DE4396943B9 - Optisches System mit veränderlichem Fokus zum Datenlesen - Google Patents

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Abstract

Optisches System zum Datenlesen, mit
einer Lichtquelle, die einen optischen Strahl entlang eines optischen Ausgangsweges zu einem zu lesenden Gegenstand hin erzeugt;
einem in dem optischen Ausgangsweg angeordneten Fokussiersystem zum Fokussieren des optischen Strahles in einen gegebenen Brennpunkt;
Mitteln zum Ändern der Position des Brennpunktes des optischen Strahles, wobei die Mittel eine in dem optischen Ausgangsweg angeordnete Aperturblendenvorrichtung aufweisen, welche ein Modul aufweist, mit dem eine Öffnung durch diese mit einer Mehrzahl von unterschiedlichen Größen von Aperturblendenweiten bestimmt und variiert wird, und wobei die Aperturblendenvorrichtung in der Nähe des Fokussiersystems angeordnet ist an einem Punkt oder strahlabwärts des Punktes, der um eine Brennweite strahlaufwärts von dem Fokussiersystem angeordnet ist;
einer Abtastvorrichtung zum Empfangen des durch die Aperturblendenvorrichtung hindurchgetretenen optischen Strahles und zum Erzeugen eines Abtastmusters von dem optischen Strahl zu dem Gegenstand hin; und
einem Detektor zum Detektieren des von dem Gegenstand reflektierten und/oder gestreuten...

Description

  • Das Gebiet der Erfindung bezieht sich auf Datenlesesysteme und insbesondere auf ein optisches System mit erweiterter Tiefenschärfe. Die Erfindung ist insbesondere für die Anwendung mit einem Symbol-Abtastsystem zum Lesen von Strichcodes, wie solchen auf Verbrauchererzeugnissen, zum Beispiel des UPC-Codes geeignet. Die Erfindung ist für stationäre Abtaster oder Handabtaster geeignet.
  • Strichcodeabtaster, wie jedes optische System, hängt hinsichtlich der wirksamen und genauen Leistung von der fokussierten Optik ab. Typische Strichcodeabtaster verwenden eine Quelle kohärenten Lichtes aus einem Laser oder einer Laserdiode, wobei mit dem Licht durch ein Fenster hindurch in unterschiedlichen Richtungen abgetastet wird. Andere Abtaster, welche nichtkohärente Lichtquellen anwenden, wurden ebenfalls vorgeschlagen, wie z.B. in der US-PS-4,335,302 beschrieben.
  • In einem Detektiersystem, wie einer eine Fokussierlinse verwendenden Strichcode-Abtastvorrichtung wird aus einer Lichtquelle, wie einem Laser, einer Laserdiode oder einer nichtkohärenten Lichtquelle (zum Beispiel Leuchtdiode) Licht emittiert, das durch die Fokussierlinse hindurchtritt und von dieser fokussiert wird. Der den Strichcode aufweisende Gegenstand wird durch den fokussierten Strahl geführt, und, falls der Strichcode sich ausreichend nahe zu dem Strahlenbrennpunkt befindet, kann das von dem Strichcode reflektierte Licht detektiert werden, was zu einem erfolgreichen Abtasten führt.
  • Wie dem Fachmann bekannt ist, ist der Brennpunkt typisch nicht ein diskreter Punkt, sondern kann als "Brennfleck" bezeichnet werden, der diejenige Stelle entlang der Strahlenachse ist, bei der der "Kegel" des Lichtes aus der Lichtquelle die minimale Fleckgröße erreicht, welche im allgemeinen in einer zu der Richtung der Fleckbewegung parallelen Richtung gemessen wird.
  • Ein Problem tritt auf, wenn der Strichcode oder der abzutastende Gegenstand nicht ausreichend nahe zu dem Brennpunkt oder dem Brennfleck ist, d.h., wenn der Strahlenfleck zu groß ist, um ein Symbol aufeinanderfolgend zu lesen. Als Beispiel wird bei einer Kasse eines Supermarkts ein ein UPC-Strichcodeettiket tragendes Erzeugnis in einem gewissen Abstand vor dem Fenster eines Kassenabtasters geführt. Der Kassenabtaster ist mit einem Abtaststrahl mit einem Brennfleck bestimmten Durchmessers versehen, wobei der Brennfleck in einem gewissen Abstand von dem Fenster positioniert ist, in welchem Abstand das Vorbeiführen des Strichcodes erwartet wird. Der Kassierer muß mit dem genauen Abstand vertraut sein, in dem der Gegenstand vor dem Fenster vorbeigeführt werden muß, d.h., der Strichcode muß ausreichend nahe zu dem Abtaster-Brennpunkt oder Brennfleck (d.h. innerhalb von dessen Tiefenschärfebereich) geführt werden, damit ein erfolgreiches Abtasten erreicht wird.
  • Es wurden mehrere Vorschläge gemacht, wie die Tiefenschärfe erhöht werden kann oder eine für einen speziellen Abtaster vorhandene Tiefenschärfe selektiv gewählt werden kann. Bei einem System ist die Fokussierlinse mit einem axial bewegbaren Linsenelement (wie einer Zoomlinse) versehen, um eine Änderung der Lage des Brennpunktes zu ermöglichen. Solche Systeme erfordern komplizierte mechanische Linseneinstellungen und/oder können erfordern, daß der Benutzer Scharfeinstellungen manuell durchführt.
  • Die US-PS-4,808,804 offenbart einen mechanischen Mechanismus zum Variieren des Arbeitsabstandes und der Strahlenfleckgröße.
  • Nach der US-PS-4,818,886 wird die Position des Detektors oder der Lichtquelle selbst bewegt, um den Objektabstand zu verändern. Es ist erwünscht, die Notwendigkeit des Brennpunkteinstellens durch Einstellen der Lage von Spiegeln, Linsen oder der Quelle zu eliminieren und einen breiten oder variablen Bereich von Brennfleckstellen erreichen zu können.
  • Ein anderer Versuch zum Bereitstellen mehrfacher Tiefenschärfen ist in der US-PS-4,560,862 beschrieben, nach der ein drehbarer optischer Vieleckspiegel mit einer Mehrzahl von Seitenflächen verwendet wird, wobei jede Seitenfläche des Spiegels eine andere Krümmung aufweist. Während sich der Vieleckspiegel dreht, wird der Strahl aus der Lichtquelle entlang eines optischen Weges von unterschiedlichen Spiegelseitenflächen reflektiert, wobei jede Spiegelseitenfläche eine zugeordnete Fokusebene erzeugt. Die Vorrichtung erfordert das Multiplexen des Signals, um das von den unterschiedlichen Fokusebenen erhaltene Signal zu lesen. Da der sich drehende Vieleckspiegel den Ausgangsstrahl ebenfalls abtastet, kann die Vorrichtung mit den vorhandenen Abtasterausführungsformen nicht einfach kompatibel sein und ermöglicht lediglich eine gewisse Anzahl von diskreten Brennpunkten (einen Brennpunkt für jede Spiegelseitenfläche). Eine Änderung zwischen den ausgewählten Sätzen von Brennpunkten erfordert ferner auch das Ersetzen von Spiegelseitenflächen oder das Durchführen von einigen anderen komplizierten Hardwareeinstellungen oder -modifikationen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Datenlesesystem zu schaffen, dessen Abtastvorrichtung über einen Abstandsbereich hin funktioniert.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1, 12 und 20 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Die Erfindung betrifft ein optisches System und ein Verfahren zum Datenlesen. Das System umfaßt eine Lichtquelle, welche eine auf einen Gegenstand gerichtete optische Strahlung erzeugt ein Fokussiersystem und ein optisches Aperturblendenelement, das in dem optischen Ausgangsweg angeordnet ist. Die Brennfleckposition wird dann durch Variieren der wirksamen Aperturblendengröße geändert. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das veränderliche optische Aperturblendenelement strahlabwärts der Fokussierlinse angeordnet und weist eine Mehrzahl von Flüssigkristalleinrichtungen wie LCD-(Liquid Crystall Display) Paneele auf, welche entlang einer Ausdehnung angeordnet sind, wodurch eine Öffnung einer gewünschten Weite ausgebildet wird. Da die Flüssigkristallvorrichtungen- oder Paneele wahlweise aktiviert werden, wird die Weite der Öffnung entsprechend erhöht oder verringert. Falls der Lichtstrahl auf einen Brennfleck in einem gegebenen Abstand von der Fokussierlinse fokussiert wird, kann dieser Brennfleck durch Verringerung der Weite der Öffnung näher an die Fokussierlinse bewegt werden.
  • 1 ist ein schematisches Diagramm, von dem das erfindungsgemäße optische System gezeigt wird;
  • 2 zeigt eine schematische Draufsicht eines Teiles des optischen Systems nach 1, wobei eine LCD-Ausführungsform dargstellt ist;
  • 3 zeigt eine detaillierte Frontansicht des LCD-Torelementes nach 2;
  • 4 zeigt eine detaillierte Maßstabs-Ansicht des LCD-Torelements nach 3, wodurch die bevorzugten Abmessungen gezeigt werden;
  • 5 zeigt eine Querschnittsansicht des LCD-Torelements nach 4 entlang der Linie 5-5;
  • 6 zeigt eine detaillierte Maßstabs-Ansicht eines alternativen LCD-Torelements, wodurch die bevorzugten Abmessungen gezeigt werden;
  • 7 zeigt eine schematische Ansicht eines alternativen LCD-Torelements aus einem einzigen rechteckigen Paneelpaar;
  • 8 zeigt eine schematische Ansicht eines alternativen LCD-Elements mit kreiförmiger Iriskonfiguration;
  • 9A zeigt eine schematische Ansicht eines alternativen Aperturblendenelements, das eine Drehaperturblende aufweist;
  • 9B zeigt eine Draufsicht des Aperturblendenelements nach 9A;
  • 9C zeigt eine Querschnittsansicht des Aperturblendenelements nach 9A entlang der Linie 9C-9C;
  • 10 zeigt eine schematische Ansicht eines alternativen mechanischen Aperturblendenelements mit kreiförmiger Iriskonfiguration;
  • 11 zeigt eine schematische Ansicht eines alternativen mechanischen Aperturblendenelements, das eine schwenkbare Verschlußkonfiguration aufweist;
  • 12 zeigt eine schematische Ansicht eines alternativen mechanischen Aperturblendenelements, das eine verschiebbare Verschlußkonfiguration aufweist;
  • 13 ist eine grafische Zeichnung, von welcher Kurven von beispielhaften Fleckendurchmessern für ein beispielhaftes, mehrere Weiten aufweisendes, veränderliches Fokus-LCD-Torelement gezeigt werden;
  • 14 ist ein Diagramm, von welchem die Verschiebung in. der Brennfleckposition mit dem Variieren der LCD-Ansteuerungsspannung, wodurch die Grauskale verändert wird, gezeigt wird;
  • 15 zeigt schematisch eine bevorzugte Regelmethode zum Ansteuern des LCD-Moduls;
  • 16 ist ein Diagramm, von welchem die Frequenzabhängigkeit der LCD-Grauabstufung für unterschiedliche Temperaturen gezeigt wird;
  • 17 zeigt ein schematisches-Diagramm eines alternativen Polarisations-Einstellsystems;
  • 18 zeigt ein Diagramm eines Strahlenprofils eines ersten Exemplars eines Diodenmoduls für sichtbares Laserlicht;
  • 19 zeigt ein Diagramm eines Strahlenprofils eines zweiten Exemplars eines Diodenmoduls für sichtbares Laserlicht;
  • 20 ist ein Diagramm eines Strahlenprofils eines dritten Exemplars eines Diodenmoduls für sichtbares Laserlicht;
  • 21 zeigt eine schematische Frontansicht eines LCD-Tormechanismus mit einer konzentrisch angeordneten Öffnung;
  • 22 zeigt eine schematische Hinteransicht des LCD-Tormechanismus nach 21 von der Lichtquellenseite her;
  • 23 zeigt eine schematische Frontansicht eines LCD-Tormechanismus mit einer versetzten Öffnung;
  • 24, zeigt eine schematische Hinteransicht des LCD-Tormechanismus nach 23 von der Lichtquellenseite her;
  • 25 zeigt eine schematische Zeichnung eines bevorzugten integrierten Laserdioden und Fokussiersystems;
  • 26 ist ein Diagramm, von welchem der Brennfleckdurchmesser in Funktion der Aperturblendenweite gezeigt wird;
  • 27 ist ein Diagramm, von welchem ein Vergleich der Brennfleckverlegung eines Musterstrahles gezeigt wird, der von einer LCD-Torvorrichtung ausgeblendet ist;
  • 28 zeigt ein Flußdiagramm, mit dem eine bevorzugte Brennpunkt-Einstellmethode erläutert wird;
  • 29 zeigt schematisch ein Aperturblendenelement mit ausgezacktem Rand.
