JP4046971B2 - バーコード読み取り装置及び方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バーコード読み取り技術に関し、特にイメージセンサによるバーコード読み取り技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
今日、例えばPOSシステム等を始めとする、商品情報をバーコード化し、バーコードリーダーにより読み取る方法、装置が普及している。しかしながら、物流、流通、産業界においては、多種多様化する製品や、必要な情報を1次元のバーコードだけに収めることができず、より多くの情報量を扱うことが可能なバーコードを求め始めた。これに伴い近年になって、2次元バーコードなるものが出現し、その情報量は飛躍的に伸びた。
【０００３】
これと同時にバーコード読み取り装置も1次元バーコード読み取り専用のラインセンサや、レーザー光による走査のものから、2次元バーコードもデコード可能なエリアセンサに移行されつつある。
【０００４】
またこのようなエリアセンサーはバーコードだけではなく、通常の画像も読み取ることが可能である。このためこのようなイメージ画像取り込み可能なバーコード読み取り装置は、最近の小型化とあいまって、携帯端末などに組み込むことも十分予想される。
【０００５】
このように、携帯端末に一体化されたバーコード読み取り装置では、一般的に2次電池をバッテリーとするため、連続動作時間延長のためにも、各部の消費電力は極力抑えなければならず、それはセンサーにとっても例外ではない。また、装置全体でみた場合、最も電力消費が大きいのは照明用の光源(一般的にはLEDが用いられる)であり、この光源の電力を削減することは最も有効な手段の１つでもある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そのような背景を鑑みて、世の中のバーコード読み取り装置を調べたところ、CCDを用いて読み取りを行っているものの多くが図2に示したようなタイミング概念図で駆動している。まず読み取りのトリガーがONされるまで、センサ駆動はスリープ状態にあり、電源を始めクロック（CLK）やセンサー駆動に必要なパルスは入力されていない。この状態で、トリガーが与えられると、まずセンサは装置の電源オフ時にフォトダイオードに貯まっていた不必要な電荷を捨て、同時に垂直転送路の不必要な電荷を排除するためのリセット動作を行う。
【０００７】
次にリセットが終了した段階で、任意の露光時間でフォトダイオードの電荷蓄積を行う。この電荷蓄積の終了した段階で、垂直、水平転送路に電荷を運びセンサ外部に伝えていた。
【０００８】
しかし、このリセット動作には１画面分の電荷をリセットする必要があるため、時間としては1画面分の走査時間を必要する。そのためトリガースイッチが押されてからバーコードを読み取るまでの立ち上がり時間が長時間かかっていた。この問題を解決するために特開平08-044812では、リセット期間だけを高速のパルスで駆動し、立ち上がり時間を早くするアイデアが出されている。しかしこのアイデアは消費電力が増大するという問題が残っている。
【０００９】
また、バーコード読み取り装置は図2のように、3フレーム分動作させ、1回目は上記説明によるリセット動作、2回目はプリ露光、3回目に本露光と同時に、2回目のプリ露光で決定されたゲインをかけ出力している。
【００１０】
この一連の動作の中で、露光時間は一定であり、本露光はゲイン調整だけで行っているため、光量が十分取れない状況下では、2値化が十分行えないことも考えうる。
【００１１】
本発明は、静止画撮像可能なバーコード読み取り装置において、確実に、且つ高速にバーコード読み取りを行い、低消費電力でセンサを駆動することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によれば、バーコード読み取りモード及び撮像モードを有するバーコード読み取り装置であって、光電変換により２次元画像を生成するためのイメージセンサと、前記撮像モードでは照明用ＬＥＤをオフにし、前記バーコード読み取りモードでは前記照明用ＬＥＤをオンにし、全画素領域の中央部よりも周辺部の方が間引かれる画素の割合を多くして間引きデータを前記イメージセンサからプリ露光動作読み出しするプリ露光手段と、前記読み出された間引きデータから平均値を算出して基準値と比較する比較手段と、前記平均値が前記基準値よりも小さい場合は、前記平均値と前記基準値との差を基に露光時間を算出し、前記イメージセンサの電子シャッターによる前記露光時間を設定し、前記バーコード読み取りモードの場合は前記照明用ＬＥＤの点灯時間を長くする第１の設定手段と、前記平均値が前記基準値よりも大きい場合は、前記平均値と前記基準値との差を基に露光時間を算出し、前記イメージセンサの電子シャッターによる前記露光時間を設定し、前記バーコード読み取りモードの場合は前記照明用ＬＥＤの点灯時間を短くする第２の設定手段と、前記バーコード読み取りモードでは、前記第１の設定手段により算出した露光時間が、最大値を超えている場合で、かつ省電力モードに設定されていない場合は、前記照明用ＬＥＤの発光強度とゲインの双方を調節する第１の調節手段と、前記バーコード読み取りモードでは、前記第１の設定手段により算出した露光時間が、最大値を超えている場合で、かつ前記省電力モードに設定されている場合は、ゲインのみを調節する第２の調節手段と、前記バーコード読み取りモードでは、前記第２の設定手段により算出した露光時間が、最小値より小さい場合で、かつ前記省電力モードに設定されている場合は、前記照明用ＬＥＤの発光強度とゲインの双方を調節する第３の調節手段と、前記バーコード読み取りモードでは、前記第２の設定手段により算出した露光時間が、最小値より小さい場合で、かつ前記省電力モードに設定されていない場合は、ゲインのみを調節する第４の調節手段と、前記撮影モードでは、前記第１の設定手段により算出した露光時間が最大値を超えている場合、又は前記第２の設定手段により算出した露光時間が最小値より小さい場合は、ゲインのみを調節する第５の調節手段と、前記第１若しくは第２の設定手段による設定及び／又は前記第１〜第５の調節手段による調節の後、前記イメージセンサから全ての画素の信号を本露光動作読み出しする本露光手段とを有し、前記バーコード読み取りモードにおいて、前記プリ露光手段による前記照明用ＬＥＤの照明時間は前記本露光手段による前記照明用ＬＥＤの照明時間より短いことを特徴とするバーコード読み取り装置が提供される。
【００１３】
本発明の他の観点によれば、バーコード読み取りモード及び撮像モードを有し、光電変換により２次元画像を生成するためのイメージセンサによりバーコードを読み取るバーコード読み取り方法であって、前記撮像モードでは照明用ＬＥＤをオフにし、前記バーコード読み取りモードでは前記照明用ＬＥＤをオンにし、全画素領域の中央部よりも周辺部の方が間引かれる画素の割合を多くして間引きデータを前記イメージセンサからプリ露光動作読み出しするプリ露光ステップと、前記読み出された間引きデータから平均値を算出して基準値と比較する比較ステップと、前記平均値が前記基準値よりも小さい場合は、前記平均値と前記基準値との差を基に露光時間を算出し、前記イメージセンサの電子シャッターによる前記露光時間を設定し、前記バーコード読み取りモードの場合は前記照明用ＬＥＤの点灯時間を長くする第１の設定ステップと、前記平均値が前記基準値よりも大きい場合は、前記平均値と前記基準値との差を基に露光時間を算出し、前記イメージセンサの電子シャッターによる前記露光時間を設定し、前記バーコード読み取りモードの場合は前記照明用ＬＥＤの点灯時間を短くする第２の設定ステップと、前記バーコード読み取りモードでは、前記第１の設定ステップにより算出した露光時間が、最大値を超えている場合で、かつ省電力モードに設定されていない場合は、前記照明用ＬＥＤの発光強度とゲインの双方を調節する第１の調節ステップと、前記バーコード読み取りモードでは、前記第１の設定ステップにより算出した露光時間が、最大値を超えている場合で、かつ前記省電力モードに設定されている場合は、ゲインのみを調節する第２の調節ステップと、前記バーコード読み取りモードでは、前記第２の設定ステップにより算出した露光時間が、最小値より小さい場合で、かつ前記省電力モードに設定されている場合は、前記照明用ＬＥＤの発光強度とゲインの双方を調節する第３の調節ステップと、前記バーコード読み取りモードでは、前記第２の設定ステップにより算出した露光時間が、最小値より小さい場合で、かつ前記省電力モードに設定されていない場合は、ゲインのみを調節する第４の調節ステップと、前記撮影モードでは、前記第１の設定ステップにより算出した露光時間が最大値を超えている場合、又は前記第２の設定ステップにより算出した露光時間が最小値より小さい場合は、ゲインのみを調節する第５の調節ステップと、前記第１若しくは第２の設定ステップによる設定及び／又は前記第１〜第５の調節ステップによる調節の後、前記イメージセンサから全ての画素の信号を本露光動作読み出しする本露光ステップとを有し、前記バーコード読み取りモードにおいて、前記プリ露光ステップによる前記照明用ＬＥＤの照明時間は前記本露光ステップによる前記照明用ＬＥＤの照明時間より短いことを特徴とするバーコード読み取り方法が提供される。
