DE3783996T2

DE3783996T2 - Laserstrahlabtaster.

Info

Publication number: DE3783996T2
Application number: DE8787308889T
Authority: DE
Inventors: Hirokazu Aritake; Toshiyuki Ichikawa; Hiroyuki Ikeda; Takefumi Inagaki; Fumio Yamagishi; Kozo Yamazaki
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1986-10-08
Filing date: 1987-10-07
Publication date: 1993-06-03
Anticipated expiration: 2007-10-08
Also published as: JPH0687099B2; AU7938187A; EP0263696B1; ES2037091T3; JPS63218914A; US4848862A; DE3783996D1; AU592018B2; EP0263696A2; KR880005714A; KR900008270B1; EP0263696A3; CA1298499C

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Laserstrahlscanner, die Hologramme und Laserstrahlen ausnützen, zum Beispiel zum Lesen von Barkodes oder Strichkodes oder ähnlichem.
Ein solcher Scanner oder Abtaster verwendet Hologramme in seinem optischen System, um einen Laserstrahl zu veranlassen, gemäß einem vorbestimmten Abtastmuster geleitet zu werden. Die Verwendung eines solchen Scanners kann, wenn ein kompliziertes Abtastmuster vorgegeben wird, die Konstruktion eines Barkode- Lesegerätes mit hoher Zuverlässigkeit und Genauigkeit erleichtern.
Ein solches Barkode-Lesegerät kann in einem Supermarkt oder ähnlichem als Endeinrichtung eines POS-(Verkaufspunkt)-Systems verwendet werden, welches Verkaufsdaten in Echtzeit durch direktes Eingeben der Verkaufsdaten von den Kontrollkassen in einen Computer verwaltet.
In einem Supermarkt ist das Barkode-Lesegerät an einem Registriertisch mit einer Kontrollkasse angebracht, und ein Barkode, der auf einem Verkaufsartikel markiert ist, wird abgetastet und vom Lesegerät gelesen, während der Artikel händisch darüberbewegt wird. In einer solchen Situation ist es wünschenswert, daß das Barkode-Lesegerät klein in der Größe ist, besonders in der Höhe, zugunsten des Bedienungskomforts und der Raumökonomie.
Ein Verringern der Höhe des Barkode-Lesegerätes ist äußerst wünschenswert, zum Beispiel in den Supermärkten in Europa, wo die Verkaufsperson verpflichtet ist, im Sitzen das Barkode-Lesegerät zu betreiben.
Eine solche Verwendung von Hologrammen, daß sie gleichzeitig als ein herkömmlicher drehbarer Polygonspiegel und ein herkömmliches Abtastlinsensystem funktionieren, ist im Prinzip ähnlich der Verwendung einer sich drehenden Hologrammplatte in einem Abtastsystem, das in der EP-A-0 132 956 beschrieben ist.
Als früher vorgeschlagenes Barkode-Lesegerät, welches einen Laserstrahlscanner verwendet, wird nun detaillierter mit Bezug auf die Figuren 10, 11 und 12 der beigefügten Zeichnungen diskutiert.
Figur 10 zeigt eine schematische Seitenansicht des Barkode-Lesegerätes, welches ein Laserstrahlabtastsystem 10 verwendet, welches umfaßt: einen Motor 11, der eine drehbare Hologrammplatte 12, die eine Vielzahl von Hologrammfacetten besitzt, antreibt, einen Spiegel 13, ein stationäres Hologrammelement 2, eine Fensterabdeckung 14 und ein Abtastfenster 15 (vorgesehen durch einen Abschnitt des stationären Hologrammelementes 2, welcher durch eine Öffnung 14a in der Fensterabdeckung 14 belichtet ist). Ein Lichtstrahl 16, der von der Hologrammplatte 12 gebrochen und vom Spiegel 13 reflektiert wird, erreicht das stationäre Hologrammelement 2, wo der Strahl 16 weiter gebrochen wird, um einen äußeren Abtaststrahl zu erzeugen, welcher auf einem Barkode 17 auftrifft, der auf einem Verkaufsartikel 1 markiert ist, in einem Operationsraum über der Öffnung 14a.
Gestreutes Licht 18 vom Barkode 17 pflanzt sich in der Richtung gegen den Abtaststrahl 16 fort, wie durch unterbrochene Linien dargestellt, und erreicht die Hologrammplatte 12, wo das gestreute Licht 18 gegen einen optischen Detektor (nicht gezeigt) gebrochen wird, welcher auf das empfangene Licht anspricht, damit ein Ausgangssignal, das für den Barkode 17 repräsentativ ist, vorgesehen wird.
Gestreutes Licht 18 vom Barkode 17 ist divergierend, bis es das stationäre Hologrammelement 2 erreicht. Das durch die Öffnung 14a zum Hologrammelement 2 zurückkommende, gestreute Licht ist jedoch, wegen der positiven Beziehung zwischen dem Hologrammelement 2 und dem Barkode 17, nicht breit divergierend. Dieses gestreute Licht wird durch das stationäre Hologrammelement 2 in einen im wesentlichen parallelen Lichtstrahl umgewandelt, der die Hologrammplatte 12 ohne Divergenz passiert.
Der aus der Öffnung 14a austretende Abtaststrahl tastet oder streicht die Oberfläche des Barkodes 17 ab, damit er eine Abtastlinie darüber markiert. Um ein Abtasten des gesamten Barkodes 17 unabhängig von Variationen der Stelle und der Bewegung des Artikels 1 über der Öffnung 14a sicherzustellen, sind eine Vielzahl von Abtastlinien erforderlich, die in verschiedene Richtungen markiert werden sollen.