  • Die bevorzugten Ausführungsformen werden nun mit Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Um die Beschreibung zu erleichtern, wird jede ein Element in einer Figur bezeichnende Bezugszahl dasselbe Element in allen anderen Figuren bezeichnen.
  • 1 zeigt ein schematisches Diagramm eines solchen optischen Systems, das von der Erfindung verwendet werden kann. Eine als Laserdiode illustrierte Lichtquelle 10 emittiert Licht, das auf ein gewünschtes Zielobjekt gerichtet ist, welches als UPC-Strichcode 35 gezeigt ist. Das Licht aus der Laserdiode tritt durch die Fokussieroptik hindurch, welche in dieser Ausführungsform als Fokussierlinse 20 dargestellt ist. Der fokussierte Strahl 15 tritt dann durch eine Aperturblendenvorrichtung 50 hindurch. Der durch die Aperturblendenvorrichtung 50 hindurchtretende Teil des Strahles 15 wird von einem Umlenkspiegel 25 reflektiert und dann zu einem Abtastmechanismus hin gerichtet, der in dieser Ausführungsform als Kippspiegel 30 dargestellt ist. Beim Schwenken des Kippspiegels 30 tastet der Strahl über einen Bereich des Abtaststrahls 32 hin entlang des UPC-Strichcodes 35 ab.
  • Das von dem UPC-Strichcode 35 reflektierte oder gestreute Licht wird von einem geeigneten Sammelsystem gesammelt. In dieser Ausführungsform wird das Licht von einer Sammellinse 40 fokussiert und von einem Fotodetektor 45 detektiert. Die Optik des optischen Systems ist derart ausgelegt, daß die Fokussierlinse 20 einen Brennfleck in einem Abstand von dem System an oder nahe zu der voraussichtlich weitesten Position des UPC-Strichcodes 35 erzielt.
  • Obwohl ein bevorzugter Abtastmechanismus und ein bevorzugtes Sammelsystem beschrieben worden sind, kann jeder geeignete Abtastmechanismus oder jedes geeignete Sammelsystem in dem beschriebenen optischen System verwendet werden. was die Lichtquellen betrifft, ist die Lichtquelle 10 bevorzugt eine Laserdiode, jedoch kann sie jede geeignete Lichtquelle sein, einschließlich: einer kohärenten Lichtquelle, wie eines Lasers oder einer Laserdiode, einer nichtkohärenten Lichtquelle, wie einer Leuchtdiode, oder deren Kombinationen. Das Fokussiersystem kann aus einem oder mehreren optischen Elementen zusammengesetzt sein, welche aus der Gruppe ausgewählt sind, die sphärische, asphärische Linsen, Fresnellinsen oder Spiegel, holographische optische Elemente und deren Kombinationen umfaßt.
  • Um die in der Beschreibung verwendete Terminologie zu klären, wenn auf einen Abtaster Bezug genommen wird, bezieht sich die Auflösungsachse auf die Achse des Lichtfleckes entlang der Abtastrichtung. Die Nichtauflösungsachse bezieht sich auf die zu der Abtastrichtung senkrechte Richtung.
  • Aus den 1 und 2 ist die Aperturblendenvorrichtung 50 ersichtlich, welche strahlabwärts der Fokussierlinse 20 zwischen der Fokussierlinse 20 und dem Umlenkspiegel 25 angeordnet ist. Die Aperturblendenvorrichtung 50 ist bevorzugt strahlabwärts der Fokussierlinse 20 angeordnet, so daß der Strahl 15 konvergiert, wenn er durch die Aperturblende hindurchtritt. Die veränderliche Aperturblendenvorrichtung kann jedoch an anderen Stellen, wie zwischen der Lichtquelle 10 und der Fokussierlinse 20 oder zwischen dem Umlenkspiegel 25 und dem Abtastspiegel (Kippspiegel) 30 angeordnet sein. Falls die Aperturblendenvorrichtung an der Lichtquellenseite der Fokussierlinse 20 angeordnet werden soll, wird bevorzugt, daß die Vorrichtung der Fokussierlinse benachbart (nicht nahe der Quelle 10) angeordnet ist.
  • Bevorzugt befindet sich, wenn die Steuerung der Lichtfleckgröße in der Auflösungsachse gewünscht ist (die Steuerung der Brennfleckposition in der Nichtauflösungsachse wird unten beschrieben), der Aperturblendenvorrichtung 50 an der Lichtquellenseite des Abtastspiegels 30. Wahlweise kann ein veränderlicher Aperturblendenvorrichtung 50 in dem Abtastspiegel 30 selbst eingebaut sein, wodurch er mit diesem schwenkt.
  • In der Konfiguration, in der der Aperturblendenmechanismus an der Zielobjektseite des Abtastspiegels angeordnet ist, kann die Form des Strahls für unterschiedliche Teile der Abtastung manipuliert werden, wobei der Aperturblendenmechanismus eine komplexere Struktur, zum Beispiel eine Reihe von Aperturblenden aufweist.
  • Aus den 2 bis 5 ist eine bevorzugte Konstruktion für den Aperturblendenvorrichtung 50 ersichtlich. Die Aperturblendenvorrichtung 50 weist eine rechteckige Zentralaperturblende 52 auf, welche ein lichtdurchlässiges Element, wie Klarglas ist. Die Weite der Aperturblende 52 ist parallel zu der Abtastebene des Abtaststrahles 32, d.h. in der Auflösungsachse angeordnet (nach 2 würde der Strahl in einer Ebene parallel zu dein Blatt abtasten). Die Aperturblendenvorrichtung 50 weist ein erstes Paar von lichtdurchlässigen LCD-Elementen 54 (das LCD-Paar weist einen LCD-Bereich auf, von dem eine Aperturblende zwischen den LCD-Elementen bestimmt wird), wobei die LCD-Elemente an beiden Seiten der Zentralaperturblende 52 symmetrisch angeordnet sind, und ein zweites Paar von lichtdurchlässigen LCD-Elementen 56 auf, welche an beiden Seiten des ersten Paares von lichtdurchlässigen LCD-Elementen 54 angeordnet sind. Beide Sätze von LCD-Elementen 54, 56 sind an einem geeigneten.
  • Glassubstrat 51 angebracht. In einigen Fällen kann, wie unten beschrieben, die Aperturblende asymmetrisch oder versetzt derart angeordnet sein, daß eine Seite des Strahles mehr als die andere Seite desselben blockiert wird. Diese versetzte Anordnung kann die Nebenzipfel in dem Strahlenprofil auf ein Minimum herabsetzen, welche als Folge einer Nahfelddiffraktion auftreten, wie dies unten detaillierter beschrieben wird.
  • Wenn eine LCD nicht angesteuert ist, wird die Polarisation des durch sie hindurchtretenden Lichtes um 90° gedreht. Ein Polarisator 53 ist hinter der LCD angeordnet und ist 90° zu. der Anfangslichtpolarisation ausgerichtet. Diese Konstruktion ermöglicht, daß das Licht mit einer minimalen Absorption hindurchtritt. Der Polarisator kann ein Scheibenpolarisator (eine Scheibe aus Polarisationsmaterial), ein Polarisationsstrahlenteiler, ein polarisationsabhängiger Spiegel oder jede andere geeignete optische Vorrichtung sein, welche verhindert, daß das entlang einer Ebene polarisierte Licht durch die optische Vorrichtung hindurchtritt, und ermöglicht, daß das entlang der orthogenalen Ebene polarisierte Licht durch die optische Vorrichtung hindurchtritt. Es ist nicht erforderlich, daß der Polarisator in der unmittelbaren Nähe der Flüssigkristallvorrichtung angeordnet ist, jedoch muß er an der der Lichtquelle gegenüberliegenden Seite der LCD angeordnet sein. Zum Beispiel kann der Polarisator in den Umlenkspiegel 25 oder den Abtastspiegel 30 eingebaut sein. Es ist denkbar, daß der Polarisator in den drehbaren optischen Vieleckabtastspiegel eingebaut wird, jedoch wird eine solche Konfiguration nicht bevorzugt. In einer bevorzugten Ausführungsform kann der Umlenkspiegel 25 einen Polarisationsstrahlenteiler (der den Polarisator 53 mitumfaßt) aufweisen, wobei von dem Umlenkspiegel 25 das polarisierte (Aperturblenden-) Licht reflektiert wird und der verbleibende Strahlenteil 17 durch den Umlenkspiegel 25 hindurch in eine austauschbare Vorrichtung 27 eintritt. Der verbleibende Strahlenteil 17 kann einer Alternativfunktion, als ein Zielstrahl, ein sekundärer Abtaststrahl, ein Zeitsteuerungsstrahl, ein Beleuchtungsstrahl oder ein Rückkopplungssignal-Strahl, oder einigen anderen geeigneten Funktionen dienen.
  • Wenn die LCD angesteuert ist, wird die Lichtpolarisation nicht mehr gedreht. Falls polarisiertes Licht durch die LCD-Paneele hindurchtritt, wird die Lichtpolarisation um 90° zurück in die ursprüngliche Polarisation gedreht, wenn die LCD angesteuert ist, welche zusammen mit dem strahlabwärts angeordneten Polarisator den Durchtritt des Lichtes durch den Polarisator verhindert. In dem Anwendungsfall, in dem die Lichtquelle ein polarisierter Laser oder eine polarisierte Laserdiode ist, ist das auf die LCD einfallende Licht bereits etwa 99 polarisiert. Die LCD-Bereiche sind dann derart angeordnet, daß der Durchtritt des Lichtes durch diese Bereiche hindurch verhindert wird, wenn die LCD angesteuert ist. In dem Anwendungsfall, in dem eine nichtkohärente Lichtquelle verwendet wird (oder eine gewünschte Polarisation sichergestellt werden soll), wird ein Polarisator auch strahlaufwärts des LCD-Moduls und der Bereiche, in denen die LCD aktiviert wird, angeordnet, wobei dieser Polarisator zusammen mit dem strahlabwärts angeordneten Polarisator den Durchgang des Lichtes verhindert.
  • Durch die Gesamtwirkung der Aperturblendenvorrichtung 50 werden drei gesonderte Brennpunkte A1, A2 und A3 erhalten, welche aus einem einzigen Lichtstrahl lediglich durch Aktivieren des. entsprechenden Paares von LCD-Elementen 54, 56 oder -Paneelen 54, 56 der Aperturblendenvorrichtung 50 gebildet werden. Im einzelnen ist, wenn keines der Paare von LCD-Elementen 54, 56 angesteuert wird, die Weite der wirksamen Aperturblende A und der Brennfleck erscheint dann an der Stelle A1. Durch die (bevorzugt gleichzeitige) Ansteuerung der äußeren LCD-Elemente 56 wird die Weite der wirksamen Aperturblende auf die Abmessung B verringert. Da die Abmessung B innerhalb (d.h. kleiner als) der Diffraktionsgrenze des Strahls 15 ist, erscheint nun der Brennfleck an der Stelle A2. Darauffolgend wird, falls die inneren LCD-Elemente 54 und die äußeren LCD-Elemente 56 angesteuert sind, die Weite der wirksamen Aperturblende weiter auf die Abmessung C verringert, und der Brennfleck erscheint nun an der Stelle A3.
  • Im folgenden wird ein Satz von bevorzugten Abmessungswerten für die Elemente des Aperturblendenmechanismus 50 entsprechend den 4 und 5 angegeben:
    A = 5,1 mm -- die Gesamtaperturblende zwischen den Außenseiten der LCD-Elemente 56.
