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Die
Erfindung betrifft eine optoelektronische Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Derartige
Vorrichtungen weisen einen Sendelichtstrahlen emittierenden Sender
sowie einen Empfangslichtstrahlen empfangenden Empfänger auf.
Um einen vorzugsweise flächigen
Abtastbereich abzutasten, werden die Sendelichtstrahlen über eine Ablenkeinheit
geführt.
Dadurch werden die Sendelichtstrahlen periodisch innerhalb des Abtastbereichs geührt, so
dass in diesem Abtastbereich angeordnete Gegenstände detektiert werden können.
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Insbesondere
kann die optoelektronische Vorrichtung als Barcodelesegerät ausgebildet
sein, welches zur Detektion von Barcodes dient. Die Ablenkeinheit
besteht dann vorzugsweise aus einem motorisch getriebenen, rotierenden
Polygonspiegelrad mit mehreren identischen Spiegelflächen. Die Sendelichtstrahlen
und Empfangslichtstrahlen werden jeweils über dieselbe Spiegelfläche abgelenkt. Durch
die Rotationsbewegung des Polygonspiegelrads werden innerhalb einer
Abtastperiode die Sendelichtstrahlen über die gesamte Breite der
jeweiligen Spiegelfläche
geführt.
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Zur
Synchronisation derartiger Ablenkeinheiten wird innerhalb jeweils
einer Abtastperiode wenigstens ein Synchronisationssignal benötigt, um
die Abtastbewegung der Ablenkeinheit in geeigneter Weise zu synchronisieren.
Insbesondere werden derartige Synchronisationssignale dazu benötigt, um
die periodische Auswertung der am Empfänger anstehenden Empfangssignale
in geeigneter Weise zu takten.
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Bei
bekannten optoelektronischen Vorrichtungen, insbesondere bei Barcodelesegeräten, ist zur
Erzeugung des Synchronisationssignals ein separates Sensorsystem
vorgesehen. Typischerweise besteht das Sensorsystem aus einer Reflexionslichtschranke
mit einem separaten Sendeelement sowie einem Empfangselement. Mit
dieser Reflexionslichtschranke wird die Ablenkeinheit abgetastet,
wobei vorzugsweise pro Periode die Ablenkeinheit jeweils genau einmal
derart ausgerichtet ist, dass das vom Sendeelement emittierte Sendelicht über die
Ablenkeinheit zum Empfangselement geführt ist, so dass an dessen
Ausgang das Synchronisationssignal generiert wird.
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Nachteilig
hierbei ist, dass ein derartiges Sensorsystem einen beträchtlichen
konstruktiven Aufwand mit sich bringt.
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Zudem
müssen
die Komponenten der Reflexionslichtschranke relativ zueinander justiert
werden, was die Montagezeit der optoelektronischen Vorrichtung erhöht.
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Schließlich beansprucht
ein derartiges Sensorsystem unerwünscht viel Platz, so dass die Baugröße der optoelektronischen
Vorrichtung relativ groß ist.
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Aus
der
DE 101 01 985
A1 ist eine gattungsgemäße optoelektronische
Vorrichtung bekannt, bei welcher zur Generierung wenigstens eines
Synchronisationssignals während
jeder Abtastperiode in einer vorgegebenen Ablenkposition der über die
Ablenkeinheit zum Austrittsfenster geführten Sendelichtstrahlen wenigstens
ein Teil der vom Austrittsfenster zurückreflektierten Sendelichtstrahlen
auf ein Empfangselement geführt
ist. Durch eine Schwellwertbewertung des am Ausgang des Empfangselements
generierten Empfangssignals wird das Synchronisationssignal gebildet.
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Vorteilhaft
hierbei ist, dass zur Generierung des Synchronisationssignals die
vom Sender emittierten Sendelichtstrahlen verwendet werden können, welche
auch zur Erfassung der Gegenstände
im Abtastbereich dienen.
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Nachteilig
bei dieser Anordnung ist jedoch, dass das zur Generierung des Synchronisationssignals
vom Austrittsfenster zurückgestreute
Sendelicht nur einen kleinen Teil der vom Sender emittierten Lichtmenge
bildet. Die Lichtmenge des auf das Empfangselement zurückgestreuten
Sendelichts ist dabei abhängig
von der Oberflächenbeschaffenheit
des Austrittsfensters. Dementsprechend variiert die auf das Empfangselement
zurückgestreute
Lichtmenge bei auftretenden Verschmutzungen des Austrittsfensters.
