JP6997603B2 - 光学読取装置 - Google Patents

Description

本発明は、光学読取装置に係り、さらに詳しくは、エイマー光を利用してワークまでの距離を測定する光学読取装置の改良に関する。

近年、バーコード、二次元コードなどのシンボルを光学情報として読み取り、様々なデータ処理を行う光学読取システムが広く普及している。例えば、店舗における精算処理、物流拠点における在庫管理、工場における工程管理などに利用されている。

シンボルは、ワーク（読取対象物）に印刷され、あるいは、ラベル等に印刷されてワークに貼付される。シンボルを読み取る光学読取装置には、ワークを移動させてシンボルを読み取る据え置きタイプのものと、光学読取装置を移動させてシンボルを読み取るハンディタイプのものとがある。据え置きタイプの光学読取装置は、ワークを移動させて読み取るため、固定焦点である場合が多いのに対し、ハンディタイプの光学読取装置は、ワークまでの距離が変化するため、オートフォーカス機能を有するものが知られている。

コストの増大を抑制してオートフォーカス機能を実現しようとする場合、例えば、コントラスト法のように、焦点距離を順に変化させながら撮像を繰り返して合焦点を求める方法が知られている。しかしながら、オートフォーカスの応答性は、読取作業の効率に大きな影響を与える。このため、高い応答性が求められる光学読取装置のオートフォーカスには、このような手法は採用することができず、例えば、超音波などを利用してワークまでの距離を測定し、測定した距離に焦点距離を一致させるオートフォーカス制御を行う必要があった。

また、焦点調整前の撮影画像内におけるシンボルの大きさを検出することにより、ワークまでの距離を測定する光学読取装置が知られている（例えば、特許文献１）。特許文献１の方法によれば、コストを増大させることなく、撮影画像からワークまでの距離を測定することができるが、焦点ぼけによりシンボルの大きさを検出できない場合には、シンボルの読み取りを行うことができない。

特開２０１０－２０４７９２号公報

ワークまでの距離の測定には様々な方法が考えられるが、エイマー光を利用してワークまでの距離を測定することができれば、コストを増大させることなく、ワークまでの距離を測定することができると考えられる。エイマー光は、ユーザに読取対象を示すための照準光である。一般に、ハンディタイプの光学読取装置は、エイマー光として赤色レーザ光などを照射する機能を有している。このエイマー光の光軸を撮像素子の受光軸に対し傾斜させれば、撮像画像内におけるエイマー光の位置に基づいて、エイマー光の反射面までの距離を求めることができると考えられる。

しかし、ワークまでの距離が遠くなれば、ワーク表面におけるエイマー光の反射光量が減少し、反射面までの距離を計測することができなくなる。また、レーザ光を直視した場合の安全性を考慮すれば、エイマー光の強度を大きくして測定距離を伸ばすのにも限界がある。これに対し、照準光は目視で確認されるため、距離測定の限界よりも遠方のワークに対してもエイマー光は照準光として機能する。このため、このような遠方のシンボルを読み取り可能な光学読取装置の場合、シンボルを読み取ることができる距離範囲の一部にエイマー光による距離測定を行うことができない範囲が生じてしまう。つまり、エイマー光によって距離を測定することができる距離範囲が、シンボルを読み取ることができる距離範囲の一部をカバーしていない状態が発生する。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、応答性の良好なオートフォーカス機能を有する光学読取装置を提供することを目的とする。また、エイマー光を用いてオートフォーカス機能を安価に実現する光学読取装置を提供することを目的とする。また、エイマー光による測定限界よりも遠方のシンボルを読み取ることができる光学読取装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様による光学読取装置は、ワークに付された光学情報をデコードする光学読取装置において、前記ワークにエイマー光を照射するエイマー光照射部と、前記ワークを撮像して撮像画像を生成する撮像部と、第１の距離範囲内において前記撮像部の合焦距離を調整する焦点調整部と、前記撮像画像内におけるエイマー画像の位置に基づいて、第１の距離範囲よりも狭い第２の距離範囲内において前記ワークまでの距離を測定する距離測定部と、前記合焦距離の調整後に撮像された前記撮像画像に基づいて、前記光学情報をデコードするデコード部と、前記距離測定部が距離の測定に成功した場合に、測定された距離に基づいて前記焦点調整部を制御し、前記距離測定部が距離の測定に失敗した場合に、前記合焦距離が前記第２の距離範囲外の予め定められたリカバリー位置に移動するように前記焦点調整部を制御する制御部とを備える。

この様な構成を採用することにより、ワークが第２の距離範囲内に存在する場合、ワークまでの距離が測定され、測定された距離に基づく焦点調整が行われるため、シンボルの読み取りを高速に行うことができる。また、ワークまでの距離の測定に失敗した場合、第２の距離範囲外の予め定められたリカバリー位置に合焦距離を移動させるため、ワークが第２の距離範囲外に存在する場合であっても、シンボルの読み取りを高速に行うことができる。

本発明の第２の態様による光学読取装置は、上記構成に加えて、前記リカバリー位置が、前記第２の距離範囲よりも遠い位置になるように構成される。

この様な構成を採用することにより、ワークが遠いためにエイマー光の反射強度が不足し、シンボルの読み取りは可能であるが、ワークまでの距離を測定することができない場合であっても、高速にシンボルの読み取りを行うことができる。

本発明の第３の態様による光学読取装置は、上記構成に加えて、前記距離測定部が距離の測定に失敗した場合に、前記合焦距離が２以上の前記リカバリー位置に順次に移動するように前記制御部が前記焦点調整部を制御する。

この様な構成を採用することにより、第１の距離範囲内であって、第２の距離範囲外の距離範囲が広い場合であっても、当該距離範囲に存在するシンボルを読み取ることができる。

本発明の第４の態様による光学読取装置は、上記構成に加えて、前記距離測定部が距離の測定に失敗し、前記合焦距離が３以上の前記リカバリー位置に順次に移動する際、両端のリカバリー位置よりも先に、両端以外のリカバリー位置の少なくとも一つに移動するように前記制御部が前記焦点調整部を制御する。

