DE2757235C2

DE2757235C2 - Optisch-mechanische Abtastvorrichtung mit einem rotierenden Spiegelrad

Info

Publication number: DE2757235C2
Application number: DE19772757235
Authority: DE
Inventors: Paul S. Morris N.Y. Wu
Original assignee: Sweda International Inc
Current assignee: Sweda International Inc
Priority date: 1977-12-22
Filing date: 1977-12-22
Publication date: 1983-02-17
Also published as: DE2757235A1

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine optisch-mechanische Abtastvorrichtung, wie sie Gegenstand des Hauptpatents 26 18 195 ist

Derartige Abtastvorrichtungen, die Laserstrahlen als Beleuchtungsquelle verwenden, werden vorwiegend in Anlagen für Supermärkte, in Einzelhandelsgeschäften usw. eingesetzt, so daß in besonders hohem Maße auf die Sicherheit der Kunden und des Betriebspersonals Rücksicht genommen werden muß, die häufig einer solchen Laserstrahlung ausgesetzt sind. Bei Betriebspcrsonal, beispielsweise an eber Kontrollstelle in einem Nahrungsmittelmarkt, wird Hie Bedienungsperson durch eine derartige Abtastvorrich ing während der gesamten Arbeitszeit fortlaufend einer Laserstrahlung ausgesetzt

Aufgabe der Erfindung ist es somit, die bei solchen Abtastvorrichtungen auftretende strahlenmäßige Belastung der Bedienungsperson und/oder des Kunden so *o gering wie möglich zu halten und wesentlich größere Sicherheitsgrenzen in bezug auf die Höhe der emittierten Laserstrahlung zu erzielen.

Gemäß der Erfindung wird dies bei der gattungsgemäßen Abtastvorrichtung mit den Merkmalen des Kennzeichens des Anspruchs I erreicht Dabei wird eine Abtastzeile in mehrere parallel zueinander verlaufende und einen gewissen Abstand einhaltende Unterzeilen aufgespaltet Die Intensität des eine solche Unterzeile bestreichenden Lichtstrahls kann dabei erheblich so geringer sein als die sonst erforderliche Lichtintensität, weil der Gegenstand in der gleichen Zeit mehrmals in Form von zueinander parallelen Unterzeilen abgetastet wird, von denen jede ein auswertbares Signal liefert

Die erfindungsgemäße Abtastvorrichtung ist insbesondere bei Abtastvorrichtungen nach dem Hauptpa* tent 26 18 195 einsetzbar, kann jedoch auch unabhängig von dem Hauptpatent zugrundeliegenden Abtastvorrichtungen eingesetzt werden.

Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung anhand eines AusfOhrungsbeispiels erläutert. Es zeigt

Fig. I eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Anordnung,

Fig. 2 eine Aufsicht auf das Spiegelrad nach der Erfindung, und

Fig. 3 die Aufsicht auf ein typisches Abtastschema, das mit der Abtastvorrichtung nach F i g. I erzielt wird.

Nach Fig. 1 wird der Ausgang einer Lichtquelle 10, z.B. eines lasers, der einen stark kollimierten Lichtstrahl Il :i.«sendet, durch eine Kombination at.-· einer konvexen und einer konkaven Unse oder dur zwei konvexe Linsen, die ein den Strahl formendes Unsenpaar 12 bilden, gerichtet, welches den Durchmesser des Lichtstrahls durch Vergrößerung verändert, während die KoIIimationseigenschaft des. Strahles aufrechterhalten wird. Ein Spiegel 13 richtet den verbreiterten kollimierten Lichtstrahl YIa über eine konvexe Linse 14 auf einen Strahlteiler 15.

Die Linse 14 ist so ausgelegt, daß ihre Brennwette durch die Länge des optischen Pfades von der Linse 14 zu der Ebene bestimmt ist, in der die Abtastschlitze Γ25—128 (Fig.3) angeordnet sind, wobei die Aufgabe darin be;- oht, den Lichtstrahl an der Ebene, in der die Schlitze liegen, zu konvergieren.

