(57)【要約】開示されたバーコードリーダーはイメージに対する焦点調節を迅速に行うオートフォーカス部を備えている。イメージシステムは、標的であるコードされた証印上に照準させる照準パターンを利用するものである。イメージシステムは、光監視画素アレイと、画素アレイ上に標的物体のイメージを伝送するように画素アレイに対応して固定された焦点レンズとを備えている。バーコードリーダーはまた、光学システムで画定された視野内に配置された標的を照らす１以上の発光ダイオードを有するイルミネーションシステムを備えている。イルミネーションシステムの発光ダイオードと接続する駆動回路は、標的を照らすための電気パルスを生成する少なくとも一つのエネルギー蓄積キャパシタを備えている。コントローラは、駆動回路の少なくとも一つのキャパシタを放電させることによって発光ダイオードを選択的に活性化させる。
2011502319.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
標的をイメージ化するバーコードリーダーにおいて、
標的から反射した光を電気信号に変換する光監視画素アレイを含むイメージシステムと、
標的物体のイメージを前記画素アレイに伝達するために画素アレイに対応して配置された１つ以上の焦点レンズ光学システムと、
前記光学システムによって画定された視野内にある標的を照らす１つ以上の発光ダイオードを有するイルミネーションシステムと、
少なくとも一つのエネルギー蓄積キャパシタを含むイルミネーションシステムの１つ以上の発光ダイオードと接続される駆動回路であって、前記キャパシタが標的を照らすために前記１つ以上の発光ダイオードに電気パルスを供給する、前記駆動回路と、
前記駆動回路の少なくとも一つのキャパシタを放電することによって発光ダイオードを選択的に活性化させるための放電制御部と
を備えることを特徴とする、バーコードリーダー。
【請求項２】
請求項１に記載のバーコードリーダーにおいて、
前記放電制御部は、１つ以上の発光ダイオードを流れる前記キャパシタからの放電電流を制御するための調節可能な電流制御回路を備えていることを特徴とする、バーコードリーダー。
【請求項３】
請求項２に記載のバーコードリーダーにおいて、
前記調節可能な電流制御回路は、コントローラからの信号に応じて前記放電電流を調節するために放電制御部に接続されていることを特徴とする、バーコードリーダー。
【請求項４】
請求項１に記載のバーコードリーダーにおいて、
前記駆動回路は、
前記放電制御部と接続する制御入力を備えるＤＣ／ＤＣブースト回路と、
前記キャパシタにエネルギーを供給するための電圧入力と、
前記キャパシタを充電するブースト電圧を供給するための出力と
を備えていることを特徴とする、バーコードリーダー。
【請求項５】
請求項４に記載のバーコードリーダーにおいて、
前記放電制御部は、前記発光ダイオードへの低レベルのブースト電圧を維持して初期時にフラッシュ光を出力させるように高電流でキャパシタ放電を制御し、その後、一定の光を出力させることを特徴とする、バーコードリーダー。
【請求項６】
請求項１に記載のバーコードリーダーにおいて、
前記駆動回路は、放電率と、前記１つ以上の発光ダイオードに供給されるピーク電流とを管理するためにプログラム可能であることを特徴とする、バーコードリーダー。
【請求項７】
請求項１に記載のバーコードリーダーにおいて、
前記駆動回路はトーチモードを実行し、前記キャパシタの充電は電流源の最小電圧を維持するように制御されることを特徴とする、バーコードリーダー。
【請求項８】
請求項１に記載のバーコードリーダーにおいて、
いくつかの前記発光ダイオードはキャパシタ放電電流の使用効率を向上させるように直列に配列されていることを特徴とする、バーコードリーダー。
【請求項９】
イメージベースバーコードリーダーで標的をイメージ化する方法であって、
標的物体のイメージを画素アレイに伝達するために画素アレイに対応して１つ以上の焦点レンズを配置することと、
前記焦点レンズによって画定された視野内にある標的を照らす１つ以上の発光ダイオードを準備することと、
少なくとも一つのエネルギー蓄積キャパシタにエネルギーを蓄積することであって、前記キャパシタは標的を照らす電気パルスを供給することと、
