JP4931413B2 - Image reading device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、硬貨、メダル等の読取対象物の画像を読み取る画像読取装置に関するものである。 The present invention relates to an image reading apparatus that reads an image of a reading object such as a coin or medal.
従来、このような分野の技術として、特開2002−259977号公報に記載された読取装置がある。この公報に記載された装置は、自動販売機内に組み込まれ、硬貨に刻印された図形等の情報を読み取る画像読取装置である。この自動販売機には、硬貨投入口に投入された硬貨をガイドするガイドフレームと、ガイドフレーム内において硬貨を係止するストッパが設けられている。そして、画像読取装置は、ストッパによって係止された硬貨を静止状態で撮像して画像データを出力するための装置であり、撮像素子としてCMOSイメージセンサを備えている。
しかしながら、硬貨を高速で搬送しながらその硬貨の画像を読み取る装置において、このようなCMOSイメージセンサを撮像素子として使用する場合、CMOSイメージセンサから安定した画像データが得られないという問題があった。また、CMOSイメージセンサによって高速で動く撮像対象の画像データを得ようとすれば、撮像対象の搬送速度に合わせて制御するための複雑な構成が必要になるという問題が発生する。 However, in a device that reads an image of a coin while conveying the coin at a high speed, when such a CMOS image sensor is used as an imaging device, there is a problem that stable image data cannot be obtained from the CMOS image sensor. Further, if it is attempted to obtain image data of an imaging target that moves at high speed using a CMOS image sensor, there arises a problem that a complicated configuration for controlling in accordance with the conveyance speed of the imaging target is required.
そこで、本発明は、搬送される読取対象物を撮像するに際し、CMOSイメージセンサによる安定した画像データを、簡単な構成によって得るようにした画像読取装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an image reading apparatus capable of obtaining stable image data by a CMOS image sensor with a simple configuration when imaging a reading object to be conveyed.
上記課題を解決するため、本発明の画像読取装置は、所定の搬送路を搬送される読取対象物の表面の画像を読み取る画像読取装置において、点灯制御信号の発生に同期して、搬送路上の撮像位置に照明光を照射する照明部と、撮像位置において読取対象物で反射された照明光を結像させる結像レンズと、読取対象物が撮像位置に到来したことを検出して検出信号を出力する検出部と、露光制御信号の発生に同期して、結像レンズによって結像された像を第1画素ラインから最終画素ラインまで順に露光開始することにより、第1画素ラインから最終画素ラインまでのそれぞれの露光期間を互いにずれるように設定すると共に、最終画素ラインの露光開始後の垂直同期信号の発生に同期して、第1画素ラインから最終画素ラインまで順にずらして露光終了し、画素ライン毎の画像データを露光開始順に出力開始するCMOSイメージセンサと、点灯制御信号と露光制御信号と垂直同期信号とを生成するCMOSイメージセンサ制御回路とを備え、CMOSイメージセンサ制御回路は、検出信号の出力を契機に露光制御信号を発生させると共に、最終の画素ラインの露光開始タイミングと垂直同期信号の発生タイミングとの間に点灯制御信号を発生させ、結像レンズ及びCMOSイメージセンサは、第1画素ラインから最終画素ラインまでの画像データ中に読取対象物の像を収めるように構成されていることを特徴とする。
In order to solve the above problems, an image reading apparatus according to the present invention is an image reading apparatus that reads an image of a surface of an object to be read that is conveyed along a predetermined conveyance path. An illumination unit that irradiates the imaging position with illumination light, an imaging lens that forms an image of illumination light reflected by the reading object at the imaging position, and a detection signal that detects that the reading object has arrived at the imaging position In synchronization with the generation of the exposure control signal and the detection unit that outputs, the image formed by the imaging lens starts to be exposed in order from the first pixel line to the last pixel line, so that the first pixel line to the last pixel line and it sets so as to be offset from each other to each exposure time to, in synchronism with the generation of the vertical synchronizing signal after the exposure start of the last pixel line sequentially shifted from a first pixel line to the last pixel line Exposure ends, comprising a CMOS image sensor to start outputting the image data for each pixel line in an order of starting exposure, a CMOS image sensor control circuit for generating a lighting control signal and the exposure control signal and the vertical synchronizing signal, a CMOS image sensor control The circuit generates an exposure control signal in response to the output of the detection signal, and generates a lighting control signal between the exposure start timing of the final pixel line and the generation timing of the vertical synchronization signal, and the imaging lens and the CMOS image The sensor is configured to store an image of the reading object in the image data from the first pixel line to the last pixel line .
CMOS素子は、垂直同期信号等の同期信号をリセットしてしまうと、リセット当初は不安定な画像データが出力される傾向にある。このことが、CMOSイメージセンサによる移動体の一瞬の状態を捉えた撮像を困難にし、結果として、搬送される読取対象物の安定した画像が得られない原因となっていることに本発明者らは着目した。本発明の画像読取装置によれば、読取対象物に照射された照明光が、撮像位置における読取対象物の表面で反射されて結像レンズで結像された後、結像された像がCMOSイメージセンサによって撮像される。このとき、読取対象物の検出信号の出力を契機に、CMOS素子の複数の画素ライン毎に順次露光開始するようにCMOSイメージセンサが制御された後、最終の画素ラインの露光開始後であって垂直同期信号の発生前のタイミングで照明光が照射される。これにより、撮像位置において移動する読取対象物の全体像を安定して撮像することができると共に、読取対象物の搬送速度に関係なく安定した撮像データを出力させることができる。なお、ここで言う各種信号の「発生」とは、信号がオンされて有効な状態にあること(「アサート」とも言う)を意味する。 When the CMOS device resets a synchronizing signal such as a vertical synchronizing signal, unstable image data tends to be output at the beginning of resetting. This makes it difficult to capture an instantaneous state of the moving body by the CMOS image sensor, and as a result, a stable image of the read object being conveyed cannot be obtained. Paid attention. According to the image reading apparatus of the present invention, the illumination light applied to the reading object is reflected by the surface of the reading object at the imaging position and imaged by the imaging lens, and then the image formed is the CMOS. Images are taken by an image sensor. At this time, after the CMOS image sensor is controlled so that the exposure is sequentially started for each of the plurality of pixel lines of the CMOS element in response to the output of the detection signal of the reading object, the exposure of the final pixel line is started. Illumination light is irradiated at a timing before the generation of the vertical synchronization signal. Accordingly, it is possible to stably capture the entire image of the reading object moving at the imaging position, and it is possible to output stable imaging data regardless of the conveyance speed of the reading object. Here, “occurrence” of various signals means that the signals are turned on and are in a valid state (also referred to as “assertion”).
