(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
焦点位置を調整する可変焦点レンズを有した撮像光学系と、
前記撮像光学系で結像される撮像対象物を撮像する撮像手段と、
撮像対象物との距離を測定する測距手段と、
撮像対象物との距離の算出で用いられる測距パラメータが予め測定され、測定された装置固有の測距パラメータが記憶され、装置固有の測距パラメータを用いて撮像対象物までの距離を算出し、算出された距離情報に基づき前記撮像光学系を制御して、撮像対象物を前記撮像手段に結像させ、前記撮像手段を制御して撮像対象物の撮像を行う制御手段とを備え、
前記測距パラメータは、前記撮像手段の撮像面を通る前記撮像光学系の光軸に対する前記測距手段の位置情報と、前記測距手段で撮像対象物に照射された光の反射光が前記撮像手段に入射する範囲を特定する範囲情報であり、
前記制御手段は、前記撮像手段の前記範囲情報で特定される範囲に入射する光を撮像すると共に、前記撮像手段の前記範囲情報で特定される範囲を検索して、前記撮像手段に入射した光の位置を算出し、前記測距手段で撮像対象物に照射された光の反射光が前記撮像手段に入射した位置と、前記測距手段の位置情報を用いて撮像対象物までの距離を算出する
ことを特徴とする光学的情報読取装置。
【請求項２】
前記測距パラメータは、異なる任意の距離にある撮像対象物に前記測距手段で光を照射したときの反射光が前記撮像手段に入射した位置を用いて測定される
ことを特徴とする請求項１記載の光学的情報読取装置。
【請求項３】
前記制御手段は、算出された撮像対象物との距離情報と、撮像対象物を前記撮像手段に結像させる前記撮像光学系の制御情報から、前記撮像光学系の変質を学習する
ことを特徴とする請求項１または２記載の光学的情報読取装置。
【請求項４】
前記可変焦点レンズは、異なる光屈折率を有し、互いに混和すること無く境界面が形成される第１の液体と第２の液体が容器に封止され、前記第１の液体と前記第２の液体の境界面の形状を制御する電圧が印加される液体レンズであり、
前記撮像光学系に、前記液体レンズ及び前記液体レンズの周辺の温度を検知する温度検知手段を備え、
前記制御手段は、前記温度検知手段で検出された温度情報と、算出された撮像対象物との距離情報に基づき前記液体レンズを制御して、撮像対象物を前記撮像手段に結像させ、前記撮像手段を制御して撮像対象物の撮像を行う
ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の光学的情報読取装置。
【請求項５】
前記撮像光学系は、前記液体レンズの前段に、単数または複数のレンズで構成される固定焦点の光学レンズが配置される
ことを特徴する請求項４に記載の光学的情報読取装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バーコード、２次元コード等のコード記号を読み取る光学的情報読取装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
商品管理、在庫管理等を目的として１次元のコード情報であるバーコードが良く知られている。また、より情報密度の高いコードとして２次元コードが知られている。２次元コードを読み取る装置として、ＣＭＯＳイメージセンサやＣＣＤイメージセンサ等の固体撮像素子で２次元コードを撮影し、その画像に様々な処理を施した上で２値化し、デコードする方法が知られている。【０００３】
このようなコード情報を読み取る装置に使用されるＣＭＯＳイメージセンサは、デジタルカメラ等に搭載されているものと機能的に何ら変わらないことから、普通に物体や風景などを撮影する写真機としての機能を併せ持つことが求められる。例えば、在庫管理等の場合、対象物品と共にその物品が格納されている位置を撮像し、コード情報と共にデータベースに記憶する場合に使用されるものである。【０００４】
また、携帯電話機には、上述したＣＭＯＳイメージセンサを使用した小型カメラが搭載されている。携帯電話機のカメラ機能には、通常のデジタルカメラのように、風景や人物を撮像する他に、バーコード／２次元コードスキャナ及びＯＣＲ（光学式文字読取装置）を内蔵しているものが大半である。【０００５】
上述した商品管理、在庫管理等の現場では、物品に貼付されたコード記号を次々に走査していく必要がある。その際に、オートフォーカス機能があるものが望ましく、オートフォーカスと撮像処理は高速である必要がある。【０００６】
一般的には、レンズが光軸に沿って移動するように配置され、コード記号にフォーカスが合う距離を算出し、その距離に適した位置までレンズを移動させる方法がよく用いられる（例えば、特許文献１参照）。また、定位置の他に近距離と遠距離との二段階程度のレンズ位置をメモリに記憶し、撮像に失敗した際、近距離方向あるいは遠距離方向にレンズを移動させるという簡易オートフォーカスもよく用いられる（例えば、特許文献２参照）。【０００７】
また、多数のレンズを組み合わせて光波面変調素子を形成し、絞り機能を持たせ、読取対象物までの距離に応じたフォーカス調整を行う技術も光学的読取装置に搭載されている（例えば、特許文献３参照）。【０００８】
更に、撮像レンズ、プリズム、遠方用レンズ及びイメージセンサ、近方用レンズ及びイメージセンサを組み合わせて光学体を形成し、レンズを移動させることなく、焦点距離を合わせる技術も開示されている（例えば、特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−５６３４８号公報
【特許文献２】特開２００５−１８２１１７号公報
【特許文献３】特開２００９−１３４０２３号公報
【特許文献４】特開２００８−１２３５６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
コードスキャナ等の光学的情報読取装置は、より小型化、集積化が求められている。特に携帯電話など、装置の一部として光学的情報読取装置を組み入れる場合、大きな容積を使用することはできない。光学的情報読取装置で最も容積を取るのは、レンズ光学部である。文献１及び文献２では、レンズが移動する空間を確保しなくてはいけないので、その部分を縮小することはできない。【００１１】
また、文献３では、レンズが最低５枚は必要である。ここでもやはり、レンズ配置空間がある程度必要である。さらに、光波面変調素子の制御は、複雑で計算量の多いソフトウエアである。このような精度の高い光学部を持っていると、生産工程ラインの構築が難しく、総体的にコストも嵩む。【００１２】
更に、文献４では、通常の光学体を２つ以上搭載している構成になっているので、筐体自体が大きくなり、コストも嵩んでしまう。また、光学体を小さく設計するために有効径の小さいレンズを使用することがあるが、レンズが小さいと、フォーカス・結像が難しく、その不都合を補正する機能、部材が必要である。結局、小型化が実現できず、コストも嵩む結果となってしまう。【００１３】
