(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カメラの下で物品をコンベヤ上で移動方向に運ぶためのシステムにおいて、前記物品の上面を照明するための装置が、
前記コンベヤの側方に配置された細長い光源であって、前記光源の長手方向の軸が水平面からある角度を形成しており、かつ、ランプと、前記光源から光を前記コンベヤ上の物品に向けて反射させるために配置された細長いリフレクタとを含む光源と、
前記光源と前記コンベヤの間に配置され、光をコリメートする光指向装置であって、前記光源からの光を受け、かつ、その光を前記コンベヤ上の物品に向けて、前記カメラの光軸から４０度以上の角度で方向付ける光指向装置と、
前記物品を照明する光を、前記光指向装置を通過する光に限定するために配置されたバリアとを含み、
前記リフレクタが楕円形の面であり、かつ、前記ランプが、前記細長いリフレクタの焦点軸に沿って配置された細長いランプであり、
前記細長いリフレクタの第２の焦点軸が、前記コンベヤより下のある距離に存在するシステム。
【請求項２】
カメラの下で物品をコンベヤ上で移動方向に運ぶためのシステムにおいて、前記物品の上面を照明するための装置が、
前記コンベヤの側方に配置された細長い光源であって、前記光源の長手方向の軸が水平面からある角度を形成しており、かつ、ランプと、前記光源から光を前記コンベヤ上の物品に向けて反射させるために配置された細長いリフレクタとを含む光源と、
前記光源と前記コンベヤの間に配置され、光をコリメートする光指向装置であって、前記光源からの光を受け、かつ、その光を前記コンベヤ上の物品に向けて、前記カメラの光軸から４０度以上の角度で方向付ける光指向装置と、
前記物品を照明する光を、前記光指向装置を通過する光に限定するために配置されたバリアとを含み、
前記光指向装置がフレネルレンズを含み、
前記フレネルレンズが、前記ランプから前記フレネルレンズの焦点距離の約１／４〜１／２倍の距離に配置されているシステム。
【請求項３】
前記フレネルレンズの光軸が前記リフレクタの対称軸からずれている請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記フレネルレンズの光軸が前記リフレクタの対称軸から、前記ランプの長さの約０．５倍〜１倍の距離だけずれている請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記フレネルレンズが、前記コンベヤの中心軸から、前記フレネルレンズの焦点距離の１倍〜２倍とほぼ等しい距離に配置されている請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記フレネルレンズが前記リフレクタの対称軸から、前記コンベヤからより遠い位置にずれている請求項３に記載の装置。
【請求項７】
前記組み立てられた光源およびフレネルレンズが第１の照明組立部を含み、さらに、前記コンベヤの側方の、前記第１照明組立部より上に配置された第２の照明組立部を含む請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
さらに、前記第１照明組立部および第２照明組立部から前記コンベヤを横切る位置に上下に配置された第３の照明組立部および第４の照明組立部を含む請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
カメラの下で物品をコンベヤ上で移動方向に運ぶためのシステムにおいて、前記物品の上面を照明するための装置が、
前記コンベヤの側方に配置された細長い光源であって、前記光源の長手方向の軸が水平面からある角度を形成しており、かつ、ランプと、前記光源から光を前記コンベヤ上の物品に向けて反射させるために配置された細長いリフレクタとを含む光源と、
前記光源と前記コンベヤの間に配置され、光をコリメートする光指向装置であって、前記光源からの光を受け、かつ、その光を前記コンベヤ上の物品に向けて、前記カメラの光軸から４０度以上の角度で方向付ける光指向装置と、
前記物品を照明する光を、前記光指向装置を通過する光に限定するために配置されたバリアとを含み、
前記組み立てられた光源およびフレネルレンズが第１の照明組立部を含み、さらに、前記コンベヤの側方の、前記第１照明組立部より上に配置された第２の照明組立部を含むシステム。
【請求項１０】
さらに、前記第１照明組立部および第２照明組立部から前記コンベヤを横切る位置に上下に配置された第３の照明組立部および第４の照明組立部を含む請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
カメラの下で物品をコンベヤ上で移動方向に運ぶためのシステムにおいて、前記物品の上面を照明するための装置が、
