DE202012101803U1

DE202012101803U1 - Optical sensor

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Publication number: DE202012101803U1
Application number: DE201220101803
Authority: DE
Original assignee: Leuze Electronic GmbH and Co KG
Current assignee: Leuze Electronic GmbH and Co KG
Priority date: 2012-05-16
Filing date: 2012-05-16
Publication date: 2012-06-14
Anticipated expiration: 2022-05-17

Abstract

Optischer Sensor (1) zur Erfassung von Codes in einem Erfassungsbereich, mit einer Lichtstrahlen (4) in den Erfassungsbereich aussendenden Beleuchtungseinheit (3), mit einer eine matrixförmige Anordnung von Pixeln (7a) aufweisenden Flächenkamera (7) und einem der Flächenkamera (7) vorgeordneten Optikelement mit einer zugeordneten Fokusverstelleinheit, und mit einer Auswerteeinheit (10), in welcher zur Dekodierung eines Codes Ausgangssignale der Pixel (7a) der Flächenkamera (7) ausgewertet werden, dadurch gekennzeichnet, dass eine selbstleuchtende, wenigstens einen definierten Kontrastübergang aufweisende Referenzmarke (15) innerhalb des Erfassungsbereichs vorgesehen ist, und dass mittels einer Regeleinheit die Fokusverstelleinheit so geregelt wird, dass auf der Flächenkamera (7) eine Abbildung der Referenzmarke (15) mit optimierter Schärfe erhalten wird.Optical sensor (1) for detecting codes in a detection area, with an illumination unit (3) emitting light beams (4) into the detection area, with an area camera (7) having a matrix-like arrangement of pixels (7a) and one of the area camera (7) upstream optical element with an assigned focus adjustment unit, and with an evaluation unit (10), in which to decode a code, output signals of the pixels (7a) of the area scan camera (7) are evaluated, characterized in that a self-illuminating reference mark (15 ) is provided within the detection area, and that the focus adjustment unit is controlled by means of a control unit in such a way that an image of the reference mark (15) with optimized sharpness is obtained on the area camera (7).

Description

Die Erfindung betrifft einen optischen Sensor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an optical sensor according to the preamble of claim 1.

Derartige optische Sensoren werden zur Erfassung von Codes, insbesondere Barcodes eingesetzt. Diese optischen Sensoren umfassen neben einer Beleuchtungseinheit als Empfangseinheit eine Flächenkamera, der typischerweise eine Linse vorgeordnet ist, mit der von einem Code zurückreflektierte Lichtstrahlen auf die Flächenkamera abgebildet werden. Das so auf der Flächenkamera erhaltene Bild des Codes wird in einer Auswerteeinheit ausgewertet. Hierzu werden die Ausgangssignale der einzelnen Pixel der Flächenkamera in die Auswerteeinheit eingelesen. Anhand dieser eingelesenen Bildinformationen wird in der Auswerteeinheit der gelesene Code dekodiert.Such optical sensors are used for the detection of codes, in particular barcodes. These optical sensors comprise, in addition to a lighting unit as a receiving unit, an area camera, which is typically preceded by a lens with which light beams reflected back from a code are imaged onto the area camera. The image of the code thus obtained on the area camera is evaluated in an evaluation unit. For this purpose, the output signals of the individual pixels of the area camera are read into the evaluation unit. On the basis of this read-in image information, the read code is decoded in the evaluation unit.

Durch die Abbildungseigenschaften der der Flächenkamera vorgeordneten Linse können die Codes nur in einem eng begrenzen Distanzbereich, dem sogenannten Tiefenschärfebereich erfasst werden, da der Code nur dann mit der Linse hinreichend scharf auf die Flächenkamera abgebildet wird, wenn er zumindest näherungsweise im Bereich der Bildweite der Linse liegt.Due to the imaging properties of the surface camera preceded lens, the codes can be detected only in a narrow distance range, the so-called depth of field, since the code is only with the lens sufficiently sharp imaged on the surface camera, if he at least approximately in the range of the image of the lens lies.

Um eine hohe Verfügbarkeit des optischen Sensors zu erhalten, ist es jedoch erforderlich, dass mit diesem Codes innerhalb eines möglichst großen Tiefenschärfebereichs, das heißt innerhalb eines großen Distanzbereichs erfasst werden können.In order to obtain a high availability of the optical sensor, however, it is necessary for it to be able to acquire codes within as large a depth of field as possible, that is to say within a large distance range.

