DE69020068T2

DE69020068T2 - Optisches Abtastsystem.

Info

Publication number: DE69020068T2
Application number: DE69020068T
Authority: DE
Inventors: Rex Allen Aleshire; Charles Kenneth Wike
Original assignee: AT&T Global Information Solutions Co
Current assignee: NCR International Inc
Priority date: 1989-07-27
Filing date: 1990-07-25
Publication date: 1996-02-22
Anticipated expiration: 2010-07-26
Also published as: JPH0365777A; EP0412680A1; JP2764461B2; US4971410A; DE69020068D1; EP0412680B1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf optische Abtastsysteme zum Abtasten kodierter Kennungen der Art, die geeignete Lichtstrahlprojektionsmittel zur Projektion eines Lichtstrahls auf einer Projektionsachse in einer Projektionsrichtung aufweisen.
Bei heutigen Warenverkaufsstellen-Kassensystemen erhält man auf den Kauf eines Warengegenstands bezogene Daten durch Ablesen datenkodierter Kennungen, wie ein auf den gekauften Warengegenstand aufgedrucktes oder aufgeklebtens Strichcodeetikett. Zur Standardisierung der in verschiedenen Verkaufsstellen-Kassensystemen verwendeten Strichcodes hat die Lebensmittelindustrie einen einheitlichen Produktcode (UPC) in Form eines strichcodes übernommen. Lesesysteme, die zum Lesen dieses strichcodetyps konstruiert wurden, umfassen ortsfeste optische Abtastsysteme, die normalerweise in der Gehäusekonstruktion eines Kassentisches angeordnet sind. Der strichcode wird abgelesen, wenn ein gekaufter Warengegenstand über ein Fenster im Ladentisch bewegt wird, das die Abtastzone des Ladentisches bildet.
Andere Lese Systeme verwenden handgeführte Laserscanner (Laserabtaster), die ein ein- oder mehrzeiliges Abtastmuster aussenden und von Hand an dem zu lesenden strichcodeetikett vorbeigeführt werden. Es ist wünschenswert, daß handgefuhrte Laserscanner im Abtastbetrieb leistungsstark und leichtgewichtig, kompakt und anatomisch richtig geformt sind. Die Bauweise sollte weiterhin für leichte Bewegbarkeit und verringerte Handermüdung bei der Handhabung des Scanners sorgen und zum Prüfen und Teileaustausch leicht auseinanderzunehmen sein. Weiter ist eine kompakte Scannereinheit erwünscht, die die Leistungsfähigkeit eines stationären Scanners mit der Größe, dem Gewicht, der Tragbarkeit, Robustheit und Bedienungsleichtigkeit eines Handscanners vereint.
Das US-Patent Nr. 4,825,057 offenbart einen handgeführten Laserscanner, wobei ein Laserstrahl auf einen planen Abtastspiegel projiziert wird, der als einstückiges Baumodul mit einem sphärischen Fangspiegel ausgebildet ist. Das Spiegelmodul pendelt um eine Achse, die im allgemeinen senkrecht zur Projektionsachse des Laserstrahls verläuft.
Die US 4,699,447 offenbart einen optischen Strahlscanner mit Drehspiegel, der zur Verwendung in einem Strichcodeleser geeignet ist. Der Scanner umfaßt eine Leuchtquelle, die hinter dem Drehspiegel positioniert und so angeordnet ist, daß sie Licht entlang der Rotationsachse projiziert, bevor es auf den Strichcode gelenkt wird. Die US 4,699,447 sagt jedoch nichts über einen optischen Detektor zum Erfassen des von dem Strichcode reflektierten Lichts aus.
Die WO 89/05512 offenbart einen Drehscanner mit einem Spiegelgehäuse, wobei der Scanner einen Außenspiegel zum Auffangen des von einem Strichcode reflektierten Lichts aufweist und das Licht durch den in Form eines Prismas ausgebildeten Drehscanner hindurch zu einer Abbildungslinse lenkt, die das reflektierte Licht auf einen Detektor bündelt, der auf derselben Seite des Drehscanners liegt wie die Lichtquelle.
Die EP-A-0 144 224 offenbart einen Scanner, der in seinem Grundaufbau demjenigen der WO 89/05512 gleicht, wobei der Prisma-Drehscanner durch einen Hologramm-Scanner ersetzt ist. Bei diesem Scanner wird ebenso wie bei dem der WO 89/05512 das reflektierte Licht durch den Scanner hindurch übertragen, bevor es von einem optischen Detektor erfaßt wird.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein optisches Abtastsystem der genannten Art zu schaffen, das von kompakter Bauweise ist.