前記コンベヤの側方に配置された細長い光源であって、前記光源の長手方向の軸が水平面からある角度を形成しており、かつ、ランプと、前記光源から光を前記コンベヤ上の物品に向けて反射させるために配置された細長いリフレクタとを含む光源と、
前記光源と前記コンベヤの間に配置され、光をコリメートする光指向装置であって、前記光源からの光を受け、かつ、その光を前記コンベヤ上の物品に向けて、前記カメラの光軸から４０度以上の角度で方向付ける光指向装置と、
前記物品を照明する光を、前記光指向装置を通過する光に限定するために配置されたバリアとを含み、
前記ランプ、リフレクタ、光指向装置およびバリアが、前記物品が前記コンベヤの側方から照明され、前記光指向装置から出て行く光の本質的に全てが前記カメラの光軸から４５度以上の角度に位置合わせされ、かつ、前記光源からの光の、前記物品からの鏡反射を本質的に含まない拡散反射が前記カメラに到達するように、選択され、組み立てられ、かつ方向付けられたシステム。
【請求項１２】
カメラの下で物品をコンベヤ上で移動方向に運ぶためのシステムにおいて、前記物品の上面を照明するための装置が、
前記コンベヤの側方に配置された細長い光源であって、前記光源の長手方向の軸が水平面からある角度を形成しており、かつ、ランプと、前記光源から光を前記コンベヤ上の物品に向けて反射させるために配置された細長いリフレクタとを含む光源と、
前記光源と前記コンベヤの間に配置され、光をコリメートする光指向装置であって、前記光源からの光を受け、かつ、その光を前記コンベヤ上の物品に向けて、前記カメラの光軸から４０度以上の角度で方向付ける光指向装置と、
前記物品を照明する光を、前記光指向装置を通過する光に限定するために配置されたバリアとを含み、
前記光指向装置が複数のプレートの組を含み、前記複数のプレートは、ランプの、リフレクタに対向した物品側に配置されて、フィラメント軸に対して垂直の、リフレクタを横切る細いスロットを形成し、前記カメラに対して鏡面反射するであろう光を受けるように配置された前記プレートの一部が光を拡散させる面であるシステム。
【請求項１３】
カメラにより撮像されている物品の面を照明するための装置であって、
前記物品の側方に配置された細長い光源であって、前記光源から光を前記物品に向けさせ、前記光源の長手方向の軸が前記面とある角度を形成する光源と、
前記光源と前記物品の間に、前記光源からの光を受け、かつその光を前記物品に向けて、前記カメラの光軸から４０度以上の角度で方向付けるように配置されたフレネルレンズとを含み、
前記光源が、前記フレネルレンズに対して、フレネルレンズの焦点距離よりも近い距離に配置され、前記フレネルレンズの光軸が前記光源の対称軸からずれている装置。
【請求項１４】
前記光源が細長いランプおよび細長いリフレクタを含み、前記フレネルレンズが前記ランプから、前記フレネルレンズの焦点距離の約１／４〜約１／２倍の距離に配置されており、前記フレネルレンズの光軸が、前記リフレクタの対称軸から、前記ランプの長さの約０．５倍〜１倍の距離だけずれている請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記フレネルレンズが前記リフレクタの対称軸から、前記物品からより遠い位置にずれている請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
カメラの下で移動方向に、コンベヤ上で物品を運ぶためのシステムにおいて、前記物品の上面を照明するための装置が、
前記コンベヤの側方に配置された細長い光源を含み、前記光源の長手方向の軸が水平面からある角度を形成し、
前記光源が、ランプと、前記光源からの光を前記コンベヤ上の物品に向けて反射させるために配置された細長いリフレクタとを含み、
前記リフレクタが円錐形状物の一部であり、前記ランプとほぼ共線上の第１の焦点軸と、前記コンベヤに近い第２のほぼ水平な焦点軸とを有するシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
技術分野
本発明は、カメラ照明システムに関し、さらに詳細にはカメラの下をコンベヤベルトに載って移動する物品を照明するための装置および方法に関する。
【０００２】
背景技術
物品、例えば、小包または製造品の部品を運搬および分類するための自動コンベヤシステムが開発されてきた。物品は、識別記号（identifying indicia）、例えば、バーコード、濃淡２次元記号、および、光学式文字認識に好適なテキストを付されている。オーバーヘッドリニアＣＣＤ（電荷結合素子）カメラが、コンベヤの移動方向に対してコンベヤを横切るような非常に短い「スキャンライン」を横切る視野の細い画像を捉えることができる。カメラの出力を受けるコンピュータが、これらの線形画像から、カメラの下を通過する小包またはラベルのデジタル画像の全体を構築することができる。複数の物品が異なる高さを有する場合、カメラは画像を、カメラより下方にスキャンラインへ投影された「スキャン面」のどこにおいてもとらえることができる。
