DE2756253A1 - Lichtabtastvorrichtung - Google Patents

Description

BLUMBACH · WESER · 3ZRGEN KRAMER ZWIRNER · HIRSCH · BREHM

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-I-

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Fujitsu Limited 77/8763

1015» Kamikodanaka, Nakahara-ku,
Kawasaki, Japan

Lichtabtastvorrichtung

Die Erfindung befaßt sich mit einer Lichtabtastvorrichtung zur Abtastung eines Gegenstandes, bei der ein von einer Laserstrahlenquelle abgestrahltes konvergiertes Lichtstrahlenbündel verwendet und durch ein Hologramm geschickt wird.

München: R. Kramer Dipl.-Ing. · W. Weser Dipl.-Phys. Or. rer. nat. · P. Hirsch Dipl.-Ing. . H.P. Brehm Dipl.-Chem. Or. phil. net. Wiesbaden: P. G. Blumbach DIpI.-Ing. . P. Bergen Dipl.-Ing. Or. jur. · 6. Zwirner Dipl.-Ing. Dipl.-W Ing.

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Eine solche Lichtabtastvorrichtung kann für viele Systeme verwendet werden. Die folgende Erläuterung beschäftigt sich jedoch mit einer Lichtabtastvorrichtung, die beispielsweise bei einem Verkaufsstellensystem angewendet wird, dem sogenannten POS (point-of-sale). In einem Warenmarkt ist es wichtig, eine Buchführung über die auf Lager befindlichen Artikel oder Güter zu haben, um das Verkaufsvolumen berechnen und die verkauften Gegenstände klassifizieren zu können. Wenn die zu handelnden Güter der Menge nach klein und nur wenige verschiedene Artikel sind,ist es leicht, ein Verzeichnis über die auf Lager befindlichen Artikel auf dem laufenden zu halten, das Verkaufsvolumen zu berechnen und die verkauften Artikel zu klassifizieren. Diese Vorgänge sind jedoch nicht leicht auszuführen, wenn es sich um enorme Mengen und eine große Anzahl verschiedener Artikel handelt. In jüngerer Zeit ist das erwähnte POS-System vorgeschlagen worden. Durch Verwendung des POS-Systems kann eine große Menge und Vielzahl von Artikeln unter Verwendung eines Komputers überwacht werden und folglich können Verkaufskalkulationen und Klassifikationen und die Beschaffung der Artikel aufgrund des Komputers automatisch durchgeführt werden. Da bei diesem POS-System die Artikel vom Komputer überwacht werden, wird Information, die jeden der Artikel betrifft, von vornherein durch Markierung direkt auf die Artikel aufgebracht. Solche Information wird an einer Außenoberfläche eines jeden Artikels angebracht, indem daran ein sogenanntes Strichkodeetikett festgeheftet wird. Der Strichkode ist üblicherweise unter Verwendung von

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UPC-Symbolen (Universal Product Code : Universeller Produktkode) angeordnet. Die auf den einzelnen Artikel bezogene Information des Strichkode kann mit Hilfe eines Lichtabtastgerätes und eines Fotosensors, der mit einem Eingang des Komputers verbunden ist, gelesen und festgestellt werden. Das Lichtabtastgerät erzeugt ein kohärentes Lichtstrahlenbündel, wie ein Laserstrahlenbündel, das den Strichkode abtastet, während der Lichtsensor das vom Strichkodeetikett reflektierte kohärente Lichtstrahlenbündel empfängt. Die Intensität des reflektierten kohärenten Lichtstrahlenbündels ändert sich nach und nach entsprechend dem Strichkode. Der Komputer liest die den Intensitätsänderungen des reflektierten kohärenten Lichtstrahlenbündels entsprechende, vom Fotosensor gelieferte Information, die in Form einer Folge elektrischer Impulse vorliegt.

Ein Beispiel eines Lichtabtastgerätes ist in Fig. 10 der eigenen älteren Patentanmeldung P 2626062.8 gezeigt. Dieses Beispiel ist nachfolgend beschrieben. Bei diesem Beispiel ist es erforderlich, die Länge der abzutastenden Abtastlinie auf dem Gegenstand zu vergrößern, ohne die Länge des Hologramms zu erhöhen. Um die Länge der Abtastlinie zu vergrößern, ohne die Länge des Hologramms zu erhöhen, muß bekanntlich:

1) eine abzutastende Oberfläche fern von der Brennebene angeordnet sein;

2) als reproduzierende Welle ein schmales Laserstrahlenbündel verwendet werden, im Gegensatz zum ebenwelligen

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Laserstrahlenbündel und zum kugelwelligen Laserstrahlenbündel, die beide zur Erzeugung des Hologramms verwendet werden;

3) das schmale Laserstrahlenbündel ein Kugelwellenlaserstrahlenbündel sein; und

4) die Punktquelle des schmalen Laserstrahlenbündels fern vom Hologramm angeordnet sein« im Gegensatz zur Punktquelle des Kugelwellenlaserstrahlenbündels zur Erzeugung des Hologramms.

Somit kann die Länge der Abtastlinie leicht vergrößert werden, ohne die Länge des Hologramms zu erhöhen, indem ein Reproduktionswellenlaserstrahlenbündel verwendet wird, das den in den obigen Punkten 1) bis 4) angegebenen Erfordernissen genügt.

Das Reproduktionswellenlaserstrahlenbündel gemäß den obigen Anforderungen 1) bis 4) kann jedoch zu dem Mangel führen, daß die Brennebene, die definiert ist durch abbildende Laserstrahlenbündel, die abgestrahlt werden, wenn das Reproduktionswellenlaserstrahlenbündel leuchtet und das Hologramm gleichzeitig in einer Richtung bewegt wird, eine gekrümmte Ebene wird und nicht eine flache Ebene. Die gekrümmte Ebene weist die sogenannte Bildfeldkrümmung auf. Es sei bemerkt, daß die Brennebene eine flache Ebene sein muß, um den Strichkode richtig zu lesen. Wenn die Brennebene derart geformt ist, daß sie eine Bildfeldkrümmung aufweist, kann der Strichkode überhaupt nicht richtig gelesen werden, und zwar aufgrund der Tatsache, daß die Größe des durch die Beleuchtung mit dem

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Abbildungslaserstrahlenbündel auf dem Strichkodeetikett erzeucten Lichtflecks relativ groß wird. Man beachte, daß der Strichkode aus vielen Strichen zusammengesetzt ist, die parallel zueinander angeordnet sind und solchermaßen, daß die Breite eines jeden Striches sehr schmal ist, beispielsweise 0,3 nun. Wenn die Größe des Lichtflecks relativ groß ist, können die einzelnen Striche des Strichkodes nicht einer nach dem anderen beleuchtet werden. Beispielsweise werden vom Abbildungslaserstrahlenbündel gleichzeitig zwei oder mehr Striche des Strichkodes beleuchtet.

Es wurde bereits erwähnt: Obwohl das gemäß den obigen Punkten 1) bis 4) erzeugte Abbildungslaserstrahlenbündel brauchbar ist, um die Länge der Abtastlinie zu vergrößern, ohne die Länge des Hologramms zu erhöhen, ist dieses Abbildungslaserstrahlenbündel unter dem Gesichtspunkts des Erhalts einet; hoohqunl i tati von I¹OS-Systems zum Lesen eines Strichkodes auf dom Strichkodeetikett nicht geeignet.

Deshalb ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Li clit nbt ηνΛ.gerät verfügbar zu machen, das brauchbar ist zur Schalfung beispielsweise eines effektiven POS-Systens zum L(LHIi rtc:; Slrichkoder auf einem Strichkodcotikctt.

