DE2431973B2

DE2431973B2 - Optischer abtaster

Info

Publication number: DE2431973B2
Application number: DE19742431973
Authority: DE
Inventors: Arlen John Bowen; Leroy David Dickson; Jerome Arnold Goretzki; Kenneth Earl Hendrickson; Donald Paul King; Terrance Wayne Kueper; Ronald Lee Soderstrom
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1973-07-26
Filing date: 1974-07-03
Publication date: 1976-09-16
Also published as: FR2238972A1; GB1464982A; FR2238972B1; DE2431973C3; JPS5040142A; USB382783I5; DE2431973A1; IT1014625B; JPS5330617B2; CA1051553A; US3919527A

Description

Die Erfindung betrifft einen optischen Abtaster für Strichmarken-Codefelder mit beliebiger Abtastlage entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein solcher Abtaster ist für die Abtastung beliebig angeordneter Strichmarken-Codefelder geeignet, die z. B. auf durch Kunden entnehmbaren Gegenständen zwecks Erfassung an einer Kasse angebracht sind. Der Kassierer hat lediglich die Gegenstände vor einem Abtastfen^rter hindurchzulassen, wobei er sicherstellen muß, daß das Feld mit dem Strichmarkencode am Abtastfenster vorbeiläuft. Ausgenommen bei gewissen kleinen Gegenständen ist nur eine geringe Sorgfalt bezüglich der Ausrichtung der zu erfassenden Gegenstände beim Vorbeilaufenlassen am Abtastfenster erforderlich. Abtasteinrichtungen für beliebige Abtastlage, wie sie z. B. in den US-PS 37 18 761 und 37 28 677 beschrieben wurden, sind nicht besonders für solche Fälle geeignet, bei denen der Bediener die Gegens'ände am Abtastfenster vorbeilaufen läßt, weil entsprechend den voigenannten Patenten quadratische Abtastfenster und nicht schmale rechteckige Fenster verwendet werden. Ein quadratisches Fenster vorgegebener Größe verlangt einen größeren Bedienungsgriffbereich und ist somit vom Bedienungsstandpunkt nicht so günstig wie ein schmales rechteckiges Fenster. Ein schmales rechteckiges Fenster jedoch verlangt mehrfache A'-Muster, um ein Codefeld ordnungsgemäß abtasten zu können. Sinusartige Lichtlinien bieten einen erheblichen Vorteil bezüglich der Sicherheit dadurch, daß die eine vorgegebene Blende durchdringende Energie klein gehalten werden kann. Sinusartige Lichtmuster bringen andererseits Linearitätsprobleme mit sich, die gelöst werden müssen.

Die Verwendung zweier schwingender Spiegel zur Erzeugung von sinuswellenartigen Lichtmustern ist entsprechend den US-PS 17 56 232, 19 51666 und 34 37 393 bekannt. Keines dieser Patente nennt jedoch die Erzeugung von störungsfreien ^-Mustern, die Abtastlücken ausschließen. Die eben genannten Patentschriften behandeln keine Abtaster für beliebige Abtastlage.

Die DT-AS 22 08 459 beschreibt eine optische Abtasteinrichtung für mit Codestrichmarkierungen oder dergleichen versehene Aufzeichnungsträger, vorzugsweise Warenetiketten, bei der mittels eines drehbaren Spiegels ein von einer Lichtquelle ausgehender kohärenter Abtaststrahl auf den auszuwertenden Aufzeichnungsträger abgelenkt und die reflektierte Strahlung gebündelt einer Fotodiode zur Umwandlung in elektrische Signale zugeführt wird, die dadurch gekennzeichnet ist, daß zur Ausrichtung des Abtaststrahles auf die Codestrichmarkierungen eines unausgerichtet über einen begrenzten Abtastbereich geführten Aufzeichnungsträgers der den Abtaststrahl ablenkende

Spiegel mittels elektrischer Antriebseinrichtungen mit unterschiedlichen Frequenzen um zwei in der Spiegelebene liegende und senkrecht aufeinander stehende Achsen schwenkbar und um eine auf beiden Achsen senkrecht stehende dritte Achse dreh- oder schwenkbar ist. Auch ist nach dieser Schrift der Betrieb in den beiden Abtastrichtungen mit erheblich verschiedenen Frequenzen jnd eine magnetische Spiegelbewegung beschrieben. Mit einem solchen einfachen System ist jedoch noch nicht ohne erfinderisches Zutun eine Erzeugung störungsfreier A'-Muster durchführbar, die mit Sicherheit den gesamten Bereich des vorgesehenen schmalen Fensters bestreichen und damit einen darüber geführten Gegenstand und dessen Strichcodierung unbedingt und fehlerfrei auswertbar erfassen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines dem Stande der Technik gegenüber verbesserten Abtasters für beliebige Abtastlage der abzutastenden Markierungsfelder unter Beachtung der folgenden Gesichtspunkte:

a) Abtastung von Strichmarken-Codefeldern ohne Rücksicht auf die Lage des jeweils abzutastenden Feldes soll möglich sein,

b) hohe Stabilität und Genauigkeit,

c) große Zuverlässigkeit und

d) Einfachheit des Gerätes sollen gegeben sein.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 gekennzeichnet. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprücher. beschrieben.

Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit der Abtastung von Codefeldern, die beliebig am Abtastfenster vorbeilaufen. Das A'-Abtastmuster soll gleichförmig sein. Im Idealfalle schneiden sich die Abtastlinien mit der Längsachse des Abtastfensters unter 45 bzw. 135°. Praktisch schneiden die Abtastlinien dann eine Längs- und eine Horizontalachse durch die Mitte des Abtastfensters unter 45 bzw. 135°; an den Rändern des Abtastfensters sind jedoch 55 bzw. 125° gegeben. Dies bei folgenden Bewegungsverhältnissen:

IvIfH = A n I Av.

Dabei sind / die Frequenz und A die Amplitude der Abtastlinien. Die entsprechend der vorliegenden Erfindung gegebenen Fehler an den Fensterrändern werden durch Einführung eines Strecknngsfaktors von 1,05 normalisiert:

Ah/Av = 1,05 · />//».

Es möge ins Auge gefaßt werden, daß auch andere Streckungs- oder Verdichtungsfaktoren verwendet werden können zur Vergrößerung oder Verkleinerung der Schniltwinkel; je nachdem, wie es für einen vorliegenden Anwendungsfall vorteilhaft ist. Im gegebenen Falle schneiden die Abtastlinien in der Mitte unter 40 bzw. 140° und unter 50 bzw. 130' an den Rändern, womit sich eine Verteilung um die idealen Schnittbedingungen von 45 bzw. 135' herum ergibt

Bei der vorliegenden Erfindung ist das Verhältnis der horizontalen zur vertikalen Schwingfrequenz wichtig, um die Schnitt-.V in ihrer Kurvenform so linaer wie möglich zu machen. Damit werden die ungenutzten Bereiche der Abtastung und auch die Abtastgeschwindigkeit reduziert.

Die nichtlinearen Umkehrstellen der Abtastmuster nach Art Lissajous'scher Figuren können, aber müssen nicht innerhalb des Abtaslfepsters benutzt werden, wobei dies jedoch von der Art der abzutastenden Codefelder abhängt. Wünschenswert sind horizontale Abtastungen zur Abtastung kurzer oder segmentierter Felder. Die Umkehrstellen der Lissajous'schen Muster sind trotz ihrer Nichtlinearität zur Ausführung horizontaler Abtastungen benutzbar.

Damit werden Abtastlücken vermieden, die z. B.

ίο bei den Lösungen nach den US-PS 37 18 761 und 37 28 677 auftreten können. Unter Hereinbringung der Endbereiche der Lissajous'schen Figuren in das Abtasifer.ster lassen sich senkrechte Abtastungen in der Mitte des Abtastfensters erzielen. Diese senkrechten Abtastungen sind sehr nützlich bei der Abtastung der Codefelder unter ungünstigen Lagebedingungen.

Bei der vorliegenden Erfindung ist die Einhaltung der Frequenz- und Phasenbedingungen sehr kritisch. Die Spiegel schwingen mit Resonanzfrequenz. Dabei ao würde jede Frequenzabweichung die Anordnung instabil machen. Vorzugsweise wird ein digitales Frequenz- und Phasensteuersystem verwendet. Die meisten Frequenz- und Phasensteuersysteme nach dem Stande der Technik verwenden eine kontinuierliche Frequenzveränderung, bis die verlangte Phasenbedingung erreiche ist. Bei solchen Systemen ist unter kleinen Frequenzveränderungen eine große Korrekturzeit erforderlich, um ein stabiles Verhalten zu erreichen. Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist eine relativ schnelle Frequenzveränderung möglich, wobei diese kurzzeitig erfolgt und nicht gedehnt. Des weiteren wird die Stabilität begünstigt durch Vorkehrung von Frequenzveränderungen nur geringer Häufigkeit; jede Frequenzveränderung wird nur während einer vorgegebenen Einstellperiode durchgeführt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Ansicht des Abtasters nach der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 das Blockschaltbild eines gewählten Ausführungsbeispiels der Frequenz- und Phasensteuerung einschließlich der Amplitudensteuerung,

F i g. 3 ein allgemeiner dargestelltes Blockschaltbild der Frequenz- und Phasensteuerung gemäß F i g. 2,

F i g. 4 Wellenformen zur Erläuterung der Phasenkorrektur,

F i g. 5 Wellenformen zur Erläuterung der Impulse hoher und niedriger Frequenz für einen Abtastzyklus, F i g. 6 die perspektivische Teilansicht einer erweiterten Ausführung der Erfindung,

F i g. 7 eine Darstellung des Abtastmusters für di< Ausführung gemäß F i g. 6,
F i g. 8 ein typisches Strichmarken-Codefeld und

F i g. 9 eine perspektivische Ansicht zur Illustra tion der Anordnung des erfindungsgemäßen Abtaster an einem Verkaufsstand.