【０００３】
以前の照明システムは、楕円形のシリンダをリフレクタとして細長い管状ランプの後ろに用いることにより、光の集中ストリップをスキャンラインに沿って生成した。ランプは楕円の一方の焦点軸に沿って延在し、照明されるべき面は他方の焦点軸の付近にある。光源は、カメラの視野を妨害しないようにスキャンラインの軸を中心として傾斜され得る。概して、集束された明るい照明の領域は、スキャン面内で鉛直方向に深くなく、したがって、この構造の有効性は、カメラの下を通過する物品の高さが広い範囲で変化する場合には限定される。
【０００４】
かかる照明システムは、対象物品から反射される十分な光をカメラに向けさせて、明確な画像を、カメラの視力をグレアにより奪うことなく得ようとしている。したがって、光源は大量の拡散反射をカメラにもたらすべきであるが、鏡面反射をもたらしてはならない。しかし、光る上面を有する物品は特別な問題を呈する。スキャンラインに対する光源の傾斜角度が小さい場合には、カメラは、光沢のあるパッケージから反射された、または、紙のラベルを保護するために用いられるプラスチックのプロテクタから反射されたグレアにより視力を奪われることがある。傾斜角度が大きいと、高さの高い物品は、その前後の物品の上に、それらがカメラの下にあるときに影を投げかけることがある。４５度に近い最適な角度にて、光源は、スキャン面において鉛直方向に比較的小さい深さしかカバーすることができない。なぜなら、楕円形のリフレクタが、リフレクタの長手方向を横切る方向に細いビームを投射するからである。先行技術のシステムの１つは、スキャン面における鉛直方向領域を照明するための非対称の楕円形リフレクタを提供しているが、この方法は、上記の問題を全て解決するわけではない。
【０００５】
照明システムを開示している特許には、以下の米国特許がある。
【０００６】
第３，５６９，９６１号  第３，８０９，４６２号  第３，９８２，１１６号
第４，６８９，４９０号  第４，７３３，３３５号  第５，０２２，７４０号
第５，０４０，８８３号  第５，２４５，４１１号  第５，３０８，９６０号
第５，３１３，３７３号  第５，３８８，０３５号  第５，４３０，２８２号
第５，５２１，３６５号  第５，５３８，０６０号  第５，６００，１１６号
第５，６０７，２２９号  第５，７７７，７４３号  第５，７９１，７７１号
第５，８１８，５２８号  第５，８２１，５１８号を含む。
【０００７】
ある範囲の物品の高さに適合するのに十分な鉛直方向領域から反射される適切な拡散光をオーバーヘッドカメラにもたらすことができる照明システムが、当分野において必要である。照明システムは、グレアをカメラに反射させることを回避すべきであり、また、背の高い物品が、照明される領域に影を投げかけないように光を方向付けなければならない。
【０００８】
発明の概要
本発明は、カメラにより撮像されている物品の面を、高さの異なる物品から拡散光をカメラに反射させるように照明するためのシステムおよび方法を提供しようとするものである。
【０００９】
本発明に従えば、この目的は、照明システムにおいて、カメラにより撮像されている物品の面を照明するための装置を提供することにより達成される。この装置は、光を物品の面に向けて方向付けるように、物品の面に対して角度付けられかつ物品の側方に配置された細長い光源と、光源からの光を受け、かつその光を前記面に向けてカメラの光軸から４０度以上の角度で方向付けるように配置された光指向装置とを含む。光線の殆ど全てをカメラの光軸から４０度以上の角度に限定することにより、本発明のシステムは、物品の面に付された記号またはテキストの画像の質を、かかる記号またはテキストの確実な復号化または読取を妨害する程度まで低下させるレベルの鏡面反射またはグレアを回避する。本発明が、物品がコンベヤ上を移動するコンベヤシステムに組み込まれるとき、光源は、光を下向きに角度付けかつコンベヤの側方から方向付けるようにコンベヤの側方に配置される。光指向装置により方向付けられる光は、照明されたストリップを物品の上面に、物品の移動方向を横切る方向に形成する。
【００１０】
本発明の一実施の形態において、光源は、細長いランプと、ランプからの光を物品に向けて反射させるように配置された細長いリフレクタとであり、光指向装置はフレネルレンズである。好ましくは、フレネルレンズは、光源の対称軸からずれている光軸を有する。カメラへの鏡面反射を回避するために、フレネルレンズは、光源からの光を、カメラの光軸に対してより大きい角度に屈折させる。高さの低い物品も高い物品もより有効に照明するために、レンズの光軸は、光源の対称軸から、カメラの光軸の方向に沿って物品から遠ざかるようにずれている。光指向装置を取り囲むバリア、例えばハウジングを用いて、光源からの光を、光指向装置を通過する光以外は遮断することができる。
【００１１】
