(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明用の光源と、
前記光源を制御するプロセッサと、
入射光を画像として取り込むイメージセンサとを備え、
前記プロセッサが、
連続する第１照明期間に、前記光源に第１強度の連続的な照明光を生成させ、前記第１照明期間内の第２照明期間に、前記光源に少なくとも１パルスの、前記第１強度より強い第２強度の照明光を生成させ、
前記イメージセンサから取り出した前記画像をデコードし、
前記デコード手段によるデコードが成功するまで、自動的に繰り返し前記イメージセンサに前記入射光の取り込みを実行させることを特徴とする画像読取装置。
【請求項２】
請求項１に記載の画像読取装置であって、
前記プロセッサがさらに、
前記イメージセンサから取り出した前記画像の露光強度に基づきその後の前記イメージセンサの露光期間の長さを決定することを特徴とする画像読取装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の画像読取装置であって、
ある前記第１照明期間と次の前記第１照明期間との間に、前記光源による照明を休止する休止期間があることを特徴とする画像読取装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の画像読取装置であって、
前記プロセッサは、前記第１期間に、前記光源を直流のベース電流で駆動することにより前記光源に前記第１強度の照明光を生成させ、前記第２期間に、前記光源をオーバードライブすることにより前記光源に前記第２強度の照明光を生成させることを特徴とする画像読取装置。
【請求項５】
請求項４に記載の画像読取装置であって、
前記ベース電流を生成するベース電流生成回路と、
パルス電流を生成するパルス電流生成回路とを備え、
前記プロセッサは、前記第２期間に前記パルス電流生成回路を前記光源に接続し、前記ベース電流に前記パルス電流を加算した電流により前記光源を前記オーバードライブすることを特徴とする画像読取装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は画像読取装置（例えば、撮像装置）に関する。本開示は、とりわけ、動いている表示(indicia)、暗環境にある表示、低反射率の表示及びこれらの組合せを読み取るための照明光を生成可能な画像読取装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学的画像走査及び読取装置（画像読取装置）は、製品あるいはサービスに関するデータを表している表示、例えばバーコード、を読み取る。バーコードとは、物に付される光学的に機械読み取り可能なラベルのことであり、直接的あるいは間接的に、その物あるいはその物に関連するサービスに関する情報を表すものである。この情報は、供給メーカーの識別情報、製品名、価格、患者名、その他その物に関する記述的情報を含むが、これに限られない。バーコード読取装置は、流通業、小売業及び他の多くの産業において、バーコードを読み取るために広く使用されている。
【０００３】
しばしば、そのような装置は、電荷結合素子（ＣＣＤ）あるいはＣＭＯＳの技術に基づいたものであり、ＣＣＤあるいはＣＭＯＳのリニアアレイ装置がバーコードからの反射光を回収するのに使用されている。そのようなシステムにおいて、バーコードのような物を照明するための光源として、典型的には複数のＬＥＤが使用されている。反射光はＣＣＤあるいはＣＭＯＳのリニアアレイによって受光され、そのリニアアレイがその光エネルギーを電気エネルギーに変換する。その時、様々な電気信号が、物の画像を回収するために処理されおり、その画像が、目的の情報を示すものである。
【０００４】
画像読取装置は、多種多様なバーコード及び他の光学的に読み取り可能なラベル及び表示を読み取るのに使用されている。例えば、画像読取装置は、図１０Ａに示されている電子棚札を読み取るために使用することができる。電子棚札は、紙に印刷されたバーコードラベル及び反射型液晶表示装置を含む。典型的には、液晶は印刷されたラベルよりも反射率が低い。したがって、印刷されたラベルの露出を最適化するために、画像読取装置の照明期間が比較的短く、また低強度の照明に設定されている場合は、図１０Ｂに示したように、液晶はかなりの露光不足となる。しかし、画像読取装置の照明期間が、液晶の露出を最適化するために延長された場合は、図１０Ｃに示したように、印字ラベルがかなりの露光過剰になる。
【０００５】
また、画像読取装置は、液晶表示装置（図１０Ｄ）に表示されたバーコードや、様々な種類の物、例えば回路基板（図１０Ｅ）や金属表面（図１０Ｆ）、に直接記録されたバーコードを読み取るためにも使用される。それらは反射率が低いため、液晶を用いる場合と同様に、画像読取装置の照明期間はバーコード画像の露出を最適化するために、長くしなければならない。
【０００６】
他の用途では、図１０Ｇに示されているように、画像読取装置がバーコードの画像を取り込む時に、バーコードが動いているものもある。図１０Ｈに示されているように、もし、バーコードが画像読取装置の視野範囲を横切って動く間に、（低強度の照明で）長い照明期間が連続的に適用されると、バーコードの画像がぼやけてしまう。したがって、図１０Ｉに示されているように、高強度の照明で非常に短い照明期間が、動いているバーコードの明瞭な画像を得るために使用される。
【０００７】
更に他の用途では、画像読取装置は、暗い倉庫のような非常に低強度な照明の環境で、あるいはバーコードが画像読取装置から遠距離である場合においても、バーコードの画像を取り込むかもしれない。図１０Ｊのグラフに示されているように、被写界深度が増加するにつれ、あるいは画像読取装置からの距離が増すにつれ、照明光の強度は低下する。仮に、きわめて短時間の、（高強度の照明の）パルス照明期間がバーコードの読み取りに適用されると、バーコードの画像は、図１０Ｋに示されているように、露光不足になる。
