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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Lesevorrichtung für optische
Daten zum Lesen optischer Daten, wie beispielsweise Daten eines
Barcodes.
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2. Stand der Technik
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Lesevorrichtungen
für optische
Daten zum Lesen optischer Daten, wie beispielsweise Daten eines
Barcodes, sind bekannt. 8 zeigt eine Schnittansicht
eines Teils eines herkömmlichen
Beleuchtungssystems für
eine Barcode-Lesevorrichtung, und 9 zeigt
eine Perspektivansicht einer herkömmlichen zylindrischen Linse 2 zum
Projizieren von Beleuchtungslicht auf ein Barcodes aufweisendes
Etikett. Die zylindrische Linse 2 weist, wie in 9 gezeigt,
die gleiche Krümmung
R entlang der gekrümmten
Oberfläche
der zylindrischen Linse 2 auf. Die Abstände zwischen den LEDs 1 und
der zylindrischen Linie 2 variieren in der Anordnungsrichtung
der LEDs. Folglich verbreitert sich das Muster E des projizierten
Lichts, wie in 10 gezeigt, in der senkrecht
zur Anordnungsrichtung der LEDs verlaufenden Richtung.
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Die
vorläufige
japanische Patentanmeldung
JP
9-128473 offenbart eine weitere herkömmliche Lesevorrichtung für optische
Daten, die als Barcode-Lesevorrichtung dient.
11 zeigt
eine teilweise geschnittene Perspektivansicht dieser herkömmlichen
Barcode-Lesevorrichtung.
12 zeigt eine
Schnittansicht der zylindrischen Linse
118 dieser herkömmlichen
Barcode-Lesevorrichtung. Die zylindrische Linse
118 weist,
wie in
12 gezeigt, eine gekrümmte Oberfläche
117 auf.
Die gekrümmte Oberfläche
117 weist
in der Schnittebene der
12 drei
aufeinanderfolgende Krümmungen
a, b und c auf, um das Licht von den LEDs
116 zu sammeln,
um ein Beleuchtungsmuster für
den Lesebereich abzustimmen. Die Form der Querschnittsfläche ändert sich
jedoch nicht entlang der Achse
119 der zylindrischen Oberfläche
117.
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Die
US-A-5 280 161 offenbart
eine Vorrichtung zum optischen Lesen eines Barcodes. Von entweder
einer oder zwei Lichtquellen ausgesendetes Licht wird von einer
ersten und einer zweiten Linse gesammelt, um eine streifenförmige Fläche zu beleuchten,
auf der ein Objekt mit einem Barcode angeordnet ist. Die Form der
Querschnittsfläche ändert sich
entlang der Längsachse
L
1 einer zweiten Linse
9,
10.
Jede Linsenanordnung ist hierbei jedoch nur für eine Lichtquelle ausgelegt.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Lesevorrichtung
für optische
Daten gemäß den beigefügten Ansprüchen bereitzustellen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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Die
Aufgabe und die Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden
aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung, die unter Bezugnahme auf
die beigefügte
Zeichnung gemacht wurde, näher ersichtlich
sein. In der Zeichnung zeigt:
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1 eine
Schnittansicht einer Barcode-Lesevorrichtung gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2A eine
Perspektivansicht einer Projektionslinse gemäß der Ausführungsform;
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2B eine
Abbildung zur Veranschaulichung eines Winkelverhältnisses zwischen der optischen
Achse der Objektivlinse und der zweiten die Projektionslinse betreffenden
Richtung gemäß der Ausführungsform;
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3 eine
seitliche Schnittansicht der Projektionslinse gemäß der Ausführungsform;
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4 eine
Abbildung zur Veranschaulichung eines Beleuchtungsbetriebs gemäß dieser
Ausführungsform;
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5 eine
Draufsicht einer Barcode-Lesevorrichtung gemäß dieser Ausführungsform;
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6 eine
Schnittansicht der Barcode-Lesevorrichtung gemäß dieser Ausführungsform;
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7 eine
Perspektivansicht einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung;
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8 eine
Schnittansicht eines optischen Beleuchtungssystems einer herkömmlichen
Barcode-Lesevorrichtung;
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9 eine
Perspektivansicht einer Projektionslinse der herkömmlichen
Barcode-Lesevorrichtung;
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10 eine
Abbildung zur Veranschaulichung eines Beleuchtungsbetriebs gemäß der herkömmlichen
Barcode-Lesevorrichtung;
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11 eine
Perspektivansicht einer weiteren herkömmlichen Barcode-Lesevorrichtung;
und
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12 eine
Schnittansicht der Projektionslinse der weiteren herkömmlichen
Barcode-Lesevorrichtung.
