CN100370469C - 光学读取信息的装置 - Google Patents

Abstract

在用于光学读取信息码的装置内，壳体具有的壁内有可透过光的读取窗。该读取窗具有一段长度和宽度。面传感器具有由像素组成的像素区域。该像素排列为行和列。该面传感器设置在该壳体内，使得像素区域对着该读取窗的窗表面，并使该面传感器的行和列方向分别向沿该读取窗的长度和宽度的方向倾斜。

Description

光学读取信息的装置

相关申请的交叉参考

本申请基于于2004年6月21日的提交日本专利申请2004-182622。本申请要求源于该日本专利申请的优先权，因此其全部说明都在此引入作为参考。

技术领域

本发明涉及光学读取信息的装置。更具体地，本发明涉及光学读取作为信息的一维码(条形码)和二维码的装置。每一种装置都具有在其一个末端形成有读取窗的壳体，和排列为行和列的像素的面传感器。

背景技术

提供使用光学可读条形码(一维码)的系统，用于支持日用品销售以及/或者库存控制。光学信息读取器，例如条形码读取器，通常分别使用CCD线传感器来读取这样的条形码。使用CCD线传感器的条形码读取器的例子公开于No.H5-56218号日本未经审查的专利公开中。

由于条形码(一维码)只具有一维数据存储区域，该一维数据存储区域限制了能够被存储于其上的数据量。换而言之，为了增加其上可存储的数据量，必须沿该一维方向拉长条形码，就使得当保持其上可存储的数据量时很难缩小条形码的尺寸。

近来，二维码变得很普遍，它以QR码为代表，能够在保持其紧凑尺寸的同时存储大量数据。条形码和二维码因此通常被用于不同的情况下。已经提供有这样的光学信息读取器，，它通常使用具有以行和列排列的大量像素的CCD图像传感器。该具有CCD图像传感器的光学信息读取器能够读取条形码和二维码。

当使用具有面传感器的光学信息读取器读取一维码，例如条形码时，该光学信息读取器对该一维码的分辨率取决于该面传感器水平(行)方向上的像素数量。即使光学信息读取器中集成有具有大约300,000像素的面传感器，但相比于具有线传感器的条形码读取器而言，这种光学信息读取器对于一维码的分辨率可能也是不够的。这使具有面传感器的光学信息读取器很难在读取一维码时获得高分辨率。

发明内容

本发明是在该背景的基础上实现的，因此本发明的光学读取装置的优选实施例能够读取一维码和二维码并保持对一维码的分辨率。

根据本发明的一个方面，提供了光学信息码读取装置。该装置包括具有外壁的壳体，在该外壁内有读取窗，光线可透过该读取窗。该读取窗具有一段长度和宽度。该装置包括具有由像素组成的像素区域的面传感器。该像素以行和列排列。该面传感器设置于该壳体内，从而使像素区域与该读取窗的窗表面相对，并使该面传感器的行和列分别倾向于沿该读取窗的长度和宽度方向。

附图说明

参照附图，从后面对实施例的说明中，本发明的其它目标和方面将变得显而易见，其中：

图1是根据本发明实施例示意性地示出该枪状光学信息读取装置的结构的局部横截面侧视图；

图2A是根据该实施例示意性地示出显示于图1中的读取机构的一个侧面部分的视图；

图2B是根据该实施例示意性地示出显示于图1中的读取机构的头部的视图；

图3是根据该实施例示意性地示出该光学信息读取装置的电结构的实例的结构图；

图4A是根据该实施例示出条形码和光学信息读取装置的面传感器视场之间位置关系的视图；

图4B是根据该实施例示出QR码和光学信息读取装置的面传感器视场之间位置关系的视图；

图5A是根据该实施例示出该面传感器的排列的视图；

图5B是示出面传感器的通常排列的视图；以及

图6是示意性地示出图3中说明的控制电路的解码操作的流程图。

具体实施方式

本发明的实施例及其改进将在下文中参照附图进行说明。在该实施例及其改进中，本发明被应用于枪状光学信息读取装置。

图1是根据本发明的实施例示意性地示出该枪状光学信息读取装置OR的结构的局部横截面侧视图；图2A和图2B根据该实施例示出图1所示的读取机构；图3是根据该实施例示意性地示出该光学信息读取装置OR的电结构的结构图。

