JP3787193B2 - Symbol reader - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば2次元バーコードリーダ等のデータシンボルを読み取るシンボル読み取り装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、POS(Point of Sales)システム等に用いられるバーコードリーダには、読み取り開口部内に位置づけられた紙や容器に印刷された文字、バーコード等の2次元データシンボルを含む面に照明光を照射しその反射光を撮像光学系で処理するものが知られている。撮像光学系で処理された画像情報は2値化され、その2値化データを基にシンボルの位置を確認し、シンボルの画像情報が抽出されてデコード等の所定の処理を施された後、ホストコンピュータ等の外部のハードウエアに転送される。
【0003】
このような2次元データシンボルは白黒のモザイクパターンが2次元的に配列されたものであり、高精度で読み出すためには、シンボルを読み取り開口内に完全に位置づけ、シンボル面に照明光を一定時間均一に照射して読み出すことが望ましい。従って操作者は、バーコードリーダを操作する際、筐体の位置決め、固定等に注意を払わなければならない。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところが実際にバーコードリーダが用いられる際は、必ずしも読み取り開口をシンボル面に接触したまま一定時間筐体を固定してシンボルの読み取り動作が行われるわけではなく、操作者の手振れ等により筐体が揺れ、読み取り開口がシンボル面に固定されない場合がある。そのような状況でのシンボルの読み取りは失敗する可能性が高い。
【0005】
本発明は、以上の問題を解決するものであり、2次元データシンボルの読み取りを安定して行えることを目的としている。
【0006】
なお、本明細書では、「シンボル面」とはシンボル読み取り装置の開口部に位置づけられるシンボルを含む面をさし、「シンボルの読み取り」とは、読み取り開口部に位置づけられた面の撮像処理からシンボルの画像情報を抽出してデコードするまでの処理をさす。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るシンボル読み取り装置は、コード化シンボルが形成されたシンボル面を筐体の底面に設けられた読み取り開口内に位置づけてシンボルを読み取るシンボル読み取り装置であって、筐体の揺れの速さを検出する揺れ検出手段と、シンボル面の光学情報を光電変換して電荷蓄積する撮像素子と、揺れ検出手段が検出する筐体の揺れの速さに対応した撮像素子からの電荷の読み出しモードを選択する撮像制御手段とを備えたことを特徴とする。
【0008】
揺れ検出手段は例えば角速度センサーである。
【0009】
揺れ検出手段が第1の揺れの速さを検出した場合、撮像制御手段は撮像素子に蓄積された電荷を例えばフィールドモードで読み出す。
【0010】
揺れ検出手段が第2の揺れの速さを検出した場合、撮像制御手段は撮像素子に蓄積された電荷を例えばフレームモードで読み出す。
【0011】
好ましくは第1の揺れの速さは第2の揺れの速さより大きい。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図1は、本発明に係る実施形態であるシンボル読み取り装置の斜視図である。筐体10はヘッド部10aと把持部10bから構成されている。ヘッド部10aの底面11にはほぼ矩形の読み取り開口12が設けられている。把持部10bの側面には読み取り動作を開始するためのトリガー15が設けられている。また、把持部10bのヘッド部10aと反対側の端部には、読み取り結果を他のハードウエアへ送信するケーブル16が取り付けられている。
【0013】
図2は、本実施形態に係るシンボル読み取り装置のブロック図である。
CPU(中央演算処理装置)20はシンボル読み取り装置全体の制御を行う。トリガー15はインバータ15aに接続されており、インバータ15aはトリガー15が押されている場合、ハイ信号すなわち「1」を出力し、トリガー15が押されていない場合、ロー信号すなわち「0」を出力する。インバータ15aの出力信号はCPU20のポートP3 に入力される。
【0014】
CPU20には、CCD駆動回路32、光源駆動回路33、信号処理回路34が接続されている。CCD駆動回路32に対する制御信号はポートS3 から出力され、光源駆動回路33に対する制御信号はポートS4 から出力される。
【0015】
筐体10内においてCCD35の近傍に配設された角速度センサー40から筐体10の揺れの速さに応じた電圧が筐体揺れ検出回路41に出力され、筐体揺れ検出回路41では角速度センサー40からの入力値に応じたアナログ電圧をコンパレータ42に出力する。尚、角速度センサーには、振動するとその振動速度に対応した電圧が発生するセラミックから成る従来公知のセンサーが用いられる。
【0016】
コンパレータ42は演算増幅器を用いた比較回路であり、正相入力端子には上述のように筐体揺れ検出回路41が接続され、逆相入力端子には可変抵抗であるボリュームRvが接続されている。コンパレータ42は、ボリュームRvにより設定される基準電圧値S2 を閾値とし、この電圧値S2 と筐体揺れ検出回路41の出力電圧S1 を比較し、出力電圧S1 が基準電圧値S2 より高ければハイ信号すなわち「1」を出力し、出力電圧S1 が基準電圧値S2 より低ければロー信号すなわち「0」を出力する。コンパレータ42はCPU20に接続されており、その出力値はCPU20のポートP1 に入力される。
