-
Hintergrund der Erfindung
-
Gebiet der Erfindung
-
Diese Erfindung betrifft optische
Vorrichtungen, wie z. B. Fotounterbrecher, die zum Lesen von Strichcode
und zur Objekterfassung verwendet werden.
-
Beschreibung
des Stands der Technik
-
Die 23 und 24 zeigen einen herkömmlichen
Fotounterbrecher 20 vom Reflexionstyp, der mit einer Lichtaussendeeinheit
und einer Lichtempfangseinheit ausgestattet ist. Diese Einheit entspricht
dem Oberbegriff der unabhängigen
Ansprüche.
Das von der Lichtaussendeeinheit ausgesandte Licht wird an einer
Objektoberfläche
reflektiert und dann von der Lichtempfangseinheit erfasst. Bei diesem
herkömmlichen
Fotounterbrecher 20 sind ein Lichtaussendechip 2 und
ein Lichtempfangschip 3 durch ein Verfahren wie z. B. Golddrahtbindung
an einem Kopf 4 montiert. Dieser Fotounterbrecher ist ferner
mit einer Linse 5 ausgestattet, die einen vom Lichtaussendeelement 2 ausgesandten
Lesestrahl auf die Objektoberfläche
fokussiert und einen von der Objektoberfläche reflektierten Strahl auf
das Lichtempfangselement 3 bündelt, sowie mit einem Gehäuse, in
dem verschiedene Teile der Einheit untergebracht sind und das verhindert,
dass Umgebungslicht in die Einheit gelangt, sowie mit einer Linsenabdeckung 18 zum Schutz
der Linse 5.
-
Beim Lesen eines Strichcodes 6 unter
Verwendung eines Fotounterbrechers 20 vom Reflexionstyp
mit der oben genannten Gestaltung, wird der Strichcode 6 über dem
Fotounterbrecher 20 vom Reflexionstyp bewegt, oder der
Fotounterbrecher 20 vom Reflexionstyp wird über dem
Strichcode 6 bewegt, und dabei wird der Strichcode 6 gelesen.
-
Wenn der Lesestrahl auf einen bestimmten Punkt
auf einer weißen
Fläche
des Strichcodes 6 gebündelt
wird, ist die Stärke
des reflektierten Strahls groß,
und daher empfängt
der Lichtempfangschip 3 eine größere Menge Licht. Dies führt zu einem
Anstieg des vom Lichtempfangschip 3 erzeugten Fotostroms.
Wenn ferner der Lesestrahl auf einen bestimmten Punkt auf einer
schwarzen Fläche
des Strichcodes 6 fokussiert wird, ist die Stärke des
reflektierten Strahls gering, was zu einer relativen Abnahme des
vom Lichtempfangschip 3 erzeugten Fotostroms führt. Auf
diese Weise wird das Strichcodemuster in einen variierenden, vom
Lichtempfangschip 3 erzeugten Fotostrom umgewandelt.
-
Um einen kleinen Fotounterbrecher
herzustellen, ist der Abstand vom Lichtaussendechip 2 und vom
Lichtempfangschip 3 zum Strichcode 6 vorzugsweise
so gering wie möglich.
-
Die Brennweite der Linse 5 kann
durch Verringern des Krümmungsradius
der Linse 5 verkürzt werden,
wodurch der Abstand vom Lichtaussendechip 2 und vom Lichtempfangschip 3 zum
Strichcode 6 verkürzt
wird. Krümmungsradien
der Linse 5, die kleiner als ein bestimmter Wert sind,
verursachen jedoch größere Aberrationen
der Linse 5, die die Unterscheidung zwischen den weißen und
den schwarzen Flächen
erschweren und die Tiefenschärfe
verringern. Eine verringerte Tiefenschärfe erschwert das genaue Lesen
der Strichcodes, wenn sich die Strichcodes in der Richtung der optischen
Achse des Lesestrahls bewegen. Daher kann der Abstand vom Lichtaussendechip 2 und
vom Lichtempfangschip 3 zum Strichcode 6 nicht
kürzer
als ein bestimmter Minimalwert sein. Diese Begrenzung verhindert
eine Größenverringerung
eines Geräts,
in dem der Fotounterbrecher 20 untergebracht ist.
-
Ferner sind bei einem Fotounterbrecher
vom Reflexionstyp, wie dem in den 23 und 24 gezeigten, der Lichtsender
und der Lichtempfänger
zur einfacheren Herstellung in einem Spiegelverhältnis angeordnet. Bei dieser
Konstruktion fällt
das von den Strichcodes direkt reflektierte Licht (nachfolgend als direkte
Reflexion bezeichnet) direkt auf den Lichtempfangschip. Die Intensität der direkten
Reflexion hängt
stärker
ab vom Glanz des Mediums, auf das der Strichcode gedruckt ist, als
von den schwarzen und weißen
Flächen
des Strichcodes. Daher können Strichcodes
auf einem stark glänzenden
Objekt nicht richtig gelesen werden. Um solche Strichcodes genau
zu lesen, wird der Empfänger
relativ zum Strichcode gekippt, wie in 25 gezeigt, so dass der reflektierte
Strahl einen geringeren Betrag an direkter Reflexion enthält mit einem
vergrößerten Verhältnis von
Streulicht zu direkter Reflexion.
-
Ein gekippter Fotounterbrecher nimmt
jedoch innerhalb des Unterbrechergehäuses mehr Platz ein, was ein
Problem beim Zusammenbau innerhalb des Geräts darstellt. Das Einbauen
eines solchen Fotounterbrechers in das Gerät erschwert somit die Miniaturisierung
des Geräts.
