二次元パターン読み取り装置、その制御方法およびプログラム
【課題】省電力化を図りつつ、距離にかかわらず、適正な明るさで目標の二次元パターンを照明する。
【解決手段】二次元パターン読み取り装置１は、二次元的な画像認識によって被写体である二次元パターンを読み取る画像読み取り手段３、前記被写体を照明する照明手段２、前記被写体までの距離を測定する測距手段１６、前記測距手段の測距結果に基づいて前記照明手段から発射される光の照射幅を変更する照射幅変更手段５、１１、１２を備え、前記照射幅変更手段は、前記被写体までの距離が遠くなるほど前記照射幅を狭くする。
【解決手段】二次元パターン読み取り装置１は、二次元的な画像認識によって被写体である二次元パターンを読み取る画像読み取り手段３、前記被写体を照明する照明手段２、前記被写体までの距離を測定する測距手段１６、前記測距手段の測距結果に基づいて前記照明手段から発射される光の照射幅を変更する照射幅変更手段５、１１、１２を備え、前記照射幅変更手段は、前記被写体までの距離が遠くなるほど前記照射幅を狭くする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次元パターン読み取り装置、その制御方法およびプログラムに関し、詳細には、離れた場所から二次元パターンを読み取ることができる二次元パターン読み取り装置、その制御方法およびプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
二次元パターンとは、縞模様状の線の太さや白・黒格子状のパターン配列などで情報を表す情報表示タグのことをいう。前者の代表はバーコード、後者の代表はマトリックス型二次元コード（いわゆるＱＲコード：デンソーウェーブの登録商標／第４０７５０６６号）である。なお、広義の二次元パターンには画素パターンで表された写真や絵なども含まれる。これらの写真や絵を画像認識することにより、人物、物品、風景（場所）などの特定を行うことができ、それらの特定結果はパターンで表示された“情報”であるといえるからである。本明細書では、簡単化のために二次元パターンをバーコードとして説明するが、便宜上の一例に過ぎない。マトリックス型二次元コード等の他のコードパターンであってもよく、あるいは、画素パターンで表された写真や絵などであってもよい。
【０００３】
二次元パターンは、専用または他の機器に組み込まれた読み取り装置（二次元パターン読み取り装置という）によって読み取られるが、近年、二次元パターン読み取り装置の性能向上に伴い、たとえば、二次元パターンを離れた場所から読み取ることができるものも実用化されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００４】
二次元パターン読み取り装置は、レーザ光線を用いてパターンを読み取るもの（以下、レーザ方式）と、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の二次元撮像デバイスを用いて画像として読み取るもの（以下、画像読み取り方式）の二種類に分けることができる。前者のレーザ方式は二次元パターンに向けて発射したレーザ光線の反射光からパターン情報を再生し、後者の画像読み取り方式は、二次元撮像デバイスによって撮影された画像を処理してパターン情報を再生する。
【０００５】
ところで、後者の画像読み取り方式にあっては、特に暗所使用時に、撮影用の照明光源が欠かせない。二次元撮像デバイスは、所定の明るさ以上でなければ、良好な撮像品質、すなわち、パターン情報を支障なく再生できる程度の良好な画質が得られないからである。このため、画像読み取り方式を採用する多くの二次元パターン読み取り装置では照明用光源を備えており、二次元パターンを明るく照明した上で、そのパターン情報を読み取れるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１９３４４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、照明用光源からの光で二次元パターンを明るく照明した上で、そのパターン情報を読み取るだけでは、以下の不都合がある。
（Ａ）遠くに位置する二次元パターンを適正な光量で照明できない。
これは、目標地点の明るさが光源からの距離の二乗に反比例するからであり、たとえば、光源から二次元パターンまでの距離がｎ倍になると、目標地点に位置する二次元パターンの明るさがほぼ１／ｎに低下するからである。
（Ｂ）消費電力の増大
