DE3788734T2

DE3788734T2 - Vorrichtung zum Abtasten eines optischen Kodes.

Info

Publication number: DE3788734T2
Application number: DE3788734T
Authority: DE
Inventors: Mitsuru Nishikawa
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1986-10-24
Filing date: 1987-10-23
Publication date: 1994-06-23
Anticipated expiration: 2007-10-24
Also published as: EP0264956A2; DE3783315D1; US4847490A; EP0478000A1; DE3783315T2; EP0264956A3; EP0264956B1; DE3788734D1; CA1294045C; EP0478000B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine optische Code-Lesevorrichtung.
Es werden Code-Lesevorrichtungen vom handlichen Abtasttyp verwendet, um Zeichen und verschiedene Arten von Codes, wie etwa Balkencodes, zu lesen. Aus EP-A-0 137 966 ist eine optische Vorrichtung zum Erfassen von Balkencodes bekannt, welche eine Lichtquelle zum Vorsehen eines unsichtbaren Lichtstrahls umfaßt, der ein zu lesendes Objekt erleuchtet, und zugeordnete Optiken, die angeordnet sind, das Leselicht zu empfangen, und das Leselicht auf das Objekt zu richten. Zusätzlich ist eine weitere Lichtquelle zusammen mit zugeordneten Optiken vorgesehen, um einen auf das Objekt zu richtenden, sichtbaren Lichtstrahl vorzusehen. Lichterfassungseinrichtungen empfangen das von dem Objekt reflektierte Licht und erzeugen ein elektrisches Signal, welches die Intensität des reflektierten Lichts darstellt, und an Verarbeitungseinrichtungen übertragen wird, und ein elektrisches Signal, welches das Objekt darstellt, produziert, das heißt, den Balkencode. Die Lichtquellen für sowohl den unsichtbaren als auch den sichtbaren Lichtstrahl, ebenso wie die Lichterfassungseinrichtung sind in einem gemeinsamen, von dem Benutzer in der Hand zu haltenden Gehäuse vorgesehen.
In diesem Fall wird vorgeschlagen, um das Sehen des Leselichtes (definiert als Lese- ) zu erleichtern, ein Hilfslicht oder Visierlicht π anzufügen. In dieser Anordnung im Stand der Technik sind zwei Lichtquellen und π in einer rechtwinkligen Beziehung angeordnet, und beide Lichter werden unter Verwendung eines Halbspiegels kombiniert. Die Verwendung des Halbspiegels im Pfad des Leselichtes bewirkt jedoch, daß die Intensität des Leselichtes verringert wird, und die Punktgröße des Leselichtes am zu lesenden Objekt ausgedehnt und die Auflösung verringert wird.
Ferner bewirkt die Verwendung des Halbspiegels im Abtastkopf, daß der Abtastkopf klobig wird. Ferner ist ein Abgleich zwischen den Achsen des Leselichts und Visierlichts erforderlich.
Aus US-A-3 809 893 ist ein optischer Leser bekannt, der von dem Benutzer in einer Hand gehalten wird, und eine binäre Code-Aufzeichnung abtastet. Der Leser umfaßt eine Aufzeichnungserleuchtung, eine Linse zum Sammeln von von der Aufzeichnung reflektiertem Licht, und eine Lichtaufnahmeeinrichtung, welche das durch eine Apertur hindurchtretende Licht empfängt. Die Aufzeichnungserleuchtung und die Lichtempfangseinrichtung sind beide mittels optischer Fasern vorgesehen, die einer Lichtquelle beziehungsweise einem Photodetektor zugeordnet sind, welche wiederum in separater Weise bezüglich des in der Hand gehaltenen optischen Lesers vorgesehen sind. Deshalb umfaßt eine optische Code-Lesevorrichtung oder ein handlicher Abtaster allgemein ein Gehäuse mit einer vorbestimmten Gestalt, die geeignet ist, in der Hand gehalten zu werden, eine Lichtquelle zum Erleuchten eines zu lesenden Objekts, einen Sensor zum Empfangen von Reflektionslicht, daß an dem Objekt reflektiert wird und zum Erzeugen eines elektrischen Signals und eine Schaltungsanordnung zur Verarbeitung des elektrischen Signals von dem Sensor, um ein Digitalsignal in Binärform oder binärer Dezimalform zu erzeugen. Als Sensor kann ein eindimensionaler Bildsensor oder ein zweidimensionaler Bildsensor verwendet werden.
