JP2004151711A - 移動ビームシミュレーションを有する画像化バーコード読取装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 光学的コード読取装置とデジタルカメラとを含む、目標画像を記録するために半導体センサを使用する電子光学画像化システムにおいて、線形センサ及び二次元センサベースの手持式バーコード読取装置において特に有用である、点滅するレーザビームの様子をシミュレートする装置及び方法を提供する。
【解決手段】 フライングスポット電子光学読取装置における移動レーザビームの作動環境は、目標物の二次元画像を捕捉する前に、発光ダイオードにより生成された可視線のオン・オフすることにより、半導体センサベース画像化読取装置においてシミュレートされる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、一般的に、光学的コード読取装置とデジタルカメラとを含む、目標画像を記録するために半導体センサを使用する電子光学画像化システムに関する。本発明の態様は、線形センサ及び二次元センサベースの手持式バーコード読取装置において特に有用である。より詳細には、本発明は、そのような画像化システムにおける点滅するレーザビームの様子をシミュレートすることに関する。

光学的コードは、一般にアプリオリ規則に従って組み立てられた異なる光反射又は光吸収特性を有する画像区域から成るパターンである。光学的コードの特定の種類を説明するのに、「バーコード」という用語が時には使用される。光学的コードの光学特性及びパターンは、背景からそれらを外観で区別するように選択される。光学的コードからデータを識別又は抽出するための装置は、「光学的コード読取装置」と呼ばれることがあり、バーコードスキャナは、その一種である。光学的コード読取装置は、店舗内のチェックアウトサービス、製造現場での流れ作業及び在庫管理、及び輸送車両における荷物出荷追跡のような様々な多くの環境において、固定式又は携帯用設備の両方で使用される。光学的コードは、例えば多くのバーコードが印刷されたリストから目標バーコードを読み取ることにより、迅速で汎用的なデータ入力手段として使用することができる。いくつかの用途においては、光学的コード読取装置は、携帯用データ処理装置、又はデータ収集及び送信装置に接続される。光学的コード読取装置は、多くの場合、手で目標コードに向けられる手持式センサを含む。

最も一般的なコード読取装置は、一次元のバーコード符号を読み取るように設計される。バーコードは、一定の又は変化する幅空間で分離された、幅が異なる矩形バーのパターンである。これらのバーと空間は、光の反射特性が異なる。一次元バーコードの一例は、「ＵＰＣ／ＥＡＮ」コードである。
バーコードは、従来よりレーザビームをコードの端から端まで走査し、コードから反射する光を検知することによって読まれてきた。検知された光は、そのコードに関連するデータを発生させるために電子的に処理される。レーザビームは、例えば毎秒２０又は４０走査といった１秒間に多くの回数の走査速度で走査される。ユーザに対しては、レーザビームは点滅しているように見え、従って、ユーザは、時間の経過と共にコードの読み取り中にレーザビームの点滅を見ることを予期している。点滅するビームは、システムが作動中であることの視覚的な合図として機能する。

バーコードはまた、半導体画像化装置を使用して読み取ることができる。例えば、装置の視野内の画像要素又はピクセルに対応する二次元アレーのセル又は光センサを有する画像センサを使用することができる。そのような画像センサは、二次元又はエリア電荷結合素子（ＣＣＤ）、及び視野に対するピクセル情報の二次元アレーに対応する電子信号を生成するための関連回路とすることができる。バーコード反射画像を検知するのに、光ダイオードの一次元線形アレーを使用することもできる（例えば、本明細書において引用により特に組み込まれる、ダニエルソン他に付与された米国特許第６，１３８，９１５号を参照することができる）。

光学的コード読取装置にＣＣＤ画像センサ及び対物レンズアのセンブリを使用することは、当業技術において公知である。以前は、そのようなシステムには、元々比較的高価なビデオ画像化システムに対して設計された複雑な対物レンズアセンブリが使用されていた。そのようなシステムは、単一の鋭い焦点と限定された被写界深度とを有し、それは、従来的な照準、照明、及び、信号処理及び復号アルゴリズムと共に、システムの汎用性及び作業範囲を制限する。
しかし、半導体画像化装置は、その作動に関して視覚的な合図を何も提供しない。点滅するレーザビームは存在しない。半導体画像化装置は、カメラのように作用して単に目標物からの光を受光するだけであるから、点滅するビームを期待するユーザは、その代わりに何も見ないことになる。

照明を提供して照準を補助するために、画像化システムは、レーザ又は発光ダイオード（ＬＥＤ）のいずれかを使用することができる。ＬＥＤ光源の非干渉性の性質により、レーザの場合に生成されるスペックルノイズ衝撃が生成されないので、ＬＥＤは、レーザよりも好ましい場合がある。更に、ＬＥＤは、製造とパッケージ化が容易なために、レーザよりも費用効率が高い。それに加えて、ＬＥＤは、よりコンパクトに製造することができ、レーザよりも表面装着が容易である。

