特許 5719311 画像系リーダー用のモジュール式焦点システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5719311

(24)【登録日】2015年3月27日

(45)【発行日】2015年5月13日

(54)【発明の名称】画像系リーダー用のモジュール式焦点システム

(51)【国際特許分類】

   G02B 7/08 20060101AFI20150423BHJP

   G02B 7/02 20060101ALI20150423BHJP

   G02B 7/04 20060101ALI20150423BHJP

   G06K 7/015 20060101ALI20150423BHJP

   G06K 7/10 20060101ALI20150423BHJP

【ＦＩ】

   G02B7/08 Z

   G02B7/02 C

   G02B7/02 Z

   G02B7/04 E

   G06K7/015

   G06K7/10 300

【請求項の数】17

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2011-545480(P2011-545480)

(86)(22)【出願日】2010年1月11日

(65)【公表番号】特表2012-515359(P2012-515359A)

(43)【公表日】2012年7月5日

(86)【国際出願番号】US2010020584

(87)【国際公開番号】WO2010081060

(87)【国際公開日】20100715

【審査請求日】2012年12月20日

(31)【優先権主張番号】12/352,109

(32)【優先日】2009年1月12日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】500576452

【氏名又は名称】コグネックス・コーポレイション

(74)【代理人】

【識別番号】100060690

【弁理士】

【氏名又は名称】瀧野 秀雄

(74)【代理人】

【識別番号】100070002

【弁理士】

【氏名又は名称】川崎 隆夫

(74)【代理人】

【識別番号】100108017

【弁理士】

【氏名又は名称】松村 貞男

(74)【代理人】

【識別番号】100134832

【弁理士】

【氏名又は名称】瀧野 文雄

(74)【代理人】

【識別番号】100165308

【弁理士】

【氏名又は名称】津田 俊明

(72)【発明者】

【氏名】ヌニンク、ローレンス

(72)【発明者】

【氏名】ロイター、リヒャルト

【審査官】 辻本 寛司

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許第０６６６９０９３（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 国際公開第２００８／０７６３９９（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ７／０８

Ｇ０２Ｂ ７／０２

Ｇ０２Ｂ ７／０４

Ｇ０６Ｋ ７／０１５

Ｇ０６Ｋ ７／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

（Ａ）ハウジング内に固定されたレンズ取り付け構造と、
（Ｂ）前記レンズ取付構造によって回転自在に収容されたレンズバレルと、
（Ｃ）標的物体から反射された画像データを獲得するセンサーと、
（Ｄ）前記レンズバレル内に光学軸の周りに固定された、前記センサー上に前記画像データの焦点を合わせる、撮像レンズアセンブリと、
（Ｅ）標的向きの端部に配置された焦点リング、及び、センサー向きの端部に配置された保持フランジを有する（Ｅ１）第１の取り外し可能なレンズ付属品、並びに、液体レンズハウジング内に固定された液体レンズ、及び、前記液体レンズと電気的に接触された一対の電極を有する（Ｅ２）第２の取り外し可能なレンズ付属品を有するモジュール式焦点システムと、
を備えた画像系コードリーダーであって、
（i）前記第１のレンズ付属品が前記コードリーダーに固定されたときに、前記第１のレンズ付属品を調整すること、及び、(ii)前記第２のレンズ付属品が前記レンズバレルに接続されたときに、前記液体レンズに電圧を供給すること、のうちいずれか一方によって、前記コードリーダーの焦点が合わせられるようになっている、画像系コードリーダー。

【請求項2】

前記第１のレンズ付属品が回転されると、前記撮像レンズアセンブリが前記センサーから軸方向に動いて、前記コードリーダーの焦点が合わせられるようになっている、請求項１に記載の画像系コードリーダー。

【請求項3】

前記画像系コードリーダーが、ロッキングタブを含むカバーを備え、そして、前記ロッキングタブが、前記ハウジングに接続されたときに前記第１のレンズ付属品のスロット内に収容されて、前記第１のレンズ付属品の回転を防ぐようになっている、請求項２に記載の画像系コードリーダー。

【請求項4】

前記レンズ取付構造が、１以上の位置合わせ用タブを有し、前記第１のレンズ付属品が前記レンズバレルに配置され、かつ、前記第１のレンズ付属品が、前記レンズバレルから取り外されたときに、１以上の前記位置合わせ用タブと合わせられる１以上のキースロットを含み、そして、前記１以上の位置合わせ用タブが、前記撮像レンズの所定の焦点距離に相当する、請求項２に記載の画像系コードリーダー。

【請求項5】

前記１以上の位置合わせ用タブが、前記レンズ取付構造に配置されたリセプタクルに形成され、そして、前記１以上のキースロットが、前記保持フランジに形成されている、請求項４に記載の画像系コードリーダー。

【請求項6】

前記液体レンズハウジングが、前記レンズバレルに配置され、かつ、前記レンズバレルから取り外されたときに、前記１以上の位置合わせ用タブと合わせられる１以上のキースロットを含み、そして、前記１以上の位置合わせ用タブが、前記撮像レンズの所定の焦点距離に相当する、請求項１に記載の画像系コードリーダー。

【請求項7】

前記画像系コードリーダーが、前記第２の取り外し可能なレンズ付属品が前記コードリーダーに接続されていることを検出するコントローラを含む、請求項１に記載の画像系コードリーダー。

【請求項8】

前記画像系コードリーダーが、焦点が外れた画像データ、標的距離、及び、オペレータ入力のいずれか１以上を検出するコントローラを有し、そして、焦点が外れた画像データ、標的距離、及び、オペレータ入力のうちいずれかが検出されたときに、前記コントローラが、前記液体レンズ用の出力電圧を生じさせるようになっている、請求項７に記載の画像系コードリーダー。

