JP2014106948A

JP2014106948A - 二次元情報読取装置

Info

Publication number: JP2014106948A
Application number: JP2012262094A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Kadomi; 昌昭角見; Yoshimasa Yamaguchi; 義正山口
Original assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Priority date: 2012-11-30
Filing date: 2012-11-30
Publication date: 2014-06-09

Abstract

【課題】搬送路を移動する物品に附された情報を短時間で読み取り可能な二次元情報読取装置を提供する。
【解決手段】読取装置１は、撮像部２と、光学系３と、識別部４と、制御部７とを備える。撮像部２は、搬送路９を搬送される物品５の二次元情報６を搬送路９の第１の位置９ａにおいて撮像する。光学系３は、第１の位置９ａに位置する物品５に附された二次元情報６を撮像部２の撮像面２ａ上に結像させる。識別部４は、搬送路９の第１の位置９ａよりも上流側の第２の位置９ｂにおいて物品５を識別する。制御部７は、識別部４から出力された情報に基づいて、次に第１の位置９ａに搬送される物品５の二次元情報６が附された表面５ａと撮像面２ａとの距離に応じて光学系３の焦点距離を予め設定し、当該物品５が第１の位置９ａに到達したときに撮像部２に二次元情報６を撮像させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、二次元情報読取装置に関する。

従来、物品の識別等を目的として、物品の表面に、バーコード（登録商標）やＱＲコード（登録商標）などといった情報コードが付されている。例えば、物品流通に際しては、搬送路を移動する物品に附された情報コードを読み取り、読み取られた情報コードに付加されていた情報に基づいて物品の仕分け等が行われている。特許文献１には、搬送路を移動する物品に附された情報コードを画像として取り込む情報コード画像取込装置が記載されている。特許文献１に記載の取込装置は、具体的には、定置式の装置であり、ベルトコンベアによって搬送される物品の上面に印刷されたＱＲコード（登録商標）を読み取る装置である。

特開２００１−４３３０７号公報

ところで、搬送路を複数種類の物品が搬送される場合、物品相互間で、高さが異なる場合がある。そのような場合に、二次元情報を読み取るためには、各物品の上面に結像させる必要がある。このため、二次元情報を読み取るためには、二次元情報の撮像に必要な時間に加えて、各物品の上面に結像させるための時間が必要である。従って、二次元情報の読み取りに要する時間が長く、二次元情報の読み取りにより物品の搬送速度が制限される場合がある。

本発明の主な目的は、搬送路を移動する物品に附された情報を短時間で読み取り可能な二次元情報読取装置を提供することにある。

本発明に係る二次元情報読取装置は、搬送路を移動する物品の表面に附された二次元情報を読み取る二次元情報読取装置である。本発明に係る二次元情報読取装置は、撮像部と、光学系と、識別部と、制御部とを備える。撮像部は、搬送路を搬送される物品の二次元情報を搬送路の第１の位置において撮像する。光学系は、第１の位置に位置する物品に附された二次元情報を撮像部の撮像面上に結像させる。識別部は、搬送路の第１の位置よりも上流側の第２の位置において物品を識別する。制御部は、識別部から出力された情報に基づいて、次に第１の位置に搬送される物品の二次元情報が附された表面と撮像面との距離に応じて光学系の焦点距離を予め設定し、当該物品が第１の位置に到達したときに撮像部に二次元情報を撮像させる。

本発明に係る二次元情報読取装置では、光学系が液晶レンズを含むことが好ましい。

本発明に係る二次元情報読取装置では、光学系は、変位可能な焦点固定レンズを含まないことが好ましい。

本発明に係る二次元情報読取装置では、液晶レンズが複数の液晶層を有することが好ましい。

本発明によれば、搬送路を移動する物品に附された情報を短時間で読み取り可能な二次元情報読取装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る二次元情報読取装置の模式的側面図である。本発明の一実施形態における物品の模式的平面図である。本発明の一実施形態における液晶レンズの略図的断面図である。

以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は、単なる例示である。本発明は、下記の実施形態に何ら限定されない。

