JP4531294B2

JP4531294B2 - シンボル情報読み取り装置

Info

Publication number: JP4531294B2
Application number: JP2001169846A
Authority: JP
Inventors: 慈朗福田; 弘志青木; 代士久市来
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2001-06-05
Filing date: 2001-06-05
Publication date: 2010-08-25
Anticipated expiration: 2021-06-05
Also published as: JP2002366887A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バーコード等の符号情報を読み取るシンボル情報読み取り装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ある所定のパターンで情報を表すシンボルマーク（標記）として、バーコードが知られている。このバーコードは、幅が異なる複数のバーとスペースが交互に配列されてバーコードキャラクタを形成しており、例えば、販売時点情報管理（ポイント・オブ・セールス：ＰＯＳ）システム等に広く利用されている。このバーコードは、ＪＡＮ（Japan Articale Number）として標準化され、一般消費財に使用され、１次元バーコードと称されている。しかし、１次元バーコードが持つことができる情報量は、数１０バイト程度であり、実際に使用する場合には情報量が十分ではなかった。
【０００３】
このようなバーコードの情報量に対する要求に従って、１次元バーコードとはコード体系が異なる２次元バーコードと称されるコード体系が提案され、格段に多い情報をコード化できるという特徴を持っている。この２次元バーコードは、１次元のバーコードをバーの方向に２層に積み重ねることによって情報量を増加させる方式などが提案され、例えば、「ＰＤＦ−４１７」と呼ばれるコード体系が存在する。
【０００４】
このような２次元バーコードを読み取るバーコード情報読み取り装置としては、レーザ光を２次元的に走査するように投射し、その反射光を読み取って記載される情報を得るレーザ走査型読み取り装置や、ＣＣＤで代表される２次元撮像素子を利用して、バーコードを撮像し、画像処理によりバーコード情報を復号するイメージャ型読み取り装置が実用化されている。このイメージャ型読み取り装置として、ハンドヘルドタイプやデータターミナルへ組み込まれることを前提とした小型のものが出現し、２次元シンボル情報読み取り装置の主流となっている。
【０００５】
近年の半導体装置製造技術の急速な発達により、撮像素子においては高解像度化、小型化及び低消費電力化等が実現されている。また読み取り装置においても、高性能化（高速読み取り、高解像度化など）や小型化に加え、バッテリー駆動を考慮した低消費電力化の必要性がより強く求められつつある。
【０００６】
このような要求に対して、ＣＣＤ型撮像素子に代わってＣＭＯＳ型撮像素子の採用が提案されている。一般的に、ＣＭＯＳ型撮像素子は、ＣＣＤ型撮像素子に比べ、低電圧駆動、低消費電力という特徴があり、周辺回路も集積化することが可能であるため、携帯型読み取り装置のアプリケーションに適している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述したＣＭＯＳ型撮像素子は、図７に示すような撮像方式を採用するため、撮像素子中の光電換素子に蓄積される画像は、いわゆる「フォーカルプレーンシャッタ」を使用して撮影された画像のようなものとなる。つまり、第Ｎラスタと第（Ｎ＋１）ラスタでは露光期間が１Ｈ（１水平走査期間）分ずれており、これを繰り返して１フレームを形成するので、第１ラスタと最終ラスタでは、その露光期間がほぼ１フレーム分ずれてしまう。このため、図８（ａ）に示されるような撮像素子の行方向に速度ｖで移動している長方形の物体をＣＭＯＳ型撮像素子で撮影すると図８（ｂ）に示すような平行四辺形になる。このようなＣＭＯＳ型撮像素子をバーコード読み取り装置に搭載した場合には、以下のような問題点が存在する。
