JP4157469B2

JP4157469B2 - コード読取装置

Info

Publication number: JP4157469B2
Application number: JP2003423270A
Authority: JP
Inventors: 博道西郷
Original assignee: Tohken Co Ltd
Current assignee: Tohken Co Ltd
Priority date: 2003-12-19
Filing date: 2003-12-19
Publication date: 2008-10-01
Anticipated expiration: 2023-12-19
Also published as: JP2005182518A

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、一定の分解能で読取が可能なオートズーム機能を搭載した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６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系に入射され、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２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。
また、固定焦点式の場合、カメラのフォーカスがある被写界深度にあるときに読取可能となるが、読取距離によって写る像の大きさが変化してしまうという問題がある。写る像の大きさが変わるということは、ＣＣＤ等のイメージセンサに結像するときの画素数が変わり、画像処理の分解能が一定にならないことを意味する。近い距離においては画像が大きすぎてはみ出たり、遠い距離においては画像が小さすぎて正しくデコードできなかったりする場合がある。このような場合、読取距離が変わっても常に倍率（結像画素数）を一定に保つこと、すなわち、コードと読取装置との距離を変えないで像倍率を変化させること（ズームをかけること）が求められている。

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において、ズーム機能を備えたものとしては特許文献３に記載のものが知られている。特許文献３に記載の方法は、まず測距をしてピントを合わせて最初の画像（大きさの調整はしていない）を取得し、取得した画像の大きさを電気的に計測してから、画像が所定の大きさになるようにレンズ位置を移動させ（ピントを合わせたままで倍率を変えるように移動）画像を再取得するという方法である。
しかしながら、かかる方法は、任意の大きさのコードに対応するために、一旦ピントを合わせた上で画像を取り込んで、写った像の大きさを確認してから所定の大きさになるようにズーム（倍率）を決定するという２段階のステップを踏む必要があり、処理が複雑となるという問題がある。
特開平８−２２７４３７号公報特開２００２−５６３４８号公報特開平１０−１３４１３３号公報

しかしながら、コード読取装置のユーザによっては、読取るコードの種類も数種類に限られており、予め読取るコードが決まっているような場合もあり得る。かかる場合は、コードの大きさが予め分かっているため、ある撮像距離において写る画像の大きさも事前に分かり、その距離におけるズーム比も予め決めておくことが可能となる。
従って、上記のように２段階のステップを踏まなくても、コードの種類（大きさ）と撮像距離が分かれば、予め設定した最適なズーム比でコードの画像を撮像することが可能となる。
本発明は以上のような考えのもとに、複雑な手順を踏まなくとも、簡単な方法でオートズーム機能を持たせることのでき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、オートズーム機能を搭載した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、焦点距離及び倍率を可変可能なレンズと撮像素子を含み、前記コードの画像を読み取るための撮像手段と、前記コードの撮像距離を検出するための測距手段と、前記コードの識別情報を入力するためのコード識別情報入力手段と、前記コードごとに設定された、撮像距離に対応したレンズの焦点距離及び倍率との対応関係が記憶された参照テーブルと、所定の位置にレンズを移動させるレンズ移動手段と、前記測距手段で検出された撮像距離を手掛かりとして、前記入力された識別情報から特定されるコードの前記参照テーブルから、前記撮像距離に対応する焦点距離及び倍率を割り出し、該焦点距離及び倍率となるように前記レンズ移動手段を制御して所定の位置にレンズを移動させる制御手段とを具備し、読取対象のコードから、該コードに含まれる情報を光学的に読み取るコード読取装置において、読取開始時の前記レンズの位置を前記識別情報によって特定されるコードごとに予め定められた位置へ移動させてから、前記撮像距離の検出を行うことによって達成される。
この第１の発明に係るコード読取装置では、読取るコードの種類によって、撮像距離とズーム倍率との関係が予め設定され、入力したコードの名前と計測した撮像距離とから自動的に最適なズーム倍率となるようにレンズが自動的に移動するとともに、最も使用頻度の高い位置にレンズをプリセットしておくことにより、測距後にレンズを移動させなくても済む可能性が高まるので、処理スピードがあがる。

また、本発明の上記目的は、前記測距手段で検出された撮像距離が、前記参照テーブルに設定されている撮像距離の範囲を超えている場合にはその旨を報知する、エラー報知手段をさらに具備することにより、効果的に達成される。
これにより、無駄なリトライを避けることができる。

次に、本発明の上記目的は、読取対象のコードから、該コードに含まれる情報を光学的に読み取るコード読取装置において、焦点距離及び倍率を可変可能なレンズと撮像素子を含み、前記コードの画像を読み取るための撮像手段と、前記コードごとに、焦点距離及び倍率との対応関係が段階的に設定され記憶された参照テーブルと、所定の位置にレンズを移動させるレンズ移動手段と、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、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、前記参照テーブルにおけるレンズ位置の次の段階にレンズを移動させ、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設定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、コード読取装置によっても達成される。
この第２の発明に係るコード読取装置は、測距手段を持たない簡易型のオートズーム機能を有するコード読取装置である。すなわち、予め、ある焦点距離と倍率になるようなレンズの移動位置が段階的に設定されており、読み取った画像をデコードし、デコードが成功するまで、読取／デコード／レンズ移動のサイクルを高速に繰り返すものである。

