JP4176007B2 - 測距機能を有するコード読取装置 - Google Patents

Description

本発明は、異なる反射率又は正反射、拡散射光の差で形成されるマークで表わされる１次元若しくは２次元のコードを読取対象として、シール状の媒体に印刷若しくは物体表面に直接形成されたコードを光学的に非接触で読取るコード読取装置に関し、特に、読取対象のコードまでの距離を測定する測距機能を有するコード読取装置及びその測距方法に関する。

近年、製品や部品の管理情報を短時間で認識するために、製品や部品の番号、商品名、価格その他の情報を白黒等のしま模様で記号化した１次元又は２次元コードが広く用いられている。これらの異なる反射率又は正反射、拡散射光の差で形成されるコードで表わされる１次元コードや２次元コードなど、符号化された情報を有するコード（「ラベル」若しくは「マーク」とも言う）は、例えば１次元コードにおいては、線の幅の比の組合せで一連の数字を表しており、製品や部品の番号等の各種の情報が上記数字に置き換えられている。このような１次元のバーから成る１次元コードや２次元のセルから成る２次コードを光学的に読取るコード読取装置は、操作者が装置を手に持って利用する手持ち式のタイプと、搬送路の所定の位置に固設される定置式のタイプがある。

手持ち式のタイプの光源としては発光ダイオードが主に用いられ、定置式の光源としてはレーザビームが主に用いられている。手持ち式のコード読取装置は、ＰＯＳ（販売時点情報管理）システムとしてスーパーマーケットやデパート等のレジで多用されており、製造及び流通段階においても使用されている。

一方、定置式のコード読取装置は、物流配送センター等において使用されている。例えば、物流配送センターにおいては、届け先や種類がランダムに投入された物品をベルトコンベヤ等の搬送手段によって搬送し、搬送される物品の表面に付されたラベルの情報を撮像手段によって撮像し、その画像を処理してコードを読取り、その情報に基づいて各種の物品を仕分装置によって自動的に仕分けることが行われている。

図１１は、２次元エリア内の領域を撮像してコードを読取る手持ち式のコード読取装置の一例を示す外観図である。このコード読取装置の本体７は、横断面がくの字をした略直方体の形状を成している。本体７の一端の先端部にはコードの読取り部７ａが設けられ、本体７の他端の上面部には読取ったコードデータの登録、抹消、表示やガイダンス等の指令を入力するためのテンキー７ｂ及び所定事項を表示するための液晶等で成る表示部７ｃが設けられている。このコード読取装置を使用する際には、使用者は本体７の把持部を片手で把持し、操作スイッチ７ｄを押す。この操作スイッチ７ｄの押下により、例えばレーザダイオードを光源として、２点の可視光，十字形の可視光，Ｘ字形の可視光，あるいは矩形状の可視光が、読取領域確認用のガイド光として照射される。操作者がガイド光を読取対象のコードに合わせた後に再度操作スイッチ７ｄを押して読取開始を指示すると、読取領域から反射された光がレンズ系に入射され、結像された像がイメージセンサ等の撮像手段により撮像される。そして、その画像データからコードが認識（解読）されるようになっている（例えば特許文献１参照）。

このようなコード認識機能を有する手持ち式のコード読取装置では、一般的に固定焦点のレンズにより対象物を読取るようにしており、例えばコードが正しく読取れた場合には音を鳴らして操作者に通知し、コードまでの距離が近すぎたり遠すぎたりするなどにより、正しく読取れなかった場合には、操作者が読取操作を繰り返し行う必要がある。

このような固定焦点方式のコード読取装置の欠点をカバーするには、オートフォーカス機構を備えれば良いが、人物や風景を撮像対象としたカメラに採用されているオートフォーカス機構を用いると、高価格になると言う欠点がある。

上記のようなバーコードなどを対象としたコード読取装置では、人物や風景を撮像対象としたカメラと比較して、距離の計測精度や焦点の調節精度の高い高性能なオートフォーカス機能は必要が無い。そのため、上記のようなコード読取装置においては、多少精度は悪くても安価なオートフォーカス装置を搭載することが望まれる。

対象物までの距離を測定する装置としては、例えば、レーザ光や電波を用い、信号が対象物まで到達して反射され返ってくるまでの時間差を測定することによって、対象物までの距離や距離変化率を測定するもの（例えば特許文献２参照）や、イメージセンサ２個を用いて三角測量の原理で対象物までの距離を測定するもの（例えば特許文献３参照）など、車両用のものも挙げられる。しかしながら、これらの距離測定方式を適用しても、小型，軽量で且つ高速に焦点合わせを行えるオートフォーカス装置や、その機能を有するコード読取装置を安価に実現するのは困難である。

そこで、本出願人は、特許文献４において、安価な構成で実現することが可能なオートフォーカス機能を有する手持ち式読取装置及び距離計測方法を提案している。この特許文献４に記載のものでは、撮像手段のレンズ系の光軸に対して所定の角度を成す光ビームを照射し、その光ビームの画像位置のレンズ系の光軸に対する変位量を基に、対象物までの距離の測定やオートフォーカス制御におけるレンズ系の移動位置の判断を行うものである。そして、好ましい形態としては、上記の光ビームを、バーコード等の読取対象の読取位置／範囲を示すガイド光と兼用する構成しとすることで、対象物までの距離をセンサ等の追加すること無く測定できるようにしている。また、オートフォーカス制御に関しては、上記光ビームの画像位置の変位量から算出した距離に応じてレンズ系又は撮像素子を移動し、焦点位置を調節する構成としている（例えば特許文献４参照）。

