EP1810214A1 - Abtastvorrichtung für barcodes - Google Patents

Abtastvorrichtung für barcodes

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Publication number
EP1810214A1
EP1810214A1 EP05802264A EP05802264A EP1810214A1 EP 1810214 A1 EP1810214 A1 EP 1810214A1 EP 05802264 A EP05802264 A EP 05802264A EP 05802264 A EP05802264 A EP 05802264A EP 1810214 A1 EP1810214 A1 EP 1810214A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
scanning
document
scanning device
radiation
mirror
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP05802264A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Karlheinz Mayer
Jürgen Schützmann
Bernd Wunderer
Thomas Giering
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Giesecke and Devrient GmbH
Original Assignee
Giesecke and Devrient GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Giesecke and Devrient GmbH filed Critical Giesecke and Devrient GmbH
Publication of EP1810214A1 publication Critical patent/EP1810214A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G06K—GRAPHICAL DATA READING; PRESENTATION OF DATA; RECORD CARRIERS; HANDLING RECORD CARRIERS
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    • G06K7/10—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation
    • G06K7/10544—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation by scanning of the records by radiation in the optical part of the electromagnetic spectrum
    • G06K7/10554—Moving beam scanning
    • G06K7/10594—Beam path
    • G06K7/10603—Basic scanning using moving elements
    • G06K7/10673—Parallel lines
    • G—PHYSICS
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    • G06K7/10633—Basic scanning using moving elements by oscillation
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    • G06K7/10554—Moving beam scanning
    • G06K7/10594—Beam path
    • G06K7/10683—Arrangement of fixed elements
    • G06K7/10702—Particularities of propagating elements, e.g. lenses, mirrors

Definitions

  • the invention relates to a device for multi-track scanning of a barcode located on a document.
  • Barcodes are two-dimensionally formed, but usually only one-dimensionally varying, parallel bar sequences whose thickness and spacing encode an information. Today, they are present in many sectors of the economy for the identification of objects and consumer goods.
  • a barcode represents a goods-related, machine-readable information which codes, for example, an article number, indication of origin and / or the price of the goods.
  • security features for example by the use of fluorescent or luminescent dyes, and to apply them to documents in order to obtain security-relevant information, such as e.g. denomination of a banknote, to encode the name of the owner or the like.
  • Scanning devices for automatically scanning such bar codes are well known in the art.
  • Such scanning devices comprise at least one light source, often a light emitting diode or laser diode, which illuminates the area of the document or object provided with a barcode, a photoelectric detector arrangement which resumes the light after the barcode has been scanned and an electric light source Signal converts and an evaluation, which determines the information of the barcode based on the received electrical signal.
  • DE 10212734 A1 discloses a scanning device with a laser diode, a mirror system and a detector arrangement which transmits a barcode via the mirror system scans along a measuring line perpendicular to the bars of the bar codes. If the barcode exhibits artifacts in the region of this measuring line predetermined by the scanning device or if the barcode at the scanned points unfavorably interferes with the background pattern of the document, a reliable recognition of the barcode pattern is difficult and the reliable decoding of the information is jeopardized.
  • DE 19924750 A1 discloses a scanning device for bar codes with two light sources and two detector units in order to scan a bar code along two different measurement lines lying substantially parallel to one another. For this purpose, the document carrying the barcode is passed past the scanning arrangement.
  • DE 19924750 A1 relates to the scanning of two-dimensional barcodes which have a variable bar pattern in the measuring line direction but are divided into two separate partial bars in the direction perpendicular thereto, so that a different black-and-white line is formed along each of the two measuring lines Pattern is sampled.
  • the coded information quantity can be doubled while the reading speed remains the same.
  • the artifact problem is not solved and the reliability of the scan is not improved.
  • the document when scanning the bar code of a document, the document is moved by a transport means of the scanner at a certain feed rate in a document plane. At the same time, the document is scanned and evaluated along an approximately perpendicular to the feed direction measuring line by an approximately ddlingför ⁇ shaped scanning beam. Due to the superimposition of the feed movement and the displacement of the scanning beam, which is essentially perpendicular thereto, the document is scanned line-by-line during the passage through the scanning device. The spatial resolution of the sample along the Meßline, which is oriented substantially perpendicular to the feed direction, is therefore dependent on the feed rate and the speed of deflection of the measuring beam or the extent of this deflection.
  • Formulations such as “substantially perpendicular / parallel” are to be understood in the following as “preferably perpendicular / parallel, but at least not parallel / perpendicular”. In this respect, the purpose is fulfilled even if the mentioned orientation of the subsidence / parallels u.U. even deviates considerably, but not in the optimal way.
  • Both movements are coordinated so that the barcode, which can in principle be located at any point in the document, is scanned at least twice along different measuring tracks in a spatial resolution required for complete detection of the barcode, which in turn depends on the spatial frequencies of the barcode pattern ,
  • the beam path of the electromagnetic radiation emitted punctiform by the radiation source runs via a reflector arrangement, which directs the scanning beam into or onto the document plane for scanning the document. From there, it is further directed to a detector which receives the electromagnetic radiation interacting with the document and forwards a corresponding electrical signal to an evaluation device.
  • the reflector arrangement can be set up in such a way that the electromagnetic radiation for scanning the document passes through the document (transmission variant), or so that the scanning beam is reflected by the document (remission variant).
  • the reflector arrangement comprises a variable reflection element, which serves to deflect the point of impact of the beam path of the electromagnetic radiation in the document plane along a line substantially perpendicular to the feed direction of the document.
  • the line-by-line scanning of the document along the various measuring tracks is then obtained by repeatedly deflecting the beam path along the line of the document planes by means of the variable reflection element.
  • An advantage of this scanning device is that a barcode on a document can be scanned redundantly in a plurality of tracks and thus reliable, without the need for a considerably higher technical outlay compared to single-track scanning. Also, the size of a scanning device according to the invention is minimal, since instead of multiple radiation sources and detectors only the variable reflection element is needed.
  • the arrangement of the barcode on the document can in principle be ⁇ arbitrary.
  • the reflector arrangement may comprise different deflection mirrors and at least one converging lens.
  • the reflector arrangement may comprise different deflection mirrors and at least one converging lens.
  • the mirrors are preferably arranged in such a way that the scanning beam impinges on the incident mirror parallel or at least substantially parallel to the document plane, from there it is reflected substantially parallel through the document plane, in order to reach the exit mirror to meet on the failure side, which in turn deflects the transmitted electromagnetic radiation in parallel or at least substantially parallel to the document plane in the direction of the detector.
  • a remission solution is also possible as a variant of the first embodiment.
  • all the elements of the reflector arrangement are arranged on one side of the document plane so that an electromagnetic scanning beam impinging on the document plane is reflected there by the document and hits the detector on the same side of the document plane or is passed on to the detector by a reflection mirror ,
  • the exit mirror has a central recess in which the smaller incident mirror is arranged so that it deflects the electromagnetic radiation impinging from the variable reflection element essentially perpendicular to the document plane and the larger exit mirror diffuses the document from the diffuser reflects reflected radiation to the detector.
  • variable reflection element it is also possible to dispense with the incident mirror and to provide in the recess directly the variable reflection element for deflecting the scanning beam to the document level.
  • the electromagnetic radiation leaves a document both during transmission and during remission in a diffuse state. Therefore, and also because the point at which the electromagnetic radiation exits the document varies along the scan line, it is advantageous to provide a condenser lens that focuses the diffuse scanning beam directly onto the detector from every possible location of the document.
  • the converging lens is mounted so that it collects all of the reflected mirror reflected electromagnetic radiation and the detector.
  • these are preferably arranged at an angle of less than 45 degrees with respect to the document plane, as a result of which the overall depth of the scanning device is further reduced.
  • variable reflection elements in principle, such optical reflection devices are suitable, which are capable of successively successively sweeping the electromagnetic beam substantially perpendicular to the feed direction deflect. Tilting or rotating mirrors and in particular polygonal mirrors are generally suitable for this purpose.
  • an incident mirror which reflects the electromagnetic radiation from the variable reflection element in the document plane, constructed from a plurality of mirror segments, each of which deflect the reflected in a given angular interval of the variable reflection element electromagnetic beams to the document level.
  • Each of the individual mirror segments is thus assigned a specific section in the document plane, these sections either abutting one another directly, being spaced from one another, or overlapping one another.
  • variable reflection element ensures that the individual mirror segments are successively irradiated by the scanning beam. Accordingly, a scan line substantially perpendicular to the. Feed direction of the document in the document plane, discretely scanned by sequentially irradiating the individual, the respective Spiegel ⁇ segments associated sections of the scan line.
  • the reflection mirror can in principle be realized in any desired shape, as long as it deflects the radiation incident on the document to the detector. However, it is particularly advantageous to also realize the failure mirror in segmented form.
  • the exit mirror then has, for each segment of the incident mirror, a corresponding segment which receives the radiation of those beams which are deflected by the corresponding segment of the incident mirror into the document plane and, in turn, deflects it to the detector.
  • the incident mirror is arranged on one side of the document plane, while the exit mirror is correspondingly positioned on the opposite side.
  • the exit mirror then has a large-area spherical shape, which is arranged around the scanning line in the document plane such that the diffuse radiation transmitted through the document is deflected as completely as possible onto the detector.
  • each mirror segment pair of input and output mirrors a convergent lens which collects the radiation transmitted through the document and focuses on the corresponding segment of the exit mirror.
  • such collecting lenses are preferably formed as astigmatic lenses.
  • input and output mirrors lie on the same side of the document level.
  • a narrow incident mirror can be used, which is arranged in a corresponding recess of a larger, possibly spherical, drop-out mirror.
  • mirror segments these can be concave in each case in the case of both the entrance mirror and the exit mirror, in order to focus the electromagnetic radiation reflected by them on a specific point. It is likewise possible to design the segments of the incident mirror convex so that each incidence segment irradiates a wider portion of the scanning line.
  • This light guide solution can also be used for remittent scanning by being arranged between the document and the incident mirror or the reflector element in the scanning device.
  • the scattering body layer is facing the incident mirror / reflector element and has a slot through which the scanning radiation is deflected by the incident mirror / reflector element to the document.
  • variable reflection element is designed as a rotating cylinder, whose axis of rotation is oriented parallel or at least substantially parallel to the document plane and perpendicular or at least substantially perpendicular to the feed direction of the document.
  • a raised, reflective thread is helically arranged along its axis of rotation.
  • the radiation source emitting the scanning beam is relative to the cylinder arranged so that the scanning beam extends axially along the surface, meets the reflective thread and is deflected by this.
  • the point of the thread on which the scanning beam is reflected runs off exactly one thread turn and then begins again at the beginning of the thread.
  • the scanning beam reflected by the thread is thus deflected by a certain distance during one cylinder revolution.
  • the scanning beam can be continuously deflected along the scanning line of the document plane, which is substantially parallel to the axis of rotation of the cylinder and substantially perpendicular to the feed direction of the document.
  • both barcodes the bars of which are arranged parallel to the feed direction, as well as barcodes whose bars are arranged perpendicular to it, can be scanned with sufficient spatial resolution with a corresponding adjustment of the feed rate of the document and the Rotationsgeschwin ⁇ speed of the cylinder.
  • input and output mirrors as well as a condenser lens can be used in the same way as in the first embodiment.
  • these optical elements can be set up in such a way that the scanning device can work on the one hand in the transmission mode and on the other hand in the remission mode.
  • two reflective Gewinde ⁇ gears are arranged contiguously on the surface of the rotating cylinder. In this case, each of the winding turns requires its own radiation source, which can each be arranged at the opposite ends of the rotary cylinder.
  • the two threads can be arranged helically in the same direction, whereby the two scanning beams are radially reflected away from the cylinder in different directions, so that two documents can also be scanned simultaneously with a variable reflection element.
  • the threads can have opposite thread directions, so that the two scanning beams can each be deflected along a subsection of a coherent scanning line of a document plane. In the latter variant results due to the simultaneous scanning a double scanning speed.
  • the irradiation arrangement is set up to irradiate a number of discrete locations separately on the document, in this embodiment preferably barcodes are scanned whose bars are perpendicular or at least substantially perpendicular to the feed direction of the document, and in which at least two measuring tracks be defined on the bar code.
  • a multiplexer preceding or controlling the irradiation arrangement causes the discrete locations on the document to be irradiated sequentially by the irradiation arrangement so that only one potential measurement track of the document is irradiated and scanned at a specific time.
  • the electromagnetic radiation emitted by each individual one of these discrete radiation sources is subsequently picked up by an optical waveguide arrangement and passed on to a detector for further processing.
  • the irradiation arrangement controlled by the multiplexer can preferably be realized in two different ways, but is not limited thereto.
  • the irradiation arrangement from a multiplicity of individual radiation sources, which are separated by a certain distance. lying adjacent to each other substantially perpendicular to the feed direction of the document, and each irradiate a discrete point of Do ⁇ document and thus define a measuring track.
  • the multiplexer then activates the radiation sources sequentially in succession to scan a barcode.
  • the irradiation arrangement as a switchable irradiation line for laser light.
  • the latter has a multiplicity of juxtaposed, separately switchable switching elements ("microdisplays") / each of which can assume a closed state of high reflection and an open state of high transmission and in each case define a measuring track on the document
  • microdisplays separately switchable switching elements
  • an optical waveguide is represented with separately switchable outputs directed in the direction of the document, scanning radiation is coupled in from a radiation source, whereby the position of the document which is temporally irradiated is determined by a corresponding switching of the switching elements Irradiation arrangement, the multiplexer switches each one of the switching elements sequentially sequentially "open” or "translucent", while all others are closed.
  • the detector in each case receives only one response signal from a single sampling point of the potential measuring track and then jumps to the next one Measuring track continues. For this reason, the measuring points which are sequentially interleaved with one another on account of the sequential activation of the radiation sources / switching elements must be separated from a demultiplexer connected downstream of the detector before the evaluation and sorted into complete measuring tracks. Only then can the evaluation of the measurements be carried out by an evaluation device.
  • an optical waveguide arrangement for recording the scanning radiation after the scanning of the document and forwarding to the detector.
  • a light guide can be used with a large number of attachment optics, with each attachment optics picking up the scanning radiation of a discrete point of the document and coupling it into the light guide. This then transports the scanning beam further to the detector.
  • the optical waveguide is designed and aligned relative to the document in such a way that it is permeable to the radiation incident on the direction of the documentary in the vertical or with a small angle of incidence, ie the angle between the surface normal and the incident beam and these are coupled.
  • radiation which impinges on a boundary surface of the light guide at a larger angle is reflected as far as possible. From a certain angle, total reflection begins.
  • the coupled radiation is then reflected in a variant of this Lichtlei ⁇ teranssen on the opposite side of the light guide of a reflective sawtooth or stair profile so that they meet in the other with only small angles on the interfaces of the light guide on that they from this is reflected further, whereby it remains in the optical fiber and is finally forwarded to the detector.
  • the optical waveguide is wedge-shaped with the opening end in the direction of the detector.
  • the light guide already described in the context of the second embodiment and coated with a scattering body layer on the boundary layer facing away from the document can be used.
  • the scattering bodies both in the transmissive variant and in the remission variant provided with a slot in the scattering body layer, the scattering bodies provide for the deflection or scattering of the coupled-in radiation required for transmission.
  • the radiation sources / switching elements are arranged substantially perpendicular to the feed direction of the document along the document plane.
  • the light guide arrangement is correspondingly arranged on the side of the document plane which is opposite the radiation sources, while the light guide arrangement is arranged in the case of a remission solution on the same side of the document plane.
  • the barcode runs only along a limited section along the entire extent of the document, only a small number of light sources / switching elements is favorably arranged with respect to the barcode during each scanning process, while most light sources / switching elements are areas of the document illuminate in which there is no barcode.
  • it is therefore possible, before the actual scanning of the barcode, to search for a track bar upstream of the barcode which marks that section of the document in which the barcode is fed further of the document will be found.
  • Switching elements activated / unlocked, which are in the range of eintref ⁇ fenden barcode, so that the respective radiation sources / Wenn ⁇ elements can be clocked higher in time, resulting in a correspondingly increased spatial resolution in the direction of feed of the document.
  • All of the aforementioned embodiments and alternatives can in principle be operated with the same detectors and radiation sources.
  • Suitable detectors here are preferably monochromatic indium gallium arsenide diodes (InGaAs), germanium diodes (Ge), Si diodes (Si), or bicoloured Si / InGaAs sandwich diodes.
  • polychromatic light it is possible to combine different colored light from different radiation sources by means of a beam splitter and to scan this polychromatic scanning beam after the document has been scanned by a corresponding beam
  • Re-divide beam splitter and supply individual detectors. It is also possible to use a single polychromatic (multispectral) radiation source.
  • the barcode sensor according to the invention can also be used in manual testers and / or connected to cash registers in order, for example, to connect to cash registers. to automatically calculate the sum of the change, depending on the price of purchased goods and the value of the banknotes scanned by the bar code reader.
  • FIG. 1a shows a first embodiment for the transmission scanning of a document with a barcode in a perspective view
  • Figure Ib the beam path of the embodiment shown in Figure IA;
  • FIG. 2 shows an alternative embodiment of the embodiment shown in FIG. 1 a for the remission scanning of a document
  • FIG. 3 a shows a second embodiment for the transmission scanning of a document by means of segmented mirrors
  • FIG. 3b a schematic representation of the beam path along the segmented entrance and exit mirrors of the embodiment of FIG. 3a;
  • Figure 4 shows an alternative embodiment of the embodiments of Figures 1 to 3 with a light guide with scattering body layer
  • FIG. 5 shows a third embodiment for scanning a document by means of a rotating cylinder with a reflective, raised thread
  • FIG. 6 shows a fourth embodiment for scanning a document with beam sources arranged sequentially by means of a multiplex drive and a light guide arrangement
  • FIG. 7 shows an alternative embodiment of the embodiment shown in FIG. 6 with an optical waveguide arrangement with an internal sawtooth profile
  • FIG. 8 shows a further alternative embodiment of the embodiment shown in FIG. 6 with a switchable irradiation line and a wedge-shaped optical waveguide arrangement.
