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Hintergrund
der Erfindung
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Gebiet der
Erfindung
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Das
Gebiet der Erfindung bezieht sich auf elektro-optische Leser- oder
Scannsysteme, wie beispielsweise Strichcodeleser und genauer gesagt
auf den optischen Pfadaufbau in einem Scannmodul zur Verwendung
in Anwendungen, die eine relativ lange, einzellinige Scannlinie
in der Nähe
des Lesers in einem kompakten Strichcodeleser erfordern.
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Beschreibung
der verwandten Technik
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Elektro-optische
Leser, wie beispielsweise Strichcodesymbolleser, sind heutzutage
sehr verbreitet. Typischerweise weist ein Strichcodesymbol eine oder
mehrere Reihen von hellen und dunklen Bereichen auf, typischerweise
in der Form eines Rechtecks. Die Breiten der dunklen Bereiche, d.h.
die Striche, und/oder die Breiten der hellen Bereiche, d.h. der
Abstände
zwischen den Strichen, codieren die Information in dem Symbol.
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Ein
Strichcodeleser beleuchtet das Symbol und fühlt das Licht ab, das von den
Bereichen unterschiedlicher Lichtreflektivität reflektiert wird, um die relativen
Breiten und Abstände
der Bereiche zu detektieren und um die codierte Information abzuleiten. Dateneingabesysteme
vom Strichcodelesetyp verbessern die Effizienz und die Genauigkeit
der Dateneingabe für
eine breite Vielzahl von Anwendungen. Die Leichtigkeit der Dateneingabe
in derartigen Systemen erleichtert die häufigere und detaillierte Dateneingabe,
beispielsweise um effiziente Lagerbestände vorzusehen, um den Arbeitsfortschritt
zu verfolgen etc. Um diese Vorteile zu erzielen, müssen die
Benutzer und Angestellten jedoch bereit sein, beständig die Leser
zu benutzen. Die Leser müssen
daher leicht und bequem zu bedienen sein.
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Eine
Vielzahl von Scannsystemen ist bekannt. Ein besonders vorteilhafter
Lesertyp ist ein optischer Scanner, der einen Lichtstrahl, wie beispielsweise
einen Laserstrahl über
die Symbole hinweg scannt. Laserscannersysteme und Komponen ten des
Typs, beispielhaft gezeigt durch US-A-4,387,297 und US-A-4,760,248,
sind im Allgemeinen dafür
ausgelegt, um (Kenn-)Zeichen mit Teilen unterschiedlicher Lichtreflektivität, d.h.
Strichcodesymbolen, insbesondere des Universal Product Code (UPC)
Typs, bei einem bestimmten Arbeitsbereich oder Leseentfernung von
einem handgehaltenen oder stationären Scanner zu lesen.
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In
den Laserscannsystemen, die in der Technik bekannt sind, wird ein
einzelner Laserlichtstrahl durch eine Linse oder andere optische
Komponente entlang des Lichtpfads zu einem Ziel geleitet, dass ein
Strichcodesymbol auf der Oberfläche
besitzt. Der Scanner mit sich bewegendem Lichtstrahl (moving-beam
scanner) funktioniert durch wiederholtes Scannen des Lichtstrahls
in einer Linie oder Reihe von Linien über das Symbol hinweg mittels
eines Bewegungsmittels oder einer Scannkomponente, wie beispielsweise
der Lichtquelle selbst oder einem Spiegel, der in dem Pfad des Lichtstrahls
angeordnet ist. Die Scannkomponente kann entweder den Strahlenpunkt über das
Symbol hinweg streichen und eine Scannlinie über das Muster des Symbols
hinweg verfolgen oder das Sichtfeld des Scanner scannen oder beides
tun. Der Laserstrahl kann durch optische oder optomechanische Mittel
bewegt werden, um einen Scannlichtstrahl zu erzeugen. Eine derartige
Wirkung kann entweder durch Ablenken des Strahls (wie beispielsweise
durch ein sich bewegendes optisches Element, wie beispielsweise
einen Spiegel) oder durch Bewegen der Lichtquelle selbst erzielt
werden. U.S. Patent Nr. 5,486,944 beschreibt ein Scannmodul, in
dem ein Spiegel auf einem Biegeelement zur wechselseitigen Oszillation
durch elektromagnetische Betätigung
angebracht ist. U.S. Patent Nr. 5,144,120 beschreibt Laser-, Optik-
und Sensorkomponenten, die auf einem Antrieb zur wiederholten Hin-
und Herbewegung entweder um eine Achse oder in einer Ebene angebracht
sind, um ein Scannen des Laserstrahls zu bewirken.
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Ein
weiterer Typ des Strichcodescanners setzt elektronische Mittel ein,
um zu bewirken, dass der Lichtstrahl abgelenkt wird und um dadurch
ein Strichcodesymbol zu scannen, anstelle der Nutzung einer mechanischen
Bewegung, um den Strahl zu bewegen oder abzulenken. Beispielsweise
kann eine lineare Anordnung von dicht beabstandeten Lichtquellen,
die eine nach der anderen in einer regelmäßi gen Sequenz betätigt werden,
zu dem Strichcodesymbol übertragen
werden, um einen Scannstrahl für
eine einzelne Quelle zu simulieren. Anstelle einer einzelnen linearen
Anordnung von Lichtquellen, kann ebenfalls eine Mehrlinienanordnung
eingesetzt werden, die multiple Scannlinien erzeugt. Ein derartiger
Strichcodeleser ist in dem U.S. Patent Nr. 5,258,605 offenbart.
