DE69026798T2

DE69026798T2 - Optisches Abtastsystem

Info

Publication number: DE69026798T2
Application number: DE69026798T
Authority: DE
Inventors: Rex Allen Aleshire; Chris Allen Schuhmacher
Original assignee: NCR International Inc
Current assignee: NCR International Inc
Priority date: 1989-12-08
Filing date: 1990-11-29
Publication date: 1996-12-05
Anticipated expiration: 2010-11-30
Also published as: DE69026798D1; JPH03280176A; US4967076A; EP0431831A1; EP0431831B1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf eine optische Abtastvorrichtung der Art zum Projizieren von Abtaststrahlen auf verschlüsselte Kennungen, mit einer Abtastlichtstrahl-Quelle.
Bei heutigen Warenverkaufsstellen-Kassensystemen erhält man auf den Kauf eines Warengegenstands bezogene Daten durch Ablesen datenkodierter Kennungen, wie ein auf den gekauften Warengegenstand aufgedrucktes oder aufgeklebtes Strichcodeetikett. Lesesysteme, die zum Lesen dieses Strichcodetyps konstruiert wurden, umfassen ortsfeste optische Abtastsysteme, die normalerweise in der Gehäusekonstruktion eines Kassentisches angeordnet sind, oder handgeführte Laserscanner, die ein ein- oder mehrzeiliges Abtastmuster aussenden. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß die bekannten Abtastsysteme, insbesondere handgeführte Scanner, den Nachteil haben, daß es schwierig ist, eine effiziente Abtastung von verschlüsselten Kennungen unterschiedlicher Größen zu erzielen.
Die US-Patentschrift Nr. 4,699,447 offenbart eine optische Abtastvorrichtung, die vor allem zum Einsatz in einem Laser- Strichcodeleser geeignet ist, mit einer Reihe von Spiegeln, die in einer korbähnlichen Anordnung um die Leuchtstrahlachse angeordnet sind. Ein Spiegel ist schräg über die Strahlachse direkt im Weg des Strahls angebracht, um den Strahl allgemein radial nach außen zu der Spiegelanordnung hin umzulenken. In einer Ausführungsform ist der schrägliegende erste Spiegel um die Strahlachse gedreht, während der schrägliegende erste Spiegel in einer anderen Ausführungsform ortsfest gehalten und die Spiegelanordnung gedreht ist, um den Strahl nach vorn, im allgemeinen in die Richtung zu reflektieren, in die die Strahlachse zeigt. Wenn der schrägliegende erste Spiegel sich dreht, wird eine Vielzahl von Abtastzeilen einschließlich nicht paralleler Abtastlinien auf einer abzutastenden Oberfläche gebildet; wenn die Spiegelanordnung anstelle des Einzelspiegels gedreht wird, dann wird eine Reihe paralleler Abtastzeilen erzeugt. Die Spiegel können in gewünschten Winkeln ausgerichtet werden, um praktisch jedes gewünschte Abtastmuster zu erzeugen. Einige der Bauteile des Lasers sind innerhalb eines hohlen mittigen rohrförmigen Elementes angeordnet, um die Länge der Gesamtanordnung zu einer kompakteren Anordnung zu verkürzen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein einfaches, preisgünstiges optisches Abtastsystem der spezifizierten Art zu schaffen, wodurch eine effiziente Abtastung unterschiedlich großer verschlüsselter Kennungen erzielt werden kann.
