JP5824193B2 - 単色およびカラーのハイブリッドイメージセンサアレイを持つデジタル画像取得光学式リーダー - Google Patents

単色およびカラーのハイブリッドイメージセンサアレイを持つデジタル画像取得光学式リーダー Download PDF

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Description

このＰＣＴ出願は、タイトル“Bar Code Reading Device With Global Electronic Shutter Control”を持つ、２００５年３月１１日に出願された米国特許出願第１１／０７７，９７５号、タイトル“System And Method To Automatically Focus An Image Reader”を持つ、２００５年３月１１日に出願された米国特許出願第１１／０７７，９７６号、タイトル“Digital Picture Taking Optical Reader Having Hybrid Monochrome And Color Image Sensor Array”を持つ、２００５年６月３日に出願された米国仮特許出願第６０／６８７，６０６号、タイトル“Digital Picture Taking Optical Reader Having Hybrid Monochrome And Color Image Sensor Array”を持つ、２００５年６月１４日に出願された米国仮特許出願第６０／６９０，２６８号、タイトル“Digital Picture Taking Optical Reader Having Hybrid Monochrome And Color Image Sensor Array”を持つ、２００５年６月２２日に出願された米国仮特許出願第６０／６９２，８９０号、タイトル“Digital Picture Taking Optical Reader Having Hybrid Monochrome And Color Image Sensor Array”を持つ、２００５年６月２７日に出願された米国仮特許出願第６０／６９４，３７１号、および、タイトル“Digital Picture Taking Optical Reader Having Hybrid Monochrome And Color Image Sensor Array”を持つ、２００５年６月３０日に出願された米国特許出願第１１／１７４，４４７号の優先権を主張するものである。上の出願のそれぞれの先権は主張され、そして上の出願のそれぞれが全部ここに参照によって含まれる。
本発明は、一般に、光学式リーダーに関係し、特に、画像取得機能に関係する。
画像取得機能を有するバーコード解読装置についてのデザインが、提案されてきた。
米国特許第６,２９８,１７６号において、バーコードデータ、および関連するイメージデータを出力するよう装備された、撮像バーコード読取装置が記述されている。米国特許第６,２９８,１７６号で記述された１つの例では、出力イメージデータは、手書きの署名を表すイメージデータである。バーコード解読装置によって出力されたイメージデータは、サイズ修正、画像方向調整、および、角度をもって獲得されたイメージから生じる歪みを処理するイメージ歪修正イメージ処理を受けるであろう。
米国特許出願公開第２００２／０１７１７４５号においては、リモートコンピュータと通信する画像取得バーコード読み取り装置が記述されている。該バーコード読み取り装置は、イメージデータおよび関連するバーコードデータをリモートコンピュータに送る。
米国特許出願公開第２００２／０１７１７４５号で記述された１つの結合されたバーコード / イメージデータ伝送スキームでは、.PDF、.TIFF、または.BMPファイルフォーマットでのイメージデータファイルは、解読されたバーコードメッセージのイメージ表示、および該解読されたメッセージをエンコードするバーコードを含むパッケージのイメージ表示を、含むデータ収集装置で作成される。
米国特許第６,７２２,５６９号においては、カラーイメージセンサ、およびイメージデータを白黒調のイメージデータであるか、またはカラーイメージデータであるとして分類する分類回路を含む画像取得バーコード読み取り装置が記述されている。
米国特許出願公開第２００５／０００１０３５号では、撮像露光制御アルゴリズムと、バーコード復号露光制御アルゴリズムのいずれかを、どちらのモードが選択されているかに依存して実行する撮像バーコード読み取り装置が記述されている。
上記文献は、技術における重要な改善を記述するが、まだ、撮像機能性、および、優秀なバーコード解読機能性を持つ撮像光学式リーダーの技術における改善の可能性が残っている。
米国特許第６,２９８,１７６号明細書 米国特許出願公開第２００２／０１７１７４５号明細書 米国特許第６,７２２,５６９号明細書 米国特許出願公開第２００５／０００１０３５号明細書 米国特許出願公開第２００３／２０１３２８Ａ１号明細書 米国特許出願公開第２００５／０４１２９６Ａ１号明細書
その主要な側面によれば、かつ、広く述べれば、本発明は、単色／カラーハイブリッドのソリッドステートイメージセンサアレイを持つ、撮像光学式リーダーである。該ハイブリッドイメージセンサアレイは、第１のサブセットの画素、および第２のサブセットの画素を含む複数の画素よりなり、ここで、該第１のサブセットの画素は、単色ピクセルであり、第２のサブセットの画素は、波長選択性カラーフィルタ要素をもつカラー感受画素である。
１つの実施形態において、第１のサブセットの画素は、市松模様パターンに形成され、ボイドが、隣接する画素のボイドの結合が、開放領域を形成するよう、第１のサブセットのピクセルのコーナーで形成される。カラー感受性のある第２のサブセットの画素は、該開放領域に形成され、かつ、波長感受性フィルタ要素は、該第２のサブセットの画素上に形成されるが、前記第１のサブセットの画素上には形成されない。
もう１つの実施形態において、光学式リーダーソリッドステートイメージセンサアレイは、ICチップ上の複数の行内に市松模様パターンで形成された複数の画素を含み、ここで、各画素は、ほぼ同じ大きさを持っている。該イメージセンサアレイの大多数の画素は、第１のサブセットの単色画素である。第２のサブセットのカラー感受性画素は、間隔をおいて離れた位置にあり、該イメージセンサアレイ全体を通して均一に、または実質的に均一に、分布されている。カラー感受性画素は、アレイ内において、周期P＝2等の均一分布の特定パターンにて分布されており、この場合は、該イメージセンサアレイの１行おきの行の１画素おきの画素が、カラー感受性画素であり、あるいは、周期P＝4等の均一分布の特定パターンにて分布されており、この場合は、該アレイの４行毎の行の４画素毎の画素が、カラー感受性画素である。
本発明の単色／カラーハイブリッドのソリッドステートイメージセンサアレイは、本発明にしたがって構成されたイメージセンサアレイをもつのに加えて、撮像レンズ、フィールド照明アセンブリを含む照明アセンブリ、照準照明アセンブリ、および上記要素を支持するサポート要素、等の要素を含む。撮像モジュールは、順に、該撮像アセンブリを収容し、かつ、支持する把持可能なハウジング内に、組み入れられる。
相補型金属酸化物シリコン（CMOS）集積回路製作技術を用いて、１つの実施形態におけるイメージセンサアレイは、選択的にアドレス可能なピクセルを持つよう作られることができる。イメージセンサアレイが、選択的にアドレス可能なピクセルをもつよう構成されている場合は、第１のサブセットのピクセルの画素は、第１のサブセットのピクセルに対応するイメージデータが第２のサブセットのピクセルとは独立に選択的に読み出されるよう、第２のサブセットの画素とは独立に選択的にアドレスすることができる。選択的読み出し能力をもつイメージセンサアレイは、代替的な製作方法を用いて設けることができる。
更なる側面において、本発明による光学式リーダーは、該イメージセンサアレイの単色ピクセル、およびカラーピクセルをリセットするための、分離した、かつ独立に制御可能なリセット制御線を含む。カラー感受性ピクセルを露光するための露光期間の間に、単色ピクセルはリセットに駆動することができる。イメージデータ読み出しのために選択的にアドレスされているのではないピクセルをリセットに駆動することは、イメージセンサアレイの画素間のクロストークを低減する。
一つの低コストイメージセンサアレイの中に単色ピクセルとカラーピクセルの結合を組み込むことにより、本発明によるイメージセンサは、すべてが単色のイメージセンサアレイを持つ光学式リーダーの性能にほぼ等しい指標デコード性能、およびすべてがカラーピクセルのイメージセンサアレイを組み込んだデジタルカメラの撮像性能にほぼ等しい、あるいはそれより優れた撮像性能（すなわち、ビジュアルディスプレイカラーフレームのイメージデータを得る能力）、ここで、該アレイの各ピクセルは波長選択性フィルタ要素を含む、にほぼ等しい指標デコード性能を与える。
もう１つの側面において、本発明の光学式リーダーイメージセンサアレイは、光偏光ピクセルを有し、各光偏光ピクセルは、適切に偏光された光源から生成され、特定の角度で反射された、偏光された光線を、実質的に減衰させる光偏光フィルタ要素を持つ；これにより、特定的に反射された光線の、偏光ピクセルから生成されたイメージ信号に対する貢献を、低減する。１つの実施形態において、光学式リーダーイメージセンサアレイの第１のサブセットのピクセルは、単色ピクセルであり、第２のサブセットのピクセルは、光偏光ピクセルである。特定の反射読み取り条件において、デコード可能な指標をデコードするために、光偏光ピクセルに対応するイメージデータは、光偏光ピクセルからイメージデータを読み出すことを選択する方法か、あるいは、光偏光ピクセルに対応するイメージデータに加えてイメージデータを含む１フレームのイメージデータから、光偏光ピクセルに対応するイメージデータを選択的に抽出することにより、デコード回路に、選択的に転送することができる。
本発明の、これらの、および他の側面は、図画および発明の詳細な記述と関連してさらに詳細に記述される。
本発明による光学式リーダーの電気的ブロック図が、図１ａに示される。
リーダー１００は、図１ａに示されるイメージセンサICチップ１０８２Ａ上に、CMOSイメージセンサ集積回路（IC）チップとして組み込まれたソリッドステートイメージセンサアレイ１８２Ａを含む。重要な側面において、以下に記述されるように、イメージセンサ配列１８２Ａは、複数のピクセルおよび光感受性サブセットのピクセルと関連した波長感受性カラーフィルタ要素を含み、ここで、光感受性サブセットのピクセルに対して外にある残りのピクセルは、関連する波長選択性フィルタ要素の欠陥である。イメージセンサアレイ１８２Ａは、単色ピクセルおよびカラー感受性ピクセルの両方を含むので、イメージセンサアレイ１８２Ａは、単色／カラーハイブリッドイメージセンサアレイと呼ばれる。リーダー１００はさらに、プロセッサICチップ５４８、および制御回路５５２を含む。図１ａの実施形態における制御回路５５２は、プロセッサICチップ５４８の中央処理装置（CPU）を与えられていることが示されている。他の実施形態において、制御回路５５２は例えば、フィールドプログラム可能ゲートアレイ（FPGA）、あるいはアプリケーションスペシフィック集積回路（ASIC）のような、プログラム可能な、論理関数実行デバイスを与えられていることができる。撮像レンズ２１２は、イメージセンサアレイ１８２Ａの活性な表面にイメージを焦点合わせし、かつ、イメージセンサアレイ１８２Ａと共に、撮像アセンブリ２００を形成する。制御回路５５２は、RAM５６０およびフラッシュメモリ５６４とともにリーダーメモリ５６６を構成するプログラムメモリEPROM５６２にストアされた指令にしたがって、撮像、および指標デコードアルゴリズムを実行する。リーダーメモリ５６６は、システムバス５７０を介してプロセッサICチップ５４８と通信する。
メインプロセッサICチップ５４８は、中央処理装置（CPU）５５２を含む XSCALE PXA25x プロセッサICチップのような多機能ICチップであり得る。リーダー１００はさらに、フィールドプログラム可能なゲートアレイ（FPGA）５８０を含む。制御回路５５２の制御の下で動作して、FPGA５８０は、イメージセンサICチップ１０８２Ａからデジタルイメージデータを受け、該イメージデータを、そのイメージデータがさらに処理される（例えば、バーコード信号のデコードにより）ように、RAM ５６０に転送する。例えば、プロセッサICチップ５４８は集積されたフレーム取込み器を含むことができる。例えば、プロセッサICチップ５４８は、インテルから入手可能な「クイックキャプチャカメラインタフェース」を持つ、XSCALE PXA27X プロセッサICチップであり得る。プロセッサICチップ５４８が集積されたフレーム取込み器を含む場合は、集積されたフレーム取込み器は、FPGA５８０のフレーム獲得機能性を提供することができる。リーダー１００はさらに、照明アセンブリ１０４、およびマニュアルトリガー２１６を含む。図１ａの実施形態におけるイメージセンサICチップ１０８２Ａは、オンチップ制御／タイミング回路１０９２、オンチップゲイン回路１０８４、オンチップアナログディジタル・コンバータ１０８６、およびオンチップラインドライバー１０９０を有する。光学式リーダー１００に組み入れられているイメージセンサアレイは、種々の形式をとり得る。図１ａにおいて、リーダー１００は、第１のイメージセンサアレイ１８２Ａを含む。しかしながら、ハードウェアブロック２０８によって示されるように、イメージセンサアレイ１８２Ａは置き換えることができる。例えば、図１ｂの実施形態において、リーダー１００は、イメージセンサアレイ１８２Ｂを含む。他の実施形態において、光学リーダー１００は、１以上のイメージセンサアレイを含む。リーダー１００に組み入れることのできるイメージセンサアレイの種々の実施形態がここに記述される。
更なる側面において、リーダー１００が無線周波数（RF）通信インタフェース５７１を含む。無線周波数通信インタフェース５７１は、１つ以上のラジオトランシーバーを含み得る。図１ｃの模式図を参照して、無線周波数通信インタフェース５７１は、802.11ラジオトランシーバー５７１２、ブルートゥースラジオトランシーバー５７１４、GSM/GPSラジオトランシーバー５７１６、または WIMAX（802.16）ラジオトランシーバー５７１８の１つ以上を含み得る。 無線周波数通信インタフェース５７１は、装置１００と、間隔をあけて配置された装置１５０との間のデータの無線通信を可能とする。I/O通信インタフェース５７２は、図１０に関連して以下にさらに記述されるように、間隔をあけて配置された装置１５０との通信を可能とする１以上の直列または並列ハードワイヤード通信インタフェースを含む。I/O通信インタフェース５７２は、イーサネット（登録商標）通信インタフェース、ユニバーサルシリアルバス（USB）インタフェース、またはRS-232通信インタフェースの１つ以上を含み得る。光学リーダー１００は、さらにデータを入力するためのキーボード、グラフィカルユーザインタフェース（GUI）のポインターを移動させるためのポインタームーバー５１２、およびバーコード読み取りおよび／または撮像を始めるためのトリガー２１６を含み得る。光学式リーダー１００はまた、単色またはカラーLEDディスプレイのようなディスプレイ５０４、およびディスプレイ５０４上に覆うように置かれたタッチスクリーン５０４Ｔを含む。図１ｄ の模式ブロック図に示されるように、ディスプレイ５０４は、カラーイメージデータを表示するための、ディスプレイコントローラ５０４４に結合されたディスプレイスクリーン５０４２を含み得る。ディスプレイコントローラ５０４４は、制御回路５５２からのビジュアルディスプレイカラーフレームのイメージデータを受け取り、ディスプレイスクリーン５０４２のピクセル分解能を含むディスプレイスクリーン５０４２の特定の要件に依存して、そのデータを再フォーマット化する。図１ａの全ての要素は、例えば、図９ａ−９ｃに見られるように、ハンドヘルドハウジング１０１により収容し、支持することができる。図１ａに示されるリーダー１００の要素の追加の特徴および機能は、以下に記述される。
図１ｅを参照して、光学式リーダー１００は、種々の処理回路（モジュール）を持つものと見ることができる。指標デコード回路１７０２は、イメージデータを受け取り、バーコード指標およびOCR文字データのような、その中のデコード可能な指標をデコードする。光学式リーダー１００は、 指標デコード回路１７０２が、バーコードシンボルUPC/EAN, Code 11, Code 39, Code 128, Codabar, Interleaved 2 of 5, MSI, PDF417, MicroPDF417, Code 16K, Code 49, MaxiCode, Aztec, Aztec Mesa, Data Matrix, Qcode, QR Code, UCC Composite, Snowflake, Vericode, Dataglyphs, RSS, BC 412, Code 93, Codablock, Postnet (US), BPO4 State, Canadian 4 State, Japanese Post, KIX (Dutch Post), Planet Code 等、および、OCR A, OCR B 等のOCR文字形式をデコードするように、構成することができる。自動識別回路１７０４は、受け取ったメージデータを処理し、手書きの文字データと、デコード可能な指標とを区別する。自動識別回路１７０４は、指標デコード回路１７０２を含むことができる。自動識別回路１７０４、および指標デコード回路１７０２は、制御回路５５２と、メモリ５６６の結合によって物理的に実施することができる。特に、メモリ５６２にストアされたプログラムの制御の下で動作する制御回路５５２は、メモリ５６２にストアされたイメージデータを処理して、その中のデコード可能な指標をデコードし、あるいは、手書きの文字データと デコード可能な指標とを区別する。自動識別回路１７０４、および指標デコード回路１７０２のさらなる側面は、米国特許出願第１０／９５８,７７９号、出願日2004年10月5日、名称“System And Method To Automatically Discriminate Between A Signature And A Barcode”、および、米国特許出願第１１／０７７,９７５号、出願日2005年3月11日、名称“Bar Code Reading Device With Global Electronic Shutter Control”、に記述されており、その両者は、参照によりここに組み入れられる。さらに以下に記述されるように、光学式リーダー１００はさらに、デモザイク回路１７０６、および融合回路１７０８を含み得る。デモザイク回路１７０６は、入力としてカラーフィルタアレイイメージデータフレーム（例えば、ベイヤーパターンイメージ）を受け取り、出力として、ビジュアルディスプレイカラーフレームのイメージデータを生成する。融合回路１７０８は、入力として、単色およびカラー両方のイメージデータを受け、出力として、光学式リーダーのハイブリッド単色／カラーイメージセンサアレイのピクセル分解能のオーダーでの、あるいはそれ上の、空間分解能を持つビジュアルディスプレイカラーフレームのイメージデータを生成する。回路１７０２、１７０４のように、回路１７０６、および１７０８は、制御回路５５２とメモリ５６６の結合により物理的に実施され得る。制御回路５５２ばかりでなく、回路１７０２、１７０４、１７０６、および１７０８は、（例えば、図９ａ−９ｃに示されるように、）ハンドヘルドハウジング１０１の中に組み入れることができ、あるいは、回路５５２、１７０２、１７０４、１７０６、および１７０８の１つ、あるいはそれ以上は、図１０に関連して記述されるように、間隔をあけた装置１５０のハウジング内に組み入れることができる。
ここで言及されたような、ビジュアルディスプレイカラーフレームのイメージデータは、１つの実施形態においては、複数のピクセルポジションのおのおのでの１セットのカラー指示データを含む、ここで、１セットのカラー指示データは、（図８ｄに示される）目標１８５０の分離した位置でのカラーを示すイメージフレームである。カラー指示データの各セットは、３つのカラー値、すなわち、赤を表すカラースケール値、青を表すカラースケール値、および緑を表すカラースケール値、を含む。あるいは、各ピクセル位置についてのカラー指示データのセットは、シアン値、紫紅色値、および黄色を表す値を含み得る。
１つの特定の実施形態において、デモザイク回路１７０６、または融合回路１７０８により出力された、ビジュアルディスプレイカラーフレームのイメージデータの各ピクセル位置についてのカラー指示データのセットは、２４ビットの情報を含むRGBデータセットであり、ここで、最初の８ビットは、該ピクセル位置についての赤のカラースケール値（赤値）を表し、２番目の８ビットは、該ピクセル位置の緑のカラースケール値（緑の値）を表し、そして３番目の８ビットは、該ピクセル位置の青のカラースケール値（青い値）を表す。
本発明の主な特徴は、光学式リーダーのイメージセンサアレイの構成であり、その種々の実施形態は、図２ａ−７ｄのビューを含むいくつかのビューを通して示され、記述されている。
ハイブリッド単色／カラー感受性（モノカラー）ソリッドステートイメージセンサアレイの第１の実施形態が、図１ａおよび図２ａ−４ｂに示され、記述されている。
図１ａ および図２ａ−４ｂを参照して、ソリッドステートイメージセンサアレイ１８２Ａは、単色の第１サブセットのピクセル２５０Ｍ、およびカラー感受性の第２サブセットのピクセル ２５０Ｃを含む。第１サブセットの単色のピクセル２５０Ｍは、チェッカーボードパターンに形成され、図２ａに示されるようなボイドは、第１のサブセットのピクセルのコーナーに、ボイド、例えば、隣接するピクセルのボイド２５３−１、２５３−２、２５３−３、２５３−４の結合が、開放領域、例えば、開放領域２５５、各開放領域は第１のサブセットの４つのピクセルで囲まれている、を形成するように形成されている。さらにイメージセンサアレイ１８２Ａを参照して、第２のサブセットのピクセル２５０Ｃを形成するピクセル２５０Ｃは、開放領域２５５に配置され、かつ、図２ｂに示されるような、波長選択性フィルタ要素、例えば、フィルタ要素２６０Ｃ、２６０Ｍは、第１のサブセットのピクセル上ではなく、第２のサブセットのピクセル上に形成されている。ここで記述されたような単色のピクセル２５０Ｍは、カラーフィルタ要素（カラーフィルタ）のボイドである。第１の単色ピクセルサブセットのピクセルは、１２側面ポリゴンの形態をしている。該ピクセルは、図２ａ−２ｄ により示される上面図から見られるように、十字形をしている（単色ピクセルは、ボイドの存在により修正されるように、矩形形状をしている。）。カラー感受性の第２のサブセットのピクセルは、上面図から見られるように、矩形をしている。
図２ｂに示されるイメージセンサアレイ１８２Ａのバージョンにおいて、イメージセンサアレイ１８２Ａのカラー感受性ピクセル２５０Ｃは、シアン（Ｃｙ）フィルタ要素２６０Ｃ、あるいは紫紅色（Ｍｇ）フィルタ要素２６０Ｍを含む。図２ｃのバージョンにおいて、イメージセンサアレイ１８２Ａのカラー感受性ピクセル２５０Ｃは、赤いフィルタ要素２６０Ｒ、緑のフィルタ要素２６０Ｇ、あるいは青のカラーフィルタ要素２６０Ｂ（RGBフィルタ）のいずれかを含む。カラー感受性ピクセル２５０Ｃは、イメージセンサアレイ１８２の全体を通して、ベイヤーパターン、そこでは、N個の青ピクセル、N個の赤ピクセル、および2N個の緑ピクセルがある、に従って分布することができる。ここで記述したような任意のイメージセンサアレイピクセルのカラーフィルタ要素は、カラー感受性ピクセル２５０Ｃの主体上に、堆積プロセスの方法により、堆積することができる。ここに説明されるように、ビジュアルディスプレイカラーイメージデータは、図２ｂに示されたイメージセンサアレイ１８２Ａのバージョン、または図２ｃに示されたイメージセンサアレイ１８２Ａのバージョン、あるいは、シアン、紫紅色、および黄色（CMY）のカラー感受性ピクセルを含むバージョンのような、イメージセンサアレイ１８２Ａのもう１つのバージョン、のいずれかを利用して得ることができる。シアンと紫紅色のフィルタは、（赤、緑、および青のフィルタのように）２つの染料を必要とするのではなく、ただ１つの染料のみを必要とするので、赤、緑、および青のフィルタ要素の代わりに、シアン、および紫紅色のフィルタ要素を含むイメージセンサアレイ１８２Ａのバージョンは、より多くの光が、ピクセルの 光検出器にまでずっと通過することを可能とし、そして、赤、緑、および青のフィルタを含むバージョンより高い信号雑音比を示す。それでもやはり、赤、緑、および青の（RGB）フィルタ要素の組み合わせを持つイメージセンサアレイは、ある応用のためには好まれる。図２ｄを参照して、イメージセンサアレイ１８２Ａは、光線をして、イメージセンサアレイ１８２Ａ上に入射せしめるマイクロレンズ３２０を含み得る。マイクロレンズ３２０、単色ピクセルを含むマイクロレンズ３２０Ｍ、およびカラー感受性ピクセルマイクロレンズ３２０Ｃのさらなる側面は、ここで記述される。
イメージセンサピクセルアレイ１８２Ａの分解された物理的形式図、そこでは、アレイ１８２Ａがグローバル電子シャッター動作モードで動作するように構成されている、が図３ａ−３ｄに示され、記述される。イメージセンサアレイ１８２Ａの単色ピクセル２５０Ｍは、図３ａおよび３ｂに示される。単色ピクセル２５０Ｍは、フォトダイオードまたはフォトゲート構成であり得る光検出器３０２、転送ゲート３０４、フローティング拡散３０６、リセットゲート３０８を含むリセットトランジスタ３０７、行選択ゲート３１０を含む行選択トランジスタ３０９、および増幅器ゲート３１２を含むソースフォロワ増幅器トランジスタ３１１を含む。ピクセル２５０Ｍの重要な特徴は、不透明の光学シールド３１６である。代表的に金属よりなる不透明の光学シールド３１６は、光検出器３０２以外のピクセル２５０Ｍの要素から、光線を遮蔽する。したがって、イメージセンサアレイ１８２Ａのいくつかの行のおのおのからのピクセルは、該光線が、フローティング拡散３０６、またはもう１つのストア領域にストアされる電荷を変調することなしに、グローバル電子シャッター動作モードにおいて、同時に光にさらすことができる。グローバル電子シャッター動作モードにおいて動作することのできるイメージセンサアレイのさらなる側面は、ここに参照によって組み込まれた米国特許出願第１１ ／０７７,９７５号に記述されている。ピクセル２５０Ｍの追加的な側面を参照して、ピクセル２５０Ｍは、光透過性保護層３２２上に配置され得るマイクロレンズ３２０を含む。マイクロレンズ３２０は、光検出器３０２より大きい表面エリアから光を集めて、該光を光検出器３０２に向かわせる。
イメージセンサアレイ１８２Ａのカラー感受性ピクセル２５０Ｃは、図３ｃおよび３ｄを参照して記述される。カラー感受性ピクセル２５０Ｃは、フォトダイオードまたはフォトゲート構成であり得る光検出器３０２、光検出器３０２（２５０Ｃ）からの電荷を転送する転送ゲート３０４、フローティング拡散３０６、リセットゲート３０８を含むリセットトランジスタ３０７、行選択ゲート３１０を含む行選択トランジスタ３０９、および増幅器ゲート３１２を含むソースフォロワ増幅器トランジスタ３１１を含む。カラー感受性ピクセル２５０Ｃはまた、光検出器３０２以外のピクセル２５０Ｍの光感受性要素から、光線を遮蔽する不透明の光学シールド３２０を有する。ピクセル２５０Ｃはまた、光検出器３０２上に入射する光の量を増大させるマイクロレンズ３２０を含む。上記要素に加えて、カラー感受性ピクセル２５０Ｃは、その上に形成された波長選択性カラーフィルタ要素２６０を含む。波長選択性カラーフィルタ要素２６０は、マイクロレンズ３２０と保護層３２２との中間に配置されている。図２ａ−２ｄのバージョンにおいて、各カラー感受性ピクセル２５０Ｃは、４つの隣接する単色ピクセル２５０Ｍを持つことが見られる。
図３ａおよび３ｃに示されたようなマイクロレンズ３２０はまた、図２ｄのビューにも見られる。単色ピクセルマイクロレンズ３２０、３２０Ｍ、およびカラー感受性マイクロレンズ３２０、３２０Ｃは、複数のマイクロレンズを含むマイクロレンズアレイ上に形成されている。
カラー感受性ピクセル２５０Ｃが、第１の単色サブセットのピクセル２５０Ｍのチェックボードパターンのボイドにより定義された開放領域に配置されている記述されたアーキテクチャにおいて、カラー感受性ピクセル２５０、２５０Ｃのマイクロレンズ３２０Ｃは、マイクロレンズ３２０Ｍに対して大変少ないオーバーラップ（例えば、3.4％以下）を持つ。
イメージセンサアレイ１８２Ａのカラー感受性ピクセル２５０Ｃは、図３ｂと３ｄの比較によって最もよく見られ、かつ、ピクセル２５０Ｍより小さい表面エリアを消費する。１つのバージョンにおいて、ピクセル２５０Ｍは、上面図から見られるように、約12μｍ×12μｍの領域を含み、一方、ピクセル２５０Ｃは、上面図から見られるように、約6μｍ×6μｍの領域を含む。もう１つのバージョンにおいては、ピクセル２５０Ｍは、約6μｍ×6μｍの上表面領域を含み、一方、ピクセル２５０Ｃは、約3μｍ×3μｍの上表面領域を含む。ピクセル２５０Ｍあるいはピクセル２５０、２５０Ｃのサイズ縮小は、ピクセル２５０Ｍおよび／またはピクセル２５０Ｃのトランジスタの数を減らすことによって、低コストで行うことができる。
イメージセンサアレイ１８２Ａのピクセル２５０Ｃのトランジスタカウントは、光学的にシールドされたフローティング拡散３０６、そこでは、電荷が一時的にストアされて、グローバル電子シャッター動作を促進することができる、を削減することにより、容易に減少することができる。したがって、１つの実施形態において、イメージセンサアレイ１８２Ａの単色ピクセル２５０Ｍは、カラー感受性ピクセル２５０Ｃより多いトランジスタを持ち、グローバル電子シャッターベースで露出することができるが、カラー感受性ピクセル２５０Ｃは、単色ピクセル２５０Ｍより少ないトランジスタを持ち、グローバル電子シャッターベースで露出することができない。単色ピクセル２５０Ｍより小さい寸法のカラー感受性ピクセル２５０Ｃを有するイメージセンサアレイ１８２Ａに関するさらにもう１つの実施形態においては、比較的より大きい単色ピクセル２５０Ｍは、グローバルシャッター動作を促進するのに十分なトランジスタカウントを持つが、比較的より小さいカラー感受性ピクセルは、オフピクセル増幅を必要とする受動的ピクセルであり、おのおの単一トランジスタからなる。リーダー１００に組み入れることのできるイメージセンサアレイに関するグローバル電子シャッターおよび回転シャッター動作のさらなる側面は、以下に記述される。
図４ａを参照して、イメージセンサアレイ１８２Ａのハイレベル電気ブロック図が示される。１つのバージョンによれば、イメージセンサアレイ１８２Ａは、各ピクセル２５０Ｍ、２５０Ｃが、単色の第１のサブセットのピクセルからのものであっても、カラーの第２のサブセットのピクセルからのものであっても、光検出器領域２５２に入射する光に対応する信号を増幅するためのピクセル増幅器３１１を含む活性ピクセルであるような相補型金属酸化物半導体（CMOS）構成の活性ピクセルイメージセンサアレイである。各ピクセル２５０Ｍ、２５０Ｃはまた、光学的にシールドされた蓄積要素３０６を含む。イメージセンサアレイ１８２Ａはさらに、おのおのの、列回路２７０、および行回路２９６と電気的に通信する２次元グリッドの相互接続器２６２を含む。行回路２９６、および列回路２７０は、選択的にピクセルをアドレスする、ピクセルを解読する、信号を増幅する、アナログ−デジタル変換、タイミング、読み出し、およびリセット信号の印加、等の処理および動作タスクを可能とする。
イメージセンサアレイ１８２Ａの相互接続グリッド２６２を形成している制御線の中に、ピクセルリセット制御線がある。ピクセルがリセット制御線上に適切な制御信号を印加することによりリセットされるとき、ピクセルに蓄積されてきた残留電荷は、一時的にVDDに接続され、イメージセンサアレイのピクセル上にたまった電荷は、ピクセルから流出する。本発明によって、イメージセンサアレイ１８２Ａは、白黒ピクセル２５０Ｍと、カラーピクセル２５０Ｃとで別個のリセット制御線を含む。図４ｂを参照して、イメージセンサアレイ１８２Ａは、該イメージセンサアレイ１８２Ａが単色ピクセル２５０Ｍをリセットするために第１のセットのリセット制御線２６２Ｒ−Ｍを持ち、カラーピクセル２５０Ｃをリセットするために第２のセットのリセット制御線２６２Ｒ−Ｃを持つように構成することができる。
ある動作モードにおいて、光学式リーダー１００は、単色ピクセル２５０Ｍからのイメージデータよりなるウインドウフレーム表示のイメージデータを、選択的に読み出す。他の動作モードにおいて、光学式リーダー１００は、カラーピクセル２５０Ｃからのイメージデータよりなるウインドウフレーム表示のイメージデータを、選択的に読み出す。本発明によって、リセット制御タイミングパルスは、イメージセンサアレイ１８２Ａに、ウインドウフレーム表示のイメージデータが、イメージデータ読み出しのために選択的にアドレスされていないイメージセンサアレイ１８２Ａのピクセルをリセットするために、獲得されつつある時間の間に、印加することができる。図４ｃのタイミング図に示されるように、露出制御タイミングパルス３５４は、リセット制御タイミングパルス３７０と調和させることができる。
さらに図４ｃを参照して、露出制御タイミングパルス３５４は、イメージセンサアレイ１８２Ａの単色ピクセル２５０Ｍ（あるいは、イメージセンサアレイ１８２Ａのカラーピクセル２５０Ｃ）の露出を制御することができ、一方、リセット制御タイミングパルス３７０は、リセット状態に選択にアドレスされていないピクセルを駆動する。ピクセルがリセットされるとき、ピクセルに積み上げられた電荷は、ピクセルから外に流出されようとする。さらに、リセットに駆動されているピクセルに入力するフォトンは、より少ないフォトンのみが、イメージデータの読み出しのために露出されている隣接するピクセル上に入射することとなるよう屈折されると信じられる。したがって、アドレスされたピクセルを選択的に露出させるための露出制御パルス３５４、および選択的にアドレスされていないピクセルをリセットするためのリセット制御タイミングパルス３７０のタイミングを調整することは、ピクセル間のクロストークを低減することとなる。
