DE2200093C3

DE2200093C3 - Lesevorrichtung für optisch erkennbare Zeichen

Info

Publication number: DE2200093C3
Application number: DE2200093A
Authority: DE
Inventors: Gernot Ing.(Grad.) 8034 Germering Pinior; Johann Ing.(Grad.) 8025 Unterhaching Ploeckl; Erwin 8021 Icking Sick
Original assignee: Zellweger Uster AG
Current assignee: Zellweger Uster AG
Priority date: 1971-03-22
Filing date: 1972-01-03
Publication date: 1978-06-29
Also published as: ZA721585B; SE389934B; GB1388131A; FR2131405A5; CA956033A; NL7200754A; DE2200093A1; CH537057A; US3758783A; DE2200093B2; BE780725A

Description

Die Erfindung betrifft eine Lesevorrichtung for insbesondere einer Ware zugeordnete und an dieser angebrachte, optisch erkennbare Zeichen, welche innerhalb ei.nes vorbestimmten Tiefenbereiches um eine Bezugsebene herum vorliegen können und mittels eines Lichtflecks abgetastet werden, mit einer photoelektrischen Empfangsvorrichtung, welche einen Teil des von den Zeichen zurückgeworfenen Lichts aufnimmt und ein dem auffallenden Lichtstrom entsprechendes elektrisches Signal abgibt wobei zwischen die Bezugsebene und die Empfangsvorrichtung eine Sammellinse eingeschaltet ist auf deren der Empfangsvorrichtung zugewandten Seite im Bereich des zur Empfangsvorrichtung verlaufenden Lichtstroms eine Blende angeordnet ist.

Es ist bereits eine derartige Lesevorrichtung bekannt (US-PS 34 56 997), welche dazu dient, optisch erkennbare Zeichen abzutasten, die seitlich auf an der Vorrichtung in einem fest vorgegebenen Abstand vorüberrollenden Fahrzeugen angebracht sind. Die im reflektierten Strahlengang zwischen der die abzulesenden Zeichen abbildenden Sammellinse und der elektrischen Empfangsvorrichtung angeordnete Schlitzblende befindet sich in der Abbildungsebene der Sammellinse und dient dazu, aus dem von der Sammellinse entworfenen Bild einen so kleinen Teil auszublenden, daß mit Ausnahme von möglichst kurzen Übergangszeiten immer nur ein heller oder ein dunkler Kodebalken des abzulesenden Zeichens von der Empfangsvorrichtung gesehen wird. Da bei der bekannten Vorrichtung der mittlere Sollabstand der abzulesenden Zeichen von der Lesevorrichtung groß ist, spielen unterschiedliche Abstände, die die optisch erkennbaren Zeichen zum Zeitpunkt der Abtastung gegenüber der Lesevorrichtung z. B. aufgrund einer unterschiedlichen Anbringungshöhe an den verschiedenen Waggons einnehmen können keine solche Rolle, daß durch die wechselnden Abstände die Erkennbarkeit der Zeichen beeinträchtigt wird.

Dieses Problem ist aber nicht mehr vernachlässigbar, wenn die die abzutastenden Zeichen tragenden Gegenstände sehr nah an der Lesevorrichtung vorbeigeführt werden, so daß bereits dem Absolutwert nach kleine Verschiebungen der abzulesenden Zeichen aus der Soll-Bezugsebene heraus zu beträchtlichen Störungen führen.

