DE69020626T2

DE69020626T2 - Rotierende Reflexionsvorrichtungen zur Anwendung bei optischem Abtastgerät.

Info

Publication number: DE69020626T2
Application number: DE69020626T
Authority: DE
Inventors: Hiroaki Katoh; Nobuyuki Kitamura; Toshimasa Miyazaki; Yoshitaka Murakawa
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1989-04-20
Filing date: 1990-04-20
Publication date: 1995-11-30
Anticipated expiration: 2010-04-21
Also published as: EP0394072A2; JPH02278222A; EP0394072A3; US5000529A; JP2771593B2; DE69020626D1; EP0394072B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Drehreflektoreinrichtungen zur Verwendung in einem optischen Scangerät, beispielsweise einem Gerät zum Scannen codierter Strichmarken mittels eines Laserstrahles, um einen Strichcode der codierten Strichmarken zu lesen.
POS-Systeme (point of sales = Zahlstelle) sind bei vielen Kaufhäusern und Supermärkten eingeführt worden, um den Wirkungsgrad beim Warenmanagement und bei Abfertigungsvorgängen zu verbessern. Bei derartigen Systemen wird ein einen optischen Scanner aufweisender Strichcodeleser eingesetzt, welcher mittels eines Laserstrahles auf einer Ware angebrachte codierte Strichmarken scannt, von den codierten Strichmarken kommendes gestreutes Signallicht mittels eines Fotodetektors erfaßt und dieses in ein Signal umwandelt, welches eine für die anschließende Rechenverarbeitung geeignete Informationsform hat. Solch ein Strichcodeleser hat im allgemeinen eine Laserstrahlerzeugungsquelle, ein Optiksystem zum Formen des Laserstrahles, ein Optiksystem zum Scannen, ein Optiksystem zum Erfassen des Signallichtes, einen Schaltkreis zum Gestalten der Wellenform und einen Schaltkreis zum Demodulieren des Strichcodes. Typischerweise wird ein von einem He-Laser emittierter Laserstrahl durch das Strahlformungs-Optiksystem zu einem Laserstrahl einer geeigneten Abmessung geformt; mit dem so geformten Laserstrahl wird durch das Scan-Optiksystem ein Scanmuster für die universelle Ablesung gebildet; den Laserstrahl läßt man mit dem Scanmuster auf die codierten Strichmarken auftreffen. Von den codierten Strichmarken reflektiertes gestreutes Licht wird durch das Optiksystem zum Erfassen des Signallichtes gebündelt und das Signallicht wird durch den Fotodetektor in ein elektrisches Signal umgewandelt. Das elektrische Signal wird durch den Schaltkreis zum Gestalten der Signalwellenform geformt und dann durch den Schaltkreis zum Demodulieren des Strichcodes in einen numerischen Wert umgewandelt; der so gewonnene numerische Wert wird zu einem POS-Terminal übertragen.
Verschiedene Arten von optischen Scannern für den Einsatz bei derartigen Strichcodelesern wurden vorgeschlagen und in praktischen Gebrauch genommen; diese können grob in zwei Arten unterschieden werden, von denen eine eine Drehreflektoreinrichtung, beispielsweise einen Polygon(al)- Spiegel verwendet, und von denen die andere eine Hologrammscheibe verwendet. Herkömmliche optische Scanner jeder der beiden Arten haben im allgemeinen den Nachteil, daß deshalb, weil eine ein Scanmuster erzeugende Spiegelanordnung mit mehreren Reflektorspiegeln vorgesehen sein muß, um ein Scanmuster zu erzielen, welches aus mehreren Scanlinien unterschiedlicher Richtungen zusammengestellt ist, die Anzahl der Bauteile ziemlich groß und die Kosten hoch sind; zusätzlich läßt sich eine Miniaturisierung der Einrichtung nicht erreichen. Um ein langes oder breites Strahlenmuster zu erhalten, müssen darüber hinaus die Reflektorspiegel notwendigerweise große Abmessungen haben, was ebenfalls einen Kostenanstieg und ein Hindernis für eine Miniaturisierung der Einrichtung verursacht.
Es ist deshalb erwünscht, ein optisches Scangerät zu schaffen, dessen Abmessungen und Herstellungskosten im Vergleich mit optischen Scannern gemäß dem Stand der Technik verringert werden können.
