JPH10511490A - 電気光学センサー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 光源(LED)(40)および光検出器(44)の線状アレー、並びに紙の幅を横切って横方向にずらした領域を定める光学機器(70)（紙の縦方向の欄にはマークが記されている可能性があり、該マークの存在・不存在はセンサーによって検出される）を載置した印刷基板に関して縦方向に移動する紙(14)上のマークを感知する電気光学センサー。

Description

【発明の詳細な説明】 電気光学センサー 本発明は電気光学センサーに関し、特に、センサーによってシートを走査しつ つシート上のマークの存在不存在を感知する電気光学感知システムに関する。 投票用紙上の、投票の対象となる候補者及び問題に対応する箇所に投票者によ って付けられるマークに対応する投票を読み取り、かつ、計数する電子投票装置 用の光学検出システムとして使用するのに、本発明は特に適している。このよう な電子投票装置は、電子コンピューター化投票計数装置と呼ばれることがあり、 1988年９月27日にケネス D.ウェッブに発行された米国特許 4,774,665 に記載さ れている型がある。市販の投票計数装置は、カナダ、ブリティッシュコロンビア 州、バンクーバーのグローバルエレクションシステムズ株式会社(Global Elec-t ion Systems，Inc.)から販売されており、「アキュ・ボート(Accu-vote)」と呼 ばれている。本発明によって提供されるセンサーも回答シートおよび他の光学情 報発生媒体を走査するのに使用され、回答シートなどに記された光学的に識別可 能なマークから情報を得る。本発明のセンサーは、予め決められた検出領域中の 光を検出するように間隔を置いて配置されたフォトダイオードのように、別個の 光検出器を複数用意することによって線形もしくは連続検出器アレー（検出器ア レーが使用される装置などに必要となる場合がある）を形成するということによ り、そのようなアレーが必要とされるいかなる場合にも有用である。 特にマークが投票用紙上に記されているときには、投票用紙上にマークをつけ た人（投票者）によって知覚されるようにこれらのマークを感知しなくてはなら ない。センサーはそのようなマークを読み誤ってはならないし、予め決められた 位置の外にあるマークを読んで誤ったマークを数えてしまうという危険を冒すよ うなことをしてもならない。マークは光の密度に基づいて読まれる。これは本発 明の範囲に入るが、この光は紙から屈折したものでもよく、特に紙が薄い場合に は、紙を透過した光からマークを感知してもよい。反射光については、本発明の 目下の好ましい態様を説明する目的で、後に記載する。 その存在および位置を投票者によって知覚されるように、マークがセンサーに よって感知されるためには、センサーによる、人が知覚するようなマークの感知 を妨げるような光学的状況にならないようにする必要がある。一例として、不可 視光線（例えば、赤外またはＩＲ）の使用がそのような状況のもとになる場合が ある。あるマーキング材は赤外線を吸収しない。例えばフェルトチップマーカー やインクジェットプリンターで付けられたマークなどがそうである。多くの州で は、投票用紙への記入は特定の投票場所や区域に限定されていない。したがって 、マークを付ける道具を選挙管理委員が管理することはできない。ＩＲ感知検出 器は可視光感知検出器よりも周囲の光を感知しにくいという利点を有しているの であるが、本発明によると、光電流そして特に暗電流反応、並びに信号処理およ び検出器に結合するプロセシング増幅器の特性における変化と同様に、周囲の光 の効果は、実際のマークの検出臨界に影響を与えることなく補償されることがわ かった。 マークを付ける道具に関連する他の問題は鉛筆の使用から起こる。鉛筆によっ て付けられたマーク中の配向した黒鉛層は、散乱反射よりも反射鏡のような（鏡 のような）反射を起こさせ、反射された光のコントラストをかなり減少させる。 その結果、鉛筆によるマークは実際のマークの検出臨界を下回る信号を発生する ので、実際のマークとして検出されない場合がある。光源（例えばLED）から伝 播され、交さ偏波器を経て光検出器（例えば光ダイオード）で受信される偏光を 使用することが本発明の特徴である。そのようにすると鏡のような反射は減衰さ れ、マークのコントラストが増大する。 シートの横方向に一定の間隔で配列された隣接する欄に付けられている場合も ある、検出を要求される位置のマークを検出するためには、実際のマークが記さ れていると思われる欄に対応して横方向に間隔をあけた別個の隣接する領域毎に 感知動作を行うのが望ましい。検査されていない他の領域を含む部分からの光の 漏れは、そのような漏洩光が実際のマークの検出の臨界を越える信号を生じない ようなレベルにまで抑制・減少するのがよい。光が照射され、マークが検出され る領域を定めるアパーチャ（確認用開口部形成体）またはいわゆる光強制遮断物 (optical hard stops)の使用は望ましくない。アパーチャ（確認用開口部形成 体）などは前記箇所に対して、直接、垂直に照射されない光をぼかす傾向がある からである。