DE2431973C3

DE2431973C3 - Optischer abtaster

Info

Publication number: DE2431973C3
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: 1977-05-05
Also published as: CA1051553A; GB1464982A; FR2238972B1; FR2238972A1; IT1014625B; JPS5040142A; DE2431973A1; USB382783I5; DE2431973B2; JPS5330617B2; US3919527A

Description

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Spiegel mittels elektrischer Antriebseinrichtungen mit nach Art Lissajous'scher Figuren können, aber müssen unterschiedlichen Frequenzen um zwei in der Spiegel- nicht innerhalb des Abtastfensters li>enutzt werden, ebene liegende und senkrecht aufeinander stehende wobei dies jedoch von der Art der abzutastenden Code-Achsen schwenkbar und um eine auf beiden Achsen felder abhängt Wünschenswert sind horizontale Absenkrecht stehende dritte Achse dreh-oder schwenkbar 5 tastungen zur Abtastung kurzer oder segmentierter ist. Auch ist nach dieser Schrift der Betrieb in den Felder. Die Umkehrstellen der Lissajous'schen Muster beiden Abtastrichtungen mit erheblich verschiedenen sind trotz ihrer Nichtlinearität zur Ausführung hori-Frequenzen und eine magnetische Spiegelbewegung zontaler Abtastungen benutzbar. beschrieben. Mit einem solchen einfachen System ist Damit werden Abtastlücken vermieden, die z. B. •»''.och tsoch nicht ohne erfinderisches Zutun eine io bei den Lösungen nach den US-PS 37 18 761 und Erzeugung störungsfreier JT-Muster durchführbar, die 37 28 677 auftreten können. Unter Hereinbringung der mit Sicherheit den gesamten Bereich des vorgesehenen Endbereiche der Lissajous'schen Figuren in das Abschmalen Fensters bestreichen und damit einen dar- tastfenster lassen sich senkrechte Abtastungen in der über geführten Gegenstand und dessen Strichcodierung Mitte des Abtastfensters erzielen. Diese senkrechten unbedingt und fehlerfrei auswertbar erfassen. i₅ Abtastungen sind sehr nützlich bei der Abtastung der

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Codefelder unter ungünstigen Lagebedingungen.

Schaffung eines dem Stande der Technik gegenüber Bei der vorliegenden Erfindung ist die Einhakung

verbesserten Abtasters fur beliebige Abtastlage der der Frequenz- und Phasenbedingungen sehr kritisch,

abzutastenden Markierungsfelder unter Beachtung der oj_e Spiegel schwingen mit Resonanzfrequenz. Dabei folgenden Gesichtspunkte: ₂₀ würde jede Frequenzabweichung die Anordnung

_c. ., . ~ , , ,. , instabil machen. Vorzugsweise wird ein dieitales

a) Abtastung von Stnchmarken-Codefeldern ohne _{F n2}_ _{und Phasens}5_uersystein verwendet Die Rucksich auf die Lage des jeweils abzutastenden _{meisten Frequenz}. ^ Phasensteuersysteme nach dem Fe des soll möglich sein, _{Stande der} _Jechjuk _{verwenden dn(J} kontinuierliche

b) hohe Stabilität und Genauigkeit, Frequenzveränderung, bis die verlangte Phasenbedin-

c) große Zuverlässigkeit und gunl erreicht ist. Bei Elchen Systemen ist unter kleinen

d) Einfachheit des Gerätes sollen gegeben sein. Freq\ienzverändeningen eine große Korrekturzeit er-

forderlich, um ein stabiles Verhalten zu erreichen. Ent-

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 sprechend der vorliegenden Erfindung ist eine relativ gekennzeichnet. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in 30 schnelle Frequenzveränderung möglich, wobei diese den Unteransprüchen beschrieben. kurzzeitig erfolgt und nicht gedehnt. Des weiteren wird

Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit der Ab- die Stabilität begünstigt durch Vorkehrung von Fretastung von Codefeldern, die beliebig am Abtast- quenzveränderungen nur geringer Häufigkeit; jede fenster vorbeilaufen. Das Af-Abtastmuster soll gleich- Frequenzveränderung wird nur während einer vorfönnig sein. Im Idealfalle schneiden sich die Abtast- 35 gegebenen Einstellperiode durchgeführt, linien mit der Längsachse des Abtastfensters unter Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den

45 bzw. 135°. Praktisch schneiden die Abtastlinien Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden dann eine Längs- und eine Horizontalachse durch die näher beschrieben. Es zeigt

