RU2071102C1

RU2071102C1 - Bar-code scanner

Info

Publication number: RU2071102C1
Application number: RU93026118A
Authority: RU
Inventors: В.А. Автономов; У.А. Бекирев; Э.А. Полторацкий; Н.С. Самсонов; Ю.И. Тишин
Original assignee: Государственный научно-исследовательский институт физических проблем им.Ф.В.Лукина
Priority date: 1993-05-05
Filing date: 1993-05-05
Publication date: 1996-12-27

Abstract

FIELD: optoelectronics. SUBSTANCE: bar-code scanner has lighting elements, optical system switching-on the objective lens and cylindrical lens installed between lighting elements and bar code, multielement linear photodetector and video signal processing unit. Lighting elements are located in plane running through objective lens optical axis perpendicular to the surface of multielement photodetector and crossing all its elements and lighting elements over their symmetry centers and located by pairs symmetrical to optical axis and out of cone of objective lens field of vision. Element of cylindrical lens is parallel to multielement photodetector. Made along lens element is through slit whose length and width exceed the length and width of image of photodetector projected by its objective lens onto cylindrical lens. EFFECT: higher efficiency. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к оптикоэлектронной технике и может быть использовано в системах идентификации продукции, маркируемой штриховыми кодами, в торговле, промышленности, связи, на транспорте, в банковском деле и других областях народного хозяйства. The invention relates to optoelectronic technology and can be used in identification systems for products marked with bar codes in trade, industry, communications, transport, banking and other areas of the national economy.

Известен считыватель штриховых кодов [1] содержащий устройство оптической передачи и распределения сигнала, которое состоит из расположенного соосно с оптической осью оптического передающего устройства призматического рефлектора, а также по меньшей мере двух оптических принимающих устройств, связанных с рефлектором. Оптический рефлектор имеет по меньшей мере две отражательные поверхности для измерения отражательной способности, имеющие жидкокристаллическую структуру. Отражатель расположен неподвижно вдоль оптической оси передающего устройства. Данное устройство достаточно громоздко и обладает сложной конструкцией. A known barcode reader [1] comprising an optical signal transmission and distribution device, which consists of a prismatic reflector located coaxially with the optical axis and at least two optical receiving devices associated with the reflector. An optical reflector has at least two reflective surfaces for measuring reflectivity having a liquid crystal structure. The reflector is stationary along the optical axis of the transmitting device. This device is quite bulky and has a complex structure.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является считыватель штриховых кодов [2] состоящий из осветителя на базе нескольких светодиодов, оптической системы и многоэлементного самосканирующего фотоприемника. The closest technical solution to the invention is a barcode reader [2] consisting of a illuminator based on several LEDs, an optical system and a multi-element self-scanning photodetector.

К недостаткам этого считывателя следует отнести высокое энергопотребление источника света, а также низкую надежность считывания штриховых кодов, нанесенных на искривленные поверхности (например на консервные банки, тюбики и т.п.), что связано с существенной неравномерностью освещения по всей ширине кода. The disadvantages of this reader include the high power consumption of the light source, as well as the low reliability of reading bar codes deposited on curved surfaces (for example, cans, tubes, etc.), which is associated with a significant unevenness of illumination over the entire code width.

Задачей изобретения является повышение надежности считывания штриховых кодов как с плоских, так и с цилиндрических носителей, а также уменьшение энергопотребления системы считывания, что особенно важно для автономных считывающих устройств. The objective of the invention is to increase the reliability of reading bar codes from both flat and cylindrical media, as well as reducing the energy consumption of the reading system, which is especially important for stand-alone readers.

Поставленные задачи решаются за счет конструкции оптической системы считывания, обеспечивающей эффективное использование источника света и формирование светового пучка с протяженной областью равномерной освещенности в направлении, перпендикулярном плоскости штрихового кода. The tasks are solved due to the design of the optical reading system, which ensures the efficient use of the light source and the formation of a light beam with an extended region of uniform illumination in the direction perpendicular to the plane of the bar code.

