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JPH11102409A - 線形アクチュエータベースのレンズ位置決定システム - Google Patents

線形アクチュエータベースのレンズ位置決定システム

Info

Publication number
JPH11102409A
JPH11102409A JP10167440A JP16744098A JPH11102409A JP H11102409 A JPH11102409 A JP H11102409A JP 10167440 A JP10167440 A JP 10167440A JP 16744098 A JP16744098 A JP 16744098A JP H11102409 A JPH11102409 A JP H11102409A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
lens
scanner
microcontroller
signal
scanner device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP10167440A
Other languages
English (en)
Inventor
Christopher A Freyman
クリストファー・エー・フレイマン
Richard A Didomizio
リチャード・エー・ディドミジオ
John F Iannuzzi
ジョン・エフ・イアンヌッジ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Accu Sort Systems Inc
Original Assignee
Accu Sort Systems Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Accu Sort Systems Inc filed Critical Accu Sort Systems Inc
Publication of JPH11102409A publication Critical patent/JPH11102409A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/02—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses
    • G02B7/023—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses permitting adjustment
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/10—Scanning systems
    • G02B26/12—Scanning systems using multifaceted mirrors
    • G02B26/124—Details of the optical system between the light source and the polygonal mirror
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/02—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses
    • G02B7/021—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses for more than one lens
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06K—GRAPHICAL DATA READING; PRESENTATION OF DATA; RECORD CARRIERS; HANDLING RECORD CARRIERS
    • G06K7/00—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns
    • G06K7/10—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation
    • G06K7/10544—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation by scanning of the records by radiation in the optical part of the electromagnetic spectrum
    • G06K7/10792—Special measures in relation to the object to be scanned
    • G06K7/10801—Multidistance reading
    • G06K7/10811—Focalisation

