DE2350926B2

DE2350926B2 - Elektrooptisches lesegeraet

Info

Publication number: DE2350926B2
Application number: DE19732350926
Authority: DE
Inventors: David C Edmonds Wash Allais (VStA)
Original assignee: Interface Mechanism Inc Mountlake Terrace Wash Vsta
Current assignee: Intermec Technologies Corp
Priority date: 1972-10-10
Filing date: 1973-10-10
Publication date: 1978-01-19
Also published as: DE2350926A1; JPS4974439A; GB1414724A; JPS5543535B2; US3784794A; DE2350926C3

Description

Saphirkugeln haben eine hohe optische Qualität und werden daher bevorzugt.

Das Gehäuse weist eine Innenschulter lOß auf, welche in Abstand von dem Teil 12 angeordnet ist. Die Schulter 1OS halten eine Scheibe 14, in deren Mitte ein Element 16 befestigt ist, das eine Lichtquelle 8 oder ein lichtempfangendes Element sein kann. Ein zweites Element 18, das entsprechend entweder lichtemittierender oder lichtempfangender Art ist, ist im Inneren des zulaufenden Endes 10' des Gehäuses 10 in der Nähe der so oberen Fläche des Teils 12 angeordnet. Bei der in F i g. 1 gezeigten Ausführungsform ist das zweite Element 18 an der Oberfläche des Teils 12 mittels eines durchsichtigen Klebstoffs 19 befestigt. Das zweite Element 18 kann statt dessen in einer durchsichtigen Halterungsscheibe ähnlich der Scheibe 14 gelagert und in geringem Abstand über der oberen Fläche des Teils 12 angebracht sein. Die Außenbereiche des Teils 12 sind von einer optisch undurchsichtigen Maske 23 abgedeckt, was noch beschrieben wird. Die Wände des von d~r Scheibe 14 und dem Teil 10' gebildeten Hohlraums können mit einem geeigneten lichtabsorbierenden Überzug 20 versehen sein, um unerwünschte Lichtreflexionen im Inneren des Hohlraums auf ein Minimum zu beschränken. Elektrische Leitungen 22, weiche zu dem zweiten Element 18 führen, und elektrische Leitungen 24, welche zu dem ersten Element 16 führen, sind zu einem Kabel 25 zusammengefaßt, das durch eine Durchführung 28 geht, welche in einen Deckel 26 des Gehäuses 10 eingesetzt ist. Das Kabel 25 kann mit der restlichen elektrischen Schaltung der Sonde verbunden werden, die nicht gezeigt ist.

Das lichtdurchlässige, kugelförmige Teil 12 übt eine den Lichtstrahl konzentrierende Wirkung aus, ist robust, billig und ohne weiteres erhältlich. Bei dieser Ausführungsform sind die Elemente 16 und 18 vorzugsweise axial fluchtend zum Durchmesser des Teils 12 angeordnet.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform hat das Teil 12 einen Durchmesser von 0,317 cm. Als Element 18 wird ein Phototransistor verwendet; das Element 16 ist eine lichtemittierende Diode, die in einem Abstand von etwa 3,8 cm von dem Element 18 angeordnet wird. Die Diode 16 weist eine einstückig mit ihr ausgebildete Fokussierungslinse auf.

Bei der beschriebenen Anordnung trifft ein Lichtbündel 30, das von der Lichtquelle mit dem Element 16 und der Linse 16/4 ausgeht, auf einen Teil der oberen Fläche des Teils 12, welches von der Maske 23 und dem Element 18 begrenzt ist. Dieses Lichtbündel wird von dem Teil 12 gebrochen. Es entsteht auf diese Weise neben der Bodenfläche des Teils 12 ein Lichtfleck S1 mit einem Durchmesser von etwa 0,030 cm. In einem Abstand von 0,025 cm zu der Unterfläche des Teils 12 erhält man einen Lichtfleck 52 mit einem Durchmesser von etwa 0,0076 cm. Auf diese Weise wird ein stark konzentriertes Lichtbündel erzeugt.

Wenn ein Aufzeichnungsträger neben das Teil 12 gebracht wird, erfolgt eine Reflexion des von ihm durchgelassenen und gebrochenen Lichts zurück zu dem Teil 12, wobei die Intensität von dem Reflexionsgrad des Aufzeichnungsträgers abhängt. Ein Teil der reflektierten Lichtbündel trifft auf das Teil 12 unter einem nahezu senkrechten Einfallswinkel und wird mit einer geringen Brechung direkt durch die Mitte des Teils 12 zu dem lichtempfangenden Element 18 geleitet, das an dessen oberen Fläche angebracht ist.