Uic Lösung dirsrr Aufgabe ist im Anspruch 1 gekennzeichnet und in den Unteransprüchon vorteilhait weitergebildet.

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Das erfindungsgemäße Prinzip besteht in einer Lichtabtastvorrichtung, bei der Hologramme benutzt v/erden, die mit einer vorbestimmten Bildfeldkrümmung bezüglich sowohl eines vorbestimmten (nachfolgend erläuterten) Mittelbeugungsv/inkels als auch eines vorbestimmten (nachfolgend erläuterten) Ablenkungsmultiplizierfaktors erzeugt worden sind, um die Länge d-er Abtastlinie zu erhöhen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsformen näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine vergrößerte Draufsicht auf ein herkömmliches Strichkodeetikett;

Fig. 2 eine vergrößerte Draufsicht auf ein herkömmliches Strichkodeetikett und Abtastlinien, die alle den gesamten Bereich des Strichkodes durchlaufen;

Fig. 3 eine vergrößerte Draufsicht auf ein herkömmliches Strichkodeetikett und Abtastlinien, von denen keine den gesamten Bereich des Strichkodes durchläuft;

Fig. 4 schematisch ein Beispiel eines herkömmlichen zv/eidimensionalen Abtastmusters mit sich rechtwinklig kreuzenden Abtastlinien;

Fig. 5>A und 5B je eine perspektivische Ansicht eines Hologramms und eines Laserstrahlenbündels, welches das Hologramm beleuchtet und von diesem abgestrahlt wird;

Fig. 6 eine bildhafte Darstellung einer Lichtabtastvorrichtung (diese Figur entspricht Fig. 10 der eigenen

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älteren Patentanmeldung 2626062.8);

Fig. 7A eine Darstellung der herkömmlichen Methode zur Erzeugung eines Hologramms;

Fig. 7B eine Darstellung einer Methode zur Erzeugung eines Hologramms, das in einer erfindungsgemäßen Lichtabtastvorrichtung verwendbar ist;

Fig. 8 eine Draufsicht auf ein Hologramm, das mit Hilfe des der Fig. 7A entsprechenden Verfahrens hergestellt worden ist;

Fig. 9 ein optisches Diagramm, das von einem herkömmlichen Hologramm erzeugt worden ist;

Fig.10 wie eine Krümmung des Bildfeldes erzeugt wird;

Fig.11 bis 14 je Darstellungen zur Erläuterung des Auftretens der Bildfeldkrümnung;

Fig.15 eine Tabelle verschiedener Formen von Lichtflecken bei unterschiedlichen Beugungswinkeln;

Fig.16 eine graphische Darstellung der Profile der Bildfeldkrümmungen ;

Fig.1? eine graphische Darstellung der Profile der Bildfeldkrümmung bei unterschiedlichen Versetzungswinkeln P gemäß der Erfindung;

Fig.18 eine graphische Darstellung von Kurven, die verwendbar sind zur Bestimmung des Versetzungswinkels P aus dem AbLenkungsmultiplizierfaktor M und dem Mittelbeugungswinkelβ (χ), gemäß der vorliegenden Erfindung;

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Wüif-O CA-?

Fig.19 eine graphische Darstellung einer Verbesserung der in Fig. 17 gezeigten Bildfeldkrüminungsprof ile bei unterschiedlichen Versetzungswinlceln P, gemäß der Erfindung;

Fig.20 schematisch eine Schnitt- und Vorderansicht einer bekannten POS-Terminal Einrichtung;

Fig.21 schematisch eine Schnitt- und Vorderansicht einer POS-Terminal Einrichtung, die eine orfindungsgemäße Lichtabtastvorrichtung aufweist; und

Fig.22 eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Schritte zur Bestimmung des Versetzungswinkels aus einem in Fig. 20 gezeigten Drehwinkel Q, gemäß der Erfindung.

Fig. 1 zeigt eine vergrößerte Draufsicht auf ein Strichkodeetikett, das an der äußeren Oberfläche eines joden abzutastenden (nicht dargestellten) Waren st licks befestigt ist. In Fig. 1 ist mit 11 ein Strichkodeetikett bezeichnet. 12 ist ein Beispiel eines Strichcodes. Der Strichkode 12 ist gewöhnlich auf die Oberfläche des Striehkodeetiketts 11 gedruckt, Der Strichkndo 12 ist unter Verwendung von UPC-Symbolen angeordnet, um Daten darzustellen wie-Hersteller, Kategorie und Horstellungsdatum einer, jeden (nicht gezeigten) Warenstückes oder Artikels, [\n dem das Strichkodcetikett befestigt int. Die Information eines jeden Artikels wird gelesen und von einem (nicht gezeigten) Komputer verarbeitet, wobei dan Lesen automatisch durch eine Kombinn-

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tion einer Lichtabtastvorrichtung und eines Fotosensors, die in Fig. 1 nicht gezeigt sind, geschieht. Die Lichtabtastvorrichtung liefert ein (nicht gezeigtes) kohärentes Lichtstrahlenbündel, wie ein Laserstrahlenbündel, das quer über den Strichkode 12 abgelenkt wird, während der Fotosensor das vom Strichkode 12 reflektierte kohärente Lichtstrahlenbündel empfängt. Die Intensität des reflektierten kohärenten Lichtstrahlenbündels ändert sich entsprechend der Anordnung des Strichkodes 12.

Das von der Lichtabtastvorrichtung gelieferte kohärente Lichtstrahlenbündel tastet den Lichtkode ab, indem es den gesamten Strichkode überquert, wie es in Fig. 2 gezeigt ist. In dieser Figur kennzeichnen Linien 21a, 21b und 21c die Abtastlinien. Jede der Abtastlinien 21a, 21b oder 21c kann zur Abtastung des Strichkodes 12 verwendet werden, wenn sie den gesamten Strichkode überquert.

Bei einigen bestimmten Winkelstellungen des Strichkodeetiketts gegenüber dem Lichtabtaststrahlenbündel ist das kohärente Lichtstrahlenbündel nicht dazu in der Lage, den gesamten Strichkode abzutasten. Das heißt, wenn das Strichkodeetikett unter irgendwelchen bestimmten Winkeln, wie den in Fig. 3 gezeigten, angeordnet ist, dann vermag keine der Abtastlinien 21a, 21b,oder 21 c den Strichkode 12 abzutasten, während sie den gesamten Strichkode überqueren. In diesem Fall ist es einem Komputer unmöglich, Information zu lesen, ohne irgendwelche Fehler zu erzeugen. Da jede der

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Abtastlinien 21a, 21b und 21c eindimensional ist, ist es daher für einen Komputer schwer, Information ohne Fehlererzeugung zu lesen, speziell wenn das Strichkodeetikett um irgendwelche besonderen Winkel gegenüber der Abtastlinie gedreht ist.

Polglich ist eine zweidimensionale Abtastung erforderlich, um das erwähnte Problem der Fehlererzeugung zu verhindern. Wenn eine zweidimensionale Abtastung des Strichkodes durchgeführt wird, wie sie in Fig. 4 gezeigt ist, dann ist sichergestellt, daß der Komputer Information ohne Fehlererzeugung lesen kann, selbst wenn das Strichkodeetikett um irgendeinen beliebigen Winkel gedreht ist. Fig. 4 zeigt ein zweidimensionales Abtastmuster, das eine rechtwinklige Überkreuzung aufweist.