米国特許第６，１３８，９１５号 米国特許出願一連番号０９／８８０，９０６

ＬＥＤは、しかしながら、レーザと比較すると点光源として理想的ではない。具体的には、ＬＥＤによって生成された光は集束されにくいので、投射光の線の厚さの増大を生み出す。ＬＥＤによって生成された光の線の厚さを減少させるために、多くの設計者が、ＬＥＤの前に機械的なスリットを配置している。しかし、機械的なスリットは、ＬＥＤによって対象物上に投射される光の量を減少させる。いずれにせよ、集められた光を最大にして照準を高めるために、ＬＥＤは、使用中に絶えず通電される

簡潔かつ一般的に表すと、本発明は、バーコード符号のような印しを電子光学的に読み取るためのシステムにおいて、特に電荷結合素子（ＣＣＤ）アレー又は相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）アレーのような半導体センサを用いて、印しから反射した光を互いに直交する２つの方向に亘って画像化することにより、走査レーザビームをシミュレートするための装置を提供する。
本装置は、可視光線を放射するための発光ダイオード（ＬＥＤ）コンポーネント，可視光線を光学的に修正して印しに亘って可視線を形成する光学コンポーネント、及び可視線をオン・オフする手段を含む。この作動は、使用時に印し上で変動又は点滅する走査レーザビームをシミュレートする。

公知の移動レーザビームスキャナのユーザは、読み取られている印しの上又は印しを横切るそのような安定しない点滅する走査線を見ることを予期する。そのようなレーザを利用しない半導体センサの使用すると、点滅作動を見ないユーザは、システムが機能しているかどうか不安になる場合がある。従って、本発明は、ユーザに視覚的フィードバックを提供して、ユーザが期待するような作動環境をシミュレートする。

図１は、好ましい実施形態によるバーコード読取装置１に使用された光電子モジュール１を概略的に示す。モジュール１は、好ましくは、プラスチック又は他の成形ポリマー及び／又は合成材料から成るフレーム２を含む。プリント回路（ＰＣ）基板４は、フレーム２に結合される。図１には示されていないが（例えば、図３Ａ参照）、ＰＣ基板４は、半導体センサ装置７０４、及びその上に取り付けられたＬＥＤ７０２を有する（図４Ａ〜図４Ｅも参照することができる）。半導体センサ装置は、好ましくは、ピクセルの線形アレーを有する単一のＣＭＯＳチップ含み、これらのピクセルは、それぞれがアレーの直線方向に直交して、すなわちバーコード符号２２のバーと平行に引き延ばされている。ＬＥＤ７０２はまた、好ましくは、レンズ１８の焦点方向により狭くなるように引き延ばされ、レンズ１８は、好ましくは、円筒形／ドーナツ形であって、一方の側面が円筒形で他方の側面がドーナツ形であり、一般的に、レンズ１８は、バーコードを形成するバーの方向により大きい光出力を有する。ＰＣ基板４は、好ましくは、センサ装置から受信した信号を処理するための他の半導体チップ６を含む。例えば、これらの他のチップ６は、電子画像を記憶するためのチップ、及び／又は信号を復号するためのチップを含むことができる。

上述のように好ましくは円筒形／ドーナツ形であるか、又は少なくともバーコード符号２２のバーの方向に高出力を有するレンズ１８は、ＬＥＤ７０２から放射された光をバーコード読取装置１に対する可視照準ビーム２０として集束させるために、フレーム２に挿入される。すなわち、図１に示すように、照準ビームがバーコード符号２２と位置合わせされると、バーコード読取装置１は、バーコード符号２２を読み取るように適切に位置調整される。レンズ１８の成形プラスチック部分８は、レンズ１８をフレーム２に挿入する時の補助のために使用される。

図１に示すように、照準ビーム２０がバーコード符号２２と位置合わせされると、集束レンズ１６は、ＰＣ基板４上のセンサ装置の上にバーコード符号を撮像する。集束レンズ１６は、好ましくは、フレーム２の円筒スリーブ１７に嵌め込まれた鏡筒に取り付けられる。レンズ鏡筒をスリーブ１７内に配置するために、例えば図１に示すような１つ又はそれ以上のノッチ１４を使用することができる。集束レンズ１６を含むレンズ鏡筒は、センサ装置に対して位置合わせされ、次に、図１に示すような接着穴１０を使用して、又は、ボルト又はフックファスナアセンブリのような当業者に公知の他の手段によってフレーム２に固定される。好ましくは組立工程中にモジュール１を所定の位置に保持するのに使用することができるノッチ１２も図１に示されている。

