DE2431973A1

DE2431973A1 - Optischer abtaster

Info

Publication number: DE2431973A1
Application number: DE2431973A
Authority: DE
Inventors: Arlen John Bowen; Leroy David Dickson; Jerome Arnold Goretzki; Kenneth Earl Hendrickson; Donald Paul King; Terrance Wayne Kueper; Ronald Lee Soderstrom
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1973-07-26
Filing date: 1974-07-03
Publication date: 1975-02-20
Also published as: JPS5040142A; DE2431973C3; FR2238972A1; FR2238972B1; GB1464982A; DE2431973B2; US3919527A; IT1014625B; USB382783I5; CA1051553A; JPS5330617B2

Description

Amtliches Aktenzeichen:

Neuanmeldung

Aktenzeichen der Anmelderin: RO 973 012

Optischer Abtaster

Die Erfindung betrifft einen optischen Abtaster für Strichmarken-Codefelder mit beliebiger Abtastlage entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein solcher Abtaster ist für die Abtastung beliebig angeordneter Strichmarken-Codefeider geeignet, die z.B. auf durch Kunden entnehmbaren Gegenständen zwecks Erfassung an einer Kasse angebracht sind. Der Kassierer hat lediglich die Gegenstände vor einem Abtastfenster hindurchzulassen, wobei er sicherstellen muß, daß das Feld mit dem Strickmarkencode am Abtastfenster vorbeiläuft. Ausgenommen bei gewissen kleinen Gegenständen ist nur eine geringe Sorgfalt bezüglich der Ausrichtung der zu erfassenden Gegenstände beim Vorbeilaufenlassen am Abtastfenster erforderlich. Abtasteinrichtungen für beliebige Abtastlage, wie sie z.B. in den US-PS 3 718 761 und 3 728 677 beschrieben wurden, sind nicht besonders für solche Fälle geeignet, bei denen der Bediener die Gegenstände am Abtastfenster vorbeilaufen läßt, weil entsprechend den vorgenannten Patenten quadratische Abtastfenster und nicht scnmale recht-

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eckige Fenster verwendet werden. Ein quadratisches Fenster vorgegebener Größe verlangt einen größeren Bedienungsgriffbereich und ist somit vom BedienungsStandpunkt nicht so günstig wie ein schmales rechteckiges Fenster. Ein schmales rechteckiges Fenster jedoch verlangt mehrfache X-Muster, um ein Codefeld ordnungsgemäß abtasten zu können. Mehrfache X-Muster werden entsprechend der vorliegenden Erfindung durch sinusartige Lichtlinien erzeugt. Diese bieten einen erheblichen Vorteil bezüglich der Sicherheit dadurch, daß die eine vorgegebene Blende durchdringende Laserenergie (Laserenergie χ Blendendurchmesser : Abtastlänge) klein gehalten werden kann. Die verwendeten sinusartigen Lichtmuster bringen andererseits Linearitätsprobleme mit sich, die durch diese Erfindung gelöst werden.

Die Verwendung zweier schwingender Spiegel zur Erzeugung von sinuswellenartigen Lichtmustern ist entsprechend den US-PS 1 756 232, 1 951 666 und 3 437 393 bekannt. Keines dieser Patente nennt jedoch die Erzeugung von störungsfreien X-Mustern, die Abtastlücken ausschließen. Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird eine Amplitudensteuerung vorgeschlagen zur Konstanthaltung des Kreuzungswinkels der Abtastlinien. Die eben genannten Patentschriften behandeln keine Abtaster für beliebige Abtastlage. Die vorliegende Erfindung befaßt sich jedoch mit der Abtastung von Codefeldern, die beliebig am Abtastfenster vorbeilaufen. Das X-Abtastmuster sollte gleichförmig sein. Im Idealfalle schneiden sich die Abtastlinien mit der Längsachse des Abtastfensters unter 45 bzw. 135 . Praktisch schneiden die Abtastlinien dann eine Längs- und eine Horizontalachse durch die Mitte des Abtastfensters unter 45 bzw. 135°; an den Rändern des Abtastfensters sind jedoch 55 bzw. 125 gegeben. Dies bei folgenden Bewegungsverhältnissen:

Dabei sind f die Frequenz und A die Amplitude der Abtastlinien. Die entsprechend der vorliegenden Erfindung gegebenen Fehler an den Fensterrändern werden durch Einführung eines Streckungs-

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faktors von 1,05 normalisierti

V²V= ¹'⁰⁵ * V^fH

Es möge ins Auge gefaßt werden, daß auch andere Streckungs- oder Verdichtungsfaktoren verwendet werden können zur Vergrößerung oder Verkleinerung der Schnittwinkel; je nachdem, wie es für einen vorliegenden Anwendungsfall vorteilhaft ist. Im gegebenen Falle schneiden die Abtastlinien in der Mitte unter 40 bzw. 140° und unter 50 bzw. 130 an den Rändern, womit sich eine Verteilung um die idealen Schnittbedingungen von 45 bzw. 135° herum ergibt.