特開平８−２２７４３７号公報 特公昭６１−６３４９号公報 特開平４−２６２５００号公報 特開２００２−５６３４８号公報

上述した特許文献４に記載のものでは、レンズ系の光軸に対する光ビームの画像位置の変位量を基に、対象物までの距離を測定する測距方法を採用している。しかし、測距用の光ビームをガイド光と兼用する場合、撮像手段の受光軸に対してガイド光の光束が傾斜した構造となっていることが前提となる。そのため、撮像手段の受光軸に対して平行なガイド光を投光するコード読取装置の場合、適用することができないと言う問題がある。また、特許文献４に記載の測距方法では、コードが付与されている面に対して撮像面が傾斜した状態で撮像すると、傾斜角度に応じて光ビームの位置も変化するため、算出した距離に誤差が生じる。そのため、手持ち式のコード読取装置に適用した場合は、撮像状態によっては正確に距離が測定できず、ピントが合わないためコードの認識精度が低下すると言う欠点があった。また、定置式のコード読取装置においても、コードが付与された物品が搬送路上（ベルトコンベア等の面）に真直ぐに置かれていない場合には、正確に距離が測定できず、ピントが合わないためコードの認識精度が低下すると言う欠点があった。

本発明は上述のような事情から成されたものであり、本発明の目的は、測距専用のセンサ等の機器を追加すること無く、読取対象のコードまでの距離を測定することができると共に、コードが付与されている面と撮像面に角度があっても、誤差の少ない距離を測定することが可能な測距機能を有するコード読取装置及びその測距方法を提供することにある。

本発明は、異なる反射率又は正反射、拡散射光の差で形成されるマークで表わされる１次元若しくは２次元のコードを読取対象として、前記読取対象の画像を撮像するための撮像手段と、前記読取対象の撮像位置を示す所定形状の光学的ポインタを投光する光学的ポインタ投光手段と、前記撮像手段により撮像した画像を処理して前記コードを解読するコード解読手段とを備えたコード読取装置に関するものであり、本発明の上記目的は、前記光学的ポインタを投光した状態で前記撮像手段により撮像した前記光学的ポインタの画像情報を得て、前記光学的ポインタの投影領域に応じて予め設定された一定の画素範囲を計測用ウインドウとして前記計測用ウインドウ内にて各画素の濃度値を比較して算出した最大濃度値のＡ％を第１の閾値として設定すると共に、Ｂ＜Ａとし前記最大濃度値のＢ％を第２の閾値として設定し、前記計測用ウインドウ内にて濃度値が前記第１の閾値を超える画素の数を第１のポインタ画像幅として計数すると共に、前記ウインドウ内にて濃度値が前記第２の閾値を超える画素の数を第２のポインタ画像幅として計数し、前記光学的ポインタの像の広がりを近似的に表わす前記第１のポインタ画像幅に対する第２のポインタ画像幅の比をポインタ像広がり度として算出し、前記ポインタ像広がり度と前記コードまでの距離との関係を定めたテーブル若しくは関数式を用いて前記コードまでの距離を算出する測距手段を備えることによって達成される。

更に、本発明の上記目的は、前記光学的ポインタを投光した状態で前記撮像手段により撮像した前記光学的ポインタの画像情報を得て、前記光学的ポインタの投影領域に応じて予め設定された一定の画素範囲を計測用ウインドウとして前記計測用ウインドウ内にて濃度値が所定の閾値を超える画素の数を計数し、その計数値を第１の測距用情報とすると共に、前記計測用ウインドウ内にて各画素の濃度値を比較して算出した最大濃度値のＡ％を第１の閾値として設定すると共に、Ｂ＜Ａとし前記最大濃度値のＢ％を第２の閾値として設定し、前記計測用ウインドウ内にて濃度値が前記第１の閾値を超える画素の数を第１のポインタ画像幅として計数すると共に、前記ウインドウ内にて濃度値が前記第２の閾値を超える画素の数を第２のポインタ画像幅として計数し、前記第１のポインタ画像幅に対する第２のポインタ画像幅の比を第２の測距用情報とし、前記光学的ポインタの形状を近似的に表わす前記第１の測距用情報、及び前記光学的ポインタの像の広がりを近似的に表わす前記第２の測距用情報に基づいて、前記コードまでの距離を算出する測距手段を備えることによっても達成される。