【請求項9】

リセプタクルを有するレンズ取付構造と、
前記リセプタクル内に少なくとも部分的に配置されたレンズバレルと、
前記レンズバレル内に光学軸の周りに固定された、物体から反射された画像データをセンサー上に集束する、撮像レンズと、
手動焦点レンズ付属品、及び、可変焦点レンズモジュールを含む、前記リーダーの焦点を調整するための複数の取り外し可能なレンズ付属品と、
を備えた、画像系コードリーダー用のモジュール式焦点システムであって、
前記手動レンズ付属品の回転が前記センサーに対する前記撮像レンズの軸方向の移動に変換されるように前記手動焦点レンズ付属品が前記レンズバレルに固定され、そして、
前記可変焦点レンズモジュールが前記レンズバレルに固定され、かつ、コントローラに電気的に接続されて、前記コントローラからの出力によって前記コードリーダーの焦点が調整されるようになっている、モジュール式焦点システム。

【請求項10】

前記手動焦点レンズモジュールが、標的向きの端部に配置された焦点リングと、センサー向きの端部に配置された保持フランジと、を含む、請求項９に記載のモジュール式焦
点システム。

【請求項11】

前記手動焦点レンズモジュールが、前記レンズバレルの回転を所定範囲に制限する機械的ストップを有している、請求項１０に記載のモジュール式焦点システム。

【請求項12】

前記可変焦点レンズモジュールが、ハウジング内に配置された液体レンズと、前記液体レンズと電気的に接触された一対の電極と、を含む、請求項９に記載のモジュール式焦点システム。

【請求項13】

前記可変焦点レンズモジュールが、前記ハウジング内に前記液体レンズ及び前記電極を保持するための付勢部材を含む、請求項１２に記載のモジュール式焦点システム。

【請求項14】

前記リセプタクルが、１以上の内側に延設された位置合わせ用タブを含み、そして、前記複数のレンズ付属品がそれぞれ１以上のキースロットを有して、前記１以上の位置合わせ用タブ及び前記１以上のキースロットが、前記レンズ付属品と前記コードリーダー間の結合・分離を可能とするように合わせられる、請求項９に記載のモジュール式焦点シス
テム。

【請求項15】

前記リセプタクルが、前記可変焦点レンズモジュールに形成された伸張部を収容する切り抜きを含む、請求項１４に記載のモジュール式焦点システム。

【請求項16】

ベース及びカバーを備えたハウジングと、第１の電気接点と、液体レンズ部品と、スペーサと、第２の電気接点と、付勢部材と、を備えた、画像系コードリーダー用の取り外し可能な可変焦点レンズモジュールであって、
前記ベース及び前記カバーによって、モジュール軸の周りに前記ハウジングを通して延在する開口及び空洞が形成され、
前記第１の電気接点は、前記空洞内に設けられ、
前記第１の電気接点には、前記モジュール軸と概して平行して前記モジュール軸から延設された１以上の電極が設けられ、
前記スペーサによって、前記モジュール軸の周りに前記液体レンズ部品が配置され、
前記第１及び第２の電気接点が前記液体レンズ部品を挟むように前記第２の接点が前記空洞内に配置され、
前記付勢部材は、前記第１及び第２の電気接点のうち一つと、前記ベース及び前記カバーのうち一つとの間に配置されて、前記第１及び第２の接点が前記液体レンズ部品と電気的及び機械的に接触された状態を保持するようにされ、
前記モジュール軸が前記コードリーダーの光学軸と概して合わせられるように、前記可変焦点可変レンズモジュールが、前記コードリーダーに取り外し可能に固定され、そして、
前記可変焦点レンズモジュールが、手動焦点レンズモジュールと交換可能で、前記手動焦点レンズモジュールの軸が前記コードリーダーの光学軸と概して合わせられるようになっている、画像系コードリーダー用の取り外し可能な可変焦点レンズモジュール。

【請求項17】

前記ハウジングが、キースロットを含んで、前記可変焦点レンズモジュールが前記コードリーダーに固定され、又は、前記コードリーダーから取り外されたときに、前記キースロットが、前記コードリーダー内に設けられた位置合わせ用タブに合わせられるようになっている、請求項１６に記載の取り外し可能な可変焦点レンズモジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、マシン・ビジョウ・システム（machine vision system）に関し、特に、画像系ＩＤ又はコードリーダーが手動フォーカスリーダー（manual focus reader）及び可変フォーカスリーダー（variable focus reader）として動くことを可能にするモジュール式フォーカスシステム（modular focus system）に関する。

【背景技術】

【0002】

マシン・ビジョン・システム（machine vision system）は、様々な物体の画像を得るためにカメラのような画像取得装置（image acquisition device）を用いる。これらの画像は、画像化された物体それぞれに関する情報を得るために任意の数の解読アルゴリズム（decoding algorithm）に基づいて処理される。部品検査（parts inspection）、（店内の）全商品（inventory）、品質管理（quality control）等の様々な識別（identification）及び／または意思決定機能（decision-making function）は、得られた情報に基づいて作られる。

【0003】

画像系コードリーダー（image-based code reader）は、一種のマシン・ビジョン・システム（machine vision system）である。コード・リーディング（code reading）のために取得された画像（ＤＰＭ（direct part mark）またはラベル系識別（label-based identification）としても知られている。）は、物体に配された１以上の１Ｄ（即ち、バーコード）、又は、２Ｄ（即ち、データマトリクスコード）シンボルを含む。このコードリーティングプロセス（code reading process）は、ＣＭＯＳカメラ、ＣＣＤ等のような画像取得センサー（image acquisition sensor）の視野内で１Ｄ又は２Ｄコードのいずれかで印された物体を繰り返し導入し、そのコードに光を当て、そして、そのコードを含んだ画像（即ち、画像データ）を取得することを含む。各コードは、所定のパターン組（そこからコンピュータのような付属されたデータプロセッサーによって物体に関する有用な情報が導き出される。）（例えば、一連の数字、タイプ、モデル、価格など）を含む。