Somit liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Lesevorrichtung der eingangs genannten Gattung zu

schaffen, mit der eine einwandfreie Trennung der unterschiedlich hellen Zeichenbereiche fiber einen möglichst großen Tiefenbereich auch dann noch möglich ist, wenn keine idealen Hell-Dunkel-Kontrastverhältnisse gegeben sind.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß die Blende in der Brennebene der Sammellinse angeordnet und daß die öffnung der Blende so bemessen ist, daß ein von der am weitesten entfernt gelegenen Ebene des Tiefenbereichs ausgehendes Lichtstrahlenhündel zur Empfangsvorrichtung die Blendenöffnung zumindest in der Querrichtung voll ausfüllt Aufgrund dieser Anordnung und Dimensionierung der Blende wird erreicht daß sämtliche innerhalb des Tiefenbereichs liegenden, reflektierenden Punkte von der elektrischen Empfangsvorrichtung her unabhängig von ihrer tatsächlichen Lage relativ zur Sollbezugsebene unter demselben öffnungswinkel gesehen werden. Der von einem solchen Punkt zur Empfangsvorrichtung gelangende Lichtstrom ist somit innerhalb der vorgegebenen Grenzen nicht mehr vom Abstand des Punktes von der Lesevorrichtung bzw. von der Sammellinse, sondern nur noch von der tatsächlichen Helligkeit bzw. dem tatsächlichen Reflexionsvermögen des betreffenden Punktes abhängig. Die Empfindlichkeit der elektrischen Empfangsvorrichtung kann auf diese Weise so eingestellt werd.n, daß sich für genau in der Bezugsebene an der Lesevorrichtung vorbeigeführte Zeichen eine optimale Trennung von hellen und dunklen Bereichen auch bei leichter Verschmutzung der Zeichen ergibt ohne daß es in den Randzonen des Tiefenbereiches zu einer Verschlechterung der Hell-Dunkel-Auflösung kommt

Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Lesevorrichtung ist darin zu sehen, daß infolge der Konstanz des von einem innerhalb des Tiefenbereichs beliebig angeordneten Punkt vorgegebener Helligkeit ausgehenden Lichtstroms auch die Störeinflüsse beträchtlich vermindert werden, die sich aus einem Verkippen der Ebene, in der das abzulesende Zeichen angeordnet ist bzw. bewegt wird, gegen die Soll-Bezugsebene ergeben.

Die aus der bekannten Vorrichtung (US-PS 34 56 997) bekannte Blende dient also einem anderen Zweck.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Unteransprüche gekennzeichnet

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert; in dieser zeigt

F i g. 1 eine vereinfachte perspektivische Darstellung der Lesevorrichtung gemäß der Erfindung,

F i g. 2 den Empfangsstrahlengang der Lesevorrichtung nach F i g. 1 im Schnitt und

F i g. 3 eine Draufsicht der Blende.

Die F i g. 1 zeigt in vereinfachter perspektivischer Darstellung ein erstes Ausführungsbeispiel mit teilweise im Interesse der Übersichtlichkeit weggeschnittenen Teilen. Dabei sind der deutlichen Darstellung wegen einzelne Teile nur angedeutet; im übrigsn ist die Lesevorrichtung nicht maßstäblich gezeichnet.

Die Lesevorrichtung t ist unterhalb einer bekannten Fördereinrichtung 2 mit einem Spalt 3 angeordnet. Die Fördereinrichtung 2 besteht aus einem Förderband 2A, welches über eine Rolle 2B läuft, sowie aus einem Förderband 2C, welches über eine weitere Rolle 2D läuft, die nur teilweise gezeichnet ist. Zwischen den Rollen 2fiund 2Cbzw. zwischen den darüber laufenden Förderbändern 2A und 2C liegt ein Spalt 3 vor, durch welchen hindurch die Lesevorrichtung 1 auf ein auf einer Ware 4 unten angebrachtes Zeichen 5 wirkt Die Ware 4 kann auch von Hand über den Spalt 3 geführt werden. Ein solches Zeichen 5 kann ein aus konzentrischen Kreisen bestehendes Codezeichen bekannter Art sein. Durch ein solches Codezeichen können der Preis der betreffenden Ware 4 und/oder ihre Artikelnummer oder weitere zugerodnete Informationen, wie Gewicht, Dimension, spätestes Verkaufsdatum usw. ausgedrückt werden. Das Zeichen 5 könnte aucih als Balkencode auf einer Seitenfläche 4Λ der Ware 4 aufgebracht sein.