  • FIGS. 1 a and 1 b show the structure of a scanning device 100 for scanning a document 110 moving in the document plane with a specific feed direction (arrow direction) for scanning a barcode 120 located on the document 110 by means of radiation transmitted by the document 110.
  • the bars of the barcode 120 are arranged parallel to the feed direction of the document 110.
  • the scanning device 100 can just as well be used to scan and evaluate barcodes 120 whose bars are perpendicular to the feed direction of the document 110. As such, nothing changes at the device 100 as a result of this alternative orientation of a barcode 120, except that a subsequent evaluation device must then be set up for the corresponding evaluation steps. It is likewise conceivable for a scanning device 100 to initially determine the orientation of the barcode 120. is correct in order to then make a corresponding evaluation of the scanned barcode 120 via the evaluation device.
  • the scanning device 100 comprises, between its radiation source 130 and the detector 180, a reflector arrangement consisting of a variable reflection element 140, an incident mirror 150, a reflection mirror 160 and a condenser lens 170.
  • the beam path of the scanning beam between the radiation source 130 and the detector 180 is shown schematically in FIG. In principle, further deflecting mirrors can be provided in the beam path as needed.
  • the radiation source 130 is a light emitting or laser diode that emits a monochromatic scanning beam.
  • two beam splitters 190, 191 can be introduced into the beam path.
  • the beam splitter 190 is located in the beam path between the radiation source 130 and the variable reflection element 140.
  • a second radiation source projects a second scanning beam with a different wavelength onto the beam splitter 190 such that the two Scanned beams of different colors are fed together by the beam splitter 190 and deflected together onto the variable reflection element 140.
  • the detectors are usually only sensitive to specific wavelengths, one detector for each of the two wavelengths of the scanning beam is provided at the end of the beam path.
  • a second detector (not shown) is therefore required, where when the wavelength components are separated by the beam splitter 191 and deflected to the corresponding detector.
  • the scanning device 100 is constructed so that it has a small overall depth and can be realized as a small and handy scanning device.
  • the various optical reflection and deflection elements 140, 150, 160, 170 are set up such that the beam path runs essentially parallel to the document plane.
  • the variable reflection element 140 which is realized in Figure Ia as a tilting mirror, a tilting axis which is perpendicular to the document plane.
  • the scanning beam emitted by the radiation source 130 is deflected parallel to the document plane and projected onto the incident mirror 150, which has the same dimension perpendicular to the feed rate as the document 110 to be scanned.
  • the incident mirror 150 deflects the scanning beam incident parallel to the document plane substantially perpendicular to the document plane, so that the scanning beam passes through the document 110 to be scanned.
  • the transmitted radiation strikes the exit mirror 160 on the other side of the document plane.
  • the scanning beam can be directed by means of the deflection through the incident mirror 150 to any desired point of a scanning line which is perpendicular to the feed direction of the document 110, so that the barcode 120 is independent of its Position on the document 110 can be scanned.
  • the radiation of the scanning beam emerging from the document 110 is diffuse due to deflections and refractions on the material of the document 110 and, as such, falls on the exit mirror 160, which reflects the diffuse radiation at right angles parallel to the document plane in the direction of the detector 180 ,
  • the exit mirror 160 like the incident mirror 150, is provided in a dimension that corresponds to that of the document 110 perpendicular to its feed direction.
  • a converging lens 170 is provided which focuses the diffuse radiation deflected by the exit mirror 160 onto the detector 180.
  • the converging lens 170 is formed as an astig ⁇ matic lens so that regardless of the tilt position of the tilting mirror 140 from each point about the same amount of radiation is detectedi
  • the two deflecting mirrors 150, 160 are preferably arranged so that the scanning beam is projected perpendicularly into the document plane or is picked up by it. However, it is also possible to choose an oblique angle of entry and exit to the document on the basis of structural specifications. In this case, the two deflection mirrors 150, 160 must be arranged correspondingly offset in order to be able to optimally detect the diffuse radiation beam emerging from the document 110.
  • the incident mirror 150 and the exit mirror 160 each form an angle of at most 45 degrees with the document plane, wherein smaller angles further reduce the overall depth of the scanner 100 without limiting its functionality. It is advantageous if the angle is chosen so that the detector receives only diffused light, and does not measure in the glancing angle (total reflection) of the scanning beam.
  • the tilting mirror 140 shown in FIG. 1a is preferably reflective coated on both sides, so that it is used as a rotating mirror and can perform a single continuous rotational movement during scanning.
  • polygonal mirrors can be used.
  • the tilting mirror 140 can also be designed as an oscillating (micro) mirror.
  • a document 110 When a document 110 is conveyed by the scanning device 100 in the feed direction, it is vertically scanned line by line by the arrangement of the optical elements 140, 150, 160, 170.
  • the tilting speed of the tilting element 140 and the feed rate of the document 110 can be coordinated with one another such that the scanning beam is scanned at least twice, i. along two different measuring tracks, over the entire extent of the bar code 120 moves.
  • the detector 180 and the evaluation device connected downstream of it must also have a correspondingly fast rotation of the tilting mirror 140 and thus a high scanning speed support.
  • the CCD camera when using digital components, the CCD camera must have a sufficiently high frame rate, or the detector, such as a detector based on InGaAs, must have a correspondingly high cutoff frequency.
  • the spatial resolution in the feed direction during scanning of the barcode 120 is determined predominantly by the feed rate of the document 110, so that the latter with correspondingly thin bars or inter-bay spaces (ie in high-frequency structures) must be correspondingly low or the deflection of the scanning beam through the tilting mirror 140 must proceed correspondingly fast.
  • the scanning beam impinges from the radiation source 130 on a variable reflection element 140, which in this embodiment is realized as a polygon mirror 141.
  • the polygon mirror 141 directs the scanning beam parallel to the document plane onto the incident mirror 151, which reflects the scanning beam onto the document 110.
  • the scanning beam emitted by the radiation source 130 is deflected perpendicularly to the plane of the drawing by the polygon mirror 141 in accordance with the schematic illustration in FIG. 2 and, to that extent, parallel and transversely to the document.
  • Characterized a running in the feed direction (arrow) document 110 is scanned line by line over its entire width.
  • the bars of the bar code 120 are arranged perpendicular to the feed direction and thus parallel to the deflection of the scanning beam in the document plane.
  • the scanning beam is diffusely reflected, then impinges on the exit mirror 161, which deflects the diffuse radiation substantially rechtwin ⁇ kelig to the converging lens 170, which in turn focuses on the detector 180.
  • the incident mirror 151 is arranged in a recess of the exit mirror 161.
  • Both mirrors 151, 161 are sufficiently large to extend the full width of the document 110 so that a barcode 120 can be scanned anywhere on the document 110.
  • a certain proportion of the reflected, diffuse radiation is lost due to the recess in the exit mirror 161,
  • the remaining part that actually impinges on the outgoing mirror 161 is usually sufficient to allow reliable detection and recognition of the barcode.
  • variable reflection element 141 Deviating from the arrangement shown in FIG. 2, it is also possible to introduce the variable reflection element 141 directly into the recess of the exit mirror 161 at the location of the incident mirror 151 and to dispense with the incident mirror 151. Likewise, it is possible to dispose the variable reflection element 141 or the incident mirror 151 not in a recess of the exit mirror 161, but spatially separate from it. In principle, many different arrangements of the different optical deflection elements are conceivable in this manner, without the inventive principle being thereby abandoned.
  • FIG. 3 a shows a second embodiment of the invention, which comprises a transmittent scanning of a document 110 with a barcode 120 arranged vertically in relation to the feed direction (arrow direction).
  • the reflector arrangement in FIG. 3a again consists of a radiation source 130, a variable reflection element 140, an incident mirror 152, a reflection mirror 162, and a detector 180, the entrance and exit mirrors 152, 162 here are each formed as segmented mirror.
  • the segments 153 of the incident mirror 152 are arranged so that they respectively deflect the coming of the variable reflection element 140 scanning substantially perpendicular to the document level.
  • Each mirror segment 152 has a section of the document plane which is associated with it parallel to the feed direction, so that in this embodiment the scan is not continuous but discrete, since each mirror segment 153 defines a separate scanning track through the barcode 120. For this reason, only barcodes 120 whose bars are oriented essentially perpendicular to the feed direction can be scanned with this device 100, since only for such barcodes 120 can the spatial resolution required for the scanning be ensured. In principle, such a barcode 120 is then scanned with exactly the same number of parallel measuring tracks as mirror segments 153 are positioned along the width of the barcode 121.
  • the individual mirror segments 152 are irradiated sequentially by the continuous deflection of the scanning beam through the variable reflection element 140. In agreement with the feed rate of the document 110, the speed of the deflection of the scanning beam by the variable reflection element 140 thus takes place with a speed sufficient to ensure the required spatial resolution.
  • the radiation of a scanning beam projected vertically from the incident mirror 152 into the document plane emerges diffusely from the document 110 on the other side of the document plane and strikes a mirror segment 163 of the segmented exit mirror 162. This finally focuses the radiation onto the detector 180 , which converts the optical information into an electrical signal and supplies it to a downstream evaluation device (not shown).
  • a number of converging lenses are arranged on the failure side of the document plane such that one converging lens is provided for each mirror segment 163 of the exit mirror 162.
  • Such a converging lens ideally accommodates the beam bundle projected by the mirror segment 153 assigned to it into the document plane and projects it in bundled fashion onto the corresponding mirror segment 163 of the exit mirror 162.
  • the exit mirror 162 is arranged spherically around the scan line of the document plane in order to be able to record a maximum proportion of the diffuse scanning radiation after passing through the document 110.
  • FIG. 3b schematically shows an overview of the beam path from the radiation source 130 via the mirror segments 153 of the incident mirror 152, the document 110 and the mirror segments 163 of the reflection mirror 162 to the detector 180, and the compact size of the segmented mirrors 152, 162 Only the center rays are shown.
  • each mirror segment 153 irradiates a particular section on the document 110 as a limited interval around the corresponding center beam.
  • the discrete scanning of the document 110 results now from the fact that the scanning beam is deflected by the variable reflection element 140 from one mirror segment 153 to the next. and each mirror segment 153 illuminates a clearly-outlined portion of the document 110 that is different from the portions of the other mirror segments 153.
  • remission scanning is possible by placing the segmented exit mirror 162 on the same side of the document plane as the segmented entrance mirror 152 the incident mirror 152 is positioned similarly to the figure 2a in a recess of the exit mirror 162.
  • a central region of the mirror can be used as an incident mirror, and other regions of the mirror lying around this central region can be designed to deflect the radiation emanating from the illuminated document onto the detector.
  • exit mirror 162 into the incident mirror 152, in that those mirror segments of the incident mirror 152, which are positioned between two mirror segments 153 acting as incident mirrors, are formed as exit mirror segments. These then project the scanning beams reflected from the document 110, ideally in the same direction as the incident beam, onto a detector 180.
  • FIG. 4 illustrates an alternative embodiment of the first two embodiments, which dispenses with separate outgoing mirror arrangements and instead provides a light-collecting element, such as a light guide 165, for example.
  • a light-collecting element such as a light guide 165
  • FIG. 4 shows the transmission scan, the light guide 165 can also be used in a slightly modified form for remission scanning.
  • the light guide 165 is formed flat and arranged substantially parallel to the document 110 on the radiation source 130 opposite side of the document plane.
  • the document facing the boundary layer of the light guide 165 is transparent to coming from the document 110, substantially perpendicular to them on the incident scanning beams, so that they are coupled into the light guide 165.
  • the directly coupled scanning beams pass through the light guide 165 and strike a scattering body layer 166 (shown hatched) on the boundary layer of the light guide 165 facing away from the document 110, from which they are reflected in a scattered manner and thus deflected out of their largely perpendicular direction.
  • the deflected beams then predominantly remain in the light guide 165 and are forwarded by this to the detector 180, since their angles of incidence on the internal boundary surfaces of the light guide 156 are now predominantly so low that the beams are reflected back inwards.
  • the coated light guide 165 between the document 110 and a possible incident mirror, a reflector element or the radiation source 130 with the scattered body-coated interface 166 can be arranged facing the incident mirror / reflector element or the radiation source 130.
  • a slot is provided in the scattering body layer 166, through which the scanning radiation from the radiation source 130 to the document 110 can extend, from where it is reflected back to the light guide 165 and reflected by the scattering body layer 166 to the detector 180 ,
  • the light guide 165 is preferably made of a polymer, while the scattering body layer 166 is preferably realized by a light-scattering Farbier ⁇ on the corresponding side of the polymer.
  • FIG. 5 shows a third embodiment of the present invention which comprises as a reflector arrangement a rotating cylinder 142 which is provided on its surface with a raised thread 143 which reflects scanning beams impinging on it on the document plane.
  • FIG. 5 shows only the cylindrical reflector assembly 142, 143 and the deflected scanning beams 131, 133 resulting therefrom, it is to be understood that it may be provided with any additional optical elements of the above-described embodiments in order to provide further effects such as e.g. B. to provide a reduced installation depth or a specific beam path.
  • outgoing mirror / condenser lens and beam splitter according to the above-described embodiments can also be used here.
  • the scanning beam 131 impinges axially along the surface of the rotating cylinder 142 to a certain point of the helical thread 143, at which the scanning beam 131 is preferably deflected at right angles to the document plane.
  • this reflection point travels along the thread 143 and thus shifts in the axial direction transversely to the feed direction of the document 110.
  • the reflection point jumps back to the beginning the thread back and it is scanned on the document 120 another line.
  • Particularly advantageous is the use of two threads, each covering separate areas of the surface of the cylinder 142 and positioned by, and assigned to, opposite ends of the cylinder 142.
  • th radiation sources are illuminated axially.
  • a document 110 perpendicular to its feed direction can be scanned at twice the speed since each of the two scanning beams incident on the document plane scans a separate section of a measuring line in parallel.
  • the double scanning speed results in particular when parallel to the cylinder 142 two threads run, each covering only 180 ° of the cylinder.
  • a division into two sub-lines with two beam sources and two detectors also makes it possible to reduce the necessary cut-off frequencies.
  • detectors any type of detector which is sensitive to the emission spectrum used in each case is considered as detectors.
  • silicon, germanium or InGaAs detectors are preferably used in all embodiments of the present invention.
  • FIGS. 6, 7 and 8 illustrate a fourth embodiment of the present invention in three variants which, similar to the second embodiment (FIGS. 2a, 2b), can initially scan only those barcodes 220 whose bars are substantially perpendicular to the feed direction of the document 210 are oriented, since an irradiation arrangement 230 on the document to be scanned 210 irradiates a plurality of adjacent discrete locations and insofar defines unchangeable discrete Abtastspu ⁇ ren parallel to the feed direction.
  • the irradiation arrangement 230 comprises a multiplicity of radiation sources 231 which are oriented perpendicular to the direction of advance of the document 210 from one another. are arranged and sequentially activated by the multiplexing device 235. The activation of the radiation sources 231 thus runs along the entire width of the document 210 in an endless loop and then starts again from the front.
  • the distance of the radiation sources is preferably about 1 cm in this embodiment.
  • FIG. 8 Another variant is shown in FIG. 8, where the irradiation device 230 consists of a switchable irradiation line 232 and only a single radiation source 231, which couples scanning radiation into the irradiation line 232.
  • the irradiation line 232 is preferably designed as an optical waveguide in which the document plane facing side with switchable optical elements 233, preferably liquid crystal microdisplays, which are each assigned to a discrete location of the document 210 and have two switching states: an open or translucent Zu ⁇ stood (shown hatched in Fig. 8) and a closed or lichtun ⁇ permeable state.
  • the remaining sides of the irradiation line 232 are preferably mirrored.
  • the switching elements 233 In the open state, the switching elements 233 have a high transmission, so that a light or laser beam at this point from the irradiation line 232 in the direction of the document level can escape, while the Weg ⁇ elements 233 have a high reflectivity in the closed state and an incident beam ins Inner back of the lighting line 232 animals back.
  • their states are determined by a control or multicast control system.
  • plex sensible 235 so controlled that in each case only one switching element 233 is in the open state and the switching element 233 sequentially in succession in ⁇ an endless loop and closed.
  • FIGS. 6, 7 and 8 show variants of this optical waveguide arrangement 230 in the form of a light guide 252 with attachment optics 251 (FIG. 6), an optical waveguide 253 with an internal reflective sawtooth profile 255 (FIG. 7) and a waveguide 254 (FIG. 8th).
  • a light guide 252 picks up the scanning beams reflected by the document 210 which are moving in the advancing direction or by means of attachment optics 251, which are each assigned to one of the radiation sources 231, and forwards the received radiation to the common detector 280.
  • the optical waveguide arrangement 250 of FIG. 6 can consist of a single optical waveguide 252, which is connected via branches to each of the auxiliary optics 251, or of one optical waveguide with optical attachment 251 for each radiation source 231. However, it is also one Arrangement as in Fig. Ia with mirror and lens ein ⁇ bar.
