an optical scanning device for reading Barcode symbols known. The scanner has a transmission light radiate emitting transmitter and a polygon mirror wheel to deflect the Transmitting light rays along a curved scanning path. The Polygon mirror wheel has mirror surfaces that are inclined at different angles Axis of rotation.
Die Sendelichtstrahlen werden schräg von oben auf das Polygonspiegelrad ge führt, so dass die Sendelichtstrahlen außerhalb der Abtastbahn verlaufend auf das Polygonspiegelrad zulaufen.The transmitted light rays are slanted from above onto the polygon mirror wheel leads, so that the transmitted light beams extending outside the scanning path the polygon mirror wheel close.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung der eingangs ge nannten Art so auszubilden, dass diese bei möglichst hohen Leistungsdaten und kleinen Baugrößen kostengünstig herstellbar ist.The invention has for its object a device of the beginning ge mentioned type in such a way that these are combined with the highest possible performance data and small sizes is inexpensive to manufacture.
Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale der Ansprüche 1 und 2 vorgese hen. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.To solve this problem, the features of claims 1 and 2 are vorese hen. Advantageous embodiments and expedient developments of the Invention are described in the subclaims.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht das Polygonspiegelrad aus einem Kunststoff-Spritzteil. Dabei sind die Flächennormalen der Spiegelflä chen um einen vorgegebenen Winkel α zur Drehachse des Polygonspiegelrads geneigt.In the device according to the invention, the polygon mirror wheel consists of a molded plastic part. The surface normals are the mirror surface Chen by a predetermined angle α to the axis of rotation of the polygon mirror inclined.
Zudem ist die Drehachse des Polygonspiegelrads selbst um den entsprechenden Winkel α zur Abtastebene geneigt. Dabei ist das Sendeelement relativ zum Polygonspiegelrad so angeordnet, dass die optische Achse der auf eine der Spiegelflächen auftreffenden Sendelichtstrahlen in der Abtastebene parallel zur Flächennormalen dieser Spiegelfläche verläuft. In addition, the axis of rotation of the polygon mirror wheel itself is about the corresponding one Angle α inclined to the scanning plane. The transmission element is relative to Polygon mirror wheel arranged so that the optical axis of one of the Transmitting light rays striking mirror surfaces in the scanning plane parallel to Surface normals of this mirror surface run.
Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen optoelektronischen Vorrich tung besteht darin, dass das Polygonspiegelrad schräg auf die im Zentrum lie gende Drehachse zulaufende Spiegelflächen aufweist. Dabei sind die Spiegel flächen so zweckmäßig angeordnet, dass sich der Querschnitt des Polygonspie gelrads zu seinem oberen Ende hin verjüngt. Dadurch wird erreicht, dass die Spritzform zur Herstellung des als Kunststoff-Spritzteil ausgebildeten Polygon spiegelrads einen im wesentlichen einteiligen Grundkörper aufweist, dessen Innenwände zur Formgebung der Oberseite und der Seitenflächen des Polygon spiegelrads dienen. Die Spritzform weist im Bereich des Bodens des Kunst stoff-Spritzteils eine Entnahmeöffnung auf, so dass das Kunststoff-Spritzteil in Richtung der Drehachse aus der Spritzform entnehmbar ist. Eine derartige Spritzform ist auf einfache und kostengünstige Weise herstellbar, so daß das Kunststoff-Spritzteil mit nur geringen Werkzeugkosten herstellbar ist.A major advantage of the optoelectronic device according to the invention tion is that the polygon mirror wheel lies at an angle to the one in the center has axis of rotation tapering mirror surfaces. Here are the mirrors surfaces so appropriately arranged that the cross section of the polygon gelrads tapered towards its upper end. This ensures that the Injection mold for the production of the polygon formed as a molded plastic part Spiegelrads has a substantially one-piece body, the Interior walls to shape the top and side surfaces of the polygon serve mirror wheel. The injection mold points in the area of the floor of the art Injection molded part has a removal opening so that the plastic injection part in Direction of the axis of rotation can be removed from the injection mold. Such Injection mold is simple and inexpensive to manufacture, so that Plastic injection molded part can be produced with only low tool costs.
