DE3444106C1

DE3444106C1 - Optical scanning device for reading bar-code symbols

Info

Publication number: DE3444106C1
Application number: DE19843444106
Authority: DE
Inventors: Claus 7311 Owen Hofmann; Gert 7000 Stuttgart Huber; Hans Hermann 7312 Kirchheim Spratte
Original assignee: Leuze Electronic GmbH and Co KG
Current assignee: Leuze Electronic GmbH and Co KG
Priority date: 1984-12-04
Filing date: 1984-12-04
Publication date: 1986-06-12

Abstract

The subject-matter of the invention is an optical scanning device for reading bar-code symbols, in the case of which device a transmitted light beam (which is emitted by a light transmitter) is deflected via a multi-facet polygon and is aligned by means of an autofocus device, to form a small light-spot diameter, with a reading plane, and the received light beam (which flows back coaxially with respect to the transmitted light beam in accordance with the autocollimation principle and whose power is modulated by the different reflection of the bars and the background of a code pattern) passes via receiving optics to an evaluation unit, both the transmitted light beam and the received light beam being deflected via the same facet of the polygon. The object of the invention is to improve such a scanning device. This object is achieved according to the invention in that at least the normal to the surface of one facet of the multi-facet polygon (9) encloses an angle xi NOTEQUAL 90 DEG with respect to the rotation axis of the polygon (Fig. 2). <IMAGE>

Description

Die Figuren zeigen im einzelnen: F i g. 1 eine schematische Anordnung einer optischen Abtastvorrichtung zum Stand der Technik mit einem Vielfacettenpolygon 9 in Drehwinkelposition 6 = 00, dessen Pyramidalwinkel 5e = 90" ist, Fig. la ein Vielfacettenpolygon 9 in der Drehwinkelposition a = - 150 (Abtastlichtfleck am Außenrand 25' der Abtastbahn 25) und Fig. ib ein Vielfacettenpolygon 9 in der Drehwinkelposition a = + 15° (Abtastlichtfleck am Außenrand 25" dcr Abtastbahn 25). The figures show in detail: F i g. 1 shows a schematic arrangement a prior art optical scanning device having a multifaceted polygon 9 in rotation angle position 6 = 00, the pyramidal angle of which is 5e = 90 ", Fig. la a multifaceted polygon 9 in the rotation angle position a = - 150 (scanning light spot on the outer edge 25 'of the scanning path 25) and Fig. Ib a multi-faceted polygon 9 in the Rotation angle position a = + 15 ° (scanning light spot on the outer edge 25 "of the scanning path 25).

Zunächst sei auf Fig. 1 Bezug genommen, in der eine dem Stand der Technik entsprechende optische Abtastvorrichtung in einer Gesamtansicht schematisch gezeigt ist. Der Strahl 11 eines He-Ne-Lasers 1 wird mit Hilfe der feststehenden Linse 37 nach Umlenkung am Spiegel 3 und der Polygonfacette 9' in die Leseebene 10 fokussiert. First reference is made to Fig. 1, in which one of the prior art Technique corresponding optical scanning device in an overall view schematically is shown. The beam 11 of a He-Ne laser 1 is fixed with the help of the Lens 37 after deflection on mirror 3 and the polygon facet 9 'in the reading plane 10 focused.

Das von der Leseebene 10 reflektierte Lichtbündel 15, das koaxial zum Sendelichtbündel 14 verläuft, gelangt nach Umlenkung an der Polygonfacette 9' auf einen weiteren Planspiegel 30, in dessen Zentrum ein Loch zur Einkopplung des Sendestrahls 39 vorhanden ist (geometrischer Strahlteiler). Das vom Planspiegel 30 in Richtung der Empfangsoptik geworfene Licht wird mit Hilfe der beiden Linsen 6 und 7 auf den Fotoempfänger 8 fokussiert. Die mit diesem System erzeugte Abtastebene, die mit der x,z-Ebene zusammenfällt.kat dreieckförmige Gestalt (Drehstrahlabtaster). The light bundle 15 reflected from the reading plane 10, which is coaxial runs to the transmitted light bundle 14, arrives after deflection at the polygonal facet 9 ' on another plane mirror 30, in the center of which a hole for coupling the Transmission beam 39 is present (geometric beam splitter). That from the plane mirror 30 light thrown in the direction of the receiving optics is achieved with the help of the two lenses 6 and 7 focused on the photo receiver 8. The scanning plane generated with this system, which coincides with the x, z-plane. Kat triangular shape (rotary beam scanner).