  • FIG. 7 and 8 show a light guide 253, 254 as an optical waveguide arrangement 250, which couples radiation substantially perpendicular to an incident side, while not perpendicular (or at an obtuse angle with respect to the surface normal) to an interface of the light guide 253, 254 incident radiation is reflected.
  • the light guide is thus advantageously a material with a high refractive index in relation to the surrounding atmosphere. By appropriate selection of the material, the critical angle between reflection and transmission can be precisely determined.
  • the incident side can additionally be equipped with an interference filter which allows a certain wavelength range, for example 1500 nm, to pass through and blocks others.
  • the light guide 253 of FIG. 7 comprises, on the side opposite the incident side, a reflective saw tooth profile 255 which is directed into the interior of the light guide 253 and onto which the radiation entering the light guide 253 inevitably strikes.
  • the radiation is reflected by the sawtooth profile 255 in the direction of the detector 280 so that it then impinges on the other boundary surfaces of the light guide 253 so that the scanning radiation is largely reflected.
  • the light guide 254 of Figure 8 has a wedge-shaped or conical shape, whereby scanning radiation, which enters the light guide 254, in a suitable net obtuse angles to the interfaces of the optical fiber 254 meet, so that the scanning beam remains in the optical fiber.
  • the wedge-shaped light conductor 254 is oriented with its wide end in the direction of the detector 280.
  • a light guide for transmitting the radiation reflected or transmitted by the document 210 it is also possible to use the scattered body-coated light guide illustrated in FIG. 4 and discussed above in connection with the second embodiment, both in its transmission variant and in the remission variant.
  • the scattering layer acts in the same way as the reflective saw tooth profile 255 of the light guide 253 shown in FIG. 7 or the wedge shape of the light guide 254 in FIG. 8.
  • the detector 280 receives response signals during a scanning process, which in each case represent scanning points of the document 210 line by line in accordance with the feed direction of the document 210. Each of these lines therefore makes a discrete scan along a line which is parallel to the bar of the barcode 220 to be scanned. The feed of the document 210 then results in a separate measuring track for each sampling point during scanning. However, since the measuring tracks are scanned point by point into each other due to the sequential control of the irradiation arrangement 230, a demultiplex means 290 downstream of the detector is provided, which resolves the scanning positions determined line by line corresponding to the individual measuring tracks, sorted and fed coherently to the evaluation device.
  • the optical waveguide arrangement 250 basically fulfills the same tasks as the various reflector arrangements in the aforementioned three embodiments (FIGS. 1 to 5), similarly acting mirrors may be used instead of the preferred optical waveguide system 250 - or Linsenanordnun ⁇ gene, z. As a segmented mirror can be used.
  • the optical fiber assemblies illustrated in FIGS. 6, 7 and 8 may also be used accordingly in the above-described three embodiments.
  • this fourth embodiment can also be embodied in a transmission variant and a remission variant.
  • the illumination arrangement 230 and the light guide arrangement 250 lie on different sides of the document plane, while in the remission arrangement both arrangements are arranged on the same side of the document plane.
  • documents 210 can be scanned which announce the position of the bar code 220 on the document 210 by means of track bars 225 at the edges of the document 210.
  • track bars 225 are scanned by the scanning device 200 and recognized as such by its evaluation device, subsequently only those light sources 231 or switching elements 233 are activated or released, which are positioned during the further feed of the document 210 that they actually illuminate the bar code 220.
  • the barcode 220 can either be provided with a correspondingly higher spatial resolution or due to the more frequent activation or activation of the selected radiation sources 231 or switching elements 233 be scanned at the same Ort ⁇ saufumps with increased feed rate.
  • any type which is sensitive to the emission spectrum used in each case can be considered as the detector type for all the aforementioned embodiments and alternatives.
  • all embodiments of the present invention preferentially use InGaAs detectors.
  • many other detectors can be used, such as germanium detectors or silicon detectors.
  • Such two-color detectors may then optionally be combined with a bi-color (or multi-spectral) radiation source.
  • segmented or split photodiodes may be used as an alternative to the sandwich diodes, e.g. InGaAs diodes vaporized with appropriate filters.
  • special light emitting diodes or laser diodes can be used as the radiation sources, the monochromatic light, d. H. Light of a narrow frequency band of the electromagnetic spectrum, or multi-spectral or multi-colored light emit. Preferably, however, at least light-emitting diodes are also used which emit wavelengths from the near-infrared range or the far-infrared range.
  • suitable detectors and radiation sources it is possible to carry out simultaneous measurements in the visible and near IR range or a simultaneous or exclusive scanning of luminescent or fluorescent structures. This makes it possible, for example, to simultaneously detect two or more bar codes, e.g. a red and an IR-absorbing barcode.
  • the feed of a document by the scanning device is usually ensured automatically by a corresponding feed device.
  • a corresponding feed device it is possible to further reduce costs and depth, to provide a manual push or pull through of the document by the respective user of the scanning device.
  • the embodiments of the present invention are adapted to be adapted to the recognition of any one-dimensional barcode types, e.g. EAN, UPQ 2/5 codes, Code 39, Codabar, Code 93, Code 128, PDF 417, etc.
  • the printing technique used to apply a bar code to the document is irrelevant to bar code recognition. It can e.g. Standard printing techniques, such as gravure and gravure printing, offset printing, screen printing, thermal, laser, inkjet and dot matrix printing.
  • Scanning devices for scanning bar codes (120, 220) mounted on documents (110, 210), each having a reflector arrangement (140, 150, 160, 170, 141, 151, 161, 152, 162) ; 165, 142, 143) comprising either a variable reflecting element (140; 141; 142, 143) or a light guide system (250, 251, 252; 253, 255; 254) for guiding the optical path of electromagnetic radiation in the document plane along a line which is substantially perpendicular to the feed direction of the document (110, 210) is deflected or received by a radiation source (130) or illumination device (230, 231; 232, 233) and to a detector (280).
  • the line scanning of the document (110, 210) along the various measuring tracks results from the repeated deflection of the document
  • variable reflection element 140, 141, 142, 143
  • the repeated sequential forwarding of the scanning through the light guide arrangement 250, 251, 252; 253, 255; 254 inexpensive and compact scanning devices (100; 200), since the redundant Strahlen ⁇ sources (130; 230) and detectors (180; 280) can be omitted.

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Abstract

Es werden Abtastvorrichtungen (100; 200) zur Abtastung von auf Dokumenten (110; 210) angebrachten Barcodes (120; 220) vorgeschlagen, die jeweils eine Reflektoranordnung besitzen (140, 150, 160, 170; 141, 151, 161; 152, 162; 165; 142, 143), die entweder ein variables Reflektionselement (140; 141; 142, 143) oder ein Lichtleitersystem (250, 251, 252; 253, 255; 254) umfassen, das dazu dient, den Strahlengang der von einer Strahlenquelle (130) bzw. einer Beleuchtungseinrichtung (230, 231; 232, 233) emittierten elektromagnetischen Strahlung in der Dokumentebene entlang einer zu der Vorschubrichtung des Dokuments (110; 210) im wesentlichen senkrechten Linie auszulenken bzw. aufzunehmen und zu einem Detektor (280) weiterzuleiten. In Kombination mit der Vorschubbewegung ergeben sich dann durch die zeilenweise Abtastung des Dokuments (110; 210) entlang der verschiedenen Meßspuren aufgrund des wiederholten Auslenkens des Strahlengangs mittels des variablen Reflektionselements (140; 141; 142, 143) bzw. des wiederholten sequentiellen Weiterleitens des Abtaststrahls durch die Lichtleiteranordnung (250, 251, 252; 253, 255; 254) preisgünstige und kompakte Abtastvorrichtungen (100; 200), da auf die redundante Strahlenquellen (130; 230) und Detektoren (180; 280) verzichtet werden kann.

Description

Abtastvorrichtung für Barcodes
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum mehrspurigen Abtasten eines auf einem Dokument befindlichen Barcodes.
Barcodes sind zweidimensional ausgebildete, aber zumeist nur eindimensio¬ nal variierende parallele Balkenfolgen, deren Dicke und Abstand eine Infor¬ mation codiert. Sie sind heutzutage in vielen Wirtschaftsbereichen zur Iden¬ tifikation von Gegenständen und Konsumgütern präsent. In der Regel reprä- sentiert ein Barcode eine warenbezogene, maschinenlesbare Information, die beispielsweise eine Artikelnummer, Herkunftsangabe und/ oder den Preis der Ware codiert. Insbesondere ist es möglich, derartige Barcodes als Sicher¬ heitsmerkmale auszubilden, beispielsweise durch die Verwendung von fluo¬ reszierenden oder lumineszierenden Farbstoffen, und auf Dokumenten an- zubringen, um sicherheitsrelevante Information, wie z.B. die Denomination einer Banknote, den Name des Besitzers oder ähnliches zu codieren.
Abtastvorrichtungen zum automatischen Abtasten bzw. Lesen derartiger Barcodes sind im Stand der Technik vielfach bekannt. Derartige Abtastvor- richtungen umfassen zumindest eine Lichtquelle, häufig eine Leucht- oder Laserdiode, die den mit einem Barcode versehenen Bereich des Dokuments oder des Gegenstandes beleuchtet, eine photoelektrische Detektoranord¬ nung, die das Licht nach der Abtastung des Barcodes wieder aufnimmt und in ein elektrisches Signal wandelt und eine Auswerteeinrichtung, die die In- f ormation des Barcodes anhand des empfangenen elektrischen Signals ermit¬ telt.
DE 10212734 Al offenbart eine Abtastvorrichtung mit einer Laserdiode, ei¬ nem Spiegelsystem und einer Detektoranordnung, die einen Barcode über das Spiegelsystem entlang einer Meßlinie senkrecht zu den Balken des Bar¬ codes abtastet. Falls der Barcode im Bereich dieser von der Abtastvorrich¬ tung vorgegebenen Meßlinie Artefakte aufweist oder falls der Barcode an den abgetasteten Stellen mit dem Hintergrundmuster des Dokuments un- günstig interferiert, ist eine zuverlässige Erkennung des Barcode-Musters schwierig und die Zuverlässige Decodierung der Information gefährdet.
DE 19924750 Al offenbart eine Abtastvorrichtung für Barcodes mit zwei Lichtquellen und zwei Detektoreinheiten, um einen Barcode entlang von zwei verschiedenen im wesentlichen parallel zueinander liegenden Meßlini¬ en abzutasten. Dazu wird das den Barcode tragende Dokument an der Ab¬ tastanordnung vorbeigeführt. Die DE 19924750 Al betrifft jedoch die Abta¬ stung von zweidimensionalen Barcodes, die in der Meßlinien-Richtung ein variables Balkenmuster aufweisen, in der dazu senkrechten Richtung jedoch in zwei separate Teilbalken zerlegt sind, so daß entlang jeder der beiden Meßlinien ein unterschiedliches schwarz-weiß Muster abgetastet wird.
Dadurch kann zwar im Vergleich mit der Vorrichtung der DE 102 12 734 Al die codierte Informationsmenge bei gleichbleibender Lesegeschwindigkeit verdoppelt werden. Das Problem der Artefakte wird jedoch nicht gelöst und die Zuverlässigkeit der Abtastung insofern auch nicht verbessert.
Erhöhte Abtastzuverlässigkeit erhält man jedoch dann, wenn mit der in DE 102 12 734 Al vorgeschlagenen Vorrichtung ein herkömmlicher eindimen- sional variierender Barcode abgetastet wird und die beiden Ergebnisse an¬ schließend durch eine Auswerteeinrichtung abgeglichen werden. Bei einer derartigen mehrspurigen Abtastung wird jedoch für jede Meßspur eine Meßanordnung aus zumindest einer Lichtquelle und einem Detektor benö¬ tigt.
Der redundanzbedingte Gewinn an Zuverlässigkeit wird also durch mit der Anzahl der Meßspuren linear ansteigende Kosten erkauft. Darüber hinaus ist dieses Prinzip der Hardware-Redundanz aufgrund der Platzerfordernisse nicht ohne Weiteres in kompakten und leichten Abtastvorrichtung zu ver¬ wirklichen.
Demzufolge ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Abtastvor¬ richtung vorzuschlagen, die einen Barcode unter Verwendung einer preis¬ werten und kompakten Meßanordnung mehrspurig abtasten kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Vorrichtungen mit den Merk- malen der unabhängigen Ansprüche gelöst. In davon abhängigen Ansprü¬ chen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung angegeben.
Dementsprechend wird beim Abtasten des Barcodes eines Dokuments das Dokument von einer Transporteinrichtung der Abtastvorrichtung mit einer bestimmten Vorschubgeschwindigkeit in einer Dokumentebene fortbewegt. Gleichzeitig wird das Dokument entlang einer zu der Vorschubrichtung im wesentlichen senkrechten Meßlinie durch einen näherungsweise punktför¬ migen Abtaststrahl abgetastet und ausgewertet. Durch die Überlagerung der Vorschubbewegung und der dazu im wesentlichen senkrechten Verlagerung des Abtaststrahls wird das Dokument während des Durchlaufs durch die Abtastvorrichtung zeilenweise abgetastet. Die Ortsauflösung der Abtastung entlang der Meßline, die im wesentlichen senkrecht zur Vorschubrichtung orientiert ist, ist demnach abhängig von der Vorschubgeschwindigkeit und der Geschwindigkeit der Auslenkung des Meßstrahls bzw. dem Ausmaß dieser Auslenkung.
Formulierungen wie „im wesentlichen senkrecht/parallel" sind im folgenden als „vorzugsweise senkrecht/parallel, aber zumindest nicht paral¬ lel/senkrecht" zu verstehen. Insofern ist der Zweck auch dann erfüllt, wenn die angesprochene Orientierung von der Senkrechen/Parallelen u.U. sogar erheblich abweicht, jedoch nicht mehr in der optimalen Art und Weise.
Beide Bewegungen sind so aufeinander abgestimmt, daß der Barcode, der sich prinzipiell an einer beliebigen Stelle des Dokuments befinden kann, mindestens zweimal entlang verschiedener Meßspuren in einer zur vollstän- digen Detektion des Barcodes benötigten Ortsauflösung abgetastet wird, die wiederum von den Ortsfrequenzen des Barcodemusters abhängt.
Innerhalb der Abtastrichtung verläuft der Strahlengang der von der Strah¬ lenquelle punktförmig emittierten elektromagnetischen Strahlung über eine Reflektoranordnung, die den Abtaststrahl zur Abtastung des Dokuments in bzw. auf die Dokumentenebene lenkt. Von dort wird sie weiter zu einem Detektor gelenkt, der die mit dem Dokument in Wechselwirkung getretene elektromagnetische Strahlung aufnimmt und ein entsprechendes elektrisches Signal an eine Auswerteeinrichtung weiterleitet.
Bei allen nachfolgend besprochenen Ausführungsformen der Erfindung kann die Reflektoranordnung so eingerichtet sein, daß die elektromagneti- sche Strahlung zur Abtastung des Dokuments durch das Dokument hin¬ durchtritt (Transmissionsvariante), oder so, daß der Abtaststrahl von dem Dokument reflektiert wird (Remissionsvariante).
Bei den Ausführungsformen, die sich dem Anspruch 1 unterordnen lassen, umfaßt die Reflektoranordnung ein variables Reflektionselement, das dazu dient, den Auftreffpunkt des Strahlengangs der elektromagnetischen Strah¬ lung in der Dokumentebene entlang einer zu der Vorschubrichtung des Do¬ kuments im wesentlichen senkrechten Linie auszulenken. In Kombination mit der Vorschubbewegung ergibt sich dann die zeilenweise Abtastung des Dokuments entlang der verschiedenen Meßspuren durch wiederholtes Aus¬ lenken des Strahlengangs entlang der Linie der Dokumentebenen mittels des variablen Reflektionselements.
Ein Vorteil dieser Abtastvorrichtung ist, daß ein auf einem Dokument be¬ findlicher Barcode in mehreren Spuren redundant und insofern zuverlässig abgetastet werden kann, ohne daß ein im Vergleich zu der einspurigen Abta¬ stung wesentlich höherer technischer Aufwand nötig wäre. Auch ist die Baugröße einer erfindungsgemäßen Abtastvorrichtung minimal, da statt mehrfacher Strahlenquellen und Detektoren nur das variable Reflektionse¬ lement benötigt wird.
Dabei kann die Anordnung des Barcodes auf dem Dokument prinzipiell be¬ liebig sein. Neben der Anordnung der Barcode-Balken parallel zur Vor- schubrichtung ist es bei einer genügend schnellen Auslenkung des Abtast¬ strahls durch das variable Reflektionselement bzw. bei einer entsprechend geringen Vorschubgeschwindigkeit des Dokuments möglich, auch einen Barcode, dessen Balken senkrecht zu der Vorschubrichtung liegen, mehrspu¬ rig abzutasten. Durch zeitliches Multiplexen der Detektoreinrichtung oder durch andere geeignete Maßnahmen läßt sich bei diesem Extremfall errei¬ chen, daß lediglich zwei oder mehr diskrete Spuren der Bar codefläche aus- gewertet werden.
Die Reflektoranordnung kann außer dem variablen Reflektionselements zur Realisierung eines gewünschten Strahlengangs verschiedene Umlenkspiegel sowie zumindest eine Sammellinse umfassen. So ist es beispielsweise bei der Transmissionsabtastung möglich, auf einer Seite der Dokumentebene einen Einfallspiegel zum Umlenken des Abtaststrahls von dem variablen Reflekti¬ onselements in die Dokumentebene vorzusehen, und auf der anderen Seite einen Ausfallspiegel vorzusehen zum Umlenken der durch die Dokument¬ ebene hindurchtretenden Strahlung des Abtaststahls zu dem Detektor. Diese Spiegel sind bevorzugt so ausgebildet, daß sie sich über die gesamte Aus¬ dehnung des Dokuments senkrecht zu der Vorschubrichtung erstrecken, damit das gesamte Dokument abgetastet werden kann.
