DE69903569T2

DE69903569T2 - Quasi-koaxialoptischer strichkodeleser

Info

Publication number: DE69903569T2
Application number: DE69903569T
Authority: DE
Inventors: W. Alves; J. Brobst
Original assignee: Accu Sort Systems Inc
Current assignee: Accu Sort Systems Inc
Priority date: 1998-09-11
Filing date: 1999-08-24
Publication date: 2003-07-03
Anticipated expiration: 2019-08-25
Also published as: AU5782199A; US6808115B2; EP1110167B1; ATE226339T1; US20010010335A1; WO2000016239A1; EP1110167A1; CA2343203A1; AU751183B2; JP2002525717A; DE69903569D1

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft allgemein Scanner, die Licht dazu verwenden, codierte Symbologien mit variabler Reflektivität abzutasten. Insbesondere betrifft die Erfindung Scanner mit sich drehenden Spiegelrädern im Pfad des zum Erfassen und Lesen codierter Symbologien verwendeten Laserlichts. Insbesondere betrifft die Erfindung Laserscanner mit vereinfachter Optik zum Aussenden und Aufnehmen des zum Lesen codierter Symbologien verwendeten Lichts in nahen bis mittleren Fokusbereichen.

Beschreibung des Standes der Technik

Codierte Symbologien, wie beispielsweise balkenkodierte Symbole sind wohlbekannt. Kodierte Symbole verwenden allgemein helle und dunkle Bereiche variabler Größe in bestimmten Kombinationen. Jede einzigartige Kombination von hellen und dunklen Bereichen stellt kodierte Informationen dar. Scanner für kodierte Symbologie lesen den Code durch Darüberführen eines Lichtstrahl, Aufnehmen von Information in der Form von von dem Code zurückreflektierten Licht, und Decodieren der aufgenommenen Information.
Balkencodescanner des Standes der Technik können in zwei Hauptkategorien aufgeteilt werden, koaxial und nicht- koaxial. Das US-Patent Nr. 5028772 gibt den Oberbegriff des Anspruchs 1 wieder und ist ein Beispiels eines koaxialen Balkencodelasers. In diesem Patent sendet ein Laser einen Lichtstrahl aus, der letztendlich durch einen Aperturspiegel hindurchtritt, auf eine Facette auf einem drehenden Polygon. Der Strahl wird von der Facette durch eine zweite Abfolge von Spiegeln in Richtung einer Zieloberfläche reflektiert. Der Lichtstrahl wird von der Zieloberfläche als Streulicht reflektiert. Das Streulicht verläuft durch die zweite Serie von Spiegeln in Richtung auf eine Facette zurück. Das Streulicht wird von der Facette in Richtung des Aperturspiegels reflektiert. Das gesamte reflektierte Licht, mit Ausnahme des durch die Apertur hindurchtretenden wird in Richtung einer Linse geleitet, die es auf einen Fotodetektor fokussiert. Da der emittierte Lichtstrahl und das zurückkehrende Licht dem gleichen Pfad oder der gleichen Achse folgt, wird dieser Scanner als koaxial bezeichnet. Koaxiale Scanner sind insbesondere beim Lesen von Oberflächen bei langen Fokuslängen nützlich. Während einer Herstellung erfordern koaxiale Scanner ein Testen und eine Feineinstellung, um eine richtige Ausrichtung des Lasers, von Spiegeln, Polygon und Detektor sicherzustellen.
Das US-Patent Nr. 5262628 ist ein Beispiel eines nicht- koaxialen Balkencodelasers. Ein Laser sendet einen Lichtstrahl aus, der durch einen Spiegel in Richtung einer Facette auf einem rotierenden Polygon geführt wird. Der Strahl wird von der Facette in Richtung des Objekts reflektiert. Bei Auftreffen auf das Objekt wird Streulicht von der Oberfläche reflektiert. Ein Detektor ist an der Front des Scanners angeordnet, um das Streulicht aufzunehmen. In diesem Scanner folgt der ausgesendete Lichtstrahl und das erfasste Licht zwei unterschiedlichen Pfaden oder Achsen. Eine Achse verläuft durch das Polygon auf die Oberfläche, die andere von der Oberfläche direkt zu dem Detektor. Es gibt keinen Ansatz oder eine Einrichtung zum fokussieren des Streulichts auf den Detektor. Dieser Scanner wird als nicht-koaxial bezeichnet.
