DE69133519T2

DE69133519T2 - Laserabtaster mit kombinierten Abtastbereichen

Info

Publication number: DE69133519T2
Application number: DE69133519T
Authority: DE
Inventors: Jr. Patrick Shirley Salatto; Thomas Huntington Station Mazz
Original assignee: Symbol Technologies LLC
Current assignee: Symbol Technologies LLC
Priority date: 1991-06-14
Filing date: 1991-12-30
Publication date: 2006-11-23
Anticipated expiration: 2011-12-31
Also published as: US5420411A; DE69130060T2; CA2056272C; JPH05182002A; DE69133519D1; EP0864994B1; EP0517958A3; DE69130060D1; ES2119755T3; EP0517958B1; EP0864994A3; EP0517958A2; US5945658A; US5723851A; ATE322048T1; EP0864994A2; CA2056272A1; ATE170306T1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf einen Laserscanner bzw. eine Laserabtastvorrichtung mit kombiniertem Bereich und ein Verfahren, um elektro-optisch (Kenn-)Zeichen zu lesen, wie beispielsweise Strichcodes mit Teilen von unterschiedlichem Lichtreflexionsvermögen. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Laserabtastvorrichtung mit kombiniertem Bereich und ein Verfahren wie beschrieben, die bzw. das zwei oder mehrere optische Laserdiodenbeleuchtungssysteme verwendet, die auf unterschiedliche Arbeitsbereiche fokussiert sind. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel weist zwei optische Laserbeleuchtungssysteme auf, ein erstes System, welches für einen Berührungsbetrieb optimiert ist, und ein zweites System, welches für eine Fernbereichsabtastung optimiert ist, und die beiden Laserabtastsysteme sind in eine Laserabtastvorrichtung mit kombiniertem Bereich integriert.
2. Besprechung des Standes der Technik
Der erhöhte Einsatz von Strichcodesymbolen zur Identifizierung von Produkten, speziell im Einzelhandel, hatte die Entwicklung von verschiedenen Strichcodelesesystemen zur Folge. Viele Benutzer der Strichcodeleser benötigen tragbare handgehaltene Scanner bzw. Abtaster, was hohe Anforderungen bezüglich kleiner Größe, Leichtgewichtigkeit und niedrigem Stromverbrauch an die Geräte stellt. Ein solches System ist ein Laserabtast-Strichcodelesesystem, wie es in der US-A-4,496,831 beschrieben ist.
Das in US-A-4 496 831 offenbarte Laserabtastsystem weist einen tragbaren in der Hand zu haltenden Abtastkopf auf, der in verschiedenen Formen verkörpert sein kann, der jedoch vorzugsweise ein pistolenförmiges Gehäuse aus leichtgewichtigem Plastik hergestellt besitzt. Ein Handgriff- und ein Laufteil sind vorgesehen, um die verschiedenen Komponenten des Abtastsystems darin aufzunehmen. Innerhalb des Laufteils ist eine Miniaturlichtquelle, ein Miniaturoptikpfad, der Fokussierungslinsen aufweist, und ein Abtastsystem, um Licht von der Lichtquelle über ein Barcode- bzw. Strichcodesymbol zu leiten, und Miniaturabfühlmittel, um reflektiertes Licht von dem gerade abgetasteten Strichcodesymbol zu detektieren, angebracht.
Die Miniaturlichtquelle kann eine Laserröhre aufweisen, wie beispielsweise eine koaxiale Helium-Neon-Laserröhre, oder eine LED, oder vorzugsweise eine Halbleiterlaserdiode, die beträchtlich kleiner und leichter ist als eine Laserröhre, wodurch somit die erforderliche Größe und das Gewicht des Abtastkopfes verringert wird, und die den Abtastkopf leichter handzuhaben und besser manövrierbar macht. Licht, welches von der Lichtquelle erzeugt wird, läuft durch den optischen Pfad, der den Strahl auf das Abtastsystem leitet, welches innerhalb des Laufteils des Abtastkopfes angebracht ist. Das Abtastsystem schweift den Laserstrahl über das Strichcodesymbol und weist mindestens einen Abtastschrittmotor oder einen resonierenden bzw. hin- und herbeweglichen oder vibrierenden Balken bzw. Stab oder eine Abtastvorrichtung auf, um den Strahl in Längsrichtung über das Symbol zu schweifen, und kann zwei Motoren aufweisen, wobei der zweite Motor den Strahl in Breitenrichtung über das Symbol schweift. Licht reflektierende Spiegel sind auf der Motorwelle oder den -wellen befestigt, um den Strahl durch den Auslaßteil zum Symbol zu leiten.
Eine Abfühlschaltung detektiert dann das Licht, welches von dem Symbol reflektiert wird und verarbeitet dieses, und sie weist im allgemeinen ein lichtempfindliches bzw. Photodetektorelement auf, wie beispielsweise eine Halbleiterphotodiode. Der Anwender positioniert die in der Hand gehaltene Einheit so, daß das Abtastmuster das zu lesende Symbol überquert, und das Photodetektorelement erzeugt serielle bzw. aufeinanderfolgende elektrische Signale, die zu verarbeiten sind, um den Strichcode zu identifizieren. Eine Signalverarbeitungsschaltung für einen Strichcode erzeugt ein Signal, welches an eine Strichmusterdekodierungsschaltung geleitet wird, um das Strichmuster zu dekodieren.