集束レンズ１６は、好ましくは、それ自体が、実質的に図１に概略示すバーコード符号２２のような一次元バーコード符号を読み取るための例えば３５°〜４０°の広角レンズである。従って、レンズ１６から実質的に２インチの位置からレンズ１６から実質的に６インチまでに及ぶバーコード符号２２を捕捉することができる。一次元バーコード符号２２を読み取るために、レンズ１６に対する絞りは、好ましくは楕円形であり、代替的には、円形、正方形、矩形、又はそれ以外の形状とすることができる。システムは、好ましくは、人工的な照明なしでバーコード画像を捕捉するように作動する。代替の円筒形レンズよりも多くの光を捕捉するために、レンズ１６は、好ましくは球形である。代替的に、円筒形レンズ１６と共に照明を使用してもよい。

図２Ａ及び図２Ｂは、それぞれ、図１に示す好ましい実施形態によるバーコード読取装置の断面上面図及び側面図をブロック図の形で概略的に示している。バーコード読取装置は、図１のフレーム２に対応する成形光学パッケージ１１０に組み込まれている。そのようにするための構造及び技術は、本出願と同じ出願人に譲渡され、本明細書において引用により組み込まれる、マッツ他により２００１年６月１５日出願の「成形画像化装置光学パッケージ及び線形検出器ベースの走査エンジン」という名称の米国特許出願一連番号０９／８８０，９０６に開示されている。この成形光学パッケージは、画像化／復号器集積回路（ＩＣ）１２０、図１のレンズ１６に相当する画像化／収束レンズ１４０、及び、１つ又は複数の照準発光ダイオード（ＬＥＤ）１３０及び図１のレンズ１８に相当する照準レンズ１５０（これらは、好ましくは、バーコード符号の広範な照明用としては構成されないが、代替的にバーコード符号を照明するように構成することができる）を含む。好ましい実施形態によると、画像化／復号器ＩＣ１２０は、公知の相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）技術に従って製造される。代替的に、画像化／復号器ＩＣ１２０は、付随する復号回路を有するＣＣＤ画像化装置を含むことができる。

画像化／復号器ＩＣ１２０は、作動時に画像化／集束レンズ１４０を通じて画像を受ける。レンズ１４０によってＩＣ１２０のセンサアレーに集束される目標画像（例えば、図１の一次元バーコード符号２２）の位置合わせを補助するために、ＬＥＤ１３０から照準レンズ１５０を通して目標画像上に放射された光を集束することにより、照準ビームが生成される。画像化／復号器ＩＣの適切な視野における目標画像の位置決定は、照準ＬＥＤ１３０を使用して照準パターンを目標画像上に投影することにより支援される。照明／照準ＬＥＤは、照明／照準ＬＥＤレンズ１５０を通じて目標画像上に焦点を合わせられる。

好ましい実施形態によると、画像化システムの容積は、画像化／復号器ＩＣ１２０の検出器アレーのピクセルピッチをスケーリングすることにより見積もられる。ピクセルピッチは、画像センサ上の画像要素すなわちピクセル間の間隔を意味することが認識されるであろう。ピクセルピッチが小さくなると、相応の視野を維持するために焦点距離が小さくなる。絞りの大きさが一定に保たれる場合、ピクセル当たり同じ量の光が収集されて、画像化装置の感度に損失はない。絞りの大きさが画像化装置の大きさを制約していない場合、二次元画像化システムにおいては、三方向の全ては、ピクセルのスケール因子によってスケーリングされる。一次元画像化システムにおいては、二方向が、ピクセルのスケール因子によってスケーリングされる。好ましい実施形態の画像化エンジンは、各ピクセルに関して同様の焦点深度と同様の光処理量とをもたらすように設計される。これは、ピクセルのダイナミック・レンジ及びピクセルの量子効率との均衡をもたらす。

好ましい実施形態において、図２Ａ及び図２Ｂのバーコード読取装置は、幅約５〜８ミクロンをそれぞれ有する長さ約１〜４ミリメートルの２５６から５１２個のピクセルのＣＭＯＳ検知器アレー１２０を有する。これにより、検知器の長さが小さくなって有利である。本システムの焦点距離は、約５ミリメートルである。
好ましい実施形態の好ましい一次元システムでは、２つ又はそれ以上の列のピクセルを例えば千鳥状にして互いにオフセットさせることにより、検知器の設置面積を更に最小にすることができる。例えば、ピッチが３ミリメートルの５００個のピクセルのアレーは、長さ１．５ミリメートルである。アレーをピクセルの半分だけオフセットした２つの隣接する列として配置することにより、ピクセルのピッチは、３ミリメートルに維持されるが、結果的に検知器アレーの長さが０．７５ミリメートルになる。アレーがピクセルの半分だけオフセットされるので、１．５ミリメートルのセンサに相当する分解能を得るために、ピクセルの値を組み合わせることができる。ピクセルのピッチは、光子を吸収する妥当なレベルに維持されるが、検知器の設置面積、従ってシステムの全容積を劇的に減少させることができる。

