DE2519596A1

DE2519596A1 - Verfahren und vorrichtung zum lesen kodierter etiketts

Info

Publication number: DE2519596A1
Application number: DE19752519596
Authority: DE
Inventors: Alfred Prescott Hildebrand; Henry William Jones; Howard Edwin Morrow
Original assignee: Spectra Physics Inc
Current assignee: Newport Corp USA
Priority date: 1974-05-03
Filing date: 1975-05-02
Publication date: 1975-11-13
Also published as: GB1502118A; CA1048156A; FR2269753A1; JPS588021B2; JPS50153532A; FR2269753B1

Description

Spectra-Physics, Inc. Mountain View, Kalif. (V. St.v.A.)

Verfahren und Vorrichtung zum Lesen kodierter Etiketts

Für diese Anmeldung wird die Priorität aus der entsprechenden U.S. - Anmeldung Ser. No. 466 803 vom 3. Mai 1974 in Anspruch genommen.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Lesen kodierter Etiketts, die insbesondere mit maschinell lesbaren Symbolen versehen sind wie beispielsweise für Selbstbedienungs-Einzelhandelsgeschäftsketten entwickelt worden sind, so z.B. dem Universal Product Code = Universeller Produktkode, abgekürzt UPC,des amerikanischen Einzelhandelsverbandes .

Kode des vorstehend angesprochenen Typs bestehen aus sogenannten Streifenkode in Form mehrerer, zueinander paralleler heller und dunkler Streifen unterschiedlicher Breite, wobei sämtliche Streifen geradlinig sind und gemeinsam ein rechteckiges Feld bedecken. Jedes Zeichen oder jede "Ziffer" des Kode wird -durch zwei dunkle Streifen und zwei helle Zwischenräume dargestellt. Ein derartiger Kode ist beschrieben in einer Veröffentlichung mit dem Titel "U.P.C. Symbol Specification" ("U.P.C. Symbolbezeichnungswexse"), Mai 1973, hrsg. von Distribution Number Bank of Washington, D.C, Vereinigte Staaten von Amerika, Verwaltung des Universal-Produkt-Kode und des UPC-Symbols für den Uniform Grocery Product Code

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In der letzten Zeit wurden mehrere Systeme zum Lesen derartiger Kode vorgeschlagen, um den Einzelhandel in die Lage zu versetzen, sämtliche Produkte in einer maschinell lesbaren Form auszuzeichnen, damit die Warenabrechnung an der Kasse vermittels durch maschineller Lesevorrichtungen gesteuerter Rechner erfolgen kann. Dadurch werden der Zeit- und Arbeitsaufwand an der Kasse wesentlich verringert, wobei gleichzeitig die Möglichkeit einer vollständigen und genauen Inventarisierung oder Aufzeichnung des Lagerumsatzes gegeben ist. Das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung sind auf diese Anwendung abgestellt.

Bei der Betrachtung der maschinell lesbaren Auszeichnung von Warenverpackungen muß zunächst davon ausgegangen werden, in welcher Weise die Verpackungen an der Kasse gehandhabt werden sollen. Im einzelnen muß dabei davon ausgegangen werden, daß sich an der Kasse eine Person befindet, die jede verpackte Ware einzeln mit der an dieser angebrachten, maschinell lesbaren Auszeichnung in eine bestimmte Lage zu dem Kodelesegerät bringt, damit der Kode von diesem Gerät gelesen werden kann, bevor die Ware abgepackt oder sonstwie weiterbehandelt wird. Falls die an der Ware befindlichen Kodezeichen von der Maschine nicht gelesen werden, muß die an der Kasse befindliche Person in der Lage sein, die Kodezeichen auf geeignete Weise wie z.B. vermittels einer Registrierkassentastatur oder dgl. in die Maschine von Hand einzugeben. Entsprechend der UPC-Symbolbezeichnungsweise ist zusätzlich zu dem maschinell lesbaren Streifenkode ein Kode vorgesehen, der optisch von Personen lesbar ist. Damit maschinell lesbare Kode und Lesevorrichtungen der hier in Frage kommenden Art Eingang auf dem Markt finden und als brauchbar erachtet werden, ist es unbedingt erforderlich, daß der Prozentsatz an Leseausfällen an jeder einzelnen Kasse äußerst niedrig gehalten wird und außerdem die Genauigkeit des Systems gewährleistet ist.

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Dabei sind bestimmte menschliche Faktoren zu berücksichtigen. Zunächst einmal schwankt der Größenbereich der verpackten Waren sehr stark von z.B. einer kleinen Kaugummistange bis zu einer großen und schweren Seifenvorratskiste oder zu Beuteln oder Tüten mit z.B. Reis. Alle diese Gegenstände müssen an einer Art Lesefenster vorbeigeführt werden, wobei das mit einer entsprechenden Kodierung versehene Etikett in bezug auf das Fenster so ausgerichtet sein muß, daß es abgelesen werden kann.

Wenn die zur Fortbewegungsrichtung der Waren senkrechte Richtung als Zielrichtung bezeichnet wird, zeigt sich, daß eine Zielfläche von 12,7 bis 15,2 cm (5 bis 6 Zoll) Breite eine praktisch ungehinderte Zieleinstellung für die Kassierer ermöglicht und daher ein Maß für die gewünschte Fensterbreite vorgibt. Bei einer Zielbreite von 12,7 bis 15,2 cm kann der Kassierer die Ware ungehindert über das Fenster hinwegschieben, ohne sich zuvor darauf konzentrieren zu müssen, das an der Ware angebrachte Etikett in eine bestimmte Ausrichtung zu dem Fenster zu bringen. Natürlich kann das Fenster auch breiter ausgebildet sein. Das bedingt jedoch wiederum eine höhere Abtastgeschwindigkeit, damit die ganze Fensterfläche einwandfrei abgetastet werden kann, wobei außerdem die zur Dekodierung der Ergebnisse verwendete elektronische Logikschaltung sehr kompliziert wird und dem letzten Stand der Technik entsprechen muß. Dadurch würden die Kosten und die Komplexität des Systems in einer nicht vertretbaren Weise gesteigert.

Die Fortbewegungsrichtung der Ware soll hier als Greifrichtung bezeichnet werden. Der Kassierer muß in Greifrichtung über das Fenster hinweggreifen, um die Ware über das Fenster hinwegzubewegen.

Wenn die Zielabmessung in Querrichtung von 15,2 cm ebenfalls in Greifrichtung vorgesehen wird, d.h. das Fenster quadra-

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tisch ausgebildet wird, sind Ermüdungserschexnungen beim Kassenpersonal zu beobachten. Daher ist wünschenswert, das Lesemuster und die Fenstergröße in dieser Richtung möglichst klein zu halten. Die nicht unterschreitbare Mindestgröße ergibt sich aus den Abmessungen des größten, abzulesenden Feldes des Kodeetiketts. Beim Universal-Produkt-Kode beträgt die größte Feldbreite 3,8 cm (1,5 Zoll), wobei das Etikett zwei Felder aufweist, und die Höhe beträgt 5 cm (2 Zoll). Eine Analyse eines solchen Etiketts im Hinblick auf die Lesbarkeit aus allen Richtungen führt zur Verwendung der Diagonalen der Feldbreite (l/Üf) (3,8) cm, abzüglich der "Überviereckigkeit" = 4,44 cm und zuzüglich 0,66 cm als Zugabe für die Bewegungsgeschwindigkeit der Ware. Daraus ergibt sich die angegebene Fensterabmessung von 5 cm in Greifrichtung. Die vorstehenden Ausführungen veranschaulichen, daß die Mindestabmessung des Fensters in Greifrichtung durch das größte Etikettfeld vorgegeben ist, welches abgelesen werden muß.

Für die Begrenzung der Fensterabmessung in Greifrichtung ergibt sich auch noch ein anderer Grund. Wenn Mehrfachablesung vermieden werden soll, damit innerhalb der Fensterfläche nicht gleichzeitig mehrere Dinge gelesen werden, muß die Fensterabmessung in Greifrichtung kleiner sein als die Abmessung zweier kleiner, nebeneinander liegender Etiketts, mit einem Zuschlag für die Verpackungsgröße. Somit wird durch eine zusätzliche Strecke von angenähert 1,2 cm für den Abstand zwischen Gegenständen verhindert, daß in Greifrichtung oder Tiefenabmessung eine Mehrfachablesung erfolgen kann. Zusammenfassend läßt sich daher sagen, daß die Elektronik bei Abtastung in Längenrichtung diskriminiert, jedoch nicht in Tiefenrichtung zu diskriminieren braucht. Damit ergibt sich eine erhebliche Vereinfachung, da bei Abtastung ein und dasselbe Etikett mehrfach gelesen wird und ansonsten die Unterscheidung schwierig wäre zwischen einem mehrfach gelesenen Etikett und einem zweiten, identischen Etikett, das innerhalb

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des gleichen Gesichtsfelds am Fenster vorbeigeführt wird.