Eine Abtasteinrichtung dieser Art weist im wesentlichen die folgenden Nachteile auf: Das analoge Empfangssignal wird hierbei mehr oder weniger verfälscht, wenn die Codeebene bei sehr schmalen Strichbreiten nicht mit der Strahltaille zusammenfällt und wenn die Codeebene nicht in der x,y-Ebene liegt. Da die Hälfte der reflektierten Strahlungsleistung in einen Streukegel fällt, dessen zentrale Schnittfläche einen halben Öffnungswinkel von 45" aufweist, muß zur optimalen Streulichtausnutzung die Polygonfacette 9' an den Durchmesser des Planspiegels 30 und der aus den Linsen 6 und 7 bestehenden Empfangsoptik angepaßt sein. A scanner of this type basically comprises the following Disadvantages: The analog received signal is more or less falsified, if the code level does not coincide with the beam waist with very narrow bar widths and when the code plane is not in the x, y plane. Because half of the reflected Radiant power falls into a scattering cone, the central intersection of which is one has half an opening angle of 45 ", the Polygon facet 9 'to the diameter of the plane mirror 30 and that of the lenses 6 and 7 existing receiving optics be adapted.

Dabei ergeben sich erhebliche Leistungsverluste, die durch die Bezugszeichen 31, 31' und 32, 32' symbolisiert sind.This results in considerable power losses, which are indicated by the reference symbols 31, 31 'and 32, 32' are symbolized.

Infolge der Abhängigkeit der Lichtgeschwindigkeit vx in x-Richtung vom momentanen Drehwinkel 8 des Vielfacettenpolygons 9 nimmt die Geschwindigkeit des Abtastlichtflecks vom Außenrand 25' der Abtastbahn 25 bis zum Mittelpunkt 25"' relativ stark ab und vom Mittelpunkt 25"' bis zum Außenrand 25" entsprechend stark zu. Diese erhebliche Geschwindigkeitsvanation führt unter der Voraussetzung z = const. je nach Lesespurlänge in der Leseebene 10 zu Fehllesungen. As a result of the dependence of the speed of light vx in the x-direction the speed increases from the current angle of rotation 8 of the multifaceted polygon 9 of the scanning light spot from the outer edge 25 'of the scanning path 25 to the center point 25 "' relatively strong from and from the center 25 "'to the outer edge 25" correspondingly strong to. This considerable rate of change leads to the assumption z = const. depending on the length of the reading track in reading level 10, this can lead to incorrect readings.

Ein weiterer Nachteil wird anhand der Fig. la und lb aufgezeigt. Another disadvantage is shown with reference to FIGS. La and lb.

In F i g. ia wird der Strahl 39 nach Spiegelung an der Polygonfacette 9' so in den Lichtstrahl 14' umgelenkt, daß der Außenrand 25' der Abtastbahn 25 beleuchtet wird. Für das divergent reflektierte Strahlenbündel 15 ist die Projektionsfläche 35 und für das nach der Spiegelung entstehende Bündel 33 ist die Projektionsfläche 36 der Polygonfacette 9' wirksam, wobei der Flächeninhalt der Projektionsfläche 35 mit 36 übereinstimmt. In Fig. In general, the ray 39 becomes after reflection at the polygon facet 9 'is deflected into the light beam 14' in such a way that the outer edge 25 'of the scanning path 25 is illuminated. For the divergently reflected bundle of rays 15 is the projection surface 35 and for the bundle 33 created after the reflection is the projection surface 36 of the polygonal facet 9 'effective, the area of the projection surface 35 matches 36.

Dagegen beleuchtet in F i g. 1 b der Strahl 39 nach Spiegelung an der Polygonfacette 9' den Außenrand 25" der Abtastbahn 25. Der Flächeninhalt der jetzt vorliegenden Projektionsflächen 35' und 36' ist erheblich kleiner als in der oben beschriebenen Winkelposition. Da aber die am Fotoempfänger 8 meßbare Empfangsleistung in einer funktionalen Abhängigkeit zur Projektionsfläche 35, 36 bzw. 35', 36' steht, ist die Empfangsleistung einem großen Variationsbereich je nach Winkelposition 8 unterworfen. In contrast, illuminated in FIG. 1 b the beam 39 after mirroring of the polygon facet 9 'the outer edge 25 "of the scanning path 25. The area of the projection surfaces 35 'and 36' now present is considerably smaller than in the angular position described above. But since the reception power that can be measured at the photo receiver 8 is functionally dependent on the projection surface 35, 36 or 35 ', 36', the received power has a wide range of variation depending on the angular position 8 subject.

Infolge der Verknüpfung der durch die Abtastrate und die Facettenanzahl definierten Polygondrehzahl n mit der Abtastgeschwindigkeit liegt die Impulsbreite des analogen Empfangssignals fest. Dieses Empfangssignal muß zur weiteren mikroprozessorgestützten Verarbeitung digitalisiert werden, wobei ein Quantisierungsfehler entsteht, der dann kleiner wird, wenn bei konstanter Taktrate zur Digitalisierung die Impulsbreite des analogen Empfangssignals zunimmt. As a result of the combination of the sampling rate and the number of facets defined polygon speed n with the scanning speed lies the pulse width of the analog received signal. This received signal must be used for further microprocessor-based Processing are digitized, resulting in a quantization error that then becomes smaller if the pulse width for digitization at a constant clock rate of the analog received signal increases.