Wenn ein eindimensionaler Bildsensor verwendet wird, wird das Objekt gelesen durch sequentielles Abtasten in einer Richtung der Anordnung der Photosensorzellen des Bildsensors. Die Abtastung in der Richtung der Anordnung der Photosensorzellen wird Hauptabtastung genannt. Um das Objekt zu lesen, wird der Abtaster in einer Richtung rechtwinklig zur Hauptabtastrichtung bewegt, so daß das zweidimensionale Objekt gelesen werden kann.
Ferner ist ein Abtastkopf einer herkömmlichen Code- Lesevorrichtung aus US-A-4 560 862 bekannt, welche mit einer Lichtquelle und einem drehbaren Spiegel versehen ist, um den Lichtstrahl der Lichtquelle auf das zu lesende Objekt zu richten, so daß der Lichtstrahl von dem den Abtastkopf projiziert werden kann, das Objekt abzutasten. Anstelle des Bewegens des Abtastkopfes wird der Lichtstrahl abgelenkt und dadurch bewegt, das Objekt abzutasten.
Die oben erwähnte, herkömmliche Anordnung muß den drehbaren Spiegel im Abtastkopf als Teil des optischen Systems vorsehen, was den Abtastkopf klobig macht. Wenn ferner der drehbare Spiegel Feuchtigkeit oder Fremdkörper ansammelt, wird das Reflektionslicht von dem Spiegel reduziert. Zusätzlich verändert sich gemäß der Verteilung der Verschmutzung des Spiegels die Lichtintensität des Spiegels, wodurch es unmöglich wird, den Objekt-Code zu identifizieren, und es kann ein Lesefehler auftreten. Weil ferner der Spiegel und die Lichtquelle in dem Abtastkopf vorgesehen sind, ist es schwierig, das Gewicht und die Größe des Abtastkopfes zu reduzieren.
Eine wesentliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine optische Code-Lesevorrichtung mit hoher Leseauflösung vorzusehen.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine optische Code-Lesevorrichtung vorzusehen, mit einem Abtastkopf, dessen Gewicht und Größe reduziert werden können. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine optische Code-Lesevorrichtung vorzusehen, in welcher Gewicht und Größe eines Abtastkopfes reduziert werden können, ohne die Sichtbarkeit des Abtastortes zu verlieren.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine optische Code- Lesevorrichtung zur Verwendung in einer Code-Lesevorrichtung vorgesehen, mit einer Lichtquelle zum Aussenden von Leselicht zum Beleuchten eines zu lesenden Objektes, einem Linsensystem, welches angeordnet ist, das Leselicht zu empfangen und das Leselicht auf das Objekt zu projezieren, Lichterfassungseinrichtungen zum Empfangen des vom Objekt empfangenen Lichtes und Erzeugen eines elektrischen Signals, welches die Intensität des reflektierten Lichts darstellt, und Verarbeitungseinrichtungen zum Verarbeiten des übertragenen elektrischen Signals, um ein das Objekt darstellendes elektrisches Signal zu erzeugen, und einer zusätzlichen Lichtquelle zum Erzeugen von sichtbarem Licht zum Visieren des Leselichts, gekennzeichnet durch wenigstens eine optische Faser zum Übertragen des Leselichts von der Lichtquelle, deren