Ein weiteres Beispiel eines nicht-koaxialen Scanners ist dem US-Patent Nr. 3813140 beschrieben. Der Laser emittiert einen Lichtstahl direkt auf eine Facette des Polygons. Der Lichtstrahl wird von der Facette in Richtung der das Ziel reflektiert. Das, von dem Ziel reflektierte Licht wird gestreut und kehrt entlang einer anderen Achse zu einer anderen Facette des Polygons zurück. Diese Facette leitet das Streulicht zu einem Spiegel. Der Spiegel führt das Streulicht in Richtung eines Detektors.
Das US-Patent 4115703 ist ein weiteres Beispiel eines nicht- koaxialen Scanners. Der Laser sendet einen Lichtstrahl direkt auf die abzutastende Oberfläche. Das Licht wird von der Oberfläche reflektiert und tritt durch eine Apertur in den Scanner, die direkt über dem Zielbereich angeordnet ist. Das rückgeführte Licht tritt durch ein Objektivtubus zu einem Fotodetektor. Um einen Code zu lesen, muss der Scanner manuell über den gesamten Code bewegt werden. Nicht-koaxiale Scanner sind billig und bei kurzen Fokuslängen effektiv. Bei längeren Fokuslängen sind nicht-koaxiale Scanner aufgrund von Umgebungslicht, das den Detektor erreicht, nicht so effektiv.
Es gibt einen Bedarf für einen kostengünstigen Scanner, der in nahen bis mittleren Fokuslängen bis zu 2 Fuß (0,61 Meter) von dem Zielbereich abtasten kann.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen kostengünstigen Scanner, der in nahen bis mittleren Fokuslängen abtasten kann. Ein Lichtstrahl wird erzeugt, um einen Zielbereich auf dem abgetasteten Objekt zu beleuchten. Eine Spiegeloberfläche lenkt den Lichtstrahl auf das Objekt und von dem Objekt wird das Licht zu einem Detektor reflektiert. Der Detektor ist angebracht, um eine konstante Menge reflektierten Lichts von der Spiegeloberfläche zu empfangen. Die vorliegende Erfindung stellt eine Vorrichtung gemäß dem Gegenstand des angefügten Anspruchs 1 bereit.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt eine isometrische Ansicht der Elemente der vorliegenden Erfindung ohne Details des Scanners.
Fig. 2 zeigt in einem Draufsichtdiagramm Lichtpfade der vorliegenden Erfindung zu und von einem Zielbereich.
Fig. 3 zeigt einen Seitenansichtsdiagramm, das die Lichtpfade der Erfindung zu und von einem Zielbereich veranschaulicht.
Fig. 4 Veranschaulicht die Lichtpfade zwischen der Laserdiodenanordnung, den Detektor und einer Facette.
Fig. 5 veranschaulicht die Lichtpfade zwischen einer Facette und dem abgetasteten Objekt.
Fig. 6 veranschaulicht die Bereiche der Facette, auf die das Licht auftrifft, das zu dem Objekt verläuft und das Licht, das zu dem Detektor verläuft.
Fig. 7 veranschaulicht den Ort der Detektoraufnahmeoberfläche mit Bezug auf rückgeführtes Licht, wenn das Polygon die maximale Lichtmenge zurückführt.
Fig. 8 veranschaulicht die Position der Aufnahmeoberfläche mit Bezug auf eine mittlere Menge von rückgeführtem Licht.
Fig. 9 veranschaulicht den Ort der Aufnahmeoberfläche mit Bezug auf die minimale Menge von rückgeführtem Licht.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

