專利名稱：光學(xué)信息讀取設(shè)備和光學(xué)信息讀取方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種包括拾取由具有不同光反射率的圖案構(gòu)成的代碼符號(hào)(例如，條形碼或二維碼)的圖像并從拾取的圖像讀出由代碼符號(hào)指示的信息的代碼掃描儀、二維碼掃描儀或多維碼掃描儀的光學(xué)信息讀取設(shè)備，以及讀出由上述的代碼符號(hào)指示的信息的光學(xué)信息讀取方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)上，通過在光反射率方面與周圍環(huán)境不同的符號(hào)指示信息的代碼符號(hào)(例如，條形碼或二維碼)作為自動(dòng)識(shí)別部件被廣泛地用于物品、文獻(xiàn)、材料、樣品和廣泛的領(lǐng)域(例如，分配、郵件服務(wù)、醫(yī)療服務(wù)、化學(xué)實(shí)驗(yàn)和事件現(xiàn)場)中的其它各種物體。例如，當(dāng)附著有代碼符號(hào)的諸如商品或行李的物品被放置在帶式傳送機(jī)上并被移到檢查作業(yè)或分配作業(yè)中的預(yù)定地點(diǎn)時(shí)，附著到該物品上的代碼符號(hào)通過代碼掃描儀被讀取，并且，將讀取的信息傳送到主機(jī)計(jì)算機(jī)，該主機(jī)計(jì)算機(jī)檢查該物品的內(nèi)容，記錄其進(jìn)展，確認(rèn)分配地點(diǎn)和分配時(shí)間等。于是，當(dāng)讀取代碼符號(hào)時(shí)，需要準(zhǔn)確地捕獲在帶式傳送機(jī)上移動(dòng)的代碼符號(hào)并精確地解碼由該代碼符號(hào)指示的信息。此外，為了讀取代碼符號(hào)，使用諸如CMOS傳感器或CCD傳感器的固態(tài)圖像感測元件的代碼掃描儀被廣泛地用作光學(xué)讀取設(shè)備。作為上述的光學(xué)讀取設(shè)備的一個(gè)傳統(tǒng)技術(shù)，如專利文獻(xiàn)1中所述，存在這樣的技術(shù)即，其中，通過以二維的形式布置的多個(gè)圖像拾取元件拾取移動(dòng)條形碼的圖像，通過將與圖像拾取元件的輸出值相對(duì)應(yīng)的圖像中的條形碼在曝光時(shí)間中的移動(dòng)距離轉(zhuǎn)換為圖像拾取元件的數(shù)目來被計(jì)算該移動(dòng)距離，使用該移動(dòng)距離和彼此相鄰的圖像拾取元件的輸出值之間的差值來從前述圖像中的包括條形碼的一部分恢復(fù)該條形碼的靜態(tài)圖像，并且，對(duì)恢復(fù)的條形碼進(jìn)行解碼，由此，從由于移動(dòng)而模糊的條形碼圖像中讀取該條形碼。此外，作為另一種傳統(tǒng)技術(shù)，如專利文獻(xiàn)2所述，存在這樣的技術(shù)S卩，其中，在成功地讀取關(guān)于移動(dòng)信息碼的信息之前，多次嘗試圖像拾取，存儲(chǔ)在成功讀取時(shí)的諸如照明亮度等之類的條件，并且，基于所述條件來執(zhí)行實(shí)際的代碼讀取。此外，使用諸如CMOS傳感器或CCD傳感器的固態(tài)圖像感測元件的常用數(shù)字照相機(jī)符合如專利文獻(xiàn)3中所述的在一定程度上能夠拾取移動(dòng)對(duì)象的圖像的規(guī)格。引文列表
專利文獻(xiàn)
專利文獻(xiàn)1JP2002--230477A
專利文獻(xiàn)2JP2004--110668A
專利文獻(xiàn)3JP2006--197393A
發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題但是，在專利文獻(xiàn)1中描述的技術(shù)的問題在于由于由CPU進(jìn)行的用于從拾取的圖像解碼條形碼的計(jì)算量變大，并且這不利地影響設(shè)備操作，導(dǎo)致成本增加，因此需要采用高性能固態(tài)圖像拾取裝置。另一個(gè)問題在于當(dāng)包括條形碼的圖像是未聚焦的模糊圖像時(shí)，不可能對(duì)該條形碼進(jìn)行精確的解碼。接下來，在專利文獻(xiàn)2中描述的技術(shù)中，需要事先執(zhí)行測試模式，因此不可能立即開始讀取物品上的信息碼的操作。此外，應(yīng)用于一個(gè)現(xiàn)場的條件不能總是被到處使用，并且，每當(dāng)使用的地點(diǎn)或使用的狀態(tài)不同時(shí)都需要執(zhí)行測試模式，這會(huì)給操作者造成負(fù)擔(dān)。因此，存在這樣的問題由要讀取的對(duì)象指示的信息不能被快速地或精確地讀取。此外，在專利文獻(xiàn)3中描述的技術(shù)中的問題在于主體結(jié)構(gòu)和軟件算法太復(fù)雜，以至于不能應(yīng)用于代碼掃描儀，并且包括了拾取代碼符號(hào)的圖像所不需要的處理，從而不能期望在上述作業(yè)現(xiàn)場執(zhí)行快速處理，因此，像上述傳統(tǒng)技術(shù)一樣不可能快速地、精確地讀取包括在要被讀取的對(duì)象中的代碼符號(hào)。本發(fā)明是在考慮了前述各點(diǎn)的情況下而被開發(fā)的，并且本發(fā)明的目的在于，即使離要讀取的對(duì)象的距離和要讀取的對(duì)象的移動(dòng)速度是未知的，也能夠快速地、精確地讀取由設(shè)置在要讀取的對(duì)象上的符號(hào)指示的信息，該符號(hào)在光反射率方面與周圍環(huán)境不同。