例示的な実施形態によれば、画像化検知器アレー、読み取り電子装置、アナログ／デジタル変換器、及び復号化論理は、全て単一チップに集積される。画像化／復号化チップは、少なくとも１つのＬＥＤダイ又は小さなレーザを有する担体上に取り付けられる。担体は、「ＦＲ４」基板、すなわち、業界で公知の有機基板とすることができ、より大きな回路基板に取り付けるためのリードフレーム又は半田バンプを含んでもよい。この担体は、内部に成形された光学表面を有する成形プラスチック片で覆われる。この成形プラスチックカバーは、光学品質を有し、自動化回路基板アセンブリで受ける温度に耐えることができる。この装置は、光学機械装置と電子装置を含む一式揃ったスキャナとして構成することができ、これは、表面装着集積回路のように取り扱うことができ、リフロー半田付け技術に適合する。装置は、半田接合だけによって回路基板に機械的に取り付けられてもよい。従って、ネジや他の機械的な支持体は必要なく、すなわち、この画像化エンジンを組み込む装置の大きさ及び複雑性を減少させる。

図３Ａ及び図３Ｂは、バーコード読取装置１の組立分解概略図である。図３Ａを参照すると、バーコード読取装置１は、図１のフレーム２及びＰＣ基板４を含む。フレーム２は、図１に関連して上述したように、成形プラスチック部分８が挿入された円筒形／ドーナツ形レンズ１８、集束レンズ１６が挿入された鏡筒を有するスリーブ１７、及び、ノッチ１２及び１４及び接着穴１０と共に示されている。ＰＣ基板４のＬＥＤ７０２とセンサ装置７０４とを概略で示すことができるように組立分解図で示された図３Ａにおいて、ＰＣ基板４は、フレーム２から分離されている。尚、ＬＥＤ７０２及びセンサ装置７０４は、図３Ａでは縮尺通りではない（好ましい寸法は、以下で与えられる）。また、バーコード符号２２に対するバーコード読取装置１の向きは、図に示すように、その引き延ばされた方向がバーコードのストライプ又はバーと垂直になる向きであり、この適切な向きを例えば９０度だけ回転してもよく、レンズ１６及び１８、ＬＥＤ７０２、及びセンサ装置７０４の向きも相応に回転されることにも注意すべきである。

レンズ１８により集束されて照準ビーム２０としてバーコード符号２２と交差する可視光を放射するＬＥＤ７０２は、画像記憶及び復号チップ６とすることができるチップ６の隣りに示されている。ＬＥＤ７０２は、好ましくは細長い形状であり、その狭い方の寸法がレンズ１８の集束方向になる。好ましくはバーコードストライプの方向に出力がより高いレンズ１８は、好ましくは、円筒形／ドーナツ形であり、代替的に真に円筒形レンズとしてもよく、又は、例えば、照準ビームをバーコードストライプと直角方向に広げ、及び／又は、照準ビームを図３Ａにおいて多少右方向に向け、画像が捕捉された時に好ましくはバーコード符号２２の中心に配置されたバーコード読取装置のセンサ装置７０４／集束レンズ１６部分からオフセットされるバーコード読取装置１のＬＥＤ７０２／レンズ１８部分を補償するなどして、直交方向に多少の出力を有してもよい。ＬＥＤ７０２は、好ましくは、図示のような単一の細長いＬＥＤ装置であり、代替的に、ＬＥＤ７０２／レンズ１８の組合せが適切な照準ビームを生成するという条件で、任意形状の単一ＬＥＤ、又は任意の形状及び配置の多重ＬＥＤを含むことができる。

センサ装置７０４は、好ましくは、単一の半導体チップ７０４を含む。センサ装置チップ７０４は、好ましくは、図３Ａに示すような線形アレーとして配置された複数のセンサピクセルを含む。好ましい実施形態では、この装置は、５１２個を超えないピクセル、好ましくは、２５６と５１２の間の個数のピクセルを含む。バーコード符号２２のパターンが解像可能な最小数（例えば２５６）と、ＰＣ基板４の選択された寸法による大きさの制約及び選択されたレンズ１６の集束特性に依存する最大数（例えば５１２）との間で、任意の数のピクセルを使用することができる。単一の列が好ましいが、１列を超える列のピクセルを含むことができる。例えば、分解能を向上させることができるように、ピクセルの幅の半分だけ千鳥状に配置された２列のピクセルが、センサ装置７０４を構成してもよい。

図３Ａに示すように、ピクセル自体は、バーコードストライプ方向に細長いことが好ましい。ピクセルの縦横比は、好ましくは２対１を超え、より具体的には、４対１と８対１の間である。ピクセルの短い方の寸法は、好ましくは、２ミクロン以上で８ミクロンを超えず、具体的には、７ミクロンと８ミクロンの間とすることができる。従って、図３Ａでは、ピクセルアレー７０４は、フレーム２及びＰＣ基板４と同じ縮尺で描かれていない。すなわち、例えば、それぞれ幅が８ミクロンで高さが例えば６４ミクロンの５１２個のピクセルに対しては、センサ装置７０４の有効面積は、約４ミリメートル×８ミクロンである（これは、フレーム２及びＰＣ基板４と比較して、図３Ａに示すセンサ装置７０４の相対的な寸法よりもかなり小さい）。好ましいピクセルの有利な細長い形状により、例えば正方形ピクセルの単一列を有するセンサ装置と比較すると、バーコード符号２２の高分解能と、センサ装置７０４におけるバーコード符号画像の高い角度的捕捉確率との改善された結合がもたらされる。

