JP4802247B2 - シンボロジーリーダにおいて色照明及びカラーフィルタレーションを用いるためのシステム及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、機械視覚システムと、機械視覚（マシンビジョン）を用いるシンボロジーリーダ（シンボロジー読み取り器）とに関し、特に、これらのための照射器に関する。

機械視覚システムは、視野内の対象物における情報を配信するために、カメラセンサを含む画像取得（撮像）デバイスを用いる。次いで、該システムがこの情報を、プログラムされた意志決定及び／又は識別機能を実施するための様々なアルゴリズムに従って解釈する。可視光領域内において、及び可視光に近い領域内において、センサによって画像が最も効果的に取得されることとなるためには、対象物が適正に照光される必要がある。

イメージセンサを用いたシンボロジーリーディング（一般に「バーコード」走査とも呼ばれる）の例では、適正な照明が非常に望まれる。シンボロジーリーディング（シンボロジーの読み取り）には、シンボル（「バーコード」）を含む目標物の位置における（ＣＭＯＳカメラ、ＣＣＤなどの）画像取得センサのエイミング（照準合わせ）と、そのシンボルの画像の取得とを必然的に伴う。該シンボルは、所定パターンのセットを含み、該セットは、順序付けられた、文字か又は形状のグループを表し、それらグループから、取り付けられたデータプロセッサ（例えば、マイクロコンピュータ）が、その目標物についての有用な情報（例えば、そのシリアル番号、タイプ、モデル、価格、など）を導出することができる。シンボル／バーコードは、様々な形状及びサイズにおいて利用可能である。目標物をマーキングすること及び識別することにおいて使用されている最も一般的に用いられているシンボルタイプのうちの２つは、様々な幅と間隔の縦のストライプ線からなる、いわゆる１次元バーコードと、点（ドット）か又は四角形の２次元アレイからなる、いわゆる２次元バーコードである。

背景として、図１は、手持ち式操作用に構成された例示的な走査システム１００を示す。ある例示的な手持ち式の走査機器、すなわちハンドピース１０２が提供されている。該ハンドピース１０２は、グリップ部１０４と、本体部１０６とを備える。鎖線で示された画像形成システム１５１は、制御されることが可能であり、オンボードの組み込み式プロセッサ１０９に画像データを導くことができる。このプロセッサには、走査ソフトウェアアプリケーション１１３を含めることができる。該走査ソフトウェアアプリケーション１１３によって、照光が制御され、画像が取得されて、画像データが、利用可能な情報（例えば、図示された２次元のバーコード画像１９５のようなシンボルから導き出された英数字の文字列）へと解釈される。そのデコードされた情報を、ケーブル１１１を介して、ディスプレイ１１４、キーボード１１６、及びマウス１１８を（例えば）有するＰＣか又は他のデータ記憶装置１１２に導くことができ、該デコードされた情報を、そこに格納することができ、該デコードされた情報を、適切なアプリケーション１２１を用いてそこで更に操作することもできる。代替的には、ケーブル１１１を、走査機器内のインターフェースと、コンピュータ１１２内の適切なインターフェースとに直接接続することができる。このケースでは、コンピュータベースのアプリケーション１２１が、必要とされるような、様々な画像解釈／デコーディングと、照光制御機能とを実施する。組み込み式プロセッサか、コンピュータか、又は他のプロセッサに対する、手持ち式の走査機器の正確な構成は、極めてバリアブル（可変）である。例えば、ケーブル１１１が存在しない無線相互接続を提供することもできる。同様に、図示されたマイクロコンピュータを、オンボードプロセッサか、或いは携帯情報端末か又は他の小型のコンピューティングデバイスのような小型化された処理ユニットを含む、別の処理デバイスに置き換えることもできる。

走査アプリケーション１１３を、走査機器１０２からの入力に応答するよう構成することができる。例えば、オペレータが、手持ち式走査機器１０２上のトリガ１２２を切り換えた時（トグルした時）には、（画像形成システム１５１内における）内部カメライメージセンサが、目標物１０５上の対象領域１３１の画像を取得する。その例示的な対象領域は、２次元シンボル１９５を含む。該２次元シンボル１９５を用いて、該目標物１０５を識別することができる。識別することと、他の処理機能とが、手持ち式走査機器１０２からプロセッサ１０９に伝達された画像データに基づいて、走査アプリケーション１１３によって実行される。ビジュアルインジケータ１４１を、プロセッサ１０９からの信号によって点灯させて、シンボル１９５の読み取り及びデコードの成功を指示することができる。

シンボロジーか又は他の対象物の読み取りにおいて、用いられる照明のタイプは、問題事項である。シンボロジー及び／又は他の視野内の対象物とが、コントラストを付けるインクか又は塗料によって平面上に印刷されている場合には、拡散された、高角度の「明視野」照明が、これらの特徴を、センサに対して最も強調させることができる。高角度によることは、ほぼ垂直に（法線で）か、又は走査されているアイテムの表面に対する垂線（法線）から典型的には約４５度未満の角度で、対象物に当る光を、概して意味する。このような照明は、センサに向って戻るように実質的な反射を受ける。例示を目的として、主として明視野照明が必要とされるバーコード及び他の対象物を、アイテムか又は容器（コンテナ）に貼られた印刷されたラベル上にか、又はアイテムか又は容器の比較的平滑な領域内の印刷された領域上に、存在させることができる。