Das Prinzip der Lichtabtastmethode, die bei einer erfindungsgemäßen Lichtabtastvorrichtung verwendet wird, ist in den Fig. 5A und 5B gezeigt. In Fig. 5A wird ein kohärentes Lichtstrahlenbündel 51» das heißt,ein Laserstrahlenbündel, auf einen Punkt 52 eines Hologramms 53 projiziert. Das Laserstrahlenbündel 51 wird dann durch das Hologramm 53 so übertragen, daß es eine abgetastete Oberfläche 54- erreicht. Wenn das Hologramm 53 in einer Richtung längs eines Pfeils 55 senkrecht zur Richtung des feststehenden Laserstrahlenbündels 51 verschoben wird, durchquert ein Lichtfleck 56 die abgetastete Oberfläche 5^ in einer Richtung längs eines Pfeils

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57» wodurch man eine Abtastlinie 58 erhält. Da das Hologramm 55 ein Beugungsgitter mit einem Raumfrequenzgradienten aufweist und die Frequenz sich entsprechend der Bewegung des Lichtflecks 56 von der Mitte des Hologramms 55 und der Bewegung von dessen Umfang graduell zu einer höheren Frequenz ändert, wirkt das Hologramm 53 wie eine herkömmliche konvexe Linse. Folglich wird der Lichtfleck 56 durch Beugung des Laserstrahlenbündels 51 gebildet. Wenn in Fig. 5B das Hologramm 55 abwechselnd in einer Richtung längs des Pfeils 55 und in einer Richtung längs eines Pfeils 59 verschoben wird, können Lichtflecken 56' und 56" die Bildoberfläche 54- in einer horizontalen Richtung parallel zum Pfeil 57 abtasten, und dadurch erhält man abwechselnd Abtastlinien 58* und 58". Das Ergebnis besteht darin, daß die gesamte Abtastlinie 58 auf der abgetasteten Oberfläche 5^ auch in einer vertikalen Richtung längs des Pfeils 50 verschoben wird.

Fig. 6, die eine Lichtabtastvorrichtung darstellt, entspricht Fig. 10 der eigenen älteren Patentanmeldung P 2626062.8. In Fig. 6 sind sowohl erste Hologramme 61-1, 61-2 bis 61-4 als auch zweite Hologramme 62-1, 62-2 bis 62-12 in einer kreisförmigen Scheibe 63 befestigt. Diese Hologramme sind längs einer Kreisbahn angeordnet, die durch einen Mittelpunkt O definiert ist. Ein Laserstrahlenbündel 64 wird von einem Spiegel 65 zur Kreisscheibe 63 reflektiert. Das von einer Laserquelle 77 abgestrahlte Laserstrahlenbündel 64 gelangt

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dann durch eine konvexe Linse 66, um feststehend einen Punkt 67 auf der Kreisscheibe 63 zu beleuchten. Wenn die Kreisscheibe 63 mit Hilfe eines Elektromotors 68 in Richtung eines Pfeils 60 gedreht wird, erzeugt jedes der Hologramme 61-1, 61-2 ... ein Abtastlaserstrahlenbündel 69, das ein Prisma 70 beleuchtet, während jedes der Hologramme 62-1, 62-2 ... ein Abtastlaserstrahlenbündel 71 erzeugt, das ein Dove-Prisma 72 beleuchtet. Dies deshalb, weil jedes der Hologramme 61-1, 61-2 ... vorher so ausgelegt worden ist, daß das es durchdringende Abtastlaserstrahlenbündel aufgrund von Beugung auf das Prisma 70 gerichtet werden kann, und weil jedes der Hologramme 62-1, 62-2 ... zuvor so ausgelegt worden ist, daß das es durchdringende Abtastlaserstrahlenbündel aufgrund von Beugung auf das Dove-Prisma 72 gerichtet wird. Das durch das Prisma 70 übertragene Abtastlaserstrahlenbündel 69 bildet eine der entsprechenden Abtastlinien 731 die in Fig. 6 von links nach rechts verlaufen. Das Abtaststrahlenbündel 71> das sowohl durch das Dove-Prisma 72 und ein Prisma 74 läuft, bildet eine der entsprechenden Abtastlinien 75» die in Fig. 6 auf der Bildoberfläche von oben nach unten verlaufen. Es sei bemerkt, daß die Ablenkrichtung des Abtastlaserstrahlenbündels 71 mit dem Dove-Prisma 72 leicht unter irgendeinem Winkel von 0° bis 36CP eingestellt werden kann.

In Fig. 6 kennzeichnet die Bezugsziffer 76 einen Teil einer POS-Terminal-Einrichtung. Die Einrichtung 76 besitzt ein transparentes Fenster 78 zum Abtasten des in Fig. 1 als 11

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gezeigten Strichkodeetiketts. Wenn jeder der (in Fig. 6 nicht gezeigten) Artikel über dem Fenster 76 angeordnet wird und wenn das an der Außenoberfläche eines jeden Artikels befestigte Strichkodeetikett dem Fenster 78 gegenüberliegt, tasten die Abtastlaserstrahlenbündel 79 und 80 den (in Fig.1 mit 12 gekennzeichneten) Strichkode mit einem Abtastmuster ab, das sich rechtwinklig kreuzt.

Jedes der Abtastlaserstrahlenbündel 79 und 80 wird vom Strichkodeetikett reflektiert. Das reflektierte Abtastlaserstrahlenbündel 82 wird, falls erforderlich, von einer Kondensorlinse 83 gesammelt, um einen Fotosensor 84 zu beleuchten, der eine Fotovervielfacherröhre aufweist. Die Intensität des reflektierten Abtastlaserstrahlenbündels 82 ändert sich entsprechend dem Strichkode, und die Intensitätsänderungen werden vom Fotosensor 84 in eine Folge elektrischer Impulse umgewandelt. Diese Folge elektrischer Impulse vom Fotosensor 84 wird von einem Demodulator 85 demodulier.t. Die Ausgangssignale werden dann an eine (in Fig. 6 nicht gezeigte) Zentraleinheit (CPU) übertragen.

Fig. 7A zeigt die herkömmliche Methode zur Erzeugung eines Hologramms. Die Bezugsziffer 90 kennzeichnet eine transparente Glasplatte, die mit einer lichtempfindlichen Schicht beschichtet ist. In der lichtempfindlichen Schicht wird ein zu bildendes Hologramm erzeugt. Eine (nicht gezeigte) Laserquelle erzeugt ein Laserstrahlenbündel, das mit Hilfe eines (nicht gezeigten) Halbspiegels in zwei Laserstrahlenbündel

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91 und 92 aufgeteilt wird. Das erste Laserstrahlenbündel 91 ist eine ebene Welle, das heißt, die sogenannte Bezugswelle. Das zweite Laserstrahlenbündel ist eine Kugelwelle. Dann werden auf der lichtempfindlichen Schicht der Platte 90 Interferenzstreifen erzeugt. Die Interferenzstreifen bilden ein Hologramm oder die sogenannten Beugungsgitter. Das Symbol ^/^ Q bezeichnet einen vorbestimmten Richtungswinkel zwischen der ebenen Welle 91 und der Kugelwelle 92. Das Symbol /\ Q¹ bezeichnet einen Schnittwinkel zwischen der Platte 90 und der ebenen Welle 91* und man beachte, daß der Schnittwinkel Δ θ' ein rechter Winkel (90°) ist.

Fig. 8 zeigt eine Draufsicht auf ein Hologramm, das mit dem Verfahren gemäß Fig. 7A hergestellt worden ist. In Fig. 8 entspricht ein Bereich A einer Draufsicht ωχ£ ein Hologramm, wie es in Fig. 7A aus der Richtung eines Pfeils 8 gesehen wird. In Fig. 8 weist ein Hologramm 9? Beugungsgitter auf, die eine Vielzahl konzentrischer Kreise bilden. Es sind in Fig. 8 jedoch nur 10 konzentrische Kreise gezeigt. Dieses Hologramm 93 wird als eine Fresnelzonenplatte bezeichnet. Jedes Hologramm 93 wird in eine Vielzahl von Hologrammstücken 94-1 bis 94-4 zerteilt, die auf die Kreisschreibe 63 (Fig.6) als Hologramme 61-1 bis 61-4 verteilt werden. Jedes Hologramm 93 wird in eine Vielzahl Hologrammstücke 95-1 bis 95-12 zerteilt, die auf der Kreisscheibe 63 (Fig.6) als Hologramme 62-1 bis 62-12 verteilt werden.