Bevorzugt werden die Spiegel bei einer ersten Ausführungsform so ange- ordnet, daß der Abtaststrahl auf der Einfallseite parallel oder zumindest im wesentlichen parallel zur Dokumentebene auf den Einfallspiegel auftrifft, von dort im wesentlichen parallel durch die Dokumentebene hindurch re¬ flektiert wird, um auf den Ausfallspiegel auf der Ausfallseite zu treffen, der die transmittierte elektromagnetische Strahlung wiederum parallel oder zu- mindest im wesentlichen parallel zu der Dokumentebene in Richtung des Detektors umlenkt. Der Vorteil dieser Anordnung ist, daß die Abtastvorrichtung mit einer aus- serordentlich geringen Bautiefe realisiert werden kann, da die zum Abtasten benötigten optischen Elemente nahe an der Dokumentebene positioniert werden können.
Neben dieser Transmissionslösung ist als Variante der ersten Ausführungs¬ form auch eine Remissionslösung möglich. Dabei sind sämtliche Elemente der Reflektoranordnung auf einer Seite der Dokumentebene angeordnet, so daß ein auf die Dokumentebene auftreffender elektromagnetischer Abtast- strahl dort von dem Dokument reflektiert wird und auf der gleichen Seite der Dokumentebene auf den Detektor trifft oder durch einen Ausfallspiegel zu diesem weiter geleitet wird.
Bei dieser Remissionslösung ist es zur Herstellung einer geringen Bautiefe der Abtastvorrichtung vorteilhaft, den von einer Strahlenquelle emittierten Abtaststrahl von dem variablen Reflexionselement parallel oder zumindest im wesentlichen parallel zu der Dokumentebene auf einen Einfallspiegel zu leiten, der die Strahlung in Richtung der Dokumentebene umlenkt. Von dort reflektiert, trifft die Strahlung auf einen Ausfallspiegel, der die Strahlung wiederum parallel oder zumindest im wesentlichen parallel zu der Doku¬ mentebene in Richtung des Detektors umlenkt. Bei einer besonders bevor¬ zugten Ausgestaltung weist der Ausfallspiegel eine zentrale Aussparung auf, in der der kleinere Einfallspiegel angeordnet ist, so daß dieser die von dem variablen Reflexionselement auftreffende elektromagnetische Strahlung im wesentlichen senkrecht auf die Dokumentebene umlenkt und der größere Ausfallspiegel die von dem Dokument diffus reflektierte Strahlung zum De¬ tektor leitet. Hierbei ist es jedoch auch möglich, auf den Einfallsspiegel zu verzichten und in der Aussparung direkt das variable Reflektionselement zum Umlenken des Abtaststrahls auf die Dokumentebene vorzusehen. Es ist jedoch darauf zu achten, daß das variable Reflektionselement derart bezüglich der Doku¬ mentebene angeordnet ist, daß der Abtaststrahl entlang der vollständigen Abtastlinie senkrecht zu der Vorschubrichtung des Dokuments ausgelenkt werden kann. Ebenso ist es möglich, das variable Reflektionselement in eine Aussparung des Ausfallspiegels einzubringen.
Die elektromagnetische Strahlung verlaßt ein Dokument sowohl bei Trans¬ mission als auch bei Remission in diffusem Zustand. Deshalb, und auch weil der Punkt, an dem die elektromagnetische Strahlung das Dokument verläßt, entlang der Abtastlinie variiert, ist es vorteilhaft, eine Sammellinse vorzuse- hen, die den diffusen Abtaststrahl von jeder möglichen Stelle des Dokuments direkt auf den Detektor fokussiert. Dabei ist die Sammellinse so angebracht, daß sie sämtliche von dem Ausfallspiegel reflektierte elektromagnetische Strahlung sammelt und dem Detektor zuführt.
Bei Verwendung von Einfall- und/oder Ausfallspiegeln werden diese vor¬ zugsweise in einem Winkel kleiner als 45 Grad bezüglich der Dokumentebe¬ ne angeordnet, wodurch sich die Bautiefe der Abtastvorrichtung weiter re¬ duziert.
Als variable Reflektionselemente kommen prinzipiell solche optischen Re- flektionseinrichtungen in Frage, die in der Lage sind, den elektromagneti¬ schen Strahl im wesentlichen senkrecht zu der Vorschubrichtung sukzessive auszulenken. Hierfür eignen sich allgemein Kipp- oder Drehspiegel und ins¬ besondere Polygonspiegel.
Bei einer zweiten Ausfuhrungsform der Erfindung ist ein Einfallspiegel, der die elektromagnetische Strahlung von dem variablen Reflektionselement in die Dokumentenebene reflektiert, aus einer Vielzahl von Spiegelsegmenten aufgebaut, die jeweils die in einem bestimmten Winkelintervall des variablen Reflektionselements reflektierten elektromagnetischen Strahlen auf die Do¬ kumentebene umlenken. Jedem der einzelnen Spiegelsegmente ist also in der Dokumentebene ein bestimmter Abschnitt zugeordnet, wobei diese Ab¬ schnitte entweder unmittelbar aneinander stoßen, voneinander beabstandet sind, oder einander überlappen.
Die Bewegung des variablen Reflektionselementes stellt sicher, daß die ein- zelnen Spiegelsegmente nacheinander von dem Abtaststrahl bestrahlt wer¬ den. Dementsprechend wird eine Abtastlinie, die im wesentlichen senkrecht zu der. Vorschubrichtung des Dokuments in der Dokumentenebene liegt, diskret durch sequentielles Bestrahlen der einzelnen, den jeweiligen Spiegel¬ segmenten zugeordneten Abschnitte der Abtastlinie abgetastet.
Aufgrund der diskreten Abtastung können mit dieser Ausführungsform nur Barcodes abgetastet werden, deren Balken senkrecht oder zumindest im we¬ sentlichen senkrecht zu der Vorschubrichtung des Dokuments und somit im wesentlichen parallel zu der Abtastlinie liegen. Es werden dann genau so viele Spuren des Barcodes abgetastet, wie Spiegelsegmente entlang der Län¬ ge der Balken angeordnet sind. Der Ausfallspiegel kann sowohl bei der Transmissions- als auch bei der Re¬ missionslösung dieser dritten Ausführungsform prinzipiell in beliebiger Ge¬ stalt realisiert werden, solange er die vom Dokument auftreffende Strahlung zum Detektor umlenkt. Es ist jedoch besonders vorteilhaft, auch den Ausfall- spiegel in segmentierter Form zu realisieren. Idealerweise besitzt dann der Ausfallspiegel zu jedem Segment des Einfallspiegels ein korrespondierendes Segment, das die Strahlung derjenigen Strahlen, die von dem entsprechen¬ den Segment des Einfallspiegels in die Dokumentebene umgelenkt werden, aufnimmt und seinerseits zu dem Detektor umlenkt.
Bei der Transmissionsabtastung wird der Einfallspiegel auf einer Seite der Dokumentebene angeordnet, während der Ausfallspiegel auf der gegenü¬ berliegenden Seite entsprechend positioniert ist. Vorzugsweise besitzt der Ausfallspiegel dann eine großflächige sphärische Form, die um die Abtastli- nie in der Dokumentebene herum so angeordnet ist, daß die durch das Do¬ kument transmittierte diffuse Strahlung möglichst vollständig auf den De¬ tektor umgelenkt wird.
Hierbei ist es vorteilhaft, auf der Seite des Ausfallspiegels für jedes Spiegel- segmentpaar von Ein- und Ausfallspiegel eine Sammellinse vorzusehen, die die durch das Dokument hindurch transmittierte Strahlung sammelt und auf das entsprechende Segment des Ausfallspiegels fokussiert. In dieser, wie auch in allen anderen Ausführungsformen, sind derartige Sammellinsen bevorzugt als astigmatische Linsen ausgebildet.
Bei einer Remissionslösung dieser zweiten Ausführungsform liegen Ein- und Ausfallspiegel auf der gleichen Seite der Dokumentebene. Hierbei kann bei- spielsweise ein schmaler Einfallspiegel verwendet werden, der in einer ent¬ sprechenden Aussparung eines größeren, möglicherweise sphärischen Aus¬ fallspiegels angeordnet ist.
Ebenso ist es möglich, beim Remissionsabtasten den Ein- und Ausfallspiegel in der gleichen segmentierten Spiegelanordnung vorzusehen, indem die Segmente des Ein- und Ausfallspiegels einander abwechselnd nebeneinander angeordnet sind, wobei die Einfallsegmente direkt von dem variablen Re- flektionselement bestrahlt werden, während die Ausfallsegmente nur für an dem Dokument reflektierte Strahlung zugänglich ist. Die Richtung, in der die reflektierte Abtaststrahlung von den Ausfallspiegelsegmenten zu dem De¬ tektor umgelenkt werden, ist dann im wesentlichen gleichgerichtet zu den auf die Einfallsegmente auftreffenden Abtaststrahlen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Spiegelsegmente können diese so¬ wohl beim Ein- als auch beim Ausfallspiegel jeweils konkav ausgebildet sein, um die von ihnen reflektierte elektromagnetische Strahlung auf einen be¬ stimmten Punkt zu fokussieren. Ebenso ist es möglich, die Segmente des Ein¬ fallsspiegels konvex auszugestalten, damit jedes Einfallsegment einen breite- ren Abschnitt der Abtastlinie bestrahlt.
Als vorteilhafte Variante beider vorgenannter Ausführungsformen ist es möglich, anstelle eines Ausfallspiegels ein Lichtsammelelement bzw. einen Lichtleiter einzusetzen, der die vom Dokument kommende diffuse Strahlung aufnimmt und zum Detektor weiterleitet. Dadurch kann insbesondere der teure segmentierte Ausfallspiegel der zweiten Ausführungsform durch eine preisgünstige Lösung ersetzt werden. Da bei einem entsprechen Brechungsindex im wesentlichen senkrecht vom Dokument auf die dem Dokument zugewandte Grenzfläche des Lichtleiters auf treffende Strahlen in diesen eingekoppelt werden, ist bei einer Transmis- sionsabtastung auf der gegenüberliegenden Grenzfläche des Lichtleiters eine Schicht aus Streukörpern angebracht, die senkrecht auftreffende Strahlen so streuen bzw. auslenken, daß sie im weiteren mit geringeren Winkeln auf die Grenzflächen des Lichtleiters auftreffen und dadurch aufgrund einer Totalre¬ flektion in ihm verbleiben und schließlich zum Detektor geleitet werden.
Diese Lichtleiterlösung kann ebenso zur remittierenden Abtastung eingesetzt werden, indem sie zwischen dem Dokument und dem Einfallspiegel bzw. dem Reflektorelement in der Abtastvorrichtung angeordnet ist. Die Streu¬ körperschicht ist dabei dem Einfallspiegel/Reflektorelement zugewandt weist und einen Schlitz auf, durch den die Abtaststrahlung vom Einfallspie¬ gel/Reflektorelement zum Dokument umgelenkt wird.
Bei einer dritten Ausführungsform ist das variable Reflektionselement als ein rotierender Zylinder ausgestaltet, dessen Rotationsachse parallel oder zu- mindest im wesentlichen parallel zur Dokumentebene und senkrecht oder zumindest im wesentlichen senkrecht zur Vorschubrichtung des Dokuments orientiert ist.
Auf der Oberfläche des rotierenden Zylinders ist entlang seiner Rotations- achse ein erhabenes, reflektierendes Gewinde schraubenförmig angeordnet. Die den Abtaststrahl emittierende Strahlenquelle ist relativ zu dem Zylinder so angeordnet, daß der Abtaststrahl axial entlang dessen Oberfläche verläuft, auf das reflektierende Gewinde trifft und von diesem umgelenkt wird.
Durch die Rotation des Zylinders läuft der Punkt des Gewindes, an dem der Abtaststrahl reflektiert wird, genau eine Gewindeumdrehung ab und be¬ ginnt dann wieder am Anfang des Gewindes. Abhängig von der Steigung des Gewindes wird somit der vom Gewinde reflektierte Abtaststrahl wäh¬ rend einer Zylinderumdrehung um eine gewisse Distanz ausgelenkt. Auf diese Weise läßt sich der Abtaststrahl entlang der Abtastlinie der Dokument- ebene kontinuierlich ausgelenkt, die im wesentlichen parallel zu der Rotati¬ onsachse des Zylinders und im wesentlichen senkrecht zur Vorschubrich¬ tung des Dokuments liegt.
Auch bei dieser Ausführungsform können sowohl Barcodes, deren Balken parallel zur Vorschubrichtung angeordnet sind, als auch Barcodes, deren Balken senkrecht dazu angeordnet sind, bei entsprechender Abstimmung der Vorschubgeschwindigkeit des Dokuments und der Rotationsgeschwin¬ digkeit des Zylinders mit ausreichender Ortsauflösung abgetastet werden.
Um die Bautiefe zu reduzieren und die gewünschte kompakte Bauweise rea¬ lisieren zu können, können in der gleichen Weise wie bei der ersten Ausfüh¬ rungsform Ein- und Ausfallspiegel sowie eine Sammellinse eingesetzt wer¬ den. Diese optischen Elemente können darüber hinaus so eingerichtet wer¬ den, daß die Abtastvorrichtung einerseits im Transmissionsbetrieb und an- dererseits im Remissionsbetrieb arbeiten kann. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung dieser dritten Ausführungsform sind auf der Oberfläche des rotierenden Zylinders zwei reflektierende Gewinde¬ gänge zusammenhängend angeordnet. Hierbei bedarf es für jeden der Ge¬ windegänge jeweils einer eigenen Strahlenquelle, die jeweils an den gegenü- berliegenden Enden des Rotationszylinders angeordnet sein können.
Es ergeben sich dabei zwei Varianten. Einerseits können die beiden Gewinde gleichgerichtet schraubenförmig angeordnet sein, wodurch die beiden Ab¬ taststrahlen in verschiedene Richtungen radial von dem Zylinder wegreflek- tiert werden, so daß mit einem variablen Reflektionselement auch zwei Do¬ kumente gleichzeitig abgetastete werden können. Andererseits können die Gewinde entgegengesetzte Gewinderichtungen aufweisen, so daß die beiden Abtaststrahlen jeweils entlang eines Teilabschnitts einer zusammenhängen¬ den Abtastlinie einer Dokumentebene ausgelenkt werden können. Bei der letztgenannten Variante ergibt sich aufgrund der zeitgleichen Abtastung eine doppelte Abtastgeschwindigkeit.
Im folgenden wird als alternative Lösung der Aufgabenstellung eine vierte Ausführungsform der Erfindung nach Anspruch 22 beschrieben, die sich in einigen Merkmalen von den vorbeschriebenen Ausführungsformen unter¬ scheidet. Gleichwohl unterliegt sie dem selben erfindungsgemäßen Prinzip, die parallele Abtastung mehrerer Spuren als sequenzialisierte Abtastung zu realisieren.
Dabei wird auf einem sich mit einer bestimmten Vorschubgeschwindigkeit durch die Abtastvorrichtung bewegenden Dokument durch eine Bestrah¬ lungsanordnung eine Anzahl von im wesentlichen nebeneinander liegenden Stellen auf dem Dokument mit Abtaststrahlen bestrahlt, und dadurch paral¬ lele diskrete Meßspuren definiert.
Da die Bestrahlungsanordnung eingerichtet ist, eine Anzahl von diskreten Stellen auf dem Dokument separat zu bestrahlen, werden bei dieser Ausfüh¬ rungsform vorzugsweise solche Barcodes abgetastet, deren Balken senkrecht oder zumindest im wesentlichen senkrecht zu der Vorschubrichtung des Dokuments liegen, und bei denen zumindest zwei Meßspuren auf dem Bar¬ code definiert werden.
Ein der Bestrahlungsanordnung vorgelagerter bzw. diese steuernder Multi- plexer bewirkt, daß die diskreten Stellen auf dem Dokument durch die Be¬ strahlungsanordnung sequentiell bestrahlt werden, so daß zu einem be¬ stimmten Zeitpunkt jeweils nur eine potentielle Meßspur des Dokuments bestrahlt und abgetastet wird.
Die elektromagnetische Strahlung, die von jeder einzelnen dieser diskreten Strahlenquellen emittiert wird, wird anschließend von einer Lichtleiteran¬ ordnung aufgenommen und zur Weiterverarbeitung an einen Detektor gelei- tet.
Die durch den Multiplexer gesteuerte Bestrahlungsanordnung kann vor¬ zugsweise auf zwei unterschiedliche Weisen realisiert werden, ist auf diese jedoch nicht beschränkt.
Einerseits ist es möglich, die Bestrahlungsanordnung aus einer Vielzahl von einzelnen Strahlenquellen aufzubauen, die in einem gewissen Abstand ne- beneinanderliegend im wesentlichen senkrecht zu der Vorschubrichtung des Dokumentes angeordnet sind, und die jeweils eine diskrete Stelle des Do¬ kuments bestrahlen und somit eine Meßspur definieren. Der Multiplexer aktiviert dann zur Abtastung eines Barcodes die Strahlungsquellen sequenti- eil nacheinander.