Eine der im vorstehenden beschriebenen optischen Abtasteinrichtung grundsätzlich entsprechende Abtasteinrichtung ist beispielsweise durch die GB-PS 13 92 925 bekannt. One of the optical scanning devices described above fundamentally corresponding scanning device is for example by the GB-PS 13 92 925 known.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine optische Abtasteinrichtung zum Lesen von Strichcodesymbolen zu schaffen, die gegenüber den bekannten Abtasteinrichtungen dieser Art hinsichtlich der Strahlungsleistungsverluste, der Lesegenauigkeit und des Variationsbereichs der Empfangsleistung verbessert ist und die ferner mit einer minimalen Anzahl von Bauelementen auskommt. The present invention is based on the object of an optical To create scanning device for reading bar code symbols that are opposite to the known scanning devices of this type with regard to the radiation power losses, the reading accuracy and the variation range of the reception performance is improved and which also requires a minimal number of components.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß wenigstens die Flächennormale einer Facette des Vielfacettenpolygons einen Winkel Se 5 90" zur Drehachse des Polygons einschließt. This object is achieved according to the invention in that at least the surface normal of a facet of the multifaceted polygon has an angle Se 5 90 " to the axis of rotation of the polygon.

Weiterbildungen und zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Further developments and expedient embodiments of the invention are specified in the subclaims.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im nachstehenden anhand der Zeichnung erläutert. An embodiment of the invention is based on the following the drawing explained.

Es zeigt F i g. 2 eine schematische Anordnung der optischen Abtasteinrichtung, F i g. 3 eine Draufsicht auf und einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Vielfacettenpolygon, F i g. 4 ein Prinzipbild der gekrümmten Ortskurve (Abtastbahn) in der x,y-Ebene für den Pyramidalwinkel von z. B. so = 60° und ein typisches Strichcodesymbol, F i g. 5 den Zusammenhang zwischen Lichtfleckposition auf der Abtastbahn in x-Richtung und der Zeit t für die bekannte Anordnung nach F i g. 1 und für die erfindungsgemäße Ausführungsform, F i g. 6 die Funktion zwischen der Abtastgeschwindigkeit in x-Richtung und der momentanen Lichtfleckposition in x-Richtung für die bekannte Anordnung nach F i g. 1 und für die erfindungsgemäße Ausführungsform, F i g. 7 die erste Ableitung der Abtastgeschwindigkeit in x-Richtung nach der Lichtfleckposition in x-Richtung für die bekannte Anordnung nach F i g. 1 und für die erfindungsgemäße Ausführungsform, F i g. 8 den funktionalen Zusammenhang zwischen Strahlradius Wo und der Entfernung zwischen der Leseebene 10 und der laserabgewandten Hauptebene des Objektivs 4 für die erfindungsgemäße Ausführungsform und Fig. 9 das prinzipielle Verhalten des Fleckradius w(z'o) in Abhängigkeit der Entfernung zwischen Leseebene 10 und der laserabgewandten Hauptebene der Linse 37 (siehe Fig. 1) für die bekannten Anordnungen. It shows F i g. 2 shows a schematic arrangement of the optical scanning device, F i g. 3 shows a plan view of and a section through a multi-facet polygon according to the invention, F i g. 4 shows a schematic diagram of the curved locus (scanning path) in the x, y plane for the pyramidal angle of z. B. so = 60 ° and a typical bar code symbol, F i g. 5 shows the relationship between the position of the light spot on the scanning path in the x direction and the time t for the known arrangement according to FIG. 1 and for the invention Embodiment, FIG. 6 the function between the scanning speed in the x-direction and the current light spot position in the x-direction for the known arrangement F i g. 1 and for the embodiment according to the invention, FIG. 7 the first derivative the scanning speed in the x-direction after the light spot position in the x-direction for the known arrangement according to FIG. 1 and for the embodiment according to the invention, F i g. 8 shows the functional relationship between the beam radius Wo and the distance between the reading plane 10 and the main plane of the lens 4 facing away from the laser the embodiment according to the invention and FIG. 9 the basic behavior of the spot radius w (z'o) as a function of the distance between reading plane 10 and the one facing away from the laser Main plane of the lens 37 (see Fig. 1) for the known arrangements.