Daher wird gemäß vorliegender Erfindung ein optisches Abtastsystem geschaffen, mit einer Lichtstrahlprojektionseinrichtung zum Projizieren eines Lichtstrahls auf eine optische Sendeempfangsvorrichtung auf dem Weg zur Projektion auf kodierte Kennungen und Reflexion davon, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Sendeempfangsvorrichtung so angeordnet ist, daß sie um eine Drehachse rotiert, wobei die Projektionseinrichtung so angeordnet ist, daß sie den Lichtstrahl im wesentlichen auf der Drehachse zur Sendeempfangsvorrichtung projiziert, wobei die Sendeempfangsvorrichtung ein Ablenkelement und ein Auffangelement umfaßt, um von den kodierten Kennungen reflektierte Lichtstrahlen aufzufangen und die Lichtstrahlen zur Erfassung durch Lichterfassungsmittel allgemein in Richtung der kodierten Kennungen auf der entgegengesetzten Seite der Sendeempfangsvorrichtung von der Projektionseinrichtung zurückzureflektieren.
Zwei Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun beispielhaft mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
Fig. 1 eine Explosionsdarstellung einer Abtasteinheit ist, wie sie in einer Ausführungsform eines Strichcodescanners der vorliegenden Erfindung verwendet wird und die Elemente zeigt, die ein Abtastmuster erzeugen, einschließlich eines optischen Sendeempfangsgerätes zum Auffangen der reflektierten Lichtstrahlen von dem abgetasteten kodierten Etikett und eines Photodetektors, der die reflektierten Lichtstrahlen von einem Sendeempfangsgerät empfängt;
Fig. 2 eine Seitenschnittansicht der in Fig. 1 dargestellten Abtasteinheit ist;
Fig. 3 eine Vorderansicht des in der Abtasteinheit von Fig. 1 verwendeten optischen Sendeempfängers mit Darstellung der Anordnung eines Ausschnitts ist, in dem der Ablenkspiegelabschnitt des Sendeempfängers angeordnet ist;
Fig. 4 eine Draufsicht auf den optischen Sendeempfänger nach Fig. 3 ist;
Fig. 5 ein Diagramm zur Darstellung der Berechnungsparameter zur Entwicklung der asphärischen Lichtauffangfläche des in beiden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung vorhandenen optischen Sendeempfängers ist;
Fig. 6 ein Diagramm zur Darstellung der Anordnung der Drehachse und des Photodetektors im Hinblick auf die Brennpunkte der asphärischen Lichtauffangfläche des optischen Sendeempfängers der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 7 eine Teilseitenansicht einer Ausführungsform eines handgeführten Strichcodescanners der vorliegenden Erfindung unter Verwendung der Abtasteinheit nach Fig. 1 ist, wobei ein Teil des Rumpfabschnitts entfernt ist, um die Anordnung der Abtastelemente innerhalb des Rumpfabschnitts des Scanners zu zeigen;
Fig. 8 eine Seitenschnittansicht einer zweiten Ausführungsform eines handgeführten Strichcodescanners ist, in dem der optische Sendeempfänger den Abtastlichtstrahl durch eine begrenzte Drehung des optischen Sendeempfängers ablenkt;
Fig. 9A bis einschließlich 9D verschiedene optische Anordnungen sind, um die von einem abgetasteten Strichcodeetikett reflektierten Lichtstrahlen auf der Drehachse aufzufangen und die reflektierten Lichtstrahlen auf einen Photodetektor zu richten;
Fig. 10 das von beiden Ausführungsformen der Strichcode- Abtasteinheit der vorliegenden Erfindung erzeugte Abtastmuster zeigt, wenn nur die Musterspiegel gedreht werden oder der optische Sendeempfänger um weniger als 360º gedreht wird;
Fig. 11 das von einer Ausführungsform des handgeführten Strichcodescanners der vorliegenden Erfindung erzeugte Abtastmuster zeigt, wenn der optische Sendeempfänger gedreht wird, während der Musterspiegelring ortsfest ist;
Fig. 12 das Abtastmuster darstellt, das erzeugt wird, wenn der Spiegelring und der optische Sendeempfänger beide gedreht werden, jedoch in entgegengesetzte Richtungen;
Fig. 13 ein Diagramm zur Darstellung des von der Abtasteinheit der vorliegenden Erfindung erzeugten Ausbeutewertes ist, wenn das Strichcodeetikett am Strichcodescanner vorbeibewegt wird;
Fig. 14a bis einschließlich 14d Diagramme zur Darstellung sind, wie die optischen Sendeempfänger der vorliegenden Erfindung den Photodetektor mit einem selbstbegrenzenden Bewegungsbereich versehen; und
Fig. 15 ein Diagramm eines optischen Sendeempfängers zur Darstellung des Weges der Lichtstrahlen ist, wenn sie auf die vertiefte innere Ablenkfläche des optischen Sendeempfängers von Fig. 8 auftreffen.