解決問題的方案為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種讀取由在光反射率方面與周圍環(huán)境不同的符號(hào)指示的信息的光學(xué)信息讀取設(shè)備，該光學(xué)信息讀取設(shè)備包括激光輸出部件，用于輸出激光；照明部件，用于照明要讀取的對(duì)象；圖像拾取部件，用于拾取要讀取的對(duì)象的圖像，該圖像拾取部件包括圖像傳感器，該圖像傳感器具有能夠根據(jù)在所有像素中基本上相同的時(shí)間在每一個(gè)像素中接收到的光的量來控制電荷累積的開始與停止的快門功能，并且具有根據(jù)預(yù)定參數(shù)的值來調(diào)整用于在圖像傳感器上形成入射光的像的光學(xué)系統(tǒng)的聚焦的部件；第一控制部件，用于執(zhí)行這樣的第一模式中的控制，即，當(dāng)讀取由在光反射率方面與周圍環(huán)境不同的符號(hào)指示的信息時(shí)，指示圖像拾取部件在通過激光輸出部件開啟激光的同時(shí)通過圖像傳感器在每一個(gè)預(yù)定幀期間中開始周期性的圖像拾取，并且，在圖像傳感器的每一個(gè)像素中的電荷累積元件中開始電荷累積后，在每一個(gè)幀期間中在至少一個(gè)電荷累積元件中累積了等于或大于預(yù)定基準(zhǔn)值的電荷的時(shí)間點(diǎn)，停止在所有像素中的電荷累積元件中的電荷的累積；距離測量部件，用于在下一個(gè)幀期間開始以前分析在第一模式中在每一個(gè)幀期間中由圖像拾取部件拾取的圖像，并且，當(dāng)在圖像中檢測到從激光輸出部件輸出的激光的由要讀取的對(duì)象反射的反射光的光斑時(shí)，基于該光斑在圖像中的位置來測量離要讀取的對(duì)象的距離；第二控制部件，用于當(dāng)距離測量部件檢測到反射光的光斑時(shí)，在檢測到光斑的幀期間的下一個(gè)幀期間開始以前，基于由距離測量部件測量的離要讀取的對(duì)象的距離，設(shè)置用于在由圖像拾取部件進(jìn)行圖像拾取時(shí)由照明部件照明的照射光量和調(diào)整光學(xué)系統(tǒng)的聚焦的預(yù)定參數(shù)的值；第三控制部件，用于執(zhí)行這樣的第二模式中的控制，即，在距離測量部件檢測到反射光的光斑的幀期間的下一個(gè)幀期間之后，通過激光輸出部件關(guān)閉激光，并且，在每一個(gè)幀期間中在圖像拾取時(shí)與圖像傳感器的每一個(gè)像素中的電荷累積元件中的電荷累積開始同步地以由第二控制部件設(shè)置的照明光量開啟照明部件；以及解碼部件，用于分析在第二模式中由圖像拾取部件拾取的圖像，并且對(duì)由設(shè)置在要讀取的對(duì)象上的在光反射率方面與周圍環(huán)境不同的符號(hào)所指示的信息進(jìn)行解碼。在上述光學(xué)信息讀取設(shè)備中，可以想到的是，該光學(xué)信息讀取設(shè)備還包括用于存儲(chǔ)聚焦表的部件，在該聚焦表中，離要讀取的對(duì)象的距離與用于在包含在圖像拾取部件中的光學(xué)系統(tǒng)中對(duì)應(yīng)于該距離設(shè)置聚焦的預(yù)定參數(shù)的值相關(guān)聯(lián)，其中，第二控制部件通過基于參數(shù)的值驅(qū)動(dòng)包含在圖像拾取部件中的光學(xué)系統(tǒng)來調(diào)整聚焦，該參數(shù)的值是通過基于由距離測量部件測量的距離搜索聚焦表而獲取的。此外，還可以想到的是，對(duì)應(yīng)于在聚焦被設(shè)置為預(yù)定初始值時(shí)的焦深的周圍的預(yù)定范圍內(nèi)的距離的參數(shù)的值是聚焦表中的對(duì)應(yīng)于該預(yù)定初始值的固定值?；蛘?，還可以想到的是，包含在圖像拾取部件中的光學(xué)系統(tǒng)包括可以通過施加電壓調(diào)整其折光力的液體透鏡，并且通過調(diào)整施加到液體透鏡的電壓來調(diào)整聚焦。此外，還可以想到的是，該光學(xué)信息讀取設(shè)備還包括用于存儲(chǔ)照明表的部件，在該照明表中，離要讀取的對(duì)象的距離與用于指示照明部件以適合于該距離的照射光量執(zhí)行照明的驅(qū)動(dòng)控制參數(shù)的值相關(guān)聯(lián)，其中，第二控制部件基于驅(qū)動(dòng)控制參數(shù)的值來設(shè)置照明的照射光量，該驅(qū)動(dòng)控制參數(shù)的值是通過基于由距離測量部件測量的距離搜索照明表而獲取的。此外，還可以想到的是，該光學(xué)信息讀取設(shè)備還包括作為激光輸出部件的用于輸出可見光的激光的部件和用于輸出不可見光的激光的部件，以及在沒有用戶的操作時(shí)指示激光輸出部件輸出不可見光的激光并且在有用戶的預(yù)定操作時(shí)將從激光輸出部件輸出的激光切換到可見光的激光的部件。