Wie aus F i g. 2 ersichtlich ist, erzeugt die Strahlungsquelle, beispielsweise ein Laser 1, bei dem es sich um einen Helium-Neon-Laser niedriger Leistung handeln kann, einen Strahl 11 mit näherungsweise »Gaußschem Profil«, der zur leseentfernungsmäßigen Anpassung der Strahltaille 40 auf ein in Richtung der optischen Achse elektromagnetisch verschiebbares Okular 2 fällt (Verschieberichtung 23). Der aufgeweitete Strahl trifft nach Umlenkung am Vorderflächenplanspiegel 3 auf das Objektiv 4, das in der Leseebene 10 eine Strahltaille 40 mit dem Fleckradius wo erzeugt. Das nach Verlassen des Objektivs 4 entstandene Strahlenbündel 12 wird von dem im Zentrum der Empfangsoptik 6 aufgekitteten Miniaturprisma 5 zum Sendelichtbündel 13 umgelenkt und danach von einer der Facetten 9'... 9V des Vielfacettenpolygons 9 mittels des Sendelichtbündels 14 in die Leseebene 10 gespiegelt. Aus der näherungsweise mit Lambert-Charakteristik von der Leseebene 10 reflektierten Streukeule wird nur der Anteil ausgewertet, der von der jeweiligen mit dem Sendestrahl beaufschlagten Polygonfacette erfaßt wird. Dabei wird das Strahlenbündel 16, das durch Spiegelung an der entsprechenden Polygonfacette aus Bündel 15 mit den Randstrahlen 15' und 15" entstanden ist, unmittelbar auf die Empfangsoptik 6 geworfen und von dort über eine weitere Linse 7 auf den Fotoempfänger 8 fokussiert. Es ist erwünscht, zur Detektion einer größtmöglichen Empfangsleistung bei Einsatz minimaler Empfangslinsendurchmesser die Empfangsoptik 6 in einer möglichst kuren Entfernung bezüglich der mit Strahlung beaufschlagten Polygonfacette 9' . . . 9 anzuordnen. Zu diesem Zweck sieht die Erfindung vor, die Empfangsoptik 6 in Richtung ihrer optischen Achse so lange zu verschieben, bis der Randstrahl 15" die Oberfläche der Empfangsoptik 6 bzw. das Miniaturprisma 5 tangiert. As shown in FIG. 2 as can be seen, generates the radiation source, for example a laser 1, which is a Helium-neon laser lower Power can act, a ray 11 with approximately "Gaussian profile", the for adapting the beam waist 40 to a reading distance in the direction of the optic axis electromagnetically displaceable eyepiece 2 falls (displacement direction 23). After deflection, the widened beam hits the front surface plane mirror 3 onto the lens 4, which in the reading plane 10 has a beam waist 40 with the spot radius where produced. The beam 12 created after leaving the objective 4 becomes from the miniature prism 5 cemented in the center of the receiving optics 6 to the transmitted light bundle 13 deflected and then by one of the facets 9 '... 9V of the multi-facet polygon 9 is mirrored into the reading plane 10 by means of the transmitted light bundle 14. From the approximate with Lambert characteristics from the reading plane 10 reflected scattering lobe is only the portion evaluated which is acted upon by the respective with the transmission beam Polygon facet is detected. The bundle of rays 16, which is caused by reflection at the corresponding polygon facet from bundle 15 with marginal rays 15 'and 15 "is thrown directly onto the receiving optics 6 and from there over another lens 7 is focused on the photo receiver 8. It is desirable for detection the greatest possible reception performance with the use of minimal reception lens diameters the receiving optics 6 in the shortest possible distance with respect to the radiation acted upon polygonal facet 9 '. . . 9 to be arranged. To this end the invention provides before moving the receiving optics 6 in the direction of its optical axis as long as until the edge beam 15 ″ the surface of the receiving optics 6 or the miniature prism 5 affects.

Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung ist für diesen minimalen Abstand die Größe der Polygonfacette an den Empfangsoptikdurchmesser angepaßt.According to a further idea of the invention, this is minimal Distance, the size of the polygonal facet adapted to the diameter of the receiving optics.

Die Drehachse 19 des Vielfacettenpolygons 9 wird ständig von einem nicht dargestellten Motor angetrieben und hierbei vorzugsweise auf einer konstanten Winkelgeschwindigkeit ZE gehalten. Bei der hier dargestellten Ausführungsform weist das Vielfacettenpolygon 9 nach F i g. 3 acht Facettenflächen auf und ist daher mit einer Drehzahl von 3000 min-1 so ausgelegt, daß pro Sekunde 400 Abtastungen und damit 400 Codelesungen erfolgen. The axis of rotation 19 of the multi-faceted polygon 9 is constantly from one Motor, not shown, driven and here preferably on a constant Angular velocity ZE held. In the embodiment shown here, has the multi-facet polygon 9 according to FIG. 3 has eight facet surfaces and is therefore with a speed of 3000 min-1 designed so that per second 400 samples and so that 400 code readings take place.

