Brevet FR2420793A1 — publié le 19791019

La présente invention concerne des systèmes d'exploration optique et plus spécialement des systèmes d'exploration optique conçus pour être utilisés dans un point de vente (PDV) où des étiquettes ou des fiches codées portées par des articles peuvent être lues automatiquement à un poste d'exploration. Un exemple d'un tel système d'exploration optique est décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique NO 4 018 504. La prolifération dans l'industrie de l'fpicerie de détail d'articles marqués à la source par les fabricants avec des étiquettes codées conformes au nouveau code "UNIVERSAL PRODUCT CODE" (Code universel des produits ou C.II.P.) très connu maintenant a stimulé la mise au point d'un appareil d'exploration optoélectronique capable d'explorer et de décoder efficacement des étiquettes du type C.II.P..La grande majorité oe ces tentatives reposait sur la technique du laser en ce qui concerne une source de rayonnement éclairante pour lire les étiquettes. Puisqu'un appareil d'exploration de ce type est destiné principalement aux installations dans les supermarchés et autres points de vente de l'épicerie au détail, de graves problèmes concernant la sécurité des consommateurs et du personnel de service qui sont maintenant exposés souvent au rayonnement du laser, se sont posés. Dans le cas du personnel de service, tel qu'un contrôleur dans un rayon d'alimentation, l'exposition au rayonnement produit par le laser d'un tel dispositif d'exploration serait continue pendant la durée de travail d'une équipe, répétée journellement pendant la durée de la semaine de travail. Evidemment, le succès commercial de ces systèmes d'exploration est lié directement à une réalisation qui produit une exploration efficace, fiable, tout en maintenant en même temps l'intensité du faisceau d'exploration à un faible niveau acceptable et sans danger. Par conséquent, la présente invention a pour objet un appareil d'exploration optique qui a toutes les caractéristiques de l'appareil d'exploration décrit dans le brevet des Etats Unis d'Amérique NO 4 018 504 précité, tout en crént des marges de sécurité encore plus grandes par rapport au flux de rayonnement laser (cohérent) émis par cet appareil. Ces avantages et d'autres sont atteints par la présente invention qui comprend une source de lumière telle qu'un laser dont le rayonnement est dirigé à travers une série d'organes de réglage sur un séparateur de faisceaux qui fractionne le faisceau incident en deux parties. Ces deux faisceaux sont chacun ré-fléchis par des miroirs sur les faces opposées d'un tambour tournant avec des faces réfléchissantes. Ce tambour tournant (ou pièce tournante) a été construit de façon que certaines de ces faces réfléchissantes soient inclinées en direction de l'axe de la pièce tournante et que d'autres faces s'écartent de cet axe (ou soient inclinées dans la direction opposée) en partant d'une arête de référence. Un autre groupe de faces est parallèle à l'axe de la pièce tournante. Lorsque cette pièce tourne ,la paire de faisceaux lumineux tombant sur les faces réfléchissantes de la pièce tournante sont réfléchis en retour, en formant des tracés de balayage qui tombent sur les surfaces d'une paire additionnelle de miroirs. Cette dernière paire de miroirs est inclinée afin de diriger les tracés de balayage de manière qu'ils tombent à l'intérieur du plan dans lequel les fentes de balayage sont ménagées. Grâce à un agencement approprié du système optique, on obtient un tracé de balayage avec plusieurs X. Du fait de l'inclinaison des faces de la pièce tournante, les branches de chacune des diverses lignes de balayage en forme d'X sont en fait constituées par une série de lignes de balayage parallèles qui sont espacées d'une distance calculée à partir du diamètre maximal de l'iris de l'oeil humain dans une population représentative. De cette manière, la quantité de lumière en provenance de la source lumineuse atteignant les yeux d'une personne à proximité de l'appareil d'exploration est nettement diminuée tout en maintenant l'exploration dans son intégralité. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels la figure 1 est un schéma en perspective représentant l'appareil d'exploration selon l'invention la figure 2 est une vue en plan représentant la nature de la pièce tournante selon l'invention ; et la figure 3 est une vue en plan d'un tracé typique d'exploration engendré par 1' appareil d'exploration selon 1' in- invention. En référence à la figure 1, la lumière émise par une source 10 capable d'emettre un faisceau de lumière 11 fortement collimaté, telle qu'un faisceau de laser, est dirigée à travers une combinaison d'une lentille convexe et d'une lentille concave, ou à partir d'une paire de lentilles convexes formant une paire 12 formatrice de faisceaux, qui change le diamètre du faisceau lumineux en l'agrandissant tout en le maintenant collimaté. Un miroir 13 dirige le faisceau lumineux élargi collimaté 12a à travers une lentille convexe 14 sur un séparateur 15 de faisceaux. La lentille 14 est choisie de manière à avoir une longueur focale déterminée par la longueur du chemin optique allant de la lentille 14 au plan dans lequel des fentes d'exploration 125-128 (figure 3) sont placées dans le but de faire converger les rayons lumineux dans le plan où se trouvent les fentes. Le séparateur de faisceaux 15 peut être un miroir à surface frontale partiellement transparente ou un cube séparateur de faisceaux avec une section transversale de forme carrée. Le faisceau lumineux 14a tombant sur le séparateur de faisceaux 15 est séparé en deux faisceaux 16 et 17 d'intensités à peu près égales. Le faisceau 16 est dirigé sur un miroir fixe 18 alors que le faisceau 17 est dirigé sur un autre miroir fixe 19. Les miroirs 18 et 19 sont placés à environ 1800 l'un de l' & tre dans la forme de réalisation préférée. Toutefois, des miroirs additionnels peuvent être incorporés à d'autres dispositions angulaires, en fonction de la réalisation des autres composants optiques. La pièce tournante 200 est un tronc de pyramide irrégulier dont les faces latérales sont pourvues de surfaces réfléchissantes 141, 142, 143, 144 et 145. Comme on le voit très bien sur la figure 1, la forme de la section transversale de la pièce tournante 200 peut être considérée comme obtenue à partir d'un pentagone régu Jier imaginaire. Chacune des faces de ce pentagone est fractionnée longitudinalement parallèlement à l'axe de rotation de la pièce tournante 200, formant ainsi une paire de surfaces réfléchissantes associées à chaque face du pentagone imaginaire ou, en tout, 10 surfaces réfléchissantes 141a, 141b, 142a, 142b, 143a, 143b, 144a, 144b, 145a et 145b. Le bord de chacune des surfaces réfléchissantes forme, avec le côté du pentagone imaginaire, un angle de 3,10 en viron dans la forme de réalisation préférée pour des motifs exposés ci-après. Ainsi, par exemple, l'angle entre les surfaces réfléchissantes 142a et 142b serait de 173,80 pour la valeur de 3,10 indiquée ci-dessus. Toutefois, ces angles ont été fortement exagérés sur la figure 3 du dessin annexé, en vue de faciliter la compréhension de la construction de la pièce tournante 200. Quatre des cinq paires 141-145 de surfaces réfléchissantes sont inclinées dans un sens ou dans le sens opposé par rapport à l'axe longitudinal de la pièce tournante 200 de la manière suivante : on considère d'abord la paire de surfaces 142a, 142b qui sont des plans parallèles par rapport à l'axe de rotation de la pièce tournante 200. Les deux surfaces adjacentes 143a, 143b sont inclinées vers l'intérieur à partir de la surface supérieure de la pièce tournante, de sorte que les arêtes infé rieurs 243a, 243b sont plus proches de l'axe de la pièce tournante 200 que les arêtes supérieures. Les deux surfaces 145a, 145b avec leurs arêtes inférieures représentées par 245a, 245b sont inclinées de façon semblable vers l'intérieur. La paire 141a, 14ib et la paire 144a, 144b sont inclinées vers l'extérieur : ceci signifie que les côtés inférieurs 246a, 246b et 244a, 244b respectivement, sont plus éloignés de l'axe de la pièce tournante 200 que les côtés supérieurs. Dans la forme de réalisation préférée, la valeur de la pente, vers l'intérieur ou ltextérieur, par rapport à un plan parallèle à l'axe de la pièce tournante, est de l'ordre de 0,41560 pour le motif décrit ci-après. On peut évidemment choisir d'autres valeurs pour les relations angulaires entre les surfaces et le degré d'inclinaison vers l'intérieur ou l'extérieur, en conformité avec la présente invention. Les rayons lumineux réfléchis par les surfaces des miroirs 18 et 19 tombent sur les surfaces réfléchissantes de la pièce tournante 200 et sont réfléchis en retour. lorsque la pièce tournante tourne (que ce soit dans le sens horloge comme représenté, ou le sens inverse d'horloge), un faisceau lumineux tombant sur une de ses surfaces sera réfléchi sous la forme d'un point mobile ou explorateur, dont la vitesse dépend de la vitesse angulaire de la pièce tournante. Les miroirs 23, 