Bei der vorliegenden Erfindung ist das Verhältnis der horizontalen zur vertikalen Schwingfrequenz wichtig, um die Schnitt-X in ihrer Kurvenform so linear wie möglich zu machen. Damit werden die ungenutzten Bereiche der Abtastung und auch die Abtastgeschwindigkeit reduziert.

Die nichtlinearen Umkehrstellen der Abtastmuster nach Art Lissajous¹scher Figuren können aber müssen nicht innerhalb des Abtastfensters benutzt werden, wobei dies jedoch von der Art der abzutastenden Codefelder abhängt. Wünschenswert sind horizontale Abtastungen zur Abtastung kurzer oder segmentierter Felder. Die Umkehrstellen der Lissajous¹sehen Muster sind trotz ihrer Nichtlinearität zur Ausführung horizontaler Abtastungen benutzbar. Damit werden Abtastlücken vermieden, die z.B. bei den Lösungen nach den US-PS 3 718 761 und 3 728 677 auftreten können. Unter Hereinbringung der Endbereiche der Lissajous'sehen Figuren in das Abtastfenster lassen sich senkrechte Abtastungen in der Mitte des Abtastfensters erzielen. Diese senkrechten Abtastungen sind sehr nützlich bei der Abtastung der Codefelder unter ungünstigsten Lagebedingungen.

Bei der vorliegenden Erfindung ist die Einhaltung der Frequenz- und Phasenbedingungen sehr kritisch. Die Spiegel schwingen mit Resonanzfrequenz. Dabei würde jede Frequenzabweichung die An-

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Ordnung instabil machen. Vorzugsweise wird ein digitales Frequenz- und Phasensteuersystem verwendet. Die meisten Frequenz- und Phasensteuersysteme nach dem Stande der Technik verwenden eine kontinuierliche Frequenzveränderung, bis die verlangte Phasenbedingung erreicht ist. Bei solchen Systemen ist unter kleinen Frequenzveränderungen eine große Korrekturzeit erforderlich, um ein stabiles Verhalten zu erreichen. Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist eine relativ schnelle Frequenzveränderung möglich, wobei diese kurzzeitig erfolgt und nicht gedehnt. Des weiteren wird die Stabilität begünstigt durch Vorkehrung von Frequenzveränderungen nur geringer Häufigkeit; d.h., jede Frequenzveränderung wird nur während einer vorgegebenen Einstellperiode durchgeführt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten Abtasters für beliebige Abtastlage der abzutastenden Felder unter Beachtung der folgenden Gesichtspunkte:

a) Abtastung von Strichmarken-Codefeldern ohne Rücksicht auf die Lage des jeweils abzutastenden Feldes soll möglich sein.

b) Ein schmales rechteckiges Abtastfenster soll vorgesehen werden.

c) Hohe Stabilität und Genauigkeit,

d) große Zuverlässigkeit und

e) Einfachheit des Gerätes sollen gegeben sein.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 gekennzeichnet. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Es wird dabei eine intensive, im wesentlichen nichtdivergente Lichtquelle, wie z.B. ein Laser, benutzt und die Ablenkung des Lichtstrahls mit Hilfe zweier schwingender Spiegel durchgeführt, die nach Phase und Frequenz so gesteuert sind, daß sich ein schmales rechteckiges Abtastfenster ergibt, das die nichtline-

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aren Endbereiche der Abtastung ausblendet. Die beiden Spiegel schwingen mit Frequenzen, bei denen der abgelenkte Lichtstrahl ein Muster sich überlappender X bestreicht. Auch die Amplitude wird gesteuert, um einen konstanten Schnittwinkel der Lichtbahnen zu gewährleisten. Die Frequenz- und Phasensteuerung ermöglicht einen gleichmäßigen Abstand der X und verhindert unerwünschte Abweichungen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht des Abtasters nach

der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 das Blockschaltbild eines gewählten Ausführungsbeispiels der Frequenz- und Phasensteuerung einschließlich der Amplitudensteuerung;

Fig. 3 ein allgemeiner dargestelltes Blockschaltbild

der Frequenz- und Phasensteuerung gemäß Fig. 2;

Fig. 4 Wellenformen zur Erläuterung der Phasenkorrektur;

Fig. 5 Wellenformen zur Erläuterung der Impulse hoher

und niedriger Frequenz für einen Abtastzyklus;

Fig. 6 die perspektivische Teilansicht einer erweiterten Ausführung der Erfindung;

Fig. 7 eine Darstellung des Abtastmusters für die Ausführung gemäß Fig. 6;

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Fig. 8 ein typisches Strichmarken-Codefeld und

Fig. 9 eine perspektivische Ansicht zur Illustration

der Anordnung des erfindungsgemäßen Abtasters an einem Verkaufsstand.

