JP5289146B2 - コード読取装置 - Google Patents

Description

本発明は、物体の表面に形成された２次元コードなどを光学的に読み取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、品名、価格などの情報を白黒等の縞模様で記号化した１次元または２次元コードが広く用いられている。これらのコードの模様は、異なる反射率を有するマークで表されており、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や文字を表し、製品や部品の番号、名称、価格などの各種情報が上記数字や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呼ばれる読取装置によって読み取られる。このバーコードリーダは、光をバーコードに当て、反射率の異なる白と黒の縞模様から返ってくる光を受けて、その反射光の強弱のパターンに基づいて元の数字に解読する装置である。この種のコード読取装置には、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、読取窓の上をバーコードのついた製品等を通過させる定置式のタイプがある。一般的に、前者のタイプには、光源として発光ダイオードが用いられ、後者のタイプにはレーザービームが光源として用いられている。

このうち、手持ち式（ハンディタイプ）のコード読取装置は、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、デパート、コンビニエンスストア等で多用されているが、この種のハンディタイプのコード読取装置では、白黒等の模様で符号化された１次元コードや２次元コードを対象とするのが一般的であった。

ところが、近年、工業製品等を扱う分野では、金属やセラミックス、高分子化合物などの物体表面に直接マーキングされた２次元コードまたは１次元コード（ダイレクトパーツマーキング）が適用される傾向にある。このダイレクトパーツマーキング（DPMI：Direct Part Marking Identification）の手法には、ドットピーン（刻印）とレーザマーカとが存在し、このうちドットピーンは、製品表面を凹ませることによりマーキングするので、耐久性に優れ、消えない印字が形成されることが特徴であり、例えばエンジンブロック等の製品管理などに多く利用されている。このようなドットピーン型コードを読取対象とした装置として、例えば、特許文献１に開示されているようなマーク読取装置が知られている。

図８は、ドットピーン型コードを読取対象とした従来のハンディタイプのコード読取装置の一例を示す要部模式図である。同図において、コード読取装置１００は、読取開口部１０１に対して落射方向から照明光Ｌを照射する拡散発光面１０２を備え、該拡散発光面１０２から物体１０３の表面に形成されたコード１０４に照射された光の反射光（図８中の点線）を撮像部１０５のレンズ１０５ａで受光し、該撮像部１０５で撮像された画像を処理することにより、コード１０４を光学的に認識するようになっている。照明光Ｌの光源となる拡散発光面１０２には、読取開口部１０１において十分な照明光量を確保することが要求されるため、比較的大面積な面光源（高輝度ＬＥＤアレイ等）が適用されている。

また、このコード読取装置１００を使用する場合、使用者は、コード読取装置１００のグリップ部（図示せず）を把持した状態で、視認窓１０６を介してコードの位置を視認しながら位置合わせを行う。

特開２０００−２９８６９８号公報

しかしながら、図８に示すような従来のコード読取装置１００では、比較的大面積を有する拡散発光面１０２が撮像部１０５と並ぶように該撮像部１０５の受光方向前面に配されているため、この拡散発光面１０２の幅に応じて、これらの収容スペースを確保した形状でコード読取装置１００の筐体１０７を形成しなければならなかった。これにより、このコード読取装置１００を把持した状態で視認窓１０６からコードを視認しようとすると、上記収容スペースによって視線が妨げられてしまうため、使用者は、視線（図８中の長点線）を撮像部１０５の光軸（図８中の一点鎖線）に対して上方に大きく（少なくとも３０°以上）傾けなければコードを視認することができなかった。このように視認窓１０６を斜め上方から覗き込むような動作を生じることは、コード読取装置１００の利便性を低下させ、作業性向上の妨げとなり得る問題であった。

そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、物体表面に直接マーキングされたコードを読み取る際に、該コードの位置合わせを容易に実行できるように視認性の向上を図ったコード読取装置を提供することにある。

本発明の上記目的は、読取対象物の表面上に直接マーキングされたコードを光学的に読み取るコード読取装置において、前記コード用の読取開口部を有する筐体と、前記筐体の側面の一部に、前記読取開口部の所定領域内に捉えられた前記コードを前記筐体の外部から視認できるように形成された視認窓と、前記読取開口部を介して前記コードを含む２次元エリアに落射方向から入射する落射照明光の発光源であるコード光源手段と、前記読取開口部の中央部付近を通過するように受光軸が設定され、前記落射照明光が前記２次元エリアで反射した落射照明反射光を受光する撮像手段と、前記撮像手段によって生成された画像データに基づいて前記コードに対応する所定データを再生するデコーダ手段とを備え、前記コード光源手段が、前記撮像手段の受光軸を挟んで、該受光軸外にある前記視認窓と対向する位置に配設されるとともに、該視認窓に向けて前記落射照明光となるコード照明光を発光し、かつ、前記視認窓が、前記コード照明光を前記読取開口部に向けて反射して前記落射照明光とするとともに、前記２次元エリアで反射した光の可視光成分を外部に透過するハーフミラーであることにより、達成される。

