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JP2014142949A - グローバル電子シャッター制御を持つイメージ読み取り装置 - Google Patents

グローバル電子シャッター制御を持つイメージ読み取り装置 Download PDF

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Abstract

【課題】１次元、または２次元バーコードのような目標の、鮮明なひずみのない画像を獲得するためのイメージリーダーおよび対応する方法を提供する。
【解決手段】イメージリーダーは、２次元CMOSベースイメージセンサアレイ、タイミングモジュール、照明モジュール、および制御モジュールからなる。目標が照明される時間は、照明期間と言われる。イメージセンサアレイによるイメージの捕獲は、１つの実施形態においては、実質的にすべてのピクセルを、同時に露出させることが可能なタイミングモジュールにより駆動される。ピクセルが集合的に活性化されて入射光を電荷に変換することのできる時間は、センサアレイのための露出時間を定義する。１つの実施形態において、少なくとも露出期間の一部は、照明期間の間に起こる。
【選択図】図１Ａ

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、およびタイトル“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、の優先権を主張するものである。上の出願のそれぞれの優先権は主張され、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、一般にイメージデータ収集に関係し、特に、調和した照明と、全体的なシャッター制御とを伴ったイメージデータ収集器に関係する。
ハンドヘルドで、かつ固定してマウントされたバーコードおよび機械コードリーダー、等の多くの伝統的なイメージャーリーダーは、CCD（電荷転送素子）ベースのイメージセンサを用いている。CCDベースのイメージセンサは、入射光エネルギーを電荷のパケットに変換する電気的に結合された光感受性フォトダイオードのアレイを含む。動作において、電荷パケットは、以下の処理のために、CCDイメージセンサの外にシフトされる。
いくつかのイメージリーダーは、CMOSベースのイメージセンサを代替的な撮像技術として用いる。CCDでは、CMOSベースのイメージセンサは、入射光エネルギーを電荷に変換する光感受性フォトダイオードのアレイを含む。しかしながら、CCDと異なり、CMOSベースのイメージセンサは、２次元アレイ内の各ピクセルが、直接アドレスされることを許す。これの１つの利点は、フルフレームのサブ領域を、独立にアクセスすることができることである。CMOSベースのイメージセンサのもう１つの利点は、一般に、それらは、ピクセル当たりのより低いコストを持つことである。これは主に、CMOSイメージセンサが、マイクロプロセッサ等の共通集積回路を製造する高体積ウェハ製造施設内で、標準CMOSプロセスにより作られることによる。より低いコストに加えて、共通製造プロセスは、CMOSピクセルアレイを、クロックドライバ、デジタルロジック、A/Dコンバータ等の他の標準的な電子デバイスとともに単一回路上に集積できることを意味する。これは、次に、空間的要件を低減し、電力の使用を低下させるさらなる利点を有する。
CMOSベースのイメージリーダーは、伝統的にピクセルをセンサアレイ内に露出させるために、回転式シャッターを使ってきた。回転するシャッターアーキテクチャにおいては、行ピクセルが活性化され、順に読み出される。１ピクセルのための露光あるいは積分時間は、ピクセルがリセットされるのと、その値が読み出されるのとの間の時間である。この概念は、図２Ａに表される。図２Ａにおいて、行「ａ」から「ｎ」の各行のための露光は、バー４ａ…４n（一般に、４）で表現される。各バーの水平の伸び８は、特定の行のための露光期間に対応することが意図される。各バー４の水平配置位置は、各行のピクセルが露出されるシフト時間期間を示唆するものである。図２Ａに見られるように、順次の行の露光期間は、重なり合う。これは図２Ｂに示される回転シャッターアーキテクチャのためのタイミング図に関してより詳細に示される。該タイミング図の、第２の１２ライン、および第３の１６ラインは、それぞれ、行“ａ”のためのリセットタイミング信号、および読み出しタイミング信号を表している。第４の２０ライン、および第５の２４ラインは、それぞれ、行“ｂ”のための、リセットタイミング信号、および読み出しタイミング信号を表している。両図２Ａおよび２Ｂにおいて示されるように、行“ｂ”のための露光は、行“ａ”について値が読み出される前に開始される。隣接する行ピクセルのための露光時間は、代表的に、数百行のピクセルを、１フレームのデータの捕獲の間に露出し、読み出さなければならないため、実質的にオーバーラップする。第１のライン２８上の照明タイミングにより示されるように、そのオーバーラップする露出期間を持つ回転シャッターアーキテクチャは、照明がすべての行に対して与えられるよう、照明源が１フレームのデータを獲得するのに必要とされる実質的にすべての時間の間中残っていることを要求する。
動作において、回転するシャッターアーキテクチャは、少なくとも２つの不利を受ける；イメージ歪と、イメージぼやけ、である。イメージ歪は、各行のピクセルが露出される時間が異なることによる結果物である。イメージ歪の効果は、速く動く物体が見られるように記録されるとき、最も顕著である。その効果は、バスのイメージピクセル５０が、視野のフィールドを右から左へ通過するのを回転するシャッターで撮ったイメージを表す図３に示されるイメージにおいて証明される。上端行のバスイメージピクセル５４は、底の行のピクセル５８より早くにとられ、かつバスは左に進んでいるので、底の行のバスイメージピクセル５８は、上端行のバスイメージピクセル５４に対し、左に変位される。
イメージぼやけは、イメージリーダーでの回転するシャッターアーキテクチャにおいて代表的に要求される長い露出時間の結果物である。上記したように、回転するシャッターアーキテクチャにおいては、照明源は、１フレームのデータを獲得するのに必要とされる実質的にすべての時間の間、残っていなければならない。バッテリー、および／または照明源の限界により、１全フレームのデータの獲得の間に与えられる光は、短い露出時間では通常充分ではない。短い露出時間なしでは、ぼやけを起こす効果が顕著となる。ぼやけを起こす効果の共通の例は、例えば、ハンドヘルドイメージリーダーの手ぶれによるイメージセンサの変位を含む。
イメージ歪およびイメージぼやけを含む、現在のCMOSイメージリーダーの欠点を克服するイメージリーダーが必要とされる。
米国特許第６，２３０，９７５号明細書 米国特許出願公開第２００２／１７９７１３号明細書 米国特許第６，０７３，８５１号明細書
１つの側面において、本発明は、目標からイメージデータを集めるための相補型金属酸化物半導体（CMOS）ベースのイメージリーダーを特徴づける。該CMOSベースのイメージャーリーダーは、CMOSベースのイメージセンサアレイ；該CMOSベースのイメージセンサアレイと電気的に通信するタイミングモジュールよりなる。該タイミングモジュールは、露出期間の間に、CMOSベースのイメージセンサアレイの全フレームのピクセルを、同時に露出させることができる。該CMOSベースのイメージリーダーはまた、照明期間の間に、目標を照らすことができる照明モジュールをも有する。該照明モジュールは、タイミングモジュールと電気的に通信する。該CMOSベースのイメージリーダーはさらに、タイミングモジュール、および照明モジュールと電気的に通信する制御モジュールを有する。該制御モジュールは、少なくとも露出期間の少なくとも一部を、照明期間の間に起こるようにすることができる。CMOSベースのイメージリーダーの１つの実施形態において、目標を照明することは、照明モジュール内の光源を過度に駆動することよりなる。もう１つのCMOSベースのイメージリーダーの実施形態において、光源は、発光ダイオードよりなる。CMOSベースのイメージリーダーのさらなる実施形態において、露出期間は、照明期間の開始の後に開始し、露出期間は、照明期間の終了の前に終了する。CMOSベースのイメージリーダーのさらにもう１つの実施形態において、照明期間は、露出期間の開始の後に開始し、照明期間は、露出期間の終了の前に終了する。CMOSベースのイメージリーダーのさらにもう１つの実施形態において、照明期間は、露出期間の開始の前に開始し、照明期間は、露出期間の終了の前に終了する。CMOSベースのイメージリーダーのまださらなる実施形態において、露出期間は、3.7ミリ秒以下の持続時間を持つ。CMOSベースのイメージの種々の実施形態において、目標は、コード３９あるいはUPCコードのような１次元バーコード、あるいは、PDF417バーコード、アズテックシンボル、またはデータマトリクスシンボルのような２次元バーコード、等のシンボロジーを含む。
もう１つの側面において、本発明は、目標からイメージデータを集めるための相補型金属酸化物半導体（CMOS）ベースのイメージリーダーを特徴づける。該CMOSベースイメージャーリーダーは、少なくともCMOSベースのイメージセンサアレイ、および全体的な電子的シャッター制御回路網を含む集積回路よりなる。該全体的な電子シャッター制御回路は、CMOSベースのイメージセンサアレイの全体フレームのピクセルの実質的に全ての同時の露出を起こすことのできる露出制御タイミングパルスを生成することができる。該CMOSベースのイメージリーダーはまた、集積回路と電気的に通信する光源をも有する。該光源は、照明制御タイミングパルスに応えて、シンボロジーを含み、目標を照らすことができる。該照明制御タイミングパルスの少なくとも一部は、露出制御タイミングパルスの間に起こる。該CMOSベースのイメージリーダーの１つの実施形態において、目標を照らすことは、光源を過度に駆動することよりなる。CMOSベースのイメージリーダーのもう１つの実施形態において、光源は、発光ダイオードよりなる。CMOSベースのイメージリーダーのさらなる実施形態において、露出期間は、照明期間の開始の後に開始し、露出期間は、照明期間の終了の前に終了する。CMOSベースのイメージリーダーのさらにもう１つの実施形態において、照明期間は、露出期間の開始の前に開始し、照明期間は、露出期間の終了の前に終了する。CMOSベースのイメージリーダーのまだ追加的な実施形態において、照明期間は、露出期間の開始の前に開始し、照明期間は、露出期間の終了の前に終了する。CMOSベースのイメージリーダーのまださらなる実施形態において、露出期間は、3.7ミリ秒以下の持続時間を持つ。CMOSベースのイメージリーダーの種々の実施形態において、目標は、コード39あるいはUPCコードのような１次元バーコード、あるいは、PDF417バーコード、アズテックシンボルまたはデータマトリクスシンボルのような２次元バーコード、等のシンボロジーを含む。
さらなる側面において、本発明は、目標からイメージデータを集めるためのイメージリーダーを特徴づける。該イメージャーリーダーは、少なくともイメージセンサアレイ、および露出タイミング制御回路網を含む集積回路よりなる。該露出タイミング制御回路網は、該イメージセンサアレイにおいて実質的にすべてのピクセルを同時に露出させることのできる露出制御タイミングパルスを生成することができる。該イメージリーダーはまた、集積回路と電気的に応答して、目標を照らすことのできる光源を備える。前記照明制御タイミングパルスの少なくとも一部は、前記露出制御タイミングパルスの間に起こる。該イメージリーダーの１つの実施形態において、照明制御タイミングパルスは照明モジュールによって生成される。イメージリーダーのもう１つの実施形態において、照明制御タイミングパルスと前記露出制御タイミングパルスとのオーバーラップは、集積回路および照明モジュールと電気的に通信する制御モジュールによって調整される。イメージリーダーのさらなる実施形態において、制御モジュールは、マイクロプロセッサよりなる。イメージリーダーの１つの実施形態において、目標を照らすことは光源を過度に駆動することよりなる。イメージリーダーのもう１つの実施形態において、光源は、発光ダイオードよりなる。イメージリーダーのさらなる実施形態において、露出期間は、照明期間の開始の後に開始し、露出期間は、照明期間の終了の前に終了する。イメージリーダーのさらにもう１つの実施形態において、照明期間は、露出期間の開始の後に開始し、照明期間は、露出期間の終了の前に終了する。イメージリーダーのまだ追加的な実施形態において、照明期間は、露出期間の開始の前に開始し、照明期間は、露出期間の終了の前に終了する。イメージリーダーのまださらなる実施形態において、露出期間は、3.7ミリ秒以下の持続時間を持つ。CMOSベースのイメージリーダーの種々の実施形態において、目標は、コード39あるいはUPCコードのような１次元バーコード、あるいは、PDF417バーコード、アズテックシンボルまたはデータマトリクスシンボルのような２次元バーコード、等のシンボロジーを含む。
もう１つの側面において、本発明は、目標からイメージデータを集めるための方法を特徴づける。該方法は、照明制御タイミングパルスに応答して、目標を照明するよう光源を活性化する。光源の活性化は、照明制御タイミングパルスの期間中の間、起こる。該方法はまた、入射する放射を光変換するよう、複数のピクセルを同時に活性化することよりなる。該複数のピクセルの活性化は、露出制御タイミングパルスに応答して起こる。該方法はさらに、複数のピクセルのおのおのにより集められたイメージデータを、該複数のピクセルのおのおのの遮蔽された部分にストアすることよりなる。該イメージデータのストアは、露出制御タイミングパルスに応答して起こる。該方法はさらに、複数のピクセルからイメージデータを読み出すことよりなり、ここで、少なくとも露出制御タイミングパルスの一部は、照明制御タイミングパルスの間に起こる。１つの実施形態において、該方法はさらに、照明制御タイミングパルスと露出制御タイミングパルスの間にオーバーラップを調整することよりなる。該調整は制御モジュールによって指令される。該方法の１つのそのような実施形態において、制御モジュールはマイクロプロセッサより構成される。該方法のもう１つの実施形態において、目標を照明することは、照明モジュール内の光源を過度にドライブすることよりなる。該方法の追加の実施形態において、光源は、発光ダイオードよりなる。該方法のさらなる実施形態において、イメージデータをストアすることは、露出制御タイミングパルスの停止部分に応答して起こる。該方法の追加の実施形態において、露出期間は、照明期間の開始の後に開始し、露出期間は、照明期間の終了の前に終了する。該方法のさらにもう１つの実施形態において、照明期間は、露出期間の開始の後に開始し、照明期間は、露出期間の終了の前に終了する。該方法のさらにもう１つの実施形態において、照明期間は、露出期間の開始の前に開始し、照明期間は、露出期間の終了の前に終了する。該方法のまたさらなる実施形態において、露出期間は、3.7ミリ秒以下の持続時間を持つ。CMOSベースのイメージリーダーの種々の実施形態において、目標は、コード39あるいはUPCコードのような１次元バーコード、あるいは、PDF417バーコード、アズテックシンボル、またはデータマトリクスシンボルのような２次元バーコード、等のシンボロジーを含む。
もう１つの側面において、本発明は、バーコードシンボルからバーコードデータを集め、かつ、処理するバーコードイメージリーダーを特徴づける。該イメージリーダーは、バーコードシンボルから反射される光放射を受信する２次元アレイピクセルよりなり、該２次元アレイピクセルは、第１の複数のピクセル、および第２の複数のピクセルよりなり、該２次元アレイは、第２の複数のピクセルを読み出すのと独立して、第１の複数のピクセルを読み出すことができ、該ピクセルのおのおのは、光感受性領域と、不透明シールドされたデータストア領域とを有する。該イメージリーダーはまた、バーコードシンボルから反射された光放射を、２次元ピクセルアレイ上に向ける光学アセンブリよりなる。該イメージリーダーはさらに、該２次元ピクセルアレイと関連した全体的な電子的シャッターを有し、該全体的な電子的シャッターは、２次元アレイ内の実質的にすべてのピクセルを同時に露出することができる。該イメージリーダーはさらに、プロセッサモジュールよりなり、該プロセッサモジュールは、２次元ピクセルアレイと電気的に通信し、該プロセッサモジュールは、２次元ピクセルアレイからのイメージデータを処理して、デコードされたバーコードデータを生成することができる。バーコードイメージリーダーの１実施形態において、２次元イメージセンサアレイは、相補型金属酸化物（CMOS）イメージセンサである。バーコードイメージリーダーのもう１つの実施形態において、イメージデータを処理して出力データを生成することは、複数のバーコードタイプ間を、自動的に識別することよりなる。
もう１つの側面において、本発明は、目標からイメージデータを集める相補型金属酸化物半導体（CMOS）ベースのイメージリーダーを特徴づける。該CMOSベースイメージリーダーは、CMOSベースイメージセンサアレイよりなり、該CMOSベースイメージセンサアレイは、第１の複数のピクセル、および第２の複数のピクセルよりなり、該CMOSベースのイメージセンサアレイは、第２の複数のピクセルを読み出すのと独立して、第１の複数のピクセルを読み出すことができ、該CMOSベースイメージセンサアレイのピクセルのおのおのは、光感受性領域と、不透明シールドされたデータストア領域とを有する。該CMOSベースイメージセンサアレイはまた、CMOSベースイメージセンサアレイと電気的に通信するタイミングモジュールを有し、該タイミングモジュールは、該CMOSベースイメージセンサアレイの全フレームのピクセルを、露出期間の間に同時に露出するように構成されている。該CMOSベースイメージセンサアレイはまた、目標を照明期間の間に照明するよう構成された照明モジュールを有し、該照明モジュールは、タイミングモジュールと電気的に通信する。該CMOSベースイメージセンサアレイはさらに、タイミングモジュール、および照明モジュールと電気的に通信する制御モジュールを有し、該制御モジュールは、露出期間の少なくとも一部が照明期間の間に起こるようにするよう構成されている。
さらなる側面において、本発明は、目標からイメージデータを集める相補型金属酸化物半導体（CMOS）ベースのイメージリーダーを特徴づける。該CMOSベースイメージリーダーは、少なくとも１つのCMOSベースイメージセンサアレイよりなり、該CMOSベースイメージセンサアレイは、第１の複数のピクセル、および第２の複数のピクセルよりなり、該CMOSベースイメージセンサアレイは、第２の複数のピクセルを読み出すのと独立して、第１の複数のピクセルを読み出すことができ、該CMOSベースイメージセンサアレイのピクセルのおのおのは、光感受性領域と、不透明シールドされたデータストア領域とを有する。該CMOSベースイメージセンサアレイはまた、グローバル電子シャッター制御回路を有し、該グローバル電子シャッター制御回路は、該CMOSベースイメージセンサアレイの全フレームのピクセルの実質的にすべての同時の露出を起こさせることができる露出制御タイミングパルスを生成するよう構成されている。該CMOSベースイメージセンサアレイはさらに、照明制御タイミングパルスに応答して目標を照らすように構成された光源を有し、該光源は、集積回路と電気的に通信する。CMOSベースのイメージリーダーの動作において、照明制御タイミングパルスの少なくとも一部は、露出制御タイミングパルスの少なくとも一部と重なる。CMOSベースイメージリーダーの１つの実施形態において、目標を照らすことは、照明モジュール内の光源を過度にドライブすることによる。CMOSベースリーダーのもう１つの実施形態において、光源は、発光ダイオードから構成される。CMOSベースイメージリーダーのさらなる実施形態において、露出制御タイミングパルスは、照明制御タイミングパルスより短い持続時間を持つ。CMOSベースイメージリーダーのさらにもう１つの実施形態において、照明制御タイミングパルスは露出制御タイミングパルスより短い持続時間を持つ。CMOSベースイメージャーリーダーのさらにもう１つの実施形態において、照明制御タイミングパルスは、露出制御タイミングパルスの開始の前に開始し、照明制御タイミングパルスは、露出制御タイミングパルスの終了の前に終了する。CMOSベースイメージャーリーダーのまださらなる実施形態において、露出制御タイミングパルスは3.7ミリ秒以下の持続時間を持つ。CMOSベースイメージャーリーダーのさらに追加的な実施形態において、目標はシンボロジーを含む。１つのそのような実施形態において、シンボロジーは、１次元バーコードである。もう１つのそのような実施形態で、シンボロジーは２次元のバーコードである。１つのそのような実施形態において、２次元のバーコードはPDF417バーコードである。
さらなる側面において、本発明は、バーコードからイメージデータを集めるバーコードイメージリーダーを特徴づける。該イメージリーダーは、少なくとも１つの２次元イメージセンサアレイを含む集積回路よりなり、該２次元イメージセンサアレイは、複数の活性ピクセルを有し、各活性ピクセルは、少なくとも１つの遮蔽されたデータストア領域を有し、該２次元イメージセンサアレイは、入射光強度を、出力電圧に変換する遷移関数を用いることができ、該遷移関数は、第１のスロープをもつ第１の領域、および第２のスロープをもつ第２の領域を有し、該２次元イメージセンサアレイは、前記入射光強度が特定のレベル以上のとき、前記遷移関数の第２の領域を用いることができ、前記入射光強度が特定のレベル以下のとき、前記遷移関数の第１の領域を用いることができる。バーコードイメージリーダーはまた、露出タイミング制御回路をもち、該露出制御タイミングパルスは、イメージセンサ内のすべての、または実質的にすべてのピクセルを同時に露出し、入射放射を光変換することができる。１つの実施形態において、露出制御タイミングパルスは3.7ミリ秒以下の持続時間を持つ。もう１つの実施形態において、センサのダイナミックレンジは、65デシベルより大きい。
さらにもう１つの側面において、本発明は、イメージリーダーを自動的に焦点合わせする方法を特徴づける。該方法は、目標から反射された光エネルギーを、光学システムによりイメージセンサ上に向けることよりなる。該方法はまた、イメージセンサ内の複数の行のピクセルを、１フレーム露出期間の間に順に露出することよりなり、該フレーム露出期間は、前記複数の行の最初のものの露出の開始から前記複数の行の最後のものの露出の終了に至る期間として定義される。該方法はさらに、イメージリーダーから第１の距離にある目標の鮮明な像がイメージセンサ上にある第１の設定から、イメージリーダーから第２の距離にある目標の鮮明な像がイメージセンサ上にある第２の設定に、光学システムを増分ステップごとに変化させることよりなる。該方法はさらに、イメージセンサ内の複数の行のピクセルから複数の行のイメージデータを読み出すことよりなり、ここで、該光学システムを増分ステップごとに変化させることは、フレーム露出期間のすくなくとも一部の期間の間に起こる。１つの実施形態において、該方法はさらに、複数の行のイメージデータを解析し、イメージセンサ上に形成される目標の鮮明なイメージに対応する、該光学システムのための適切な設定を決定することよりなる。ある付加的な実施形態において、該方法はまた、イメージセンサ内の複数の行を、同時に露出し、目標の像を生成することよりなる。該方法の１つの実施形態において、イメージリーダーにおける隣接するラインのピクセルのための露出期間は、重なり合う。該方法のもう１つの実施形態において、該目標は、シンボロジーを含む。１つのこのような実施形態において、該シンボロジーは、１次元バーコードである。もう１つのこのような実施形態において、該シンボロジーは、２次元バーコードである。
