DE19936440A1 - Optoelektronische Vorrichtung - Google Patents
Optoelektronische VorrichtungInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine optoelektronische Vorrichtung zur Erfassung von Objekten mit wenigstens einem Sendelichtstrahlen (2) emittierenden Sender (3) und einem Empfangslichtstrahlen (4) empfangenden Empfänger (5) mit mehreren Empfangselementen, welche in vorgegebenem Abstand zueinander angeordnet sind. Im Strahlengang der Sendelichtstrahlen (2) ist ein Filter (8) mit räumlich veränderlichem Transmissionskoeffizient angeordnet, wobei die Ortsabhängigkeit des Transmissionskoeffizienten an ein in einer Beleuchtungsebene angeordnetes Objekt mit homogener Oberfläche so angepaßt ist, daß mit den vom Objekt zurückreflektierten Empfangslichtstrahlen (4) eine homogene Ausleuchtung der Empfangselemente erhalten wird.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
Eine derartige Vorrichtung kann insbesondere als Barcodelesegerät ausgebildet
sein. Zur Erfassung eines Barcodes wird mit den Sendelichtstrahlen wenigstens
eines Senders eine Beleuchtungsebene in einer vorgegebenen Distanz zum Bar
codelesegerät ausgeleuchtet. Das Kontrastmuster des Barcode in dieser Be
leuchtungsebene wird mittels eines Empfängers erfaßt, welcher vorzugsweise
von einem CCD-Zeilenelement gebildet ist. Die Sendelichtstrahlen leuchten
den Barcode vollständig aus, so daß durch die am Barcode reflektierten
Empfangslichtstrahlen der gesamte Barcode auf dem CCD-Zeilenelement ab
gebildet wird. Entsprechend dem Kontrastmuster des Barcodes ergibt sich auf
dem CCD-Zeilenelement eine räumliche variierende Intensitätsverteilung der
Empfangslichtstrahlen. Mittels einer dem Empfänger nachgeschalteten Aus
werteeinheit wird durch eine geeignete Auswertung der Ausgangssignale des
Empfängers das Kontrastmuster des Barcodes dekodiert.
Das Kontrastmuster des Barcodes besteht vorzugsweise aus einer Folge von
schwarzen und weißen Strichelementen. Entsprechend variiert die Intensitäts
verteilung der Empfangslichtstrahlen auf dem CCD-Element.
Aus dem dadurch generierten Signalmuster der Ausgangssignale des Empfän
gers wird mittels eines Schwellwerts eine binäre Signalfolge gewonnen, welche
dem Muster der schwarzen und weißen Strichelemente entspricht.
Voraussetzung für eine fehlerfreie Dekodierung der Ausgangssignale am Emp
fänger ist eine möglichst gleichmäßige Ausleuchtung der Beleuchtungsebene
mittels der Sendelichtstrahlen. Würde beispielsweise ein Barcode nur in der
Mitte, nicht aber in den Randbereichen hinreichend ausgeleuchtet, so wäre in
diesen Randbereichen das Kontrastmuster des Barcodes nicht mehr erfaßbar, da
das von dort reflektierte Empfangslicht ein Ausgangssignal am Empfänger ge
nerieren würde, welches unabhängig davon, ob ein weißes oder schwarzes
Strichelement erfaßt wird, unterhalb des Schwellwert läge.
Zur Lösung dieses Problems werden bei bekannten Barcodelesegeräten eine
Vielzahl von nebeneinanderliegend angeordneten Sendern vorgesehen, um da
durch eine möglichst homogene Ausleuchtung der Beleuchtungsebene zu er
halten. Dies bedeutet jedoch einen erheblichen Aufwand an Bauteilen, wodurch
die Herstellkosten derartiger Barcodelesegeräte unerwünscht hoch sind.
Alternativ oder zusätzlich können dem Sender oder den Sendern diverse Sen
deoptiken nachgeordnet sein, um dadurch eine homogene Ausleuchtung der
Beleuchtungsebene zu erhalten. Auch dies ist konstruktiv aufwendig und führt
zu relativ hohen Herstellkosten des Barcodelesegerätes.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung der eingangs ge
nannten Art so auszubilden, daß mit möglichst geringem Kostenaufwand Fehl
detektionen aufgrund einer mangelhaften Beleuchtung des Objekts vermieden
werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen.
Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfin
dung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Erfindungsgemäß ist im Strahlengang der Sendelichtstrahlen ein Filter mit
räumlich veränderlichem Transmissionskoeffizienten angeordnet, wobei die
Ortsabhängigkeit des Transmissionskoeffizienten an ein in einer Beleuch
tungsebene angeordnetes Objekt mit homogener Oberfläche so angepaßt ist,
daß mit den vom Objekt zurückreflektierten Empfangslichtstrahlen eine homo
gene Ausleuchtung der Empfangselemente erhalten wird.
Durch das Filter wird auch eine im wesentlichen homogene Ausleuchtung der
Beleuchtungsebene realisiert.
Erfindungsgemäß ist die Ortsabhängigkeit des Transmissionskoeffizienten des
Filters so gewählt, daß die Ausleuchtung in der Beleuchtungsebene nicht voll
ständig gleichförmig ist. Vielmehr wird über die Variation des Transmissions
koeffizienten zusätzlich der Strahlengang der Empfangslichtstrahlen zum Emp
fangselement derart berücksichtigt, daß durch ein Objekt mit homogener Ober
fläche in der Beleuchtungsebene eine homogene Ausleuchtung der Empfangs
elemente des Empfängers erhalten wird, wobei der Empfänger vorzugsweise
von einem CCD-Element gebildet ist.
Somit wird mittels des Filters zum einen eine nahezu homogene Ausleuchtung
der Beleuchtungsebene erreicht, ohne daß eine Vielzahl von Sendern vorgese
hen werden muß und ohne daß dem Sender eine Sendeoptik nachgeordnet wer
den muß.
Zudem werden mittels des Filters Unregelmäßigkeiten der Ausleuchtung des
Empfängers infolge der Abbildungscharakteristik der Empfangslichtstrahlen
kompensiert.
Schließlich ist vorteilhaft, daß das Filter beispielsweise in Form einer Graukeil-
Folie kostengünstig herstellbar ist und auf einfache Weise in der Vorrichtung
eingebaut werden kann.
Die Erfindung wird im nachstehenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es
zeigen:
Fig. 1 Längsschnitt durch einen Ausschnitt einer optoelektronische Vor
richtung mit zwei nebeneinanderliegend angeordneten Sendern und
einem diesen nachgeordneten Filter.
Fig. 2 Querschnitt durch Vorrichtung gemäß Fig. 1 mit einem in Ab
stand zu den Sendern angeordneten Empfänger.
Fig. 3 Ortsabhängigkeit des Transmissionskoeffizienten für das Filter ge
mäß den Fig. 1 und 2.
In den Fig. 1 und 2 ist jeweils ein Ausschnitt einer optoelektronische Vor
richtung 1 zur Erfassung von Objekten dargestellt. Die Vorrichtung kann bei
spielsweise von einem optischen Distanzsensor, einem bildverarbeitenden Sen
sor oder dergleichen gebildet sein. Die Vorrichtung weist wenigstens einen
Sendelichtstrahlen 2 emittierenden Sender 3 sowie einen Empfangslichtstrahlen
4 empfangenden Empfänger 5 auf. Dabei weist der Empfänger 5 mehrere Emp
fangselemente auf, welche vorzugsweise flächig in einer Ebene oder in einer
Linearanordnung in vorgegebenem Abstand zum Sender 3 angeordnet sind.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die optoelektronische Vorrichtung 1
als Barcodelesegerät ausgebildet.
Dieses Barcodelesegerät weist zwei Sender 3 auf, welche beispielsweise von
Leuchtdioden gebildet sind. Der Empfänger 5 ist als zeilenförmiges CCD-
Element ausgebildet, so daß die einzelnen nicht dargestellten photoempfindli
chen Empfangselemente in Längsrichtung des Empfängers 5 hintereinander
angeordnet sind.
Wie aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich ist, ist der Empfänger 5 in Abstand
neben den Sendern 3 angeordnet, wobei die Längsachse des CCD-Elements
parallel zur Verbindungslinie der Sender 3 verläuft. Die Sender 3 und der Emp
fänger 5 sind dabei in einer Ebene liegend auf einer Leiterplatte 6 angeordnet.
Über diese Leiterplatte 6 sind die Sender 3 und der Empfänger 5 an eine nicht
dargestellte Auswerteeinheit angeschlossen, welche von einem Mikroprozessor
oder dergleichen gebildet ist.