この様な構成により、３以上のリカバリー位置を順次に移動してシンボルをサーチする場合に、より高速にシンボルを読み取ることができる確率を高め、平均的な読取速度を向上させることができる。

本発明の第５の態様による光学読取装置は、上記構成に加えて、前記合焦距離が第２の距離範囲外の前記リカバリー位置へ移動した後に撮像された前記撮像画像に基づくデコードに失敗した場合に、前記合焦距離が前記第２の距離範囲内の予め定められた２以上のサーチ位置に順次に移動するように前記制御部が前記焦点調整部を制御する。

この様な構成を採用することにより、第２の距離範囲内に読取可能なシンボルが存在しているが、距離の測定に失敗した場合であっても、当該シンボルを読み取ることが可能になる。

本発明の第６の態様による光学読取装置は、上記構成に加えて、前記撮像部が選択可能な前記合焦距離に対応づけて制御量を記憶する制御量記憶部を備え、前記制御部が、測定された距離に対応する前記制御量を前記制御量記憶部から読み出し、読み出された前記制御量に基づいて、前記焦点調整部を制御する。

本発明の第７の態様による光学読取装置は、上記構成に加えて、前記撮像部が、液体レンズを有し、前記焦点調整部が、前記液体レンズの焦点距離を調整する。

この様な構成を採用することにより、焦点調整を高速に行うことができ、シンボルの読取処理の高等性を向上させることができる。

本発明によれば、応答性の良好なオートフォーカス機能を有する光学読取装置を提供することができる。また、エイマー光を用いてオートフォーカス機能を安価に実現する光学読取装置を提供することができる。また、エイマー光による測定限界よりも遠方のシンボルを読み取る光学読取装置を提供することができる。

本発明の実施の形態１による光学読取装置１の一例を示した図である。 図１の光学読取装置１がカバーする領域を示した図である。 エイマー光を照射したときの撮像画像の一例を示した図である。 エイマー光を照射したときの撮像画像の一例を示した図である。 図１の光学読取装置１の機能構成の一例を示したブロック図である。 撮像レンズ１３１の一構成例を示した図である。 図５の制御量記憶部１０９が保持する制御量の一例を示した図である。 エイマーの中心位置と制御量の関係を示した図である。 シンボル読取動作の概略を示した説明図である。 シンボル読取処理の一例を示したフローチャートである。 シンボルの読取動作の概略を示した説明図である。 実施の形態２によるシンボルの読取動作の概略を示した説明図である。 実施の形態２によるシンボル読取処理の一例を示したフローチャートである。 実施の形態３によるシンボルの読取動作の概略を示した説明図である。

実施の形態１．
（１）光学読取装置１の概要
図１は、本発明の実施の形態１による光学読取装置１の一例を示した図であり、図中の（ａ）には、光学読取装置１の操作面が示され、図中の（ｂ）には、光学読取装置１の側面が示されている。

光学読取装置１は、ワークに付された光学情報を読み取るための端末装置である。読取対象となる光学情報は、バーコード、２次元コードなどの光学コード、あるいは、文字などによって構成されるシンボルであり、ワークの表面に直接印刷され、あるいは、ワークの表面に貼付されたラベルに印刷されている。読み取られた光学情報は、デコードされた後にデータ出力、データ照合、その他の任意のデータ処理に用いられる。

光学読取装置１は、片手で把持することができる形状を有し、携帯して移動することができる携帯型端末装置（ハンディーターミナル）である。光学読取装置１の操作面には、トリガーキー１０ｔを含む多数の操作キー１０と、表示画面１１とが設けられている。

光学読取装置１の先端をワークに向けてトリガーキー１０ｔを押下すれば、光学読取装置１の先端からエイマー光が照射される。ユーザは、ワーク表面で反射されるエイマー光の反射光（以下、エイマーと呼ぶ）を目視しながら光学読取装置１の向きを調整し、エイマーを読取対象のシンボルに合わせれば、シンボルの読み取り及びデコードが自動的に行われ、読み取りの完了を報知するブザー音が鳴る。

一例として、物流倉庫内におけるピッキング作業に光学読取装置１を用いる場合について説明する。受注した商品を物流倉庫から発送する場合、商品倉庫内の商品棚から必要な商品がピッキングされる。このピッキング作業は、バーコードが記載された受注伝票を持ったユーザが、商品棚まで移動した後、受注伝票のバーコードと、商品又は商品棚に付されたバーコードとを照合しながら行われる。この場合、受注伝票までの距離は１０～２０ｃｍ程度であるのに対し、商品棚までの距離は最大２ｍ程度であり、このような全く異なる距離のバーコードを交互に読み取る作業が行われる。このため、シンボルの読み取りには焦点調整が必要になる。しかも、エイマーを読取対象のシンボルに合わせてから、読み取りが完了するまでの時間遅れは、作業効率に大きな影響を与えるため、高い応答性が求められる。

例えば、エイマーをシンボルに合わせてからブザーが鳴るまでの時間遅れを１秒未満のごく僅かな時間とし、ほぼリアルタイムでシンボルを読み取ることが求められる。この僅かな時間遅れの間に、撮像部の焦点距離をワーク表面に一致させるオートフォーカス（自動焦点調整）が行われ、焦点調整後にシンボルの撮像及びデコードが行われる。このような高い応答性を実現するためには、オートフォーカスを短時間で終了する必要がある。このため、まずワーク表面までの距離を計測し、計測した距離に基づいて焦点距離を調整する手法が用いられている。

ワーク表面までの距離の計測は、エイマー光を用いて行われる。エイマー光の出射光軸１３は、撮像素子への入射光軸である撮像軸１２に対し傾斜して配置され、三角測距の原理を利用して、エイマー光の反射面までの距離が測定される。例えば、図１に示したように、撮像軸１２とエイマー光の出射光軸１３は、ともに光学読取装置１の操作面に平行であるが、当該平面内において互いに角度を有するように配置されている。このようなエイマーを撮像すれば、反射面までの距離に応じて、撮像画像内におけるエイマーの位置が操作面と平行な方向に変化する。このため、撮像画像内におけるエイマーの位置に基づいて反射面までの距離を測定することができる。