前記１つ以上の発光ダイオードのうち少なくとも一つの発光ダイオードを通じて少なくとも一つのキャパシタを放電させることによって発光ダイオードを選択的に活性化させることと、
標的から反射して画素アレイ上に届いた光を電気信号に変換することと
を備えることを特徴とする、方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法において、
前記発光ダイオードを流れるキャパシタの放電率を規定するためにプログラマブル電流源を順次キャパシタに接続することをさらに備えることを特徴とする、方法。
【請求項１１】
請求項９に記載の方法において、
充電率及び前記蓄積キャパシタに供給されるピーク電流を調節することを備えることを特徴とする、方法。
【請求項１２】
請求項９に記載の方法において、
トーチモードにおいて、前記蓄積キャパシタの充電は電流源の最小電圧を維持するように制御されることを特徴とする、方法。
【請求項１３】
請求項９に記載の方法において、
いくつかの前記発光ダイオードは、キャパシタが放電するのと同時に光を発するように直列に接続されていることを特徴とする、方法。
【請求項１４】
請求項９に記載の方法において、
前記キャパシタ電圧は、前記充電が終了しフラッシュモードにおいてキャパシタが放電可能であることを判断するために検出されることを特徴とする、方法。
【請求項１５】
請求項９に記載の方法において、
前記ＬＥＤのカソード電圧は放電が終了しフラッシュが終了したことを判断するために検出されることを特徴とする、方法。
【請求項１６】
請求項９に記載の方法において、
前記カソード電圧の電圧値は、コントローラにフィードバックされて、キャパシタ上においてどれくらいの充電が利用可能であるかを判断するためにソフトウェアを用いて評価されることを特徴とする、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高強度標的イルミネーションシステムを有するイメージベースバーコードリーダーに関する。
【背景技術】
【０００２】
バーコードのような光学証印を読み取るための様々な電気光学システムが開発されている。バーコードは、マトリクスや様々な間隔幅で並んだ一連のバーから成るグラフィック証印のコードパターンであって、前記一連のバーはその各バー及び間隔幅によって光反射特性が異なる。ＣＣＤまたはＣＭＯＳベースイメージシステムを採用してバーコードを読み込んだりデコードしたりするシステムは、一般に、イメージベースバーコードリーダーまたはバーコードスキャナと言われている。
【０００３】
イメージシステムは、ＣＣＤアレイ、ＣＭＯＳアレイ、または複数の光反応素子や画素を有する他のイメージ画素アレイを含んでいる。標的イメージ、例えば、標的バーコードから反射した光は、イメージシステムのレンズを介して画素アレイ上にフォーカスされる。画素アレイの画素からの出力信号はアナログデジタル変換器によってデジタル化される。イメージシステムのデコーダ回路はそのデジタル信号を処理してイメージ化されたバーコードをデコードするようになっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
イメージ化されたバーコードを十分にデコードするためのイメージシステムの能力は、画素アレイ上にフォーカスされた標的バーコードの明確なイメージを十分に取り込む能力に依存する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一例としてシステムは、標的をイメージ化するイメージベースバーコードリーダーと、光監視画素アレイ及び標的物体のイメージを前記画素アレイに伝達するために画素アレイに対応して配置された１つ以上の焦点レンズを有する光学システムを備えるイメージシステムと、を含む。
一例としてバーコードリーダーはまた、光学システムによって画定された視野内にある標的を照らす１つ以上の発光ダイオードを有するイルミネーションシステムを備える。イルミネーションシステムの発光ダイオードと接続される駆動回路は、標的を照らすための電気パルスを供給するための、少なくとも一つのエネルギー蓄積キャパシタを含む。コントローラは、前記駆動回路のキャパシタを発光ダイオードを介して放電することによって発光ダイオードを選択的に活性化させる。