【0017】
CPU20のポートS4 から出力される信号に基づいて光源駆動回路33から制御信号が出力され、この制御信号に従って光源36が駆動され、シンボル面に照明光が照射される。
【0018】
一方、ポートP1 およびP3 の入力値に基づいてポートS3 の出力値が決定されると、CCD駆動回路32はポートS3 から入力される信号に基づいて制御される。これによりCCD駆動回路32から制御信号が出力され、CCD35が駆動される。CCD35ではシンボル面に照射された照明光の反射光を光電変換することによりシンボル面の撮像処理が行われる。CCD35から出力される光電変換されたシンボル面の画像情報すなわち全画素データは、信号処理回路34で2値化処理等を施されポートP2 に入力される。また、CCD駆動回路32からはシンボル情報の抽出時に用いられる同期信号(垂直、水平同期信号およびフィールドインデックス信号FI)が出力されポートP4 に入力される。CPU20では、ポートP2 に入力された全画素データをポートP4 に入力される同期信号に基づいてメモリ(図示せず)に格納する。
【0019】
また、CPU20では、メモリに格納したシンボル面の撮像情報が読み出され、ポートP4 に入力された同期信号(垂直、水平同期信号およびフィールドインデックス信号FI)に基づいて、画像情報からからシンボルの情報が抽出され、抽出されたシンボル情報を基にデコード等の処理が施される。デコードに成功したシンボル情報はポートP5 から出力され、外部インタフェース38を介してホストコンピュータに送信される。
【0020】
図3は、筐体10の揺れの速さと筐体揺れ検出回路41の出力値S1 との関係を示すグラフである。筐体10の揺れの速さが大きくなるにつれて、出力値S1 も上昇する。ただし、出力値S1 の最小値および最大値は筐体揺れ検出回路41に予め設定されており、本実施形態では、最小値は2V、最大値は4Vで、基準電圧値S2 は例えば2.5V程度に設定されており、筐体の揺れの速さVthに対応している。すなわち、出力値S1 は2V〜4Vの範囲内で筐体10の揺れの速さに応じて可変である。
【0021】
図4は、ポートP1 およびP3 の入力値とポートS3 の出力値の関係を示す真理値表である。真理値表においてポートS3 の出力値は、「0」がフィールドモードによる読み出し、「1」がフレームモードによる読み出しを示す。
真理値表の第1行目は、ポートP3 の入力値が「1」すなわちトリガー15が押されており、かつポートP1 の入力値が「0」すなわち筐体10の揺れの速さが大きい場合を示している。この場合ポートS3 からは「0」すなわちフィールドモードによる読み出しを指示する信号が出力される。
【0022】
真理値表の第2行目は、ポートP3 の入力値が「1」すなわちトリガー15が押されており、かつポートP1 の入力値が「1」すなわち筐体10の揺れの速さが小さい場合を示している。この場合ポートS3 からは「1」すなわちフレームモードによる読み出しを指示する信号が出力される。
【0023】
以上のようにポートP1 の値は基準電圧値S2 を閾値として決定され、さらにポートP1 の値に応じて読み出しのモードが決定される。従って、図3に示すように筐体の振れの速さが基準電圧値S2 に対応した筐体の振れの速さVthを越えている場合はフィールドモードによる読み出しとなり、Vthを越えていない場合はフレームモードによる読み出しとなる。
【0024】
図5は、本実施形態に用いられる従来公知のCCDの構成を示す概略図である。
図5において、各画素に対応するフォトダイオード60と垂直転送CCD61が交互に配置されている。すなわち、垂直方向Vに延びたフォトダイオード60と垂直転送CCD61が水平方向Hにおいて交互に配列されている。フォトダイオード60に発生した電荷は垂直転送CCD61に移動され、垂直転送CCD61において水平転送CCD62に転送され、水平転送CCD62に接続された端子から出力される。
【0025】
図6はフォトダイオード60と垂直転送CCD61の構成を示す拡大図である。本実施形態の垂直転送CCD61はV1 、V2 、V3 、V4 の4相の転送電極で構成されている。垂直方向Vに並んだフォトダイオード60は交互にV1 、V3 の電極に接続されている。すなわち、奇数番目のフォトダイオード(PD1 、PD3 、PD5 ...)は電極V1 に接続され、偶数番目のフォトダイオード(PD2 、PD4 、PD6 ...)は電極V3 に接続されている。各フォトダイオードに蓄積された電荷は、接続された電極に電圧が印加されると垂直転送CCD61に移動する。尚、奇数番目のフォトダイオードは読み出される画像の奇数フィールドに対応し、偶数番目のフォトダイオードは偶数フィールドに対応する。
【0026】
図7は本実施形態の撮像素子の断面図である。n型シリコン基板70の上にp型シリコン基板71が積層され、その上にn型のフォトダイオード60が配設されている。フォトダイオード60の近傍には垂直転送CCD61が形成され、垂直転送CCD61はアルミニウムから成る遮蔽部材62により遮光されている。フォトダイオード60の残留電荷は、n型シリコン基板70に数十ボルトの電圧(Vsub)を印加することにより基板側に移動し撮像素子から除去される。
【0027】
図8はフィールド読み出しの場合のタイミングチャート、図9はフレーム読み出しの場合タイミングチャートである。タイミングチャート中、FIはCCD駆動回路32が出力するフィールドインデックス信号であり、ハイが奇数フィールド、ローが偶数フィールドに対応する。
