DE69205062T2

DE69205062T2 - Optische Abtastvorrichtung.

Info

Publication number: DE69205062T2
Application number: DE69205062T
Authority: DE
Inventors: Stephen John Ames; Charles Kenneth Wike
Original assignee: AT&T Global Information Solutions Co
Current assignee: NCR International Inc
Priority date: 1991-05-13
Filing date: 1992-05-05
Publication date: 1996-04-25
Anticipated expiration: 2012-05-06
Also published as: JPH05182003A; DE69205062D1; US5274491A; EP0514065A3; EP0514065A2; EP0514065B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine optische Abtastvorrichtung.
Optische Abtaster werden gewöhnlich in Einzelhandels- Verkaufsabfertigungs- und Lagerüberwachungsvorrichtungen verwendet. Optische Abtaster verwenden im allgemeinen eine Laserdiode, deren Licht fokussiert und parallel ausgerichtet wird, um einen Abtaststrahl zu erzeugen. Ein optischer Senderempfänger richtet den Strahl gegen eine Vielzahl stationärer Spiegel und sammelt den Strahl, nachdem er von einem Strichcodeetikett reflektiert wurde. Ein Motor dreht den optischen Senderempfänger, und ein Detektor empfängt den zurückkehrenden Strahl. Das von einem solchen Abtaster erzeugte Muster ist durch in verschiedenen Winkeln zueinander angeordnete Linien gekennzeichnet. Ein Beispiel eines optischen Abtasters ist im U.S.-Patent Nr. 4,971,410 offenbart.
Die in optischen Abtastern verwendeten Laserdioden zeigen sowohl erwünschte als auch unerwünschte Eigenschaften. Von einer Laserdiode abgegebenes Laserlicht erzeugt eine abtastende Ellipse, die zur Anwendung in optischen Abtastern geeignet ist, welche nur Abtastlinien in einer Richtung erzeugen, und die nur zum Abtasten eines Strichcodes geeignet ist, wenn die kleine Achse der Ellipse senkrecht zu den Linien und Zwischenräumen des Strichcodeetiketts ausgerichtet ist. Weiterhin hat die Laserabgabeleistung zwei Ausbreitungsrichtungen, wobei eine Achse um ca. fünfunddreißig Grad auseinanderläuft und die andere Achse um ca. zehn Grad auseinanderläuft. So macht die Asymmetrie der abtastenden Ellipse die Lichtsammeltechniken in optischen Abtastern schwierig. Jedoch hat das Licht von der abtastenden Ellipse vorteilhafte Eigenschaften, weil es mehr optische Leistung erzeugt als ein fokussiertes und parallel ausgerichtetes, im wesentlichen rundes enges Strahlenbündel und Druckfehler dadurch verringert, daß es sie mittelt, um ein moduliertes Signal mit geringerer druckbedingter Störung zu erzielen.
Bekannte Fokussierungstechniken für optische Abtaster verwenden eine einzelne Fokussierlinse, gefolgt von einer runden Öffnung. Die runde Öffnung bestimmt die Größe des auf eine Bezugs ebene projizierten Laserstrahls. Da die Abmessungen der Öffnung im Verhältnis zu den Ausbreitungsachsen konstant bleiben, kann diese als "statische" Öffnung bezeichnet werden. Jedoch dämpft die runde statische Öffnung ungefähr fünfundachtzig Prozent der von der Laserdiode erhältlichen Lichtleistung, weil der Durchmesser der runden Öffnung begrenzt sein muß, um die optimale "F"-Zahl für ein passendes Strahlenprofil am ersten Brennpunkt zu halten.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine optische Abtastvorrichtung zu schaffen, die einen drehbar angetriebenen Senderempfänger aufweist, und welche verbesserte Leistungs- und Störungseigenschaften aufweist.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird eine optische Abtastvorrichtung geschaffen, umfassend eine Laserdiode, eine Linse zur Parallelausrichtung des von der Laserdiode entlang einer optischen Achse der Vorrichtung abgegebenen Lichtes, eine hohle Welle, die im Betrieb durch einen Motor um die optische Achse angetrieben wird und durch welche die fokussierte Lichtabgabe von der Laserdiode zur Senderempfängervorrichtung führt, die an ihrem van der Laserdiode entfernten Ende auf der Welle zur Drehung damit befestigt ist, gekennzeichnet durch Abschlußkappenmittel mit einer Öffnung, deren Länge in einer ersten, durch die optische Achse führenden Richtung größer ist als die Breite in einer zweiten, durch die optische Achse führenden Richtung, die im wesentlichen senkrecht zu der ersten Richtung ist, wobei die Abschlußkappenmittel zur Drehung mit der Welle befestigt sind.