また、CMOSイメージセンサ制御回路は、画像データの出力期間を規定する水平同期信号を一定周期で発生させると共に、検出信号の出力によって水平同期信号の発生タイミングがずれることがないように、水平同期信号を一定周期に維持することが好ましい。このようなCMOSイメージセンサ制御回路を備えれば、CMOSイメージセンサによる読取対象物の撮像の際に、画素ライン毎の画像データの出力期間を一定周期内に維持することができ、硬貨の検出直後に出力される撮像データの乱れを防止することができる。 In addition, the CMOS image sensor control circuit generates a horizontal synchronization signal that defines an output period of image data at a constant period, and prevents the generation timing of the horizontal synchronization signal from being shifted due to the output of the detection signal. Is preferably maintained at a constant period . If such a CMOS image sensor control circuit is provided, the image data output period for each pixel line can be maintained within a certain period when a CMOS image sensor captures an object to be read, and immediately after the coin is detected. Disturbances in imaging data output to can be prevented.
また、最終の画素ラインは、CMOSイメージセンサの全体の画素における読取対象物の結像範囲の外縁部に位置することが好ましい。この場合、読取対象物の像に合わせて1フレームの画像データを生成して処理することができるので、画像読取速度を向上させ、ひいては読取対象物のランダムな撮像を実現することができる。 The final pixel line is preferably located at the outer edge of the image formation range of the reading object in the entire pixels of the CMOS image sensor. In this case, since one frame of image data can be generated and processed in accordance with the image of the reading object, it is possible to improve the image reading speed and to realize random imaging of the reading object.
また、CMOSイメージセンサ制御回路は、複数の画素ラインの露光開始タイミングと垂直同期信号の発生タイミングとに同期した制御信号に基づいて、点灯制御信号の発生タイミングを決定することも好ましい。こうすれば、CMOSイメージセンサを制御するためのクロック等の制御信号の周波数が変更されたとしても、全画素ラインの露光時間と照明光の照射タイミングとを適切に設定することができ、読取対象物の全体像のより安定した撮像が可能となる。 It is also preferable that the CMOS image sensor control circuit determines the generation timing of the lighting control signal based on a control signal synchronized with the exposure start timing of the plurality of pixel lines and the generation timing of the vertical synchronization signal. In this way, even if the frequency of a control signal such as a clock for controlling the CMOS image sensor is changed, the exposure time of all the pixel lines and the illumination light irradiation timing can be appropriately set, and the reading target More stable imaging of the entire image of the object is possible.
本発明の画像読取装置によれば、搬送される読取対象物を撮像するに際しCMOSイメージセンサによる安定した画像データを簡単な構成によって得ることができる。 According to the image reading apparatus of the present invention, stable image data obtained by the CMOS image sensor can be obtained with a simple configuration when imaging the reading object to be conveyed.
以下、図面を参照しつつ本発明に係る画像読取装置の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of an image reading apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態の画像読取装置は、硬貨の真偽判定や判別を行うために硬貨表面の図柄を読み取る装置であり、例えば、ATM等に組み込まれて用いられるものである。図1及び図2に示すように、画像読取装置1は、樹脂からなる直方体形状の筺体10を有しており、この筺体10の上面に円形状の開口窓11が設けられている。また、この開口窓11にはサファイアガラス等で形成された透明板12が嵌め込まれ、500円硬貨(読取対象物)20は、この透明板12の上面と一致させた読取面12b上の撮像位置12cに配置されて撮像される。そして、筺体10の上方には、透明板12上まで硬貨20を搬送させるための搬送装置30が設けられている。
(First embodiment)
