(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学的シンボルの読み取り装置であって、
前記光学的シンボルの光学像を形成する光学系と、
この光学系によって形成される前記光学像を受光するイメージセンサと、
前記光学的シンボルと読み取り装置本体との間の距離を測定する測距手段とを有し、
前記光学系および前記イメージセンサは、前記光学系の光軸方向の所定の距離範囲で前記光学的シンボルを読み取り可能に構成し、
前記測距手段は、その測距光軸が前記所定の距離範囲のほぼ中間で、前記光学系の光軸を横切るよう構成したことを特徴とする光学的シンボルの読み取り装置。
【請求項２】
前記光学系は、像倍率可変のズーム機能を有することを特徴とする請求項１記載の光学的シンボルの読み取り装置。
【請求項３】
前記所定の距離範囲内における前記測距手段の測距光軸が、前記ズーム機能を有する光学系の最狭視野画角での視野範囲から外れないよう構成したことを特徴とする請求項２記載の光学的シンボルの読み取り装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、バーコード、文字、画像等の光学的に読み取り可能な光学的シンボルの読み取り装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、バーコードの読み取り装置として、バーコードの光学像を光学系を介して一次元や二次元のイメージセンサに結像させて読み取るものが知られているまた、このような方式のなかには、光学系の焦点位置を調節してピントの合う範囲を広げたり、またズームレンズ等を用いて読み取り範囲を広げるようにしたものもある。
【０００３】
例えば、特開昭５３−３０２２３号公報には、光学系によって形成されるバーコードの像を検出するイメージセンサの出力に基づいて、バーコードに対する光学系の焦点状態を検出して、光学系のピント合わせを行うようにしたものが開示されている。また、特開昭６２−２８０９７８号公報や特開昭６３−８３８８６号公報には、バーコードに近赤外光を投射して、バーコードとの距離を三角測距方式で測距する、いわゆるアクティブ三角測距により距離情報を得、それに基づいて光学系のピント合わせを行うようにしたものが開示されている。さらに、米国特許第４，８７７，９４９号明細書には、超音波センサを用いてバーコードまでの距離情報を得、それに基づいて光学系のピント合わせを行うようにしたものが開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の特開昭５３−３０２２３号公報に開示されている読み取り装置にあっては、イメージセンサの出力からバーコードの像の状態を検出して焦点情報を得るようにしているため、ピント合わせに時間がかかるという問題があると共に、バーコードが小さく、白い紙等のコントラストのない部分を検出した場合には、焦点状態が判別できない等の問題がある。
【０００５】
また、特開昭６２−２８０９７８号公報や特開昭６３−８３８８６号公報に開示されている読み取り装置にあっては、いずれも、光学系およびイメージセンサによる視野範囲、すなわち像検出範囲と、測距点とのズレについては考慮されていないため、例えば、バーコードの付いている対象物が小さい場合には、測距できなかったり、誤測距を生じて、バーコードの読み取りができなくなるという問題がある。
【０００６】
図３は、かかる問題点を説明するための従来の読み取り装置の構成を示すものである。この読み取り装置は、本体２１の内部に設けた、バーコード（図示せず）の光学像を形成するズーム機能を有する光学系２２と、その光学像を受光するイメージセンサ２３と、近赤外ＬＥＤ２４、測距レンズ２５、図示しない半導体位置検出器（ＰＳＤ）等を収納した測距ユニット２６と、照明用ＬＥＤ２７，２８とを有する。また、本体２１には、バーコードと対向する側に窓２９が設けられている。ここで、光学系２２および測距ユニット２６は、光学系２２の光軸Ｏ10と、測距ユニット２６の測距光軸Ｏ20（近赤外ＬＥＤ２４からの近赤外光の投射軸）とが、測距ｄ10離れて平行となるように配置されている。
【０００７】
図３においては、照明用ＬＥＤ２７，２８によって窓２９を経てバーコードを照明し、その光学像を窓２９を経て光学系２２によりイメージセンサ２３上に形成して、その出力に基づいてバーコードの情報を読み取るようにしている。また、測距ユニット２６において、近赤外ＬＥＤ２４からの近赤外光を測距レンズ２５および窓２９を経てバーコードに向けて投射し、そのバーコードの付いている対象物での反射光をＰＳＤで受光して距離情報を得、それに基づいて光学系２２のバーコードに対する焦点調節を行うようにしている。