Figur 11 zeigt eine perspektivische Ansicht des Abtastfensters 15, das vom belichteten Abschnitt des stationären Hologrammelementes 2 gebildet wird, welches Element ein transparentes Substrat 21 umfaßt und Streifenformhologramme 22, 23 und 24, die auf dem Substrat 21 gebildet sind. Ein Abtastmuster, welches eine Vielzahl von Abtastlinien 220, 230 und 240 umfaßt, die jeweils den Hologrammstreifen 22, 23 und 24 entsprichen und sich miteinander schneiden, ist in einigem Abstand über dem stationären Hologrammelement 2 gebildet.
Mit der Anordnung von Figur 10, in der die Fensterabdeckung 14 und das stationäre Hologrammelement 2 mit der Streifenformhologramm-Anordnung von Figur 11 in enger Nähe angeordnet sind, kann der Barkode 17 nicht immer vom Abtaststrahl abgetastet werden. Zum Beispiel wird in der schematischen Grundrißansicht von Fig. 12(a), welche sich auf eine Ebene in der Nähe der Fensterabdeckung 14 bezieht, der Barkode 17, der entlang einer unterbrochenen Linie bewegt wird, gelesen, aber der Barkode, welcher entlang einer der beiden unterbrochenen Linien und bewegt wird, wird nicht gelesen. Dies ist deshalb, weil mit dem Barkode 17, der, wie in Fig. 12(a) gezeigt, geneigt ist, nur die Abtastlinie 240 über die gesamte Länge des Barkodes streichen kann. Die Abtastlinien 220 und 230 können nicht über die gesamte Länge des Barkodes streichen, was dem Unterschied in der Orientierung zwischen den Abtastlinien und dem Barkode 17 zuzuschreiben ist. Daher kann der Barkode 17, welcher entlang der unterbrochenen Linie und in der dargestellten Ebene nahe zur Fensterabdeckung 14 bewegt wird, nicht gelesen werden, weil sich die Abtastlinie 240 nicht so weit wie die unterbrochene Linie oder erstreckt.
Andererseits schneiden die Abtastlinien 220, 230 und 240 in einer Ebene, die weiter über dem Abtastfenster liegt, einander, wie in Fig. 12(b) schematisch dargestellt ist. Daher kann in dieser höheren Ebene der Barkode 17 von der Abtastlinie 214 gelesen werden, wenn der den Kode tragende Gegenstand entlang irgendeiner der unterbrochenen Linien , und bewegt wird. Die Höhe dieser Schnittebene der Abtastlinien über dem stationären Hologrammelement 2 ist für das früher vorgeschlagene Barkode-Lesegerät mehr als 100 mm, so daß ein unbequem großer Platz für den Betrieb dieses Barkode-Lesegerätes erforderlich ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Laserstrahlscanner vorgesehen, welcher umfaßt:
ein Hologrammfenster 8 mit einer Vielzahl von Schichtformhologrammen, die zueinander in übereinanderliegender Beziehung angeordnet sind; und
optische Mittel, die angeordnet sind, um zu bewirken, daß ein Laserstrahl auf das Hologrammfenster einfällt und die Schichtformhologramme abtastet, so daß eine Beugung oder Brechung des Strahls durch die einzelnen Hologramme entsprechende Abtaststrahlen erzeugt, welche aus einer Hauptstirnseite des Hologrammfensters so austreten, damit sie wiederum in einem an die Hauptstirnseite angrenzenden Operationsraum entsprechende Abtastlinien schreiben, welche einander schneiden;
wobei die Anordnung eine solche ist, daß jeder der Abtaststrahlen, nach Verlassen des Hologramms, welches diesen Strahl durch Brechung erzeugte, aus der Hauptstirnseite austritt, ohne daß er auf irgendein anderes der Hologramme unter einem solchen Winkel eingefallen ist, daß er die Bragg'sche Bedingung darin erfüllt.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden, wegen der übereinanderliegenden Beziehung der Hologramme, sich schneidende Abtastlinien nahe dem Hologrammfenster erzeugt, wodurch der frühere Bedarf vermieden wird, einen abgetasteten Barkode in einer Entfernung von 100 mm oder mehr über dieses Fenster anzuordnen.
Beispielhaft wird auf die angefügten Zeichnungen Bezug genommen, in denen:
Figur 1 eine schematische Seitenansicht eines Hologrammfensters zur Verwendung in einem Laserstrahlscanner, der die vorliegende Erfindung verkörpert, zeigt;
Figur 2 eine schematische, perspektivische Ansicht von Teilen der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
Figur 3 eine schematische, perspektivische Ansicht von Teilen der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
Figur 4 eine schematische, persprektivische Ansicht von Teilen der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
Figur 5 eine schematische, perspektivische Ansicht von Teilen einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
Figur 6 eine externe, perspektivische Ansicht eines Laserstrahlscanners ist, der die vorliegende Erfindung verkörpert;
Figur 7 schematische, perspektivische Ansichten von inneren Teilen des Laserstrahlscanners von Figur 6 zeigt;
Figur 8 eine perspektivische Ansicht von zusammengebauten Teilen des Laserstrahlscanners von Figur 6 ist;
die Figuren 9A und 9B erklärende Seitenansichten eines optischen Systems des Laserstrahlscanners von Figur 6 sind, welche Strahlengänge darin zeigen;
Figur 10 (hieroben beschrieben) eine schematische Seitenansicht von Teilen eines früher vorgeschlagenen Laserstrahlscanners ist;
Figur 11 eine perspektivische Ansicht eines Teils des Scanners von Figur 10 ist;