もう１つの側面において、本発明は、自動焦点合わせ能力を持つイメージリーダーを特徴づける。該イメージリーダーは、少なくともイメージセンサアレイを含む集積回路よりなる。該イメージリーダーはまた、目標からの光をイメージセンサアレイ上に向けることのできる光学システムよりなり、該光学システムは、複数の焦点設定を持ち、第１の焦点設定は、イメージリーダーからの第１の距離にある目標の鮮明な像がイメージセンサ上にあることに対応し、第２の焦点設定は、イメージリーダーから第２の距離にある目標の鮮明な像がイメージセンサ上にあることに対応する。該イメージリーダーはさらに、イメージセンサアレイ内の複数の行のピクセルを、順に露出し、焦点の合っているイメージデータを集めるよう構成された回転するシャッター制御モジュールよりなる。該イメージャーリーダーはさらに、焦点の合っているイメージデータを解析して、目標の鮮明な像に対応する目標がイメージセンサ上に形成されている第１の設定を決定するよう構成され、ここで、光学システムは、回転シャッター制御モジュールが、複数の行のピクセルを順次露出する時間期間の少なくとも一部の間に第１の焦点設定から第２の焦点設定に増分ステップごとに変化させることのできる、自動焦点合わせモジュールよりなる。１つの実施形態において、イメージャーリーダーはさらに、一度、目標のためのフォーカス設定が決定されれば、イメージセンサアレイにおける複数のラインのピクセルを、同時に露出させ、１フレームのイメージデータを集めるように構成されたグローバル電子シャッター制御モジュールを有する。イメージリーダーのもう１つの実施形態において、回転シャッター制御モジュール、およびグローバル電子シャッター制御モジュールは、イメージセンサアレイを含む同一集積回路上に集積されている。イメージリーダーのさらなる実施形態において、回転シャッター制御モジュール、およびグローバル電子シャッター制御モジュールは、単一のイメージアレイ制御モジュール内に結合されている。イメージリーダーの追加的な実施形態において、回転シャッター制御モジュールは、隣接する行のピクセルのための露出期間が重なり合うことを可能とするものである。
もう１つの側面において、本発明は、雰囲気光イメージの劣化を最小にするためのイメージリーダーを特徴づける。該イメージリーダーは、少なくとも１つのイメージセンサアレイを含む集積回路よりなり、該イメージセンサアレイは、光強度決定のために適した信号を与える。該イメージリーダーはまた、イメージセンサアレイ内の複数のラインのピクセルを順次露出させるよう構成された回転シャッター制御モジュールよりなる。該メージリーダーはさらに、イメージセンサアレイ内の複数のラインのピクセルを、同時に露出させるよう構成され、ここで、回転シャッター制御モジュールと、グローバル電子シャッター制御モジュールのうちの１つが、光強度測定に適した信号に応答してイメージセンサアレイを制御するよう選択されることができる、グローバル電子シャッター制御モジュールよりなる。イメージリーダーの１つの実施形態において、光強度決定に適した信号は、イメージリーダーの光源の強度に関係する情報を含む。イメージリーダーのもう１つの実施形態において、光強度決定に適した信号は、最小積分時間が満たされているかどうかを決定するのに役立つ。イメージリーダーのさらなる実施形態において、光強度決定に適した信号は、現在の環境条件のための露出時間（積分時間としても知られる）が、計算された最小積分時間より小さいかどうかを決定するのに有用である。イメージリーダーのさらにもう１つの実施形態において、回転シャッター制御モジュール、およびグローバル電子シャッター制御モジュールは、同一集積回路上に集積されている。
もう１つの側面において、本発明は、イメージリーダーによって集められたイメージデータの劣化を最小にするための方法を特徴づける。該方法は、１つの雰囲気光強度に関係する少なくとも１つのパラメータを決定すること、および少なくとも１つのパラメータを分析することよりなる。該方法はまた、前記少なくとも１つのパラメータの分析に応答して、イメージリーダーにおけるイメージセンサアレイの制御を、グローバル電子シャッター制御モジュールから回転シャッター制御モジュールに切り替えることよりなる。該方法の１つの実施形態において、少なくとも１つのパラメータは、現在の環境条件のための露出時間を含む。もう１つのそのような実施形態において、少なくとも１つのパラメータを分析することは、現在の環境条件のための露出時間の所定の露出時間に対する比を計算することを含む。１つのそのような実施形態で、所定の露出時間は、イメージリーダーの光源に提供される照明に基づいている。該方法のもう１つの実施形態において、前記少なくとも１つのパラメータを分析することは、雰囲気光強度のイメージリーダーの光源の強度に対する比が、特定された閾値を越えるかを、決定することを含む。
本発明の、上述の、および他の目的、側面、特徴、および利点は、以下の記述から、および請求項から、一層明らかになるであろう。発明の目的および特徴は、以下に記述される図面、および請求項を参照してよりよく理解されるであろう。図面は、必ずしも大きさを示すものではなく、むしろ、本発明の原則を説明することに強調がおかれる。図面において、種々の図を通して、同様の数字が、同様の部分を示すのに用いられる。
図１Ａは、本発明の原則にしたがって構成されたイメージリーダーの１つの実施形態のブロック図である。 図１Ｂは、本発明で利用され得る自動識別モジュールの模式的ブロック図である。 図１Ｃは、異なるデータフォームタイプ間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２Ａは、先行技術による回転するシャッターアーキテクチャを用いるイメージセンサの動作を示す図である。 図２Ｂは、図２Ａで提示される先行技術の回転するシャッターアーキテクチャにおいて使用されるタイミング図である。 図３は、先行技術のイメージセンサによっ撮像された画像の表示図である。 図４Ａは、本発明の特定の実施形態に対応するブロック電気回路図である。 図４Ｂは、本発明のもう１つの特定の実施形態に対応するブロック電気回路図である。 図５Ａは、本発明の原則にしたがって構成されたイメージリーダーにおける照明モジュールの１つの実施形態のブロック図である。 図５Ｂは、本発明の原則にしたがって構成されたイメージリーダーのイメージ収集モジュールの１つの実施形態のブロック図である。 図６は、本発明の原則にしたがって構成されたハンドヘルドイメージリーダーの１つの実施形態の斜視図である。 図７は、本発明の原則にしたがって構成されたイメージリーダーの１つの実施形態の模式的ブロック図である。 図８Ａは、図７のイメージリーダーの１つの実施形態で用いることのできる先行技術からのイメージセンサアレイの１つの実施形態の一部の模式図である。 図８Ｂは、図７のイメージリーダーの１つの実施形態で使用することのできる先行技術からのピクセルアーキテクチャの断面詳細図である。 図８Ｃは、図７のイメージリーダーの１つの実施形態で使用することのできる先行技術からのピクセルアーキテクチャの断面詳細図である。 図９は、本発明の原則によるイメージデータを集めるプロセスの１つの実施形態を示すフローチャート図である。 図１０Ａは、図９のプロセスの種々の実施形態の１つのためのタイミング図である。 図１０Ｂは、図９のプロセスの種々の実施形態の１つのためのタイミング図である。 図１０Ｃは、図９のプロセスの種々の実施形態の１つのためのタイミング図である。 図１０Ｄは、図９のプロセスの種々の実施形態の１つのためのタイミング図である。 図１０Ｅは、複数の個々のパルスを含む照明制御タイミングパルスを示す図である。 図１１は、先行技術によるイメージセンサの一部の模式図である。 図１２は、図１１の先行技術のイメージセンサのためのタイミング図である。 図１３は、本発明の原則に従った自動焦点合わせのプロセスの１つの実施形態を示すフローチャート図である。 図１４は、本発明の原則に従った、動作モードを変更するプロセスの１つの実施形態を示すフローチャート図である。 図１５Ａは、本発明の原則に従って構成された携帯可能なデータ端末イメージリーダーの１実施形態の図である。 図１５Ｂは、本発明の原則に従って構成された携帯可能なデータ端末イメージリーダーの１実施形態の図である。 図１５Ｃは、本発明の原則に従って構成された携帯可能なデータ端末イメージリーダーの１実施形態の図である。 図１６は、図１５Ａ、１５Ｂ、および１５Ｃの携帯可能なデータ端末イメージリーダーの１実施形態の電気的ブロック図である。 図１７Ａは、本発明で利用され得る複数のカーブレント検出マップの１つの実施形態を示す図である。 図１７Ｂは、本発明で利用され得る複数のカーブレント検出マップのもう１つの実施形態を示す図である。 図１８は、発明の１つの実施形態で行なわれ得るヒストグラム分析の図的表示の図である。 図１９Ａ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的表示の図である。 図１９Ｂ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的表示の図である。 図１９Ｃ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的表示の図である。 図１９Ｄ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的表示の図である。 図２０は、本発明の原則にしたがって構成されたレンズドライバの１つの実施形態の模式的ブロック図である。 図２１は、本発明の実施形態による焦点レベル検出プロセスを示す図である。 図２２Ａは、本発明の実施形態による焦点レベル検出プロセスを示す図である。 図２２Ｂは、本発明の実施形態による焦点レベル検出プロセスを示す図である。 図２３は、本発明に従って実施され得る焦点合わせプロセスを示すフロー図である。 図２４は、本発明に従って実施され得る焦点合わせプロセスを示すフロー図である。 図２５は、本発明に従って実施され得る焦点合わせプロセスを示すフロー図である。 図２６は、本発明に従って実施され得る焦点合わせプロセスを示すフロー図である。 図２７は、本発明に従って実施され得る焦点合わせプロセスを示すフロー図である。 図２８Ａは、イメージセンサピクセルアレイの表示であり、そこで、影をつけられた領域は、該イメージセンサアレイが、ウインドウ表示とされたフレーム動作モードで動作するとき、選択的にアドレスされ、読み出される、位置的に連続したピクセルのグループを示す、図である。 図２８Ｂは、イメージセンサピクセルアレイの表示であり、そこで、影をつけられた領域は、該イメージセンサアレイが、ウインドウ表示とされたフレーム動作モードで動作するとき、選択的にアドレスされ、読み出される、位置的に連続したピクセルのグループを示す、図である。 図２８Ｃは、イメージセンサピクセルアレイの表示であり、そこで、影をつけられた領域は、該イメージセンサアレイが、ウインドウ表示とされたフレーム動作モードで動作するとき、選択的にアドレスされ、読み出される、位置的に連続したピクセルのグループを示す、図である。 図２９は、本発明の実施形態で利用され得る焦点レベル検出プロセスを示す図である。 図３０Ａは、本発明の実施形態で利用され得る焦点レベル検出プロセスを示す図である。 図３０Ｂは、本発明の実施形態で利用され得る焦点レベル検出プロセスを示す図である。 図３１は、本発明にしたがって実施される付加的なプロセスを示すフロー図である。 図３２は、本発明にしたがって実施される付加的なプロセスを示すフロー図である。 図３３は、本発明による撮像モジュールの分解されたアセンブリ図である。 図３４は、図３３に見られる撮像モジュールの正面図である。 図３５は、図３３に示される組みたてられた撮像モジュールの側面図である。 図３６は、バーコードシンボルを載せており、その上に照明パターンおよび照準パターンを投射しており、その上に、照明パターンおよび照準パターンを投射する本発明によるイメージリーダーの、フルフレームの視野を描写する基板の図である。 図３７は、異なる波長帯の光を発射するLEDを持つ本発明の種々の実施形態を記述するチャート図である。
本発明は、目標の鋭い歪んでいない像を獲得するためのイメージリーダー、および対応する方法を特徴づける。１つの実施形態において、該イメージリーダーは、すべて互いに電気的に通信する、２次元CMOSベースイメージセンサアレイ、タイミングモジュール、照明モジュール、および制御モジュールよりなる。該照明モジュールは、反射された光が、該イメージセンサアレイにより集められて処理されるように、１次元、または２次元バーコードのようなシンボロジーのような目標上に、光を照射する。その間に目標が照明される時間は、照明期間といわれる。イメージセンサアレイによるイメージの捕獲は、１つの実施形態においては、アレイ内のすべての、または実質的すべてのピクセルを同時に露出させることのできるタイミングモジュールにより駆動される。センサアレイでのピクセルの同時の露出は、イメージリーダーをしてひずみのない像を獲得することを可能とする。ピクセルが集合的に活性化されて、入射光を電荷に光変換する時間は、センサアレイのための露出期間を定義する。該露出期間の終わりに、集められた電荷は、データが読み出されるまで、シールドされたストレージ領域に転送される。１つの実施形態において、露出期間、および照明期間は、制御モジュールの制御の下にある。１つのそのような実施形態において、該制御モジュールは、少なくとも露出期間の一部を、照明期間内に起こらせる。照明期間、あるいは低い雰囲気照明の環境における露出期間、あるいは高い雰囲気照明の環境における露出期間を十分に短くすることにより、本発明のイメージリーダーは、実質的にかすみのない像を、獲得することが可能である。
図１Ａを参照して、本発明に従って構成された一般イメージリーダー１００のブロック図が、示される。該一般イメージリーダーは、以下のものの１つ、またはそれ以上を含む：照明モジュール１０４、イメージ収集モジュール１０８、制御モジュール１１２、メモリモジュール１１６、I/Oモジュール１２０、 作動モジュール１２４、ユーザフィードバックモジュール１２８、ディスプレイモジュール１３２、ユーザインタフェースモジュール１３４、無線周波数識別（RFID）モジュール１３６、スマートカードモジュール１４０、磁気ストライプカードモジュール１４４、デコーダモジュール１５０、自動識別モジュール１５２、および／または、１またはそれ以上のパワーモジュール１６８、およびレンズドライバモジュール１６５。種々の実施形態において、該モジュールのおのおのは、他のモジュールの１つ、またはそれ以上と通信する。１つの実施形態において、イメージリーダー１００は、イメージセンサ内の実質的にすべてのピクセルを露出させることのできるフルフレームの電子グローバルシャッターベースのイメージセンサをもつ、バーコードイメージリーダーよりなる。１つのそのような実施形態において、イメージセンサはCMOSベースのイメージセンサである。もう１つのそのような実施形態において、イメージセンサは、CCDベースのイメージセンサである。
制御モジュール１１２によって転送されたイメージデータを受けるとき、データフォームデコードモジュール１５０（バーコードシンボルデータフォームデコードモジュールであり得る）は、１次元、または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、静穏ゾーンのようなマーカーについて、イメージデータをサーチする。もし、可能性のあるデータフォームデコードモジュールが見つかれば、該データフォームデコードモジュール１５０は、１つ、またはそれ以上のデータフォームデコードアルゴリズムを、イメージデータに適用する。もし、デコードの試みが成功すれば、該イメージリーダーは、デコードされたデータフォームデータをI/Oモジュール１２０を通して出力し、成功的な読み出しを、ユーザインタフェースモジュール１３４を通してビープ音のような警告でシグナリングする。
イメージリーダー１００はまた、自動識別モジュール１５２を含むことができる。図１Ｂを参照して、自動識別モジュール１５２は、相互に通信する、データフォームデコードモジュール１５０、およびイメージ処理および分析モジュール１２０８を組み入れることができる。
本実施形態において示されるように、イメージ処理および分析モジュール１２０８は、相互に通信する、特徴抽出モジュール１２１２、一般化された分類モジュール１２１６、署名データ処理モジュール１２１８、OCRデコードモジュール１２２２、およびグラフィックス分析モジュール１２２４を含む。さらに、図１Ｂに見られるように、特徴抽出モジュール１２１２は、相互に通信する、２値化モジュール１２２６、ライン間引きモジュール１２２８、および畳み込みモジュールを、有する。
図１Ｃは、図１Ｂに示される自動識別モジュールを利用して、本発明の１実施形態を用いるプロセス１３００を示す。該プロセス１３００は、イメージリーダーが、作動モジュール１２４によって感じられるようなトリガープルのような、作動イベントを記録し（ステップ１３０２）、かつ、応答して、イメージリーダー１００により目標からイメージデータを集める（ステップ１３０４）ことよりなる。イメージデータ収集ステップは、例えば、プロセス３００、プロセス４００（このプロセスは、２度、行われる、図１３と、図２３および２４参照）、プロセス６００、またはプロセス８００に従って行われる。収集後、イメージデータはデータフォームデコードモジュール１５０に転送される（ステップ１３０８）。データフォームデコードモジュールは、１次元、または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、静穏ゾーンのようなマーカーについて、イメージデータを検索する（ステップ１３１０）。もし、可能性のあるデータフォームが見つかれば、データフォームデコードモジュール１５０は、次のイメージデータに対して１またはそれ以上のデータフォームデコードアルゴリズムを適用する（ステップ１３１４）。もし、デコードの試みが成功すれば、イメージリーダー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１３１８）、成功した読み出しを、ビープ音のような警告音でシグナリングする（ステップ１３２２）。
１つの実施形態において、もしデコードの試みが成功しなければ、イメージデータはイメージ処理および分析モジュール１２０８に転送される（ステップ１３２６）。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解読する試みと並列に処理される。１つのそのような実施形態において、最初に完了する（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）プロセスは、そのデータ（例えば、解読されたバーコード、または取り込まれた署名）を出力し、他の平行したプロセスは終了せられる。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じて処理される。１つのそのような実施形態において、バーコードは、出荷ラベルナンバーのような項目情報、および署名が獲得されたことを示す情報をコード化する。
イメージ処理および分析モジュール１２０８内で、イメージデータは特徴抽出モジュール１２１２によって処理される。一般に、特徴抽出モジュールは、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。上記に示されるように、イメージデータのテクスチャは、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次元または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、図面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の中で、テクスチャのサブカテゴリーを、ときどき識別することができる。
特徴抽出モジュール１２１２によるイメージデータの処理の一部として、イメージデータは２値化モジュール１２２６により処理される（ステップ１３２８）。２値化モジュール１２２６は、グレーレベルイメージを、局所的閾値化および目標イメージサイズ正規化により２値イメージに２値化する。イメージデータが２値化されると、イメージデータは、ライン間引きモジュール１２２８により処理された（ステップ１３３２）、多ピクセル厚ラインセグメントを、単一ピクセル厚ラインに減少させる。２値化されたライン間引きデータをもって、イメージデータは、畳み込みモジュール１２３０により処理される（ステップ１３３６）。
