ES2262068T3 - Lector de codigos opticos. - Google Patents

Abstract

Escáner (1), en especial para detectar códigos unidimensionales y/o bidimensionales, que comprende una óptica receptora, que proyecta la imagen de una línea (5) de lectura sobre una disposición lineal de varios fotorreceptores, y un dispositivo de iluminación anamorfótico, con el que se ilumina linealmente toda la línea de lectura con varias fuentes (12, 12¿, 12¿) luminosas sensiblemente puntiformes dispuestas unas junto a otras en una línea, caracterizado porque el dispositivo de iluminación se compone de un sistema de reproducción de, al menos, dos escalones, que presenta, en la proximidad de cada fuente luminosa, una lente (13, 13¿, 13¿) convexa tórica de distancia focal corta para la formación de la radiación en el plano meridional y, a continuación, una óptica (14) cilíndrica refractiva común de distancia focal larga, que actúa en el plano sagital.

Description

Lector de códigos ópticos.

El invento se refiere a un escáner, en especial, para detectar un código unidimensional y/o bidimensional con una óptico receptora, que proyecta la imagen de una línea de lectura sobre una disposición en forma de línea de varios fotorreceptores, y a una disposición de iluminación, con la que se ilumina linealmente toda la línea de lectura.

Dichos escáneres conocidos en el estado actual de la técnica, también llamados escáneres lineales, pueden identificar códigos unidimensionales, que se encuentren en la línea de lectura, sin que haya de tener lugar un movimiento relativo entre el escáner y el código.

Aunque si el código se pasase por delante del escáner mediante un movimiento de avance, el escáner también sería capaz de detectar también códigos bidimensionales debido al movimiento relativo.

Los escáneres, descritos según el principio operativo precedente, presentan, con frecuencia, el inconveniente de que sólo pueden identificar los códigos defectuosamente, incompletamente o en absoluto, a consecuencia de unas condiciones luminosas insuficientes, o bien, de insuficiente potencia de iluminación en la línea de lectura.

Incluso cuando se pudiese compensar una escasa potencia luminosa con un mayor tiempo de iluminación, tendría como consecuencia que se reduciría, por ello, la velocidad de lectura. Especialmente en la técnica de transporte, importante sector de aplicación de estos escáneres, resultan muy inconvenientes las influencias reductoras de la velocidad de lectura. Para obviar esta limitación, se iluminan los códigos, según el estado actual de la técnica, por medio de fuentes luminosas ricas en energía, por ejemplo, lámparas de vapor de sodio, diodos láser, o bien, muchos LED (diodos electroluminiscentes) difusamente irradiantes, lo que tiene, a su vez, como consecuencia un escáner caro y voluminoso, que causa además un elevado consumo de potencia eléctrica y un fuerte autocalentamiento.

Se conoce también por el documento WO 01/72028 un escáner óptico, que, para iluminar la línea de lectura, conforma en una línea de lectura la luz de varias fuentes luminosas con una lente cilíndrica. Por la utilización de una sola lente cilíndrica de distancia focal relativamente grande como elemento óptico configurador de rayos, no se concentra, sin embargo, sobre la línea de lectura una proporción relativamente grande de la luz emitida por las fuentes luminosas, lo que da lugar finalmente a una iluminación poco eficiente de la línea de lectura.

Se conoce además por el documento US 5.504.317 concentrar la luz de varias fuentes luminosas sobre una línea de lectura por medio de una lente cilíndrica. La disposición de iluminación se dispone, en este caso, relativamente cerca de la línea de lectura. Aunque para que esta óptica de iluminación no obstaculice la trayectoria de los rayos receptores, se orientan la óptica de iluminación y la óptica receptora formando un ángulo entre sí. Para compensar el paralaje, que se produce inevitablemente, por ello, entre la trayectoria de los rayos de iluminación y la de los rayos receptores, en especial, en el caso de distancia de lectura cambiante, es necesario no iluminar el plano de lectura linealmente, sino en forma de una superficie alargada. Con ello, la luz emitida por las fuentes luminosas se concentra no sólo sobre la línea de lectura, sino sobre una superficie de lectura, por lo cual disminuye mucho la eficacia de la disposición de iluminación.

Además, el concepto de "luz" no se limita sólo a la luz visible. Por "luz" se han entender los rayos electromagnéticos en general, es decir, la luz ultravioleta, la luz infrarroja así como la luz visible, que se puede emplear habitualmente para el funcionamiento de estos escáneres.

