(57)【要約】【課題】  読取対象物までの距離や読取対象物の移動速度が分らなくても読取対象物上に配置された光反射率が周囲と異なる記号により示される情報を素早く且つ正確に読み取れるようにする。【解決手段】  コードスキャナ１のデコーダ２０は、ＣＭＯＳイメージセンサ１３が検出する、レーザ光発生器１５が出力したレーザ光１５ａの荷物４による反射光に基づいて、その荷物４までの距離を測定し、その測定した距離に基づいて、撮像時のフォーカスレンズ１１のフォーカス及びパルスＬＥＤ１４による照明の照射光量をそれぞれ調整し、その調整後の条件で撮像した荷物４上のコード記号５を含む画像を解析し、そのコード記号により示される情報をデコードする。【選択図】        図１
2011034360.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光反射率が周囲と異なる記号により示される情報を読み取る光学的情報読取装置であって、
レーザ光を出力するレーザ出力手段と、
読取対象物を照明する照明手段と、
読取対象物の画像を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段が検出する、前記レーザ出力手段が出力したレーザ光の読取対象物による反射光に基づいて、該読取対象物までの距離を測定する距離測定手段と、
該距離測定手段が測定した距離に基づいて、前記撮像手段の撮像時のフォーカス及び前記照明手段による照明の照射光量を調整する調整手段と、
該調整手段による調整後の条件で前記撮像手段によって撮像した前記読取対象物の画像を解析し、該読取対象物上に配置された、光反射率が周囲と異なる記号により示される情報をデコードするデコード手段とを有することを特徴とする光学的情報読取装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光学的情報読取装置であって、
読取対象物までの距離と、前記撮像手段が備える光学系に該距離に対応するフォーカスを設定するための駆動制御パラメータの値とを対応付けたフォーカステーブルを記憶する手段を備え、
前記調整手段は、前記距離測定手段が測定した距離をもとに前記フォーカステーブルを検索して取得した駆動制御パラメータの値に基づき、前記撮像手段が備える光学系を駆動することにより、フォーカスの調整を行うことを特徴とする光学的情報読取装置。
【請求項３】
請求項２に記載の光学的情報読取装置であって、
前記フォーカステーブルにおいて、フォーカスを所定の初期値に設定した場合の焦点深度の前後所定範囲の距離については、対応する駆動制御パラメータの値を、前記所定の初期値と対応する一定の値としたことを特徴とする光学的情報読取装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光学的情報読取装置であって、
前記撮像手段が備える光学系は、電圧の印加によって屈折力を調整可能な液体レンズを含み、
前記調整手段は、前記液体レンズに印加する電圧を調整することによって前記フォーカスの調整を行うことを特徴とする光学的情報読取装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光学的情報読取装置であって、
読取対象物までの距離と、前記照明手段に該距離に適した照射光量の照明を行わせるための駆動制御パラメータの値とを対応付けた照明テーブルを記憶する手段を備え、
前記調整手段は、前記距離測定手段が測定した距離をもとに前記照明テーブルを検索して取得した駆動制御パラメータの値に基づき、前記照明手段を駆動することにより、照明光量の調整を行うことを特徴とする光学的情報読取装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光学的情報読取装置であって、
前記レーザ出力手段として、可視光のレーザ光を出力する手段と、不可視光のレーザ光を出力する手段とを有し、
ユーザの操作がない場合には、前記レーザ出力手段に前記不可視光のレーザ光を出力させ、ユーザによる所定の操作があった場合に、前記レーザ出力手段が出力するレーザ光を前記可視光のレーザ光に切り換える手段を設けたことを特徴とする光学的情報読取装置。
【請求項７】
レーザ出力手段が出力したレーザ光の読取対象物による反射光を撮像手段により検出し、該検出した反射光に基づいて、前記読取対象物までの距離を測定する距離測定工程と、
該距離測定工程で測定した距離に基づいて、撮像時の前記撮像手段のフォーカス及び照明手段による照明の照射光量を調整する調整工程と、
該調整工程による調整後の条件で前記撮像手段によって撮像した前記読取対象物の画像を解析し、該読取対象物上に配置された、光反射率が周囲と異なる記号により示される情報をデコードするデコード工程とを有することを特徴とする光学的情報読取方法。
【請求項８】
請求項７に記載の光学的情報読取方法であって、
前記調整工程では、前記距離測定工程で測定した距離をもとに、読取対象物までの距離と、前記撮像手段が備える光学系に該距離に対応するフォーカスを設定するための駆動制御パラメータの値とを対応付けたフォーカステーブルを検索して取得した駆動制御パラメータの値に基づき、前記撮像手段が備える光学系を駆動することにより、フォーカスの調整を行うことを特徴とする光学的情報読取方法。
【請求項９】
請求項８に記載の光学的情報読取方法であって、
前記フォーカステーブルにおいて、フォーカスを所定の初期値に設定した場合の焦点深度の前後所定範囲の距離については、対応する駆動制御パラメータの値を、前記所定の初期値と対応する一定の値としたことを特徴とする光学的情報読取方法。
【請求項１０】
請求項７乃至９のいずれか一項に記載の光学的情報読取方法であって、
前記撮像手段が備える光学系は、電圧の印加によって屈折力を調整可能な液体レンズを含み、
前記調整工程では、前記液体レンズに印加する電圧を調整することによって前記フォーカスの調整を行うことを特徴とする光学的情報読取方法。
【請求項１１】
請求項７乃至１０のいずれか一項に記載の光学的情報読取方法であって、
前記調整工程では、前記距離測定工程で測定した距離をもとに、読取対象物までの距離と、前記照明手段に該距離に適した照射光量の照明を行わせるための駆動制御パラメータの値とを対応付けた照明テーブルを検索して取得した駆動制御パラメータの値に基づき、前記照明手段を駆動することにより、照明光量の調整を行うことを特徴とする光学的情報読取方法。
【請求項１２】
請求項７乃至１１のいずれか一項に記載の光学的情報読取方法であって、
前記レーザ出力手段は、可視光のレーザ光を出力する手段と、不可視光のレーザ光を出力する手段とを有しており、
ユーザの操作がない場合には、前記レーザ出力手段に前記不可視光のレーザ光を出力させ、ユーザによる所定の操作があった場合に、前記レーザ出力手段が出力するレーザ光を前記可視光のレーザ光に切り換える工程を含むことを特徴とする光学的情報読取方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光反射率が異なるパターンで構成されるバーコード，二次元コード等のコード記号の画像を撮像し、その撮像した画像からコード記号によって表された情報を読み取るコードスキャナ，２次元コードスキャナ，マルチコードスキャナを含む光学的情報読取装置と、上記のようなコード記号によって表された情報を読み取る光学的情報読取方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、流通，郵便，医療，化学検査，イベント会場などの広範な分野で、物品，書類，材料，被検体，その他各種の物の自動認識手段として、光反射率が周囲と異なる記号で情報を表記したバーコードや二次元コードなどのコード記号が広く使用されている。
例えば、検品作業，配送作業において、ベルトコンベアにコード記号を添付した商品，荷物などの物品を載せて所定の場所まで移動させる際に、コードスキャナで物品に添付されたコード記号によって表された情報を読み取り、その読み取った情報をホストコンピュータに送信し、物品の内容物の確認や経過記録，配送地及び配送時間の確認等が行われている。
【０００３】
そして、このようなコード記号の読み取りに際しては、ベルトコンベア上を移動するコード記号を的確に捕捉し、そのコード記号により示される情報を正確にデコードしなくてはならない。
また、このようなコード記号の読み取りには、光学的読取装置として、ＣＭＯＳセンサやＣＣＤセンサなどの固体撮像素子を用いたコードスキャナが広く使用されている。
【０００４】
