DE3486463T2

DE3486463T2 - Optische Vorrichtung zur Erfassung von Codezeichen

Info

Publication number: DE3486463T2
Application number: DE3486463T
Authority: DE
Inventors: John A Boles; Jay M Eastman
Original assignee: Optel Systems Inc
Current assignee: Optel Systems Inc
Priority date: 1983-08-22
Filing date: 1984-08-17
Publication date: 1998-04-16
Anticipated expiration: 2004-08-18
Also published as: EP0137966A3; JPH06208641A; US4603262A; EP0137966B1; EP0349770A1; ATE161644T1; JPH0690738B2; JPH0793456A; JP2509074B2; EP0137966A2; DE3482143D1; JPS6059480A; EP0349770B1; DE3486463D1; JP2513442B2; ATE53920T1

Description

Die vorliegende Erfindung beezieht sich auf optische Vorrichtungen zur Erfassung codierter Symbole, und insbesondere auf ein optisches Abtastgerät zum Abtasten von Barcodes und anderen Symbolen, Markierungen und Mustern, die Daten darstellen, wobei der Ausdruck "Barcode" umfassend ist und alle derartigen Symbole, Markierungen und Muster einschließt.
Die Erfindung ist insbesondere zur Verwendung in einem handgehaltenen Barcode-Abtastgerät geeignet, das Barcodes erfaßt, die aus einer Serie von parallelen hellen und dunklen Balken mit unterschiedlicher Breite und rechtwinkliger Form der Art bestehen, die die einheitliche Produktcodespezifikation (UPC) oder anderer Arten von Barcode-Spezifikationen erfüllt, wie Code 39, verschachtelte 2-aus 5-Codes und Codabar-Code. Merkmale der Erfindung können auch bei anderen Arten von optischen Geräten und Abtastgeräten nützlich sein, die nicht für einen handgehaltenen Betrieb ausgebildet sind, beispielsweise immer dann, wenn Probleme des Auffangens von reflektiertem Licht und der Integration von optischen und elektronischen Bauteilen auftreten.
Typische Barcode-Abtastgeräte, die derzeit verfügbar sind, verwenden einen Gaslaser, wie z.B. einen Helium-Neon-(HeNe-) Laser zur Erzeugung des Laserstrahls. Der Strahl ist leicht sichtbar, selbst in einer hell beleuchteten Umgebung, was es ermöglicht, den Strahl auf den Barcode zu richten. Im Interesse eines einfachen Betriebs von Barcode-Abtastgeräten ist es wünschenswert, daß sie miniaturisiert werden. Zu diesem Zweck ist es wünschenswert, wesentlich kleinere Laser einzusetzen, als den typischerweise verwendeten HeNe-Laser. Es wäre wünschenswert, eine Laserdiode zu verwenden. Laserdioden, die die erforderliche Beleuchtungsintensität liefern können, sind jedoch typischerweise Gallium-Arsenid- (typischerweise Gallium- Aluminium-Arsenid- [GeAlAs-]) Lasermaterialdioden, wobei dieses Material Laserlicht im Infrarotbereich (typischerweise 815 Nanometer (nm)) erzeugt. Weil ein Laserstrahl einen sehr kleinen Durchmesser hat, führt dies leicht dazu, daß der Barcode verfehlt wird. Damit ist die Rate von erfolgreichen Lesevorgängen pro Abtastvorgang unannehmbar klein. Dies entmutigt den Benutzer und spricht gegen die Verwendung von Abtastgeräten auf der Grundlage von Laserdioden, obwohl sie für eine Miniaturisierung geeignet sind.
Hinsichtlich der strukturellen Auslegung der Barcode-Abtastgeräte, insbesondere der relativ geringe Kosten aufweisenden handgehaltenen Barcode-Abtastgeräte sei bemerkt, daß der Barcode-Abtastgeräte-Markt ein Markt ist, der einen starken Kostenwettbewerb kennt. Entsprechend sind eine Vereinfachung des Entwurfs oder der Konstruktion eines Barcode-Abtastgerätes, eine Verringerung der Anzahl der Bauteile, eine Erleichterung des Zusammenbaus der Abtastgeräte, die möglicherweise eine Automation ermöglicht, von wesentlicher Bedeutung auf diesem Gebiet. In dieser Hinsicht hat sich herausgestellt, daß die bekannten Geräte nicht vollständig befriedigend sind.
