DE19510257A1 - Symbollesegerät mit verringerter Spiegelung - Google Patents
Symbollesegerät mit verringerter SpiegelungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft das Gebiet optischer Symbollesegeräte,
und insbesondere Beleuchtungssysteme für Flächen-Symbollese
geräte.
Optische Symbollesegeräte erfassen und identifizieren optische
Signale, die von einem Symbol auf einen Zielgegenstand reflek
tiert werden. Zur Durchführung dieser Funktion erfordern Sym
bollesegeräte üblicherweise eine Beleuchtungslichtquelle zur
Beleuchtung des Zielgegenstandes. Ein flächenartiges Symbol
lesegerät empfängt und erfaßt gleichzeitig Licht von einer
großen Fläche des Zielgegenstandes, welche einen wesentlichen
Abschnitt eines Symbols umfaßt. Zur ausreichenden Beleuchtung
wird eine Großfeld-Beleuchtungsquelle oder werden mehrere
Quellen verwendet, gewöhnlich durch eine Blitzoptik gesteuert.
Daher wird der gesamte Bereich des Zielgegenstandes, welcher
das Symbol enthält, für einen relativ kurzen Zeitraum beleuch
tet.
Um Licht von einer großen Fläche zu erfassen werden Detektor
anordnungen verwendet, die Abbildungsoptiken und Detektorfel
der verwenden, beispielsweise im Handel erhältliche CCD-Fel
der, die zahlreiche Lichtdetektorelemente enthalten. Jedes
Element erzeugt ein elektrisches Signal in Reaktion auf die
reflektierte Lichtmenge, die von einem Abschnitt des beleuch
teten Zielgegenstandes empfangen wird. Bei einem konventio
nellen Strichcode wird ein Abschnitt des Symbols mit gerin
gem Reflexionsvermögen als ein schwarzer Strich gelesen, und
ein Abschnitt mit hohem Reflexionsvermögen als ein weißer Ab
schnitt um einen Strich herum.
Ein wesentliches Problem bei Detektoranordnungen stellt die
Tatsache dar, daß die einfallende Lichtenergie so hoch sein
kann, daß sämtliche Bereiche des Zielgegenstandes den maximal
erfaßbaren Lichtpegel der Detektoranordnung bei einer bestimm
ten Verstärkung reflektieren. Das Problem tritt auf, wenn der
Zielgegenstand eine glänzende Oberfläche aufweist, die einen
wesentlichen Anteil des Beleuchtungslichts zur Detektoranord
nung reflektiert, selbst von den Bereichen, die ein relativ
geringes Reflexionsvermögen aufweisen sollen. Eine derartige
Oberfläche wird üblicherweise als glänzende Oberfläche be
zeichnet, und die dann auftretende Reflexion wird als spie
gelnde Reflexion oder Spiegelung bezeichnet. Wenn ein Etikett
glänzend ist, so kann selbst ein schwarzer Abschnitt eines
Symbols Licht von der Beleuchtungslichtquelle mit relativ
hohem Wirkungsgrad reflektieren, wenn die Beleuchtungslicht
quelle und die Detektoranordnung in bestimmten Winkeln in be
zug auf das Symbol angeordnet sind. Dieses Problem kann durch
Verringerung der Verstärkung der Detektoranordnung gelöst
werden; jedoch führt eine derartige Verringerung der Verstär
kung zu einer Verringerung des Signals von nicht spiegelnden
Bereichen und dazu, daß das nicht spiegelnde Signal schwer zu
erfassen ist. Hierdurch wird auch das Lesegerät komplizierter,
da es einen Verstärkungsregelmechanismus aufweisen muß, und
darüber hinaus werden Verzögerungen infolge der Reaktionszeit
des Verstärkungssteuersystems hervorgerufen.
Ein weiteres Problem bei der Verringerung der Verstärkung der
Detektoranordnung tritt dann auf, wenn die spiegelnde Refle
xion in bezug auf den "Glanz" des Zielgegenstandes nur lokal
vorhanden ist. In einigen Fällen kann nämlich eine spiegelnde
Reflexion nur in relativ kleinen Abschnitten der beleuchteten
Oberfläche auftreten. Wenn in derartigen Situationen das Prob
lem dadurch gelöst werden soll, daß die Verstärkung entspre
chend eingestellt wird, so muß die Verstärkung des gesamten
Detektorsystems verringert werden, um zu verhindern, daß ein
Abschnitt des Feldes durch das von kleinen Abschnitten der be
leuchteten Oberfläche reflektierte Licht gesättigt wird. Bei
typischen Feldern kann die Verstärkung nicht selektiv nur in
ausgewählten Abschnitten der Felder verringert werden. In den
Bereichen, in denen keine spiegelnde Reflexion auftritt, führt
daher die verringerte Verstärkung mit der sich daraus ergeben
den, verringerten Empfindlichkeit dazu, daß die Erfassung ei
nes Symbols schwierig wird.
Auch die Einstellung der Verstärkung in ausgewählten Abschnit
ten der Detektoranordnung, auf welche spiegelnd reflektiertes
Licht auftrifft, stellt nicht sicher, daß ein Symbol korrekt
gelesen wird. Das spiegelnd reflektierte Licht kann immer
noch dazu führen, daß die Detektoranordnung den Abschnitt des
Symbols, an welchem eine spiegelnde Reflexion auftritt, als
Abschnitt mit hohem Reflexionsvermögen ansieht, wogegen tat
sächlich der Bereich ohne Spiegelung ein geringes Reflexions
vermögen aufweist. Daher kann eine spiegelnde Reflexion die
Information von Bereichen des Bildes "auswaschen". Selbst
wenn die Verstärkung für unterschiedliche Abschnitte des
Feldes selektiv gesteuert wird, wird daher die Fähigkeit der
Detektoranordnung beeinträchtigt, Abschnitte des Symbols mit
geringem Reflexionsvermögen zu identifizieren.