In den Zeichnungen, speziell in Fig. 1, ist die vorliegende Erfindung in Form eines Ausführungsbeispiels illustriert mit einer Laser-Lichtquelle 10, die einen intensiven und dünnen Lichtstrahl 11 erzeugt. Dieser Strahl wird einem Strahlexpander 15 mit einer Linse 16 zur Streuung des Strahls und mit einer Fokussierlinse 17 zur Fokussierung des expandierten Strahls und zur Richtung des Strahls auf einen Spiegel 21 des horizontalen Ablenkorgans 20 zugeführt.

Vom Spiegel 21 wird der Strahl zum Spiegel 26 des senkrechten Ablenkorgans 25 reflektiert. Die Ausdrücke horizontal und vertikal sind wie angegeben festgelegt; sie könnten jedoch auch umgekehrt verwendet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Eines der beiden Ablenkorgane, im Beispiel das horizontale Ablenkorgan 20, wird mit einer niedrigeren Frequenz betrieben als das senkrechte Ablenkorgan 25. Die beiden Ablenkorgane 20 und 25 werden beide in Resonanz bei einem gegebenen Frequenzverhältnis zueinander betrieben, wobei der Lichtstrahl, wie dargestellt, ein Muster von verschachtelten X 30 in einem Abtastfenster 35 erzeugt.

Der Strahl vom Laser 10 wird zuerst gestreut und dann wieder fokussiert, um einen scharfen fokussierten Punkt im Abstand der großen Brennweite der Fokussierlinse 17 zu erzielen. Der maximale Ablenkwinkel der Ablenkorgane 20 und 25 bestimmt die Brennweite .

Das horizontale Ablenkorgan 20 bewirkt die Drehung des Strahles über die Länge des Fensters 35 und das vertikale Ablenkorgan

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25 bewirkt das Bestreichen der Breite des Fensters 35. Die Kombination dieser rechtwinklig zueinander stehenden Ablenkungen bei vorgegebenem Frequenz- und Amplitudenverhältnis laßt das verschachtelte X-Muster im Abtastfenster 35 erscheinen. Das Abtastfenster 35 befindet sich in einem Gehäuse 50 gemäß Fig. 9. Das Fenster 35 ist als schmale rechteckige Blende innerhalb des Gehäuses gegeben und durch Glas oder ein anderes passendes transparentes Material abgedeckt.

Entsprechend Fig. 9 wird ein Artikel 70 mit einem Strichmarken-Codefeld 71 mittels eines Transportbandes 51 zum-Abtastfenster geführt. Der Bediener des Gerätes läßt den Artikel 70 mit dem Feld 71 nach unten gekehrt über das Abtastfenster 35 hinwegpassieren, bevor er den Artikel 70 in eine Tasche 55 fallen läßt.

Das Feld 71 ist ein Strichmarken-Codefeld entsprechend Fig. 8. Das Feld 71 ist mit einer Vielzahl von Strichmarken 72 bedruckt, die gegenüber dem Umfeld 73 weniger reflektierend sind. Beim Fahren des Strahls über das Feld 71 wird er durch die Reflektanzdifferenz zwischen Umfeld 73 und Strichmarken 72 moduliert. Das modulierte reflektierte Licht wird durch einen Photomultiplyer 80 gemäß Fig. 1 aufgefangen, der das Licht in ein elektrisches Signal umwandelt. Dieses elektrische Signal wird zu einer Auswertungseinrichtung 85 geleitet zwecks Gewinnung von Informationen, die durch die Strichmarken 72 gegeben sind.

Das verschachtelte X-Abtastmuster 30 kann das Feld 71 unabhängig von seiner Vorbeigleitlage ablesen. Entsprechend Fig. 1 fallen die Endbereiche 31 und 32 des Abtastmusters 30 außerhalb des Fensters 35 und werden durch dieses ausgeblendet. Photodetektoren 90 und 95 sind innerhalb des Gehäuses 50 neben dem Abtastfenster 35 angeordnet, um feststellen zu können, wenn die vertikalen und horizontalen Amplituden der Strahlauslenkung außerhalb des vorgegebenen Abtastmusters 30 fallen. Die Signale von den Photodetektoren 90 und 95 werden der Amplituden-, Frequenz- und Phasensteuerung 100 zugeleitet.

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Beim betrachteten Beispiel ist das Abtastfenster 35 ungefähr 180 mm lang und 33 mm breit. Die Ablenkorgane 20 und 25 werden mit Frequenzen betrieben, die ein verschachteltes X-Muster zur ordnungsgemäßen Abtastung des Feldes 71 ergeben. Die X dürfen dabei nicht zu weit auseinander oder zu eng beieinander liegen. Ein Längenverhältnis 1 : 5 1/3 hat sich als geeignet für ein Abtastfenster der vorgegebenen Größe erwiesen. Die Abtastlinien sollten sich über der horizontalen Achse des Abtastfensters möglichst senkrecht zueinander schneiden. Die horizontale und vertikale Amplitudensteuerung hält diesen Schnittwinkel konstant, und die Frequenz- und Phasensteuerung sorgt für gleichmäßigen Abstand zwischen den einzelnen X und verhindert Störungen des Abtastmusters. Störungen des Abtastmusters würden Abtastausfälle und unrichtiges Lesen des Feldes 71 nach sich ziehen.