24, 31 et 32 sont inclinés par rap port à l'axe longitudinal de la pièce tournante 200,de sorte que lorsque cette dernière tourne, le lieu des faisceaux lumineux réfléchis par la pièce tournante décrira des lignes droites sur une surface plane comme celles de ces miroirs. Ces traces rectilignes sont ensuite réfléchie en fonction de 1' orientation angulaire des miroirs 23, 24, 31, 32 en direction d'un plan perpendiculaire à l'axe de la pièce tournante 200, dénommé ci aprèsplan de la fente d'exploration" qui est représenté sur la figure 3.En plaçant et en inclinant correctement les miroirs 23, 24, 31, 32, on peut amener chaque trace en ligne droite à en couper d'autres dans le plan de la fente d'exploration en formant ainsi un tracé avec plusieurs X avec un angle de 900 entre chaque branche de 1'X. Par conséquent, les traces lumineuses réfléchies par le miroir 24 couperont le plan de la fente d'exploration pour former,par exemple,une branche 128c d'un X. Au bout d'un certain temps déterminé par la vitesse de rotation de la pièce tournante 200, la trace lumineuse réfléchie par le miroir 23 coupera le plan de la fente d'exploration pour former la branche 125c d'un autre X. I1 est bien entendu que bien que le dessin indique manifestement, pour faciliter la compréhension, plusieurs lignes 125a, 125b, 125c, 128a, 128b et 128c formées en même temps par réflexion sur les traces provenant des divers miroirs 24, 23, chaque branche de chaque X est formée de façon séquentielle. I1 faut noter que les miroirs inclinés 24, 23, 31, 32 sont placés à écartements angulaires égaux par rapport à l'axe de la pièce tournante 200 le long de la circonférence d'un cercle imaginaire dont le centre coincide avec cet axe. Quand la pièce tournante 200 tourne et que le faisceau lumineux se déplace en travers de chacun des miroirs inclinés 23, 2t, 31, 32, ce faisceau lumineux est réfléchi par eux en direction des diverses fentes d'exploration. Etant donné l'orientation angulaire des quatre miroirs, le faisceau d'analyse projeté en direction des fentes d'exploration 125, 126, 127, 128 (figure 3) se déplacera suivant un lieu fermé. Dans la description ci-après, les désignations "gauche" et "droite" appliquées aux miroirs 24, 2, 31, 32 se rap portent à un point d'observation sur l'axe de la pièce tournante 200, en regardant le miroir correspondant. Par exemple, à un certain instant qui peut être choisi comme début du cycle d'exploration, le faisceau lumineux 19a est réfléchi par la surface 143a de la pièce tournante 200 et tombe sur le côté gauche du miroir 24. Lorsque la pièce 200 tourne dans le sens d'horloge, le faisceau 122 explore le miroir 24 de gauche à droite et est ensuite réfléchi en direction du plan d'exploration en formant la ligne 128c d'exploration. A un instant ultérieur, le faisceau 18a est réfléchi par la surface 145b en direction du miroir 23.Quand la pièce 200 tourne, le faisceau 121 balaie le miroir 23 de gauche à droite et est réfléchi en direction du plan d'exploration en formant ainsi une trace 125c. I1 faut noter qu'il y a, dans chaque branche d'exploration 125, 126, 127 et 128, trois traces de balayage distinctes formées par une trace médiane et deux traces parallèles de chaque côté de cette trace centrale. I1 est évident d'après la construction de la pièce tournante 200, que la trace médiane de chacune des branches est formée par la réflexion du faisceau lumineux en provenance de la source de lumière 10 par la surface réfléchissante de la pièce tournante 200 qui est parallèle à son axe, à savoir les surfaces 142 et 142b.Les traces qui sont les plus éloignées de l'axe de la pièce tournante 200 sont produites par les surfaces de la pièce 200 qui sont inclinées vers l'extérieur, à savoir les surfaces 141a, 141b t 144a, 144b. Par contre, les traces qui sont les plus proches de l'axe de la pièce tournante 122 sont produites par les surfaces réfléchissantes qui sont inclinées vers l'intérieur, à savoir les surfaces 143a, 143b et 145a, 145b. Comme on l'a indiqué ci-dessus, certaines des surfaces réfléchissantes de la pièce tournante 200 sont inclinées vers l'intérieur ou vers l'extérieur, par rapport à la verticale, d'un angle de l'ordre de 0,41560. Cette valeur a été choisie de façon que la distance entre deux lignes d'exploration quelconques dans une fente donnée soit en relation avec le diamètre maximal (environ 7 mm) de l'iris de l'homme et elle est aussi fonction de la distance entre les miroirs 23, 24, 31, 32 et le plan de la fente d'exploration.De cette manière, la dose de