【０００６】
前記コントローラは、イルミネーションシステムにおいては１つ以上の発光ダイオードに短時間で大きな電流を供給する準備がなされたことを報知するが、イルミネーションシステムでは、キャパシタが充電されてキャパシタ電圧が閾値を越えると前記準備がなされることが報知される。また、イルミネーションシステムはキャパシタが十分に放電されたときにコントローラに報知し、コントローラがキャパシタに蓄積されたエネルギー量を常時評価するように他の情報をコントローラに供給する。
【０００７】
本発明のこれら及びその他の利点及び特徴は図面とともに例示する実施形態を参照することによりさらに理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】オートフォーカスシステムを有する本発明のイメージベースバーコードリーダーのブロック図を示す。
【図２】図１に示す要素を支持するためのハウジングを示す。
【図３】発光ダイオード光源からの高強度フラッシュ光を供給する制御回路を模式的に示す。
【図４】プログラマブル電流源を模式的に示す。
【図５】バーコードリーダー照射モードにおける電流と時間との関係を示す。
【図６】バーコードリーダー照射モードにおける電流と時間との関係を示す。
【図７】図３に示す電圧検出部のブロック図を示す。
【図８】蓄積キャパシタ電圧の時間依存性を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は、イメージベースバーコードリーダー１０のブロック図を模式的に示したものである。バーコードリーダー１０は、１Ｄ（１次元）及び２Ｄ（２次元）バーコードや郵便番号コードをイメージ化及びデコードすることに加えて、イメージや署名を取り込むことも可能である。本発明の好適な一実施形態としては、バーコードリーダー１０は、ハウジング１１（図２）内で支持される携帯ポータブルリーダー構成要素であって、在庫管理のためのバーコードを読み取るために、倉庫、保管室及び工場内を歩いている或いは乗車している使用者が携帯して使用することができるものである。
【００１０】
しかしながら、本発明のバーコードリーダーはいかなるタイプのイメージベース自動照合システムについて有利に使用されるものであってもよく、該イメージベース自動照合システムは、限定されるものではなく、バーコードリーダー、署名イメージ取得及び照合システム、光学文字認識システム、指紋照合システム及びこれに類似したものを含む。本発明は、そのような全てのイメージベース自動照合システムを包含する意図を有している。
【００１１】
バーコードリーダー１０はバーコードローダー回路１３に接続したトリガ１２を備えており、バーコードローダー回路１３はトリガ１２が引っ張られたり押し込まれたりされたときに物体上に配置された標的バーコード１２の読み取りを開始させるためのものである。バーコードリーダー１０はイメージ光学部２１及びＣＣＤ撮像部２４を含んだイメージ要素２０を備えている。
【００１２】
一又は一以上のレンズは標的バーコード１５から反射した光をＣＣＤ撮像部２４のフォトセンサまたは画素２８のアレイ上にフォーカスする。一実施形態において、リーダー１０は少なくとも一つのレンズをモータ２９で駆動するオートフォーカスシステム５０を備えている。モータ２９は、レンズに結合した出力トランスミッションを備え、かつ、そのレンズの動きは位置エンコーダ２７でモニタされるようになっている。イメージ光学部２１によって画素アレイ２８上にフォーカスされたいかなるイメージ、例えば、リーダーの光軸ＯＡに交差するバーコード１５のイメージを表すアナログ信号が出力３０において画素アレイ２８の画素から取り出される。その後、出力３０におけるアナログイメージ信号はアナログデジタル変換器７０によってデジタル化され、出力７４におけるデジタル信号はデコーダ回路８０によってデコードされる。その後、バーコード１５でコード化されたデータ/情報を表すデコードデータ９０は、データ出力ポート１００を介して出力される。または、デコードデータ９０は、リーダー１０の使用者に対してディスプレイ１０８に表示される。バーコード１５による読み取りが良好に実行されると、即ちバーコード１５が十分にイメージ化されかつデコードされると、スピーカ１２０はバーコードが十分に読み取れた旨を使用者に示すために回路１３によって駆動される。