Die Amplituden-, Frequenz- und Phasensteuerung 100 von Fig. 1 ist in Einzelheiten in Fig. 2 dargestellt. Die horizontalen und vertikalen Amplitudensteuerkreise sind im wesentlichen identisch und steuern die horizontalen und vertikalen Amplituden durch Einstellung des Stromes, der seitens der Verstärker 106 und 119 durch die Ablenkorgane 20 und 25 geschickt wird. Die Verstärker 106 und 119 werden durch die Spannungswerte auf den Leitungen 129 und 134 gesteuert. Diese Spannungen hängen von den Ladungen der Kondensatoren C1 und C2 ab. Die Stromquellen 126 und 131 sind Quellen für positive Ströme und die Stromquellen 127 und 132 solche für negative Ströme. Die positiven Stromquellen 126 und 131 werden durch monostabile Kippglieder 125 und 130 eingeschaltet. Die Kippschaltungen selbst werden wiederum durch Signale von den Photodetektoren 90 bzw. 95 angestoßen. Wenn eine der positiven Stromquellen eingeschaltet wird, beginnt sich der an sie angeschlossene Kondensator zu laden, womit die seitens des parallel geschalteten Pufferverstärkers 128 bzw. 133 abgegebene Ausgangsspannung absinkt. Wenn die positive Stromquelle ausgeschaltet wird, beginnt der zugehörige Kondensator sich zu entladen und die Spannung am Ausgang des parallel geschalteten Pufferverstärkers steigt an. Damit wird wiederum der Strom für

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das zugehörige Ablenkorgan verstärkt.

Die Ablenkorgane 20 und 25 werden mittels eines als Taktgeber verwendeten Oszillators 101 gesteuert. Die Frequenz dieses Oszillators 101 hängt von der gewünschten Phasengenauigkeit ab; eine Korrektur wird nur dann durchgeführt, wenn der Phasenfehler größer als ein Arbeitszyklus des Oszillators 101 wird. Das Grundprinzip der Frequenz- und Phasensteuerung gemäß Fig. 2 kann anhand der Fig. 3 erläutert werden, die die digitale Frequenz- und Phasensteuerung in allgemeinerer Form darstellt.

Entsprechend Fig. 3 hat der Taktgeber 201 eine Frequenz Fc. Diese Frequenz Fc = (F2)(X)(Ki) = (F1)(Y)(KI), wobei die Frequenz F2 entweder die höhere oder die niedrigere der beiden betrachteten Frequenzen ist. Das gewählte Frequenzverhältnis F1/F2 bestimmt die Werte von X und Y. Die Konstante K1 hängt von der Phasengenauigkeit der gesamten Anordnung ab. Entsprechend Fig. ist F1 = Fc/Y K1. Dies ist im Block 202 dargestellt. Die Frequenz F1 treibt die Einheit 220, die dem Ablenkorgan 20 gemäß Fign. 1 und 2 entspricht. Die Einheit 220 gibt ein Ausgangssignal mit der Frequenz F1 und einer Phasenverschiebung φ1 ab. Diese Phasenverschiebung ist nicht konstant und variert von Einheit zu Einheit.

Die Frequenz F2 treibt die Einheit 225, die dem Ablenkorgan 25 gemäß Fign. 1 und 2 entspricht. Die Frequenz der Einheit 225 ist F2 + φ2, wobei φ2 die Phasenverschiebung gegenüber der Eingabefrequenz F2 ist. Die Frequenzen können entweder phasengleich oder gegenphasig zueinander sein, je nach Anforderung an das Abtastmuster, das seinerseits vom Verhältnis der Frequenzen F1 und F2 abhängt. Um eine starre Phasenbeziehung mit vorgebener konstanter Phasenversetzung zu erzielen, können die monostabilen Kippglieder 221 oder 226 vorgesehen werden. Jeweils nur eines dieser beiden ist wirksam zu machen. Entsprechend Fig. 2 sind die beiden Frequenzen übrigens auch mit vorgegebenem Phasenversatz zueinander in fester Beziehung.

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Gemäß Fig. 3 wird der Phasenversatz mittels eines Phasendetektors 229 durch Vergleich ermittelt. Um diesen Phasenvergleich zu erleichtern, werden die beiden zu vergleichenden Signalfrequenzen auf eine gemeinsame Frequenz durch die Blöcke 223 bzw. 228 normalisiert. Die normalisierte Frequenz ist Fc/(X)(Y)(K1) (K2). Die Konstante K2 ist eine ganze Zahl, die die Fehlerabtasthäufigkeit des Phasendetektors 229 bestimmt. Bei einer großen Konstante K2 ist die Abtasthäufigkeit für den Phasenvergleicher klein.