【００１４】
プリ露光動作において間引いた画素信号を読み出すことにより、読み出し時間を短くすることができる。また、プリ露光動作にて読み出した画素信号に応じて本露光動作を行って画素信号を読み出すことにより、読み取りエラーを防止することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の実施形態によるバーコード読み取り装置のブロック構成図である。
【００１６】
図1において、1は一般的な被写体像や、白黒のパターンで記載されたバーコードの被写体像をセンサー面に結像するためのレンズ部である。2から5はバーコードを照明するための赤色発光ダイオード（LED）で、イメージセンサー1の周囲に撮影対象物を十分な光量で均一に照らすために、高輝度型のものを上、下、右、左、各４個ずつ合計１６個配置してある。6は撮像素子部であり、光電変換により２次元画像を生成するためのCMOS型のイメージセンサーを用いる。7はイメージセンサー6に駆動クロックを供給するタイミング信号発生器（TG）で、システム制御部8で演算された露光時間の情報を受け、それに従ってイメージセンサー6の露光時間を可変する。10は、イメージセンサー6の画像出力信号を増幅する増幅度可変の増幅器(AGC)で、システム制御部8で演算された増幅度の情報を受け、それに従って増幅度を可変する。増幅器10で増幅された画像信号は11のA／D変換器で量子化されて、12の信号処理部（回路）に入る。ここでは、バーコード信号の２値化、解読などを行うと共に画像信号の平均値を演算し、そのしきい値をシステム制御部8に送る。システム制御部8はLED駆動部9を通してLEDのオン、オフを制御し、また信号処理部12からのしきい値により、タイミング信号発生部に送る光電変換時間の情報と増幅器に送る増幅度情報を決定する。また露光時間の初期設定や、システム制御部8の初期設定はＲＯＭ18に格納されている。次に13は信号処理のための画像メモリである。またこれらの解読が終わった状態でその情報を外部のパーソナルコンピュータ（パソコン）14に伝えたり、またモニター15に表示したり、解読終了や解読ミスを伝えるためのブザー16に伝える。また記録媒体17を用意し、今までの解読した情報を蓄えることも可能である。
【００１７】
図3は本実施形態におけるCMOS型のイメージセンサーのブロック図で、センサはｍ行×ｎ列の画素S11〜Smnから成るが、ｍ行×ｎ列に限定されるものではない。
【００１８】
図4は画素の詳細図で、この図で光信号電荷を発生するフォトダイオードPDはアノード側が接地されている。フォトダイオードPDのカソード側は、電荷転送スイッチTXを介して、増幅MOSトランジスタM3のゲートに接続されている。また、上記増幅MOSトランジスタM3のゲートには、これをリセットするためのリセットMOSトランジスタM1のソースが接続され、リセットMOSトランジスタM1のドレインは、リセット電圧VRに接続されている。さらに、上記増幅MOSトランジスタM3のドレインは、動作電圧VDDを供給するための行選択MOSトランジスタM2に接続されている。
【００１９】
次に、本実施形態の固体撮像装置の駆動方法を図3、図4と、図5のタイミング図で説明する。
【００２０】
図３の転送MOSトランジスタTXのゲートを一行目からｍ行目までの全ての画素について同時に選択する信号TXaが、各行ごとに全ての画素を選択する信号の転送パルスTX1〜TXnとのOR回路を通して各転送MOSトランジスタTXに接続されている。また、全ての画素の増幅MOSトランジスタM3のゲートを同時にリセットするために、一行目からｍ行目までの全ての画素のリセットMOSトランジスタM1のゲートを同時に選択する信号RESaが、各行ごとに全ての画素をリセットするパルスRES1〜RESnとのOR回路を通して各リセットMOSトランジスタM1に接続されている。
【００２１】
このイメージセンサにおいて、まずリセットMOSトランジスタM1のゲートへのパルスφRESa、転送MOSトランジスタTXのゲートパルスφTXaおよび、垂直信号線リセットMOSトランジスタM8のゲートへのパルスφVRESがハイレベルとなる。これによって、増幅MOSトランジスタM3のゲートとフォトダイオードPDが電圧VRに、垂直信号線V1〜Vnが電圧VVRにリセットされる（図5のt2まで）。
【００２２】
次に、φTXaがローレベルになりフォトダイオードPDには光に応じた電荷の発生が可能になる（ｔ2）。LEDを点灯するモードではt2に先行して、制御信号φLEDがハイレベルになりLEDを点灯する(t1)。続いて、リセットMOSトランジスタM1のゲートへのパルスφRESa、垂直信号線リセットMOSトランジスタM8のゲートパルスφVRES、がローレベルとなり、M1のゲートと垂直信号線のリセットが解除される（t3）。時刻ｔ3から所定の時間後、φTXaを再度ハイレベルにしてフォトダイオードPDの電荷を増幅MOSトランジスタM3のゲートに転送する（ｔ4）。
【００２３】
転送に十分な時間を経て、φTXaを再度ローレベルにしてフォトダイオードPDの電荷転送を終了する（ｔ5）。このとき、t2からt5の間が光電変換時間となる。LEDを点灯するモードでは、転送終了後にLEDを消灯する（t6）。次に、選択MOSトランジスタM2のゲートパルスφSEL1および、光信号転送MOSトランジスタM5のゲートパルスφTSがハイレベルとなる（t7）。これによって光信号電圧が光信号保持容量CTSに読み出される（t7〜t8）。容量CTSに読み出した後、リセットMOSトランジスタM1のゲートへのパルスφRES1、垂直信号線リセットMOSトランジスタM8のゲートパルスφVRESがハイレベルとなり、M1のゲートと垂直信号線がリセットされる（t9）。続いてφRES1とφVRESがローレベルとなり（t10）、M1のゲートと垂直信号線のリセットが解除された後、選択MOSトランジスタM2のゲートパルスφSEL1および、ノイズ信号転送MOSトランジスタM4のゲートパルスφTNがハイレベルとなる（t11）。これによってノイズ電圧が光信号保持容量CTNに読み出される（t11〜t12）。この後、水平走査回路ブロックHSRからの信号H1〜Hnによって、各列の水平転送スイッチM6、M7のゲートが順次ハイレベルとなり（t14〜t15）、ノイズ保持容量CTNと光信号保持容量CTSに保持されていた電圧が順次差動回路ブロックに読み出される。差動回路ブロックでは、光信号とノイズ信号との差がとられ、出力端子VOUTに順次出力される。
【００２４】
以上で、第１行目に接続された画素セルの読み出しが完了する。この後、第２行目の読み出しに先立って、ノイズ信号保持容量CTNおよび光信号保持容量CTSのリセットスイッチM9、M10のゲートへのφCTRがハイレベルとなり、VRCTにリセットされる。
【００２５】
以下同様に、垂直走査回路ブロックVSRからの信号によって、第2行目〜第ｍ行目に接続された画素セルC21〜Cmnの信号が順次読み出され、全画素セルの読み出しが完了する。