Bezugnehmend auf die Zeichnungen ist Fig. 1 eine auseinandergezogene Perspektivansicht der Abtasteinheit, in der die momentan bevorzugte Ausführungsform der Erfindung enthalten ist, während Fig. 2 eine Querschnittansicht der zusammengesetzten Abtasteinheit ist. Wie in diesen Figuren dargestellt, weist die allgemein mit dem Bezugszeichen 20 bezeichnete Abtasteinheit ein Rahmenträger-Formteil 22 mit einer Vielzahl von Verriegelungsabschnitten 23 auf. Das Rahmenträgerelement 22 kann aus einem beliebigen stoßfesten Kunststoffmaterial, wie z. B. Polycarbonat, geformt sein. Im Trägerelement 22 ist ein Motor 24 befestigt. Im Motor ist eine sich durch den Motor 24 erstreckende hohle Antriebswelle 28 in Lagern 26 (Fig. 2) gelagert. In einem hinteren Verlängerungsabschnitt 30 des Rahmenträgerelements 22 ist ein Messing-Laserdiodenträgerelement 32 befestigt, das eine Laserdiode 34 (Fig. 2) und ein Bündel- und Fokussierungslinsenelement 35 abstützt, die beide mit der Drehachse 60 der Antriebswelle 28 ausgerichtet sind. Die Diode 34 gibt einen divergierenden Lichtstrahl ab, der parallelisiert und entlang einer Projektionsachse projiziert wird. Eine unmittelbar am Linsenelement 35 angeordnete Kreislochblende 36 (Fig. 2) hat einen kleineren Querschnitt als das Linsenelement 35, um den Umfang des auf die Referenzebene projizierten Laserlichtstrahls in einer Weise zu steuern, die in der Fachwelt wohlbekannt ist.
Im Rahmenträgerelement 22 ist ein Spiegelträger-Formteil 38 verschiebbar befestigt, das aus einem beliebigen Polycarbonatkunststoff hergestellt ist und eine Vielzahl von Wende- oder Musterspiegeln 40 aus Acryl aufweist, die sich jeweils in einem Winkel von etwa 33º von dem Trägerelement 38 nach außen erstrecken und wobei jeder Spiegel zu jedem der anderen Spiegel 40 um etwa 3º versetzt ist. Die Anzahl der verwendeten Spiegel wird durch die Anzahl der für das Abtastmuster erforderlichen Abtastzeilen bestimmt. In der Abtasteinheit 20 befinden sich acht Wendespiegel. Die Reflexionsflächen der Spiegel sind mit Gold beschichtet. Das Trägerelement 38 weist einen sich nach hinten erstreckenden Federstegabschnitt 39 auf, der so in einer im Rahmenträgerelement 22 angeordneten Keilnut 41 (Fig. 2) angeordnet ist, daß das Trägerelement 38 paßgenau in das Rahmenträgerelement 22 einrastet. Am vorderen Ende der Antriebswelle 28 ist eine Ausführungsform eines optischen Sendeempfängers 42 der vorliegenden Erfindung mit einem flachen Ablenkspiegelabschnitt 44 befestigt, das sich, wie in Fig. 2 dargestellt, schräg über die Drehachse 60 der Antriebswelle 28 erstreckt, die sich mit der Projektionsachse des Laserstrahls deckt, und ein Fangspiegelabschnitt 46, der, wie nachfolgend ausführlicher beschrieben werden wird, eine asphärische konkave Schrägfläche 47 zum Auffangen der von einem abgetasteten Strichcodeetikett reflektierten Abtastlichtstrahlen aufweist. Der optische Sendeempfänger 42 kann mittels eines Schnappverschlusses an der Welle 28 befestigt sein und aus einem beliebigen transparenten Material geformt sein, wie beispielsweise einem Polycarbonatkunststoffmaterial. Die Reflexionsflächen des Sendeempfängers 42 sind mit Gold beschichtet, das die Rotlichtwellenlänge reflektiert, während alle anderen Lichtwellenlängen die Oberfläche des Sendeempfängers durchdringen können. Zur Verringerung der Störung, die durch das den Sendeempfänger durchdringende Streulicht erzeugt wird, können die Rückseiten des Sendeempfängers mit Siliziumoxid beschichtet sein, welches das Licht absorbiert.