本發(fā)明還提供光學(xué)信息讀取方法，該光學(xué)信息讀取方法包括第一步驟，即，指示圖像拾取部件在通過激光輸出部件開啟激光的同時(shí)通過圖像傳感器在每一個(gè)預(yù)定幀期間中開始周期性的圖像拾取，并且，在圖像傳感器的每一個(gè)像素中的電荷累積元件中開始電荷累積后，在每一個(gè)幀期間中在至少一個(gè)電荷累積元件中累積了等于或大于預(yù)定基準(zhǔn)值的電荷的時(shí)間點(diǎn)，停止在所有像素中的電荷累積元件中的電荷的累積，該圖像拾取部件包括圖像傳感器，該圖像傳感器具有能夠根據(jù)在所有像素中基本上相同的時(shí)間在每一個(gè)像素中接收到的光的量來控制電荷累積的開始與停止的快門功能，并且具有根據(jù)預(yù)定參數(shù)的值來調(diào)整用于在圖像傳感器上形成入射光的像的光學(xué)系統(tǒng)的聚焦的部件；第二步驟，即，在下一個(gè)幀期間開始以前分析在第一步驟在每一個(gè)幀期間中由圖像拾取部件拾取的圖像，并且，當(dāng)在圖像中檢測到從激光輸出部件輸出的激光的由要讀取的對(duì)象反射的反射光的光斑時(shí)，基于該光斑在圖像中的位置來測量離要讀取的對(duì)象的距離；第三步驟，即，當(dāng)在第二步驟檢測到反射光的光斑時(shí)，在檢測到光斑的幀期間的下一個(gè)幀期間開始以前，基于在第二步驟測量的離要讀取對(duì)象的距離，設(shè)置用于在由圖像拾取部件進(jìn)行圖像拾取時(shí)由照明部件照明的照射光量和調(diào)整光學(xué)系統(tǒng)的聚焦的預(yù)定參數(shù)的值；第四步驟，即，在第二步驟檢測到反射光的光斑的幀期間的下一個(gè)幀期間之后，通過激光輸出部件關(guān)閉激光，并且，在每一個(gè)幀期間中在圖像拾取時(shí)與圖像傳感器的每一個(gè)像素中的電荷累積元件中的電荷累積的開始同步地以在第三步驟設(shè)置的照明光量開啟照明部件；以及第五步驟，即，分析在第四步驟由圖像拾取部件拾取的圖像，并且對(duì)由設(shè)置在要讀取的對(duì)象上的在光反射率方面與周圍環(huán)境不同的符號(hào)所指示的信息進(jìn)行解碼。在上述光學(xué)信息讀取方法中，可以想到的是，在第三步驟，通過基于參數(shù)的值驅(qū)動(dòng)
7包含在圖像拾取部件中的光學(xué)系統(tǒng)來調(diào)整聚焦，該參數(shù)的值是通過基于在第二步驟測量的距離搜索聚焦表而獲取的，在該聚焦表中，離要讀取的對(duì)象的距離與用于在包含在圖像拾取部件中的光學(xué)系統(tǒng)中對(duì)應(yīng)于該距離設(shè)置聚焦的預(yù)定參數(shù)的值相關(guān)聯(lián)。此外，還可以想到的是，對(duì)應(yīng)于在聚焦被設(shè)置為預(yù)定初始值時(shí)的焦深的周圍的預(yù)定范圍內(nèi)的距離的參數(shù)的值是聚焦表中的對(duì)應(yīng)于該預(yù)定初始值的固定值。此外，還可以想到的是，包含在圖像拾取部件中的光學(xué)系統(tǒng)包括可以通過施加電壓調(diào)整其折光力的液體透鏡，并且通過調(diào)整施加到液體透鏡的電壓來調(diào)整聚焦。此外，還可以想到的是，在第三步驟，基于驅(qū)動(dòng)控制參數(shù)的值來設(shè)置照明的照射光量，該驅(qū)動(dòng)控制參數(shù)的值是通過基于在第二步驟測量的距離搜索照明表而獲取的，在該照明表中，離要讀取的對(duì)象的距離與用于指示照明部件以適合于該距離的照射光量執(zhí)行照明的驅(qū)動(dòng)控制參數(shù)的值相關(guān)聯(lián)。此外，還可以想到的是，激光輸出部件具有用于輸出可見光的激光的部件和用于輸出不可見光的激光的部件，該方法還包括下述步驟在沒有用戶的操作時(shí)指示激光輸出部件輸出不可見光的激光，并且在有用戶的預(yù)定操作時(shí)將從激光輸出部件輸出的激光切換到可見光的激光。本發(fā)明的有益效果即使離要讀取的對(duì)象的距離和要讀取的對(duì)象的移動(dòng)速度是未知的，根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)信息讀取設(shè)備和光學(xué)信息讀取方法也能夠快速地、精確地讀取由設(shè)置在要讀取的對(duì)象上的在光反射率方面與周圍環(huán)境不同的符號(hào)所指示的信息。


[圖1]圖1是示出作為本發(fā)明的光學(xué)信息讀取設(shè)備的實(shí)施例的代碼掃描儀的內(nèi)部配置的框圖。[圖2]圖2是示出在圖1中示出的代碼掃描儀中包含的液體透鏡的配置例的截面圖。[圖3]圖3是示出在圖1中示出的CMOS圖像傳感器的內(nèi)部配置例的框圖。[圖4]圖4是示出由在圖1中示出的代碼掃描儀的CPU執(zhí)行的讀取處理的流程圖。[圖5]圖5是示出在圖3中示出的圖像區(qū)域中看到的反射光的例子的解釋圖。[圖6]圖6是用于計(jì)算從圖1中示出的CMOS圖像傳感器到要讀取的對(duì)象的距離所需的參數(shù)的解釋圖。[圖7]圖7是示出當(dāng)在圖1中示出的代碼掃描儀讀取代碼符號(hào)時(shí)各個(gè)部分的操作定時(shí)的例子的時(shí)序圖。[圖8]圖8是示出在圖1中示出的代碼掃描儀中使用的聚焦表中的數(shù)據(jù)內(nèi)容的例子的解釋圖。[圖9]圖9是在圖1中示出的代碼掃描儀中的焦深的解釋圖。[圖10]圖10是在圖1中示出的代碼掃描儀中的焦深的另一個(gè)解釋圖。[圖11]圖11是示出離要在圖1中示出的代碼掃描儀中讀取的對(duì)象的距離與由CMOS圖像傳感器接收的光的強(qiáng)度之間的關(guān)系的解釋圖。
[圖12]圖12是示出在圖1中示出的代碼掃描儀中使用的照明表中的數(shù)據(jù)內(nèi)容的例子的解釋圖。[圖13]圖13是示出在圖1中示出的代碼掃描儀中設(shè)置的光學(xué)系統(tǒng)的另一個(gè)配置例的示圖。[圖14]圖14是在圖1中示出的代碼掃描儀的變型例中在讀取處理時(shí)的各個(gè)部分的另一個(gè)操作例子的時(shí)序圖。
