JPH0799529B2 - 画像認識装置及び画像検出方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はバーコードスキャナでの
画像検出に関し、特にスキャナから種々の距離のところ
にあるバーコードの認識を可能にするために複数の焦点
距離を有するバーコードスキャナに関する。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】これ
まで種々の走査装置がつくられている。それらの主流
は、感光ダイオードを用いて走査パターンからの反射光
を受けそしてそれをバーコードの明および暗バンドに対
応する電気信号に変えることが出来るように、バーコー
ドを横切って走査パターンを発生する回転ミラーを用い
るものである。この電気信号はコンピュータへの入力に
適したディジタル信号に変換される。そして上記走査さ
れたバーコードで表わされる情報をこのディジタル信号
からコンピュータが読取るためにソフトウェアが使用さ
れる。この形式の走査方式は周知である。この形式の走
査装置における限界はミラーの高速回転に帰因するやっ
かいな機械的な要件を含んでおり、これがそのような装
置の動作効率の限界をきわめている。更に、ミラーを回
転させるにはモータが必要であり、そして、モータとミ
ラーの占めるスペースおよび角度によりこの種のスキャ
ナのサイズと重量が必然的に大きくなる。

【０００３】このため、多くのバーコードスキャナは光
検出装置を回転するディスク上に配置してその検出装置
自体がバーコードから入る光を走査するようにして走査
ミラーを省略している。このようにバーコードは光源で
照明される。しかしながらこの概念は同じくモータを用
い（ディスクを回転させるため）るから、走査ミラー方
式におけるサイズと重量の問題を解決出来ない。可動部
分のない装置もバーコードの読取りに構成されている。
これらはすべて、表面に結像する画像を電気的に走査す
る画像レセプタを用いる。可動部分のない走査方法はス
キャナから既知の距離のところにある画像を画像レセプ
タに結像させてバーコードがコンピュータにより解読し
うるようにする。しかしながら、この方法は距離が正し
く規定されないとバーコードの読取が出来ない。

【０００４】バーコードを読取ることの出来る光学的な
範囲はこの形式の装置では拡張出来る。その拡張はレン
ズ機構の背後にマルチレンズ画像レセプタを置くことで
達成しうる。バーコードはこのレンズの前面で動くと
き、異なった距離のところで夫々の画像レセプタに結像
する。レセプタを切換えることによりその画像は１個の
レセプタのみを用いる場合よりも広い範囲で結像させて
おくことが出来る。この構成の問題は画像レセプタの切
換のための電気回路のコスト、切換え時を決定するに必
要なロジック、および複数の画像レセプタを設けるため
の費用である。更に、この構成ではレンズの背後に複数
のレセプタを置くから複雑であり、それによりサイズ要
件に問題が生じる。

【０００５】この形式の装置に用いられる画像レセプタ
は感光電荷結合装置（ＣＣＤ）のような市販の装置でよ
く、これがＣＣＤに対し既知の固定距離のところにある
バーコードを電子的に走査する。ＣＣＤの特性として、
鮮明な画像が適正にＣＣＤに投影されるようにするため
バーコードを設定された距離のところに置かなくてはな
らない。ＣＣＤスキャナは高輝度のバーコードまたは低
輝度の背景および低輝度のバーコードまたは高輝度の背
景を読取るために用いることが出来る。ＣＣＤスキャナ
は周知である。この形式のスキャナはＣＣＤを動作させ
そしてＣＣＤからの電気信号を走査されたバーコードで
表わされる情報に変換するために論理回路とソフトウェ
アを必要とする。この方法に関連する問題はＣＣＤ装置
の焦点範囲を拡張する機構がなく、そのため固定距離で
はなく、ＣＣＤから特定の範囲内にバーコードが置かれ
ても解読されうることになる。

【０００６】曲面または不規則な面上のバーコードを読
取るための手持ち型の装置も周知である。しかしながら
この装置はバーコード自体が動かされる面がスキャナか
らかなりの距離のところにあるときにはそのバーコード
を読取ることが出来ない。これにより前述のバーコード
リーダと同じ制限が生じる。すなわち、バーコードのス
キャンにはバーコードをリーダから一定の距離のところ
に置かなくてはならない。或る距離範囲にわたりバーコ
ードのような読取対象を読取ることの出来る、可動部分
のない小型軽量のスキャナはこれまで存在しない。更
に、スキャナに或る焦点距離範囲を与えるための試みは
余分な画像レセプタ並びに余分なサポート回路を有する
安価なシステムをもたらしたにすぎない。