前記の（Ａ）に対処するためには、光源の光量をアップすればよく、たとえば、距離がｎ倍になったときには光量をｎ倍にすればよいが、そうすると今度は、電力消費が増えてバッテリの消耗が激しくなるから、とりわけ、携帯型の二次元パターン読み取り装置の利便性を損なう。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、省電力化を図りつつ、距離にかかわらず、適正な明るさで目標の二次元パターンを照明することができる二次元パターン読み取り装置、その制御方法およびプログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１記載の発明は、二次元的な画像認識によって被写体である二次元パターンを読み取る画像読み取り手段と、前記被写体を照明する照明手段と、前記被写体までの距離を測定する測距手段と、前記測距手段の測距結果に基づいて前記照明手段から発射される光の照射幅を変更する照射幅変更手段とを備え、前記照射幅変更手段は、前記被写体までの距離が遠くなるほど前記照射幅を狭くすることを特徴とする二次元パターン読み取り装置である。
請求項２記載の発明は、さらに、前記画像読み取り手段の読み取り結果から前記被写体の大きさを検出する検出手段を備え、前記照射幅変更手段は、前記被写体までの距離が遠くなるほど前記照射幅を狭くする前段変更を行った上、前記検出手段の検出結果に基づいてこの前段変更結果を微調整することを特徴とする請求項１に記載の二次元パターン読み取り装置である。
請求項３記載の発明は、さらに、前記測距手段の測距結果に基づいて前記照明手段から発射される光の輝度を変更する輝度変更手段を備え、前記輝度変更手段は、前記被写体までの距離が遠くなるほど前記光の輝度を高めることを特徴とする請求項１に記載の二次元パターン読み取り装置である。
請求項４記載の発明は、前記照射幅変更手段は、前記照明手段の光軸上に配置された光学レンズを備え、この光学レンズを光軸に沿って移動させることにより、前記照射幅を変更することを特徴とする請求項１に記載の二次元パターン読み取り装置である。
請求項５記載の発明は、前記照射幅変更手段は、前記画像読み取り手段の撮影レンズの周囲に同心円状に配列された複数列の発光素子群からなり、それぞれの発光素子群を構成する複数の発光素子の光軸を、各発光素子群ごとに異ならせたことを特徴とする請求項１に記載の二次元パターン読み取り装置である。
請求項６記載の発明は、前記複数列の発光素子群は、各群ごとに異なる個数の発光素子からなり、且つ、その個数が、同心円の外側になるにつれて多くなるように設定されていることを特徴とする請求項５に記載の二次元パターン読み取り装置である。
請求項７記載の発明は、二次元的な画像認識によって被写体である二次元パターンを読み取る画像読み取り工程と、前記被写体を照明する照明工程と、前記被写体までの距離を測定する測距工程と、前記測距工程の測距結果に基づいて前記照明工程で発射される光の照射幅を変更する照射幅変更工程とを含み、前記照射幅変更工程は、前記被写体までの距離が遠くなるほど前記照射幅を狭くすることを特徴とする二次元パターン読み取り方法である。
請求項８記載の発明は、二次元パターン読み取り装置のコンピュータを、二次元的な画像認識によって被写体である二次元パターンを読み取る画像読み取り手段、前記被写体を照明する照明手段、前記被写体までの距離を測定する測距手段、前記被写体までの距離が遠くなるほど前記照射幅を狭くする照射幅変更手段として機能させるためのプログラムである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、省電力化を図りつつ、距離にかかわらず、適正な明るさで目標の二次元パターンを照明することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態に係る二次元パターン読み取り装置の概略構成図である。
【図２】実施形態に係る二次元パターン読み取り装置の使用状態図である。
【図３】照射幅の可変特性を示す図である。
【図４】輝度の可変特性を示す図である。
【図５】実施形態に係る二次元パターン読み取り装置の動作フローを示す図である。
【図６】デコード処理（ステップＳ５）の動作フローを示す図である。
【図７】照射幅可変態様の他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は、実施形態に係る二次元パターン読み取り装置の概略構成図である。この図において、二次元パターン読み取り装置１は、照明部２、撮像部３、操作部４、制御部５、表示部６、記憶部７、通信部８および電源部９を備える。
【００１３】
照明部２は、発光部１０と、照射幅可変光学部１１と、照射幅駆動部１２とを含む。発光部１０は、ＬＥＤや白熱灯またはハロゲン灯などの光源からなり、制御部５からの制御信号に応答して光軸Ｌａの方向に所定光量且つ所定照射幅の照明光を発射する。照射幅可変光学部１１は、たとえば、光軸Ｌａに沿って前後に移動可能な光学レンズ１１ａを備え、この光学レンズ１１ａの位置を変えることにより、発光部１０から発射された照明光の照射幅を変更し、照射幅駆動部１２は、制御部５からの制御信号に応答して光学レンズ１１ａの位置を変更する。