Durch die dadurch bedingte Änderung
der Signalform des Ausgangssignals des Empfangselements wird auch
eine unerwünschte
Schwankung des Synchronisationssignals erhalten, welches durch die
Schwellwertbewertung des Ausgangssignals erhalten wird.
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In
der
DE 100 36 856
A1 ist eine Abtasteinrichtung beschrieben, welche ein Polygenspiegelrad zur
periodischen Ablenkung von Sendelichtstrahlen aufweist. Mit der
Abtasteinrichtung wird innerhalb eines vorgegebenen Abtastbereichs
eine Fotoleitertrommel abgetastet. Außerhalb des Abtastbereichs werden
die Sendelichtstrahlen auf einen Strahldetektor geführt, dessen
Ausgangssignal zur Generierung eines Synchronisationssignals verwendet
wird.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine optoelektronische Vorrichtung
mit möglichst
geringem baulichen Aufwand ein Synchronisationssignal für die mit
der Ablenkeinheit durchgeführte
Ablenkbewegung der Sendelichtstrahlen zu generieren.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte
Ausführungsformen
und zweckmäßige Weiterbildungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Ein
wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen optoelektronischen Vorrichtung
besteht darin, dass zur Generierung des Synchronisationssignals eine Empfangselementanordnung
mit mehreren, bevorzugt zwei in Abtastrichtung der Sendelichtstrahlen hintereinander
angeordneten Empfangselemente eingesetzt wird. Dabei sind die Empfangselemente derart
beabstandet, dass deren Ausgangssignale, die durch die auftreffenden
Sendelichtstrahlen generiert werden, teilweise überlagert sind.
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Zur
periodischen Generierung der Synchronisationssignale wird dann die
Differenz der Ausgangssignale gebildet, wobei die Nulldurchgänge dieser
Differenz das Synchronisationssignal bilden.
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Die
so gebildeten Synchronisationssignale sind unempfindlich gegen Amplitudenschwankungen der
Ausgangssignale der einzelnen Empfangselemente. Damit werden unerwünschte Schwankungen der
Synchronisationssignale aufgrund von Bauteiltoleranzen einerseits
oder auch andererseits durch externe Störeinflüsse wie Fremdlichteinstrahlungen weitgehend
vermieden. Somit wird eine exakte und störungssichere Generierung von
Synchronisationssignalen gewährleistet.
Weiterhin ist vorteilhaft, dass die erfindungsgemäße Generierung
von Synchronisationssignalen mit einem geringen konstruktiven Aufwand
realisiert werden kann.
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Besonders
vorteilhaft ist, dass zur Erzeugung der Ausgangssignale, aus deren
Differenz das jeweilige Synchronisationssignal abgeleitet wird, zwei
Empfangselemente eingesetzt werden. Der zeitliche Versatz der Ausgangssignale
kann bei gegebener Abtastgeschwindigkeit ein einfach und exakt durch
den Abstand der Empfangselemente zueinander vorgegeben werden.
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Ein
weiterer wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen optoelektronischen Vorrichtung
besteht darin, dass die vom Sender emittierten und an der Ablenkeinheit
umgelenkten Sendelichtstrahlen die außerhalb des Abtastbereichs
angeordnete Empfangselementanordnung direkt beaufschlagen, so dass
auf die Empfangselementanordnung eine definierte Lichtmenge zur
Generierung des Synchronisationssignals geführt ist.
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Vorteilhafterweise
durchsetzen die in den Abtastbereich geführten Sendelichtstrahlen ein
Austrittsfenster in dem Gehäuse
der optoelektronischen Vorrichtung. Die Empfangselementanordnung
ist dann bevorzugt in dem an das Austrittsfenster angrenzenden Randbereich
des Gehäuses
installiert, so dass zu Beginn oder am Ende einer periodischen Abtastung
die Sendelichtstrahlen über
die Empfangselementanordnung geführt
sind. Durch die bekannte Position der Empfangselementanordnung zum
Austrittsfenster ist ein eindeutiger Bezug der Empfangselementanordnung
relativ zum Abtastbereich gegeben.
