(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
行列配置された複数の光源からなる第１の照明手段と、行列配置された複数の光源からなる第２の照明手段と、前記第１の照明手段の各光源からの光の光軸方向と前記第２の照明手段の各光源からの光の光軸方向とを平行に保持するとともに、前記各光源からの光軸位置をずらして、第１の照明手段からの照明光と前記第２の照明手段からの照明光とを重ね合わせる合成手段とからなり、前記各照明手段の光源の配列は、複数行のエンボス文字の各々の行に対して正反射光で読み取るための複数の正反射光読み取り用照明エリアと、印刷又は印字文字を拡散反射光で読み取るための拡散光読み取り用照明エリアとに分割されており、前記各照明手段は、前記照明エリアの中で、読み取る文字に対応する照明エリアを選択的に点灯し、その他の照明エリアを消灯することを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記第２の照明手段が、前記第１の照明手段からの照明光を光学的に分割する手段である請求項１記載の照明装置。
【請求項３】
行列配置された複数の光源からなる第１の照明手段と、行列配置された複数の光源からなる第２の照明手段と、第１の照明手段からの照明光と前記第２の照明手段からの照明光とを重ね合わせる合成手段と、被読取媒体の被読取面を基準として前記合成手段からの入射光の正反射の位置にある画像認識手段と、前記画像認識手段により認識された画像を処理して文字を判別する文字判別手段とからなる文字読取装置であって、
前記第１の照明手段の各光源からの光の光軸方向と前記第２の照明手段の各光源からの光の光軸方向とを平行に保持するとともに、前記被読取面及び前記画像認識手段における、前記各光源からの光軸位置が、実質的にずれており、かつ、前記各照明手段の光源の配列は、複数行のエンボス文字の各々の行に対して正反射光で読み取るための複数の正反射光読み取り用照明エリアと、印刷又は印字文字を拡散反射光で読み取るための拡散光読み取り用照明エリアとに分割されており、前記各照明手段は、前記照明エリアの中で、読み取る文字に対応する照明エリアを選択的に点灯し、その他の照明エリアを消灯することを特徴とする文字読取装置。
【請求項４】
前記第２の照明手段が、前記第１の照明手段からの照明光を光学的に分割する手段である請求項３記載の文字読取装置。
【請求項５】
被読取面への照明光の入射角がブリュスター角近傍であり、前記画像認識手段には、実質的にＳ偏光のみを透過する偏光フィルターが設けられている請求項３または４に記載の文字読取装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は照明装置及び文字読取装置に関し、特に、磁気カード、ＩＣカード、社員カード、クレジットカード等各種カード類に、個別情報の記録として使用されているエンボス文字や印刷または印字による文字を読み取る場合において好適な照明装置および文字読取装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来はエンボス文字も印刷や印字による文字と同様に拡散反射光を検出する方法により撮像される場合が多く、例えば特開平４─２７６８８４号公報には、そのような光学系が示されており、斜め方向から光を照射し、垂直方向に反射する光をイメージセンサで撮像するようにしている。
ところがエンボス文字は、カードの地紋、絵柄等の印刷が施された部分に付される場合が多いため、エンボス文字読み取り時に、地紋、絵柄等の印刷による拡散の影響を受けることとなり、そのような場合には拡散反射光を検出する方法を適用することができなかった。
そこでカードに付されている地紋、絵柄等の印刷の影響を避けるために、カードのエンボス部分に無地のゴムベルトの表面を押しつけて、エンボス文字の形に浮き上がったゴムベルトの裏面を照明し、上方から光学センサで読み取る方法が考えられた。
【０００３】
しかしながら、エンボス文字のゴムベルトへの転写による従来の方法においても、エンボス文字のゴムベルトによる再現性と、ゴムベルトの強度とのバランスから、エンボス文字の可読率は９０％程度であり、読み取ることができなかったり、誤読する場合があった。また、ゴムベルトとの接触による汚れや傷がカードにつく等の問題があった。
