JP2003528410A - 共面カメラスキャンシステム - Google Patents

共面カメラスキャンシステム

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JP2003528410A
JP2003528410A JP2001570066A JP2001570066A JP2003528410A JP 2003528410 A JP2003528410 A JP 2003528410A JP 2001570066 A JP2001570066 A JP 2001570066A JP 2001570066 A JP2001570066 A JP 2001570066A JP 2003528410 A JP2003528410 A JP 2003528410A
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シャレフ、エドワード・アイ
ブロブスト、トーマス・ジェイ
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アキュー − ソート・システムズ・インコーポレーテッド
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 【解決手段】光入力信号を検出するリニアアレイセンサを備えている、対物をスキャンするためのシステムが、与えられている。レンズが、前記リニアアレイセンサと光学的に接続されており、レンズ軸に沿って視野内に置かれた光学イメージを受光し、前記リニアアレイセンサに伝送する。前記レンズ軸とほぼ直線状にアラインメントされるストリップ照明を、発生する光源が、与えられている。円柱レンズが、前記光源とスキャンされる対物との間に設けられる。前記円柱レンズは、前記ストリップ照明を形成するように、前記光源からの光を集光し、伝送し、焦点合わせするのに適している。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的には、光学スキャンシステムに関する。特に、本発明は、共
面光源を使用しているカメラを備えているスキャンシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
様々な光学スキャンシステムが、暗号化された記号の読み取り及び解読、対物
の識別、対物の比較、対物の計測のために開発されている。これらスキャンシス
テムの各々は、コヒーレントな光源あるいはコヒーレントでない光源のどちらか
を利用している。光源（ｌｉｇｈｔｉｎｇ）は、良質なイメージを得ることにお
いて重要な要素の１つである。スキャンに必要とされる光の強度は、スキャンさ
れている対物の移動速さ及びセンサの速さに直接的に比例する。一般的には、イ
メージが素早く補足されるほど、より強い光が必要とされる。今日まで、強い強
度のナトリウム又はハロゲン光源のみが、充分な視野深度にわたって高速で焦点
合わせするカメラにおいて、はっきりしたイメージを得るのに適していた。光源
は、普通、スキャンされた対物から反射された光を検出するセンサ及びカメラか
らオフアクシスに設けられている。
【０００３】 光源としてナトリウムランプを使用している複数の出願においては、前記ラン
プは、カメラ検出手段によって必要とされる照明を、与える。これらランプは、
非常に明るく、又、広いスペクトルレンジを有しているために、大量の光学的な
パワーを与える。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記ナトリウムランプ光源には、幾つかの欠点が存在する。第
１に、極端な明るさのために、前記ナトリウムランプは、スキャンシステムの近
くで働く人に迷惑になり得るし、危険を引き起こす原因となる可能性もあり得る
。第２に、ナトリウムライトは、大量のＡＣ電力を必要とするので、生産コスト
が増大する。第３に、これらの光源は、大量の熱を発生する。加えて、スキャン
システム周辺の装備に操作上の問題を与え得る無線周波数干渉が、発生され得る
。
【０００５】 ＬＥＤのような光源の使用は、ナトリウム又はハロゲン光源をこえる幾つかの
利点を与える。ＬＥＤ照明は、コストの面でより効率的な、人間工学的な照明方
法である。ＬＥＤ照明により生じる問題は、広い視野深度にわたって焦点合わせ