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Die
Erfindung wird im Nachstehenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es
zeigen:
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1:
Schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen optoelektronischen
Vorrichtung.
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2:
Zeitdiagramm der Ausgangssignale der Empfangselementanordnung der
optoelektronischen Vorrichtung gemäß 1.
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3:
Zeitdiagramme der Differenzen der Ausgangssignale der Empfangselementanordnung zur
Generierung eines Synchronisationssignals.
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1 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
einer optoelektronischen Vorrichtung 1 zum Erfassen von Gegenständen innerhalb
eines Abtastbereichs.
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Prinzipiell
kann die optoelektronische Vorrichtung 1 als Distanzmessvorrichtung
oder dergleichen ausgebildet sein. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
ist die optoelektronische Vorrichtung 1 als Barcodelesegerät ausgebildet,
welches zum Erfassen von definierten Kontrastmustern aufweisenden Marken
dient.
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Im
vorliegenden Ausführungsbeispiel
sind die Marken von Barcodes 2 gebildet, welche eine Folge
von hellen und dunklen Linienelementen aufweisen. Vorzugsweise bestehen
die Linienelemente aus einer Folge von schwarzen und weißen Linienelementen.
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Die
Barcodes 2 werden innerhalb eines Abtastbereichs von der
optoelektronischen Vorrichtung 1 periodisch abgetastet.
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Hierzu
weist die optoelektronische Vorrichtung 1 einen Sendelichtstrahlen 3 emittierenden
Sender 4 und einen Empfangslichtstrahlen 5 empfangenden
Empfänger 6 auf.
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Der
Sender 4 und der Empfänger 6 sind
wie die übrigen
elektrischen und optischen Komponenten der optoelektronischen Vorrichtung 1 in
einem gemeinsamen Gehäuse 7 integriert.
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Der
Sender 4 ist vorzugsweise von einer Laserdiode gebildet,
der Empfänger 6 besteht
aus einer Fotodiode oder dergleichen.
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Der
Sender 4 und der Empfänger 6 sind
an eine nicht dargestellte Auswerteeinheit angeschlossen. Die Auswerteeinheit
ist von einem Mikrocontroller oder dergleichen gebildet.
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Zur
Erfassung der Barcodes 2 werden die Sendelichtstrahlen 3 periodisch
innerhalb des Abtastbereichs geführt.
Hierzu ist eine Ablenkeinheit vorgesehen, über welche sowohl die Sendelichtstrahlen 3 als
auch die Empfangslichtstrahlen 5 geführt sind.
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Die
Ablenkeinheit ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel von einem motorisch
getriebenen, rotierenden Polygonspiegelrad 8 gebildet.
Das Polygonspiegelrad 8 weist mehrere identische Spiegelflächen 9 auf,
wobei im vorliegenden Beispiel acht derartiger Spiegelflächen 9 vorgesehen
sind.
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Die
Sende- 3 und Empfangslichtstrahlen 5 werden jeweils über dieselbe
Spiegelfläche 9 des
Polygonspiegelrads 8 geführt. Dabei verlaufen die Strahlachsen
der auf das Polygonspiegelrad 8 auftreffenden Sendelichtstrahlen 3 und
die am Polygonspiegelrad 8 reflektierten Empfangslichtstrahlen 5 koaxial
zueinander. Die koaxiale Strahlführung
der Sende- 3 und Empfangslichtstrahlen 5 in diesem
Bereich wird beispielsweise mittels eines Hohlspiegels 10, der
wie in 1 dargestellt die Sendelichtstrahlen 3 und
die Empfangslichtstrahlen 5 ablenkt, erreicht.
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Der
Sender 4, der Empfänger 6 und
das Polygonspiegelrad 8 sind in einer gemeinsamen Ebene angeordnet,
wobei die Spiegelflächen 9 vertikal
zu dieser Ebene angeordnet sind. Die Sende- 3 und Empfangslichtstrahlen 5 sind
damit ebenfalls in dieser Ebene geführt. Die Drehachse des Polygonspiegelrads 8 verläuft senkrecht
zu dieser Ebene.