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  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Toxicology (AREA)
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  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Facsimile Scanning Arrangements (AREA)
  • Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)
  • Automatic Focus Adjustment (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、簡単で正確で廉価な可変焦点調節
照明手段を有するバーコード用のスキャナ装置を提供す
ることを目的とする。 【解決手段】 周期的に走査領域を照明する手段と、走
査領域から反射された光を検出する手段であるフォトア
イ101 〜105 と、光カーテン99のような走査領域内に配
置された対象物の直線的寸法を決定する手段と、それに
よって決定された直線的寸法に応答して走査領域内で照
明の焦点を結ぶために移動可能なレンズおよびそのレン
ズ（支持体73に取付けられている）を移動させるための
線形アクチュエータを含んでいる焦点調節手段51とを具
備していることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般的に光学レン
ズ位置決定システムに関する。特に、本発明は、軽量で
小型の装置中に線形アクチュエータおよび位置感知手段
を有するレンズの焦点調節システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】現在使用されている最も一般的な販売時
点情報管理装置（ＰＯＳＤ）は、レーザバーコードスキ
ャナである。そのシステムは、複数の製造業者によるほ
とんどの製品に印刷された機械により読取り可能なラベ
ルに依存している。ラベルは様々な幅の一連の並列した
バーであり、それは統一商品コード（ＵＰＣ）として知
られているコード化された数字による情報である。動作
において、装置は、焦点を結んだレーザビームを線形あ
るいは複雑なパターンで毎秒多数回ラベルを横切って前
後に走査する。レーザの波長にのみ感応する検出器は、
ラベルの暗いバンドおよび明るいバンドから反射された
光の変化を検出し、それらを電気信号に変換する。ラベ
ルが走査されたとき、反射された光のエネルギが処理さ
れ、識別されたアイテムの値段が知らされる。
【０００３】高いパワー密度を小さい面積に供給するレ
ーザビームの能力のために、レーザはこのアプリケーシ
ョンにとって魅力のあるものである。横方向のコヒーレ
ンスの程度が高いため、レーザからの光は通常の光源か
らの光よりも面積の小さい領域に焦点を結ぶことができ
る。
【０００４】ビームのスポットサイズに関係するのは距
離およびビームの直径が依然として小さいままである焦
点スポットの領域である。被写界深度として知られてい
るこの距離は、再度焦点を結ぶ必要なしにどこに対象物
が位置されるかを決定するために、走査システムにおい
て重要である。被写界深度は、適用するために選択され
たビーム焦点の許容誤差に依存するという点で多少任意
的である。しかしながら、被写界深度が深い場合、サイ
ズの小さい焦点スポットとは両立しない。この制限のた
めに、深い被写界深度が要求され、かつ小さいレーザス
ポットが要求されるようなアプリケーションにおいてレ
ーザを使用するためには、レーザビームの焦点を再度調
節する必要がある。
【０００５】図１は、光源17と両面が凸面であるレンズ
あるいは集光レンズ19の関係を簡単に表したものであ
る。レンズを出て一点に集まる光線21a,21b,21c はウエ
スト23を形成し、その後再び21c,21b,21a に発散する。
【０００６】走査装置において使用されたレーザビーム
は、通常１以上の素子を含むレンズによって光学的に修
正されてくびれた形状のビームを形成し、そこにおい
て、ビームの幅は最小あるいはウエストになるまで距離
と共に減少し、その後増加する。ビームは、所望のサイ
ズのスポットあるいはくびれた部分が対象物あるいはバ
ーコードの距離で達成されるように複合レンズの最後の
素子によって焦点を結ぶ。
【０００７】図２に示されているように、レンズ19の被
写界深度25を増加させるための最も一般的な方法は、そ
のレンズの開口27を絞り29で減少することである。レン
ズに入来する一部の光線21a,21c は、絞り29によって阻
止される。レンズを出て収斂する光線21d,21b,21e は減
少されたが、ウエスト23に位置する被写界深度25は深く
なる。光源17は、絞り29およびレンズの焦点距離に依存
して焦点を結んだままとなる。しかしながら、絞り29を