【０００７】

【課題を解決するための手段および作用】マルチレンズ
光学系を介して画像を受けるＣＣＤのような１個の画像
レセプタ装置を用いて或る距離範囲にわたりバーコード
のような画像を読取ることの出来る走査システムをつく
る。各レンズは上記マルチレンズ組立体がその焦点距離
の範囲をカバーするように特定の焦点距離をもつ。一つ
の特定のレンズがマルチレンズ組立体の光路をカバーす
るＬＣＤマスク内の一つの窓を開けることにより選ばれ
る。

【０００８】一般に、本発明は走査装置から或る距離範
囲に配置されたバーコードを読取る。バーコードの読取
りを行う範囲が今日の固定レンズＣＣＤ方式で達成可能
な範囲より大きいことが本発明の特徴である。これは複
数の焦点を有するレンズ装置を製造しそしてＣＣＤスキ
ャナ上にバーコード画像を結像された状態とするように
適正な焦点を選ぶためにＬＣＤシャッタ機構を用いるこ
とにより達成される。バーコードはＣＣＤスキャナから
離れる方向あるいは近づく方向に動かされるとき、この
シャッタ機構は、バーコード画像が復号されるべきバー
コードについてのＣＣＤ上に充分に焦点の合った状態の
ままとなるようにそのレンズの適正な部分を選ぶ。この
シャッタは光学的および機構的な条件によりレンズの前
または背後に置くことが出来る。更に、他のレンズをこ
のマルチフォーカスレンズの前または後に置いてＣＣＤ
装置上のバーコード画像のよりよい結像を得ることも出
来る。２個以上のマルチフォーカスレンズおよび関連す
るＬＣＤシャッタを用いることも可能である。

【０００９】

【実施例】図１は本発明の一実施例によるマルチレンズ
組立体１０２、ＬＣＤシャッタ１１０および画像レセプ
タ１１８を示す。この画像レセプタは好適なものとして
ＣＣＤが用いられるから、以下ではＣＣＤと記す。ＣＣ
Ｄ１１８はレンズ１０４，１０６，１０８を有するマル
チレンズ組立体１０２から画像を受ける。各レンズ１０
４，１０６，１０８は異なる焦点を与えるために夫々固
有の曲率を有する。それら曲率は光学系の製造費用及び
その品質に適した形で夫々のレンズに適用することが出
来る。更にレンズ１０４，１０６，１０８は夫々単体と
してもあるいはそれら全部を一つの単体としてモールド
してもよい。夫々の図に３個のレンズを示しているがレ
ンズの数は特定の応用に適した焦点距離の範囲に合うよ
うにその焦点距離範囲に合せて変更することが出来るこ
とは当業者には明らかである。同様に、高信頼度システ
ムについては他のレンズを付加してもよい。

【００１０】ＬＣＤシャッタ１１０はレンズ１０４，１
０６，１０８の内の２個からの光を選択的に阻止するよ
うにしたＬＣＤマスクである。ＬＣＤシャッタはここで
はマルチレンズ組立体１０２とＣＣＤ１１８の間に配置
されているが、ＣＣＤとマルチレンズ組立体の光路内の
例えばマルチレンズ組立体の他方の側のような、どこに
配置してもよいことは当業者には明らかである。プロセ
ッサ５０２（図５）によりシャッタに与えられる制御信
号はこのマスク内のどの窓を開いてレセプタに光が通る
ようにするかを決定する。図１ではレンズ１０６からの
光がＬＣＤシャッタ１１０を通りＣＣＤ１１８に入るよ
うになっている。図示のように、ＬＣＤシャッタ１１０
は他の２個のレンズ１０６，１０８からの光を夫々阻止
するようにも動作しうる。このように、ＬＣＤシャッタ
１１０はＣＣＤ１１８画像を最もよく焦点づけるものが
見い出されるまでレンズ１０４，１０６，１０８の曲面
を走査することが出来る。このように、このマルチレン
ズ系がＣＣＤ１１８に画像を焦点づけることの出来る距
離（焦点深さ）は単一のレンズのみで達成可能なものよ
り増大する。

【００１１】図２乃至図４はレンズ１０６により最もよ
く焦点づけられる位置にある画像についての１個の走査
シーケンス動作を示す。便宜上、レンズ１０４，１０
６，１０８の曲率は図２乃至図４に示すようなものとす
る。しかしながら、レンズの実際の形状と曲率は周知の
標準技術により応用に応じて決められる。図２におい
て、画像は各レンズ１０４，１０６，１０８によりＬＣ
Ｄシャッタ１１０に投影される。プロセッサ５０２（図
５）によりＬＣＤシャッタ１１０は窓１１４と１１６を
通る光を阻止し光が窓１１２を通りＣＣＤ１１８に入る
ようにする。図示のように、レンズ１０４の焦点距離は
そこを通る光がＣＣＤ１１８に適正に収斂しないような
ものであり、そのためＣＣＤ１１８でその画像を検出す
ることは困難である。