【０００８】
１．比較的暗い環境下においては、たとえ露光時間が１Ｈ（１水平走査期間）であっても、照明点灯期間は、１フレーム期間となる（一括読み出しの可能なＣＣＤ型撮像素子では、点灯時間は１Ｈ期間のみでよい）。このため、照明を点灯した場合、ＣＣＤ撮像素子に比べて照明時間が長く電力消費が大きくなり、撮像素子自体の低消費電力特性という長所が生きてこない。
【０００９】
２．前述した第１ラスタと最終ラスタでは、露光期間がほぼ１フレーム分ずれるため、装置と相対的に移動するバーコードを撮像すると、その撮像形状がひずみやすく、十分な読み取り性能が得られない可能性がある。ハンドヘルドタイプの読み取り装置の場合は、移動する対象を撮像するときや手ぶれに対して影響が表れる。
【００１０】
従来、高速にバーコード情報を取得するために、例えば、特開平８−３２９１８５号公報においては、移動する対象物上のバーコード読み取りを目的としてフィールド情報で読み取りを行う方法などが開示されている。しかしながら、この方法は、必然的に情報量をある程度犠牲にしており、高密度バーコードの読み取りに対して悪い影響を与える。若しくは、撮像素子のクロック周波数を上げる方法があるが、ＥＭＩ対策上の問題や、高速読み出しを行うためにプロセス変更など大きな設計変更を伴う可能性があり、容易に導入し難い。
【００１１】
そこで本発明は、暗い環境下であっても比較的低消費電力を維持しつつ、且つ移動体に対してもその読み取り性能を向上させ、あるパターンの標記が表す情報を確実に読み取るシンボル情報読み取り装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、幅が異なる複数のバーとスペースが配列された標記を２次元像として撮像し、該標記が表す情報を読み取るシンボル情報読み取り装置であって、前記標記を照明する照明手段と、前記照明手段の点灯・消灯制御を行う照明手段制御手段と、行及び列のマトリックス状に配列された光電変換素子を含む光電変換手段と、前記光電変換手段の複数の行（ラスター）で複数のグループを構成し、前記各グループ内で１行をそれぞれ選択すると共に選択された各行の信号を１水平期間中に並列的に出力し、次の１水平期間に各グループの未だ選択されていない行を新たに選択すると共に前記新たに選択された各行の信号を並列的に出力し、これを順次繰り返すことによって前記光電変換素子の信号を出力する光電変換信号出力手段と、前記光電変換信号を解析し、前記標記が表す情報にデコードするデコード変換手段とを具備するシンボル情報読み取り装置を提供する。
【００１３】
さらに、本発明は前記照明制御手段が前記光電変換素子の最初の行（ラスター）の露光期間開始から最終の行（ラスター）の露光期間終了まで前記照明手段を点灯するシンボル情報読み取り装置を提供する。また、本発明は、前記照明制御手段が前記光電変換素子の最初の行（ラスター）の露光期間と最終の行（ラスター）の露光期間の重複する期間に前記照明手段を点灯するシンボル情報読み取り装置を提供する。
【００１４】
