(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コード化シンボルが形成されたシンボル面を筐体の底面に設けられた読み取り開口内に位置づけて前記シンボルを読み取るシンボル読み取り装置であって、前記筐体の揺れの速さを検出する揺れ検出手段と、前記シンボル面の光学情報を光電変換して電荷蓄積する撮像素子と、前記揺れ検出手段が検出する前記筐体の揺れの速さに対応した前記撮像素子からの電荷の読み出しモードを選択する撮像制御手段とを備えたことを特徴とするシンボル読み取り装置。
【請求項２】
前記揺れ検出手段が角速度センサーであることを特徴とする請求項１に記載のシンボル読み取り装置。
【請求項３】
前記揺れ検出手段が第１の揺れの速さを検出した場合、前記撮像制御手段が前記撮像素子に蓄積された電荷をフィールドモードで読み出し、前記揺れ検出手段が前記第１の揺れの速さより小さな第２の揺れの速さを検出した場合、前記撮像制御手段が前記撮像素子に蓄積された電荷をフレームモードで読み出すことを特徴とする請求項１に記載のシンボル読み取り装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば２次元バーコードリーダ等のデータシンボルを読み取るシンボル読み取り装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＰＯＳ（Ｐｏｉｎｔ  ｏｆ  Ｓａｌｅｓ）システム等に用いられるバーコードリーダには、読み取り開口部内に位置づけられた紙や容器に印刷された文字、バーコード等の２次元データシンボルを含む面に照明光を照射しその反射光を撮像光学系で処理するものが知られている。撮像光学系で処理された画像情報は２値化され、その２値化データを基にシンボルの位置を確認し、シンボルの画像情報が抽出されてデコード等の所定の処理を施された後、ホストコンピュータ等の外部のハードウエアに転送される。
【０００３】
このような２次元データシンボルは白黒のモザイクパターンが２次元的に配列されたものであり、高精度で読み出すためには、シンボルを読み取り開口内に完全に位置づけ、シンボル面に照明光を一定時間均一に照射して読み出すことが望ましい。従って操作者は、バーコードリーダを操作する際、筐体の位置決め、固定等に注意を払わなければならない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが実際にバーコードリーダが用いられる際は、必ずしも読み取り開口をシンボル面に接触したまま一定時間筐体を固定してシンボルの読み取り動作が行われるわけではなく、操作者の手振れ等により筐体が揺れ、読み取り開口がシンボル面に固定されない場合がある。そのような状況でのシンボルの読み取りは失敗する可能性が高い。
【０００５】
本発明は、以上の問題を解決するものであり、２次元データシンボルの読み取りを安定して行えることを目的としている。
【０００６】
なお、本明細書では、「シンボル面」とはシンボル読み取り装置の開口部に位置づけられるシンボルを含む面をさし、「シンボルの読み取り」とは、読み取り開口部に位置づけられた面の撮像処理からシンボルの画像情報を抽出してデコードするまでの処理をさす。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るシンボル読み取り装置は、コード化シンボルが形成されたシンボル面を筐体の底面に設けられた読み取り開口内に位置づけてシンボルを読み取るシンボル読み取り装置であって、筐体の揺れの速さを検出する揺れ検出手段と、シンボル面の光学情報を光電変換して電荷蓄積する撮像素子と、揺れ検出手段が検出する筐体の揺れの速さに対応した撮像素子からの電荷の読み出しモードを選択する撮像制御手段とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
揺れ検出手段は例えば角速度センサーである。
