JP4049739B2

JP4049739B2 - 手持ち式コード読取装置

Info

Publication number: JP4049739B2
Application number: JP2003417684A
Authority: JP
Inventors: 博道西郷
Original assignee: Tohken Co Ltd
Current assignee: Tohken Co Ltd
Priority date: 2003-12-16
Filing date: 2003-12-16
Publication date: 2008-02-20
Anticipated expiration: 2023-12-16
Also published as: JP2005182117A

Description

本発明は、異なる反射率又は正反射、拡散反射光の差で形成されるマークで表わされる１次元コードや２次元コードなど、シール状の紙葉類に印刷若しくは物体表面に直接形成されたコードを撮像して、符号化されているコードを非接触で読取るコード読取装置に関するもので、特に、読取対象のコードまでの距離の如何にかかわらず、ピント合わせをしなくても正しく読取ができるコード読取装置に関する。

近年、製品や部品の管理情報を短時間で認識するために、製品や部品の番号、商品名、価格その他の情報を白黒等のしま模様で記号化した１次元又は２次元コードが広く用いられている。これらの異なる反射率又は正反射、拡散反射光の差で形成されるマークで表わされる１次元コードや２次元コード等のシンボルは、例えば、１次元コードにおいては、線の幅の比の組み合わせで一連の数字、文字を表しており、製品や部品の番号等の各種の情報が上記数字、文字に置き換えられている。

例えばバーコードで表されたコードは、バーコードリーダという装置により読取られる。バーコードリーダは、光をバーコードに当て、反射率の異なった白と黒のしま模様から返ってくる光を受けて、反射光の強弱のパターンを元の数字に解読する装置である。バーコードリーダのように１次元や２次元コードのバーやセルから成るコード（シンボルの情報）を光学的に読取る装置（以下、「コード読取装置」と言う）は、操作者が装置を手に持って利用する手持ち式のタイプと、読取り窓の上をバーコードの付いた製品等を通過させる定置式のタイプがある。手持ち式のタイプの光源としては従来は発光ダイオードが主に用いられ、定置式の光源としてはレーザビームが主に用いられている。

定置式のコード読取装置は、物流配送センター等において使用されている。例えば、物流配送センター等においては、届け先や種類がランダムに投入された物品をベルトコンベヤ等の搬送手段によって搬送し、搬送されてくる物品の表面に付された１次元コードや２次元コード等のコードの情報をコード読取装置によって読取り、復号化した情報に基づいて各種の物品を仕分装置によって自動的に仕分けることが行われている。
このように、ベルトコンベヤ等の搬送手段によって搬送されてくる物品に付与されたコードの情報を読取る定置式のコード読取装置では、例えば、ラインセンサ，撮像カメラ等から成る撮像手段を搬送路の上方に設置しておき、搬送されてくる物品の正面を撮像手段によって撮像し、その画像を処理してコードの情報を読取るという方式が採られている。

一方、手持ち式のコード読取装置は、従来よりＰＯＳ（販売時点情報管理）システムとしてスーパーマーケットやデパート等のレジで多用されており、製造及び流通段階において使用されている。
図４は、２次元エリア内の領域を撮像してコードを読取る手持ち式のコード読取装置の一例を示している。このコード読取装置の本体１０は、横断面がくの字をした略直方体の形状を成している。本体１０の一端の先端部にはコードの読取り部１０ａが設けられ、本体１０の他端の上面部には読取ったコードデータの登録、抹消、表示やガイダンス等の指令を入力するためのテンキー１０ｂ及び所定事項を表示するための液晶等で成る表示部１０ｃが設けられている。このコード読取装置を使用する際には、使用者は本体１０の把持部を片手で把持し、操作スイッチ１０ｄを押す。この操作スイッチ１０ｄの押下により、例えばレーザダイオードを光源として、２点の可視光，十字形の可視光，Ｘ字形の可視光，或いは矩形状の可視光が、読取領域確認用のガイド光（これをポインタという。）として照射される。操作者がガイド光を読取対象のコードに合わせた後に再度操作スイッチ１０ｄを押して読取開始を指示すると、読取領域から反射された光がレンズ係に入射され、結像された像がイメージセンサ等の撮像手段により撮像される。そして、その画像データからコードが認識されるようになっている（コード読取装置については、例えば特許文献１参照、ガイド光については、例えば特許文献４の図８参照）。

