DE69119069T2

DE69119069T2 - Fokussiereinrichtung für Strichkodeleser

Info

Publication number: DE69119069T2
Application number: DE69119069T
Authority: DE
Inventors: Ke-Ou Peng
Original assignee: Opticon Sensors Europe BV
Current assignee: Opticon Sensors Europe BV
Priority date: 1991-05-13
Filing date: 1991-05-13
Publication date: 1996-12-12
Anticipated expiration: 2011-05-14
Also published as: EP0521196A1; US5387786A; DE69119069D1; EP0521196B1

Description

Fokussiereinrichtung für Strichcodeleser

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Linsensystem mit Linsenantriebseinrichtungen für einen Strichcodeleser, wobei das Linsensystem mindestens eine Linse oder einen Linsensatz aufweist, die in Richtung ihrer optischen Achse beweglich ist, und wobei die Antriebseinrichtungen mindestens eine Spule und ein magnetisches Element aufweisen. Die Erfindung betrifft ferner einen Strichcodeleser mit einem derartigen Linsensystem. Ein derartiger Strichcodeleser ist in der Deutschen Patentanmeldung DE-A-37.36.288 beschrieben.
Strichcodeleser weisen im allgemeinen eine Fokussiereinrichtung, wie etwa ein Linsensystem, zum Fokussieren von Licht auf, das von einem Strichcode auf einen Sensor oder eine Anordnung von Sensoren gestreut wird. Die bekanntesten Fokussiereinrichtungen besitzen den Nachteil, daß die Fokussierung stark von dem Abstand des Strichcodes bezüglich des Lesers abhängig ist. Wenn der Abstand zwischen dem Strichcode und dem Leser geändert wird, ist das Bild des Strichcodes auf den Sensor nicht fokussiert, was zu einer verringerten Wahrscheinlichkeit führt, daß der Code fehlerfrei gelesen wird. Wenn der Abstand noch weiter geändert wird, kann es sein, daß der Leser den Code überhaupt nicht lesen kann.
Verschiedene Anordnungen sind zum Bereitstellen von Fokussiereinrichtungen mit einem erweiterten Arbeitsbereich vorgeschlagen worden, d.h. einem erweiterten Bereich der Abstände, bei denen das Bild des Strichcodes auf den Sensor (oder eine Anordnung von Sensorelementen) weitgehend fokussiert ist. Eine derartige Anordnung enthält holographische Elemente, die auf einer Drehscheibe angeordnet sind, wobei jedes Element eine andere Brennweite besitzt. Die Anderung der Brennweite ist bei dieser Anordnung notwendigerweise diskontinuierlich.
Das in der vorstehend erwähnten Deutschen Patentanmeldung beschriebene Linsensystem weist Antriebseinrichtungen zur Positionsänderung einer beweglichen Linse auf. Diese bekannten Antriebseinrichtungen werden durch einen feststehenden Permanentmagneten und eine bewegliche Spule gebildet. Die bewegliche Linse ist auf der beweglichen Spule befestigt, während die Spule locker und nur teilweise in den weitgehend ringförmigen Permanentmagneten eingesetzt ist. Die bewegliche Spule ist über Spulenleitungen mit einer Steuereinheit verbunden. Der in der Deutschen Patentanmeldung beschriebene Strichcodeleser ist zum Lesen sehr kleiner Strichcodes ausgelegt, die durch Punkte mit einem Durchmesser von etwa 15 µm auf Halbleiterflächen aufgetragen sind. Derartige Halbleiterflächen sind im allgemeinen bezüglich des Strichcodelesers exakt angeordnet. Der Bereich der Fokussierabstände dieser bekannten Einrichtung ist notwendigerweise sehr klein. Die bekannten Fokussiereinrichtungen erlauben deshalb lediglich eine Bewegung der Linse von typischerweise ± 1 mm. Eine derartig kleine Bewegung der Linse ist jedoch nicht ausreichend für die meisten Anwendungen, bei denen z.B. auf Konsumartikeln aufgetragene Strichcodes gelesen werden sollen. Ein typischer Verkaufsstrichcodeleser muß in der Lage sein, Strichcodes in Abständen, die sich von einigen zu mehreren Dutzend Zentimetern ändern, fehlerfrei zu lesen. Der vorstehend erwähnte bekannte Strich codeleser erlaubt keinen derartigen Lesebereich. Überdies kann der bekannte Strichcodeleser nicht leicht angepaßt werden, um eine erweiterte Bewegung der Linse zu ermöglichen. Die bekannte Struktur, bei der die relativ kleine Bewegung vor allem durch elektromagnetische Kräfte eingeschränkt ist, ist nicht zur Führung des beweglichen Teils über einen relativ großen Bewegungsbereich hinweg geeignet.