上述のような光学的読取装置の従来技術の一つとして、特許文献１に記載のように、二次元に配列された複数の撮像素子で移動するバーコードを撮像し、その各撮像素子の出力値に対応する画像内での、露出時間中に移動するバーコードの移動距離を撮像素子数に換算して算出し、その移動距離及び隣接する撮像素子同士の出力値の差分値を用いて、上記画像内でのバーコードを含む部分からバーコードの静止画像を復元し、その復元したバーコードをデコードすることにより、移動ぶれでぼやけているバーコード画像からバーコードを読み取る技術があった。
【０００５】
また、もう一つの技術として、特許文献２に記載のように、移動する情報コードの情報の読み取りが成功するまで、何度か撮像を試みて、成功したときの照明の明るさ等の条件を記憶し、その条件に基づいて実際のコード読み取りを行う技術があった。
さらに、特許文献３に記載のように、ＣＭＯＳセンサやＣＣＤセンサなどの固体撮像素子を用いた一般に使用されるデジタルカメラでは、移動する被写体を撮像するのに耐えうるような仕様にある程度なっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２３０４７７号公報
【特許文献２】特開２００４−１１０６６８号公報
【特許文献３】特開２００６−１９７３９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、撮像した画像からバーコードをデコードするためのＣＰＵの計算量が多くなり、装置作動に悪影響が出やすいので、高性能の固体撮像デバイスを採用する必要があり、コストがかかってしまうという問題があった。また、バーコードを含む画像が焦点の合っていないぼけた画像の場合、バーコードを正確にデコードできないという問題があった。
次に、特許文献２に記載の技術では、事前にテストモードを行う必要があり、すぐに物品の情報コードの読み取り作業にとりかかることができない。また、１つの現場で適用した条件がどこでも使用できるとは限らず、使用場所あるいは使用状態が異なるたびにテストモードを行う必要があり、操作者の負担になってしまう。したがって、読取対象物が示す情報を素早く且つ正確に読み取ることができないという問題があった。
【０００８】
さらに、特許文献３に記載の技術は、コードスキャナに適用するには、機体構造やソフトウェアアルゴリズムが複雑であり、コード記号の撮像には不要な処理が含まれ、上述したような作業現場で迅速な処理を行うことは望めないので、上述の従来の各技術と同様に、その読取対象に含まれるコード記号を素早く正確に読み取ることができないという問題があった。
この発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、読取対象物までの距離や読取対象物の移動速度が分らなくても読取対象物上に配置された光反射率が周囲と異なる記号により示される情報を素早く且つ正確に読み取れるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明は上記の目的を達成するため、光反射率が周囲と異なる記号により示される情報を読み取る光学的情報読取装置であって、レーザ光を出力するレーザ出力手段と、読取対象物を照明する照明手段と、読取対象物の画像を撮像する撮像手段と、上記撮像手段が検出する、上記レーザ出力手段が出力したレーザ光の読取対象物による反射光に基づいて、その読取対象物までの距離を測定する距離測定手段と、その距離測定手段が測定した距離に基づいて、上記撮像手段の撮像時のフォーカス及び上記照明手段による照明の照射光量を調整する調整手段と、その調整手段による調整後の条件で上記撮像手段によって撮像した上記読取対象物の画像を解析し、その読取対象物上に配置された、光反射率が周囲と異なる記号により示される情報をデコードするデコード手段を有する光学的情報読取装置を提供する。
【００１０】
また、上記のような光学的情報読取装置において、読取対象物までの距離と、上記撮像手段が備える光学系に該距離に対応するフォーカスを設定するための駆動制御パラメータの値とを対応付けたフォーカステーブルを記憶する手段を備え、上記調整手段を、上記距離測定手段が測定した距離をもとに上記フォーカステーブルを検索して取得した駆動制御パラメータの値に基づき、上記撮像手段が備える光学系を駆動することにより、フォーカスの調整を行うようにするとよい。
【００１１】
さらに、上記フォーカステーブルにおいて、フォーカスを所定の初期値に設定した場合の焦点深度の前後所定範囲の距離については、対応する駆動制御パラメータの値を、上記所定の初期値と対応する一定の値にするとよい。
また、上記撮像手段が備える光学系は、電圧の印加によって屈折力を調整可能な液体レンズを含み、上記調整手段を、上記液体レンズに印加する電圧を調整することによって上記フォーカスの調整を行うようにするとよい。
【００１２】
さらに、上記のような光学的情報読取装置において、読取対象物までの距離と、上記照明手段にその距離に適した照射光量の照明を行わせるための駆動制御パラメータの値とを対応付けた照明テーブルを記憶する手段を備え、上記調整手段を、上記距離測定手段が測定した距離をもとに上記照明テーブルを検索して取得した駆動制御パラメータの値に基づき、上記照明手段を駆動することにより、照明光量の調整を行うようにするとよい。
【００１３】
さらにまた、上記レーザ出力手段として、可視光のレーザ光を出力する手段と、不可視光のレーザ光を出力する手段を有しており、ユーザの操作がない場合には、上記レーザ出力手段に上記不可視光のレーザ光を出力させ、ユーザによる所定の操作があった場合に、上記レーザ出力手段が出力するレーザ光を上記可視光のレーザ光に切り換える手段を設けるようにするとよい。
【００１４】
また、この発明は、レーザ出力手段が出力したレーザ光の読取対象物による反射光を撮像手段により検出し、その検出した反射光に基づいて、上記読取対象物までの距離を測定する距離測定工程と、その距離測定工程で測定した距離に基づいて、撮像時の上記撮像手段のフォーカス及び照明手段による照明の照射光量を調整する調整工程と、その調整工程による調整後の条件で上記撮像手段によって撮像した上記読取対象物の画像を解析し、その読取対象物上に配置された、光反射率が周囲と異なる記号により示される情報をデコードするデコード工程とを有する光学的情報読取方法も提供する。
【００１５】
このような光学的情報読取方法において、上記調整工程では、上記距離測定工程で測定した距離をもとに、読取対象物までの距離と、上記撮像手段が備える光学系にその距離に対応するフォーカスを設定するための駆動制御パラメータの値とを対応付けたフォーカステーブルを検索して取得した駆動制御パラメータの値に基づき、上記撮像手段が備える光学系を駆動することにより、フォーカスの調整を行うようにするとよい。
【００１６】
さらに、上記フォーカステーブルにおいて、フォーカスを所定の初期値に設定した場合の焦点深度の前後所定範囲の距離については、対応する駆動制御パラメータの値を、上記所定の初期値と対応する一定の値とするとよい。
さらに、上記撮像手段が備える光学系が、電圧の印加によって屈折力を調整可能な液体レンズを含み、上記調整工程では、上記液体レンズに印加する電圧を調整することによって上記フォーカスの調整を行うようにするとよい。
【００１７】
さらにまた、上記調整工程では、上記距離測定工程で測定した距離をもとに、読取対象物までの距離と、上記照明手段にその距離に適した照射光量の照明を行わせるための駆動制御パラメータの値とを対応付けた照明テーブルを検索して取得した駆動制御パラメータの値に基づき、上記照明手段を駆動することにより、照明光量の調整を行うようにするとよい。
【００１８】
さらにまた、上記レーザ出力手段が、可視光のレーザ光を出力する手段と、不可視光のレーザ光を出力する手段とを有しており、ユーザの操作がない場合には、上記レーザ出力手段に上記不可視光のレーザ光を出力させ、ユーザによる所定の操作があった場合に、上記レーザ出力手段が出力するレーザ光を上記可視光のレーザ光に切り換える工程を含むようにするとよい。
【発明の効果】
【００１９】
この発明による光学的情報読取装置と光学的情報読取方法は、読取対象物までの距離や読取対象物の移動速度が分らなくても読取対象物上に配置された光反射率が周囲と異なる記号により示される情報を素早く且つ正確に読み取れるようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】この発明の光学的情報読取装置の一実施形態であるコードスキャナの内部構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示したコードスキャナが備える液体レンズの構成例を示す断面図である。
【図３】図１に示すＣＭＯＳイメージセンサの内部構成例を示すブロック図である。
【図４】図１に示すコードスキャナのＣＰＵが実行する読み取り処理を示すフローチャートである。
【図５】図３に示すイメージエリアに写る反射光の例を示す説明図である。