Obwohl die Spiegelflächen geneigt zur Drehachse verlaufen, kann erfindungs gemäß das Sendeelement relativ zum Polygonspiegelrad so angeordnet werden, daß die auf das Polygonspiegelrad auftreffenden und die am Polygonspiegelrad reflektierten Sendelichtstrahlen in der Abtastebene verlaufen.Although the mirror surfaces are inclined to the axis of rotation, Invention can according to which the transmitting element is arranged relative to the polygon mirror wheel, that those hitting the polygon mirror wheel and those on the polygon mirror wheel reflected transmitted light rays run in the scanning plane.
Dies wird durch die erfindungsgemäße Neigung der Drehachse des Polygon spiegelrads bezüglich der Abtastebene erreicht, wodurch die Spiegelfläche, auf welche die Sendelichtstrahlen treffen senkrecht zur optischen Achse der Sen delichtstrahlen stehen.This is due to the inclination of the axis of rotation of the polygon Spiegelrads reached with respect to the scanning plane, causing the mirror surface on which hit the transmitted light rays perpendicular to the optical axis of the sen light beams stand.
Damit wird vorteilhaft eine geringe Bauhöhe der optoelektronischen Vorrich tung erreicht. Zudem wird durch die erfindungsgemäße Strahlführung erreicht, daß der Winkelbereich des Überwachungsbereichs, welcher von den Sende lichtstrahlen überstrichen wird, doppelt so groß ist wie der Winkelbereich über welchen sich eine Spiegelfläche am Polygonspiegelrad erstreckt. Damit wird gegenüber Anordnungen, bei denen eine derartige Winkelverdopplung nicht erzielt wird, bei gleicher Anzahl von Spiegelflächen ein doppelt so großer Überwachungsbereich erhalten. Alternativ kann bei der erfindungsgemäßen Anordnung im Vergleich zu Anordnungen ohne Winkelverdopplung die dop pelte Anzahl von Spiegelflächen vorgesehen sein. Dann wird bei der erfin dungsgemäßen Anordnung bei gleich großem Überwachungsbereich und bei gleicher Drehzahl des Polygonspiegelrads die doppelte Abtastrate erzielt. In beiden Ausführungsarten wird somit eine erhebliche Leistungssteigerung der Vorrichtung erzielt.This makes a small overall height of the optoelectronic device advantageous tion reached. In addition, the beam guidance according to the invention achieves that the angular range of the surveillance area, which is from the transmit light rays is swept, is twice as large as the angular range over which a mirror surface extends on the polygon mirror wheel. So that will compared to arrangements in which such an angular doubling is not is achieved with the same number of mirror surfaces twice as large Preserved surveillance area. Alternatively, in the case of the invention Arrangement compared to arrangements without doubling the angle the dop pelte number of mirror surfaces can be provided. Then the inventor arrangement according to the invention with the same large monitoring area and same speed of the polygon mirror wheel achieved twice the sampling rate. In Both types of execution will therefore result in a significant increase in performance Device achieved.
