(57)【要約】【課題】  光源からの距離によらずに物体を均一に照明する。【解決手段】  光入射面３６および湾曲した光出射面３８を有する細長形の透明体３４を含み、湾曲した光出射面３８は、細長形の透明体３４の第１の位置４０に第１の曲率４４を有し、細長形の透明体３４の第２の位置４２に第２の曲率４６を有し、該第１の曲率が該第２の曲率とは異なるものである可変強度照明レンズ１０を提供する。【選択図】        図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光入射面と湾曲した光出射面とを有する細長形の透明体を含み、該湾曲した光出射面は、該細長形の透明体上の第１の位置において第１の曲率を有し、該細長形の透明体上の第２の位置において第２の曲率を有し、該第１の曲率が該第２の曲率とは異なるものである可変強度照明レンズ。
【請求項２】
前記光入射面が平坦である請求項１に記載の可変強度照明レンズ。
【請求項３】
前記細長形の透明体の、前記湾曲した光出射面の前記第１の位置の前記第１の曲率は、第１の半径を有する半円形断面を含み、前記細長形の透明体の、前記湾曲した光出射面の前記第２の位置の前記第２の曲率は、第２の半径を有するものである請求項１または２に記載の可変強度照明レンズ。
【請求項４】
前記湾曲した光出射表面は、切頭円錐面を含むものである請求項１から３のいずれか１項に記載の可変強度照明レンズ。
【請求項５】
前記細長形の透明体の、前記湾曲した光出射面の前記第１の位置の前記第１の曲率は、半楕円形断面を含み、前記ほぼ細長形の透明体の、前記湾曲した光出射面の前記第２の位置の前記第２の曲率は、半楕円形断面を含むものである請求項１または２に記載の可変強度照明レンズ。
【請求項６】
前記透明体はガラスを含むものである請求項１から５のいずれか１項に記載の可変強度照明レンズ。
【請求項７】
前記透明体はプラスチックを含むものである請求項１から５のいずれか１項に記載の可変強度照明レンズ。
【請求項８】
第１の位置に第１の集束力を有し、第２の位置に第２の集束力を有する細長形の透明体を含み、該細長形の透明体上の前記第１の位置の前記第１の集束力は、前記細長形の透明体上の前記第２の位置の前記第２の集束力とは異なるものである可変強度照明レンズ。
【請求項９】
前記レンズの集束力は、前記細長形の透明体の前記第１の位置の前記第１の集束力から、前記細長形の透明体の前記第２の位置の前記第２の集束力まで、前記レンズの長さに沿って連続的に変化するものである請求項８に記載の可変強度照明レンズ。
【請求項１０】
前記レンズの集束力は、前記細長形の透明体の前記第１の位置の前記第１の集束力から、前記細長形の透明体の前記第２の位置の前記第２の集束力まで、前記レンズの長さに沿って直線的に変化するものである請求項８または９に記載の可変強度照明レンズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には照明システムに関し、より詳細には、照明システム用の可変強度照明レンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
物体を照明するための様々なタイプの照明システムが従来技術において既に知られており、広範な用途に用いられ得る。ある特定のタイプの照明システムは、長さ対幅（すなわちアスペクト）の比率が大きい細長い物体を照明するためのシステムに関する。そのようなアスペクト比の大きい物体の例としては、あるタイプのバーコードラベルまたは機械に読み取り可能な指標（indicia）が設けられた他の細長いラベルが挙げられる。（たとえばバーコード等の）そのような機械に読み取り可能なラベルを照明してそこからデータを読み取る装置は既に知られており使用されているが、あるタイプのバーコード読み取りシステムは、バーコードラベルの長さがバーコード読み取り器の設計限界の長さを越える場合に問題に直面する可能性がある。たとえば、読み取り器の設計限界の長さ付近またはそれよりも外側にある機械に読み取り可能なラベルの部分は、読み取り器と連係する照明システムにより不適切または不十分に照明される場合がある。これにより、読み取り器が、不適切または不十分に照明された領域にある機械に読み取り可能な情報を確実に検出することは難しい場合がある。
【０００３】