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Gleiche
oder entsprechende Elemente oder Teile sind nachstehend mit den
gleichen Bezugszeichen versehen.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Nachstehend
wird eine als Lesevorrichtung für
optische Daten dienende Barcode-Lesevorrichtung
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung unter Be zugnahme auf die 1 bis 6 beschrieben. 5 zeigt
eine Entwurfdarstellung der Barcode-Lesevorrichtung. 6 zeigt
eine seitliche Schnittansicht der Barcode-Lesevorrichtung 11. Die Barcode-Lesevorrichtung 11 weist
ein tragbares Gehäuse 12 auf.
Das tragbare Gehäuse 12 enthält und hält eine
Platine 16. Die Platine 16 trägt, wie in der Zeichnung gezeigt,
eine Anzeige 14 und Bedienschalter 15 auf ihrer
einen Oberfläche.
Auf der anderen Oberfläche
der Platine 16 ist ein Liniensensor 17 angeordnet.
Vor dem Liniensensor 17 ist eine Objektivlinse 20 auf
der Platine 16 angeordnet.
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1 zeigt
eine Schnittansicht der Barcode-Lesevorrichtung 11. Der
Liniensensor 17 weist eine Mehranzahl von lichtempfindlichen
Elementen 30 auf, die in einer ersten Richtung 31 in
einer Linie angeordnet sind. Der Liniensensor 17 erzeugt
ein das Barcode-Bild anzeigende Bilderfassungssignal 32 aus
dem auf ihm abgebildeten Bild. Die Objektivlinse 20 weist
eine optische Achse C auf, und eine Mehrzahl von lichtempfindlichen
Elementen 30 sind in der ersten Richtung 31 senkrecht
zur optischen Achse C angeordnet.
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Die
Platine 16 weist ferner einen Mikroprozessor (nicht gezeigt)
auf, um die Bilderfassungssignale zu verarbeiten, um den durch die
Barcodes angezeigten Code zu erfassen, und um Prozesse im Ansprechen
auf die Bedienschalter 15 auszuführen.
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Das
tragbare Gehäuse 12 weist
ein Lesefenster 18 an seinem einen Ende auf. In der Nähe der Leseöffnung 18 ist
ein Spiegel 19 an der optischen Achse C angeordnet, um
das Licht von dem Lesefenster 18 auf die Objektivlinse 20 und
dem Liniensensor 17 zu richten. D. h., der Spiegel 19 knickt
die optische Achse C. Folglich reflektiert der Spiegel 19 das
Bild der Barcodes auf einem Etikett L, um den Strahl des Bildes
auf die Objektivlinse 20 zu richten. Die zwischen dem Spiegel 19 und
dem Liniensensor 17 angeordnete Objektivlinse 20 fokussiert
das Bild der Barcodes auf den Liniensensor 17.
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Das
Lesefenster 18 weist eine rechteckige Form entlang seiner
Querschnittsfläche
auf, wobei sich die Längsrichtung
des Lesefensters 18 (Breitenrichtung) in der ersten Richtung 31 erstreckt.
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Zwischen
dem Spiegel 19 und dem Lesefenster 18 wird eine
weitere Platine 22 mit einem Durchgangsloch 22a zum
Durchlassen des reflektierten Lichts vom tragbaren Gehäuse 12 gehalten.
Die Platine 22 erstreckt sich in der ersten Richtung. Auf der
einen Oberfläche
der Platine 22 auf der Seite des Lesefensters 18 sind
LED-Arrays 23a neben der Achse C (auf beiden Seiten der
Achse C) im Wesentlichen in der ersten Richtung 31 angeordnet.