Mitte des Abtastfensters unter 45 bzw. 135°; an den F i g. 1 eine perspektivische Ansicht des Abtasters

Rändern des Abtastfensters sind jedoch 55 bzw. 125° ^₀ nach der vorliegenden Erfindung, gegeben. Dies bei folgenden Bewegungsverhältnissen: F i g. 2 das Blockschaltbild eines gewählten Ausführungsbeispiels der Frequenz- und Phasensteuerung JvlJH = AhIAv- einschließlich der Amplitudensteuerung,

F i g. 3 ein allgemeiner dargestelltes Blockschalt-

Dabei sind / die Frequenz und A die Amplitude 45 bild der Frequenz- und Phasensteuerung gemäß der Abtastlinien. Die entsprechend der vorliegenden F i g. 2,

Erfindung gegebenen Fehler an den Fensterrändern F i g. 4 Wellenfonnen zur Erläuterung dei Phasenwerden durch Einführung eines Streckungsfaktors korrektur,

von 1,05 normalisiert: F i g. 5 Wellenformen zur Erläuterung der Impulse

50 hoher und niedriger Frequenz für einen Abtastzyklus,

AhJAv — 1,05 · fvlfn- F i g. 6 die perspektivische Teilansicht einer erwei

terten Ausführung der Erfindung,

Es möge ins Auge gefaßt werden, daß auch andere F i g. 7 eine Darstellung des Abtastmusters für die

Streckungs- oder Verdichtungsfaktoren verwendet Ausführung gemäß F i g. 6, werden können zur Vergrößerung oder Verkleinerung 55 F i g. S ein typisches Stnchmarken-Codefeld und der Schnittwinkel; je nachdem, wie es für einen vor- F i g. 9 eine perspektivische Ansicht zur Illustra·

liegenden Anwendungsfall vorteilhaft ist. Im gege- tion der Anordnung des erfindungsgemäßen Abtasten benen Falle schneiden die Abtastlinien in der Mitte an einem Verkaufsstand.

unter 40 bzw. 140^; und unter 50 bzw. 130' an den In den Zeichnungen, speziell in Fig. 1. ist die \or

Rändern. womit sich eine Verteilung um die idealen 60 liegende Erfindung in Form eines Ausiuhrungsbei Schnittbedingungen von 45 bzw. 135" herum ergibt. spiels illustriert mit einer Laser-Lichtquelle 10, di< Bei der vorliegenden Erfindung ist das Verhältnis einen intensiven und dünnen Lichtstrahl 11 erzeugt der horizontalen zur vertikalen Schwingfrequenz Dieser Strahl wird einem Strahlexpander 15 mil eine: wichtie, um die Schnitt-.V in ihrer Kur.er.fonr. so Linse 16 zur Streuung des Strahls und mit einer Fokus linaer wie moelich zu machen. Damit werden die 65 sierlinse 17 zur Fokussierung des expandierten Strahl· uneenützten Bereiche der Abtastung und a^ch die und zur Richtung des Strahls auf einen Spiegel n de: Abtar.taeschv·. .ndiskeit reduziert. horizontalen A blenkorgans 2G zugeführt.

Die nichtlinearen Umkehrstellen der Abtastmuster Vom Spiegel 21 wird der Strahl zu:n Spiegel 26 de

senkrechten Ablenkorgans 25 reflektiert. Die Aus- liegen. Ein Längenverhältnis 1: 5^l/₃ hat sich als gedrücke horizontal und vertikal sind wie angegeben eignet für ein Abtastfenster der vorgegebenen Größe festgelegt; sie könnten jedoch auch umgekehrt ver- erwiesen. Die Abtastlinien sollten sich über der horiwendet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zontalen Achse des Abtastfensters möglichst senkrecht ;

zu verlassen. Eines der beiden Ablenkorgane, im Bei- 5 zueinander schneiden. Die horizontale und vertikale spiel das horizontale Ablenkorgan 20, wird mit einer Amplitudensteuerung hält diesen Schnittwinkel konniedrigeren Frequenz betrieben als das senkrechte stant, und die Frequenz- und Phasensteuerung sorgt Ablenkorgan 25. Die beiden Ablenkorgane 20 und 25 für gleichmäßigen Abstand zwischen den einzelnen X werden beide in Resonanz bei einem gegebenen Fre- und verhindert Störungen des Abtastmusters. Stö- | quenzverhältnis zueinander betrieben, wobei der io rungen des Abtastmusters würden Abtastausfälle und | Lichtstrahl, wie dargestellt, ein Muster von verschach- unrichtiges Lesen des Feldes 71 nach sich ziehen. f

telten X 30 in einem Abtastfenster 35 erzeugt. Die Amplituden-, Frequenz- und Phasensteuerung |