Eine "glänzende" Reflexion kann in gewissem Ausmaß dadurch
verringert werden, daß die Oberfläche des Symbols mattiert
wird; allerdings wird hierdurch das Problem typischerweise
nicht vollständig ausgeschaltet. Eine derartige Endbearbei
tung stellt darüber hinaus Anforderungen an Symbole, die
schwierig zu erfüllen sein können. Beispielsweise ergibt sich
bei thermisch gedrucken Strichcodes auf üblichen Druckmate
rialien normalerweise ein bestimmtes Ausmaß an Glanz. Die
Verwendung eines rauheren Druckmaterials zur Verringerung
der Reflexion verschlechtert häufig die Leistung von Thermo
druckern und verschmiert Kanten zwischen aufeinanderfolgen
den Bereichen mit hohem und geringem Reflexionsvermögen. Wie
auf diesem Gebiet wohlbekannt ist, verringern verschmierte
Kanten die Genauigkeit, mit welcher das Symbol erfaßt werden
kann, so daß diese Vorgehensweise nicht wünschenswert ist.
Eine spiegelnde Reflexion kann auch in gewissem Ausmaß dadurch
verringert werden, daß die beleuchtete Oberfläche oder die
Beleuchtungsquelle über den Winkel der spiegelnden Reflexion
hinaus verkippt wird. Jedoch wird hierdurch der Abtastvorgang
schwieriger, kostenaufwendiger und zeitaufwendiger.
Ein Symbollesegerät gemäß der Erfindung weist Beleuchtungs
lichtquellen auf, die so angeordnet sind, daß sie Lichtstrah
len in Richtung auf einen Zielgegenstand aussenden, um eine
Fläche des Zielgegenstandes zu beleuchten. Ein erstes Linear
polarisationsfilter, welches zwischen den Beleuchtungsquellen
und dem Zielgegenstand angeordnet ist, läßt Licht mit einer
einzigen Polarisation durch, so daß auf den Zielgegenstand
auftreffendes Licht hauptsächlich in einer einzigen Richtung
polarisiert ist. Von dem Zielgegenstand reflektiertes Licht
gelangt zu einer Detektoranordnung, die auf dem Symbollese
gerät angeordnet ist, welche das reflektierte Licht erfaßt und
in Reaktion hierauf ein elektrisches Signal erzeugt. Ein zwei
tes Linearpolarisationsfilter, welches zwischen der Detektor
anordnung und der beleuchteten Fläche des Zielgegenstandes
angeordnet ist, sperrt Licht, welches in der ersten Richtung
polarisiert ist. Das zweite Polarisationsfilter läßt Licht
durch, welches nicht in der ersten Richtung polarisiert ist.
Da spiegelnd reflektiertes Licht bei einer Reflexion seine
Polarisation beibehält, sperrt das zweite Polarisationsfilter
einen wesentlichen Anteil des spiegelnd reflektierten Lichts.
Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die
Beleuchtungslichtquelle mehrere LEDs auf, die auf einer Platt
form angebracht sind, und Licht von dem Symbollesegerät nach
außen zum Zielgegenstand aussenden.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung sind das erste und
das zweite Linearpolarisationsfilter lamellierte Filme, die
über Abschnitten eines optischen Fensters liegen, das an dem
Symbollesegerät angebracht ist, so daß Licht von den Beleuch
tungsquellen durch einen ersten Abschnitt des Fensters hin
durch gelangt, bei welchem ein erster Polarisationsfilm in ei
ner ersten Richtung ausgerichtet ist, und Licht, welches von
dem Zielgegenstand zur Detektoranordnung reflektiert wurde,
durch einen zweiten Abschnitt des Fensters hindurch gelangt,
der einen zweiten Polarisationsfilm aufweist, der orthogonal
zum ersten Polarisationsfilm angeordnet ist.
Bei einer Ausführungsform weist das optische Fenster ein farb
selektives Filter auf, welches so gewählt ist, daß es Licht
im wesentlichen bei der Wellenlänge der Beleuchtungsquellen
hindurchläßt, und Licht für andere Wellenlängen sperrt. Das
farbselektive Filter sperrt daher Umgebungslicht mit anderen
Wellenlängen als der Wellenlänge der Beleuchtungsquellen, so
daß dieses nicht auf die Detektoranordnung auftreffen kann.
Bei einer alternativen Ausführungsform des Lesegerätes sen
det die Beleuchtungslichtquelle Licht entlang einem optischen
Weg in Richtung auf den Zielgegenstand aus, und ein erstes
Linearpolarisationsfilter empfängt das unpolarisierte Licht
von der Lichtquelle und läßt nur Licht durch, welches in ei
ner ersten Ebene polarisiert ist. Eine Viertelwellenplatte,
die zwischen dem ersten Linearpolarisationsfilter und dem
Zielgegenstand angeordnet ist, empfängt das von dem ersten
Polarisationsfilter durchgelassene, linear polarisierte Licht
und wandelt das linear polarisierte Licht in zirkular polari
siertes Licht um. Abhängig von der Drehrichtung des Vektors
des elektrischen Feldes kann zirkular polarisiertes Licht als
links- oder rechts-zirkular polarisiert auftreten. Das zirku
lar polarisierte Licht gelangt zum Zielgegenstand, an welchem
es reflektiert wird.