Diese Anordnung ermöglicht ein Verkippen des Aufzeichnungsträgers um einen Winkel bis zu 50° gegenüber der gemeinsamen Achse des Teils 12 und der Elemente 16 und 18 bei nur geringer Reduzierung der Leseleistung. Die Maske 23 bewirkt eine Abblendung derjenigen Strahlen des Lichtbündels 30, weiche auf die äußeren Bereiche des sphärischen Teils 12 gelangen. Eine Abblendung dieser äußeren Strahlen bewirkt eine stärkere Konzentrierung des Strahlenbündels.

Zur Erläuterung der Empfindlichkeitsunterschiede zwischen der beschriebenen Ausführungsform der Erfindung und einem bekannten Lesegerät mit Lichtleitern wird im folgenden auf die F i g. 2 und 3 Bezug genommen. F i g. 2 zeigt ein Diagramm, in dem mit A das unverstärkte Ausgangssignal einer Lichtsonde bezeichnet ist, die ein zentrales Faseroptikteil mit einem Durchmesser von 0,013 cm aufweist, welches das reflektierte Licht einem Photozellendetektor zuführt, wobei eine Mehrzahl von Lichtleitern (Fasern) das zentrale Bündel umgibt, um das Papier von der Lichtquelle zu beleuchten. Die Sonde wurde über einen Aufzeichnungsträger hinweggeführt, welcher alternierend 0,013 cm breite schwarze Striche und 0,051cm breite weiße Striche oder Abstände zwischen den schwarzen Strichen enthielt, wobei eine relativ konstante Geschwindigkeit bei der Bewegung der Spitze der Sonde eingehalten wurde und wobei die Sonde neben dem Aufzeichnungsträger und senkrecht zu diesem geführt wurde. Die Kurve B (Fig.2) zeigt ein verstärktes Signal, welches dem Ausgangssignal der Kurve A entspricht. Es ist ersichtlich, daß hinsichtlich der Linie 32 die positiven Teile des Signals, welche den weißen Abständen entsprechen, 10 Einheiten breit sind, während die negativen Teile, welche den schwarzen Strichen entsprechen, 6 Einheiten breit sind. Das Verhältnis zwischen Breite des positiven Signalbereiches und der Breite des negativen Signalbereiches entspricht somit nicht dem tatsächlichen Verhältnis von 4 :1 des Kodes. Wenn daher ein Kode verwendet wird, in dem die relative Strichbreite die Information enthält, erweist sich das Lesegerät entsprechend F i g. 2 als nicht ausreichend empfindlich. Es müßten daher größere Kodezeichen verwendet werden, damit eine Anpassung an die Empfindlichkeit erreicht wird. Dies führt jedoch zu einer Verminderung der Informationsmenge, die in einem gegebenen Aufzeichnungsträger enthalten sein kann.

Fig.3 zeigt das unverstärkte und das verstärkte Signal durch Kurven A und B, das mit dem erfindungsgemäßen Lesegerät erhalten wird, wenn ein identischer Aufzeichnungsträger mit 0,013 cm breiten schwarzen Streifen und 0,051 cm breiten weißen Streifen abgetastet wird. Die Kurve A zeigt, daß die Information über die Strichbreite besser aufgezeichnet wird. Die Kurve B, durch die eine Bezugslinie 34 hindurchgeht, zeigt, daß die positiven Bereiche des Signals, die den weißen Abständen entsprechen, annähernd 11 Einheiten einnehmen, während die negativen Bereiche des Signals, welche den schwarzen Strichen entsprechen, ungefähr 4 Einheiten einnehmen. Das Verhältnis der Signalbreiten für den positiven Signalteil und den negativen Signalteil entspricht somit besser dem 4 :1-Verhältnis des Kodes als die Signale, die mit der Faseroptik erhalten werden.

