DE3905481A1 - Verfahren und vorrichtung fuer optischen datenverkehr - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtungen für optischen Datenverkehr zwischen einer Zentralstation und min­ destens einer Nebenstation. Insbesondere gehört ein beson­ ders aufgebauter Barkode zu den hier angesprochenen Vorrich­ tungen.

Systeme für optischen Datenverkehr wurden auf viele unter­ schiedliche Arten realisiert. Ein bekanntes Zweirichtungs­ system für atmosphärische Übertragung ist in Fig. 1 darge­ stellt.

Fig. 1 beinhaltet zwei Blöcke, nämlich zwei gleich aufgebaute Empfänger/Sender, von denen der linke das Bezugszeichen 1 und der rechte das Bezugszeichen 10 trägt.

In Sender/Empfänger 1 ist eine Signalverarbeitungsschaltung 2 vorhanden, die ein empfangenes Signal demoduliert oder ein zu sendendes Signal moduliert. Diese Schaltung 2 dient auch zum Dekodieren der demodulierten empfangenen Signale. Das zu sen­ dende Signal wird durch eine Treiberschaltung 3 verstärkt und dann durch eine Laserdiode 4 gesendet, die durch das Treiber­ signal an- und ausgeschaltet wird. Das von der Laserdiode 4 ausgesandte Licht wird durch eine Linsenanordnung 5 kolli­ miert. Ein weiteres Linsensystem 6 ist auf der Empfangsseite vorhanden, um zum linken Sender/Empfänger 1 gesandte Licht­ strahlen 18 zu empfangen und diese auf ein lichtempfangendes Element 7 zu konvergieren. Das fotoelektrische Signal vom lichtempfangenen Element 7 wird über einen Vorverstärker 8 an die Signalverarbeitungsschaltung 2 geliefert.

Entsprechend sind im rechten Sender/Empfänger 10 eine Signal­ verarbeitungsschaltung 11, ein Treiber 12, eine Laserdiode 13, ein Linsensystem 14 auf der Sendeseite, ein Linsensystem 15 auf der Empfangsseite, ein lichtempfangendes Element 16 und ein Vorverstärker 17 vorhanden. Empfangen werden vom linken Sender/Empfänger 1 gesandte Lichtstrahlen 9 und gesendet wer­ den die bereits genannten Lichtstrahlen 18. Datenaustausch ist dann möglich, wenn die Strahlungsachsen 9 a und 18 a der Licht­ strahlen 9 bzw. 18 parallel zueinander angeordnet sind und auch im übrigen die beiden Sender/Empfänger so angeordnet sind, daß die Empfangsseite der einen Baugruppe das Signal von der Sendeseite der anderen Baugruppe empfangen kann.

Systeme gemäß Fig. 1 werden nicht nur mit zwei Sender/Empfän­ gern aufgebaut, sondern auch mit mehreren, bei denen der eine jedoch eine Zentralstation bildet, z. B. der linke Sender/ Empfänger 1. Mehrere andere Sender/Empfänger 10 bilden dann Nebenstationen. Diese empfangen von der Zentralstation Daten und senden nur einfache Informationen, wie z. B. eine ID-Num­ mer (Identifizierungsnummer) zurück. Wenn eine Zentralstation 1 mit mehreren Nebenstationen 10 zu verkehren hat, ist bei jedem Datenaustausch mit einer Nebenstation eine optische Justierung in zwei Achsenrichtungen vorzunehmen. Um die optische Justie­ rung zu erleichtern, ist in JP 54-1 00 222 vorgeschlagen worden, Ultraschallwellen zu verwenden. Es besteht dann jedoch das Problem möglichen Übersprechens von Funksignalen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren für optischen Datenverkehr zwischen einer Zentralstation und min­ destens einer Nebenstation anzugeben, das es erlaubt, mit einem einfachen Aufbau auszukommen. Der Erfindung liegt wei­ terhin die Aufgabe zugrunde, Vorrichtungen zum Ausführen des Verfahrens anzugeben. Der Erfindung liegt die weiterhin die Aufgabe zugrunde, einen Barkode für optischen Datenverkehr bereitzustellen, der schnell und sicher gelesen werden kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß die Zentralstation dauernd sendend aktiv ist, also auch im Empfangsbetrieb sendet. Jedoch sendet sie im Empfangsbetrieb nur ein unmoduliertes Signal, das von der angestrahlten Neben­ station moduliert zurückgestrahlt wird. Dieses Verfahren er­ möglicht es, mit sehr einfach aufgebauten Nebenstationen aus­ zukommen. Diese benötigen nämlich keine eigene Sendeeinrich­ tung mehr, sondern lediglich einen steuerbaren Reflektor. Dieser Aufbau ist Gegenstand von Anspruch 3. Anspruch 2 gibt eine für das Verfahren besonders geeignete Zentralstation an, in der die Optiken für das Senden und das Empfangen in einer einzigen Optik zusammengefaßt sind.

Es hat sich als sehr vorteilhaft herausgestellt, wenn für den Reflektor in einer Nebenstation ein Material verwendet wird, das in der Richtung eingestrahlten Lichts zurückstrahlt. Ein solches Material kann auch für einen Barkode verwendet werden. Auch dieser kann dann, wie das Signal von der Nebenstation, unabhängig von der Blickrichtung eines Lesegerätes dadurch gut gelesen werden, daß vom Lesegerät aus Licht auf den Bar­ kode gestrahlt wird und das gesendete Licht von der Sende­ optik auch wieder empfangen wird. Selbst ein bewegtes Lese­ gerät vermag dann die reflektierten Signale zuverlässig zu em­ pfangen. So kann sich z. B. die Zentralstation gegenüber den Nebenstationen bewegen oder ein auf der Erde angebrachter Barkode dann von einem Flugzeug aus gelesen werden. Um Bar­ kodes variabel zu gestalten, ist es von Vorteil, ein Material der genannten Art flächenhaft anzubringen und vor einer sol­ chen Fläche einen Shutter mit schaltbaren Streifen anzuordnen, z. B. ein Flüssigkristalldisplay.