In den Zeichnungen, speziell in F i g. 1, ist die vor liegende Erfindung in Form eines Ausführungsbei spiels illustriert mit einer Laser-Lichtquelle 10, di einen intensiven und dünnen Lichtstrahl Il erzeug!

Dieser Strahl wird einem Strahlexpander 15 mit eine Linse 16 zur Streuung des Strahls und mit einer Fokus sierlinse 17 zur Fokussierung des expandierten Strahi und zur Richtung des Strahls auf einen Spiegel 21 de horizontalen Ablenkorgans 20 zugeführt.

Vom Spiegel 21 wird der Strahl zum Spiegel 26 d(

senkrechten Ablenkorgans 25 reflektiert. Die Ausdrücke horizontal und vertikal sind wie angegeben festgelegt; sie könnten jedoch auch umgekehrt verwendet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Eines der beiden Ablenkorgane, im Beispiel das horizontale Ablenkorgan 20, wird mit einer niedrigeren Frequenz betrieben als das senkrechte Ablenkorgan 25. Die beiden Ablenkorgane 20 und 25 werden beide in Resonanz bei einem gegebenen Frequenzverhältnis zueinander betrieben, wobei der Lichtstrahl, wie dargestellt, ein Muster von verschachtelten X30 in einem Abtastfenster 35 erzeugt.

Der Strahl vom Laser 10 wird zuerst gestreut und dann wieder fokussiert, um einen scharfen fokussierten Punkt im Abstand der großen Brennweite der Fokussierlinse 17 zu erzielen. Der maximale Ablenkwinkel der Ablenkorgane 20 und 25 bestimmt die Brennweite.

Das horizontale Ablenkorgan 20 bewirkt die Drehung des Strahles über die Länge des Fensters 35 und das vertikale Ablenkorgan 25 bewirkt das Bestreichen der Breite des Fensters 35. Die Kombination dieser rechtwinklig zueinander stehenden Ablenkungen bei vorgegebenem Frequenz- und Amplitudeiiverhältnis läßt das verschachtelte X-Muster im Abtastfenster 35 erscheinen. Das Abtastfenster 35 befindet sich in einem Gehäuse 50 gemäß F i g. 9. Das Fenster 35 ist als schmale rechteckige Blende innerhalb des Gehäuses gegeben und durch Glas oder ein anderes passendes transparentes Material abgedeckt.

Entsprechend F i g. 9 wird ein Artikel 70 mit einem Strichmarken-Codefeld 71 mittels eines Transportbandes 51 zum Abtastfenster geführt. Der Bediener des Gerätes läßt den Artikel 70 mit dem Feld 71 nach unten gekehrt über das Abtastfenster 35 hinwegpassieren, bevor er den Artikel 70 in eine Tasche 55 fallen läßt.

Das Feld 71 ist ein Strichmarken-Codefeld entsprechend F i g. 8. Das Feld 71 ist mit einer Vielzahl von Strichmarken 72 bedruckt, die gegenüber dem Umfeld 73 weniger reflektierend sind. Beim Fahren des Strahls überlas Feld 71 wird er durch die Reflektanzdifferenz zwischen Umfeld 73 und Strichmarken 72 moduliert. Das modulierte reflektierte Licht wird durch einen Photomultiplyer 80 gemäß F i g. 1 aufgefangen, der das Licht in ein elektrisches Signal umwandelt. Dieses elektrische Signal wird zu einer Auswertungseinrichtung 85 geleitet zwecks Gewinnung von Informationen, die durch die Strichmarken 72 gegeben sind.

Das verschachtelte A'-Abtastmuster 30 kann das Feld 71 unabhängig von seiner Vorbeigleitlage ablesen. Entsprechend F i g. 1 fallen die Endbereiche 31 und 32 des Abtastmusters 30 außerhalb des Fensters 35 und werden durch dieses ausgeblendet. Photödetektoren 90 und 95 sind innerhalb des Gehäuses 50 neben dem Abtastfenster 35 angeordnet, um feststellen zu können, wenn die vertikalen und horizontalen Amplituden der Strahlauslenkung außerhalb des vorgegebenen Abtastmusters 30 fallen. Die Signale von den Photodetektoren 90 und 95 werden der Amplituden-. Frequenz- und Phasensteuerung 100 zugeleitet.

Beim betrachteten Beispiel ist das Abtastfenster 35 ungefähr 180 mm lang und 33 mm breit. Die Ablenkorgane 20 und 25 werden mit Frequenzen betrieben, die ein verschachteltes A"-Muster zur ordnuncseemäßen Abtastung des Feldes 71 ergeben. Die X dürfen dabei nicht zu weit auseinander oder zu enc beieinander liegen. Ein Läingenverhältnis 1 : 5'/₃ hat sich als geeignet für ein Abtastfenster der vorgegebenen Größe erwiesen. Die Abtastlinien sollten sicn über der horizontalen Achse des Abtastfensters möglichst senkrecht zueinander schneiden. Die horizontale und vertikale Amplitudensteuerung hält diesen Schnittwinkel konstant, und die Frequenz- und Phasensteuerung sorgt für gleichmäßigen Abstand zwischen den einzelnen .V und verhindert Störungen des Abtastmusters. Störungen des Abtastmusters wurden Abtastausfälle und unrichtiges Lesen des Feldes 71 nach sich ziehen.