再び図４ｂのビューを参照して、イメージセンサアレイ１８２Ａは、多数のリセット制御線１６２Ｒ−Ｃ、１６２Ｒ−Ｍの存在が、イメージセンサアレイ１８２Ａのピクセルの充填率を実質的に減少させないように構成することができる。図４ｂは、イメージにセンサアレイ１８２、１８２Ａに組み込まれている多数のリセット制御線１６２Ｒ−Ｍ、１６２Ｒ−Ｃの模式的上面図を示す。本発明によれば、制御線１６２Ｒ−Ｍ、１６２Ｒ−Ｃは、イメージセンサアレイ１８２Ａの実質的な部分にわたって、制御線１６４Ｒ−Ｍが、制御線１６４Ｒ−Ｃのｘ、ｙ位置と一致する（軸は図８ａで定義される）ｘ、ｙ位置を持つような、層状の態様でイメージセンサアレイ１８２Ａ内に組み込まれることができる。図４ｂの実施形態における制御線１６４Ｒ−Ｃは、制御線１６２Ｒ−Ｍ、および１６２Ｒ−Ｃが、制御線の相当な長さにわたって共通のｘ 、ｙ位置を持っているようにイメージセンサアレイ１８２Ａ内で異なる高さ（異なるＺ軸位置）にインストールされている。制御線が、イメージセンサアレイ１８２Ａ内で共通のｘ、ｙ軸位置を持つように多数の制御線を、お互いの上面上に来るようにインストールすることは、イメージセンサアレイ１８２Ａ内に付加的なセットのリセット制御線をインストールすることから、そうでなければ生じる充填率の低下の量を、減少させることができる。
本発明によるイメージセンサアレイのための代替的な構成は、図５ａ−７ｂを参照して記述される。図５ａ−７ｂの実施形態において、イメージセンサアレイ１８２Ｂは、チェッカーボードパターンにある複数の矩形形状ピクセル（上面図）を含み、該ピクセルのおのおのは、同じ寸法をもつ。イメージセンサアレイ１８２Ｂの各ピクセル２５０Ｍ、２５０Ｃは、図５ａ−５ｉの上面図から見られるように、ほぼ同じ上面寸法をもつよう、かつ、図６ａ−６ｄの断面図から見られるように、ほぼ同じ側面断面寸法を持つように、構成することができる。イメージセンサアレイ１８２Ｂは、イメージセンサアレイのピクセルの選択されたものが、関連する波長選択性カラーフィルタ要素を持つことを除いて、標準的な既製の単色イメージセンサアレイの構成に類似している。ソリッドステートイメージセンサアレイ１８２Ｂは、複数の行内に形成された複数のピクセルを含む。図５ａ−５ｅのバージョンにおいて、単色の第１のサブセットのピクセル２５０Ｍは、アレイのピクセルの大多数から構成されている。波長選択性カラーフィルタ要素２６０は、第２のセットのカラー感受性ピクセル２５０Ｃに含まれている。カラー感受性の第２のサブセットのピクセル２５０Ｃは、該イメージセンサアレイ１８２Ｂを形成する複数のピクセルを通して均一に分布された、または実質的に均一に分布された、離れて配置されたピクセル位置にあるピクセルからなる。図５ａおよび５ｂの実施形態において、1行おきのピクセル（例えば、ピクセル行２、４、６．．．）における１つおきのピクセルは、関連する波長選択性カラーフィルタ要素を持つ。本発明の１つの実施形態において、イメージセンサアレイ１８２Ｂは、Micron社から入手可能なタイプの、MT9M111 デジタル Clarity SOC 1.3メガピクセルCMOSイメージセンサICチップ、同じくMicron社から入手可能なMT9V022イメージセンサICチップ、あるいは、STMicroelectronicsから入手可能なタイプのVV6600 1.3メガピクセルCMOSイメージセンサICチップ、のイメージセンサアレイ上に適切に設計されたカラーフィルタアレイを含むことにより、提供することができる。イメージセンサアレイ１８２Ｂを提供するために、利用することのできる他のイメージセンサICチップは、Micron社から入手可能なMT9M413イメージセンサICチップ、コダック社によって生産されたKAC-0311 イメージセンサICチップ、および、同じくコダック社によって生産されたKAI-0340イメージセンサICチップを含む。参照されたKAI-0340イメージセンサICチップの動作的な側面は、さらにここに記述される。上記イメージセンサICチップのいくつかに関する種々の製造業者の製品記述資料は、米国仮特許出願第６０／６９２，８９０号、２００５年６月２２日出願、米国仮特許出願第６０／６９４,３７１号、２００５年６月２７日出願、に添付されており、これらは、参照によりここに組み入れられる。上記の商業的に販売されたイメージセンサICチップは、ここで記述されるイメージセンサアレイ１８２Ｂ、１８２Ｃ、１８２Ｄ、１８２Ｆ、１８２Ｇ、および１８２Ｈの任意の１つを与えるために、（フィルタ要素の付加または置換を、必要に応じて伴って）利用することができる。
上記で参照された Micron, Inc,によって製造されたMT9V022およびMT9M413 イメージセンサICチップ、およびKodak, Inc.によって生産されたKAC-0311 イメージセンサICは、イメージデータ読み出しにさらされるすべての行のピクセルが、共通露出時間を持つ；すなわち、１フレームのイメージデータ（すなわち、フルフレーム、または“ウインドウ化されたフレーム”）を読み出すためのイメージデータ読み出しにさらされるすべての行のピクセルが、共通露出開始時間、および共通露出終了時間を持つよう、グローバル電子シャッターモードで動作することのできるCMOSイメージセンサICチップである。グローバル電子シャッター動作のために、露出制御タイミングパルスが、ここに記述されるように、イメージセンサアレイに印加される。イメージデータ読み出しにさらされる各行のピクセルの露出は、露出制御タイミングパルスの立ち上がりエッジで始まり、露出制御タイミングパルスの立ち下がりエッジで終了する。その技術的な文献で、Micron社は、グローバル電子シャッター動作モードに関して商標TRUESNAPを使用している。
図５ｂを参照して、カラーフィルタ要素２５０、２５０Ｃ上に形成された波長選択性カラーフィルタ要素（フィルタ）は、シアンフィルタ要素２６０Ｃと、紫紅色カラーフィルタ要素２６０Ｍとの結合であることができる。図５aに示されるように、カラー感受性ピクセル２５０Ｃの波長選択性フィルタは、赤フィルタ要素２６０Ｒ、緑フィルタ要素２６０Ｇ、および青フィルタ要素２６０Ｂの組み合わせであることができる。シアンと紫紅色のフィルタは、１つのダイのみを必要とし、（赤、緑、および青フィルタのように）２つのダイを必要としないので、図５ｂのバージョンは、もっと多くの光が、光検出器（例えば、図６ｃに示される、光検出器３０２）にまでずっと通過することを可能とし、図５ｂの実施形態よりより高い信号雑音比を示す。それでもやはり、図５ａのバージョンはある特定の応用のために、好まれる。
図５ａ−７ｄの実施形態において、ハイブリッド単色／カラーイメージセンサ１８２Ｂは、標準的に知られているアレイの各ピクセルが実質的に同じ寸法を持つチェッカーボードパターンにある、共通に利用可能なオフ‐ザ‐シェルフイメージセンサアレイ上に、適切に設計されたカラーフィルタアレイを含むことにより、作ることができる。イメージセンサアレイ１８２Ｂのより大きい部分は、図５ｃに示され、そこでは、文字「ｃ」によって指定されたピクセルが、カラー感受性ピクセル２５０Ｃであり、文字「ｃ」によって指定されていないピクセルが、単色ピクセル２５０Ｍである。図５ｃの例では、カラー感受性ピクセルｃは、P＝2の周期でアレイ１８２Ｂ上に形成されており、１行おきの１つおきのピクセルが、カラー感受性ピクセル２５０Ｃであることを意味している。図５ｄのバージョンにおいては、カラー感受性ピクセルｃは、P＝3の周期でアレイ１８２Ｂ上に形成されており、すべての３番目の行の、すべての３番目のピクセルが、カラー感受性ピクセル２５０Ｃであることを意味している。図５ｅのバージョンにおいては、カラー感受性ピクセルｃは、P＝4の周期でアレイ１８２Ｂ上に形成されており、すべての４番目の行の、すべての４番目のピクセルが、カラー感受性ピクセル２５０Ｃであることを意味している。図５ａ−５ｅのバージョンにおいては、各カラー感受性ピクセル２５０Ｃは、８つの隣接する単色ピクセル２５０Ｍ（２つの側面隣接、１つの上面隣接、および底面隣接、および４つの角部隣接）を持っている。
サブセットの単色ピクセル２５０Ｍ、およびサブセットのカラー感受性ピクセル２５０Ｃを含むイメージセンサアレイ１８２Ｂ、そこでは、イメージセンサアレイの各実質的に同じ寸法をもっている、の付加的なビューは、図５ｆ−５ｊに示される。
図５ｆのバージョンを参照して、イメージセンサアレイ１８２Ｂは、第１のセットの単色ピクセル２５０Ｍ、および第２のセットのカラー感受性ピクセル２５０Ｃを含む。図５ｆのバージョンにおけるイメージセンサアレイ１８２Ｂのカラー感受性ピクセル２５０Ｃは、クラスター２５７Ｒ 、クラスター２５７Ｇ、およびクラスター２５７Ｂのようなクラスターに形成されている。
図５ｆのバージョンにおける各クラスターは、連続する水平に隣接したピクセル位置に、クラスターの各ピクセルが、少なくとも１つの他のカラー感受性ピクセルに水平に隣接するよう、複数のピクセルを含む。ピクセルのカラー感受性クラスターは、イメージセンサアレイの全体を通して、一様に、あるいは十分に一様に分布されている。クラスターは、RGBベイヤーパターン、またはシアン、紫紅色、黄色（CMY）パターンのような標準化されたカラーフィルタパターンにしたがって形成されている。各クラスターは、すべての個々のクラスターが同じ波長比のフィルタ要素を持つような、複数のピクセルを持つことができる。図５ｆに示された特定のバージョンにおいて、クラスターは、ベイヤーカラーフィルタアレイのパターンにしたがったパターンで、イメージセンサアレイ１８２Ｂ全体を通して分布されている。
クラスター２５７Ｇは、３つの水平に隣接した緑ピクセルを含む。クラスター２５７Ｒは、３つの水平に隣接した赤ピクセルを含む。クラスター２５７Ｂは、３つの水平に隣接した青ピクセルを含む。図７ｃに関連してさらに記述されるように、図５ｆに示されるように、水平に配列されたクラスター内でのカラー感受性ピクセルの分布を含むイメージセンサアレイ１８２Ｂのバージョンは、イメージセンサアレイ１８２Ｂ内に、イメージセンサアレイ１８２Ｂの単色ピクセル、およびイメージセンサアレイ１８２Ｂのカラー感受性ピクセルを、別々に、独立してリセットするための、別々の、独立して制御可能なリセット制御線２６２Ｒ−Ｍおよび２６２Ｒ−Ｃを含むことが望まれる場合は、特に有用である。
今、図５ｇ−５ｊ に示されるイメージセンサアレイ１８２Ｂのバージョンを参照して、１つのサブセットのカラー感受性ピクセル内に、１つのサブセットの単色ピクセルを持つイメージセンサアレイ１８２Ｂは、単色ピクセルの“ゾーン”と、カラー感受性ピクセルの“ゾーン”を含むよう構成することができる。ここで、ピクセルのある“ゾーン”は、イメージセンサアレイの特定されたエリアでの、位置的に関係するピクセル、ここで、各ピクセルは、カラーフィルタ要素を持つ、あるいは、カラー要素を持たない、の集まりである。ここで記述されたゾーンの例は、１行のピクセルのすべてのピクセル、あるいは、いくつかの連続する行のおのおののすべてのピクセルからなる。図５ｇのバージョンにおいては、イメージセンサアレイ１８２Ｂは、２つのカラー感受性ピクセルのゾーン２５００Ｃと、１つの単色ピクセルのゾーン２５００Ｍとを含む。各ゾーンのピクセルは、水平に、垂直に、あるいは斜めに隣接する複数のピクセルよりなる。単色ピクセルのゾーン、例えば、ゾーン２５００Ｍの複数のピクセルは、すべてカラー感受性フィルタ要素を持たないものである。カラー感受性ピクセルのゾーン、例えば、ゾーン２５００Ｃにおける複数の隣接するピクセルは、すべてカラー感受フィルタ要素を含む。
図５ｇのバージョンを参照して、単色ゾーンのピクセル２５００Ｍは、１対のカラー感受性ゾーンの間に挿入されている。図５ｇのバージョンにおける単色ゾーンのピクセル２５００Ｍは、イメージセンサアレイ１８２Ｂの中心にある、あるいはほぼ中心にある、イメージセンサアレイ１８２Ｂの単一行のピクセルよりなる。イメージセンサアレイ１８２Ｂの第１のカラー感受性ゾーンのピクセルは、イメージセンサアレイ１８２Ｂの、行のピクセルゾーン２５００Ｍから上端行までのすべてのピクセルを含む。図５ｇのバージョンでの第２のカラー感受性ゾーンのピクセル２５００Ｃは、イメージセンサアレイ１８２Ｂの、中央行単色ピクセルゾーン２５００Ｍから底のピクセル行までのすべてのピクセルを含む。イメージセンサアレイ１８２Ｂのカラー感受性ピクセル２５０Ｃのカラー感受性要素は、標準的なカラーフィルタパターン、例えば、RGMベイヤーカラーフィルタパターン、あるいはCMYパターンで形成されている。
図５ｈを参照して、もう１つのイメージセンサアレイ１８２Ｂのバージョンが示され、記述される。図５ｈのバージョンは、単色ピクセルのゾーン２５００Ｍ が、イメージセンサアレイ１８２Ｂの中心、あるいはほぼ中心において、10の連続したピクセル行を含むよう拡張されていることを除いて、図５ｇのバージョンに類似している。
図５ｉに示されるような、イメージセンサアレイ１８２Ｂのバージョンにおいて、単一のカラー感受性ピクセル２５００Ｃは、それぞれ、イメージセンサアレイ１８２Ｂの上と底に形成された２つの比較的小さい幅の単色ピクセルゾーン２５００Ｍの間に挿入されている。図５ａに示されるイメージセンサアレイ１８２Ｂのバージョンにおいて、第１の単色ピクセルゾーン２５００Ｍは、イメージセンサアレイ１８２Ｂの第１の10行のピクセルよりなり、第２の単色ピクセルゾーンは、イメージセンサアレイ１８２Ｂの、底の10行のピクセルを含む。図５ｉのバージョンにおけるカラー感受性ピクセルゾーン２５００Ｃは、イメージセンサアレイ１８２Ｂの最初の10行、および最後の10行のピクセルを除くすべてのピクセルを含む。図５ｈと図５ｉのバージョンにおいて、示されたカラー感受性ゾーン２５００Ｃのピクセルは、標準化されたカラーフィルタアレイのパターン、例えばRGBベイヤーパターン、あるいはCMYパターンにしたがったカラーフィルタ要素を含む。
図５ｊに示されたイメージセンサアレイ１８２Ｂのバージョンは、図５ｊのバージョンが、追加的な単色ピクセルゾーン２５００Ｍを含むことを除いて、図５ｇのバージョンに、構成上、類似している。図５ｊのバージョンにおいて、イメージセンサアレイ１８２Ｂは、イメージセンサアレイ１８２Ｂの中心（実際の、またはおおよその）を通って延びる一対の斜めの単色ピクセルゾーン２５００Ｍ−Ｄ、および、イメージセンサアレイ１８２Ｂの中心を通って延びる、垂直に延びる単色ピクセルゾーン２５００Ｍ−Ｖを含む。図５ｊのバージョンに示される線形の単色ピクセルゾーン２５００Ｍは、１ピクセル幅、あるいは１ピクセル幅より大きい小さな寸法を含み得る。例えば、図５ｊの垂直に延びる単色ピクセルゾーン２５００Ｍは、１列のピクセル位置、あるいは、複数列のピクセル位置を含むものであってもよい。同様に、図５ｇの斜めに延びる線形単色ピクセルゾーン２５００Ｍは、単一の斜めピクセル行のピクセル位置、あるいは複数の斜めピクセル行のピクセル位置を含むものであってもよい。
図５ｇ−５ｊのイメージセンサアレイ１８２Ｂのバージョンは、撮像光学式リーダー、それはバーコード解読応用では線形バーコードシンボルを解読することが期待される、における使用に特に適していることが見られる。図５ｇ−５ｊの線イメージセンサアレイは、線形シンボル最適化イメージセンサアレイと言われる。以下でさらに詳細に記述されるように、図５ｇ−５ｊのバージョンにおける、単色ピクセルゾーン２５００Ｍに対応するイメージデータは、選択的にアドレスされて、カラー感受性ピクセルゾーン２５００Ｃからの行からのイメージデータの読み出しとは、独立に読み出される。バーコード解読応用においては、制御回路５５２は、図５ｇ−５ｉに示されるように、単色ゾーンピクセルを選択的にアドレスし、単色ピクセルゾーン２５００Ｍからイメージデータを読み出し、このようなイメージデータを、線形バーコードシンボルのデコードのために指標デコード回路１７０２に転送することができる。撮像応用においては、制御回路５５２は、カラー感受性ゾーンのピクセル２５００Ｃを選択的にアドレスし、かつカラー感受性ゾーン２５００Ｃからイメージデータを選択的に読み出し、かつ、このようなカラーイメージデータを、ビジュアルディスプレイカラーフレームのイメージデータに加工することができる。さらにここに説明されるであろう処理は、カラーフィルタパターンイメージを、ビジュアルディスプレイフォーマットに変換するデモザイクルーチン、および単色ピクセルゾーン２５００Ｍにより占められたピクセル位置での欠落したピクセル位置に対応するカラーピクセル値の補間、等のようなステップを含むであろう。
図６ａ−６ｄにおいて、イメージセンサアレイ１８２、１８２Ｂのピクセルの展開された物理形式ビューが示される。イメージセンサアレイ１８２Ｂの単色ピクセル２５０Ｍが、図６ａと６ｂに示される。ピクセル２５０Ｍ は、フォトダイオードまたはフォトゲート構成であり得る光検知器３０２、転送ゲート３０４、浮遊拡散３０６、リセットゲート３０８を含むリセットトランジスタ３０７、行選択ゲート３１０を含む行選択トランジスタ３０９、および増幅器ゲート３１２を含むソースフォロワアンプトランジスタ３１１を含む。ピクセル２５０Ｍの重要な特徴は、不透明の光学シールド３１６である。典型的に、金属よりなる不透明の光学シールド３１６は、光検知器３０２以外のピクセル要素２５０Ｍからの光線をシールドする。したがって、イメージセンサアレイ１８２Ａのいくつかの行のおのおのからのピクセルは、グローバル電子シャッター動作モードにおいて、光線が浮遊拡散３０６あるいは他の領域にストアされた電荷を変調することなく、同時に露出することができる。グローバル電子シャッター動作モードで動作することのできるイメージセンサアレイのさらなる側面は、ここに参照によって組み込まれる米国特許出願第１１／０７７,９７５号に記述されている。ピクセル２５０Ｍの追加的な側面を参照して、ピクセル２５０Ｍは、光透過性保護層３２２の上に配置され得るマイクロレンズ３２０を含む。マイクロレンズ３２０は、光検知器３０２より大きい表面領域からの光を集め、該光を光検知器３０２に向ける。
イメージセンサアレイ１８２Ｂのカラー感受性ピクセル２５０Ｃは、図６ｃと６ｄを参照して記述される。カラー感受性ピクセル２５０Ｃは、その構成において単色ピクセル２５０Ｍに類似している。カラー感受性ピクセル２５０Ｃは、フォトダイオードまたはフォトゲート構成であり得る光検知器３０２、光検知器３０２からの電荷を転送するための転送ゲート３０４、浮遊拡散３０６、リセットゲート３０８を含むリセットトランジスタ３０７、行選択ゲート３１０を含む行選択トランジスタ３０９、および増幅器ゲート３１２を含むソースフォロワアンプトランジスタ３１１を含む。カラー感受性ピクセル２５０Ｃはまた、光検知器３０２以外の光感受性ピクセル要素２５０Ｃからの光をシールドする不透明の光学シールド３１６を含む。ピクセル２５０Ｃはまた、光検知器３０２に入射する光の量を増大させるマイクロレンズ３２０を含み得る。上記の要素に加えて、カラー感受性ピクセル２５０Ｃは、その上に形成された波長選択性カラーフィルタ要素２６０を含む。波長選択性カラーフィルタ要素２６０は、マイクロレンズ３２０と、保護層３２２との間の中間に配置することができる。
イメージセンサアレイ１８２Ｂのハイレベルな電気ブロック図が、図７ａに示される。イメージセンサアレイ１８２Ｂは、CMOS構成のものであってもよく、かつイメージセンサアレイ１８２Ｂの各ピクセル２５０がピクセルアンプ３１１を含むような、アクティブなピクセルイメージセンサアレイであってもよい。イメージセンサアレイの各ピクセル２５０はさらに、感光性領域２５２、および光学的にシールドされた蓄積要素３０６を持っていてもよい。イメージセンサアレイ１８２Ｂはさらに、それぞれの列回路網２７０、および行回路網２９６と電気的に通信する２次元格子の相互接続体２６２を含む。行回路網２９６および縦回路網２７０は、選択的なピクセルのアドレッシング、ピクセルの解読、信号の増幅、アナログ−デジタル変換、およびタイミング、読み出し、およびリセット信号の印加、等の処理および動作タスクを可能とする。
相互接続格子２６２のリセット制御線は、図７ｂに示される。イメージセンサアレイ１８２Ｂは、イメージセンサアレイ１８２Ｂの記述と関連して前に記述したように、イメージセンサアレイ１８２Ｂの単色ピクセル２５０Ｍが、イメージセンサアレイ１８２Ｂの カラー感受性ピクセル２５０Ｃとは独立してリセットすることができるように、複数のセットのリセット制御線を持つことができる。本発明によれば、制御線２６２Ｒ−Ｍ、２６２Ｒ−Ｃは、イメージセンサアレイ１８２Ｂの実質的な部分にわたって、制御線２６２Ｒ−Ｍが、制御線２６２Ｒ−Ｃのｘ、ｙ位置（軸は、図８ａで定義される）と一致するｘ、ｙ位置を持つように、層状の態様で、イメージセンサアレイ１８２Ｂ内に組み入れることができる。図７ｂの実施形態において、制御線２６２Ｒ−Ｃは、イメージセンサアレイ１８２Ｂ内で、制御線２６２Ｒ−Ｃに対して、異なる高さ（異なるＺ軸位置）にインストールされ、制御線２６２Ｒ−Ｍ、２６２Ｒ−Ｃが、制御線の実質的な長さにわたって、共通のｘ、ｙ位置を持つようにされる。多数の制御線を、制御線がイメージセンサアレイ１８２Ｂ内で共通のｘ、ｙ軸位置を持つように互いの上面上にインストールすることは、イメージセンサアレイ１８２Ｂ内に付加的なセットのリセット制御線をインストールすることから、そうでなければ生じるであろう充填率の劣化量を、低減することができる。
図７ｃと７ｄを参照して、イメージセンサアレイ１８２Ｂは、単色ピクセル２５０Ｍおよびカラー感受性ピクセルを、別に、かつ独立してリセットするための、別の、かつ独立したリセット制御線を、イメージセンサアレイ１８２Ｂの全体的な厚さを増やさないで、含むように構成することができる。図４ｂと７ｂに関連して記述されるように、リセット制御線を、お互いの上面上に配置することは、重要な利点を提供する；そうでなければ、イメージセンサアレイは、このような配列でより厚くなり、これは、製造原価を増大させる。図７ｃを参照して、イメージセンサアレイ１８２Ｂのバージョンは、単色ピクセル２５０Ｍをリセットする第１セットのリセット制御線２６２、２６２Ｒ−Ｍ、および、イメージセンサアレイ１８２Ｂのカラー感受性ピクセル２５０Ｃをリセットする第２のセットの制御線２６２、２６２Ｒ−Ｃを持つよう、図示されている。図７ｃのリセット制御線構成は、図５ｆに示されたカラー感受性ピクセル分布において利用され、かつ、単色ピクセル２５０Ｍ、およびカラー感受性ピクセル２５０Ｃを分離してリセットする別の、かつ独立して制御可能なリセット制御線を持ち、かつ共通に利用可能なオフ‐ザ‐シェルフイメージセンサアレイの厚さに等しい厚さを示すイメージセンサアレイ１８２Ｂを与えるように利用することができる。図７ｃに示されるイメージセンサアレイ１８２Ｂのバージョンにおいて、単色ピクセル行のリセット制御線はともに電気的に接続され、かつカラー感受性ピクセルを含むピクセルの行のリセット制御線はともに電気的に接続されている。単色ピクセル行の共通に接続されたリセット制御線は、参照数字２６２、２６２Ｒ−Ｍで示され、一方、カラー感受性ピクセルを含む行の共通リセット制御は、参照数字２６２、２６２Ｒ−Ｃで示される。図５ｆと図７ｃのバージョンにおいて、イメージセンサアレイ１８２Ｂの毎４番目の行のピクセルは、カラー感受性ピクセル２５７Ｒ、２５７Ｇ、２５７Ｂのクラスターを含む。図７ｃに示されるように、ともに電気的に接続されたカラー感受性ピクセル２５０Ｃを含むリセット制御線２６２、２６２Ｒ−Ｃにより、カラー感受性ピクセル２５０Ｃを含むイメージセンサアレイ１８２Ｂのすべての行は、リセット制御信号の共通のリセット制御線２６２、２６２Ｒ−Ｃへの印加により、リセットに駆動することができる。同様に、単色ピクセル２５０Ｍ（単色行のピクセル）のみを含むすべての行のピクセルは、共通単色ピクセルリセット制御線２６２、２６２Ｒ−Ｍへのリセット制御信号の印加により、リセットに駆動することができる。さらに、図７ｃに示されたイメージセンサアレイ１８２Ｂのバージョンを参照して、イメージセンサアレイ１８２Ｂの単色ピクセル２５０Ｍは、ピクセル２５０Ｃがカラーイメージデータのイメージデータ読み出しのために露出されたとき、リセットに駆動することができる。
図７ｃの構成について、カラー感受性ピクセルクラスター、例えば、クラスター２５７Ｒ、の終端ピクセル、例えば、ピクセル２５０Ｃ−Ｅに隣接している単色ピクセル２５０Ｍ−Ａは、カラー感受性ピクセル２５０Ｃの露出期間の間にリセットに追いやられることはないことが気づかれるべきである。しかしながら、本発明によれば、１つの実施形態において、各カラー感受性の水平に配置されたクラスターの中央ピクセル２５０Ｃ−Ｉ（かつ、終端ピクセル２５０Ｃ−Ｅではない）にのみ、対応するイメージデータは、カラーイメージデータの読み出しの間に、選択的にアドレスすることができる。イメージデータの読み出しのためにアドレスされていない、終端ピクセル２５０Ｃ−Ｅでの各水平カラーフィルタ要素の存在は、終端ピクセル２５０Ｃ、２５０Ｃ−Ｅを通って角度でメージセンサアレイ１８２Ｂに入射するフォトンに起因するクロストークの効果を減少させる。
イメージセンサアレイ１８２Ｂの単色ピクセル２５０Ｍとカラー感受性ピクセル２５０Ｃを別に、かつ独立してリセットすることを与える、もう１つの構成は、図７ｄを参照して示され、かつ、記述される。図７ｄのバージョンにおいて、イメージセンサアレイ１８２Ｂは、すべて単色ピクセル２５０Ｍのみを含む複数のピクセル行を含み、これにつづいて、カラー感受性ピクセル２５０Ｃのみを含む複数のピクセル行を含む。単色ピクセル行２５０Ｍは、第１のサブセットのピクセルを形成し、カラー感受性ピクセル行２５０Ｃは、第２のサブセットのピクセルを形成する。第１のサブセットのピクセルをリセットするリセット制御線は、該第１のサブセットのピクセルのリセット制御線をともに接続し、そののち別に、第２のサブセットのピクセルのリセット制御線をともに電気的に接続することにより、第２のサブセットのピクセルを制御するリセット制御線とは独立のものとすることができる。図７ｄのバージョンにおける第１のサブセットの単色ピクセル２５０Ｍの共通制御線は、参照数字２６２、２６２Ｒ−Ｍで指定され、一方、図７ｄのバージョンにおける第２のサブセットのカラー感受性ピクセルの２５０Ｃの共通制御線は、参照数字２６２、２６２Ｒ−Ｃで指定される。単色ピクセル２５０Ｍおよびカラー感受性ピクセル２５０Ｃの別の、かつ、独立の制御を有効とする図７ｄの構成は、イメージセンサアレイ１８２Ｂの行の全体にわたる、単色の、あるいはカラー感受性ピクセル２５０Ｃの“ゾーン”を持つ、図５ｇ−５ｉに示され、記述されたイメージセンサアレイ１８２Ｂの線技術のシンボル最適化バージョンにより、利用することができる。
図７ｄを参照して、カラー感受性ピクセル２５０Ｃは、カラーイメージデータの読み出しのためのカラー感受性ピクセル２５０Ｃの露出の間でのリセット制御線２６２、２６２Ｒ−Ｍに対する共通のリセット制御信号の印加により、単色ピクセル２５０Ｍの露出の期間にリセットに駆動することができる。同様に、カラー感受性ピクセル２５０Ｃは、単色ピクセル２５０Ｍからのイメージデータの読み出しのための、単色ピクセル２５０Ｍの露出期間の間に共通リセット制御線２６２、２６２Ｒ−Ｃに、リセット制御信号を印加することにより、リセットに駆動することができる。
本発明によるイメージセンサアレイの特定の実施形態に関する特徴は、図２ａ−４ｃ（イメージセンサアレイ１８２Ａ）のビュー、および図５ａ−７ｄ（イメージセンサアレイ１８２Ｂ）のビューに関連して記述されて来た。光学式リーダー１００（すなわち、１８２Ａとラベルされた実施形態、１８２Ｂとラベルされた実施形態、あるいはCMYイメージセンサアレイ１８２Ｃ、RGBイメージセンサアレイ１８２Ｄ、単色線形イメージセンサアレイ１８２Ｅ、単色領域イメージセンサアレイ１８２Ｆ、単色および偏光器イメージセンサアレイ１８２Ｇ、あるいは単色、カラー、および偏光器イメージセンサアレイ１８２Ｈのようなもう１つの実施形態の、いずれかの組み入れられたイメージセンサアレイの一般的な特徴が、以下に記述される。
光学式リーダー１００は、イメージセンサアレイ１８２Ａ、１８２Ｂ、１８２Ｃ、１８２Ｄ、１８２Ｅ、１８２Ｆ、１８２Ｇ、１８２Ｈにおける第１の複数のピクセルを、イメージセンサアレイの第２のピクセルを選択的にアドレスするのと独立に、選択的にアドレスして、イメージデータが第２の複数のピクセルと独立に第１の複数のピクセルから読み出されることができるようにプログラムする、あるいはそうでなければ、構成することができる。１つの動作モードにおいて、光学式リーダー１００は、第１のサブセットのピクセルをアドレスし、該第１のサブセットのピクセルからイメージデータを、第２のカラー感受性のサブセットのピクセルとは独立して読み出すことができる。もう１つの動作モードにおいて、光学式リーダー１００は、第２のサブセットのピクセルをアドレスし、該第２のサブセットのピクセルからイメージデータを、第１のサブセットのピクセル２５０Ｍとは独立して読み出すことができる。光学式リーダー１００が、イメージセンサアレイのあるサブセットのピクセルのみを選択的にアドレスし、選択的に読み出す場合は、イメージセンサアレイから読み出されるイメージデータの結果として生じるフレームは、イメージデータの「ウインドウ表示のフレーム」と言われる。イメージデータのウインドウ表示のフレームが読み出される、イメージセンサアレイのフレームレートは、イメージセンサアレイの通常のフレームレートと比し、通常増大している。
イメージセンサアレイ１８２Ａ、１８２Ｂ、１８２Ｃ、１８２Ｄ、１８２Ｅ、１８２Ｆ、１８２Ｇ、１８２Ｈは、回転シャッター動作モードと、グローバルシャッター動作モードとを持つように構成することができる。回転シャッター動作モードに入ったとき、イメージセンサアレイの行のピクセルは、順次、露出される。“回転する”シャッターの語は、回転シャッター動作モードでは、ある行のピクセルのための露出が、一般に以前の行の露出期間が終わったときより前に開始されるために、用いられている。
グローバル電子シャッター動作モードで動作するとき、イメージセンサアレイのいくつかの行からのピクセルは、同時に露出される。すなわち、グローバル電子シャッター動作モードで動作するとき、イメージセンサアレイにおいて１つの電子シャッターを形成するトランジスタ要素（例えば、図３ａと６ａの実施形態において示されるような、トランスファーゲート３０４、およびリセットゲート３０８）は、複数の行のピクセルが、同時に露出され、共通の露出期間をもつように調整された態様で動作するよう制御される。グローバル電子シャッター動作モードにおいて、アレイの電子シャッター要素は、複数の行のピクセルのおのおのの共通露出期間が、（リセットゲート３０８の制御を介して）共通露出開始時間で開始し、（トランスファーゲート３０４の制御を介して）共通露出停止時間で終わるように制御される。ここで説明されるように、各ピクセルは、共通の露出期間の間に、光学的にシールドされたストア領域に電荷をストアすることができる。グローバル電子シャッター動作モードを有効とするために、露出制御タイミングパルス３５４、３５４'、３５４''、３５４'''は、図１５ａ−１５ｅのタイミング図と関連してさらに詳細に記述されるように、イメージセンサアレイ１８２Ａ、１８２Ｂ、１８２Ｃ、１８２Ｄ、１８２Ｅ、１８２Ｆ、１８２Ｇ、１８２Ｈに印加することができる。露出制御タイミングパルス３５４、３５４'、３５４''、３５４'''は、露出されるイメージセンサアレイの各行のピクセル１８２Ａ、１８２Ｂ、１８２Ｃ、１８２Ｄ、１８２Ｅ、１８２Ｆ、１８２Ｇ、１８２Ｈのおのおのの露出のためのタイミングを制御する。イメージデータの読み出しにさらされるイメージセンサアレイの各行のピクセルのための露出期間は、露出制御タイミングパルス３５４、３５４'、３５４''、３５４'''の立ち上がりエッジで始まり、露出制御タイミングパルス３５４、３５４'、３５４''、３５４'''の立ち下がりエッジで終わる。グローバル電子シャッター動作モードを有するイメージセンサアレイの構成のために、該アレイの各ピクセルは、ここで記述される付加的な回路要素を備えている。
光学式リーダー100のイメージセンサアレイ１８２Ａ、１８２Ｂ、１８２Ｃ、１８２Ｄ、１８２Ｅ、１８２Ｆ、１８２Ｇ、１８２Ｈは、回転シャッター動作モードのみにおいて動作するよう構成することができる；すなわち、１つの特定の実施形態において、光学式リーダー１００のイメージセンサアレイは、回転シャッターベースでのみ、イメージセンサアレイのピクセルを露出させるために制御され得るものであり、イメージセンサアレイのピクセルが、グローバル電子シャッターベースで露出されるように、制御されることはできない。もう１つの実施形態においては、光学式リーダー１００に組み入れられたイメージセンサアレイは、グローバル電子シャッター動作モードでのみ動作するよう構成することができ、回転シャッターモードで動作することは不可能である。
イメージセンサアレイ１８２Ａ、１８２Ｂ、１８２Ｃ、１８２Ｄ、１８２Ｅ、１８２Ｆ、１８２Ｇ、１８２Ｈは、グローバル電子シャッター動作モード、または回転シャッター動作モードのいずれかで動作するよう構成することができる。イメージセンサアレイがグローバル電子シャッター動作モード、または回転シャッター動作モードのいずれかで動作するよう構成された場合は、回転シャッター動作モードとグローバルシャッター動作モードの間の切り替えは、シャッターモードを切り替えるオペレータ指示の受信に応じてなされるであろう。該回転シャッター動作モードとグローバルシャッター動作モードとの間を切り替えることは、また、所定の基準が満足されていることを検出するのに応じて、自動的に、かつダイナミックに行うことができる。回転式シャッターモード、およびグローバルシャッター動作モードを持つ光学式リーダー１００を持つイメージセンサアレイは、２００５年３月１１日に出願された米国特許出願第１１／０７７,９７５号、名称“ Bar Code Reading Device With Global Electronic Shutter Control”に記述されており、参照によりここに組み入れられる。回転式シャッターまたはグローバルシャッター動作モードのいずれかで動作するよう構成されたイメージセンサは、米国特許第６,５５２,３２３号、名称“Image Sensor With A Shared Output Signal Line”において記述されており、参照によりここに組み入れられる。