一般に、畳み込みモジュール１２３０は、処理されたイメージデータに、本発明によって設計された１以上の検出器マップを畳み込み、イメージデータ内の種々のテクスチャ特徴を識別する。１つの実施形態において、畳み込みモジュール１２３０は、各畳み込まれた検出器マップについて、一対の数、平均および変分（または標準偏差）を、生成する。図１７Ａは、イメージデータ内に存在するカーブした要素を検出するのに使われる、１２個の 2×3 ２進カーブレット探知器マップのセットを示す。カーブレット探知器マップのそれぞれは、イメージデータ内に畳み込まれているので、生成される平均値および変分は、カーブレット探知器に類似の形を持っている、２値化されたラインを間引かれたイメージデータ内の要素の存在または密度を示すものを与える。それぞれのピクセルは、１対の数を生成するので、12個のカーブレット探知器マップ１２５０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曲がっている、あるい署名の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、特徴抽出モジュール１２１２（ステップ１３４０）からの出力が、一般化された分類化モジュール１２１６に供給されることを含む。一般化された分類化モジュール１２１６は、特徴抽出モジュールによって生成された数を、ニューラルネットワーク、平均自乗エラー分類器等への入力として使用する。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に分類するのに使われる。 ニューラルネットワークを用いた実施形態においては、異なるニューラルネットワーク構成が、異なる動作最適化および特徴を達成するために、本発明にしたがって熟考される。 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は、一般化された分類化モジュール１２１２は、２4＋12＋6＋1＝43ノードの、フィードフォワード、後方伝播多層ニューラルネットワークを含む。 入力層２４は、12個のカーブレット探知器マップ１２５０を用いている畳み込みモジュール１２３０により生成される12ペアの平均および変分出力のための、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は、それぞれ12ノード、および6ノードの隠れた２つの層がある。また、署名の肯定的、あるいは否定的な存在をを報告するための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は、図１７Ｂに示される20個のカーブレット探知器マップ１２６０は、畳み込みモジュール１２３０によって使われる。示されるように、20枚のカーブレット探知器マップ１２６０は、図１７Ａのオリジナルの12枚のカーブレット探知器マップ１２５０を含む。追加の8枚のマップは、署名に関する方向情報を与えるのに使われる。20個のカーブレット探知器マップ１２６０を用いる１つの実施形態において、一般化された分類器モジュール２１６は、40＋40＋20＋9＝109ノードの、フィードフォワード、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個のカーブレット探知器マップ１２６０を使っている畳み込みモジュール１２３０により生成された20対の平均、および変分出力のための40個のノードを持つ。この実施形態のニューラルネットワークにおいて、それぞれ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、署名の肯定的な、または否定的な存在を報告するものであり、8つの出力ノードは、署名の方向の度合を、報告するためのものである。8つの出力ノードは、28＝256、の可能な方向状態を与える。そのゆえ、方向の角度は、1.4度の増分で、0と360の間の角度で与えられる。
いくつかの実施形態において、一般化された分類化モジュール１２１６は、カテゴリーの拡張された集合の中に、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モジュール１２１６は、イメージデータが、署名；データフォーム；手書きのテキスト；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；画像；イメージ；出荷積荷目録、船積み、IDカード、などの請求書のようなフォーム；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、および／または他のタイプの認証標識、などのデータタイプを含む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、一般的な分類化モジュール１２１６は、イメージデータがこれらのデータタイプの種々の結合を含むかどうかを明示する。いくつか実施形態において、一般的な分類化モジュール１２１６は、イメージデータが特定のデータタイプを含むかどうかを明示する。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モジュール１２０８は、イメージデータにおける、署名、またはバイオメトリックのような、特定されたデータの存在、または不存在に依存する肯定的な、または否定的な回答を出力する識別モジュール内に含まれている。
１つの実施形態において、一度、署名の存在が肯定され、その一般的な方向が決定されれば、イメージデータは、署名データ処理モジュール１２１８に転送される（ステップ１３４４）。１つの実施形態において、署名データ処理モジュール１２１８は、イメージデータにおける署名の境界を発見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１８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る水平、および垂直の方向に沿っての一連の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、該ピクセルスライスに沿っての黒（すなわち、値ゼロの）ピクセルの数に対応する。いくつかの実施形態において、もしバーコードが解読されなければ、そのときは、フルフレームのイメージデータのいくつかの特定された領域、例えば中央領域が、署名の分析のために獲得される。いったん完成されると、ヒストグラム分析は、イメージデータ内の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、ある数の順次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決定されたカットオフ閾値を上回るまで、水平、および垂直方向に沿って内方にサーチする。署名データが、不用意的に切り取られないように、低いカットオフ閾値を使うことが普通である。
１つの実施形態において、署名の境界が一度決定されると、署名データ処理モジュール１２１８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モジュールによってなされる。他の実施形態において、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低減するために使われる。１つのそのような技術は、ランレングス符号化によるイメージデータの符号化を含む。この技術によれば、各走査ラインについての、類似した２値化された値の各ランの長さ（すなわち、１または０の各ランの長さ）は、ビットマップを再構築するための手段として記録される。もう１つの符号化技術は、署名のイメージデータを、データ構造の要素がベクトルから成っているデータ構造として取り扱う。符号化技術によれば、署名は、ベクトルの集合に分解される。各ベクトルの長さと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についてのカーブが、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スプライン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、安定に収容することのできる容量を持つ。
さまざまな実施形態において、署名のイメージデータ、または圧縮された、あるいは符号化されたバージョンの署名のイメージデータは、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、局所的な記憶装置は、以下により詳細に記述されるコンパクトフラッシュ（登録商標）メモリカード、あるいは同種のもの等のような、着脱可能な記憶装置であり得る。もう１つの実施形態において、署名のイメージデータは、汎用メモリの揮発性、あるいは不揮発性の部分にストアされ、将来において、ダウンロードされる。さらなる実施形態において、署名のイメージデータは、有線の、または無線の手段により、データ収集セッションが完了した時のような、取り込みの時点、あるいはさらに後の時点で、転送することができる。
もう１つの実施形態において、署名データ処理モジュール２１８は、ヒストグラム分析を行なわないが、しかし、署名の存在が一度決定された、全イメージあるいは圧縮されたバージョンをメモリに単にストアする。処理時間を節約する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。この実施形態で、一度、署名の存在が決定されると、イメージは、より高い分解能に撮像される。１つの実施形態において、署名抽出ヒストグラム分析は、このイメージに対して行われる。次に、イメージは、圧縮された、あるいはもともと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についての記録を形成するよう、他のデータと組み合わせられる。上記のように、イメージリーダー１００によって集めることができ、署名データとともに、あるいはこれと離れてストアされることのできる付加的なデータのいくつかは、データフォームデータ、手書きのテキストデータ、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モジュール１２０８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モジュール１２１６が、イメージデータがタイプされた、あるいは機械読み取り可能なテキストを含むと決定すれば、イメージデータは集められ、おそらくヒストグラム分析され、かつストアされるか、あるいは、イメージデータは、OCR解読モジュール１２２２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モジュール１２１６がイメージデータが図的な要素を含むと決定すれば、イメージデータは、処理のためにグラフィックス分析モジュール１２２４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モジュール１２２４は、あらかじめ定義されたグラフィックスを認識し、デコードするように設定される。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、もしあるのであれば、どのボックスが、出荷ラベル上の請求および出荷指令において選択されたかを、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、出荷ラベル上の郵便番号ボックス内に含まれるタイプされた、あるいは手書きのテキストを見つけ、解読することを含むことができる。１つの代替的な実施形態において、イメージリーダー １００は、特徴抽出モジュール１２１２の活性化の前に、データフォームデコードに加えて、OCR解読あるいはグラフィックス解読のような解読動作を自動的に行うように構成することができる。
もう１つの実施形態おいて、イメージ処理および分析モジュール１２０８はイメージデータを領域に分割して、各領域に対し、特徴抽出、および一般分類分析を行なう。図１９Ａに示される１つの実施形態において、標準的な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１９Ｂに示されたもう１つの実施形態において、該分割は、セグメントされた領域の全体のエリアが、イメージデータの完全なフィールドのエリアより大きいような、重なる領域よりなる。図８Ｂにおいては、各特定する数が、その領域の真ん中に示された7つの重なる領域がある。図１９Ｃおよび１９Ｄに示されたさらなる実施形態においては、分割は、イメージデータの完全なフィールド内の、（クロスハッチングされた）サンプル領域よりなる。もう１つの実施形態において、サンプル領域は、例えば、出荷ラベルにおける、署名領域および／またはバーコード領域のような、例えば問題の領域を識別する、事前ロードされたユーザ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 のような追加の要素を含む、イメージデータにおける署名の位置を識別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、一般化された分類化モジュール１２１６は、セグメントされたイメージデータの各領域の内容を分類する。署名を含む領域は、そののち、署名データ処理モジュール１２１８によって抽出される。１つの実施形態において、もし多数の領域が、署名データを含むものと示されれば、署名データ処理モジュール１２１８は、これらの領域の配列を、イメージデータを最も含んでいる可能性のある領域を識別するよう分析する。さらなる実施形態において、多数の領域が、署名データを含むものと示されれば、イメージ処理および分析モジュールは、署名データを含んでいる一つのセグメントされた地域が見つかるまで、追加のセグメントされた領域が生成され、解析されるフィードバックループを打ち立てる。
イメージリーダー１００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"、に記述されており、その全体が、参照によってここに組み入れられる。
図１Ａと図５Ａに示されたイメージリーダー１００の追加的要素を参照して、照明モジュール１０４は、光源１６０、照明制御モジュール１６４、照明電力モジュール１６８ａ、およびインタフェースモジュール１７２を含むことができる。さまざまな実施形態において、光源１６０は、６６０ナノメートルの照明LED、赤外線LED、紫外線LED、のような白の、またはカラーLED、レーザー、ハロゲンライト、アークランプ、または、蛍光灯であって、イメージリーダーの電力制限、およびイメージセンサの露出／感度要件を与えられて、十分な強度の光を生成することのできるものを含むことができる。多くの実施形態において、LEDが、それらの効率的な動作は比較的低い電力消費を可能にするので、光源として選ばれる。照明制御モジュール１６４は、照明モジュール１０４の動作を制御し、タイミングおよび光源活性化および非活性化回路網を含むことができる。照明電力モジュール１６８ａは、光源１６０を駆動するのに必要なエネルギーを供給し、バッテリー、コンデンサー、インダクター、変圧器、半導体、集積回路などを含むことができる。代わりの実施形態において、照明電力モジュール１６８ａの要素のいくつか、あるいはすべては、照明モジュールの外側に置かれている。単一共通電源を持つイメージリーダー１００は、１つのそのような実施形態である。インタフェースモジュール１７２は、動作を同期させる必要のあるもののような、イメージリーダーの他のモジュールと通信するよう用いられる。これは、例えば、上記した照明、および露出期間との調整を含むことができる。
図３３−３６の物理的な形式ビューを参照して、本発明の１実施形態による照明モジュール１０４、およびイメージ収集モジュール１０８の種々の要素が示され、記述される。図１５Ａ−１５Ｃの実施形態に示されるように、本発明のイメージリーダー１００は、撮像モジュール１８０２のような撮像モジュールを含み得る。図３３−３５に示されるような撮像モジュール１８０２は、ここで参照されたIT4000撮像モジュールのある特徴および追加的な特徴を含む。撮像モジュール１８０２は、光源１６０ａ、１６０ｂを載せている第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、１６０ｏ、１６０ｐ、１６０ｑ、１６０ｒ、１６０ｓ、および１６０ｔ（以下、１６０ｃから１６０ｔと称す）を載せている。第１の回路基板１８０４はまた、イメージセンサアレイ１８２を載せている。撮像モジュール１８０２はまた、レンズホルダー１８１４を含むサポートアセンブリ１８１０を含み、該レンズホルダー２は、撮像レンズ２１２を載せているサポートアセンプリ１８１０を含む。光源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３６を参照して、照明光源１６０ｃ〜１６０ｔは、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を其板ｓ上に投射し、一方、照準照明光源１６０ａ、１６０ｂは、照準パターン１８３８を投射する。図３３−３６に関連して記述された実施形態において、照準照明光源１６０ａ、１６０ｂからの光は、スリット１８４０を、基板ｓ上に撮像し、図３３−３６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を形成するレンズ１８４２と結合して、スリット開口１８４０により整形される。照明パターン１８３０は、ボックス１８５０により指定されるイメージリーダーのフルフレームのビューに実質的に対応する。照準パターン１８３８は、イメージリーダー１００の視野の中心を横切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、光源１６０ｃ〜１６０ｔのサブセットが同時にエネルギー供給されるとき、投射することができる。照明パターン１８３０はまた、LED １６０ｓ あるいはLED１６０ｔのように、光源１６０ｃ〜１６０ｔの１つのみがエネルギー供給されるとき、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〜１６０ｔより、より広い投射角度をもつ。
図５Ｂに示されるように、１つの実施形態におけるイメージ収集モジュール１０８は、すべてお互いと電気的に通信する、光学モジュール１７８、センサアレイモジュール１８２、およびセンサアレイ制御モジュール１８６を含む。光学モジュール１７８は、反射された放射を指向させ、焦点合わせをする撮像レンズ、または、他の光学要素を含む。いくつかの実施形態においては、光学モジュール１７８は、例えば、目標が撮像されるための適切な焦点を自動的に決定する部分として、関連する回路網、および処理容量を含む。
センサアレイ制御モジュール１８６は、グローバル電子シャッター制御モジュール１９０、行および列アドレスおよびデコードモジュール１９８、および、読み出しモジュール１９４を含み、その各モジュールは、センサアレイ制御モジュール１８６における１つまたはそれ以上の他のモジュールと、電気的に通信する。１つの実施形態において、センサアレイモジュール１８２は、２次元CMOSベースイメージセンサアレイ１８２において、図４Ａに示されるようなICチップ１０８２の要素を含む。さまざまな実施形態において、アナログデジタルコンバータ、などのような関連する回路網は、イメージセンサアレイから別れており、あるいはイメージセンサアレイと同じチップの上に集積されている。代わりの実施形態において、センサアレイモジュール１８２は、同時の露出、およびフルフレームのイメージデータの蓄積が可能なCCDセンサアレイを含むことができる。１つの実施形態において上に示されたように、グローバル電子シャッター制御モジュール１９０は、イメージセンサアレイにおけるすべての、あるいは実質的にすべてのピクセルを、グローバルに、かつ同時に露出させることができる。１つの実施形態において、グローバル電子シャッター制御モジュール１９０は、タイミングモジュールを含む。行、および列のアドレスおよびデコードモジュールは、収集起動、電子シャッターデータ蓄積およびデータ読み出しのような種々の動作のために、特定のピクセルを選択するのに用いる。読み出しモジュール１９８は、センサアレイからのデータの読み出しを組織化し処理する。いくつか実施形態において、センサアレイ制御モジュール１８６はさらに、イメージセンサアレイにおけるラインのピクセル順に露出させ、読み出すことのできる回転式シャッター制御モジュール２０２を含む。
イメージリーダー１００の特定の実施形態は、図４Ａを参照して記述される。図４Ａの実施形態において、ピクセル２５０の２次元アレイを持つイメージセンサアレイ１８２、１８２ａは、CMOS集積回路（IC）チップ１０８２、１０８２ａ上に組み込まれている。図８Ａを参照して後に記述されるように、イメージセンサアレイ１８２ａは、グローバルシャッター動作モードで動作するよう適合されたCMOS イメージセンサアレイである。CMOSイメージセンサアレイ１８２ａの各ピクセル２５０は、オンチップピクセルアンプ２５４（図８Ａに示される）、およびオンチップの光学的にシールドされた蓄積領域２８６（図８Ｂおよび図８Ｃに示される）を持つ。イメージセンサアレイ１８２ａはまた、ピクセル２５０と電気的に通信する、図８Ａに示される電気的相互接続体２６２の２次元グリッドを持つ。イメージセンサアレイ１８２ａはまた、オンチップ行回路網２９６、および列回路網２７０を持ち得る。行回路網２９６、および列回路網２７０は、ピクセルのアドレシング、信号のデコード、信号の増幅、アナログ−デジタル変換、タイミングの印加、信号の読み出しおよびリセット等、の１つまたはそれ以上の種々の処理、および動作タスクを可能とする。CMOSイメージセンサICチップ１８２ａのさらなる側面に言及して、CMOSイメージセンサICチップ１８２ａは、ピクセル２５０と同じチップ上に、行電気回路網２９６、列電気回路網２７０、ピクセルアンプ２５５を含む処理および制御回路網２５４、光学的にシールドされた蓄積領域２５８、相互接続２６２、ゲイン回路１０８４、アナログデジタル変換回路１０８６、およびラインドライブ回路１０９０を含み、これは、アレイの各ピクセル上に入射する光を示す多数ビット（例えば、８ビット〜１０ビット）信号を生成し、その出力はチップ１０８２ａの１セットの出力ピン上に現れる。イメージセンサ IC チップ１０８２ａの追加的なオンチップ要素に言及して、CMOSイメージセンサICチップ１０８２ａは、バイアス回路、クロック／タイミング生成回路、および発振器のような回路を含み得るタイミング／制御回路１０９２を含む。
図４Ａのイメージリーダー１００のさらなる側面に言及して、イメージリーダー１００は、メインプロセッサICチップ５４８、メモリモジュール１１６、照明モジュール１０４、および作動モジュール１２４を含む。メインプロセッサICチップ５４８は、集積化されたフレーム取込み回路５４９、および中央処理装置（CPU）５５２を持つ多機能ICチップであり得る。集積化されたフレーム取込み器を持つプロセッサICチップ５４８は、例えば、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。イメージリーダー１００はさらに、バーコードでコードプロセスを開始するトリガー信号を生成する作動モジュール１２４を含む。作動モジュール１２４は、マニュアルで駆動されるトリガー２１６を含み得る。イメージリーダー１００はさらに、撮像レンズ２１２、および、RAM、EPROM、フラッシュメモリのような記憶装置を含むメモリモジュール１１６を含む。メモリモジュール１１６は、システムバス５８４を介してプロセッサICチップ５４８と通信する。プロセッサICチップ５４８は、図１Ａを参照して述べたモジュール１０４、１０８、１１２、１２０、１２４、１２８、１３２、１３４、１３６、１４０、１４４、１５０、１５２、１６８、１６５について、要求される種々の機能を実行するようプログラムされ、そうでなければ、そのように構成することができる。図４Ａの実施形態において、データフォームデコードモジュール１５０、および自動識別モジュール１５２の機能は、メモリモジュール１１６にストアされた特定のソフトウェアにしたがって動作するプロセッサICチップ５４８により実行することができる。プロセッサICチップ５４８と、メモリモジュール１１６との組み合わせは、それゆえ、図４Ａの実施形態では、１５０、１５２とラベルされている。