本発明は、また、ランプの長手方向の軸がコンベヤに沿った物品の移動路に対してほぼ垂直である自動コンベヤシステムを提供する。リフレクタは、好ましくは、楕円形の面であり、ランプは、細長いリフレクタの第１の焦点軸に沿って配置されている。リフレクタの第２の焦点軸は、好ましくは、コンベヤより下のある距離に位置する。好ましい実施の形態において、フレネルレンズは、ランプから、フレネルレンズの焦点距離の約１／４〜約１／２倍の距離を有して、かつ、コンベヤの中心軸からフレネルレンズの焦点距離の１倍〜２倍とほぼ等しい距離を有して配置され、また、フレネルレンズの光軸は、リフレクタの対称軸から、ランプフィラメントの長さの約０．５倍〜１倍の距離だけずれている。
【００１２】
好ましい実施の形態において、照明システムは、カメラのスキャン面の照明領域に光をもたらすように配置された光源および光指向装置を含む複数の照明組立部を含む。このような組立部が４個設けられ、コンベヤの一方の側に第１の組立部と第２の組立部が上下の位置に配置され、コンベヤの他方の側に第３の組立部と第４の組立部が上下の位置に配置されることが最適である。１個の照明組立部のみを設ける場合、好ましくは、照明組立部の対称面はカメラのスキャン面と実質的に一致する。複数の照明組立部が用いられる場合、それらの組立部は、照明を最大にするようにカメラのスキャン面と位置合わせされ得る。あるいはまた、それらの組立部は、それらの対称面を、スキャン面にわたる照明領域における厚み、そしてそれにより、物品の面上の照明ストリップにおける厚みを形成するようにわずかにずらして配置されることもできる。
【００１３】
本発明の好ましい実施の形態において、ランプ、リフレクタ、レンズおよびバリアは、物品がコンベヤの側方から照明され、レンズから出る本質的に全ての光がカメラの光軸から４５以上の角度に位置合わせされ、かつ、物品からの、本質的に鏡面反射を有さない拡散反射がカメラに到達するように、選択され、組み立てられ、そして方向付けられる。光源がコンベヤの側方にあるため、高さの高い物品は、その前後の物品に影を投げかけることがない。複数の光源の好ましい配置が、カメラにグレアをもたらすほど高さの高い光源を配置することを全く必要とせずにスキャン面の深い領域を照明する。
【００１４】
本発明は、また、カメラの下をコンベヤ上で移動方向に移動する物品を照明する方法を提供する。この方法は、コンベヤの側方から光のビームを物品に向けて下向きの角度で方向付けるステップと、前記ビームを、光をカメラの光軸から４０度以上の角度に方向付け、かつ、前記物品の上面に、照明されたストリップを、移動方向を横切る方向に形成するようにコリメートすることとを含む。
【００１５】
別の実施の形態において、高さの高い物品のために必要であれば、一対の追加の照明組立部をカメラの視野のフットプリント内に設置し得る。上記の実施の形態のいずれかのための別の構造において、光源のリフレクタは、シリンダの一部ではなく、円錐状の構造物の一部であり得る。その結果、ランプはリフレクタの第２焦点軸に対して傾斜される。この構造は、ランプの傾斜に関係なく光がスキャンラインに対して平行に集束されることを可能にする。
【００１６】
別の実施の形態において、光指向装置は、ランプの下でフィラメント軸に対して垂直にリフレクタを横切る細いスロットを形成する複数の開口部の組であることができる。スロット内の反射面および拡散面は、カメラの光軸から４０度未満の角度の入射角を有するビームによる物品の直接の照明を逸らし、かつ、望ましくない直接光ビームから有用な拡散光を生成するように構成されている。
【００１７】
詳細な説明
ここで図面をさらに詳細に参照する。図中、類似の番号は、複数の図の全体を通じて類似の部品を示す。図１は、本発明を具体化する照明装置１１を含むコンベヤシステム１０を示す。コンベヤシステム１０は、コンベヤベッド１４上を矢印Ｔの方向に移動するコンベヤベルト１２、および、照明装置を１１を含む撮像ステーション１５を含む。撮像ステーションにおいて、上部構造物１７がコンベヤベルト１２に跨座し、コンベヤベルトに対して鉛直方向の光軸Ｄ−Ｄを有するカメラ１８を支持している。
【００１８】
カメラ１８は、好ましくはリニアＣＣＤカメラである。カメラの視野は、コンベヤベルト１２の幅を包含する幅を有し、移動方向Ｔにおける長さすなわち厚さは、例えば、０．００５３５インチ（０．０１３５８９ｃｍ）である。カメラは、コンベヤベルト１２の幅にわたり、または、コンベヤベルトと共に移動する物品の上面を横切る細いストリップ（スキャンラインＳＬ）を走査する。このようなカメラシステムは、米国特許第５，３０８，９６０号に記載されている。カメラは、好ましくは、長い焦点深度の、またはオートフォーカス装置、例えば、米国特許第５，２４５，１７２号または第５，４８５，２６３号に記載されているような装置を有する。