считыватель штриховых кодов

Формула изобретения

1. Считыватель штриховых кодов, содержащий осветительные элементы, оптическую систему, включающую объектив, многоэлементный линейный фотоприемник и блок обработки видеосигнала, отличающийся тем, что осветительные элементы размещены в плоскости, проходящей через оптическую ось объектива, перпендикулярной к поверхности многоэлементного фотоприемника и пересекающей все элементы последнего и осветительные элементы по их центрам симметрии, и расположены попарно симметрично относительно оптической оси и вне конуса поля зрения объектива, а в оптическую систему дополнительно введена цилиндрическая линза, установленная между осветительными элементами и штриховым кодом, при этом образующая цилиндрической линзы параллельна многоэлементному фотоприемнику, а вдоль образующей цилиндрической линзы выполнено сквозное щелевое отверстие, длина и ширина которого превышает длину и ширину изображения многоэлементного фотоприемника, спроецированного объективом на цилиндрическую линзу.

2. Считыватель по п. 1, отличающийся тем, что осветительные элементы расположены в пространстве между объективом и фокальной плоскостью цилиндрической линзы, причем ближайшая к объективу пара осветительных элементов максимально приближена к оптической оси объектива, а другие пары осветительных элементов по мере их удаления от оптической оси объектива смещены в направлении к цилиндрической линзе тем ближе к ней, чем больше это удаление от оптической оси объектива.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к оптикоэлектронной технике и может быть использовано в системах идентификации продукции, маркируемой штриховыми кодами, в торговле, промышленности, связи, на транспорте, в банковском деле и других областях народного хозяйства.

Известен считыватель штриховых кодов [1] содержащий устройство оптической передачи и распределения сигнала, которое состоит из расположенного соосно с оптической осью оптического передающего устройства призматического рефлектора, а также по меньшей мере двух оптических принимающих устройств, связанных с рефлектором. Оптический рефлектор имеет по меньшей мере две отражательные поверхности для измерения отражательной способности, имеющие жидкокристаллическую структуру. Отражатель расположен неподвижно вдоль оптической оси передающего устройства. Данное устройство достаточно громоздко и обладает сложной конструкцией.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является считыватель штриховых кодов [2] состоящий из осветителя на базе нескольких светодиодов, оптической системы и многоэлементного самосканирующего фотоприемника.

К недостаткам этого считывателя следует отнести высокое энергопотребление источника света, а также низкую надежность считывания штриховых кодов, нанесенных на искривленные поверхности (например на консервные банки, тюбики и т.п.), что связано с существенной неравномерностью освещения по всей ширине кода.

Задачей изобретения является повышение надежности считывания штриховых кодов как с плоских, так и с цилиндрических носителей, а также уменьшение энергопотребления системы считывания, что особенно важно для автономных считывающих устройств.

Поставленные задачи решаются за счет конструкции оптической системы считывания, обеспечивающей эффективное использование источника света и формирование светового пучка с протяженной областью равномерной освещенности в направлении, перпендикулярном плоскости штрихового кода.

Считыватель штриховых кодов содержит осветительные элементы, оптическую систему, многоэлементный фотоприемник, блок обработки видеосигнала, причем в оптическую систему введена цилиндрическая линза, образующая которой параллельна плоскости линейного фотоприемника, осветительные элементы размещены в плоскости, проходящей через центральную оптическую ось, параллельную образующей цилиндрической линзы, вне конуса поля зрения объектива симметрично относительно оптической оси, причем два из них на расстоянии, превышающем диаметр входного зрачка объектива оптической системы, а остальные расположены также симметрично относительно оптической оси и смещены вдоль образующей цилиндрической линзы к ее краям вне конуса поля зрения объектива и располагаются между первыми осветительными элементами и передней фокальной плоскостью цилиндрической линзы, кроме того, вдоль образующей цилиндрической линзы выполнено сквозное щелевое отверстие, длина и ширина которого превышает длину и ширину штрихового кода, спроецированного оптической системой на цилиндрическую линзу.

На фиг. 1 изображен считыватель штриховых кодов (вид сверху); на фиг. 2 представлена другая проекция считывания (вид сбоку).

Предложенный считыватель штриховых кодов содержит многоэлементный линейный фотоприемник 1, объектив 2, осветители 3, 4, 5, цилиндрическую линзу 6, носитель штрихового кода 7, корпус 8, блок обработки сигнала 9, кабель 10.

Считыватель выполнен следующим образом.