如图1所示，该光学信息读取装置OR设置有枪状壳体(机架)1。例如，该枪状壳体1具有细长的矩形平行六面体式的主体1a。该主体1a一侧的端部为圆形。

该枪状壳体1在其主体一个端部的一侧(具体地，图1中的底侧)设置有把手部分1b。该把手部分1b与该主体1a形成为整体。该把手部分1b使用户可以用一只手容易地抓住该光学信息读取装置OR并操纵它。

读取窗1c形成于该主体1a另一端部的侧表面上，该读取窗具有一段长度和宽度，而且是半透明的。例如，该读取窗1c基本上是矩形的。具体地，该读取窗1c具有一对彼此相对的长度边和一对彼此相对的侧边。

该光学信息读取装置OR还设置有触发开关2。该触发开关2设置于该把手部分1b的一侧表面上；并指向该读取窗1c。该触发开关2允许用户向该光学信息读取装置OR发出读取操作命令。

该光学信息读取装置OR设置有布置于壳体1另一侧端部的读取机构(光学读取机构)3。在本实施例中，该壳体1的另一侧的端部被称为“头部”。

该读取机构3能够读取不同的信息码，包括以QR码为代表的二维码，和一维码(条形码)，它们通过打印或者其它类似的方式记录于目标R上(见图3)。该目标R包括标签，该标签是一张纸片或者其它介质和目录，它是列出可获得的产品的附有插图的小册子。

可以将该目标R附于货物上。该信息码包括信息，例如，生产序列号，名称，唯一标识号码以及货物的生产日期。

近年来，该目标R包括显示屏，例如计算机终端，如蜂窝电话或者PDA(个人数字助手)上的液晶显示器(LCD)；该信息码可以显示于显示屏上。

根据图1至3的示意性说明，该读取机构3包括布置于壳体1头部并对着读取窗1c的电路板4，以及安装于电路板4的一表面上的CCD面传感器5，其中该传感器对着读取窗1c。

该读取机构3包括构成成像光学器件的成像镜头6，和多个光照明器件7，它们仅仅显示于图3中。

例如，该面传感器5构造为基本为方形的具有感光像素区域5a的CCD面传感器。具体地，该像素区域5a由以行和列排列的像素组成，例如以矩形排列(见图2B)。

该面传感器5也具有预定的光轴。将该面传感器5设置为使得其像素区域与主体1a的读取窗1c平行相对，并使其光轴穿过该读取窗1c的中心。

该成像镜头6设置于壳体1头部内读取窗1c和面传感器5之间。具体地，该成像镜头6具有管体和多个在其中同轴布置的透镜元件。将该成像镜头6设置为使得其光轴与该主体1a的头端表面相互垂直地延伸，其中该头端表面上形成有读取窗1c。也就是说，该读取窗1c，该面传感器5以及成像镜头6相互同轴地排列于主体1a内。

每一个光照明器件7都布置于成像镜头6周围。具体地，例如，每一个光照明器件7设置有作为光源的发光二极管(LED)。每一个光照明器件7还设置有有布置于每一个发光二极管和该读取窗1c之间的照明镜头。每一个照明镜头的光轴都朝向该读取窗1c，从而使每一个照明镜头都可以用于收集并扩散由每个发光二极管发射的光线并穿过读取窗1c。

具体地，当该读取装置OR的读取窗1c处于对着目标R的位置时，其中在该目标R上写有如二维码或者条形码的信息码，由每个光照明器件7发射的照明光穿过该读取窗1c照射到该信息码上。由该信息码反射的光穿过该读取窗1c进入到该成像镜头6。进入成像镜头6的反射光通过该成像镜头6聚焦到该面传感器5的感光像素区域5a上，从而使与该目标R相对应的图像至少通过该面传感器5的一部分而拾取。

在该实施例中，如上所述，通过该光学信息读取装置OR可读取的信息码包括一维码和二维码。该一维码的一个典型例子是条形码，它作为“条形码B”示出于图4A中。该二维码的一个典型例子是QR码，它作为“QR码C”示出于图4B中。