エイマー光は読取対象を示す照準光であり、このようなエイマー光を利用してワーク表面までの距離を測定することによって、新たな部品を追加することなく、ワーク表面までの距離を計測することが可能になる。つまり、コストを増大させることなく、ワーク表面までの距離を測定することが可能になる。

（２）エイマー光による距離測定
図２及び図３は、エイマー光を利用した距離測定についての説明図である。図２は、図１の光学読取装置１がカバーする領域を示した図であり、図３は、エイマー光を照射したときの撮像画像２０１～２０４の一例を示した図である。

距離Ａ１～Ａ４は、光学読取装置１からワークまでの距離の一例であり、順に遠くなっている（Ａ１＜Ａ２＜Ａ３＜Ａ４）。また、撮像画像２０１～２０４は、光学読取装置１からの距離がそれぞれＡ１～Ａ４のワーク表面のシンボルを撮像した画像であり、エイマー光の照射中に撮像されたものである。

距離Ａ１～Ａ３の撮像画像２０１～２０３には、バーコードのシンボル２０と、十字形状のエイマー２１とが含まれている。エイマー光の出射光軸１３は、光学読取装置１から見た場合、撮像軸１２に対し右方向へ傾いている。このため、撮像画像２０１～２０３内におけるエイマー２１の位置は、反射面までの距離が遠くなるほど右へ移動する。従って、画像処理により撮像画像２０１～２０３からエイマー２１を抽出すれば、撮像画像２０１～２０３内における位置に基づいてワーク表面までの距離を求めることができる。

最も遠い距離Ａ４の撮像画像２０４には、シンボル２０のみが写り、エイマー２１は写っていない。反射面が遠くなれば、エイマー光の反射強度が低下するため、エイマーを撮像することができなくなる。特に、エイマーの撮像は、焦点調整前に行われるため、十分な反射強度が確保されていなければ、撮像画像からエイマーを検出することができない。なお、エイマー光の出射強度を増大させることにより反射強度を増大させることはできるが、安全性確保の観点から限界がある。

図中に示した読取最大距離Ｌ１は、シンボルを読み取ることができる最大距離であり、例えば２ｍである。読取可能領域４１は、光学読取装置１の直近から読取最大距離Ｌ１までの距離範囲であり、光学読取装置１は、読取可能領域４１内に存在するシンボルを読み取ることができる。つまり、読取可能領域４１内にあるワークに対し、照準光としてのエイマー光を目視可能に照射することができ、当該ワーク表面のシンボルを撮像し、デコードすることができる。

測定最大距離Ｌ２は、エイマー光を用いてワーク表面までの距離を測定することができる最大距離であり、例えば４０ｃｍである。測定可能領域４２は、光学読取装置１の直近から測定最大距離Ｌ２までの距離範囲であり、光学読取装置１は、測定可能領域４２内に存在するワーク表面までの距離を測定することができる。

測定最大距離Ｌ２は、読取最大距離Ｌ１よりも小さく、測定可能領域４２は、読取可能領域４１よりも狭い。このため、読取可能領域４１内には、距離を測定することができないブラインド領域４３が存在している。つまり、ブラインド領域４３は、読取可能領域４１内であって、測定可能領域４２外となる距離範囲である。

距離Ａ１～Ａ３は、測定可能領域４２内にあるため、距離を測定することができるが、距離Ａ４はブラインド領域４３内にあるため、シンボルを読み取ることはできるが、距離を測定することはできない。距離を測定することができないブラインド領域４３内にワークがある場合における読み取り動作については後述する。

図４は、エイマー光を照射したときの撮像画像２０５の一例を示した図である。図中のシンボル２０はワーク２２の端辺近傍に付されている。このため、シンボル２０を指示するエイマー光は、その一部がワーク２２によって反射されず、エイマー２１は一部が欠落した画像として撮影される。つまり、反射面に凹凸や傾斜の変化がある場合、エイマー画像は一部が欠落し、あるいは、歪んだ状態で撮影される。このような場合、画像処理によって撮影画像からエイマー２１を抽出することが困難になり、測定可能領域４２内であっても、ワークまでの距離の測定を行うことができない。

（３）光学読取装置１の機能構成
図５は、図１の光学読取装置１の機能構成の一例を示したブロック図である。この光学読取装置１は、制御部１００、エイマー光照射部１０１、照明光照射部１０２、撮像部１０３、焦点調整部１０４、距離測定部１０５、デコード部１０６、操作入力部１０７、表示出力部１０８及び制御量記憶部１０９を備えている。

エイマー光照射部１０１は、エイマー光を照射する。エイマー光は、ワークに照射され、ワーク表面上において読取対象を視認可能に示す照準光であり、ＬＥＤ、ＬＤ（レーザダイオード）などによって生成される可視光からなる。例えば、十字形状の赤色レーザ光をエイマー光として用いることができるが、本発明に適用されるエイマー光は、照準光として利用可能な可視光であればよく、その波長、形状、強度などは限定されない。エイマー光の照射は、距離の測定時に行われ、シンボルの撮像時には行われないことが望ましい。

照明光照射部１０２は、照明光を照射する光源である。照明光は、シンボルを撮像するために照射する光であり、例えば、白色光が用いられる。環境光が十分でない暗い環境下では、撮像対象に照明光を照射した状態で撮像が行われる。照明光の照射は、シンボルの撮像時に行われ、距離の測定時には行われないことが望ましい。なお、明るい環境下でのみ撮像する場合には、照明光照射部１０２を省略することができる。