    B = 1,8 mm -- die zwischen den LCD-Elementen 56, bestimmte Aperturblende.
    C = 0,89 mm -- die zwischen den LCD-Elementen 54 bestimmte Aperturblende.
    D = 4,3 mm -- die Höhe der aktiven LCD-Zelle.
    E = 1,1 mm -- die Dicke des Glassubstrats 51.
    F = 2,2 mm -- die Gesamtdicke der Aperturblendenvorrichtung 50.
  • In Datenleseoperationen, wie bei Strichcodeabtastsystemen, bringt diese Ausgestaltung mehrere Vorteile mit sich. Ein System mit drei diskreten Brennfleckpositionen A1, A2 und A3 weist drei unterschiedliche Tiefenschärfenbereiche (jeweils einen für jede Brennpunktsposition) auf, was eine insgesamt größere Tiefenschärfe als ein herkömmliches System mit lediglich einer einzigen Brennpunktsposition zur Folge hat. Das System ist elektrisch steuerbar und weist keine beweglichen Teile auf. Da die LCD-Bereiche leicht angesteuert werden können, ist eine solche Ausgestaltung einfach und verhältnismäßig billig und erfordert keine komplizierten beweglichen Fokussierelemente.
  • Die spezielle Ausgestaltung der veränderlichen Aperturblendenvorrichtung 50 hängt von unterschiedlichen Faktoren für einen speziellen Anwendungsfall ab, einschließlich der Anzahl der gewünschten Brennfleckpositionen, des Types der Lichtquelle, der Lichtquellen-Intensitätsverteilung, der Größe und des Types des Zielobjekts, und von äußeren Faktoren, wie der gewünschten Abstände zu den Brennpunkten, der Fleckdurchmesser in den Brennfleckpositionen, der. eingesetzten Aperturblenden außerhalb des Linsensystems, des/der Linsendurchmesser(s), und der Kostenfaktoren. Das Beispiel nach den 3-4 ist lediglich ein bevorzugtes Beispiel, das insbesondere in einem Strichcode-Handabtaster nützlich sein kann. Nach einem Testbeispiel (bei dem eine mechanische Aperturblende der zu der unten beschriebenen Konstruktion nach 12 gleichen Konstruktion verwendet wurde) hat der ungeänderte Abtaster ohne die veränderliche Aperturblendenvorrichtung 50 die Fähigkeit zum Lesen eines Etiketts mit 330 Mikron (13 Mil.) über einen Bereich von 760 – 1520 mm (30-60 Inch) hin, während der Abtaster mit der veränderlichen Aperturblendenvorrichtung 50 über einen viel breiteren Bereich von 150 – 1520 mm (6-60 Inch) hin wirksam lesen kann.
  • Auf den ersten Blick kann es problematisch erscheinen, daß die Hinzufügung einer Aperturblende in den Lichtweg bewirkt, daß die gesamte Lichtintensität verringert wird. Jedoch wird, wenn das Ausblenden strahlabwärts der Fokussierlinse 20 und weiter als eine Brennweite von der Fokussierlinse ausgeführt wird, von der Hinzufügung der Aperturblende der Brennfleck näher an die Fokussierlinse bewegt. Daher wird der Lichtintensitätsverlust aufgrund der Verringerung der Aperturblende durch die nähere Brennflecklage kompensiert, welche von der kleineren Aperturblende bewirkt wird. Die Kompensation ist auf die Tatsache zurückzuführen, daß die Lichtintensität in der Funktion von 1/x2 variiert (wobei x der Abstand von der Lichtquelle ist).
  • Falls andererseits das Ausblenden an der Lichtquellenseite der Fokussierlinse 20 durchgeführt wird, wird von der Hinzufügung der Aperturblende die Objektlage weiter weg von der Fokussierlinse bewegt. Daher wird nicht nur die Lichtintensität von der Aperturblende verringert, sondern der Verlust an Lichtintensität wird von der Erhöhung des Brennpunktsabstandes vergrößert. Daher wird bevorzugt, daß das wirksame Ausblenden strahlabwärts der Fokussierlinse erfolgt, oder, falls die Aperturblende strahlaufwärts der Fokussierlinse angeordnet ist, wird bevorzugt, daß die Aperturblende wenigstens in der unmittelbaren Nähe der Fokussierlinse, bevorzugt weniger als eine Brennweite von der Fokussierlinse angeordnet wird. Durch Anordnung der Aperturblende innerhalb einer Brennweite der Linse wird kein Bild (der Aperturblende) gebildet. Im Gegensatz hierzu wird, falls die Aperturblende weiter als eine Brennweite strahlaufwärts der Fokussierlinse angeordnet wird, ein Bild der Aperturblende gebildet und die verringerte Aperturblendengröße würde das Bild weiter von der Fokussierlinse wegversetzen.
  • Aus 25 ist ein Abtaster 560 bevorzugter integrierter Konstruktion ersichtlich, bei welcher das Flüssigkristallelement 562 in das Buchsengehäuse 565 der Lichtquelle einbezogen ist, welche als eine Laserdiode 564 gezeigt ist. Der Laserlichtstrahl aus der Laserdiode 564 wird von einer Fokussierlinse 566 fokussiert und tritt dann durch das Flüssigkristallelement 562 hindurch. In dieser Ausführungsform ist der Polarisator nicht benachbart zu dem Flüssigkristallelement sondern gut strahlabwärts an einem Polarisationsstrahlenteiler oder polarisationsabhängigen Spiegel 570 angeordnet. versuche haben gezeigt, daß dann, wenn der strahlabwärtige Polarisator weggelassen wird, das Strahlenprofil von dem Flüssigkristallelement nicht beeinflußt wird, unabhängig davon, ob dieses angesteuert ist oder nicht. Das wirksame Ausblenden erfolgt an dem polarisationsabhängigen Spiegel 570. Diese Konfiguration ermöglicht, daß der Abtaster 560 einfach gestaltet wird, indem das Flüssigkristallelement 562, die Fokussierlinse 566 und die Laserdiode 564 innerhalb desselben Buchsengehäuses 565 in einer einheitlichen Struktur montiert werden. Die Struktur kann von dem Laserdiodenhersteller zusammenmontiert werden und innerhalb des Buchsengehäuses 565 verschlossen werden, wodurch eine Vorausrichtung für die Elemente erfolgen sowie eine äußere Schutzstruktur sichergestellt werden können, um die Elemente vor Schäden oder einer falschen Ausrichtung während der Montage des Abtasters oder während des Betriebs zu schützen. Das Flüssigkristallelement 562 kann an jeder Seite der Fokussierlinse 566 angeordnet sein, da die Lage des polarisationsabhängigen Spiegels 570 relativ zu der Fokussierlinse 566 wichtig ist.
  • Obwohl oft mehrere Brennfleckpositionen erwünscht sind, kann in bestimmten anderen Konfigurationen lediglich eine einzige Brennfleckposition gewünscht sein. Die Aperturblendenvorrichtung 50 kann einen voreingestellten Brennpunkt erzeugen, welcher von dem Hersteller, dem Systemmonteur oder einem Techniker (oder wahlweise von dem Benutzer durch Betätigung eines äußeren Schalters) eingestellt wird. Bei einem solchen System kann eine einzige Abtasterkonfiguration verwendet werden und (zum Beispiel) der Hersteller braucht lediglich den geeigneten Aperturblendensatz auszuwählen, welcher zu der gewünschten festgelegten Brennpunktsposition gehört. Die Herstellungskosten können verringert werden, da lediglich eine einzige Abtasterkonfiguration hergestellt werden muß, ohne daß komplizierte Hardwareänderungen erforderlich sind. Ferner können dadurch, daß ein einfaches Einstellen der Brennpunktsposition ermöglicht wird, die erforderlichen mechanischen Toleranzen der anderen Optikteile verringert werden.
  • Um gesondert adressierbare LCD-Bereiche zu erzeugen, ist gemäß der heutigen Technologie ein nichtaktiver Bereich zwischen den LCD-Bereichen erforderlich. Wie aus den 3-4 ersichtlich, werden die inneren LCD-Elemente 54 von den äußeren LCD-Elementen 56 durch die nichtaktiven Bereiche 58 getrennt (welche in 4 als dunkle Linien 58 gezeigt sind). Diese nichtaktiven Bereiche haben keinen bedeutenden Einfluß auf die Ausblendeeffekte gezeigt.
  • 6 zeigt ein alternatives LCD-Aperturblendenelement 150 sowie die bevorzugten Abmessungen für die inneren LCD-Elemente 154, die äußeren LCD-Elemente 156 und die Zentralaperturblende 152. Um gesondert adressierbare LCD-Bereiche sicherzustellen und für eine einfachere Konstruktion zu sorgen, ist ein größerer nichtaktiver Bereich zwischen den inneren LCD-Paneelbereichen 154 und den äußeren LCD-Paneelbereichen 156 erforderlich. Die inneren LCD-Paneele 154 werden von den äußeren LCD-Paneelen 156 durch die nichtaktiven Bereiche 158 getrennt (welche als kreuzschraffierte Streifen 158 gezeigt sind). Die bevorzugten Abmessungen sind wie folgt:
    G = 5,1 mm -- die Gesamtaperturblende zwischen den Außenseiten der LCD-Elemente 156.
    H = 1,8 min -- die zwischen den LCD-Elementen 156 innerhalb der nichtaktiven Bereiche 158 bestimmte Öffnungsweite.
    I = 0,13 mm -- die Dicke des nichtaktiven Bereichs 158.
    J = 0,89 mm -- die zwischen den LCD-Elementen 54 bestimmte Aperturblendenweite. K = 4,3 mm -- die Höhe der aktiven LCD-Zelle.
  • 13 ist ein Diagramm von Versuchsdaten, welche die optische Leistungsfähigkeit einer beispielhaften Ausführungsform des optischen Systems zeigen, das eine mechanische Aperturblende verwendet, bei welcher die Aperturblendenabmessungen der Aperturblendenvorrichtung 50 nach den 2-5 angewandt wurden. Die x-Achse zeigt als Abstand von der Linse in Millimetern berechnete Kurvenwerte. (Dies ist der Abstand zum Beispiel zwischen der Aperturblendenvorrichtung 50 und dein Punkt A3 im Falle des kurzen Brennpunktes nach 2.) Die y-Achse repräsentiert den Fleckdurchmesser des von dem System fokussierten Laserstrahls in der Auflösungsachse. Dieser Fleckdurchmesser ist in Mikron (Einheiten von 10–3 mm) ausgedrückt und ist in der Breite des fokussierten Laserstrahls gemessen, an der die Intensität 1/e2-mal größer als in der Mitte des fokussierten Strahles ist.
  • Das Diagramm nach 13 zeigt drei unterschiedliche Kurven von Daten. Die Kurve E mit durchgezogener Linie repräsentiert die Änderung in dem Fleckdurchmesser für einen Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 670 nm mit dem besten Brennpunktsdurchmesser (in der Auflösungsachse) von etwa 470 Mikron, wobei der nahe Brennpunkt A3 (falls beide LCD-Elemente 54, 56 angesteuert sind) etwa 300 mm von der Aperturblende liegt. Zu beiden Seiten des besten Brennpunktes wird der Fleckdurchmesser größer, wie dies mit der durchgezogenen Kurve gezeigt ist.
  • Die gestrichelte Kurve F repräsentiert den mittleren Brennpunkt A2, der durch Ansteuern lediglich des äußeren LCD-Elements 56 erzeugt wird. In diesem Falle wurde der Brennpunkt A2 in etwa 560 min positioniert und hat einen Minimalfleckdurchmesser in der Auflösungsachse von etwa 560 Mikron. Die Kurve G mit punktierter Linie reprästentiert den entfernten Brennpunkt A1, der erzeugt wird, falls keines der LCD-Elemente 54, 56 angesteuert ist. In diesem Falle wurde der Brennpunkt A1 in 850 mm positioniert und hat einen Minimalfleckdurchmesser in der Auflösungsachse von 480 Mikron.