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Strichcodelesersysteme
umfassen ebenfalls einen Sensor oder Photodetektor, der Licht detektiert,
welches von dem Symbol reflektiert oder gestreut wird. Der Photodetektor
oder Sensor ist in dem Scanner in einem optischen Pfad positioniert,
so dass er ein Sichtfeld besitzt, welches das Einfangen eines Teils
des Lichts sicherstellt, welches von dem Symbol reflektiert oder
gestreut wird, dieses Licht detektiert und in ein elektrisches Signal
umwandelt. Verschiedene Photodiodenanordnungen sind in den U.S.
Patenten Nr. 5,635,700; 5,682,029 und 6,213,399 beschrieben.
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Bei
der retroreflektiven Lichtsammlung, scannt eine einzelne optische
Komponente, z.B. eine wechselseitig oszillierender Spiegel, wie
er in dem U.S. Patent Nr. 4,816,661, dem U.S. Patent Nr. 4,409,470
und dem U.S. Patent Nr. 6,114,712 beschrieben ist, den Strahl über eine
Zieloberfläche
hinweg und lenkt das gesammelte Licht auf einen Detektor. Die Spiegeloberfläche ist
gewöhnlich
relativ groß, um
so viel wie möglich
des ankommenden Lichts aufzunehmen. Nur ein kleiner Detektor ist
erforderlich, da der Spiegel das Licht auf eine kleine Detektoroberfläche fokussieren
kann, was das Signal-Rausch-Verhältnis
erhöht.
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Natürlich sind
kleine Scannelemente aufgrund des verringerten Energieverbrauchs
und des erhöhten
Frequenzansprechens bevorzugt. Wenn das Scannelement ausreichend
klein wird, kann jedoch der Bereich des Spiegels nicht mehr als
die Öffnung
für das
aufgenommene Licht verwendet werden. Eine Lösung besteht darin, ein starres
Detektionssystems (ein nicht retroreflektives System) zu verwenden,
welches ein Lichtsignal von dem gesamten Feld aufnimmt, welches
der gescannte Laserpunkt abdeckt.
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Bei
der nicht retroreflektiven Lichtsammlung wird das reflektierte Laserlicht
nicht durch die gleiche optische Komponente gesammelt, die zum Scannen verwendet
wird. Stattdessen ist der Detektor unabhängig von dem Scannstrahl und
ist typischerweise so konstruiert, dass er ein großes Sichtfeld
besitzt, so dass das reflektierte Laserlicht über die Oberfläche des
schweift. Da die optische Scannkomponente, wie beispielsweise ein
rotierender bzw. sich drehender Spiegel, nur den abgehenden Lichtstrahl
weiterleiten muss, kann sie viel kleiner gemacht werden. Andererseits
muss der Detektor relativ groß sein,
um den eingehenden Lichtstrahl von sämtlichen Stellen in dem gescannten
Gebiet aufzunehmen.
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Eine
Elektronikschaltung und Software decodieren das elektrische Signal
in eine digitale Darstellungsweise der Daten, die durch das Symbol
repräsentiert
werden, das gescannt wurde. Beispielsweise kann das analoge elektrische
Signal, das durch den Photodetektor erzeugt wurde, durch einen Digitalisierer
in ein Impulsbreite-moduliertes, digitales Signal umgewandelt werden,
wobei die Breite der physischen Breite der Striche und Zwischenräume entspricht.
Alternativ kann das analoge elektrische Signal direkt durch einen
Software-Decodierer verarbeitet werden. Siehe beispielsweise U.S.
Patent Nr. 5,504,318.
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Der
Decodierungsprozess der Strichcodelesesysteme funktioniert gewöhnlich in
der folgenden Art und Weise. Das analoge Signal von dem Sensor oder
Photodetektor kann anfänglich
gefiltert und durch die Schaltung und/oder Software verarbeitet werden,
um das Rauschen zu entfernen, den dynamischen Bereich anzupassen
oder um Signalungleichmäßigkeiten
auszugleichen. Proben können dann
von dem analogen Signal genommen werden und auf einen Analog-zu-Digital-Umwandler angewendet
werden, um die Proben in digitale Daten umzuwandeln. Siehe beispielsweise
U.S. Patent Nr. 6,170,749. Alternativ kann eine analoge Schaltung verwendet
werden, um die Form des Signals zu digitalisieren.
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Eine
Vielzahl von Spiegel- und Motorkonfigurationen kann verwendet werden,
um den Strahl in einem gewünschten
Scannmuster zu bewegen. Ein Scanner, der eine langgestreckte Scannlinie
erzeugt, ist in dem U.S. Patent Nr. 5,621,203 beschrieben. U.S.