【００１３】
さらにリーダー１０は照準パターン生成器４０を備えている。照準パターン発生器４０は、使用者がリーダーを標的バーコード１５に適切に合わせるのを補助する可視照準パターン４３を生成する。好適な一実施形態としては、照準生成器４０はレーザ照準器である。または、照準器４０は当業者において公知のＬＥＤまたは他のイルミネーション光源を使用したものであってもよい。パターン４３は太い水平ライン４３ａと細い垂直ライン４３ｂとから構成される照準線を含んだパターンであってもよい。好適な一実施形態としては、レーザ照準器４０は、レーザダイオード４２と回折レンズ４４とを含んでいても良い。
【００１４】
図示された実施形態において、リーダー１０は、照準パターン生成器４０に加えてさらに、標的バーコード１５上にイルミネーション光を照射するための分離イルミネーションシステム５１を含む。イルミネーションシステムは、標的バーコード上に向けられた光を出射する発光ダイオード１１５に接続するキャパシタ１１０（図３）を備えている。
撮像部２４を構成するＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサは標的の表面から反射した光を検出し、標的のイメージに対応する画素データを形成する。アレイの一部のみが適切に露光したときに伝達時間及び処理時間が短くなるように、必要に応じて画素の一部を出力する能力を有するアレイセンサを使用することは有利である。そのようなセンサの一つにマイクロン（Ｍｉｃｒｏｎ）製の部品番号ＭＴ９Ｍ００１で作られたＣＭＯＳアレイがある。アレイからの画素データはＡ/Ｄコンバータ７０によってデジタルデータに変換され、同デジタルデータはデコードシステム８０によってデコードされる。出力ポートまたはディスプレイ１０８は周辺デバイス（図示せず）にデコードされた結果を出力したり使用者に表示したりする。またスキャナ１０は、センサの２次元アレイ全体のデータを満たすために、規定のスキャナ範囲内において標的の表面の一部を十分に照らすことが可能なイルミネーション光源（図示せず）を備えている。スキャナは使用者がトリガ１２を作動することによって駆動する一又は一以上のレーザダイオード４２と回折レンズ４４（図１参照）とを含む照準パターン生成器４０を備えている。
高強度イルミネーション光源
例示するイルミネーションシステム５１は、イメージ光学部２１によって画定された焦点距離Ｄの視野内にある標的１５を照らす発光ダイオード１１５（図３）を含んでいる。図３には一つのＬＥＤを表示してあるが、この表示は、一つ又は標的を同時に照らすように直列に接続された複数の発光ダイオードを示すものである。焦点距離Ｄは固定であってもイメージ光学部２１の構造によって変化可能なものであってもよい。
【００１５】
発光ダイオード１１５に接続された駆動回路１４０（図３）は、ダイオード１１５に流れる電流パルスを供給するエネルギー蓄積キャパシタを充電する。所謂、フラッシュモードにおいては、短時間パルスによって発光ダイオードは高強度で標的を照らすことができる。駆動回路１４０は使用者によるトリガ１２の作動に応じてキャパシタ１１０を放電させることで発光ダイオードを選択的に活性化させる制御部１５０を備えている。例示する実施形態においては、制御部１５０はコントローラ１９０に接続されている。コントローラ１９０はイメージのデコードのような他のバーコードリーダー機能を実行する。または、トリガからの入力はキャパシタ放電を初期化するために制御部１５０に直接接続されていてもよい。キャパシタを放電した後、再びフラッシュさせる前にキャパシタ１１０を再充電しなければならず、つまり、フラッシュモード操作のデューティサイクルが制限される。
【００１６】
イルミネーションシステム１４０は、キャパシタからＬＥＤ１１５を通ってグランドまたは基準電位への放電率または電流を制御するためのプログラマブル電流源１６０を備えている。例示する実施形態において、調節可能なまたはプログラマブル電流制御部１６０はコントローラ１９０からの信号に応じて放電電流を調節するために制御部１５０に接続されている。
【００１７】