センサーを実装する際に間隔をおく必要があるので、垂直角の入射 および反射を採用することができない。さらに、検出器に向けて、および検出器 から離れる紙の動きはもとより、横方向の紙の動きは、ぼかしの原因となり得、 実際のマークが検出臨界よりも小さい光を生じる程度にまで、検出された光の強 度を極端に弱め得る。検査領域を限定するのにアパーチャ（確認用開口部形成体 ）や遮断物を使用することなく、また検査領域への垂直入射および検査領域から の垂直反射光を要することなく、光が集められ、反射光が光検出器に集められる 別個の隣接する領域においてマークを感知することのできる電気光学センサーを 提供するのが本発明の特徴である。 紙、特にマークされた投票用紙は、折り畳まれ、細長くされ、しわを付けられ 、表面が不均一になってしまうほど幾重にも折られる(multilated)。先に引用し た特許およびアキュ・ボートシステム(Accu-vote)においては、投票用紙はスロ ットに挿入され、機械的に把持されてセンサーへ送られる。これに関連して、セ ンサーを一度通過する間に、投票用紙の両面が同時に読みとられるのが望ましい 。したがって、投票用紙の両面に二つのセンサーボードを有しているのが望まし い。このことは、二つのセンサーに提示される表面の不均一性の問題をひどくす る。例えば、一基のセンサーボードが表面に折り山を観察する一方で、投票用紙 の反対側を読むセンサーは谷を観察する。このような山や谷は、アパーチャ（確 認用開口部形成体）がセンサー中で使用されていた場合に、該アパーチャ（確認 用開口部形成体）に関連して紙の動きに影響を与える可能性があり（Such peaks and valleys can cause paper motion with respect to apertures，if used i n the sensor）、結果としてマークの信頼性ある読み取りに影響を与え得る。マ ークの欄の上に横に延び、アパーチャ（確認用開口部形成体）を要せずに照射と 検出の個別の領域を形成する円筒状の棒レンズを使用するセンサーを提供するの が本発明の特徴である。前記棒レンズはセンサーの照射・検出部品と紙の表面と の距離を定める機械的な基準表面をも提供する。センサー組立体が乗せられてい るたわみを通過する紙の方向に、センサー組立体に予め取り付けられたバネを押 し付けることによって、該参照表面は紙と接触するように維持される。前記捧レ ンズは、 このように、紙とセンサー組立体との距離を定め、投票者がマークを記している かもしれないその欄に対応する投票用紙の位置に個別の領域を設ける機械的手段 を提供する。本発明の他の特徴によると、単位センサー組立体は基板、好ましく は、照射光線源（好ましくはＬＥＤ接合点からの光を絞る小レンズを有する光源 から光を放射する固体の円錐）を設置する直線状の固定具となる印刷回路基板を 含む。前記照射光線源は、そこで、レンズによって焦点を調節することができる ように捧状レンズに対しての傾斜角と共に基板（ｘおよびｙの大きさの）の平面 に合わせて設置されていてもよい。前記レンズは、前記マーク欄に沿って縦方向 に最も狭く、前記マーク欄の幅であり、マーク欄の間隔に対応する横方向に間隔 を有する一般的な長円形に光線を集める。同様に、光検出器は、半田付けなどに よって取り付けられ、同じ領域を走査し、反射光が棒状レンズによってその上に 絞られるＬＥＤから縦方向にずれた位置にある基板の開口部の上に並べられるフ ォトダイオードであってもよい。 投票用紙の左右両端に沿うタイミングと方向付けマーク検出のための２つのマ ーク欄と共に投票用紙に付けられたマークを含んでいる可能性のある多数のマー ク欄があるので、光検出器からの信号の収集、および、例えば、多数のフォトダ イオードを多重処理する等の複雑な電子回路を必要としない信号の各マーク欄へ の割り当てが非常に望まれるようになる。本発明によると、フォトダイオードの 多重処理を避けることができ、多数の別々の検出器のアレーを介して実行される のであったとしても、多数のフォトダイオードは単一の線形検出器と同等に操作 される。このことは、並列な電気的配置にある検出器を電気的に結びつけること によって、および各領域が連続して光照射されるようにＬＥＤを発光させること によって達成される。照射光を偏光させること、および棒状レンズの軸に垂直な 検出器上に直交偏光を集めることは、その時に照射されていない領域からの漏洩 光による影響を減少させる。さらにまた、周囲の光の状況、光検出器の暗電流、 加えて光検出器からの信号を加工する信号加工回路（特に、トランスインピーダ ンス増幅器）の理想的ではない特性の補償を、フォトダイオードからの出力信号 に容量的に結びついたＡＣ連結回路を必要とせずに、得ることができる。本発明 によると、補償回路は、フォトダイオードのバイアスを制御することによって、 実質的に定態基準で（センサーが動作する走査速度で生じる信号に影響を与える ことなく）動作する。前記バイアスを制御されるフォトダイオードは、独立にタ イミングチャンネルに追随する１つのフォトダイオードを除いて、並列に連結さ れている。