JP4129300B2

JP4129300B2 - 結像装置

Info

Publication number: JP4129300B2
Application number: JP02005597A
Authority: JP
Inventors: クラウディオ・マッツォーネ
Original assignee: データロジック・エス・ペー・アー
Priority date: 1996-01-18
Filing date: 1997-01-17
Publication date: 2008-08-06
Anticipated expiration: 2017-01-17
Also published as: JPH09311903A; EP0785452B1; DE69728800T2; EP0785452A1; DE69728800D1; ATE265695T1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、請求項１の前提部分に記載の受光装置の為の結像装置、すなわち焦点合わせを行う装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術および課題】
ここに記載のタイプの結像装置は、公知である。それらは、受光装置と連動するレンズ装置を移動させるもので、比較的重量が大である。この種の結像装置は、従って、焦点合せの動作に時間がかかり、十分な精度が得られない場合の多いことが知られている。
【０００３】
従って本発明の目的は、上記のタイプであり、しかもこれらの短所を持たない結像装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の特徴を持つ結像装置が、上記の目的を達成する為に提案されている。この結像装置は、レンズ装置が固定式であり、更に光の進路の中に入れられている少なくとも一つのエレメントを移動させる為に作動装置が用いられ、しかも上記エレメントの質量は、レンズの質量よりも小さいことの為に、極めて迅速に応答することが可能である。
【０００５】
結像装置の好ましい実施形態に於いては、光センサが作動装置により移動する。上記センサは、結像装置の焦点位置に設けられている故に、光束を絞るレンズ装置よりも充分に小型に構成することが可能であり、この事は、同時に質量を大幅に軽減するのに役立つ。光センサは、作動装置により焦点の確実に結ばれる位置に極めて迅速に移動することが出来る。
【０００６】
結像装置の実施形態は、光センサが移動する時に、光が光センサの感光面に必ず直角に入射する如く構成されているときは、更に好ましいものとなる。この場合には、入射光を受ける全表面積に対して移動距離は一定となり、その結果、焦点結像条件は、すべての位置で一定となる。
【０００７】
結像装置の実施形態は、結像の際に、作動装置が動かすミラーの質量がレンズよりも小さい時には、更に好ましいものとなる。この場合には又、結像の際に動かされる部品が比較的軽量である為に、結像装置の迅速な応答が保障される。
【０００８】
結像装置の実施形態は、前記ミラーが光の入射することの出来る２つの反射面を持ち、しかも両者が出来れば９０°の角度を挟む時には、特に好ましいものとなる。この際の入射光は、反射される際、入射の方向に事実上平行に進むことになる。このミラーが、次に作動装置により動かされる時には、光の進路は、このミラーの移動量の２倍に等しい量だけ変化する。結像の為に作動装置により動かされる距離は、従って、極めて短くなり、結像が更に迅速になされる。
【０００９】
結像装置の実施形態は、作動装置がコイル、これと相互に作用するマグネット、更に駆動回路を持つ時には好ましいものである。作動装置は、従って構造が極めて簡単となり、外乱により妨害されることは極めて少なくなり、更にコスト／効果的に有利に具体化することが可能である。
【００１０】
結像装置の実施形態は、その中の光センサの位置を検出する位置センサが、容量性のトランスジューサである時には、更に好ましいものとなる。光センサの各時点の位置は、従って、簡単かつ極めて精密に検出することが出来る。
【００１１】
結像装置の実施形態は、光センサおよび位置センサが同一プリント回路基板上に設けられている時には、特に好ましいものとなる。結像装置は、この場合、比較的コスト／効果的に有利に、又極めてコンパクトな形で具体化することが出来る。発明の他の変形例は、添付の従属請求項から知ることが出来る。
