(57)【要約】【課題】作業者の労力を軽減することができ且つ作業効率を向上できる光学コード読取装置を提供する。【解決手段】透光窓8とイメージセンサ102との間に配置され、透光窓8を通じて受け取った反射光をイメージセンサ102の受光面108に結像するための結像レンズ100を含み、受光面108のうち第１受光領域108(1)に光学コードCoの像Im(1)を形成するとともに、第１受光領域108(1)とは異なる第２受光領域108(2)に光学コードCoの像Im(2)を形成する受光領域限定光学部材122を有する。イメージセンサ102は、結像レンズ100の光軸Ｏaxと直交する方向に対して傾斜して配置されている。【選択図】図7
2020086745.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学コードからの反射光を通過させる開口窓と、
該開口窓に入射した前記反射光を受光する受光面を有し、該受光面で受光した前記反射光に基づいて画像データを出力するイメージセンサと、
該イメージセンサから出力された画像データに基づいて、前記光学コードの読み取りを行う読取処理部とを有する光学コード読取装置において、
前記開口窓と前記イメージセンサとの間に配置され、前記開口窓を通じて受け取った反射光を前記受光面に結像するための結像レンズを含み、前記受光面のうち第１受光領域に前記光学コードの像を形成するとともに、前記受光面のうち第１受光領域とは異なる第２受光領域に前記光学コードの像を形成する受光領域限定光学部材を有し、
前記イメージセンサが、前記第１受光領域と前記第２受光領域とで前記光学コードの合焦距離が変化するように、前記結像レンズの光軸と直交する方向に対して傾斜して配置されていることを特徴とする光学コード読取装置。
【請求項２】
光学コードからの反射光を通過させる開口窓と、
該開口窓に入射した前記反射光を受光する受光面を有し、該受光面で受光した前記反射光に基づいて画像データを出力するイメージセンサと、
該イメージセンサから出力された画像データに基づいて、前記光学コードの読み取りを行う読取処理部とを有する光学コード読取装置において、
前記開口窓と前記イメージセンサとの間に配置され、前記開口窓を通じて受け取った反射光を前記受光面に結像するための結像レンズを含み、前記受光面のうち第１受光領域に前記光学コードの像を形成するとともに、前記受光面のうち第１受光領域とは異なる第２受光領域に前記光学コードの像を形成する受光領域限定光学部材を有し、
前記結像レンズと前記イメージセンサとの間に配置され、前記結像レンズの光軸と直交する方向に厚みが異なる合焦距離調整媒体とを有することを特徴とする光学コード読取装置。
【請求項３】
前記受光領域限定光学部材が複数のミラーを含む、請求項１又は２に記載の光学コード読取装置。
【請求項４】
前記受光領域限定光学部材がプリズムを含む、請求項１又は２に記載の光学コード読取装置。
【請求項５】
前記複数のミラーが第１、第２のミラーで構成されている、請求項３に記載の光学コード読取装置。
【請求項６】
前記イメージセンサが平面視長方形の形状の外形輪郭を有し、
前記第１、第２のミラーによって規定される前記イメージセンサの第１、第２受光領域が該イメージセンサの長軸又は短軸によって区分されている、請求項５に記載の光学コード読取装置。
【請求項７】
前記第１受光領域と前記第２受光領域との境界が互いにオーバーラップしている、請求項６に記載の光学コード読取装置。
【請求項８】
前記第１ミラーと前記第２ミラーとの間の隙間をエイマー光が通過するように配置されたエイマー光源を更に有する、請求項５〜７のいずれか一項に記載の光学コード読取装置。
【請求項９】
前記第２受光領域に光を結像させる光路上のみに偏光フィルタが配置されている、請求項６に記載の光学コード読取装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光学コード読取装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学コードは、製品の管理や物流での荷物の仕分け、管理など多方面で用いられている。光学コードの一つの典型例であるバーコードは、「一次元コード」と呼ばれるように、横方向に配列された複数の情報要素で構成され、全体として横長の外形輪郭を有している。光学コードの他の典型例は、「二次元コード」とも呼ばれるように、情報要素がマトリックス状に配置され、全体として正方形や六角形の外形輪郭を有している。
【０００３】
特許文献１は光学コード読取装置を開示している。この光学コード読取装置は、バーコードを対象としたバーコードリーダであり、手持ち式である。このハンディ・バーコードリーダの基本構成は、バーコードに向けて出射する光源と、バーコードからの反射光を結像させる結像レンズと、結像レンズによって生成される像を受け取るイメージセンサとを有している。明るい環境下では、一般的には作業者の選択的な設定に基づいて、バーコードリーダは光源を消灯した状態で使用される。
【０００４】
なお、特許文献１に開示のバーコードリーダは、バーコードからの反射光を受け入れる透光窓と結像レンズとの間に光路変更ミラーを有し、この光路変更ミラーによって光路変更した反射光を結像レンズに入光させる構成が採用されている。
【０００５】
特許文献１に開示の発明は、傾斜したバーコードに近づけてバーコードリーダで読み取ると像に歪みが発生するという問題点を指摘し、これを改善するために、結像レンズの光軸に直交する鉛直面に対してイメージセンサを傾斜して配置することを提案している。ここに、イメージセンサの傾斜角度は、バーコードが記載されたラベルの傾斜角度と同じ角度に設定される。
【０００６】