開いたり閉じたりしても、限られた被写界深度だけしか
提供されない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】予め設定された被写界
深度を越えて焦点を結ぶ範囲を広げるためには、再度レ
ンズの焦点を調節することが要求される。投射されたビ
ームの焦点を結ぶ１つの方法は、レンズ光学系の１以上
の素子を保持する機構を駆動するステップモータを使用
することである。しかしながら、レンズの位置決定のた
めに従来技術によるステップモータを使用すると、所望
のような調節は困難であり、それはステップモータが有
限のステップ角を有し、結果的に一連の有限の位置を生
じるからである。
【０００９】レンズ素子を位置付けるための駆動力を与
える別の方法は、技術においてよく知られているよう
に、磁気コイルあるいは線形アクチュエータを使用する
ことである。同様に、従来技術において線形アクチュエ
ータの使用が試みられたが、結果的に、光学系を位置付
けし、補正フィードバックを行うための結合の構成が不
都合になり、機械の複雑さが増加する。
【００１０】別の方法において、光学系から光源を移動
させることによって同じ結果を得るには、より複雑な機
械的手段が要求される。エラーの可能性を減少し、それ
によってレーザバーコードスキャナの効率を増加させる
ために、レーザスキャナのための簡単で正確で廉価の焦
点調節手段が所望される。
【００１１】従って、本発明の目的は、可変の焦点調節
照明手段を有するバーコード走査装置を提供することで
ある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は、バーコード記
号を読取るためのスキャナに関する。本発明は、走査中
にコード化された記号を照明するためのコヒーレント光
源と、コード化された記号から反射された光エネルギを
収集するための検出手段とを使用する。照明手段および
収集手段は両方とも、互いに可変の特別な関係にあるレ
ンズを含んでいる。本発明は、バーコード位置において
最も狭く焦点を結んだビームを供給するために、光源と
関連した焦点調節レンズとの間の関係を変化させる。
【００１３】本発明の別の目的および利点は、現在好ま
しいとされている実施形態の詳細な説明から当業者には
明らかとなる。
【００１４】
【発明の実施の形態】好ましい実施形態は図面を参照し
て説明され、そこにおいて、同一の参照番号は全体を通
して同一の素子を示している。
【００１５】図３を参照すると、走査されるバーコード
31がレンズ19から遠い程、光源17は焦点中に留まるため
に光学系に一層近くなければならない。逆もまた成り立
ち、バーコード31がレンズ19に近い程、光源17はレンズ
19から遠くなければならない。
【００１６】所定のレンズの焦点距離をＦとすると、対
物距離と画像距離は薄肉レンズの公式によって次のよう
に関係付けられる。
【００１７】 （１／ＯＤ1 ）＋（１／ＩＤ1 ）＝（１／Ｆ）， （１） （１／ＯＤ2 ）＋（１／ＩＤ2 ）＝（１／Ｆ） （２） バーコード31が距離ＯＤ1 と距離ＯＤ2 との間に配置さ
れた場合、光源はＩＤ2とＩＤ1 の間の範囲で移動可能
でなければならない。
【００１８】図４に示されているように、本発明による
バーコードスキャナ33は台35、レーザダイオード装置3
7、多重素子レンズ装置39、多重ファセット回転ミラー
ホイール41および検出装置（図示されていない）を含ん
でいる。レーザ37は、多重素子レンズ39の個々の素子を
通過し、ビームの焦点を結ぶ最後の移動可能素子43を通
過するコヒーレントなコリメートされたビームを生成す
る。その後、ビームは、反射平面ミラー47中の開口45を
通過し、回転している多重ファセットミラーホイール41
に進む。ミラーホイール41はモータ（図示されていな
い）によって駆動され、それはビームを回転しているミ
ラーホイール41の各ファセット49から反射された状態で
移動させる。これによって一連の連続的なビームが生成
され、それはバーコードスキャナ（図示されていない）
の窓を通って出て行く。連続的な走査ビームを生成する
この方法は当業者によく知られている。
【００１９】フォトダイオード（図示されていない）は
ハウジング中に設けられ、プレーナミラー47に向けられ
ている。ミラーホイール41が回転すると、視界は一連の
走査ビームに対応する位置に向けられる。光電検出器
は、反射された光の強度に応答してアナログ電圧を出力
する。光電検出器の視界はレーザビームの平面に垂直に
整列され、傾斜した平面ミラー47を介してミラーホイー
ル41に向けられる。
【００２０】図５のａ乃至ｂを参照すると、本発明によ
る線形アクチュエータベースのレンズ位置決めシステム
51が２つの異なる斜視図で示されている。位置決め機構
は、バーコードスキャナのためのレーザイルミネータの
部分である。
【００２１】また、図６の分解組立て図を参照すると、
レーザ焦点調節システム51の基礎的な構造は、システム
をレーザバーコードスキャナ33における台35にしっかり
