JP2000503796A - 空間照明用非対称楕円反射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 空間照明用非対称楕円反射装置。本発明は新規な反射体及びこの反射体を含む新規な照明系を含む。新規な反射体（２６）は第１（２７）と第２（２９）の非対称楕円長形反射面を備えている。第１と第２の反射面の偏心率は、これらの面が共通の第１焦点（３０）と、異なる共役焦点（３２，３４）と、を持つように異なっている。新規な照明系は新規な反射体を内蔵し、コンベヤ表面（１２）上の２つの高さに位置する２つの焦点（３２，３４）に集束された強力な照明を与える。これら２つの焦点間の照明強度は、２つの焦点間の高さにある小包（１４）面上に担持されているコードラベル（１６）に適切な照明を与えるのに充分な強度である。

Description

【発明の詳細な説明】 空間照明用非対称楕円反射装置発明の技術分野 本発明は反射装置及び照明系に関し、より具体的には空間照明用非対称楕円反 射装置に関する。発明の背景 自動化された装置に沿って小包を分離する選別機の使用は公知である。このよ うな装置は、多量の小包を郵便番号を付された域のような多数の異なる地域に配 達するのに有用である。小包は装置に入る前に、コンピュータまたはプログラム された論理制御装置の制御のもとで識別またはコード付けされて、コード情報に 対応するシュートまたはビンでの小包の出力が突き止められる。一般的に小包は 主コンベヤで搬送され、夫々の意図された最終目的地に従って、他のコンベヤま たは収集ビンに移送される。 小包の大量取扱い作業では光学的コード化記号がしばしば使用されている。こ れらの装置の作動においてはコードラベルが小包に貼られ、光学走査系がこのコ ードラベルを走査する。そしてコンピュータのようなプロセッサがラベルで担持 されている情報を復号して情報に対する対応を行なう。コードラベルは、ラベル に印刷されたバーコードまたは２次元稠密コードのような記号形式で情報を含ん でいる。ラベルは荷送人が小包を運送人に渡す前に貼るか、または運送人が貼る 。ラベルは小包の目立つ所に貼られ、通常は運送人が指定した所に貼られる。選 別作業において、ラベルが光学式走査系で見えるように小包をコンベヤに載せな ければならない。更に、小包配送システムは時には出荷ラベルに印刷された本文 を読み取る光学式文字認識（ＯＣＲ）系を使用する。 光学式走査系の充分な解像度を確実にするためにラベルに貼られたコードラベ ルを高輝度のランプのような人工的手段で照明する。最も有効な照明はランプの 光束をコードラベルが貼ってある小包表面に集束させることで得られる。選別コ ンベヤで搬送される小包は一般に種々の大きさであり、種々の高さでコンベヤ表 面から突出している。先行技術の照明系は一般に単一ランプ及び反射系を利用し ている。このような単一焦点距離及び単一焦点の照明系はコンベヤ表面の上部の 一定の高さと一定の点に完全に焦点の合った照明を与える。従って、この一定の 点から上に突出したり或いはこの一定の点の下の高さの小包は最善に照明されず 、また光学式走査系はこれらの小包に貼られたコードラベルを適切に走査するこ とができない。種々の大きさの小包のバーコードラベルを走査できるように、コ ンベヤ表面の上の種々の高さの範囲で完全に集束する照明を供給する余裕を持つ 照明系の必要がある。発明の概要 本発明は、コンベヤ表面上の２つの異なる高さで２つの焦点軸に位置される強 力な集束照明を与える２つの焦点距離のある照明系を提供することで上記の問題 を解決している。また、２つの焦点軸間の照明強度は、２つの焦点軸間の高さに ある小包表面に担持されているコードラベルに適切な照明を与えるのに充分な強 度である。 本発明は改良照明系内で使用する改良楕円反射体を提供する。照明系は広範囲 の輝度を与える１つ以上の焦点を提供する。