Die Leseeinheit kann einen bewegbaren Auslöser verwenden, um dem Benutzer zu ermöglichen den Lichtstrahl und die Abtastschaltung zu aktivieren wenn sie auf das zu lesende Symbol gerichtet werden, somit die Batterielebensdauer zu erhalten, sofern die Einheit mit eigener Stromquelle betrieben wird. Das leichtgewichtige Plastikgehäuse enthält die Laserlichtquelle, den Abtaster, die Optik, die Signalverarbeitungsschaltung, eine CPU und eine Batterie. Die Lesevorrichtung ist so ausgebildet, dass er von einem Benutzer auf ein Strichcodesymbol gerichtet werden kann, und zwar von einer Position aus, bei der die Lesevorrichtung von dem Symbol beabstandet ist, z.B. das Symbol nicht berührend oder über das Symbol bewegend. Typischerweise ist diese Art von handgehaltenen Strichcodelesern darauf festgelegt in einem Bereich von einigen Zoll verwendet zu werden. Alternativ kann das Abtasten automatisch durchgeführt werden ohne irgendeine menschliche Schnittstelle oder Bedienereingriff.
Der Verwendungsbereich der Laserabtaster des gegenwärtigen Standes der Technik zum elektro-optischen Strichcodelesen beschränkt sich von a) Kontakt bis ungefähr zwei Fuß für Strichcodesymbole mit durchschnittlicher Dichte, und b) Fernbereich von ungefähr dreißig Zoll bis achtzehn Fuß für Strichcodesymbole mit niedriger Dichte. Derartige Laserabtaster des Standes der Technik setzen ein einzelnes optisches Laserbeleuchtungssystem mit einer einzelnen feststehenden Brennweite ein, und haben infolgedessen eine eingeschränkte Tiefenschärfe und einen eingeschränkten Arbeitsbereich.
US-A-4 920 255 offenbart ein automatisches inkrementelles Fokussierungsabtastsystem, welches optisch ein Codemuster auf einem Objekt liest. Das System weist eine Abtastvorrichtung auf, die einen Strahl einer Strahlung auf das Objekt in einer von einer Vielzahl von Brennweiten leitet. Das System weist weiter eine Bereichsbestimmungseinheit auf, um den Bereich des Objektes bezüglich der Abtastvorrichtung zu messen und einen Mechanismus, um die Tiefenschärfe des Strahlungsstrahls zu verändern, für ein wahlweises Fokussieren entsprechend einem Befehl eines Steuermoduls. Die Brennweite des Strahls ist basierend auf dem gemessenen Bereich eingestellt, um ein fehlerfreies Lesen des Codemusters zu ermöglichen.
Zusammenfassung der Erfindung
Entsprechend ist es ein primäres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Laserabtastvorrichtung mit kombiniertem Bereich und Verfahren vorzusehen, um elektro-optisch (Kenn-)Zeichen zu lesen, wie beispielsweise Strichcodes mit Teilen von unterschiedlichem Lichtreflexionsvermögen, wobei diese zwei oder mehr optische Laserdiodenbeleuchtungssysteme verwendet, die auf verschiedene Arbeitsbereiche fokussiert sind wobei die benötigte Struktur einfach und die Anzahl der benötigten Komponenten klein bleibt.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Laserabtastvorrichtung mit kombiniertem Bereich, wie sie beschrieben wurde und die eine Logikschaltung aufweist, die je nach Bedarf das für die einzelnen Abtastanwendungen benötigte Laserbeleuchtungssystem freigibt. Abhängig davon, welches Laserbeleuchtungssystem ausgewählt wird, wird die Laserpunktgeschwindigkeit (beispielsweise die Amplitude des Antriebssignals für den Abtastmotor) gesteuert, um die Frequenz der empfangenen Lichtsignale zu begrenzen, und zwar auf die von Standard-Signalverarbeitungs- und Dekodierungsschaltungen. Eine Abtastung wird mit einem gewöhnlichem oszillierenden Spiegelelement erreicht, welches von einem Abtastmotor angetrieben wird, und entsprechend sollte die Amplitude des angelegten Abtastmotorantriebssignals für das erste Laserbeleuchtungssystem, welches für einen Kontakt- oder Nahbereichsbetrieb optimiert ist, größer sein und für das zweite Laserbeleuchtungssystem für eine Fernbereichsabtastung geringer sein.
Gemäß der hierin genannten Lehren sieht die vorliegende Erfindung einen Laserabtaster mit kombiniertem Bereich und ein Verfahren vor zum elektrooptischen Lesen von (Kenn-)Zeichen, wie beispielsweise ein Strichcodesymbol, das Teile mit verschiedenem Lichtreflexionsvermögen aufweist, wie es entsprechend in den Ansprüchen 1 und 7 dargelegt ist. Das Laserabtastsystem weist einen einzelnen gewöhnlichen Abtastspiegel auf, um zu bewirken, daß ein Laserstrahl über ein Sichtfeld geführt wird, und optische Nah- und Fernbereichs-Laserbeleuchtungssysteme für jeweilige Nah- oder Fernbereichsabtastvorgänge. Ein optisches Sammelsystem ist vorgesehen, um Licht zu sammeln, welches von dem abgetasteten Sichtfeld reflektiert wird, und um es auf einen optischen Detektor zu leiten, der die reflektierte Laserstrahlung detektiert und elektrische Signale entsprechend dem reflektierten Licht erzeugt.