Patent Nr. 4,251,798 offenbart ein sich drehendes Polygon mit einem
planaren Spiegel an jeder Seite, wobei jeder Spiegel eine Scannlinie über das Symbol
hinweg verfolgt. U.S. Patent Nr. 4,387,297 und 4,409,470 verwenden
beide einen planeren Spiegel, der wiederholt und wechselseitig in
abwechselnden Umfangsrichtungen um eine Antriebswelle angetrieben
wird, auf der der Spiegel angebracht ist. U.S. Patent Nr. 4,816,660
offenbart eine Konstruktion aus mehreren Spiegeln, die aus einem
im Allgemeinen konkaven Spiegelteil und einem im Allgemeinen planeren
Spiegelteil besteht. Die Konstruktion aus mehreren Spiegeln wird
wiederholt wechselseitig in abwechselnden Umfangsrichtungen um eine
Antriebswelle angetrieben, auf der die Konstruktion aus mehreren
Spiegeln angebracht ist. U.S. Patent Nr. 6,247,647 beschreibt eine
Anordnung zum Vorsehen eines Scannmusters aus entweder einer Mehrfachlinie
oder einer einzelnen Linie mittels einer Steuervorrichtung.
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U.S.
Patent Nr. 6,216,951 offenbart ein Datentransfersystem, das Folgendes
aufweist: a) eine Basiseinheit mit einem Empfänger; b) eine eindeutig identifizierbare
Kennzeichnung mit Teilen unterschiedlicher Lichtreflektivität, die mit
der Basiseinheit assoziiert ist; und c) einen tragbaren Leser mit
einem Griff, der durch einen Benutzer in einem handgehaltenen Betriebsmodus
gehalten wird und betriebsbereit ist, um elektrooptisch die Identifikationskennzeichnung
in einem Setup-Betriebsmodus
zu lesen, in dem die Basiseinheit eindeutig durch den Leser identifiziert
wird, wobei der Leser nachfolgend in einem Lesebetriebsmodus zum
elektrooptischen Lesen eines (Kenn-)Zeichens mit Teilen unterschiedlicher
Lichtreflektivität
und zum Erzeugen eines elektrischen Signals betrieben wird, das
eine Anzeige für das
(Kenn-)Zeichen bildet, wobei der Leser einen Transmitter bzw. Sender
besitzt um das elektrische Signal durch kabellose Übertragung
an den Empfänger
der eindeutig identifizierten Basiseinheit zu übertragen.
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EP-A-1
039 409 offenbart ein miniaturisiertes, elektrooptisches, retroreflektives
Scannmodul. Das Modul besitzt eine Basis, eine erste Schaltplatte und
eine zweite Schaltplatte, die im Wesentlichen orthogonal zu der
ersten Schaltplatte angebracht ist. Die Basis trägt eine Lichtemittiervorrichtung
zum Erzeugen eines Scannstrahls und optische Elemente, um die Lichtenergie
zu leiten und zu sammeln. Der emittierte Lichtstrahl reflektiert
von einem Faltspiegel auf einen Reflek tor, der auf einem Antrieb
zur Oszillation angebracht ist. Der oszillierende Reflektor leitet wiederum
den Strahl auf ein (Kenn-)Zeichen um, das gelesen wird. Aufgrund
der Oszillation der reflektierenden Elemente scannt der Strahl die
(Kenn-) Zeichen. Das reflektierte Licht wird von dem oszillierenden
Reflektor reflektiert und zu dem Sammelspiegel geleitet bevor es
den Detektor erreicht. Ein in dem Modul enthaltener Detektor fühlt das
Licht ab, das von einem (Kenn-)Zeichen, das durch den Strahl gescannt
wird, reflektiert wird. Der Strahl und das Sichtfeld des Detektors
werden simultan gescannt. Verschiedene Ausführungsbeispiele des Oszillationsantriebs
und der optischen Anordnungen zur Minimierung der Größe des Scannmoduls
sind offenbart.
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Bei
elektrooptischen Scannern der oben beschriebenen Bauart erhöhen die
Umsetzung der Laserquelle, die Optik der Spiegelstruktur, der Antrieb zur
Oszillation der Spiegelstruktur, der Photodetektor und die assoziierte
Signalverarbeitungs- und
-decodierschaltung als Komponenten sämtliche die Größe und das
Gewicht des Scanners. Bei Anwendungen, die eine langwierige Verwendung
umfassen, kann ein großer,
schwerer Scanner Ermüdung
beim Benutzer erzeugen. Wenn der Gebrauch des Scanners Ermüdung erzeugt
oder in irgendeiner Art und Weise unbequem ist, wird der Benutzer
abgeneigt sein, den Scanner zu gebrauchen. Jegliche Abneigung beständig den
Scanner zu benutzen, vereitelt die Datensammelungszwecke, für die derartige
Strichcodesysteme gedacht sind. Auch besteht ein Bedarf an austauschbaren,
kompakten und dünnen
Modulen, um in kleine Kompaktvorrichtungen zu passen, wie beispielsweise
Notebooks, PDAs, Pager, Mobiltelefone und andere tragbare Geräte.
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Auf
diese Weise ist es ein permanentes Ziel der Strichcodeleserentwicklung
die Leser so weit wie möglich
zu miniaturisieren, und es besteht immer noch ein Bedarf, die Größe und das
Gewicht des Scannmoduls weiter zu verringern und ein relativ dünnes oder
flaches Scannmodul vorzusehen, so dass die einzelne Scannlinie dicht
an dem Leser langgestreckt sein kann. Die Masse der sich bewegenden
Komponenten sollte so klein wie möglich sein, um die Energie
zu minimieren, die erforderlich ist, um die Scannbewegung zu erzeugen.