照明系は好ましくは入射のゼロ角度 でコードラベル面からの反射光を受光する。 より具体的に説明すると、本装置は長形の域を照明する装置である。この装置 は光源と反射体を含んでいる。反射体は、第１の焦点及び第１の共役焦点を形成 する第１の内部反射楕円面と、第２の焦点及び第２の共役焦点を形成する第２の 内部反射楕円面を有する。第１と第２の焦点は実質的に１箇所に位置し、光源は １箇所に位置する。第１内部反射楕円面の少なくとも一部は、第２内部反射楕円 面の少なくとも一部を上記１箇所から分離する距離と同じ距離で上記１箇所から 離れている。第１共役焦点は長形の域の高さと実質的に同等な距離で第２共役焦 点から離れている。 光源は、第１と第２の焦点と実質的に平行且つそれらに沿って延びる長形のラ ンプである。焦点が焦点軸であれば、長形ランプはこれらの軸に沿って延び、或 いはこれらの軸に対して垂直に延びる。第１共役焦点、第２共役焦点、及び第１ と第２の焦点は好ましくは単一平面と実質的に平行且つその平面にあり、ランプ は好ましくはその平面内に延設されることである。 光学反射系は、第１、第２焦点と第１、第２共役焦点との間で単一平面に沿っ て位置し、この光学反射系は長形域内に位置する対象物からの反射光を光学式走 査系へ反射させるように構成されている。好ましくはこの光学反射系は直角プリ ズムである。 本発明は更に長形域内の対象物を照明する方法を提供する。この方法は、楕円 焦点に位置する光源からの光を第１内部反射楕円面から第１共役焦点へ反射させ 、同じ光源からの光を第２内部反射楕円面から第２共役焦点へ反射させる段階を 含み、第１共役焦点は、長形域の高さと実質的に同等な距離で第２共役焦点から 離れている。対象物は長形域を通過して照明される。 最後に、本発明は第１焦点及び共役焦点を形成する第１内部反射楕円面と、第 ２焦点及び第２共役焦点を形成する第２内部反射楕円面と、を有する反射体を提 供する。第１及び第２焦点は実質的に１箇所に位置し、第１内部反射楕円面の少 なくとも一部は、第２内部反射楕円面の少なくとも一部が上記１箇所から離れて いる距離と実質的に同じ距離で上記１箇所から離れている。第１共役焦点は第２ 共役焦点から離れている。 本発明のその他の目的、特徴及び利点は以下の好ましい実施例の説明及び添付 の図面と請求の範囲を検討すれば明かとなる。図面の簡単な説明 図１は本発明の非対称楕円反射体を内蔵するベルト上空の光学式走査系の略図 である。 図２は図１の光学系の光学式走査系の略図である。 図３はゼロよりも大きい入射角度を示す先行技術の反射体の略図である。 図４は、図２のものと類似するが、垂直に配向された円筒形ランプを内蔵する 光学式走査系の略図である。詳細な説明 ここでより詳細に図面を参照するが、いくつかの図面を通じて同様の部品には 同様の番号が記載されており、図１は本発明を組み込んだ光学式文字認識系１０ を開示している。この光学式文字認識系１０は、目的地またはグループによって 選別される小包１４を搬送するコンベヤ１２を含んでいる。小包１４は大きさ、 形状及び高さが異なり、各小包は、コード記号１８を有するコードラベル１６を その上面に備えている。コードラベル１６はバーコードラベル、マキシコード（ Maxi Code）記号のような稠密コードラベル、或いは本技術で周知のその他のタ イプの情報ラベルである。 光学式走査系２０はコンベヤ１２の上方に位置してコードラベル１６を走査す る。コンピュータのようなプロセッサ２２が、ここに先行技術として記載するス ミス外（Smith,et al.）の米国特許第５，３２７，１７１号で教示されているご とく、光学式走査系２０から情報を受信し、コードラベル１６で担持されている 情報を復号し、その情報に対応する。 簡単に説明すると、コードラベル１６は小包１４の目立つ箇所に貼られ、光学 式走査系２０がコードラベル１６を線毎に見られるように小包をコンベヤ１２に 載せる。