JPH11501138A

JPH11501138A - 多焦点結像システム

Info

Publication number: JPH11501138A
Application number: JP9522277A
Authority: JP
Inventors: イー．スクマッツ，ローレンス; ヨーズ，ジェフリー
Original assignee: アダプティヴオプティックスアソシエイツ，インコーポレイテッド
Priority date: 1995-12-15
Filing date: 1996-12-13
Publication date: 1999-01-26
Anticipated expiration: 2016-12-13
Also published as: EP0867012B1; JP2954708B2; DE69609085D1; DE69609085T2; US5633487A; WO1997022082A1; EP0867012A1

Abstract

(57)【要約】機械的結像システムは、変化する物体長さで水平面を通過するバーコードラベルを結像させる。この変化する物体長さは、上記システムの物体深度視野Ｚ_obj内にあり、複数の連続したライン画像を有してる。各画像は、異なった物体距離を有していてＺ_objを複数の焦点物体面へと階層化させる。この物体面は、バーコードラベルが付されており、バーコードの焦点の合わされた像が、マルチリニア光検出器へと送られて、上記焦点の合わされた光学像をさらに処理可能な対応する電気信号へと転換させている。

Description

【発明の詳細な説明】多焦点結像システム技術分野本発明は、機械的結像システムに関し、より詳細にはバーコードを読み込むための結像システムに関する。背景技術貨物輸送工業においては、その貨物取り扱いを自動化する速度が高まっており、また、配送時間及び取り扱いコストを低減させるように貯蔵する必要性が高まっている。これらのため、オペレータによる検査を伴うことなく機械結像システム（光学読取機）を用いた自動的な貨物検査が用いられており、この場合には上記貨物に付され、その貨物の経路、配送先、出荷者／住所を同定したバーコードを読み取ることがなされている。このような用途は魅力があるが、貨物サイズ及びコンベヤベルト上での配置が変化することによりランダムな物体深度となることによる、出荷データへ誤情報を与えることを防止するために高精度の標準を用いることが必要である。典型的な用途では、カメラは、１０ｍｉｌ（０．０１０インチ；約０．２５ｍｍ）のキャラクタのフォントのバーコードを読み取るのに好適な画像解像度で、０〜９２ｃｍにわたる高さの貨物に焦点を当てる必要がある。従来の結像システムは、上記コンベヤベルトの上流側で上記貨物の高さを測定する結像装置を用いることによって、これらの要求に適合させていた。この様にして検出された高さデータは、下流側に配設された焦点可変カメラのズームレンズの位置をその後に指令するために用いられ、このデータは機械的にカメラレンズを位置決めして、バーコード画像に焦点を当てた像を得るようになっている。しかしながら、これでは運動する機械部品を備えたカメラが必要とされる。操作信頼性と応答速度とを改善するためには、運動を伴わずに領域及び分解能規格を満足させるような静止焦点システムを用いることが好ましい。発明の開示本発明の目的は、物体深度視野Ｚ_obj内で変化する水平面に出現するバーコードラベルといった光学的画像を読み取るための機械結像システムを提供することを目的とする。本発明の別の目的は、上記貨物の高さを示した信号入力をシステムが受け取ったことに対応して、物体深度視野Ｚ_objを通過して行く変動する高さの貨物の露出表面に配置されたバーコードと言った画像を実時間で焦点を定める機械的結像システムを提供することを目的とする。本発明にしたがえば、機械結像システムは、それぞれが異なった物体長さに対応した複数のシーケンシャルライン画像を用い、焦点の定められる複数の物体平面へとＺ_objの垂直空間を階層化し、このようにすることでその範囲内にある光学画像の、焦点の定まった物体平面が光学的画像として焦点の合わされた光学画像をマルチリニア光検出器へと与えるようになっており、このマルチリニア光検出器は、上記焦点の合わされた光学画像をさらに処理が可能な、対応する電気信号へと変換するようになっている。上記目的、その他の目的、特徴及び効果については添付の図面をもってする最良の実施例の詳細な説明によってより明確となろう。図面の簡単な説明図１は、貨物のバーコードを読み取るために用いられる本発明のカメラシステムの最良の実施例を示した図である；図２は、図１のシステムの一つの部品に含まれる要素の実寸大ではない拡大斜視図である；図３は、図２に示した要素のうちの一つの一部切り欠き側面立面図である；図４は、図２における別実施例の概略図である。