また、実施形態等において参照する各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照することとする。また、実施形態等において参照する図面は、模式的に記載されたものである。図面に描画された物体の寸法の比率などは、現実の物体の寸法の比率などとは異なる場合がある。図面相互間においても、物体の寸法比率等が異なる場合がある。具体的な物体の寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。

図１に示される二次元情報読取装置１は、ベルトコンベアなどにより構成された搬送路９を移動する物品５の表面に附された二次元情報６（図２を参照）読み取る装置である。ここで、二次元情報６とは、一方向にしか情報を持たない一次元コード（例えば、バーコード）に対し、二方向に情報を持つ表示方式であり、例えば、マトリクス状の複数の領域のそれぞれに、有色のドットまたは無色のドットが配されており、有色のドットの配列により情報を示す二次元情報である。二次元情報６の具体例としては、例えば、ＱＲコード（登録商標）等が挙げられる。

二次元情報６に附された情報は、例えば、物品の種類、数量、重量、体積、輸送先、輸送元、製造ロット、製造年月日などであってもよい。

読取装置１は、形状や大きさの異なる複数の物品５が搬送路９上を搬送されたときの物品５に附された二次元情報６の判別に効果的に使用される。また、読取装置１は、例えば、ゴム等のベルトコンベアでの搬送で振動の影響を受けやすい重い物品５が搬送されるときにも有効に使用される。

読取装置１は、撮像部２、光学系３、識別部４及び制御部７を備えている。撮像部２は、搬送路９を搬送される物品５の二次元情報６を、搬送路９の第１の位置９ａにおいて撮像する。撮像部２は、電荷結合素子（ＣＣＤ）や、相補型金属酸化膜半導体（ＣｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙＭｅｔａｌ−ＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｄｅｖｉｃｅ：ＣＭＯＳ）等により構成することができる。

なお、本実施形態では、二次元情報６が物品５の上面５ａに附されている例について説明するため、撮像部２は、物品５が搬送される搬送路９の上方に配されている。但し、本発明は、この構成に限定されない。二次元情報６が物品５の側面に附されている場合は、撮像部２は、搬送路９の側方に配されていてもよい。また、搬送路９の上方と、側方とのそれぞれに撮像部２が配されていてもよい。すなわち、撮像部２は、複数配されていてもよい。

搬送路９の第１の位置９ａと、撮像部２の撮像面２ａとの間には、光学系３が設けられている。この光学系３は、第１の位置９ａに位置する物品５に附された二次元情報６を撮像部２の撮像面２ａ上に結像させる結像光学系である。光学系３は、結像光学系である限りにおいて特に限定されないが、液晶レンズを含むことが好ましい。光学系３を構成しているレンズは、液晶レンズと、ガラス等からなる焦点固定レンズとにより構成されていてもよいが、その場合は、焦点固定レンズは、変位不能に設けられていることが好ましい。すなわち、光学系３は、変位可能な焦点固定レンズを含まないことが好ましい。

本実施形態では、光学系３は、図３に示す液晶レンズ８により構成されている。

液晶レンズ８は、液晶分子を含む液晶層１１を備えている。液晶層１１は、第１及び第２の電極２１，２２により挟持されている。第１及び第２の電極２１，２２により、液晶層１１に電圧が印加され、これにより液晶層１１内の液晶の配向角に分布が生じ、その配向角に応じた屈折率分布が形成され、液晶レンズ８の屈折率が変化する。

より具体的には、液晶レンズ８は、相互に間隔をおいて対向するように配された第１の基板３１と第２の基板３２とを有する。第１の基板３１と第２の基板３２との間には、隔壁部材３４が配されている。この隔壁部材３４と第１及び第２の基板３１，３２とにより区画形成された空間に液晶層１１が設けられている。

第１の基板３１と第２の基板３２との間には、少なくともひとつの中間板３３が配されている。具体的には、本実施形態では、ひとつの中間板３３が設けられている。この中間板３３によって液晶層１１が、厚み方向に沿って、第１の液晶層１１ａと第２の液晶層１１ｂとに分割されている。従って、液晶レンズ８は、複数の液晶層を有する。もっとも、本発明において、液晶レンズは、前記構成のものに限定されることはなく、例えば、中間板３３を設けずに単一の液晶層を有していてもよし、複数の中間板３３を設けて３層以上の液晶層を有する構成を有していてもよい。

