JP2014164721A - コード読取り装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来のコード読取り装置に比べて、読取り距離範囲が広いコード読取り装置を提供する。
【解決手段】対象物からコードを読み取るコード読取り装置であって、受光面に結像された光学像を撮像する撮像手段と、予め定めた読取り距離範囲内において対象物までの距離に拘わらず合焦画像を取得する被写界深度拡大手段と、読取り距離範囲の最短距離での合焦画像がコードの全体画像を含み且つ読取り距離範囲の最長距離での合焦画像においてコードの単位画像に少なくとも予め定めた画素数が割り当てられるように撮像される光学像を歪ませる光学変換手段と、を備えたコード読取り装置とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、コード読取り装置に関する。

従来、バーコード等の一次元コード、ＱＲコード（登録商標）等の二次元コードを、光学的に読み取るコード読取り装置が知られている。コード読取り装置の読取り距離範囲の拡大は、コード読取り装置の商品価値を顕著に向上させる。読取り距離範囲を拡大するためには、被写界深度を拡大する技術が必要になる。被写界深度とは、合焦状態に見える被写界側の距離範囲である。

特許文献１には、位相板光学系と周波数空間での復元画像処理を有することを特徴とする「拡大された被写界深度を有する光学システム」が開示されている。特許文献１に記載された光学システムでは、被写界深度が拡大され、広い距離範囲で焦点が合った画像を獲得することが可能となる。しかしながら、特許文献１に記載された光学システムのように、単純に被写界深度を拡大しただけでは、コードの読取り距離範囲を最大限まで拡大することはできない。

ここで、同じサイズのコードを撮像する場合の画素割り当てについて考える。近場では撮像素子の受光面全体に投影されるコードが、遠場では受光面の一部分に投影される。コードの１セルに割り当てられる画素数は、遠場では近場よりも少なくなる。即ち、遠場では近場よりも高い分解能が必要となる。

例えば、読取り距離範囲、コードサイズ及びセルサイズが決まると、最短距離でのコードサイズから撮像系の画角が決まり、最長距離での画素割り当てから必要な分解能が決まる。そして、画角と分解能とから撮像素子に必要とされる画素数が決まるという関係がある。実際には、コストの観点から先に撮像素子の画素数が決まっており、分解能により最長距離が決定される場合が多い。このため、単純に被写界深度を拡大しただけでは、コードが画面からはみ出す等、画面の律則によって近場での読取り距離が制限されてしまう。

また、非特許文献１には、オートフォーカスレンズを用いて、コードの読取り距離範囲を拡大する「コードリーダ」が開示されている。オートフォーカスレンズ方式は、レンズの移動によりレンズと撮像素子受光面との距離を変化させる方式である。オートフォーカスレンズ方式のコードリーダでは、レンズを移動させる駆動機構が必要である。また、特許文献２には、可変焦点レンズを用いて、コードの読取り距離範囲を拡大する「コードリーダ」が開示されている。可変焦点レンズ方式は、レンズの焦点距離を変化させる方式である。可変焦点レンズ方式のコードリーダでは、レンズの焦点距離を変化させるための機構が必要である。

特許第３２７５１０号公報 特表２０１２−５１５３５９号公報

インターメック社のハンドヘルド・コードレススキャナ（製品名「ＳＲ６１ｅｘ」）の製品カタログ

本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、本発明の目的は、従来のコード読取り装置に比べて、読取り距離範囲が広いコード読取り装置を提供することにある。

上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、対象物からコードを読み取るコード読取り装置であって、受光面に結像された光学像を撮像する撮像手段と、予め定めた読取り距離範囲内において前記対象物までの距離に拘わらず合焦画像を取得する被写界深度拡大手段と、前記読取り距離範囲の最短距離での合焦画像が前記コードの全体画像を含み且つ前記読取り距離範囲の最長距離での合焦画像において前記コードの単位画像に少なくとも予め定めた画素数が割り当てられるように、撮像される光学像を歪ませる光学変換手段と、を備えたコード読取り装置である。