そこで、本出願の発明者らは、上記課題を解決し、エンボス文字の可読率の向上を図るために、特許出願（特願平６−３４１１５４号）を行った。この出願は、エンボス文字を拡散反射光で読み取る従来の方式に変えて、エンボス文字及びその周辺での正反射光を読み取ることにより、カードに印刷又は印刷された地紋、絵柄等による影響を排除して、エンボス文字を認識する発明に関するものであり、図６に示すように、点灯パターンを制御するために、複数のＬＥＤが行列配置された照明ヘッド６１によって投射される光線は保持手段６３に保持されたカード６２の表面に入射し、そこで反射されて、ＣＣＤカメラ６４の受光部に到達する。カード６２の表面にはエンボス１行目６７、エンボス２行目６８、エンボス３行目６９の３つの領域のエンボス文字列が付されており、そのエンボス文字列と、照明ヘッド６１の点灯パターンと、ＣＣＤカメラ６４の配置は、図６に示すように照明ヘッド６１によって投射される入射光がエンボス文字列及びその周辺において正反射し、ＣＣＤカメラ６４の受光部に到達するような配置となっている。
すなわち、カード６２の表面を鏡とみなした場合、照明ヘッドの鏡像７０は図６において破線で示すように、エンボス文字列とＣＣＤカメラ６４を結ぶ直線上に配置されている。
正反射光によるエンボス文字の読み取りは、エンボス部分の断面図である図７に示すように、エンボス文字の縁の部分７１はＣＣＤカメラ６４に正反射光が到達しない角度であるため暗部となっており、エンボス文字の周辺部分７２とエンボス文字の中心部分６３はＣＣＤカメラ６４に正反射光が到達する角度であるため明部となる。従って、エンボス文字の輪郭が暗部として認識される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特願平６−３４１１５４号の発明では、エンボス部分からの正反射光により、エンボス文字を読み取ることから、照明ヘッド６１からの照明光の強度分布が不均一である場合に、エンボス文字の周辺部分７２とエンボス文字の中心部分７３による明部とエンボス文字の縁の部分７１による暗部とによる明暗が、照明光の強度分布の明暗と重ね合わされ、誤読してしまうという問題があり、ＬＥＤの行列配列による照明手段では、光源の外形の大きさによる制限を受け、個々の光源の配置の工夫による照明光の強度分布の不均一性の解決には限界があった。
また、印刷や印字による文字の読み取りの際にも、同様に、拡散反射光による読み取りが、照明光の強度分布の影響を受けるという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明の課題は、照明装置の点灯パターンを制御しやすい行列配列の複数の光源からなる照明手段を用いながら、照明光の強度分布の不均一性を減少させ、文字の誤読を防ぐことを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明の照明装置は、行列配置された複数の光源からなる第１の照明手段と、行列配置された複数の光源からなる第２の照明手段と、前記第１の照明手段の各光源からの光の光軸方向と前記第２の照明手段の各光源からの光の光軸方向とを平行に保持するとともに、各光源からの光軸位置をずらして、第１の照明手段からの照明光と前記第２の照明手段からの照明光とを重ね合わせる合成手段とからなり、読み取る文字に対応する照明エリアを選択的に点灯し、その他の照明エリアを消灯することを特徴としているため、第１の照明手段からの照明光の強度分布の暗部を、第２の照明手段からの照明光の明部が補完することができ、文字を読み取る際に外乱光の影響を減らすことができる。前記第２の照明手段が、前記第１の照明手段からの照明光を光学的に分割する手段であってもよい。
【０００７】
また、本発明による文字読取装置は、行列配置された複数の光源からなる第１の照明手段と、行列配置された複数の光源からなる第２の照明手段と、前記第１の照明手段からの照明光と前記第２の照明手段からの照明光とを合成する合成手段と、被読取媒体の被読取面を基準として前記合成手段からの入射光の正反射の位置にある画像認識手段と、前記画像認識手段により認識された画像を処理して文字を判別する文字判別手段とからなる文字読取装置であって、前記第１の照明手段の各光源からの光の光軸方向と前記第２の照明手段の各光源からの光の光軸方向とを平行に保持するとともに、前記被読取面及び前記画像認識手段における前記各光源からの光軸位置が、実質的にずれているため、第１の照明手段からの照明光の強度分布の暗部を、第２の照明手段からの照明光の明部が補完することができる。また、読み取る文字に対応する照明エリアを選択的に点灯し、その他の照明エリアを消灯するから、文字を読み取る際に外乱光の影響を減らすことができる。さらに、前記第２の照明手段が、前記第１の照明手段からの照明光を光学的に分割する手段であってもよく、被読取面への照明光の入射角がブリュスター角近傍であり、前記画像認識手段には、Ｓ偏光のみを透過する偏光フィルターが設けられていてもよく、この場合、画像認識手段に、前記Ｐ偏光が入射しないため、正反射光の強度に対する、外乱光の強度が低下するため、文字の誤読を生じにくい。