一つの好適なプログラマブル電流源１６０を図４に開示する。プログラマブル電流源１６０の回路は、制御回路１５０の一部を構成しかつホストマイクロプロセッサまたはコントローラ１９０からの通信路に沿って制御信号を受信するデジタルアナログ変換器２１０に接続されている。デジタルアナログ変換器からのアナログ出力は増幅器２２０のアナログ入力に供給される。増幅器２２０の出力はトランジスタ２３０のゲート入力に接続されている。トランジスタ２３０はＬＥＤ１５０に接続されている。キャパシタ１１０がＬＥＤを介して放電する際、その放電率は増幅器２２０から供給されるトランジスタ２３０のバイアスによって制御される。電流Ｉｏｕｔは約０．４Ｖの最小電圧（ヘッドルームとも言われる）がプログラマブル電流源によって保持されている限りＶｉｎ／Ｒに等しい。
【００１８】
例示する駆動回路１４０は、コントローラ１５０に接続した制御入力１７２とキャパシタにエネルギーを供給するバーコードリーダー電源１７６に接続した電圧入力１７４とを備えるＤＣ／ＤＣブースト回路１７０を含む。ブースト回路１７０からの出力１７８は、キャパシタ１１０を充電するための１０〜１６Ｖの範囲のブースト電圧を供給する。一例として、ブースト回路１７０はカルフォルニア州のミルピタス（Ｍｉｌｐｉｔａｓ）にあるＬｉｎｅａｒ  Ｔｅｃｈｏｎｏｌｏｇｙ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ  （ｗｗｗｌｉｎｅａｒｃｏｍ）の定電流/定電圧１．４ＭＨｚステップアップＤＣ／ＤＣ変換器として製造された部品番号ＬＴ１６１８である市販の集積回路で実現される。部品番号ＬＴ１６１８のデータシートはこの回路の適用を典型的に図示しており、データシートは参照されることにより本明細書に組み込まれる。
【００１９】
データシートに記載されたように、この回路は、レジスタネットワーク（図示せず）の値を選択することによって出力電圧を設定するために使用されるフィードバックピン（ピン１）を有する。ＩＡＤＪに割り当てられた第２のピン（ピン４）は、電圧セットアップ変換器の出力電流を制御する直流電圧で制御される。
本実施形態においては、制御部１５０からの入力１７２はＬＴ１６１８集積回路に接続され、ＤＣ／ＤＣ変換器の出力電圧を制御する信号とＤＣ／ＤＣブースト変換器がホストシステム電源１７６から取り込むピーク入力電流とを含む。
【００２０】
キャパシタ１１０の放電はスイッチ１８０を閉じることによって実行され、スイッチ１８０が閉じることによりプログラマブル電流源１６０を通ってグランドに至る放電路が形成される。一例としての駆動回路１４０はまた、発光ダイオードへの低レベルのブースト電圧を維持することも可能である。低レベル（トーチ）出力は最初にフラッシュをさせないように供給させることができる。一つの典型的なＬＥＤ活性は、初期の高強度、即ちフラッシュ光出力、それに続く低レベル定ＬＥＤ出力（トーチ）で使用され、図５にその電流と時間との関係を示す。高レベル放電電流２４０に続いて低レベル電流２５０が流れる。図５に示すように、このパターンは、短い再充電時間（Ｔ０）を経過後に繰り返される。
【００２１】
図７に示すコントローラ１５０の一実施形態としては、ホストＣＰＵ１９０に接続した専用マイクロプロセッサ２２０を備えている。ブースト回路は、充電率及び電源１７６（図３）から供給されるピーク電流を管理すべく、デジタルアナログ（ＤＡＣ）変換器からの出力を通じてプログラムされている。図６に示すように、トーチモードにおいてのみ、ブースト回路はスイッチ１８０が閉じている間、出力において規定電流２５０を維持するように制御される。これは、ＬＴ１６１８回路のピン４に入力する直流電圧を調節する制御部１５０によって実行される。
【００２２】
例示するシステムの別例としては、キャパシタ１１０が放電するときに全て同時に発光するように活性化される直列配列の積層型ＬＥＤを備えていても良い。
例示するシステムでは、ＬＥＤを一時的にフラッシュさせ、その後、長時間トーチモードに移行する、または、フラッシュモードを使用することなくトーチモードに直接移行することができる。一実施形態において、トーチモードにおいてＬＥＤに供給される電流は、Ｖｉｎ（図４）が高い状態である間においてＤＡＣ２２４からの入力を制御することによってプログラム可能である。これにより、電流源は、どれくらいの大きさの電流をＬＥＤに供給するのかをブースト変換器が指示することを許容することができる。フラッシュモードにおいて、放電電流及び充電電流はプログラム可能である。