【００１２】
【発明の実施の形態】
結像装置は、例えばバーコードを持つ情報を、走査するのに用いられる受光装置と共に使用される。この種の装置は、対象物、又は情報ゾーンから反射される光を受け取り、それらから読み取られた情報を判別する為に用いられる。情報を正確に受け取る為には、反射光が受光装置の中に明瞭に集中することが重要である。
【００１３】
図１は、レンズ装置５と、例えばＣＣＤ（電荷結合素子）で形成される光センサ７とを備える、受光装置３の結像装置１を詳細に示している。レンズ装置５は、定位置に固定される構造を持つのに対し、光センサ７は、可動式であり、作動装置９を備えている。作動装置９は、例えば永久磁石で形成されるマグネット１１、および可変電流が駆動回路２２を介して流されるコイル１３を持つ。光センサ７は、搬送ボード１５に取り付けられ、このボード１５は、両方矢印１７で示すように、入射光の方向に平行移動することが出来る。結像装置１によって結像される各種の光の入射状態は、実線２１と破線２３により示されている。
【００１４】
また、図１は、一点鎖線２５により光の入射、又は光の進路を示すが、この一点鎖線は、結像動作中、光センサ７の表面（感光面）と一致する平面に対して、直角に維持される。
【００１５】
図１は、更に、位置センサ２７を示す。この位置センサ２７は、位置を電気信号に変換する容量性のトランスジューサで形成され、２つの定置ボードＡ、Ｂと、両者の間の可動ボードＣとを備え、可動ボードＣの位置、つまり光センサ７の位置を検出する。可動ボードＣは、図示されている実施形態では、搬送ボード１５の延長部として構成されている。図１に示されたスケッチからは、変調された電圧信号、この場合には矩型波信号+Vaaと-Vaaが、定置ボードＡおよびＢに印加されることがわかる。２つの電圧信号は、反対極性を持つが、その他の特性は、時間の経過にかかわらず、同一である。
【００１６】
コイル１３は、搬送ボード１５に、コイル１３のあらゆる運動に追随し得る如く結合されねばならない。従って、両者１３、１５間は、剛体結合される。搬送ボード１５の運動は、位置センサ２７の可動ボードＣを強制的に動かす。従って、この可動ボードＣから、このボードＣの各時点の位置の関数である電圧信号をピックアップすることが出来る。この信号が位置判定回路２４に送られると、この回路２４は可動ボードＣからピックアップされた信号を判定することにより、搬送ボード１５、又はセンサ７の各時点の位置を検出し、その結果、結像の最適化を保障することが可能となる。
【００１７】
また、前記位置判定回路２４の信号を作動装置９の駆動回路２２に送ることにより、コントロールループを作ることも可能である。すなわち、光センサ７から出力される受光量に対応した電気信号を受けて、読取り対象物（例えばバーコード）の黒色部分と白色部分の電気信号レベルの差を判定し、この差が最大となった時を焦点位置と判定する焦点合せ判定回路２６を設け、その焦点位置における可動ボードＣの位置に対応した位置信号を位置判定回路２４から駆動回路２２に送出して、コイル１３に通電し、光センサ７を焦点位置に移動させる。前記位置判定回路２４と焦点合せ判定回路２６とにより、光センサ７を焦点位置に設定するための焦点合せ手段が構成される。
【００１８】
図２は、図１に開示された結像装置１の詳細、即ち搬送ボード１５、光センサ７、位置センサ２７の２つの定置ボードＡ、Ｂおよび可動ボードＣの斜視図である。この図により、可動ボードＣが搬送ボード１５の一部であることが明らかになる。搬送ボード１５と可動ボードＣが一体化されている実施形態は、特に好ましい。搬送ボード１５は、プリント回路基板の一部とすることも可能である。
【００１９】
可動ボードＣの各時点の位置と、このボードＣに於いてピックアップされる信号との間の相互関係は、図３を用いて説明される。
【００２０】
可動ボードＣの位置ｘを、時間ｔに関してプロットしたグラフを図３（Ａ）に示す。変位を時間信号に変換する容量性のトランスジューサで構成されている位置センサ２７の定置ボードＡ、Ｂおよび可動ボードＣは、図３（Ｂ）に示されている。第１キャパシタンスＣ１は、定置ボードＡと可動ボＡドＣとＣ間に形成され、かつ第２キャパシタンスＣ２は、定置ボードＢと可動ボードＣとの間に形成される。
【００２１】
図３（Ｃ）には、種々の電圧信号をプロットすることにより、電圧Ｖの時Ｖｔに関する特性曲線が表されている。３つの曲線のすべてに於いて、アース電位は横軸上にある。
