DE3851663T2 - Optisches Mustererkennungsgerät. - Google Patents

Description

GEBIET DER ERFINDUNG UND STAND DER TECHNIK 1. GEBIET DER ERFINDUNG
• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Erkennen eines optischen Musters für die Erkennung eines Strichcodes zum Erkennen einer Ware, auf die der Strichcode aufgedruckt oder befestigt ist, eines Strichcodes zum Erkennen der Daten für die Voreinstellung bzw. Reservation eines Fernsehprogramms in ein Videobandaufnahme-Programmsystem und verschiedene andere Mustererkennungsvorrichtungen.
2. BESCHREIBUNG DES STANDS DER TECHNIK
• In den vergangenen Jahren wurde in den Produktversandabteilungen in Fabriken, Warenhäusern und dergleichen in weitem Umfang ein Strichcodesystem verwendet. In dem System wird ein Siegel oder dergleichen, das einen Strichcode anzeigt, auf einer Verpackungsschachtel oder dergleichen befestigt oder direkt aufgedruckt, um große Mengen von Waren zu identifizieren. Der Strichcode wird optisch ausgelesen, um Kontrollen von Eingang und Ausgang und dem Lagerbestand von Waren durchzuführen. Weiterhin wird im Fall der Aufnahme eines Fernsehprogramms ein System verwendet, das einen Reservationsvorgang durchführt durch optisches Auslesen des Strichcodes eines Programms aus einer Strichcodetabelle von Stationen, Kanälen, Daten oder dergleichen, um im voraus das gewünschte Programm, das aufgenommen werden soll, zu reservieren.
• Verschiedene Strichcodesensoren werden verwendet, um derartige Strichcodes auszulesen, und unter ihnen gibt es einen stiftartigen Sensor zum Auslesen von Strichcodes, während er von Hand gehalten und auf der Strichcodeoberfläche bewegt wird. Ein Strichcodesensor, wie er in Fig. 5 gezeigt ist, war bisher bekannt.
• Fig. 5 zeigt einen konventionellen Strichcodesensor, bei dem in einem Gehäuse 11 eine LED 12 als eine Lichtquelle und optische Fasern 13 zum Übertragen des Lichts von der LED 12 zu einem Ausleseteil 14 an der Spitze des Gehäuses 11 vorgesehen sind. Ein Ausleseloch 15 ist in der Mitte des Spitzen- Ausleseteils 14 ausgebildet, um an der Strichcodeoberfläche reflektiertes Licht einzuführen bzw. einzulassen. Eine konvexe Linse 16, ein Lichtstopp 17 und eine Apertur 18 sind zwischen einem Photoempfänger 19, wie z. B. einem Phototransistor, und dem Ausleseloch 15 vorgesehen. Der Photoempfänger 15 empfängt das in der Apertur 18 gebündelte Licht, wandelt es in ein elektrisches Signal um und gibt es zu einem Verstärker 20 weiter, von dem ein Ausgangssignal ausgegeben wird.
• Licht von der LED 12 wird von dem an der Spitze befindlichen Ausleseteil 14 durch die optischen Fasern 13 auf die Strichcodeoberfläche ausgestrahlt. Ein Lichtsignal, das auf einem hohen Pegel und niedrigen Pegel des reflektierten Lichtes beruht, die durch die weißen Teile und die schwarzen Teile des Strichcodes hervorgerufen werden, wird durch das Leseloch 15 eingelassen, wandert durch die Konvexlinse 16, den Lichtstopp 17 und die Apertur 18 und wird von dem Photoempfänger 19 wahrgenommen. Das Ausgangssignal des oben genannten Verstärkers 20 wird durch einen Wellenform bildenden Schaltkreis in genaue Impulssignale geformt und zu einem Mikrocomputer weitergegeben, und der Inhalt des Strichcodes wird decodiert.
• In dem oben genannten konventionellen Aufbau wird Licht von der LED 12 in die optischen Fasern 13 eingeführt, und das Licht wird ohne eine Linse auf die Strichcodeoberfläche gestrahlt, um ein Punktlicht auszubilden. Dementsprechend ist die Effizienz des konzentrierten Lichtes niedrig, und dadurch kann eine zufriedenstellende Menge von Licht nicht gewonnen werden, und die Länge des Lichtpfades ist zu groß. Dadurch werden wiederum die Ausmaße der Vorrichtung groß, und teure Teile wie zum Beispiel optische Fasern werden erforderlich. Dadurch wird schließlich die Anzahl der Teile groß, und die Kosten werden hoch unter Einbeziehung der für den Aufbau und die Einstellung erforderlichen Kosten. Weiterhin besteht die Neigung, daß ein Erkennungsfehler aufgrund einer Neigung von der Stellung auf der Normalen zu der Strichcodeoberfläche erzeugt wird, und dadurch wird die Funktionsfähigkeit schlecht.