Ein weiterer Grund, das Fenster in Tiefenrichtung klein zu machen, besteht darin, daß dadurch eine gegenläufige Strahlengangführung ermöglicht wird, indem das Etikett synchron mit dem Abtaststrahl in Gegenrichtung "betrachtet" wird. Dadurch läßt sich das System in allgemein hell erleuchteten Kassenbereichen einsetzen, wobei sich ein hoher Störabstand trotz der Hintergrundbeleuchtung ergibt. Wenn diese Abmessung etwas größer gewählt wird, müßte eine wesentlich größer ausgelegte Aufnahmeoptik für den gegenläufigen Strahlengang verwendet werden. Das ergibt sich daraus, daß eine Tiefenabmessung von 5 cm angenähert der Größe für die meisten Verpackungen entspricht und daher die Verpackungen selbst einen Großteil des rückweisenden Gesichtsfeldes am Fenster abdecken. Es läßt sich zeigen, daß die Höchstgeschwindigkeit, mit welcher ein Kassierer eine Ware an einem Lesefenster vorbeiführen kann, bei angenähert 254 cm/sec (100 Zoll/sec) liegt, so daß bei Berücksichtigung der Mindestgröße der UPC-Etiketts eine Tiefenabmessung von angenähert 5 cm der zulässigen Mindestgröße entspricht, wenn die anderen Faktoren und insbesondere die Dekodierelektronik nicht besonderen Anforderungen gerecht werden müssen.

Im Hinblick auf die Tätigkeit des Kassierers ergibt sich allgemein eine weitere Forderung, die hier als "Seitenaufsicht" bezeichnet werden soll. Wenn ein Kassierer eine Ware ergreift und über ein Fenster hinwegführt, ist sehr wahrscheinlich, daß er den Etikettkode in eine solche Lage bringt, in welcher der Kode in die Bewegungsrichtung oder die Tiefenabmessung des Fensters weist. Wenn sich jedoch die Etiketten an den Seiten der Ware befinden, muß ein in senkrechter Lage befindliches Etikett gelesen werden. In vielen Fällen lose abgepackter Waren wie z.B. Flaschen oder Büchsen, die halbdutzendweise in einer Schachtel angeordnet sind, ist es u.U. nicht möglich, die Ware zu kippen, wenn diese am Fenster

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vorbeigeführt wird. Wenn sich am Boden der Schachtel kein Etikett befindet, muß daher die Ablesevorrichtung in der Lage sein, ein senkrecht stehendes Etikett zu lesen. Dabei handelt es sich in der Hauptsache um ein menschliches Problem, das jedoch nicht übersehen werden kann, da der Kassierer die verpackte Ware beim Ergreifen anblickt und feststellt, an welcher Stelle sich das Etikett befindet, und dann die Ware am Fenster derart vorbeiführt, daß das Etikett in Tiefenrichtung des Fensters weist. Bei Betrachtung der unterschiedlichen Arten von Verpackungen ergibt sich die Folgerung, daß eine Seitenetikettierung der Verpackungen wünschenswert ist. Daher muß die Lesevorrichtung für die kodierten Etiketten in der Lage sein, an den Seitenwänden der Ware befindliche Etiketten in Seitenaufsicht zu lesen.

Die bereits vorgeschlagenen Abtastverfahren sind aus verschiedenen Gründen zum größten Teil nicht zum Abtasten von UPC-Etikettkode geeignet. Das Einfach-X-Abtastmuster weist einen niedrigen Formfaktor auf, indem es bei der Projektion in Seitenaufsicht auf ein senkrecht stehendes Etikett in sich zusammenfällt und daher nur zum Lesen senkrecht ausgerichteter Etiketts geeignet ist, welche vermittels einer waagerechten Abtastlinie lesbar sind. Mehrfach-X-Abtastmuster wie z.B. Gruppen Lissajouscher Figuren unterliegen der gleichen Schwierigkeit, wobei noch hinzukommt, daß die Geschwindigkeit der Laserbewegung, welche sich durch die Erzeugung dieser Figuren ergibt, innerhalb eines weiten Bereichs schwankt. Da die Etiketts unterschiedliche Größe aufweisen, lassen sich mit diesen Abtastmustern nur sehr grobe Datenausgangssignale erhalten, welche in einem derartig weiten Bereich schwanken, daß die Dekodier- und Verarbeitungselektronik unvertretbar aufwendig ausgeführt werden muS.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum Lesen kodierter Etiketts auf Waren, vermittels welcher solche Etiketts genau und zuver-

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lässig ablesbar und die Wahrscheinlichkeit von Leseausfällen auf ein Minimum verringerbar ist. Darüber hinaus soll die Vorrichtung hohe Zuverlässigkeit aufweisen, optimal anpaßbar sein, die Ablesung in Seitenaufsicht ermöglichen, eine innerhalb einer weiten Apertur gegenläufige Strahlengangführung aufweisen und dementsprechend unempfindlich sein gegenüber Streulicht, hohe Musterleistung bei niedriger, praktisch konstanter Abtastgeschwindigkeit aufweisen, so daß die Dekodierung vermittels einer im Bereich von 1 Mikrosekunde arbeitenden Logikschaltung möglich ist, ein Abtastmuster erzeugen, für das sich im Ablesefenster eine niedrige mittlere Leistung ergibt, und in der Lage sein, Etiketts in jeder Lage und Ausrichtung zu lesen, auch wenn diese beim Vorbeigehen an dem Fenster gedreht werden, sowie ausreichende Tiefenauflösung besitzen, damit auch einige Zentimeter weit vom Fenster entfernte Etiketts einwandfrei gelesen werden können.

Das zur Lösung der gestellten Aufgabe vorgeschlagene Verfahren zum Lesen kodierter Etiketts an Waren, die an einem Fenster vorbeigeführt werden, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß das Fenster in Fortbewegungsrichtung der Ware eine geringe Ausdehnung in senkrechter Richtung und quer zur Fortbewegungsrichtung eine größere Ausdehnung in waagerechter Richtung aufweist, ein Laserstrahl erzeugt wird, der fortlaufend ein Muster durchläuft, das aus einer Vielzahl praktisch senkrechter Abtastungen mit dazwischenliegenden, praktisch waagerechten, in bezug auf das Fenster in ein und derselben Lage erscheinenden Abtastungen besteht, wobei die senkrechten Abtastungen um vorbestimmte Zuwachsbeträge über die Fensterfläche hinweg versetzt werden bis die Fensterfläche durch die Abtastungen abgetastet ist, der waagerechte Weg des Strahls in gegenläufiger Richtung abgetastet wird, Schwankungen in der Reflexion am Etikett abgefühlt werden und ein die Reflexionsschwankungen anzeigendes elektrisches Signal entwickelt wird.

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Die weiterhin zur Durchführung des Verfahrens vorgeschlagene Vorrichtung ist insbesondere an einer Kasse verwendbar und weist Mittel auf, vermittels welcher Waren an einem Fenster vorbeiführbar sind. Diese Vorrichtung ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch ein Fenster, einen zur Erzeugung eines Laserabtaststrahls dienenden Laser, optische Elemente, vermittels welcher der Abtaststrahl in einer etwas über dem Fenster liegenden Ebene fokussierbar ist, Strahlenteiler, vermittels welcher der Abtaststrahl in mehrere senkrechte Strahlen vorbestimmter Winkeldivergenz und einen waagerechten Strahl aufteilbar ist, eine Abtastoptik mit einem Spiegelrad, das eine Vielzahl von Planspiegeln trägt, eine Rasterstelle, eine Teilrasterstelle, eine Zwischenoptik, vermittels welcher der waagerechte Strahl in die Rasterstelle ablenkbar ist, wobei der waagerechte Strahl bei Umlauf des Spiegelrades einen Winkel in waagerechter Richtung durchläuft, welcher einer waagerechten Bewegung des waagerechten Abtaststrahls entspricht, optische Elemente, vermittels welcher die senkrechten Strahlen in die Teilrasterstelle ablenkbar sind, einen zusätzlichen Eingang in die Zwischenoptik, durch den die senkrechten Strahlen in die Rasterstelle ablenkbar sind, wobei die Zwischenoptik dazu dient, die Spiegelradbewegung an der Teilrasterstelle in einen Vektor umzusetzen, der die waagerechte Abtastvektorkomponente an der Rasterstelle aufhebt und dieser eine resultierende senkrechte Komponente zufügt, und außerdem dazu dient, die Resultierende der Teilrasterabtastung in ein Punktbild mit einer reinen Winkelabtastkomponente an der Rasterstelle umzuwandeln, Blenden, vermittels welcher nur einer der Strahlen durch das System durchlaßbar ist, eine in gegenläufiger Strahlengangführung arbeitende Betrachtungsvorrichtung, vermittels welcher das von einem Etikett reflektierte Licht auffangbar ist, und durch einen fotoelektrischen Empfänger, durch den das reflektierte Licht in zur Anzeige der Intensität dienende elektrische Signale umsetzbar ist.