Genauer gesagt sind Auswahlmittel vorgesehen zum selektiven Aktivieren entweder des Nah- oder des Fernbereichs-Laserbeleuchtungssystems für einen Betrieb im entsprechenden Nah- oder Fernbereich des Sichtfelds. Die Auswahlmittel beinhalten eine Signalverarbeitungsschaltung zum Analysieren der Amplitude und der Frequenz eines reflektierten Signals, wenn das Fernbereichabtastsystem vorübergehend in einen Bereichsfindungsbetrieb geschaltet ist. Ein Strichcode, der sich in einer weiten Entfernung befindet, wird ein Anzeigeausgangssignal mit niedriger Amplitude und hoher Frequenz ergeben. Umgekehrt ergibt sich ein Anzeigeausgangssignal mit hoher Amplitude und niedriger Frequenz bei näherem Bereich. Dementsprechend wird basierend auf der Amplituden- und Frequenzkomponente des während eines Bereichsfindungsbetriebs erfaßten Signals entweder das Nah- oder Fernbereichsbeleuchtungssystem ausgewählt.
In einem offenbarten Ausführungsbeispiel weist der Abtastspiegel einen flachen bzw. ebenen Abtastspiegel auf, der von einem Abtastmotor angetrieben wird. Das optische Nahbereichs-Laserbeleuchtungssystem weist eine Nahbereichs-Laserdiodenanordnung mit sichtbarem Licht auf, die direkt vor dem Abtastspiegel positioniert ist. Das optische Fernbereichs-Laserbeleuchtungssystem weist einen Faltungsspiegel, der benachbart zu der Nahbereichs-Laserdiode mit sichtbarem Licht positioniert ist, und eine Fernbereichs-Laserdiodenanordnung mit sichtbarem Licht auf, die positioniert ist, um Laserstrahlung auf den Faltungsspiegel zu leiten, und zwar zur Reflexion auf den Abtastspiegel.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel könnten das Nahbereichs-Laserbeleuchtungssystem und das Fernbereichs-Laserbeleuchtungssystem eine einzige integrierte Laserdiodenanordnung aufweisen, die ausgelegt ist, um entweder in einem Nah- oder einem Fernbereichsbetriebszustand direkt vor dem Abtastspiegel zu arbeiten.
Das optische Nahbereichs-Laserbeleuchtungssystem besitzt vorzugsweise einen Bereich von einem Kontakt hin bis ungefähr 0,6 m (zwei Fuß) vom Laserscanner bzw. der Laserabtastvorrichtung entfernt, während das Fernbereichs-Laserbeleuchtungssystem einen Bereich von ungefähr 0,6 m (zwei Fuß) bis 5,2 m (siebzehn Fuß) von der Laserabtastvorrichtung besitzt. Das optische Sammelsystem weist einen einzigen gemeinsamen Sammelspiegel auf, der die gesamte abgetastete Laserstrahlung fokussiert, die von dem Sichtfeld auf einen optischen Detektor, wie beispielsweise eine Photodiode, reflektiert wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorangegangenen Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung für eine Laserabtastvorrichtung mit kombiniertem Bereich können leichter vom Fachmann verstanden werden mit Bezug auf die folgende detaillierte Beschreibung von verschiedenen bevorzugten Ausführungsbeispielen davon, und zwar gesehen in Verbindungen mit den beigefügten Zeichnungen, worin gleiche Elemente durch identische Bezugszeichen in den verschiedenen Ansichten bezeichnet werden, und in denen die Figuren folgendes darstellen:
1 veranschaulicht Abtastdekodierungszonenbereiche für unterschiedliche Strichcodeauflösungen für eine kombinierte duale Nah- und Fernbereichsabtastvorrichtung gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung;
2 ist ein Blockdiagramm der Hauptfunktionen und -komponenten eines ersten Ausführungsbeispiels einer kombinierten dualen Nah- und Fernbereichsabtastvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
3 ist ein Blockdiagramm der Hauptfunktionen und -komponenten eines zweiten Ausführungsbeispiels einer kombinierten dualen Nah- und Fernbereichsabtastvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
4 veranschaulicht eine schematische Ansicht einer beispielhaften Anordnung eines optischen Systems für eine kombinierte duale Nah- und Fernbereichsabtastvorrichtung der vorliegenden Erfindung;
5 veranschaulicht eine Seitenansicht eines beispielhaften optischen Systems für eine kombinierte duale Nah- und Fernbereichsabtastvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
6 ist eine Vorderansicht des beispielhaften optischen Systems der 5;
7 veranschaulicht eine Schnittansicht einer Laserdiodenanordnung, die die Konstruktion und die Hauptkomponenten davon veranschaulicht; und
8 veranschaulicht ein stark vereinfachtes Ausführungsbeispiel einer Bauart einer Strichcodelesevorrichtung, die in Verbindung mit der Laserabtastvorrichtung mit kombiniertem Bereich der vorliegenden Erfindung verwandt werden kann.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Mit Bezug auf die Zeichnungen im Detail veranschaulicht 1 Abtastdekodierungszonenbereiche für unterschiedliche Strichcodeauflösungen für qualitativ hochwertige Strichcodesymbole bei 20°C für eine kombinierte duale Nah- und Fernbereichsabtastvorrichtung gemäß der Lehren der vorliegenden Erfindung. Eine Nahbereichsdekodierungszone sorgt für ein Ablesen der Strichcodemuster vom Kontakt bis ungefähr 0,6 m (zwei Fuß), während eine Fernbereichsdekodierungszone für das Lesen von Strichcodemustern von ungefähr 0,6 m bis 5,2 m (zwei bis siebzehn Fuß) sorgt. Wie in 1 gezeigt erreicht die erreichbare Auflösung für Strichcodemuster von einer Strichbreite von 0,127 mm (0,005 Zoll) für Strichcodemuster in einem sehr nahen Bereich bis zu einer Strichbreite von 1,27 mm (0,050 Zoll) für Strichcodemuster in einem entfernten bzw. Fernbereich. Ein überlappender Bereich besteht in der Region zwischen den Nah- und Fernbereichsdekodierungszonen und tatsächlich erstreckt sich die Nahbereichsdekodierungszone bis ungefähr 1,37 m (viereinhalb Fuß), während sich die Fernbereichsdekodierungszone von ungefähr 0,254 m (zehn Zoll) bis ungefähr 6,1 m (zwanzig Fuß) erstreckt, jedoch sind die Dekodierungsvorgänge, die außerhalb der oben erwähnten eingegrenzteren Bereiche ausgeführt werden, nicht optimiert.