eines Ende positioniert ist, das Leselicht von der Lichtquelle zu empfangen, und dessen anderes Ende positioniert ist, das Leselicht auf das Linsensystem zu projizieren, und eine Vielzahl von zusätzlichen optischen Fasern zum Übertragen des sichtbaren Lichtes von der zusätzlichen Lichtquelle, deren eine Enden angeordnet sind, das sichtbare Licht von der zusätzlichen Lichtquelle zu empfangen, und deren andere Enden neben dem anderen Ende der optischen Faser des Leselichts angeordnet sind, so daß das sichtbare Licht mit dem Leselicht auf das zu lesende Objekt projiziert werden kann, wodurch sichtbar der Erfassungspunkt auf dem Objekt mittels des sichtbaren Lichts angezeigt wird, wobei die Vielzahl von zusätzlichen Fasern um den peripheren Abschnitt der optischen Faser des Leselichts herum angeordnet sind, so daß das Leselicht und das sichtbare Licht auf das Objekt in einer koaxialen Weise projiziert werden können.
Es ist aus DE-A-21 62 733 bekannt, in einer optischen Code- Lesevorrichtung koaxiale optische Fasern zu verwenden, um sowohl das Leselicht als auch das reflektierte Licht zu leiten.
Diese und andere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden deutlich aus der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele unter Bezug auf die begleitenden Zeichnungen.
Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht, welche ein Ausführungsbeispiel einer optischen Code- Lesevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt,
Fig. 2 und 3 sind Querschnittsansichten, welche Details der Anordnung der optischen Fasern, die in dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel verwendet werden zeigt,
Fig. 4 ist eine Querschnittsansicht, welche ein anderes Ausführungsbeispiel der optischen Code- Lesevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, und
Fig. 5 ist ein schematisches Diagramm, welches eine Weise des Drosselns des Lichtstrahls zeigt.
Bezugnehmend auf Fig. 1, die bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt, umfaßt die optische Code- Lesevorrichtung einen Abtastkopf 1 und eine Einheit 2 vom Unterstelltyp (Bodentyp). Der Abtastkopf 1 umfaßt ein Gehäuse 1a von L-förmiger Gestalt und ist in einer oder zwei Dimensionen parallel zur Oberfläche eines zu lesenden Objektes bewegbar. Die auf einem geeigneten Boden oder ähnlichem befestigte Einheit vom Bodentyp ist mit einer Leselichtquelle 3 und einer Datenverarbeitungsschaltung, das heißt, einer Berechnungseinheit 9 ausgestattet.
Als Lichtquelle 3 wird ein Halbleiterlaser verwendet. Das von der Lichtquelle 3 ausgesendete Licht wird von einer Linse 11 gedrosselt. Das so gedrosselte Licht wird auf eine Eingangseinheit 12 einer optischen Einzelmodenfaser 4 gegeben. Die optische Einzelmodenfaser bedeutet solch eine optische Faser, die erlaubt, nur das Licht der Nulldimensionalen Mode des einfallenden Lichtes mit der Wellenlänge A durchzulassen. Der Durchmesser des Kerns ist extrem klein. Deshalb ist es nötig, die Koppellinse 11 zu verwenden, so daß das Licht der Lichtquelle so viel wie möglich in die optische Faser eingegeben werden kann. Die Verwendung der Koppellinse ist eine bekannte Technik.
Der Halbleiterlaser ist klein und hat eine ausreichend lange Lebensdauer, und ist als Lichtquelle geeignet.