Der Strahlteiler 15 ist beispielsweise ein Spiegel mit teilweise durchlässiger Vorderfläche oder ein Strahlteilerkubus mit einer quadratischen Querschnittsfläche. Der Lichtstrahl 14a der auf den Strahlteiler 15 fällt wird in zwei Strahlen 16 und 17 etwa gleicher Intensität aufgespalten. Der Strahl wird auf einen festen Spiegel 18 gerichtet, während der Strahl 17 auf einen anderen festen Spiegel 19 gerichtet wird. Die Spiegel 18 und 19 sind bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung um 180° versetzt zueinander angeordnet Es können jedoch auch zusätzliche Spiegel in anderen Winkelanordnungen abhängig von der Auslegung der übrigen optischen Komponenten angeordnet sein.

Der Drehkörper 200 ist ein irregulärer Pyramidenstumpf, dessen seitliche Begrenzungen mit reflektierenden Rächen 141,142, 143, 144, 145 versehen sind. Wie sich am besten aus der Fig.2 ergibt kann die Schnittdarstellung des Drehkörpers 200 als aus einem imaginären regulären Fünfeck abgeleitet betrachtet werden. Jede der Seiten des Fünfecks ist in Längsrichtung parallel zur Rotationsachse des Drehkörpers 200 unterteilt so daß ein Paar reflektierender Flächen gebildet wird, die jeder Seite des imaginären Fünfecks oder insgesamt zehn reflektierenden Flächen 141a, 1416, 142a, 142b 143a, 1436, 144a, 1446, 145a, 1456 zugeordnet sind.

Der Rand einer jeden der reflektierenden Flächen bildet einen Winkel mit der Seile des imaginären Fünfecks in der Größenordnung von 3,1° bei der bevorzugten Ausführungsform. Beispielsweise hat der Winkel zwischen den reflektierenden Flächen 142a und 1426 einen Wert »on 1733° für den vorstehend angegebenen Wert von 3,1°. Diese Winkel sind jedoch in F i g. 2 der Zeichnung stark übertrieben dargestellt, um das Verständnis des Aufbaus des Drehkörpers 200 zu erleichtern.

Vier der fünf Paare 141 — 145 von reflektierenden Rächen sind auf die Längsachse des Drehkörpers 200 zu oder von ihr weg in folgender Weise geneigt ausgebildet Es wird hierzu zuerst das Paar von Flächen 142a, 1426 betrachtet, die parallele Ebenen in bezug auf die Rotationsachse des Drehkörpers 200 darstellen. Die benachbarten Flächen 143a, 1436 des Flächenpaares sind von der Oberseite des Drehkörpers nach innen geneigt, so daß die unteren Ränder 243a, 2436 näher der Achse des Drehkörpers 200 liegen als die oberen Kanten. In ähnlicher Weise sind die Flächen 145a, 1456 nach innen geneigt, wobei ihre unteren Ränder mit 245a, 2456angegeben sind.

Die Flächenpaare 141a, 1416und 144a, 1446sind nach außen geneigt, d. h. die unteren Ränder 246a. 2466 und

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2443, 2446 sind von der Achse des Drehkörpers 200 weiter entfernt als die oberen Ränder, Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegt der Wert für die Neigung in bezug auf eine Ebene parallel zur Achse des Drehkörpers 200, gleichgültig, ob nach innen oder nach außen, in der Größenordnung von 0,4156°. Für diese Winkelbeziehungen zwischen den Rächen und für das Ausmaß der Neigung nach innen und nach außen können jedoch auch andere Werte gewählt werden.

Lichtstrahlen, die von den Oberflächen der Spiegel 18 und 19 reflektiert werden, treffen auf die reflektierenden Flächen des Drehkörpers 200 auf und werden reflektiert Wenn der Drehkörper sich dreht (entweder im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn), wird ein Lichtstrahl, der auf eine der Flächen auffällt, als abtastender oder sich bewegender Fleck reflektiert, dessen Geschwindigkeit von der Winkelgeschwindigkeit des Drehkörpers abhängt

Die Spiegel 23,24,31,32 sind im Winkel in bezug auf die Längsachse des Drehkörpers 200 so angeordnet, daß bei einer Drehung des Drehkörpers 200 der geometrische Ort der Lichtstrahlen, die von dem Drehkörper reflektiert werden, geradlinigen Zeilenmustern auf einer ebenen Oberfläche, z. B. denen der Spiegel, folgt. Diese geradlinigen Lichtlinienzüge werden dann durch die Winkelorientierung der Spiegel 23, 24, 31, 32 in eine Ebene senkrecht zur Achse des Drehkörpers 200 reflektiert Durch entsprechende Anordnung und Winkelbemessung der Spiegel 23,24,31,32 kann jeder geradlinige Linienzug so ausgeführt werden, daß eine Schnittstelle in der Abtastschlitzebene erhalten wird, wodurch ein Mehrfach-X-Muster mit einem Winkel von 90° zwischen jedem Schenkel des X erzielt wird.