Die DE-A-3 107 922, auf der der erste Teil des Anspruchs 1 beruht, beschreibt ein handgehaltenes Barcode-Abtastgerät, das eine Laserguelle für den Abtaststrahl verwendet. Der Laser kann ein eine erhebliche Größe aufweisender Gaslaser, oder bei der Ausführungsform nach Figur 12, eine Laserdiode sein. Hinsichtlich der Merkmale des Aufbaus und des Zusammenbaus beruht das bekannte Geräte auf einer Tragplatte 30, auf der der Laser befestigt ist. Es ist nichts darüber ausgesagt, wie oder wo die Linsen der den Abtaststrahl formenden Optiken befestigt sind. Ein Abtastmotor 68 ist auf einer nach oben umgebogenen Endwand der Tragplatte befestigt. Photodetektoren, von denen zwei verwendet werden, um einen ausreichenden Auffangwinkel zu bilden, sind auf der nach oben umgebogenen Vorderseite der Tragplatte befestigt. Signalformungs- und Verarbeitungselektroniken sind auf der Tragplatte in Form von zwei getrennten Schaltungsanordnungen entlang der Seiten der Tragplatte befestigt. Die Tragplatte bildet keine Leiterplatte und dient dem einzigen Zweck der Halterung anderer Bauteile. Allgemein hat dieses bekannte Gerät ein relativ geringes Ausmaß einer strukturellen Integration, wobei eine relativ größere Anzahl von Teilen oder Teilbaugruppen einzeln in dem Gehäuse gehaltert und zusammengebaut werden muß.
Die EP-A-0 085 804 beschreibt im Zusammenhang mit einem handgehaltenen Barcode-Abtastgerät eine einstückige "optische Bank" zur Halterung des Lasers und anderer optischer Bauteile, wobei der Laser ein üblicher HeNe-Laser oder auch eine Laserdiode sein kann. Eine Leiterplatte ist direkt von der oberen Wand des Gehäuses gehaltert und an dieser befestigt, ersichtlich unabhängig von der Baugruppe aus dem Laser und den optischen Elementen. Auch dies führt wiederum zu einer strukturellen Integration, die weniger als befriedigend ist.
Die US-A-4 115 703 zeigt ein pistolenförmiges handgehaltenes Abtastgerät, das in einer Weise ähnlich zum Kontaktstab arbeitet (d.h., es wird angenommen, daß das Gerät in direkte Berührung mit der den Barcode tragenden Oberfläche gebracht wird). Eine Leuchtdioden-Lichtquelle und ein Photodiodendetektor mit zugehöriger Optik sind einzeln und unabhängig voneinander und unabhängig von einer zugehörigen gedruckten Leiterplatte gehaltert. Auch dies bildet ein Gerät mit einem relativ niedrigen Integrationsgrad.
Entsprechend ist es das Hauptziel der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Barcode-Abtastvorrichtung zu schaffen, bei der optische, elektro-optische und elektronische Geräte zu einer einstückigen Struktur vereinigt sind, um die Herstellung zu erleichtern und die Zuverlässigkeit im Gebrauch zu verbessern.
Das verbesserte Barcode-Abtastgerät ist vorzugweise handgehalten und kann die Form einer kleinen Pistole aufweisen, die auf den Code gerichtet und manuell über diesen hinwegbewegt werden kann.
Dieses Ziel wird gemäß der Erfindung durch ein Barcode-Abtastgerät erreicht, wie es im Anspruch 1 definiert ist.
Gemäß besonders bevorzugter Ausführungsformen können die Zusammenbaueinrichtungen außerdem den Photodetektor in der einstückigen Struktur zusammen mit den anderen Elementen vereinigen, und das Gehäuse kann einen flachen Boden aufweisen, wobei die gedruckte Leiterplatte obere und untere Oberflächen aufweist, wobei die Diode, der Photodetektor und die Optiken an der oberen Oberfläche angebracht sind und die untere Oberfläche auf dem flachen Boden angeordnet ist.
Bei der Entwicklung der Erfindung wurde erkannt, daß die Verfügbarkeit von Barcode-Abtastgeräten bei annehmbaren Kosten von der erfolgreichen Integration der optischen, elektro-optischen und elektronischen Bauteile dieses Abtastgerätes abhängt. Diese müssen, nicht nur zur Erleichterung des Zusammenbaus, in ein Gehäuse verpackt werden, das klein genug ist, um handgehalten zu werden, und weiterhin müssen die optischen Bauteile gegen Stöße und Schwingungen geschützt werden, die nicht nur beim Zusammenbau sondern auch bei dem Gebrauch und in Betrieb des Abtastgerätes auftreten können. Es ist ein Merkmal der vorliegenden Erfindung, daß eine einstückige Baugruppe geschaffen wird, bei der die elektronischen Bauteile zum Betrieb des Lasers auf einer gedruckten Leiterplatte befestigt sind, die die Basis für die Halterung des Lasers und seiner optischen Bauteile sowie anderer elektrooptischer Bauteile des Abtastgerätes bildet, beispielsweise des Photodetektors hiervon. Diese einstückige Baugruppe erleichtert die Herstellung des Abtastgerätes und ergibt einen Schutz gegen Stöße und Schwingungen, sowohl bei der Herstellung als auch bei der Wartung und beim Gebrauch.