【０００９】
揺れ検出手段が第１の揺れの速さを検出した場合、撮像制御手段は撮像素子に蓄積された電荷を例えばフィールドモードで読み出す。
【００１０】
揺れ検出手段が第２の揺れの速さを検出した場合、撮像制御手段は撮像素子に蓄積された電荷を例えばフレームモードで読み出す。
【００１１】
好ましくは第１の揺れの速さは第２の揺れの速さより大きい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係る実施形態であるシンボル読み取り装置の斜視図である。筐体１０はヘッド部１０ａと把持部１０ｂから構成されている。ヘッド部１０ａの底面１１にはほぼ矩形の読み取り開口１２が設けられている。把持部１０ｂの側面には読み取り動作を開始するためのトリガー１５が設けられている。また、把持部１０ｂのヘッド部１０ａと反対側の端部には、読み取り結果を他のハードウエアへ送信するケーブル１６が取り付けられている。
【００１３】
図２は、本実施形態に係るシンボル読み取り装置のブロック図である。
ＣＰＵ（中央演算処理装置）２０はシンボル読み取り装置全体の制御を行う。トリガー１５はインバータ１５ａに接続されており、インバータ１５ａはトリガー１５が押されている場合、ハイ信号すなわち「１」を出力し、トリガー１５が押されていない場合、ロー信号すなわち「０」を出力する。インバータ１５ａの出力信号はＣＰＵ２０のポートＰ3 に入力される。
【００１４】
ＣＰＵ２０には、ＣＣＤ駆動回路３２、光源駆動回路３３、信号処理回路３４が接続されている。ＣＣＤ駆動回路３２に対する制御信号はポートＳ3 から出力され、光源駆動回路３３に対する制御信号はポートＳ4 から出力される。
【００１５】
筐体１０内においてＣＣＤ３５の近傍に配設された角速度センサー４０から筐体１０の揺れの速さに応じた電圧が筐体揺れ検出回路４１に出力され、筐体揺れ検出回路４１では角速度センサー４０からの入力値に応じたアナログ電圧をコンパレータ４２に出力する。尚、角速度センサーには、振動するとその振動速度に対応した電圧が発生するセラミックから成る従来公知のセンサーが用いられる。
【００１６】
コンパレータ４２は演算増幅器を用いた比較回路であり、正相入力端子には上述のように筐体揺れ検出回路４１が接続され、逆相入力端子には可変抵抗であるボリュームＲｖが接続されている。コンパレータ４２は、ボリュームＲｖにより設定される基準電圧値Ｓ2 を閾値とし、この電圧値Ｓ2 と筐体揺れ検出回路４１の出力電圧Ｓ1 を比較し、出力電圧Ｓ1 が基準電圧値Ｓ2 より高ければハイ信号すなわち「１」を出力し、出力電圧Ｓ1 が基準電圧値Ｓ2 より低ければロー信号すなわち「０」を出力する。コンパレータ４２はＣＰＵ２０に接続されており、その出力値はＣＰＵ２０のポートＰ1 に入力される。
【００１７】
ＣＰＵ２０のポートＳ4 から出力される信号に基づいて光源駆動回路３３から制御信号が出力され、この制御信号に従って光源３６が駆動され、シンボル面に照明光が照射される。
【００１８】
一方、ポートＰ1 およびＰ3 の入力値に基づいてポートＳ3 の出力値が決定されると、ＣＣＤ駆動回路３２はポートＳ3 から入力される信号に基づいて制御される。これによりＣＣＤ駆動回路３２から制御信号が出力され、ＣＣＤ３５が駆動される。ＣＣＤ３５ではシンボル面に照射された照明光の反射光を光電変換することによりシンボル面の撮像処理が行われる。ＣＣＤ３５から出力される光電変換されたシンボル面の画像情報すなわち全画素データは、信号処理回路３４で２値化処理等を施されポートＰ2 に入力される。また、ＣＣＤ駆動回路３２からはシンボル情報の抽出時に用いられる同期信号（垂直、水平同期信号およびフィールドインデックス信号ＦＩ）が出力されポートＰ4 に入力される。ＣＰＵ２０では、ポートＰ2 に入力された全画素データをポートＰ4 に入力される同期信号に基づいてメモリ（図示せず）に格納する。
【００１９】
