(57)【要約】      （修正有）【課題】投票用紙に付与されたマークの読取りを行うための電気光学センサーの提供。【解決手段】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、コンデンサーＣ１７及びＣ１８は、増幅器Ｕ１０Ａへの周波数レスポンスを充分に低くする。【選択図】図１０Ａ
2005251178.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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1に記載のセンサー回路。
【請求項３】
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1に記載のセンサー回路。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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4に記載のセンサー回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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-tion 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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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 in 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。
【０００９】
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。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
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、本発明の目的である。
【００１１】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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ＬＥＤ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。ＬＥＤ40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 Electronics）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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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 collection 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。
【００２５】
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(the 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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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（RTTM2）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。
【００３０】
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104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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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，R47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CR36〜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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】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】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】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】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】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】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】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】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】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１０Ａ】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。
【図１０Ｂ】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。
【図１１Ａ】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。
【図１１Ｂ】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。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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