Es ist weiterhin ein Ziel der vorliegenden Erfindung, das verbesserte Barcode-Abtastgerät mit dem Merkmal zu versehen, daß das Auffangen von Reflektionen von dem Code mit einer im wesentlichen konstanten Beleuchung über eine große Tiefenschärfe oder Fokus-Tiefe vor dem Abtastgerät erfolgt.
In diesem Zusammenhang müssen Barcode-Abtastgeräte Reflektionen von dem Codesymbol auffangen und derartige Reflektionen in elektrische Signale umsetzen, die decodiert werden. Mit einem handgehaltenen Barcode-Abtastgerät kann sich der Barcode (üblicherweise auf einem Etikett auf einem Produkt) an unterschiedlichen Entfernungen vor dem Abtastgerät befinden. Die Beleuchtung des Photodetektors und das Ausgangssignal von diesem in Abhängigkeit von den Reflektionen ist Änderungen in Abhängigkeit von dem Abstand zwischen dem Barcode und dem Abtastgerät unterworfen. Es ist wichtig, daß ein Auffangen der Reflektionen in einer derartigen Weise vorgesehen wird, daß sich eine konstante Beleuchung des Detektors ergibt und damit die Anderung der Amplitude des elektrischen Ausgangssignals von diesem zu einem Minimum gemacht wird.
In Verbindung mit der Verwendung von Laserdioden mit geringer Größe und niedrigem Gewicht als Abtaststrahl-Lichquelle ist es nützlich, ein optisches Gerät zur Erfassung codierter Symbole zu schaffen, das einen unsichtbaren Lichtstrahl zur Abtastung des Symbols verwendet, während der Strahlpfad mit einem sichtbaren Lichtstrahl markiert wird, der mit dem unsichtbaren Strahl zusammenfällt, ohne daß sich eine Interferenz zwischen den sichtbaren und unsichtbaren Strahlen bei der Codeerfassung ergibt, wie dies in der Hauptanmeldung dieser Ausscheidungsanmeldung beansprucht ist, die als EP-A- 137 966 veröffentlich wurde.
Kurz beschrieben verwendet ein optisches Gerät zur Erfassung von Barcodesymbolen mit relativ mehr oder weniger reflektierenden Bereichen (typischerweise Barcodes) Einrichtungen zur Beleuchtung des Barcodes mit einem Strahl mit im wesentlichen unsichtbarem Licht (vorzugsweise von einer Laserdiode). Es sind Einrichtungen zur gleichzeitigen Beleuchtung des Symbols mit einem Markierungslichtstrahl vorgesehen, der sichtbar ist und der mit dem Laserstrahl zusammenfällt. Dies ermöglicht es dem Benutzer, den Laserstrahl bezüglich der Codesybole zu lokalisieren, so daß die Codesymbole mit einem großen Ausmaß an Sicherheit so abgetastet werden, daß der Laserstrahl von den Codesymbolen reflektiert wird. Das Gerät weist weiterhin auf die Reflektionen des Laserstrahls von den Symbolen ansprechende Einrichtungen auf, die die Symbole in entsprechende elektrische Signale umsetzen. Diese elektrischen Signale können decodiert werden, um die Symbole darstellende Ausgangssignale zu liefern, wodurch das Lesen der Barcodes ermöglicht wird.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird bei einem Lesen der folgenden Beschreibung mit den beigefügten Zeichnungen weiter verständlich, in denen
Figur 1 eine teilweise geschnittene Vorderansicht ist, die eine Barcode-Abtastpistole gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt,
Figuren 2 und 3 entgegengesetzte Endansichten der Abtastpistole nach Figur 1 sind,
Figur 4 ein Strahlendiagramm ist, das die Betriebsweise der optischen und elektrooptischen Elemente der Abtastpistole nach Figur 1 erläutert,
Figur 5 ein Strahlendiagramm ist, das die Betriebsweise der Optiken beim Auffangen des von den Barcodesymbolen reflektierten Lichtes erläutert,
Figur 6 ein Strahlendiagramm ähnlich der Figur 5 ist, die ein weiteres Merkmal der in Figur 5 gezeigten Optiken erläutert.