Die Ausbreitungsrichtung des Sendelichtbündels 13 schließt mit der Drehachse 19 des Vielfacettenpolygons 9 den Winkel 2 5 -90" ein, wobei die Strahlenachse des Sendelichtbündels 13 in der y-Ebene liegt Für den Drehwinkel gq = 0° soll der Ablenkwinkel = 0° gültig sein und gleichzeitig die Flächennormale einer Polygonfacette in der y,z-Ebene liegen. In dieser Drehwinkelposition schließen nach Fig 2 die Strahlenachsen der beiden Sendelichtbündel 13, 14 den Winkel s = 180°2 5e ein. Es ist allgemein bekannt, daß die Einfallsebene diejenige Fläche ist, die das Sendelichtbündel 13 mit der Flächennormale aufspannt, wobei gleichzeitig der eingeschlossene Winkel mit Einfallswinkel ae bezeichnet wird. Für die erfindungsgemäße Anordnung nach F i g. 2 und dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 ist der Einfallswinkel = = arc cos icos # sin [2 Se -arc tan (cos 6 tan 5e)] 1 innerhalb des Drehwinkelbereichs -2Z50 < gq + +22,5° für die jeweilige mit Strahlung beaufschlagte Polygonfacette9' . . 9V gültig. The direction of propagation of the transmitted light bundle 13 closes with the The axis of rotation 19 of the multifaceted polygon 9 is at the angle 2 5 -90 ", the beam axis of the transmitted light bundle 13 lies in the y-plane. For the angle of rotation gq = 0 °, the Deflection angle = 0 ° must be valid and at the same time the surface normal of a polygon facet lie in the y, z-plane. In this angle of rotation position, according to FIG. 2, the beam axes close of the two transmitted light bundles 13, 14 the angle s = 180 ° 2 5e. It's general known that the plane of incidence is that surface which the transmitted light bundle 13 spanned with the surface normal, with the included angle at the same time is denoted by angle of incidence ae. For the arrangement according to the invention according to F i g. 2 and the embodiment according to FIG. 3 is the angle of incidence = = arc cos icos # sin [2 Se -arc tan (cos 6 tan 5e)] 1 within the rotation angle range -2Z50 <gq + + 22.5 ° for the respective polygon facet exposed to radiation9 ' . . 9V valid.

Mit der Bedingung Einfallswinkel gleich Ausfallswinkel liegt zwischen den Strahlenachsen der Sendelichtbündel 13, 14 der Winkel 2 ae auf der Einfallsebene. Projiziert man das mit 2 tge begrenzte Einfallsebenenflächenelement in die y,z-Ebene, so stellt man fest, daß der eingeschlossene Projektionswinkel >e für | > 0 ist. Dies bedeutet aber, daß die Abtastbahn 25 nicht mit der x-Koordinate übereinstimmt, sondern gegenüber dieser Achse nach F i g. 4 eine Krümmung aufweist. Die erfindungsgemäße gekrümmte Abtastbahn 25 hat gegenüber den bekannten Anordnungen einige vorteilhafte Eigenschaften, die anhand des folgenden Zahlenbeispiels und der Fig. 5, F i g. 6 und F i g. 7 diskutiert werden sollen. With the condition angle of incidence equals angle of reflection lies between the beam axes of the transmitted light bundles 13, 14 of the angle 2 ae on the plane of incidence. If the plane of incidence surface element limited by 2 tge is projected into the y, z-plane, so one finds that the included projection angle> e for | > 0 is. However, this means that the scanning path 25 does not coincide with the x coordinate, but opposite this axis according to FIG. 4 has a curvature. The inventive curved scanning path 25 has some advantageous over the known arrangements Properties which are based on the following numerical example and FIG. 5, F i g. 6th and F i g. 7 should be discussed.

Zahlenbeispiel Vergleich der beiden Polygone mit Pyramidalwinkel se = 90" (bekannte Anordnung) nacht i g. 1 und. = 60° (erfindungsgemäße Anordnung), die beide mit der Winkelgeschwindigkeit i5 = 314 rad/s rotieren. Der Reflexionspunkt auf einer der Polygonfacetten 9'. 9V hat für die Drehwinkelposition 6 = 0° den kürzesten Abstand zur Drehachse 19 von 29,705 mm. Das Strichcodesymbol 41 liegt in der x,y-Ebene und hat einen Abstand auf der z-Achse bis zum Polygonreflexionspunkt für 6 = 0° von zo = 220 mm. Numerical example Comparison of the two polygons with pyramidal angles se = 90 "(known arrangement) after i g. 1 and. = 60 ° (arrangement according to the invention), which both rotate with the angular velocity i5 = 314 rad / s. The reflection point on one of the polygon facets 9 '. 9V has the shortest for the angle of rotation position 6 = 0 ° Distance to the axis of rotation 19 of 29.705 mm. The bar code symbol 41 lies in the x, y plane and has a distance on the z-axis to the polygon reflection point for 6 = 0 ° from zo = 220 mm.