Wie in Fig. 1 bis einschließlich 4 zu sehen ist, erstreckt sich der Ablenkspiegelabschnitt 44 durch einen Schlitz 64 in der Auffangfläche 47 des Fangspiegelabschnitts 46 hindurch. Der Spiegelabschnitt ist in einem schiefen Winkel zur Fläche 47 ausgerichtet. Der Sendeempfänger 42 weist einen rückwärtigen Abschnitt 49 auf, der eine Vielzahl sich davon herab erstreckender Rippenabschnitte 45 besitzt, wodurch der Sendeempfänger beim Drehen um die Drehachse im Gleichgewicht gehalten wird. Am Vorderabschnitt des Spiegelträgerelements 38 ist ein transparentes Photodetektorträgerelement 50 aus Acryl mit einer Vielzahl biegsamer Fingerelemente 52 befestigt, die in die Verriegelungsabschnitte 23 des Rahmenträgerelements 22 einschnappen, um das Photodetektorträgerelement 50 am Spiegelträgerelement 38 festzuhalten. Das Beschichten der Reflexionsflächen der Spiegel 40 und des Sendeempfängers 42 mit Gold zusammen mit der Verwendung des Acryl-Trägerelements 50 sorgt für hohe Lichtreflexionsfähigkeit und -übertragung. In einem vorstehenden Gehäuseabschnitt 54 des Trägerelements 50 ist eine allgemein mit dem Bezugszeichen 51 (Fig. 1) bezeichnete Detektoreinheit befestigt, die ein Trägerelement 53 mit einer Begrenzungsöffnung 55 (Fig. 2) und einen Photodetektor 56 umfaßt, der an dem Element 53 befestigt und in einer am Innenendabschnitt des Gehäuseabschnitts 54 befestigten Halterung 58 montiert ist.
Die Betätigung der Laserdiode 34 führt zur Abgabe eines dünnen Laserlichtstrahls entlang der Drehachse 60 der Abtasteinheit 20 (Fig. 2). Der Laserlichtstrahl wandert dann durch die in der Antriebswelle 28 befindliche Bohrung 62, wo er auf den rotierenden Ablenkspiegelabschnitt 44 des optischen Sendeempfängers 42 auftrifft. Der mit 61 bezeichnete Lichtstrahl (Fig. 11) wird nun vom Ablenkspiegelabschnitt 44 radial nach außen abgelenkt und trifft auf den Umlenkspiegeln 40 auf, die den Lichtstrahl wiederum nach vorn durch das Acryl- Trägerelement 50 ablenken, wodurch ein Abtastmuster 71 (Fig. 11) zum Abtasten eines (nicht dargestellten) kodierten Strichcodeetiketts gebildet wird. Die von dem abgetasteten Strichcodeetikett reflektierten Streulichtstrahlen werden von den Umlenkspiegeln 40 zum Fangspiegelabschnitt 46 zurückgelenkt, dessen konkave Oberfläche 47 die Lichtstrahlen zum auf der Drehachse 60 angeordneten Photodetektor 56 reflektiert, wodurch die empfangenen Lichtstrahlen auf in der Fachwelt wohlbekannte Weise in elektrische Signale umgewandelt werden.
Wie in Fig. 3 und 4 dargestellt, ist der Auffangabschnitt 46 des optischen Sendeempfängers 42 in Trapezgestalt geformt, mit konkavem Aufbau entlang seiner kürzesten Achse und asphärischem konkavem Aufbau entlang seiner längsten Achse (Fig. 1). Um einen hochleistungsfähigen, kleinbauenden Strichcodescanner zu schaffen, ist der Oberflächenbereich des Fangspiegelabschnitts 46 größer als die Reflexionsfläche jedes der Spiegel 40, wodurch die Spiegel zur Begrenzungsöffnung des Scanners werden. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Reflexionsflächenbereich des Auffangabschnitts 46 des Sendeempfängers ungefähr zweimal so groß wie jeder der Umlenkspiegel 40, wodurch der Spiegelabschnitt 46 in die Lage versetzt wird, die Mehrzahl der reflektierten Lichtstrahlen aufzufangen, die von den Spiegeln 40 am Ende des Abtastmusters abgelenkt werden.
Bezugnehmend auf Fig. 5 ist ein Diagramm gezeigt, das die Berechnungsparameter zur Entwicklung der in den beschriebenen Ausführungsformen offenbarten asphärischen Lichtauffangfläche des optischen Sendeempfängers darstellt. Zur Erzeugung der asphärischen Fläche 63 (Fig. 6) werden folgende Gleichungen verwendet:
(1) S(Wölbung) = 1/K+1 R - [R² - (x² + Ky² + y² + Ky²)]
(2) S(Wölbung) = 1/K+1 [R - [R² - (K+1) S²]
wobei R= V(K+1) / (1 - [-K])
K (Kegelkonstante) = -E²
V = (2A-G)/2
E (Außermittigkeit) = [A² - B²] /A
β = [A² - (G/2)²]
G = (O-F cosβ) / cosα
y = F cosΘ
Θ = 90 - β - α
α = tan&supmin;¹ (F sinβ/0 - (F cos β)
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist F (Brennpunkt) 19 mm (0,75 inches), O (Objektabstand) ist 300 mm (12 inches), und β ist 70º.