  • Um darzustellen, wie dieses System die Tiefenschärfe im Vergleich zu einem herkömmlichen System mit einem einzigen Brennpunkt erweitert, wird nun ein Beispiel eines Signalverarbeitungssystems betrachtet. Mit einer Signalverarbeitungsweise ist es möglich, Signale erfolgreich zu "decodieren", welche abgetastet sind, wo der 1/e2-Fleckdurchmesser des Fleckes 2,0 mal größer ist als die abzutastende Minimalstrichbreite. Unter Anwendung dieser Annahme als eine Richtregel könnte ein Fleck mit einem Durchmesser von 700 Mikron Strichcodes mit einer Strichbreite von 700/2,0 Mikron, d.h. 350 Mikron ablesen. Falls die Fleckgröße 700 Mikron oder kleiner ist, ist es unter dieser Signalverarbeitungs-Annahme möglich, daß ein Abtaster Etiketten von 350 Mikron oder größer "decodieren" kann.
  • Wenn man nun eine die Kurven E, F und G kreuzende Linie an der Fleckgrößenstelle von 700 Mikron zieht, ist es ersichtlich, daß die auf den kurzen Brennpunkt eingestellte Aperturblende den Strich mit einer Breite von 350 Mikron über einen Abstandsbereich von etwa 340 mm, oder von einem Abstand von 160 mm (an der nächsten Stelle) bis zu einem Abstand von 500 mm (die weiteste Stelle) auflösen kann. Die auf den mittleren Brennpunkt eingestellte Aperturblende kann den Strich mit einer Breite von 350 Mikron über einen Abstandsbereich von 300 min oder von 500 mm bis 800 mm auflösen. Die auf den weiten Brennpunkt eingestellte Aperturblende kann den Strich mit einer Breite von 350 Mikron über einen Abstandsbereich von etwa 440 mm, oder von 620 mm bis 1060 mm auflösen. Daher können von der Vorrichtung durch zyklisches Umschalten über die drei Aperturblendeneinstellungen Etiketten von 350 Mikron oder größer in einem Gesamtabstandsbereich von 160 mm bis 1060 mm decodiert werden.
  • 7 zeigt eine andere alternative LCD-Aperturblendenvorrichtung 250, der einen einzigen Satz von LCD-Elementen 256a, 256b aufweist, von welchen eine Zentralaperturblende 252 bestimmt wird. Das erste LCD-Element 256a ist mit Hilfe von Verbindungselementen 257a und 257b an eine Steuereinheit (siehe 15 unten) angeschlossen. Das zweite LCD-Element 256b ist mit Hilfe von Verbindungselementen 257c und 257d ebenfalls an die Steuereinheit angeschlossen. Der Betrieb der LCD-Aperturblendenvorrichtung 250 ist zu dem beschriebenen Betrieb der vorangehenden Ausführungsformen der LCD-Aperturblende ähnlich. Die Aperturblendenvorrichtung 250 steuert lediglich einen einzigen Aperturblendenbereich mit Hilfe der LCD-Elemente 256a, 256b, welche bevorzugt gemeinsam angesteuert werden. Diese Ausführungsform kann insbesondere bei Grauabstufungstechniken Anwendung finden, wie weiter unten beschrieben, um eine kontinuierlich veränderbare oder steuerbare Brennfleckposition zu erzielen.
  • Typischerweise könnte erwartet werden, daß das LCD-Tor in dem Zentrum des Strahlenweges symmetrisch angeordnet wird. Der Erfinder hat erkannt, daß eine versetzte oder asymmetrische Lage sogar bevorzugt werden kann. Bei vielen geprüften Laserdioden tritt beim Ausblenden entlang der parallelen (Niedrigdivergenz-) Achse des von einer Laserdiode erzeugten Strahles eine kleine Änderung in dem Strahlenprofil auf, wenn die Öffnung des Torelements quer durch den Strahl bewegt wird. Jedoch bewirkt beim Ausblenden entlang der senkrechten (Hochdivergenz-) Achse des von einer Laserdiode erzeugten Strahles die Lage der Toröffnung bedeutende Änderungen in dem Strahlenprofil an dem Strahlenbrennfleck. Versuche haben gezeigt, daß bedeutende Abweichungen in dem Strahlenprofil von Laserdioden sogar bei demselben Model und denselben Spezifikationen vorhanden sind.
  • 18 bis 20 zeigen Diagramme von Strahlenprofilen von Mustern von Laserdioden für sichtbares Licht, gemessen in einem Nahfeld, 25,4 cm (10 Inch) von der Lichtquelle. In 18 ist das Strahlenprofil P1 gezeigt, bei dem die Intensität des Strahles an der linken Flanke des Profils P1 einen höheren Wert aufweist. In 19 ist das Strahlenprofil P2 gezeigt, bei dem die Intensität des Strahles sowohl an der linken Flanke als auch an der rechten Flanke des Profils P2 einen höheren Wert aufweist. In 20 ist das Strahlenprofil P3 gezeigt, bei dem die Intensität des Strahles an der rechten Flanke des Profils P3 einen höheren Wert aufweist. Aus diesen Strahlenprofilen P1, P2, P3 hat der Erfinder bestimmt, daß die entweder mittig eingestellte oder zu der einen Seite hin versetzte Lage des Tormechanismus das Durchführen der von dem Tormechanismus bewirkten Brennfleckpositionsverschiebung verändern kann.
  • 21 zeigt ein Torelement 510, betrachtet aus einer Position heraus zu der Lichtquelle hin und 22 zeigt das Torelement 510 von der Lichtquellenseite her. Das Torelement 510 ist mit seiner Aperturblende 515 konzentrisch zu dein Strahl 520 positioniert angeordnet. In Abhängigkeit von dem speziellen Strahlenprofil kann es wünschenswert sein, den Tormechanismus gegen die Zentralachse des Strahles versetzt anzuordnen. 23 und 24 zeigen ein versetztes Torelement 530, wobei die Öffnung 535 gegen die Zentralachse des Strahles 540 versetzt, nämlich in Richtung zu einem Seitenrand, von der Lichtquellenseite her gesehen zu der rechten Seite des Strahles 540 hin versetzt angeordnet ist.
  • Mit einem versetzten Tormechanismus, bei dem die Öffnung des Tormechanismus zu der einen Seite (zum Beispiel zu der rechten Seite, wie in 24 von der Lichtquellenseite her gesehen gezeigt) des Strahles hin versetzt ist, kann ein ausgezeichnetes Brennfleckeinstellen für eine erste geprüfte Diode erreicht werden, jedoch mag man mit einer zweiten Diode mit einem abweichenden Strahlenprofil nicht dieselben ausgezeichneten Ergebnisse erreichen, und in der Tat mögen diese ausgezeichneten Ergebnisse durch Anordnen der Öffnung zu der gegenüberliegenden Seite des Strahles hin versetzt erzielt werden können. Es wäre daher wünschenswert, Spezifikationen für die Lichtquelle zu schaffen, um spezifische Strahlenprofile zu erhalten, wodurch ausgezeichnete Ergebnisse sichergestellt werden, wenn der Tormechanismus zu einer bestimmten Seite des Strahles hin versetzt wird. Jedoch ist es möglich, daß Laserdiodenhersteller solchen Spezifikationen nicht nachkommen können, oder daß die Kosten zum Erfüllen dieser Spezifikationen unerschwinglich sind.
  • Um die Laserdiode an die optimale Arbeitsweise mit mehreren Brennpunkten anzupassen, ist es erforderlich, den Mechanismus zu verstehen, mit dem der Laserdiodenstrahl ausgeblendet wird. Es wurde bestimmt, daß Laserdioden in gewisse Gruppen von Strahlenprofilen klassifiziert werden können. Zum Beispiel kann, falls im wesentlichen alle Laserdioden eines Herstellers zwischen den drei Profilen nach den 18 bis 20 variieren, eine Anordnung verwendet werden, um die Variationen in dem Strahlenprofil auszugleichen. Im Falle eines Strahlenprofils P3 nach 20 (von der Lichtquellenseite her betrachtet) mit einer Spitze an der rechten Seite wird bevorzugt, daß die Öffnung 535, wie aus 24 ersichtlich, zu der rechten Seite hin versetzt ist. Im Falle eines Strahlenprofiles P2 nach 18 (von der Lichtquellenseite her gesehen) wird bevorzugt, daß die Öffnung 535 zu der linken Seite hin versetzt ist. Bei der Montage der Abtasterkomponente kann das LCD-Tor mit der auf die gewünschte Seite eingestellten Öffnung installiert werden. Zum Beispiel kann der Tormechanismus seitwärts einstellbar sein, um die Öffnung in die gewünschte Lage zu positionieren. Alternativ kann der Tormechanismus mit einer eingebauten versetzten Öffnung um 180° gedreht werden, damit die Öffnung auf die linke oder rechte Seite eingestellt wird (der Polarisator muß in diesem Falle strahlabwärts angeordnet werden). In einer bevorzugten Ausgestaltung wird der Tormechanismus mit einer festgelegten Versetzung positioniert und das System wird durch Drehen des Laserdiodenmoduls um 180° eingestellt, damit der Strahl relativ zu der versetzten Öffnung positioniert wird. Es wird bevorzugt, daß die Laserdiode und die Fokussierlinsenoptik zusammen in einem Buchsengehäuse montiert und zusammen als Einheit gedreht werden.
  • Ein geeigneter Testmechanismus kann verwendet werden, um die bevorzugte Orientierung der Versetzung für eine spezielle Laserdiode zu bestimmen. In einem solchen System wird die zu prüfende Laserdiode in einer Testhaltevorrichtung angeordnet, und dann wird mit dem Laserstrahl über eine Reihe von Strichen an einer klaren Kunststoffplatte abgetastet, welche eine Reihe von daran angeordneten Detektoren aufweist, wobei die Platte von der Laserdiode in einem Abstand von 56 cm (22 Inch) angeordnet ist. Der Abtaststrahl wird geprüft, indem der Strahl durch eine Aperturblendenvorrichtung zuerst mit der zu der einen Seite hin versetzten Öffnung (wobei eine Messung durchgeführt wird) und dann mit der zu der anderen Seite hin versetzten Öffnung (wobei eine Messung durchgeführt wird) hindurchgelassen wird. Das erste Meßergebnis wird dann mit dein zweiten verglichen, um die bevorzugte Orientierung der Laserdiode relativ zu der Versetzung der Öffnung zu bestimmen. Die Diode kann dann geeignet gekennzeichnet oder markiert werden. Während der Montage wird die Laserdiode (relativ zu der Lage der Versetzung) entsprechend dein Kennzeichnen oder der Markierung installiert, derart, daß die Diode mit ihrer bevorzugten Orientierung positioniert wird.
  • Nach der Gaußsche Strahlenfortpflanzungstheorie ist der Brennfleckdurchmesser zu dem Strahlendurchmesser der Linse umgekehrt proportional. Durch Ausblenden des Strahles an der Linse wird der wirksame Strahlendurchmesser verringert und der resultierende Brennfleckdurchmesser wird erhöht. Diese Beziehung gilt nicht, wenn der Abstand zu dem Brennfleck ebenfalls geändert wird. 26 zeigt ein Diagramm des Brennfleckdurchmessers in der Funktion der Aperturblendenweite. Die Kurve H zeigt das Ergebnis der Öffnung, welche konzentrisch zu dein Strahl oder in der Mitte desselben ist. Die Kurve I zeigt das Ergebnis der Öffnung, welche zu der rechten Seite des Strahles hin versetzt ist, und die Kurve J zeigt das Ergebnis der Öffnung, welche zu der linken Seite des Strahles hin versetzt ist. In diesem Falle wird eine Laserdiode für sichtbares Licht entlang der senkrechten Achse gemessen. Diese Definition repräsentiert die Achse, welche einen größeren Divergenzwinkel hat. Die senkrechte Achse hat die seltsame Eigenschaft, daß die Nebenzipfel bedeutend verringert werden, wenn der Strahl eher von der einen oder der anderen Seite her als in der Mitte ausgeblendet wird. Durch die Einführung der Nebenzipfel ist eine präzise Definition der Brennfleckgröße schwierig. Die Kurven H, I, J zeigen, daß sich der Brennfleckdurchmesser in alle drei Fälle erhöht, während die Aperturblendenweite verkleinert wird. In den Fällen, in denen die Aperturblende seitlich versetzt angeordnet ist (I, J), wird dieser Trend umgekehrt, wenn die Weite auf 80-90 % des Strahlendurchmessers an der Linse verkleinert wird. Von diesem Punkt aus verkleinert sich der Brennfleckdurchmesser in Funktion der Aperturblendenweite, bis er bei kleinen Aperturblenden abflacht. Die Kurve H für die zentrale Aperturblende zeigt, daß sich der Brennfleckdurchmesser vergrößert, bis 50 % des Strahles von der Aperturblende ausgeblendet sind. Nach diesem Punkt zeigt auch diese Kurve H eine Verkleinerung in dem Brennfleckdurchmesser in der Funktion der Aperturblendenweite.