• Im Hewlett-Packard Journal Vol. 32, Nr. 1, Januar 1981, ist ein Strichcodelesegerät beschrieben, in dem eine lichtaussendende Diode als eine Lichtquelle und eine Siliziumphotodiode als ein Empfänger (Detektor) angeordnet ist. Eine Hälfte des Linsensystems bündelt das Licht von der LED auf das Papier. Die andere Hälfte bündelt das reflektierte Licht zurück auf den Detektor. Zwei Kunststofflinsen haben hyperbolische Oberflächen und sind zusammen präzisionsgeformt als ein Paar. Eine Kugellinse wird als für diese Anordnung nicht geeignet erwähnt. Die Achsen der Lichtpfade der ausgesandten und reflektierten Lichtstrahlen werden relativ zueinander aufgrund des Abstands der aussendenden (emittierenden) und der empfangenden (detektierenden) Diode verschoben. Ein Glasfenster ist adhäsiv an einer langen Metalldose befestigt, während das zweiteilige Kunststofflinsenpaar an der Dose mit einem weichen Silikonklebemittel bzw. -haftmittel befestigt ist.
AUFGABE UND ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
• Im Licht der oben genannten konventionellen Probleme schlägt die vorliegende Erfindung vor, eine Vorrichtung zum Erkennen eines optischen Musters von kleiner Größe und einfachem Aufbau zu schaffen, die mit niedrigen Kosten hergestellt werden kann und eine gute Funktionsfähigkeit hat.
• Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum Erkennen eines optischen Musters gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Die Merkmale des Oberbegriffs von Anspruch 1 sind aus dem Hewlett-Packard Journal Vol. 32, Nr. 1, Januar 1981, bekannt.
• Gemäß der Vorrichtung zum Erkennen eines optischen Musters der vorliegenden Erfindung kann, da das von der lichtaussendenden Einrichtung ausgestrahlte Licht durch den Lichtstopp wandert und durch die Kugellinse gebündelt und in einer Punktform auf die Muster erkennende Oberfläche gestrahlt wird, eine zufriedenstellende Menge von Licht erreicht werden, und der Durchmesser des Punktes bzw. Flecks kann mittels des Lichtstopps auf einen erforderlichen gleichmäßigen Wert eingestellt werden. Dementsprechend kann eine hohe Auflösung gesichert werden. Da auch das reflektierte Licht über die gleiche Kugellinse und den gleichen Lichtstopp von dem Photoempfänger empfangen wird, wird ein einfacher und kompakter Aufbau mit der lichtaussendenden Einrichtung, dem Photoempfänger, dem Lichtstopp und der Kugellinse erreicht. Dadurch wird eine kleindimensionierte und ökonomische Erkennungsvorrichtung geschaffen. Da weiterhin das Licht durch diese Kugellinse in eine Punktform gebündelt wird, kann ein Erkennungsfehler nur schwer erzeugt werden, auch wenn die Vorrichtung von dem Zustand, in dem die Lichtachse der Vorrichtung senkrecht auf der Mustererkennungsoberfläche steht, geneigt ist. Dadurch kann die Funktionsfähigkeit stark verbessert werden.
• Zusätzlich kann durch Anbringen einer zylindrischen reflektierenden Oberfläche in dem Lichtquellenteil die Verteilung der Lichtmenge auf der lichtaussendenden Oberfläche der lichtaussendenden Einrichtung genau eingestellt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
• Die Fig. 1 bis 4 zeigen eine bevorzugte Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei:
• Fig. 1 eine Draufsicht ist, die ein Gehäuse zeigt, bei dem die obere Hälfte entfernt ist.
• Fig. 2 eine perspektivische Ansicht ist, die das Gehäuse in einem Zustand vor dem Befestigen der oberen Hälfte darauf zeigt.
• Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht, die eine lichtaussendende Einrichtung zeigt.
• Fig. 4 ist ein Diagramm einer Verteilung der Lichtmenge einer Lichtquelle.
• Fig. 5 ist ein Längsschnitt einer Draufsicht der konventionellen Vorrichtung.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
• Im folgenden wird eine Beschreibung auf eine bevorzugte Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung auf Basis der Fig. 1 bis 4 abgegeben.