Unter Berücksichtigung dieser Zahlenwerte ist in F i g. 5 ein Zeitdiagramm dargestellt, das in Abszissenrichtung die Zeit t und in Ordinatenrichtung die momentane Lichtfleckposition in x-Richtung zeigt. Beide Funktionen lassen erkennen, daß zwischen x und t ein nichtlinearer Zusammenhang besteht, wobei nach der erfindungsgemäßen Ausführung mit Kurve 26 eine kleinere Anfangssteigung als bei der bekannten Anordnung (F i g. 1) nach 26' vorliegt. Die erste Ableitung von Kurve 26, 26' nach der Zeit t, die die Abtastgeschwindigkeit Vx in der x,y-Ebene liefert, zeigt, daß für die erfindungsgemäße Anordnung die Abtastgeschwindigkeit für jeden beliebigen Zeitpunkt kleiner als bei der bekannten Ausführung ist. Diese mit der Erfindung realisierte vorteilhafte Eigenschaft reduziert bei konstanter Digitalisierungstaktrate den Quantisierungsfehler. Das Bemerkenswerte hierbei ist, daß dieser Vorteil bei sonst gleichen Bedingungen wie Abtastrate und Facettenanzahl erreicht wird. Taking these numerical values into account, FIG. 5 is a timing diagram shown, the time t in the abscissa direction and the instantaneous in the ordinate direction Shows light spot position in x-direction. Both functions indicate that between x and t there is a non-linear relationship, according to the invention Version with curve 26 has a smaller initial slope than in the known arrangement (Fig. 1) is present after 26 '. The first derivative of curve 26, 26 'with respect to time t, which supplies the scanning speed Vx in the x, y-plane, shows that for the Arrangement according to the invention, the scanning speed for any point in time is smaller than in the known version. This realized with the invention This advantageous property reduces the quantization error with a constant digitization clock rate. The remarkable thing about this is that all other things being equal, this advantage is achieved how the sampling rate and number of facets is achieved.

In F i g. 6 ist in Ordinatenrichtung die Abtastgeschwindigkeit vx und in Abszissenrichtung die momentane Lichtfleckposition x aufgetragen. Die aus der Erfindung resultierende Funktion 27 liegt deutlich bezüglich der Abtastgeschwindigkeit unter der nach der bekannten Ausführung entstehenden Funktion 27'. Diese Tatsache liefert die bereits oben diskutierte vorteilhafte Eigenschaft eines kleineren Quantisierungsfehlers. In Fig. 6 is the scanning speed vx in the ordinate direction and the current light spot position x is plotted in the direction of the abscissa. From The function 27 resulting from the invention is clearly related to the scanning speed under the function 27 'arising according to the known embodiment. this fact provides the advantageous property of a smaller quantization error already discussed above.

Die erste Ableitung der Funktionen 27, 27' aus Fig. 6 nach der Lichtfleckposition x ist in Fig. 7 durch die Funktionen 28, 28' dargestellt. Da die Bewertung der Strichbreiten bzw. der Strichabstände einer Codevorlage durch die Abtastgeschwindigkeit Vx erfolgt, sollte dvx/ dx über die gesamte Abtastbahn x kleine Werte annehmen. Diese Aufgabenstellung wird nach der Erfindung in vorteilhafter Weise durch die Abhängigkeit nach Funktion 28 gelöst. The first derivation of the functions 27, 27 'from FIG. 6 according to the light spot position x is represented in FIG. 7 by the functions 28, 28 '. As the evaluation of the line widths or the line spacing of a code template is made by the scanning speed Vx, dvx / dx should assume small values over the entire scanning path x. This task is according to the invention in an advantageous manner by the function of the function 28 solved.

Eine weitere vorteilhafte Eigenschaft soll durch folgende Überlegung erläutert werden: Verlaufen die Codestriche des Strichcodesymbols 41 in Fig. 4 parallel zur y-Koordinate, so werden die vom Abtastmittelpunkt 25"' entfernt liegenden Codestriche nicht mehr senkrecht von der Abtastbahn 25 geschnitten. Another advantageous property should be based on the following consideration are explained: run the code lines of the bar code symbol 41 in Fig. 4 parallel to the y-coordinate, the code lines which are distant from the scanning center 25 '' 'become no longer cut perpendicularly from the scanning path 25.

Dieses bedeutet aber bei kreisförmigem Lichtfleck, daß der Empfangsleistungssprung durch die Vergrößerung der reflexionssenkenden Strichfläche erhöht wird. Da aber gleichzeitig die Ausbreitungsentfernung z' = z0/cos azunimmt und damit auch der Fleckradius w (z)nach Gl. (2) ansteigt, wird die Leistungssprungänderung in vorteilhafter Weise nahezu kompensiert.In the case of a circular light spot, however, this means that the received power jump is increased by enlarging the reflection-reducing line area. Here but at the same time the propagation distance z '= z0 / cos a increases and thus also the Spot radius w (z) according to Eq. (2) increases, the power jump change becomes more advantageous Way almost compensated.

In F i g. 2 ist das Okular 2 mit einer nicht eingezeichneten elektromagnetisch angetriebenen Verschiebeeinrichtung ausgerüstet, deren translatorische Verschieberichtung durch das Bezugszeichen 23 symbolisiert wird. In Fig. 2 is the eyepiece 2 with a not shown electromagnetic Equipped driven displacement device, whose translational displacement direction is symbolized by the reference numeral 23.