非接触且つ手持ち式の光学コード読取装置は様々な環境で使用されている。例えば倉庫に格納されている山積みの梱包箱の各々の光学コードを読み取る場合、作業者は、光学コード読取装置の視野及び被写界深度の範囲内に光学コードを収める必要がある。すなわち、作業者は、手にしている光学コード読取装置をターゲットとする梱包箱に差し向け、そして光学コードからの距離が一定の範囲内に収まるように光学コード読取装置を位置決めする必要がある。しかし、このことは、大量の荷物を扱う作業者にとって作業を円滑に進める上で大きな負担となる。この作業者の負担を軽減するためにオートフォーカス機構を備えた光学コード装置が既に提案されている（特許文献２）。
【０００７】
特許文献２に開示の光学コード読取装置は、結像レンズとして可変フォーカス液体レンズを採用し、そして、液体レンズによって合焦位置を可変に調整するために、液体レンズに印加する電圧を変える駆動回路を有している。
【０００８】
液体レンズは、合焦つまりピント合わせするのに要する時間は短く、機械的な駆動機構が不要であるという利点があるものの、今現在、高価である。このため、液体レンズは、顕微鏡や研究用の光学機器で限定的に採用されている。
【０００９】
オートフォーカス機構を備えた光学コード読取装置は、このオートフォーカス機構を動作させたときには被写界深度を拡大できる。しかし、これを常時動作させたときには、被写体である光学コードに光学コード読取装置を差し向ける毎にオートフォーカス機構が動作し、合焦が完了するまで作業者は、光学コード読取装置の姿勢を保ち続ける必要がある。この問題に関して、特許文献２に開示の発明は次の提案を行っている。すなわち、「幾つかの合焦位置をメモリに予め登録する。作業者が光学コードを読み取る操作を行う際に、準備工程として、登録されている合焦位置から所望の合焦位置を選択する。」
【００１０】
特許文献２が提案する光学コード読取装置によれば、作業者が実際に操作を行うと同時に、作業者が選択した合焦位置となるようにピント合わせが実行される。そして、光学コード読取装置が読み取り処理を行う段階では、光学コード読取装置は合焦位置が固定された状態となる。
【００１１】
特許文献３は、機械的に合焦位置を変更できる合焦位置可変レンズユニットを備えた光学コード読取装置を開示している。この光学コード読取装置は２つのセンサユニット有し、各センサユニットは、合焦位置可変レンズユニットとイメージセンサを含んでいる。作業者は、一方のセンサユニットを一次元コード（バーコード）の読み取りに設定し、他方のセンサユニットを二次元コードの読み取りに設定することで、ターゲットの光学コードの種類に対応してセンサユニットを使い分けることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平７(1995)−１０５３０２号公報
【特許文献２】特開２０１３−２０６１２９号公報
【特許文献３】特開平１１−３１２２１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
昨今のEコマース、IoT（Internet of Things）の進展によって物流量が劇的に増加し、人手が不足している。この実情のなかで、光学コード読取装置を操作する作業者の労力軽減が急務の課題となっている。
【００１４】
例えば倉庫の床や棚に積み上げられている数多くの梱包箱は、作業者は個々の梱包箱との距離を一定の範囲内に収めるのに腕を伸ばすなどの動作が求められる。例えば、合焦位置が固定の光学コード読取装置の場合、ターゲットとする梱包箱の光学コードが被写界深度の範囲のなかに収まるように、手にした光学コード読取装置を移動させる必要がある。この光学コード読取装置の移動には作業者の全身の動作が必要となる。作業者は、例えば手を伸ばしたり、身体を折り曲げたり、中腰になったり、背伸びしたりと様々な姿勢を取ることが必要となる。このことは、大量の読み取り作業を行う作業者にとって大きな負担となっている。
【００１５】
本発明の目的は、作業者の労力を軽減することができ且つ作業効率を向上できる光学コード読取装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
図１は、光学コード読取装置の光学系の原理を説明するための概略構成図である。参照符号１００は結像レンズである。参照符号Ｃoは被写体である光学コードを示す。
【００１７】
図１の(A)は、比較的遠方に位置する光学コードＣoにピント合わせしたときの結像位置を示し、(B)は近位に位置する光学コードＣoにピント合わせしたときの結像位置を示す。図中、参照符号「Ｐi」は結像位置を示し、参照符号「Ｐf」は合焦位置を示す。特に合焦位置が相対的に遠位あるいは近位であることを説明するときには、遠位に対して参照符号「(d)」を付記し、近位に対して参照符号「(c)」を付記する。
【００１８】
図１の(A)と(B)とを対比すると直ちに分かるように、遠位のときの結像位置Ｐi(d)（図１の(A)）は、近位のときの結像位置Ｐi(c)（図１の(B)）よりも結像レンズ１００に近い。このことは下記の周知のレンズの式からも云える。
【００１９】
レンズの式：1/a＋1/b＝1/f
【００２０】
ここに、「a」は、結像位置Ｐiと結像レンズ１００との間の結像距離である。「b」は、合焦位置Ｐfと結像レンズ１００との間の合焦距離である。「f」は結像レンズ１００の焦点距離である。
【００２１】
結像距離aと合焦距離bとの関係を図２に示す。図２から分かるように、合焦距離bの値が大きくなると結像距離aの値は小さくなる。逆に、合焦距離bの値が小さくなると結像距離aの値は大きくなる。図１の(A)と(B)とを対比すると直ちに分かるように、遠位のときの結像位置Ｐi(d)（図１の(A)）は、前述したように、近位のときの結像位置Ｐi(c)（図１の(B)）よりも結像レンズ１００に近い。