-
In der
EP
0377973 ist ein Strichcodescanner offenbart, bei dem ein
zweites optisches System zum Sammeln von durch den Strichcode reflektiertem Licht
relativ zu einem ersten optischen System gekippt ist, was zu den
gleichen oben diskutierten Problemen im Hinblick auf die physische
Größe der Vorrichtung
führt.
-
Andere Beispiele von Vorrichtungen
des Stands der Technik sind in der
EP
0669592 und in der
EP
0475675 gezeigt, die Anordnungen offenbaren, bei denen
ein Scanspiegel vorgesehen ist zum Reflektieren von von einer Lichtaussendevorrichtung ausgesandtem
Licht, zum Richten des Selben auf einen Bereich des Strichcodes,
und zum Richten des vom Strichcodebereich reflektierten Lichts zu
einer lichtempfindlichen Vorrichtung hin. In der
EP 0669592 ist ein Prisma zwischen
einer Sammellinse und der Position der Lichtaussende- und Lichtempfangsvorrichtungen
vorgesehen, so dass das von der Lichtaussendevorrichtung stammende
Licht und das zur Lichtempfangsvorrichtung hin sich ausbreitende Licht
reflektiert wird. Durch Änderung
der Ausbreitungsrichtung ermöglicht
die Verwendung eines Prismas die Verringerung der Größe des Lesegeräts, ohne
eine entsprechende Verringerung der Tiefenschärfe zu verursachen. In der
EP 0475675 ist der Scanspiegel
derart angeordnet, dass er eine ähnliche
Verringerung der physischen Größe bewirkt.
-
Zusammenfassung
der Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung wurde im
Hinblick auf die oben genannten Probleme gemacht.
-
Es ist eine Aufgabe der Erfindung
eine optische Vorrichtung bereit zu stellen, die der Miniaturisierung
des Geräts
dient.
-
Eine weitere Aufgabe der Erfindung
ist die Bereitstellung einer optischen Vorrichtung, die sicherstellt,
dass beispielsweise Strichcodes zuverlässig gelesen werden, unabhängig vom
Glanz der Oberfläche
eines Mediums, auf das der Strichcode gedruckt ist.
-
Eine erfindungsgemäße optische
Vorrichtung umfasst ein Gehäuse,
ein Lichtaussendeelement zum Aussenden eines ersten Lichtstrahls
zu einem Objekt hin, ein Lichtempfangselement zum Empfangen eines
zweiten Lichtstrahls, wobei der zweite Lichtstrahl die Reflexion
des ersten Lichtstrahls von einer Oberfläche des Objekts ist, ein erstes
optisches System mit einer ersten optischen Achse, das dazu ausgelegt
ist, den ersten Lichtstrahl im Wesentlichen auf die Oberfläche des
Objekts zu bündeln,
ein zweites optisches System, das dazu ausgelegt ist, den zweiten
Lichtstrahl im Wesentlichen auf das Lichtempfangselement zu bündeln, wobei
das zweite optische System eine zweite optische Achse aufweist,
die schräg
zur Achse des ersten optischen Systems verläuft, und einen Reflektor mit
einer reflektierenden Fläche,
die den ersten Lichtstrahl zur Oberfläche des Objekts hin reflektiert,
und den zweiten Lichtstrahl über
das zweite optische System zum Lichtempfangselement hin reflektiert,
wobei der Reflektor durch einen Teil des Gehäuses gebildet ist.
-
Die Erfindung stellt ferner ein Verfahren
zum Lesen eines Strichcodes bereit, umfassend das Beleuchten eines
Objekts, auf dem der Strichcode vorgesehen ist, mit Licht aus einer
Quelle, das Bündeln von
Licht, welches von dem Objekt reflektiert wird, und das Erfassen
der Intensität
des reflektierten Lichts, das die Strichcodedaten trägt, wobei
das das Objekt beleuchtende Licht durch ein erstes optisches System
läuft,
welches zwischen der Lichtquelle und dem Objekt positioniert ist,
wobei das vom Objekt zurückkehrende
Licht durch ein zweites optisches System läuft, welches zwischen dem Objekt
und einem Lichtempfangselement angeordnet ist, wobei das durch beide
optische Systeme laufende Licht vom einem Reflektor reflektiert
wird, und die optischen Systeme optische Achsen aufweisen, die schräg zueinander
verlaufen, wobei der Reflektor durch einen Teil des Gehäuses gebildet
ist, in dem die optischen Systeme angeordnet sind, und das eine
geneigte Fläche aufweist,
wobei der Neigungswinkel derart ausgewählt ist, dass das zweite optische
System mehr Licht bündelt,
welches Daten betreffend den Strichcode trägt, als spekuläre Reflexionen
von dem den Strichcode tragenden Objekt.
