GEBIET DER ERFINDUNG UND STAND DER TECHNIK
1. GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine
Vorrichtung zum Erkennen eines optischen Musters für die
Erkennung eines Strichcodes zum Erkennen einer Ware, auf die der
Strichcode aufgedruckt oder befestigt ist, eines Strichcodes
zum Erkennen der Daten für die Voreinstellung bzw. Reservation
eines Fernsehprogramms in ein Videobandaufnahme-Programmsystem
und verschiedene andere Mustererkennungsvorrichtungen.
2. BESCHREIBUNG DES STANDS DER TECHNIK
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In den vergangenen Jahren wurde in den
Produktversandabteilungen in Fabriken, Warenhäusern und dergleichen in
weitem Umfang ein Strichcodesystem verwendet. In dem System
wird ein Siegel oder dergleichen, das einen Strichcode
anzeigt, auf einer Verpackungsschachtel oder dergleichen
befestigt oder direkt aufgedruckt, um große Mengen von Waren zu
identifizieren. Der Strichcode wird optisch ausgelesen, um
Kontrollen von Eingang und Ausgang und dem Lagerbestand von
Waren durchzuführen. Weiterhin wird im Fall der Aufnahme eines
Fernsehprogramms ein System verwendet, das einen
Reservationsvorgang durchführt durch optisches Auslesen des
Strichcodes eines Programms aus einer Strichcodetabelle von
Stationen, Kanälen, Daten oder dergleichen, um im voraus das
gewünschte Programm, das aufgenommen werden soll, zu
reservieren.
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Verschiedene Strichcodesensoren werden verwendet, um
derartige Strichcodes auszulesen, und unter ihnen gibt es
einen stiftartigen Sensor zum Auslesen von Strichcodes, während
er von Hand gehalten und auf der Strichcodeoberfläche bewegt
wird. Ein Strichcodesensor, wie er in Fig. 5 gezeigt ist, war
bisher bekannt.
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Fig. 5 zeigt einen konventionellen Strichcodesensor,
bei dem in einem Gehäuse 11 eine LED 12 als eine Lichtquelle
und optische Fasern 13 zum Übertragen des Lichts von der LED
12 zu einem Ausleseteil 14 an der Spitze des Gehäuses 11
vorgesehen sind. Ein Ausleseloch 15 ist in der Mitte des Spitzen-
Ausleseteils 14 ausgebildet, um an der Strichcodeoberfläche
reflektiertes Licht einzuführen bzw. einzulassen. Eine konvexe
Linse 16, ein Lichtstopp 17 und eine Apertur 18 sind zwischen
einem Photoempfänger 19, wie z. B. einem Phototransistor, und
dem Ausleseloch 15 vorgesehen. Der Photoempfänger 15 empfängt
das in der Apertur 18 gebündelte Licht, wandelt es in ein
elektrisches Signal um und gibt es zu einem Verstärker 20
weiter, von dem ein Ausgangssignal ausgegeben wird.
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Licht von der LED 12 wird von dem an der Spitze
befindlichen Ausleseteil 14 durch die optischen Fasern 13 auf
die Strichcodeoberfläche ausgestrahlt. Ein Lichtsignal, das
auf einem hohen Pegel und niedrigen Pegel des reflektierten
Lichtes beruht, die durch die weißen Teile und die schwarzen
Teile des Strichcodes hervorgerufen werden, wird durch das
Leseloch 15 eingelassen, wandert durch die Konvexlinse 16, den
Lichtstopp 17 und die Apertur 18 und wird von dem
Photoempfänger 19 wahrgenommen. Das Ausgangssignal des oben genannten
Verstärkers 20 wird durch einen Wellenform bildenden
Schaltkreis in genaue Impulssignale geformt und zu einem
Mikrocomputer weitergegeben, und der Inhalt des Strichcodes wird
decodiert.
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In dem oben genannten konventionellen Aufbau wird
Licht von der LED 12 in die optischen Fasern 13 eingeführt,
und das Licht wird ohne eine Linse auf die
Strichcodeoberfläche gestrahlt, um ein Punktlicht auszubilden. Dementsprechend
ist die Effizienz des konzentrierten Lichtes niedrig, und
dadurch kann eine zufriedenstellende Menge von Licht nicht
gewonnen werden, und die Länge des Lichtpfades ist zu groß.
Dadurch werden wiederum die Ausmaße der Vorrichtung groß, und
teure Teile wie zum Beispiel optische Fasern werden
erforderlich. Dadurch wird schließlich die Anzahl der Teile groß, und
die Kosten werden hoch unter Einbeziehung der für den Aufbau
und die Einstellung erforderlichen Kosten. Weiterhin besteht
die Neigung, daß ein Erkennungsfehler aufgrund einer Neigung
von der Stellung auf der Normalen zu der Strichcodeoberfläche
erzeugt wird, und dadurch wird die Funktionsfähigkeit
schlecht.