【００２２】
図３は、従来の光学コード読取装置に含まれる光学系の概略構成図であり、図示の光学系９は、合焦位置可変レンズモジュールを備えている。図３を参照して、参照符号１０２はイメージセンサを示し、イメージセンサ１０２は一般的には基板１０４に実装されている。合焦位置可変レンズモジュールを備えた光学系９は、被写体（光学コードＣo）の遠近に応じて結像レンズ１００を変位させることでピント合わせが行われる。このピント合わせは、実質的に上記のレンズの式に従う。図３の(A)は、遠位の光学コードＣoにピント合わせしたときの結像レンズ１００の位置を示し、図３の(B)は、近位の光学コードＣoにピント合わせしたときの結像レンズ１００の位置を示す。
【００２３】
図３から分かるように、遠位にピント合わせするときには、結像レンズ１００がイメージセンサ１０２に近い位置に位置決めされ（図３の(A)）、近位にピント合わせするときには、結像レンズ１００がイメージセンサ１０２から遠い位置に位置決めされる（図３の(B)）。これが合焦位置可変機構の原理である。
【００２４】
以上、機械的な合焦位置可変機構の原理を説明したが、結像距離aと合焦距離bとの相対的な関係を調整する点で、特許文献２を参照して上述した液体レンズによる合焦位置可変機構も実質的に同じである。機械的な合焦位置可変機構と液体レンズとの相違点は、機械的な合焦位置可変機構にあっては機械的に結像レンズ１００を変位させることで結像距離aと合焦距離bとの相対的な関係を調整する。これに対して、液体レンズは、結像レンズの焦点距離を可変に制御することで結像距離aと合焦距離bとの相対的な関係を調整する。
【００２５】
機械的な合焦位置可変機構を採用した場合には、結像レンズ１００を変位させるための駆動機構が必要となり、光学コード読取装置が大型化するだけでなく、機械的な構造は故障の原因となる。機械的な合焦位置可変機構あるいは液体レンズによる合焦位置可変機構を採用した場合には、読み取り処理を開始する前に、合焦位置を適切に設定する操作あるいは処理が必要となる。
【００２６】
本願発明者らは、作業者の労力を軽減することができ且つ作業効率を向上できる光学コード読取装置の開発を行っている過程で従来の発想そのものを見直した。本願発明者らの思考プロセスを説明すると、次の通りである。
【００２７】
従来の光学コード読取装置は、デジタルカメラや電子顕微鏡の光学系の原理と同じ原理を採用している。デジタルカメラや電子顕微鏡では正確なピント合わせが求められる。ピント合わせのための主要な構成要素は結像レンズである。この観点に基づいて、デジタルカメラや電子顕微鏡の合焦位置可変機構は結像レンズに注目して開発されている。その延長線上で光学コード読取装置の合焦位置可変機構が開発されている。
【００２８】
本願発明者らは、光学コード読取装置で要求されるピント合わせと、デジタルカメラや電子顕微鏡で求められるピント合わせとは、必要とされる正確性の程度で大きな違いがあることに注目した。光学コード読取装置は、光学コードの像が解読できる程度のピント合わせで足りる。光学コード読取装置に求められる本来的な機能は光学コードの画像から情報を読み取ることにあり、デジタルカメラなどで求められる被写体の精緻な画像まで必要とされない。
【００２９】
本願発明者らは、上記の観点に立脚したときに、結像レンズに固執する必要性はない、との気付きを得た。そして、この気付きを背景に、結像レンズを中心に据えた従来の設計指針の代わりに、図２を参照して上述した結像距離aと合焦距離bとの関係に注目したなかで本発明を案出するに至った。
【００３０】
図４は、本発明の光学コード読取装置に含まれる光学系の概念を説明するための図であり、図５は、対比として光学コード読取装置が採用している従来一般的な光学系を説明するための図である。参照符号１０６は鏡筒を示す。
【００３１】
図６は、入手可能なイメージセンサ１０２の概略図である。イメージセンサ１０２、例えばＣＭＯＳセンサは、一般的に、その外形輪郭が平面視長方形の形状を有する。図中、参照符号Ａx(L)はイメージセンサ１０２の長軸を示し、参照符号Ａx(S)はイメージセンサ１０２の短軸を示す。イメージセンサ１０２の受光面１０８は複数の撮像素子１１０で構成され、この複数の撮像素子１１０はマトリックス状に配列されている。
【００３２】
図５に戻って、従来の光学コード読取装置に含まれる光学系２００は、イメージセンサ１０２が結像レンズ１００の光軸Ｏaxと直交する鉛直面１１２に設置されている。撮像対象の光学コードＣoを視野Ｆvの中に収めれば光学コードＣoの像がイメージセンサ１０２に取り込まれる。そして、光学コードＣoを被写体深度Ｄfの範囲内に位置させればピントの合った像がイメージセンサ１０２に結像される。
【００３３】
図４に戻って、本発明の光学コード読取装置に含まれる光学系１２０は、イメージセンサ１０２が、一つの典型例として、上述した鉛直面１１２に対して傾斜して配置してある。図４は、本発明に含まれる光学系１２０に関する基本的な考え方を説明するための図であることから、必要な要素だけを抽出して図示してある。例えば、特許文献１を参照して説明した光路変更ミラーを付加してもよいのは勿論である。
【００３４】
図４において、参照符号θはイメージセンサ１０２の傾斜角度を示す。イメージセンサ１０２を傾斜して配置することで、イメージセンサ１０２の傾斜方向において一端１０２aと他端１０２bの結像距離aを異ならせることができる。イメージセンサ１０２の一端１０２aの結像距離aには(S)を付記し、他端１０２bの結像距離aには(L)を付記して図示してある。イメージセンサ１０２を傾斜させることにより、傾斜方向一端１０２aが結像レンズ１００に接近して、その結像距離a(S)の値は相対的に小さくなり、他方、傾斜方向他端１０２bが結像レンズ１００から遠ざかって、その結像距離a(L)の値は相対的に大きくなる。