【００２２】
最大電圧+Vaaを持ち、定置ボードＡに印加される矩型波電圧信号は、上のグラフに示されている。下のグラフは、定置ボードＢに付加され、最大電圧値-Vaaを持つ矩型波電圧信号が時間ｔに関して示されている。反対極性の電圧信号が、２つのボードＡおよびＢに印加されることは明らかである。
【００２３】
図３（Ａ）の変位グラフに示された可動ボードＣの移動は、図３（Ｃ）の中央に示された、時間ｔに対する電圧Ｖのグラフに表すような特性の電圧信号を、ボードＣに誘発する。
【００２４】
図３の概略的な図解からだけでも、ボードＣからピックアップされた電圧信号が、図３の変位グラフ（時間ｔに対する距離ｘ）に示されるボードの移動に合致することは明らかである。
【００２５】
作動装置９の実施形態は、ラウドスピーカの場合の如く、永久磁石と、駆動回路２２により駆動されて電流が流れるコイル１３を使用すれば、特に簡単となる。コイル１３の駆動に用いられる駆動回路２２の信号は、図１の位置判定回路２４から出力される信号に関連づけて生成させることが可能であり、この位置判定回路２４には、可動ボードＣに生じる電圧信号が入力される。このようにして、最適の結像位置を得るために、適切な装置からコントロール信号を作り出すことの出来るコントロールループを形成することが可能である。
【００２６】
結像装置１は、位置センサ２７が結像装置１の搬送ボード１５と直接相互作用を行うので、特にコンパクトで簡単な構造を持つことが出来る。搬送ボード１５が位置センサ２７の一部となり、その可動ボードＣを形成する時には、特に構造はコンパクトになり、従って結像装置１は、その質量が小さくなり、そのために応答が極めて迅速になる。
【００２７】
光センサ７および位置センサ２７が単一の、集積回路の一部である時には、結像装置は極めて小型となる。
【００２８】
図１に示された結像装置の場合に、光センサ７がその表面（感光面）と直交する方向へ平行移動することにより、一点鎖線２５に該当する光の進路が、光センサ７の位置に関係なくその表面に直角となることは、特に有利である。これにより、光センサ７の表面領域に一つの焦点が結ばれる時には、同一面内に在るあらゆる他の表面領域の焦点も同時に結ばれる。言い換えれば、光センサ７の表面領域はレンズ装置５の仮想中心面Mから等しい距離に在る。
【００２９】
図４は第２の実施形態に係る第２の結像装置１０を示す。図１ないし３に示した結像装置の部品は、図４に於いても同じ記号を附されているので、前述の説明をこの場合にも参照することが出来る。
【００３０】
結像装置１０は、受光装置３０を持ち、かつその中にはレンズ装置並びに、この場合には２つのミラーを持つミラー装置が含まれる。上記のミラー装置は、この場合に第１ミラー６ａおよび第２ミラー６ｂを備えている。特に第２ミラー６ｂは、共に光りを受けることが可能であり、又出来れば９０°の挟角をその間に挟む２つの反射ｂ６１および６３を含む点で、他のミラーと異なっている。その結果、第２ミラー６ｂに入射する光線は、２回反射し合計１８０°の偏向角が生じ、入射光線と反射光線は互いに平行に走行することになる。光線の進路は、破線で示されている。２つのミラー６ａと６ｂは、対象物から反射し、レンズ装置５により収束した光が、この場合には、例えばＣＣＤで形成されている光センサ７に入射するように、互いの関係位置を保っている。
【００３１】
２つのミラー６ａ、６ｂのベース本体は、任意の設計とすることが出来る。従って、通常のミラーボードを使用することが可能である。ベース本体が、図示のように少なくとも一つの反射外面を持つプリズム状のデザインを持つ時には、特に優れた効果を示す。ミラー６ａは、単一プリズムを持ち、ミラー６ｂは２つのプリズム、又はダブルプリズムをベース本体として持つ。
【００３２】
この結像装置１０のレンズ装置５は、その位置を固定されている。第２ミラー６ｂは、作動装置９に連結され、作動装置は、例えば永久磁石で構成されるマグネット１１と、駆動回路（図示せず）を介して可変電流を通電できるコイル１３とを含む。第２ミラー６ｂは、両方向矢印１７で示すように、平行移動することの出来る搬送ボード１５′上に固定されている。
【００３３】
作動装置９は、第１ミラー６ａ、若しくは光センサ７に結合されることも出来るであろう。後者の場合は、既に図１から３を用いて説明されている。
【００３４】