【００２１】
【図６】図１に示すＣＭＯＳイメージセンサから読取対象物までの距離の算出に必要なパラメータの説明図である。
【図７】図１に示すコードスキャナがコード記号の読み取りを行う際の各部の動作タイミングの一例を示すタイミングチャートである。
【図８】図１に示すコードスキャナで使用するフォーカステーブルのデータ内容の一例を示す説明図である。
【図９】図１に示すコードスキャナにおける焦点深度の説明図である。
【図１０】図１に示すコードスキャナにおける焦点深度の他の説明図である。
【００２２】
【図１１】図１に示すコードスキャナにおける読取対象物までの距離とＣＭＯＳイメージセンサで受光する光の強度との関係を示す説明図である。
【図１２】図１に示すコードスキャナで使用する照明テーブルのデータ内容の一例を示す説明図である。
【図１３】図１に示すコードスキャナに設ける光学系の他の構成例を示す図である。
【図１４】図１に示すコードスキャナの変形例における読み取り処理時の各部の他の動作例のタイミングチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、この発明を実施するための形態を図面に基づいて具体的に説明する。
まず、この発明の光学的情報読取装置の一実施形態であるコードスキャナについて図１乃至図１１を用いて説明する。
【００２４】
図１は、そのコードスキャナの内部構成を示すブロック図である。
図１に示すように、コードスキャナ１は、使用者が手持ちで、あるいは予め固定位置に設置して、光反射率が周囲と異なる記号により示されるコード記号等の情報を読み取る装置である。そしてここでは、ベルトコンベア３に載せられ、図中矢示Ａ方向へ移動する読取対象物である荷物４上に配置されたコード記号５を含む画像を撮像し、その画像に基づいてコード記号５により示される情報を読み取る装置として構成しているが、もちろん、荷物棚等に置かれて静止している状態の荷物に添付されたコード記号を読み取ることもできる。
上記コード記号５は、光反射率が周囲と異なる記号であり、バーコード，ニ次元コードを含む各種の記号を使用することができる。
【００２５】
このコードスキャナ１は、光学部１０と、デコーダ２０とを備える。
このうち光学部１０は、読取対象物の検知とその読取対象物までの距離の測距の為に、読取対象物へのレーザ光の照射とその反射光の検出を行うと共に、コード記号５を含む読取対象物の撮像を行うモジュールであり、フォーカスレンズ１１，マスタレンズ１２，ＣＭＯＳ（相補性金属酸化膜半導体）イメージセンサ１３，パルスＬＥＤ（発光ダイオード）１４，レーザ光発生器１５，温度センサ１６を有する。
【００２６】
フォーカスレンズ１１とマスタレンズ１２は、ＣＭＯＳイメージセンサ１３上にコード記号５を含む読取対象物からの反射光を結像させるためのレンズ群である。この反射光には、レーザ光発生器１５が照射したレーザ光やパルスＬＥＤ１４が照射した照明光の反射光が含まれる。
そしてここでは、マスタレンズ１２としてガラス製若しくはプラスチック製のレンズを、フォーカスレンズ１１として、印加電圧によって焦点距離を調整可能な液体レンズを使用している。
【００２７】
図２に、その液体レンズの構成の一例を断面図により示す。
液体レンズ１１ａは、導電性の高い水溶液１０１と絶縁体の油１０２とを、光を透過する透明な窓部を対向する２面に有した容器１０３に封じ込めて構成したものである。また、水溶液１０１と接する電極１０４ａと、絶縁部１０６を介して水溶液１０１と油１０２の両方と接する電極１０４ｂとを備えている。
【００２８】
この液体レンズ１１ａは、電極１０４ａと電極１０４ｂとの間に電圧を印加することにより、エレクトロウエッティング現象を利用して、水溶液１０１と油１０２との境界面１０５の形状を、破線と実線で示すように変化させることができる。そして、このことにより、印加電圧の強さに応じて窓部を通過する光に対する屈折力を制御して、焦点距離を調整可能である。
【００２９】
コードスキャナ１においては、この液体レンズ１１ａをフォーカスレンズ１１として用いてそのフォーカスレンズ１１の電極に対する印加電圧を制御することにより、レンズ群全体の焦点距離を調整可能である。
なお、この液体レンズについては、例えば、『Ｂｒｕｎｏ  Ｂｅｒｇｅ、「機構部品ゼロ  量産近づく液体レンズの実力」、日経エレクトロニクス、日本、日経ＢＰ社、２００５年１０月２４日、ｐ．１２９−１３５』に詳しく記載されているので、上述以上の詳細な説明は省略する。
【００３０】
図１の説明に戻ると、ＣＭＯＳイメージセンサ１３は、上記レンズ群を通して入射する光をアレイ状に配列されたセンサにより検出し、その各センサによる検出信号をデジタル画像データとしてデコーダ２０へ出力することにより、読取対象物の画像を撮像する撮像手段である。
【００３１】
図３に、このＣＭＯＳイメージセンサ１３の内部構成例を示す。
図３に示すように、ＣＭＯＳイメージセンサ１３は、イメージエリア１１０、アナログプロセッサ１１４、アナログ−デジタル（ＡＤ）コンバータ１１５、デジタルプロセッサ１１６、コントロールレジスタ１１７、タイミングコントローラ１１８を有する。
【００３２】
そして、このうちイメージエリア１１０では、画素部１１１において、フォトダイオードと、フロー浮遊拡散（ｆｌｏｕｔｉｎｇ  ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ：ＦＤ）領域と、上記フォトダイオードから上記ＦＤ領域に電荷を転送するための転送トランジスタと、上記ＦＤ領域を所定の電位にリセットするためのリセットトランジスタとをそれぞれ有する複数の画素を、マトリックス状に形成し、読み出し画素を指定するための垂直信号の制御をする垂直シフトレジスタ１１２及び水平信号の制御をする水平シフトレジスタ１１３を配置している。
【００３３】
上記垂直シフトレジスタ１１２と水平シフトレジスタ１１３は、それぞれ画素駆動に必要な電圧を発生させると共に、ＦＤ領域に蓄積された電荷量に応じた各画素の画像信号を順次出力させるアナログ回路であり、出力された各画素の画像信号は、アナログプロセッサ１１４，ＡＤコンバータ１１５，デジタルプロセッサ１１６を順次経由してデコーダ２０へ出力される。
【００３４】
アナログプロセッサ１１４は、上記垂直シフトレジスタ１１２と水平シフトレジスタ１１３により指定された画素から出力されるアナログ画素信号に対して電圧増幅，ゲイン調整等の所定のアナログ信号処理を行う。
ＡＤコンバータ１１５は、アナログプロセッサ１１４から出力されるアナログ画像信号をデジタル画像データに変換する。
デジタルプロセッサ１１６は、ＡＤコンバータ１１５から出力されるデジタル画像データに対してノイズキャンセル，データ圧縮等のデジタル処理を施し、処理後のデジタル画像データをデコーダ２０へ出力する。
【００３５】
また、コントロールレジスタ１１７は、シリアルレジスタＩ／Ｏとの間で入出力する信号を格納し、タイミングコントローラ１１８によってアナログプロセッサ１１４及びデジタルプロセッサ１１６のクロックタイミングを合わせて、画素部１１１の各画素からのアナログ画像信号を所定の順番でデジタル画像データに変換してデコーダ２０へ出力させる。
【００３６】
さらに、このＣＭＯＳイメージセンサ１３は、各画素における受光量に応じた電荷の蓄積開始及び蓄積停止を全画素において略同時に制御するグローバルシャッタを採用しており、図示を省略するが、各画素における蓄積電荷に相当する値を共通の基準値と個別に比較する複数の比較器、それらの出力信号の論理和信号を出力するための端子等を備えている。
【００３７】
そして、画素部１１１の複数の比較器の出力の少なくとも１つが、基準値より蓄積電荷が大きくなったことを示したときに、グローバルシャッタを制御して各画素における電荷の蓄積停止を実行する。
このＣＭＯＳイメージセンサ１３が撮像し出力するデジタル画像データは、デコーダ２０において、読取対象物の検知、読取対象物までの距離の測距、およびコード記号５の示す情報の読み取りに用いられる。
【００３８】
また、上述のグローバルシャッタは、各画素における受光量に応じた電荷の蓄積開始及び蓄積停止を全画素において略同時に制御できるので、走査ラインごとに順次シャッタを切るローリングシャッタなどと異なり、ＦＤ領域に蓄積された信号電荷量に応じた画素信号が得られ、露光後のＦＤ領域への転送タイミングを調整することで、パルスＬＥＤ１４の発光やレーザ光発生器１５のレーザ光の発光と同期させてシャッタが切れることにより、非常に短いシャッタスピードが可能となり、移動体による画像のブレをなくすことができる。また、周囲の環境光の影響を受けずレーザ光の反射光のみを受光できる。
【００３９】