図４Ｂを参照して、CCDイメージセンサチップ１０８２、１０８２ｂを持つイメージリーダー１００の実施形態が示されている。CCDイメージセンサICチップ１０８２ｂは、チップ１０８２ｂ上に組み込まれたピクセルの領域アレイ２５０、レジスタ１０９４、および出力増幅器１０９６を含む。出力レジスタ１０９４、および関連づけられた回路網は、順次、各ピクセルに関連する電荷を電圧に変換し、ピクセルイメージ信号を、チップ１０８２ｂの外にある要素に送る。イメージデータを読み出すよう活性化されるとき、行のピクセル２５０上にある電荷は順に出力レジスタ１０９４に転送される。出力レジスタ１０９４は、ピクセル電荷を電圧に変換し、信号をイメージ処理回路網１０７０に供給する増幅器１０９６に順に電荷を供給する。電荷がピクセルの第１行から出力レジスタ１０９４に転送されたとき、次の行からの電荷は１行下に移動し、第１行の電荷が電圧に変換されたときに、出力レジスタ１０９４が第２の行のピクセルからの電荷を受けるようにする。プロセスは、イメージセンサアレイ１８２ｂのすべての行からのピクセルに対応するイメージデータが読み出されるまで継続する。イメージリーダー１００はさらに、チップ１０８２ｂの外にあるイメージ信号処理回路１０７０を含む。イメージ信号処理回路1１０７は、ゲイン回路１０７２、アナログデジタルコンバータ１０７４、および、ラインドライバ１０７６のような要素を含む。回路１０７０のタイミングおよび制御回路１０７８は、バイアス生成器、発振器、クロックおよびタイミングジェネレーターのような要素を含み得る。ゲイン回路１０７２はまた、相関関係のあるダブルサンプリングのような付加的な機能性を含めて、ピクセルオフセット、およびノイズの効果を低減するようにすることができる。イメージリーダー１００の追加の要素は、図４Ａに示される。 イメージ信号処理回路１０７０は、イメージセンサICチップ１０８２ｂの外にある集積回路チップ（IC チップ）に含められることができる。
１つの実施形態において、イメージ収集モジュール１０８、および照明モジュール１０４の要素は、本発明にしたがって構成された、700 Visions Drive, P.O. Box 208, Skaneateles Falls, NY の、ハンドヘルドプロダクトインコーポレーティッドより入手可能な、4000 OEM 2D Image Engineのような、IMAGETEAM（商標）エリア（2D）イメージングエンジンの任意の１つにより与えられる。
図６を参照して、本発明の１実施形態によるハンドヘルドリーダー１００ａが示される。ハンドヘルドイメージリーダー１００ａは、ハウジング２０８、複数の光源１６０、レンズ２１２、トリガー２１６、およびインタフェースケーブル２００を含む。種々の実施形態において、イメージリーダー１００ａの機能性は、ハンドヘルドプロダクトインコーポレーティッドより入手可能であり、本発明にしたがって構成された、モデル4410、4600、あるいは4800のようなエリア（2D）IMAGETEAM（商標）イメージリーダーの任意の１つによって提供することができる。図１Ａに関連して記述されたすべてのモジュール１０４、１０８、１１２、１１６、１２０、１２４、１２８、１３２、１３４、１３６、１４０、１４４、１５０、１５２、１６５、および１６８は、ハンドヘルドハウジング２０８、または図１５Ａに示された代わりのハウジング５０６により、ハウジング２０８、またはハウジング５０６が種々のモジュールを収容し支持するように、支持されることができる。同様に、図４Ａ、４Ｂ、および図１６で示されたすべての要素は、ハウジング２０８またはハウジング５０６が種々のモジュールを収容し支持するように、ハウジング２０８またはハウジング５０６により、組み入れられ支持されることができる。レンズ２１２は、ガラスおよび／またはポリカーボネートよりなり得る。レンズ２１２は、レンズ単体であってもよく、あるいは、複数のレンズ要素からなってもよい、すなわち、レンズ２１２は、2重レンズであってもよく、レンズトリプレットであってもよい。
図７を参照して、イメージリーダー１００のための模式図と結合した図表的断面図が示される。イメージリーダー１００は、すべてお互いとの電気的に通信する、光源１６０、照明制御モジュール１６４、電力モジュール１６８ｂ、およびインタフェースモジュール１７２を含む。光源１６０は、光エネルギー１６２を、シンボロジー１７０を含む目標１６６に向かわせる。目標１６６からの反射された放射１７４は、センサアレイ制御モジュール１８６、および電力モジュール１６８ｂと電気的に通信するイメージセンサアレイ１８２上にレンズ２１２により焦点合わせされる。１つの実施形態において、イメージセンサアレイ１８２は、CMOSベースイメージセンサアレイである。もう１つの実施形態において、イメージセンサアレイ１８２は、CCDベースイメージセンサアレイである。センサアレイ制御モジュール１８６は、さらに、電力モジュール１６８ｂおよびインタフェースモジュール１７２と電気的に通信する、メモリモジュール１１６および制御モジュール１１２と電気的に通信する。しばしば光学窓（図示されず）は、ユニットへの損害の可能性を減らすためにスキャナーの正面上に置かれる。
図８Ａを参照して、CMOSベースイメージセンサアレイ１８２ａの一部の図がより詳細に示される。イメージセンサアレイ１８２ａは、２次元アレイのピクセル２５０を含む。各ピクセルは、光感受性領域２５２、アンプ２５５を含む処理および制御回路網２５４、およびシールドされた貯蔵エリア２５８（表示の明確性のために、参考数字２５２、２５４、２５５、および２５８が、単一ピクセルについてのみ与えられる）を含む。アンプ２５５の存在は、CMOSイメージアレイ１８２ａがアクティブなピクセルアレイであると考慮されることを意味する；すなわち、CMOSイメージアレイ１８２ａの各ピクセルは、入射光エネルギーの光変換から生成される信号を増幅することができる。電荷−電圧変換回路網は、CMOSイメージアレイ１８２ａをして、集められた電荷を出力信号に変換することを許す。シールドされた貯蔵エリア２５８は、集められたピクセル値を、CMOSイメージアレイ１８２ａに、射突する付加的な入射放射が、定義された露出期間の間に読み出された値を壊さないよう、読み出しまで蓄える。ピクセルアンプ２５５に加えて、各ピクセル２５０用の処理および制御回路網２５４は、他の要素のなかでも、リセットおよび選択トランジスタを含む。
１つの実施形態において、CMOSベースイメージセンサアレイ１８２ａのダイナミックレンジは、処理および制御回路網２５４において追加的な知性を提供することにより拡張することができる。特に、処理回路網は、入射する放射入力強度と、出力電圧との間の変換要因をダイナミックに変更する能力を含むよう構成することができる。すなわち、処理回路網は多数のスロープを持つ転送カーブを用いる。その多数のスロープを持つ転送カーブの特定の形態は、ひざ位置で結合された一連の線形関係、より高い強度での対数変換カーブに接続されたより低い強度での線形セクション、あるいは、低い強度のためのより急なスロープ、およびより大きい強度でのより高いスロープを持つ任意の形状の完全に連続的なカーブを含む種々の形態をとることができる。
多数スロープの実施形態において、CMOSベースイメージセンサ１８２ａのダイナミックレンジは、各個々のピクセルが、それに入射する放射の強度に依存して、変換カーブの異なる部分を用いて独立に制御することができるので、実質的に拡張することができる。動作において、より少ない入射する放射を受けているCMOSベースイメージセンサ１８２ａの領域は、より大きい感度に対応するより急なスロープを用いるのに対し、より多くの入射する放射を受けている領域は、より小さい感度に対応するより緩やかなスロープを用いる。多数スロープ変換関数をもって、CMOSベースイメージセンサ１８２ａは、65−120デシベルのダイナミックレンジを達成することができる。さらに多くのスロープをもつイメージセンサの動作は、FillFactory NV、Schalienhoevedreef 20B、B-2800 Mechelen、ベルギー、からの、タイトル“Dual Slope Dynamic Range Expansion”の技術文書において、より詳細に記述されている。この文書は、例えば、http://www.fillfactory.com/htm/technology/htm/dual-slope.htmで、FillFactory（www.fillfactory.com）から入手可能であり、これは、その全体がここに組み入れられる。さらに、対数のスロープを持つ変換カーブを持つイメージセンサの動作は、Photonfocus AG、Bahnhofplatz 10、CH-8853 Lachen、スイス、からの、タイトル“LinLog Technology”の技術文書において、さらに詳細に記述されている。この文書は、例えば、http://www.photonfocus.com/html/eng/cmos/linlog.phpで、Photonfocus（www.photonfocus.com）から利用可能であり、その全体がここに組み入れられる。
図８Ａにおいて、ピクセル２５０上に置かれているのは、ピクセル２５０、行回路網２９６（図４Ａをも参照）、および列回路網２７０と電気的に通信する２次元グリッド電気的相互接続体２６２である。行回路網２９６、および列回路網２７０は、ピクセルをアドレスする、信号を解読する、信号を増幅する、アナログ−デジタル変換、および、タイミング、読み出し、リセット信号を印加する等、の１つ以上の処理、および動作タスクを可能にする。オンチップの行回路網２９６および列回路網２７０をもって、CMOSベースイメージセンサアレイ１８２ａは、ＸＹ座標システムにおける個々のピクセルから、選択的にアドレスを行い、データを読み出すよう動作することができる。CMOSベースイメージセンサアレイ１８２ａはまた、イメージリーダー１００の適切なプログラミングの方法によって、フルフレームのピクセルの一部を選択的にアドレスし読み出すよう動作することができる。例えば、これらの実施形態において、読み出されたピクセルの部分は、所望のピクセル領域の外側の望まれないピクセルを除外することができる。読み出されたピクセルの部分は、問題の領域における個別のピクセル、行のピクセル、あるいは列のピクセルが、読み出されないように、ある領域におけるサンプリングを表すことができる。リーダー１００がイメージセンサアレイ１８２のすべてのピクセルより少ないピクセルから、選択的にイメージデータをアドレスし、読み出すウインドウ表示のフレームの動作モードで動作するイメージリーダー１００のさらなる詳細は、図２８Ａ、２８Ｂ、および２８Ｃと関連して記述される。一般に、イメージリーダー１００は、CMOSベースイメージセンサアレイ１８２ａから、アレイ内の第１の複数のピクセルからイメージデータを選択的にアドレスし、読み出すことを、アレイ内の第２の複数のピクセルをアドレスし読み出すこととは独立に行うようプログラムされ、あるいは構成することができる。
１つの実施形態において、ピクセルアーキテクチャは、イーストマンコダック社に譲渡された、“Color Active Pixel Sensor with Electronic Shuttering, Anti-blooming and Low Cross-talk”という名称の、米国特許第５，９８６，２９７号で記述されるようなものでよい。特に、カラム3、35−55行、かつカラム5、25−55行で、該特許は、該特許の図１Ａおよび２Ａ（ここで、図８Ｂおよび８Ｃとして再現している）に示された、ピクセルアーキテクチャの適切な領域の断面を記述している。該開示は、図８Ｂのピクセルが、垂直オーバーフロードレイン２７４、転送ゲート２７６、浮遊拡散２８０、リセットゲート２８２、リセットドレイン２８４、および光シールド２８６を持つことを述べている。光シールド開口２８８、カラーフィルタ２９０、およびマイクロレンズ２９２は、光がカラーフィルタ２９０を通過した後にマイクロレンズ２９２を通って光シールド開口２８８内に焦点合せされるよう光検出器上に置かれる。それゆえ、光が入力する光検出器２７０は、カラーフィルタ２９０によって決定される所定のバンド幅内の波長をもつ。該特許は、図８Ｃを、２つの転送ゲート２９４、２９６、および蓄積領域２９８があることを除いて、図８Ｂに示された実施形態と多くの点で類似している第２のピクセルアーキテクチャを示すものとして記述している。両ケースにおいて、光シールドは、光検出器（この場合、フォトダイオード２７０）を除くすべての領域を、入力光がフォトダイオード領域上のみに落ちるように、不透明層、またはオーバーラップ層で有効にカバーするように構成されている。光電子の生成を光検出器領域のみに限定する開口を、光シールド内に設けることは、ピクセル間のクロストークを抑圧する。図８Ｃにおいて、浮遊拡散は２８１とラベルされており、リセットゲートは２８３とラベルされており、リセットドレインは２８５とラベルされている。米国特許第５，９８６，２９７号において記述されたピクセルアーキテクチャを用いるいくつかの実施形態において、カラーフィルタ２９０は省略することができ、他の実施形態において、マイクロレンズ２９２は省略することができる。
イメージリーダー１００で目標からのイメージデータを集めるプロセス３００が、図９、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、および１０Ｄに関して提示される。さまざまな実施形態において、目標は、１次元または２次元バーコードのようなシンボロジーを含むことができる。ステップ３０２で、作動モジュール１２４は、トリガー２１６が押下されるのに応答して、あるいはイメージリーダー１００の視野内での目標の存在を検知したのに応答して、プロセス３００を開始する。１つの実施形態において、プロセス３００にしたがって、制御モジュール１１２は、トリガー２１６が押下される、あるいは目標が検知されるのを受け、これに応答して、種々のモジュール、例えば、照明モジュール１０４、およびイメージ収集モジュール１０８に、一連の制御信号を与えることができる。該プロセス３００は、目標を照明光１６２で照らすよう、照明源を活性化する（ステップ３０４）ことを含む。１つの実施形態において、照明源の活性化は照明制御タイミングパルス３５０に応答して起こる。活性化された照明源による目標の照明は、照明制御タイミングパルス３５０の期間の間起こる。１つの実施形態において、照明源は、光源１６０であり、照明制御タイミングパルス３５０は、照明モジュール１０４内の照明制御モジュール１６４によって生成される。プロセス３００はまた、グローバル電子シャッターを作動させて、イメージセンサアレイにおける複数の行の複数のピクセルを、（ステップ３１２で）同時に露出させ、入射する放射を電気エネルギーに変換することを含む。複数のピクセルの同時の起動は、露出制御タイミングパルス３５４に応答して起こる。１つの実施形態において、複数のピクセルの同時の起動は、露出制御タイミングパルス３５４のスタート位置３６０に応答して起こる。さらなる実施形態において、露出制御タイミングパルス３５４は、センサアレイ制御モジュール１８６のグローバル電子シャッター制御モジュール１９０（図５Ｂ）によって生成される。
変換イメージひずみを最小にする、目標のイメージを収集する１つの実施形態において、目標は、LED等の光源を過度に駆動し、標準動作より何倍も明るい照明を生成することにより、照明される。図３３−３５に示されるように、イメージリーダー１００が撮像モジュール１８０２を含む本発明の実施形態を参照して、LED１６０ｃ〜１６０ｔ（すなわち、 １６０ｃ、１６０ｄ、１６０ｅ、１６０ｆ、１６０ｇ、１６０ｈ、１６０ｉ、１６０ｊ、１６０ｋ、１６０ｌ、１６０ｍ、１６０ｎ、１６０ｏ、１６０ｐ、１６０ｑ、１６０ｒ、１６０ｓ、および１６０ｔ）は、おのおの40mA（100％LED電流）の推薦最大DC動作電流引き出しレートを持つが、しかし、照明タイミングパルス３５０、または、ここで述べたパルス３５０'，３５０''，３５０'''の任意の１つの期間の間にわたって、例えば、60mA（150％電流）または80mA（200％電流）より多くの電流を引き出すよう過度に駆動することができる。40mAの標準推薦最大DC動作電流引き出しレートを持つLED１６０ｃから１６０ｔは、例えば、タイミングパルス３５０、または、ここで述べたパルス３５０'，３５０''，３５０'''の任意のものの持続期間の間を通して、例えば、120mA(300% 電流)、160mA(400% 電流)、200mA(500%電流)、または500mA(1,250% 電流)より多い電流を引き出すことができる。照明タイミングパルス３５０，３５０'，３５０''，３５０'''は、DC駆動電流パルスとして示される。しかしながら、図１０Ｅ示されるような本発明によれば、パルス３５０，３５０'，３５０''，３５０'''はまた、LED１６０を駆動するための、一連の短い持続期間の個々のパルスよりなるよう、パルス変調された、あるいは「ストローブされた」パルスであってもよい。DC駆動電流の代わりに、パルス化された駆動信号を用いることは、LEDのデューティ期間を、従ってこれによりLEDで消費される電力を減少させる。多くの場合に、LED動作寿命は、LEDダイの最大接合温度により決定されるため、低減された電力消費は接合温度を低減する。総合の効果は、LEDダイの最大動作接合温度限界を超えないで、より高いピーク電流に耐えられることである。一般に、LED１６０のデューティサイクルを低減することは、LEDを通して安全に駆動することのできる電流量を増大させる。ストローブ化された、あるいはパルス化された照明制御パルスのストローブするレートは、ここで記述されるように、例えば1,000Hｚから10,000Hzであろう。この実施形態によれば、電子的グローバルシャッターと結合した、過度に駆動される照明源は、短い露出期間を可能にする。すなわち、明るい照明は、各ピクセルのための短い積分時間を可能とし、グローバル電子シャッターは、イメージセンサ内のすべてのピクセルが同時に感受性のあるものとすることを可能にする。明るく照明された目標のための短い露出期間により、本発明のイメージリーダーは、目標がイメージリーダーに対して移動しているときでさえ、鋭いひずみのないイメージを集めることを可能とする。１つの実施形態において、露出期間は3.7ミリ秒以下である。光源が過度に駆動される１つの実施形態において、異なる色を持つ光源が用いられる。例えば、そのような１つの実施形態において、イメージリーダーは、白および赤LED、赤および緑LED、白、赤、および緑LED、またはイメージリーダーによって最も共通に撮像されるシンボルの色に応答して選択される何らかの他の結合を含む。この実施形態において、異なる色のLEDは、全体の電力予算にしたがったレベルで、各々交互にパルス駆動される。もう１つのそのような実施形態において、２つの色のついたLEDは、各時間にパルス駆動されるが、しかし、各々はより低い電力レベルでパルス駆動され、全体的な電力予算は再び維持される。さらなる実施形態において、赤、緑、および青のLEDは、白色光を放射するようインタリーブされる。
イメージリーダー１００の撮像モジュール１８０２の種々の実施形態は、図３７を参照して記述される。撮像モジュール１８０２のLED１６０は、図３７のチャートに示されるように、バンクに分割されている。イメージリーダー１００は、各バンクのLEDがある放射波長バンドの光を放射するように構成することができる。図３７のチャートに描かれた実施形態において、イメージリーダー１００は、照準LED１６０ａ、１６０ｂが緑の光を出射し、すべての照明LED１６０ｃ〜１６０ｔが赤の光を出射するよう構成することができる。追加的な実施形態が、図３７のチャートで記述される。イメージリーダー１００は、種々のバンクのための光源が、照明タイミング制御パルス３５０、３５０'、３５０''、３５０'''により同時に（例えば、バンク１、バンク２、バンク３、バンク４が、同時に）エネルギー供給される、あるいは順に（例えば、バンク１、そののちバンク２、そののちバンク３、そののちバンク４が）エネルギー供給されるよう構成することができる。
再び図９、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、および１０Ｄを参照して、プロセス３００はまた、（ステップ３１６で）光電変換で生成された電荷を処理し、イメージデータを生成することを含む。上で議論されたように、該処理は、入力する放射から生成されたデータを増幅することを含むことができる。該処理はさらに、生成されたイメージデータ値を、複数のピクセルの各々のシールドされた部分内にストアすることを含む。該プロセス３００はさらに、複数のピクセルからストアされたイメージデータを、読み出し、処理する（ステップ３２０）ことを含む。上で議論されたように、該処理は、入射する放射から生成されたデータを増幅し、生成されたデータを、デジタル信号に変換することを含むことができる。該処理（ステップ３２０）はまた、イメージデータのフレームとしてのイメージセンサアレイモジュール１８２の複数のピクセル上に入射する光に対応する１セットのデジタル信号値を、フレームのイメージデータとして含むことができる。イメージリーダー１００は、ステップ３２０で、各ピクセル値が複数のピクセルの１つに入射する光を表す、複数のＮビット（グレースケール）ピクセル値を含むフレームのイメージデータを、メモリモジュール１１６内にストアすることができる。１つの実施形態において、複数のピクセルの読み出しは、センサアレイ制御モジュール１８６の読み出しモジュール１９８により生成される読み出しタイミング制御パルス３６８により制御される。１つの実施形態において、読み出しタイミング制御パルス３６８は、複数のピクセルの各々に送信される複数のパルスを含む。１つの実施形態において、照明制御タイミングパルス３５０の少なくとも一部は、露出制御タイミングパルス３５４の間に起こる。１つのそのような実施形態において、グローバル電子シャッター制御モジュール１９０をもつセンサアレイ制御モジュール１８６を含むイメージ収集モジュール１０４の動作は、制御モジュール１６４により、照明制御モジュール１６４を含む照明モジュール１０４の動作と調整されて、照明３５０、および露出３５４制御タイミング信号におけるオーバーラップを達成する。
図１０Ａ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。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１０Ｂ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３５４'の後に始まり、その前に終わる。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、連続的に起こるが、お互いに重なる。図１０Ｃに示される１つのそのような実施形態において、この連続的な動作は、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、次に露出制御タイミングパルス３５４''が終わるのを含むことができる。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３５４''の終わりに始まる。図１０Ｄに示されるさらなるそのような実施形態において、連続的な動作は、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パルス３５０'''が始まり、露出制御タイミングパルス３５４'''が終わり、次に照明制御タイミング３５０'''が終わるのを含むことができる。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、照明制御タイミング信号パルス３５０'''の終わりに始まる。図１０Ｅに関連して議論したように、ここで述べた各照明制御タイミングパルス３５０，３５０'，３５０''，３５０'''は、複数の短い持続期間の個々のパルスよりなり得る。