また、ＣＰＵ２０では、メモリに格納したシンボル面の撮像情報が読み出され、ポートＰ4 に入力された同期信号（垂直、水平同期信号およびフィールドインデックス信号ＦＩ）に基づいて、画像情報からからシンボルの情報が抽出され、抽出されたシンボル情報を基にデコード等の処理が施される。デコードに成功したシンボル情報はポートＰ5 から出力され、外部インタフェース３８を介してホストコンピュータに送信される。
【００２０】
図３は、筐体１０の揺れの速さと筐体揺れ検出回路４１の出力値Ｓ1 との関係を示すグラフである。筐体１０の揺れの速さが大きくなるにつれて、出力値Ｓ1 も上昇する。ただし、出力値Ｓ1 の最小値および最大値は筐体揺れ検出回路４１に予め設定されており、本実施形態では、最小値は２Ｖ、最大値は４Ｖで、基準電圧値Ｓ2 は例えば２．５Ｖ程度に設定されており、筐体の揺れの速さＶｔｈに対応している。すなわち、出力値Ｓ1 は２Ｖ〜４Ｖの範囲内で筐体１０の揺れの速さに応じて可変である。
【００２１】
図４は、ポートＰ1 およびＰ3 の入力値とポートＳ3 の出力値の関係を示す真理値表である。真理値表においてポートＳ3 の出力値は、「０」がフィールドモードによる読み出し、「１」がフレームモードによる読み出しを示す。
真理値表の第１行目は、ポートＰ3 の入力値が「１」すなわちトリガー１５が押されており、かつポートＰ1 の入力値が「０」すなわち筐体１０の揺れの速さが大きい場合を示している。この場合ポートＳ3 からは「０」すなわちフィールドモードによる読み出しを指示する信号が出力される。
【００２２】
真理値表の第２行目は、ポートＰ3 の入力値が「１」すなわちトリガー１５が押されており、かつポートＰ1 の入力値が「１」すなわち筐体１０の揺れの速さが小さい場合を示している。この場合ポートＳ3 からは「１」すなわちフレームモードによる読み出しを指示する信号が出力される。
【００２３】
以上のようにポートＰ1 の値は基準電圧値Ｓ2 を閾値として決定され、さらにポートＰ1 の値に応じて読み出しのモードが決定される。従って、図３に示すように筐体の振れの速さが基準電圧値Ｓ2 に対応した筐体の振れの速さＶｔｈを越えている場合はフィールドモードによる読み出しとなり、Ｖｔｈを越えていない場合はフレームモードによる読み出しとなる。
【００２４】
図５は、本実施形態に用いられる従来公知のＣＣＤの構成を示す概略図である。
図５において、各画素に対応するフォトダイオード６０と垂直転送ＣＣＤ６１が交互に配置されている。すなわち、垂直方向Ｖに延びたフォトダイオード６０と垂直転送ＣＣＤ６１が水平方向Ｈにおいて交互に配列されている。フォトダイオード６０に発生した電荷は垂直転送ＣＣＤ６１に移動され、垂直転送ＣＣＤ６１において水平転送ＣＣＤ６２に転送され、水平転送ＣＣＤ６２に接続された端子から出力される。
【００２５】
図６はフォトダイオード６０と垂直転送ＣＣＤ６１の構成を示す拡大図である。本実施形態の垂直転送ＣＣＤ６１はＶ1 、Ｖ2 、Ｖ3 、Ｖ4 の４相の転送電極で構成されている。垂直方向Ｖに並んだフォトダイオード６０は交互にＶ1 、Ｖ3 の電極に接続されている。すなわち、奇数番目のフォトダイオード（ＰＤ1 、ＰＤ3 、ＰＤ5 ．．．）は電極Ｖ1 に接続され、偶数番目のフォトダイオード（ＰＤ2 、ＰＤ4 、ＰＤ6 ．．．）は電極Ｖ3 に接続されている。各フォトダイオードに蓄積された電荷は、接続された電極に電圧が印加されると垂直転送ＣＣＤ６１に移動する。尚、奇数番目のフォトダイオードは読み出される画像の奇数フィールドに対応し、偶数番目のフォトダイオードは偶数フィールドに対応する。
【００２６】
図７は本実施形態の撮像素子の断面図である。ｎ型シリコン基板７０の上にｐ型シリコン基板７１が積層され、その上にｎ型のフォトダイオード６０が配設されている。フォトダイオード６０の近傍には垂直転送ＣＣＤ６１が形成され、垂直転送ＣＣＤ６１はアルミニウムから成る遮蔽部材６２により遮光されている。フォトダイオード６０の残留電荷は、ｎ型シリコン基板７０に数十ボルトの電圧（Ｖｓｕｂ）を印加することにより基板側に移動し撮像素子から除去される。