-
In einer Ausführungsform der Erfindung sendet
ein Lichtaussendeelement 2 einen ersten Lichtstrahl oder
Lesestrahl 2a aus. Eine Linsenabdeckung 8 weist
eine geneigte Oberfläche 8a auf,
die unter einem Winkel zum Lesestrahl 2a steht und den
Lesestrahl 2a zu einem Strichcode 6 hin reflektiert,
wobei der Lesestrahl 2a als ein zweiter Lichtstrahl oder
reflektierter Strahl 3a nach Reflexion von der Oberfläche des
Strichcodes 6 auftritt. Der reflektierte Strahl 3a enthält Komponenten,
die direkt vom Strichcode 6 reflektiert werden und zufällig von
den weißen
und schwarzen Flächen
des Strichcodes 6 reflektiert werden. Ein optisches System
in Gestalt einer Linse 5 ist zwischen der Linsenabdeckung 8 und
dem Lichtaussendeelement 2 angeordnet und bündelt den
Lesestrahl 2a auf den Strichcode 6. Die geneigte
Fläche 8a steht
ebenfalls unter einem Winkel zum reflektierten Strahl und reflektiert
den reflektierten Strahl 3a zu einem zweiten optischen
System in Gestalt einer Linse 5 hin, welches wiederum den
von der geneigten Fläche 8a stammenden
reflektierten Strahl 3a auf ein Lichtempfangselement 3 bündelt. Das
Lichtempfangselement empfängt
den reflektierten Strahl 3a.
-
Der Neigungswinkel der geneigten
Fläche 8a kann
derart gewählt
werden, dass im reflektierten Strahl 3a mehr zufällig reflektiertes
Licht als direkt reflektiertes Licht enthalten ist.
-
Der weitere Anwendungsbereich der
vorliegenden Erfindung wird aus der nachfolgenden detaillierten
Beschreibung deutlich werden. Es versteht sich jedoch, dass die
detaillierte Beschreibung und die speziellen Beispiele, die bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung angeben, nur zur Erläuterung gegeben werden, da
verschiedene Änderungen und
Modifikationen im Umfang der Erfindung, wie sie in den beigefügten Ansprüchen definiert
ist, dem Fachmann aus dieser detaillierten Beschreibung deutlich
werden.
-
Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
-
Die vorliegende Erfindung wird besser
verstanden werden anhand der nachfolgend gegebenen detaillierten
Beschreibung und der beigefügten Zeichnungen,
die ausschließlich
zur Erläuterung
gegeben werden und somit die vorliegende Erfindung nicht beschränken, und
in denen:
-
1 und 2 Schnittansichten sind,
die die Konstruktion der optischen Vorrichtung gemäß einer ersten
Ausführungsform
dieser Erfindung zeigen;
-
3 eine
Perspektivansicht zur Erläuterung
der optischen Achsen des Lesestrahls und der reflektierten Strahlen
in der ersten Ausführungsform ist;
-
4 eine
weitere Perspektivansicht der ersten Ausführungsform zur Erläuterung
der Richtungen des Lichts ist, das auf den Strichcode fällt und von
ihm reflektiert wird;
-
5 eine
herkömmliche
optische Vorrichtung mit einer optischen Vorrichtung gemäß der ersten
Ausführungsform
beim Einbau in ein Gerät
vergleicht;
-
6 und 7 die Konstruktion einer
optischen Vorrichtung gemäß einer
zweiten Ausführungsform erläutern;
-
8 das
Detail des Montagevorsprungs der optischen Vorrichtung der zweiten
Ausführungsform
erläutert;
-
9 ein
Gestell erläutert,
an dem die optische Vorrichtung der zweiten Ausführungsform angebracht ist;
-
10 eine
Perspektivansicht der optischen Vorrichtung der zweiten Ausführungsform
ist, die an das Gestell von 9 angebracht
ist;
-
11 eine
Querschnittsansicht ist, die den Fotounterbrecher der zweiten Ausführungsform
am Gestell von 9 angebracht
zeigt;
-
12 und 13 eine optische Vorrichtung
gemäß einer
dritten Ausführungsform
erläutern;
-
14 und 15 Perspektivansichten der
dritten Ausführungsform
zur Erläuterung
der Richtungen des Lichts sind, das auf den Strichcode fällt und
von ihm reflektiert wird;
-
16 die
Funktion der Linsenabdeckung der dritten Ausführungsform erläutert;
-
17 und 18 die Konstruktion einer
optischen Vorrichtung gemäß einer
vierten Ausführungsform
erläutern;
-
19 die
optische Vorrichtung gemäß der vierten
Ausführungsform
erläutert;
-
20 die
Konstruktion der optischen Vorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform erläutert;
-
21 die
Konstruktion der optischen Vorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform
erläutert;
-
22 die
Konstruktion der optischen Vorrichtung gemäß einer siebten Ausführungsform
erläutert;
-
23 und 24 die Konstruktion eines
herkömmlichen
Fotounterbrechers erläutern;
und
-
25 die
Position eines herkömmlichen Fotounterbrechers
relativ zu einem Objekt erläutert.
-
Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
-
Erste Ausführungsform
-
Die 1 und 2 sind Schnittansichten einer Vorrichtung
(Fotounterbrecher 10) gemäß einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
-
Mit Bezug auf die 1 und 2 sendet
ein Lichtaussendechip 2 einen Lesestrahl aus, und ein Lichtempfangschip 3 empfängt den
Lesestrahl, der von der Oberfläche
eines Strichcodes 6 als das zu lesende Objekt reflektiert
wird (nachfolgend als "reflektierter
Strahl" bezeichnet).
Wie gezeigt enthält
der Strichcode 6 weiße
und schwarze Flächen.
Der Lichtaussendechip 2 und der Lichtempfangschip 3 sind auf
einem Kopf 4 montiert. Eine Linse 5 wird über dem
Lichtaussendechip 2 und dem Lichtempfangschip 3 gehalten
und umfasst einen Linsenabschnitt 5a und einen Linsenabschnitt 5b,
wobei der Linsenabschnitt 5a den Lesestrahl vom Lichtaussendechip 2 auf
den Strichcode 6 fokussiert, und die Linse 5b den
reflektierten Strahl auf den Lichtempfangschip 3 fokussiert.