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Im Hewlett-Packard Journal Vol. 32, Nr. 1, Januar
1981, ist ein Strichcodelesegerät beschrieben, in dem eine
lichtaussendende Diode als eine Lichtquelle und eine
Siliziumphotodiode als ein Empfänger (Detektor) angeordnet ist. Eine
Hälfte des Linsensystems bündelt das Licht von der LED auf das
Papier. Die andere Hälfte bündelt das reflektierte Licht
zurück auf den Detektor. Zwei Kunststofflinsen haben
hyperbolische Oberflächen und sind zusammen präzisionsgeformt als ein
Paar. Eine Kugellinse wird als für diese Anordnung nicht
geeignet erwähnt. Die Achsen der Lichtpfade der ausgesandten und
reflektierten Lichtstrahlen werden relativ zueinander aufgrund
des Abstands der aussendenden (emittierenden) und der
empfangenden (detektierenden) Diode verschoben. Ein Glasfenster ist
adhäsiv an einer langen Metalldose befestigt, während das
zweiteilige Kunststofflinsenpaar an der Dose mit einem weichen
Silikonklebemittel bzw. -haftmittel befestigt ist.
AUFGABE UND ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Im Licht der oben genannten konventionellen Probleme
schlägt die vorliegende Erfindung vor, eine Vorrichtung zum
Erkennen eines optischen Musters von kleiner Größe und
einfachem Aufbau zu schaffen, die mit niedrigen Kosten hergestellt
werden kann und eine gute Funktionsfähigkeit hat.
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Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum
Erkennen eines optischen Musters gemäß dem Oberbegriff von Anspruch
1 durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
Die Merkmale des Oberbegriffs von Anspruch 1 sind aus dem
Hewlett-Packard Journal Vol. 32, Nr. 1, Januar 1981, bekannt.
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Gemäß der Vorrichtung zum Erkennen eines optischen
Musters der vorliegenden Erfindung kann, da das von der
lichtaussendenden Einrichtung ausgestrahlte Licht durch den
Lichtstopp
wandert und durch die Kugellinse gebündelt und in einer
Punktform auf die Muster erkennende Oberfläche gestrahlt wird,
eine zufriedenstellende Menge von Licht erreicht werden, und
der Durchmesser des Punktes bzw. Flecks kann mittels des
Lichtstopps auf einen erforderlichen gleichmäßigen Wert
eingestellt werden. Dementsprechend kann eine hohe Auflösung
gesichert werden. Da auch das reflektierte Licht über die gleiche
Kugellinse und den gleichen Lichtstopp von dem Photoempfänger
empfangen wird, wird ein einfacher und kompakter Aufbau mit
der lichtaussendenden Einrichtung, dem Photoempfänger, dem
Lichtstopp und der Kugellinse erreicht. Dadurch wird eine
kleindimensionierte und ökonomische Erkennungsvorrichtung
geschaffen. Da weiterhin das Licht durch diese Kugellinse in
eine Punktform gebündelt wird, kann ein Erkennungsfehler nur
schwer erzeugt werden, auch wenn die Vorrichtung von dem
Zustand, in dem die Lichtachse der Vorrichtung senkrecht auf der
Mustererkennungsoberfläche steht, geneigt ist. Dadurch kann
die Funktionsfähigkeit stark verbessert werden.
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Zusätzlich kann durch Anbringen einer zylindrischen
reflektierenden Oberfläche in dem Lichtquellenteil die
Verteilung der Lichtmenge auf der lichtaussendenden Oberfläche der
lichtaussendenden Einrichtung genau eingestellt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die Fig. 1 bis 4 zeigen eine bevorzugte
Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei:
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Fig. 1 eine Draufsicht ist, die ein Gehäuse zeigt,
bei dem die obere Hälfte entfernt ist.
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Fig. 2 eine perspektivische Ansicht ist, die das
Gehäuse in einem Zustand vor dem Befestigen der oberen Hälfte
darauf zeigt.
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Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht, die eine
lichtaussendende Einrichtung zeigt.
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Fig. 4 ist ein Diagramm einer Verteilung der
Lichtmenge einer Lichtquelle.
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Fig. 5 ist ein Längsschnitt einer Draufsicht der
konventionellen Vorrichtung.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Im folgenden wird eine Beschreibung auf eine
bevorzugte Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung auf
Basis der Fig. 1 bis 4 abgegeben.
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Ein Gehäuse 1, z. B. ein Kunststoffgußteil, besteht
aus zwei Halbteilen, die in der Ebene verbunden werden, die
die Mittelpunktsachse enthält, und die beiden Halbteile werden
durch eine lösbare Eingriffseinrichtung 101, 102 miteinander
verbunden. Eine Kugellinse 2 ist an einem Ende in der
Mittelpunkt-axialen Richtung dieses Gehäuses 1 angeordnet, und eine
lichtaussendende Einrichtung, wie z. B. eine LED 3, und ein
Photoempfänger, wie z. B. eine Photodiode, wie etwa eine
Photodiode 4, sind mit einem geeigneten Abstand von dieser
Kugellinse 2 angeordnet, wobei ihre optischen Achsen im
wesentlichen in paralleler Beziehung zu und an beiden Seiten der
Mittelpunktsachse bzw. Mittelachse des Gehäuses 1 liegen. Dann
wird ein Lichtstopp 5 in einer geeigneten Position zwischen
der Kugellinse 2 und der lichtaussendenden
(lichtemittierenden) Einrichtung 3 und dem Photoempfänger 4
auf eine Weise angeordnet, daß er konzentrisch mit der
Mittelachse des Gehäuses 1 angeordnet ist. Vor der
lichtaussendenden Einrichtung 3 ist eine zylindrische reflektierende
Oberfläche 6 auf eine Weise ausgebildet, daß der Außenumfang der
lichtaussenden Einrichtung 3 in der Richtung der Mittelachse
verlängert ist.