In einer alternativen Ausprägungsform der Erfindung ist bei dem Polygonspie gelrad nur ein Teil der Flächennormalen der Spiegelflächen um den Winkel α zur Drehachse geneigt. Bei dem restlichen Teil der Spiegelflächen sind die Normalenvektoren um den Winkel α + Δα1 beziehungsweise α - Δα2 zur Drehachse geneigt. Prinzipiell können die Neigungswinkel für sämtliche Spiegelflächen verschieden sein, wobei in jedem Fall aber sämtliche Neigungswin kel kleiner als 90° sind, so daß dieses Polygonspiegelrad auf die gleiche Weise herstellbar ist wie ein Polygonspiegelrad, bei welchem die Flächennormalen sämtlicher Spiegelflächen um den Winkel α zur Drehachse geneigt sind.In an alternative embodiment of the invention, in the case of the polygon mirror, only part of the surface normal of the mirror surfaces is inclined by the angle α to the axis of rotation. In the remaining part of the mirror surfaces, the normal vectors are inclined to the axis of rotation by the angle α + Δα 1 or α - Δα 2 . In principle, the angle of inclination can be different for all mirror surfaces, but in any case all angles of inclination are smaller than 90 °, so that this polygon mirror wheel can be produced in the same way as a polygon mirror wheel, in which the surface normals of all mirror surfaces are around the angle α to the axis of rotation are inclined.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Polygonspiegelrad Spiegelflä chen mit drei unterschiedlichen Neigungswinkeln auf. Vorzugsweise weist da bei das Polygonspiegelrad eine durch drei teilbare Zahl von Spiegelflächen auf, so daß die unterschiedlich orientierten Spiegelflächen abwechselnd aufeinan derfolgend angeordnet sind. Ein Drittel der Spiegelflächen weist einen Norma lenvektor auf, der um den Winkel α zur Drehachse geneigt ist, jeweils ein Drittel der Spiegelflächen weist einen Normalenvektor auf, der um den Winkel α + Δα oder α - Δα zur Drehachse geneigt ist.In a preferred embodiment, the polygon mirror wheel has mirror surfaces chen with three different angles of inclination. Preferably there the polygon mirror wheel has a number of mirror surfaces that can be divided by three, so that the differently oriented mirror surfaces alternate which are arranged as follows. A third of the mirror surfaces have a norma lenvektor, which is inclined by the angle α to the axis of rotation, in each case One third of the mirror surfaces has a normal vector which is about the angle α + Δα or α - Δα is inclined to the axis of rotation.
Mit einem derartigen Raster-Polygonspiegelrad wird von den daran reflektier ten Sendelichtstrahlen ein dreidimensionaler Überwachungsbereich überstri chen.With such a raster polygon mirror wheel is reflected by it a three-dimensional monitoring area chen.
Werden die Sendelichtstrahlen an einer Spiegelfläche reflektiert, deren Flä chennormale um den Winkel α zur Drehachse geneigt ist, so sind die Sende lichtstrahlen in der Abtastebene geführt. Werden die Sendelichtstrahlen an ei ner Spiegelfläche reflektiert, deren Flächennormale um den Winkel α + Δα oder α - Δα zur Drehachse geführt, so verlaufen sie oberhalb oder unterhalb der Abtastebene im Überwachungsbereich.Are the transmitted light rays reflected on a mirror surface, the area of which ch normal is inclined by the angle α to the axis of rotation, so are the transmit light rays guided in the scanning plane. Are the transmitted light rays at egg ner reflected mirror surface whose surface normal by the angle α + Δα or α - Δα to the axis of rotation, they run above or below the Scanning plane in the monitoring area.
Dabei beträgt zweckmäßig die Winkelabweichung Δα nur wenige Prozent des Winkels α, so daß die Sendelichtstrahlen durch die Reflexion an den entspre chenden Spiegelflächen nur geringfügig aus der Abtastebene heraus abgelenkt sind.The angle deviation Δα is expediently only a few percent of the Angle α, so that the transmitted light rays correspond to the reflection of the corresponding mirror surfaces only slightly deflected out of the scanning plane are.
Die Erfindung wird im nachstehenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen: The invention is explained below with reference to the drawings. It demonstrate:
Fig. 1 Schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der erfin dungsgemäßen optoelektronischen Vorrichtung. Fig. 1 shows a schematic representation of an embodiment of the optoelectronic device according to the invention.
Fig. 2 Schematische Darstellung eines Längsschnitts des in der Vorrichtung gemäß Fig. 1 angeordneten Polygonspiegelrads. FIG. 2 shows a schematic representation of a longitudinal section of the polygon mirror wheel arranged in the device according to FIG. 1.