Der Strahl vom Laser 10 wird zuerst gestreut und 100 von Fi g. 1 ist in Einzelheiten in F i g. 2 dardann wieder fokussiert, um einen scharfen fokussierten gestellt. Die horizontalen und vertikalen Amplituden-Punkt im Abstand der großen Brennweite der Fo- 15 steuerkreise sind im wesentlichen identisch und steuern | kussierlinse 17 zu erzielen. Der maximale Ablenk- die horizontalen und vertikalen Amplituden durch | winkel der Ablenkorgane 20 und 25 bestimmt die Einstellung des Stromes, der seitens der Verstärker 106 | Brennweite. und 119 durch die Ablenkorgane 20 und 25 geschickt ;

Das horizontale Ablenkorgan 20 bewirkt die Dre- wird. Die Verstärker 106 und 119 werden durch die j hungrfles Strahles über die Länge des Fensters 35 und ao Spannungswerte auf den Leitungen 129 und 134 gedas vertikale Ablenkorgan 25 bewirkt das Bestreichen steuert. Diese Spannungen hängen von den Ladungen der Breite des Fensters 35. Die Kombination dieser der Kondensatoren Cl und C2 ab. Die Stromquellen rechtwinklig zueinander stehenden Ablenkungen bei 126 und 131 sind Quellen für positive Ströme und die vorgegebenem Frequenz- und Amplitudenverhältnis Stromquellen 127 und 132 solche für negative Ströme, läßt das verschachtelte .Y-Muster im Abtastfenster 35 as Die positiven Stromquellen 126 und 131 werden durch erscheinen. Das Abtastfenster 35 befindet sich in monostabile Kippglieder 125 und 130 eingeschaltet, einem Gehäuse 50 gemäß F i g. 9. Das Fenster 35 ist Die Kippschaltungen selbst werden wiederum durch als schmale rechteckige Blende innerhalb des Ge- Signale von den Photodetektoren 90 bzw. 95 angehäuses gegeben und durch Glas oder ein anderes stoßen. Wenn eine der positiven Stromquellen eingepassendes transparentes Material abgedeckt. 30 schaltet wird, beginnt sich der an sie angeschlossene

Entsprechend F i g. 9 wird ein Artikel 70 mit einem Kondensator zu laden, womit die seitens des parallel-Strichmarken-Codefeld 71 mittels eines Transport- geschalteten Pufferverstärkers 128 bzw. 133 abgebandes 51 zum Abtastfenster geführt. Der Bediener gebene Ausgangsspannung absinkt. Wenn die positive des Gerätes läßt den Artikel 70 mit dem Feld 71 nach Stromquelle ausgeschaltet wird, beginnt der zugehörige unten gekehrt über das Abtastfenster 35 hinweg- 35 Kondensator sich zu entladen, und die Spannung am passieren, bevor er den Artikel 70 in eine Tasche 55 Ausgang des parallelgeschalteten Pufferverstärkers fallen läßt. steigt an. Damit wird wiederum der Strom für das

Das Feld 71 ist ein Strichmarken-Codefeld ent- zugehörige Ablenkorgan verstärkt, sprechend F i g. 8. Das Feld 71 ist mit einer Vielzahl Die Ablenkorgane 20 und 25 werden mittels eines

von Strichmarken 72 bedruckt die gegenüber dem 4° als Taktgeber verwendeten Oszillators 101 gesteuert. Umfeld 73 weniger reflektierend sind. Beim Fahren Die Frequenz dieses Oszillators 101 hängt von der des Strahls über das Feld 71 wird er durch die Reflek- gewünschten Phasengenauigkeit ab; eine Korrektur tanzdifferenz zwischen Umfeld 73 und Strichmarken 72 wird nur dann durchgeführt, wenn der Phasenfehler moduliert. Das modulierte reflektierte Licht wird größer als ein Arbeitszyklus des Oszillators 101 wird, durch einen Photomultiplyer 80 gemäß F i g. 1 auf- 45 Das Grundprinzip der Frequenz- und Phasensteuerung gefangen, der das Licht in ein elektrisches Signal um- gemäß F i g. 2 kann anhand der F i g. 3 erläutert wandelt. Dieses elektrische Signal wird zu einer Aus- werden, die die digitale Frequenz- und Phasensteuerung Wertungseinrichtung 85 geleitet zwecks Gewinnung von in allgemeinerer Form darstellt Informationen, die durch die Strichmarken 72 ge- Entsprechend F i g. 3 hat der Taktgeber 201 eine

geben sind. 5« Frequenz Fc. Diese Frequenz Fc = (F2) (X) (Kl)