Derartige Aufbauten von Reflektoren führen nicht nur zu zu­ verlässiger Lesbarkeit reflektierter Signale, sondern es be­ steht auch der Vorteil, daß sendeseitig mit wenig Energie ausgekommen werden kann, da das gesendete Licht mit guter Bündelung in der Senderichtung zurückgestrahlt wird. Zu nied­ rigem elektrischem Leistungsverbrauch trägt es auch bei, wenn eine Nebenstation aufgebaut ist, wie oben angegeben, also nur mit einem steuerbaren Reflektor statt mit einer eigenen Lichtquelle.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von durch Figuren ver­ anschaulichten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Fig. 1 wurde bereits als Darstellung zum Stand der Technik beschrie­ ben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm für ein bekanntes atmosphärisches Zweirichtungs-Übertragungssystem;

Fig. 2 ein Blockdiagramm einer Zentralstation und einer Nebenstation mit Reflexionseinrichtung;

Fig. 3 eine schematische perspektivische Ansicht eines Reflektors, der in der Richtung eingestrahlten Lichts reflektiert, und wie er innerhalb der Re­ flexionseinrichtung in der Nebenstation gemäß Fig. 2 einsetzbar ist;

Fig. 4 ein Diagramm zum Veranschaulichen des Wirkungsprin­ zips des Reflektors gemäß Fig. 3;

Fig. 5A-5C zeitsynchronisierte Signalzüge zum Erläutern der Funktion der Anordnung gemäß Fig. 2;

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht eines Systems zur auto­ matischen Versorgung mit Teilen, in welchem System eine bewegliche Zentralstation und mehrere fest­ stehende Nebenstationen verwendet werden;

Fig. 7A und 7B zeitkorrelierte Signalzüge zum Erläutern der Funktion des Systems gemäß Fig. 6;

Fig. 8 eine schematische, teilweise perspektivische Dar­ stellung zum Erläutern eines automatischen Waren­ erfassungssystems;

Fig. 9 eine schematische perspektive Ansicht eines Bar­ kodes mit Streifen eines reflektierenden Materials, das in der Richtung eingestrahlten Lichts reflek­ tiert;

Fig. 10 eine Darstellung entsprechend der von Fig. 9, wobei jedoch die bei Fig. 9 vorhandenen Streifen durch Zwischenräume ersetzt sind und umgekehrt;

Fig. 11 eine schematische Darstellung zum Erläutern des Aufbaus eines in der eingestrahlten Richtung re­ flektierenden Reflektors, der jedoch anders aufge­ baut ist als der Reflektor gemäß Fig. 3;

Fig. 12 eine Darstellung zum Erläutern des Funktionsprinzips der Anordnung gemäß Fig. 11;

Fig. 13 eine schematische perspektivische Ansicht zum Er­ läutern des Aufbaus eines Barkodes mit variierbaren Streifen;

Fig. 14 eine schematische perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsart eines Barkodes mit einstell­ baren Streifen; wobei die Streifen mit Hilfe eines Flüssigkristalldisplays variiert werden; und

Fig. 15 eine schematische Darstellung zum Erläutern, wie von einem Flugzeug aus ein auf der Erde befindlicher Barkode angestrahlt und gelesen wird.

In der Darstellung gemäß Fig. 2 sind eine Zentralstation 20 und eine Nebenstation 35 vorhanden. Die Zentralstation sendet viele Daten, während die Nebenstation nur einfache Daten, wie z. B. eine ID-Nummer und dergleichen sendet. In der Zentral­ station 20 ist eine CPU 21 vorhanden, die die zu sendenden Daten erzeugt und an einen Modulator 22 ausgibt. Die CPU 21 dekodiert auch Daten, die von der Nebenstation 35 empfangen werden. In Zeitspannen, in denen die CPU 21 einen Befehl aus­ gibt, der ein Modulationsintervall anzeigt, also Sendebe­ trieb für die Zentraleinheit, moduliert der Modulator 22 die von der CPU 21 ausgegebenen Daten auf eine Trägerwelle kon­ stanter Frequenz und überträgt das so erhaltene modulierte Sendesignal 22 a an eine Treiberschaltung 23. Dagegen hält der ModuIator 22 das von ihm ausgegebene Signal als Sendesignal 22 a auf hohem Pegel "1", wenn die CPU einen Befehl ausgibt, der Nichtmodulation und damit Empfangsbetrieb anzeigt. Die Trei­ berschaltung 23 erzeugt einen Treiberstrom für eine Laser­ diode 24, um diese ein- und auszuschalten. Das von der Laser­ diode 24 ausgesandte Licht wird durch ein Linsensystem 25 auf ein Ende 26 a einer optischen Faser 26 konvergiert. Das andere Ende 26 b der Faser 26 strahlt das Licht radial auf eine Kolli­ matorlinse 27, deren Fokus im genannten anderen Ende 26 b liegt. Durch die Kollimatorlinse 27 wird in diesem Fall ein Bündel von Lichtstrahlen 33 ausgesandt, die konzentrisch um eine optische Achse 32 liegen. Die Lichtstrahlen 33 gelangen zur Nebenstation 35. In der Zentralstation ist noch ein opti­ sches Faserbündel 28 vorhanden, in dessen Mitte die optische Faser von außen her eingeführt ist. Dasjenige Ende des Bün­ dels, in dem die eingeführte Faser 26 nicht endet, ist mit einem lichtempfangenden Element 29, z. B. einer Fotodiode, über einen Kleber 28 a verbunden. Das Ausgangssignal vom licht­ empfangenden Element 29 wird durch einen Vorverstärker 30 in ein fotoelektrisches Signal 30 a verstärkt, das durch einen Demodulator 31 demoduliert wird und dann an die CPU 21 ge­ langt.