Bezugnehmend auf Fig. 6 ist ein Diagramm einer zweiten Ausführungsform 67 des optischen Sendeempfängers 42 (Fig. 1 und 2) zur Darstellung der Anordnung der Brennpunkte der asphärischen Lichtauffangfläche beider optischer Sendeempfänger gezeigt. Der Sendeempfänger 67 weist eine der Fläche 47 des Sendeempfängers 42 entsprechende asphärische konkave Fläche 63 entlang seiner längsten Achse auf und umfaßt den Auffangabschnitt des Sendeempfängers. Der Sendeempfänger 67 weist einen versenkten Flächenabschnitt 69 auf, in dem sich der Ablenkbereich befindet. Die konkave Fläche 63 besitzt zwei Brennpunkte, A und B, wobei der Brennpunkt B auf der Drehachse 60 des Strichcodescanners liegt, während der Brennpunkt A die Fokussierebene festlegt, an der der versenkte Abschnitt 69 die Lichtstrahlen ablenken wird. Die Umlenkspiegel 40 (Fig. 1) können an einer beliebigen Stelle auf der Linie vom Sendeempfänger zum Brennpunkt A angeordnet sein.
Es wird nun auf Fig. 7 Bezug genommen, in der eine Seitenansicht einer Ausführungsform eines handgeführten Laserscanners mit der eingebauten Abtasteinheit 20 (Fig. 1 und 2) der vorliegenden Erfindung gezeigt ist, wobei ein Teil des Körperabschnitts der Übersichtlichkeit halber entfernt ist. Wie dargestellt ist, umfaßt der allgemein mit dem Bezugszeichen 70 bezeichnete handgeführte Scanner ein Griffstück 72 und einen Hauptkörperteil 74. Die Abtasteinheit 20 ist innerhalb des Hauptkörperteils 74 mittels eines Halterings 76 befestigt, der neben der Halterung der Abtasteinheit 20 auch ein Abdeckelement 78 abstützt, das eine Öffnung 81 aufweist, in dem der Gehäuseabschnitt 54 des Trägerelements 50 mit dem darin enthaltenen Photodetektor 56 und der Halterung 58 (Fig. 1 und 2) angeordnet ist. Das Abdeckelement 78 kann aus einem transparenten Material, beispielsweise Acryl, bestehen und ist hinsichtlich des Trägerelements 50 mittels eines Rings 83 aus Gummiprofilmaterial federnd montiert. Auf dem Verlängerungsabschnittelement 30 ist ein Befestigungselement 79 verschiebbar befestigt, das eine gedruckte Schaltungskarte 80 abstützt, die die dem Betrieb der Abtasteinheit zugeordneten Bildaufnahmeschaltungen enthält. Das Befestigungselement 79 kann aus Hartkunststoffmaterial, wie z. B. Polycarbonat, hergestellt sein.
Auf dem Verlängerungsabschnitt 30 ist eine gedruckte Schaltungskarte 82 angeordnet, die die Lasertreiberschaltungen für die Laserdiode 34 (Fig. 2) enthält. Die Karte ist am Laserträgerelement 32 befestigt, das bei Einsetzen in den Verlängerungsabschnitt 30 des Trägerelements 22 (Fig. 1) von diesem abgestützt wird. Entlang des unteren Randes des Hauptkörperteils 74 ist eine gedruckte Schaltungskarte 84 befestigt, die die digitalen Schnittstellenlogikschaltungen zur Steuerung der Verarbeitung digitaler Signale enthält, die als Ergebnis des Betriebs der Abtasteinheit erzeugt werden.
An der gedruckten Schaltungskarte 84 ist eine Leuchtdiode 86 befestigt, die dazu verwendet wird, das Auftreten einer guten Leseleistung der Abtasteinheit in einer in der Fachwelt wohlbekannten Weise anzuzeigen. Die Diode 86 ist durch ein in der Rückseite des Hauptkörperteils 74 angebrachtes transparentes Element 87 hindurch sichtbar. Ein am hinteren Rand des Hauptkörperteils 74 angeordnetes Drucktastenelement 88 steuert den Betrieb der Laserdiode 34 (Fig. 1), um mit 61 (Fig. 11) bezeichnete Lichtstrahlen abzugeben, um ein Abtastmuster ähnlich dem in Fig. 10 mit 125 bezeichneten, aus parallelen Abtastzeilen 123 zusammengesetzten Abtastmuster zu erzeugen. Bei diesem Verfahren werden (nicht dargestellte) Hallsensoren ähnlich den in Fig. 8 dargestellten Hallsensoren 122 verwendet, um Signale zu erzeugen, die die Position der Welle 28 (Fig. 2) auf in der Fachwelt wohlbekannte Weise anzeigen.