【０００８】
したがって、図１０Ｌに示されているように、低強度の照明で長い照明期間が、最適な露出のバーコードの画像を得るために用いられる。低強度の照明を用いるのは、高強度の照明光を発生させるために大電流によって駆動すると、光源（例えば、ＬＥＤ）が、過剰な量の熱を発生するためである。したがって、仮に、光源が高強度の照明を生成するために、長い照明期間にわたり駆動されると、光源の寿命と信頼性は悪影響を受ける。
【０００９】
したがって、動いている表示、暗環境下での表示、低反射率の表示及びそれらの組合せの画像を、最適な露出で、且つ画像読取装置の光源の寿命と信頼性に悪影響を与えることなく、得ることができる画像読取装置が必要とされる。
【発明の概要】
【００１０】
ここでは、照明システム及び照明システムを制御するプロセッサを備える画像装置が開示される。上記プロセッサは、連続的あるいはほぼ連続的なサブ照明期間及び少なくとも１パルスのサブ照明期間を含む照明期間に従った照明を上記照明システムに生成させることができる。上記連続的あるいは略連続的なサブ照明期間は、上記照明システムに連続的あるいは略連続的な照明成分を生成させ、そして、上記少なくとも１パルスのサブ照明期間が、上記照明システムに少なくとも１パルスの照明成分を生成させる。
【００１１】
更に、ここでは、画像読取装置の照明システムの制御方法が開示される。上記方法はプロセッサを用いて照明期間を実行するステップを含み、その照明期間は、連続的あるいは略連続的なサブ照明期間と少なくとも１パルスのサブ照明期間とを含む。プロセッサによって実行される上記連続的あるいは略連続的サブ照明期間に応じて、上記照明システムは連続的あるいは略連続的な照明成分を生成するように作動する。プロセッサによって実行される上記少なくとも１パルスのサブ照明期間に応じて、上記照明システムは、少なくとも１パルスの照明成分を生成するように作動する。
【００１２】
また、ここでは、画像読取装置によって取り込まれた画像をデコードする方法が開示される。一実施形態では、その方法は、ａ）露光期間の間、照明される目標物から反射される光を上記画像読取装置のセンサで収集する手順、ｂ）上記センサによって収集された上記光を表す画像を分析する手順、ｃ）上記画像が最適に露光されている場合は、該画像をデコードする手順、ｄ）上記画像が最適に露光されていない場合は、上記画像読取装置の上記露光期間を延長して、上記画像が最適に露光されるまで手順ｂ）を繰り返す手順、ｅ）繰り返される手順ｂ）において上記画像が最適に露光された場合、該画像をデコードする手順を含む。
【００１３】
他の実施形態では、画像読取装置によって取り込まれた画像をデコードする方法は、ａ）上記イメージセンサのイメージエリアを複数のブロックに分割する手順、ｂ）上記ブロックのそれぞれに異なるゲイン値を設定する手順、ｃ）露光期間中、照明される目標物から反射される光を上記画像読取装置のセンサで収集する手順、ｄ）上記ブロックのうちの１のブロックの上記ゲイン値の１つを選択する手順、ｅ）上記選択されたゲイン値を用いて、上記センサによって収集された上記光を表す画像をデコードする手順、ｆ）上記画像がうまくデコードされるまで手順ｄ）及びｅ）を繰り返す手順を含む。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本開示の代表的な実施形態に従った、画像読取装置のブロック図である。
【図２Ａ】図２Ａは、本開示の代表的な実施形態に従った、イメージセンサの図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、イメージセンサのグローバルシャッタの動作を示すグラフである。
【図３Ａ】図３Ａは、本開示の代表的な実施形態に従った、照明期間を示す照明出力タイミング図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本開示の代表的な実施形態に従った、照明回路の概要を示すものである。
【図４Ａ−４Ｆ】図４Ａ−４Ｆは、本開示の照明期間に関する種々の代表的な実施形態を説明するタイミング図である。
【図５Ａ】図５Ａは、図４Ａ−４Ｄのタイミング図に従って動作する画像読取装置により取り込まれた画像をデコードする方法の代表的な実施形態を記載したフローチャートである。
【図５Ｂ】図５Ｂは、図４Ｅ及び図４Ｆのタイミング図に従って動作する画像読取装置により取り込まれた画像をデコードする方法の、別の代表的な実施形態を記述したフローチャートである。
【図６Ａ】図６Ａは、図４Ａ−４Ｄのタイミング図に従って動作する画像読取装置により取り込まれた画像をデコードする方法の更に別の代表的な実施形態を記述したフローチャートである。
【図６Ｂ】図６Ｂは、図４Ｅ及び図４Ｆのタイミング図に従って動作する画像読取装置により取り込まれた画像をデコードする方法の代表的な実施形態を記述したフローチャートである。
【図６Ｃ】図６Ｃは、本開示の代表的な実施形態に従った、複数のブロックに分割されたイメージセンサのイメージエリアを説明する図である。
【図６Ｄ】図６Ｄは、本開示の代表的な実施形態に従った、イメージセンサのイメージエリアのブロックに設定された異なるゲイン値を説明する図である。
【図６Ｅ】図６Ｅは、取り込まれた画像の中の物体の表示が置かれている場所の決定及び、複数設定されているゲイン値からひとつの適切なゲイン値の選択を説明する図である。
【図７】図７は、本開示の代表的な実施形態に従った、撮像及びデコード（Ｉ／Ｄ）モジュールの上面斜視図である。