【００３５】
図２を参照して結像距離aと合焦距離bとの関係を前述したように、結像距離aの値が小さくなれば合焦距離bの値が大きくなる。他方、結像距離aの値が大きくなれば合焦距離bの値が小さくなる。したがって、本発明に含まれる光学系１２０において、傾斜配置されたイメージセンサ１０２により、結像レンズ１００の合焦距離bに関して、図４にラインＬ(b)で図示したように傾斜した特性を与えることができる。すなわち、イメージセンサ１０２の傾斜配置により、結像レンズ１００の合焦距離bが、イメージセンサ１０２の傾斜方向つまり視野Ｆvの幅方向に実質的に徐々に異なった値になると共に、被写界深度Ｄfも視野Ｆvの幅方向に実質的に徐々に異なった値になる。
【００３６】
図４において、イメージセンサ１０２を傾斜配置することにより、視野Ｆvに含まれる２つの領域Ａ、Ｂにおいて、領域Ａは合焦位置が相対的に遠位に位置し、領域Ｂは合焦位置が相対的に近位に位置する。
【００３７】
合焦距離bと被写界深度Ｄfとは相関関係がある。合焦距離bの値が小さいと被写界深度Ｄfは小さい。逆に、合焦距離bの値が大きいと被写界深度Ｄfは大きい。したがって、イメージセンサ１０２の傾斜配置により、被写界深度Ｄfが視野Ｆvの幅方向に実質的に徐々に異なった値になる。このことから、本発明の光学コード読取装置は、イメージセンサ１０２の傾斜配置により、複数の撮像手段つまり複数のカメラを備えた特性を実質的に具備することができる。
【００３８】
合焦距離bを変化させる一つの典型例として、傾斜配置したイメージセンサ１０２を使って本発明の基本的な概念の概要を説明したが、イメージセンサ１０２の傾斜配置に代えて、結像レンズ１００とイメージセンサ１０２との間に、後に詳しく説明する合焦距離調整媒体４４（図１３）を介装させてもよい。この合焦距離調整媒体４４は、光軸と直交する方向において、屈折率が徐々に異なる媒体で構成される。この合焦距離調整媒体４４は、図１３を参照した実施例の説明において詳しく説明する。
【００３９】
図７は、本発明の光学コード読取装置に含まれる光学系１２０の更なる特徴を説明するための図である。図７の(A)、(B)を参照して、光学系１２０は、視野Ｆvの光を受け取って、これをイメージセンサ１０２の限定された領域で受光させる受光領域限定光学部材１２２を含んでいる。受光領域限定光学部材１２２は、典型的には、結像レンズ１００と、結像レンズ１００の入光側に配置されたミラー又はプリズムとを含む。ミラー、プリズムは、結像レンズ１００と協働して、視野Ｆvの光を受け取って、これをイメージセンサ１０２の限定された領域で受光させる。
【００４０】
本発明の光学コード読取装置に含まれる光学系１２０は、受光領域限定光学部材１２２によって、イメージセンサ１０２の受光面１０８を複数の領域に区分した各領域に同じ光学コードの像を形成する。複数の領域の区分の境界は必ずしも厳格でなくてもよい。互いに隣接する２つの領域の境界部分が互いにオーバーラップしていてもよい。図７に図示の光学系１２０においては、イメージセンサ１０２の受光面１０８が２つの領域に区分されているが、これは例示に過ぎない。また、図７において、受光領域限定光学部材１２２は、結像レンズ１００と、２つのミラー１２４(1)、１２４(2)とで構成されているが、２つのミラー１２４(1)、１２４(2)に代えて、一つのプリズム５２（図１４、図１５）を採用してもよい。
【００４１】
受光領域限定光学部材１２２の一部を複数のミラー１２４で構成する場合、また、イメージセンサ１０２の受光面１０８を例示として２つの領域に区分する場合には、２つのミラー１２４(1)、１２４(2)が受光領域限定光学部材１２２に含まれる。線図の錯綜を避けるために、図７には、(A)と(B)とに分けて光学系１２０を描いてある。図７の(A)は、受光領域限定光学部材１２２の第１ミラー１２４(1)に関連した概念図である。図７の(B)は、受光領域限定光学部材１２２の第２ミラー１２４(2)に関連した概念図である。
【００４２】
図７の(A)を参照して、第１ミラー１２４(1)には、イメージセンサ１０２（受光面１０８）の第１領域１０８(1)に、結像レンズ１００と協働して像を形成する役割が付与されている。これにより、第１ミラー１２４(1)によって、視野Ｆv内に位置する光学コードがイメージセンサ１０２（受光面１０８）の第１領域１０８(1)に像が形成される。イメージセンサ１０２を反時計方向に傾斜させた図７の例では、第１領域１０８(1)には近位にピント合わせされた像が形成される。
【００４３】
他方、図７の(B)を参照して、第２ミラー１２４(2)には、イメージセンサ１０２の受光面１０８の第２領域１０８(2)に、結像レンズ１００と協働して像を形成する機能が付与されている。ここに、第２ミラー１２４(2)に関連した結像レンズ１００は、図７(A)で説明した第１ミラー１２４(1)に関連した結像レンズ１００と同じである。共通の結像レンズ１００と第２ミラー１２４(2)とが協働することで、視野Ｆv内に位置する上記光学コードがイメージセンサ１０２（受光面１０８）の第２領域１０８(2)に像が形成される。イメージセンサ１０２を反時計方向に傾斜させた図７の例では、第２領域１０８(2)には遠位にピント合わせされた像が形成される。イメージセンサ１０２（受光面１０８）の第１、第２の領域１０８(1)、１０８(2)の境界は明確でなくても良く、この境界部分が互いにオーバーラップしていてもよい。
【００４４】