図５に示されているように、コンベヤ上を移動する物品は、小包、例えば、ラベル１１０を有する小包１００であり、ラベル１１０は、光学的に符号化された記号（例えばバーコードもしくは２次元濃淡コード、例えば、ＭａｘｉＣｏｄｅ（登録商標）シンボル）、または、光学式文字認識（ＯＣＲ）に適した、機械で読み取り可能なテキストを含む。小包は、スキャン面（スキャンラインの鉛直方向上方に投射された）を、小包の高さにより決定される高さにて通過する。照明装置１１は、小包が平らな封筒であろうと、コンベヤシステム１０において許容可能な範囲の最高の高さの小包であろうと関係なく、スキャンライン間の領域ＳＬ（図１にてコンベヤ上に点線の輪郭で示されている）においてラベル１１０を十分に照明しなくてはならない。本文中で用いられる用語「物品」は、物体、または、物体に貼り付けられたラベルを意味する。
【００１９】
知られた方法において、カメラ１８は、カメラの視野内の小さいストリップの線形画像を取り込み、それらをコンピュータメモリにおいて組み立てて、ラベル１００を含む小包１００の上面の２次元デジタル画像を形成する。次いで、これもまた当分野において知られたコンピュータソフトウェアが画像を解析して、画像中の記号およびテキストの位置決めおよびデコードを行って、小包１００の認識および分類を補助する。コンベヤシステム１０は、識別記号を有し、または画像として認識可能な形状を有する製造品の部品または他の物品の処理にも用いられることができる。
【００２０】
照明装置１１は、少なくとも１つの照明モジュール２０を含む。図１に示されたシステムにおいて、４つの照明モジュール２０ａ〜２０ｄが領域ＳＬを照明する。図１に見られるように、上左側のモジュール２０ａおよび下左側のモジュール２０ｂが、コンベヤベルト１２の左側の上部構造物１７に取り付けられた左側フード２２ａ内に取り付けられている。上右側モジュール２０ｃおよび下左側モジュール２０ｄが、コンベヤベルト１２の右側の上部構造物１７に取り付けられた右側フード２２ｂ内に取り付けられている。各照明モジュール２０は、カメラの光軸Ｄ−Ｄに対して約４０度以上の角度で、好ましくは約４５度の角度で固定されたハウジング２７内に収容されている。照明モジュールおよびフードはコンベヤの側方に取り付けられており、すなわち、実質的にカメラの視野のフットプリントの外側にある。
【００２１】
図２にさらに詳細に示されているように、ハウジング２７は、光チャンバ２９、光チャンバ２９とコンベヤベルト１２の間のレンズチャンバ３０、および、レンズチャンバに隣接した熱交換チャンバ３２を画成している。レンズチャンバ３０と光チャンバ２９の間の境界にて、光チャンバはガラスプレート４２により囲まれている。光チャンバ２９は、間隔をあけて配置された複数のストラット（支柱）３４を含み、ストラット３４は、各々、レンズチャンバ３０に面した楕円形の縁３５を画成している。楕円形のリフレクタ３８が縁３５に嵌め込まれ、光チャンバ２９の断面を満たしている。楕円形リフレクタ３８の第１の焦点軸にて、細長いナトリウムランプ４０が光チャンバ内に取り付けられている。リフレクタは、好ましくは、約１０〜１５インチ（約２５〜３８ｃｍ）の長さであり、楕円焦点軸間の距離は約６３インチ（約１６０ｃｍ）である。ランプ４０の長さは、好ましくは、約５インチ（約１２．７ｃｍ）である。リフレクタ３８が配置され、その曲率は、リフレクタの第２の焦点軸が、好ましくはコンベヤベルト１２より約１インチ（約２．５ｃｍ）下にあるように選択される。これらのパラメータは、異なるコンベヤシステム、および、処理されるべき異なるタイプまたは寸法の物品に適合するように変更され得る。
【００２２】
フレネルレンズ４５が、ガラスプレート４２に対向したレンズチャンバ３０の端部を密閉している。チャンバ３０は、好ましくは空であり、チャンバ３０の壁は、ランプ４０およびリフレクタ３８からの光がコンベヤベルト１２に向かってレンズ４５のみを通って通過させるようなバリアとなっている。アクリル酸プラスチックのフレネルレンズは市販されており、３５インチ（８９ｃｍ）の直径および３０インチ（７６ｃｍ）の焦点距離ｆを有する。レンズ４５は、レンズチャンバ３０の開口部に嵌め込まれるように、好ましくは、幅約８インチ（約２０．３ｃｍ）×長さ約１８インチ（約４５．７ｃｍ）の寸法にカットされ得る。しかし、レンズは、図６に示されているように、レンズの光軸がチャンバの中心からずれた状態で開口部に嵌め込まれるようにカットされる。好ましくは、光軸はほぼチャンバ３０の幅の中央に位置するが、チャンバの長さに沿った中央からは、ランプ４０の長さの約０．５〜１倍の距離ｂだけずれている。好ましい照明組立部において、ランプ４０は約５インチ（約１２．７ｃｍ）の長さを有し、レンズ４５の光軸は約４インチ（約１０．２ｃｍ）ずれている。図３に示す最良の形態に見られるように、レンズチャンバ３０の深さは、ランプ４０からレンズ４５までの距離ｒがレンズ４５の焦点距離の約１／４〜１／２となるように選択される。焦点距離ｆが３０インチ（７６ｃｍ）であるとき、距離ｒは、好ましくは約８インチ（約２０ｃｍ）である。