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Die Erfindung beruht auf der überraschenden Entdeckung, daß den vorstehend beschriebenen einschränkenden Bedingungen dadurch genügt werden kann, wenn ein besonderes Abtastmuster verwendet wird, das eine Abtastfläche im Seitenverhältnis von 3 zu 1 (3:1) ausfüllt. Dadurch kann die Wahrscheinlichkeit für Leseausfälle äußerst gering gehalten werden, wobei zugleich Etiketts in beliebiger Ausrichtung in bezug auf das Fenster und auch Etiketts in einem größeren Abstand von dem Fenster an der Seitenwand einer Verpackung gelesen werden können. Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Abtastmuster besteht aus einer Vielzahl von Abtastlinien, die in Tiefenrichtung des Fensters verlaufen, und zeitlich dazwischenliegenden waagerechten Abtastlinien. Ein die ganze Fensterfläche bestreichender Abtastdurchgang besteht aus einer Gruppe über die Fensterfläche verteilter Abtastlinien in senkrechter Richtung und einer anschließend folgenden einzigen Abtastlinie in waagerechter Richtung, welche in Fenstermitte verläuft. Zwecks Vereinfachung sollen im nachfolgenden die Abtastlinien in waagerechter Richtung als "waagerechte Abtastlinien", und die Abtastlinien in senkrechter Richtung als "senkrechte Abtastlinien" bezeichnet werden. In jedem Teildurchgang folgen waagerechte Abtastlinien an der gleichen Stelle, während die senkrechten Abtastlinien jeweils fortschreitend um einen vorbestimmten Zuwachsbetrag in bezug auf den vorhergehenden Teildurchgang versetzt sind, bis die gesamte Fensterfläche von senkrechten Abtastlinien bestrichen worden ist. Dieses Muster entspricht in etwa der Technik beim Reparieren eines Risses in Stoff vermittels Nadel und Faden.

Die Abtastgeschwindigkeit und der Gang der Abtastung unterliegen außerdem Beschränkungen, die durch die Lese- und Verarbeitungslogik bestimmt sind. So sollte die Elektronik aus verhältnismäßig preiswerten LSI-Bauelementen ausführbar sein, deren Arbeitsgeschwindigkeit im Mikrosekundenbereich liegt. Wie oben angegeben, ist die Abtastgeschwindigkeit

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bei dem Verfahren und der Vorrichtung nach der Erfindung verhältnismäßig gleichförmig, so daß Schwankungen in der Verarbeitungsgeschwindigkeit durch die Logik nicht auftreten. Für eine Verarbeitungsgeschwindigkeit der Logikschaltung von einer Mikrosekunde beträgt die Abtastgeschwindigkeit angenähert 20320 cm/see. Wenn mit dieser Geschwindigkeit eine Fensterfläche von 15,2 mal 5 cm Größe in einem beliebigen Abtastr-aster abgetastet wird, zeigt sich, daß es ein optimales Abtastmuster gibt, welches im nachfolgenden beschrieben ist. Aufgrund der linearen Abtastgeschwindigkeit und der Tatsache, daß sich diese Geschwindigkeit praktisch nicht verändert, lassen sich eine Verarbeitungslogik und entsprechende Algorithmen verwenden, die wesentlich einfacher zu handhaben sind, so daß die Kosten des Systems entsprechend niedrig gehalten werden können.

Die zur Durchführung des Verfahrens vorgeschlagene Vorrichtung weist ein etwas komplexes optisches System auf, bei dem das Abtastelement jedoch nur aus einem einzigen umlaufenden Teil besteht, der den einzigen beweglichen Teil bildet. Daher ist die Arbeitsweise des Systems in mechanischer Hinsicht äußerst einfach. Bei diesem beweglichen Teil handelt es sich um eine Vielzahl von Planspiegeln, die auf einer Drehfläche angeordnet sind, welche um ihre Achse umläuft. Jedes einzelne Spiegelelement ist dabei so ausgerichtet, daß eine einzige, waagerechte Rasterlinie das Fenster in Querrichtung abtastet und durch die Kombination von Spiegelelementen eine Vielzahl senkrechter Abtastlinien erzeugt wird, die jeweils einem vorbestimmten Teildurchgang zugeordnet und gleichförmig über die Fensterfläche verteilt sind. Aufeinanderfolgende Teildurchgänge sind jeweils um einen Zuwachsbetrag zueinander versetzt, so daß bei vielen Teildurchgängen die Fensterfläche gleichförmig durch senkrechte Linien abgetastet wird. In jedem Teildurchgang erscheint jeweils eine einzige waagerechte Abtastlinie. Die Optik ist dabei so ausgelegt, daß ein einziger Laserstrahl die Aus-

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bildung sämtlicher senkrechter und waagerechter Abtastlinien ermöglicht.

Das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung sind im nachfolgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, in welchen in den Figuren 1 bis 10 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung, in den Figuren 11 bis 14 eine zweite Ausführungsform derselben und in den Figuren 1, 5,6 und 10 beiden Ausführungsformen gemeinsame Merkmale dargestellt sind. In den Zeichnungen ist

Fig. 1 ein teilweise schematischer Aufriß einer erfindungsgemäß ausgebildeten Laser-Etikettlesevorrichtung ,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Vorrichtung von Fig. 1 entlang der Linie 2-2,

Fig. 3 eine Draufsicht auf die Vorrichtung von Fig. 2 entlang der L'inie 3-3,

Fig. 4 eine Draufsicht auf die Vorrichtung von Fig. 2 entlang der Linie 4-4,

Fig. 5 eine Draufsicht auf die Vorrichtung von Fig. 1 entlang der Linie 5-5,

Fig. 6 eine vereinfachte schematische Darstellung der optischen Elemente in der Ausführungsform nach den Fig. 1-5,

Fig. 7 eine Fig. 3 entsprechende vereinfachte

schematische Darstellung der Lesevorrichtung von Fig. 1, zur Veranschaulichung der bei waagerechter Abtastung verwendeten Elemente,

Fig. 8 eine Fig. 3 entsprechende vereinfachte

schematische Darstellung der Lesevorrichtung von Fig. 1, zur Veranschaulichung der

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bei der senkrechten Abtastung verwendeten Elemente,

Fig. 9 eine Fig. 3 ähnliche, vereinfachte schematische Darstellung der zur Betrachtung des an der Verpackung befindlichen Etiketts dienenden gegenläufigen Strahlengangführung,

Fig. 10 eine schematische Darstellung des bei der Ausführungsform nach den Fig. 1-9 erzeugten Abtastmusters,

Fig. 11 eine Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäß ausgebildeten Laseretikettlesevorrichtung,

Fig. 12 eine Vorderansicht der Vorrichtung von Fig. 11 entlang der Linie 12-12,

Fig. 13 eine Seitenansicht der Vorrichtung von Fig. 11 entlang der Linie 13-13, und

Fig. 14 eine schematische Darstellung des beim

Spiegelrad der in den Fig. 11 - 13 dargestellten Ausführungsform zur zeitlichen Trennung senkrechter und waagerechter Abtastlinien verwendeten Maskierungs- oder Blendenmusters .

Die in den Figuren 1-5 dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Etikettlesevorrichtung ist im allgemeinen an einer Kassenstation 20 angeordnet, die beispielsweise ein Förderband 22 aufweist, durch das Waren zu dem bei 24 angedeuteten Ende der Kassenstation zugeführt werden. Das Förderband 22 weist beliebige Beschaffenheit auf und dient zum Transport der abgepackten Waren in Richtung des Pfeils Bei der hier dargestellten Ausführungsform ist ein endloses Förderband dargestellt, welches um eine Trommel 28 herumgeführt ist. Stattdessen können auch andere Fördervorrich-

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tungen verwendet werden, oder die Förderung der Waren kann auch entfallen, indem die Waren 30 von Hand zugeführt werden.