上述したように、第１領域１０８(1)の像と、第２領域１０８(2)の像は、共通の結像レンズ１００によって形成される。すなわち、共通の視野Fvの光が、共通の結像レンズ１００を通じて且つ各ミラー１２４(1)、１２４(2)によって第１、第２の領域１０８(1)、１０８(2)に振り分けられる結果、イメージセンサ１０２の各領域１０８(1)、１０８(2)の各々に像が形成される。
【００４５】
変形例として、イメージセンサ１０２を時計方向に傾斜させた場合には、第１領域１０８(1)には遠位にピント合わせされた像が形成され、他方、第２領域１０８(2)には近位にピント合わせされた像が形成される。
【００４６】
本発明の一つの観点に従う光学コード読取装置に含まれる光学系１２０によれば、イメージセンサ１０２の傾斜配置と、受光領域限定光学部材１２２との組み合わせによって、視野Ｆvに位置する例えば一つの光学コードの像が、イメージセンサ１０２の第１、第２の領域１０８(1)、１０８(2)に、夫々、形成される。すなわち、受光領域限定光学部材１２２は共通の結像レンズ１００を含み、そして、共通の視野Ｆvの光が共通の結像レンズ１００を通じてイメージセンサ１０２の各領域１０８(1)、１０８(2)の各々に振り分けられる。その結果、イメージセンサ１０２の各領域１０８(1)、１０８(2)に共通の光学コードＣoの第１、第２の像Ｉm(1)、Ｉm(2)の各々が形成される。そして、イメージセンサ１０２の傾斜配置によって各像Ｉm(1)、Ｉm(2)のピントに差異がある。
【００４７】
図８は、図７に図示の光学系１２０によってイメージセンサ１０２に撮像された光学コードの像Ｉmを示す。ここに、受光面１０８（イメージセンサ１０２）の第１、第２の領域１０８(1)、１０８(2)が長軸Ａx(L)で区分されているが、これは例示に過ぎないと理解されたい。図８を参照して、例えば短軸Ａx(S)方向に傾斜配置した場合、イメージセンサ１０２の長軸Ａx(L)を挟んで受光面１０８の第１領域１０８(1)には第１の像Ｉm(1)が取り込まれ、第２領域１０８(2)には第２の像Ｉm(2)が取り込まれる。そして、ターゲットの光学コードＣoがバーコードの場合、この第１、第２の像Ｉm(1)、Ｉm(2)の外形輪郭は平面視長方形であることから、好ましくは、これらの像Ｉm(1)、Ｉm(2)の長軸Ａx(ｉm)がイメージセンサ１０２の長軸Ａx(L)の方向に延びるように設計するのが良い。これにより、図８に図示のように、第１、第２の像Ｉm(1)、Ｉm(2)は、イメージセンサ１０２の長軸Ａx(L)を挟んで互いに対抗した位置に且つ各像Ｉm(1)、Ｉm(2)の長軸Ａx(ｉm)が、イメージセンサ１０２の長軸Ａx(L)の方向に延びた状態になる。
【００４８】
第１領域１０８(1)の第１の像Ｉm(1)と、第２領域１０８(2)の第２の像Ｉm(2)は、共通の光学コードＣoの像である。前述したように、共通の結像レンズ１００と協働する第１、第２ミラー１２４(1)、１２４(2)によって、共通の光学コードＣoの第１、第２の像Ｉm(1)、Ｉm(2)が第１、第２の領域１０８(1)、１０８(2)に形成される。
【００４９】
短軸Ａx(S)方向に傾斜配置されたイメージセンサ１０２の受光面１０８は、その短軸Ａx(S)の方向に合焦位置bが徐々に異なる。したがって、第１領域１０８(1)の第１の像Ｉm(1)のピントと第２領域１０８(2)の第２の像Ｉm(2)のピントは異なる。例えば第１の像Ｉm(1)のピントが合っているが、第２の像Ｉm(2)がピンボケの場合もあり得る。また、第１の像Ｉm(1)において、短軸Ａx(S)の方向にピントが微妙に異なる場合もあり得る。しかし、光学コード読取装置は、受光面１０８に取り込まれた第１、第２の像Ｉm(1)、Ｉm(2)のいずれか一方で、ターゲットの光学コードＣoの読み取りができれば足りる。例えば第１領域１０８(1)から解読を開始した場合、第１の像Ｉm(1)を解読している過程で光学コードを読み取れたら、その時点で読取処理を終了すればよく、第１の像Ｉm(1)の残る部分及び第２の像Ｉm(2)の読取処理は不要である。第１の像Ｉm(1)で解読できなければ、第２の像Ｉm(2)の読取処理を行えばよい。
【００５０】
本発明の光学コード読取装置によれば、合焦位置の異なる２つのカメラ（２つのイメージセンサ）を用いて同じ光学コードを撮像したのと実質的に同じであり、また、被写界深度を増大できる。更に、イメージセンサ１０２に取り込まれた像の解読を従来と同じ手法で実行できることから読み取り速度は従来と同じである。また、機械的な機構を備えていないため、従来のオートフォーカス機構で問題となり易い故障の問題も発生しない。
【００５１】
本発明の作用効果及び他の目的は、図面を参照した、本発明の好ましい実施の形態の説明から明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】光学コード読取装置の光学系の原理を説明するための概略構成図であり、(A)は、比較的遠方に位置する光学コードにピント合わせしたときの結像位置を示し、(B)は近位に位置する光学コードにピント合わせしたときの結像位置を示す。
【図２】結像距離と合焦距離との関係を示す図である。
【図３】従来の光学コード読取装置に含まれる光学系の概略構成図である。
【図４】本発明の光学コード読取装置に含まれる光学系の概念を説明するための図である。
【図５】光学コード読取装置が採用している従来一般的な光学系を説明するための図である。
【図６】入手可能なイメージセンサの概略図である。
【図７】本発明の光学コード読取装置に含まれる光学系の更なる特徴を説明するための図である。
【図８】図７に図示の光学系によってイメージセンサに撮像された光学コードの像を示す。
【図９】第１実施例の光学コード読取装置の斜視図である。
【図１０】第１実施例の光学コード読取装置の正面図である。
【図１１】第１実施例の光学コード読取装置の内部構造を示す図である。
【図１２】第１実施例の光学コード読取装置に含まれる光学系の構成を示す図である。
