Brevet FR2556484A1 — publié le 19850614

DISPOSITIF GUIDE DE LECTURE OPTIQUE ANAMORPHIQUE DE CODES A BARRES La présente invention concerne un dispositif guidé de lecture optique anamorphique de codes à barres. Un code à barres est constitué par une séquence de traits sombres déposés sur un support séparés par des espaces clairs. Les traits sombres sont absorbants d'un rayonnement optique tandis que les espaces clairs en sont réfléchissants. Une lecture optique de codes à barres par système guidé peut être réalisée ou bien par un défilement du support du code à barres ou bien par un défilement de la tête de lecture optique. Dans les deux cas le mouvement relatif de la tête par rapport au support est toujours dirigé le long d'une perpendiculaire à la direction des traits sombres constituant le code à barres. Il est connu de ne lire qu'une seule barre à la fois notamment en utilisant une focalisation double à Rémission et à la réception. Une telle solution, bien que permettant de reconstituer convenablement l'information disposée sous forme de code à barres, est cependant une solution coûteuse. Dans une demande précédente n" 83 18400, la demanderesse a proposé une solution originale consistant à interposer entre le lecteur et le support du code lu un diaphragme. La présente invention permet de réaliser par une optique spéciale cette solution. En particulier, elle ménage à la fois la sensibilité, la résolution et la vitesse de lecture. En effet, I'invention permet de réaliser une lecture optique à des vitesses de défilement indifférentes. C'est-àdire que le système n'est pas contraint d'utiliser seulement des vitesses de défilement rapide supérieures à 7 cm/seconde comme c'est le cas dans l'art antérieur. En effet la présente invention concerne un dispositif guidé de lecture optique anamorphique de codes à barres. Un dispositif selon I'invention comporte une optique anamorphique disposée entre le dipositif de lecture et le support de code à barres. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront dans la description qui suit et aux figures annexées qui sont: - la figure 1, un schéma d'un dispositif de lecture optique selon l'art antérieur, - la figure 2, un schéma d'un dispositif de lecture optique selon l'invention, - les figures 3, 4 et 5, des diagrammes du signal de sortie du dispositif de lecture selon l'invention dans différentes configurations, - la figure 6, un schéma d'une lecture optique selon l'art antérieur, - la figure 7, un schéma d'une lecture optique selon l'invention, - les figures 8 à 11, des schémas et des abaques relatifs à des optiques anamorphiques. A la figure 1 on a représenté la partie basse 1 d'un dispositif guidé de lecture d'un support 2 de codes à barres posé sur sa platine 12. Le dispositif de lecture comporte un récepteur 4 du flux optique réémis par le code à barres illuminé par l'émetteur 5. On remarque que si l'on ne prend pas de précautions particulières, les barres 8-11 sont toutes disposées dans le champ 6 de l'émetteur E. De même le champ de réflexion n'est pas intégralement capté par le récepteur 4. Un tel dispositif ne permet pas une lecture d'un code à barres resserrées, condition essentielle pour une relative densité de l'information déposée sous forme de code à barres sur le support 2 Selon l'art antérieur, on dispose dans la chambre 3 du dispositif de lecture 1 un moyen de focalisation optique tant à l'émission qu'à la réception. De tels dispositifs sont coûteux car ils doivent être précis, I'épaisseur des traits devant se situer aux environs du tiers du millimètre. A la figure 2 on a représenté un dispositif guidé selon l'invention. La tête de lecture 20 comporte un émetteur 21 et un récepteur 22. Après la chambre 23 est interposée une optique ana morphique S montée sur un support 28 entre le rayonnement émis dans le faisceau 24 et le support 26 de codes à barres dont chaque élément est de dimension e et d'espacement minimal a. Les mouvements relatifs de la tête 20 et du support 26 sont estimés à partir de la platine 27. Une optique anamorphique est un système optique dans lequel le grandissement transversal diffère selon le plan méridien considéré. Les éléments optiques constituant ces systèmes peuvent être des prismes réfractants, des lentilles cylindriques ou des lentilles demi-cylindriques. Un prisme réfractant, utilisé dans des conditions autres que celles correspondant au minimum de déviation, permet d'obtenir un faisceau lumineux émergeant ayant des caractéristiques géométriques différentes de celles du faisceau lumineux incident. Le phénomène de grandissement optique a lieu dans le plan méridien dans lequel se produit la déviation. Une lentille cylindrique ou demi-cylindrique forme l'image d'une source circulaire de faible dimension en une ligne lumineuse parallèle aux génératrices de surfaces cylindriques des lentilles. La largeur de cette ligne, correspondant à la hauteur de l'image optique, se calcule par les équations du premier ordre de l'optique paraxiale. La longueur de cette ligne n'est limitée que par les dimensions de l'objet et de la lentille cylindrique. Dans les dispositifs guidés de lecture de codes à barres, la direction des