Mit den von den Sendern 3 emittierten Sendelichtstrahlen 2 wird eine Be
leuchtungsebene B in vorgegebenem Abstand zum Barcodelesegerät ausge
leuchtet. An einem in der Beleuchtungsebene angeordneten Barcode 7 werden
die Sendelichtstrahlen 2 reflektiert und als Empfangslichtstrahlen 4 auf das
CCD-Element geführt.
Der Barcode 7 weist entlang seiner Längsachse als Kontrastmuster eine Anzahl
von nicht dargestellten alternierend angeordneten, weißen und schwarzen Stri
chelementen auf. Der Barcode 7 ist so in der Beleuchtungsebene B angeordnet,
daß dessen Kontrastmuster vollständig von den Sendelichtstrahlen 2 erfaßt
wird. Die auf den Empfänger 5 auftreffenden Empfangslichtstrahlen 4 weisen
somit eine räumliche Modulation der Strahlamplituden auf, welche dem Kon
trastmuster des Barcodes 7 entspricht. Dementsprechend variieren auch die
Ausgangssignale an den Empfangselementen. Im vorliegenden Ausführungs
beispiel sind die Ausgangssignale am CCD-Element von unterschiedlichen
Grauwerten gebildet.
In der Auswerteeinheit wird anhand dieser Grauwertverteilung das Kontrast
muster des Barcodes 7 erfaßt. Insbesondere wird die Grauwertverteilung mit
einem geeignet gewählten Schwellwert bewertet, so daß aus der Grauwertver
teilung eine binäre Signalfolge gewonnen wird, welche die Struktur der Stri
chelemente des Barcodes 7 wiedergibt.
Um eine möglichst sichere und fehlerfreie Dekodierung der Barcodes 7 zu er
reichen, ist es notwendig, daß mit den Sendelichtstrahlen 2 die Beleuchtungse
bene B und mit den Empfangslichtstrahlen 4 der Empfänger 5 möglichst
gleichmäßig ausgeleuchtet wird.
Erfindungsgemäß ist hierzu den beiden Sendern 3 ein Filter 8 nachgeordnet,
welches von den Sendelichtstrahlen 2 durchsetzt wird. Die das Filter 8 durch
dringenden Sendelichtstrahlen 2 werden dann von dem Barcode 7 in der Be
leuchtungsebene B reflektiert, durchsetzen als Empfangslichtstrahlen 4 eine
Empfangsoptik 9 und werden über diese zum Empfänger 5 geführt.
Zur Trennung der Sende- 2 und Empfangslichtstrahlen 4 innerhalb des Bar
codelesegerätes ist eine Abschirmung 10 vorgesehen, welche beispielsweise
von einem lichtundurchlässigen Kunststoffteil gebildet ist. Diese Abschirmung
10 erstreckt sich über die gesamte Länge des Empfängers 5. Dabei mündet die
Abschirmung 10 an der Oberseite der Leiterplatte 6 aus und verläuft geringfü
gig geneigt zur Vertikalen zwischen den Sendern 3 und den Empfängern 5. Am
oberen Rand der Abschirmung 10 ist an einer ersten Halterung 11 die Emp
fangsoptik 9 befestigt. An einer zweiten Halterung 12 am oberen Rand der Ab
schirmung 10 ist das Filter 8 befestigt.
Das Filter 8 besteht im wesentlichen aus einer rechteckförmigen dünnen Folie
aus Kunststoff, der für die Sendelichtstrahlen 2 nur teilweise durchlässig ist.
Die Fläche des Filters 8 ist an den Strahlquerschnitt der von den Sendern 3
emittierten Sendelichtstrahlen 2 angepaßt. Die Folie ist in der Halterung 12
horizontal gelagert, so daß die Sendelichtstrahlen 2 auf diesen in einem Winkel
von nahezu 90° auftreffen.
Die Empfangsoptik 9 ist ebenfalls horizontal ausgerichtet und besteht aus einer
Linse. Die Abmessungen der Linse sind an den Strahldurchmesser der Emp
fangslichtstrahlen 4 angepaßt.
Der Transmissionskoeffizient des Filters 8 variiert in Richtung der Verbin
dungslinie der beiden Sender 3. Dagegen ist der Transmissionskoeffizient in
der senkrecht hierzu verlaufenden Richtung konstant. Das Filter 8 besteht vor
zugsweise aus einer Graukeil-Folie, wobei Segmente mit starker Schwärzung
zu einer starken Abschwächung der Sendelichtstrahlen 2 führen und nahezu
transparente Segmente von den Sendelichtstrahlen 2 nahezu ohne Abschwä
chung durchsetzt werden.