ここで図３Ｂを参照すると、図３Ａのフレーム２の要素はまた、それらの組み立てられた位置から分解されて斜視図として示されている。ＰＣＢアセンブリ４ａは、高さ７．１ミリメートル×幅１９．５ミリメートルの好ましい寸法で示されている。シャーシ２ａは、ＰＣＢアセンブリ４ａに対するマウントから取り外して示されている。シャーシ２ａの好ましい寸法は、約６．６ミリメートル×１１．４５ミリメートルである。鏡筒１６ａは、レンズシステムの特徴が分かるように、シャーシ２ａのスロットから分解されて示されている。レンズシステムは、好ましくはガラスで作られた第１のレンズ１６ｂ、絞り１６ｃ、及び、好ましくはプラスチックで作られた第２のレンズ１６ｄを含むことが好ましい。光導体１８ａ及び絞り１９は、図３Ｂの組立分解図の装置に対するそれらのマウントから同じく取り外されて示されている。

図４Ａ〜図４Ｄは、好ましい実施形態に従って、図３Ａに関連して上述したＬＥＤ７０２に対応する細長いＬＥＤの４つの異なる実施形態を示す。一般に、図４Ａ〜図４Ｄの好ましいＬＥＤの各々は、図４Ｅの代替ＬＥＤ６００と同様に、等しくてもよい総ダイ面積を有し、すなわち、それらは、形状及び／又はパワー入力構成は異なるが、同様の出力パワーを有し、同様の入力パワー及び総使用面積要件を有する。特に、好ましいＬＥＤダイ６１５、６３５、６５５、及び６７５は、図１のレンズ１８の集束方向に、すなわち、照準ビーム２０の線の太さを生み出す方向に細くなっており、ダイ６１５、６３５、６５５、及び６７５は、バーコード符号２２の走査線と垂直な方向に細長くなっている。

ここで図４Ａを参照すると、ＬＥＤ６１５は、正方形部分６２０と矩形部分６２５とを有し、この矩形部分は、上述の細長い部分である。正方形部分６２０は、結合パッド６３０を有する。更に、ＬＥＤ６２０の寸法は、Ｄｘ×Ｄｙであり、ここで、Ｄｙは、細長い部分６２５の幅である。ＬＥＤを駆動する電圧は、結合パッドを通じて供給されるので、ＬＥＤの部分が結合パッドから離れるほど、ＬＥＤから放射される光出力の量は少なくなる。従って、図４Ａにおいて、細長い部分６２５の各部分から放射される光出力の量は、結合パッド６３０の右側に離れる部分ほど少なくなる。しかし、現在のＬＥＤ技術は、図４Ａの右縁部まで及ぶＬＥＤ全体に亘って十分な強さの発光をもたらす。

図４Ｂは、別の実施形態によるＬＥＤの上面図である。具体的には、ＬＥＤ６３５は、矩形部分６４２により連結された２つの正方形部分６４０及び６４７を有する。正方形部分６４０には、結合パッド６４５が配置され、正方形部分６４７には、結合パッド６５０が配置される。結合パッド６４５及び６５０を矩形部分６４２のそれぞれの側に配置することにより、図４Ａに示すＬＥＤ６１５と比較すると、矩形部分から放射されるより均一な量の光出力が達成される。

図４Ｃは、本発明の更に別の実施形態によるＬＥＤの上面図である。この実施形態によれば、結合パッド６７０は、ＬＥＤ６５５の矩形部分６６０に隣接して配置される。従って、結合パッド６７０は、細長い部分から放射されるいかなる光も遮蔽することはない。更に、図４Ｂの結合パッドの配置は、矩形部分の中心の光の量の減少をもたらす場合があるが、図４Ｃの結合パッド６７０の配置は、ＬＥＤダイ６５５の矩形部分６６０の中心から放射される光のより均一な分布を保証する。

図４Ｄは、第４の実施形態によるＬＥＤの上面図である。本発明のこの実施形態によれば、ＬＥＤダイ６７５の矩形部分６８０は、全ての側面を結合パッド６８５により囲まれている。ＬＥＤダイ６７５の矩形部分６８０を結合パッド６８５で囲むことにより、図４Ａ〜図４Ｃに示すＬＥＤダイと比較すると、ＬＥＤダイ６７５の矩形部分６８０全体から放射された光の均一な分布が達成される。
例示的な実施形態によれば、図４Ａ〜図４ＤのＤｙは、約５０ミリメートル又はそれ以下に小さくすることができる。十分な放射出力を維持するために、図４Ａ〜図４ＤのＤｘは、ＬＥＤの総ダイ面積が十分な放射出力を生み出すように有利に選択され、好ましくは約１ミリメートルである。それに加えて、図１のレンズ１８は、照準ビームがそれが拡がった場合にバーコード符号２２全体を照射するのに十分な出力を有するか否かに関わらず、照準ビームが狭く明るい線に集束して十分に明るい照準ビーム２０をもたらすように選択される。