【００２３】
ランプ４０からの光の、フレネルレンズ４５の一部による屈折が図７に線図により示されている。ランプから発光した光線の例Ｒｓがリフレクタ３８からある経路（点線で示す）に沿って反射している様子が示されている。この経路に沿った光線は、コンベヤ上の物品からカメラ１８へ鏡面反射するであろう。しかし、フレネルレンズ４５の三角形のリブが、光線を、カメラ１８の光軸Ｄ−Ｄに対して少なくとも４０度の角度φを成す光路ＲＤへと屈曲させる。こうして、コンベヤ上の物品に向ってレンズ４５により投射される光線ＲＤは、カメラへの拡散反射を生成し、グレアを生じさせない。もちろん、ランプからレンズへ直接通過する光も同様に屈折される。
【００２４】
光源、および、コンベヤ１２に対して光を方向付ける（光指向）装置の好ましい構造が図３および４に概略的に示されている。小包１００がコンベヤ１２上に示されている。リフレクタ３８の対称軸Ｃ−Ｄはカメラ１８の光軸Ｄ−Ｄに対して約４５度の角度を成す。ランプ４０が、リフレクタ３８の第１の焦点軸Ａ−Ａに沿って配置されている。フレネルレンズ４５が、ランプの前に距離ｒを有して配置されており、レンズの光軸Ｆ−Ｆは軸Ｃ−Ｄに対して平行であるが、軸Ｃ−Ｄから、小包１００から遠ざかる方向に（カメラ軸Ｄ−Ｄに沿って）距離ｂだけずれている。レンズ４５はコンベヤベルト１２上のスキャンラインＳＬから距離ｓを有して配置されており、距離ｓの長さは、ほぼ、焦点距離ｆの長さと焦点距離ｆの２倍の長さの間である。楕円形リフレクタ３８の第２の焦点軸Ｂ−Ｂは、好ましくは、図４に点線で示されているようにコンベヤベルトよりもわずかに下にある。
【００２５】
図５は、照明装置１１の好ましい構造の、コンベヤベルト１２の移動路に沿って振り返って見たスキャンラインＳＬにおける断面を概略的に示す。矢印Ｒは、コンベヤの一方の側の照明モジュール２０ｃおよび２０ｄのランプ４０およびリフレクタ３８からの光路を示し、コンベヤの他方の側は実質的にこの鏡像である。図示されているように、照明光線の全てはカメラ１８の光軸Ｄ−Ｄに対して４０度以上の、好ましくは４５度以上の角度φを成す。この構造は、明確な画像のための十分な拡散照明をカメラにもたらし、かつ、鏡面反射を回避する。
【００２６】
図２を再び参照する。ハウジング２７は２つの冷却システムを含み、一方はランプ４０のためのものであり、他方はレンズ４５のためのものである。冷却システムがなければ、ランプおよびレンズは短期間で溶解するであろう。光チャンバ２９において、一対の熱交換チューブ４７がリフレクタ３８の凸面の両側に、ストラット３４を通って延在している。チューブ４７は、熱伝導率の高い材料、例えば銅からつくられており、チャンバ２９の一端にて外気に対して開放され、また、チャンバの他端の薄いプレナム４８にて終端となっている。プレナム４８は、チューブ４７の開放端とのみ連通している一対の開口部５０を有する。ファン４９がプレナム４８を加圧して冷却エアをチューブに押し通す。ランプ４０により発生された熱が、リフレクタを通じて、チューブを取り囲む光チャンバ２９内に移動し、次いで、チューブの壁を通じて、チューブを通過する冷却エア内に伝達される。
【００２７】
再循環エアシステムがレンズ４５を冷却する。別のファン５１が熱交換チャンバ３２内に、チャンバ３２をレンズチャンバ３０に連結している入口開口部５２に隣接して取り付けられている。ファン５１は、エアを下方に向けてレンズ４５上に吹き付ける角度で取り付けられている。エアはチャンバ３０内を吹き抜け、レンズ４５を冷却し、ファン５１と同様に傾けられたファン５４により、チャンバ３０の反対端の出口開口部５５を通して排出される。複数の熱交換チューブ５７が、レンズチャンバ３０に対向する端部にてチャンバ３２を横切って延在している。チューブ５７は、熱伝導率の高い材料、例えば銅からつくられており、チャンバ３２の一端にて外気に対して開放されており、また、チャンバの他端の薄いプレナム５９にて終端となっている。ファン６０がプレナム５９を加圧して冷却エアをチューブ５７内に押し通す。レンズチャンバ３０からファン５４により排出されたエアがチャンバ３２内を吹き抜け、熱交換チューブ５７上を通り、熱を、チューブ内を流れる冷却エアに伝達する。ファン５１は冷却エアを戻してレンズ４５上を通過させる。必要であれば、再循環エアの流れを方向付けるために、適切なバフルをレンズおよび熱交換チャンバ内に配置することができる。
【００２８】
熱交換チャンバを有する再循環エア冷却システムは、塵が光学素子に接触しないように密閉されている。
【００２９】