  • Mit Verkleinerung der Aperturblendenweite wird die Brennfleckposition wegen Diffraktionseffekten in Richtung zu der Linse hin verschoben. 27 ist ein Diagramm der Brennfleckposition in Funktion der Aperturblendenweite, wobei die Brennfleckverlegung eines von einer LCD-Torvorrichtung ausgeblendeten Musterstrahles verglichen wird. Die Kurve T zeigt das Ergebnis mit einer Toröffnung, welche konzentrisch zu dem Strahl oder in der Mitte desselben angeordnet ist. Die Kurve R zeigt das Ergebnis mit einer Toröffnung, welche zu der rechten Seite des Strahles hin versetzt ist und die Kurve S zeigt das Ergebnis mit einer Toröffnung welche zu der linken Seite des Strahles hin versetzt ist. Das Diagramm zeigt eine hervorragende Ausblendefunktion der Toröffnung, welche an der linken Seite des Strahles angeordnet ist, wobei die Toröffnung eine insgesamt lineare Verringerung des Abstands von der Quelle zu der Brennfleckposition zeigt. Die Daten in dieser Zeichnung entsprechen den Brennfleckdurchmesserdaten in 26. Die seitlich angeordnete Aperturblende arbeitet viel besser als die zentrale Aperturblende zum Umsetzen der Weite. Wenn die Weite der zentralen Aperturblende verkleinert wird, ändert sich der Abstand nicht sehr viel, bis die Aperturblende in der Größenordnung von 50 % des Linsendurchmessers ist. Diese Erscheinung ist teilweise auf die eingeführten Nebenzipfel zurückzuführen. Es wird darauf hingewiesen, daß der Umkehrpunkt in dem Brennfleckdurchmesser dem Punkt entspricht, bei dem der Brennfleck sich zu der Linse hin zu verschieben anfängt.
  • Alternative Aperturblendenvorrichtung können für bestimmte Anwendungsfälle ausgelegt sein. In den 2 bis 5 ist die Aperturblendenvorrichtung 50 aus einer Mehrzahl von langgestreckten LCD-Paneelen 54, 56 zusammengesetzt, wobei die (in der Auflösungsachse verlaufende) Weite der Aperturblende durch wahlweises Ansteuern der LCD-Elemente 54, 56 stufenweise variiert wird. Die LCD-Bereiche können alternativ rechteckig, wie in den vorangehenden Ausführungsformen gezeigt, oder alternativ kreisförmig oder oval sein oder jede gewünschte Geometrie oder Konfiguration aufweisen, um die Brennfleckposition in zwei Dimensionen zu variieren.
  • 8 zeigt eine solche alternative Geometrie für die Aperturblende, welche eine Aperturblendenvorrichtung 350 mit einer einzigen kreisförmigen LCD-Platte 356 aufweist, die eine zentrale Aperturblende 352 bestimmt. Die LCD-Platte 356 ist mit Hilfe von geeigneten Verbindungselementen an eine Steuereinheit (siehe 15 unten) angeschlossen. Durch Ausbilden einer runden (oder jede andere geeignete Form aufweisenden) Aperturblende 352 wird die Fleckgröße (d.h. in einer bestimmten Brennfleckposition) in beiden Achsen kontrolliert. Zum Beispiel würde, bei Anwendung für einen Strichcode mit zwei Dimensionen, die Kontrolle der Brennpunktsposition sowohl in der Auflösungsachse als auch in der Nichtauflösungsachse sichergestellt. Der Betrieb der LCD-Aperturblendenmechanismus 350 ist zu dem beschriebenen Betrieb der vorangehenden Ausführungsformen der LCD-Aperturblende ähnlich. Diese Ausführungsform kann insbesondere bei den Grauabstufungstechniken, wie unten beschrieben, Anwendung finden, um eine kontinuierlich veränderliche oder steuerbare Brennfleckposition zu erzielen. Bei der Aperturblendenmechanismus 350 wird lediglich ein einziger Aperturblendenbereich von dem LCD-Bereich 356 gesteuert, jedoch kann die Aperturblendenmechanismus 350 einen zweiten oder mehrere kreisförmige LCD-Bereiche aufweisen, welche relativ zu dem ersten Bereich konzentrisch angeordnet sind.
  • Obwohl die Aperturblendebereiche stufenweise angesteuert werden können, um diskrete Brennfleckpositionen zu erhalten (diskret bedeutet, daß die Änderung in der Brennfleckposition inkremental – ähnlich einer Stufenfunktion erfolgt), können die LCD-Bereiche partiell aktiviert werden, um einen Anteil des durch sie hindurchtretenden Lichtes, jedoch nicht das gesamte Licht zu blockieren. Versuche haben gezeigt, daß die Strahlenbrennfleckposition auf jede Zwischenposition zwischen der nahen und der weiten Brennfleckposition bewegt werden kann, welche von dem unangesteuerten bzw. dem vollständig angesteuerten LCD-Aperturblendenbereich bestimmt wird. Durch Anwendung von Methoden, welche zu den Methoden ähnlich sind, die von Herstellern von tragbaren Computern verwendet werden, um eine kontinuierlich veränderliche Grauabstufung an einem Flüssigkristallbildschirm (zum Beispiel durch Änderung der angelegten Spannung) zu erzielen, kann die LCD-Aperturblende auf einen gewünschten Grauwert eingestellt werden, wodurch der Strahlenbrennfleck in jeder ausgewählten Zwischenposition "eingestellt" werden kann.
  • 14 ist ein Diagramm, von dem die Ergebnisse eines Versuchs gezeigt werden, bei dem die Verschiebung in der Brennfleckposition bei der Grauabstufung durch Änderung der an die LCD-Aperturblendenvorrichtung 250, wie in 7 gezeigt, angelegten Ansteuerungsspannung gesteuert wird. Während die an die LCD angelegte Spannung geändert wird, wird die prozentmäßige Aktivierung der LCD von 0 % bis 100 % eingestellt. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, wird durch Erhöhung der an die LCD angelegten Spannung von 0 auf 2,0 Volt die Brennfleckposition von 910 mm auf 410 mm von der Aperturblende bewegt.
  • Die Graufstufung, die kontinuierlich veränderliche Aperturblendentechnik stellt daher eine kontinuierlich einstellbare (oder wählbare) Brennfleckposition sicher. Durch Auswählen eines bestimmten LCD-Aktivierungspegels (wie-durch Anlegen einer bestimmten Spannung an die LCD) kann jede gewünschte Brennfleckposition innerhalb des Bereichs erzielt werden. Solch ein kontinuierliches Brennpunktsystem weist eine Vielfalt von Anwendungsmöglichkeiten auf. Ein sehr erwünschtes Anwendungsbeispiel ist der Autofokus, der mit einer Art von Rückkopplung versehen ist. Abstandsmeßtechnik, wie die optische Meßtechnik oder die Ultraschallmeßtechnik (solche, die bei Kameras mit Autofokus verwendet werden) ist eine Brennpunktrückkopplungsmethode, jedoch können andere Methoden, wie die Brennpunktfehlertechnik verwendet werden. Zum Beispiel können optische Sensoren in dem Strahlenweg den Abtastabstand bestimmen und ein Signal für die Aperturblenden-Steuereinheit liefern, welche angewendet werden kann, um die von dem veränderlichen Aperturblendenmechanismus bereitgestellte gewünschte Aperturblende auszuwählen: Wahlweise kann das Abtastrückkehrsignal (analog oder digital) beobachtet werden, und danach bestimmt werden, ob das Symbol (zum Beispiel der Strichcode) genau reproduziert wird. Durch Durchlaufen über einen Bereich von vorhandenen Brennfleckpositionen kann bestimmt werden, in welcher Brennpunktsposition der erfolgreichste Abtastbetrieb durchgeführt werden kann. Ein bevorzugter Einstellalgorhythmus ist weiter unten mit Bezugnahme auf die 28 beschrieben.
  • Diese Verschiebung der Brennfleckposition ist eine Diffraktionserscheinung. Die Aperturblendengröße ist kleiner als die Diffraktionsgrenze des optischen Strahls, d.h. der optische Strahl trifft auf die Aperturblende derart in ausreichendem Maße, daß die Strahlenfortpflanzung entsprechend der Diffraktionstheorie beeinflußt wird. Die Phasenintensität und die räumliche Intensität der Lichtwellenfront an der veränderlichen Aperturblendenvorrichtung werden daher modifiziert. Im Falle der LCD wird die räumliche Intensität modifiziert. Diese Erscheinung kann verwendet werden, um das Strahlenprofil an einer gegebenen Stelle zu verändern, wie auch die Brennfleckposition zu bewegen. Alternativ können Materialien, welche die optische Phase der Wellenfront ändern, wenn an sie elektrische oder optische Signale angelegt werden (d.h. nichtlineare optische Materialien), anstelle der LCD verwendet werden. In diesen Fällen können Auswahlbereiche aktiviert werden und die Wellenfrontphase modifiziert werden. Diese alternative Struktur kann derart ausgestaltet sein, daß die Brennfleckposition verändert wird oder die Strahlenprofile geändert werden, um eine verbesserte Arbeitsweise zu ermöglichen. Diese Materialien sind zur Zeit teuer, könnten sich jedoch in der Zukunft als wirtschaftlich realisierbar herausstellen.
  • Die LCD kann derart ausgestaltet sein, daß eine große Vielfalt von räumlichen Intensitätsprofilen gebildet wird. Diese Technik kann auf die Situation der Schaffung eines Elektronischen Holografischen Optischen Elements oder eines Binären Optischen Elements ausgedehnt werden. Dieses Element ist ein optisches Element, das keine Krümmung aufweist, jedoch Bereiche hat, welche lichtundurchlässig sind, wodurch ein Diffraktionsmuster gebildet wird, das ein zur Auflösung des Strichcodes geeignetes Intensitätsprofil hat.
  • Der Rand des Aperturblendenelements kann derart ausgestaltet sein, daß die Nebenzipfel in dem Strahlenprofil diffraktiv begrenzt werden, dadurch, daß ein unregelmäßiger oder nicht gerader Rand erzeugt wird. 29 zeigt eine mögliche Konstruktion eines nicht geraden, ausgezackten Randes für ein Aperturblendenelement 670, das einen ersten Satz von Flüssigkristallelementen 674, 676 aufweist, von welchen eine versetzte Aperturblende 673 bestimmt wird. Das erste Flüssigkristallelement 674 ist über Verbindungselemente 682 und 684 an eine Steuereinheit angeschlossen. Das zweite Flüssigkristallelement 676 ist über Verbindungselemente 682 und 684 ebenfalls an die Steuereinheit angeschlossen. Der Betrieb des Flüssigkristallmechanismus 670 ist zu dem beschriebenen Betrieb der vorangehenden Ausführungsformen der LCD-Aperturblende ähnlich. Die nichtgeraden Ränder 675, 677 der Elemente 674, 676 ermöglichen eine Interferenz zwischen den Randteilen, wodurch die Nebenzipfel des Strahlenprofils verringert werden können und die Leistungsfähigkeit verbessert wird. von dem Aperturblendenelement 670 wird durch Ansteuern des inneren Flüssigkristallelements 678 eine zweite schmalere Weite 672 erzeugt, wobei das innere Flüssigkristallelement 676 über Verbindungselemente 686 und 688 ebenfalls an die Steuereinheit angeschlossen ist. Das innere Flüssigkristallelement 678 weist ebenfalls einen ausgezackten Rand 679 auf.