照明に関する問題は、例示によってより適切に説明することができる。レンズＳにより検出器Ｄの表面にその像が結像され、長さＬを有し照明されている物体Ｏに関する、図１に示された状況を考える。検出器Ｄが物体Ｏの所望の細部をその全長Ｌに沿って捉えるためには、照明される物体のその長さＬに沿った全部分が、検出器Ｄを均一に照明するか、または少なくとも許容検出範囲内で検出器Ｄを照明すべきである。しかし、残念なことに、検出器Ｄの表面の照度、すなわち光束の密度は、照明される物体Ｏ（光源）からの距離の２乗に反比例し、光束と検出器Ｄの表面に対する垂線Ｎとの間の角度θの余弦に正比例して変化する。したがって、検出器Ｄの表面の照度は、物体Ｏの各端部に向かって低下するため、物体Ｏの中心付近の点に対するのと同じ実効感度を照明される物体Ｏの各端部付近の点に対して検出器Ｄが有するようにするには、この照度の低下を補償する何らかの手段を見つけねばならない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の照明に関する問題は、物体を照明するのに用いられる光源が物体をその長さに沿って均一に照明しない場合にはさらにより深刻になる傾向がある。たとえば、物体が１つのランプからの光で照明される場合には、物体に与えられる照度もまた、上述の方法で、すなわち、光源と物体との間の距離の２乗に伴って、ランプと物体の表面に対する垂線との間の角度の余弦に正比例して低下する。したがって、アスペクト比（すなわち、長さ対幅比）が比較的に大きい物体を検出する場合の検出器における照明ロスは、以下の２つの要因である、１）検出器からそのような「中心を外れた（off-center）」点までの距離の増大と、２）この中心を外れた点が光源から受ける照明が少ないこととによる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
可変強度照明レンズの一実施形態では、第１の位置において第１の集束力を有し、第２の位置において第２の集束力を有するほぼ細長形の透明体を含み、ほぼ細長形の透明体上の第１の位置の第１の集束力は、ほぼ細長形の透明体上の第２の位置の第２の集束力とは異なる。
【０００６】
本発明の例示的な目下の好ましい実施形態を添付図面に示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の一実施形態による可変強度照明レンズ１０を図２に示し、照明システム１２において用いられて、機械に読み取り可能な指標（図示せず）が設けられた細長いラベル１８などの、アスペクト比が大きい物体１６の端部１４の照明を改善することができるものとして、本明細書で説明する。図２を参照されたい。あるいは、以下により詳細に説明するように、可変強度照明レンズ１０は、それ自体のために、または物体上の中心から外れた点（off-axis point）に関連する照明の低下を以下に説明する仕方で補償するのに役立てるように、強度が可変の照明を物体に与えることが望ましいかまたは必要である、広範な他の用途のいずれにおいても用いることができる。
【０００８】
その名称が示すように、広範な用途のいずれにも役立つように用いられ得る強度が異なる照明パターンを提供するように、可変強度照明レンズ１０は設計または構成され得る。たとえば、本明細書で図示および説明される用途では、可変強度照明レンズ１０により提供される可変強度照明パターンは、物体１６の、可変強度照明レンズ１０の光軸２２からかなり離れた距離にある点が通常受ける照明の低下を補償するのに役立つ。本明細書ではこの点を「オフアクシス点」と呼ぶ。当然ながら、本発明の教示をよく理解した後には、当業者には他の用途に適用できることも明らかとなるであろう。たとえば、別の用途では、不均一な照明を補償するためではなく、物体に可変強度照明パターンを提供するために、本発明による可変強度照明レンズ１０を用いることができる。
【０００９】
図２〜図４を参照すると、バーコード読み取り装置（図示せず）と連係する照明システム１２において用いられ得るものとして、可変強度照明レンズ１０の一実施形態は、図２〜図４により最もよくわかる。本明細書において図示および説明する実施形態では、バーコード読み取り装置は、アスペクト比が小さいラベル（破線２６で示す）と、細長い、すなわちアスペクト比が大きいラベル１８との両方を読み取るように構成される。（たとえば２６および１８等の）アスペクト比が小さいラベルと大きいラベルとの両方を読み取るバーコード読み取り装置の能力を高めるために、照明システム１２は、可変強度照明レンズ１０と従来の円柱レンズアセンブリ２８との両方を含む。しかしながら、可変強度レンズ１０は、従来の円柱レンズアセンブリと併用する必要はなく、単独で用いて所望の照明を与えることができることに留意するべきである。したがって、本発明は、本明細書で図示および説明する特定の構成に限定されるものとみなされるべきではない。
【００１０】