Als die Lichtquelle können jedoch irgendwelche anderen Typen, wie etwa He-Ne-Laser, Ar-Laser verwendet werden, außer das die Farbe des Lichts beschränkt ist. He-Ne-Laser können geeignet sein, weil ein He-Ne-Laser eine gute Direktivität hat, billig ist, und das Licht von diesem sichtbar ist. Wenn grünes Licht erforderlich ist, kann ein Ar-Laser als die Lichtquelle verwendet werden.
Die optische Einmodenfaser 4 zum Übertragen des Leselichts von der Lichtquelle 3 und bin mit der Berechnungseinheit 9 verbundenes Verbindungskabel 8 sind von einer gemeinsamen Umhüllung bedeckt. Beide Enden der optischen Faser 4 und des Verbindungskabels 8 sind mit einem Anschluß 26 des Abtastkopfes 1 verbunden.
Im Abtastkopf 1 ist ein Endabschnitt der optischen Einmodenfaser 4 und eine Linse 5 zum Sammeln des Lichts von der optischen Faser 4 vorgesehen. Das Lichtprojektionsende 13 der optischen Einmodenfaser 4 ist mit einer aus Metall oder ähnlichem gefertigten Hülse bedeckt. Das von der Linse 5 gesammelte Licht wird durch ein Fenster 15 nach außen auf eine Punkt P des zu lesenden Objektes 6 projiziert.
Eine Photodiode 7 ist in dem Fenster 15 des Abtastkopfes l vorgesehen, um von dem Punkt P reflektiertes Licht zu empfangen, um dadurch ein elektrisches Signal zu erzeugen, welches die Intensität des reflektierten Lichts darstellt. Das elektrische Signal der Photodiode 7 wird an die Berechnungseinheit 9 in der Einheit 2 vom Bodentyp durch das Verbindungskabel übertragen. Die Berechnungseinheit 9 verarbeitet die von der Photodiode 7 zugeführten elektrischen Signale, um elektrische Signale zu erzeugen, die den Objektcode in einer bekannten Weise darstellen.
In der Bodeneinheit 2 ist ferner eine LED 17 (Lichtemittierende Diode) als eine zusätzliche Lichtquelle zum Aussenden von sichtbarem Licht vorgesehen. Das von der LED 17 ausgesendete Licht wird verwendet, den Lichtstrahl der Lichtquelle 3 auf dem Objekt 6 anzuvisieren, und deshalb wird im folgenden das Licht der LED 17 als Visierlicht bezeichnet. Die Punktgröße des Visierlichtes muß nicht unbedingt klein sein, und verschiedene Farben von LEDs sind auf dem Markt erhältlich, deshalb wird eine LED als die Quelle für das Visierlicht verwendet. Anstelle einer LED kann als die Visierlichtquelle eine Incedescentlampe verwendet werden.
Das Licht von der Lichtquelle 3 ist impulsmoduliert, während das Licht von der LED 17 ein Gleichstromlicht ist. In der Bodeneinheit 2 sind ferner eine Kollimationslinse 18 vor der LED 17 vorgesehen, um das Licht von der LED 17 zu kollimieren, und eine Vielzahl von optischen Fasern 19 eines Multimodentyps, von denen jede mit einem Lichteingabe-Ende 22 in der Form einer zylindrischen Hülse aus Metall versehen ist. In dem gezeigten Beispiel werden vier optische Fasern verwendet, und die Querschnittansicht davon ist in Fig. 2 gezeigt. Es kann eine einzelne optische Faser zum Übertragen des Lichts der LED verwendet werden. Es werden jedoch bevorzugtermaßen eine Vielzahl von optischen Fasern verwendet, so daß soviel Licht wie möglich an den Abtastkopf 1 übertragen werden kann.
Es können eine oder mehrere optische Fasern vom Einzelmodentyp verwendet werden. Jedoch wird bevorzugtermaßen die optische Faser vom Multimodentyp verwendet, so daß eine größtmögliche Lichtmenge zu dem Abtastkopf 1 übertragen werden kann.
Das Licht der LED 17 wird von der Kollimationslinse 18 kollimiert, und das kollimierte Licht wird an die Lichteingabelinse 22 der vier optischen Multimodenfasern 19 angelegt.