並列に連結されたフォトダイオード全てが接続している結合部はその 出力電流を増幅器に送り、その増幅器のバイアスは、該増幅器の出力と参照電圧 とを比較することによって効果的に制御される。しかし、投票用紙上のマークを 走査する故に、信号の周波数よりも低い周波数である部品の出力についてのみ、 そのような制御が可能である。並列に連結されたフォトダイオードからの時間を 合わせた出力(timed output)は、走査されている各データ欄からの出力に対応し 、デジタル化されて電子コンピュータ化投票計数システムのコンピュータに送ら れてもよい。 したがって、これまでに知られている、または使用されている電気光学感知装 置、特にこれまでに提案されている電子コンピュータ化投票計数システムで使用 されているセンサーの前記問題および欠点の１つ、またはそれ以上あるいは全て を実質的に除去する改良型の電気光学センサーを提供することが、本発明の第一 の目的である。 光学的に識別可能な情報を含んでいる面の照射および検出域に、別々の隣接す る（境界が接していてもよいし、間隔が置かれていてもよい）領域を与えるよう に光学的検出が実行される媒体の表面に対してバネの力がかかっているときには 単位組立体の機械的基準を提供する円筒状レンズを有し、かつ光源および光検出 器を載置した基板上の単位組立体として、改良された線形センサーアレーを提供 するのが本発明の他の目的である。 共通の出力を有する光検出器のアレーを利用し、暗電流、周囲の光の状態、お よび光検出器が並列に連結されている場合であっても実際の信号の検出に悪い影 響を与えることなく定態基準での処理状況が補償される改良されたセンサーを提 供することが、本発明のさらに別の目的である。 基板が光検出器および光源を整列させる構造を有し、検出領域上の情報源から および検出領域からの光を光検出器上に集めると共に機械的基準を提供すること のできるレンズを備えている電気光学単位組立体を提供することが、本発明のさ らに別の目的である。 光のビームを作る光源のアレー、およびそのそれぞれが光源アレーにおける別 々の光源に対応する光検出器のアレーを有する改良された電気光学センサーを提 供することが、本発明のさらに別の目的である。前記光検出器からの、および光 検出器への交さ偏波を有する偏光は複数の検出領域で絞られる。 上記目的の１つまたはそれ以上を達成することは本発明の範囲内であり、本発 明の好ましい態様においては、前記目的の全ておよび他の目的を達成する。 簡潔に記載すると、本発明の具体化である光学センサーは、シートの縦方向に 延びる隣り合うマーク欄における選択された領域にマークを有するシートが、移 動する経路に沿って横方向に延びる基板を使用する。各マーク欄につき一対の光 源と光検出器とがあるという状態で、複数の光源および光検出器のアレーが基板 上に載せられている。光源と光検出器との１つ１つは互いに縦方向に空間をおい て配置されており、光検出器はアレーを構成するように互いに横方向にも空間を おいて配列されている。円筒状レンズを規定する棒は基板上に取り付けられてお り、基板に沿って横方向に延びて、選択域のマーク欄と一致する、横方向に間隔 をあけた別個の複数の領域を設定する。光源からの光は前記領域内に絞られ、前 記領域からの光は検出器に向けられる。前記基板は、前記アレーおよびレンズを 含む単位構造の基台であり、該構造はシートを押さえ、それによって基板と光源 との距離および載置されている光検出器とマークが付いている場合のあるシート の表面との距離における変化を減少させる、プレロードバネ(spring pre-load) を提供することができるようにたわませて(flexurally)載置されていてもよい。 横方向の偏波を持つ光を送出する偏光材は、光源と棒状レンズとの間および棒状 レンズと検出器との間にそれぞれ配置され、それによって、拡散反射光の伝送を 容易にし、照射されている領域以外からの光と共に鏡のように反射された光に対 する区別を行う。 アレー中の光検出器は並列に連結されていてもよく、マーク欄に対応する信号 は、空間的にマーク欄に対応する領域に連続的に光照射するために光源を発光さ せることによって、得てもよい。並列に連結された光検出器の共通の接合部は、 増幅器、好ましくはトランスインピーダンス増幅器に結合される。増幅器の出力 は増幅器のバイアスを制御する帰還回路に接続されており、それによって、暗電 流の変化、周囲の光の状態、および増幅器の増幅特性における変化を補償する。 前記帰還回路は、比較的ゆっくりとした変化に追随し、紙が走査されるより高い 周波数の信号の変化には追随しない周波数特性を有しており、これによって、暗 電流などの補償を行う。 現在のところの好ましい態様は勿論のこと、本発明の前記および他の目的、特 徴並びに効果は、添付の図面に関連する以下の記載を読むことによりさらに明ら かとなろう。 図１は、投票用紙の両面においてマークを感知する電気光学センサーの内部の 横断面を示す概略図である。前記センサーは本発明に従って提供されているもの である。 図２は、アレーを有する基板におけるアレーの配置と配列の状態を示すために ＬＥＤおよび光検出器のアレーを除去したセンサーの平面図である。 