逆に言うと、シンボロジーか又は他の対象物が、より不規則な表面上に形成されている場合か、或いは表面上に直接的にパターンをエッチングか又はピーニングすることによって作られる場合には、高反射性の明視野照明の使用は、不適切である可能性がある。ピーニングされた／エッチングされた表面は、明視野照明を散乱させる傾向にある２次元の特性を有し、それにより、取得される画像が不明瞭となる。視野内の対象物が、このような明確に２次元の表面構造を有する場合には、暗視野照明によって最も照光されることが可能である。この暗視野照明は、対象物の表面に対する、特徴的な低角度（例えば、約４５度か、又はそれ未満の角度）での照明である（すなわち、法線に対して約４５度よりも大きい角度を有する照明）。そのような低角度な、暗視野照明を用いると、２次元の表面構造は、より良好な画像取得のために、（明るいスポットと、その周囲の陰としてあらわれるインデントによって）より効果的にコントラストが付けられる。

提供されるシンボロジーの他の例では、拡散された直接照明が好まれる場合がある。そのような照明は、典型的には、直接的に投射される照明の源（例えば、複数の発光ダイオード（ＬＥＤｓ））を用いて生成され、その直接的に投射された照明は、ディフューザを通過して、所望の照明効果を生じさせる。

カメライメージセンサの多用性の利点をフルに利用するためには、明視野、暗視野、及び拡散照明を提供することが望ましい。しかしながら、対象物に対する低入射角を達成させるために、暗視野照明が、該対象物に接近して存在している必要がある。逆に言えば、明視野照明は、全領域照明を保証するための相対距離において、より良好に生じられる。

HAND HELD SYMBOLOGY READER ILLUMINATION DIFFUSER と題する、共通に譲渡された米国特許出願シリアル番号第１１／０１４，４７８号と、LOW PROFILE ILLUMINATION FOR DIRECT PART MARK READERSと題する、米国特許出願シリアル番号第１１／０１９，７６３号とが、両方ともLaurens W.Nunninkにより著されたものであり、それらの教示は、参照により本明細書内に明確に組み込まれ、明視野（高角度）照明と暗視野（低角度）照明の伝達を改善させるための技法を提供する。明視野光をより良好に広げるために、直接的明視野ＬＥＤｓと、明視野照明器と対象物との間に配置される円錐形の及び／又は平らなディフューザとの特定の幾何学的な構成の提供をこれらの技法は含む。上記の組み込まれたHAND HELD SYMBOLOGY READER ILLUMINATION DIFFUSER は、あるタイプの表面に適用可能な照明を改善させるために、特定色の使用を更に教示する。しかしながら、明視野か、暗視野か、直接的か、又は拡散された光の選択が、多くのタイプの表面の場合に及び／又はリーダがそれらに対して向けられる特定の角度の場合に、ユーザにとって直感的ではないことが確認された。換言すると、ある表面が、暗視野照明を用いて最も読み取られることになると思われる可能性があっても、実際には、必要とされる細部（ディテール）を特にある視野角において見出すために、明視野が好まれる。同様に、手持ち式リーダによって、その視野角は、面々によって（部分対部分で）決して完全に同じではなく、幾つかの視野角は明視野によってより良好に機能されても、他の視野角は暗視野によってより良好に機能される可能性がある。
米国特許出願第１１／０１４，４７８号明細書 米国特許出願第１１／０１９，７６３号明細書 米国特許出願第１０／６９３，６２６号明細書

各々の部分を読み取る時に、リーダ（読み取り器）を、様々なタイプの照明を通じて段階的に導く（向ける）ことができるが、このことには、各セットの照明のオン及びオフを循環させることと、その結果として生じた画像を統合する／分析することとの両方において、時間がかかる。現在では、効率が良いと考えられるリーダの場合には、その読み取り処理は、２００ミリ秒か又はそれ未満のうちに行われる必要がある。照明タイプを通じて段階的に行い、結果を格納し、比較し、及び最良画像を導き出すことは、所望の時間制限を越える可能性がある。従って、意味のある画像データを導き出すために、即座に使用されるための、全タイプの表面及び走査角度について、及び、照明から取得される画像について、この照明の最良の形態が、一度に用いられることが可能となる技法を提供することが、非常に望まれている。

本発明は、用いられている照明のタイプに依存して様々な色で照光される画像を用いるための及び分析するためのシステム及び方法を提供することにより、先行技術の不利な点を克服する。例示的な一実施形態において、対象物の画像を取得するためにカラーイメージセンサが使用されて、直接的明視野照明、暗視野照明、及び拡散照明の各々が、センサによって個別に認識される別個の照明色において同時に（互いに併行して）表面に対して伝達される。例えば、直接的明視野及び暗視野は、赤色とすることができ、一方、拡散は、青色とすることができる。イメージセンサ内における同じ感度のピクセル（例えば、赤色と青色）は、その色の照明によって生成された画像のみを受け取る。特定の照明源（例えばＬＥＤｓ）によるライン内において、適切なフィルタを、１つか又は複数の別個の色を生じさせるために、及び／又は、ディフューザ部内への非拡散色光の故意でないマイグレーションを減衰させるために、用いることができる。本発明のリーダは、構成要素を処理することを含む。該構成要素は、赤色及び青色のピクセルアドレスから画像を独立に組み立てて、完全に重ね合う２つの同時画像を事実上生成する（一方の画像は、暗視野と直接的明視野との組み合わせを用いて生成され、他方の画像は、拡散照明を用いて生成される）。該２つの同時画像は、互いに対比して記録される。最良画像が、従来の画像分析ツールを用いて決定され、意味のあるデータ（例えば、読み取りシンボルのコード）が、その最良画像から導き出される。更なる一実施形態において、１つか又は複数の画像のうちの最良の部分（パーツ）を、シンボリックデータを導き出すために組み合わせることができる。追加的には、別のセットの別個色光送信器（例えば、緑色ＬＥＤｓ）を、直接的明視野を伝達するために使用することができ、この直接的明視野光を、イメージセンサ内における適切な緑色感応ピクセルによって区別することができ、これにより、その他の２つの別個のカラー画像と対比して記録される第３の別個の画像を導き出す。

