JP2010152881A - バーコード・スキャナ及びバーコード走査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】走査動作中、迅速に連続的にいくつかのオブジェクトを走査することが可能なバーコード・スキャナ及び画像ベースのバーコードの走査方法を提供する。
【解決手段】画像に焦点を合わせるためのレンズ・アレイと、撮像素子であって、異なる焦点距離に位置する画像が、前記レンズ・アレイの異なる部分上に入射するように、前記レンズ・アレイにより画像が、前記撮像素子上に合焦するように、前記レンズ・アレイに対して配置され、配向される撮像素子と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、バーコード・スキャナに関し、特に、画像ベースの走査のための焦点範囲を増大するためのバーコード・スキャナ及びバーコード走査方法に関する。

画像ベースのスキャナは、バーコードの画像を取り込み、処理することにより動作する。対照的に、従来のレーザ・バーコード・スキャナは、走査空間内の種々の角度で種々の方向に追跡している走査ラインを追跡することにより動作するので、走査空間内のバーコードが種々の位置に位置していても、種々の方向を向いていても良好に走査することができる。種々の位置で、種々の方向でバーコードを提示することができるので、ユーザにとって非常に使い勝手が良くなり、効率も良くなる。このように、種々の位置で、また種々の方向でバーコードを提示することができるということは非常に望ましいことである。

画像ベースのスキャナで良好に走査するためには、許容できる焦点で画像を取り込まなければならない。撮像素子の画像の焦点は、撮像素子と、画像を生成するオブジェクトと、撮像素子上にオブジェクトからの光を集束させるために使用する１つまたは複数のレンズの焦点距離との間の距離により変化する。従来の写真は、多くの場合、レンズの焦点距離を変化させることにより、焦点を合わせるためのこの問題を処理している。このような焦点距離の変化は、相互に調整可能な素子を使用することにより行われ、このような調整は、許容できる合焦が得られるまで行うことができる。走査動作中、迅速に連続的にいくつかのオブジェクトを走査することができることは非常に望ましいことであるが、レンズ素子を調整することにより焦点を合わせるのは時間がかかり、このような調整を行わなければならないために何らかの遅延が起こると、バーコードを走査することができる速度が低減する場合がある。

本発明は、バーコードのようなあるオブジェクトを撮像装置からのいくつかの異なる距離のうちの１つの距離のところに提示することができ、それでもオブジェクトが撮像装置の少なくとも一部に合焦しているかのように見えるように、固定レンズまたはレンズ・アレイを配置することにより、このような問題および他の問題を解決する。一実施形態の場合には、撮像装置は、レンズまたはレンズ・アレイ、および撮像装置の一方の側面が、レンズ・アレイにより近くなり、他方の側面がレンズ・アレイからより遠くなるように軸からずれて装着されている検出器を含む。それ故、オブジェクトが結像しているレンズ・アレイからの距離は、検出器を横切る方向の位置により異なる。

他の実施形態の場合には、多焦点レンズまたはレンズ・アレイを使用しているので、レンズに対して異なる位置に位置するオブジェクトは、レンズから異なる距離のところで結像する。さらに他の実施形態の場合には、近距離、中間距離および遠距離のところに合焦している多くのレンズ素子を含む検出器に隣接しているレンズの重複しているアレイは、検出器を何回も横切って相互に隣接している組合せ内に配置されている。検出器の向きおよびレンズの配置および向きの多くの他の組合せも使用することができる。

以下の詳細な説明を読み、添付の図面を見れば、本発明および本発明の他の機能および利点をよりよく理解することができるだろう。

本発明の一態様による画像ベースのバーコード・スキャナである。 本発明の一態様による多焦点レンズ・アレイを使用している撮像装置である。 本発明の一態様によるアレイの隣接レンズ間の焦点距離を変えるレンズのアレイを使用している撮像装置である。 本発明の一態様による焦点距離を変えるレンズのアレイの詳細図である。 本発明の一態様による画像ベースのバーコード走査のプロセスである。