Die bevorzugte Ausführungsbeispiele werden mit Bezug auf die gezeichneten Figuren beschrieben, in denen insgesamt entsprechende Bezugszeichen entsprechende Elemente darstellen. Scannerelemente, wie beispielsweise Chips, Verdrahtung, Befestiger und Klammern, die nicht dazu notwendig sind, die Merkmale der vorliegenden Erfindung zu erläutern, werden nicht veranschaulicht, da sie dem Fachmann bekannt sind.
Wie in Fig. 1 veranschaulicht, weist die vorliegende Erfindung eine Laserdiodenanordnung 101 auf, wie beispielsweise eine Laserdiode Rohm RLD-65PC, ein rotierendes Polygon 102 mit Facetten 105, 106, 107, 108, 109, 110 und einen Filter 103, wie beispielsweise einen Spectro-Film B 34913, und einen Fotodetektor 104, wie beispielsweise eine PIN Fotodiode EG&G VTP4085.
Wie in der Draufsicht von Fig. 2 gezeigt, sendet die Laseranordnung 101 einen Lichtstrahl 202 in Richtung des Polygons 102 aus. Der Strahl 202 wird von der Facette 105 des Polygons 102 in Richtung der kodierten Symbologie 201 reflektiert. Der Strahl 202 trifft auf das Ziel 201 auf und wird als Streulicht 203 reflektiert. Das auf die Facette 105 treffende Streulicht 203 wird in Richtung des Filters 103 und des Detektors 104 reflektiert. Der Filter 103 erlaubt es, nur Licht, das die gleiche Wellenlänge wie der ausgesendete Lichtstrahl 202 aufweist, zu dem Detektor 104 hindurchzutreten. Unter Verwendung der bevorzugten Komponenten weist der emittierte Lichtstrahl 202 eine Wellenlänge von 655 Nanometern auf uns der Filter 103 lässt Licht in einer 40 Nanometer Bandbreite mit Zentrum von 660 Nanometern passieren. Das reflektierte gestreute Licht 203 wird durch einen Detektor erfasst und nachfolgend auf bekannte Weise verarbeitet und dekodiert.
Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht der vorliegenden Erfindung in einer bevorzugten Anordnung. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Laserdiodenanordnung 101 direkt über dem Detektor 104 angeordnet. In dieser Ansicht ist es ersichtlich, dass die Polygonhöhe gegenüber der des Standes der Technik erhöht ist, wie durch eine gestrichelte Linie 204 bezeichnet, so dass die Laserdiodenanordnung 101 und der Detektor 104 in der gleichen Richtung ausgerichtet sind, jedoch nicht mit einem gemeinsamen horizontalen Zentrum. Als eine Folge trifft der Laserstrahl 202 auf die Facette 105 in Richtung des oberen Bereichs auf. Das zurückkehrende Streulicht 203 trifft auf die gesamte Oberfläche der Facette 105 auf. Während das gesamte Streulicht in der Richtung des Filters 103 und des Detektors 104 zurückgeführt wird, nimmt der Detektor 104 nur das reflektierte Licht 203 auf, das auf dessen Oberflächenbereich auftrifft. Unter der vorliegenden Anordnung ermöglicht es das Polygon 102 dem Laserstrahl 202 entlang einer einen Achse zentriert zu sein, und dem Detektor 104 entlang einer anderen Achse, so dass das auf den Detektor 104 reflektierte Streulicht 203 nicht-koaxial zudem Strahl liegt.
Typischer Weise fokussieren koaxiale Scanner das gesamte Streulicht 203 von Facette 105 auf den Detektor 104, und nicht-koaxiale Scanner verwenden keine Facette oder Fokussierung von rückgeführtem Licht auf den Detektor 104. In der vorliegenden Erfindung wurde die Höhe des Polygons erhöht, um eine Reflektion des Laserstrahls 202 auf den Detektor 104 zu verhindern, und um die Notwendigkeit eines fokussierenden Spiegels im Rückkehrpfad zu vermeiden. Wenn von oben betrachtet, wie in Fig. 2, umfasst das Streulicht 203 die Achse des emittierten Lichtstrahls 202. Wie in Fig. 4 und 5 gezeigt, liget der emittierte Strahl 202 zwischen der Laserdiodenanordnung 101 und der Facette 104 auf einer gegebenen Zentrallinie oder Emissionspfad, und die Zentrallinie 401 des reflektierten