図１の説明に戻ると、パルスＬＥＤ１４は、デコーダ２０からの制御により読取対象物に照明光１４ａを照射して照明する照明手段である。この照明は、ＣＭＯＳイメージセンサ１３の撮像フレームに同期したパルス光の照射によって行い、その照射時間を調整することによって、１フレームの撮像期間内に読取対象物からの反射光によりＣＭＯＳイメージセンサ１３の各フォトダイオードに蓄積される電荷量を調整することができる。すなわち、照明時間を長くすれば、ＣＭＯＳイメージセンサ１３が撮像により得る画像は明るい画像となるし、短くすれば、暗い画像となる。
【００４０】
レーザ光発生器１５は、読取対象物の検知及び読取対象物までの距離の測距に用いるレーザ光１５ａを出力するレーザ出力手段である。このレーザ光発生器１５は、読取対象物がコードスキャナ１によるコード記号５の読み取りが可能と考えられる位置にある場合にその読取対象物（コード記号５の位置とは限らない）からの反射光をＣＭＯＳイメージセンサ１３に入射させられるような位置及び角度で配置する。また、レーザ光発生器１５が出力するレーザ光は、可視光であっても不可視光であっても、任意の波長のものでよいが、例えば、６５０ｎｍ（ナノメートル）の赤色レーザ光や、７８０ｎｍの赤外線レーザ光を出力するものとするとよい。
【００４１】
レーザ光として可視光を用いると、レーザ光によるスポットを視認できるため、レーザ光を、測距だけでなく、コード記号５とコードスキャナ１の読取範囲との位置合わせにも用いることができる。また、不可視光を用いると、レーザ光によるスポットが視認されないため、パルス点灯させておいても周囲の人を不快にさせることがない。従って、コードスキャナ１を、レーザ光を常時パルス点灯させておき、レーザ光を点灯させるための動作や操作なしに速やかに読み取りを開始できるような構成とすることができる。
なお、可視光と不可視光の双方のレーザ光を出力可能な２波長レーザ光発生器を用い、２種のレーザ光を状況に応じて自動的に又は手動で切り換えて出力できるようにすることも考えられる。
【００４２】
温度センサ１６は、コードスキャナ１の周囲の温度、特にフォーカスレンズ１１の周囲の温度を検知する温度検知手段である。液体レンズにおける印加電圧と焦点距離との関係は、温度によって変化するため、焦点距離を所望の値にするために印加する電圧の値は、この温度センサ１６が検知した温度も考慮して定める。ただし、以下の説明では、説明を簡単にするため、特に必要な場合を除いては、温度についての説明は省略する。
【００４３】
次に、デコーダ２０は、ＣＰＵ２１と、ＣＰＵ２１が実行するプログラムとテーブルを記憶したＲＯＭ２２と、ＣＰＵ２１が各種の処理を実行する際の作業領域として使用するＲＡＭ２３を備えている。
上記ＣＰＵ２１，ＲＯＭ２２，ＲＡＭ２３としては、例えば、エーシック（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ：ＡＳＩＣ），フラッシュロム（ＦＲＯＭ），ＳＤＲＡＭ（Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ  Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）を用いることができる。
【００４４】
ＣＰＵ２１は、ＲＡＭ２３を作業領域としてＲＯＭ２２に記憶されたプログラムを実行することにより、コードスキャナ１全体の動作を制御すると共に、ＣＭＯＳイメージセンサ１３が撮像したデジタル画像データに基づく、読取対象物の検知、読取対象物までの距離の測距、その距離に基づく焦点距離及び照明光量の調整、コード記号５のデコード、そのデコード結果の外部への出力あるいは蓄積などに必要な処理を行う。
【００４５】
次に、図４を用いて、このコードスキャナ１におけるコード記号５の読み取り処理について説明する。図４は、コードスキャナ１のＣＰＵ２１が実行する読み取り処理を示すフローチャートである。
ＣＰＵ２１は、コードスキャナ１が起動されると自動的に、あるいはコード記号の読み取り実行が指示されると、図４のフローチャートに示す処理を開始する。
【００４６】
そして、まずステップＳ１でＣＭＯＳイメージセンサ１３に定期的な撮像を開始させる。この際のシャッタ速度は、周囲の環境光はほとんど検出せず、環境光と比べて光量の大きい、レーザ光発生器１５が出力したレーザ光１５ａの反射光を選択的に検出できるようなシャッタ速度とする。上述のグローバルシャッタを利用する場合、レーザ光１５ａの反射光がＣＭＯＳイメージセンサ１３に入射すると、その反射光のスポットの部分の画素において、他の部分より急激に電荷が蓄積され、他の部分の画素において電荷があまり蓄積されないうちに速やかにシャッタが切れるため、反射光のスポットを効果的に検出することができる。
【００４７】
次のステップＳ２では、ＣＰＵ２１は、レーザ光発生器１５に適当な制御信号を供給し、ＣＭＯＳイメージセンサ１３のシャッタを開く（フォトダイオードによる電荷蓄積を開始させる）タイミングと同期して、レーザ光発生器１５にレーザ光１５ａを発光させる。
そして、ステップＳ３で、ＣＭＯＳイメージセンサ１３が出力する画像データを解析して、ＣＭＯＳイメージセンサ１３のイメージエリア１１０にレーザ光の反射光が入射したか否か、すなわち画像データ中に反射光のスポットが現れているか否かを判断する。
【００４８】
ここで反射光が入射していなければ、読取対象物がコードスキャナ１によりコード記号の読み取り可能な位置にないと考えられるため、以下の読取条件調整及び読み取り用の撮像の処理には進まず、ステップＳ２に戻って処理を繰り返す。所定期間繰り返しても読取対象物の検出がない場合には、一旦ＣＭＯＳイメージセンサ１３のフレーム速度を遅く（フレーム期間を長く）してもよい。
【００４９】
また、ステップＳ３で反射光が入射していた場合、コードスキャナ１によりコード記号の読み取りが可能と考えられる位置に何らかの物体（読取対象物と想定できる）が存在していることがわかる。すなわち、読取対象物の存在を検知できる。
上記ステップＳ２とＳ３の処理は、紙面検知モードの動作と呼び、この紙面検知モードは、コードスキャナの電源がオンされた後、又は電源オン後に所定のコマンドを検出した後は常時動作し、電源のオフ又は所定のコマンドを検出したときに終了する。
そしてこの場合、図５（ａ）に示すように、読取対象物が近くにある場合にはスポットＳが撮像した画像中の横軸方向の端部に現れ、遠くにある場合には（ｃ）に示すように中央付近に現れる。そこで、ステップＳ４に進み、ＣＭＯＳイメージセンサ１３から検知した読取対象物までの距離を、画像中の反射光のスポットの位置に基づいて算出する。
【００５０】
次に、読取対象物（物体）までの距離の算出方法について説明する。
図６は、読取対象物までの距離の算出に必要なパラメータの説明図である。
読取対象物までの距離ｘについては、同図中の次のパラメータと下記数１とに基づいて算出することができる。
ｘ：撮像光学系レンズの主点Ｐから読取対象物までの距離
ａ：ＣＭＯＳイメージセンサ１３のイメージエリアに平行な向きに測った場合の撮像光学系レンズの主点Ｐからレーザ光１５ａ（の中心）までの距離
θ：撮像光学系レンズの主点Ｐからレーザ光１５ａの方向に広がる、視野角θ０の１／２の角度
Ｎ：撮像光学系レンズの主点Ｐからレーザ光１５ａに向かう方向に数えた場合のＣＭＯＳイメージセンサ１３におけるピクセル数の１／２（図５参照）
ｎ：ＣＭＯＳイメージセンサ１３における中心位置（撮像光学系レンズの主点Ｐと対応する位置）から反射光１５ｂのスポットの中心位置までのピクセル数（図５参照）
φ：レーザ光１５ａと撮像光学系レンズの光軸ｑとがなす角
【００５１】
【数１】
2011034360.tif 000003
なお、図６で読取対象物の上側に示したレーザ光１５ａは、角φについて説明するためのものである。
【００５２】
次のステップＳ５では、ＣＰＵ２１は、ステップＳ４で算出した距離をもとに、ＲＯＭ２２に予め記憶させたフォーカステーブルを検索してフォーカス制御パラメータの値を取得し、そのフォーカス制御パラメータの値に基づいてフォーカスレンズ１１を駆動することにより、ステップＳ４で算出した距離付近にピントが合うようにフォーカスの調整を行う。この調整の詳細については後述する。
【００５３】
ステップＳ６では、ＣＰＵ２１は、ステップＳ４で算出した距離をもとに、ＲＯＭ２２に予め記憶された照明テーブルを検索してパルスＬＥＤ１４の点灯時間を示すパラメータの値を取得し、その値に基づいて、撮像時のパルスＬＥＤ１４の点灯時間を設定することにより、ステップＳ４で算出した距離付近の読取対象物から適当な光量の反射光を得られるように、照射光量を調整する。この調整の詳細についても後述する。
ステップＳ５とＳ６の調整は、順序を入れ替えたり、並列して行ったりしてもよい。
また、例えばステップＳ５とＳ６の調整を同時に開始した場合でも、ステップＳ６の処理はほぼリアルタイムで終えることができるのに対して、ステップＳ５はステップＳ６の処理よりも時間がかかるので、両調整は異なる時点に終了することになる。