イメージセンサアレイ１８２Ａ、１８２Ｂ、１８２Ｃ、１８２Ｄ、１８２Ｅ、１８２Ｆ、１８２Ｇ、１８２Ｈは、イメージセンサアレイのあるピクセルが、回転シャッターベースで、またはグローバルシャッターベースで露出されることが可能であり、イメージセンサアレイのある特定の他のピクセルは、回転シャッターベースでのみ露出されることが可能であり、グローバル電子シャッターベースでは露出され得ないように構成することができる。
特に、メージセンサアレイ１８２Ａ、およびイメージセンサアレイ１８２Ｂを参照して、光学式リーダー１００のイメージセンサアレイに、単色ピクセルを別々にカラー感受性ピクセルとは独立してリセットする別々に制御可能なリセット制御線２６２、２６２Ｒ−Ｍ、２６２、２６２Ｒ−Ｃを組み込み、これにより、クロストークを低減することが有利であることが記述されてきた。イメージデータが選択的にイメージデータの第１のサブセットから読み出されるときはいつでも、本発明により、別々に、かつ独立して制御可能なリセット制御線を、イメージセンサアレイ１８２Ａ、１８２Ｂ、１８２Ｃ、１８２Ｄ、１８２Ｅ、１８２Ｆ、１８２Ｇ、１８２Ｈの中に組み入れることが有利であり、第１のサブセットのピクセルに対して外にあるイメージセンサアレイのピクセルからクロストークを低減することが望ましいことが理解されるであろう。例えば、図１８ｃに示されるような、シアン、紫紅色、黄色（CMY）のイメージセンサアレイ１８２Ｃを含む光学式リーダー１００においては、シアンと紫紅色のピクセルを黄色のピクセルとは別にリセットするための別々のリセット制御線を組み込み、黄色のピクセルがデコード回路１７９２に送信するためにデコードフレームの黄色ピクセルイメージデータの読み出しのために露出されるとき、該アレイの残りのピクセル、すなわちシアンと紫紅色のピクセルが電子拡散クロストークを削減し、かつフォトン透過クロストークを低減するようリセットに設定されるようにすることが望ましい。ハンドヘルド光学式リーダー１００が、図１９ｂに示されるような、単色／偏光器イメージセンサアレイ１８２Ｇ、あるいは図２０ａおよび２０ｂに示されるような、単色／偏光器イメージセンサアレイ１８２Ｈを組み込むとき、イメージセンサアレイ１８２内に、偏光器ピクセルの外にあるピクセルのリセットを制御するための別々に制御可能なリセット制御線を組み込み、偏光器ピクセルが偏光器ピクセルからのイメージデータの読み出しのために露出されるとき、イメージセンサアレイの残りのピクセルがリセットにセットされて、偏光器ピクセルの外にあるピクセルからのクロストークを低減するようにすることは、利点のあることである。
イメージセンサアレイ１８２Ａ、１８２Ｂ、１８２Ｃ、１８２Ｄ、１８２Ｅ、１８２Ｆ、１８２Ｇ、１８２Ｈが、相補的金属酸化物シリコン集積回路製作技術を用いて製造されたCMOSイメージセンサアレイによって都合よく提供されるとき、イメージセンサアレイ１８２Ａ、１８２Ｂ、１８２Ｃ、１８２Ｄ、１８２Ｅ、１８２Ｆ、１８２Ｇ、１８２Ｈはまた、電荷結合素子（CCD）イメージセンサアレイ、あるいはCIDイメージセンサアレイあるいは他の製造技術によるイメージセンサアレイであってもよい。ここに記述された発明のさまざまな実施形態において、フルフレームのイメージデータより少なく読み出しをする、すなわち、対象の同じくイメージ領域（ROI）として参照され得る「ウインドウ表示のフレーム」のイメージデータの読み出し、をすることは、有利であろう。ウインドウ化する能力を持つCCDイメージセンサアレイICチップの例が、ロチェスター、ニューヨークのイーストマン・コダック株式会社から入手可能なKODAK KAI-0340イメージセンサアレイICチップである。KAI-0340イメージセンサアレイICチップは、種々の入力スイッチ設定を利用して選択可能な種々の動作モードを持つ。例えば、ＳＷ１スイッチをHIGHポジションにセットすると、イメージセンサアレイの外側の垂直レジスタにおける電荷が、それが水平レジスタに到着する前に捨てられることとなり、イメージデータのアレイの中央列のみからの選択的な読み出しを有効とする。KAI-0340イメージセンサアレイチップのＳＷ２スイッチを設定すると、中央行からの電荷のみが垂直レジスタに転送され、イメージセンサアレイの中央行のみからのイメージデータの選択的な読み出しを有効とするよう、ダイオード転送クロックタイミングを変える。したがって、イメージセンサアレイ１８２Ｂが、単色ピクセルゾーン２５００Ｍを定義している単色ピクセル領域の中央行を持つよう、図５ｈに示されるバージョンによって構成されており、かつイメージセンサアレイがCCD KAI-0340イメージセンサアレイである場合は、中央行からのイメージデータを、イメージセンサアレイチップのあらかじめ構成された動作モードを選択することにより読み出すことができる。追加の「ウインドウ表示のフレーム」パターンは、ピクセルがクロックされるスピードを制御するピクセルクロックタイミング制御タイミングパルスの速度を変えることによって、CCDイメージセンサアレイから選択的に読み出すことができる。無効の、あるいはヌルデータは、ピクセルクロック信号を速めることによって、１つのCCDピクセルからクロックアウトすることができる。CCDイメージセンサからイメージデータを読み出す間に、ピクセルクロック制御信号を、有効データ引き出しレートと、無効データ引き出しレートとの間で変えると、通常速度でクロックアウトされる有効なイメージデータと、高い速度でクロックアウトされる無効イメージデータよりなるウインドウ表示のイメージデータを生じる。イメージデータはまた、イメージセンサアレイの選択ピクセルにするイメージデータを、CCDイメージセンサアレイの出力回路網に、選択的にゲーティングすることにより、イメージセンサアレイから選択的に読み出すことができる。ウインドウ表示のフレームのイメージデータが、CMOSイメージアレイからのピクセルの選択的なアドレスによって読み出される、ここで述べた任意の応用について、ウインドウ化能力を持つCCDイメージセンサアレイは、これに置き換えられて、選択的読み出し機能性を与えることができる。
本発明の追加的な側面が、図８ａ−８ｃの物理形式ビュー、および、図９ａ、９ｂおよび９ｃの物理形式ビューを参照して、記述される。図８ａ−８ｃの物理形式ビューにおいて、その上にイメージセンサチップを組み込み得る撮像モジュールが、記述される。図９ａ、９ｂおよび９ｃを参照して、イメージセンサチップを含む撮像モジュールを支持し、収容するハンドヘルドハウジングが記述される。
図８ａ−８ｃの実施形態で示されるような、本発明の光学式リーダー１００は、撮像モジュール１８０２Ａのような撮像モジュールを含み得る。図８ａ−８ｃに示されるような撮像モジュール１８０２Ａは、ここで、IT4000撮像モジュールのある特徴、および付加的な特徴を組み込んでいる。IT4000 画像形成モジュールは、Hand Held Products, Inc. of Skaneateles Falls, New York.から入手可能である。撮像モジュール１８０２Ａは、光源１６０ａ、１６０ｂを運ぶ、第１の回路基板１８０４を含み、一方、第２の回路基板１８０６は、光源１６０ｃ、１６０ｄ、 １６０ｅ、１６０ｆ、１６０ｇ、１６０ｈ、１６０ｉ、１６０ｊ、１６０ｋ、１６０ｌ、１６０ｍ、１６０ｎ、１０６ｏ、１６０ｐ、１６０ｑ、１６０ｒ、１６０ｓ、および１６０ｔを運ぶ（以下、１６０ｃないし１６０ｔ、という）。第１の回路基板１８０４はまた、イメージセンサICチップ１０８２に集積されるイメージセンサアレイ１８２を運ぶ。図８ａに示されるイメージセンサICチップ１０８２およびイメージセンサアレイ１８２は、一般に、図８ａにおいて、それぞれ、参照数字「１０８２」と「１８２」によりラベルされており、ここで記述された、特定的に記述されたイメージセンサICチップ１０８２Ａ、１０８２Ｂ、１０８２Ｃ、１０８２Ｄ、１０８２Ｅ、１０８２Ｆ、１０８２Ｇ、および１０８２Ｈの任意の１つ、あるいはここで記述された、特定的に記述されたイメージセンサアレイ１８２Ａ、１８２Ｂ、１８２Ｃ、１８２Ｄ、１８２Ｅ、１８２Ｆ、１８２Ｇ、１８２Ｈの任意の１つが、撮像モジュール１８０２Ａに組み入れられ得ることを示している。種々のイメージセンサICチップ、およびイメージセンサアレイはまた、撮像モジュール１８０２Ｂ、１８０２Ｃ、１８０２Ｄ、および１８０２Ｅのような、ここで記述されるもう１つの撮像モジュールに組み入れることができる。図８ｅで示された撮像モジュール１８０２Ｃは、Hand Held Products, Inc.から入手可能なタイプのレーザー照準IT4300撮像モジュールである。レーザー照準IT4300撮像モジュールは、複数の照明LED、例えば、LED１６０、および、屈折率要素１８７３と結合したレーザーダイオードアセンブリ１８７２よりなる照準パターン発生器よりなり、ここで、撮像モジュールの屈折率要素は、レーザーダイオードアセンブリからのレーザー光を屈折させて、基板ｓ上に２次元照準パターンを投射する。撮像モジュール１８０２Ａはまた、イメージセンサアレイ１８２の活性な表面上にイメージの焦点を合わせる撮像レンズ２１２を運ぶレンズバレル１８１４を保持する、レンズホルダー１８１２を含むサポートアセンブリ１８１０を含む。レンズ２１２は、例えば、単一レンズ（レンズシングレット）、二重レンズあるいは三重レンズであることができる。光源は１６０ａ、１６０ｂは、照準照明光源であり、光源１６０ｃ〜１６０ｔは、照明光源である。図８ｄを参照して、照明光源１６０ｃ〜１６０ｔは、基板ｓ上に、バーコードシンボル１８３５のような解読可能な指標を運ぶ２次元照明パターン１８３０を投射し、一方、照準照明光源１６０ａ、１６０ｂは、照準パターン１８３８を投射する。図８ａ−８ｃに関連して示され、記述された実施形態においては、照準照明光源１６０ａ、１６０ｂからの光は、スリット開口１８４０を、基板ｓ上に、撮像するレンズ１８４２と結合したスリット開口１８４０により成形されて、図８ａ−８ｃの実施形態ではラインパターン１８３８である、照準パターン１８３８を形成する。照明パターン１８３０は、箱１８５０によって指定されたイメージリーダー１００のフルフレームフィールドのビューに実質的に対応する。光学式リーダー１００の現在のフィールドビューは、ここで、光学的リーダー１００の"目標”といわれる。照準パターン１８３８は、イメージリーダー１００のフィールドビューの中心を通って水平に伸びるラインの形をしている。照明パターン１８３０は、照明光源１６０ｃ〜１６０ｔのすべてが同時に動作したとき、投射することができる。照明パターン１８３０はまた、照明光源１６０ｃ〜１６０ｔの１つのサブセットが同時にエネルギー供給されたとき、投射することができる。照明パターン１８３０はまた、LED１６０ｓまたはLED１６０ｔのような、照明光源１６０ｃ〜１６０ｔのうちの１つがエネルギー供給されたとき、投射することができる。撮像モジュール１８０２のLED１６０ｓおよび１６０ｔは、LED１６０ｃ ないし１６０ｔより幅の広い投射角を持つ。撮像モジュール１８０２、１８０２Ａを組み込んでいる光学式リーダー１００においては、 照明アセンブリ１０４は、LED１６０ａ、１６０ｂ、LED１６０ｃ〜１６０ｔ、および レンズ１８４２と結合したスリット開口１８４０を含む。
図９ａ、９ｂ、および９ｃに示されるように、リーダー撮像モジュールは、ハンドヘルドハウジングの１つ内に組み込まれる。図９ａの実施形態において、撮像モジュール１８０２を支持するハンドヘルドハウジング１０１は、銃スタイルのハウジングである。図９ｂの実施形態において、撮像モジュール１８０２を支持するハンドヘルドハウジング１０１は、ポータブルデータターミナル（PDT）の形態をしている。図９ｃの実施形態において、撮像モジュール１８０２を支持するハンドヘルドハウジング１０１は、しばしば、“セルフォン”と言われる、移動電話の形態をしている。光学式リーダー１００がセルフォンであるとき、光学式リーダー１００は、音声データを、GSM/GPRSトランシーバー５７１によりGSM/GPRSネットワーク１９８（図１０）に送り、GSM/GPRSトランシーバー５７１によりGSM/GPRSネットワーク１９８より音声データを受け取るように、構成される。さらに、光学式リーダー１００がセルフォンであるとき、光学式リーダー１００は、オペレータが、キーボード５０８により電話番号を入力するように構成される。図８ａ−８ｃと関係して記述された特定の撮像モジュール１８０２Ａは、図９ａに示された光学式リーダー、あるいは図９ｂに示された光学式リーダー１００、あるいは図９ｃに示された光学式リーダー１００に組み入れられる。しかしながら、図９ａに示された実施形態では、ハウジング１０１は、２つの光源１６０のみが、撮像モジュール内に組み込まれていることを除いて、撮像モジュール１８０２Ｂ、すなわち、撮像モジュール１８０２Ａに似た構成の撮像モジュールを、支持し、収容する。図９ｂのリーダーのハウジング１０１は、一般に、ラベルされた要素１８０２である撮像モジュール１８０２を支持し、ここで記述された特定的なイメージャーモジュールの任意の１つ、例えば、１８０２、１８０２Ａ、１８０２Ｂ、１８０２Ｄ、１８０２Ｅが、本発明による光学式リーダーに組み入れられていることを示している。
光学式リーダー１００のさらなる側面に言及して、光学式リーダー１００は、種々の動作モードの間の選択を可能にするグラフィカルユーザインタフェース（GUI）３１７０を組み込み得る。GUI３１７０により、オペレータは、ポインター３１７２を選択されたアイコンに移動させ、アイコン上でクリックをして、選択されたアイコンに関連する動作モードにしたがって光学式リーダー１００を構成する。リーダー１００は、ポインタームーバー５１２（あるいは、ナビゲーションマトリックスと呼ばれる）を、ポインター３１７２の動きをよくするように含むことができる。ポインタームーバー５１２のボタン５１２Ｂは、Windows（登録商標）CEのような、リーダー１００に組み込まれるマルチタスクオペレーティングシステム（OS）を組み入れることによりサポートされている GUIインタフェースのアイコンの選択を効率よくする。GUI３１７２は、HTML/Java（登録商標）あるいはXML/Java（登録商標）のような、種々のオープンスタンダード言語を用いて開発することができる。
図９ｂの実施形態において、GUI３１７０は、複数のバーチャル選択ボタン３１５２、３１５４、３１５６で、３１５８、３１６２、３１６４を含む。回転式シャッターアイコン３１５２の選択は、リーダー１００を、次の露出期間の間、イメージセンサアレイ１８２が、回転シャッターモードで動作するように構成する。グローバルシャッターアイコン３１５４の選択は、リーダー１００を、次の露出期間の間、イメージセンサアレイ１８２が、グローバル電子シャッターモードで動作するように構成する。
デコードアイコン３１６２の選択は、光学式リーダー１００をして、指標デコードモードに駆動し、図１０を参照して記述されているように、トリガー信号が受信された次の時間に、光学式リーダー１００が１フレームのイメージデータを獲得し、その中に表現されたバーコードシンボルまたは他のデコード可能な指標（例えば、OCR文字）をデコードし、デコードアウトしたメッセージを、ディスプレイ５０４、または離れて配置されたデバイス１５０に出力するようにする。イメージ獲得（あるいは、撮像とも言われる）アイコン３１６４の選択は、光学式リーダー１００をして、次回トリガー信号が受信されたとき、光学式リーダー１００がイメージデータを獲得し、該イメージデータを、１またはそれ以上のディスプレイ５０４、特定のメモリアドレス、または、離れて配置されたデバイス１５０に、その中にあるデコード可能な指標をデコードするよう試みることなく出力するように構成する。光学式リーダー１００はまた、光学式リーダー１００が、リーダー１００に離れて配置されたデバイス１５０からシリアルコマンドを送ることにより、あるいは、特定的に構成されたプログラミングバーコードシンボルを読み出すことにより、選択された動作モードにしたがって構成され得るよう、構成することができる。
光学式リーダー１００は、手動トリガー２１６が、オペレータによって手動で押されたとき、光学式リーダー１００がトリガー信号を受信するよう構成することができる。光学式リーダー１００はまた、トリガー信号が、図１０に示されるように、リーダー１００の近傍にある目標のセンシングにより、あるいは、離れて配置されたデバイス１５０からリーダー１００にシリアルトリガーコマンドを送ることにより受信されるように構成することができる。
1実施形態における光学式リーダー１００の動作を図示するフロー図が、図１４ａ、１４ｂ、および１４ｃを参照して記述される。ステップ１１００において、オペレータは、指標モードと、撮像モードとを選択する。ステップ１１００において、オペレータは、アイコン３１６２（図９ｂ）を選択して、光学式リーダー１００を指標デコードモードに駆動し、あるいはアイコン３１６４を選択して、光学式リーダー１００をデジタル画像撮像モード動作に駆動する。これらのモードはまた、リーダー１００に離れて配置されたデバイス１５０からシリアルコマンドを送ることにより、あるいはプログラミングバーコードシンボルの読み出しにより選択することができる。もし、指標デコードモード動作が選択されれば、光学式リーダー１００は指標デコードプロセス１２００を実行する。もし、撮像モードが選択されれば、光学式リーダー１００は撮像プロセス１４００を実行する。
指標デコードプロセス１２００の例は、図１４ｂを参照して記述される。ステップ１２０２において、トリガー信号は、記述された方法（トリガー２１６を押す、目標センシング、シリアルトリガーコマンド）の１つにより受信され、デコードプロセスを始める。ステップ１２０３において、光学式リーダー１００の制御回路５５２は、複数の“パラメータ決定”、またはテストフレームのイメージデータ、を獲得する。ステップ１２０３で獲得されたフレームのイメージデータは、指標デコード処理に付されるのではなく、むしろ、パラメータ決定（例えば、露出、ゲイン、照明）の処理をされる。あるいは、パラメータ決定ステップ１２０３は避けられる。例えば、制御回路５５２は、ステップ１２０３でパラメータを決定するよりむしろ、前のイメージ獲得動作から決定したパラメータを適用することができる。ステップ１２０４で、制御回路５５２は、以下に詳細が説明されるデコードフレームのイメージデータを得る。
フレームのイメージデータ（すなわち、デコード、撮像、または他の処理または蓄積において使用される「テスト」フレーム、および／またはフレーム）を獲得するために、制御回路５５２（図１ａ）は、照明制御信号を照明アセンブリ１０４に送り、種々のイメージ取り込み開始制御信号を、イメージセンサチップ１０８２（一般に、ここに記述したイメージセンサチップの任意のものを言及するようラベルされている）の制御／タイミング回路１０９２に送ることができる。
イメージ獲得開始制御信号は、図１５ａ−１５ｅを参照して、より詳細に記述される。イメージデータの獲得のために、制御回路５５２は、（図８ｄに示されるように）、照明パターン１８３０が投射されるように、少なくとも１つの光源１６０を活性化するよう照明制御タイミングパルス３５０を照明アセンブリ１０４に送る。制御回路５５２はまた、イメージセンサICチップ１０８２に、露出制御タイミングパルス３５４および読み出し制御タイミングパルス３６８を、およびリセット制御タイミングパルス３７０を送る（すなわち、制御回路５５２は、イメージセンサICチップ１０８２に露出制御タイミングパルス３５４、読み出し制御タイミングパルス３６８、およびリセット制御タイミングパルス３７０を開始するよう適切な信号を送る。）。
図１５ａに示される１つの実施形態において、露出制御タイミングパルス３５４は、照明制御タイミングパルス３５０の後に始まり、その前に、終わる。読み出し制御タイミングパルス３６８は、照明制御タイミングパルス３５０の終わりに始まる。図１５ｂに示されるもう１つの実施形態において、照明制御タイミングパルス３５０'は、露出制御タイミングパルス３５４' の後に始まり、前に終わる。この実施形態において、読み出し制御タイミングパルス３６８'は、露出制御タイミングパルス３５４'の終わりにおいて、始まる。さらなる実施形態において、露出制御タイミングパルス、および照明制御タイミングパルスは、同時に起こりながら、相互にオーバーラップする。図１５ｃに示されるような１つのそのような実施形態において、この順次的な動作は、照明制御タイミングパルス３５０''が始まり、露出制御タイミングパルス３５４''が始まり、照明制御タイミングパルス３５０''が終わり、そののち、露出制御タイミングパルス３５４''が終わる。この実施形態において、読み出し制御タイミングパルス３６８''は、露出制御タイミングパルス３５４''の終わりに始まる。図１５ｄに示されるようなさらなる実施形態において、順次的な動作は、露出制御タイミングパルス３５４'''が始まり、照明制御タイミング３５０'''が始まり、露出制御タイミングパルス３５４'''が終わり、そののち、照明制御タイミング３５０'''が終わるのを許す。この実施形態において、読み出し制御タイミングパルス３６８'''は照明制御タイミング信号パルス３５０'''の終わりにおいて始まる。ここで記述された各照明制御タイミングパルス３５０、３５０'、３５０''、３５０'''は、図１５ｅによって示されるように、時々、「ストローブド」パルスと言われる、複数の短持続時間の個々のパルスを構成し得る。
露出制御タイミングパルス３５４がイメージセンサIC チップによって受信され、光学式リーダー１００がグローバル電子シャッター動作モードで構成されているとき、イメージセンサアレイ１８２Ａ、１８２Ｂ、１８２Ｃ、１８２Ｄ、１８２Ｅ、１８２Ｆ、１８２Ｇ、１８２Ｈのいくつかの行からのピクセルは、該パルスの持続期間の間、同時に光にさらされる。すなわち、光学式リーダー１００がグローバル電子シャッター動作モードに構成されているとき、イメージセンサアレイ１８２Ａ、１８２Ｂ、１８２Ｃ、１８２Ｄ、１８２Ｅ、１８２Ｆ、１８２Ｇ、１８２Ｈの、イメージデータの読み出しを受けるいくつかの行のおのおのは、イメージデータの読み出しを受けるイメージセンサアレイの各行のピクセルの露出期間が、共通の露出開始時間に始まり、共通の露出停止時間に終わるよう、共通の露出期間を持っている。イメージデータの読み出しを受けるイメージセンサアレイ１８２Ａ、１８２Ｂ、１８２Ｃ、１８２Ｄ、１８２Ｅ、１８２Ｆ、１８２Ｇ、１８２Ｈの、各行のピクセルのための露出期間は、露出制御タイミングパルス３５４、３５４'、３５４''、３５４'''、の立ち上がりエッジで始まり、露出制御タイミングパルス３５４、３５４'、３５４''、３５４'''、の立下りエッジで終わる。
読み出し制御タイミングパルス３６８が、イメージセンサICチップ１０８２Ｂによって受信されるとき、イメージデータは、イメージセンサアレイから読み出される。イメージセンサアレイのピクセルに対応するイメージ信号は、アナログディジタルコンバータ１０８６によってデジタルフォームに変換されて、FPGA５８０によってメモリ５６０に転送される。
光学式リーダー１００はステップ１２０４で、イメージデータを読み出すとき、光学式リーダー１００が「ウインドウ表示のフレーム」のイメージデータを読むように、構成することができる。ここに示されるように、ウインドウ表示のフレームのイメージデータは、対象の、またはウインドウの所望の領域のピクセルを選択的にアドレスすることにより読み出すことができる。ステップ１２０４でのフレーム獲得の間に読み出されたウインドウ表示のフレームのイメージデータは、イメージセンサアレイのすべて、あるいは実質的にすべての単色ピクセル２５０Ｍに対応するピクセル値よりなることができる。図１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、および１５ｄのタイミング図をさらに参照して、選択的にアドレスされないピクセルをリセットするためのリセット制御タイミングパルス３７０は、ウインドウ表示のフレームのイメージデータを読み出すために選択的にアドレスされるピクセルの露出を制御するための露出制御タイミングパルス３５４と調和させることができる。このように、単色／カラーハイブリッドイメージセンサアレイ、例えば、イメージセンサアレイ１８２Ａあるいはイメージセンサアレイ１８２Ｂから単色のイメージデータを読み出すために、リセット制御タイミングパルス３７０９がイメージセンサアレイ１８２のカラーピクセルをリセットするために印加され、一方、露出制御タイミングパルス３５４がイメージセンサアレイの単色のピクセルの露出を可能にするために印加される。イメージセンサのカラーピクセルをリセットすることを、単色ピクセルをリセットすることとは独立に促進するために、イメージセンサアレイは、カラーピクセルをリセットすることを可能とするよう特定的に適合された、リセット制御線格子を含むよう構成することができる。単色ピクセルが光にさらされている間に、カラーピクセルをリセットに駆動するためのリセット制御パルス３７０を印加することは、電子拡散クロストークを削除し、かつ、露出の間にカラーピクセルに光線が斜めに入りこむことより生じるクロストークを低減することができる。
フレームがステップ１２０４で得られるとき、それらは、バーコードシンボル解読あるいはOCR解読のような 指標解読を促進するのに適切な形で得られる。ハイブリッド単色／カラーイメージセンサアレイ１８２Ａ、１８２Ｂからステップ１２０４で読み出された単色ピクセルに対応するイメージデータだけを含み、カラー感受性ピクセル２５０Ｃに対応するイメージデータを含まない、ウインドウ表示のフレームのイメージデータについて、制御回路５５２はステップ１２０４でグレースケール値をRAM５６０にストアし、該各ピクセル値はイメージセンサアレイ１８２Ａ、１８２Ｂの特定の単色ピクセルにおける光の強度を表す。ステップ１２０４で得られたフレームのイメージデータは、例えば、8ビットグレースケールピクセル値、10ビットグレースケールピクセル値、あるいは12ビットグレースケールピクセル値を含む。多数の旧式なバーコード解読およびOCR解読スキームは、単色グレースケールイメージデータ、またはグレースケールイメージデータから導き出される２値イメージデータ上で動作するよう設計されているので、単色イメージフレームの獲得における単色ピクセル２５０Ｍの選択的アドレッシングは、指標解読処理を受けるのによく適したフレームを生じる。もちろん、ある応用において、制御回路５５２はステップ１２０４でカラーイメージデータを含めデコードフレームのイメージデータを得ることができる。例えば、デコード回路１７０２がカラー符号化されたバーコードシンボルを解読するよう構成されている場合は、制御回路５５２はステップ１２０４で、カラーイメージデータを含むデコードフレームのイメージデータを得るのが有利である。
ステップ１２０４の実行において、制御回路５５２は、デコードフレームのイメージデータを得るにおいて、複数の代替的なプロセスを実行することができる。図１４ｄのフロー図を参照して、ステップ１２０４で光学式リーダー１００は、以上で記述されてきたただ１つのウインドウ表示のフレームのイメージデータを、単に獲得することができる。図１４ｄのプロセスステップ１２０５によって示されるように、制御回路５５２は、イメージセンサアレイ１８２Ａあるいはイメージセンサアレイ１８２Ｂのような、ハイブリッド単色／カラーイメージセンサアレイの単色ピクセル２５０Ｍを選択的にアドレスし、かつ、単色ピクセル２５０Ｍのみからイメージデータを読み出す、すなわち、単色ピクセル２５０Ｍのみからのイメージデータよりなるウインドウ表示のフレームのイメージデータを読み出すことによりプロセスステップ１２０４を実行することができる。
図１４ｅのフロー図を参照して、デコードフレームステップ１２０４を得ることは、あるいは、ステップ１２０６と１２０７の実行により、実行することができる。ステップ１２０６で光学式リーダー１００は、単色ピクセル２５０Ｍおよびカラー感受性ピクセル２５０Ｃを含むフレームのイメージデータを生成することができ、ステップ１２０７でイメージセンサアレイ１８２Ａ、１８２Ｂは、ステップ１２０６で生成されたフレームのピクセル値を、グレースケール値に変換することができる。ステップ１２０６で生成されるフレームは、単一の露出期間の間に、イメージセンサアレイ１８２Ａ、１８２Ｂのカラーおよび単色のピクセルを露出させ、イメージセンサアレイ１８２Ａ、１８２Ｂのカラーおよび単色ピクセル２５０Ｍ、２５０Ｃの両方からイメージデータを読み出すことにより生成することができる。あるいは、ステップ１２０６で光学式リーダー１００の制御回路５５２は、２つの連続したフレームであって、そこでは、第１の獲得したフレームは、カラー感受性ピクセル２５０Ｃのみからのイメージデータを含むウインドウ表示のフレームのイメージデータであり、第２の獲得したフレームは、単色ピクセル２５０Ｍのみからのイメージデータを含むウインドウ表示のフレームのイメージデータであるような、２つの異なるフレームからのイメージデータを結合することができる。
図１４ｆのフロー図を参照して、光学式リーダー１００はまた、ステップ１２０８およびステップ１２０９を実行することによって、ステップ１２０４でデコードフレームを得ることができる。ステップ１２０８で光学式リーダー１００は、単色ピクセル２５０Ｍのみに対応するイメージデータを含むウインドウ表示のフレームのイメージデータを獲得し、ステップ１２０９で制御回路５５２は、ステップ１２０８で獲得したウインドウ表示の単色のフレームからの単色ピクセル値を利用して、イメージセンサアレイ１８２Ａ、１８２Ｂのカラーピクセル位置に対応するピクセル値を補間することができる。例えば、制御回路５５２は、イメージセンサアレイ１８２Ａ、１８２Ｂの各単色のピクセル位置のためのグレースケールピクセル値を含む図１６ａで示されたグレースケールピクセル値フレーム５２０２を獲得することができる。光学式リーダー１００は、フレーム５２０２の任意の「欠落したピクセル」のカラーピクセル位置のために、単色ピクセル値を補間することができる。フレーム５２０２を参照して、フレーム５２０２は、図４ａ−７ｂ（周期＝2）にしたがって構成されたイメージセンサアレイ１８２Ｂからイメージデータを読み出すことを選択することにより獲得されたグレースケールフレームのイメージデータである。ピクセル位置 Ｐ11、Ｐ31、Ｐ51、Ｐ12、Ｐ22、Ｐ32、Ｐ42、Ｐ52、Ｐ13、Ｐ33、Ｐ63 ．．．は、個別のフレームイメージデータが、それから読み出されているイメージセンサアレイ１８２の 単色ピクセル２５０Ｍに対応するピクセル位置である。ピクセル位置Ｐ21、Ｐ41、Ｐ23、Ｐ43、．．．は、イメージセンサアレイ１８２Ｂの カラー感受性ピクセル２５０Ｃに対応する欠落したピクセル位置である。図１６ａに表されるフレームのイメージデータを参照して、光学式リーダー１００は、カラーピクセル位置、例えば、位置Ｐ23のためのグレースケールピクセル値を、ピクセル位置Ｐ23に隣接する各ピクセル位置、およびカラーピクセル位置Ｐ23に隣接するコーナーである各ピクセル位置についてのグレースケール値を平均することによって計算することができる。例えば、図１６ａに表されるフレームを参照して、カラーピクセル位置Ｐ23のためのグレースケール値は、ピクセル位置Ｐ12、Ｐ22、Ｐ32、Ｐ13、Ｐ33、Ｐ14、Ｐ24、Ｐ34のピクセル値を、平均することにより補間することができる。「欠落したピクセル」位置Ｐ23のためのピクセル値はまた、8より多い隣接ピクセル位置を使用して補間することができる。また、コーナーで隣接するピクセルは、平均する際に、横、上、底の、隣接するピクセルより低く重み付けすることができる。１つの単純な平均方法において、4つの囲んでいるピクセルのみが平均される；すなわち、それについてグレースケール値を補間しようとしているピクセル位置の、上、下の両ピクセル、および2つの両横のピクセルである。まださらなる補間方法において、2つのピクセルのみが平均に用いられる；すなわち、補間しようとしているピクセルに隣接する、2つの側面に隣接するピクセル、およびの上、および下の、隣接するピクセルのいずれかである。線形バーコードシンボルの２次元イメージ表現は、もし、シンボルの表示が、0°の、あるいは180°の回転角度を持って方向づけられている（すなわち、シンボルが、右側に進む、あるいは、上から下に進む）のであれば、列に沿ったいくつかの連続するピクセル位置が、同様のグレースケール値を持つことが期待される。もし、シンボル表示が、90°の、あるいは280°の回転角度を持っているなら、ピクセル位置の行に沿ったいくつかの連続するピクセル位置が、同様のグレースケール値を持つことが期待される。したがって、シンボル表示における、バーの方向に走る隣接するピクセル位置のピクセル値を補間することは、補間のためにすべての囲むピクセル位置を利用することより、より真のエッジ情報を引き出すものと見ることができる。
本発明の１つの方法において、１対の水平に向いている走査ラインの間の相互関係は、１対の垂直に向いている走査ラインの間の相互関係とともに計算される。２つの相互関係の測定は、その後、比較される。もし、行走査ラインがより密接に関連づけられていれば、列の隣接するピクセルが補間のために選択される。もし、列走査ラインがより密接に関連づけられていれば、行の隣接するピクセルが補間のために選択される。（水平、または垂直の）一対の走査ラインのための、１次変分相関を計算する例示的なセットのコードが、テーブル１により表される。
Figure 0005824193
欠落したカラーピクセル位置値を、３つの方法（単純平均、1次変分相関、および単純相関）の１つにより補間する１つのセットのコードが、テーブル２、ここで、「Ｍ-set」は、ピクセルの単色セットを言う、に表される。