Se le plantea al invento el problema de aumentar la eficacia de la disposición de iluminación con medios ópticos de tal modo que, con pocas fuentes luminosas que se accionen con poca aplicación de energía, se genere una potencia luminosa suficientemente elevada para hacer posible la identificación segura del código en el menor tiempo posible.

Para resolver este problema, el invento prevé un escáner con una óptica receptora, que proyecte la imagen de una línea de lectura sobre una disposición lineal de varios fotorreceptores, y con una disposición de iluminación, con la cual se ilumine linealmente toda la línea de lectura con varias fuentes luminosas básicamente puntuales, dispuestas de forma yuxtapuesta en una línea, presentando la disposición de iluminación según el invento una óptica de iluminación anamorfótica para generar una línea luminosa lineal.

La ventaja de esta disposición de iluminación ingeniosa se ha de contemplar en que, por la utilización de la óptica de iluminación especial anamorfótica, la radiación emitida por las fuentes luminosas se concentra completamente, en gran parte, sólo en la línea de iluminación. La elevada potencia luminosa obtenible con ello en la línea luminosa no sólo permite un reducido tiempo de iluminación y, por consiguiente, de lectura de código, sino que eleva, al mismo tiempo, la distancia de la luz útil a la luz ambiente perturbadora.

Resulta ventajoso que la óptica de iluminación anamorfótica se componga de un sistema de enfoque de, al menos, dos escalones. Según el invento, se trata además de una lente convexa tórica de corta distancia focal en la proximidad inmediata de cada fuente luminosa individual para la formación de rayos en el plano meridional y, a una distancia mayor, una lente cilíndrica refractiva, de distancia focal larga, que detecte la radiación luminosa de todas las fuentes luminosas y que influya en la formación de rayos en el plano sagital. Resulta ventajoso que la lente convexa tórica de corta distancia focal presente un contorno no esférico en su sección meridional, porque se mejora, con ello, la razón de apertura y/o se puede aminorar la aberración esférica.

Resulta ventajoso además que la función de la segunda lente cilíndrica refractiva de larga distancia focal, que define la conducción común de los rayos para todas las fuentes luminosas en el plano sagital, sea producida por un espejo cilíndrico hueco de sección transversal redonda o parabólica. Gracias a esta medida, es posible, en especial en el caso de utilización de una sección transversal parabólica, ampliar la apertura ópticamente eficaz del espejo cilíndrico hueco con respecto a su distancia focal hasta un valor de por encima de 1:0,5, lo que representa una apertura numérica de más de 1.

Es posible, por consiguiente, concentrar sobre la línea luminosa una gran parte de la radiación emitida por todas las fuentes luminosas instaladas por medio de un sencillo componente óptico.

Resulta especialmente ventajoso que los componentes ópticos de la óptica de iluminación anamorfótica sean, al menos parcialmente, elementos ópticos difractivos o que se fabriquen como lentes de Fresnel con técnica de inyección o bien de estampado.

Una ventaja adicional del invento se ha de contemplar en que la longitud total de la línea luminosa se puede ajustar, en amplios límites, a la posición del objetivo en función de la posición del objetivo por medio del número y la densidad espacial de las fuentes luminosas junto con las lentes convexas tóricas de corta distancia focal.

Resulta adicionalmente ventajoso que, por medio de la densidad espacial de la fuentes luminosas junto con un dimensionado optimizado de las lentes convexas tóricas de corta distancia focal, se pueda definir el solape de las líneas parcialmente iluminadas, producido por las distintas fuentes luminosas, de modo que dicho solape presente en la línea de iluminación resultante de todas las fuentes luminosas una potencia luminosa sensiblemente homogénea en dirección longitudinal.

Una ventaja más de esta óptica de iluminación anamorfótica de dos escalones consiste en que se puede definir la anchura de la línea luminosa por medio de la escala de la imagen de la óptica cilíndrica, que actúa en el plano sagital. Gracias a ello, es posible ajustar óptimamente la línea luminosa a la anchura de la línea de lectura del escáner.

Una forma de realización especialmente preferida desde el punto de vista de la economía de la capacidad de fabricación se da cuando las distintas lentes convexas tóricas de corta distancia focal, subordinadas a las fuentes luminosas, se configuran de una pieza en el plano meridional como conjunto de lentes para la formación de los rayos. En este caso, se pueden ensamblar, por ejemplo, varios LED (diodos electroluminiscentes), que se hayan dispuesto en una línea a una distancia definida, por ejemplo, en una placa de circuitos impresos, en una etapa operativa con las lentes convexas tóricas de corta distancia focal.