【0004】

しかし、そのコードリーダーによって取得された画像データは、有効かつ反復可能な処理（processing）が可能なように十分集中される必要がある。これまでの画像系コードリーダーは、固定焦点（fixed focus）、手動焦点（manual focus）、及び／または、可変焦点リーダー（variable focus reader）として構成され得る。リータータイプに関係なく、その画像データが、リーダーの焦点面（focus plane）内に配された画像取得センサー上に十分焦点が合わせられたときに、解読可能な画像が得られる。

【0005】

固定焦点コードリーダー（fixed focus code reader）は、調整不可能であるため、画像系コードリーダーの最もベーシックな種のレンズを有する。このレンズは、各レンズの変化をなくすファクトリフォーカス処理（factory focus process）を経てから、画像センサーに対して所定の場所に固定される。設置されると、標的距離、即ち、レンズから標的物体までの距離は、リーダーの焦点距離によって語られる。当然のことながら、固定焦点リーダーは、標的距離が比較的一定であるか、又は、解像度の低い画像データが許容されるような場合には非常に有用である。しかしながら、この固定焦点リーダーは、標的距離が変わって（例えば、異なるサイズの標的物体）確実に解読できない分解（劣化）画像が得られる場合には、適していない。固定焦点コードリーダーが焦点合わせられた画像を得るために再配置されるか、又は、異なる標的距離に複数のリーダーが設置され得るにもかかわらず、複雑性及び費用の増加の点からすると、その解決策は特に満足できる程度のものではない。

【0006】

手動焦点コードリーダーは、こうした固定焦点コードリーダーの欠点の一部を克服できるものである。手動焦点コードリーダーは、固定焦点リーダーに近似しているが、リーダーを移動させずに、レンズを調整することによってリーダーの焦点を合わせるという限られた能力を有する。背景技術として、市販される固定型（fixed-mount）画像系コードリーダー２を図５に示す。このコードリーダー２は、レンズバレル８内に固定して組み付けられたレンズ６を含む光学アセンブリ４を有する。このレンズ６は、画像データ、即ち、画像から反射された光を画像面１０、及び、平面１０と位置合わせられた画像センサー２０上に焦点を合わせる。リーダー２は、照明を制御し、画像データを取得し、そして、取得された画像データを有用な情報に処理／解読するように設けられたソフトウェアによって符号化されるハードウェア（図示せず）を含む。

【0007】

コードリーダー２は、コードリーダー２の焦点位置を手動で設定するために焦点リング（focus ring）１４及びレンズバレル（lens barrel）８を支持するレンズ取付アセンブリ（lens mount assembly）１２を含む。これらの部品は、標的物体１８（即ち、画像化されるべき物体）と、画像センサー２０との間に延設された光学軸１６の周りに組み立てられる。このセンサー２０は、光学軸１６と画像面１０との交差（点）に対して配置され、それにより、レンズ６によってセンサー２０上に画像データの焦点が合わせられる。

【0008】

レンズバレル８の遠位端（distal end）は、レンズ取付アセンブリ１２内に形成されたリセプタクル（receptacle）２２にネジ式接続を通じて固定されている。レンズバレル８の近位端（proximal end）は、それに固定された焦点リング１４を有する。このネジ式接続に基づいて、焦点リング１４が手動回転されると、レンズバレル８がリセプタクル２２の内側または外側へ動くようになる。この回転は、レンズ６と画像センサー２０間の軸移動に変わる。

【0009】

このレンズ取付アセンブリ１２は、ハウジング２４内に固定され、かつ、透明なレンズカバー２６によって覆われているので、光学及びハードウェア部品はダスト及び水分のような環境から保護されている。カバー２６及びシーリングカスケット（sealing gasket）（図示せず）はスクリュー４０によってハウジング４０に固定されている。ケーブル２８は、コードリーダー２とその他の装置（例えば、データベースアプリケーションを動かすホストコンピュータ）とを結ぶ役割をする。コンピュータは、コードリーダー１０２のための引き金信号を生じさせるとともに、画像データを受信する。ケーブル２８は、またコードリーダー２に電源を供給する。

【0010】

手動焦点コードリーダー２は、複数の所定の焦点位置のうちいずれか一つで作動するようになっている。それらの位置はそれぞれユニークな焦点距離及びそれに相応するコードリーディング距離範囲を有している。各焦点位置は、焦点リング１４上にマーキング３０（例えば、"40", "65", and "105"）で印されており、それは、メーカーによって定められたミリメータ単位の最適リーディング距離を表す。各焦点位置は、焦点リング１４の外周（periphery）に形成された相応するスロット３２を有する。そのスロット３２は、焦点リング１４に対し間隔を置いて配置され、かつ、レンズカバー２６に形成されたロッキングタブ（locking tab）３４を収容する。各スロット３２の角度位置は、相応する所定の焦点距離、即ち、レンズ６と画像センサー２０間の軸距離によって決められる。

【0011】

焦点リング１４は、レンズ６が完全１周（one complete revolution）を超えて回転することを防止する機械的ストップ（stop）３６を含む。そのストップは、焦点リング１４が焦点範囲のいずれかの端（end）にあるときに、フォーカス・セレクター・タブ（focus selector tab）３８を押圧する焦点リング１４の突起部（protrusion）として形成されている。そのストップ３６は、レンズバレル８を完全１周以下に収めるために、画像センサー２０に対するレンズ６の軸方向移動を制限する。