【００２６】
以上の動作説明から、このようなCMOSイメージセンサは、センサのスリープ状態から復帰する時に、一画面分の走査を必要とせず、一括リセットのみで立ち上がり完了となり、高速なパルスを必要とすることなく、低消費電力駆動が可能となり、なおかつバーコード読み取りまでのセンサの早期立ち上げを可能とする。
【００２７】
次に本実施形態の間引きモードについて説明する。図6は図3で述べたセンサ回路図のうちの間引きモードを行うための水平走査回路ブロックHSRの回路構成図であり、図7は間引きモードを説明するためのタイミング図である。
【００２８】
なお、構成としては垂直走査回路ブロックVSRも同じであるのでここでは水平走査回路ブロックHSRのみで説明していく。
【００２９】
ここで述べる通常モードは、バーコードを読み取る時の本露光時に行う動作である。ここで図解してはいないが、通常モードのおけるHSRの動作について説明する。このときφHMODEは常にローレベル（LOW）である。これにより、フリップフロップFF2やFF5の入力についているAND回路がスルー状態になる。また、それ以外のAND回路は常に不通状態となる。このような状態で、まずHSRのスタートパルスとしてφPHSTが入力される。その後、φPHに同期してそのスタートパルスが遅延しながら走査されていく。それと同時に出力としてH1〜Hnが出力されていく。次に図7のタイミングと共に間引きモードについて述べていく。
【００３０】
この間引きモードはプリ露光期間中に行う動作である。まずt1でφHMODEをハイレベル（High）にする。その状態でφPHSTによりスタートパルスをフリップフロップFF1に入力し(t2)、φPHSTがHighの時にφPHを入力し(t3)、その情報を遅延させて次のフリップフロップに伝播させていく。その後、t4でφPHが入力されるとFF1からの出力と同時にH1に出力され、それとともにFF2の入力にあるAND回路に入力される。しかしここでφHMODEがHighなっていると、2入力AND回路の片側の入力がLOWになっているため、もう片方の入力に何が入力されてもLOWが入力される。次のφPHでFF2が駆動してもH2からはLOW、つまり0しか出力されない。また、これと同時に、FF2の上に配置してあるAND回路にもFF1の出力が伝えられる。このときφHMODEがHighの時にだけこのAND回路はFF1からの出力をスルーするようになっている。これにより、FF１の出力はFF2を超えてFF3に伝播していく。このためt5でFF3からの出力と同時にφH3の出力となる。この出力と同時にFF4,FF5を飛び越えて、FF6に伝播していく。ｔ6でφPHにパルスが入力されるとFF6から出力と同時にφH6の出力となる。ここでは便宜上、FF6までしか記載してないが、このままFFnまで伝播していき、最終的にはφHnまでの出力となる。この時飛ばしたいフリップフロップは上記で述べた方法で行うことが可能である。
【００３１】
最後にt7でφHMODEをLOWにし、t8でφHRSTaを入力し、フリップフロップのリセットを一括で行う。以上がHSRで間引きモードを行う一連の動作である。
【００３２】
なお、ここではフリップフロップでスタートパルスを遅延させながら伝播させていく回路を述べたが、これだけに止まらず、例えば、スイッチング回路で情報を伝播させても良いし、またカウンターで構成し、その値でH1〜Hnを出力するような回路を構成しても良い。
【００３３】
このような間引き回路により、例えば図9に示すように、全画素領域901において黒点の位置の読み取り画素902のみ読み取ることによって行う。これは中央の被写体の割合が大きくなるようなところを細かく読み出し、それ以外のところは水平、垂直方向で読み取り間隔を広げて読み取る。以上のことにより、プリ露光期間中は間引きモードで画素を読み出し、読み出し転送時間を短くする。これにより本露光までの時間を短くすることが可能となり、バーコード読み取りのためのトリガースイッチが押された後、短時間で読み取ることが出きる。
【００３４】
図8は、本実施形態のバーコード読み取り装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【００３５】
まず、バーコード読み取りのためにトリガースイッチがONされる（S801）。その直後に上記で述べたようにセンサの画素部で一括リセットされる（S802）。また装置そのものにはバーコード読み取りか、静止画読み取りのための撮像モードかの2種類の設定があり、その条件判断により各モードに切り替わる（S803）。
【００３６】
まずここで、撮像モードである場合、照明用のLEDがオフ（OFF）になる（S805）。これはある特定の色であるLEDを照明光として用いると、被写体の色として、ある特定の色だけ強調され、また別の特定の色は感度が得られなくなるからである。またバーコード読み取りモードの時は照明用のLEDをオン（ON）する（S804）。
【００３７】
その後、プリ露光となる間引きデータを読み込む（S806）。このときバーコード読み取りモードでは、このLEDがONされている照明時間を、本露光で用いる照明時間よりも短くしても構わない。その後、これらのデータを図1のA/D変換器11でディジタル変換し、処理回路１２で積分し平滑化することで平均値を算出する（S807）。この平均値が、予め設定された基準値よりも大きいか、小さいかでその後の本露光における処理を変える。またその基準値からどのくらい離れているかでそれぞれの設定量を変えていく。
【００３８】
まず、この平均値が基準値よりも小さい場合について述べる。この状況は被写体が暗い場合である。このようなときにまずセンサの電子シャッターのシャッター時間などにより露光時間を長くするために、露光時間を算出する（S809）。それと共にバーコード読み取りモードのときにはLEDの点灯時間も長くする（S810）。またこの時間を算出するには先で述べた平均値が、基準値よりどのくらい離れているかで変化させる。撮像モードのときは既にLEDはOFFされているのでLEDの点灯時間に関しては省略する。またこの露光時間はバーコード読み取り装置を手で持つ際の手ぶれに影響するため、露光時間の最大値として1/120秒ぐらいを予め図1に述べたROM18に書き込んでおく。次のステップS811でこの露光時間の最大値を基準判断とし条件分岐する。
【００３９】
ここで、露光時間算出結果が最大値を超えてなければ、算出された露光時間の設定で全データを読み込む（S821）。最大値を超えそうならば次のステップに進み、省電力モードかどうかを判断する（S812）。これはユーザーが予め設定することが可能である。この省電力モードの場合、次のステップS814でどのくらいゲインを与えればよいか計算し、その所望の値で全データ読み取り動作に入る（S821）。このとき露光時間と与えるゲインの兼ね合いで最適なものを選ぶように調整される。また撮像モードのときは無条件にYESが選択されるように処理する。
【００４０】
次に省電力モードでない場合、照明用LEDの発光強度を強くする（S813）。ここではどのくらい強度を強めたらよいかを計算する。例えば電圧を上げるなどして発光強度を強めるわけだが、このとき用いるLEDの特性や、装置全体のシステム電圧などにより一意的に最大値が決まる。この最大値を図1のROM18に予め書き込み、この値を超えるようならば次のステップでアナログゲインを調整する（S814）。このように露光時間と、発光強度、ゲイン量の兼ね合いで最適なものを選ぶように調整され、その設定で本露光のために全データを読み取る（S821）。最大値を超えない場合にはゲインは変化させずに露光時間、発光強度だけで調整し全データを読み込む。
【００４１】
次に先に述べた、間引きデータの平均値を算出した後の基準値よりも大きい場合、つまり被写体が明るい場合について述べる。
【００４２】