barres et la direction du déplacement du lecteur (ou du support-mémoire) sont liées par une relation constante. Selon l'invention, on optimise la forme du spot lumineux. Au lieu de spots circulaires ou elliptiques, en utilisant un système optique anamorphique, on peut obtenir un spot de forme rectangulaire dont les dimensions sont choisies en fonction des caractéristiques du code à barres. On augmente ainsi considérablement la sensibilité et la résolution du système. Les dimensions des éléments constituant le système optique, leurs rayons de courbure et leurs indices de réfraction dépendent de I'encombrement maximal admissible dans la chambre 23 de la tête 20 ainsi que des dimensions du spot rectangulaire que l'on désire. On a représenté à la figure 6 un exemple particulier de lecture selon l'art antérieur et une réalisation selon l'invention à la figure 7. A la figure 6 on a représenté un support 30 de code à barres double réparti sur deux pistes 31 et 32. Les deux pistes sont disposées symétriquement par rapport à l'axe X du défilement du support. Chaque piste comporte une série de barres rectangulaires comme les barres 33 et 34. Le spot 36 représente l'impact du flux lumineux émis par l'émetteur focalisé de la tête de lecture optique. On remarque que dans l'exemple dessiné, afin de lire simultanément les deux pistes 31 et 32, on est contraint d'avoir quatre barres rectangulaires dans le champ Dans cette hypothèse le lecteur ne peut fonctionner. II faudra alors utiliser des codes à barre dont la densité d'informations, ctest-à-dire le nombre de barres par unité de longueur, est réduite. A la figure 7, selon l'invention, on dispose un système anamorphique qui fournit une image rectangulaire 41 de la source E circulaire de telle sorte qu'elle englobe les deux pistes simultanément. Le spot 41 est perpendiculaire à l'axe X du défilement. Au cours du défilement on remarque que la barre rectangulaire 42 va disparaitre du champ tandis que la barre rectangulaire 43 va entrer dans le spot 41. Dans un tel dispositif il faut doubler la paire émetteur-récepteur 21, 22 de la figure 2, une paire émetteur-récepteur étant associée à la piste haute et une autre paire émetteurrécepteur étant associée à la piste basse. On peut aussi doubler seulement le récepteur en utilisant une source commune. Pour des raisons d'ordre pratique (pas de déviation de l'axe optique), on utilise généralement comme éléments des lentilles cylindriques ou demi-cylindriques. A la figure 8, on a représenté, en général, pour une lentille épaisse, d'indice de réfraction n, dans l'air, les différents éléments optiques dont les points cardinaux: - les deux foyers F et F' - les points principaux H et H' De l'optique paraxiale, on sait D = V1 V2 f = FH = H' F' Avec: R1 et R2 étant les rayons de courbure des dioptres sphériques de vertex respectifs V1 et V2. Les positions des plans principaux, P et P', sont déterminés par les distances h et h'. Ces distances sont considérées positives lorsque les plans principaux sont situés à la droites des vertex respectifs. Les positions respectives de l'objet, X0, et de son image, X1, sont données par la relation de Newton X1 X0 = f2 et le grandissement optique transversal Y par Les relations # X1 = y2 # X0 # X1 Y2 aXo permettent de déterminer la variation de position de l'image, #X1, pour une variation donnée de position de l'objet, #X0 et pour un grandissement optique donné :Y Les paramètres d'une lentille cylindrique sont donnes: R1 = - R2 D = 2R D'où h = R h' = R K = K' = f - h Les paramètres d'une lentille demi-cylindrique sont donnés: R1 = R2 = - R D- = R h' = 0 K = f - h K' = f A la figure 9, on a donné un abaque qui donne les valeurs f, K, K' pour des indices de réfraction n variant de 1.4 à 2.0. Pour des grandissements optiques variant de 0.2 à 1.0, on a donné à la figure 10 différentes valeurs de X0 et à la figure 11 différentes valeurs de X1. Aux figures 3 à 5 on a représenté des diagrammes qui permettront d'expliquer un choix selon l'invention des caractéristiques du système anamorphique convenable. Il faut remarquer que, contrairement au dispositif concerné par la Demande de Brevet nO 8318boy, en utilisant une optique anamorphique le flux lumineux incident reste constant tandis que l'éclairement de la ligne lumineuse varie en fonction inverse de son épaisseur d. En supposant que le coefficient de réflexion du support de code à barres est constant, la sensibilité du photodétecteur est indépendante de l'épaisseur de la ligne lumineuse. Deux paramètres sont donc à prendre en considération dans cet exemple de réalisation. Pour une optoélectronique donnée, il s'agit de réaliser le meilleur compromis entre la résolution et Ia vitesse de lecture Ce compromis est atteint au cours des essais résumés aux figures 3 à 5 quand les deux conditions suivantes sont remplies: - le taux de modulation, défini à partir de la hauteur du signal obtenu en sortie du dispositif, doit être aussi élevé que possible. - les zones d'intensité minimales et maximales vues par le photodétecteur doivent former des paliers de dimensions égales. A titre d'exemple de fonctionnement, différentes configurations de code à barres et d'optiques