【図１３】第２実施例の光学コード読取装置に含まれる光学系の構成を示す図である。
【図１４】第１実施例の光学コード読取装置に含まれる光学系の変形例を示す図である。
【図１５】図１４に図示の光学系の変形例を示す図である。
【図１６】本発明に従う光学コード読取装置のブロック図である。
【図１７】光学コード読み取りに関する操作及び処理を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【００５３】
以下に、添付の図面に基づいて本発明の好ましい実施例を説明する。図９ないし図１１は、第１実施例の光学コード読取装置を示す。図９は斜視図であり、図１０は正面図であり、図１１は内部構造を示す図である。第１実施例の光学コード読取装置２はグリップ４を有している。作業者はグリップ４を把持して光学コード読取装置２を操作することができる。すなわち、光学コード読取装置２は手持ち式である。
【００５４】
図１０を参照して、第１実施例の光学コード読取装置２は、その装置本体６に設けられた矩形の透光窓８を有し、この透光窓８を通じて被写体（光学コード）からの光を受け入れる。透光窓８の周囲には、被写体に向けて投光する複数の光源（照明）１０が配設されている。光源１０は直接照明１０aと偏光照明１０bとを含み、直接照明１０aと偏光照明１０bとは適宜使い分けられる。なお、透光窓８には、塵やゴミが筐体内部に混入するのを防ぐためのガラス製ダストカバー又はアクリル製ダストカバーが取り付けられているが、ダストカバーを取り除くことは可能である。すなわち、透光窓８は、請求項に記載する「開口窓」の一例であって、ダストカバーの有無は問わない。
【００５５】
図９、図１１は、透光窓８、光源１０を備えたユニット部材１２を取り外した状態で図示されている。光学コード読取装置２の装置本体６の内部には、図１１に図示するように、透光窓８側から順に、第１、第２のミラー１２４(1)、１２４(2)、結像レンズモジュール１４、偏光フィルタ１６、ＣＭＯＳで構成されたイメージセンサ１０２、ＣＭＯＳ基板１０４が配設されている。第１、第２のミラー１２４(1)、１２４(2)と結像レンズモジュール１４は、前述した受光領域限定光学部材１２２を構成するものであり、結像レンズモジュール１４は前述した結像レンズ１００の具体例である。偏光フィルタ１６は脱着可能であってもよいし、脱着不能であってもよい。
【００５６】
受光領域限定光学部材１２２の一部を構成する第１、第２のミラー１２４(1)、１２４(2)の後方且つ隣接してエイマー光源２０が配設され、このエイマー光源２０はエイマー基板２２に実装されている。エイマー光源２０は、そのエイマー光が第１ミラー１２４(1)と第２ミラー１２４(2)の間の隙間を通過するように位置決めされている。図１０の参照符号２６は制御基板を示す。
【００５７】
第１実施例の光学コード読取装置２に含まれる光学系３０に関する上記の構成を図１２に示す。図１２に図示の光学系３０は、図７の(A)、(B)を参照して説明した光学系１２０と実質的に同じであるが、実施例に含まれる光学系３０（図１２）において、偏光フィルタ１６の配置に注目されたい。第２ミラー１２４(2)によって規定されるイメージセンサ１０２の第２領域１０８(2)は、図１２に向かって時計方向に傾斜して配置されていることから、第１領域１０８（１）との対比で合焦位置Ｐfが近位である。イメージセンサ１０２の傾斜方向との関係で規定される近方視野側の領域に限定して、当該近方視野側の受光領域に関連して偏光フィルタ１６が配置される。
【００５８】
図１１及び図１２を参照して、グリップ４には撮像トリガ２８が設けられ、作業者はグリップ４を把持した手の指で撮像トリガ２８を操作することでターゲット（被写体）の光学コードＣoの像をイメージセンサ１０２の第１、第２領域１０８(1)、１０８(2)の各々に取り込むことができる。各領域１０８(1)、１０８(2)に形成される各像Ｉm(1)、Ｉm(2)は共通の光学コードＣoの像である。
【００５９】
偏光フィルタ１６の限定的な配置の利点を説明すると、一般的に偏光フィルタを使用するとイメージセンサに入光する光量が低下する。このことから偏光照明の使用は一般的に合焦距離Ｐfが近位（ターゲットの光学コードと読取装置との間の距離が近い）の場合に使用されている。偏光フィルタに関して更に詳細に説明すると、従来一般的には、偏光フィルタを備えた光学コード読取装置と、偏光フィルタ無しの光学コード読取装置とを用意し、近位の光学コードを読み取るときには、偏光フィルタ付き光学コード読取装置を使用し、遠位の光学コードを読み取るときには、偏光フィルタ無しの光学コード読取装置を使用する、という使い分けが行われていた。
【００６０】
第１実施例に含まれる光学系３０は、時計方向に傾斜配置されたイメージセンサ１０２において、比較的近位の光学コードＣoにピント合わせされる第２領域１０８(2)には偏光フィルタ１６を経た光が入光される。他方、比較的遠位の光学コードＣoにピント合わせされる第１領域１０８(1)には偏光フィルタ無しで光が入光される。このことから、中・遠距離視野側の第１領域１０８(1)は、偏光フィルタが存在することによる光量の低下は無い。このことから、中・遠距離の読み取り性能への影響はない。
【００６１】
したがって、第１実施例に含まれる光学系３０によれば、イメージセンサ１０２の第２領域１０８(2)つまり近方視野側の受光領域は偏光フィルタ１６によって読み取り性能を向上させることができる。すなわち、偏光フィルタ１６を配置することで、例えばハレーションが除去され、コード読取しやすい画像を得ることができる。他方、第１領域１０８(1)つまり中・遠方視野側の受光領域は、偏光フィルタ無しであるため、偏光フィルタによる光量低下を招くことなく読み取り性能を維持することができる。なお、偏光フィルタの位置は、結像レンズ１００に対してコード側に配置してもよい。また、偏光フィルタ（板）を配置することに代えて、色フィルタなど、視野の光学的な性質を変える部材を配置してもよい。このような部材を配置することで、同じ視野に対して、異なる特性の画像を同時に得ることができるので、ひいては、（深度、色、偏光などの観点から）よりロバストなコード読取を実現することができる。