動作中、照明装置１１は、小包１００または他の物品が撮像ステーション１５の下を移動するときにコンベヤベルト１２の側方から光を照射する。先に記載した範囲で構成されたランプ４０、リフレクタ３８、およびレンズ４５により、小包を照射する光は、カメラの光軸から４０度以上の角度を成す。図１および５に示されているように、投射された光は、カメラ１８のスキャンラインＳＬを含んでコンベヤを横切り、かつ、コンベヤの上に、小包の予測される最高の高さにまで延在する領域を照明する。小包が照明領域を通過するとき、小包から、詳しくは、光学的にコード化された記号、および、時に、機械読取可能なテキストを付されたラベル１１０から反射された拡散光がカメラ１８に到達する。鏡面反射が、カメラから遠ざかるように方向付けられて、グレアを回避する。カメラは、一連の細い画像を獲得し、それらの画像をカメラのプロセッサが視野全体のデジタル画像に構築する。当分野で知られたソフトウェアが画像を解析して記号およびテキストのブロックを見つけ、次いで、ラベルに関する情報を復号化する。ランプ４０の動作中、図２に示された冷却システムが、レンズを過熱状態から保護する。
【００３０】
図８は、本発明に従う第２の実施の形態である、別の光指向装置を組み込んだ照明装置２１１を示す。高さの異なる２つの小包１００がコンベヤベルト１２上に示されている。これらの小包が２つの照明モジュール２２０ａおよび２２０ｂにより照明されている。照明モジュール２２０ａおよび２２０ｂは第１の実施の形態のモジュール２０と類似であるが、フレネルレンズの代わりに１組のバフルプレート２４５（図９に詳細に示す）が用いられている。複数の平行なバフルプレート２４８が、ランプ４０に対して垂直に、かつリフレクタ３８の対称軸に平行に配置されている。好ましくは、各モジュールは、リフレクタの対称軸に平行に８インチ（２０ｃｍ）延在する１２個のバフルプレートを有する。１２個のバフルプレートは、約０．７５インチ（１．９ｃｍ）の間隔を有して配置されて、ランプから光を直接に、またリフレクタから反射された光を受けるための一連のスロットを形成する。各スロットの一方の側のプレート面は、完全に鏡面または鏡状の面２５２である。図８に示した構造において、各プレート２４８の完全に鏡状の面２５２は、光源の傾斜により、カメラの光軸Ｄ−Ｄに対して上方を向いて傾斜している。下方に面した他方の面は、中央点２５０の両側の２つの部分に、すなわち、ランプ４０に近い方の鏡状部２５３と拡散部２５４とに分けられている。部分２５４は、光が面から拡散して反射するように、当分野で知られている方法で不規則にされ得る。
【００３１】
図９において、第１の２つのスロットが、ランプおよびリフレクタを＋５度および−５度の角度で離れるビームＲａにより横切られている様子が示されている。これらのビームは、プレートに接触せずにスロットを通過し、目標の小包または他の物品に、光源の傾斜により、それぞれ４０度および５０度の角度で到達する。次の２つのスロットは、ランプおよびリフレクタを＋１０度および−１０度の角度で離れるビームＲｂを示す。これらのビームは、スロットを画成しているプレート２４８に、プレートの外縁付近で衝突する。下側の鏡面２５２は１０度の角度のビームを反射し、ビームを、小包に向けて５５度の角度で再方向付けする。上側の拡散面２５４は１０度の角度のビームを拡散させて小包上に照射する。次の２つのスロットは、ランプおよびリフレクタを＋２０度および−２０度の角度で離れるビームＲｃを示す。これらのビームはスロット内で少なくとも２回反射される。小包にて望ましくない角度（４０度よりも大きい角度）で鏡面反射されるであろうビームはすべて、スロットを出る前に拡散反射されることになる。プレートの組２４５の上を通過する光のビームは、カメラの光軸に対して４０度以上の角度θを成す。
【００３２】
図８および９の実施の形態は有効であるが、フレネルレンズを用いる第１の実施の形態が、ランプによる光エネルギー出力の使用において、より効率的である。
【００３３】
物品を照明するのに有用な高輝度ランプには、水平位置または鉛直位置においてのみ働くものがあるため、ランプ自体を傾けることはできない。図１０は、ターゲットとなる物品に対して４５度に角度付けられた１組のプレート２４８が側方に配置された鉛直構造のランプ４０を含む照明モジュール３２０を示す。楕円形のリフレクタ３３８が、ランプ軸に対して２２．５度の傾斜角度を有するリブ状のセグメントを画成している。これらの角度セグメントに当たったランプからの光は、反射されて、プレート２４８により形成されたスロットに入る。したがって、鉛直ランプからの光は、図８および９に関して先に説明したように作用する光指向装置に向けられる。水平ランプからの光を光指向装置に向けさせることができるリブ付きリフレクタを形成するためにも同じ方法を用いることができ、また、これらの実施の形態をコンベヤの両側に用いることができることが明らかであろう。
【００３４】