【００１２】図３はこのシーケンスの次のステップを示
す。プロセッサ５０２（図５）は窓１１２を閉じ、それ
によりレンズ１０４を通る光がＣＣＤ１１８に入らない
ようにする。窓１１６は図２と同じく閉じたままであ
る。窓１１４がプロセッサ５０２により開かれてレンズ
１０６を通る光がＣＣＤ１１８に入るようにする。図示
のように、レンズ１０６の焦点距離はＣＣＤ１１８に像
を結ぶに適したものであるから検出可能な画像をつく
り、これが使用可能な電気的出力信号に変換される。

【００１３】図４は図２と同様である。このシーケンス
のこのステップにおいて、窓１１２と１１４が閉じてレ
ンズ１０４と１０６を通る光を阻止する。窓１１６は開
き、レンズ１０８を通る光がＣＣＤ１１８に入るように
する。この場合、焦点距離は短すぎるため図２と同様な
結果となる。

【００１４】図５は他の図の要素に加えてプロセッサ５
０２を示す。ＬＣＤシャッタ１１０は制御ライン５０４
を通じてプロセッサ５０２により制御される。窓１１
２，１１４，１１６が走査されるとき、ＣＣＤ１１８の
ライン５０６上の出力は有効検出画像であるかどうかに
つき検査される。マルチレンズ組立体１０２とバーコー
ドの間の距離を変えることにより、最も適正なレンズが
変化する。バーコードまたはスキャナの動きによる画像
の消失を回避するためにこの走査動作はくり返される。
それ故、次以降の走査について前に消失した画像を検出
する新しいレンズがプロセッサ５０２により選ばれる。

【００１５】有効画像が検出されると、特定の応用につ
いて最も便宜上よいものにより、プロセッサ５０２は走
査動作を終了するかあるいは持続させる。例えば、電池
電源の手持ち装置等で走査が頻繁には行われないものと
すれば走査を直ちに終る方が有利である。同様に、コン
ベアベルト上の物品を走査する場合にはスキャナを連続
的に動作させたままとする方が有利である。

【００１６】図６乃至図８は本発明の他の実施例を示
す。図２乃至図４におけると同様に、図６乃至図８はレ
ンズ１０６が満足する最も適した位置に目標物がある場
合の１回の走査シーケンスを示す。この実施例ではすべ
てのレンズはほぼ同じ曲率と光学特性を有する。種々の
距離のところにあるバーコードを検出する能力の差はＣ
ＣＤ１１８とレンズ１０４，１０６，１０８との間の距
離を変えることでつくられる。また、図２乃至図４では
ＣＣＤ１１８とマルチレンズ組立体１０２の間にＬＣＤ
シャッタ１１８があるが、図６乃至図８ではＬＣＤシャ
ッタ１１０はマルチレンズ組立体１０２の他方の側に配
置されている。いずれの実施例においても、マルチレン
ズ組立体１０２のＬＣＤシャッタ１１０が置かれる側は
ＬＣＤシャッタ１１０が使用される光路を阻止出来るか
ぎり、重要なことではない。更に、ＬＣＤシャッタ１１
０は図示の便宜上垂直バーとして示されているが、実際
にはＬＣＤシャッタ１１０はマルチレンズ組立体１０２
の各レンズ１０４，１０６，１０８に実質的に同じ程に
接近するように形成する方が有利であることは当業者に
は明らかである。

【００１７】図６において、一つの走査シーケンスの第
１ステップが示されている。ＬＣＤシャッタの窓１１２
がプロセッサ５０２により開かれ、窓１１４，１１６は
閉じたままとされる。窓１１２を通るバーコードからの
光はバーコードとレンズ１０４の間の距離によりＣＣＤ
１１８には適正に結像しない。このシーケンスステップ
において、ＣＣＤ１１８は有効出力を生じないことにな
る。

【００１８】図７はこのシーケンスの次のステップを示
す。このステップで窓１１２が閉じ、窓１１４が開かれ
て光はレンズ１０６を通りＣＣＤ１１８に入る。この場
合、ＣＣＤ１１８には像が結像するから有効出力を出
す。図８において、このシーケンスの最後のステップで
窓１１２と１１８が閉じ、窓１１６が開く。光はレンズ
１０８を通るがＣＣＤ１１８には正しく結像しない。そ
れ故ＣＣＤ１１８は有効出力を出さない。