本発明の以下の説明は、添付図面を参照する。

例示的な実施形態の詳細な説明
図２は、本発明による、リーダ２００の例示的な一実施形態の側面断面図を示す。イメージャ２１２と照明基板２１４とが、ハウジング２０６内において耐衝撃性マウント（図示せず）上に配置されている。この例示的な実施形態において、プロセッサモジュールと、関連した機能上の電子構成要素とが、プロセッサ基板２１５上に実装されている。グリップ部２０２とトリガ２０４とが、ハウジング２０６及びプロセッサ基板２１５の構成要素と、機能的に協力している。グリップ部２０６は、都合良く配置されたトリガ２０４を備える。該トリガ２０４を、画像取得及びデコーディング機能を開始するために、ユーザの指によって駆動させることができる。より詳細には、トリガを押すことによって、（後述されるように）全タイプ及び色の照明が、同時に対象物上に投射させられ、対応する画像取得も前記イメージャによりなされる。

イルミネータ（照明器）を簡単に参照すると、照明基板２１４が、複数のＬＥＤｓ３１０を支持する。該複数のＬＥＤｓ３１０は、この実施形態では赤色である（様々な色を使用することが可能である）。ＬＥＤｓ３１０は、リーダの開口部の方に向って、前方に向けられている。これらＬＥＤｓは、受動光パイプ２４４の後ろに配置されている。該受動光パイプ２４４は、ＬＥＤｓ３１０の環（リング）から前方端２３０へと内部的に光を伝達させる。この実施形態において、前方端２３０は、面取りされた表面２３２を含む。リーダか又は類似したアプリケーションと共に使用されるための光パイプの様々な例が、William H.Equitz他による、LIGHT PIPE ILLUMINATION SYSTEM AND METHODと題する、米国特許出願シリアル番号第１０／６９３，６２６号内に示され且つ説明されており、その教示は、参照により本明細書内に明確に組み込まれる。

簡単に説明すると、ＬＥＤｓ３１０の付近の内側端から、パイプ２４４の延在するボディを、光が通過する。該ボディは、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）か又はポリカーボネートのような透過性を有する／透明な物質から形成される。その伝達された光は、光パイプ２４４における、角度が付けられた／面取りされた表面２３２によって、内側に反射させられて、低角度で中央光軸２７０に向って出る。光パイプ２４４の内側及び／外側壁表面を、該パイプの内側へか又は外側へと光が漏れるのを防ぐために、不透明な塗料か又は別の合成物（コンパウンド）によってコーティングすることができる。この例では、光パイプの内側表面に沿ってシールド２５０もまた提供されている。シールド２５０の機能の１つは、光パイプ内への（後述される）拡散光の伝達を防止することである。別の機能は、反射器（下記を参照）から伝達された光を、ディフューザ内へと戻すように向け直すことである。

この例では、ＬＥＤｓ３１０の環は、面取りされた表面２３２を通じたＬＥＤｓからの幾つかの光の屈折を介した暗視野効果と共に、赤色の直接的明視野効果を生じさせるように作用する。一般的には、表面からの短い読み取り距離（光パイプ端部（前方）端２３０と表面との間が２５ｍｍ未満）において、光パイプ２３０からの明視野照明は、暗視野照明とは干渉しない傾向にある。しかしながら、より長い読み取り距離（端部２３０と表面との間が２５ｍｍよりも大きい）の場合には、明視野照明が利用可能である。このことは、黒と白とに印刷されたラベルのような、簡単に読み取れるコードに対して有効である。代替の実施形態において、後述されるような、分離された明視野照明器を提供することができる。実際には、多くの利用可能なイメージャは、一体型の赤色明視野照明器を含む。代替の一実施形態において、分離された明視野照明器を、緑色のような別個の色で提供することもできる。

一対のエイミングＬＥＤｓ２２０（典型的には、緑色の放射光）が提供されていることに留意されたい。しかしながら、これらのことはオプションである。そのようなエイミングＬＥＤｓを、本明細書内において用いられる商業的に利用可能な画像に統合させることができる。

完全な手持ち式の柔軟性（フレキシビリティ）のために、リーダ２００は、バッテリ電力と無線伝達とによって構成されることが可能であることが考慮されているが、つなぎコード２６０が、電力をリーダ２００に対して提供し、並びに、エンコードされた情報におけるデコードされた文字列のための通信伝達経路を提供する。

図３もまた参照すると、リーダ２００の前面図が示されている。光パイプ２４４に光を伝達させる個々のＬＥＤｓ（又は他の適切な光素子）３１０の配送及び配置が、末端部２３０を有するラインにおける光パイプ２４４の外縁部の周囲に配置された隣接する一連のＸｓによって表されている。その例示的なＬＥＤの配置は、概して一様な光効果を生じさせる。本明細書内において用いられるこれら光素子及びその他の素子の配置は、極めてバリアブルである。追加的には、所望の全体的な暗視野照明強度を生成するために、及び／又は、対象物上の暗視野照明効果にバイアスさせる（例えば、一方側を他方側よりも明るくさせる）ために、光素子のアドレス指定を、ある時間にある素子だけがアクティブにされるように制御することができる。このバリアブルなアドレス指定の機能は、上述における組み込まれた米国特許出願内と、その中で参照される他の共通に譲渡された米国特許出願内とにおいて更に詳細に説明されている。