Ebenfalls auf der gedruckten Schaltungskarte 84 ist eine Schaltungskarte 90 befestigt, die im Griffstück 72 des Scanners angeordnet ist und den Strom steuert, der der Abtasteinheit 20 zugeführt wird. Ein am vorderen Langsrand des Griffstücks 72 angeordneter Knopfmechanismus 92 ist an die gedruckte Schaltungskarte 90 angeschlossen, um einen Ein-/Aus-Betrieb der Abtasteinheit zu schaffen. Im unteren Rand des Griffstücks 72 ist ein versenktes Steckerteil 94 zur Aufnahme eines Kabels (nicht dargestellt) angeordnet, das den Scanner mit Strom versorgt und auch elektrische Signale Uberträgt, die von einem auf der gedruckten Schaltungskarte 84 angeordneten Mikroprozessor (nicht dargestellt) ausgegeben werden und die Datensignale darstellen, die als Ergebnis der Strichcodeetikettabtastung erzeugt werden.
Es wird nun auf Fig. 8 Bezug genommen, in der eine zweite Ausführungsform eines allgemein mit dem Bezugszeichen 100 bezeichneten handgeführten Scanners dargestellt ist, der einen länglichen Körperabschnitt 102 mit einem abgeschrägten Stirnabschnitt 104 aufweist, in dem sich ein transparentes Feld 106 befindet. In dem Körperabschnitt ist ein Motor 108 befestigt, der eine hohle Antriebswelle 110 dreht, die sich durch den Motor 108 hindurch erstreckt und auf ihrem vorderen Ende den optischen Sendeempfänger 67 (Fig. 6) befestigt hat. Unmittelbar am hinteren Ende der Antriebswelle 110 ist ein Bündel- und Fokussierungslinsenelement 112 angeordnet, das einen von einer Laserdiode 116 ausgehenden Laserlichtstrahl 114 empfängt. Das Linsenelement 112 parallelisiert und bündelt nun den empfangenen Laserlichtstrahl 114 und projiziert den parallelisierten Lichtstrahl durch das Hohlwellenelement 110. Der durch das Wellenelement 110 hindurch übertragene Lichtstrahl 114 trifft dann auf der Schrägfläche 69 des Sendeempfängers 67 auf, der den Lichtstrahl durch die Öffnung 106 nach außen ablenkt, wobei nur eine einzige Abtastzeile 120 gebildet wird, durch welche ein kodiertes Etikett (nicht dargestellt) geschoben wird.
Die zweite Ausführungsform weist eine Anzahl von Hallsensoren 122 (Fig. 8) auf, deren Ausgangssignale zur Steuerung des Betriebs der Laserdiode 116 verwendet werden, um die Diode nur während ausgewählter Rotationsbereiche des Motors 108 einzuschalten. Die Hallsensoren können auch zur Steuerung der Rotationslänge des Motors 108 verwendet werden, wodurch ein Flackerbetrieb der Abtasteinheit erzeugt wird, die bei Verwendung mit den Umlenkspiegeln 40 (Fig. 2) eine Reihe paralleler Abtastzeilen ähnlich den in Fig. 10 dargestellten Zeilen 123 erzeugt.
Die von dem abgetasteten Strichcodeetikett (nicht dargestellt) reflektierten Lichtstrahlen 124 (Fig. 8) werden dann von der asphärischen konkaven Auffangfläche 63 des optischen Sendeempfängers 67 aufgefangen und auf eine Spiegelfläche 130 gerichtet, wobei diese Fläche die empfangenen Lichtstrahlen an einen auf einem Trägerelement 134 befestigten Photodetektor 132 ablenkt. Das Trägerelement 134 erstreckt sich längs des Körperabschnitts 102 zum hinteren Bereich des Körperabschnitts, wo eine gedruckte Schaltungskarte 136 befestigt ist, die die Rechenschaltungen des Abtastsystems enthält. Im hinteren Rand 138 des Körperabschnitts 102 ist ein Steckerelement 140 befestigt, in dem ein Ende eines Kabels 142 montiert ist, um die gedruckte Schaltungskarte 136 mit Strom zu versorgen und Signale von den Rechenschaltungen der Abtasteinheit zur Übertragung an einen Fernprozessor zur Verarbeitung der beim Abtastbetrieb erzeugten elektrischen Signale zu empfangen. Es ist offensichtlich, daß wenn der Strichcodescanner wirklich tragbar sein soll, ein wiederaufladbarer Batteriesatz im Griffstück des in Fig. 7 und 8 dargestellten Scanners angebracht werden kann.
