DE2657641A1

DE2657641A1 - Lichtabtaster

Info

Publication number: DE2657641A1
Application number: DE19762657641
Authority: DE
Inventors: Hans Peter Wollenmann
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1975-12-23
Filing date: 1976-12-20
Publication date: 1977-07-14
Also published as: US4026630A; JPS5280849A; CA1068141A; FR2336697A1; GB1534440A; FR2336697B1

Description

Amtliches Aktenzeichen:

Neuanmeldung

Aktenzeichen der Anmelderin.: SA 975 021

Lichtabtaster

Die Erfindung betrifft einen Lichtabtaster zur Abtastung von Objekten durch in alle Richtungen bewegbare Lichtpunkte.

Auf vielen Gebieten der Technik, insbesondere auf den Gebieten der Datenverarbeitung und der automatischen Datenerfassung werden optische Abtaster benötigt, um die zu erfassenden Daten ohne Einschaltung von Bedienungspersonen automatisch abzulesen und der weiteren Verarbeitung zuzuführen. Bei der automatischen Erfassung und Abrechnung der Preise von in größeren Verkaufsstatten, beispielsweise Warenhäusern oder Großmärkten verkauften Viaren werden besondere Anforderungen an die abtastenden Vorrichtungen gestellt, da die auf den einzelnen Warenverpackungen angebrachten, im allgemeinen strichcodierten Preisangaben jede beliebige Lage in Bezug auf das Äbtastfeld einnehmen können. Aus diesem Grunde werden optische Lichtpunktabtaster benötigt, deren Abtastspuren nacheinander oder gleichzeitig in einer Vielzahl von Richtungen verlaufen. Die Anzahl der Richtungen und die Winkellagen der Richtungen müssen so gewählt sein, daß bei jeder beliebigen Lage eines abzutastenden Preisaufklebers mindestens eine der Abtastrichtungen mit der bei einer beliebigen Lage des Aufklebers erforderlichen Abtastrichtung übereinstimmt. Wird eine Ware mit einem den Preis in strichcodierter Form aufweisenden Aufkleber in einer beliebigen Lage auf ein Abtastfenster gelegt, so kann der auf dem Aufkleber angegebene Preis durch ein das Fenster von unten abtastendes Ab-

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tastraster nur dann einwandfrei und automatisch abgetastet werden, wenn mindestens eine der Abtastrichtungen des Abtastrasters mit der für die jeweilige Lage der Codierungen des Aufklebers erforderliche Abtastrichtung in einem vorgegebenen Mindestumfang übereinstimmt. Bei den bisher bekannten Vorrichtungen dieser Art wurden rotierende oder schwingende Spiegel verwendet,- die jedoch, bedingt durch den relativ komplizierten konstruktiven Aufbau der benötigten Vorrichtungen und ihre relativ hohe Masse mit einer Reihe von Nachteilen behaftet waren.

Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, einen Lichtabtaster zur Abtastung von Objekten durch in alle Richtungen bewegbare Lichtpunkte anzugeben, bei dem im Vergleich zu den vorbekannten Vorrichtungen dieser Art der konstruktive Aufbau und damit die Störanfälligkeit stark herabgesetzt und die zu bewegenden Massen stark vermindert werden. Diese Aufgabe wird durch die im Hauptanspruch gekennzeichnete Erfindung gelöst.

Durch den gemäß der Erfindung stark herabgesetzten konstruktiven Aufwand und die durch Verwendung von Hologrammen anstelle von Spiegeln stark herabgesetzte Masse der bewegten Teile werden nicht nur die Kosten und die Störanfälligkeit dieser Vorrichtungen stark herabgesetzt, sondern auch die Abtastgeschwindigkeit wesentlich erhöht.

Die Erfindung wird anschließend anhand der Fign. näher erläutert. Es zeigen: j

Fig. 1 die schematische Darstellung eines Ausführungs- ;

beispiels der Erfindung;

Fig. 2 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung der Erzeugung eines Hologrammes zur Verwendung im Ausführungsbeispiel nach Fig.