また、コード記号を読み取る光学的情報読取装置では、フォーカスの精度が低いと、特にマイクロ２次元コードのように、小さい面積にセルパターンが複雑に入り組んでいると、セルの白黒が認識できず、読み取り不能となったり、デコードまでに時間がかかってしまう。そこで、コード記号にフォーカスが合う距離を算出するオートフォーカス機能を実現するため、組み立て後にレンズの位置等の微調整が必要で、作業に手間と時間がかかり、製品コストが上昇する。【００１４】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、簡単な構成で高精度かつ高速なコード記号の撮像を実現し、装置自体も小型であり、安価なコストで製造することのできる光学的情報読取装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上述した課題を解決するため、本発明は、焦点位置を調整する可変焦点レンズを有した撮像光学系と、撮像光学系で結像される撮像対象物を撮像する撮像手段と、撮像対象物との距離を測定する測距手段と、撮像対象物との距離の算出で用いられる測距パラメータが予め測定され、測定された装置固有の測距パラメータが記憶され、装置固有の測距パラメータを用いて撮像対象物までの距離を算出し、算出された距離情報に基づき撮像光学系を制御して、撮像対象物を撮像手段に結像させ、撮像手段を制御して撮像対象物の撮像を行う制御手段とを備え、測距パラメータは、撮像手段の撮像面を通る撮像光学系の光軸に対する測距手段の位置情報と、測距手段で撮像対象物に照射された光の反射光が撮像手段に入射する範囲を特定する範囲情報であり、制御手段は、撮像手段の範囲情報で特定される範囲に入射する光を撮像すると共に、撮像手段の範囲情報で特定される範囲を検索して、撮像手段に入射した光の位置を算出し、測距手段で撮像対象物に照射された光の反射光が撮像手段に入射した位置と、測距手段の位置情報を用いて撮像対象物までの距離を算出する光学的情報読取装置である。
【００１６】
本発明の光学的情報読取装置では、撮像対象物との距離の算出で用いられる測距パラメータが予め測定され、測定された装置固有の測距パラメータが記憶され、コード記号等の撮像対象物の読み取りでは、装置固有の測距パラメータを用いて撮像対象物との距離を算出して、オートフォーカスが行われる。測距パラメータは、撮像手段の撮像面を通る撮像光学系の光軸に対する測距手段の位置情報と、測距手段で撮像対象物に照射された光の反射光が撮像手段に入射する範囲を特定する範囲情報であり、撮像手段の範囲情報で特定される範囲に入射する光を撮像すると共に、撮像手段の範囲情報で特定される範囲を検索して、撮像手段に入射した光の位置が算出され、測距手段で撮像対象物に照射された光の反射光が撮像手段に入射した位置と、測距手段の位置情報を用いて撮像対象物までの距離が算出される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明では、組み立て後にレンズの位置等の微調整を行うことなく、測距の精度を向上させることが可能なので、オートフォーカス及び撮像と、デコードに要する時間を短縮することができ、高速なコード記号の撮像を実現できる。また、経時変化等により撮像光学系が変質したような場合でも、撮像対象物を結像させる制御を行うことができる。特に、可変焦点レンズとして液体レンズを用いた構成では、温度等による液体レンズの変質にも対応可能であり、長期間にわたる使用であっても、高速なコード記号の撮像を実現できる。これにより、装置の使用者は、ストレス無く多数のコード記号を連続的に撮像することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施の形態の光学的情報読取装置の一例を示す機能ブロック図である。
【図２Ａ】液体レンズの概念を示す構成図である。
【図２Ｂ】液晶レンズの概念を示す構成図である。
【図３】視差法による測距方法を示す光学系の説明図である。
【図４】測距に必要な測距レーザの位置を求める方法を示す光学系の説明図である。
【図５Ａ】本発明を適用して測定した測距レーザの位置情報を用いて距離を算出した時の測定距離と算出値の比較結果を示す表図である。
【図５Ｂ】本発明を適用して測定した測距レーザの位置情報を用いて距離を算出した時の測定距離と算出値の比較結果を示す表図である。
【図６Ａ】機械公差のみで測距レーザの位置を決めて、機械的な調整を行わずに設計値で距離を算出した時の測定距離と算出値の比較結果を示す表図である。
【図６Ｂ】機械公差のみで測距レーザの位置を決めて、機械的な調整を行わずに設計値で距離を算出した時の測定距離と算出値の比較結果を示す表図である。
【図７Ａ】測距レーザの位置と固体撮像素子の撮像面に形成されるレーザスポットの関係を示す説明図である。
【図７Ｂ】測距レーザの位置と固体撮像素子の撮像面に形成されるレーザスポットの関係を示す説明図である。
【図８Ａ】レーザスポットを撮像及び検索する範囲を求める方法を示す説明図である。
【図８Ｂ】レーザスポットを撮像及び検索する範囲を求める方法を示す説明図である。
【図９】本発明を適用して測定したレーザスポットの位置情報から求めた検索範囲を用いて距離を算出した時の測定に要する時間を示す表図である。
【図１０】光軸のばらつきを考慮した検索範囲を用いて距離を算出した時の測定に要する時間を示す表図である。
【図１１】経時変化による印加電圧と屈折率の関係を示すグラフである。
【図１２】経時変化による液体レンズの変質を学習する処理を示すフローチャートである。
【図１３】経時変化による印加電圧の学習結果を示すグラフである。
【図１４】液体レンズを備えた本実施の形態のカメラモジュールの一例を示す分解斜視図である。
【図１５】固定焦点レンズ系で構成される撮像光学系の一例を示す説明図である。
【図１６】固定焦点レンズ系と可変焦点レンズ系で構成される撮像光学系の一例を示す説明図である。
【図１７】温度とフォーカスのずれの関係を示すグラフである。
【図１８Ａ】個体差を取得する調整工程を示す光学系の説明図である。
【図１８Ｂ】個体差を取得する調整工程を示す光学系の説明図である。
【図１９】温度補正の有無による精度を比較した表図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して、本発明の光学的情報読取装置の実施の形態について説明する。
【００２０】
＜本実施の形態の光学的情報読取装置の構成例＞
図１は、本実施の形態の光学的情報読取装置の一例を示す機能ブロック図である。本実施の形態の光学的情報読取装置１Ａは、撮像対象物であるコード記号１００を撮像するカメラモジュール１０と、カメラモジュール１０で行われる撮像、フォーカス調整、デコード、データ転送等の制御を行うデコーダ２００を備える。光学的情報読取装置１Ａは、例えば図示しない筐体にカメラモジュール１０とデコーダ２００等の構成要素が実装され、使用者が手に持ってコード記号１００の撮像が可能な構成である。
