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