die Figuren 12(a) und 12(b) Grundrißansichten zum Erklären von Problemen sind, die mit dem Laserstrahlscanner von Figur 10 assoziiert sind;
Figur 13 eine perspektivische erklärende Ansicht ist, die Abtastlinien zeigt, die von Abtaststrahlen eines Laserstrahlscanners, der die vorliegende Erfindung verkörpert, markiert werden;
Figur 14(a) eine perspektivische Ansicht eines Schichtformhologrammes zeigt;
Figur 14(b) eine Schnittansicht des Hologrammes von Figur 14(a) zeigt; und
Figur 14(c) ein Graph ist, der die Abhängigkeit der Brechungsleistung vom Einfallswinkel in das Hologramm von Figur 14(a) darstellt.
Figur 1 zeigt ein Hologrammfenster 3, welches zumindest zwei Schichtformhologramme darin inkorporiert besitzt, welche Streifenformhologramme umfassen, die in einer übereinanderliegenden Beziehung zueinander angeordnet sind, so daß der Hologrammstreifen 32 den Streifen 31 kreuzt. Ein das Fenster 3 verwendender Laserstrahlscanner besitzt ein optisches System zum Leiten der Laserstrahlen 33 und 34, so daß sie von den Streifenformhologrammen 31 und 32 jeweils gebrochen werden, wodurch sie entsprechende Abtaststrahlen erzeugen, die aus dem Scanner durch die Hauptstirnseite des Fensters 3 austreten. Ein optischer Detektor (nicht gezeigt) ist im Scanner installiert, um ein von einem gerade geprüften Gegenstand durch die Hologrammstreifen 31 und 32 des Hologrammfensters 3 zurückgestreutes Signallicht zu detektieren.
Falls ein Hologrammstreifen in einer kreuzender Beziehung bloß über dem anderen gestapelt ist, wird ein Teil des Laserstrahls, der gegen das obere Hologramm gerichtet ist, von unten, wodurch er gebrochen werden soll, das überlappte Gebiet des unteren Hologrammstreifens passieren, wo es vom oberen Hologrammstreifen gekreuzt wird, und kann vom unteren Hologrammstreifen gebrochen werden. Auch der vom unteren Hologrammstreifen gebildete Abtaststrahl kann durch das überlappende Gebiet des oberen Hologrammstreifens wieder gebrochen werden. Daher wird im allgemeinen kein kontinuierlicher Abtaststrahl erhalten, falls die zwei Hologramme bloß übereinander gestapelt sind.
Es ist manchmal möglich, einen Barkode unter Verwendung solcher diskontinuierlicher Abtaststrahlen zu lesen, aber ein kontinuierlicher Abtaststrahl ist bevorzugt. Kontinuierliche Abtaststrahlen können durch eine Anordnung erhalten werden, in der der Abtaststrahl 34, der vom unteren Hologrammstreifen 31 gebrochen wird, auf den oberen Hologrammstreifen unter einem solchen Winkel auftrifft, daß die Bragg'sche Bedingung (unten beschrieben) in diesem Streifen nicht erfüllt ist, und in der der Laserstrahl 33, der vom oberen Hologramm 32 gebrochen werden soll, auf den unteren Hologrammstreifen 31 unter einem solchen Winkel einfällt, daß die Bragg'sche Bedingung im Streifen 31 nicht erfüllt ist. Der durch Brechung im unteren Hologrammstreifen 31 erzeugte Abtaststrahl dringt dann durch das obere Hologramm ohne dadurch gebrochen zu werden, und der vom oberen Hologrammstreifen 32 zu brechende Laserstrahl dringt durch den unteren Hologrammstreifen 31 ohne dadurch gebrochen zu werden.
Mit einer solchen Anordnung ist in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht mehr ein Raum (h in Fig. 11) zwischen dem Hologrammfenster und einem untersten Niveau vorhanden, wo sich die Abtastlinien schneiden. Die Abtaststrahlen in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die einander schneidenden Abtastlinien auf einem Gegenstand, der auf das Hologrammfenster selbst plaziert ist, markieren. Dementsprechend kann in einer solchen Ausführungsform der Erfindung eine Fensterabdeckung, die den untersten Teil des verwendbaren Operationsraums begrenzt, sehr nahe an das Hologrammfenster positioniert werden, wodurch ermöglicht wird, daß die Gesamthöhe des Raumes, der für den Scanner benötigt wird, wünschenswert klein gehalten wird.
Die Bragg'sche Bedingung wird nun mit Bezug auf die Figuren 14(a), 14(b) und 14(c) erklärt.
Fig. 14(a) zeigt Interferenzstreifen 103 in einem Schichtformhologramm 102. Licht, welches die Hologrammschicht 102 durchdringt, wird in einer Weise gebrochen, die vom Muster der Interferenzstreifen 103 abhängt. Jeder der Interferenzstreifen 103 ist geneigt, wie in einem Querschnitt der Hologrammschicht 102 gesehen wird, wie in Figur 14(b) dargestellt ist. Wenn ein Laserstrahl 104 unter einem Winkel θ , wie gezeigt, auf die Hologrammschicht 102 einfällt, so daß er auf die Streifen 103 unter einem Glanzwinkel θ&sub1; auftrifft, kann Brechung durch die Interferenzstreifen 103 dazu führen, daß das Licht die Streifen 103 unter einem Glanzwinkel θ&sub2;, wie gezeigt, verläßt.
Es gibt jedoch einen solchen Winkel θB (der "Bragg'sche Winkel"), daß, wenn θ&sub1; = θB ist, ein gebrochener Strahl 105 mit maximaler Intensität unter dem Winkel θ&sub2; = θB herauskommt, weil dann die gutbekannte Bragg'sche Bedingung erfüllt ist, damit eine maximale Konstruktionsinterferenz ergeben wird. Für ein vorgegebenes Schichtformhologramm ist es so möglich, einen solchen Bragg'schen Winkel θB zu finden, daß, wenn θ&sub1; = θB ist, die Brechungsleistung ein Maximum ist. Falls θ&sub1; signifikant von θB abweicht, wird die Bragg'sche Bedingung nicht erfüllt.