Im Idealfall befindet sich das Zeichen 5 während seiner Ablesung in einer Bezugs ebene 6, welche in F i g. 1 durch eine strichpunktierte Umrandung angedeutet ist. Die Bezugsebene 6 isl horizontal liegend angenommen. Es könnte aber auch eine geneigte Lage angewendet werden. Da das Zeichen 5 nicht ohne weiteres exakt in der Bezugsebene 6 vor der Lesevorrichtung 1 vorbeigeführt werden kann, ist die Lesevorrichtung 1 so ausgebildet, daß sie innerhalb eines der Bezugsbene 6 zugeordneten räumlichen Toleranzbereiches Feine im Hinblick auf die Struktur des Zeichens ausreichend scharfe optische Abtastung des Zeichens 5 gewährleistet.

Das den Sendestrahl bildende Bauteil \A ist so angeordnet, daß ein Sendestrahl 7 einen die spiegelnde Reflexion in einen Empfangsteil herabgesetzten Winkel λ gegen die Bezugsebene-Normale ΙΪ aufweist.

Noch zu beschreibende optische Bauteile sind auf einer Grundplatte 9 befestigt, welche ihrerseits mit der Bezugsebene-Normale 8 den Winkel α mindestens annähernd einschließt. Hierdurch ergibt sich ein besonders einfacher Aufbau des optischen Systems, sowie eine gute Raumausnulzung unterhalb der Fördereinrichtung 2.

Im Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 dient als Lichtquelle für den Sendestrahl ein Laser 10, beipsielsweise ein Helium-Gaslaser. Der Laser 10 ist auf der Grundplatte 9 montiert und exakt justiert. Das aus einer Stirnfläche des Lasers 10 austretende, praktisch parallele Strahlenbündel 11 wird über einen ersten Umlenkspiegel 12 einer ersten Linse 13 zugeführt. Infolge der ersten Linse 13 entsteht schließlich ein divergentes Strahlenbündel 1Γ, welches durch eine zweite Linse 15 geschickt wird und diese als konvergentes Strahlenbündel 11" in Richtung zu einer Strahlenablenkvorrichtung 16 verläßt.

Die Umlenkung der Richtung des Strahlenbündels 11 über die Umlenkspiegel 12 und 14 ist nicht zwingend. Sie erweist sich hingegen als vorteilhaft, um bei verhältnismäßig kleinen Abmessungen der Leisevorrichtung 1 die aus optischen Gründen erforderliche Strahllänge zu erreichen. Ebenso ist die Anwendung der Linsen 13 und 15 nicht zwingend. Weist jedoch das abzulesende Zeichen 5 eine sehr feine Struktur auf und ist das aus der Lichtquelle, beispielsweise dem Laser 10 austretende Lichtbündel 11 nicht genügend fein oder parallel, so kann eine solche oder äquivalente Linsenanordnung zur Erzeugung eines besonders feinen Abtastlichtflecks bzw. einer dünnen Abtastspur auf dem Zeichen 5 vorteilhaft sein.

Es ist weiterhin vorteilhaft, wenigstens einen der Umlenkspiegel 12 und 14 ein wenig, beispielsweise einige Winkelgrade, in bezug auf auf die Senkrechte zur Grundplatte 9 zu neigen. Hierdurch kann nämlich erreicht werden, daß die Strahlenbündel II' 11" schräg von der Grundplatte 9 weg verlaufen und sich von ihr entfernen, wodurch bei senkrechter Stellung der

Spiegelfläche 16A zur Grundplatte 9 der Strahlablenkvorrichtung 16 das von ihr reflektierte Strahlenbündel 11'" über die ihm sonst im Wege stehende Linse 15 und den Umlenkspiegel 14 hinwegstreicht.

Das Strahlenbündel 11'" ist gegen eine in Richtung des Spaltes 3, also auch parallel zu den Rollen 2ßund 2D angeordnete dritte Linse 17 gerichtet. Die dritte Linse 17 ist eine Zylinderlinse, deren Länge mindestens gleich der Abtastamplitude des Strahlenbündels 11'" am Ort der Linse 17 ist. Die Linse 17 wirkt als Sendelinse.