2 ist ein Blockdiagramm der Hauptfunktionen und -komponenten eines ersten Ausführungsbeispiels eines kombinierten dualen Nah- und Fernbereichsabtasters gemäß der vorliegenden Erfindung. Der kombinierte Dualbereichsabtaster (Kombination aus Nah- und Fernbereich) tastet ab, analysiert und überträgt Strichcodedaten in einem Bruchteil einer Sekunde. Wenn der kombinierte Abtaster auf ein Strichcodesymbol gerichtet ist und der Auslöser 12 gezogen ist, tritt die folgende Operationsfolge auf:
In einem Abtastbauteil erfaßt ein Entfernungsmesser 14 den Abstand zum Barcodesymbol. Der Entfernungsmesser 14 weist eine Signalverarbeitungsschaltung auf zum Analysieren der Amplitude und der Frequenz eines reflektierten Signals, wenn das Fernbereichsabtastsystem vorübergehend in einen Bereichsfindungsbetrieb geschalten wird. Ein Stichcode, der sich in einer weiten Entfernung befindet wird ein Anzeigeausgangssignal mit geringer Amplitude und hoher Frequenz ergeben. Umgekehrt ergibt sich ein Anzeigeausgangssignal mit großer Amplitude und niedriger Frequenz bei näherem Bereich. Dementsprechend wird, basierend auf der Amplituden- und Frequenzkomponente des während eines Bereichsfindungsbetriebs erfaßten Signals, entweder das Nah- oder Fernbereichsbeleuchtungssystem ausgewählt. Basierend auf der Ausgabe des Entfernungsmessers bzw. der Bereichsfindungsvorrichtung wählt die Umschaltschaltung 16 aus, welche sichtbare Laserdiodenschaltung benutzt wird, entweder eine Nahbereichs-Laserdiode 18 oder eine Fernbereichs-Laserdiode 20, jeweils für sichtbares Licht.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel könnte das Nahbereichs-Laserbeleuchtungssystem und das Fernbereichs-Laserbeleuchtungssystem eine einzige integrierte Laserdiodenanordnung aufweisen, die ausgelegt ist, um entweder in einem Nah- oder in einem Fernbereichsbetriebszustand direkt vor dem Abtastspiegel zu arbeiten. In einem alternativen bevorzugten Ausführungsbeispiel weisen die Nah- und Fernbereichsbeleuchtungssysteme getrennte Nahbereichs- und Fernbereichs-Laserdiodenanordnungen auf, wie in den 4, 5 und 6 veranschaulicht.
Die ausgewählte Festkörperlaserdiode erzeugt einen Laserstrahl und die Fokussierungsoptiken in der Laserdiodenanordnung übertragen den Laserstrahl auf einen flachen Abtastspiegel, der oszilliert wird, um zu bewirken, daß der Laserstrahl über das abgetastete Strichcodemuster geschweift wird. Die Abtastung wird mit einem gewöhnlichen oszillierenden flachen Spiegelelement erreicht, welches von einem Abtastmotor angetrieben wird, und wegen der kurzen Distanz zu einem Nachbereichsstrichcodeziel sollte die Amplitude des angelegten Abtastmotorantriebssignals für das erste Laserbeleuchtungssystem größer sein, welches für einen Kontakt- oder Nahbereichsbetrieb optimiert ist, und folglich sollte sie wegen der weiteren Distanz zu einem Fernbereichsstrichcodeziel geringer für das zweite Laserbeleuchtungssystem für die Fernbereichsabtastung sein. Die unterschiedlichen Abtastgeschwindigkeiten schränken die Frequenz der empfangenen Lichtsignale auf die der Standard-Signalverarbeitungs- und -dekodierungsschaltungen ein. Der oszillierende Abtastspiegel reflektiert den Laserlichtstrahl durch ein Ausgangsfenster auf das Strichcodesymbol. Typischerweise wird der Laserstrahl über das Strichcodesymbol mit ungefähr 36 mal pro Sekunde hin- und hergeführt. Ein optischer Detektor fühlt das von dem Strichcodesymbol zurückreflektierte Laserlicht ab und wandelt die Lichtsignale in ein Analogsignal um, welches von der Analogschaltung 22 in einer in der Technik bekannten und von den hier zitierten Patenten des Standes der Technik offenbarten Weise verarbeitet wird. Das Muster des Analogsignals stellt die Information in dem Strichcodesymbol dar.