する時に、映し出される対物への充分な光をどのようにして得るかにある。光源
とカメラレンズの視線との間の装着角（ｍｏｕｎｔｉｎｇ ａｎｇｌｅ）を除去
することにより、反射される光が利用され、より弱い強度の光源が、使用され得
る。ＬＥＤは、ほぼ瞬時に作動状態にされ得るために、対物が視野内に移動され
ていない時には、停止状態にしておくことができる。このことは、ＬＥＤの寿命
を延長し、また、パワーを保護する。加えて、１つのＬＥＤアレイ内の異なった
複数のＬＥＤが、所望の利用に応じて異なるレベルの作動状態にされ得るように
、パワーは、複数のＬＥＤの各々に調節して入力され得、所望の領域にピンポイ
ントで入力され得る。
【０００６】 無線周波数干渉や熱の発生の問題を軽減する一方、少ないエネルギーを使用し
、スキャンされる対物に充分な光学的照明を与える、コヒーレントな又はコヒー
レントでない光源の使用が必要である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
簡潔に述べれば、本発明は、バーコードの読み取りに利用される光センサ及び
カメラレンズと共面なストリップ照明を与える光源を使用している光学スキャン
システムを提供する。前記光源は、レンズ軸及び前記光センサと共面であり得、
ＬＥＤや少ないパワーを消費するその他の照明源から好ましくは形成されている
。共面デザインは、広い視野深度での、低速における、適切な照明を与えている
。
【０００８】 他の実施態様において、本発明は、前記ストリップ照明が、所望の視野深度で
、カメラの視線と共面であり続けるように、前記光源は、カメラの視線に対して
シフトされるスキャンシステムを提供している。アレイから生じる光ストリップ
プロファイルは、細いことが可能である。視野深度にわたって対物を照明するの
に必用な光の強度は、充分に弱くされており、このため、ＬＥＤアレイや他の低
パワー光源の使用が可能にされている。
【０００９】 他の実施態様において、本発明は、所望の視野深度において、カメラの視線と
ほぼ共面に、前記対物に前記ストリップ照明を与える複数のオフアキシスな光源
を備えている。前記光源の異なるアレイは、ターゲット対物の視野深度に応じて
作動状態にされ、距離のレンジにわたって適切なライティングを可能にする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明は、図面を参照して示され、この図面で、同じ符号は、全体を通じて同
じ部材を示している。 図１には、本発明の一実施形態に従う共面カメラスキャンシステム１０が、示
されている。この共面カメラスキャンシステム１０は、光源１１と、カメラレン
ズ１２と、このレンズ１２のための焦点合わせリング１３と、リニアアレイセン
サ１４と、窓２２と、円柱レンズ１８と、ボイスコイルアクチュエータ１６とを
好ましくは備えている。好ましい実施形態において、前記光源１１は、当業者は
、レーザライン発生器や複数のレーザのような他の適切な光源が利用され得るこ
とを知るであろうが、１以上の非常に強い強度のＬＥＤアレイにより構成されて
いる。
【００１１】 前記光源１１は、破線１７で示されているターゲット対物の表面を照明するよ
うに使用される。射出された光は、前記ターゲット対物を照明し、共面にアライ
ンメントされている前記センサ１４に反射される。前記共面カメラスキャンシス
テム１０は、スキャンされた対物からのバーコード情報を読み取るように好まし
くは使用される。前記共面カメラスキャンシステム１０は、スキャンされた対物
から反射された光を検出するように、ＣＭＯＳリニアアレイセンサ１４を好まし
くは利用している。第１の実施形態では、ＣＭＯＳに基づくイメージセンサが、
示されているが、当業者が知るはずであるように、例えばＣＣＤに基づくイメー
ジセンサのような、イメージセンサが使用され得る。前記ＣＭＯＳリニアアレイ
センサ１４に反射される光は、好ましい実施形態において、非常に強い強度の複
数のＬＥＤ１１によって発生される。本発明の好ましい一実施形態は、前記アレ
イで赤色ＬＥＤを利用している。光源に関する技術が発展すれば、より明るくよ
り強い強度のＬＥＤが使用され得、異なった波長を有しているＬＥＤが、与えら
れ得る。また、低パワー半導体レーザも利用され得る。
【００１２】 前記ＬＥＤアレイ１１は、前記共面カメラスキャンシステム１０の光源として