Daher wird gemäß vorliegender Erfindung eine Vorrichtung zum Projizieren von Abtaststrahlen auf verschlüsselte Kennungen geschaffen, mit einer Abtastlichtstrahlen-Quelle, einer Leiteinrichtung, die geeignet ist, die Abtastlichtstrahlen einen ersten Lichtweg entlangzuleiten, und einer drehbaren Ablenkvorrichtung, die in dem ersten Lichtweg befestigt und geeignet ist, die Lichtstrahlen entlang einer Vielzahl von zweiten Lichtwegen abzulenken, gekennzeichnet durch schwenkbar gelagerte Reflexionsvorrichtungen, die in jedem der zweiten Lichtwege befestigt und geeignet sind, die Lichtstrahlen längs eines dritten Lichtweges zu reflektieren, der dazu geeignet ist, verschlüsselte Kennungen abzutasten, wobei die dritten Lichtwege ein erstes Abtastmuster bilden; und eine Betätigungseinrichtung, die so ausgelegt ist, daß sie mit jeder der Reflexionsvorrichtungen in Eingriff gehen kann, um jede der Reflexionsvorrichtungen unter Ansprechen auf die Rotation der Ablenkvorrichtung bezüglich der zweiten Lichtwege zu verschwenken und dadurch die Reflexionsvorrichtungen in die Lage zu versetzen, die Lichtstrahlen entlang einer Vielzahl von vierten Lichtwegen zu reflektieren, die ein zweites Abtastmuster zum Abtasten der verschlüsselten Kennungen bilden.
Es ist sicher verständlich, daß das Vorsehen eines zweiten Abtastmusters in der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Abtastung von verschlüsselten Kennungen unterschiedlicher Größe erleichtert.
-Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun beispielhaft mit Bezug auf die begleitenden zeichnungen beschrieben, in denen:
Fig. 1 eine Explosionsdarstellung einer Abtasteinheit ist, die die vorliegende Erfindung beinhaltet, und die Elemente zeigt, die eine Vielzahl von Abtastmustern erzeugen;
Fig. 2 eine Seitenschnittansicht der in Fig. 1 dargestellten Abtasteinheit ist;
Fig. 3 eine Rückseiten-Perspektivansicht der Musterspiegelanordnung ist, die Einzelheiten des Spiegel-Betätigungsmechanismus und des Abtasteinheit- Antriebsmechanismus zeigt;
Fig. 4 eine Seitenansicht der in Fig. 3 dargestellten Musterspiegelanordnung ist;
Fig. 5 eine detaillierte Teilansicht des Schwenkmechanismus der Musterspiegel ist; und
Fig. 6 eine Draufsicht auf die mit der vorliegenden Erfindung erzeugten Abtastmuster zum Abtasten eines verschlüsselten Etiketts ist.
Es wird nun auf Fig. 1 Bezug genommen, in der eine auseinandergezogene Ansicht einer Abtasteinheit gezeigt ist, die die vorliegende Erfindung beinhaltet, welche in einem handgeführten Scanner montiert sein kann. Zwar ist die vorliegende Erfindung in einem handgeführten optischen Scanner montiert gezeigt, es ist jedoch offensichtlich, daß die vorliegende Erfindung mit jeder beliebigen Art einer optischen Abtasteinheit verwendet werden kann, die Musterspiegel zum Erzeugen eines Abtastmusters benützt.
Wie in Fig. 1 und in Fig. 2 dargestellt, die eine Querschnittansicht der Abtasteinheit ist, weist die Abtasteinheit 20 ein Rahmenträger-Formteil 22 mit einer Vielzahl von Verriegelungsabschnitten 24 auf. Das Rahmenträgerelement 22 kann aus einem beliebigen stoßfesten Kunststoffmaterial, wie z. B. Polycarbonat, geformt sein. Im Rahmenträgerelement 22 ist ein Motor 26 befestigt. Im Motor ist eine sich durch den Motor 26 erstreckende hohle Antriebswelle 28 in Lagern 27 (Fig. 2) gelagert. In einem hinteren Verlängerungsabschnitt 30 des Rahmenträgerelementes 22 ist ein Messing- Laserdiodenelement 32 befestigt, das eine Laserdiode 34 (Fig. 2) und ein Bündel- und Fokussierungslinsenelement 36 abstützt, die beide mit der Drehachse 38 (Fig. 2) der Antriebswelle 28 ausgerichtet sind. Die Diode 34 gibt einen divergierenden Lichtstrahl ab, der parallelisiert und von dem Linsenelement 36 auf einer Referenzebene (nicht dargestellt) vor der Abtasteinheit fokussiert wird. Eine unmittelbar am Linsenelement 36 angeordnete Kreislochblende 40 (Fig. 2) hat einen kleineren Querschnitt als das Linsenelement 36, um den Umfang des auf die Referenzebene projizierten Laserlichtstrahls in einer Weise zu steuern, die in der Fachwelt wohlbekannt ist.