  • 15 zeigt schematisch eine bevorzugte Regelmethode zum Ansteuern der LCD-Module (wie der veränderlichen Aperturblendenvorrichtung 50 nach den 4 und 5) mit einem Mikroprozessor 70, der in dein Abtaster bereits vorhanden ist. Der Mikroprozessor 70 steuert die Steuereinheit 75 (wobei diese beiden in einer einzigen Mikroprozessoreinheit 80 zusammengefaßt werden können), um die LCD-Bereiche auf eine gewünschte Intensität zu aktivieren. Der Mikroprozessor 70 führt Vorgänge an dem von dem Detektor 85 empfangenen digitalen Signal durch und bereitet diese Signal zum Senden an das Lasergerät 90 auf (wie ein Tragbarer Datenterminal, der das Signal decodiert und dieses zu einem Hauptrechner sendet). Da die Informationen, wie das Breit/Schmal-Verhältnis und die Anzahl der Digitalübergänge von dem Mikroprozessor 70 berechnet werden, können diese Informationen verwendet werden, um zu bestimmen, ob die Strahlengröße (zum Beispiel relativ zu der Strichcodegröße) ausreichend klein ist, um die kleinsten Striche und Zwischenräume aufzulösen. Der Mikroprozessor 70 verwendet diese Information als Rückkopplung, um die Brennfleckposition durch Erhöhen oder Verringern des LCD-Aktivierungspegels einzustellen. Nach der hier angegebenen Lehre kann ein auf diesem Gebiet erfahrener Fachmann eine geeignete Software entwickeln, um das System für eine gegebene Anwendung zu optimieren.
  • Die Ansprechzeit des Flüssigkristallmaterials kann von der Temperatur bedeutend abhängen. Falls zum Beispiel die Ansprechzeit des Flüssigkristallmaterials bei 20°C 10 ms ist, wird diese Ansprechzeit bei –20°C auf 100 ms erhöht. Der Aperturblendenmechanismus kann daher mit einem Temperaturmeßgerät versehen sein, das, wie in den 4 und 5 gezeigt, in Form eines Thermistorstreifens 60 ausgebildet sein kann, der an dem Glassubstrat 51 zu den LCD-Paneelen 54, 56 benachbart angeordnet ist. Der Thermistor 60 kann in dem Abtaster irgendwo anders angeordnet sein, soweit die Umgebungstemperatur der Temperatur der LCD gleich ist. Das System kann dann durch Überwachen der Temperatur und Verändern des Betriebs für unterschiedliche Temperaturen geregelt werden. Zurückkehrend auf 15 kann ein Signal von dein Thermistor 60 digitalisiert und von dem Mikroprozessor 70 eingelesen werden. Der Mikroprozessor 70 erhält Information von dem Thermistor 60 und kann über geeignete Anwendungssoftware steuern, wie der LCD-Bereich der Aperturblendenvorrichtung 50 in Funktion der Temperatur aktiviert wird. Zum Beispiel können beim Durchlaufen oder wiederholten Abtasten über den Brennpunktbereich die LCD-Bereiche für eine längere Zeitdauer aktiviert werden, falls die Temperatur niedriger ist, damit der Mechanismus an die erhöhte LCD-Anstiegszeit angepaßt wird.
  • Sogar ohne ein ausgeprägtes Variieren der LCD-Bereiche kann die Eigenanstiegs- und Abfallzeit der LCD-Bereiche ein Durchlaufen der LCD-Intensität von Minimum auf Maximum ermöglichen. Während der Übergangszeit können mehrere Abtastvorgänge durchgeführt werden, während die LCD-Intensität ansteigt. Während der Änderung der Intensität tritt ein Grauabstufen auf, wodurch der Strahlenbrennfleck zwischen einem Maximalabstand und einem Minimalabstand variiert wird.
  • Um Temperaturschwankungen zu vermeiden, kann das System in der Nähe der Aperturblendenvorrichtung 50 mit einem Heizelement 65 versehen sein. Das Heizelement kann von einem geeigneten Thermostaten, wie von der Steuereinheit 75, aufgrund der von dem Thermistor 60 detektierten Temperatur geregelt sein.
  • In einigen Abtastern kann der vorhandene Mikroprozessor einen zur Anwendung bereitstehenden E2PROM aufweisen. Dieser E2PROM kann auch als eine Nachschlagtabelle für die LCD-Aktivierungsparameter in dem Temperaturkompensations-Regelsystem oder für einige Graustufenregelung verwendet werden. Zum Beispiel wird der für die Erzeugung einer gewissen Grauabstufung erforderliche Spannungspegel von Einheit zu Einheit und über den Betriebstemperaturbereich hin variieren. Diskrete Werte für die Spannung können gemessen und während des Herstellungsprozesses des Abtastern eingegeben und in den Speicher eingeschrieben werden. Für eine gegebene gemessene Betriebstemperatur gibt die Nachschlagtabelle eine Spannungskorrekturinformation, mit der ein Temperaturausgleich durchgeführt werden kann. Dieser Vorgang kann die Elektronik bedeutend vereinfachen und die Leistungsfähigkeit über den Temperaturbereich hin verbessern.
  • Die Grauabstufung der LCD-Bereiche kann durch Ansteuern der LCD-Bereiche bei Frequenzen erreicht werden, welche viel höher als die normale Betriebsfrequenz sind. 16 zeigt Versuchsdaten für ein Muster. Mit zunehmender Frequenz wird die Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle weniger ausgeprägt und der Bereich blockiert weniger Licht. Mit zunehmender Temperatur erhöht sich auch die Frequenzgrenze. In 16 zeigt die Kurve K mit durchgezogener Linie, wie die Durchlässigkeit in Funktion der Frequenz bei einer Temperatur von –20°C variiert. Die Kurve L mit gestrichelter Linie zeigt, wie die Durchlässigkeit in Funktion der Frequenz bei einer Temperatur von 0°C variiert. Die Kurve M mit punktierter Linie zeigt, wie die Durchlässigkeit in Funktion der Frequenz bei einer Temperatur von 20°C variiert. Obwohl ersichtlich ist, daß eine frequenzgesteuerte LCD für Temperaturänderungen empfindlicher ist als eine spannungsgesteuerte LCD, kann die Frequenzsteuerung eine realisierbare Option sein, da von dem Mikroprozessor die Ansteuerungsfrequenz ohne weiteres geändert werden kann.
  • Um eine Grauabstufungsschaltung zu schaffen, kann die Spannung durch Anwendung einer RC-Schaltung mit einer Zeitkonstanten geändert werden, welche unter der erwarteten Prozessorausgangsfrequenz (10 kHz – 30 kHz) liegt. Bei Änderung der Ansteuerungsfrequenz mit dem Mikroprozessor ändert sich auch das AC-Signal, das an die LCD angelegt ist. Eine höhere Frequenz hat eine niedrigere Spitze-Spitze-Spannung über die LCD zur Folge und erzeugt den erwünschten Grauabstufungseffekt. Eine gesonderte Elektronik kann verwendet werden, um die Frequenz- oder Arbeitszyklusausgangssignal aus der Steuereinheit auf einen Spannungspegel umzusetzen, von dem die LCD-Ansteuerungsspannung gesteuert wird.
  • Alternativ kann die Aperturblendengröße in der Nichtauflösungsachse variiert werden, um die Brennfleckposition des Strahles in der Nichtauflösungsachse zu variieren (wodurch der Astigmatismus kontrolliert wird). Durch Regelung der Brennfleckposition in der Nichtauflösungsachse mit Hilfe einer Aperturblendenvorrichtung kann die Fleckgröße (in einem gegebenen Abstand) in einer Richtung geregelt werden, welche senkrecht zu der Abtastrichtung ist. In Abhängigkeit von der besonderen Anwendung kann es erwünscht sein, die Fleckgröße in der Nichtauflösungsachse, d.h. in der zu der Abtastebene senkrechten Achse zu regeln. Bei gewissen Symbolen, wie gedruckten Strichcodes (wie gedruckten Punktmatrixcoden) können die Linien Lücken und die Zwischenräume Flecken aufweisen.
  • Falls der Abtaststrahl in allen Richtungen auf einen Feinpunkt fokussiert ist, kann der Abtaster die Lücke als einen Zwischenraum und den Fleck als einen Strich detektieren, wodurch ein falsches Ablesen erzeugt wird. Aus diesem Grunde kann es erwünscht sein, einen ovalen oder elliptischen Fleck mit größerem Durchmesser in der Nichtauflösungsachse zu erzeugen. Der kleinere Durchmesser in der Auflösungsachse ermöglicht eine Auflösung entlang der Striche und Zwischenräume, während der größere Durchmesser in der Nichtauflösungsachse ermöglicht, daß von dem gelesenen Spotlicht ein Durchschnitt ermittelt wird, so daß die Flecken und die Lücken kein falsches Ablesen verursachen.
  • 28 ist ein Flußdiagramm, von dem ein bevorzugter LCD-Aktivierungsalgorhythmus gezeigt wird, der sich auf ein Gesamtabtastsystem bezieht. Wenn der Abtaster durch den Trigger 610 aktiviert wird, wird die letzte "gutgelesen" LCD-Brennpunkteinstellung 612 eingelesen, falls eine solche vorhanden ist, ansonsten wird eine Ersatzbrennpunktsposition gewählt. Danach wird von der Brennpunktänderungs-Steuereinheit 614 aufgrund eines Protokolls bestimmt, ob die Einstellsteuerungen für die Temperatur und die Einstellzeit durchgeführt werden sollen. Falls diese Einstellsteuerungen nicht durchzuführen sind, springt der Vorgang auf den Abtastschritt 626. Falls Einstellungen durchgeführt werden, wird in dem ersten Einstellschritt 616 die Temperaturanzeige aus der Temperaturvorrichtung (wie der Thermistor 60 in 15) erhalten. Eine Grauabstufungs-Steuereinheit 618 erhält einen Einstellwert aus der Nachschlagetabelle 620. Danach werden die Aperturblenden-Einstellzeiten 622 analysiert und die Aperturblenden-Einstellvorrichtung 624 führt die erforderlichen Brennpunktseinstellungen aus, wodurch ein Ausgleich hinsichtlich der Temperatur- und der Einstelleffekte erzielt wird. Wenn die Einstellungen gemacht worden sind, werden von dem Abtaster 626 ein oder mehrere Abtastvorgänge durchgeführt und die Daten gesammelt. Der Decodierer 628 versucht, das detektierte Abtastergebnis zu decodieren, und von dem Tor 630 wird bestimmt, ob ein erfolgreiches oder nicht erfolgreiches Einlesen durchgeführt wurde. Falls das Einlesen erfolgreich war, geht das Programm auf Programmstop 642 über. Falls das Einlesen nicht erfolgreich war, wird von dem Tor 638 bestimmt, ob eine Brennpunktsanpassungsroutine durchzuführen ist. Falls die Antwort "NEIN" ist, wird von einem Wechsler 640 der LCD. signalisiert, daß diese vor Zurückkehren auf Schritt 614 die nächste Brennpunktsposition in der Reihe wählt. Falls die Brennpunktsanpassungsroutine durchgeführt wird, werden von dem Analysator 636 die Abtastdaten verarbeitet und wird, falls möglich, im Schritt 634 bestimmt, ob die beste Brennpunktsposition ermittelt wurde. Falls der beste Brennpunkt bestimmt ist, wird von der Einstell-Folgesteuereinheit 632 der Brennpunkt auf die beste Brennpunktsposition eingestellt, bevor das Programm auf den Schritt 614 zurückkehrt. Falls der beste Brennpunkt nicht bestimmt werden kann, wird von dem Wechsel 640 der LCD signalisiert, daß diese vor Zurückkehren auf den Schritt 614 die nächste Brennfleckposition in der Reihe wählt.