そして小包１４はコンベヤ１２に沿って搬送され、コードラベル１６の 文字は光学式走査系２０で走査され、小包は指定のシュートまたはコンベヤで排 出され、その特定の排出箇所は走査したデータで決められる。 図２に本発明の光学式走査系２０の略図を示す。光学式走査系２０は長形の溝 形状反射体２６を備えている。反射体２６は、湾曲の上部頂点に沿って第２楕円 反射面２９に取付けられた第１楕円反射面２７を含んでいる。反射面２７，２９ は、水平方向、即ち、コンベヤ１２の搬送面と実質的に平行に延び、且つコンベ ヤ１２の厚さと交差して延びる共通焦点軸３０を形成する。反射面２７は、反射 体から下へ離間した第２の焦点軸、即ち、共役軸３２を形成する。同様に、反射 面２９は、第２の焦点軸、即ち共役軸３４を形成する。反射面２７，２９は非対 称であり、従って離間した共役焦点軸３２，３４を有し、この重要性を以下に詳 細に説明する。 第１反射面２７と第２反射面２９との間で円滑な遷移３６が生じる、何故なら これら２つの反射面で形成された楕円は共通の上部頂点で同じ湾曲を有するから である。故に、遷移３６においては、共通焦点軸から第１反射面２７までの距離 は共通焦点軸と第２反射面２９との間の距離と同じである。仮想面３８は垂直に 延びて、好ましくは共通焦点軸３０、第１反射面２７の共役焦点軸３２、第２反 射面２９の共役焦点軸３４、及び遷移３６を面内に含む。従って、反射体２６は 、面３８の両側で非対称に位置する反射面２７，２９を有する。 長形ランプ４０のような光源は共通焦点軸３０に位置する。ランプ４０は好ま しくは円筒ランプ外被を有するナトリウムランプ（図示はしないが本技術におい ては公知である）のような高輝度ランプである。長形ランプ４０を、円筒ガラス 外被の長手方向の軸が、楕円反射面２７，２９の共通焦点軸３０と共軸で支持さ れるように位置するのが好ましい。 長形光学プリズム４２は共通焦点軸３０と共役焦点軸３２，３４との間で平面 ３８に沿って位置するのが好ましい。この光学プリズム４２はコードラベル１６ からの反射光の垂直成分を光学走査系２０の受光光学素子４４へ向けるように構 成されているのが好ましい。光は受光光学素子４４を通過して荷電結合素子（Ｃ ＣＤ）４６を備えるカメラ内へ入る。 光学走査系２０の作動は上記説明を参照すれば理解できる。ランプ４０で生成 されて第１楕円反射面２７に入射する光は、その反射面の共役焦点軸３２に焦合 される。同様に、第２楕円反射面２９に入射する光は、その反射面の共役焦点軸 ３４に焦合される。 第２楕円反射面２９の共役焦点軸３４は第１反射面の共役焦点軸３２の上でも 下でもよいが、図２に図示の本実施例では第１反射面の共役焦点軸３２の上にあ る。従って、高輝度の焦合照明の２つの点がある。第２反射面２９の共役焦点軸 ３４からの発散光は第１反射面２７の共役焦点軸３２へ集束する光と一緒になっ て２つの共役軸の間の域４８に高輝度照明を与える。上述したシステムは第１と 第２共役焦点軸３２と３４の間で照明の変動が２０パーセント（２０％）または それ以下の照明域４８を生じることが解った。高輝度照明の域４８内で支持され ている小包１４に担持されたコードラベル１６は光学系２０で走査されるのに充 分な強度レベルで照明される。 内部反射面２７，２９の曲率を適切に選択することで、照明域４８を、コンベ ヤ１２に沿って移動する小包の最低から最高の高さの小包コードラベル１６を照 明するのに充分な範囲に延在するように適切な大きさにできる。光源の光出力を 整形したり転送したりするのに楕円反射体を使用することは公知であり、且つこ こに先行技術として記載する、ＳＰＩＥ公報、第１８２２巻（１９９２年）のハ ーディング（Harding）及びバイアリンジャー（Bieringer）著の「高圧ナトリウ ムランプ使用の高輝度ライトライン」を含む種々の刊行物に記載されている。