【００５４】
次のステップＳ７では、ＣＰＵ２１は、ＣＭＯＳイメージセンサ１３のシャッタを開くタイミングと同期してステップＳ６で設定した点灯時間だけパルスＬＥＤ１４を点灯させて照明を行うことにより、ステップＳ３で検知した読取対象物の画像を撮像し、その結果得られた画像データから、読取対象物に付されていると想定されるコード記号のデコードを試みる。
【００５５】
そして、ステップＳ８でこのデコードが成功したか否か判断し、成功していれば、ステップＳ９でデコードにより得られたデータを所定の外部装置や内部のデータ処理手段等に出力し、ステップＳ１０でフォーカスをデフォルトの状態に戻して、読取完了としてステップＳ１へ戻る。
【００５６】
また、デコード失敗の場合には、ステップＳ１１で予め設定した読取有効時間（フレーム数で規定してもよい）を超えたか否か判断し、超えてなければステップＳ７に戻って再度撮像とデコードを試みる。
ステップＳ８でのデコードが失敗する原因としては、そもそも検出した読取対象物にコード記号が付されていない場合の他、コード記号がＣＭＯＳイメージセンサ１３の撮像範囲に収まっていない、ステップＳ５及びＳ６の調整が適正に行われていない、など種々の原因が考えられる。そして、調整の応答に必要な時間が経過したり、読取対象物が移動されたりするとこれらが改善する場合もあるので、リトライするようにしたものである。
【００５７】
そして、ステップＳ１１で読取有効時間を超えた場合には、これ以上続けても正常にデコードできる見込みがないと判断し、読み取りを一旦中止し、ステップＳ１０でフォーカスをデフォルトの状態に戻してステップＳ１へ戻る。
このように、読み取り成功の場合も中止の場合も、ステップＳ１に戻って直ちに次の読取対象物検出の処理を開始する。
【００５８】
次に、このコードスキャナ１が図４に示した処理によりコード記号５の読み取りを行う場合の各部の動作タイミングについて説明する。
図７は、その動作タイミングの一例を示すタイミングチャートである。
このコードスキャナ１は、ＣＭＯＳイメージセンサ１３を起動すると、上述のようにレーザ光発生器１５から出力したレーザ光１５ａ反射光を選択的に検出できるようなシャッタ速度でシャッタの開閉を行い、（ａ）に示すように、フレーム単位の撮像をフリーランニングで繰り返す。なお、ここでいうフレームは、受光に応じた電荷の蓄積から画像信号の読み出しまで含めた、一度の撮像に要する期間であり、シャッタの開いている（フォトダイオードによる電荷の蓄積を行う）期間は、フレームのごく一部である。
さらに、読取対象物を検知するまでは、ＣＭＯＳイメージセンサ１３のシャッタを開くタイミングに同期させて、（ｂ）に示すように、符号３３，３４で示すタイミングでフレーム毎にレーザ光発生器１５にレーザ光１５ａのパルス光を発光させる。
【００５９】
そして、例えば、フレーム３０の撮像の時に、上述した紙面検知処理で荷物４からの反射光がＣＭＯＳイメージセンサ１３のイメージエリア１１０に写り、読取対象物を検知した場合、次のフレームまでの間の、（ａ）中の矢印３２のタイミングで上述した測距及び、照明光量とフォーカスの調整を実行する。
そして、上記調整後、次のフレーム３１の撮像のシャッタを開くタイミングに同期させて、（ｃ）に示すように、符号３５，３６で示すタイミングでフレーム毎にパルスＬＥＤ１４に照明用のパルス光を発光させる。このパルス幅は、ＣＰＵ２１が読取対象物までの距離に応じて行う設定に従ったものである。また、パルスＬＥＤ１４を点灯させるフレームでは、レーザ光発生器１５は消灯する。
【００６０】
また、測距の結果に従ってフォーカスを変更する必要があった場合には、矢印３２のタイミングでフォーカスの調整も開始するが、こちらは、（ｄ）に破線３７で示すようにある程度の応答時間を要する。
そして、フレーム３１以降の各フレームで撮像した画像データについてその画像中のコード記号のデコードを試み、これが成功するか、失敗しても読取有効時間を超えるまでは、同じ条件での撮像を続ける。
【００６１】
次に、フォーカス調整について説明する。
上述のように、フォーカスレンズ１１として液体レンズ１１ａを用いる場合、液体レンズ１１ａの電極に印加する電圧により、液体レンズ１１ａの屈折力を調整可能である。そこで、図４のステップＳ５におけるフォーカス調整では、ステップＳ４の測距で得られた読取対象物までの距離に基づき、その読取対象物の位置に、フォーカスレンズ１１及びマスタレンズ１２からなる光学系のピントが合うように、液体レンズ１１ａの屈折力を調整する。
【００６２】
このとき、印加電圧と液体レンズ１１ａの屈折力との関係から、どの位置にピントを合わせる場合にどれだけの電圧を印加すればいいかは、予め測定しておくことができる。
そこで、コードスキャナ１においては、図８に示すような、読取対象物までの距離と、その各距離にピントを合わせるために液体レンズ１１ａに印加すべき電圧値（液体レンズ１１ａの駆動に用いるパラメータ）との関係を、予め実験により（又は生産時の調整により）定めて、ピントを合わせようとするａからｄの距離範囲についてフォーカステーブルとして予め用意してＲＯＭ２２に記憶させておくようにしている。図８では連続値のグラフとして示したが、実際にはある程度の距離範囲毎に、印加すべき電圧値を定めることになる。そして、フォーカス調整の際には、図４のステップＳ４での測距で得られた読取対象物までの距離に基づきそのフォーカステーブルを検索して、その距離に応じた電圧を、液体レンズ１１ａの電極１０４ａ，１０４ｂの間に印加する。
【００６３】
なお、一般に、光学系は図９に示すようにある程度の焦点深度を有し、焦点位置ｅのごく近傍だけでなく、例えば範囲ｂ〜ｃのように、ある程度離れた位置の物体であっても、その像を、コード記号をデコード可能な程度に鮮明に結像させることができる。従って、焦点位置からずれるにつれて像のボケが増すが、ある程度のずれであれば、焦点位置を初期値に固定したまま撮像したとしても、図４のステップＳ７で適切にデコードを行うことができる。
【００６４】
一方、図７に示したように、フォーカスの調整にはある程度の応答時間が必要であるので、フォーカスの調整を行うとすると、１〜数フレーム程度は光学系が安定せず、適切な撮像を行えない可能性がある。
そこで、コードスキャナ１においては、図８に実線で示すように、ピントを固定の初期値位置ｅに合わせた状態でもデコード可能な画像が得られるｂ〜ｃの範囲においては、印加電圧を初期値から変化させないようにしている。破線が、この間の各位置にピントを合わせるための電圧値を示すが、この範囲では、コード記号のデコードという目的のためには必ずしもフォーカス調整は必要ないため、調整の応答時間を不要とし、少しでも速くデコード結果を得られるようにすることを優先したものである。
【００６５】
ただし、この構成は必須ではなく、破線で示す値のフォーカステーブルを採用し、ｂ〜ｃ全ての距離についてフォーカス調整を行う構成とすることも考えられる。また、フォーカステーブルとしては破線で示す値のものを採用しつつ、測距で得られた距離がｂ〜ｃの範囲に入る場合には、フォーカス調整の処理を行わないようにする構成とすることも考えられる。これらの場合において、調整を行わない範囲をユーザが調整できるようにしてもよい。
【００６６】
いずれにせよ、コードスキャナ１によれば、固定焦点ではピントが合わず、コード記号をデコード可能な画像が得られない距離に読取対象物を検出した場合に、その距離に合わせてフォーカスを自動調整してデコード用の画像を撮像することにより、調整可能な範囲であればどの距離に読取対象物があってもコード記号の読み取りを行うことができ、図１０に示すように、実質的に極めて大きな焦点深度を得ることができる。
【００６７】
また、このために必要な処理は、予め用意したテーブルデータを検索して取得した制御パラメータを適用するものであるから、極めて簡単なものであり、画像に基づいて露出制御及びフォーカス駆動を繰り返したり、複雑な計算を行ったりする必要もなく、１または数フレーム程度の短時間でデコードに必要な画像を取得できるため、読取対象物が高速に移動している場合でも、読取対象物の検出後、撮像範囲から外れる前にデコード用の画像を撮像して、正確かつ確実な読み取りを行うことができる。
例えば、コード記号５を含む読取対象物が移動している場合、ＣＭＯＳイメージセンサ１３の画素部１１１に写るフレーム数は少なくなるので、このような簡単な処理により、コード記号５を含む画像をいち早くぼけの無い適切な状態で撮影することが、安定した読み取りに重要である。
【００６８】
次に、照明光量の調整について説明する。