Считыватель штриховых кодов содержит осветительные элементы, оптическую систему, многоэлементный фотоприемник, блок обработки видеосигнала, причем в оптическую систему введена цилиндрическая линза, образующая которой параллельна плоскости линейного фотоприемника, осветительные элементы размещены в плоскости, проходящей через центральную оптическую ось, параллельную образующей цилиндрической линзы, вне конуса поля зрения объектива симметрично относительно оптической оси, причем два из них на расстоянии, превышающем диаметр входного зрачка объектива оптической системы, а остальные расположены также симметрично относительно оптической оси и смещены вдоль образующей цилиндрической линзы к ее краям вне конуса поля зрения объектива и располагаются между первыми осветительными элементами и передней фокальной плоскостью цилиндрической линзы, кроме того, вдоль образующей цилиндрической линзы выполнено сквозное щелевое отверстие, длина и ширина которого превышает длину и ширину штрихового кода, спроецированного оптической системой на цилиндрическую линзу. The barcode reader contains lighting elements, an optical system, a multi-element photodetector, a video processing unit, and a cylindrical lens is introduced into the optical system, the generatrix of which is parallel to the plane of the linear photodetector, the lighting elements are placed in a plane passing through the central optical axis parallel to the cylindrical lens, outside the cone of the field of view of the lens is symmetrical about the optical axis, and two of them at a distance greater than the input diameter pupil of the lens of the optical system, and the rest are also symmetrically relative to the optical axis and are shifted along the generatrix of the cylindrical lens to its edges outside the cone of the field of view of the lens and are located between the first lighting elements and the front focal plane of the cylindrical lens, in addition, a through a slot hole whose length and width exceeds the length and width of a bar code projected by the optical system onto a cylindrical lens.

На фиг. 1 изображен считыватель штриховых кодов (вид сверху); на фиг. 2 представлена другая проекция считывания (вид сбоку). In FIG. 1 shows a barcode reader (top view); in FIG. 2 shows another reading projection (side view).

Предложенный считыватель штриховых кодов содержит многоэлементный линейный фотоприемник 1, объектив 2, осветители 3, 4, 5, цилиндрическую линзу 6, носитель штрихового кода 7, корпус 8, блок обработки сигнала 9, кабель 10. The proposed barcode reader contains a multi-element linear photodetector 1, lens 2, illuminators 3, 4, 5, a cylindrical lens 6, a barcode carrier 7, a housing 8, a signal processing unit 9, cable 10.

Считыватель выполнен следующим образом. The reader is made as follows.

Многоэлементный линейный фотоприемник 1 через оптическую систему, состоящую из объектива 2 и цилиндрической линзы 6, принимает оптический сигнал от штрихового кода, нанесенного на носитель 7, который освещается светодиодами 3, 4 и 5 через цилиндрическую линзу 6. Цилиндрическая линза расположена так, что ее образующая параллельна многоэлементному линейному фотоприемнику и содержит в своей центральной части сквозное щелевое отверстие, длина которого превышает максимальную длину считываемого кода, спроецированного оптической системой на цилиндрическую линзу. Ширина данного отверстия выбирается из условия максимальной передачи отраженного от штрихового кода света через оптическую систему к фотоприемнику. С учетом малых размеров линейного фотоприемника в поперечном направлении и диаметром входного зрачка объектива ширина отверстия составляет 10-15% от всей ширины цилиндрической линзы, которая в свою очередь определяется из условия максимального сбора расходящихся потоков света от светодиодов 3, 4 и 5. Светодиоды 3 расположены вблизи оптической оси системы, причем расстояние от каждого диода до оптической оси превышает половину входного зрачка объектива 2, так что светодиоды не попадают в его поле зрения. Все светодиоды групп 3, 4 и 5, а также сквозное щелевое отверстие цилиндрической линзы 6 расположены в плоскости оптической оси и фотоприемника. Светодиоды 4 и 5 удалены от оптической оси к краям цилиндрической линзы, приближены к ней по сравнению со светодиодами 3, и также не попадают в поле зрения объектива. Необходимым условием эффективной работы системы является выбор расстояния от ближайших светодиодов до цилиндрической линзы более двух фокусных расстояний последней. A multi-element linear photodetector 1, through an optical system consisting of a lens 2 and a cylindrical lens 6, receives an optical signal from a bar code deposited on a carrier 7, which is illuminated by LEDs 3, 4 and 5 through a cylindrical lens 6. The cylindrical lens is positioned so that it forms parallel to the multi-element linear photodetector and contains in its central part a through slotted hole, the length of which exceeds the maximum length of the read code projected by the optical system on Lindric lens. The width of this hole is selected from the condition of maximum transmission of light reflected from the bar code through the optical system to the photodetector. Given the small dimensions of the linear photodetector in the transverse direction and the diameter of the entrance pupil of the lens, the hole width is 10-15% of the entire width of the cylindrical lens, which in turn is determined from the condition of maximum collection of diverging light streams from LEDs 3, 4, and 5. LEDs 3 are located near the optical axis of the system, and the distance from each diode to the optical axis exceeds half the entrance pupil of the lens 2, so that the LEDs do not fall into its field of view. All the LEDs of groups 3, 4 and 5, as well as the through slotted hole of the cylindrical lens 6, are located in the plane of the optical axis and the photodetector. LEDs 4 and 5 are removed from the optical axis to the edges of the cylindrical lens, are closer to it compared to LEDs 3, and also do not fall into the field of view of the lens. A necessary condition for the effective operation of the system is the choice of the distance from the nearest LEDs to the cylindrical lens of more than two focal lengths of the latter.