テーブル２
カラーピクセル位置に対応する欠落したピクセルを補間する例示的なコード

％ MsetInterpolation: interpolates missing M-set pixels
％input I_Mset: M-set image
％input method: 1:first derivative correlation; 2:simple correlation; 3:
％simple averaging
％input p: sample period
％output Im: interpolated monochrome image
function Im=MsetInterpolation(I_Mset,method,p)
Isz=size(I_Mset);
％M-set topology
％ Λ
％ MMMMMMMMM
％ MxMxMxMxM
％ MMMMMMMMM
％ MxMxMxMxM
％(MMMMMMMMM)
％ v
Im=double(I_Mset);
m=Isz(1);
n=Isz(2);
％correlated averaging
for i=p:p:m
for j=p:p:n
ifi+1<=m&j+l<=n
if method==2
％simple correlation
if abs(Im(i-1,j)-Im(i+1,j))<abs(Im(i,j-1)-Im(i,j+1))
Im(i,J)=(Im(i-1,j)+Im(i+1,j))/2;
else
Im(i,j)=(Im(i,j-1)+Im(i,j+1))/2;
end
else if method==1
％first derivative correlation
if OneDcorrelate(Im(i-1,j-1:j+1),Im(i+1,j-1:j+1))>OneDcorrelate(Im(
i-1:i+1,j-1), Im(i-1:i+1,j+1))
Im(i,j)=(Im(i-1,j)+Im(i+1,j))/2;
else
Im(i,j)=(Im(i,j-1)+Im(i,j+1))/2;
end
else ％method==3
％simple averaging
Im(i,j)=(Im(i-1,j)+Im(i+1,j)+Im(i,j-1)+Im(i,j+1))/4;
end
else if i+1<=m&j+1>n
Im(i,j)=(Im(i-1,j)+Im(i+1,j))/2;
else if i+1>m&j+1<=n
Im(i,j)=(Im(i,j-1)+Im(i,j+1))/2;
else if i+1>m&j+1>n
Im(i,j)=(Im(i-1,j)+Im(i,j-1))/2;
end
end
end
Im=uint8(Im);

［テーブル２終わり］
ステップ１２１０で光学式リーダー１００は、ステップ１２０４で得たフレームのイメージデータを、バーコードシンボルデコード回路である指標デコード回路１７０２に、あるいは、指標デコード回路１７０２を含む自動識別回路１７０４に転送する。１つの実施形態において、デコード回路１７０２は、１次元および２次元バーコードシンボル、およびOCR文字をデコードする。自動識別回路１７０４は、１次元および２次元バーコードシンボル、およびOCR文字（デコード可能な指標）をデコードし、デコード可能な指標と、手書きの文字とを自動識別する。自動識別回路１７０４が手書きの文字情報の存在を認識するとき、自動識別回路１７０４は、ディスプレイ５０４、および／または、間隔を置いた装置１５０に、手書き文字イメージデータを表すイメージデータを自動的に出力する。指標デコード回路１７０２、および自動識別回路１７０４のさらなる詳細は、同時係属の、参照によって組み込まれる２００５年３月１１日に出願された米国特許出願第１１／０７７，９７５号、および同じくここに参照によって組み込まれる２００４年１０月５日に出願された米国特許出願第１０／９５８，７７９号に記述されている。
一般に、指標解読の正確さは、イメージセンサアレイ１８２Ａ、１８２Ｂ内の単色ピクセルのパーセンテージの増加で増加することが予想される。イメージセンサアレイ１８２ＢがP＝2、の周期を持つとして、イメージセンサアレイ１８２Ｂのピクセルの1行おきのピクセルは、すべて単色ピクセルである。これにより、すべて白黒のピクセルイメージセンサアレイを利用して得たフレームに比較し、性能の実質的な低下なしに、線形バーコードシンボルを解読する試みの間に、水平走査ラインを、P＝2のイメージセンサアレイ１８２Ｂを利用して得たフレームのイメージデータの水平行のピクセル値を通って走らせることができる。線形バーコードシンボルを解読するために、制御回路５５２は、水平行のピクセル位置で定義された走査線のような走査線に沿ってイメージデータを読んで、シンボルのバーとスペースの相対幅を決定し、そののち、テーブルルックアップを通して該シンボルを解読し、バースペース情報に対応する解読された文字データのセットを決定することができる。
ステップ１２１２で制御回路５５２は、デコード回路１７０２、または自動識別回路１７０４からのデコードされた出力メッセージを受け取る。ステップ１２１２で制御回路５５２によって受けとられたメッセージは、例えば、解読されたバーコードメッセージ、あるいは解読されたOCR文字のセットである。ステップ１２１４において光学式リーダー１００は、解読されたメッセージを出力する。ステップ１２１４で制御回路５５２は、解読されたバーコードデータ、および／または、解読されたOCR データを、図１０に示されるようにディスプレイ５０４、または離れて配置された装置１５０に、あるいはリーダー１００あるいはシステム１４５のデータ蓄積メモリ位置に、送る。
光学式リーダー１００と通信し得る離れて配置された装置１５０の例は、図１０に関連して示され、記述される。光学式リーダー１００は、システム１４５の一部であり、リーダー１００に加えて、他の、リーダー１００'、１００''のような離れて配置された装置、ネットワークアクセスポイント１７４、パソコン１７２、および中央サーバー１７６、これらはすべてリーダー１００のハンドヘルドハウジング１０１から離れており、それらのすべてはバックボーン１７７を介してともに接続されている、からなるローカルエリアネットワーク（LAN)１７０内に含まれている。サーバー１７６は、順に、種々の離れて配置された装置１５０と通信しており、該装置は、リーダー１００のハンドヘルドハウジング１０１と離れており、かつこれらからサーバー１７６までは、光学式リーダー１００と通信している。サーバー１７６は、ゲートウェイ１７９、１８０およびネットワーク１８１を経由して、何マイルも何千マイルもローカルエリアネットワーク１７０から離れた第１のリモートローカルエリアネットワーク１８５に、かつ、これも何マイルも何千マイルも離れた第２のリモートローカルエリアネットワーク２１７０に接続されている。ネットワーク１７０は、供給元の倉庫内に位置している。ネットワーク２１７０は、配達目的地に位置している；そしてネットワーク１８５は、データ処理／データアーカイブ設備に位置している。ネットワーク１８５は、種々の光学式リーダー１００、１００'、１００''、１００Ｒにより集められたデータを要約するサーバー１８４内において、光学式リーダー１００の使用によりアクセスすることのできる種々のウェブページを、集め、貯蓄し、維持するよう構成することができる。サーバー１７６は、代わりに、あるいは冗長的に、私的な通信ライン１９０を経由してリモートネットワーク１８５に接続することができる。IPネットワーク１８１は、インターネット、あるいは仮想私設網（VPN）であり得る。リモートLAN１８５は、パーソナルコンピュータ１８６、およびバックボーン１９１を経由して接続されたリモートサーバー１８４を含み得る。リモートLAN１８５はまた、無線通信アクセスポイント１９３を含み得る。リモートLAN１８５はまた、パーソナルデータアシスタント（PDA）１８９を含み得る。リモートLAN２１７０は、ゲートウェイ２１７９を介してIPネットワーク１８１に接続されたサーバー２１７６、バックボーン２１７７、アクセスポイント２１７４、PC２１７２、および光学式リーダー１００、１００Ｒ を含み得る。システム１４５は、ディスプレイの設備が整っている装置、例えば、装置１００'、１７２、１８６、１８９が、自動的に、光学式リーダー１００から受け取った、ビジュアルディスプレイカラーイメージフレームのイメージデータの解読されたバーコードメッセージデータのようなデータを、そのデータを受け取ったときに関連するディスプレイ１５０４上に表示するように構成することができる。
プロセス１２００の全てのステップは、トリガー信号の受信に応じて自動的に実行される。プロセス１２００のステップは、停止条件が満たされるまで継続する。停止条件は、例えば、トリガー２１６の開放より生成され得るトリガー停止信号の受信、あるいは所定数のバーコードシンボルの連続的なデコードであり得る。図１４ｂのリターンライン１２１１によって示されるように、制御回路５５２は、イメージデータを繰り返して得て、停止条件が満たされるまで、その中のデコード可能な指標をデコードするよう試みることができる。
「欠落したピクセル」のピクセル位置のために単色ピクセル値を補間することは、本発明による単色／カラーハイブリッドイメージセンサアレイが、イメージセンサアレイ全体を通して分布した多くの数のカラー感受性ピクセルを含む場合は、特に有利である。図１４ｂのフロー図と関連して以前に主張した他の例では、制御回路５５２は、ステップ１２０４で、単にイメージセンサアレイから「欠落したピクセル」ピクセル位置に何らのピクセル値を補間することなく、単色ピクセル２５０Ｍからイメージデータを読み出す、そこでは、リーダー１００のイメージセンサアレイはイメージセンサアレイ１８２Ａにしたがって構成されており、単色ピクセル２５０Ｍは完全なチェッカーボードパターンを形成している（イメージセンサアレイ１８２Ａ内には、M×Nマトリックスの単色ピクセル内に「欠落した」単色ピクセル位置はない）、ことにより、デコードフレームのイメージデータを得ることができる。したがって、光学式リーダー１００がイメージセンサ１８２Ａを含む場合は、イメージセンサアレイ１８２Ａから単色ピクセル２５０Ｍから任意のさらなる単色ピクセル値の補間をすることなくイメージデータを読み出すことにより、ステップ１２０４で、デコードフレームのイメージデータを、有利に得ることができる。
光学式リーダー１００が図５ｇ−５ｊに関連して説明されたバージョンの１つの線形バーコードシンボル最適化イメージセンサアレイ１８２Ｂを含む場合は、ステップ１２０４で、単色ピクセル値の補間なしにデコードフレームのイメージデータを得ることが役にたつであろう。図５ｇ−５ｊに関連して示され記述されたイメージセンサアレイ１８２Ｂのバージョンにおいては、イメージセンサアレイ１８２Ｂは、少なくとも１つの白黒ピクセル２５００Ｍの“ゾーン”と、少なくとも１つのカラー感受性ピクセル２５００Ｃの“ゾーン”を含む。イメージセンサアレイ１８２Ｂの線形シンボルデコード最適化バージョンの単色ピクセル２５００Ｍは、一般に、限定された数の行のピクセル（これは対角線の行であってもよい）に対し１つの小さい寸法を持つ長い１ラインの単色ピクセルよりなる。光学式リーダー１００がイメージセンサアレイ１８２Ｂの線形シンボル最適化バージョンを含む場合は、任意の“欠落したピクセル”のピクセル位置をも持たない、減少したエリアのデコードフレームのイメージデータを、カラー感受性ゾーンのピクセル２５００Ｃから何らのイメージデータをも読まないで、単色ゾーン２５００Ｍのピクセルを選択的にアドレスし、単色ゾーン２５００Ｍのピクセルからイメージデータを選択的に読み出すことにより得ることができる。より具体的には、光学式リーダー１００がイメージセンサアレイ１８２Ｂの線形シンボルの最適化されたバージョンよりなる場合は、ステップ１２０４で制御回路５５２は、ステップ１２０４（図１４ｂ）で減少したエリアの単色フレームのイメージデータを得て、そののち、ステップ１２１０で該減少したエリアの単色フレームのイメージデータをデコード回路１７０２に転送することができる。減少したエリアフレームのイメージデータは、１つの応用を示す図１１を参照して説明され、光学式リーダー１００は、デコードされたバーコードデータ、およびイメージデータを、種々のバーコードシンボル、例えば、線形バーコードシンボル１２６６、および２次元バーコードシンボル１２７０を運ぶ包み１２６０から集めるよう利用されている。光学式リーダー１００によって得られるフルエリアフレームのイメージデータは、図１１の矩形ボーダー１２７６によって示されたシーンエリアを表す。イメージセンサアレイ１８２Ｂのすべてのピクセルからのイメージデータが読み出される場合は、フルエリアフレームのイメージデータが得られる。光学式リーダー１００が減少されたエリアフレームのイメージデータを得る場合には、ダッシュ入りの境界１２７８により示されたような、減少されたシーンエリアを表す減少されたエリアフレームのイメージデータが得られる。図１１の例では、光学式リーダー１００は、図５ｇおよび５ｈに示されるような線形シンボル最適化がされたイメージセンサアレイ１８２Ｂの１つを組み込んでいる。減少したシーンエリア１２７８を表す減少したエリアフレームのイメージデータは、図５ｇと５ｈのバージョンの１つに従ったイメージセンサアレイ１８２Ｂの細いセンターライン単色ゾーン２５００Ｍの単色ゾーンからイメージデータを読み出すことによって、得られる。光学式リーダー１００が、ステップ１２０４で減少したシーンエリア１２７８を表す減少したエリアフレームのイメージデータを得るとき、該減少したエリアフレームのイメージデータは、減少されてはいるが、包み１２６０によって運ばれる線形バーコードシンボル１２６６の表示を含むに十分な大きさのものであることが、図１１を参照して見られる。リーダー１００のモジュール１８０２Ａ（図８ａ）のような撮像モジュール１８０２は、照準パターン１８３８（図８ｄ）が望まれる読み出し角でシーンエリア１２７８上に投射され、一方、照準光源１６０ａ、１６０ｂ、および残りの光源１６０ｃ−１６０ｔは、領域２５００Ｍのピクセルが領域２５００Ｍからのイメージデータの読み出しのために露出される間に同時にエネルギー供給されるように構成することができる。シーンエリア１２７８上に照準パターン１８３８、および照明パターン１８３０を同時に投射することは、領域２５００Ｍのピクセルに対応するイメージデータの信号強度を改善する。細いラインが減少されたエリアフレームのイメージデータをステップ１２１０で受け取った後に、デコード回路１７０２は、線形バーコードシンボル１２６６のバーおよびスペースのバースペース幅を計算し、そののち、該シンボルの文字を、テーブルルックアップを通して決定することにより、細いラインが減少されたエリアデコードフレームのイメージデータを処理し、線形バーコードシンボル１２６６をデコードすることができる。さらなる側面において、光学式リーダー１００は、照準パターン１８３８（図８ｄ）が光学式リーダー１００のフィールドビュー１２７６の中心にて水平に投射され、ステップ１２０４で得られた減少されたエリアイメージにより表されるエリア１２７８と一致するようになり、オペレータをして線形バーコードシンボル１２６６の表示を含むイメージを得ることを助けるよう構成することができる。ステップ１２０４で減少されたエリアデコードフレームのイメージデータを得るときの光学式リーダー１００のフレームレートは、フルフレームのイメージデータを得るときの光学式リーダー１００のフレームレートに比較し、実質的に低減することができる。したがって、そこでは、光学式リーダー１００がステップ１２０４で、デコード回路１７０２に転送される減少したエリアフレームのイメージデータを得るような本発明の方法は、速い（「素早い」）デコーディングのために最適化される。ここで記述されたように、単色ピクセル２５０Ｍは、単色ピクセル２５０Ｍからの選択的な読み出しのために露出される間に、リセットすることができる。
図１１の応用ビューをさらに参照して、シーンエリア１２７８をあらわす減少されたエリアフレームのイメージデータは、線形バーコードシンボル１２６６の完全な表現を含むのではないことが見られ、さらに、包み１２６０は、包み１２６０の郵便領域１２６８の一部である２次元バーコードシンボル１２７０のような付加的なバーコードシンボルを含む、あるいは運ぶことが見られる。もう１つの側面における本発明によれば、光学式リーダー１００は、指標デコード回路１７０２が減少したエリアフレームのイメージデータの処理によって成功裏にバーコードシンボルを解読することができない場合、あるいは、制御回路５５２が多数のバーコードシンボルを検索し、デコードするようプログラムされている場合は、制御回路５５２は、ステップ１２０４でデコードフレームのイメージデータを獲得することを再実行するよう、リターンライン（図１４ｂ）を実行するよう構成することができる。しかしながら、制御回路５５２がステップ１２０４を２回目に実行するとき、制御回路５５２は、ステップ１２０４の第１の実行の間に得られたフレームにより表されるシーンエリアより大きいシーンエリアをあらわすフレームのイメージデータを獲得する。図１１のダッシュ入りの境界１２７６により示された光学式リーダー１００のフルフィールドビューを表すフルエリアのイメージデータフレームであってもよい。イメージセンサアレイ１８２Ｂのカラーゾーン２５００Ｃがベイヤーパターンで分布されている場合は、制御回路５５２は、獲得ステップ１２０４の第２の実行の間に、２５００Ｃのイメージセンサアレイのカラー感受性ゾーンの緑のピクセルからイメージデータを、選択的に読み出し、緑ピクセル値を利用して、緑でないピクセル位置での緑のピクセル値を、ステップ１２０４で得られるデコードフレームのイメージデータがすべて緑のピクセル値を含むよう、補間することができる。さらに、単色ゾーン２５００Ｍに対応する欠落したピクセル位置は、ゾーン２５００Ｍに対応するカラースケールピクセル値と、ゾーン２５００Ｍを取り囲むピクセルのカラースケール値の間の関係に基づきスケールされる、ステップ１２０４の以前の実行の間に得られたイメージデータを利用して充たすことができる。ステップ１２１０において、より大きいエリアの緑のイメージデータは、指標デコード回路１７０２に転送される。指標デコードデータ１７０２は、ステップ１２０４の第２の実行の間に得られるイメージにおいて表され得る２次元バーコードシンボル１２７０のような、線形バーコードシンボル１２６６、およびすべて他のバーコードシンボルをデコードするように試みることができる。図１１の応用ビューを参照して、イメージセンサアレイ１８２Ｂに最適化された線形シンボルデコードを組み込む光学式リーダー１００は、エリア１２７８を表す小エリアイメージを利用する線形シンボル１２６６をデコードするよう試み、そののち続いて、シーンエリア１２７６を表すより大きいエリアフレームのイメージデータを利用して、２次元バーコードシンボル、例えば、シンボル１２７０をデコードするよう試みることができる。制御回路５５２が、減少したエリアフレームのイメージデータを得、デコードを試み、そののち続いて、より大きいフレームのイメージデータを得て、より大きいイメージを利用してデコードを試みる記述された方法は、図１７ｂに関連して示され、記述されたように、「すべて白黒」のイメージセンサアレイ１８２Ｆを用いて実施することができることが見られる。光学式リーダー１００が、図１７ｂに示されるような、すべて白黒のイメージセンサアレイ１８２Ｆを組み込んでいる場合は、イメージデータ読み出しのために選択的にアドレスされている選択された単色ピクセル２５０Ｍのための露出期間の間に、ステップ１２０４で、減少されたエリアデコードフレームのイメージデータの読み出しのために選択されてはいない単色ピクセル２５０Ｍをリセットに設定することは、特に効果のあることである。
白黒ピクセル２５０Ｍは、カラー感受性ピクセル２５０Ｃより多くの光を送信する。従って、露出期間の間に、選択的にアドレスされていなくて問題の領域に隣接している単色ピクセル２５０Ｍをリセットすることは、リーダー１００の全体の信号雑音比を改善する意味においてより大きな利益を持つことを予測できるであろう。
まださらに、図１１の応用ビューを参照して、光学式リーダー１００を、包み１２６０を表すビジュアルディスプレイカラーフレームのイメージデータを得るよう用いることは利点があるであろう。例えば、包み１２６０は、損傷したエリア１２７２を含む。包み１２６０に対応するビジュアルディスプレイカラーフレームのイメージデータを得ることは、包み損害を文書化する記録を作り出す。図１２ａの応用ビューを参照して、配達ルートに沿って数マイル離れて位置する異なる位置ＡおよびＢに位置する、異なる光学式リーダー１００、１００Ｒは、包み１２６０が配達ルートに沿って運ばれるときの包み１２６０の物理的変形を文書化する。LAN１７０（図１０）を含む位置Ａにおける光学式リーダー１００は、包み１２６０が位置Ａに位置しているときの、ビジュアルディスプレイカラーフレームのイメージデータを得るよう動作することができる。さらに、カラーフレームは、包みバーコードシンボル１２６６における、デコードされた包み識別子であって、光学式リーダー１００がバーコードシンボル１２６６を読むとき、これも自動的に遠隔サーバー１８４に送信される包み識別子によりインデックスされる、カラーフレームのイメージデータのデータベース１８７を持つ遠隔サーバー１８４に自動的に転送される。位置Ｂにおいて、遠隔光学式リーダー１００、１００Ｒ（図１０）は、再びバーコードシンボル１２６６を解読し、包み１２６６を表すビジュアルディスプレイカラーフレームのイメージデータを獲得し、バーコード１２６６に対応する包み識別子、およびカラーフレームのイメージデータを自動的に遠隔サーバー１８４に転送するよう利用することができる。図１２ａの応用ビューを参照して、位置Ｂからリモートサーバー１８４に送信されるカラーフレームのイメージデータは、位置Ａからリモートサーバーに送信されるカラーフレームのイメージデータ内には含まれない損傷した領域１２７２の表示を含むであろう。したがって、ある人（例えば、ＰＣ１７２でサーバー１８４のWebページを見ている人）は、包みが位置Ａから位置Ｂに配達された間に、該包み１２６０への損傷が起こったことを決定することができる。図１２ｂを参照して、光学式リーダー１００はまた、位置Ａから位置Ｂまで包み１２６０を運んだ配達車１２８２のカラー写真をとるよう利用することができる。図１２ｂの例において、光学式リーダー１００によって撮られた写真は、矩形１２８６で示されるフィールドビューを持つ。該フィールドビューは、包み１２６０、およびライセンスプレート１２８４を含み、配達車１２８２をカバーする。トリガー２１６は、バーコードシンボル１２６６、１２６７をデコードするために最初に活性化され、そののち、包み１２６０、および／またはライセンスプレート１２８４の写真を含む車１２７２の写真を撮るために、もう１回あるいは数回、活性化される。解読されたバーコードデータ、および多数のカラーフレームのイメージデータは、一つのトランザクションデータセットの中に、およびそののち、パケットベースの送信スキームを介してお互いに関連づけることができ、トランザクションデータセットは、ＰＣ１７２で表示可能な表示可能Web ページ内にデータを組織化することができる。ハンドヘルドハウジング１０１内に組み込むことのできる光学式リーダー１００は、トランザクションデータセットのすべてのデータが、光学式リーダー１００への単一のコマンド入力に応答して、リーダー１００のユーザインタフェース（例えば、３１７０）を介して遠隔サーバー１８４に送られるよう構成することができる。写真撮像モード動作で動作している光学式リーダー１００のさらなる側面は、図１４ｃ、１４ｇと１４ｈのフロー図を参照して記述される。
再び図１４ａのフロー図を参照して、光学式リーダー１００が撮像モード動作で動作するよう構成されているとき、デジタル写真撮像プロセス１４００が実行される。ステップ１１００で、写真撮影モード動作が、例えば、「イメージ取り込み」アイコン３１６４（図９ｂ）をクリックすることによって選択され、かつ、ステップ１１０４で写真撮影プロセス１４００が実行される。
写真撮影プロセス１４００のステップを参照して、光学式リーダー１００はステップ１４０２で、例えば、リーダーの近傍にある目標に対するマニュアルトリガーの押下がセンスされること、あるいはシリアルコマンドの受信により、生成されるようなトリガー信号を受ける。ステップ１４０３で制御回路５５２は、複数の“テスト”、またはパラメータ決定フレームのイメージデータを獲得する。ステップ１４０３で獲得されるフレームのイメージデータは、ビジュアルディスプレイのための出力ではない；しかしむしろ、動作パラメータ（露出設定、ゲイン照明）を決定するために処理される。代わりに、ステップ１４０４は避けることができ、制御回路５５２は、代わりに、過去のイメージ取り込み動作の間に得られた動作パラメータをロードすることができる。ステップ１４０４で制御回路５５２は、「ビジュアルディスプレイ」イメージフレームのイメージデータを得る。ビジュアルディスプレイカラーフレームのイメージデータは、ディスプレイ上でのビジュアルディスプレイのために生成されるものであり、複数のフレームのピクセル位置の各ピクセル位置のための３つのカラースケール値を含むことができる。得られた後のビジュアルディスプレイフレームは、イメージのビジュアルディスプレイのためのディスプレイに、あるいは、未来のディスプレイのためのメモリ位置に送られる。図１４ｃの実施形態において、ステップ１４０４で得られるイメージデータは、デコード回路１７０２には、転送されない。
取得ステップ１４０４で獲得されるイメージは、図１５ａ−１５ｅのタイミング図にしたがって獲得されるものである。もう１つの実施形態において、フレームのイメージデータの捕獲のためにイメージセンサICチップ１０８２に入力される制御信号は、照明制御タイミングパルス、例えば、パルス３５０を含まない。多くの応用において、撮像モードの間に光学式リーダー１００によるイメージ獲得を受ける目標は、長い範囲のイメージであろう（イメージ獲得を受ける目標は、イメージリーダーから１ないし数フィートの距離にあるであろう）。光源１６０からの光は、長い範囲の目標に対応する獲得されたイメージ上に、ほとんど影響を持たない；これにより、１つの実施形態における光学式リーダー１００は、ステップ１４０４で照明制御タイミングパルスを送らない。
しかしながら、応用によっては、カラーイメージデータの取り込みの間に、光学式リーダー１００の照明強度を、単色イメージデータの取り込みの間の強度と比較して増大し、カラーフィルタ要素２６０Ｒ、２６０Ｇ、２６０Ｂ、２６０Ｍ、２６０Ｃの信号低下効果を補償することが望ましい。さらなる側面において、光学式リーダー１００は、複数のオペレータが選択可能な構成設定を持つことができる。光学式リーダー１００は、ボタン３１５０の起動が、その１つがキーボード５０８のキーの起動によって選択され得る一連のオプションを通してついたり消えたりするように構成することができる。テーブル３、そこでは、ｅは露出されること、ｇは利得、ｉは照明強度、に示されるように、構成設定の選択は、ステップ１２０４での単色イメージデータの読み出しの期間のリーダー１００の撮像パラメータと、ステップ１４０４でのカラーイメージデータの読み出しの期間のリーダー１００の撮像パラメータとの間の差を、結果として生じ得る。構成設定１は、単色読み出しと、カラーイメージデータ読み出し撮像パラメータとの間に差がない、基本設定である。構成設定２は、上記で記述されてきた。構成設定２によれば、ステップ１４０４で、カラーイメージデータの読み出しの間に照明はない。構成設定３もまた、上記で記述されてきた。 構成設定３によれば、照明強度は、カラーイメージデータの読み出しのために増大される。構成設定４によれば、単色イメージデータの読み出しのための照明強度は、増大することができる。例えば、ここで述べたように、照明パターン１８３０、および照準パターン１８３８は、ピクセルの単色ゾーン２５００Ｍに対応する単色イメージデータの読み出しの間に、同時に投射することができる。構成設定５では、カラーイメージデータの読み出しのための露出時間が引き伸ばされ、構成設定６では、カラーイメージデータの読み出しのためのゲインが引き上げられる。構成設定３は、光学式リーダー１００が長距離フラッシュ照明光源１６０、１６０Ｘを含む場合、あるいは、光学式リーダー１００が近距離での撮像に用いられる場合、高度に有用である。