再び撮像モジュール１８０２を参照して、撮像モジュール１８０２を持つイメージリーダー１００は、照準LED 160a、160b が、露出制御タイミングパルス３５４，３５４'，３５４''，３５４'''の間にオフ、またはエネルギー供給をされない状態になり、LED１６０ａ、１６０ｂからの光が、集められて、デコードモジュール１５０または自己識別モジュール１５２に転送されたイメージに影響を与えないような動作モードを持つことができる。もう１つの実施形態において、照明LED１６０ｃ〜１６０ｔに加えて、照準照明LED１６０ａ、１６０ｂは、露出制御タイミングパルス３５４，３５４'，３５４''，３５４'''の間に、エネルギー供給させるよう制御される。照準照明LED１６０ｃ〜１６０ｔを、露出制御タイミングパルス３５４，３５４'，３５４''，３５４'''の間にエネルギー供給されるよう制御することは、その上に、照準パターン１８３８が投射される基板sの領域に対応するイメージ信号の信号強度を増大させる。
プロセス３００（図９）を参照して、イメージリーダー１００は、照明制御パルス３５０，３５０'，３５０''，３５０'''が、ステップ３０４で、照準LED１６０ａまたは１６０ｂの少なくとも１つ、および照明LED１６０ｃ〜１６０ｔの少なくとも１つを、同時にエネルギー供給し、基板ｓ上の、特に基板ｓ上の照明パターン１８３０および照準パターン１８３８が同時に投射される領域上の照明の強度を増大させるように構成することができる。デコードモジュール１５０または自動識別モジュール１５２により実行される、照準１６０ａ、１６０ｂおよび照明LED１６０ｃ〜１６０ｔが同時にエネルギー供給される露出期間にしたがってイメージが集められるデコードプロセスは、パターン１８３８に対応するイメージデータ（すなわち、パターン１８３８がそれの上に撮像されるピクセルアレイに対応するイメージデータ）が、選択的にファインダパターン位置決めプロセス、線形バーコードシンボルデコード試み、または静穏ゾーン検出プロセスのようなデコードプロセスを受けるような、プロセスを含むことができる。例えば、視野に交差して水平に伸びる照準パターン１８３８をもって、集められたフルイメージを処理するデコードモジュール１５０は、イメージセンサ１８２の中央行に対応するイメージデータ（すなわち、図２８a に示される行２８０２に対応するイメージデータ）を、ファインダパターンの位置を見つける、線形バーコードシンボルをデコードする、または、イメージが少なくとも１つの照準LED１６０ａ、１６０ｂ、および少なくとも１つの照明LED１６０ｃ〜１６０ｔが、同時にエネルギー供給されるフレーム露出期間にしたがって集められる静穏ゾーンを見つけるという目的のために、選択的に解析することができる。照明制御パルス３５０，３５０'，３５０''，３５０'''が、少なくとも１つの照準照明LED、例えば１６０ａ、および少なくとも１つの照明LED、例えば１６０ｔに同時にエネルギー供給するプロセス３００のステップ３２０では、イメージリーダー１００は、図２８Ａ−２８Ｃに関連してより詳細に記述されるように、フルフレームの、あるいは「ウインドウ表示のフレーム」のイメージデータを、集めることができる。イメージリーダー１００は、イメージリーダー１００がステップ３２０でウインドウ表示のフレームのイメージデータを集め、ステップ３０４で少なくとも１つの照準LED、および少なくとも１つの照明LEDを同時に照明する場合は、ウインドウ表示のフレームは照明パターン１８３８の大きさと形に対応するよう構成することができる。例えば、イメージリーダー１００が水平ラインの照準パターン１８３８を投射する場合は、ステップ３２０での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は、図２８Aに示される行２８０２に対応するウインドウ表示のフレームのイメージデータであり、それの上にパターン１８３８が撮像され、それはそののち、以下で述べるように処理される（すなわち、静穏ゾーンを見つけることにより、またはファインダパターンを見つけることにより、線形バーコードシンボルをデコードするよう試みることにより）ものであることができる。照準照明LED および照明LED が、照明制御パルス３５０，３５０'，３５０''，３５０'''により同時に駆動される本発明の実施形態においては、照準LED１６０ａ、１６０ｂおよび照明LED１６０ｃ〜１６０ｔは、以下で述べられたように、パルス３５０，３５０'，３５０''，３５０'''の持続時間の全体を通して過度に駆動することができる。
１つの実施形態において、CMOSイメージアレイ１８２ａは、イーストマンコダック社から入手可能な、KAC-0311 640x480 VGA CMOSイメージセンサにより実行することができる。このKAC-0311は、“KAC-0311 640x480 VGA CMOS IMAGE SENSOR Fully Integrated Timing, Analog Signl Processing & 10 bit ADC”という名称の技術的記述において、より充分に記述されている。http://www.kodak.com/global/plugins/acrobai/erj/digital/ccd/products/cmos/KAC-0311LongSpec.pdf、で入手できる、２００２年８月５日の改訂１は、ここに参照によりその全体が組み入れられる。 以下は、上記“フル仕様書”から取られたKAC-0311の動作の、編集されたサマリーである。この専門的な記述で要約されているように、KAC-0311は、アナログイメージ獲得、デジタル化、およびデジタル信号処理を、単一チップ上に集積しているソリッドステートアクティブCMOS撮像素子である。該イメージセンサは、640×480の活性要素を持つVGAフォーマットピクセルアレイよりなる。イメージサイズは、問題のウインドウを定義するようユーザにより定義可能である。特に、行および列の開始および停止動作をプログラムすることにより、ユーザは、問題のウインドウを、1×1のピクセルの解像度にまで下げて定義することができる。KAC-0311イメージセンサの１つの実施形態において、該ウインドウは、カメラをぐるっと回して撮影する視野ポートのデジタルズーム動作を可能にするよう使われることができる。KAC-0311イメージセンサのもう１つの実施形態においては、一定の視野は、サブサンプリングが集められたイメージの解像度を減らすために使われる一方、維持されることができる。
KAC-0311イメージセンサのピクセルは、7.8μｍピッチ上にある。ピクセルアーキテクチャは、コダックのピン止めされたフォトダイオードアーキテクチャである。KAC-0311イメージセンサは、マイクロレンズなしの単色バージョンで利用可能であるか、あるいは、マイクロレンズなしのベイヤー（CMY）パターン化カラーフィルタアレイで、利用可能である。KAC-0311イメージセンサの１つの実施形態において、統合化されたタイミングおよびプログラミング制御は、ビデオまたは静止画像取り込み動作におけるプログレッシブスキャンモードを可能とするように用いられる。KAC-0311イメージセンサのさらなる実施形態において、ユーザは一定マスタークロックレートを維持しながらフレームレートをプログラムすることができる。
KAC-0311イメージセンサにおいて、ピクセルアレイのアナログビデオ出力は、オンチップアナログ信号パイプラインによって処理される。KAC-0311イメージセンサの１つの実施形態において、相関性のある二重サンプリングは、ピクセルリセットの一時的、および固定パターン雑音を排除するために使われる。KAC-0311イメージセンサのさらなる実施形態において、フレームレートの固定は、同時に起こる光学的黒レベル校正およびオフセット訂正を可能とするために、用いられる。さらにもう１つの実施形態において、KAC-0311イメージセンサのプログラム可能なアナログゲインは、信号スウィングをアナログ−デジタル変換器入力範囲にマップするためのグローバル露出ゲインを含む。プログラム可能なアナログゲインはさらに、カラーバランスをアナログドメインにて実行するための白バランスゲインを含む。追加的な実施形態において、KAC-0311メージセンサのアナログ信号処理チェインは、カラムオペアンプ処理、カラムデジタルオフセット電圧調整、白バランシング、プログラマブルゲイン増幅、グローバルプログラムマブルゲイン増幅、およびグローバルデジタルオフセット電圧調整よりなる。１つの実施形態において、デジタルプログラマブル増幅器は、同時に起こる自動白バランス調整のためばかりでなく、露出ゲイン調整のための、カラーゲイン訂正を与えるために使用される。種々の実施形態におけるオフセット校正は、カラムごとのベースで、かつ、グローバルになされる。さらに、カラム毎オフセット訂正は、オンチップレジスタ内にストアされた値を用いることにより適用でき、10ビットの冗長サイン付きデジットアナログ−デジタルコンバータは、アナログデータを、10ビットデジタルワードストリームに変換する。KAC-0311イメージセンサの種々の実施形態において、差動アナログ信号処理パイプラインは、ノイズ免疫、信号対雑音比、およびシステムダイナミックレンジを改善するために使用される。１つの実施形態において、KAC-0311のシリアルインタフェースは、産業標準２線 I2Cコンパチブルシリアルインタフェースである。もう１つの実施形態において、KAC-0311イメージセンサのための電力は、単一3.3V電源によって与えられる。種々の実施形態において、KAC-0311イメージセンサは、単一のマスタークロックをもち、20MHzまでの速度で動作する。
本発明で使用することができるイメージセンサの動作的、および物理的詳細は、イーストマンコダック社に譲渡されている米国特許第６，７１４，２３９号、名称“Active Pixel Sensor with Programable Color Balance”、および米国特許第６，５５２，３２３号、名称“Image Sensor with Shared Output Signal Line”、に記述されており、そのおのおのは、その全体が参照によりここに組み入れられる。以下は、米国特許第６，５２２，３２３号からの内容の短い要約を与える。特に、米国特許第６，５５２，３２３号は、複数の行および列に配列された複数のピクセルよりなるイメージセンサを開示する。該イメージセンサはさらに、グローバル電子シャッターを含むよう開示されている。開示されたイメージセンサの同じ行のピクセルは、ピクセル出力ノード、および出力信号線をシェアする。さらに該開示は、行内のイメージ信号の分離が、行毎に２つの分離した行選択信号、行内の１つおきのピクセルについて１つ、を持ち、かつ、各対のカラムについての、１：２カラム出力信号線デマルチプレックススキームを持つことにより、達成される。ここで図１１に再生されるような模式図は、２つの隣接するピクセル５を示している。該模式図において使用される識別子は、以下のものを含む：リセットゲート（RG)をもつリセットトランジスタ、転送ゲート（TG）、信号トランジスタ（SIG）、行選択ゲートをもつ行選択トランジスタ（RSEL）、光検出器（PD）、および浮遊拡散（FD）。グローバルシャッターの動作は、図１１に示される実施形態、およびここで図１２として再生されるタイミング図に関して、米国特許No.６，５５２，３２３のカラム３、２５−４５行に記述されている。その開示は、読み出しが、センサの各ピクセルにおける、集められた信号電荷の光検出器３０ａ、３０ｂから浮遊拡散１０ａ、１０ｂへの転送が同時になされることにより始まることを示している。次に、行選択１（１５）は、オンされ、浮遊拡散１（１０ａ）の信号レベルは、SS1にパルスを与えることにより、列回路２０ａによりサンプルされ、保持される。行選択１（１５）は、そののちオフされ、行選択２（２５）がオンされ、浮遊拡散２（１０ｂ）の信号レベルは、SS2にパルスを与えることにより、カラム回路２０ｂによりサンプルされ、保持される。読み出しされている行における浮遊拡散１０ａ、１０ｂは、そののち、RGにパルスを与えることにより、リセットされる。次の行選択２（２５）はオフされ、行選択１（１５）はオンされ、浮遊拡散１（１０ａ）のリセットレベルは、SRlにパルスを与えることにより、列回路２０ａによりサンプルされ、保持される。行選択１（１５）は、そののちオフされ、行選択２（２５）は、オンされ、浮遊拡散２（１０ｂ）のリセットレベルは、SR2にパルスを与えることにより、サンプルされ、保持される。列回路２０ａ、２０ｂによりサンプルされ、保持された信号の読み出しは、そののち、イメージセンサの次の行において始まるサンプルピクセル読み出しに先立ってなされる。
もう１つの実施形態において、CMOSイメージアレイ１８２ａは、KAC-9630の、128(H)x98(V) CMOSイメージセンサで実施することができる。KAC-9630は、名称“Device Performance Specification−Kodak KAC-9630 CMOS Image Sensor”、２００４年９月、改訂1.1、の技術的仕様書において、より充分に記述されている。この文書は、その全体がここに参照により組み入れられる。この書類は 例えば、http://www.kodak.com/global/plugins/acrobat/en/digital/ccd/products/cmos/KAC-9630LongSpec.pdfで、イーストマンコダック社（www.kodak.com）より入手可能である。この技術的仕様書は、KAC-9630イメージセンサを、単色イメージを、毎秒580フレームで獲得することのできる低電力のCMOSアクティブピクセルイメージセンサとして記述している。さらに、KAC-9630イメージセンサは、オンチップ8ビットアナログ−デジタルコンバータ、固定パターンノイズ除去回路、およびビデオゲイン増幅器を含むものとして記述されている。KAC-9630はさらに、積分時間およびフレームレートの調整を可能にする、集積されたプログラム可能なタイミングおよび制御回路網を持つものとして記述されている。KAC-9630イメージセンサにおける読み出し回路は、2ミリ秒以下の単一8ビットデジタルデータバス上のフルフレーム読み出しをサポートすることができるものとして記述されている。上に示されたように、KAC-9630イメージセンサは、集積化された電子シャッターを含むものとして記述されている。
もう１つの実施形態において、CMOSイメージアレイ１８２ａは、マイクロンテクノロジー社、8000 South Federal Way, Post Office Box 6, Boise, ID 83707-0006、からの、Wide VGA MT9V022イメージセンサ、のようなマイクロンイメージセンサで実行することができる。MT9V022イメージセンサは、例えば、http://download.micron.com/pdf7flyers/mt9v022_(mi-0350)_flyer.pdfにて、マイクロンテクノロジー社（www.micron.com）から入手可能な、製品MT9V099プロダクトフライヤーにおいて、より詳細に記述されている。この書類は、その全体が参照によりここに組み入れられる。
いくつかの実施形態において、イメージリーダー１００は、回転シャッターモード、またはグローバル電子シャッターモードで動作することができる。１つのそのような実施形態において、回転シャッターモードは、自動焦点合わせ動作の一部として使用され、グローバル電子シャッターモードは、一度適切なフォーカスが決定されたときに、イメージデータを集めるように使用される。適切なフォーカスを決定し、かつ、次のイメージを集めるプロセスは、図１３に示されるプロセス４００により記述される。作動モジュール１２４は、例えば、オペレータによるトリガー２１６の押し下げに応じて、あるいは目標がイメージリーダー１００の視野の中に動くことに応じて、トリガー信号を生成することができる。新しいイメージがイメージリーダー１００により集められるときの動作において、イメージリーダー１００は、（ステップ４０４で）バーコードのような対象を含む目標を照明し、（ステップ４０８で）イメージリーダーのイメージセンサ内の複数の行が、順次露出される回転シャッター動作モードに入る。この動作の一部として、フレーム露出期間は、複数の行の最初の行の露出の始まりから複数の行の最後の行の露出の終わりまでの時間として定義することができる。１つの実施形態において、イメージリーダー１００の撮像レンズ２１２は、フレーム露出期間の少なくとも一部の間に、連続する動きの１つ内に、あるいは、階段状の動きの１つ内にあるよう、制御される（ステップ４１４）。図２０の実施形態において示されるように、イメージリーダー１００は、撮像レンズ２１２を、イメージリーダー１００の焦点設定を変更するよう移動させるために、制御モジュール１１２、またはもう１つのモジュールにより制御されるレンズ駆動モジュール１６５を、持つことができる。１つのそのような実施形態において、光学式システムは複数の別個の設定を持つことができる。各別個の設定において、レンズ２１２は、イメージリーダー１００から所定の距離にある対象のための別個のイメージを、イメージセンサ上に形成する。１つの実施形態において、光学的システムの焦点範囲の一方の限界は、無限遠にある対象からの入射放射を、焦点合わせすることに対応する。対象は、もしその入射光線が、本質的に平行であれば、“無限遠”にあると考えられる。１つの実施形態において、光学的システムの焦点範囲のもう１つの限界は近傍点である。光学的システムの近傍点は、対象を、光学的システムがまだ該対象の別個のイメージを作ることができる位置に、光学的システムに関してもたらすことのできるもっとも近い距離である。もう１つの実施形態においては、光学的システムの焦点における変動は、光学的システムの全体の範囲をカバーしない。例えばこのような１つの実施形態において、イメージリーダー１００の焦点設定は、数ミリメートル離れた焦点設定の間で変更される。もう１つの実施形態において、イメージリーダー１００の焦点設定は、数センチメートル離れた焦点設定の間で変更される。リーダー１００がレンズドライバモジュール１６５を含むよう構成することは、スキャナーが拡張されたフィールド深さにわたって動作することを可能にする。
レンズドライバモジュール１６５をさらに参照して、種々のレンズ駆動技術、および方法が、実行される。米国特許No.４，３５０，４１８は、その全体がここに参照により組み入れられるが、レンズの位置調整が調整リングの回転によって達成される、距離調整リングを含むレンズ焦点調整システムを開示している。米国特許第４，７９３，６８９号は、これもまた、その全体がここに参照により組み入れられるが、中空固定シリンダーの中空内に配置され、光学軸の周りに回転可能な中空回転リングであって、それらの間にベアリングが介挿された、中空の回転リングを持つレンズバレル、該回転リングの回転に応答して移動可能な可動シリンダー、および、固定シリンダーと回転リングとの直径方向間に配置された振動波モーターを開示している。米国特許第５，５４１，７７４号は、これもまた、その全体がここに参照により組み入れられるが、内側ヨークおよび外側ヨークを含む固定メンバーを持つ、電磁レンズドライバ、動作可能に配置された磁石、本体を駆動されるように保持する移動可能なメンバー、外側ヨークと内側ヨークの間に軸方向に巻かれたコイル、および動作可能に配置された磁石の磁界を検出し位置指示信号を生成する位置検出器を開示している。
プロセス４００はまた、複数の露出した行からイメージデータを（ステップ４２０で）読み出すことを含む。このイメージデータは、コントラスト検出方法、または位相検出方法のような自動焦点アルゴリズムによって（ステップ４２４で）分析される。行焦点イメージ情報を用いて、イメージリーダー１００は、レンズ２１２の適切な焦点設定を、例えば、集められたデータに基づき適切な焦点設定を決定し、そののち、レンズ２１２をその設定にまで移動させることにより、あるいは現在の行のイメージを評価して、現在の焦点設定にイメージリーダーが受け入れ可能に焦点合わせされているかを決定することにより、（ステップ４２８で）確立することができる。種々の実施形態において、イメージデータの解析は、イメージ収集モジュール１０８、光学モジュール、制御モジュール１１２、または専用の自動焦点合わせモジュール（例えば、フォーカス計算を行なう目的専用とされたASICあるいはFPGA）によって行なうことができる。レンズ２１２の位置が適切に設定されて、イメージリーダー１００は、（ステップ４３２で)グローバル電子シャッター動作モードに入る。プロセス４００によるある時点で、イメージリーダー１００は、イメージセンサアレイモジュール１８２の各ピクセルからイメージデータを読み出す前に、回転式シャッター動作を終わらせ、グローバル電子シャッター動作モードの動作を始めることができる。グローバル電子シャッター動作モードにおいては、イメージリーダー１００は、（ステップ４３６で）メモリモジュール１１６にストアされており順次デコードモジュール１５０１５０または自動識別モジュール１５２に転送されるフルフレームのイメージデータを集める。行のイメージ情報が、リーダー撮像レンズ１１２が動き中であるよう制御されている時間内に読み出され、解析されるこの実施形態によれば、イメージリーダーを自動的にその目標を撮像するよう焦点合わせすることは、１フレームのデータ内で達成される。種々の実施形態において、自動焦点合わせ動作は、専用の自動焦点合わせモジュールによって扱われることができ、あるいは、該焦点合わせモジュールは、イメージ収集モジュール１０８、および／または制御モジュール１１２のような他のモジュール内に組み入れられる。
プロセス４００のステップをさらに参照して、行イメージデータを、焦点合わせ特性を決定するよう、解析するステップ４２４は、図２１のフロー図、および図２２Ａおよび図２２Ｂのヒストグラムプロットを参照して、さらに記述される。ステップ２１０２でイメージリーダー１００は、ステップ４２０で読み出された現在の行のイメージデータのピクセル値のヒストグラムプロットを構築する。図２２Ａは、受け入れ可能に焦点合わせされた（単色の基板上のバーコードシンボルにおけるような）白黒調のイメージに対応する行のデータのピクセル値のヒストグラムプロットである。ヒストグラムプロット２１０８は、高いコントラストイメージを表しており、かつ、グレースケールの高い側での多くのピクセル値、グレースケールの低い側での多くのピクセル値、および中央のグレースケール範囲でのより少ないピクセル値を含む。図２２Ｂは、焦点合わせがよくできていない白黒調イメージに対応する行のデータのピクセル値の、ヒストグラムプロットである。ヒストグラム２１１０により要約されるイメージデータは、「よりフラットな」コントラストがより低いイメージデータであり、それは、グレースケールの両極端でのほとんどピクセル値を持たず、グレースケールの中央で、より多くの数のピクセル値を持つことを意味している。したがって、イメージの焦点レベルは、イメージコントラスト情報を用いて容易に決定することができることを見ることができる。