図３は、図２の右端から見た単位センサー組立体の図であり、単位センサー組 立体のたわんだ載置を図解すると共にＬＥＤおよび光検出器のアレーを示してい る。 図４は、表面に載置された３つのＬＥＤおよび対応する表面に載置された３つ のフォトダイオード検出器を示す基板の断片的平面図であり、投票用紙に沿って 縦方向に延びる多数の（例えば34の）近接するチャンネルにおける領域を決定す るように、わずかな間隔をあけてぎっしりと載置されている様子と、その方向を 示している。 図５は、図３における5-5の矢の方向から見た基板と棒との断片的な前断面図 である。 図６は、別個の、連続した３セットのＬＥＤから光が照射される、一般的に台 形である領域、およびセンサー組立体の円筒状の棒によって焦点を絞られる光検 出器を示す図５の断片底面図である。 図７は、図３に類似の概略図であるが、反対側から見たものである。ＬＥＤの １つからの光線の例、および投票用紙の１領域からの光を例示されているＬＥＤ に対応するアレーの検出器へと焦点を絞ることを示す図である。 図８は、図１に類似するさらに詳細な図であり、図１に示されている電気光学 センサーの断面を示している。 図９は、図１および８に示されているセンサーの電気システムの構成図である 。 図10および11は、それぞれ、光検出器のアレーに接続されている回路および先 に説明した図面に示されている電気光学センサーのＬＥＤを発光させる回路を示 す概略図である。 まず、図１および８を参照すると、投票用紙14を入れるスロット12を有する略 長方形のハウジング10が示されている。前記スロットは仕切16および18によって 定められており、それらに対して投票用紙の両面が押し付けられ、また、単位セ ンサー組立体20および22によって感知されている間に、投票用紙は仕切に予備的 に載せられる。前記センサー組立体は可撓性部材24、26を介して印刷回路制御基 板28および30に取り付けられている。センサー組立体20および22の印刷回路基板 32および34のように、これらの基板はその表面に印刷導線、並びに抵抗器、コン デンサおよび集積回路のような部品を有している。これら部品36および38の例と しては、基板32および34上に、それぞれ光源（ＬＥＤ）40および42が示されてお り、図１および図３にはＰＩＮダイオード光検出器が示されている。 前記制御基板28および30はハウジング10の上部および底部に取り付けられてお り、然るべき場所にネジ止めされていてもよいし、図８に示されているように、 上部および下部カバー50および52に止め付けられていてもよい。投票用紙14はゴ ムローラーを含むピンチローラー機構54および56によってスロット12を通って送 られる。各ピンチローラー機構54および56の各セット内、矢印によって回転方向 が示されている方は、紙駆動装置または走査モーターによって駆動されている。 図２から５を参照すると、これら単位センサー組立体20はより詳細に示されて いる。印刷回路基板32は投票用紙14の幅に等しい横方向の寸法を有しており、金 属または他の光学的に不透明な材料でメッキされた、好ましくは、メッキ貫通孔 である貫通孔の２列の並び58および60を有している。メッキは、孔58について、 孔のまわりのカラー62として示されている。これらの孔は、表面に載置するＬＥ Ｄの整列デバイスとなる。これらは、スペクトルの可視部、例えば 621 nm の光 を照射するＬＥＤである。このようなＬＥＤはヒューレット・パッカード社 （Hewlett Packard）からモデル HLMA-QHOO として入手することができる。ＬＥ Ｄ40および光検出器44も表面載置デバイスである。例えば、光検出器はセントロ ニクス（Centronics）またはシーメンスエレクトロニクス（Siemens Electronic s）から入手することのできるモデル BPW34 であってもよい。ＬＥＤ40は、投票 作業においてマークが記される投票用紙14の縦方向のマーク欄に対応し、孔58の 中心から約1/4インチ離れたところにｘおよびｙにおいて（in x and y）位置す る小レンズを有する突出部64を備えている。突出部およびメッキされた２つの孔 58は光線66の軸を領域68に一直線に合わせる役目を果たす。 これらの光線は、複屈折のない光学的に透明な材料である融解（アモルファス ）石英（等軸上（on equals）の屈折率が約1.5）などの円筒状レンズによって焦 点を絞られる。この棒状レンズは腕木72によって基板32に取り付け、固定される 。捧状レンズ70の光軸を通る中心線は、屈折が棒状レンズ70の両側の表面を通過 して起こるように、ＬＥＤ40の列と検出器44の列との間にくる。ＬＥＤの配向は 、小レンズ64から出る光線（光74の伝播の光錐の中心）がスネルの法則（Snells law）のために、棒状レンズを通る基板32への垂線に沿って、棒状レンズ70（こ の例においては棒状レンズの直径は約8 mm である）の軸に沿って、棒状レンズ において約14°であると考えられる。光は棒状レンズの中で殆ど平行になる。棒 状レンズの外部の領域はわずかに台形の形状をしている。図６と共に図７を見よ 。