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Fig. 3 eine schematische Darstellung zur Erläuterung

der Entstehung der Abtastspuren;

Fig. 4 eine schematische Darstellung zur Veranschau

lichung der Überlagerung der einzelnen Abtastspuren;

Fig. 5 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung der Entstehung eines im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung verwendbaren ringförmigen Hologramms;

Fig. 6 eine weitere schematische Darstellung zur Er

klärung der Entstehung eines Hologramms auf einem Ringsektor;

Fig. 7 die schematische Darstellung von bei der Ent

stehung einer Abtastspur entstehenden Strahlenverläufe;

Fig. 8 Darstellungen von Abtastspuren bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel enthält einen kreisscheibenförmigen Hologrammträger 10, an dessen Peripherie

eine Vielzahl von Hologrammen 12a,12b 12n angeordnet ist. Ein

von einem Laser 16 erzeugter kollimierter Lichtstrahl 14 fällt auf ein am Randbereich des kreisscheibenförmigen Hologrammträgers angeordnetes Hologramm, wodurch ein konvergenter Lichtstrahl 18 erzeugt wird. Der krexsscheibenförmige Hologrammträger 10 wird mit Hilfe eines Motors 20 in Umdrehungen versetzt, so daß der Strahl 14 nacheinander einzelne Hologramme 12 beleuchtet. Durch diesen Vorgang wird der durch das Auftreffen auf die Hologramme rekonstruierte Strahl 18 so bewegt, daß er eine kreisförmige Abtastspur in einer zur Ebene des Hologrammträgers 10 parallel |

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liegenden Ebene beschreibt. Die Hologramme 12 sind so aufgezeichnet, daß bei Abtastung eines dieser Hologramme durch den Strahl 14 der rekonstruierte Strahl 18 ein vorgegebenes Kreissegment 28 a, 28b 28n beschreibt.

Zur Vereinfachung der Darstellung ist der Querschnitt des Strahles 14 im Verhältnis zur Größe der Hologramme 12 übertrieben groß dargestellt. Ein in der Praxis geeigneter Durchmesser des Querschnitts des beleuchtenden Strahls ist etwa gleich 1/10 der Breite eines Hologramms 12.

In Fig. 8 werden Beispiele von im Bereich eines Abtastfensters 26 erzeugten Abtastrastern dargestellt. Das Abtastfenster 26 hat die Form einer schmalen rechteckförmigen Apertur und befindet sich an der Oberseite eines nicht dargestellten Kastens und ist mit Glas oder einem anderen für das durch den Laser 16 erzeugte Licht durchlässigem Material verschlossen. Der Kasten ist Teil eines AbnahmeStandes bei dem strichcodierte Aufkleber aufweisende Waren über das Abtastfenster transportiert werden, um die auf dem Aufkleber aufgezeichneten Daten in ansich bekannter Weise zu ermitteln.

Durch die Wahl geeigneter Kreissegmente 28 und durch geeignete Positionierung dieser Segmente in Bezug auf das Abtastfenster 26 wird ein aus sich kreuzenden und miteinander verschachtelten Spuren bestehendes Abtastmuster erzeugt, wie es beispielsweise in Fig. 3 (b) dargestellt wird und das dem in Fig. 8 (a) dargestellten Idealmuster ähnlich ist. Je größer der Radius der Kreissegmente ist, desto ähnlicher wird das gebildete Abtastmuster einen idealen Abtastmuster. Der zulässige Radius dieser Kreissegmente wird bestimmt durch die Toleranzen des Durchmessers des rekonstruierten Lichtfleckes und der zulässigen Auftreffwinkel des rekonstruierten Lichtstrahl in Bezug auf das Abtastfenster 26.

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In den Wegen der rekonstruierten Strahlen sind optische Mittel angeordnet, durch die der Strahl zum Äbtastfenster 26 reflektiert wird, so daß die verschiedenen Segmente 28 zur Annäherung des in Fig. 8 (b) dargestellten Abtastmusters in den richtigen relativ Lagen erzeugt werden.

Um das in Fig. 1 dargestellte Abtastmuster zu erzeugen ist ein erstes optisches Element 22 im Verlauf eines ersten rekonstruierten Strahles 18 angeordnet, um diesen in einer ersten Richtung auf den Äbtastfenstern 26 zur Erzeugung eines ersten Abtastsegmentes 28a zu reflektieren. Ein zweites optisches Element 24 ist im Verlaufe eines zweiten rekonstruierten Strahles 18 angeordnet, um diesen in eine zweite Richtung auf dem Abtastfenster 26 zur Erzeugung eines zweiten Abtastsegments 28b zu reflektieren, der das Abtastsegment 28a etwa in der Mitte zwischen den beiden Längsseiten des Äbtastfensters unter einem Winkel schneidet, so daß ein aus sich kreuzenden Linien bestehendes Abtastmuster entsteht. Ferner ist ein optisches Element 37 im Verlaufe eines dritten rekonstruierten Strahles 18 angeordnet, um diesen in einer dritten Richtung auf das Abtastfenster 26 zu reflektieren und ein drittes Abtastsegment 28c zu erzeugen, das im Wesentlichen den Bereich des Abtastfensters 26 in zwei Bereiche teilt um einen gemeinsamen Kreuzungspunkt mit den AbtastSegmenten 28a und 28b zu bilden. Weitere Abtastsegmente werden auf ähnliche Weise erzeugt. Die zur Erzeugung eines Abtastmusters erforderliche Gruppe von Hologrammen 12a, 12b...12n kann im Randbereich der Kreisscheibe 10 mehrmals auftreten, so daß bei einer Umdrehung der Scheibe das ganze Abtastmuster mehrmals erzeugt wird.