図8において、A8で基板電圧が印加され、フォトダイオード60(図5参照)の残留電荷が除去される。その後フォトダイオード60に電荷が蓄積されはじめ、B8で垂直転送CCD61の電極V1 、V3 (図6参照)に同時に電圧が印加されると、フォトダイオード60に蓄積された奇数フィールドおよび偶数フィールドの電荷が垂直転送CCD61に転送される。垂直転送CCD61では水平転送CCD62から数えて奇数番目のフォトダイオードとその隣の偶数番目のフォトダイオード(PD1 とPD2 、PD3 とPD4 .....)の電荷が加算され、水平転送CCD62(図5参照)に転送される。B8からD8の期間水平転送CCD62から電荷が出力され、1フィールドの画像情報として読み出される。
【0028】
次いで、C8で再び基板電圧が印加され、フォトダイオード60の残留電荷が除去された後、D8で垂直転送CCD61の電極V1 、V3 に同時に電圧が印加され、フォトダイオード60に蓄積された奇数フィールドおよび偶数フィールドの電荷が垂直転送CCD61に転送される。B8において垂直転送CCD61では加算した奇数番目のフォトダイオードとと偶数番目のフォトダイオードの組み合わせを替えて電荷が加算され(PD2 とPD3 、PD4 とPD5 .....)、水平転送CCD62に転送される。同様にD8からE8の期間水平転送CCD62から電荷が出力され、1フィールドの画像情報として読み出される。
【0029】
図9において、A9で基板電圧が印加され、フォトダイオード60の残留電荷がクリアされる。その後フォトダイオード60に電荷が蓄積されはじめ、B9で垂直転送CCD61の電極V1 に電圧が印加されると、フォトダイオード60に蓄積された奇数フィールドの電荷が垂直転送CCD61に転送され、電荷は垂直転送CCD61から水平転送CCD62に転送される。同時にFIは奇数フィールドを示すハイ信号に切り替わる。B9からD9の期間水平転送CCD62から電荷が出力され、奇数フィールドの画像情報として読み出される。その間、C8で再び基板電圧が印加され、フォトダイオード60の残留電荷が除去される。D9で垂直転送CCD61の電極V3 に電圧が印加されると、フォトダイオード60に蓄積された偶数フィールドの電荷が垂直転送CCD61に転送され、次いで水平転送CCD62に転送される。同時にFIは偶数フィールドを示すロー信号に切り替わる。D9からF9の期間水平転送CCD62から電荷が出力され、偶数フィールドの画像情報として読み出される。
【0030】
従って、V1 、V3 の電圧印加の位相を制御することにより読み出しモードの切り替えすなわちフィールドモード、フレームモードの切り替えが行われる。
【0031】
フィールドモードで読み出す場合は、偶数フィールドの画素情報と奇数フィールドの画素情報を加算して処理するため、フレームモードによる読み出しに比べると画像情報量が半分に減少する反面、撮像時間(電荷蓄積時間から全画素データ分の読み出しが完了するまでに要する時間)がフレームモードの約半分ですむため筐体が揺れている可能性の高い場合には有効な読み取りモードである。
【0032】
一方、フレームモードで画像情報を読み出す場合は、画像情報量が多くデコードの精度が向上する反面、電荷蓄積時間および読み出しに要する時間がフィールドモードの2倍の時間を必要とする。従って、フレームモードで読み出す場合、読み取り開口をシンボル面により長時間位置づける必要があり、操作者の手振れ等による外乱に弱い。
【0033】
図10はシンボル面の撮像処理からシンボルデータ送信までの処理フローである。処理フローの開始時、シンボル読み取り装置本体の電源はオンされており、CPU20は稼働状態にあり、各駆動回路およびCCD35、光源36は駆動可能な状態にある。ステップ100ではトリガー15が押されているか否かを判断し、押されていればステップ101へ進み、押されていない場合は新たな処理は行われない。すなわち、トリガー15が押されてシンボル読み取りの処理が開始される。
【0034】
ステップ101においてポートP1 の値が確認され、「1」すなわち筐体10の揺れの速さが大きい場合はステップ102へ進み、フィールドモードでシンボル面の画像情報が読み出される。一方ポートP1 の値が「0」すなわち筐体10の揺れの速さが小さい場合はステップ103に進み、フレームモードでシンボル面の画像情報が読み出される。読み出された画像情報は2値化処理や所定の画像処理が施された後メモリに格納され、ステップ104へ進む。
【0035】
ステップ104ではメモリからシンボル面の画像情報が読み出され、その画像情報からデータシンボルに対応する画素データのみの抽出、すなわちシンボルの抽出処理が行われる。抽出された切り出された画素データを基にステップ105でデコード処理が施される。ステップ105においてデコード処理が成功した場合は、シンボル読み取り成功としてステップ106でシンボルの情報が外部のホストコンピュータへ送信される。デコード処理に失敗した場合は、ホストコンピュータへの送信は行われない。尚、シンボル読み取りの結果は、デコードの結果はブザーあるいは筐体に設けられた表示ランプ(図示せず)等により操作者に知らされる。
【0036】
以上のように本実施形態によれば、角速度センサーにより検出される筐体の揺れの速さに応じて撮像モードを設定している。そのため、シンボル面の撮像情報の信頼性が高くなり、シンボル面の撮像情報からシンボル情報を抽出してデコードする際失敗する可能性が低減され、シンボル読み取り成功の確率が高くなる。
【0037】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば筐体の固定状態に応じて2次元シンボルの読み取りを安定して行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係るシンボル読み取り装置の斜視図である。