Unter spezieller Bezugnahme auf die Figuren 1, 2 und 3 ist eine Barcode-Abtastpistole 10 mit einem Gehäuse 12 mit einem oberen Abschnitt 14 und einem Handgriff-Abschnitt 16 gezeigt. Das Gehäuse kann aus Kunststoffmaterial geformt sein, beispielsweise durch Spritzguß Das Gehause ist in linke und rechte Hälften aufgeteilt, die anfänglich offen sein können, um das Einsetzen der optischen, elektrooptischen und elektronischen Baugruppe 20 des Abtastgerätes zu ermöglichen. Ein Anzeigefeld 22, Anzeigelampen 24 und eine Öffnung 26 für ein akustisches Signal, das erzeugt wird, um eine erfolgreiche Abtastung anzuzeigen, befinden sich am hinteren Ende 18. Die Anzeige kann in geeigneter Weise eine Flüssigkristallanzeige sein, und die Lampen können Leuchtdioden sein. Die Leuchtdioden zeigen den Betriebszustand des Abtastgerätes an (ob das Abtastgerät ein- oder ausgeschaltet und außer Betrieb ist), und sie können weiterhin anzeigen, daß eine erfolgreiche Abtastung abgeschlossen wurde.
Das vordere Ende 28 des oberen Abschnittes 14 des Gehäuses 12 weist eine Öffnung auf, durch die der Abtaststrahl und die Reflektionen von den Barcodesymbolen hindurchlaufen. Diese Öffnung wird als die Strahlöffnung 30 bezeichnet. Eine Sammellinse 32 ist gegen Schultern 36 und 38 des Gehäuses in der Strahlöffnung 28 befestigt.
Die Pistole kann für eine bequeme Handhaltung klein sein. In geeigneter Weise weist sie eine Länge in der Horizontalrichtung zwischen den vorderen und hinteren Enden 28 und 18 von ungefähr 5 Zoll, eine Breite in der vertikalen Richtung zwischen der Oberseite des oberen Gehäuses 14 und der Unterseite des Handgriffes 16 von ungefähr 5½ Zoll (ein Zoll = 2,54 cm) und eine Breite über das obere Gehäuse 14 von ungefähr 1,75 Zoll auf.
Der Code kann sich in einem Entfernungsbereich von ungefähr 10 Zoll von dem vorderen Ende 28 befinden, d.h., der den Code tragende Gegenstand kann entweder direkt gegen das vordere Ende 28 angelegt werden oder er kann sich in einer Entfernung von 10 Zoll befinden. Die Fokus-Tiefe des Abtastgerätes 10 ermöglicht die Erfassung von Codes über eine derartig lange Strecke. Dennoch gibt es eine maximale Entfernung in Abhängigkeit von der Breite der Balken, die den Barcode bilden. Für feine Balken, beispielsweise mit einer Breite von 0,0075 Zoll kann die maximale Fokus-Tiefe 3 Zoll betragen. Die maximale Fokus-Tiefe für breite Balken (mit einer Breite von 0,04 Zoll) kann 10 Zoll betragen. Die maximale Fokus-Tiefe für 0,01 Zoll breite Balken kann 4 Zoll betragen, während sie für 0,02 Zoll breite Balken 6 Zoll beträgt. Die Codesymbole werden mit einer Verschwenkung des Handgelenkes des Benutzers abgetastet. Der Strahl wird dann über den Code abgelenkt und Reflektionen werden von den Balken abgeleitet, wobei diese Reflektionen dann in elektrische Signale umgesetzt werden. Die in geeigneter Weise verstärkten Signale können von dem Abtastgerät mit Hilfe eines Kabels 38 gewonnen werden, das zur Übertragung der Signale an Decodierelektroniken verwendet werden kann. Die Kabel können weiterhin die Leistung für den Betrieb des Abtastgerätes führen. Alternativ können Batterien zum Betrieb des Abtastgerätes in dem Handgriff 16 untergebracht sein. Weiterhin können sich Decodierelektroniken auf einer Leiterplatte 40 in dem Handgriff befinden.
Ein Laserstrahl von kohärentem Licht wird von einer Laserdiode 42 erzeugt, die an einem Ende einer Hülse 44 befestigt ist. Optiken 46 kollimieren den divergierenden Fächerstrahl von der Laserdiode. Diese Optiken können von der Art sein, wie sie typischerweise in Mikroskop-Objektiven oder in digitalen Tonplattensystemen verwendet werden. Wenn ein Mikroskop-Objektiv verwendet wird, so wird das Objektiv umgekehrt, so daß das der Diode nächstgelegene Ende dasjenige Ende ist, das bei einer typischen Mikroskopanwendung auf die Probe gerichtet ist.