A continuación, sl invento se explica, a modo de ejemplo, en relación con las figuras; en las que se muestra:

Figura 1 una vista esquemática en planta desde arriba sobre el escáner con la disposición de iluminación según el invento en disposición en V,

Figura 2 un alzado lateral del escáner según la figura 1,

Figura 3 una vista esquemática en planta desde arriba sobre un escáner con la disposición de iluminación según el invento en disposición coplanar,

Figura 4 un alzado lateral del escáner según la figura 3,

Figura 5 una sección a través de la óptica de iluminación anamorfótica en el plano meridional, y

Figura 6 una sección en el plano sagital a través de la óptica de iluminación anamorfótica.

Según la figura 1, el escáner 1 tiene una disposición lineal de varios fotorreceptores en una pieza 2 de carcasa. Esta disposición de fotorreceptores 3 se ha configurado como detector reductor local, en especial, como una línea de CCD (dispositivo de carga acoplado) o línea de CMOS (semiconductor metal-óxido complementario). Una óptica 4 receptora representada esquemáticamente, instalada asimismo en la pieza 2 de carcasa, proyecta una imagen de una línea 5 de lectura separada una distancia s de lectura del escáner sobre la superficie 6 de la disposición de fotorreceptores 3. Por consiguiente, se generará un código 7, compuesto de marcas de contraste remitentes de diferente potencia sobre las que diferentes fotorreceptores generan distintas corrientes fotoeléctricas, de modo que se pueda detectar la información existente en el código en una unidad evaluadora conectada aguas abajo.

Para que las diferentes corrientes fotoeléctricas provocadas sobre los distintos fotorreceptores puedan ser rápida y seguramente evaluadas, es necesario que exista una potencia luminosa lo más alta posible en la línea 5 de lectura. Para conseguirlo, se encuentran en otra pieza 8 de carcasa adicional varias fuentes luminosas básicamente puntuales, cuya radiaciones luminosas emitidas iluminan una línea 9 luminosa por medio de una óptica anamorfótica según el invento.

Tal como se muestra en el alzado lateral de la figura 2, la línea 5 de lectura y la línea 9 luminosa se solapan a la distancia s de lectura. Se consigue esto por que el eje 10 óptico de la óptica de iluminación y el eje 11 óptico de la óptica receptora formen un ángulo en el plano meridional. Si el escáner sólo se operase con esa disposición en V a una distancia s de lectura fijamente prefijada, entonces las piezas 2 y 8 de carcasa estrían firmemente unidas entre sí o bien constan de una sola carcasa común.

Aunque para poder ajustar distancias s de lectura de tamaño diferente entre el escáner y la línea 5 de lectura, se puede prever unir mecánicamente de forma ajustable en diversas posiciones angulares la carcasa 2 con la óptica de iluminación, así como la carcasa 8 con las fuentes luminosas y la óptica de iluminación anamorfótica según el invento.

Aunque, si la posición del objetivo no permitiese esa disposición en V, es posible asimismo, por ejemplo, disponer por medio de un espejo parcialmente transparente, no representado aquí, la iluminación y la recepción en un verdadera autocolimación.

En la figura 3, se ha representado una forma de realización preferida, en la cual la óptica de iluminación anamorfótica, instalada en la pieza 8 de la carcasa, se ha dispuesto coplanarmente con los fotorreceptores 3 y la óptica 4 receptora.

La ventaja de dicha disposición coplanar, en especial con diferentes distancias s de lectura, se ve claramente en el alzado lateral representado en la figura 4. Puesto que, en este caso, el eje 10 óptico de la óptica de iluminación del plano meridional queda en un mismo plano con el eje 11 óptico de la óptica receptora, existe una simetría de la línea 5 de lectura con la línea 9 de iluminación a lo largo de una gran distancia s de lectura.

En la figura 5, en una sección a través de la óptica de iluminación anamorfótica por el plano meridional, se pueden ver varias fuentes 12, 12', a 12^{n} luminosas básicamente puntiformes, en especial LED (diodos electroluminscentes), que se han dispuesto de forma mutuamente desplazada en forma de línea a la distancia a. La radiación emitida se enfoca, en cada caso, por medio de una lente 13, 13', a 13^{n} convexa tórica de corta distancia focal en el plano meridional, de modo que la trayectoria ulterior de la radiación presente en dicho plano nada más que un carácter ligeramente divergente. Es posible además fabricar de una pieza la multiplicidad de lentes 13, 13', a 13^{n} convexas tóricas con ayuda de un molde de inyección de plástico o como pieza prensada de vidrio para simplificar, con ello, el ajuste y el montaje de la óptica de iluminación. Tras una desviación de los rayos en un espejo 14 cilíndrico hueco, que se extiende sobre todas las fuentes 12, 12', a 12^{n} luminosas, se orientan todos los distintos haces 15 a 15^{n} de rayos parciales hacia la línea 9 luminosa. Por la divergencia de los distintos haces 15 a 15^{n} de rayos parciales por las lentes 13, 13', a 13^{n} convexas tóricas, se solapan en el plano de la línea 9 luminosa las líneas luminosas parciales de tal modo que, a pesar de la distribución de energía sensiblemente gaussiana de las líneas luminosas parciales, exista una línea 9 luminosa común con un desarrollo de energía aproximadamente homogéneo.