Wenn das Ausgangssignal des Blocks 223 dem des Blocks 288 nachhinkt, gibt der Phasendetektor 229 ein Signal "+Zunahme" über eine Leitung 230 ab. Wenn das Ausgangssignal des Blocks 223 dagegen dem des Blocks 228 voreilt, gibt der Phasendetektor 229 ein Signal "+Abnahme" über eine Leitung 231 ab. Wenn die Ausgangssignale der Blöcke 223 und 228 phasengleich sind, wird kein Ausgangssignal vom Detektor 229 abgegeben. Dann wird keine Korrektur bezüglich der Frequenz F2 durchgeführt. Der Block läuft mit der vom Block 203 über ein UND-Glied 239 abgegebenen Frequenz Fc/2. Das UND-Glied 239 wird dazu mittels der beiden Signale "+Zunahme" und "+Abnahme" von Invertern 236 und 237 durchgeschaltet. Der Ausgang des UND-Glieds 239 speist das ODER-Glied 240, dessen Ausgang seinerseits zu einem Eingang eines UND-Glieds 204 führt. Dieses wird dabei durch das Ausgangssignal des Inverters 236 geöffnet.

Wenn der Phasendetektor 229 über die Leitung 230 ein Signal "+Zunahme" abgibt, wird ein UND-Glied 234 geöffnet, womit die Frequenz F2 verdoppelt wird. Der Korrekturbetrag, der jeweils erfolgen kann, wird durch ein monostabiles Kippglied 233 begrenzt, das seinerseits durch ein Signal über ein ODER-Glied 232 angestoßen wird, dem die beiden Signale "+Zunahme" bzw. "+Abnahme" vom Phasendektor 229 zugeführt werden. Das Ausgangssignal des UND-Glieds 234 gelangt zu einem UND-Glied 238, dessen anderem Eingang das Signal vom Taktgeber 201 direkt zugeführt wird. Das Ausgangssignal des UND-Glieds 238 wird dem Block 205 über das

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ODER-Glied 240 und das UND-Glied 204 zugeführt. Das UND-Glied 204 öffnet dabei mit Hilfe des Ausgangssignals vom Inverter 236. Wenn die Frequenz F2 abgesenkt werden soll, wird sie durch Zuführung eines Signals "+Abnahme" zu einem UND-Glied 235 zu null gemacht. Das Ausgangssignal des Inverters 236 sperrt dabei das UND-Glied 204. Der Block· 205 wird somit nicht mehr angetrieben, weder vom Taktgeber 201 direkt, noch über den Block 203.

Die Grundzüge der Frequenz- und Phasensteuerung sind dabei die folgenden:

a) Die Verwendung eines relativ schnellen Taktgebers, wobei Frequenzteilerkreise (in Form von Flipflops und Zählern) die Verwendung eines solchen schnellen Taktgebers möglich machen.

b) Die Normalisierung der Ausgangsfrequenzen der angetriebenen Organe auf eine gemeinsame niedrige Frequenz zur Erzielung einer niedrigen Fehlerkorrekturhäufigkeit.

c) Ausgleich der Phasenverschiebungen mit Hilfe des schnellen Taktgebers 201 oder mit der Frequenz null.

c) Begrenzung des Ausmaßes des Phasenverschiebungsausgleichs während der einzelnen Ausgleichsperioden.

Entsprechend Fig. 2 ist die horizontale Schwingfrequenz 600 Hz und die vertikale Schwingfrequenz 3,2 kHz. Die Konstante K1 ist 1000, X ist 16 und Y ist 3. Die Frequenz des Taktgeber-Oszillators 101 ist 9,6 MHz. Die Horizontalfrequenz von 600 Hz wird nach einer Halbierung der Oszillatorfrequenz von 9,6 MHz abgeleitet. Letzteres erfolgt im Flipflop 102. Die Frequenz von 4,8 MHz wird weiterhalbiert durch das Flipflop 103, wobei sich eine Frequenz von 2,4 MHz ergibt. Diese wiederum wird geteilt durch 16 χ 125 = 2000. Diese Teilung erfolgt durch einen Zähler 104,

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an dessen Ausgang sich eine' Frequenz von 1,2 kHz einstellt. Die Frequenz von 1,2 kHz wird durch das Flipflop 105 halbiert, wobei sich 600 Hz ergeben. Diese 600 Hz werden dem Verstärker 106 zugeführt. Das Ausgangssignal des Verstärkers 1O6 wird an die Magnetspulen 22 des Ablenkorgans 20 angelegt. Die Spulen 22 liegen parallel und treiben den Spiegel 21 über ein geeignetes mechanisches übertragungssystem. (Solche Drehablenkorgane 20 und 25 sind übrigens in der ÜS-PS 3 609 485 zu finden.)