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Es wird nun wieder Fig. 6 betrachtet. Die Gesamtlänge der beiden Abtastlinien 73 und 75 ist im allgemeinen beträchtlich lang, beispielsweise etwa 3 m. Folglich entspricht die Gesamtlänge eines jeden der Hologramme 61-1 bis 61-4 und 62-1 bis 62-12 etwa 3 m. Deshalb ist der Durchmesser der Kreisscheibe 63 nahezu 1 m (-~ m). Als Folge dieser Maße erhält die POS-Terminal-Einrichtung, von der ein Teil mit der Bezugsziffer 76 bezeichnet ist, sehr große Abmessungen.

Als nächstes wird anhand der Fig. 9 eine herkömmliche Methode zur Verringerung der Gesamtlänge eines jeden der Hologramme 61-1 bis 61-4 und 62-1 bis 62-12 (Fig. 6) ohne Verringerung der Gesamtlänge der Abtastlinien 73 und 75 erläutert. Fig. 9 ist eine beispielsweise Ansicht, die eine optische Darstellung zeigt, die mittels eines herkömmlichen Hologramms erzeugt worden ist.

In Fig. 9 bewegt sich das Hologramm 93 auf und längs einer flachen Ebene 97» die durch Koordinaten X-Y definiert ist. Längs und auf einer Brennpunktebene 97', die durch Koordinaten X'-Y¹ definiert ist, bewegt sich ein Brennpunkt S¹ entsprechend der Bewegung des Hologramms"93. Diesen Brennpunkt erhält man durch Abbilden eines Laserstrahlenbündels 98 durch das Hologramm 93. Längs und auf einer Bildebene 97" die durch Koordinaten X"-Y" definiert ist, bewegt sich ein Lichtfleck S" entsprechend der Bewegung des Hologramms 93« Jeder Schnittpunkt der Koordinaten X-Y₁ X'-Y¹ und X"-Y" liegt auf einer Z-Achse.

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In Pig. 9 ist die Bewegung des Brennpunktes S¹ auf der Brennpunktebene 97* proportional zur Bewegung des Mittelpunktes 0 des Hologramms 95 auf der flachen Ebene 97· Demgemäß sind die Koordinaten (x, y) zur Bestimmung des Mittelpunktes 0 die gleichen wie die Koordinaten (χ*, y') zur Bestimmung des Brennpunktes S*. In diesem Fell sind die Koordinaten des Lichtpunktes S" definiert als (Mx, My)₁ wobei die Zahl M größer als 1 ist (M>1), da die Bildebene 97" bezüglich der flachen Ebene 97 fern von der Brennpunktebene 97' angeordnet ist. M ist bekannt als Ablenkmultiplizierfaktor und läßt sich aus der folgenden Gleichung (1)

ableiten: *

^M ^

Dabei istX ein Abstand zwischen den Ebenen 97 und 97" und f J₁ ist ein Abstand zwischen den Ebenen 97 und 97' . So mit ist der Betrag der Ablenkung des Abtastlichtflecks S" auf das M-fache des Betrages der Ablenkung des Bewegungsmittelpunktes 0 vergrößert. Demgemäß kann in Fig. 6 die Länge eines jeden Hologramms verringert werden, ohne die Länge der entsprechenden Abtastlinie zu verkleinern. Da jedoch in Fig. 9 das Laserstrahlenbündel 98 entsprechend herkömmlicher, bekannter Praxis eine ebene Welle ist, kann sich die Größe des abgebildeten Lichtflecks S" auf der Bildebene 97" vergrößern. Deshalb kann man kein hohes Auflösungsvermögen beim Lesen eines Strichkodes erhalten. Im Hinblick darauf ist es erforderlich, den Abbildungsabstand zu erhöhen, um auf der Bildebene 97" einen Brenn-

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punkt oder fokussierten Punkt zu erzeugen. Eine Erhöhung des Abbildungsabstandes kann man erreichen, wenn man ein Laserstrahlenbündel 98 verwendet, bei dem es sich nicht um eine ebene Welle sondern um eine Kugelwelle handelt. Damit kann auf der Bildebene 97" ein fokussierter Punkt erzeugt werden. In diesem Fall erhält man folgende Gleichung (2):

Dabei ist a der Abstand zwischen einer Kugelwellenquelle 99 und der Ebene 97. Dadurch kann auf der Bildebene 97" ein Brennpunkt des Laserstrahlenbündels 98, das eine Kugelwelle ist, erzeugt werden. Ein Nachteil tritt dabei dadurch auf, daß die Brennpunkte eine Krümmungslinie des Abbildungsfeldes erzeugen. Die Krümmungslinie des Abbildungsfeldes ist in Fig. 10 dargestellt. Fig. 10 zeigt, wie die Krümmung des Abbildungsfeldes erzeugt wird. Wenn sich das Hologramm 93 und die Kugelwellenquelle 99 relativ zueinander bewegen, bilden die Brennpunkte die Krümmungslinie des Abbildungsfeldes 100. Der Grund dafür, daß das Abbildungsfeld nicht eben sondern gekrümmt wird^ist der, daß die reproduzierende ebene Welle 98 (Fig. 9) nicht identisch mit den Laserstrahlen 91 und 92 (Fig. 7a) ist. Generell sollte ein Laserstrahlenbündel, das als reproduzierende Welle dient, entweder ein Laserstrahlenbündel einer ebenen Welle sein oder ein Laserstrahlenbündel,das als Bezugswelle dient. Das ebenwellige Laserstrahlenbündel und das Bezugswellenstrahlenbündel werden beide zur Erzeugung von Hologrammen verwendet.

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Das Auftreten der Krümmung des Abbildungsfeldes wird nachfolgend ausführlicher erläutert. Fig. 11 ist die.erste von vier Darstellungen zur Beschreibung des Auftretens der Abbildungsfeldkrümmung. In Fig. 11 sind Interferenzstreifen 102 in einem Aufzeichnungsmedium 103, das eine lichtempfindliche Schicht (siehe Beschreibung der lichtempfindlichen Schicht im Zusammenhang mit Fig. 7-A.) aufweist, durch Beleuchtung des Aufzeichnungsmediums 103 mit zwei verschiedenen kohärenten Wellen 104 und 105 gebildet. Die kohärenten Wellen 104 und 105 werden unter Einfallswinkeln O_x. bzw. ©2 gegenüber einer Normalen L des Aufzeichnungsmediums 103 auf die lichtempfindliche Schicht 103 gerichtet

O₂-O Die Interferenzstreifen 102 werden unter einem Winkel

(siehe Fig. 11) parallel zueinander erzeugt. Deren Beugungsgitterabstand (d_G in Fig. 11) erhält man aus der folgenden Gleichung (3), in der die Dicke des Aufzeichnungsmediums 103 nicht berücksichtigt ist, da diese Dicke sehr klein ist:

2si co

Dabei ist -A. eine Wellenlänge der beiden kohärenten Längen 104 und 105.

Fig. 12 ist eine zweite Darstellung zur Beschreibung des Auftretens der Abbildungsfeldkrümmung. In Fig. 12 bezeichnet die Bezugsziffer 113 schematisch ein Hologramm, das im Aufzeichnungsmedium 103 (Fig. 11) erzeugt worden ist.