Im Rahmenträgerelement 22 ist eine Musterspiegelanordnung befestigt, die allgemein mit dem Bezugszeichen 42 (Fig. 1) bezeichnet ist und eine Vielzahl von Musterspiegelelementen 44 aufweist, von denen jedes drehbar auf einem Armelement 46 befestigt ist, um sich gegen den Uhrzeigersinn zu bewegen, wie in Fig. 2 dargestellt, um den Winkel der Spiegel bezüglich der Drehachse 38 der Antriebswelle 28 zu verändern. Die Spiegelelemente 44 werden durch einen Antriebsmechanismus betätigt, der allgemein mit dem Bezugszeichen 48 (Fig. 1 und 2) bezeichnet ist und ein rotierendes Ringelement 50 aufweist, auf dem eine Vielzahl von Walzenelementen 52 befestigt ist, von denen jedes mit einem zugeordneten Spiegelelement 44 in Eingriff ist, um das Spiegelelement auf eine Weise zu drehen, die nachfolgend ausführlicher beschrieben werden wird.
Am vorderen Ende der Antriebswelle 28 ist ein optischer Sendeempfänger 54 mit einem flachen Ablenkspiegelabschnitt 56 befestigt, der sich, wie in Fig. 2 dargestellt, schräg über die Drehachse 38 erstreckt, um den entlang der Drehachse projizierten Laserlichtstrahl zu den Musterspiegelelementen 44 hin abzulenken, die die Lichtstrahlen in Form eines Abtastmusters 58 (Fig. 6) zum Abtasten eines verschlüsselten Etiketts 60 ablenken. Der Sendeempfänger 54 umfaßt ferner einen Fangspiegelabschnitt 62 zum Auffangen der von dem abgetasteten verschlüsselten Etikett 60 reflektierten Abtastlichtstrahlen. Wie in Fig. 1 und 2 zu sehen ist, erstreckt sich der Ablenkspiegelabschnitt 56 durch einen Ausschnitt 64 in dem Fangspiegelabschnitt 62 des Sendeempfängers 54 hindurch.
Der Fangspiegelabschnitt 62 lenkt die aufgefangenen Lichtstrahlen zu einem Photodetektorelement 66 hin ab, das in einem transparenten Trägerelement 68 (Fig. 1 und 2) mit einer Vielzahl von biegsamen Fingerelementen 70 befestigt ist, die in die Verriegelungsabschnitte 24 des Rahmenträgerelementes 22 einschnappen, um das Trägerelement 68 am Trägerelement 22 zu befestigen.
Es wird nun auf Fig. 2 bis einschließlich 5 Bezug genommen, in denen Ansichten und Einzelheiten der Musterspiegelanordnung 42 (Fig. 1) dargestellt sind, die ein scheibenförmiges Trägerelement 72 aufweist, das in den Stirnabschnitt des Rahmenträgerelementes 22 (Fig. 2) eingerastet ist. Am Trägerelement 72 sind die Armelemente 46 befestigt, an denen jeweils in einem Ausschnitt 74 im Armelement 46 ein Ende eines gekrümmten Stiftelementes 76 drehbar gelagert ist, dessen anderes Ende an einer Seite eines zugeordneten Musterspiegelelementes 44 angeformt ist. Wie aus Fig. 3 und 4 ersichtlich, besitzt jedes Spiegelelement 44 zwei Stiftelemente 76, die an gegenüberliegenden Seiten des Spiegelelementes angeformt sind und jeweils an angrenzenden Armelementen 46 drehbar gelagert sind.