前記光学変換手段が、前記対象物までの距離が予め定めた距離より短い場合には、前記撮像素子の周辺部での焦点位置が前記撮像素子の中心部での焦点位置よりも受光面に近付くように、撮像される光学像の像面を湾曲させるものでもよい。

上記目的を達成するために請求項３に記載の発明は、対象物からコードを読み取るコード読取り装置であって、受光面に結像された光学像を撮像する撮像手段と、予め定めた読取り距離範囲内では、前記対象物までの距離に依存しない光学像が撮像されるように、固有の変換関数により入射光の波面を変換する第１の光学変換手段と、予め定めた読取り距離範囲内では、撮像画像から前記対象物の合焦画像が復元されるように、前記変換関数の逆関数を用いて撮像画像を画像処理する画像処理手段と、前記第１の光学変換手段の光入射側に配置され、前記読取り距離範囲の最短距離での復元画像が前記コードの全体画像を含み且つ前記読取り距離範囲の最長距離での復元画像において前記コードの単位画像に少なくとも予め定めた画素数が割り当てられるように、撮像される光学像を歪ませる第２の光学変換手段と、を備えたコード読取り装置である。

前記第２の光学変換手段が、前記対象物までの距離が予め定めた距離より短い場合には、前記撮像素子の周辺部での焦点位置が前記撮像素子の中心部での焦点位置よりも受光面に近付くように、撮像される光学像の像面を湾曲させるものでもよい。

前記第２の光学変換手段が、少なくとも１つのレンズを有する光学系であり、前記第１の光学変換手段が、前記光学系内に形成された位相変調面であってもよい。

本発明のコード読取り装置によれば、コードの読取り距離範囲が広くなり、近場から遠場までを１台のコード読取り装置で読み取ることができる。

本発明の実施の形態に係るコード読取り装置の構成を示すブロック図である。 （Ａ）は本発明の実施の形態に係るコード読取り装置の光学系の一例を示す光軸に沿った断面図である。（Ｂ）は位相変調面を含む光学系の一例を示す光軸に沿った断面図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は点拡がり関数（ＰＳＦ）の取得方法を示す説明図である。 （Ａ）は本発明の実施の形態に係るコード読取り装置の制御系の構成を示すブロック図である。（Ｂ）は制御装置の機能ブロックである。 被写界深度拡大の原理を説明する説明図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は歪み付加光学系の作用を説明する説明図である。 歪み付加光学系による視野拡大を説明するための模式図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は位相変調素子の有無によるＭＴＦの応答の違いを示すグラフである。 （Ａ）及び（Ｂ）は像面湾曲を利用する歪み付加光学系の設計例を示す光軸に沿った断面図である。（Ａ）は近場での像面湾曲の様子を示し、（Ｂ）は遠場での像面湾曲の様子を示す。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。

＜コード読取り装置の構成＞
（全体構成）
まず、コード読取り装置の全体構成について説明する。
図１は本発明の実施の形態に係るコード読取り装置の構成の一例を示すブロック図である。図１に示すように、コード読取り装置１０は、物体Ｏの光学像を結像する光学系１４、結像された光学像を撮像する撮像素子１６、及び撮像された画像に対し画像処理を行う画像処理部２６を備えている。光学系１４、撮像素子１６及び画像処理部２６は、窓部を有する筐体（図示せず）内に配置されている。物体Ｏで散乱された光は、窓部を通過して光学系１４に入射する。光学系１４は、第１の光学変換手段として位相変調素子２０を備えると共に、第２の光学変換手段として歪み付加光学系１８を備えている。ここで、物体Ｏとは、コードが付加された読取り対象物である。

