CN102043242A - 激光扫描读取器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种激光扫描读取器，利用圆形光栅点矩阵作为线状扫描光束的产生器，并且该圆形光栅点矩阵在产生线状扫描光束进行扫描时处于静止状态。与一般读取器需旋转机构以产生连续扫描点作为线状扫描线的方式相比，本发明可降低读取器内部的元件成本与简化其元件配置方式。

Description

激光扫描读取器

技术领域

本发明涉及扫描光束读取装置，特别是涉及一种激光扫描光束读取装置。

背景技术

激光扫描是一种常用的扫描技术，应用于不同的产品及领域，例如条形码阅读机(barcode reader)、扫描仪或激光测距仪等。以条形码阅读机为例，其基本原理是借着一扫描装置来完成条形码的扫描，例如利用一旋转的扫描元件将激光束偏折且聚焦成多条平行或交叉的扫描线图样(scanning pattern)，以读取物件上的条形码。由条形码反射回的信号被接收后，经过电子电路及译码器的处理，便可进行后续的判断、解读与管理。

上述应用激光扫描的系统，一般需要棱镜与/或透镜组合的光机系统辅以旋转装置例如电机系统(motor system)配合，方能获得扫描一个二维条形码所需的扫描光束。全息盘(hologram disc)包括多个光栅，利用光栅的节距与方位角的安排，对于通过光栅的光束产生衍射的作用，进而产生衍射光束。美国专利第5,237,160号即利用一具有多条光栅条纹的全息盘，应用光机系统配合接收激光束，当全息盘被电机系统驱动旋转，便可产生连续的扫描线图样。然而上述系统，仍需成本高且复杂的光机与电机系统，且光机系统与电机系统容易衍生摔、震的问题，这些都是激光扫描应用时所须克服的课题。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术存在的上述不足，提供一种无需采用旋转装置、能够降低元件成本、简化元件配置的激光扫描读取器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种激光扫描读取器，应用于一物件上。该激光扫描读取器包括激光光源模块、扫描光束产生模块以及侦测器，其中，该激光光源模块提供一激光束；该扫描光束产生模块接收来自该激光光源模块的该激光束，其中该扫描光束产生模块包括圆形光栅点矩阵，该圆形光栅点矩阵于静止状态时使该激光束通过后产生由点衍射光束所组成的线状扫描光束；该侦测器接收该线状扫描光束入射至该物件后产生的反射光。

