JP3810154B2 - Optical symbol reader - Google Patents
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Description
【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[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a reading device for optically readable optical symbols such as barcodes, characters and images.
[0002]
[Prior art]
For example, as a barcode reading device, one that reads an optical image of a barcode by forming it on a one-dimensional or two-dimensional image sensor via an optical system is known. There are some that adjust the focal position of the system to widen the focusing range, or use a zoom lens or the like to widen the reading range.
[0003]
For example, in Japanese Patent Laid-Open No. 53-30223, the focus state of an optical system with respect to a barcode is detected based on the output of an image sensor that detects a barcode image formed by the optical system. A device for performing focusing is disclosed. JP-A-62-280978 and JP-A-63-83886 disclose a so-called triangulation method in which near-infrared light is projected onto a bar code and the distance from the bar code is measured by a triangulation system. There is disclosed a technique in which distance information is obtained by active triangulation and an optical system is focused based on the distance information. Further, U.S. Pat. No. 4,877,949 discloses a method in which distance information to a bar code is obtained using an ultrasonic sensor and the optical system is focused based on the information. .
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the reading device disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No. 53-30223, the focus information is obtained by detecting the state of the bar code image from the output of the image sensor. There is a problem that it takes a long time to align, and there is a problem that, when a bar code is small and a non-contrast portion such as white paper is detected, the focus state cannot be determined.
[0005]
In addition, in the reading devices disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. Sho 62-280978 and 63-83886, the visual field range by the optical system and the image sensor, that is, the image detection range, and the measurement are measured. The deviation from the distance point is not taken into account, so for example, if the object with the barcode is small, the distance cannot be measured or the erroneous distance measurement occurs and the barcode cannot be read. There's a problem.
[0006]
FIG. 3 shows a configuration of a conventional reading apparatus for explaining such a problem. This reading apparatus includes an
[0007]
In FIG. 3, the barcodes are illuminated by the
[0008]
Here, the visual field range (image detection range) by the
[0009]
In addition, in the reading device disclosed in US Pat. No. 4,877,949, the distance is measured using an ultrasonic sensor, and therefore, particularly when the detection target is relatively small. In this case, the distance cannot be measured accurately, and the same problem as described above occurs.
[0010]
The present invention has been made paying attention to the conventional problems described above, and has a wide reading distance range, and is also suitable for reading high-density symbols and symbols on small objects. It is an object of the present invention to provide an optical symbol reading device such as a barcode.
[0011]
More specifically, the focus of the optical system to the symbol on the object can be reliably ensured even when using an optical system having a zoom function that reduces the erroneous distance measurement and the like, and thus narrows the viewing angle. It is intended to provide a suitably configured optical symbol reader.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to claim 1, which achieves the above object, is an optical symbol reader, and receives an optical system that forms an optical image of the optical symbol and the optical image formed by the optical system. An image sensor; and distance measuring means for measuring a distance between the optical symbol and the reader main body, and the optical system and the image sensor are within a predetermined distance range in the optical axis direction of the optical system. The optical symbol is configured to be readable, and the distance measuring unit is configured so that the distance measuring optical axis crosses the optical axis of the optical system approximately in the middle of the predetermined distance range. It is.
[0013]
According to a second aspect of the present invention, in the optical symbol reading device according to the first aspect, the optical system has a zoom function with a variable image magnification.
[0014]
According to a third aspect of the present invention, there is provided the optical symbol reading device according to the second aspect, wherein the distance measuring optical axis of the distance measuring means within the predetermined distance range is the narrowest field of view of the optical system having the zoom function. It is characterized in that it is configured not to deviate from the field of view at the angle of view.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
1 and 2 show an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a transverse sectional view and FIG. 2 is a longitudinal sectional view. This reading device is of a handy type and has a head portion 1 and a
[0016]
In the
[0017]
The distance measuring unit 5 is arranged in the vicinity of the
[0018]
In addition, the
[0019]
Hereinafter, an operation example of this embodiment will be described.