【図2】本実施形態のシンボル読み取り装置のブロック図である。
【図3】筐体の振れ量と筐体揺れ検出回路の出力値との関係を示すグラフである。
【図4】シンボル読み取り装置に内蔵されたCPUにおける演算処理の真理値表である。
【図5】本実施形態のシンボル読み取り装置に用いられるCCDの模式図である。
【図6】CCDのフォトダイオードと垂直転送CCDの構成を示す拡大図である。
【図7】CCDの層構造を示す断面図である。
【図8】フィールドモードによる画像情報の読み出しのタイミングチャートである。
【図9】フレームモードによる画像情報の読み出しのタイミングチャートである。
【図10】本実施形態におけるシンボル読み出しの処理フローである。
【符号の説明】
10 筐体
12 読み取り開口部
15 トリガー
20 CPU
60 フォトダイオード
61 垂直転送CCD
62 水平転送CCD[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a symbol reader for reading data symbols such as a two-dimensional barcode reader.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a barcode reader used in a POS (Point of Sales) system or the like applies illumination light to a surface including two-dimensional data symbols such as characters and barcodes printed on paper or a container positioned in a reading opening. An apparatus that irradiates and processes the reflected light with an imaging optical system is known. The image information processed by the imaging optical system is binarized, the position of the symbol is confirmed based on the binarized data, the symbol image information is extracted and subjected to predetermined processing such as decoding, The data is transferred to external hardware such as a host computer.
[0003]
Such a two-dimensional data symbol is a two-dimensional arrangement of black and white mosaic patterns. In order to read out with high accuracy, the symbol is completely positioned in the reading aperture, and illumination light is irradiated on the symbol surface for a certain period of time. It is desirable to read by irradiating uniformly. Therefore, the operator must pay attention to the positioning and fixing of the housing when operating the bar code reader.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, when a barcode reader is actually used, the symbol reading operation is not necessarily performed by fixing the housing for a certain period of time while the reading opening is in contact with the symbol surface. The reading aperture may not be fixed to the symbol surface. Reading symbols in such situations is likely to fail.
[0005]
An object of the present invention is to solve the above problems, and to stably read a two-dimensional data symbol.
[0006]