【図８Ａ】図８Ａは、本開示の代表的な実施形態に従った、カメラモジュールの分解斜視図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、本開示の代表的な実施形態に従った、照明及びＩ／Ｄモジュールの照準システムの動作を記述した図である。
【図９】図９は、本開示の代表的な実施形態に従った、カメラモジュールとデコーダモジュールのブロック図である。
【図１０Ａ−１０Ｌ】図１０Ａ−１０Ｌは、画像読取装置の用途及び従来技術における照明期間を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は、１）動いている表示、２）低強度の照明環境にある表示、３）低反射率の表示、４）これらの組合せ、の環境下で、鮮明に合焦され、適宜に露光された画像を取り込むための画像読取装置１０の代表的な実施形態である。この画像読取装置１０は、イメージセンサ１４と、照明システム１６と、イメージセンサ１４と照明システム１６を制御するための中央処理装置（ＣＰＵ）１８とを含むことができる撮像及びデコード（Ｉ／Ｄ）モジュール１２を含む。照明システム１６は、ひとつ以上の光源１６ａと、ＣＰＵ１８から受信したひとつ以上の制御信号に応答してその光源を作動させるための照明回路１６ｂを含むことができる。光源１６ａは、例えばバーコードのような対象の表示、あるいはその他の物体を照らす光を生成することができる。照らされた表示は、光源１６ａによって生成された光を反射する。反射光はイメージセンサ１４によって収集され得る。ＣＰＵ１８は、画像読取装置１０の照明期間と露光期間を制御することができる。照明期間は、目標となる表示が照明システム１６によって照らされている間の時間及びその照明の強度を規定する。露光期間とは、入射光を電荷へと光電変換するために、イメージセンサ１４の画素が活性化される時間のことである。
【００１６】
図２Ａに示したように、イメージセンサ１４は、画素１４ａの二次元配列を備えることができる。図２Ｂのグラフに描かれているように、一実施形態において、ＣＰＵ１８は、画素の全列が照明された表示から反射される光に同時に露光されるグローバルシャッタモードでイメージセンサ１４を動作させる制御信号を生成することができる。イメージセンサ１４の全画素１４ａが同時に露光されることで、画像読取装置は、画像の歪みなしに、対象となる表示の鮮明に合焦された画像を取り込むことが可能となる。露光期間の終わりに、収集された電荷は、ＣＰＵ１８によって読み出され得る。
【００１７】
図３Ａは、本開示に従った、照明期間３１を示す照明出力タイミングチャートの代表的な実施形態を記述したものである。照明期間３１は、連続的な低強度（ＬＩＬ）のサブ照明期間３２及び１パルス以上の高強度（ＨＩＬ）のサブ照明期間３４（例えば、第１、第２、第３パルスのＨＩＬサブ照明期間３４ａ，３４ｂ及び３４ｃ）を含む。ＣＰＵ１８が照明期間３１を実行する時、連続的なＬＩＬサブ照明期間３２は、照明システム１６に連続的な低強度の照明光を生成させ、各パルスのＨＩＬサブ照明期間３４は、連続的な低強度の照明光に加えて、照明システムに１パルスの高強度の照明光を生成させる。したがって、各パルスのＨＩＬサブ照明期間３４中に、照明システム１６は、同時に低強度及び高強度の照明光を生成する。連続的なＬＩＬサブ照明期間３２（及びサブ期間３２に応じて照明システムが生成する、対応する低強度照明光）は、画像読取装置が動作開始される時間ｔ１から開始することができ、例えば、これに限られるものではないが、取り込み画像のデコードに成功した時間ｔ８に終了する。１パルス以上のＨＩＬサブ照明期間３４ａ、３４ｂ、３４ｃ（及びサブ期間３４ａ，３４ｂ，３４ｃに応じて照明システムが生成する、対応する高強度照明パルス）は、連続的なＬＩＬサブ照明期間３２（及び対応する連続的な低強度照明光）と比べて、極めて短い時間（例えば、サブ照明期間３４ａについては時間ｔ２〜ｔ３、サブ照明期間３４ｂについては時間ｔ４〜ｔ５、サブ照明期間３４ｃについては時間ｔ６〜ｔ７）継続するものである。
【００１８】
本開示の照明期間に従って照明システム１６を動作させることで、画像読取装置１０が低強度の環境光の中にある表示の画像、低反射率の表示の画像、動いている表示の画像及びこれらの組合せの環境下においても鮮明に合焦され、正しく又は最適に露光された状態で取り込むことが可能となる。加えて、この照明期間は、画像読取装置１０の回路規模を縮小させ、画像読取装置１０が同じ視野に存在する異なる表示の読み取りを可能にする。
【００１９】
図３Ｂは、照明システム１６の照明回路１６ｂの代表的な一実施形態を記したものである。その回路１６ｂは（図示されていない）直流電源と接続された第１端子及び直流／直流降圧変圧器３６の入力に接続された第２端子を有する第１スイッチＳ１を含む低電圧回路を備えている。その変圧器３６の出力は抵抗Ｒ１の第１端子に接続されている。抵抗Ｒ１の第２端子はパルス電流設定回路３７の入力に接続されている。パルス電流設定回路３７の出力は第２スイッチＳ２の第１端子に接続されている。第２スイッチＳ２の第２端子は照明システム１６の光源１６ａ（例えば、ＬＥＤ）に接続されている。ベース電流設定回路３８は抵抗Ｒ１の第１端子と第２スイッチＳ２の第２端子との間に接続されている。直流／直流降圧変圧器３６、パルス電流設定回路３７及びベース電流設定回路３８のそれぞれの構造と動作は、この技術分野ではよく知られており、したがって、これらの構成要素についてのこれ以上の説明は、ここでは行わない。
【００２０】