Считыватель штриховых кодов заключен в светонепроницаемый корпус 8, содержащий сквозное отвеpстие, параллельное сквозному щелевому отверстию цилиндрической линзы 6. Края сквозного отверстия корпуса 8 удалены от цилиндрической линзы в направлении оптической оси на расстояние, равное фокусному расстоянию цилиндрической линзы 6 или чуть меньше его. Длина сквозного отверстия корпуса 8 превышает максимальный размер считываемого штрихового кода. Сигнал из считывателя штрихового кода к блоку обработки сигнала и расположения кода 9 передается по кабелю 10. The barcode reader is enclosed in a lightproof housing 8 containing a through hole parallel to the through slotted hole of the cylindrical lens 6. The edges of the through hole of the housing 8 are removed from the cylindrical lens in the direction of the optical axis by a distance equal to or less than the focal length of the cylindrical lens 6. The length of the through hole of the housing 8 exceeds the maximum size of the read bar code. The signal from the barcode reader to the signal processing unit and the location of the code 9 is transmitted via cable 10.

Устройство действует следующим образом. The device operates as follows.

Расходящиеся в поперечном по отношению к цилиндрической линзе потоки излучения светодиодов 3, 4 и 5 собираются цилиндрической линзой 6 и фокусируются ею в узкую яркую светящуюся полоску, ширина которой превышает либо равна проекции поперечного размера фотоприемника через объектив 2 на штриховой код 7. Относительная равномерность в сформированной полоске света достигается за счет выбора светодиодов с близкими параметрами светоизлучения, а также за счет соответствующих расстояний между светодиодами 3, 4 и 5 в продольном по отношению к цилиндрической линзе направлении. Равномерность освещения в полоске в продольном направлении обусловлена сравнительно большими расстояниями от светодиодов до носителя штрихового кода, а также тем, что цилиндрическая линза в продольном направлении ведет себя как обычная плоскопараллельная система. Отметим также, что часть светового потока от светодиодов попадает на штриховой код через отверстие в цилиндрической линзе. The diverging radiation fluxes of the LEDs 3, 4, and 5 transverse to the cylindrical lens are collected by the cylindrical lens 6 and focused by it into a narrow bright luminous strip, the width of which is greater than or equal to the projection of the transverse size of the photodetector through lens 2 onto the bar code 7. Relative uniformity in the formed a strip of light is achieved due to the choice of LEDs with close parameters of light emission, as well as due to the corresponding distances between the LEDs 3, 4 and 5 in the longitudinal with respect to -symmetric lens direction. The uniformity of illumination in the strip in the longitudinal direction is due to the relatively large distances from the LEDs to the barcode carrier, as well as the fact that the cylindrical lens in the longitudinal direction behaves like an ordinary plane-parallel system. We also note that part of the light flux from the LEDs enters the bar code through the hole in the cylindrical lens.