また、上記目的は、読取対象物の表面上に直接マーキングされたコードを光学的に読み取るコード読取装置において、前記コード用の読取開口部を有する筐体と、前記筐体の側面の一部に、前記読取開口部の所定領域内に捉えられた前記コードを前記筐体の外部から視認できるように形成された視認窓と、前記読取開口部を介して前記コードを含む２次元エリアに落射方向から入射する落射照明光の発光源である第１光源手段と、前記読取開口部を介して前記２次元エリアに斜方向から入射する斜方照明光の発光源である第２光源手段と、前記読取開口部の中央部付近を通過するように受光軸が設定され、前記落射照明光が前記２次元エリアで反射した落射照明反射光、および前記斜方照明光が前記２次元エリアで反射した斜方照明反射光を前記読取開口部を介して受光する撮像手段と、前記落射照明反射光の画像と前記斜方照明反射光の画像とを差分処理することにより、コード読取用画像を生成する画像処理部と、前記コード読取用画像に基づいて、前記コードに対応する所定データを再生するデコーダ手段とを備え、前記第１光源手段が、前記撮像手段の受光軸を挟んで、該受光軸外にある前記視認窓と対向する位置に配設されるとともに、該視認窓に向けて前記落射照明光となるコード照明光を発光し、かつ、前記視認窓が、前記コード照明光を前記読取開口部に向けて反射して前記落射照明光とするとともに、前記２次元エリアで反射した光の可視光成分を外部に透過するハーフミラーであることにより、達成される。

本発明に係るコード読取装置によれば、撮像手段の受光軸を挟んで、該受光軸外にある視認窓と対向する位置にコード照射用の光源手段を配して、コードを含む２次元エリアへの落射照明光となるコード照明光を光源手段から視認窓に向けて発光するようにし、かつ、視認窓をハーフミラーで構成して、コード光源手段からのコード照明光を読取開口部に向けて反射して落射照明光とするとともに、２次元エリアで反射した光の可視光成分を外部に透過するようにした。これにより、コードの位置合わせをする際の視線を妨げていた撮像手段側のスペースが抑制され、視認する際の視野の拡大を図ることができる。この結果、コードの位置合わせをする場合に、使用者は、撮像手段の光軸に対して視線を１０°程度だけ視線を傾ければコードの位置を視認することができるので、コードを読み取る際の操作性および作業効率の向上を図ることができる。

本発明の実施形態に係るコード読取装置の構成例を示す要部模式図である。 斜方照明光の光路を示す説明図である。 斜方照明光を用いて撮像された読取対象物の画像である。 落射照明光の光路を示す説明図である。 落射照明光を用いて撮像された読取対象物の画像である。 本実施形態に係るコード読取装置の画像処理フローを示すブロック図である。 画像処理された読取対象物の画像である。 従来のハンディタイプのコード読取装置の一例を示す要部模式図である。

以下、図面を参照にしながら本発明の実施形態について説明する。なお、以下に述べる各実施形態は、金属等からなる読取対象物の表面上にダイレクトパーツマーキング（DPMI：Direct art Marking Identification）によって設けられたドット状のコードを読み取るハンディタイプのコード読取装置に、本発明を適用したものである。

図１は、本発明の実施形態に係るコード読取装置の構成例を示す要部模式図である。同図において、コード読取装置１は、使用者が片手で把持して操作可能な断面Ｌ字形状に形成された筐体２を有し、該筐体２の一端側には読取開口部２ａが形成され、かつ、屈曲部には画像キャプチャー用のトリガーボタン３が設けられている。このコード読取装置１では、トリガーボタン３による撮像操作に応じて、読取対象物（金属板等）４の表面上にマーキングされたコード５を読取開口部２ａを通して光学的に読み取るように構成されている。また、読取開口部２ａが形成されている筐体２の頭部の側面には、後述するハーフミラーからなる視認窓６が形成され、該視認窓６を介して、読取開口部２ａの所定領域内に捉えられたコード５を筐体２の外部から視認できるようになっている。