Signalaufbereitungsschaltungen in einer Digitalisierungsschaltung 24 wandeln das Analogsignal in ein Digitalstrichcodesignal um, und zwar auch in einer in der Technik bekannten Weise, und dieses Muster wird an ein Schnittstellensteuervorrichtungsmodul in einer Konsole 26 zur Dekodierung übertragen.
3 ist ein Blockdiagramm der Hauptfunktionen und -komponenten eines manuellen Auslöserausführungsbeispiels einer kombinierten dualen Nah- und Fernbereichs-Abtastanordnung nicht gemäß der vorliegenden Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel wird entweder die Nah- oder die Fernbereichslaserdiode selektiv durch einen Bediener aktiviert, der einen Auslöser 12 betätigt, und zwar mit ersten und zweiten Auslöserrastpositionen wie folgt. Im Betrieb wird der Auslöser anfänglich für einen Fernbereichsbetrieb auf eine erste Rastposition aktiviert. Die Logikschaltung 32 in der kombinierten Dualbereichsabtastvorrichtung wählt die Fernbereichs-Laserdiode aus und wählt eine geeignete Zielabtastamplitude für den Abtastvorrichtungsmotor aus, und zwar zum Betrieb in einem Zielbetriebszustand. In einem Zielbetriebszustand wird, wie es in der Technik bekannt ist, ein flacher Abtastspiegel zuerst aktiviert, um langsam zu oszillieren, was eine horizontale Abtastlinie des sichtbaren Laserstrahls erzeugt, die vom Bediener verwendet wird, um die Abtastvorrichtungen auf Distanzen von bis zu 5,5 m (18 Fuß) zu zielen.
Der Auslöser wird dann auf eine zweite Rastposition aktiviert. Die Logikschaltung 16 wählt den Fernbereichslaserstrahl und die Fernbereichsabtastamplitude basierend auf der langen Ruhezeit in der ersten Auslöserrastposition aus. Nachdem der Auslöser auf die zweite Rastposition heruntergedrückt wird, wird der flache Abtastspiegel dann in seiner normalen Fernbereichsabtastfrequenz und -breite oszilliert, und eine Detektionsschaltung wird eingeschaltet. Das in einen gekrümmten Sammelspiegel zurückreflektierte Licht wird auf einem Photodetektor fokussiert und auf ein Signal verstärkt, welches dann in ein Digitalsignal digitalisiert wird, welches von einem Dekoder verarbeitet wird. Die Abtastung wird mit einem gewöhnlichen oszillierenden Flachspiegelelement erreicht, welches von einem Abtastmotor angetrieben wird, und entsprechend sollte die Amplitude für das angelegte Abtastmotorantriebssignal für das erste Laserbeleuchtungssystem größer sein, welches für einen Kontakt- oder Nahbereichsbetrieb optimiert ist, und geringer für das zweite Laserbeleuchtungs system für eine Fernbereichsabtastung. Die unterschiedlichen Abtastgeschwindigkeiten begrenzen die Frequenz der empfangenen Lichtsignale auf die von Standard-Signalverarbeitungs- und Dekodierungsschaltungen. Die Operation wird dann fortgesetzt, wie oben beschrieben mit Bezug auf das erste Ausführungsbeispiel.
Für den Nahbereichsbetrieb zielt ein Bediener die Abtastvorrichtung auf einen Nahbereichsstrichcode (von Kontakt bis 0,61 m (24 Zoll)). Der Auslöser wird dann betätigt, indem man ihn direkt in die zweite Rastposition des Auslöserschalters zieht. Die Logikschaltung 32 wählt den Nahbereichslaser 20 und die Nahbereichsabtastamplitude basierend auf der minimalen Verweilzeit in der ersten Auslöserrastposition aus. Der Abtastspiegel wird zuerst in einem Zielbetriebszustand betätigt, in der der Abtastmotor langsam oszilliert, um eine sichtbare horizontale Abtastlinie zu erzeugen, die vom Bediener verwendet wird, um die Abtastvorrichtung zu zielen. Der Abtastspiegel wird dann in seiner normalen Bereichsabtastfrequenz und -breite oszilliert, und die Detektionsschaltung wird eingeschaltet. Das auf den Sammelspiegel zurückreflektierte Licht wird auf den Photodetektor fokussiert und auf ein Signal verstärkt, welches dann in ein Digitalsignal digitalisiert wird, welches von einer Strichcodedekoderschaltung verarbeitet wird.