Während des Schwingens des Spiegels 21 werden durch in Reihe geschaltete Energiewandier 23 Signale erzeugt. Diese sinusartigen Signale werden einem umformer 111 zur Umformung in Rechteckwellen zugeführt. Dessen /iusgangssignale gelangen zu einem monostabilen Kippglied 136 zur Erzeugung von Impulsen mit einer Länge von 78,1 Mikrosekunden. Die Frequenz dieser Impulse wird dann durch den Zähler 112 normalisiert, der eine effektive Frequenzteilung von 3 χ 32 bewirkt. Das Ausgangssignal des Zählers 112 wird dem Phasendiskriminator 122 zugeführt.

In ähnlicher Weise schwingt der Spiegel 26 des Ablenkorgangs 25 mit Hilfe des Ausgangssignals des Verstärkers 119, das den Schwingspulen 27 zugeführt wird. Der Verstärker 119 empfängt ein Signal mit einer Frequenz von 3,2 KKz vcra Flipflop 118. Dieses Flipflop 118 halbiert die Ausgangsfrequenz des Zählers 117. Der Zähler 117 wird über ein UND-Glied 116 gespeist. Der Zähler 117 teilt die zugeführte Frequenz durch 3 χ 125 = 375. Es herrscht somit ein Spiegelfrequenzverhältnis von 1:51/3.

Der Zähler 117 wird normalerweise mit 2,4 MHz-Signalen vom Ausgang des Flipflops 103 über ein UND-Glied 113, ein ODER-Glied 115 und ein UND-Glied 116 gespeist. Wenn jedoch Phasenverschiebungen durch den Phasendiskriminator 122 erkannt werden, wird der Zähler 117 mit 4,8 MHz-Signalen vom Ausgang des Flipflops 102 gespeist oder kurzzeitig angehalten; das letzte bedeutet Speisung mit der Frequenz 0 MHz. Die Auswahl der Frequenzerhöh-

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ung oder Absenkung auf 0 erfolgt je nach der Notwendigkeit einer Frequenzerhöhung oder Frequenzerniedrigung zur Erzielung von Phasengleichheit.

Der Spiegel 26 schwingt mit dem Ausgangssignal des Verstärkers 119, und Wandler 28 erzeugen wiederum entsprechende sinusartige Ausgangssignale. Diese Signale werden einem Umformer 120 zur Umwandlung in Rechteckimpulse zugeführt. Das Ausgangssignal des Umformers 120 wird durch einen Zähler 121 normalisiert, der seinerseits die Umformerausgangsfrequenz durch 16 χ 32 teilt. Das Ausgangssignal des Zählers 121 wird dem anderen Eingang des Phasendiskriminators 122 zugeführt.

Es ist zu beachten, daß die Signale von den Wandlern 23 und 28 gegenüber den Spiegelschwingungen um 90° versetzt sind, da die Wandler 23 und 28 Signale abgeben, die von der Drehgeschwindigkeit und nicht von der Drehstellung abhängen. Geschwindigkeit und Drehstellung sind ebenfalls um 90° phasenversetzt. Somit wird ein monostabiles Kippglied, wie z.B. das monostabile Kippglied 226 gemäß Fig. 3, vorgesehen zur Vorkehrung einer vorgegebenen konstanten Phasenversetzung von 90 .

Wenn der Phasenunterschied größer werden muß, erzeugt der Phasendiskriminator 122 ein Ausgangssignal über eine Leitung 123, und wenn der Phasenunterschied zu verkleinern ist, wird ein Ausgangssignal über eine Leitung 124 abgegeben. Die Leitungen 123 und 124 führen zu Eingängen zweier UND-Glieder 109 bzw. 110 und zu den beiden Eingängen eines ODER-Glieds 107. Das ODER-Glied 107 führt ausgangsseitig zu einem monostabilen Kippglied 108, welches 300 Mikrosekunden lange Impulse zur Eintastung der UND-Glieder 109 bzw. 110 abgibt; damit wird der Korrekturumfang pro Abtastperiode begrenzt.

Die Ausgangssignale der UND-Glieder 109 und 110 befinden sich auf einem niedrigen Pegel, wenn das betreffende UND-Glied eingeschaltet ist. Das Ausgangssignal des UND-Glieds 109 dient zur Steue-

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rung eines UND-Glieds 113, welches die normale Frequenz von 2,4 MHz vom Flipflop 103 zum Zähler 117 über das ODER-Glied 115 und das UND-Glied 116 durchlassen soll. Diese Impulsdurchgabe erfolgt somit immer dann, solange das UND-Glied 109 nicht eingeschaltet ist. Andererseits darf auch das UND-Glied 110 nicht eingeschaltet sein, wenn das UND-Glied 116 durchlässig sein soll.