ステップ２１０４で、イメージリーダー１００は、集められたヒストグラムデータを評価する。ステップ２１０４で、イメージリーダー１００は、レンズ２１２のための適切なイン焦点設定を決定するか、あるいは、現在の行のイメージデータから抽出されたヒストグラムデータが、イメージリーダーが現在のレンズ設定または位置で受け入れ可能に焦点合わせされていることを示すかを決定することができる。ステップ２１０４でイメージリーダーが、集められたヒストグラムデータに基づいて、レンズ２１２のための適切な設定を決定する場合は、該ヒストグラムデータは、現在の行からのものであるか、あるいは現在の行のデータと先行する行のデータの結合に基づくものであってよい。さらなる側面において、レンズ２１２の位置または設定値は、読み出される各行のイメージデータのヒストグラム情報が、行情報が集められたときのレンズ２１２の位置を示すレンズ位置データと関連しているように記録される。ステップ２１０４で、イン焦点レンズ設定を決定するための遷移関数は、ヒストグラムプロットにおいて要約された行コントラスト情報ばかりでなく、各セットの行データと関連したレンズ２１２の位置を示すレンズ位置データを利用することができる。
プロセス４００のさらなるステップを参照して、イメージリーダー１００はステップ４１４で、レンズ２１２を、連続的な動きをするか、あるいは階段状の連続的な動きをするよう、制御することができる。連続的な動きをするよう制御されるとき、レンズ２１２は、メージセンサアレイモジュール１８２の、順次的な行のピクセルが露出され、読み出される時間を通して、連続的に動く。階段状の連続的動きをするよう制御されるとき、レンズ２１２は、センサモジュール１８２の行のピクセルが露出され、読み出される時間を通して、繰り返し、動き、停止する。レンズ２１２を階段状の動きをするよう制御するイメージリーダーの１つの実施形態において、イメージリーダー１００は、レンズを、２つの極点、第１は遠いフィールド位置と、第２はより近いフィールド位置の間で、連続的に移動させる。レンズ２１２を階段状の動きをするよう制御するイメージリーダーのもう１つの実施形態において、イメージリーダー１００は、レンズ２１２を、２つの極点の間で連続的に移動させ、かつ、２つの極点の間の１、またはそれ以上の位置で、中間的にレンズ２１２を、停止させる。階段状の連続的な動きをするよう制御されるレンズ２１２は、動き期間、すなわち、レンズが移動する期間と、停止期間、すなわち、レンズが一時的にアイドルである時間とを持つと考えることができる。本発明の１つの実施形態において、レンズ２１２の動きと、行のピクセルからのイメージデータの読み出しとは、調整せられる。例えば、イメージセンサアレイモジュール１８２のレンズの動きと制御は、イメージセンサアレイモジュール１８２の１つ、またはそれ以上の行の露出期間が、レンズ２１２の停止期間の間に起こり、レンズ２１２が、全行露出期間の間、アイドルであるように、調整することができる。さらに、レンズ２１２の動きの位相の間に露出されピクセルに対応するイメージデータの処理は、ある実施形態において有用であるが、イメージリーダー１００は、レンズ２１２の動き期間の間に露出されたピクセルに対応するイメージデータが、例えば、行解析ステップ４２４の間に破棄されるように構成することができる。
図１３を参照して一般的に記述されたプロセス４００の特定の実施形態は、図２３および図２４のフロー図を参照して記述される。図２３の実施形態において、イメージリーダー１００はステップ４２４で、その時点までに集められた、集められた行イメージデータに基づき、イン焦点レンズ設定を決定するよう試みる。もし、ステップ４２８ａで、イメージリーダー１００が、レンズ２１２のイン焦点位置を決定するのに十分な情報が集められたと決定するなら、イメージリーダー１００は、レンズ２１２のためのイン焦点設定を決定し、かつ、ステップ４２８ｂに進んでレンズ２１２を決定されたイン焦点位置に移動させる。もし十分な情報が集められていなければ、イメージリーダー１００はステップ４２０に戻り、追加的な行情報を集める。イメージリーダー１００はステップ４２８ｂで、レンズ２１２を、例えば、決定したイン焦点位置が正しいことを確認することを目的として移動させながら、行イメージデータを読み出し、処理することを続けることができる。レンズ２１２が決定したイン焦点位置にまで移動したとき、イメージリーダー１００はステップ４３２に進み、グローバル電子シャッター動作モードに入る。イメージリーダー１００がグローバルシャッター動作モードに（ステップ４３２で）入るとき、イメージリーダー１００は、レンズ２１２の動きを止めることができる。イメージリーダーはそののちステップ４３６に進んでフルフレームのイメージデータを集め、かつそののちステップ４３８に進んでイメージデータを、データフォームデコードモジュール１５０または自動識別モジュール１５２の１つに転送する。
図２４を参照して記述されるプロセス４００の実施形態において、イメージリーダー１００は、ステップ４２４で、現在の行データ（もっとも最近に集められた行データ）を評価することにより、レンズ２１２のイン焦点設定を確立し、現在の行データが、イメージリーダー１００が現在、イン焦点にあることを示しているかを、決定する。もし、ステップ４２８ｄでイメージリーダー１００が、イメージリーダー１００が現在フォーカスではないことを決定すれば、イメージリーダー１００は、ステップ４２０に戻り、追加的な行情報を集める。もし、ステップ４２０でイメージリーダー１００が、該リーダーは現在イン焦点位置にあることを決定すれば、イメージリーダー１００はステップ４３２に進み、グローバル電子シャッターモード動作に入る。イメージリーダー１００が、（ステップ４３２で）グローバルシャッター動作モードに入る時点では、イメージリーダー１００は、レンズ２１２の動きを停止させる。イメージリーダー１００は、そののちステップ４３６に進み、フルフレームのイメージデータを集め、かつそののちステップ４３８に進んで、イメージデータを、データフォームデコード１５０または自動識別モジュール１５２の１つに転送する。
プロセス４００、またはプロセス８００を参照して、イメージリーダー１００は、“イン焦点”位置を確立するにおいて、レンズ２１２の予想される、または現在の位置を、他の利用可能なレンズ焦点位置より良い焦点に指標をもたらすような、予想される、または現在の位置に基づいて、“イン焦点”にあるよう指定することが理解されるであろう。これにより、レンズ焦点位置が、一般的な意味で、高度に焦点合わせされていない場合は、リーダー１００は、それでもやはり、もしそれが他の利用可能なレンズ位置より指標をよりイン焦点にするのであれば、該位置を“イン焦点”にあると指定するであろう。１つの特定の実施形態において、レンズ１００は、それが階段状の連続的動きをするよう制御されるときは、限定された数の分離した位置（例えば、２つの位置）の間で、“トグルされる”よう制御される。このような１つの実施形態において、リーダー１００は、もしレンズ位置が、指標を、残りの可能な位置より、よりイン焦点にあるようにするのであれば、限定された数の可能な分離した位置のうちの１つを、“イン焦点”であるとして指定する。特に、レンズ２１２が限定された数の分離した位置の間で“トグルされる”構成では、焦点決定プロセスは省略し、イメージデータは、デコードモジュール１５０または自動識別モジュール１５２に直接転送するようにすることができる。特に、限定された数の代わりの焦点位置があるとき、イン焦点位置は、結果が成功的なデコードにおいてどの位置にあるかに依存して容易に識別することができる。デコードの試みによりイン焦点位置を識別することは、平均デコード時間を削減することができる。
本発明の変形例において、イメージリーダー１００は、ステップ４２０で所定数の行のイメージデータを読み出し、ステップ４２４で所定数の行を解析する。所定数の行は、例えば、2行、3行、10行、または、イメージセンサアレイ１８２のすべての行（100＋）であってもよい。イメージリーダー１００は、ステップ４２４で、複数の行から、もっとも焦点があった（例えば、最も高いコントラスト）の行を選択し、最も焦点の合った行と関連する記録された焦点設定が、イメージリーダー１００の“イン焦点”設定であると決定する。あるいは、イメージリーダー１００は、数行に渡って集められたデータイメージを利用して、“イン焦点”設定データを、計算することができる。上記の変形のうちのいずれにおいても、焦点設定が決定されたとき、イメージリーダー１００は最初にステップ４３２でグローバル電子シャッター動作モードに入り、そののち、レンズ２１２を決定された焦点位置設定にまで移動させるか、あるいは、イメージリーダー１００は、代わりに、ステップ４３２でグローバル電子シャッター動作モードに入る前に、レンズ２１２を決定されたレンズ設定に移動させることができ、あるいはこれらの２つの動作は同時に起きることができる。
もう１つの自動焦点動作の実施形態において、図２５−３０Ｂと関連して後に述べるように、グローバル電子シャッター動作モードは、焦点合わせ期間と、データ収集期間の両方の間に、使用することができる。ここで記述されたプロセス８００によれば、自動焦点合わせ期間の間に、限定された“ウインドウ表示”のフレームのイメージデータが、焦点設定または位置の各変形例について、集められることができる。例えば、イメージセンサの、中央領域、または走査線の中央の10走査線のような、走査線の中央グループのみが、焦点決定アルゴリズムにより読み出され解析される。この実施形態によれば、限定されたフレームデータは、イメージリーダーを焦点合わせするために必要とされる時間を実質的に減少させながら焦点決定アルゴリズムのための充分な情報を与える。
代替的な実施形態において、プロセス４００、またはプロセス８００におけるステップの特定の順序は、そこに含まれる発明的概念から離れることなく、変更することができる。種々の他の実施形態において、回転シャッター動作を含む回路網、およびグローバル電子シャッター動作を実施する回路網は、同じCMOSチップ上に実行することができ、あるいは、１つ、または両回路網要素は、別の専用のチップ上に実行することができる。追加的な実施形態において、回転するシャッター機能性、およびグローバル電子シャッター動作は、ハードウェア、ソフトウェア、および／またはファームウェアを含む単一のモジュールにおいて結合することができる。
回転シャッターモード、またはグローバル電子シャッターモードで動作するイメージリーダー１００のもう１つの実施形態において、イメージリーダー１００は、グローバル電子シャッター動作モードと、回転シャッター動作モードとの間で、ダイナミックにシフトすることができる。１つのそのような実施形態において、イメージリーダー１００は、積分時間が与えられた閾値より短いとき、デフォルトグローバル電子シャッター動作モードから回転シャッター動作モードにシフトする。多くの商業的に利用可能なイメージャーが、いくらかの量の光の蓄積要素への漏れを許す光シールドを持って実行されており、あるいは、蓄積要素を、光感受性要素から完全には分離しないスイッチを備えて、実行される。これの結果として、蓄積要素の内容は、電荷が、蓄積要素に転送された後に、イメージャー上に入射する雰囲気照明により悪く影響され得ることとなる。以下は、このような動作の数値例を与える。
一般に、グローバル電子シャッター能力をもつCMOSイメージセンサのシャッター効率は、イメージセンサ上の蓄積領域が、ストアされたイメージデータをシールドすることのできる程度を特定する。例えば、もしシャッターが99.9％の効率を持っているなら、そのときは、イメージセンサの シールドされていない部分におけると同じ、シールドされた部分における電荷量を生成するよう、1000倍、より長い積分時間（露出時間としても知られる）を要する。それゆえ、イメージ取り込みサイクルにおいては、以下の方程式は、イメージがシフトし蓄積領域内に入り込んだ後の時間期間内に認容されうる、雰囲気光からのイメージャーへの光放射の示しであって、イメージがシフトし蓄積領域内に入る前の時間期間の間の、雰囲気照明および光源１６０により照明された対象からのイメージャー上への光放射と比較される、該光放射の示しを、所望の劣化パーセンテージを超えることなく、与える。方程式はまた、イメージャーに入射する光が、全撮像サイクルの間に、同じである場合をアドレスすることができる。両者の場合において、最大劣化の導入なしに使用することのできる最小積分を、知る必要がある。(Amb. Irrad)*Tframe*(100％-％eff)＝(Amb. Irrad+Light SourceIrrad)*Texposure*(％deg)
多くの場合に、イメージャー上への光は、露出期間の間およびフレームの残りの間に、変化しない。この状況において、イメージャーへの光の放射は一定であり、かつ所望のイメージを過度に乱す光漏れなしに使用することのできる最小積分時間を、解決することができる。この場合に方程式を解くことは、特定の劣化のための最小積分時間の計算を許すことである。以下の一定の放射の数的な例は、99.9％のシャッター効率、20msのフレームレート、5％の最大認容劣化のためのものである。20ms*(100％-99.9％)＝(Texposure*5％)あるいは、5％以上の劣化を生じないで使用することのできる最小露出時間を解決するものは、Texposure＝0.4msこのように、もしイメージ取り込みの間の積分時間が0.4msより短いなら、劣化リーク（ともに、光学的、または電気的な）は、5％、あるいはより大きいエラーを、導入することとなるであろう。
過度の雰囲気光によって導入されるイメージ劣化をアドレスする実施形態において、イメージリーダー１００は、積分時間が、イメージリーダーのフレームレート、最大許容劣化、およびシャッター効率に関して決定されたレベルより短くなるとき、回転シャッター動作に移行する。短い積分時間に応答して動作モードをシフトするプロセス６００は、図１４に示される。作動モジュール１２４は、例えば、オペレータによるトリガー２１６の押下に応じて、あるいは目標がイメージリーダー１００の視野に入ったことに応答して、プロセス６００を始めるようトリガー信号を生成することができる。プロセス６００は、計算された最小積分時間を（ステップ６０４で）ストアすることを含む。１つの実施形態において、この閾値は、上に提示された方程式に従って決定される。これらの方程式への、シャッター効率、最大許容イメージ劣化リーク、フレームレートのようないくつかの入力は、イメージリーダー１００において、その初期設定の一部として、あるいは後の時間に、構成することができる。プロセス６００はまた、（ステップ６０８で）イメージデータを集めることを含む。イメージデータの収集の一部として、現在の環境条件のための露出時間は、センサアレイ制御モジュール１８６によって（ステップ６１２で）確立される。種々の実施形態において、この露出時間は、イメージリーダー１００において、グローバル電子シャッター制御モジュール１９０、光学モジュール１７８、あるいはもう１つの適切なモジュールによって確立される。イメージリーダー１００の動作モードが、グローバルシャッターモードから回転シャッターにシフトするかどうかを決定するために、確立された露出時間が、（ステップ６１６で）最小積分時間閾値と比較される。もし、確立された積分時間が、計算された最小積分時間閾値より短いなら、そのとき、イメージリーダー１００の動作モードは、グローバル電子シャッターから回転シャッターに（ステップ６２０で）シフトする。もし確立された積分時間が、計算された最小積分時間閾値よい大きい、またはそれに等しいのであれば、そのとき、グローバル電子シャッター動作モードは、（ステップ６２８で）維持される。
本発明のさらなる実施形態は、図１５Ａ、および図３１および３２のフロー図を参照して記述される。図１５Ａに示されるように、イメージリーダー１００は、ユーザ選択可能な構成設定をもつように構成される。例えば、図１５Ａに示されるように、イメージリーダー１００は、ディスプレイ５０４上に、オペレータに、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ユーザ選択可能な構成オプションを提示するグラフィカルユーザインタフェース（GUI）メニューオプションディスプレイスクリーン３１７０を提示する。GUIディスプレイスクリーンは、イメージリーダー１００上にインストールされ得るWindows（登録商標）CEのような、ある利用可能なオペレーティングシステムと関連したツールキットを備えて構成される。リーダー１００がブラウザを含むように構成されるとき、あるいはそうでなければ、適当な構文解析ツールおよび解釈器をもって構成されるとき、GUI３１７０は、種々のオープンスタンダード言語（例えば、HTML/JAVA（登録商標）、XML/JAVA（登録商標））を使って作成することができる。 図１５Ａの実施形態において、GUIアイコン３１５２は回転シャッター選択ボタンであり、GUIアイコン３１５４は、グローバル電子シャッターメニューオプションである。アイコン３１５２が選択されるとき、イメージリーダー１００は、イメージリーダー１００が、ここに記述されるように次のトリガー信号を受信してデコードの試みを始めるとき、イメージリーダー１００は、グローバル電子動作モードを利用するのではなく、回転シャッター動作モードを利用してイメージデータを集めるよう構成することができる。アイコン３１５４が選択されるとき、イメージリーダー１００は、イメージリーダー１００が、次のトリガー信号を受信してデコードの試みを始めるとき、イメージリーダー１００は、回転シャッター動作モードを利用することなく、グローバル電子動作モードを利用してイメージデータを集めるよう構成することができる。GUI３１７０は、追加的なユーザ選択可能な構成オプションを許すよう構成することができる。図１５Ａの実施形態において、ボタン３１５６（テキスト、あるいはアイコンの形にある）の選択は、プロセス３００が、トリガー信号が受信された次の時間に実行されるように、イメージリーダー１００の構成設定をする。ボタン３１５８の選択は、トリガー信号が受信される次の時間にプロセス４００が実行されるように、イメージリーダー１００の構成設定をする。ボタン３１６０の選択は、トリガー信号が受信される次の時間にプロセス６００が実行されるように、イメージリーダー１００の構成設定をする。ボタン３１６２の選択は、トリガー信号が受信される次の時間にプロセス８００が実行されるように、イメージリーダー１００の構成設定をする。ボタン３１６４の選択は、トリガー信号が受信される次の時間にイメージリーダーが２Ｄフルフレームのイメージデータのようなイメージデータを集め、集めたイメージデータを、モジュール１５０またはモジュール１５２に転送することなく、（例えば、ディスプレイ５０４、または間隔をあけて配置した装置に）出力するように、イメージリーダー１００が「イメージ取り込み」動作モードにあるよう、イメージリーダー１００の構成設定をする。輸出する応用において、移動目標（例えば、移動する配達車、アセンブリーライン上のパッケージ）に対応するイメージを、「イメージ取り込み」モードにおいて獲得することは有益であるであろう。したがって、グローバルシャッター動作モードの動作を利用してイメージ取り込みモードを実行することは、イメージひずみが、グローバルシャッター動作モードを利用して減少せられるという点で、重要な利点をもたらすことが見られるであろう。回転するシャッター構成と、グローバル電子シャッター構成、あるいはボタン３１５６、３１５８、３１６０、３１６２、および３１６４の間の選択もまた、ソフトウェア開発キット（SDK）のコマンドの使用によりなされることができる。システムは、イメージリーダー１００が、回転シャッター構成およびグローバル電子シャッター構成のうちの１つであるよう、SDK によって作られたコマンド（例えば、「ローリングシャッター」および「グローバルシャッター」コマンド）が、イメージリーダー１００と離れて位置するホストターミナルで選択され、イメージリーダー１００にリーダー１００を再構成するよう転送されるように作成することができる。
図３１のフロー図を参照して、オペレータは、ステップ３１０２で、回転するシャッター形態と、グローバル電子シャッター形態の間で選択をする。もしオペレータが、回転するシャッター形態を選択すれば、イメージリーダー１００は、ステップ３１０４に進む。ステップ３１０４で、イメージリーダー１００は、アイドル状態から活性読み出し状態に駆動され（例えば、トリガー２１６のマニュアル活性化、あるいは他の方法により）、そののち自動的にステップ３１０６と３１０８を実行する。ステップ３１０６でリーダー１００は、回転シャッター動作モードを利用してイメージデータを集め、ステップ３１０８で、集められたイメージデータは、データフォームデコードモジュール１５０または自動識別モジュール１５２にイメージデータをデコードするか、あるいは処理するために転送される。もしステップ３１０２で、グローバル電子シャッターモードが選択されれば、イメージリーダー１００は、ステップ３１１８に進む。ステップ３１１８で、イメージリーダー１００は、トリガー信号の生成により（例えば、トリガー２１６のマニュアル活性化、あるいは他の方法により）、アイドル状態から活性読み出し状態に駆動され、そののち自動的にステップ３１１８と３１２０を実行する。ステップ３１１８で、リーダー１００は、グローバル電子シャッター動作モードを利用してイメージデータを集め、ステップ３１１８で、集められたイメージデータは、データフォームデコードモジュール１５０または自動識別モジュール１５２にイメージデータをデコードするか、あるいは処理するために転送される。