Andererseits ist es auch möglich, die Bestrahlungsanordnung als eine schalt¬ bare Bestrahlungszeile für Laserlicht auszugestalten. Diese besitzt eine Viel¬ zahl von nebeneinander angeordneten, separat schaltbaren Schaltelementen („Mikrodisplays")/ die jeweils einen geschlossenen Zustand hoher Reflektion und einen offenen Zustand hoher Transmission annehmen können und je¬ weils eine Meßspur auf dem Dokument definieren. In die Bestrahlungszeile, die im Prinzip einen Lichtleiter mit in Richtung des Dokuments gerichteten separat schaltbaren Ausgängen repräsentiert, wird Abtaststrahlung von ei- ner Strahlenquell eingekoppelt, wobei die Stelle des Dokuments, die tempo¬ rär bestrahlt wird, durch eine entsprechende Schaltung der Schaltelemente bestimmt wird. Bei dieser Variante der Bestrahlungsanordnung schaltet der Multiplexer jeweils genau eines der Schaltelemente sequentiell nacheinander auf „offen" bzw. „lichtdurchlässig", während alle anderen geschlossen sind.
Der Vorteil dieser Variante ist, daß außer einer einzigen Lichtquelle keine weiteren beweglichen Teile verwendet werden müssen. Zudem ist die An¬ ordnung äußerst kompakt.
Aufgrund der sequentiellen Ansteuerung der Lichtquellen bzw. Schaltele¬ mente empfängt der Detektor jeweils nur ein Antwortsignal von einem ein¬ zelnen Abtastpunkt der potentiellen Meßspur und springt dann zur nächsten Meßspur weiter. Aus diesem Grund müssen die aufgrund der sequentiellen Ansteuerung der Strahlenquellen/Schaltelemente sequentiell ineinander ver¬ schachtelten Meßpunkte vor der Auswertung von einem dem Detektor nachgeschalteten Demultiplexer separiert und zu vollständigen Meßspuren sortiert werden. Erst danach kann durch eine Auswerteeinrichtung die Aus¬ wertung der Messungen vorgenommen werden.
Auch für die Detektorseite dieser Ausführungsform existieren mehrere be¬ vorzugte Varianten einer Lichtleiteranordnung zur Aufnahme der Abtast- Strahlung nach der Abtastung des Dokuments und Weiterleitung zum De¬ tektor.
Einerseits kann ein Lichtleiter mit einer Vielzahl von Vorsatzoptiken einge¬ setzt werden, wobei jede Vorsatzoptik die Abtaststrahlung einer diskreten Stelle des Dokumentes aufnimmt und in den Lichtleiter einkoppelt. Dieser transportiert den Abtaststrahl anschließend weiter zum Detektor.
Andererseits kann bei entsprechender Ausgestaltung des Lichtleiters auch auf die Vorsatzoptiken verzichtet werden. Dabei wird der Lichtleiter so aus- gestaltet und relativ zum Dokument ausgerichtet, daß er für die im wesentli¬ chen senkrecht bzw. mit kleinem Einfallswinkel, d.h. dem Winkel zwischen der Flächennormale und dem einfallenden Strahl, aus Richtung des Doku¬ ments auftreffende Strahlung durchlässig ist und diese einkoppelt. Strah¬ lung, die in einem größeren Winkel (von außen oder innen) auf eine Grenz- fläche des Lichtleiters auftrifft, wird jedoch weitestgehend reflektiert. Ab ei¬ nem bestimmten Winkel setzt Totalreflexion ein. Die eingekoppelte Strahlung wird dann in einer Variante dieser Lichtlei¬ teranordnung auf der gegenüberliegenden Seite des Lichtleiters von einem reflektierenden Sägezahn- bzw. Treppenprofil derart reflektiert, daß sie im weiteren nur mit so geringen Winkeln auf die Grenzflächen des Lichtleiters auf triff t, daß sie von diesen weiterstgehend reflektiert wird, wodurch sie im Lichtleiter verbleibt und schließlich zum Detektor weitergeleitet wird.
Bei einer alternativen Variante ist der Lichtleiter keilförmig mit dem sich öff¬ nenden Ende in Richtung des Detektors ausgestaltet. Durch die auseinander- strebenden Grenzflächen des Lichtleiters trifft die eingekoppelte Strahlung mit so geringen Winkeln auf die Grenzflächen auf, daß die Strahlung reflek¬ tiert und zum Detektor weitergeleitet wird.
Bei einer weiteren Ausführungsalternative kann der bereits im Rahmen der zweiten Ausführungsform beschriebene, mit einer Streukörperschicht auf der vom Dokument abgewandten Grenzschicht beschichtete Lichtleiter ver¬ wendet werden. Hierbei sorgen die Streukörper sowohl bei der Transmissi¬ onsvariante als auch in der mit einem Schlitz in der Streukörperschicht aus¬ gestatteten Remissionsvariante für die zur Weiterleitung benötigte Auslen- kung bzw. Streuung der eingekoppelten Strahlung.
Vorzugsweise werden die Strahlenquellen/Schaltelemente bei dieser weite¬ ren Ausführungsform im wesentlichen senkrecht zu der Vorschubrichtung des Dokuments entlang der Dokumentebene angeordnet. Bei einer Trans- missionslösung wird die Lichtleiteranordnung entsprechend auf der den Strahlenquellen gegenüberliegenden Seite der Dokumentebene angeordnet, während die Lichtleiteranordnung bei einer Remissionslösung auf der glei¬ chen Seite der Dokumentebene angeordnet wird.
Da in der Regel der Barcode lediglich entlang eines begrenzten Abschnitts entlang der vollständigen Ausdehnung des Dokumentes verläuft, ist bei je¬ dem Abtastvorgang lediglich eine kleine Zahl von Lichtquellen/Schalt¬ elementen bezüglich des Barcodes günstig angeordnet, während die meisten Lichtquellen/Schaltelemente Bereiche des Dokuments beleuchten, in denen kein Barcode vorliegt. Als verbesserte Variante der vorbeschriebenen vierten Ausführungsform und ihrer Varianten ist es daher möglich, vor der eigentli¬ chen Abtastung des Barcodes nach einem bezüglich der Vorschubrichtung dem Barcode vorgelagerten Spurbalken zu suchen, der denjenigen Abschnitt des Dokumentes markiert, in dem der Barcode bei einem weiteren Vorschub des Dokuments zu finden sein wird.
Bis zur Detektion des Spurbalkens durch die Auswerteeinrichtung werden sämtliche zur Verfügung stehenden Strahlenquellen/Schaltelemente von dem Multiplexer aktiviert/freigeschaltet und die von ihnen emittierte Strah¬ lung von der Lichtleiteranordnung an den Detektor weitergeleitet. Nach der Erkennung des Spurbalkens werden nur noch diejenigen Lichtquellen/
Schaltelemente aktiviert/freigeschaltet, die sich in dem Bereich des eintref¬ fenden Barcodes befinden, so daß die betreffenden Strahlenquellen/Schalt¬ elemente zeitlich höher getaktet werden können, was zu einer entsprechend erhöhten Ortsauflösung in Richtung der Vorschubrichtung des Dokuments führt. AlIe vorgenannten Ausführungsf ormen und -alternativen können prinzipiell mit den gleichen Detektoren und Strahlungsquellen betrieben werden. Als Detektoren kommen hierbei vorzugsweise monochromatische Indium- Gallium-Arsenid-Dioden (InGaAs), Germanium-Dioden (Ge), Si-Dioden (Si), oder zweifarbige Si/InGaAs-Sandwich-Dioden in Frage. Der Vorteil zweifar¬ biger Si/InGa As-Dioden liegt darin, daß keine zu justierende Optik (z.B. Strahlenteiler) benötigt wird und ein Bi-Color-Nachweis geführt werden kann. Insbesondere können durch geeignete Diodenwahl spezielle Pigmente angeregt und ausgewertet werden, die z.B. bei bestimmten Wertdokumenten wie Banknoten verwendet werden.
Falls polychromatisches Licht verwendet werden soll, ist es möglich ver¬ schiedenfarbiges Licht von verschiedenen Strahlenquellen durch einen Strahlenteiler zusammenzuführen und diesen polychromatischen Abtast- strahl nach der Abtastung des Dokuments durch einen entsprechenden
Strahlenteiler wieder zu trennen und individuellen Detektoren zuzuführen. Ebenso ist es möglich eine einzige polychromatisch (multispektrale) Strah¬ lenquelle einzusetzen.
Der erfindungsgemäße Barcodesensor kann auch in Handprüfgeräten einge¬ setzt und/oder mit Registrierkassen verbunden sein, um z.B. in Abhängigkeit des Preises von gekauften Waren und dem Wert der mittels des Barcodesen¬ sors eingescannten Banknoten automatisch die Summe des Wechselgelds zu berechnen.
Es sei besonders betont, daß die Merkmale der abhängigen Ansprüche und der in der nachstehenden Beschreibung genannten Ausführungsbeispiele in Kombination oder auch unabhängig voneinander und vom Gegenstand der Hauptansprüche, vorteilhaft verwendet werden können.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschrei- bung verschiedener erfindungsgemäßer Ausführungsbeispiele und Ausfüh¬ rungsalternativen. Es wird auf die Figuren verwiesen, die zeigen:
Figur Ia eine erste Ausführungsform zur Transmissions- Abtastung eines Dokuments mit einem Barcode in einer perspektivischen Ansicht;
Figur Ib den Strahlengang der in Figur IA gezeigten Ausführungsform;
Figur 2 eine Ausführungsalternative der in Figur Ia gezeigten Ausführungs¬ form zum Remissions-Abtasten eines Dokuments;
Figur 3a eine zweite Ausführungsform zur Transmissions- Abtastung eines Dokuments mittels segmentierter Spiegel;
Figur 3b eine schematische Darstellung des Strahlengangs entlang der seg- mentierten Ein- und Ausfallspiegel der Ausführungsform der Figur 3a;
Figur 4 eine Ausführungsalternative der Ausführungsformen der Figuren 1 bis 3 mit einem Lichtleiter mit Streukörperschicht;
Figur 5 eine dritte Ausführungsform zur Abtastung eines Dokuments mittels eines rotierenden Zylinders mit einem reflektierenden, erhabenen Gewinde; Figur 6 eine vierte Ausführungsform zur Abtastung eines Dokuments mit mittels einer Multiplex- Ansteuerung sequentiell angeordneten Strahlen¬ quellen und einer Lichtleiteranordnung;
Figur 7 eine Ausführungsalternative der in Figur 6 gezeigten Ausführungs¬ form mit einer Lichtleiteranordnung mit internem Sägezahnprofil; und
Figur 8 eine weitere Ausführungsalternative der in Figur 6 gezeigten Aus¬ führungsform mit einer schaltbaren Bestrahlungszeile und einer keilf örmi- gen Lichtleiter anordnung.
Die Figuren Ia und Ib zeigen den Aufbau einer Abtastvorrichtung 100 zum Abtasten eines sich in der Dokumentebene mit einer bestimmten Vorschub¬ richtung (Pfeilrichtung) bewegenden Dokuments 110 zur Abtastung eines auf dem Dokument 110 befindlichen Barcodes 120 mittels durch das Doku¬ ment 110 transmittierter Strahlung.
In diesem ersten Ausführungsbeispiel sind die Balken des Barcodes 120 par¬ allel zu der Vorschubrichtung des Dokuments 110 angeordnet. Die Abtast- Vorrichtung 100 kann jedoch genauso gut eingesetzt werden, um Barcodes 120 abzutasten und auszuwerten, deren Balken senkrecht zu der Vorschub¬ richtung des Dokuments 110 liegen. An der Vorrichtung 100 als solches än¬ dert sich durch diese alternative Orientierung eines Barcodes 120 nichts, al¬ lein eine nachgeschaltete Auswerteeinrichtung muß dann für die entspre- chenden Auswertungsschritte eingerichtet sein. Ebenso ist es denkbar, daß eine Abtastvorrichtung 100 zunächst die Orientierung des Barcodes 120 be- stimmt, um dann über die Auswerteeinrichtung eine entsprechende Auswer¬ tung des abgetasteten Barcodes 120 vorzunehmen.
Die Abtastvorrichtung 100 umfaßt zwischen ihrer Strahlenquelle 130 und dem Detektor 180 eine Reflektoranordnung, die aus einem variablen Reflek- tionselement 140, einem Einfallspiegel 150, einem Ausfallspiegel 160 und einer Sammellinse 170 besteht. Der Strahlengang des Abtaststrahls zwischen der Strahlenquelle 130 und dem Detektor 180 ist in Figur Ib schematisch dargestellt. Grundsätzlich können je nach Bedarf weitere Umlenkspiegel im Strahlengang vorgesehen werden.
Bei der Strahlenquelle 130 handelt es sich um eine Leucht- oder Laserdiode, die einen monochromatischen Abtaststrahl emittiert. Um die Abtastung mit mehrfarbigem oder polychromatischem Licht vornehmen zu können, kön- nen zwei Strahlenteiler 190, 191 in den Strahlengang eingebracht werden. Der Strahlenteiler 190 befindet sich im Strahlengang zwischen der Strahlen¬ quelle 130 und dem variablen Reflexionselement 140. Neben der Strahlen¬ quelle 130 projiziert eine zweite Strahlenquelle (nicht abgebildet) einen zwei¬ ten Abtaststrahl mit anderer Wellenlänge so auf den Strahlteiler 190, daß die beiden verschiedenfarbigen Abtaststrahlen von dem Strahlenteiler 190 zu¬ sammengeführt und gemeinsam auf das variable Reflexionselement 140 um¬ gelenkt werden.
Da auch die Detektoren in der Regel nur für bestimmte Wellenlängen emp- findlich sind, werden am Ende des Strahlengangs jeweils ein Detektor für jede der beiden Wellenlängen des Abtaststrahls bereit gestellt. Neben dem Detektor 180 wird also ein zweiter Detektor (nicht abgebildet) benötigt, wo- bei die Wellenlängenanteile durch den Strahlenteiler 191 separiert und auf den entsprechenden Detektor umgelenkt werden.
Die Abtastvorrichtung 100 ist so aufgebaut, daß sie eine geringe Bautiefe be- sitzt und insofern als kleines und handliches Scanngerät realisiert werden kann. Dazu sind die diversen optischen Reflektions- und Umlenkelemente 140, 150, 160, 170 so eingerichtet, daß der Strahlengang im wesentlichen par¬ allel zu der Dokumentebene verläuft. Aus diesem Grund besitzt das variable Reflektionselement 140, das in Figur Ia als Kippspiegel realisiert ist, eine Kippachse, die senkrecht zu der Dokumentebene verläuft. Bei einer Kippbe¬ wegung des Kippspiegels 140 wird der von der Strahlenquelle 130 emittierte Abtaststrahl parallel zu der Dokumentebene ausgelenkt und auf den Einfall¬ spiegel 150 projiziert, der senkrecht zu der Vorschubgeschwindigkeit die gleiche Abmessung besitzt, wie das abzutastende Dokument 110.
Der Einfallspiegel 150 lenkt den parallel zu der Dokumentebene einfallenden Abtaststrahl im wesentlichen senkrecht auf die Dokumentebene um, so daß der Abtaststrahl durch das abzutastende Dokument 110 hindurchstrahlt. Die transmittierte Strahlung trifft auf der anderen Seite der Dokumentebene auf den Ausfallspiegel 160.
Bei einer entsprechenden Kippbewegung des Kippspiegels 140 kann der Ab¬ taststrahl mittels der Umlenkung durch den Einfallspiegel 150 auf jeden be¬ liebigen Punkt einer Abtastlinie gelenkt werden, die senkrecht zu der Vor- schubrichtung des Dokuments 110 liegt, so daß der Barcode 120 unabhängig von seiner Position auf dem Dokument 110 abgetastet werden kann. Die aus dem Dokument 110 austretende Strahlung des Abtaststrahls ist auf¬ grund von Ablenkungen und Brechungen an dem Material des Dokuments 110 diffus und fällt als solche auf den Ausfallspiegel 160, der die diffuse Strahlung rechtwinklig parallel zu der Dokumentebene in Richtung des De- tektors 180 reflektiert.
Der Ausfallspiegel 160 ist ebenso wie der Einfallspiegel 150 in einer Abmes¬ sung vorgesehen, die der des Dokuments 110 senkrecht zu dessen Vorschub¬ richtung entspricht. Um sämtliche auf den Ausfallspiegel auftreffende Ab- taststrahlen bei beliebigen Kippositionen des Kippspiegels 140 auf einen orts¬ festen Detektor 180 umlenken zu können, ist eine Sammellinse 170 vorgese¬ hen, die die von dem Ausfallspiegel 160 umgelenkte diffuse Strahlung auf den Detektor 180 fokussiert. Vorzugsweise ist die Sammellinse 170 als astig¬ matische Linse ausgebildet, damit unabhängig von der Kipposition des Kippspiegels 140 von jedem Punkt etwa die gleiche Strahlungsmenge erfaßt wirdi
Die beiden Umlenkspiegel 150, 160 sind vorzugsweise so angeordnet, daß der Abtaststrahl senkrecht in die Dokumentebene hinein projiziert wird bzw. von dieser aufgenommen wird. Ebenso ist es jedoch möglich aufgrund bauli¬ cher Vorgaben einen schräge Ein- und Ausfallwinkel auf das Dokument zu wählen. In diesem Fall müssen die beiden Umlenkspiegel 150, 160 entspre¬ chend versetzt angeordnet werden, um das aus dem Dokument 110 austre¬ tende diffuse Strahlenbündel optimal erfassen zu können.