ここではまずセンサの電子シャッターなどを用いた露光時間を短くするために、露光時間を算出する（S815）。それと共にバーコード読み取りモードのときにはLEDの点灯時間も短くする（S816）。またこの時間を算出するには先で述べた平均値が、基準値よりどのくらい離れているかで変化させている。撮像モードのときは既にLEDはOFFされているのでLEDの点灯時間に関しては省略する。またこの露光時間はセンサの感度や、LEDの明るさに応じて、露光時間の最小値は変化する。この最小値を予め図1に述べたROM18に書き込んでおく。次のステップS817でこの露光時間の最小値を基準判断とし条件分岐する。
【００４３】
ここで、露光時間算出結果が最小値を超えてなければ、その算出された露光時間の設定で全データを読み込む（S821）。計算結果が最小値を超えそうならば次のステップに進み、省電力モードかどうかを判断する（S818）。この省電力モードでない場合、次のステップS820でどのくらいゲインを与えればよいか計算し、その算出された値で全データ読み取り動作に入る（S821）。このとき露光時間と与えるゲインの兼ね合いで最適なものを選ぶように調整される。また撮像モードのときは無条件にNOが選択されるように処理する。
【００４４】
次に省電力モードの場合、照明用LEDの発光強度を弱くする（S819）。ここではどのくらい弱めたらよいかを計算する。例えば電圧を下げるなどして発光強度を弱めるわけだが、最終的にはLEDのOFFが最小値となる。この状態でもまだ調整が必要であるなら、次のステップS820でアナログゲインを調整する。このように露光時間と、発光強度、ゲイン量の兼ね合いで最適なものを選ぶように調整され、その設定で本露光のために全データを読み取る（S821）。LEDがOFFでない場合にはゲインは変化させずに露光時間、発光強度だけで調整し全データを読み込む。
【００４５】
以上のような動作で本露光である全データを読み取り、図1のA/D変換器11でディジタルに変換された後に処理回路１２で2値化、デコード処理を行いバーコードの解読を行う（S822）。これにより解読OKならば（S823）、そのデコード結果を出力し（S825）、エラーの場合、エラーであることをユーザーに伝えるために例えば図1のブザー16にエラー音を出力する（S824）。
【００４６】
このフローチャートでは記載してないが、撮像モードの場合、全データを読み取った後に、A/D変換器11でディジタル変換した後に、処理回路12で、エッジ強調や、モニターの特性に合わせたガンマ特性を掛けるなどする。なお、撮影モード時には、ステップS810、S816、S821〜S824が省略される。
【００４７】
以上述べてきた本実施形態の概念図を図10にて述べる。これは図2の従来例と対比してある。読み取り動作は、プリ露光動作1011及び本露光動作1012からなる。プリ露光動作1011は、リセット1001、蓄積1002及び転送1003を含む。本露光動作1012も、リセット、蓄積及び転送を含む。
【００４８】
一括リセット方式のリセット1001によりセンサの立ち上がりを早くし、トリガースイッチが押された後に短時間で読み取ることが可能となる。
【００４９】
また、間引きモードをプリ露光動作1011に用いることにより、読み出し転送1003の時間を短くする。これにより本露光動作1012までの時間を短くすることが可能となり、バーコード読み取りのためのトリガースイッチが押された後、短時間で読み取ることが可能となる。また高速パルスを用いないので低消費電力となる。
【００５０】
また、プリ露光動作1011で求められた設定を、その直後の本露光動作1012で採用することにより、読み取りエラーを最小限にとどめることができる。なお、プリ露光動作1011での蓄積1002の時間（LEDオンの時間）は、本露光動作1012での蓄積時間（LEDオンの時間）よりも短くしてもよい。
【００５１】
また、電子シャッターにより露光時間を変化させることにより、被写体の照度が暗い状態から明るい状態まで、広いダイナミックレンジで読み取りを可能とする。
【００５２】
なお、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、プリ露光動作において間引いた画素信号を読み出すことにより、読み出し時間を短くすることができる。また、プリ露光動作にて読み出した画素信号に応じて本露光動作を行って画素信号を読み出すことにより、読み取りエラーを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態によるバーコード読み取り装置の構成図である。
【図２】従来技術による発光ダイオード駆動とセンサ駆動のタイミング概念図である。
【図３】センサーの構成図である。
【図４】センサー画素部の構成図である。
【図５】センサー駆動のタイミング図である。
【図６】間引きに対応するための回路構成図である。
【図７】間引きモードのタイミング図である。
【図８】バーコード読み取り装置の処理を示すフローチャートである。
【図９】間引きモードの画素配置の概念図である。
【図１０】本実施形態による発光ダイオード駆動とセンサー駆動のタイミング概念図である。
【符号の説明】
１ レンズ部
２〜５ 発光ダイオード（LED）
６ イメージセンサー
７ タイミング信号発生器（TG）
８ システム制御部
９ ＬＥＤ駆動部
１０ 増幅器(AGC)
１１ Ａ／Ｄ変換器
１２ 信号処理部（回路）
１３ 画像メモリ
１４ パーソナルコンピュータ
１５ モニター
１６ ブザー
１７ 記録媒体
【発明の属する技術分野】
本発明は、バーコード読み取り技術に関し、特にイメージセンサによるバーコード読み取り技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
今日、例えばPOSシステム等を始めとする、商品情報をバーコード化し、バーコードリーダーにより読み取る方法、装置が普及している。しかしながら、物流、流通、産業界においては、多種多様化する製品や、必要な情報を1次元のバーコードだけに収めることができず、より多くの情報量を扱うことが可能なバーコードを求め始めた。これに伴い近年になって、2次元バーコードなるものが出現し、その情報量は飛躍的に伸びた。
【０００３】
これと同時にバーコード読み取り装置も1次元バーコード読み取り専用のラインセンサや、レーザー光による走査のものから、2次元バーコードもデコード可能なエリアセンサに移行されつつある。
【０００４】
またこのようなエリアセンサーはバーコードだけではなく、通常の画像も読み取ることが可能である。このためこのようなイメージ画像取り込み可能なバーコード読み取り装置は、最近の小型化とあいまって、携帯端末などに組み込むことも十分予想される。
【０００５】
このように、携帯端末に一体化されたバーコード読み取り装置では、一般的に2次電池をバッテリーとするため、連続動作時間延長のためにも、各部の消費電力は極力抑えなければならず、それはセンサーにとっても例外ではない。また、装置全体でみた場合、最も電力消費が大きいのは照明用の光源(一般的にはLEDが用いられる)であり、この光源の電力を削減することは最も有効な手段の１つでもある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そのような背景を鑑みて、世の中のバーコード読み取り装置を調べたところ、CCDを用いて読み取りを行っているものの多くが図2に示したようなタイミング概念図で駆動している。まず読み取りのトリガーがONされるまで、センサ駆動はスリープ状態にあり、電源を始めクロック（CLK）やセンサー駆動に必要なパルスは入力されていない。この状態で、トリガーが与えられると、まずセンサは装置の電源オフ時にフォトダイオードに貯まっていた不必要な電荷を捨て、同時に垂直転送路の不必要な電荷を排除するためのリセット動作を行う。
【０００７】
次にリセットが終了した段階で、任意の露光時間でフォトダイオードの電荷蓄積を行う。この電荷蓄積の終了した段階で、垂直、水平転送路に電荷を運びセンサ外部に伝えていた。
【０００８】
しかし、このリセット動作には１画面分の電荷をリセットする必要があるため、時間としては1画面分の走査時間を必要する。そのためトリガースイッチが押されてからバーコードを読み取るまでの立ち上がり時間が長時間かかっていた。この問題を解決するために特開平08-044812では、リセット期間だけを高速のパルスで駆動し、立ち上がり時間を早くするアイデアが出されている。しかしこのアイデアは消費電力が増大するという問題が残っている。