筐体２の内部には、読取開口部２ａを介してコード５を含む２次元エリアに落射方向から入射する落射照明光ＥＬの発光源（第１光源部）７と、読取開口部２ａを介して上記２次元エリアに斜方向から入射する斜方照明光ＯＬの発光源（第２照明部）８と、上記２次元エリアに照射された各照明光ＥＬ，ＯＬの反射光（図１中の点線）を受光する撮像部９と、該撮像部９により撮像された画像を処理する画像処理部１０と、該画像処理部１０で処理されたコード読取用画像に基づいてコード５に対応する所定データを再生するデコード部１１とが設けられている。このコード読取装置１によってコード５を読み取る際には、まず、筐体２の読取開口部２ａをコード５に近接させた状態で視認窓６を介してコード５の位置決めが実行され、位置決めされた段階でトリガーボタン３が引かれることにより、第１光源部７および第２光源部８から各照明光ＥＬ，ＯＬが出射されて読取開口部２ａを介して読取対象物４のコード５の表面に照射される。そして、そのコード５の表面からの反射光が読取開口部２ａを介して撮像部９に受光されることにより、コード５を含む２次元エリアの画像が撮像される。

撮像部９は、ＣＣＤ型やＭＯＳ型などのカラーカメラであり、該カラーカメラに撮像画像の焦点を合わせるレンズ９ａを有している。この撮像部９の受光軸（カメラ光軸：図１中の一点鎖線）は、読取開口部２ａの中央部付近を通過するように設定され、読取開口部２ａの法線方向に対して少し傾いている。この傾きは、約１０°であることが好ましく、これにより、受光部のゴースト像の映り込みを撮像部９の視野から外すことができる。

第１光源部７および斜方光源部８は、高輝度ＬＥＤアレイなどで構成され、両者は異なる色を発光するようになっている。特に、これらの照明光ＥＬ，ＯＬに用いる色は、３原色（赤色、緑色、青色）のいずれかであることが好ましく、本実施形態では、第１光源部７に赤色の照明光を発光するＬＥＤを用い、一方、第２光源部８に緑色の照明光を発光するＬＥＤを用いている。なお、第２光源部８は、斜方照明光ＯＬの入射角（コード５の表面と入射光束のなす角度）が１０〜３０°に設定されていることが好ましく、特に２０°であることが望ましい。

また、拡散照明面である第１光源部７は、撮像部９のカメラ光軸を挟んで、カメラ光軸外にある視認窓６と対向する位置に配設され、該視認窓６の湾曲内面に向けて落射照明光ＥＬとなるコード照明光ＣＬを出射するようになっている。ハーフミラーである視認窓６は、この第１光源部７から出射されたコード照明光ＣＬを読取開口部２ａに向けて反射して落射照明光ＥＬとするとともに、コード５を含む２次元エリアで反射した光の可視光成分を外部に透過するように構成されている。

この視認窓６に適用されるハーフミラーは、光束を２方向に分割するプレート状の光学部品（ビームスプリッタ）である。一般的に、この種のハーフミラーは、平ガラス板、樹脂板、フィルム等の透明体基材に金属膜や誘電体多層膜をコーティングすることにより作製され、入射光の一部を反射および透過させ、残りの入射光を吸収するようになっている。特に、誘電体多層膜をコーティングしたものは、入射光をほとんど吸収しないように構成される。また、このようなハーフミラーでは、コーティング膜厚を調整することにより、反射率（入射光に対する反射光の割合）を略０〜１００％の範囲で任意に設定することができる。通常は、反射率：透過率＝５０％：５０％に設定されているものをハーフミラーと呼ぶことが多いが、本実施形態の視認窓６に適用されるものは、これに限定されず、反射率が０％より大きく１００％より小さい範囲のビームスプリッタをハーフミラーとする。

このハーフミラーは、平ガラス板、樹脂板、樹脂曲面の表面にフィルム状のハーフミラーを貼着することでも作製することができ、これを本実施形態における視認窓６として適用することも可能である。また、本実施形態に係るコード読取装置１では、反射率５０％のハーフミラーでも視認窓６として機能するが、落射照明光ＥＬを明るくするためには反射率を５０％よりも高く設定することが好ましい。

上述したようなハーフミラーによって構成された視認窓６を介してコード５の位置合わせを行う場合、この視認窓６はマジックミラー（半透明鏡）の働きをする。すなわち、各照明光ＥＬ，ＯＬの消灯時にはコード５の表面が暗いので、視認窓６の外部からはコード５を視認し難いが、各照明光ＥＬ，ＯＬの点灯によってコード５の表面が明るくなると、視認窓６の外部からコード５の位置などを容易に視認することが可能となる。また、視認窓６の外部からの外乱光の一部は、視認窓６で反射されてからコード５の表面に達するので、視認窓６のハーフミラーの反射率が高いほど、その外乱光による影響を抑制することができる。しがたって、この効果が得られるように、視認窓６のハーフミラーの反射率は５０〜９０％に設定されていることが好ましい。