と固定する取付け金具53と、位置変換ボード57のための
支持ボード55とから構成されている。線形アクチュエー
タ59は、磁石構造61と２つのリード（＋）および（−）
を有するコイル63とを具備し、起電力を供給する。磁石
構造61は、好ましくはネオジムで作られている磁極片65
と、磁性鋼シェル67とを含んでいる。コイル63は、好ま
しくは自己潤滑プラスチックで作られているボビン上に
微細な絶縁被覆ワイヤを巻付けることによって形成され
る。ボビンは、その一端がシェル67の後部に固定された
状態で支持ロッド69に沿って滑動可能に配置される。支
持ロッド69の自由端部に位置されたスナップリング71
は、コイル63とレンズ支持体73の組立て体を把持し、自
由な移動を制限する。レンズ支持体73はしっかりとコイ
ル63に取付けられており、それはまた小さい磁石75を含
んでいる。磁石75は、レンズ支持体73に接合され、位置
変換ボード57の下方に選択的に位置される。一端が鋼製
のシェル67に固定されている追加の支持ロッド77は、レ
ンズ支持体73に通すことによって支持ロッド69の周囲で
のレンズ支持体73およびコイル63の自由な回転を阻止す
る。磁石75によって、レンズ支持体73と、位置変換ボー
ド57の下側に設置された位置変換器79a,79b との間に摩
擦なしの結合を行わせている。レンズ支持体73における
開口と、支持ボード55に固定されたラグ83との間に掛け
られた小さい螺旋ばね81は、追加の支持ロッド77に対し
てレンズ支持体73をバイアスし、それによってレンズ43
が光学軸に関して垂直に移動することを阻止している。
好ましい実施形態において使用されたコイルは８オーム
のインピーダンスを有し、直流０乃至８Ｖで動作する。
コイル63のリードは端子ボード64に取付けられている。
種々のキャップねじ78およびワッシャ80は、個々の素子
を固定してコンパクトな装置を構成している。
【００２２】図７のａおよびｂを参照すると、位置変換
ボード57は、コイル63に位置フィードバックを供給する
２つのホール効果磁力計79a,79b が下面に設置された印
刷回路板で構成されている。一方のホール効果変換器79
a は、コイル63の最小のエクスカーションのために使用
され、他方の変換器79b は、最大のエクスカーションの
ために使用される。
【００２３】ホール効果は、磁界中の電流伝送導体にお
ける横断方向の電圧を生成する。磁界は、図６に示され
たレンズ支持体73に取付けられた磁石75によって与えら
れる。ホール効果変換器79a,79b は、一般的に入力電力
のための３つの接続端子、すなわち（＋）および（−）
端子と、アナログ電圧信号出力端子とを有している。２
つの小さいコネクタJ1およびJ2は、ホール効果変換器79
a,79b およびコイル63を制御システム85に結合する。小
さい磁石75は、レンズ支持体73の位置をホール効果変換
器79a,79b に結合する。磁石75とホール効果変換器79a,
79b との間の間隙は、結果的な差信号（位置）が移動の
範囲にわたって線形であるように最適化される。２つの
ホール効果変換器間の距離ｄ1 はコイル63のエクスカー
ションを最大にするために１０ｍｍであり、それによっ
て最小および最大の焦点距離が決定される。
【００２４】図８および図９を参照すると、本発明51の
別の実施形態151 が示されている。この実施形態は大き
い内径を有するコイル155 を使用し、それは装置151 内
に光学通路153 を収容するオープン型の磁性鋼のシリン
ダ支持体157 上に滑動可能に配置されている。磁性鋼の
カップ159 およびシリンダ形のスリーブ磁石161 は、磁
気構造165 を具備している。シリンダ形の支持体157 が
磁性カップ159 内に螺合されて磁性装置165 が完成す
る。シリンダ形の磁石161 は外側にねじ溝を有してお
り、それはダイアフラムホルダ167 を受ける。ダイアフ
ラムホルダ167 は、その上にダイアフラム膜169 が設置
され、ダイアフラム膜169 はコイル153 とレンズ支持体
171 との間で把持される中央開口を有している。レンズ
支持体171 とコイル155 の両者は、両部品をダイアフラ
ム169 に固定するための結合ねじ部分を有している。ダ
イアフラム169 は、光学軸の周囲での自由な回転を防
ぎ、小さい螺旋ばね81と前述の実施形態の追加支持ロッ
ド77の機能を組合わせる。ダイアフラム169 はまた、コ
イル155 が電源から遮断されたときに装置の中心をゼロ
位置にする。レンズ支持体171 上にはレンズ173 と小さ
い磁石175 とが取付けられ、それによって、２つのホー
ル効果変換器177a,177b を有する位置変換器を付勢させ
る。
【００２５】図１０を参照すると、好ましい実施形態の
制御システム85が示されている。上述のように、線形ア
クチュエータ59は、焦点調節レンズの位置を変化させる
レンズ支持体73を移動させ、それによってレンズ装置39
の有効な焦点距離を変化させる。レーザモジュールは、
レーザダイオード装置37と多重素子光学アレイ39とを含
んでいる。