Um den Tiefenschärfebereich bei derartigen optischen Sensoren zu erhöhen ist es bekannt, Fokusverstelleinheiten vorzusehen. Eine Möglichkeit einer Fokusverstelleinheit besteht darin, als Linsen Flüssiglinsen einzusetzen. Durch eine elektrische Ansteuerung der Flüssiglinse kann direkt deren Brennweite verändert werden.In order to increase the depth of focus range in such optical sensors, it is known to provide Fokusverstelleinheiten. One possibility of a focus adjustment unit is to use liquid lenses as lenses. By an electrical control of the liquid lens can be directly changed their focal length.

Nachteilig hierbei ist, dass Flüssiglinsen infolge von Temperaturänderungen oder Alterung stark driften, so dass die Fokuseinstellungen der Flüssiglinse nicht hinreichend reproduzierbar sind. Um diese Störeffekte zu kompensieren, müssen aufwändige Regelvorgänge vorgesehen sein. Aufgrund dieser zeitaufwändigen Kompensation sind derartige Fokusverstellen relativ langsam, so dass eine schnelle Adaption an unterschiedliche Leseabstände bei der Codeerfassung nicht oder nur unzureichend gegeben ist.The disadvantage here is that liquid lenses drift greatly as a result of temperature changes or aging, so that the focus settings of the liquid lens are not sufficiently reproducible. In order to compensate for these parasitic effects, complex control processes must be provided. Due to this time-consuming compensation such Fokusverstellen are relatively slow, so that a rapid adaptation to different reading distances in the code detection is not or only insufficiently given.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen optischen Sensor bereitzustellen, mittels dessen bei geringem konstruktivem Aufwand Codes in einem möglichst großen Tiefenschärfebereich schnell und zuverlässig erfasst werden können.The invention has for its object to provide an optical sensor by means of which codes can be detected quickly and reliably in the largest possible depth of field with low design effort.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.To solve this problem, the features of claim 1 are provided. Advantageous embodiments and expedient developments of the invention are described in the subclaims.

Die Erfindung betrifft einen optischen Sensor zur Erfassung von Codes in einem Erfassungsbereich und umfasst eine Lichtstrahlen in den Erfassungsbereich aussendende Beleuchtungseinheit, sowie eine eine matrixförmige Anordnung von Pixeln aufweisende Flächenkamera und ein der Flächenkamera vorgeordnetes Optikelement mit einer zugeordneten Fokusverstelleinheit. In einer Auswerteeinheit werden zur Dekodierung eines Codes Ausgangssignale der Pixel der Flächenkamera ausgewertet. Innerhalb des Erfassungsbereichs ist eine selbstleuchtende, wenigstens einen definierten Kontrastübergang aufweisende Referenzmarke vorgesehen. Mittels einer Regeleinheit wird die Fokusverstelleinheit so geregelt, dass auf der Flächenkamera eine Abbildung der Referenzmarke mit optimierter Schärfe erhalten wird.The invention relates to an optical sensor for detecting codes in a detection area and comprises a lighting unit emitting light beams into the detection area, as well as an area camera having a matrix-like arrangement of pixels and an optical element arranged upstream of the area camera with an associated focus adjustment unit. In an evaluation unit output signals of the pixels of the area camera are evaluated for the decoding of a code. Within the detection area, a self-illuminating, at least one defined contrast transition having reference mark is provided. By means of a control unit, the focus adjustment unit is controlled such that an image of the reference mark with optimized sharpness is obtained on the area camera.

Anhand der Regelung der Fokusverstelleinheit in Abhängigkeit der mit der Flächenkamera registrierten Referenzmarke können Drifteffekte der Fokusverstelleinheit und damit Ungenauigkeiten der Fokuseinstellung infolge von Temperatureinflüssen, Alterungseffekten von Bauteilen und dergleichen schnell und präzise eliminiert werden. Insbesondere ist vorteilhaft, dass für diese Regelung eine aktive, selbstleuchtende Referenzmarke eingesetzt wird. Deren Erfassung ist somit unabhängig von der Beleuchtungseinheit des optischen Sensors. Vorteilhaft wird die Beleuchtungseinheit bei der Erfassung der Referenzmarke sogar abgeschaltet.On the basis of the regulation of the focus adjustment unit as a function of the reference mark registered with the area camera, drift effects of the focus adjustment unit and thus inaccuracies of the focus adjustment due to temperature influences, aging effects of components and the like can be eliminated quickly and precisely. In particular, it is advantageous that an active, self-luminous reference mark is used for this regulation. Their detection is thus independent of the illumination unit of the optical sensor. Advantageously, the lighting unit is even turned off when detecting the reference mark.

Besonders vorteilhaft ist das Optikelement eine Flüssiglinse.Particularly advantageously, the optical element is a liquid lens.

Dann werden mittels der Fokusverstelleinheit elektrische Signale zur Änderung der Brennweite der Flüssiglinse generiert.Then, electrical signals for changing the focal length of the liquid lens are generated by means of the focus adjustment unit.