更に、前記計測用ウインドウが、前記光学的ポインタの画像を所定方向に横断する画素列に対応して設定された一定幅のウインドウであること、によって一層効果的に達成される。
更に、前記光学的ポインタ投光手段により投光する光学的ポインタの光束が、前記撮像手段の受光軸に対して平行な光束であること、前記測距手段により算出した距離に応じて前記撮像手段のレンズ系又は撮像素子を光軸方向に移動させてピントを自動的に調整するレンズ移動手段を更に備えること、各撮像距離でのレンズ系の焦点深度に応じて予め設定された複数段階の焦点距離の中から、前記測距手段により算出した距離に対応する当該段階の焦点距離を得て、前記レンズ移動手段を制御して前記当該段階の焦点距離の位置に前記レンズ系又は撮像素子を瞬間的に移動させるピント調整制御手段を備えること、前記焦点距離の段階が２段階又は３段階であること、前記コード読取装置が、搬送路に沿って連続的に搬送される物品の表面に付されたコードをリアルタイムに読取る定置式のコード読取装置であり、前記測距手段により算出した距離が前記撮像手段の焦点が合焦する距離の範囲内となった時点で前記コードの解読用画像を前記撮像手段により撮像する撮像タイミング制御手段を更に備えること、前記撮像タイミング制御手段は、前記コードの解読用画像の撮像前に前記光学的ポインタの投光を停止させることによって、それぞれ一層効果的に達成される。

本発明によれば、読取対象の撮像位置を示す光学的ポインタを利用して、読取対象までの距離に応じて変化する上記ポインタの像の形状（ポインタ像の大きさ又はピントのズレ等による像の広がりを考慮した大きさ）の変化量を基に、対象物までの距離の計測、及びピントの調整制御を行うようにしているので、測距専用のセンサ等の機器を追加すること無く、読取対象のコードまでの距離の測定及び正確なピント合わせを行うことが可能となる。また、光学的ポインタの形状に応じて予め設定された一定の画素範囲から成るウインドウ内を対象として、そのウインドウ内にて濃度値が所定の閾値を超える画素の計数値を基に測距する方式としているので、光ビームの画像位置（点又は線分）の変位量を基に測距する従来の方式と比較して、読取対象までの距離を高速に測定することができると共に、コードが付与されている面と撮像面に角度がある場合に生じる距離の測定誤差を減少させることができる。

本発明は、一般的なハードウェア構成のコード読取装置に適用することができるものであり、距離センサ等の機器を追加すること無く、読取対象の撮像位置を示すガイド光（以下、光学的ポインタとする）の画像を処理してコード読取面までの距離を測定する機能を実現するものである。以下に説明する最良の形態では、読取対象までの距離に応じて変化する上記光学的ポインタの画像形状の変化量を求め、その変化量からコードの読取面までの距離を測定するようにしている。

なお、本発明で言う「画素の濃度値」とは、コード読取装置の撮像素子（白黒画像を撮像する撮像素子、ＣＣＤ型又はＣＭＯＳ型のカラー画像撮像素子など）から出力される白黒又はカラーの画素信号を処理して得られる濃度値（像面照度に応じて得られる画像の濃度を示すアナログ値又はデジタル値）のことを言う。

以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下に説明する実施の形態では、１次元／２次元コードのコード読取装置に適用した場合を例として説明する。また、本発明において測距に利用する光学的ポインタは、一般的なコード読取装置から読取対象に対して投光される撮像位置確認用のガイド光であり、その形状及び光束の方向は特に限定されないが、光学的ポインタの光束は、撮像手段の受光軸に平行な光束であるのが望ましい。

図１は、本発明に係るコード読取装置の構成例を示すブロック図である。このコード読取装置の外観構成は、図１１で示したコード読取装置と同等であるため、ここでは説明を省略する。

図１に示されるコード読取装置１０は、読取対象の画像を撮像するための撮像手段１１と、読取対象１の撮像位置を示す光学的ポインタを投光する光学的ポインタ投光手段１２と、撮像手段１１のレンズ系を移動させてピントを調整するためのレンズ移動手段１３と、撮像した読取対象のコードの画像を処理してコードを解読するコード解読手段１４と、撮像した光学的ポインタの画像を処理して読取対象までの距離を求める測距手段１５と、各手段を所定のプログラムに基づいて制御するためのＣＰＵ，メモリ，入出力インターフェイス等から成る制御手段１６とを備えている。

撮像手段１１は、白黒又はカラーの像を撮像する撮像素子及びレンズ等から成る撮像デバイス（例えばＣＣＤ型又はＣＭＯＳ型の撮像カメラ、又はカラーイメージ素子を直線状に配列したラインセンサ等）が使用される。光学的ポインタ投光手段１２は、発光素子から所定形状の光束をガイド光（光学的ポインタ）として撮像対象に照射し、操作者に撮像位置を示すための手段であり、光源としては、ＬＥＤ又は半導体レーザ等が使用される。レンズ移動手段１３は、ステッピングモータ又はサーボで構成し、無段階でレンズ系を移動させる形態としても良いが、コイル，電磁石等から成る電磁式のアクチュエータで構成し、予め撮像距離に対応して設定されている複数段階（２段階又は３段階程度）の焦点距離の位置に、電磁式のアクチュエータを制御して瞬間的にレンズ系を移動させる形態とするのが望ましい。コード解読手段１４及び測距手段１５は、本実施の形態ではソフトウェア、ハードウェアのいずれで構成しても良いが、以下、ソフトウェア（制御手段１６のＣＰＵの制御の下に実行されるコンピュータプログラム）で構成とした場合を例として説明する。

制御手段１６は、光学的ポインタ投光手段１２による光学的ポインタの投光制御、図示されない照明手段（付加構成）の駆動制御による照明光の照明制御、撮像手段１１による撮像制御、撮像手段１１で撮像した光学的ポインタの画像情報に基づく測距処理、レンズ移動手段１４の駆動制御によるピントの調整制御、読取ったコードの解読処理（復号化処理）、復号化データの上位システム２０への伝送処理などの各種制御を行う。