上記のコード読取装置１０では、位相変調素子２０により光学系１４に入射した光の波面が変換されて、物体Ｏまでの距離が変化しても同じボケ方の画像が撮像される。また、画像処理部２６により、撮像画像に対して逆変換を施すような画像処理を行うことで合焦画像（ボケが除去された画像）が復元される。予め定めた距離範囲（読取り距離範囲）では、上記の距離に依存しない撮像と復元とが可能となり被写界深度が拡大する。上記の被写界深度の拡大手法は、波面符号化法（Wavefront Coding）と称される。なお、被写界深度の拡大原理については後述する。

また、上記のコード読取装置１０では、歪み付加光学系１８により撮像素子１６で撮像される光学像に歪みが付加される。歪み付加光学系１８は、読取り距離範囲の最短距離での復元画像がコードの全体画像を含むように、即ち、最短距離でコード全体が画面内に収まるように光学像を歪ませる。更に、歪み付加光学系１８は、読取り距離範囲の最長距離での復元画像においてコードの単位画像（１セルの画像）に少なくとも予め定めた画素数が割り当てられるように、即ち、最長距離でもコードの１セルが解像されるように光学像を歪ませる。

歪み付加光 学系１８により歪んだ画像は、画像処理部２６におけるディジタル処理により、歪みのない画像に補正される。上記の歪み付加及び歪み補正により、近場での視野が拡大すると共に、遠場での画素割り当てが確保されて、読取り距離範囲が実質的に拡大する。即ち、位相変調素子２０に加えて歪み付加光学系１８を備えることで、単純に被写界深度を拡大しただけでは解決できない課題が解決される。なお、視野の拡大、画素割り当ての確保の詳細については後述する。

（光学系の構成）
次に、コード読取り装置の光学系の構成について説明する。
図２（Ａ）は本発明の実施の形態に係るコード読取り装置の光学系の一例を示す光軸に沿った断面図である。

図２（Ａ）に示すように、歪み付加光学系１８、位相変調素子２０及び撮像素子１６の各々は、光軸Ｌに沿って、物体Ｏの側から記載した順序で配置されている。図示した例では、位相変調素子２０として、光軸方向に固有の凹凸（厚み分布）を有する３次の位相板を用いている。位相板の固有の凹凸は、例えば、曲面状の位相変調面２０Ａにより実現される。位相変調素子２０は、位相変調面２０Ａを歪み付加光学系１８側に向けて、歪み付加光学系１８の後ろ側（絞り位置）に配置されている。

光学系１４に入射した光は、歪み付加光学系１８を通過し、位相変調素子２０を通過して、撮像素子１６の受光面１６Ａに結像する。上述した通り、物体Ｏの撮像画像は、歪み付加光学系１８により歪みが付加され、位相変調素子２０により焦点がずらされた劣化画像となる。

撮像素子１６としては、光電変換により光学像を撮像するイメージセンサ等を用いることができる。イメージセンサとしては、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサ、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサ等が挙げられる。

歪み付加光学系１８は、読取り距離範囲の最短距離での復元画像がコードの全体画像を含み且つ最長距離での復元画像においてコードの単位画像（１セルの画像）に予め定めた画素数が割り当てられるように設計されていればよい。歪み付加光学系１８は、単一の光学素子で構成してもよく、組合せレンズ等の一群の光学素子により構成してもよい。本実施の形態では、歪み付加光学系１８として、周辺部で画像を圧縮して画像を歪ませる歪曲光学系を用いている。歪曲光学系としては、中心部から外側に行くほど画像が同心円状に圧縮される「魚眼レンズ」等の圧縮光学系を用いることができる。

図２（Ａ）に示す光学系では、位相変調素子２０として位相板を用いているが、位相変調素子２０は、入射光の波面を変換する機能（位相変調機能）を有する光学素子であればよい。位相変調素子２０としては、光軸方向での厚みが変化する光学素子（例えば、３次の位相板）の他、屈折率が変化する光学素子（例えば、屈折率分布型の位相変調素子）、位相変調が可能な液晶素子（例えば、液晶空間位相変調素子）等を用いてもよい。また、レンズ表面へのコーティングにより厚みや屈折率が変化する光学素子（例えば、位相変調ハイブリッドレンズ）等を用いてもよい。