こ のような情報の使用によって非対称楕円反射面を、本発明の各要件に合い且つ選 別中の小包１４の最善の域４８を生じるように選択できる。更に、楕円反射体２ ０の長さを、コンベヤ１２上の小包の位置に関係なく、コードラベル１６が域４ ８に置かれるように選択することができる。 プリズム４２は拡散面５０及び反射面５２を備えた直角プリズムが好ましい。 光学プリズム４２の形状と位置は先行技術が呈しているいくつかの幾何学的制限 を克服する。図３に見られるように、多くの先行技術の装置は、小包表面Ｂに光 線を与え、この光線が光学系のレンズＣに対して入射角度Ｄで反射される対称反 射面Ａを含んでいる。レンズＣへの照度は入射角度Ｄのコサインに相対比例して 減じる。直角光学プリズム４２の使用によって入射角度はゼロであり、光学系に 達する照度は最高となる。更に反射面Ａと対象物表面Ｂとの間の距離の２乗に比 例して減じる。プリズム４２の使用によって短焦点反射体の使用、反射体をコー ドラベルに近づけて置けること、そして光学系に対して反射するライン輝度を更 に増大すること、ができる。このプリズムはコードラベルからの反射光のいくら かを反射体２６へ戻して反射体への照明の戻りをより均等にするのでプリズム４ ２は他のタイプの反射体に対して有利である。 本発明のランプ４０としての異なる光源について楕円反射面２７，２９と関連 して行った実験では、異なるタイプのランプが異なる照明パターンを現わすこと を証明している。これらのパターンはライン フィラメントの大きさ及び発っせ られた光を影で覆うランプ外被のような他の構成素子に従う。メタルハライドラ ンプは高圧ナトリウムランプに比較して一般に短く且つ大径の円筒発光面を有し ている。従って、ランプを、上述したような水平配向で使用する時はメタルハラ イドランプにおける影で覆うことは重要である。メタルハライドランプ６０を図 ４に図示のごとく垂直に設置すると影の問題を実質的に除去する。加えて、メタ ルハライドランプをこの形状に配置すると、反射体の共役焦点軸３２，３４に光 源の拡大像を生じ、共役焦点軸３２と３４の間の域の照明に貢献する。この構成 は域４８を増大し、種々の高さの対象物の照明を向上する。コードラベルをコン ベヤの幅に沿う異なる点で走査が必要である幅の広いコンバヤ１２を利用するに は、多数の垂直配向メタルハライドランプ６０を水平共通焦点軸３０に沿って整 列させる。 記載のプロセッサ２２は本技術の当業者にとって周知のタイプの汎用プログラ ム可能マイクロプロセッサでよい。更に、このプロセッサ２２は、ここに含まれ る記載を前提として、通常の技術を有するプログラマによって入力を受け、機能 を果たし、本発明の作動に必要な出力を出すようにプログラムしてもよい。 本発明を特に好ましい実施例に関して詳述したが、上記及び添付の請求の範囲 に記載した本発明の精神及び範囲内で変更ができることが理解されよう。例えば 、非対称楕円反射面２７，２９が光学走査系２０に使用されていることを記載し ているが、高解像の獲得を必要とするような他の使用にも使用できることが理解 できる。更に、記載した楕円反射系は光学プリズム４２以外の他のタイプの光学 屈折系と共に使用できる。更に、「垂直」、「水平」、「頂部」及び「底部」等 の用語と配向は説明を容易にするのみの点で与えたものであり、記載した発明は あらゆる便宜的な態様で構成できる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０６Ｔ 1/00 Ｇ０６Ｆ 15/64 ３２０Ｆ (72)発明者 パーディ，ベネット アメリカ合衆国，06875 コネチカット, レッディング，グリーンブッシュ ロー ド，60番地 (72)発明者 ブラギンスキー，マーク，ビー. アメリカ合衆国，06011 メリーランド, ロングミードゥ，ヤーマス ストリート 142番地