また、制御手段１６は、通信ネットワーク等を介して上位システム２０へリアルタムにデータを伝送する機能の他に、コードの解読データ（若しくは生画像データ）をメモリ若しくは、ＰＣカード，フラッシュメモリ等の受渡し可能な記憶媒体１５に蓄積して記録するデータ蓄積機能を備えている。

上述のような構成において、先ず、本発明に係るコード読取装置の測距方法について説明する。本発明では、図２に示すように、撮像手段の撮像素子１１ｂの受光軸Ｒに対して平行な光束（若しくは平行に近い光束）から成る光学的ポインタを、光学的ポインタ投光手段の発光素子１２ａから読取面１Ａ（１Ｂ、１Ｃ）に対して照射すると共に、レンズ系１１ａを介して結像された光学的ポインタの像を撮像素子１１ｂにより撮像する。測距手段１５では、撮像した光学的ポインタの画像データをもとに、濃度値が所定の閾値を超える画素の分布（光学的ポインタの画像を構成する各画素の濃度分布）を求め、その分布情報に基づいてコードの読取面１Ａ（１Ｂ、１Ｃ）までの距離を算出する。

上記の測距に用いる「光学的ポインタの形状を表わす濃度分布」は、撮像距離に応じて変化する。そのため、光学的ポインタの濃度分布を求めれば、濃度分布とコードまでの距離との関係を定めたテーブル若しくは関数式を用いてコードまでの距離を算出することができる。例えば、光学的ポインタの濃度分布を全て解析すれば、光学的ポインタの形状をある程度正確に求めることができるが、コードまでの距離を算出するためには、正確な形状を認識する必要は無い。そこで、本発明では、光学的ポインタの像の幅など、部分的な形状を近似的に表わす値（量）を算出し、その算出値に基づいてコードまでの距離を測定するようにしている。

以下に、（１）光学的ポインタの形状を近似的に表わす値を測距用情報としてコードまでの距離を測定する方法、（２）ピントずれによる像の広がりを近似的に表わす値を測距用情報としてコードまでの距離を測定する方法について、それぞれ具体例を示して説明する。

先ず、測距方法の第１の実施形態として、光学的ポインタの形状を近似的に表わす値を測距用情報としてコードまでの距離を測定する方法について説明する。

図３（Ａ），（Ｂ）及び（Ｃ）は、光学的ポインタを投光した状態で、図２中の読取面１Ａ、読取面１Ｂ、及び読取面１Ｃを撮像したときの光学的ポインタの画像（Ｇ１Ａ，Ｇ１Ｂ，Ｇ１Ｃ）の例をそれぞれ示している。読取面での光学的ポインタの大きさは、光学的ポインタが拡散光でない場合には距離が変化しても略同一の大きさとなるが、画像Ｇ１Ａ，Ｇ１Ｂ，Ｇ１Ｃに示すように、同一画角で撮像した画面内のポインタ画像の形状は、読取対象が離れるにつれて小さくなると言うように、撮像距離に応じて変化する。そこで、測距手段１５では、光学的ポインタの形状を近似的に表わす値として、例えば撮像手段１１によって撮像した画像信号から得られる濃度値が所定の閾値を超える画素の数を計数する。そして、測距用情報である上記の計数値と読取面（コード）までの距離との関係を定めたテーブル若しくは関数式を用いて、読取面までの距離を算出する。

上記の測距用情報を求める際には、画面全体の画像情報を対象としても良い。しかし、光学的ポインタ以外の自然光を回避し、且つ高速に演算するためには、図３中に示すように、光学的ポインタの投影領域に応じて予め設定された一定の画素領域（画素範囲）を計測用ウインドウＷ（Ｗ１又はＷ２）として設定しておき、その計測用ウインドウＷ内の画素群を対象とした方が好ましい。また、図３（Ａ）〜（Ｃ）中に示すような２次元の計測用ウインドウＷ２を用いるよりも、図３（Ａ）中に示すような、光学的ポインタの画像を所定方向に横断する画素列に対応して設定された一定幅の直線状のウインドウＷ１を用いた方が、より高速に演算することができる。

図４は、計測用ウインドウＷ１内にて濃度値が所定の閾値を超える画素の計数値（画素数）を縦軸、距離（ｍｍ）を横軸として、上記計数値（画素数）とコードまでの距離との相関関係をグラフで示した図である。そして、図５は、距離５０ｍｍ，１００ｍｍ，１５０ｍｍでそれぞれ実測した上記計数値（画素数）を示している。図４に示すように、光学的ポインタの形状を近似的に表わす上記計数値と距離との相関関係は、反比例の関係にあることがわかる。測距手段１５では、一定の計測用ウインドウ内にて濃度値が所定の閾値を超える画素の計数値と上記コードまでの距離との相関関係を定めた図５に示すようなテーブル若しくは関数式を用いてコードまでの距離を算出する。