また、第１の光学変換手段としての位相変調面２０Ａを、歪み付加光学系１８に一体に形成してもよい。図２（Ｂ）は位相変調面を含む光学系の一例を示す光軸に沿った断面図である。図２（Ａ）及び（Ｂ）に示す例では、歪み付加光学系１８は、複数のレンズから構成された組合せレンズである。歪み付加光学系１８の光射出側の１つのレンズ面に、位相変調面２０Ａが形成されている。位相変調面２０Ａを歪み付加光学系１８に一体に形成することで、部品点数が減り、位相変調素子の光軸合わせも不要となる。

（光学系の変換特性）
次に、光学系の変換特性について説明する。
図３（Ａ）及び（Ｂ）は点拡がり関数（ＰＳＦ：Point Spread Function）の取得方法を示す説明図である。波面符号化法では、光学系の変換特性を表現するのに、点拡がり関数（ＰＳＦ）を用いる。ＰＳＦは、光学系の点光源に対する拡散度合いを表す関数である。換言すれば、点光源を撮像した時にその点光源がどのようにボケて撮像されるのか、即ち、点光源のボケ方を表現する関数である。

図３（Ａ）に示すように、コード読取り装置１０の光学系１４を用いて、撮像素子１６により点光源Ｐを撮像する。図３（Ｂ）に示すように、点光源Ｐに対応する写像Ｉが、撮像素子１６の受光面１６Ａに結像される。この写像Ｉから光学系１４に固有のＰＳＦが取得される。取得されたＰＳＦは、後述する制御装置２４の記憶部３０に制御値として記憶される。本実施の形態では、ＰＳＦは距離に依存しない関数として取り扱う。なお、厳密にはＰＳＦは点光源までの距離に応じて変化するが、読取り距離範囲内では距離に依存しない関数として取り扱うことができる。

（制御系の構成）
次に、コード読取り装置の制御系の構成について説明する。
図４（Ａ）は本発明の実施の形態に係るコード読取り装置の制御系の構成を示すブロック図である。図４（Ｂ）は制御装置の機能ブロックである。

図４（Ａ）に示すように、コード読取り装置１０は、撮像素子１６を駆動する撮像素子駆動部２２と、撮像素子駆動部２２を制御する制御装置２４とを備えている。例えば、撮像素子駆動部２２は、制御装置２４からの制御信号に基づいて撮像素子１６の各部を駆動する。また、撮像素子駆動部２２は、撮像素子１６からアナログの画像信号を取得し、ディジタルの画像信号に変換（Ａ/Ｄ変換）する等の処理をして、撮像された光学像の画像情報を制御装置２４に出力する。制御装置２４は、取得した画像情報に基づいてコードを復号し、復号情報を出力する。

図４（Ｂ）に示すように、制御装置２４は、画像処理部２６、コード復号部２８及び記憶部３０を備えている。記憶部３０には、合焦画像の復元に用いるＰＳＦ３２、歪み補正に用いる校正パラメータ３４、及びコードの復号に用いる復号テーブル３６が記憶されている。

画像処理部２６は、光学系１４のＰＳＦ３２を記憶部３０から読み出して、撮像画像に対して逆変換を施すような画像処理を行い、ボケが除去された合焦画像を復元する。また、画像処理部２６は、歪み補正用の校正パラメータ３４を記憶部３０から読み出して、撮像画像に対して歪み補正を施す画像処理を行い、歪みのない画像を取得する。復元処理と歪み補正処理とは、どの順序で実施してもよい。これ等の処理により、歪みのない合焦画像に係る画像情報が取得される。

コード復号部２８は、画像処理後の画像からコード画像を抽出し、コードを復号する復号処理を行う。復号処理は、記憶部３０から読み出した復号テーブル３６に基づいて実行される。復号処理で取得された復号情報が、コード復号部２８から出力される。例えば、バーコードであれば、バーコードに応じた０及び１からなる数字列が復号される。或いは、数字列に対応した文字列が復号される。