In der Nebenstation 35 ist eine CPU 36 vorhanden, die die Daten dekodiert, die von der Zentralstation 20 empfangen wurden. Die CPU 36 erzeugt Ausgangsdaten 36 a, die zur Zen­ tralstation 20 zurückgesandt werden sollen. Die CPU 36 er­ mittelt auch, ob das empfangene Signal ein moduliertes oder ein nichtmoduliertes Signal ist. Das Licht wird über eine schaltbare Reflexionseinrichtung empfangen, die von der Zentralstation her gesehen zunächst einen Polarisator 37 auf­ weist. Dahinter ist eine elektrisch steuerbare Doppelbre­ chungs(ECB-)-Flüssigkristallzelle angeordnet, die von einer LCD-Treiberschaltung 39 auf die Signale 36 a von der CPU 36 hin angesteuert wird. Nach der Flüssigkristallzelle 38 folgt ein Reflektor 40, der Licht in der Einstrahlungsrichtung zurück­ strahlt. Dieser Reflektor 40 wird im folgenden als Richtungs­ rückstrahler bezeichnet. Hinter diesem Richtungsrückstrahler, der teildurchlässig ist, ist ein lichtempfangendes Element 41 z. B. aus amorphem Silizium angeordnet. Solange die Flüssig­ kristallzelle 38 nicht mit Spannung von der Treiberschaltung 39 versorgt wird, werden etwa 80% der durch die Lichtstrahlen 33 eingestrahlten Lichtmenge direkt vom Richtungsrückstrahler 40 zurückgestrahlt, wodurch reflektierte Lichtstrahlen 44 ge­ bildet sind. Ist dagegen die Flüssigkristallzelle 38 ange­ steuert, wird in Zusammenwirkung mit dem Polarisator 37 kein Licht reflektiert, so daß die gesamte Reflexionseinrichtung als Shutter wirkt. Wenn die Flüssigkristallzelle 38 nicht vom ECB-Typ, sondern vom TN-Typ ist, ist hinter ihr noch ein Ana­ lysator 45 einzufügen, dessen Polarisationsrichtung recht­ winklig zu der des Polarisators 37 steht. Auch andere Typen schaltender Flüssigkristallzellenanordnungen können verwendet werden. Ein Vorverstärker 42 dient dazu, das vom lichtempfan­ genden Element 41 empfangene Signal in ein verstärktes foto­ elektrisches Signal 42 a umzuwandeln. Dieses Signal wird in einem Demodulator 43 demoduliert und dann der CPU 36 als em­ pfangenes Signal zugeführt.

Anhand der Fig. 3 und 4 wird nun ein Ausführungsbeispiel für einen Richtungsrückstrahler erläutert.

Wie in Fig. 3 dargestellt, ist der Richtungsrückstrahler 40 dadurch gebildet, daß viele kleine Glaskugeln 40 a ohne Zwi­ schenräume auf einer Unterlage 40 b angebracht sind, die op­ tisch durchlässig ist. Z. B. ist die Unterlage aus einer Kleberschicht gebildet, deren Brechungsindex von demjenigen von Glas unterschiedlich ist. Es wird darauf hingewiesen, daß im schraffierten Bereich in Fig. 3 der Einfachheit halber keine Glaskugeln 40 a eingezeichnet sind. Jede Glaskugel hat einen Durchmesser d von etwa 0,1 mm, die durch ein Sieb mit etwa 200 Maschen pro Zoll ausgesiebt sind. Der Durchmesser d und der Brechungsindex der Glaskugeln 40 a werden entsprechend der Wellenlänge des verwendeten Laserlichts eingestellt. Die Anordnung strahlt in der Richtung eingestrahlten Lichtes zu­ rück. Eingestrahltes Licht ist mit dem Bezugszeichen 46 dar­ gestellt. Reflektiertes Licht 47 liegt dann in einem Kegel dicht um die Richtung des eingestrahlten Lichtstrahles 46. Entsprechendes gilt, wenn Lichtstrahlen 47′in einen Kegel um eine andere Richtung eingestrahlten Lichtes 46′ reflektiert werden. Versuche haben ergeben, daß dann, wenn die Glaskugeln einen Durchmesser von etwa 2 mm haben, der Öffnungswinkel Φ der reflektierten Lichtstrahlen 47 etwa 12 mm in einer Ent­ fernung L von etwa 500 mm vom Strahlauftrefffleck 46 a ist, und daß die rückgestrahlte Leistung etwa 80% der eingestrahl­ ten Leistung ist. Der effektive Raumwinkel ω _eff des reflek­ tierten Lichtes ist

ω _eff ∼ π ()² ∼ 5 × 10^-4 (sr).

Da der Raumwinkel bei ungerichteter Reflexion etwa π (sr) beträgt, ist die in dem sehr kleinen Winkel mit dem Rich­ tungsrückstrahler gemäß Fig. 3 empfangene Leistung mehr als das Tausenfache der Leistung, wie sie von einem üblichen Re­ flektor empfangen wird.