Teleskopoptiken 48, die durch zwei Linsen 50 und 52 mit längerer bzw. kürzerer Brennweite gebildet sind, reduzieren den Strahl von der Kollimationsoptik 46. Der eine verringerte Größe aufweisende Strahl wird von der Sammellinse 32 auf einen Punkt vor der Strahlöffnung 28 fokussiert. Die Feldtiefe oder Fokustiefe ermöglicht selbstverständlich das Lesen der Codes über die gesamte Strecke, wie dies weiter oben erwähnt wurde.
Die Laserdiode erzeugt kohärentes Licht im Infrarotbereich (typischerweise 815 nm). Die Diode 42 ist in einer Baugruppe mit einen Photodetektor enthalten, der mit einer Leistungssteuerschaltung zusammenwirkt, um die Intensität des Ausgangsstrahls im wesentlichen konstant zu halten. Eine geeignete Laserdiode kann von der Firma Mitsubishi Electronics Semiconductor Division, Mitsubishi Electronics America Inc., Sunnyvale, Kalifornien 94068 beschafft werden. Die Leistungssteuerung und andere Schaltungen, die mit der Laserdiode verwendet werden, ist in Spezifikationen beschrieben, die von Mitsubishi Electric veröffentlicht wurden.
Weil der Laserstrahl im wesentlichen unsichtbar ist, sind Einrichtungen zur Beleuchtung des Codes mit einem Markierungsstrahl aus sichtbarem Licht vorgesehen. Diese Markierungsstrahl-Beleuchtungseinrichtungen 54 werden durch eine Lampe 56 gebildet, die eine Miniatur-Hochintensitäts-Glühlampe sein kann. Alternativ kann eine Leuchtdiode verwendet werden. Mit der Lampe 56 in den Markierungsstrahl-Beleuchtungseinrichtungen 54 verbundene Optiken fokussieren den Markierungsstrahl auf den Code vor der Strahlöffnung. Diese Optiken schließen eine Apertur 58, eine Linse 60, einen Spektralstrahlteiler 62, einen Laserstrahlteiler 74 und die Sammellinse 32 ein. Der Spektralstrahlteiler 62 kann eine dünne Filmbeschichtung haben, die den sichtbaren Markierungsstrahl nach unten zu dem Laserstrahlteiler 74 umlenkt. Der Markierungsstrahl fällt dann koaxial mit dem Laserstrahl zusammen, während beide Strahlen die Sammellinse 32 und die Strahlöffnung 30 durchlaufen. Der Laserstrahl verläuft selbstverständlich direkt durch den Laserstrahlteiler 74.
Ein Photodetektor 66 (in geeigneter Weise eine Photodiode oder ein Phototransistor) ist gegenüber dem Strahlpfad versetzt angeordnet, um Reflektionen von den Codesymbolen zu erfassen, die in die Strahlöffnung eintreten und von der Sammellinse 32 auf den Detektor 66 fokussiert werden. Der Detektor ist vorzugsweise an der Oberseite des oberen Gehäuses 14 zum Schutz gegen Umgebungslicht von an der Decke befindlichen Beleuchtungsquellen (üblicherweise Leuchstofflampen) angeordnet. Der Detektor kann jedoch auch am Boden des oberen Gehäuses 14 angeordnet sein. Dann kann ein weiterer Strahlteiler erforderlich sein, um die Aufgabe des Spektralstrahlteilers 62 zum Reflektieren des reflektierten Laserstrahls auf den Detektor zu erfüllen.
Weil die Polarisation der Reflektionen aufgrund der glänzenden Oberfläche der Barcodesymbole spiegelnd ist, hat das reflektierte Licht, das spiegelnd reflektiert wird, die gleiche Polarisation wie der auftreffende Laserstrahl (beispielsweise eine lineare p-Polarisation). Das gestreute Licht von dem Barcodes enthält zur Hälfte p-polarisiertes Licht und zur Hälfte s-polarisiertes Licht. Der Laserstrahlteiler reflektiert lediglich das s-polarisierte Licht, das lediglich von den Barcode-Symbolen kommt. Dieses s-polarisierte Licht wird dann über den Spektralstrahlteiler 62 dem Detektor 66 zugeführt. Störungen und Rauschen in dem Ausgangssignal in dem Detektor, die durch den Glanz oder eine andere spiegelnde Reflektion hervorgerufen würden, werden daher im wesentlichen beseitigt. Anstelle des polarisierenden Strahlteilers 74 kann ein üblicher Strahlteiler verwendet werden, und polarisierendes Material, das lediglich eine s-Polarisation weiterleitet, kann vor dem Detektor 66 angeordnet sein.