Besonders vorteilhaft wird die Regelung der Fokusverstelleinheit für eine sichere und schnelle Codeerfassung innerhalb eines großen Tiefenschärfebereichs genutzt.Particularly advantageously, the regulation of the focus adjustment unit is used for secure and rapid code acquisition within a large depth of focus range.

Hierzu wird bei Erfassung eines Codes die Fokusverstelleinheit durch ein Steuersignal auf einen Arbeitsabstand eingestellt, welcher der Distanz des Codes zum optischen Sensor entspricht.For this purpose, upon detection of a code, the focus adjustment unit is adjusted by a control signal to a working distance which corresponds to the distance of the code to the optical sensor.

Dabei ist vorteilhaft bei der Codeerfassung die Beleuchtungseinheit aktiviert.In this case, the illumination unit is advantageously activated during the code acquisition.

Der Grundgedanke bei dieser Codeerfassung besteht darin, dass bei der Erfassung der Referenzmarke und der dabei durchgeführten Regelung der Fokusverstelleinheit, insbesondere der Regelung der Brennweite der Flüssiglinse, die Einflüsse, die zu einem Driften der Fokusverstelleinheit, insbesondere der Brennweiteneinstellung der Flüssiglinse führen, vollständig berücksichtigt sind.The basic idea behind this code acquisition is that when the reference mark is detected and the control is carried out the Fokusverstelleinheit, in particular the regulation of the focal length of the liquid lens, the influences, which lead to a drift of Fokusverstelleinheit, in particular the focal length adjustment of the liquid lens, are fully taken into account.

Dringt darauf ein Code in den Erfassungsbereichs ein, so wird allein durch eine Steuerung, nicht durch eine Regelung der Fokusverstelleinheit, die Fokuslage des Optikelements, insbesondere der Flüssiglinse an den Abstand des Codes zum optischen Sensor angepasst.If a code penetrates the detection range, the focus position of the optical element, in particular the liquid lens, is adjusted to the distance of the code to the optical sensor solely by a control, not by a regulation of the focus adjustment unit.

Diese Steuerung kann im Gegensatz zu einer Regelung sehr schnell durchgeführt werden. Damit können auch schnell hintereinander in verschiedenen Abstanden in den Erfassungsbereich eindringende Codes sicher erfasst werden.This control can be carried out very quickly, in contrast to a control. This can also be detected quickly in succession at different distances in the detection area penetrating codes safely.

Bei herkömmlichen Steuerungen sind derartige Steuerungen von Fokusvestelleinheiten, insbesondere Flüssiglinsen, infolge der Drifterscheinungen nicht reproduzierbar, das heißt ungenau.In conventional controls such controls of Fokusvestelleinheiten, especially liquid lenses, due to the Drifterscheinungen not reproducible, that is inaccurate.

Bei dem erfindungsgemäßen optischen Sensor werden jedoch unmittelbar vor der Durchführung dieser Steuerungen die Drifterscheinungen durch den Regelvorgang bei Erfassen der Referenzmarke kompensiert. Da diese Drifterscheinungen sehr langsam im Vergleich zu den durchzuführenden Steuervorgängen sind, bleibt die zuvor vorgenommene Driftkompensierung der Fokusverstelleinheiten, insbesondere der Flüssiglinsen, erhalten. Somit werden die Steuerungsvorgänge nicht nennenswert durch Drifterscheinungen verfälscht.In the case of the optical sensor according to the invention, however, the drift phenomena are compensated by the control process when the reference mark is detected, immediately before the execution of these controls. Since these drift phenomena are very slow compared to the control operations to be performed, the previously made drift compensation of the focus adjusting units, in particular the liquid lenses, is maintained. Thus, the control processes are not significantly distorted by drifting phenomena.

Besonders vorteilhaft sind Distanzmessmittel zur Bestimmung der Distanzen von Codes zum optischen Sensor vorgesehen. Die mit dem Distanzmessmittel ermittelten Distanzwerte bilden Steuersignale für die Fokusverstelleinheit.Distance measuring means are particularly advantageously provided for determining the distances of codes to the optical sensor. The distance values determined with the distance measuring means form control signals for the focus adjustment unit.

Die Distanzmessmittel sind bevorzugt von einem optischen Distanzsensor gebildet, der im optischen Sensor integriert sein kann oder eine separate Einheit bilden kann.The distance measuring means are preferably formed by an optical distance sensor which can be integrated in the optical sensor or can form a separate unit.

Alternativ sind die Steuersignale für die Fokusverstelleinheit externe Triggersignale.Alternatively, the control signals for the Fokusverstelleinheit external trigger signals.