Die Amplituden-, Frequenz- und Phasensteuerung 100 von F i g. 1 ist in Einzelheiten in F i g. 2 dargestellt. Die horizontalen und vertikalen Amplitudensteuerkreise sind im wesentlichen identisch und steuern die horizontalen und vertikalen Amplituden durch Einstellung des Stromes, der seitens der Verstärker 106 und 119 durch die Ablenkorgane 20 und 25 geschickt wird. Die Verstärker 106 und 119 werden durch die Spannungswerte auf den Leitungen 129 und 134 gesteuert. Diese Spannungen hängen von den Ladungen der Kondensatoren Cl und C2 ab. Die Stromquellen 126 und 131 sind Quellen für positive Ströme und die Stromquellen 1127 und 132 solche für negative Ströme.

Die positiven Stromquellen 126 und 131 werden durch monostabile Kippgheder 12." und 130 eingeschaltet. Die Kippschaltungen selbst werden wiederum durch Signale von den Photodetektoren 9» bzw. 95 angestoßen. Wenn eine der positiven Stromquellen eingeschaltet wird, beginnt sich der an sie angeschlossene Kondensator zu laden, womit die seitens des parallelgeschalteten Pufferverstärkers 128 bzw. 133 abgegebene Ausgangsspannung absinkt. Wenn die positive Stromquelle ausgeschaltet wird, beginnt der zugehörige Kondensator sich zu entladen, und die Spannung arn Ausgang des parallelgeschalteten Pufferverstärkers steigt an. Damit wird wiederum der Strom für das zugehörige Ablenkorgan verstärkt.

Die Ablenkorganc 20 und 25 werden mittels eines als Taktgeber verwendeten Oszillators 101 gesteuert. Die Frequenz: dieses Oszillators 1011 hängt von der gewünschten Phasengenauigkeit ab: eine Korrektur wird nur dann durchgeführt, wenn der Phasenfehler größer als ein Arbeitszyklus des Oszillators 101 wird.

Das Grundprinzip der Frequenz- und Phasensteuerung gemäß F i g. 2 kann anhand der F i g. 3 erläutert werden, die die digitale Frequenz- und Phasensteuerung in allgemeinerer Form darstellt.

Entsprechend F i g. 3 hat der Taktgeber 201 eine Frequenz Fc. Diese Frequenz Fc == (F2) (X) (Kl) = (Fl) (Y) (Kl), wobei die Frequenz F2 entweder die höhere oder die niedrigere der beiden betrachteten Frequenzen ist. Das gewählte Frequenzverhältnis Fl/F2 bestimmt die Werte von X und Y. Die Konstante Kl hängt von der Phasengenauigkeit der gesamten Anordnung ab. Entsprechend F i g. 3 ist Fl = FcIYKl. Dies^ist im Block 202 dargestellt. Die Frequenz Fl treibt die Einheit 220, die dem Ablenkorgan 20 gemäß F i g. 1 und 2 entspricht. Die Einheit 220 gibt ein Ausgangssignal mit der Frequenz Fl und einer Phasenverschiebung Ul ab. Diese Phasenverschiebung ist nicht konstant und variiert von Einheit zu Einheit.

Die Frequenz F2 treibt die Einheit 225, die dem Ablenkorgan 25 gemäß F 1 g. 1 und 2 entspricht. Die Frequenz der Einheit 225 ist F2 ί- Φ2, wobei Φ2 die Phasenverschiebung gegenüber der Eingabefrequenz FI ist. Die Frequenzen können entweder phasengleich

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oder gegenphasig zueinander sein, je nach Anforderung an das Abtastmuster, das seinerseits vom Verhältnis der Frequenzen Fl und Fl abhängt. Um eine starre Phasenbeziehung mit vorgegebener konstanter Phasenversetzung zu erzielen, können die monostabilen Kippglieder 221 oder 226 vorgesehen werden. Jeweils nur eines dieser beiden ist wirksam zu machen. Entsprechend F i g. 2 sind die beiden Frequenzen übrigens auch mit vorgegebenem Phasenversatz zueinander in fester Beziehung.

Gemäß F i g. 3 wird der Phasenversatz mittels eines Phasendetekiors 229 durch Vergleich ermittelt. Um diesen Phasenvergleich zu erleichtern, werden die beiden zu vergleichenden Signalfrequenzen auf eine gemeinsame Frequenz durch die Blöcke 223 bzw.

228 normalisiert Die normalisierte Frequenz ist FcJ(X) (}') (Kl) (Kl). Die Konstante A'2 ist eine ganze Zahl, die die Fehlerabtaslhäufigkeit des Phasendetektors 229 bestimmt. Bei einer großen Konstante A'2 ist die Abtasthäufigkeit für den Phasenvergleicher klein.

