KR20120103776A - 정보검출장치용 광학장치 및 이를 포함하는 정보검출장치 - Google Patents

정보검출장치용 광학장치 및 이를 포함하는 정보검출장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 특히 원거리에 위치하거나 고속 이송중인 연속된 개체 값의 정보를 검출하는 장치에 사용하기 위한 광학장치와 이러한 정보검출장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 정보검출장치용 광학장치는 제1 유한광학계를 갖는 발광부 및 수광부를 포함하며 개체에 부여된 코드를 스캔하여 인식할 수 있는 센서부로부터 방출된 광을 시준(視準; collimating)하여 제1 무한광학계로 변환하는 시준광학부; 상기 제1 무한광학계의 광을 반사하여 제2 무한광학계를 형성하는 반사부; 및 상기 제2 무한광학계의 광을 발산(diverge)하는 제2 유한광학계로 변환하는 발산광학부;를 포함하여 구성되며, 상기 반사부 및 발산광학부는 상기 시준광학부에 대하여 상대적으로 이동가능하다.

Description

정보검출장치용 광학장치 및 이를 포함하는 정보검출장치{Optical Device for Information Detection Apparatus and Information Detection Apparatus Comprising the Same}
본 발명은 정보검출장치용 광학장치 및 이를 포함하는 정보검출장치에 관한 것으로서, 특히 원거리에 위치하거나 고속 이송중인 연속된 개체 값의 정보를 검출하는 장치에 사용하기 위한 광학장치와 이러한 정보검출장치에 관한 것이다.
특정 개체로부터 그 개체에 부여된 값을 인식하여 그 값에 내포된 정보를 검출하는 정보검출장치, 예를 들어 상품에 부착된 바코드를 인식하여 바코드에 포함된 정보를 검출하는 바코드 스캐너 장치는 통상적으로 근거리에 정지해 있는 개체를 대상으로 작동한다.
인식거리는 바코드 스캐너에 주로 사용되는 레이저 광원의 광출력이나 파장을 조절함으로써 어느 정도 증가시킬 수 있으나, 정지해 있지 않고 이동중인 개체에 부착된 바코드를 인식하는 것은 상당한 어려움이 있다.
특히, 물류현장에서 흔히 볼 수 있는 것처럼 바코드가 부착된 상품이 수직으로 적층된 상태에서 수평방향으로 이동중인 때에 수직으로 적층된 상품의 바코드를 모두 인식 및 식별하는 것은 쉽지 않은 일이다.
그러나, 물류효율을 높이기 위해서는 이동중인 상품을 정지시키지 않고서 적층된 상품의 바코드를 모두 인식 및 식별할 수 있는 기술은 필수불가결한 것이라 할 수 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은, 다수의 상품이 적층된 상태로 수평이동중일 때에 상품의 이동을 정지시키지 않고서도 적층된 다수의 상품에 부착된 바코드 모두를 인식 및 식별할 수 있는 수단을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 정보검출장치용 광학장치는, 제1 유한광학계를 갖는 발광부 및 수광부를 포함하며 개체에 부여된 코드를 스캔하여 인식할 수 있는 센서부로부터 방출된 광을 시준(視準; collimating)하여 제1 무한광학계로 변환하는 시준광학부; 상기 제1 무한광학계의 광을 반사하여 제2 무한광학계를 형성하는 반사부; 및 상기 제2 무한광학계의 광을 발산(diverge)하는 제2 유한광학계로 변환하는 발산광학부;를 포함하여 구성되며, 상기 반사부 및 발산광학부는 상기 시준광학부에 대하여 상대적으로 이동가능하다.
일 실시예에서, 상기 반사부 및 발산광학부는 상기 제1 무한광학계의 광경로와 동일한 방향으로 이동가능하다.
다른 일 실시예에서, 상기 반사부 및 발산광학부는 상기 제1 무한광학계와 상기 제2 무한광학계의 광경로가 형성하는 각도를 변화시키도록 회전이동가능하다.
또다른 일 실시예에서, 상기 발산광학부가 상기 제2 무한광학계의 광경로와 동일한 방향으로 상기 반사부에 대하여 상대적으로 이동가능하다.