Die Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Fokussiereinrichtung mit einem großen und vorzugsweise kontinuierlich veränderlichen Arbeitsbereich bereitzustellen. Die Fokussier einrichtung gemäß der Erfindung ist deshalb dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine bewegliche Linse oder der Linsensatz an dem magnetischen Element befestigt ist, wobei das magnetische Element in einem Halteelement verschiebbar angeordnet ist, und daß die mindestens eine Spule bezüglich des Halteelements befestigt ist. Indem ein Halteelement zum verschiebbaren Anpassen und deshalb zur Führung des magnetischen Elementsvorgesehen ist, in dem die bewegliche Linse angeordnet ist, wird ein großer Bewegungsbereich der Linse und deshalb ein großer Arbeitsbereich des Strichcodelesers erhalten.
Wenn die Linse in Richtung ihrer optischen Achse bewegt wird, kann die Brennweite kontinuierlich geändert werden. Das Linsensystem gemäß der Erfindung ist deshalb aufgrund der Möglichkeit der kontinuierlichen Änderung der Brennweite unter Verwendung einer oder mindestens einer beweglichen Linse sehr flexibel. Die Antriebseinrichtungen gemäß der Erfindung ermöglichen eine sehr schnelle Bewegung der beweglichen Linse, während eine minimale Anzahl an beweglichen Teilen enthalten ist. Um einen umfangreichen Bewegungsbereich der beweglichen Linse oder des Linsensatzes zu gewährleisten, sind die Spulen vorzugsweise auf der Außenseite des Halteelements in der Nähe des jeweiligen Endes angeordnet.
Für einige Anwendungen ist es ausreichend, daß die Fokus siereinrichtung eine einzige bewegliche Linse aufweist. Für andere Anwendungen, wie etwa einen Strichcodeleser mit einer CCD-Anordnung, kann zum Beispiel wegen der Aberration des weißen Lichts ein mehrteiliger Linsensatz notwendig sein. Anstelle einer einzigen beweglichen Linse kann ein beweglicher Linsensatz verwendet werden.
Die bewegliche Linse oder der Linsensatz kann mit einer oder mehreren feststehenden Linsen kombiniert werden. Eine bevorzugte Ausführungsform der Fokussiereinrichtung gemäß der Erfindung ist in einer derartigen Weise ausgelegt, daß das Linsensystem mindestens zwei feststehende Linsen oder Linsensätze aufweist, wobei zwischen zwei feststehenden Linsen oder Linsensätzen mindestens eine bewegliche Linse oder ein Linsensatz angeordnet ist. Dies bietet den Vorteil, daß die Fokussiereinrichtung eine feste Länge besitzt, während durch Bewegen der beweglichen Linse zwischen den feststehenden Linsen eine Brennweite verändert werden kann.
Vorzugsweise sind mindestens eine bewegliche Linse und mindestens zwei feststehende Linsen in einem weitgehend rohrförmigen Halteelement enthalten, wobei die feststehenden Linsen in dem Halteelement in der Nähe seiner Enden befestigt sind. Dies ermöglicht eine sehr kompakte Struktur der erfindungsgemäßen Fokussiereinrichtung.
Das magnetische Element kann einen ferromagnetischen Ring aufweisen, der verschiebbar in das rohrförmige Halteelement eingesetzt ist. Die bewegliche Linse kann in einem derartigen Ring befestigt sein, was eine kompakte und robuste Struktur liefert.