Am Stationsende hinter dem Förderband befindet sich das Lesegerät 32 für kodierte Etiketts 40. Das Lesegerät weist ein Fenster 34 in seiner oberen Abdeckung 36 auf, und die angepackten Waren werden durch einen Geschäftsangestellten wie z.B. einen Kassierer am Fenster 34 vorbeigeführt. Das Fenster ist vorzugsweise langgestreckt ausgebildet, wobei das Verhältnis von Höhe zu Breite angenähert 1:3 entspricht. Die Fortbewegungsrichtung über das Fenster entspricht der Richtung des Pfeils 26 und ist hier als Höhen- oder senkrechte Bewegung bezeichnet, während quer zur Förderrichtung erfolgende Bewegungen als Breiten- oder waagerechte Bewegungen bezeichnet sind. Die verpackten Waren tragen ein Etikett mit einem entsprechend den üPC-VorSchriften ausgebildeten Streifenkode. Wenngleich sich das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung besonders gut zum Lesen kodierter Etiketts nach dem UPC-Kode eignen, lassen sie sich mit entsprechenden Abänderungen auch zum Lesen anders kodierter Etiketts verwenden. Das Fenster 34 wird von einem allgemein mit 38 bezeichneten Laserabtaststrahl durchsetzt, der auf das an der Ware 30 befindliche Etikett oder Preisschild 40 fällt. Das Fenster bildet gleichzeitig eine Betrachtungsöffnung in gegenläufiger Strahlengangführung zur Betrachtung der vom Laserstrahl beim Abtasten des an der Verpackung befindlichen Etiketts reflektierten Strahlung und zur Übertragung der Reflexionsschwankungen zu der allgemein mit 42 bezeichneten Laserleseoptik.

Im nachfolgenden ist zunächst anhand der Fig. 2-6 die erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben, welche aufgrund des hin und her verlaufenden optischen Strahlengangs komplex erscheint. Anschließend ist die Arbeitsweise der Vorrichtung anhand der vereinfachten schematischen Darstellung erläutert, um alle Gesichtspunkte

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der Erfindung klar herauszustellen.

Wie insbesondere aus den Fig. 2-6 ersichtlich, weist die Vorrichtung einen Helium-Neon-Laser 44 auf, der einen eng gebündelten Strahl 46 von angenähert 2 mW Leistung im roten

Spektralbereich bei etwa 6328 A aussendet. Der Laserstrahl ist über einen umlaufenden Teil auf eine Zerstreuungslinse gerichtet, durch welche der Strahl etwas verbreitert wird, über weitere optische Elemente durchsetzt der Strahl dann eine Fokussier- oder Sammellinse 50, welche den Strahl durch einen weiter unten im einzelnen beschriebenen Teilrasterspiegel 52 hindurch in einer gerade über dem Fenster 34 liegenden Ebene fokussiert. Nach Durchsetzen der Sammellinse 50 durchläuft der Strahl mehrere Strahlenteiler 54, 56 und 58 und wird an einem Spiegel 60 reflektiert, wobei er in drei getrennte Strahlen V₁ , V„ und V., zur senkrechten Abtastung und einen Strahl zur waagerechten Abtastung aufgeteilt wird. Die drei senkrechten Strahlen sind zeitlich geteilt, wobei der senkrechte Strahl V₁ zur Erzeugung der ersten Gruppe von acht Linien dient, aus denen das senkrechte Abtastmuster gebildet wird. Der Strahl V- ist der zweiten Gruppe von acht Linien zugeordnet, während der Strahl V₃ der dritten Gruppe von wiederum acht Linien zugeordnet ist, so daß das gesamte Abtastmuster aus 24 senkrechten Linien besteht. Der waagerechte Strahl H dient lediglich zur Erzeugung der nachstehend beschriebenen waagerechten Abtastlinie.

Die umlaufende Spiegelanordnung hat folgenden Aufbau: Die senkrechten Strahlen V₁, V„ und V₃, sowie der waagrechte Strahl H durchlaufen verschiedene optische Strahlengangselemente und treffen einmal oder mehrfach auf eine umlaufende Spiegelanordnung 60 auf, die aus einem Spiegelrad 62 mit einem Außenrand 64 besteht, der angenähert einer kegelstumpfförmigen Drehfläche entspricht, die vermittels einer Scheibe 68 und einer Achswelle 70 drehbar um ihre Achse 66 gelagert ist. Die Achswelle 70 ist mit einem Antriebsmotor 72 ver-

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bunden, welcher das Spiegelrad 62 mit vorbestimmter Drehzahl in Umdrehung versetzt. Der Außenrand 64 trägt eine Vielzahl von Planspiegeln 74-1 bis 74-24, die entsprechend Fig. 5 gleichförmig um den Umfang herum verteilt angeordnet sind. Jede Spiegelfläche gibt einen normalen Vektor n. vor, der den Neigungswinkel des Spiegels in bezug auf einen durch die Drehachse verlaufenden Vektor ?. angibt, wie im nachfolgenden näher erläutert ist. Die Planspiegel sind fortlaufend durchnumeriert, und in der nachfolgenden Tabelle sind für jeden Spiegel die Raster- und Teilrasterneigungswinkel angegeben. Da sich der Neigungswinkel auf den normalen Vektor r. bezieht, welcher zentrisch zur Drehachse der Spiegelanordnung verläuft, ist die Oberfläche jedes Spiegels gegenüber den Oberflächen der benachbarten Spiegel leicht versetzt. Zur Vermeidung von Leerzeiten aufgrund von Zwischenräumen sollte der Betrag der durch diese Neigungsstellung verursachten Überlagerung berechnet werden, wobei die Spiegel in einer solchen Weise geschliffen und eingestellt sein sollten, daß ihre Ränder fugenlos ineinander übergehen. In der nachfolgenden Tabelle ist der Neigungswinkel jedes einzelnen Spiegels angegeben. Die Spiegel bilden eine bestimmte Reihenfolge, indem die Spiegel 1, 4, 7, 10, 13, 16, 19 und 22 als waagrechte Spiegel (H), und die übrigen Spiegel als senkrechte Spiegel (V) bezeichnet sind. Bei umlaufender Spiegelanordnung bildet der oberste Spiegel einen Rasterspiegel R, und der an der übernächsten Stelle gegen den Uhrzeigersinn versetzte Spiegel bildet einen Teilrasterspiegel Teil-R. Der Neigungswinkel aller waagerechten Spiegel beträgt o°, während die senkrechten Spiegel unterschiedliche, kleine Neigungswinkel aufweisen.

Die Blendenanordnung hat folgenden Aufbau: Die Scheibe 68 des Spiegelrads 62 ist mit mehreren Durchbrechungen 80-1 bis 80-8 versehen, welche insgesamt 24 Durchbrechungen entsprechen, die jeweils in zusammenhängende Vierergruppen zu-

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sammengefaßt sind, so daß die Gesamtzahl der Durchbrechungen auf acht verringert ist. Die senkrechten und waagerechten Strahlen durchsetzen verschiedene Abschnitte dieser Durchbrechungen, wobei diese jeweils als Durchlaßgatter bzw. in einer entsprechenden Stellung des Spiegelrads als Abdeckblenden wirken. Die Durchlaßgatter sind entsprechend mit V oder H bezeichnet, um jeweils den durchgelassenen Strahl anzuzeigen.

Die waagerechte Ablenkvorrichtung hat folgenden Aufbau: Der waagerechte Strahl verläuft von dem letzten Spiegelelement 60 des Strahlenteilers durch einen Abschnitt einer Durchbrechung 80-n, die zum Durchlassen senkrechter Strahlen bestimmt ist. Der waagerechte Strahl wird dann durch einen Klappspiegel 82 umgelenkt und durchläuft einen anderen Abschnitt der gleichen Durchbrechung 80-n, welcher als Durchlaßbereich für den waagerechten Strahl bezeichnet ist. Die Länge des waagerechten Durchlaßbereichs beträgt angenähert ein Drittel des Umfangsabschnitts des Durchlaßgatters. In entsprechender Weise nehmen die waagerechten Spiegel ein Drittel des Umfangs der Spiegelanordnung ein. Der waagerechte Strahl wird dann vermittels eines zweiten Umlenkspiegels 84 in einen Strahlkombinator 86 zurückgeworfen, der den waagerechten Strahl durchläßt. Waagerechter und senkrechter Strahl durchlaufen dann gemeinsam eine Zwischenoptik, die aus einer ersten Linse 88 und einer Abbildungsiinse 90 besteht, wobei sie außerdem durch einen Abbildungs- und Ablenkspiegel 92 umgelenkt werden. Die Strahlen treffen auf den obersten Spiegel der Spiegelanordnung, welcher als Rasterspiegel R bezeichnet ist, und werden durch diesen Spiegel auf einen Fenster- oder Aperturspiegel 94 reflektiert, der den Strahl durch das Lesefenster 34 der Vorrichtung nach außen abgibt. Die Linsen 88 und 90 bilden eine Zwischenoptik, wobei jede Translationsbewegung der Strahlen am Rasterspiegel R in eine Winkelverlagerung umgesetzt wird. Der Zweck dieser

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Anordnung ist im nachstehenden anhand der senkrechten Ablenkvorrichtung näher erläutert. Bei Umlauf der Spiegelanordnung wird der feststehende waagerechte Strahl durch den Rasterspiegel entlang eines waagerechten Weges abgelenkt, wobei die Vergrößerung bei der Ablenkung durch den Einfallswinkel des Strahls auf den Rasterspiegel vorgegeben wird. Bei dem hier betrachteten Ausführungsbeispiel betragen die Winkel zwischen den Spiegeln etwa 15°, so daß mit dem optischen Strahlengang eine waagerechte Ablenkung von angenähert 15,2 cm am Fenster 34 erhalten wird.