EP-A-0283717 offenbart eine Drehreflektoreinrichtung, welche um eine durch diese hindurch verlaufende Drehachse drehbar ist und mehrere Reflektoren aufweist, die jeweils an verschiedenen Winkelpositionen um diese Achse herum angeordnet sind, wobei jeder dieser Reflektoren zwei oder mehr im wesentlichen planare Reflektorflächen hat und wobei zwei derartiger einander benachbarter Flächen sich in einer Schnittlinie treffen, die gegenüber der Drehachse geneigt ist. Ein geeignetes Scanmuster konnte jedoch bei Verwendung dieser Einrichtung nicht erzielt werden.
Nach einem ersten Merkmal der vorliegenden Erfindung ist eine Drehreflektoreinrichtung zur Verwendung in einem optischen Scangerät vorgesehen, wobei die Einrichtung um eine durch diese hindurch verlaufende Drehachse drehbar ist und mehrere Reflektoren aufweist, die jeweils in verschiedenen Winkelpositionen um diese Achse herum angeordnet sind, wobei jeder dieser Reflektoren zwei oder mehr im wesentlichen planare Reflektorflächen hat und wobei sich zwei derartige, aneinandergrenzende Flächen in einer Schnittlinie treffen, die gegenüber der Drehachse geneigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel zwischen den beiden aneinandergrenzenden Reflektorflächen jedes Reflektors verschieden von dem Winkel zwischen den beiden aneinandergrenzenden Reflektorflächen eines benachbarten Reflektors der Einrichtung ist.
Gemäß einem zweiten Merkmal der vorliegenden Erfindung ist ein optisches Scangerät wie in Anspruch 4 beansprucht vorgesehen.
Es wird im folgenden beispielhaft auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, in denen zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht eines optischen Scanners, welcher das erste Merkmal der vorliegenden Erfindung verkörpert;
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Polygonaldrehspiegels, welcher das zweite Merkmal der vorliegenden Erfindung verkörpert;
Fig. 3 eine Vorderansicht eines Teils des in Fig. 2 gezeigten Polygonaldrehspiegels;
Fig. 4 eine Seitenansicht des in Fig. 3 gezeigten Teils;
Fig. 5 eine grafische Darstellung eines Scanmusters;
Fig. 6 eine grafische Darstellung eines anderen Scanmusters
Fig. 7 eine grafische Darstellung eines weiteren Scanmusters;
Fig. 8 eine schematische Ansicht eines anderen optischen Scanners, welcher das erste Merkmal der vorliegenden Erfindung verkörpert; und
Fig. 9 eine schematische Ansicht eines Teils eines anderen, das zweite Merkmal der vorliegenden Erfindung verkörpernden Polygonaldrehspiegels zusammen mit einem Teil eines optischen Scanners.
Ein optisches Scangerät, welches das erste Merkmal der vorliegenden Erfindung verkörpert, wird im folgenden mit Bezug auf die Fig. 1 bis 7 beschrieben. Es wird zuerst auf Fig. 1 Bezug genommen; ein Lesefenster 12 ist an der Oberseite eines Gehäuses 10 vorgesehen. Eine Lichtquelle 14 zum Erzeugen eines Laserstrahls, beispielsweise eines He-Ne- Lasers oder dergleichen ist in dem Gehäuse 10 angeordnet; ein von der Lichtquelle 14 emittierter Laserstrahl LB wird durch einen Spiegel 16 auf eine Drehreflektoreinrichtung hin reflektiert, welche einen Polygonspiegel 18 umfaßt, der das zweite Merkmal der vorliegenden Erfindung verkörpert. Der Polygondrehspiegel 18 hat an einer äußeren Peripherie desselben mehrere Reflektorbereiche (Reflektoren) 20, und er wird durch einen Motor 22 um eine Drehachse desselben drehangetrieben. Der von einem Reflektorbereich 20 des Polygondrehspiegels 18 reflektierte Laserstrahl LB scannt auf einer Ware 24 angeordnete codierte Strichmarken 26. Da die Reflektorbereiche 20 des Polygondrehspiegels 18 unterschiedliche Reflexionsrichtungen für einen Strahl haben, wie weiter unten beschrieben wird, erzeugt der Polygondrehspiegel 18 ein Scanmuster, welches aus mehreren Scanlinien unterschiedlicher Richtungen besteht, so daß der Laserstrahl die Gesamtheit der auf der Ware 24 angeordneten codierten Strichmarken 26 scannen kann, unabhängig von der Ausrichtung der codierten Strichmarken 26. Von den codierten Strichmarken 26 gestreutes Signalstreulicht wird einmal vom Reflektorbereich 20 des Polygonspiegels 18 reflektiert und durch eine Sammel- oder Fokussierlinse 28 auf einen Fotodetektor 30 hin gebündelt oder fokussiert, wie in Fig. 1 durch gestrichelte Linien dargestellt ist.