如图1所示，该光学信息读取装置OR设置有电路板9，该电路板布置于该主体1a的一个端侧，具体地，处于对着头侧的后侧。在该电路板9内，安装有该读取装置OR的电元件(见图3)。仅仅如图3所示，该光学信息读取装置OR设置有操作开关10，LED(发光器件)11，液晶显示器12，发音器13，以及通信接口14，它们分别布置于主体1a端部一侧的另一侧。该操作开关10允许用户向该读取装置OR输入不同的指令。该LED 11可用于向用户发送可视指示信息。该发音器13可用于发出一系列嘟嘟声，以向用户发出通知。该通信接口14允许该读取装置OR与外部设备进行通讯。

另一方面，该光学信息读取装置OR设置有作为电源的电池15，用于分别激活上述光学器件5和7，以及安装于电路板9上的电元件和上述I/O器件2、10-14。

图3根据该实施例示意性地示出该光学信息读取装置OR的电结构的实例。

具体地，如图3所示，在该电路板9中，提供了至少由一个微型计算机(一个CPU(中央处理单元)，一个包括ROM(只读存储器)和RAM(随机访问存储器)等的内部存储器单元，以及外围设备)组成的控制电路16。

该控制电路16基于来自于电池15的能源供应而运转。该控制电路16可通讯地(communicably)耦合到触发开关2和操作开关10上，从而将该开关2和10发出的命令输入到该控制电路16。该控制电路16可通讯地耦合到面传感器5和光照明器件7上。具体地，对该控制电路16进行编程从而控制该面传感器5和光照明器件7以对写在目标R上的信息码执行读取处理操作。

该控制电路16也可通讯地耦合到LED 11，发音器13和液晶显示器12，从而对其进行控制。此外，该控制电路16也可通讯地耦合到通信接口14，从而通过该通讯接口14与外部设备进行通信。

此外，在该电路板9中安装了放大器(AMP)17，模数(A/D)转换器18，存储器19，指定比率探测电路20，同步信号发生器21和地址产生器22，从而使他们分别可通讯地耦合到该控制电路16上。

该放大器17与面传感器5电连接，并可用于以基于由控制电路16发出的增益控制信号的增益，放大从该面传感器5输出的图像信号。该A/D转换器18与放大器17电连接，并可用于将放大后的图像信号转换为数字图像数据(该面传感器5的感光像素区域上每一个像素的光强数据(像素数据))。

该同步信号发生器21，例如，周期性地产生同步信号以便于在控制电路16的控制下，周期性地将其输出到该面传感器5、该指定比率探测电路20和该地址产生器22上。

该地址产生器22周期性地计算大量传送过来的同步信号，以产生和该计算结果相应的地址信号，从而给存储器19输出该地址信号。

也就是说，由A/D转换器18发送的该图像数据被存储于该存储器19中的图像存储器19a内，以便于和输出的地址信号相对应。该指定比率探测电路20可基于控制电路16的控制，响应于该同步信号探测该图像数据中指定的图案(位图案)(bit patterns)，使得该控制电路16和该指定比率探测电路20识别与该图像数据相对应的类型的信息码，从而基于该识别的结果对该图像数据进行解码。也就是说，该图像数据中的指定图案使得该控制电路16和该指定比率探测电路20识别图像数据(信息码)的类型。

在第一实施例中，如图5A所示，该面传感器5形成CCD面传感器，该CCD面传感器具有大量以行和列排列的像素P组成的感光像素区域5a，例如，该像素以矩形排列。例如，该CCD面传感器具有大约300,000个像素排列为行和列。图5A示意性地示出排列于栅格中的像素P。

该感光像素区域5a(像素P)具有预定的视场(FOV)F，它的形状是基于感光像素区域的形状而确定的，例如方形(见图4A)。

在第一实施例中，如图1，2A和2B所示，该面传感器5被安装于壳体1中头部内的板4上，从而使该面传感器5的像素区域5a对着读取窗1c的窗表面，而且该像素区域5a的行方向RD和列方向CD分别向该读取窗1c的侧方向LD1和长度方向LD2倾斜(见图2B)。