【０００８】
【発明の実施態様】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明による照明装置及び文字読取装置を示す図であり、図２は、本発明で使用される行列配列の複数の光源からなる照明手段を示す図であり、図３は、第１の照明手段からの照明光と第２の照明手段からの照明光との重ね合わせを説明するための図である。
図１における本実施形態では、第１の照明手段１１、および、第２の照明手段１２は、ともに、マトリクス状に配列されたＬＥＤ（Lighe Emitting Diode; 発光ダイオード）素子からなる。図２に示すように、各照明手段のＬＥＤ２０の配列は、カード上部（エンボス１行目：６）用照明エリア２１、カード中部（エンボス２行目：７）用照明エリア２２、カード下部（エンボス３行目：８）用照明エリア２３、拡散光読み取り（印刷又は印字による文字）用照明エリア２４に分割されており、点灯パターンが切り換えられるようになっている。この点灯パターンの切り換えは、カードに形成されている複数行のエンボス文字からの正反射光や印刷又は印字による文字からの拡散反射光を読み取る際に、外乱光の影響を減らすことを目的として、光源位置の制御のために使用されるものである。
合成装置１３は、典型的には、ハーフミラーで構成されており、図３に示すように、実線で示した第１の照明手段により照明領域３１の各光源からの光軸位置３３と、点線で示した第２の照明手段による照明領域３２の各光源からの光軸位置３４とが、カード上および画像認識手段４上で、ずれて重ね合わさるように、ハーフミラーの角度が調整されている。合成装置の他の例としては、光ファイバーなどを用いることもできる。
本発明による照明装置１の実施形態は、第１の照明手段、第２の照明手段、及び、合成手段から構成されるものである。
【０００９】
被読取媒体であるカード３には、カード番号などのエンボス１行目６、カード会社名や有効期限などのエンボス２行目７、カード保持者名などのエンボス３行目８が形成されている。
エンボス１行目６を読み取る場合にはそこで正反射する光束を発する光源の照明エリア２１が選択的に点灯され、その他の光束を発する光源の照明エリアは消灯される。同様にエンボス２行目７、エンボス３行目８を読み取る場合には各々の部分において正反射する光束を発する光源の照明エリアが選択的に点灯され、その他の光束を発する光源の照明エリアは消灯される。
また、カードに印刷又は印字された文字を読み取る場合には、拡散反射光読み取り用照明エリア２４のみが点灯される。照明エリア２４の位置は、カード上で正反射された光が画像認識手段４に入射しない位置となっている。
このような点灯消灯の制御は、図示しない処理装置から出力される制御信号に基づいて照明コントローラが、照明ヘッドに行列配置された複数の光源の中の特定の光源を点灯しその他を消灯することによって行われる。
【００１０】
画像認識手段４は、例えば、ＣＣＤカメラなどのイメージセンサーを使用することができる。
ここで、フィルタ５は、可視光をカットするためのフィルタであり、ＣＣＤカメラに取り付けられている。照明装置に用いられているＬＥＤからの光は、赤外光付近（波長６００〜９００ｎｍ）に、鋭いピークを持っており、また、室内を照明する蛍光灯などの外乱光は、幅広い波長に渡り分光強度を有していることから、カードを照明しているＬＥＤの波長以外の光を可視光カットフィルタにより取り除くことで、相対的に、照明装置による照明光の強度を強めることができ、読取精度の向上を図ることができる。
【００１１】
次に、図４に基づいて、本発明の照明装置の第２の実施態様について説明する。
第２の実施態様は、第１の実施態様と異なり、第１の照明手段４１からの照明光をハーフミラー４２により２分割する。ハーフミラー４２を透過した照明光は、そのまま直進して、第１の照明手段からの照明光となり、一方、ハーフミラー４２で反射された照明光は、ミラー４３、ミラー４４、及び、ハーフミラー４５でそれぞれ反射される。この実施態様においては、ハーフミラー４２、ミラー４３、及び、ミラー４４が、第２の照明手段となり、従って、ハーフミラー４２で反射された照明光が、第２の照明手段からの照明光となる。ミラー等の角度を調整することにより、第１の照明手段の各光源による光軸位置と第２の照明手段の各光源による光軸位置とをずらしながら、第１の照明手段からの照明光と第２の照明手段からの照明光とを重ね合わせ、強度分布にムラのない照明光を供給することができる。