该圆形光栅点矩阵包括多个圆形光栅点排列成的一个二维数组，每一该圆形光栅点具有多条平行光栅条纹。

每一该圆形光栅点的光栅条纹具有一方位角，该多个圆形光栅点的光栅条纹的方位角不同。

每一该圆形光栅点的该多条光栅条纹间的节距相同。

每一该圆形光栅点的该多条光栅条纹间的节距不同。

每一该圆形光栅点具有一直径，该多个圆形光栅点的直径相同。

相邻的任两该圆形光栅点之间相隔有一间隙。

所述激光扫描读取器还包括设置于该激光光源模块与该扫描光束产生模块之间的调整模块，该调整模块调整该激光束入射该圆形光栅点矩阵的角度。

所述激光扫描读取器还包括遮蔽板，当该扫描光束产生模块接收该激光束以产生衍射光束时，该遮蔽板过滤掉该衍射光束的一部分以形成该线状扫描光束。

该扫描光束产生模块还包括调整模块，该调整模块调整该激光束入射该圆形光栅点矩阵的角度。

所述激光扫描读取器还包括遮蔽板，当该扫描光束产生模块接收该激光束以产生衍射光束时，该遮蔽板过滤掉该衍射光束的一部分以形成该线状扫描光束。

所述激光扫描读取器还包含设置于该物件与该侦测器之间的调整模块，该调整模块调整该反射光的行进方向以令其进入该侦测器。

本发明激光扫描读取器，通过利用圆形光栅点矩阵产生扫描光束用以扫描物件上的二维条形码，并且可在该圆形光栅点矩阵处于静止的状态下产生线状或条状扫描光束，因此无需像一般读取器中设置旋转结构例如电机系统以产生连续扫描点作为线状扫描线的方式，大大降低了激光扫描读取器内部的元件成本与简化了其元件配置方式，同时亦提高了激光扫描读取器的工作稳定性。另外，相较于在一般使用旋转全息盘的读取设备中应用调整模块时需考虑衍射光束的方向随着全息盘的旋转而改变，本发明中由静止状态的圆形光栅矩阵所产生的衍射光束的衍射角可预测，其衍射光束的行进方向可确定，因此可简化或可省略调整模块的设置。

附图说明

图1为本发明的扫描光束产生模块第一较佳实施例的平面示意图。

图2为本发明的扫描光束产生模块第二较佳实施例的平面示意图。

图3为本发明的扫描光束产生模块第三较佳实施例的平面示意图。

图4为本发明的扫描光束产生模块第四较佳实施例的平面示意图。

图5为本发明激光扫描读取器第一较佳实施例的结构示意图。

图6为本发明激光扫描读取器第二较佳实施例的结构示意图。

具体实施方式

图1为本发明的扫描光束产生模块第一较佳实施例的平面示意图。参照图1，一圆形光栅点矩阵10设置于一平面12上，其包含以N行与M列(M、N为大于1的正整数)圆形光栅点101组成的一个N*M二维矩阵，其中M、N可相等或相异。每一圆形光栅点101的直径以d表示，并包含多条平行的光栅条纹；任两平行光栅条纹间的距离，或称为节距(pitch)，以p表示，且以v表示与光栅条纹平行的向量；平行光栅条纹的向量v与平面12所在的X-Y平面的X轴之间有一夹角称为方位角ψ。在本实施例中，节距p的大小可使通过光栅条纹的光产生衍射现象，N*M二维矩阵中每一圆形光栅点101具有节距p相同的光栅条纹。其次，N*M二维矩阵中每一圆形光栅点101具有相同直径d，因此各圆形光栅点101具有相同数量的光栅条纹。要说明的是，N*M二维矩阵中每一圆形光栅点101亦能具有不同的直径d，在这种情况下，各圆形光栅点101则具有不同数量的光栅条纹。再者，在本实施例中，每一圆形光栅点101的平行光栅条纹具有相同的方位角ψ，然而，本发明并不限于此，每一圆形光栅点101中的平行光栅条纹亦可具有不同的方位角ψ。

参照图2，其为本发明的扫描光束产生模块第二较佳实施例的平面示意图，N*M二维矩阵可被分成若干子矩阵，例如n*m个光栅点作为一子距阵(n小于N，m小于M)，每一子距阵n*m中的圆形光栅点101的平行光栅条纹的方位角ψ相同，但任两个子距阵n*m中的圆形光栅点101的平行光栅条纹的方位角ψ不同。上述的圆形光栅点矩阵10可作为条形码读取器的激光扫描光束产生装置。参照图3，其为本发明的扫描光束产生模块第三较佳实施例的平面示意图，N*M二维矩阵仍被分成若干子矩阵，每个圆形光栅点101的直径亦相同，但部分子矩阵中的圆形光栅点101的光栅条纹的节距p不同，其中节距p的变化可以是规则的，例如相同列数的子矩阵，随着行数的增加，节距p递增或递减，但本发明不限于上述方式。参照图4，二维矩阵的圆形光栅点101之间存在间隙；此种情形下，圆形光栅点矩阵10仍维持一规则排列的二维距阵，但该实施方式仍可实现本发明欲产生线状扫描光束的装置，仅当激光入射至圆形光栅点101之间的间隙时可能不产生衍射现象，但通过圆形光栅点101的激光部分仍会产生衍射现象。根据上述，本发明中所述的二维矩阵，可以是每一行或列的元素数目相等或相异，其中行与列中至少之一的元素可以排成一直线即可。