【０００８】
ここで、光学系２２およびイメージセンサ２３による視野範囲（像検出範囲）は、光学系２２内部のズーミングにより、Ｖw10,Ｖw20 からＶT10,ＶT20 の間で変化し、距離Ｌ10ではＦ10からＦ30の幅となり、距離Ｌ20ではＦ20からＦ40の幅となる。これに対して、測距ユニット２６の測距光軸Ｏ20は、光学系２２の光軸Ｏ10と距離ｄ10離れて平行となっている。このため、光学系２２の視野が狭く、距離が近いところでは、視野範囲Ｆ30に対して測距光軸Ｏ20が外れて、読み取ろうとするバーコードの範囲以外の部分を測距してしまうことになり、特に、バーコードの付いている対象物が小さい場合には、測距できなかったり、誤測距を生じて読み取りができなくなる。
【０００９】
また、米国特許第４，８７７，９４９号明細書に開示されている読み取り装置にあっては、超音波センサを用いて測距するようにしているため、特に、検出対象物が比較的小さい場合には、距離を正確に測定することができず、上記と同様の問題が生じることになる。
【００１０】
この発明は、上述した従来の問題点に着目してなされたもので、読み取り距離範囲が広く、かつ、高密度なシンボルの読み取りや、小さな対象物上のシンボルの読み取りにも好適な読み取り成功率の高い、バーコード等の光学的シンボルの読み取り装置を提供することを目的とするものである。
【００１１】
より具体的には、誤測距等が少なく、したがって視野角が狭小になるズーム機能を有する光学系を用いる場合にも、対象物上のシンボルへの光学系のピント合わせを確実に行い得るよう適切に構成した光学的シンボルの読み取り装置を提供しようとするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する請求項１に係る発明は、光学的シンボルの読み取り装置であって、前記光学的シンボルの光学像を形成する光学系と、この光学系によって形成される前記光学像を受光するイメージセンサと、前記光学的シンボルと読み取り装置本体との間の距離を測定する測距手段とを有し、前記光学系および前記イメージセンサは、前記光学系の光軸方向の所定の距離範囲で前記光学的シンボルを読み取り可能に構成し、前記測距手段は、その測距光軸が前記所定の距離範囲のほぼ中間で、前記光学系の光軸を横切るよう構成したことを特徴とするものである。
【００１３】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の光学的シンボルの読み取り装置において、前記光学系は、像倍率可変のズーム機能を有することを特徴とするものである。
【００１４】
請求項３に係る発明は、請求項２記載の光学的シンボルの読み取り装置において、前記所定の距離範囲内における前記測距手段の測距光軸が、前記ズーム機能を有する光学系の最狭視野画角での視野範囲から外れないよう構成したことを特徴とするものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１および図２は、この発明の一実施形態を示すもので、図１は横断面図を、図２は縦断面図を示す。この読み取り装置は、ハンディタイプのもので、ヘッド部１とグリップ部２とを有する。ヘッド部１には、その内部に、例えばバーコード（図示せず）の光学像を形成するズーム機能を有する光学系３と、その光学像を受光する長方形の検出面を有する二次元のイメージセンサ４と、光学系３のピント合わせを行う焦点調節機構（図示せず）と、ヘッド部１と読み取るべきバーコードとの間の距離を測定する測距ユニット５と、光学系３および測距ユニット５の周囲近傍に配置したバーコードを照明するための４個の照明用ＬＥＤ６〜９とを設け、バーコードと対向する側の外部には窓１０を設ける。
【００１６】
光学系３は、イメージセンサ４による読み取り視野範囲が、光学系３のズーム機能によりＶW1〜ＶW4からＶT1〜ＶT4の間で可変可能として、距離Ｌ1 でＦ11, Ｆ12からＦ31, Ｆ32の幅が得られ、距離Ｌ2 ではＦ21, Ｆ22からＦ41, Ｆ42の幅が得られるようにして、これら距離Ｌ1 からＬ2 の間で、バーコードの像をイメージセンサ４上に結像できるように構成する。なお、イメージセンサ４は、Ｆ11の方向の方がＦ12の方向よりも大きな長方形とする。