図２は、斜方照明光の光路を示す説明図であり、図３は、その斜方照明光を用いて撮像された読取対象物の画像である。図２に示すように、第２光源部８から出射される斜方照明光ＯＬのうち、ドット状の凹部が形成されたコード５で反射した光は、撮像部９に受光され、一方、コード５の周辺の読取対象物４の表面で反射した光は、撮像部９に受光されない。したがって、斜方照明光ＯＬの反射光を捉えた画像は、図３に示すように、概ねコード５が白く写り、コード５の周辺の読取対象物４の表面が黒く写っている。ところが、読取対象物４の表面上に形成された切削跡等の傷も白く写ってしまい、矩形状コード５の鮮明度が全体的に低くなっている。

図４は、落射照明光の光路を示す説明図であり、図５は、その落射照明光を用いて撮像された読取対象物の画像である。図４に示すように、第１光源部７から出射したコード照明光ＣＬは、視認窓６で反射して落射照明光ＥＬとなってコード５を含む２次元エリアに入射する。この落射照明光ＥＬのうち、コード５の周辺の読取対象物４の表面で反射した光は、撮像部９に受光され、一方、コード５で反射した光は、撮像部９に受光されない。したがって、落射照明光ＥＬの反射光を捉えた画像は、図５に示すように、概ねコード５が黒く写り、コード５の周辺の読取対象物４の表面が白く写っている。ところが、読取対象物４の表面上に形成された切削跡等の傷も薄黒く写ってしまい、図５の矩形状コード５では、特に上辺部の鮮明度が低くなっている。

図６は、本実施形態に係るコード読取装置の画像処理フローを示すブロック図である。同図において、斜方照明光ＯＬおよび落射照明光ＥＬを照射されたコード（マーク）５を含む読取対象物４がカラーカメラ（撮像部）９によって撮像され、該撮像画像は、筐体２内に設けられた画像処理部１０に送られる。

画像処理部１０では、まず、カラーカメラ９によって撮像された撮像画像を色成分に基づいて分離し、色別画像（Ｒ（赤色光）画像，Ｇ（緑色光）画像，Ｂ（青色光）画像）を生成する。本実施形態では、図３に示した画像が、斜方照明光ＯＬ（緑色光）の反射光に基づいて生成された画像Ａ（Ｇ画像）であり、かつ、図５に示した画像が、落射照明光ＥＬ（赤色光）の反射光に基づいて生成された画像Ｂ（Ｒ画像）である。

次に、各照明光ＯＬ，ＥＬの色成分に基づいて生成された画像Ａおよび画像Ｂを、以下の［数式１］に基づいて差分処理し、コード５を読み取るための解読画像を生成する。
［数式１］
Ｃ＝（Ａ*Ｏｆｆｓ＿Ａ）−（Ｂ*Ｏｆｆｓ＿Ｂ）
ＩＦ Ｃ＞２５５ ＴＨＥＮ Ｃ＝２５５
ＩＦ Ｃ＜０ ＴＨＥＮ Ｃ＝０
ここで、『Ａ』は、所定位置の画像Ａにおけるピクセル値（０〜２５５）であり、『Ｏｆｆｓ＿Ａ』は、撮像部９の設定に依存するオフセット値（０．１〜２．０）である。また、『Ｂ』は、同位置の画像Ｂにおけるピクセル値（０〜２５５）であり、『Ｏｆｆｓ＿Ｂ』は、上記設定に依存するオフセット値（０．１〜２．０）である。さらに、『Ｃ』は、上記差分処理の結果として得られるピクセル値である。

画像処理部１０によって生成された解読画像は、該画像データに基づいてコード５に記録されたデータを再生するデコード部１１に出力され、コード５に対応する所定データが再生される。

図７は、２つの画像Ａ，Ｂを差分処理することにより生成された解読画像である。この解読画像と図３および図５の色別画像とを比較すると、図７の解読画像では、読取対象物４の表面上に形成された切削跡などの傷も消えて、コード５がより鮮明に表示されていることがわかる。

なお、本実施形態では、斜方照明光ＯＬを緑色発光とし、かつ、落射照明光ＥＬを赤色発光としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、斜方照明光ＯＬと落射照明光ＥＬとで異なる色の照明光を用いるのであれば、その発光色および組み合わせは、どのようなものであってもよい。