Der Aufbau des Polygondrehspiegels 18 wird mit Bezug auf die Fig. 2 bis 4 beschrieben. Der Polygondrehspiegel 18 hat mehrere (sechs im vorliegenden Ausführungsbeispiel) Reflektorbereiche 20, die um dessen Drehachse herum angeordnet sind; jeder der Reflektorbereiche 20 weist zwei Reflektorflächen 20a bzw. 20b auf. Mit Bezug insbesondere auf Fig. 3, in der ein durch eine Schnittlinie 21 zwischen den Reflektorflächen 20a und 20b jedes der Reflektorbereiche 20 und der Drehachse 18a des Polygondrehspiegels 18 definierter Winkel durch θ&sub1; dargestellt ist, ist der Polygondrehspiegel 18 so geformt, daß der Wert des Winkels θ&sub1; jedes seiner Reflektorbereiche 20 verschieden von den Winkeln θ&sub1; benachbarter Reflektorbereiche 20 auf den abgewandten Seiten des Reflektorbereiches 20 sein kann. Darüber hinaus ist mit Bezug auf Fig. 4, in der ein zwischen den Reflektorflächen 20a und 20b jedes der Reflektorbereiche 20 des Polygondrehspiegels 18 eingeschlossener Winkel durch θ&sub2; dargestellt ist, der Polygondrehspiegel 18 auch so geformt, daß der Wert des Winkels θ&sub2; jedes Reflektorbereiches 20 desselben verschieden von den eingeschlossenen Winkeln θ&sub2; benachbarter Reflektorbereiche 20 sein kann.
Insbesondere ist in der vorliegenden, in den Zeichnungen dargestellten Ausführung der Polygondrehspiegel 18 so geformt, daß er sechs Reflektorflächen 20 hat und daß die Werte θ&sub1; und θ&sub2; jedes der Reflektorbereiche 20 jeweils verschieden von den Werten θ&sub1; und θ&sub2; benachbarter Reflektorbereiche 20 auf den abgewandten Seiten des Reflektorbereiches 20 sind. Jedes Paar derjenigen der Reflektorbereiche 20, die auf einander abgewandten Seiten bezüglich der Drehachse 18a liegen, sind hinsichtlich des Neigungswinkels θ&sub1; und des eingeschlossenen Winkels θ&sub2; einander gleich.
Im Betrieb wird ein von der Lichtquelle 14 emittierter Laserstrahl LB durch den Spiegel 16 auf den Polygondrehspiegel 18 reflektiert. Der von der Reflektorfläche 20a eines Reflektorbereiches 20 des Polygondrehspiegels 18, welcher mit hoher Geschwindigkeit umläuft, reflektierte Laserstrahl LB wird von der anderen, gegenüberliegenden Reflektorfläche 20b nochmals reflektiert und scannt codierte Strichmarken 26 einer Ware 24 durch das Lesefenster 12 hindurch. Wenn hier der Winkel θ&sub1; andererseits bei allen Reflektorflächen 20 des Polygondrehspiegels 18 gleich ist, während nur der Winkel θ&sub2; zwischen jeweils benachbarten Reflektorflächen 20 variiert, dann wird ein Muster, mit welchem der Laserstrahl LB die codierten Strichmarken 26 scannen soll, aus mehreren solcher parallelen Scanlinien der gleichen Richtung gebildet, wie in Fig. 5 zu sehen ist.
Wenn andererseits der Winkel θ&sub2; bei allen Reflektorflächen des Polygondrehspiegels 18 gleich ist, während nur der Winkel θ&sub1; zwischen jeweils benachbarten Reflektorflächen 20 variiert, dann wird ein Muster, mit welchem der Laserstrahl LB die codierten Strichmarken 26 scannen soll, aus mehreren solchen Scanlinien gebildet, die einander in einem bestimmten Punkt schneiden, wie in Fig. 6 zu sehen ist. Wenn demzufolge beide Winkel θ&sub1; und θ&sub2; zwischen jeweils benachbarten Reflektorbereichen 20 des Polygondrehspiegels 18 wie beim oben beschriebenen Ausführungsbeispiel variieren, wird ein solches Scanmuster erzeugt, welches aus mehreren Scanlinien unterschiedlicher Richtungen gebildet ist, wie in Fig. 7 zu erkennen ist. Wenn die codierten Strichmarken 26 auf der Ware 24 mit einem Scanmuster, wie es oben gerade beschrieben wurde, gescannt werden, kann die Gesamtheit der codierten Strichmarken 26 durch wenigstens eine dieser Scanlinien gescannt werden, unabhängig von einer Ausrichtung der codierten Strichmarken 26.