4 veranschaulicht eine schematische Ansicht einer beispielhaften Anordnung eines optischen Systems für eine kombinierte duale Nah- und Fernbereichsabtastvorrichtungsanordnung der vorliegenden Erfindung. Eine Nahbereichs-Laserdiodenanordnung 40 und eine Fernbereichs-Laserdiodenanordnung 42, jeweils mit sichtbarem Licht, sind gezeigt, und zwar schematisch an entgegengesetzten Seiten eines Photodiodendetektors 44 positioniert, der Laserstrahlung detektiert, die darauf durch einen Sammelspiegel 46 geleitet wird. In alternativen Ausführungsbeispielen können die Positionierungen der Elemente 40, 42 und 44 in unterschiedlichen geometrischen Anordnungen variiert werden.
Die 5 und 6 veranschaulichen jeweils eine Seitenansicht und eine Vorderansicht eines beispielhaften optischen Systems für eine kombinierte duale Nah- und Fernbereichsabtastanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung. Mit Bezug darauf wird eine Nahbereichs-Laserdiodenanordnung 50 mit sichtbarem Licht nahe dem Vorderteil einer Lesevorrichtungspistole 52 positioniert, und zwar direkt vor einem flachen Abtastspiegel 54, der von einem Abtastmotor 56 und einem Antriebsmechanismus 58 oszilliert wird. Ein flacher Fernbereichsfaltungsspiegel 60 ist benachbart zu der Laserdiodenanordnung 50 positioniert, und wird von einer Fernbereichs-Laserdiodenanordnung 62 mit sichtbarem Licht beleuchtet, die auf einer Wärmesenke bzw. einem Kühlkörper 64 befestigt ist, und zwar positioniert benachbart zum flachen Abtastspiegel 54 im rückwärtigen Teil des Pistolengehäuses. Die Laserstrahlung von der Laserdiode 62 wird auf den Faltungsspiegel 60 geleitet, der sie auf den oszillierenden Abtastspiegel 54 reflektiert, der sie durch die Austrittsöffnung der Pistole leitet.
Die Laserstrahlung, die von dem Strichcodemuster reflektiert wird, wird von einem gekrümmten Sammelspiegel 66 empfangen und gesammelt, der sie reflektiert und auf einen Photodiodendetektor 68 fokussiert. Der flache Abtastspiegel 54 und der gekrümmte Sammelspiegel 66 sind vorzugsweise als ein integrales Spiegelelement geformt, wie in 6 gezeigt, welches von dem Abtastmotor 56 in einer in der Technik bekannten Weise angetrieben wird.
7 veranschaulicht eine Schnittansicht einer typischen Laserdiodenanordnung, die die Konstruktion und die Hauptkomponenten davon veranschaulicht. Mit Bezug darauf weist eine typische Laserdiodenanordnung 70 ein Anordnungsgehäuse 72 auf, und zwar mit einer Laserdiodenpackung 74 mit sichtbarem Licht an einem Ende und mit einer Linse, die von einer Feder 76 gegen eine Fokussierungslinse 78 am entgegengesetzten Ende des Gehäuses federvorgespannt ist. Eine Mittelöffnung 80 am entgegengesetzten Ende des Gehäuses gestattet es, daß ein Laserstrahl, der in einer geeigneten Distanz durch die Linse 78 fokussiert wird, als der Laserstrahl austritt. In der Nahbereichs-Laserdiodenanordnung fokussiert die Linse 78 den Laserstrahl für Nahbereichsabtastvorgänge, während in der Fernbereichs-Laserdiodenanordnung die Linse 78 den Laserstrahl für Fernbereichsabtastvorgänge fokussiert.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel könnten das Nahbereichs-Laserbeleuchtungssystem und das Fernbereichs-Laserbeleuchtungssystem eine einzige integrierte Laserdiodenanordnung aufweisen, die ausgelegt ist, um entweder in einem Nah- oder einem Fernbetriebszustand direkt vor dem Abtastspiegel zu arbeiten, wie beispielsweise an der Position der Nahbereichs-Laserdiodenanordnung 60 in den 5 und 6. In diesem Ausführungsbeispiel werden zwei Laseröffnungen bzw. -aperturen 80' und 80' benachbart zueinander an entgegengesetzten Seiten der Mitte der Anordnung positioniert, wie in gestrichelter Linie in 7 gezeigt, und die Linse wird als eine integrale Linse ausgebildet, und zwar mit zwei unterschiedlichen Fokussierungsoberflächen, aufgeteilt unterhalb der Mitte, wie von der gestrichelten Linie 82 in 7 angezeigt, so daß eine Linsenoberfläche mit unterschiedlicher Krümmung, eine für die Nahfokussierung und eine für die Fernfokussierung vor jeder der beiden unterschiedlichen Ausgangsöffnungen 80', 80' positioniert ist. Die Laserdiodenpackung 74 würde zwei unterschiedliche Laserdioden aufnehmen, eine direkt hinter jeder Laseröffnung 80', 80' positioniert. Es sei bemerkt, daß das Laserdiodenelement selbst ziemlich klein ist, so daß die Positionierung von zwei solcher Laserdioden Seite an Seite in der Laserdiodenpackung 74 leicht aufgenommen wird.