Eine Linsenabdeckung 8 ist auf der Linse 5 angeordnet.
In einem Gehäuse 1 sind der
Kopf 4, die Linsenabdeckung 8 und weitere, nicht gezeigte,
zugeordnete Komponenten untergebracht.
-
Die obigen zwei Linsenabschnitte 5a und 5b haben
optische Achsen 2a bzw. 3a, die zueinander ein
wenig schräg
verlaufen.
-
Eine Linsenabdeckung 8 ist
aus einem transparenten Material wie z. B. einem Glas oder Harz
gefertigt und weist eine Fläche 8a auf,
die um 45° bzgl. der
Ebene PLo geneigt ist, welche die zwei optischen Achsen 2a und 3a der
Linse 5 enthält.
Ferner ist die Ebene PLo im Wesentlichen parallel zur Oberfläche des
Strichcodes 6.
-
3 ist
eine Perspektivansicht der optischen Achsen 2a und 3a des
Lesestrahls bzw. des reflektierten Strahls. Der vom Lichtaussendechip 2 ausgesandte
Lesestrahl wird durch die Linse 5 gebündelt, und wird dann durch
die geneigte Ebene 8a der Linsenabdeckung 8 zum
Strichcode 6 reflektiert. Da der Neigungswinkel der geneigten
Fläche 8a 45° beträgt, liegen
der Lesestrahl und der reflektierte Strahl in einer Ebene, die im
Wesentlichen orthogonal zur Oberfläche des Strichcodes 6 liegt,
wie in 4 gezeigt. Der
reflektierte Strahl enthält
diffuse Reflexion (zufällig
reflektiertes Licht) und direkte Reflexion Dr, und läuft entlang
des optischen Wegs 3a zurück zum Fotounterbrecher 10.
Dann werden die die Information auf dem Strichcode 6 repräsentierenden
Komponenten durch die geneigte Fläche 8a der Linsenabdeckung 8 wieder
zum Linsenabschnitt 5b hin gerichtet, welcher wiederum
das Licht auf den Lichtempfangschip 3 fokussiert. Beispielsweise
wird bei einer Linsenabdeckung 8 mit einem Brechungsindex
N von 1,5 das auf die geneigte Fläche 8a fallende Licht
totalreflektiert, wenn der Einfallswinkel, d. h. α1, größer als
41,8° ist.
-
Wie in 2 gezeigt,
wird der vom Strichcode 6 reflektierte Strahl durch die
geneigte Fläche 8a der
Linsenabdeckung 8 durch Reflexion umgelenkt. Diese Konstruktion
bietet einen geringeren Abstand d3 vom Fotounterbrecher 10 zum
Strichcode 6 bei gleichzeitiger Beibehaltung eines ausreichenden optischen
Abstands d1 + d2. Beim Einbau in ein Gerät, wie in 5 gezeigt, benötigt die
Konstruktion der ersten Ausführungsform
daher einen Abstand d4 in der Richtung, in der der Lesestrahl
den Strichcode 6 beleuchtet, während die herkömmliche
Konstruktion einen Abstand d5 erfordert, der größer als
der Abstand d4 ist. Somit dient die Konstruktion der ersten Ausführungsform
der Miniaturisierung eines Geräts, in
welches der Fotounterbrecher 10 dieser Konstruktion installiert
ist. Man sollte klar verstehen, dass der Fotounterbrecher 10 dieser
Ausführungsform
einen kleineren, durch ein Gestell 15 definierten Raum
benötigt
als der herkömmliche
Fotounterbrecher 80.
-
Die Verwendung der Linsenabdeckung 8 der oben
genannten Geometrie schützt
nicht nur die Linse 5, sondern funktioniert auch in der
gleichen Weise wie ein Prisma, und macht somit das Prisma überflüssig, welches
beim herkömmlichen
Gerät benötigt wurde,
um den Lesestrahl umzulenken. Das Ausstatten eines Geräts mit diesem
Typ von Fotounterbrecher 10 ermöglicht somit eine Kostensenkung.
-
Zweite Ausführungsform
-
Die 6 und 7 sind Schnittansichten eines Fotounterbrechers
als optische Vorrichtung gemäß einer
zweiten Ausführungsform.
Diese Ausführungsform
ist auf einen Fotounterbrecher 20 ebenso wie die oben beschriebene
erste Ausführungsform
anwendbar. Strukturelle Elemente in den 6 und 7, die
jenen in den 1 und 2 ähnlich sind oder entsprechen,
tragen die gleichen Bezugszeichen.
-
Mit Bezug auf 6 trägt
ein Kopf 4 einen Lichtaussendechip 2 und einen
Lichtempfangschip 3. Eine Linse 5 wird über dem
Lichtaussendechip 2 und dem Lichtempfangschip 3 gehalten.
Eine Linsenabdeckung 8 wird auf der Linse 5 gehalten.
In einem Gehäuse 1 untergebracht
sind der Kopf 4 mit den darauf montierten Chips 2 und 3,
die Linse 5, und weitere, nicht gezeigte zugeordnete Komponenten.
-
Der Fotounterbrecher 20 weist
einen Montagevorsprung 7 auf, mittels dessen der Fotounterbrecher 20 plaziert
wird, wenn der Fotounterbrecher 20 an einem Gestell 11 eines
Geräts
angebracht ist, wie in 9 gezeigt.
Das Gestell 11 ist lichtundurchlässig, was verhindert, daß Umgebungslicht
in das Gerät
fällt.