Erfindungsgemäß ist die Ortsabhängigkeit der Schwärzung der Folie so ge
wählt, daß bei einem in der Beleuchtungsebene B angeordneten Objekt mit
homogener, insbesondere einfarbiger und ebener Oberfläche durch die von die
sem Objekt auf den Empfänger 5 zurückreflektierten Empfangslichtstrahlen 4
eine homogene Ausleuchtung der Empfangselemente des Empfänger 5 erhalten
wird.
Die entsprechende Ortsabhängigkeit des Transmissionskoeffizienten des Filters
8 läßt sich aus den optischen Parametern des Barcodelesegerätes, insbesondere
der Abstrahlcharakteristik der Sender 3 und den Strahlverläufen der Sende- 2
und Empfangslichtstrahlen 4, berechnen.
Für den vorliegenden Fall ergibt sich die Ausleuchtung PE(x) des Empfängers 5
gemäß folgender Beziehung:
PE(x) = (IS1(x) . T(x) . fS1(x) + IS2(x) . T(x) . fS2(x)) . P(x)
wobei mit x die Richtung in Längsrichtung des Empfängers 5 bezeichnet ist.
IS1(x) und IS2(x) stellen die Abstrahlcharakteristiken der Sender 3 dar, wobei
diese typischerweise eine näherungsweise gaußförmige Strahlcharakteristik
aufweisen.
T(x) ist der ortsabhängige Transmissionskoeffizient des Filters 8.
Die Funktionen fS1(x) und fS2(x) geben die geometrischen Verläufe der von den
Sendern 3 in Richtung des Objekts emittierten Sendelichtstrahlen 2 an. Insbe
sondere sind in den Funktionen fS1(x) und fS2(x) der Abstand zwischen den
Sendern 3, die Abstände des Filters 8 zu den Sendern 3 sowie der Abstand des
Filters 8 zu der Beleuchtungsebene B als Parameter enthalten.
Die Funktion P(x) berücksichtigt den Strahlverlauf der vom in der Beleuch
tungsebene B angeordneten Objekt zum Empfänger 5 zurückreflektierten Emp
fangslichtstrahlen 4 und damit auch die Abbildungseigenschaften der Emp
fangsoptik 9.
Da der Transmissionskoeffizient T(x) so zu wählen ist, daß auf dem Empfänger
5 eine homogene Ausleuchtung erhalten wird, ist in der oben genannten Bezie
hung PE(x) als Konstante anzusetzen:
PE(x) = PE.
Damit ist der Transmissionskoeffizient T(x) eindeutig festgelegt. Für das vor
liegende Ausführungsbeispiel wird als Ergebnis für T(x) der in Fig. 3 darge
stellte Verlauf erhalten.
Die Mitte des Filters 8 liegt dabei bei x = 0, während die längsseitigen äußeren
Ränder bei x0 und -x0 liegen.
Durch die symmetrische Anordnung der Sender 3 und des Empfängers 5 relativ
zum Mittelpunkt des Filters 8 ist auch der Verlauf von T(x) symmetrisch zum
Mittelpunkt bei x = o. In den Randbereichen bei x0 und -x0 ist der Transmissi
onskoeffizient sehr hoch und liegt bei Werten von etwa 0,7. Zur Mitte hin
nimmt die Schwärzung des als Graukeil-Folie ausgebildeten Filters 8 kontinu
ierlich zu, so daß bei x = o die maximale Abschwächung der Sendelichtstrahlen
2 erfolgt. Der Wert T(x=o) beträgt etwa 0,2.
Durch diese Wahl der Ortsabhängigkeit des Transmissionskoeffizienten T(x)
wird eine homogene Ausleuchtung der Empfangselemente des Empfänger 5
erhalten. Durch den Abbildungsfaktor P(x) entstehen nur geringfügige Korrek
turen beim Transmissionskoeffizienten, da durch die direkte Strahlführung der
Empfangslichtstrahlen 4 zum Empfänger 5 die Funktion P(x) nur eine schwa
che Ortsabhängigkeit aufweist. Demzufolge wird mittels der erfindungsgemä
ßen Wahl der Ortsabhängigkeit des Filters 8 auch eine nahezu homogene Aus
leuchtung eines Barcodes 7 in der Beleuchtungsebene B erhalten.