Gestreutes Signallicht von den codierten Strichmarken 26 verläuft umgekehrt entlang des Weges des Scanstrahles und wird demnach vom Polygondrehspiegel 18 reflektiert und dann durch die Sammellinse 28 auf den Fotodetektor 30 fokussiert. Der Fotodetektor 30 wandelt das empfangene gestreute Signallicht in ein elektrisches Signal um, welches sodann durch einen nicht dargestellten Analog-Digitalwandler in ein digitales Signal umgewandelt und durch einen Schaltkreis zum Demodulieren des Strichcodes decodiert wird.
Mit dem optischen Scanner der oben beschriebenen Konstruktion kann ein Scanmuster, welches aus mehreren Scanlinien unterschiedlicher Richtungen gebildet ist, unter Verwendung nur des Polygondrehspiegels 18 allein erzeugt werden. Demzufolge kann man eine Hologrammscheibe oder einen Satz von Reflektorspiegeln, wie sie bei einem herkömmlichen optischen Scanner verwendet werden, entbehren, was eine Miniaturisierung sowie eine Kostenreduzierung der Anordnung ermöglicht. Wenn ferner der Polygondrehspiegel 18 durch Gießformen eines Körpers aus einem Kunststoffmaterial und Aufbringen eines Aluminiumfilms auf den Kunststoffkörper mittels Aufdampfen gebildet wird, um Reflektorflächen auszubilden, kann er sogar zu noch geringeren Kosten hergestellt werden. Da weiter ein Laserstrahl verhältnismäßig wenige Male reflektiert wird, kann die erforderliche Lichtmenge minimiert werden, so daß die Ausgangsleistung der Lichtquelle 14 reduziert werden kann.
Ein anderer optischer Scanner, welcher das erste Merkmal der vorliegenden Erfindung verkörpert, wird nachfolgend mit Bezug auf die Fig. 8 beschrieben. Es sei hier folgendes bemerkt: Weil der optische Scanner der vorliegenden Ausführung einen in etwa ähnlichen Aufbau wie der des optischen Scanners der vorangehenden Ausgestaltung hat, sind im wesentlichen gleiche Bauteile durch gleiche Bezugszahlen bezeichnet und wird eine sich überschneidende Beschreibung derselben zur Vermeidung von Redundanz unterlassen.
Der optische Scanner der vorliegenden Ausgestaltung hat einen Spiegel 36 zum Ändern der Ausbreitungsrichtung des gestreuten, durch eine Sammellinse 28 gebündelten Signallichtes und verwendet einen hohlen Polygondrehspiegel 32, welcher aus einem im wesentlichen sechseckigen Rohr besteht, welches an seiner Oberseite offen ist. Mehrere Reflektorbereiche 34 (sechs bei der vorliegenden Ausgestaltung) sind an einer inneren Peripherie des Polygondrehspiegels 32 vorgesehen und jeweils aus zwei einander zugewandten Reflektorflächen 34a bzw. 34b gebildet. Die Reflektorflächen 34a und 34b der Reflektorbereiche 34 sind so angeordnet, daß ein derartiges Scanmuster, welches aus mehreren Scanlinien unterschiedlicher Richtung wie in Fig. 7 gebildet ist, ähnlich wie in der oben beschriebenen Ausgestaltung erzielt wird.
Da der optische Scanner gemäß der vorliegenden Erfindung einen Aufbau hat, wie er zuvor gerade beschrieben wurde, kann man ein aus mehreren Scanlinien unterschiedlicher Richtungen gebildetes Scanmuster unter Verwendung nur des Polygondrehspiegels 32 allein erzielen, ähnlich wie bei dem optischen Scanner des vorangehenden Ausführungsbeispieles. Demzufolge kann man eine Hologrammscheibe oder einen Satz von Reflektorspiegeln, wie sie bei einem herkömmlichen optischen Scanner erforderlich sind, entbehren, was eine Miniaturisierung und Kostenreduzierung der Anordnung erlaubt. Der optische Scanner gemäß der vorliegenden Ausgestaltung hat ferner auch solche Vorteile wie die des optischen Scanners des weiter oben beschriebenen Ausführungsbeispieles.
Es sei hier folgendes bemerkt Wenn auch die optischen Scanner beider oben beschriebener Ausführungsbeispiele so ausgebildet sind, daß jeder der Reflektorbereiche des Polygondrehspiegels zwei Reflektorflächen mit unterschiedlichen Neigungswinkeln gegenüber der Drehachse des Polygondrehspiegels hat, die Anzahl derartiger Reflektorflächen jedes Reflektorbereiches nicht auf zwei beschränkt ist. Wie in Fig. 9 gezeigt, kann beispielsweise jeder Reflektorbereich 38 drei Reflektorflächen 38a, 38b und 38c mit unterschiedlichen Neigungswinkeln gegenüber der Drehachse des Polygondrehspiegels haben.