In Fig. 1 ist der Aufbau eines Ausführungsbeispiels einer optoelektronischen Vorrichtung 1 zum Erkennen von mit definierten Kontrastmustern versehenen Marken dargestellt. Prinzipiell können die Marken beliebige Folgen und For men von aneinander angrenzenden Hell-Dunkelflächen, vorzugsweise Schwarz-Weiß-Flächen, aufweisen. Im folgenden soll die Erfindung für den Fall erläutert werden, daß die Marken von Barcodes gebildet sind. Die Bar codes bestehen im wesentlichen aus einer Folge von schwarzen und weißen Strichelementen definierter Länge und Breite.In Fig. 1 the structure of one embodiment of an optoelectronic device 1 is shown for recognizing provided with defined contrast patterns brands. In principle, the marks can have any sequence and shape of adjacent light-dark areas, preferably black-and-white areas. In the following, the invention will be explained in the event that the marks are formed from bar codes. The bar codes essentially consist of a sequence of black and white bar elements of defined length and width.
Die optoelektronische Vorrichtung 1 weist ein Sendeelement, ein Empfangs element sowie eine nicht dargestellte Auswerteeinheit auf. Das Sendeelement besteht aus einem Sender 2, vorzugsweise einer Laserdiode, sowie aus einer dem Sender 2 nachgeordneten Sendeoptik 3 zur Fokussierung der Sendelicht strahlen 4. Die fokussierten Sendelichtstrahlen 4 werden über eine Ablenkein heit, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel von einem rotierenden Polygon spiegelrad 5 mit mehreren facettenförmigen Spiegelflächen 5a gebildet ist, ab gelenkt und über den zu detektierenden Barcode geführt.The optoelectronic device 1 has a transmitting element, a receiving element and an evaluation unit (not shown). The transmission element consists of a transmitter 2 , preferably a laser diode, and a transmission optics 3 downstream of the transmitter 2 for focusing the transmission light beams 4 . The focused transmitted light beams 4 are deflected via a deflection unit, which in the present exemplary embodiment is formed by a rotating polygon mirror wheel 5 with a plurality of faceted mirror surfaces 5 a, and is guided over the bar code to be detected.
Die vom Barcode reflektierten Empfangslichtstrahlen 6 werden über das Poly gonspiegelrad 5 zum Empfangselement geführt. Das Empfangselement weist einen Empfänger 7 auf, der von einer Fotodiode gebildet ist, in der die Emp fangslichtstrahlen 6 in elektrische Empfangssignale gewandelt werden, einem diesem nachgeschalteten nicht dargestellten Verstärker. Zur Verbesserung der Nachweisempfindlichkeit ist dem Empfänger 7 eine Empfangsoptik 8 vorge ordnet. The received light rays 6 reflected from the bar code are guided over the polygon mirror wheel 5 to the receiving element. The receiving element has a receiver 7 , which is formed by a photodiode in which the received light beams 6 are converted into electrical received signals, an amplifier, not shown, connected downstream of the latter. To improve the detection sensitivity, the receiver 7 is a receiving optics 8 arranged.
Die am Ausgang des Empfangselements anstehenden Empfangssignale werden der Auswerteeinheit zugeführt, welche beispielsweise von einem Microcontrol ler gebildet ist.The received signals at the output of the receiving element are fed to the evaluation unit, which is, for example, from a microcontrol ler is formed.
Die Empfangslichtstrahlen 6, die an den Barcodes reflektiert werden, weisen entsprechend der Folge von schwarzen und weißen Strichelementen des Bar codes eine Amplitudenmodulation auf. Die am Ausgang des Empfängers 7 an stehenden Empfangssignale weisen eine entsprechende Amplitudenmodulation auf. Die analogen, amplitudenmodulierten Empfangssignale werden in der Auswerteeinheit mittels einer Schwellwerteinheit bewertet. Dadurch entsteht eine binäre Signalfolge, anhand derer durch Vergleich mit abgespeicherten Kontrastmustern von Barcodes die Erkennung des Barcodes erfolgt.The received light beams 6 , which are reflected on the bar codes, have an amplitude modulation corresponding to the sequence of black and white bar elements of the bar code. The received signals at the output of the receiver 7 have a corresponding amplitude modulation. The analog, amplitude-modulated received signals are evaluated in the evaluation unit using a threshold value unit. This creates a binary signal sequence, which is used to identify the bar code by comparing it with stored contrast patterns of bar codes.