以上のような構成のシンボル情報読み取り装置は、Ｎ行（ラスタ）分をまとめて露光および出力を行い、全行の露光および出力に要する時間を１／Ｎに短縮し、その結果、撮像のために必要な照明点灯時間も短縮される。また、各行それぞれの露光期間のうち共通して重複する期間に照明を点灯させれば、各行の露光を均等に行え、より照明点灯時間を短縮化できる。さらに、このシンボル情報読み取り装置は、光電変換手段のマトリックス状に配置された複数の光電変換素子を列単位の群（グループ）に分割して、各グループの一行（ラスター）毎に同期させて、並列処理を行うことで一度に複数行の露光及び読み出しを行い、撮像期間が短縮されると共に、照明点灯期間が短縮される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１には、第１の実施形態としてのシンボル情報読み取り装置の概略的な外形を示して説明する。図１（ａ）は、本実施形態のシンボル情報読み取り装置１の斜視図であり、図１（ｂ）は同図（ａ）を窓側から見た図である。ここで、本実施形態が読み取るシンボルマークとして、バーコードを一例にとって、以下に説明する。
このシンボル情報読み取り装置は、概ね短銃型で携帯可能な形状をしており、銃身部１１とハンドル部１２、バーコードの読み取りを開始させるトリガ１４および銃身部先端に透明な窓１３で外装が構成されている。この窓１３を通して銃身部１１内に撮像素子を組み込んだスキャンエンジン１５が配置されている。従って、バーコード情報を読み取む際には、窓１３を物品や貼付されたシール等に印刷されるバーコードに対向させて、トリガ１４を引き、そのバーコードを光学的に読み取り、記載されるバーコード情報を得ることができる。
【００１６】
まず、図２及び図３を参照して、銃身部１１内部に組み込まれているスキャンエンジン１５及びデコード基板２６について説明する。
このスキャンエンジン１５は、シャーシ２１、撮像用レンズ実装部２２、例えば２０個の照明用ＬＥＤ実装部２３（２３Ｒと２３Ｌ）及びエンジン基板２４で構成されている。さらに、エンジン基板２４のシャーシ１５側にＣＭＯＳ型撮像素子２５が実装されている。なお、撮像レンズ実装部２２は、窓１３側が開口されており、その開口部分に組み込まれたレンズ（図示せず）がＣＭＯＳ型撮像素子２５の受光面へ撮像対象からの光像を導くように配置されている。また、照明用ＬＥＤ実装部２３もそれぞれに開口され、これらの開口底部に各１個づつＬＥＤが組み込まれている。
【００１７】
デコード基板２６は、撮影した画像データから情報を読み取る処理や後述する各構成部位の駆動制御を行うための処理・制御部２７が実装され、フラットケーブル２８でスキャンエンジン１５と接続されている。さらに、バーコード情報のデコード結果を出力送信するための接続ケーブル（図示せず）を介してホストコンピュータ等に接続されている。
図３は、このシンボル情報読み取り装置のブロック構成を示して説明する。
デコード基板２６に搭載される処理・制御部２７は、ＣＰＵ３１、システムクロック生成回路３２、リセット回路３３、ＡＳＩＣ３４、メモリ部３５（ＳＤＲＡＭ：３５Ａ，３５Ｂ）、フラッシュメモリ部３６（３６Ａ，３６Ｂ）及びＩ／Ｆ回路３７等で構成されており、それぞれバスや信号ラインにより接続されている。これらのうち、フラッシュメモリ３６には、ＣＰＵ３１のファームウェアが予め格納されており、必要に応じて読み出される。Ｉ／Ｆ回路３７は、読み取ったバーコード情報をホストコンピュータに送信するように作用し、そのためのホストに応じたＲＳ２３２ＣやＵＳＢ等のインターフェース機能を有している。
【００１８】
またＡＳＩＣ３４は、主にスキャンエンジン１５との制御信号のインターフェイス、画像信号（ＯＤＤ及びＥＶＥＮ）のデータパッキング（８ビットから３２ビットへの変換）、メモリ部３５へのＤＭＡ等を行っている。スキャンエンジン１５とは、８ビットの奇数（行）ラスター画像信号（ＯＤＤ）と偶数（行）ラスター画像信号（ＥＶＥＮ）を画像同期クロック（ＰＣＬＫ）に同期してＡＳＩＣ３４へ出力する。また、同時に画像の垂直同期信号（ＶＳＹＮＣ）、水平同期信号（ＨＳＹＮＣ）をＡＳＩＣ３４へ出力する。一方、ＡＳＩＣ３４からスキャンエンジン１５へ露光時間設定信号（ＥＸＰ）と照明点灯信号（ＩＬＬＭ）が入力される。
【００１９】
このように構成されたシンボル情報読み取り装置による読み取りのための主たる動作について説明する。