Vorteilhaft liefert die vorliegende Erfindung eine dynamische Laserdiodenöffnung, welche einen parallel ausgerichteten Lichtstrahl erzeugt, der eine höhere Leistung aufweist als Lichtstrahlen von Abtastern, die statische runde Öffnungen verwenden, und deren Form sich der Form des nicht-fokussierten Lichtmusters von der Laserdiode anpaßt.
Entsprechend einem weiteren Vorteil liefert die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung, die die Öffnung bildet und leicht in vorhandene Abtaster installiert werden kann.
Die Erfindung wird nachfolgend lediglich beispielhaft mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
Fig. 1 die Darstellung eines Druckdefekte aufweisenden Strichcodeetiketts ist;
Fig. 2 eine durch eine Laserdiode erzeugte, abtastende Ellipse ist;
Fig. 3 ein optischer Abtaster ist, der eine dynamische Laserdiodenöffnung entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet;
Fig. 4 eine Rückansicht eines Abschlußkappenelements zum Bilden der dynamischen Laserdiodenöffnung ist;
Fig. 5 eine Seitenansicht des Abschlußkappenelements aus Fig. 4 ist; und
Fig. 6 eine weitere Rückansicht eines weiteren Abschlußkappenelements zum Bilden der dynamischen Laserdiodenöffnung ist.
Nun auf Fig. 1 Bezug genommen, ist ein Strichcodeetikett 10 mit Linien und Zwischenräumen gezeigt. Typischerweise leiden Strichcodeetiketten an Druckdefekten. Linien 11 und 12 sind durch Unregelmäßigkeiten an den Seiten 13 und 14 zwischen ihnen gekennzeichnet, welche dazu führen, daß sich der kürzeste Abstand zwischen den Strichen 11 und 12 entlang dieser Seiten ändert. Da Abtaster den Abstand zwischen den Strichen lesen, kann diese Abstandsänderung fehlerhaftes Lesen verursachen.
Nun auf Fig. 2 bezugnehmend, ist dort eine abtastende Ellipse 15 von einer Laserdiode 16 gezeigt. Die Laserdiode 16 weist Ausbreitungsachsen 17, 18 und 19 auf. Die Achse 17 fällt mit der Mitte eines Strahls 20 zusammen. Achsen 18 und 19 sind nützlich, um das Auseinanderlaufen des Strahls 20 von der Achse 17 zu messen. Achse 18 mißt das vertikale Auseinanderlaufen entlang der großen Achse der abtastenden Ellipse 15, während Achse 19 das horizontale Auseinanderlaufen entlang der kleinen Achse der abtastenden Ellipse 15 mißt. Das vertikale und horizontale Auseinanderlaufen ist beides symmetrisch zur Mittelachse 17, wobei das vertikale Auseinanderlaufen siebzehneinhalb Grad auf jeder Seite der Mittelachse 17 beträgt, um insgesamt fünfunddreißig Grad zu ergeben, und das horizontale Auseinanderlaufen fünf Grad auf jeder Seite der Mittelachse 17 beträgt, um insgesamt zehn Grad zu ergeben.
Nun auf Fig. 3 bezugnehmend, ist dort ein optischer Abtaster 21 gezeigt, der die dynamische Laserdiodenöffnung der vorliegenden Erfindung verwendet. Der optischer Abtaster 21 weist ein gegossenes Rahmenträgerteil 22 mit einer Vielzahl von Einklinkelementen 23 auf. Das Rahmenträgerteil 22 kann aus irgendeinem stoßfesten Kunststoffmaterial, wie beispielsweise Polycarbonat, geformt sein. In dem Rahmenträgerteil 22 ist ein Motor 24 befestigt. In dem Motor 24 ist eine sich durch den Motor 24 erstreckende, hohle Antriebswelle 28 mittels Lagern 26 drehbar gelagert. In der Rückseitenerweiterung 30 des Rahmenträgerteils 22 sind eine messinggefaßte Laserdiode 34 und ein parallelausrichtendes und fokussierendes Linsenelement 35 befestigt, welche beide entlang der Drehachse 60 der Antriebswelle 28 ausgerichtet sind. Die Diode 34 gibt einen auseinanderlaufenden Lichtstrahl ab, welcher parallel ausgerichtet und durch das Linsenelement 35 und die dynamische Öffnung 37 auf eine Bezugsebene (nicht gezeigt) vor dem optischen Abtaster 20 fokussiert wird. Die dynamische Öffnung 37 ist in einem Abschlußkappenteil 31 enthalten, welches in die Bohrung 62 an dem zu der Laserdiode 34 hin nächsten Ende der Motorwelle 28 eingesetzt ist. Eine runde Öffnung 36 ist groß genug, um einen Strahl aus der Laserdiode 34 faktisch störungsfrei und nicht abgeschwächt hindurchzuführen.
