JPH09311903A - 結像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 バーコードリーダのような受光装置に用いる
結像装置の焦点合せを迅速に行う。 【解決手段】 少なくとも一つのレンズ装置（５）と入
射光を受ける光センサ（７）とを持つ受光装置（３）に
対する結像装置（１）である。この結像装置は、レンズ
装置（５）が定置され、光センサ（７）を平行移動させ
る作動装置（９）および光センサ（７）の各時点の位置
を検出する位置センサ（２７）を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、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１
１、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２
１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-V
aa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１
０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６
ａ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 (19)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも一つのレンズ装置（５）およ
   び一つの作動装置（９）を持つ受光装置（３）に設けら
   れる結像装置に於いて、光の進路の中に設けられたエレ
   メントであって、前記レンズ装置（５）よりも質量の小
   さい少なくとも一つのエレメントを移動させる作動装置
   （９）が設けられていることを特徴とする結像装置。
2. 【請求項２】 請求項１に於いて、光の進路に設けられ
   たエレメントが光センサ（７）であることを特徴とする
   結像装置。
3. 【請求項３】 請求項２に於いて、前記光センサ（７）
   が前記作動装置（９）により移動する時に、光を受ける
   センサの表面は、この表面に常に光が垂直に当たるよう
   に保持されていることを特徴とする結像装置。
4. 【請求項４】 請求項２又は３に於いて、前記光センサ
   （７）は、前記作動装置（９）により位置を変えること
   の出来る搬送ボード（１５）上に設けられていることを
   特徴とする結像装置。
5. 【請求項５】 請求項２〜４の何れかに於いて、前記光
   センサ（７）が、その位置を検出する位置センサ（２
   ７）と相互に作用することを特徴とする結像装置。
6. 【請求項６】 請求項１に於いて、光の進路に設けられ
   た前記エレメントが、前記レンズ装置（５）よりも質量
   の小さいミラー（６ｂ）であることを特徴とする結像装
   置。
7. 【請求項７】 請求項５に於いて、前記ミラー（６ｂ）
   は、その間に９０°の挟角を挟み各々に光を受ける２つ
   の反射面（６１、６３）を持つことを特徴とする結像装
   置。
8. 【請求項８】 請求項６又は７に於いて、前記ミラー
   （６ｂ）は、作動装置（９）により位置を変えることの
   出来る搬送ボード（１５′）上に設置されていることを
   特徴とする結像装置。
9. 【請求項９】 請求項６〜８の何れかに於いて、前記ミ
   ラー（６ｂ）が、その位置を検出する位置センサ（２
   ７）と相互に作用することを特徴とする結像装置。
10. 【請求項１０】 請求項１〜９の何れかに於いて、前記
    作動装置（９）は、コイル（１３）と、これと相互に作
    用するマグネット（１１）と、前記コイル（１３）に通
    電してこのコイル（１３）を前記マグネット（１１）に
    対して相対移動させる駆動回路とを備えることを特徴と
    する結像装置。
11. 【請求項１１】 請求項５、７又は９に於いて、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であることを特徴とする結像装置。
12. 【請求項１２】 請求項１１に於いて、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）とを持つことを特徴とする結
    像装置。
13. 【請求項１３】 請求項１１又は１２に於いて、前記ト
    ランスジューサの可動ボード（Ｃ）が前記搬送ボード
    （１５、１５′）の一部であることを特徴とする結像装
    置。
14. 【請求項１４】 請求項１３に於いて、前記トランスジ
    ューサの可動ボード（Ｃ）と前記搬送ボード（１５、１
    ５′）とが一体物であることを特徴とする結像装置。
15. 【請求項１５】 請求項５、７、９〜１４の何れかに於
    いて、前記光センサ（７）又はミラー（６ｂ）と、位置
    センサ（２７）とが、同じプリント回路基板上に配置さ
    れていることを特徴とする結像装置。
16. 【請求項１６】 請求項１２〜１５の何れかに於いて、
    変調された、好ましくは矩形波の電圧信号が容量性トラ
    ンスジューサの定置ボード（Ａ、Ｂ）に印加されること
    を特徴とする結像装置。
17. 【請求項１７】 請求項１６に於いて、反対極性の電圧
    信号が前記２つの定置ボード（Ａ、Ｂ）に印加されるこ
    とを特徴とする結像装置。
18. 【請求項１８】 請求項１２〜１７の何れかに於いて、
    電気信号が可動ボード（Ｃ）からピックアップされ、か
    つ、位置判定回路（２４）に送られることを特徴とする
    結像装置。
19. 【請求項１９】 請求項１８に於いて、前記位置判定回
    路（２４）の出力信号がコントロールループを形成する
    ことを目的として、作動装置（９）の駆動回路（２２）
    に送られることを特徴とする結像装置。