【０００９】
また、バーコード読み取り装置は図2のように、3フレーム分動作させ、1回目は上記説明によるリセット動作、2回目はプリ露光、3回目に本露光と同時に、2回目のプリ露光で決定されたゲインをかけ出力している。
【００１０】
この一連の動作の中で、露光時間は一定であり、本露光はゲイン調整だけで行っているため、光量が十分取れない状況下では、2値化が十分行えないことも考えうる。
【００１１】
本発明は、静止画撮像可能なバーコード読み取り装置において、確実に、且つ高速にバーコード読み取りを行い、低消費電力でセンサを駆動することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によれば、バーコード読み取りモード及び撮像モードを有するバーコード読み取り装置であって、光電変換により２次元画像を生成するためのイメージセンサと、前記撮像モードでは照明用ＬＥＤをオフにし、前記バーコード読み取りモードでは前記照明用ＬＥＤをオンにし、全画素領域の中央部よりも周辺部の方が間引かれる画素の割合を多くして間引きデータを前記イメージセンサからプリ露光動作読み出しするプリ露光手段と、前記読み出された間引きデータから平均値を算出して基準値と比較する比較手段と、前記平均値が前記基準値よりも小さい場合は、前記平均値と前記基準値との差を基に露光時間を算出し、前記イメージセンサの電子シャッターによる前記露光時間を設定し、前記バーコード読み取りモードの場合は前記照明用ＬＥＤの点灯時間を長くする第１の設定手段と、前記平均値が前記基準値よりも大きい場合は、前記平均値と前記基準値との差を基に露光時間を算出し、前記イメージセンサの電子シャッターによる前記露光時間を設定し、前記バーコード読み取りモードの場合は前記照明用ＬＥＤの点灯時間を短くする第２の設定手段と、前記バーコード読み取りモードでは、前記第１の設定手段により算出した露光時間が、最大値を超えている場合で、かつ省電力モードに設定されていない場合は、前記照明用ＬＥＤの発光強度とゲインの双方を調節する第１の調節手段と、前記バーコード読み取りモードでは、前記第１の設定手段により算出した露光時間が、最大値を超えている場合で、かつ前記省電力モードに設定されている場合は、ゲインのみを調節する第２の調節手段と、前記バーコード読み取りモードでは、前記第２の設定手段により算出した露光時間が、最小値より小さい場合で、かつ前記省電力モードに設定されている場合は、前記照明用ＬＥＤの発光強度とゲインの双方を調節する第３の調節手段と、前記バーコード読み取りモードでは、前記第２の設定手段により算出した露光時間が、最小値より小さい場合で、かつ前記省電力モードに設定されていない場合は、ゲインのみを調節する第４の調節手段と、前記撮影モードでは、前記第１の設定手段により算出した露光時間が最大値を超えている場合、又は前記第２の設定手段により算出した露光時間が最小値より小さい場合は、ゲインのみを調節する第５の調節手段と、前記第１若しくは第２の設定手段による設定及び／又は前記第１〜第５の調節手段による調節の後、前記イメージセンサから全ての画素の信号を本露光動作読み出しする本露光手段とを有し、前記バーコード読み取りモードにおいて、前記プリ露光手段による前記照明用ＬＥＤの照明時間は前記本露光手段による前記照明用ＬＥＤの照明時間より短いことを特徴とするバーコード読み取り装置が提供される。
【００１３】
本発明の他の観点によれば、バーコード読み取りモード及び撮像モードを有し、光電変換により２次元画像を生成するためのイメージセンサによりバーコードを読み取るバーコード読み取り方法であって、前記撮像モードでは照明用ＬＥＤをオフにし、前記バーコード読み取りモードでは前記照明用ＬＥＤをオンにし、全画素領域の中央部よりも周辺部の方が間引かれる画素の割合を多くして間引きデータを前記イメージセンサからプリ露光動作読み出しするプリ露光ステップと、前記読み出された間引きデータから平均値を算出して基準値と比較する比較ステップと、前記平均値が前記基準値よりも小さい場合は、前記平均値と前記基準値との差を基に露光時間を算出し、前記イメージセンサの電子シャッターによる前記露光時間を設定し、前記バーコード読み取りモードの場合は前記照明用ＬＥＤの点灯時間を長くする第１の設定ステップと、前記平均値が前記基準値よりも大きい場合は、前記平均値と前記基準値との差を基に露光時間を算出し、前記イメージセンサの電子シャッターによる前記露光時間を設定し、前記バーコード読み取りモードの場合は前記照明用ＬＥＤの点灯時間を短くする第２の設定ステップと、前記バーコード読み取りモードでは、前記第１の設定ステップにより算出した露光時間が、最大値を超えている場合で、かつ省電力モードに設定されていない場合は、前記照明用ＬＥＤの発光強度とゲインの双方を調節する第１の調節ステップと、前記バーコード読み取りモードでは、前記第１の設定ステップにより算出した露光時間が、最大値を超えている場合で、かつ前記省電力モードに設定されている場合は、ゲインのみを調節する第２の調節ステップと、前記バーコード読み取りモードでは、前記第２の設定ステップにより算出した露光時間が、最小値より小さい場合で、かつ前記省電力モードに設定されている場合は、前記照明用ＬＥＤの発光強度とゲインの双方を調節する第３の調節ステップと、前記バーコード読み取りモードでは、前記第２の設定ステップにより算出した露光時間が、最小値より小さい場合で、かつ前記省電力モードに設定されていない場合は、ゲインのみを調節する第４の調節ステップと、前記撮影モードでは、前記第１の設定ステップにより算出した露光時間が最大値を超えている場合、又は前記第２の設定ステップにより算出した露光時間が最小値より小さい場合は、ゲインのみを調節する第５の調節ステップと、前記第１若しくは第２の設定ステップによる設定及び／又は前記第１〜第５の調節ステップによる調節の後、前記イメージセンサから全ての画素の信号を本露光動作読み出しする本露光ステップとを有し、前記バーコード読み取りモードにおいて、前記プリ露光ステップによる前記照明用ＬＥＤの照明時間は前記本露光ステップによる前記照明用ＬＥＤの照明時間より短いことを特徴とするバーコード読み取り方法が提供される。
【００１４】
プリ露光動作において間引いた画素信号を読み出すことにより、読み出し時間を短くすることができる。また、プリ露光動作にて読み出した画素信号に応じて本露光動作を行って画素信号を読み出すことにより、読み取りエラーを防止することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の実施形態によるバーコード読み取り装置のブロック構成図である。
【００１６】
図1において、1は一般的な被写体像や、白黒のパターンで記載されたバーコードの被写体像をセンサー面に結像するためのレンズ部である。2から5はバーコードを照明するための赤色発光ダイオード（LED）で、イメージセンサー1の周囲に撮影対象物を十分な光量で均一に照らすために、高輝度型のものを上、下、右、左、各４個ずつ合計１６個配置してある。6は撮像素子部であり、光電変換により２次元画像を生成するためのCMOS型のイメージセンサーを用いる。7はイメージセンサー6に駆動クロックを供給するタイミング信号発生器（TG）で、システム制御部8で演算された露光時間の情報を受け、それに従ってイメージセンサー6の露光時間を可変する。10は、イメージセンサー6の画像出力信号を増幅する増幅度可変の増幅器(AGC)で、システム制御部8で演算された増幅度の情報を受け、それに従って増幅度を可変する。増幅器10で増幅された画像信号は11のA／D変換器で量子化されて、12の信号処理部（回路）に入る。ここでは、バーコード信号の２値化、解読などを行うと共に画像信号の平均値を演算し、そのしきい値をシステム制御部8に送る。システム制御部8はLED駆動部9を通してLEDのオン、オフを制御し、また信号処理部12からのしきい値により、タイミング信号発生部に送る光電変換時間の情報と増幅器に送る増幅度情報を決定する。また露光時間の初期設定や、システム制御部8の初期設定はＲＯＭ18に格納されている。次に13は信号処理のための画像メモリである。またこれらの解読が終わった状態でその情報を外部のパーソナルコンピュータ（パソコン）14に伝えたり、またモニター15に表示したり、解読終了や解読ミスを伝えるためのブザー16に伝える。また記録媒体17を用意し、今までの解読した情報を蓄えることも可能である。