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Das Symbol OC repräsentiert den Einfallswinkel einer kohärenten Reproduktionswelle 114 und das Symbolp repräsentiert den Beugungswinkel einer Bildwelle 115· Die Beziehung zwischen den Winkeln oC und/^ ist durch folgende Gleichung (4) definiert:

β = sin "¹ φ - sin oC) (4) G

Wenn in obiger Gleichung (4) die Winkel ^ und β in derselben Ebene liegen, das heißt, oberhalb der Normalen L (Fig. 11) oder unterhalb der Normalen L (Fig. 11), haben diese Winkel ^- und/3 die gleichen positiven bzw. negativen Vorzeichen. Aus den Gleichungen (3) und (4) erhält man folgende Gleichung (5):

β = sin"¹ (sinO. + sinO- - sin oC ) (5)

Aus obiger Gleichung (5) ist der Beugungswinkelß bestimmt, nachdem die Winkel Q^und Ö~ (Fig. 11) und der Winkel OC (Fig. 12) alle bestimmt v/orden sind. Wenn in Fig. 13, die eine dritte Ansicht zur Beschreibungs der Abbildungsfeldkrümmung ist, eine Kugelwelle 121 und eine ebene Welle 122 auf ein Aufzeichungsmedium (in Fig. 13 nicht gezeigt; siehe jedoch 103 in Fig. 11), das auf einer durch die Koordinaten X-Y definierten Ebene angeordnet ist, aufgestrahlt werden, entsteht eine Interferenz zwischen den Wellen 121 und 122 auf den X-Y Koordinaten, und man erhält ein Beugungsgitter. Die Beugungsgitterabstände d_& (χ+Δχ), do (χ) und d^ (χ-Δ χ),

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die an Punkten χ+Δχ, x bzw. χ-Δ χ auf der Ordinate X auftreten, sind durch die folgende Gleichungsgruppe (6) definiert:

d_G(x₊ Δχ) =

^dG^(x> ^β (6)

sin© (X-

Dabei sind θ (χ+Δχ), 0(x) und Θ(χ-Δχ) Einfallswinkel der Kugelwelle (121) von einer Kugelwellenquelle (123), die auf die Punkte χ+Δχ, x bzw. χ-Δχ in Fig. 13 gerichtet sind. Die Einfallswinkel ©(χ+Δχ), θ(χ) und Θ(χ-Αχ) sind in Fig. 13 durch die folgende Gleichungsgruppe (7) definiert:

Θ(χ+Δχ) ■

= tan ' -

θ(χ) = tan"*1 -Λ 1H

Θ(χ-Δχ) .

= tan ' -

ic+ Δ χ

fH

Dabei ist f_H der Abstand zwischen der Kugelwellenquelle und der durch die Koordinaten X-Y definierten Ebene.

In Fig. 14, der vierten Darstellung, ist ein Hologramm mit Beugungsgittern zwischen χ+Δχ und χ-Δχ auf einer durch die Koordinaten X-Y definierten Ebene angeordnet. Wenn eine Kugelwellenquelle 131 in einer in Fig. 14 gezeigten Position (x, a) angeordnet ist, werden fieproduktions- oder Wiedergabewinkel an den Punkten x+Ax_txund χ-Δχ zu oC , 0 bzw. zu -0( . Ferner werden Beugungswinkel einer Bildwelle 132

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an den Punkten χ+Δχ, χ und χ-Δχ zu β (χ+Δ χ), β (χ) bzw. β (χ-Δχ).β (x) wird als Mittelbeugungswinkel bezeichnet. Die Beugungswinkel/θ (χ+Δχ), /5 (χ) und/3 (χ-Δχ) lassen sich aus den Gleichungen (4), (6) und (7) ableiten und sind durch die folgende Gleichungsgruppe (8) definiert:

n [sin(tan"¹(

/3(x) = sin"¹ [sinCtan"¹^)] (8)

= sin"¹ [sin(tan"¹()) - sin«*]

¹H

/3 (χ-Δχ) = sin"¹ rsin(tan"¹()) + sin«] ι- i_H

Die Bildwelle 1J2 konvergiert in einem Punkt 133· Das Zeichen JL repräsentiert den Abstand zwischen der durch die Koordinaten X-Y definierten Ebene und einer dazu parallelen Ebene, in welcher der Punkt 133 liegt. Der AbstandA- wird Bildabstand genannt. Der Wert des BildabstandesZ. kann durch Bezugnahme auf die im Zusammenhang mit den Fig. 13 und 14 und den Gleichungen (8) beschriebenen Methoden abgeleitet werden und ist durch die folgende Gleichung (9) definiert:

2a tanoC

A. tan β (χ+Δχ) - tan/3 Cx-Δχ).

Dabei ist a der Abstand zwischen der Kugelwellenquelle 131 und der durch die Koordinaten X-Y definierten Ebene, und 4x kann definiert werden als

/\ χ = a tanOC·'

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Wenn in obiger Gleichung (9) der Wert von Δ χ ein fester Wert ist und der Wert von χ graduell erhöht wird, mit anderen Worten, wenn der Mittelbeugungswinkel/8 (x) graduell vergrößert wird, erhöht sich der Bildabstand X- stark mit der Vergrößerung des Wertes von/3(x). Aufgrund der Ausdehnung des Bildabstandes X. entsprechend der Erhöhung des Wertes von/3 (x) wird die Krümmung des Bildfeldes 100 (Fig. 10) erzeugt. Man beachte, daß die Bildfeldkrümmung nicht erzeugt werden kann, wenn der Ablenkungsmultiplizierfaktor M (siehe Fig. 9) gleich ist (M=1).

Wie aus der vorausgehenden Beschreibung hinsichtlich der Abbildungsfeldkrümmung ersichtlich ist, wird der Bildabstand "«-mit weiter zunehmendem β(x) langer. Der Mittelbeugungswinkel kann auch definiert werden als ein Winkel zwischen der Richtung der Bildwelle und der Sichtung einer Nulldimensionalwelle. Die Nulldimensionalwelle ist eine Welle, die gerade durch ein Hologramm hindurchgeht.

Es wird nun wieder Fig. 6 betrachtet. Der Mittelbeugungswinkel, das heißt, der zuvor erwähnte Winkel^(x) des Abtastlaserstrahlenbündels 71,ist recht groß im Vergleich zu dem des Abtastlaserstrahlenbündels 69. Folglich ist es unvermeidlich, daß die Abtastlinien 75» die durch das Abtastlaserstrahlenbündel 71 abgetastet werden, das nach dem Passieren der Hologramme 62-1 bis 62-12 auftrifft, eine

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sich mangelhaft auswirkende Abbildungsfeldkrümmung erzeugen. Die Abmessung des Lichtflecks, der auf das Strichkodeetikett fokussiert ist, nimmt daher zu, wie es in Reihe I in Fig. 15 gezeigt ist. Reihe I zeigt Lichtflecken (weiße Bereiche),die auf dem Strichkodeetikett unter Beugungswinkeln von 16°, 20°, 24°, 28° und 32° des Abtastlaserstrahlenbündels 75 gegenüber der Nulldimensionalwelle eines jeden der Hologramme 62-1 bis 62-12 abgebildet worden sind, und zwar gemäß der bekannten Lichtabtastvorrichtung. Es ist einfach zu erkennen, daß die in Reihe I gezeigten Lichtflecken kein hohes Auflösungsvermögen für das Lesen des Strichkodes aufweisen. Deshalb kann der Strichkode nicht gelesen werden, ohne daß Fehler erzeugt werden.