Ein Teil des Einfallsstrahls 104, der auf das Hologramm 102 auftrifft, dringt dort direkt durch, ohne gebrochen zu werden, als ein durchgelassener Strahl 106 (gezeigt durch eine unterbrochene Linie). Die Intensität des durchgelassenen Strahls 106 vergrößert sich gemäß der Abweichung des Glanz-Einfallswinkels θ&sub1; des Strahls 104 vom Bragg'schen Winkel θB, wie im Graph von Figur 14(c) dargestellt. Die Abszisse stellt den Glanz-Einfallswinkel θ&sub1; des auf das Hologramm auffallenden Strahls dar, und die Ordinate stellt die Brechungsleistung dar. Der Graph mit der ausgezogenen Linie stellt den gebrochenen Strahl 105 dar, dessen Leuchtstärke (Intensität) beim Bragg'schen Winkel θB maximiert ist. Der Graph mit der unterbrochenen Linie stellt den direkt durchgelassenen Strahl 106 dar, dessen Intensität beim Bragg'schen Winkel θB beinahe null ist und sich in Übereinstimmung mit der Abweichung des Einfallswinkels θ&sub1; vom Bragg'schen Winkel θB vergrößert.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Vielzahl von Schichtformhologrammen, die in einer übereinander liegenden Beziehung angeordnet sind, in ein Hologrammfenster aufgenommen, wobei die Anordnung eine solche ist, daß ein Laserstrahl, der von einer bestimmten der Hologrammschichten gebrochen werden soll, zuerst eine oder mehrere vorgehende Hologrammschichten durchdringt, ohne daß er dadurch signifikant gebrochen wird, und daß der durch diese besondere Hologrammschicht gebrochene Strahl dann nachfolgende Hologrammschichten durchdringt, ohne dadurch signifikant gebrochen zu werden. Dies wird erzielt, indem sichergestellt wird, daß, wo die Brechung vermieden werden soll, der relevante Einfallswinkel des Strahls vom Bragg'schen Winkel verschieden ist. In der Praxis ist es im allgemeinen ausreichend, die Differenz zwischen dem relevanten Einfallswinkel und dem Bragg'schen Winkel so zu gestalten, daß nur ungefähr ein Zehntel des Einfallsstrahlflusses gebrochen wird.
Figur 2 zeigt Komponenten eines Hologrammfensters 4, welches einen ersten Hologrammstreifen 41 umfaßt, der auf einem transparenten Substrat 43, so wie eine Glasplatte, gebildet ist, und einen zweiten Hologrammstreifen 42, der auf einem transparenten Substrat 44, so wie eine Glasplatte, gebildet ist. Der erste Hologrammstreifen 41 umfaßt zwei Streifenformhologramme 41a und 41b mit jeweils verschiedenen Brechungsrichtungen. Der zweite Hologrammstreifen 42 umfaßt zwei Streifenformhologramme 42a und 42b mit jeweils verschiedenen Brechungsrichtungen. Das Hologrammfenster 4 wird zusammengebaut, indem zwei transparente Substrate 43 und 44 zusammen auf eine Weise fixiert werden, daß der Streifen 42 über dem Streifen 41 liegt und sich über ihn quer erstreckt, damit er sich darüber kreuzt.
Mit einem solchen Hologrammfenster 4 wird ein Abtastlaserstrahl, der auf das Hologramm 41a gerichtet ist, gebrochen und pflanzt sich von diesem als ein gebrochener Abtaststrahl 45a fort, wobei er so gerichtet ist, daß, wo er den Hologrammstreifen 42 durchdringt, der Strahl 45a die Bragg'sche Bedingung im Hologrammstreifen 42 nicht erfüllt. Der Abtaststrahl 45a durchdringt daher das transparente Substrat 44 und den Hologrammstreifen 42, ohne daß er dadurch signifikant gebrochen wird, und markiert eine kontinuierliche Abtastlinie 46a in einer Ebene über dem Fenster 4. Auf ähnliche Weise wird ein Abtastlaserstrahl, der auf das Hologramm 41b einfällt, dadurch gebrochen und pflanzt sich von dort als ein gebrochener Abtaststrahl 45b fort, dessen Richtung die Bragg'sche Bedingung im oberen Hologrammstreifen 42 nicht erfüllt. Der Abtaststrahl 45b durchdringt dementsprechend das transparente Substrat 44 und den Hologrammstreifen 42, ohne daß er gebrochen wird, und markiert eine kontinuierliche Abtastlinie 46b.
Andererseits durchdringt ein Abtastlaserstrahl, der so gerichtet ist, daß er die Bragg'sche Bedingung im Hologrammstreifen 41 nicht erfülllt, das untere Substrat 43 und den Hologrammstreifen 41, ohne daß er dadurch signifikant gebrochen wird, und fällt auf den oberen Hologrammstreifen 42 ein, zum Beispiel auf dem Streifenformhologramm 42a. Der auf das Hologramm 42a einfallende Strahl wird dadurch gebrochen und pflanzt sich von dort als ein gebrochener Abtaststrahl 47a fort, welcher eine kontinuierliche Abtastlinie 48a markiert. Auf ähnliche Weise durchdringt ein Abtastlaserstrahl, dessen Richtung die Bragg'sche Bedingung im Hologrammstreifen 41 nicht erfüllt, das transparente Substrat 43 und den Hologrammstreifen 41, ohne daß er dadurch signifikant gebrochen wird und fällt auf das Hologramm 42b ein. Der auf das Hologramm 42b einfallende Strahl wird dadurch gebrochen und pflanzt sich von dort als ein gebrochener Abtaststrahl 47b fort, welcher eine kontinuierliche Abtastlinie 48b markiert.