• Ein Gehäuse 1, z. B. ein Kunststoffgußteil, besteht aus zwei Halbteilen, die in der Ebene verbunden werden, die die Mittelpunktsachse enthält, und die beiden Halbteile werden durch eine lösbare Eingriffseinrichtung 101, 102 miteinander verbunden. Eine Kugellinse 2 ist an einem Ende in der Mittelpunkt-axialen Richtung dieses Gehäuses 1 angeordnet, und eine lichtaussendende Einrichtung, wie z. B. eine LED 3, und ein Photoempfänger, wie z. B. eine Photodiode, wie etwa eine Photodiode 4, sind mit einem geeigneten Abstand von dieser Kugellinse 2 angeordnet, wobei ihre optischen Achsen im wesentlichen in paralleler Beziehung zu und an beiden Seiten der Mittelpunktsachse bzw. Mittelachse des Gehäuses 1 liegen. Dann wird ein Lichtstopp 5 in einer geeigneten Position zwischen der Kugellinse 2 und der lichtaussendenden (lichtemittierenden) Einrichtung 3 und dem Photoempfänger 4 auf eine Weise angeordnet, daß er konzentrisch mit der Mittelachse des Gehäuses 1 angeordnet ist. Vor der lichtaussendenden Einrichtung 3 ist eine zylindrische reflektierende Oberfläche 6 auf eine Weise ausgebildet, daß der Außenumfang der lichtaussenden Einrichtung 3 in der Richtung der Mittelachse verlängert ist.
• Die relative Anordnung der lichtaussendenden Einrichtung 3, des Photoempfängers 4, des Lichtstopps 5 und der Kugellinse 2 der Ausführungsform ist derartig, daß von dem von der lichtaussendenden Einrichtung 3 ausgestrahlten Licht diejenigen Strahlen, die durch den Lichtstopp 5 gelangen, die Kugellinse 2 erreichen und auf eine Muster erkennende Oberfläche 7 gebündelt werden, die mit einem vorbestimmten Abstand angeordnet ist, z. B. 0,5 mm von der Kugellinse 2 auf der Mittelachse des Gehäuses 1. Weiterhin ist der Durchmesser des Lochs des Lichtstops 5 derartig eingestellt, daß der Durchmesser des Lichtflecks auf der Muster erkennenden Oberfläche etwa 200 um wird.
• Zusätzlich ist die Vorrichtung auf eine Weise aufgebaut, daß das Äußere des Gehäuses 1 mit einer Hülle 8 bedeckt ist, so daß der Spitzenteil dieser Hülle 8 über die Mustererkennungsoberfläche 7 gleitend geführt wird. Dadurch wird der Zwischenraum zwischen der Kugellinse 2 und der Mustererkennungsoberfläche 7 auf dem oben genannten vorbestimmten Wert gehalten. Die Außenfläche des Spitzenteils ist in solch einer sphärischen Form ausgebildet, daß der Lichtfleck nicht stark von der Mustererkennungsoberfläche 7 abweicht, auch wenn die Vorrichtung gegenüber der Normalen der Mustererkennungsoberfläche 7 geneigt ist.
• Als nächstes wird eine Beschreibung des Betriebs der oben genannten Ausführungsform abgegeben. Auf einem Chip 3a der lichtaussendenden Einrichtung 3 ist, wie in Fig. 3 gezeigt, eine Elektrode 3c an dem Mittelteil einer lichtaussendenden Oberfläche 3b ausgebildet und bedeckt sie. Dementsprechend hat die Verteilung des von dieser lichtaussendenden Einrichtung 3 ausgestrahlten Lichtes einen Abfall in dem Mittelteil, wie durch eine durchgezogene Linienkurve in Fig. 4 gezeigt. In dem oben genannten Aufbau wird jedoch das auf den Umfang ausgestrahlte Licht durch die zylindrische reflektierende Oberfläche 6, die vor der lichtaussendenden Einrichtung 3 angebracht ist, reflektiert, und dadurch auf den Mittelteil gebündelt. Dementsprechend wird, wie durch eine unterbrochene Linienkurve in Fig. 4 gezeigt, eine solche zufriedenstellende Verteilung der Lichtmenge erreicht, daß die Lichtmenge in dem Mittelteil maximal ist. Die Komponente des Lichts, die von der lichtaussendenden Einrichtung 3 abgestrahlt wird, aber deren Verteilung der Lichtmenge durch die zylindrische reflektierende Oberfläche 6 um den Lichtpfad herum eingestellt wird, wird weiterhin durch den Lichtstopp 5 begrenzt und erreicht dann die Kugellinse 2. Ein solcher eingestellter und begrenzter Lichtstrahl wird in einem Flecken von gleichmäßiger Lichtverteilung auf die Mustererkennungsoberfläche 7 an der Position eingestrahlt, die auf der Mittelachse des Gehäuses 1 liegt. Da dieser Lichtfleck auf etwa 200 um eingestellt ist, wie oben erwähnt, kann eine Erkennung mit einer hohen Auflösung durchgeführt werden. Das Licht wird von der Mustererkennungsoberfläche 7 reflektiert und wandert entlang eines Lichtpfades, der bezüglich der Mittelachse des Gehäuses 1 symmetrisch zu dem Lichtpfad des oben genannten ausgestrahlten Lichts ist. Das reflektierte Licht wird schließlich durch die Kugellinse 2 und den Lichtstopp 5 von dem Photoempfänger 4 aufgenommen. Dann wird eine Änderung der Menge des reflektierten Lichtes aufgrund eines Strichcodes oder eines ähnlichen Musters durch diesen Photoempfänger 4 wahrgenommen und in ein elektrisches Signal umgewandelt. Dadurch werden die Informationen des Musters von dem elektrischen Signal gelesen.