Die Laserdiode 42 ist so ausgerichtet, daß ihr Ausgangsstrahl eine vertikale Hauptachse aufweist. Der Strahl wird geformt, weil er im wesentlichen eine abgestumpfte Ellipse ist. Die Hauptachse ist vertikal. Der Strahl hat eine Divergenz von ungefähr 13 Grad (6,5 Grad auf gegenüberliegenden.Seiten der vertikalen Hauptachse) und angenähert 38 Grad (19 Grad auf gegenüberliegenden Seiten der horizontalen Achse). Die erste Linse der Kollimationsoptik 46 ist mit Abstand von der Laserdiode angeordnet, um im wesentlichen die gesamten Strahl (die vollen 38 Grad), der von der Laserdiode ausgesandt wird, aufzuf angen.
Die Laserstrahl-Erzeugungseinrichtung 20 und die Markierungsstrahl- Erzeugungseinrichtung 54 sind zusammen mit den Strahlteilern 62 und 74 aneinander und an einer gedruckten Leiterplatte 68 befestigt, die einen Tongenerator 78 und andere Analogschaltungen zum Betrieb und zur Steuerung der Laserdiode 42 (der Leistungssteuerschaltung) und zur Speisung der Lampe 56 enthält. Die Schaltungsbauteile (Widerstände, Kondensatoren, Transistoren und integrierte Schaltungschips) sind auf der gedruckten Leiterplatte 68 befestigt und nicht gezeigt, um die Darstellung zu vereinfachen. Die Leiterplatte 68 befindet sich auf dem Boden des oberen Gehäuses 40, der im wesentlichen eben oder flach ist, wie dies in den Figuren 2 und 3 gezeigt ist. Die Lage der Leiterplatte wird durch eine der Befestigungen 31 festgelegt, die die Sammellinse 32 haltern. Die Leiterplatte wird durch (nicht gezeigte) Klammern oder Einrichtungen fest an ihrem Platz gehalten. Die Hülse 44 ist an der Leiterplatte 68 durch vordere und hintere Haltebügel 80 und 82 befestigt. Der vordere Haltebügel 80 hält weiterhin den Laserstrahlteiler 74 fest. Die Optik 54 und die Lampe 56 sind in einer Hülse 84 befestigt, die in ringförmigen vorderen und hinteren Haltebügeln 86 und 88 enthalten ist. Diese Haltebügel sind an der Hülse 44 befestigt. Die vorderen Haltebügel 86 befestigen weiterhin den Spektralstrahlteiler 44. Die gesamte einstückige Baugruppe 20 kann dann in den oberen Gehäuseabschnitt 14 eingesetzt und an ihrem Platz festgeklammert werden. Die Haltebügel können in Materialien wie z.B. Gummi befestigt werden, die eine Elastizität aufweisen und als stoßdämpfende Befestigungen dienen. Die Abtastpistole kann daher fallengelassen werden (obwohl dies nicht empfohlen wird), ohne daß die annehmbare Wahrscheinlichkeit besteht, daß die aktiven Elemente des Abtastgerätes beschädigt werden.
Ein Auslöseschalter 90 schaltet die Laserdiode 42 und die Markierungsstrahl-Lampe 56 ein. Wenn der Schalter niedergedrückt geehalten wird, werden die Strahlen für eine feste Zeitperiode eingeschaltet. Selbst wenn der Schalter losgelassen wird, bleiben die Strahlen für eine volle feste Zeitperiode eingeschaltet. Eine Zeitgeberschalter kann für diesen Zweck verwendet werden. Während die Strahlen eingeschaltet sind, lenkt der Benutzer die Strahlen über die Codesymbole hinweg ab. Der Markierungsstrahl macht die Wahrscheinlichkeit, daß die Codesymbole verfehlt werden, zu einem Minimum, selbst in einem hell beleuchteten Bereich. Entsprechend werden die Codesymbole mit einer hohen Erfolgsrate erfaßt.
Die Betriebsweise der Laser- und Markierungsstrahl-Beleuchtungseinrichtung ist weiter aus Figur 4 zu erkennen, die Strahlendiagramme enthält und die Linsen ausführlicher zeigt. Die Kollimationsoptik kann typischerweise drei plankonvexe Linsen einschließen, die in geeigneter Weise eine Vergrößerungskraft von ungefähr 20 aufweisen. Eine Apertur oder Blende 90 begrenzt den kollimierten Strahl, der in geeigneter Weise eine Abmessung von 6 mm entlang der Haupt- oder Vertikalachse haben kann. Die Teleskopoptik 46 kann aus der Linse 50 bestehen, die den Strahl auf einen Brennpunkt in der Nähe der anderen Linse 52 der Teleskopoptik 48 bringt. Die Linse 50 kann in geeigneter Weise eine Brennweite von 27 mm haben, während die Linse 52 eine Brennweite von 4 mm hat. Dies ergibt eine Verringerung der Größe des Strahls von 6 mm auf ungefähr 1 mm in der vertikalen Richtung. Die Sammellinse 32 weist in geeigneter Weise eine f-Zahl (f#) von mehr als 50 in der vertikalen oder langen Richtung für den abgehenden Laserstrahl auf.