次に、本発明の一実施形態の説明を続けると、可変強度レンズアセンブリ１０は第１の光源２０に隣接して位置し、円柱レンズアセンブリ２８は第２の光源２４に隣接して位置する。２つのレンズおよび光源アセンブリは、図２〜図４で最もよくわかるように、並んで隣接した関係で位置してもよいが、他の構成も可能である。可変強度照明レンズ１０は、物体１６を含むラベル１８の遠隔目標領域３０に光源２０から光を送る。図４で最もよくわかるように、円柱レンズアセンブリ２８は、光源２４から、物体１６の近接目標領域３２に光を送る。したがって、この実施形態では、近接目標領域３２は、アスペクト比の小さいラベル２６の通常の検出位置と一致し、遠隔目標領域３０は、細長い、すなわちアスペクト比の高いラベル１８の端部１４の通常の検出位置と一致する。
【００１１】
前述の構成により、照明システム１２と連係するバーコード読み取り装置（図示せず）が、アスペクト比の小さいラベル２６と、細長い、すなわちアスペクト比の大きいラベル１８との両方を検出することができる。アスペクト比の小さいラベル２６は、主に円柱レンズ２８と第２の光源２４とにより照明されるが、細長い、すなわちアスペクト比の大きいラベル１８は、円柱レンズ２８および第２の光源２４と、可変強度照明レンズ１０および第１の光源２０との両方により照明される。
【００１２】
物体１６を照明するのに必要な光を生成するのに用いられる光源２０および２４は、当該技術分野において現在既に知られている、または将来開発され得る、意図する用途に適するかまたは適するであろう広範囲にわたる光源のいずれを含みうる。したがって、本発明は、任意の特定のタイプの光源とともに用いるように制限されるとみなされるべきではない。しかしながら、例として、好ましい一実施形態では、光源２０および２４の両方が、容易に市販入手可能なタイプの発光ダイオード（ＬＥＤ）の線形アレイを含む。より詳細には、光源２０および２４のそれぞれは、図３に最もよくわかるように配置された６つの個別のＬＥＤ６６のアレイを含む。あるいは、特定の用途の要件に応じて、より多いかまたは少ないＬＥＤを用いてもよい。さらに、物体１６を照明するのに必要な光を提供するための光源２０および２４などの光源は、当該技術分野で既に知られており、本発明の教示を理解した後の当業者であれば容易に提供することができるものであるため、本発明と併用され得る特定の光源２０および２４は、本明細書ではさらに詳細には説明しない。
【００１３】
次に図３〜図５を参照すると、本発明の一実施形態による可変強度照明レンズ１０は、光入射面３６と、光出射面３８と、近位端４０と、遠位端４２とを有するほぼ細長形の透明体３４を含みうる。可変強度照明レンズ１０は光源２０に隣接して位置するため、光入射面３６は光源２０から光を受ける。
【００１４】
次に、主に図４を参照すると、可変強度照明レンズ１０は、その長さに沿って可変の集束力を備える。一実施形態では、可変強度照明レンズ１０は、近位端４０に第１の集束力を有し、遠位端４２に第２の集束力を有するように構成される。本明細書において図示および説明する実施形態では、可変強度照明レンズ１０の遠位端４２の第２の集束力は、近位端４０の第１の集束力よりも大きい。この構成により、可変強度照明レンズ１０は、可変強度照明レンズ１０の近位端４０付近で生成される平行ビーム部分４８と比べて、遠位端４２付近ではより狭い平行ビーム部分５０をもたらすことができる。図５を参照されたい。
【００１５】
可変強度照明レンズ１０の種々の集束力を、様々な方法により得ることができる。たとえば、本明細書で図示および説明する実施形態では、レンズ１０の光出射面３８は、ほぼ半円形の断面を有して湾曲するが、光入射面３６はほぼ平坦である。図５を参照されたい。しかしながら、可変強度照明レンズ１０の断面は、レンズ１０の長さに沿って均一ではない。すなわち、本明細書で図示および説明する実施形態では、湾曲した光出射面３８の近位端４０における曲率半径４４は、遠位端４２における曲率半径４６よりも大きい。これらの異なる曲率半径４４および４６は、レンズ１０の長さに沿って異なる集束力を可変強度レンズ１０に提供する。
【００１６】
可変強度照明レンズ１０の長さに沿って集束力が異なることにより、レンズ１０は可変強度出力ビームを提供することができる。一実施形態では、種々の集束力により、レンズ１０は、物体１６のオフアクシス点、すなわち、（ラベル１８の端部１４付近にある点等の）可変強度レンズ１０の光軸２２からかなり離れた点を照明する際に生じる通常の照明ロスを補償するか、または少なくとも部分的に補償することができる。
【００１７】