Ein Strichcodeleser mit einem Linsensystem gemäß der Erfindung weist eine Zufuhreinrichtung auf, um den Antriebseinrichtungen einen Erregerstrom zuzuführen. Die Zufuhreinrichtung kann so angeordnet sein, daß sie einen periodischen Erregerstrom zuführt, was somit eine periodische Bewegung der beweglichen Linse oder des Linsensatzes bewirkt. Gemäß der Erfindung ist es ebenfalls möglich, die Zufuhreinrichtung so anzuordnen, daß sie als Antwort auf ein Steuersignal den Erregerstrom ändert. Das Steuersignal kann durch einen optischen und/oder Ultraschallabstandsmesser erzeugt werden. Auf diese Weise ist die Fokussiereinrichtung auf den Abstand zwischen dem Strichcode und dem Strichcodeleser eingestellt. Wahlweise kann das Steuersignal durch eine Kontrastmeßeinrichtung erzeugt werden, was somit die richtige Fokussierung der Fokussiereinrichtung sicherstellt.
Bei einem Strichcodeleser mit einer Laserquelle zum Erzeugen eines Laserstrahls kann das Linsensystem gemäß der Erfindung zum Fokussieren des Laserstrahls verwendet werden. Ein derartiger Strichcodeleser kann mit einer optischen Abtasteinrichtung versehen sein, um einen Strichcode abzutasten, d.h. um den Laserstrahl über den Code hinweg zu ziehen. Gemäß der Erfindung kann eine derartige optische Abtasteinrichtung ein drehbares Polygon mit reflektierenden Seiten aufweisen.
Ein passiver Strichcodeleser, z.B. ein Leser mit einer CCD-Anordnung, kann die Fokussiereinrichtung gemäß der Erfin dung zum Fokussieren von Licht verwenden, das von einem Strichcode auf die Sensoreinrichtung gestreut wird. Ein derartiger Strichcodeleser kann Ausblendeeinrichtungen aufweisen, um von der Sensoreinrichtung ausgegebene Signale wahlweise durchzulassen, wobei das Durchlassen von Steuersignalen abhängig ist, die von einem Abstandsmesser und/oder einer Kontrastmeßeinrichtung erzeugt werden. Folglich werden die von der Sensoreinrichtung erzeugten Signale lediglich durchgelassen, wenn das durch einen Strichcode gestreute Licht im wesentlichen auf die Sensoreinrichtung fokussiert ist.
Die Erfindung wird mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen detaillierter erläutert werden; es zeigen:
Figur 1 perspektivisch einen Querschnitt einer bevorzugten Ausführungsform der Fokussiereinrichtung gemäß der Erfindung;
Figur 2 perspektivisch einen aktiven Strichcodeleser mit einer Fokussiereinrichtung gemäß der Erfindung;
Figur 3 teilweise perspektivisch einen passiven Strichcodeleser mit einer Fokussiereinrichtung gemäß der Erfindung.
Die in Figur 1 gezeigte Fokussiereinrichtung 1 weist zwei feststehende Linsen 2 und 3 und eine bewegliche Linse 4 auf. Die feststehenden Linsen 2 und 3 sind in einem rohrförmigen Körper 5 durch Halteelemente 6 und 7 befestigt. Die bewegliche Linse 4 ist in einer ringförmigen Halterung 8 befestigt. Die Halterung 8, die vorzugsweise aus einem magnetisierbaren oder (ferro-) magnetischen Material besteht, ist in den rohrförmigen Körper 5 verschiebbar eingesetzt. Um die Adhäsion zwischen der Halterung 8 und dem Körper 5 zu vermeiden, besteht der letztere vorzugsweise aus unmagnetischem Material. Die Spulen 9 und 10, die in Spulenhaltevorrichtungen 11 und 12 untergebracht sind, sind auf der Außenseite des rohrförmigen Körpers 5 befestigt. Wie in Figur 1 gezeigt ist, sind die Spulen 9 und 10 nahe der Enden des rohrförmigen Körpers 5 angeordnet, d.h. in der Nähe der feststehenden Linsen 2 bzw. 3.