  • Obwohl der elektrisch aktivierbare LCD-Aperturblendenmechanismus viele Vorteile hat, können andere Ausführungsformen von Aperturblendenmechanismen verwendet werden. Die 9A, 9B und 9C zeigen eine andere veränderliche Aperturblende mit einer Drehaperturblendenvorrichtung 450, welche eine Platte 454 mit einer zentralen rechteckigen Aperturblende 452 aufweist. Die Platte 454 ist an einer zentralen Stange 457 montiert, welche senkrecht zu der optischen Achse verläuft. Beim Drehen der Stange wird die Abbildung der Aperturblende 452 entlang der optischen Achse schmaler, bis die wirksame klare Aperturblende in der Auflösungsachse sehr klein ist. In einem Versuchsexemplar mit einer Aperturblende 452, welche eine Weite von 2,0 mm aufweist, wurde der Abstand des Brennflecks von dem Lasermodul von 1100 mm auf 245 mm bewegt, während die Aperturblende von 0° auf 75° gedreht wurde. Der Brennfleckdurchmesser (entlang der Auflösungsachse) hat sich von 610 Mikron auf 436 Mikron verändert. Das System kann daher zum Lesen in einem Maximalabstand ausgestaltet sein. Durch Einfügen eines kleinen Drehaperturblendenmechanismus 450 in den Strahlenweg und wahlweises Drehen der Aperturblende 452 lediglich über einige Winkeleinstellwerte hin kann der Brennfleck von dem weitesten Abstand zu anderen Zwischenabständen bewegt werden. Von dem Abtaster wird dann die Information von allen Abtastabständen zu dem Decoder gesandt, damit dieser was möglich decodieren kann.
  • 10 zeigt eine andere mechanische Aperturblende mit einer Aperturblendenvorrichtung 550, welche eine Platte 554 mit einer runden Zentralaperturblende 552 aufweist. Die Aperturblendenvorrichtung 550 kann ähnlich der Iris einer Kamera auf einen Aperturblendendurchmesser gewünschter Größe bewegbar sein. Durch Bereitstellung einer runden Aperturblendengeometrie wird von der irisartigen Aperturblendenvorrichtung 550 die Brennfleckposition in zwei Dimensionen gesteuert. Solch eine Irisvorrichtung kann wahlweise zum Erzeugen einer ovalen oder einer eine andere Form aufweisenden Aperturblende ausgestaltet sein.
  • 11 zeigt eine andere mechanische Aperturblende mit einer Aperturblendenvorrichtung 650 mit Doppelverschluß, welche ein erstes schwenkbares Verschlußelement 654a, das um eine Schwenkstange 657a schwenkt, und ein zweites schwenkbares Verschlußelement 654b aufweist, welches um eine Schwenkstange 657b schwenkt. In Tandemanordnung bilden die Verschlußelemente 654a und 654b eine veränderliche Aperturblende 650. Durch Steuern der Bewegung der Verschlußelemente 654a und 654b, s welche zum Beispiel mit Hilfe eines an die Stangen 657a und 657b wirkungsmäßig angeschlossenen Motors angetrieben werden können, kann die Größe der Aperturblende 652 wahlweise variiert werden. In der dargestellten Ausführungsform werden die Verschlußelemente 654a und 654b beim Ändern der Aperturblendengröße in derselben Richtung gedreht. Wahlweise würden, falls die Ausgangsposition (relativ zu der dargestellten) eines der Verschlußelemente um 90° gedreht ist, die Verschlußelemente in entgegengesetzte Richtungen gedreht.
  • 12 zeigt eine andere mechanische Aperturblende mit einer Aperturblendenvorrichtung 750 mit Doppelelement, welche ein erstes verschiebbares Element 754a und ein zweites verschiebbares Element 754b aufweist. Die Elemente 754a und 754b werden in Tandembetrieb bewegt, wobei die beiden Elemente 754a und 754b nachinnenbewegt werden, um die Größe der Aperturblende 752 zu verringern, oder nachaußenbewegt werden, um die Größe der Aperturblende 752 zu erhöhen. Die Verschlußelemente 754a und 754b bilden eine veränderliche Aperturblende 752. Durch Steuern der Bewegung der Verschlußelemente 754a und 754b, welche zum Beispiel mit Hilfe eines an sie wirkungsmäßig angeschlossenen Motormechanismus angetrieben werden können, kann die Größe der Aperturblende 752 wahlweise variiert werden.
  • Wahlweise kann ein System mehrere Aperturblendenmechanismen aufweisen, indem ein oder mehrere der oben beschriebenen Aperturblendenmechanismen (zum Beispiel in Reihe angeordnet) innerhalb eines einzigen Systems miteinander verbunden werden. Zum Beispiel kann das System zwei in dem Strahlenweg in Reihe angeordnete LCD-Aperturblendenmechanismen (wie ein Paar Aperturblendenvorrichtungen 50 nach den 2 bis 4) aufweisen, wobei eine rechteckige LCD-Aperturblendenvorrichtung zum Steuern der Brennfleckposition in der Auflösungsachse angeordnet ist und die ändere rechteckige LCD-Aperturblendenvorrichtung zum Steuern der Brennfleckposition in der Nichtauflösungsachse angeordnet ist, wodurch ein voneinander unabhängiges Steuern der Brennfleckposition sowohl in der Auflösungs- als auch in der Nichtauflösungsachse ermöglicht wird. Selbstverständlich können die beiden Aperturmechanismen von einem einzigen Signal gesteuert werden und die Brennfleckposition dennoch in beiden Achsen modifizieren.
  • In einer anderen alternativen Ausführungsform kann das Ausmaß der Polarisation des einfallenden optischen Strahles (d.h. des auf die Aperturblende auftreffenden Strahles) selbst eingestellt werden. In dieser Ausführungsform kann der Aperturblendenmechanismus eine LCD (wie eine LCD-Aperturblende 250 nach 7) oder einfach eine Scheibe aus Polarisationsmaterial aufweisen, welche eine zentrale Aperturblende der Konfiguration der Aperturblende 250 nach 7 aufweist, wobei lediglich die Bereiche 256a und 256b aus Polarisationsmaterial sind. Indem die Polarisation des einfallenden optischen Strahles geändert wird und dieser durch die polarisierte Aperturblende hindurchgelassen wird, kann ebenfalls ein graustufiges oder stufenweises Einstellen der Brennfleckposition erreicht werden. Eine solche Ausführungsform ist in 17 gezeigt, wobei die Aperturblendenvorrichtung 850 eine Scheibe aus Polarisationsmaterial mit einer zentralen Aperturblende 852 aufweist. Die Elemente oder Bereiche 854, 854 (welche rechteckig oder rund sein können oder eine andere Form aufweisen können) sind aus Polarisationsmaterial. Beim Ändern der Polarisation des einfallenden optischen Strahles 815, der auf die Aperturblendenvorrichtung 850 auftritt, wird die Menge des durch die Elemente 854 durchtretenden Lichtes eingestellt, wodurch ein Grauabstufungs-Brennfleckeinstellen erzeugt wird. Die Polarisation des einfallenden Lichtes 815 kann unterschiedlich eingestellt werden. Die Lichtquelle 810 kann selbst um die Achse des Strahles 815 gedreht werden oder (zum Beispiel durch Änderung der Netzfrequenz) elektronisch gesteuert werden, um die Polarisation einzustellen. Alternativ kann eine Polarisationsvorrichtung 860, welche die Polarisation des durch sie hindurchtretenden Lichtes einstellt, strahlaufwärts der Aperturblendenvorrichtung 850 angeordnet sein. Die Vorrichtung 860 kann ein von geeigneten Mitteln steuerbares Flüssigkristallpaneel sein. Alternativ kann die Vorrichtung 860 eine einfache Scheibe aus Polarisationsmaterial sein, welche um die Achse des Strahles 815 drehbar ist (in diesem Falle wird aus Wirksamkreitsgründen eine Lichtquelle 810 mit willkürlich polarisiertem Licht bevorzugt). Alternativ kann die Aperturblendenvorrichtung 850 (der bevorzugt eine symmetrisch angeordnete kreisförmige Zentralaperturblende aufweist) um die Achse des Strahles 815 gedreht werden.
  • Der hier beschriebene veränderliche Aperturblendenmechanismus kann auch in Verbindung mit anderen veränderlichen Brennpunkttechniken verwendet werden. Alternativ kann der (die Brennfleckposition kontrollierende) veränderliche Aperturmechanismus auch zum Verbessern der "Ablesegeschwindigkeit" verwendet werden, d.h. der Zeit, die von dem Abtaster zum Durchführen eines erfolgreichen Abtastens erforderlich ist. Wenn das geregelte Aperturblendensystem ein erfolgreiches Abtasten durchführt, hat es die Information darüber, welche Aperturblendenstellung verwendet wurde, um das erfolgreiche Abtasten zu erreichen. Da ein besonderer Benutzer oft eine Reihe von ähnlichen Aufgaben aufeinanderfolgend durchführt, ist der gewünschte Brennpunktsabstand für aufeinanderfolgendes Abtasten voraussichtlich nahezu derselbe. Der Steuerprozessor kann dann Informationen über einen besonderen Benutzer (es ist zu bemerken, daß ein Kassierer typischerweise eine Angestelltennummer in ein Register eingibt) oder alternativ über Abstände speichern, welche in letzter Zeit zu erfolgreichem Abtasten führten. Der Prozessor kann dann eine bevorzugte Anfangsstellung für die Aperturblende, zum Beispiel die Stellung bei dem letzten erfolgreichem Abtasten wählen.

Claims (37)

  1. Optisches System zum Datenlesen, mit einer Lichtquelle, die einen optischen Strahl entlang eines optischen Ausgangsweges zu einem zu lesenden Gegenstand hin erzeugt; einem in dem optischen Ausgangsweg angeordneten Fokussiersystem zum Fokussieren des optischen Strahles in einen gegebenen Brennpunkt; Mitteln zum Ändern der Position des Brennpunktes des optischen Strahles, wobei die Mittel eine in dem optischen Ausgangsweg angeordnete Aperturblendenvorrichtung aufweisen, welche ein Modul aufweist, mit dem eine Öffnung durch diese mit einer Mehrzahl von unterschiedlichen Größen von Aperturblendenweiten bestimmt und variiert wird, und wobei die Aperturblendenvorrichtung in der Nähe des Fokussiersystems angeordnet ist an einem Punkt oder strahlabwärts des Punktes, der um eine Brennweite strahlaufwärts von dem Fokussiersystem angeordnet ist; einer Abtastvorrichtung zum Empfangen des durch die Aperturblendenvorrichtung hindurchgetretenen optischen Strahles und zum Erzeugen eines Abtastmusters von dem optischen Strahl zu dem Gegenstand hin; und einem Detektor zum Detektieren des von dem Gegenstand reflektierten und/oder gestreuten Lichtes.
  2. Optisches System nach Anspruch 1, bei dem die Apperturblendenvorrichtung eine Mehrzahl von LCD-Bereichen aufweist und bei dem die LCD-Bereiche eine einzige LCD aufweisen, von der bei deren Aktivieren eine runde Öffnung gegebener Weite bestimmt wird.
  3. Optisches System nach Anspruch 1, bei dem die Apperturblendenvorrichtung eine Mehrzahl von LCD-Bereichen aufweist und bei dem die LCD-Bereiche ein erstes Paar von LCD-Paneelen aufweisen, welche eine Aperturblendenweite bestimmend um die Zentralachse entlang des optischen Ausgangsstrahles symmetrisch angeordnet sind.
  4. Optisches System nach Anspruch 3, bei dem die Aperturblendenvorrichtung eine zweite Aperturblendenweite aufweist, die von einem zweiten Paar von einander gegenüberliegenden LCD-Paneelen bestimmt ist, das zu dem ersten Paar von LCD-Paneelen radial nach innen benachbart angeordnet ist, wobei das erste und das zweite Paar von LCD-Paneelen wahlweise aktivierbar sind und durch Aktivieren dieser Paare das Durchtreten von Licht durch das Modul verhindert wird, wodurch die Aperturblendengröße variiert wird.
  5. Optisches System nach Anspruch 1, bei dem die von der Aperturblendenvorrichtung gebildete Aperturblende rechteckig ist und die Weite der Aperturblende in einer Richtung veränderbar ist, die der Abtastrichtung der Abtastvorrichtung entspricht.
