JP6047645B2 - 画像読取装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、画像読取装置に関する。

従来、ＰＯＳ（Point of Sales）端末等に接続されて使用される画像読取装置は、商品に付されたコードシンボルの画像や商品の全体または一部のオブジェクト画像を筐体に形成された撮像窓を介して光学的に撮像し、撮像した画像をデコードしてコードシンボルのコード情報（商品コード等）を取得したり、撮像した画像から特徴量を抽出したりする。このような画像読取装置は、コードシンボル画像やオブジェクト画像をＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサ等の撮像素子によって撮像している。

また、この種の画像読取装置は、撮像素子に対する防塵を目的として、ガラスや樹脂製の透過性を有する平板状の透過板によって撮像窓を閉塞している。

加えて、この種の画像読取装置は、撮像素子の撮像領域であるコードシンボルやオブジェクトの読取領域をＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の照明装置を用いて照明する。従来の画像読取装置は、照明装置から照射された光が撮像窓を閉塞している透過板によって反射されることによる迷光が撮像素子に入射することを防止すべく、透過板の端部近傍に照明装置を配置している。

しかしながら、従来技術によれば、防塵用の透過板の端部近傍に照明装置を配置したことで、撮像素子の撮像領域の中央付近において照明装置に近い撮像領域の周辺付近に比べて照度が落ちてしまう、という問題がある。

実施形態の画像読取装置は、筐体に開口している撮像窓と、前記撮像窓に配置され、透過性を有する平板状の透過板と、前記筐体の外側に形成されるものであって撮像領域のうちある一定の解像度以上の範囲である読取領域に位置する被写体画像を、前記透過板を介して撮像素子に結像する撮像部と、照明装置と、光路変更部材と、を備える。前記照明装置は、前記撮像領域を前記透過板の出射面を反射面として折り返した光路で定義される領域、もしくは、前記撮像部の撮像領域を前記透過板の入射面を反射面として折り返した光路で定義される領域のうち、より広い何れかの領域である等価撮像領域の内側であって前記撮像領域の外側に設けられ、前記読取領域に照明光を照射する。前記光路変更部材は、前記照明装置から出射した光のうち、前記透過板の入射面または出射面で反射して前記撮像素子に到達する迷光となりうる光線の光路中に、当該光線の光路を変更する。前記光路変更部材は、迷光となりうる光線の光路の角度と位置との少なくとも一方を変える部材である。前記照明装置から前記透過板における前記撮像領域の周辺付近までの距離Ｌｏで、前記照明装置から前記透過板における前記撮像領域の前記撮像窓近傍での略中央付近までの距離Ｌｃを除した値が、
１≦Ｌｃ／Ｌｏ≦√ｎ （ｎ：照明装置の光源の数）
である。

図１は、第１の実施形態にかかる画像読取装置を用いたＰＯＳシステムの全体構成を示す斜視図である。 図２は、画像読取装置が備える撮像装置の概略構成を示す断面図である。 図３は、従来の照明装置の配置を示す模式図である。 図４は、照明装置の設置位置を示す模式図である。 図５は、迷光の一例を示す模式図である。 図６は、迷光となりうる光線の光路上に対する遮光部材の配置例を示す模式図である。 図７は、遮光部材の一例を示すものであって、（ａ）は平面図、（ｂ）は横断側面図、（ｃ）は縦断側面図である。 図８は、遮光部材の一例を示すものであって、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は正面図である。 図９は、第２の実施形態にかかる光路変更部材の配置例を示す模式図である。 図１０は、光路変更部材の構成を一部拡大して示す模式図である。

以下、本実施形態について図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
ここで、図１は第１の実施形態にかかる画像読取装置１１を用いたＰＯＳシステム１の全体構成を示す斜視図である。なお、図面中の矢印Ａは画像読取装置１１の幅方向（左右方向）を示し、矢印Ｂは画像読取装置１１の前後方向の前方を示し、矢印Ｃは画像読取装置１１の上下方向の上方を示している。

図１に示すように、ＰＯＳ（Point Of Sales）システム１は、縦型スキャナである画像読取装置１１と、画像読取装置１１で撮像した画像に応じて売上登録処理を実行するＰＯＳ端末１２とを備えている。画像読取装置１１は、買物カゴ等が載置されるサッカー台１０上の略中央部に立設している。また、ＰＯＳ端末１２は、サッカー台１０の一方の端部付近に設けられている。これら画像読取装置１１とＰＯＳ端末１２とは、図示しない伝送路によって相互通信可能に接続されている。なお、画像読取装置１１とＰＯＳ端末１２とによりＰＯＳターミナル部を構成する。