In Figur 3 umfaßt ein Hologrammfenster 5 ein transparentes Substrat 53, so wie ein Glasplatte, einen ersten Hologrammstreifen 51, der auf die untere Oberfläche des transparenten Substrates 53 aufgetragen ist, und einen zweiten Hologrammstreifen 52, der auf die obere Oberfläche des transparten Substrates 53 aufgetragen ist. Der erste Hologrammstreifen 51 umfaßt zwei Streifenformfhologramme 51a und 51b mit zwei verschiedenen Brechungsrichtungen. Der zweite Hologrammstreifen 52 umfaßt zwei Hologramme 52a und 52b mit zwei verschiedenen Brechungsrichtungen. Jeder der Hologrammstreifen 41, 42, 51 und 52 kann Hologramme vom Phasen-Typus oder vom Oberflächenrelief-Typus umfassen.
Ein auf das Hologramm 51a einfallender Abtastlaserstrahl wird dadurch gebrochen und pflanzt sich von dort als ein gebrochener Abtaststrahl 55a fort, dessen Richtung die Bragg'sche Bedingung im oberen Hologrammstreifen 52 nicht erfüllt. Der vom Hologramm 51a gebrochene Abtaststrahl 55a durchdringt daher das transparente Substrat 53 und den oberen Hologrammstreifen 52, ohne daß er vom Hologrammstreifen 52 gebrochen wird, und markiert eine kontinuierliche Abtastlinie 56a. Auf ähnliche Weise wird der Abtastlaserstrahl, der auf das untere Hologramm 51b einfällt, vom Hologramm 51b gebrochen und pflanzt sich von dort als ein gebrochener Abtaststrahl 45b fort, dessen Richtung die Bragg'sche Bedingung im oberen Hologrammstreifen 52 nicht erfüllt. Der vom unteren Hologramm 51b gebrochene Abtaststrahl durchdringt daher das transparente Substrat 53 und den oberen Hologrammstreifen 52, ohne daß er gebrochen wird, und markiert eine kontinuierliche Abtastlinie 56b.
Andererseits durchdringt ein Abtastlaserstrahl, der auf das Hologrammfenster unter einem Einfallswinkel gerichtet ist, der die Bragg'sche Bedingung im Hologrammstreifen 51 nicht erfüllt, den Hologrammstreifen 51 und das transparente Substrat 53, ohne daß er vom Hologrammstreifen 51 gebrochen wird, und fällt auf das Hologramm 52a ein. Der einfallende Strahl wird vom Hologramm 52a gebrochen und pflanzt sich von da als ein gebrochener Abtaststrahl 57a fort, welcher eine kontinuierliche Abtastlinie 58a markiert. Auf ähnliche Weise durchdringt ein anderer Abtastlaserstrahl, der auf das Hologrammfenster 5 mit einem Einfallswinkel gerichtet ist, der die Bragg'sche Bedingung im Hologrammstreifen 51 nicht erfüllt, das transparente Substrat 53 und den Hologrammstreifen 51, ohne daß er durch den Hologrammstreifen 51 gebrochen wird, und fällt auf das obere Hologramm 52b ein. Der einfallende Strahl wird durch das Hologramm 52b gebrochen und pflanzt sich von dort als ein gebrochener Abtaststrahl 57b fort, welcher eine kontinuierliche Abtastlinie 58b markiert.
Im Gegensatz zur Anordnung, die in Figur 11 dargestellt ist, ist es, wenn ein Laserstrahlscanner verwendet wird, der das oben erwähnte Hologrammfenster 4 oder 5 anwendet, nicht notwendig, den abgetasteten Gegenstand auf eine vorbestimmte Höhe (h) über das Fenster zu heben, bevor auf ein Abtastmuster von gekreuzten Abtastlinien getroffen wird, so daß die Höhe des notwendigen Operationsraums für den Scanner verringert ist.
Beachte, daß im Scanner der Figuren 10 und 11 das Abtasten des Barkodes 17 durch den Strahl 16 zustande gebracht wird durch Ablenken des Laserstrahls vom optischen Abtastsystem 10 und durch Lenken des resultierenden Abtaststrahls auf die Oberfläche des Barkodes 17 über den Spiegel 13 und das stationäre Hologrammelement 2. Der Bewegungsbereich des Abtaststrahlenpunktes an der Anordnung des Barkodes 17 wird daher von der Weglänge des Abtaststrahls vom System 10 zum Barkode 17 abhängen. Im besonderen wird der Abtastbereich des Strahlenpunktes am Barkode 17 verengt, in Übereinstimmung mit jedem Verkürzen des optischen Abstandes vom Abtastsystem 10 zum Barkode 17, falls der Abtastwinkel des Strahls beim Abtastsystem 10 derselbe bleibt.
Die Figuren 4 und 5 stellen dar, wie die optische Weglänge des Abtastlaserstrahls ausreichend groß gehalten werden kann, um einen adäquaten Abtastbereich bei einem Abstand über einen Hologrammfenster zu ergeben, der, verglichen mit der Anordnung der Figuren 10 und 11, verringert ist.
In Fig. 4 umfaßt ein Hologrammfenster 6 einen ersten Hologrammstreifen 41, der auf einem unteren transparenten Substrat 43 gebildet ist, und einen zweiten Hologrammstreifen 42, der auf einem oberen transparenten Substrat 44 gebildet ist, ähnlich der Ausführungsform von Figur 2. Der erste Hologrammstreifen 41 umfaßt zwei Streifenformhologramme 41a und 41b mit verschiedenen Brechungsrichtungen. Der zweite Hologrammstreifen 42 umfaßt zwei Streifenformhologramme 42a und 42b mit verschiedenen Brechungsrichtungen. Ein Hologramm 62 zum Einbringen eines Abtastlaserstrahls 61 in das obere transparente Substrat 44 ist an einer Ecke desselben vorgesehen. Auch ein Hologramm 64 zum Einbringen eines Abtastlaserstrahls 63 in das untere transparente Substrat 43 ist an einer Ecke desselben vorgesehen.