Figure 0005824193
ステップ１４０４での、ビジュアルディスプレイカラーフレームのイメージデータの獲得を実行することにおいて、光学式リーダー１００は、いろいろな代替的なプロセスを実行することができる。図１４ｇのフロー図を参照して、あるプロセスは、そこでは、光学式リーダー１００が、カラー感受性ピクセル２５０Ｃのみから読み出されたイメージデータを利用して、ビジュアルディスプレイカラーフレームのイメージデータを得ることが記述されている。図１４ｈのフロー図を参照して、あるプロセスは、そこでは、制御回路５５２は、イメージセンサアレイ１８２の単色ピクセルおよびカラー感受性ピクセルの両方からのイメージデータの読み出しにより得られるイメージデータを利用して、ビジュアルディスプレイカラーフレームのイメージデータを得ることが記述されている。
図１４ｇのフロー図を参照して、制御回路５５２はステップ１４０５で、カラーピクセル２５０Ｃを選択的にアドレスし、かつ、イメージセンサアレイ１８２Ａ、１８２Ｂのカラーピクセル２５０Ｃからイメージデータを選択的に読み出すことにより、ウインドウ表示のフレームのイメージデータを獲得する。ここで以前に記述したように、イメージセンサアレイ１８２Ａ、１８２Ｂは、カラー感受性ピクセル２５０Ｃとは独立に、単色ピクセル２５０Ｍをリセットするための、別個のリセット制御格子を含み得る。ステップ１４０５では、カラー感受性ピクセルは、イメージデータの読み出しのために露出されるが、単色ピクセル２５０Ｍは、図１５ａ−１５ｄの、リセット制御タイミングパルス３７０、３７０'、３７０''、３７０'''の使用によってリセットされる。単色ピクセルをリセットするためのリセット制御タイミングパルス３７０、３７０'、３７０''、３７０'''を、カラー感受性ピクセル２５０、２５０Ｃの露出を制御するための露出制御タイミングパルス３５４、３５４'、３５４''、３５４'''に、調和させることは、光線が単色ピクセル２５０Ｍに入力することより生じるクロストークを、すなわち、電子拡散クロストークを削減することにより、かつ、単色ピクセル２５０Ｍを角度をもって通過する光線に起因するクロストークを低減することにより、低減させることができる。
ステップ１４０６で光学式リーダー１００は、ステップ１４０５で獲得したカラーフィルタアレイイメージデータフレームを、デモザイク回路１７０６（図１ｅ）に自動的に転送することができる。入力としてカラーフィルタアレイイメージデータフレームを得て、デモザイク回路１７０６は、ビジュアルディスプレイカラーフレームのイメージデータを出力する。ディスプレイ５０４がディスプレイ５０４の各ピクセルのための、赤、緑、および青の（RGB）信号を受信するように構成されたカラーディスプレイである場合は、デモザイク回路１７０６は、デモザイク回路１７０６によって出力されたフレームがディスプレイ５０４と両立できるように、ディスプレイ５０４の各ピクセルのためのRGBカラースケール値を生成することができる。カラースケール値は、例えば、データの、8ビット、10ビット、あるいは12ビットよりなる。ステップ１４０７において、光学式リーダー１００は、デモザイク回路１７０６からビジュアルディスプレイカラーフレームのイメージデータを受け取る。
ステップ１４０４を実行する光学式リーダー１００の特定の例は、図１６ｂを参照して記述される。光学式リーダー１００が、図２ｃおよび図５ａに示されるようなベイヤーパターンカラーフィルタアレイを含むハイブリッド単色／カラーイメージセンサアレイ１８２Ａ、１８２Ｂを含む場合は、光学式リーダー１００は、図１６ｂに示されるようなRGBベイヤーパターンフレームのイメージデータを読み出すことができる。リーダーイメージセンサアレイが、1280×1024のピクセルアレイを含み、アレイ１８２Ｂ内で、カラー感受性ピクセル２５０、２５０Ｃ（P＝4）の320×256個のサブセットアレイ（P＝4）が分散されたイメージセンサアレイ１８２Ｂによって与えられる場合は、光学式リーダー１００はステップ１４０５で、320×256個のベイヤーパターンのピクセルを獲得する。デモザイク回路１７０は、図１６ｂに示されるように、ベイヤーパターンフレーム１５０２を処理し、320×256個のカラーイメージを含むビジュアルディスプレイカラーフレームのイメージデータを出力し、そこでは、該フレームの各ピクセルは、赤カラースケール値、緑カラースケール値、および青カラースケール値を含む。このような実施形態において、デモザイク回路１７０６は、ベイヤーパターンカラーフィルタアレイイメージデータフレーム５２０４の各ピクセルのために、赤、緑、および青の値を補間する。図１６ｂに示されるフレーム５２０４を参照して、光学式リーダー１００は、単に、ピクセル位置Ｐ32 のカラースケール値を読むことにより赤ピクセル位置Ｐ32の赤の値を決定する。光学式リーダー１００は、緑のピクセル位置Ｐ31、Ｐ22、Ｐ42およびＰ33の値を平均することにより、赤ピクセルＰ32のための緑の値を決定する。光学式リーダー１００は、青のピクセル位置Ｐ14、Ｐ41、Ｐ23、Ｐ43の値を平均することにより、赤のピクセル位置Ｐ32のための青の値を補間する。赤、緑、および青の値は、必要に応じてピクセル値を補間する各ピクセル位置ごとに決定することができることが見られる。増加した処理スピードをもって、各ピクセル位置のための、赤、緑、または青のピクセルの補間のために、数ダースまたはそれ以上の取り囲むピクセル値を利用することが可能である。
もう１つの発明の側面において、各ピクセル位置のためのカラースケール値が補間されるその正確さは、カラースケール値補間プロセスにおいて単色ピクセル値を利用することによって向上することができる。フレーム５２０４の赤ピクセル位置Ｐ32を参照して、緑ピクセル位置Ｐ31、Ｐ22、Ｐ42、Ｐ33でのカラースケール値は、ピクセル位置P32 での緑カラースケール値を補間するために平均される。もう１つの方法において、位置Ｐ33、Ｐ22、Ｐ42、Ｐ33での単色値は、位置Ｐ32での緑ピクセル値の補間を向上するために利用される。位置Ｐ33、Ｐ22、Ｐ42、Ｐ33での単色ピクセル値は、以下で述べられる単色ピクセル補間方法の１つによる単色ピクセル値から補間される。そのとき、各ピクセル位置Ｐ32、Ｐ22、Ｐ42、Ｐ33でのカラースケール値は、補間されて位置での補間された単色ピクセル値と、補間計算に貢献する位置での単色ピクセル値との間の相違に等しい、デルタ（Delta）、という値だけ、オフセットされる。これにより、位置Ｐ32での緑のカラースケール値は、式Ａによって計算される。
Figure 0005824193
 ここで、Delta31＝Ｍ(P32)−Ｍ(P31)、Delta22＝Ｍ(P32)−Ｍ(P22)、Delta42＝Ｍ(P32)−Ｍ(P42)、Delta33＝Ｍ(P32)−Ｍ(P33)である。
同様に、位置Ｐ42 での青のカラースケール値は、式Ｂにしたがって補間される。
Figure 0005824193
 ここで、Delta41＝Ｍ(P42)−Ｍ(P41)であり、Delta43＝Ｍ(P42)−Ｍ(P43)である。
単色ピクセル値を用いて、カラーピクセル位置のカラーピクセル値を補間する例示的なアルゴリズムは、「Ｃ‐セット」は、カラーピクセル値を言及し、「Ｍ‐セット」は、単色ピクセル値を言及する、テーブル４に示される。

テーブル４

単色イメージデータを利用してカラースケール値を補間するためのアルゴリズム

1) 補間のための各カラーピクセルＣのために、欠落したカラーの近接するＣ‐セットピクセル値Ｃｉを選択し、対応する近接するＭ‐セットピクセル値Ｍｉを選択する。 対応するＭ‐セットピクセル値ＭをカラーピクセルＣに選択する。

2) let Ｃ＝０

3) forｉ＝１ to ｎ ｎは近接するピクセルＣｉの番号である

4) Ｃ＝Ｃ＋Ｃｉ＋Ｍ−Ｍｉ

5) end

6) Ｃ＝Ｃ / ｎ
ステップ1に関して、緑のピクセル位置において青か、あるいは赤の値が補間される２つの近接するカラーの、または「Ｃ‐セット」ピクセルが通常あり、かつ他の場合には、４つの近接するカラーピクセルがあることが、気づかれる。
もう1つの、ステップ１４０５および１４０６を実行する、光学式リーダー１００の特定の例は、図１６ｃを参照して記述される。リーダーイメージセンサアレイが、図５ｂに示されるような、1280×1024個のピクセルアレイ、およびシアン、紫紅色（Cy−Mg、あるいは「ＣＭ」）カラーフィルタアレイをもって形成された、周期P＝4のカラー感受性ピクセルを含むイメージセンサアレイ１８２Ｂにより与えられる場合は、ステップ１４０５で、光学式リーダー１００は、図１６ｃに示されるように、カラーフィルタアレイフレーム５２０６を読み出す。カラーフィルタアレイフレーム５２０６は、320×256パターンの、Cy−Mgピクセル値を含む。デモザイク回路１７０６は、イメージデータフレーム５２０６を、ビジュアルディスプレイカラーフレームのイメージデータのようなディスプレイフレーム、そこでは、フレーム５２０６の各ピクセル位置は、赤、緑、および青の値の結合により表される、に加工することができる。Cy−Mgビジュアルディスプレイカラーフレーム５２０６を、各ピクセル位置の赤、緑、および青の値を含むイメージデータのフレームに加工するにおいて、光学式リーダー１００は、まず、フレーム５２０６の各ピクセル位置のための、白、シアン、および紫紅色の値を計算する。ピクセル位置Ｐ53（図１６ｃ）のようなもともとのピクセル位置がシアンピクセルである場合は、シアンの値は直接シアンピクセルのピクセル値を読むことによって決定される。位置Ｐ53でのシアンピクセルのための紫紅色の値は、位置Ｐ52、Ｐ43、Ｐ63、Ｐ54（図１６ｃ）のような、取り囲むピクセル位置の紫紅色ピクセルの紫紅色値を利用した補間により、計算される。位置Ｐ35でのシアンピクセルのための白の値は、シアンピクセルＰ53を囲む単色ピクセル位置からのピクセル値を使って補間により計算される。図５ｂを参照して、単色ピクセル値を含む補足のフレームは、例えば、フレーム５２０６がカラーフィルタアレイのウインドウ表示のフレーム５２０６の各カラーピクセルのための白値を補間する目的で獲得される前、あるいは後に、獲得することができる。代わりに、ステップ１４０５で獲得されたカラーフィルタアレイフレーム５２０６は、各カラーピクセル値のために白値を補間する目的で単色ピクセルのイメージデータを含むことができる。白、シアン、および紫紅色の値がフレーム５２０６の各ピクセルについて計算されるとき、白、シアン、紫紅色値は、容易に赤、緑、および青の値に変換される。代わりに、ディスプレイ５０４は、ディスプレイ５０４の各ピクセルのための、白、シアン、紫紅色の信号に応答するように構成することができる。フレームの与えられたピクセルのための、１セットの、白、赤、および紫紅色の値を、１セットの、赤、緑、および青の値に変換するための１セットの変換方程式は、以下のように与えられる。