Bei der in Figur 1 gezeigten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind sowohl die Linsen 2 als auch 3 einzelne Positivlinsen, während die Linse 4 eine einzelne Negativlinse ist. Es ist jedoch möglich, daß jede Linse 2, 3 oder 4 abhängig von z.B. der Notwendigkeit der Aberrationskorrektur durch einen Linsensatz des entgegengesetzten Vorzeichens (positiv oder negativ) ersetzt wird. Für einige Anwendungen, z.B. zur Fokussierung eines Laserstrahls, können eine oder beide feststehenden Linsen 2 und 3 völlig weggelassen werden.
Das Linsensystem gemäß der Erfindung, wie in Figur 1 gezeigt, besitzt eine feste Länge, d.h. die Länge des rohrförmigen Körpers 5. Die bewegliche Linse 4 kann sich zwischen den feststehenden Linsen 2 und 3 bewegen, wobei bei der bevorzugten Ausführungsform der Bewegungsbereich durch das Halteelement 6 und 7 und die Halterung 8 eingeschränkt ist. Dieser Bewegungsbereich gewährleistet eine große Änderung der Brennweite der Fokussiereinrichtung. Tatsächlich kann ein Bewegungsbereich von etwa 20 mm einen Fokussierbereich von 50 bis 500 mm gewährleisten.
Die Bewegung der beweglichen Linse 4 wird durch eine Antriebseinrichtung gewährleistet, die durch die Spulen 9 und 10 in Verbindung mit der Halterung 8 gebildet wird. Wenn die Spulen 9 und 10 Strom führen, wird ein Magnetfeld erzeugt, das auf die magnetische oder magnetisierbare Halterung 8 wirkt, was bewirkt, daß sich die Halterung 8 und die Linse 4 bewegen. Abhängig von der Art oder der Geschwindigkeit der gewünschten Bewegung können entweder eine oder beide Spulen 9 und 10 unter Verwendung eines Wechsel- oder eines Gleichstroms erregt werden. Wenn der beabsichtigte Bewegungsbereich relativ klein ist, kann eine der Spulen 9 oder 10 weggelassen werden. Die verbleibende Spule darf nicht nahe einem der Enden des Körpers 5 angeordnet werden, sondern zum Beispiel in der Mitte zwischen den Enden.
Vorzugsweise ist die bewegliche Linse 4 eine dünne Linse mit einer relativ geringen Masse, wobei die Halterung 8 als relativ dünner Ring gefertigt ist. Dies verringert die Trägheit der beweglichen Teile des Systems, was eine fast sofortige Bewegung der Linse 4 ermöglicht. Die Trägheit kann ferner durch Verwendung einer aus Plastik oder dergleichen bestehenden beweglichen Linse verringert werden. Die in Figur 1 gezeigte Ausführungsform mit zwei feststehenden Linsen (oder Linsensätzen) und einer beweglichen Linse bietet den Vorteil, daß der Bewegungsweg, der von der beweglichen Linse benötigt wird, um eine bestimmte Änderung der Brennweite zu erhalten, im allgemeinen kleiner sein kann, als er fur eine Einrichtung mit lediglich einer feststehenden Linse (oder einem Linsensatz) sein würde. Überdies ändert sich die Gesamtlänge der Fokussier einrichtung nicht. Die Fokussiereinrichtung gemäß der Erfindung stellt deshalb eine kompakte und schnelle Fokussiereinrichtung bereit, was es ermöglicht, daß der Strichcode in einem relativ großen Bereich von Abständen mit einer relativ großen Blendenöffnung genau abgebildet wird.
Es ist natürlich möglich, die Fokussiereinrichtung gemäß der Erfindung mit zwei beweglichen Linsen oder Linsensätzen, möglicherweise in Verbindung mit mehr als zwei Spulen, zum Beispiel drei oder vier Spulen, bereitzustellen. Dies kompliziert jedoch die Steuerung der Bewegung der beweglichen Teile der Einrichtung, was komplexere Versorgungseinrichtungen für den Erregerstrom erfordert.