图5为本发明激光扫描读取器第一较佳实施例的结构示意图。激光扫描读取器包括一机壳20、一激光光源模块22、一调整模块24、一扫描光束产生模块26、一遮蔽板28与一侦测模块30。在本实施例中，机壳20用以保护激光扫描读取器内所有的元组件，其可以是手持式的或是固定式的。激光光源模块22，例如但不限于一半导体激光/准直透镜模块，设置于机壳20内，用以产生单一波长的可见或不可见光的点光束221。要说明的是，由于激光的扩散角(divergingangle)小，因此点光束221可视为包含若干平行的光线，即一般所谓的平行光，但亦可在机壳20提供的空间足够的情形下，在点光束221通过的路径上设置处理元件，以使点光束221在入射至扫描光束产生模块26之前被处理成较佳的平行光。

其次，调整模块24，例如一反射镜，设置于点光束221入射至扫描光束产生模块26之前的光路径上，用以调整点光束221入射至扫描光束产生模块26的圆形光栅点矩阵的角度。在本实施例中，调整模块24调整点光束221，使之以垂直扫描光束产生模块26的圆形光栅点矩阵的角度入射。若配合图1，圆形光栅点矩阵所在的平面12位于X-Y平面，调整模块(第一调整模块)24调整点光束221，使之从Z轴的方向入射平面12。另一种选择是，如图6所示，调整模块24整合至扫描光束产生模块26中，用以调整圆形光栅点矩阵所在平面的角度，例如将圆形光栅点矩阵设置于一圆盘261上，调整模块263为一可调整的固定座，除了固定圆盘261外，还可用于调整圆盘261面对点光束221的角度。还有另一种选择是，调整模块24整合至激光光源模块22中，直接控制激光束入射扫描光束产生模块26的角度。

另外，扫描光束产生模块26包括图1、图2、图3或图4所示的圆形光栅点矩阵，其接收入射的点光束221以特定方向输出衍射光束262。要说明的是，此处所谓的特定方向，视点光束221的入射角、光波长以及圆形光栅点矩阵的光栅条纹的节距等而定，且衍射光束有0、+1与-1阶，必须选取适当的衍射光束，例如+1或-1阶。其次，因利用圆形光栅点矩阵的多个圆形光栅点，其中每一圆形光栅点都可产生衍射光束，因此点光束221通过圆形光栅点矩阵后可产生至少排成由点状衍射光束组成的线状或条状光束，可直接作为扫描光束。反观一般激光扫描条形码读取器，如需利用全息盘产生扫描光束时，由于一次只能产生一点状扫描光束，因此须设置旋转装置，旋转全息盘以连续产生点状扫描光束来构成线状或条状扫描光束。相较于一般激光扫描条形码读取器，本发明应用圆形光栅点矩阵，可于圆形光栅点矩阵的静止状态下产生线状或条状扫描光束，因此不需设置旋转装置来旋转圆形光栅点矩阵。

继续参照图5，扫描光束产生模块26产生的衍射光束中，由遮蔽板28过滤掉不需要的部分，但保留特定阶的衍射光束，例如当欲应用+1阶作为衍射光束时，则利用遮蔽板28过滤掉0阶与-1阶。其次，为了过滤衍射光束中不需要的部分，可将遮蔽板28设置于扫描光束产生模块26与机壳20的窗口201之间，以确保过滤掉不使用的衍射光束。接着，被保留下来的衍射光束262可通过机壳20的窗口201作为扫描光束之用。在本实施例中，也可在扫描光束产生模块26与窗口201之间的适当位置设置另一调整模块(第二调整模块)202以调整衍射光束262的行进方向，确保衍射光束262从窗口201射出。要说明的是，由于圆形光栅点矩阵是在静止状态下产生线状或条状扫描光束，调整模块202的设置仅需考虑确保此线状或条状扫描光束通过窗口201即可；而一般使用旋转全息盘产生扫描光束的设备，其调整模块的设计则须考虑旋转时的全息盘，因其衍射光束行进的方向亦随着全息盘的旋转而调整。因此，相较于一般使用旋转全息盘的设备，本发明应用圆形光栅点矩阵所需的调整模块在设计上相对可以简化。