なお、図４及び図５の例では、計測用ウインドウ内にて各画素の濃度値を比較して濃度のピーク（最大濃度値）を求めて、その半値（最大濃度値の５０％）を閾値として設定し、その閾値を超える画素を計数した値（以下「半値幅」と言う）を測距用情報として用いているが、画素の計数に用いる閾値は固定としても良い。また、測距手段１５において距離を求める際に用いる基準値（例えば図５のテーブル中の画素数）は、後述する他の方法により測距する場合も同様であるが、論理的な計算値ではなく、例えば予めサンプルのコード面に光学的ポインタを投光した状態で算出した計数値（実測値）を基準値として設定しておく方が好ましい。また、計数値とコードまでの距離との関係を示す関数式についても、論理的な式ではなく、実測値（濃度分布）に基づいて関数式を用いるようにしても良い。

このように、測距手段１５では、光学的ポインタを投光した状態で撮像手段１１（撮像素子）により撮像した光学的ポインタの画像情報を得て、光学的ポインタの投影領域に応じて予め設定された一定の画素範囲を計測用ウインドウＷとして、その計測用ウインドウＷ内にて濃度値が所定の閾値を超える画素の数を計数し、光学的ポインタの形状を近似的に表わす画素の計数値とコードまでの距離との関係を定めたテーブル若しくは関数式を用いてコードまでの距離を算出する。

なお、ズーム機能を有するコード読取装置の場合は、基準値を設定した時点のズーム量となるようにレンズ系を移動した状態で光学的ポインタの画像を撮像する。あるいは、レンズ系を移動せずに、基準値を設定した時点のズーム量と現在のズーム量との比で基準値又は算出値を補正し、補正後の値の変化量から、読取面までの距離を算出する。また、対象物の面と撮像面は、多少の傾きがあってもピント調整処理等では問題とならないが、傾きを考慮してより正確に測距するようにしても良い。例えば、図３に示したような縞模様の投影形状を有する光学的ポインタの場合は、全体の輪郭線部分又は個々のバーのエッジ部分の形状の歪み、バーの間隔等から傾きを求めて、求めた傾きの量から画像成分量を補正すれば、より高精度の変化量及び距離を算出することができる。また、その他の形状（円形，十字型，矩形，多少の幅を有する線分等から成る光学的ポインタ）であっても、傾きに応じて生じる光学的ポインタの幾何学的な形状の歪を画像処理により求めれば、その歪の情報から傾きを算出することができる。

次に、測距方法の第２の実施形態として、ピントずれによる像の広がりを近似的に表わす値を測距用情報としてコードまでの距離を測定する方法について説明する。

前述のように、光学的ポインタの画像の大きさは、撮像距離に応じて変化する。ところで、ピントが合っていない状態で撮像した場合、光学的ポインタの像が広がり、ぼけた像が撮像される。測距方法の第１の実施形態では、濃度値が所定の閾値を超える画素の計数値に基づいて測距する方法を例としたが、第１の実施形態では、２つの閾値を設定してポインタ像の２箇所の幅を求め、その幅の比を「光学的ポインタの像の広がりを近似的に表わす値」として測距するようにしている。

図６は、計測用ウインドウ内の各画素を横軸、画素の濃度を縦軸として、光学的ポインタの画像部分の濃度分布を示した図である。そして、図６中のＬ１，Ｌ２，Ｌ３は、距離５０ｍｍ，１００ｍｍ，１５０ｍｍでの濃度分布をそれぞれ示している。図３に示した光学的ポインタの画像の形状（所定の幅を有する３本の線分から成る光学的ポインタ）は、ピントが合っていればパルス状の波形となるが、ピントが合っていない状態で撮像した場合は、図６に示すように、光学的ポインタの像が広がり、波状の波形となる。

本実施の形態では、例えば、前述の計測用ウインドウ内にて各画素の濃度値を比較して濃度のピーク（最大濃度値）を求め、その最大濃度値のＡ％（例えば半値：Ａ＝５０）を第１の閾値として設定すると共に、Ｂ＜Ａとし最大濃度値のＢ％（例えばＢ＝１３．５）を第２の閾値として設定し、計測用ウインドウ内にて濃度値が上記第１の閾値を超える画素の数を第１のポインタ画像幅として計数する。そして、第１のポインタ画像幅に対する第２のポインタ画像幅の比を求めれば、光学的ポインタの像の広がりを近似的に表わすことができる。コードまでの距離は、上記の各ポインタ画像幅の比をポインタ像広がり度として、ポインタ像広がり度とコードまでの距離との関係を定めたテーブル若しくは関数式を用いて算出する。

図７は、上記のポインタ像広がり度を縦軸、距離（ｍｍ）を横軸として、ポインタ像広がり度とコードまでの距離との相関関係をグラフで示した図である。そして、図８は、距離５０ｍｍ，１００ｍｍ，１５０ｍｍでそれぞれ実測した広がり度を百分率で示した値（上記ポインタ像広がり度）を示している。図７に示すように、光学的ポインタの像の広がりを近似的に表わすポインタ像広がり度と距離との相関関係は、距離１００ｍｍで略ピントが合っている場合は、広がり度は、距離１００ｍｍで最少となり、その距離より近方は、距離が短くなるにつれて広がり度は増加し、その距離より遠方は、距離が遠くなるにつれて広がり度は増加する。この相関関係では、広がり度から一義的に距離を算出することができない。しかし、光学式ポインタの像を撮像する場合、図７中で左上がりの部分又は右上がりの部分だけが得られる焦点位置で撮像すれば、広がり度から一義的に距離を算出することができる。この焦点位置は、撮像手段の初期設定値としておいても良く、光学式ポインタの像の撮像時に自動的に調節するようにしても良い。