また、図３Ａ及び３Ｂに関して、照明期間３１の開始前に、第１スイッチＳ１及び第２スイッチＳ２は共にオフにしておく。ＣＰＵ１８は、起動されると、照明期間３１のうち連続的なＬＩＬサブ照明期間の開始時点である時間ｔ１に、第１スイッチＳ１をオンにする第１制御信号を生成し、このことにより、ベース電流設定回路３８に、低強度で照明を出力させるように光源１６ａを駆動する直流ベース電流を生成させることが可能である。ＣＰＵ１８は、照明期間３１のパルスサブ照明期間３４ａの開始時点である時間ｔ２に、第２スイッチＳ２をオンにする第２制御信号を生成し、このことにより、直流ベース電流で駆動されている光源１６ａをオーバードライブし、高強度で照明を出力させる増加直流電流をパルス電流設定回路３７に生成させることが可能である。ＣＰＵ１８は、パルスサブ照明期間３４ａの終了時点である時間ｔ３に、第２スイッチＳ２をオフにする第３制御信号を生成し、このことにより、パルス設定回路３７に増加直流電流の生成を停止させ、これに応じて、光源１６ａに、直流ベース電流による低強度の照明の出力を続けさせつつ、高強度の照明の出力を停止させることが可能である。もし、画像読取装置１０が取り込んだ画像がうまくデコードされていない場合、ＣＰＵ１８は、サブ照明期間３４ｂの開始時点である時間ｔ４に、第２スイッチＳ２をオンにする第４制御信号を生成し、このことにより、再度、直流ベース電流で駆動されている光源１６ａをオーバードライブし、高強度で照明を出力させる増加直流電流をパルス電流設定回路３７に生成させることが可能である。ＣＰＵ１８は、パルスサブ照明期間３４ｂの終了時点である時間ｔ５に、第２スイッチＳ２をオフにする第５制御信号を生成し、このことにより、パルス設定回路３７に増加直流電流の生成を停止させ、これに応じて、光源１６ａに、直流ベース電流による低強度の照明の出力を続けさせつつ、高強度の照明の出力を停止させることが可能である。もし、画像読取装置１０によって取り込まれた画像が上手くデコードされていない場合、ＣＰＵ１８は、サブ照明期間３４ｃの開始時点である時間ｔ６に、第２スイッチＳ２をオンにする第６制御信号を生成し、このことにより、再度、直流ベース電流で駆動されている光源１６ａをオーバードライブし、高強度で照明を出力させる増加直流電流をパルス電流設定回路３７に生成させることが可能である。ＣＰＵ１８は、パルスサブ照明期間３４ｃの終了時点である時間ｔ７に、第２スイッチＳ２をオフにする第７制御信号を生成し、このことにより、パルス設定回路３７に増加直流電流の生成を停止させ、これに応じて、光源１６ａに、直流ベース電流による低強度の照明の出力を続けさせつつ、高強度の照明の出力を停止させることが可能である。画像読取装置１０で取り込んだ画像のデコード成功、センサ１４のデータの出力（data_out）、あるいは読み取りのタイムアウトが発生すると、ＣＰＵ１８は、照明期間３１の連続的なサブ照明期間３２の終了時である時間ｔ８に、第１スイッチＳ１のスイッチをオフにする第８制御信号を生成し、このことにより、ベース電流設定回路３８に、光源１６ａを駆動している直流ベース電流の生成を停止させ、これに応じて、���源１６ａに低強度での照明の出力を停止させることが可能である。
【００２１】
図３Ａ及び３Ｂにあるように、連続的なサブ照明期間３２はスイッチＳ１をオンしてから（例えば、ｔ１）、オフするまで（例えば、ｔ８）継続されている。スイッチＳ２をオンしてからそれに対応するスイッチＳ２のオフまでの時間の長さは、光源１６ａに熱による損傷を与えないような時間を選択することができる。ひとつの限定されない代表的な実施形態においては、（スイッチＳ２のオンとオフの間の）この時間の長さは、５００μｓ（マイクロ秒）以下となり得る。更に、スイッチＳ２は、照明期間３１の間に少なくとも１回は、オンオフされる。
【００２２】
図４Ａは、本開示の実施形態にしたがった、読取装置のＣＰＵ１８によって実行されるタイミング図を示している。ＣＰＵ１８は、照明出力タイミング３０、露光タイミング４０、読み出しタイミング５０、デコードタイミング６０及びデータ出力タイミング７０を実行する時に、様々な制御信号を生成し、様々な動作を実行する。ＣＰＵ１８は、露光タイミング４０の各露光期間４０ａ，４０ｂ及び４０ｃの間、イメージセンサ１４にグローバルシャッタモードで光を収集するための動作をさせる。ＣＰＵ１８は、読み出しタイミング５０の各読み出し期間５０ａ，５０ｂの間にイメージセンサ１４によって収集された光データを読み出す。図４Ａにおいてその期間は露光タイミング４０の露光期間に重なる（例えば、読み出し期間５０ａは露光期間４０ｂに重なっているし、読み出し期間５０ｂは露光期間４０ｃに重なっている）。図４の実施形態では、ＣＰＵ１８は、デコードタイミング６０のデコード期間６０ａ及び６０ｂの間に、画像読取装置１０によって取り込まれた画像を生成するために、光データをデコードする試みを２度行う。デコード期間６０ａに対応する一度目のデコードの試みは失敗しているが、デコード期間６０ｂに対応する二度目のデコードの試みは成功している。他の実施形態では、ＣＰＵ１８は、光データをデコードする試みを２度より多く、あるいは少なく行うこともできる。画像のデコードが成功した時に（例えば、サブデコード期間６０ｂの終了時に）、照明期間３０の連続的なＬＩＬサブ照明期間３２を終了してもよい。（破線８０で表示されている）。画像読取装置１０によって取り込まれた画像のデコードが成功するには、数度の露光／読み出し期間が必要である。画像のデコードが成功し、照明期間３０が終了すると、データ出力タイミングのデータ出力期間７０ａを開始する。
【００２３】
図４Ｂは、本開示の他の実施形態に従った、画像読取装置のＣＰＵ１８によって実行されるタイミング図を示している。図４Ｂのタイミング図は、照明出力タイミング３０′の照明期間３１′が、連続的なサブ照明期間３２′とほぼ同時に開始する第１パルスサブ照明期間３４′ａを備えてもよいことを除けば、図４Ａのタイミング図に類似している。
【００２４】