【００６２】
図１１及び図１２を参照して、エイマー光源２０の配置による利点を説明する。ここに、エイマー光源２０は、従来から知られているエイマー用レンズを含む用語であると理解されたい。上述したように、エイマー光源２０は第１ミラー１２４(1)と第２ミラー１２４(2)の後方に配置され、そして、エイマー光２４（図１１）は、第１ミラー１２４(1)と第２ミラー１２４(2)との間の隙間を通じて被写体（光学コードＣo）に差し向けられる。
【００６３】
この構成により、図４を参照してポインタＰｔを視野Ｆvの中心に置くことができる。図４において、視野Ｆvの中心に位置するポインタを参照符号Ｐt(o)で図示してある。また、ポインタＰtを遠位領域Ａや近位領域Ｂに位置させてもよい。図４において、遠位領域Ａを示すポインタを参照符号Ｐt(d)で図示し、近位領域Ｂを示すポインタを参照符号Ｐt(c)で図示してある。視野Ｆvの中心、遠位領域Ａ、近位領域Ｂを識別できるように、中心ポインタＰt(o)、遠位ポインタＰt(d)、近位ポインタＰt(c)の形状を異ならせるのがよい。なお、従来は、エイマー光を視野の側方から照射する構成が採用されており、この結果、ポインタの位置と視野の中心とを常に整合させることが事実上不可能であった。
【００６４】
図１３は、第２実施例の光学コード読取装置４０の概要を説明するための図である。第２実施例の光学コード読取装置４０は前述した第１実施例の光学コード読取装置２と光学系だけが異なる。図１３は、第１実施例に関する図１２に対応した図である。第２実施例の説明において、上述した第１実施例に含まれる要素と同じ要素には同じ参照符号を付すことにより、その説明を省略する。
【００６５】
第２実施例の光学コード読取装置４０に含まれる光学系４２において、イメージセンサ１０２は結像レンズモジュール１４の光軸Ｏaxと直交する鉛直面１１２(図７)に設置されている。したがって、前述した第１実施例のようにイメージセンサ１０２は傾斜配置されていない。結像レンズモジュール１４とイメージセンサ１０２との間に、前述した合焦距離調整媒体４４が配設されている。合焦距離調整媒体４４は、結像レンズモジュール１４の光軸Ｏaxと直交する方向に厚みが徐々に異なる光学部材で構成され、また、可視光透過率が高い材質で構成されている。ここに、上記の「厚みが徐々に異なる」は、連続的又は段階的に厚みが変化することを意味している。一般的に、真空中の屈折率を「１」とした場合、光が屈折率ｎの媒質を通過すると光路長さがｎ倍に延長されることが知られている。このことに関して説明すると、真空中を進む光の速度をｃとすると、屈折率ｎの媒質中の光の速度はc/nで表される。したがって、長さＬの媒質中を進む時間は、t＝Ｌ/(c/n)＝nＬ/cで表すことができる。すなわち、この時間は、距離/速さから求められる。したがって、媒質中を進む光の距離は真空中を進む距離nＬに相当する。
【００６６】
第２実施例において、合焦距離調整媒体４４を結像レンズモジュール１４とイメージセンサ１０２との間に介在させることにより、結像レンズモジュール１４の光軸Ｏaxと直交する方向において、結像距離ａ、合焦距離bを実質的に変化させることができる。したがって、合焦距離調整媒体４４によって、第１実施例のようにイメージセンサ１０２を傾斜配置するのと実質的に同じ作用効果を奏することができる。合焦距離調整媒体４４によって規定されるイメージセンサ１０２(受光面１０８)上の２つの領域は、その境界部分が互いにオーバーラップしていてもよいのは第１実施例と同じである。
【００６７】
図１２を参照して前述した光学系３０においては、受光領域限定光学部材１２２は、第１、第２のミラー１２４(1)、１２４(2)を含んでいる。図１４は、第１実施例の光学コード読取装置２に含まれる光学系３０の変形例の光学系５０を示す。図１４に示す変形例の光学系５０では、受光領域限定光学部材１２２はプリズム５２を含んでいる。このプリズム５２と第１、第２のミラー１２４(1)、１２４(2)とは等価であり、図１４に図示の光学系５０は、第１、第２のミラー１２４(1)、１２４(2)に代えて、プリズム５２が採用されている。プリズム５２は、図１４に図示のように結像レンズモジュール１４から離れた位置に配置しても良いが、図１５に示すように結像レンズモジュール１４に組み込んでもよい。
【００６８】
図１６は、第１、第２実施例の光学コード読取装置２、４０のブロック図である。図１６に図示の主制御部６０は具体的にはデジタル・シグナル・プロセッサ（ＤＳＰ）で構成され、ターゲットの光学コードの読み取りを行う読取処理部を構成する。図１６に図示の主制御部６０及びメモリ６２は制御基板２６（図１１）に搭載されている。光学コード読取装置２、４０は、通信インターフェース６４を有し、この通信インターフェース６４を介して外部機器（典型的にはパーソナルコンピュータや制御機器）と有線又は無線で信号の授受が行われる。
【００６９】
以下に、第１実施例の光学コード読取装置２の操作及び処理を図１７に示すフローチャートを参照して説明するが、第２実施例の光学コード読取装置４０においても同じである。
【００７０】