Der Befehl zur Ansteuerung der Verschiebeeinrichtung, und zwar die Verschieberichtung in positiver oder negativer Richtung und der Verschiebeweg, wird mittels einer in Fig. 2 nicht dargestellten Entfernungsmeßeinrichtung gewonnen. Hierbei wird die Entfernung zo', bestehend aus dem Streckenelement zo auf der z-Achse zwischen der Leseebene 10 und dem Vielfacettenpolygon 9, aus der Weglänge des Sendelichtbündels 13 und des Strahlenbündels 12 bis zur laserabgewandten Hauptebene des Objektivs 4, erfaßt. Danach wird aus der Entfernung zo' der Linsenabstand d(Sollwert) zwischen Objektiv 4 und Okular 2 so berechnet, daß die Strahltaille wo auf der Leseebene 10 liegt. Das Okular 2 wird nun selbsttätig mit Hilfe der Verschiebeeinrichtung so weit verschoben, bis der Sollwert d dem Istwert entspricht. Das Ergebnis dieser erfindungsgemäßen Autofokus-Anordnung zeigt F i g. 8, in der die Strahltaille wo als Funktion von zo' mit den Brennweiten für Okular f, = 16 mm und Objektiv f2 = 25 mm und dem Strahlradius auf der Laserspiegelebene von 375 Fm aufgetragen ist. F i g. 8 zeigt in Kurve 29, daß bei Leseentfernungsschwankungen um +80 mm der Strahlradius auf der Leseebene 10 nur um ca. +30 Fm variiert.The command to control the displacement device, namely the Shifting direction in positive or negative direction and the shifting distance is obtained by means of a distance measuring device not shown in FIG. Here, the distance zo ', consisting of the line element zo on the z-axis between the reading plane 10 and the multifaceted polygon 9, from the path length of the transmitted light bundle 13 and the beam 12 up to the main plane of the lens facing away from the laser 4, recorded. Then from the distance zo 'the lens distance d (target value) between Objective 4 and eyepiece 2 calculated so that the beam waist where on the reading plane 10 lies. The eyepiece 2 is now automatic with the aid of the displacement device Shifted until the setpoint d corresponds to the actual value. The result of this The autofocus arrangement according to the invention is shown in FIG. 8 where the beam waist where as a function of zo 'with the focal lengths for eyepiece f, = 16 mm and objective f2 = 25 mm and the beam radius on the laser mirror plane of 375 µm. F i g. In curve 29, FIG. 8 shows that the beam radius for reading distance fluctuations of +80 mm at reading level 10 only varied by approx. +30 Fm.

Dagegen zeigen die bekannten Anordnungen unter sonst gleichen Randbedingungen eine Strahlradiuszunahme um 140,um (siehe Fig. 9). Dieser gravierende Unterschied macht den Vorteil der erfindungsgemäßen Autofokusanordnung sehr deutlich. In contrast, the known arrangements show under otherwise identical boundary conditions a beam radius increase of 140 µm (see Fig. 9). This major difference makes the advantage of the autofocus arrangement according to the invention very clear.

Sind die Strichcodesymbole 41 auf Hochglanzpapier bzw. hinter Klarsichtfolie aufgebracht, so treten häufig spiegelnde Reflexionsanteile auf. Dies bedeutet, daß die üblicherweise vorliegende Streucharakteristik nach Lambert erheblich gestört ist und die sogenannten regulären Reflexionsanteile dominieren. Damit kann aber u. U. die eingangs beschriebene Leistungsmodulation aufgrund der unterschiedlichen Reflexionsanteile zwischen Strich und Untergrund der Strichcodesymbole 41 vollkommen verschwinden. Are the bar code symbols 41 on glossy paper or behind cling film applied, specular reflections often occur. This means that the usual Lambert scattering characteristics are considerably disturbed and the so-called regular reflection components dominate. But it can possibly the power modulation described at the beginning due to the different Reflection components between the bar and the background of the bar code symbols 41 completely disappear.

Zur Lösung dieses Problems sieht die Erfindung weiter vor, daß der He-Ne-Laser 1 einen Strahl 11 erzeugt, der eine linear polarisierte Schwingungsebene besitzt. Weiter ist innerhalb der Empfangsoptik zwischen den Linsen 6 und 7 ein Analysator 38 angeordnet, dessen Schwingungsebene um 900 gegenüber der Schwingungsebene des Sendelichtbündels 13 gedreht ist. In dem nun vorliegenden optischen Abtastsystem werden nun die diffusen Streuanteile der Codevorlage am Empfänger 8 detektiert, da nur diese Strahlungsanteile in ihrer Schwingungsrichtung bezüglich der eingestrahlten Schwingungsrichtung (Sendelichtbündel 14) gedreht werden. To solve this problem, the invention further provides that the He-Ne laser 1 generates a beam 11 which has a linearly polarized oscillation plane owns. Next is a within the receiving optics between the lenses 6 and 7 Analyzer 38 is arranged, its plane of oscillation by 900 compared to the plane of oscillation of the transmitted light bundle 13 is rotated. In the now present optical scanning system the diffuse scattered parts of the code template are now detected at the receiver 8, because only these radiation components in their direction of oscillation with respect to the irradiated Direction of oscillation (transmitted light bundle 14) are rotated.

Dagegen blockiert der Analysator 38 die aus der regulären Reflexion stammenden Reflexionsanteile vollkommen, da sie keiner Polarisationsdrehung unterworfen sind. Das hier beschriebene Funktionsprinzip ermöglicht daher ein sicheres »Lesen« von Strichcodesymbolen 41 auf Hochglanzpapier bzw. hinter Klarsichtfolie.In contrast, the analyzer 38 blocks those from the regular reflection originating reflection components completely, since they are not subjected to any polarization rotation are. The functional principle described here therefore enables reliable »reading« of bar code symbols 41 on glossy paper or behind transparent film.