まず、読み取り装置に設けられた電源スイッチ（図示せず）のオン操作により、起動し初期状態が設定されて、読み取り可能となる。そして操作者がバーコードに窓１３を向けてトリガを引くと、ＣＰＵ３１は所定の露光時間設定するための露光時間設定信号（ＥＸＰ）と照明点灯信号（ＩＬＬＭ）をＡＳＩＣ３４を通じてスキャンエンジン１５に送信する。スキャンエンジン１５は、これらの信号に基づき、照明が点灯され、ＣＭＯＳ型撮像素子２５による撮像動作が開始される。そして撮像された画像は、垂直同期信号（ＶＳＹＮＣ）、水平同期信号（ＨＳＹＮＣ）、画像同期クロック（ＰＣＬＫ）に同期させて、奇数ラスター画像信号（ＯＤＤ）および偶数ラスター画像信号（ＥＶＥＮ）としてＡＳＩＣ３４へ転送する。
【００２０】
ＡＳＩＣ３４は、転送された奇数ラスター画像信号（ＯＤＤ）及び偶数ラスター画像信号（ＥＶＥＮ）を後述する方法で８ビットから３２ビットへ変換して画像データとして、ＲＡＭ３５に一旦記憶させる。
【００２１】
次にＣＰＵ３１は、ＲＡＭ３５に記憶された画像データを読み出して解析を行う。ここで、撮影した画像から正確な情報が読み取れない、即ち画像の明度が不適切と判断されると、露光時間設定信号（ＥＸＰ）及び／又は照明点灯信号（ＩＬＬＭ）を補正して、それらの値をＡＳＩＣ３４を通じてスキャンエンジン１５に送信し、前回と同様にバーコードの撮像を行い、画像データとして取り込む。一方、バーコード情報に解読に十分な明度を持つ画像データがＲＡＭ３５に記憶されていると判断されたならば、ＣＰＵ３１は解読処理を行いその結果（バーコード情報）をＩ／Ｆ回路３７を介して、ホストにバーコード情報へ送信する。
【００２２】
次に図４にはＣＭＯＳ型撮像素子の構成例を示して説明する。
本実施形態のＣＭＯＳ型撮像素子２５は、多数の光電変換素子４３を４８０行ｘ６４０列のマトリックス状に配置した光電変換素子群４１と、これらの素子を駆動する光電変換素子制御部４２、奇数行の光電変換素子から読み出した画像信号における奇数ラスター用ＡＤコンバータ４４Ａ、偶数行の光電変換素子から読み出した画像信号における偶数ラスター用ＡＤコンバータ４４Ｂを有している。
【００２３】
この光電変換素子群４１は、奇数行と偶数行に２分されたいわば２個の独立した２４０行ｘ６４０列の光電変換素子群４１をインターリーブさせた構成となっている。つまり、偶数ラスターのうちから任意の１ラスターを選択し、同時に奇数ラスターのうちから任意の１ラスターを選択し、それぞれを奇数ラスター用ＡＤコンバータ４４Ａおよび偶数ラスター用ＡＤコンバータ４４Ｂを通じて出力が可能となっている。但し、本実施形態においては、デコード処理がしやすいように、第１ラスターと第２ラスター、第３ラスターと第４ラスター、……、第４７９ラスターと第４８０ラスターという組み合わせで同時に出力するように光電変換素子制御部４２が露光期間及び読み出し順序を制御する。読み出された各光電変換素子４３のデータは、ＡＤコンバータ４４Ａ、４４Ｂにおいてディジタル値に変換され、ＡＳＩＣ３４へ出力される。
【００２４】
図５に示すタイミングチャートを参照して、本実施形態のＣＭＯＳ型撮像素子からの読み出し方法について説明する。
このＣＭＯＳ型撮像素子は、２本のラスターを同期させて、一度に露光、読み出しを行っているため、読み出し用クロック（ＰＣＬＫ）や１Ｈ（１水平走査期間）を高速化しなくても、図７に記載した期間よりも１／２の期間で全光電変換素子の読み出しを完了することができる。また、ＴΔ１（第１ラスターの露光が開始されてから第４８０ラスターの露光が開始されるまでの期間）も図７に比べて半減しているため、図８に記載した移動体を撮像した場合の画像の変形Δもおおよそ半分に軽減され得る。さらに、図５に示すように照明点灯期間（第１ラスターの露光開始から第４８０ラスター露光完了までの期間）ＴＩＬＭ０は、図８に示すＴＩＬＭの１／２となる。これにより、照明点灯に必要な消費電力においても半減することが可能となる。