The image reading apparatus according to the first embodiment of the present invention is an apparatus that reads a pattern on the surface of a coin in order to determine whether or not the coin is true or false. For example, the image reading apparatus is incorporated in an ATM or the like. As shown in FIGS. 1 and 2, the
この搬送装置30は、硬貨20の搬送方向Aに延在する無端ベルト31と、この無端ベルト31を循環駆動させるための一対のプーリ32,33と、画像読取装置1の上面に隣接して設けられ、搬送方向Aに延びる搬送テーブル34とを有している。従って、図示しないモータでプーリ33を回転させることによって、無端ベルト31を駆動させ、硬貨20を、画像読取装置1の搬送テーブル34と無端ベルト31との間に形成される搬送路B上で搬送することができる。
The
また、筺体10の内部において、透明板12の下面と近接した位置には照明部14が設けられている。この照明部14は、透明板12の撮像位置12cの周囲に環状に配置させて外方に向けて照明光を出射する複数の光源15(例えば面実装タイプのLED又はリードタイプのLED)と、各光源15の周囲に配置させて各光源15からの照射光を撮像位置12cの硬貨20に向けて反射させる環状の反射鏡16とを有している。このような照明部14によって間接照明を達成させている。すなわち、光源15から出た光は、反射鏡16で一旦反射させた後、硬貨20を裏面側から照らし出すことになる。また、照明部14は、後述するCMOSイメージセンサ制御回路42から送られる点灯制御信号によって照射光を出射するように構成されている。
An
さらに、筺体10の内部には、硬貨20の表面の画像を撮像するためのCMOSイメージセンサ37が設けられ、CMOSイメージセンサ37と照明部14との間には、硬貨20で反射された反射光をCMOSイメージセンサ37に結像させるための結像レンズ36が設けられている。従って、硬貨20で反射した光は、結像レンズ36によってCMOSイメージセンサ37に集められ、CMOSイメージセンサ37に硬貨20の画像を結像することができる。
Further, a
CMOSイメージセンサ37は、結像レンズ36により結像された硬貨20の画像に応じて受光面の画素に電荷を蓄積し、蓄積された電荷を画像データに変換して、後述する画像データ取込制御回路44へ出力する装置である。このCMOSイメージセンサ37の受光面においては、水平方向に複数の画素を有する画素ラインが複数本(例えば、512本)垂直方向に並べられている。CMOSイメージセンサ37によって撮像される硬貨20の表面の画像データは、各画素ラインに対応する複数の走査線で構成されることになる。CMOSイメージセンサ37は、CMOSイメージセンサ制御回路42から送られる各種信号によってその動作が制御され、その結果生成された画像データが画像データ取込制御回路44に出力される(詳細は後述する)。
The
更に、透明板12の下方には、透明板12に向けて光を出射させる発光素子(例えばLED)38が設けられており、透明板12の上方において、透明板12を介して発光素子38と対向する位置には、発光素子38から出射した光を受光する受光素子(例えばフォトダイオード)39が設けられている。この発光素子38と受光素子39との協働によって、搬送路B上に硬貨20が存在するか否かを判断する。硬貨到来位置40に硬貨20が存在しない場合には、受光素子39が発光素子38からの光を受け、後述する硬貨検出回路に受光信号が送られる。一方、硬貨到来位置40に硬貨20が存在する場合には、発光素子38からの光が遮られ受光信号が途切れることになる。この硬貨到来位置40は、搬送路B上における透明板12の上流側に設定されており、搬送される硬貨20が、この硬貨到来位置40を通過した瞬間に、硬貨20が撮像位置12cに位置するように設定されている。そして、このような発光素子38と受光素子39とを用いることで、硬貨20の硬貨到来位置40への到来と、硬貨20の硬貨到来位置40の通過とを検知することができる。
Further, a light emitting element (for example, LED) 38 that emits light toward the
次に、図3を参照して、画像読取装置1の内部構成について、さらに詳細に説明する。
Next, the internal configuration of the
同図に示すように、受光素子39には硬貨検出回路43が接続されている。この硬貨検出回路43と発光素子38と受光素子39とで、硬貨の到来を検出する硬貨到来センサ(検出部)41が構成される。硬貨検出回路43は、受光素子39から受信した受光信号に応じて硬貨20の対象物検知トリガ信号(検出信号)TRを生成する。硬貨検出回路43は、受光素子39から受光信号が送られている場合には、オン状態の対象物検知トリガ信号TRを生成して出力する。すなわち、硬貨到来位置40に硬貨20が存在していれば、対象物検知トリガ信号TRがローレベル(オン状態)とされ、硬貨到来位置40に硬貨20が存在していなければ、対象物検知トリガ信号TRがハイレベル(オフ状態)とされる。従って、硬貨20の硬貨到来位置40を通過した時点において、対象物検知トリガ信号TRのパルス信号がオフ状態からオン状態に遷移し、硬貨20が撮像位置12c(図1参照)に到達した時点において、対象物検知トリガ信号TRのパルス信号がオン状態からオフ状態に遷移する。
As shown in the figure, a
CMOSイメージセンサ37は、硬貨20の画像を撮像して各画素ライン毎に電荷信号を生成するCMOS撮像素子37aと、CMOS撮像素子37aから出力された電荷信号をアナログ−デジタル変換して画像データを生成するADコンバータ37bとから構成されている。また、CMOS撮像素子37aには、CMOSイメージセンサ制御回路42が接続されており、CMOS撮像素子37aは、CMOSイメージセンサ制御回路42から送出されるクロック信号CL、露光制御信号AE、垂直同期信号VD、及び水平同期信号HDによってその動作が制御される。これらのクロック信号CL、露光制御信号AE、垂直同期信号VD、及び水平同期信号HDは、オン状態及びオフ状態の2つのレベルを有するパルス信号である。
The
詳細には、CMOS撮像素子37aは、垂直同期信号VDがオンされたことに同期して、各画素ラインにおいて蓄積された電荷を順番にADコンバータ37bに出力し、ADコンバータ37bは、各画素ラインの電荷を画像データに変換して出力する。このとき、CMOSイメージセンサ37は、水平同期信号HDの1周期に同期させて1つの画素ラインの画像データを出力する。つまり、水平同期信号HDは画素ライン毎の画像データの出力期間を規定する。また、クロック信号CLは、CMOSイメージセンサ37の各画素の画像データの吐き出しタイミングを規定するための信号である。
Specifically, the