Die vier optischen Multimodenfasern 18 und die optische Einzelmodenfaser 4 ebenso wie das Verbindungskabel 8 sind mittels einer Umhüllung 10 abgedeckt und mit dem Abtastkopf 1 durch den Endanschluß 26 gekoppelt. Die optischen Multimodenfasern 19 enden an Ausgabeenden 23 aus einer Hülle und sind in einer Weise wie in Fig. 3 gezeigt angeordnet. Wie in Fig. 3 gezeigt, sind die optischen Multimodenfasern 19 und die Hüllen oder Ausgabeenden 23 um die peripheren Abschnitte der Hülle 13 der optischen Einzelmodenfaser 4 herum angeordnet. Die Anzahl der Ausgabeenden 23 ist gleich der Anzahl der optischen Multimodenfaser 19. Die sichtbaren Lichtstrahlen, die von den Ausgabeenden oder -hüllen 23 projiziert werden, werden von einer Linse 5 gedrosselt, ebenso wie das Licht zum Lesen des Objekts von der optischen Einzelmodenfaser 4. Beide Lichtstrahlen und π werden durch das Fenster 15 auf das Objekt 6 projiziert.
Weil die Ausgabeenden 13 und 23 ähnlich einer koaxialen Weise angeordnet sind, koinzidiert die Lichtachse des Visierlichts und diejenige des Lichtes zum Lesen des Objekts ohne Lichtachsenabgleich.
Das Leselicht wird auf das Objekt 6 mit einer kleinen Punktgröße projiziert, und das Visierlicht π wird auf das Objekt 6 mit relativ großer Punktgröße projiziert, welches den Punkt des Leselichtes umgibt, um das Sehen des Abtastpunktes P, auf welchen das Leselicht projiziert wird, zu erleichtern.
Das von dem Abtastpunkt P reflektierte Licht wird von der Photodiode 7 empfangen, und die Intensität des reflektierten Lichtes entspricht der Helligkeit und Dunkelheit des zu lesenden Abtastpunktes oder Codes, wodurch das Ausmaß der Helligkeit und Dunkelheit des Abtastpunktes P mittels der Ausgabe der Photodiode 7 erfaßt werden kann. Die Ausgabe der Photodiode 7 wird an die Berechnungseinheit 9 in der Einheit 2 vom Bodentyp durch das Verbindungskabel 8 geliefert.
Das reflektierte Licht enthält Leselicht und Visierlicht π Weil jedoch das Leselicht impulsmoduliert ist, kann durch Nehmen der impulsmodulierten Komponente in der Ausgabe der Photodiode 7 mittels der Berechnungseinheit 9 die Komponente des sichtbaren Lichtes π erfaßt und der Code oder das Zeichen des Objektes gelesen werden.
Weil der Erfassungspunkt P, auf welchen das Leselicht projiziert wird, von dem Visierlicht π erleuchtet wird, kann der Erfassungspunkt leicht gesehen werden, wodurch ein Abtastvorgang des Abtastkopfes leicht ist.
Weil in der oben erwähnten Anordnung das Leselicht und das Visierlicht π nur mittels der optischen Fasern und Linse kombiniert werden kann, und keine Notwendigkeit besteht, etwa einen im Stand der Technik verwendeten Halbspiegel zu verwenden, kann der Abtastkopf klein und leicht gemacht werden, und die Struktur des Abtastkopfes wird einfach. Ferner ist ein Abgleich von Lichtachsen des Leselichtes und des Visierlichtes π unnötig, und der Abtastkopf kann leicht hergestellt werden.