【００２１】
カメラモジュール１０は、焦点位置を調整するオートフォーカス機能を有した撮像光学系１１と、撮像光学系１１で結像されたコード記号１００を撮像する固体撮像素子１２と、固体撮像素子１２からコード記号１００までの距離を測距する測距レーザ１３を備える。
【００２２】
撮像光学系１１は、主レンズ２と可変焦点レンズ３を備える。主レンズ２は、単数または複数の光学レンズで構成される固定焦点レンズである。可変焦点レンズ３は、主レンズ２の後段に配置され、主レンズ２を透過した光を固体撮像素子１２に結像させる機能を有する。
【００２３】
可変焦点レンズ３は、例えば、単数または複数の光学レンズを、光軸に沿って機械的に移動させる機構を備えて、オートフォーカス機能を実現しても良い。これに対し、レンズを機械的に移動させる機構を用いることなくオートフォーカス機能を実現するものとして、可変焦点レンズ３を液体レンズ３０で構成しても良い。
【００２４】
図２Ａは、液体レンズの概念を示す構成図である。液体レンズ３０は、導電性の高い水溶液３１と絶縁体の油３２が、光を透過する透明な窓部を対向する２面に有した容器３３に封じ込められる。液体レンズ３０には、水溶液３１と接する電極３４ａと、絶縁部を介して水溶液３１と油３２の両方と接する電極３４ｂが備えられる。
【００２５】
液体レンズ３０は、電極３４ａ及び電極３４ｂから電気を流し、水溶液３１に電圧を印加すると、水溶液３１と油３２との境界面３５の形状を変化させることができる。このような現象をエレクトロウエッティング現象と称す。水溶液３１と油３２との境界面３５の曲率を変えることで焦点位置を動かし、合焦を行うことができる。
【００２６】
また、可変焦点レンズ３は、液体レンズ３０と同様に機械的に移動させる機構を用いること無くオートフォーカス機能を実現可能な液晶レンズであっても良い。図２Ｂは、液晶レンズの概念を示す構成図である。液晶レンズ３６は、ホモジニアス（ねじれのない）分子配列の液晶層３７を、ガラス板３８の間に封止した構成で、各ガラス板３８には、金属酸化物の透明電極３９ａ、３９ｂが形成される。液晶レンズ３６は、透明電極３９ａ、３９ｂに電圧を印加し、印加する電圧を調整することで、液晶分子３７ａの配向状態が変化する。液晶レンズ３６は、液晶分子３７ａの配向状態を変化させることで、屈折率が変化し、屈折率が変化することで、焦点距離が変化する。これにより、液晶レンズ３６は、液体レンズ３０と同様に、印加する電圧を調整することで焦点位置を動かし、合焦を行うことができる。
【００２７】
図１に戻り、固体撮像素子１２は撮像手段の一例で、例えばＣＭＯＳイメージセンサ等で構成され、光信号を電気信号に変換して出力する。光学的情報読取装置１Ａは、任意の距離にあるコード記号１００からの反射光を、撮像光学系１１で固体撮像素子１２に結像させて撮像を行う。これは、画像が鮮明に捕捉されなければ、コード記号１００の内容をデコードできないためである。
【００２８】
光学的情報読取装置１Ａでは、コード記号１００との距離を測定し、測定した距離に焦点位置が合うように撮像光学系１１を制御する。このため、光学的情報読取装置１Ａは、カメラモジュール１０にレーザ光を利用した測距部を備えている。
【００２９】
レーザによる測距技術は２つの方法が良く知られている。１つはパルシング技術であり、レーザパルスの始動と反射の戻りとの時間の遅れを計測して距離を求めている。もう１つはパララックス（視差）技術であり、撮像対象物にスポットを形成するために光を照射し、撮像対象物上のスポットの位置を計測して、撮像対象物の距離を、計測したスポットの位置から求めている。
【００３０】
光学的情報読取装置１Ａは、本例では視差法を用いて測距を行うため、測距手段として測距レーザ１３を備えている。測距レーザ１３は、撮像光学系１１で固体撮像素子１２に結像されるコード記号１００を照射し、コード記号１００で反射した光が固体撮像素子１２に入射するように構成される。
【００３１】
測距レーザ１３から照射されたレーザ光により、コード記号１００上に形成されるスポットの位置は、コード記号１００までの距離により変化し、固体撮像素子１２に入射した反射光の位置として現れる。
【００３２】
これにより、光学的情報読取装置１Ａは、測距レーザ１３から照射されてコード記号１００で反射した光の固体撮像素子１２上における位置を計測することで、コード記号１００までの距離が求められる。
【００３３】
可変焦点レンズ３が液体レンズ３０で構成される光学的情報読取装置１Ａでは、液体レンズ３０に印加する電圧と、焦点距離との関係が予め求められ、コード記号１００までの距離に応じた電圧を液体レンズ３０に印加することで、任意の距離にあるコード記号１００からの反射光を、撮像光学系１１で固体撮像素子１２に結像させて撮像が行われる。可変焦点レンズ３が液晶レンズ３６で構成される光学的情報読取装置１Ａでも同様に、液晶レンズ３６に印加する電圧と、焦点距離との関係が予め求められ、コード記号１００までの距離に応じた電圧を液晶レンズ３６に印加することで、任意の距離にあるコード記号１００からの反射光を、撮像光学系１１で固体撮像素子１２に結像させて撮像が行われる。
【００３４】
ここで、液体レンズ３０は、同じ電圧を印加しても、温度変動で境界面の曲率が変化することから、液体レンズ３０で構成される撮像光学系１１を備えた光学的情報読取装置１Ａでは、温度補償が必要となる。このため、光学的情報読取装置１Ａは、液体レンズ３０及び液体レンズ３０の近傍の温度を検知する温度検知手段としてサーミスタ１４をカメラモジュール１０に備える。
【００３５】
光学的情報読取装置１Ａは、測距レーザ１３を用いて求めたコード記号１００までの距離情報から導き出される液体レンズ３０の焦点位置を、サーミスタ１４で検知される温度情報で補正して、正確なオートフォーカスを実現する。液晶レンズ３６でも同様に、温度補償により正確なオートフォーカスが実現可能である。
【００３６】
なお、光学的情報読取装置１Ａは、コード記号１００が読み取り可能範囲にあることを示すガイド光を照射するための照明用ＬＥＤ１５をカメラモジュール１０に備えても良いが、照明用ＬＥＤ１５は適宜備えるものであり、装置の形状、使用目的によっては搭載しなくても良い。
【００３７】
デコーダ２００は、カメラモジュール１０で行われるフォーカス調整及び撮像等の制御と、カメラモジュール１０から出力される信号のデコード及びデータ転送等の制御を行う制御手段としてＡＳＩＣ(Application Specific Integrated Circuit)２１０を備える。ＡＳＩＣ２１０では、ＳＤＲＡＭ２２０及びＦＲＯＭ２３０等によって各種データの書き込み、読み出し等が行われる。光学的情報読取装置１Ａは、バーコード及び２次元コードを読み取ることができるスキャナであるが、ＯＣＲソフトウエアを搭載すれば、文字を読み取ることも可能である。また、ＡＳＩＣ２１０は、ＣＰＵとＦＰＧＡ(Field Programmable Gate Array)等のＬＳＩとの組み合わせでもかまわない。