In dem Rahmenträgerteil 22 ist ein gegossenes, aus irgendeinem Polycarbonatkunststoff hergestelltes Spiegeltragelement 38 verschiebbar befestigt, das eine Vielzahl von Umlenk- oder Musterspiegeln 40 aus Acryl aufweist, wobei sich jeder um einen Winkel von näherungsweise dreiunddreißig Grad von dem Tragelement 38 nach außen erstreckt und jeder Spiegel um näherungsweise drei Grad zu jedem weiteren Spiegel 40 versetzt ist. Die Anzahl verwendeter Spiegel wird durch die für das Abtastmuster erforderliche Anzahl an Abtastlinien gesteuert. In dem optischen Abtaster 21 befinden sich hier acht Umlenkspiegel. Die Spiegel sind auf ihrer Reflexionsseite mit Gold beschichtet. Das Tragelement 38 weist ein sich rückwärts erstreckendes Federrippenteil 39 auf, welches in einem in dem Rahmenträgerteil 22 befindlichen Nutenschlitz 41 angeordnet ist, um das Tragelement 38 in dem Trageteil 22 einrastend zu befestigen. An dem Vorderende der Antriebswelle 28 ist eine Ausführung eines optischen Senderempfängers 42 befestigt, umfassend ein ebenes Ablenkspiegelteil 44, welches sich geneigt zur Drehachse 60 der Antriebswelle 28 erstreckt, und ein Sammelspiegelteil 46, welches eine gekrümmte, nicht-sphärische, konkave Oberfläche 47 aufweist, um die von einem abgetasteten Strichcodeetikett reflektierten, abtastenden Lichtstrahlen zu sammeln. Der optische Senderempfänger 42 kann unter Verwendung eines Schnappverschlußelementes 29 über der Welle 28 befestigt werden und kann aus jeder Art transparenten Materials, wie beispielsweise einem Polycarbonat-Kunststoff, geformt werden. Die Reflexionsflächen des Senderempfänger 42 sind mit Gold beschichtet, welches den roten Lichtbereich reflektiert, während alle anderen Lichtbereiche die Oberfläche des Senderempfängers 42 passieren können. Um die von dem durch den Senderempfänger 42 hindurchlaufenden Streulicht erzeugte Störung zu reduzieren, können die Rückseiten des Senderempfänger 42 mit Siliciumoxid beschichtet sein, welches das Licht absorbiert.
Das Ablenkspiegelteil 44 erstreckt sich durch einen Spalt 64 in der Sammeloberfläche 47 des Sammelteils 46. Das Spiegelteil ist geneigt zu der Oberfläche 47 ausgerichtet. Der Senderempfänger weist ein Rückteil 49 auf, welches eine Vielzahl abstehender Rippenteile 45 aufweist, die eine Auswuchtung für den Senderempfänger liefern, wenn dieser um die Rotationsachse gedreht wird. An dem Vorderteil des Spiegeltragelementes 38 ist ein transparentes Acryl-Photodetektorträgerelement 50 befestigt, das eine Vielzahl elastischer Fingerteile 52 aufweist, welche über die Einklinkelemente 23 des Rahmenträgerteils 22 einrasten, um das Photodetektorträgerelement 50 an dem Spiegeltragelement 38 zu halten. Das Beschichten der Reflexionsflächen der Spiegel 40 und des Senderempfängers 42 mit Gold liefert zusammen mit dem Gebrauch des Acryl- Trägerelements 50 eine hohe Reflexion und Lichtdurchlässigkeit. In einem hervorstehenden Gehäuseteil 54 des Trägerelements 50 ist ein Detektorbauteil 51 befestigt, umfassend ein Abstützteil 53 mit einer begrenzenden Öffnung 55 und einen Photodetektor 56, der an dem Abstützteil 53 und in einem an dem inneren Endteil des Gehäuseteils 54 befestigten Halter 58 angebracht ist.
Nun auf Fig. 3, 4 und 5 bezugnehmend, weist die vorliegende Erfindung ein Abschlußkappenteil 31 auf, welches einfach in die Bohrung 62 an dem zu der Laserdiode 34 hin nächsten Ende der Motorwelle 28 eingesetzt ist. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Abschlußkappenteil 31 im allgemeinen von zylindrischer Gestalt und aus lichtundurchlässigem Polycarbonat-Kunststoff durch bekannte Verfahren hergestellt. Ein Steckteil 66 paßt eng anliegend in die Bohrung 62 und ein Lippenteil 68 liegt eng an dem Ende der Motorwelle 28 an. Die dynamische Öffnung 37 ist der Form des nicht-fokussierten Lichtmusters von der Laserdiode angenähert, d.h. der abtastenden Ellipse. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist sie zur vereinfachten Herstellung im allgemeinen rechteckig mit zwei langen Seiten 70 und 72 und zwei kurzen Seiten 74 und 76 gestaltet. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die langen Seiten 70 und 72 geradlinig und messen 3,0 Millimeter, und die kurzen Seiten 74 und 76 sind der Bohrung 62 folgend gekrümmt, wobei die Breite der dynamischen Öffnung 37 1,2 Millimeter beträgt. Die Achse 18 der abtastenden Ellipse 15 ist vertikal und in Übereinstimmung mit dem Ablenkspiegelteil 44 am anderen Ende der Motorwelle 28 ausgerichtet.