図４Ｃは、本開示の更に別の実施形態に従った、画像読取装置のＣＰＵ１８によって実行されるタイミング図を示している。図４Ｃのタイミング図は、露光タイミング４０′が、読み出し期間５０ａ，５０ｂと重ならない短い露光期間４０ａ′，４０ｂ′を備えてもよいことを除けば、図４Ａのタイミング図と類似している。
【００２５】
図４Ｄは、本開示の更に別の実施形態に従った、画像読取装置のＣＰＵ１８によって実行されるタイミング図を示している。図４Ｄのタイミング図は、露光タイミング４０′が、読み出し期間５０ａ，５０ｂと重ならない短い露光期間４０ａ′、４０ｂ′を備えてもよいことを除けば、図４Ｂのタイミング図と類似している。
【００２６】
図４Ｅは、本開示の更に別の実施形態に従った、画像読取装置のＣＰＵ１８によって実行されるタイミング図を示している。図４Ｅのタイミング図は、照明出力タイミング３０″の照明期間３１″が、読み出し期間５０ａの後に３２ａ″及び３２ｂ″において少しの間休止する連続的なサブ照明期間３２″を備えてもよいことを除けば、図４Ｄのタイミング図と類似している。
【００２７】
図４Ｆは、本開示の更に別の実施形態に従った、画像読取装置のＣＰＵ１８によって実行されるタイミング図を示している。図４Ｆのタイミング図は、照明出力タイミング３０’’’の照明期間３１’’’が、読み出し期間５０ａの後に３２ａ’’’及び３２ｂ’’’ において少しの間休止する連続的なサブ照明期間３２’’’を備えてもよいことを除けば、図４Ｃのタイミング図と類似している。
【００２８】
図５Ａは、図４Ａ〜図４Ｄのタイミング図に従って動作する画像読取装置１０によって取り込まれた画像のデコード方法の代表的な実施形態を記載したフローチャートである。その方法は、撮像された表示あるいは撮像された物体の適切な露光期間を、画像読取装置１０が１フレーム期間内に決定することができるようにする。その方法はボックス５００から開始してボックス５０２に進み、ＣＰＵ１８が、照明期間３１（図４Ａ及び図４Ｃ）あるいは３１′（図４Ｂ及び図４Ｄ）に従って、照明システム１６に照明光を生成させ、連続的な低強度照明成分及び少なくとも１パルスの高強度照明成分で目標とされる表示あるいは物体を照明する。ボックス５０４で、ＣＰＵ１８は、選択された第１露光期間４０ａｉ（図４Ａ及び図４Ｂ）あるいは４０ａｉ′（図４Ｃ及び図４Ｄ）の間、照明されている表示あるいは物体から反射する光を、イメージセンサ１４にグローバルシャッタモードで収集させる。第１露光期間は、概して、相対的に短いイメージセンサのシャッタスピードとなる（例えば、７００μｓ未満になり得る）。ボックス５０６では、ＣＰＵ１８は、読み出し期間５０ａ（図４Ａ〜図４Ｄ）に従って、（画像を取り込んだ）イメージセンサ１４によって収集された反射光を表している画像データを読み出す。ボックス５０８では、画像データがＣＰＵ１８によって分析される。ＣＰＵ１８が、ボックス５０８で、取り込んだ画像が著しい露光不足ではないと判定した場合、処理はボックス５１６（「Ｎｏ」）に進む。ＣＰＵ１８は、ボックス５１６で、読み取りタイムアウト（すなわち、照明と撮像動作の終了）が発生したかを判定し、発生した場合（「Ｙｅｓ」）は、処理はボックス５２６に進んで終了する。しかし、もし、ＣＰＵ１８がボックス５１６で読み取りタイムアウトが発生していない（「Ｎｏ」）と判定した場合は、ＣＰＵ１８は、デコード期間６０ａ（図４Ａ〜図４Ｄ）に従って、ボックス５１８で、画像のデコードを試みる。ボックス５２０で、ＣＰＵ１８は、画像が上手くデコードされたかを判定し、デコードされた場合（「Ｙｅｓ」）、ＣＰＵ１８は、ボックス５２２で照明期間３１（図４Ａ及び図４Ｃ）あるいは照明期間３１′（図４Ｂ及び図４Ｄ）を終了し、ボックス５２４でデータ出力期間（図４Ａ〜図４Ｄ）に従ってデコードされた画像を出力する。そして、処理は、方法が終了となるボックス５２６に進む。しかし、もし、デコードがうまくいかないのであれば（「Ｎｏ」）、処理はボックス５１２に進む。ボックス５１２では、ＣＰＵ１８は取り込んだ画像の現在の画像強度に基づき適切な露光期間を計算し、ボックス５１２で、４０ｂｉ（図４Ａ及び図４Ｂ）あるいは４０ｂｉ′（図４Ｃ及び図４Ｄ）に従って、露光期間を延長する（シャッタスピードを遅くする。その後で、この方法を上述されているようにボックス５１６から続ける。
【００２９】
ボックス５０８に戻って、ＣＰＵ１８が取り込んだ画像が著しい露光不足であると判定した場合（「Ｙｅｓ」）、ロジックはボックス５１０に進み、そこにおいてＣＰＵ１８は、表示あるいは物体は低反射あるいはそれと同等であると結論付け、ボックス５１２で取り込んだ画像の現在の画像強度に基づいて適切な露光期間を計算する。そして、ボックス５１４で、ＣＰＵ１８は、４０ｂｉ（図４Ａ及び図４Ｂ）あるいは４０ｂｉ′（図４Ｃ及び図４Ｄ）にしたがって、露光期間を延長する（シャッタスピードを遅くする）。その後で、この方法を上述されているようにボックス５１６から続ける。
【００３０】
図５Ｂは、図４Ｅ及び図４Ｆのタイミング図に従って動作する画像読取装置１０によって取り込まれた画像をデコードする方法の代表的な実施形態を記載したフローチャートである。図５Ａに記載した方法と同様に、図５Ｂの方法は、撮像された表示あるいは撮像された物体の適切な露光期間を、画像読取装置１０が１フレーム期間内に決定することができるようにする。この方法は、ボックス５３０から開始してボックス５３２に進み、ＣＰＵ１８が、照明期間３１″（図４Ｅ）あるいは３１’’’（図４Ｆ）に従って、照明システム１６に照明光を生成させ、連続的な低強度照明成分及び少なくとも１パルスの高強度照明成分で目標とされる表示あるいは物体を照明する。ボックス５３４で、ＣＰＵ１８は、選択された第１露光期間４０ａｉ′（図４Ｅ及び図４Ｆ）の間、照明されている表示あるいは物体から反射する光を、イメージセンサ１４にグローバルシャッタモードで収集させる。