Der Montagevorsprung 7 befindet sich an der dem Strichcode 6 gegenüberliegenden
Oberfläche des
Fotounterbrechers 20.
-
Der Montagevorsprung 7 ist
ein Zylinder aus transparentem Material. Wie in 8 gezeigt, sollte der Durchmesser L2 des
Montagevorsprungs groß genug
sein, um den Lesestrahl mit einem Durchmesser D1 nicht
zu blockieren, wenn der Lesestrahl aus dem Montagevorsprung 7 austritt.
Die schattierte Fläche
repräsentiert
die Lichtdivergenz. Ausserdem ist der Durchmesser L2 so
groß gewählt, dass
die Komponenten des reflektierten Strahls, die auf das Lichtempfangselement 3 fallen
würden,
nicht blockiert werden. Wenn die innere Oberfläche hoch reflektiv ist, sollte
der Durchmesser möglichst
klein sein, so dass nur das von der Linse 5 gebündelte Licht
auf den Lichtaussendechip fällt.
-
Das Gestell 11 eines Geräts, in dem
der Fotounterbrecher 20 aufgenommen ist, ist mit einem Montageloch 12 gebildet.
Um das Gestell 11 und den Fotounterbrecher 20 zu
verbinden, wird der Montagevorsprung 7 in das Montageloch 12 eingesetzt
wie in 10 gezeigt. Wenn
der Durchmesser des Montagelochs 12 so gewählt ist,
dass der Montagevorsprung 7 genau hineinpasst, ist der
Fotounterbrecher 20 fest mit dem Block 11 verbunden.
Ein solcher Durchmesser erleichtert die Zusammenbauoperation des
Fotounterbrechers 20.
-
Wenn andererseits der Durchmesser
des Lochs 12 ein gewisses Spiel zulässt, kann die Position des
Fotounterbrechers 20 nach Einsetzen des Montagevorsprungs 7 leicht
eingestellt werden, in welchem Fall der Fotounterbrecher 20 fest
an dem Rahmen 11 mit Hilfe eines geeigneten Verfahrens wie
z. B. Binden mittels eines Haftmittels, Schmelzen, oder Halten mit
anderen strukturellen Elementen des Gestells 11 angebracht
wird.
-
Der Fotounterbrecher 20 wird
mit dem Montagevorsprung 7 am Gestell 11 angebracht,
welcher auch als optischer Weg für
den Lesestrahl und den reflektierten Strahl fungiert.
-
Der aus dem Fotounterbrecher 20 austretende
Lesestrahl wird genauer relativ zum Gestell 11 positioniert,
wenn der Fotounterbrecher 20 relativ zum Montagevorsprung 7 und
nicht relativ zu einem anderen Teil positioniert wird, beispielsweise
nahe dem Kopf 4 des Fotounterbrechers 20. Die
Verwendung des Montagevorsprungs als Positionsreferenz minimiert
Variationen der optischen Eigenschaften.
-
11 ist
eine seitliche Querschnittsansicht des Geräts, in dem der Fotounterbrecher 20 angebracht
ist. Mit Bezug auf 11 werden
der Lesestrahl und der reflektierte Strahl durch den Montagevorsprung 7 ausgegeben
bzw. eingegeben, der als Positionsreferenz dient, wenn der Fotounterbrecher 20 am
Gestell 11 angebracht wird. Selbst wenn die Position des
Rests des Fotounterbrechers 30 sich relativ zum Gestell 11 geringfügig verändert, wird
sich daher die Brennpunktposition des Fotounterbrechers 30 relativ
zum Gestell 11 nicht verschieben.
-
Während
die zweite Ausführungsform
mit Bezug auf den Montagevorsprung 7 in Gestalt eines Zylinders
beschrieben worden ist, kann der Montagevorsprung andere Formen
aufweisen, in welchem Fall die Form des Lochs 12 der Form
des Montagevorsprungs 7 entspricht. Außerdem kann eine Drehung des
Fotounterbrechers, falls sie nicht erwünscht ist, verhindert werden,
indem man den Montagevorsprung 7 beispielsweise in Form
eines Prismas gestaltet.
-
Dritte Ausführungsform
-
Wenn der Neigungswinkel der geneigten
Fläche 8a der
ersten Ausführungsform
auf 45° eingestellt
ist, läuft
der Lesestrahl in der Ebene im Wesentlichen orthogonal zur Oberfläche des
Strichcodes 6, wie in 4 gezeigt,
und die direkte Reflexion läuft zusammen
mit diffuser Reflexion in der gleichen Ebene zurück und tritt in die Linsenabdeckung 8 ein.
Die direkte Reflexion kann das Lichtempfangselement 3 erreichen.
Die dritte Ausführungsform
löst dieses Problem.
-
Die 12 und 13 sind Schnittansichten
einer optischen Vorrichtung gemäß einer
dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Komponenten in den 12 und 13,
die denen in den 1, 2, 6 und 7 entsprechen,
tragen die gleichen oder ähnliche
Bezugszeichen.
-
Mit Bezug auf 12 trägt
ein Kopf 4 einen Lichtaussendechip 2 und einen
Lichtempfangschip 3 darauf. Eine Linse 5 wird über dem
Lichtaussendechip 2 und dem Lichtempfangschip gehalten.
In einem Gehäuse 1 untergebracht
sind die Linse 5, der Kopf 4 und weitere, nicht
gezeigte zugeordnete Komponenten. Eine Linsenabdeckung 8 wird
auf der Linse 5 gehalten und weist einen an ihr gebildeten
Montagevorsprung 7 auf. Der Montagevorsprung 7 befindet
sich an der dem Strichcode 6 gegenüberliegenden Oberfläche des
Fotounterbrechers 30.