このようなコード認識機能を有する手持ち式のコード読取装置では、一般的に固定焦点のレンズにより対象物を読取るようにしており、例えばコードが正しく読取れた場合には音を鳴らして操作者に通知し、コードまでの距離が近すぎたり遠すぎたりするなどにより、正しく読取れなかった場合には、操作者が読取操作を繰り返し行う必要がある。
このような固定焦点方式のコード読取装置の欠点をカバーするには、オートフォーカス機構を備えれば良いが、人物や風景を撮像対象としたカメラに採用されているオートフォーカス機構を用いると、高価格になるという欠点がある。また、上述のようなバーコードリーダに代表されるハンディタイプ即ち手持ち式の読取装置は、光源の位置から読取対象までの位置が不連続に且つ比較的大きく変化することが多いため、一般的なフィードバック制御による焦点位置の調節方法では、素早く焦点を合わせることができないという問題がある。

上記のようなバーコードなどを対象としたコード読取装置では、人物や風景を撮像対象としたカメラと比較して、距離の計測精度や焦点の調節精度の高い高性能なオートフォーカス機能は必要が無い。言い換えれば、読取ったコードの撮像画像からコード情報がデコードできる程度の鮮明さがあれば十分である。そのため、上記のようなコード読取装置においては、多少精度は悪くても安価なオートフォーカス装置を搭載することが望まれる。
対象物までの距離を測定する装置としては、例えば、レーザ光や電波を用い、信号が対象物まで到達して反射され返ってくるまでの時間差を測定することによって、対象物までの距離や距離変化率を測定するもの（例えば特許文献２参照）や、イメージセンサ２個を用いて三角測量の原理で対象物までの距離を測定するもの（例えば特許文献３参照）など、車両用のものも挙げられる。しかしながら、これらの距離測定方式を適用しても、小型，軽量で且つ高速に焦点合わせを行えるオートフォーカス装置や、その機能を有する手持ち式読取装置を安価に実現するのは困難である。

そこで、本出願人は、特許文献４において、安価な構成で対象物までの距離を測定できると共に、高速に焦点合わせを行うことができる方法及び装置を提案している。この特許文献４に記載のものでは、撮像手段のレンズ系の光軸に対して所定の角度を成す光ビームを照射し、その光ビームの画像位置のレンズ系の光軸に対する変位量を基に、対象物までの距離の測定やオートフォーカス制御におけるレンズ系の移動位置の判断を行うものである。そして、好ましい形態としては、上記の光ビームを、バーコード等の読取対象の読取位置／範囲を示すガイド光と兼用する構成とすることで、対象物までの距離をセンサ等を追加すること無く測定できるようにしている。また、オートフォーカス制御に関しては、レンズ系又は撮像素子の移動位置を各撮像距離での焦点深度に応じて段階的に設定しておき、ステッピングモータ等のモータを駆動して、上記光ビームの画像位置の変位量に対応する段階の移動位置に位置決めすることによって焦点位置を調節する構成とすることで、高速に焦点合わせを実現している（特許文献４参照）。
特開平８−２２７４３７号公報特公昭６１−６３４９号公報特開平４−２６２５００号公報特開２００２−５６３４８号公報

特許文献４に記載のものでは、オートフォーカス用の安価な距離測定装置を実現しているが、ピントを合わせてから読取対象のコードの撮像を行い、コードのデコードを行っているため、デコードに失敗した場合（コードが正しく読み取れなかった場合）は、初めから測距をやり直し、それに合わせてレンズを移動させる必要があった。
しかしながら、コード読取の場合は人物や風景の写真を撮るのとは異なり、ピントがぴったり合った画像を取得すること自体が目的ではなく、取得した画像からデコードができれば十分なのであるから、はじめに正確な距離を測定せずに、デコードが成功するまでレンズ位置を動かして撮像／デコードを繰り返し、デコードが成功した時点で終了するようにしてもよい。しかも、その動作を操作者に気付かせることなく、１回の操作で完結させるようにすれば、結果としてはオートフォーカス装置でピントを合わせてから撮像／デコードを行ったものと同じことになる。
本発明は以上のような考えのもとに、特別なオートフォーカス装置を用いることなく、任意の距離にあるコードの読取を可能とするコード読取装置を提供することを目的とする。