グリップ４（図１１）を把持した作業者は、光学コード読取装置２（透光窓８）をターゲットとする光学コードに差し向け（ステップＳ１）、そして指で撮像トリガ２８を引き絞る（ステップＳ２）。光学コード読取装置２は、従来と同様に、トリガ２８の操作を検知するスイッチ（図示せず）を有し、このスイッチからのトリガ信号がＤＳＰ６０に入力される（ステップＳ３）。
【００７１】
前述したメモリ６２（図１６）には、コード読み取りに関連したプログラムが格納されており、このプログラムに従って光学コード読取装置２の動作及び処理が実行される。
【００７２】
照明条件や撮像条件は予め設定されており、また、ユーザによって選択可能である。照明条件には、点灯パターン、直接照明１０a又は偏光照明１０bの点灯あるいは消灯などが含まれる。撮像条件には、露光時間、ゲイン値などが含まれる。
【００７３】
ＤＳＰ６０は、トリガ信号を受けて、直接照明１０a又は偏光照明１０bを点灯又は消灯させる（ステップＳ４）。また、ＤＳＰ６０は、予め設定された照明条件、撮像条件に基づいてイメージセンサ１０２に対して撮像指示を送る（ステップＳ５）。これを受けてイメージセンサ１０２は撮像を実行し（ステップＳ６）、撮像データをＤＳＰ６０に供給する（ステップＳ７）。ＤＳＰ６０は、受け取った撮像データに基づいてコード探索を実行する（ステップＳ８）。このコード探索は、イメージセンサ１０２の短軸Ａx(S)（図６）の一端側からスキャンする方式で行われる。コードが見つかった時点でコード座標をメモリ６２に記憶する。仮に、短軸Ａx(S)（図６）の一端側から他端側までコード探索を実行しても２つの像Ｉm(1)、Ｉm(2)からコードの解読ができなかったときには、照明条件を変更して再度、ステップＳ６で撮像が実行される。規定された照明条件の全てでコードが見つからなかった場合にはタイムアウト処理が行われる。なお、ここではコードの解読ができなかったときに照明条件を変更することとしたが、本発明はこれに限られず、照明条件を変更して事前に撮像しておくこともできる。
【００７４】
メモリ６２に記憶したコード座標に基づいてコードを抜き出してデコード処理を行う（ステップＳ９）。すなわち、実施例の光学コード読取装置２はデコード処理機能を有し、デコード処理の結果を通信インターフェース６４を介して外部機器に向けて出力する（ステップＳ１０）。作業者が撮像トリガ２８の操作を止めて、撮像トリガ２８を解放する（ステップＳ１１）と、光学コード読取装置２はその一連の動作を停止する。
【００７５】
以上、イメージセンサ１０２に２つの像Ｉm(1)、Ｉm(2)を形成し、また、イメージセンサ１０２の長軸Ａx(L)を挟んでその一方側と他方側の２つ領域に光学コードＣoの像Ｉm(1)、像Ｉm(2)を形成する具体例に基づいて本発明の実施例を説明したが、本発明は以下の変形例を含む。
【００７６】
(1)イメージセンサ１０２の３以上の領域に３以上の像Ｉmを形成するように、本発明のコード読取装置の光学系を構成してもよい。
【００７７】
(2)イメージセンサ１０２の短軸Ａx(S)を挟んでその一方側と他方側の２つの領域に光学コードＣoの像Ｉm(1)、像Ｉm(2)を形成するように、本発明のコード読取装置の光学系を構成してもよい。すなわち、イメージセンサ１０２の長軸Ａx(L)方向に分割した領域の各々に像Ｉmを形成するように、本発明のコード読取装置の光学系を構成してもよい。この場合においても、イメージセンサ１０２の３以上の領域に３以上の像Ｉmを形成するように、本発明のコード読取装置の光学系を構成してもよい。
【００７８】
(3)イメージセンサ１０２の長軸Ａx(L)、短軸Ａx(S)とは無関係に、イメージセンサ１０２の受光面を複数の領域に区分し、その各々の領域に像Ｉmを形成するように、本発明のコード読取装置の光学系を構成してもよい。
【符号の説明】
【００７９】
Ｆv    視野
Ｐi    結像位置
Ｐf    合焦位置
Ｏax    結像レンズの光軸
Co    光学コード（被写体）
Ax（L）  イメージセンサの長軸
Ax（S）  イメージセンサの短軸
Ｉm    像
Ａx（ｉm）  バーコードの像の長軸
θ    イメージセンサの傾斜角度
２  第１実施例の光学コード読取装置
４  グリップ
６  装置本体
８  透光窓（開口窓の一例）
１０  光源
１０a  直接照明
１０b  偏光照明
１２  透光窓、光源を備えたユニット部材
１４  結像レンズモジュール
１６  偏光フィルタ
２０  エイマー光源
２４  エイマー光
２６  制御基板
２８  撮像トリガ
３０  第１実施例の光学コード読取装置に含まれる光学系
４０    第２実施例の光学コード読取装置
４２    第２実施例の光学コード読取装置に含まれる光学系
４４  合焦距離調整媒体
５２  プリズム
１００  結像レンズ
１０２  イメージセンサ
１０８  イメージセンサの受光面
１０８(1)  受光面の第１領域
１０８(2)  受光面の第２領域
１１２  結像レンズの光軸と直交する鉛直面
１２２  受光領域限定光学部材
１２４(1)  第１ミラー
１２４(2)  第２ミラー
【図１】
2020086745.tif 000003
【図２】
2020086745.tif 000004
【図３】
2020086745.tif 000005
【図４】
2020086745.tif 000006
【図５】
2020086745.tif 000007
【図６】
2020086745.tif 000008
【図７】
2020086745.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2020086745.tif 000017
【図１６】
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【図１７】
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