このように、第２の実施形態においては、測距手段１５では、光学的ポインタを投光した状態で撮像手段１１（撮像素子）により撮像した光学的ポインタの画像情報を得て、光学的ポインタの投影領域に応じて予め設定された一定の画素範囲を計測用ウインドウとして計測用ウインドウ内にて各画素の濃度値を比較して算出した最大濃度値のＡ％を第１の閾値として設定すると共に、Ｂ＜Ａとし上記最大濃度値のＢ％を第２の閾値として設定し、計測用ウインドウ内にて濃度値が上記第１の閾値を超える画素の数を第１のポインタ画像幅として計数すると共に、計測用ウインドウ内にて濃度値が上記第２の閾値を超える画素の数を第２のポインタ画像幅として計数し、光学的ポインタの像の広がりを近似的に表わす上記第１のポインタ画像幅に対する第２のポインタ画像幅の比を「ポインタ像広がり度」として算出し、このポインタ像広がり度とコードまでの距離との関係を定めたテーブル（図８に示したようなテーブル）若しくは関数式を用いてコードまでの距離を算出する。

なお、上述した第１又は第２の実施の形態において、計測用ウインドウ内の濃度値を計測する際には、例えば、撮像手段１１によって撮像した画像信号から濃度信号を入力すると共に、２次元の計測用ウインドウ内の水平（及び）又は垂直方向の各画素の濃度値を加算して垂直（及び）又は水平方向の濃度ヒストグラムを作成し、その波形（図６に示した濃度分布を示す波形）を基本パターンと照合して距離を求めるようにしても良いが、高速に測距できないため、第１、第２の実施の形態で測距するのが最適である。

また、上述した実施の形態においては、（１）光学的ポインタの形状を近似的に表わす値を測距用情報としてコードまでの距離を測定する方法を第１の実施形態、（２）ピントずれによる像の広がりを近似的に表わす値を測距用情報としてコードまでの距離を測定する方法第２の実施形態として、それぞれ説明したが、上記（１）の光学的ポインタの形状を近似的に表わす値を第１の測距用情報とし、上記（２）の像の広がりを近似的に表わす値を第２の測距用情報とし、これらの第１及び第２の測距用情報に基づいてコードまでの距離を測定する形態とすれば、両者の測距用情報が補完し合い、より正確な距離を測定することができる。この場合、第１の測距用情報（計測用ウインドウ内にて濃度値が所定の閾値を超える画素の計数値）、及び第２の測距用情報（前述の第１のポインタ画像幅と第２のポインタ画像幅との比）を変数とした関数式を用いてコードまでの距離を算出するようにしても良く、第１及び第２の測距用情報を所定の演算式により求めた値と距離との関係を定めたテーブルを用いてコードまでの距離を算出するようにしても良い。また、算出した像の広がり度が小さい場合は第１の測距用情報、大きい場合は第２の測距用情報というように、一方の測距用情報をもとに最適な値を選択的に採用し、その値と距離との関係を定めたテーブルを用いてコードまでの距離を算出するようにしても良い。

次に、測距手段１５によって求めた距離の用途について説明する。

測距手段１５によって求めた距離は、例えば、ピント調整用の情報、定置式のコード読取装置における撮像タイミングの制御情報として使用される。

先ず、ピントの調整方法について説明する。ピントの調整は、測距手段１５により算出した距離に応じて撮像手段１１のレンズ系（又は撮像素子）を光軸方向に移動させることによって行う。

図９は、撮像距離と光学系の焦点深度との関係を示しており、同図を参照してオートフォーカス制御におけるレンズ系（若しくは撮像素子）の移動方式について説明する。本発明においては、測距手段１５により求めた距離をピント調整情報として焦点位置を調節する。その際、オートフォーカスは連続的でなく、各撮像距離でのレンズ系の焦点深度に応じて複数段階の移動位置、例えば図９中のように遠、中、近の３段階に対して移動位置を設定しておき、前述の光学的ポインタの画像成分の変化量若しくは読取対象までの距離に対応する段階の移動位置に、レンズ系（又は撮像素子）を光軸方向に相対的に移動させて位置決めする。

図９の例では、焦点深度４０ｍｍ〜１４０ｍｍが“近”、８０ｍｍ〜２３０ｍｍが“中”、１７０ｍｍ〜４００ｍｍが“遠”と言うように、３段階の撮像距離（焦点深度）に対応して、３ポジションの固定位置（焦点位置）が移動位置として設定されている。例えば、レンズ系の標準位置を“中”の焦点位置として、読取対象までの距離が“遠”と判断した場合は、レンズ移動手段（電磁式のアクチュエータ）１３を駆動制御して“遠”の焦点位置にレンズ系１１ａを移動し、読取対象までの距離が“近”と判断した場合は、レンズ移動手段１３を駆動制御して“近”の焦点位置にレンズ系１１ａを移動する。このように、前述の測距手段１５で求めた光学的ポインタの画像成分の変化量又は距離をピント調整情報として使用し、段階的なオートフォーカス制御を行うことで、安価な構成でピント調整を高速で行うことが可能となる。