Lichts kommt mit einem Auftreffwinkel α (alpha) basierend auf der Reflektion der. Objektoberfläche 201 zurück. Das für den Detektor 104 verfügbare rückgeführte Licht 203 trifft auf die Facette 105 an einer Position 602 auf, die von der Strahlposition 601 getrennt liegt und davon beabstandet ist, wie in Fig. 6 gezeigt. Demzufolge wird das reflektierte Licht zum Detektor 104 entlang einer Zentrallinie 401 geführt werden, die von der Zentrallinie vom Strahl 202 beabstandet ist. Da der emittierte Lichtstrahl 202 und das Streulicht 203 auf ähnlichen, jedoch getrennten Pfaden verläuft, kann die vorliegende Erfindung als quasi-koaxial bezeichnet werden.
Wenn die Facette 105 des vorliegenden Ausführungsbeispiels während einer Schwenkung rotiert wird, verändert sich der Querschnitt der Facette 105, die dem Detektor 104 gegenüber liegt. Als eine Folge verändert sich der Bereich des zum Detektor 104 reflektierten Lichts. Da keine Einrichtung zum Focusieren des zurückkehrenden Streulichts 203 auf den Detektor 104 vorhanden ist, ist das reflektierte Streulicht in seiner Position relativ zu dem Detektor 104 veränderlich.
Fig. 7, 8 und 9 zeigen diese Veränderung mit Bezug auf die Lichtaufnahmeoberfläche 702 des stationären Detektors 104. Fig. 7 zeigt den Bereich 701 von zurückkehrendem Licht, wenn das Polygon rotiert wird, um eine Maximalmenge von Streulicht zurückzuführen. Fig. 8 zeigt den Bereich 801, wenn das Polygon rotiert wird, um eine mittlere Menge von Streulicht zurückzuführen. Fig. 9 zeigt den Bereich 901, wenn das Polygon rotiert wird, um eine minimale Streulichtmenge zurückzuführen. Wie in diesen Figuren veranschaulicht gibt es in jeder einen Bereicht 703 von rückgeführtem Streulicht 203, der konstant sein wird, ungeachtet der Position des Polygons 102. In der vorliegenden Erfindung ist der Detektor 104 so dimensioniert, dass er einen Aufnahmeoberflächenbereich 702 aufweist, der innerhalb des konstanten Bereichs 703 liegt. Der Detektor 104 wird dann in einem Abstand von der rotierenden Oberfläche angeordnet, so dass er an der Konfluenz der Bereiche 703 liegt, ungeachtet der Position des Polygons. Mit dieser Dimensionierung und Positionierung wird die Aufnahmeoberfläche 702 in einem Bereich sein, der durch zurückgeführtes Licht geflutet ist und wird zu einhundert Prozent (100%) durch zurückgeführtes Licht beaufschlagt. Als ein Ergebnis reagiert der Detektor 104 so, als ob er zu allen Zeitpunkten einhundert Prozent (100%) des zurückgeführten Lichts sieht. Obwohl es als ineffizient betrachtet werden kann, zu erlauben, dass ein Großteil des zurückgeführten Lichts an der Auftreffoberfläche 702 des Detektors vorbeigeht, weist dies erwünschte Eigenschaften auf. Dieser Aufbau vermeidet die Notwendigkeit eines Aperturspiegels im Pfad des emittierten Lichts, um reflektiertes Licht auf den Detektor zu focusieren. Diese Konstruktion nutzt weiter die totale Beleuchtung bei allen Winkeln aus, um die Notwendigkeit für einen genauen Ort der Hauptkomponenten relativ zu einander zu vermeiden. Zusätzlich erlaubt es der bevorzugte Filter 103 ein Passieren nur von Licht, das einen Auftreffwinkel in einem Bereich aufweist, der um den Spiegel zur Filteroberfläche zentriert ist. Der Aufbau der vorliegenden Erfindung führt das reflektierte Streulicht in so einem Winkel zurück.
Es würde festgestellt, dass die vorliegende Erfindung Codes bis in eine Entfernung von 2 Fuß (0,61 m) vom Scanner liest, der bevorzugte Bereich ist jedoch innerhalb eines Fußes (0,305 m) vom Scanner. Zusätzlich zu der Erwünschtheit einer kostengünstigen Herstellung minimiert dieses vereinfachte Design ein Testen und ein Einstellen während einer Herstellung und die Notwendigkeit für Einstellungen am Einsatzort.