또다른 일 실시예에서, 상기 발산광학부는 제2 유한광학계의 광 발산 각도를 조절할 수 있도록 구성된다.
이때, 상기 발산광학부는 2매 이상의 광학렌즈에 의해 구성된 제2 줌광학부를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 유한광학계 또는 제1 무한광학계 중 하나 이상에 배치되는 제1 줌광학부를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 유한광학계의 길이는 상기 센서부의 유효 인식 거리보다 작다.
본 발명은 또한 상기와 같은 정보검출장치용 광학장치가 사용되는 정보검출장치를 제공하며, 본 발명에 따른 정보검출장치는, 제1 유한광학계를 갖는 발광부 및 수광부를 포함하며 개체에 부여된 코드를 스캔하여 인식할 수 있는 센서부; 상기 센서부로부터 방출된 광을 시준(視準; collimating)하여 제1 무한광학계로 변환하는 시준광학부; 상기 제1 무한광학계의 광을 반사하여 제2 무한광학계를 형성하는 반사부; 및 상기 제2 무한광학계의 광을 발산(diverge)하는 제2 유한광학계로 변환하는 발산광학부;를 포함하여 구성되며, 상기 반사부 및 발산광학부는 상기 센서부에 대하여 상대적으로 이동가능하다.
상기와 같은 본 발명에 따른 정보검출장치용 광학장치에 의하면, 바코드가 부착된 다수의 상품을 적층된 상태로 이동중일 때에, 상품의 이동을 정지시키지 않고도 다수의 상품에 부착된 바코드 모두를 인식 및 식별할 수 있으므로, 물류 효율이 향상되고 비용이 절감되는 효과가 있다.
도 1은 종래의 정보검출장치의 일례를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 정보검출장치용 광학장치의 일실시예의 구성을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 정보검출장치용 광학장치의 상기 일실시예의 구성을 보다 상세하게 도시한 개념도이다.
도 4는 본 발명에 따른 정보검출장치용 광학장치의 다른 일실시예의 구성을 도시한 개념도이다.
이하 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 정보검출장치용 광학장치의 일실시예에 대하여 보다 상세히 설명한다.
먼저 도 1을 참조하여 종래의 정보검출장치의 구성에 대하여 살펴본다. 도 1은 종래의 정보검출장치의 일례를 개략적으로 도시한 사시도로서, 정보검출장치의 일례로 바코드 스캐너(10)를 도시하고 있다. 종래의 정보검출장치는 통상적으로 바코드 스캐너(10)와 바코드 스캐너(10)로부터 송출되는 레이저 광(20)으로 구성된다고 볼 수 있다. 바코드 스캐너(10)에 사용되는 레이저 광(20)은 유효 인식거리(f)와 방위각(θ)을 갖는다. 유효 인식거리(f)는 바코드 스캐너(10)와 바코드(미도시) 사이의 거리로서 바코드 스캐너(10)가 바코드를 인식하고 식별할 수 있는 최대거리를 뜻하며, 통상적으로 300-400mm 정도이다. 방위각(θ)은 유한광학계로 발산되는 레이저 광(20)의 발산각도이며, 바코드가 이 각도범위 내에 있는 때에만 바코드 스캔이 가능하다. 방위각(θ)은 통상적으로 40-50°정도의 범위를 갖는다.
위와 같이 구성되는 종래의 바코드 스캐너(10)는 바코드가 유효 인식거리(f) 외측에 위치하거나 방위각(θ)의 범위를 벗어나 위치하는 경우 바코드를 스캔할 수 없는 문제가 있다. 특히, 적층된 다수의 상품에 부착된 다수의 바코드를 연속적으로 스캔하기 위하여 바코드 스캐너를 고속으로 선형 내지 회전 운동시킬 경우 바코드 스캐너 내부의 회전 미러(미도시)에 진동, 충격 등의 외력이 가해져 바코드 인식률이 떨어지는 문제가 있다.