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．第１の焦点及び共役焦点を形成する第１内部反射楕円面と、 第２焦点及び第２共役焦点を形成する第２内部反射楕円面と、からなり、 前記第１及び第２焦点は実質的に１箇所に位置し、第１内部反射楕円面の 少なくとも一部は、第２内部反射楕円面の少なくとも一部が前記１箇所から離れ ている距離と実質的に同じ距離で前記１箇所から離れており、第１共役焦点は第 ２共役焦点から離れている、 照明装置。 ２．前記１箇所、第１共役焦点及び第２共役焦点が単一平面内に位置する請求 の範囲１項に記載の装置。 ３．反射体の内部反射面が実質的に前記単一平面の両側に位置する請求の範囲 ２項に記載の装置。 ４．前記第１焦点が焦点軸を含み、前記第２焦点が焦点軸を含み、該第２焦点 軸と第１焦点軸が実質的に一直線に沿い且つ平行であり、第１共役焦点が第１共 役焦点軸を含み、第２共役焦点が第２共役焦点軸を含み、前記一直線、第１共役 焦点軸及び第２共役焦点軸が単一平面内にある請求の範囲１項に記載の装置。 ５．前記反射体の内部反射面が実質的に前記単一平面の両側に位置する請求の 範囲４項に記載の装置。 ６．前記反射体と協働して長形域を照明する光源を更に含み、 該光源が前記１箇所に位置し、 前記第１共役焦点が、実質的に長形域の高さと同等の距離で第２共役焦点 から離間している、請求の範囲１項に記載の装置。 ７．前記第１及び第２共役焦点が第１及び第２共役焦点軸を含む請求の範囲６ 項に記載の装置。 ８．前記第１焦点が焦点軸を含む請求の範囲６項に記載の装置。 ９．前記第２焦点が焦点軸を含む請求の範囲８項に記載の装置。 １０．前記第２焦点軸及び第１焦点軸が実質的に一直線に沿い且つ平行である請 求の範囲９項に記載の装置。 １１．前記光源が長形ランプからなる請求の範囲１０項に記載の装置。 １２．前記長形ランプが実質的に前記一直線に沿い且つ平行に延設されている請 求の範囲１１項に記載の装置。 １３．前記第１共役焦点、第２共役焦点及び一直線が実質的に単一平面と平行で 且つ該平面内に位置し、前記長形ランプが前記単一平面内で実質的に前記直線を 貫通して垂直に延びている請求の範囲１１項に記載の装置。 １４．前記第１共役焦点、第２共役焦点及び一直線が実質的に単一平面と平行で 且つ該平面内に位置する請求の範囲１０項に記載の装置。 １５．前記反射体の内部反射面が実質的に前記単一平面の両側に位置する請求の 範囲１４項に記載の装置。 １６．前記一直線と、前記第１及び第２共役焦点と、の間で前記単一面に沿って 位置する光学屈折系を更に含み、該光学屈折系が前記長形域内の対象物からの反 射光を光学走査系に向けて屈折させるように構成されている請求の範囲１４項に 記載の装置。 １７．前記光学屈折系が直角プリズムからなる請求の範囲１６項に記載の装置。 １８．前記一直線に沿って位置する複数のランプを更に含む請求の範囲１４項に 記載の装置。 １９．前記ランプは長形で前記単一面に沿って実質的に前記直線を貫通して垂直 に延びている請求の範囲１８項に記載の装置。 ２０．楕円焦点に位置する光源からの光を、第１内部反射楕円面から第１共役焦 点へ反射させる段階と、 前記光源からの光を、第２内部反射楕円面から第２共役焦点へ反射させる 段階と、前記第１共役焦点が、長形域の高さと実質的に同等な距離で前記第２共 役焦点から離れていることと、 対象物を、長形域を通過させる段階と、 からなる長形域内の対象物を照明する方法。 ２１．光源と、 反射体とからなり、該反射体が 第１焦点軸及び共役焦点軸を形成する第１内部反射楕円面と、 第２焦点軸及び第２共役焦点軸を形成する第２内部反射楕円面と、 を備え、 前記第１と前記第２焦点軸が実質的に一線に沿って平行に位置し、前記光 源が前記一線に位置し、 前記一線、第１共役焦点軸及び第２共役焦点軸が実質的に単一面に沿って 平行に位置し、 前記反射体の内部反射面が実質的に前記単一面の両側に位置する、 ようになしてある、長形域を照明する装置。