【００２６】制御システム85の電子装置は、３つのサブ
アセンブリ、すなわち、１）焦点調節サーボボード87
と、２）スキャナデコーダ論理装置ボード89と、３）イ
ンターフェイスボード91とを含んでいる。焦点調節サー
ボボード87は、コイル63のためのバイポーラ駆動信号を
発生し、ホール効果変換器79a,79b からフィードバック
信号を受信する。
【００２７】スキャナデコーダ論理装置ボード89は、共
通の通信リボンケーブル93を通って焦点調節サーボボー
ド87およびインターフェイスボード91と通信する。スキ
ャナデコーダ論理装置ボード89はまた、３本のワイヤ直
列ケーブル95によって焦点調節サーボボード87と通信す
る。直列および並列の通信プロトコルの概念は、この技
術に精通した者により十分理解されるため、本明細書に
おいては説明されない。スキャナデコーダ論理装置ボー
ド89は、光カーテン99からのＲＳ２３２直列入力97を受
ける。
【００２８】インターフェイスボード91は、バーコード
走査距離の３つのディスクリートな領域を定めている３
個のフォトアイ101,103,105 から入力を受ける。タコメ
ータ107 からの入力によって対象物走査速度が与えられ
る。
【００２９】３つの異なる焦点調節モードが好ましい実
施形態において使用され、それらは、１）領域の焦点調
節、２）インクレメント焦点調節、３）高分解能焦点調
節、である。図９および図１０に示されているように、
領域の焦点調節のための実施形態は光カーテンを使用し
ない。システムは、走査の高さを、最大の対象物走査の
高さから最小の対象物の高さまでの距離を３で除算して
決定された３つの予め焦点を調節された領域に分割す
る。２個のフォトアイ103,105 は、１／３および２／３
の高さの位置で走査表面の上方に配置され、そこにおい
て、それらのそれぞれは第２および第３の領域をそれぞ
れ定める。１個の対象物検出および領域ラッチフォトア
イ101 は走査表面の近くに位置され、別のフォトアイ10
3,105 からの垂直オフセットは０である。第１の走査領
域は、トリガフォトアイ101 が対象物を検出するが、領
域2(103)および領域3(105)のフォトアイが検出しない場
合には、排他演算によって決定される。
【００３０】システムが起動および較正を行う際に、最
大の焦点距離は対象物の高さが最小で設定される。最小
の焦点距離は対象物の高さが最大で設定され、領域3 の
最上部となる。一度、最小および最大の焦点距離が較正
されると、システムは距離を計算し、６で除算し、領域
1 、領域2 および領域3 にそれぞれ対応する１／６の距
離、１／２の距離および５／６の距離に対するレンズ位
置を記憶する。走査表面上の対象物が走査領域に移動す
るとき、領域2 あるいは領域3 のフォトアイ103,105 は
最初に対象物の高さに依存して遮断される。高さの値が
入力され、その後、対象物がトリガフォトアイ101 を妨
げるときにラッチされ、それによって走査が開始され
る。例えば、対象物が領域2 のフォトアイ103 を妨害す
るとき、システム51は１／２の高さの距離で直接レンズ
を位置付ける。領域1 および3 に対する領域焦点調節は
同様に動作する。それぞれ予め焦点を調節された領域に
関連した各被写界深度は、不均一な最上部表面を有する
対象物上のバーコードを正確に読み取るために次の領域
とわずかに重なり合っている。
【００３１】インクレメント焦点調節装置の簡単な構成
が図１２に示されている。垂直方向の走査ビームを有す
るサイドマウントスキャナは、コンベイヤの進行方向に
対して４５°に向けられる。対象物が前方に向かって走
査領域を通って走査ビーム中に移動する際に明らかな水
平方向の走査が行われる。対象物が点ａを通過すると
き、トリガフォトアイ101 は走査システムを始動させ、
予め焦点を結んだ最大の距離に対して焦点調節システム
を不履行にする。タコメータ107 は対象物の速度をレン
ズ位置付けシステム51に入力し、そのシステムは対象物
の速度を直接較正して応答して最大の焦点距離から最小
の焦点距離へ可動レンズ素子43を移動させる。これによ
ってレーザは対象物の幅全体にわたって最適に焦点を結
ぶ。完全に構成されたインクレメント焦点調節装置が図
１１のａおよびｂに示されている。システムは対象物の
前面上のバーコードを捕捉するために４個のラインスキ
ャナを使用し、３個のＸラインスキャナが上方およびそ
れぞれの側に位置される。１個のスキャナ33が走査表面
に関して４５°に位置され、対象物の進行方向とは反対
方向に向けられる。このスキャナ33は、対象物の表面上
のバーコードを読取る。第２および第３のスキャナ33も
また同様に、対象物の側面に関して４５°に位置され、
進行方向に向かって走査表面の左側および右側に設けら
れている。第４のスキャナ33も同様に、対象物の最上部
に関して４５°の角度で位置されている。
【００３２】高分解能の焦点調節システムは、対象物の
高さを１／４インチに解像することのできる光のカーテ
ン99を使用する。スキャナデコーダ論理装置ボード89
は、非同期直列入力97を同期直列出力95に再度フォーマ