Bekanntlich bleibt, wenn zirkular polarisiertes Licht spie
gelnd reflektiert wird, das Licht zirkular polarisiert, jedoch
weist dann der elektrische Feldvektor den entgegengesetzten
Drehsinn auf. Spiegelnd reflektiertes (zirkular polarisiertes)
Licht, zusammen mit irgendwelchem diffus reflektierten Licht,
kehrt zum Lesegerät zurück, wo es von einer Viertelwellenplat
te empfangen wird, welche jedes zirkular polarisierte Licht in
dem reflektierten Licht in linear polarisiertes Licht umwan
delt. Wenn das zirkular polarisierte Licht in einer entgegen
gesetzten Richtung zirkular polarisiert ist zu jenem Licht,
welches von dem Lesegerät zum Zielgegenstand ausgesandt wurde,
so ist das linear polarisierte Licht, welches von der zweiten
Viertelwellenplatte erzeugt wird, linear in einer Richtung
orthogonal zur ersten Polarisationsrichtung polarisiert. Das
Licht von der Viertelwellenplatte wird von einem zweiten
Polarisationsfilter empfangen, welches Licht in der ersten
Polarisationsrichtung durchläßt und den Durchgang von Licht in
einer zweiten Richtung orthogonal zur ersten Richtung sperrt.
Da jedes spiegelnd reflektierte Licht von dem Zielgegenstand
nach dem Durchgang durch die Viertelwellenplatte in der zwei
ten Richtung linear polarisiert ist, wird das spiegelnd re
flektierte Licht durch den Linearpolarisator daran gehindert,
an die Detektoranordnung innerhalb des Lesegeräts übertragen
zu werden.
Bei einer Ausführungsform sind die erste Viertelwellenplatte
und die zweite Viertelwellenplatte Abschnitte einer einzigen
Viertelwellenplatte. Bei einer weiteren Ausführungsform sind
das erste und das zweite Polarisationsfilter Abschnitte eines
einzigen Polarisators. Bei einer weiteren, alternativen Aus
führungsform wird ein Wellenlängenfilter verwendet, welches
selektiv Licht mit der Wellenlänge der optischen Quelle durch
läßt, und Umgebungslicht entfernt, um so die Empfindlichkeit
des Lesegeräts zu erhöhen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestell
ter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus welchen weitere
Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Ansicht zur Erläuterung des Be
triebs eines Symbollesegeräts gemäß der vorliegen
den Erfindung;
Fig. 2 eine Vorderansicht eines Abschnitts des Symbollese
geräts von Fig. 1; und
Fig. 3 eine isometrische Ansicht einer alternativen Ausfüh
rungsform der Erfindung, welche einen Linearpolari
sator und eine Viertelwellenplatte verwendet.
Wie aus Fig. 1 hervorgeht, weist ein Symbollesegerät 40 gemäß
der Erfindung mehrere Beleuchtungsquellen 44 auf, die auf ei
ner Plattform 46 angebracht sind, um einen Zielgegenstand 45
zu beleuchten, der einen Strichcode oder ein anderes Symbol
auf seiner Oberfläche aufweist. Die Plattform 46 ist eine Pla
tine mit einer gedruckten Schaltung und innerhalb eines Lese
gerätegehäuses 50 angebracht. Die Beleuchtungsquellen 44 bei
der dargestellten, bevorzugten Ausführungsform sind licht
emittierende Dioden ("LEDs"), die an der Plattform 46 an aus
gewählten Orten und mit ausgewählten Orientierungen so ange
bracht sind, daß sie Lichtstrahlen nach außerhalb der Lese
vorrichtung 40 aussenden, um den Zielgegenstand 70 zu beleuch
ten. In Fig. 1 sind zwei Lichtstrahlen 72 und 74 gezeigt, um
zu erläutern, daß jeder Strahl entlang einem unterschiedlichen
optischen Weg in Richtung auf den Zielgegenstand ausgesandt
wird. Es wird darauf hingewiesen, daß nur zwei Beleuchtungs
quellen 44 in Fig. 1 dargestellt sind, jedoch bei der bevor
zugten Ausführungsform annähernd vierundzwanzig getrennte LEDs
verwendet werden, wie in Fig. 2 gezeigt ist; jede von ihnen
ist entlang einem getrennten optischen Weg in Richtung auf den
Zielgegenstand 45 ausgerichtet.
Eine zweidimensionale Detektoranordnung 48 mit einem Detektor
feld 43 und einer Abbildungsoptik 41 ist ebenfalls an einem
zentralen Abschnitt der Plattform 46 angebracht und stellt
eine Einrichtung zur Erfassung des von dem Zielgegenstand 45
reflektierten Lichts für die Lesevorrichtung zur Verfügung.
Die Detektoranordnung 43 ist ein konventionelles CCD-Feld.
Die Detektoranordnung 48 ist so ausgerichtet, daß sie einen
Anteil des Lichts, welches in das Gehäuse 50 eintritt, durch
ein Fenster 52 empfängt.
Die Beleuchtungsquellen 44 und die Detektoranordnung 48 wer
den von einer konventionellen elektronischen Steuerung 54
unter Steuerung eines Mikroprozessors 55 mit Energie versorgt.
Die Verbindung der Detektoranordnung 48 und der Beleuchtungs
quellen 54 mit der Elektronik und dem Mikroprozessor wird
durch Kabel 51 durchgeführt, welche eine Verbindung zur Pla
tine mit der gedruckten Schaltung herstellen, welche die Plat
te 46 bildet.
Das Fenster 52 stellt einen Durchlaß für Licht von den Be
leuchtungsquellen 44 dar, damit dieses von dem Lesegerät 40
zum Zielgegenstand 45 ausgesandt werden kann. Das Fenster 52
stellt auch einen Zugang für reflektiertes Licht zur Verfü
gung, damit dieses von dem Zielgegenstand zur Detektoranord
nung 48 gelangen kann.