  6. Optisches System nach Anspruch 1, bei dem die Apperturblendenvorrichtung eine Mehrzahl von LCD-Bereichen aufweist und bei dem die Aperturblendenvorrichtung eine erste Aperturblende aufweist, die von einem Paar einander gegenüberliegender LCD-Bereiche bestimmt ist, das gegen die Mittellinie des Ausgangsweges des optischen Strahles versetzt angeordnet ist.
  7. Optisches System nach Anspruch 1, bei dem das optische System einen Laser-Strichcodeabtaster aufweist.
  8. Optisches System zum Lesen von Daten, mit einer Lichtquelle, die einen optischen Strahl entlang eines optischen Ausgangsweges zu einem Zielgegenstand hin erzeugt; einem in dem optischen Ausgangsweg angeordneten Fokussiersystem zum Fokussieren des Ausgangsstrahles in eine Brennfleckposition in einem gegebenen Abstand von dem optischen System; einem in dem optischen Ausgangsweg angeordneten, Aperturblendenmechanismus, der LCD-Bereiche zum Bewegen der Brennfleckposition in einen neuen Abstand von dem optischen System unter Aktivieren der LCD-Bereiche aufweist; einer an das LCD-Element angeschlossenen Steuereinheit zum Aktivieren der LCD-Bereiche auf einen gewünschten Aktivierungspegel, der niedriger als das vollständige Aktivieren ist, wodurch ein Maß gewählt wird, um das das Durchtreten des optischen Strahles durch den Aperturblendenmechanismus verhindert wird, um den Brennfleck auf die gewünschte Position einzustellen.
  9. Optisches System zum Datenlesen nach Anspruch 8, bei dem von der Steuereinheit ein veränderliches Polarisationsmaß in den LCD-Bereichen wahlweise gesteuert wird, um das Hindurchtreten des optischen Strahles durch das Modul veränderlich zu verhindern, wodurch der Brennfleck auf eine gewünschte Position eingestellt wird.
  10. Optisches System nach Anspruch 9, bei dem die. Polarisation von der Steuereinheit durch Einstellen der an die LCD-Bereiche angelegten elektrischen Spannung gesteuert wird.
  11. Optisches System nach Anspruch 9, bei dem die Polarisation von der Steuereinheit durch Einstellen der an die LCD-Bereiche angelegten elektrischen Frequenz gesteuert wird.
  12. Verfahren zum Datenlesen mit den Schritten, nach denen: ein Lichtausgangsstrahl aus einer Lichtquelle zu einem zu lesenden Gegenstand hin emittiert wird; der Ausgangsstrahl von einem Fokussierelement entlang des Ausgangsstrahlenweges auf einen Brennfleck in einem ersten Abstand von dem Fokussierelement fokussiert wird; der Brennfleck zwischen einem gewünschten zweiten Abstand und einem gewünschten dritten Abstand näher zu der Lichtquelle erneut positioniert wird, indem der Ausgangsstrahl durch eine Aperturblendenvorrichtung hindurchgelassen wird, welche in einem LCD-Module angeordnete LCD-Bereiche aufweist, die wechselweise eine Aperturblendenöffnung einer ersten Größe und einer zweiten Größe bestimmen und die LCD-Bereiche selektiv aktiviert werden, um die Aperturblendenöffnung auf die erste Größe zu bestimmen, damit der Brennfleck auf den zweiten Abstand eingestellt wird, und die Aperturblendengröße auf die zweite Größe zu bestimmen, damit der Brennfleck auf den dritten Abstand eingestellt wird; und ein von dem Gegenstand reflektiertes und/oder gestreutes
  13. Verfahren zum Datenlesen nach Anspruch 12, bei dem die Größe einer Aperturblende innerhalb der Aperturblendenvorrichtung zum Positionieren des Brennfleckes auf eine gewünschte Position eingestellt wird.
  14. Verfahren zum Datenlesen nach Anspruch 12, bei dem der Abstand zwischen der Aperturblendenvorrichtung und dem zu lesenden Gegenstand ermittelt wird; die Größe der Aperturblende innerhalb der Aperturblendenvorrichtung zum Positionieren des Brennfleckes auf eine gewünschte Position eingestellt wird, die dem ermittelten Abstand entspricht.
  15. Verfahren zum Datenlesen nach Anspruch 12, bei dem die Aperturblendenvorrichtung zum Durchlaufen über den für sie zur Verfügung stehenden Aperturblenden-Einstellbereich hin betätigt wird; das detektierte Signal solange verarbeitet wird, bis ein erfolgreiches Einlesen erfolgt ist.
  16. Verfahren zum Datenlesen nach Anspruch 15, bei dem die Information über die zu dem erfolgreichen Einlesen gehörende Einstellung gespeichert wird; in einem nachfolgenden Einlesevorgang die Aperturblende anfänglich in die Ausgangsstellung gebracht wird, in der das erfolgreiche Einlesen erzielt wurde.
  17. Verfahren zum Datenlesen mit den Schritten, nach denen: ein Ausgangsstrahl aus einer Lichtquelle zu einem zu lesenden Gegenstand hin emittiert wird; der Ausgangsstrahl entlang eines Ausgangsstrahlenweges gerichtet wird; der Brennfleck des Ausgangsstrahles auf einen gewünschten Abstand positioniert wird, indem der Ausgangsstrahl durch einen ersten LCD-Bereich in einem LCD-Modul hindurchgeführt wird, wobei der erste LCD- Bereich eine erste Aperturblende bestimmt; der auf die erste Aperturblende einfallende Ausgangsstrahl polarisiert wird; die wirksame Aperturblendengröße der ersten Aperturblende durch Aktivieren des ersten LCD-Bereichs auf einen gewünschten Pegel variiert wird, der niedriger als der beim vollständigen Aktivieren ist.
  18. Verfahren zum Datenlesen nach Anspruch 17, bei dem der Brennfleck durch Einstellen einer an den ersten LCD-Bereich angelegten Spannung in eine gewünschte Position bewegt wird, um eine gewünschte Teilpolarisation des LCD-Bereichs zu erreichen.
  19. Verfahren zum Datenlesen nach Anspruch 17, bei dem eine gewünschte Brennfleckposition durch Einstellen einer an die LCD-Bereiche angelegten Frequenz gewählt wird, um eine gewünschte Teilpolarisation der LCD-Bereiche zu erreichen.
  20. Optisches System zum Datenlesen, mit einer Lichtquelle, die einen optischen Strahl entlang eines optischen Ausgangsweges zu einem zu lesenden Gegenstand hin erzeugt; einem in dem optischen Ausgangsweg angeordneten Fokussiersystem zum Fokussieren des optischen Strahles auf einen gegebenen Brennfleck; einer in dem optischen Ausgangsweg angeordneten Aperturblendenvorrichtung zum Variieren der Position des Brennfleckes des optischen Strahles, wobei von der Aperturblendenvorrichtung eine Öffnung gebildet wird, die gegen die Mitte des Ausgangsstrahles versetzt ist.
  21. Optisches System nach Anspruch 20, mit einer Abtastvorrichtung zum Empfangen des durch die Aperturblendenvorrichtung hindurchgetretenen optischen Strahles und zum Erzeugen eines Abtastmusters von dem optischen Strahl zu dem Gegenstand hin; und einem Detektor zum Detektieren des von dem Gegenstand reflektierten und/oder gestreuten Lichtes.
  22. Optisches System nach Anspruch 20, bei dem die Öffnung der Aperturblendenvorrichtung in ihrer Weite veränderbar ist.
  23. Optisches System nach Anspruch 20, bei dem die Aperturblendenvorrichtung Flüssigkristallbereiche aufweist, die wenigstens eine erste Toröffnung mit einer Weite entlang einer Abtastrichtung bestimmen, wobei durch Aktivieren bestimmter Flüssigkristallbereiche die Polarisation des durch die bestimmten Flüssigkristallbereiche hindurchtretenden Lichtes gedreht wird.
  24. Optisches System nach Anspruch 23, mit einem strahlabwärts der Aperturblendenvorrichtung angeordneten Polarisator, der zusammen mit den Flüssigkristallbereichen die Weite der Toröffnung wahlweise variiert.
  25. Optisches System nach Anspruch 24, bei dem der Polarisator einen auch als Umlenkspiegel wirkenden Polarisationsstrahlenteiler aufweist, um den durch die Aperturblendenvorrichtung hindurchtretenden optischen Strahl auf einen Abtastmechanismus zu richten.
  26. Optisches System nach Anspruch 23, bei dem die Flüssigkristallbereiche ein um eine Zentralachse angeordnetes Paar von Flüssigkristallpaneelen aufweisen, welche eine Öffnung einer ersten Weite bestimmen, wobei die Öffnung gegen die Mitte des optischen Strahles versetzt ist.
  27. Optisches System nach Anspruch 26, bei dem die veränderliche Aperturblendenvorrichtung eine zweite Toröffnung einer zweiten Weite aufweist, wobei die zweite Toröffnung von wenigstens einem inneren Flüssigkristallpaneel bestimmt ist, das zu dem ersten Paar von Flüssigkristallpaneelen radial nach innen benachbart angeordnet ist, wobei das erste Paar von Flüssigkristallpaneelen und das innere Flüssigkristallpaneel wahlweise aktivierbar sind, und durch deren Aktivieren die Weite der Öffnung gewählt wird.
  28. Optisches System nach Anspruch 23, mit einer an die Flüssigkristallbereiche angeschlossenen Steuereinheit zum Aktivieren der Flüssigkristallbereiche auf einen gewünschten Aktivierungspegel, wodurch ein Maß gewählt wird, zu dem der optische Strahl beim Durchtreten durch die Flüssigkristallbereiche polarisiert wird, wodurch das Positionieren des Brennfleckes auf eine gewünschte Position ermöglicht wird.
  29. Optisches System nach Anspruch 28, bei dem die Polarisation von der Steuereinheit durch Einstellen der an die Flüssigkristallbereiche angelegten elektrischen Spannung gesteuert ist.
  30. Optisches System nach Anspruch 28, bei dem die Polarisation von der Steuereinheit durch Einstellen der an die Flüssigkristallbereiche angelegten elektrischen Frequenz gesteuert ist.
  31. Optisches System nach Anspruch 20, bei dem die Öffnung Seitenränder aufweist, derer Form unregelmäßig ist, um das Strahlenprofil zu verbessern.
  32. Optisches System nach Anspruch 20, bei dem die Aperturblendenvorrichtung eine erste Aperturblende aufweist, welche von einem ersten Paar einander gegenüberliegender Flüssigkristallbereiche bestimmt ist.
  33. Optisches System nach Anspruch 20, bei dem das optische System einen Laser-Strichcodeabtaster aufweist.
  34. Optisches System nach Anspruch 20, bei dem die Aperturblendenvorrichtung eine Platte mit einer Zentralöffnung aufweist, wobei die Platte um eine zu dem optischen Ausgangsweg senkrechte Zentralachse drehbar ist, und beim Drehen der. Platte um ihre Zentralachse um ein gewünschtes Maß die wirksame Weite der Zentralaperturblende abgebildet wird.
  35. Optisches System nach Anspruch 20, bei dem die Aperturblendenvorrichtung eine Doppelverschluß-Aperturblendenvorrichtung mit einem ersten schwenkbaren Verschlußelement und einem zweiten schwenkbaren Verschlußelement aufweist, welche zwischen einander eine Aperturblende bestimmen, wobei die Aperturblende entsprechend dem Grad des Schwenkens des ersten und des zweiten Verschlußelements veränderbar ist.
  36. Optisches System nach Anspruch 20, bei dem die Aperturblendenvorrichtung eine mechanische Iris veränderlicher Aperturblende aufweist.
  37. Optisches System nach Anspruch 20, bei dem die Aperturblendenvorrichtung ein erstes verschiebbares Paneelelement und ein zweites verschiebbares Paneelelement aufweist, welche zwischen einander eine Aperturblende bestimmen, wobei das erste und das zweite Paneelelement im Tandembetrieb bewegt werden, um die Aperturblendengröße wahlweise zu variieren.
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