発明の最良の実施形態図１は、本発明の多焦点結像システム６の最良の実施例を示した概略図である。上記システム６は、システム信号処理プロセッサ７、具体的には標準フルキーセットのキーボード８を備え、ＩＮＴＥＬ（登録商標）ＰＥＮＴＩＵＭ（登録商標）マイクロプロセッサを搭載したＤＯＳベースＰＣと、ＳＶＧＡ２５６カラービデオモニタ９と、静止焦点のカメラ１０とを有している。この示してある実施例ではシステム６は、システムの視野（ＦＯＶ）１５を通ってベルトコンベヤ１４によって運搬されてくるランダムな高さの貨物１２の露出面１１に配置された光学的バーコードを読み取るために用いられる。上記システムのカメラ１０は、上記ベルト１４上に位置決めされた所定の運動方向１８において、上記貨物１１が上記カメラの物体視野１６を通過する際に見込むようになっていることが好ましい。寸法的には、上記物体視野１６の水平面は、上記ベルト１４の移動方向を横切るように延びていて、その垂直面は、動作する物体深度視野Ｚ_obj２０を通して延びている。Ｚ_objは、可能性のある貨物高さの範囲に対応しており、この高さにわたって上記カメラは、焦点のあったバーコード画像を得るようにされている。典型的なＺ_objでは、Ｚ_obj＝３６インチ（９１４．４ｍｍ）とされている。上記カメラ１０は、多要素レンズ２２を備えており、この多要素レンズ２２は、物体視野１６内において高縮小率で物体をファイバ光学フェースプレート（ＦＯＦ）２８の入力面２６上にある画像領域２４へと焦点を合わせるようになっている。上記画像レンズ２２は、カメラ、例えば３５ｍｍフィルムカメラ用に設計されたガラス製レンズである。このレンズは、上記物体界深度視野Ｚ_obj内において異なった物体距離Ｄ₀で送られてくる上記貨物表面１１を結像させ、この像を上記入力面２６の画像深度部分Ｚ_image３０へと送る。上記ＦＯＦ入力面２６は、より詳細には後述するように急峻なバイアス角度（ θ）で切断されている。このバイアス角度の実際上の角度を得るために、上記結像レンズ２２は、最小範囲（Ｄ_0min３２）から、上記物体視野（Ｚ_obj）の最接近した位置３４において見込まれる近接した物体（最も高さのある物体）の物体距離について実質的に一定の結像距離Ｄ_iを維持している必要がある。この最大値は、上記ベルト１４の表面３６近傍において見込まれる物体については（例えば梱包について）、Ｄ_0max＝Ｄ_0min＋Ｚ_objとなる。この深さ感度は、レンズパラメータ値を選択することによって上記結像レンズの光学的設計において考慮され、上記物体距離による結像距離の変化が最小とされる。下記式のような標準的なレンズメーカの結像方程式から説明を開始する。上式中、Ｄ₀は、物体までの距離であり、Ｄ_iは、結像距離であり、Ｆは、焦点距離である。上式１をＤ_iについて解き、偏微分をとるとδ（Ｄ_i）／δＤ₀、以下の結果が得られる。これから、Ｄ₀及びＦの値は、用いられる物体の深度視野Ｚ_obj及び画像深度視野Ｚ_imageに対する必要性を満足させながら、δ（Ｄ_i）／δＤ₀が小さくなるように選択する必要がある。例示のため、δ（Ｄ_i）／δＤ₀は、Ｆが２００ｍｍ以下であり、Ｄ₀が２０００ｍｍよりも大きな組合せについて例示する。必要なＺ_o _bj 〜９００ｍｍの用途を仮定すると、所望の縮小率は１４〜１８となり、最小読取分解能（最小キャラクタ幅）は、０．０１０インチ（０．２５ｍｍ）となり、ｆ／４アパーチャは、表１から５０ｍｍのクリアアパーチャ（ＣＡ）径で２００ｍｍの焦点距離（Ｆ）のレンズについては、３０００〜３９００（Ｄ₀＝３４５０±４５０ｍｍ）のＤ₀変化における±１３％の変化ではδ（Ｄ_i）／δＤ₀＝±１％となる。上記レンズの最小画像分解能（Ｄ₀＝３９００ｍｍで０．００５インチ（０．１２７ｍｍ））は、要求される分解能の２倍である。再度図１を参照すると、上記ＦＯＦ２８の入力面２６は、バイアス角度θ（３８）で切断されていて、上記物体視野１６の水平面から上記入力面の画像面が傾けられており（９０−θ）°、上記物体視野１６内でプライマリ画像面４０を（９０−φ）°だけ変位させている。後述するように、上記カメラ１０は、複数のシーケンシャルライン画像を与えることによって、上記貨物面１１の静止焦点合わせを行うようにされている。このシーケンシャルライン画像は、物体距離Ｄ_0m _in ３２及びベルト面３６の範囲内の異なった物体距離を有していて、垂直空間Ｚ_obj を通過してくる複数の離間した物体焦点面を与えるようになっている。上記プライマリ画像面４０は、これら個々のライン画像物体距離の位置を表しており、上記Ｚ_obj空間を通過してくる上記面４０の軌跡に沿って連続した（その前の）ライン画像を増加（減少）させるようになっている。