次に図４の分解図もまた参照すると、図４は、イメージャ２１２に対する照明器アセンブリ全体の構成要素を更に詳細に説明している。示されているように、上述の様々な照明器アセンブリ構成要素が、個々の構造上の細部を明らかにするために分離させられている。イメージャ２１２は、その図の左側に存在する。照明基板アセンブリ２１４が、その前方に配置されている。照明基板２１４及びＬＥＤｓ３１０の前に配置されているのは、光パイプ２４４の基部（すなわちベース）端４１０であり、該基部端４１０は、ＬＥＤｓ３１０からの伝達された光を受け取り、面取りされた端部２３０へとそれを内部的に伝達させる。先細りにされた（おおざっぱに円錐形とも呼ばれる）ディフューザ２８０（図２もまた参照のこと）が、光パイプ２４４内において入れ子にされており、該ディフューザ２８０は、イメージャ２１２の付近に提供される狭められた近接した開口部４２０と、その反対側の端に配置された広げられた端開口部４２２とを有する。例示的な一実施形態において、このディフューザ２８０を、つや消しにされた内側（インテリア）を有する薄い（１〜３ミリメートルの）ポリマー材料から構築することができる。上述のように、薄いシールド２５０が、ディフューザにおいて伝達される光を、光パイプ２４４に入っていく光から遮断するために、光パイプの該内側（インテリア）に対して提供されている。この手法において、ディフューザから放射される光は、光パイプの伝送には混合されない。ディフューザによって投射される光は、光パイプＬＥＤｓ３１０の反対側における照明基板２１４上に実装された（４つの）後方に投射するＬＥＤｓ２８２のセットによって提供される。これらのＬＥＤｓ（２８２）は、放射状の（又は他の形状の）反射器２９０内へと後方に投射する。該反射器２９０は、反射させられた光を、ディフューザ２８０の内側表面全体にわたって広げ、その結果、対象とする表面上への直接的な拡散光の、ほぼ一様な広がりとして、それが出て行くこととなる。この実施形態において、反射器は、そこから反射させられた光を更に拡散させるために白色のテクスチャード加工された表面を有するポリマーから構成される。このことは、拡散照明を投射するのに用いられる拡散照明ＬＥＤｓ２８２の数を低減させることを助ける。これにより、生産コストと電力消費とが低減される。この実施形態においてまた、拡散照明ＬＥＤｓ２８２は、高出力青色ＬＥＤｓである。著しい波長の広がりが、（この実施形態において直接的明視野照明と暗視野照明とを伝達する）赤色ＬＥＤｓ間において存在することが認識されている。従って、下記にて詳細に説明されるように、この波長の広がりによって、表面上の暗視野／直接的明視野から、表面上の拡散照明を分解させることが可能になる。照明の各タイプごとに使用される特定の色は、極めてバリアブルである。しかしながら、光の２つの波長の十分な分解（分離）を可能にするために、拡散照明が、暗視野照明から、スペクトラム上において十分に隔置されることが非常に望まれている。

拡散光と暗視野光とが光パイプ内か又はディフューザ内において混合されないことを更に保証するために、透光性の「円錐形の」フィルタ２９２が提供される。該フィルタ２９２は、より大きな波長を有する光をフィルタリングして取り除くよう構成されており、それにより、より小さな波長の青色光が、ディフューザを、その表面上を通って外へと出ていくことが可能になるが、その表面からの任意の反射させられた赤色光が再伝達されることを防止する。このことは、別様には、赤色暗視野照明と共に拡散された赤色光として再伝達されることになる傾向になることとなる。フィルタ２９２は、ディフューザの外側の（露出された）表面の形状に一致しており、該フィルタ２９２を、当業者にとって明らかであるはずの様々な固定技法を用いて、ディフューザの表面上へとパチンとはめ込むか又は付着させることができる。分離されたフィルタ２９２の代わりに、色付けされたディフューザ（下記の図６を参照）の使用によって類似の効果を得ることができることに留意されたい。ディフューザは拡散光（この実施形態では青色）を伝達させるけれども、光パイプから伝達される暗視野光（この実施形態では赤色）を反射させないように、その色が選択されるべきである。光パイプとディフューザとに対する様々な改善が、本願出願と共に同一日にファイリングされた、Laurens W.Nunninkによる、INTEGRATED ILLUMINATEION ASSEMBLY FOR SYMBOLOGY READERと題する、共通に譲渡された米国特許出願内において更に説明されており、その教示は、参照により本明細書内において明確に組み込まれる。

従って、要約すると、例示的な実施形態に従って、少なくとも２つの別個のセットの照明送信器（例えば、ＬＥＤｓ）が、直接的拡散送信器２８２及び暗視野送信器３１０に提供されている。その例示的な実施形態に従って、各別個のセットの送信器２８２と３１０とが、ある対応する別個の照明色を生成する。例えば、直接的拡散照明を、青色ＬＥＤｓによって生成することができ、暗視野（及び直接的明視野）を、赤色ＬＥＤｓによって生成することができる。本明細書内において使用されているイメージセンサは、商業的に利用可能なカラーセンサであるため、該センサのピクセルアレイ内における各ピクセルは、ある特定の色感度が割り当てられている。ある一般的な構成では、あるセンサピクセルは赤色ピクセルを含み、あるピクセルは緑色ピクセルであり、他のピクセルは青色ピクセルである。それらピクセルは、近傍においてグループにまとめられ、その結果、該センサは、該センサ上の各点から0、少なくとも１つの赤色の、少なくとも１つの緑色の、及び少なくとも１つの青色のピクセルデータを受け取る。このことは、異なる強度の赤色、緑色、及び青色データの全体的な連続を生じさせる効果を有し、該データは、センサアレイにわたる全体的なカラー画像を画定するために、異なる強度においてひとまとめに混合される。カラーピクセルアレイを形成するための典型的な技法は、単色センサ上にモザイクカラーフィルタを加えることである。該フィルタは、特定ピクセルに、特定色に対する感受性（感度）を与える。肝心な点として、及び更なる背景として、人気のあるピクセルパターンは、いわゆるベイヤパターン（Bayer pattern）であり、下記に１つのアレイの一部分について示される（下記において、Ｒは赤色に感応するピクセルであり、Ｇは緑色に感応するピクセルであり、及びＢは青色に感応するピクセルである）。