具體實(shí)施例方式在下文中，將基于附圖具體地描述實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的實(shí)施例。首先，將使用圖1到圖11描述作為本發(fā)明的光學(xué)信息讀取設(shè)備的實(shí)施例的代碼掃描儀。圖1是示出該代碼掃描儀的內(nèi)部配置的框圖。如圖1所示，代碼掃描儀1是這樣的設(shè)備該設(shè)備由用戶手持或事先放置在固定的位置，以讀取關(guān)于代碼符號(hào)等的信息，該信息由在光反射率方面與周圍環(huán)境不同的符號(hào)所指示。在這里，代碼掃描儀1被配置為這樣的設(shè)備該設(shè)備拾取包含代碼符號(hào)5的圖像，該代碼符號(hào)5設(shè)置在作為要被讀取的對(duì)象的行李4上，該行李4被放置在帶式傳送機(jī)3上并在該圖中的箭頭A所指示的方向移動(dòng)，該設(shè)備基于該圖像讀出由代碼符號(hào)5指示的信息，并且，當(dāng)然，該代碼掃描儀1可以讀取附著到置于行李架等上并保持靜止的行李的代碼符號(hào)。前述的代碼符號(hào)5是在光反射率方面與周圍環(huán)境不同的符號(hào)，并且，對(duì)于該符號(hào)，可以使用包括條形碼和二維碼的各種符號(hào)。代碼掃描儀1包括光學(xué)模塊10和解碼器20。其中的光學(xué)模塊10是這樣的模塊，該模塊使用激光照射要讀取的對(duì)象并檢測其反射光，并且，為了感測要讀取的對(duì)象和測量離要讀取的對(duì)象的距離，該模塊拾取包含代碼符號(hào)5的要讀取的對(duì)象的圖像，并且，該光學(xué)模塊10具有聚焦透鏡11、主透鏡12、CM0S(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)圖像傳感器13、脈沖LED (發(fā)光二極管)14、激光發(fā)生器15和溫度傳感器16。聚焦透鏡11和主透鏡12構(gòu)成透鏡組，該透鏡組用于在CMOS圖像傳感器13上形成來自包含代碼符號(hào)5的要讀取的對(duì)象的反射光的像。該反射光包含從激光發(fā)生器15照射的激光和從脈沖LED 14照射的照明光的反射光。這里，由玻璃或塑料制成的透鏡被用作主透鏡12，并且，可以通過向其施加電壓來調(diào)整其焦距的液體透鏡被用作聚焦透鏡11。液體透鏡的結(jié)構(gòu)的例子由圖2中的截面示。液體透鏡Ila是通過將具有高導(dǎo)電性的水溶液101和作為絕緣體的油102封閉在容器103中而形成的，該容器103在兩個(gè)相對(duì)表面處具有透光的透明窗口部分。此外，液體透鏡Ila包括與水溶液101接觸的電極104a、以及經(jīng)由絕緣部分106與水溶液101和油102都接觸的電極104b。在液體透鏡Ila中，通過在電極10 與電極104b之間施加電壓，利用電潤濕現(xiàn)象，水溶液101與油102之間的邊界表面105的形狀可以如虛線和實(shí)線所圖示的那樣改變。這樣，可以根據(jù)施加的電壓的強(qiáng)度來控制其對(duì)穿過窗口部分的光的折光力從而調(diào)整其焦距。在代碼掃描儀1中，液體透鏡Ila被用作聚焦透鏡11，并且施加到聚焦透鏡11的電極的電壓被控制，從而使整個(gè)透鏡組的焦距可以被調(diào)整。i青注意，例如在"Bruno Berge, ‘ Zero mechanical parts, ability of liquidlens getting closer to mass production' Nikkei Electronics, Japan, Nikkei BPInc.，October 24,2005, p. 129-135”中對(duì)液體透鏡進(jìn)行了詳細(xì)的描述，因此比上文更詳細(xì)的描述被省略。返回到對(duì)圖1的描述，CMOS圖像傳感器13是圖像拾取部件，其用于通過下述方式來拾取要讀取的對(duì)象的圖像使用以陣列的形式布置的傳感器檢測穿過上述透鏡組入射到其上的光并將傳感器的檢測信號(hào)作為數(shù)字圖像數(shù)據(jù)輸出到解碼器20。在圖3中示出CMOS圖像傳感器13的內(nèi)部配置例。如圖3所示，CMOS圖像傳感器13具有圖像區(qū)域110、模擬處理器114、模擬-數(shù)字(AD)轉(zhuǎn)換器115、數(shù)字處理器116、控制寄存器117和定時(shí)控制器118。在其中的圖像區(qū)域110中，以矩陣的形式在像素部分111中形成多個(gè)像素，每一個(gè)像素均具有光電二極管、浮置擴(kuò)散(FD)區(qū)、用于將來自光電二極管的電荷傳送到FD區(qū)的傳送晶體管和用于將FD區(qū)復(fù)位為預(yù)定電位的復(fù)位晶體管，并且布置用于指定讀出像素的控制垂直信號(hào)的垂直移位寄存器112和控制水平信號(hào)的水平移位寄存器113。垂直移位寄存器112和水平移位寄存器113中的每一個(gè)都是模擬電路，該模擬電路產(chǎn)生像素驅(qū)動(dòng)所需的電壓并根據(jù)在FD區(qū)中累積的電荷量順序地輸出像素的圖像信號(hào)，并且，來自像素的輸出的圖像信號(hào)依次通過模擬處理器114、AD轉(zhuǎn)換器115和數(shù)字處理器116被輸出到解碼器20。模擬處理器114對(duì)從由垂直移位寄存器112和水平移位寄存器113指定的像素輸出的模擬像素信號(hào)執(zhí)行諸如電壓放大、增益調(diào)整等的模擬信號(hào)處理。