Diese Variante eignet sich für Anwendungen, bei welchen die zeitliche Folge, mit denen die zu erfassenden Codes in unterschiedlichen Distanzen in den Erfassungsbereich eindringen, bekannt ist. Diese Folge kann in einer externen Steuereinheit oder dergleichen abgespeichert werden. In Abhängigkeit dieser abgespeicherten Folge generiert dann die Steuereinheit eine zeitliche Folge von Steuerbefehlen, die in die Auswerteeinheit des optischen Sensors zur Steuerung der Fokusverstelleinheit eingelesen wird.This variant is suitable for applications in which the chronological sequence with which the codes to be detected penetrate into the detection range at different distances is known. This sequence can be stored in an external control unit or the like. As a function of this stored sequence, the control unit then generates a chronological sequence of control commands which is read into the evaluation unit of the optical sensor for controlling the focus adjustment unit.

Für die Codeerfassung mittels des optischen Sensors wird die Beleuchtungseinheit, die eine externe oder interne Einheit des optischen Sensors bilden kann, benötigt, so dass die Beleuchtungseinheit während der Codeerfassung aktiviert ist.For the code detection by means of the optical sensor, the illumination unit, which can form an external or internal unit of the optical sensor, is required, so that the illumination unit is activated during the code acquisition.

Besonders vorteilhaft wird dabei die Referenzmarke zur Triggerung des Betriebs des optischen Sensors eingesetzt. Hierzu ist die Referenzmarke in einer geeigneten Sollposition am Rand des Erfassungsbereichs angeordnet. Bei Eindringen von Objekten mit Codes in den Erfassungsbereich wird die Referenzmarke durch die Objekte verdeckt, so dass sie vom optischen Sensor nicht mehr erfasst werden kann. Dies wird im optischen Sensor als Triggersignal interpretiert, worauf der optische Sensor die Beleuchtungseinheit aktiviert und den Betrieb zur Fokusverstellung von Regelbetrieb auf eine Steuerung auf unterschiedliche Objektdistanzen umstellt. Durch diese Doppelfunktion der Referenzmarke kann auf eine separate Trigger-Lichtschranke zur Steuerung des Betriebs des optischen Sensors verzichtet werden.In this case, the reference mark is used particularly advantageously for triggering the operation of the optical sensor. For this purpose, the reference mark is arranged in a suitable nominal position at the edge of the detection area. When objects with codes penetrate into the detection area, the reference mark is obscured by the objects so that they can no longer be detected by the optical sensor. This is interpreted as a trigger signal in the optical sensor, whereupon the optical sensor activates the illumination unit and switches the operation for adjusting the focus from normal operation to a control to different object distances. This dual function of the reference mark makes it possible to dispense with a separate trigger photoelectric barrier for controlling the operation of the optical sensor.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:The invention will be explained below with reference to the drawings. Show it:

1: Schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen optischen Sensors. 1 : Schematic representation of an embodiment of the optical sensor according to the invention.

2: Anordnung des optischen Sensors gemäß 1 mit einer Referenzmarke bei der Erfassung von Codes. 2 : Arrangement of the optical sensor according to 1 with a reference mark when capturing codes.

3: Einzeldarstellung der Referenzmarke gemäß 2. 3 : Individual representation of the reference mark according to 2 ,

4a–d: Ablauf der Auswertung der Referenzmarken-Erkennung. 4a -D: Sequence of the evaluation of the reference mark recognition.

5: Weitere Anordnung des optischen Sensors mit einer Referenzmarke zur Codeerfassung. 5 : Further arrangement of the optical sensor with a reference mark for code detection.

1 zeigt schematisch den Aufbau eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen optischen Sensors 1. Die Komponenten des optischen Sensors 1 sind in einem Gehäuse 2 integriert. Der optische Sensor 1 bildet ein stationäres Codelesegerät, das heißt das Gehäuse 2 des optischen Sensors 1 wird an einer Aufnahme ortsfest gelagert um in dieser Position Codes erfassen zu können. Der optische Sensor 1 umfasst eine Beleuchtungseinheit 3, die bevorzugt eine Anordnung von Leuchtdioden umfasst. Im vorliegenden Fall ist die Beleuchtungseinheit 3 als interne, das heißt im Gehäuse 2 integrierte Einheit ausgebildet. Prinzipiell kann auch eine externe Beleuchtungseinheit 3 vorgesehen sein. Die von der Beleuchtungseinheit 3 emittierten Lichtstrahlen 4 werden durch ein Austrittsfenster 5 in der Frontwand des Gehäuses 2 geführt und dienen zur Ausleuchtung eines Erfassungsbereiches, in welchem Codes erfasst werden können. Die Codes können allgemein als eindimensionale oder zweidimensionale Codes ausgebildet sein. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines eindimensionalen Codes in Form eines Barcodes 6. 1 shows schematically the structure of an embodiment of the optical sensor according to the invention 1 , The components of the optical sensor 1 are in a housing 2 integrated. The optical sensor 1 forms a stationary code reader, that is the housing 2 of the optical sensor 1 is stored stationary on a recording in order to capture codes in this position. The optical sensor 1 includes a lighting unit 3 , which preferably comprises an arrangement of light-emitting diodes. In the present case, the lighting unit 3 as internal, that is in the housing 2 integrated unit educated. In principle, an external lighting unit can also be used 3 be provided. The of the lighting unit 3 emitted light rays 4 be through an exit window 5 in the front wall of the housing 2 guided and serve to illuminate a detection area in which codes can be detected. The codes may generally be formed as one-dimensional or two-dimensional codes. 1 shows an embodiment of a one-dimensional code in the form of a barcode 6 ,