たとえば、次に図５を参照すると、可変強度照明レンズ１０の近位端４０における曲率半径４４により、第１のビーム部分４８が形成され、一方、可変強度照明レンズ１０の遠位端４２における曲率半径４６により、第２のビーム部分５０が形成される。本明細書で図示および説明する実施形態では、近位端４０における曲率半径４４は遠位端４２における曲率半径４６よりも大きいため、第２のビーム部分５０は第１のビーム部分４８よりも狭く集束されている。したがって、レンズ１０および光軸２２から所与の距離にある点に関して、より狭く集束されている第２のビーム部分５０は、あまり狭く集束されていない第１のビーム部分４８よりも高い強度を有する。これは、図６に示される状況である。すなわち、図６は、可変強度照明レンズ１０により、可変強度照明レンズ１０の光軸２２に直交する平面５４（図４）上に生成される光の有効域の概略図である。
【００１８】
図６で最もよくわかるように、有効域５２の左側部分すなわち第１の端部５６は、第１のビーム部分４８により生成され、有効域５２の右側部分すなわち第２の端部５８は、第２のビーム部分５０により生成される。第２のビーム部分５０は第１のビーム部分４８よりも狭い平行状態であるため、有効域５２の第２の端部５８の照度（すなわち、光束の密度）は、有効域５２の第１の端部５６に与えられる照度よりも高い。
【００１９】
照明の有効域は、照明される物体が可変強度照明レンズ１０の光軸２２に直交しない場合には、図６に示すものとは異なるものになる。たとえば、図４および図７を参照すると、（たとえばラベル１８などの）好ましい一実施形態の物体１６は、レンズ１０の光軸２２に直交しない。図４を参照されたい。したがって、物体１６を構成するラベル１８の端部１４は、レンズ１０の光軸２２に直交し、レンズ１０に幾分近い平面５４上の対応点よりも少ない照明を受ける。これは、少なくとも２つの要因による。すなわち、第１に、物体１６に対する垂線と入射光束との間の角度の余弦は、物体１６の端部１４付近の点では小さい。第２に、物体１６の端部１４付近の点は、光源２０から遠く離れている。この状況では、物体１６の照明の有効域６０は、より均一であり、レンズがレンズ２８などの単純な円柱レンズからなる場合に起こり得るものとは異なり、ほぼ同じ照明を受ける第１の端部６２および第２の端部６４を有する。
【００２０】
当然ながら、本発明の教示を理解した後に当業者には明らかとなるように、可変強度照明レンズ１０により提供される集束力の量は、用いられることになる特定の用途に応じて異なる。したがって、本発明は、任意の特定の変形形態に制限されるものとみなされるべきではない。しかしながら、例として、好ましい一実施形態では、レンズ１０の遠位端４２に関連する集束力は、すでに説明したように、近位端４０に関連する集束力よりも大きい。さらに、集束力は、レンズ１０の長さに沿って、連続的に直線的に変化する。したがって、レンズ１０の光出射面３８は、切頭円錐（truncated cone）の一部分になっている。
【００２１】
しかしながら、可変強度照明レンズ１０の他の形状および／または曲率も可能である。たとえば、光出射面３８の断面は、半円形部分を含むものである必要はなく、その代わりに楕円形部分を含むか、または楕円形部分および半円形部分の何らかの組み合わせを含みうる。さらに他の構成は、湾曲面を全く利用しなくてもよく、その代わりに、互いに対して異なる角度で位置する複数の平面を含むことにより、所望の集束度を提供することができる。
【００２２】
さらに、レンズ１０の集束力は、近位端４０から遠位端４２まで直線的に変化する必要はなく、近位端４０から遠位端４２まで非直線的に変化するように形成してもよい。さらに別の構成では、レンズ１０の最大集束力は、近位端４０または遠位端４２において提供される必要はなく、その代わりにレンズ１０の長さに沿った任意の場所において提供されていてもよい。このように、可変強度照明レンズ１０は、広範囲にわたる形状および構成の任意ものを備えることにより、所与の照明変化を有する照明の有効域をもたらすことができるため、本発明は、本明細書で図示および説明した形状および構成を有する可変強度照明レンズに制限されるものとみなされるべきではない。
【００２３】
手作業による解析的方法により、所望の照明変化を有する照明の有効域を生成するために必要であり得る可変強度照明レンズ１０の様々な形状および構成を導いて、任意の特定の用途で機能可能な設計を得ることが可能であるが、当該技術分野において現在既に知られているか、または将来開発され得る広範囲にわたるコンピュータプログラムの任意のものを利用して、所望の照明パターンを提供する特定のレンズ形状および構成の開発を支援することが、一般的に好ましい。たとえば、本明細書で図示および説明する実施形態では、レンズ１０の光出射面３８の各端部４０、４２に提供される曲率は、所望の集束度を提供するために、手作業による方法を用いて導かれた。この場合、光出射面３８の近位端４０および遠位端４２の中間点の曲率は、レンズ１０の長さに沿って直線的に変化するようにされた。換言すると、レンズ１０の光出射面３８の曲率半径は、レンズ１０の近位端４０の第１の曲率半径４４から遠位端４２の第２の曲率半径４６まで直線的に減る。しかしながら、可変強度照明レンズの設計を支援するのに適し得る広範囲にわたる解析的方法および／またはコンピュータプログラムの任意のものが、当該技術分野において既に知られており、本発明の教示による可変強度照明レンズを設計するために当業者により容易に用いられ得るため、好ましい一実施形態で用いられる特定の方法は、本明細書ではさらに詳細には説明しない。