図１は、本発明の一態様によるスキャナ１００である。スキャナ１００は、バーコード１０６のようなオブジェクトから反射した光が、スキャナ１００内に入ることができるようにするために、ハウジング１０２内に配置されている走査窓１０４を備えるハウジング１０２を使用している。スキャナ１００は、バス１１４により通信しているプロセッサ１０８、メモリ１１０、および記憶装置１１２を使用している。スキャナ１００は、また、走査空間１１８内のオブジェクトの画像を取り込むための撮像装置１１６も使用している。撮像装置１１６は、複数の構成のうちの１つの構成で組み立てられていて、レンズ・アレイ１２０のような固定焦点レンズまたはレンズ・アレイおよび検出器１２２を備える。また、撮像装置１１６は、それ自身のプロセッサ１２４、高速メモリ１２６およびフラッシュ・メモリ１２８のような記憶装置も含むことができる。撮像装置１１６の種々の電子素子は、バス１３０を通して適切に通信する。走査空間１１８内のオブジェクト１３２から反射した光がスキャナ内に入ると、この光の一部がレンズ・アレイを通して撮像装置１１６内に入り、検出器１２２上に入射する。オブジェクトの画像は、検出器１２２上で形成され、この画像は、検出器からの距離により許容できるように合焦している場合もあるし、または合焦していない場合もある。走査空間１１８内のオブジェクトの位置決めをより容易にし、より柔軟にするために、撮像装置１１６のような撮像装置は、バーコードのようなオブジェクトを検出器１２２に対して位置決めすることができる比較的広い範囲の距離を提供し、許容できる焦点内に画像を生成するように計算されたいくつかの構成のうちの１つにより設計される。この例の場合には、検出器１２２は、レンズ・アレイ１２２の面に対して平行に位置していないで、代わりにこの面に対してある角度で位置していて、そのため、検出器１２２の第１の縁部１３４が、レンズ・アレイ１２０に最も近くなり、検出器１２２の第２の縁部１３６がレンズ・アレイ１２０から最も遠くなり、検出器１２２に沿った位置が、最も遠い縁部１３６から最も近い縁部１３４に移動するにつれ、次第にレンズ・アレイに近づくことになる。それ故、画像または画像の一部の焦点は、検出器の一方の側面から他方の側面に移動し、そのため走査空間１１８内の異なる位置に位置するオブジェクトは、検出器１２２のある部分上に焦点の合った画像を生成する可能性がより大きくなる。このような可能性は特に大きくなる。何故なら、ユーザまたはオペレータが慎重にオブジェクトをしっかりと保持しようとした場合でも、若干オブジェクトがシフトし、バーコードの画像が検出器１２２を横切って移動する傾向があるからであり、そのため、画像の焦点が合っている検出器１２２の一部に入射することになる。

走査空間１１８内の近距離領域１３８、中間距離領域１４０および遠距離領域１４２をそれぞれ見ることができる。近距離領域１３８内のオブジェクトは、検出器１２２の縁部１３６に近いところに合焦画像を生成する傾向があり、遠距離領域１４２内のオブジェクトは、検出器１２２の縁部１３４に近いところに合焦画像を生成する傾向がある。合焦画像を検出し、処理することができるように、チェック中の検出器１２２の異なる領域を含む検出器１２２から複数の画像を取り込むことができる。

図２は、スキャナ１００または類似のスキャナ内で撮像装置１１６の代わりに使用することができる他の撮像装置２００である。撮像装置２００は、レンズ２０２と、検出器２０４と、プロセッサ２０６と、高速メモリ２０８と、フラッシュ・メモリ２１０と、バス２１２とを含む。この例の場合には、検出器２０４は、レンズ２０２の面に平行に配向される。レンズ２０２は、それぞれ近距離焦点領域２１６、中間距離焦点領域２１８および遠距離焦点領域２２０を有する三焦点レンズである。検出器２０４は、レンズ２０２の異なる領域２１６、２１８、２２０の方向に配向されている視野を見るために制御することができるので、これらの視野の少なくともいくつかは、近距離、中間距離および遠距離のところでオブジェクトに対して許容できる合焦を得る。代替的にまたは追加的に、特にユーザまたはオペレータが、走査窓を横切ってオブジェクトを移動する走査動作の通過において、全検出器２０４上で複数の画像を取り込むことができる。走査中のオブジェクトが走査窓を横切って移動すると、オブジェクトは、合焦領域２１６、２１８、２２０を横切って移動し、それにより近距離、中間距離および遠距離のところで画像の焦点が合うことになる。オブジェクトが窓の上を通過している時に、重複して画像を取り込むと、取り込んだ画像のうちの少なくとも１つが許容できる合焦が得られる可能性がかなり高い。