【００３８】
光学的情報読取装置１Ａは、コード記号１００までの距離と液体レンズ３０に印加すべき電圧との関係テーブルをＡＳＩＣ２１０に格納することで、測距したコード記号１００までの距離に応じた電圧情報を取得することが可能となる。コード記号１００までの距離は、測距レーザ１３から照射されてコード記号１００で反射した光の固体撮像素子１２上における位置を計測することで求められる。
【００３９】
また、液体レンズ３０の周辺温度による補正テーブルをＡＳＩＣ２１０に格納しておく。更に、液体レンズ３０は、電圧が印加された後に、画像撮像までの待機時間が必要であるが、画像撮像までの待機時間も温度によって変動する。一般的に高温である方が待機時間は少なく、例えば、６０℃における待機時間は、２５℃の待機時間より遥かに短い。そこで、液体レンズ３０の周辺温度と撮像待機時間の関係テーブルをＡＳＩＣ２１０に格納しておく。
【００４０】
このように、コード記号１００までの距離と液体レンズ３０に印加すべき電圧との関係テーブル、液体レンズ３０の周辺温度による補正テーブル、及び液体レンズ３０の周辺温度と撮像待機時間との関係テーブルを参照することで、最適なフォーカス調整がされ、鮮明な画像を取り込むことができる。液晶レンズ３６でも同様に、コード記号１００までの距離と液晶レンズ３６に印加すべき電圧との関係テーブル等をＡＳＩＣ２１０に格納しておき、テーブルを参照することで、最適なフォーカス調整がされ、鮮明な画像を取り込むことができる。
【００４１】
＜測距精度を確保する方法例＞
図３は、視差法による測距方法を示す光学系の説明図、図４は測距に必要な測距パラメータとして測距レーザの位置情報を求める方法を示す光学系の説明図であり、次に、視差法が適用された光学的情報読取装置１Ａにおいて測距精度を確保する方法について説明する。
【００４２】
視差法を用いた測距方法では、撮像対象物である図１に示すコード記号１００を含む物体面Ｍと、固定焦点系レンズである主レンズ２と、例えば液体レンズ３０で構成される可変焦点レンズ３を備えた撮像光学系１１の原点平面Ｏとの距離xが、以下の（１）式で求められる。
【００４３】
【数１】
0005637995.tif 000002
【００４４】
（１）式において、光学的情報読取装置１Ａの設計値となるのは、測距レーザ１３と撮像光学系１１の光軸の原点平面Ｏ間での距離aと、半画角θ1と、測距レーザ１３と撮像光学系１１の光軸の原点平面Ｏ間でのなす角θ2と、半画角により張られる固体撮像素子１２の中心から短点までの距離Rであり、距離xは、固体撮像素子１２の撮像面ＥにおいてレーザスポットSpが映り込んだ位置rから求められる。
【００４５】
（１）式を変形すると、距離xの逆数x-1が、以下の（２）式で求められ、測距の精度が、以下の（３）で与えられる。
【００４６】
【数２】
0005637995.tif 000003
【００４７】
（３）式から、測距の精度は、撮像光学系１１の光軸からの測距レーザ１３の距離aによって決まることが判り、撮像光学系１１の光軸と測距レーザ１３とのなす角θ2は、測距精度に影響しない。
【００４８】
このため、測距の精度を考慮すると、測距レーザ１３の光軸からの距離aは、設計段階での誤差が問題とならないように、機械寸法で与えられる設計値を定める必要がある。一方、測距レーザ１３と光軸とのなす角θ2は、設計値を設定する必要はない。
【００４９】
但し、コード記号１００までの距離xを求める演算処理では、測距レーザ１３の光軸からの距離aと、測距レーザ１３と光軸とのなす角θ2が必要なので、測距レーザ１３の光軸からの距離aと、測距レーザ１３と光軸とのなす角θ2を、誤差が問題とならない機械公差で与える必要がある。
【００５０】
そこで、測距パラメータとして、測距レーザ１３の光軸からの距離aと、測距レーザ１３と光軸とのなす角θ2を測定し、図１に示すＡＳＩＣ２１０の不揮発性メモリに記憶しておくことで、コード記号１００までの距離xを、正確に求めることができ、測距レーザ１３の光軸からの距離aと、測距レーザ１３と光軸とのなす角θ2は、厳しい機械公差をとらず、また、組み立て時に機械的な調整を行わずに、測距に必要な精度を確保することができる。
【００５１】
以下に、機械的な調整を行わずに、測距に必要な測距レーザ１３の光軸からの距離aと、測距レーザ１３と光軸とのなす角tanθ2を求める方法について、図４等を参照して説明する。
【００５２】
定められた距離x1、x2、・・・xpに物体面Ｍ1、物体面Ｍ2、・・・物体面Ｍpを設置し、所定の距離に設置した物体面に照射した測距レーザ１３の反射光の撮像面Ｅにおける位置r1、r2、・・・rpを測定する。
【００５３】
上述した（１）式は、以下に示す（４）式に変形でき、計算値である半画角θ1と、半画角により張られる固体撮像素子１２の中心から短点までの距離Rを用いて、yi=-xir i/Rtanθ1を計算し、xiとyiに対し最小二乗法を適用し傾きdy/dxと切片y0を求める。
【００５４】
以上により得られた傾きと切片より、測距に必要な測距レーザ１３の光軸からの距離aと、測距レーザ１３と光軸とのなす角tanθ2は、以下に示す（５）式及び（６）式により求められる。
【００５５】
【数３】
0005637995.tif 000004
【００５６】
以上のことから、最も効率よく測距に必要な測距レーザ１３の光軸からの距離aと、測距レーザ１３と光軸とのなす角tanθ2を求める方法は、仕様により決められる最近接距離と最遠方距離の２定点に物体面を設置し、距離情報と角度情報の２つのパラメータa，tanθ2を得ることである。
【００５７】
図５Ａ及び図５Ｂは、本発明を適用して測定した測距レーザの位置情報（光軸からの距離aと光軸とのなす角θ2）を用いて距離を算出した時の測定距離と算出値の比較結果を示す表図、図６Ａ及び図６Ｂは、比較例として、機械公差のみで測距レーザの位置を決めて、機械的な調整を行わずに設計値で距離を算出した時の測定距離と算出値の比較結果を示す表図である。本発明を適用した例と比較例では、距離の算出値の逆数x-1を比較すると、１０倍以上の検出精度が得られることが判る。
【００５８】
＜測距に要する時間を短縮する方法例＞
図７Ａ及び図７Ｂは、測距レーザの位置と固体撮像素子の撮像面に形成されるレーザスポットの関係を示す説明図、図８Ａ及び図８Ｂは、レーザスポットを撮像及び検索する範囲を求める方法を示す説明図であり、次に、視差法が適用された光学的情報読取装置１Ａにおいて測距に要する時間を短縮する方法について説明する。
【００５９】