従って、各別個のピクセルが、対応する照明源のうちの１つからの光のみを検知することが後続する。このことにより、各タイプの照明によって形成された単一色画像が、下記において更に詳細に説明される手法において見分けられることが可能となる。代替の実施形態において、緑色照明は使用されていないが、緑色照明も（例えば、別個の直接的明視野照明によって）伝達されることが可能であり、緑色ピクセルによって検知されることが可能であることに留意されたい。しかしながら、青色ピクセルが、緑色に対するある感受性を頻繁に有することと、赤色と青色との間のその広がりが、異なる別個の照明源からの異なる画像を分解（分離）するためには最も効果的であることとに留意すべきである。

本発明によるリーダによるカラー画像の新規の識別を更に説明する前に、ここで図５及び図６を参照する。図５及び図６は、本発明によるリーダ２００の照明アセンブリの特定の実施形態をそれぞれ示す。図５は、イメージャアセンブリ２１２に相対する（及びレンズ構造２４０に関連付けられた）、（上記に概略的に説明したような）光パイプ２４４を有するディフューザ２８０の一実施例の断面を詳細に示している。該ディフューザ２８０は、暗視野照明と共同して直接的拡散照明を提供する。暗視野照明（放射線５１０）は、光パイプ２４４内へと導かれ、面取りされた端部２３０においてそれが内部的に反射させられて、従って、低角度で目標物の表面５２０に導かれることとなる。暗視野照明を提供するために選択的に駆動される照明を有する受動光パイプの基本的な設計及び実施例に関する更なる情報を、William H.Equitz他による、LIGHT PIPE ILLUMINATION SYSTEM AND METHODと題する、上述の組み込まれた米国特許出願シリアル番号第１０／６９３，６２６号内において見出すことができる。青色ＬＥＤｓ２８２からの直接照明（放射線５３２）が、反射器２９０からの反射によって、全体的に拡散直接照明に変換されて、この実施形態のディフューザ２８０内へと、及び該ディフューザ２８０を通って進行する。それにより、ディフューザ２８０は、破線５４０によって画定される領域として図示された拡散照明を、視野内における目標物の表面５２０上に投射する。この実施形態において、ディフューザ２８０は、色付けされること無く、或いはカラーフィルタリング効果が無く、それ自体が透光性を有する。この実施形態による、及び本明細書内に記載された他の実施形態によるディフューザ２８０を、手持ち式走査機器に脱着可能に取り付けられるように構築及び構成することができることに留意すべきである。一例において、ディフューザを取り外すことができ、それにより、送信器２８２が、非拡散直接的明視野照明として動作することが可能になる。代替的には、ディフューザ全体において透明な（曇っていない／非拡散の）窓を選択的に露出させる可動式シャッタを、ディフューザに提供することができる。ディフューザ２８０の脱着可能性を、パチンと適切にはめ込む隙間を組み込むことによって、及び／又は、脱着可能なアッセンブリを可能にする機能をディフューザ及び光パイプ２４４内に組み込むことによって（図示せず）、達成することができる。

この実施形態（図５）において、直接的非拡散明視野照明（矢印５３０）が、光パイプ２４４における面取りされた端部２３０を通じた光の屈折によって提供される。該光パイプを、代替の実施形態において、（軸２７０に垂直な面内に存在する）平らにされた環（リング）を含むように変更することができる。このことによって、追加的な明視野光が、表面５２０上へと直接的に伝達されることが可能になることとなる。同様に、その端部において形成された平らな（面取りされていない）環を有する入れ子にされた光パイプを、図示された暗視野光パイプ２４４から分離された導波路に沿った明視野光の直接的な伝達のために、代替の実施形態において使用することができる。このことは、直接的な明視野光のために、別個の色を有する照明が使用される場合に、有効である可能性がある。代替的には、オプションの直接的明視野送信器が用いられる場合には、それらは、ディフューザ２８０の透明（クリア）な／透過性のある部分（図示せず）を通じて光を投射するように配置されることが可能である。

簡単化のために、この図内には示されていないが、ディフューザ２８０内への反射させられた暗視野（及び明視野）光のマイグレーションを防止するために、フィルタ（上記の２９２）を、ディフューザ上に提供することができることを仮定することもできる。そのようなフィルタもまた、下記の図６内に示された実施形態の図から省略されている（但し、それらを該実施形態に適用可能にすることもできる）。