上述のように、コードスキャナ１においては、読取対象物を撮像してコード記号５のデコードに用いる画像を撮像する場合、パルスＬＥＤ１４による照明を行う。しかし、照明対象までの距離が遠いほど照明光が拡散するため、同じ強度で照明を行った場合、図１１に示すように、読取対象物までの距離が近いほどＣＭＯＳイメージセンサ１３が受光する反射光が強くなり、遠いほど反射光が弱くなる。
【００６９】
そこで、コードスキャナ１においては、読取対象物までの距離が遠いほど照明光量を増加させ、読取対象物までの距離によらず、ＣＭＯＳイメージセンサ１３が概ね一定な光量の反射光を受光できるようにしている。
具体的には、図１２に示すような内容の、読取対象物までの距離と照明光のパルス幅との対応関係を示す照明テーブルを、予め実験により（又は生産時の調整により）定めてＲＯＭ２２に記憶させておき、図４のステップＳ６の照明光量調整の際に、ステップＳ４での測距で得られた読取対象物までの距離に基づきその照明テーブルを検索して、その距離に応じたパルス幅で、ステップＳ７の撮像時にパルスＬＥＤ１４を駆動する。この調整については、応答時間の問題はないため、距離が初期値付近の場合に調整を行わないといった配慮は特に必要ない。
なお、照明テーブルに設定するパルス幅は、読取対象物の撮像の際に移動ぶれの影響を軽減するために、ストロボ効果を用いるため、パルス幅を非常に小さい値、例えば、４００μｓ（マイクロ秒）以下の発光時間に相当するパルス幅にすることが望ましい。
【００７０】
このような調整を行うことにより、デコード用の画像を撮像する際に、読取対象物までの距離によらず一定の明るさの画像を得ることができ、デコードの精度や成功確率を高めることができる。特に、ＣＭＯＳイメージセンサが受光する光の大部分が環境光ではなく照明光である場合は、このような照明光量の調整が重要である。そして、このような制御も、複雑な計算を行うことなく実現できる。
なお、ここでは制御の容易さを考慮して照明光の照射時間を制御するようにしたが、照射強度を制御するようにしても構わない。どのような手段であっても、シャッタが開いている間にＣＭＯＳイメージセンサ１３に入射する光量を調整できれば、同様な効果が得られる。
【００７１】
以上で実施形態の説明を終了するが、装置の構成や具体的な処理内容等が上述の実施形態で説明したものに限られないことはもちろんである。
例えば、図１３に示すように、フォーカスレンズ１１として、通常のガラスやプラスチックによる固体レンズ１１ｂを採用し、これを光路の前後（図１３中の矢示Ｂ方向）に駆動する駆動手段を設けることによって、光学系全体における焦点距離を調整可能としてもよい。
【００７２】
このような構成を採用する場合には、フォーカステーブルに、読取対象物までの距離に応じた、固体レンズ１１ｂの位置を、駆動制御パラメータとして登録しておき、図４のステップＳ５でのフォーカス調整の際に、ステップＳ４で測距した読取対象物までの距離に対応する位置に、固体レンズ１１ｂを移動させればよい。
このような構成であっても、液体レンズ１１ａを用いる場合と同様なフォーカス調整が可能である。
【００７３】
また、別の変形として、レーザ光発生器１５として、可視光（例えば赤色光）を出力する光源と不可視光（例えば赤外光）を出力する光源の２つを備えた２波長レーザ光発生器を用いることも考えられる。
この場合において、読取対象物の検出及び測距については、レーザ光の波長に関わらず同様に行うことができる。従って、ビームスポットが見えた方が（エイミングなどの用途で）よいのか、逆に見えない方がよいのか（視界にスポットがチラつく不快感を防止するためなど）に応じて、ユーザが２つのビームを任意に切り換えて使えるようにすることが好ましい。
例えば、コードスキャナをハンドヘルドで使用する際に、ユーザがスキャナを読取対象物にかざしてトリガを操作した場合に読み取りを行う構成とした場合に、トリガを引く前は赤外光を出力し、トリガを引いた後は赤色光を出力するようにすることが考えられる。
【００７４】
図１４に、この構成とする場合の、図７と対応するタイミングチャートを示す。
この動作例でも、（ｂ）に符号５１，５２に示すようにＣＭＯＳイメージセンサ１３がフレーム単位の撮像をフリーランニングで繰り返す点は、図７と同様である。
そして、ユーザがトリガを操作する前には、（ｃ）に示すように、ＣＭＯＳイメージセンサ１３のシャッタを開くタイミングに同期させて、符号５４，５５で示すタイミングで、フレーム毎にレーザ光発生器に赤外光レーザのパルスを出力させる。そしてこのとき、ＣＭＯＳイメージセンサ１３に反射光が入射すれば、上述した実施形態の場合と同様に読取対象物の検出と測距が可能である（矢示５３）。
【００７５】
そして、測距ができた後は、（ｆ）に符号６０に示すように、必要に応じてフォーカス及び照明光量の調整を行う。ただし、トリガが操作されるまでは、デコード用の画像の撮像は行わず、フレーム毎にフォーカス及び照明光量の調整を行いながら待機する。
そして、（ａ）に符号５０で示すようにユーザがトリガを操作したことを所定の信号により検出すると、次のフレームからデコード用の画像を撮像し、コード記号のデコードを行う。このとき、（ｄ）に符号５６，５７で示すように出力するレーザを赤色レーザに切り換え、この赤色レーザのスポットを用いてユーザがエイミングできるようにする。この赤色レーザの発光タイミングをＣＭＯＳイメージセンサ１３による各フレームの撮像タイミングの間隙とすれば、各フレームの撮像画像に赤色レーザのスポットが含まれずに済み、デコードの際に誤検知を起こさずに済む。
【００７６】
また、図４のステップＳ８の判断でデコードが失敗した場合、ステップ１に戻って初期化をし、再度測距を行う。
その場合、今度は測距のための撮像のフレーム（図１４の（ｂ）に符号６１に示す）内で、（ｄ）に符号６２に示すように、赤色レーザを発光し、その赤色レーザ光の反射光に基づいて測距をすることにより、ユーザがコードスキャナを読取対象物に正確にエイミングした状態で測距を行うことができ、再度撮像した画像によるデコードの成功の確率を高めることができる。
【００７７】
また、（ｄ）に符号６３に示すように、赤色レーザ光は、測距後は再び各フレームの撮像タイミングの間隙で発光するようにするとよい。
そして、（ｆ）に符号６０で示すように、赤色レーザ光による測距結果に基づいてフォーカス位置が調整される。図中では、フォーカス調整量がなだらかに減少する場合を示している。
なお、図４では読取有効時間内にデコードが成功しない場合にフォーカスをデフォルト状態に戻す処理となっているが、図１４ではこれを行わない状態を示している。読取有効時間の経過後にフォーカスを一旦デフォルト状態に戻す場合には、符号６１で示すフレームの時点では、フォーカスはデフォルト状態に戻っている又は戻る途中の状態となる。
【００７８】
またもちろん、デコード用の画像の撮像に際しては、（ｅ）に符号５８，５９に示すように、パルスＬＥＤ１４により、調整しておいた照明光量で照明を行う。また、フォーカスについても予め赤外光レーザを用いて調整されているため、応答時間を待つ必要はない。
以上の構成によれば、ユーザがトリガを操作する前に既に測距やフォーカス調整が完了しているため、トリガ操作後にこれらに要する時間を待たずに読み取りを行うことができ、レスポンスを向上させることができる。
また、上記の他、読み取り開始指示とは関係なく、ユーザの操作に応じて出力するレーザ光の波長を切り換えたり、読取対象物を検出した場合に自動的にレーザ光を可視光に切り換えてユーザが読取対象物の検出を容易に認識できるようにすることも考えられる。
【００７９】
また、上述の実施形態においては、結像光学系をフォーカスレンズ１１とマスタレンズ１２により構成した例について説明したが、より多くのレンズを組み合わせて所望の特性の光学系を実現することも、もちろん可能であり、その中で何らかの手段で光学系全体の焦点距離を調整可能であればよい。
また、この発明の光学的情報読取装置は、据え置き型の装置としても、手持ち型の装置としても、構成することができる。光学的情報読取方法についても、同様である。
また、以上述べてきた構成及び変形例は、矛盾しない範囲で適宜組み合わせて適用することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
この発明による光学的情報読取装置と光学的情報読取方法は、流通，郵便，医療，化学検査，イベント会場などの広範な分野で、物品，書類，材料，被検体，その他各種の物の認識のために、物品や商品に貼付されたコード記号の情報を読み取る光学情報読取装置、特に小型で安価なバーコードスキャナのような光学情報読取装置に好適である。
【符号の説明】
【００８１】
１…コードスキャナ、３…ベルトコンベア、４…荷物、５…コード記号、１０…光学部、１１…フォーカスレンズ、１２…マスタレンズ、１３…ＣＭＯＳイメージセンサ、１４…パルスＬＥＤ、１５…レーザ光発生器、２０…デコーダ、２１…ＣＰＵ、２２…ＲＯＭ、２３…ＲＡＭ
【図１】