撮像部１０３は、撮像レンズ１３１及び撮像素子１３２を備え、エイマー光及びシンボルを撮像し、撮像画像を生成する。撮像部１０３は、制御部１００からの撮像信号に基づいて撮像を開始し、生成した撮像画像を距離測定部１０５又はデコード部１０６へ出力する。撮像レンズ１３１は、入射光を集光し、撮像素子１３２の受光面上に結像させるレンズであり、例えば、液体レンズを用いることができる。撮像素子１３２は、撮像画像を生成する光電変換素子であり、例えば、ＣＣＤ、ＣＭＯＳイメージセンサを用いることができる。

焦点調整部１０４は、撮像部１０３の合焦距離を調整する手段である。撮像レンズ１３１が液体レンズの場合、焦点調整部１０４は、ワークまでの距離に対応する電圧を撮像レンズ１３１に印加して焦点距離を調整する。

距離測定部１０５は、撮像画像内におけるエイマーの位置に基づいて、ワーク表面までの距離を求める手段である。撮像画像内におけるエイマーの位置は、画像処理により撮像画像からエイマー画像を抽出することによって求められる。距離の測定は、焦点調整のために行われる処理であり、焦点調整前に撮像された画像に基づいて行われる。

デコード部１０６は、画像処理により撮像画像からシンボル画像を抽出し、抽出されたシンボルをデコードする手段である。シンボル画像の抽出は、焦点調整後に撮像された画像に基づいて行われる。撮像画像内に複数のシンボルが含まれる場合、エイマーによって指示されたシンボルがデコード対象となる。

操作入力部１０７は、ユーザによる操作入力を検出し、操作信号を制御部に出力する。例えば、トリガーキー１０ｔの押下操作を検出すれば、制御部１００へトリガー信号を出力する。

表示出力部１０８は、ユーザに対し種々の情報を報知する表示手段であり、例えば、表示画面１１を構成する液晶表示装置が用いられる。表示画面１１には、光学読取装置１の動作状態が表示されるとともに、シンボルの読み取り結果が表示される。

制御量記憶部１０９は、読取対象までの距離に対応づけて撮像レンズ１３１の制御量を記憶する記憶手段である。読取対象までの各距離に対応する制御量は予め与えられ、制御量記憶部１０９に保持されている。例えば、撮像レンズ１３１の印加電圧が制御量として保持されている。焦点調整部１０４は、制御量記憶部１０９内に保持されている制御量に基づいて撮像レンズ１３１に電圧を印加する。

制御部１００は、操作入力部１０７からトリガー信号が入力されると、エイマー光照射部１０１、照明光照射部１０２へ点灯信号を出力し、ワークに向けてエイマー光及び照明光が出射される。また、制御部１００は、撮像部１０３へ撮像信号を出力し、撮像レンズ１３１の焦点調整を行うことなく撮像が開始され、撮像画像が生成される。制御部１００は、距離測定部１０５がワークまでの距離を測定すれば、測定された距離に対応する制御量を制御量記憶部１０９から読み出し、当該制御量を焦点調整部１０４に出力する。焦点調整部１０４は、この制御量に基づいて撮像レンズ１３１の焦点調整を行う。また、制御部１００は、デコード部１０６からデコード結果が出力されると、当該デコード結果を制御部１００へ出力し、このデコード結果が読取結果として画面表示される。

図６は、撮像レンズ１３１の一構成例を示した図であり、図中の（ａ）及び（ｂ）には、焦点距離が異なる状態が示されている。撮像レンズ１３１には、液体レンズが用いられる。液体レンズは、屈折率の異なる液体３１１，３１２間に湾曲する界面３１３を形成したレンズであり、印加電圧に応じて界面３１３の曲率を変化させることができ、焦点距離を瞬時に調整することができる。

例えば、互いに対向する２枚の透明基板３０１，３０２と、円筒形ホルダ３０３とによって密閉空間が形成され、この密閉空間内に屈折率の異なる非混和性の２種類の液体３１１，３１２が封入されている。円筒形ホルダ３０３は、光軸方向に２つの電極３０４，３０５が設けられ、一方の液体３１１には非導電性の油が用いられ、他方の液体３１２には導電性の水溶液が用いられている。このため、電極３０４，３０５間に電圧を印加し、導電性の液体３１２が一方の電極３０４に引き寄せられると、非導電性の液体３１１は液滴のような形状に変化し、両液体３１１，３１２間に湾曲した界面３１３が形成される。当該界面３１３の曲率は電圧に応じて変化するため、焦点距離を高速に変化させることができる。

（４）焦点調整の制御量
図７は、図５の制御量記憶部１０９が保持する制御量の一例を示した図であり、横軸に読取対象までの距離をとり、縦軸に制御量としての電圧値をとって示されている。読取対象までの距離が長くなるほど、制御量が低下し、焦点距離が長くなる。一般に、光学レンズの被写体までの距離に対する焦点距離の変化率は、被写体が遠くなるほど小さくなる。このため、読取対象までの距離に対する制御量は、図示したように、読取対象までの距離が遠くなるほど、変化率が減少する曲線になる。

読取可能領域４１の幅は約２ｍであり、図中ではその一部（６００ｍｍ以下）のみが示されている。なお、６００ｍｍを越える領域では、読み取り対象までの距離が変化しても、焦点距離はほとんど変化しない。また、光学読取装置１の直近、例えば２０ｍｍ以下は、撮像レンズ１３１の焦点調整の限界であるため、制御量は一定になっているが、シンボルまでの距離が十分に近いため、多少の焦点ぼけが生じていてもシンボルを読み取ることができる。

図８は、エイマーの中心位置と制御量の関係を示した図であり、横軸には、エイマーの中心位置をとり、縦軸に制御量をとって示されている。エイマー中心撮像画像内における左右方向の位置に基づいてワークまでの距離を求めることができ、求められた距離に基づいて制御量記憶部１０９を読み出すことにより、制御量が求められる。

（５）シンボル読取処理
図９及び図１０は、本発明の実施の形態１によるシンボルの読取処理の一例を示した図である。図９は、シンボルの読取動作の概略を示した説明図である。