1
Optoelektronische Vorrichtung
2
Sendelichtstrahlen
3
Sender
4
Empfangslichtstrahlen
5
Empfänger
6
Leiterplatte
7
Barcode
8
Filter
9
Empfangsoptik
10
Abschirmung
11
erste Halterung
12
zweite Halterung
B Beleuchtungsebene
B Beleuchtungsebene
Claims (11)
1. Optoelektronische Vorrichtung zur Erfassung von Objekten mit wenig
stens einem Sendelichtstrahlen emittierenden Sender und einem Emp
fangslichtstrahlen empfangenden Empfänger mit mehreren Empfangs
elementen, welche in vorgegebenem Abstand zueinander angeordnet
sind, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlengang der Sendelichtstrah
len (2) ein Filter (8) mit räumlich veränderlichem Transmissionskoeffizi
ent angeordnet ist, wobei die Ortsabhängigkeit des Transmissionskoeffi
zienten an ein in einer Beleuchtungsebene angeordnetes Objekt mit ho
mogener Oberfläche so angepaßt ist, daß mit den vom Objekt zurückre
flektierten Empfangslichtstrahlen (4) eine homogene Ausleuchtung der
Empfangselemente erhalten wird.
2. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß diese von einem Barcodelesegerät gebildet ist.
3. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich
net, daß der Empfänger (5) von einem zeilenförmigen CCD-Element ge
bildet ist.
4. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich
net, daß diese zwei Sender (3) aufweist, wobei die Verbindungslinie zwi
schen den Sendern (3) parallel zur Längsachse des den Sendern (3) ge
genüberliegenden CCD-Elements verläuft.
5. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich
net, daß zur Trennung der Sende- (2) und Empfangslichtstrahlen (4) zwi
schen den Sendern (3) und deren Empfänger (5) eine Abschirmung (10)
vorgesehen ist.
6. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich
net, daß sich der Transmissionskoeffizient des Filters (8) längs einer Ge
raden, welche parallel zur Verbindungslinie zwischen den Sendern (3)
verläuft, verändert.
7. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch
gekennzeichnet, daß das Filter (8) in Form einer Graukeil-Folie ausgebil
det ist.
8. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch
gekennzeichnet, daß dem Empfänger (5) eine Empfangsoptik (9) vorge
ordnet ist.
9. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich
net, daß die Empfangsoptik (9) und das Filter (8) beidseits der Abschir
mung (10) an deren oberem Rand angeordnet sind.
10. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch
gekennzeichnet, daß zur Herstellung des Filters (8) die räumliche Varia
tion des Transmissionskoeffizienten des Filters (8) bei vorgegebener
Ausleuchtung des Empfängers (5) aus der Abstrahlcharakteristik des
Senders (3) oder der Sender (3) und den Strahlverläufen der Sende- (2)
und Empfangslichtstrahlen (4) berechnet wird.
11. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich
net, daß die Ausleuchtung des Empfängers (5) PE durch die Beziehung
PE = (IS1(x) . T(x) . fS1(x) + IS2(x) . T(x) . fS2(x) + . . .) . P(x)
gegeben ist, wobei
IS1(x), IS2(x), . . . die Abstrahlcharakteristiken der einzelnen Sender (3) sind,
die fS1(x), fS2(x) . . . geometrischen Verläufe der zum Objekt geführten Sendelichtstrahlen (2),
P(x) den Strahlverlauf der vom Objekt zum Empfänger (5) geführten Empfangslichtstrahlen (4) berücksichtigt, und wobei T(x) den ortsabhängigen Transmissionskoeffizienten des Fil ters (8) bildet.
PE = (IS1(x) . T(x) . fS1(x) + IS2(x) . T(x) . fS2(x) + . . .) . P(x)
gegeben ist, wobei
IS1(x), IS2(x), . . . die Abstrahlcharakteristiken der einzelnen Sender (3) sind,
die fS1(x), fS2(x) . . . geometrischen Verläufe der zum Objekt geführten Sendelichtstrahlen (2),
P(x) den Strahlverlauf der vom Objekt zum Empfänger (5) geführten Empfangslichtstrahlen (4) berücksichtigt, und wobei T(x) den ortsabhängigen Transmissionskoeffizienten des Fil ters (8) bildet.
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---|---|---|---|
DE1999136440 DE19936440C2 (de) | 1999-08-03 | 1999-08-03 | Optoelektronische Vorrichtung |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (2)
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ID=7916975
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