図３は、スキャナ１００または類似のスキャナで撮像装置１１６の代わりに使用することができるさらに他の撮像装置３００である。撮像装置３００は、レンズ・アレイ３０２と、検出器３０４と、プロセッサ３０６と、高速メモリ３０８と、フラッシュ・メモリ３１０と、バス３１２とを含む。この例の場合には、検出器３０４は、レンズ３０２の面に平行に配向されている。レンズ３０２は、標準単焦点レンズであってもよい。撮像装置３００は、さらに、検出器３０４に隣接して位置するレンズ・アレイ３１４を備える。レンズ・アレイ３１４は、異なる距離のところに交互に合焦するように、また検出器３０４の異なる領域に合焦させるように配置されている複数の小型レンズを備える。撮像装置３００は、さらに、レンズ・アレイ３１４が生成した画像をカラー化するために、１つの素子が、レンズ・アレイ３１４の各レンズに対応している赤、緑および青の要素を備えることができるフィルタのアレイ４１６を備える。レンズ・アレイ３１４内の各レンズは、それが向いている検出器の領域上に画像要素を生成する。それ故、画像要素のアレイが、各画像要素が、近距離、中間距離および遠距離のところに合焦している状態で、検出器３０４上に生成される。完全な合焦画像を生成するために、アレイ３１４により合焦している画像要素が提供する画像情報を取り込み、処理することができる。

あるアプローチの場合には、これらの領域上に入射している画像要素を取り込むために、検出器３０４の類似の領域の各組を同時に作動することができる。それ故、近距離焦点レンズを通過するすべての画像要素を取り込むことができ、中間焦点レンズを通過するすべての画像要素を取り込むことができ、遠距離焦点レンズを通過するすべての画像要素を取り込むことができる。取り込んだ画像要素を処理し、結合することができ、画像の１つの組は、許容できる焦点内に位置する可能性がある。さらに、画像を取り込む人間のユーザおよびオペレータが提示した任意のオブジェクトが、オペレータの通常の若干の自身では気が付かない動きのために若干移動する場合がある。レンズ・アレイ３１４内のレンズが小型であり、これらのレンズが画像要素に合焦する領域も同様に小さい場合には、迅速に連続的に取り込んだ一連の画像が、各レンズを通して合焦しているオブジェクトの各部分の要素を含んでいる可能性が非常に高い。このように連続的に取り込んだ画像をチェックし、処理することにより、許容できる合焦画像要素の完全な画像を組み立てることができる。このような技術による１つの特殊な利点は、走査窓にバーコードの一方の側面のほうが他方の側面より近く、バーコードの一方の側面は近距離のところに合焦し、バーコードの他方の側面は遠距離のところに合焦するように、大型で斜めのバーコードの場合に得られる。各焦点距離のところで画像要素を収集することにより、近距離焦点内のバーコードのこれらの部分に対する近距離焦点画像要素を使用することができ、遠距離焦点内のバーコードのこれらの部分に対する遠距離焦点画像要素を使用することができる。

人間のオペレータの動きによるほかに、レンズ・アレイは、また比較的遅い速度で、運動機構３１６により移動したり、振動する場合もある。このような移動または振動は、レンズ・アレイ上に入射している画像に対してレンズ素子を移動し、走査のために提示されたオブジェクトが移動していない場合でも、複数の距離のところで画像要素が焦点を確実に結ぶのを容易にする。