Angrenzend an die Hinterkante jedes Spiegelelementes 44 ist ein Keil- oder Nockenabschnitt 78 angeformt, der bei Bewegung in Pfeilrichtung auf dem Ringelement 50 (Fig. 3) von einem Rand zum gegenüberliegenden Rand des Spiegelelementes 44 schräg nach oben ansteigt. Eines der am Ringelement 50 befestigten Walzenelemente 52 (Fig. 1 bis einschließlich 5) ist mit dem Nockenabschnitt 78 jedes Spiegelelementes 44 in Eingriff. Wie am besten aus Fig. 2 und 3 ersichtlich, ist um den Außenumfang der Innenkante des Ringelementes 50 eine Vielzahl von Zahnradzähnen 80 angeordnet, die in ein Zahnradelement 82 eingreifen, das wiederum in ein an der Antriebswelle 28 befestigtes Zahnradelement 84 eingreift.
Eine Rotation der Antriebswelle 28 im Uhrzeigersinn führt zur Drehung des Ringelementes 50 in der mit dem Pfeil in Fig. 3 dargestellten Richtung. Diese Rotation des Ringelementes 50, die langsamer ist als die der Antriebswelle 28, bewegt dann jedes der Walzenelemente 52 am Nockenabschnitt 78 seines zugehörigen Musterspiegelelementes 44 entlang. Wie in Fig. 5 zu sehen, nimmt dann die Bewegung des Walzenelementes 52 längs des Nockenabschnitts 78 das Spiegelelement 44 gegen den Uhrzeigersinn um das Ende des in dem Armelement 46 befestigten Stiftelementes 76 mit in die mit Strichlinien gezeigte Stellung. Dies verändert den Winkel des Spiegelelementes 44 bezüglich des Sendeempfängers 54, was den Einfallswinkel der auf dem Spiegelelement auftreffenden Lichtstrahlen erhöht. Wenn dies geschieht, dann treffen die von dem Sendeempfänger 54 abgelenkten Abtastlichtstrahlen "n"-mal auf jedem Musterspiegelelement 44 auf, bevor die Spiegelelemente in ihre Ausgangsstellung zurückkehren. Dieses Vorgehen schafft "n" individuelle Abtastlinien an unterschiedlichen Punkten im Raum für jedes einzelne Spiegelelement. Da die Spiegelelemente gegen den Uhrzeigersinn um eine Achse gedreht werden, die lotrecht zum Weg der während einer Umdrehung der Antriebswelle 28 auf den Spiegelelementen auftreffenden Lichtstrahlen ist, nimmt das Abtastmuster kreisförmig nach außen zu, wie in Fig. 6 dargestellt. Dies dauert so lange, bis die Walzenelemente 52 das Ende des Nockenabschnitts 78 der Spiegelelemente 44 erreichen, zu welchem Zeitpunkt sie dann auf die nachfolgend beschriebene Weise die Spiegelelemente zur Rückkehr in ihre Ausgangsstellungen freigeben. Demzufolge wird ersichtlich, daß die Rotation des Ringelementes 50 beim Drehen der Antriebswelle 28 dazu führt, daß in jedes der Spiegelelemente 44 jedes der Walzenelemente 52 eingreift, wodurch ein schwankendes Abtastmuster während der Abtastung des Strichcodeetiketts erzeugt wird.
Der Drehbewegung gegen den Uhrzeigersinn jedes der Spiegelelemente 44 wirkt ein federndes Armelement 86 (Fig. 3 und 4) entgegen, das am Trägerelement 72 befestigt ist und mit dem freien Ende am Spiegelelement 44 angreift. Unter Einwirkung des Armelementes 86 wird der Nockenabschnitt 78 des Spiegelelementes in Eingriff mit dem Walzenelement 52 vorgespannt, wodurch eine kontinuierliche Rotationsbewegung der Spiegelelemente 44 während des Betriebs der Abtasteinheit geschaffen wird. Das Armelement 86 stellt auch sein zugehöriges Spiegelelement auf dessen Ausgangsstellung zurück, wenn der Eingriff des Walzenelementes 52 auf dem Nockenabschnitt 78 vollendet ist, bevor das nächste Walzenelement 52 mit dem Nockenabschnitt 78 in Eingriff geht.