図６は、本発明のリーダ２００及び光パイプ２４４と共に使用されるための円錐形の／先細りにされたディフューザ６１０の実施例の代替の一実施形態の断面を示す。同様の構成要素及び機能（特徴）は、図４内に表示された参照番号と同様の参照番号が付されていることに留意されたい。この実施形態において、ディフューザ６１０は、色が固定された暗視野照明５１０の色（例えば、赤色）とは異なる色特性を有する、色付けされた／色伝達可能な材料と共に組み立てられている。従って、該ディフューザは、カラーフィルタとして作用し、それにより、後方に投射するＬＥＤｓ２８２が、特定色（例えば、青色）のＬＥＤｓの代わりに白色にさせられることが可能とすることができる。その結果として伝達される拡散光はフィルタリングされて、所望の色のみが、ディフューザ６１０から投射される。更にまた、この実施形態において、色付けされたディフューザ６１０は、目標物の表面５２０から反射させられた任意の散乱照明を受け取り、そのような反射させられた光が、全体的な拡散直接照明ディフューザを介して再伝達されることを、概して防止する。何故ならば、その色は異なるからである。ＬＥＤｓ２８２は、この実施形態において、白色光か又は色付けされた光（例えば、青色）を伝達することができることに留意すべきである。色付けされたディフューザは、白色ＬＥＤｓから青色光を除いて全てをフィルタリングして通すか、或いはそのＬＥＤｓからの色付けされた（青色）光にディフューザ材料を通過させることを可能することになるか、のいずれかとなることとなる。逆に言うと、上述の分離されたフィルタ（２９２）を、白色ＬＥＤｓか又は適切な一致した色のＬＥＤｓと共に用いることができる。一般に、色付されたＬＥＤｓは、典型的には、それらによって、全光出力の多くが、ディフューザを通じて伝達されることになること／ある白色ＬＥＤをフィルタリングすること（ここでは、出力スペクトラムのうちのある良好な部分が減衰させられる）が、可能になるように望まれている。

様々な実施形態による照明アセンブリの一般的な特性及び構成を説明してきているが、次に図７を参照する。図７は、本発明の一実施形態によるリーダの画像処理機能７００の概略ブロック図を概して示している。３つの同時に形成された画像すなわち、赤色暗視野画像７１４、青色直接的拡散画像７１２、及び緑色直接的明視野画像７１０からの光学的な画像データが、イメージャによって取得されている。該イメージャのセンサは、特定色（この例では、赤色、青色、及び緑色）に様々に感応する複数のピクセルを含んでいるので、該センサは、各ピクセルにおける強度データを分解（分離）することができ、そのピクセルが、赤色感応性のピクセルであるのか、青色感応性のピクセルであるのか、又は緑色感応性のピクセルであるのかどうかを識別する。その結果として生じるピクセルデータは、アドレスか、又は当業者にとって既知の他の識別子を含み、それらは、赤色ピクセルデータＤＡＴＡ（Ｒ）、青色ピクセルデータＤＡＴＡ（Ｂ）、及び緑色ピクセルデータＤＡＴＡ（Ｇ）として、独立に分解（分離）されることが可能である。データの各形式は、ソフトウェア及び／又はハードウェア画像処理７２０に提供される。最良の画像処理は、赤色データか又は青色データ（ＤＡＴＡ（Ｇ）上の破線によって示されているように、緑色データが未使用になっておりオプションである）のうちのいずれが、最良の（最もクリアな及び最も読み取りが可能な）画像をその全領域にわたって提供するのかを決定するコントラストツールのような、様々な既知の画像分析ツールを用いる。従って、その画像処理によって最良画像が選択されて、画像データ７３０としてパターン認識処理７４０に提供される。該パターン認識処理７４０は、従来技術とすることができる。この処理は、英数字コードなどのような意味のあるデータ７５０を生成し、該意味のあるデータ７５０は、インベントリ制御などのための下流のデータ処理デバイスによって使用されることが可能である。

図７内に記載された処理の一例として、図８が、ドットピーニングされた（２次元のバーコードの）表面８０２の、例示的な一画像８００を示している。画像８１０は、青色（拡散）、緑色、及び赤色（暗視野）照明（これらの全てが寄与している）を有するフルカラー画像である。この画像は、やや曖昧であり、様々な分析ツールを適用すること無くデコードすることは困難であろうし、時間と資源との両方が費やされることとなる。

青色（拡散画像）８２０を、センサの、適切な青色ピクセルから、別個に分解（分離）することができる。その画像は、適度に良好なコントラストを有する。（あるピーニングされた表面によって）予想可能なことに、緑色ピクセルから分解（分離）された画像８３０は、それが青色光から主として導き出された時に、最もコントラスト無く表示される。この緑色画像は、この実施形態では未使用である。しかしながら、赤色ピクセルが、赤色画像８４０内において、ピーニングされた表面細部と、ピーニングされない表面細部との間で、高コントラストを導き出す。その図示された画像は、あたかも暗視野照明が排他的に使用されたかのように表される。しかしながらこのケースでは直接的拡散照明もまた存在し、しかしながらその画像８４０内において分解（分離）されていない。分析して、デコーディングのためのパターン認識へと配信するために最適なものとして、前記処理は、この分解された暗視野画像（８４０）を選択することになりそうである。

明らかに、本明細書内において説明された前記リーダ及び処理の重要な利点は、照明の最良の形態を選択することか、又は最良画像を得るためにそのスキャナを再配向付けすることをユーザが必要としないことである。それどころか、該スキャナは自動的に、全ての３つのタイプの照明を一度に提供して、全タイプの照明を用いて単一画像を取得する。１つの画像が取得されるので、その３つの異なる色は、完全に位置合わせされ、従って、その画像の再位置合わせを行うために、複雑な変換機能を適用する必要が無い。このことは、代替の一実施形態において、パターンをデコードするために複数の別個のカラー画像が分析される場合には、部分的には望ましい。この特徴は、ある特定の画像が複数タイプの表面特性を含む時に、望ましい可能性がある。例えば、対象となる表面のうちの半分を印刷することができ、該表面のうちのその他半分をピーニングすることができる。ある特定領域について最大コントラスト示す各画像のその部分が、パターン認識処理に伝達するために選択される。これらの画像は全て記録されるので（各色ピクセルデータは、センサアレイ上において識別可能な位置である）、その強度値を有する特定色ピクセルデータ（センサアレイ位置に対して唯一のピクセル）が、グレイスケール画像の手法において、パターン認識処理へと流されることができる。パターン認識処理は、ピクセルのオリジナル色に関心を持つ必要が無く、その色の強度が何であるかということだけに関心を持つ。最良画像処理は、最大コントラストを表しているピクセルを選択し、そのれらのピクセルのみが伝達される。