Die Sammellinse 32 und eine Aperturblende 52 vor dem Detektor 66 ergeben eine konstante Beleuchtung und ein konstantes Ausgangssignal von dem Detektor über die gesamte Fokus-Tiefe des Abtastgerätes vor der Strahlöffnung 28 (Fig. 1).
Die Figuren 5 und 6 sind Strahlendiagramme, die zeigen, wie die Sammellinse 32, die Apertur 92 und der Detektor 66 zusammenwirken, um eine konstante Beleuchtung des Detektors 66 durch die Reflektionen der Laserstrahlen von den Barcodesymbolen über eine vergrößerte Fokus-Tiefe zu erzielen. Eine konstante Beleuchtung wird dadurch erzielt, daß ein konstanter Sammelwinkel für das von dem Barcode gestreute (reflektierte) Licht aufrechterhalten wird. Dieser konstante Sammelwinkel stellt sicher, daß das Detektorsignal eine konstante Amplitude über die gesamte Fokus- Tiefe (Tiefenschärfe) des optischen Systems aufweist.
Figur 5 zeigt die Anordnung in einer vereinfachten Weise, wobei die 90 Grad-Umlenkungen im Pfad der Reflektionen bis zum Detektor 66 aufgrund der Strahlteiler 62 und 74 fortgelassen sind. Die Sammellinse weist einen Durchmesser D auf, und die Detektor- Apertur 92 weist einen Durchmesser d auf. Der Abstand von der Sammellinse zum Detektor ist S&sub1;. Die aktive Oberfläche des Photodetektors 66 schließt im wesentlichen glatt mit der Apertur 92 ab. Daher ist der Abstand S&sub1; im wesentlichen der Abstand sowohl zur Apertur 92 als auch zum Detektor 66. Der Abstand von der Sammellinse 32 zur maximalen Fokus-Tiefe am Punkt A ist S&sub2;. Die minimale Fokus-Tiefe ist am Punkt B in Berührung mit der Sammellinse 32. Die Menge des von dem Punkt A gesammelten Lichtes ist gleich der Menge des Lichtes, die von dem Punkt B gesammelt wird, wenn die Sammelwinkel (ΘA und ΘB) gleich sind. Diese Bedingung erfordert (wenn ΘA und ΘB klein sind, d.h. wesentlich kleiner als ein Radian)
θA ( D/S&sub2;) = θB( d/S&sub1;) (1)
oder
D/S&sub2; = d/S&sub1; d/D = S&sub1; / S&sub2;. (2)
Es sei bemerkt, daß keine wesentliche Brechung des Lichtes am Punkt B auftritt, weil dieser Punkt mit der Linse 32 in Berührung steht. Die Farameter S&sub1; und S&sub2; stehen durch die Gleichung dünner Linsen miteinander in Beziehung, d.h.:
1 / f = 1 / S&sub1; + 1 / S&sub2;, (3)
worin f die Brennweite der Sammellinse 32 ist. S&sub2; ist die maximale Fokus-Tiefe, beispielsweise 10 Zoll (25,4 mm) von der Strahlöffnung 28. f ist die Brennweite der Linse, wie sie durch die Lage der optimalen Ebene zum Lesen von eine hohe Dichte (eine schmale Balkenbreite) aufweisenden Codesymbolen bestimmt ist. Die Beziehung kann für d/D wie folgt reduziert werden:
oder
D / d = [S&sub2; / f - 1] (5)
Als Beispiel sei der Fall angenommen, bei dem f 50 mm und S&sub2; gleich 250 mm ist. Dann ist:
In diesem Fall ist der Abstand zwischen der Apertur 92 und der Sammellinse 32:
Dann ist S&sub1; gleich 62,5 mm.
Wie dies in Figur 6 gezeigt ist, muß die Apertur 92 nicht mit dem Detektor 66 in Berührung stehen, wie dies in Figur 5 der Fall ist; die Sammelwinkel ΘA und ΘB sind ebenfalls einander gleich.
Es ist zu erkennen, daß die in den Figuren 5 und 6 gezeigten optischen Anordnungen einen konstanten Sammelwirkungsgrad für von den Punkten A und B reflektiertes Licht sicherstellen, wenn:
(a) die Detektorapertur 92 so angeordnet ist, daß sie die Lichtmenge, die von dem Punkt A erfaßt wird, nicht beschränkt, (b) die Apertur 92 nicht das Sammeln von Licht von dem Punkt B begrenzt, so daß ΘA gleich ΘB ist, und
(c) der Detektor 66 einen Sammelbereich (seine lichtempfindliche Fläche) aufweist, der groß genug ist, um das gesamte Licht aufzufangen, das von dem Punkt B durch die Apertur 92 hindurchläuft.
Aus der vorstehenden Beschreibung ist zu erkennen, daß ein verbessertes optisches Gerät zum Abtasten von Symbolen und insbesondere von Barcodesymbolen geschaffen wurde.