前記領域で紙から反射された光は棒状レンズによって集められる。反射光線は 、図７に示されるように、フォトダイオード44の活性領域を満たすように発散す る。したがって、入射光と反射光との間は鋭角（約36°が適している）である。 光の進路には、強制遮断手段やアパーチャ（確認用開口部形成体）はない。隣接 する領域68は棒状レンズ70によって焦点を絞られる。 捧状レンズの表面は、台16および18上の投票用紙14に、可撓性部材24および26 によって、予め負荷されている（pre-load）バネの力を与え、それによって投票 用紙のしわや折れ曲がりを平らにすると共に、センサー基板32に関して領域68の 位置を維持するように、ＬＥＤ40および検出器44と投票用紙との間の距離を定め るという機械的基準をも提供する。可撓性部材24および26はバネ材料の細長片で あり、スペーサ80、82および84を介して相互に、制御基板28、30に、およびセン サー基板32、34に固定されている。図２に示されているように、２セットのたわ み34aおよび34bがあり、それらは、各センサー基板について、投票用紙14と接触 する棒 70によって与えられる基準表面を維持するように、横方向の揺動および 棒の垂直方向の変位の両方を可能にする。センサーの光学的な位置関係は、それ 故に実質的に固定されており、棒状レンズは、照射および領域からの反射光を絞 るデバイスとしては勿論のこと、機械的基準という２つの目的を果たす。 プラスチック材料のシートは、棒状レンズを通る中心線の両側のセンサーボー ドの下側30に沿って配置されている。これらのシートは、図７において、p-偏光 子88およびs-偏光子90として示されている。プラスチックのシートおよび積層体 が偏光子として使用することのできる場合がある。p-偏光子の材料はＬＥＤから の光を、棒状レンズ70の表面および棒状レンズの入射光線の軸に対する法線を有 する平面において偏光する。これは光が入射する平面である。s-偏光子はその平 面に対して90°偏光させる。換言すれば、基板32の端部に垂直に偏光された光が ＬＥＤ40から円筒状レンズを通過し、領域68の入射光となる。検出器44は端部37 に平行であるs-偏光を感知する。フレネル反射係数（Fresnel reflectivity co- efficients）がp-偏光について最小になるブルースター角の周辺で光の重要な部 分が入射光になるので、p-偏光は棒状レンズ70に対して比較的伝達効率が高い。 光の角度が投票用紙14の正規表面に対して参照される収集角（the angle of c ollection as referenced against the normal surface of paper 14）に等しい ときに鏡のような反射効果が生じる可能性がある。鏡のような反射は鉛筆でマー クされた領域のコントラストを低減させる可能性があり、鉛筆によるマークの検 出を妨げる場合がある。しかしながら、光が主として p-偏光（入射光と同じ偏 光）されているので、鏡のような反射は検出器44には伝達されない。この p-偏 光は前記 s-偏光子90によって進行を阻止される。p-偏光された光がマークされ た領域に当たると、散乱によって光はランダムな偏光になる。この散乱光は比較 的小さな角度であるので（例えば、検出器の検出平面への法線に対して約14°） 、大量のs-偏光成分を有している。 隣接するＬＥＤを発光させるタイミングが本来照射されるべき領域から横にず れた領域と重なりを生じた場合に、起こる場合があり得る隣接する領域からの光 （不要な、漏洩光）について考慮すべきである。これは、検出器で斜角で観察さ れるので、s-偏光された光のベクトルは短縮される。検出器が受ける光の強度は 前記斜角の余弦の二乗の関数で減衰する。したがって、光の領域68は、連続であ っても実質的に別個である。それによって漏洩光は減少する。さらに、その軸に 沿った棒状レンズの反射は、棒状レンズの軸および43°傾いた投票用紙の法線(t he paper normal to 43°)を含む平面における光の伝播の最大内角を小さくする 。捧状レンズの内側43°を伝わる光は90°で空中に散乱された光から来たもので ある。大きな入射角ではs-偏光が高いフレネル反射を有するので、レンズによっ て集められ、検出器へと伝えられる光は非常に少ない。さらに、ＬＥＤ突出部64 の周囲のメッキされた貫通孔によって与えられる環状部は、センサー基板を通っ てのＬＥＤと検出器との間の光の漏洩を防止し、光の別個の領域のみを準備する のに貢献する。前記領域の各々はマークが付けられていると思われる投票用紙の 個々のデータチャンネルに対応する 図９には、センサー基板および制御基板に含まれているシステムが示されてい る。データチャンネルセンサーおよび右端タイミングチャンネルセンサー、並び に図10により詳細に示されているそれに関連する回路はブロック100 に示されて いる。左端タイミングチャンネル102検出器の回路（やはり図10に示されている ）もセンサー基板上にある。図９に示されている回路が紙の両端を読む各センサ ーおよび制御基板に複写されているのが望ましい。 