更なる実施形態に従って、本明細書内において例えば図７に関して記載されたカラー照明及び画像フィルタレーションのための技法を、鏡のような表面からの反射の除去を可能にするように拡張させ且つ構成することができることが意図される。一実施例において、異なる色の照明は、異なる方向から投射されることが可能であるが、別様には、その同じ照明タイプのものとすることもできる。図３を参照すると、４つの図示された象限すなわち、光パイプの３２０、３２２、３２４、及び３２６の各々の上のＬＥＤｓ３１０は、異なる色（２つの象限上で１つの色が繰り返される状態での、例えば、赤色、緑色、青色）を用いることができるか、又は２つの隣接する（又は反対の）象限上で唯一赤色とその他の２つの象限上で青色とを用いることができる。ある典型的な操作可能な例において、鏡のような反射は、１つの色においてイメージャによって受け取られることになるが、その他の２つ（又は３つ）はそうはならない。その処理は、従って、色チャンネルの各々における画像の透明度を比較して、最良画像を有するチャンネル（複数可）を選択することによって反射をフィルタリングして取り除く。所望であれば光パイプ全体が単一色を投射することができるように、バリアブルな色を各象限に提供することができることに留意されたい。

同様に、一実施形態において、対向する象限（３２０と３２４）、（３２２と３２６）に、異なる色のＬＥＤｓ（赤色及び青色）か又はバリアブル（可変）色を提供することができる。この手法において、対象物表面の表面構造によって生じられる反射を、除去することができる。このことは、透明でないカラー画像のうちの全てか又は一部をフィルタリングして、反射されなかった部分をデータ認識のために選択することを必然的に伴うこととなる。

更に別の実施形態によれば、別個の色感応センサピクセルによって個別色をフィルタリングする能力を、パターン取得と同時に距離についての、レンズの距離測定と自動合焦とを可能にするために用いることができ、従って、ある画像を取得することが可能であるために、リーダが、静止した状態を最初の合焦後に保持する必要は無い。図９は、図２内において示されたリーダ（２００）ようなリーダのための自動合焦構成の一実施例を概略的に示す。該実施例は、本明細書内において上記に概略的に記載されたものと構造的に及びオプションで類似したものとすることができる照明器アセンブリ９１０を用いる。合焦パターンプロジェクタ９１２が、該照明器アセンブリと共に統合化されるか、又は別個に実装される。該合焦パターンプロジェクタは、イメージャ９１６の視野に対して、表面９２０上における都合の良い及び既知の位置で所定パターン９１４を投射する。該パターンは、１つの色において画定されることが可能な任意の取得可能なパターンである。この色は、カラー１と名付けられ、カラー１は、本明細書内において記載されているような赤色か、青色か、緑色か、又は別の分解可能な色とすることができる。メインの照明アセンブリ９１０が、カラー１とは異なる色において、対象領域上（パターン２２２）に照明を投射する。上述のように、直接的拡散、及び暗視野／直接的明視野のようなそれぞれの照明タイプごとに、照明アセンブリ９１０内において複数色を使用することができる。

別個の色の各々においてイメージャが画像を受け取り、画像データとして各色からのそのピクセルデータを伝達する。視野全体が取得されるが、カラー１のピクセルは、合焦パターン（データ９３０）についての強度を主として示すこととなる。同様に、パターンデータは、カラー２（及び照明アセンブリ９１０によって提供される他の色）における強度を提供する（データ９３２）。画像データ９３２は、パターン認識処理９４０によって、１つか又は複数の読み取り可能な画像へと分解される。該読み取り可能な画像は、それらのデータ内容か又は他の情報についてデコードされる。合焦画像データ９３０が、合焦処理９５０によって分析される。該合焦処理９５０は、電気的か又は電気機械的な合焦機構９６０にループバックさせることが可能である。該合焦機構９６０は、イメージャを操作して（両方向矢印９６２）、表面上における所望の合焦を達成させる。良好に合焦される画像についてのパターン９２２が取得される時点における所望の合焦を生じさせるために、該合焦処理は、複数の迅速に反復するサイクルを実施することができる。

再び要約すると、上述のリーダ及び処理は、より迅速な画像分析と、より精密な精度と、高められた多様性とを提供する。それは、走査されている表面のタイプと、リーダが表面に対して保持される角度とにおいて、よりフレキシビリティを可能にする。更には、カラーイメージセンサは、同等の分解能のグレースケールセンサよりも現在安価になってきているので、本発明によるリーダを製造するコスト全体を低減させることができる。