具体地，该像素区域5a的行方向RD和列方向CD分别以大约45度的角度向该侧方向LD1和长度方向LD2倾斜(见图2B)。

也就是说，根据本实施例的面传感器5被设置为这样一种状态，该状态是由面传感器5从其通常设置的状态绕其光轴大约旋转45度而得到，其中该面传感器5通常的设置状态如图5B所示。换而言之，将该面传感器5设置为使该面传感器5上像素区域5a的对角线之一基本平行于该读取窗1c的长度方向(水平方向)LD2。

值得注意的是，在该实施例中，将该控制电路16配置为使其在每个水平扫描线上(逐行)扫描该像素区域5a内的像素P，从而拾取该像素区域5a上光学图像的二维图像数据。

其次，将在下文中对该光学信息读取装置OR的操作进行说明。

当用户想要读取附于目标R上的信息码时，该用户使读取装置OR处于上电状态，从而使该读取窗1c对着该目标R并与其以任意距离远离。在这种状态下，由每一个光照明器件7发出的照明光通过该读取窗1c照射到该目标R。

在这种状态下，该用户操作触发开关2以将其打开。

当用户打开触发开关2时，该控制电路16使该面传感器5曝光，从而使目标R的光学图像作为电图像信号而拾取。

由该面传感器5拾取的图像信号经放大器17放大，而且该放大后的图像信号由A/D转换器18转换为数字图像数据。该图像数据被存储于存储器19的图像存储器19a中，从而使其与输出的地址信号相对应。该指定比率探测电路20可基于控制电路16的控制，响应于该同步信号探测该图像数据中的指定图案(位图案)，使得该控制电路16和该指定比率探测电路20可识别与该图像数据相对应的信息码类型，从而基于该识别的结果对该图像数据进行解码。

将在下文中对该指定比率的探测操作进行说明。图4A示出了条形码B和该光学信息读取装置OR的面传感器5的视场F之间的位置关系，其中该条形码B是一个典型的一维信息码。图4B示出了QR码C和该光学信息读取装置OR的面传感器5的视场F之间的位置关系，其中该QR码C是一个典型的二维信息码。

如图4B所示，该QR码C基本上是矩形的，并分别在其三个拐角部分具有定位图案(挖剪(cut out)符号)C1。该QR码C也具有数据区域，其中以行和列排列黑色和白色单元以代表数据。每一个定位图案C1配置为使其白色和黑色部分之中的长度比例为常数；例如，这个比例可以设置为“1(黑)∶1(白)∶3(黑)∶1(白)∶1(黑)”，它相对于QR码C扫描线(方向)是独立的。该定位图案C1可使该光学信息读取装置容易地读取该QR码C。

具体地，当该指定比率探测电路20探测到“1∶1∶3∶1∶1”的指定比率时，该控制电路16可识别出该信息码的类型是QR码C。

在该信息码的类型被识别出来后，该控制电路16主要对该QR码C执行解码操作。作为对该QR码C的解码操作，该控制电路16对数据区域C2显示的定时图案进行探测，并获得每一个单元的中心位置。随后，该控制电路16对每一个单元是否为“白色”或者“黑色”进行识别。

在本实施例中，即使该QR码C的光学图像由面传感器5来拾取，其中该光学图像位于相对于该面传感器5的视场F旋转45度的位置，该控制电路16也能够不存在任何问题地对该QR码C进行解码，在这种情况下，该面传感器5中像素P的数量基本上决定了该QR码C的分辨率。

另一方面，如图4A所示，条形码B由不同宽度和间隔的平行条组成，例如两个或者四个宽度和间隔。该条形码的一端是起始符B1，该条形码B的另一端是起始符B2。该起始符和终止符被用来识别该条形码B的引导端和尾端(trailing ends)。

具体地，将该指定比率探测电路20配置为探测目标码上任意位置的条和其间间隔的数量，例如5，从而确定该条和间隔的比率是否在预定的可允许范围之内。也就是说，当确定该条和间隔的比率在预定的可允许范围中时，该指定比率探测电路20确定该目标码是该条形码B。

例如，该条形码B的解码操作由该控制电路16执行。具体地，如图6所示，该控制电路16对起始符B1和终止符B2进行探测(图6，步骤S1)，并在步骤S2中基于该起始符B1和终止符B2沿该条的方向设置至少一个经过整个条形码B的读取线L(见图4A)。