また、CMOS撮像素子37aは、露光制御信号AEがオンされたことに同期して、各画素ラインにおける硬貨20の画像の露光を順次開始することによって1フレーム分の電荷信号を生成する。生成された電荷信号は、上述したように、垂直同期信号VDの発生後にADコンバータ37bによって画像データに変換される。すなわち、CMOS撮像素子37aは、露光制御信号AEがオンされたタイミングで第1画素ラインの電荷の蓄積を開始し、次に一定時間(例えば、水平同期信号HDの1周期)を空けて第2画素ラインの電荷の蓄積を開始する。このようにして、CMOS撮像素子37aは、最終画素ラインまでの露光を一定間隔で開始する。また、CMOS撮像素子37aは、上記のようにして開始された第1画素ラインの露光動作を、垂直同期信号VDが発生するタイミングで終了させ、その後一定時間(例えば、水平同期信号HDの1周期)をおいて、順次各画素ラインの露光動作を終了する。
The
図4は、CMOS撮像素子37aの受光面及び画素ラインと硬貨20の結像範囲との位置関係を示す図である。同図に示すように、CMOS撮像素子37aの画素全体によって構成される受光面Ac上の画素ライン配列方向における範囲WPに、撮像位置12cの硬貨20の像Imが結像されるように、結像レンズ36が設定されている。このような受光面と結像範囲との位置関係において、CMOS撮像素子37aの第1の画素ラインP1は、範囲WPの上方の外縁部付近に位置し、第2の画素ラインP2は、第1の画素ラインP1の下方に隣接している。さらに、第3の画素ライン以降は順に隣接して位置し、最終の画素ラインPNLは、範囲WPの下方の外縁部付近に位置する。つまり、第1の画素ラインP1〜最終の画素ラインPNLのカバーする範囲は、硬貨20の結像の範囲WPとほぼ一致する。このように第1の画素ラインP1〜最終の画素ラインPNLを設定することで、範囲WPと第1の画素ラインP1〜最終の画素ラインPNLにおいて生成される1フレームの画像データの中に硬貨20の像を効率的に収めることができる。
FIG. 4 is a diagram showing the positional relationship between the light receiving surface and pixel lines of the
CMOSイメージセンサ37のADコンバータ37bには、画像データ取込制御回路44が接続されている。また、この画像データ取込制御回路44には、CMOSイメージセンサ制御回路42からクロック信号CL、水平同期信号HD、及び垂直同期信号VDが引き込まれると共に、硬貨検出回路43から対象物検知トリガ信号TRが引き込まれている。画像データ取込制御回路44は、ADコンバータ37bから画像データを受信し、その画像データを硬貨20の判別や真偽判定を行う画像処理部45のデータ記憶部45bにデータバスBUを経由して書き込む。このデータバスBUは、画像処理部45の外部デバイスと画像処理部45内部のCPU45a及びデータ記憶部45bとの間で相互にデータを転送するためのデータバスである。画像データ取込制御回路44は、対象物検知トリガ信号TRがオン状態になったことを契機に、データバスBU上でバスマスタとして動作するCPU45aに、バス開放要求信号SB1を送る。また、画像データ取込制御回路44は、CPU45aからバス開放許可信号SB2を受け取ると、データ記憶部45bに書込制御信号SB3を送ると同時に、データバスBUを介してデータ記憶部45bに画像データを出力する。その結果、画像データ取込制御回路44からデータ記憶部45bに画像データが書き込まれる。
An image data
CMOSイメージセンサ制御回路42は、既に概説したように、CMOSイメージセンサ37の動作を制御する回路である。図5に示すように、CMOSイメージセンサ制御回路42は、カウンタ51と制御信号生成部52とHD同期リセット部53とVD受付制御部54と画像出力制御部55とTR受付制御部57とを備えている。
The CMOS image
カウンタ51は、水晶発振器等の発振器からのクロックOSを基に、カウンタ値を生成して制御信号生成部52に送出する。このカウンタ値は、上位nビットU1〜Unと下位mビットL1〜Lmとから構成され、クロックOSに合わせて一定周期でカウントアップされる。また、カウンタ51は、HD同期リセット部53からカウンタリセット信号RSTを受信すると、上位nビットU1〜Unのみをリセットする。
The
制御信号生成部52は、カウンタ51によって生成されるカウンタ値U1〜Un,L1〜Lmを常時モニターし、そのカウンタ値に基づいて点灯制御信号LD、クロック信号CL、露光制御信号AE、垂直同期信号VD、及び水平同期信号HDを生成する。すなわち、制御信号生成部52は、カウンタ値のうちの上位nビットU1〜Unが1増加するタイミング毎にクロック信号CLを発生させる。また、制御信号生成部52は、上位nビットU1〜Unが所定数K1(>1)増加するタイミング毎に水平同期信号HDを発生させる。このようにして、制御信号生成部52は、一定周期でクロック信号CL及び水平同期信号HDを生成する。
The control
さらに、制御信号生成部52は、上位nビットU1〜Unがリセットされた後の一定周期で(例えば、水平同期信号の513周期)垂直同期信号VD及び露光制御信号AEを発生させる。このとき、制御信号生成部52は、上位nビットU1〜Unがリセットされて最初に水平同期信号HDがオンされた直後に露光制御信号AEをオンし、その後は上記の一定周期で露光制御信号AEをオンする。同時に、制御信号生成部52は、上位nビットU1〜Unがリセットされて特定の回数(例えば、512回)水平同期信号HDがオンされた直後に、垂直同期信号VDをオンし、その後は上記の一定周期で垂直同期信号VDをオンする。従って、露光制御信号AEはカウンタ値のうちの上位nビットがリセットされたことを契機にオンされ、カウンタリセット信号RSTの発生に応じてCMOSイメージセンサ37における露光を開始させることができる。併せて、露光制御信号AEの発生タイミングと垂直同期信号VDの発生タイミングとの間の期間が常に一定に保たれるので、CMOSイメージセンサ37の画素ライン毎の露光時間を確保することができる。
Further, the
また、制御信号生成部52は、カウンタリセット信号RSTを受けて最初に露光制御信号AEがオンされた後、最終の画素ラインの露光が開始されるタイミングと、その後に最初に垂直同期信号VDがオンされるタイミングとの間に点灯制御信号LDを発生させる。最終の画素ラインの露光が開始されるタイミングは、例えば、各画素ラインの露光開始タイミングが水平同期信号HDの1周期分ずれている場合は、露光制御信号AEがオンされた時点から下記式:
ΔT=THD×(NL−1)
(上記式中、THDは水平同期信号HDの周期、NLは最終の画素ラインまでの画素ライン数を表す)
で表される時間ΔT経過後のタイミングである。
Further, the
ΔT = T HD × (N L −1)
(In the above formula, T HD represents the period of the horizontal synchronizing signal HD, and N L represents the number of pixel lines up to the last pixel line)
Is the timing after the time ΔT has elapsed.