Bezugnehmend auf Fig. 3, welche ein anderes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt, worin das lichtprojizierende Ende 13 und die Linse 5 auf einem Rotationsmechanismus 14 montiert sind, der um eine Drehachse 14a in einer Ebene (in einer horizontalen Ebene) in einem vorbestimmten Winkelbereich hin und her drehbar ist, so daß das lichtprojizierende Ende 13 und die Linse 15 ebenfalls rotieren können, und der von der Linse 5 projizierte Lichtstrahl entlang der Abtastrichtung bewegt werden kann, welcher rechtwinklig zur Achse der Linse 5 ist. Der Rotationsmechanismus 14 wird von einem (nicht gezeigten) Antriebsmechanismus angetrieben, sich wie oben erwähnt zu drehen, welcher in dem Gehäuse des Abtastlichts 1 vorgesehen ist. Die Stromquelle für einen (nicht gezeigten) Elektromotor des Antriebsmechanismus kann in der Bodeneinheit 2 untergebracht sein, und die Leitung für den Elektromotor wird an die Tasteinheit mittels eines geeigneten Kabels (nicht gezeigt) übertragen. Solch ein Kabel kann zusammen mit der optischen Faser 4 und 19 in der Umhüllung 10 abgedeckt sein.
Mittels hin und her drehen des Rotationsmechanismus 14 in einem vorbestimmten Winkelbereich wird die Richtung des von der Linse 5 projizierten Lichtes entlang der Abtastrichtung geändert, und das Objekt 6 kann in einer Richtung rechtwinklig zur Linsenachse abgetastet werden, so daß der Erfassungspunkt P von Zeit zu Zeit geändert werden kann, wodurch das von dem Code oder dem Zeichen auf dem Objekt 6 reflektierte Licht mittels der Photodiode 7 hintereinander erfaßt werden kann.
Weil der Rotationsmechanismus nur leichtgewichtige Elemente wie etwa eine Linse 5 und die lichtproduzierenden Enden 13 und 23 der optischen Einmodenfaser 4 beziehungsweise der optischen Multimodenfaser 19 umfaßt, ist es möglich, den Rotationsmechanismus einfach zu gestalten.
Weil der Reflektionsspiegel nicht in dem Abtastkopf vorgesehen wird, kann ferner das Problem der Verschmutzung des Spiegels eliminiert werden, und der Abtastkopf kann in schlechter Atmosphäre verwendet werden.
Gemäß den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung wird das von der Lichtquelle 3 ausgesendete Licht in die optische Einzelmodenfaser 4 eingegeben, und das Licht wird in der optischen Faser 4 mit kleiner Größe eingeschlossen. Das von dem Ende 13 der optischen Einmodenfaser 4 projizierte Licht wird mittels einer Linse 5 gedrosselt, wodurch der Lichtstrahl auf einen kleinen Durchmesser gedrosselt werden kann.
Weil das Licht von dem optischen Faserkern mit wahrhaftig kreisförmigen Querschnitt projiziert wird, hat ebenfalls die Gestalt des Lichtpunktes von dem von der optischen Einmodenfaser projizierten Lichtstrahl tatsächlich eine kreisförmige Gestalt, und die Punktgröße des Lichtstrahls kann mittels der Linse 5 reduziert werden. Die optische Einmodenfaser 4 wird verwendet, um das Licht auf eine kleine Fläche zu korrigieren, und um das projizierte Lichtstrahlmuster mit tatsächlicher Kreisform zu erhalten.
Weil die Lichtquelle nicht in dem Abtastkopf 1, sondern in der Einheit 2 vom Bodentyp vorgesehen ist, kann Größe und Gewicht des Abtastkopfes 1 auf solch eine Größe reduziert werden, daß der Abtastkopfin der Hand gehalten werden kann.
Aufgrund der Defraktion von Licht hat der Lichtstrahl eine endliche Punktgröße. Wenn das Licht mittels eines Linsensystems gebündelt wird, wird die Punktgröße des Lichts an den jeweiligen ferneren Punkten als der Punkt, an welchem die minimale Punktgröße erhalten wird, ausgedehnt.
Eine Bedingung zum Erhalten der minimalen Punktgröße wird unter Bezug auf Fig. 5 erläutert.