Das Funktionsprinzip des Richtungsrückstrahlers 40 gemäß Fig. 3 wird nun anhand von Fig. 4 erläutert. Die in Fig. 4 dargestellte Glaskugel 40 c ist über die Hälfte ihrer Ober­ fläche mit einem Aluminiumfilm 40 d bedeckt. Wenn Licht aus einer Richtung 48 auf die Glaskugel fällt, dringt es in die Kugel ein und wird am Aluminiumfilm reflektiert, und zwar in solcher Weise, daß der reflektierte Lichtstrahl 49 im wesent­ lichen parallel zum eingestrahlten Lichtstrahl 48 liegt. Ent­ sprechendes gilt für einen eingestrahlten Lichtstrahl 48′ und einen reflektierten Lichtstrahl 49′. Unabhängig von der Ein­ strahlungsrichtung wird das eingestrahlte Licht jeweils in der Einstrahlungsrichtung zurückgestrahlt. Der Effekt ist un­ abhängig vom Durchmesser der Glaskugel 40 c. Daher führt auch die Gesamtanordnung gemäß Fig. 3 mit vielen einzelnen Kugeln in der Einstrahlungsrichtung zurück. Beim Ausführungsbei­ spiel gemäß Fig. 3 ist auf den Glaskugeln kein Aluminiumfilm 40 d abgeschieden, sondern diese sind bis zur Hälfte in einen Kleber eingebettet, der einen Brechungsindex aufweist, der von dem der Glaskugeln 40 a unterschiedlich ist.

Wie erläutert, fällt die Rückstrahlrichtung immer mit der Ein­ strahlungsrichtung zusammen, wenn Glaskugeln als einzelne op­ tische Elemente beim Richtungsrückstrahler verwendet werden. Werden statt Kugeln Stäbchen verwendet, die in einer Richtung ausgerichtet sind, fällt der Rückstrahlwinkel für alle Strah­ len, die in einer Ebene rechtwinklig zur Stäbchenrichtung liegen, mit der Einstrahlungsrichtung zusammen.

Die Arbeitsweise der Anordnung gemäß Fig. 2 wird nun anhand der Signalzüge gemäß den Fig. 5A-5C erläutert.

Die CPU 21 in der Zentralstation 20 gibt während eines Modu­ lationsintervalls T 1 zu sendende Daten an den Modulator 22, wodurch Licht mit dem modulierten Sendesignal 22 a moduliert wird, das in Fig. 5A dargestellt ist. Das modulierte Sende­ signal 22 a wird durch die Laserdiode 24 direkt in die Licht­ strahlen 33 umgewandelt. Derjenige Teil des Lichtes, der durch den Richtungsrückstrahler 40 in der Nebenstation 35 dringt, wird durch den Lichtempfänger 41 und den Vorverstärker 42 in das fotoelektrische Signal 42 a umgewandelt. Die Signalform des fotoelektrischen Empfangssignales 42 a entspricht daher der Form des modulierten Sendesignales 22 a gemäß Fig. 5A. Das demodulierte Signal, das aus dem fotoelektrischen Em­ pfangssignal 42 a durch den Demodulator 43 gebildet ist, wird der CPU 36 zugeführt, wo es verwertet wird.

Auch im Modulationsintervall C 1 werden etwa 80% der Energie der Lichtstrahlen 33 als reflektierte Lichtstrahlen 44 zurück­ gestrahlt. Diese reflektierten Lichtstrahlen 45 werden durch das Linsensystem 27 und das Faserbündel 28 auf den Lichtem­ pfänger 29 geleitet. Dessen Ausgangssignal wird durch den Vorverstärker 30 in das fotoelektrische Signal 30 a verstärkt, dessen Form in Fig. 5B dargestellt ist. Innerhalb der Modu­ lationsperiode T 1 ist dieses Signal dem modulierten Sende­ signal 22 a ähnlich, so daß die CPU 21 dieses Signal unter­ drückt.

Wenn von der Zentralstation 20 auf den Befehl zum Einstellen der Modulation von der CPU 21 keine Daten mehr gesendet wer­ den, wird das Sendesignal 22 a von dauernd hohem Pegel "1" während der festgelegten Dauer T 2 abgegeben, wie dies in Fig. 5A dargestellt ist. Dieses Signal gelangt über den Vor­ verstärker 42 und den Demodulator 43 in die CPU 36, die dann, wenn das empfangene Signal über eine Dauer größer Δ T hohen Pegel "1" aufweist, erkennt, daß die Zentraleinheit 20 im nichtsendenden Intervall T 2 ist. Daraufhin gibt die CPU 36 Sendedaten 36 a aus, z. B. Daten für eine ID-Nummer. Dieses Signal ist in Fig. 5B dargestellt. Mit dem Sendedatensignal 36 a wird die Flüssigkristallzelle 38 über die Treiberschal­ tung 39 angesteuert, wodurch die eingestrahlten Lichtstrah­ len 33 mit hohem Pegel "1" abwechselnd zum Richtungsrückstrah­ ler 40 durchgelassen bzw. unterbrochen werden. Wenn der Sende­ datenwert "1" ist, werden die eingestrahlten Lichtstrahlen 33 reflektiert, während sie dann durchgelassen werden, wenn der Pegel des Sendesignals 36 a "0" ist. Das in der Zentralein­ heit 20 empfangene Signal 30 a ist daher gegenüber dem Sende­ signal 36 a, wie dies in Fig. 5B dargestellt ist, im Nicht­ modulationsintervall T 2 in der Phase umgekehrt, was aus Fig. 5C erkennbar ist. Das empfangene Signal 30 a gelangt über den Demodulator 31 an die CPU 21. Der Sendebetrieb der Neben­ station 35 erfolgt somit ohne eigene Lichtquelle, sondern mit Hilfe der unmoduliert eingestrahlten Lichtstrahlen 33, die als modulierte Lichtstrahlen 44 im Nichtmodulationsintervall T 2 (bezogen auf die Zentralstation) zurückgestrahlt werden.