第１露光期間は、概して、相対的に短いイメージセンサのシャッタスピードとなる（例えば、７００μｓ未満になり得る）。ボックス５３６では、ＣＰＵ１８は、読み出し期間５０ａ（図４Ｅ及び図４Ｆ）に従って、（画像を取り込んだ）イメージセンサ１４によって収集された反射光を表している画像データを読み出す。ボックス５３８では、照明期間３１″のタイミング部３２ａ″（図４Ｅ）あるいは、照明期間３１’’’のタイミング部３２ａ’’’（図４Ｆ）に従って、照明を瞬間的に終了させる。ボックス５４０では、画像データがＣＰＵ１８によって分析され得る。ＣＰＵ１８が、ボックス５４０で、取り込んだ画像が著しい露光不足ではないと判定した場合、処理はボックス５５０（「Ｎｏ」）に進む。ＣＰＵ１８は、ボックス５５０で、読み取りタイムアウトが発生したかを判定し、発生した場合（「Ｙｅｓ」）は、処理はボックス５６０に進んで終了する。しかし、もし、ＣＰＵ１８がボックス５５０で読み取りタイムアウトが発生していない（「Ｎｏ」）と判定した場合は、ＣＰＵ１８は、デコード期間６０ａ（図４Ｅ及び図４Ｆ）に従って、ボックス５５２で、画像のデコードを試みる。ボックス５５４で、ＣＰＵ１８は、画像が上手くデコードされたかを判定し、デコードされた場合（「Ｙｅｓ」）、ＣＰＵ１８は、ボックス５５６で照明期間３１″（図４Ｅ）あるいは照明期間３１’’’（図４Ｆ）を終了し、ボックス５５８でデータ出力期間（図４Ｅ及び図４Ｆ）に従ってデコードされた画像を出力する。そして、処理は、方法が終了となるボックス５６０に進む。もし、デコードがうまくいかないのであれば（「Ｎｏ」）、処理はボックス５４４に進む。ボックス５４４では、ＣＰＵ１８は取り込んだ画像の現在の画像強度に基づき適切な露光期間を計算し、ボックス５４６で、照明期間３１″（図４Ｅ）あるいは照明期間３１’’’（図４Ｆ）に従って照明システムを再開し、ボックス５４８で４０ｂｉ′（図４Ｅ及び図４Ｆ）に従って露光期間を延長する（シャッタスピードを遅くする）。その後で、この方法を上述されているようにボックス５５０から続ける。
【００３１】
ボックス５４０に戻って、ＣＰＵ１８が取り込んだ画像が著しい露光不足であると判定した場合（「Ｙｅｓ」）、ロジックはボックス５４２に進み、そこにおいてＣＰＵ１８は、表示あるいは物体は低反射あるいはそれと同等であると結論付け、ボックス５４４で取り込んだ画像の現在の画像強度に基づいて適切な露光期間を計算する。そして、ボックス５４６で、照明期間３１″（図４Ｅ）あるいは照明期間３１’’’（図４Ｆ）に従って照明システムを再開し、ボックス５４８で、４０ｂｉ′（図４Ｅ及び図４Ｆ）に従って露光期間を延長する（シャッタスピードを遅くする）。その後で、この方法を上述されているようにボックス５１６から続ける。
【００３２】
図６Ａは、図４Ａ〜図４Ｄのタイミング図に従って動作する画像読取装置１０によって取り込まれた画像をデコードする方法の別の代表的な実施形態を記載したフローチャートである。この方法は、フレームを個別の露光レベルに区分けすることにより、撮像された表示あるいは撮像された物体の適切な露光期間を、画像読取装置１０が１フレーム期間内に決定できるようにする。この方法は、ボックス６００から開始してボックス６０２に進み、ＣＰＵ１８が、照明期間３１（図４Ａ及び図４Ｃ）あるいは３１′（図４Ｂ及び図４Ｄ）に従って、照明システム１６に照明光を生成させ、連続的な低強度照明成分及び少なくとも１パルスの高強度照明成分で目標とされる表示あるいは物体を照明する。ボックス６０４で、ＣＰＵ１８は、選択された第１露光期間４０ａｉ（図４Ａ及び図４Ｂ）あるいは４０ａｉ′（図４Ｃ及び図４Ｄ）の間、照明されている表示あるいは物体から反射する光を、イメージセンサ１４にグローバルシャッタモードで収集させる。第１露光期間は、概して、相対的に短いイメージセンサのシャッタスピードとなる（例えば、７００μｓ未満になり得る）。ボックス６０６では、ＣＰＵ１８は、読み出し期間５０ａ（図４Ａ〜図４Ｄ）に従って、（画像を取り込んだ）イメージセンサ１４によって収集された反射光を表している画像データを読み出す。ボックス６０８で、ＣＰＵ１８は、図６Ｃに示されているように、イメージセンサ１４のイメージエリアＩＡ（列と行）を複数のブロックＢに分割し、図６Ｄに示されているように、各ブロックＢそれぞれについて異なるゲイン値ｍを設定する。ＣＰＵ１８は、ボックス６１０で、表示あるいは物体が取り込まれたイメージの中で置かれている位置を（以後のデコードのために露出を調整できるように）決定し、ボックス６１２で、図６Ｄに示されているように、複数セットのゲイン値から適切な１セットを選択する。ＣＰＵ１８は、ボックス６１４で、読み取りタイムアウトが発生したかを判定し、発生した場合（「Ｙｅｓ」）は、方法はボックス６２４に進んで終了する。しかし、もし、ＣＰＵ１８がボックス６１４で読み取りタイムアウトが発生していない（「Ｎｏ」）と判定した場合は、ＣＰＵ１８は、ボックス６１６で、図６Ｅに示したように、フレーム全体に対して選択されたゲイン値を適用し、露光期間４０ａｉ′（図４Ｅ及び４Ｆ）により、そのフレームにとって適切な露出を計算し、そして、デコード期間６０ａ（図４Ｅ及び４Ｆ）により、取り込んだ画像をデコードする。ボックス６１８で、ＣＰＵ１８は、画像が上手くデコードされたかを判定し、デコードされた場合（「Ｙｅｓ」）、ＣＰＵ１８は、ボックス６２０照明期間３１（図４Ａ及び図４Ｃ）あるいは照明期間３１′（図４Ｂ及び図４Ｄ）を終了し、ボックス６２２でデータ出力期間７０ａ（図４Ａ〜図４Ｄ）に従ってデコードされた画像を出力する。そして、処理は、方法が終了となるボックス６２４に進む。しかし、もし、デコードがうまくいかないのであれば（「Ｎｏ」）、処理はボックス６１４に進み、ここから上述したように続ける。すなわち、適切な露光レベルを決定するために、照明システム１６の照明レベル（明るさ）と、予め定義されたイメージセンサ���ゲイン値とをそれぞれ連続的に調整及び選択し、ＣＰＵ１８は、その決定された露光レベルを、画像のデコードに用いる。このことにより、選択された露出レベルが、画像読取装置によりデコードのために取り込まれる次の画像おいて再現され、反映される。