bei der beschriebenen Ausführungsform ist das Element 16 als Lichtquelle und das Element 18 als lichtempfangendes Element benützt worden. Das Element 18 kann jedoch auch die Lichtquelle, beispielsweise eine lichtemittierende Diode sein, welche Licht

durch den Mittelpunkt des sphärischen Teils 12 hindurchläßt; das Element 16 stellt dann den Phototransistor, eine Photodiode, eine Photozelle oder eine ähnliche Einrichtung dar, welche das Licht empfängt, das von dem Aufzeichnungsträger reflektiert und von den äußeren Bereichen des sphärischen Teils 12 gebrochen wird. Eine derartige Anordnung weist gegenüber der vorbeschriebenen den Vorteil auf, daß sie unempfindlicher gegen unerwünschtes Streulicht ist, da das lichtempfangende Element auf einen kleinen Punkt fokussiert ist. Bei dem Lesegerät, bei dem das Element 16 eine Lichtquelle und das Element 18 ein üchtempfangendes Element ist, läßt sich ebenfalls eine gegenüber einer Streustrahlung relativ unempfindliche Wirkung erreichen, wenn das lichtemittierende Element ein Ausgangssignal mit einer relativ kleinen Bandbreite erzeugt, wie es beispielsweise bei einer lichtemittierenden Diode der Fall ist, oder wenn die obere Fläche des sphärischen Teiles 12 mit einem optischen Filter mit geringer Bandbreite versehen wird. In dem lichtdurchlässigen Klebstoff 19 kann ein optisches Filter angeordnet sein.

In den Fig.4 bis 6 ist eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lesegeräts dargestellt. Ein federhalterähnliches Gehäuse 110 definiert eine zylindrische Öffnung 110/4 am unteren Ende, in der ein kugelförmiges Teil 112 eingesetzt ist, das aus lichtdurchlässigem Material besteht. Eine Innenschulter HOB des Gehäuses 110 trägt ein scheibenartiges Teil 114, welches in seiner Mitte ein lichtemittierendes Teil 116 aufweist. Mehrere lichtempfangende Elemente 118Λ 1185,118C sind um die obere Fläche des Teiles 112 verteilt angeordnet und an dieser mittels eines lichtdurchlässigen Klebstoffes befestigt. Die drei Elemente 118 werden vorzugsweise in Winkeln von 120° zueinander angeordnet. Ausgangsleitungen 122/4,122ßund 122Cführen von den Elementen 118Λ, 118B und 118C weg. Diese Leitungen sind mit weiteren Leitungen 124 zu einem Kabel zusammengefaßt, wobei die Leitungen 124 von dem Element 116 kommen. Das Kabel dient zum Anschluß der einzelnen Leitungen an der nicht gezeigten elektrischen Schaltung.

Eine zweite Innenschulter HOC ist in dem Hohlraum des Gehäuses 110 vorgesehen. Sie trägt eine scheibenförmige, undurchsichtige Maske 126, die in ihrer Mitte eine öffnung 126/4 aufweist. Das lichtemittierende Element 116 sowie die öffnung 126/4 fluchten vorzugsweise zum Durchmesser des sphärischen Teiles 112. Die Maske 126 verhindert, daß Licht von dem Element 116 auf die lichtempfangenden Elemente 118/4, 118ßund 118C fällt. Das lichtemittierende Element 116 ist durch die öffnung 126Λ auf einen kleinen zentralen Punkt auf dem sphärischen Teil 112 gerichtet. Es werden daher an der oberen Fläche die überlegenen Abbildungs- und Konvergenzeigenschaften der Kugelmitte verwendet, um einen intensiven Lichtpunkt neben der unteren Fläche des sphärischen Teiles 112 zu bilden. Reflexionen von dem Aufzeichnungsträger werden anschließend durch Brechung zu den äußeren Bereichen des sphärischen Teiles 112 geleitet, wo sie mittels der lichtempfangenden Elemente 118Λ, 118ß und 118C festgestellt werden.

In den Fig.7 und 8 ist eine dritte Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Ein Gehäuse 210 enthält einen unteren, sich verjüngenden Bereich 210/4 sowie einen einheitlich damit ausgebildeten und rechtwinklig davon abstehenden Bereich 210ß. Auf beiden Seiten sind Ausnehmungen vorgesehen, von welchen nur die

Ό Ausnehmung 211/4 (Fig. 8) gezeigt ist. Das sich verjüngende Gehäuse 210 legt eine zylindrische Innenkammer 210/4' fest, welche in Verbindung mit einem zylindrischen Kanal 210C an einem ersten Ende derselben steht, sowie mit einem zylindrischen Kanal 210ß'an einem zweiten Ende derselben.