本発明は、手持ち式コード読取装置に関するものであり、本発明の上記目的は、任意の距離にある読取対象のコードの画像を光学的に読み取る撮像手段を有する手持ち式コード読取装置であって、前記撮像手段で撮像されたコードの画像から前記コードの情報を解読するコード情報解読手段と、各撮像距離での焦点深度に応じて予め段階的に設定された位置にレンズを移動させて焦点位置を変えるレンズ移動手段と、読取エラーを報知するエラー報知手段とを具備し、前記コード情報解読手段においてコード解読がなされなかった場合は、レンズを次の段階に移行させ、前記撮像手段で前記コードを再度撮像して前記コード情報解読手段でコード情報を解読する動作を繰り返すとともに、繰り返し回数が前記レンズの移動位置の段階の数に達したときは前記エラー報知手段でエラー報知を行うように制御を行う制御手段をさらに具備したことを特徴とする、手持ち式コード読取装置によって達成される。
これは、コードを撮像する毎にコード情報解読手段にて解読（デコードという。）を行い、解読が成功するまでレンズ位置を自動的に移動させながら読取／デコードを繰り返すものである。本発明に係るコード読取装置は焦点（ピント）を最適な状態に合わせてから撮像してデコードするものではないので、従来型のオートフォーカス装置は不要である。なお、設定されたレンズの位置の段階における撮像をすべて行っても解読が成功しない場合は、コードの画像が欠けた状態（位置がズレた状態）で撮像されていると考えられるので、その旨を表示し、読取位置の修正を操作者に促すようにしている。

また、本発明の上記目的は、前記レンズのデフォルト位置を、前記設定段階の中間の段階、最近方の段階、最遠方の段階、又は最後に読取りを行った段階に設定することにより、効果的に達成される。

さらに、本発明の上記目的は、前記読取対象のコードの撮像距離を測る測距手段をさらに具備し、該測距手段で計測された距離に応じて、読取開始時のレンズの位置の決定することによって、より効果的に達成される。前記測距手段を設けることにより、最初に設定されるレンズの位置はピントが合う確率が高くなるので、１回でデコードが成功する可能性が高くなる。しかしながら、この測距手段はあくまでも補助手段に過ぎないので、精度の高さは要求されず、簡易的なものでよい。レンズの移動回数を減らすことが目的だからである。

またさらに、本発明の上記目的は、前記撮像されたコードの画像のコントラストを測定し、所定のコントラストの範囲内にない場合はコントラストの調整を行う画質評価手段をさらに具備することによって一層効果的に達成される。ピントが合っている場合でも、コントラストが低すぎたり、高すぎたりすれば正しくデコードができないからである。これを正常なコントラストの範囲内に収まるようにゲインの調整を行うものである。

さらにまた、本発明の上記目的は、前記レンズ移動手段を電磁アクチュエータとすることにより、一層効果的に達成される。レンズの移動を電磁アクチュエータで駆動することにより高速な移動が可能となる。

本発明に係るコード読取装置よれば、特別なオートフォーカス装置を用いることなく、任意の距離にあるコードの読取が可能となる。

本発明に係るコード読取装置は、コードを撮像する毎にコード情報解読手段にてデコードを行い、デコードが成功するまでレンズ位置を自動的に移動させながら読取／デコードを繰り返すものであり、従来のように、焦点距離を最適な状態に合わせてから撮像してデコードするものではないので、従来型のオートフォーカス装置は備えていない。
なお、レンズの可動範囲における撮像をすべて行ってもデコードが成功しない場合は、コードの画像が欠けた状態（位置がズレた状態）で撮像されていると考えられるので、その旨を表示し、読取位置の修正を操作者に促すようにしている。

一般的に、コード読取装置等の撮像レンズは焦点深度が深いことと、鮮明な画像でなくてもコードのデコードが可能なことから、レンズ系の移動による焦点の調節は、例えば３ポイント（遠い、中くらい、近い）位の段階に設定しておけば十分である。
このような構成とすることで、特別なオートフォーカス装置を用いることなく、安価な構成で任意の距離にあるコードの読取りを可能とするコード読取装置を提供することができる。
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明に係るコード読取装置の実施例の構成例を示すブロック図である。このコード読取装置の外観構成は、図４で示したコード読取装置と同等であるため、ここでは説明を省略する。
図１（Ａ）に示されるコード読取装置１０は、本発明に係るコード読取装置の第１実施例の構成例を示すものである。本実施例におけるコード読取装置１０は、トリガーの役目をするスイッチ１１、レンズと撮像素子（ＣＣＤ素子等）とを含む撮像手段１２と、焦点位置（ピントが合うレンズ位置）を変更するためのレンズ移動手段１３と、前記撮像手段１２で読み取ったコードの画像のコントラストを測定し、次のデコード工程に移行するか、コントラストのゲインを調整して画像の再取得を行うかを判断する画質評価手段１４と、コードの画像をデコードしてコード情報の解読を行うコード解読手段１５と、コードの読取状況を表示する表示部１６（例えば液晶パネル）と、前記各手段を所定のプログラムに基づいて制御する制御手段１７（ＣＰＵ１７ａ及びメモリ１７ｂとを含む。）と、取り外し可能に設置され前記解読されたコード情報を格納する記憶媒体２０とを具備し、撮像手段１２で読取ったコードの画像から、コード解読手段１５によってコードに含まれる情報をデコードするものである。