Dadurch, daß in der Nebenstation 35 keine Lichtquelle und keine Linsenanordnung erforderlich ist, kann sie miniaturi­ siert werden und billig hergestellt werden.

Außerdem besteht der Vorteil, daß dadurch, daß der Richtungs­ rückstrahler 40 verwendet wird, die reflektierten Lichtstrah­ len 44 dauernd im wesentlichen zur Richtung 32 des optischen Systems der Zentralstation 20 parallel sind, wodurch nur ge­ ringe Justierarbeit erforderlich ist.

Wie erläutert, kann die Nebenstation 35 einfach und klein ausgebildet werden. Es ist möglich, sie im Scheckkartenformat auszubilden und mit einer kleinen Trockenbatterie mit Energie zu versorgen. Die Energieversorgung kann jedoch zumindest teilweise auch dadurch erfolgen, daß empfangenes Licht in elektrische Energie umgesetzt wird und mit dieser eine Bat­ terie geladen wird.

Ein Richtungsrückstrahler 40 kann nicht nur mit Glaskugeln 40 a aufgebaut werden, wie anhand von Fig. 3 erläutert, sondern es kann auch eine sogenannte Fliegenaugenlinse zusammen mit einem halbdurchlässigen Spiegel verwendet werden. Auch eine Würfelanordnung ist möglich. Die Anordnung mit einem unab­ hängigen halbdurchlässigen Spiegel ist besonders kompakt.

Anhand von Fig. 6 wird nun die Anwendung des beschriebenen Systems auf ein Teileversorgungssystem beschrieben.

Wie in Fig. 6 dargestellt, verfügt das System über einen Band­ roboter 50, der Fertigungsteile transportiert. Der Roboter 50 wird zyklisch auf vorgegebenen Wegen bewegt. Er weist eine Zentralstation 20 gemäß Fig. 2 auf, bei der die Lichtstrahlen mit Hilfe eines Scanners 52 innerhalb eines Winkels R schwenk­ bar sind. Die Strahlen bilden ein Abtastsignal 58.

Zum System gehören außerdem Teilelagerkästen 53 a, 53 b, 53 c und 53 d mit durchsichtigen Behältern 55 a, 55 b, 55 c und 55 d, in denen Lagerverwaltungskarten 54 a, 54 b, 54 c bzw. 54 d ent­ nehmbar gelagert sind. Jede der Karten beinhaltet eine Neben­ station 35 gemäß Fig. 2. Bei der Karte 54 d ist diese Neben­ station mit 35 d bezeichnet. Sie entspricht der Nebenstation 35 gemäß Fig. 2. Die Karten 54 a - 54 d verfügen über Tasta­ turen 57 a-57 d, über die z. B. die Zahl noch vorhandener Teile eingegeben werden kann.

Beim Gebrauch öffnet eine Bedienperson z. B. eine Schubla­ de 56 d, um den Lagervorrat zu überprüfen und ihn über die Tastatur 57 d in die Karte 54 d einzugeben. Beim Betrieb tastet dann der Roboter 50 während seiner Bewegung entlang seines Weges 51 die Karte 54 d ab, indem er das Abtastsignal 58 im Bereich R hin- und herschwenkt. Hat der Abtaststrahl z. B. gerade den Weg des in Fig. 6 eingezeichneten Lichtstrahls 59, trifft er auf die Lagerverwaltungskarte 54 a. Es wird inner­ halb eines Modulationsintervalls T 1′ gemäß Fig. 7A ein Daten­ anforderungssignal gesendet. Auf dieses Anforderungssignal hin gibt die Lagerverwaltungskarte 54 a die ID-Nummer und die Anzahl von bei ihr gelagerten Teilen zurück, was geschieht, sobald die Zeitspanne Δ T innerhalb des Nichtmodulationsinter­ valls T 2′ gemäß Fig. 7B verstrichen ist. Wenn die Zahl noch vorrätiger Teile unter eine Vorgabezahl gefallen ist, ver­ sorgt der Roboter 50 diese Lagerstelle wieder mit Teilen. Auf diese Art und Weise kann die Zufuhr von Montageteilen automatisiert werden.

Das beschriebene atmosphärische Zweirichtungs-Übertragungs­ system ist nicht auf die anhand von Fig. 6 erläuterte Anwen­ dung beschränkt. Es sind zahlreiche Anwendungen möglich, z. B. Erkennungssysteme, Sitzverteilungssysteme, Suchsysteme, Kolli­ sionsverhinderungssysteme für Flugzeuge, Schiffe oder Fahr­ zeuge, interaktive Anzeigesysteme, Objektradar und derglei­ chen. Das System kann z. B. auch in Parlamenten angewandt werden, und zwar dadurch, daß jeder Abgeordnete eine Neben­ station 35 gemäß Fig. 2 in Form einer Karte hochhält, die automatisch von einer Zentralstation abgetastet wird.

Dadurch, daß beim beschriebenen System jede Nebenstation kein eigenes Licht sendet, sondern nur eingestrahltes Licht modu­ liert zurückstrahlt, ist der Energieverbrauch gering. Auch ist der Justieraufwand minimal, wenn ein Richtungsrückstrah­ ler verwendet wird, da dann die Achsen der optischen Teile in der Zentralstation und einer Nebenstation nicht genau zur Deckung gebracht werden müssen.

Unproblematische Justierung ergibt sich grundsätzlich, wenn ein Richtungsrückstrahler verwendet wird. Eine Anwendung eines Richtungsrückstrahlers auf Barkodes wird nun anhand der Fig. 8 und 9 näher erläutert. Fig. 8 ist dabei ein Ausfüh­ rungsbeispiel für ein Warenerfassungssystem, das einen Bar­ kode gemäß einer ersten Ausführungsform verwendet.