-
Die geneigte Fläche 8a der Linsenabdeckung 8 des
in 13 gezeigten Fotounterbrechers 30 steht
unter einem Winkel α2,
der ungleich 45° ist, z.
B. 55°,
relativ zu der die zwei optischen Achsen 2a und 3a enthaltenden
Ebene, im Gegensatz zur geneigten Fläche 8a des in den 6 und 7 gezeigten Fotounterbrechers 20,
die einen Winkel α1 von
45° relativ
zu der die zwei optischen Achsen enthaltenden Ebene einnimmt. Man
beachte, dass dieser Winkel α2
derart gewählt
ist, dass ein beträchtlicher
Teil der direkten Reflexion nicht in den Montagevorsprung 7 eintreten
wird.
-
Wenn der Winkel α2 größer als
45° ist,
läuft der
Lesestrahl entlang der optischen Achse 2a in einer Ebene
PL1 in 14, und die diffuse
Reflexion läuft
entlang der optischen Achse 3a in der Ebene PL1,
während
die direkte Reflexion entlang einer optischen Achse Drin einer Ebene PL2 läuft. Die
Ebenen PL1 und PL2 liegen unter einem Winkel θ1 zur Oberfläche des
Strichcodes 6. Wie in 16 gezeigt tritt
der mit einer durchgezogenen Linie gezeigte reflektierte Strahl
in den Montagevorsprung 7 ein und wird durch die Linse 5 auf
das Lichtempfangselement 3 gebündelt. Ein Teil der direkten
Reflexion, der mit einer gepunkteten Linie gezeigt ist, tritt in
den Montagevorsprung 7 ein, wird jedoch nicht durch die
Linse 5 zum Lichtempfangselement 3 hin gebündelt. Somit wird
die direkte Reflexion das Lichtempfangselement 3 nicht
erreichen.
-
Wenn der Winkel α2 kleiner
als 45° ist,
läuft der
Lesestrahl entlang der optischen Achse 2a in einer Ebene PL3 in 15, und die diffuse Reflexion wird
zurückreflektiert
entlang der optischen Achse 3a in der Ebene PL3 in
den Montagevorsprung 7 hinein, während die direkte Reflexion
entlang einer optischen Achse Dr in einer Ebene PL4 läuft. Die
Ebenen PL3 und PL4 liegen unter einem Winkel θ2 relativ
zur Oberfläche
des Strichcodes 6. Auch hier tritt ein Teil der direkten
Reflexion in den Montagevorsprung 7 ein, wird jedoch nicht
von der Linse 5 zum Lichtempfangselement 3 hin
gebündelt.
Daher wird die direkte Reflexion nicht das Lichtempfangselement 3 erreichen.
Die Winkel θ1 und θ2 sind
etwas größer als
die tatsächlichen
Werte gezeigt, um klar die Ebenen zu erläutern, in denen das auf den
Strichcode 6 fallende Licht und das vom Strichcode 6 reflektierte
Licht läuft.
-
Der Winkel α2 variiert in Abhängigkeit
vom Durchmesser des Montagevorsprungs 7 und vom Abstand
zwischen dem Montagevorsprung 7 und dem Strichcode 6.
-
Wie oben beschrieben wird ein großer Teil der
direkten Reflexion in eine Richtung gelenkt, die verschieden ist
von der Richtung, in der das gestreute Licht zum Lichtempfangselement
gerichtet wird. Somit enthält
das auf das Lichtempfangselement 3 fallende Licht die direkte
Reflexion und das gestreute Licht in verschiedenem Verhältnis, und
zwar mit einem stark erhöhten
Verhältnis
von gestreutem Licht zu direkter Reflexion.
-
Die Intensität der direkten Reflexion ist
hoch, aber sie variiert in Abhängigkeit
nicht nur von den schwarzen und weißen Flächen des Strichcodes, sondern
auch des Glanzes des Objekts, auf das der Strichcode gedruckt ist.
Wenn beispielsweise die betroffene Fläche schwarz und die Oberfläche glänzend ist,
wird die Intensität
hoch, was es schwierig macht, zwischen schwarzen und weißen Oberflächen zu
unterscheiden. Andererseits ist die Intensität der diffusen Reflexion niedrig,
sie wird jedoch nicht signifikant durch den Glanz der Oberfläche beeinträchtigt.
Wenn daher das Verhältnis
von gestreutem Licht zu direkter Reflexion erhöht wird, nimmt die gesamt Intensität des auf
das Lichtempfangselement 3 fallenden Lichts ab, sie wird
jedoch weniger abhängig
vom Glanz eines zu messenden Objekts. Das Signal-Rausch-Verhältnis des auf das Lichtempfangselement 3 fallenden
Lichts kann daher erhöht
werden.