ワークが測定可能領域４２内にあれば、エイマー光を利用してワークまでの距離を測定することができる。ワークまでの距離の測定に成功すれば、測定した距離にピントが合うように焦点調整を行った後にワークが撮像され、シンボルがデコードされる。一方、ワークまでの距離が測定可能領域４２外であれば、ワークまでの距離を測定することができない。ワークまでの距離の測定に失敗すれば、リカバリー位置Ｒ１～Ｒ３にピントが合うように焦点調整を行った後にワークが撮像され、シンボルのデコードが行われる。

２以上のリカバリー位置Ｒ１～Ｒ３は、それぞれリカバリー領域４３１～４３３内の任意のシンボルを読み取ることができる合焦距離であり、予め定められている。２以上のリカバリー領域４３１～４３３は、ブラインド領域４３を分割した領域であり、予め定められている。このため、ワークがブラインド領域４３内に存在する場合、合焦距離をリカバリー位置Ｒ１～Ｒ３に順次に移動させ、リカバリー位置Ｒ１～Ｒ３ごとに撮像及びデコードを行うことにより、デコードに成功することができる。

つまり、ワークまでの距離の測定に成功した場合には、測定された距離にピントを合わせてシンボルの読み取りが高速に行われる。一方、ワークまでの距離の測定に失敗した場合には、２以上のリカバリー領域４３１～４３３に順次にピントを合わせ、デコード可能なシンボルを発見するためのサーチ処理が行われる。その結果、読取可能領域４１の全体をカバーすることができる。

合焦距離を３以上のリカバリー位置Ｒ１～Ｒ３に順次に移動させる場合、任意の順序で移動させることができる。ただし、焦点調整が撮像レンズ１３１の相対的移動によって行われる場合、焦点調整の応答性が悪く、更なる応答性の低下を回避するため、合焦距離を一方向に移動させる必要がある。つまり、合焦距離は、リカバリー位置Ｒ１～Ｒ３の配列順に沿って、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３の順序、又は、Ｒ３、Ｒ２、Ｒ１の順序で移動する必要がある。

これに対し、液体レンズによる焦点調整は応答性が極めて高く、合焦距離の移動順序による応答性の低下は無視することができる。このため、撮像レンズ１３１に液体レンズを採用している場合、両端のリカバリー位置Ｒ１，Ｒ３よりも先に、両端以外のリカバリー位置Ｒ２に移動することが望ましい。つまり、合焦距離は、Ｒ２、Ｒ１、Ｒ３の順序、又は、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ１の順序で移動することが望ましい。

一般に、完全にはピントが合っておらず、撮影画像に多少の焦点ぼけが生じていたとしても、一定の確率でシンボルのデコードに成功する。しかも、ワークが遠くなるほど、合焦距離に対する焦点距離の変化率は減少し、焦点がずれていても、大きな焦点ぼけが生じにくい。このため、合焦距離をリカバリー位置Ｒ２に移動させた場合、対応するリカバリー領域４３２だけでなく、隣接するリカバリー領域４３１及び４３３内のシンボルも一定の確率で読み取ることができる。このため、両端以外のリカバリー位置Ｒ２に合焦距離を優先的に移動することにより、一定の確率でより早くデコードに成功することができる。

各リカバリー位置Ｒ１～Ｒ３にピントを合わせるための制御量は、制御量記憶部１０９内に保持されている。また、各リカバリー位置Ｒ１～Ｒ３の移動順序も制御量記憶部１０９内に保持されている。表１は、制御量記憶部１０９内に保持されているリカバリー位置Ｒ１～Ｒ３に関する情報の一例である。リカバリー位置Ｒ１～Ｒ３までの距離は、それぞれ５００ｍｍ、６００ｍｍ、７５０ｍｍであり、これらの距離に合焦させるための制御量が、それぞれ３８．８Ｖ、３８．３Ｖ、３８．０Ｖである。また、移動順序は、Ｒ２，Ｒ１，Ｒ３の順である。これらの情報が予め定められ、制御量記憶部１０９内に保持されている。なお、制御量を保持していれば、距離は省略することができる。また、制御量記憶部１０９は、距離に対応づけて制御量を保持しているため、距離を保持していれば、制御量を省略することができる。

図１０のステップＳ１０１～Ｓ１１０は、光学読取装置１によるシンボル読取処理の一例を示したフローチャートである。このシンボル読取処理は、ユーザがトリガーキー１０ｔを操作することによって開始される。また、このシンボル読取処理のフローは、制御部１００によって制御される。

まず、撮像レンズ１３１の焦点距離が初期値に設定される（ステップＳ１０１）。焦点位置の初期値は、例えば、固定値又はシンボルの読み取りに最後に成功した焦点距離のいずれかがユーザによって予め選択される。シンボルの読み取りに最後に成功した焦点距離を焦点距離の初期値として用いる場合、最後に成功した読み取り時と比較して、シンボルまでの距離に大きな変化がなければ、最初の撮像でデコードに成功し、高い応答性が得られる。また、固定値が初期値として用いられる場合、当該固定値はユーザによって指定可能であってもよい。例えば、使用頻度が高い焦点距離が既知であれば、初期値として当該焦点距離を予め指定しておくことにより、最初の撮像でデコードに成功する確率を高くすることができる。また、Ｎｅａｒ側固定値又はＦａｒ側固定値のいずれかをユーザが選択するように構成することもできる。

次に、撮像及びデコードが行われる（ステップＳ１０２）。つまり、ワークまでの距離測定及び焦点調整を行うことなく、撮像部１０３が撮像画像を生成し、デコード部１０６が、撮像画像からシンボルを抽出してデコードする。その結果、デコードに成功した場合には、デコード結果が読取結果として出力され、シンボル読取処理を終了する（ステップＳ１０６）。

一方、ステップＳ１０３において、デコードに失敗した場合、ワークまでの距離を測定する（ステップＳ１０３）。ワークまでの距離は、エイマー光が照射されているワークを撮像して撮像画像を生成し、撮像画像内におけるエイマーの位置を検出することによって測定される。