【００１７】
図3は本実施形態におけるCMOS型のイメージセンサーのブロック図で、センサはｍ行×ｎ列の画素S11〜Smnから成るが、ｍ行×ｎ列に限定されるものではない。
【００１８】
図4は画素の詳細図で、この図で光信号電荷を発生するフォトダイオードPDはアノード側が接地されている。フォトダイオードPDのカソード側は、電荷転送スイッチTXを介して、増幅MOSトランジスタM3のゲートに接続されている。また、上記増幅MOSトランジスタM3のゲートには、これをリセットするためのリセットMOSトランジスタM1のソースが接続され、リセットMOSトランジスタM1のドレインは、リセット電圧VRに接続されている。さらに、上記増幅MOSトランジスタM3のドレインは、動作電圧VDDを供給するための行選択MOSトランジスタM2に接続されている。
【００１９】
次に、本実施形態の固体撮像装置の駆動方法を図3、図4と、図5のタイミング図で説明する。
【００２０】
図３の転送MOSトランジスタTXのゲートを一行目からｍ行目までの全ての画素について同時に選択する信号TXaが、各行ごとに全ての画素を選択する信号の転送パルスTX1〜TXnとのOR回路を通して各転送MOSトランジスタTXに接続されている。また、全ての画素の増幅MOSトランジスタM3のゲートを同時にリセットするために、一行目からｍ行目までの全ての画素のリセットMOSトランジスタM1のゲートを同時に選択する信号RESaが、各行ごとに全ての画素をリセットするパルスRES1〜RESnとのOR回路を通して各リセットMOSトランジスタM1に接続されている。
【００２１】
このイメージセンサにおいて、まずリセットMOSトランジスタM1のゲートへのパルスφRESa、転送MOSトランジスタTXのゲートパルスφTXaおよび、垂直信号線リセットMOSトランジスタM8のゲートへのパルスφVRESがハイレベルとなる。これによって、増幅MOSトランジスタM3のゲートとフォトダイオードPDが電圧VRに、垂直信号線V1〜Vnが電圧VVRにリセットされる（図5のt2まで）。
【００２２】
次に、φTXaがローレベルになりフォトダイオードPDには光に応じた電荷の発生が可能になる（ｔ2）。LEDを点灯するモードではt2に先行して、制御信号φLEDがハイレベルになりLEDを点灯する(t1)。続いて、リセットMOSトランジスタM1のゲートへのパルスφRESa、垂直信号線リセットMOSトランジスタM8のゲートパルスφVRES、がローレベルとなり、M1のゲートと垂直信号線のリセットが解除される（t3）。時刻ｔ3から所定の時間後、φTXaを再度ハイレベルにしてフォトダイオードPDの電荷を増幅MOSトランジスタM3のゲートに転送する（ｔ4）。
【００２３】
転送に十分な時間を経て、φTXaを再度ローレベルにしてフォトダイオードPDの電荷転送を終了する（ｔ5）。このとき、t2からt5の間が光電変換時間となる。LEDを点灯するモードでは、転送終了後にLEDを消灯する（t6）。次に、選択MOSトランジスタM2のゲートパルスφSEL1および、光信号転送MOSトランジスタM5のゲートパルスφTSがハイレベルとなる（t7）。これによって光信号電圧が光信号保持容量CTSに読み出される（t7〜t8）。容量CTSに読み出した後、リセットMOSトランジスタM1のゲートへのパルスφRES1、垂直信号線リセットMOSトランジスタM8のゲートパルスφVRESがハイレベルとなり、M1のゲートと垂直信号線がリセットされる（t9）。続いてφRES1とφVRESがローレベルとなり（t10）、M1のゲートと垂直信号線のリセットが解除された後、選択MOSトランジスタM2のゲートパルスφSEL1および、ノイズ信号転送MOSトランジスタM4のゲートパルスφTNがハイレベルとなる（t11）。これによってノイズ電圧が光信号保持容量CTNに読み出される（t11〜t12）。この後、水平走査回路ブロックHSRからの信号H1〜Hnによって、各列の水平転送スイッチM6、M7のゲートが順次ハイレベルとなり（t14〜t15）、ノイズ保持容量CTNと光信号保持容量CTSに保持されていた電圧が順次差動回路ブロックに読み出される。差動回路ブロックでは、光信号とノイズ信号との差がとられ、出力端子VOUTに順次出力される。
【００２４】
以上で、第１行目に接続された画素セルの読み出しが完了する。この後、第２行目の読み出しに先立って、ノイズ信号保持容量CTNおよび光信号保持容量CTSのリセットスイッチM9、M10のゲートへのφCTRがハイレベルとなり、VRCTにリセットされる。
【００２５】
以下同様に、垂直走査回路ブロックVSRからの信号によって、第2行目〜第ｍ行目に接続された画素セルC21〜Cmnの信号が順次読み出され、全画素セルの読み出しが完了する。
【００２６】
以上の動作説明から、このようなCMOSイメージセンサは、センサのスリープ状態から復帰する時に、一画面分の走査を必要とせず、一括リセットのみで立ち上がり完了となり、高速なパルスを必要とすることなく、低消費電力駆動が可能となり、なおかつバーコード読み取りまでのセンサの早期立ち上げを可能とする。
【００２７】
次に本実施形態の間引きモードについて説明する。図6は図3で述べたセンサ回路図のうちの間引きモードを行うための水平走査回路ブロックHSRの回路構成図であり、図7は間引きモードを説明するためのタイミング図である。
【００２８】
なお、構成としては垂直走査回路ブロックVSRも同じであるのでここでは水平走査回路ブロックHSRのみで説明していく。
【００２９】
ここで述べる通常モードは、バーコードを読み取る時の本露光時に行う動作である。ここで図解してはいないが、通常モードのおけるHSRの動作について説明する。このときφHMODEは常にローレベル（LOW）である。これにより、フリップフロップFF2やFF5の入力についているAND回路がスルー状態になる。また、それ以外のAND回路は常に不通状態となる。このような状態で、まずHSRのスタートパルスとしてφPHSTが入力される。その後、φPHに同期してそのスタートパルスが遅延しながら走査されていく。それと同時に出力としてH1〜Hnが出力されていく。次に図7のタイミングと共に間引きモードについて述べていく。
【００３０】
この間引きモードはプリ露光期間中に行う動作である。まずt1でφHMODEをハイレベル（High）にする。その状態でφPHSTによりスタートパルスをフリップフロップFF1に入力し(t2)、φPHSTがHighの時にφPHを入力し(t3)、その情報を遅延させて次のフリップフロップに伝播させていく。その後、t4でφPHが入力されるとFF1からの出力と同時にH1に出力され、それとともにFF2の入力にあるAND回路に入力される。しかしここでφHMODEがHighなっていると、2入力AND回路の片側の入力がLOWになっているため、もう片方の入力に何が入力されてもLOWが入力される。次のφPHでFF2が駆動してもH2からはLOW、つまり0しか出力されない。また、これと同時に、FF2の上に配置してあるAND回路にもFF1の出力が伝えられる。このときφHMODEがHighの時にだけこのAND回路はFF1からの出力をスルーするようになっている。これにより、FF１の出力はFF2を超えてFF3に伝播していく。このためt5でFF3からの出力と同時にφH3の出力となる。この出力と同時にFF4,FF5を飛び越えて、FF6に伝播していく。ｔ6でφPHにパルスが入力されるとFF6から出力と同時にφH6の出力となる。ここでは便宜上、FF6までしか記載してないが、このままFFnまで伝播していき、最終的にはφHnまでの出力となる。この時飛ばしたいフリップフロップは上記で述べた方法で行うことが可能である。