AD轉(zhuǎn)換器115將從模擬處理器114輸出的模擬圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像數(shù)據(jù)。數(shù)字處理器116對(duì)從AD轉(zhuǎn)換器115輸出的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)執(zhí)行諸如噪聲消除、數(shù)據(jù)壓縮等的數(shù)字處理，并將處理的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)輸出到解碼器20。此外，控制寄存器117存儲(chǔ)從串行寄存器1/0輸入的信號(hào)/輸出到串行寄存器I/0的信號(hào)，通過定時(shí)控制器118將模擬處理器114的時(shí)鐘定時(shí)與數(shù)字處理器116的時(shí)鐘定時(shí)同步，將來自像素部分111中的像素的模擬圖像信號(hào)以預(yù)定順序轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像數(shù)據(jù)，并將轉(zhuǎn)換的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)輸出到解碼器20。此外，CMOS圖像傳感器13采用全局快門，該全局快門根據(jù)在所有像素中基本上同時(shí)在每一個(gè)像素中接收到的光的量來控制電荷累積的開始和停止，盡管沒有示出，但是該CMOS圖像傳感器13包括多個(gè)比較器、端子等，每一個(gè)比較器單獨(dú)地將對(duì)應(yīng)于在每一個(gè)像素中的累積電荷的值與基準(zhǔn)值進(jìn)行比較，該端子用于輸出從其輸出的輸出信號(hào)的邏輯和信號(hào)。然后，當(dāng)來自像素部分111中的多個(gè)比較器的輸出中的至少一個(gè)指示累積的電荷超出了基準(zhǔn)值時(shí)，全局快門被控制，以執(zhí)行在每一個(gè)像素中的電荷累積的停止。由CMOS圖像傳感器13拾取并輸出的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)被用于感測要讀取的對(duì)象，測量離要讀取的對(duì)象的距離，并讀取解碼器20中的由代碼符號(hào)5指示的信息。
此外，與針對(duì)每個(gè)掃描線依次地釋放快門的卷簾快門(rolling shutter)不一樣，上述全局快門可以根據(jù)在所有像素中基本上同時(shí)地在每一個(gè)像素中接收到的光的量來控制電荷的累積的開始和累積的停止，因此，該全局快門確保獲得與累積在FD區(qū)中的信號(hào)電荷的量相對(duì)應(yīng)的像素信號(hào)。曝光后對(duì)到FD區(qū)的傳送定時(shí)的調(diào)整能夠使快門的釋放與來自脈沖LED14的光發(fā)射和來自激光發(fā)生器15的激光的發(fā)射同步，因此能夠?qū)崿F(xiàn)非?？斓目扉T速度，從而消除移動(dòng)體的圖像的模糊。此外，在不受環(huán)境光的影響的情況下，可以僅接收激光的反射光。返回到對(duì)圖1的描述，脈沖LED14是照明部件，該照明部件用于根據(jù)來自解碼器20的控制通過使用照明光Ha照射要讀取的對(duì)象來對(duì)要讀取的對(duì)象進(jìn)行照明。這種照明是通過使用與CMOS圖像傳感器13的圖像拾取幀同步的脈沖光的照射來執(zhí)行的，并且可以通過使用脈沖光調(diào)整照射時(shí)間來調(diào)整在圖像拾取期間的一個(gè)幀中由于來自要讀取的對(duì)象的反射光而導(dǎo)致在CMOS圖像傳感器13的每一個(gè)光電二極管中累積的電荷的量。簡而言之，當(dāng)照明時(shí)間變長時(shí)，由CMOS圖像傳感器13通過圖像拾取獲得的圖像變成更亮的圖像，而當(dāng)照明時(shí)間變短時(shí)，圖像變成更暗的圖像。激光發(fā)生器15是用于輸出激光1 的激光輸出部件，激光1 用于感測要讀取的對(duì)象并測量離要讀取的對(duì)象的距離。激光發(fā)生器15被布置在這樣的位置并以這樣的角度布置使得當(dāng)要讀取的對(duì)象位于該要讀取的對(duì)象上的代碼符號(hào)5被認(rèn)為可以由代碼掃描儀1讀取的位置時(shí)，可以使來自要讀取的對(duì)象(不限于代碼符號(hào)5的位置)的反射光入射到CMOS圖像傳感器13上。此外，從激光發(fā)生器15輸出的激光可以是可見光、不可見光或具有任意波長的光，并且激光發(fā)生器15優(yōu)選地是輸出例如在650nm(納米)處的紅色激光或在780nm處的紅外激光的激光發(fā)生器。當(dāng)使用可見光作為激光時(shí)，該激光不僅可以用于測量距離，而且可以用于將代碼符號(hào)5與代碼掃描儀的讀取范圍對(duì)準(zhǔn)，因?yàn)橛杉す庑纬傻墓獍呖梢员豢吹健Ａ硪环矫?，?dāng)使用不可見光時(shí)，即使該激光以脈沖的形式被開啟，也決不會(huì)使其周圍的人感到不適，因?yàn)榭床坏接杉す庑纬傻墓獍摺Ｒ虼耍a掃描儀1可以被配置為使得激光一直都以脈沖的形式開啟，以便在沒有開啟激光的動(dòng)作和操作的情況下快速地開始讀取。請注意，還可以想到，使用能夠輸出可見光和不可見光的兩種激光的雙波長激光發(fā)生器，從而可以根據(jù)情況自動(dòng)地或手動(dòng)地在這兩種激光間切換并將其輸出。溫度傳感器16是溫度感測部件，其用于感測代碼掃描儀1周圍的溫度，特別是聚焦透鏡11周圍的溫度。