結像の為に移動することの出来る第２ミラー６ｂは、容量性トランスジューサで構成され、かつ２つの定置ボードＡ、Ｂおよびその間の可動ボードＣを持つ位置センサ２７と、相互に作用する。このタイプの位置センサ２７は、図１から３を用いて詳述されている為に、これらの図に関する記述を参照することが出来る。第２ミラー６ｂを支持する搬送ボード１５′は、図１の場合と同様の焦点合せ制御手段を備えたコントロールループを用いて作動装置９により矢印１７方向に駆動される。
【００３５】
第２ミラー６ｂが、作動装置９を利用して距離ｘだけ移動する時には、光線の進路は２・ｘの距離だけ変化することは明らかである。従って、この場合の結像時に必要とされる移動は、特に僅かで済む。
【００３６】
特に、可動ミラー６ｂのベース本体は、軽量なプラスチックで形成出来るから、可動ミラー６ｂは極めて軽量に設定出来る。その場合、光を受ける反射面のみは、高い反射性を備えるように設定する必要があるが、これは例えば金属蒸着により可能である。
【００３７】
ミラー６ｂの表面が、特別の構造を持つ為に、結像に必要な移動量は比較的小さく、従って装置１０の結像は、極めて迅速に行われる。
【００３８】
図４から、結像装置１０の構造は、入射光がレンズ装置５を通して第１ミラー６ａに達し、このミラー６ａから光は、更に第２ミラー６ｂに達することを可能にするものであることは明らかである。入射光は、２つの反射面６１および６３により、光センサ７に集束する。
【００３９】
図５の変形例を示すように、第１ミラー６ａは、光センサ７と第２ミラー６ｂとの間の光の進路に入れることも出来る。この場合、第１ミラー６ａは、必ずプリズム状でなければならない。この場合に、図５に示されている結像装置に入射する光は、レンズ装置５を経て２つの反射面６１および６３を持つ第２ミラー６ｂに達し、このミラーで反射して第１ミラー６ａの反射面６５に達し、ここから最終的に光センサ７に入る。
【００４０】
結像装置１００のこの変形例に於いても、第２ミラー６ｂは、例えば永久磁石で形成されている磁石体１１と、可変電流の流されるコイル１３とを持つ作動装置９により移動する。
【００４１】
この場合、第２ミラー６bは、図４による実施形態の場合の如く搬送ボード１５′の上に設けられており、ボード１５′は、両方向矢印１７により示されるように、平行移動することが出来る。
【００４２】
可動第２ミラー６ｂには、同様に容量性トランスジューサで構成されて、定置ボードＡ、Ｂおよびその間の可動ボードＣを持つ位置センサ２７が付与されている。その構造および作動方式は、図１から４を用いて説明された位置センサ２７と同じであり、ここで言及することは省く。
【００４３】
図６は、図４および５に図示されている結像装置１０および１００の詳細を斜視図の形で模式的に示す。図６に、第２ミラー６ａを支持し、作動装置９（図示せず）により、両方向矢印１７で示すように移動出来る搬送ボード１５′が、明瞭に示されている。搬送ボード１５′には、ここでは可動ボードＣが備わっており、トランスジューサで構成されている位置センサ２７の定置ボードＡ、Ｂと相互作用を行う。ボードＣは、搬送ボード１５′と一体的なものであることが望ましい。
【００４４】
この場合には、搬送ボード１５′はプリント回路ボードの一部とすることも可能である。
【００４５】
可動ボードＣの各時点の位置と、このボードからピックアップすることの出来る信号との間の相互関係は、図２および３を用いて詳述されたものと同じである為に、ここで言及することは省く。これらの図に関する記述を参照されたい。
【００４６】
また、結像装置に複数の作動装置を設け、一つ以上の数のミラーを作動させる一方で、必要に応じ追加的に結像装置１０および１００の光センサ７が取り付けられる搬送ボードも作動させることも出来る。これにより、移動量を増やし、従って上記のタイプの結像装置の為の被写体深度を大にすることが出来る。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、レンズ装置が固定式であり、光の進路の中に入れられている少なくとも一つのエレメントを作動装置によって移動させるので、通常、上記エレメントの質量は、レンズの質量よりも小さいことの為に、極めて迅速に応答することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るレンズ装置および光検出器を持つ結像装置の概略側面図である。