各貨物面１１が上記プライマリ画像面を横切ると、その物体距離は、その面１１の軸が切断された部分に対応する焦点の合わされた物体面は、上記ＦＯＦ入力面２６上に座標位置の座標位置に対応し、この焦点の合わされた面の像を与える。このＦＯＦ２８は、コヒーレンス性及び受け取ったライン強度の位置を、これらが上記ＦＯＦ入力面２６からＦＯＦ出力面４２まで伝搬されて行く間保持するようになっている。上記フェースプレートのこの出力面４２は、上記ＦＯＦ軸（上記カメラ１０の光学軸）と直交していて、上記受光面２６の傾けられた画像空間２４は、上記出力面において傾いていない像４３へと変換される。このライン画像は、その後リレイレンズ４４を通してマルチリニア検出器アレイ４６上へと再度結像され、上記アレイの各ラインは、ベルト空間における異なった高さ領域へとマッピングされる。再度図２を参照して、スケール化されていない上記カメラ１０の軸方向に整列された要素の拡大図が示されている。これらには、入力から出力までに入力レンズ２２と、ＦＯＦ２８と、リレイレンズ４４と、マルチリニア検出器アレイ４６の一部切り欠き部分が示されている。説明のためのみの目的で、図２では、ライン画像４７のシステムにおけるパターンを図示している。各ライン画像は、長さ（ｌ）を有しており、ベルトが移動する方向を横切るようにして延びていると共に、ベルトの移動方向に延びた最小幅（Ｗ）を有している。この幅は、必要な物体距離において最小読取分解能、例えば１０ｍｉｌｓ（０．０１０インチ；０．２５ｍｍ）のキャラクタフォントの分解能を満足させるようになっている。上記ライン画像物体長さ４８の位置は、上記プライマリ画像平面（図１における４０）を形成する。互いに隣接したライン画像の視野は、上記ライン画像の和が、操作される操作深度視野Ｚ_objを通した垂直空間の複合画像を与えるように、ある程度で重なり合わされている。所定の用途におけるライン画像の全数（Ｎ_lines）は、操作される深度視野Ｚ_o _bj （図１の２０）及び要求される光検出器アレイ４６の焦点深度（ＤＯＦ_line）の関数となっている。ＤＯＦ_lineの値は、用途に応じた操作物体距離Ｄ₀（ここで、Ｄ₀＝Ｄ_0max）によって規定され、上記結像レンズ２２の上記クリアアパーチャ（ＣＡ）径及びこの用途に要求される最低分解能（Ｒ）は、次式で示される。Ｄ₀＝３９００ｍｍ、ＣＡ＝５０ｍｍで、Ｒ＝５ｍｉｌ（０．００５インチ；０．１２７ｍｍ）の場合には、ＤＯＦ_line＝３９０ｍｉｌｓ（３．８６ｍｍ）となる。上記アレイにおける必要なラインの最低数は、下記式によって与えられる。上式中、Ｚ_obj＝３６インチ（３６０００ｍｉｌｓ）の場合には、Ｎ_lines〜９２となる。このＦＯＦ２８は、光透過性のインタフェース構造体（すなわち、グレーティング構造体）５０にマウントされた光ファイバ導波路４８を有している。上記導波路４８は、画像コヒーレント性の光ファイバ５１（図示してある）が埋設されている光学的基板を有しており、これらの光ファイバ５１は、上記ＦＯＦ入力面２６と出力面４２の間において軸方向に厳密に空間（軸方向）的に、かつ比較的一定の間隔間隔のアレイとされている。この様にすることによって、上記入力面２６において入力されたライン画像が画像のコヒーレント性を保持しつつその出力面４２へとその内部を移動して行くようになっている。この長さは、典型的には１０〜２０ｍｍ程度である。この光ファイバ５１は、低いコア（η１）クラッド（η２）屈折率差（典型的にはη１＝１．５であり、η２＝１．３）を有している。これらは、暗視ゴグル及び分光検出器などに用いられる市販タイプとして知られており、４〜７μｍの直径を有している。上記ファイバ導波路４８の入力端２６及び出力端４２は、それぞれ切断及び研磨されている。上記入力面２６における上記ファイバの端面は、バイアス角度θ （図１の３８）でカットされていて上記カメラ１０の光学軸５２（仮想線で示す）から角度θだけ、その端面がなす面がずらされていると共に、（９０−φ）° だけ上記プライマリ画像面４０をずらしている。このバイアス角度θの値は、要求される画像深度部分Ｚ_image及びマルチラインアレイ４６のライン長さ（Ｌ）の関数であり、下式に等しい。この角度は比較的大きく、約０．１〜約０．５ラジアン（約５〜３０°）とされ、この角度は特定の用途に依存している。上記ライン画像がこの急峻に傾斜し、研磨された面に直接照射されると、この照射光線の４０％までがフレネル反射により失われてしまう。これは、ＦＯＦ２８を極めて偏光感受性とさせてしまうことになる。したがって、上記ＦＯＦ設計の重要で、かつ新規な特徴としては上述の光透過性インタフェイス構造体５０を挙げることができる。