Das Fenster 52 ist mit einer lichtdurchlässigen oder trans
parenten Basis 56 versehen, über welcher ein Paar von lamel
lierten Polarisationsfiltern 58 und 59 angebracht sind. Die
Polarisationsfilter 58 und 59 sind Linearpolarisationsfilter,
die aus zwei getrennten Abschnitten eines Polarisationsfilms
hergestellt sind, von denen jeder einen getrennten Oberflä
chenbereich 60 bzw. 62 der Fensterbasis 56 bedeckt, wie am
deutlichsten aus Fig. 2 hervorgeht. Der erste Bereich 60 um
faßt einen wesentlichen Abschnitt des Fensters 52 vor den
Beleuchtungsquellen 44. Der zweite Abschnitt 62 umfaßt einen
zentralen Abschnitt des Fensters 52 vor der Detektoranordnung
48. Derartige Polarisationsfilme sind im Handel erhältliche
Erzeugnisse, die einen transparenten Kleber an der Rückseite
zur Befestigung an einer Oberfläche aufweisen, beispielsweise
der Fensterbasis 56. Alternativ hierzu können die Polarisa
tionsfilter vereinigt mit der Basis ausgebildet sein, oder aus
Polarisationsbeschichtungen bestehen, die auf der Basis abge
lagert sind. Während die Ausführungsform von Fig. 1 Linear
polarisationsfilter 58, 60 zeigt, sind innerhalb des Umfangs
der Erfindung auch andere Arten von Polarisatoren.
Wie Fig. 2 zeigt, läßt das Polarisationsfilter 58 vor den Be
leuchtungsquellen 44 selektiv Licht hindurch, welches in einer
ersten Richtung polarisiert ist, die durch den Pfeil 64 dar
gestellt ist, und das Polarisationsfilter 59 vor der Detek
toranordnung 48 läßt selektiv Licht durch, welches in einer
zweiten, durch den Pfeil 66 bezeichneten Richtung polarisiert
ist, und zwar orthogonal zur ersten Polarisationsrichtung des
Polarisationsfilters 58. Diese Anordnung läßt sich einfach
dadurch erzielen, daß von einem einzigen Blatt eines Polari
sationsfilms zwei Stücke mit geeigneten Abmessungen entspre
chend dem ersten und dem zweiten Bereich 60, 62 abgeschnitten
werden. Vor der Befestigung an der Fensterbasis 56 wird eines
der beiden Stücke um 90° gedreht. Beide Stücke werden an der
Fensterbasis 56 befestigt.
Nachstehend wird, hauptsächlich unter Bezugnahme auf Fig. 1,
der Betriebsablauf des Lesegerätes 40 beschrieben. Das Lese
gerät 40 beleuchtet eine Bildebene 71 durch die Beleuchtungs
quellen 44, angedeutet durch die beiden Lichtstrahlen 72, 74,
um gleichmäßig einen Bereich 68 des Zielgegenstandes 45 zu
beleuchten. Dann erfaßt das Lesegerät 40 durch die Detektor
anordnung 48 Licht, welches von einer Bildfläche 46 des be
leuchteten Bereichs 68 in der Bildebene 71 reflektiert wird.
Die von jedem Ort des Zielgegenstandes 45 in der Bildfläche
76 reflektierte Lichtmenge hängt hauptsächlich von dem Refle
xionsvermögen des Zielgegenstandes 45 an diesem Ort ab, oder
vom Reflexionsvermögen des Strichcodes oder eines anderen
Symbols, welches durch ein Etikett oder direktes Aufdrucken
des Symbols auf der Oberfläche des Zielgegenstandes 45 vorge
sehen ist. Die Lichtmenge, die von jedem Ort durch die Detek
toranordnung 48 empfangen wird, ist daher proportional zum
Reflexionsvermögen an diesem Ort. In Reaktion auf das von
jedem Ort empfangene Licht erzeugt die Detektoranordnung 48
elektrische Signale, welche die Menge an Lichtenergie anzei
gen. Da ein Symbol ein vorbestimmtes Muster mit Abschnitten
hohen und niedrigen Reflexionsvermögens darstellt, erzeugt die
Detektoranordnung 48 ein Muster aus elektrischen Signalen ent
sprechend jedem Symbol innerhalb der Bildfläche 76. Das elek
trische Ausgangssignal der Detektoranordnung wird in die elek
tronische Steuerung 54 und den Mikroprozessor 55 eingegeben.
Das elektrische Ausgangssignal kann in einem Speicher gespei
chert und dann vom Mikroprozessor decodiert werden, wie im
Stand der Technik bekannt ist, um jedes Symbol, das in der
Bildfläche 76 vorhanden sein könnte, zu lokalisieren und zu
decodieren.
Im allgemeinen ist das von den Beleuchtungsquellen 44 erzeug
te Licht unpolarisiert. Fachleuten auf diesem Gebiet wird
deutlich werden, daß der hier verwendete Begriff "unpolari
siertes Licht" nicht notwendigerweise Licht bezeichnet, wel
ches überhaupt nicht polarisiert ist. Der Begriff "unpolari
siertes Licht" wird daher nicht dazu verwendet, Licht zu be
zeichnen, bei welchem die elektrischen Felder in den beiden
Orthogonalrichtungen notwendigerweise vollständig unkorreliert
sind. Der Begriff "unpolarisiert" wird statt dessen hier so
verwendet, daß er Licht bezeichnet, welches nicht hauptsäch
lich in einer bestimmten Ebene linear polarisiert ist. Eine
detailliertere Beschreibung der Polarisation und der Unter
scheidung zwischen polarisiertem und unpolarisiertem Licht
findet sich in A. Ishimaru, Electromagnetic Wave Propagation,
Radiation and Scattering, Seiten 33-40, Prentice-Hall, Inc.