-
Wenn der Neigungswinkel α2 der Fläche 8a ausgehend
von 45° vergrößert oder
verkleinert wird, kann der prozentuale Anteil der direkten Reflexion
im reflektierten Strahl verringert werden. Wenn, wie oben erwähnt, der
Brechungsindex der Linsenabdeckung 8 beispielsweise 1,5
beträgt,
und der Einfallswinkel (d. h. Neigungswinkel) 41,8° oder mehr
beträgt,
wird der Lesestrahl totalreflektiert. Daher kann der Neigungswinkel α2 zwischen
41,8° und
45° eingestellt
werden. Neigungswinkel α2,
die von 45° verschieden
sind, führen
dazu, dass der Lesestrahl unter einem Winkel α3 auf den Strichcode fällt, der
von 90° verschieden
ist, was dazu führt,
dass das direkt von der glänzenden
Oberfläche
des Strichcodes 6 reflektierte Licht in derartigen Richtungen
läuft,
dass es nicht in den Montagevorsprung 7 eintritt. Wenn
jedoch die Oberfläche
des Strichcodes 6 nicht im Wesentlichen parallel zu der
die optischen Achsen der Linse 5 enthaltenden Ebene ist,
kann ein beträchtlicher
Teil der direkten Reflexion in der den Lesestrahl enthaltenden Ebene
zurücklaufen.
Es ist daher wünschenswert,
dass der Neigungswinkel α2 45° oder größer ist.
-
Ein von 45° verschiedener Neigungswinkel der
Fläche 8a vergrößert das
Verhältnis
des gestreuten Lichts, das in dem vom Strichcode 6 reflektierten Licht
enthalten ist, und verbessert daher das Signal-Rausch-Verhältnis des
auf das Lichtempfangselement 3 einfallenden Lichts. Ein
Neigungswinkel der Fläche 8a größer als
45° stellt
sicher, dass das Licht totalreflektiert wird, so dass kein Teil
des Lichts durch die Fläche 8a zur
Außenseite
des Fotounterbrechers gelangt.
-
Vierte Ausführungsform
-
Die 17 und 18 sind Schnittansichten
einer optischen Vorrichtung gemäß einer
vierten Ausführungsform.
Strukturelle Elemente in den 17 und 18, die denen in den 1, 2, 6, 7, 14 und 15 ähneln oder
entsprechen, tragen die gleichen Bezugszeichen.
-
Die 17 und 18 erläutern einen Fotounterbrecher 40 der
vierten Ausführungsform.
Mit Bezug auf 17 trägt ein Kopf 4 einen
Lichtaussendechip 2 und einen Lichtempfangschip 3 darauf. Über dem
Lichtaussendechip 2 und dem Lichtempfangschip 3 ist
eine Linse 5 gehalten. Eine Linsenabdeckung 8 ist
auf der Linse 5 montiert. In einem Gehäuse 1 untergebracht
sind der Kopf 4, der Lichtaussendechip 2 und der
Lichtaussendechip 3, die Linse 5, die Linsenabdeckung 8 und
andere, nicht gezeigte zugeordnete Komponenten.
-
Die Linsenabdeckung 8 weist
zwei zueinander im Wesentlichen parallele geneigte Flächen 8a und 8c auf.
-
Wieder mit Bezug zu 1 beträgt der optische Abstand vom
Strichcode 6 zur Bodenfläche 8b der Linsenabdeckung 8 in
Kontakt mit der Linse 5 d1 + d2. In 18 beträgt der optische Abstand vom Strichcode 6 zur
Bodenfläche 8b
a + b + c. Allerdings macht die Verwendung
von zwei Flächen 8a und 8c den
physikalischen Abstand D vom Strichcode 6 zur Bodenfläche 8b um
den Abstand a kürzer,
während gleichzeitig
der optische Abstand weiter a + b + c beträgt. Der Abstand a kann nach
Belieben bestimmt werden durch Einstellen des Raums zwischen zwei geneigten
Flächen 8a und 8c.
Daher können
diese zwei Fläche 8a und 8c vorteilhafterweise
zur Verringerung der Gesamtgröße eines
Geräts
verwendet werden, welches den Fotounterbrecher 40 enthält.
-
Wenn der Montageplatz des Fotounterbrechers 40 durch
Hindernisse 11 bis 13 im Gerät, in dem der Fotounterbrecher 50 aufgenommen
ist, begrenzt ist, wie in 19 gezeigt,
so bewirken die oben genannten zwei Flächen 8a und 8c ein
Umlenken des Lichts, was die Freiheitsgrade bei der Gestaltung des
Geräts
vergrößert. Der
aus den zwei Flächen 8a und 8b resultierende
kürzere
physikalische Abstand D ist ein Vorteil bei der Miniaturisierung des
Geräts.
-
Fünfte Ausführungsform
-
Die erste bis vierte Ausführungsform
sind beschrieben worden mit Bezug auf einen Fotounterbrecher vom
Reflexionstyp, bei dem die vorliegende Erfindung angewandt wird.
-
Eine fünfte Ausführungsform ist auf die Konstruktion
eines Lichtaussendeelements 50 und eines Lichtempfangselements 50a gerichtet,
wie sie in 20 gezeigt
sind.
-
20 erläutert das
Lichtaussendeelement 50. Das Lichtaussendeelement 50 und
das Lichtempfangselement 50a weisen im Wesentlichen die
gleiche Konstruktion auf, und unterscheiden sich nur darin, dass
der Lichtaussendechip 2 und ein Lichtempfangselement 3 vertauscht
sind. Die durchgezogenen Linien geben das vom Lichtempfangselement 50 ausgesandte
Licht an, und die gepunkteten Linien geben das in das Lichtempfangselement 50a einfallende
Licht an.
-
Das Lichtaussendeelement 50 umfasst
einen Lichtaussendechip 2 und ein Gehäuse 21, welches aus
transparentem Harz gefertigt ist und in dem der Lichtaussendechip 2 untergebracht
ist. Das Gehäuse 21 umfasst
eine geneigte Fläche 22,
die als eine reflektierende Fläche
in der gleichen Weise wie die geneigte Fläche 8a fungiert, welche
beispielsweise an der in 1 gezeigten
Linsenabdeckung 8 gebildet ist.