また、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り、一層効果的に達成される。画質を一定の基準内に保つことにより、読取エラーを防止することができる。

さらに、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、簡単な構成でオートズーム機能を実現することができ、読取対象のコードまでの距離の如何にかかわらず、一定の分解能で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、読取るコードの種類によって、撮像距離とズーム倍率との関係を予め設定して参照テーブルにしておき、入力したコードの種類と計測した撮像距離とから前記参照テーブルを参照してズーム倍率を決定し、レンズ移動手段によって、決定したズーム倍率となるレンズの位置に自動的にレンズを移動させるようにするものである。

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２〜３ポイント位の段階に設定しておけば十分である。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第１の発明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６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、読取対象となるコードの種類や大きさ等の識別情報を入力する入力部１１と、トリガーの役目をするスイッチ１２と、レンズと撮像素子（ＣＣＤ素子等）とを含む撮像手段１３と、前記レンズの焦点距離及びズーム倍率を連動して変更するためのレンズ移動手段１４と、前記撮像手段１３で読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１５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１６と、コードの読取状況を表示する表示部１７（例えば液晶パネル）と、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２０（ＣＰＵ２０ａと、メモリ２０ｂと、読取るコードの種類によって撮像距離とズーム倍率との関係が予め設定された参照テーブル２０ｃ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２１とを具備し、撮像手段１３で読取ったコードの画像から、コード解読手段１６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、前記測距には、前記特許文献２に記載の技術が利用可能である。

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２１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２１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２１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１４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、（近、中、遠）の３段階に対して移動位置を設定しておき、焦点深度５０ｍｍ〜１１０ｍｍが“近”、９０ｍｍ〜１５０ｍｍが“中”、１４０ｍｍ〜２００ｍｍ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（焦点位置及びズーム倍率）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の発明の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、読取対象のコードの識別情報（例えばコードの種類、大きさ）を入力部１１から入力する（ステップＳ１０）。例えば“コードＡ”と入力する。この情報はメモリ２０ｂに一時格納される。
次にスイッチ１２（操作スイッチ１０ｄ）を押してトリガーを入力すると（ステップＳ１１）、コードＡに対応した標準のレンズ位置（図３のテーブルにおける倍率１倍の位置）にレンズを移動させる（ステップＳ１２）。これは、本来ならば次のステップでコードまでの距離を計測して撮像距離を求め、それに対応した位置にレンズを移動させるべきなのであるが、経験上判明しているそのコードの種類における撮像距離の最頻値にレンズを移動させておけば、測距後においてレンズを移動させる確率が低くなるので、そのままの位置でコードの撮像動作に入れるからである。これによって１件あたりの処理スピードを上げることが可能となる。

次に、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、撮像手段１３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Ｓ１３）。次に、算出された距離から参照テーブル２０ｃ（図３）を参照し（ステップＳ１４）、測距した距離が図３のテーブルになければエラーを報知し（ステップＳ１５）、コード読取装置１０の位置を変えて（ステップＳ１６）、再度測距を行う（ステップＳ１３）。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。
測定した距離がテーブル内にあれば、対応する位置にレンズを移動させる（ステップＳ１７）。現実には、ステップＳ１２において最頻の位置にレンズが設定されているので、ステップＳ１７においてレンズ位置が変更される場合は少ないと考えられる。

なお、図３における撮像距離「７０±２０ｍｍ」の意味は、測距の結果、撮像距離が例えば６０ｍｍであれば、７０±２０ｍｍの範囲に入るので、レンズの焦点距離を７０ｍｍにあわせるという意味である。「±」の左側の数字がその撮像距離の範囲における焦点距離である。同様に、測距した結果１１０ｍｍとなれば、焦点距離は１００ｍｍにセットされ、同時にズーム倍率は１．３６になるようにセットされる。

以上のようにして適当な位置にレンズがセットされると、撮像手段１３でコードの画像が取り込まれ（ステップＳ１８）、画質評価手段１５にてコントラストが測定され（ステップＳ１９）、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、画像取り込みをやり直す。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１６によりデコードを行い（ステップＳ２０）、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。