Der Abtastlaserstrahl 61 wird durch das Hologramm 62 in das transparente Substrat 64 eingebracht und pflanzt sich in diesem Substrat zum Hologramm 42a oder 42b fort, wobei er darin wiederholte totale innere Reflexionen durchmacht. Während der Fortpflanzung innerhalb des transparenten Substrates 44 wird der Breitenbereich der Bewegung des Abtastlaserstrahls 61 allmählich verbreitert. Auch der Abtastlaserstrahl 63 wird durch das Hologramm 64 in das transparente Substrat 43 eingebracht und pflanzt sich in diesem Substrat zum Hologramm 41a oder 41b fort, wobei er wiederholte totale innere Reflexionen durchmacht. Während der Fortpflanzung innerhalb des transparenten Substrates 43 wird der Breitenbereich der Bewegung des Abtastlaserstrahls 63 verbreitert. So wird die Weglänge, die erforderlich ist, den Abtastbereich adäquat zu verbreitern, das ist der Breitenbereich der Bewegung des schlußendlichen Strahlenpunktes auf dem zu prüfenden Gegenstand, erhalten auf Grund der wiederholten totalen inneren Reflexionen innerhalb jedes der transparenten Substrate.
In Fig. 5 umfaßt ein Hologrammfenster 5 einen ersten Hologrammstreifen 51, der auf einer unteren Oberfläche eines transparenten Substrates 53 gebildet ist, und einen zweiten Hologrammstreifen 52, der auf einer oberen Oberfläche des transparten Substrates 53 gebildet ist. Der Hologrammstreifen 51 umfaßt zwei Streifenformhologramme 51a und 51b mit verschiedenen Brechungsrichtungen. Auch das zweite Hologramm 52 umfaßt zwei Streifenformhologramme 52a und 52b mit verschiedenen Brechungsrichtungen. Ein Bodenspiegel 71 und eine Vielzahl von Seitenspiegeln 72 und 73 sind unter dem Hologrammfenster 5 angeordnet. Ein Abtastlaserstrahl 74, der zum Hologrammfenster 5 ungefähr parallel ist, trifft auf den Seitenspiegel 72 und wiederum auf 73 auf, wird durch jeden der Spiegel 72 und 73 reflektiert, weiter reflektiert durch den Bodenspiegel 71, und pflanzt sich dann zu den Hologrammstreifen 51 und 52 fort.
Indem die Seitenspiegel 72 und 73 an einem geeigneten Abstand vom optischen System angeordnet werden, welches das anfängliche Abtasten des Strahls 74 erzeugt, wird die Weglänge von diesem System zum Fenster 5 ausreichend groß, um einen adäquaten Abtastbereich unmittelbar über diesem Fenster zu ergeben.
Ein Laserstrahlscanner, der die vorliegende Erfindung verkörpert, wird nun mit Bezug auf die Figuren 6 bis 9 beschrieben.
Der Scanner ist in einem Kunststoffgehäuse 80 untergebracht, welches eine obere Abdeckung 81 und einen unteren Kasten 82 umfaßt. Eine rechteckige Öffnung 83 ist auf der oberen Abdeckung 81 gebildet, und eine Entlüftungsöffnung 84 für einen Kühlventilator ist durch eine Vielzahl von Schlitzen in einer Seitenwand des unteren Kastens 82 gebildet. Eine Bestätigungslampe 85 zum Anzeigen, ob ein Barkode gelesen worden ist oder nicht, ist an der oberen Abdeckung 81 vorgesehen. Eine Fensterabdeckung 87 mit einer Öffnung, die wie ein geformt ist, ist innerhalb der oberen Abdeckung 81 an der Stelle der Öffnung 83 vorgesehen, und ein Hologrammfenster ist unter der Fensterabdeckung 87 angeordnet.
Das Gehäuse 80 kann sehr kompakt sein. Das Gehäuse 80 kann zum Beispiel eine Höhe von weniger als 85 mm besitzen (tatsächlich ist eine Höhe von 79 mm erreicht worden), und die Longitudinal- x Breitenabmessung kann weniger als 250 mm x 310 mm sein (tatsächlich ist 222 mm x 305 mm erreicht worden). Das Gehäuse 80 beherbergt das Hologrammfenster 8, die unten beschriebenen optischen Abtastmittel und eine Energiequelle für die optischen Abtastmittel.
Wie in Fig. 7 dargestellt, ist das Hologrammfenster 8 eine Dreischichtstruktur, welche zusätzlich zu den zwei Schichten von Fig. 2 (das ist das transparente Substrat 43 mit dem Hologrammstreifen 41, der darauf gebildet ist, und das transparente Substrat 44 mit dem Hologrammstreifen 42, der darauf gebildet ist) ein transparentes Substrat 37 umfaßt, so wie eine Glasplatte, mit einem Hologrammstreifen 35, der auf demselben gebildet ist. Die drei Substratschichten sind gestapelt und klebend miteinander befestigt.
Der Hologrammstreifen 35 umfaßt zwei Streifenformhologramme 35a und 35b mit jeweils verschiedenen Brechungsrichtungen. Die Hologramme können Hologramme vom Phasen-Typus oder vom Oberflächenrelief-Typus sein.
Im zusammengebauten Zustand des Hologrammfensters 8 kreuzen sich die Hologrammstreifen 41, 42 und 35 übereinander, damit sie die Form eines bilden, wie von oberhalb des Fensters gesehen wird. Wenn ein Abtastlaserstrahl 36 vom Hologrammstreifen 35 gebrochen wird, wird der resultierende gebrochene Strahl so gerichtet, daß er in den anderen zwei Hologrammstreifen 41 und 42 die Bragg'sche Bedingung nicht erfüllt. Wenn der Abtastlaserstrahl von beiden der Hologrammstreifen 41 und 42 gebrochen werden soll, wird dieser Strahl unter einem Einfallswinkel durch den Hologrammstreifen 35 übertragen, der den Bragg'schen Winkel in diesem Hologrammstreifen 35 nicht erfüllt.