施加的電壓與液體透鏡的焦距之間的關(guān)系隨著溫度而變化，因此，為了使焦距成為預(yù)定值而施加的電壓的值也是在考慮了由溫度傳感器16感測的溫度的情況下決定的。但是，為了簡化描述，除非特別需要時(shí)，將在下面的描述中省略關(guān)于溫度的描述。接下來，解碼器20包括CPU21、存儲(chǔ)由CPU21執(zhí)行的程序和表格的R0M22、以及當(dāng)CPU21執(zhí)行各種處理時(shí)用作工作區(qū)域的RAM23。作為如上所述的CPU21、R0M22和RAM23，可以使用例如ASIC (專用集成電路)、閃存rom(FROM)和SDRAM(同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)。CPU21使用RAM23作為工作區(qū)域來執(zhí)行存儲(chǔ)在R0M22中的程序從而控制整個(gè)代碼掃描儀1的操作，并基于由CMOS圖像傳感器13拾取的數(shù)字圖像的數(shù)據(jù)，執(zhí)行感測要讀取的
11對(duì)象、測量離要讀取的對(duì)象的距離、基于距離測量調(diào)整焦距和照明光量、對(duì)代碼符號(hào)5進(jìn)行解碼、將解碼結(jié)果輸出到外部或累積解碼結(jié)果等所需的處理。接下來，將使用圖4來描述在代碼掃描儀1中讀取代碼符號(hào)5的處理。圖4是示出由代碼掃描儀1的CPU21執(zhí)行的讀取處理的流程圖。當(dāng)激活代碼掃描儀1時(shí)或在執(zhí)行代碼符號(hào)的讀取的指示下，CPU21自動(dòng)開始在圖4的流程圖中呈示的處理。然后，在步驟S1，CPU21首先指示CMOS圖像傳感器13開始周期性圖像拾取。快門速度在這種情形下被設(shè)置為這樣的快門速度，使得很少的周圍的環(huán)境光或沒有周圍的環(huán)境光被檢測到，并且與環(huán)境光相比在光量上大的從激光發(fā)生器15輸出的激光1 的反射光可以被選擇性地檢測。在使用上述全局快門的情況下，當(dāng)激光1 的反射光入射在CMOS圖像傳感器13上時(shí)，在像素中電荷在反射光的光斑的部分處比在其它部分處更快地累積，并且在像素中在其它部分處累積如此多的電荷之前快速地釋放快門，從而使得反射光的光斑可以被有效地檢測。在后續(xù)步驟S2，CPU21將適合的控制信號(hào)供應(yīng)給激光發(fā)生器15，以指示激光發(fā)生器15與打開CMOS圖像傳感器13的快門(光電二極管開始電荷的累積)的定時(shí)同步地發(fā)射激光Ba。然后，在步驟S3，通過分析從CMOS圖像傳感器13輸出的圖像數(shù)據(jù)，CPU21判斷激光的反射光是否已經(jīng)入射在CMOS圖像傳感器13的圖像區(qū)域110上，即，反射光的光斑是否出現(xiàn)在圖像數(shù)據(jù)中。當(dāng)反射光沒有入射到這里時(shí)，可以認(rèn)為要讀取的對(duì)象不是位于代碼符號(hào)可以由代碼掃描儀1讀取的位置，因此CPU21不前進(jìn)到調(diào)整讀取條件并拾取用于讀取的圖像的后面的處理，而是返回步驟S2并重復(fù)該處理。如果在預(yù)定期間中即使重復(fù)了該處理也沒有檢測到要讀取的對(duì)象，那么可以臨時(shí)地降低CMOS圖像傳感器13的幀速度(可以增加幀期間)。當(dāng)在步驟S3反射光已經(jīng)入射時(shí)，發(fā)現(xiàn)某一物體(substance)(可假定為要讀取的對(duì)象)存在于代碼符號(hào)或許可以被代碼掃描儀1所讀取的位置處。簡而言之，可以感測要讀取的對(duì)象的存在。在步驟S2和S3的處理被稱為紙面感測模式中的操作，并且紙面感測模式在代碼掃描儀的電源被開啟或在電源開啟后檢測到預(yù)定命令后一直被操作，并且，當(dāng)電源關(guān)閉或檢測到預(yù)定命令時(shí)紙面感測模式結(jié)束。在這種情況下，如圖5的(a)所示，當(dāng)要讀取的對(duì)象位于附近時(shí)，光斑S出現(xiàn)在拾取的圖像中的水平軸方向上的末端處，而當(dāng)要讀取的對(duì)象位于遠(yuǎn)處時(shí)，如(c)所示，光斑S出現(xiàn)在中心附近。從而，CPU21前進(jìn)到步驟S4，并且基于反射光的光斑在圖像中的位置計(jì)算從CMOS圖像傳感器13到感測到的要讀取的對(duì)象的距離。接下來，將描述計(jì)算離要讀取的對(duì)象(物體)的距離的方法。圖6是計(jì)算離要讀取的對(duì)象的距離所需的參數(shù)的解釋圖。離要讀取的對(duì)象的距離χ可以基于圖中的下列參數(shù)和下面的數(shù)學(xué)式1來計(jì)算。χ 從圖像拾取光學(xué)系統(tǒng)透鏡的主點(diǎn)P離要讀取的對(duì)象的距離a:在平行于CMOS圖像傳感器13的圖像區(qū)域的方向上測量時(shí)的從圖像拾取光學(xué)系統(tǒng)透鏡的主點(diǎn)P到激光15a(的中心)的距離
θ 從圖像拾取光學(xué)系統(tǒng)透鏡的主點(diǎn)P向激光15a的方向擴(kuò)展的視角θ 0的1/2的角度N 當(dāng)在從圖像拾取光學(xué)系統(tǒng)透鏡的主點(diǎn)P向激光15a的方向上計(jì)數(shù)時(shí)的CMOS圖像傳感器13中的像素的數(shù)量的1/2(參見圖5)η 從CMOS圖像傳感器13的中心位置(對(duì)應(yīng)于圖像拾取光學(xué)系統(tǒng)透鏡的主點(diǎn)P的位置)到反射光15b的光斑的中心位置的像素的數(shù)量(參見圖5)φ:在激光15a與圖像拾取光學(xué)系統(tǒng)透鏡的光軸q之間的角度[數(shù)學(xué)式1]