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、読取るコードが参照テーブル内の撮像距離と倍率の対になるデータ（以下、「撮像距離・倍率データ」という。）と不一致であると判断できるので、別のコードの参照テーブルに自動的に移動し（ステップＳ２１）、移動先の参照テーブルの１行目（１番上）の撮像距離・倍率データに相当する位置にレンズを移動させる（ステップＳ１２）。以下、コードが正しく読み取れるまでステップＳ１３〜Ｓ２１を繰り返す。なお、移動先の参照テーブルとしては、最後に読取を行った（デコード成功）コードの参照テーブルか、予めユーザが設定した優先順位に従ったものか、最も読取頻度の多いコード(装置が記憶している)の参照テーブルのいずれかを適宜決定してもよいし、また、移動先の参照テーブル内において、どの撮像距離・倍率データを優先するかも適宜設定できる。
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ほぼ一定の解像度で読取ることができる。
なお、本実施例においては、ステップＳ１２において、最頻の位置にレンズをプリセットしたが、ステップＳ１２を省略して、測距をしてからレンズを移動するようにしてもよい。

図４は、本発明に係るコード読取装置の第２の発明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構成は、図１で示した第１の発明の構成から測距手段１８及びポインタ１９を取り除いたものであり、その他の構成は同じであるので、詳細な説明は省略する。図４は図１のコード読取装置の簡易版である。

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２の発明の実施例の動作例を図５のフローチャートに沿って説明する。
まず、読取対象のコードの識別情報（例えばコードの種類、大きさ）を入力部１１から入力する（ステップＳ３０）。例えば“コードＣ”と入力する。この情報はメモリ２０ｂに一時格納される。
次にスイッチ１２（操作スイッチ１０ｄ）を押してトリガーを入力すると（ステップＳ３１）、コードＡに対応した標準のレンズ位置（図３の参照テーブルにおける倍率１倍の位置）にレンズが移動する。ここでレンズ移動回数の初期値（Ｉ＝１）が記憶される（ステップＳ３２）。

以上のようにして最初の位置にレンズがセットされると、撮像手段１３でコードの画像が取り込まれ（ステップＳ３３）、画質評価手段１５にてコントラストが測定され（ステップＳ３４）、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、画像取り込みをやり直す。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１６によりデコードを行い（ステップＳ３５）、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。

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か、もしくは読取るコードが参照テーブル内の撮像距離・倍率データと不一致であると判断し、レンズ移動手段１３により、前記撮像手段１２内のレンズを参照テーブルの次の段階に移動させるか、別のコードの参照テーブルに移動させる（ステップＳ３６）。別のコードの参照テーブルに移動させる場合の移動先は、前記ステップＳ２１の場合と同じ考え方で適宜決めることができる。
そして移動回数をインクリメントする（ステップＳ３７）。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Ｓ３３）、画質評価を行い（ステップＳ３４）、デコードを行う（ステップＳ３５）。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内のレンズを参照テーブルの次の段階に移動させ（ステップＳ３６）、ステップＳ３３からの動作を繰り返す。レンズの移動を（初回も含めて）参照テーブル全体の設定段階数（Ｎ回）行ってもデコードに成功しない場合は、撮像距離が極端に近いか遠くて、ピント合わせが不可能な場合と判断できるので、エラー報知を行い、コード読取装置の位置をずらして読取範囲内の距離にするように操作者に知らせる（ステップＳ３８）。操作者が位置を修正し（ステップＳ３９）、ステップＳ３１に戻り、操作スイッチを押して、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ほぼ一定の解像度で読取ることができる。

本発明に係るコード読取装置の第１発明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発明の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における、レンズ移動のための参照テーブルの一例を示す図である。本発明に係るコード読取装置の第２発明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２発明の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
１０ｂ、１１テンキー（入力部）
１０ｃ，１７表示部
１０ｄ，１２操作スイッチ
１３撮像手段
１４レンズ移動手段
１５画質評価手段
１６コード解読手段
１８測距手段
１９ポインタ
２０制御手段
２０ａＣＰＵ
２０ｂメモリ
２０ｃ参照テーブル
２１記憶媒体
３０上位システム

Claims

焦点距離及び倍率を可変可能なレンズと撮像素子を含み、前記コードの画像を読み取るための撮像手段と、
前記コードの撮像距離を検出するための測距手段と、
前記コードの識別情報を入力するためのコード識別情報入力手段と、
前記コードごとに設定された、撮像距離に対応したレンズの焦点距離及び倍率との対応関係が記憶された参照テーブルと、
所定の位置にレンズを移動させるレンズ移動手段と、
前記測距手段で検出された撮像距離を手掛かりとして、前記入力された識別情報から特定されるコードの前記参照テーブルから、前記撮像距離に対応する焦点距離及び倍率を割り出し、該焦点距離及び倍率となるように前記レンズ移動手段を制御して所定の位置にレンズを移動させる制御手段とを具備し、読取対象のコードから、該コードに含まれる情報を光学的に読み取るコード読取装置において、
読取開始時の前記レンズの位置を前記識別情報によって特定されるコードごとに予め定められた位置へ移動させてから、前記撮像距離の検出を行うことを特徴とするコード読取装置。
前記測距手段で検出された撮像距離が、前記参照テーブルに設定されている撮像距離の範囲を超えている場合にはその旨を報知する、エラー報知手段をさらに具備したことを特徴とする請求項１に記載のコード読取装置。
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または２に記載のコード読取装置。
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３のいずれかに記載のコード読取装置。