図４Ｅは、組み合わされた照明／照準ビームを生成するために、又は、更に図１に関連して上述したような照準ビームだけをもたらすために使用することができるような正方形ＬＥＤ６００の上面図である。しかし、以下に挙げる理由のために、図４Ａ〜図４ＤのＬＥＤ６１５、６３５、６５５、及び６７５は、図４ＥのＬＥＤ６００よりも好ましい。ＬＥＤ６００は、結合パッド６１０を含み、それを通じてＬＥＤ６００に電力が供給される。図４Ｅに示すＬＥＤ６００の形状は正方形であり、約３００ミリメートル×３００ミリメートル前後の寸法を有することができる。図４Ｅに示すように、結合パッド６１０は、通常はＬＥＤ６００の中央に配置することができる。結合パッド６１０をこのように配置することにより、ＬＥＤ６００から放射される光出力の約３０％が遮蔽される。更に、図４Ｅの正方形ＬＥＤは、上述のようにレーザよりも集束の少ない光を生成し、その結果、レンズ１８によって集束される前の縦横比が１対１の投影光が得られる。

図４Ａ〜図４Ｄに関連して上述した細長いＬＥＤ６１５、６３５、６５５、及び６７５は、それぞれ、図４Ｅの正方形ＬＥＤ６００よりも好ましい。これは、図１に示す高度に直線的な照準ビーム２０のようなバーコード符号２２全体を横切って照準することができる狭い線に集束される照準ビーム２０を有することが望ましいからである。更に、この照準ビーム２０は、それ以外には，読取装置１が走査線を解像するのに十分な強さでバーコード符号２２を捕捉することができるようにそれを照明するのに必要ではない。照準ビームは、好ましくは、読取装置１を位置合わせするために使用されるだけであり、従って、広がった照明よりも明るく細い線が好ましいが、照準ビームは、照準と照明の両方に対して有利に使用することができる。図４Ａ〜図４Ｄに関連して上述した有利なＬＥＤ６１５、６３５、６５５、及び６７５は、それぞれ、所望の明るく細い照準ビーム２０、すなわち、好ましくはレンズ１８と共に符号２２の走査線の方向に高い出力を有する照準ビームを形成する（例えば、図１に関連して上述したように、好ましいレンズ１８は、円筒形／ドーナツ形レンズ１８である）。

図５は、好ましい実施形態によるバーコード読取装置の電子装置を示す。これらの電子装置は、クロックドライバ及びチャージポンプ４２０を通じて制御される二次元センサ装置４１０を含む。クロックドライバ及びチャージポンプ４２０は、タイミング発生装置４３０から受信した信号に従って制御される。センサ装置４１０により捕捉された画像は、相関二重サンプリングブロック４４０に供給される。ピクセルがリセットされた時、それらは必ずしも同じ値に戻らないので、通常のリセット値に戻っていないピクセルに起因するオフセットを除去するために、相関二重サンプリングが使用される。従って、相関二重サンプリングは、ピクセルの２つの値を捕捉する段階を伴い、第１の値は、所望の画像、例えば一次元バーコードによるピクセルの値であり、第２の値は、リセットされた後のピクセルの値である。各ピクセルの２つの値は、通常のリセット値に戻っていないピクセルに起因するオフセットを除去するために比較される。相関二重サンプリングが実行された後、相関二重サンプリングされた画像の直流コンテントを遮断するために、画像は、弱い交流結合を通過させられる。弱い交流結合の後、自動利得制御装置４４２は信号を増幅し、その信号は、次にアナログ／デジタル変換器４４４に供給される。本発明の好ましい実施形態によれば、アナログ／デジタル変換器は、９ビットのアナログ／デジタル変換器である。

デジタルデータは、アナログ／デジタル変換器により、グルー論理フィールドプログラム可能ゲートアレー（ＦＰＧＡ）ブロック４５０に供給される。グルー論理／「ＦＰＧＡ」４５０は、マイクロプロセッサ４６０がデジタルデータを読み取ることができるようにデジタルデータを圧縮し、マイクロプロセッサ４６０に接続して全ての装置制御をもたらす。マイクロプロセッサ４６０は、マイクロプロセッサと同じＩＣ上に組み込まれた「ＤＲＡＭ」を含み、これは、システム速度を上げると同時に、得られる画像化装置に対する大きさとコストの低減を可能にする。マイクロプロセッサ４６０は、外部のデータ及びアドレスバスを通じてフラッシュメモリ４７０に記憶されたプログラムの制御の下で作動する。
例えば図１のバーコード符号２２のような目標画像は、好ましくは、付加的な照明がなくてもバーコード符号２２が解像可能なように、図１の好ましいバーコード読取装置の光電子構成による周囲光で十分に照明される。しかし、代替の実施形態では、任意選択の照明モジュール４７５の１つ又はそれ以上の６００ナノメートル赤色ＬＥＤにより照明を供給することができる。このＬＥＤは、目標画像が一様に照明されるように配置されるであろう。