Wenn das Ausgangssignal des Blocks 223 dem des Blocks 288 nachhinkt, gibt der Phasendetektor 229 ein Signal »-»-Zunahme« über eine Leitung 230 ab. Wenn das Ausgangssignal des Blocks 223 dagegen dem des Blocks 228 voreilt, gibt der Phasendetektor

229 ein Signal » · Abnahmen über eine Leitung 231 ab. Wenn die Auscangssignale der Blöcke 223 und 228 phasengleich sind, wird kein Ausgangssignal vom Detektor 229 abgegeben. Dann wird keine Korrektur bezüglich der Frequenz Fl durchgeführt. Der Block 205 läuft mit der vom Block 203 über ein UND-Glied 239 abgegebenen Frequenz Fc₁ ¹I. Das UND-Glied 239 wird dazu mittels der beiden Signale »—Zunahme« und ··-J- Abnahme'· von Invertern 236 und 237 durchgeschaltet. Der Ausgang des UND-Glieds 239 speist das ODER-Glied 240, dessen Ausgang seinerseits zu einen Fingang eines UND-Glieds 204 führt. Dieses wird dabei durch das Ausga^essignal des Inverters 236 geöffnet.

Wenn der Phasen Jetekt^- ?29 über die Leitung 230 ein Signal »--Zunahme« abgibt, wird ein UND-Glied 234 geöffnet, womit die Frequenz Fl verdoppelt wird. Der Korrekturbetrng, der jeweils erfolgen kann, wird durch ein monostabiles Kippglied 233 begrenzt, das seinerseits durch ein Signal über ein ODER-Glied 232 angestoßen wird, dem die beiden Signale »—Zunahme« bzw. >> ^ Abnahme« vom Phasendetektor 229 zugeführt werden. Das AusgangS5ignal des UND-Glieds 234 gelangt zu einem UND-G'ied 238, dessen anderem Eingang das Signa! vom Taktgeber 201 direkt zugeführt wird. Das Ausgangssigr;al des UND-Glieds 238 wird dem Block 205~über da^r ODER-Glied 240 und das UND-Glied 204 zugefüh.-' Das UND-Glied 204 öffnet dabei mit Hilfe des A usgangssignals vom Inverter 236. Wenn die Freque"⁷ F2 abgesenkt werden soll, wird sie durch Zuführt" eines Signals »-Abnahme« zu einem UND-Glier⁴ 235 zu Null gemacht. Das Ausgangssignal des Inve-"-s 236 sperrt dabei das UND-Glied^04. Der Block 20* -.vird somit nicht mehr angetrieben, weder vom Tak*_-cher 201 direkt, noch über den Block 203.

Die Grundzüge der Frequenz- und Phasensteuerung sind dabei die folgenden:

a) Die Verwendung eines rt. ntiv schnellen Taktgebers, wobei Frequenzteilerkreise (in Form von Flipflops und Zählern) die Verwendung eines solchen schnellen Takteebers möglich machen.

b) Die Normalisierung der Ausgangsfrequenzen der angetriebenen Organe auf eine gemeinsame niedrige Frequenz zur Erzielung einer niedrigen Fehlerkorrekturhäufigkeit.

c) Ausgleich der Phasenverschiebungen mit Hilfe des schnellen Taktgebers 201 oder mit der Frequenz Null.

d) Begrenzung des Ausmaßes des Phasenverschiebungsausgleichs während der einzelnen Ausgleichsperioden.

Entsprechend F i g. 2 ist die horizontale Schwingfrequenz 600 Hz und die vertikale Schwingfrequenz 3,2 kHz. Die Konstante Al ist 1000, X ist 16 und Y ist 3. Die Frequenz des Taktgeber-Oszillators 101 ist 9,6 MHz. Die Horizontalfrequenz von 600 Hz wird nach einer Halbierung der Oszillatorfrequenz von 9,6 MHz abgeleitet. Letzteres erfolgt im Flipflop 102. Die Frequenz von 4,8 MHz wird weiterhalbiert durch das Flipflop 103, wobei sich eine Frequenz von 2,4 MHz ergibt. Diese wiederum wird geteilt durch 16 X 125 = 200Ci. Diese Teilung erfolgt durch einen Zähler 104, an dessen Ausgang sich eine Frequenz von 1,2 kHz einstellt. Die Frequenz von 1,2 kHz wird durch das Flipflop 105 halbiert, wobei sich 600 Hz ergeben. Diese 600 Hz werden dem Verstärker 106 zugeführt. Das Ausgangssignal des Verstärkers 106 wird an die Magnetspulen 22 des Ablenkorgans 20 angelegt. Die Spulen 22 liegen parallel und treiben den Spiegel 21 über ein geeignetes mechanisches Übertragungssystem. (Solche Drehablenkorgane 20 und 25 'sind" übrigens in der US-PS 36 09 485 zu finden.)