【００１９】以上本発明を特定の実施例について述べた
が、詳細については種々の変更が本発明の範囲内で可能
である。例えば、複数のＣＣＤを用いて複数の同じレン
ズを用いると同様の高信頼度を必要とする分野に適合さ
せてもよい。また、可視光または不可視光スペクトル
（例えば赤外線等）を用いるとが出来る。同様に、ＬＣ
Ｄシャッタはプロセッサを用いて直接に制御してもある
いは自走（すなわち走査制御機構がＬＣＤシャッタ組立
体内にあってプロセッサは単に走査をモニタするだけ）
により選択された窓がプロセッサに知らされるようにし
てもよい。更に、信号検出とＬＣＤシャッタの制御はハ
ードウェアそしてまたはソフトウェアで容易に行うこと
が出来る。また、上述の二つの実施例を組合せて、曲率
の変わるいくつかのレンズをＣＣＤに対し同じ距離のと
ころに置き同様の曲率の他のレンズを異なった距離のと
ころに置くことも出来ることは当業者には明らかであ
る。

【００２０】

【発明の効果】本発明によれば、所定距離範囲内にある
バーコードを読取ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】マルチレンズ画像レセプタ装置の主要素を示す
図。

【図２】選択された第１レンズによる本発明の動作を例
示する図。

【図３】選択された第２レンズによる本発明の動作を説
明する図。

【図４】選択された第３レンズにより本発明の動作を示
す図。

【図５】本システムの主要エレメントを示す図。

【図６】第１レンズを選択した場合の本発明の他の実施
例の動作を示す図。

【図７】第２レンズを選択した場合の本発明の他の実施
例の動作を示す図。

【図８】第３レンズを選択した場合の本発明の他の実施
例の動作を示す図。

【符号の説明】

１０２ マルチレンズ組立体 １０４，１０６，１０８ レンズ １１０ ＬＣＤシャッタ １１８ ＣＣＤ ５０２ プロセッサ

フロントページの続き (72)発明者 ビクター、スチュアート、ムーア アメリカ合衆国フロリダ州、デルレイ、ビ ーチ、コーテス、コート、5122 (72)発明者 トマス、ケント、ペイト アメリカ合衆国フロリダ州、ボカ、ラト ン、パインウッド、コート、22734 (56)参考文献 特開 平３−257689（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−294888（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−40528（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−178869（ＪＰ，Ｕ)

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】プロセッサと、 光像を受けるための表面、その表面上の光像を表わす電
   気的出力信号を発生する手段、および前記プロセッサに
   前記電気的信号を出力する手段を含む画像レセプタと、 前記画像レセプタ上に画像を結像するための、夫々が所
   定の焦点距離を有する複数のレンズを有するマルチレン
   ズ組立体と、 前記マルチレンズ組立体と前記画像レセプタの光路中に
   あって、夫々が前記マルチレンズ組立体内の一つの特定
   のレンズに対応し関連する複数の窓を有するＬＣＤシャ
   ッタと、 を備え、 前記プロセッサによって前記ＬＣＤシャッタの複数の窓
   のうちの１つの窓のみを開けることを順次繰返してこの
   １つの開けられた窓を通る光による前記画像レセプタの
   出力信号に基づいて前記複数の窓から１つの窓が選択さ
   れることによって前記マルチレンズ組立体内の最適焦点
   距離が選択されることを特徴とする画像認識装置。
2. 【請求項２】前記画像レセプタ組立体はＣＣＤであるこ
   とを特徴とする請求項１記載の装置。
3. 【請求項３】前記マルチレンズ組立体は夫々が固有の焦
   点距離を有するレンズを含むことを特徴とする請求項１
   記載の装置。
4. 【請求項４】前記マルチレンズ組立体の少くとも１個の
   レンズは少くとも１個の他のレンズより前記画像レセプ
   タから離れた位置に配置されることを特徴とする請求項
   １記載の装置。
5. 【請求項５】前記画像レセプタは可視光スペクトル内の
   光を検出することを特徴とする請求項１記載の装置。
6. 【請求項６】前記画像レセプタは不可視光スペクトル内
   の光を検出することを特徴とする請求項１記載の装置。
7. 【請求項７】前記画像検出器は赤外線スペクトルの光を
   検出することを特徴とする請求項１記載の装置。
8. 【請求項８】ＬＣＤシャッタ内の複数のＬＣＤ窓を走査
   し画像レセプタの光路内の複数のレンズについての光路
   を順次開く段階と、 前記画像レセプタの出力に基づいて有効画像であるか否
   かを判断し、この判断結果に基づいて使用可能な焦点距
   離を有するレンズを選択する段階と、 選択された前記使用可能な焦点距離を有するレンズが走
   査されるときの有効画像信号を出力する段階と、 を備えていることを特徴とする画像検出方法。