Claims

1. Barcode-Abtastgerät, das ein Gehäuse (14) mit einer Öffnung (28), durch die hindurch ein Lichtstrahl zur Beleuchtung des Barcodes aus dem Gehäuse heraus hindurchläuft und von dem Code reflektiertes Licht in das Gehäuse gelangt, eine Laserquelle (42) und Optiken (46, 48) zur Formung des Strahls aus dem Licht von der Laserquelle (42), einen Photodetektor (66) zum Empfang des reflektierten Lichts und zur Umsetzung dieses Lichtes in elektrische Signale, mit der Laserquelle (42) und dem Photodetektor (66) verbundene elektrische Schaltungen und eine Tragplatte (68) umfaßt, die teilweise direkt und teilweise mit Hilfe von Halte- und Befestigungs-Zwischenteilen (44,80,82) die Laserquelle, die Schaltungen und weitere Teile des Abtastsystems trägt, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserquelle (42) eine Laserdiode ist, daß die Tragplatte eine gedruckte Leiterplatte (68) ist, die in der vorstehend genannten Weise die Laserdiode (42), die elektrischen Schaltungen und auch die Optiken (46,48) zur Formung des von der Laserdiode emittierten Strahls trägt, und daß die gedruckte Leiterplatte (68) zusammen mit den daran befestigten Teilen somit eine einstückige Struktur (20) bildet, die an ihrem Platz in dem Gehäuse einsetzbar und befestigbar ist, nachdem diese Struktur zusammengebaut wurde.

2. Abtastgerät nach Anspruch 1, bei dem die einstückige Baugruppe weiterhin den Photodetektor (66) einschließt.

3. Abtastgerät nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Halte- und Befestigungseinrichtungen eine Hülse (44), in der die Laserdiode (42) und ihre Optiken (46, 48) angeordnet sind, und Haltebügel (80,82) zwischen der Leiterplatte (68) und der Hülse (44) umfassen, die die Hülse (44) mit der Laserdiode (42) und ihren Optiken (46, 48) an der Leiterplatte (68) befestigen.

4. Abtastgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Gehäuse (14) einen ebenen Boden aufweist und die g gedruckte Leiterplatte (68) obere und untere Oberflächen aufweist, wobei die Diode (42), der Photodetektor (66) und die Optiken (46,48) an der genannten oberen Oberfläche angebracht sind, während die untere Oberfläche auf dem ebenen Boden angeordnet ist.

5. Barcode-Abtastgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Sammellinse (32) zum Fokussieren des Strahls innerhalb einer vorgegebenen Fokus-Tiefe vor der Linse auf den Code und zur Fokussierung des reflektierten gestreuten Lichts auf den Detektor (66), Einrichtungen, die eine Apertur (92) an einer vorgegebenen Stelle zwischen der Sammellinse (32) und dem Detektor (66) definieren, um eine konstante Beleuchtung des Detektors (66) durch das von dem Barcode über die Fokus- Tiefe reflektierte Licht auszubilden, wobei die Größe und Lage der Apertur (92) so gewählt ist, daß:

(i) sie nicht die Lichtmenge beschränkt, die von einem Maximalpunkt (A, Figuren 5,6) der Fokus-Tiefe erfaßt wird, während (ii) das Sammeln von Licht von einem Minimalpunkt (B, Figuren 5,6) der Fokus-Tiefe auf den lichtempfindlichen Bereich des Detektors (66) begrenzt wird.

6. Abtastgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Apertur (92) eine derartige Größe aufweist und daß die Position derart ist, daß eine konstante Beleuchtung des Detektors durch von dem Barcode reflektiertes Licht über die Fokus-Tiefe ausgebildet wird, wobei das reflektierte Licht von einem Minimalpunkt (B, Figuren 5 und 6) der Fokus-Tiefe vor der Sammellinse (32), das durch die Apertur (92) auf den Detektor läuft, durch die Apertur (92) begrenzt ist, um einen Sammelwinkel ΘB zu bilden, während Licht von einem Maximalpunkt (A, Figuren 5 und 6) der Fokus-Tiefe, das von der Sammellinse (32) auf den Detektor fokussiert wird, von dem Maximalpunkt zu dem Durchmesser der Linse divergiert, um einen Sammelwinkel ΘA zu bilden, wobei die Lage und der Durchmesser der Apertur derart ist, daß TA gleich ΘB ist.

7. Abtastgerät nach Anspruch 6, bei dem der Durchmesser (d) der Apertur (92) durch die folgende Gleichung bestimmt ist, wenn sich die Apertur (92) benachbart zu dem Detektor (66) befindet:

D / d = [S / f - 1]

worin f die Brennweite der Sammellinse (32), D der Durchmesser dieser Linse (32) und S der Abstand zwischen der Linse (32) und dem Maximalpunkt A ist.