Das verschachtelte JT-Abtastmuster 30 kann das = (Fl) (Y) (Kl), wobei die Frequenz F2 entweder Feld 71 unabhängig von seiner Vorbeigleitlage ablesen. die höhere oder die niedrigere der beiden betrachteten Entsprechend F i g. 1 fallen die Endbereiche 31 und 32 Frequenzen ist Das gewählte Frequenzverhältnis des Abtastmusters 30 außerhalb des Fensters 35 und F1/F2 bestimmt die Werte von X und Y. Die Konwerden durch dieses ausgeblendet Photodetektoren 90 55 stante Kl hängt von der Phasengenauigkeit der ge- und 95 sind innerhalb des Gehäuses 50 neben dem samten Anordnung ab. Entsprechend F i g. 3 ist Fl Abtastfenster 35 angeordnet, um feststellen zu können, = Fc]YKl. Dies ist im Block 202 dargestellt Die wenn die vertikalen und horizontalen Amplituden der Frequenz Fl treibt die Einheit 220, die dem Ablenk-Strahlauslenkung außerhalb des vorgegebenen Abtast- organ 20 gemäß F i g. 1 und 2 entspricht Die Einheit musters 30 fallen. Die Signale von den Photodetek- 60 220 gibt ein Ausgangssignal mit der Frequenz Fl und toren90 und-95 werden der Amplituden-, Frequenz- einer Phasenverschiebung Ul ab. Diese Phäsenver- und Phasensteuerung 100 zugeleitet Schiebung ist nicht konstant und variiert von Einheit

Beim betrachteten Beispiel ist das Abtastfenster 35 zu Einheit.

ungefähr 180 mm lang und 33 mm breit. Die Ablenk- Die Frequenz F2 treibt die Einheit 225, die dem

organe 20 und 25 werden mit Frequenzen betrieben, 65 Ablenkorgan 25 gemäß F i g. 1 und 2 entspricht Die die ein verschachteltes ΛΓ-Muster zur ordnungsgemäßen Frequenz der Einheit 225 ist F2 + Φ2, wobei Φ1 die Abtastung des Feldes 71 ergeben. Die X dürfen dabei Phasenverschiebung gegenüber der Eingabefrequenz nicht zu weit auseinander oder zu eng beieinander F2 ist. Die Frequenzen können entweder phasengleich

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oder gegenphasig zueinander sein, je nach Anforderung b) Die Normalisierung der Ausgangsfrequenzen der an das Abtastmuster, das seinerseits vom Verhältnis angetriebenen Organe auf eine gemeinsame nieder Frequenzen Fl und F2 abhängt. Um eine starre drige Frequenz zur Erzielung einer niedrigen Phasenbeziehung mit vorgegebener konstanter Phasen- Fehlerkorrekturhäufigkeit.

Versetzung zu erzielen, können die monostabilen Kipp- 5 c) Ausgleich der Phasenverschiebungen mit Hilfe

glieder 221 oder 226 vorgesehen werden. Jeweils nur des schnellen Taktgebers 201 oder mit der Fre-

eines dieser beiden ist wirksam zu machen. Entspre- quenz Null.

chend F i g. 2 sind die beiden Frequenzen übrigens d) Begrenzung des Ausmaßes des Phasenverschieauch mit vorgegebenem Phasenversatz zueinander in bungsausgleichs während der einzelnen Ausfester Beziehung. io gleichsperioden.