上述した視差法において、測距に要する時間は、測距レーザ１３の反射光によるレーザスポットSpが、固体撮像素子１２の撮像面Ｅ内で動く面積Ｓに依存する。レーザスポットSpが動く面積Ｓを最小化すれば、撮像時間及び固体撮像素子１２の撮像面ＥにおいてレーザスポットSpを検索する範囲が最小化され、測距に要する時間は最小化される。
【００６０】
一般的に、図７Ａに示すように、固体撮像素子１２の中心軸Ｏ1，Ｏ2上に測距レーザ１３を取り付ければ、図７Ｂに示すように、レーザスポットSpが動く範囲を最小化できる。例えば、図７Ａに示すように、固体撮像素子１２の中心軸Ｏ1上の位置Ａに測距レーザ１３を取り付ければ、図７Ｂに示すように、固体撮像素子１２の撮像面ＥにおいてレーザスポットSpが動く範囲は、物体面Ｍまでの距離に応じて、固体撮像素子１２の中心軸Ｏ1に沿った面積ＳＡ内となる。また、図７Ａに示すように、固体撮像素子１２の中心軸Ｏ2上の位置Ｂに測距レーザ１３を取り付ければ、図７Ｂに示すように、固体撮像素子１２の撮像面ＥにおいてレーザスポットSpが動く範囲は、物体面Ｍまでの距離に応じて、固体撮像素子１２の中心軸Ｏ2に沿った面積ＳＢ内となる。
【００６１】
しかし、実際には、固体撮像素子１２の中心軸に測距レーザ１３が取り付けられるように設計を行っても、組み立ての調整次第で測距レーザ１３の光軸が傾き、図７Ｂに示す面積ＳＣのような範囲を動く系となる。従来は、レーザスポットが動く面積が最小化されるように、測距レーザの光軸の傾きを組み立て時に機械的に調整することで、測距に要する時間の高速化を計っていたが、調整に手間と時間が掛かり、製品コストが上昇する。また、レーザスポットが動く面積を、測距レーザの光軸のばらつきを考慮した大きさに設定すると、測距に要する時間が長くなる。
【００６２】
そこで、測距レーザ１３の組み立て時に機械的な調整を行わず、測距に要する時間を最小化する方法を、図８Ａ及び図８Ｂを参照して以下に説明する。物体面Ｍが仕様により決められる最近接距離と最遠方距離の２定点にあるときに、固体撮像素子１２の撮像面Ｅに形成される測距レーザ１３のレーザスポットSpの位置を測距パラメータとして測定し、図１に示すＡＳＩＣ２１０の不揮発性メモリに記憶しておく。
【００６３】
また、測距のためレーザスポットSpを撮像する際には、最近接距離と最遠方距離の２定点におけるレーザスポットSpを含む最小の画像範囲、例えば、四角形の範囲を撮像することで、測距の画像取得に要する時間を短縮する。更に、レーザスポットSpを検索する際には、最近接距離におけるレーザスポットSpnと、最遠方距離におけるレーザスポットSPfの２点の間を動く平均的な軸、例えば、２点を結ぶ直線上から検索を行う。
【００６４】
図８Ａ及び図８Ｂでは、固体撮像素子１２の垂直方向の中心軸Ｏ1上に測距レーザ１３を取り付けた例を示す。図８Ａは、組み立て誤差がなく、測距レーザ１３の光軸からの距離aと、測距レーザ１３と光軸とのなす角θ2が設計値に一致する場合を示す。このような場合、最近接距離におけるレーザスポットSpnと、最遠方距離におけるレーザスポットSPfは、固体撮像素子１２の撮像面Ｅにおいて、垂直方向の中心軸Ｏ1上に形成されるので、レーザスポットSpの検索軸Ｐ1は、固体撮像素子１２の垂直方向の中心軸Ｏ1に一致する線分から始める。また、測距のための画像取得は、固体撮像素子１２の垂直方向の中心軸Ｏ1に対し対称な撮像範囲Ｐ2に対して行う。
【００６５】
図８Ｂは、組み立て誤差が生じ、測距レーザ１３の光軸からの距離ａと、測距レーザ１３と光軸とのなす角θ2が設計値に一致しない場合を示す。このような場合、レーザスポットＳｐの検索軸Ｐ3は、最近接距離におけるレーザスポットSpnと、最遠方距離におけるレーザスポットSPfの２点の中央を通り、固体撮像素子１２の垂直方向の中心軸Ｏ1に平行な線分から始める。また、測距のための画像取得は、２点のレーザスポットの中央を通る検索軸に対しておよそ対称な撮像範囲Ｐ4に対して行う。
【００６６】
図９は、本発明を適用して測定したレーザスポットの位置情報から求めた検索範囲を用いて距離を算出した時の測定に要する時間を示す表図、図１０は、比較例として、光軸のばらつきを考慮した検索範囲を用いて距離を算出した時の測定に要する時間を示す表図である。本発明を適用した例と比較例では、測距時間がおよそ半分になったことが判る。
【００６７】
＜経時変化による補償例＞
図２Ａに示す液体レンズ３０では、水溶液３１と油３２の境界面３５の曲率が、印加電圧に応じて変化する。液体レンズ３０の曲率が変化すると、液体レンズ３０の屈折率が変化することから、任意の距離にある撮像対象物にフォーカスするために必要な印加電圧が一意に決められる。すなわち、液体レンズ３０の屈折率niと印加する電圧Viの比例関係が成立している。
【００６８】
そこで、撮像対象物であるコード記号１００までの距離情報L(=x)と、距離情報Lで特定される位置にあるコード記号１００にフォーカスするために、液体レンズ３０に印加すべき電圧情報Vnの関係を計測して、距離−電圧テーブルＴＢを作成し、ＡＳＩＣ２１０の不揮発性メモリに記憶しておく。
【００６９】
これにより、上述した視差法等で測定したコード記号１００までの距離に応じた電圧情報Vnを取得することが可能となる。図１に示す光学的情報読取装置１Ａは、距離情報Lを取得し、距離情報Lに応じた電圧情報Vnを取得して、液体レンズ３０を制御するというオープンループのアルゴリズムにより、オートフォーカスでコード記号１００を撮像する。
【００７０】
さて、時間の経過、装置を高温状態で保存した場合等、液体レンズ３０内の水溶液や油が変質し、予め作成されて記憶されている距離−電圧テーブルＴＢの設定と、液体レンズ３０の状態が不一致となる場合がある。
【００７１】
図１１は、経時変化による印加電圧と屈折率の関係を示すグラフである。液体レンズ３０の初期状態における印加電圧と屈折率の関係を、実線のｎ−Ｖ曲線Ｎ0で示し、光学的情報読取装置１Ａに記憶されている距離−電圧テーブルにおける印加電圧と屈折率の関係を、一点鎖線のｎ−Ｖ曲線Ｎ1で示し、液体レンズ３０の変質状態における印加電圧と屈折率の関係を、二点鎖線のｎ−Ｖ曲線Ｎ2で示す。
【００７２】
距離−電圧テーブルＴＢを参照して液体レンズ３０に電圧を印加したときに、測定で得られた距離にフォーカスできるような屈折率を、図１１に一点鎖線のｎ−Ｖ曲線Ｎ1で示す。初期状態にある液体レンズ３０では、図１１に実線のｎ−Ｖ曲線Ｎ0で示すように、測定で得られた距離にフォーカスできるような屈折率が得られる。これに対し、経時変化で変質状態にある液体レンズ３０では、図１１に二点鎖線のｎ−Ｖ曲線Ｎ2で示すように、測定で得られた距離にフォーカスできるような屈折率が得られなくなる。
【００７３】