上記は、本発明の例示的な実施形態の詳細な説明である。様々な修正と追加とを、本発明の原理及び範囲から逸脱すること無く行うことができる。例えば、様々な送信器の配置及び色は、極めてバリアブルである。光の追加的な色及び／又は波長を、更なる照明タイプに提供することができる。赤色、緑色、及び青色の色が、特定タイプの照明について用いられているが、赤色／赤外線のか又はシアン、マゼンタ、及び黄色のような代替の色特性を、意図される任意の実施形態に従って用いることができることが、当業者であれば理解されるであろう。上述の照明色の代りにか又は追加的に、これらの特定化された波長を認識し、読み取り、及び処理するために、リーダ内において適切な機能を構築することができる。更には、本明細書内において示されている実施形態は、手持ち式スキャナーに関するものであるが、本明細書内において記載された原理を、固定されたスキャナーに適用することもできることが明確に意図され、語句「リーダ」、「スキャナー」、及びそれらに類似のものは、固定されたユニットを含むように広くとらえられるべきである。更にまた、本明細書内に記載された任意の処理か又はステップを、手持ち式リーダ内か、リンクされたコンピューティングデバイス内か、又は別のデバイス内の要素によって実行することができる。追加的には、所望の暗視野照明を生成するために白色ＬＥＤｓが使用されているが、その色を、色付けされたフィルタ、及び／又は、環（リング）源内の白色ＬＥＤｓに組み合わされた色付けされた光パイプを用いて、代替的に生成することもできる。最終的には、本明細書内において記載された任意の処理か又はステップを、コンピュータ上において実行されるプログラム命令を含んでいるハードウェアとしてか、ソフトウェアとしてか、又はハードウェアとソフトウェアとの組み合わせとして実施することができることが明確に意図される。従って、本記載は、例示を目的とするものとしてのみ、とらえられるべきであり、別様に本発明の範囲を限定するようにとらえられるべきではない。

実施例の説明の前に説明される図であり、先行技術による、組み込み式の照明を有する手持ち式走査システムの斜視図である。 本発明の教示に関連して用いられることが可能な手持ち式走査システムの側面断面図である。 図２の走査システムの前面図である。 図２の走査システムについての照明アセンブリ及びイメージセンサの分解図である。 第１の実施形態による、図２の走査システムによって使用されるためのセンサ及び照明器アセンブリのやや概略的な側面断面図である。 第２の実施形態による、図２の走査システムによって使用されるためのセンサ及び照明器アセンブリのやや概略的な側面断面図である。 図２の走査システムによって使用されるための３色画像処理構成のブロック図である。 本発明に従った照明及び画像処理を用いて分解された同時画像のセットの図である。 図２内において示されるようなリーダのための色合焦ターゲットを用いた自動合焦機構の一実施形態の概略図である。

Claims (12)

1. ある表面を走査するためのシステムであって、
   イメージセンサピクセルを有するイメージャであって、該イメージセンサピクセルの各々が、少なくとも第１の画像色及び第２の画像色の各々における画像を取得することからなる、イメージャと、
   前記表面に対する前記イメージャの焦点を変更する合焦器と、
   前記イメージャによって前記第１の画像色として認識される第１の照明色における少なくとも第１の照明タイプと、前記イメージャによって前記第２の画像色として認識される第２の照明色における第２の照明タイプと、前記イメージャによって合焦画像色として認識される合焦照明色において、前記表面上に投射される合焦パターンとを、前記表面上に同時に提供するよう構築され且つ構成された照明アセンブリと、
   前記合焦照明色において前記イメージャからの画像ピクセルデータを読み取る合焦処理であって、前記合焦照明色における前記画像ピクセルデータに基づいて前記合焦器を制御する、合焦処理
   とを備える、システム。
2. 前記第１の照明タイプが暗視野照明を含み、前記第２の照明タイプが直接的拡散照明を含むことからなる、請求項１に記載のシステム。
3. 前記照明アセンブリが、面取りされた端部を有する光パイプと、該光パイプ内において実装されたディフューザとを含み、該光パイプは、前記第１の照明色を前記表面上に投射するものであり、該ディフューザは、前記第２の照明色を前記表面上に投射するものであることからなる、請求項２に記載のシステム。
4. 前記ディフューザが、前記ディフューザからの前記第１の照明色の反射を防止する光学フィルタを含む、請求項３に記載のシステム。
5. 前記第１の照明色が赤色であり、前記第２の照明色が青色であることからなる、請求項４に記載のシステム。
6. 前記第１の照明色及び前記第２の照明色をそれぞれ放射する複数の各々の第１のＬＥＤ送信器及び第２のＬＥＤ送信器によって、各々の前記第１の照明色及び前記第２の照明色が、それぞれ生成される、請求項４に記載のシステム。
7. 前記第１の照明色と前記第２の照明色の各々が、可視光である波長によって画定される、請求項６に記載のシステム。
8. 前記第１の照明色と前記第２の照明色とのうちの少なくとも１つが、複数ＬＥＤから伝達された白色光によって生成されて、前記第１の照明色及び前記第２の照明色のうちの少なくとも１つをそれぞれ伝達させるフィルタを通過させられることからなる、請求項２に記載のシステム。
9. 少なくとも前記第１の照明色において前記イメージャからの画像ピクセルデータを読み取るパターン認識処理であって、該少なくとも前記第１の照明色における該画像ピクセルデータから情報をデコードする、パターン認識処理を更に備えることからなる、請求項１に記載のシステム。
10. 前記第１の照明タイプ及び前記第２の照明タイプがそれぞれ、ある表面から反射を生じさせるよう配向された照明を含み、該照明が、互いに異なるように導かれることからなる、請求項１に記載のシステム。
11. 前記第１の照明タイプ及び前記第２の照明タイプがそれぞれ、暗視野照明を含む、請求項１０に記載のシステム。
12. 前記第１の照明タイプが暗視野照明を含み、前記第２の照明タイプが明視野照明を含むことからなる、請求項１に記載のシステム。

Images