Ｒ＝Ｗ−Ｃｙ （式１）

Ｇ＝Ｍｇ＋Ｃｙ−Ｗ （式２）

Ｂ＝Ｗ−Ｍｇ （式３）
図１４ｇのフロー図と比較して記述されたプロセスにおいて、もともとのカラーフィルタアレイフレームは、減少した空間解像度のイメージデータのビジュアルディスプレイカラーフレームに処理される（空間解像度の低下した320×256のビジュアルディスプレイカラーフレームのイメージデータは、1280×1024ピクセル解像度を持つ、ハイブリッド単色／カラーイメージセンサアレイを用いて生成される）。図１４ｈを参照して、高い空間解像度のビジュアルディスプレイカラーイメージを生成するためのプロセスが記述される。図１４ｈのフロー図と比較して記述されるプロセスにおいて、光学式リーダー１００は、イメージセンサアレイ１８２Ａあるいはイメージセンサアレイ１８２Ｂのようなハイブリッド単色／カラーイメージセンサから、単色ピクセル２５０Ｍおよびカラーピクセル２５０Ｃの両方からのイメージデータを、イメージセンサアレイの全体的なピクセル解像度に等しい、あるいはそのオーダーの空間解像度をもつビジュアルディスプレイカラーイメージを生成するにおいて利用する。
ステップ１４０８で制御回路５５２は、イメージセンサアレイのカラーピクセル２５０Ｃを選択的にアドレスし、かつ、カラー感受性ピクセル２５０Ｍからイメージデータを選択的に読み出すことによって、カラーフィルタアレイイメージデータフレームを獲得する。ステップ１４０８で取り込まれたフレームのイメージデータは、ウインドウ表示のフレームのイメージデータである。単色ピクセルに入る光から生じるクロストークを低減するために、イメージセンサアレイ１８２Ａ、１８２Ｂの単色ピクセルは、露出制御タイミングパルス３５４、３５４'、３５４''、３５４'''が、ステップ１４０８でカラーフィルタパターンイメージフレームの取り込みのためにカラーピクセルを露出させるために印加される時点で、リセット制御タイミングパルス３７０、３７０'、３７０''、３７０'''によりリセットすることができる。
ステップ１４０９で制御回路５５２は、アレイ１８２Ａ、１８２Ｂの単色ピクセル２８０Ｍを選択的にアドレスし、単色ピクセルから２８０Ｍを選択的に読み出すことにより、単色フレームのイメージデータを獲得する。ステップ１４０９で獲得されたフレームのイメージデータは、ウインドウ表示のフレームのイメージデータである。イメージセンサアレイ１８２のカラーピクセル２５０Ｃに入る光により生じるクロストークを低減するために、イメージセンサアレイ１８２のカラーピクセルは、露出制御タイミングパルス３５４、３５４'、３５４''、３５４'''がステップ１４０９で、単色の、代表的には、グレースケールの、または２値化されたイメージフレームの獲得のために単色ピクセルを露出させるよう印加される時点で、リセット制御タイミングパルス３７０、３７０'、３７０''、３７０'''を用いてリセットすることができる。
ステップ１４１０で制御回路５５２は、ステップ１４０８で獲得されたカラーフィルタアレイフレーム、およびステップ１４０９で獲得された単色イメージフレームの両方を、融合回路１７０８に転送する。融合回路１７０８は、カラーフィルタアレイイメージデータフレームおよび単色イメージデータフレームを入力として受け、それらを、高解像度ビジュアルディスプレイカラーフレームにイメージデータに処理する。
図１４ｉを参照して、融合回路１７０８によって実行され得る単色イメージデータとカラーイメージデータの結合を、ビジュアルディスプレイカラーフレームイメージデータに処理する融合回路１７０８（図１ｅ）により実行されるプロセス１４４０の例が、記述される。図１ｅを参照して説明されるように、融合回路１７０８は、実行可能なプログラムをストアするメモリ５６６とともに動作するCPU５５２により与えられる制御回路の結合により、物理的に実施することができる。図１４ｉを参照して記述される特定のプロセスが、実質的に、均一の寸法のピクセルイメージセンサアレイ１８２Ｂを含む光学式リーダー１００を用いて実行される。プロセス１４４０のステップ１４４２で、制御回路５５２は、カラーフィルタアレイイメージデータ、および単色グレースケールイメージデータを生成する。光学式リーダー１００がイメージセンサアレイ１８２Ｂを含む場合は、制御回路５５２は、イメージセンサアレイ１８２Ｂから単色イメージデータとカラーイメージデータの両方よりなる単一フレームのイメージデータを読み出すことにより、ステップ１４４２を実行することができる。制御回路５５２はまた、連続的に、単色イメージデータよりなる第１の単色フレームを獲得し、そののち、カラーイメージデータよりなる第２のカラーフレームを獲得することにより、ステップ１４４２を実行することができる。制御回路５５２はステップ１４４２で、カラー感受性ピクセル２５０Ｃからカラーイメージデータを読み出すための露出期間の間に、単色ピクセル２５０Ｍをリセットに駆動することができる。ステップ１４４２でフレームの単色イメージデータを生成するとき、制御回路は、カラー感受性ピクセル２５０Ｃによって占められた「欠落したピクセル」位置のために、単色ピクセル値を補間することができる。
ステップ１４４６で制御回路５５２は、イメージセンサアレイ１８２Ｂのカラー感受性ピクセルのサブセットに等しい解像度を持つRGBイメージを生成する。RGBイメージにおいては、イメージの各ピクセルは、赤のカラー値、緑のカラー値、および青のカラー値により表される。ステップ１４４６で生成されたRGBイメージは、図１４ｇと関連して記述された代わりのプロセスのステップ１４０７で、光学式リーダー１００によって受け取られたビジュアルディスプレイイメージと同じ特徴を持つことができる。ステップ１４４２において取り込んだカラーフィルタアレイイメージが、ベイヤーパターンイメージである場合は、ステップ１４４６で生成されたRGBイメージは、ここに記述されるように、デモザイクルーチンを実行することによって得られる。ステップ１４４２において取り込んだカラーフィルタアレイイメージが、図２ｂおよび２ｄと関連して記述されたように、CMYイメージあるいはCMイメージ（シアンと紫紅色のみ）である場合は、ステップ１４４６で生成されたRGBイメージは、ここで式１、２、および３と関連して記述された変換プロセスの方法により、導き出される。さらに融合回路１７０８によって実行されるプロセス１４４０を参照して、制御回路５５２はステップ１４５０で、ステップ１４４６で生成されるRGBイメージのピクセル計算を、該カラーイメージのピクセルカウントがステップ１４４２で獲得される単色イメージのピクセルカウントに等しい（ステップ１４４２において、獲得された単色イメージからの単色ピクセルは、図１６ａで記述されるように、補間される）ように、拡張する。制御回路５５２がステップ１４５０を実行するとき、ステップ１４４２で生成された単色グレースケールイメージ、およびそのプロセスのステージでのカラーイメージは、各ピクセル位置、すなわち、単色イメージのピクセルがカラーイメージ内に対応するピクセル位置を有するよう、等しい数のピクセルを持つ。P＝2の周期を持つイメージセンサアレイ１８２Ｂを参照して、カラー感受性ピクセルの4倍の単色ピクセルがある。したがって、P＝2の周期を持つ、イメージセンサアレイ１８２Ｂでもって、制御回路５５２はステップ１４５０で、各ピクセルを2×2のピクセルブロックに拡張する。イメージセンサアレイ１８２Ｂが、P＝3の周期を持つ場合は、制御回路５５２はステップ１４５０で、各ピクセルを3×3ピクセルブロックの中に拡張する。イメージセンサアレイ 182B がP＝4の周期を持つ場合は、制御回路５５２はステップ１４５０で、各ピクセルを4×4ピクセルブロックに拡張する。ステップ１５４５で制御回路５５２は、拡張されたカラーイメージの各ピクセル位置のための、強度値Ｉc を計算する。ステップ１４５４で制御回路５５２は、以下の式による拡張されたカラーイメージの各ピクセル位置のための強度値を計算する。
Ic ＝0.299R＋0.587G＋0.144B （式４）
制御回路５５２はステップ１４６０で、そののち、各ピクセル位置での単色イメージ強度値Ｉm、および拡張されたイメージカラー強度値Ｉc、を用いて、各ピクセル位置、(Px，Py)のための強度値デルタＤ、を計算する。制御回路５５２は、ステップ１４６０で、以下の式による、単色、および拡張されたカラーイメージの各ピクセル位置のための、強度値デルタを、計算することができる。
D(Px,Py)=Im(Px,Py)-Ic(Px,Py) （式５）
ステップ１４６４で制御回路５５２は、セットの式を用いて拡張されたＲＧＢカラーイメージのＲＧＢデータセットカラースケール値を、更新する。
R'(Px,Py)=R(Px,Py)+D(Px,Py) （式６）
G'(Px,Py)=G(Px,Py)+D(Px,Py) （式７）
B'(Px,Py)=B(Px,Py)+D(Px,Py) （式８）
ステップ１４６８で制御回路５５２は、（8ビットのグレースケールが使用される）255より大きいRGBデータセットカラースケール値を、トランケートする。制御回路５５２が255より大きいRGB値をトランケートした後、制御回路５５２はステップ１７７０で、イメージセンサアレイ１８２Ｂの全体的なピクセル解像度に等しい、またはほぼ等しい空間解像度を持つビジュアルディスプレイカラーフレームのイメージデータを出力する。ステップ１７７０でのビジュアルディスプレイカラーフレームのイメージデータ出力は、イメージセンサアレイ１８２Ｂの全体的なピクセルカウント（例えば、単色ピクセル、プラス、カラー感受性ピクセル）に等しい多くのRGBのデータセットを持つことができる。
ステップ１４１１で光学式リーダー１００は、融合回路１７０８からイメージデータの高解像度のビジュアルディスプレイカラーフレームのイメージデータを受け取る。ステップ１４１１で受信されたビジュアルディスプレイカラーフレームのイメージデータは、イメージセンサアレイ１８２Ｂのピクセル解像度に等しい、またはそのオーダー上のピクセル解像度を含むことができる。光学式リーダー１００は、融合回路１７０８がステップ１４７０で、ビジュアルディスプレイカラーフレームのイメージデータを出力するとき、ビジュアルディスプレイカラーフレームのイメージデータを、受け取ったものと見なすことができる。
プロセス１４４０を実行するとき、制御回路５５２は、高解像度のビジュアルディスプレイカラーフレームのイメージデータを生成するために、単色およびカラーイメージデータを融合する。図１４ｊのフロー図を参照して記述される代わりのプロセスを実行するとき、制御回路５５２は、色再現が最適化されるような態様で、単色およびカラーイメージデータを融合する。
一般に、イメージセンサアレイ１８２Ａ、１８２Ｂにおける、単色ピクセル２５０Ｍのパーセンテージを増大することは、指標デコードの正確さを増大し、一方、イメージセンサアレイのカラー感受性ピクセル２５０Ｃのパーセンテージ分布を増やすことは、色再現の正確さを増大させる。単色ピクセルの光透過率のために、単色ピクセルのより高いパーセンテージを持つイメージセンサアレイを利用して得られたイメージは、単色ピクセル２５０Ｍのより小さいパーセンテージを持つイメージセンサアレイを利用して得たイメージより、より高い信号雑音比を持つ。したがって、単色ピクセルのより高いパーセンテージを持つイメージセンサアレイを利用して得られたイメージは、しばしば、より高い詳細、および改善された全体的な視覚品質を生むものである。
もう１つの側面における光学式リーダー１００は、図２１に示す構造を組み込むことができる。図２１において、図５ｅに示されるように、リーダーイメージセンサアレイ１８２Ｂの中央ピクセル２０７２は、単色ピクセル２５０Ｍのより高いパーセンテージ、すなわち、P＝4の周期を持つが、外側ピクセルは、図５ｃに示され、記述されるように、単色ピクセル２５０Ｍのより低いパーセンテージ、すなわち、P＝2の周期を持つ。イメージセンサアレイ１８２Ｂは、中央ピクセル２０７２が、増大したデコードの正確さを引き出すイメージデータを与えるよう最適化され、外側ピクセル２０７４が、増大したカラー再生の正確さを与えるように、最適化されるように構成される。
プロセス１４００のさらなるステップを参照して、制御回路５５２はステップ１４１２で、ステップ１４０４で取得したビジュアルディスプレイカラーフレームのイメージデータを出力する。制御回路５５２はステップ１４１２で、オペレータによるビジュアルな観察のためにディスプレイ５０４に出力する、あるいは、フラッシュメモリ５６４の指定されたフレームメモリ蓄積位置のような、リーダー１００の指定されたカラーフレーム蓄積メモリ位置に、あるいは、システム１４５の他のフレームメモリ位置に出力することができる。制御回路５５２がハンドヘルドハウジング１０１に組み入れられている場合は、制御回路５５２はまた、図１０に示されるように、ステップ１４１０で、間隔をあけて配置された装置１５０にビジュアルディスプレイカラーフレームのイメージデータを送ることができる。間隔をあけて配置された装置１５０に１フレームのイメージデータを送るために、光学式リーダー１００、間隔をあけて配置された装置１５０、およびそれらの間の通信リンクは、TCP/IP用プロトコルのうちの１つのプロトコルにしたがって、データパケットを送信することができる。さらに、光学式リーダー１００は、ステップ１４１２で得られたビジュアルディスプレイカラーフレームのイメージデータを、適切のイメージファイル形式（例えば、.BMP、.TIFF、.PDF、.JPG、.GIF）にフォーマットすることができ、かつ、光学式リーダー１００は、ファイル転送プロトコル（FTP）を用いて、ビジュアルディスプレイカラーフレームのイメージデータを、自動的に送信することができる。光学式リーダー１００は、出力ステップ１２１２において、ビジュアルディスプレイカラーフレームのイメージデータを、メモリ５６６（ハンドヘルドハウジング１０１の中に組み込むことができる）にストアするとき、あるいは、ビジュアルディスプレイカラーフレームのイメージデータを、メモリ蓄積のために、間隔をあけて配置された装置１５０に送るとき、ビジュアルディスプレイカラーフレームのイメージデータを、適当なイメージファイル形式（例えば、.BMP、.TIFF、.PDF、JPG、.GIF）にフォーマット化することができる。光学式リーダー１００はまた、.XML のような適当なマークアップ言語を利用してビジュアルディスプレイカラーフレームのイメージデータを送信することができる。図１０を参照して、システム１４５は、間隔をあけて配置されたデバイス１５０に備えられたディスプレイが、光学式リーダー１００からビジュアルディスプレイカラーフレームのイメージデータを受け取るとき、間隔をあけて配置されたデバイス１５０が、該受信したビジュアルディスプレイカラーフレームのイメージデータを、該装置に関連するディスプレイに自動的に表示する。
光学式リーダー１００は、停止条件が満足されるまで、プロセス１４００のすべてのステップがトリガー信号の受信に応答して自動的に実行されるように構成することができる。停止条件は、トリガー１６のリリースによって生成されるようなトリガー停止信号の受信であってもよい。
図１４ａ−１４ｃの実施形態において、リーダー制御ボタンの２回の活性化が、指標デコードプロセスを実行するためになされ、かつ、リーダー制御ボタンの２回の活性化が、撮像プロセスを実行するためになされ、撮像プロセス（ボタン３１６２または、ボタン３１６４の１つの活性化は、リーダー１００を構成するためであり、そののち、トリガー２１６のもう１つの 活性化は、メージを捕えるためである）を実行するためになされる。光学式リーダー１００は、リーダー制御ボタンの１回の活性化で、指標デコードあるいは撮像を行うことができることが理解されるであろう。例えば、光学式リーダー１００は、バーチャルボタン３１６２の活性化が、リーダー１００をデコードするよう構成し、同時に、直ちにイメージ捕獲と解読を開始するようトリガー信号を生成するよう構成することができる。光学式リーダー１００はまた、バーチャルアイコンボタン３１６４の活性化が、撮像のためにリーダー１００を構成し、同時に、直ちにイメージ取り込みを開始するようトリガー信号を生成するよう構成することができる。
プロセス１２００およびプロセス１４００は、交代で実行することができるが、プロセス１２００およびプロセス１４００はまた、同時に実行することができる。例えば、制御回路５５２はステップ１２０４で、デコードフレームを得ることができるが、制御回路５５２はステップ１４０４で、ビジュアルディスプレイカラーフレームのイメージデータを獲得することができる。制御回路５５２は、カラーフレームのイメージデータを、ステップ１２０４で、デコードフレームとして得て、そののち、ステップ１２１２で、そのフレームをビジュアルディスプレイカラーフレームのイメージデータとして出力することができる。制御回路５５２はステップ１４１２で、ビジュアルディスプレイカラーフレームのイメージデータを出力し、同時に、該フレームのイメージデータを、デコード回路１７０２に転送することができる。一般に、リーダー１００は、制御回路５５２がデコードフレームをステップ１２０４で得たときはいつでも、制御回路がそのフレームを後の処理のためにストアすることができ、該処理はビジュアルディスプレイカラーフレームのイメージデータを生成する処理を含み、該処理はこのような処理を遂行するための操作者入力コマンドに応答することができる。光学式リーダー１００はまた、制御回路５５２が、ビジュアルディスプレイカラーフレームのイメージデータをステップ１４０４で得るときは、制御回路は、そのフレームをさらなる処理のためにストアすることができ、該処理はそのフレームをデコード回路１７０２、または自動識別回路１７０４に転送する処理を含むことができ、かつ、該処理はこのような処理を実行するためにオペレータ入力コマンドに応答することができる。
本発明のもう１つの実施形態は、図１７ａ−１７ｇを参照して記述される。図１７ａ−１７ｇの実施形態において、光学式リーダー１００は、１対の撮像モジュール１８０２Ｄおよび１８０２Ｅを含む。撮像モジュール１８０２Ｄは、カラーイメージセンサアレイ１８２Ｄを持つカラー撮像モジュールである。カラーイメージセンサアレイ１８２Ｄは、赤、緑、または青のうちの１つの波長選択フィルタが各ピクセル上に配置されたベイヤーパターンカラーフィルタを含む。図１７ｅに示されるような撮像モジュール１８０２Ｅは、１次元ソリッドステートイメージセンサアレイ１８２Ｅを持つ単色撮像モジュールである。図１７ａ、１７ｅ、１７ｆ、および１７ｇ の実施形態における１次元の単色イメージセンサアレイ１８２Ｅは、単色（カラーフィルタのない）ピクセルのM×1（１行）アレイを含む。１次元イメージセンサアレイ１８２Ｅはまた、M×Nピクセルアレイ、ここで、M≫N、例えば、M×2（２行）のピクセルを含むことができる。
図１７ａの電気ブロック図に示されたリーダー１００は、図１ａの光学リーダー１００において示されるのと同じ要素の多くを持っている。 すなわち、図１７ａの光学リーダー１００は、CPUにより例において設けられる制御回路を含み、これは、EPROM５６２にストアされたプログラムデータの制御の下で動作する。制御回路５５２は、EPROM５６２に加えて、RAM５６０、およびフラッシュメモリ５６４を含むメモリユニット５６６と通信する。制御回路５５２はさらに、マニュアルトリガー２１６、ポインターコントローラー５１２、キーボード５０８、およびタッチスクリーン５０４Ｔのような種々のユーザ入力装置からの入力制御データを受ける。制御回路５５２はまた、カラーディスプレイ５０４に、解読されたアウトプットデータ、およびビジュアルディスプレイイメージデータのようなデータを、出力する。イメージデータを取り込むために、制御回路５５２は、イメージセンサアレイ１８２Ｅ、あるいはイメージセンサアレイ１８２Ｄを制御する。目標の１次元スライスイメージに対応する１次元イメージデータを獲得するために、制御回路５５２は、種々のイメージ取り込み開始制御信号を、１次元イメージセンサアレイ１８２Ｅに送る。 イメージ取り込み開始制御信号に応えて、イメージセンサアレイ１８２Ｅは、アナログイメージ信号を、信号処理回路５９１に送り、これは、種々の処理機能の中で、該信号を増幅し、該信号をアナログディジタルコンバータ５９２に供給する。アナログディジタルコンバータ５９２は、信号をデジタル形式に変換し、デジタルイメージデータをFPGA５９３に送り、これは、制御回路５５２の制御の下で、デジタル情報のRAM５６０への転送を制御し、ここで、単色イメージデータは制御回路５５２によるデコード処理のためにアクセスすることができる。カラーイメージデータの２次元のフレームを獲得するために、制御回路５５２は、適切なイメージ取り込み開始制御信号（例えば、露出、読み出し）をイメージセンサチップ１０８２に送る。FPGA５８０は、イメージセンサICチップ１０８２、１０８２Ｄからのデジタルイメージデータを受け、制御回路５５２の制御の下でカラーイメージデータのRAM５６０への転送を管理する。各モジュール１８０２Ｄ、１８０２Ｅのための照明アセンブリ１０４は、図１５ａ−１５ｅのタイミング図を参照して説明されるように、イメージ獲得の間に制御され得る。
図１７ａ−１７ｇに示された、光学式リーダーは、図１７ａ−１７ｇのフロー図に従って動作する。すなわち、アイコン３１６２、またはアイコン３１６４（図９ｂ）を押すことによる等の適切な選択方法により、デコードモード動作、およびカラーイメージ獲得モード動作のうちの１つが、選択され得る。しかしながら、図１７ａ−１７ｇのデュアル撮像モジュールの実施形態においては、イメージデータを取り込むのに利用される撮像モジュールの実施形態は、どのモード（指標解読、または撮像）が選択されているかに依存する。もし、指標解読モードがステップ１１００（図１４ａ）で選択され、トリガー信号が受信されたときは、光学式リーダー１００は、ステップ１１０２に進み、指標解読プロセス１２００（図１４ａ）を実行する。指標解読プロセス１２００のステップ１２０４で、制御回路５５２は、解読フレームのイメージデータを得る。もし、撮像モード動作がステップ１１００（図１４ａ）で選択され、トリガー信号が受信されれば、制御回路５５２は、ステップ１４０４（図１４ｃ）に進み、ビジュアルディスプレイカラーフレームのイメージデータを得る。リーダー１００が２つの撮像モジュール、１つは、カラーイメージセンサアレイ１８２、１８２Ｄをもつモジュール１８０２、１８０２Ｄのようなカラーであり、１つは、単色イメージセンサアレイ１８２、１８２Ｅをもつモジュール１８０２、１８０２Ｅのような単色である、を含む場合には、制御回路５５２がイメージ取り込みを始める制御信号をそれに送る特定のイメージセンサアレイ１８２は、光学式リーダー１００がデコード動作モードにあるか、あるいは撮像モード動作にあるかに依存する。図１７ａ−１７ｇのリーダー１００、および図１４ａ、１４ｂおよび１４ｃのフロー図を参照して、リーダー１００は、ステップ１２０４で、もし、リーダー１００がデコードモード動作で動作していれば、イメージ取り込み開始制御信号を、カラーイメージセンサアレイ１８２、１８２Ｄには送らずに、イメージ取り込み開始制御信号を、単色１次元イメージセンサアレイ１８２、１８２Ｅに送って、イメージ取り込みを開始するようにする。リーダー１００は、ステップ１４０４で、もしリーダー１００が、撮像モード動作で動作していれば、どんなイメージ取り込み開始制御信号をも、単色イメージセンサアレイ１８２、１８２Ｅには送らないで、イメージ取り込み開始制御信号を、カラーイメージセンサアレイ１８２、１８２Ｄに送る。したがって、光学式リーダー１００が、指標解読モードにあり、制御信号を受け取ったとき、単色フレームのイメージデータは、デコード回路１７０２（図１０）によるさらなる処理のために、RAM５６０に送られる。光学式リーダー１００が、撮像モードにあり、制御信号を受けるときは、カラーイメージは、RAM５６０に送られる。ベイヤーパターンイメージのカラーイメージは、ビジュアルディスプレイカラーフレームのイメージデータを生成するために、ここで記述されたようなモザイクプロセスを受け、そのビジュアルディスプレイカラーフレームのイメージデータは、制御回路５５２により、例えば、ディスプレイ５０４、および／または、システム１４５の指定されたメモリアドレス（すなわち、メモリ５５６または間隔をおいて配置されたメモリ１５０のようなもう１つのメモリ）に、および／または、システム１４５（図５）の間隔をおいて配置されたデバイス１５０のディスプレイ１５０４に出力され得る。
イメージモジュールが、図１７ａ−１７ｇの２つの撮像モジュールリーダーにより獲得されるとき、イメージ取り込みのタイプ（単色、またはカラー）は、選択された動作モードに依存する。指標デコードモードが選択されたとき、デコードプロセスによく適した単色グレースケールイメージが、獲得される。撮像モードが選択されるとき、ビジュアルディスプレイによく適したカラーイメージが獲得される。
デュアル撮像モードリーダーのさらなる側面は、図１７ｂ−１７ｇを参照して記述される。図１７ｂおよび１７ｃは、図１７ａ、１７ｆ、および１７ｇに示されるリーダー１００のハードウェアブロック５９８が、代わりのハードウェアブロックで置き換えられることを示している。図１７ｂ、図１７ａに示されるハードウェアブロックは、CCD１次元ソリッドステートイメージセンサアレイ１８２Ｅ、およびオフボード信号処理回路５９１を示し、アナログディジタルコンバータ５９２、およびFPGA５９３は、単色イメージセンサアレイ１８２Ｆを含むCMOSイメージセンサICチップ１０８２Ｆを含むハードウェアブロックにより置き換えられる。イメージセンサICチップ１０８２、１０８２Ｆは、イメージセンサICチップ１０８２、１０８２Ａ、およびICチップ１０８２、１０８２Ｄに、チップ１０８２Ｆのイメージセンサアレイ１８２Ｆが、単色のピクセル２５０、２５０Ｍのみを含み、カラー感受性ピクセル２５０、２５０Ｃを欠いている点を除いて、類似している。図１７ｃは、撮像アセンブリハードウェアブロック５９８が、レーザースキャンバーコードエンジン５９４および関連するデコード回路により置き換えられることができることを図示する。レーザースキャンバーコードエンジン５９４、および関連するデコード回路は、シンボル・テクノロジーズから入手可能な、SE923デコーディッドアウトスキャンエンジンとして知られているパッケージにおいて入手可能である。図１７ｃの実施形態において、デコードプロセス１２００のステップ１２１０、１２１２、１２１４は、デコード回路５９５により実施される。
種々のタイプのイメージセンサICチップを支持する例示的な撮像モジュールが図１７ｄおよび１７ｅに示される。図１７ｄは、イメージセンサICチップ１８２Ｄをサポートする例示的な撮像モジュールを示す。撮像モジュール１０８２Ｄは、図８ａ−８ｄを参照して示され、記述される要素を、撮像モジュ−ル１０８２ＤはイメージセンサICチップ １８２Ｄを含むことを除いて、およびさらに、ある光源は任意に削除されることを除いて、含む。撮像モジュール１０８２Ｅは、図８ａ−８ｅを参照して示され、記述される要素を、該撮像モジュール１０８２Ｅは、１次元単色イメージセンサチップ１８２Ｅを含み、およびさらに、照明ブロックのある特定の光源は、任意に削除されることを除いて、含む。モジュール１８０２Ｅにより、照準パターン１８３８（図８ｄ）は、照準および照明パターンとして働く。さらに、ここでの撮像モジュールの照明アセンブリ１０４は、フラッシュ照明光源１６０、１６０Ｘ（図９ａ）を含むことができる。照明アセンブリ１０４に、フラッシュ照明を組み入れることは、特に役に立つことであろう、ここで、撮像モジュール１０８２は、主にビジュアルディスプレイカラーイメージの取り込みのために使われる。
種々の光学リーダーハウジングに組み入れられるデュアル撮像モジュ−ルリーダーの構成図が、図１７ｆおよび１７ｇを参照して、示され、記述されている。図１７ｆにおいて、銃風の光学式リーダーが、２次元撮像モジュール１８０２Ｄおよびその中のサポートされた１次元単色撮像モジュール１０８２Ｅを持って示されている。図１７ｇにおいて、携帯可能なデータターミナル（ＰＤＴ）光学式リーダー１００は、２次元画像処理モジュール１８０２Ｄと、その中に支持された１次元単色画像処理モジュール１８０２Ｅを持って示されている。該デュアルモジュールはまた、携帯電話ハウジング（図９ｃ）およびパーソナルデータアシスタントハウジング（PDA）のような他のタイプのハウジングにインストールすることができる。図１７ｆおよび１７ｇにおいて、撮像モジュ−ル１８０２は、ハウジング１０１の内壁上に形成された、ストラット５９７によりサポートされている。リボンコネクター５９８を介して、各例におけるモジュ−ル１８０２は、プロセッサICチップ５４８を含む種々の電気要素を含む主な印刷配線基板５９９と通信する。
１つの応用において、図１７ａ−１７ｇの光学リーダー１００は、次のように動作する。オペレータは、バーコードシンボル１２６６、１２７０を運んでいる包み１２６０（図１１および１２）のカラー写真を撮る。このような活性化は、例えば、ボタン３１６４およびそののちトリガー２１６を、あるいはボタン３１６４のみを押し下げることにより実行できる。オペレータはそののち、単色イメージセンサアレイ１８２Ｅ（あるいは代わりにイメージセンサアレイ１８２Ｆ、あるいはレーザー走査エンジン５９４）を活性化させ、バーコードシンボル１２６６、１２７０を解読させる。このような活性化は、例えば、ボタン３１６２を、そののちトリガー２１６を押し下げることにより、あるいは、ボタン３１６２のみを押し下げることにより、実行される。さらに、ハンドヘルドハウジング１０１内に組み入れられている、制御回路５５２は、包み１２６０を表すビジュアルディスプレイカラーフレームのイメージデータ、および、１つ以上のシンボル１２６６、１２７０に対応する解読されたメッセージを、リモートサーバー１８４（図１０）に転送する。このような送信は、トリガー信号が受信されると自動的に行われるようにシステム１４５は構成することができ、または光学式リーダー１００は、関連する写真データおよび解読されたバーコードメッセージデータが、光学式リーダー１００のユーザインタフェースに入力されるユーザが開始したコマンドの受信に応答して送信されるよう構成することができる。
図１ａに示されるリーダーの電気ブロック図をさらに参照して、種々の有用なリーダーの実施形態は、イメージセンサアレイを含むハードウェアブロック２０８の再構成によってもたらすことができる。図１８ａを参照して、図１８ａに示されるハードウェア要素を有する光学式リーダー１００は、図１８ａに示され、かつこれに関連して記述されたイメージセンサアレイ１８２Ｃを含むよう修正することができる。図１８ａの実施形態において、光学式リーダー１００は、シアン−紫紅色−黄色（CMY）カラーフィルタアレイ１８２Ｃを含む。イメージセンサアレイ１８２Ｃの各ピクセル２５０は、１つのカラーフィルタ要素；すなわち、シアンカラーフィルタ要素、紫紅色カラーフィルタ要素、あるいは黄色カラーフィルタ要素の１つを含む。黄色のカラーフィルタ要素は、（単色ピクセルの透過率に接近していく）優秀な光透過率 を持つ。さらに、図１８ａに示されるCMYカラーフィルタパターンにしたがって、イメージセンサアレイ１８２Ｃのすべてのピクセルのほぼ５０％が黄色ピクセル（黄色の光波長感受フィルタ要素をもつピクセル）であることが見られる。図１８ａの特定の例において、シアン、紫紅色、黄色のピクセルを持つイメージセンサアレイ１８２Ｃは、緑のピクセルを持たない。しかしながら、シアン、紫紅色、黄色のピクセルを持つのに加えて、緑のピクセルを持つイメージセンサアレイが、利用可能である。イメージセンサアレイ１８２Ｃが、図１４ａに関連して記述された撮像モード／指標デコードモードフロー図に従って動作する光学式リーダー１００に取り入れることができる。すなわち、図１４ｂを参照して説明された指標デコードモード動作に駆動されるとき、CMYカラーイメージセンサアレイ１８２Ｃを含む光学式リーダー１００は、デコードフレームイメージデータを得るものであり、一方、カラーイメージセンサアレイ１８２Ｃを含む光学式リーダー１００が撮像モード動作に駆動されるとき、光学式リーダー１００が、ここで図１４ｃに関連して記述されたような、ビジュアルディスプレイカラーイメージフレームのイメージデータを得る。
本発明によれば、図１８ａに示されたCMYイメージセンサアレイ１８２Ｃを含む光学式リーダーは、どの動作モード（指標コード、または撮像）が選択されるかに依存する方法でイメージデータを得ることができる。CMYイメージセンサアレイ１８２Ｃを含む光学式リーダー１００がステップ１２０４でデコードフレームのイメージデータを得る場合には、光学式リーダー１００の制御回路５５２は、CMYイメージセンサアレイ１８２Ｃの黄色のカラーピクセルを選択的にアドレスし、CMYイメージセンサアレイ１８２Ｃの黄色のカラーピクセルからのみ、選択的にデータを読み出すことができる。さらにイメージセンサアレイ１８２Ｃを含むリーダーを参照して、制御回路回５５２はステップ１２０４で、イメージセンサアレイ１８２Ｃの紫紅色およびシアンピクセルに対応する欠落したピクセル値を補間することができる。欠落したピクセル位置を補間した後、制御回路５５２はステップ１２１０で、補間されたデコードフレームを、指標デコード回路１７０２または自動識別回路１７０４の１つに、転送することができる。
CMYカラーイメージセンサアレイ１８２Ｃを含む図１８ａに関連して記述された光学式リーダーのさらなる側面において、イメージセンサアレイ１８２Ｃは、黄色のピクセル（「Y」とラベルされる）をリセットするのと独立して、紫紅色ピクセル（「Mg」とラベルされる）とシアンピクセル（「Cy」とラベルされる）のリセットを有効とする別の、かつ独立したリセット制御信号を含み得る。したがって、イメージデータがステップ１２０４で黄色のピクセルから選択的に読み出されるとき、センサアレイ１８２Ｃの紫紅色ピクセルおよびシアンピクセルは、リセットに駆動されて、電子の拡散クロストークを削減し、かつ、紫紅色ピクセルおよびシアンピクセルを通してイメージセンサアレイ１８２Ｃに入り込むフォトンに起因するクロストークを低減する。
図１４ｃのフロー図のステップ１４０４で記述されたビジュアルディスプレイカラーフレームのイメージデータを得ると、イメージセンサアレイ１８２Ｃを含む光学式リーダーがアレイ１８２Ｃのすべてのピクセルからイメージデータを読み出し、簡単なモザイクアルゴリズムをこれに適用して、イメージセンサアレイ１８２Ｃの各ピクセルのための単一のカラー値を、ここで、イメージセンサアレイ１８２Ｃの各ピクセルが３つのカラースケール値、例えば、シアンカラースケール値、紫紅色カラースケール値、および黄色カラースケール値、を含むデータセットによって表される、ビジュアルディスプレイカラーイメージに変換する。
制御回路５５２は、リーダーがCMYイメージセンサアレイ１８２Ｃを含むステップ１４０４で、CMYビジュアルディスプレイイメージをRGBビジュアルディスプレイイメージに、以下で述べるCMY−RGB変換プロセスを用いて変換する。
光学式リーダー１００の性能は、光学式リーダー１００が、ぴかぴかの表面（例えば、金属、ガラス、ラミネートされたもの、プラスチック、等）を持つ基板上に配置されたバーコードシンボル、または他の指標を読むよう動作する場合は、妨げられるかも知れない。基板ｓの高い反射性のぴかぴかの表面上に投射されるリーダー１００の光源１６０から出る光線は、実質的に直接、全反射されてイメージセンサアレイ１８２上に投射される。「鏡のような」反射は、相当のパーセントの光が反射され、イメージセンサアレイ１８２上に向けられるようにする。光線は、光線が表面から、ほぼ入射角で反射されるとき、「鏡のようなアングル」で反射されると言われる。鏡のような反射は、イメージセンサアレイ１８２を飽和させ、解読の失敗を起こすことがある。図１９ａ−ｃを参照して記述された光学式リーダー１００は、鏡のような反射に起因して生じる読み出しエラーが減少されるように構成される。図１９ａに示され、関連して記述されるように、図１ａに単色／カラーハイブリッドイメージセンサアレイ１８２Ａを含むものとして示されるハードウェアブロック２０８は、図１９ａに、単色および偏光器フィルタのハイブリッドイメージセンサアレイ１８２Ｇを含むものとして示されるハードウェアブロック２０８で置き換えることができる。
イメージセンサアレイ１８２Ｇは、第１のサブセットの単色ピクセル２５０Ｍ、および第２のサブセットの光偏光ピクセル２５０Ｐを含む。イメージセンサアレイ１８２Ｇの光偏光ピクセル２５０Ｐは、図３ｃおよび６ｃのカラーピクセル図に示されるように、フィルタの位置２６０にある各偏光ピクセル２５０Ｐにて代表的に形成された光偏光フィルタ要素２６１（あるいは、「光偏光フィルタ」または単に、「光偏光器」とも言う）を含む。イメージセンサアレイ１８２Ｇ、１８２Ｈの光偏光フィルタ要素２６１は、光偏光ピクセル２５０Ｐの主体上に、堆積プロセスにより堆積することができる。イメージセンサアレイ１８２Ｇの光偏光フィルタ要素２６１は、適切に偏光された光源から生成され、鏡のような角度で反射された偏光された光線を、減衰するよう構成することができる。したがって、イメージセンサアレイ１８２Ｇ上に、偏光ピクセル２５０Ｐ上に、入射した偏光された光線は、実質的に減衰することができる；これにより、鏡のように反射された光線の光偏光ピクセル２５０Ｐからの生成されたイメージ信号に対する貢献を、低減することができる。
本発明によれば、イメージセンサアレイ１８２Ｇを含む光学式リーダー１００は、光偏光ピクセルを選択的にアドレスし、光偏光ピクセル２５０Ｐからイメージデータを選択的に読み出し、イメージデータが鏡のような反射読み出し条件の間に得られることなく、バーコードまたは他の指標の成功的な読み出しを生じるようなデコードを受けさせるためのイメージデータを生成するよう、構成することができる。
図１９ｂに言及して、光偏光イメージセンサアレイ１８２Ｇの斜視図が、アレイ全体を通して繰り返されるパターンを示す分解図とともに、示される。図１９ｂのバージョンにおいて、光偏光フィルタ要素２６１を有する光偏光ピクセル２５０Ｐは、P＝2の周期で、イメージセンサアレイ１８２Ｇの全体を通して一様に分布されている。光偏光ピクセル２５０Ｐはまた、イメージセンサアレイ１８２Ｇの全体を通して、図１９ｂに示されるパターン以外の均一な、または実質的に均一な分布パターンで分布することができることが理解されるであろう。例えば、光偏光ピクセル２５０Ｐは、（単色／カラーハイブリッドイメージセンサアレイを示す図５ｄに関連して記述されたように）P＝3の分布パターンで、あるいは、図５ｅに示される単色／カラーハイブリッドイメージセンサアレイに関連して図示されたように、P＝4の周期を持つ分布パターンで、イメージセンサアレイ１８２Ｇの全体を通して分布されてもよい。
図９ｂの図を参照して、光学式リーダー１００は、光学式リーダー１００が、選択的に光偏光ピクセル２５０Ｐを選択的にアドレスし、光偏光ピクセル２５０Ｐのみからイメージデータを選択的に読み出すことによって、イメージデータを取り込むモードで動作することができる。光学式リーダー１００は、減少した鏡のような反射読み出しエラーデコードモードを持つよう、構成されてもよい。光学式リーダー１００は、ボタン３１５６が活性化されたとき、光学式リーダー１００がトリガー信号を受信して、鏡のような反射を読み出す条件を起こすことなく、成功的な読み出しを生じることとなりやすいイメージデータを得るよう構成することができる。
図１９ｃのフロー図を参照して、光学式リーダー１００はステップ１９０２で、トリガー信号を受信し、減少した鏡のような反射読み出しエラーデコードモードでの動作を始めることができる。トリガー信号はオペレータにより制御ボタン３１５６の作動のような手動制御に従って受信されうる。制御回路５５２は、制御回路５５２が自動的に飽和条件のような所定の条件を自動的に感受するとき、ステップ１９０２でトリガー信号を受けるように構成することができる。制御回路５５２はステップ１９０２で、飽和条件が検出されたとき、光学式リーダー１００が減少した鏡のような反射による読み出しエラーデコードモードでの動作を始めるよう通常のデコード動作の間に、ステップ１２０４（図１４ｂ）でのイメージデータの分析により、飽和条件が存在することを決定することができる。本発明の特定の実施形態においては、制御回路５５２は、単色イメージデータの平均白値が、所定のレベル以下であるとき、飽和条件が存在することを決定することができる。
ステップ１９０４で光学式リーダー１００は、鏡のような反射読み出し条件デコードフレームのイメージデータを、得る。制御回路５５２は、ステップ１９０２で、鏡のような反射読み出し条件デコードフレームのイメージデータを、イメージセンサアレイ１８２Ｇの光偏光ピクセル２５０Ｐを選択的にアドレスし、かつ、光偏光ピクセル２５０Ｐのみからイメージデータを選択的に読み出すことにより、得る。光学式リーダー１００に組み入れられ得るイメージセンサアレイ１８２Ｇのもう１つの側面において、イメージセンサアレイ１８２Ｇは、単色ピクセル２５０Ｍを別に、かつ、光偏光ピクセル２５０Ｐとは独立にリセットするための別のリセット制御線を含み得る。イメージセンサアレイ１８２Ｇは、イメージセンサアレイ１８２Ｇと関連して、特に図７ａと関連して記述されたように、別個のセットのリセット制御線を持ち得る。
したがって、制御回路５５２が、光偏光ピクセル２５０Ｐからのイメージデータの読み出しのために、光偏光ピクセル２５０Ｐを選択的にアドレスするとき、制御回路５５２は、単色ピクセル２５０Ｍをリセットに駆動する。単色ピクセル２５０Ｍのリセットは、ここで記述されたように、光偏光ピクセル２５０Ｐを、露出させる露出期間と同期している。光偏光ピクセル２５０Ｐが露出されている間に、単色ピクセル２５０Ｍをリセットに駆動することは、電子拡散クロストークを削減し、イメージセンサアレイ１８２Ｇへのフォトンの侵入から生ずるクロストークを減少させる。
ステップ１９０４において、制御回路５５２は、欠落したピクセルの位置に対応するピクセル位置でのピクセル値を補間する。ステップ１９０６で制御回路５５２は、ステップ１９０４で得られた鏡のような反射読み出し条件デコードフレームのイメージデータを、指標デコード回路１７０２、または、自動識別回路１７０４に、図１ｅに関連して記述されたように転送する。
ステップ１９０８で制御回路５５２は、デコード回路１７０２、または、署名自動識別回路１７０４により出力されたデコード出力を受信する。ステップ１９０８で制御回路５５２は、デコードアウトされたデータを、例えば、デコードアウトされたデータを、オンリーダーディスプレイ５０４に、または間隔をあけて配置されたディスプレイ１５０４に転送することにより出力する、あるいは、デコードされたデータを、システム１４５（図１０）の適切なメモリアドレス位置にストアする。
プロセスが図１９ｃのフロー図を参照して記述されてきており、そこでは、制御回路５５２は、単色ピクセル２５０Ｍから単色ピクセルイメージデータを選択的に読み出しており、かつ光偏光ピクセル２５０Ｐからイメージデータを選択的に読み出している。単色／光偏光ハイブリッドイメージセンサアレイを含むイメージリーダーはまた、イメージセンサアレイ１８２Ｇからイメージデータを選択的に読み出すことなく、動作することができる。単色／光偏光ハイブリッドイメージセンサアレイ１８２Ｇを組み込んでいる光学式リーダーは、図１４ａ、１４ｂ、および１４ｃのフロー図を参照して記述されたプロセスに従って、デコード可能な指標をデコードし、かつ写真を撮るよう動作することができる。デコードフレームのイメージデータを得る（ステップ１２０４、図１４ｂ）において、制御回路５５２は、単色／光偏光器ハイブリッドイメージセンサアレイ１８２Ｇのすべてのピクセルから、すべての単色ピクセル２５０Ｍおよびすべての光偏光器ピクセル２５０Ｐからのイメージデータを含むイメージデータを読み出すことができる。該フルフレーム単色および光偏光器ピクセルイメージデータはまた、２つのフレーム獲得ステップで得ることができる。ステップ１２１０において、制御回路５５２は、指標デコード回路１７０２、または自動識別回路１７０４に、ステップ１２０４で得た、フルフレームの単色および偏光されたピクセルイメージデータを転送することができる。もし、指標デコード回路１７０２、または自動識別回路１７０４が、デコードすることに失敗する、または手書きの文字の存在を、検出することに失敗すれば、制御回路５５２は、ステップ１２１０の後に、ステップ１２１０でもともと転送されたあるサブセットのフルフレームのイメージデータを転送することができる。すなわち、ステップ１２１０の後に、もしデコーディングまたは自動識別が失敗すれば、制御回路５５２は、デコード回路１７０２、または自動識別回路１７０４に、フルフレームのイメージデータから単色のイメージデータを選択的に抽出することによって、フルフレームイメージから抽出された減少した解像度のイメージを転送することができる。減少した解像度のフレームのイメージデータは、イメージセンサアレイ１８２Ｇの光偏光ピクセル２５０Ｐに対応するイメージデータだけを含む。デコード回路１７０２の解読する失敗、または自動識別回路の認識する失敗は、制御回路５５２により飽和条件が存在することの決定とみなされる。