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Durch
die Drehbewegung des Polygonspiegelrads 8 werden die Sendelichtstrahlen 3 periodisch innerhalb
eines Winkelbereichs α abgelenkt.
Die Größe des Winkelbereichs α ist durch
die Anzahl der Spiegelflächen 9 des
Polygonspiegelrads 8 vorgegeben.
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Die
Dauer einer Periode, innerhalb derer die Sendelichtstrahlen 3 den
Winkelbereich α überstreichen,
ist durch die Drehgeschwindigkeit des Polygonspiegelrads 9 bestimmt.
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Wie
aus 1 ersichtlich, ist in der Frontwand ein Austrittsfenster 11 integriert,
durch welches die Sendelichtstrahlen 3 und Empfangslichtstrahlen 5 zur
Erfassung des Barcodes 2 geführt sind. Die Größe des Austrittsfensters 11 bestimmt
die Größe des Abtastbereichs.
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Wie
aus 1 ersichtlich, werden nur die innerhalb des Winkelbereichs β abgelenkten
Sendelichtstrahlen 3, welcher etwas kleiner als der Winkelbereich α ist, durch
das Austrittsfenster 11 innerhalb des Abtastbereichs geführt. Die
Sendelichtstrahlen 3 in dem an den Winkelbereich β anschließenden Winkelbereichen
werden auf die das Austrittsfenster 11 begrenzenden Segmente
des Gehäuses 7 geführt. Der
Winkelbereich β definiert
somit den Abtastbereich der optoelektronischen Vorrichtung. Die
Zeitdauer, innerhalb derer die Sendelichtstrahlen 3 einmal
am Winkelbereich β überstreichen,
wird im Folgenden Abtastperiode genannt. Diese Abtastperiode ist
etwas kürzer
als die Periode, innerhalb derer die Sendelichtstrahlen 3 den
Winkelbereich α überstreichen.
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Mit
den Sendelichtstrahlen 3 wird ein im Abtastbereich angeordneter
Barcode 2 periodisch abgetastet. Die am Barcode 2 reflektierten
Empfangslichtstrahlen 5 weisen entsprechend dem Muster
der Linienelemente des Barcodes 2 eine Amplitudenmodulation
auf. Dementsprechend weisen auch die Empfangssignale am Ausgang
des Empfängers 6 anstehenden,
durch die Empfangslichtstrahlen 5 generierten Empfangssignale
eine entsprechende Amplitudenmodulation auf. Diese Amplitudenmodulation der
Empfangssignale wird in der Auswerteeinheit zur Dekodierung des
jeweiligen Barcodes 2 ausgewertet.
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Dabei
werden in der Auswerteeinheit jeweils die während einer Abtastperiode registrierten
Empfangssignale zusammen ausgewertet.
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Damit
die während
der Abtastung des Barcodes 2 registrierten Empfangssignale
eindeutig den einzelnen Abtastperioden zugeordnet werden können, ist
ein Synchronisationssignal erforderlich.
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Dieses
Synchronisationssignal wird während jeder
Periode in jeweils derselben Winkelstellung der Spiegelfläche 9, über welche
die Sendelichtstrahlen 3 während der jeweiligen Periode
geführt
sind, generiert. Anhand dieses Synchronisationssignals ist feststellbar,
wann eine Periode bzw. eine Abtastperiode beginnt, bzw. wann diese
Periode oder Abtastperiode endet. Daher wird das Synchronisationssignal
typischerweise als „End
of Scan"-(EOS)-Signal
bezeichnet. Dabei muss das EOS-Signal jedoch nicht zwingend exakt
am Ende einer Periode generiert werden.
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Zur
Generierung der Synchronisationssignale ist eine Empfangselementanordnung 12 vorgesehen,
welche in dem an das Austrittsfenster angrenzenden Randbereich an
der Innenseite des Gehäuses
fixiert und an die Auswerteeinheit angeschlossen ist. Die Empfangselementanordnung 12 ist
dabei innerhalb des Winkelbereichs α, jedoch außerhalb des den Abtastbereich
definierenden Winkelbereichs angeordnet. Damit wird die Empfangselementanordnung 12 zu
definierten, konstanten Zeiten innerhalb einer Periode direkt von
den an der Ablenkeinheit reflektierten Sendelichtstrahlen 3 zur
Generierung von Synchronisationssignalen beaufschlagt.