该控制电路16沿至少一条读取线L分析一些像素P的像素数据(强度数据)，从而对该条形码B进行解码。

具体地，如图5A阴影所示，该阴影用来便于说明，该读取线(像素线)PL1和PL2被设置为位于沿平行于水平方向的一个对角线方向，该水平方向与该读取窗1c的长度方向LD2相对应。该读取线PL1和PL2沿与该线方向正交的垂直方向彼此相邻，该垂直方向与该读取窗1c的侧方向LD1相对应。

与读取线PL2的一端相对应的一个端像素沿对角线方向从与该像素读取线PL1的一端相对应的一个端像素延伸半个间距。相似地，与像素读取线PL2的另一端相对应的另一个端像素沿对角线方向从与像素读取线PL1的另一端相对应的另一个端像素延伸半个间距。该半个间距相应于每一端像素的对角线长度的一半。

具体地，该控制电路16使用位于该像素读取线PL1上的像素P的像素值和位于该像素读取线PL2上的像素P的像素值在步骤S3中对条形码B进行解码。

当读取一维码时，例如该条形码B，沿单个读取线的像素数量可以决定对该一维码的分辨率。

在本发明的实施例中，然而，如图5A所示，面传感器5上像素区域5a的行方向RD和列方向CD分别以大约45度的角度向该读取窗1c的侧边方向LD1和长度边方向LD2倾斜。

当该读取窗1c对着该条形码B，而且该读取窗1c的长度方向平行于其条方向时，该配置可使该对角线像素区域被设置于面传感器5的条形码读取场内。

也就是说，该面传感器5的条形码读取场(对角线像素区域)比该面传感器5在通常配置下的条形码读取扫描场(一行像素线)更宽(见图5B)。

此外，在本发明的实施例中，该控制电路16使用位于该像素读取线PL1上的像素P的像素值和位于该像素读取线PL2上的像素P的像素值对条形码B进行解码。具体地，该控制电路16能够使用该像素读取线PL1和PL2上数量的像素的像素值，该像素数量大约是在使用单个像素线作为该条形码读取场的情况下单个像素线上像素数量的两倍。

如上所述，在本发明的实施例中，将该面传感器5配置为使像素区域5a的行方向RD和列方向CD分别以大约45度的角度向该读取窗1c的侧边方向LD1和长度边方向LD2倾斜。

根据该配置，即使该面传感器5的像素与传统的面传感器的像素相同，与使用通常排列的传统面传感器相比，它也充分地增加了用于读取一维码的像素的数量。这可以改进该读取装置OR对一维码的分辨率，使得可以提高读取一维码的精度。

特别地，在本实施例中，该控制电路16使用该像素读取线PL1和PL2上的像素数量的像素值，该像素数量大约是在使用单个像素线作为该条形码读取场的情况下单个像素线上像素数量的两倍。这使得该读取装置OR对一维码的分辨率大约为使用单个像素线作为该条形码读取场所获得的分辨率的两倍。

在本实施例中，控制电路16能够在水平方向上扫描像素区域5a的每个扫描行中的像素P，从而拾取在该像素区域5a上光学图像的二维图像数据，其中该水平方向平行于读取窗1c的长度方向，并以箭头A标识。这种改进使得在读取与一维码相对应的图像数据时增加控制电路16的处理速度。

在本实施例中，该像素区域5a的行方向RD和列方向CD分别以大约45度的角度向该读取窗1c的侧边方向LD1和长度边方向LD2倾斜。然而，本发明并不局限于该构造。

具体地，该像素区域5a的行方向RD和列方向CD可以分别以大约15度、30度等的任何一个角度向该读取窗1c的侧边方向LD1和长度边方向LD2倾斜。

也就是说，该像素区域5a的行方向RD和列方向CD分别向该读取窗1c的侧边方向LD1和长度边方向LD2倾斜是足够的。

具体地，如图5B所示，当按常规排列该面传感器5从而使行方向RD和列方向CD分别平行于长度边方向LD2和侧边方向LD1时，沿长度方向LD2的像素区域5a的各行长度为恒定。

相反，在本发明中，当该像素区域5a的行方向RD和列方向CD分别向该读取窗1c的侧边方向LD1和长度边方向LD2倾斜时，平行于该读取窗1c的长边方向LD2的各像素线的长度逐个变化。