なお、上位システム３０は読取ったコード情報を処理して、コードが付された商品等の売上管理や在庫管理を行ったりするものである。上位システム３０で処理する場合は、前記記憶媒体２０を上位システム３０側の装置に装填してバッチ処理するか、あるいはケーブル接続により記憶媒体２０から直接データを取込んで処理してもよい。前記記憶媒体２０としては、ＰＣカードやフラッシュメモリ等の受渡し可能な媒体が適している。
また、前記レンズ移動手段としては、高速性を考慮し、電磁アクチュエータを使用するのが好ましい。電磁アクチュエータとしては、例えば、特開２００１−９１９８１号公報に記載のものが利用可能である。
前記レンズ移動手段で移動させる位置は、各撮像距離でのレンズ系の焦点深度に応じて複数段階の移動位置、例えば、遠、中、近の３段階に対して移動位置を設定しておき、焦点深度４０ｍｍ〜１４０ｍｍが“近”、８０ｍｍ〜２３０ｍｍが“中”、１７０ｍｍ〜４００ｍｍが“遠”というように、３段階の撮像距離（焦点深度）に対応して、３ポジションの固定位置（焦点位置）を移動位置として予め設定しておくものとする。

次に、上記の構成において、本発明に係るコード読取装置の第１実施例の動作例を図２のフローチャートに沿って説明する。
まず、操作スイッチ１１を押下するとレンズの移動回数がカウントされる（ステップＳ１０）。始めはデフォルト位置に設定されているので、Ｉ＝１としてカウントされる。レンズの移動回数をカウントする理由は、本実施例ではレンズの移動位置が３段階に設定されているため、３回（初回分も含めて）移動すれば必ずどこかではピントが合い、正しくコードが解読されるはずであるが、３回トライしても正しく解読されないということは画像のピントが不鮮明なためではなく読取位置がずれており、コードの全体が撮像されていないと判断できるので、３回トライしてもコードの解読ができなかった場合にエラー報知をさせるためである。

次に、撮像手段１２でコードの画像が取り込まれ（ステップＳ１１）、画質評価手段１４にてコントラストが測定され（ステップＳ１２）、所定のコントラストの範囲内になければゲイン調整が行われ（ステップＳ１３）、画像取り込みをやり直す（ステップＳ１１）。なお、ゲイン調整においては、画像信号を増幅／低減するのみならず、シャッター速度の調整や図示しない照明の照度の調整も行う。
コントラストが所定の範囲内にあれば、画像からコード解読手段１５によりデコードを行い（ステップＳ１４）、そのコードに含まれるコード情報（一般には数字や記号の羅列。）を取得する。（ステップＳ１５）。

もしも、デコードに失敗し、コードの情報が得られなかった場合は、画像のピントが合っていなかったものと判断し、レンズ移動手段１３により、前記撮像手段１２内のレンズを次の段階に移動させる（ステップＳ１６）。そして移動回数をインクリメントする（ステップＳ１７）。そして再びコードの撮像を行い画像を取り込み（ステップＳ１１）、画質評価を行い（ステップＳ１２）、デコードを行う（ステップＳ１４）。ここで、もしデコードに失敗した場合は、同様に前記撮像手段１２内のレンズを次の段階に移動させる（ステップＳ１６）、ステップＳ１１からの動作を繰り返す。レンズの移動を（初回も含めて）３回行ってもデコードに成功しない場合は、画像のピントが不鮮明なためではなく読取位置がずれており、コードの全体が撮像されていないと判断できるので、エラー報知を行い、コード読取装置の位置をずらして全体が撮像されるように操作者に知らせる（ステップＳ１８）。操作者が位置を修正し、操作スイッチを押すと（ステップＳ１９）、ステップＳ１０に戻り、上記の動作を繰り返す。以上のようにすることにより、任意の距離にあるコードを読取ることができる。なお、エラーの報知は、表示部１６にその旨表示して行ってもよいが、図示しないブザーやバイブレータ等を利用して、音や振動にて操作者に伝えるようにしてもよい。
本実施例において、レンズの設定位置のデフォルト値を最も頻度の多い位置（例えば中間の位置）にしておけば、１回でデコードに成功する確率が高まるので、読取の処理スピードが向上する。