図２を再び参照すると、上記構造体５０は、その第一の主要面において傾いたセンサ端部５４と、これとは離間した第二の主要面５５とを有している（これは、図２における上記構造体の背面となっており、図中では見られていない。上記センサ端部５４の面及びその背面５５の面は、同様に上記カメラの光学的軸５２から等しい角度で傾けられており、したがって上記ＦＯＦ入力面２６に対して実質平行とされている。上記センサ端部５４は、実質的に等しい寸法のステップ付きの複数の平面５６を有している。この平面５６は、より明確には図４のハウジングの一部切り欠き側面立面図に示されており、ステップインターバル５８で互いに離間されている。上記平面部は、上記ＦＯＦ入力面２６の上記画像空間２４を多数のライン画像（Ｎ_lines）数へと分割させており、これらの複数のライン画像は、Ｚ_objの垂直離間を複数の焦点の合わされた物体面へと階層付けるに必要とされる。上記平面部の寸法は実質的に同一で、これらは互いに対応した配置及び上記ライン画像の視野を画定している。実施例における好適なモードにおいては、上記光透過性構造体とステップ付き列は、上記光ファイバ５１の屈折率と実質的に等しい屈折率を有している光学的エポキシ樹脂から形成されている。このエポキシは、例えば紫外線（ＵＶ）硬化タイプのエポキシ樹脂と言った公知のタイプである。上記ステップ付きアレイの幾何学的特徴は、公知のトランスファー技術によって、微細加工されたマスタ具から上記センサ端部５４の平面部形状を複製することによって製造することができる。表２には、上述した表１について説明した画像レンズとして用いる構造体５０について、例示的な寸法をリストしてある。各平面部は、実質的に上記導波路ファイバ５１の軸に対してその入力面２６において直交している。これにより、上記レンズ２２から受け取ったライン画像をほぼ直角に上記ＦＯＦに入射させることになる。この構造体と上記ファイバとがこの様にほぼ直角に入射及びマッチングすることで、入射した光線の最大透過率を得ることができる。この様な方法で、上記ステップ付き平面部構造体は、自由空間と上記光ファイバのガラス間の屈折率マッチングを行うように機能する。組立に際しては、上記構造体５０は、この構造体の第二の主要面５５（図２に示された上記構造体のその反対側の面）へと上記導波路の上記入力面２６を接着することにより上記導波路４８へとマウントされる。この際の接着剤としては、光学的なエポキシであることが好ましいが、特定のカメラのための特性に適合するような、当業界において好適であると考えられるいかなる接着剤であっても用いることができる。上記リレイレンズ４４は、上記カメラ１０のオプション要素であり、主として上記ＦＯＦ２８の上記検出器アレイ４６への相対配置における柔軟性を付与する。このレンズは、上記ＦＯＦ出力４２が極近接して上記検出器アレイライン６０に位置決めされている場合には必要はない。これとは別に、上記アレイラインへと上記画像のＸ及びＹ軸をフィットさせる際に、上記レンズ４４は上記ＦＯＦ出力４２のアナモルフィック画像を与えるために用いることもできる。上記レンズ４４は、上記プライマリ画像面（図１の４０）から入力されたライン画像それぞれを、それと対となった前記検出器のマルチリニアアレイ６２内のライン６０の一つへと反射させている。上記ライン６０の数は、ライン画像の数Ｎ_linesに対応していて、これはまた上記平面部５６の数にも対応している。上記ＦＯＦ出力４２と上記検出器アレイ６２の相対的位置決めは、各平面部が、上記検出器ライン６０の対応する一つと規格的に位置合わせされるようにされる。したがって、上記アレイ６２は、上記全Ｚ_obj垂直空間のライン毎の複合画像を受け取り、それぞれのライン（また、検出器列として参照する）６０は、それぞれＺ_objの定量的セグメントに対応するようになっている。焦点が合わされたバーコード画像は、その後ライン（列）として表され，そのＺ_obj垂直セグメントとは、バーコードが記されている上記貨物の表面高さに対応している。各ラインは、その受け取られたライン画像を、電気的なデータ信号へと変換し、このデータ信号は、特定の物体の焦点面の物体距離を近似的に表した距離での物体視野のシステムＦＯＶ複合ライン画像内の光学的像に対応している。最良の実施例では、上記光検出器４６は、チャージカップルドデバイス（ＣＣＤ）である。この光検出器によって読み取られる解像度は、上記システム６の解像力の全体を制限する要因となる。上述した用途においては、上記システム６は、０．０１０インチ（０．２５ｍｍ）幅のキャラクタバーコードを解像することができる。規格的に言えば、最小のシステム解像力は、必要とされる解像力の半分、すなわちこの場合には０．００５インチ（０．１２５ｍｍ）である。これは、（縮小後）最小で６．９μｍの解像力を上記検出器４６が有していることに対応する。ピクセル径が７μｍの検出器が好適である。