ステップＳ１０２において距離の測定に成功した場合、撮像部１０３の合焦距離が当該測定された距離に一致するように、焦点調整が行われる（ステップＳ１０４）。具体的には、制御部１００が、測定された距離に対応する制御量を制御量記憶部１０９から読み出し、焦点調整部１０４が当該制御量に応じた電圧を撮像レンズ１３１に印加し、撮像レンズ１３１の焦点距離が調整される。

次に、撮像及びデコードが行われる（ステップＳ１０５）。つまり、合焦距離の調整後に撮像部１０３が撮像画像を生成し、デコード部１０６が、撮像画像からシンボルを抽出してデコードする。その結果、デコードに成功した場合には、デコード結果が読取結果として出力され、シンボル読取処理を終了する（ステップＳ１０６）。一方、デコードに失敗した場合には、ステップＳ１０３に戻り、再び距離の測定が行われる。デコードの失敗は、例えば、撮像時に光学読取装置１が動いた場合、シンボルが汚損している場合、ワークの表面状態が良好でない場合などに発生し得る。

一方、ステップＳ１０３において距離の測定に失敗すれば、所定の回数に達するまで距離の測定が繰り返される（ステップＳ１０７）。撮像画像からエイマーを抽出できなければ、距離の測定に失敗する。例えば、ワークまでの距離が、測定可能領域４２外であった場合（例えば図３（ｄ））や、エイマーの一部が欠落した状態で撮像された場合（例えば図４）に、距離の測定に失敗する。この様な場合には、再度、距離の測定が行われる。

ステップＳ１０７において距離の測定に連続して失敗し、所定回数に達した場合、合焦距離を予め定められた２以上のリカバリー位置Ｒ１～Ｒ３に順次に移動させ、リカバリー位置Ｒ１～Ｒ３ごとに撮像及びデコードが行われる（ステップＳ１０８～Ｓ１１０）。つまり、ブラインド領域４３内においてデコード可能なシンボルを発見するためのサーチ処理が行われる。その結果、いずれかのリカバリー位置Ｒ１～Ｒ３においてデコードに成功すれば、ステップＳ１０６に進み、読取結果を出力する。一方、全てのリカバリー位置Ｒ１～Ｒ３においてデコードに失敗すれば、ステップＳ１０３に戻り、再び距離の計測が行われる。

なお、同一の合焦距離により、ブラインド領域４３内の任意のシンボルを読み取ることができる場合には、ブラインド領域４３を２以上のリカバリー領域４３１～４３３に分割する必要はない。

図１１は、本発明の実施の形態１によるシンボル読取処理の他の例を示した図であり、シンボルの読み取り時における動作の概略を示した説明図である。リカバリー位置Ｒは、ブラインド領域４３内の任意のシンボルを読み取ることができる合焦距離であり、ブラインド領域４３は、分割されることなく、そのままリカバリー領域４３０となる。このため、図１０のステップＳ１０７において、距離の測定に所定回数失敗した場合、合焦距離をリカバリー位置Ｒに移動させ、撮像及びデコードを行うことにより、ブラインド領域４３内のシンボルをデコードすることができる。この場合、ステップＳ１１０は不要になる。

本実施の形態による光学読取装置１は、ワークにエイマー光を照射するエイマー光照射部１０１と、ワークを撮像して撮像画像を生成する撮像部１０３と、読取可能領域４１内において撮像部１０３の合焦距離を調整する焦点調整部１０４と、撮像画像内におけるエイマー画像の位置に基づいて、読取可能領域４１よりも狭い測定可能領域４２内においてワークまでの距離を測定する距離測定部１０５と、合焦距離の調整後に撮像された撮像画像に基づいて光学情報をデコードするデコード部１０６と、距離測定部１０５が距離の測定に成功した場合に、測定された距離に基づいて焦点調整部１０４を制御し、距離測定部１０５が距離の測定に失敗した場合に、合焦距離が測定可能領域４２外の予め定められたリカバリー位置Ｒ１～Ｒ３に移動するように焦点調整部１０４を制御する制御部１００とを備える。

このため、ワークが測定可能領域４１内に存在する場合には、ワークまでの距離が測定され、測定された距離に基づく焦点調整が行われるため、シンボルの読み取りを高速に行うことができる。また、ワークまでの距離の測定に失敗した場合、測定可能領域４２外のリカバリー位置Ｒ１～Ｒ３に合焦距離を移動させるため、ワークが測定可能領域４１外に存在する場合でも、シンボルの読み取りを行うことができる。特に、ワークまでの距離の測定に失敗した場合に、読取可能領域４１の全体について合焦距離を順次に移動させ、読取可能なシンボルを発見する方法に比べて、シンボルの読み取りを高速に行うことができる。

実施の形態２．
実施の形態１では、ワークまでの距離を測定し、距離の測定に失敗した場合にはブラインド領域４３内のシンボルをサーチし、シンボルのサーチにも失敗した場合には、再び距離の測定を行うシンボル読取処理の例について説明した。これに対し、本実施の形態では、ブラインド領域４３内におけるシンボルのサーチに失敗した場合、さらに測定可能領域４２内のシンボルをサーチするシンボル読取処理について説明する。

図１２及び図１３は、本発明の実施の形態２によるシンボルの読取処理の一例を示した図である。図１２は、シンボル読取動作の概略を示した説明図である。図９と比較すれば、測定可能領域４２が２以上のサーチ領域５１に分割され、各サーチ領域５１に対応するサーチ位置５０が定められている点で異なる。

ワークまでの距離の測定に失敗し、ブラインド領域４３内におけるシンボルのサーチにも失敗した場合、測定可能領域４２内の２以上のサーチ位置５０にピントが合うように焦点調整を行った後にワークが撮像され、シンボルのデコードが行われる。