【００１７】
測距ユニット５は、イメージセンサ４の検出面の長手方向で、光学系３の近傍に配置する。この測距ユニット５には、近赤外ＬＥＤ１１、投光レンズ１２、受光レンズ１３およびＰＳＤ１４を設け、その測距光軸Ｏ2 （近赤外ＬＥＤ１１からの近赤外光の投射軸）が、光学系３の光軸Ｏ1 を横切るように構成する。この実施形態では、測距光軸Ｏ2 を光学系３の光軸Ｏ1 に対して、図１に示す横断面内、すなわち光学系３の光軸およびイメージセンサ４の検出面の長手方向にそれぞれ直交する方向から見て、距離Ｌ1 とＬ2 とのほぼ中間で横切り、図２に示す縦断面内、すなわち光学系３の光軸およびイメージセンサ４の検出面の短辺方向にそれぞれ直交する方向から見て、光学系３の光軸Ｏ1 に対して、距離ｄ3 隔ててほぼ平行となるように構成する。なお、レイアウトによっては、ｄ3 を０にすることも可能である。このようにして、視野角最小のＶT1〜ＶT4のズーム位置でも、視野Ｆ31, Ｆ32，Ｆ41, Ｆ42の範囲内に、測距光軸Ｏ2 および測距用の投光光束Ａ1 〜Ａ4 が収まるようにする。
【００１８】
また、グリップ部２には、その内部に、イメージセンサ４およびＰＳＤ１４の出力を処理すると共に、各部の動作を制御する信号処理回路１６を配置し、外部には、読み取り動作を起動するためのトリガスイッチ（図示せず）を設ける。
【００１９】
以下、この実施形態の一動作例について説明する。
操作者が装置のグリップ部２を手に持ち、読み取るべきバーコードに窓１０を向けてトリガスイッチを押すと、測距ユニット５においてヘッド部１とバーコードを有する対象物（図示せず）との間の測距が行われる。この測距動作においては、近赤外ＬＥＤ１１が点灯して、その近赤外光が投光レンズ１２により、測距光軸Ｏ2 を中心光線とする平行光束の投光光束Ａ1 〜Ａ4 として対象物に投射される。この対象物での反射光は、受光レンズ１３を経てＰＳＤ１４で受光され、その出力に基づいて信号処理回路１６において、ヘッド部１と対象物との間の距離が測定される。
【００２０】
測距動作によって、ヘッド部１と対象物との間の距離が測定されると、その距離情報に基づいて、バーコードの像がイメージセンサ４上に結像されるように、図示しない焦点調節機構により光学系３のピント合わせが自動的に行われる。ピント合わせが終了すると、それに同期して照明用ＬＥＤ６〜９が点灯し、これによりバーコードが照明され、その光学像が光学系３によりイメージセンサ４上に結像される。このイメージセンサ４の光電出力（画像信号）は、信号処理回路１６に供給されてデコードされ、そのデコードされたバーコード情報は、図示しないケーブルを介してホストコンピュータに転送される。
【００２１】
この実施形態よれば、測距ユニット５を、イメージセンサ４の検出面の長手方向で光学系３の近傍に配置して、その測距光軸Ｏ2 が、図１に示す横断面内で、距離Ｌ1 ，Ｌ2 間の読み取り距離範囲のほぼ中間で、光学系３の光軸Ｏ1 を横切るようにし、図２に示す縦断面内では、両光軸Ｏ1 ，Ｏ2 がほぼ平行となるように構成したので、ズームによる狭い画角でも読み取り距離範囲全域で、視野範囲から測距範囲がはずれることがない。したがって、距離Ｌ1 ，Ｌ2 間の読み取り距離範囲で、常に正確にバーコード情報を読み取ることができる。また、照明用ＬＥＤ６〜９を、光学系３および測距ユニット５の周囲近傍に配置するようにしたので、装置全体をコンパクトにできる利点がある。
【００２２】
なお、この発明は、上述した実施形態にのみ限定されるものではなく、幾多の変形または変更が可能である。例えば、上述した実施形態では、イメージセンサ４から出力される画像信号を、装置内で信号処理回路１６でデコードし、そのデコードされたバーコード情報をホストコンピュータに転送するようにしたが、デコード機能を持たずに、イメージセンサ４からの画像信号を２値化して得られるバーコードの光学像の２値化信号をそのまま転送したり、イメージセンサ４の画像信号をそのまま転送するようにすることもできる。あるいは、バーコード情報を装置内に蓄積したり、演算処理したりする、いわゆるハンディターミナルとして構成することもできる。
【００２３】
また、結像用の光学系３は、ズーム機能を有しない単焦点で構成することもできるし、焦点調節機能を省略して、固定焦点とすることもできる。なお、固定焦点とする場合には、焦点深度による読み取り可能距離範囲に対象物が入っているか否かを、測距手段による距離情報から判定してＬＥＤ等で表示するようにすることができる。