2011034360.tif 000004
【図２】
2011034360.tif 000005
【図３】
2011034360.tif 000006
【図４】
2011034360.tif 000007
【図５】
2011034360.tif 000008
【図６】
2011034360.tif 000009
【図７】
2011034360.tif 000010
【図８】
2011034360.tif 000011
【図９】
2011034360.tif 000012
【図１０】
2011034360.tif 000013
【図１１】
2011034360.tif 000014
【図１２】
2011034360.tif 000015
【図１３】
2011034360.tif 000016
【図１４】
2011034360.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成22年1月12日(2010.1.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光反射率が周囲と異なる記号により示される情報を読み取る光学的情報読取装置であって、
レーザ光を出力するレーザ出力手段と、
読取対象物を照明する照明手段と、
読取対象物の画像を撮像する手段であって、グローバルシャッタ機能を有するイメージセンサを含み、該イメージセンサ上に入射光を結像させるための光学系のフォーカスを所定のパラメータの値に従って調整する手段を有する撮像手段と、
前記光反射率が周囲と異なる記号により示される情報を読み取る際に、前記レーザ出力手段によるレーザ光を点灯させつつ、前記撮像手段に前記イメージセンサによる所定のフレーム期間ごとの定期的な撮像を開始させ、該各フレーム期間において、前記イメージセンサの各画素の電荷蓄積素子における電荷蓄積の開始後、該各電荷蓄積素子のうち少なくとも１つにおいて所定の基準値以上の電荷が蓄積された時点で全ての画素の電荷蓄積素子における電荷の蓄積を停止する第１のモードの制御を行う第１の制御手段と、
前記第１のモードにおいて前記撮像手段が前記各フレーム期間に撮像した画像を、次のフレーム期間が開始するまでに解析し、該画像中に前記レーザ出力手段が出力したレーザ光の読取対象物による反射光のスポットを検出した場合に、該スポットの画像中の位置に基づいて、該読取対象物までの距離を測定する距離測定手段と、
前記距離測定手段が前記反射光のスポットを検出した場合に、該スポットを検出したフレーム期間の次のフレーム期間が開始するまでに、前記距離測定手段が測定した前記読取対象物までの距離に基づいて、前記撮像手段の撮像時の前記光学系のフォーカスを調整するための前記所定のパラメータの値を設定すると共に前記照明手段による照明の照射光量を設定する第２の制御手段と、
前記距離測定手段が前記反射光のスポットを検出したフレーム期間の次のフレーム期間以降は、前記レーザ出力手段によるレーザ光を消灯し、各フレーム期間において、撮像時の前記イメージセンサの各画素の電荷蓄積素子における電荷蓄積の開始と同期して前記照明手段を前記第２の制御手段が設定した照明光量で点灯させる第２のモードの制御を行う第３の制御手段と、
前記第２のモードにおいて前記撮像手段が撮像した画像を解析し、前記読取対象物上に配置された、光反射率が周囲と異なる記号により示される情報をデコードするデコード手段とを有することを特徴とする光学的情報読取装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光学的情報読取装置であって、
読取対象物までの距離と、前記撮像手段が備える光学系に該距離に対応するフォーカスを設定するための前記所定のパラメータの値とを対応付けたフォーカステーブルを記憶する手段を備え、
前記第２の制御手段は、前記距離測定手段が測定した距離をもとに前記フォーカステーブルを検索して取得したパラメータの値に基づき、前記撮像手段が備える光学系を駆動することにより、フォーカスの調整を行うことを特徴とする光学的情報読取装置。
【請求項３】
請求項２に記載の光学的情報読取装置であって、
前記フォーカステーブルにおいて、フォーカスを所定の初期値に設定した場合の焦点深度の前後所定範囲の距離については、対応するパラメータの値を、前記所定の初期値と対応する一定の値としたことを特徴とする光学的情報読取装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光学的情報読取装置であって、
前記撮像手段が備える光学系は、電圧の印加によって屈折力を調整可能な液体レンズを含み、
前記液体レンズに印加する電圧を調整することによって前記フォーカスの調整を行うことを特徴とする光学的情報読取装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光学的情報読取装置であって、
読取対象物までの距離と、前記照明手段に該距離に適した照射光量の照明を行わせるための駆動制御パラメータの値とを対応付けた照明テーブルを記憶する手段を備え、
前記第２の制御手段は、前記距離測定手段が測定した距離をもとに前記照明テーブルを検索して取得した駆動制御パラメータの値に基づき、前記照明の照射光量の設定を行うことを特徴とする光学的情報読取装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光学的情報読取装置であって、
前記レーザ出力手段として、可視光のレーザ光を出力する手段と、不可視光のレーザ光を出力する手段とを有し、
ユーザの操作がない場合には、前記レーザ出力手段に前記不可視光のレーザ光を出力させ、ユーザによる所定の操作があった場合に、前記レーザ出力手段が出力するレーザ光を前記可視光のレーザ光に切り換える手段を設けたことを特徴とする光学的情報読取装置。
【請求項７】
レーザ出力手段によるレーザ光を点灯させつつ、グローバルシャッタ機能を有するイメージセンサを含み、該イメージセンサ上に入射光を結像させるための光学系のフォーカスを所定のパラメータの値に従って調整する手段を有する撮像手段に、前記イメージセンサによる所定のフレーム期間ごとの定期的な撮像を開始させ、該各フレーム期間において、前記イメージセンサの各画素の電荷蓄積素子における電荷蓄積の開始後、該各電荷蓄積素子のうち少なくとも１つにおいて所定の基準値以上の電荷が蓄積された時点で全ての画素の電荷蓄積素子における電荷の蓄積を停止する第１の工程と、
前記第１の工程において前記撮像手段が前記各フレーム期間に撮像した画像を、次のフレーム期間が開始するまでに解析し、該画像中に前記レーザ出力手段が出力したレーザ光の読取対象物による反射光のスポットを検出した場合に、該スポットの画像中の位置に基づいて、前記読取対象物までの距離を測定する第２の工程と、
前記第２の工程で前記反射光のスポットを検出した場合に、該スポットを検出したフレーム期間の次のフレーム期間が開始するまでに、前記第２の工程で測定した前記読取対象物までの距離に基づいて、前記撮像手段の撮像時の前記光学系のフォーカスを調整するための前記所定のパラメータの値を設定すると共に照明手段による照明の照射光量を設定する第３の工程と、
前記第２の工程で前記反射光のスポットを検出したフレーム期間の次のフレーム期間以降は、前記レーザ出力手段によるレーザ光を消灯し、各フレーム期間において、撮像時の前記イメージセンサの各画素の電荷蓄積素子における電荷蓄積の開始と同期して前記照明手段を前記第３の工程で設定した照明光量で点灯させる第４の工程と、
前記第４の工程で前記撮像手段が撮像した画像を解析し、前記読取対象物上に配置された、光反射率が周囲と異なる記号により示される情報をデコードする第５の工程とを有することを特徴とする光学的情報読取方法。
【請求項８】
請求項７に記載の光学的情報読取方法であって、
前記第３の工程では、前記第２の工程で測定した距離をもとに、読取対象物までの距離と、前記撮像手段が備える光学系に該距離に対応するフォーカスを設定するための前記所定のパラメータの値とを対応付けたフォーカステーブルを検索して取得したパラメータの値に基づき、前記撮像手段が備える光学系を駆動することにより、フォーカスの調整を行うことを特徴とする光学的情報読取方法。
【請求項９】
請求項８に記載の光学的情報読取方法であって、
前記フォーカステーブルにおいて、フォーカスを所定の初期値に設定した場合の焦点深度の前後所定範囲の距離については、対応するパラメータの値を、前記所定の初期値と対応する一定の値としたことを特徴とする光学的情報読取方法。
【請求項１０】
請求項７乃至９のいずれか一項に記載の光学的情報読取方法であって、
前記撮像手段が備える光学系は、電圧の印加によって屈折力を調整可能な液体レンズを含み、
前記液体レンズに印加する電圧を調整することによって前記フォーカスの調整を行うことを特徴とする光学的情報読取方法。