이하 도 2 내지 3을 참조하여, 본 발명에 따른 정보검출장치용 광학장치의 일실시예를 자세히 설명한다. 도 2는 본 발명에 따른 정보검출장치용 광학장치의 일실시예의 구성을 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 정보검출장치용 광학장치의 상기 일실시예의 구성을 보다 상세하게 도시한 개념도이다.
본 발명에 따른 정보검출장치용 광학장치는 시준(視準; collimating) 광학부(310), 반사부(350) 및 발산(diverging) 광학부(330)를 포함하여 구성된다.
시준광학부(310)는 센서부(100)로부터 방출된 발산광을 시준(평행광으로 변환)하여 제1 무한광학계를 형성한다. 시준광학부(310)는 구면 렌즈, 비구면 렌즈, 또는 원통형 렌즈 중 하나 이상의 광학 렌즈를 포함할 수 있다.
본 실시예에서 광(200)은 바코드 스캐너에 통상적으로 사용되는 레이저 광을 의도하였지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 본 실시예에 사용되는 레이저 광의 파장은 400-800㎚ 범위에 있다.
센서부(100)는 본 발명에 따른 정보검출장치용 광학장치의 구성요소는 아니지만, 상기 광학장치를 포함하는 정보검출장치의 일 구성요소이므로, 설명의 편의를 위하여 특별히 구별하지 않고 다른 구성요소들과 함께 설명하겠다. 센서부(100)는 발산광으로 이루어진 제1 유한광학계(210)를 형성하며, 상품 등의 개체에 부여된 바코드 등의 코드를 스캔하여 인식할 수 있다. 제1 유한광학계(210)의 길이(Lf1)는 센서부(100)의 유효 인식거리(f)보다 작은 것이 바람직하다. 본 실시예에서 센서부(100)는 레이저 광 발광부(미도시)와 수광부(미도시)를 포함하는 바코드 스캐너를 의도하였으나, 본 발명의 센서부(100)는 이에 한정되지 아니하며, 개체 값을 인식하고 개체 값에 내포된 정보를 식별할 수 있는 모든 센서장치를 포괄하는 것으로 이해되어야 한다.
시준광학부(310)에서 발산광을 시준하여 제1 무한광학계(250)를 형성함으로써, 후술하는 바와 같이 통상적인 센서부(100)의 유효 인식거리(f)보다, 또는 제1 유한광학계(210)의 길이(Lf1)보다 훨씬 먼 거리까지 거의 광출력 저하 없이 광(200)을 송출하는 것이 가능하게 된다. 즉, 제1 무한광학계 길이(Li1) ? 제1 유한 광학계 길이(Lf1)이 성립하게 되며, 이는 결과적으로 센서부(100)의 유효 인식거리(f)를 비약적으로 증가시키는 것과 같다.
반사부(350)는 시준광학부(310)를 통과한 제1 무한광학계(250)의 평행광을 미리 설정된 각도 및 방향으로 반사시켜 광경로(201)를 꺾어줌으로써 제2 무한광학계(260)를 형성한다. 반사부(350)는 거울, 프리즘 등에 의해 구성될 수 있으며, 분광기(beam splitter), 편광 분광기(polarization beam splitter) 등을 포함할 수도 있다.
제2 무한광학계(260)의 평행광은 발산광학부(330)를 거치면서 발산광으로 다시 변환되어 제2 유한광학계(220)를 형성한다. 발산광학부(330)는 구면 렌즈, 비구면 렌즈, 또는 원통형 렌즈 중 하나 이상의 광학 렌즈를 포함할 수 있다. 또한, 발산광학부(330)의 구성을 변경함으로써 광 발산 각도, 즉 방위각(θr)을 넓게 또는 좁게 조절할 수 있다. 발산광학부(330)의 구성을 변경하여 방위각을 조절하는 일례로 후술하는 바와 같이 발산광학부(330)에 줌렌즈를 포함시키는 방법이 있다.
불필요한 광손실을 방지하기 위하여, 시준광학부(310) 및 발산광학부(330)에 포함되는 렌즈의 직경(각각 d1 및 d2)은 제1 및 제2 무한광학계(250, 260)의 평행광의 직경 또는 폭(dc)보다 크게 형성되는 것이 바람직하다.