Der Aufbau der senkrechten Ablenkvorrichtung ist anhand Fig. 1-6 und 8 wie folgt: Wie aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich, werden die senkrechten Strahlen V-, V₂ und V₃ in den Strahlenteilern 54, 56 und 58 erzeugt. Die Strahlenteiler lenken jeweils den Strahl so weit ab, daß die Weglänge der auf die umlaufende Spiegelanordnung treffenden Strahlen V₁, V„ und V₃ gleich groß ist. Zu diesem Zweck wird der Strahl zu einem Ablenkspiegel hinter der ursprünglichen Projektionslinie in bezug auf die Strahlen V₁ und V₂ abgelenkt, wobei der Betrag der Rückwärtsprojektion dem Unterschied des Abstands von diesem Punkt zu dem mit 58 bezeichneten Punkt in der Zeichnung, d.h. dem den Strahl V₃ erzeugenden Strahlenteiler entspricht. Die Strahlenteiler weisen folgende Werte auf: Strahlenteiler 54 etwa 25%, Strahlenteiler 56 etwa 33 1/3% und Strahlenteiler 58 etwa 5o%. Von dem Teilrasterspiegel Teil-R gelangen die senkrechten Strahlen über weitere optische Elemente, nämlich Spiegel 9 6 und Spiegel 98 und nach Durchlaufen der senkrechten Durchlaßgatter V in der Scheibe 68 der Spiegelanordnung zu dem Strahlkombinator 86, durchlaufen die Zwischenoptik 88 ,90, fallen auf den Rasterspiegel R und werden über den Aperturspiegel 94 durch das Fenster 34 nach außen geworfen. Wie oben ausgeführt, sind der Neigungswinkel des Teilrasterspiegels Teil-R und der Neigungswinkel des Rasterspiegels R so bemessen, daß sich die

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waagerechte Ablenkung aufhebt und für jeden der senkrechten Strahlen eine senkrechte Ablenkung erhalten wird. Da die Strahlen ,am Strahlenteiler räumlich unter Winkeln versetzt sind, ergibt sich auch am Ablesefenster eine Winkelversetzung im Raum. Die Vergrößerung bei dieser Winkelversetzung hängt von jedoch von dem Einfallswinkel der Strahlen V^,V₂ und V-. auf den Teilraster spiegel und den Raster spiegel, sowie von dem allgemeinen Aufbau des optischen Systems ab.

Wie insbesondere aus dem schematisch vereinfachten optischen Strahlengang von Fig. 6 ersichtlich, werden der Zwischenoptik 85, 90 die senkrechten Strahlen zugeführt, welche sich wie an der Linse 88 dargestellt über die ganze öffnung der Zwischenoptik hinweg räumlich verlagern, wobei die Zwischenoptik diese sich räumlich verlagernden Strahlen in einer solchen Weise abbildet, daß an der Rasterspiegeloberfläche praktisch nur noch unterschiedliche Einfallswinkel erhalten werden. Auf diese Weise läßt sich die ganze Oberfläche des Rasterspiegels zur Erzeugung der Abtastlinien ausnutzen, ohne daß die senkrechten Abtastlinien über den Rand des Rasterspiegels hinauslaufen. Zur zeitlichen Trennung der drei senkrechten Abtastlinien verlagern sich diese Linien im Raum beim Auftreffen auf das zur Strahlenvereinigung dienende optische Element. Durch Anbringung eines Spalts an dieser Stelle lassen sich daher die senkrechten Linien trennen, so daß bei jedem Winkelbetrag von 5° der insgesamt 15° betragenden Rasterabtastung jeweils nur eine senkrechte Linie erscheint .

Beim Zusammenwirken von waagerechter und senkrechter Ablenkvorrichtung ergibt sich folgende Arbeitsweise: Fig. 6 veranschaulicht das Ergebnis für die ersten acht Abtastlinien. Sobald das umlaufende Spiegelrad den Planspiegel 74-4 wieder in. die Rasterstellung bringt, wird die entsprechend Fig. 6 wiederum waagerecht verlaufende achte Abtastlinie erhalten.

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Die erste Abtastlinie verläuft waagerecht und entspricht dem Durchgang über 15° des waagerechten Spiegels 74-1, wohingegen die Abtastlinien 2, 3 und 4 durch das Zusammenwirken von Teilrasterspiegel 74-4 und Rasterspiegel 74-2 erzeugt werden. Im Anschluß an diese Linien werden die Abtastlinien 5, 6 und 7 durch Kombination von Rasterspiegel 74-3 mit Teilrasterspiegel 74-5 erzeugt, wobei die Neigungswinkel derart bemessen sind, daß die Abtastlinien 5, 6 und 7 gegenüber den ursprünglichen Abtastlinien 2,3 und 4 jeweils um einen vorbestimmten Zuwachsbetrag versetzt sind. Anschließend bildet der Planspiegel 74-4 den Rasterspiegel, wobei der nächste, mit 8 bezifferte waagerechte Abtaststrahl erzeugt wird. Dieser Vorgang wird als Teildurchgang (subcycle) bezeichnet. Der nächste Teildurchgang, welcher mit der waagerechten Abtastung 8 beginnt, enthält wiederum zwei Gruppen senkrechter Abtastlinien, die aufgrund der Neigungswinkel der umlaufenden Spiegelanordnung ebenfalls um einen weiteren, vorbestimmten Zuwachsbetrag versetzt sind. Die weiteren Teildurchgänge schließen sich in gleicher Weise an. Nach Beendigung des vierten Teildurchgangs sind 24 senkrechte Abtastlinien, welche gegenüber den ursprünglichen Abtastlinien fortschreitend versetzt sind, über die Fensterfläche erzeugt worden. Die senkrechten Abtastlinien werden aufgrund der gewählten Geometrie des Fensters 34 in Dreiergruppen erzeugt, die von in gleichen gegenseitigen Abständen über die Fensterfläche verteilten Stellen ausgehen. Jeder Teildurchgang umfaßt eine waagerechte Abtastlinie. Fig. zeigt eine bei einer halben Umdrehung des Spiegelrads 62 erzeugte vollständige Abtastung, wobei jede einzelne Abtastlinie entsprechend ihrer zeitlichen Entstehung numeriert ist ( von 1 bis 24).

Die Verwendung eines einzigen umlaufenden Elements zur Erzeugung eines (in diesem Falle aus senkrechten und waagerechten Linien bestehenden) sich rechtwinklig kreuzenden Abtastmusters beruht auf der Erzeugung einer tangential zu

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einem Element verlaufenden Abtastrichtung (in diesem Falle der durch den Rasterspiegel erzeugten waagerechten Abtastung) und der Erzeugung einer tangentialen Abtastung durch ein zweites Element (hier der Teilrasterspiegel), wobei die Tangentialabtastung durch optische Elemente erneut abgebildet wird, die ggf. das Rasterelement umfassen. Bei Verwendung des Rasterelements ergeben sich zwei Vorteile, nämlich 1) daß der Ausgangspunkt beider Abtastungen praktisch zusammenfällt, so daß die Projektion des Musters im gleichen Abbildungsmaßstab erfolgt, und 2)ein räumlich kompakt ausgebildetes Empfängersystem in gegenläufiger Strahlengangführung.

Die erneute Abbildung der Teilrasterabtastung auf das Rasterabtastelement dient folgenden Zwecken:

1) Zur Drehung der Teilrasterabtastung zwecks Vektoraddition und -Subtraktion der Raster- und Teilrasterabtastungen bei der resultierenden Abtastausrichtung.