Durch die Drehbewegung der Ablenkeinheit werden die Sendelichtstrahlen 4 periodisch in einem vorgegebenen Überwachungsbereich geführt. Dabei wer den die Sende- 4 und Empfangslichtstrahlen 6 jeweils über dieselbe Spiegelflä che 5a des Polygonspiegelrads 5 abgelenkt, wobei dabei die Sende- 4 und Emp fangslichtstrahlen 6 koaxial geführt sind. Die koaxiale Strahlführung im Be reich der Ablenkeinheit wird durch mehrere Umlenkspiegel 9, 10, 11 innerhalb der Vorrichtung 1 erzielt. Ein erster Umlenkspiegel 9 ist der Sendeoptik 3 nachgeordnet, welcher die Sendelichtstrahlen 4 auf einen zweiten, Umlenk spiegel 10 lenkt. Von dort werden die Sendelichtstrahlen 4 auf einen dritten Umlenkspiegel 11 geführt, über welchen die Sendelichtstrahlen 4 auf eine Spiegelfläche 5a des Polygonspiegelrads 5 geführt und von dort in den Über wachungsbereich geführt sind. Die koaxial zu den Sendelichtstrahlen 4 auf die Spiegelfläche 5a des Polygonspiegelrads 5 auftreffenden Empfangslichtstrahlen 6 werden am dritten Umlenkspiegel 11 abgelenkt und treffen auf die hinter dem zweiten Umlenkspiegel 10 angeordnete Empfangsoptik 8, welche die Emp fangslichtstrahlen 6 auf den Empfänger 7 fokussiert. Zweckmäßigerweise ist der Durchmesser des zweiten Umlenkspiegels 10 erheblich kleiner als der Durchmesser der Empfangsoptik 8, damit nur ein kleiner Teil der Empfangs optik 8 durch den Umlenkspiegel 10 abgeschattet wird. Due to the rotary movement of the deflection unit, the transmitted light beams 4 are guided periodically in a predetermined monitoring area. In this case, the surface who the transmitter 4 and received light beams 6 each have the same Spiegelflä deflected 5 a of the polygon mirror 5, wherein while the transmission 4 and Emp catch beams are guided coaxially. 6 The coaxial beam guidance in the area of the deflection unit is achieved by several deflecting mirrors 9 , 10 , 11 within the device 1 . A first deflecting mirror 9 is arranged downstream of the transmission optics 3 , which deflects the transmitted light beams 4 onto a second, deflecting mirror 10 . From there, the transmitted light beams 4 are guided to a third deflecting mirror 11 , via which the transmitted light beams 4 are guided to a mirror surface 5 a of the polygon mirror wheel 5 and from there are guided into the monitoring area. The coaxial with the transmitted light beams 4 to the mirror surface 5a of the polygon mirror 5 impinging received light beams 6 are deflected to the third deflecting mirror 11 and impinge on the arranged behind the second deflecting mirror 10 receiving optics 8 which catch beams the Emp 6 onto the receiver 7. focused. The diameter of the second deflecting mirror 10 is expediently considerably smaller than the diameter of the receiving optics 8 , so that only a small part of the receiving optics 8 is shadowed by the deflecting mirror 10 .