左端タイミングチャンネルの場合に、端部検出の後に増幅されたデータはコン ピュータ、即ち、EPROMのような不揮発性メモリ(NVM)142 中にあるデータによっ てプログラムされたマイクロプロセッサに提供される。マイクロプロセッサ140 も、電子コンピュータ化投票機械のコンピュータから、シリアルコミュニケーシ ョンインターフェース104 を経て、データを受け取る。ハウジングのスロットの 入口の隣にもセンサーの受光部（図面には示されていない）があり、そこには電 気光学検出器のような紙挿入検出器106 が配置されている。 マイクロプロセッサ140は、32個のデータチャンネルおよび右端タイミングチ ャンネルのＬＥＤを発光させる回路144 を操作すると共に投票用紙駆動モーター を制御する出力を与える。 操作においては、紙がスロット12の入口（図１および８を見よ）に差し込まれ ると、マイクロプロセッサからの信号が投票用紙モーターを駆動させ、連続的に ＬＥＤ（CR36〜CR68）を点灯させる一連の発光信号を開始させる。図10を見よ。 これらはデータチャンネルＬＥＤおよび右端タイミングチャンネルＬＥＤ（CHO 〜CH31の32のデータチャンネルがある）である。右端タイミングチャンネル（RT TM2）もある。左端タイミングチャンネル用のＬＥＤもある。このＬＥＤは紙の 存在が検出されている間は点灯し続けている。 左チャンネル検出器 CR69 は図10に示されている。CR36〜CR68の検出器はオペ アンプU6の入力（反転入力(the inverting input)）である共通連結点に対して 並列に結合されている。抵抗器R52およびコンデンサC15と結びついたU6は周波数 補償トランスインピーダンス利得段を形成する。第二の周波数補償反転利得段は U7、抵抗器R39およびR53、並びにコンデンサC16によって形成され、更なる信号 利得を与える。U7からの出力はセンサーの出力であり、図10においては″light ″と表示されている。この出力はアナログ−デジタルコンバータ108によってデ ジタル化され、前記マイクロプロセッサに供せられる。タイミングチャンネルか らの出力はマイクロプロセッサにおいて使用され、シリアルコミュニケーション インターフェースを経て、図９における引出線VMCによって示されるように、投 票機械のコンピュータにタイミングの情報を与える。発光のタイミング信号は、 32個のデータチャンネルおよび右端タイミングチャンネルがスロット12を通る紙 が10ミル（0.010インチ）移動する毎に発光するように、通信インターフェース1 04を介したVMCの制御の下に、マイクロプロセッサ140の内部で発生する。それ故 に、システムは光検出器CR36〜68からの信号を多重処理またはスイッチングする ことなく、データチャンネルの情報を得る。充分な情報をデータチャンネルから 得て、マークが看過されないことを保証する。 図11には、ＬＥＤ多重処理回路が示されている。ＬＥＤ多重処理回路は多くの ＬＥＤの１つを、比較的一定なＬＥＤ発光強度を保証するために一定の駆動電流 で駆動する。個々のＬＥＤは８つのデジタル入力信号の状態で選択される。即ち 、LED0，LED1，LED2，LED0〜7，LED8〜15，LED16〜23，LED24〜31およびLED32で 、前記マイクロプロセッサによって制御されている。さらに２つの信号、LEDON およ びLEDIENは全てのＬＥＤおよびＬＥＤの電流源をそれぞれオン・オフする。 定電流電源は増幅器Ula、トランジスタQ1および抵抗器R1によって形成され、 これは当業者によって定電流負荷であると容易に認識されるものである。ＬＥＤ 電流は参照電圧、抵抗器R1の値によって分割され、好ましくは2.5 Vによって作 られる。対応する光検出器が容易に検出可能な光電流を生じるように、充分な発 光エネルギーを発生するようにＬＥＤ電流が選択される。例えば、トランジスタ Q2およびベースバイアス抵抗器R2は、ユニットが投票用紙を走査していないとき に電力を浪費しないために、マイクロプロセッサに電流源を切らせる。LEDON信 号が「偽」（低）であるときには、トランジスタQ35は分流器として作動する。 ＬＥＤが後から選択される場合に過電流を防ぐために、トランジスタQ35は選択 されたＬＥＤの不在下で定電流電源の電流路を提供する。コンデンサC2〜C9は供 給バイパスコンデンサである。 U2〜U5は一般的な74HC138（ナショナルセミコンダクター、モトローラおよび 他の多くのメーカーによって製造されている）のような 3-to-8 デコーダーであ る。インタフェース205(図９)LED0〜7，LED8〜15，LED16〜23および LED24〜31 を経てVMCからのデジタル入力信号は、低であるときに、U2〜U5をそれぞれ作動 させる。作動状態にあると、デコーダーデバイスがLED0〜LED2の入力にそれぞれ 適用された二進法の値に対応するその８個の出力（ピン番号7，9，10〜15）の１ つをオン（スイッチをローに）する。各デコーダーデバイスは８個のベース抵抗 器（R3〜R34）を駆動し、それらは８個の飽和状態にあるトランジスタ（トラン ジスタQ3〜Q34）のスイッチを駆動する。