Beim Erfassungssystem gemäß Fig. 8 werden Waren 102 a und 102 b auf einem Band 101 befördert. Positiv-Barkodes 121 a und 121 b sind an diesen Waren befestigt. Wie diese Barkodes beschaffen sind, wird nun anhand von Fig. 9 erläutert.

Ein Substrat 128, z. B. aus Karton, verfügt über glänzende Bereiche 128 a, auf die Richtungsrückstrahler 129 geklebt sind. Die anderen, dunklen Bereiche 128 b des Substrates 128 sind nicht behandelt; sie können jedoch auch geschwärzt sein. Der Richtungsrückstrahler besteht, wie anhand der Fig. 3 und 4 erläutert, aus vielen kleinen Glaskugeln 129 a, die ohne Zwi­ schenraum auf ein Unterlagenpapier 129 b geklebt sind, das Licht reflektiert. Wenn ein abtastender Lichtstrahl 112 auf einen Richtungsrückstrahler 129 fällt, strahlt er Licht 116 im wesentlichen in der Einfallsrichtung zurück. Wenn Licht aus einer anderen Richtung 112′ auffällt, wird das meiste Licht in Richtung eines Kegels von Lichtstrahlen 116′ reflek­ tiert, dessen Achse mit der Richtung der eingestrahlten Strah­ len 112′ übereinfällt.

Es wurden Versuche mit Glaskugeln 129 a von einem Durchmesser d von etwa 0,1 mm durchgeführt, die durch Sieben mit einem Sieb von 200 Maschen pro Zoll gewonnen wurden. Bei einem Durchmesser Φ des Strahlauftreffflecks 112 a des abtastenden Lichtstrahles 112 auf dem Richtungsrückstrahler 129 von etwa 2 mm und einem Abstand L vom Strahlauftrefffleck 112 a von etwa 500 mm ergab sich für die reflektierten Lichtstrahlen 116 ein Strahlauftrefffleck von etwa 12 mm. Es ergibt sich ein Raumwinkel ω von -π×10^-4 (sr). Demgegenüber ist der Raum­ winkel ω₀ für ein Viertel einer Hemisphäre beim Stand der Technik ungefähr π/2(sr). Die zurückgestrahlte Leistung P unter Verwendung seines Richtungsrückstrahlers verhält sich zur rückgestrahlten Leistung P 0, wie sie bei einem bekannten Reflektor verwendet wird, umgekehrt zu den Raumwinkeln, so daß sich ergibt:

P/P₀ ∼ ω₀/ω ∼ 5 × 10³.

Daraus ergibt sich, daß bei Verwendung des Richtungsrückstrah­ lers mehr als das Tausendfache dessen an Energie zurückge­ strahlt wird, als es beim Stand der Technik der Fall ist. Die rechnerischen Ergebnisse wurden experimentell bestätigt.

Die Funktion des für den Barkode gemäß Fig. 9 verwendeten Richtungsrückstrahlers 129 mit den Glaskugeln 129 a wurde be­ reits entsprechend anhand von Fig. 3 erläutert.

Der Durchmesser d und der Brechungsindex n für die Kugeln 129 a werden z. B. abhängig vom Wellenlängenbereich des abtasten­ den Lichts und der minimalen Streifenbreite der Barkodestrei­ fen bestimmt. Die Glaskugeln 129 a können direkt auf das Sub­ strat 128 aufgedruckt werden.

Anhand von Fig. 8 wird nun die Funktion eines derart aufge­ bauten Barkodes erläutert.

In Fig. 8 ist außer dem bereits genannten Band 101 und den darauf befindlichen Waren 102 a und 102 b noch ein Barkode­ leser 122 dargestellt, in dem ein Laser 105 angeordnet ist, der einen Laserstrahl 106 auf einen halbdurchlässigen Spiegel 123 sendet, von wo es auf eine Hologrammscheibe 124 fällt. Die Hologrammscheibe 124 ist durch Ausbilden von Beugungs­ gittern auf einer Scheibe hergestellt, deren räumliche Fre­ quenzen sich schrittweise ändern, jedoch mit jeweils gleichem Gitterabstand. Durch Drehen der Hologrammscheibe 124 durch einen Motor 125 wird der Laserstrahl 106 in einen Abtast­ strahl 122 umgewandelt. Dieser wird durch Spiegel 126 a und 126 b so umgelenkt, daß er in Richtung der Waren auf dem För­ derband gerichtet ist, wodurch er z. B. den Barkode 121 a auf der Ware 102 a abtastet. Vom Barkode 121 a reflektiertes Licht 116 wird von der Hologrammscheibe 124 umgewandelt, nachdem es über die Spiegel 126 b und 128 a geleitet ist und fällt auf ein lichtempfangendes Element 127, wie eine Fotodiode.

Da der glänzende Bereich 128 a des Barkodes 121 a einen Rich­ tungsrückstrahler 129 trägt, fällt die Richtung des reflek­ tierten Lichts 116 im wesentlichen mit der Einstrahlrichtung 117 zusammen. Wie erläutert, beträgt der Raumwinkel der re­ flektierten Strahlen 116 weniger als 1/1000 des Winkels beim Stand der Technik, wodurch mehr als das Tausendfache an Ener­ gie empfangen wird. Dies ermöglicht es, beim lichtempfangen­ den Element 127 mit einem einfachen Element und einer ein­ fachen Verstärkerschaltung auszukommen, wodurch kein Foto­ vervielfacher oder dergleichen erforderlich ist, wie bisher.