【００２４】
さらに、測距手段による測距方式は、近赤外アクティブ式の他、パッシブ式の三角測距とすることもできる。また、イメージセンサ４は、２次元のものに限らず、一次元のものを用いることもできる。さらにまた、上述した実施形態では、装置内に照明用ＬＥＤを設けてバーコードを照明するようにしたが、照明用光源を用いることなく、自然光などの外光でバーコードを読み取るようにしたり、あるいは、装置の外部に照明用の光源を設置するようにすることもできる。
【００２５】
また、この発明は、上述したバーコードの読み取り装置に限らず、通常の文字を読み取るＯＣＲリーダや、画像を読み取るイメージスキャナ等の光学的シンボルの読み取り装置にも有効に適用することができる。
【００２６】
付記項
１．請求項１，２または３記載の光学的シンボルの読み取り装置において、
前記イメージセンサは、長方形の検出面を有し、
前記測距手段は、その測距光軸が、前記光学系の光軸および前記イメージセンサの検出面の長手方向にそれぞれ直交する方向から見て、前記光学系の光軸を横切るよう構成したことを特徴とする光学的シンボルの読み取り装置。
２．請求項１，２，３または付記項１記載の光学的シンボルの読み取り装置において、
前記測距手段は、アクティブ式三角測距方式により測距するよう構成したことを特徴とする光学的シンボルの読み取り装置。
３．請求項１，２，３または付記項１記載の光学的シンボルの読み取り装置において、
前記測距手段は、バッシブ式三角測距方式により測距するよう構成したことを特徴とする光学的シンボルの読み取り装置。
４．請求項１〜３，付記項１〜３のいずれか一項記載の光学的シンボルの読み取り装置において、
前記光学系は、像倍率可変のズーム機能を有することを特徴とする光学的シンボルの読み取り装置。
５．付記項４記載の光学的シンボルの読み取り装置において、
前記測距手段は、その測距光軸が、前記ズーム機能を有する光学系の最狭視野画角での視野範囲から、前記所定の距離範囲内で外れないように傾けて構成したことを特徴とする光学的シンボルの読み取り装置。
６．請求項１〜３，付記項１〜５のいずれか一項記載の光学的シンボルの読み取り装置において、
前記測距手段の出力に基づいて、前記光学系の焦点調節を自動的に行う手段を有することを特徴とする光学的シンボルの読み取り装置。
７．請求項１〜３，付記項１〜５のいずれか一項記載の光学的シンボルの読み取り装置において、
前記測距手段の出力に基づいて、前記光学的シンボルが前記所定の距離範囲にあるか否かを通知する手段を有することを特徴とする光学的シンボルの読み取り装置。
８．付記項１記載の光学的シンボルの読み取り装置において、
前記測距手段は、その測距光軸が、前記光学系の光軸および前記イメージセンサの検出面の短辺方向にそれぞれ直交する方向から見て、前記光学系の光軸とほぼ一致するよう構成したことを特徴とする光学的シンボルの読み取り装置。
９．請求項１〜３，付記項１〜８のいずれか一項記載の光学的シンボルの読み取り装置において、
前記光学的シンボルを照明する少なくとも１つ以上の照明手段を有し、そのうちの少なくとも一つと、前記光学系の光軸との間に前記測距手段を配置したことを特徴とする光学的シンボルの読み取り装置。
【００２７】
【発明の効果】
この発明によれば、測距手段の測距光軸が所定の距離範囲のほぼ中間で、光学系の光軸を横切るようにしたので、ズーム等で視野角の狭い光学系を用いた場合でも、測距検出域が、視野範囲から外れることがない。したがって、高密度なバーコードラベル等をつけた小さな対象物に対しても誤測距がなく、確実な焦点調節が可能となり、広い読み取り距離範囲に亘って確実な読み取りができる読み取り装置を、簡単で低コスト、かつ小型に実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態における読み取り装置の横断面図である。
【図２】同じく、縦断面図である。
【図３】従来の技術を説明するための図である。
【符号の説明】
１  ヘッド部
２  グリップ部
３  光学系
４  イメージセンサ
５  測距ユニット
６，７，８，９  照明用ＬＥＤ
１０  窓
１１  近赤外ＬＥＤ
１２  投光レンズ
１３  受光レンズ
１４  ＰＳＤ
１６  信号処理回路
【図１】
0003810154.tif 000002
【図２】
0003810154.tif 000003
【図３】
0003810154.tif 000004