次に、本発明に係るコード読取装置の動作例を図１０のフローチャートに沿って説明する。

操作スイッチの押下により、コードの読取開始の指示がされると、コード読取装置のガイド光投光部から読取位置確認用及び距離計測用の光学的ポインタ（ガイド光）が投光される。光学的ポインタとしては、例えば回折格子を通して、撮像手段１１の視野を示す所定形状のレーザパターンから成る光束が発射され、例えば、図３に示したようなパターンから成るガイド光の光束（撮像手段の受光軸に対して平行な光束及び／又は所定の角度を成す光束）が、読取面に対して照射される。このようなパターンの光学的ポインタを発生する光学的ポインタ投光手段１２は、撮像手段１１の筐体内の所定位置に固設されるが、回折格子ユニットを着脱可能に装填できる構成としても良い。ここでは、撮像手段の受光軸に対して平行な光束を投光する場合を例として説明する。（ステップＳ１）。

操作者は、光学的ポインタ１で示される視野位置を見ながら読取対象（本例では１次元若しくは２次元コード）に位置を合わせた後に再度操作スイッチを押して、読取開始を指示する（ステップＳ２）。この読取開始指示によりガイド光の像が撮像され（ステップＳ３）、測距手段１５によって、前述の光学的ポインタの形状を近似的に表わす画素計数値（又はポインタ像広がり度）が測距用情報として算出され（ステップＳ４）、その画素計数値（又はポインタ像広がり度）とコードまでの距離との関係を定めたテーブル若しくは関数式を用いて、コードまでの距離が算出される（ステップＳ５）。そして、この距離（あるいは、画素計数値又はポインタ像広がり度）を基にピントの調節をするためのレンズ系の移動位置が決定される（ステップＳ６）。

本実施の形態では高速のピント調整を実現するために、前述したように、例えば、予め撮像距離（又は変化量）に対応して設定されている複数段階（本例では、図９中の“近”，“中”，“遠”のいずれの段階）の焦点距離の位置に、電磁式のアクチュエータを駆動制御して瞬間的にレンズ系を移動させることで、ピントを高速で自動的に調整する構成としている。このようなピント調整をすることで、従来の固定視点の撮像手段を用いた手持ち式のコード読取装置では、例えば絞りＦ１０で読取深度が８０ｍｍ〜２３０ｍｍ程度であったものが、上記３段階の制御例では、読取深度が４０ｍｍ〜４００ｍｍ程度となる。その結果、読取対象に対する距離をあまり気にすることなく操作することが可能となり、読取成功率を上げることができると共に、様々な読取対象に対応できるようになる（ステップＳ７）。

制御手段１６では、上記のピントの調整制御をすると共に光学的ポインタの投光を停止し、光学的ポインタを投光していない状態で読取対象のコードを撮像する（ステップＳ８）。そして、コード解読手段１４によってコードを解読する（ステップＳ９）。そして、コードの復号化が完了したのであれば、ブザー音，光（例えばＬＥＤ表示）等より操作者に通知して（ステップＳ１０）、当該コードの読取処理に係る動作を終了する。

上述の様にして復号化されたコードのデータは、記憶媒体に蓄積されて記録される。上位システムで処理する場合は、記憶媒体を上位システム側の装置に装填してバッチ処理するか、あるいはコード読取装置とのケーブル接続により記憶媒体からデータを取込んで処理する。なお、無線通信機能を備えたコード読取装置では、例えば復号化処理が完了した時点でリアルタイムにデータが上位システム側に送信される。また、蓄積機能と通信機能とを備えたコード読取装置では、操作者が処理モード（例えば、蓄積する第１のモード，リアルタイム送信する第２のモード，蓄積すると共にリアルタイム送信する第３のモード）を選択できるようにしても良い。更に、記憶媒体に蓄積されたデータを上位システム側からの送信要求で一括若しくは選択的に取込めるようにしても良い。

次に、測距手段１５によって求めた距離を、定置式のコード読取装置における撮像タイミングの制御情報に使用摺る場合を説明する。

搬送路に沿って連続的に搬送される物品の表面に付されたコードをリアルタイムに読取る定置式のコード読取装置の場合、測距手段１５により算出した距離と、焦点が合焦する距離範囲とを比較し、算出した距離が合焦範囲内（又は読取対象の大きさ等に応じた最適な距離）となった時点で、コードの解読用画像を撮像手段１１により撮像する構成とすることによって、ピントが合った像を自動的に撮像することが可能となる。この場合、レンズの移動は不要となる。

本発明に係るコード読取装置の構成例を示すブロック図である。 本発明に係る距離計測方法を説明するための図である。 本発明に係る光学的ポインタの画像の例、及び計測用ウィンドウの例を示す図である。 本発明における測距方法の第１の実施形態に用いる計数値と距離との相関関係を示す図である。 本発明における測距方法の第１の実施形態に用いるテーブルの一例を示す図である。 光学的ポインタの画像部分の濃度分布を示す図である。 本発明における測距方法の第２の実施形態に用いるポインタ像広がり度と距離との相関関係を示す図である。 本発明における測距方法の第２の実施形態に用いるテーブルの一例を示す図である。 本発明に係るレンズ系の移動方式を説明するための図である。 本発明に係るコード読取装置の動作例を説明するためのフローチャートである。 一般的な手持ち式のコード読取装置の一例を示す外観図である。