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Es
ist erwünscht,
die Scannmaschine so zu modularisieren, dass ein bestimmtes Modul
in einer Vielzahl von unterschiedlichen Anwendungen verwendet werden
kann. Ein Bedarf besteht jedoch, ein besonders kompaktes, leichtgewichtiges
Modul zu entwickeln, das alle erforderlichen Scannkomponenten für derartige
Anwendungen enthält.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Ziele der
Erfindung
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Es
ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Modul zur Verwendung
in einem Strichcodeleser vorzusehen, das imstande ist, eine langgestreckte Scannlinie
dicht an dem Modul zu emittieren.
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Es
ist ein weiteres Ziel der Erfindung ein Modul vorzusehen, das eine
Scannlinie über
und parallel zu der oberen Oberfläche des Moduls emittiert.
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Es
ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ein nicht retroreflektives
Scannmodul mit mehreren Photodetektoren vorzusehen.
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Ein
verwandtes Ziel ist es, ein nicht retroreflektives, elektro-optisches
Scannmodul vorzusehen, welches sowohl dünner, kleiner als auch leichtgewichtiger
ist als die Verwendung diskreter optischer Komponenten, während es
einen Sammelbereich von zumindest 20mm2 vorsieht.
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Es
ist noch ein weiteres Ziel, ein Modul herzustellen, welches einen
stufenförmigen
Formfaktor besitzt, der mit einer Leiterplatte hergestellt werden kann,
die die Basis des Moduls bildet.
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Merkmale der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung sieht ein Scannmodul für ein System zum elektrooptischen
Lesen von (Kenn-)Zeichen gemäß Anspruch
1 vor. Bevorzugte Ausfüh rungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung können
den abhängigen
Ansprüchen
entnommen werden.
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Die
neuartigen Merkmale, die als Eigenschaft der Erfindung angesehen
werden, sind insbesondere in den beigefügten Ansprüchen dargelegt. Die Erfindung
selbst, sowohl hinsichtlich ihres Aufbaus als auch ihres Betriebsverfahrens,
gemeinsam mit den zusätzlichen
Zielen und Vorteilen von dieser, wird am besten durch die folgende
Beschreibung der spezifischen Ausführungsbeispiele verstanden
werden, wenn diese gemeinsam mit den begleitenden Zeichnungen gelesen
wird.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine perspektivische Ansicht einer optischen Anordnung gemäß einem
ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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2 ist
eine teilweise geschnittene, perspektivische Ansicht einer optischen
Anordnung gemäß einem
zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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3 zeigt
ein Schema der Verwendung von vier diskreten Photodetektoren in
der optischen Anordnung gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der
Erfindung; und
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4, 5 und 6 sind Abbildungen des Betriebs einer Sammellinse.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Die
Erfindung bezieht sich auf Strichcodeleser der Bauart, wie sie im
Allgemeinen in den oben erwähnten
Patenten und Patentanwendungen zum Lesen von Strichcodesymbolen
beschrieben sind. Der Ausdruck „Strichcodesymbol", wie er in dieser Beschreibung
und den Ansprüchen
verwendet wird, soll breit ausgelegt werden und nicht nur Symbolmuster
abdecken, die aus abwechselnden Strichen und Zwischenräumen bestehen,
sondern auch andere graphische Muster, wie beispielsweise Punkt-
oder Matrixanordnungsmuster, und, kurz gesagt, (Kenn-)Zeichen mit Teilen
unterschiedlicher Lichtreflektivität oder Oberflächeneigen schaften,
die zu sich abhebenden Signaleigenschaften führen, die verwendet werden
können,
um Information zu codieren und die mit der Art von Vorrichtung gelesen
und decodiert werden können,
die hierin offenbart ist.
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Als
ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
beschreiben wir die Implementierung der vorliegenden Erfindung in
einem Laserscann-, Strichcodelesemodul, das zu dem in 1 dargestellten
Modul gleichartig ist. Die modulare Vorrichtung der 1 ist
im Allgemeinen von der Bauweise, die in dem U.S. Patent Nr. 5,367,151
offenbart ist und ebenfalls ähnlich zu
der Konfiguration eines Strichcodelesers, der kommerziell als Teil
Nummer SE 1000 oder SE 1200 von Symbol Technologies, Inc. aus Holtsville,
New York verfügbar
ist. Alternativ oder zusätzlich
können Merkmale
der U.S. Patente 4,387,297 und 4,760,248 oder U.S. Patent 4,409,470
beim Aufbau des Strichcodelesermoduls der 1 eingesetzt
werden.
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Das
in 1 gezeigte Modul 200 ist aus einem integralen
Rahmen oder Anordnung 201 gebildet, die eine im Allgemeinen
rechteckige Parallelepipedform besitzt, die eine vordere Seitenwand 202, Seitenwände 203 und 204,
vorzugsweise eine offene obere Oberfläche 205, über die
eine Laserstrahl 206 entlang eines Scannpfads 216 gescannt
wird, und eine untere Oberfläche
(nicht gezeigt) besitzt, die von einer Leiterplatte 207 eingeschlossen
ist, auf der elektrische Komponenten angebracht sein können. Eine
Laserdiodenanordnung 208 ist auf dem Rahmen 201 angebracht,
um einen Lichtstrahl 209 zu erzeugen, der durch eine Öffnung 210 in
der Laserdiodenanordnung emittiert wird. Der Lichtstrahl 209 wird auf
den Scannspiegel 211 gerichtet, von dem er reflektiert
und entlang eines Pfads 212 zu dem Faltspiegel 213 (von
dem nur die Kante gesehen werden kann) gescannt wird, der auf der
Vorderwand 202 der Anordnung angebracht ist. Der Strahl
wird dann von dem Faltspiegel 213 entlang eines Pfads 214 zu
dem Faltspiegel 215 reflektiert. Der Strahl wird dann von dem
Spiegel 215 reflektiert und entlang des Pfads 206 über die
Oberfläche 205 und
außerhalb
des Moduls 200 in Richtung des Ziels 212 gerichtet.