(1991).
Wie voranstehend erläutert werden die Erfassung und Identifi
zierung eines Symbols durch jegliches spiegelnd reflektierte
Licht beeinträchtigt, welches zur Detektoranordnung 48 zurück
kehrt. Während das von den Beleuchtungsquellen 44 erzeugte
Licht durch das Polarisationsfilter 58 hindurchgeht, wird ein
gewisser Anteil des polarisierten Lichts, der auf die Bild
fläche 76 auftrifft, spiegelnd in Richtung auf die Detektor
anordnung 48 reflektiert. Bekanntlich bezeichnet eine spie
gelnde Reflexion eine solche Reflexion, bei welcher das Licht
nach Reflexion von einer Oberfläche seine Polarisation bei
behält. Wenn beispielsweise Licht in einer ersten Richtung
linear polarisiert ist, so behält es seine lineare Polarisa
tion nach einer spiegelnden Reflexion in derselben Richtung.
Weiterhin wird ein Fachmann auf diesem Gebiet erkennen, daß
Fig. 1 eine beispielhafte Darstellung einer spiegelnden Re
flexion von diskreten Orten auf dem Zielgegenstand unter Ver
wendung von Strahlen ist, welche Lichtstrahlen repräsentie
ren, und von Pfeilen, welche die Polarisation angeben.
Der Effekt der spiegelnden Reflexion kann tatsächlich in je
dem Abschnitt der Bildfläche 76 oder über der gesamten Bild
fläche auftreten. Das Ausmaß der spiegelnden Reflexion des
Lichts von den Beleuchtungsquellen 44 zur Detektoranordnung 48
hängt vom Einfallswinkel und dem Reflexionswinkel des Lichts
ab, festgelegt durch die relativen Positionen der Detektoran
ordnung 48, der Beleuchtungsquellen 44 und der Bildfläche 76
des Zielgegenstandes 70, von der Topographie und der Oberflä
chenbearbeitung des Zielgegenstandes, und der Orientierung
der Oberfläche des Zielgegenstandes in der Bildfläche, ein
schließlich irgendwelcher ungleichmäßiger Abschnitte.
Das Lesegerät 40 erzeugt polarisiertes Licht, angedeutet durch
die Lichtstrahlen 78, 80. Der Polarisationszustand der Licht
strahlen 78, 80 infolge ihres Durchgangs durch das Polarisa
tionsfilter 58 wird durch die Polarisationsrichtungspfeile 92
angegeben. Am Anfang ist das von den Beleuchtungsquellen 44
ausgesandte Licht im wesentlichen unpolarisiertes Licht, wie
durch die doppelten Polarisationsrichtungspfeile 86, 90 in
Fig. 1 angedeutet ist.
Wenn das unpolarisierte Licht von den Beleuchtungsquellen 44
durch das erste Polarisationsfilter 58 hindurchgeht, wird
Licht gesperrt, welches orthogonal zur ersten Polarisations
richtung 64 (siehe Fig. 2) polarisiert ist. Nur polarisier
tes Licht in den Lichtstrahlen 78, 80, welches eine Polarisa
tionsrichtung parallel zur ersten Polarisationsrichtung 64
aufweist, wird durchgelassen, wie durch die Polarisations
richtungspfeile 92A angedeutet ist. Das polarisierte Licht
breitet sich dann zum Zielgegenstand 45 hin aus.
Nach dem Auftreffen und Beleuchten des Abschnitts 68 des
Zielgegenstandes 45 wird ein gewisser Prozentsatz des auf
treffenden polarisierten Lichts von den Lichtstrahlen 78, 80
reflektiert und kehrt als reflektiertes Licht zurück, ange
deutet durch die Bezugsziffer 77 und die gestrichelten Linien
in Fig. 1, und zwar vom Zielgegenstand aus zur Detektoranord
nung 48. Ein Teil dieses reflektierten Lichts 77 wird spie
gelnd reflektiertes Licht sein, angedeutet durch die Licht
strahlen 79, von spiegelnden Abschnitten 82, 84, angedeutet
durch dreieckige Projektionen auf den Zielgegenstand 45. Ein
Teil des spiegelnd reflektierten Lichts 79 folgt einem opti
schen Weg zurück zur Detektoranordnung 48.
Infolge der Eigentümlichkeiten der spiegelnden Reflexion be
hält das spiegelnd reflektierte Licht 79 seine Polarisation
in der ersten Polarisationsrichtung 66 bei, wie durch die
Polarisationsrichtungspfeile 92B angedeutet ist. Das reflek
tierte Licht 77, nämlich sowohl spiegelnd reflektiertes Licht
79 als auch nicht-spiegelnd reflektiertes Licht, bewegt sich
von dem Zielgegenstand 45 zur Detektoranordnung 48 und ge
langt durch den zweiten Abschnitt 62 der Fensterbasis 56, der
von dem zweiten Polarisationsfilter 59 abgedeckt ist. Das
zweite Polarisationsfilter 59 sperrt im wesentlichen sämtli
ches Licht, welches in der ersten Polarisationsrichtung 64
polarisiert ist, welche quer zur zweiten Polarisationsrichtung
66 liegt, wogegen es Licht zur Detektoranordnung 48 durchläßt,
welches in der zweiten Polarisationsrichtung 66 polarisiert
ist. Daher wird ein wesentlicher Anteil des Lichts, welches
von dem Zielgegenstand 45 spiegelnd zur Detektoranordnung 48
reflektiert wird, durch das zweite Polarisationsfilter 59 da
ran gehindert, die Detektoranordnung 48 zu erreichen.