以上のように、本実施形態に係るコード読取装置１によれば、撮像部９のカメラ光軸を挟んで、カメラ光軸外にある視認窓６と対向する位置に第１光源部７を配して、コード５を含む２次元エリアへの落射照明光ＥＬとなるコード照明光ＣＬを第１光源部７から視認窓６に向けて出射するようにし、かつ、視認窓６をハーフミラーで構成して、第１光源部７からのコード照明光ＣＬを読取開口部２ａに向けて反射して落射照明光ＥＬとするとともに、２次元エリアで反射した光の可視光成分を外部に透過するようにした。これにより、コード５の位置合わせをする際の視線（図１中の長点線）を妨げていた撮像部９側の張出スペース２´（図１参照）が削減され、視認する際の視野の拡大を図ることができる。この結果、コード読取装置１の使用者は、視認窓６を上方から覗き込むような煩わしい動作をしなくともコード５を視認することが可能となり、コード５の読取作業を効率的に行うことができる。

また、本発明に係るコード読取装置１では、コード５を含む２次元エリアからの受光束（反射光）がハーフミラーを透過せずに直接撮像部９に至る光路になっているので、部材の透過、反射による光の損失や複像（ゴースト）などの発生を低減することができ、より明るく鮮明なコード画像を得ることができる。

以上、本発明の実施形態について具体的に説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である

１・・・コード読取装置
２・・・筐体
２ａ・・・読取開口部
４・・・読取対象物（金属板）
５・・・コード（ダイレクトマーキング）
６・・・視認窓（ハーフミラー）
７・・・第１光源部（落射照明光の光源）
８・・・第２光源部（斜方照明光の光源）
９・・・撮像部（カラーカメラ）
１０・・・画像処理部
１１・・・デコーダ部
ＥＬ・・・落射照明光
ＯＬ・・・斜方照明光
ＣＬ・・・コード照明光

Claims (2)

1. 読取対象物の表面上に直接マーキングされたコードを光学的に読み取るコード読取装置であって、
   前記コード用の読取開口部を有する筐体と、
   前記筐体の側面の一部に、前記読取開口部の所定領域内に捉えられた前記コードを前記筐体の外部から視認できるように形成された視認窓と、
   前記読取開口部を介して前記コードを含む２次元エリアに落射方向から入射する落射照明光の発光源であるコード光源手段と、
   前記読取開口部の中央部付近を通過するように受光軸が設定され、前記落射照明光が前記２次元エリアで反射した落射照明反射光を受光する撮像手段と、
   前記撮像手段によって生成された画像データに基づいて前記コードに対応する所定データを再生するデコーダ手段とを備え、
   前記コード光源手段は、前記撮像手段の受光軸を挟んで、該受光軸外にある前記視認窓と対向する位置に配設されるとともに、該視認窓に向けて前記落射照明光となるコード照明光を発光し、かつ、
   前記視認窓は、前記コード照明光を前記読取開口部に向けて反射して前記落射照明光とするとともに、前記２次元エリアで反射した光の可視光成分を外部に透過するハーフミラーであることを特徴とするコード読取装置。
2. 読取対象物の表面上に直接マーキングされたコードを光学的に読み取るコード読取装置であって、
   前記コード用の読取開口部を有する筐体と、
   前記筐体の側面の一部に、前記読取開口部の所定領域内に捉えられた前記コードを前記筐体の外部から視認できるように形成された視認窓と、
   前記読取開口部を介して前記コードを含む２次元エリアに落射方向から入射する落射照明光の発光源である第１光源手段と、
   前記読取開口部を介して前記２次元エリアに斜方向から入射する斜方照明光の発光源である第２光源手段と、
   前記読取開口部の中央部付近を通過するように受光軸が設定され、前記落射照明光が前記２次元エリアで反射した落射照明反射光、および前記斜方照明光が前記２次元エリアで反射した斜方照明反射光を前記読取開口部を介して受光する撮像手段と、
   前記落射照明反射光の画像と前記斜方照明反射光の画像とを差分処理することにより、コード読取用画像を生成する画像処理部と、
   前記コード読取用画像に基づいて、前記コードに対応する所定データを再生するデコーダ手段とを備え、
   前記第１光源手段は、前記撮像手段の受光軸を挟んで、該受光軸外にある前記視認窓と対向する位置に配設されるとともに、該視認窓に向けて前記落射照明光となるコード照明光を発光し、かつ、
   前記視認窓は、前記コード照明光を前記読取開口部に向けて反射して前記落射照明光とするとともに、前記２次元エリアで反射した光の可視光成分を外部に透過するハーフミラーであることを特徴とするコード読取装置。