本発明のもう１つの実施形態は、図３２のフロー図を参照して記述される。図３２のフロー図を参照して記述された実施形態において、イメージリーダー１００は、回転シャッターモードとグローバルシャッターモードを利用してイメージデータを集め、イメージデータを解読することを試みるように構成される。ステップ３２０２でトリガー信号が生成され（例えば、トリガー２１６のマニュアル活性化、あるいは他の方法により）、イメージリーダー１００を、アイドル状態から活性読み出し状態に駆動し、かつステップ３２０４、３２０６のすべては、その後自動的に実行される。ステップ３２０４でイメージリーダー１００は、回転シャッター動作モードに入る。ステップ３２０６でイメージリーダー１００は、回転シャッター動作モードを利用してフルフレームのイメージデータ、あるいはウインドウ表示のフレームのイメージデータのようなイメージデータを集める。ステップ３２０８でイメージリーダー１００は、ステップ３２０６で集められたイメージデータを、データフォームデコードモジュール１５０および／または自動識別モジュール１５２に転送する。データフォームデコードモジュール１５０、または自動識別モジュール１５２は、集められたイメージデータを、デコードし、そうでなければ処理し、結果を出力する（例えば、デコードされたバーコードメッセージをディスプレイ５０４、または離れて配置された装置に出力する）。ステップ３１１８でイメージリーダー１００は、グローバル電子シャッター動作モードに入る。 ステップ３２１２でイメージリーダー１００は、グローバル電子シャッター動作モードを利用してイメージデータを集める。 ステップ３２１２で集められたイメージデータは、フルフレームあるいはウインドウ表示のフレームのイメージデータである。 ステップ３２１４でメージリーダー１００は、ステップ３２１２において集められたイメージデータを、データフォームデコードモジュール１５０または自動識別モジュール１５２に転送する。データフォームデコードモジュール１５０、または自動識別モジュール１５２は、集められたイメージデータをデコードし、そうでなければ処理し、結果を出力する（例えば、デコードされたバーコードメッセージをディスプレイ５０４、または離れて配置された装置に出力する）。制御ループ矢３２１６により示されたように、イメージリーダー１００は、停止条件が満たされるまで、ステップ３２０４、３２０６、３２０８、３２１０、３２１２、および３２１４を自動的に繰り返す。停止条件は、例えばトリガー信号の生成（例えば、トリガー２１６の開放により生成されるような）、または所定の数のバーコードシンボルの成功的なデコードであり得る。
本発明によるもう１つのプロセスは、図２５のフロー図を参照して記述される。プロセス８００は、レンズ２１２が動きにあるように制御されている時間の間に集められる限定された量のイメージデータを処理する点においてプロセス４００に似ている。プロセス４００で、およびプロセス８００で、レンズ２１２のイン焦点位置は速く確立される。プロセス４００は、イメージセンサアレイモジュール１８２が、該プロセスのコースの異なる時間に、第１の回転シャッター動作モード、および第２の続いて実行され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を利用することを含むが、プロセス８００は、該プロセスの全体を通して、回転シャッターモード動作とグローバル電子シャッター作モード動作のいずれかで動作する、これまでに述べた選択的にアドレス可能なイメージセンサアレイモジュールの１つの使用により実行される。
プロセス８００をさらに参照して、作動モジュール１２４はステップ８０２で、トリガー２１６の押し下げ、目標がイメージリーダーの視野内にあることの検出、または間隔をおいて配置されたデバイスからのコマンドの受信に応答して、トリガー信号を生成することによりプロセス８００を開始する。ステップ８１４でイメージリーダー１００は、レンズ２１２を動きの中にセットする。ステップ８１４でイメージリーダー１００は、レンズ２１２を、連続的な動き、あるいは階段状の連続的な動きにあるよう制御することができる。
ステップ８２０でイメージリーダー１００は、イメージセンサアレイモジュール１８２から「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。CMOSイメージセンサは、ウインドウ表示のフレームの動作モードで動作することができる。ウインドウ表示のフレームの動作モードにおいて、イメージセンサアレイの選択的にアドレスされたサブセットのすべてのピクセルのみに対応するイメージデータが読み出される。ウインドウ表示のフレームの動作モードにおいて動作するイメージリーダー１００の例が、図２８Ａ、 ２８Ｂ、および２８Ｃを参照して記述され、そこでは、イメージセンサアレイは、10×10 ピクセルブロックを表すグリッドの各矩形で表され、かつそこでは、影をつけられた領域２８０２、２８０４は、選択的にアドレスされ、選択的に読み出しを受けるピクセルを表す。図２８Ａの実施形態において、ウインドウ表示のフレームの動作モードが図示されており、そこでは、ウインドウ表示のイメージデータは、イメージセンサアレイモジュール１８２の中心にある１セットの行のピクセルよりなる中央線パターンのピクセルを、選択的にアドレスし、読み出すことにより、イメージセンサアレイ１８２より読み出される。あるいは、ウインドウ表示のフレームの動作モードにおいて、イメージリーダー１００は、イメージセンサアレイモジュール１８２の単一行のピクセルからのイメージデータを、選択的にアドレスし、選択的に読み出すことができる。さらに、ウインドウ表示のフレームの動作モードにおいて、イメージリーダー１００は、行２８０２ａと２８０２ｂからのイメージデータを、選択的にアドレスし、読み出すことができる。図２８Ｂの実施形態において、ウインドウ表示のフレームの動作モードが、図示され、そこでは、ウインドウ表示のイメージデータは、イメージセンサアレイモジュール１８２の中心にある、位置的に連続するピクセルの集まり（例えば、お互いに隣接するピクセルの集まり）のみを、選択的にアドレスし、読み出すことにより、イメージセンサアレイモジュール１８２から読み出される。図２８Ｃの実施形態において、ウインドウ表示のフレームの動作モードが図示され、そこでは、ウインドウ表示のイメージデータは、位置的に連続するピクセルの10×10ブロックの、離れて配置されたクラスターを、選択的に読み出すことにより、イメージセンサアレイモジュール１８２から読み出される。図２８Ａ、２８Ｂ、または２８Ｃを参照して記述されたすべてのウインドウ表示のフレームの動作モードにおいて、イメージセンサのピクセルの半分より少ないものに対応するイメージデータが、選択的に、アドレスされ、読み出される。ウインドウ表示のフレームの動作モードで動作するとき、イメージリーダー１００は、図２８Ａ、２８Ｂあるいは２８Ｃで図示されるパターンの１つ、またはそれ以上のピクセルに対応する入射光に対応するイメージデータを集めることができる。このようなイメージデータの集まりは、グレースケール値の集まりを含んでもよく、かつ、ウインドウ表示のフレームのイメージデータと呼ばれてもよい。
ここで記述されたウインドウ表示のフレームの動作モードは、フルフレームのイメージデータが、メモリモジュール１１６の中にストアされ、そののち、そのフルフレームのイメージの部分が、さらなる処理を受ける問題の領域（すなわち、“サンプル”領域）として指定される代わりの動作モードと対比される、ウインドウ表示のフレームの動作モードにおいて、１フレームのイメージデータは、古フレームのイメージデータを集めるのに必要とされる時間の一部内において集めることができる。
プロセス８００をさらに参照して、イメージリーダー１００はステップ８２４で、ウインドウ表示のフレームのイメージデータを分析し、イメージリーダー１００の焦点合わせ特徴を決定する。ウインドウ表示のフレームのイメージデータを分析して焦点合わせ特徴を決定するステップは、さらに、図２９のフロー図、図３０Ａと図３０Ｂのヒストグラムプロットを参照して記述される。ステップ４１０２でイメージリーダー１００は、ステップ８２０で読み出された現在のウインドウ表示のフレームのイメージデータのピクセル値のヒストグラムプロットを構築する。図３０Ａは、受け入れ可能に焦点合わせされている、バイトーンイメージ（単色基板上のバーコードシンボルにおけるような）に対応する行のデータのピクセル値のヒストグラムプロットである。ヒストグラムプロット４１０８は、高コントラストイメージを表し、グレースケールの高い側での多くのピクセル値、グレースケールの低い側での数多くのピクセル値、およびグレースケールレンジの中央でのほとんどないピクセル値を含むものである。図３０Ｂは、焦点がよく合っていないバイトーンイメージに対応するウインドウ表示のフレームのイメージデータのピクセル値のヒストグラムプロットである。ヒストグラム４１１０により要約されるイメージデータは、「よりフラットな」、よりコントラストのないイメージであり、これは、グレースケールの両端においてより少ないピクセル値を持ち、グレースケールの中心においてより多くのピクセルを持つことを意味している。したがって、イメージの焦点レベルはイメージコントラスト情報を用いて容易に決定することができることが見られる。
ステップ４１０４において、イメージリーダー１００が集められたヒストグラムデータを評価する。ブロック４１０４でイメージリーダー１００は、レンズ２１２のための適切なイン焦点設定を決定するか、あるいは、現在の行のイメージデータから抽出されたヒストグラムが、イメージリーダー１００が、現在のレンズ位置に受け入れ可能に焦点合わせされていることを示すかどうかを決定する。イメージリーダー１００がステップ４１０４でレンズ２１２のための適切な設定を決定するとき、ヒストグラムデータは、現在のウインドウ表示のフレームのイメージデータからであってもよく、あるいは現在のウインドウ表示のフレームのイメージデータと、以前に集められた１あるいはそれ以上のフレームのウインドウ表示のイメージデータのとの結合に基づくものであってもよい。さらなる側面において、レンズ２１２の位置または設定値は、読み出され、解析された各行のイメージデータのヒストグラム情報が、レンズ２１２の、ウインドウ表示のフレームのイメージデータ情報が集められた時点での位置を示すレンズ位置データと関連したものであるよう記録される。ステップ４１０４において、イン焦点レンズ設定を決定するための遷移関数は、ヒストグラムプロットにおいて要約されたウインドウ表示のフレームコントラスト情報ばかりでなく、各集められたウインドウ表示のフレームのイメージデータと関連するレンズ２１２の位置を示すレンズ位置データを利用することができる。
プロセス８００のさらなるステップを参照して、イメージリーダー１００はステップ８１４で、レンズ２１２が、連続的な動きにあるか、階段状の連続的な動きにあるかを制御することができる。連続的な動きにあると制御されるとき、レンズ２１２は、ウインドウ表示のフレームのイメージデータに対応するピクセルが露出され、かつ読み出される時間を通して、連続的に移動する。階段状の連続的な動きにあると制御されるとき、レンズ２１２は、ウインドウ表示のフレームのイメージデータに対応しているピクセルが露出され、読み出される時間を通して、移動し、停止する。レンズ２１２が階段状の連続的な動きにあるよう制御するイメージリーダー１００の１つの実施形態において、イメージリーダー１００は、レンズを２つの極ポイント、第１の遠フィールド位置と、第２の近フィールド位置との間で、連続的に移動させる。レンズ２１２が階段状の連続的な動きにあるよう制御するイメージリーダー１００のもう１つの実施形態において、イメージリーダー１００は、レンズ２１２を、２つの極点の間で移動させ、かつ該２つの極点間の、１つまたはそれ以上の点で、レンズ２１２を簡欠的にストップさせる。階段状の連続的な動きにあるよう制御されるレンズ２１２は、動き期間、すなわち、その間にレンズが移動する時間と、レンズが一時的にアイドルである時間に対応する停止期間とを持つと、考えることができる。本発明の１つの実施形態において、レンズ２１２の動きと、行のピクセルからのイメージデータの読み出しとは、調整されている。さらに、レンズ２１２の動き期間の間に露出されるピクセルに対応するイメージデータの処理は、ある実施形態において有用であるが、イメージリーダー１００は、レンズ２１２の動き期間の間に露出されたピクセルに対応するイメージデータが、例えば分析ステップ８２４の間に破棄されるように構成することができる。
一般に図２５を参照して記述されるプロセスの特定の実施形態は、図２６および２７のフロー図を参照して記述される。図２６の実施形態において、イメージリーダー１００は、ステップ８２４で、その時点までに集められたウインドウ表示のフレームのイメージデータに基づき、イン焦点設定を決定するよう試みる。もし、イメージリーダー１００が、ブロック８２８ａで、イメージリーダー１００のイン焦点位置を決定するのに十分な情報が集められたと決定すれば、イメージリーダー１００はステップ８２８ｂに進み、レンズを決定されたイン焦点位置にまで動かす。もし十分な情報が集められなかったなら、イメージリーダー１００はステップ８２０に戻り、追加的なウインドウ表示のフレームの情報を集める。イメージリーダー１００はステップ８２８ｂで、例えば、決定されたイン焦点位置が正しいことを確認する目的でレンズ２１２を動かしながら、ウインドウ表示のフレームのイメージデータを読み出し、処理することを続けることができる。レンズ２１２が決定されたイン焦点位置に動かされたとき、イメージリーダー１００はステップ８３６に進み、フルフレームのイメージデータ（例えば、プロセス３００にしたがって）を集め、そののち、ステップ８３８に進み、集められたイメージデータをデータフォームデコードモジュール１５０または自動識別モジュール１５２のうちの１つに転送する。
図２７を参照して記述されたプロセス８００の実施形態において、イメージリーダー１００はステップ８２４で、現在のウインドウ表示のフレームのイメージデータ（もっとも最近に集められたウインドウ表示のフレームデータ）を評価し、現在のウインドウ表示のフレームのイメージデータが、イメージリーダー１００が現在のところイン焦点にあるかを決定することにより、レンズ２１２のイン焦点設定を確立することができる。もしイメージリーダー１００がステップ８２８ｃでイメージリーダー１００は現在のところイン焦点ではないと決定するなら、イメージリーダー１００はステップ８２０に戻り、追加的なウインドウ表示のフレームの情報を集める。もしイメージにリーダー１００がステップ８２８でリーダーは現在イン焦点位置にあると決定するなら、イメージリーダー１００は（例えば、プロセス３００にしたがって）ステップ８３６に進んで、フルフレームのイメージデータを集め、そののち、ステップ８３８に進み、集められたイメージデータをデータフォームデコードモジュール１５０あるいは自動識別モジュール１５２に転送する。
本発明の変形例において、イメージリーダー１００は、ステップ８２０で所定の数のウインドウ表示のフレームのイメージデータを読み出し、ステップ８２４で所定の数のウインドウ表示のフレームのイメージデータを解析する。ウインドウ表示のフレームのイメージデータは、同じパターン（例えば、常に図２８Ａのパターン）を持っていたり、あるいは入れ替わるパターン（例えば、最初は図２８Ａ のパターン、次は図２８Ｂのパターン、そして次は図２８Ｃのパターン）を持っていたりする。もう１つの変形例において、イメージリーダー１００は、各集められたウインドウ表示のフレームのイメージデータを、集めたのに続いて、データフォームデコードモジュール１５０および／または自動識別モジュール１５２に転送する。ステップ８２４においてイメージリーダー１００は、イメージリーダー１００のイン焦点設定を決定するために、所定の数のフレームのイメージデータを解析する。イン焦点設定を決定するにおいて、イメージリーダー１００は、複数のウインドウ表示のフレームのイメージデータからのもっともよく焦点の合った（高いコントラストの）ウインドウ表示のフレームのイメージデータと関連したイン焦点設定を選択することができる、あるいはそうでなければ、イメージリーダー１００は、集められた複数のウインドウ表示のフレームからのイメージデータを利用して焦点設定を計算することができる。プロセス８００の変形の任意のものにおいて、イメージリーダー１００はステップ８３６で、イメージリーダー１００のイン焦点設定を、レンズ２１２を決定された設定位置までイン焦点設定を確立するために移動させる前あるいは後に、決定した後に、フルフレームのイメージデータを集めることができる。
プロセス４００およびプロセス８００を参照して、イメージリーダー１００は、“イン焦点”位置を確立するにおいて、レンズ２１２の予想されるまたは現在の位置を、他の利用可能なレンズ焦点位置より良い焦点に対象指標をもたらすような、予想されるまたは現在のレンズ位置に基づいて、“イン焦点”にあるよう指定することが理解されるであろう。これにより、レンズ焦点位置が、一般的な意味で高度に焦点合わせされていない場合は、リーダー１００はそれでもやはり、もしそれが他の利用可能なレンズ位置より目標をよりイン焦点にするのであれば、該位置を“イン焦点”にあると指定するであろう。１つの特定の実施形態において、レンズ２１２は、それが階段状の連続的動きをするよう制御されるときは、限定された数の分離した位置（例えば、２つの位置）の間で、“トグルされる”よう制御される。このような１つの実施形態において、イメージリーダー１００は、もしレンズ位置が指標を残りの可能な位置よりよりイン焦点にあるようにするのであれば、限定された数の可能な分離した位置のうちの１つを“イン焦点”であるとして指定する。特に、レンズ２１２が限定された数の分離した位置の間で“トグルされる”構成では、焦点決定プロセスは、省略され、イメージデータはデコードモジュール１５０または自動識別モジュール１５２に直接転送され得る。特に、限定された数の代わりの焦点位置があるとき、イン焦点位置は、結果が成功的なデコードにおいてどの位置にあるかに依存して容易に識別することができる。デコードの試みによりイン焦点位置を識別することは、平均デコード時間を削減することができる。
いくつかの利用可能なイメージセンサアレイは、限定された数のエッジ列および／または行が、パッケージングの問題（すなわち、エッジピクセルは、チップのパッケージング材料によりカバーされる）、または特定のアスペクト比への形状のために、読み出されない構成、または動作モードをもつことが理解されるであろう。イメージセンサからのイメージデータが、イメージセンサのピクセルのすべてから、あるいは限定された数の行および／または列エッジピクセルを除く実質的にすべてのピクセルから読み出される場合は、このようなイメージデータ収集は、フルフレームのイメージデータの収集であると、ここでは考慮される。
プロセス４００、およびプロセス８００を参照して、レンズ２１２は、連続的な動きと、階段状の連続的な動きのうちの１つにあるよう、制御され得ることが述べられてきた。レンズ２１２が連続的な動きにあるよう制御されるとき、イメージリーダー１００の焦点設定は、時間にわたって変化するよう制御されることが、見られるであろう。レンズ２１２が階段状の連続的な動きにあるよう制御されるとき、レンズ２１２、およびそれゆえ、イメージリーダー１００の焦点設定は、時間にわたってステップ状に変化するよう制御される。さらに、プロセス４００、またはプロセス８００にしたがったレンズ２１２が、階段状の連続的な動きにあるよう制御される動き期間内にあるとき、レンズ２１２の焦点設定は、変化する状態にある。レンズ２１２が階段状の連続的な動きにあるよう制御される、レンズ２１２の停止期間の間に、イメージリーダー１００の焦点設定は、一時的にアイドル状態にある。
再び 図１Ａを参照して、以下の記述は、上記で提示されたイメージリーダー１００におけるモジュールについての追加的な詳細を与える。種々の実施形態において、制御モジュール１１２は、オンチップの早いアクセスの可能なメモリを含む中央処理装置、応用特定集積回路（ASICs）ばかりでなく、ソフトウェア、ファームウェア、およびデジタル的に符号化された論理を含むことができる。メモリモジュール１１６は、データ貯蔵のために、リードオンリー（ROM）、ランダムアクセス（RAM）、および不揮発性プログラマブルメモリの任意の１つ、またはそれ以上よりなることができる。ROMベースのメモリは、セキュリティーデータ、イメージリーダーOSオペレーティング指令、および他のモジュール用のコードを収容するのに使用することができる。RAMベースのメモリは、イメージリーダー動作の間の一時的なデータ貯蔵を促進するために使用することができる。不揮発性メモリは、種々の形を取ることができ、代表的には、消去可能なプログラマブルROM （EPROM）、および電気的に消去可能なプログラマブルROM（EEPROM）がある。いくつかの実施形態においては、不揮発性メモリは、イメージリーダー１００が、その無活動な、あるいは電力節減“スリープ”状態にあるとき、データが維持されることを保証するのに使用される。
I/Oモジュール１２０は、イメージリーダー１００と、他の電子装置との間に可能な双方向通信を確立するために使われる。I/Oモジュールの一部を構成することのできる要素の例は、ワイヤレス、あるいは有線のイーサネット（登録商標）インタフェース、ダイアルアップまたはケーブルモデムインタフェース、USBインタフェース、PCMCIAインタフェース、RS232インタフェース、IBMテールゲートインタフェースRS485インタフェース、PS/2キーボード/マウスポート、専門的なオーディオおよび／またはビデオインタフェース、コンパクトフラッシュ（登録商標）インタフェース、ＰＣカードスタンダードインタフェース、メモリ用セキュアデジタルスタンダード、入出力装置用セキュアデジタルインプットアウトプット、および／または、任意の他の標準または専用のデバイスインタフェースを含む。コンパクトフラッシュ（登録商標）インタフェースは、ウェブサイトhttp://www.compactflash.org において維持された コンパクトフラッシュ（登録商標）仕様バージョン２.０で記述される、コンパクトフラッシュ（登録商標）スタンダードに従って設計されたインタフェースである。コンパクトフラッシュ（登録商標）仕様バージョン2.0のドキュメントは、その全体がここに参照により組み入れられる。PCカードスタンダードインタフェースは、例えば、パーソナルコンピュータ・メモリカード国際協会（PCMCIA）によって維持され、http://www.pcmcia.org でのウェブサイトを通して利用可能である、PCカードスタンダード8.0リリース‐２００１年４月 により記述されたような、PCカードスタンダードに従って設計されたインタフェースである。PCカードスタンダード8.0リリース‐２００１年４月 仕様書バージョン2.0ドキュメントは、その全体がここに参照により組み入れられる。
作動モジュール１２４は、今まで述べてきたプロセス３００、プロセス４００、プロセス６００、プロセス８００に従ったデータ収集、および処理のようなイメージリーダー１００の種々の側面の動作を始めるのに使用される。プロセス３００、プロセス４００、プロセス６００、およびプロセス８００のステップのすべては、作動モジュール１２４による各プロセスの開始に応答して自動的に実行される。イメージリーダー１００は、プロセス３００、プロセス４００、プロセス６００、プロセス８００のステップが開始されたときは、停止条件が満たされるまで自動的に継続するよう構成することができる。停止条件は、例えば、トリガー信号の生成（例えば、トリガー２１６の開放により生成されるような）、または所定の数のバーコードシンボルの成功的なデコードであり得る。上記で議論されたハンドヘルドイメージリーダー１００aでは、作動モジュールは、押下されたとき、制御モジュール１１２により受信されるトリガー信号を生成し、制御モジュール１１２は、順に、制御信号をイメージリーダー１００の適切な他のモジュールに送るトリガー２１６よりなる。イメージリーダー１００の固定取り付けされた１つの実施形態において、作動モジュール１２４は、撮像されるべき目標の存在が検出されたとき、イメージリーダー１００の動作を開始するトリガー信号を生成する目標感知モジュールよりなる。トリガー信号が生成されたとき、イメージリーダー１００は、アイドル状態から活性読み取り状態に駆動される。作動モジュール１２４はまた、ローカルの、あるいは遠隔に配置された装置からのコマンドに応答してトリガー信号を生成することができる。