バンドル４８内の上記光ファイバの径は、上記アレイのピクセル径よりも小さくなるように選択され、かつ、この用途においては、ファイバ径として４μｍを選択する。上記平面部５６の規格長さ（及びライン画像４７）は、上記検出器ライン長さによって画定され、これはまた上記コンベヤベルトの幅によって決定される。開示した実施例においては、各検出器ラインは、（２４００）７μｍ径のピクセルを１７ｍｍのライン長さ内において有している。上記平面部５６の最小幅は、上記検出器径によって画定される（７μｍ）。各１７ｍｍｘ７μｍ寸法の台部内の全ファイバ数は、所望する画像の粒状性によって低い側が規定され、上記ファイバの達成可能な充填性によって高い側が規定される。一つの平面部当たり２４００ファイバの列からそれぞれ１つが４８００からなる１つ以上の列まで変化させることができる。本発明のシステム６は、貨物の高さを示した信号を与えるようになった上流側寸法測定システムと共に用いることもできる。この寸法測定システムは、このシステムが上記貨物１２の寸法を測定できるのであればいかなる周知の光学システムであっても良く、この寸法には、上記ベルト面３６上の上記貨物表面１１の高さも含む。この検出された高さの大きさは、フルスケールがＺ_objに関連された信号の大きさに変換される。同様にして、上記アレイライン６０は、それらの定量されたセグメントによってＺ_objに関連づけられ、各ライン６０は上記測定システムのフルスケールの大きさに対応する信号の大きさを有する。この様な方法によって各高さ信号の大きさは、その焦点の合わされたバーコード画像を含んだ特定アレイラインに関連づけられることになる。したがって、本発明の結像システムでは、上記アレイ６２は、上記深度視野Ｚ_obj を複数の垂直セグメントに階層づけ、そのそれぞれが、上記アレイの対応するラインに関連づけられると共に、上流側測定システムからの高さ信号の大きさへと関連させるようになっていて、正確に焦点が合った上記アレイのただ一つのラインが読み取られて、上記バーコード読取に必要な画像を改善する。残りのすべてのラインのうち焦点のずれた画像データは、無視されることになる。図４は、上記検出器４６の概略的なブロックダイアグラムであり、ライン６０は、上記アレイ６２の長さ方向に配置されていて、実質的に上記ライン画像（図２の４７）の長さ方向寸法（ｌ）に位置合わせされている。この最良の実施例では、上記アレイ６２は、モディファイド遅延時間及び積分（ｍｏｄｉｆｉｅｄＴｉｍｅＤｅｌａｙａｎｄＩｎｔｅｇｒａｔｅ：ＴＤＩ）アレイを有している。ＴＤＩアレイは、チャージカップルドデバイス（ＣＣＤ）検出器であり、上記電荷データは、一度に一つのラインからシリアルで読出される。動作においては、標準的なＴＤＩアレイは、露光時間の間にそれぞれ列方向に下向きに横方向に次の下側列へと第一の列から第二の列へとそのアレイの最低部のラインを出て行くまで上記チャージを移動させ、その後シリアルとして読み出す。上述した用途において、例示的な目的のために、現在の列は、ライン列当たり２４００ピクセルの９６ラインとする。オンチップマルチプレクサ（ＭＵＸ）６５は、複数の均等なＭＵＸ入力ライン６６のうちの対応する一つにおいて各アレイラインを受け取っている。このＭＵＸは、ＭＵＸ出力ライン６７上においてアクセス及び読み出しできるようになっていて、ＭＵＸアドレスライン６８上にアレイラインの画像データが同定されている。上記ＭＵＸ出力及びアドレスライン６７，６８は、上記カメラ１０を上記システム信号プロセッサ７（図１）へと連結する入力／出力ライン７０に含まれている。図１を参照して、上記信号プロセッサ７は、上記測定システム（図示せず）からのライン７２を通した各貨物の高さ信号の大きさを受け取る。このプロセッサは、各高さ信号の大きさをアドレスライン６８上のＭＵＸへと示すための、対応するラインアドレス信号に関連させて、上記ＭＵＸに対して上記アドレスライン上の画像データを読み取るようにさせる。各ラインは、上記物体視野の垂直セグメントに対してのみ関連しているので、上記高さ信号の大きさに対応するアレイラインは、上記貨物バーコードの焦点が合った画像のみを得るようにされる。上記検出器の上記焦点が合わされた画像に等価な検出器の電気的データは、信号プロセッサによって処理されて、受け取った信号のデータ内容を変換してアクセスしたバーコードフォントパターンの情報内容を判断する。用いられるその変換アルゴリズム及びプロセッシングソフトウエアは、この様な用途におけるバーコードデータ処理のための当業者によって好適に用いられると考えられる数多くの従来法のうちのいかなる一つでも用いることができる。上記ＭＵＸ６５は、どのアレイラインが各フレーム内で上記カメラ１０からアレイラインが出力されるピクセルを制御する。