Der Lichtlinienzug, der am Spiegel 24 reflektiert wird, schneidet die Abtastschlitzebene und bildet einen Schenkel 128ceines X. In einem Zeitintervall später, das durch die Drehgeschwindigkeit des Drehkörpers 200 bestimmt ist, schneidet der Lichtlinienzug, der am Spiegel 23 reflektiert worden ist, die Abtastschlitzebene und bildet den Schenkel 125ceines anderen X.

Obgleich die Zeichnung zu Erläuterungszwecken anzeigt, daß eine Vielzahl von Abtastlinien 125·/, 1256, 125c; 128a, 128a, 1286 und 128c gleichzeitig durch Reflexion der Linienzüge an den entsprechenden Spiegeln 24, 23 ausgebildet werden, wird im tatsächlichen Betrieb jeder Schenkel eines jeden X nacheinander gebildet

Die im Winkel angeordneten Spiegel 24, 23, 31, 32 sind im gleichen WinkelabsUnd in bezug auf die Achse des Drehkörpers 200 längs des Umfangs eines imaginären Kreises, dessen Mittelpunkt mit der Achse zusammenfällt, angeordnet Wenn der Drehkörper 200 sich dreht und den Lichtstrahl über jeden der Spiegel 23, 24, 31, 32 richtet, wird der Strahl von dort gegen die entsprechenden Abtastschlitze reflektiert. Aufgrund der Winkelorientierung der vier Spiegel überstreicht der Abtaststrahl, der gegen die Abtastschlitze 125,126,127, 128 (Fig.3) projiziert wird, einen geschlossenen geometrischen Ort

in der nachstehenden Beschreibung bezieht sich die Bezeichnung »links« und »rechts«, wenn auf die Spiegel 24, 23, 31, 32 Bezug genommen wird, auf eine Beobachtungsstelle an der Achse des Drehkörpers 200 in Blickrichtung ai'f den cnisprechcnden Spiegel.

Beispielsweise Vird in einem bestimmten Zeitpunkt, iiler als der Beginn des Abtast/.yklus willkürlich fpsteclct't wird, di'r Liclitstrd.il 19a von der Fläche 143/?

des Drehkörpers 200 reflektiert und trifft auf den linken Rand des Spiegels 24 auf. Wenn der Drehkörper 200 im Uhrzeigersinn rotiert, schwenkt der Strahl 122 vom linken zum rechten Rand des Spiegels 24 und wird dann auf die Abtastebene, die die Abtastlinie 128c bildet, reflektiert Im nächsten Zeitpunkt wird der Strahl 18a von der Fläche 1456 auf den Spiegel 23 reflektiert Wenn der Drehkörper 200 sich dreht, überstreicht der Strahl 121 den Spiegel 23 in einer Richtung von links nach rechts, und der Strahl wird auf die Abtastebene reflektiert, wodurch der Linienzug 125c gebildet wird. Innerhalb eines jeden Abtastschenkels 125,126,127 und 128 sind drei getrennte Abtastlinienzüge vorhanden, die aus einem mittleren Linienzug und zwei parallelen Linienzügen auf jeder Seite des mittleren Linienzuges bestehen. Aus dem Aufbau des Drehkörpers 200 ergibt sich, daß der mittlere Iinienzug eines jeden Schenkels durch die Reflexion des Lichtstrahls aus der Lichtquelle 10 von der reflektierenden Fläche des Drehkörpers 200 gebildet wird, der parallel zur Achse, nämlich den Flächen 142a und 142b verläuft Die Liir ^jzüge, die am weitesten von der Achse des Drehkörpers 200 entfernt sind, werden durch diese Flächen des Drehkörpers erzeugt, die nach außen im Winkel angeordnet sind, nämlich die Rächen 141a, 1416 und 144a, 1446. Anderersei'· ί werden die Linienzüge, die der Achse des Drehkörpers 122 am nächsten liegen, durch die reflektierenden Rächen erzeugt, die nach innen geneigt sind, nämlich die Rächen 143a, 1436 und 145a, 1456.