權(quán)利要求
1.一種讀取由在光反射率方面與周圍環(huán)境不同的符號(hào)指示的信息的光學(xué)信息讀取設(shè)備，包括激光輸出部件，用于輸出激光；照明部件，用于照明要讀取的對(duì)象；圖像拾取部件，用于拾取要讀取的對(duì)象的圖像，該圖像拾取部件包括圖像傳感器，該圖像傳感器具有能夠根據(jù)在所有像素中基本上相同的時(shí)間在每一個(gè)像素中接收到的光的量來控制電荷累積的開始與停止的快門功能，并且具有根據(jù)預(yù)定參數(shù)的值來調(diào)整用于在所述圖像傳感器上形成入射光的像的光學(xué)系統(tǒng)的聚焦的部件；第一控制部件，用于執(zhí)行這樣的第一模式中的控制，即，當(dāng)讀取由在光反射率方面與周圍環(huán)境不同的符號(hào)指示的信息時(shí)，指示所述圖像拾取部件在通過所述激光輸出部件開啟激光的同時(shí)通過所述圖像傳感器在每一個(gè)預(yù)定幀期間中開始周期性的圖像拾取，并且，在所述圖像傳感器的每一個(gè)像素中的電荷累積元件中開始電荷累積后，在所述每一個(gè)幀期間中在至少一個(gè)電荷累積元件中累積了等于或大于預(yù)定基準(zhǔn)值的電荷的時(shí)間點(diǎn)，停止在所有像素中的電荷累積元件中的電荷的累積；距離測量部件，用于在下一個(gè)幀期間開始以前分析在第一模式中在所述每一個(gè)幀期間中由所述圖像拾取部件拾取的圖像，并且，當(dāng)在圖像中檢測到從所述激光輸出部件輸出的激光的由要讀取的對(duì)象反射的反射光的光斑時(shí)，基于該光斑在圖像中的位置來測量離要讀取的對(duì)象的距離；第二控制部件，用于當(dāng)所述距離測量部件檢測到反射光的光斑時(shí)，在檢測到光斑的幀期間的下一個(gè)幀期間開始以前，基于由所述距離測量部件測量的離要讀取的對(duì)象的距離，設(shè)置用于在由所述圖像拾取部件進(jìn)行圖像拾取時(shí)由所述照明部件照明的照射光量和調(diào)整光學(xué)系統(tǒng)的聚焦的預(yù)定參數(shù)的值；第三控制部件，用于執(zhí)行這樣的第二模式中的控制，即，在所述距離測量部件檢測到反射光的光斑的幀期間的下一個(gè)幀期間之后，通過所述激光輸出部件關(guān)閉激光，并且，在每一個(gè)幀期間中在圖像拾取時(shí)與所述圖像傳感器的每一個(gè)像素中的電荷累積元件中的電荷累積開始同步地以由所述第二控制部件設(shè)置的照明光量開啟所述照明部件；以及解碼部件，用于分析在第二模式中由所述圖像拾取部件拾取的圖像，并且對(duì)由設(shè)置在要讀取的對(duì)象上的在光反射率方面與周圍環(huán)境不同的符號(hào)所指示的信息進(jìn)行解碼。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)信息讀取設(shè)備，還包括用于存儲(chǔ)聚焦表的部件，在該聚焦表中，離要讀取的對(duì)象的距離與用于在包含在所述圖像拾取部件中的光學(xué)系統(tǒng)中對(duì)應(yīng)于該距離設(shè)置聚焦的預(yù)定參數(shù)的值相關(guān)聯(lián)，其中，所述第二控制部件通過基于參數(shù)的值驅(qū)動(dòng)包含在所述圖像拾取部件中的光學(xué)系統(tǒng)來調(diào)整聚焦，該參數(shù)的值是通過基于由所述距離測量部件測量的距離搜索聚焦表而獲取的。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學(xué)信息讀取設(shè)備，其中，對(duì)應(yīng)于在聚焦被設(shè)置為預(yù)定初始值時(shí)的焦深的周圍的預(yù)定范圍內(nèi)的距離的參數(shù)的值是聚焦表中的對(duì)應(yīng)于該預(yù)定初始值的固定值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3中的任何一項(xiàng)所述的光學(xué)信息讀取設(shè)備，其中，包含在所述圖像拾取部件中的光學(xué)系統(tǒng)包括能夠通過施加電壓來調(diào)整其折光力的液體透鏡，并且通過調(diào)整施加到液體透鏡的電壓來調(diào)整聚焦。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4中的任何一項(xiàng)所述的光學(xué)信息讀取設(shè)備，還包括用于存儲(chǔ)照明表的部件，在該照明表中，離要讀取的對(duì)象的距離與用于指示所述照明部件以適合于該距離的照射光量執(zhí)行照明的驅(qū)動(dòng)控制參數(shù)的值相關(guān)聯(lián)，其中，所述第二控制部件基于驅(qū)動(dòng)控制參數(shù)的值來設(shè)置照明的照射光量，該驅(qū)動(dòng)控制參數(shù)的值是通過基于由所述距離測量部件測量的距離搜索照明表而獲取的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到5中的任何一項(xiàng)所述的光學(xué)信息讀取設(shè)備，還包括作為所述激光輸出部件的用于輸出可見光的激光的部件和用于輸出不可見光的激光的部件，以及在沒有用戶的操作時(shí)指示所述激光輸出部件輸出不可見光的激光并且在有用戶的預(yù)定操作時(shí)將從所述激光輸出部件輸出的激光切換到可見光的激光的部件。