ここで記述された単色／カラーハイブリッドイメージセンサアレイ（イメージセンサアレイ１８２Ａ、または１８２Ｂのような）の要素は、単色／偏光器ハイブリッドイメージセンサアレイ１８２Ｇの要素と結合して単一のイメージセンサアレイとなることができる。図２０ａおよび２０ｂは、第１のサブセットの単色ピクセル２５０Ｍ、第２のサブセットのカラー感受性ピクセル２５０Ｃ、および第３のサブセットの光偏光ピクセル２５０Ｐを含むイメージセンサアレイ１８２Ｈを示す。イメージセンサアレイ１８２Ｈは、単色ピクセル２５０Ｍの、カラー感受性ピクセル２５０Ｃの、および光偏光ピクセル２５０Ｐの、別々の、かつ独立したリセットを可能とするための３つの別々のセットのリセット制御線を含むことができる。イメージセンサアレイ１８２Ｈは、図１ａに示されるように、ハンドヘルド光学式リーダー１００内に組み入れることができ、かつ、ハードウェアブロック２０８の代わりに置き換えることができる。イメージセンサアレイ１８２Ｈを組み込んでいる光学式リーダー１００は、光学式リーダーが単色ピクセル２５０Ｍのみからイメージデータを読み出すよう、単色ピクセル２５０Ｍを別にアドレスする動作モードを持つことができる。イメージセンサアレイ１８２Ｈを含む光学式リーダー１００はまた、光学式リーダー１００がカラー感受性ピクセル２５０Ｃを選択的にアドレスし、カラー感受性ピクセル２５０Ｃからイメージデータを選択的に読み出す動作モードをもつことができる。光学式リーダー１００はまた、光学式リーダー１００が光偏光ピクセル２５０Ｐを選択的にアドレスし、光偏光ピクセル２５０Ｐからイメージデータを選択的に読み出す動作モードをもつことができる。光学式リーダー１００はまた、単色、カラー、および光偏光ピクセルイメージデータ（第１、２、または３のフレーム獲得ステップで得られる）を含むフルフレームのイメージデータを得、そののち、イメージデータを必要に応じたベースで利用することができる。例えば、もし該フルフレームイメージデータを利用する試みが失敗すれば、光学式リーダー１００は、フルフレームイメージデータから光偏光イメージデータを選択的に抽出し、該抽出されたイメージデータをデコード回路１７０２に転送することができる。
一般に、イメージセンサアレイ１８２Ｈを含む光学式リーダー１００は、通常の読み出し条件の下で、デコード回路１７０２に転送するためのデコードフレームのイメージデータを得るにおいて、白黒ピクセル２５０Ｍからイメージデータを選択的に読み出す。光学式リーダー１００は、ビジュアルディスプレイカラーフレームのイメージデータを得るときに使用されるイメージデータを得るとき、カラー感受性ピクセル２５０Ｃからイメージデータを読み出す。光学式リーダー１００は、光学式リーダー１００が、鏡のような反射が存在すると感受するとき、あるいは、オペレータがオペレータ制御に従って光学式リーダー１００を、低減された鏡のような反射読み取りエラーモード動作に駆動するとき、光偏光ピクセルからイメージデータを読み出す、あるいは１フレームのイメージデータから、ピクセル２５０Ｐに対応するイメージデータを抽出する。イメージセンサアレイ１８２Ｈを含む光学式リーダー１００は、図１４ａに関連して記述された写真撮像および解読モードフロー図に従って動作することができ、かつ図１９ｃに関連して記述された、低減された鏡のような反射読み取りエラーデコードモードデコードプロセスを実行することができる。
本発明による光学式リーダーの性能を向上するために、偏光フィルタを含むイメージセンサアレイ１８２Ｇ、１８２Ｈのようなイメージセンサアレイを持って、光学式リーダー１００は、放射光学偏光器（これは、あるいは「光偏光フィルタ要素」あるいは「光偏光フィルタ」と呼ばれる）を組み入れることができる。例えば、リーダー撮像モジュール、例えばモジュール１８０２Ａは、図８ａに示されるように、回路基板１８０６の前に配置され得る、図８ｆに示されるような光学プレート１９６２を含むことができる。光学式プレート１９６２は、偏光するイメージセンサアレイ１８２Ｇ、１８２Ｈを利用してイメージを取り込むとき、選択的にエネルギー供給され得る光源１６０Ｓ、１６０Ｔからの光を偏光する光偏光器１９６３を含むことができる。光偏光器１９６３は、イメージセンサアレイ１８２Ｇ、１８２Ｈの偏光フィルタ要素２６１に関して直交して偏光されることができる。光学プレート１９６２は、光源１６０Ｃ−１６０Ｔにより収集される光線を拡散するための光学的拡散器（図示せず）のような他の要素を含むことができる。
指標解読回路モジュール１７０２、および自動識別回路モジュール１７０４は、図２２ａ−２２ｉを参照して記述される。指標解読回路１７０２（それは、バーコードシンボルデータフォームデコード回路でもあり得る）は、制御回路５５２により転送されたイメージデータを受けるとき、１次元あるいは２次元バーコードのようなデータフォームの存在を示す静穏ゾーン等のマーカーについて、イメージデータを検索する。もし、可能性のあるデータフォームが位置しているなら、解読回路１７０２は、イメージデータに、１またはそれ以上の指標解読アルゴリズムを適用する。図２２ａを参照して記述された回路（モジュール）のすべては、ハウジング１０１内に組み入れることができる。さらに、図２２ａの回路のすべては、制御回路５５２とメモリ５６６の組み合わせによって実施することができる。
光学式リーダー１００はまた、自動識別回路１７０４を含む。図２２ａを参照して、自動識別回路１７０４は、相互に通信する、解読回路１７０２、およびイメージ処理および分析回路２１２０８を組み入れている。
この実施形態に示されるように、イメージ処理および分析回路２１２０８は、相互に通信する特徴抽出回路２１２１２、一般化された分類化回路２１２１６、署名データ処理回路２１２１８、OCRデコード回路２１２２２、およびグラフィックス分析回路２１２２４を備える。加えて、図２２ａに示されるように、特徴抽出回路２１２１２は、２値化回路２１２２６、ライン間引き回路２１２２８、および畳み込み回路２１２３０を備える。
図２２ｂは、図２２ａに示される自動判別回路を利用する、本発明の１実施形態を用いるプロセス２１３００を示す。プロセス２１３００は、光学式リーダーが、トリガー信号の受信のような作動イベントを記録し（ステップ２１３０２）、ステップ２１３０４でこれに応答して、光学式リーダー１００で目標からのイメージデータを集める（得る）ことよりなる。イメージデータを集めるステップは、ステップ１２０４（図１４ｂ）にしたがったものである。収集後、イメージデータは、解読回路１７０２に転送される（ステップ２１３０８）。データフォーム解読回路は、１次元あるいは２次元バーコードのようなデータフォームの存在を示す静穏ゾーン等のマーカーについて、イメージデータを検索する（ステップ２１３１０）。もし可能性のあるデータフォームが位置しているなら、解読回路１７０２は、それに続くイメージデータに、１またはそれ以上のデータフォーム解読アルゴリズムを適用する（ステップ２１３１４）。もしデコードの試みが成功すれば、光学式リーダー１００は、デコードされたデータフォームデータを出力し（ステップ２１３１８）、成功的な読み出しを、ビープトーン等の警報音によりシグナリング（ステップ２１３２２）する。
１つの実施形態において、もしでデコードの試みが成功していなければ、イメージデータは、イメージ処理および分析回路２１２０８に転送される（ステップ２１３２６）。もう１つの実施形態において、イメージデータは、データフォームデータをデコードする試みと並行して処理され、１つのそのような実施形態において、最初に終わるプロセス（すなわち、データフォームデコードの試み、またはイメージ処理）は、そのデータ（すなわち、解読されたバーコード、または獲得された署名）を出力し、他の並行したプロセスは終了する。さらなる実施形態において、イメージデータはデータフォームの解読に応答して処理される。１つのそのような実施形態において、バーコードは、出荷ラベル番号のようなアイテム番号、および署名が獲得されるべきであることを示す情報を符号化している。
イメージ処理および分析回路２１２０８内で、イメージデータは、特徴抽出回路２１２１２によって処理される。一般に、特徴抽出回路は、イメージデータのテクスチャを示す数的な出力を生成する。上に示されるように、イメージデータのテクスチャは、該イメージデータに含まれるデータのタイプの特徴に関係する。共通のタイプのテクスチャは、１またはそれ以上の２次元バーコードテクスチャ、署名テクスチャ、グラフィックステクスチャ、タイプされたテキストテクスチャ、手書きテキストテクスチャ、図画またはイメージテクスチャ、写真テクスチャ等を含む。テクスチャの任意のカテゴリー内で、テクスチャのサブカテゴリーは、時々、識別することができる。
イメージデータの特徴抽出回路２１２１２による処理の一部として、イメージデータは、２値化回路２１２２６により処理される（ステップ２１３２８）。該２値化回路２１２２６は、局所閾値化およびそして目標イメージサイズ正規化により、グレイレベルイメージを２進イメージに２値化する。イメージデータが２値化されて、該イメージデータは多ピクセルの厚いラインセグメントを、単一ピクセルの厚いラインに減らすために、ライン間引き回路２１２２８により処理される（ステップ２１３３２）。２値化されたラインが間引きされたイメージデータを持って、該イメージデータは、畳み込み回路２１２３０によって処理される（ステップ２１３３６）。
一般に、畳み込み回路２１２３０は、処理されたイメージデータに、本発明にしたがって設計された１またはそれ以上の検出器マップを畳み込み、イメージデータにおける種々のテクスチャ特徴を同定するようにする。１つの実施形態において、畳み込み回路２１２３０は、各畳み込まれた検出器マップのために、一対の数、平均、および変分（または標準偏差）を生成する。図２２ｃは、イメージデータ内に存在するカーブされた要素を検出するのに用いられる、122×3個の2進のカーブレット検出器マップ２１２５０のセットを示す。カーブレット検出器マップ２１２５０のおのおのは、イメージデータと重畳されているので、生成される平均値および変分は、カーブレット検出器マップ２１２５０に類似した形状を有する２値化されたラインが間引きされたイメージデータにおける要素の存在または密度の示しを与える。各ピクセルマップは、１対の数を生成するので、12枚のカーブ検出器マップ２１２５０は、合計24個の数を生成する。１つの実施形態によれば、これらの24個の数は、処理されたイメージデータのカーブした、または署名テクスチャを表すものである。
イメージデータのさらなる処理は、特徴抽出回路２１２１２からの出力が、一般化された分類化回路２１２１６内に供給される（ステップ２１３４０）ことを含む。該一般化された分類化回路２１２１６は、特徴抽出回路によって生成された数を、ニューラルネットワーク、平均エラー分類器、等への入力として用いる。これらのツールは、イメージデータを一般的なカテゴリー内に分類するのに使用される。ニューラルネットワークを用いる実施形態において、異なる動作最適化および特徴を達成するために、異なるニューラルネットワーク構成が、本発明にしたがって実施される。ニューラルネットワークを用いる１つの実施形態において、一般化された分類化回路２１２１２は、24＋12＋6＋1＝43ノードの、前方供給（feedforward）、後方伝播多層ニューラルネットワークを含む。入力層は、12個のカーブレット検出器マップ２１２５０を用いて、畳み込み回路２１２３０により生成される12個の平均および変分出力についての24個のノードを持つ。本実施形態のニューラルネットワークにおいて、それぞれ12ノードと、6ノードの２つの隠された層がある。また、署名の肯定的、あるいは否定的存在を報告する１つの出力ノードがある。
ニューラルネットワークを用いるもう１つの実施形態において、図２２ｄ に示される20個のカーブレット検出器マップ２１２６０は、畳み込み回路２１２３０により使用される。示されているように、20個のカーブレット検出器マップ２１２６０は、図２２ｃのオリジナルの12個のカーブレット検出器マップ２１２５０を含む。付加的な8ピクセルマップ２１２６０は、署名に関する方向情報を提供するのに使用される。20個のカーブレット検出器マップ２１２６０を使用する１つの実施形態において、一般化された分類化回路２１２１２は、40＋40＋20＋9＝109ノードの、前方供給（feedforward）、後方伝播多層ニューラルネットワークである。入力層は、20個のカーブレット検出器マップ２１２６０を用いて、畳み込み回路２１２３０により生成される20個の平均および変分出力についての40個のノードを持つ。本実施形態のニューラルネットワークにおいて、40ノードと20ノードの、２つの隠された層があり、１つの出力ノードは、署名の肯定的、あるいは否定的存在を報告するためであり、8つの出力ノードは、署名の方向の度合いを報告するためである。8つの出力ノードは、28＝256、の可能な方向状態を与える。それゆえ、方向角は、1.4度の増分で、0度と360度の間で与えられる。
いくつかの実施形態において、一般化された分類化回路２１２１６は、カテゴリーの拡張されたコレクションの中にデータを分類することができる。例えば、いくつかの実施形態において、一般化された分類化回路２１２１６は、イメージデータが、署名；データフォーム；手書きテキスト；タイプされたテキスト；機械可読テキスト；OCRデータ；グラフィックス；写真；イメージ；出荷積荷目録、船積み、IDカード、等のようなフォーム；指紋、指紋のようなバイオメトリクス、顔のイメージ、網膜のスキャン等、および／または他のタイプの識別子のような種々のデータタイプを含んでいるかどうかを特定する。さらなる付加的な実施形態において、一般化された分類化回路２１２１６は、イメージデータがこれらのデータタイプの種々の組み合わせを含むかどうかを特定する。いくつかの実施形態において、一般的な分類化回路２１２１６は、イメージデータが特定のタイプのデータを含むかどうかを決定する。１つのそのような実施形態において、イメージ処理および分析回路２１２０８が、イメージデータ内における署名あるいはバイオメトリックのような特定のデータタイプの存在または不存在に依存して、肯定的な、または否定的な回答を出力する同定回路内に含まれている。
１つの実施形態において、署名の存在が一度確認され、かつその一般的な方向が決定されれば、イメージデータは署名データ処理回路２１２１８に転送される（ステップ２１３４４）。１つの実施形態において、署名データ処理回路２１２１８は、イメージデータにおける署名の境界線を検出するために使われる。１つの実施形態において、署名の境界は、ヒストグラム分析を用いて検出される。図２２eに示されるように、ヒストグラム分析は、署名の方向に対して定義された水平、および垂直方向に沿った一連の１次元スライスよりなる。１つの実施形態において、各１次元スライスについての値は、そのピクセルスライスに沿った黒（すなわち、ゼロ値の）ピクセルの数に対応する。いくつかの実施形態において、もしバーコードがひとつも解読されていなければ、そのときは、中央領域等のようなフルフレームのイメージデータのなんらかの特定された領域が署名分析のために獲得される。いったん完了されると、ヒストグラム分析は、イメージデータ内において、データ要素ピクセルの密度の２次元プロットを与える。署名の境界は、ある数の連続的なスライスについて達成されなければならない最小密度に関して決定される。１つの実施形態において、ヒストグラム分析は、ピクセル密度が前もって定められたカットオフ閾値以上に上昇するまで、水平、および垂直の両方向に内方にサーチを行う。署名データが不用意的に切り取られないよう、低いカットオフ閾値を使うのが通常である。
１つの実施形態において、署名の境界が決定されれば、署名データ処理回路２１２１８は、イメージデータを切り取って、署名イメージデータを抽出する。１つのそのような実施形態において、切り取りは、イメージデータの署名を含まない一部分が削除された、修正されたイメージデータを生成するイメージ修正回路によって行なわれる。他の実施形態においては、種々の圧縮技術が、署名イメージデータのためのメモリ容量を減らすために使われる。１つのそのような技術は、ランレングス符号化による署名イメージデータの符号化を含む。この技術によれば、各スキャンラインについての、同様の２値化された値（すなわち、１または０の各ランの長さ）の各ランの長さが、ビットマップを再構築する手段として記録される。もう１つの符号化技術は、該署名イメージデータを、データ構造の要素がベクトルよりなるデータ構造として取り扱う。この符号化技術によれば、署名は、ベクトルの集まりに分解される。各ベクトルの長さおよび方向と結合した各ベクトルの位置は、もともとの署名を再構築するために使われる。１つのそのような実施形態において、符号化プロセスは、連続的なピクセルランのためのカーブが、特定の値を超えるときはいつでも、新しいベクトルを生成する。さらなる圧縮技術は、B-Spline カーブフィッティングを用いる。この技術は、カーブおよび大きさの問題を安定に解決する能力を持っている。
種々の実施形態において、署名イメージデータ、または署名イメージデータの圧縮された、または符号化されたバージョンは、専用の記憶装置上に局所的にストアされる。１つのそのような実施形態において、ローカル記憶装置は、コンパクトフラッシュ（登録商標）メモリカード等のような着脱可能な記憶装置であり得、以下により詳細に記述される。もう１つの実施形態において、署名イメージデータは、汎用メモリの揮発性の、または不揮発性の部分にストアされ、将来の時間にダウンロードされる。さらなる実施形態において、署名イメージデータは、獲得の時点、あるいはデータ収集セッションが完了した時のような後の時点で、有線または無線の手段により、送信することができる。
もう１つの実施形態において、署名データ処理回路２１２１８は、ヒストグラム分析を行なわないが、しかし、一度署名の存在が決定されれば、単に、その全体イメージ、あるいは圧縮されたバージョンをメモリにストアする。処理時間をセーブするためのさらなる実施形態において、最初のイメージ分析は、より低い解像度イメージで行なわれる。一度署名の存在がこの実施形態で決定されれば、より高い解像度のイメージがとられる。１つの実施形態において、署名抽出ヒストグラム分析が、このイメージに対し行なわれる。次に、イメージは、圧縮された、またはオリジナルのフォーマットでメモリにストアされる。いくつかの実施形態において、イメージデータは、パッケージあるいは出荷封筒のような特定のアイテムでの記録を形成するよう他のデータと結合される。上記したとおり、光学式リーダー１００によって集められ、署名データとともに、あるいは署名データと離れてストアされ得る付加的なデータのいくつかは、データフォーム、手書きテキストデータ、タイプされたテキストデータ、グラフィックスデータ、イメージあるいは写真データ、等を含むが、これらに限定されない。
その動作の一部として、イメージ処理および分析回路２１２０８は、異なるデータタイプのために専門化されたタスクを行なうよう設計することができる。例えば、もし一般化された分類化回路２１２１６が、イメージデータがタイプされたか、あるいは機械可読テキストを含むと決定するなら、イメージデータは収集され、可能であれば、ヒストグラム解析され、およびストアされることができ、あるいはイメージデータは、OCR解読回路２１２２２に転送することができる。同様に、もし一般化された分類化回路２１２１６がイメージデータがグラフィック要素を含むと決定するなら、イメージデータはグラフィックス分析回路２１２２４に処理のために転送することができる。１つの実施形態において、グラフィックス分析回路２１２２４は、あらかじめ定められたグラフィックスを認識し、デコードするように構成することができる。１つのそのような実施形態において、グラフィックス分析は、もしあれば、どのボックスが、請求および出荷指令において選択されたかを集荷ラベル上で決定することを含むことができる。さらなる実施形態において、グラフィックス分析は、郵便番号ボックス内に含まれるタイプされたか、あるいは手書きのテキストを出荷ラベル上に見つけて解読することを含むことができる。もう１つの実施形態において、光学式リーダー１００は、特徴抽出回路２１２１２の起動の前に、OCR解読あるいはグラフィックス解読のようなデータフォーム解読に加えて、デコード動作を自動的に試みるように構成することができる。
もう１つの実施形態において、イメージ処理および分析回路２１２０８は、イメージデータを領域に分割し、かつ、各領域について、特徴抽出および一般分類分析を行なう。図２２ｆに示される１つの実施形態において、標準的矩形イメージデータウインドウは、４つの同じサイズのサブ矩形に分割される。図２２ｇに示されるもう１つの実施形態において、セグメント化は、セグメントされた領域の全体エリアがイメージデータの完全なフィールドのそれより大きいように重なる領域よりなる。図２２ｇにおいて、各同定数字が、その領域の真ん中に示されている７つの重なる領域がある。図２２ｈおよび２２ｉに示されるさらなる実施形態において、分割はイメージデータの完全なフィールド内のサンプル領域（クロスハッチされている）よりなる。もう１つの実施形態において、サンプルされた領域は、例えば、署名領域および／またはバーコード領域のような問題の領域を、例えば、出荷ラベルにおいて識別する、事前にロードされたユーザーテンプレートに基づくことができる。
１つの実施形態において、分割プロセスは、バーコードデータフォーム、テキスト、グラフィックス、イメージ、などを含むデータフォーム等の追加要素を含み得る、イメージデータにおける署名の位置を同定するために用いられる。１つのそのような実施形態において、一般化されたクラス化回路２１２１６は、分割されたイメージデータの各領域の内容を分類する。署名を含んでいる領域は、そののち署名データ処理回路２１２１８によって抽出される。１つの実施形態において、複数の領域が署名データを含むとして示されるなら、署名データ処理回路２１２１８は、イメージデータを最も含みそうな領域を特定するためにこれらの領域のアレンジメントを分析する。さらなる実施の形態において、複数の領域が署名データを含むとして示されるとき、イメージ処理および分析回路２１２０８は、署名データを含むただ一つの分割された領域が見つけられるまで、追加的な分割された領域が生成されて、分析されるフィードバックループを確立する。
光学式リーダーによって実行され得る追加的なイメージ処理動作は、米国特許出願第１０／９５８,７７９号、２００４年１０月５日出願、名称"System And Method To Automatically Discriminate Between A Signature And A Barcode"、において記述されており、その全体が、ここに参照によって組み入れられる。
ここまで記述された光学式リーダー１００のいずれかによって実行され得る種々の応用が、図１０、１１、１２ａ、および１２ｂを参照して記述されてきた。ここで記述された光学式リーダー１００により実行され得るもう１つの応用は、図１３ａ−１３ｅを参照して記述される。図１３ａ において、配達車あるいは乗用車であり得るモーター車１２８２が示されている。車１２８２は、ライセンスプレート１３１４、車識別番号（VIN）ステッカー１３０６、代表的には運転手側ドアジャム上に位置する、を有する。VINステッカー１３０６は、印刷されたVIN番号１３０８、およびバーコードシンボル１３１０を載せている。VIN番号は、車の製造の時点で与えられる英数字のユニークな車識別番号である。車１２８２は、さらに金属プレート上にエッチングされているVIN番号の文字を運ぶ、かつ車の風よけの下に位置するVINプレート、および車登録ステッカーを含むことができる。車１２８２は、複数の機械可読可能な車識別子を持つ。 特に、ライセンスプレート１２８４の文字は、光学式リーダーでOCRデコードすることができる。さらに、VINステッカー１３０８は、VINバーコード１３１０、および登録ステッカー１３２０を持ち、これらは車登録番号を符号化し、かつ車１２８２のVIN番号をおそらくは冗長的に符号化する複数のバーコードシンボル１３２２、１３２４を含むことができる。VINプレート１３１４上にエッチングされた文字はまた、光学式リーダー１００によるOCRデコーディングを受けることができる。金属プレート上にエッチングにより符号化された指標をデコードするとき、鏡のような反射読み取り条件がより一般的であるものとして、VINプレート１３１４を読むとき、光偏光フィルタ要素２６１を持つ光偏光ピクセル２５０Ｐを含む光学式リーダーを利用することは有利であろう。
光学式リーダー１００を車１２８２に関して利用する応用において、車１２８２のいくつかの識別子がデコードされ、車１２８２のいくつかのカラー写真が撮られる。デコードされたメッセージデータは、カラー写真データとともに、そののち遠隔サーバー１８４（図１０）にアップロードされ、これはアーカイブを行い、識別子および写真情報を要約する報告を含むアクセス可能なウェブページを作成する。１つの応用において、LAN１７０（図１０）は、自動車保険クレームセンターにおけるLAN であり、LAN１８５は、自動車保険プロバイダによって動作せられる遠隔データアーカイブセンターであり、LAN２１７０は、LAN１７０およびLAN１８５から離れたLANであり、例えば、LAN１７０が位置しているクレームセンター以外の保険プロバイダのクレームセンターに位置し得るものである。
光学式リーダー１００は、オペレータがボタン３１５８（図９ｂ）のような指定されたユーザインタフェース制御ボタンを活性化させるとき、光学式リーダー１００のオペレータがリーダー１００内にデータを入力するのを助ける自動車保険適用フォーム１３６２がディスプレイ５０４上に表示されるように、構成することができる。フォーム１３６２は、最初にオペレータに車１２８２のいくつかの機械可読識別子を読むよう促す。フォーム１３６２は、オペレータに、VINバーコードシンボル１３１０を読むよう促し、そののちVINプレート１３１４の文字を、そののち第１登録ステッカーバーコードシンボル１３１０を、そののち第２登録ステッカーバーコードシンボル１３２４を、そののち、ライセンスプレート１２８４の文字を、読むように促す。各識別子に対応するデータが読まれるとき、各識別子に対応するテキストはハイライトされる。フォーム１３６２の識別子解読セクション１３６３に対応するデータを入力しようとするとき、光学式リーダー１００は、トリガー２１６の活性化が光学式リーダー１００をしてステップ１２０４で解読フレームを得て、該解読フレームを解読回路１７０２に転送するようにさせるよう解読モード動作中である。該デコードフレームは、ハイブリッド単色イメージセンサアレイ１８２、１８２Ａから読み取った単色イメージデータを含むことができる。光学式リーダー１００が、図１７ａ−１７ｇに関連して記述された別々の、撮像、およびイメージ解読アセンブリを持つ場合には、ステップ１２０４での解読フレームは、ブロック５９８（図１７ａ）内での撮像アセンブリの活性化により得られる。解読された車認証標識情報の入力が完全であるときは、オペレータはライン１３６５側にトグルし、キーボード５０８の適切なキーをクリックして、認証標識の解読が完全であることを示す。フォーム１３６２は、そののちオペレータに、車１２８２への損害の記録を作る目的のために車１２８２の写真を撮るよう促す。本発明者は、光学式リーダー１００のイメージセンサアレイ１８２内へのカラーフィルタ要素の組み込みが、車への損害を正確に記録するビジュアルディスプレイフレームのイメージデータを得ることを促進することを発見した。車１２８２に対応するビジュアルディスプレイカラーフレームのイメージデータがストアされ、および／またはビジュアルディスプレイのために表示されることにより、車１２８２への損害は、ビジュアルディスプレイフレームのビジュアル検査により、それがディスプレイ５０４、１５０４上に表示されたとき、容易に評価することができる。損害記録がカラーイメージデータで記録されるとき、例えば、車からはがされた塗料の量は、容易に視覚点検によって評価することができる。ディスプレイフォーム１３６２のセクション１３６４は、オペレータをして、車の数枚のカラー写真を撮るよう促す。フォーム１３６２の写真エントリーセクション１３６４が実行されているとき、光学式リーダー１００は、トリガー２１６の操作がビジュアルディスプレイフレームのイメージデータがステップ１４０４（図１４ｃ）で得られるように、撮像モードにある。ビジュアルディスプレイフレームのイメージデータは、例えば、記憶装置、および／またはディスプレイ装置に出力される。書式セクション１３６４に対応するデータが入力されているとき、オペレータは、光学式リーダー１００を、車１２８２の破損したエリア１３７０の数枚のカラー写真を撮るために使うことができる。獲得ステップ１４０４を実行している間に、制御回路５５２は、ここに記述されているようにカラー感受性ピクセル２５０Ｃからカラーイメージデータを選択的に読み出し、かつ、可能であればカラーイメージデータの情報内容の強調のために単色のイメージデータを利用する。光学式リーダー１００が、図１７ａ−１７ｇに関連して記述された一対の撮像アセンブリを含む場合には、制御回路５５２はステップ１４０４で、獲得ステップ１４０４の実行のためにカラーイメージセンサアレイ１８２Ｄを作動させることができる。オペレータが、車１２８２のすべての必要な写真が線１３６７側にトグルし、キーボード５０８の適切なキーをクリックすることによって撮られたという確認を入力するとき、ハンドヘルドハウジング１０１内に組み込まれた制御回路５５２は、１つまたはそれ以上の適切なイメージファイル形式（例えば、.BMP、.TIFF、.PDF、.JPG、.GIF）で、イメージデータの得られたビジュアルディスプレイカラーフレームをフォーマットし、すべての解読された車認証標識データと車１２８２に対応するイメージデータ、およびビジュアルディスプレイカラーフレームのイメージデータのすべてを、トランザクションデータセットに集めて、かつ該トランザクションのデータセットを遠いリモートサーバー１８４に送るであろう。制御回路５５２が、送信に際してトランザクションデータセットに日付／時間のスタンプをするであろう。ファイル転送プロトコル（FTP）は、該トランザクションデータセット、および関連する解読された車識別子データ（デコードされたVINバーコードデータ、および解読車登録バーコードデータ等の）、およびカラーイメージデータを運ぶよう構成されたもう１つの適切なファイル転送プロトコルを送信するために利用することができる。サーバー１８４は、受け取ったトランザクションデータセットを、他のクレームセンターでの他の車からの同様の情報を含むデータベース１８７によって示されるようにデータベース内にセットして、ストアすることができる。サーバー１８４は、トランザクションセットデータ（例えば、日付 / 時間をスタンプされた結合されたVIN、登録番号、ライセンスプレートナンバー、およびイメージデータの損害ビジュアルディスプレイカラーフレームの記録等）を、要約している可視的なWebページを作成するように構成することができる。これらのWebページは、IPネットワーク、例えば、PC１７２とPC２１７２と通信する任意のPCを用いて見ることができる。
本発明は、必要により、多くの実施形態を参照して記述されたが、本発明の時間、精神、および範囲は、請求項を参照してのみ決定されるべきであることは理解されるであろう。
図１ａは、単色／カラーハイブリッドのソリッドステートイメージセンサアレイを含む、本発明のハンドヘルド光学式リーダーの電気ブロック図である。 図１ｂは、本発明による光学式リーダーに組み込まれる、もう１つのイメージセンサアレイのブロック図である。 図１ｃは、本発明による、RF 通信回路を図示する模式図である。 図１ｄは、本発明による、ディスプレイを図示する模式図である。 図１ｅは、本発明による光学式リーダー内への、デコード回路、署名自動判別回路、デモザイク回路、および溶融回路の、組み入れを図解する模式図である。 図２ａは、本発明によるソリッドステートイメージセンサアレイの実施形態の種々の部分の分解された上面図である。 図２ｂは、本発明によるソリッドステートイメージセンサアレイの実施形態の種々の部分の分解された上面図である。 図２ｃは、本発明によるソリッドステートイメージセンサアレイの実施形態の種々の部分の分解された上面図である。 図２ｄは、本発明によるソリッドステートイメージセンサアレイの実施形態の種々の部分の分解された上面図である。 図３ａは、本発明の１実施形態による単色ピクセルの切断分解側面図である。 図３ｂは、図３ａで見られるピクセルの上面図である。 図３ｃは、本発明の１実施形態における１つのカラー感受性ピクセルの 切断分解側面図である。 図３ｄは、図３ｃで見られるピクセルの上面図である。 図４ａは、本発明によるイメージセンサの実施形態の電気ブロック図である。 図４ｂは、リセット制御線のイメージセンサアレイ内への組み込みを示す、本発明のイメージセンサアレイの電気ブロック図である。 図４ｃは、本発明による、調和された露光制御タイミングパルスおよびリセット制御タイミングパルスを図解するタイミング図である。 図５ａは、本発明によるソリッドステートイメージセンサアレイの実施形態の種々の部分的な分解上面図である。 図５ｂは、本発明によるソリッドステートイメージセンサアレイの実施形態の種々の部分的な分解上面図である。 図５ｃは、本発明によるソリッドステートイメージセンサアレイの実施形態の種々の部分的な分解上面図である。 図５ｄは、本発明によるソリッドステートイメージセンサアレイの実施形態の種々の部分的な分解上面図である。 図５ｅは、本発明によるソリッドステートイメージセンサアレイの実施形態の種々の部分的な分解上面図である。 図５ｆは、本発明によるイメージセンサアレイを組み込んでいるイメージセンサＩＣチップの、該アレイの全体を通して分布されたカラー感受性ピクセルの"クラスター”のピクセルパターンを図示する分解されたビュー部分を有する上面斜視図である。 図５ｇは、本発明による線形バーコードシンボル最適化イメージセンサアレイを組み込んでいるイメージセンサＩＣチップの、単色ピクセルの"ゾーン”、およびカラー感受性ピクセルの"ゾーン”を図示するそれぞれの分解ビュー部分を上面斜視図である。 図５ｈは、本発明による線形バーコードシンボル最適化イメージセンサアレイを組み込んでいるイメージセンサＩＣチップの、単色ピクセルの"ゾーン”、およびカラー感受性ピクセルの"ゾーン”を図示するそれぞれの分解ビュー部分を上面斜視図である。 図５ｉは、本発明による線形バーコードシンボル最適化イメージセンサアレイを組み込んでいるイメージセンサＩＣチップの、単色ピクセルの"ゾーン”、およびカラー感受性ピクセルの"ゾーン”を図示するそれぞれの分解ビュー部分を上面斜視図である。 図５ｊは、本発明による線形シンボル最適化イメージセンサアレイを組み込んでいるイメージセンサＩＣチップ斜視図である。 図６ａは、発明の１実施形態による単色ピクセルの切断分解側面図である。 図６ｂは、図６ａに示されるピクセルの上面図である。 図６ｃは、発明の１実施形態における１つのカラー感受性ピクセルの 切断分解側面図である。 図６ｄは、図６ｃに示されるピクセルの上面図である。 図７ａは、本発明によるイメージセンサの１実施形態の電気的ブロック図である。 図７ｂは、イメージセンサアレイ内へのリセット制御線の組み込みを示す本発明のイメージセンサアレイの電気的ブロック図である。 図７ｃは、本発明によるイメージセンサアレイの第２のサブセットの行ピクセルをリセットするのと独立して、第１のサブセットの行ピクセルをリセットするための別のセットのリセット制御線を含むリセット制御システムの代替的な構成を示す模式的上面図である。 図７ｄは、本発明によるイメージセンサアレイの第２のサブセットの行ピクセルをリセットするのと独立して、第１のサブセットの行ピクセルをリセットするための別のセットのリセット制御線を含むリセット制御システムの代替的な構成を示す模式的上面図である。 図８ａは、本発明による撮像モジュールの分解斜視図である。 図８ｂは、図８ａに示される撮像モジュールの正面図である。 図８ｃは、図８ａに示される撮像モジュールの側面図である。 図８ｄは、本発明による光学式リーダーによって投射される照明および照準パターンを示す図である。 図８ｅは、レーザーベースの照準パターン生成システムを組み込んでいる代わりの撮像モジュールの上面図である。 図８ｆは、例えば、図８ａに示される、ここでの撮像モジュ−ルの部分、例えば、撮像ミドルとして含まれる偏光器プレートの正面図である。 図９ａは、本発明による種々のハンドヘルド光学式リーダーの１つの物理的形態ビューである。 図９ｂは、本発明による種々のハンドヘルド光学式リーダーの１つの物理的形態ビューである。 図９ｃは、本発明によるハイブリッド単彩画／カラーイメージセンサアレイを組み込んでいる、かつ、本発明に従って構成され得るハンドヘルド移動電話（「携帯電話」）の斜視図である。 図１０は、本発明による複数の光学式リーダーを含むシステムの模式図である。 図１１は、本発明による光学式リーダーが、複数のバーコードシンボルを運ぶ包みを表すイメージデータを獲得するよう動作するものを図示する応用模式図である。 図１２ａは、本発明による第１の光学式リーダーと、本発明のよる第２の遠隔に配置された光学式リーダーが、包みの第１、および第２のデジタル写真を、ある距離離れた第１、および第２の位置で、包みが、第１の位置から第２の位置まで配達されるときに、損傷されたかを決定する目的で、撮るよう動作することを図示する応用模式図である。 図１２ｂは、光学的リーダーが配達車のカラー写真を撮るために使われているのを図示するもう１つの応用模式図である。 図１３ａは、本発明による光学式リーダーが車のバーコードを読み、かつ、車のカラー写真を撮るのに使われるのを図示する、本発明による応用模式図である。 図１３ｂは、図１３ａの車上に配置される VlNステッカーのビューである。 図１３ｃは、図１３ａの車上で配置されるVlN プレートのビューである。 図１３ｄは、図１３ａの車上に配置される車登録ステッカーのビューである。 図１３ｅは、本発明による光学式リーダーが、バーコードシンボルを解読し、かつ車のカラー写真を撮るために利用される応用を支援するGUI形式を表示するようプログラムされる光学式リーダーのビューである。 図１４ａは、本発明を図示するフロー図である。 図１４ｂは、本発明を図示するフロー図である。 図１４ｃは、本発明を図示するフロー図である。 図１４ｄは、本発明による光学式リーダーの指標デコードモード動作における動作の例を図示する追加的フロー図である。 図１４ｅは、本発明による光学式リーダーの指標デコードモード動作における動作の例を図示する追加的フロー図である。 図１４ｆは、本発明による光学式リーダーの指標デコードモード動作における動作の例を図示する追加的フロー図である。 図１４ｇは、本発明による光学式リーダーの撮像モード動作における動作の例を図示する追加的フロー図である。 図１４ｈは、本発明による光学式リーダーの撮像モード動作における動作の例を図示する追加的フロー図である。 図１４ｉは、本発明による光学式リーダーの、単色およびカラーイメージデータをそりして高解像度ビジュアルディスプレイカラーフレームのイメージデータを生成する融合回路の、動作を図示するフロー図である。 図１５ａは、本発明を例証するイメージ取り込み開始信号タイミング図である。 図１５ｂは、本発明を例証するイメージ取り込み開始信号タイミング図である。 図１５ｃは、本発明を例証するイメージ取り込み開始信号タイミング図である。 図１５ｄは、本発明を例証するイメージ取り込み開始信号タイミング図である。 図１５ｅは、本発明を例証するイメージ取り込み開始信号タイミング図である。 図１６ａは、本発明による光学式リーダーによって取り込まれるピクセル化されたフレームのイメージデータを示す図である。 図１６ｂは、本発明による光学式リーダーによって取り込まれるピクセル化されたフレームのイメージデータを示す図である。 図１６ｃは、本発明による光学式リーダーによって取り込まれるピクセル化されたフレームのイメージデータを示す図である。 図１７ａは、複数の撮像モジュール持つ光学式リーダーの電気的ブロック図である。 図１７ｂは、図１７ａの電気回路で利用され得る代わりのハードウェアブロック図である。 図１７ｃは、図１７ａの電気回路で利用され得る代わりのハードウェアブロック図である。 図１７ｄは、図１７ａのリーダーで利用され得る撮像モジュールを示す図である。 図１７ｅは、図１７ａのリーダーで利用され得る撮像モジュールを示す図である。 図１７ｆは、１対の撮像モジュールを組み込んでいる例示的な光学式リーダーを示す図である。 図１７ｇは、１対の撮像モジュールを組み込んでいる例示的な光学式リーダーを示す図である。 図１８ａは、本発明による、本発明による光学式リーダーに組み入れられる、かつ、デコードフレームのイメージデータと、ビジュアルディスプレイカラーフレームのイメージデータとの両方を生成するよう制御されることのできるシアン−紫紅色−黄色（CMY）イメージセンサアレイの模式図である。 図１９ａは、本発明による光学式リーダーに組み入れられることのできるハイブリッド単色／偏光器イメージセンサアレイの模式図である。 図１９ｂは、本発明によるハイブリッド単色／偏光器イメージセンサアレイの、イメージセンサアレイ全体を通して分布され得る光偏光ピクセルのパターンを図示する分解図部分を有する、上面斜視図である。 図１９ｃは、本発明による、ハイブリッド単色／偏光器イメージセンサアレイを組み込んでいる、本発明による光学式リーダーの例示的な動作モードを図示するフロー図である。 図２０ａは、アレイの全体を通して分布された偏光ピクセルおよびカラー感受性ピクセルのパターンを図示する分解図部分を持つ、本発明による単色偏光器およびカラー感受性イメージセンサアレイの上面斜視図である。 図２０ｂは、アレイの全体を通して分布された偏光ピクセルおよびカラー感受性ピクセルのパターンを図示する分解図部分を持つ、本発明による単色偏光器およびカラー感受性イメージセンサアレイの上面斜視図である。 図２１は、２つの異なる周期でその中に配置されたカラー感受性ピクセルを持つイメージセンサアレイを組み込んでいるイメージセンサＩＣチップの模式図である。 図２２ａは、本発明で利用され得る自動識別回路の模式的ブロック図である。 図２２ｂは、異なるデータフォームタイプを自動的に識別することを含む本発明の原則を実施するプロセス図である。 図２２ｃは、本発明で利用され得る複数のカーブレント検出器マップの１つの実施形態を示す図である。 図２２ｄは、本発明で利用され得る複数のカーブレント検出器マップのもう１つの実施形態を示す； 図２２eは、本発明の１実施形態において実行され得るヒストグラム分析の図表的表現の図である。 図２２ｆは、本発明の実施形態によるイメージデータ分割プロセスの図表的表現の図である。 図２２ｇは、本発明の実施形態によるイメージデータ分割プロセスの図表的表現の図である。 図２２ｈは、本発明の実施形態によるイメージデータ分割プロセスの図表的表現の図である。 図２２ｉは、本発明の実施形態によるイメージデータ分割プロセスの図表的表現の図である。