トランジスタのスイッチはそれらが結 合しているＬＥＤ（CR1〜CR32のＬＥＤ）のアノードをVCC（電力源）に結びつけ 、（そのＬＥＤを点灯させるために）選択されたＬＥＤを通る電流路を完成させ る。１度に１つ以上のＬＥＤを選択することは行われない（その理由は、電源電 流が選択されたＬＥＤの間で分割して、ただ１つのＬＥＤが選択された場合より もそれぞれの光を暗くするからである）。上記の多重処理システムの一部分では ないが、CR36のＬＥＤは別の専用デジタル制御信号LED32によって類似の方法で 制御されている。他のＬＥＤと同様に、LED32はそれに関連するトランジスタQ36 を飽和することによって作動させられる。 再び図10を参照すると、抵抗器およびコンデンサの場合は、全ての部品はその 型と値とによって示されていることに気付くであろう。また、電圧も示されてい る。これらの部品の型や電圧は現段階で好ましい態様を例示するという目的のみ で与えられているのであって、本発明を限定しないものであることが理解されよ う。 先に説明した図10に示されている回路は多くのフォトダイオードCR36〜68を並 列に結合することを可能にし、トランスインピーダンス増幅器U6への入力を制御 する。増幅器U6への入力は、フォトダイオードを取り囲む周囲の光の状況とは独 立に、個々のダイオードの活性領域へ流れる光電流の和である。図10に示されて いる回路は、トランスインピーダンス増幅器U6それ自体の理想的ではない特性と 共に暗電流の補償をも行う。前記回路は、ＡＣ結合回路と同じ効果を有し、熱的 効果および容量結合フォトダイオードから発生し、好ましくない他の効果を生じ ることなく、光検出器からのＤＣ結合を与える。Ｎ因子（Ｎはフォトダイオード が並列に結合されている数）による暗電流の漏れを、通常、倍加する処理である 、数多くのフォトダイオードを多重化する必要がない。 フォトダイオードは連続する列で表示されている。しかしながら、図２〜５に 示されている32個の穴のそれぞれにおいて、フォトダイオードは線状に並べられ ている。フォトダイオードCR69は左手の穴にあり、投票用紙の左端を走査して左 端に沿ったタイミングマークを検出する。他のフォトダイオードCR68は右端タイ ミングマークを走査する。投票用紙の両側に右および左端タイミングボックスを 有する投票用紙への典型的な応用については、前記特許 4,774,665を参照しても よい。適用および投票用紙上の検出の対象となるデータチャンネルの位置によっ て要求される方法でフォトダイオードが配列されてよいことが理解される。 バッテリーや給電器のような電源は、R59およびR60の間に結合されているR58 を介して結合されている。U8はバンドギャップ電圧参照デバイスであり、R59お よびR60と結合されており、VCCを供給する給電器に乗っている可能性のあるノイ ズからR59およびR60の間を通って+4ボルトの接続点を提供する(decouples)。R45 およびR46は2.5ボルトの電圧参照点を提供する。 暗電流、周囲の光およびトランスインピーダンス増幅器の特性は、増幅器U10A , トランジスタ電流源Q37、並びに抵抗器およびコンデンサR37，R38，R41，R42，R 47および R49、さらには、暗電流、周囲の光およびトランスインピーダンス増幅 器の特性の補償等に必要なゆっくりと電圧を変化させる作業を行う補償回路網を 作る信号バイパスコンデンサC17およびC18によって補償される。データ信号はは るかに高い周波数であり、補償回路網には影響しない。増幅器U10Aは、トランス インピーダンス段階U6の出力を参照電圧と比較し、トランスインピーダンス抵抗 器R52における定常電流を制御する周波数補償誤差増幅器である。増幅された差 圧はQ37のベース電流を制御する。Q37は、U6の反転入力(2)における接続点であ るフォトダイオードの合流節へ送入されるバイアス電流を提供する。定常にあっ ては、光電流の合計が増加するにつれ、出力ターミナル(6)におけるU6からの出 力電圧が増加する。これはU10Aの出力を減少させる。そして、Q37のベース電流 が増加する。このことは、Q37からのコレクタ電流の増加につながる。光検出器C R36〜CR68からの光電流に逆行する方向で、コレクタ電流が光電流の合流点に流 れ込むので、増幅器U6の出力が補償される。その理由は、U10Aを経由して形成さ れた帰還ループが、U6のターミナル６における出力電圧と参照電圧との差を減少 させる。 暗電流、周囲の光および増幅器の特性が補償される間に、投票用紙に付けられ たマークについてのフォトダイオード電流における変化を示す信号が検出される ように、コンデンサC17およびC18は、U10Aへの周波数レスポンスを充分に低くす る。 TM1検出器のCR69信号は、その非反転入力で結合されている光検出器へのトラ ンスインピーダンス段階U9Aにおいて増幅される。出力はエッジ検出器で検出さ れ、マイクロプロセッサ140（図９を見よ）へ送られるパルスである。センサー 基板において、信号系の近くにはシールドが使用されるのが好ましく、破線で示 されている。 先の記載から、光学的に識別可能な情報、好ましくは投票用紙のような紙の上 のマークを感知し、読みとる改良されたセンサーが提供されたのは明らかであろ う。