8 veranschaulicht ein stark vereinfachtes Ausführungsbeispiel einer Bauart einer Strichcodelesevorrichtung, die in Verbindung mit der Laserabtastanordnung mit kombiniertem Bereich der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Eine Lesevorrichtung 100 kann als eine in der Hand gehaltene Abtastvorrichtung implementiert werden, wie es gezeigt ist, oder in einer auf einem Tisch positionierten Arbeitsstation oder in einem stationärem Scanner bzw. einer Abtastvorrichtung. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Anordnung in einem Gehäuse 155 implementiert, welches einen Ausgang 156 aufweist, durch den ein heraustretender Laserlichtstrahl 151 geleitet wird, um auf außerhalb des Gehäuses gelegene Symbole 170 aufzutreffen und darüber geführt zu werden.
Die in der Hand gehaltene Vorrichtung der 8 ist im allgemeinen von der Bauart, die in US-A-4,760,248 oder in US-A-4,896,026 offenbart ist und ebenfalls ähnlich zu dem Aufbau eines handelsüblich erhältlichen Strichcodeleser als Teilnummer LS 8100 oder LS 2000 von Symbol Technologies, Inc.. Alternativ oder zusätzlich können die Eigenschaften der US-A-4,387,297 oder US-A-4,409,470 beim Bau der Strichcodeleseeinheit gemäß 8 einbezogen werden.
Mit Bezug auf 8 wird genauer detailliert ein herauslaufender Lichtstrahl 151 in der Lesevorrichtung 100 erzeugt, und zwar gewöhnlicherweise durch eine Laserdiode oder ähnliches, und wird geleitet, um auf ein Strichcodesymbol aufzutreffen, welches auf einem Ziel ein paar Zoll von dem Vorderteil der Leseeinheit angeordnet ist. Der herauslaufende Strahl 151 wird in einem Abtastmuster geführt, und der Anwender positioniert die in der Hand gehaltene Einheit so, daß dieses Abtastmuster das zu lesende Symbol überquert. Das reflektierte Licht 152 von dem Symbol wird von einer lichtansprechenden Vorrichtung 158 in der Leseeinheit detektiert, was serielle elektrische Signale erzeugt, die verarbeitet und dekodiert werden sollen, um die von dem Strichcode dargestellten Daten wiederzugeben.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Leseeinheit 100 eine pistolenförmige Vorrichtung 100 mit einem Handgriff 153 der Pistolengriff-Bauart, und ein beweglicher Auslöser 154 wird eingesetzt, um es dem Anwender zu gestatten, den Lichtstrahl 151 und die Detektorschaltung zu aktivieren, wenn er auf das zu lesende Symbol gezielt wird, wodurch Batterielebensdauer eingespart wird, wenn die Einheit sich selbst versorgt. Ein leichtgewichtiges Plastikgehäuse 155 enthält die Laserlichtquelle, den Detektor 158, die Optik- und die Signalverarbeitungsschaltungen, und die CPU 140 genauso wie die Leistungsquelle oder Batterie 162. Ein lichtdurchlässiges Fenster im Vorderteil des Gehäuses 155 gestattet es, daß der herauslaufende Lichtstrahl 151 austritt, und daß der hereinkommende reflektierte Lichtstrahl 152 eintritt. Die Lesevorrichtung 100 ist ausgerichtet, um auf ein Strichcodesymbol vom Anwender gezielt zu werden, und zwar aus einer Position, in der die Lesevorichtung 100 vom Symbol beabstandet ist, d.h., das Symbol nicht berührt, oder sich über das Symbol bewegt. Typischerweise wird diese Bauart einer in der Hand gehaltenen Strichcodelesevorrichtung ausgelegt, um in dem Bereich von vielleicht mehreren Zoll zu arbeiten (1 Zoll = 2,54 cm).
Die Lesevorrichtung 100 kann auch als ein tragbares Computerterminal funktionieren und kann eine Tastatur 148 und eine Anzeige 149 aufweisen, wie in der zuvor genannten US-A-4,409,470 beschrieben.
Wie weiter in 8 abgebildet, kann eine geeignete Linse 157 (oder ein Mehrfachlinsensystem) verwendet werden, um den abgetasteten bzw. geführten Strahl auf das Strichcodesymbol in einer geeigneten Referenzebene zu fokussieren. Eine Lichtquelle 146, wie beispielsweise eine Halbleiterlaserdiode wird positioniert, um einen Lichtstrahl in die Achse der Linse 157 einzuleiten, und der Strahl läuft durch einen teilweise versilberten bzw. teildurchlässigen Spiegel 147 und andere Linsen oder eine Strahlformstruktur, wie benötigt, und zwar zusammen mit einem oszillierenden Spiegel 159, der an einem Abtastmotor 160 angebracht ist, der aktiviert wird, wenn der Auslöser 154 gezogen wird. Wenn das von der Quelle 146 erzeugte Licht nicht sichtbar ist, kann ein Ziellicht in dem optischen System vorgesehen werden. Das Ziellicht erzeugt, falls benötigt, einen Punkt von sichtbarem Licht, der fest stehen kann oder genauso wie der Laserstrahl gescannt bzw. geführt werden kann; der Anwender setzt dieses sichtbare Licht ein, um die Leseeinheit auf das Symbol zu zielen, bevor er den Auslöser 154 zieht.