【0012】

リーダー２の焦点位置を設定するために、焦点リング１４を手動で調整して、所定の焦点位置セッティング３０をフォーカス・セレクター・タブ３８と整合させる。ロッキングタブ３４は、カバー２６がオンである（即ち、立っている）ときに、レンズバレル８の回転を防止するので、いずれかの所定の焦点位置にレンズ６をロックする。カバー２６は、ピン３４がいずれかの焦点位置スロット３２と合わせられてそこに収容されたときに、単にハウジング２４に固定され得る。

【0013】

手動焦点コードリーダー２が、前述のようなある程度の焦点柔軟性（focusing flexibility）を提供するにもかかわらず、コードリーダー２の焦点位置を変えることは複雑だけでなく時間を要する作業でもある。また、こうしたコードリーダー２の焦点位置を変えるためには適切なツールが必要となる。さらに、レンズ６及びその他の内部構成要素（部品）は、レンズカバー２６が取り外されたときに、ダスト、汚れ、水、化学物質などを含んだ環境に露出される可能性がある。

【0014】

可変焦点コードリーダーは、手動及び固定焦点コードリーダーの数多くの欠点を克服できる。この明細書に記載された「可変焦点コードリーダー」は電気的に制御可能な焦点システムを採用したコードリーダーであり、自動焦点システム（autofocus system）の一部をなし得る。既存の可変焦点コードリーダーは、画像センサーに対しレンズを動かせる圧電モータ又はステッパーのような非常に小さい電子機械部品を有する。しかしながら、これらのリーダーは、多数の高価な電子機械部品を備え、壊れやすく、かつ、限られた使用回数しか使えない。また、従来の可変焦点コードリーダーは、レンズ部品間の摩擦に基づいて必要とされる光学公差（optical tolerance）を有さず、その作動速度も遅い。こうした理由から、交換可能なレンズ付属品（interchangeable lens attachment）を備えたモジュール式焦点システムを有して、前述の欠点をなくすとともに、どのレンズ付属品がリーダーに固定されたかに基づいて、単一のコードリーダーが固定焦点、手動焦点、又は、可変焦点リーダーとして動くようにしたコードリーダーは全く知られていない。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0015】

したがって、前述した焦点システムを組み合わせるとともに前述の欠点を克服するコードリーダー２のようなマシン・ビジョン部品（machine vision component）用の焦点システムを持たせることが望ましい。また、可変焦点「追加（add-on）」又は「付属品オプション（accessory option）」レンズ付属品を追加することで容易に可変焦点コードリーダーに転換可能な固定又は手動焦点コードリーダーを持たせることがより望ましい。また、移動性部品を有しないためハウジングの内部を、それを取り巻く環境に露出させない小型モジュール式可変焦点システムを有することがさらに望ましい。

【課題を解決するための手段】

【0016】

本発明の実施例によれば、ハウジング内に固定されたレンズ取り付け構造と、前記レンズ取付構造によって回転自在に収容されるレンズバレルと、物体から反射された画像データを獲得するセンサーと、前記レンズバレル内で光学軸の周りに固定された、前記センサー上に画像データの焦点を合わせる、撮像レンズと、モジュール式焦点システムと、を備えた画像系コードリーダーが提供される。このモジュール式焦点システムは、標的向きの端部に配置された焦点リング、及び、センサー向きの端部に配置されたフランジを有する第１の取り外し可能なレンズ付属品を有する。レンズバレルに接続されているとき、前記第１のレンズ付属品は回転されて、コードリーダーの焦点を合わせるようになる。モジュール式焦点システムは、ハウジング内に組み付けられた液体レンズと、前記液体レンズに電気的に接続された一対の電極と、を備えた第２の取り外し可能なレンズ付属品を含んでも良い。第２のレンズ付属品が前記レンズバレルに接続されたときに、前記液体レンズに電圧を加えることによって、前記コードリーダーの焦点が合わせられるようになっている。

【0017】

本発明の別の実施例によれば、リセプタクルを有するレンズ取付構造と、前記リセプタクル内に少なくとも部分的に配置されたレンズバレルと、前記レンズバレル内に光学軸の周りに固定された、物体から反射された画像データをセンサー上に集束する撮像レンズと、前記リーダーの焦点を調整するための複数の取り外し可能なレンズ付属品と、を備えた、画像系コードリーダー用のモジュール式焦点システムが提供される。前記複数の取り外し可能なレンズ付属品は、手動焦点レンズ付属品、及び、可変焦点レンズモジュールを含む。前記手動レンズ付属品の回転が前記センサーに対する前記撮像レンズの軸方向の移動に変換できるように前記手動焦点レンズ付属品は前記レンズバレルに固定され、かつ、前記可変焦点レンズモジュールは、そこに配置された液体レンズが前記コードリーダーに電気的に接続されるように前記レンズバレルに固定され得る。

【0018】

本発明の更なる別の実施例によれば、ベース及びカバーを備えたハウジングと、第１の電気接点と、液体レンズ部品と、スペーサと、第２の電気接点と、付勢部材と、を備えた、画像系コードリーダー用の取り外し可能な可変焦点レンズモジュールであって、前記ベース及びカバーによって、モジュール軸に沿って前記ハウジングを通して延在する開口及び空洞が構成され、前記第１の電気接点は、前記空洞内に設けられ、前記第１の電気接点には、前記モジュール軸と概して平行して前記モジュール軸から延設された１以上の電極を設けられ、前記スペーサによって、前記モジュール軸の周りに前記液体レンズ部品が設けられ、前記第１及び第２の電気接点が前記液体レンズ部品を挟むように前記第２の接点が前記空洞内に配置され、前記付勢部材は、前記第１及び第２の電気接点のうち一つと、前記ベース及び前記カバーのうち一つとの間に配置されて、前記第１及び第２の接点が前記液体レンズと電気的及び機械的に接触された状態を保持するようにされた画像系コードリーダー用の取り外し可能な可変焦点レンズモジュールが提供される。前記可変焦点可変レンズモジュールは、前記モジュール軸が前記コードリーダーの光学軸と概して整合されるように前記コードリーダーに取り外し可能に固定され得る。