Das Hologrammfenster 8, wie in einem unteren Teil von Fig. 7 dargestellt, ist über einem optischen System angeordnet, welches umfaßt: drei Seitenspiegel 88, einen konkaven Spiegel 90 mit einer Öffnung 89, einen Bodenspiegel 91, einen optischen Detektor 92, einen Lichtsammelspiegel 93 zum Leiten des Lichtes zum optischen Detektor 92, einen drehbaren Polygonspiegel 94 mit fünf Seiten und einen Motor 95 zum Antreiben des Polygonspiegels 94.
Figur 8 zeigt die Fensterabdeckung 87, die auf dem Hologrammfenster 8 (in Fig. 8 selbst nicht gezeigt) angeordnet ist, und eine He-Ne-Laserquelle 87, die auf einer Basis befestigt ist, auf welcher auch das vorher erwähnte optische System zusammen mit den Energie- und Antriebsschaltungen (nicht gezeigt) zum Antreiben der Laserquelle 97 und des Motors 95 montiert ist.
Wie in Fig. 9 dargestellt ist ein winziger Spiegel 98 hinter dem konkaven Spiegel 90 angeordnet, damit er dessen Öffnung 89 zugewandt ist. Das optische System, die Laserquelle 97 und die Energieschaltung sind zusammengebaut und untergebracht innerhalb des Gehäuses 80 von Figur 6.
Die Laserquelle 97 emittiert einen Laserstrahl, welcher vom Spiegel 99 (Fig. 7) reflektiert wird und der sich gegen den konkaven Spiegel 90 fortpflanzt. Wie in Fig. 9(A) dargestellt, durchdringt der Laserstrahl die Öffnung 89 im konkaven Spiegel 90 und fällt auf den winzigen Spiegel 98 hinter dem konkaven Spiegel 90. Der Spiegel 98 reflektiert den Strahl zurück durch die Öffnung 89 zum Polygonspiegel 94 als ein reflektierter Strahl . Der reflektierte Strahl fällt auf die Seitenoberflächen des Polygonspiegels 94, wie er rotiert, und wird vom Spiegel reflektiert, der jede Seite des Polygonspiegels 94 bildet, damit er zu den Seitenspiegeln 88 als ein Abtaststrahl oder durchdringt, gemäß der Neigung und der Drehung der Spiegeloberfläche, auf welche der Strahl einfällt. Jeder Abtaststrahl oder bewegt sich über die drei Seitenspiegel 88 (Fig. 7) und wird von den Seitenspiegeln 88 wiederum und vom Bodenspiegel 91 reflektiert, so daß er gegen das Hologrammfenster 8 als ein reflektierter Strahl oder gerichtet ist, welcher vom Hologrammfenster 8 gebrochen wird und sich von dort als ein Abtaststrahl oder fortpflanzt. Die Abtaststrahlen und bewegen sich in Übereinstimmung mit einem vorbestimmten Abtastmuster.
Gestreutes Signallicht vom Barkode pflanzt sich in die Richtung gegen die Abtaststrahlrichtung zurück zu den Seitenspiegeln 88 über das Hologrammfenster 8 und den Bodenspiegel 91 entlang den Lichtwegen und , oder und fort. Wie in Fig. 9(B) dargestellt, wird zurückgestreutes Signallicht von den Seitenspiegeln 88 reflektiert, so daß es sich zum Polygonspiegel 94 fortpflanzt, wo dieses Signallicht gegen den Konkavspiegel 90 reflektiert wird. Dann wird das Signallicht vom Konkavspiegel 90 reflektiert, so daß es gegen den optischen Detektor 92 über den Spiegel 93 konvergiert und wird vom optischen Detektor detektiert, welcher auf dieses Signallicht vom Barkode anspricht.
Ein Beispiel eines Abtastmusters, das von gebrochenen Strahlen in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung markiert wird, ist in Fig. 13 dargestellt. Ein Abtastfenster 100 (entsprechend dem Hologrammfenster 8 von Fig. 6) eines Laserstrahlscanners umfaßt drei Schichten von Hologrammen, die übereinander gestapelt sind, mit transparenten Substraten, die zwischen den Schichten angeordnet sind. Jede Hologrammschicht umfaßt zwei parallele Streifenformhologramme, die Seite an Seite angeordnet sind. Die Hologramme von einer Schicht schneiden sich mit den Hologrammen der anderen Schichten in einem Zentralbereich des Abtastfensters 100, wie es von darüber gesehen wird. Ein Laserstrahl überstreicht die sechs Streifenformhologramme, die in drei Schichten in einer vorbestimmten Ordnung gestapelt sind, in Übereinstimmung mit der Anordnung des optischen Abtastsystems, und markiert auf diese Weise auf dem Fenster 100 sechs Abtastlinien (a) bis (f), welche jeweils den sechs Hologrammen entsprechen. Der durch eine Hologrammschicht gebrochene Abtaststrahl wird durch die anderen zwei Hologrammschichten nicht gebrochen und wird vom Fenster in eine vorbestimmte Richtung als ein kontinuierlicher Abtaststrahl emittiert. Die aus dem Fenster 100 emittierten, gebrochenen Abtaststrahlen markieren Abtastlinien (a') bis (f') auf einer imaginären Projektionsebene 101, welche Leitungen jeweils den Abtastlinien (a) bis (f) auf dem Fenster 100 entsprechen. Der Abtaststrahl (a), der das Fenster 100 diagonal kreuzt, wird zum Beispiel vom Hologrammstreifen gebrochen und markiert eine vertikale Abtastlinie (a') auf der vertikalen Ebene 101. Mit dieser Anordnung des Abtastmusters ist es möglich, einen Barkode über dem Abtastfenster durch zumindest einen der Abtaststrahlen in verschiedenen Höhen, Stellen und Richtungen der Bewegung des Barkodes zu beleuchten und zu lesen.