働く。図２に示されているように、本発明の第１の好ましい実施形態において、
前記光源１１は、前記ＣＭＯＳリニアアレイセンサ１４と同じ平面内で、平行に
設けられている。当業者は、このような方法で設けられている前記光源１１は、
前記ＣＭＯＳリニアアレイセンサ１４とオンアクシス（ｏｎ−ａｘｉｓ）である
ことを知るはずである。前記光源１１は、１以上のサーキット（ｃｉｒｃｕｉｔ
）ボード３１に設けられている、互いに連続している複数のＬＥＤの、複数のア
レイを好ましくは備えている。この実施形態において、前記共面カメラは、所望
の量の光を発生するように、２つのＬＥＤアレイを利用している。この実施形態
において、前記光源１１は、前記カメラレンズ１２の両側に設けられている。当
業者にとって明らかなように、各々の光源１１に必用なＬＥＤの数は、コンベア
ベルトのサイズ及び所望の視野深度（ｄｅｐｔｈ ｏｆ ｆｉｅｌｄ）に基づい
て異なる。本発明は、４つまでのアレイの各々に５０個のＬＥＤを好ましくは利
用しており、合計で２００個のＬＥＤを利用している。代って、所望の数の低パ
ワー半導体レーザアレイが、前記サーキットボード３１に装着され得る。
【００１３】 前記光源１１から射出された光は、前記円柱レンズ１８を使用して、前記対物
に細い「ストリップ（ｓｔｒｉｐｅ）」に焦点合わせされる。前記円柱レンズ１
８は、前記光源１１と前記ターゲット対物との間に、平行に設けられる。この好
ましい実施形態において、フレネルレンズが使用されているが、当業者が知るは
ずであるように、あらゆる光学レンズが、この出願において使用され得る。図１
及び２において示されるように、前記光源１１に対する前記円柱レンズの位置決
めが、視野深度内のどこであっても、光の細い「ストリップ」を与える。前記タ
ーゲット対物が、このスキャン視野に入っている時、前記光源１１からの照明は
、前記対物を照明している。前記光源１１に対する前記センサ１４の位置決めに
より、前記ＣＯＭＳリニアアレイセンサ１４は、前記光源１１によって与えられ
た最も強い光を検出する。
【００１４】 図１及び３において示されるように、前記円柱レンズ１８は、センタースリッ
ト２０を備えている。このセンタースリット２０は、光が、前記円柱レンズ１８
を通って前記カメラレンズ１２に戻るように前記ターゲット対物に反射され、そ
して、前記ＣＭＯＳリニアアレイセンサ１４に投じられることを可能にしている
。
【００１５】 前記共面カメラスキャンシステム１０の視野深度を最大化するために、前記ボ
イスコイルアクチュエータ１６は、前記イメージレンズ１２の前記焦点合わせリ
ング１３に接続されており、レンジ（ｒａｎｇｅ）ファインダ２４からの信号に
基づいて、前記ＣＭＯＳリニアアレイセンサ１４にイメージを力学的に焦点合わ
せする。当業者は、レンジファインダとして使用され得る、あるいは、焦点合わ
せのために使用され得る多くの方法及び装置があることを知るはずである。前記
レンジファインダ２４から受け取られる前記信号により、前記ボイスコイルアク
チュエータ１６は、前記カメラレンズ１２を移動して、対物から反射された光を
前記リニアアレイセンサ１４に焦点合わせする。
【００１６】 光学的には、本発明は、射出される光を、スキャンされる対物に、より精密に
焦点合わせするような光源焦点合わせメカニズム２６を備え得る。これは、前記
カメラレンズ１２によって受光され、前記ＣＭＯＳリニアアレイセンサ１４に投
光されるイメージを強めている。前記焦点合わせメカニズム２６は、前記光源１
１と接続されており、前記光源１１の位置に対して、前記レンズ１８の位置を力
学的に移動する。前記焦点合わせメカニズム２６と前記光源１１のどちらか、又
は、両方は、光を焦点合わせするように移動され得ることを記すべきである。こ
のような移動は、もちろん、前記共面カメラ１３から前記対物までの距離に依存
している。この択一的な実施形態は、ストリップ照明の強度を、あらゆる距離に
おいて最大化するように保ち、前記ＣＭＯＳリニアアレイセンサ１４による検出
のためのより明確なイメージを与えている。
【００１７】 図４において、本発明の第２の実施形態が、線４３で示されている前記カメラ
レンズ軸及び前記リニアアレイセンサから、離れて設けられているオフアクシス
（ｏｆｆ ａｘｉｓ）光源４０を使用している。前記オフアクシス光源４０は、