HD同期リセット部53は、硬貨20が撮像位置12cに到着した後にカウンタ51におけるカウンタ値をリセットするためのカウンタリセット信号RSTを生成する。HD同期リセット部53は、硬貨検出回路43から受信した対象物検知トリガ信号TRと、制御信号生成部52から引き込んだ水平同期信号HDと、後述するTR受付制御部57から受信したトリガ受付許可信号TAとに基づいてカウンタリセット信号RSTを生成する。具体的には、HD同期リセット部53は、トリガ受付許可信号TAを受信している場合には、対象物検知トリガ信号TRがオンされてから最初に水平同期信号HDが発生した直後にカウンタリセット信号RSTを生成し、カウンタ51に出力する。このようにすることで、対象物検知トリガ信号TRが発生しても、水平同期信号HDがオンされた直後にカウンタ値の上位nビットがリセットされるので、水平同期信号HDの発生タイミングがずれることなく常に一定周期に維持される。
The HD
VD受付制御部54は、硬貨検出回路43からの対象物検知トリガ信号TRを受信し、対象物検知トリガ信号TRの受付を制御する。詳細には、VD受付制御部54は、対象物検知トリガ信号TRがオンされると、AND回路56に対してVD受付信号をオンの状態で出力し続ける。また、VD受付制御部54は、後述する画像出力制御部55から出力されたトリガ受付信号がオン状態にあることを、TR受付制御部57に対して通知する。TR受付制御部57は、トリガ受付信号がオン状態にある間に、HD同期リセット部53に対してトリガ受付許可信号TAを出力することにより、硬貨検出回路43からの対象物検知トリガ信号TRを受け付けるように制御する。一方、TR受付制御部57は、トリガ受付信号がオフ状態の間は、HD同期リセット部53に対してトリガ受付許可信号TAの出力を停止することにより、硬貨検出回路43からの対象物検知トリガ信号TRを受け付けないように制御する。このようにHD同期リセット部53が硬貨検出回路43からの対象物検知トリガ信号TRを受け付けないことで、カウンタ51におけるカウンタ値のリセット動作は行われないこととなる。
The VD
画像出力制御部55は、VD受付制御部54からのVD受付信号と制御信号生成部52からの垂直同期信号VDとに対してAND演算を施した後の信号を、AND回路56を介して受信する。このAND回路56からの信号は、VD受付信号及び垂直同期信号VDがともにオンであればオン状態、VD受付信号或いは垂直同期信号VDのいずれかがオフであればオフ状態で出力される。従って、画像出力制御部55は、対象物検知トリガ信号TRが受け付けられてから垂直同期信号VDが発生するたびにオン状態の出力信号を受信する。画像出力制御部55は、対象物検知トリガ信号TRが受け付けられてからAND回路56からの出力信号が最初にオンされるまでの間は、トリガ受付信号をオフ状態で出力し、それ以外の期間では、トリガ受付信号をオン状態で出力する。これにより、カウンタ51におけるリセット間隔が、ほぼ垂直同期信号VDの1周期以上とされ、結果としてCMOSイメージセンサ37の露光時間が確保されて安定した画像データの出力を可能とする。
The image
次に、図6及び図7を参照して、画像読取装置1における各種信号の生成タイミングについて説明する。
Next, generation timings of various signals in the
図6(a)〜(b)に示すように、硬貨到来センサ41によって硬貨20の到来が検出されたタイミングで対象物検知トリガ信号TRがオンされたことを契機に、露光制御信号AEがオンされてCMOSイメージセンサ37における硬貨20の画像の露光が開始される。その後、垂直同期信号VDがオンされたタイミングで(図6(c)参照)、CMOS撮像素子37aの各画素ラインから順次画像データが出力される。ここで、CMOSイメージセンサ37における第1画素ラインの露光は、露光制御信号AEがオンされてから垂直同期信号VDがオンされるまでの時間TP1に行われ、その後一定時間をずらして順次第2〜最終画素ラインの露光時間TP2〜TPNLが設定される(図6(e)参照)。
As shown in FIGS. 6A to 6B, the exposure control signal AE is turned on when the object detection trigger signal TR is turned on when the arrival of the
さらに、図7を参照して、水平同期信号HDと各信号との関係についてさらに詳細に説明する。図7(a)〜(b)に示すように、対象物検知トリガ信号TRが発生しても、水平同期信号HDの発生タイミングは、常に一定周期に維持されている。また、露光制御信号AEは、対象物検知トリガ信号TRが発生した後、最初に水平同期信号HDがオンされた直後にオンされている。さらに、垂直同期信号VDは、対象物検知トリガ信号TRが発生した後に特定回数(例えば、512回)水平同期信号HDがオンされた直後にオンされている。この場合、第1画素ラインの露光は、露光制御信号AEの発生直後から垂直同期信号VDの発生直後までの期間TP1に行われることになる(図7(e)参照)。第1画素ラインの露光が終了した後、水平同期信号HDの1周期TS1で第1画素ラインからの画像データの出力が行われる。さらに、第2画素ライン以降の露光及び画像データ出力は、水平同期信号HDの1周期分ずらして行われている。このように露光制御信号AE及び垂直同期信号VDを、水平同期信号HDを基準にして発生させることで、各画素ラインの露光時間が一定とされる。さらには、垂直同期信号VDと水平同期信号HDとの発生タイミング間の時差が一定なので、硬貨20の検出直後に画像データが乱れることなく、安定した画像データ出力を実現する。
Further, the relationship between the horizontal synchronization signal HD and each signal will be described in more detail with reference to FIG. As shown in FIGS. 7A to 7B, even when the object detection trigger signal TR is generated, the generation timing of the horizontal synchronization signal HD is always maintained at a constant period. The exposure control signal AE is turned on immediately after the horizontal synchronization signal HD is first turned on after the object detection trigger signal TR is generated. Further, the vertical synchronization signal VD is turned on immediately after the horizontal synchronization signal HD is turned on a specific number of times (for example, 512 times) after the object detection trigger signal TR is generated. In this case, the exposure of the first pixel line is performed in a period TP1 immediately after the generation of the exposure control signal AE until immediately after the generation of the vertical