Gemäß F i g. 3 wird der Phasenversatz mittels

eines Phasendetektors 229 durch Vergleich ermittelt. Entsprechend F i g. 2 ist die horizontale Schwing-

Um diesen Phasenvergleich zu erleichtern, werden die frequenz 600 Hz und die vertikale Schwingfrequenz

beiden zu vergleichenden Signalfrequenzen auf eine 3,2 kHz. Die Konstante Kl ist 1000, X ist 16 und

gemeinsame Frequenz durch die Blöcke 223 bzw. 15 Y ist 3. Die Frequenz des Taktgeber-Oszillators 101

228 normalisiert. Die normalisierte Frequenz ist ist 9,6 MHz. Die Horizontalfrequenz von 600 Hz FcJ(X) (Y) (Kl) (Kl). Die Konstante Kl ist eine ganze wird nach einer Halbierung der Oszillatorfrequenz Zahl, die die Fehlerabtasthäufigkeit des Phasendetek- von 9,6 MHz abgeleitet. Letzteres erfolgt im Flipflop tors 229 bestimmt. Bei einer großen Konstante Kl ist 102. Die Frequenz von 4,8 MHz wird weiterhalbiert die Abtasthäufigkeit für den Phasenvergleicher klein. 20 durch das Flipflop 103, wobei sich eine Frequenz von

Wenn das Ausgangssignal des Blocks 223 dem des 2,4 MHz ergibt. Diese wiederum wird geteilt durch

Blocks 288 nachhinkt, gibt der Phasendetektor 229 16 X 125 = 2000. Diese Teilung erfolgt durch einen

ein Signal »+Zunahme« über eine Leitung 230 ab. Zähler 104, an dessen Ausgang sich eine Frequenz von

Wenn das Ausgangssignal des Blocks 223 dagegen 1,2 kHz einstellt. Die Frequenz von 1,2 kHz wird

dem des Blocks 228 voreilt, gibt der Phasendetektor 25 durch das Flipflop 105 halbiert, wobei sich 600 Hz

229 ein Signal »+Abnahme« über eine Leitung 231 ergeben. Diese 600 Hz werden dem Verstärker 106 ab. Wenn die Ausgangssignale der Blöcke 223 und 228 zugeführt Das Ausgangssignai des Verstärkers 106 phasengleich sind, wird kein Ausgangssignal vom wird an die Magnetspulen 22 des Ablenkorgans 20 Detektor 229 abgegeben. Dann wird keine Korrektur angelegt. Die Spulen 22 liegen parallel und treiben bezüglich der Frequenz F2 durchgeführt. Der Block 30 den Spiegel 21 über ein geeignetes mechanisches 205 läuft mit der vom Block 203 über ein UND-Glied Übertragungssystem. (Solche Drehablenkorgane 20 239 abgegebenen Frequenz Fc/2. Das UND-Glied 239 und 25 sind übrigens in der US-PS 36 09 485 zu finwird dazu mittels der beiden Signale »+Zunahme« den.)

und »+Abnahme« von Invertern 236 und 237 durch- Während des Schwingens des Spiegels 21 werden

geschaltet. Der Ausgang des UND-Glieds 239 speist 35 durch in Reihe geschaltete Energiewandler 23 Signale

das ODER-Glied 240, dessen Ausgang seinerseits zu erzeugt. Diese sinusartigen Signale werden einem

einem Eingang eines UND-Glieds"204 führt. Dieses Umformer 111 zur Umformung in Rechteckwellen

wird dabei durch das Ausgangssignal des Inverters 236 zugeführt. Dessen Ausgangssignale gelangen zu einem