Claims

1. Laserstrahlscanner, umfassend:

ein Hologrammfenster (8) mit einer Vielzahl von Schichtformhologrammen (41a, 42a), die zueinander in übereinanderliegender Beziehung angeordnet sind; und

optische Mittel (99, 98, 94, 88, 91), die angeordnet sind, um zu bewirken, daß ein Laserstrahl auf das Hologrammfenster (8) einfällt und die Schichtformhologramme abtastet, so daß eine Beugung des Strahls durch die einzelnen Hologramme (41a, 42a) entsprechende Abtaststrahlen (45a, 47a) erzeugt, welche aus einer Hauptstirnseite des Hologrammfensters so austreten, damit sie wiederum in einem an die Hauptstirnseite angrenzenden Operationsraum entsprechende Abtastlinien (46a, 48a) schreiben, welche einander schneiden;

wobei die Anordnung derart ist, daß jeder der Abtaststrahlen, nach Verlassen des Hologramms, welches diesen Strahl durch Beugung erzeugte, aus der Hauptstirnseite austritt, ohne auf irgendein anderes der Hologramme unter einem solchen Winkel eingefallen zu sein, daß die Bragg'sche Bedingung darin erfüllt ist.

2. Laserstrahlscanner wie in Anspruch 1 beansprucht, worin die Schichtformhologramme Streifenformhologramme (41a, 42a) sind, die einander kreuzend angeordnet sind.

3. Laserstrahlscanner wie in Anspruch 1 oder 2 beansprucht, worin der durch ein erstes (41a) der Schichtformhologramme erzeugte Abtaststrahl (45a) durch ein zweites (42a) dieser Hologramme dringt, ohne darin die Bragg'sche Bedingung zu erfüllen, bevor er aus der Hauptstirnseite austritt, und worin der Laserstrahl durch das erste Hologramm (41a) dringt, ohne daß er darin die Bragg'sche Bedingung erfüllt, bevor er auf das zweite Hologramm (42a) einfällt, welches zweite Hologramm diesen Strahl beugt, um einen zweiten (47a) dieser Abtaststrahlen zu erzeugen.

4. Laserstrahlscanner wie in Anspruch 3 beansprucht, worin die Abtaststrahlen, die jeweils vom ersten und zweiten Hologramm erzeugt werden, durch ein drittes der Schichtformhologramme dringen, ohne daß sie darin die Bragg'sche Bedingung erfüllen, bevor sie aus der Hauptstirnseite austreten, und worin der Laserstrahl durch das erste und zweite Hologramm dringt, ohne daß er darin die Bragg'sche Bedingung erfüllt, bevor er auf das dritte Hologramm einfällt, welches dritte Hologramm diesen Strahl beugt, um einen dritten der Abtaststrahlen zu erzeugen.

5. Laserstrahlscanner wie in irgendeinem vorhergehenden Anspruch beansprucht, worin die Schichtformhologramme (41a, 42a) auf jeweiligen transparenten Substraten (43, 44) gebildet sind, welche Substrate gestapelt und haftend zusaminen verbunden sind.

6. Laserstrahlscanner wie in irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4 beansprucht, worin eines (52a) der Schichtformhologramme auf einer oberen Oberfläche eines transparenten Substrates (53) gebildet ist, und ein anderes (51a) der Hologramme auf einer unteren Oberfläche dieses Substrates gebildet ist.

7. Laserstrahlscanner wie in irgendeinem vorhergehenden Anspruch beansprucht, welcher weiter umfaßt eine Laserquelle (97), die montiert ist, um den Laserstrahl vorzusehen; worin die optischen Mittel umfassen:

einen Polygonspiegel (94), der angeordnet ist, um den Laserstrahl zu empfangen und zu reflektieren, welcher Polygonspiegel drehbar ist, um zu bewirken, daß der dadurch reflektierten Laserstrahl in einer Ebene abtastet, die im wesentlichen parallel zum Hologrammfenster (8) ist;

erste stationäre Spiegelmittel (88), die angeordnet sind, den reflektierten Laserstrahl vom Polygonspiegel (94) zu empfangen und diesen Strahl aus der Ebene in eine Richtung weg vom Hologrammfenster (8) abzulenken; und

zweite stationäre Spiegelmittel (91), die im wesentlichen parallel zum Hologrammfenster (8) angeordnet sind, um den von den ersten stationären Spiegelmitteln (88) reflektierten Laserstrahl zu empfangen und um diesen Strahl gegen das Hologrammfenster (8) zu reflektieren.

8. Laserstrahlscanner wie in Anspruch 7 beansprucht, welcher weiter umfaßt einen optischen Detektor (92), der auf das empfangene Licht anspricht, und einen konkaven Spiegel (90), der an die ersten stationären Spiegelmittel (88) angrenzend montiert ist, um Licht zu empfangen, welches von einem Gegenstand, der im Operationsraum so angeordnet ist, daß die Abtaststrahlen (45a, 47a) auf ihn einfallen, zurückgestreut wird, welches gestreute Licht vom Gegenstand durch das Hologrammfenster (8) dringt und der Reihe nach von den zweiten stationären Spiegelmitteln (91) und den ersten stationären Spiegelmitteln (88) und dem Polygonspiegel (94) reflektiert wird, welcher dieses Licht auf den zweiten konkaven Spiegel (90) richtet, welcher konkave Spiegel dieses Licht so reflektiert, daß es veranlaßt wird, gegen den optischen Detektor (92) zu konvergieren;

worin die optischen Mittel einen weiteren stationären Spiegel (98) enthalten, der angeordnet ist, um den Laserstrahl von der Laserquelle (97) über eine Öffnung (89) im konkaven Spiegel (90) zu empfangen und diesen Laserstrahl durch die Öffnung (89) zurück gegen den Polygonspiegel (94) zu reflektieren.

9. Laserstrahlscanner wie in irgendeinem vorhergehenden Anspruch beansprucht, worin das Hologrammfenster (8) an einer oberen Seite (81) eines kastenförmigen Gehäuses (80) angeordnet ist, welches die anderen Komponenten des Scanners enthält und weniger als 85 mm hoch, weniger als 250 mm breit und weniger als 310 mm lang ist.