Ein Halteteil 214 ist durch einen Kanal 210D geführt Das Halteteil 214 weist eine Oberfläche auf, welche im Eingriff mit einer Innenschulter 210£des Gehäuses 210 steht, sowie eine abgesetzte Oberfläche, welche im Eingriff mit dem zylindrischen Kanal 210C steht. Das Halteteil 214 enthält an einem Ende einen konusförmigsn Sockel 214Λ zur Aufnahme eines sphärischen Teiles 212 sowie mehrere mit allmählich zunehmendem Durchmesser und mit Innengewinde versehene Bereiehe 214ß, 214C und 214D, welche eine innere lichtführende Kammer festlegen. Eine Schulter 214Eisl an dem anderen Ende des Halteteiles 214 ausgebildet um eine lichtemittierende Diode 216 zu haltern, sowie die einstückig mit ihr ausgebildete Linse 216A Die lichtemittierende Diode 216 sowie die Linse 216/4 werden während des Zusammenbaus auf die Schultei 214F aufgesetzt, um Änderungen in dem optischer Mittelpunkt des davon ausgehenden Lichtbündels zu kompensieren, wobei sie anschließend in diesem Zustand mittels einer Gießmasse oder eines Klebstoffs 217 gehalten werden.

Das Halteteil 214 kann aus Gewichts- und strukturellen Festigkeitsgründen aus Aluminium gebildet sein Durch schwarzes Eloxieren der mit Innengewinde

to versehenen Bereiche 2145,214Cund214Z?unterschiedlichen Durchmessers werden unerwünschte Reflexioner auf ein Minimum vermindert. Das Halteteil 214 enthält eine hablkugelförmige Oberfläche 214Λ, welche zusätzlich als Maske für den äußeren Bereich des kugelförmigen Teiles 212 dient.

Ein lichtempfangendes Element 218 ist an der oberer Fläche des sphärischen Teiles 212 mittels eine; lichtdurchlässigen Klebstoffs 219 befestigt. Elektrische Leitungen 222, welche zu dem lichtempfangender Element 218 führen, sowie elektrische Leitungen 224 welche an die lichtemittierende Diode 216 angeschlossen sind, sind durch die Innenkammer 210/4' sowie ir eine rechtwinklige Verbindungskammer 210ß' geführt welche in dem Teil 210B angeordnet ist. Diese Leitungen sind zu einem Kabel 225 zusammengefaßt das in einer Durchführung 228 liegt und mit dei restlichen, nicht gezeigten Schaltung verbunden ist. Dei zylindrische Durchgang 210D ist mit einem Deckel 23C verschlossen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektrooptisches Lesegerät für Strichkodes od. dgl., bestehend aus einem lichtdurchlässigen Teil mit zumindest teilweise sphärischer Form, einem lichtemittierenden Element und einem lichtempfangenden Element, welche sich im Inneren des Gehäuses des Lesegeräts befinden, dadurch gekennzeichnet, daß das lichtdurchlässige Teil (12; 112, 212) kugelförmig ausgebildet ist, daß das lichtemittierende Element (16; 116; 216) oder das lichtempfangende Element (18; 1184, 1180, 118C; 218) in unmittelbarer Nähe der Oberfläche des kugelförmigen Teils (12; 112; 212) angeordnet ist, während das andere Element (18; 118Λ 118ß, 118C; 2J8 bzw. 16; 116; 216) einen Abstand zur Oberfläche des kugelförmigen Teils einhält und daß das lichtempfangende Element durch einen oder mehrere lichtelektrische Wandler gebildet wird.

2. Lesegerät nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß drei lichtelektrische Wandler (118; 1185,118C; vorgesehen sind.

3. Lesegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das lichtempfangende Element (18; 118A, 1185, 118C; 218) ein Phototransistor ist.

4. Lesegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das lichtemittierende Element (16; 116; 216) eine lichtemittierende Diode ist.

5. Lesegerät nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das lichtempfangende Element (18; 218) in Flucht zu dem lichtemittierenden Element (16; 216) angeordnet ist.

6. Lesegerät nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abschirmmaske (23; 126) in der Nähe der das lichtemittierende Element (16; 116; 216) oder das lichtempfangende Element (18; 118/4, H8ß, 118C; 218) tragenden Oberfläche des kugelförmigen Teils (12; 112; 212) vorgesehen ist.

7. Lesegerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Befestigung des lichtemittierenden Elements (16; 116; 216) oder des lichtempfangenden Elements (18; 118/4, 1185, 118C; 218) auf dem kugelförmigen Teil (12; 112; 212) ein lichtdurchlässiges Mittel (19'; 219) vorgesehen ist.

8. Lesegerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtelektrischen Wandler (118/4, 1185, U8C) unter einem Winkel von 120° zueinander angeordnet sind.

9. Lesegerät nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren des Gehäuses (10; 110) zwischen dem lichtemittierenden Element (16; 116) und dem lichtempfangenden Element (18; 118,4, 1185, 118Q ein lichtabsorbierendes Element (22; 120) vorgesehen ist.

10. Lesegerät nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (210) in ein ergreifbares Teil mit einem Hohlraum sowie in ein in dem Hohlraum angeordneten Halteteil (214) unterteilt ist und Einrichtungen (214/4 bis 2X4D) aufweist, welche das Innere des Gehäuses und den Durchgang festlegen, und daß das Halteteil (214) Halteeinrichtungen (214', 214",
enthält.

Die Erfindung betrifft ein elektrooptisches Lesegerät gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Ein elektrooptisches Lesegerät mit einem lichtdurchlässiger. Teil mit zumindest teilweise sphärischer Form, einem lichtemittierenden Element und einem lichtempfangenden Element, welches sich im Inneren des Gehäuses des Lesegeräts befindet, ist bereits aus der US-PS 34 17 234 bekannt. Bei diesem elektrooptischen Lesegerät wird durch den Einsatz des teilweise

ίο lichtdurchlässigen Teils in Form einer Halbkugel eine Strahlkonzentration nur in der Lichtübertragungsrichtung und nicht in Richtung des reflektierten Lichtes erreicht. Somit sind Lichtleiter erforderlich, um die reflektierten Lichtstrahlen zu den lichtempfangenden Elementen zu übertragen. Der Einsatz von Lichtleitern reduziert jedoch die mechanische Beanspruchbarkeit eines derartigen Lesegeräts.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektrooptisches Lesegerät zu schaffen, welches hohen mechanischen Beanspruchungen standhält und eine sehr gute Empfindlichkeit hat. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Hauptanspruchs gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Durch die Verwendung des vollständig kugelförmig ausgebildeten Teils wird bei dem erfindungsgemäßen elektrooptischen Lesegerät erreicht, daß eine Strahlkonzentrierung sowohl in der Lichtübertragungsrichtung als auch in Richtung des reflektierten Lichtes sichergestellt ist. Außerdem erübrigt sich der Einsatz von Lichtleitern, was zu einer relativ hohen möglichen mechanischen Beanspruchung führt. Ein weiterer Vorteil wird darin gesehen, daß das lichtemittierende Element und das lichtempfangende Element gegeneinander austauschbar sind und somit wahlweise dicht bzw. weiter entfernt von dem kugelförmigen Teil angeordnet werden können. Durch den nicht erforderlichen Einsatz von teuren und relativ leicht zerbrechlichen Lichtleitern ergeben sich außerdem wesentlich niedrigere Herstellungskosten und ein einfacher Aufbau.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine Seitenschnittansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lesegeräts,

Fig. 2 ein Diagramm zur Erläuterung des Ansprechverhaltens eines Lesegeräts mit Lichtleitern,

Fig.3 ein Diagramm zur Erläuterung des Ansprechverhaltens des erfindungsgemäßen Lesegeräts,

so Fig.4 eine Schnittansicht durch eine abgewandelte Ausführungsform der Erfindung,

F i g. 5 und 6 Aufsichten entlang der Linien 5-5 bzw. 6-6 in F i g. 4 auf das erfindungsgemäße Lesegerät,
F i g. 7 eine Seitenschnittansicht durch eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lesegeräts, und

F i g. 8 eine perspektivische Ansicht des Gehäuses für das erfindungsgemäße Lesegerät.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform nimmt ein zylindrisches Gehäuse 10 ein erstes sich verjüngendes Ende 10' auf, welches einen zylindrischen Durchgang 1OA festlegt. In dem Durchgang 1OA ist ein kugelförmiges Teil 12 gelagert, das aus einem lichtdurchlässigen Material besteht. Das Teil 12 ist

b5 vorzugsweise eine synthetische Saphirkugel mit der relativen Härte von Saphir, kann auch aus Glas, Quarz oder einem anderen durchsichtigen Material bestehen, das eine harte Oberfläche aufweist. Synthetische