【請求項１１】
請求項７乃至１０のいずれか一項に記載の光学的情報読取方法であって、
前記第３の工程では、前記第２の工程で測定した距離をもとに、読取対象物までの距離と、前記照明手段に該距離に適した照射光量の照明を行わせるための駆動制御パラメータの値とを対応付けた照明テーブルを検索して取得した駆動制御パラメータの値に基づき、前記照明の照射光量の設定を行うことを特徴とする光学的情報読取方法。
【請求項１２】
請求項７乃至１１のいずれか一項に記載の光学的情報読取方法であって、
前記レーザ出力手段は、可視光のレーザ光を出力する手段と、不可視光のレーザ光を出力する手段とを有しており、
ユーザの操作がない場合には、前記レーザ出力手段に前記不可視光のレーザ光を出力させ、ユーザによる所定の操作があった場合に、前記レーザ出力手段が出力するレーザ光を前記可視光のレーザ光に切り換える工程を含むことを特徴とする光学的情報読取方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
この発明は上記の目的を達成するため、光反射率が周囲と異なる記号により示される情報を読み取る光学的情報読取装置であって、レーザ光を出力するレーザ出力手段と、読取対象物を照明する照明手段と、読取対象物の画像を撮像する手段であって、グローバルシャッタ機能を有するイメージセンサを含み、そのイメージセンサ上に入射光を結像させるための光学系のフォーカスを所定のパラメータの値に従って調整する手段を有する撮像手段と、上記光反射率が周囲と異なる記号により示される情報を読み取る際に、上記レーザ出力手段によるレーザ光を点灯させつつ、上記撮像手段に上記イメージセンサによる所定のフレーム期間ごとの定期的な撮像を開始させ、その各フレーム期間において、上記イメージセンサの各画素の電荷蓄積素子における電荷蓄積の開始後、その各電荷蓄積素子のうち少なくとも１つにおいて所定の基準値以上の電荷が蓄積された時点で全ての画素の電荷蓄積素子における電荷の蓄積を停止する第１のモードの制御を行う第１の制御手段と、上記第１のモードにおいて上記撮像手段が上記各フレーム期間に撮像した画像を、次のフレーム期間が開始するまでに解析し、その画像中に上記レーザ出力手段が出力したレーザ光の読取対象物による反射光のスポットを検出した場合に、そのスポットの画像中の位置に基づいて、その読取対象物までの距離を測定する距離測定手段と、上記距離測定手段が上記反射光のスポットを検出した場合に、そのスポットを検出したフレーム期間の次のフレーム期間が開始するまでに、上記距離測定手段が測定した上記読取対象物までの距離に基づいて、上記撮像手段の撮像時の上記光学系のフォーカスを調整するための上記所定のパラメータの値を設定すると共に上記照明手段による照明の照射光量を設定する第２の制御手段と、上記距離測定手段が上記反射光のスポットを検出したフレーム期間の次のフレーム期間以降は、上記レーザ出力手段によるレーザ光を消灯し、各フレーム期間において、撮像時の上記イメージセンサの各画素の電荷蓄積素子における電荷蓄積の開始と同期して上記照明手段を上記第２の制御手段が設定した照明光量で点灯させる第２のモードの制御を行う第３の制御手段と、上記第２のモードにおいて上記撮像手段が撮像した画像を解析し、上記読取対象物上に配置された、光反射率が周囲と異なる記号により示される情報をデコードするデコード手段とを有する光学的情報読取装置を提供する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
また、上記のような光学的情報読取装置において、読取対象物までの距離と、上記撮像手段が備える光学系にその距離に対応するフォーカスを設定するための上記所定のパラメータの値とを対応付けたフォーカステーブルを記憶する手段を備え、上記第２の制御手段を、上記距離測定手段が測定した距離をもとに上記フォーカステーブルを検索して取得したパラメータの値に基づき、上記撮像手段が備える光学系を駆動することにより、フォーカスの調整を行うようにするとよい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
さらに、上記フォーカステーブルにおいて、フォーカスを所定の初期値に設定した場合の焦点深度の前後所定範囲の距離については、対応するパラメータの値を、上記所定の初期値と対応する一定の値にするとよい。
また、上記撮像手段が備える光学系は、電圧の印加によって屈折力を調整可能な液体レンズを含み、上記液体レンズに印加する電圧を調整することによって上記フォーカスの調整を行うようにするとよい。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
さらに、上記のような光学的情報読取装置において、読取対象物までの距離と、上記照明手段にその距離に適した照射光量の照明を行わせるための駆動制御パラメータの値とを対応付けた照明テーブルを記憶する手段を備え、上記第２の制御手段を、上記距離測定手段が測定した距離をもとに上記照明テーブルを検索して取得した駆動制御パラメータの値に基づき、上記照明の照射光量の設定を行うようにするとよい。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
また、この発明は、レーザ出力手段によるレーザ光を点灯させつつ、グローバルシャッタ機能を有するイメージセンサを含み、そのイメージセンサ上に入射光を結像させるための光学系のフォーカスを所定のパラメータの値に従って調整する手段を有する撮像手段に、上記イメージセンサによる所定のフレーム期間ごとの定期的な撮像を開始させ、その各フレーム期間において、上記イメージセンサの各画素の電荷蓄積素子における電荷蓄積の開始後、その各電荷蓄積素子のうち少なくとも１つにおいて所定の基準値以上の電荷が蓄積された時点で全ての画素の電荷蓄積素子における電荷の蓄積を停止する第１の工程と、上記第１の工程において上記撮像手段が上記各フレーム期間に撮像した画像を、次のフレーム期間が開始するまでに解析し、その画像中に上記レーザ出力手段が出力したレーザ光の読取対象物による反射光のスポットを検出した場合に、そのスポットの画像中の位置に基づいて、上記読取対象物までの距離を測定する第２の工程と、上記第２の工程で上記反射光のスポットを検出した場合に、そのスポットを検出したフレーム期間の次のフレーム期間が開始するまでに、上記第２の工程で測定した上記読取対象物までの距離に基づいて、上記撮像手段の撮像時の上記光学系のフォーカスを調整するための上記所定のパラメータの値を設定すると共に照明手段による照明の照射光量を設定する第３の工程と、上記第２の工程で上記反射光のスポットを検出したフレーム期間の次のフレーム期間以降は、上記レーザ出力手段によるレーザ光を消灯し、各フレーム期間において、撮像時の上記イメージセンサの各画素の電荷蓄積素子における電荷蓄積の開始と同期して上記照明手段を上記第３の工程で設定した照明光量で点灯させる第４の工程と、上記第４の工程で上記撮像手段が撮像した画像を解析し、上記読取対象物上に配置された、光反射率が周囲と異なる記号により示される情報をデコードする第５の工程とを有する光学的情報読取方法も提供する。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
このような光学的情報読取方法において、上記第３の工程では、上記第２の工程で測定した距離をもとに、読取対象物までの距離と、上記撮像手段が備える光学系にその距離に対応するフォーカスを設定するための上記所定のパラメータの値とを対応付けたフォーカステーブルを検索して取得したパラメータの値に基づき、上記撮像手段が備える光学系を駆動することにより、フォーカスの調整を行うようにするとよい。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
さらに、上記フォーカステーブルにおいて、フォーカスを所定の初期値に設定した場合の焦点深度の前後所定範囲の距離については、対応するパラメータの値を、上記所定の初期値と対応する一定の値とするとよい。
さらに、上記撮像手段が備える光学系が、電圧の印加によって屈折力を調整可能な液体レンズを含み、上記液体レンズに印加する電圧を調整することによって上記フォーカスの調整を行うようにするとよい。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
さらにまた、上記第３の工程では、上記第２の工程で測定した距離をもとに、読取対象物までの距離と、上記照明手段にその距離に適した照射光量の照明を行わせるための駆動制御パラメータの値とを対応付けた照明テーブルを検索して取得した駆動制御パラメータの値に基づき、上記照明の照射光量の設定を行うようにするとよい。