ユーザフィードバックモジュール１２８は、オペレータに感受的フィードバックを与えるために使用される。種々の実施形態において、フィードバックは、イメージリーダー１００における、ビープ音等の音響信号、LEDフラッシュ指示器のようなビジュアルディスプレイ、振動のような機械的感受、あるいはイメージリーダー１００の成功的イメージ獲得のような動作の状態をオペレータに示すことができる他の任意の感受的フィードバックを含むことができる。
ディスプレイモジュール１３２は、例えば、残っているバッテリーおよび／またはメモリ容量、動作モード、および／または他の動作的または機能的詳細を含むイメージリーダー１００の動作状態のようなビジュアル情報をオペレータに与えるのに使用される。種々の実施形態において、ディスプレイモジュール１３２は、ディスプレイと調和したオペレータの触覚入力を受けるオプションのタッチパッドスクリーンオーバーレイを持つLEDフラットパネルディスプレイにより与えられることができる。
ユーザインタフェースモジュール１３４は、オペレータとイメージリーダー１００の間の通信のためのインタフェース機構を与えるために使われる。種々の実施形態において、ユーザインタフェースモジュール１３４は、キーパッド、機能特定的な、またはプログラマブルなボタン、ジョイスティック、またはトグルスイッチ、などよりなる。もし、ディスプレイモジュール１３２が、上記したようなタッチパッドスクリーンオーバーレイを含むなら、ディスプレイモジュールは、ユーザインタフェースモジュール１３４における要素により代替的に与えられる入力機能性のいくつかを取り入れることができる。
いくつかの実施形態において、RFIDモジュール１３６は、ISO/TEC１４４４３に従っている、RFIDコンタクトレス装置を尋問することのできるRPID尋問器、およびRFIDタグが発する回答をリカバーすることのできるリーダーである。国際標準化機構（ISO）と国際電気標準会議（IEC）は、世界的な標準化のための専門化されたシステムを定義する団体である。他の実施形態において、RFIDモジュール１３６は、ISO/IEC１０５３６、またはISO/IEC１５９６３にしたがって動作する。ISO/IECによって広められたコンタクトレスカードスタンダードは、ISO/IEC１０５３６（近接結合カード）、ISO/IEC１４４４３（近傍カード）、およびISO/IEC１５６９３（近隣カード）で実施されたような種々のタイプをカバーする。これらは、関連する結合デバイスから、非常に近い、近くである、および長い距離にあるときに、それぞれ動作するように意図されている。いくつかの実施形態において、RFIDモジュール１３６は、電子製品コード（EPC）、MITのオートIDセンターによって提案されたコードフォーマットにしたがって記録された情報よりなるタグを読むために構成されている。いくつかの実施形態において、RFIDモジュール１３６は、専有のプロトコルに従って動作する。いくつかの実施形態において、RFIDモジュール１３６は、尋問されたRFIDタグから受信した情報のすくなくとも一部を、コンピュータプロセッサーに送り、これは、該情報を、インターネットを介してアクセス可能なサーバー上にストアされたデータにアクセスする、または検索するために使用する。いくつかの実施形態において、その情報は、RFIDタグ、あるいはRFIDタグと結合した目標のシリアルナンバーである。
いくつかの実施形態において、スマートカードモジュール１４０は、ISO/IEC７８１６に従っているスマートカードリーダーであって、適切に設計されたチップベースのスマートカードとの通信を打ち立てるため電気的コンタクトを持つものである。スマートカードモジュール１４０は、取り付けられたスマートカードに対して、データを読み、あるいはいくらかの場合にはデータを書くことが可能である。
いくつかの実施形態において、例えば、クレジットカード上で使われるトラックのような、１またはそれ以上のトラック上の、磁気の形で符号化された情報を運ぶカードのような目標を読み出すことのできる磁気ストライプリーダーである。他の実施形態において、磁気ストライプカードモジュール１４４は、銀行小切手上に、アメリカ銀行協会ルーティング番号、アカウント番号、小切手連続番号、およびドラフト量を、示すように見られる磁気インクを用いて印刷された文字を読み出すための、磁気文字読み取り装置である。いくつかの実施形態において、両タイプの磁気読み取り装置が設けられる。
イメージリーダー１００のいくつかの実施形態において、RFIDモジュール１３６の機能性、スマートカードモジュール１４０、および磁気ストライプカードモジュール１４４の機能性は、松下電器産業株式会社から入手可能なパナソニック集積スマートカードリーダーモデル番号 ZU-9A36CF4のような単一つのトリブリッドリーダーモジュール内に結合されている。ZU-9A36CF4は、２００４年３月の日付の、「手動挿入タイプの集積スマートリーダー」という名称の、パナソニック仕様書番号MIS-DG60C194（改訂版1.00）において詳細に記述されている。この文書は、その全体が参照によりここに組み入れられる。
デコーダモジュール１５０は、UPC/EAN、コード11、コード39、 コード128、 Codabar、Interleaved 2of5、MSI、PDF417、MicroPDF417、コード16K、コード49、 MaxiCode、アズテック、アズテックメサ、データマトリックス、Qcode、QR コード（登録商標）、UCC複合物、Snowflake、 Vericode、Dataglyphs、RSS、BC412、コード93、Codablock、Postnet （US）、BPO4ステート、カナダ４ステート、日本郵便、KIX （オランダ郵便）、 Planetコード、OCRA、OCR B、等のような、１次元および２次元バーコードのような目標データをデコードするために使われる。いくつかの実施形態において、該デコーダモジュールはまた、それをして、上記リストされた複数のバーコードの間で自動的に識別をすることを許す自動識別機能性を含む。該デコーダ１５０の、デコード可能な指標の特徴の測定のような機能性は、２００４年１１月５日に出願された、関連する米国出願第１０／９８２，３９３号において記述されている。この出願は、その全体が参照によりここに組み入れられる。
本発明の原則にしたがって構成されたイメージリーダー１００のもう１つの例は、図１５Ａ、１５Ｂ、および１５Ｃにおける異なる斜視図に示される形態データ端末１００ｂである。図１５Ａが上面斜視図を示し、図１５Ｂが正面斜視図を示し、図１５Ｃが後方斜視図を示す。示されるように、１つの実施形態における携帯データ端末１００ｂは、ディスプレイ５０４、キーボード５０８、例えばカーソルを位置付けるためのインタフェースボタン５１２、（図示されない）ステイラスホルダー５２４を持つスタイラス５２０を含むインタフェース要素を含む。該携帯データターミナル１００ｂはさらに、レンズ２１２ｂ、および光源１６０ｂを含む。さらなる実施形態において、携帯データ端末は、多数の取り外し可能なコンピュータ周辺機器の付加により、その機能性を拡張することができた。種々の実施形態において、コンピュータ周辺機器は、磁気ストライプリーダー、指紋スキャナーのようなバイオメトリックリーダー、レシートプリンターのようなプリンター、RFIDタグまたはRF支払いリーダー、スマートカードリーダー等のうちの、１つまたはそれ以上を含むことができる。種々の実施形態において、携帯データ端末１００ｂは、700 Visions Drive, P.O. Box 208, Skaneateles Falls, NYの、ハンドヘルドプロダクトインコーポレーティッドから入手可能な、Dolphin 7200、7300、7400、7900、または、9500シリーズモバイルコンピュータであり、本発明にしたがって構成することができる。ハンドヘルドコンピュータデバイスの、特に、該デバイスのハウジングの種々の詳細は、２００４年９月１０日に出願された、名称“Hand Held Computer Device”の、関連する米国出願第１０／９３８，４１６号において詳細に記述されている。この出願は、その全体がここに参照により組み入れられる。
携帯データ端末１００ｂはさらに、ダイアルアップまたはケーブルモデムインタフェース、USBインタフェース、PCMCIAインタフェース、イーサネット（登録商標）インタフェース、RS232インタフェース、IBMテールゲートインタフェースRS485インタフェース、 コンパクトフラッシュ（登録商標）インタフェース、ＰＣカードスタンダードインタフェース、メモリ用セキュアデジタルスタンダードインタフェース、入出力装置用セキュアデジタルインプットアウトインタフェース、および／または、任意の他の標準または専用デバイスインタフェース、のような電気−機械インタフェース５３２を含む。種々の実施形態において、電気−機械インタフェース５３２は、取り付けられるコンピュータ周辺機器の一部として使用することができる。
携帯データターミナル１００ｂの１つの実施形態の電気ブロック図が、図１６に示される。図１６の実施形態において、イメージ収集モジュール１０８ｂは、５３６がイメージセンサチップ５４６上に設けられ、撮像光学素子５４４を関連づけた２次元イメージセンサを含む。関連づけられた撮像光学素子５４４は、（図示されない）レンズ２１２ｂを含む。イメージセンサチップ５４６は、Skaneateles Falls,ＮＹの、ハンドヘルドプロダクトインコーポレーティッドから入手可能であり、本発明にしたがって構成されるタイプの、IT4000あるいはIT4200イメージエンジン内において設けられることができ、上記で記述された、KAC-0311またはMicron MT9V022イメージセンサアレイのような適切な商業的に利用可能なチップであることができる。携帯データターミナル１００ｂはまた、光源１６０ｂおよび照明制御モジュール１６４ｂを含む照明モジュール１０４ｂを含む。これらの照明モジュールはまた、上記で述べたIT4000およびIT4200の集積部分でもある。携帯データターミナル１００ｂはさらに、例えば、インテルストロングアームRISCプロセッサ、またはインテルPXA255プロセッサ、によって与えられるようなプロセッサICチップ５４８であることができる。プロセッサICチップ５４８は、中央処理装置（CPU）５５２を含む。イメージを取り込むために、プロセッサICチップ５４８は、適切な制御およびタイミング信号を、上記したように、イメージセンサチップ５４６に送る。プロセッサICチップ５４８はさらに、チップ５４６によって生成されたイメージデータのRAM５７６への転送を、管理する。プロセッサICチップ５４８は、図１Ａに関連して記述されたように、１つ、またはそれ以上のモジュール、例えば、モジュール１０４、１０８、１１２、１１６、１２０、１２４、１２８、１３２、１３４、１３６、１４０、１４４、１５０、１５２、１６５、１６８の機能を、部分的に、あるいは全体的に実行するよう構成することができる。
上記で示されたように、ポータブルデータターミナル１００ｂは、液晶ディスプレイのようなディスプレイ５０４、キーボード５０８、802.11無線通信リンク５５６のような、複数の通信またはラジオトランシーバー、グローバルシステムフォーモバイル通信／汎用パケットラジオサービス（GSM（登録商標）/GPRS）無線通信リンク５６０、および／または、ブルートゥース無線通信リンク５６４を含む。追加的な実施形態において、ポータブルデータターミナル１００ｂはまた、音声またはデータ通信のような情報を、符号分割多元接続（CDMA）、セルラーデジタルパケットデータ（CDPD）、Mobitexセルラーフォンおよびデータネットワークおよびネットワーク要素を介して送信する能力を有することができる。他の実施形態において、ポータブルデータターミナル１００ｂは、DataTAC（登録商標）ネットワークまたは無線ダイアルアップ接続を用いて情報を送信することができる。
ポータブルデータターミナル１００ｂはさらに、赤外線の（IR）通信リンク５６８を含むことができる。キーボード５０８は、マイクロコントローラチップ５７２を介してICチップ５４８と通信することができる。ポータブルデータターミナル１１０ｂはさらに、上記で記述されたように、データをRFIDタグに読み出す、あるいは書き込むRFID回路網５７８、および回路網可能化クレジットカードのようなスマートカードとの電気的通信を確立する電気的コンタクト５９０を含むスマートカード回路網５８６を、含むことができる。ポータブルデータターミナル１００ｂはさらに、揮発性メモリおよび不揮発性メモリを含むメモリ５７４を含む。１つの実施形態における揮発性メモリは、一部、RAM５７６によって与えられる。不揮発性メモリは、一部、ROM５８０によって与えられ得る。プロセッサICチップ５４８は、システムバス５８４を介してRAM５７６およびROM５８０と通信する。プロセッサICチップ５４８、およびマイクロコントローラチップ５７２はまた、揮発性および不揮発性メモリの領域を含む。制御モジュール１１２における要素のような、上記で議論したモジュールの少なくともいくつかは、すくなくとも一部ソフトウェアで実装されるような場合は、ソフトウェア要素は、ROM５８０のような不揮発性メモリ内にストアすることができる。１つの実施形態において、プロセッサICチップ５４８は、それ自身がＣＰＵ５５２およびメモリ５７４を使用する制御回路を含む。メモリ５７４の不揮発性領域はプログラム動作指令をストアするために使用することができる。
種々の実施形態において、プロセッサICチップ５４８は、いくつかの直列インタフェース（例えば、汎用の、イーサネット（登録商標）の、ブルートゥースの）、および並列インタフェース（例えば、PCMCIA 、コンパクトフラッシュ（登録商標））を含む、（すべては、図１６に図示されない）多くのI/Oインタフェースを含むことができる。
１つの実施形態において、プロセッサICチップ５４８は、フレームのイメージデータを、例えば、１次元、または２次元バーコードを、またはOCR文字のセットを、デコードするよう、フレームのイメージデータを処理することができる。種々のバーコード、および／または、OCRデコードアルゴリズムは、ハンドヘルドプロダクトインコーポレーティッドから入手可能な、デコーダーボードを持つIT4250イメージエンジンの組み込み等により、商業的に利用可能である。１つの実施形態において、デコーダーボードは、UPC/EAN、コード11、コード39、 コード128、 Codabar、Interleaved 2of5、MSI、PDF417、MicroPDF417、コード16K、コード49、 MaxiCode、アズテック、アズテックメサ、データマトリックス、Qcode、QR コード（登録商標）、UCC複合物、Snowflake、 Vericode、Dataglyphs、RSS、BC412、コード93、Codablock、Postnet （US）、BPO4ステート、カナダ４ステート、日本郵便、KIX （オランダ郵便）、Planetコード、OCR A、OCR B、等のようなシンボロジーを解読する。
他の動作の間で、赤外線トランシーバー５６８は、放送モードでのポータブルデータターミナル１００ｂからのデータを、受信モードでのポータブルデータターミナル１００ｂに、赤外線コピーすることを促進する。データコピーセッションの間の赤外線トランシーバー５６８の利用は、単一の放送装置からのデータ放送が、いくつかの受信装置により、該受信装置のいずれもが放送装置に物理的に接続されていなくても、同時に受信されることを可能とする。
追加的なさらなる実施形態において、イメージリーダー１００は、700 Visions Drive,P.O. Box 208, Skaneateles Falls, NYのハンドヘルドプロダクトインコーポレーティッド から入手可能である、かつ本発明に従って構成された、トランザクションターミナルイメージKiosk 8870のようなトランザクションターミナル内に収容することができる。さらなる実施形態において、イメージリーダー１００は、700 Visions Drive, P.O. Box 208, Skaneateles Falls, NYのハンドヘルドプロダクトインコーポレーティッドからの、IMAGETEAM 3800E線形イメージエンジン、またはIMAGETEAM 4710 ２次元リーダーのような固定されたマウントシステム内に収容することができる。
種々の実施形態において、照明モジュール１０４、像収集モジュール１０８、制御モジュール１１２、メモリモジュール１１６、I/Oモジュール１２０、作動モジュール１２４、ユーザフィードバックモジュール１２８、ディスプレイモジュール１３２、ユーザインタフェースモジュール１３４、RFIDモジュール１３６、スマートカードモジュール１４０、磁気ストライプカードモジュール１４４、デコーダモジュール１５０、照明制御モジュール１６４、電力モジュール１６８、インタフェースモジュール１７２、光学部品モジュール１７８、センサアレイモジュール１８２、センサアレイ制御モジュール１８６、グローバル電子シャッター制御モジュール１９０、行および列アドレスおよびデコードモジュール１９４、および読み出しモジュール１９８、回転シャッター制御モジュール２０２、および自動焦点モジュールを含む、上記したモジュールは、ソフトウェア、ファームウェア、および／またはハードウェアの異なる結合において実行することができる。
本発明で使用することのできる機械可読蓄積媒体は、磁気フロッピー（登録商標）ディスクおよびハードディスク、DVDドライブ、CDドライブであって、いくつかの実施形態においては、DVDディスク、およびCD-ROMディスク（すなわち、リードオンリー光学蓄積ディスク）CD-Rディスク（すなわち、一回書き込み、多数回読み出し光学蓄積ディスク）、およびCD-RWディスク（すなわち、再書き込み可能な光学蓄積ディスク）のような電子、機械、磁気および／光学蓄積媒体を含む；および、RAM、ROM、EPROM、コンパクトフラッシュ（登録商標）カード、PCMCIA カード、あるいは、SD またはSDIOメモリのような電子記録媒体を含む；および、蓄積媒体を収容し、読み出しおよび／書き込みを行う電子要素（例えば、フロッピー（登録商標）ディスクドライブ、DVDドライブ、CD/CD-R/CD-RWドライブ、またはコンパクトフラッシュ（登録商標）/PCMCIA/SDアダプタ）を含む。機械可読記憶媒体の技術において当業者によく知られているように、データ貯蔵のための新しい媒体およびフォーマットは絶えず工夫されてきており、任意の簡便な、商業的に利用可能な蓄積媒体、および将来利用可能であろう対応する読み出し／書き込みデバイスが、特にもしそれがより大きい蓄積容量、より高いアクセススピード、より小さいサイズ、およびより低い蓄積情報のビットあたりコストを与えるものであれば、使用されるのに適切であるであろう。よく知られたより古い機械読み取り可能な媒体、例えば、パンチされたペーパーテープまたはカード、テープまたはワイヤ上の磁気記録、印刷された文字（例えば、OCRおよび磁気的に符号化されたシンボル）の光学的、または機械的読み取り、および１次元または２次元バーコードのような機械可読シンボルはまた、ある条件の下で使用に利用可能であろう。
当業者であれば、電気、および電子装置の多くの機能は、ハードウェア（例えば、ハードワイヤード論理）で、ソフトウェア（例えば、汎用プロセッサ上で動作するプログラム内に符号化された論理）で、および、ファームウェア（例えば、必要とされるプロセッサ上での動作のために含まれる不揮発性メモリ内で符号化された論理）で、実装することができることを認識するであろう。本発明は、ハードウェア、ファームウェア、およびソフトウェアの１つの実行を、ハードウェア、ファームウェア、およびソフトウェアの異なるものを用いて実行するものに変えて、置き換えることを考慮に入れている。実行が遷移関数により数学的に表現される、すなわち、遷移関数を表現する“ブラックボックス”の入力端子に印加される特定の励起に対して特定の応答が出力端子にて生成される、限りにおいて、遷移関数の部分またはセグメントのハードウェア、ファームウェア、ソフトウェアの実行の任意の結合を含む遷移関数の任意の実行は、ここに考慮される。
本発明はここで開示された構造を参照して説明されたが、ここであげられた細部には限定されるものではなく、本発明は、請求項の範囲および精神の中に入る任意の修正および変更をカバーすることが意図される。

Claims (5)

  1. バーコードシンボルからイメージデータを集める携帯可能なバーコード読み取り装置であって、該バーコード読み取り装置は、
    ハンドヘルドハウジングと、
    少なくとも１つの２次元イメージセンサアレイを含む集積回路であって、該２次元イメージセンサアレイは、複数の活性ピクセルを含み、かつ、上記ハンドヘルドハウジング内に配置され、各活性ピクセルは、少なくとも１つのシールドされたデータストア領域を含み、該２次元イメージセンサアレイは、入射光強度を出力電圧に変換する遷移関数を用いることができ、該遷移関数は、第１の傾斜をもつ第１の領域、および第２の傾斜をもつ第２の領域をもつものであり、該２次元イメージセンサアレイは、入射光強度が特定のレベル以上であるとき、前記遷移関数の第２の傾斜を用いることができ、該２次元イメージセンサアレイは、入射光強度が特定のレベル以下であるとき、前記遷移関数の第１の傾斜を用いることができる、集積回路と、
    マニュアルトリガーであって、前記バーコード読み取り装置は、前記マニュアルトリガーを押すと、トリガー信号を発生し、前記バーコード読み取り装置を、アイドル状態から、活性読み出し状態に駆動するよう構成される、マニュアルトリガーと、
    露出タイミング制御回路網であって、該露出タイミング制御回路網は、イメージセンサアレイにおける、すべて、あるいはほとんどすべてのピクセルを、同時に露出させて入力放射を光変換させることのできる露出制御タイミングパルスを生成するよう構成され、ここで、前記携帯可能なバーコード読み取り装置は、前記マニュアルトリガーの押下に続いて、前記バーコード読み取り装置が、イメージデータを集め、かつ該イメージデータをバーコードデコードモジュールに転送するよう構成される、露出タイミング制御回路網とを備える、バーコード読み取り装置。
  2. 請求項１によるバーコード読み取り装置であって、前記露光制御タイミングパルスは、3.7ミリ秒より小さい持続時間を持つ、バーコード読み取り装置。
  3. 請求項１によるバーコード読み取り装置であって、前記２次元イメージアレイセンサのダイナミックレンジは、65デシベルより大きい、バーコード読み取り装置。
  4. 請求項１によるバーコード読み取り装置であって、前記バーコードイメージリーダーは、２次元バーコードからイメージデータを集める、バーコード読み取り装置。
  5. 請求項４によるバーコード読み取り装置であって、前記２次元バーコードは、PDF417バーコードである、バーコード読み取り装置。
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