Wenn beide Eingänge des UND-Glieds 109 eingeschaltet sind, wird dagegen das auf einen niedrigen Steuerpegel ansprechende UND-Glied 114 vorbereitet und läßt die Frequenz 4,8 MHz vom Flipflop 102 zum Zähler 117 durch. Das UND-Glied 116 muß dabei auch durchlässig sein bei gesperrtem UND-Glied 110. Der Diskriminator 122 gibt nie gleichzeitig Signale über die beiden Leitungen 123 und 124. Das UND-Glied 110 wird eingeschaltet, wenn der Phasenunterschied zu verringern ist. Dabei sperrt das Ausgangssignal des UND-Glieds 110 das UND-Glied 116 und der Zähler wird während einer Periode von 300 Mikrosekunden nicht weitergeschaltet.

Die erforderlichen Phasenbeziehungen zwischen den Signalen von den Wandlern 23 und 28 sind in den Wellenformen A und B in Fig. 5 dargestellt. Der Wandler 28 erzeugt dementsprechend 5 1/3 Sinuswellen pro Sinuswelle vom Wandler 23. Die beiden Sinuswellen entsprechend A und B werden in Rechteckwellen entsprechend D und E umgeformt. Diese Umformung erfolgt durch die Umformer 111 und 120. Ein Abtastzyklus entspricht beim verwendeten Beispiel drei Impulsen der niedrigen Frequenz und 16 Impulsen der höheren Frequenz in fünf Millisekunden. Die Wellenform C zeigt das Ausgangssignal des monostabilen Kippglieds 136. In einem Zyklus von 30 Abtastungen vergleicht der Phasendiskriminator 122 den verzögerten Anstieg eines dritten 600 Hz-Impulses mit dem Anstieg eines sechzehnten 3,2 kHz-Impulses.

Der obere Eingang des Phasendiskriminators 122 gemäß Fig. 2 empfängt ein Signal, das A in Fig. 4 entspricht, und der untere Eingang ein solches, das B entspricht. In Fig. 4 ist zu erkennen, daß die Wellenform A der Wellenform B voreilt. Dabei gibt

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der Phasendiskriminator 122 ein Ausgangssignal entsprechend C in Fig. 4 über die Leitung 123 gemäß Fig. 2 ab. Dieses Signal steuert das UND-Glied 109, mit dessen Hilfe das UND-Glied 114 die Frequenz 4,8 MHz vom Flipflop 102 zum Beschleunigen des Zählers 117 durchläßt; dies nur während eines Zeitraumes, während dessen das UND-Glied 109 eingeschaltet ist. Dieser Zeitraum ist in D gemäß Fig. 4 dargestellt. In Fig. 4 ist weiter zu erkennen, daß eine solche Korrektur die Signale gemäß A und B noch nicht in Phase bringt. Mit mehreren aufeinanderfolgenden Korrekturen ist jedoch entsprechend Fig. 4 Phasengleichheit zwischen A und B zu erzielen.

Das monostabile Kippglied 108 gemäß Fig. 2 begrenzt die Korrekturzeiträume auf max300 Mikrosekunden. Eine solche Korrekturphase kann nur in jedem 30. Abtastzyklus erfolgen. Wenn die beiden Umformer 111 und 120 nicht selbst Phasenfehler beitragen, kann sich die Gesamtanordnung jeweils in 85 Sekunden korrigieren. Die Phasengenauigkeit beträgt dabei 0,5 bezüglich des Ablenkorgans 25.

Die Gesamtkorrekturdauer kann beträchtlich abgekürzt werden durch direkte Zuführung der Ausgangssignale der Umformer 111 und 120 zum Diskriminator 122. Dazu wäre ein zeitliches Korrekturfenster zu erzeugen durch Division des Ausgangssignals des Umformers 120 durch 32 und Anlegung des sich dabei ergebenden Signals an ein monostabiles Kippglied, welches nicht dargestellt ist; damit ließe sich ein Fenster von 312 Mikrosekunden erzeugen. Die 3,2 kHz-Impulsfolge wäre dann nur über eine Periode der 600 Hz-Folge zu versetzen und nicht während einer Periode der gemeinsamen Normalisierungsfrequenz von 6_r25 Hz. Das gebildete Korrekturfenster begrenztedie Korrekturimpulse auf 312 Mikrosekunden und erübrigte dabei das Vorhandensein des 300 Mikrosekunden-Gliedes 108.

Normalerweise ist das Abtastmuster 30 gemäß Fig. 1 ausreichend, ein Feld 71 gemäß Fig. 8 abzutasten. Die umwendenden Teile 33 des Abtastmusters 30 gemäß Fig. 1 ermöglichen im Effekt zwei

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horizontale Abtastungen. Damit ist auch die Abtastung von Codefeldern möglich, deren Strichmarken noch enger sind, als die in Fig. 8 dargestellten.