Beim Arbeiten mit linear polarisiertem Licht muß sichergestellt sein, daß sämtliche optischen Bauteile im Strahlengang nicht depolarisieren. Dies wird vorzugsweise durch spannungsfreie Linsen und dielektrische Spiegel erreicht. When working with linearly polarized light, it must be ensured that that all optical components in the beam path do not depolarize. this will preferably achieved by stress-free lenses and dielectric mirrors.

Da zur Realisierung der Erfindung nur eine sehr geringe Anzahl von Bauelementen erforderlich ist, kann auch mit hochwertigen Bauelementen eine kostengünstige Lösung verwirklicht werden. Since to implement the invention only a very small number of Components is required, can also be inexpensive with high quality components Solution to be realized.

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Claims

Claims: 1. Optical scanning device for reading bar code symbols, in which a transmitted light beam emanating from a light transmitter passes over a multi-faceted polygon deflected and by means of an autofocus to a small light spot diameter a reading plane is aligned and coaxial according to the autocollimation principle returning to the transmitted light beam, due to different reflection of the lines and the background of a code template, a received light beam having a power modulation reaches an evaluation unit via receiving optics, the deflection both of the transmitted light beam and the received light beam over the same polygon facet takes place, that is, that at least the surface normal one facet of the multi-faceted polygon (9) an angle se $ 90 "to the axis of rotation of the Includes polygons.

2. Scanning device according to claim 1, characterized in that the multi-facet polygon (9) has a pyramidal angle between 50 ° and 70 " having.

3. Scanning device according to claim 1 or 2, characterized in that that in the center of the receiving optics (6) a small compared to its diameter Deflection prism (5) is attached for coupling the transmitted light beam.

4. Scanning device according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the optical axis of the receiving optics (6) lies in the y, z-plane and with the axis of rotation (19) of the multifaceted polygon (9) an angle of 2 5e -90 " includes.

5. Scanning device according to claim 4, characterized in that the receiving optics (6) arranged displaceably in the direction of its optical axis is.

6. Scanning device according to one of claims 1 to 5, characterized in that that the scanning path (25) is curved with respect to the x coordinate.

7. Scanning device according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the size of the polygon facets to the diameter of the receiving optics (6) is adapted

8. Scanning device according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the transmitter-side eyepiece (2) is arranged displaceably.

9. Scanning device according to claim 8, characterized in that the displacement of the eyepiece (2) depending on the distance of the code template (41) and the main plane of the lens (4) on the transmitter side by means of a displacement device takes place automatically.

10. Scanning device according to one of claims 1 to 9, characterized in that that the light beam generated by the light transmitter (1) has a linearly polarized oscillation plane owns.

11. Scanning device according to claim 10, characterized in that an analyzer (38) is arranged between the lenses (6, 7) of the receiving optics, its plane of oscillation by 90 "compared to the plane of oscillation of the transmitted light beam (13) is rotated.

12. Scanning device according to one of claims 1 to 11, characterized characterized in that all mirror surfaces exposed to light by dielectric Mirror layers are embodied.

The invention relates to an optical scanning device for Reading of bar code symbols in which a light emitted from a Transmitted light beam deflected over a multi-faceted polygon and using an autofocus is aligned to a small light spot diameter on a reading plane and which returns coaxially to the transmitted light beam according to the autocollimation principle, through different reflection of the lines and the background of a code template a received light beam having a power modulation via a receiving optics arrives at an evaluation unit, the deflection of both the transmitted light beam as well as the received light beam takes place via the same polygon facet.

With such a device, the focused transmission light spot by rotating the multifaceted polygon on the code template so that each the facets deflects the light beam along a given locus (scanning path), where there is a sampling rate (number of code samples per second) which corresponds to the The product of the speed of rotation of the polygons and the number of facets corresponds to. The one in the direction of propagation of the deflected light beam on the axis pointing to the center of the scanning path for further considerations as the z-coordinate in the direction of the scanning movement Defined tangent with x-coordinate pointing from the scanning center. So is also the y-coordinate of the Cartesian right-angled coordinate system with a right sense clearly defined, the origin of the coordinates being the center of the scanning path coincides.

The code information is determined by the width or the spacing of the bars embodied and therefore the received signal in a system is that described above Type depends on the speed of the light spot on the code surface. Will the Smallest line width or line spacing defined with SB, then for typical Barcode pattern the largest bar width or bar spacing between (2.2.... 3) SB. This consideration clearly shows that due to fluctuations in speed along incorrect readings are possible on the scanning path. The diameter of the scanning light spot goes further a decisive factor in the modulation amplitude of the received signal.

A known embodiment of such a scanning device and their shortcomings are shown below with reference to the drawing in the frame 1, la and Ib briefly explained.