Während des Schwingens des Spiegels 21 werden durch in Reihe geschaltete Energiewandler 23 Signale erzeugt. Diese sinusartigen Signale werden einem Umformer 111 zur Umformung in Rechteckwellen zugeführt. Dessen Ausgangssignale gelangen zu einem monostabilen Kippglied 136 zur Erzeugung von Impulsen mit einer Länge von 78,1 Mikrosekunden. Die Frequenz dieser Impulse wird dann durch den Zähler 112 normalisiert, der eine effektive Frequenzteilung von 3 ·' 32 bewirkt. Das Ausgangssignal des Zählers 112 wird dem Phasendiskriminator 122 zugeführt.

In ähnlicher Weise schwingt der Spiegel 26 des Ablenkorgans 25 mit Hilfe de:s Ausgangssignals des Verstärkers 119, das den Schwingspulen 27 zugeführt wird. Der Verstärker 119 empfängt ein Signal mit einer Frequenz von 3,2 kFlz vom Flipfiop 118. Dieses Flipflop 118 halbiert die Ausgangsfrequenz des Zählers 117. Der Zähler 117 wird über ein UND-Glied lli gespeist. Der Zähler 117 teilt die zugeführte Frequenz durch 3 * 125 = 375. Es herrscht somit ein Spiegel· frequenzverhältnis von 1: 5V₃-

Der Zähler 117 wird normalerweise mit 2,4-MHz Signa'en vom Ausgang des Flipflops 103 über eir UND-Glied 113. ein ODER-Glied 115 und ein UND Glied 116 gespeist. Wenn jedoch Phasenverschiebun gen durch den Phasendiskriminator 122 erkann werder. τ-vrd der Zähler 117 mit 4,8-MHz-Signalei vom Λ use mg des Flipflops 102 gespeist oder kurz zeitig angehalten; das letzte bedeutet Speisung mit de Frequenz ' MH?. Die Auswahl der Frequenzerhöhunj oder Absenkung auf 0 erfolgt je nach der Notwendig keit ei-.e" Frcj-.enzerhchung oder Frequenzerniedri gung rur ^: r/-;!-;ng \on Phasengleichheit.

De- S- ?·:■ 26 schwingt mit dem Ausgangssigna des Ver·.· i-e·- 119. und Wandler 28 erzeugen wieder

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um entsprechende sinusartige Ausgangssignale. Diese tastungen vergleicht der Phasendiskriminator 122 den

Signale werden einem Umformer 120 zur Umwand- verzögerten Anstieg eines dritten 600-Hz-Impulses mit

lung in Rechteckimpulse zugeführt. Das Ausgangs- dem Anstieg eines sechzehnten 3,2-kHz-Impulses.

Signal des Umformers 120 wird durch einen Zähler 121 Der obere Eingang des Phasendiskriminators 122

normalisiert, der seinerseits die Umformerausgangs- 5 gemäß F i g. 2 empfängt ein Signal, das A in F i g. 4

frequenz durch 16 χ 32 teilt. Das Ausgangssignal des entspricht, und der untere Eingang ein solches, das B

Zählers 121 wird dem anderen Eingang des Phasen- entspricht. In F i g. 4 ist zu erkennen, daß die Wellen-

diskriminators 122 zugeführt. form A der Wellenform B voreilt. Dabei gibt der

Es ist zu beachten, daß die Signale von den Wand- Phasendiskriminator 122 ein Ausgangssignal entspre-

lern 23 und 28 gegenüber den Spiegelschwingungen 10 chend C in F i g. 4 über die Leitung 123 gemäß

um 90° versetzt sind, da die Wandler 23 und 28 F i g. 2 ab. Dieses Signal steuert das UND-Glied 109,

Signale abgeben, die von der Drehgeschwindigkeit mit dessen Hilfe das UND-Glied 114 die Frequenz

und nicht von der Drehstellung abhängen. Geschwin- 4,8 MIIz vom Flipflop 102 zum Beschleunigen des

digkeit und Drehstellung sind ebenfalls um 90° Zählers 117 durchläßt; dies nur während eines Zeit-

phasenversetzt. Somit wird ein mcnostabiles Kipp- ₁₅ raumes, während dessen das UND-Glied 109 einge-

glied, wie z. B. das monostabile Kippglied 226 gemäß schaltet ist. Dieser Zeitraum ist in D gemäß F i g. 4

F i g. 3, vorgesehen zur Vorkehrung einer vorgege- dargestellt. In F i g. 4 ist weiter zu erkennen, daß eine

benen konstanten Phasenversetzung von 9O⁰C. solche Korrektur die Signale gemäß A und B noch