When the operator holds the
[0020]
When the distance between the head unit 1 and the object is measured by the distance measuring operation, focus adjustment (not shown) is performed so that a barcode image is formed on the
[0021]
According to this embodiment, the distance measuring unit 5 is disposed in the vicinity of the
[0022]
In addition, this invention is not limited only to embodiment mentioned above, Many deformation | transformation or a change is possible. For example, in the above-described embodiment, the image signal output from the
[0023]
Further, the imaging
[0024]
Further, the distance measuring method by the distance measuring means may be a passive triangular distance measurement in addition to the near infrared active type. Further, the
[0025]
Further, the present invention is not limited to the barcode reading apparatus described above, but can be effectively applied to an optical symbol reading apparatus such as an OCR reader that reads normal characters and an image scanner that reads images.
[0026]
Additional Notes 1. The optical symbol reader according to
The image sensor has a rectangular detection surface;
The distance measuring means is configured such that the distance measuring optical axis crosses the optical axis of the optical system when viewed from the direction orthogonal to the optical axis of the optical system and the longitudinal direction of the detection surface of the image sensor. An optical symbol reader.
2. The optical symbol reader according to
The optical symbol reader is characterized in that the distance measuring means is configured to perform distance measurement by an active triangular distance measuring method.
3. The optical symbol reader according to
2. The optical symbol reader according to claim 1, wherein the distance measuring means is configured to measure a distance by a passive triangular distance measuring method.
4). In the optical symbol reader according to any one of claims 1 to 3 and appendices 1 to 3,
The optical system has a zoom function with a variable image magnification, and an optical symbol reader.
5). In the optical symbol reader according to
The distance measuring means is configured such that the distance measuring optical axis is inclined so as not to deviate within the predetermined distance range from the field of view at the narrowest field angle of view of the optical system having the zoom function. An optical symbol reader.
6). In the optical symbol reader according to any one of claims 1 to 3 and appendices 1 to 5,
An optical symbol reading apparatus comprising means for automatically adjusting the focus of the optical system based on the output of the distance measuring means.
7). In the optical symbol reader according to any one of claims 1 to 3 and appendices 1 to 5,
An optical symbol reading apparatus comprising: means for notifying whether or not the optical symbol is within the predetermined distance range based on an output of the distance measuring means.
8). In the optical symbol reader according to appendix 1,
The distance measuring means has a distance measuring optical axis that substantially coincides with the optical axis of the optical system when viewed from directions orthogonal to the optical axis of the optical system and the short side direction of the detection surface of the image sensor. An optical symbol reader characterized by comprising.
9. In the optical symbol reader according to any one of claims 1 to 3 and appendices 1 to 8,
An optical symbol comprising: at least one illuminating means for illuminating the optical symbol, wherein the distance measuring means is disposed between at least one of the illuminating means and an optical axis of the optical system. Reading device.
[0027]
【The invention's effect】
According to the present invention, since the distance measuring optical axis of the distance measuring means is substantially in the middle of the predetermined distance range and crosses the optical axis of the optical system, even when an optical system with a narrow viewing angle is used for zooming or the like. The ranging detection area does not deviate from the visual field range. Therefore, there is no false distance measurement even for small objects with high-density barcode labels, etc., and it is possible to perform reliable focus adjustment, and a simple reading device that can reliably read over a wide reading distance range. Can be realized at low cost and in a small size.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a reading device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is also a longitudinal sectional view.
FIG. 3 is a diagram for explaining a conventional technique.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
10 Window 11 Near-infrared LED
12
16 Signal processing circuit
Claims (3)
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。An optical symbol reader,
An optical system for forming an optical image of the optical symbol;
An image sensor for receiving the optical image formed by the optical system;
Ranging means for measuring the distance between the optical symbol and the reader body;
The optical system and the image sensor are configured to be able to read the optical symbol in a predetermined distance range in the optical axis direction of the optical system,
2. The optical symbol reader according to claim 1, wherein the distance measuring means is configured so that the distance measuring optical axis crosses the optical axis of the optical system substantially in the middle of the predetermined distance range .
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