La figura 6 muestra, en sección transversal sagital de la óptica de iluminación anamorfótica, una fuente luminosa 12 puntiforme así como la sección transversal de la lente 13 convexa tórica en una dirección de corte formando ángulo recto en comparación con la figura 3. Se puede constatar que se trata además, en una primera aproximación, de un disco doblado de espesor central constante, cuyo poder refringente óptico es muy pequeño como consecuencia de ello. Por esta razón, la radiación de las fuentes luminosas incidirá sin modificaciones sensibles de dirección sobre la superficie del espejo 14 cilíndrico hueco. El espejo 14 cilíndrico hueco se ha dimensionado de tal modo que la radiación reflejada en él esté enfocada en este plano sagital sobre la línea 9 luminosa.

La anchura de la línea 9 luminosa generada en el foco es, por consiguiente, influenciable por medio de la distancia focal de la óptica cilíndrica, así como de las distancias focales de parte del objeto y de la imagen.

Cuando se elige una apertura numérica elevada, o sea, que el seno del semiángulo \alpha de apertura se acerca a 1, resulta ventajoso configurar la sección transversal circular del espejo 14 cilíndrico hueco con un contorno parabólico.

La función óptica del espejo 14 cilíndrico hueco se puede producir también con una lente cilíndrica continua planoconvexa, cóncavoconvexa o biconvexa. En este caso, la trayectoria de la radiación no experimenta retroceso de radiación alguno desde las fuentes 12, 12', a 12^{n} luminosas a la línea 9 luminosa, aunque, dado el caso, se amplía la longitud constructiva de la óptica de iluminación.

Claims (10)

1. Escáner (1), en especial para detectar códigos unidimensionales y/o bidimensionales, que comprende una óptica receptora, que proyecta la imagen de una línea (5) de lectura sobre una disposición lineal de varios fotorreceptores, y un dispositivo de iluminación anamorfótico, con el que se ilumina linealmente toda la línea de lectura con varias fuentes (12, 12', 12'') luminosas sensiblemente puntiformes dispuestas unas junto a otras en una línea, caracterizado porque el dispositivo de iluminación se compone de un sistema de reproducción de, al menos, dos escalones, que presenta, en la proximidad de cada fuente luminosa, una lente (13, 13', 13'') convexa tórica de distancia focal corta para la formación de la radiación en el plano meridional y, a continuación, una óptica (14) cilíndrica refractiva común de distancia focal larga, que actúa en el plano sagital.

2. Escáner según la reivindicación 1, caracterizado porque la óptica cilíndrica de distancia focal larga, que actúa en el plano sagital, se compone de un espejo cilíndrico hueco con sección transversal redonda o parabólica.

3. Escáner según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la óptica de iluminación anamorfótica presenta una apertura numérica elevada en el plano meridional y/o en el plano sagital.

4. Escáner según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque las lentes convexas tóricas de corta distancia focal de la óptica de iluminación anamorfótica presentan un contorno no
esférico en el plano meridional.

5. Escáner según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los componentes ópticos de la óptica de iluminación anamorfótica son, al menos parcialmente, elementos ópticos difractivos.

6. Escáner según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los elementos ópticos difractivos se han configurado como lentes de Fresnel.

7. Escáner según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se puede ajustar la longitud total de la línea luminosa por medio del número y la densidad espacial de las fuentes luminosas junto con las lentes convexas tóricas de distancia focal corta.

8. Escáner según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la densidad espacial de las fuentes luminosas junto con el dimensionado de las lentes convexas tóricas de distancia focal corta se elige de modo que la potencia luminosa en la dirección longitudinal de la línea luminosa sea distribuida más o menos homogéneamente.

9. Escáner según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se puede definir la anchura de la línea luminosa por medio de la escala de la imagen de la óptica cilíndrica, que actúa en el plano sagital.

10. Escáner según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la óptica de iluminación anamorfótica se ha configurado de una pieza en el plano meridional como conjunto ordenado de lentes.