Wie aus Fig. 6 ersichtlich, werden die Spiegelelemente 44 als erstes das Abtastmuster 58 auf das verschlüsselte Etikett 60 erzeugen, wenn sie in ihren Ausgangsstellungen sind. Wie vorstehend beschrieben, werden die Spiegelelemente 44 während einer einzigen Umdrehung der Antriebswelle 28 nach außen gedreht, wodurch eine Reihe immer größerer Abtastmuster 88 erzeugt wird, bis das Abtastmuster eine maximale Größe 90 erreicht, wodurch die Dichte und die Abtastfläche des Abtastmusters erhöht werden. Es ist demzufolge ersichtlich, daß die Musterspiegelelemente 44 während des Betriebs der Abtasteinheit 20 periodisch die Abtastmuster 58, 88 und 90 erzeugen.
Es sind drei Faktoren, die die Größe und Dichte des mit der vorliegenden Erfindung erzeugten Abtastmusters steuern:
(1) Die Schräge des Nockenabschnitts 78 des spiegelelementes 44. Eine Erhöhung der Schräge des Nockenabschnitts 78 vergrößert den Einfallswinkel des Abtastlichtstrahls auf dem Spiegelelement, wodurch der Lichtstrahl weiter vom Mittelpunkt des Spiegelelementes weg abgelenkt wird.
(2) Die Anfangseinstellung der Spiegelelemente 44 wird die Dichte des Abtastmusters bestimmen, wenn die Spiegelelemente in einer Ausgangsstellung sind.
(3) Die Laufgeschwindigkeit der Antriebswelle 28 bezüglich der Umlaufgeschwindigkeit des Ringelementes 50. Je größer das Verhältnis dieser zwei Geschwindigkeiten ist, desto höher ist die Dichte des Abtastmusters.
Es ist sicher ersichtlich, daß die Schwenkfunktion der Spiegelelemente jedem Spiegelelement eine größere Effizienz bei der Erzeugung der Anzahl von Abtastlinien ermöglicht, aus denen sich das Abtastmuster zusammensetzt. Durch Verändern der drei Variablen: Winkelgradänderung, Laufgeschwindigkeit der Antriebswelle 28 und Umlaufgeschwindigkeit des Ringelementes 50, können die Dichte und Größe des Abtastmusters verändert werden. Zum Beispiel würde ohne Schwenkspiegelelemente ein Kreis mit einem Durchmesser von 152 mm (6 Zoll) abgedeckt. Mit den Schwenkspiegelelementen kann dieser Durchmesser bis auf 457 mm (18 Zoll) ausgedehnt werden.