＜コード読取り装置の機能＞
次に、コード読取り装置の機能について説明する。上記の通り、本実施の形態に係るコード読取り装置は、「被写界深度拡大機能」、「視野拡大機能」及び「画素割り当て確保機能」を備えている。以下、各機能について説明する。

（被写界深度の拡大機能）
まず、「被写界深度拡大機能」について更に詳しく説明する。
図５は被写界深度の拡大機能を説明する説明図である。本実施の形態では、上述した通り、波面符号化法（Wavefront Coding）を用いて被写界深度を拡大する。

ここで、波面符号化法の原理を簡単に説明する。被写体画像Ｆが光学系１４により撮像画像Ｇに光学変換され、画像処理により復元画像Ｆ_Ｒが復元される場合について説明する。光学系１４はＰＳＦを有する。被写体画像Ｆから撮像画像Ｇへの光学変換は、下記式で表すように、ＰＳＦによる畳み込み（コンボリューション）で近似される。
Ｇ＝ＰＳＦ＊Ｆ （＊は畳み込みを表す）

また、撮像画像Ｇから復元画像Ｆ_Ｒを復元する画像処理は、下記式で表すように、ＰＳＦの逆関数（ＰＳＦ）^−１による畳み込み（デコンボリューション）で近似される。換言すれば、光学系１４により行われた光伝達関数（ＯＴＦ）の変更の逆変換に相当するフィルタ処理が実行される。
Ｆ_Ｒ＝（ＰＳＦ）^−１＊Ｇ （＊は畳み込みを表す）

図５に示すように、コードＣが付加された対象物を撮像する場合、対象物が遠くに在るとき（遠場）には撮像領域Ｒの一部をコードＣが占有し、対象物が近くに在るとき（近場）には撮像領域Ｒの略全面をコードＣが占有する。以下では、撮像領域Ｒを画面と称する。波面符号化法を用いない場合には、遠場でも近場でも、対象物が合焦位置から離れるとボケた画像が撮像される。そのボケ方は合焦位置から対象物までの距離（ずれ量）に応じて変化する。

波面符号化法を用いた本実施の形態では、予め定めた読取り距離範囲内では、上記の光学変換により対象物までの距離によらず同じボケ方の撮像画像Ｇが撮像される。また、本実施の形態では、光学系１４のＰＳＦは距離に依存しない関数である。従って、予め定めた読取り距離範囲内では、上記の画像処理により対象物までの距離によらず撮像画像Ｇから合焦した復元画像Ｆ_Ｒが復元される。

（視野拡大機能）
次に、「視野拡大機能」について更に詳しく説明する。
図６（Ａ）〜（Ｃ）は歪み付加光学系の作用を説明する説明図である。図７は歪み付加光学系による視野拡大機能を説明するための模式図である。

歪み付加光学系１８は、読取り距離範囲の最短距離での復元画像がコードの全体画像を含むように光学像を歪ませる。図６（Ａ）に示す被写体画像Ｆは、図６（Ｂ）に示すように、中心部より周辺部の画像が大きく圧縮された歪曲画像Ｇとして撮像される。周辺部での歪みが大きく、中心部での歪みは小さい。例えば、近場でＱＲコード（登録商標）を読み取った場合、図６（Ｃ）に示すような歪曲画像Ｇが撮像される。

図６（Ｃ）から分かるように、画像を歪ませることで、近場でも画面内にコード全体を収めることができる。図６（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、撮像後の歪み補正処理により、歪曲画像Ｇから歪みの無い復元画像Ｆ_Ｒが復元される。即ち、圧縮された周辺部の画像が復元されて、歪みの無い画像に戻される。

図７に示すように、被写界深度が拡大された結果、最短距離Ｄ_Ｎから最長距離Ｄ_Ｆまでの読取り距離範囲ΔＤ内で、対象物までの距離に拘わらず、焦点の合った復元画像を得ることができる。ここでの「基準点」は、位相変調素子２０の位相変調面２０Ａが配置される「絞り位置」とする。