【発明の効果】

【0019】

本発明の特徴によれば、変換可能なレンズ付属品を通して画像系コードリーダー用の交換可能な（interchangeable）焦点システムを提供できるので、手動及び可変焦点モード操作が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】図１は、本発明の特徴に基づく画像系コードリーダー用のモジュール式焦点システム（実施例）の部分分解斜視図である。

【図2】図２は、本発明の実施例に基づくモジュール式焦点システムの第２の実施例の部分分解斜視図である。

【図3】図３は、本発明の実施例に基づくモジュール式焦点システムの第３の実施例の部分分解斜視図である。

【図4】図４は、本発明の実施例に基づくモジュール式焦点システムの第４の実施例の部分分解斜視図である。

【図5】図５は、背景技術に記載した手動焦点システムを採用した固定型画像系コードリーダーの斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

画像系コードリーダー１０２用のモジュール式焦点システム１００の第１の実施例が図１に示されている。このモジュール式焦点システム１００は、レンズバレル（lens barrel）１０８内にしっかり固定され、かつ、光学軸１１６に関して配置された撮像レンズアセンブリ（imager lens assembly）、又は、レンズ１０６を有する光学アセンブリ（optics assembly）１０４を含む。このモジュール式焦点システム（modular focus system）１００は、多数の取り外し可能な（removable）、又は、交換可能な（swappable）レンズ付属品（lens attachment）を含むが、これらの付属品はそれぞれ各画像化アプリケーション（imaging application）の要求に合わせてコードリーダー１０２に解放可能なように（releasably）固定されている。

【0022】

図示された第１の交換可能なレンズ付属品は、焦点リング１１４が一体に形成されたバレル形状のハウジング１２７を有する手動焦点レンズキャップ１０７である。手動焦点レンズキャップ１０７は、コードリーダー１０２の手動焦点調整を可能にする。図示された第２の交換可能なレンズ付属品は、そこに配置された液体レンズ部材（liquid lens element）１４５を備えた概して円筒状のハウジング１２８を有する可変焦点レンズキャップ１０９である。その他の交換可能なレンズ付属品（例えば、望遠レンズ、又は、フィルター）は示されていないが、本発明の技術的範囲に属する。

【0023】

レンズバレル１０８は、円筒状ベース１１１、半径方向のより小さいレンズ付属品取付構造（lens attachment mount）１１３、及び、ベース１１１とその取付構造１１３との間に延在する環状の肩部（shoulder）１１５を有する。そのレンズバレル１０８は、レンズ取付アセンブリ１１２を通じてコードリーダー１０２に固定されている。レンズ取付アセンブリ１１２は、円筒状のボア１１７と、隣接したレンズ付属品リセプタクル１１９と、ボア１１７及びリセプタクル１１９間の接合部（juncture）に形成されたボア肩（bore shoulder）１２１を含む。

【0024】

レンズバレル１０８は、レンズバレルベース１１１とボア１１７間のネジ式接続部を介してレンズ取付アセンブリ１１２に回転自在に接続されている。ベース１１１がボア１１７内に完全に収容されると、レンズバレル肩部１１５及びボア肩１２１が互いに近接されるようになる。そのレンズ付属品取付構造１１３は、レンズ付属品リセプタクル１１９内へ軸方向に伸び、かつ、そこに配置されたときに交換可能なレンズ付属品１０７、１０９のいずれかを収容できるようになっている。レンズ取付アセンブリ１１２は、リセプタクル１１９内へ軸方向に延設された対向角をなす（angularly opposed）キータブ（key tab）１２３と、リセプタクル１１９から外向きに半径方向に延設された半円の切り抜き（cutout）１８９と、を更に含む。

【0025】

以下に説明するように、キータブ１２３及び切り抜き１８９は、レンズ付属品１０７、１０９のハウジング１２７、１２８に形成されたスロット１２５及び突起１５９に整合（一致）するので、レンズ付属品は撮像レンズ１０６の所定の角度位置において、レンズバレル１０８に接続され、かつ、そこから切り離される（即ち、取り外される）ようになっている。したがって、レンズ付属品１０７、１０９が取り換えられると、焦点距離（即ち、レンズ１０６と画像センサー（図示せず）間の距離）は常にレンズが工場にて焦点が合わせられたときと同じ状態にある。リーダー１０２の焦点距離が、付属品１０７、１０９の取り換えの際に固定されなければ、焦点位置のインディシア（indicia）は正しくないだけでなく、ソフトウェアによる焦点合わせもできないであろう。

【0026】

図１によれば、手動焦点レンズキャップ１０７のハウジング１２７は、軸方向の内面（inner face）及び外面（outer face）１２９，１３１、並びに、その間に延設された半径方向の円筒状の内壁及び外壁１３５、１３９を含む。その焦点リング（focus ring）１１４は、一体に形成され、その外面１３１を構成する。従来の焦点リング１４と同様に、全体焦点リング（integral focus ring）１１４は、複数のインディシア１３０と、スロット１３２とを含んで、所定の焦点位置及び機械的ストップ１３６を表す。そこに形成された一対の前述の位置合わせ（即ち、整合）スロット１２５を有する環状のフランジ１３７は、内面１２９に隣接して配置されている。軸方向の開口１３３は、円筒状の内壁１３５によって形成され、かつ、内面１２９と外面１３１との間に完全に延設されている。