ターゲット対物を、光のビームをその表面に向けることにより照明する。しかし
ながら、焦点合わせされたストリップ照明４４は、所望の視野深度において、前
記カメラレンズ軸４３及び直線状センサアレイと共面である。前記オフアクシス
光源４０は、好ましくは、前記ターゲット対物に光を与える可動なＬＥＤ光源ア
レイ４５である。しかしながら、本発明は、この特定の配置や光源に限定されず
、当業者は、半導体レーザのような、示されている光源から択一的に選択される
光源が、使用され得ることを知るはずである。
【００１８】 前記光源４０は、光学レンズ４１を使用することによって焦点合わせされ得る
。前記レンズ４１は、フレネルレンズが好ましいが、あらゆる光学的なタイプの
レンズであり得る。好ましくは制御可能なモータの形態の光源ポジショナ４２が
、光源４０の移動を可能にするように、光源４０に接続されている。焦点合わせ
されたストリップ照明４４、４４’が、前記対物の表面に位置するように、前記
ポジショナ４２は、スキャンされる対物の高さに基づいて前記光源４０を移動す
る。前記対物の高さは、レンジファインダや他の手段によって決定され得る。
【００１９】 図５において概略的に示されているように、前記オフアクシス光源４０の位置
は、無限に変化する。これに応じて、前記ストリップ照明４４、４４’、４４'' は、所望の視野深度に依存して、前記軸４３に沿って、多数の位置にシフトされ
得る。
【００２０】 図６において、本発明の第３の実施形態が示されており、この実施形態は、レ
ンズ５３及びリニアアレイセンサに，オフアクシスに配置されている１以上のサ
ーキットボード５２に設けられている光源５１の多数のアレイを備えている。レ
ンジファインダ５０が、前記光源５１のアレイに接続されている。前記レンジフ
ァインダ５０は、カメラとターゲット対物との間の距離を決定する。この距離デ
ータは、コントローラへ送られ、このコントローラが、前記光源５１の選択され
たアレイのパワーをオン並びにオフにすることによって、この選択されたアレイ
は、対応する視野深度５５、５５'、５５''、５５'''に焦点合わせされ、カメラ
レンズ軸５７と共面なストリップ照明５６、５６’、５６''、５６'''を与える
。前記カメラ５３及び前記レンズ５４は、所望のデータを前記対物から読み取る
ために、ストリップ照明からの反射された光を検出する。代って、全ての光源５
１は、あらゆる視野深度に、所望のストリップ照明を与えるように働かされ得、
ターゲット対物までの距離の必要性を排除する。
【００２１】
【発明の効果】
本発明の好ましい実施形態が、詳細に示されている一方で、本発明は、上述し
た特定の実施形態に限定されず、上述した実施形態は、一実施形態として考慮さ
れるべきである。さらに、本発明の範囲に含まれるような全ての本発明の改良及
び拡張が、上述した実施形態に基づいて開発され得るであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明の好ましい実施形態に従う共面カメラの側面図である。
【図２】 図２は、本発明の好ましい実施形態に従う共面カメラの上面図である。
【図３】 図３は、本発明の好ましい実施形態に従う共面カメラの前方等角図である。
【図４】 図４は、本発明の一実施形態に従う、カメラレンズ軸とオフアクシスな配置で
使用される可動な光源アレイを備えている、本発明の第２の実施形態の側面等角
図である。
【図５】 図５は、本発明の一実施形態に従う、広い視野深度での、照明装置の多数の並
びの側面等角図である。
【図６】 図６は、本発明の一実施形態に従う、可動な光源の最後の図である。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１４年２月２２日（２００２．２．２２）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【プルーフの要否】 要