そこで、光学的情報読取装置１Ａは、距離情報Lを取得し、距離情報Lに応じた電圧情報Vnを取得して、液体レンズ３０を制御するというオープンループのアルゴリズムにより、オートフォーカスでコード記号１００を撮像したとき、コード記号１００のデコードが不能である等、正常に読み取りが行えない場合は、固体撮像素子１２で撮像した画像から、フォーカスが合うように液体レンズ３０を制御するクローズドループのアルゴリズムでコード記号１００を撮像する。また、コード記号１００までの距離情報Lが取得できるので、クローズドループのアルゴリズムでコード記号１００にフォーカスできたときの電圧情報Vnを較正用データとして取得し、液体レンズ３０の変質を学習する。
【００７４】
図１２は、経時変化による液体レンズの変質を学習する処理を示すフローチャート、図１３は、経時変化による印加電圧の学習結果を示すグラフである。図１２のステップＳＡ１で、所定の操作でコード記号１００の読み取りが開始されると、図１２のステップＳＡ２で、オープンループのアルゴリズムでコード記号１００を撮像する。
【００７５】
すなわち、光学的情報読取装置１Ａは、測距レーザ１３から照射され、コード記号１００で反射して固体撮像素子１２の撮像面Ｅに形成されたレーザスポットSpの位置から、コード記号１００までの距離情報Lを取得する。距離情報Lに対応した電圧情報Vnを、予めＡＳＩＣ２１０に記憶された距離−電圧テーブルＴＢを参照して取得し、液体レンズ３０を制御して、図１２のステップＳＡ３で、固体撮像素子１２によりコード記号１００の画像を取得する。
【００７６】
光学的情報読取装置１Ａは、固体撮像素子１２でコード記号１００の画像を取得すると、図１２のステップＳＡ４で、デコーダ２００によりコード記号１００のデコードを行う。光学的情報読取装置１Ａは、図１２のステップＳＡ４で、コード記号１００のデコードが可能であると、図１２のステップＳＡ５で、デコードされたデータを出力すると共に、取得した距離情報Lと電圧情報Vnを、参照したデータとして一時保存する。
【００７７】
光学的情報読取装置１Ａは、図１２のステップＳＡ４で、コード記号１００のデコードが不能であると、図１２のステップＳＡ６で、固体撮像素子１２で撮像した画像に応じて、液体レンズ３０に印加する電圧をフォーカスが合うように変化させるクローズドループのアルゴリズムで液体レンズ３０を制御する。
【００７８】
液体レンズ３０が用いられる撮像光学系１１で、固体撮像素子１２で撮像される撮像対象物にフォーカスを合わせるクローズドループのアルゴリズムは、例えば、固体撮像素子１２で撮像される像のコントラスト（空間周波数）を最も高くできる形状に液体レンズ３０の曲率が変化するような電圧を液体レンズ３０に印加し、フォーカスを合わせるコントラスト法が用いられる。
【００７９】
光学的情報読取装置１Ａは、フォーカスが合うと、図１２のステップＳ７で、固体撮像素子１２によりコード記号１００の画像を取得し、図１２のステップＳＡ８で、デコーダ２００によりコード記号１００のデコードを行う。
【００８０】
光学的情報読取装置１Ａは、図１２のステップＳＡ９で、クローズドループのアルゴリズムでコード記号１００にフォーカスできたときの電圧情報Vnを較正用データとして収集する所定の条件を満たすか判断し、較正用データとして収集する所定の条件を満たす場合は、図１２のステップＳＡ１０で、取得した距離情報Ｌと電圧情報Vnを、較正用データとして一時保存する。
【００８１】
光学的情報読取装置１Ａは、図１２のステップＳＡ１１で、クローズドループのアルゴリズムでコード記号１００にフォーカスできたときの電圧情報Vnを較正用データとして設定する所定の条件を満たすか判断し、較正用データとして設定する所定の条件を満たす場合は、図１２のステップＳＡ１２で、収集した距離情報Ｌと電圧情報Vnを、較正用データとしてＦＲＯＭ２３０に書き込み、新たな設定値とする。
【００８２】
図１３では、光学的情報読取装置１Ａに記憶されている距離−電圧テーブルにおける印加電圧と屈折率の関係を、一点鎖線のｎ−Ｖ曲線Ｎ1で示し、液体レンズ３０の変質状態における印加電圧と屈折率の関係を、二点鎖線のｎ−Ｖ曲線Ｎ2で示し、較正後の印加電圧と屈折率の関係を、破線のｎ−Ｖ曲線Ｎ3で示す。また、オープンループのアルゴリズムでの参照点を丸印で示し、クローズドループのアルゴリズムでの較正点を三角印で示す。
【００８３】
図１３に示すように、液体レンズ３０に印加する電圧値が高い領域では、測定した距離情報Ｌに対応した電圧情報Vnを液体レンズ３０に印加するオープンループのアルゴリズムで、液体レンズ３０は、測定された距離にフォーカスが合うような屈折率となる。これに対して、液体レンズ３０に印加する電圧値が低い領域では、液体レンズ３０が変質すると、液体レンズ３０は、測定された距離にフォーカスが合うような屈折率とならない。
【００８４】
そこで、クローズドループのアルゴリズムに切り換えて、コード記号１００にフォーカスできたときの電圧情報Vnを較正用データとして取得し、液体レンズ３０の変質を学習すると、較正後の印加電圧と屈折率の関係を示すｎ−Ｖ曲線Ｎ3が、液体レンズ３０の変質状態における印加電圧と屈折率の関係を示すｎ−Ｖ曲線Ｎ2に近づくことが判る。
【００８５】
＜液体レンズを備えたカメラモジュールの構成例＞
図１４は、液体レンズを備えた本実施の形態のカメラモジュールの一例を示す分解斜視図である。本実施の形態のカメラモジュール１０は、主レンズ２と液体レンズ３０がカメラボディ５に取り付けられる。
【００８６】
主レンズ２は、単数の光学レンズ、または複数の光学レンズが円筒形状のハウジング２０に収容されて構成される。主レンズ２は、ハウジング２０の外周面にネジ部２１ａが形成される。
【００８７】
液体レンズ３０は、図２Ａで説明した水溶液と油が封止される円筒形状の容器３３の外側の一部に、電極３４ａと接続される図示しない電極と、電極３４ｂと接続される電極が形成される。
【００８８】
カメラボディ５は、円筒形状の主レンズ２と液体レンズ３０の外形に合わせた円筒形状の空間が形成されるレンズ取付部５０を備える。レンズ取付部５０は、主レンズ２と液体レンズ３０が光軸方向に重ねられて嵌められると、光軸に直交するＸ−Ｙ軸方向の位置を規制して、主レンズ２と液体レンズ３０の光軸を合わせる。
【００８９】
カメラボディ５は、主レンズ２のハウジング２０に形成されたネジ部２１ａが締結されるネジ部５１ａが、レンズ取付部５０の内周面に形成され、主レンズ２をレンズ取付部５０に嵌めて、主レンズ２のネジ部２１ａがレンズ取付部５０のネジ部５１ａに締結されることで、カメラボディ５の前端に主レンズ２が固定される。
【００９０】
カメラモジュール１０は、カメラボディ５のレンズ取付部５０と液体レンズ３０の間に挟まれるパッキング６ａと、主レンズ２と液体レンズ３０の間に挟まれるスペーサ６ｂを備える。パッキング６ａはリング形状で、例えばシリコンにより構成され、液体レンズ３０の光軸に沿ったＺ方向の位置を規制する。
【００９１】