2) Zur Vergrößerung oder Verkleinerung der Teilrasterabtastung zwecks Vereinfachung der unter 1) genannten Vektorkombination.

3) Zur Umwandlung des Teilrasterabtastbildes am Rasterelement in ein Punktbild zwecks Steigerung des Arbeitstaktes.

Im vorliegenden Falle umfaßt das Abtastmuster zwei zum Lesen verwendete Nennprojektionsebenen, nämlich die Fensterebene und die Ebene einer Verpackung, welche an der in Fortbewegungsrichtung der Verpackung weisenden Seitenfläche mit einem Symbol versehen ist. In beiden Ableseebenen sollte die Abtastpunktgeschwindigkeit gleichförmig und linear gleich der konstruktiven Nenngeschwindigkeit von 20320 cm/sec sein. Aus diesen Gründen entspricht die senkrechte Abtastgeschwindigkeit bei der Projektion senkrecht zur Strahlrichtung 15565 cm/sec. Diese Werte sind durch die Bedingungen im Betrachtungsbereich der Etiketts, d.h. die Symbole vorgegeben.

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Durch die senkrechte Abtastgeschwindigkeit von 15565 cm/sec bei Einhaltung einer waagerechten Abtastgeschwindigkeit von 20320 cm/sec, welche eine gleichförmige Projektion in allen interessierenden Richtungen zur Folge hat, werden die Vektorkombinationskriterien am Rasterabtastelement vorgegeben. Zur Erzeugung einer senkrechten Abtastgeschwindigkeit von 15565 cm/sec mit einem Element, das für eine waagerechte Abtastgeschwindigkeitskomponente von 20320 cm/sec ausgelegt ist, ist erforderlich, daß unter 127° 27' zur waagerechten Abtaste komponente eine Texlrasterabtastkomponente von 25593 cm/sec vorhanden ist.

Damit wird auch die Aufgabe der Zwischenoptik verständlich. Das Teilrasterelement erzeugt eine Abtastgeschwindigkeit in der Größe von etwa 20320 cm/sec (da seine Winkelabtastgeschwindigkeit von der Winkelabtastgeschwindigkeit des Rasters abhängig ist). Diese Teilraster-Abtastgeschwindigkeit von 20320 cm/sec muß durch die Zwischenoptik auf eine Abtastgeschwindigkeit von 25593 cm/sec in der Rasterelement-Bildebene vergrößert werden. Das vergrößerte Teilraster-Abtastbild wird durch die Spiegel der Zwischenoptik in bezug auf die Rasterabtastrichtung unter dem vorgeschriebenen Winkel von 127°27' verdreht. Die Linsen der Zwischenoptik wandeln schließlich die vergrößert projizierte Teilrasterabtastung von 25953 cm/sec (welche über ihren Weg zum Rasterelement zur Erzeugung eines Linienbildes führen würde) in ein Punktbild mit nur einer Winkelabtastkomponente um.

Das Wandern der senkrechten Abtastbilder über die ganze Ausdehnung des Musters wird in zwei Schritten erhalten. Zunächst wird in Schritt 1 die 15° betragende Winkeldrehung des Rasters dazu ausgenutzt, die drei senkrechten Abtastungen um 5° räumlich zueinander zu versetzen. Schritt 1 erfolgt nur während jedes einzelne Rasterelement seine nutzbare Apertur durchläuft.

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In Schritt 2 wird die Lage der in Schritt 1 erzeugten, aus drei senkrechten Abtastungen bestehenden Gruppe nacheinander um jeweils 5/8° versetzt, wobei acht Abtastliniengruppen erzeugt werden, die gleichförmig über den 5° entsprechenden Raum zwischen den Abtastungen in jeder Gruppe verteilt sind. Zur Ausführung von Schritt 2 sind Rasterelement und Teilrasterelement (in Kombination) in bezug auf die grundsätzlich beschriebene Nenntangentialausrichtung (Normalvektor der Oberfläche in Ausrichtung mit dem durch die Achse verlaufenden Halbmesservektor) geneigt. Die nachstehende Tabelle gibt die entsprechenden Neigungswinkel für die hier beschriebene Ausführungsform der Vorrichtung an.

(Für Tabelle siehe Seite 23)

In Figur 10 ist das vollständige Abtastmuster dargestellt, wobei jede mit einer Ziffer bezeichnete Abtastlinie (1 bis 24) des Musters in Art eines Nähstichs über einen Riß ausgeführt ist. Das Abtastmuster besteht aus 24 senkrechten Abtastlinien von jeweils 0,25 Millisekunden Dauer und vier waagerechten Abtastlinien von jeweils 0,75 Millisekunden Dauer. Die Reihenfolge besteht jeweils aus einer waagerechten Abtastlinie und sechs senkrechten Abtastlinien in der beschriebenen Reihenfolge der Teildurchgänge 1-7, 8-14, 15-21 und 22-28. Das Spiegelrad weist 24 Facetten auf, von denen 12 einem kompletten Durchgang entsprechen. Es läuft mit einer Geschwindigkeit von 3400 U/min um, wobei die vorstehend angegebenen Geschwindigkeiten des Abtaststrahls erhalten werden. Die Zwischenoptik des optischen Systems weist eine Gesichtsfeldblende auf, welche die Ablenkung der die senkrechten Strahlen bildenden Strahlen begrenzt. Die Ränder der Gesichtsfeldblende sind dabei so eingestellt, daß die am oberen Ende der Lesevorrichtung durch das Fenster hindurchtretenden senkrechten Strahlen im richtigen Zeitpunkt selbsttätig scheinbar ein- und ausgeblendet werden. Außerdem kann die Zwischenoptik an den Teilraster- und Raster-

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Raster Teil- Richtung Raster Teil-

Raster Neigung Raster Nr. Nr. Neigung

Teil- Gesamt- Folge

Raster ver-

Proj. setzung
(x-1,0)

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

Senkrechte
Abtastung

Nr. 1

H V V H V V H V V H V V H V V H V V H V V H V V

Versetzungswert

-? ' ²

-2 0

"2

+2

+6 0

-6 0

o1

-2

0 1

+2 0

+6 0

-6

0 1

,1

-4

8x2 =

-4

,1

-4

2 3

4 5

6 7

8 1

2 3

4 5

6 7

8 1

■3tJ- -27J- -1-7J- —Κ Ο +7J

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stellen als Eintritts- und Austrittspupille der Zwischenoptik: betrachtet werden. Die aus Zerstreuungslinse 48 und Sammellinse 50 bestehende Linsenkombination weist einen solchen gegenseitigen Abstand auf, daß der aus dem Laser austretende Lichtstrahl in der Gesichtsfeldblende der Zwischenoptik als Punktbild fokussiert wird. Die Abbildungslinse erzeugt ihrerseits ein Bild dieses Punktbildes über dem Fenster etwa in der Ebene 103.

Das rückweisende, d.h. in gegenläufiger Strahlengangführung arbeitende Betrachtungssystem oder die Empfängeroptik arbeitet wie folgt: In den Fig. 1-5 und in Fig. 9 ist das Betrachtungssystem der erfindungsgemäßen Vorrichtung ersichtlich, welches den Aperturspiegel 94 umfaßt, der die Gesamtapertur des Lesefensters nach unten zum Rasterspiegel R überträgt, von dem das Bild nach oben zu einem Ablenkspiegel abgelenkt wird und über eine Fokussierlinse 102 zu einem Fotoverstärker 104 gelangt. Die Apertur der Betrachtungsoptik ist so groß bemessen, daß das ganze Lesefenster 34 in der Betrachtung erscheint. Die Bewegung des Rasterspiegels ist jedoch in bezug auf die waagerechte Abtastung rückweisend, so daß demzufolge die waagerechte Abtastlinie unverändert an ein und derselben Stelle auf dem Fotoverstärker 104 erscheint. Da jedoch die Bewegung auf eine Dimension beschränkt ist, läßt sich eine handelsübliche Fotoverstärkerröhre verwenden, die beispielsweise aus einer handelsüblichen Kathodenstrahlröhre normaler Größe bestehen kann.