なお、第１の基板３１、第２の基板３２、中間板３３及び隔壁部材３４は、例えばガラスや、金属、セラミック、樹脂などにより構成することができる。

第１の基板３１及び第２の基板３２の厚みは、例えば、０．１ｍｍ〜１．０ｍｍ程度とすることができる。中間板３３の厚みは、例えば、５μｍ〜８０μｍ程度とすることができる。隔壁部材３４の厚みは、得ようとする光学的パワーにより決定される液晶層１１ａ、１１ｂの厚みや、液晶層１１ａ、１１ｂに要求される応答速度等に応じて適宜設定することができる。隔壁部材３４の厚みは、例えば、１０μｍ〜８０μｍ程度とすることができる。

第１の基板３１の液晶層１１側の表面３１ａの上には、第１の電極２１が配されている。一方、第２の基板３２の液晶層１１側の表面３２ａの上には、第２の電極２２が、液晶層１１を介して第１の電極２１と対向するように配されている。第１及び第２の電極２１，２２は、例えば、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）等の透明導電性酸化物により構成することができる。

第１の電極２１は、円形の開口部２１ａ１を有する第１の電極部２１ａと、第１の電極部２１ａの開口部２１ａ１の内部に配された円形の第２の電極部２１ｂとを有する。一方、第２の電極２２は、第１及び第２の電極部２１ａ、２１ｂに対向するように面状に設けられている。

第１の電極２１の第１の電極部２１ａと、第２の電極２２との間には、電圧Ｖ１が印加される。一方、第１の電極２１の第２の電極部２１ｂと、第２の電極２２との間には、電圧Ｖ２が印加される。通常、第２の電極２２は、電位が０Ｖであるグラウンド電極とされている。このため、本実施形態では、第１及び第２の電極２１，２２のうち、印加される電圧の絶対値の最大値が大きい方の電極は、第１の電極２１となる。

第１及び第２の電極２１，２２のうちの、印加される電圧の絶対値の最大値が大きい方の電極である第１の電極２１と液晶層１１との間には、電気抵抗値が、表面抵抗で１×１０^４Ω／□〜１×１０^１４Ω／□であり、電極よりも高く、後述する無機誘電体層４２よりも低い電気抵抗を有する高抵抗層４１が配されている。この高抵抗層４１を設けることにより、液晶レンズ８の駆動電圧を低くすることができる。

高抵抗層４１は、酸化亜鉛、アルミニウム亜鉛酸化物、インジウムスズ酸化物、アンチモンスズ酸化物、ガリウム亜鉛酸化物、シリコン亜鉛酸化物、スズ亜鉛酸化物、ホウ素亜鉛酸化物、及びゲルマニウム亜鉛酸化物のうちの少なくとも一種を含むことが好ましい。

なお、高抵抗層４１と第１の電極２１との間には、酸化ケイ素などからなる無機誘電体層が設けられていてもよい。

高抵抗層４１は、単一の高抵抗層により構成されていてもよいし、複数の高抵抗層の積層体により構成されていてもよい。高抵抗層４１が、複数の高抵抗層の積層体により構成されている場合は、複数の高抵抗層は、相互に同じ材料からなるものであってもよいし、相互に異なる材料からなるものであってもよい。

高抵抗層４１の厚みは、例えば、１０ｎｍ〜３００ｎｍであることが好ましい。

高抵抗層４１と液晶層１１との間には、無機誘電体層４２が配されている。この無機誘電体層４２によって高抵抗層４１の実質的に全体が覆われている。

図示は省略するが、無機誘電体層４２の上には、配向膜が配されている。この配向膜により無機誘電体層４２が覆われている。同様に、第２の電極２２の上には、第２の電極２２を覆うように配向膜が配されている。また、中間板３３の両面の上にも、配向膜が配されている。これら配向膜により液晶層１１における液晶分子の配向がなされている。なお、配向膜は、例えばラビング処理されたポリイミド膜により構成することができる。