ット化する。直列通信リンク95は、対象物の高さの測定
結果をスキャナデコーダ論理装置ボード89から焦点調節
サーボボード87上に位置されたマイクロ制御装置109 に
転送する。光のカーテン99からの対象物の高さの情報
は、マイクロ制御装置109 中に設けられているＥＥＰＲ
ＯＭ検索表111 に入力される。マイクロ制御装置109 に
関連する検索表111は、デジタル化された高さの測定結
果と、デジタルレンズ位置との間に関係を与える。検索
表111 からの出力は、ディスクリートな２５５段階の分
解能を有する８ビットのデジタル値である。
【００３３】線形アクチュエータ59はバイポーラで動作
され、最小と最大の焦点距離の中間にレンズを位置付け
る０１１１１１１１2 (127) に対応するゼロすなわち０
電圧位置を有している。検索表111 の出力は、並列バス
115 によってデジタル−アナログ変換器113 （ＤＡＣ）
に結合されている。ＤＡＣ113 は、デジタル検索表111
の値をアナログ電圧に変換し、それは加算増幅器121 と
して構成された演算増幅器の非反転入力ノード119 に結
合される。また、同じノード119 に位置変換器79a,79b
からの補正フィードバック125 が結合されている。加算
増幅器121 の非反転入力127 は正確な基準電圧129 に接
続される。加算増幅器121 の反転入力119 と非反転入力
127 との間の和あるいは差は、比例積分微分（ＰＩＤ）
制御装置131 に出力される。
【００３４】制御の分野に精通している者には、プロセ
ス変数（出力されたレンズ位置）を操作変数（所望のレ
ンズ位置）と対にし、ＰＩＤ制御装置131 に挿入するこ
とが知られている。閉ループ制御の場合、フィードバッ
クは位置変換器79a,79b から付加される。最小の焦点距
離に対応する位置変換器79a は、差動増幅器135 として
構成された演算増幅器の反転入力に接続されている。差
動増幅器135 の非反転入力は最大の焦点距離に対応する
位置変換器79b に接続されている。差動増幅器135 は、
非反転入力信号と反転入力信号との間の差電圧を増幅す
る。差動増幅器135 の出力125 は個々の入力信号レベル
とは全く関係がない。入力信号レベル間の差だけが増幅
される。差動増幅器135 の出力125 によって、制御シス
テム85に対する補正フィードバックが行われる。
【００３５】検索表111 の出力によって制御システム85
に設定点が供給される。設定点とフィードバックの合計
はＰＩＤ制御装置131 によって修正され、それによって
オーバーシュートおよびアンダーシュートが最小にさ
れ、システムの安定性が確保される。制御ループは、ス
タートアップの際に経験に基づいて利得（Ｐ）、リセッ
ト速度（Ｉ）、および制御装置131 の速度（Ｄ）を適合
させることによって調整される。ＰＩＤ制御装置131 の
出力は、コイル63に対する電圧信号を発生する２個のバ
イポーラ駆動装置133a,133b に結合されている。差動増
幅器の出力はＤＡＣの出力と加算され、制御システムへ
フィードバックあるいは擾乱を与える。
【００３６】システム85は、パーソナルコンピュータ
（ＰＣ）（図示されていない）を直列通信リンク95を介
して焦点調節サーボボード87に接続することによって較
正される。パーソナルコンピュータにあるプログラム
は、形式化された焦点表をマイクロ制御装置109 上にあ
るＥＥＰＲＯＭ検索表111 にダウンロードする。検索表
111 は、０乃至２５５の段階の値を所望の対象物の距離
範囲に対応するレンズ位置あるいは画像の距離と等しく
する。個々のホールセンサ79a,79b の感度が変化するた
め、各応答特性は段階（レンズの偏位）毎にｘインチ
（距離）ずつ関連させる線形モデルと整合するための標
準化を要求する。レンズ位置のフィードバック信号125
はＤＡＣ113 の出力117 と合計され、値は低い値を高く
する、あるいは高い値を抑制するために変更されること
ができる。出力特性を調整するために、調整ポテンショ
メータ（図示されていない）によってＤＡＣ113 に対す
る高い基準電圧(255) および低い基準電圧(00)を調整す
ることが許容される。
【００３７】領域焦点調節装置のための較正には、走査
表面すなわち領域2 および領域3 に対する対象物からの
距離の値を入力することが要求される。焦点をインクレ
メントする実施形態のための較正は、対象物への最大の
距離あるいはアイドル距離および最終的な焦点位置ある
いは終端位置を求めるために行われる。高分解能の焦点
調節の実施形態には光のカーテン99が要求されるため、
較正は光カーテンから論理装置ボードへのＡＳＣＩＩメ
ッセージに従って最小にされる。光カーテン99からのメ
ッセージは３６インチにわたって０．２５インチ毎に対
応し、それによって１４４個のディスクリートなメッセ
ージが生じる。
【００３８】好ましい実施形態において、ビーム投射装
置への本発明の使用が示されている。しかしながら、本
発明がビーム投射装置だけでなく画像の受像にも使用さ