synchronization signal VD (see FIG. 7E). After the exposure of the first pixel line is completed, image data is output from the first pixel line in one cycle TS1 of the horizontal synchronization signal HD. Further, the exposure and image data output after the second pixel line are shifted by one cycle of the horizontal synchronizing signal HD. Thus, the exposure time of each pixel line is made constant by generating the exposure control signal AE and the vertical synchronization signal VD with reference to the horizontal synchronization signal HD. Furthermore, since the time difference between the generation timings of the vertical synchronization signal VD and the horizontal synchronization signal HD is constant, the image data is not disturbed immediately after the
以上説明した画像読取装置1によれば、硬貨20に照射された照明光が、撮像位置12cにおける硬貨20の表面で反射されて結像レンズ36で結像された後、結像された像がCMOSイメージセンサ37によって撮像される。このとき、硬貨20の検出信号である対象物検知トリガ信号TRの出力を契機に、CMOS撮像素子37aの複数の画素ライン毎に順次露光開始するようにCMOSイメージセンサ37が制御された後、最終の画素ラインの露光開始後であって垂直同期信号VDの発生前のタイミングで照明光が照射される。これにより、撮像位置12cにおいて移動する硬貨20の全体像を安定して撮像することができると共に、硬貨20の搬送速度に関係なく安定した撮像データを出力させることができる。また、硬貨20の到来に合わせて露光を開始することにより、撮像対象の搬送速度に合わせて制御する複雑な制御機構の必要が無くなり、装置構成の簡素化が可能となる。
According to the
また、CMOSイメージセンサ制御回路42は、画像データの出力期間を規定する水平同期信号HDを一定周期で発生させると共に、対象物検知トリガ信号TRの出力時に水平同期信号HDの発生タイミングを維持する。このようなCMOSイメージセンサ制御回路42を備えれば、CMOSイメージセンサ37による硬貨20の撮像の際に、画素ライン毎の画像データの出力期間を一定周期内に維持することができ、硬貨の検出直後に出力される撮像データの乱れを防止することができる。
Further, the CMOS image
また、複数の画素ラインP1〜PNLは、CMOS撮像素子37aの受光面における硬貨20の結像範囲とほぼ一致する範囲をカバーしている。その結果、硬貨20の像に合わせて1フレームの画像データを生成して処理することができるので、画像読取速度を向上させ、ひいては読取対象物のランダムな撮像を実現することができる。
Further, a plurality of pixel lines P1 to PN L covers a substantially matching range with the imaging range of the
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について、第1実施形態との相違点を中心に説明する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described focusing on differences from the first embodiment.
図8に示す本発明の第2実施形態である画像読取装置101は、内部において第1実施形態の画像読取装置1とは異なる回路構成を有し、具体的には、CMOS撮像素子37aにCMOSイメージセンサ制御回路142が接続されている。このCMOSイメージセンサ制御回路142は、CMOS撮像素子37aの動作を制御するためのクロック信号CL、露光制御信号AE、垂直同期信号VD、及び水平同期信号HDを生成する主制御回路142aと、照明部14における照射光の出射タイミングを制御する点灯制御信号LDを生成する点灯制御回路142bとから構成されている。
The
図9には、主制御回路142aのブロック図を示す。主制御回路142aは、制御信号生成部152の機能が異なる点を除いて、既に述べたCMOSイメージセンサ制御回路42と同一の構成を有する。制御信号生成部152は、カウンタ51によって生成されるカウンタ値U1〜Un,L1〜Lmを常時モニターし、そのカウンタ値に基づいてクロック信号CL、露光制御信号AE、垂直同期信号VD、及び水平同期信号HDを生成する。これらのクロック信号CL、露光制御信号AE、垂直同期信号VD、及び水平同期信号HDを生成する機能については、上述した制御信号生成部52と同様である。すなわち、制御信号生成部152は、点灯制御信号LDを生成する機能は有さず、点灯制御回路142bが点灯制御信号LDを生成する。
FIG. 9 shows a block diagram of the
図10に示すように、点灯制御回路142bは、カウンタ151と、カウントイネーブル制御部156と、AND回路153,154と、点灯制御信号生成部155とを備えており、主制御回路142aから出力されたクロック信号CL、垂直同期信号VD、及び水平同期信号HDと、硬貨検出回路43から出力された対象物検知トリガ信号TRとが入力されて、点灯制御信号LDを生成する。
As shown in FIG. 10, the
カウントイネーブル制御部156は、垂直同期信号VD及び対象物検知トリガ信号TRを受け取って、オン、オフの2つの状態を有するカウントイネーブル信号CEを生成し、AND回路153,154に出力する。詳細には、カウントイネーブル制御部156は、オン状態の対象物検知トリガ信号TRが入力された後に、最初に垂直同期信号VDがオンされたタイミングを検出し、そのタイミングでカウントイネーブル信号CEをオン状態に設定し出力する。カウントイネーブル信号CEがオンの状態で、さらに次の垂直同期信号VDがオン状態で入力されると、カウントイネーブル制御部156は、そのタイミングでカウントイネーブル信号CEをオフ状態に変更して出力する。また、カウントイネーブル制御部156は、オン状態の対象物検知トリガ信号TRが入力されるたびに、カウンタ151によって計数されるカウンタ値をリセットするためのカウンタリセット信号を、カウンタ151に出力する。
The count enable
カウントイネーブル制御部156から出力されたカウントイネーブル信号CEは、AND回路153,154に入力され、AND回路153は、カウントイネーブル信号CEとクロック信号CLとに対してAND演算を施した後の信号を、AND回路154は、カウントイネーブル信号CEと水平同期信号HDとに対してAND演算を施した後の信号を、それぞれ、カウンタ151に出力する。なお、点灯制御回路142bは、AND回路153,154のどちらか一方のみ備えていてもよいが、カウンタ151の容量削減のためには、少なくともAND回路154を備えることが好ましい。
The count enable signal CE output from the count enable