読取装置１のユーザを補助するために、好ましくは、好ましい照準モジュール４８０が、独特な照準パターンを形成するのに使用される。照準モジュール４８０は、細長いＬＥＤ（図３Ａ、及び、図４Ａ〜図４Ｄを参照）と、図１及び図３のレンズ１８とを含むことができ、又は、代替的に、独特な照準パターンを形成するためにレーザダイオードと回折光学素子（ＤＯＥ）とを含んでもよい。図１の好ましいバーコード読取装置１を組み込むことができるホスト装置間の対話は、図５のホストインタフェース４９０を使用して与えることができる。本明細書で説明される好ましいバーコード読取装置１は、小型、すなわち形状因子が小さいので、ホスト装置は、携帯無線電話（セルラー電話）、又は携帯情報端末（ＰＤＡ）などとすることができる。図５に関連して説明された要素を使用すると、画像化装置を製造するために画像化装置産業で使用することができる「ＳＥ９００」又はより小さな形状因子で製造することができる小型のバーコード読取装置を達成することができる。

上述したように、モジュール１は、目標物の画像を捕捉するための一次元半導体画像センサ７０４、又は二次元半導体画像センサ４１０を含む。有利な態様においては、モジュール１は、手動で作動された時に画像の捕捉、従って目標物としてのバーコード符号２２の読取りを開始するトリガを有する手持式装置内に配置される。ＬＥＤ７０２及びレンズ１８は、協働して符号上に照準線２０を形成し、符号に対するセンサの適正な位置決めを容易にする。符号２２を照明するのに周囲光だけに依存することが望ましくないいくつかの場合においては、ＬＥＤ７０２からの光は、符号を照明するのに役立つ。照準及び／又は照明のために、ＬＥＤから放射された光が一定であるようにＬＥＤは絶えず通電される。

半導体センサは有利ではあるが、それらは、公知の移動レーザビームスキャナで与えられるのと同様な視覚フィードバックをもたらさない。移動レーザビームスキャナは、一般的に、符号を横切ってレーザスポットを１秒間に複数回走査し、走査毎に走査線を形成する。走査線は、一般に毎秒２０〜４０走査の速度で走査される。その結果、公知の移動ビームスキャナのユーザは、読み取られている符号の上及び符号を横切って点滅する走査線を見ることを期待する。半導体システムを用いると、そのような点滅する走査線は存在せず、その結果、半導体システムのユーザは、視覚的なフィードバックを何も経験しない。ユーザにとって半導体システムが機能しているかどうか不安になる場合があるので、これは不利である。

半導体システムにおいてそのようなフィードバックを提供するために、本発明は、図６の流れ図に示すように、ＬＥＤ７０２とレンズ１８を使用して符号上に視覚線を形成し、視覚線のオン・オフすることにより視覚線を点滅させ、移動レーザビームをシミュレートすることを提案する。
電力が入れられた（ブロック５０６）後に、モジュールの種々のパラメータ、例えば、センサの露出時間が初期化される（ブロック５０４）。ＬＥＤ７０２が通電され、視覚線２０がオンにされる（ブロック５０６）。一般的に、ＬＥＤの光自体は、幅１センチメートル程度の広い区域を覆う。レーザ光を良好にシミュレートするために、レンズ１８はその幅を狭め、必要な場合には、開口絞りを使用してＬＥＤから放射された光の幅を狭めることができる。

センサが正しく符号に向いた状態で、トリガが引かれて（ブロック５０８）視覚線がオフにされ、それによって視覚線を点滅させる（ブロック５１０）。センサは、目標の画像を捕捉し（ブロック５１２）、その後に視覚線が再度オンにされる（ブロック５１４）。ピクセルの品質が検査され（ブロック５１６）、良好なことが分かれば、センサにより生成された電気信号がデジタル化されて（ブロック５１８）、復号化が試行される（ブロック５２０）。復号されない場合、ユーザは、再度トリガを引くように促される。復号された場合、復号信号が処理されて結果が記憶され（ブロック５２２）、可聴ビープ音（ブロック５２４）が発せられて復号が成功したことが示され、システム自体は、次の符号を読み取る用意ができる。