Die Fokussierlinse 102 ist asphärisch und für sphärische Aberration und Koma korrigiert, so daß ein scharf fokussiertes Bild der Abtastlinien in der Abtastebene 103 erhalten wird. An die Stelle dieses Bildes der Abtastlinien wird ein Spektralfilter 105 mit engem Durchlaßbereich gebracht, das optimal auf den an dieser Stelle fokussierten Lichtkegel abgestellt ist. An dieser Stelle befindet sich auch ein sogenanntes Raumfilter, das aus einem kleinen rechteckigen

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Schlitz besteht, welcher den von oberhalb des Fensters eintretenden Lichtstrom auf den interessierenden Abtastbereich begrenzt, so daß Streulicht weitgehend ausgeschaltet ist. In der Empfängeroptik bilden die Rasterspiegel an dem umlaufenden Spiegelrad die Eintrittspupille für diesen Teil des Systems. Die Rasterspiegel befinden sich angenähert im Brennweitenabstand von der Empfängerlinse. Daher ist das Empfängersystem automatisch telezentrisch, so daß das Spektralfilter optimal genutzt werden kann, da dessen Durchlässigkeit vom Lichteinfallswinkel abhängig ist. Durch die telezentrische, d.h. auf Unendlich bezogene Abbildung wird über das ganze Gesichtsfeld des Abtastsystems ein konstanter öffnungswinkel erzielt, wodurch wiederum die Durchlässigkeit des Spektralfilters optimal ausgenutzt ist.

Bei der in den Figuren 11 bis 14 dargestellten zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird ein aufgrund der Verwendung einer unterschiedlichen Blendenvorrichtung wesentlich vereinfachtes optisches System benutzt. Die Vereinfachung besteht jedoch in den optischen Ablenkelementen und nicht in den aktiven optischen Elementen, so daß die in Fig. 6 dargestellte vereinfachte Ausführungsform des optischen Strahlengangs auch auf die Ausführungsform nach den Fig. 11 - 14 zutrifft. Dementsprechend kann die Beschreibung dieser Ausführungsform wesentlich vereinfacht werden, wobei gleiche oder einander entsprechende Teile jeweils durch gleiche Bezugszeichen mit einem Beistrich (') bezeichnet sind.

Auf der Lichtaustrittsseite eines Lasers 44' befinden sich eine Zerstreuungslinse 48', eine Sammellinse 50' und Strahlenteiler 54', 56' und 58', welche den Laserstrahl in drei senkrechte Strahlen V-, V₂ und V₃ aufteilen, welche in der vorstehend beschriebenen Weise gleiche optische Weglänge aufweisen. Der vierte, waagerechte Strahl H wird vermittels eines Spiegels 60' erhalten und wird über das Element Ho auf die Rasterfläche des oberen Spiegels gerichtet. Der

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waagerechte Abtastvektor des Strahls H ist am besten aus Fig. 12 ersichtlich.

Die senkrechten Abtastvektoren werden über den Spiegel 112 zur Teilrasteroberfläche Teil-R abgelenkt und über diese vermittels des Strahlkombinators 86', der Linse 88', des Umlenkspiegels 92' und der Abbildungsiinse 90" zur Rasterfläche zugeführt, wobei die Bewegung des austretenden senkrechten Strahls am besten aus Fig. 13 ersichtlich ist.

Figur 14 veranschaulicht die Beschaffenheit der Oberfläche und stellt eine Vergrößerung des betreffenden Ausschnitts von Fig. 11 dar. Die Oberfläche weist drei Kanäle auf, wobei der erste Kanal, ein Teilrasterkanal, die oberste Lage einnimmt und von den senkrechten Strahlen auf dem Teilrasterspiegel getroffen wird. Der senkrechte Rasterkanal ist wie dargestellt durch jeden waagerechten Rasterspiegel abgeblendet, wohingegen der waagerechte Rasterkanai über die ganze Abtaststrecke der senkrechten Rasterspiegel abgeblendet ist. Da die Strahlen etwas zueinander versetzt sind, wie insbesondere aus Fig. 11 ersichtlich ist, erfolgt hier die in Fig. 5 vermittels Blenden erzielte Ausblendung verschiedener senkrechter und waagerechter Strahlen durch Abblenden oder Maskieren unmittelbar auf der Spiegeloberfläche. Die in Fig. 12-14 dargestellte Ausführungsform weist ansonsten die gleiche Arbeitsweise wie die vorstehend beschriebene Ausführungsform auf.

Aufgrund der unterschiedlich ausgebildeten Blendenvorrichtung ergibt sich eine wesentliche Vereinfachung im Aufbau der Vorrichtung.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich zum Lesen von UPC-Symbolen, wobei die geometrische Ausbildung einem vorgegebenen "Überviereckigkeitszustand" für ein Symbolfeld entspricht. Ein Symbolfeld kann eines von mehreren Feldern

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des Symbols darstellen, die zur Dekodierung sämtlich in einer einzigen Abtastung gelesen werden müssen, um ausreichende Störungsunterdrückung zu erhalten. Die Überviereckigkeit des Feldes ergibt sich durch den Unterschied von Höhe und Breite des Feldes und ist so beschaffen, daß unter rechten Winkeln zueinander gerichtete Abtastvektoren verwendet werden können, um die Ausrichtung des Symbols in jeder beliebigen Richtung zuzulassen.

Die "überviereckigkeitsabmessung" gibt die Abtastwiederholungsgeschwindigkeit (Durchlaufzeit) für senkrecht zur Symbolgeschwindigkeitsrichtung ausgerichtete Abtastungen vor. Gleichzeitig gibt die Überviereckigkeit die für parallel zur Symbolgeschwindigkeitsrichtung gerichtete Abtastsegmente erforderliche räumliche Überlappung vor. Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel beruht das Abtastmuster auf den UPC-Symbolangaben wie folgt:

1) Rechtwinklig zueinander erfolgende Abtastung (90° Winkelredundanz) ,

2) 2,25 Millisekunden zwischen sich wiederholenden waagerechten Abtastungen, damit sich eine senkrechte Symbolgeschwindigkeit von 254 cm/sec (Zeitredundanz) ergibt,

3) senkrechte Abtastverlagerung um Zuwachsbeträge von 0,568 cm neben senkrechten Abtastabständen (räumliche Redundanz) .

Wenn aus bestimmten Gründen ein rechteckiges Fenster mit einem Breiten-Längen-Verhältnis von 1:2 verwendet werden soll, kann das hier beschriebene System entsprechend angepaßt werden, indem einer der senkrechten Strahlen weggelassen wird. Selbstverständlich würde eine doppelte senkrechte Abtastung in jedem Teildurchgang ausreichen, um den ganzen Bereich abzutasten. Statt der hier beschriebenen Anordnung, bei welcher der Teilrasterspiegel gegenüber dem Rasterspiegel um zwei Spiegelstellen versetzt ist, läßt sich der Teilrasterspiegel auch an einer beliebig anderen Stelle des Spiegelrads anordnen. Im Extremfall könnte das hier be-

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schriebene erfindungsgemäße Abtastverfahren auch vermittels einer Vorrichtung ausgeführt werden, die sich von der hier beschriebenen völlig unterscheidet und eine ganz anders ausgebildete Abtast- oder Empfängeroptik aufweist, wobei jedoch in konstruktiver Hinsicht ein erheblicher mechanischer Aufwand erforderlich ist. Mit anderen Worten, das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren ist nicht auf die konstruktiven Einzelheiten der beschriebenen Vorrichtung beschränkt.

- Patentansprüche: 509846/0844

Claims

Patentansprüche :

Verfahren zum Lesen kodierter Etiketts an Waren, die
an einem Fenster vorbeigeführt werden, dadurch
gekennzeichnet , daß das Fenster (34) in Fortbewegungsrichtung (26) der Ware (30) eine geringe Ausdehnung in senkrechter Richtung und quer zur Fortbewegungsrichtung eine größere Ausdehnung in waagerechter Richtung aufweist, ein Laserabtaststrahl (38) erzeugt wird, der fortlaufend ein Muster durchläuft, das aus
einer Vielzahl praktisch senkrechter Abtastungen mit
dazwischenliegenden, praktisch waagerechten, in bezug auf das Fenster in ein und derselben Ebene erscheinenden Abtastungen besteht, wobei die senkrechten Abtastungen um vorbestimmte Zuwachsbeträge über die Fensterfläche hinweg versetzt werden, bis die Fensterfläche durch die Abtastungen abgetastet ist, der waagerechte Weg des
Strahls in gegenläufiger Richtung abgetastet wird,
Schwankungen in der Reflexion am Etikett (40) abgefühlt werden und ein die Reflexionsschwankungen anzeigendes elektrisches Signal entwickelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastung in Durchgängen erfolgt, welche sich aus Teildurchgängen aus jeweils einer Abtastung in waagerechter Richtung und mehreren Abtastungen in senkrechter Richtung zusammensetzen, die Abtastungen in senkrechter Richtung an einer Stelle des Fensters (34) einsetzen, wonach wenigstens eine Abtastung in senkrechter Richtung folgt, die von einer mittleren Stelle des Fensters ausgeht, und jeder Teildurchgang in senkrechter Richtung fortschreitend um einen vorbestimmten Betrag versetzt und die ganze Fensterfläche bis zur Beendigung sämtlicher Teildurchgänge gleichförmig in senkrechter Richtung abgetastet wird.