れることは当業者によって容易に理解されることができ
る。
【００３９】本発明の特定の実施形態が図示および説明
されてきたが、当業者により本発明の意図および技術的
範囲から逸脱せずに多数の変更および修正を行うことが
できる。上述の説明は例示であり、いずれの方法でも特
定の形態に限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術による簡単なレンズシステムの概略
図。
【図２】従来技術による開口絞りを有する簡単なレンズ
システムの概略図。
【図３】従来技術による簡単なレンズシステムの対象物
距離と画像距離との間の関係を表す概略図。
【図４】本発明の好ましい実施形態を取入れたレーザバ
ーコードスキャナの斜視図。
【図５】本発明の好ましい実施形態の異なった観察角度
からの斜視図。
【図６】本発明の好ましい実施形態の分解図。
【図７】位置変換ボードの平面図および底面図。
【図８】別の実施形態の斜視図。
【図９】図８の線９−９に沿った断面図。
【図１０】制御システムのブロック図。
【図１１】コンベア上の位置にある４領域走査システム
の正面図および側面図。
【図１２】インクレメント焦点走査システムの簡単化さ
れた斜視図。
【図１３】コンベア上の位置にあるインクレメント焦点
走査システムの平面図および側面図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 リチャード・エー・ディドミジオ アメリカ合衆国、ペンシルバニア州 19440、ハットフィールド、ウェンディ ー・ウェイ 642 (72)発明者 ジョン・エフ・イアンヌッジ アメリカ合衆国、ペンシルバニア州 19001、ロスリン、クレメンス・アベニュ ー 1144

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 対象物上のコード化された記号を読取る
    ためのスキャナにおいて、 周期的に走査領域を照明する手段と、 前記走査領域から反射された光を検出する手段と、 前記走査領域内に配置された対象物の少なくとも１つの
    直線的寸法を決定する手段と、 前記先に決定された直線的寸法に応答して前記走査領域
    内で照明の焦点を結ぶために移動可能なレンズおよび前
    記レンズを移動させるための線形アクチュエータを含ん
    でいる焦点調節手段とを具備しているスキャナ装置。
  2. 【請求項２】 さらに、前記焦点調節手段に関連して動
    作し、前記レンズの移動中に補正フィードバックを行う
    ために予め選択された距離だけ隔ててボード上に設けら
    れている２個のホール効果変換器を具備している請求項
    １記載のスキャナ装置。
  3. 【請求項３】 前記焦点調節手段はさらに、 前記焦点調節手段のための基体を構成する第１の支持ブ
    ラケットと、 レンズ位置感知手段を固定する第２の支持ブラケット
    と、 前記第２の支持ブラケットと接続されているシリンダ状
    の第１の磁石素子と、 前記第２の支持ブラケットを前記第１の支持ブラケット
    に固定する手段と、 前記第１の磁石素子の前記シリンダに対して滑動可能に
    配置されているコイルと、 前記移動可能なレンズを前記コイルに固定するレンズ支
    持体と、 前記レンズ位置感知手段に近接して前記レンズ支持体に
    取付けられている第２の磁石素子とを具備している請求
    項１記載のスキャナ装置。
  4. 【請求項４】 前記レンズ位置感知手段はさらに、ボー
    ド上に設けられ、前記レンズの移動中に補正フィードバ
    ックを行うために予め選択された距離だけ隔てられた２
    個のホール効果変換器を具備している請求項３記載のス
    キャナ装置。
  5. 【請求項５】 前記ホール効果変換器は前記第２の磁石
    素子によって付勢される請求項４記載のスキャナ装置。
  6. 【請求項６】 前記走査領域は照明手段が照明する移動
    コンベアの領域として定められる請求項５記載のスキャ
    ナ装置。
  7. 【請求項７】 さらに、制御手段は、 メモリならびに前記直線的寸法決定手段からの入力およ
    び出力を有するマイクロ制御装置と、 前記ホール効果変換器から前記補正フィードバックを受
    ける差動増幅器と、 前記補正フィードバックおよび前記出力電圧値を受ける
    ＰＩＤ制御装置とを具備し、 前記メモリは対象物の高さを出力電圧値に関連させる表
    を記憶しており、 前記ＰＩＤ制御装置はその同調に依存して制御されたバ
    イポーラに出力信号を出力して前記コイルを付勢する請
    求項６記載のスキャナ装置。
  8. 【請求項８】 前記直線的寸法決定手段はさらに、 光のカーテンからの入力を受け、対象物の高さに比例す
    る信号を前記マイクロ制御装置に出力するスキャナデコ
    ーダ論理回路を具備し、 前記マイクロ制御装置は前記スキャナデコーダ論理回路
    からの前記信号入力に依存して前記表から前記出力電圧
    値を出力する請求項７記載のスキャナ装置。