anamorphiques sont étudiées, avec une vitesse constante de défilement. Dans tous les cas, on remarque que quand la première barre passe dans le champ du photodétecteur, le signal de sortie passe progressivement d'un maximum à un minimum. On obtient un palier inférieur de largeur Pi. Quand la première barre sort du champ, le signal remonte progressivement jusqu'à atteindre un palier supérieur de largeur Ps. Deux cas distincts sont à considérer: e f a et e = a ou e est la largeur des barres et a l'espacement minimal entre deux barres. Dans le premier cas (e + a) les conditions sont remplies pour Dans le second cas (e = a) les conditions sont remplies pour d Ps = Pi = e - d A la figure 3, on a représenté trois barres d'un codes à barres dont les barres dont de largeur e et d'espacement a tels que e = a/2 et un diagramme de trois courbes (E , x) donnant le signal de sortie du photodétecteur en fonction de son déplacement x. Chaque courbe est obtue pour différentes épaisseurs d de la figure lumineuse. On constate que les deux conditions imposées ne sont remplies que pour la deuxième courbe du diagramme. En effet, tout en observant que le taux de modulation décroit lorsque d augmente, I'égalité des paliers supérieurs et inférieurs n'est atteinte que pour le deuxième cas. On retrouve, avec e + a, A la figure 4, on a représenté un second code à barres dont la largeur de barre est le double de l'espacement le plus petit, soit e = 2a. Ici aussi, avec un taux de modulation décroissant pour une épaisseur d croissante, I'égalité des paliers n'est atteinte que pour la deuxième courbe du diagramme. On retrouve de nouveau, avec e ;* a, A la figure 5, on a représenté un troisième code à barres correspondant au cas limite avec une largeur de barre e égale à l'espacement minimal a: e = a. Dans ce cas particulier on peut -remarquer que le taux de modulation est maximum pour toutes les valeurs de d telles que dge et que, pour ces valeurs, I'égalité des paliers est toujours réalisée, la largeur de ces paliers étant donnée par Ps = Pi = e - d. Pour cette configuration limite, le choix de d dépend essentiellement des contraintes liées à la construction mécanique du dispositif (encombrement, tolérances mécaniques, etc). Afin de travailler sans risque de saturation du photodétecteur, la face interne du support 28 du système s en regard de l'émetteur E est absorbant du rayonnement qu'il émet. A titre d'exemple de réalisation, on présente un système complet soit un code à barres double ayant les caractéristiques suivantes: densité = 12 bits/cm e = 0.33 mm et donc a = 0.50 mm on a e Le lecteur optique utilisant un capteur à réflexion, le type CNY 170 de Telefunken par exemple, le photo-émetteur doit constituer une source de diamètre d'environ 1 mm. Le sytème optique anamorphique utilisé doit transformer une source circulaire de 1 mm de diamètre en une ligne lumineuse de 0,415 mm. Le grandissement optique transversal est donc: Compte-tenu des dimensions physiques des capteurs optoélectroniques, le diamètre de la lentille cylindrique ou demi-cylindrique est de 5 mm, soit: R = 2.Smm En supposant un indice de réfraction n = 1.4 les abaques des figures 9, 10 et 11 donnent: a) Lentille cylindrique X0 = 4,3 R = 10,75 X1 = 0,62R = 1,75mm K = 0,75 R = 1,87 mm K' = 0,75 R = 1,87 mm La source E doit être placée à une distance de 21,04 mm du support de codes à barres. b) Lentille demi-cylindrique X0 = 6,2 R = 15,50 X1 = 1,2 R = 3,00 K = 1,8 R = 5,50 mu K' = 2,5 R = 6,25 mm La source E doit être placée à une distance de 31,75 mm du support de code à barres. L'encombrement du dispositif peut être réduit de façon considérable, soit en choisissant un matériau d'indice de réfraction plus élevé soit en utilisant des combinaisons d'éléments optiques anamorphiques. REVENDICATIONS 1. Dispositif guidé de lecture optique de codes à barres, caractérisé en ce qu'il comporte une optique anamorphique (S) entre le dispositif de lecture (20) et le support (26) de code à barres. 2. Dispositif selon la revendication 1, le code étant du type à barre double, caractérisé en ce que l'optique anamorphique (S) couvre simultanément les deux pistes du code. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'optique anamorphique (S) est une lentille cylindrique ou demicylindrique. 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'optique anamorphique (S) est une combinaison de lentilles anamorphiques. 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'optique anamorphique (S) fournit une image de la source E de largeur (d), dans le sens du défilement, égale à la demisomme de la largeur de l'élément de code et de l'espace minimal entre deux éléments, lorsque cette largeur et cet espace sont différents. 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'optique anamorphique (S) fournit une image de la source (E) de largeur (d), dans le sens du défilement, égale ou inférieure à la largeur de l'élément du code, lorsque cette dernière est égale à l'espace minimal entre deux éléments. 7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la face support (28) d'une optique anamorphique (S) en regard de l'émetteur (21) est absorbante du rayonnement (24) émis.