Die optoelektronischen Komponenten, insbesondere das Sende- und Empfangs element, die Umlenkspiegel 9, 10, 11 sowie die Ablenkeinheit sind an einem Gehäuseeinsatz 12 befestigt, der als Kunststoff-Spritzteil ausgebildet ist. Dabei ist die Ablenkeinheit am Gehäuseeinsatz 12 drehbar gelagert und wird mittels eines nicht dargestellten Motors angetrieben. Die Empfangsoptik 8 ist in einer hohlzylindrischen Aufnahme 13 gehalten. Ebenso ist die Sendeoptik 3 in einer Aufnahme 14 gehalten. Beide Aufnahmen 13, 14 sind Bestandteil des Gehäuse einsatzes 12. Die Umlenkspiegel 9, 10, 11 sind an Wandelementen des Gehäu seeinsatzes 12 befestigt. Der Gehäuseeinsatz 12 sitzt in einem nicht dargestell ten Gehäuse, wobei der mit Verstrebungen 15 verstärkte Boden des Gehäuse einsatzes 12 mittels mehrerer nicht dargestellter Befestigungsmittel am Boden 16 des Gehäuses befestigt ist. Vorzugsweise wird der Gehäuseeinsatz 12 am Gehäuse festgeschraubt. Die Außenmaße des Gehäuseeinsatzes 12 sind an die Innenmaße des Gehäuses angepaßt, so daß zumindest in Teilbereichen der Ge häuseeinsatz 12 an der Innenwand des Gehäuses anliegt. Der Sender 2 und der Empfänger 7 sind auf einer Leiterplatte 17 montiert, welche an dem Gehäuse einsatz 12 befestigt wird. Dabei befinden sich der Sender 2 und der Empfänger 7 jeweils unmittelbar an den Austrittsöffnungen der Aufnahmen 14, 13.The optoelectronic components, in particular the transmitting and receiving element, the deflecting mirrors 9 , 10 , 11 and the deflection unit are fastened to a housing insert 12 which is designed as a molded plastic part. The deflection unit is rotatably mounted on the housing insert 12 and is driven by a motor, not shown. The receiving optics 8 are held in a hollow cylindrical receptacle 13 . The transmission optics 3 are also held in a receptacle 14 . Both recordings 13 , 14 are part of the housing insert 12th The deflecting mirror 9 , 10 , 11 are attached to wall elements of the housing insert 12 . The housing insert 12 is seated in a housing (not shown), the bottom of the housing insert 12 reinforced with struts 15 being fastened to the bottom 16 of the housing by means of a plurality of fastening means (not shown). The housing insert 12 is preferably screwed onto the housing. The outer dimensions of the housing insert 12 are adapted to the inner dimensions of the housing, so that at least in some areas of the Ge housing insert 12 abuts the inner wall of the housing. The transmitter 2 and the receiver 7 are mounted on a circuit board 17 , which is attached to the housing insert 12 . The transmitter 2 and the receiver 7 are each located directly at the outlet openings of the receptacles 14 , 13 .
Das Polygonspiegelrad 5 gemäß Fig. 1 weist zehn identische Spiegelflächen 5a auf, welche symmetrisch zur Drehachse D des Polygonspiegelrads 5 ange ordnet sind. Dabei sind die Spiegelflächen 5a geneigt zur Drehachse D, so daß sich der Querschnitt des Polygonspiegelrads 5 zu seinem oberen Ende hin ver jüngt. Das Polygonspiegelrad 5 ist von einem Kunststoff-Spritzteil gebildet. Die Herstellung der Spiegelflächen 5a erfolgt durch Bedampfen der facetten förmigen Seitenfläche des Kunststoff-Spritzteils mit einer Goldschicht.The polygonal mirror 5 of FIG. 1 has ten identical mirror surfaces on a 5 which symmetrically to the rotational axis D of the polygon mirror 5 are arranged. The mirror surfaces 5 a are inclined to the axis of rotation D, so that the cross section of the polygon mirror wheel 5 tapers ver to its upper end. The polygon mirror wheel 5 is formed by a molded plastic part. The mirror surfaces 5 a are produced by vapor-coating the faceted side surface of the plastic injection-molded part with a gold layer.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, verlaufen die Flächennormalen N der Spiegel flächen 5a in einem vorgegebenen Winkel α geneigt zur Drehachse D des Poly gonspiegelrads 5, wobei der Winkel α vorzugsweise im Bereich von 80° < α < . 