Aus der durch eine Fläche der dritten Linse 17 gebildeten Schmalseite des den Sendestrahl erzeugenden Bauteils 1/4 tritt der Sendestrahl 7 aus. Der Sendestrahl 7 wird in der Bezugsebene 6 fokussiert. In der Bftzugsebene 6 oder innerhalb vorbestimmten räumlicher Grenzen außerhalb der Bezugsebene 6 befindet sich gemäß F i g. 1 einer Begrenzungsfläche einer schematiscn angedeuteten Ware 4, an der das abzulesende, optisch erkennbare Zeichen 5 angebracht ist. Die Begrenzungsfläche liegt vorzugsweise horizontal. Es ist aber zufolge des schrägen Einfalls des Sendesixahls 7 auch eine Schrägstellung der genannten Begrenzungsfläche innerhalb vorbestimmter Grenzen zulässig.

Die Abtastung erfolgt derart, daß das von der Strahlablenkvorrichtung 16, einem rotierenden Spiegelrad, kommende Strahlbündel 11'" periodisch über die der Strahlablenkvorrichtung 16 zugekehrte Schmalseite derditten Linse 17 streicht.

Infolge der Fokussierung des Sendestrahls 7 in der Bezugsebene 6 erzeugt der Sendestrahl auf einem dort angeordneten Zeichen 5 einen feinen Lichtfleck bzw. eine feine Abtastspur.

Aus dem von der abgetasteten Fläche der Ware 4 bzw. des Zeichens 5 im wesentlichen diffus reflektierten Licht wird ein Empfangsstrahlenbündel 18 gebildet, dessen Hauptstrahl 19 unter einem Winkel β zur Bezugsebene-Normale 8 verläuft.

Das Empfangsstrahlenbündel 18 ist gegen eine vierte Linse gerichtet, welche als Sammellinse 20 wirkt. Die Sammei'iinse 20 ist ebenfalls eine Zylinderlinse und parallel zur dritten Linse 17 angeordnet. Zwischen der dritten Linse 17 und der Sammellinse 20 ist eine lichtabsorbierende Schicht angeordnet, um den Übertritt von Licht aus dem Sendestrahlenbündel in das Empfangsstrahlenbündel zu verhindern.

Von der Sammellinse 20 wird das Empfangsstrahlenbündel 18 durch eine Blende 21 und eine Abbildungsvorrichtung 22 beispielsweise eine weitere Linse oder einen Hohlspiegel, einer photoelektrischen Empfangsvorrichtung 23 zugeführt

Das elektrische Ausgangssignal der photoelektrischen Empfangsvorrichtung 23 ist einem Verstärker 24 zugeführt, von wo es in einen Computer eingespeist werden kann.

Die Fig.2 zeigt ein Prinzipschema des Empfangsstrahlenganges. Sich entsprechende Teile sind in F i g. 2 gleich bezeichnet wie in F i g. 1. Das Strahlenbündel 11'" trifft auf die dritte Linse 17. Aus dieser tritt der Sendestrahl 7 aus. Die dritte Linse 17 fokussiert den Sendestrahl 7 innerhalb eines räumlichen Tiefenbereiches T, welcher der Bezugsebene 6 zugeordnet ist Die Anordnung ist jedoch so getroffen, daß eine einwandfreie Ablesung eines im Tiefenbereich T verweilenden oder bewegten Zeichens 5 auch dann noch gewährleistet ist, wenn das Zeichen etwas aus der Bezugsebene 6 gekippt ist oder sich in irgend einem Bereich zwischen den den Tiefenbereich Γ begrenzenden Flächen 6' und 6" befindet. Wie dies im einzelnen geschieht, wird im folgenden näher beschrieben.