Im folgenden werden die Funktion und Arbeitsweise des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels anhand der Fig. 5, 6 und 7 nä her erläutert. Der kreisscheibenförmige Hologrammträger 10 besteht aus einem geeigneten Material und ist zumindest in seinem äußeren Randbereich durchsichtig für das vom Laser 16 erzeugte

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Licht. Die Hologramme 12 werden auf dem Randbereich der kreisförmigen Scheibe TO während der Drehung derselben um eine durch ihren Mittelpunkt verlaufende Achse aufgezeichnet. Eine in Fig. bei der Aufzeichnung des Hologramms beteiligte Referenzwelle 15 ist in Bezug auf die durch den Mittelpunkt der kreisförmigen Scheibe 10 verlaufende Achse rotationssymmetrisch und besteht aus einem kollimierten senkrecht auf die Hologrammebene auffallenden Strahl. Ein Objektstrahl 17 besteht aus einer sphärischen divergenten Welle, deren Ursprung in einem Abstand R von Rotationsachse und einem Abstand H von der Hbldgrammebene liegt. In der Rekonstruktionsphase wird das Hologramm durch die konjugierte Referenzwelle' 19 beleuchtet, die aus einem kollimierten, in entgegengesetzter Richtung zur Referenzwelle verlaufenden Strahl besteht". Wird das ganze Hologramm durch diesen Strahl beleuchtet, so wird ein ringförmiger Abschnitt einer sphärischen Welle rekonstruiert der in Richtung auf den Ursprung der zuvorgenannten Objektwelle konvergiert. Wird das Hologramm gedreht, so beschreibt dieser rekonstruierte Punkt eine kreisförmige Bahn mit dem Radius R in einer Ebene, die zur Hologrammebene parallel ist und einen Abstand von H hat, Wurde jedoch, wie in Fig. 6 dargestellt, nur ein Sektor des ringförmigen Hologrammes hergestellt und wird dieser beleuchtet, so wird nur der entsprechende Teil der sphärischen Welle rekonstruiert. Der Zentralstrahl der rekonstruierten Welle 23 bildet mit dem zugeordneten Hologrammradius (siehe Fig. 7) einen Winkel α. Durch Auswahl eines geeigneten Sektors des gesamten Ringes α -α kann der Winkel α auf jeden gewünschten Wert innerhalb eines Bereiches von + 180° eingestellt werden. Beaufschlagt der rekonstruierende Strahl nur einen relativ kleinen Bereich 25, so wird während des Durchganges des vorher aufgezeichneten HoIogramabschnittes durch den beleuchteten Bereich ein Punkt 27 rekonstruiert, der eine kreisförmige Spur mit dem Radius R beschreibt. Somit ist es möglich, bei einer festen Lage des rekonstruierenden Strahls und für ein vorgegebenes Segment eines konzentrischen Kreises mit dem Radius R und einem Abstand H von

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der Holograramebene einen geeigneten Sektor auf dem Hologrammring mit dem Radius R zu finden, so daß ein vorher auf diesem Sektor aufgezeichnetes Hologramm dort einen rekonstruierten Punkt erzeugt, der genau das gewünschte Segment abtastet.

pur das in Fig. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel der Abtastvorrichtung werden auf dem ringfömigen Hologrammträger 10' sieben verschiedene Hologramme 29-1, 29-2 29-7 auf sieben aufeinanderfolgende Ringsektoren (siehe Fig. 2) aufgezeichnet. Die benachbarten Bereiche werden während der Aufzeichnung dieser Segmente maskiert. Die Winkel α und α jedes Hologramms werden so gewählt, daß die Liniensegmente 30-36 (siehe Fig. 4) bei Drehung der sieben Segmente durch den Lesestrahl nacheinander durch die rekonstruierten Strahlen abgetastet werden.