ブロック５１６で検査されたピクセルの品質が不良であることが分った場合、センサの露出時間が再計算され、より長い時間又は短い時間のいずれかに調節される（ブロック５２６）。初期化された露出時間は、通常１０ミリ秒であり、周囲光に応じて約６０マイクロ秒から約３０ミリ秒まで調節可能である。調節後に、可視線は、ブロック５１２で画像を捕捉する前に再度オフにされる（ブロック５２８）。
点滅する可視線は、以前に移動レーザビームスキャナの作動に慣れているユーザの経験をシミュレートし、センサに基づくシステムの使用に慣れていないユーザの安心感を高める。

好ましい実施形態に従ってバーコード読取装置に使用された光電子モジュールを概略的に示す図である。 例示的な実施形態による小型画像化装置の上面を概略的に示す図である。 例示的な実施形態による小型画像化装置の側面を概略的に示す図である。 好ましい実施形態によるバーコード読取装置の組立分解概略図である。 好ましい実施形態によるバーコード読取装置の組立分解概略図である。 好ましい実施形態による照準ビームＬＥＤを概略的に示す図である。 好ましい実施形態による照準ビームＬＥＤを概略的に示す図である。 好ましい実施形態による照準ビームＬＥＤを概略的に示す図である。 好ましい実施形態による照準ビームＬＥＤを概略的に示す図である。 例示的な代替実施形態による正方形照準ビームＬＥＤを概略的に示し、図４Ａ〜図４Ｄの好ましい実施形態の利点を示す図である。 好ましい実施形態によるバーコード読取装置の好ましい電気コンポーネントを概略的に示す図である。 本発明による画像捕捉方法を説明する流れ図である。

符号の説明

１ 光電子モジュール、バーコード読取装置
２ フレーム
４ プリント回路基板
６ 半導体チップ
１６ 集束レンズ
１７ 円筒スリーブ
１８ レンズ
２０ 照準ビーム
２２ バーコード符号

Claims (20)

1. 異なる光反射率の部分を有する印しを、該印しから反射した光を互いに直交する方向に亘って画像化することにより電子光学的に読み取るためのシステムにおいて、走査レーザビームをシミュレートするための装置であって、
   （ａ）可視光線を放射するための発光ダイオード（ＬＥＤ）コンポーネントと、
   （ｂ）該可視光線を光学的に修正して印しを横切る可視線を形成するための光学コンポーネントと、
   （ｃ）該可視線をオン・オフして走査レーザビームをシミュレートする手段と、
   を含むことを特徴とする装置。
2. 前記ＬＥＤコンポーネントは、単一のＬＥＤ要素を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記ＬＥＤコンポーネントは、ＬＥＤ要素の線形アレーを含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
4. 前記光学コンポーネントは、円筒形表面を有するレンズであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
5. 前記入り切りする手段は、前記ＬＥＤコンポーネントを通電し、交互に通電を切るように作動することを特徴とする請求項１に記載の装置。
6. 前記画像化は、調節可能な露出時間を有する半導体検知器により実行され、
   前記入り切りする手段は、該露出時間が調節された後で前記可視線をオフにする、
   ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
7. 前記検知器は、電荷結合素子アレーであることを特徴とする請求項６に記載の装置。
8. 前記検知器は、相補型金属酸化膜半導体アレーであることを特徴とする請求項６に記載の装置。
9. モジュールを形成するために前記コンポーネントが取り付けられたプリント基板（ＰＣＢ）を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
10. 前記モジュールは、手動で作動されると前記画像化を開始して前記可視線をオフにするトリガを有する手持式装置に取り付けられることを特徴とする請求項９に記載の装置。
11. 異なる光反射率の部分を有する印しを、該印しから反射した光を互いに直交する方向に亘って画像化することにより、電子光学的に読み取るためのシステムにおいて、走査レーザビームをシミュレートする方法であって、
    （ａ）発光ダイオード（ＬＥＤ）コンポーネントから可視光線を放射させる段階と、
    （ｂ）印しを横切る可視線を形成するために該可視光線を光学的に修正する段階と、
    （ｃ）走査レーザビームをシミュレートするために該可視線をオン・オフする段階と、
    を含むことを特徴とする方法。
12. 前記放射させる段階は、単一のＬＥＤ要素により実行されることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
13. 前記放射させる段階は、ＬＥＤ要素の線形アレーにより実行されることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
14. 前記光学的に修正する段階は、円筒形表面を有するレンズにより実行されることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
15. 前記入り切りする段階は、前記ＬＥＤコンポーネントを通電し、交互に通電を切ることにより実行されることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
16. 前記画像化は、調節可能な露出時間を有する半導体検知器により実行され、
    前記入り切りする段階は、該露出時間が調節された後で前記可視線をオフにすることにより実行される、
    ことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
17. 前記検知器は、電荷結合素子アレーであることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
18. 前記検知器は、相補型金属酸化膜半導体アレーであることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
19. モジュールを形成するために前記コンポーネントをプリント基板（ＰＣＢ）上に取り付ける段階を含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
20. 手動で作動されると前記画像化を開始して前記可視線をオフにするトリガを有する手持式装置に前記モジュールを取り付ける段階を含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。

Images