Claims

1. Vorrichtung zum Projizieren von Abtaststrahlen auf verschlüsselte Kennungen, mit einer Abtastlichtstrahlen- Quelle (34), einer Leiteinrichtung (28, 36, 40), die geeignet ist, die Abtastlichtstrahlen einen ersten Lichtweg entlangzuleiten, und einer drehbaren Ablenkvorrichtung (56), die in dem ersten Lichtweg befestigt und geeignet ist, die Lichtstrahlen entlang einer Vielzahl von zweiten Lichtwegen abzulenken,

gekennzeichnet durch

schwenkbar gelagerte Reflexionsvorrichtungen (44), die in jedem der zweiten Lichtwege befestigt und geeignet sind, die Lichtstrahlen langs eines dritten Lichtweges zu reflektieren, der dazu geeignet ist, verschlüsselte Kennungen (60) abzutasten, wobei die dritten Lichtwege ein erstes Abtastmuster (58) bilden; und eine Betätigungseinrichtung (50, 52, 80, 82, 84), die so ausgelegt ist, daß sie mit jeder der Reflexionsvorrichtungen (44) in Eingriff gehen kann, um jede der Reflexionsvorrichtungen (44) als Reaktion auf die Rotation der Ablenkvorrichtung (56) bezüglich der zweiten Lichtwege zu verschwenken und dadurch die Reflexionsvorrichtungen (44) in die Lage zu versetzen, die Lichtstrahlen entlang einer Vielzahl von vierten Lichtwegen zu reflektieren, die ein zweites Abtastmuster (90) zum Abtasten der verschlüsselten Kennungen (60) bilden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflexionsvorrichtung eine Spiegelvorrichtung (44) aufweist, die zum Verschwenken um eine Achse befestigt ist, die lotrecht zu den zweiten Lichtwegen ist, wobei die Spiegelvorrichtung (44) einen Nockenabschnitt (78) aufweist, der sich von einer Oberfläche der Spiegelvorrichtung (44) weg erstreckt, und die Betätigungseinrichtung (50, 52, 80, 82, 84) zumindest ein Betätigungselement (52) aufweist, das in den Nockenabschnitt (78) eingreift und zur Bewegung am Nockenabschnitt (78) entlang geeignet ist, um die Spiegelvorrichtung (44) bezüglich der zweiten Lichtwege zu verschwenken, um die Lichtstrahlen längs der vierten Lichtwege zu reflektieren.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiteinrichtung ein drehbares Antriebselement (28) aufweist, wobei die Betätigungseinrichtung ein erstes Abstützelement (50) aufweist, das betriebsmäßig mit dem Antriebselement (28) verbunden und an dem zumindest einen Betätigungselement (52) befestigt ist und bei Rotation des Antriebselementes (28) zur Bewegung geeignet ist, wodurch das zumindest eine Betätigungselement (52) am Nockenabschnitt (78) entlangbewegt wird, um die Spiegelvorrichtung (44) zu verschwenken.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Vorspannvorrichtung (86), die mit der Spiegelvorrichtung (44) in Eingriff und geeignet ist, die Spiegelvorrichtung (44) durch das zumindest eine Betätigungselement (52) in eine Richtung entgegengesetzt zur Bewegung der Spiegelvorrichtung (44) vorzuspannen

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Abstützelement ein Ringelement (50) umfaßt, auf dem das zumindest eine Betätigungselement (52) befestigt ist, wobei die Betätigungseinrichtung (50, 52, 80, 82, 84) weiter eine Getriebeeinrichtung (82, 84) aufweist, die an dem Antriebselement (28) befestigt ist und in das Ringelement (50) eingreift, um das Ringelement (50) unter Ansprechen auf die Rotation des Antriebselementes (28) zu drehen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von zweiten Abstützelementen (46), die angrenzend an die Spiegelvorrichtungen (44) angeordnet sind, und eine Vielzahl von dritten Abstützelementen (76), die in den zweiten Abstützelementen (46) befestigt sind und dadurch die Spiegelvorrichtungen (44) schwenkbar lagern.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotation des Ringelementes (50) das Verschwenken der Spiegelvorrichtungen (44) in eine betätigte Stellung zur Folge hat, die das zweite Abtastmuster bildet, und die Vorspannvorrichtung (86) die Spiegelvorrichtungen (44) anschließend in ihre Ausgangsstellung zurückstellt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Format des zweiten Abtastmusters (90) größer ist als das Format des Abtastmusters (58), und wobei die Spiegelvorrichtungen (44) während der Bewegung in die betätigte Stellung eine Vielzahl von dritten Abtastmustern (88) erzeugen, wobei jedes der dritten Abtastmuster (88) nachfolgend größer als das vorausgehende dritte Abtastmuster (88), aber kleiner als das zweite Abtastmuster (90) ist.