In this specification, the “symbol plane” refers to a plane including a symbol positioned at the opening of the symbol reader, and “symbol reading” refers to the imaging processing of the plane positioned at the reading aperture. This refers to the process from extracting and decoding the symbol image information.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
A symbol reading apparatus according to the present invention is a symbol reading apparatus that reads a symbol by positioning a symbol surface on which a coded symbol is formed in a reading opening provided on a bottom surface of the casing, and the speed of shaking of the casing. A shake detecting means for detecting the image, an image sensor for photoelectrically converting the optical information on the symbol surface and storing the charge, and a charge readout mode from the image sensor corresponding to the speed of shaking of the housing detected by the shake detecting means. The image pickup control means for selecting is provided.
[0008]
The shake detection means is, for example, an angular velocity sensor.
[0009]
When the shake detection means detects the speed of the first shake, the image pickup control means reads out the electric charge accumulated in the image pickup device, for example, in the field mode.
[0010]
When the shake detection unit detects the speed of the second shake, the imaging control unit reads out the electric charge accumulated in the image sensor in, for example, the frame mode.
[0011]
Preferably, the speed of the first shaking is greater than the speed of the second shaking.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a perspective view of a symbol reading apparatus according to an embodiment of the present invention. The
[0013]
FIG. 2 is a block diagram of the symbol reading apparatus according to the present embodiment.
A CPU (Central Processing Unit) 20 controls the entire symbol reader. The
[0014]
A
[0015]
In the
[0016]
The
[0017]
Control signal from the light source drive circuit 33 based on the signal output from the port S 4 of CPU20 is output, the
[0018]
On the other hand, when the output value of the port S 3 is determined based on the input values of the ports P 1 and P 3 , the
[0019]
Further, the
[0020]
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the shaking speed of the
[0021]
FIG. 4 is a truth table showing the relationship between the input values of the ports P 1 and P 3 and the output value of the port S 3 . In the truth table, as for the output value of the port S 3 , “0” indicates reading in the field mode, and “1” indicates reading in the frame mode.