ピクセルのアドレスされた各ラインは、シリアル的に読み出され、各アレイ６０に要求されるピクセル数は、下記式に等しい。例えばチャージインジェクションデバイス（ＣＩＤ）及びＭＯＳＦＥＴスイッチアレイとして用いられるような新規に用いられる技術が用いられるのであれば、これらは、モディファイドＴＤＩアレイよりも好ましい。この理由は図４に開示されたパラレル−シリアルリードアウトではなくセグメントにおいてもＸ，Ｙ方向に所望するアドレスラインにアドレスさせることができるようになるためである。その場合でも上記走査される視野からの焦点のあった情報に含まれるアレイの部分のみにアクセスする、基本的な原理については同一である。本発明の結像システムでは、上記カメラアレイ内の正確に読み出されるラインの選択は、従来システムと同様に行われ、この従来システムでは、運動する光学的要素が焦点位置を調節するようになっている。本発明のカメラにおいては、しかしながら、上記動作は機械的動作無くより迅速に行われ、従来の動的焦点合わせシステムを超えるとは言えないものの、少なくとも同様な検出精度を与えつつ、効率及び信頼性を向上できる。同様に、従来の動的焦点合わせカメラは、貨物の位置がランダムであったり、重なり合っていたり、上記物体視野を連続的に通過するのではなく、異なった高さの貨物が同時（横から横へと）に通過するような場合には測定を行うことができなかった。上記カメラのこの機械的応答時間は、双方の貨物への焦点合わせを制限してしまうことになる。本発明のシステムでは、しかしながら横から横へと通過する貨物は簡単に上記マルチプル検出ラインの焦点があっているか否かによって読取される（異なった貨物の高さに適合するように）。本発明は、最適な実施例をもって示し説明してきたが、当業者によれば種々の変更、除外、付加は、形態及び詳細において、本発明の趣旨及び範囲内で開示された実施例に対して行うことができることは理解できよう。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項【提出日】１９９８年３月２１日【補正内容】請求の範囲１．システム（６）の物体視野（１６）の水平方向に変動する平面（１１）内に出現する物体の光学像に焦点を合わせる機械的結像システム（６）であって、このシステムは、ａ）光学的軸（１２）を有し、同時に複数のライン画像を与えるためのカメラ手段（１０）を有しており、同時に測定される前記複数のライン画像のそれぞれ１つは、水平方向に変動する平面を横切るセグメントの視野（ＦＯＶ）を有し、このＦＯＶは、それぞれ異なった物体長さを有していて、システムの物体深度視野（Ｚ_obj）を与えており、この物体深度視野（Ｚ_obj）は、可変な距離の水平面（１１）から構成される複合ＦＯＶ及び複数の異なった距離の物体焦点面へと前記異なった物体長さの範囲にわたってセグメントによる階層付けされた垂直方向部分を有し、前記各複数の異なった距離の物体焦点面が出現する光学的像を与えるようにされており、前記カメラ手段（１０）は、さらに、ｉ）複数の検出器ライン内で直線的に配列された光検出器手段（４６）を備え、さらに、異なった複数の距離の物体焦点面からの前記光学像を受け取るようにされ、前記複数の各検出器ライン（６０）は、前記光学的像を前記異なった複数の距離の物体焦点面から、前記複数の異なった物体焦点面のうちの近接する一つに対応する異なった距離の物体長さの一つに略対応する前記複合ＦＯＶ内に出現する前記光学像に対応した電気的データ信号へと変換する検出手段と、ｉｉ）前記複数の検出器ライン（６０）のそれぞれを前記複数の水平面のうちの一つに光学的に結合させ、かつ前記光検出要素の出力面（４２）を含んでいる結像手段（２８）とを有し、ｂ）前記システムはさらに、前記複数の検出器ライン（６０）それぞれからの前記電気データ信号に対応し、これらから焦点の合わされた光学像を示した電気データ信号を得るように処理するための信号処理手段（７）を有していることを特徴とするシステム。２．前記結像手段は、前記光学像を前記検出器手段（４６）へと伝達させるための前記光学軸（５２）に沿ったファイバー光学フェースプレート（ＦＯＦ）（２８）を有していて、このファイバ光学フェースプレート（ＦＯＦ）は、ｉ）同軸の入力端及び出力端（２６；４２）を有し、前記入力端（２６）は、前記複数の異なった距離の物体焦点面に光学的に位置合わせされ、かつ表面が距離の変化する前記水平面に対して角度を付けられていて、異なった物体長さにおける光学像を受け取るようにされた入射面を有し、前記出力端（４２）は、複数の前記検出器ライン（６０）に光学的に位置合わせされている画像コヒーレントな導波路（４８）と、ｉｉ）前記入射面に同軸にマウントされ、ステップのついた形状に沿って実質的に平行に配設された光学的に透過性の複数の平面部（５６）を有していて、光透過性の前記複数の平面部（５６）はそれぞれ前記検出器ライン（６０）の一つに対応していると共に、前記複数水平面のうちの一つと対応していて光学的信号インタフェイスとなっている光学的グレーティング構造体（５０）とを有することを特徴とする請求項１に記載のシステム。