Es wird angenommen, daß das Zentrum der Linse 5 im Ursprung O ist, und das lichtprojizierende Ende der optischen Einmodenfaser 4 hinter der Linse 5 mit einer Entfernung a positioniert ist. Ferner wird angenommen, daß der Radius der Punktgröße des Lichts an dem projizierenden Ende der optischen Einmodenfaser 4 durch E definiert ist, und der Radius des Kerns der optischen Einmodenfaser 4 r&sub0; ist, und die normierte Frequenz der optischen Einmodenfaser V ist. Dann wird die folgende Gleichung erhalten:
rc = (0,65 + 1,619/V2/3+ 2,879/V&sup6;)E
Die Z-Achse ist in der Richtung der Lichtausbreitung definiert. Das Ende der optischen Einmodenfaser 4 ist Z = -a. Wenn angenommen wird, daß der Lichtstrahl ein Gauß-Strahl ist, kann der Radius der Punktgröße des Lichtstrahls zwischen dem Ende (Z = -a) der optischen Faser und der Linse (Z = 0) ausgedrückt werden als
U(Z)² = E² [i + {γ (a + Z)/ πE²}²] (1)
In der Gleichung (1) ist X die Lichtwellenlänge. Der Radius des Lichtstrahls wächst proportional zum Quadrat der Entfernung von dem Ende der optischen Einmodenfaser 4 an.
Wenn das Licht die Linse 5 passiert hat, wird das Licht gedrosselt, und die Punktgröße reduziert. Wenn angenommen wird, daß die Punktgröße an einer Position Z = b minimal ist, wird diese Position Standardposition genannt. Gemäß der Annahme, daß der Lichtstrahl ein Gauß-Strahl ist, wird die Punktgröße des Lichtstrahls, nachdem das Licht die Linse 5 passiert hat, ausgedrückt als
W(Z)² = F²[1 +{γ(Z-b)/πF²}²] (2).
Am besten ist es, daß das zu lesende Objekt am Standardpunkt Z = b positioniert ist, es ist jedoch schwierig, das Objekt immer am Standardpunkt zu positionieren. Deshalb ist ein erlaubter Bereich G bis H definiert, dessen Mittelpunkt auf Z = b gelegt ist, so daß das Lesen des Objekts soweit durchgeführt werden kann, wie das Objekt innerhalb des erlaubten Bereiches existiert. Die Punkte G und H werden als kritische Punkte bezeichnet.
Der Punkt G nahe der Linse 5 wird naher kritischer Punkt genannt. Der von der Linse 5 entfernte Punkt wird entfernter kritischer Punkt genannt.
Die jeweiligen Strahlgrößen W(G) und W(H) an den kritischen Punkten G und H haben denselben Wert, welcher mittels der Gleichung (2) unter Verwendung von Δ = G-b = H-b berechnet werden kann.
Die Strahlgrößen W(G) und W(H) sind die Funktion des minimalen Strahlradius F, der wie gewünscht gewählt werden kann.
Der Wert F zum Erhalten des minimalen Strahlradius an den kritischen Punkten G und H kann mittels der folgenden Gleichung durch Definieren des Wertes F als unabhängige Variable berechnet werden.
Weil ein arithmetischer Mittelwert größer ist als ein geometrischer Mittelwert, wird
W(G)² = W(H)²≥ 2 λ Δ/ π (3)
erhalten. In der obigen Gleichung wird Gleichheit erhalten, wenn Fm=
Die Entfernung b bis zum Objekt und die Weite Δ bis zum kritischen Punkt werden vorläufig gegeben. Mittels der Gleichung (4) kann die optimal kleine Strahlgröße durch Fm erhalten werden. Der Strahlradius am kritischen Punkt ist
W(G) =
Weil die Werte der Gleichungen (1) und (2), wenn Z = 0, gleich sind,
kann somit der Wert a erhalten werden.
Gemäß der Gleichung (7) kann der Wert a nicht entschieden werden, wenn nicht der Wert F spezifiziert wird.
Unter solch einer Bedingung, daß die Strahlgröße an den kritischen Punkten G und H minimal gemacht wird, durch Einsetzen des Wertes Fm für F, kann der Wert a erhalten werden aus der Gleichung
Weil der Wert b vorläufig gegeben wird, und der Wert a aus der Gleichung (1) erhalten werden kann, kann der Brennpunkt f der Linse 5 berechnet werden.