【００２４】
可変強度照明レンズ１０は、特定の用途に適し得る、プラスチックまたはガラスなどの広範囲にわたる透明材料の任意のものから製造することができる。したがって、本発明は、任意の特定の材料からなる可変強度照明レンズ１０に制限されるものとみなされるべきではない。しかしながら、例として、好ましい一実施形態では、可変強度照明レンズ１０は透明なポリカーボネートの熱可塑性材料から成形される。透明な熱可塑性材料から可変強度レンズ１０を成形することにより、可変強度照明レンズ１０の形状つまり集束力を広範囲にわたる構成の任意のものに一致させて、広範囲にわたる可変強度照明パターンの任意のものを提供することができるようにする。
【００２５】
本発明による可変強度照明レンズ１０を用いて、照明レンズ１０に動作可能に連結するバーコード読み取り装置（図示せず）により検出される、端部１４を有する細長いラベル１８などのアスペクト比が大きい物体１６の照明を改善することができる。光源２０および２４の両方が起動されていると仮定すると、光源２０からの光は、可変強度照明レンズ１０により細長いラベル１８に向けて送られる。同様に、光源２４からの光は、従来の円柱レンズ２８により細長いラベル１８に向けて送られる。（たとえば２０および２８などの）２つの光源の組み合わせおよび（たとえば、可変強度照明レンズ１０および円柱レンズ２８などの）レンズアセンブリは、細長いラベル１８のほぼ全体を照明する。図４で最もよくわかるように、可変強度照明レンズ１０は、レンズ１０の遠位端４２に向けた照明の強度を増加させることにより、細長いラベル１８の端部１４の照明を改善する。照明強度の増加は、可変強度照明レンズ１０の遠位端４２における集束力の増加の結果である。したがって、可変強度照明レンズ１０により生成される、ラベル１８の物体照明の有効域６０（図７）は、従来の円柱レンズを用いる場合よりもかなり均一である。ラベル１８の端部１４の照明の改善により、ラベル１８の端部１４を確実に検出するバーコード読み取り装置（図示せず）の検出器（同様に図示せず）の能力が実質的に改善される。
【００２６】
本発明による可変強度照明レンズの利点は、可変強度照明レンズ１０により、遠隔目標領域３０（すなわち、細長いラベル１８の端部１４）の照明の均一性が改善されることである。照明の改善により、照明システム１２に動作可能に連結するバーコード読み取り装置（図示せず）は、アスペクト比の大きいラベルと小さいラベルとの両方、すなわち、遠隔目標領域３０と近位目標領域３２とのそれぞれに含まれるラベルを、確実に読み取ることができる。本発明の別の利点は、可変強度照明レンズ１０を用いて、レンズ１０よりもかなり長い物体を照明でき、それにより他の場合に可能であるよりも小型の照明システムを可能にできることである。可変強度照明レンズ１０のさらに別の利点は、広範囲にわたる任意の照明変化を提供するように構成することができ、それにより、広範囲にわたる任意の照明システムにおいてレンズ１０を有利に用いることができるようにしている。
【００２７】
本明細書で説明される発明概念は、他の方法により様々に具現化することができ、添付の特許請求の範囲は、従来技術により制限されるもの以外の本発明の代替的な実施形態を含むものと解釈されることを意図している。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】照明された物体の像を検出器アレイに結像させるための光学系の簡略概略図である。
【図２】アスペクト比が大きい物体を照明する照明システムの一部を構成し得るものとして示される、本発明の可変強度照明レンズの一実施形態の斜視図である。
【図３】図２に示す照明システムの拡大斜視図である。
【図４】図２および図３に示す照明システムの平面図である。
【図５】本発明の一実施形態による可変強度照明レンズの側立面図である。
【図６】可変強度照明レンズの一実施形態により、可変強度照明レンズの光軸に直交する平面上に生成される照明の有効域の概略図である。
【図７】可変強度照明レンズの一実施形態により物体上に生成される照明の有効域の概略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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