参照图5，通过窗口201的衍射光束262被用来作为扫描光束时，可直接入射至条形码或带有光信息的其它物件27上，通过接收扫描光束后的反射光携带条形码表现的信息，反射光301亦可通过窗口201进入设备中，机壳20内可设置第三调整模块203以调整条形码或带有光信息的物件所反射的光束的行进方向，以利侦测模块30，例如一光侦测器，接收以进行后续的处理。可理解的是，如图6所示，侦测模块30可设置于适当的位置，物件29所反射回的反射光301可于通过窗口201后直接被侦测模块30接收以进行后续的处理。

上文已描述本发明的原理、较佳实施例及操作模式。然而，本发明不应视为限于所讨论的特定实施例。事实上，上述实施例应视为说明性的而非限制性的，且应了解本领域的普通技术人员可在不背离由本发明的申请专利范围所界定的本发明的范畴的情况下对该等实施例作出改变。

Claims (12)

1.一种激光扫描读取器，应用于一物件上，其特征在于：该激光扫描读取器包括：

激光光源模块，其提供一激光束；

扫描光束产生模块，其接收来自该激光光源模块的该激光束，其中该扫描光束产生模块包括圆形光栅点矩阵，该圆形光栅点矩阵于静止状态时使该激光束通过后产生由点衍射光束所组成的线状扫描光束；以及

侦测器，其接收该线状扫描光束入射至该物件后产生的反射光。

2.如权利要求1所述的激光扫描读取器，其特征在于：该圆形光栅点矩阵包括多个圆形光栅点排列成的一个二维数组，每一该圆形光栅点具有多条平行光栅条纹。

3.如权利要求2所述的激光扫描读取器，其特征在于：每一该圆形光栅点的光栅条纹具有一方位角，该多个圆形光栅点的光栅条纹的方位角不同。

4.如权利要求2所述的激光扫描读取器，其特征在于：每一该圆形光栅点的该多条光栅条纹间的节距相同。

5.如权利要求2所述的激光扫描读取器，其特征在于：每一该圆形光栅点的该多条光栅条纹间的节距不同。

6.如权利要求2所述的激光扫描读取器，其特征在于：每一该圆形光栅点具有一直径，该多个圆形光栅点的直径相同。

7.如权利要求2所述的激光扫描读取器，其特征在于：相邻的任两该圆形光栅点之间相隔有一间隙。

8.如权利要求1所述的激光扫描读取器，其特征在于：还包括设置于该激光光源模块与该扫描光束产生模块之间的调整模块，该调整模块调整该激光束入射该圆形光栅点矩阵的角度。

9.如权利要求1所述的激光扫描读取器，其特征在于：还包括遮蔽板，当该扫描光束产生模块接收该激光束以产生衍射光束时，该遮蔽板过滤掉该衍射光束的一部分以形成该线状扫描光束。

10.如权利要求1所述的激光扫描读取器，其特征在于：该扫描光束产生模块还包括调整模块，该调整模块调整该激光束入射该圆形光栅点矩阵的角度。

11.如权利要求10所述的激光扫描读取器，其特征在于：还包括遮蔽板，当该扫描光束产生模块接收该激光束以产生衍射光束时，该遮蔽板过滤掉该衍射光束的一部分以形成该线状扫描光束。

12.如权利要求1所述的激光扫描读取器，其特征在于：还包含设置于该物件与该侦测器之间的调整模块，该调整模块调整该反射光的行进方向以令其进入该侦测器。

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