無機誘電体層４２は、無機酸化物誘電体層及び無機フッ化物誘電体層の少なくとも一方により構成されていることが好ましい。無機酸化物誘電体層は、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化タンタル、酸化ニオブ及び酸化ジルコニウムの少なくとも一種を含むことが好ましい。無機フッ化物誘電体層は、フッ化マグネシウムを含むことが好ましい。

無機誘電体層４２は、単一の誘電体層により構成されていてもよいし、複数の誘電体層の積層体により構成されていてもよい。無機誘電体層４２が複数の誘電体層の積層体により構成されている場合は、複数の誘電体層は、相互に同じ材料からなるものであってもよいし、相互に異なる材料からなるものであってもよい。

無機誘電体層４２の厚みは、１ｎｍ〜２μｍ程度であることが好ましく、１００ｎｍ〜１．５μｍ程度であることがより好ましい。

なお、本実施形態では、複数の液晶層１１ａ、１１ｂに、第１及び第２の電極２１，２２を共通に設けたが、各液晶層に第１及び第２の電極を別個に設けてもよい。

搬送路９の第１の位置９ａよりも上流側（ｘ１側）の第２の位置９ｂには、識別部４が配されている。この識別部４は、第２の位置９ｂに搬送された物品５を識別する。具体的には、本実施形態では、識別部４は、物品５のｚ軸方向に沿った高さを識別する。

識別部４は、例えば、レーザー光を物品５に向けて出射する光源と、物品５で反射されたレーザー光を検出する検出部とを備えるレーザー測距装置により構成することができる。識別部４がレーザー測距装置により構成されている場合、測定された物品５と識別部４との間の距離を、識別部４と搬送路９との間の距離から減算することにより物品５の高さを得ることができる。また、識別部４は、搬送路９の側方から物品５を撮像し、撮像された画像から物品の高さを識別する撮像装置により構成することもできる。

識別部４は、測定した物品５の高さ情報、または物品５の高さ情報を算出可能な情報を制御部７に対して出力する。

制御部７は、識別部４から出力された物品５に関する情報に基づいて、次に第１の位置９ａに搬送される物品５の二次元情報が附された上面５ａと撮像面２ａとの間の距離を算出し、当該距離に応じて光学系３の焦点距離を、当該物品５が第１の位置９ａに搬送される前に予め設定する。そして、制御部７は、当該物品５が第１の位置９ａに物品５が到達したときに、撮像部２に二次元情報６を撮像させる。従って、物品５が第１の位置９ａに到達した際には、光学系３の焦点距離がすでに調整されており、光学系３の焦点距離の変更は行われない。このため、第１の位置９ａに物品が到達した後に、二次元情報６が撮像面２ａに結像するように光学系３を駆動させた後に二次元コード６の撮像を行う場合と比較して、二次元情報６を短時間で読み取ることができる。よって、物品５の搬送速度を高くした場合であっても二次元情報６の識別が可能となる。従って、読取装置１を用いることにより、物品５の搬送速度を高くし、物品５の搬送効率を向上することができる。また、物品５の二次元情報６の貼り付け面が平面で無い場合でも光学系３の調整は僅かで済むためシステムの高速化に寄与することができる。

また、本実施形態では、液晶レンズ８が複数の液晶層を有するため、液晶レンズが単一の液晶層を有するものである場合と比較して、液晶レンズ８の駆動速度を高めることができる。よって、物品５の搬送速度をさらに高くした場合であっても二次元情報６の識別が可能となる。従って、物品５の搬送効率をさらに向上することができる。

ところで、光学系３を変位可能な焦点固定レンズを用いて構成することも考えられる。この場合は、焦点固定レンズの駆動装置が必要となる。一般的には、カムを有する第１の鏡筒と、第１の鏡筒に対して変位可能に設けられており、カムが挿入されるカム溝を有する第２の鏡筒とのうちの一方の鏡筒に焦点固定レンズを固定し、第１の鏡筒と第２の鏡筒とを相互に回転させることにより焦点固定レンズの変位が行われる。焦点固定レンズを機械的に変位させる場合、十分に高い光学系３の耐久性を実現する観点からは、光学系３に「遊び」を設ける必要がある。光学系３に遊びが設けられていないと、物品５の搬送時に生じる振動等によって光学系３が故障しやすいためである。