Parallel zur dritten Linse 17 ist als vierte Linse die Sammellinse 20 angeordnet, welche eine Zylinderlinse mit ebenfalls senkrecht zur Zeichenebene stehender Achse ist. Die Sammellinse 20 kann auch torische Gestalt aufweisen. Die Brennlinie 25 der Sammellinse 20 befindet sich deutlich vorder Bezugsebene 6, derart, daß die in den Ebenen 6' und 6" liegenden Punkte X \ bzw.

ίο Xi zwischen der Linse 20 und der Empfangsvorrichtung 23 bei X Ί bzw. X '₂ abgebildet werden.

In der zur Empfangsvorrichtung 23 gekehrten Brennebene der Sammellinse 20 ist eine Blende 26 angeordnet, deren längliche öffnung 27 derart bemes-

!5 sen ist, daß das vor der äußersten Begrenzungscbcnc 6" ausgehende Lichtbündel 28 die Blendenöffnung 27 gerade noch voll ausleuchtet.

Bei der dargestellten Ausführungsform wird dieses einen öffnungswinkel U aufweisende Lichtbündel 28 durch eine Luke 29 bestimmt, die sich vor der Sammellinse 20 befindet. Die Luke 29 wird durch zwei Umlenkrollen 25 und ID bzw. die darüber laufenden Förderbänder 2.4 und 2C der Fördereinrichtung 2 (F i g. 1) gebildet. Diese Luke 29 kann jedoch auch durch andere Begrenzungskanten der Lesevorrichtung gebildet sein.

Es sei ein in der vorderen Begrenzungsebene 6' liegender Punkt X \ betrachtet. Das von diesem Punkt X ι auf die Sammellinse 20 fallende Lichtbündel 30 hat einen wesentlich größeren öffnungswinkel als U, wirksam wird jedoch nur der den Öffnungswinkel U aufweisende Teil dieses Lichtbündels 30. Der Rest wird durch die Blende 26 abgedeckt. Die Folge ist daß von allen zwischen den Begrenzungsebenen 6' und 6" liegenden Punkten der gleiche Lichtstrom durch die Blendenöffnungen 27 gelangt

Die Blende 26 wird durch eine weitere optische Abbildungsvorrichtung 33, und zwar durch eine weitere Zylinderlinse oder torische Linse in die Empfangsvorrichtung 23 abgebildet.

Nach F i g. 3 erweitert sich die längliche öffnung 27 der Blende 26 beidseits der Mittelquerachse 31. Dies hat den Zweck, bei seitlich von der Mittelquerachse ausgelenkten Lichtpunkten etwas größere Lichtströme zur Empfangsvorrichtung 23 gelangen zu lassen. Dies kann erwünscht sein, wenn das Empfangsstrahlenbündel aus seitlichen Abtastlagen infolge schiefer Orientierung des Sendestrahls und/oder des Empfangsstrahlenbündels einen geringeren Lichtstrom umfaßt Mit der

so variablen öffnung 27 in der Blende 26 gemäß F i g. 3 kann auch eine Richtungsabhängigkeit der Empfangsvorrichtung 23 ausgeglichen werden. Eine solche Richtungsabhängigkeit kann beispielsweise durch ein zur Verbesserung des Signal/Rausch-Verhältnisses der Empfangsvorrichtung 23 dieses vorgesetzten Linienfilters 32 verursacht sein. Durch eine Blende gemäß F i g. 3 wird eine verminderte Durchlässigkeit des Linienfilters 32 bei geändertem Einfallswinkel des auftreffenden Lichtes kompensiert

Wesentlich ist daß die Blende 26 innerhalb des zur Empfangsvorrichtung 23 gelangenden Lichtstroms angeordnet ist; bei der dargestellten Ausführung mit Zylinderlinsen 20 und 33 kommt es nur auf eine Ausleuchtung der Blendenöffnung 27 in Richtung der in F i g. 23 dargestellten Mittelquerachse 31 an.