図４は、アレイ３１４の詳細図である。アレイ３１４は、所望の結果を得るために計算した所望のパターンにより組織された近距離焦点、遠距離焦点および中間距離焦点のところに複数の小型レンズを備える。この例の場合には、遠距離（ＦＡＲ）、中間距離（ＭＩＤ）および近距離（ＮＥＡＲ）焦点要素はアレイ３１４に沿って対角線方向に移動するので、遠距離、中間距離および近距離レベルのレンズの隣接する比較的長いシーケンスが形成される。この配置により、バーコードが少し移動すると、バーコードから反射した光がバーコードの比較的長い範囲に沿って、遠距離、中間距離および近距離焦点レンズと確実に交差することを容易にし、そのため走査空間内のどこにバーコードが位置していようとも、シーケンスのうちの１つが生成したものにより良好な合焦が得られる可能性が高い。

図５は、本発明の一態様によるバーコード走査のプロセス５００である。プロセス５００は、撮像装置１１６、２００または３００のうちの１つに類似している撮像装置を含む、図１のスキャナ１００類似のスキャナにより適切に実行することができる。ステップ５０２において、バーコードは、固定焦点レンズ装置を使用して、拡大された被写界深度を提供するように構成されている撮像装置を備えるスキャナの視野内に入る。ステップ５０４において、バーコードはスキャナの視野内を移動するので、全バーコード、またはバーコードの要素が、それぞれ走査空間の近距離焦点領域、中間距離焦点領域および遠距離焦点領域内に入射する。例えば、バーコードを移動することによりこのような移動を行うことができるので、撮像素子の一方の側面が、近距離焦点に位置し、撮像素子の他方の側面が遠距離焦点に位置し、焦点が近距離焦点から遠距離焦点に次第に移動する状態で、その画像が撮像素子の一方の側面から他方の側面に移動する。他の例の場合には、多焦点レンズを横切ってバーコードを移動することにより、このような移動を行うことができるので、多焦点レンズの各段からの画像は、撮像素子上に入射する。他の例の場合には、このような動きは、それぞれが、撮像素子の小さなエリア上に撮像装置の視野内のオブジェクトの要素に焦点を合わせている複数のレンズを備える複数のレンズ・アレイを備える撮像素子の視野内にバーコードを入れることにより、また、近距離、中間距離および遠距離のところに焦点が合っているバーコードの要素が、撮像素子上に入射するように、バーコードを移動することにより行うことができる。一実施形態の場合には、バーコードの要素に複数のレンズ・アレイの焦点が確実に容易に合うように、複数のレンズ・アレイを撮像素子に対して移動または振動させることができる。ステップ５０６において、合焦画像および画像要素が識別され、取り込まれる。ステップ５０８において、バーコード情報を抽出するために１つまたは複数の取り込んだ画像が処理される。

上記好ましい実施形態により本発明を開示してきたが、通常の当業者であれば、上記説明および添付の特許請求の範囲により種々様々な実施を行うことができることを理解されたい。

本発明は、バーコード・スキャナに関し、特に、画像ベースの走査のための焦点範囲を増大するためのバーコード・スキャナ及びバーコード走査方法に関するものであり、産業上の利用可能性を有する。

Claims (16)