In Fig. 9A bis einschließlich 9D ist eine Reihe von Fangspiegel- Photodetektor-Anordnungen gezeigt, die zur Verwirklichung der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, wobei der optische Sendeempfänger auf der Drehachse befestigt ist, um das reflektierte Licht aufzufangen. Wie in Fig. 9A gezeigt, richtet der um die Drehachse 144 rotierende, aus einem Element bestehende konkave Fangspiegel 142 die empfangenen reflektierten Lichtstrahlen 146 an einen Photodetektor 148, der ebenfalls auf der Drehachse angeordnet ist. In Fig. 98 ist ein Linsenelement 150 auf der Drehachse 144 angeordnet und empfängt die reflektierten Lichtstrahlen 146 von einem rotierenden planen Fangspiegel 142, wobei das Linsenelement 150 die empfangenen reflektierten Lichtstrahlen auf den auf der Drehachse gelegenen Photodetektor 148 bündelt. In Fig. 9C richtet ein einziger Ablenkspiegel 152, der zum Empfangen der reflektierten Lichtstrahlen von dem planen Fangspiegel 142 auf der Drehachse 144 montiert ist, die reflektierten Lichtstrahlen 146 an den Photodetektor 148, der versetzt zur Drehachse 144 montiert ist. In Fig. 9D reflektieren ein planer Fangspiegel 142 und ein planer Ablenkspiegel 154, die auf der Drehachse 144 befestigt sind, die reflektierten Lichtstrahlen 146 zu einem Photodetektor 148, der versetzt zur Drehachse 144 montiert ist.
Bezugnehmend auf Fig. 10 bis einschließlich 12 sind verschiedene, von der Abtasteinheit 20 (Fig. 1) der vorliegenden Erfindung erzeugte Abtastmuster dargestellt. In Fig. 10 dreht sich der Ring von Spiegeln 40, während der Sendeempfänger 42 ortsfest bleibt, wodurch eine Vielzahl paralleler Abtastlinien 123 erzeugt werden, die das Abtastmuster 125 ausmachen. In Fig. 11 ist der Ring von Spiegeln 40 ortsfest, während der Sendeempfänger 42 um 360º gedreht wird, wodurch das Abtastmuster 71 erzeugt wird. Durch Verwendung der Hallsensoren 122 (Fig. 8) in der zuvor beschriebenen Weise kann durch Betätigung der Taste 88 (Fig. 7) die Erzeugung jeder einzelnen Abtastzeile des Abtastmusters 71a ausgewählt werden. In Fig. 12 ist das Spiegelträgerelement 38 mit einem Ring aus Zahnradzähnen 160 auf dessen Innenumfangsfläche dargestellt. Ein Antriebszahnradelement 162 greift in die Zahnradzähne 160 ein und geht mit einem an der Antriebswelle 28 befestigten Ring aus Zahnradzähnen 164 in Eingriff, was zur Drehung des Spiegelträgerelements 38 in Gegenrichtung zur Rotationsbewegung der Antriebswelle 28 führt. Das von den Lichtstrahlen 71 dieser Anordnung erzeugte Abtastmuster 68 ist in Fig. 12 gezeigt und bildet ein äußerst dichtes vielzeiliges Abtastmuster, das den Wirkungsgrad des Abtastbetriebs erhöht.
Ein Vorteil des Aufbaus der optischen Sendeempfänger besteht darin, daß sie eine automatische Bewegungsbereichssteuerung der an den Photodetektor übertragenen Lichtenergie schaffen, wenn der Abstand zwischen der Abtasteinheit und dem Strichcodeetikett verändert wird. Wie in Fig. 13 dargestellt, nimmt mit abnehmendem Abstand zwischen der Abtasteinheit und dem Strichcodeetikett die vom Photodetektor empfangene, reflektierte Lichtstärke zu, was zu einer Steigerung der Ausbeute des Photodetektors führt. Diese Abfolge ist in Fig. 14A bis einschließlich 14D dargestellt, wobei der Punkt 168 den Standort des kodierten Etiketts darstellt, und auch durch den Abfall der Kurve 156 (Fig. 13). Wenn die Entfernung abnimmt (Fig. 14A und 14B), dann nimmt der Ausgangswert des Photodetektors 56 zu, bis er den Punkt A auf der Kurve 156 erreicht. Nimmt der Abstand weiter ab, dann beginnt die vom optischen Sendeempfänger 42 reflektierte Lichtmenge 166, den Detektor 56 zu überfüllen und begrenzt so die Menge an reflektiertem Licht, das auf den Photodetektor auftrifft. Diese Bedingung ist in Fig. 14C dargestellt, indem der Brennpunkt der reflektierten Lichtstrahlen auf einen Punkt 57 hinter dem Photodetektor 56 verschoben wird, wodurch die auf dem Photodetektor 56 auftreffende Lichtmenge verringert wird. Wenn der Abstand weiter abnimmt (Fig. 14D), dann wird die Wirkung des in dem Ausschnitt 64 des Sendeempfängers 42 angeordneten Ablenkspiegelabschnitts 44 (Fig. 3 und 4) sichtbar, und verringert daher die Ausbeute, wie in der Kurve zwischen den Punkten B und C dargestellt.