Vorzugsweise bilden der Einfallspiegel 150 und der Ausfallspiegel 160 je¬ weils mit der Dokumentebene einen Winkel von maximal 45 Grad, wobei kleinere Winkel die Bautiefe der Abtastvorrichtung 100 weiter reduzieren, ohne ihre Funktionalität einzuschränken. Vorteilhaft ist, wenn der Winkel so gewählt wird, daß der Detektor nur diffuses Licht erhält, und nicht im Glanzwinkel (Totalreflexion) des Abtaststrahls mißt.
Der in Figur Ia dargestellte Kippspiegel 140 ist vorzugsweise auf beiden Sei¬ ten reflektierend beschichtet, so daß er als Drehspiegel verwendet werden und beim Abtasten eine einzige kontinuierliche Rotationsbewegung durch¬ führen kann. Anstelle des Kippspiegels 140 sind Polygonspiegel verwend- bar. Der Kippspiegel 140 kann auch als oszillierender (Mikro-)Spiegel ausge¬ führt sein.
Wenn ein Dokument 110 durch die Abtastvorrichtung 100 in Vorschubrich¬ tung befördert wird, wird es durch die Anordnung der optischen Elemente 140, 150, 160, 170 zeilenweise vertikal abgetastet. Bei einem Barcode 120, des¬ sen Balken parallel zu der Vorschubrichtung des Dokuments 110 orientiert sind, können die Kippgeschwindigkeit des Kippelements 140 und die Vor¬ schubgeschwindigkeit des Dokuments 110 so aufeinander abgestimmt wer¬ den, daß sich der Abtaststrahl mindestens zweimal, d.h. entlang von zwei verschiedener Meßspuren, über die gesamte Ausdehnung des Barcodes 120 bewegt.
Aufgrund der kontinuierlichen und stufenlosen Bewegung des Kippspiegels 140 kann die zur Abtastung des Barcodes 120 benötigte Ortsauflösung ohne weiteres sichergestellt werden. Allerdings muß auch der Detektor 180 und die ihm nach geschaltete Auswerteinrichtung eine entsprechend schnelle Rotation des Kippspiegels 140 und insofern eine hohe Abtastgeschwindigkeit unterstützen. So muß bei der Verwendung digitaler Komponenten die CCD- Kamera eine genügend hohe Bildfrequenz bzw. der Detektor, wie z.B. ein Detektor auf Basis von InGaAs, eine entsprechend hohe Grenzfrequenz be¬ sitzen.
Falls die Balken des Barcodes 120 senkrecht zu der Vorschubrichtung orien¬ tiert sind, wird die Ortsauflösung in der Vorschubrichtung beim Abtasten des Barcodes 120. vorwiegend durch die Vorschubgeschwindigkeit des Do¬ kuments 110 bestimmt, so daß diese bei entsprechend dünnen Balken bzw. Balkenzwischenräumen (also bei hochfrequenten Strukturen) entsprechend gering sein oder die Auslenkung des Abtaststrahls durch den Kippspiegel 140 entsprechend schnell ablaufen muß.
Bei einer Transmissionslösung wie der in Figur Ia gezeigten, können nur solche Dokumente abgetastet werden, die zumindest minimal lichtdurchläs¬ sig sind, so z.B. Fahrscheine, Wertpapiere, Banknoten und dergleichen, nicht jedoch Chipkarten.
Demgegenüber können auch Barcodes auf opaken Dokumenten oder größe- ren Gegenständen durch einen entsprechenden erfindungsgemäßen Remis¬ sionssensor abgetastet werden. Eine solche Remissionsvariante zu der in Fi¬ gur Ia dargestellten Ausführungsform ist schematisch in Figur 2 gezeigt.
Auch bei der in Figur 2 gezeigten Ausführungsvariante ist eine Anordnung gewählt, die eine möglichst geringe Bautiefe der Abtastvorrichtung 100 si¬ cherstellt, indem der Strahlengang weitestgehend parallel zu der Dokument¬ ebene verläuft. Der Abtaststrahl trifft hier von der Strahlenquelle 130 auf ein variables Re- flektionselement 140, das in dieser Ausgestaltung als Polygonspiegel 141 realisiert ist. Der Polygonspiegel 141 lenkt den Abtaststrahl parallel zur Do- kumentebene auf den Einfallspiegel 151, der den Abtaststrahl auf das Do¬ kument 110 reflektiert.
Der von der Strahlenquelle 130 emittierte Abtaststrahl wird von dem Poly¬ gonspiegel 141 entsprechend der schematischen Darstellung in Figur 2 senk- recht zur Zeichnungsebene und insofern parallel und quer zum Dokument umgelenkt. Dadurch wird ein in Vorschubrichtung (Pfeilrichtung) laufendes Dokument 110 zeilenweise über seine gesamte Breite abgetastet. In dieser Ausführungsvariante sind die Balken des Barcodes 120 senkrecht zu der Vorschubrichtung und damit parallel zu der Auslenkung des Abtaststrahls in der Dokumentebene angeordnet.
Von dem Dokument wird der Abtaststrahl diffus reflektiert, trifft dann auf den Ausfallspiegel 161, der die diffuse Strahlung im wesentlichen rechtwin¬ kelig auf die Sammellinse 170 umlenkt, die es ihrerseits auf den Detektor 180 fokussiert.
Bei der in Figur 2 dargestellten Variante ist der Einfallspiegel 151 in einer Aussparung des Ausfallspiegels 161 angeordnet. Beide Spiegel 151, 161 sind ausreichend groß, um sich über die gesamte Breite des Dokuments 110 zu erstrecken, damit ein Barcode 120 an jeder beliebigen Stelle des Dokuments 110 abgetastet werden kann. Durch die Aussparung im Ausfallspiegel 161 geht zwar ein gewisser Anteil der reflektierten, diffusen Strahlung verloren, jedoch ist der verbleibende Teil, der tatsächlich auf den Ausfallspiegel 161 auftrifft, in der Regel ausreichend, um eine zuverlässige Detektion und Er¬ kennung des Barcodes zu ermöglichen.
Abweichend von der in Figur 2 dargestellten Anordnung ist es auch mög¬ lich, das variable Reflektionselement 141 direkt an die Stelle des Einfallspie¬ gels 151 in die Aussparung des Ausfallspiegels 161 einzubringen und auf den Einfallspiegel 151 zu verzichten. Ebenso ist es möglich, das variable Re¬ flektionselement 141 bzw. den Einfallspiegel 151 nicht in einer Aussparung des Ausfallspiegels 161 anzuordnen, sondern räumlich getrennt von diesem. Prinzipiell sind in dieser Weise viele verschiedene Anordnungen der diver¬ sen optischen Umlenkelemente denkbar, ohne daß das erfinderische Prinzip dadurch verlassen würde.
Figur 3a zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung, die eine trans- mittierende Abtastung eines Dokuments 110 mit einem im Verhältnis zur Vorschubrichtung (Pfeilrichtung) senkrecht angeordneten Barcode 120.
Ebenso wie in den vorbeschriebenen Ausführungsformen besteht die Reflek- toranordnung in Figur 3a wieder aus einer Strahlenquelle 130, einem varia¬ blen Reflektionselement 140, einem Einfallspiegel 152, einem Ausfallspiegel 162, und einem Detektor 180, wobei der Ein- und Ausfallspiegel 152, 162 hier jeweils als segmentierte Spiegel ausgebildet sind.
Die Segmente 153 des Einfallspiegels 152 sind so angeordnet, daß sie jeweils den von dem variablen Reflektionselement 140 kommenden Abtaststrahl im wesentlichen senkrecht in die Dokumentebene umlenken. Dabei bestrahlt jedes Spiegelsegment 152 einen ihm zugeordneten parallel zur Vorschubrich¬ tung gelegenen Abschnitt der Dokumentebene, so daß bei dieser Ausfüh¬ rungsform die Abtastung nicht kontinuierlich sondern diskret ist, da jedes Spiegelsegment 153 eine separate Abtastspur durch den Barcode 120 defi- niert. Aus diesem Grund können mit dieser Vorrichtung 100 nur Barcodes 120 abgetastet werden, deren Balken im wesentlichen senkrecht zur Vor¬ schubrichtung orientiert sind, da nur für solche Barcodes 120 die für die Ab¬ tastung benötigte Ortsauflösung sichergestellt werden kann. Prinzipiell wird ein solcher Barcode 120 dann mit genau so vielen parallelen Meßspuren ab- getastet, wie Spiegelsegmente 153 entlang der Breite des Barcodes 121 posi¬ tioniert sind.
Die einzelnen Spiegelsegmente 152 werden durch die kontinuierliche Aus¬ lenkung des Abtaststrahls durch das variable Reflektionselement 140 se- quentiell bestrahlt. In Abstimmung mit der Vorschubgeschwindigkeit des Dokuments 110 erfolgt also die Geschwindigkeit der Auslenkung des Ab¬ taststrahls durch das variable Reflexionselement 140 mit einer zur Sicher¬ stellung der benötigten Ortsauflösung ausreichenden Geschwindigkeit zei¬ lenweise.
Die Strahlung eines von dem Einfallspiegel 152 senkrecht in die Dokument¬ ebene projizierten Abtaststrahls tritt diffus auf der anderen Seite der Doku¬ mentebene aus dem Dokument 110 aus und trifft auf ein Spiegelsegment 163 des segmentierten Ausfallspiegels 162. Dieser fokussiert die Strahlung schließlich auf den Detektor 180, der die optische Information in ein elektri¬ sches Signal umwandelt und einer nachgeschalteten Auswerteinrichtung (nicht abgebildet) zuführt. Vorzugsweise werden auf der Ausfallseite der Dokumentebene eine Anzahl von Sammellinsen (nicht abgebildet) so angeordnet, daß je eine Sammellinse für jedes Spiegelsegment 163 des Ausfallspiegels 162 vorgesehen ist. Eine solche Sammellinse nimmt idealerweise das von dem ihm zugeordneten Spiegelsegment 153 in die Dokumentebene projizierte Strahlenbündel auf und projiziert es gebündelt auf das entsprechende Spiegelsegment 163 des Ausfallspiegels 162.
Auch bei dieser zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform ergeben sich vielfältige Möglichkeiten, die Umlenkspiegel 152, 162 zu positionieren. In einer besonders bevorzugten Variante ist der Ausfallspiegel 162 sphärisch um die Abtastlinie der Dokumentebene herum angeordnet, um einen maxi¬ malen Anteil der diffusen Abtaststrahlung nach dem Durchtritt durch das Dokument 110 aufnehmen zu können.
Figur 3b zeigt schematisch eine Übersicht des Strahlengangs von der Strah¬ lenquelle 130 über die Spiegelsegmente 153 des Einfallspiegels 152, das Do¬ kument 110 und die Spiegelsegmente 163 des Ausfallspiegels 162 zum De- tektor 180, sowie die kompakte Größe der segmentierten Spiegel 152, 162. Dargestellt sind jeweils nur die Mittelstrahlen.
Man sieht, daß jedes Spiegelsegment 153 einen bestimmten Abschnitt auf dem Dokument 110 als begrenztes Intervall um den entsprechenden Mittel- strahl herum bestrahlt. Die diskrete Abtastung des Dokuments 110 ergibt sich nun daraus, daß der Abtaststrahl beim auslenken durch das variable Reflektionselement 140 von einem zum nächsten Spiegelsegment 153 se- quentiell weiter wandert und jedes Spiegelsegment 153 einen klar umrisse- nen Abschnitt des Dokuments 110 beleuchtet, der verschieden ist von den Abschnitten der anderen Spiegelsegmente 153.
Neben den in den Figuren 3a und 3b gezeigten Anordnungen der Ein- und Ausfallspiegel 152, 162, die eine Transmissionsabtastung vorsehen, ist eine Remissionsabtastung dadurch möglich, daß der segmentierte Ausfallspiegel 162 auf der gleichen Seite der Dokumentebene angeordnet wird wie der segmentierte Einfallspiegel 152, wobei der Einfallspiegel 152 ähnlich der Fi- gur 2a in einer Aussparung des Ausfallspiegels 162 positioniert wird. Alter¬ nativ kann auch nur ein mittlerer Bereich des Spiegels als Einfallsspiegel ge¬ nutzt werden und um diesen mittleren Bereich liegende andere Bereiche des Spiegels zur Umlenkung der vom beleuchteten Dokument ausgehenden Strahlung auf den Detektor ausgestaltet sein.
Andererseits ist es auch möglich, den Ausfallspiegel 162 in den Einfallspiegel 152 direkt zu integrieren, indem diejenigen Spiegelsegmente des Einfalls¬ spiegels 152, die zwischen zwei als Einfallspiegel wirkenden Spiegelsegmen¬ ten 153 positioniert sind, als Ausfallspiegelsegmente ausgebildet werden. Diese projizieren dann die von dem Dokument 110 reflektierten Abtast¬ strahlen idealerweise gleichgerichtet mit dem Einfallstrahls auf einen Detek¬ tor 180.
Figur 4 illustriert eine Ausführungsalternative der ersten beiden Ausfüh- rungsformen, die auf separate Ausfallspiegelanordnungen verzichtet und statt dessen ein Lichtsammelelement wie z.B. einen Lichtleiter 165 vorsieht. Obwohl Figur 4 die Transmissionsabtastung zeigt, ist der Lichtleiter 165 in leicht abgewandelter Form auch zur Remissionsabtastung einsetzbar.
Im abgebildeten Transmissionsfall ist der Lichtleiter 165 flächig ausgebildet und im wesentlichen parallel zum Dokument 110 auf der der Strahlungs¬ quelle 130 gegenüberliegenden Seite der Dokumentebene angeordnet. Die dem Dokument zugewandte Grenzschicht des Lichtleiters 165 ist für vom Dokument 110 kommende, im wesentlichen senkrecht auf sie auf treffende Abtaststrahlen transparent, so daß diese in den Lichtleiter 165 eingekoppelt werden. Die unmittelbar eingekoppelten Abtaststrahlen verlaufen durch dem Lichtleiter 165 und treffen auf eine Streukörperschicht 166 (schraffiert dargestellt) auf der vom Dokument 110 abgewandten Grenzschicht des Lichtleiters 165, von der sie gestreut reflektiert werden und so aus ihrer wei- testgehend senkrechten Richtung ausgelenkt werden. Die ausgelenkten Strahlen verbleiben dann überwiegend im Lichtleiter 165 und werden von diesem zum Detektor 180 weiter geleitet, da ihre Auftreffwinkel auf die in¬ ternen Grenzflächen des Lichtleiters 156 nunmehr überwiegend so gering sind, daß die Strahlen wieder nach innen reflektiert werden. Hierbei ist es vorteilhaft, die nicht dem Detektor 180 zugewandten Seitengrenzflächen (grau hinterlegt) zur Unterstützung der Weiterleitung der eingekoppelten Strahlen zu verspiegeln.
Auf diese Weise kann über die gesamte Fläche des Dokuments 110 nahezu unabhängig von der Strahlungsintensität zumindest ein Teil der vom Doku- ment 110 transmittierten Strahlung aufgenommen und nachgewiesen wer¬ den. Bei einer entsprechenden Remissionslösung kann der beschichtete Lichtleiter 165 zwischen dem Dokument 110 und einem etwaigen Einfallspiegel, einem Reflektorelement oder der Strahlungsquelle 130 mit der streukörperbe- schichteten Grenzfläche 166 dem Einfallspiegel/Reflektorelement bzw. der Strahlungsquelle 130 zugewandt angeordnet werden. In diesen Fall ist in der Streukörperschicht 166 ein Schlitz angebracht, durch den hindurch die Ab¬ taststrahlung von der Strahlungsquelle 130 zum Dokument 110 verlaufen kann, von wo sie zurück zum Lichtleiter 165 reflektiert und von der Streu¬ körperschicht 166 reflektiert zum Detektor 180 weitergeleitet wird.
Der Lichtleiter 165 besteht vorzugsweise aus einem Polymer, während die Streukörperschicht 166 vorzugsweise durch einen lichtstreuenden Farbauf¬ trag auf der entsprechende Seite des Polymers realisiert wird.
Figur 5 zeigt eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die als Reflektoranordnung einen rotierenden Zylinder 142 umfaßt, der auf sei¬ ner Oberfläche mit einem erhabenen Gewinde 143 ausgestattet ist, das auf ihn auftreffende Abtaststrahlen auf die Dokumentebene reflektiert.
Obwohl die Figur 5 nur die zylinderförmige Reflektoranordnung 142, 143 und die sich daraus ergebenden umgelenkten Abtaststrahlen 131, 133 zeigt, ist es selbstverständlich daß diese mit sämtlichen zusätzlichen optischen Elementen der vorbeschriebenen Ausführungsformen ausgestattet werden kann, um weiterführende Effekte wie z. B. eine reduzierte Einbautiefe oder einen bestimmten Strahlenverlauf bereitzustellen. Insbesondere ist es auch hier möglich einen Einfallspiegel vorzusehen, der die emittierte Strahlung einer Strahlenquelle auf das reflektierende Gewinde 143 umlenkt oder der parallel zur Rotationsachse des Zylinders 142 entlang seiner gesamten Länge angeordnet ist, um den Abtaststrahl auf ein abzutastendes Dokument 110 umzulenken. Darüber hinaus können hier auch Ausfallspiegel/ Sammellinse und Strahlenteiler entsprechend der vorbeschriebenen Ausführungsformen zum Einsatz kommen.