89,5 liegt. Die Drehachse D des Polygonspiegelrads 5 ist ebenfalls um den Winkel α zur Abtastebene geneigt. Die Abtastebene verläuft dabei in einer ho rizontalen Ebene parallel zum Boden des Gehäuseeinsatzes 12. Die in Fig. 2 dargestellten, auf das Polygonspiegelrad 5 auftreffenden Sendelichtstrahlen 4 verlaufen in dieser Abtastebene. Die Neigung der Drehachse D relativ zur Ab tastebene wird dadurch erreicht, daß auf dem horizontal verlaufenden Boden des Gehäuseeinsatzes 12 ein Aufsatz 18 angebracht ist, dessen Oberseite be züglich des Bodens um den Winkel 90° - α geneigt verläuft.As can be seen from Fig. 2, the surface normal N of the mirror surfaces 5 a at a predetermined angle α inclined to the axis of rotation D of the polygon mirror wheel 5 , the angle α preferably in the range of 80 ° <α <. 89.5 lies. The axis of rotation D of the polygon mirror wheel 5 is also inclined by the angle α to the scanning plane. The scanning plane runs in a ho horizontal plane parallel to the bottom of the housing insert 12th The transmitted light beams 4 shown in FIG. 2 and impinging on the polygon mirror wheel 5 run in this scanning plane. The inclination of the axis of rotation D relative to the scanning plane is achieved in that an attachment 18 is attached to the horizontally extending bottom of the housing insert 12 , the upper side of which is inclined with respect to the bottom by the angle 90 ° -α.
Dieser Aufsatz 18 ist im wesentlichen einstückig mit dem Gehäuseeinsatz 12 ausgebildet. Die Höhe des Aufsatzes 18 nimmt in Richtung des Sendeelements ab.This attachment 18 is essentially formed in one piece with the housing insert 12 . The height of the attachment 18 decreases in the direction of the transmission element.
Auf dem Aufsatz 18 ist das Polygonspiegelrad 5 drehbar gelagert. Der nicht dargestellte Motor zum Antrieb des Polygonspiegelrads 5 ist im Aufsatz 18 gelagert.The polygon mirror wheel 5 is rotatably mounted on the attachment 18 . The motor, not shown, for driving the polygon mirror wheel 5 is mounted in the attachment 18 .
Durch diese Anordnung ist gewährleistet, daß bei jeder Drehposition des Poly gonspiegelrads 5 die Spiegelfläche 5a, auf welche die Sende- 4 und Empfangs lichtstrahlen 6 auftreffen, senkrecht zu den optischen Achsen der auftreffenden Sende- 4 und Empfangslichtstrahlen 6 angeordnet ist. Damit wird erreicht, daß die Sende- 4 und Empfangslichtstrahlen 6 immer in der horizontalen Ab tastebene verlaufen.By this arrangement, it is ensured that in each rotational position of the poly gonspiegelrads 5, the mirror surface 5a to which the transmitter 4 and receiving beams impinge 6, is arranged perpendicular to the optical axes of the incident transmitter 4 and received light beams. 6 This ensures that the transmit 4 and receive light beams 6 always run in the horizontal scanning plane.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist das Polygonspiegelrad 5 zehn identische Spiegelflächen 5a auf, welche sich jeweils über einen Winkelbereich von 36° in Umfangsrichtung des Polygonspiegelrads 5 erstrecken. Entspre chend der in Fig. 2 dargestellten Anordnung des Sendeelements relativ zum Polygonspiegelrad 5 wird dadurch ein Überwachungsbereich erhalten, der sich über einen Winkelbereich von 72° erstreckt. Entsprechend der Anzahl der Spiegelflächen 5a wird der Überwachungsbereich pro Umdrehung des Poly gonspiegelrads 5 zehnmal vollständig überstrichen.In the present exemplary embodiment, the polygon mirror wheel 5 has ten identical mirror surfaces 5 a, which each extend over an angular range of 36 ° in the circumferential direction of the polygon mirror wheel 5 . Corresponding to the arrangement of the transmitting element shown in FIG. 2 relative to the polygon mirror wheel 5 , a monitoring area is thereby obtained which extends over an angular range of 72 °. According to the number of mirror surfaces 5 a, the monitoring area is completely covered ten times per revolution of the polygon mirror wheel 5 .
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