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3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastungen in senkrechter und waagerechter Richtung mit gleicher Geschwindigkeit in einer unmittelbar über dem Fenster (34) liegenden Ebene und in einer senkrecht über dem Fenster an dem Rand, an welchem die Ware (30) zum Fenster zugeführt wird, liegenden Ebene ausgeführt werden.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-3, insbesondere an einer Kasse, mit Mitteln, vermittels welcher Waren an einem Fenster vorbeiführbar sind, gekennzeichnet durch ein Fenster (34), einen zur Erzeugung eines Rasterabtaststrahls (38) dienenden Laser (44), optische Elemente (48, 50, 60, 88, 90), vermittels welcher der Abtaststrahl in einer etwas über dem Fenster liegenden Ebene fckussierbar ist, Strahlenteiler (54_f 56, 53) _s vermitteis welcher der Abtaststrahl in mehrere senkrechte Strahlen (V₁, V₂, V₃) vorbestimmter Winkeldivergenz und einen waagerechten Strahl (H) aufteilbar ist, eine Abtastoptik mit einem Spiegelrad (62), das eine Vielzahl von Planspiegeln (74-1 bis 74-24) trägt, eine Rasterstelle (R), eine Teilrasterstelle (Teil-R), eine Zwischenoptik (88, 90), vermittels welcher der waagerechte Strahl (H) in die Rasterstelle ablenkbar ist, wobei der waagerechte Strahl bei Umlauf des Spiegelrades (62) einen Winkel in waagerechter Richtung durchläuft, welcher einer waagerechten Bewegung des waagerechten Abtaststrahls entspricht, optische Elemente, vermittels welcher die senkrechten Strahlen in die Teilrasterstelle ablenkbar sind, einen zusätzlichen Eingang in die Zwischenoptik, durch den die senkrechten Strahlen (V₁, V₂, V₃) in die Rasterstelie ablenkbar sind, wobei die Zwischenoptik dazu dient, die Spiegelradbewegung an der Teilrasterstelle in einen Vektor umzusetzen, welcher die waagerechte Abtastvektorkomponente

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an der Rasterstelle aufhebt und dieser eine resultierende senkrechte Komponente zufügt, und außerdem dazu dient, die Resultierende der Teilrasterabtastung in ein Punktbild mit einer reinen Winkelabtastkomponente an der Rasterstelle umzuwandeln, Blenden (80-1 bis 80-8), vermittels welcher nur einer der Strahlen (V₁, V„, V^, H) durch das System durchlaßbar ist, eine in gegenläufiger Strahlengangführung arbeitende Betrachtungsvorrichtung (100 - 105), vermittels welcher das von einem Etikett reflektierte Licht auffangbar ist, und durch einen fotoelektrischen Empfänger (104) , durch den das reflektierte Licht in zur Anzeige der Intensität dienende elektrische Signale umsetzbar ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder an dem Spiegelrad (62) angeordnete Planspiegel (74-1 bis 74-24) in bezug auf einen durch die Spiegelraddrehachse (66) verlaufenden Vektor einen vorbestimmten Neigungswinkel aufweist und jede Kombination von Rasterund Teilrasterneigungsvektoren für Abtastung in senkrechter Richtung derart ausgelegt ist, daß aufeinanderfolgende Abtastungen in senkrechter Richtung über die Fensterfläche um einen vorbestimmten Betrag versetzt sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastoptik in der Weise ausgelegt ist, daß der Abtaststrahl ein Abtastmuster aus vielen, in Fortbewegungsrichtung (26) der Ware (30) ausgerichteten Durchgängen in senkrechter Richtung bildet, die sich fortlaufend über die Fensterfläche hinweg verlagern, sowie eine Vorrichtung vorgesehen ist, vermittels welcher ein die in senkrechter Richtung verlaufenden Abtaststrahlen in vorbestimmten Zeitintervallen kreuzender Abtaststrahl in waagerechter Richtung erzeugbar ist.

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7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Höhe zu Breite der Fensterfläche angenähert 1:3 beträgt und die senkrechten und waagerechten Abtaststrahlen (V bzw. H) in einem bestimmten Rhythmus erzeugbar sind, bei dem die Abtastung in senkrechter Richtung aus einer ersten Gruppe von drei Abtastungen besteht, die angenähert gleichmäßig über die Fensterfläche verteilt sind, und auf die eine zweite Gruppe angenähert gleichmäßig über die Fensterfläche verteilter Abtastungen und dann eine einzige Abtastung in waagerechter Richtung folgt, wobei jede einzelne Abtastung in senkrechter Richtung leicht versetzt ist, derart, daß bei vollständiger Abtastung die Abtastlinien in senkrechter Richtung angenähert gleichmäßig über die Fensterfläche verteilt erscheinen.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastungen in senkrechter Richtung ia Unterdurchgangsgruppen aufgeteilt sind und jeder Unterdurchgang gegenüber dem vorhergehenden Unterdurchgang um eine vorbestimmte Strecke von diesem weg versetzt ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastungen in senkrechter und waagerechter Richtung einen vollständigen Abtastdurchgang mit Unterdurchgängen bilden, bei jedem Unterdurchgang die Abtastungen in senkrechter Richtung um vorbestimmte Zuwachsbeträge fortschreitend weiter von der Stelle der vorhergehenden Abtastlinien versetzt sind, und während jedes Durchgangs ausreichend viele Abtastlinien in senkrechter Richtung vorgesehen sind, daß sich eine gleichförmige Verteilung über die Fensterfläche ergibt.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Unterdurchgang aus drei Gruppen von Abtastungen

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in senkrechter Richtung besteht, die in bezug auf das Fenster räumlich derart verteilt sind, daß das Fenster bei jedem Durchgang räumlich und zeitlich gleichmäßig überstrichen wird.
11. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die waagerechte und die senkrechte Abtastvorrichtung und der Empfänger mit gegenläufiger Strahlengangführung jeweils aus mehreren feststehend angeordneten optischen Elementen bestehen und ein einziger umlaufender Teil (62) für sämtliche Vorrichtungen vorgesehen ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der umlaufende Teil aus einem Spiegelrad (62) besteht, das an seinem Umfang eine Vielzahl an Spiegelelementen trägt,welche die Abtastoptik bilden.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Spiegelrad (62) eine Drehfläche aufweist und um die Achse (66) der Drehfläche durch einen Motor (72) antreibbar ist, und die Spiegelelemente aus einer Vielzahl von unter vorbestimmten Neigungswinkeln in bezug auf die Drehachse angeordneter Planspiegel (74-1 bis 74-24) bestehen, wobei aufeinanderfolgende Abtastungen in senkrechter Richtung aufgrund der Neigungswinkel an dem Fenster fortschreitend um eine vorbestimmte Strecke versetzt sind.
14. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß optische Blenden in der Weise angeordnet sind, daß selektiv eine Abtastung in senkrechter oder in waagerechter Richtung durchlaßbar ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Betrachtungsoptik aus einem optischen Betrachtungssystem großer Apertur besteht, welches dazu dient, das

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von an dem Fenster vorbeigeführten Etiketten reflektierte Licht aufzufangen und der Abtastoptik zuzuführen.
16. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastoptik aus einer kegelstumpfförmigen Drehfläche mit Abflachungen besteht, die in bezug auf einen durch die Achse der Drehfläche verlaufenden Halbmesser vorbestimmte Neigungswinkel aufweisen, die Abflachungen jeweils Planspiegel tragen, welche aus waagerechten Abtastspiegeln mit Neigungswinkel null und senkrechten Abtastspiegeln mit vorbestimmtem Neigungswinkel zur Senkrechten auf die Drehfläche bestehen.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die senkrechte Abtastvorrichtung aus einem Spiegelpaar, nämlich einem normalerweise eine waagerechte Abtastung bewirkenden Rasterspiegel und einem Teilrasterspiegel besteht, deren Neigungswinkel so bemessen sind, daß aufeinanderfolgende Abtastungen in senkrechter Richtung über die Fensterfläche um Zuwachsbeträge versetzt sind, welche durch die Kombination der Neigungswinkel von Raster- und Teilrasterspiegel vorgegeben sind.
18. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Rasterabtastung in gegenläufiger Strahlengangführung der reflektierte Strahl in bezug auf die waagerechte Abtastung stabilisiert und dadurch die in einer Richtung erforderliche Fotoverstärkerabmessung verringert ist.

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