Jedes LED-Array 23a weist in der ersten Richtung 31 angeordnete
LEDs 23 auf.
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Vor
den LED-Arrays 23a (zwischen den LED-Arrays 23 und
der Leseebene 34) ist jeweils eine Projektionslinse 24 angeordnet.
Jede der Projektionslinsen 24 erstreckt sich in einer dritten
Richtung (Längsrichtung) 38,
die einen Neigungswinkel α (nicht
90°) zur
Achse C aufweist, um das Beleuchtungslicht von den LED-Arrays 23a auf
eine Leseebene 34 zu richten, auf welcher das Etikett L
angeordnet ist. D. h., die Längsrichtung
ist mit einem Winkel β zur
ersten Richtung 31 geneigt. Die Leseebene 34 verläuft senkrecht
zur Achse C und ist in einem vorbestimmten Abstand D zur Objektivlinse 20 angeordnet,
um das Bild der Barcodes auf die Oberfläche des Liniensensors 17 zu
fokussieren.
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Die
Projektionslinse 24 ist aus Kunststoff aufgebaut und weist
eine halbrunde Balkenform auf, die sich in der dritten Richtung 38 erstreckt.
Die Projektionslinse 24 weist eine flache Oberfläche 24b auf
der Seite der LED-Arrays 23a und eine konvexe Oberfläche 24a auf,
deren Krümmung
sich entlang der Projektionslinse 24 (in der ersten Richtung 31 oder
in der dritten Richtung 38) ändert. An dem einen (äußeren) Ende 24c der
Projektionslinse 24 weist die konvexe Oberfläche 24a eine
Krümmung
eines Radius r1 auf, die größer als
die Krümmung
eines Radius r2 an dem anderen (inneren) Ende der Projektionslinse 24 ist. Die
Projektionslinse 24 richtet das Beleuchtungslicht 33 parallel
aus, um das bezüglich
der zweiten Richtung 37 parallel gerichtete Licht 36 zu
erzeugen. Die zweite Richtung 37 verläuft senkrecht zur optischen Achse
C und zur ersten Richtung 31.
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Der
Abstand zwischen der LED 23c in der Nähe des tragbaren Gehäuses 12 und
der Projektionslinse 24 ist größer als der zwischen der LED 23b in
der Nähe
der opti schen Achse C und der Projektionslinie 24, so dass
der Radius r1 kleiner als der Radius r2 an der Seite der LED 23b ist,
um das Licht parallel zu richten. D. h., der kürzere Abstand erfordert den
kürzeren
Radius der Krümmung
der Linsenoberfläche.
Der Radius ändert
sich sukzessiv entlang der dritten Richtung 38. Die Krümmung kann
sich jedoch auch schrittweise ändern.
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Die
Projektionslinse 24 weist, wie vorstehend beschrieben,
wenigstens eine konvexe Oberfläche 24a auf,
deren Krümmungen
r1, r2 im Wesentlichen in der ersten Richtung 31 angeordnet
sind und sich in der ersten Richtung 31 ändern, um
das Beleuchtungslicht bezüglich
der zweiten Richtung 37 entlang der Projektionslinse 24 (in
der dritten Richtung 38) im Wesentlichen parallel zu richten.
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Bei
gewöhnlichen
konvexen Linsen wird sich die Brennweite dann, wenn die Krümmung variiert, ändern. Folglich
variiert die Brennweite bei der vorstehend beschriebenen Projektionslinse 24 entlang ihrer
Längsrichtung 38.
Ein Radius kurz vor (gegenüber)
jeder LED 23 wird derart bestimmt, dass die Position der
LED 23 mit dem Brennpunkt übereinstimmt, der aus dem dortigen
Radius erhalten wird. D. h., die Krümmung gegenüber jeder der LEDs 23 bildet
im Wesentlichen an jeder der LEDs 23 einen Brennpunkt.