Es wird darauf hingewiesen, daß zwar ein gewisser Anteil des
auftreffenden, polarisierten Lichts von den Lichtstrahlen 78,
80 spiegelnd reflektiert wird, jedoch ein wesentlicher Anteil
des Lichts auf nicht-spiegelnde oder diffuse Weise reflektiert
wird. Ein wesentlicher Anteil des reflektierten Lichts behält
daher keine lineare Polarisation in der ersten Polarisations
richtung 64 bei und ist daher zumindest teilweise unpolari
siert. Ein Teil dieses unpolarisierten Lichts, welches in der
zweiten Polarisationsrichtung 66 polarisiert ist, wird durch
das Polarisationsfilter 59 zur Detektoranordnung 48 durchge
lassen. Die Detektoranordnung 48 empfängt daher diffus (nicht
spiegelnd) reflektiertes Licht, welches von den Beleuchtungs
quellen 44 stammt, wogegen das spiegelnd reflektierte Licht
gesperrt wird. Dieses diffus reflektierte Licht repräsentiert
genauer das Reflexionsvermögen der unterschiedlichen Abschnit
te der Bildfläche 76, wodurch die Genauigkeit verbessert wird,
mit welcher das Lesegerät 70 irgendwelche Symbole in der Bild
fläche 76 liest.
Zwar ist die Basis 56 des Fensters 52 bei der bevorzugten Aus
führungsform transparent ausgebildet, jedoch kann auch ein
farbselektives Filter statt der transparenten Basis oder zu
sätzlich zu dieser eingesetzt werden. Bekanntlich läßt ein
farbselektives Filter mit einem Durchlaßbereich, der mit der
Wellenlänge der Beleuchtungsquellen 44 überlappt, in vorteil
hafter Weise nur Licht im wesentlichen bei der Wellenlänge
des Lichts von den Beleuchtungsquellen 44 durch, während es
Licht bei anderen Wellenlängen sperrt. Daher wird Umgebungs
licht mit Wellenlängen, die sich von der Wellenlänge des
Lichts von den Beleuchtungsquellen 44 unterscheiden, daran
gehindert, auf die Detektoranordnung 48 aufzutreffen und de
ren Empfindlichkeit zu beeinträchtigen. Dies verhindert eine
Verringerung der Empfindlichkeit der Detektoranordnung 48
infolge von Umgebungslicht.
Eine alternative Ausführungsform der Erfindung macht sich die
zirkularen Polarisationseigenschaften von Licht zunutze. Bei
dieser Ausführungsform, die in Fig. 3 gezeigt ist, ist ein
Linearpolarisator 100 in dem optischen Weg der Beleuchtungs
quellen 44 angeordnet, um wie voranstehend geschildert linear
polarisiertes Licht 80 zum Zielgegenstand 45 hin durchzulas
sen.
Eine Viertelwellenplatte 102 mit bekanntem Aufbau ist dem
Linearpolarisator 100 überlagert und empfängt das Licht, wel
ches von dem Linearpolarisator 100 durchgelassen wird. Be
kanntlich wandelt die Viertelwellenplatte 102 linear polari
siertes Licht in zirkular polarisiertes Licht um. Abhängig
von der Polarisationsrichtung des linear polarisierten Lichts
weist das zirkular polarisierte Licht entweder eine Links-
oder Rechtsdrehung des elektrischen Feldvektors auf. Bei der
Ausführungsform von Fig. 3 ist das Licht 106, welches von der
Viertelwellenplatte 102 durchgelassen wird, rechts herum pola
risiert, wie durch die Zirkularpolarisationsanzeige 112 an
gedeutet ist.
Wenn zirkular polarisiertes Licht 106 durch spiegelnde Ab
schnitte 82, 84 des Zielgegenstandes 45 reflektiert wird, so
ändert es bekanntlich den Drehsinn des polarisierten Lichts.
Bei dem Beispiel von Fig. 3 ist dann, wenn das auftreffende,
zirkular polarisierte Licht rechts herum polarisiertes (RHP)
Licht 106 ist, das spiegelnd reflektierte Licht dann links
herum polarisiertes (LHP) Licht 108, wie durch den Zirkular
polarisationsindikator 114 angedeutet ist. Das LHP-Licht 108
trifft auf die Viertelwellenplatte 102, wenn es zur Detektor
anordnung 48 zurückkehrt. Die Viertelwellenplatte wandelt
das LHP-Licht 108 in linear polarisiertes Licht 110 um, wie
durch den Polarisationsindikator 116 angedeutet ist. Bei dem
linear polarisierten Licht 110 ist die Polarisationsachse
orthogonal zur Polarisationsachse des linearen Polarisators
100. Daher wird das zurückkehrende, spiegelnd reflektierte
Licht 108 daran gehindert, die Detektoranordnung 48 zu er
reichen. Wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 weist dif
fus reflektiertes Licht (also nicht-spiegelnd reflektiertes
Licht) statistische Polarisationsrichtungen auf, und daher
wird ein gewisser Anteil dieses Lichts von der Viertelwellen
platte 102 und dem linearen Polarisator 100 durchgelassen.
Daher wird das spiegelnd reflektierte Licht 108 entfernt,
während diffus reflektiertes Licht zur Detektoranordnung 48
durchgelassen wird.
Vorteilhafterweise werden die Viertelwellenplatte 102 und der
Linearpolarisator 100 aus einem Teil hergestellt und erfor
dern nicht das Schneiden eines Polarisationsfilms zur Erzeu
gung eines ersten und eines zweiten Polarisators. Dies ver
ringert die Herstellungskosten.