３．前記複数の光透過性平面部（５６）は、前記ライン画像を受光面（２６）と画像位置合わせさせて、複合ＦＯＶ画像を形成させており、前記画像コヒーレント導波路（４８）は、実質的に前記検出器手段（４６）の前記出力端（４２）に与えられる前記複合ＦＯＶ画像の画像位置を保持させており、前記複数の検出器ライン（６０）のそれぞれ一つは、それぞれが前記異なった距離の物体焦点面の一つに対応する焦点の合わされた光学的画像を受け取って、複数の前記検出器ライン（６０）が異なった物体距離及びＺ_objの横方向セグメントに対応するようになっていることを特徴とする請求項２に記載のシステム。４．前記ＦＯＦ（２８）は、複数の画像コヒーレントな光ファイバ（５１）が埋設された光学材料のモノリスを有しており、これらの光ファイバは、コア径とコア材料の屈折率を有していて、前記複数の光ファイバ（５１）は、前記受光面（２６）から前記出力端（４２）まで実質的に一定の相対配列で軸方向に列とされており、前記複数の光透過性の平面部（５６）は、前記複数の光ファイバ（５１）の軸に対して実質的に直交し、前記平面部（５６）を形成する材料の屈折率は、前記コア材料の屈折率と光学的特性が実質的に同等であることを特徴とする請求項２又は３に記載のシステム。５．前記検出器手段（４６）は、ピクセルのチャージカップルドデバイスを有しており、前記ピクセルはそれぞれ前記受光面に与えられる前記面（１１）に付された前記バーコードキャラクタフォントの前記光学像の寸法よりも大きくはないピクセル寸法を有していることを特徴とする請求項１から４に記載のシステム（６）。６．前記カメラ手段（１０）は、さらに、複数の前記異なった距離の物体焦点面に光学的に位置合わせされるように配置され、前記ＦＯＦ（２８）と同軸とされた結像レンズ手段（２２）を有し、この結像レンズ手段（２２）は、前記複数の異なった距離の物体焦点面から前記受光面（２６）まで前記異なった物体長さにおいて焦点の合わされた光学像を、前記物体深度視野Ｚ_objに対して実質的に一定の像深度視野Ｚ_imageで前記受光面へと与えていることを特徴とする請求項２から５に記載のシステム（６）。７．前記結像レンズ手段（２２）は、縮小ゲインの下で前記受光面（２６）に前記焦点の合わされた光学像を与えていることを特徴とする請求項６に記載のシステム（６）。８．前記カメラ手段（１０）はさらに、リレイレンズ手段（４４）を有しており、このリレイレンズ手段（４４）は、前記ＦＯＦ（２８）の出力端（４２）及び前記検出器手段（４６）の間に位置決めされて、前記光ファイバ（５１）から前記複数の検出器ライン（６０）へと、焦点の合わされた前記出力端（４２）での光学像をリレイさせていることを特徴とする請求項３から７に記載のシステム（６）。９．前記リレイレンズ（４４）は、アナモルフィックレンズを有していて、このアナモルフィックレンズは、光学的に前記出力端（４２）から前記複数の検出器ライン（６０）の列となった軸へと、前記焦点の合わされた光学像の空間軸のセットを光学的に移動させていることを特徴とする請求項８に記載のシステム（６）。１０．前記検出手段（１０）はさらに、前記複数の検出器ライン（６０）それぞれの信号の入力に応答し、かつ前記信号処理手段（７）によってラインアドレスに対するアドレス入力に応答して、前記検出器ラインの複数の内部に保持されていた前記電気データ信号を前記アドレス信号によって同定するようなスイッチ手段を有していることを特徴とする請求項５から９に記載のシステム。

Claims

【特許請求の範囲】１．システムの物体視野の水平方向に変動する平面内に出現する物体の光学像に焦点を合わせる機械的結像システムであって、このシステムは、ａ）光学的軸を有し、同時に複数のライン画像を与えるためのカメラ手段を有しており、同時に測定される前記複数のライン画像のそれぞれ１つは、水平方向に変動する平面を横切るセグメントの視野（ＦＯＶ）を有し、このＦＯＶは、それぞれ異なった物体長さを有していて、システムの物体深度視野（Ｚ_obj）を与えており、この物体深度視野（Ｚ_obj）は、可変な距離の水平面から構成される複合ＦＯＶ及び複数の異なった距離の物体焦点面へと前記異なった物体長さの範囲にわたってセグメントによる階層付けされた垂直方向部分を有し、前記各複数の異なった距離の物体焦点面が出現する光学的像を与えるようにされており、前記カメラ手段は、さらに、ｉ）複数の検出器ライン内で直線的に配列された光検出器要素を備え、さらに、異なった複数の距離の物体焦点面からの前記光学像を受け取るようにされ、前記複数の各検出器ラインは、前記光学的像を前記異なった複数の距離の物体焦点面から、前記複数の異なった物体焦点面のうちの近接する一つに対応する異なった距離の物体長さの一つに略対応する前記複合ＦＯＶ内に出現する前記光学像に対応した電気的データ信号へと変換する検出器手段と、ｉｉ）結像手段とを有し、ｂ）前記システムはさらに、前記複数の検出器ラインそれぞれからの前記電気データ信号に対応し、これらから焦点の合わされた光学像を示した電気データ信号を得るように処理するための信号処理手段を有していることを特徴とするシステム。