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Ferner
gilt bei gewöhnlichen
Linsen dann, wenn angenommen wird, dass die Brennweite durch f,
die Brechzahl durch n, ein Krümmungsradius
auf den einen Oberfläche
der konvexen Linse durch Ra und ein Krümmungsradius auf der anderen
Oberfläche
durch Rb beschrieben wird, die folgende Gleichung: (1/f) = (n-1)[(1/Ra) + (1/Rb)] (1)
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Bei
dieser Ausführungsform
weist die Projektionslinse 24 auf der Seite der LEDs 23 eine
flache Oberfläche
auf, so dass der Krümmungsradius
unendlich ist. Wenn Rb als Krümmungsradius
der flachen Oberfläche
auf der Seite der LEDs 23 angenommen wird, ist Rb = ∞. Dies
führt dazu,
dass der Term (1/Rb) gleich 0 wird. In diesem Fall kann eine weitere
Gleichung erstellt werden: (1/f) =
(n – 1)(1/Ra) (2)
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Folglich
ist der Krümmungsradius
Ra auf der anderen Seite der Projektionslinse 24 an jeden
Punkt entlang ihrer Längsrichtung 38 derart
bestimmt, dass die Brennweite f an dem Punkt mit dem Abstand zwischen
der Projektionslinse 24 und jeder LED 23 übereinstimmt.
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Da
jede LED 23 in einem Brennpunkt der Projektionslinse 24 angeordnet
ist, wird das von jeder LED 23 ausgesendete Beleuchtungslicht
gemäß diesem
Aufbau gesammelt bzw. komprimiert und parallel gerichtet. Der parallel
gerichtete Strahl 36 wird derart auf die Barcodes auf dem
Etikett L (lesbares Ziel) projiziert, dass der parallel gerichtete
Strahl einen beleuchteten Streifen 40 bildet, dessen Breite
W im Wesentlichen konstant ist. Ferner ist die Helligkeit entlang
des Streifens 40 (in der ersten Richtung 31), wie
in 4 gezeigt, konstant. Das vom Etikett L reflektierte
Licht 35 wird auf den Liniensensor 17 fokussiert,
um ein Daten aufweisendes Bild darauf zu bilden.
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7 zeigt
eine Perspektivansicht einer Ausgestaltung einer Projektionslinse
gemäß dieser Erfindung.
Diese Projektionslinse 25 ist für eine tragbare zweidimensionale
Code-Lesevorrichtung vorgesehen. Diese Code-Lesevorrichtung weist
einen Flächensensor
auf, bei dem lichtempfindliche Elemente zweidimensional angeordnet
sind, wie beispielsweise bei einem CCD-Sensor. Die Objektivlinse
fokussiert das von einem zweidimensionalen Code reflektierte Licht
auf den Flächensensor.
Um die Objektivlinse herum ist eine Mehrzahl von LEDs in gleichem Abstand
zur Achse der Objektivlinse zu regelmäßigen Winkelintervallen auf
der Platine angeordnet.
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Die
Projektionslinse 25 ist im Wesentlichen in Form einer Trichtermündung ausgebildet,
um das Beleuchtungslicht von einer Mehrzahl von LEDs zu sammeln
bzw. zu komprimieren und auf das Etikett mit dem zweidimensionalen
Code zu projizieren. Die Krümmungen
der inneren und der äußeren Oberfläche variieren
in der Anordnungsrichtung der Elemente des zweidimensionalen Sensors,
d. h. in vertikaler und in horizontaler Richtung. Dieser Aufbau
stellt eine Beleuchtung in Form einer kreisrunden Fläche ohne
Ungleichmäßigkeiten
in der Helligkeit auf dem den zweidimensionalen Code aufweisenden
Etikett bereit.
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Die
vorliegende Erfindung kann ferner auf verschiedene Weise ausgestaltet
werden. Die Anzahl der LEDs 23 in der den Liniensensor 17 verwendenden
tragbaren Barcode-Lesevorrichtung 11 kann beispielsweise
bei eins liegen. In diesem Fall wird die Krümmung derart bestimmt, dass
die Brennweite an jedem Punkt entlang der Längsrichtung 38 mit
dem Abstand von jedem Punkt zur Position der LED 23 übereinstimmt.
Folglich ist der Krümmungsradius kurz
vor (gegenüber)
der LED 2 kleiner als die Radien an den anderen Punkten.