Wenn der Phasenunterschied größer werden muß, nicht in Phase bringt. Mit mehreren aufein mdererzeugt der Phasendiskriminator 122 ein Ausgangs- ₂₀ folgenden Korrekturen ist jedoch entsprechend signal über eine Leitung 123, und wenn der Phasen- F i g. 4 Phasengleichheit zwischen A und B zu erzielen. unterschied zu verkleinern ist, wird ein Ausgangssignal Das monostabile Kippglied 108 gemäß F i g. 2 beüber eine Leitung 124 abgegeben. Die Leitungen 123 grenzt die Korrekturzeiträume auf max 300*Mikro- und 124 führen zu Eingängen zweier UND-Glieder 109 Sekunden. Eine solche Korrekturphase kann nur in bzw. 110 und zu den beiden Eingängen eines ODER- ₂₅ jedem 30. Abtastzyklus erfolgen. Wenn die beiden Gheds 107. Das ODER-Glied 107 führt ausgangs- Umformer 111 und 120 nicht selbst Phasenfehler beiseitig zu einem monostabilen Kippglied 108, welches tragen, kann sich die Gesamtanordnung jeweils in 300 Mikrosekunden lange Impulse zur Eintastung der 85 Sekunden korrigieren. Die Phasengenauigkeit beUND-Glieder 109 bzw. 110 abgibt; damit wird der tract dabei 0,5^τ bezüglich des Ablenkorgans 25
Korrekturumfang pro Abtastperiode begrenzt. _{30 Die} Gesamtkorrekturdauer kann beträchtlich abge-

Die Ausgangssignale der UND-Glieder 109 und 110 kürzt werden durch direkte Zuführung der Ausgangsbefinden sich auf einem niedrigen Pegel, wenn das be- signale der Umformer 111 und 120 zum Diskriminator treffende UND-Glied eingeschaltet ist. Das Ausgangs- 122. Dazu wäre ein zeitliches Korrekturfenster zu signal des UND-Glieds 109 dient zur Steuerung eines erzeugen durch Division des Ausganessiimals de« UND-Glieds 113, welches die normale Frequenz von 35 Umformers 120 durch 32 und Anlegung de«: sich dabei 2,4 MHz vom Fhpflop 103 zum Zähler 117 über das ergebenden Signals an ein monostabiles Kippglied, ODER-Glied 115 und das UND-Glied 116 durch- welches nicht dargestellt ist- damit ließe sich ein lassen soll. Diese Impulsdurchgabe erfolgt somit Fenster von 312 Mikrosekunden erzeueen. Die immer dann, solange das UND-Glied 109 nicht ein- 3,2-kHz-Impulsfolge wäre dann nur über eine Periode geschaltet ist. Andererseits darf auch das UND-Glied 40 der 600-Hz-Folge zu versetzen und nicht während 110 nicht eingeschaltet sein, wenn das UND-Glied 116 einer Periode der gemeinsamen Normalisicrunesfredurchlässig sein soll._ ,„..._.. _A _tAn . q^uenz von 6,25 Hz. Das gebildete Korrekturfenstei

Wenn beide Eingange des UND-Glieds 109 e.nge- begrenzte die Korrekturimpulse auf 312 Mikrosekun-

schaltet sind, wird dagegen das auf einen niedrigen den und erübrigte dabei das Vorhandensein des

Steuerpegel ansprechende UND-Glied 114 vorbereitet 45 300-Mikrosekunden-Gliedes 108

und läßt die Frequenz 4 8 MHz Nom Flipflop 102 Normalerweise ist das Abtastmuster30 gemäß

zum Zahler 117 durch. Das UND-Glied 116 muß F i g. 1 ausreichend, ein Feld 71 gemäß F i g. 8 ab-

r^,^a,nn nf^Slg ^" ,£ ^gf^perrtem. ^UN.P" »«asten. Die umwendenden Teile33 des Abtast-Glied 110 Der Diskriminator 122 gibt nie gleichzeitig _musters 30 gemäß F i g. 1 ermöglichen im Effekt zwei

fIf A "^^Γιίη !?^{en Lei}Tf^{en 123 U}"^{d 1}^. ^{Das 50} horizontale Abtastungen. Damit ist auch die Ab-

UND-Glied 110 wird eingeschaltet wenn der Phasen- tastung von Codefeldern möglich, deren Strichmarken

unterschied zu verringern ist Dabei sperrt das Aus- noch enger sind, als die in Fi g. 8 dargestellten.

gar.gss.gnal des UND-Glieds 110 das UND-Glied Ho, Gelegentlich ist es erwünsch?, das gesamte Ablast-

™ χ?? ι λ jährend einer Penode von muster zur Abtastung codierte; Felder zu benutzen.

300 Mikrosekunden nicht weitergeschaltet. ₅₅ Wenn das gesamte Muster verwendet werden soll, ist

Die erforderlichen Phasenbeziehungen zwischen den der Verlauf des Musters 30 gemäß F i g. 1 innerhalb

Signalen von den Wandlern 23 und 28 sind in den des Abtastfensters zu flach, wohingegen der Verlauf

Wellenformen ^ und B m F1 g. 5 dargestellt. Der der Abtastlinienteile 31 und 32 zu !teil ist. Dieses

Wandler 28 erzeugt dementsprechend 5·/, Sinuswellen Problem wird kompensiert durch Faltung der Teile 31

pro Sinuswelle vom Wandler 23. Die beiden Sinus- 60 und 32 in Richtung zur Mitte des Abtastfensters 35.