Es wird nun auf Fig. 15 Bezug genommen, wo ein Diagramm des Weges der von der versenkten Fläche 69 des optischen Sendeempfängers 67 (Fig. 6 und 8) wegreflektierten Lichtstrahlen gezeigt ist, das die gesamte interne Reflexion der Lichtstrahlen zeigt. Die Fläche 69 lenkt die empfangenen Lichtstrahlen in einem Winkel von 90º vom Weg der empfangenen Lichtstrahlen ab, wenn der Einfallswinkel (Ic) den Sinusbogen von N/N' übersteigt, wobei N der Brechungsindex des Stoffes mit niedrigem Index ist, im vorliegenden Beispiel Luft und N' der Brechungsindex des Einfallmaterials ist, d. h. das Material, aus dem der Sendeempfänger 67 besteht.
Obwohl eine Spiegelfläche zum Auffangen, Ablenken und Steuern der Lichtstrahlen offenbart worden ist, liegt auf der Hand, daß andere Arten abbildender Flächen verwendet werden können, wie beispielsweise ein optisches Prisma, eine Beugungsfläche zum Bilden eines Holographiebildes auf einer Fokussierungsebene oder jegliche Art Kegelfläche, wie eine Parabolfläche.

Claims

1. Optisches Abtastsystem mit einer Lichtstrahlprojektionseinrichtung (34-36; 112, 116) zum Projizieren eines Lichtstrahls auf eine optische Sendeempfangsvorrichtung (42-44; 63, 67, 69) auf dem Weg zur Projektion auf kodierte Kennungen und Reflexion davon, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Sendeempfangsvorrichtung (42-44; 63, 67, 69) so angeordnet ist, daß sie um eine Drehachse rotiert, wobei die Projektionseinrichtung (34-36; 112, 116) so angeordnet ist, daß sie den Lichtstrahl im wesentlichen auf der Drehachse zur Sendeempfangsvorrichtung (42-44; 63, 67, 69) projiziert, wobei die Sendeempfangsvorrichtung (42-44; 63, 67, 69) ein Ablenkelement (44, 69) und ein Auffangelement (46, 63) umfaßt, um von den kodierten Kennungen reflektierte Lichtstrahlen aufzufangen und die Lichtstrahlen zur Erfassung durch Lichterfassungsmittel (56, 132) allgemein in Richtung der kodierten Kennungen auf der entgegengesetzten Seite der Sendeempfangsvorrichtung (42-44; 63, 67, 69) von der Projektionseinrichtung (34-36; 112, 116) zurückzureflektieren.

2. Optisches Abtastsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtauffangeinrichtung (47, 63) eine konkave, asphärische Spiegelfläche mit einem Ausschnittabschnitt (64) aufweist, in dem eine die Lichtablenkeinrichtung (44, 69) bildende plane Reflexionsfläche befestigt ist.

3. Optisches Abtastsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die konkave, asphärische Spiegelfläche elliptisch aufgebaut ist, wobei deren erster Brennpunkt auf der Projektionsachse liegt und deren zweiter Brennpunkt auf dem Weg des von der Lichtablenkeinrichtung (44, 69) abgelenkten Lichtstrahls liegt.

4. Optisches Abtastsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Projektionsachse in einer Hohlwelle liegt, auf der die optische Sendeempfangsvorrichtung (42, 67) befestigt ist.

5. Optisches Abtastsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Sendeempfangsvorrichtung (42, 67) um die Projektionsachse drehbar ist.

6. Optisches Abtastsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Planspiegeln (40), die um die Projektionsachse angeordnet und geeignet sind, den von der Lichtablenkungseinrichtung (44) abgelenkten Lichtstrahl aufzufangen und ein Abtastmuster zum Abtasten der kodierten Kennungen zu bilden.

7. Abtastsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Oberflächenbereich der Lichtauffangeinrichtung (46, 63) größer ist als die Reflexionsfläche der einzelnen Planspiegel (40).

8. Abtastsystem nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl von Planspiegeln (40) um die Projektionsachse drehbar ist.

9. Abtastsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Sendeempfangsvorrichtung (42, 67) einen selbstbegrenzenden Bereich liefert, in dem die Intensität von durch die kodierten Kennungen reflektierten erfaßten Lichtstrahlen über eine Spanne von Arbeitsabständen von den kodierten Kennungen im allgemeinen konstant bleibt, wobei die Lichtauffangeinrichtung (46, 63) geeignet ist, mit abnehmendem Abstand zwischen den kodierten Kennungen und der Lichtauffangeinrichtung (46, 63) einen niedrigeren Anteil der empfangenen Lichtstrahlen zur Aufnahme durch die Lichterfassungsmittel (56, 132) zu lenken.