Claims

Eine Laserscanneranordnung (100) mit kombinierten Abtastbereichen zum elektrooptischen Lesen von (Kenn-)Zeichen (170), die Teile mit unterschiedlichem Lichtreflexionsvermögen aufweisen, auf einem Ziel, das bei variabler Distanz von der Anordnung gelegen ist, die Folgendes aufweist: a) einen Scannspiegel (54) um zu verursachen, dass ein Laserstrahl über ein Sichtfeld gescannt wird; b) ein Nahbereichslaserbeleuchtungssystem (18, 40, 50) für Nahbereichsscannbetrieb; c) ein Fernbereichslaserbeleuchtungssystem (20, 42, 60, 62), wobei der Fernbereich weiter entfernt ist als der Nahbereich, für Fernbereichsscannbetrieb; d) ein optisches Sammelsystem (46, 66) zum Sammeln von Licht, das von dem gescannten Sichtfeld reflektiert wird; e) einen optischen Detektor (44, 68) zum Detektieren von Licht, das dorthin durch das optische Sammelsystem gerichtet wird, und zum Erzeugen von elektrischen Signalen entsprechend dem reflektierten Licht; und f) automatisch betreibbare Auswahlmittel (14, 16) einschließlich eines Signalprozessors (140), dadurch gekennzeichnet, dass der Signalprozessor die Amplitude und die Frequenz der elektrischen Signale analysiert, die durch den optischen Detektor (44, 68) erzeugt werden, um zu bestimmen, ob das Ziel im Nah- oder Fernbereich angeordnet ist, und um selektiv automatisch das Nahbereichs-Laserbeleuchtungssystem für den Betrieb bei Nahbereichen in dem Sichtfeld zu betätigen, und um selektiv automatisch das Fernbereichs-Laserbeleuchtungssystem für den Betrieb bei Fernbereichen in dem Sichtfeld basierend auf der Analyse der Amplitude und der Frequenz der elektrischen Signale zu betätigen.
Anordnung gemäß Anspruch 1, wobei der Scannspiegel (54) einen flachen Spiegel umfasst, der durch einen Scannermotor angetrieben wird.
Anordnung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das optische Sammelsystem (46, 66) einen Sammelspiegel umfasst, der die von dem Sichtfeld auf den optischen Detektor (44, 68) reflektierte, gescannte Laserstrahlung fokussiert.
Anordnung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Nahbereichslaserbeleuchtungssystem eine Nahbereichslaserdiode (50) mit sichtbarem Licht umfasst, die vor dem Scannspiegel positioniert ist.
Anordnung gemäß Anspruch 4, wobei das Fernbereichslaserbeleuchtungssystem einen Faltspiegel (60) umfasst, der bei der Nahbereichslaserdiode (50) mit sichtbarem Licht positioniert ist, sowie eine Fernbereichslaserdiode (62) mit sichtbarem Licht, die positioniert ist, um eine Laserstrahlung zu dem Faltspiegel (60) zur Reflexion der Laserstrahlung auf den Scannspiegel (54) zu lenken.
Anordnung gemäß Anspruch 1, wobei das Nahbereichslaserbeleuchtungssystem eine Reichweite von bis zu ungefähr 0,6 m (zwei Fuß) von der Laserscanneranordnung aufweist und das Fernbereichslaserbeleuchtungssystem eine Reichweite von ungefähr 0,6 m (zwei Fuß) bis zu 3,66 m (zwölf Fuß) von der Laserscanneranordnung aufweist.
Ein kombiniertes Verfahren zum Scannen eines Laserstrahls, das Folgendes aufweist: a) Scannen eines Laserstrahls über ein Sichtfeld mittels eines Scannspiegels (54); b) Sammeln der gescannten Laserstrahlung, die von dem gescannten Sichtfeld reflektiert wird, mittels eines optischen Sammelsystems (46, 66); c) Detektieren der gescannten Laserstrahlung, die zu einem optischen Detektor (44, 68) durch das optische Sammelsystem gerichtet wird, sowie Erzeugen von elektrischen Signalen, die der detektierten Strahlung entsprechen; d) Analysieren der Amplitude und der Frequenz der elektrischen Signale, die durch den optischen Detektor (44, 68) erzeugt werden, um zu bestimmen, ob das Ziel im Nah- oder Fernbereich liegt; e) Selektives, automatisches Aktivieren eines Nahbereichs-Laserbeleuchtungssystems (18, 40, 50) zum Betrieb bei Nahbereichen in dem Sichtfeld zur Beleuchtung des Scannspiegels für Nahbereichsscannbetrieb durch das optische Nahbereichs-Laserbeleuchtungssystem, wenn ermittelt wird, dass sich das Ziel im Nahbereich befindet; und f) Selektives, automatisches Aktivieren eines Fernbereichs-Laserbeleuchtungssystems (20, 42, 60, 62) zum Betrieb bei Fernbereichen in dem Sichtfeld zur Beleuchtung des Scannspiegels für Fernbereichsscannbetrieb, die weiter entfernt sind als die Nahbereiche, durch das optische Fernbereichs-Laserbeleuchtungssystem, wenn ermittelt wird, dass sich das Ziel im Fernbereich befindet.
Verfahren gemäß Anspruch 7, wobei der Schritt des Beleuchtens des Scannspiegels (54) für ein Nahbereichsscannen eine Reichweite von bis zu ungefähr 0,6 m (zwei Fuß) umfasst, und der Schritt des Beleuchtens des Scannspiegels für einen Fernbereich, eine Reichweite von ungefähr 0,6 m (zwei Fuß) bis 3,66 m (zwölf Fuß) umfasst.