In Figur 2 weist ein aktiver Strichcodeleser gemäß der Erfindung eine Laserquelle 20 zum Erzeugen eines Laserstrahls, wie etwa einen Diodenlaser, auf. Der Laserstrahl wird durch die Fokussiereinrichtung 1 fokussiert, wie in Figur 1 gezeigt ist, und wird nachfolgend durch einen kleinen Spiegel 21 in Richtung der Abtasteinrichtung 22 reflektiert. Diese Abtasteinrichtung 22, die durch ein drehbares Polygon 23 mit reflektierenden Seiten und einen Motor 24 gebildet wird, reflektiert den Laserstrahl in Richtung des Strichcodes C. Aufgrund der Rotation des Polygons 23 läuft der Laserstrahl über den Code, was zum Abtasten des Codes C durch den Laserstrahl führt. Das von dem Strichcode C gestreute Licht wird wiederum von dem Polygon 23 in Richtung einer Linse (oder eines Linsensatzes) 25 reflektiert und durch die Linse 25 auf einen Sensor 26 fokussiert.
Es ist aus Figur 2 offensichtlich, daß der Spiegel 21 klein genug sein sollte, um zu ermöglichen, daß die Menge des reflektierten Lichts die Linse 25 erreicht. Der Sensor 26 erzeugt ein für den Strichcode repräsentatives Signal, wobei das Signal einer geeigneten Verarbeitungseinrichtung (nicht gezeigt) zugeführt wird.
Der Strichcodeleser gemäß der Erfindung weist ferner eine Zufuhreinrichtung 27 auf, um den Spulen der Fokussiereinrichtung 1 einen elektrischen Erregerstrom zuzuführen. Vorzugsweise liefert die Zufuhreinrichtung 27 einen periodischen Erregerstrom, was eine periodische Bewegung der beweglichen Linse bewirkt. Dies führt zu einer periodischen Änderung der Brennweite des Strichcodelesers. Auf diese Weise wird der Laserstrahl zu einem bestimmten Zeitpunkt unabhängig von dem Abstand des Codes von dem Leser auf den Strichcode C fokussiert werden, was gewährleistet, daß der Code innerhalb des Arbeitsbereichs des Lesers liegt.
In Figur 3 weist ein passiver Strichcodeleser gemäß der Erfindung eine Fokussiereinrichtung 1 zum Fokussieren von Licht auf, das von einem Strichcode C auf die Sensoreinrichtung 30 gestreut wird. Die Sensoreinrichtung 30 enthält vorzugsweise eine Anordnung von CCD-Elementen (nicht gezeigt). Die Zufuhreinrichtung 27 führt den Spulen der Fokussiereinrichtung 1 einen Erregerstrom zu, um die bewegliche Linse (nicht gezeigt) zu bewegen, und somit die Brennweite der Fokussiereinrichtung 1 zu ändern. Vorzugsweise wird die Zufuhreinrichtung 27 von der Steuereinrichtung 31 gesteuert. Die Steuereinrichtung 31 kann einen Ultraschall- oder optischen Abstandsmesser zum Messen des Abstands zwischen dem Strichcode und dem Leser aufweisen, um die Fokussiereinrichtung 1 dementsprechend einzustellen. Die Steuereinrichtung 31 kann auch eine Kontrastmeßeinrichtung aufweisen, wobei in diesem Fall Ausgangssignale von der Sensoreinrichtung 30 der Steuereinrichtung 31 zugeführt werden. Diese Sensorausgangssignale werden von der Kontrastmeßeinrichtung verwendet, um den Kontrast zwischen den dunklen und hellen Bereichen des Strichcodes zu bestimmen, wie er durch die Fokus siereinrichtung 1 auf dem photoempfindlichen Bereich der Sensoreinrichtung 30 abgebildet wird. Die Kontrastmeßeinrichtung erzeugt als Antwort auf den gemessenen Kontrast ein Steuersignal, um die Fokussiereinrichtung 1 einzustellen.
Die Steuereinrichtung 31 kann ebenfalls einem wahlweisen Gatter 32 ein Steuersignal zuführen, um nur dann Sensorausgangssignale an die folgende Signalverarbeitungseinrichtung (nicht gezeigt) zu leiten, wenn der Strichcode genau auf dem photoempfindlichen Bereich der Sensoreinrichtung 30 abgebildet wird.
Anstelle eines von einem Bild oder einem Abstand abhängigen Fokussierungssteuersignals kann ein periodisches Signal verwendet werden, um eine periodische Bewegung der beweglichen Linse (oder des Linsensatzes) zu erzeugen. Das Decodieren der Sensorausgangssignale kann fortlaufend durchgeführt werden, wobei das Decodieren erfolgreich ist, wenn der Strichcode auf den Sensorbereich fokussiert ist.