【００３３】
図６Ｂは、図４Ｅ及び図４Ｆのタイミング図に従って動作する画像読取装置１０によって取り込まれた画像をデコードする方法の別の代表的な実施形態を記載したフローチャートである。この方法は、フレームを個別の露光レベルに区分けすることにより、撮像された表示あるいは撮像された物体の適切な露光期間を、画像読取装置１０が１フレーム期間内に決定できるようにする。この方法は、ボックス６３０から開始してボックス６３２に進み、ＣＰＵ１８が、照明期間３１″（図４Ｅ）あるいは３１’’’（図４Ｆ）に従って、照明システム１６に照明光を生成させ、連続的な低強度照明成分及び少なくとも１パルスの高強度照明成分で目標とされる表示あるいは物体を照明する。ボックス６３４で、ＣＰＵ１８は、選択された第１露光期間４０ａｉ′（図４Ｅ及び図４Ｆ）の間、照明されている表示あるいは物体から反射する光を、イメージセンサ１４にグローバルシャッタモードで収集させる。第１露光期間は、概して、相対的に短いイメージセンサのシャッタスピードとなる（例えば、７００μｓ未満になり得る）。ボックス６３６では、ＣＰＵ１８は、読み出し期間５０ａ（図４Ｅ及び図４Ｆ）に従って、（画像を取り込んだ）イメージセンサ１４によって収集された反射光を表している画像データを読み出す。ボックス６３８で、ＣＰＵ１８は、図６Ｃに示されているように、イメージセンサ１４のイメージエリアＩＡ（列と行）を複数のブロックＢに分割し、図６Ｄに示されているように、各ブロックＢそれぞれについて異なるゲイン値ｍを設定する。ボックス６４０では、照明期間３１″のタイミング部３２ａ″（図４Ｅ）あるいは、照明期間３１’’’のタイミング部３２ａ’’’（図４Ｆ）に従って、照明を瞬間的に終了させる。ＣＰＵ１８は、ボックス６４２で、表示あるいは物体が取り込まれたイメージの中で置かれている位置を（以後のデコードのために露出を調整できるように）決定し、ボックス６４４で、図６Ｄに示されているように、複数セットのゲイン値から適切な１セットを選択する。ＣＰＵ１８は、ボックス６４６で、読み取りタイムアウトが発生したかを判定し、発生した場合（「Ｙｅｓ」）は、方法はボックス６５８に進んで終了する。しかし、もし、ＣＰＵ１８がボックス６４６で読み取りタイムアウトが発生していない（「Ｎｏ」）と判定した場合は、ＣＰＵ１８は、ボックス６４８で、照明期間３１″（図４Ｅ）あるいは照明期間３１’’’（図４Ｆ）に従って照明システムを再開する。ボックス６５０で、ＣＰＵ１８は、図６Ｅに示したようにフレーム全体に対して選択されたゲイン値を適用し、露光期間４０ａｉ′（図４Ｅ及び４Ｆ）により、そのフレームにとって適切な露出を計算し、そして、デコード期間６０ａ（図４Ｅ及び４Ｆ）により、取り込んだ画像をデコードする。ボックス６５２で、ＣＰＵ１８は、画像が上手くデコードされたかを判定し、デコードされた場合（「Ｙｅｓ」）、ＣＰＵ１８は、ボックス６５４で照明期間３１″（図４Ｅ）あるいは照明期間３１’’’（図４Ｆ）を終了し、ボックス６５６でデータ出力期間７０ａ（図４Ｅ及び図４Ｆ）に従ってデコードされた画像を出力する。そして、処理は、方法が終了となるボックス６５８に進む。し���し、もし、デコードがうまくいかないのであれば（「Ｎｏ」）、処理はボックス６４６に進み、そこから上述したように続ける。
【００３４】
図７は、本開示の代表的な実施形態に従った、撮像及びデコード（Ｉ／Ｄ）モジュールの上面斜視図である。Ｉ／Ｄモジュールは、台座モジュール２００、カメラモジュール３００及びデコードモジュール４００を備える。
【００３５】
図８Ａは代表的な実施形態に従った、カメラモジュール３００の分解図である。カメラモジュール３００は、照明システムプリント基板（ＰＣＢ）３１０、カメラ本体３２０、イメージセンサＰＣＢ３３０及び相互接続ＰＣＢ３４０を備える。照明システムＰＣＢ３１０は、カメラ本体３２０の前方側３２６に装着され、相互接続ＰＣＢ３４０は、カメラ本体３２０の頂部壁３２１に装着され、イメージセンサＰＣＢ３３０はカメラ本体３２０の後方側３２７に装着される。
【００３６】
照明システムＰＣＢ３１０は、照明システムＰＣＢ３１０の前方側３１１に装着される、照準レンズ３１２、２つの照明ＬＥＤ３１３（光源１６ａ)、照明回路１６ｂ（可視化されていない）及び温度センサ３１４を備えている。この照明システムＰＣＢ３１０、照準レンズ３１２、照明ＬＥＤ３１３、照明回路１６ｂ及び温度センサ３１４は、先に記載した照明システム１６を形成することができる。照準レンズ３１２は、円筒状の前方面３１２１と、前方面３１２１に垂直で、照明システムＰＣＢ３１０の第１開口部３１５を通り、カメラ本体３２０の開口部を通りイメージセンサＰＣＢ３３０まで延びる、円筒状の後方面３１２２を含むことができる。照準レンズ３１２は、例えば、ポリカーボネイトエンジニアリングプラスティックにより製造したプラスチックレンズとしてもよい。図８Ｂに示したように、照明ＬＥＤ３１３はＬＥＤ照明エリアＬＩＡを生成する。
【００３７】
再び図８Ａに言及すると、カメラ本体３２０は頂部壁３２１、底部壁３２２、側部壁３２３及び３２４、頂部壁３２１と底部壁３２２との間に延びる円筒部３２５を含んでいる。カメラ本体３２０は、適切な材料であればどのような材料からでも製造することが可能であり、例えば、プラスチック樹脂であるが、これに限られるものではない。画像焦点レンズ３５０はカメラ本体３２０の円筒部３２５に装着され、照明ＰＣＢ３１０の第２開口部３１６を通じて延びる。画像合焦レンズ３５０は、可変焦点レンズあるいは固定焦点レンズのセットである。