【００２７】
図８はフィールド読み出しの場合のタイミングチャート、図９はフレーム読み出しの場合タイミングチャートである。タイミングチャート中、ＦＩはＣＣＤ駆動回路３２が出力するフィールドインデックス信号であり、ハイが奇数フィールド、ローが偶数フィールドに対応する。
図８において、Ａ８で基板電圧が印加され、フォトダイオード６０（図５参照）の残留電荷が除去される。その後フォトダイオード６０に電荷が蓄積されはじめ、Ｂ８で垂直転送ＣＣＤ６１の電極Ｖ1 、Ｖ3 （図６参照）に同時に電圧が印加されると、フォトダイオード６０に蓄積された奇数フィールドおよび偶数フィールドの電荷が垂直転送ＣＣＤ６１に転送される。垂直転送ＣＣＤ６１では水平転送ＣＣＤ６２から数えて奇数番目のフォトダイオードとその隣の偶数番目のフォトダイオード（ＰＤ1 とＰＤ2 、ＰＤ3 とＰＤ4 ．．．．．）の電荷が加算され、水平転送ＣＣＤ６２（図５参照）に転送される。Ｂ８からＤ８の期間水平転送ＣＣＤ６２から電荷が出力され、１フィールドの画像情報として読み出される。
【００２８】
次いで、Ｃ８で再び基板電圧が印加され、フォトダイオード６０の残留電荷が除去された後、Ｄ８で垂直転送ＣＣＤ６１の電極Ｖ1 、Ｖ3 に同時に電圧が印加され、フォトダイオード６０に蓄積された奇数フィールドおよび偶数フィールドの電荷が垂直転送ＣＣＤ６１に転送される。Ｂ８において垂直転送ＣＣＤ６１では加算した奇数番目のフォトダイオードとと偶数番目のフォトダイオードの組み合わせを替えて電荷が加算され（ＰＤ2 とＰＤ3 、ＰＤ4 とＰＤ5 ．．．．．）、水平転送ＣＣＤ６２に転送される。同様にＤ８からＥ８の期間水平転送ＣＣＤ６２から電荷が出力され、１フィールドの画像情報として読み出される。
【００２９】
図９において、Ａ９で基板電圧が印加され、フォトダイオード６０の残留電荷がクリアされる。その後フォトダイオード６０に電荷が蓄積されはじめ、Ｂ９で垂直転送ＣＣＤ６１の電極Ｖ1 に電圧が印加されると、フォトダイオード６０に蓄積された奇数フィールドの電荷が垂直転送ＣＣＤ６１に転送され、電荷は垂直転送ＣＣＤ６１から水平転送ＣＣＤ６２に転送される。同時にＦＩは奇数フィールドを示すハイ信号に切り替わる。Ｂ９からＤ９の期間水平転送ＣＣＤ６２から電荷が出力され、奇数フィールドの画像情報として読み出される。その間、Ｃ８で再び基板電圧が印加され、フォトダイオード６０の残留電荷が除去される。Ｄ９で垂直転送ＣＣＤ６１の電極Ｖ3 に電圧が印加されると、フォトダイオード６０に蓄積された偶数フィールドの電荷が垂直転送ＣＣＤ６１に転送され、次いで水平転送ＣＣＤ６２に転送される。同時にＦＩは偶数フィールドを示すロー信号に切り替わる。Ｄ９からＦ９の期間水平転送ＣＣＤ６２から電荷が出力され、偶数フィールドの画像情報として読み出される。
【００３０】
従って、Ｖ1 、Ｖ3 の電圧印加の位相を制御することにより読み出しモードの切り替えすなわちフィールドモード、フレームモードの切り替えが行われる。
【００３１】
フィールドモードで読み出す場合は、偶数フィールドの画素情報と奇数フィールドの画素情報を加算して処理するため、フレームモードによる読み出しに比べると画像情報量が半分に減少する反面、撮像時間（電荷蓄積時間から全画素データ分の読み出しが完了するまでに要する時間）がフレームモードの約半分ですむため筐体が揺れている可能性の高い場合には有効な読み取りモードである。
【００３２】
一方、フレームモードで画像情報を読み出す場合は、画像情報量が多くデコードの精度が向上する反面、電荷蓄積時間および読み出しに要する時間がフィールドモードの２倍の時間を必要とする。従って、フレームモードで読み出す場合、読み取り開口をシンボル面により長時間位置づける必要があり、操作者の手振れ等による外乱に弱い。