Auf den Barcode 6 auftreffende Lichtstrahlen 4 werden von diesem zurückreflektiert und gelangen durch das Austrittsfenster 5 auf eine Empfängereinheit des optischen Sensors 1. Die Empfängereinheit umfasst eine Flächenkamera 7 mit einer matrixförmigen Anordnung von Pixeln 7a, das heißt lichtempfindlichen Empfangselementen. Bevorzugt ist die Flächenkamera 7 in Form eines CMOS-Arrays oder CCD-Arrays gebildet.On the barcode 6 incident light rays 4 are reflected back from this and pass through the exit window 5 to a receiver unit of the optical sensor 1 , The receiver unit comprises a surface camera 7 with a matrix-like arrangement of pixels 7a that is photosensitive receiving elements. The area camera is preferred 7 formed in the form of a CMOS array or CCD array.

Der Flächenkamera 7 ist als Optikelement eine Flüssiglinse 8 vorgeordnet. Die Brennweite der Flüssiglinse 8 kann durch elektrische Signale, die in einem Stellelement 9 generiert wurden, verändert werden.The area camera 7 is a liquid lens as an optical element 8th upstream. The focal length of the liquid lens 8th can be caused by electrical signals in an actuator 9 were generated, changed.

Die Beleuchtungseinheit 3 und die Flächenkamera 7 sind an eine Auswerteeinheit 10 angeschlossen, die von einem Mikroprozessor oder dergleichen gebildet ist. Damit dient die Auswerteeinheit 10 einerseits zur Steuerung der Beleuchtungseinheit 3. Andererseits dient die Auswerteeinheit 10 zur Auswertung der Ausgangssignale der einzelnen Pixel 7a der Flächenkamera 7, das heißt zur Auswertung der mit der Flächenkamera 7 erfassten Bildinformation eines Codes. Schließlich kann über die Auswerteeinheit 10 eine Fokusverstellung der Flüssiglinse 8 vorgenommen werden, indem das Stellelement 9 in geeigneter Weise angesteuert wird, das heißt die Auswerteeinheit 10 bildet mit dem Stellelement 9 eine Fokusverstelleinheit.The lighting unit 3 and the area camera 7 are to an evaluation unit 10 connected, which is formed by a microprocessor or the like. This serves the evaluation unit 10 on the one hand for controlling the lighting unit 3 , On the other hand, the evaluation unit is used 10 for evaluating the output signals of the individual pixels 7a the area camera 7 , that is to evaluate the with the area camera 7 captured image information of a code. Finally, via the evaluation unit 10 a focus adjustment of the liquid lens 8th be made by the actuator 9 is controlled in a suitable manner, that is, the evaluation unit 10 forms with the actuator 9 a focus adjustment unit.

Durch die Kontraststruktur des Codes, die im vorliegenden Fall von hellen und dunklen Strichelementen des Barcodes 6 gebildet ist, wird den auf den Barcode 6 auftreffenden Lichtstrahlen 4 eine entsprechende Modulation aufgeprägt, so dass die Lichtstrahlen 4 auf der Flächenkamera 7 ein dem Barcode 6 entsprechendes Kontrastbild liefern, vorausgesetzt der Barcode 6 befindet sich innerhalb eines bestimmten Tiefenschärfebereichs 11, innerhalb dessen das Kontrastmuster des Barcodes 6 hinreichend scharf auf der Flächenkamera 7 abgebildet wird.Due to the contrast structure of the code, in the present case of light and dark bar elements of the barcode 6 is formed on the barcode 6 incident light rays 4 imprinted an appropriate modulation, so that the light rays 4 on the area camera 7 a the barcode 6 provide the appropriate contrast image, provided the barcode 6 is within a certain depth of field 11 , within which the contrast pattern of the barcode 6 sufficiently sharp on the surface camera 7 is shown.