２以上のサーチ位置５０は、それぞれ対応するサーチ領域５１内の任意のシンボルを読み取ることができる合焦距離であり、予め定められている。２以上のサーチ領域５１は、測定可能領域４２を分割した領域であり、予め定められている。このため、ワークが測定可能領域４２内に存在する場合、合焦距離をサーチ位置５０に順次に移動させ、サーチ位置５０ごとに撮像及びデコードを行うことにより、デコードに成功することができる。

つまり、ブラインド領域４３内におけるシンボルのサーチに失敗した場合には、２以上のサーチ位置５０に順次にピントを合わせ、デコード可能なシンボルを発見するためのサーチ処理が行われる。その結果、読取可能領域４１の全てが、シンボルのサーチ処理によってカバーされる。

測定可能領域４２内にシンボルが存在し、かつ、読み取りが可能な場合であっても、ワークまでの距離の測定に失敗する場合がある。例えば、エイマーの一部が欠落した状態で撮像された場合（例えば図４）には距離の測定に失敗する。この様な場合であっても、測定可能領域４２についてシンボルのサーチ処理を行うことにより、シンボルを読み取ることができる。

図１３のステップＳ２０１～Ｓ２１３は、実施の形態２によるシンボル読取処理の一例を示したフローチャートである。ステップＳ２０１～Ｓ２１０は、図１２のステップＳ１０１～Ｓ１１０（実施の形態１）と同一であるため、重複する説明を省略する。

ブラインド領域４３内のサーチ処理（ステップＳ２０８～Ｓ２１０）において、全てのリカバリー位置Ｒ１～Ｒ３でデコードに失敗すれば、測定可能領域４２内のサーチ処理が行われる（ステップＳ２１１～Ｓ２１３）。すなわち、合焦距離を予め定められた２以上のサーチ位置５０に順次に移動させ（ステップＳ２１１）、サーチ位置５０ごとに撮像及びデコードが行われる（ステップＳ２１２）。その結果、いずれかのサーチ位置５０においてデコードに成功すれば、ステップＳ２０６に進み、読取結果を出力する。一方、全てのサーチ位置５０においてデコードに失敗すれば、ステップＳ２０３に戻り、再び距離の計測が行われる。

本実施の形態による光学読取装置１は、距離測定部１０５が距離の測定に失敗した場合に、合焦距離が２以上の前記リカバリー位置に順次に移動するように、制御部１００が焦点調整部１０４を制御する。この様な構成を採用することにより、読取可能領域４１内であって、第２の距離範囲外の距離範囲が広い場合であっても、当該距離範囲に存在するシンボルを読み取ることができる。

本実施の形態による光学読取装置１は、合焦距離がブラインド領域４３のリカバリー位置Ｒ１～Ｒ３へ移動した後に撮像された撮像画像に基づくデコードに失敗した場合に、合焦距離が測定可能領域４２内の予め定められた２以上のサーチ位置５０に順次に移動するように制御部１００が焦点調整部１０４を制御する。このような構成を採用することにより、測定可能領域４２内に読取可能なシンボルが存在しているが、距離の測定に失敗した場合であっても、当該シンボルを読み取ることができる。

実施の形態３．
実施の形態２では、測定可能領域４２における距離の測定に失敗し、ブラインド領域４３におけるサーチにも失敗した場合に、測定可能領域４２内においてシンボルのサーチを行うシンボル読取処理の例について説明した。これに対し、本実施の形態では、ブラインド領域４３において簡易的なサーチを行い、この簡易的なサーチに失敗した場合に、読取可能領域４１の全体においてシンボルのサーチを行うシンボル読取処理について説明する。

図１４は、本発明の実施の形態３によるシンボルの読取処理の一例を示した図であり、シンボルの読取動作の概略を示した説明図である。なお、本実施の形態によるシンボル読取処理のフローチャートは、図１２（実施の形態２）の場合と同一である。

測定可能領域４２内における距離の測定に失敗した場合、ブラインド領域４３内においてデコード可能なシンボルを発見するための第１サーチが行われる。この第１サーチに失敗した場合、読取可能領域４１内においてデコード可能なシンボルを発見するための第２サーチが行われる。つまり、ブラインド領域４３については、第１サーチ及び第２サーチの両方が行われる。

第２サーチは、読取可能領域４１のサーチであり、サーチ位置５０にピントが合うように焦点調整を行った後にワークが撮像され、シンボルのデコードが行われる。２以上のサーチ位置５０は、それぞれサーチ領域５１内の任意のシンボルを読み取ることができる合焦距離であり、予め定められている。２以上のサーチ領域５１は、読取可能領域４１を分割した領域であり、予め定められている。このため、ワークが読取可能領域４１内に存在する場合、合焦距離をサーチ位置５０に順次に移動させ、サーチ位置５０ごとに撮像及びデコードを行うことにより、デコードに成功することができる。

一方、第１サーチは、ブラインド領域４３のサーチであり、リカバリー位置Ｒ１，Ｒ２にピントが合うように焦点調整を行った後にワークが撮像され、シンボルのデコードが行われる。１又は２以上のリカバリー位置Ｒ１，Ｒ２は、ブラインド領域４３内のサーチ位置５０よりも数が少なく、より広い間隔で配置された合焦距離であり、予め定められている。

このため、合焦距離をリカバリー位置Ｒ１，Ｒ２に移動させただけでは、ブラインド領域４３内の任意のシンボルに対しピントを合わせることはできない。その結果、第１サーチは、第２サーチに比べてより高速に実行することができる一方で、ブラインド領域４３内に存在するデコード可能なシンボルを発見できない場合があり、第２サーチよりも不確実性を有している。

しかしながら、上述した通り、完全にはピントが合っておらず、撮像画像に多少の焦点ぼけが生じていたとしても、一定の確率でシンボルのデコードに成功することができる。しかも、ワークが遠くなるほど、合焦距離に対する焦点距離の変化率は減少し、焦点がずれていても、大きな焦点ぼけが生じにくい。このため、リカバリー位置Ｒ１，Ｒ２の数と位置を適切に決定することにより、バーコードのような比較的読み取り易いシンボルについては、不確実性を抑制しつつ、シンボルの読取処理を高速化することができる。