【００３１】
最後にt7でφHMODEをLOWにし、t8でφHRSTaを入力し、フリップフロップのリセットを一括で行う。以上がHSRで間引きモードを行う一連の動作である。
【００３２】
なお、ここではフリップフロップでスタートパルスを遅延させながら伝播させていく回路を述べたが、これだけに止まらず、例えば、スイッチング回路で情報を伝播させても良いし、またカウンターで構成し、その値でH1〜Hnを出力するような回路を構成しても良い。
【００３３】
このような間引き回路により、例えば図9に示すように、全画素領域901において黒点の位置の読み取り画素902のみ読み取ることによって行う。これは中央の被写体の割合が大きくなるようなところを細かく読み出し、それ以外のところは水平、垂直方向で読み取り間隔を広げて読み取る。以上のことにより、プリ露光期間中は間引きモードで画素を読み出し、読み出し転送時間を短くする。これにより本露光までの時間を短くすることが可能となり、バーコード読み取りのためのトリガースイッチが押された後、短時間で読み取ることが出きる。
【００３４】
図8は、本実施形態のバーコード読み取り装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【００３５】
まず、バーコード読み取りのためにトリガースイッチがONされる（S801）。その直後に上記で述べたようにセンサの画素部で一括リセットされる（S802）。また装置そのものにはバーコード読み取りか、静止画読み取りのための撮像モードかの2種類の設定があり、その条件判断により各モードに切り替わる（S803）。
【００３６】
まずここで、撮像モードである場合、照明用のLEDがオフ（OFF）になる（S805）。これはある特定の色であるLEDを照明光として用いると、被写体の色として、ある特定の色だけ強調され、また別の特定の色は感度が得られなくなるからである。またバーコード読み取りモードの時は照明用のLEDをオン（ON）する（S804）。
【００３７】
その後、プリ露光となる間引きデータを読み込む（S806）。このときバーコード読み取りモードでは、このLEDがONされている照明時間を、本露光で用いる照明時間よりも短くしても構わない。その後、これらのデータを図1のA/D変換器11でディジタル変換し、処理回路１２で積分し平滑化することで平均値を算出する（S807）。この平均値が、予め設定された基準値よりも大きいか、小さいかでその後の本露光における処理を変える。またその基準値からどのくらい離れているかでそれぞれの設定量を変えていく。
【００３８】
まず、この平均値が基準値よりも小さい場合について述べる。この状況は被写体が暗い場合である。このようなときにまずセンサの電子シャッターのシャッター時間などにより露光時間を長くするために、露光時間を算出する（S809）。それと共にバーコード読み取りモードのときにはLEDの点灯時間も長くする（S810）。またこの時間を算出するには先で述べた平均値が、基準値よりどのくらい離れているかで変化させる。撮像モードのときは既にLEDはOFFされているのでLEDの点灯時間に関しては省略する。またこの露光時間はバーコード読み取り装置を手で持つ際の手ぶれに影響するため、露光時間の最大値として1/120秒ぐらいを予め図1に述べたROM18に書き込んでおく。次のステップS811でこの露光時間の最大値を基準判断とし条件分岐する。
【００３９】
ここで、露光時間算出結果が最大値を超えてなければ、算出された露光時間の設定で全データを読み込む（S821）。最大値を超えそうならば次のステップに進み、省電力モードかどうかを判断する（S812）。これはユーザーが予め設定することが可能である。この省電力モードの場合、次のステップS814でどのくらいゲインを与えればよいか計算し、その所望の値で全データ読み取り動作に入る（S821）。このとき露光時間と与えるゲインの兼ね合いで最適なものを選ぶように調整される。また撮像モードのときは無条件にYESが選択されるように処理する。
【００４０】
次に省電力モードでない場合、照明用LEDの発光強度を強くする（S813）。ここではどのくらい強度を強めたらよいかを計算する。例えば電圧を上げるなどして発光強度を強めるわけだが、このとき用いるLEDの特性や、装置全体のシステム電圧などにより一意的に最大値が決まる。この最大値を図1のROM18に予め書き込み、この値を超えるようならば次のステップでアナログゲインを調整する（S814）。このように露光時間と、発光強度、ゲイン量の兼ね合いで最適なものを選ぶように調整され、その設定で本露光のために全データを読み取る（S821）。最大値を超えない場合にはゲインは変化させずに露光時間、発光強度だけで調整し全データを読み込む。
【００４１】
次に先に述べた、間引きデータの平均値を算出した後の基準値よりも大きい場合、つまり被写体が明るい場合について述べる。
【００４２】
ここではまずセンサの電子シャッターなどを用いた露光時間を短くするために、露光時間を算出する（S815）。それと共にバーコード読み取りモードのときにはLEDの点灯時間も短くする（S816）。またこの時間を算出するには先で述べた平均値が、基準値よりどのくらい離れているかで変化させている。撮像モードのときは既にLEDはOFFされているのでLEDの点灯時間に関しては省略する。またこの露光時間はセンサの感度や、LEDの明るさに応じて、露光時間の最小値は変化する。この最小値を予め図1に述べたROM18に書き込んでおく。次のステップS817でこの露光時間の最小値を基準判断とし条件分岐する。
【００４３】
ここで、露光時間算出結果が最小値を超えてなければ、その算出された露光時間の設定で全データを読み込む（S821）。計算結果が最小値を超えそうならば次のステップに進み、省電力モードかどうかを判断する（S818）。この省電力モードでない場合、次のステップS820でどのくらいゲインを与えればよいか計算し、その算出された値で全データ読み取り動作に入る（S821）。このとき露光時間と与えるゲインの兼ね合いで最適なものを選ぶように調整される。また撮像モードのときは無条件にNOが選択されるように処理する。
【００４４】
次に省電力モードの場合、照明用LEDの発光強度を弱くする（S819）。ここではどのくらい弱めたらよいかを計算する。例えば電圧を下げるなどして発光強度を弱めるわけだが、最終的にはLEDのOFFが最小値となる。この状態でもまだ調整が必要であるなら、次のステップS820でアナログゲインを調整する。このように露光時間と、発光強度、ゲイン量の兼ね合いで最適なものを選ぶように調整され、その設定で本露光のために全データを読み取る（S821）。LEDがOFFでない場合にはゲインは変化させずに露光時間、発光強度だけで調整し全データを読み込む。
【００４５】
以上のような動作で本露光である全データを読み取り、図1のA/D変換器11でディジタルに変換された後に処理回路１２で2値化、デコード処理を行いバーコードの解読を行う（S822）。これにより解読OKならば（S823）、そのデコード結果を出力し（S825）、エラーの場合、エラーであることをユーザーに伝えるために例えば図1のブザー16にエラー音を出力する（S824）。
【００４６】
このフローチャートでは記載してないが、撮像モードの場合、全データを読み取った後に、A/D変換器11でディジタル変換した後に、処理回路12で、エッジ強調や、モニターの特性に合わせたガンマ特性を掛けるなどする。なお、撮影モード時には、ステップS810、S816、S821〜S824が省略される。
【００４７】
以上述べてきた本実施形態の概念図を図10にて述べる。これは図2の従来例と対比してある。読み取り動作は、プリ露光動作1011及び本露光動作1012からなる。プリ露光動作1011は、リセット1001、蓄積1002及び転送1003を含む。本露光動作1012も、リセット、蓄積及び転送を含む。
【００４８】
一括リセット方式のリセット1001によりセンサの立ち上がりを早くし、トリガースイッチが押された後に短時間で読み取ることが可能となる。
【００４９】