Fig. 16 zeigt Profile der Krümmungen der Abbildungsfelder. Auf der Ordinate ist der Bildabstand X. in Millimetern aufgetragen und die Abszisse zeigt den Beugungswinkel β (χ) in Grad. Die Kurven C^, Cp, C,, C^₊, C_g und C._Q sind Profile der Abbildungsfeldkrümmungen, wenn die Ablenkungsmultiplizierfaktoren M die Werte 1, 2, 3, 4, 8 bzw. 10 haben. Wenn der Faktor M gleich 1 ist, wird keine Krümmung des Abbildungsfeldes erzeugt. Die Gesamtlänge aller Abtastlinien 73 (Fig. 6) ist jedoch gleich der Gesamtlänge K (Fig. 6) der Hologramme 61-1 bis 61-4· (Fig. 6). Auch ist die Gesamtlänge aller Abtastlinien 75 gleich der Gesamtlänge K (Fig. 6) der Hologramme 62-1 bis 62-12 (Fig.6).

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Wenn die Gesamtlänge der Abtastlinien 73 und 75 gleich 3 m ist, würde sich der Durchmesser der Scheibe 63 (Fig. 6) stark erhöhen auf etwa 1 m. Um den Durchmesser der Scheibe 63 auf beispielsweise ein Viertel dieses Durchmessers zu verringern, muß der Ablenkungsmultiplizierfaktor M zu 4-gewählt werden (M=4).Wenn M gleich 4 ist, erhält man die Kurve CL in Fig. 16. Wenn im Fall der Kurve Cj, der Beugungswinkel β (χ) innerhalb eines Bereichs von O°+1O° liegt, ist die Änderung des Wertes £± £■ des Bildabstandes Λ. nicht so groß. Folglich ist das Auflösungsvermögen eines jeden Abtaststrahlenbündels, das heißt, der Abtastlinien 75 (Fig.6) relativ hoch. Jede der Abtastlinien 73 wird durch das von den entsprechenden Hologrammen abgestrahlte Abtastlaserstrahlenbündel 69 (Fig.6) mit Beugungswinkeln/3(x) innerhalb eines Bereichs von O°+1O° abgetastet. Wenn der Beugungswinkel β (χ) dagegen in einem Bereich von 20°+10° liegt, ist die Änderung Δ L· des Bildabstandes λ, extrem groß. Folglich ist das Auflösungsvermögen einer jeden der Abtastlinien 75 (Fig. 6) beträchtlich niedrig. Jede der Abtastlinien 75 wird von dem Abtastlaserstrahlenbündel 71 (Fig. 6) abgetastet, das von den entsprechenden Hologrammen mit den Beugungswinkeln/S (x) im Bereich von 20°+10° abgestrahlt wird.

Es werden nun diejenigen Hologramme beschrieben, die bei der erfindungsgemäßen Lichtabtastvorrichtung benutzt werden. Das auf der vorliegenden Erfindung beruhende

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Hologramm wird durch Beaufschlagung der lichtempfindlichen Schicht sowohl mit einer ebenen Welle als auch mit einer Kugelwelle hergestellt. Die Beaufschlagung der lichtempfindlichen Schicht mit der ebenen Welle erfolgt unter einem vorbestimmten, von Null verschiedenen Versetzungswinkel P zwischen diesen. Fig. 7B zeigt eine Methode zur Erzeugung eines Hologramms, das bei einer erfindungsgenäßen Lichtabtastvorrichtung verwendet wird. In Fig. 7B kennzeichnen die Bezugsziffern 90, 91 und 92 die gleichen Elemente, wie die in Fig. 7A gezeigten. Die Differenz zwischen den Darstellungen der Fig. 7A und ^r/B besteht darin, daß die transparente Glasplatte 90 das ebenwellige Laserstrahlenbündel 71 nicht unter einem rechten Winkel (sieheAO¹ ( = 90 ) in Fig. 7A) schneidet, sondern unter einem vorbestimmten Versetzungswinke] P. Ein Hologramm, das in der (nicht gezeigten) lichtempfindlichen Schicht, mit der die Platte 90 in Fig. 7B beschichtet ist, erzeugt v/orden ist, eignet sich sehr gut zur Erzeugung g]eichförmiger Bildabstände bezüglich jeglichem der gegebenen Hittelbeugungswinkelβ (x).

Die Wirksamkeit des Hologramms, das mit dem in Fig. 7B gezeigten Verfahren hergestellt worden ist, wird anhand Fig. 17 erläutert. Fig. 17 ist eine Darstellung der verschiedenen Profile der Krümmungen der Abbildungsfelder. Dabei zeigt die Ordinate den Bildabstand /. in Millimetern, und die Abszisse zeigt den Beugungswinkelß (x) in Grad. Es sei bemerkt, daß man, obwohl diese Darstellung sich nur auf die Kurve C, in Fig.16 bezieht, Darstellungen ähn-

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lieh der in Fig. 16 für die Kurven C^₁ C,, Cg und C^₀ in Fig. 16 erhalten kann. In der Darstellung der Fig. 16 sind die Kurven C_z , ρ,-, P^q 1 P^i5 ^un^ Ppn erhalten worden unter Verwendung von Hologrammen, die mit dem in Fig. 7B gezeigten Verfahren unter Versetzungsx\^rinkeln P gleich 0°, 5°, bzw. 20° erzeugt worden sind. Das unter einem Versetzungswinkel P von 0° erzeugte Hologramm ist ein herkömmliches Hologramm. Folglich ist die in Fig. 17 als durchgezogene Linie gezeigte Kurve G^ eine herkömmliche Kurve, die exakt die gleiche wie Kurve C^ in Fig. 16 ist. Wenn sich in Fig.17 der Beugungsv/inkel β (χ) innerhalb eines Bereiches von 10° < β (χ)< 30° ändert, das heißt, 20°+10°, erhält man die kleinste Änderung Δ^ ' des Bildabstandes L· durch die Kurve p._r. Die Beugungswinke 1/J (x+Ax), β (x) undyö(x- Ax) sind durch die folgende Gleichungsgruppe (8)' die eine Modifikation der obigen Gleichungsgruppe (8) ist, definiert:

= sin Fsin P + sin (tan (— )) ^· «ts/Ί ra\

— Λ —Λ γ

) = sin Psin P + sin(tan~ (-f-)J

Λ(χ-Δχ) = sin"¹ pin P + sin(tan"¹ ()) + si

¹II

Den Bildabstand X. erhält man, indem man die Ausdrücke ^(x+4x) und/3 (χ-Δχ) in der vorausgehenden Gleichung (9) durch die Ausdrucke/^ (χ+Δχ) undß (x-Δχ) in der Gleichungsgruppe (8)¹ ersetzt. Man erkennt aus der Darstellung leicht,

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daß der geeignetste Versetzungswinkel P ein Winkel von 15° ist, wenn der Ablenkungsmultiplizierfaktor M auf 4- und der Mittelbeugungswinkelß (x) auf 20° gesetzt ist. Wie zuvor erwähnt ist die Änderung Δ/£ ' (in Fig. 16) des Bildabstandes/extrem groß, und demgemäß beleuchten das Strichkodeetikett fehlerträchtige Lichtflecken, wie die in Zeile I der Fig. 15 gezeigten, im Gegensatz dazu ist bei der vorliegenden Erfindung die AnderungA/t ' (in Fig. 17) des Bildabstandes L· sehr klein. Da ein Auftreten der fehlerträchtigen oder fehlerverursachenden Lichtflecken verhindert ist und kleine Lichtflecke, wie sie in Zeile II der Fig. 15 gezeigt sind, das Strichkodeetikett beleuchten, kann nan ein beträchtlich hohen Auflösungsvermögen des Abtaststrahlenbündels zum Lesen des Strichkodes erhalten.