  9. 【請求項９】 前記直線的寸法決定手段はさらに、 複数のフォトセンサからの入力を受け、特定の対象物の
    高さの測定結果を表す信号を前記マイクロ制御装置に出
    力するインターフェイス論理回路を具備し、 前記マイクロ制御装置は前記インターフェイス論理回路
    からの前記信号入力に依存して前記表からの前記出力電
    圧値を出力する請求項７記載のスキャナ装置。
  10. 【請求項１０】 前記直線的寸法決定手段はさらに、 フォトセンサおよびタコメータからの入力を受け、前記
    マイクロ制御装置に信号を出力するインターフェイスボ
    ードを具備し、 前記フォトセンサは前記走査領域を遮る対象物を表す信
    号を出力し、 前記タコメータは前記走査領域の速度を表す信号を出力
    し、 前記マイクロ制御装置は前記走査領域の速度に関連した
    焦点距離を表す前記インターフェイス論理回路からの前
    記タコメータ信号に依存して前記表から連続したランプ
    電圧を出力する請求項７記載のスキャナ装置。
  11. 【請求項１１】 前記焦点調節手段はさらに、 中心開口を有する前記焦点調節手段の基体を構成するカ
    ップと、 前記カップと結合されて第１のオープンシリンダの輪郭
    を定めている第１の磁石素子と、 前記カップに固定された前記第１のオープンシリンダ内
    に配置されて中心を定められた第２のオープンシリンダ
    と、 前記第２のオープンシリンダに対して滑動可能に配置さ
    れているコイルと、 前記第１の磁石素子と前記コイルとの間に取付けられ、
    前記第２のオープンシリンダ上での前記コイルの移動を
    制限するダイアフラムと、 前記移動可能なレンズを前記コイルに固定するためのレ
    ンズ支持体と、 レンズ位置感知手段に近接して前記レンズ支持体に取付
    けられている第２の磁石素子とを具備している請求項１
    記載のスキャナ装置。
  12. 【請求項１２】 前記レンズ位置感知手段はさらに、ボ
    ード上に設けられ、前記レンズの移動中に補正フィード
    バックを行うために予め定められた距離だけ隔てられて
    いる２個のホール効果変換器を具備している請求項１１
    記載のスキャナ装置。
  13. 【請求項１３】 前記ホール効果変換器は前記第２の磁
    石素子によって付勢される請求項１２記載のスキャナ装
    置。
  14. 【請求項１４】 前記走査領域は照明手段が照明する移
    動コンベアの領域として定められる請求項１３記載のス
    キャナ装置。
  15. 【請求項１５】 さらに、制御手段は、 メモリならびに前記直線的寸法決定手段からの入力およ
    び出力を有するマイクロ制御装置と、 前記ホール効果変換器からの前記補正フィードバックを
    受ける差動増幅器と、 前記補正フィードバックおよび前記出力電圧値を受ける
    ＰＩＤ制御装置とを具備し、 前記メモリは対象物の高さを出力電圧値に関連させる表
    を記憶しており、 前記ＰＩＤ制御装置はその同調に依存して制御されたバ
    イポーラに出力信号を出力して前記コイルを付勢する請
    求項１４記載のスキャナ装置。
  16. 【請求項１６】 前記直線的寸法決定手段はさらに、 光のカーテンからの入力を受け、対象物の高さに比例す
    る信号を前記マイクロ制御装置に出力するスキャナデコ
    ーダ論理回路と、 前記スキャナデコーダ論理回路から入力された前記信号
    に依存して前記表から前記出力電圧値を出力する前記マ
    イクロ制御装置とを具備している請求項１５記載のスキ
    ャナ装置。
  17. 【請求項１７】 前記直線的寸法決定手段はさらに、 複数のフォトセンサからの入力を受け、特定の対象物の
    高さの測定結果を表す信号を前記マイクロ制御装置に出
    力するインターフェイス論理回路を具備し、 前記マイクロ制御装置は前記インターフェイス論理回路
    からの前記信号入力に依存して前記表から前記出力電圧
    値を出力する請求項１５記載のスキャナ装置。
  18. 【請求項１８】 前記直線的寸法決定手段はさらに、 フォトセンサおよびタコメータからの入力を受け、前記
    マイクロ制御装置に信号を出力するインターフェイスボ
    ードを具備し、 前記フォトセンサは前記走査領域を遮る対象物を表す信
    号を出力し、 前記タコメータは前記走査領域の速度を表す信号を出力
    し、 前記マイクロ制御装置は前記走査領域の速度に関連した
    焦点距離を表す前記インターフェイス論理回路からの前
    記タコメータ信号に依存して前記表から連続したランプ
    電圧を出力する請求項１５記載のスキャナ装置。
JP10167440A 1997-06-27 1998-06-15 線形アクチュエータベースのレンズ位置決定システム Pending JPH11102409A (ja)

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