最短距離Ｄ_Ｎにある最近点で対象物を撮像すると、歪み付加光学系１８により歪みが付加された結果、対象物に付加されたコードＣが撮像領域内に収まり、コード画像を含む復元画像を得ることができるようになる。即ち、歪み付加光学系１８による歪み付加により、最近点での視野が拡大し、画角θ_Ｎ（＞θ_Ｆ）での広角撮影が可能となる。例えば、視野は１．４倍に拡大される。最近点での視野の拡大は、被写界深度を実質的に拡大させる。なお、画角θ_Ｆは、最長距離Ｄ_Ｆにある最遠点での画角である。

（画素割り当ての確保機能）
次に、図７を参照して「画素割り当て確保機能」について更に詳しく説明する。
上記の通り、歪み付加光学系１８によれば、中心部より周辺部の画像が大きく圧縮される。近場では、画面の略全面をコードＣが占有するため、コードＣの単位画像（１セル）に対する画素割り当てが多くなる。一方、遠場では、コードＣは画面の一部しか占有できないため、コードＣの１セルに対する画素割り当ては少なくなる。コードＣの１セルに対する画素割り当てが少ないと、歪み付加光学系１８の影響を受け易くなる。即ち、周辺部に比べて歪みの少ない中心部においても、歪みの無いコード画像を復元することが困難になる。

上記の事情に鑑みて、歪み付加光学系１８は、読取り距離範囲の最長距離Ｄ_Ｆでの復元画像においてコードＣの単位画像（１セル）に少なくとも予め定めた画素数が割り当てられるように光学像を歪ませる。最長距離Ｄ_Ｆにある最遠点において、コードＣの１セルに対する画素割り当てが予め定めた画素数よりも多くなるように光学像を歪ませる。例えば、コードＣの１セルに対する画素割り当てを２画素以上とする。これにより、最遠点でもコードＣの１セルが解像されるようになる。

なお、遠場でも、コードＣは画面の中心部に占有する。従って、歪み付加光学系１８は、中心部での分解能が高く、周辺部での分解能が低くなるように設計してもよい。このような設計とすることで、最遠点において、コードＣの１セルに対する画素割り当てを予め定めた画素数よりも多くすることができる。

また、図９（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、歪み付加光学系１８を用いると、視野の中心部と周辺部とで焦点位置が異なるために、焦点面Ｓ_Ｉ（光学像の像面）が湾曲する「像面湾曲」という現象が発生する。この像面湾曲を積極的に利用するように、歪み付加光学系１８を設計してもよい。以下、具体的に説明する。

近場では、図９（Ａ）に示すように、周辺部での焦点位置が、中心部での焦点位置よりも、撮像素子１６の受光面１６Ａに近付くようにする。即ち、中心部では受光面１６Ａで焦点が合わず、周辺部で合焦するようにする。歪み付加光学系１８により圧縮されて情報量が低下する周辺部について、受光面１６Ａ上に合焦させることで、周辺部の画像の復元、ひいてはコードの復号が容易化される。なお、遠場では、図９（Ｂ）に示すように、焦点位置が光学系側にずれる。湾曲した焦点面Ｓ_Ｉも光学系側にずれて、周辺部では受光面１６Ａで焦点が合わず、中心部で合焦するようになる。

（実施例）
汎用の撮像素子を用いて、セルサイズ１．０ｍｍのコードを読み取る実験を行った。従来の光学系を用いると２００ｍｍ以上４００ｍｍ以下の範囲コードの読み取りが可能であったのに対し、本実施の形態の光学系を用いると、１２０ｍｍ以上１２００ｍｍ以下の範囲でコードの読み取りが可能になることが確認された。なお、読取り距離範囲（絞り位置からの距離）は、セルサイズや光学系の設計により変化する。