In der Auswerteeinheit 10 ist in Form von Softwaremodulen eine Dekodiereinheit implementiert, mittels derer anhand der mit der Flächenkamera 7 erfassten Bildinformationen der Barcode 6 detektiert wird, das heißt die im Strichmuster des Barcodes 6 enthaltenen Informationen erfasst werden können.In the evaluation unit 10 In the form of software modules, a decoding unit is implemented by means of which with the area camera 7 captured image information of the barcode 6 is detected, that is, in the bar pattern of the barcode 6 information can be recorded.

2 zeigt eine typische Anordnung des optischen Sensors gemäß 1 zur Codeerfassung. Der optische Sensor 1 ist seitlich an einem Förderband 12 oder dergleichen montiert um Barcodes zu erfassen, die auf Gegenstanden 13 angeordnet sind, welche auf dem Förderband 12 in einer Förderrichtung F transportiert werden. Mit dem optischen Sensor wird ein flächiger Erfassungsbereich 14 auf dem Förderband 12 erfasst. Am gegenüberliegenden Rand des Erfassungsbereichs 14 ist eine aktive, das heißt selbstleuchtende Referenzmarke 15 angeordnet. Die Referenzmarke 15 ist generell als sogenannte MTF (Modulation transfer function) Marke ausgebildet, das heißt sie weist eine vorgegebene Anzahl linearer oder flächig angeordneter definierter Kontrastübergänge auf. 2 shows a typical arrangement of the optical sensor according to 1 for code entry. The optical sensor 1 is on the side of a conveyor belt 12 or the like mounted to detect barcodes on objects 13 are arranged, which on the conveyor belt 12 be transported in a conveying direction F. The optical sensor becomes a flat detection area 14 on the conveyor belt 12 detected. At the opposite edge of the detection area 14 is an active, that is luminescent reference mark 15 arranged. The reference mark 15 is generally designed as a so-called MTF (modulation transfer function) mark, that is, it has a predetermined number of linear or areally arranged defined contrast transitions.

3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer solchen Referenzmarke 15. Die Referenzmarke 15 weist eine helle Fläche 15a und eine dunkle Fläche 15b auf. Der Kontrastübergang zwischen diesen Flächen 15a, 15b verläuft entlang einer schräg verlaufenden Geraden. 3 shows an embodiment of such a reference mark 15 , The reference mark 15 has a bright surface 15a and a dark area 15b on. The contrast transition between these surfaces 15a . 15b runs along an oblique straight line.

Erfindungsgemäß wird der optische Sensor 1 in einem zweistufigen Betrieb betrieben. Dabei ändert sich die Art der Fokuseinstellung der Flüssiglinse 8 abhängig davon, ob mit der Flächenkamera 7 die Referenzmarke 15 oder ein Barcode 6 erfasst wird. Während der ersten Betriebsphase, bei der die selbstleuchtende Referenzmarke 15 erkannt wird, ist die Beleuchtungseinheit 3 deaktiviert. Bei der Barcode-Detektion dagegen ist die Beleuchtungseinheit 3 aktiviert.According to the invention, the optical sensor 1 operated in a two-stage operation. The type of focus adjustment of the liquid lens changes 8th depending on whether with the area camera 7 the reference mark 15 or a barcode 6 is detected. During the first phase of operation, when the self-luminous reference mark 15 is detected is the lighting unit 3 disabled. For barcode detection, on the other hand, is the lighting unit 3 activated.

3 zeigt den Fall, dass mit dem optischen Sensor nur die Referenzmarke 15, nicht jedoch ein Barcode 6 erfasst wird. Dementsprechend fällt das von der selbstleuchtenden Referenzmarke 15 ausgestrahlte Licht (veranschaulicht durch den Pfeil x) auf die Flächenkamera 7. 3 shows the case that with the optical sensor, only the reference mark 15 but not a barcode 6 is detected. Accordingly, that falls from the self-luminous reference mark 15 emitted light (illustrated by the arrow x) on the area camera 7 ,

Die auf der Flächenkamera 7 abgebildete Referenzmarke 15 zeigt schematisch 4a. Durch den schräg verlaufenden Kontrastübergang der Referenzmarke 15 ist gewährleistet, dass dieser nicht entlang einer Pixelline oder einer Grenze zwischen zwei Pixellinien verläuft. Die unterschiedliche Abbildung des Kontrastübergangs entweder auf einer Pixelline oder einer Grenze zwischen zwei Pixellinien könnte zu unerwünschten Artefakten bei der Bildauswertung führen.The on the area camera 7 pictured reference mark 15 shows schematically 4a , Due to the oblique contrast transition of the reference mark 15 This ensures that it does not run along a pixel line or a boundary between two pixel lines. The different mapping of the contrast transition either on a pixel line or a border between two pixel lines could lead to undesirable artifacts in the image analysis.