7.一種光學(xué)信息讀取方法，包括第一步驟，即，指示圖像拾取部件在通過激光輸出部件開啟激光的同時(shí)通過圖像傳感器在每一個(gè)預(yù)定幀期間中開始周期性的圖像拾取，并且，在圖像傳感器的每一個(gè)像素中的電荷累積元件中開始電荷累積后，在所述每一個(gè)幀期間中在至少一個(gè)電荷累積元件中累積了等于或大于預(yù)定基準(zhǔn)值的電荷的時(shí)間點(diǎn)，停止在所有像素中的電荷累積元件中的電荷的累積，該圖像拾取部件包括圖像傳感器，該圖像傳感器具有能夠根據(jù)在所有像素中基本上相同的時(shí)間在每一個(gè)像素中接收到的光的量來控制電荷累積的開始與停止的快門功能，并且具有根據(jù)預(yù)定參數(shù)的值來調(diào)整用于在圖像傳感器上形成入射光的像的光學(xué)系統(tǒng)的聚焦的部件；第二步驟，即，在下一個(gè)幀期間開始以前分析在所述第一步驟在所述每一個(gè)幀期間中由圖像拾取部件拾取的圖像，并且，當(dāng)在圖像中檢測到從激光輸出部件輸出的激光的由要讀取的對(duì)象反射的反射光的光斑時(shí)，基于該光斑在圖像中的位置來測量離要讀取的對(duì)象的距離；第三步驟，即，當(dāng)在所述第二步驟檢測到反射光的光斑時(shí)，在檢測到光斑的幀期間的下一個(gè)幀期間開始以前，基于在所述第二步驟測量的離要讀取對(duì)象的距離，設(shè)置用于調(diào)整在由圖像拾取部件進(jìn)行圖像拾取時(shí)由照明部件照明的照射光量和光學(xué)系統(tǒng)的聚焦的預(yù)定參數(shù)的值；第四步驟，即，在所述第二步驟檢測到反射光的光斑的幀期間的下一個(gè)幀期間之后，通過激光輸出部件關(guān)閉激光，并且，在每一個(gè)幀期間中在圖像拾取時(shí)與圖像傳感器的每一個(gè)像素中的電荷累積元件中的電荷累積的開始同步地以在所述第三步驟設(shè)置的照明光量開啟照明部件；以及第五步驟，即，分析在所述第四步驟由圖像拾取部件拾取的圖像，并且對(duì)由設(shè)置在要讀取的對(duì)象上的在光反射率方面與周圍環(huán)境不同的符號(hào)所指示的信息進(jìn)行解碼。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光學(xué)信息讀取方法，其中，在所述第三步驟，通過基于參數(shù)的值驅(qū)動(dòng)包含在圖像拾取部件中的光學(xué)系統(tǒng)來調(diào)整聚焦，該參數(shù)的值是通過基于在所述第二步驟測量的距離搜索聚焦表而獲取的，在該聚焦表中，離要讀取的對(duì)象的距離與用于在包含在圖像拾取部件中的光學(xué)系統(tǒng)中對(duì)應(yīng)于該距離設(shè)置聚焦的預(yù)定參數(shù)的值相關(guān)聯(lián)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光學(xué)信息讀取方法，其中，對(duì)應(yīng)于在聚焦被設(shè)置為預(yù)定初始值時(shí)的焦深的周圍的預(yù)定范圍內(nèi)的距離的參數(shù)的值是聚焦表中的對(duì)應(yīng)于該預(yù)定初始值的固定值。
10.根據(jù)權(quán)利要求7到9中的任何一項(xiàng)所述的光學(xué)信息讀取方法，其中，包含在圖像拾取部件中的光學(xué)系統(tǒng)包括能夠通過施加電壓調(diào)整其折光力的液體透鏡，并且通過調(diào)整施加到液體透鏡的電壓來調(diào)整聚焦。
11.根據(jù)權(quán)利要求7到10中的任何一項(xiàng)所述的光學(xué)信息讀取方法，其中，在所述第三步驟，基于驅(qū)動(dòng)控制參數(shù)的值來設(shè)置照明的照射光量，該驅(qū)動(dòng)控制參數(shù)的值是通過基于在所述第二步驟測量的距離搜索照明表而獲取的，在該照明表中，離要讀取的對(duì)象的距離與用于指示照明部件以適合于該距離的照射光量執(zhí)行照明的驅(qū)動(dòng)控制參數(shù)的值相關(guān)聯(lián)。
12.根據(jù)權(quán)利要求7到11中的任何一項(xiàng)所述的光學(xué)信息讀取方法，激光輸出部件具有用于輸出可見光的激光的部件和用于輸出不可見光的激光的部件，該方法還包括下述步驟在沒有用戶的操作時(shí)指示激光輸出部件輸出不可見光的激光，并且在有用戶的預(yù)定操作時(shí)將從激光輸出部件輸出的激光切換到可見光的激光。
全文摘要
代碼掃描源1的解碼器20基于由激光發(fā)生器15輸出的激光15a的由行李4反射的反射光(該反射光由CMOS圖像傳感器13檢測)來測量離行李4的距離，基于測量的距離調(diào)整在圖像拾取時(shí)的脈沖LED 14的照明的照射光量和聚焦透鏡11的聚焦，分析包含行李4上的代碼符號(hào)5的圖像(其圖像在調(diào)整后的條件下拾取)，并對(duì)由該代碼符號(hào)指示的信息進(jìn)行解碼。
文檔編號(hào)G06T1/00GK102576403SQ20108004406
公開日2012年7月11日 申請日期2010年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月31日
發(fā)明者福場賢 申請人:Opto電子有限公司