Пример. В качестве многоэлементного линейного фотоприемника 1 использован прибор К 1200 ЦЛ6, имеющий 2000 элементов расположения размером 13 х 13 мкм² каждый. Объектив 2 с фокусным расстоянием 32 мм и диаметром входного зрачка 8 мм расположен на расстоянии 43 мм от прибора К 1200 ЦЛ6. Расстояние от объектива до носителя штрихового кода составляет 112 мм, коэффициент уменьшения изображения штрихового кода в плоскости фотоприемника 2,6.Example. As the multi-element linear photodetector device 1 used TSL6 By 1200, 2000 having a size of location elements 13 x 13 mm ² each. Lens 2 with a focal length of 32 mm and an entrance pupil diameter of 8 mm is located at a distance of 43 mm from the K 1200 TsL6 device. The distance from the lens to the barcode carrier is 112 mm, the reduction ratio of the barcode image in the plane of the photodetector is 2.6.

Светодиоды группы 3 удалены от оптической оси на 9 мм и от цилиндрической линзы на 90 мм каждый, а светодиоды группы 5 соответственно на 26 и 75 мм. The LEDs of group 3 are removed from the optical axis by 9 mm and from the cylindrical lens by 90 mm each, and the LEDs of group 5, respectively, by 26 and 75 mm.

В предлагаемой конструкции светодиоды группы 4 не использовались. Угол излучения всех светодиодов составляет 10^o.In the proposed design, group 4 LEDs were not used. The emission angle of all LEDs is 10 ^o .

Цилиндрическая линза с фокусным расстоянием 20 мм расположена на расстоянии 18 мм от выходного отверстия корпуса 8. Длина цилиндрической линзы 65 мм, щелевое отверстие в ней имеет размер 50 х 2 мм². Средний рабочий ток светодиодов составляет 5 мА, а энергопотребление всего осветителя не более 50 мВт, что в несколько раз меньше, чем у прототипа. Использование цилиндрической линзы дает выигрыш величине сигнала фотоприемника более 400%
Допустимое отклонение краев носителя штрихового кода 7 от краев корпуса 8 не менее 10 мм.A cylindrical lens with a focal length of 20 mm is located at a distance of 18 mm from the outlet of the housing 8. The length of the cylindrical lens is 65 mm, the slit hole in it has a size of 50 x 2 mm ² . The average operating current of the LEDs is 5 mA, and the energy consumption of the entire illuminator is not more than 50 mW, which is several times less than that of the prototype. The use of a cylindrical lens gives a gain in the value of the photodetector signal of more than 400%
The permissible deviation of the edges of the barcode carrier 7 from the edges of the housing 8 is at least 10 mm.

Неравномерность амплитуды выходного сигнала многоэлементного фотоприемника по всему полю зрения не превышает 20% The uneven amplitude of the output signal of the multi-element photodetector over the entire field of view does not exceed 20%

Claims

1. A barcode reader containing lighting elements, an optical system including a lens, a multi-element linear photodetector, and a video signal processing unit, characterized in that the lighting elements are placed in a plane passing through the optical axis of the lens perpendicular to the surface of the multi-element photodetector and intersecting all elements of the last and lighting elements at their centers of symmetry, and are arranged pairwise symmetrically with respect to the optical axis and outside the cone of the field of view of the lens, and a cylindrical lens inserted between the lighting elements and the barcode is additionally introduced into the optical system, while the generatrix of the cylindrical lens is parallel to the multi-element photodetector, and a through slot is made along the generatrix of the cylindrical lens, the length and width of which exceeds the length and width of the image of the multi-element photodetector projected by the lens on a cylindrical lens.

2. The reader according to claim 1, characterized in that the lighting elements are located in the space between the lens and the focal plane of the cylindrical lens, the pair of lighting elements closest to the lens being as close as possible to the optical axis of the lens, and other pairs of lighting elements as they move away from the optical the axis of the lens is offset toward the cylindrical lens, the closer to it, the greater this distance from the optical axis of the lens.