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Das
Licht wird von dem Symbol zu den optischen Sammellinsen 217 und 218,
hinter denen sich die Photodetektoren befinden, gestreut oder reflektiert.
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1 stellt
ebenfalls eine Antriebsspule 220 und eine bewegliche Spiegelanordnung 219 dar,
die den Spiegel 211 trägt
und sich ansprechend auf Veränderungen
des Stroms in der Antriebsspule 220 bewegt.
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Die
Laserdiode 208 kann in einem kontinuierlichen „Dauerleistungs"-Modus, pulsiert
oder mit unterschiedlichen Leistungspegeln moduliert betrieben werden,
und zwar abhängig
von der spezifischen Anwendung. Es ist ebenfalls bekannt, eine Schaltung vorzusehen,
um die Laserdiode bei einem vorbestimmten Ausgabeleistungspegel
zu halten, und zwar unter Verwendung einer Regelkreisrückkopplungsschaltung
unter Verwendung einer Überwachungsphotodiode,
die mit der Diode verbunden ist.
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Die
optische Unteranordnung, die mit der Laserdiode 208 verbunden
ist, kann eine Fokussierlinse und/oder eine Apertur- bzw. Öffnungsblende
der folgenden Linsentypen umfassen, und zwar abhängig von der Anwendung: sphärisch symmetrische
Glas- oder Kunststofflinsen; asphärische Glas- oder Kunststofflinsen;
um die optische Achse drehsymmetrische ebenso wie nicht drehsymmetrische,
wie beispielsweise zylindrische optische Elemente einschließlich Gradientenindexlinsen;
Fresnel-Linsen,; binäre
optische Linsen oder binäre,
optische Mehrebenenlinsen; Linsensysteme, wo der Linsendurchmesser selbst
als eine funktionale Öffnungsblende
für das System
dient; oder holographische optische Elemente, einschließlich, aber
nicht darauf beschränkt,
von Fresnel-„Zonenplatten"-Optiken.
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Sich
als nächstes
einem weiteren Ausführungsbeispiel
zuwendend, wird, wie in 2 aus einer unterschiedlichen
Perspektive gezeigt, der Laserstrahl zu einem optischen Element 211 gerichtet, wie
beispielsweise einem planaren Spiegel, der bewegt wird, um zu bewirken,
dass der Strahl zu einem Scannstrahl 216 abgelenkt wird,
der außerhalb
des Moduls 200 zu einer Zielebene gerichtet wird. Der Strahl 206 wird
durch die optische Unteranordnung fokussiert, um einen Punkt auf
der Zielebene zu bilden, der sich entlang des Scannpfads 216 über die Striche
des Strichcodesymbols 228 hinweg auf der Zielebene bewegt
entsprechend einer Bewegung des Spiegels 211.
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Das
optische Element 211 ist auf einer Anordnung 219 angebracht,
die veranlasst wird zu oszillieren, wenn ein Wechselstrom an die
Spule 220 angelegt wird. Die Oszillation führt zu einer
Bewegung des Elements 211 in einem Bogen um eine Schwenkachse
A.
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Der
Scannspiegel ist zur Oszillation um eine Achse angebracht, die aufgrund
der Interaktion zwischen einem Permanentmagneten 221 und
einer angetriebenen elektromagnetischen Spule 220 erreicht wird.
Ein geeignetes Antriebssignal wird an die Spule über die Leiterplatte 207 und
die elektrischen Spulenkontakte angelegt.
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Der
Motorantrieb des Scanners, der in 1 gezeigt
ist, ist beispielhaft und kann durch irgendeine Art von Mechanismus
zum Bewirken einer Scannbewegung des Laserstrahls in einer oder
zwei Dimensionen ersetzt werden. Beispielsweise könnte der
Motorantrieb des Scanners jegliche der Konfigurationen besitzen,
die in den U.S. Patenten Nr. 5,581,067 und 5,367,151 offenbart sind.
Auf diese Weise kann die statische Optikanordnung als eine Komponente
in einer Vielzahl von Scannerkonstruktionen verwendet werden.
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Das
von dem Symbol reflektierte Licht wird von den Photodetektoren 224a, 224b, 225a und 225b aufgenommen,
die als diskrete Vorrichtungen angebracht hinter den Sammellinsen 222 dargestellt sind.
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Die
Unteranordnung oder Vorrichtung der 1 und 2 können in
jeglicher Bauart von Strichcodeleser, feststehend oder tragbar,
implementiert werden.
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Das
Photodetektorausgabesignal wird dann zu geeigneten Elektroniken
innerhalb der Leiterplatte 207 durch eine elektrische Kopplung
weitergeleitet.
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Obwohl
eine Lichtmaskierungsöffnung
vor dem Photodetektor zur Erhöhung
der Schärfentiefe des
Photodetektors verwendet werden kann, kann der gleiche Effekt ohne
eine Öffnung
durch geeignete Spezifizierung des Bereichs des Photodetektors selbst
erzielt werden.