（機能の両立）
次に、「被写界深度拡大機能」、「視野拡大機能」及び「画素割り当て確保機能」の両立について説明する。図８（Ａ）及び（Ｂ）は、位相変調素子の有無による変調伝達関（ＭＴＦ：Modulation Transfer Function）の応答の違いを示すグラフである。図８（Ａ）は位相変調素子が無い場合のＭＴＦの応答を示すグラフであり、図８（Ｂ）は位相変調素子を挿入した場合のＭＴＦの応答を示すグラフである。縦軸は正規化されたＭＴＦ値を表し、横軸は空間周波数（単位：周期/ｍｍ）を表す。なお、光学系の構成は、図２（Ａ）に示す通りである。

ＭＴＦは、光学系の結像性能を表わす指標である。実線→粗い点線→細かい点線の順に対象物までの距離が長くなることを示す。図８（Ａ）に示すように、歪み付加光学系１８の絞り位置に位相変調素子２０を配置しない場合には、対象物までの距離が長くなるほど、ＭＴＦの応答は低下する。これは、対象物までの距離に応じて光学系１４の結像性能が変化することを示す。

これに対して、図８（Ｂ）に示すように、歪み付加光学系１８の絞り位置に位相変調素子２０を配置した場合には、対象物までの距離に拘わらずＭＴＦの応答は略一定である。これは、対象物までの距離に拘わらず、光学系１４の結像性能が一定であることを示す。この結果から、位相変調素子２０により歪み付加光学系１８のＭＴＦ分布が均等化されて、同じボケ方の画像が得られ、被写界深度が拡大されることが確認された。

以上説明した通り、本実施の形態では、対象物までの距離に拘わらず、焦点の合った復元画像が取得される。即ち、被写界深度が拡大されて、読取り距離範囲が広くなっている。また、本実施の形態では、読取り距離範囲に応じて、撮像される光学像に歪みが付加される。歪みが付加されることで、最短距離で撮像され且つ復元された復元画像がコードの全体画像を含むように、近場での視野が拡大される。また、歪みが付加されることで、最長距離で撮像され且つ復元された復元画像においてコード１セルに対し予め定めた画素数が割り当てられる。従って、近場から遠場までを１台のコード読取り装置で読み取ることができるようになる。

＜変形例＞
なお、上記各実施の形態で説明したコード読取り装置の構成は一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内においてその構成を変更してもよいことは言うまでもない。

例えば、上記の実施の形態では、波面符号化法により被写界深度を拡大する場合について説明するが、他の手法により被写界深度を拡大してもよい。被写界深度の拡大手法としては、例えば、絞り符号化方法（Coded Aperture）、焦点符号化方法（Focus Sweep）、色収差法、マイクロレンズ法が挙げられる。これらは公知の手法であって、詳細は種々の文献に記載されている。絞り符号化方法、焦点符号化方法については、向川康博らの「光学系・撮像過程・信号処理の工夫による光学センシング技術」、精密工学会誌,Vol77,No.12,2011を参照することができる。

絞り符号化方法は、撮像系内の絞りにより、光量を調節するだけでなく、撮像系の点拡がり関数（ＰＳＦ）を符号化するという手法である。理想的な幾何光学系では、絞りの形状は画像上のＰＳＦの形状と等価であるため、絞りパターンにより、撮像系のＰＳＦを制御することができる。画像を安定して復元するために、ゼロ交差のない広帯域な周波数特性を有する絞り形状が提案されている。詳細は、Zhou,C.,Nayar.:What are good apertures for defocus deblurring? In: International Conference of Computational Photography, San Francisco,U.S.(2009)等の文献に記載されている。

焦点符号化方法は、露光中に撮像素子の位置を変化させながら（フォーカス・スイープ）、各点での画像を多重露光して、距離に依存しないＰＳＦを得る手法である。詳細は、Hajime Nagahara, Sujit Kuthirummal, Changyin Zhou, Shree K.Nayar, Flexible Depth of Field Photography, Proc. European Conf. Computer Vision, No.LNCS 5305,pp.60-73,2008.10等の文献に記載されている。