しかしながら、光学系３に遊びを設けた場合、仮に、駆動装置が第１の鏡筒を第２の鏡筒に対して所定の回転角だけ回転させたとしても、遊びに起因して、焦点固定レンズの位置がばらつく。よって、光学系３の焦点距離にばらつきが生じる。従って、光学系３を変位可能な焦点固定レンズを用いて構成した場合は、光学系３の被写体深度を深くして、光学系３の焦点距離にばらつきが生じた場合であても二次元情報６が識別可能なように撮像されるようにする必要がある。

光学系３の被写体深度は、焦点距離と、絞り値とにより決定する。光学系３の被写体深度を深くするためには、焦点距離を長くし、絞り値を小さくすることが必要となる。しかしながら、読取装置１の寸法上の制約から焦点距離を十分に長くすることは困難である。また、焦点距離を長くすると、一般的に、解像度が低くなる。一方、光学系３の絞り値を小さくすると、撮像面２ａに到達する光量が少なくなる。このため、撮像された画像に生じるノイズが強くなる。従って、現実的には、焦点距離を長くしたり、絞り値を小さくしたりして光学系３の被写体深度を十分に深くすることは困難である。よって、変位可能な焦点固定レンズを用いて光学系３を構成した場合は、小さい二次元情報６の読み取りが困難となる。

一方、液晶レンズ８は、印加する電圧と焦点距離とが高精度に対応する。従って、液晶レンズ８を変位不能に強固に固定し、液晶レンズ８に印加する電圧を高精度に制御することにより、液晶レンズ８の焦点距離を高精度に制御でき、その結果、二次元情報６を撮像面２ａに高精度に結像させることができる。よって、本実施形態のように、光学系３の結像位置を予め調整しておく場合には、光学系３を液晶レンズ８を用いて構成し、変位可能な焦点固定レンズを用いないことが好ましい。

また、液晶レンズ８を用いた場合は、絞り値を大きくすることができるため、読取装置１の配置された環境が、光量が少ない環境であったとしても、二次元情報６の読み取りを好適に行うことができる。

１…二次元情報読取装置
２…撮像部
２ａ…撮像面
３…光学系
４…識別部
５…物品
５ａ…上面
６…二次元情報
７…制御部
８…液晶レンズ
９…搬送路
９ａ…第１の位置
９ｂ…第２の位置
１１…液晶層
１１ａ…第１の液晶層
１１ｂ…第２の液晶層
２１…第１の電極
２１ａ…第１の電極部
２１ａ１…開口部
２１ｂ…第２の電極部
２２…第２の電極
３１…第１の基板
３２…第２の基板
３３…中間板
３４…隔壁部材
４１…高抵抗層
４２…無機誘電体層

Claims

搬送路を移動する物品の表面に附された二次元情報を読み取る二次元情報読取装置であって、
前記搬送路を搬送される前記物品の前記二次元情報を前記搬送路の第１の位置において撮像する撮像部と、
前記第１の位置に位置する前記物品に附された前記二次元情報を前記撮像部の撮像面上に結像させる光学系と、
前記搬送路の前記第１の位置よりも上流側の第２の位置において前記物品を識別する識別部と、
前記識別部から出力された情報に基づいて、次に前記第１の位置に搬送される物品の前記二次元情報が附された表面と前記撮像面との距離に応じて前記光学系の焦点距離を予め設定し、当該物品が前記第１の位置に到達したときに前記撮像部に前記二次元情報を撮像させる制御部と、
を備える、二次元情報読取装置。
前記光学系が液晶レンズを含む、請求項１に記載の二次元情報読取装置。
前記光学系は、変位可能な焦点固定レンズを含まない、請求項２に記載の二次元情報読取装置。
前記液晶レンズは、複数の液晶層を有する、請求項２または３に記載の二次元情報読取装置。