Claims

1. Linsensystem mit Linsenantriebseinrichtungen für einen Strichcodeleser, wobei das Linsensystem (2, 3, 4) mindestens eine Linse oder einen Linsensatz (4) aufweist, die in der Rich tung ihrer optischen Achse beweglich ist, und die Antriebseinrichtungen (8, 9, 10) mindestens eine Spule (9, 10) und ein magnetisches Element (8) aufweisen, dadurch gekeimzeichziet, daß die mindestens eine bewegliche Linse oder der Linsensatz (4) an dem magnetischen Element (8) befestigt ist, wobei das magne tische Element (8) in einem Halteelement (5) verschiebbar angeordnet ist, und daß die mindestens eine Spule (9, 10) bezüglich des Halteelements (5) befestigt ist.

2. Linsensystem nach Anspruch 1, wobei Spulen (9, 10) auf der Außenseite des Halteelements (5) in der Nähe des jeweiligen Endes angeordnet sind.

3. Linsensystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Linsensystem mindestens zwei feststehende Linsen oder Linsensätze (2, 3) aufweist, wobei die mindestens eine bewegliche Linse oder der Linsensatz (4) zwischen zwei feststehenden Linsen oder Linsensätzen (2, 3) beweglich angeordnet ist.

4. Linsensystem nach Anspruch 31 wobei die feststehenden Linsen oder Linsensätze (2, 3) in dem Halteelement (5) in der Nähe seiner Enden befestigt sind.

5. Linsensystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Halteelement (5) im wesentlichen rohrförmig ist.

6. Linsensystem nach Anspruch 5, wobei das magnetische Element (8) einen magnetischen Ring aufweist, der in das Halteelement (5) verschiebbar eingepaßt ist.

7. Strichcodeleser mit einem Linsensystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Zufuhreinrichtung (27), um einen Erregerstrom, der periodisch ist oder der sich als Antwort auf ein Steuersignal ändert, der Antriebseinrichtung zuzuführen.

8. Strichcodeleser nach Anspruch 7, wobei das Steuersignal durch einen optischen und/oder Ultraschallabstandsmesser oder eine Kontrastmeßeinrichtung (31) erzeugt wird.

9. Strichcodeleser nach Anspruch 7 oder 8, der ferner eine Laserquelle (20) zum Erzeugen eines Laserstrahls aufweist, wobei die Fokussiereinrichtung (1) zum Fokussieren des Laserstrahls angeordnet ist.

10. Strichcodeleser nach Anspruch 9, der ferner eine optische Abtasteinrichtung (22) zum Abtasten eines Strichcodes (C) aufweist, wobei die optische Abtasteinrichtung ein drehbares Polygon (23) mit reflektierenden Seiten aufweist.

11. Strichcodeleser nach Anspruch 7 oder 8, wobei das Linsensystem so angeordnet ist, daß von einem Strichcode (C) gestreutes Licht auf eine Sensoreinrichtung (30) fokussiert wird.

12. Strichcodeleser nach Anspruch 11, der ferner eine Ausblendeeinrichtung (32) aufweist, um Signale wahlweise durchzulassen, die von der Sensoreinrichtung (30) ausgegeben werden, wobei das Durchlassen von Steuersignalen abhängig ist, die von einem Abstandsmesser und/oder einer Kontrastmeßeinrichtung (31) erzeugt werden.

13. Strichcodeleser nach Anspruch 12, wobei die von der Sensoreinrichtung (30) erzeugten Signale nur durchgelassen werden, wenn das von einem Strichcode (C) gestreute Licht im wesentlichen auf die Sensoreinrichtung (30) fokussiert wird.