也就是说，本发明积极地使用了平行于该读取窗1c的长度边方向LD2的各像素线的长度变化，从而使得可以增加该条形码读取场区域的面积。例如，当该面传感器的像素区域基本上为矩形时，该面传感器配置为使该像素区域的对角线之一平行于读取窗1c的长度方向LD2。

在本实施例中，本发明被应用于枪状光学信息读取装置，但本发明并不局限于该构造。也就是说，本发明能够被用于手持光学信息读取装置，该装置使得用户从上面抓住它细长的矩形平行六面体形的主体，或者其它类型的读取装置。对于面传感器，其他类型的面传感器诸如CMOS面传感器能够用来代替CCD面传感器。

在本实施例中，该光学信息读取装置OR用于读取诸如QR码的二维码，但是根据本发明的光学信息读取装置也能够读取其它类型的二维码，例如层叠二维码、矩阵数据码等。

在本实施例中，当用户放置该光学信息读取装置以使该读取窗1c的一个长度边水平设置时，该读取窗的宽度和长度方向能够分别对应于其长度和侧边方向。相似地，当用户放置该光学信息读取装置以使该读取窗的一个侧边水平设置时，该读取窗的宽度和长度方向能够分别对应于其侧边和长度边方向。

当该读取窗1c基本上为方形，并且用户放置该光学信息读取装置以使该读取窗1c的一边水平设置时，该读取窗的宽度方向能够对应于该读取窗1c一边的方向。在这种情况下，该读取窗的长度方向能够对应于与该读取窗1c一边正交的方向。

尽管对目前作为本发明的实施例和改进进行了说明，也要理解尚未说明的各种改进也可以包含于其中，而且落在本发明的精神和范围的所有改进都应该包含于所附权利要求中。

Claims (7)

1.一种用于光学读取信息码的装置，该装置包括：

具有一个壁的壳体，在该壁内有一个读取窗，光线可透过该读取窗，且该读取窗具有预定长度和宽度；以及

具有以若干像素组成的像素区域的面传感器，该若干像素排列为行和列，该面传感器设置在该壳体内，使得该像素区域对着该读取窗的窗表面，并使该面传感器的行和列方向分别向沿该读取窗的长度和宽度的方向倾斜。

2.根据权利要求1所述的装置，其中排列为行的像素的数目和排列为列的像素的数目彼此一致，并且该面传感器的该行和列方向分别以大约45度的角度向沿该读取窗的该长度和宽度的方向倾斜。

3.根据权利要求1所述的装置，其中该信息码为一维码，进一步包括：

照明系统，配置为将光线照射到该一维码上；

成像系统，配置为将光线聚焦到该面传感器的该像素区域上，从而使与该一维码相对应的图像由该像素区域中的至少一部分像素作为像素数据拾取，基于该照射光，该光线由该一维码反射；以及

电路，配置为逐行扫描该像素区域内的像素。

4.根据权利要求1所述的装置，其中该信息码是一维码，进一步包括：

照明系统，配置为将光线照射到该一维码上；

成像系统，配置为将光线聚焦到该面传感器的该像素区域上，从而使与该一维码相对应的图像由该像素区域中的至少一部分像素作为像素数据拾取，基于该照射光，该光线由该一维码反射；以及

电路，配置为：

设置穿过整个该图像的多个读取像素线，其中该图像与该一维码相对应并存储于该像素区域中；以及

使用该多个读取像素线中的该像素数据对该一维码进行解码。

5.根据权利要求4所述的装置，其中该多个读取像素线是沿与该像素线方向正交的方向彼此相邻的两条像素线，其中一条该像素线的长度不同于另一条该像素线的长度。

6.根据权利要求4所述的装置，其中该面传感器的该行和列方向分别以大约45度的角度向沿该读取窗的长度和宽度的方向倾斜，而且沿该面传感器像素区域的对角线方向之一设置该多个读取像素线。

7.根据权利要求1所述的装置，其中所述面传感器的行和列的方向相对于沿所述读取窗的长度和宽度方向的倾斜使得在所述面传感器的像素区域上产生信息码读取场，该信息码读取场具有沿该读取窗的长度方向的长度，该信息码读取场的长度比该面传感器上行方向和列方向中每个方向上的长度更长。

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