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Die
Art von Motorantrieb, die verwendet wird, um den Scannspiegel zu
oszillieren, kann eine Mylarblattfeder sein, die eine unausgeglichene
Spiegelanordnung trägt.
Die Spiegelanordnung ist auf einer Mylarblattfeder angebracht, die
sich biegt wenn der Permanentmagnet durch die Wechselstromspule angetrieben
wird, die eine Oszillationskraft ergibt.
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Noch
eine weitere Alternative ist eine „mikrobearbeitete" Spiegelanordnung,
wie in den U.S. Patenten Nr. 6,102,294 und 6,059,188 beschrieben,
gemäß denen
der Spiegel direkt durch einen geeigneten Motorantrieb, vorzugsweise
von sehr kleiner Abmessung, vorwärts
und rückwärts angetrieben
wird. Noch eine weitere Alternative besteht darin, einen Spiegel
der bekannten Drehpolygonbauart zu verwenden, wie in der Einleitung
in Bezug auf das U.S. Patent Nr. 4,251,798 beschrieben, gemäß dem der Spiegel
einen festen Körper
mit einer Vielzahl von Stirnflächen
besitzt, die zueinander angewinkelt sind. Während sich der Körper dreht
wird der Strahl durch sukzessive drehende Stirnflächen des
Polygonkörpers
gescannt. Der Mylarmotor kann in einer Anordnung für eindimensionales
Scannen verwendet werden, während
ein V-förmiges,
gespanntes Bandelement (oben beschrieben) für zweidimensionales Scannen
verwendet werden kann, wie unten detaillierter beschrieben ist.
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Der
bevorzugte Laser ist ein Halbleiterlaser, der durch herkömmliche
Durchgangslochtechniken auf der Leiterplatte angebracht ist. Die
Photodiode ist vorzugsweise eine oberflächenmontierte Vorrichtung (SMD
= Surface Mounted Device) wie es die Wechselstromspule für den Mylarblattfedermotor
ist. Dies beseitigt den Bedarf an Abstandsbolzen und Handlöten oder
Buchsen bzw. Steckstellen, wie sie bei Scannern des Standes der
Technik verwendet werden. Typischerweise wird der Laser ein standardmäßig verpackter,
kantenemittierender Laser sein. Für minimale Kosten ist die Laserfokussierung
nicht anpassbar und der Laser wird einfach mit seinem Anbringungsflansch
in Kontakt mit einer Schulter installiert, die als Teil des geformten
Glieds geformt ist. Dies wird den Laser genau genug in Bezug auf
die geformte Fokussierungslinse positionieren, um eine angemessene
Leistungsfähigkeit
innerhalb eines kostengünstigen
Scanners vorzusehen. Die Tatsache, dass die Fokussierungslinse als
Teil der gleichen Komponente wie die Schulter geformt ist, minimiert
den Toleranzaufbau, der andernfalls eine unpassende Fokussierung
verursachen könnte.
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Wie
in 2 der Zeichnungen gezeigt, besitzt der Laser 208 sich
nach unten erstreckende elektrische Leitungen 227, die
einfach direkt in die Leiterplatte 226 installiert werden.
Dies beseitigt das Handlöten,
jedoch könnte
Löten verwendet
werden, wenn dies erwünscht
ist.
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Die
Sammlungsvorrichtungsoptik 222 kann mit einer reflektierenden
Beschichtung beschichtet sein, so dass darauf auftreffendes Licht
zu dem Photodetektor nach unten reflektiert wird. Diese Beschichtung
kann ebenfalls den Teil des geformten Glieds abdecken, der als ein
Gehäuse
für die
Photodiode dient. Dies wird die Optikanordnung undurchlässig in
diesem Bereich machen, um zu verhindern, dass irgendwelches Licht
die Photodiode erreicht außer über die Öffnung und
den Filter.
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Diese
reflektierende Beschichtung kann ebenfalls einer weiteren Funktion
dienen. Typischerweise wird die Beschichtung aus einem dünnen Film aus
Metall bestehen, wie beispielsweise Gold, Aluminium oder Chrom.
Diese Filme sind elektrisch leitend. Demgemäß dient der Film ebenfalls
als ein elektromagnetisches Interferenzschild für die Photodiode. Die Verwendung
einer Oberflächenbeschichtung zum
Schutz der Photodiode ermöglicht
es, das gewöhnliche
elektromagnetische Interferenzschild wegzulassen, wodurch sowohl
die Kosten eines separaten Schilds als auch die Arbeit zum Einbau
innerhalb der Anordnung beseitigt werden.
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Die
Beschichtung wird elektrisch geerdet, durch Verlängern eines Vorsprungs des
geformten Glieds in eine kleine Buchse in der Leiterplatte. Alternativ
könnte
der Vorsprung in ein durchkontaktiertes bzw. durchplattiertes Loch
in der Platte pressgepasst werden.
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Der
Gehäuseteil
des geformten Glieds dient nicht nur dem Halten des optischen Filters
an seiner Stelle oberhalb der Photodiode, sondern umgibt ebenfalls
die Photodiode vollständig,
wodurch verhindert wird, dass Streulicht diese erreicht. Die Öffnung in
dem Gehäuse
kann klein sein, um das Sichtfeld des Detektors zu begrenzen, wodurch
der Schutz gegenüber
Umgebungslicht maximiert wird. Die Öffnung muss genau in Bezug
auf den Sammelspiegel angeordnet sein, um die Verwendung eines Sichtfelds
minimaler Größe zu ermöglichen.