rayonnement atteignant l'oeil d'une personne placée à proximité de la zone d'exploration est nettement diminuée en garantissant ainsi un fonctionnement sans danger de l'appareil d'exploration Le tableau ci- près établit une corrélation entre la production des lignes d'exploration représentées sur la figure 3 et la surface réfléchissante particulière de la pièce tournante 200 qui les produit. Ce cycle se reproduit périodiquement après la production de la vingtième ligne d'exploration. On doit se rendre compte que, étant donné la disposition géométrique du système optique décrit, la production de chaque ligne d'exploration est associée à un autre faisceau lumineux réfléchi par la face opposée de la pièce tournante 200 et qui tombe dans l'intervalle vide entre les miroirs inclinés 23, 24, 31, 32.Etant donné que cet autre rayon n'est pas utilisé pour l'exploration, on peut le négliger dans la présente étude. TA8LEAU Succession des lignes Surface de la Ligne d'exploration d'exploration pièce tournante ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 1 143a e 128e 2 145b 125c 3 141a 126a 4 143b 127c 5 144a 128a 6 141b 125a 7 142a 126b 8 144b 127a 9 145a 128c 10 142b 125b 11 143a 126c 12 145b 127c 13 141a 128a 14 143b 125c 15 144a 126a 16 i41b 127a 17 142a 128b 38 144b 125a 19 145a 126c 20 142b 127b 21 143a 128c Si l'on considère un article se déplaçant en travers des fentes d'exploraticn 125, 126, 127, 128 en direction de l'ob servateur, les miroirs 31 et 32 projettent successivement le faisceau d'exploration dans une direction s'éloignant de l'obser- vateur à travers, respectivement, les fentes 126 et 127 et il peut explorer une étiquette apparaissant respectivement sur les côtés gauche ou avant, ou droit et avant. De même, l'orientation des miroirs 24 et 23 projettera le faisceau d'analyse suc cessivement à travers les fentes 128 et 125, respectivement et permettra d'explorer une étiquette apparaissant respectivement sur les côtés arrière ou droit, ou arrière ou gauche. I1 est évident que quand une étiquette apparait à la partie inférieure d'un article, l'un quelconque des quatre faisceaux d'exploration est capable de l'explorer correctement. Par conséquent, l'analyseur selon l'invention a la possibilité d'explorer un article portant une étiquette quand celleci apparait sur les faces inférieures, avant, arrière, droite ou gauche. Même les articles dont I'cmballage a une forme irrégulière, comme les articles ou paquets qui ont subi une déformation, peuvent être analysés de façon semblable quand un ou plusieurs des faisceaux d'exploration balaie l'étiquette. Si une étiquette n'est pas complètement explorée par le premier balayage du faisceau analyseur, les parties manquantes de l'information sur l'étiquette peuverit être transmises au décodeur pendant les balayages d'analyse ultérieurs, étant donné que chaque article est automatiquement analysé un grand nombre de fois avant d'être retiré de la zone de la fente d'exploration. Comme on l'a vu précédemment, des étiquettes codées sont destinées à être explorées par l'appareil décrit dans le but de décoder l'information qu'elles supportent. L'étiquette du type C.U.P. comprend des bandes alternantes de teinte claire ou foncée ou contrastées d'une autre manière. Quand le faisceau analyseur balaie chacune des quatre fentes qui constituent la figure de balayage à plusieurs X, successivement, l'étiquette est balayée une ou plusieurs fois par le faisceau. La lumière provenant du faisceau d'exploration est diffusée différemment par la surface de cette étiquette suivant qu'une bande claire ou foncée est éclairée. Etant donné que le faisceau d'exploration se meut constamment, un train modulé d'impulsions de lumière diffusée est produit- leur amplitude et leur durée dépendant de la teinte et de la largeur des bandes. Les impulsions de lumière modulée suivent exactement le même trajet que le faisceau d'exploration qui éclaire l'étiquette, en constituant ainsi un capteur à "rétroréflexion". Si l'on suppose que le faisceau 12bic balaie une étiquette, les impulsions modulées pénétreront dans la fente d'exploration 128 associée au faisceau d'exploration 128c et tomberont sur le miroir 24 qui réfléchit ces impulsions en direction de la surface 143a de la pièce tournante 200. Deux capteurs représentés schématiquement par 27, 30 sur la figure 1 sont disposés à proximité de la pièce tournante 200. Des lentilles convexes 28, 29 associées respectivement aux capteurs 27, 30 concentrent les impulsions de lumière modulée réfléchies par les