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Die
Empfangselementanordnung 12 besteht im vorliegenden Fall
aus zwei in definiertem Abstand zueinander angeordneten Empfangselementen 13, 14.
Die Empfangselemente 13, 14 bestehen vorzugsweise
aus auf einem Chip angeordneten Fotoelementen. Die Empfangselementanordnung 12 ist
derart innerhalb der optoelektronischen Vorrichtung 1 orientiert,
dass die Empfangselemente 13, 14 in Abtastrichtung
der Sendelichtstrahlen 3 hintereinander liegen. Damit werden
die Empfangselemente 13, 14 in einem vorgegebenen
zeitlichen Abstand nacheinander mit den Sendelichtstrahlen 3 beaufschlagt.
Der Abstand der Empfangselemente 13, 14 zueinander ist
dabei so dimensioniert, dass die durch die Sendelichtstrahlen 3 generierten
Ausgangssignale teilweise überlagert
sind.
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Der
zeitliche Verlauf der Ausgangssignale ist schematisch in 2 dargestellt.
Das Zeitintervall zwischen 0 und T definiert die Dauer einer Periode, innerhalb
derer die Sendelichtstrahlen 3 einmal den Winkelbereich α überstreichen.
Das Zeitintervall zwischen t1 und t2 definiert die Dauer einer Abtastperiode,
innerhalb derer die Sendelichtstrahlen 3 den Winkelbereich β überstreichen.
Am Ende einer Periode, im Zeitintervall zwischen t2 und
T, treffen die Sendelichtstrahlen 3 auf die Empfangselemente 13, 14 und generieren
dort die Ausgangssignale, die in 2 mit A1 und A2 bezeichnet
sind.
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Zur
Generierung des Synchronisationssignals wird in der Auswerteeinheit
die Differenz der Ausgangssignale der Empfangselemente 13, 14 gebildet.
Prinzipiell kann zur Differenzbildung der Ausgangssignale auch ein
separates Subtrahierglied eingesetzt werden.
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Die
Differenz der Ausgangssignale ist in 3 für unterschiedliche
Strahldurchmesser der Sendelichtstrahlen 3 dargestellt.
Je kleiner der Strahldurchmesser der Sendelichtstrahlen 3 desto höher ist
der Anteil der auf die einzelnen Empfangselemente 13, 14 auftreffenden
Sendelichtstrahlen 3 und desto höher sind die Amplituden der
Ausgangssignale.
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Wie
aus 3 ersichtlich, bleibt der Nulldurchgang der Differenz
der Ausgangssignale bei Variation der Strahldurchmesser der Sendelichtstrahlen 3 und
damit bei Variation der auf die Empfangselemente 13, 14 auftreffenden
Sendelichtstrahlen 3 unverändert.
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Damit
wird als Synchronisationssignal der Nulldurchgang der Differenz
der Ausgangssignale als Synchronisationssignal bestimmt. Dieses
Synchronisationssignal ist weitgehend unabhängig von Amplitudenschwankungen
der Ausgangssignale und liefert somit einen exakten und reproduzierbaren
Bezugspunkt für
die einzelnen Abtastungen.
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Prinzipiell
kann eines der Ausgangssignale der Empfangselemente 13, 14 in
der Auswerteeinheit auch mit einem Gewichtungsfaktor skaliert werden, bevor
die Differenz der Ausgangssignale gebildet wird. Damit kann durch
Veränderung
des Gewichtungsfaktors die Lage des Nulldurchgangs und damit das
Synchronisationssignal auf einfache Weise variiert werden.
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- 1
- Optoelektronische
Vorrichtung
- 2
- Barcode
- 3
- Sendelichtstrahlen
- 4
- Sender
- 5
- Empfangslichtstrahlen
- 6
- Empfänger
- 7
- Gehäuse
- 8
- Polygonspiegelrad
- 9
- Spiegelflächen
- 10
- Hohlspiegel
- 11
- Austrittsfenster
- 12
- Empfangselementanordnung
- 13
- Empfangselement
- 14
- Empfangselement