【0027】

手動焦点レンズキャップ１０７は、レンズ取付構造１１２ｌ上でスロット１２５をキータブ１２３と整合させるとともに、レンズキャップ１０７をリセプタクル１１９に付勢する（urge）ことによって、コードリーダー１０２に接続されている。レンズキャップ１０７がリセプタクル１１９内に収容されると、ハウジングの内壁１３５はレンズ付属品取付構造１１３と摩擦によって係合する。レンズキャップ１０７は、内面１２９がレンズバレルの肩部１１５に当接するまで、リセプタクル１１９の内部に向かってさらに付勢される。レンズキャップ１０７は、ハウジングの内壁１３５とレンズ付属品取付構造１１３との摩擦はめ合い（friction fit）又はスナップ式はめ合い（snap fit）のような機械的保持手段によってレンズバレル１０８に装着される。

【0028】

接続されたときに、全体焦点リング（integral focus ring）１１４を介したレンズキャップ１０７の回転によって、レンズバレル１０８が回転するようになる。ネジ式接続（threaded connection）に基づいて、レンズバレル１０８の半径方向の移動（運動）が、画像センサーに対するレンズ１０６の軸方向の移動に変換される。同様に、焦点位置インディシア（focus position indicia）１３０のうちいずれかがレンズ取付構造１１２上で焦点セレクタタブ１３８と整合されて（即ち、位置合わせられて）、所定の焦点距離で動くように焦点リング１１４を位置付けることによってリーダー１０２の焦点が合わせられる。

【0029】

手動焦点レンズキャップ１０７とリセプタクル１１９との整合（keyed arrangement）は、周知の焦点又は角度位置においてレンズキャップ１０７がコードリーダー１０２上に配置され、かつ、そこから取り外されることを保証する。コードリーダー１０２に取り付けられ、又は、そこから取り外されるときのレンズキャップ１０７の位置は、レンズアセンブリ１０６と画像センサー間の所定の距離（established distance）に相当する。フランジ１３７は、スロット１２５がキータブ１２３と合わせられたときを除いて、レンズキャップ１０７がレンズバレル１０８から取り外されることを防止する役割をする。したがって、レンズ１０６と画像センサー間の距離は、レンズ付属品が取り外され、かつ、再配置される回数に関係なく、一定に保たれる。

【0030】

図１によれば、可変焦点レンズキャップ１０９のハウジング１２８は、円筒状の内壁１６１を備えたカバー１４３及び軸方向に延在する側壁１５８を有するボウル形状のベース部品１４１を有する。そのハウジング１２８は、軸方向の内面１６２、外面１６４を含み、概して円筒状の収容空間１６５を構成する。その収容空間１６５の内部には、スペーサリング（spacer ring）１４７内に固定された液体レンズ１４５が、内側及び外側環形状の電気接点１４９、１５１間に軸方向に配置されている。付勢部材（biasing member）（例えば、圧縮性リング１５３）は、液体レンズ１４５及び接点１４９、１５１間の機械的接触を維持する。ベース１４１及びカバー１４３は、適当な締結手段（fastening means）によって互いに結合されているのが好ましい。

【0031】

ベース及びカバー部品１４１、１４３はモジュール軸１５５の周りに同軸開口１５７、１６３を有する。可変焦点レンズ付属品１０９を貫通する画像データ用の経路を形成できるよう、液体レンズ１４５、接点１４９、１５１、及び、圧縮性リング１５３はモジュール軸１５５の周りに（軸１５５を中心に）存在している。可変焦点レンズ付属品１０９がコードリーダー上に配置されていると、画像データは、画像センサーに到達するまで、さらにレンズバレル１０８及びレンズ１０６を通るようになる。

【0032】

カバー部品１４３は、前述の突起１５９を含み、それぞれの突起１５９は、入り込み（alcove）１６７を構成する。各接点１４９、１５１は、環状の本体部１８６、及び、タブ付き伸張部（tabbed extension）１６９を含む。その伸張部１６９には、カバー１４３の各入り込み１６７に収容され、かつ、軸方向に延在された金属製のピン（即ち、電極１７３）が備えられている。その電極１７３は、はんだ、金属ワッシャ、ナット等のような適当な締結手段によって接点１４９、１５１に機械的に接続される。

【0033】

ベース部品１４１は、凸凹のある部分１８１と、それぞれの電極を受け入れる孔部１８３とを備えた伸張部（extension）１７８を含む。相当する吹き抜き（cutout）１７９は側壁１５８内に形成されて、カバー１４３内に突起１５９を収容する。その吹き抜き１７９及び孔部１８３は、接点１４９、１５１、及び、ピン１７３を、レンズ取付アセンブリ１１２に配置された電源及びアースリセプタクル（power and ground receptacle）１８５を備えたピン１７３と合わせる。

【0034】

環状の接点１４９、１５１は、非導電性基板、例えば、プリント回路基板に用いられる非導電性基板から形成されるが、その他の適当な材料及び形状を用いることも可能である。その接点１４９及び１５１は、液体レンズに面する表面（liquid lens-facing surface）１７７に適用される導電性材料（好ましくは、銅）の環状のトレース（trace）１７５を含む。そのトレース１７５は、電気的に電極１７３に接続され、タブつき伸張部１６９と本体１８６間に延在する。可変焦点レンズキャップ１０９がコードリーダー１０２上に配置されると、その電極１７３はリセプタクル１８５を介して電源（voltage source）に電気的に接続される。こうして、コードリーダー１０２と液体レンズ部材１４５との間に電極１７３とトレース１７５を経由する導電性経路が設けられる。圧縮性リング１５３によってその接点１４９、１５１及び液体レンズ部材１４５に加えられた付勢力（biasing force）は、導電性トレース１７５と液体レンズ部材１４５間の一定の電気的接触を保証する。