画像読取装置１１は、撮像装置１７、キーボード２１、ディスプレイ１９等を備えている。撮像装置１７は、オペレータに対面する撮像窓１６を介して、商品に付されたコードシンボル（バーコードや二次元コード等）の画像や商品の全体または一部のオブジェクト画像を光学的に撮像する。キーボード２１は、コードシンボルやオブジェクト画像で登録不能な商品の登録を行うための各種キー等を配設する。ディスプレイ１９は、ＰＯＳ端末１２による売上登録処理に応じ、オペレータや買物客に対して登録された商品の品名、価格等を表示する。

次いで、撮像装置１７の構成について詳述する。ここで、図２は画像読取装置１１が備える撮像装置１７の概略構成を示す断面図である。

図２に示すように、撮像装置１７は、開口している撮像窓１６を有する筐体１５を備えている。撮像装置１７は、筐体１５内に、撮像部１４と、照明装置１３とを備えている。ここで、撮像部１４の撮像領域Ｄは、図２においては線Ｌ１と線Ｌ２との間の領域である。

筐体１５は、略直方体形状の箱状に形成されており、その正面壁１５ａに撮像窓１６が形成されている。筐体１５は、当該筐体１５の正面前方に位置したオペレータ（図示せず）と対面する。撮像窓１６は、正面視で略四角形に形成されている。

撮像窓１６は、撮像部１４に対する防塵を目的として、透過性を有する平板状の透過板１８によって閉塞されている。透過板１８は、例えばガラスや樹脂製である。透過板１８は、筐体１５に支持されている。具体的には、透過板１８は、筐体１５の内面における撮像窓１６の周縁部に接着などの固定手段によって固定されることで、筐体１５に支持されている。

照明装置１３は、透過板１８を透過して撮像部１４の撮像領域Ｄに照明光Ｉを照射し、撮像領域Ｄに存在する対象物を照明する。照明装置１３は、光源である複数のＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）を有していて、撮像窓１６の一対の側辺部毎に側辺部に沿って設けられている。即ち、照明装置１３は、撮像部１４を挟んで左右一対設けられている。一対の照明装置１３は、左右対称（面対称）の構成となっている。なお、光源は、複数のＬＥＤに限るものではなく、単一のＬＥＤであっても良い。

照明装置１３からの照明光Ｉの外郭は、図２においては線Ｌ３と線Ｌ４、線Ｌ５と線Ｌ６で示されている。なお、符号２０は、詳細は後述するが、照明装置１３からの照明光Ｉの所定の光線の光路を変更する光路変更部材として機能する遮光部材である。

撮像部１４は、特に図示しないが、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサやＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサ等の撮像素子１４ａと、結像レンズ１４ｂとを有する。図２に示すように、撮像部１４（結像レンズ１４ｂ）の光軸Ｆは、画像読取装置１１（撮像装置１７）の前後方向に沿って延出し、撮像窓１６を通過する。

より詳細には、撮像部１４は、筐体１５における撮像窓１６の外側に形成される読取領域Ｅに位置する読取対象を撮像する。ここで、図２においては、読取領域Ｅは、概略的に、撮像領域Ｄのうち線Ｌ６と透過板１８との間の領域である。

ここで、読取領域Ｅについて説明する。撮像部１４の撮像素子１４ａの撮像可能範囲は、結像レンズ１４ｂの特性により決定される。本実施形態の結像レンズ１４ｂは固定焦点レンズであって、焦点位置（ピントが最も合っている位置）はレンズ先端から一定の距離だけ離れた位置にある。この焦点位置に撮像物である商品が置かれた時の解像度が最も高く、鮮明に撮像でき、焦点位置から撮像素子１４ａに対して近づく方向および遠ざかる方向に撮像物である商品が置かれるにしたがってピントがぼけて解像度が低くなる。例えば、バーコードをデコードするためには、撮像素子１４ａが取得した商品の画像データからバーコードを形成する各色（例えば、白黒）のバーの幅を計測する必要があり、ピントがぼけると計測できなくなる。したがって、撮像領域Ｄのうちある一定の解像度以上の範囲が、画像処理ボード（図示せず）による画像データからのコードシンボルの抽出が可能な読取領域Ｅとなる。

すなわち、撮像部１４は、撮像窓１６の前方（外側）の読取領域Ｅに位置した読取対象である対象物からの反射光であって撮像窓１６から筐体１５内に入射した反射光を受ける位置に配置されている。撮像部１４は、撮像窓１６から筐体１５内に入射した対象物からの反射光を撮像素子１４ａに結像レンズ１４ｂを介して結像させることにより撮像して、画像データを出力する。