Die Brennlinie 25 der Sammellinse 20 liegt bevorzugt zwischen den Umlenkrollen 2B und 2D, während die vordere Begrenzungsebene 6' des Tiefenbereiches Trnit

der die Waren 4 tragenden Fläche der Förderbänder 2A und 2Czusammenfällt.

Die Blende 26 verursacht eine für alle zu berücksichtigenden Lagen des Abtastlichtpunktes angenähert gleiche Eintrittspupille der Sammellinse 20.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Lesevorrichtung für insbesondere einer Ware zugeordnete und an dieser angebrachte, optisch erkennbare Zeichen, welche innerhalb eines vorbe- s stimmten Tiefenbereiches um eine Bezugsebene herum vorliegen können und mittels eines Lichtflecks abgetastet werden, mit einer photoelektrischen Empfangsvorrichtung, welche einen Teil des von den Zeichen zurückgeworfenen Lichts aufnimmt und ein dem auffallenden Lichtstrom entsprechendes elektrisches Signal abgibt, wobei zwischen die Bezugsebene und die Empfangsvorrichtung eine Sammellinse eingeschaltet ist, auf deren der Empfangsvorrichtung zugewandten Seite im Bereich des zur Empfangsvorrichtung verlaufenden Lichtstroms eine Blende angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende (26) in der Brennebene der Sammellinse (20) angeordnet, und daß die öffnung (27) der Blende (26) so bemessen ist, daß ein von der am weitesten entfernt gelegenen Ebene (6") des Tiefenbereiches (T) ausgehendes Lichtstrahlenbündel (28) zur Empfangsvorrichtung (23) die Blendenöffnung (27) zumindest in der Querrichtung voll ausfüllt.

2. Lesevorrichtung nach Anpsruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammellinse (20) eine Zylinderlinse mit sich in Abtastrichtung erstreckender Achse ist.

3. Lesevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammellinse (20) eine torische Linse ist

4. Lesevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende (20) eine parallel zur Abtastrichtung verlaufende längliche öffnung (27) aufweist.

5. Lesevorrichtung nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die längliche öffnung (27) sich beidseits der Mittelquerachse derart verändert, daß eine Einfallswinkel-Abhängigkeit der Empfindlichkeit der Empfangsvorrichtung (23) bzw. eines davor angeordneten Interferenzfilters (32) und/oder eine Intensitätsänderung des einfallenden Lichtes mindestens teilweise kompensiert wird.

6. Lesevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende (26) mittels eines Abbildungssystems (33) in die Empfangsvorrichtung (23) abgebildet ist.

7. Lesevorrichtung nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Abbildungssystem eine Zylinderlinse (33) ist.

8. Lesevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennpunkt bzw. die Brennlinie (25) der Sammellinse (20) in unmittelbarer Nähe der den Tiefenbereich (T) zur Linse hin begrenzenden Ebene (6) liegt.

9. Lesevorrichtung nach Anspruch 1 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennpunkt bzw. die Brennlinie (25) außerhalb des Tiefenbereiches (T) liegt.

10. Lesevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablesung durch einen zwischen der Bezugsebene und der genannten Linse liegenden Spalt erfolgt, und daß die durch den Spalt gebildete Luke (29) so weit ist, daß sie die volle Ausleuchtung der Blendenöffnung (27) in der Querrichtung nicht behindert.

11. Lesevorrichtung nach Anspruch 1 und 10,

dadurch gekennzeichnet, daß die Luke (29) durch eine Unterbrechung in einer Fördereinrichtung (2) gebildet ist

12. Lesevorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Sammellinse (20) abgewandte Fläche der Fördereinrichtung (2Λ, 2C) mit der die linsenseitige Begrenzung des Tiefenbereiches f7? bildenden Ebene (6') zusammenfällt

13. Lesevorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennpunkt bzw. die Brennlinie (25) der Sammellinse (20) innerhalb der Luke (29) liegt

14. Lesevorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet daß die Brennweite der Sammellinse (20) 5—20mal so groß ist wie die Breite der Luke (29).