【0035】

液体レンズ部材１４５によって、機械的構成要素を要することなく、コードリーダー１０２の迅速かつ正確な焦点合わせが可能となる。その液体レンズ１４５は、電気的に制御され、即ち、エレクトロウェッティング（electrowetting）系技術などで操作され、それにより、画像データに焦点を合わせ、コードリーダー１０２に到達する前にレンズ付属品１０９を通るようになる。好ましくは、液体レンズ１４５は、２つの混じらない液体を含んでいる：その一つが導電液（conducting fluid）で、もう一つが絶縁液（insulating fluid）である。例えば、水とオイルである。接点１４９、１５１のいずれか一方は導電液に満たされるに対し、接点１４９、１５１のうち他方は絶縁体及び疎水性被膜によって導電液から離れている（即ち、分離されている）。導電液と絶縁液の界面の形状は、そこに加えられる電圧に比例して影響を受ける。こうして、レンズ１０６の焦点距離、つまり、リーダー１０２の焦点はコードリーダー１０２のコントローラで動くソフトウェアによって制御される。

【0036】

適当な液体レンズ部品１４５は、フィリップス社製のFluidFocus（登録商標）可変焦点レンズ、及び、フランス、リヨンのバリオプチックＳＡ（Varioptic SA）社製のバリオプチックエレクトロウェッティング可変焦点レンズアセンブリを含む。米国特許出願11/XXX,XXX（発明の名称：選択可能な焦点ダイレクト部品マークリーダー）は、参照のための本願明細書の一部をなす。その出願明細書には、ダイレクト・パーツ・マーク・コードリーダーの内部における液体レンズ部品部材の構造及びその作動が記載されている。

【0037】

手動焦点レンズキャップ１０７のように、キースロット１２５をキータブ１２３と合わせて、レンズキャップ１０９をリセプタクル１１９内に付勢する（urge）ことによって、可変焦点レンズキャップ１０９をコードリーダー１０２に接続させる。レンズキャップ１０９がリセプタクル１１９に収容されると、ベース部品１４１の同軸開口１５７がレンズ付属品取付構造１１３を収容する。ピン１７３及び伸張部１７８は、リセプタクル１８５及び切り抜き１８９内にそれぞれ収容される。レンズキャップ１０９は、内面１６２がレンズバレル肩部１１５に当接するまでに、リセプタクル１１９内へ押圧される。その可変焦点レンズキャップ１０９は、取付構造１１３及びベース部品１４１の相当する軸方向の開口１５７間の摩擦、及び、電極１７３と相当するリセプタクル１８５間の摩擦を通じて、レンズバレル１０８のほうに保持される。スロット１９１はカバー１４３内に設けられ、レンズカバー２６内でロッキングタブ３２（図５）と整合するように配置されて、コードリーダー１０２にレンズ付属品１０９をさらに締め付ける。

【0038】

図示されていないが、コードリーダー１０２は、コード化ソフトウェア・アプリケーションを有するプロセッサを含む。それにより、照明（illumination）が提供され、液体レンズ部品１４５が制御され、そして、画像が獲得、処理、かつ、利用可能な情報として解読される。一つの例を挙げると、可変焦点レンズモジュール１０９（の存在）は、液体レンズ１４５の電気抵抗（impedance）及び／または電気容量（capacitance）を測定することによって検出することができ、そして、コードリーダー１０２は可変焦点モードで作動する。モジュール１０９がそれ以上検出されなくなったら、コードリーダー１０２は手動焦点動作を再開する。

【0039】

可変焦点レンズキャップ１０９は、標的距離測定器（target range finder）又は焦点アルゴリズムと組み合わせた形で使用され、自動焦点モードで作動する。その自動焦点モードにおいて、各標的に対する最適な焦点設定は、同一物体の前回の画像の鮮やかさ（clarity）に基づいて、コードリーダー１０２によって推定される。米国特許第６、６３６，２９８号は（発明の名称：光学検査システムの集束方法及び装置）は参照のために本願の明細書の一部をなす。この特許明細書には、光学画像化システムの最適な焦点設定方法が記載されている。また、コードリーダー１０２と物体１８間の距離を計算し、それに応じて液体レンズ１４５を調整するために、距離測定器（range finder）、赤外線センサー、照準照明（aiming illumination）、又は、その他の周知の方法を用いることができる。決められた焦点設定に基づいて、コードリーダー１０２は電極１４９、１５１を通じて液体レンズ部品１４５を横切って相当する電圧を加える。よって、その液体レンズ部品１４５は、人手を要することなく、明確かつ鮮明な画像を提供することができる。或いは、液体レンズ１４５は、オペレータの命令に基づいて調整され得る。

【0040】

図２には、画像系コードリーダー１０２用のモジュール式焦点システムの２００の第２の実施例が記載されている。そのモジュール式焦点システム２００は、レンズバレル２０８内にしっかり固定されたレンズ２０６を備えた光学アセンブリ（optics assembly）２０４と、図示された２つの取り外し可能なレンズ付属品（lens attachment）、即ち、前述した手動焦点レンズキャップ１０７、及び、変更された接点２４９、２５１を有する可変焦点レンズキャップ２０９と、を備えている。

【0041】

図１に示したモジュール式焦点システム１００と同様に、可変焦点レンズキャップ２０９は、ベース２４１と、カバー２４３と、を備えたハウジング２２９を有する。レンズキャップ２０９は、スペーサリング（spacer ring）２４７内に保持された液体レンズ部材２４５、液体レンズ２４５を挟む接点２４９、２５１、及び、弾性リング２５３をさらに含む。その接点２４９、２５１、液体レンズ２４５、及び、弾性リング２５３は、ハウジング２２９の内部にモジュール軸２５５を中心に組み立てられている。