以上に記載したリフレクタのいずれかのための別の形状が図１１に示されている。この実施の形態において、楕円形のリフレクタ４３８は、円錐形状物４０１の一部であり、図４に示したリフレクタ３８ようなシリンダの一部ではない。したがって、第１の焦点軸Ｆ１−Ｆ３に沿って延在するランプ４０は第２の焦点軸Ｆ２−Ｆ４に対して傾斜している。この構造は、ランプの傾斜に関係なく光がスキャンラインＳＬに対して平行に集束されることを可能にする。
【００３５】
幾つかの状況において、高さの高い物品を照明するためにカメラの視野のフットプリント内から照明を発生させることが必要であろう。このような場合の、コンベヤ１２の側方から見た好ましい構造が図１２および１３に示されている。追加の２つの照明モジュール２０ｅおよび２０ｆが設置されている。モジュール２０ｅおよび２０ｆは、各々、コンベヤのセンターラインの各側方に配置されているが、その位置はモジュール２０ａおよび２０ｃの横方向位置よりも内側である。モジュール２０ｅおよび２０ｆのリフレクタ５３８および５３９は、他のリフレクタ３８と同様に、カメラの光軸から横方向外側に４５度の角度で角度付けられている。しかし、リフレクタ５３８および５３９は、スキャン面から比較的小さい角度αおよびγだけ角度付けられてもいる。好ましくは、角度αはスキャン面の後方に約１５度であり、角度γはスキャン面の前方に約２０度である。リフレクタ５３８は、コンベヤベルト１２より下方の、リフレクタ５３９の第２軸５３９Ｆよりも下の第２軸Ｆ５３８を焦点とする。こうして、各リフレクタ５３８，５３９は、スキャンラインより上方の高さを有する所定領域を照明する。
【００３６】
以上の記載から、本発明が、高さの異なる複数の物品から拡散光をカメラに反射させることによりオーバーヘッド撮像カメラに照明をもたらすことが理解される。本発明の主要な実施の形態は、カメラの視野のフットプリントの外側から光線を生じるという利点を有する。本質的に全ての光線の角度をカメラの光軸から４０度以上の角度に制限することにより、本発明のシステムは、物品の面に付された記号またはテキストの画像の質を低下させるようなレベルの鏡面反射またはグレアを回避する。さらに、本発明は、光線をコリメートおよび制御するためのフレネルレンズの新規の用い方を提供し、光エネルギーの損失を最小限にする拡散照明をもたらす。
【００３７】
本発明を詳細に、本発明の好ましい実施の形態を特に参照しつつ記載してきたが、変更および改良が、特許請求の範囲において画定される本発明の範囲から逸脱せずに行われ得ることが理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明を具体化する照明装置を含むコンベヤシステムの斜視図である。
【図２】  レンズおよびランプのための冷却システムを含む照明組立部の分解図である。
【図２Ｂ】  図２の照明組立部の内部の概略平面図である。
【図３】  照明組立部の部品、および、それらの部品とカメラとの関係を示す概略分解図である。
【図４】  光源、および、撮像されている物品と光源との関係を示す概略上面図である。
【図５】  コンベヤシステムの一部の概略正面図であり、２つの照明組立部がコンベヤの一方に示されている。
【図６】  本発明と共に用いるためのフレネルレンズの正面図である。
【図７】  フレネルレンズの反射機能を示す、照明組立部の一部の拡大概略側面図である。
【図８】  別の光指向装置を組み込んだ本発明の別の実施の形態の概略正面図である。
【図９】  図８の光指向装置および光源の詳細な線図である。
【図１０】  鉛直ランプフィラメントと共に用いるための別のリフレクタの概略図である。
【図１１】  傾斜したランプを補償するように構成された別の円錐状リフレクタの概略図である。
【図１２】  本発明の別の実施の形態におけるさらなる照明組立部の位置を示す斜視図である。
【図１３】  図１２の実施の形態の側面図である。
【図１】
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【図２】
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【図２Ｂ】
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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１０】
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【図９】
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【図１１】
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【図１３】
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【図１２】
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