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Die relative Anordnung der lichtaussendenden
Einrichtung 3, des Photoempfängers 4, des Lichtstopps 5 und der
Kugellinse 2 der Ausführungsform ist derartig, daß von dem von
der lichtaussendenden Einrichtung 3 ausgestrahlten Licht
diejenigen Strahlen, die durch den Lichtstopp 5 gelangen, die
Kugellinse 2 erreichen und auf eine Muster erkennende Oberfläche
7 gebündelt werden, die mit einem vorbestimmten Abstand
angeordnet
ist, z. B. 0,5 mm von der Kugellinse 2 auf der
Mittelachse des Gehäuses 1. Weiterhin ist der Durchmesser des Lochs
des Lichtstops 5 derartig eingestellt, daß der Durchmesser des
Lichtflecks auf der Muster erkennenden Oberfläche etwa 200 um
wird.
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Zusätzlich ist die Vorrichtung auf eine Weise
aufgebaut, daß das Äußere des Gehäuses 1 mit einer Hülle 8 bedeckt
ist, so daß der Spitzenteil dieser Hülle 8 über die
Mustererkennungsoberfläche 7 gleitend geführt wird. Dadurch wird der
Zwischenraum zwischen der Kugellinse 2 und der
Mustererkennungsoberfläche 7 auf dem oben genannten vorbestimmten Wert
gehalten. Die Außenfläche des Spitzenteils ist in solch einer
sphärischen Form ausgebildet, daß der Lichtfleck nicht stark
von der Mustererkennungsoberfläche 7 abweicht, auch wenn die
Vorrichtung gegenüber der Normalen der
Mustererkennungsoberfläche 7 geneigt ist.
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Als nächstes wird eine Beschreibung des Betriebs der
oben genannten Ausführungsform abgegeben. Auf einem Chip 3a
der lichtaussendenden Einrichtung 3 ist, wie in Fig. 3
gezeigt, eine Elektrode 3c an dem Mittelteil einer
lichtaussendenden Oberfläche 3b ausgebildet und bedeckt sie.
Dementsprechend hat die Verteilung des von dieser lichtaussendenden
Einrichtung 3 ausgestrahlten Lichtes einen Abfall in dem
Mittelteil, wie durch eine durchgezogene Linienkurve in Fig. 4
gezeigt. In dem oben genannten Aufbau wird jedoch das auf den
Umfang ausgestrahlte Licht durch die zylindrische
reflektierende Oberfläche 6, die vor der lichtaussendenden Einrichtung
3 angebracht ist, reflektiert, und dadurch auf den Mittelteil
gebündelt. Dementsprechend wird, wie durch eine unterbrochene
Linienkurve in Fig. 4 gezeigt, eine solche zufriedenstellende
Verteilung der Lichtmenge erreicht, daß die Lichtmenge in dem
Mittelteil maximal ist. Die Komponente des Lichts, die von der
lichtaussendenden Einrichtung 3 abgestrahlt wird, aber deren
Verteilung der Lichtmenge durch die zylindrische
reflektierende Oberfläche 6 um den Lichtpfad herum eingestellt wird,
wird weiterhin durch den Lichtstopp 5 begrenzt und erreicht
dann die Kugellinse 2. Ein solcher eingestellter und
begrenzter Lichtstrahl wird in einem Flecken von gleichmäßiger
Lichtverteilung auf die Mustererkennungsoberfläche 7 an der
Position eingestrahlt, die auf der Mittelachse des Gehäuses 1
liegt. Da dieser Lichtfleck auf etwa 200 um eingestellt ist,
wie oben erwähnt, kann eine Erkennung mit einer hohen
Auflösung durchgeführt werden. Das Licht wird von der
Mustererkennungsoberfläche 7 reflektiert und wandert entlang eines
Lichtpfades, der bezüglich der Mittelachse des Gehäuses 1
symmetrisch zu dem Lichtpfad des oben genannten ausgestrahlten
Lichts ist. Das reflektierte Licht wird schließlich durch die
Kugellinse 2 und den Lichtstopp 5 von dem Photoempfänger 4
aufgenommen. Dann wird eine Änderung der Menge des
reflektierten Lichtes aufgrund eines Strichcodes oder eines ähnlichen
Musters durch diesen Photoempfänger 4 wahrgenommen und in ein
elektrisches Signal umgewandelt. Dadurch werden die
Informationen des Musters von dem elektrischen Signal gelesen.