Genaue relative Positionen der Öffnung
und des Sammelspiegels können
einfach erreicht werden, da sie als ein einzelnes Teil geformt werden.
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Die
Verwendung eines unausgeglichenen Spiegels, d.h. von einem in dem
keine Gegengewichte in der Spiegelanordnung vorgesehen sind, ist
besonders geeignet bei Implementierungen, in denen der Spiegel mit
einer Geschwindigkeit von mehr als 100 Scanns pro Sekunde angetrieben
wird. Bei einem unausgeglichenen Spiegel wird, da die Anbringungspunkte
des Spiegels an den flexiblen bzw. biegbaren Federn nicht der Massenmittelpunkt
der Spiegelanordnung ist, während
der Spiegel ruht, die Schwerkraft eine relativ größere Kraft
auf Seiten der Spiegelanordnung mit der größeren Masse ausüben, was
ein „Absinken" des Spiegels auf
seiner schwereren Seite und ein Ziehen an den biegbaren Federn bewirkt.
Natürlich
hängt die
Wirkung einer derartigen Kraft von der Ausrichtung des Scanners
in Bezug auf den Kraftvektor der Schwerkraft ab. Der gleiche „Absink"-Effekt ist vorhanden,
wenn der Spiegel mit relativ niedrigen Geschwindigkeiten scannt,
so dass in derartigen Anwendungen die Verwendung eines ausgeglichenen
Spiegels bevorzugt sein würde.
Ein ausgeglichener Spiegel erfordert jedoch, dass dem Spiegel oder
der Spiegelanordnung zusätzliche
Masse hinzugefügt
wird, was ein Nachteil hinsichtlich der Steuerung des Konstruktionsgewichts
und infolgedessen der Leistungserfordernisse ist.
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In
dem Ausführungsbeispiel
des Hochgeschwindigkeitsbetriebs (d.h. bei mehr als 100 Scanns pro
Sekunde) kann die Materialzusammensetzung, Größe, Form und Dicke der Feder
in geeigneter Weise gewählt
werden, um die erwünschte
Resonanzfrequenz zu erzielen. Beispielsweise ist für den Betreib bei
ungefähr
200 Scanns/Sekunde, die Wahl einer Mylarfeder mit einer Dicke von
0,1 mm geeignet.
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Beim
Betrieb bei 400 Scanns/Sekunde ist eine Feder aus rostfreiem Stahl
mit einer Dicke von ungefähr
0,076 mm bevorzugt.
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Typischerweise
ist die Intensität
des gesammelten, reflektierten Lichtsignals von dem Mittelteil der
Scannlinie viel höher
als eine die von dem Endteil der Scannlinie gesammelt wird, wenn
ein gewöhnlicher
Aufbau mit einer einzelnen Linse verwendet wird. Ein Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung besteht darin, (eine) Linsenanordnungen)
zu verwenden. Die Linsenanordnung kann mehr als zwei Linsen besitzen.
Jede einzelne Linse der Anordnung sammelt ein Signal von einem bestimmten
Teil der Scannlinie. Das Sichtfeld (FOV = Field of View) von jeder
Linse kann sich überschneiden.
Die Größe jeder
Linse und die Ausrichtung können
in einer solchen Art und Weise optimiert werden, um die erwünschte Signaleinheitlichkeit
entlang der Scannlinie vorzusehen.
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Wie
in 3 dargestellt, kann jede Linse der Anordnung einen
einzelnen Detektor besitzen, der wiederum mit einem Verstärker verbunden
ist. Der Verstärkungsfaktor
jedes Verstärkers
kann angepasst werden, um die Signaleinheitlichkeit entlang der
Scannlinie zu optimieren.
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Wenn
sich die Sichtfelder der einzelnen Linsen nicht überlappen, können die
Signale von diesen Linsen gemeinsam in einer solchen Art und Weise kombiniert
werden, dass sie das Umgebungslicht subtrahieren und den Schutz
des gesamten Systems vor Umgebungslicht verbessern. Wenn sich beispielsweise
das Sichtfeld A nicht mit dem Sichtfeld C überlappt und angenommen dass
das Umgebungslicht ungefähr
gleich über
jedes Sichtfeld hinweg ist, dann wird das Umgebungslicht verringert,
wenn die Signale subtrahiert werden, das nützliche Signal des Laserstrahls
jedoch nicht, da der Laserpunkt nicht gleichzeitig in beiden Sichtfeldern
vorhanden ist.
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Das
Subtrahieren des Photodiodensignals kann in Echtzeit durch Umkehren
des Signals mit einer geeigneten elektronischen Schaltung erfolgen. Beispielsweise
kann die Verwendung der Kombination, die definiert wird durch SIGNAL
= | A – C
| + | B – D
| den Beitrag des Umgebungslichts verringern.
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Die
Signaleinheitlichkeit als einer Funktion des Scannwinkels ist sehr
wichtig für
eine verlässliche
Strichcodeleserleistungsfähigkeit.