Nun auf Fig. 6 bezugnehmend, ist ein alternatives Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt. Das Abschlußkappenteil 31 verwendet dabei eine dynamische Öffnung 37 von elliptischer Gestalt.
Im Betrieb ermöglicht die dynamische Öffnung 37, mehr Lichtenergie zu emittieren als eine runde Öffnung. Wenn sich die Motorwelle 28 dreht, drehen sich die dynamische Öffnung 37 und der Ablenkspiegelteil 44 mit. Die Laserdiode 34 verbleibt stationär, wobei ihre Hauptachse vertikal ausgerichtet ist.
Vorteilhafterweise umfaßt das erzeugte Abtastmuster horizontale Linien, welche die gewünschten Eigenschaften der statischen abtastenden Ellipse 15 besitzen. Die Auswirkungen von Druckdef ekten werden verringert, weil die horizontalen Abtastlinien diejenigen der abtastenden Ellipse 15 sind. Die vertikalen Abtastlinien sehen wie diejenigen aus, die durch eine runde Öffnung erzeugt werden, da die Breite der dynamischen Öffnung 37 die große Achse 18 der abtastenden Ellipse 15 begrenzt, wenn die dynamische Öffnung 37 um neunzig Grad zu der abtastenden Ellipse 15 ausgerichtet ist.
Die Verwendung der dynamischen Öffnung 37 ermöglicht auch eine höhere Abtastleistung. Die maximale Leistungsabgabe erfolgt in den horizontalen Linien, wenn die dynamische Öffnung 37 in Übereinstimmung mit der abtastenden Ellipse 15 ausgerichtet ist, während die minimale Leistungsabgabe in den Vertikalen Linien geschieht, wenn die dynamische Öffnung 37 um neunzig Grad zu der abtastenden Ellipse 15 ausgerichtet ist. Abtastlinien, die weder vertikal noch horizontal sind, haben Eigenschaften zwischen diesen Extremen. Für alle Abtastlinien wird die Strahlenleistung durch die Breite der dynamischen Öffnung 37 gesteuert. Zusätzlich erfüllen alle Abtastlinien die Bedingung, daß die kleine Achse 19 der Ellipse senkrecht zu den Abtastlinien des Strichcodeetiketts ist.

Claims

1. Optische Abtastvorrichtung (21), umfassend eine Laserdiode (34), eine Linse (35) zur Parallelausrichtung des von der Laserdiode (34) entlang einer optischen Achse der Vorrichtung (21) abgegebenen Lichtes, eine hohle Welle (28), die im Betrieb durch einen Motor (24) um die optische Achse angetrieben wird und durch welche die fokussierte Lichtabgabe von der Laserdiode (34) zur Senderempfängervorrichtung (42) führt, die an ihrem von der Laserdiode (34) entfernten Ende auf der Welle (28) zur Drehung damit befestigt ist, gekennzeichnet durch Abschlußkappenmittel (31) mit einer Öffnung (37), deren Länge in einer ersten, durch die optische Achse führenden Richtung größer ist als die Breite in einer zweiten, durch die optische Achse führenden Richtung, die im wesentlichen senkrecht zu der ersten Richtung ist, wobei die Abschlußkappenmittel (31) zur Drehung mit der Welle (28) befestigt sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Form der Öffnung (37) an die Querschnittsform der Lichtabgabe von der Laserdiode (34) angepaßt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (37) durch zwei gerade und parallele Kanten (70, 72) und zwei gekrümmte Ränder (74, 76) bestimmt ist, die die Enden der geraden Kanten (70, 72) verbinden, wobei der Abstand zwischen den geraden Kanten (70, 72) kleiner ist als die Länge der geraden Kanten.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (37) von elliptischer Gestalt ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Abschlußkappenmittel (31) in dem Ende der Welle (28) benachbart zu der Laserdiode (34) befestigt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Abschlußkappenmittel (31) ein flanschartiges Steckelement aufweist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Abschlußkappenmittel (31) aus lichtundurchlässigem Kunststoff hergestellt ist.