Многоэлементный линейный фотоприемник 1 через оптическую систему, состоящую из объектива 2 и цилиндрической линзы 6, принимает оптический сигнал от штрихового кода, нанесенного на носитель 7, который освещается светодиодами 3, 4 и 5 через цилиндрическую линзу 6. Цилиндрическая линза расположена так, что ее образующая параллельна многоэлементному линейному фотоприемнику и содержит в своей центральной части сквозное щелевое отверстие, длина которого превышает максимальную длину считываемого кода, спроецированного оптической системой на цилиндрическую линзу. Ширина данного отверстия выбирается из условия максимальной передачи отраженного от штрихового кода света через оптическую систему к фотоприемнику. С учетом малых размеров линейного фотоприемника в поперечном направлении и диаметром входного зрачка объектива ширина отверстия составляет 10-15% от всей ширины цилиндрической линзы, которая в свою очередь определяется из условия максимального сбора расходящихся потоков света от светодиодов 3, 4 и 5. Светодиоды 3 расположены вблизи оптической оси системы, причем расстояние от каждого диода до оптической оси превышает половину входного зрачка объектива 2, так что светодиоды не попадают в его поле зрения. Все светодиоды групп 3, 4 и 5, а также сквозное щелевое отверстие цилиндрической линзы 6 расположены в плоскости оптической оси и фотоприемника. Светодиоды 4 и 5 удалены от оптической оси к краям цилиндрической линзы, приближены к ней по сравнению со светодиодами 3, и также не попадают в поле зрения объектива. Необходимым условием эффективной работы системы является выбор расстояния от ближайших светодиодов до цилиндрической линзы более двух фокусных расстояний последней.

Считыватель штриховых кодов заключен в светонепроницаемый корпус 8, содержащий сквозное отвеpстие, параллельное сквозному щелевому отверстию цилиндрической линзы 6. Края сквозного отверстия корпуса 8 удалены от цилиндрической линзы в направлении оптической оси на расстояние, равное фокусному расстоянию цилиндрической линзы 6 или чуть меньше его. Длина сквозного отверстия корпуса 8 превышает максимальный размер считываемого штрихового кода. Сигнал из считывателя штрихового кода к блоку обработки сигнала и расположения кода 9 передается по кабелю 10.

Устройство действует следующим образом.

Расходящиеся в поперечном по отношению к цилиндрической линзе потоки излучения светодиодов 3, 4 и 5 собираются цилиндрической линзой 6 и фокусируются ею в узкую яркую светящуюся полоску, ширина которой превышает либо равна проекции поперечного размера фотоприемника через объектив 2 на штриховой код 7. Относительная равномерность в сформированной полоске света достигается за счет выбора светодиодов с близкими параметрами светоизлучения, а также за счет соответствующих расстояний между светодиодами 3, 4 и 5 в продольном по отношению к цилиндрической линзе направлении. Равномерность освещения в полоске в продольном направлении обусловлена сравнительно большими расстояниями от светодиодов до носителя штрихового кода, а также тем, что цилиндрическая линза в продольном направлении ведет себя как обычная плоскопараллельная система. Отметим также, что часть светового потока от светодиодов попадает на штриховой код через отверстие в цилиндрической линзе.

Пример. В качестве многоэлементного линейного фотоприемника 1 использован прибор К 1200 ЦЛ6, имеющий 2000 элементов расположения размером 13 х 13 мкм² каждый. Объектив 2 с фокусным расстоянием 32 мм и диаметром входного зрачка 8 мм расположен на расстоянии 43 мм от прибора К 1200 ЦЛ6. Расстояние от объектива до носителя штрихового кода составляет 112 мм, коэффициент уменьшения изображения штрихового кода в плоскости фотоприемника 2,6.

Светодиоды группы 3 удалены от оптической оси на 9 мм и от цилиндрической линзы на 90 мм каждый, а светодиоды группы 5 соответственно на 26 и 75 мм.

В предлагаемой конструкции светодиоды группы 4 не использовались. Угол излучения всех светодиодов составляет 10^o.

Цилиндрическая линза с фокусным расстоянием 20 мм расположена на расстоянии 18 мм от выходного отверстия корпуса 8. Длина цилиндрической линзы 65 мм, щелевое отверстие в ней имеет размер 50 х 2 мм². Средний рабочий ток светодиодов составляет 5 мА, а энергопотребление всего осветителя не более 50 мВт, что в несколько раз меньше, чем у прототипа. Использование цилиндрической линзы дает выигрыш величине сигнала фотоприемника более 400%

Допустимое отклонение краев носителя штрихового кода 7 от краев корпуса 8 не менее 10 мм.

Неравномерность амплитуды выходного сигнала многоэлементного фотоприемника по всему полю зрения не превышает 20%