Der Signalbetrag, der durch die Sammeloptiken gesammelt wird, kann
erheblich mit dem Scannwinkel variieren. Typischerweise variiert
das Signal als vierte Potenz des Kosinus des Einfallswinkels. Derartige
Signalvariationen beschränken
die Leistungsfähigkeit
des Scanners oder können
komplexe Elektroniken erfordern, um diesen Effekt zu kompensieren.
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Typischerweise
ist die Intensität
des Signals von dem Mittelteil der Scannlinie viel höher als
die Intensität
des Signals, das von der Kante gesammelt wird. Ein illustratives
Beispiel des Sammeloptikaufbaus kann die Signaleinheitlichkeit durch
Angleichen des starken Signals von der Mitte der Scannlinie (axial)
auf den Pegel ähnlich
zu dem von der Kante der Scannlinie (außeraxial) verbessern.
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Bezug
nehmend auf 4 und 5, die einen
Linsenaufbau zur Verwendung in einer Sammeloptikanordnung darstellen,
fallen die Strahlen von der Mitte der Scannlinie mit einem Winkel
auf die zweite Oberfläche
der Linse, wie es durch „Axiale Strahlen" gezeigt ist. Aufgrund
der Totalreflexion (TIR = Total Internal Reflexion) werden die Strahlen
von dieser Oberfläche
reflektiert und fallen wieder auf einen weiteren Teil der zweiten
Oberfläche
ein, erfahren dann die zweite Totalreflexion und werden weg von
der zweiten Oberfläche
reflektiert. Einige der Strahlen können keine Totalreflexion erfahren
und können
durch die Oberfläche
zu dem Detektor hindurchgehen, wie durch die „Außeraxialen Strahlen" gezeigt. Der Netto-Effekt
ist jedoch, dass die Anzahl der Strahlen, die den Detektor erreichen
können,
verringert und das Signal geringer wird. Wenn die Strahlen auf die
Oberfläche
mit einem Winkel einfallen, der kleiner als der kritische Winkel
ist (siehe die Fig., die die „Außeraxialen
Strahlen" von der
Kante der Scannlinie darstellt), können die Strahlen durch die Oberfläche ohne
Totalreflexion hindurchgehen und den Detektor erreichen.
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Ein
weiteres illustratives Beispiel sieht einen Sensor zur Detektion
des reflektierten Lichts und zum Erzeugen eines elektrischen Signals
vor, das dem Symbol ent spricht, wobei der Sensor selektiv betätigbare,
diskrete, erste und zweite Teile zur Aufnahme von Licht, das von
den entsprechenden ersten und zweiten Teilen des Ziels reflektiert
wird, umfasst, und zwar entsprechend der Position des Strahlenpunkts auf
dem Ziel.
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In
einem weiteren illustrativen Beispiel ist der Sensor vertikal angeordnet,
so dass das zurückkehrende
Licht von einem oberen Teil des Ziels zu dem ersten Teil gerichtet
wird und das zurückkehrende Licht
von einem unteren Teil des Ziels zu dem zweiten Teil gerichtet wird.
Dieses Beispiel ist besonders geeignet für das Scannen eines zweidimensionalen Ziels,
z.B. durch einen Rasterscannstrahl.
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In
einem weiteren illustrativen Beispiel ist der Sensor horizontal
angeordnet, so dass das zurückkehrende
Licht von einer rechten Seite des Ziels zu der ersten Position gerichtet
und das zurückkehrende
Licht von einem linken Seitenteil des Ziels zu dem zweiten Teil
gerichtet wird.
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Infolgedessen
wird die Stärke
des gesammelten Lichtsignals von dem Signal, das von der Kante der
Scannlinie empfangen wird, verstärkt, während das
Signal, das von der Mitte empfangen wird, verringert wird.
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Ein ähnlicher
Ansatz ist es, Sammeloptiken vorzusehen, so dass die Linse weniger
Licht von einer bestimmten Richtung sammelt (z.B. der Mitte der Scannlinie)
und mehr von der anderen (z.B. der Kante der Scannlinie).
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Sich
nun der zweiten Linsenkonstruktion zuwendend, die in 6 gezeigt ist, besitzt die zweite Oberfläche der
Linse eine freie Formoberfläche,
die sinusförmig
sein kann, wie in 6 gezeigt.
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Für die Strahlen,
die von der Mitte der Scannlinie stammen, und entlang der optischen
Achse der Sammellinse, besitzt die Linse eine negative Leistung
und daher zerstreut sie die Strahlen und verringert die Lichtintensität auf dem
Detektor. Für die
Strahlen, die von den Enden der Scannlinie stammen, und die auf
die Linse mit einem Winkel einfallen, besitzt die Linse eine positive
Leistung und sammelt mehr Strahlen und erhöht die Lichtintensität auf dem
Detektor.
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Es
wird verstanden werden, dass jedes der oben beschriebenen Merkmale
oder zwei oder mehr gemeinsam, eine nützliche Anwendung in anderen Bauarten
von Scannern oder Strichcodelesern finden können, die sich von den oben
beschriebenen Bauarten unterscheiden.
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Während die
Erfindung als enthalten in einem Scannmodul für einen elektrooptischen Scanner dargestellt
und beschrieben wurde, soll sie nicht auf die gezeigten Details
beschränkt
sein, da verschiedene Modifikationen und strukturelle Veränderungen vorgenommen
werden können
ohne von dem Rahmen der vorliegenden Erfindung abzuweichen, wie
er in den beigefügten
Ansprüchen
definiert ist.