wellen entsprechend A und B werden in Rechteck- Diese Faltung wird erzielt durch Seitenspiegel 41 und

wellen entsprechend D und £ umgeformt Diese Um- 42, wie sie schematisch in F i g 6 dargestellt sind,

formung erfolgt durch die Umformer 111 und 120. Diese Spiegel 41 und 42 sind mit Aussparungen ver-

Em Abtastzyklus entspricht beim verwendeten Beispiel sehen, wobei die Photodetektoren 90 und 95 in einer

drei Impulsen der niedrigen Frequenz und 16 Impulsen 6₅ Aussparung gemäß F i g. 7 die außerhalb des Abtast-

der höheren Frequenz in fünf Millisekunden. Die f_ensters gelegenen Teile des Abtastmusters ampli-

WellenfonnC zeigt das Ausgangssignal des mono- tudenmäßig abfühlen können, üi Sch ergebende

stabilen Kippglieds 136. In einem Zyklus von 30Ab- Abtastmuster30' ist ,η Fig 7 dargestellt Die nach

außen fallenden Teile des Abtastmusters erscheinen im wesentlichen als senkrechte Linien 34 in der Nahe der Abtastfenstermitte. Das Abtastmuster gemäß F i g. 7 wird mit einer gegenüber der horizontalen Frequenz siebenmal so großen vertikalen Frequenz

erzeugt, wobei die horizontale Amplitude siebenmal so groß ist wie die vertikale Amplitude. Dieses Muster ist leicht zu erzeugen und benötigt eine geringere Detektorbandbreite als das Abtastmuster 30 gemäß 5 F i g.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Optischer Abtaster für Strichmarken-Code-Felder auf abgetasteten Gegenständen mit beliebiger Abtastlage, mit einem schmalen, rechteckigen Abtastfenster, an dem die Gegenstände vorbeigeführt werden, einer Quelle für einen scharf gebündelten Lichtstrahl, einem ersten und einem zweiten Ablenkorgan zur Umlenkung des Lichtstrahls in zwei Richtungen innerhalb des Abtastfensters, wobei diese beiden Ablenkorgane schwingungsfähig ausgebildet sind und mit je einer zweier unterschiedlicher Schwiiigungsfrequenzen betrieben werden, dadurch gekennzeichnet, daß eine Frequenz- und Phasensteuerung (100) vorgesehen ist, die die beiden Schwingungsfrequenzen bei fest vorgegebenem Frequenzverhältnis in fest vorgegebener Phasenlage zueinander hält, wobei der abgelenkte Lichtstrahl innerhalb des Abtastfensters (35) ein Abtastmuster (30) verschachtelter X beschreibt.

2. Optischer Abtaster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Frequenzverhältnis der beiden Schwingungsfrequenzen 1: 5V₃ ist.

3. Optischer Abtaster nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Frequenzverhältnis der beiden Schwingungsfrequenzen 600 Hz: 3,2 kHz ist

4. Optischer Abtaster nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz- und Phasensteuerung (100) in ihren wesentlichen Teilen als digitale Schaltungsanordnung mit frequenzteilenden Flipflops und Zählern, monostabilen Kippgliedern, UND- und ODER-Gliedern sowie einem ein binäres Phasenabweichungssignal bildenden Phasendiskriminator (122) ausgebildet ist.

5. Optischer Abtaster nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der beiden Ablenkorgane (20, 25) Wandler (23, 27) aufweist, mit deren Hilfe aus den Ablenkorganschwingungen je ein Signal ableitbar ist, das der Schwingung des zugehörigen Organs proportional ist, und daß die damit gebildeten Schwingungssignale dem Phasendiskriminator (122) zugeführt werden, der daraus erforderlichenfalls eines zweier Steuersignale (Zunahme/Abnahme) für die Erhöhung oder Absenkung der Schwingungsfrequenz (3,2 kHz) des einen der beiden Ablenkorgane (25) ableitet.

6. Optischer Abtaster nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz- und Phasensteuerung (100) eine Vorkehrung (monostabiles Kippglied 108) aufweist zur Begrenzung der jeweiligen Frequenzerhöhungs- oder -absenkungsperiode auf einen Zeitwert, der gegenüber den Schwingungsperioden (1/6COHz, 1/3,2 kHz) der beiden Ablenkorgane (20, 25) relativ sehr kurz (300 Mikrosekunden) ist.

7. Optischer Abtaster nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Amplitudensteuerung für jedes der beiden Ablenkorgane (20, 25) vorgesehen ist, mit deren Hilfe die jeweilige maximale Auslenkung des Lichtttrahls in den beiden gegebenen Ablenkrichtungen feststellbar und aufgrund dabei gewonnener Signale die Lichtstrahlablenkung in den beiden Richtungen auf je eine vorgegebene maximale Amplitude einreeelbar ist.

8. Optischer Abtaster nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei zum Abtastfenster (35) im wesentlichen senkrecht stehende Seitenspiegel (41, 42) vorgesehen sind, mit deren Hilfe die verdichteten, umkehrenden Teile (31, 32) des Lichtstrahls (11) unter Erzeugung zusätzlicher Abtastlinien (34) in das Abtastfenster (35) hineinfaltbar sind.