【図２】第１結像装置の一部の斜視図である。
【図３】結像装置の機能を説明する為の図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係るレンズ装置、光センサおよびミラー装置を持つ結像装置の概略側面図である。
【図５】図４の第２実施形態の変形例を示す概略側面図である。
【図６】第２実施形態に係る結像装置の一部を示す斜視図である。
【符号の説明】
１…結像装置、３…受光装置、５…レンズ装置、６ａ，６ｂ…ミラー、７…光センサ、９…作動装置、２７…位置センサ

Claims

受光を集束させる少なくとも１つの固定式のレンズ装置（５）と、
光の進路（２５）の中に設けられ、前記レンズ装置（５）よりも質量の小さい少なくとも１つのエレメント（７，６ｂ）であって、受光を集束させるレンズ素子を含まないエレメント（７，６ｂ）と、
前記光の進路（２５）に沿って前記少なくとも１つのエレメント（７，６ｂ）を移動させる作動装置（９）と、
前記少なくとも１つの移動可能なエレメント（７，６ｂ）の位置を検出する位置センサ（２７）とを備えた、受光装置の結像装置において、
前記位置センサ（２７）が、前記少なくとも１つの移動可能なエレメント（７，６ｂ）と一体に構成された可動エレメントを備えることを特徴とする結像装置。
請求項１において、前記光の進路（２５）の中に設けられた前記少なくとも１つのエレメント（７，６ｂ）が光センサ（７）である結像装置。
請求項２において、前記光センサ（７）が複数の光感応性表面領域を備えており、前記光センサ（７）が前記作動装置（９）により移動する時に、これらの表面領域が光によりほぼ垂直に同時に照らされるように保持されている結像装置。
請求項２において、前記光センサ（７）がＣＣＤである結像装置。
請求項１において、前記光の進路（２５）の中に設けられた前記少なくとも１つのエレメント（７，６ｂ）が、その間にほぼ９０°の角度を挟み各々に光を受ける２つの反射面（６１，６３）を有するミラー（６ｂ）である結像装置。
請求項１において、前記少なくとも１つのエレメント（７，６ｂ）が、前記作動装置（９）により移動可能な搬送ボード（１５，１５’）上に設けられている結像装置。
請求項１において、前記位置センサ（２７）は、位置を電気信号に変換する容量性のトランスジューサを備える結像装置。
請求項７において、前記トランスジューサは、２つの定置ボード（Ａ，Ｂ）と、その間に配置された可動ボード（Ｃ）とを備える結像装置。
請求項８において、前記トランスジューサの前記可動ボード（Ｃ）が前記搬送ボード（１５，１５’）の一部である結像装置。
請求項８において、前記トランスジューサの前記可動ボード（Ｃ）と前記搬送ボード（１５，１５’）とが一体物である結像装置。
請求項６において、前記搬送ボード（１５，１５’）がプリント回路基板の一部である結像装置。
請求項１において、前記作動装置（９）は、駆動回路と相互に作用するコイル（１３）と、そのコイル（１３）と相互に作用するマグネット（１３）とを備える結像装置。
請求項８において、矩形波の電圧信号が前記容量性トランスジューサ（９）の前記２つの定置ボード（Ａ，Ｂ）に印加される結像装置。
請求項８において、電気信号が前記可動ボード（Ｃ）からピックアップされ、かつ、位置判定回路に送られる結像装置。
請求項１２において、出力信号が位置判定回路からピックアップされ、コントロールループを形成するために、前記作動装置（９）に送られる結像装置。
少なくとも１つのレンズ装置（５）と、
光の進路（２５）の中に設けられ、前記レンズ装置（５）よりも質量の小さい少なくとも１つのエレメント（７，６ｂ）と、
前記光の進路（２５）に沿って前記少なくとも１つのエレメント（７，６ｂ）を移動させる作動装置（９）と、
前記少なくとも１つの移動可能なエレメント（７，６ｂ）の位置を検出する位置センサ（２７）とを備えた、受光装置の結像装置であって、
前記位置センサ（２７）が、前記少なくとも１つの移動可能なエレメント（７，６ｂ）と一体に構成された可動エレメントを備え、
前記位置センサ（２７）は、位置を電気信号に変換する容量性のトランスジューサを備え、前記トランスジューサは、２つの定置ボード（Ａ，Ｂ）と、その間に配置された可動ボード（Ｃ）とを備え、
反対極性の矩形波電圧信号が前記容量性トランスジューサ（９）の前記２つの定置ボード（Ａ，Ｂ）に印加される結像装置。