geöffnet. monostabilen Kippglied 136 zur Erzeugung von Im-

Wenn der Phasendetektor 229 über die Leitung 230 40 pulsen mit einer Länge von 78,1 Mikrosekunden. Die j ein Signal »+Zunahme« abgibt, wird ein UND-Glied Frequenz dieser Impulse wird dann durch den Zähler { 234 geöffnet, womit die Frequenz Fl verdoppelt wird. 112 normalisiert, der eine effektive Frequenzteilung Der Korrekturbetrag, der jeweils erfolgen kann, wird von 3 X 32 bewirkt. Das Ausgangssignal des Zählers f durch ein monostabiles Kippglied 233 begrenzt, das 112 wird dem Phasendiskriminator 122 zugeführt. , seinerseits durch ein Signal über ein ODER-Glied 232 45 In ähnlicher Weise schwingt der Spiegel 26 des Abangestoßen wird, dem die beiden Signale »+Zunahme« lenkorgans 25 mit Hilfe des Ausgangssignals des Ver- bzw. »+Abnahme« vom Phasendetektor 229 züge- stärkers 119, das den Schwingspulen 27 zugeführt führt werden. Das Ausgangssignal des UND-Glieds wird. Der Verstärker 119 empfängt ein Signal mit 234 gelangt zu einem UND-Glied 238, dessen anderem einer Frequenz von 3,2 kHz vom Flipfiop 118. Dieses Eingang das Signal vom Taktgeber 201 direkt züge- 50 Flipflop 118 halbiert die Ausgangsfrequenz des Zäh- , führt wird. Das Ausgangssignal des UND-Glieds 238 lers 117. Der Zähler 117 wird über ein UND-Glied 116 ! wird dem Block 205 über das ODER-Glied 240 und gespeist Der Zähler 117 teilt die zugeführte Frequenz das UND-Glied 204 zugeführt. Das UND-Glied 204 durch 3 X 125 = 375. Es herrscht somit ein Spiegel öffnet dabei mit Hilfe des Ausgangssignals vom In- frequenzverhältnis von 1: 5V₃- j verter236. Wenn die Frequenz Fl abgesenkt werden 55 Der Zähler 117 wird normalerwei» mit 2,4-MHz- soll, wird sie durch Zuführung eines Signals »+Ab- Signalen vom Ausgang des Flipflops 103 über ein nähme« zu einem UND-Glied 235 zu Null gemacht UND-Glied 113, ein ODER-Glied 115 und ein UND-Das Ausgangssignal des Inverters 236 sperrt dabei das Glied 116 gespeist Wenn jedoch Phasenverrchiebun- UND-Glied 204. Der Block 205 wird somit nicht mehr gen durch den Phasendiskriminator 122 erkannt angetrieben, weder vom Taktgeber 201 direkt, noch 60 werden, wird der Zähler 117 mit 4,8-MHz-Signalen über den Block 203. vom Ausgang des Flipflops 102 gespeist oder kurz-

Die Grundzüge der Frequenz- und Phasensteuerung zeitig angehalten; das letzte bedeutet Speisung mit der

sind dabei die folgenden: Frequenz 0 MHz. Die Auswahl der Frequenzerhöhung

oder Absenkung auf 0 erfolgt je nach der Notwendig-

a) Die Verwendung eines relativ schnellen Takt« 65 keit einer Frequenzerhöhung oder Frequenzerniedrigebers, wobei Frcqueazteilerkreise (in Form von gung zur Erzielung von Phasengleichheit Flipflops und Zählern) die Verwendung eines Der Spiegel 26 schwingt mit dem Ausgangssignal solchen schnellen Taktgebers möglich machen. des Verstärkers 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 17.1 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 X 32 teilt. Das Ausgangssignal des entspricht, und der untere Eingang ein solches, das B

Zählers 121 wird dem anderen Eingang d~s 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-

Iern 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, clili von der Drehgeschwindigkeit mit dessen Hilfe das UND-Glied 114 die Frequenz

und nicht von der Drehstellung abhängen. Geschwin- 4,8 MHz 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 monostabiles Kipp- 15 raumes, während dessen das UND-Glied 109 einge-

glied, wie z. B. das monostabile Kippglied226 gemäß schaltet ist. Dieser Zeitraum ist in D gemäß Fig. 4

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

benen konstanten Phiasenversetzung von 90⁰C. solche Korrektur die Signale gemäß A und B noch

Wenn der Phasenunterschied größer werden muß, nicht in Phase bringt. Mit mehreren aufein indererzeugt der Phasendiskriminator 122 ein Ausgangs- ₂o 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- 35 jedem 30. Abtastzyklus erfolgen. Wenn die beiden Glieds 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 trägt dabei 0,5° 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 Kormkturfenster zu signal des UND-Glieds 109 dient zur Steuerung eines erzeugen durch Division des Ausgangssignals des UND-Glieds 113, welches die normale Frequenz von 35 Umformers 120 durch 32 und Anlegung des sich dabei 2,4 MHz vom Flipflop 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 erzeugen. 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 ■Normalisierungsiredurchlässig sein soll. quenz von 6,25 Hz. Das gebildete Korrekturfenster

Wenn beide Eingänge des UND-Glieds 109 einge- begrenzte die Korrekturimpulse auf 312 Mikrosekunschaltet 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 vom Flipflop 102 Normalerweise ist das Abtastmuster 30 gemäß zum Zähler 117 durch. Das UND-Glied 116 muß F i g. 1 ausreichend, ein Feld 71 gemäß F i g. 8 abdabei auch durchlässig sein bei gesperrtem UND- zutasten. Die umwendenden Teile 33 des Abtast-Glied 110. Der Diskriminator 122 gibt nie gleichzeitig musters 30 gemäß F i g. 1 ermöglichen im Effekt zwei Signale über die beiden Leitungen 123 und 124. 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 F i g. 8 dargestellten,
gangssignal des UND-Glieds 110 das UND-Glied 116, Gelegentlich ist es erwünscht, das gesamte Abtast- und der Zähler wird während einer Periode von muster zur Abtastung codierter Felder zu benutzen. 300 Mikrosekunden nicht weitergeschaltet. 55 Wenn das gesamte Muster verwendet werden soll, isl