Wie bereits erwähnt, sind bestimmte der reflektierenden Rächen des Drehkörpers 200 entweder nach innen oder nach außen um einen Winkel in der Größenordnung von 0,4156° gegenüber der Vertikalen geneigt Dieser Wert wurde so gewählt, daß der Abstand zwischen zwei beliebigen Abtastlinien in einem gegebenen Schlitz auf den maximalen Durchmesser (etwa 7 mm) der menschlichen Iris bezogen ist und offensichtlich auch von dem-Abstand von den im Winkel angeordneten Spiegeln 23, 24,31,32 zur Abtastschli^zebene abhängt Auf diese Weise wird die Lichtmenge, die das Auge einer in der Nähe des Abtastbereichs befindlichen Person erreicht, wesentlich reduziert, wodurch die Sicherheit im Betrieb der Abtastvorrichtung gewährleistet wird.

Die folgende Tabelle bringt die Erzeugung der Abtastlinien nach F i g. 3 mit der jeweiligen reflektierenden Fläche des Drehkörpers 200, der sie erzeugt, in Beziehung. Nach der Erzeugung der zwanzigsten Abtastlinie wiederholt sich der Zyklus periodisch. Aufgrund der Geometrie der beschriebenen optischen Anordnung wird jedoch die Erzeugung einer jeden Abtastlinie von einem anderen Lichtstrahl begleitet, der von der entgegengesetzten Seite des Drehkörpers 200 reflektier». v>ird und der in die freie Leerstelle zwischen den im Winkel angeordneten Spiegeln 23,24,31,32 fällt. Da dieser andere Lichtstrahl nicht zu Abtastzwecken verwendet wird, kann er für vorliegende Erfindung außer Betracht bleiben.

⁶⁰ Tabelle Abtastlinienfolge Rotorfläche

Abtast'inij

1	143 a	128 c
2	145 ΰ	125 c
3	141a	126 a
4	143 b	127 c

7 57 235

Fortsetzung	Κ,.,,,,Ν....·,	\'Ί ■
Ahl.iNtlinirnlnliu	144 a	128.1
5	141 b	125 a
6	142 a	126 b
7	144 b	127 a
8	145 a	128 c
9	142 b	125 b
IO	143 a	126 c
Il	145 b	127 c
12	141a	128 a
13	143 b	125 c
14	144 a	126 a
15	141 b	127 a
16	142 a	128 b
17	144 b	125 a
18	!45 a	! 26 c
!9	142 b	127 b
20	143 a	128 c
21

,ms

Es sei angenommen, daß ein Gegenstand sich über die Abtastschlitze 125, 126, 127, 128 auf den Laser zu bewegt. Die Spiegel 31 und 32 projizieren den Abtaststrahl in einer Richtung von dem Laser weg der Reihe nach durch die Schlitze 126 und 127, und es kann ein Etikett abgetastet werden, das auf den vorderen oder linken Seiten bzw. vorderen oder rechten Seiten erscheint. In ähnlicher Weise projiziert die Orientierung der Spiegel 24 und 23 den Abtaststrahl der Reihe nach durch Schlitze 128 und 125 und ist in der Lage, ein Etikett abzutasten, das auf den rückwärtigen oder rechten Seiten bzw. rückwärtigen oder linken Seiten erscheint.

Ein Etikett, das auf der Bodenseite eines Gegenstandes erscheint, kann von jedem der vier Abtaststrahlen in einwandfreier Weise abgetastet werden.

Die Abtastvorrichtung nach vorliegender Erfindung ist somit in der Lage, einen ein Etikett aufnehmenden Gegenstand abzutasten, wenn das Etikett am Boden, an der Vorderseite, an der Rückseite oder an rechten oder linken Seiten angeordnet ist. Selbst Gegenstände, die in unregelmäßigen Konfigurationen verpackt sind, z. B. Produkte oder Packungen, die deformiert worden sind, können in ähnlicher Weise ausgelesen werden, da ein oder mehrere Abtaststrahlen über das Etikett hinwegstreichen. Wenn ein Etikett nicht beim ersten Durchlauf des Abtaststrahls vollständig abgetastet wird, können die fehlenden Teile der Etikettinformation dem Dekodierer während nachfolgender Abtastvorgänge zugeführt «crilcn. da icilcr (icg, n-v; viele Male abgetastet wird. K.m, Ablastschlii/hereich enilVrnt wird.