Claims

1. Eine Vorrichtung zum Abtasten eines Objekts (201) mit einer Einrichtung zum Erzeugen eines Lichtstrahls (101), einem rotierenden Polygon (102) mit einer Vielzahl von Spiegelfacetten (105, 106, 107, 108, 109, 110) und einer Einrichtung zum Erfassen von Licht (104), wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass:

das rotierende Polygon (102) so angeordnet ist, dass eine dessen Facetten (105) den erzeugten Lichtstrahl von der Lichterzeugungseinrichtung (101) in Richtung des Objekts (201) lenkt, und eine Facette (105) durch das Objekt (201) reflektiertes Streulicht lenkt;

das erzeugte Licht auf die eine Facette (104, 105) in einem ersten Bereich (601) auftrifft, und das durch die Lichterfassungseinrichtung (104) empfangene reflektierte Streulicht auf die eine Facette (105) in einem zweiten Bereich (602) auftrifft, wobei der erste Bereich (601) von dem zweiten Bereich (602) getrennt und vertikal beabstandet liegt;

die Einrichtung zum Erfassen von Licht (104) vertikal von der Lichterzeugungseinrichtung (101) beabstandet ist und angeordnet ist, das reflektierte Streulicht von der einen Facette (105) zu empfangen; und

sich dann, wenn das rotierende Polygon (102) rotiert, ein Querschnitt (701, 801, 901) der einen Facette (105), die dem Lichtdetektor (104) gegenüber liegt, sich ändert, und der Lichtdetektor (104) so dimensioniert und positioniert ist, dass er bei einer beliebigen Polygonrotation vollständig illuminiert wird, wenn Licht von dem Objekt (201) reflektiert wird.

2. Die Vorrichtung nach Anspruch 1, weiter mit einer Einrichtung zum Filtern von Licht (103), wobei es die Lichtfiltereinrichtung (103) nur Licht mit der gleichen Wellenlänge wie der des erzeugten Lichtstrahls erlaubt, zu der Lichterfassungseinrichtung (104) hindurchzutreten, wobei die Vorrichtung weiter dadurch gekennzeichnet ist, dass die Lichtfiltereinrichtung (103) zwischen der Spiegeloberfläche (105) und der Lichterfassungseinrichtung (104) angeordnet ist.

3. Die Vorrichtung nach Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die Lichterfassungseinrichtung (104) direkt unterhalb der Lichterzeugungseinrichtung (101) angeordnet ist.

4. Die Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Lichterzeugungseinrichtung (101) eine Laserdiode (101) ist und die Lichterfassungseinrichtung ein Lichtdetektor (104) ist.

5. Die Vorrichtung nach Anspruch 4, weiter dadurch gekennzeichnet, dass das Spiegelpolygon (102) rotiert und jede Facette der Vielzahl von Facetten (105, 106, 107, 108, 109, 110) abwechselnd als die eine Facette dient.

6. Die Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei das Objekt (201) einen Balkencode umfasst und dann, wenn sich das rotierenden Polygon (102) dreht, das erzeugte gelenkte Licht über den Balkencode verläuft.

7. Die Vorrichtung nach Anspruch 1, weiter gekennzeichnet durch einen Filter (103), der zwischen der einen Facette (105) und der Lichterfassungseinrichtung (104) angeordnet ist, wobei der Filter (103) es nur Licht mit dem gleichen Auftreffwinkel wie dem das reflektierten Streulichts erlaubt, durch den Filter (103) hindurchzutreten.