符号の説明

１ 読取対象
１０ コード読取装置
１１ 撮像手段
１１ａ レンズ系
１１ｂ 撮像素子
１２ 光学的ポインタ投光手段
１３ レンズ移動手段
１４ コード解読手段
１５ 測距手段
１６ 制御手段
２０ 上位システム

Claims (9)

1. 異なる反射率又は正反射、拡散射光の差で形成されるマークで表わされる１次元若しくは２次元のコードを読取対象として、前記読取対象の画像を撮像するための撮像手段と、前記読取対象の撮像位置を示す所定形状の光学的ポインタを投光する光学的ポインタ投光手段と、前記撮像手段により撮像した画像を処理して前記コードを解読するコード解読手段とを備えたコード読取装置において、
   前記光学的ポインタを投光した状態で前記撮像手段により撮像した前記光学的ポインタの画像情報を得て、前記光学的ポインタの投影領域に応じて予め設定された一定の画素範囲を計測用ウインドウとして前記計測用ウインドウ内にて各画素の濃度値を比較して算出した最大濃度値のＡ％を第１の閾値として設定すると共に、Ｂ＜Ａとし前記最大濃度値のＢ％を第２の閾値として設定し、前記計測用ウインドウ内にて濃度値が前記第１の閾値を超える画素の数を第１のポインタ画像幅として計数すると共に、前記ウインドウ内にて濃度値が前記第２の閾値を超える画素の数を第２のポインタ画像幅として計数し、前記光学的ポインタの像の広がりを近似的に表わす前記第１のポインタ画像幅に対する第２のポインタ画像幅の比をポインタ像広がり度として算出し、前記ポインタ像広がり度と前記コードまでの距離との関係を定めたテーブル若しくは関数式を用いて前記コードまでの距離を算出する測距手段を備えたことを特徴とする測距機能を有するコード読取装置。
2. 異なる反射率又は正反射、拡散射光の差で形成されるマークで表わされる１次元若しくは２次元のコードを読取対象として、前記読取対象の画像を撮像するための撮像手段と、前記読取対象の撮像位置を示す所定形状の光学的ポインタを投光する光学的ポインタ投光手段と、前記撮像手段により撮像した画像を処理して前記コードを解読するコード解読手段とを備えたコード読取装置において、
   前記光学的ポインタを投光した状態で前記撮像手段により撮像した前記光学的ポインタの画像情報を得て、前記光学的ポインタの投影領域に応じて予め設定された一定の画素範囲を計測用ウインドウとして前記計測用ウインドウ内にて濃度値が所定の閾値を超える画素の数を計数し、その計数値を第１の測距用情報とすると共に、
   前記計測用ウインドウ内にて各画素の濃度値を比較して算出した最大濃度値のＡ％を第１の閾値として設定すると共に、Ｂ＜Ａとし前記最大濃度値のＢ％を第２の閾値として設定し、前記計測用ウインドウ内にて濃度値が前記第１の閾値を超える画素の数を第１のポインタ画像幅として計数すると共に、前記ウインドウ内にて濃度値が前記第２の閾値を超える画素の数を第２のポインタ画像幅として計数し、前記第１のポインタ画像幅に対する第２のポインタ画像幅の比を第２の測距用情報とし、
   前記光学的ポインタの形状を近似的に表わす前記第１の測距用情報、及び前記光学的ポインタの像の広がりを近似的に表わす前記第２の測距用情報に基づいて、前記コードまでの距離を算出する測距手段を備えたことを特徴とする測距機能を有するコード読取装置。
3. 前記計測用ウインドウが、前記光学的ポインタの画像を所定方向に横断する画素列に対応して設定された一定幅のウインドウである請求項１又は２に記載の測距機能を有するコード読取装置。
4. 前記光学的ポインタ投光手段により投光する光学的ポインタの光束が、前記撮像手段の受光軸に対して平行な光束である請求項１乃至３のいずれかに記載の測距機能を有するコード読取装置。
5. 前記測距手段により算出した距離に応じて前記撮像手段のレンズ系又は撮像素子を光軸方向に移動させてピントを自動的に調整するレンズ移動手段を更に備えた請求項１乃至４のいずれかに記載の測距機能を有するコード読取装置。
6. 各撮像距離でのレンズ系の焦点深度に応じて予め設定された複数段階の焦点距離の中から、前記測距手段により算出した距離に対応する当該段階の焦点距離を得て、前記レンズ移動手段を制御して前記当該段階の焦点距離の位置に前記レンズ系又は撮像素子を瞬間的に移動させるピント調整制御手段を備えた請求項５に記載のコード読取装置。
7. 前記焦点距離の段階が２段階又は３段階である請求項６に記載のコード読取装置。
8. 前記コード読取装置が、搬送路に沿って連続的に搬送される物品の表面に付されたコードをリアルタイムに読取る定置式のコード読取装置であり、前記測距手段により算出した距離が前記撮像手段の焦点が合焦する距離の範囲内となった時点で前記コードの解読用画像を前記撮像手段により撮像する撮像タイミング制御手段を更に備えた請求項１乃至７のいずれかに記載の測距機能を有するコード読取装置。
9. 前記撮像タイミング制御手段は、前記コードの解読用画像の撮像前に前記光学的ポインタの投光を停止させることを特徴とする請求項８に記載のコード読取装置。

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