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 Verlaul

WeTIenformen A und B in F i g. 5 dargestellt. Der der Abtastlinienteile 31 und 32 zu steil ist. Diese;

Wandler 28 erzeugt dementsprechend 5 Va Simiswellen 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 um

wellen entsprechend D und E 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

Ein Abtastzyklus entspricht beim verwendeten Beispiel sehen, wobei die Photodetcktoren 90 und 95 in eine

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 fensters gelegenen Teile des Abtastmusters ampli

Wellenform C zeigt das Ausgangssignal des mono- tudenmäßig abfühlen können. Das sich ergebend

stabilen Kippglieds 136. In einem Zyklus von 30 Ab- Abtastmuster 30' ist in F i g. 7 dargestellt. Die nac]

außen fallenden Teile des Abtastmusters erscheinen im wesentlichen als senkrechte Linien 34 in der Nähe 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 siebenm; so groß ist wie die vertikale Amplitude. Dieses Must« ist leicht zu erzeugen und benötigt eine geringei Detektorbandbreite als das Abtastmuster 30 gemä 5 Fig.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

η ■■ u 8- Optischer Abtaster nach einem der vorge- Patentanspruche: nannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

1. Optischer Abtaster für Strichmarken-Code- zwei zum Abtastfenster (35) im wesentlichen senkfeider auf abgetasteten Gegenständen mit beliebiger recht stehende Seitenspiegel (41, 42) vorgesehen Abtastlage, mit einem schmalen, rechteckigen Ab- 5 sind, mit deren Hilfe die verdichteten, umkehrenden tastfenster, an dem die Gegenstände vorbeigeführt Teile (31, 32) des Lichtstrahls (11) unter Erzeugung werden, einer Quelle für einen scharf gebündelten zusätzlicher Abtastlinien (34) in das Abtastfenster Lichtstrahl, einem ersten und einem zweiten Ab- (35) hineinfaltbar sind.

lenkorgan zur Umlenkung des Lichtstrahls in zwei
Richtungen innerhalb des Abtastfensters, wobei 10

diese beiden Ablenkorgane schwingungsfähig aus-

gebildet sind und mit je einer zweier unterschiedlicher Schwingungsfrequenzen betrieben werden,
dadurch gekennzeichnet, daß eine

Frequenz- und Phasensteuerung (100) vorgesehen 15 Die Erfindung betrifft einen optischen Abtaster für

ist, die die beiden Schwingungsfrequenzen bei fest Strichmarken-Codefelüer mit beliebiger Abtastlage

vorgegebenem Frequenzverhältnis in fest vorge- entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

gebener Phasenlage zueinander hält, wobei der Ein solcher Abiaster ist für die Abtastung beliebig

abgelenkte Lichtstrahl innerhalb des Abtastfensters angeordneter Strichmarken-Codefelder geeignet, die

(35) ein Abtastmuster (30) verschachtelter X be- ao z. B. auf durch Kunden entnehmbaren Gegenständen

schreibt. zwecks Erfassung an einer Kasse angebracht sind. Der

2. Optischer Abtaster nach Anspruch 1, dadurch Kassierer hat lediglich die Gegenstände vor einem gekennzeichnet, daß das Frequenzverhältnis der Abtastfenster hindurchzulassen, wobei er sicherstellen beiden Schwingungsfrequenzen 1: 5V₃ ist. muß, daß das Feld mit dem Strichmarkencode am

3. Optischer Abtaster nach einem der vorgenann- 25 Abtastfenster vorbeiläuft. Ausgenommen bei gewissen ten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das kleinen Gegenständen ist nur eine geringe Sorgfalt Frequenzverhältnis der beiden Schwingungsfre- bezüglich der Ausrichtung der zu erfassenden Gegenquenzen 600 Hz: 3,2 kHz ist. stände beim Vorbeilaufenlassen am Abtastfenster