次いで、照明装置１３の設置位置について詳述する。

従来の画像読取装置においては、照明装置から照射された光が撮像窓を閉塞している透過板によって反射されることによる迷光が撮像素子に入射することを防止すべく、透過板の端部近傍に照明装置を配置していた。この点について、図３を参照して説明する。図３に示すように、従来の画像読取装置は、迷光を発生させないため、撮像部１４の撮像領域ｄを防塵用の透過板５０の出射面を反射面として折り返した光路で定義される領域、もしくは、撮像部１４の撮像領域ｄを透過板５０の入射面を反射面として折り返した光路で定義される領域のうち、より広い何れかの領域ｇ（以下、等価撮像領域と呼ぶ）の外側であって透過板５０の近傍に照明装置５１を設けていた。なお、図３においては、説明を簡単にするため、照明装置５１を片側のみ示している。

しかしながら、従来の画像読取装置においては、等価撮像領域ｇの外側であって透過板５０の近傍に位置する照明装置５１からの光路長が、透過板５０における照明装置５１に近い位置（図３中、Ｌ１１）と、透過板５０における等価撮像領域ｇの略中央位置（図３中、Ｌ１２）とで大きく異なる。このため、光路長の２乗に反比例する照度も、透過板５０における照明装置５１に近い撮像領域ｄの周辺付近では明るすぎ、透過板５０における読取領域ｅの透過板５０近辺の略中央付近では、複数のＬＥＤからの光を重ね合わせても、暗くなりすぎてしまうという問題があった。

ここで、図４は照明装置１３の設置位置を示す模式図である。なお、図４においては、説明を簡単にするため、照明装置１３を片側のみ示している。図４に示すように、本実施形態の画像読取装置１１においては、透過板１８の近くに置かれた読取対象である商品を均一に照明するために、撮像領域Ｄの外側であって等価撮像領域Ｇの内側に照明装置１３を配置している。加えて、照明装置１３は、透過板１８における撮像領域Ｄの周辺付近までの距離と、透過板１８における等価撮像領域Ｇの略中央付近までの距離とが略同一となる位置に配置される。

この場合は、光源（照明装置１３の光を出射する部分）の数をｎとすると、それぞれ中央部での照度が異なるため、中央付近が周辺部に比べ約ｎ倍の照度となり、中央部を明るくしたい場合に対応できる。読取領域Ｅ全体の照度を均一化しようとすると、それぞれの光源からの照度は、光源からの光路長の２乗に反比例する。すなわち、周辺までの距離をＬｏ、中央までの距離をＬｃとしたとき、周辺と中央部とでの照度の比は、
１／（Ｌｏ）^２：１／（Ｌｃ）^２
となる。光源が中央部では重なり合い、周辺部では他の光源の影響をあまり受けないと近似した場合において、ｎ個の光源からの照度の重ね合わせを考えた場合における周辺部の照度／中央部の照度は、
（Ｌｃ）^２／（ｎ×（Ｌｏ）^２）
となる。これを１にするには、透過板１８における撮像領域Ｄの周辺付近までの距離Ｌｏで、透過板１８における領域の撮像窓１６の近傍での略中央付近までの距離Ｌｃを除した値を、
Ｌｃ／Ｌｏ＝√ｎ
とすれば良いことが解かる。実際には、この両極の間の
１≦Ｌｃ／Ｌｏ≦√ｎ
で光源を配置することが望ましい。

ただし、図４に示すように等価撮像領域Ｇの内側に照明装置１３を配置した場合には、透過板１８からの反射光が撮像部１４の結像レンズ１４ｂの入射瞳を通って撮像素子１４ａに到達する迷光が発生する。図５は、迷光の一例を示す模式図である。図５に示すように、照明装置１３から出射した光のうち、透過板１８の入射面または出射面で反射して結像レンズ１４ｂの入射瞳を通って撮像素子１４ａに到達する光線Ｌ１０が、迷光となっている。これらの迷光は、読取対象である商品から反射して撮像素子１４ａに入射する正規の光に重畳されてしまう。このため、迷光が発生した場合には、画像読み取りに支障をきたしてしまう、という問題がある。

そこで、本実施形態の画像読取装置１１の撮像装置１７は、照明装置１３から出射した光のうち、透過板１８の入射面または出射面で反射して結像レンズ１４ｂの入射瞳を通って撮像素子１４ａに到達する迷光となりうる光線Ｌ１０の光路中に、光線Ｌ１０を遮光する光路変更部材として機能する遮光部材２０を設けている。