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ， ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ， ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｃ Ａ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ， ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，Ｋ Ｅ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ， ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，Ｒ Ｕ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ， ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 ブロブスト、トーマス・ジェイ アメリカ合衆国、ペンシルバニア州 18101 アレンタウン、セダー・クレス ト・ブールバード 416 Ｆターム(参考） 5B072 AA06 AA09 CC24 DD02 DD21 JJ01 LL09 LL13 LL19

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光入力信号を検出するリニアアレイセンサと、 このリニアアレイセンサに光学的に接続されており、レンズ軸に沿って視野内
    に置かれた光学イメージを受光し、前記リニアアレイセンサに伝送するレンズと
    、 前記レンズ軸とほぼ直線状にアラインメントされるストリップ照明を発生する
    光源と、 前記光源とスキャンされる対物との間に設けられ、前記ストリップ照明を形成
    するように、前記光源からの光を集光し、伝送し、焦点合わせする円柱レンズと
    を 具備している、対物をスキャンするためのシステム。
  2. 【請求項２】 前記レンズに接続されている焦点合わせ装置と、 この焦点合わせ装置に接続されているアクチュエータと、 このアクチュエータに接続されており、前記レンズからターゲット対物までの
    距離を決定し、また、前記ターゲット対物の位置決めデータをもたらし、前記ア
    クチュエータに送るレンジファインダとを さらに具備している請求項１の、対物をスキャンするためのシステム。
  3. 【請求項３】 前記円柱レンズに接続されており、所望の視野深度で、前記
    レンズ軸に沿って、前記ストリップ照明を焦点合わせするように前記円柱レンズ
    を移動させる焦点合わせメカニズムを さらに具備している請求項１の、対物をスキャンするためのシステム。
  4. 【請求項４】 前記光源は、光放出体の複数のリニアアレイを備えている請
    求項１のシステム。
  5. 【請求項５】 前記光源と接続されており、前記光放出体の選択されたリニ
    アアレイを作動状態並びに停止状態にするコントローラを さらに備えている請求項４の、対物をスキャンするためのシステム。
  6. 【請求項６】 前記円柱レンズは、フレネルレンズである請求項１の、対物
    をスキャンするためのシステム。
  7. 【請求項７】 前記リニアアレイセンサは、ＣＣＤイメージセンサである請
    求項１の、対物をスキャンするためのシステム。
  8. 【請求項８】 前記円柱レンズは、センタースリットを有している請求項１
    の、対物をスキャンするためのシステム。
  9. 【請求項９】 前記光源は、ＬＥＤアレイである請求項１の、対物をスキャ
    ンするためのシステム。
  10. 【請求項１０】 前記ＬＥＤアレイは、非常に強い強度の赤色ＬＥＤを有し
    ている請求項９の、対物をスキャンするためのシステム。
  11. 【請求項１１】 前記光源は、半導体レーザアレイである請求項１の、対物
    をスキャンするためのシステム。
  12. 【請求項１２】 前記光源は、前記リニアアレイセンサ及び前記レンズ軸と
    共面である請求項１のシステム。
  13. 【請求項１３】 前記光源は、可動であり、前記レンズ軸からオフアキシス
    位置で、前記リニアアレイセンサに平行に設けられている請求項１の、対物をス
    キャンするためのシステム。
JP2001570066A 2000-03-17 2001-03-16 共面カメラスキャンシステム Withdrawn JP2003528410A (ja)

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