surfaces de la pièce tournante 200 et focalisent cette lumière sur les éléments sensibles constituant chaque capteur. Dans l'exemple ci-dessus, seul le capteur 30 réagira aux impulsions de lumière modulée tombant sur la face 143a de la pièce tournante 200. Par conséquent, le capteur recevra une série d'impulsions lumineuses de durée et d'amplitude variables correspondant aux barres sur l'étiquette codée. Ce capteur, qui est un transducteur, change l'énergie lumineuse reçue en signaux électriques correspondants qui peuvent ensuite être amplifiés et appliqués à un ensemble de décodage approprié. En variante, puisque la lumière réfléchie par l'article exploré suit un vrai trajet de rétroréflexion, un seul capteur peut être disposé en arrière du séparateur de faisceaux 15, le long du trajet du faisceau 14a. Le miroir 13 peut être du type semi-argenté, partiellement transparent permettant de placer le capteur derrière lui sur un prolongement du trajet du faisceau 14a. I1 va de soi que la présente invention a été décrite à titre purement indicatif, mais nullement limitatif et qu'elle est susceptible de diverses variantes, sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1. Appareil d'exploration optique pour explorer et e capter l'information supportée par une étiquette, caractérisé en ce qu'il comprend : une source lumineuse ; un organe tournant avec une surface réfléchissante ; un premier système optique pour diriger la lumière provenant de ladite source sur ladite surface et un second système optique pour diriger la lumière provenant de ladite surface pour former une figure d'exploration sur un plan prédéterminé ; ledit second système optique comprenant des éléments réfléchissants fixes pour diriger ladite lumière par réflexion, ladite figure d'exploration étant constituée par plusieurs segments formant ensemble au moins deux tracés se chevauchant, au moins un desdits tracés étant constitué par plusieurs lignes parallèles ; des tracés mutuellement contigus à l'intérieur d'au moins une paire de tracés qui se chevauchent étant produits successivement en conformité avec la rotation dudit organe tournant dans une direction prédéterminée. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites lignes parallèles sont espacées l'une de l'autre. 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdites lignes parallèles comprennent des première, seconde et troisième lignes. 4. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits éléments réfléchissants comprennent plusieurs miroirs disposés autour de l'axe de rotation dudit organe tournant. 5. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits miroirs sont disposés avec des écartements angulaires égaux par rapport audit axe. 6. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits miroirs sont équidistants dudit axe. 7. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit organe tournant est constitué par plusieurs faces planes formant, en coupe transversale perpendiculaire à l'axe de rotation dudit organe tournant, un polygone. 8. Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'au moins une première desdites faces est inclinée par rapport à l'axe de rotation dudit organe tournant. 9. Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'une seconde face est inclinée par rapport audit axe dans une direction opposée à la pente desdites premières faces. 10. Appareil selon la revendication 9, caractérisé en ce que la pente desdites première et seconde faces a la même valeur angulaire. 11. Appareil selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'une troisième face est parallèle à cet axe. 12. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit premier système optique comprend un séparateur de faisceaux pour subdiviser un faisceau émis par ladite source en des premier et second faisceaux ; et des premier et second réflecteurs, respectivement sur les trajets desdits premier et second faisceaux, chaque réflecteur dirigeant son faisceau associé vers la surface dudit organe tournant. 13. Appareil selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comprend un système optique formateur de faisceaux intercalé entre ladite source lumineuse et ledit premier système optique pour modifier le diamètre du faisceau émis par ladite source. 14. Appareil selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comprend un système optique de focalisation intercalé entre ladite source lumineuse et ledit premier système optique, ledit système de focalisation ayant un foyer qui se trouve dans le plan d'exploration.