In jedem Falle trifft der Abtaststrahl 131 axial entlang der Oberfläche des rotierenden Zylinders 142 auf einen bestimmten Punkt des schraubenförmi¬ gen Gewindes 143 auf, an dem der Abtaststrahl 131 vorzugsweise rechtwin- kelig auf die Dokumentebene ausgelenkt wird. Bei einer Rotation des Zylin¬ ders 142 wandert dieser Reflektionspunkt das Gewinde 143 entlang und verlagert sich somit in axialer Richtung quer zu der Vorschubrichtung des Dokuments 110. Wenn sich der Zylinder 142 einmal um seine Rotationsachse vollständig gedreht hat, springt der Reflektionspunkt wieder an den Anfang des Gewindes zurück und es wird auf dem Dokument 120 eine weitere Zeile abgetastet.
Ausgehend von dieser Grundanordnung sind viele verschiedene Varianten des Zylinders 142 und der auf ihm angebrachten Gewinde 143 möglich. So ist es beispielsweise möglich, durch entsprechende Anordnung einer Strah¬ lenquelle einen Abtaststrahl 131 tangential in die Dokumentebene umzulen¬ ken, oder einen anderen Abtaststrahl 132, der von der gegenüberliegende Seite des Zylinders 142 eingestrahlt wird, radial auszulenken.
Besonders vorteilhaft ist die Verwendung von zwei Gewinden, die jeweils separate Bereiche der Oberfläche des Zylinders 142 bedecken und durch an entgegengesetzten Enden des Zylinders 142 positionierten, ihnen zugeordne- ten Strahlenquellen axial beleuchtet werden. Auf diese Weise kann ein Do¬ kument 110 senkrecht zu seiner Vorschubrichtung in der doppelten Ge¬ schwindigkeit abgetastet werden, da jeder der beiden auf die Dokumentebe¬ ne auftreffenden Abtaststrahlen einen eigenen Abschnitt einer Meßlinie par- allel abtastet. Die doppelte Abtastgeschwindigkeit ergibt sich insbesondere dann, wenn parallel auf dem Zylinder 142 zwei Gewindegänge laufen, die jeweils nur 180° des Zylinders abdecken. Eine Aufteilung auf zwei Teillinien mit zwei Strahlquellen und zwei Detektoren ermöglicht auch eine Verringe¬ rung der nötigen Grenzfrequenzen.
Als Detektoren kommt prinzipiell jeder Typ in Frage, der für das jeweils verwendete das Emissionsspektrum empfindlich ist. Bevorzugt werden je¬ doch bei allen Ausführungsformen der vorliegende Erfindung Silizium-, Germanium- oder InGaAs-Detektoren eingesetzt.
In den Figuren 6, 7 und 8 ist schließlich eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in drei Varianten illustriert, die ähnlich der zweiten Ausführungsform (Figur 2a, 2b) zunächst nur solche Barcodes 220 abtasten kann, deren Balken im wesentlichen senkrecht zur Vorschubrichtung des Dokuments 210 orientiert sind, da eine Bestrahlungsanordnung 230 auf dem abzutastenden Dokument 210 eine Vielzahl von nebeneinanderliegenden diskreten Stellen bestrahlt und insofern unveränderliche diskrete Abtastspu¬ ren parallel zur Vorschubrichtung definiert.
Bei den in den Figuren 6 und 7 gezeigten Ausführungsvarianten besteht die Bestrahlungsanordnung 230 aus einer Vielzahl von Strahlenquellen 231, die senkrecht zur Vorschubrichtung des Dokuments 210 voneinander beabstan- det angeordnet sind und sequentiell von der Multiplex-Einrichtung 235 akti¬ viert werden. Die Aktivierung der Strahlenquellen 231 läuft also entlang der gesamten Breite des Dokuments 210 in einer Endlosschleife und beginnt dann wieder von vorne. Der Abstand der Strahlenquellen ist bei dieser Aus- führungsform vorzugsweise ca. 1 cm.
Eine andere Variante zeigt Figur 8, wo die Bestrahlungseinrichtung 230 aus einer schaltbaren Bestrahlungszeile 232 und nur einer einzigen Strahlungs¬ quelle 231 besteht, die Abtaststrahlung in die Bestrahlungszeile 232 einkop- pelt.
Die Bestrahlungszeile 232 ist vorzugsweise als Lichtleiter ausgebildet bei dem die der Dokumentebene zugewandte Seite mit schaltbaren optischen Elementen 233, vorzugsweise Flüssigkristall-Mikrodisplays, ausgestattet ist, die jeweils einer diskreten Stelle des Dokuments 210 zugeordnete sind und die zwei Schaltzustände besitzen: einen offenen bzw. lichtdurchlässigen Zu¬ stand (in Fig. 8 schraffiert dargestellt) und einen geschlossen bzw. lichtun¬ durchlässigen Zustand. Die restlichen Seiten der Bestrahlungszeile 232 sind vorzugsweise verspiegelt.
Im offenen Zustand besitzen die Schaltelemente 233 eine hohe Transmission, so daß ein Licht- oder Laserstrahl an dieser Stelle aus der Bestrahlungszeile 232 in Richtung der Dokumentebene austreten kann, während die Schalt¬ elemente 233 in geschlossenem Zustand eine hohe Reflexivität besitzen und einen auftreffenden Strahl ins Innere der Beleuchtungszeile 232 zurückreflek¬ tieren. Zur sequentiellen Abtastung der durch die Schaltelemente 233 defi¬ nierten Meß spuren werden deren Zustände von einer Steuer- oder Multi- plexeinrichtung 235 so angesteuert, daß jeweils nur ein Schaltelement 233 im offenen Zustand ist und die Schaltelement 233 sequentiell nacheinander in ■ einer Endlosschleife geöffnet und geschlossen werden.
Beide vorgenannten Varianten der Bestrahlungsanordnungen sind prinzipi¬ ell gleichwirkend und erlauben das sequentielle Abtasten diskreter Stellen des Dokuments 210 entlang beabstandeter Meßspuren senkrecht zum Barco¬ de 220.
Die von jeder der Strahlenquellen 231 bzw. der Beleuchtungszeile 232 emit¬ tierte elektromagnetische Abtaststrahlung wird von einer Lichtleiteranord¬ nung 250 aufgenommen und dem Detektor 280 zugeführt, der vorzugsweise ein InGaAs-Detektor ist. Die Figuren 6, 7 und 8 zeigen Varianten dieser Lichtleiteranordnung 230 in Form eines Lichtleiters 252 mit Vorsatzoptiken 251 (Fig. 6), einem Lichtleiter 253 mit internem reflektierendem Sägezahn¬ profil 255 (Fig. 7) und einem keilförmig zulaufenden Lichtleiter 254 (Fig. 8).
In Figurβ nimmt ein Lichtleiter 252 die von dem sich in Vorschubrichtung fortbewegenden Dokument 210 reflektierten bzw. durch es transmittierten Abtaststrahlen mittels Vorsatzoptiken 251 auf, die jeweils einer der Strahlen¬ quellen 231 zugeordnet sind, und leitet die aufgenommene Strahlung weiter an den gemeinsamen Detektor 280. Die Lichtleiter anordnung 250 der Figur 6 kann, wie dargestellt, aus einem einzigen Lichtleiter 252 bestehen, der über Verzweigungen mit jeder der Vorsatzoptiken 251 verbunden ist, oder aus je einem Lichtleiter mit Vorsatzoptik 251 für jede Strahlenquelle 231. Es ist al¬ lerdings auch eine Anordnung wie in Fig. Ia mit Spiegel und Linse einsetz¬ bar. Die Figur 7 und 8 zeigen einen Lichtleiter 253, 254 als Lichtleiteranordnung 250, der im wesentlichen senkrecht auf eine Einfallseite auftreffende Strah¬ lung einkoppelt, während nicht senkrecht (bzw. in einem bezüglich der Flä- chennormalen eher stumpfen Winkel) auf eine Grenzfläche des Lichtleiters 253, 254 auftreffende Strahlung reflektiert wird. Es handelt sich bei dem Lichtleiter also vorteilhaft um ein Material mit hohen Brechungsindex ge¬ genüber der umgebenden Atmosphäre. Durch eine entsprechende Wahl des Materials kann der Grenzwinkel zwischen Reflektion und Transmission ge- nau determiniert werden. Die Einfallseite kann zusätzlich mit einem Interfe¬ renzfilter ausgestattet sein, der einen bestimmten Wellenlängenbereich, z.B. 1500 nm, passieren läßt und andere blockiert.
Um einen eingekoppelten Strahl im Lichtleiter weiterzuleiten muß dieser intern also so reflektiert werden, daß er nicht senkrecht auf die Grenzflächen auftrifft. Dies wird in Figur 7 und 8 unterschiedlich realisiert:
Der Lichtleiter 253 der Figur 7 umfaßt auf der der Einfallseite gegenüberlie¬ gende Seite ein ins Innere des Lichtleiters 253 gerichtetes reflektierendes Sä- gezahnprofil 255, auf das die in den Lichtleiter 253 eintretende Strahlung zwangsläufig auftrifft. Die Strahlung wird von dem Sägezahnprofil 255 in Richtung des Detektors 280 so reflektiert, daß sie anschließend so auf die sonstigen Grenzflächen des Lichtleiters 253 auftrifft, daß die Abtaststrahlung weitestgehend reflektiert wird.
Der Lichtleiter 254 der Figur 8 besitzt eine keilförmige bzw. konische Form, wodurch Abtaststrahlung, die in den Lichtleiter 254 eintritt, in einem geeig- net stumpfen Winkel auf die Grenzflächen des Lichtleiters 254 auf treffen, so daß der Abtaststrahl im Lichtleiter verbleibt. Damit die eingekoppelten Strahlen zum Detektor 280 weitergeleitet werden ist der keilförmige Lichtlei¬ ter 254 mit seinem weiten Ende in Richtung des Detektors 280 orientiert.
Als weitere Variante eines Lichtleiters zur Weiterleitung der vom Dokument 210 reflektierten oder transmittierten Strahlung kann auch der in Figur 4 dargestellte und oben im Zusammenhang mit der zweiten Ausführungsform diskutierte streukörperbeschichtete Lichtleiter - sowohl in seiner Transmis- sions- als auch in der Remissionsvariante - verwendet werden. Die Streukör¬ perschicht wirkt dabei in der gleichen Weise wie das reflektierende Säge¬ zahnprofil 255 des in Figur 7 gezeigten Lichtleiters 253 oder die Keilform des Lichtleiters 254 in Figur 8.
Bei jeder der Ausführungsvarianten der Figuren 6, 7 und 8 empfängt der Detektor 280 bei einem Abtastvorgang Antwortsignale, die jeweils gemäß der Vorschubrichtung des Dokuments 210 zeilenweise Abtaststellen des Do¬ kuments 210 repräsentieren. Jede dieser Zeilen nimmt also eine diskrete Ab¬ tastung entlang einer Linie vor, die parallel zu den abzutastenden Balken des Barcodes 220 liegt. Durch den Vorschub des Dokuments 210 ergibt sich dann beim Abtasten für jede Abtaststelle eine eigene Meßspur. Da die Meßspuren jedoch aufgrund der sequentiellen Ansteuerung der Bestrahlungsanordnung 230 punktweise ineinander verschachtelt abgetastet werden, ist eine dem Detektor nachgeschaltete Demultiplex-Einrichtung 290 vorgesehen, die die zeilenweise ermittelten Abtaststellen entsprechend der einzelnen Meßspuren auflöst, sortiert und zusammenhängend der Auswerteinrichtung zuführt. Da bei der in den Figuren 6, 7 und 8 dargestellten vierten Ausführungsform die Lichtleiteranordnung 250 prinzipiell dieselben Aufgaben erfüllt, wie die diversen Reflektoranordnungen in den vorgenannten drei Ausführungsfor¬ men (Figuren 1 bis 5), können dementsprechend anstelle des bevorzugten Lichtleitersystems 250 auch gleichwirkende Spiegel- oder Linsenanordnun¬ gen, z. B. ein segmentierter Spiegel, verwendet werden. Ebenso können die in den Figuren 6, 7 und 8 illustrierten Lichtleiteranordnungen auch in den vorbeschriebenen drei Ausführungsformen entsprechend eingesetzt werden.
Ebenso wie die vorbeschriebenen Ausführungsformen kann auch diese vier¬ ten Ausführungsform in einer Transmissionsvariante und einer Remissions¬ variante ausgebildet sein. Bei der Transmissionsvariante liegen die Beleuch¬ tungsanordnung 230 und die Lichtleiteranordnung 250 auf verschiedenen Seiten der Dokumentebene, während bei der Remissionsanordnung beide Anordnungen auf der gleichen Seite der Dokumentebene angeordnet sind.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der in Figur 6 gezeigten Ausführungs¬ variante ist es möglich, die Vielzahl von Strahlenquellen 231 durch eine ein¬ zige Strahlenquelle zu ersetzen, mit deren elektromagnetischer Strahlung das gesamte Dokument quer zur Vorschubrichrung über Streu- und Um¬ lenkelemente homogen bestrahlt wird.
Bei dieser vierten Ausführungsform der Erfindung werden prinzipiell sämt¬ liche Strahlenquellen 231 bzw. optischen Schaltelemente 233 von dem Multi- plexer 235 sequentiell aktiviert bzw. freigeschaltet, unabhängig davon, ob sie in Abhängigkeit von der Lage des Barcodes 220 auf dem Dokument 210 die¬ sen tatsächlich bestrahlen. In der Figur 6 sind jedoch wegen der Lage und Breite des Barcodes 220 lediglich drei der insgesamt sechzehn Strahlenquel¬ len 231 der Bestrahlungsanordnung 230 so angeordnet, daß die von ihnen emittierten Abtaststrahlen jeweils von einer Stelle des Dokuments 210 reflek¬ tiert werden, die zu dem Barcode 220 gehört.
Deshalb können bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der vierten Ausführungsform Dokumente 210 abgetastet werden, die die Lage des Bar¬ codes 220 auf dem Dokument 210 durch Spurbalken.225 an den Rändern des Dokuments 210 ankündigen. Sobald ein solcher Spurbalken 225 von der Ab- tastvorrichtung 200 abgetastet und von ihrer Auswerteinrichtung als solcher erkannt wird, werden nachfolgend nur noch diejenigen Lichtquellen 231 bzw. Schaltelemente 233 aktiviert bzw. freigeschaltet, die beim weiteren Vor¬ schub des Dokuments 210 so positioniert sind, daß sie den Barcode 220 tat¬ sächlich ausleuchten. Auf diese Weise kann bei gleicher Aktivierungs- bzw. Schaltgeschwindigkeit der einzelnen Strahlenquellen 231 bzw. Schaltelemen¬ te 233 der Barcode 220 aufgrund der häufigeren Aktivierung bzw. Freischal¬ tung der ausgewählten Strahlenquellen 231 bzw. Schaltelemente 233 entwe¬ der mit einer entsprechend höheren Ortsauflösung oder bei gleicher Ort¬ sauflösung mit erhöhter Vorschubgeschwindigkeit abgetastet werden.
Als Detektortyp kommt für alle vorgenannten Ausführungsformen und - alternativen prinzipiell jeder Typ in Frage, der für das jeweils verwendete das Emissionsspektrum empfindlich ist. Bevorzugt werden jedoch bei allen Ausführungsformen der vorliegende Erfindung InGaAs-Detektoren verwendet. Daneben können viele anderer Detektoren eingesetzt werden, so z.B. auch Germanium-Detektoren oder Silizium-Detektoren. Ebenso kann es bei bestimmten Anwendungen der Erfindung sinnvoll sein, hybride Si/InGaAs-Sandwich-Detektoren einzusetzen, bei denen die beiden Sandwich-Detektoren einzusetzen, bei denen die beiden Komponenten je¬ weils in einem anderen Spektralbereich empfindlich sind und sich so zwei Lichtfarben gleichzeitig detektieren lassen. Derartige zweifarbige Detektoren können dann gegebenenfalls mit einer zweifarbigen (bzw. multispektralen) Strahlungsquelle kombiniert werden.
Insbesondere wenn ausreichend Licht bzw. Strahlung zu Verfügung steht, können alternativ zu den Sandwich-Dioden auch segmentierte oder geteilte Photodioden verwendet werden, z.B. mit entsprechende Filtern bedampfte InGaAs-Dioden.
Für alle vorgenannten Ausführungsformen können als Strahlenquellen spe¬ zielle Leucht- oder Laserdioden verwendet werden, die monochromatisches Licht, d. h. Licht eines schmalen Frequenzbandes des elektromagnetischen Spektrums, oder multispektrales bzw. mehrfarbiges Licht emittieren. Vor¬ zugsweise werden jedoch zumindest auch Leuchtdioden eingesetzt, die Wellenlängen aus dem nahen Infrarot-Bereich oder dem fernen Infrarot- Bereich emittieren. Ebenso ist es bei der Verwendung entsprechender Detek¬ toren und Strahlungsquellen möglich, gleichzeitige Messungen im sichtbaren und nahen IR-Bereich oder eine gleichzeitige oder ausschließliche Abtastung lumineszierender oder fluoreszierender Strukturen vorzunehmen. Dadurch ist es beispielsweise möglich, gleichzeitig zwei oder mehrere Barcodes zu detektieren, z.B. einen roten und einen IR-absorbierenden Barcode.
Der Vorschub eines Dokuments durch die Abtastvorrichtung wird in der Regel automatisch durch eine entsprechende Vorschubeinrichtung sicherge¬ stellt. Es ist jedoch zur weiteren Reduktion von Kosten und Bautiefe möglich, ein manuelles Durchschieben oder Durchziehen des Dokuments durch den jeweiligen Benutzer der Abtastvorrichtung vorzusehen.