Das Verwenden des Richtungsrückstrahlers 129 auf dem Bar­ kode 121 a hat darüber hinaus den Vorteil, daß auch dann, wenn der Barkode 121 b dem Barkodeleser 122 nicht genau gegenüber­ steht, wie dies für die Ware 102 b in Fig. 8 gilt, die Lei­ stung des empfangenen Lichts 117 im wesentlichen mit derje­ nigen übereinstimmt, die von der genau gegenüberstehenden Ware 102 a empfangen wird. Selbst bei bewegtem Band 101 oder dann, wenn der Barkodeleser 122 weit von den Waren 102 a und 102 b entfernt ist, ergibt sich ein ausgezeichnetes Signal/ Rausch-Verhältnis, wodurch der Kode sicher gelesen werden kann.

Anhand von Fig. 10 wird nun eine zweite Ausführungsform eines Barkodes erläutert. Es handelt sich hierbei um einen Negativ- Barkode 121 a′, bei dem die hellen und dunklen Bereiche gegen­ über der Anordnung gemäß Fig. 9 gerade vertauscht sind. Die­ ser Barkode 121 a′ wird dadurch gebildet, daß aus einer durch­ gehenden Fläche mit Glaskugeln 129 a auf einem Substrat 128 Bereiche ausgeschnitten sind. Da der Negativ-Barkode 121 a′ einen großen reflektierenden Bereich aufweist, kann er sicher lokalisiert werden.

Anhand von Fig. 11 wird eine weitere Ausführungsform eines Richtungsrückstrahlers, insbesondere eines solchen für einen Barkode erläutert.

Der Richtungsrückstrahler 133 gemäß Fig. 11 ist vom Fliegen­ augentyp. Ein Richtungsrückstrahlerelement 134 ist mit Bar­ kodestreifen ausgebildet. Es reflektiert einen einfallenden Lichtstrahl 112 als reflektierten Lichtstrahl 116 zurück, dessen Richtung im wesentlichen mit der Einfallsrichtung über­ einstimmt. Das Richtungsrückstrahlerteil 134 besteht aus einem Spiegel 134 b und einer davor liegenden Fliegenaugenlinse 134 a, die durch viele kleine nebeneinander angeordnete Linsen ge­ bildet ist. In denjenigen Bereichen, die dunkel sein sollen, ist die Fliegenaugenlinse durch ein Medium ersetzt, das Licht absorbiert oder streut. Bei der in Fig. 11 dargestellten Ausführungsform ist vor dem Richtungsrückstrahlerteil 134 a ein Infrarotfilter 135 angeordnet, was es ermöglicht, daß der Barkode so verdeckt angeordnet werden kann, daß er mit dem Auge nicht sichtbar ist, mit Infrarotstrahlung aber gelesen werden kann.

Das Funktionsprinzip der Ausführung gemäß Fig. 11 wird nun anhand von Fig. 12 erläutert. Eine konvexe Linse 134 c ist um ihren Brennabstand s vor einem Spiegel 134 d angeordnet. Es handelt sich um eine sogenannte Katzenaugenanordnung, die einfallende Lichtstrahlen 131 in reflektierte Lichtstrahlen 132 umlenkt, deren Richtung mit der Richtung der einfallenden Strahlen 131 übereinstimmt. Werden sehr viele kleine solcher Linsen nebeneinander angeordnet, ergibt sich die Fliegenaugen­ linse gemäß Fig. 11.

Anhand von Fig. 13 wird nun ein variabler Barkode 136 mit Richtungsrückstrahler beschrieben. Variationsmöglickeit be­ steht durch Einsetzen unterschiedlicher mechanischer Shutter 137 b.

Der variable Barkode 136 gemäß Fig. 13 weist einen Richtungs­ rückstrahler 129 aus Glaskugeln 129 a auf einer Unterlage 129 b auf. Die gesamte Unterlage ist mit Glaskugeln bedeckt. Vor dem Richtungsrückstrahler ist eine Kodeplatte 137 a angeord­ net, die dort ausgeschnitten ist, wo helle Stellen des Bar­ kodes liegen sollen. Diese Platte 137 a ist frei beweglich vor dem Richtungsrückstrahler 129 angeordnet, so daß sie leicht gegen eine Kodeplatte 137 b mit anders liegenden Aus­ schnitten, also einem anderen Kode, ausgetauscht werden kann.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 14 ist ein Variieren des Kodes mit Hilfe eines elektrisch schaltbaren Shutters mög­ lich. Es liegt wiederum ein Richtungsrückstrahler 129 mit Glaskugeln 129 a vor, die flächig auf eine Unterlage 129 b auf­ gebracht sind. Vor dem Richtungsrückstrahler ist ein elektro­ optischer Shutter 143 vorhanden, der einen Polarisator 139, eine TN-Flüssigkristallzelle 140, einen Analysator 141 und einen Modulator 142 aufweist, der Elektroden in der Flüssig­ kristallzelle 140 gemäß einem gewünschten Kode ansteuert. Ein Bereich 140 a innerhalb der Flüssigkristalle 140 unterbricht Licht aufgrund der Wirkung der Shutteranordnung dann, wenn an ihn eine Gleichspannung angelegt wird. Durch Bereiche 140 b, die nicht mit Gleichspannung versorgt werden, kann Licht da­ gegen ungehindert durchtreten, wodurch es am Richtungsrück­ strahler in der Einfallsrichtung reflektiert wird. Die Rich­ tung der rückgestrahlten Richtstrahlen 117 stammt also im we­ sentlichen mit der Richtung eingestrahlter Lichtstrahlen 116 überein. Dadurch, daß die rückgestrahlte Lichtmenge sehr hoch ist, kann der Kode mit hoher Geschwindigkeit abhängig von Verkaufsvorgänge moduliert werden, ohne daß es zu ungenauem Ablesen kommt.