また、間引きモードをプリ露光動作1011に用いることにより、読み出し転送1003の時間を短くする。これにより本露光動作1012までの時間を短くすることが可能となり、バーコード読み取りのためのトリガースイッチが押された後、短時間で読み取ることが可能となる。また高速パルスを用いないので低消費電力となる。
【００５０】
また、プリ露光動作1011で求められた設定を、その直後の本露光動作1012で採用することにより、読み取りエラーを最小限にとどめることができる。なお、プリ露光動作1011での蓄積1002の時間（LEDオンの時間）は、本露光動作1012での蓄積時間（LEDオンの時間）よりも短くしてもよい。
【００５１】
また、電子シャッターにより露光時間を変化させることにより、被写体の照度が暗い状態から明るい状態まで、広いダイナミックレンジで読み取りを可能とする。
【００５２】
なお、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、プリ露光動作において間引いた画素信号を読み出すことにより、読み出し時間を短くすることができる。また、プリ露光動作にて読み出した画素信号に応じて本露光動作を行って画素信号を読み出すことにより、読み取りエラーを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態によるバーコード読み取り装置の構成図である。
【図２】従来技術による発光ダイオード駆動とセンサ駆動のタイミング概念図である。
【図３】センサーの構成図である。
【図４】センサー画素部の構成図である。
【図５】センサー駆動のタイミング図である。
【図６】間引きに対応するための回路構成図である。
【図７】間引きモードのタイミング図である。
【図８】バーコード読み取り装置の処理を示すフローチャートである。
【図９】間引きモードの画素配置の概念図である。
【図１０】本実施形態による発光ダイオード駆動とセンサー駆動のタイミング概念図である。
【符号の説明】
１ レンズ部
２〜５ 発光ダイオード（LED）
６ イメージセンサー
７ タイミング信号発生器（TG）
８ システム制御部
９ ＬＥＤ駆動部
１０ 増幅器(AGC)
１１ Ａ／Ｄ変換器
１２ 信号処理部（回路）
１３ 画像メモリ
１４ パーソナルコンピュータ
１５ モニター
１６ ブザー
１７ 記録媒体
Claims (4)
- バーコード読み取りモード及び撮像モードを有するバーコード読み取り装置であって、
光電変換により２次元画像を生成するためのイメージセンサと、
前記撮像モードでは照明用ＬＥＤをオフにし、前記バーコード読み取りモードでは前記照明用ＬＥＤをオンにし、全画素領域の中央部よりも周辺部の方が間引かれる画素の割合を多くして間引きデータを前記イメージセンサからプリ露光動作読み出しするプリ露光手段と、
前記読み出された間引きデータから平均値を算出して基準値と比較する比較手段と、
前記平均値が前記基準値よりも小さい場合は、前記平均値と前記基準値との差を基に露光時間を算出し、前記イメージセンサの電子シャッターによる前記露光時間を設定し、前記バーコード読み取りモードの場合は前記照明用ＬＥＤの点灯時間を長くする第１の設定手段と、
前記平均値が前記基準値よりも大きい場合は、前記平均値と前記基準値との差を基に露光時間を算出し、前記イメージセンサの電子シャッターによる前記露光時間を設定し、前記バーコード読み取りモードの場合は前記照明用ＬＥＤの点灯時間を短くする第２の設定手段と、
前記バーコード読み取りモードでは、前記第１の設定手段により算出した露光時間が、最大値を超えている場合で、かつ省電力モードに設定されていない場合は、前記照明用ＬＥＤの発光強度とゲインの双方を調節する第１の調節手段と、
前記バーコード読み取りモードでは、前記第１の設定手段により算出した露光時間が、最大値を超えている場合で、かつ前記省電力モードに設定されている場合は、ゲインのみを調節する第２の調節手段と、
前記バーコード読み取りモードでは、前記第２の設定手段により算出した露光時間が、最小値より小さい場合で、かつ前記省電力モードに設定されている場合は、前記照明用ＬＥＤの発光強度とゲインの双方を調節する第３の調節手段と、
前記バーコード読み取りモードでは、前記第２の設定手段により算出した露光時間が、最小値より小さい場合で、かつ前記省電力モードに設定されていない場合は、ゲインのみを調節する第４の調節手段と、
前記撮影モードでは、前記第１の設定手段により算出した露光時間が最大値を超えている場合、又は前記第２の設定手段により算出した露光時間が最小値より小さい場合は、ゲインのみを調節する第５の調節手段と、
前記第１若しくは第２の設定手段による設定及び／又は前記第１〜第５の調節手段による調節の後、前記イメージセンサから全ての画素の信号を本露光動作読み出しする本露光手段とを有し、
前記バーコード読み取りモードにおいて、前記プリ露光手段による前記照明用ＬＥＤの照明時間は前記本露光手段による前記照明用ＬＥＤの照明時間より短いことを特徴とするバーコード読み取り装置。 - 前記イメージセンサは、CMOS型イメージセンサであることを特徴とする請求項１記載のバーコード読み取り装置。
- バーコード読み取りモード及び撮像モードを有し、光電変換により２次元画像を生成するためのイメージセンサによりバーコードを読み取るバーコード読み取り方法であって、
前記撮像モードでは照明用ＬＥＤをオフにし、前記バーコード読み取りモードでは前記照明用ＬＥＤをオンにし、全画素領域の中央部よりも周辺部の方が間引かれる画素の割合を多くして間引きデータを前記イメージセンサからプリ露光動作読み出しするプリ露光ステップと、
前記読み出された間引きデータから平均値を算出して基準値と比較する比較ステップと、
前記平均値が前記基準値よりも小さい場合は、前記平均値と前記基準値との差を基に露 光時間を算出し、前記イメージセンサの電子シャッターによる前記露光時間を設定し、前記バーコード読み取りモードの場合は前記照明用ＬＥＤの点灯時間を長くする第１の設定ステップと、
前記平均値が前記基準値よりも大きい場合は、前記平均値と前記基準値との差を基に露光時間を算出し、前記イメージセンサの電子シャッターによる前記露光時間を設定し、前記バーコード読み取りモードの場合は前記照明用ＬＥＤの点灯時間を短くする第２の設定ステップと、
前記バーコード読み取りモードでは、前記第１の設定ステップにより算出した露光時間が、最大値を超えている場合で、かつ省電力モードに設定されていない場合は、前記照明用ＬＥＤの発光強度とゲインの双方を調節する第１の調節ステップと、
前記バーコード読み取りモードでは、前記第１の設定ステップにより算出した露光時間が、最大値を超えている場合で、かつ前記省電力モードに設定されている場合は、ゲインのみを調節する第２の調節ステップと、
前記バーコード読み取りモードでは、前記第２の設定ステップにより算出した露光時間が、最小値より小さい場合で、かつ前記省電力モードに設定されている場合は、前記照明用ＬＥＤの発光強度とゲインの双方を調節する第３の調節ステップと、
前記バーコード読み取りモードでは、前記第２の設定ステップにより算出した露光時間が、最小値より小さい場合で、かつ前記省電力モードに設定されていない場合は、ゲインのみを調節する第４の調節ステップと、
前記撮影モードでは、前記第１の設定ステップにより算出した露光時間が最大値を超えている場合、又は前記第２の設定ステップにより算出した露光時間が最小値より小さい場合は、ゲインのみを調節する第５の調節ステップと、
前記第１若しくは第２の設定ステップによる設定及び／又は前記第１〜第５の調節ステップによる調節の後、前記イメージセンサから全ての画素の信号を本露光動作読み出しする本露光ステップとを有し、
前記バーコード読み取りモードにおいて、前記プリ露光ステップによる前記照明用ＬＥＤの照明時間は前記本露光ステップによる前記照明用ＬＥＤの照明時間より短いことを特徴とするバーコード読み取り方法。 - 前記イメージセンサは、 CMOS 型イメージセンサであることを特徴とする請求項３記載のバーコード読み取り方法。
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