電子コンピュータ化投票計数システムにおいて投票を読むのに加えて、本発 明の他の応用は勿論のこと、ここに記載されている装置および回路における変更 および修正は、当業者には疑う余地がない。したがって、先の記載は例示である と解釈されるべきで、限定的な意味には理解されるべきではない。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ， ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，Ｇ Ｅ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ， ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，Ｐ Ｌ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．紙の縦方向に延びる欄に隣接する選択された域にマークを有するシートが動 く道に沿ってその上に横方向に延びる基板、前記基板に取り付けられた別々の光 源および光検出器を有する複数の光源および光検出器のアレー、前記別々の光源 および光検出器は横方向に間隔をあけ、前記アレーを提供するために縦方向に相 互に斜におかれており、並びに、前記基板上に取り付けられた円筒状レンズを限 定し、前記基板に沿って横方向に延び、前記欄の域と一致する横方向に間隔を置 いた複数の別々の、前記光源からの光が焦点を絞られ、そこからは光が前記検出 器に焦点を絞られる領域を定義する棒を有する光学センサー。 ２．前記基板が、前記光源および光検出器を、相互に並んだ関係で、しかも前記 棒と並んだ関係で、基板上に取り付ける固定手段を有する請求項１に記載のセン サー。 ３．前記固定手段が前記基板に設けられた複数の直線状の開口部を含む請求項２ に記載のセンサー。 ４．前記光源が、その突出部に小レンズを有する発光ダイオードであって、該突 出部が前記直線状の開口部に配置されている請求項３に記載のセンサー。 ５．前記光検出器が、前記ＬＥＤと基板の同じ側の前記開口部の上に取り付けら れているフォトダイオードである請求項４に記載のセンサー。 ６．前記検出器がフォトダイオードであって、隣接する欄において選択された域 の前記領域に焦点を絞られる前記検出器が並行に結合されている請求項１に記載 のセンサー。 ７．前記検出器の全てが並列に結合されている合流接合部に結合されるバイアス 電流源、および前記光検出器の内部で発生する暗電流を補償する前記電流に対応 し、かつ周囲の光へに対応する手段。 ８．それぞれ前記光源と棒状レンズとの間および前記棒状レンズと前記検出器と の間で直交する偏波状態にある偏光を透過する偏光子をさらに有する請求項１に 記載のセンサー。 ９．前記光源からの光の通路にある偏光子は入射光の平面で偏波された光を通し 、前記検出器へ光を通す偏光子は前記光源から発せられ前記偏光子によって通さ れた光に垂直に偏波された光を通す請求項８に記載のセンサー。 10．光源、検出器およびレンズが、前記棒を経て前記光源から前記領域へ向かう 光線と、前記領域から前記検出器に向かう光線の光軸とが互いに鋭角をなるよう にする請求項９に記載のセンサー。 11．前記鋭角が約36°である請求項10に記載のセンサー。 12．前記光源を連続的に発光させる手段と、前記光源の発光と同時に前記光検出 器からのデータを読んで前記欄中のマークに関する情報を提供する手段とをさら に有する請求項１に記載のセンサー。 13．出力増幅段階の入力に並列に結合された光学信号反応光検出器のアレー、並 びに前記段階への定常電流バイアス電流を前記光学信号に関して一定に制御する ための前記入力との間に結合された帰還回路を有するセンサー回路。 14．前記帰還回路が、前記出力を参照と比較する比較増幅器、および前記比較器 からのエラー信号に反応する、前記定常電流を制御する手段を有する請求項13に 記載のセンサー回路。 15．前記段階が、前記定常電流が前記帰還回路によって制御される前記入力に結 合したトランスインピーダンス抵抗器を有するトランスインピーダンス段階であ る請求項13に記載のセンサー回路。 16．発光デバイスおよび光検出器のアレー、前記入力信号の様々な組合せに反応 して連続的に駆動パルスを与えるデコーダーを有する発光回路、前記駆動パルス に反応して前記発光デバイスを発光させる手段、前記光検出器は並列に結合され ており、前記検出器の電流に反応して前記アレーによって感知された光学的に識 別可能な情報を表す出力を与える手段を有する連続入力信号に反応して作動する センサー回路。 17．前記光検出器および複数の発光デバイスがそれぞれ別個のアレーに結合され ており、さらに、入力信号の様々な組合せに反応して連続的に駆動パルスを与え るデコーダーを有する発光回路、前記駆動パルスに反応して前記発光デバイスを 発光させる手段、前記光検出器は並列に結合されており、前記検出器の電流に反 応して前記アレーによって感知された光学的に識別可能な情報を表す出力を与え る手段を有する請求項13に記載のセンサー回路。