【００２３】
また、図４のプログラマブル電流源１６０はトーチモードにおいてＬＥＤ電流を制御するようにバイアスされていてもよい。ＤＣ／ＤＣブーストレギュレータの出力電圧は、プログラマブルな電流源がアクティブ（トランジスタＱ１のドレインにおいて約０．４Ｖ）を保持するために必要な最小電圧に規定される。
図７に示す実施形態において、アナログデジタル変換器２３０はマイクロプロセッサ２２０へ入力する電圧を生成する。このフィードバック信号により、コントロールシステムは、ＬＥＤに絶えず定電流が供給されているときに出力１７８における電圧が最小電圧に保持されるように、出力電圧（Ｖｏ）を調節し得る。このモードは、ＬＥＤをバイアスするために十分な電圧を供給し、その結果、電流源での電圧を最小に（トーチモードに）なるまで低下させる。これは、電流源における消費電力を小さくするために最も効率的である。
【００２４】
図８は、キャパシタのフラッシュ放電及びそれに続く持続トーチモード時における、一つのキャパシタに対する電圧の時間依存性を示す。充電期間Ｔ０においては、キャパシタは最大電圧Ｖｍａｘに至るまで充電され、その最大電圧Ｖｍａｘは図示された実施形態では１０Ｖ〜１６Ｖの間である。トリガが作動されると、キャパシタは急激に放電し、キャパシタ電圧は最小維持電圧またはトーチ電圧になる。図７の実施形態において、キャパシタ電圧は、キャパシタをアナログデジタル変換器２３０の入力に接続するようにスイッチＳＷ１を作動させることによって検出され、そして、充電が終了しキャパシタがフラッシュモード時にて放電される状態にあるか否かが判断される。スイッチＳＷ１がもう一方の位置に切り換わるとＬＥＤのカソード電圧をマイクロプロセッサが監視することが許容され、キャパシタの放電が終了してフラッシュが終了するかが判断される。マイクロプロセッサに上記電圧をフィードバックすることにより、マイクロプロセッサがキャパシタにおいてどれくらいの充電が利用可能であるかをソフトウェアを用いて算出することが可能となる。マイクロプロセッサは与えられた期間内でより多くのフラッシュを実行するために積極的に充電及び放電を行うことが可能となり、かつ、不必要な再充電による遅延を回避することが可能となる。これは、フル充電が部分的なフレームを露光するのに必要とされないとき（標的の中心部分のみをカバーするのに必要とされないとき）に特に有効であるとともに、要求されたパルスを供給するために十分なエネルギーをキャパシタが有することを判断することに特に有効である。
【００２５】
キャパシタ電圧における実時間の変動を監視しかつそれに反応することは、より応答性に優れた積極的なバーコードリーダーをもたらす。これは、システムを「最悪の場合」、即ち、部品公差、温度変化による通常の変動、または、充電及び放電電流プロフィールの不確実性による通常の変動、を考慮して設計する必要を無くす。
このフィードバックを有さないシステムは、充電時間及び放電時間、及び、充電電流及び放電電流に関する決め打ちされた値を使用することによって保守的にする必要があり、これらの値は最悪な場合の動作ポイントが満たされるように選択されるであろう。この「万能の」アプローチは、平均して、与えられた期間内で供給され得るフラッシュの回数の減少をもたらす。
【００２６】
キャパシタ１１０の代表的な値は４７０マイクロファラドである。ＬＥＤのピーク電流は約０．６アンペア（１ミリ秒のフラッシュに対して）であり、持続ＬＥＤ出力モードにおいて０．１アンペアまで低下する。
本発明は、添付された特許請求の範囲の精神または範囲内における修正及び変更を全て含んでいる。
【図１】
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【図２】
2011502319.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2011502319.tif 000007
【図６】
2011502319.tif 000008
【図７】
2011502319.tif 000009
【図８】
2011502319.tif 000010
【国際調査報告】
2011502319.tif 000011