Wird mit dem optischen Sensor 1 nur die Referenzmarke 15 erfasst, erfolgt eine Regelung der Brennweite der Flüssiglinse 8 derart, dass eine optimale Schärfe der Abbildung der Referenzmarke 15 auf der Flächenkamera 7 erhalten wird. Für die Durchführung der Regelung ist eine in der Auswerteeinheit 10 integrierte Regeleinheit vorgesehen. Die Regelung erfolgt im vorliegenden Fall nach der „Slanted Edge Methology”, welche in den 4a–4d veranschaulicht ist.Used with the optical sensor 1 only the reference mark 15 detected, there is a regulation of the focal length of the liquid lens 8th such that an optimal sharpness of the image of the reference mark 15 on the area camera 7 is obtained. For the implementation of the regulation is one in the evaluation unit 10 integrated control unit provided. The regulation takes place in the present case after the "Slanted Edge Methology", which in the 4a - 4d is illustrated.

Aus dem Grauwertbild der Referenzmarke 15 auf der Flächenkamera 7 (4a) wird zunächst die erste Ableitung (4b) gebildet, woraus die sogenannte Line Spread function für den Kontrastverlauf im Bereich des Kontrastübergangs zwischen der hellen Fläche 15a und dunklen Fläche 15b der Referenzmarke 15 erhalten wird (4c).From the gray value image of the reference mark 15 on the area camera 7 ( 4a ), the first derivative ( 4b ), resulting in the so-called line spread function for the contrast in the range of the contrast transition between the bright surface 15a and dark area 15b the reference mark 15 is obtained ( 4c ).

Durch eine Fourier-Transformation der Line Spread function wird dann der frequenzabhängige Kontrastverlauf (4d) erhalten, anhand dessen über den Regelvorgang der Kontrast der Abbildung der Referenzmarke 15 optimiert wird.By a Fourier transformation of the line spread function, the frequency-dependent contrast course ( 4d ), on the basis of which, via the control process, the contrast of the image of the reference mark 15 is optimized.

Durch diesen Regelvorgang werden Driftvorgänge der Flüssiglinse 8 in Folge von Temperaturschwankungen oder Alterungen von Bauteilen kompensiert.This control process drifts the liquid lens 8th as a result of temperature fluctuations or aging of components compensated.

Sobald in dem Erfassungsbereich ein Barcode 6 erfasst wird, wird der Betrieb des optischen Sensors 1 umgeschaltet. Die Beleuchtungseinheit 3 wird aktiviert und die Fokusverstellung der Flüssiglinse 8 wird in der Auswerteeinheit 10 von einem Regelbetrieb auf einen Steuerbetrieb umgeschaltet.Once in the coverage area a barcode 6 is detected, the operation of the optical sensor 1 switched. The lighting unit 3 is activated and the focus adjustment of the liquid lens 8th is in the evaluation unit 10 switched from a control mode to a control mode.

In diesem Steuerbetrieb wird über eine Steuerleitung ein Steuersignal eingelesen. Im vorliegenden Fall wird das Steuersignal von einem Distanzsensor generiert, der den Abstand des aktuell zu erfassenden Barcodes 6 zum optischen Sensor 1 misst. Abhängig von diesem Steuersignal wird die Brennweite durch eine bloße Steuerung so verstellt, dass diese an die Distanz des zu erfassenden Barcodes 6 angepasst ist. Da die Einstellungen der Brennweite zur Barcodeerfassung durch eine Steuerung und nicht durch eine Regelung erfolgen, kann die Brennweiteneinstellung sehr schnell erfolgen, so dass auch sehr schnell hintereinander in den Erfassungsbereich eindringende Barcodes 6 in unterschiedlichen Distanzen zum optischen Sensor 1 sicher erfasst werden können.In this control mode, a control signal is read in via a control line. In the present case, the control signal is generated by a distance sensor, which is the distance of the currently to be detected barcode 6 to the optical sensor 1 measures. Depending on this control signal, the focal length is adjusted by a mere control so that this to the distance of the barcode to be detected 6 is adjusted. Since the settings of the focal length for barcode detection by a controller and not by a control done, the focal length adjustment can be done very quickly, so that very quickly one behind the other in the detection area penetrating barcodes 6 at different distances to the optical sensor 1 can be safely detected.

Die Brennweiteneinstellung durch diese Steuerung der Flüssiglinse 8 ist zudem auch fehlerfrei und zuverlässig, da die im zuvor durchgeführten Regelvorgang vorgenommene Driftkompensation auch bei den Steuervorgängen erhalten bleibt.The focal length setting by this control of the liquid lens 8th is also error-free and reliable, since the drift compensation made in the previous control process is retained even during the control processes.