カメラモジュール１０は、固体撮像素子１２が実装される基板７と、デコード等の信号処理が行われる主基板８と、液体レンズ３０及び基板７と主基板８を接続するフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）９を備える。基板７には、カメラボディ５が取り付けられる。また、基板７には、測距部を構成する測距レーザ１３が実装される。更に、基板７には、カメラボディ５及び測距レーザ１３を覆う図示しないアウターケースが取り付けられ、主レンズ２と液体レンズ３０等が取り付けられたカメラボディ５と測距レーザ１３が保護される。本例では、基板７と主基板８は別基板で構成されるが、基板７と主基板８を同一の基板で構成しても良い。
【００９２】
フレキシブルプリント基板９は、液体レンズ３０の図示しない電極と接続されるリング状の電極部９０を備える。電極部９０は、カメラボディ５のレンズ取付部５０に嵌る形状に構成される。
【００９３】
カメラモジュール１０は、液体レンズ３０及び液体レンズ３０の近傍の温度を検知するサーミスタ１４が、例えばフレキシブルプリント基板９の電極部９０の近傍に実装され、サーミスタ１４で検知された温度情報が、フレキシブルプリント基板９により主基板８に伝送される。
【００９４】
カメラモジュール１０の組み立ては、カメラボディ５に測距レーザ１３を取り付け、測距レーザ１３が取り付けられたカメラボディ５を、固体撮像素子１２等が実装された基板７に接着剤により固定し、測距レーザ１３を基板７に半田により固定する。
【００９５】
次に、基板７にフレキシブルプリント基板９を接続し、カメラボディ５のレンズ取付部５０に、フレキシブルプリント基板９の一方の電極部９０とパッキング６ａを、パッキング６ａが下側となるように挿入する。
【００９６】
次に、液体レンズ３０をカメラボディ５のレンズ取付部５０に挿入し、液体レンズ３０の上側に、フレキシブルプリント基板９の他方の電極部９０を挿入する。フレキシブルプリント基板９の電極部９０の上側にスペーサ６ｂを挿入し、主レンズ２をレンズ取付部５０に嵌めて、主レンズ２のネジ部２１ａをレンズ取付部５０のネジ部５１ａに締結する。
【００９７】
これにより、カメラモジュール１０は、主レンズ２と液体レンズ３０の間にフレキシブルプリント基板９の一方の電極部９０が挟み込まれ、液体レンズ３０とカメラボディ５のレンズ取付部５０の間にパッキング６ａとフレキシブルプリント基板９の他方の電極部９０が挟み込まれ、液体レンズ３０は、光軸に沿ったＺ軸方向の位置がパッキング６ａにより規制される。また、パッキング６ａで液体レンズ３０が主レンズ２方向に押圧され、液体レンズ３０の図示しない電極とフレキシブルプリント基板９の電極部９０が電気的に接続される。なお、主レンズ２は、ネジ部の締結によりカメラボディ５に固定されるので、光軸方向の位置の微調整が可能である。また、主レンズ２を回転させる際に、電極部９０等が回らないようにスペーサ６ｂを入れることで、電極部９０や液体レンズ３０等を保護している。
【００９８】
＜カメラモジュールの温度補正例＞
図１５は、固定焦点レンズ系で構成される撮像光学系の一例を示す説明図である。単数または複数の光学レンズで構成される固定焦点レンズ系２Ａを備えた撮像光学系で、固定焦点レンズ系２Ａの焦点距離と、撮像対象物がある物体面Ｍとの距離の関係は、物体面Ｍから固体撮像素子等の撮像面Ｅへの方向を正とすると、以下の（７）式で表される。
【００９９】
【数４】
0005637995.tif 000005
【０１００】
固定焦点レンズ系２Ａのみを備えた撮像光学系の場合、撮像光学系の主点（後側主点）をＨ1とすると、ある定められた距離に置かれた撮像対象物に対し、フォーカス（作動距離）s’を合わせるために、固定焦点レンズ系２Ａを有したレンズバレル２Ｂの位置を、機械的に目的の像側作動距離sに合わせるために調整を行う。
【０１０１】
また温度による作動距離の変化量Δs’(T)は、容易に測定を行うことができ、ある温度での作動距離s’(T)は、基準温度T0での作動距離s’(T0)に対し、以下の（８）式で表される。
【０１０２】
【数５】
0005637995.tif 000006
【０１０３】
つまり、温度により、焦点距離fや像側作動距離sが変動してΔf(T)とΔs(T)が生じ、作動距離s’が変化しても、全体のΔs’(T)の傾向を測定、モデル化することができ、補正を行うことができる。
【０１０４】
図１６は、固定焦点レンズ系と可変焦点レンズ系で構成される撮像光学系の一例を示す説明図である。上述した本実施の形態のカメラモジュール１０では、固定焦点レンズ系を構成する主レンズ２と、可変焦点レンズ系を構成する液体レンズ３０がカメラボディ５のレンズ取付部５０に挿入され、液体レンズ３０の前段に主レンズ２が配置される構造である。液体レンズ３０を主レンズ２の前段に配置する構成では収差が少ない。但し、液体レンズ３０は有効口径が小さいので、長焦点系の撮像光学系を作成すると、いわゆる暗いレンズとなる。これに対して、主レンズ２を液体レンズ３０の前段に配置する構成では、主レンズ２は光学レンズであるので大径化が可能であり、長焦点系の撮像光学系でも、明るい撮像光学系を構成することができる。明るい撮像光学系を構成することで、コード記号のデコードの精度を向上させることができる。なお、長焦点系の撮像光学系では画角が狭いので、収差が少ない。
【０１０５】
このように、単数または複数の光学レンズで構成される固定焦点レンズ系２Ａと、液体レンズ、または単数または複数の光学レンズで構成される可変焦点レンズ系３Ａを備えた撮像光学系で、撮像光学系の焦点距離と物体面Ｍとの距離の関係は、物体面Ｍから撮像面Ｅへの方向を正とすると、以下の（９）式で表される。
【０１０６】
【数６】
0005637995.tif 000007
【０１０７】
本実施の形態のカメラモジュール１０のように、物体面Ｍ側から固定焦点レンズ系２Ａ、可変焦点レンズ系３Ａの配置の順で並ぶ撮像光学系の場合、この撮像光学系に先に組み込まれる可変焦点レンズ系３Ａ単体では調整ができないので、可変焦点レンズ系３Ａの光学状態が未知の状態で固定焦点レンズ系２Ａの調整を行うこととなる。
【０１０８】
つまり、レンズ系全体のパワーが未知状態となり、固定焦点レンズ系２Ａと可変焦点レンズ系３Ａを備えた撮像光学系の主点（後側主点）をＨ2とすると、像側作動距離s’に作動距離sを調整するための機械的なレンズバレル２Ｂの位置は、可変焦点レンズ系３Ａの状態に依存することとなる。逆に考えると、可変焦点レンズ系３Ａの特性を活かせば、レンズバレル２Ｂの位置を定められることで、可変焦点レンズ系３Ａの調整により、像側作動距離s’に作動距離を合わせることは可能である。これにより、可変焦点レンズ系を取り入れた撮像光学系は、ある一定温度の環境のみで使用される系の場合、機械的には調整を必要としない。
【０１０９】