色収差法は、色収差を大きくした特殊な光学レンズ及び色フィルタ配列と、専用の信号処理により被写界深度を拡大する手法である。詳細は、江川ら「Depth of Field Expansion Technology Using Chromatic Aberration」、光学 40(10),528-533,2011-10-10, 応用物理学会分科会日本光学会等の文献に記載されている。

マイクロレンズ法は、焦点距離が異なる複数のレンズを組合せた特殊レンズを有する撮像系により被写界深度を拡大する手法である。詳細は、LEVIN,A., HASINOFF,S., GREEN,P., DuRAND,F.,AND FREEMAN,W.2009.4D frequency analysis of computational cameras for depth of field extension. MIT CSAIL TR 2009-019.等の文献に記載されている。

また、読み取り対象物に付加されるコードは、バーコード等の一次元コード、ＱＲコード（登録商標）等の二次元コードの何れでもよい。

１０ コード読取り装置
１４ 光学系
１６ 撮像素子
１６Ａ 受光面
１８ 歪み付加光学系（第２の光学変換手段）
２０ 位相変調素子（第１の光学変換手段）
２０Ａ 位相変調面
２２ 撮像素子駆動部
２４ 制御装置
２６ 画像処理部
２８ コード復号部
３０ 記憶部
３２ ＰＳＦ
３４ 校正パラメータ
３６ 復号テーブル
Ｌ 光軸
Ｏ 物体
Ｐ 点光源
Ｉ 写像
Ｃ コード
Ｒ 撮像領域（画面）
Ｄ_Ｆ 最長距離
Ｄ_Ｎ 最短距離
θ_Ｆ 画角
θ_Ｎ 画角
Ｓ_Ｉ 焦点面

Claims (5)

1. 対象物からコードを読み取るコード読取り装置であって、
   受光面に結像された光学像を撮像する撮像手段と、
   予め定めた読取り距離範囲内において前記対象物までの距離に拘わらず合焦画像を取得する被写界深度拡大手段と、
   前記読取り距離範囲の最短距離での合焦画像が前記コードの全体画像を含み且つ前記読取り距離範囲の最長距離での合焦画像において前記コードの単位画像に少なくとも予め定めた画素数が割り当てられるように、撮像される光学像を歪ませる光学変換手段と、
   を備えたコード読取り装置。
2. 前記光学変換手段が、前記対象物までの距離が予め定めた距離より短い場合には、前記撮像素子の周辺部での焦点位置が前記撮像素子の中心部での焦点位置よりも受光面に近付くように、撮像される光学像の像面を湾曲させる請求項１に記載のコード読取り装置。
3. 対象物からコードを読み取るコード読取り装置であって、
   受光面に結像された光学像を撮像する撮像手段と、
   予め定めた読取り距離範囲内では、前記対象物までの距離に依存しない光学像が撮像されるように、固有の変換関数により入射光の波面を変換する第１の光学変換手段と、
   予め定めた読取り距離範囲内では、撮像画像から前記対象物の合焦画像が復元されるように、前記変換関数の逆関数を用いて撮像画像を画像処理する画像処理手段と、
   前記第１の光学変換手段の光入射側に配置され、前記読取り距離範囲の最短距離での復元画像が前記コードの全体画像を含み且つ前記読取り距離範囲の最長距離での復元画像において前記コードの単位画像に少なくとも予め定めた画素数が割り当てられるように、撮像される光学像を歪ませる第２の光学変換手段と、
   を備えたコード読取り装置。
4. 前記第２の光学変換手段が、前記対象物までの距離が予め定めた距離より短い場合には、前記撮像素子の周辺部での焦点位置が前記撮像素子の中心部での焦点位置よりも受光面に近付くように、撮像される光学像の像面を湾曲させる、請求項３に記載のコード読取り装置。
5. 前記第２の光学変換手段が、少なくとも１つのレンズを有する光学系であり、
   前記第１の光学変換手段が、前記光学系内に形成された位相変調面である、
   請求項３または請求項４に記載のコード読取り装置。