제2 유한광학계(220)의 발산광은 바코드를 포함하는 개체에 부착된 바코드에 반사된 후에 다시 발산광학부(330), 반사부(350) 및 시준광학부(310)의 순서로 광경로(201)를 역으로 거쳐서 센서부(100)의 수광부로 돌아온다. 센서부(100)는 수광부에 수광된 광(200)을 판독하여 바코드를 인식한다. 센서부(100)는 인식된 바코드를 식별하여 바코드에 내포된 정보를 검출하는 식별부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
한편 본 실시예에서, 반사부(350) 및 발산광학부(330)는 시준광학부(310) 또는 센서부(100)에 대하여 상대적으로 이동가능하도록 구성된다. 일 실시예에서, 반사부(350)와 발산광학부(330)는 제1 무한광학계(250)의 광경로(201)와 동일한 방향(A)으로 이동가능하도록 구성된다. 적층된 다수의 개체에 부착된 다수의 바코드를 연속적으로 인식하려면 센서부(100)가 적층된 다수의 개체를 따라서 이동되어야 하지만, 센서부(100) 자체를 고속으로 이동시킬 경우 급가속, 급감속시의 관성력과 고속이동시의 기계적인 진동, 충격에 의해 인식오류가 발생하기 쉽고 센서부(100)의 파손 우려도 커지는 문제가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여, 본 실시예에서는, 센서부(100) 자체는 고정시켜 두고 이동가능한 광경로(201)를 형성함으로써, 개체의 바코드 인식을 위해 바코드에 직접 방출되는 제2 유한광학계(220)의 발산광의 위치를 고속으로 이동시킬 수 있도록 하였다. 이러한 구성은, 앞서 언급한 바와 같이, 통상적인 센서부(100)의 유효 인식거리(f) 또는 제1 유한광학계(210)의 길이(Lf1)보다 훨씬 먼 거리까지 광(200)을 송출할 수 있도록 함으로써, 센서부(100)의 유효 인식거리(f)를 비약적으로 증가시키는 것과 같은 결과를 가져온다.
다른 실시예에서, 반사부(350)와 발산광학부(330)는 제1 무한광학계(250)와 제2 무한광학계(260)의 광경로(201)가 형성하는 각도를 변화시키도록 회전이동가능하게 구성된다. 개체의 적층된 개수가 많지 않아 반사부(350) 및 발산광학부(330)가 이동해야 할 범위가 좁은 경우에는, 반사부(350)와 발산광학부(330)을 단순히 회전이동시키는 것만으로도 다수의 바코드를 모두 인식할 수 있는 경우가 있을 수 있다. 또한, 다수의 적층된 개체가 수직으로 놓여져 있지 않고 어떤 이유에서 다소 기울어진 채로 놓여져 있는 경우에, 반사부(350) 및 발산광학부(330)를 개체가 기울어진 정도에 맞게 회전이동시킴으로써 바코드 인식효율을 향상시킬 수 있을 것이다.
한편, 발산광학부(330)가 반사부(350)에 대하여 상대적으로 이동할 수 있도록 구성하는 것 또한 가능하다. 즉, 제2 무한광학계(260)의 길이(Li2)를 가변시키도록 구성할 수도 있다. 바코드를 부착한 개체가 발산광학부(330)의 유효 인식거리를 벗어난 위치에서 이동중인 경우에, 발산광학부(330) 자체를 개체를 향하여 이동시켜 개체가 유효 인식거리 내에 위치하도록 함으로써 작업능률을 향상시킬 수 있다. 이 경우 제2 무한광학계(260)의 길이를 연장하는 것이므로 길이 연장에 따른 광출력의 손실은 극히 미미하여, 광출력 저하에 따른 인식률 저하는 염려할 필요가 없다.
도 4는 본 발명에 따른 정보검출장치용 광학장치의 다른 일실시예의 구성을 도시한 개념도이다.