Gelegentlich ist es erwünscht, das gesamte Abtastmuster zur Abtastung codierter Felder zu benutzen. Wenn das gesamte Muster verwendet werden soll, ist der Verlauf des Musters 30 gemäß Fig. 1 innerhalb des Abtastfensters zu flach, wohingegen der Verlauf der Abtastlinienteile 31 und 32 zu steil ist. Dieses Problem wird kompensiert durch Faltung der Teile 31 und 32 in Richtung zur Mitte des Abtastfensters 35. Diese Faltung wird erzielt durch Seitenspiegel 41 und 42, wie sie schematisch in Fig. 6 dargestellt sind. Diese Spiegel 41 und 42 sind mit Aussparungen versehen, wobei die Photodetektoren 90 und 95 in einer Aussparung gemäß Fig. 7 die außerhalb des Abtastfensters gelegenen Teile des Abtastmusters amplitudenmäßig abfühlen können. Das sich ergebende Abtastmuster 30' ist in Fig. 7 dargestellt. Die nach außen fallenden Teile des Abtastmusters erscheinen im wesentlichen als senkrechte Linien 34 in der Nähe der Abtastfenstermitte. Das Abtastmuster gemäß Fig. 7 wird mit einer gegenüber der horizontalen Frequenz sieben Mal so großen vertikalen Frequenz erzeugt, wobei die horizontale Amplitude sieben Mal so groß ist wie die vertikale Amplitude. Dieses Muster ist leicht zu erzeugen und benötigt eine geringere Detektorbandbreite als das Abtastmuster 30 gemäß Fig. 1.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Optischer Abtaster für Strichmarken-Codefelder auf abgetasteten Gegenständen mit beliebiger Abtastlage, mit einem Abtastfenster, an dem die Gegenstände vorbeigeführt werden,

einer Quelle für einen scharf gebündelten Lichtstrahl, einem ersten Ablenkorgan zur Umlenkung des Lichtstrahls in einer ersten Richtung innerhalb des Abtastfensters und einem zweiten Ablenkorgan zur Umlenkung des Lichtstrahls in einer zweiten Richtung innerhalb des Abtastfensters, dadurch gekennzeichnet,

daß die beiden Ablenkorgane (20, 25) schwingungsfähig ausgebildet sind und mit je einer zugeordneten Schwingungsfrequenz (600 Hz und 3,2 kHz) betrieben werden, wobei der abgelenkte Lichtstrahl innerhalb des Abtastfensters (35) ein Abtastmuster (30) verschachtelter X beschreibt, und

daß eine Frequenz- und Phasensteuerung (100) vorgesehen ist, die die beiden Schwingungsfrequenzen bei fest vorgegebenem Frequenzverhältnis (1 : 5 1/3) in fest vorgegebener Phasenlage zueinander hält.
2. Optischer Abtaster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (10) als Laser ausgebildet ist.
3. Optischer Abtaster nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Ablenkorgane (20, 25) drehschwingungsfähige Spiegel (21, 26) aufweisen, die elektrisch erregbar sind.
4. Optischer Abtaster nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz- und Phasensteuerung (100) in ihren wesentlichen Teilen als digitale Schaltungsanordnung mit frequenzteilenden Flipflops und

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Zählern, monostabilen Kippgliedern, UND- und ODER-Gliedern sowie einem ein binäres Phasenabweichungssignal bildenden Phasendiskrimininator (122) ausgebildet ist.
5. Optischer Abtaster nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

daß jedes der beiden Ablenkorgane (20, 25) Wandler (23, 27) aufweist, mit deren Hilfe aus den Ablenkorganschwingungen je ein Signal ableitbar ist, das der Schwingung des zugehörigen Organs proportional ist, und daß die damit gebildeten Schwingungssiqnale dem Phasen-

erforderlichenfalls/ diskriminator (122) zugeführt werden, der daraus eines zweier Steuersignale (Zunahme/Abnahme) für die Erhöhung oder Absenkung der Schwingungsfrequenz (3,2 kHz) des einen der beiden Ablenkorgane (25) ableitet.
6. Optischer Abtaster nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz- und Phasensteuerung (100) eine Vorkehrung (monostabil^es Kippglied 108) aufweist zur Begrenzung der jeweiligen Frequenzerhöhungs- oder -absenkungsperiode auf einen Zeitwert, der gegenüber den Schwingungsperioden (1/600 Hz, 1/3,2 kHz) der beiden Ablenkorgane (20, 25) relativ sehr kurz (300 MikroSekunden) ist.
7. Optischer Abtaster nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Amplitudensteuerung für jedes der beiden Ablenkorgane (20, 25) vorgesehen ist, mit deren Hilfe die jeweilige maximale Auslenkung des Lichtstrahls in den beiden gegebenen Ablenkrichtungen feststellbar und aufgrund dabei gewonnener Signale die Lichtstrahlablenkung in den beiden Richtungen auf je eine vorgegebene maximale Amplitude einregelbar ist.

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8. Optischer Abtaster nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei zum Abtastfenster (35) im wesentlichen senkrecht stehende Seitenspiegel (41, 42) vorgesehen sind, mit deren Hilfe die verdichteten, umkehrenden Teile (31, 32) des Lichtstrahls (11) unter Erzeugung zusätzlicher Abtastlinien (34) in das Abtastfenster (35) hineinfaltbar sind.

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