【0042】

内側接点２４９は、両方の電極２７３を含むが、それぞれの電極２７３は、個々のトレーシング（tracing）２７５ａ、２７５ｂを有する。外側接点２５１は、導電性材料で構成され、かつ、軸方向に延在された接触アーム（contact arm）２６６を備えた本体２８５を含む。接点２４９、２５１は、１つのトレーシング２７５ａは液体レンズ２４５の軸方向の接面（axially-facing surface）と直接に接触されるるが、他方のトレーシング２７５ｂは外側接点２５１のアーム２６６及び本体２８６を通じて液体レンズ２４５の反対面（opposite surface）に電気的に接続されるように、液体レンズ２４５の各面上に組み立てられる。図示された２つのレンズ付属品１０７、２０９を含めて、モジュール式焦点システム２００は、図１の焦点システムと同様に作動する。

【0043】

図３には、画像系コードリーダー１０２用のモジュール式焦点システム３００の第３の実施例が示されている。このモジュール式焦点システム３００は、レンズバレル３０８内にしっかり固定されたレンズ３０６を備えた光学アセンブリ３０４を含む。このモジュール式焦点システム３００は、取り外し可能なレンズ付属品、即ち、可変焦点操作のための可変焦点レンズキャップ３０９と、手動焦点のための手動焦点レンズキャップ３０７と、を更に含む。図１及び２に示した実施例とは異なり、この第３の実施例に係る焦点システム３００は、レンズバレル３０８上のレンズ付属品取付構造３１３にしっかり固定された中間結合リング（intermediate coupling ring）３１０を含む。この結合リング３１０は、レンズ付属品３０７、３０９のいずれかを受け入れるように設けられている。

【0044】

結合リング３１０は、取付構造３１３上の曲がったリブ（angled rib）３１４と、結合リング３１０の内面３１６間の圧入（press fit）によって、レンズバレル３０８に装着され得る。手動焦点レンズキャップ３０７及び可変焦点レンズキャップ３０９は、それぞれはめ合わせ伸張部３１８を有し、そのはめ合わせ伸張部３１８は摩擦はめ合い（friction fit）によって結合リング３１０の内面３１６と係合する。両方のレンズ付属品３０７、３０９は、結合リング３１０の位置合わせ用切り込み（alignment notch）３２２と整合できる位置合わせ用タブ（alignment tab）３２０を有し、それにより、コードリーダー１０２に取り付けられたときに適切な角度位置調整（angular positioning）を保証する。結合リング３１０は、一対の切り抜き３２４をさらに含んで、可変焦点レンズキャップ３０９内に電極伸張部３７８を収容する。手動焦点キャップ３０７は、焦点調整が一周完全回転（one full rotation）より少なくなるように制限する機械的なストップ３３６を更に含む。

【0045】

図４には、画像系コードリーダー１０２用のモジュール式焦点システム４００の第４の実施例が示されている。そのモジュール式焦点システム４００は、レンズバレル４０８内にしっかり固定されたレンズ４０６を備えた光学アセンブリ４０４を含む。その焦点システム４００は、バレル形状のハウジング４２８内にしっかり固定された液体レンズ部品４４５を有する取り外し可能な可変焦点レンズキャップ４０９を含む。そのハウジング４２８は、成型プラスチック（molded plastic）から形成され、かつ、コードリーダーレンズバレル４０８上にレンズキャップ４０９を位置付ける際に必要なフィンガーグリップ（finger grip）を含む。

【0046】

焦点リング４０４は、リーダー１０２が工場にて焦点合わせされた後、レンズバレル４０８にしっかり固定されている。可変焦点レンズキャップ４０９がなければ、リーダー４０２は、手動焦点モードで動くので、レンズ４０６の列挙焦点位置４３０のいずれか一つに限られる。焦点リング４１４は、２つの列挙焦点距離位置４３０（即ち、「４０」及び「１１０」）（様々な解読アルゴリズム用のソフトウェア・アプリケーションによって使用される、ミリメータ単位の予め定められた２つのリーディグ距離範囲に相当する。）を有する。

【0047】

焦点リング４１４は、第３の可変焦点位置４３１（即ち、「ＬＬ」）（予め定められた第３の焦点位置に相当する。）を有する。切り抜き４２０は、可変焦点位置４１８から半径方向に反対側にある焦点リング４１４内に設けられている。可変焦点モードを選択するために、その切り抜き４２０を、レンズ取付アセンブリ４１２の一対のリセプタクル４８５と軸方向に合わせる。そのリセプタクル４８５は、可変焦点レンズモジュール４０９の軸方向に延在する電極４７３を収容するように設けられている。コードリーダー４０２は、切り抜き４２０がリセプタクル４８５と合わせられたときに可変焦点レンズキャップ４０９を収容できる。可変焦点レンズモジュール４０９は、レンズバレル取付構造４１３との圧入又はスナップ式はめ合いを通じてレンズバレル４０８に接続されている。

【0048】

本発明の特徴によれば、変換可能なレンズ付属品を通して画像系コードリーダー用の交換可能な（interchangbeable）焦点システムを提供できるので、手動及び可変焦点モード操作が可能になる。前述のとおり、その可変焦点システムは、様々な形状（shape）及び保持方法（retaining method）を有する。しかしながら、本発明のモジュール式焦点システムは、前述の実施例に制限されない。むしろ、本発明は、以下の特許請求の範囲によって定められる本発明の技術的範囲内に属する変形、同等物、及び、代替手段を含む。

【0049】

本発明に基づいて構成された画像系コードリーダーは、ベーシックコードリーダー装置（市販されるもの）に付属品を取り付けることで可変焦点装置に変わるので、より安価であり、そしてまた、モジュール式の変換可能な部品によって容易に拡張又は縮小可能な装置だけで対応できる、といった利点を有する。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】