Wie weiter oben bereits erläutert, sollen codierte Etiketten durch die erfindungsgemäßen Vorrichtungen abgetastet werden, um die darin ernhallcnt' Information zu decodieren, Fin UPC-Etikett weist abwechselnde Bänder von hell und dunkel oder in sonstiger Weise kontrastierenden Farben auf. Wenn der Abtaststrahl jeden der vier Schlii/e. die das Mehrfach X Abt.ist sehe ma bilden, nacheinander iiberstreicht. wird das Etikett durch den Strahl er >der mehrere Male beleuchtet.

Lieh: aus dem At-;aststrahl wird differential von der Oberfläche des Etiketts gestreut, abhängig davon, ob ein helles oder ein dunkles Rand beleuchtet wird. Da der Abtaststrahl sich konstant bewegt, wird eine modulierte Folge von Strculichiimpulsen erzeugt, deren Intensität und Dauer von Farbe und Breite der Bänder abhängt.

Π !!i

nv..!.i!ierieii Lichiif!v^.:ise f'i!'^r*.;i dem £v»Li..r> jo Pfad wie der Abtaststrahl, der das Etikett des Gegenstandes beleuchtet, wodurch eine rückstrahlende Aufnahme erhalten wird. Nimmt man an. daß der Strahl I28cc;n Etikett ablastet, treten die modulierten Impulse in den Abtastschiit/. 128. (Nt dem Abtaststrahl 128c zugeordnet ist. ein und treffen auf den Spiegel 24 auf. der die Impulse auf die Fläche 143.7 des Drehkörpers 200 reflektiert. Zwei Sensoren, die schematised ir lip. I mit 27 und "^ dargestellt sind, sind η Arbeiisnahe des Drehkörpers 200 angeordnet. Kons exe I insen 28, 29. die den Sensoren 27, 30 zugeordnet sind, sammeln die modulierten Lichtimpulse, die von den Flächen des Drehkörpers 200 reflektiert weiden, und richten das Licht auf die empfindlichen Elemente, die jeden Sensor bilden. In dein vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel spricht nur der Sensor 30 auf die modulierten Lichtimpulse an. die auf die Fläche 143,j des Drehkörpers 20 auftreffen.

Der Sensor nimmt somit eine Reihe von Lichtimpu!

sen sich ändernder Intensität und Dauer entsprechend den Streifen auf dem codierten Etikett auf Der Sensor, der ein Wandler ist, ändert die aufgenommene Lichtenergie in ein entsprechendes elektrisches Signal.

das dann verstärkt und einer entsprechenden Decodierschaltung zugeführt wird. Da das Licht, das von dem abgetasteten Gegenstand zurückkehrt, einem echten rückstrahlenden Pfad folgt, kann aber auch ein einziger Sensor hinter dem Strahlteiler 15 längs des Strahlpfades 14a angeordnet sein. Der Spiegel 13 kann teilweise

lichtdurchlässig ausgebildet sein, so daß es möglich ist.

den Sensor hinter den Spiegel in einer Verlängerung des

Strahlpfades 14a anzuordnen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Optisch-mechanische Abtastvorrichtung mit einem rotierenden Spiegelrad, insbesondere nach Patent... (Patentanmeldung P 26181953), dadurch gekennzeichnet, daß zur Verringerung der Strahlenbelastung einer beobachtenden Person die Spiegelflächen des Spiegelrades (200) derart unterschiedlich zur Drehachse geneigt sind, ι ο daß sich etwas zueinander winkelversetzte Strahlenfächer ergeben.

Z Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch derart unterschiedliche Neigung der Spiegelradflächen und dadurch bedingten Winkelversatz der Strahlenfächer, daß die Iris eines Beobachters bei jedem Umlauf nur von einem einzigen Abtaststrahl getroffen wird.