Claims (3)

1. Vorrichtung zum Erkennen eines optischen Musters, die aufweist:

eine lichtaussendende Einrichtung (3) als eine Lichtquelle und einen Photoempfänger (4), die mit ihren optischen Achsen im wesentlichen parallel angeordnet sind,

eine gemeinsame Linse (2), die von der lichtaussendenden Einrichtung abgestrahltes Licht auf eine ein Muster wie z. B. einen Strichcode aufweisende Oberfläche (7) konzentriert bzw. bündelt und von der Oberfläche reflektiertes Licht zu dem Photoempfänger weiterleitet, wobei die lichtemittierende Einrichtung (3) und der Photoempfänger (4) im wesentlichen in einer parallelen Ausrichtung zu der optischen Achse der gemeinsamen Linse angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet

daß ein Lichtstopp zwischen der lichtemittierenden Einrichtung und der Linse und zwischen der Linse und dem Photoempfänger angeordnet ist,

daß die gemeinsame Linse eine Kugellinse ist und

daß eine im wesentlichen zylindrische Reflexionsoberfläche (6) um einen Lichtpfad zwischen der lichtemittierenden Einrichtung (3) und dem Lichtstopp (5) vorgesehen ist, wobei die zylindrische Reflexionsoberfläche an der Innenfläche eines Hohlzylinders als ein innenreflektierender Tunnel ausgebildet ist.

2. Eine Vorrichtung zum Erkennen eines optischen Musters nach Anspruch 1, wobei der Lichtstopp an einem Schnittpunkt der optischen Achse des Beleuchtungspfades des emittierten Lichtes und der optischen Achse des Empfangspfades des reflektierten Lichtes angeordnet ist.

3. Eine Vorrichtung zum Erkennen eines optischen Musters nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Lichtstopp (5) an einer Position auf einer Linie angeordnet ist, die einen Mittelpunkt der Linse (2) und einen Mittelpunkt zwischen der lichtemittierenden Einrichtung (3) und dem Lichtempfänger (4) verbindet.