Bei dem in den Fign. 3 nund 4 dargestellten Ausführungsbeispiel werden auf dem kreisförmigen Hologrammträger 10' derartige Aufzeichnungen vorgenommen, daß bei Beleuchtung eines schmalen Bereiches 25 (wie vorhin erwähnt ist der Querschnitt des beleuchteten Strahles wesentlich kleiner als in Fig. 3 dargestellt) des kreisförmigen Elementes durch den Strahl 14 und anschließende Drehung des scheibenförmigen Elements 10' sieben rekonstruierte Strahlen erzeugt werden, die diese Segmente 30, 31, 32, 33, 34,

35 und 36 abtasten. Jedes der Segmente 30-36 stellt ein Segment eines konzentrischen Kreises dar. Die Segmente 30, 31 und 32 erzeugen Abtastspuren in eine Richtung und unter einem Winkel über die Fläche des Fensterbereiches 38. Die Segmente 34, 35 und

36 erzeugen voneinander Abstände aufweisende Abtastspuren in der entgegengesetzten Richtung und unter einem Winkel über den Bereich des Fensters 40. Das Segment 33 schneidet den Fensterbereich 42 im wesentlichen in zwei Teile. In diesem Ausführungsbeispiel besteht das erste optische Element auf einem ebenen Spiegel 39, der im Wege des die Segmente 34, 35 und 36 erzeugenden Strahles angeordnet ist und der den diese Elemente erzeugenden Strahl zum Abtastfenster 26 reflektiert. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel

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besteht das zweite optische Element aus einem im Wege des die Segmente 30, 31 und 32 erzeugenden Strahls fest angeordneten ebenen Spiegel 21 der den diese Segmente erzeugende Strahl zum Abtastfenster 26 reflektiert. Das dritte optische Element besteht aus einem im Wege des das Segment 23 erzeugenden Strahles fest angeordneten ebenen Spiegel 44, der den zugeordneten Strahl ebenfalls zum Abtastfenster 26 reflektiert. Die Gesamtheit der sieben Abtastsegmente im Bereich des Abtastfensters 26 erzeugt das aus gekreuzten Abtastspuren bestehende, in Fig. 8 (b) dargestellte Abtastmuster .

Das oben beschriebene Ausführungsbeispiel, bei dem Segmente konzentrischer Kreise zur Erzeugung des Abtastmusters verwendet werden, ist nicht die einzige Möglichkeit die vorliegende Erfindung zu verwirklichen. Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel ist es beispielsweise möglich, eine Reihe von Hologrammen aufzuzeichnen, die bei Rekonstruktion eine Gruppe von verschobenen Kreissegmenten erzeugen, die alle den gleichen Radius R haben. In diesem Fall ist für jedes abzutastende Segment ein fest angeordneter ebener Spiegel erforderlich, wobei jeder Spiegel unter einem anderem Winkel angeordnet ist, um diese Segmente auf das aus sich kreuzenden Abtastspuren bestehende Huster im Abtastfenster zu richten.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

* Lichtabtaster zur Abtastung von Objekten durch in alle ^- Richtungen bewegbare Lichtpunkte, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von relativ zu einem oder mehreren Lichtstrahlen (14) bewegten Hologrammen (25, 29-1, ... 29-7), die in zeitlicher Aufeinanderfolge in den Weg eines Lichtstrahls (14) gebracht und durch diesen hindurch bewegt, jeweils in verschiedene Richtungen (28a, ... 28n) bewegte Lichtpunkte erzeugen.
2. Lichtabtaster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Hologramme (25, 29-1, ... 29-7) im Randbereich einer rotierenden Kreisscheibe (10) angeordnet sind.
3. Lichtabtaster nach den Ansprüchen 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die, die durch die einzelnen Hologramme (25, 29-4, ... 29-7) erzeugten Lichtpunkte bildenden Lichtstrahlen (18) an einen oder mehrere reflektierenden Flächen (22, 24, 37; 39, 41, 44) abgelenkt und den in einen Abtastbereich (26) ein in vorgegebenen Richtungen verlauaufenden Abtastspuren (28a, ... 28n, 30 ... 36) gebildetes Abtastmuster erzeugen.
4. Lichtabtaster nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Abtastmuster aus einer Vielzahl von sich kreuzenden Äbtastspuren besteht.

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