【００１２】
さらに、図５に基づいて、本発明の文字読取装置の第３の実施態様について説明する。
図５の文字読取装置は、被読取媒体であるカード５２のエンボス文字を読み取るために、照明装置５１、画像認識手段５４、偏光フィルター５５、偏光フィルター５６、及び、図示しない文字判別装置から構成されている。ここで、被読取エンボス文字列が形成されているカード５２の表面への照明装置５１からの照明光の入射角が、ブリュスター角とほぼ一致し、画像認識手段５４は、エンボスの凹凸が形成されていないカード５２の表面により前記照明光が正反射された場合の出射方向に位置している。
【００１３】
ブリュスター角（Brewster Angle）は、入射角をθとし、入射側透明媒質に対する屈折側透明媒質の相対屈折率をｎとすると、
ｔａｎθ＝ｎ
の関係がある場合、入射側透明媒質と屈折側透明媒質との界面で正反射する光の入射面（照明光及び反射光を含む平面）に垂直方向に完全偏光（Ｓ偏光）する角度をいう。
例えば、図５において、カード５２の表面が、透明なポリ塩化ビニルからなるオーバーシートで覆われている場合、空気の屈折率が約１．０であり、ポリ塩化ビニルの屈折率が約１．６であることから、相対屈折率ｎは、１．６となり、ブリュスター角θは、ｔａｎ-1（１．６）＝５７．９９°となる。
従って、照明光の入射角を約５８°とすることにより、カード上で正反射して、画像認識手段５４に入射する正反射光は入射面に垂直方向の偏光（図５では、手前から奥に向かう方向の偏光：Ｓ偏光）となり、一方、カード５２の表面で拡散した光（外乱光を含む）はＳ偏光及びＰ偏光が混在しているため、画像認識手段５４にＳ偏光のみを透過する偏光フィルター５６を設けることにより、低減することができる。
【００１４】
さらに、照明装置５１にも、Ｓ偏光のみを透過する偏光フィルター５５を設ければ、照明光はカード５２に到達するまでは、Ｓ偏光であり、カード５２で反射された後は、正反射光は偏光が保たれているのに対して、拡散反射光は偏光が保たれず、相対的に、正反射光強度が増し、拡散光の影響を低減することができる。
【００１５】
本発明は、以上説明した実施態様に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々に変更することができる。
例えば、照明手段として、行列配置の複数のＬＥＤに変えて、半導体レーザー等を用いることもできる。
【００１６】
【発明の効果】
本発明の照明装置及び文字読取装置によれば、第１の照明手段の各光源からの光の光軸方向と第２の照明手段の各光源からの光の光軸方向とを平行に保持するとともに、前記各光源からの光軸位置をずらして、第１の照明手段からの照明光と第２の照明手段からの照明光とを重ね合わせているため、第１の照明手段からの照明光の強度分布の暗部を、第２の照明手段からの照明光の明部が補完することができるので、照明光の強度分布の不均一性を減少させ、文字の誤読を防ぐことができる。また、読み取る文字に対応する照明エリアを選択的に点灯し、その他の照明エリアを消灯するから、文字を読み取る際に外乱光の影響を減らすことができる。また、被読取面への照明光の入射角がブリュスター角近傍であり、前記画像認識手段には、Ｓ偏光のみを透過する偏光フィルターが設けられていてもよく、この場合、画像認識手段に、Ｐ偏光が入射しないため、正反射光の強度に対する、外乱光の強度が低下するため、よりいっそう、文字の誤読を生じにくい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の照明装置及び文字読取装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の照明装置の複数の光源の配列を示す図である。
【図３】本発明の照明装置による照明領域の重ね合わせを説明するための図である。
【図４】本発明の照明装置の第２の実施態様を示す図である。
【図５】本発明の文字読取装置の第２の実施態様を示す図である。
【図６】特願平６−３４１１５４号の文字読取装置の内容を説明する図である。
【図７】カードのエンボス部分のエンボス線の方向に直角な断面を示す図である。
【符号の説明】
１  照明装置
１１  第１の照明手段
１２  第２の照明手段
１３  合成手段
３  カード
４  画像認識手段
５  フィルタ
６  エンボス１行目
７  エンボス２行目
８  エンボス３行目
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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