Beispiel

Ein Beispiel der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wurde unter Verwendung einer optischen Einmodenfaser vorgesehen, deren Radius E = 2,4 um ist. Der Standardpunkt b war 250 mm, der nahe kritische Punkt G war 200 mm, die Wellenlänge λ des Lichts 0,75 um und Δ betrug 50 mm.
Aus der Gleichung (4) ergab sich der Strahlradius Fm zu 109 um, und der Strahlradius W(G) des nahen kritischen Punktes zu 154 um. Der Wert a betrug 5,58 mm, die Brennweite der Linse 5,46 mm gemäß dem Wert b = 250 mm.
Wenn deshalb die Lichtquelle, deren Wellenlänge 0,75 um ist, verwendet wird, und das Licht auf die optische Einmodenfaser von 2,4 um Radius der Punktgröße gegeben wird, kann mittels Plazieren der Linse 5 an der Position weg von dem Ende der optischen Einmodenfaser 4 mit der Entfernung 5,58 mm die Punktgröße des Lichts an dem nahen kritischen Punkt als 154 um Radius erhalten werden.
Gemäß den vorliegenden Ausführungsbeispielen passiert das auf das Objekt zu projizierende Licht die optische Einmodenfaser 4 und dann die Linse 5, so daß der Lichtstrahl gedrosselt werden kann, und die Strahlgröße ausreichend reduziert wird, wodurch die Punktgestalt tatsächlich kreisformig gehalten wird, selbst wenn der Punkt, auf welchen der Lichtstrahl projiziert wird, das Fenster 15 des Abtastkopfes 1 verläßt, wodurch eine hohe Leseauflösung des Objektes erhalten werden kann.
Weil ferner die Lichtquelle und Steuerungseinheit einschließlich der Berechnungseinheit 9 in der Bodeneinheit 3 untergebracht sind, ist es möglich, die Größe des Abtastkopfes 1 zu reduzieren. Deshalb ist der Abtastkopf geeignet für einen Handabtaster einer Code-Lesevorrichtung.

Claims

1. Optische Code-Lesevorrichtung, mit

- einer Lichtquelle (3) zum Aussenden von Leselicht zum Beleuchten eines zu lesenden Objektes (6),

- einem Linsensystem (5), welches angeordnet ist, das Leselicht zu empfangen und das Leselicht auf das Objekt (6) zu projizieren,

- Lichterfassungseinrichtungen (7) zum Empfangen des von dem Objekt (6) reflektierten Lichtes, und Erzeugen eines elektrischen Signals, welches die Intensität des reflektierten Lichts darstellt,

- Verarbeitungseinrichtungen (9) zum Verarbeiten des übertragenen elektrischen Signals, um ein das Objekt (6) darstellendes elektrisches Signal zu erzeugen, und

- einer zusätzlichen Lichtquelle (17) zum Erzeugen von sichtbarem Licht zum Anvisieren des Leselichtes, gekennzeichnet durch

- wenigstens eine optische Faser (4) zum Übertragen des Leselichtes von der Lichtquelle (3), dessen eines Ende (12) positioniert ist, das Leselicht von der Lichtquelle zu empfangen, und dessen anderes Ende (13) positioniert ist, das Leselicht auf das Linsensystem (5) zu projizieren, und

- eine Vielzahl von zusätzlichen optischen Fasern (19) zum Übertragen des sichtbaren Lichtes von der zusätzlichen Lichtquelle (17), deren eine Enden (22) angeordnet sind, das sichtbare Licht von der zusätzlichen Lichtquelle (17) zu empfangen, und deren andere Enden (23) neben dem anderen Ende (13) der optischen Faser (4) des Leselichtes angeordnet sind, so daß das sichtbare Licht mit dem Leselicht auf das zu lesende Objekt (6) projiziert werden kann, wodurch der Erfassungspunkt auf dem Objekt (6) mittels des sichtbaren Lichts visuell angezeigt wird, wobei die Vielzahl von zusätzlichen optischen Fasern (19) um den peripheren Abschnitt der optischen Faser (4) des Leselichts herum angeordnet ist, so daß das Leselicht und das sichtbare Licht auf das Objekt (6) in einer koaxialen Weise projiziert werden kann.

2. Optische Code-Lesevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

- das andere Ende (13) der optischen Faser (4) und das Linsensystem (5) auf einem drehbaren Mechanismus (14) moniert sind.

3. Optische Code-Lesevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle des sichtbaren Lichtes eine lichtemittierende Diode (17) ist.

4. Optische Code-Lesevorrichtung nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß Lichterfassungseinrichtungen (7) und das Linsensystem (5) in einem Abtastkopf (1) untergebracht sind, und die Lichtquelle (3) in einer Einheit (2) vom Bodentyp untergebracht ist.

5. Optische Code-Lesevorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (3) ein Halbleiterlaser ist.

6. Optische Code-Lesevorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (3) ein He-Ne-Laser ist.

7. Optische Code-Lesevorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichterfassungseinrichtung (7) eine Photodiode ist.