Claims

1. Drehreflektoreinrichtung (18; 32) zur Verwendung in einem optischen Scangerät, bei der die Einrichtung (18; 32) um eine durch diese hindurch verlaufende Drehachse drehbar ist und mehrere Reflektoren (20; 38) aufweist, die an jeweils unterschiedlichen Winkelpositionen um diese Achse herum angeordnet sind, wobei jeder dieser Reflektoren (20; 38) zwei oder mehr im wesentlichen planare Reflektorflächen (20a, 20b; 38a, 38b, 38c) hat und sich zwei derartige aneinandergrenzende Flächen (20a, 20b; 38a, 38b, 38c) in einer Schnittlinie (21) schneiden, die zu dieser Drehachse geneigt ist; dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (θ&sub2;) zwischen den beiden aneinandergrenzenden Reflektorflächen (20a, 20b; 38a, 38b) jedes Reflektors verschieden von dem Winkel (θ&sub2;) zwischen den beiden aneinandergrenzenden Reflektorflächen eines benachbarten Reflektors der Einrichtung ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, bei der die jeweiligen Schnittlinien (21) benachbarter Reflektoren (20; 38) der Einrichtung jeweils in unterschiedlichen Winkeln (θ&sub1;) gegenüber der genannten Drehachse geneigt sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der jeder dieser Reflektoren (38) drei im wesentlichen planare Reflektorflächen (38a, 38b, 38c) hat, von denen zwei Flächen (38a, 38b) die Flächen des Anspruches 1 sind und die andere (38c) dieser Flächen eine dieser zwei Flächen (38a, 38b) in einer weiteren Schnittlinie schneidet, die gegenüber der Drehachse geneigt ist.

4. Optisches Scangerät zum Scannen codierter Strichmarken (26) mittels eines Laserstrahls (LB), um einen Strichcode der codierten Strichinarken (26) zu lesen, umfassend:

eine Lichtquelle (14) zum Erzeugen eines Laserstrahls (LB);

eine Drehreflektoreinrichtung (18; 32) nach Anspruch 2, oder nach Anspruch 3 im Zusammenhang mit Anspruch 2, zum Reflektieren des von der Lichtquelle (14) kommenden Laserstrahls (LB) zu den codierten Strichinarken (26) hin; und einen Fotodetektor (30) zum Erfassen von durch die codierten Strichmarken (26) reflektiertein, gestreutem Signallicht.

5. Optisches Scangerät nach Anspruch 4, bei dem die Drehreflektoreinrichtung (18; 32) sechs Reflektoren (20; 38) hat, die zu drei Paaren angeordnet sind, wobei die Reflektoren (20; 38) jedes Paares dieser Reflektoren (20; 38) jeweils bezogen auf die Drehachse auf einander abgewandten Seiten dieser Einrichtung (18; 32) angeordnet sind und eine zueinander identische Anordnung der Reflektorflächen (20a, 20b; 38a, 38b, 38c) haben.

6. Optisches Scangerät nach Anspruch 4 oder 5, bei dem die Reflektoren (20; 38) an einer äußeren Peripherie der Drehreflektoreinrichtung (18) angeordnet sind.

7. Optisches Scangerät nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Drehreflektoreinrichtung (32) eine rohrförmige Konfiguration hat, die an ihrer Oberseite offen ist, und wobei die Reflektoren (34) an einer inneren Peripherie dieser rohrförinigen Drehreflektoreinrichtung (32) angeordnet sind.