これに対して、カウンタ151は、AND回路153又は154の何れか一方から出力された信号を計数してカウンタ値CNTを生成し、点灯制御信号生成部155に出力する。このような構成により、カウンタ151は、対象物検知トリガ信号TRがオンされた後の1回目の垂直同期信号VDの発生時と2回目の垂直同期信号VDの発生時との間で、クロック信号CL又は水平同期信号HDのパルス数をカウントする。以下では、カウンタ151が水平同期信号HDをカウントする場合を例として説明する。
On the other hand, the
点灯制御信号生成部155は、カウンタ151から入力されたカウント値CNTに基づいて、点灯制御信号LDの発生タイミング及びパルス幅を設定して、その発生タイミング及びパルス幅を有する点灯制御信号LDを照明部14に出力する。具体的には、点灯制御信号生成部155は、カウント値CNTが予め定められたカウント数CNT1に達したタイミングで点灯制御信号LDの発生タイミングを設定し、点灯制御信号LDのパルス幅を水平同期信号HDの周期の所定のカウント数ΔCNT倍となるように設定する。
The lighting control
ここで、図11を参照して、画像読取装置101が生成する各種信号の生成タイミングについて説明する。まず、硬貨20の到来が検出されて対象物検知トリガ信号TRがオンされた後(図11(a))、主制御回路142aのカウンタ51がリセットされると同時に垂直同期信号VDが発生し、その後一定周期(例えば、水平同期信号HDの513周期)で垂直同期信号VDが発生する(図11(b))。
Here, the generation timing of various signals generated by the
これに対して、点灯制御回路142bのカウントイネーブル制御部156は、対象物検知トリガ信号TRがオンされた後の1回目の垂直同期信号VDの発生時と2回目の垂直同期信号VDの発生時との間でカウントイネーブル信号CEを発生させる(図11(c))。
In contrast, the count enable
点灯制御回路142bの点灯制御信号生成部155は、カウントイネーブル信号がオンされている間の水平同期信号HD(図11(d))のカウント数に基づいて、点灯制御信号LDの発生タイミングとパルス幅を設定する。すなわち、点灯制御信号生成部155は、点灯制御信号LDの発生タイミングをカウンタ151でのカウント値CNTがCNT1と一致するタイミングと同期するように設定し、点灯制御信号LDのパルス幅をカウント値CNTがΔCNT分増加する間の時間に設定する(図11(e))。なお、これらのカウント数CNT1,ΔCNTは、点灯制御信号LDの発生時間が、最終の画素ラインPNL(図4参照)の露光開始タイミングと2回目の垂直同期信号VDの発生タイミングとの間になるように予め設定されている。ここで、最終の画素ラインPNLの露光開始タイミングは、既に述べたように露光開始信号AE(図11(a)における垂直同期信号VDの1回目の発生に同期)の発生後の水平同期信号HDの周期により決定され、垂直同期信号VDの発生タイミングも水平同期信号HDの所定周期毎の発生タイミングに同期しているので、予めカウント数CNT1、ΔCNTを上記条件に合うような適切な値に定めることが可能である。
The lighting
以上説明した画像読取装置101によれば、CMOS撮像素子37aを制御するためのクロック信号CL、垂直同期信号VD、水平同期信号HD等の制御信号の周波数が変更されたとしても、全画素ラインP1〜PNLの露光時間と照明光の照射タイミングとを適切に設定することができ、従来のIC等を利用したタイマー機能を用いて照明光の照射タイミングを制御する場合に比較して硬貨20の全体像のより安定した撮像が可能となる。
According to the
図12は、画像読取装置101において生成される対象物検知トリガ信号TR、点灯制御信号LD、及び画素ラインP1〜PNL毎の露光時間を示すタイミングチャートである。このように、画像読取装置101においては、クロック信号CLの周波数に関わらず照明光の照射タイミングが全画素ラインP1〜PNLの露光時間TP1〜TPNLの中に収められており、硬貨20の全体像が安定して撮像されることになる(図14(a))。
Figure 12 is a timing chart showing the image reading object detection trigger signal TR generated in the
一方、図13には、タイマー機能を用いて生成される対象物検知トリガ信号TR、点灯制御信号LD、及び画素ラインP1〜PNL毎の露光時間を示すタイミングチャートを示す。ここでは、対象物検知トリガ信号TRの発生後の時間を実時間のタイマー機能を用いて計測することにより、点灯制御信号LDの発生タイミングを設定した場合を想定している。このような場合は、CMOS撮像素子37aの置換等によりクロック信号CLの周波数が大きくなった場合に、各画素ラインP1〜PNLの露光時間TP1〜TPNL(図13(c))及びそれらのずれが短縮されることになり、点灯制御信号LDの発生タイミングが一部の画素ラインの露光時間外になってしまう(図13(b))その結果、撮像される硬貨20の像は、像の上方の一部が欠けたものとなってしまう(図14(b))。
On the other hand, in FIG. 13 shows an object detection trigger signal TR generated by using the timer function, the lighting control signals LD, and a timing chart showing the exposure time for each pixel line P1 to PN L. Here, it is assumed that the generation timing of the lighting control signal LD is set by measuring the time after the generation of the object detection trigger signal TR using a real-time timer function. In such a case, when the frequency of the clock signal CL is increased by the substitution or the like of the
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。例えば、点灯制御信号生成部155は、水平同期信号HDをカウントしたカウント値CNTに基づいて、点灯制御信号LDの発生タイミング及びパルス幅を設定していたが、クロック信号CLをカウントしたカウント値に基づいて設定しても良い。この場合は、照明光の照射タイミングをより精度良く設定することが可能となる。
In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above. For example, the lighting control
1…画像読取装置、B…搬送路、12c…撮像位置、14…照明部、20…硬貨(読取対象物)、36…結像レンズ、37…CMOSイメージセンサ、41…硬貨到来センサ(検出部)、42…CMOSイメージセンサ制御回路、44 画像データ取込制御回路、P1〜PNL…画素ライン、VD…垂直同期信号、HD…水平同期信号、TR…対象物検知トリガ信号(検出信号)、LD…点灯制御信号、WP…結像範囲、AE…露光制御信号。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
点灯制御信号の発生に同期して、前記搬送路上の撮像位置に照明光を照射する照明部と、
前記撮像位置において前記読取対象物で反射された照明光を結像させる結像レンズと、