次に、図１（Ｂ）に示されるコード読取装置１０は、本発明に係るコード読取装置の第２実施例の構成例を示すものである。図１（Ａ）に示す第１実施例と異なる点は、読取対象のコードの撮像距離を測る測距手段１８と、測距のための光ビームを発するポインタ１９をさらに具備した点である。この測距手段１８で計測された距離に応じて、読取開始時のレンズの位置の決定することによって、最初に設定されるレンズの位置はピントが合う確率が高くなるので、１回でデコードが成功する可能性がさらに高まる。しかしながら、この測距手段はあくまでも補助手段に過ぎないので、測距精度の高さは要求されず、簡易的なものでよい。測距手段１８はソフトウェアで実現可能であるので、実質的には光ビームを発光するポインタ１９が増えるだけであり、性能アップに対するコスト面での上昇は小さい。なお、ポインタ１９からの光ビームは読取対象のコードの上に照射され、それを撮像手段１２で読取り、測距手段１８で光ビームの画像を解析することにより距離を算出するものである。この測距には、前記特許文献４に記載の技術が利用可能である。

図３は、本発明に係るコード読取装置の第２実施例の動作例のフローチャートであるが、同図に基づいて動作を説明する。
まず、操作スイッチ１１を押下すると、ポインタ１９から光ビーム（ＬＥＤ又はレーザを光源として使用。）が読取対象のコード上に照射される（ステップＳ７）。次に、撮像手段１２によりポインタの投影パターンの画像情報が取得され、測距手段１８においてその画像を解析することにより撮像距離が算出される（ステップＳ８）。次に、算出された距離に応じて読取開始時のレンズ位置を決定し、レンズ移動手段１３によってレンズを移動させる（ステップＳ９）。例えば、得られた距離が１１０ｍｍであったとした場合、１１０ｍｍという距離は上記設定の“近”及び“中”のいずれにも属しているが、デフォルトが“近”又は“中”であればそのまま動かさず、デフォルトが“遠”であれば、移動距離の少ない“中”に移動させるようにすれば、処理スピードを上げることができる。この測距処理を前段に追加することにより、最初に設定されるレンズの位置はピントが合う確率が高くなるので、１回でデコードが成功する可能性が高くなる。
このあとの処理は、図２のフローチャートと同一であるので、説明は省略する。

本発明にコード読取装置の構成例を示すブロック図である。本発明に係るコード読取装置の第１実施例の動作例を説明するためのフローチャートである。本発明に係るコード読取装置の第２実施例の動作例を説明するためのフローチャートである。一般的な手持ち式のコード読取装置の一例を示す斜視図である。

符号の説明

１０コード読取装置
１０ｃ，１６表示部
１０ｄ，１１操作スイッチ
１２撮像手段
１３レンズ移動手段
１４画質評価手段
１５コード解読手段
１７制御手段
１７ａＣＰＵ
１７ｂメモリ
１８測距手段
１９ポインタ
２０記憶媒体
３０上位システム

Claims

任意の距離にある読取対象のコードの画像を光学的に読み取る撮像手段を有する手持ち式コード読取装置であって、
前記撮像手段で撮像されたコードの画像から前記コードの情報を解読するコード情報解読手段と、
各撮像距離での焦点深度に応じて予め段階的に設定された位置にレンズを移動させて焦点位置を変えるレンズ移動手段と、
読取エラーを報知するエラー報知手段と、
を具備し、
前記コード情報解読手段においてコード解読がなされなかった場合は、レンズを次の段階に移行させ、前記撮像手段で前記コードを再度撮像して前記コード情報解読手段でコード情報を解読する動作を繰り返すとともに、繰り返し回数が前記レンズの移動位置の段階の数に達したときは前記エラー報知手段でエラー報知を行うように制御を行う制御手段をさらに具備したことを特徴とする、手持ち式コード読取装置。
前記レンズのデフォルト位置が、前記設定段階の中間の段階であることを特徴とする請求項１に記載の手持ち式コード読取装置。
前記レンズのデフォルト位置が、前記設定段階の最近方の段階であることを特徴とする請求項１に記載の手持ち式コード読取装置。
前記レンズのデフォルト位置が、前記設定段階の最遠方の段階であることを特徴とする請求項１に記載の手持ち式コード読取装置。
前記レンズのデフォルト位置が、前記設定段階のうち、最後に読み取りを行った段階であることを特徴とする請求項１に記載の手持ち式コード読取装置。
前記撮像されたコードの画像のコントラストを測定し、所定のコントラストの範囲内にない場合はコントラストの調整を行う画質評価手段をさらに具備したことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の手持ち式コード読取装置。
前記レンズ移動手段が電磁アクチュエータであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の手持ち式コード読取装置。