Prinzipiell sich die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung geeig- net, auf die Erkennung beliebiger eindimensionaler Barcode-Typen angepaßt zu werden , z.B. EAN, UPQ 2/5-Codes, Code 39, Codabar, Code 93, Code 128, PDF 417, etc. Ebenso ist die Drucktechnik, mit der ein Barcode auf das Dokument aufgebracht wird, für die Erkennung des Barcodes unerheblich. Es können z.B. Standarddruckverfahren, wie Hoch- und Tiefdruck, Offset- druck, Siebdruck, Thermo-, Laser-, Tintenstrahl- und Nadeldruck verwendet werden.
Erfindungsgemäß werden somit u.a. Abtastvorrichtungen (100; 200) zur Ab¬ tastung von auf Dokumenten (110; 210) angebrachten Barcodes (120; 220) vorgeschlagen, die jeweils eine Reflektoranordnung besitzen (140, 150, 160, 170; 141, 151, 161; 152, 162; 165; 142, 143), die entweder ein variables Reflek- tionselement (140; 141; 142, 143) oder ein Lichtleitersystem (250, 251, 252; 253, 255; 254) umfassen, das dazu dient, den Strahlengang der von einer Strah¬ lenquelle (130) bzw. einer Beleuchtungseinrichtung (230, 231; 232, 233) emit- tierten elektromagnetischen Strahlung in der Dokumentebene entlang einer zu der Vorschubrichtung des Dokuments (110; 210) im wesentlichen senk¬ rechten Linie auszulenken bzw. aufzunehmen und zu einem Detektor (280) weiterzuleiten. In Kombination mit der Vorschubbewegung ergeben sich dann durch die zeilenweise Abtastung des Dokuments (110; 210) entlang der verschiedenen Meßspuren aufgrund des wiederholten Auslenkens des
Strahlengangs mittels des variablen Reflektionselements (140; 141; 142, 143) bzw. des wiederholten sequentiellen Weiterleitens des Abtaststrahls durch die Lichtleiteranordnung (250, 251, 252; 253, 255; 254) preisgünstige und kompakte Abtastvorrichtungen (100; 200), da auf die redundante Strahlen¬ quellen (130; 230) und Detektoren (180; 280) verzichtet werden kann.

Claims

F a t e n t a n s p r ü c h e
1. Abtastvorrichtung (100) zum mehrspurigen Abtasten eines Barcodes (120) eines in einer Vorschubrichtung entlang zumindest einer Dokument- ebene bewegten Dokuments (HO)7 umfassend:
- mindestens eine Strahlenquelle (130) zur Erzeugung eines elektromagneti¬ schen Abtaststahls,
- eine Reflektoranordnung (140, 150, 160, 170; 141, 151, 161; 152, 162; 165; 142), die eingerichtet ist, den Abtaststrahl unter Einbeziehung des Doku- ments (HO) von der Strahlenquelle (130) zu einem Detektor (180) umzu¬ lenken, und
- eine Auswerteeinrichtung, die eingerichtet ist, den von dem mindestens einen Detektor (180) entlang von mindestens zwei Meßspuren detektier- ten Abtaststrahl auszuwerten, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektoranordnung (140, 150, 160, 170; 141, 151, 161; 152, 162; 165; 142) mindestens ein variables Reflektionselement (140; 141; 142) umfaßt, das eingerichtet ist, den Strahlengang des Abtast¬ strahls entlang einer Linie der Dokumentebene auszulenken, die im wesent¬ lichen senkrecht zu der Vorschubrichtung verläuft.
2. Abtastvorrichtung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektoranordnung (140, 150, 160, 170; 141, 151, 161; 152, 162; 142) einen Ausfallspiegel (160; 161; 162) umfaßt, der eingerichtet ist, von der Linie der Dokumentebene empfangene Strahlung dem Detektor (180) zuzuleiten.
3. Abtastvorrichtung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektoranordnung (140, 150, 170; 141, 151; 152; 165; 142) einen Lichtleiter (165) umfaßt, der eingerichtet ist, von der Linie der Dokument¬ ebene empfangene Strahlung dem Detektor (180) zuzuleiten.
4. Abtastvorrichtung (100) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtleiter (165) auf der dem Dokument (110) abgewandten Seite eine Streukörperschicht (166) umfaßt.
5. Abtastvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektoranordnung (140, 150, 160, 170; 141, 151, 161; 152, 162; 165; 142) einen Einfallspiegel (150; 151; 152) umfaßt, der einge¬ richtet ist, den Abtaststrahl auf die Linie der Dokumentebene umzulenken.
6. Abtastvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlengang durch die Dokumentebene hindurch- führt, um durch das Dokument (110) transmittierte Strahlung mittels des zumindest einen Detektors (180) zu detektieren.
7. Abtastvorrichtung (100) nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Reflektoranordnung (140, 150, 160, 170; 141, 151, 161; 152, 162; 165; 142) auf einer Seite der Dokumentebene angeordnet ist, um von dem Dokument (110) reflektierte Strahlung des Abtaststrahls zu detektieren.
8. Abtastvorrichtung (100) nach Anspruch 7 mit 2, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß der Ausfallspiegel (160; 161; 162) eine zentrale Aussparung umfaßt, in welcher das variable Reflektionselement (140; 141; 142) angeord¬ net ist.
9. Abtastvorrichtung (100) nach Anspruch 7 mit 4 und 5, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß der Lichtleiter (165) zwischen der Dokumentebene und dem Einfallspiegel (150; 151; 152) angeordnet ist und die Streukörperschicht (166) einen Schlitz umfaßt, durch den der Abtaststrahl von dem Einfallspie- gel (150; 151; 152) zum Dokument (110) umgelenkt wird.
10. Abtastvorrichtung (100) nach Anspruch 1 bis 9 mit 5, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß das variable Reflektionselement (140; 141; 142) eingerich¬ tet ist, den Abtaststrahl im wesentlichen parallel zu der Dokumentebene auf den Einfallspiegel (150; 151; 152) umzulenken.
11. Abtastvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 mit 5, da¬ durch gekennzeichnet, daß der Strahlengang hinter dem Ausfallspiegel (160; 161; 162) im wesentlichen parallel zu der Dokumentebene verläuft.
12. Abtastvorrichtung (100) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß der Einfall- (150; 151; 152) und/oder der Ausfallspiegel (160; 161; 162) bezüglich der Dokumentebene einen Winkel kleiner 45 Grad auf¬ weisen.
13. Abtastvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das variable Reflektionselement (140; 141) ein Kipp¬ oder Drehspiegel, insbesondere ein Polygonspiegel, ist.
14. Abtastvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das variable Reflektionselement (140, 141; 142) einen rotierenden Zylinder (142) umfaßt, der auf seiner Oberfläche zumindest ein entlang seiner Rotationsachse schraubenförmig angeordnetes reflektieren¬ des, erhabenes Gewinde (143) umfaßt, wobei der Strahlengang axial entlang der Oberfläche des Zylinders (142) verläuft und von dem reflektierenden Gewinde (143) umgelenkt wird.
15. Abtastvorrichtung (100) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß sich ein erstes reflektierendes Gewinde (143) entlang eines ersten axialen Abschnitts des Zylinders (142) erstreckt und der Zylinder (142) auf seiner Oberfläche ein zweites reflektierendes, erhabenes Gewinde umfaßt, das ent- lang eines anderen axialen Abschnitts des Zylinders (142) schraubenförmig angeordnet ist, und daß die Abtastvorrichtung (100) zwei Strahlungsquellen (130) umfaßt, die relativ zu den Gewinden (143) derart angeordnet sind, daß sich ihre Strahlengänge bei Rotation des Zylinders (142) entlang unter¬ schiedlicher Abschnitte der Linie der Dokumentebene auslenken.
16. Abtastvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektoranordnung (140, 150, 160, 170; 141, 151, 161; 152, 162; 165; 142) zumindest eine Sammellinse (170) umfaßt, die einge¬ richtet ist, die elektromagnetische Strahlung des Abtaststrahls auf einen ein- zigen Detektor (180) zu fokussieren.
17. Abtastvorrichtung (100) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammellinse (170) eine astigmatische Linse ist.
18. Abtastvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 17 zur Abta¬ stung eines Barcodes (120), indem die Auswerteeinrichtung (100) eingerichtet ist, elektromagnetische Strahlung des Abtaststrahls auszuwerten, die von dem mindestens einen Detektor (180) entlang von 'Meßspuren detektiert wird, die im wesentlichen parallel zur Vorschubrichtung verlaufen.
19. Abtastvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Einfallspiegel (150; 151; 152) eine Vielzahl von
Spiegelsegmenten (153) umfaßt, wobei das variable Reflektionselement (140; 141; 142) eingerichtet ist, den Abtaststrahl sequentiell auf die Spiegelsegmen¬ te (153) umzulenken, so daß der Strahlengang entlang der Linie der Doku¬ mentebene diskret ausgelenkt wird.
20. Abtastvorrichtung (100) Anspruch 19 mit 2, dadurch gekennzeichnet, daß auch der Ausfallspiegel (160; 161; 162) eine Vielzahl von Spiegelsegmen¬ ten (163) umfaßt.
21. Abtastvorrichtung (100) Anspruch 20 mit 7, wobei die Spiegelsegmen¬ te (153, 163) der Ein- und Ausfallspiegel (152, 162) einander abwechselnd derart nebeneinander angeordnet sind, daß der Strahlengang vor dem Ein¬ fallspiegel (152) und nach dem Ausfallspiegel (162) im wesentlichen in die selbe Richtung geht.
22. Abtastvorrichtung (100) einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß der Ein- und/oder der Ausfallspiegel (152, 162) sphärisch um die Linie der Dokumentebene herum ausgebildet ist.
23. Abtastvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegelsegmente (153, 163) des Ein- und/oder Aus¬ fallspiegels (152, 162) jeweils konkav ausgebildet sind.
24. Abtastvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektoranordnung (140, 150, 160, 170; 141, 151, 161; 152, 162; 165; 142) zwei Strahlenteiler (190, 191) umfaßt, wobei einer (190) der beiden Strahlenteiler (190, 191) eingerichtet ist, die elektromagneti¬ sche Strahlung im Strahlengang vor der Dokumentebene aus zumindest zwei monochromatischen Teilstrahlungen unterschiedlicher Wellenlänge zu kombinieren, und der andere Strahlenteiler (191) eingerichtet ist, die kombi¬ nierte elektromagnetische Strahlung im Strahlengang hinter der Dokument- ebene wieder in Teilstrahlungen zu separieren.
25. Abtastvorrichtung (200) zum mehrspurigen Abtasten eines Barcodes (220) eines in einer Vorschubrichtung entlang zumindest einer Dokument¬ ebene bewegten Dokuments (210), wobei Bestandteile, wie z.B. Balken des Barcodes im wesentlichen senkrecht zur Vorschubrichtung angeordnet sind, umfassend:
- eine Bestrahlungsanordnung (230) zur stellenweisen Bestrahlung der Do¬ kumentebene mit elektromagnetischen Abtaststrahlen, und
- eine Auswerteeinrichtung, die eingerichtet ist, die von dem mindestens einen Detektor (280) detektierte Strahlung der Abtaststrahlen entlang mindestens zwei Meßspuren auszuwerten, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastvorrichtung (200) eine Multiplex- Einrichtung (235) umfaßt, die eingerichtet ist, die Bestrahlungsanordnung (230) zu veranlassen, eine Vielzahl von diskreten Stellen der Dokument- ebene nacheinander zu bestrahlen, die im wesentlichen senkrecht zur Vor¬ schubrichtung zueinander beabstandet sind.
26. Abtastvorrichtung (200) nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestrahlungsanordnung (230) eine Vielzahl von Strahlungsquellen (231) umfaßt und die Multiplex-Einrichtung (235) eingerichtet ist, die Viel¬ zahl von Strahlungsquellen (231) sequentiell zu aktivieren.
27. Abtastvorrichtung (200) nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestrahlungsanordnung (230) eine Strahlungsquelle (231) und eine Bestrahlungszeile (232) mit einer Vielzahl von schaltbaren optischen Elemen¬ ten (233) umfaßt, die jeweils einen lichtdurchlässigen und einen lichtun- durchlässigen Zustand annehmen können, wobei die Strahlungsquelle (231) eingerichtet ist, Strahlung in die Beleuchtungszeile (232) einzukuppeln, und die Multiplex-Einrichtung (235) eingerichtet ist, die Vielzahl von schaltbaren optischen Elementen (233) sequentiell lichtdurchlässig zu schalten.
28. Abtastvorrichtung (200) nach einem der Ansprüche 25 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastvorrichtung (200) eine Lichtleiteranordnung (250) umfaßt, die eingerichtet ist, die Abtaststrahlen von den bestrahlten Stellen der Dokumentebene zu einem gemeinsamen Detektor (280) zu leiten.
29. Abtastvorrichtung (200) nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleiteranordnung (250) eine Vielzahl von Vorsatzoptiken (251) umfaßt, die mit einem Lichtleiter (252) verbunden sind, wobei die Vorsatzop¬ tiken (251) eingerichtet sind, jeweils die Abtaststrahlen von einer bestrahlten Stelle der Dokumentebene aufzunehmen und der Lichtleiter (252) eingereich- tet ist, die von den Vorsatzoptiken (251) aufgenommenen Abtaststrahlen zu dem Detektor (280) zu leiten.
30. Abtastvorrichtung (200) nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleiteranordnung (250) einen Lichtleiter (253; 254; 165) umfaßt, der eingerichtet ist, im wesentlichen senkrecht von außen auftreffende Ab¬ taststrahlen aufzunehmen und diese innerhalb des Lichtleiters weiterzulei- ten.
31. Abtastvorrichtung (200) nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtleiter (253) ein in dessen Inneres gerichtetes Sägezahnprofil (255) aufweist, das Abtaststrahlen so reflektiert, daß sie innerhalb des Licht- leiters verbleiben.
32. Abtastvorrichtung (200) nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtleiter (254) keilförmig ausgebildet ist, so das Abtaststrahlen so reflektiert werden, daß sie innerhalb des Lichtleiters (254) verbleiben.
33. Abtastvorrichtung (200) nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtleiter auf seiner dem Dokument (230) abgewandten Grenzflä¬ che eine Streukörperschicht umfaßt.
34. Abtastvorrichtung (200) nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtleiter zwischen der Dokumentebene und der Bestrahlungsan¬ ordnung (230) angeordnet ist und die Streukörperschicht einen Schlitz um¬ faßt, durch den die Abtaststrahlen von der Bestrahlungsanordnung (230) zum Dokument (210) geleitet werden.
35. Abtastvorrichtung (200) nach einem der Ansprüche 28 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleiteranordung (250) zumindest eine Sammel- linse, vorzugsweise eine astigmatische Sammellinse, umfaßt, die eingerichtet ist, die Abtaststrahlen auf einen einzigen Detektor (280) zu f okussieren.
36. Abtastvorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 35, dadurch ge- kennzeichnet, daß die Abtastvorrichtung eine Demultiplex-Einrichtung um¬ faßt, die eingerichtet ist, die sequentiell an dem Detektor (280) eintreffenden elektromagnetischen Abtaststrahlen zeitlich aufzulösen.
37. Abtastvorrichtung (200) nach einem der Ansprüche 25 bis 36, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinrichtung eingerichtet ist, einen Spur¬ balken (225) auf dem Dokument (220) zu erkennen, und die Multiplex- Einrichtung (235) eingerichtet ist, daraufhin lediglich diejenigen Strahlen¬ quellen (231) zu aktivieren, die im Bereich des Spurbalkens (225) liegen.
38. Abtastvorrichtung (200) nach einem der Ansprüche 26 bis 37, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlengänge von den Strahlenquellen (231) zu dem mindestens einen Detektor (280) durch die Dokumentebene hindurch¬ führen, um durch das Dokument (210) transmittierte Strahlung mittels des zumindest einen Detektors (280) zu detektieren.
39. Abtastvorrichtung (100; 200) nach einem der Ansprüche 1 bis 38, da¬ durch gekennzeichnet, daß die von zumindest einer der Strahlenquellen (130; 230, 231) emittierte Abtaststrahlung monochromatisch ist.
40. Abtastvorrichtung (100; 200) nach einem der Ansprüche 1 bis 39, da¬ durch gekennzeichnet, daß die Abtaststrahlen vorzugsweise Wellenlängen aus dem nahen Infrarot-Bereich oder dem fernen Infrarot-Bereich umfassen.
41. Abtastvorrichtung (100; 200) nach einem der Ansprüche 1 bis 40, da¬ durch gekennzeichnet, daß die Strahlenquellen (130; 230, 231) Leuchtdio¬ den, insbesondere Laserdioden, sind.
42. Abtastvorrichtung (100; 200) nach einem der Ansprüche 1 bis 41, da¬ durch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Detektor (180; 280) einen InGaAs-Sensor, einen Ge-Detektor oder einen Si/InGaAs-Detektor aufweist.
43. Abtastvorrichtung (100; 200) nach einem der Ansprüche 1 bis 42, da¬ durch gekennzeichnet, daß die Strahlenquellen (130; 230, 231) Abtaststrah¬ len mehrerer Wellenlängenbereiche emittieren und der mindestens eine De¬ tektor (180; 280) für diese Wellenlängenbereiche empfindlich ist.
44. Abtastvorrichtung (100; 200) nach einem der Ansprüche 1 bis 43, da¬ durch gekennzeichnet, daß das Dokument zum Abtasten mit einer definier¬ ter Vorschubgeschwindigkeit entlang einer Dokumentebene bewegt wird.
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