In der Praxis sind sowohl der Ablenkungsmultiplizierfaktor M als auch der Mittelbeugungswirikel/3 (x) eines jeden Hologramms zu Beginn des Entwurfsvorgangs für die Herstellung der POS-Terminal-Einrichtung (Fig. 6) bestimmt. Folglich werden zuerst der Faktor M und der Winkel/3(x) festgelegt, und der Winkel P kann danach bestimmt werden. Folglich ist es erleichternd, eine Bezugskurve zur Bestimmung des Winkels P aus den festgelegten M und/6(x) zu bestimmen. Ein Beispiel einer solchen Bezugskurve ist in Fig. 18 gezeigt. In dieser zeigt die Ordinate den optimalen Versetzungswinkel P in Grad, und die Abszisse gibt den Ablenkungsverstärkungsfaktor Γ1 an. Die Kurven β ₂^, β ₂o> β-\ 5» /^10' ß$ ^und

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/3q sind bei Mittelbeugungswinkeln/3(χ) von 25°, 20°, 15°, 10 , 5 bzw. 0 aufgetragen. Unter Verwendung der genannten Bezugskurve kann der optimale Versetzungswinkel P augenblicklich für irgendeinen gewünschten Faktor M und irgendeinen gewünschten Winkel/3 (x) bestimmt werden. Ist beispielsweise der Faktor 11 auf 4 und der Winkel/S (x) auf 20° festgelegt, kann der optimale Winkel P von einem Punkt X auf der Kurveß20 bestimmt werden. Der Punkt X liefert den optimalen Versetzungswinkel P, das heißt, 15°. Für M='l und β (x)=20° führt der Versetzungswinkel 15 zur kleinsten Änderung £Sa. ' des Bildabstandes/innerhalb eines Bereiche 20°+ 10° (siehe das zur Kurve V*c. iⁿ Fig· 17 gehörige Δ/ ¹J.

Warum der Versetzungswinkel P für eine Verringerung des Betrages der ÄnderungZ^x des Bildabstandes /cbei irgendeinem Beugungswinkel/3 (x) wirksam ist, ist nicht vollständig klar. Dieser Umstand mag jedoch folgenden Grund haben. Generei 1 erhält man folgende Gleichung:

1 + 1-1
XYf.

Dabei ist X dor Abstand zwischen dom Hologramm und der Reproduktionswellenquelle, Y ist der Bildabstand, der durch irgendeine einzige Stelle auf dem Hologramm definiert ist, und f ist die Brennweite, die durch irgendeine einzige Stelle auf dem Hologramm definiert ist. In obiger Gleichung erhöht sich die Brennweite f graduell mit der Vergrößerung des Abstandes zwischen der Ilitte des Hologramms und irgendeinem

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jeweils betrachteten Punkt darauf. Deshalb vergrößert sich der Bildabstand Y graduell mit der Zunahme des Abstandes zwischen der Mitte des Hologramms und einem jeden der jeweils darauf betrachteten Punkte. Im Gegensatz zum vorausgehenden wird bei der vorliegenden Erfindung davon ausgegangen, daß sich die Brennweite f aufgrund des zuvor erläuterten Versetzungswinkels P mit der Erhöhung des Abstandes z\*ischen der Mitte des Hologramms und einem jeden der jeweils darauf betrachteten Punkte nicht ändert. Dadurch ändert sich auch der Bildabstand Y nicht mit der genannten Erhöhung. Mit anderen Worten: Wenn in obiger Gleichung f nahezu konstant ist, dann ist auch Y nahezu konstant, da X ein fester Wert ist.

Durch verschiedene Arten von Experimenten hinsichtlich des Versetzungswinkels P kam die Anmelderin zu folgender Erkenntnis. Die in Fig. 17 gezeigten Profile können durch geeignete Bestimmung einer besonderen Beziehung zwischen der Wellenlänge \ y. des zur Erzeugung eines Hologramms verwendeten Laserstrahlenbündels und der Wellenlänge/Λ ο ^^{es a}^^s Reproduktionswelle verwendeten Laserstrahlenbündels verbessert werden. Solche Verbesserungen der Profile aufgrund der genannten Erkenntnis werden anhand Fig. 19 erläutert. In der Darstellung der Fig. 19 sind die Kurven CA, pA, ρ,ιλ und V«k Verbesserungen der in Fig. 17 gezeigten Kurven C^, Pe, p^Q bzw. P^ic· Wie ein Vergleich der Fig. 19 mit der Fig. 17 zeigt, ist der Bereich eines jeden Krümmungsprofils, inner-

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halb welchem sich der Bildabstand oder die Bildweite X. um einen kleinen Betrag ändert, bezüglich der zugehörigen Beugungswinkel β (χ) relativ groß, wenn man ihn mit dem entsprechenden Bereich eines jeden Profils der in Fig.17 gezeigten Krümmungen vergleicht. Die Kurven in der Darstellung der Pig. 17 sind unter Verwendung eines herkömmlichen Wennenlängenverhältnisses aufgezeichnet, das heißt

•^=· = 1. Im Gegensatz dazu sind die Kurven in Fig. 19 A1
unter Verwendung eines gegebenen Wellenlängenverhältnisses

X 2

aufgezeichnet bei dem ·4ρ^ nicht gleich 1 ist, sondern

beispielsweise 1,3· Wenn das Wellenlängenverhältnis ~*r als größer 1 gewählt ist, kann das Profil des Bildabstandes oder der Bildweite in einem relativ weiten Bereich der Beugungswinkel β (χ) konstant gemacht werden. Beispielsweise handelt es sich beim Laserstrahlenbündel zur Erzeugung eines Hologramms um den eines Ar-Lasers, dessen Wellenlänge 488nm beträgt (A^^=/»-88nm). Während die Wellenlänge des Laserstrahlenbündels zur Erzeugung einer Reproduktionswelle, die von einem He-Ne-Laser stammt, 632,8nm beträgt (A₂=632»8nm).

Bei einer POS-Terminal-Einrichtung ist es für eine Bedienungsperson erleichternd, eine Lichtabtastvorrichtung zu haben, .die ein Strichkodeetikett abtasten kann, das entweder am Boden oder an den Seiten von Artikeln befestigt ist. Deshalb wird das Abtastlaserstrahlenbündel gewöhnlich in einer solchen Richtung auf Artikel gerichtet, daß es entweder die Seiten oder die Böden der Artikel abtasten

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kann. Fig. 20 zeigt schematisch eine Schnitt- und Vorderansicht einer bekannten POS-Terminal-Einrichtung. In Fig. 20 strahlt eine Abtastlaserstrahlenbündelquelle 201 ein Abtastlaserstrahlenbündel 202 ab. Die Bezugsziffern 76 und 78 repräsentieren einen Teil der POS-Terminal-Einrichtung bzw. ein transparentes Fenster. Diese Teile 76 und 78 sind auch in Fig. 6 gezeigt. Artikel 203, die «je ein Strichkodeetikett zeigen, werden von der Bedienungsperson von Hand über dem und längs des transparenten Fensters 78 und in einer durch einen Pfeil 200 angedeuteten Richtung bewegt. Das Strichkodeetikett 11 kann an den Seiten der Artikel befestigt sein, wie es in Fig. 20 gezeigt ist oder an den Böden der Artikel (nicht gezeigt). Um entweder das an den Seiten der Artikel befestigte Strichkodeetikett oder das an den Böden der Artikel befestigte Strichkodeetikett abzutasten, wird das Abtastlaserstrahlenbündel 202 auf einen Spiegel 204 gerichtet. Das reflektierte Abtastlaserstrahlenbündel 202', das gegenüber dem Fenster 78 eine Neigung von etwa 4-5° aufweist, wird zur Beleuchtung der Artikel 203 verwendet.