Wie bei der Ausführungsform der Fig. 1 und 2 kann das Fenster,
welches durch die Viertelwellenplatte 102 und den Linearpola
risator 100 gebildet wird, dadurch farbselektiv ausgebildet
werden, daß entweder der Linearpolarisator 100 oder die Vier
telwellenplatte 102, oder aber beide, aus einem farbselekti
ven Material hergestellt werden. Alternativ hierzu kann ein
getrenntes Farbfilter dazu verwendet werden, selektiv Licht
bei der Wellenlänge der optischen Quelle 44 zur Detektoranord
nung 48 durchzulassen, während es Licht bei anderen Wellen
längen blockiert.
Fachleuten auf diesem Gebiet wird deutlich werden, daß zwar
bevorzugt Polarisationsfilter eingesetzt werden, die aus
lamellierten Filmen bestehen, die ein optisches Fenster über
lagern, daß jedoch auch andere Polarisationsfilter, die zwi
schen den Beleuchtungsquellen und der Bildebene und zwischen
der Detektoranordnung und der Bildebene liegen, innerhalb des
Umfangs der Erfindung liegen. Zwar verwendet die bevorzugte
Ausführungsform mehrere Beleuchtungsquellen 44 zur Bereit
stellung der Beleuchtung für den Zielgegenstand 45, jedoch
ist auch eine Vorrichtung mit einer einzigen optischen Quel
le in den Umfang der Erfindung eingeschlossen. Es wurde zwar
eine bestimmte Ausführungsform der Erfindung hier zu Erläu
terungszwecken beschrieben, jedoch lassen sich verschiedene
Abänderungen durchführen, ohne vom Wesen und Umfang der vor
liegenden Erfindung abzuweichen. Die Erfindung ist daher nur
durch den gesamten Offenbarungsgehalt der gesamten vorliegen
den Anmeldeunterlagen beschränkt, und diesen Offenbarungs
gehalt sollen die beigefügten Patentansprüche mit umfassen.
Claims (11)
1. Symbollesegerät zum Lesen eines Symbols auf einem Abschnitt
eines Zielgegenstandes, wobei das Symbol mehrere Bereiche
mit unterschiedlichen Reflexionsvermögen aufweist, gekenn
zeichnet durch:
eine Beleuchtungslichtquelle zur Erzeugung unpolarisierten Lichts, welche so ausgerichtet ist, daß sie Licht entlang einem optischen Weg in Richtung auf den Bereich des Ziel gegenstandes aussendet;
einen ersten Polarisator in dem optischen Weg zum Empfang unpolarisierten Lichts von der Lichtquelle, wenn die Licht quelle eingeschaltet ist, wobei der erste Polarisator Licht durchläßt, welches im wesentlichen in einer ersten Richtung polarisiert ist, und den Durchgang von Licht sperrt, wel ches im wesentlichen in einer zweiten Richtung orthogonal zur ersten Richtung polarisiert ist;
einen zweiten Polarisator, der so ausgerichtet ist, daß er von dem Bereich des Zielgegenstandes reflektiertes Licht empfängt, wobei der zweite Polarisator Licht durchläßt, welches im wesentlichen in der zweiten Richtung polarisiert ist; und
eine optische Detektoranordnung, die so angeordnet ist, daß sie das in der zweiten Richtung polarisierte Licht empfängt, welches von dem zweiten Polarisator durchgelas sen wird, und welche elektrische Signale in Reaktion auf das vom zweiten Polarisator durchgelassene Licht erzeugt.
eine Beleuchtungslichtquelle zur Erzeugung unpolarisierten Lichts, welche so ausgerichtet ist, daß sie Licht entlang einem optischen Weg in Richtung auf den Bereich des Ziel gegenstandes aussendet;
einen ersten Polarisator in dem optischen Weg zum Empfang unpolarisierten Lichts von der Lichtquelle, wenn die Licht quelle eingeschaltet ist, wobei der erste Polarisator Licht durchläßt, welches im wesentlichen in einer ersten Richtung polarisiert ist, und den Durchgang von Licht sperrt, wel ches im wesentlichen in einer zweiten Richtung orthogonal zur ersten Richtung polarisiert ist;
einen zweiten Polarisator, der so ausgerichtet ist, daß er von dem Bereich des Zielgegenstandes reflektiertes Licht empfängt, wobei der zweite Polarisator Licht durchläßt, welches im wesentlichen in der zweiten Richtung polarisiert ist; und
eine optische Detektoranordnung, die so angeordnet ist, daß sie das in der zweiten Richtung polarisierte Licht empfängt, welches von dem zweiten Polarisator durchgelas sen wird, und welche elektrische Signale in Reaktion auf das vom zweiten Polarisator durchgelassene Licht erzeugt.
2. Symbollesegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der erste Polarisator einen ersten Abschnitt eines
optischen Fensters umfaßt, welches in dem optischen Weg
angeordnet ist, und daß der zweite Polarisator einen zwei
ten Abschnitt des optischen Fensters umfaßt, der zwischen
dem Bereich des Zielgegenstandes und der Detektoranordnung
angeordnet ist.
3. Symbollesegerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Beleuchtungslichtquelle mehrere LEDs aufweist, die
so ausgerichtet sind, daß sie Licht entlang jeweiliger
Wege zum Bereich des Zielgegenstandes aussenden.
4. Symbollesegerät nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch ein
wellenlängenselektives optisches Filter, welches zwischen
dem Bereich des Zielgegenstandes und der Detektoranordnung
angeordnet ist, wobei das Filter hauptsächlich Licht bei
den Wellenlängen des von den LEDs ausgesandten Lichts
durchläßt.
5. Symbollesegerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch:
ein erstes optisches Element, welches so angeordnet ist, daß es linear polarisiertes Licht von dem ersten Polari sator empfängt, wobei das erste optische Element das im wesentlichen in der ersten Richtung linear polarisierte Licht in zirkular polarisiertes Licht umwandelt, welches in der ersten Zirkularpolisationsrichtung polarisiert ist, und das zirkular polarisierte Licht zum Bereich des Ziel gegenstandes hin durchläßt; und
ein zweites optisches Element, welches so angeordnet ist, daß es vom Bereich des Zielgegenstandes reflektiertes Licht empfängt, wobei das zweite optische Element das reflektierte, zirkular polarisierte Licht in linear pola risiertes Licht umwandelt, welches in einer zweiten Rich tung polarisiert ist, und wobei der zweite Polarisator so angeordnet ist, daß er Licht von dem zweiten optischen Element empfängt.
ein erstes optisches Element, welches so angeordnet ist, daß es linear polarisiertes Licht von dem ersten Polari sator empfängt, wobei das erste optische Element das im wesentlichen in der ersten Richtung linear polarisierte Licht in zirkular polarisiertes Licht umwandelt, welches in der ersten Zirkularpolisationsrichtung polarisiert ist, und das zirkular polarisierte Licht zum Bereich des Ziel gegenstandes hin durchläßt; und
ein zweites optisches Element, welches so angeordnet ist, daß es vom Bereich des Zielgegenstandes reflektiertes Licht empfängt, wobei das zweite optische Element das reflektierte, zirkular polarisierte Licht in linear pola risiertes Licht umwandelt, welches in einer zweiten Rich tung polarisiert ist, und wobei der zweite Polarisator so angeordnet ist, daß er Licht von dem zweiten optischen Element empfängt.
6. Symbollesegerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß das erste optische Element einen ersten Abschnitt ei
ner Viertelwellenplatte umfaßt, der in dem optischen Weg
angeordnet ist, und das zweite optische Element einen
zweiten Abschnitt der Viertelwellenplatte umfaßt, der
zwischen dem Bereich des Zielgegenstandes und der Detek
toranordnung angeordnet ist.
7. Symbollesegerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß ein wellenlängenselektives optisches Filter vorgesehen
ist, das zwischen dem Bereich des Zielgegenstandes und der
Detektoranordnung angeordnet ist und hauptsächlich Licht
bei Wellenlängen des von den LEDs ausgesandten Lichts hin
durchläßt.
8. Verfahren zur Verringerung spiegelnder Reflexionen, die
von einer Detektoranordnung in einem Symbollesegerät
empfangen werden, welches ein Symbol liest, welches meh
rere Flächen mit unterschiedlichem Reflexionsvermögen auf
weist, mit folgenden Schritten:
Erzeugen von in einer ersten Richtung polarisiertem Licht zur Beleuchtung des Symbols;
Richten des polarisierten Lichts entlang einem optischen Weg zum Symbol;
Empfangen von reflektiertem Licht von dem Symbol;
Sperren des empfangenen Lichts, welches in der ersten Polarisationsrichtung polarisiert ist;
Durchlassen von in einer zweiten Richtung polarisiertem Licht, die im wesentlichen orthogonal zur ersten Polari sationsrichtung verläuft, zur Detektoranordnung; und
Erfassen des empfangenen Lichts, welches im wesentlichen orthogonal zur ersten Polarisationsrichtung polarisiert ist, durch die Detektoranordnung.
Erzeugen von in einer ersten Richtung polarisiertem Licht zur Beleuchtung des Symbols;
Richten des polarisierten Lichts entlang einem optischen Weg zum Symbol;
Empfangen von reflektiertem Licht von dem Symbol;
Sperren des empfangenen Lichts, welches in der ersten Polarisationsrichtung polarisiert ist;
Durchlassen von in einer zweiten Richtung polarisiertem Licht, die im wesentlichen orthogonal zur ersten Polari sationsrichtung verläuft, zur Detektoranordnung; und
Erfassen des empfangenen Lichts, welches im wesentlichen orthogonal zur ersten Polarisationsrichtung polarisiert ist, durch die Detektoranordnung.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
der Schritt der Erzeugung polarisierten Lichts umfaßt:
Erzeugen unpolarisierten Lichts durch eine optische Quelle; und
Abfangen des unpolarisierten Lichts durch einen Polarisa tor, wobei der Polarisator in der ersten Polarisations richtung polarisiertes Licht durchläßt und in der zweiten Polarisationsrichtung polarisiertes Licht sperrt.
Erzeugen unpolarisierten Lichts durch eine optische Quelle; und
Abfangen des unpolarisierten Lichts durch einen Polarisa tor, wobei der Polarisator in der ersten Polarisations richtung polarisiertes Licht durchläßt und in der zweiten Polarisationsrichtung polarisiertes Licht sperrt.
10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
der Schritt einer Wellenlängenfilterung des empfangenen,
von dem Symbol reflektierten Licht vor der Erfassung des
Lichts durch den Detektor vorgesehen ist.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
die Schritte der Sperrung des empfangenen Lichts, welches
in der ersten Polarisationsrichtung polarisiert ist, und
des Durchlassens des Lichts, welches in der zweiten Pola
risationsrichtung polarisiert ist, den Schritt des Abfan
gens des empfangenen Lichts durch einen zweiten Polarisa
tor, wobei der zweite Polarisator Licht durchläßt, das
in der zweiten Polarisationsrichtung polarisiert ist,
und Licht sperrt, welches in der ersten Polarisations
richtung polarisiert ist, umfassen.
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