ここで、図６は迷光となりうる光線の光路上に対する遮光部材２０の配置例を示す模式図である。図６（ｂ）に示す例は、迷光となりうる光線Ｌ１０の光路上に、迷光を撮像部１４の結像レンズ１４ｂの入射瞳を通って撮像素子１４ａに到達させないために光線Ｌ１０を遮光する遮光部材２０を設けたものである。

図６（ｂ）に示すように、遮光部材２０が光線Ｌ１０上に配置されることにより、遮光部材２０よりも撮像部１４側の光路は無くなるので、迷光が撮像素子１４ａに到達することはなくなる。

図７は、遮光部材２０の一例を示すものであって、（ａ）は平面図、（ｂ）は横断側面図、（ｃ）は縦断側面図である。図７に示すように、遮光部材２０は、ガラスや樹脂等で形成された平板状の透明基板２０ａを主体に構成されている。遮光部材２０は、高い遮光性を有する黒色塗料などの遮光インクによるスクリーン印刷などにより、透明基板２０ａの上に遮光パターン２０ｂを備えている。なお、遮光パターン２０ｂの印刷位置は、迷光となりうる光線の光路を遮光部材２０の設置位置および照明装置１３の設置位置に応じて解析されて決定される。なお、遮光部材２０で遮光される読取領域の範囲をできるだけ抑えるために、遮光部材２０は、透過板１８に対してできるだけ近くに配置されるほうが望ましい。

また、遮光部材２０の透明基板２０ａは、撮像部１４の撮像領域Ｄに相当する部分に孔２０ｃを有している。この孔２０ｃのエッジ部は、散乱光を発生させないために、角をとって丸くしてＲを付けている。さらに、図７に示すように、遮光部材２０の透明基板２０ａは、照明装置１３から出射した光の角度を極力変えないようにするために、孔２０ｃの内周部分２０ｅや透明基板２０ａの外周部分２０ｄについては、最近傍の照明装置１３からの光線と平行になるような角度で傾斜を持たせている。

このように第１の実施形態の画像読取装置１１によれば、迷光を発生させることなく、透過板１８における読取領域Ｅにおいて均一な照度分布を得ることができる。

なお、本実施の形態においては、迷光となりうる光線Ｌ１０を遮光する光路変更部材として遮光部材２０を適用したが、これに限るものではない。例えば、図８に示すような遮光部材３０を光路変更部材として適用しても良い。図８は、遮光部材３０の一例を示すものであって、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は正面図である。図８に示すように、遮光部材３０は、板金等で形成されるものであって、平板形状の基体３０ａの上に円板形状の遮光パターン３０ｂを備えている。基体３０ａは、迷光となりうる光線Ｌ１０の方向と平行となっている。一方、遮光パターン３０ｂは、迷光となりうる光線Ｌ１０の方向と直交する方向を向いている。なお、遮光パターン３０ｂは、光の反射を無くすため、反射コーティングが施されている。

また、照明装置１３が有しているＬＥＤに対し、光の拡がり角度を抑える光学部材（例えば、レンズ）を設ける場合については、遮光インクによるスクリーン印刷などによって光学部材（例えば、レンズ）に対して遮光パターンを形成するようにしても良い。この場合も、遮光パターンの印刷位置は、迷光となりうる光線の光路を光学部材（例えば、レンズ）の設置位置および照明装置１３の設置位置に応じて解析されて決定される。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。なお、前述した第１の実施形態と同じ部分は同じ符号で示し説明も省略する。本実施形態は、遮光部材２０,３０に代えて、迷光となりうる光線Ｌ１０の光路を曲げる光路変更部材４０を光路変更部材として適用した点で、第１の実施形態にかかる画像読取装置１１とは異なるものである。

ここで、図９は第２の実施形態にかかる光路変更部材４０の配置例を示す模式図である。図９（ｂ）に示す例は、迷光となりうる光線Ｌ１０の光路上に、迷光を撮像部１４の結像レンズ１４ｂの入射瞳を通って撮像素子１４ａに到達させないために光線Ｌ１０の光路を曲げる光路変更部材４０を設けたものである。

図９（ｂ）に示すように、光路変更部材４０が光線Ｌ１０上に配置されることにより、光路変更部材４０よりも撮像部１４側の光線Ｌ１０の方向が変えられるので、迷光が撮像素子１４ａに到達することはなくなる。