なお、本実施の形態では、第１サーチ及び第２サーチを行う場合の例について説明したが、第２サーチを省略し、第１サーチのみを行うように構成することもできる。つまり、測定可能領域４２内における距離の測定に失敗した場合に、ブラインド領域４３について簡易的なサーチのみを行う構成であってもよい。また、第１サーチに失敗した場合、その後に、実施の形態２の場合と同様にして、測定可能領域４２についてのみサーチを行うように構成することもできる。

１ 光学読取装置
１０ 操作キー
１０ｔ トリガーキー
１１ 表示画面
１２ 撮像軸
１３ エイマー光の出射光軸
２０ シンボル
２１ エイマー
２２ ワーク
４１ 読取可能領域
４２ 測定可能領域
４３ ブラインド領域
５０ サーチ位置
５１ サーチ領域
１００ 制御部
１０１ エイマー光照射部
１０２ 照明光照射部
１０３ 撮像部
１０４ 焦点調整部
１０５ 距離測定部
１０６ デコード部
１０７ 操作入力部
１０８ 表示出力部
１０９ 制御量記憶部
１３１ 撮像レンズ
１３２ 撮像素子
２０１～２０５ 撮像画像
３０１，３０２ 透明基板
３０３ 円筒形ホルダ
３０４，３０５ 電極
３１１，３１２ 液体
３１３ 界面
４３０～４３３ リカバリー領域
Ａ１～Ａ４ ワークまでの距離
Ｌ１ 読取最大距離
Ｌ２ 測定最大距離
Ｒ，Ｒ１～Ｒ３ リカバリー位置

Claims (7)

1. ワークに付された光学情報をデコードする光学読取装置において、
   前記ワークにエイマー光を照射するエイマー光照射部と、
   前記エイマー光が照射されたワークを撮像して撮像画像を生成する撮像部と、
   前記撮像部からの距離が第１の距離範囲内である領域において前記撮像部の合焦距離を調整する焦点調整部と、
   前記撮像画像内における前記エイマー光の位置に基づいて、前記撮像部からの最大距離が、前記第１の距離範囲の最大距離よりも小さい第２の距離範囲内の領域において前記ワークまでの距離を測定する距離測定部と、
   前記焦点調整部を制御する制御部と、
   前記合焦距離の調整後に撮像された前記撮像画像に基づいて、前記光学情報をデコードするデコード部と、を備え、
   前記距離測定部が距離の測定に成功した場合に、前記制御部は、測定された距離に基づいて前記焦点調整部を制御し、前記撮像部は、前記第２の距離範囲内のワークにピントが合った撮像画像を生成し、前記デコード部は、前記第２の距離範囲内のワークにピントが合った撮像画像に基づいて前記光学情報をデコードし、
   前記距離測定部が距離の測定に失敗した場合に、前記制御部は、前記第１の距離範囲内であって、前記撮像部からの距離が前記第２の距離範囲よりも遠く、焦点ずれに対する焦点ぼけが前記第２の距離範囲内よりも相対的に小さいリカバリー領域内の予め定められたリカバリー位置に前記合焦距離が移動するように前記焦点調整部を制御し、前記撮像部は、前記リカバリー位置にピントが合った撮像画像を生成し、前記デコード部は、前記リカバリー位置にピントが合った撮像画像に基づいて前記第１の距離範囲内であって前記第２の距離範囲よりも遠い前記リカバリー領域内の前記光学情報をデコードすることを特徴とする光学読取装置。
2. 前記制御部は、前記距離測定部が距離の測定に失敗した場合に、前記合焦距離が２以上の前記リカバリー位置に順次に移動するように前記焦点調整部を制御することを特徴とする請求項１に記載の光学読取装置。
3. 前記制御部は、前記距離測定部が距離の測定に失敗し、前記合焦距離が３以上の前記リカバリー位置に順次に移動する際、両端のリカバリー位置よりも先に、両端以外のリカバリー位置の少なくとも一つに移動するように前記焦点調整部を制御することを特徴とする請求項２に記載の光学読取装置。
4. 前記３以上のリカバリー位置として、前記合焦距離が近い順に第１のリカバリー位置、第２のリカバリー位置及び第３のリカバリー位置が定められ、
   前記制御部は、前記距離測定部が距離の測定に失敗した場合に、前記合焦距離が前記第２のリカバリー位置に移動した後に、前記第１のリカバリー位置又は前記第３のリカバリー位置の少なくとも一方に移動するように前記焦点制御部を制御することを特徴とする請求項３に記載の光学読取装置。
5. 前記制御部は、前記距離測定部が距離の測定に失敗した場合に、前記合焦距離が２以上の前記リカバリー位置に順次に移動するように前記焦点調整部を制御するとともに、前記合焦距離が第２の距離範囲外の前記リカバリー位置へ移動した後に撮像された前記撮像画像に基づくデコードに失敗した場合に、前記合焦距離が前記第１の距離範囲内の予め定められた２以上のサーチ位置に順次に移動するように前記焦点調整部を制御し、
   前記第２の距離範囲外における前記サーチ位置間の間隔は、前記リカバリー位置間の間隔よりも狭くなるように定められていることを特徴とする請求項２～４のいずれかに記載の光学読取装置。
6. 前記撮像部が選択可能な前記合焦距離に対応づけて制御量を記憶する制御量記憶部を備え、
   前記制御部は、測定された距離に対応する前記制御量を前記制御量記憶部から読み出し、読み出された前記制御量に基づいて、前記焦点調整部を制御することを特徴とする請求項１～５のいずれかに記載の光学読取装置。
7. 前記撮像部は、液体レンズを有し、
   前記焦点調整部は、前記液体レンズの焦点距離を調整することを特徴とする請求項１～６のいずれかに記載の光学読取装置。

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