In the first row of the truth table, the input value of the port P 3 is “1”, that is, the
[0022]
In the second row of the truth table, the input value of the port P 3 is “1”, that is, the
[0023]
As described above, the value of the port P 1 is determined using the reference voltage value S 2 as a threshold, and the read mode is determined according to the value of the port P 1 . Therefore, if it exceeds the speed Vth of deflection of the housing the rate of deflection of the housing has corresponding to the reference voltage value S 2 as shown in FIG. 3 becomes reading by field mode, if it does not exceed the Vth Is read out in the frame mode.
[0024]
FIG. 5 is a schematic diagram showing the configuration of a conventionally known CCD used in this embodiment.
In FIG. 5,
[0025]
FIG. 6 is an enlarged view showing the configuration of the
[0026]
FIG. 7 is a cross-sectional view of the image sensor of this embodiment. A p-
[0027]
FIG. 8 is a timing chart in the case of field reading, and FIG. 9 is a timing chart in the case of frame reading. In the timing chart, FI is a field index signal output from the
In FIG. 8, the substrate voltage is applied at A8, and the residual charge of the photodiode 60 (see FIG. 5) is removed. Thereafter, charges start to be accumulated in the
[0028]
Then, the substrate voltage again is applied at a C8, after the residual charge of the
[0029]
In FIG. 9, the substrate voltage is applied at A9, and the residual charge of the
[0030]
Therefore, the read mode is switched, that is, the field mode and the frame mode are switched by controlling the phase of voltage application of V 1 and V 3 .
[0031]
When reading in the field mode, the pixel information in the even field and the pixel information in the odd field are added and processed. Therefore, the amount of image information is reduced by half compared to the reading in the frame mode, but the imaging time (from the charge accumulation time) is reduced. This is an effective reading mode when there is a high possibility that the casing is shaken because the time required for reading out all pixel data is about half that of the frame mode.
[0032]
On the other hand, when image information is read in the frame mode, the amount of image information is large and the decoding accuracy is improved, but the charge accumulation time and the time required for reading are twice as long as the field mode. Therefore, when reading in the frame mode, it is necessary to position the reading opening on the symbol surface for a long time, and it is vulnerable to disturbance due to the hand shake of the operator.
[0033]
FIG. 10 is a processing flow from the imaging process of the symbol surface to the transmission of symbol data. At the start of the processing flow, the power source of the symbol reading apparatus main body is turned on, the
[0034]
In
[0035]
In step 104, image information on the symbol plane is read from the memory, and only pixel data corresponding to the data symbol is extracted from the image information, that is, a symbol extraction process is performed. Decoding processing is performed in
[0036]
As described above, according to the present embodiment, the imaging mode is set according to the speed of shaking of the casing detected by the angular velocity sensor. For this reason, the reliability of the imaging information on the symbol plane is increased, the possibility of failure in extracting and decoding symbol information from the imaging information on the symbol plane is reduced, and the probability of successful symbol reading is increased.
[0037]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to stably read a two-dimensional symbol in accordance with the fixed state of the housing.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of a symbol reading apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram of a symbol reading apparatus according to the present embodiment.
FIG. 3 is a graph showing a relationship between a case shake amount and an output value of a case shake detection circuit;
FIG. 4 is a truth table of arithmetic processing in a CPU built in the symbol reading device.
FIG. 5 is a schematic diagram of a CCD used in the symbol reading device of the present embodiment.
FIG. 6 is an enlarged view showing the configuration of a CCD photodiode and a vertical transfer CCD.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a layer structure of a CCD.
FIG. 8 is a timing chart for reading image information in a field mode.
FIG. 9 is a timing chart for reading image information in a frame mode.
FIG. 10 is a processing flow of symbol reading in the present embodiment.
[Explanation of symbols]
10
60
62 Horizontal transfer CCD
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JPH1049615A (en) | 1998-02-20 |
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