Claims (28)

  1. （ａ）２次元ソリッドステートイメージセンサアレイ、および該２次元ソリッドステートイメージセンサアレイのアクティブな表面上にイメージの焦点を合わせる撮像レンズよりなる撮像アセンブリであって、
    該２次元ソリッドステートイメージセンサアレイは、複数のピクセルを持ち、
    該２次元ソリッドステートイメージセンサアレイは、該２次元ソリッドステートイメージセンサアレイの第１のサブセットのピクセルが、波長選択性のカラーフィルタ要素を持たない単一色ピクセルであり、
    該２次元ソリッドステートイメージセンサアレイの第２のサブセットのピクセルが、そのおのおのが波長選択性カラーフィルタ要素を持つカラー感受性ピクセルであり、
    前記第２のサブセットのピクセルのカラー感受性ピクセルは、前記２次元ソリッドステートイメージセンサアレイの所定の領域を通して分布しており、該領域は、前記第１のサブセットのピクセルの単一色ピクセルと、前記第２のサブセットのピクセルのカラー感受性ピクセルの両方を持っている、撮像アセンブリと、
    （ｂ）前記２次元ソリッドステートイメージセンサアレイを収容し、支持する把持可能なハウジングと、
    （ｃ）前記撮像アセンブリに結合され、指標デコード回路に、画像データを転送するよう構成された第１の回路網と、
    （ｄ）前記撮像アセンブリに結合され、前記２次元ソリッドステートイメージセンサアレイを利用して画像データのビジュアル表示カラーフレームを得るよう構成された第２の回路網と、
    を備え、
    前記指標デコード回路へ転送される前記画像データは、画像データのデコードフレームであり、前記装置によって、前記第２のサブセットのピクセルから読み出した画像データを用いることなく、画像データの前記デコードフレームを取得する、ことを特徴とする、装置。
  2. 前記装置は、さらに、少なくとも１つの光源を含む照明アセンブリを持つ、請求項１に記載の装置。
  3. 前記把持可能なハウジングは、１つの指標デコード回路を組み込んでいる、請求項１に記載の装置。
  4. 前記第１の回路網、および前記第２の回路網は、前記把持可能なハウジングの中に組み入れられている、請求項１に記載の装置。
  5. 前記装置は、前記把持可能なハウジングから離れて配置された指標デコード回路を含む、請求項１に記載の装置。
  6. 前記複数のピクセルは、選択的にアドレス可能であり、かつ、少なくとも１つの動作モードにある前記装置は、前記単一色ピクセルを選択的にアドレスし、かつ、前記単一色ピクセルから画像データを選択的に読み出す、請求項１に記載の装置。
  7. 前記複数のピクセルは、選択的にアドレス可能であり、かつ、少なくとも１つの動作モードにある前記装置は、前記カラー感受性ピクセルを、選択的にアドレスし、かつ、前記カラー感受性ピクセルから、画像データを、選択的に読み出す、請求項１に記載の装置。
  8. 前記２次元ソリッドステートイメージセンサアレイの前記カラー感受性ピクセルは、間隔を空けて配置されたピクセル位置にある前記２次元ソリッドステートイメージセンサアレイの全体をとおして、均一に、または実質的に均一に分布されている、請求項１に記載の装置。
  9. 複数のピクセルを持つ２次元ソリッドステートイメージセンサアレイであって、該２次元ソリッドステートイメージセンサアレイは、前記２次元ソリッドステートイメージセンサアレイの第１のセットのピクセルが、カラーフィラメント要素をもたない単一色ピクセルであり、前記２次元ソリッドステートイメージセンサアレイの第２のセットのピクセルが、カラー感受性ピクセルであり、そのおのおのが、波長感受性フィルタ要素を含むよう構成された単一色およびカラー感受性のハイブリッドイメージセンサアレイであり、前記第２のサブセットのピクセルのカラー感受性ピクセルは、前記２次元ソリッドステートイメージセンサアレイの所定の領域を通して分布しており、該領域は、前記第１のサブセットのピクセルの単一色ピクセルと、前記第２のサブセットのピクセルのカラー感受性ピクセルの両方を持つ、２次元ソリッドステートイメージセンサアレイと、
    前記２次元ソリッドステートイメージセンサアレイを用いて得られた画像データを復号する指標デコード回路と、
    を備え、
    前記指標デコード回路へ転送される前記画像データは、画像データのデコードフレームであり、前記装置によって、前記第２のサブセットのピクセルから読み出した画像データを用いることなく、画像データの前記デコードフレームを取得する、ことを特徴とする装置。
  10. 指標デコードデバイスに組み入れられた、請求項９の装置。
  11. （ａ）２次元ソリッドステートイメージセンサアレイ、および、画像を、前記２次元ソリッドステートイメージセンサアレイのアクティブな表面上に焦点合わせする撮像レンズよりなる撮像アセンブリであって、前記２次元ソリッドステートイメージセンサアレイは、複数のピクセルを持ち、前記２次元ソリッドステートイメージセンサアレイは、前記２次元ソリッドステートイメージセンサアレイの第１のセットのピクセルが、カラーフィラメント要素をもたない単一色ピクセルであり、前記２次元ソリッドステートイメージセンサアレイの第２のセットのピクセルがカラー感受性ピクセルであり、そのおのおのは、波長感受性フィルタ要素を含むよう構成された単一色およびカラー感受性のハイブリッドイメージセンサアレイであり、前記第２のサブセットのピクセルのカラー感受性ピクセルは、前記２次元ソリッドステートイメージセンサアレイの所定の領域を通して分布しており、該領域は、前記第１のサブセットのピクセルの単一色ピクセルと、前記第２のサブセットのピクセルのカラー感受性ピクセルの両方を持っている、撮像アセンブリと、
    （ｂ）前記２次元ソリッドステートイメージセンサアレイを収容し、支持する把持可能な、ハウジングと、
    を備えた携帯可能なデータ収集装置であって、
    （ｃ）前記携帯可能なデータ収集装置は、ユーザ選択可能な指標デコード動作モード、およびユーザ選択可能な撮像モードのおのおのにおいて動作されるように構成されており、
    （ｄ）前記携帯可能なデータ収集装置は、前記指標デコード動作モードが選択され、トリガー信号が受信されたとき、前記２次元ソリッドステートイメージセンサアレイを画像データのデコードフレームを得るよう制御し、かつ、前記フレームの画像データを、指標デコード回路に自動的に転送し、
    （ｅ）前記携帯可能なデータ収集装置は、前記撮像モードが選択され、トリガー信号が受信されたとき、前記２次元ソリッドステートイメージセンサアレイを１つのビジュアルディプレイのカラーフレームの画像データを得るよう制御し、かつ、前記ビジュアルディプレイのカラーフレームの画像データを自動的に出力し、
    前記指標デコード回路へ転送される前記画像データは、画像データのデコードフレームであり、前記装置によって、前記第２のサブセットのピクセルから読み出した画像データを用いることなく、画像データの前記デコードフレームを取得する、ことを特徴とする、
    携帯可能なデータ収集装置。
  12. 前記２次元ソリッドステートイメージセンサアレイは、前記単一色ピクセルは、該単一色ピクセルに対応する画像データが前記カラー感受性ピクセルに対応する画像データと独立して選択的に読み出されるよう、前記カラー感受性ピクセルとは独立して選択的にアドレス可能であるよう構成されている、請求項１１に記載の携帯可能なデータ収集装置。
  13. 前記複数のピクセルは、選択的にアドレス可能であり、かつ、前記装置は、前記指標デコード動作モードにあるとき、前記単一色ピクセルを選択的にアドレスし、かつ、前記単一色ピクセルから画像データを選択的に読み出す、請求項１１に記載の携帯可能なデータ収集装置。
  14. 前記２次元ソリッドステートイメージセンサアレイは、画素の市松模様パターンを含み、かつ、前記カラー感受性の第２のサブセットの画素の該画素は、前記２次元ソリッドステートイメージセンサアレイの間隔を空けて配置した位置にあり、かつ、該２次元ソリッドステートイメージセンサアレイの全体を通して、均一に、あるいは実質的に均一に分布されている、請求項１１に記載の携帯可能なデータ収集装置。
  15. （ａ）２次元ソリッドステートイメージセンサアレイ、および画像を、該２次元ソリッドステートイメージセンサアレイのアクティブな表面上に焦点合わせする撮像レンズよりなる撮像アセンブリであって、前記２次元ソリッドステートイメージセンサアレイは、複数のピクセルを持ち、該２次元ソリッドステートイメージセンサアレイは、
    該２次元ソリッドステートイメージセンサアレイの第１のサブセットのピクセルが、波長選択性のカラーフィルタ要素を持たない単一色ピクセルであり、
    該２次元ソリッドステートイメージセンサアレイの第２のサブセットのピクセルが、そのおのおのが波長選択性カラーフィルタ要素を持つカラー感受性ピクセルであり、
    前記第２のサブセットのピクセルのカラー感受性ピクセルは、前記２次元ソリッドステートイメージセンサアレイの所定の領域を通して分布しており、該領域は、前記第１のサブセットのピクセルの単一色ピクセルと、前記第２のサブセットのピクセルのカラー感受性ピクセルの両方を持っている、撮像アセンブリを
    備えたデータ収集装置であって、
    （ｂ）前記データ収集装置は、該データ収集装置が、前記２次元ソリッドステートイメージセンサアレイをデコードフレームの画像データを得るよう制御し、かつ前記フレームの画像データを指標デコード回路に転送するモードで動作し、
    前記指標デコード回路へ転送される前記画像データは、画像データのデコードフレームであり、前記装置によって、前記第２のサブセットのピクセルから読み出した画像データを用いることなく、画像データの前記デコードフレームを取得する、ことを特徴とするデータ収集装置。
  16. 前記画像データの前記デコードフレームの取得は、単一色のピクセル値を用いて、前記第２のサブセットのピクセルのピクセル位置に単一色のピクセル値を挿入することを含む、請求項１、９、１１、１５のいずれか一項に記載の装置。
  17. 前記画像データの前記デコードフレームの取得は、前記単一色ピクセルに対応する画像データを前記カラー感受性ピクセルに対応する画像データとは独立して前記２次元ソリッドステートイメージセンサアレイから選択的に読み出すように、前記カラー感受性ピクセルとは独立して前記単一色ピクセルに選択的にアドレスすることを含む、請求項１、９、１１、１５のいずれか一項に記載の装置。
  18. 複数のピクセルを持つ２次元ソリッドステートイメージセンサアレイであって、該２次元ソリッドステートイメージセンサアレイは、前記２次元ソリッドステートイメージセンサアレイの第１のセットのピクセルが、カラーフィラメント要素をもたない単一色ピクセルであり、前記２次元ソリッドステートイメージセンサアレイの第２のセットのピクセルが、カラー感受性ピクセルであり、そのおのおのが、波長感受性フィルタ要素を含むよう構成された単一色およびカラー感受性のハイブリッドイメージセンサアレイであり、前記第２のサブセットのピクセルのカラー感受性ピクセルは、前記２次元ソリッドステートイメージセンサアレイの所定の領域を通して分布しており、該領域は、前記第１のサブセットのピクセルの単一色ピクセルと、前記第２のサブセットのピクセルのカラー感受性ピクセルの両方を持つ、２次元ソリッドステートイメージセンサアレイと、
    前記２次元ソリッドステートイメージセンサアレイを用いて得られた画像データを復号する指標デコード回路と、
    を備え、
    前記２次元ソリッドステートイメージセンサアレイは、前記単一色ピクセルを、前記カラー感受性ピクセルが画像データ読み取りに露出されている間に、リセットに駆動することができるように構成されていることを特徴とする装置。
  19. 複数のピクセルを持つ２次元ソリッドステートイメージセンサアレイであって、該２次元ソリッドステートイメージセンサアレイは、前記２次元ソリッドステートイメージセンサアレイの第１のセットのピクセルが、カラーフィラメント要素をもたない単一色ピクセルであり、前記２次元ソリッドステートイメージセンサアレイの第２のセットのピクセルが、カラー感受性ピクセルであり、そのおのおのが、波長感受性フィルタ要素を含むよう構成された単一色およびカラー感受性のハイブリッドイメージセンサアレイであり、前記第２のサブセットのピクセルのカラー感受性ピクセルは、前記２次元ソリッドステートイメージセンサアレイの所定の領域を通して分布しており、該領域は、前記第１のサブセットのピクセルの単一色ピクセルと、前記第２のサブセットのピクセルのカラー感受性ピクセルの両方を持つ、２次元ソリッドステートイメージセンサアレイと、
    前記２次元ソリッドステートイメージセンサアレイを用いて得られた画像データを復号する指標デコード回路と、
    を備え、
    前記第１のサブセットの前記単一色のピクセルは、前記第２のサブセットの前記カラー
    感受性ピクセルよりより大きい寸法であることを特徴とする装置。
  20. 複数のピクセルを持つ２次元ソリッドステートイメージセンサアレイであって、該２次元ソリッドステートイメージセンサアレイは、前記２次元ソリッドステートイメージセンサアレイの第１のセットのピクセルが、カラーフィラメント要素をもたない単一色ピクセルであり、前記２次元ソリッドステートイメージセンサアレイの第２のセットのピクセルが、カラー感受性ピクセルであり、そのおのおのが、波長感受性フィルタ要素を含むよう構成された単一色およびカラー感受性のハイブリッドイメージセンサアレイであり、前記第２のサブセットのピクセルのカラー感受性ピクセルは、前記２次元ソリッドステートイメージセンサアレイの所定の領域を通して分布しており、該領域は、前記第１のサブセットのピクセルの単一色ピクセルと、前記第２のサブセットのピクセルのカラー感受性ピクセルの両方を持つ、２次元ソリッドステートイメージセンサアレイと、
    前記２次元ソリッドステートイメージセンサアレイを用いて得られた画像データを復号する指標デコード回路と、
    を備え、
    前記第１のサブセットの前記単一色ピクセルは、前記２次元ソリッドステートイメージセンサアレイの少なくとも１つの完全な行のピクセルを、拡張する単一色のゾーンのピクセルにおいて形成されていることを特徴とする装置。
  21. 前記２次元ソリッドステートイメージセンサアレイの所定の領域を通して分布しているピクセルの前記第２のサブセットのカラー感受性ピクセルは、前記領域を通して均一に分布している、請求項１、９、１１、１５、１８，１９、２０のいずれか一項に記載の装置。
  22. 前記領域は、２次元ソリッドステートイメージセンサアレイの全体である、請求項１、９、１１、１５、１６、１８，１９、２０のいずれか一項に記載の装置。
  23. 前記２次元ソリッドステートイメージセンサアレイは、前記単一色ピクセルを、前記カラー感受性ピクセルが画像データ読み取りに露出されている間に、リセットに駆動することができるように構成されている、請求項１、９、１１，１５、１８，１９、２０のいずれか一項に記載の装置。
  24. 前記第１のサブセットの前記単一色のピクセルは、前記第２のサブセットの前記カラー
    感受性ピクセルよりより大きい寸法である、請求項１、９、１１、１５、１８，１９、２０のいずれか一項に
    記載の装置。
  25. 前記第１のサブセットの前記単一色ピクセルは、前記２次元ソリッドステートイメージセンサアレイの少なくとも１つの完全な行のピクセルを、拡張する単一色のゾーンのピクセルにおいて形成されている、請求項１、９、１１、１５、１８，１９、２０のいずれか一項に記載の装置。
  26. 前記指標デコード回路は、バーコード復号回路である、請求項１から２５のいずれか一項に記載の装置。
  27. 前記装置は、前記指標デコード回路を含み、前記指標デコード回路は、把持可能なハウジングに組み込まれている、請求項１から２６のいずれか一項に記載の装置。
  28. 前記指標デコード回路が、自動識別回路であることを特徴とする、請求項１、９、１１、１５、１８，１９、２０のいずれか一項に記載の装置。
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