前記読取対象物が前記撮像位置に到来したことを検出して検出信号を出力する検出部と、
露光制御信号の発生に同期して、前記結像レンズによって結像された像を第1画素ラインから最終画素ラインまで順に露光開始することにより、前記第1画素ラインから前記最終画素ラインまでのそれぞれの露光期間を互いにずれるように設定すると共に、前記最終画素ラインの露光開始後の垂直同期信号の発生に同期して、前記第1画素ラインから前記最終画素ラインまで順にずらして露光終了し、前記画素ライン毎の画像データを露光開始順に出力開始するCMOSイメージセンサと、
前記点灯制御信号と前記露光制御信号と前記垂直同期信号とを生成するCMOSイメージセンサ制御回路とを備え、
前記CMOSイメージセンサ制御回路は、前記検出信号の出力を契機に前記露光制御信号を発生させると共に、最終の画素ラインの露光開始タイミングと前記垂直同期信号の発生タイミングとの間に前記点灯制御信号を発生させ、
前記結像レンズ及び前記CMOSイメージセンサは、前記第1画素ラインから前記最終画素ラインまでの画像データ中に前記読取対象物の像を収めるように構成されている
ことを特徴とする画像読取装置。 In an image reading apparatus that reads an image of the surface of a reading object conveyed along a predetermined conveyance path,
In synchronization with the generation of the lighting control signal, an illumination unit that irradiates illumination light to the imaging position on the conveyance path;
An imaging lens that forms an image of the illumination light reflected by the reading object at the imaging position;
A detection unit that detects that the reading object has arrived at the imaging position and outputs a detection signal;
In synchronism with the generation of the exposure control signal, the image formed by the imaging lens is sequentially exposed from the first pixel line to the final pixel line, so that each of the first pixel line to the final pixel line is started. sets the exposure period to be shifted from each other, the final pixel in synchronism with the generation of exposure after the start of the vertical sync signal on line sequentially shifted by exposing ends of the first pixel line to the last pixel line, wherein A CMOS image sensor that starts outputting image data for each pixel line in the order of exposure start;
A CMOS image sensor control circuit that generates the lighting control signal, the exposure control signal, and the vertical synchronization signal;
The CMOS image sensor control circuit generates the exposure control signal in response to the output of the detection signal, and outputs the lighting control signal between the exposure start timing of the final pixel line and the generation timing of the vertical synchronization signal. It is generated,
The imaging lens and the CMOS image sensor are configured to store an image of the reading object in image data from the first pixel line to the final pixel line. Image reading device.
ことを特徴とする請求項1記載の画像読取装置。 The CMOS image sensor control circuit generates a horizontal synchronization signal that defines an output period of the image data at a constant period, and the generation timing of the horizontal synchronization signal is not shifted by the output of the detection signal. Maintain the horizontal sync signal at a fixed period ,
The image reading apparatus according to claim 1.
ことを特徴とする請求項1又は2記載の画像読取装置。 The final pixel line is located at the outer edge of the imaging range of the reading object in the entire pixels of the CMOS image sensor.
The image reading apparatus according to claim 1, wherein the image reading apparatus is an image reading apparatus.
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の画像読取装置。 The CMOS image sensor control circuit determines the generation timing of the lighting control signal based on a control signal synchronized with the exposure start timing of the plurality of pixel lines and the generation timing of the vertical synchronization signal;
The image reading apparatus according to claim 1, wherein the image reading apparatus is an image reading apparatus.
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