但し、基準温度T0での固定焦点レンズ系２Ａのみでの作動距離s0’’(T0)と可変焦点レンズ系３Ａの状態φb(T0,V)が未知であるので、温度補正の方法としては以下の２つの方法が考えられる。ここで、Vは可変焦点レンズ系を定める入力変数であり、可変焦点レンズ系が液体レンズで構成される場合は印加電圧である。
【０１１０】
１つの方法は、実際の環境温度下で変化したφa(T)、s(T)、t(T)に対し、所定のs’(T)を得る最適なφb(T,V)を、入力Vを変える動作を複数回試行することで定める。この方法では、読取動作中にVとs’(T)の関係を調べるオートフォーカスのフィードバックシステムが必須となり動作は遅い。
【０１１１】
もう１つの方法は、各個体について、温度Tの状況下で、対象距離z = s’(T)となるφb(T,V)を測定し、補正テーブルもしくは補正式を、個体毎にもしくは平均値として作成する。この方法では、個体毎に作る場合は膨大な作業が必要となり、平均値を用いる場合はその2つの光学系のばらつきから、φb(T,V)により得られるs’(T)の精度が低くなる。
【０１１２】
そこで、本発明では、固定焦点レンズ系に可変焦点レンズが付加した系の場合に対しても、フィードバックシステムを要さず、必要なs’(T)の精度を確保する方法を考える。
【０１１３】
本実施の形態の温度補正は、以下の３つの手順により行われる。
手順１：事前の補正式の作成
（１）：固定焦点レンズ系２Ａのみを組み込んだ場合の温度変化の特性をあらかじめ測定し、以下の（１０）式でモデル化しておく。
（２）：可変焦点レンズ系３Ａの温度変化の特性をあらかじめ測定し、以下の（１１）式でモデル化しておく。
【０１１４】
【数７】
0005637995.tif 000008
【０１１５】
手順２：個体差を取得する調整工程
（１）：ある基準温度T0における、ある入力V0に対する可変焦点レンズの1つの出力φb(T0,V0)を組み立て前に測定し、システム内（不揮発性メモリ等）に記録、保持する。
（２）：出力φb(T0,V0)から、sa(T0)を算出し、システム内（不揮発性メモリ等）に記録、保持する。
【０１１６】
手順３:動作時
読取時には、対象距離z = s’(T)となるφb(T,V)をφb(T0,V0)とsa(T0)から算出し、入力Vを可変焦点レンズに入力する。
【０１１７】
以下に、事前に補正式を作成する手順１の詳細について説明する。
【０１１８】
＜手順１−１＞
固定焦点レンズ系２Ａのみを組み込んだ場合に測定した温度特性は、以下の（１２）〜（１５）式で表される。
【０１１９】
【数８】
0005637995.tif 000009
【０１２０】
図１７は、温度とフォーカスのずれの関係を示すグラフである。例えば、上述した（１０）式のようなモデル式を用いて、dn/dT=0.0219[/m/K]のような係数が得られる。但し、個体毎のs’(T0)を要するので調整工程時に取得する必要がある。
【０１２１】
＜手順１−２＞
可変焦点レンズ系３Ａの温度変化の特性は、上述した（１１）式のようなモデル式を用いて、以下の（１６）〜（１８）式で表される。
【０１２２】
【数９】
0005637995.tif 000010
【０１２３】
aiとbiは、可変焦点レンズ系３Ａの仕様により決まる係数である。但し、個体毎のdφb/dT(T0)とφ0(T0)を要するので、調整工程時に取得する必要がある。
【０１２４】
図１８Ａ及び図１８Ｂは、個体差を取得する調整工程を示す光学系の説明図で、次に、個体差を取得する調整工程である手順２の詳細について説明する。
【０１２５】
＜手順２−１＞
上述した手順１では、個体毎のdφb/dT(T0)とφ0(T0)が補正式に必要となる。そこで、ある基準温度T0における、ある入力V0に対する可変焦点レンズの1つの出力φb(T0,V0)を測定し、システム内の不揮発性メモリ等に記録、保持する。
【０１２６】
測定は、例えば、既知の光学特性を持つ固定焦点レンズ系２Ａに可変焦点レンズ系３Ａを組み込み、物体面Ｍを撮像した画像の鮮鋭さが最も大きくなる入力V0を調べ、その時の光学特性φb(T0,V0)を算出すればよい。特にφb(T0,V0)=0となるように固定焦点レンズ系２Ａを用意すれば、不揮発性メモリに記憶、保持する値はV0のみでよい。
【０１２７】
そこで、定められた距離x1、x2、・・・xpに物体面Ｍ1、物体面Ｍ2・・・物体面Ｍpを設置し、各物体面を撮像した画像の鮮鋭さが最も大きくなる入力V1、V2、・・・Vpを測定する。φbiは1/xiより得られるので、Vとφの関係からdφ/dV(T0)が得られる。このとき、物体面Ｍは製品仕様の最近接距離と最遠方距離の２定点を含むと精度が良い。
【０１２８】
以上の方法で各個体について測定したφb(T0,V0)を用いれば、傾きと１定点が既知なのでφ0(T0)を得ることができ、以上より得られた、dφb/dT(T0)とφ0(T0)を不揮発性メモリに記憶、保持する。
【０１２９】
＜手順２−２＞
手順２−１においてφb(T0,V0)=0となるように定めたV0を各個体に組み込んだ状態で得られるs’が求めるsa(T0)であり、これを算出し不揮発性メモリに記憶、保持する。
【０１３０】
＜手順３＞
次に、動作時の制御である手順３の詳細について説明する。読取時には、対象距離z = s’(T)となる入力Vを可変焦点レンズ系３Ａに入力する。次に、上述した視差法等で測距を行い撮像対象物までの距離zを求める。また、図１等に示すサーミスタ１４等の外部センサで温度Tを測定し、sa(T)を求める。
【０１３１】
次に、上述した（９）式〜（１１）式を用いて、sa(T)とs’(T)よりφ(T)を求め、φ(T)より、φb(T)を求める。そして、Tを参考にして最適な入力変数、例えば最適電圧を算出し、Vを求め、可変焦点レンズ系３ＡにVを入力する。
【０１３２】
図１９は、温度補正の有無による精度を比較した表図である。上述した方法で温度補正を行って撮像を行った場合と温度補正を行わずに撮像を行った場合では、平均して誤差を４分の１程度にできることが判る。
【産業上の利用可能性】
【０１３３】
本発明は、バーコードリーダや二次元コードリーダ等に利用することができ、小型の装置でオートフォーカスを実現できる。
【符号の説明】
【０１３４】
１Ａ・・・光学的情報読取装置、１０・・・カメラモジュール、１１・・・撮像光学系、１２・・・固体撮像素子、１３・・・測距レーザ、１４・・・サーミスタ
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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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】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９】
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