1. 画像に焦点を合わせるためのレンズ・アレイと、
   撮像素子であって、異なる焦点距離に位置する画像が、前記レンズ・アレイの異なる部分上に入射するように、前記レンズ・アレイにより画像が、前記撮像素子上に合焦するように、前記レンズ・アレイに対して配置され、配向される撮像素子と、
   を備える画像ベースのバーコード・スキャナ。
2. 前記レンズ・アレイが、単焦点レンズを備え、前記撮像素子が、前記レンズ・アレイの面に対してある角度で配向され、従って前記撮像素子の近位縁部が、前記レンズ・アレイに最も近くなり、前記撮像素子の前記近位縁部に対向する前記撮像素子の遠位縁部が、前記レンズ・アレイから最も遠くなり、前記レンズ・アレイと前記撮像素子との間の距離が、前記近位縁部と前記遠位縁部との間で、前記撮像素子のある次元に沿って均一に増大する、請求項１に記載の画像ベースのバーコード・スキャナ。
3. 前記レンズ・アレイが、多焦点レンズを備え、前記撮像素子が、前記レンズ・アレイの異なる位置に合焦している要素の前を前記バーコードが通過する時に、連続的に異なる距離のところに合焦している画像が、前記レンズ・アレイにより、前記撮像素子の異なる部分上に合焦するように配向される、請求項１に記載の画像ベースのバーコード・スキャナ。
4. 前記スキャナが、走査窓を有するパスバイ・スキャナであり、前記レンズ・アレイおよび前記撮像素子が、前記オブジェクトが前記走査窓を通過した時に、前記走査用窓を通過したオブジェクトが、異なる距離のところに合焦している画像を生成するように配置される、請求項３に記載の画像ベースのバーコード・スキャナ。
5. 前記レンズ・アレイが、前記複数のレンズ・アレイの異なるレンズにより、画像の要素が異なる距離のところで前記撮像素子上に合焦するように、異なる位置に合焦している別々のレンズの複数のレンズ・アレイを備える、請求項１に記載の画像ベースのバーコード・スキャナ。
6. 前記レンズ・アレイが、近距離、中間距離および遠距離のところに合焦しているレンズ素子を備える、請求項１に記載の画像ベースのバーコード・スキャナ。
7. 前記撮像素子の選択した部分が、前記レンズ・アレイの近距離レンズ、中間距離レンズ、および遠距離レンズによりそれぞれ合焦している画像要素を連続的に取り込むように作動される、請求項６に記載の画像ベースのバーコード・スキャナ。
8. 前記検出器に対して前記レンズ・アレイを移動するための移動機構をさらに備える、請求項５に記載の画像ベースのバーコード・スキャナ。
9. 画像ベースのバーコードを走査するための方法であって、
   異なる焦点距離のところに合焦している前記バーコードの画像が、撮像素子の異なる領域上に入射するように、画像ベースのバーコード・スキャナの視野内でバーコードを移動するステップと、
   １つまたは複数の合焦画像を識別し、取り込むステップと、
   バーコード情報を抽出するために、前記合焦画像を処理するステップと、
   の各ステップを含む、ことを特徴とするバーコード走査方法。
10. 前記スキャナの視野内で前記バーコードを移動するステップが、前記撮像素子の焦点距離が、前記撮像素子の第１の縁部から対向縁部に向かって次第に変化するように、前記画像が前記レンズ・アレイの面に対してある角度に配向される撮像素子上に入射するように、前記バーコードを移動するステップを含む、請求項９に記載のバーコード走査方法。
11. 前記スキャナの前記視野内で前記バーコードを移動するステップが、前記バーコードが前記レンズ・アレイの異なる位置に合焦している要素の前を通過する時に、連続的に異なる距離のところに合焦している画像が、前記撮像素子上に入射するように、前記画像が前記レンズ・アレイの異なる位置に合焦している要素により連続的に合焦するように、前記バーコードを移動するステップを含む、請求項９に記載のバーコード走査方法。
12. 前記レンズ・アレイの前記異なる位置に合焦している要素が、近距離焦点要素、中間距離焦点要素、および遠距離焦点要素である、請求項１１に記載のバーコード走査方法。
13. 前記スキャナの前記視野内で前記バーコードを移動するステップが、複数のレンズ・アレイの異なる位置に合焦している隣接レンズの視野内を通過する時に、前記バーコードの画像の要素が異なる位置に合焦するように、前記バーコードを移動するステップを含む、請求項９に記載のバーコード走査方法。
14. 前記複数のレンズの前記異なる位置に合焦している隣接レンズが、近距離焦点レンズ、中間距離焦点レンズおよび遠距離焦点レンズを含む、請求項１３に記載のバーコード走査方法。
15. 近距離焦点レンズ、中間距離焦点レンズおよび遠距離焦点レンズにより、それぞれ合焦している前記バーコードの前記画像の要素を連続的に取り込むステップをさらに含む、請求項１４に記載のバーコード走査方法。
16. 前記スキャナの前記視野内で前記バーコードを移動するステップが、前記撮像素子に対して前記複数のレンズ・アレイを移動するステップをさらに含む、請求項１４に記載のバーコード走査方法。

Images