도 4에 도시된 실시예에 따르면, 발산광학부(330)는 2매 이상의 광학렌즈에 의해 구성된 제2 줌광학부(335)를 포함할 수 있다. 제2 줌광학부(335)에 의하여 광의 초점거리를 변화시킬 수 있고, 이로써 발산광학부(330)로부터의 발산광의 방위각을 조절할 수 있다. 또한, 제2 줌광학부(335)의 구조에 따라서는 제2 줌광학부의 줌동작에 의해 발산광학부(330)와 반사부(350)의 거리가 변경되도록 할 수도 있으며, 이로써 발산광학부(330)의 유효 인식거리를 변화시킬 수도 있다.
이와 유사하게, 시준광학부(310) 전후에, 즉 제1 유한광학계(210) 및/또는 제1 무한광학계(250)상에 제1 줌광학부(320)를 구비할 수도 있다.
이상 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 정보검출장치용 광학장치 및 이를 포함하는 정보검출장치의 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 범위는 상기 설명한 실시예에 의하여 한정되지 아니하며, 본 발명의 범위는 오로지 아래의 특허청구의 범위에 의하여 정하여지는 것임에 유의하여야 한다.
10, 100 : 바코드 스캐너 20, 200 : 레이저 광
201 : 광경로 210 :제1 유한광학계
220 :제2 유한광학계 250 :제1 무한광학계
260 :제2 무한광학계 310 : 시준광학부
330 : 발산광학부 350 : 반사부
400 :개체 A : 반사부 이동방향

Claims (9)

  1. 제1 유한광학계를 갖는 발광부 및 수광부를 포함하며 개체에 부여된 코드를 스캔하여 인식할 수 있는 센서부로부터 방출된 광을 시준(視準; collimating)하여 제1 무한광학계로 변환하는 시준광학부;
    상기 제1 무한광학계의 광을 반사하여 제2 무한광학계를 형성하는 반사부; 및
    상기 제2 무한광학계의 광을 발산(diverge)하는 제2 유한광학계로 변환하는 발산광학부;
    를 포함하여 구성되며,
    상기 반사부 및 발산광학부는 상기 시준광학부에 대하여 상대적으로 이동가능한 것을 특징으로 하는 정보검출장치용 광학장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반사부 및 발산광학부는 상기 제1 무한광학계의 광경로와 동일한 방향으로 이동가능한 것을 특징으로 하는 정보검출장치용 광학장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 반사부 및 발산광학부는 상기 제1 무한광학계와 상기 제2 무한광학계의 광경로가 형성하는 각도를 변화시키도록 회전이동가능한 것을 특징으로 하는 정보검출장치용 광학장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 발산광학부가 상기 제2 무한광학계의 광경로와 동일한 방향으로 상기 반사부에 대하여 상대적으로 이동가능한 것을 특징으로 하는 정보검출장치용 광학장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 발산광학부는 제2 유한광학계의 광 발산 각도를 조절할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 정보검출장치용 광학장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 발산광학부는 2매 이상의 광학렌즈에 의해 구성된 제2 줌광학부를 포함하는 것을 특징으로 하는 정보검출장치용 광학장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 유한광학계 또는 제1 무한광학계 중 하나 이상에 배치되는 제1 줌광학부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정보검출장치용 광학장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 유한광학계의 길이는 상기 센서부의 유효 인식 거리보다 작은 것을 특징으로 하는 정보검출장치용 광학장치.
  9. 제1 유한광학계를 갖는 발광부 및 수광부를 포함하며 개체에 부여된 코드를 스캔하여 인식할 수 있는 센서부;
    상기 센서부로부터 방출된 광을 시준(視準; collimating)하여 제1 무한광학계로 변환하는 시준광학부;
    상기 제1 무한광학계의 광을 반사하여 제2 무한광학계를 형성하는 반사부; 및
    상기 제2 무한광학계의 광을 발산(diverge)하는 제2 유한광학계로 변환하는 발산광학부;
    를 포함하여 구성되며,
    상기 반사부 및 발산광학부는 상기 센서부에 대하여 상대적으로 이동가능한 것을 특징으로 하는 정보검출장치.
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