【００２５】
図６には、本実施形態における８ビットの奇数ラスター画像信号（ＯＤＤ）及び偶数ラスター画像信号（ＥＶＥＮ）に対するデータパッキング方法（３２ビットへの変換方法）について説明する。
まず、読み出し用クロック（ＰＣＬＫ）に同期して画像信号ＯＤＤ及び画像信号ＥＶＥＮをそれぞれ取得する。画像信号ＯＤＤは、Ｏｄｄパケットへ、画像信号ＥＶＥＮはＥｖｅｎパケットへそれぞれパックされる。ＯｄｄパケットおよびＥｖｅｎパケットは、それぞれ８個のパケットバッファへ逐次転送する。
【００２６】
８パケット分のＯｄｄバッファ（ＯＡ〜ＯＨ）のデータが整い次第、裏パケット（ｏａ〜ｏｈ）に格納し、メモリへ順次転送する。同様に、Ｅｖｅｎバッファ（ＥＡ〜ＥＨ）に対しても同様の処理が行われる。
以上の処理によってＲＡＭに格納された画像データを解析して、バーコード情報を取得する。
【００２７】
次に第２の実施形態について説明する。
本実施形態は、前述した第１の実施形態と構成は同じであるが、照明の点灯タイミングが異なったものである。
【００２８】
図５に示したＴＩＬＭ１（第１ラスターと第４８０ラスターの露光期間で重複している期間）に照明を点灯させれば、全ラスターに対して均一に照明を与えることが可能となる。そこで、撮像画像に十分な明度が与えられるように各ラスターの露光期間を調整して、この重複期間ＴＩＬＭ１を最適化すればよい。これによっても、第１の実施形態と同様に高速読み出しと照明点灯時の省電力化も可能となる。
【００２９】
尚、前述した実施形態においては、撮像したバーコード列を水平に横切る方向（行方向）に対して情報を読み取っているため、例えば、バーコードが撮像画面の水平方向と直交する方向に貼付されていたことに気がつかずに読み取っていた場合、読み取りがエラーとなってしまう。このエラーを防止する対策としては、画像の方向を変換する画像処理部を設けて、まず、撮像されたバーコード画像の水平方向即ち、行方向にある程度の画像信号の検出を行い、バーを示す信号が検出されなかった場合には、解析処理を中断して、バーコード画像を９０度回転させた画像処理を行った後、再度行方向に画像信号の解析を行うことにより、エラー防止を実現できる。また、さらにバーコード画像の方向を検出する手段を設けて、バーコードを撮像して画像信号を解析する前に、バーコードの方向を検出して、必要であればバーコード画像の方向を適宜回転させる処理を施してもよい。
また、別な方法としては、ＣＭＯＳ型撮像素子の撮像素子はマトリックス状に配置されていることから、撮像素子からデータを読み出す際に、行と列との走査方向を切り替える切り換え手段と、バーコード画像の方向を検出する手段とを設けて、バーコード画像が水平方向と直交する方向であった場合に、データの読み出し方向を行方向から列方向に切り替えて読み出し適宜処理を行ってもよい。
【００３０】
以上の実施形態について説明したが、本明細書には以下のような発明も含まれている。
（１）幅が異なる複数のバーとスペースが配列された標記を２次元像として撮像し、該標記が表す情報を読み取るシンボル情報読み取り装置であって、
前記標記を照明する照明手段と、
前記照明手段の点灯・消灯制御を行う照明手段制御手段と、
行と列によるマトリックス状に配列された光電変換素子を含む撮像手段と、
前記撮像手段の複数行毎に均等分割された複数のグループを形成し、前記各グループ内毎に１行の光電変換素子の画像信号を１水平期間中に並列的に出力し、以降順次、行単位で光電変換素子から画像信号を出力させる撮像制御手段と、
前記画像信号を解析し、前記標記が表す情報にデコードするデコード変換手段と、
を具備することを特徴とするシンボル情報読み取り装置。
（２）前記撮像手段における均等分割は、グループ順に一行ずつインターリーブされるように分割され、それらの行のまとまり毎に撮像及び画像信号読み出しを行う前記（１）に記載のシンボル情報読み取り装置。