【００３３】
図１０はシンボル面の撮像処理からシンボルデータ送信までの処理フローである。処理フローの開始時、シンボル読み取り装置本体の電源はオンされており、ＣＰＵ２０は稼働状態にあり、各駆動回路およびＣＣＤ３５、光源３６は駆動可能な状態にある。ステップ１００ではトリガー１５が押されているか否かを判断し、押されていればステップ１０１へ進み、押されていない場合は新たな処理は行われない。すなわち、トリガー１５が押されてシンボル読み取りの処理が開始される。
【００３４】
ステップ１０１においてポートＰ1 の値が確認され、「１」すなわち筐体１０の揺れの速さが大きい場合はステップ１０２へ進み、フィールドモードでシンボル面の画像情報が読み出される。一方ポートＰ1 の値が「０」すなわち筐体１０の揺れの速さが小さい場合はステップ１０３に進み、フレームモードでシンボル面の画像情報が読み出される。読み出された画像情報は２値化処理や所定の画像処理が施された後メモリに格納され、ステップ１０４へ進む。
【００３５】
ステップ１０４ではメモリからシンボル面の画像情報が読み出され、その画像情報からデータシンボルに対応する画素データのみの抽出、すなわちシンボルの抽出処理が行われる。抽出された切り出された画素データを基にステップ１０５でデコード処理が施される。ステップ１０５においてデコード処理が成功した場合は、シンボル読み取り成功としてステップ１０６でシンボルの情報が外部のホストコンピュータへ送信される。デコード処理に失敗した場合は、ホストコンピュータへの送信は行われない。尚、シンボル読み取りの結果は、デコードの結果はブザーあるいは筐体に設けられた表示ランプ（図示せず）等により操作者に知らされる。
【００３６】
以上のように本実施形態によれば、角速度センサーにより検出される筐体の揺れの速さに応じて撮像モードを設定している。そのため、シンボル面の撮像情報の信頼性が高くなり、シンボル面の撮像情報からシンボル情報を抽出してデコードする際失敗する可能性が低減され、シンボル読み取り成功の確率が高くなる。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば筐体の固定状態に応じて２次元シンボルの読み取りを安定して行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るシンボル読み取り装置の斜視図である。
【図２】本実施形態のシンボル読み取り装置のブロック図である。
【図３】筐体の振れ量と筐体揺れ検出回路の出力値との関係を示すグラフである。
【図４】シンボル読み取り装置に内蔵されたＣＰＵにおける演算処理の真理値表である。
【図５】本実施形態のシンボル読み取り装置に用いられるＣＣＤの模式図である。
【図６】ＣＣＤのフォトダイオードと垂直転送ＣＣＤの構成を示す拡大図である。
【図７】ＣＣＤの層構造を示す断面図である。
【図８】フィールドモードによる画像情報の読み出しのタイミングチャートである。
【図９】フレームモードによる画像情報の読み出しのタイミングチャートである。
【図１０】本実施形態におけるシンボル読み出しの処理フローである。
【符号の説明】
１０  筐体
１２  読み取り開口部
１５  トリガー
２０  ＣＰＵ
６０  フォトダイオード
６１  垂直転送ＣＣＤ
６２  水平転送ＣＣＤ
【図１】
0003787193.tif 000002
【図２】
0003787193.tif 000003
【図３】
0003787193.tif 000004
【図４】
0003787193.tif 000005
【図５】
0003787193.tif 000006
【図６】
0003787193.tif 000007
【図７】
0003787193.tif 000008
【図８】
0003787193.tif 000009
【図９】
0003787193.tif 000010
【図１０】
0003787193.tif 000011