5 zeigt eine Abwandlung der Anordnung gemäß 2 derart, dass die Referenzmarke 15 am vorderen Rand des Erfassungsbereichs angeordnet ist. Damit schatten Barcodes 6 tragende Gegenstände 13 bei Eindringen in Erfassungsbereichen 14 die Referenzmarke 15 ab, so dass diese nicht mehr vom optischen Sensor 1 erfasst werden. Die Referenzmarke erfüllt somit die Funktion einer Triggerlichtschranke zur Steuerung des Betriebs der optischen Sensoren. Sobald der Lichtweg zwischen der Referenzmarke und dem optischen Sensor unterbrochen wird, erfolgt im optischen Sensor selbsttätig eine Betriebsartumschaltung. Dabei wird der Betrieb zur Codeerfassung aktiviert, das heißt die Beleuchtungseinheit 3 des optischen Sensors 1 wird aktiviert, der Regelvorgang zur Driftkompensation der Flächenkamera wird deaktiviert und die Flüssiglinse 8 wird durch Steuerbefehle auf die jeweiligen Abstände der zu erfassenden Barcodes 6 eingestellt. 5 shows a modification of the arrangement according to 2 such that the reference mark 15 is arranged at the front edge of the detection area. So shadow barcodes 6 carrying objects 13 when entering detection areas 14 the reference mark 15 so that they are no longer from the optical sensor 1 be recorded. The reference mark thus fulfills the function of a trigger light barrier for controlling the operation of the optical sensors. As soon as the light path between the reference mark and the optical sensor is interrupted, a mode switch automatically takes place in the optical sensor. In this case, the operation for code detection is activated, that is, the lighting unit 3 of the optical sensor 1 is activated, the control process for drift compensation of the area camera is deactivated and the liquid lens 8th is controlled by commands to the respective distances of the barcodes to be detected 6 set.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Optischer SensorOptical sensor
22: Gehäusecasing
33: Beleuchtungseinheitlighting unit
44: Lichtstrahlenlight rays
55: Austrittsfensterexit window
66: Barcodebarcode
77: FlächenkameraAreascan
7a7a: Pixelpixel
88th: Flüssiglinseliquid lens
99: Stellelementactuator
1010: Auswerteeinheitevaluation
1111: TiefenschärfebereichDepth of field
1212: Förderbandconveyor belt
1313: Gegenstandobject
1414: Erfassungsbereichdetection range
1515: Referenzmarkereference mark
15a15a: helle Flächebright area
15b15b: dunkle Flächedark area
FF: Förderrichtungconveying direction

Claims

Optical sensor ( 1 ) for detecting codes in a detection area, with a light beam ( 4 ) in the detection area emitting lighting unit ( 3 ), with a matrix arrangement of pixels ( 7a ) surface camera ( 7 ) and one of the area camera ( 7 ) upstream optical element with an associated Fokusverstelleinheit, and with an evaluation unit ( 10 ), in which for the decoding of a code output signals of the pixels ( 7a ) of the area camera ( 7 ) are evaluated, characterized in that a self-luminous, at least one defined contrast transition having reference mark ( 15 ) is provided within the detection area, and that by means of a control unit, the Fokusverstelleinheit is controlled so that on the surface camera ( 7 ) an image of the reference mark ( 15 ) with optimized sharpness.

Optical sensor according to claim 1, characterized in that upon detection of the reference mark ( 15 ) the lighting unit ( 3 ) is disabled.

Optical sensor according to one of claims 1 or 2, characterized in that upon detection of a code Fokusverstelleinheit is set by a control signal to a working distance corresponding to the distance of the code to the optical sensor.

Optical sensor according to claim 3, characterized in that distance measuring means are provided for determining the distances of codes to the optical sensor, and that the distance values determined by the distance measuring means form control signals for the focus adjustment unit.

Optical sensor according to claim 3, characterized in that the control signals for the Fokusverstelleinheit external trigger signals.

Optical sensor according to one of claims 1 to 5, characterized in that during the code acquisition the illumination unit ( 3 ) is activated.

Optical sensor according to one of claims 1 to 6, characterized in that the illumination unit ( 3 ) forms an internal or external unit.

Optical sensor according to one of claims 1 to 7, characterized in that the optical element is a liquid lens ( 8th ).

Optical sensor according to claim 8, characterized in that by means of the Fokusverstelleinheit electrical signals for changing the focal length of the liquid lens ( 8th ) to be generated.

Optical sensor according to one of claims 1 to 9, characterized in that the reference mark ( 15 ) is an MTF mark.

Optical sensor according to one of claims 1 to 10, characterized in that the reference mark ( 15 ) is arranged in a desired position at the edge of the detection area.

Optical sensor according to one of claims 1 to 11, characterized in that from the detection or non-detection of the reference mark ( 15 ) a trigger signal for the optical sensor is generated.