【００３８】
イメージセンサＰＣＢ３３０は、照準ＬＥＤチップ３３３と、前方面３３１に装着されたイメージセンサ１４と、後方面に装着されたメモリ（不可視）とを含む。イメージセンサ１４（図８Ｂ）の視野（ＦＯＶ）は照明ＬＥＤ３１３によって生成されるＬＥＤ照明エリアＬＩＡ内に配置される。照準ＬＥＤチップ３３３によって生成される光は照準レンズ３１２の前面及び後面３１２１，３１２２に突き当たる。照準レンズ３１２の面３１２１及び３１２２は、突き当たった光の放出角を制御し、そこにおいて、面３１２１は垂直方向に光を集め、面３１２２は水平方向に光を集める。したがって、照準ＬＥＤチップ３３３は、イメージセンサ１４の視野ＦＯＶ内に水平方向に延びるＬＥＤ照準エリアＬＡＡを生成する。
【００３９】
このイメージセンサ１４は合焦レンズ３５０と並んでおり、そのため、レンズ３５０は、対象物から反射される光の焦点を、その光を物体の画像を表すデータを含むデジタル信号に変換するイメージセンサ１４の上に合わせることができる。イメージセンサ１４は、ＣＭＯＳイメージセンサ、ＣＣＤイメージセンサ、あるいは他の適宜の画像検出装置であって、対象物から反射した光を、その対象物の画像を表すデータを含むデジタル信号に変換することができるものを備える。そのようなイメージセンサの構造及び動作はこの技術分野についてよく知られている。赤外線遮断フィルタ３３６は、イメージセンサ１４と画像合焦レンズ３５０との間に、赤外線を除去して画質を向上させるために設けることができる。代表的な一実施形態においては、赤外線フィルタ３３６は、Ｉ／Ｄモジュール１２の製造費を削減するためにイメージセンサ１４のカバーガラスのコーティングとして設けられる。
【００４０】
相互接続ＰＣＢ３４０は、カメラ本体の頂部壁３２１に配置され、照明システムＰＣＢ３１０とイメージセンサＰＣＢ３３０とを電気的に接続する。
【００４１】
図９は、先に記載したカメラモジュール３００と、デコーダモジュール４００の代表的な実施形態とのブロック図である。そこにおいて示したように、デコーダモジュールは、協働してイメージセンサ１４と照明システム１６とを制御するＣＰＵ１８（コントローラ／デコーダ）、第１メモリ４１２及び第２メモリ４１３（例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）とリードオンリーメモリ（ＲＯＭ））を含むデコーダＰＣＢを含む。デコーダＰＣＢはさらに、モジュール電源４２１、電源管理制御ＣＰＵ４２２、バッファ４２３及びインターフェイス４２４を含んでいてもよい。
【００４２】
本開示の代表的な図及び特定の実施形態が、記載され、描かれてきたが、クレームに示される本発明の範囲は、説明してきた具体的な実施形態に限定されるものではないと理解されるべきである。したがって、実施形態は、限定的なものでなく、具体例として扱われるものであり、当該技術分野の当業者によれば、上述の実施形態に関し、クレームに示される発明の範囲から離れることなく、その実施形態に倣った同等な構造及び機能のバリエーションを作り出すことができると理解されるべきである。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
0006053224.tif 000004
【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
0006053224.tif 000006
【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
0006053224.tif 000008
【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
0006053224.tif 000010
【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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【図５Ａ】
0006053224.tif 000013
【図５Ｂ】
0006053224.tif 000014
【図６Ａ】
0006053224.tif 000015
【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
0006053224.tif 000019
【図９】
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【図１０Ａ】
0006053224.tif 000021
【図１０Ｇ】
0006053224.tif 000022
【図１０Ｊ】
0006053224.tif 000023
【図６Ｃ】
0006053224.tif 000024
【図６Ｄ】
0006053224.tif 000025
【図６Ｅ】
0006053224.tif 000026
【図１０Ｂ】
0006053224.tif 000027
【図１０Ｃ】
0006053224.tif 000028
【図１０Ｄ】
0006053224.tif 000029
【図１０Ｅ】
0006053224.tif 000030
【図１０Ｆ】
0006053224.tif 000031
【図１０Ｈ】
0006053224.tif 000032
【図１０Ｉ】
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【図１０Ｋ】
0006053224.tif 000034
【図１０Ｌ】
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