In Fig. 20 repräsentieren sowohl die schraffierte Zone B als auch die kreuzschraffierte Zone A den Bereich, in dem der Strichkode korrekt gelesen werden kann. Mit anderen Worten, der Bildabstand des Abtastlaserstrahlenbündels ist auf die Zonen A und B beschränkt. Obwohl es sich bei der Zone B um einen Bereich handelt, in dem der Strichkode

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effektiv gelesen werden kann, wird sie jedoch nicht zum Lesea des Strichkodes benutzt, da die Zone B unter dem Fenster 78 und im Inneren der POS-Terminal-Einrichtung liegt. Wenn die Zone B oberhalb des Fensters 78 und außerhalb der POS-Terminal-Einrichtung liegen würde, wie die kreuzschraffierte Zone C in Fig. 21, könnte die Zone B effektiv zum Lesen des Strichkodes verwendet werden.

Fig. 21 zeigt schematisch eine Schnitt- und Vorderansicht einer POS-Terminal-Einrichtung, die eine erfindungsgemäße Lichtabtastvorrichtung aufweist. In Fig. 21 strahlt eine Abtastlaserstrahlenquelle 211, welche die erfinduncsgemäße Lichtabtastvorrichtung aufweist, ein Abtastlaserstrahlenbündel 212 ab. Ein reflektiertes Abtastlaserstrahlenbündel 212' erhält man mit Hilfe des Spiegels 204. Wie diese Figur zeigt, ist der Bildabstand auf die Zone C beschränkt und der Strichkode kann an jeglicher Stelle innerhalb einer solchen Zone C korrekt gelesen werden. Eine Zonenänderung von den Zonen A und B (Fig. -20) zur Zone C (Fig. 21) kann man leicht erreichen, indem man auf richtige Weise eine der in Fig. 17 oder Fig. 19 gezeigten Kurven wählt und daraus den optimalen Versetzungswinkel P bestimmt. Eine solche Zonenänderung erreicht man, indem man eine Grenze der Zone, die in Fig. 20 als Linie 220 (und auch als Linie 221) dargestellt ist, um einen Drehwinkel Q (Fig. 20) verschiebt. Um die Änderung unter den Bedingungen von beispielsweise M=4,ß(x) = 20° und ■ =1 zu erreichen,

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werden die Kurven in Fig. 22 benutzt. Fig. 22 ähnelt der Fig. 17· In Fig. 22 wird als erstes eine gerade vertikale Linie 223 gebildet. Die Linie 223 schneidet einen vorbestimmten Hittelbeugungswinkelβ (χ). In diesem Fall ist β(χ) auf 20° gesetzt. Als zweites werden durch Punkte, in denen die Kurven P₂Q' P-]5' ^P1O ^{Und P}5 ^{die vertikale} Linie 223 schneiden, Tangenten 224, 225, 226 bzw. 227 gezeichnet. Als drittes wird eine Tangente gewählt, deren Tangentenwinkel Q' proportional zum Drehwinkel Q ist. Im speziellen Fall ist die Tangente 226 gewählt worden. Bei der Tangente 226 handelt es sich um eine Linie, die durch den Punkt gezeichnet ist, in welchem die Linie 223 die Kurve P^₀ schneidet. Als Ergebnis kann ein Hologramm erzeugt werden, das die charakteristische Kurve ρ^₀ aufweist, die zum Erreichen der Zonenänderung am geeignetsten ist. Die Zone C in Fig. 21 kann man erhalten, indem man die Lichtabtastvorrichtung (211) benutzt, die das Hologramm aufweist, das die charakteristische Kurve ρ,-Q besitzt und das durch das in Fig. 7B gezeigte Verfahren erzeugt worden ist, wobei der Versetzungswinkel P auf 10° eingestellt ist.

Wie bereits erwähnt, eignet sich die erfindungsgemäße Lichtabtastvorrichtung dazu, beispielsweise ein POS-System mit einem hohen Auflösungsvermögen für das Lesen des Strichkodes eines Strichkodeetiketts verfügbar zu machen.

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Claims (6)

1. BLUMBACH · WESER · BERGEN · KRAMER ZWIRNER . HIRSCH · BREHM

   PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN

   Patenlconsult Radecfce»tra8e 43 8000 München 60 Telelon (089)883603/883604 Telex 05-212313 Telegramme Palemconsull Patentconsult Sonnenberger StraBe 43 6200 Wiesbaden Telefon (06121) 562943/561998 Telex 04-186237 Telegramme Patentconsult

   Fujitsu Limited 77/8763

   1015» Kamikodanaka, Nakahara-ku,
   Kawasaki, Japan

   Patentansprüche

   Lichtabtastvorrichtung mit
   einer mehrere Hologramme aufweisenden Scheibe; einer Laserstrahlenquelle zur Abstrahlung eines Abtastlaserstrahlenbündels, das als Beproduktionswelle dient und der Reihe nach auf die Hologramme gerichtet wird; und einer Bewegungseinrichtung, die das Abtastlaserstrahlenbündel und die Scheibe relativ zueinander bewegt, so daß ein Brennpunkt des durch das jeweilige Hologramm konvergierten Abtastlaserstrahlenbündels einen abzutastenden Gegenstand in einer Abtastrichtung abtastet, dadurch gekennzeichnet, daß es sich beim Abtastlaserstrahlenbündel (64) um eine Kugelwelle handelt

   und daß es sich wenigstens bei einem der Hologramme (61-1 bis 61-4 und 62-1 bis 62-12) um ein solches handelt, das

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   München: R. Kramer Dipl.-Ing. . W. Weser Dipl.-Phys. Dr. rer. nat. · P. Hirsch Dipl.-Ing. . RP. Brehm Dipl.-Chem. Dr. phil. nat. Wiesbaden: P. G. Blumbach Dipl.-Ing. · P. Bergen Dipl.-Ing, Du jur. · G. Zwirner Dipl.-Ing. Dipl. W Ing.

   entstanden ist durch Beaufschlagen einer auf einer Glasplatte (90) aufgebrachten lichtempfindlichen Schicht mit 2 Laserstrahlenbündeln, wobei eines (91) eine ebene und das andere (92) eine kugelförmige Welle bildet und wobei die Orientierungsrichtung des ebenwelligen Laserstrahlenbündels (91) die Ebene, in der sich die lichtempfindliche Schicht erstreckt, unter einem vorbestimmten Versetzungswinkel (P) schneidet (Fig. 7 B).
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der Laserstrahlenquelle und dem Hologramm größer ist als der.Abstand zwischen einer Laserstrahlenquelle zur Abstrahlung des kugelwelligen Laserstrahlenbündels und dem Hologramm.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Versetzungswinkel (P) gemäß einem gewünschten Mittelbeugungswinkel ((3 (_x)_; Fig. 14) bestimmt ist, unter dem das Abtastlaserstrahlenbündel durch das Hologramm hindurchtritt.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Versetzungswinkel (P) mit einer Vergrößerung des Mittelbeugungswinkels vergrößert wird.
5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4-, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenlänge des Abtastlaserstrah-

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   lenbündels gleich oder länger ist als die Wellenlänge sowohl des kugelwelligen als auch des ebenwelligen Laserstrahl enbündeIs für die Erzeugung des Hologramms.
6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß eine Zone (A in Fig. 20), in welcher der Gegenstand (203) abgetastet werden kann,durch geeignete Wahl eines Versetzungswinkels (P) in eine andere Zone (C in Fig. 21) transformiert wird.

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