Die Flüssigkristallzelle 140 muß nicht vom TN-Typ sein, son­ dern es kann auch eine andere Flüssigkristallzelle verwendet werden, mit deren Hilfe es, unter Umständen zusammen mit Po­ larisatoren, möglich ist, Lichtstrahlen zu unterbrechen; z. B. kann es eine ECB-Zelle sein. Im letzteren Fall kann der Ana­ lysator 139 weggelassen werden. Außer Flüssigkristallen kön­ nen auch andere elektrooptische Shutter eingesetzt werden.

Anhand von Fig. 15 wird nun erläutert, wie derartige Barkodes mit Richtungsrückstrahler in der Flugsicherung eingesetzt werden können.

Ein Flugzeug 144 sendet einen Abtastlichtstrahl 112 in Rich­ tung von Rollbahnen 145 a und 145 b und eines Kontrollturmes 147.

Diese Einrichtungen tragen Barkodes 146 a, 146 b bzw. 148, die Richtungsrückstrahler aufweisen. Dadurch kann das Flugzeug 144 diese Einrichtungen leicht erkennen, indem es die Barkodes mit Hilfe der reflektierten Lichtstrahlen mißt, die aufgrund des Abtaststrahles 112 reflektiert werden.

Unter Verwendung herkömmlicher Barkodes kann ein solches System nicht verwirklicht werden, wenn das Flugzeug 144 in großer Höhe mit hoher Geschwindigkeit fliegt, da dann die em­ pfangenen Signale zu schwach sind. Wenn jedoch Richtungsrück­ strahler im Barkode verwendet werden, ergibt sich eine hohe Leistung im rückgestrahlten Licht, da die Richtung der mei­ sten reflektierten Lichtstrahlen 116 in etwa in der Richtung des Abtaststrahles 112 liegt. Das Flugzeug 144 kann dadurch die Barkodes sicher erkennen, was zur Flugsicherheit erheb­ lich beiträgt.

Barkodes mit Richtungsrückstrahler können vielfach angewandt werden, z. B. für POS(Point of Sale)-Verkaufssysteme, Kolli­ sionsverhinderungssysteme, interaktive Verkehrszeichensteue­ rung, Lagerhaltung, Dokumentensuche und -verwaltung oder für das Identifizieren geheimer Kodes, die hinter einem infrarot­ durchlässigen Filter angeordnet sind. Im letzteren Fall wird ein Infrarotleser verwendet. Insbesondere dann, wenn der Richtungsrückstrahler durch Drucken von z. B. Glaskugeln oder dergleichen auf ein Dokument hergestellt ist, ergibt sich die Möglichkeit, Dokumentenverwaltung effektiv auf sehr billige Art auszuführen.

Wenn ein Scanner verwendet wird, wie er von der Anmelderin in JP 59-1 24 368 beschrieben ist, ergibt sich eine noch weitere Verbilligung des Gesamtsystems.

Der Barkode kann auch mit einem defokussierten Laserstrahl bestrahlt werden, und das reflektierte Licht wird von einem CCD zum Dekodieren des Kodes empfangen.

Bei allen Anwendungen ergibt sich der Vorteil, daß aufgrund des Richtungsrückstrahlers im Barkode ein großer Anteil des gesendeten Lichtes wieder empfangen wird, wodurch es möglich ist, den Lichtempfänger erheblich einfacher und billiger aus­ zugestalten, als dies bisher möglich war. Auch läßt sich der Kode noch bei großer Entfernung und hoher relativer Geschwin­ digkeit zwischen Kodeleser und Kodeträger sicher lesen. Wenn ein schaltbarer Barkode verwendet wird, ist es möglich, den Kode in Anpassung an geänderte Bedingungen, z. B. an geänder­ te Verkaufsbedingungen, zu ändern.

Claims (8)

1. Verfahren für optischen Datenverkehr zwischen einer Zen­ tralstation und mindestens einer Nebenstation, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Zentralstation im Sendebetrieb ein moduliertes Sig­ nal sendet und im Empfangsbetrieb ein unmoduliertes Signal sendet und ein moduliertes Signal empfängt und
• - jede Nebenstation im Empfangsbetrieb das modulierte Signal von der Zentralstation empfängt und im Sende­ betrieb das unmoduliert eingestrahlte Signal moduliert zur Zentralstation zurücküberträgt.

2. Zentralstation für optischen Datenverkehr mit mindestens einer Nebenstation, gekennzeichnet durch eine Optik (25-29), die so aufgebaut ist, daß sie während des Sendens unmodulier­ ten Lichtes moduliertes Licht empfangen kann.

3. Nebenstation für optischen Datenverkehr mit einer Zentral­ station, gekennzeichnet durch eine Reflexionseinrich­ tung (37-40) mit steuerbaren Reflexionsbedingungen zum modulierten Reflektieren eingestrahlten Lichtes.

4. Nebenstation nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen Reflektor aus einem Material (40 a), das in der Richtung eingestrahlten Lichtes zurückstrahlt.

5. Barkode, gekennzeichnet durch ein Material (129 a, 134 a), das in derjenigen Richtung reflektiert, in der Licht eingestrahlt wird.

6. Barkode nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß das Material (129 a, 134 a) in Streifen ange­ ordnet ist.

7. Barkode nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß das Material (129 a, 134 a) flächig angeordnet ist, mit einem Shutter (143) mit Streifenstruktur vor der reflektierenden Fläche.

8. Barkode nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß der Shutter (143) durch ein Flüssigkristall­ display gebildet ist.