２．前記結像手段は、前記光学像を前記検出器手段へと伝達させるための前記光学軸に沿ったファイバー光学フェースプレート（ＦＯＦ）を有していて、このファイバ光学フェースプレート（ＦＯＦ）は、ｉ）同軸の入力端及び出力端を有し、前記入力端は、前記複数の異なった距離の物体焦点面に光学的に位置合わせされ、かつ表面が距離の変化する前記水平面に対して角度を付けられていて、異なった物体長さにおける光学像を受け取るようにされた入射面を有し、前記出力端は、複数の前記検出器ラインに光学的に位置合わせされている画像コヒーレントな導波路と、ｉｉ）前記入射面に同軸にマウントされ、ステップのついた形状に沿って実質的に平行に配設された光学的に透過性の複数の平面部を有していて、光透過性の前記複数の平面部はそれぞれ前記ライン画像に対応していると共に、前記受光面の異なった物体長さ領域に対応するようにされていて、前記複数の異なった長さの光学的焦点面のうちの一つとその対応する前記受光面の物体長さ領域の間の光学的信号インタフェイスとなっている光学的グレーティング構造体とを有することを特徴とする請求項１に記載のシステム。３．前記複数の光透過性平面部は、前記ライン画像を受光面と画像位置合わせさせて複合ＦＯＶ画像を形成させており、前記画像コヒーレント導波路は、実質的に前記検出手段の前記出力端に与えられる前記複合ＦＯＶ画像の画像位置を保持させており、前記複数の検出器ラインのそれぞれ一つは、それぞれが前記異なった距離の物体焦点面の一つに対応する焦点の合わされた光学的画像を受け取って、複数の前記検出器ラインが異なった物体距離及びＺ_objの横方向セグメントに対応するようになっていることを特徴とする請求項２に記載のシステム。４．前記ＦＯＦは、複数の画像コヒーレントな光ファイバが埋設された光学材料のモノリスを有しており、これらの光ファイバは、コア径とコア材料の屈折率を有していて、前記複数の光ファイバは、前記受光面から前記出力端まで実質的に一定の相対配列で軸方向に列とされており、前記複数の光透過性の平面部は、前記複数の光ファイバの軸に対して実質的に直交し、前記平面部を形成する材料の屈折率は、前記コア材料の屈折率と光学的特性が実質的に同等であることを特徴とする請求項２に記載のシステム。５．前記検出器手段は、ピクセルのチャージカップルドデバイスを有しており、前記ピクセルはそれぞれ前記受光面に与えられる前記面（１１）に付された前記バーコードキャラクタフォントの前記光学像の寸法よりも大きくはないピクセル寸法を有していることを特徴とする請求項１に記載のシステム。６．前記カメラ手段は、さらに、複数の前記異なった距離の物体焦点面に光学的に位置合わせされるように配置され、前記ＦＯＦと同軸とされた結像レンズ手段を有し、この結像レンズ手段は、前記複数の異なった距離の物体焦点面から前記受光面まで前記異なった物体長さにおいて焦点の合わされた光学像を、前記物体深度視野Ｚ_objに対して実質的に一定の像深度視野Ｚ_imageで前記受光面へと与えていることを特徴とする請求項２に記載のシステム。７．前記結像レンズ手段は、縮小ゲインの下で前記受光面に前記焦点の合わされた光学像を与えていることを特徴とする請求項６に記載のシステム。８．前記カメラ手段はさらに、リレイレンズ手段を有しており、このリレイレンズ手段は、前記ＦＯＦの出力端及び前記検出器手段の間に位置決めされて、前記光ファイバから前記複数の検出器ラインへと焦点の合わされた前記出力端での光学像をリレイさせていることを特徴とする請求項３に記載のシステム。９．前記リレイレンズは、アナモルフィックレンズを有していて、このアナモルフィックレンズは、光学的に前記出力端から前記複数の検出器ラインの列となった軸へと、前記焦点の合わされた光学像の空間軸のセットを光学的に移動させていることを特徴とする請求項８に記載のシステム。１０．前記検出手段はさらに、前記複数の検出器ラインそれぞれの信号の入力に応答し、かつ前記信号処理手段によってラインアドレスに対するアドレス入力に応答して、前記検出器ラインの複数の内部に保持されていた前記電気データ信号を前記アドレス信号によって同定するようなスイッチ手段を有していることを特徴とする請求項５に記載のシステム。