図１０は、光路変更部材４０の構成を一部拡大して示す模式図である。図１０に示すように、光路変更部材４０は、ガラスや樹脂等で形成された平板状の透明基板４０ａを主体に構成されている。光路変更部材４０は、光線Ｌ１０の光路（角度と位置との少なくとも一方）を変える光路変更部４０ｂを透明基板４０ａに備えている。なお、光路変更部４０ｂの位置は、迷光となりうる光線の光路を光路変更部材４０の設置位置および照明装置１３の設置位置に応じて解析されて決定される。なお、特に図示しないが、光路変更部材４０の透明基板４０ａは、遮光部材２０の透明基板２０ａと同様に、撮像部１４の撮像領域Ｄに相当する部分に孔を有している。

図１０に示すように、光路変更部４０ｂは、透明基板４０ａ上に形成された略円錐形状の窪みである凹部である。凹部の内部は、空気層である。より詳細には、光路変更部４０ｂの形状は、その断面が双曲線となる形状としている。すなわち、光路変更部４０ｂの円錐形状の先端は、なだらかになるように角をとって丸くしてＲを付けている。また、光路変更部４０ｂのエッジ部は、光が散乱して迷光の原因となるのを防止するために、角をとって丸くしてＲを付けている。

なお、光路変更部材４０による光線Ｌ１０の光路の変更先は、読取領域Ｅ内が望ましい。こうすることで、透過板１８の近くに置かれた読取対象である商品に対する照明の照度を高めることができる。

このような光路変更部材４０を設けることにより、迷光となりうる光線Ｌ１０を撮像部１４の結像レンズ１４ｂの入射瞳を通って撮像素子１４ａに到達させないようにすることができる。

このように、第２の実施形態の画像読取装置１１によれば、迷光を発生させることなく、透過板１８における読取領域Ｅにおいて均一な照度分布を得ることができる。

なお、本実施形態においては、光路変更部材４０の光路変更部４０ｂが、断面形状が双曲線となる略円錐形状の凹部としたが、これに限るものではなく、断面形状が双曲線となる略円錐形状の凸部であっても良い。

なお、上記各実施形態では、画像読取装置１１とＰＯＳ端末１２とで構成されるＰＯＳターミナル部について説明したが、これに限るものではなく、画像読取装置１１およびＰＯＳ端末１２の機能を備えた１台構成の装置に適用するようにしても良い。画像読取装置１１およびＰＯＳ端末１２の機能を備えた１台構成の装置としては、スーパーマーケット等の店舗に設置されて用いられるセルフチェックアウト装置（以降、単にセルフＰＯＳと称する）が挙げられる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１１ 画像読取装置
１３ 照明装置
１４ 撮像部
１６ 撮像窓
１８ 透過板
２０,３０,４０ 光路変更部材

特開２０１１−１４１８６２号公報

Claims (3)

1. 筐体に開口している撮像窓と、
   前記撮像窓に配置され、透過性を有する平板状の透過板と、
   前記筐体の外側に形成されるものであって撮像領域のうちある一定の解像度以上の範囲である読取領域に位置する被写体画像を、前記透過板を介して撮像素子に結像する撮像部と、
   前記撮像領域を前記透過板の出射面を反射面として折り返した光路で定義される領域、もしくは、前記撮像部の撮像領域を前記透過板の入射面を反射面として折り返した光路で定義される領域のうち、より広い何れかの領域である等価撮像領域の内側であって前記撮像領域の外側に設けられ、前記読取領域に照明光を照射する照明装置と、
   前記照明装置から出射した光のうち、前記透過板の入射面または出射面で反射して前記撮像素子に到達する迷光となりうる光線の光路中に、当該光線の光路を変更する光路変更部材と、
   を備え、
   前記光路変更部材は、迷光となりうる光線の光路の角度と位置との少なくとも一方を変える部材であり、
   前記照明装置から前記透過板における前記撮像領域の周辺付近までの距離Ｌｏで、前記照明装置から前記透過板における前記撮像領域の前記撮像窓近傍での略中央付近までの距離Ｌｃを除した値が、
   １≦Ｌｃ／Ｌｏ≦√ｎ （ｎ：照明装置の光源の数）
   である、
   ことを特徴とする画像読取装置。
2. 前記光路変更部材は、迷光となりうる光線を遮光する遮光部材である、
   ことを特徴とする請求項１記載の画像読取装置。
3. 前記遮光部材は、前記透過板の近傍に配置される、
   ことを特徴とする請求項２記載の画像読取装置。

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