【００３１】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、暗い環境下であっても比較的低消費電力を維持しつつ、且つ移動体に対してもその読み取り性能を向上させ、あるパターンの標記が表す情報を確実に読み取るシンボル情報読み取り装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態としてのシンボル情報読み取り装置の外観構成を示す図である。
【図２】第１の実施形態のシンボル情報読み取り装置に搭載するスキャンエンジン及びデコード基板の外観構成を示す図である。
【図３】第１の実施形態のシンボル情報読み取り装置のブロック構成を示す図である。
【図４】ＣＭＯＳ型撮像素子の構成例を示す図である。
【図５】ＣＭＯＳ型撮像素子データ読み出しを説明するためのタイミングチャートである。
【図６】データパック方法について説明するための図である。
【図７】ＣＭＯＳ型撮像素子から従来のデータ読み出しを説明するためのタイミングチャートである。
【図８】従来のＣＭＯＳ型撮像素子における移動対象撮像時の画像変形について説明するための図である。
【符号の説明】
１１…銃身部
１２…ハンドル部
１３…窓
１４…トリガ
１５…スキャンエンジン
２１…シャーシ
２２…撮像用レンズ実装部
２３、２３Ｒ、２３Ｌ…照明用ＬＥＤ実装部
２４…エンジン基板
２５…ＣＭＯＳ型撮像素子
２６…デコード基板
２７…処理・制御部
２８…フラットケーブル
３１…ＣＰＵ
３２…システムクロック生成回路
３３…リセット回路
３４…ＡＳＩＣ
３５…ＤＲＡＭ
３６…フラッシュメモリ
３７…Ｉ／Ｆ回路

Claims

幅が異なる複数のバーとスペースが配列された標記を２次元像として撮像し、該標記が表す情報を読み取るシンボル情報読み取り装置であって、前記標記を照明する照明手段と、前記照明手段の点灯・消灯制御を行う照明手段制御手段と、行及び列のマトリックス状に配列された光電変換素子を含む光電変換手段と、前記光電変換手段の複数行で複数のグループを構成し、前記各グループ内で１行をそれぞれ選択すると共に選択された各行の光電変換信号を１水平期間中に並列的に出力し、次の１水平期間に各グループの未だ選択されていない行を新たに選択すると共に前記新たに選択された各行の光電変換信号を並列的に出力し、これを順次繰り返すことによって前記光電変換素子から光電変換信号を出力する光電変換信号出力手段と、前記光電変換信号を解析し、前記標記が表す情報にデコードするデコード変換手段と、を具備することを特徴とするシンボル情報読み取り装置。
前記照明制御手段は、前記光電変換素子の最初の行の露光期間開始から最終の行の露光期間終了まで前記照明手段を点灯することを特徴とする請求項１に記載のシンボル情報読み取り装置。
前記照明制御手段は、前記光電変換素子の最初の行の露光期間と最終の行の露光期間の重複する期間に前記照明手段を点灯することを特徴とする請求項１に記載のシンボル情報読み取り装置。
幅が異なる複数のバーとスペースが配列された標記を２次元像として撮像し、該標記が表す情報を読み取るシンボル情報読み取り装置であって、前記標記を照明する照明手段と、前記照明手段の点灯・消灯制御を行う照明手段制御手段と、行と列によるマトリックス状に配列された光電変換素子を含む撮像手段と、前記撮像手段の複数行毎に均等分割された複数のグループを形成し、前記各グループ内毎に１行の光電変換素子の画像信号を１水平期間中に並列的に出力し、以降順次、行単位で光電変換素子から画像信号を出力させる撮像制御手段と、前記画像信号を解析し、前記標記が表す情報にデコードするデコード変換手段と、を具備することを特徴とするシンボル情報読み取り装置。
前記撮像手段における均等分割は、グループ順に一行ずつインターリーブされるように分割され、それらの行のまとまり毎に撮像及び画像信号読み出しを行う請求項４に記載のシンボル情報読み取り装置。