-
Das Lichtempfangselement 50a umfasst
einen Lichtempfangschip 3 anstelle des Lichtaussendechips 3 im
Lichtaussendeelement 50.
-
Die Fläche 22, die an einem
Teil des Gehäuses 21 für das Lichtaussendeelement 50 und
das Lichtempfangselement 50a gebildet ist, bietet mehr Freiheitsgrade
für deren
Anordnung. Daher kann ein Gerät,
das das Lichtaussendeelement 50 und/oder das Lichtempfangselement 50a enthält, eine
Gehäuseverkleinerung
realisieren.
-
Sechste Ausführungsform
-
Eine sechste Ausführungsform ist gerichtet auf
die Konstruktion eines Lichtaussendeelements und eines Lichtempfangselements,
die zwei geneigte Reflexionsflächen
aufweisen. 21 erläutert ein Lichtaussendeelement 60 und
ein Lichtempfangselement 60a gemäß der sechsten Ausführungsform.
Die durchgezogenen Linien geben das vom Lichtempfangselement 60 ausgesandte
Licht an, und die gepunkteten Linien geben das auf das Lichtempfangselement 60a fallende
Licht an. Das Lichtaussendeelement 60 und das Lichtempfangselement 60a weisen im
Wesentlichen die gleiche Konstruktion auf und unterscheiden sich
nur darin, dass der Lichtaussendechip 2 und ein Lichtempfangselement 3 vertauscht sind.
-
Dieses Lichtaussendeelement 60 umfasst ein
Gehäuse 21 in
Form von beispielsweise einem transparentem Harz, in dem ein Lichtaussendechip 2 geformt
ist. Das Gehäuse
weist zwei geneigte Flächen
auf, die als eine reflektierende Fläche ähnlich den Flächen 8a und 8c in
der vierten Ausführungsform
(18) fungieren.
-
Das Lichtempfangselement 60a umfasst
den Lichtempfangschip 3 anstelle des Lichtempfangschips 3 im
Lichtaussendeelement 60.
-
Wenn der Montageplatz des Lichtaussendeelements 60 oder
des Lichtempfangselements 60a begrenzt ist durch Hindernisse
im Gerät,
in dem die Elemente 60 oder 60a eingebaut sind,
so bewirken die zwei Flächen 23 und 24 ein
Umlenken des Lichts, so dass das Hindernis 14 umgangen
wird. Die Konstruktion vergrößert die
Freiheitsgrade bei der Gestaltung des Geräts. Das Gehäuse 21 mit den zwei geneigten
Flächen 23 und 24 ist
ein Vorteil bei der Miniaturisierung des Geräts, in das das Lichtaussendeelement 60 und/oder
das Lichtempfangselement 60a eingebaut ist.
-
Siebte Ausführungsform
-
22 erläutert einen
Fotounterbrecher 70 gemäß einer
siebten Ausführungsform.
Die siebte Ausführungform
umfasst einen reflektierenden Spiegel 25 anstelle der geneigten
Fläche 8a der
oben genannten ersten bis vierten Ausführungsformen.
-
Mit Bezug auf 22 trägt
ein Kopf 4 ein Lichtaussendeelement 2 und ein
Lichtempfangselement 3 darauf. Eine Linse 5 wird über dem
Kopf 4 gehalten und weist zwei Abschnitte wie in der ersten Ausführungsform
auf, wobei nur einer in der Figur gezeigt ist.
-
Einer der zwei Abschnitte hat eine
optische Achse in einer Linie mit der optischen Achse des Lesestrahls,
und der andere hat eine optische Achse in einer Linie mit der optischen
Achse des gestreuten Lichts, das auf das Lichtempfangselement 3 fällt.
-
Ein Gehäuse 1' weist an seiner Spitze eine geneigte
Wand und einen Spiegel 25 auf, der an der Innenseite der
geneigten Wand plaziert ist. Das Gehäuse 1' weist ferner eine von einer Linsenabdeckung 8' bedeckte Öffnung 8d auf,
durch welche der vom Lichtaussendeelement 2 ausgesandte
Lesestrahl austritt und der reflektierte Strahl eintritt.
-
Der Spiegel 25 reflektiert
den von der Linse 5 gebündelten
Lesestrahl, um den Lesestrahl zum Strichcode 6 zu lenken.
Ferner lenkt der Spiegel 25 den von der Oberfläche des
Strichcodes 6 reflektierten Strahl zur Linse 5 um,
welche wiederum das Licht auf den Lichtempfangschip 3 bündelt.
-
Der Fotounterbrecher 70 ist
insofern vorteilhaft, als ein Gerät mit kleinen Abmessungen,
das den Fotounterbrecher 99 aufnimmt, mit niedrigeren Kosten
hergestellt wird.
-
Das Einstellen des Winkels der geneigten Fläche des
Gehäuses 1' auf einen anderen
Winkel als 45° verbessert
das Verhältnis
von direkter Reflexion und gestreutem Licht, die im reflektierten
Strahl enthalten sind, mit einem vergrößerten Verhältnis von gestreutem Licht
zu direkter Reflexion, was das Signal-Rausch-Verhältnis
des reflektierten Strahls vergrößert.
-
Während
die erste bis siebte Ausführungsform
mit Bezug auf den Strichcode 6 beschrieben worden sind,
kann die Erfindung auch auf andere Objekte angewandt werden, beispielsweise
auf ein Etikett mit Buchstabenaufdruck.