4. Optischer Abtaster nach einem der vorgenann- erforderlich. Abtasteinrichtungen für beliebige Abtastten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die 30 lage, wie sie z. B. in den US-PS 37 18 761 und 37 28 677 Frequenz- und Phasensteuerung (100) in ihren beschrieben wurden, sind nicht besonders für solche wesentlichen Teilen als digitale Schaltungsanord- Fälle geeignet, bei denen der Bediener die Gegenstände nung mit frequenzteilenden Flipflops und Zählern, am Abtastfenster vorbeilaufen läßt, weil entsprechend monostabilen Kippgliedern, UND- und ODER- den vorgenannten Patenten quadratische Abtastfenster Gliedern sowie einem ein binäres Phasenabwei- 35 und nicht schmale rechteckige Fenster verwendet chungssignal bildenden Phasenciiskriminator (122) werden. Ein quadratisches Fenster vorgegebener ausgebildet ist. Größe verlangt einen größeren Bedienungsgriffbereich

5. Optischer Abtaster nach Anspruch 4, dadurch und ist somit vom Bedienungsstandpunkt nicht so gekennzeichnet, daß jedes der beiden Ablenk- günstig wie ein schmales rechteckiges Fenster. Ein organe (20, 25) Wandler (23, 27) aufweist, mit 40 schmales rechteckiges Fenster jedoch verlangt mehrderen Hilfe aus den Ablenkorganschwingungen je fache Jf-Muster, um ein Codefeld ordnungsgemäß abein Signal ableitbar ist, das der Schwingung des tasten zu können. Sinusartige Lichtlinien bieten einen zugehörigen Organs proportional ist, und daß die erheblichen Vorteil bezüglich der Sicherheit dadurch, damit gebildeten Schwingungssignale dem Phasen- daß die eine vorgegebene Blende durchdringende diskriminator (122) zugeführt werden, der daraus 45 Energie klein gehalten werden kann. Sinusartige Lichterforderlichenfalls eines zweier Steuersignale (Zu- muster bringen andererseits Linearitätsprobleme mit nähme/Abnahme) für die Erhöhung oder Absen- sich, die gelöst werden müssen.

kung der Schwingungsfrequenz (3,2 kHz) des einen Die Verwendung zweier schwingender Spiegel zur

der beiden Ablenkorgane (25) ableitet. Erzeugung von sinuswellenartigen Lichtmustern ist

6. Optischer Abtaster nach Anspruch 5, dadurch 50 entsprechend den US-PS 17 56 232, 19 51 666 und gekennzeichnet, daß die Frequenz- und Phasen- 34 37 393 bekannt. Keines dieser Patente nennt jedoch steuerung (100) eine Vorkehrung (monostabiles die Erzeugung von störungsfreien ^-Mustern, die Ab-Kippglied 108) aufweist zur Begrenzung der jewei- tastlücken ausschließen. Die eben genannten Patentligen Frequenzerhöhungs- oder -absenkungsperiode Schriften behandeln keine Abtaster für beliebige Abauf einen Zeitwert, der gegenüber den Schwin- 55 tastlage.

gungsperioden (1/6C0 Hz, 1/3,2 kHz) der beiden Die DT-AS 22 08 459 beschreibt eine optische Ab-

Ablenkorgane (20, 25) relativ sehr kurz (300 Mi- tasteinrichtung für mit Codestrichmarkierungen oder

krosekunden) ist. dergleichen versehene Aufzeichnungsträger, vorzugs-

7. Optischer Abtaster nach einem der vorge- weise Warenetiketten, bei der mittels eines drehbaren nannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß 60 Spiegels ein von einer Lichtquelle ausgehender kohäeine Amplitudensteuerung für jedes der beiden renter Abtaststrahl auf den auszuwertenden Aufzeich-Ablenkorgane (20, 25) vorgesehen ist, mit deren nungsträger abgelenkt und die reflektierte Strahlung Hilfe die jeweilige maximale Auslenkung des Licht- gebündelt einer Fotodiode zur Umwandlung in elekstrahls in den beiden gegebenen Ablenkrichtungen trische Signale zugeführt wird, die dadurch gekennfeststellbar und aufgrund dabei gewonnener Signale 65 zeichnet ist, daß zur Ausrichtung des Abtaststrahles die Lichtstrahlablenkung in den beiden Richtungen auf die Codestrichmarkierungen eines unausgerichtet auf je eine vorgegebene maximale Amplitude ein- über einer, begrenzten Abtastbereich geführten Aufregelbar ist. Zeichnungsträgers der den Abtaststrahl ablenkende