【００１４】
撮像部３は、二次元撮像デバイス１３と、フォーカス可変光学部１４と、フォーカス駆動部１５と、測距部１６とを含む。二次元撮像デバイス１３は、ＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像デバイスからなり、フォーカス可変光学部１４を介して取り込まれた被写体像を電気的な画像信号に変換して出力する。フォーカス可変光学部１４は、光軸Ｌｂに沿って配列された撮影レンズ１４ａとフォーカスレンズ１４ｂとを有し、光軸Ｌｂに沿ってフォーカスレンズ１４ｂを前後に移動させることにより、二次元撮像デバイス１３の撮像面に被写体像を結像させ（フォーカスさせ）、フォーカス駆動部１５は、制御部５からの制御信号に応答してフォーカスレンズ１４ｂの位置を変更する。
【００１５】
ここで、照明部２の光軸Ｌａと撮像部３の光軸Ｌｂは、略平行であり、且つ、できるだけ接近してレイアウトされている必要がある。これは、撮像部３による撮影範囲（撮像画角）を、遠近にかかわらず、照明部２の照明光で満遍なく照らし出すためである。
【００１６】
また、撮像部３は、オートフォーカス機能を備えている。オートフォーカス機能は、要するに、測距部１６によって被写体までの距離を測定し、その距離に基づいてフォーカスレンズ１４ｂの位置を制御するというものであり、距離の測定方式によっていくつかのタイプに分かれる。代表的なものは光測距方式である。光測距方式はＬＥＤ光線などのスポット光を被写体に向けて発射し、その反射スポット光をＰＳＤ（Position Sensitive Detector）と呼ばれる半導体位置検出素子で検出する。半導体位置検出素子はスポット光の位置を検出できるセンサであり、その検出位置から三角測量の原理で被写体までの距離を測定する。実施形態における測距部１６にも、この光測距方式を採用してもかまわないが、これに限定されない。要は、被写体までの距離を測定し、その距離に基づいてフォーカスレンズ１４ｂの位置を制御することができるものであれば、いかなる方式のものであってもかまわない。
【００１７】
操作部４は、二次元パターン読み取り装置１の操作に必要な各種操作ボタンや操作キーなどを備える、いわゆる入力用のユーザインターフェース部である。この操作部４はタッチパネルを含んでいてもよい。ここで、説明の簡単化のために、一つの操作ボタン（トリガーキー４ａ）だけを図示する。このトリガーキー４ａは、二次元パターンの読み取り時にユーザによって操作されるものであり、このトリガーキー４ａが操作されると、二次元パターン読み取り装置１は、後述する一連の二次元パターン読み取り処理（図５参照）を実行する。なお、トリガーキー４ａの数は１個でもよいが、複数個としてもよい。たとえば、二次元パターン読み取り装置１のボディ前面に１個、両側面に各々１個ずつなどというように、ボディ各部の操作しやすい位置に各々適当に設けておけば、操作の自由度が高まるから好ましい。
【００１８】
制御部５は、たとえば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）５ａ、ＲＯＭ（Read Only Member）５ｂおよびＲＡＭ（Random
Access Memory）５ｃならびに所要の周辺回路からなるマイクロコンピュータで構成されており、ＲＯＭ５ｂに格納されている制御プログラムをＲＡＭ５ｃに展開し、その制御プログラムをＣＰＵ５ａで実行することによって、この二次元パターン読み取り装置１の全体動作（二次元パターン読み取り処理に関わる動作など）を統括制御するものである。なお、ここでは、マイクロコンピュータを用いた制御部５、つまり、制御プログラム等のソフトウェアリソースと、ＣＰＵ５ａやＲＯＭ５ｂおよびＲＡＭ５ｃならびに所要の周辺回路等のハードウェアリソースとの有機的な結合によって二次元パターン読み取り装置１の全体動作を統括制御する、いわゆるプログラム制御型の制御部５としているが、これに限定されない。たとえば、その制御の一部またはすべてをハードロジックで実現する態様であってもかまわない。
【００１９】
表示部６は、液晶ディスプレイ等の表示デバイスで構成された、いわゆる出力用のユーザインターフェース部であり、制御部５から適宜に出力される様々な情報、たとえば、二次元パターン読み取り中の生画像や二次元パターンの読み取り結果、または、その他の情報を可視化して表示する。この表示部６は、タッチパネル付のものであってもよい。
【００２０】
記憶部７は、フラッシュメモリ等の不揮発性記憶デバイスで構成されており、二次元パターンの読み取り結果などを適宜に記憶保存する。また、通信部８は、たとえば、無線ＬＡＮなどの通信媒体を介してパーソナルコンピュータ等の外部装置との間でデータのやりとりを行い、必要に応じて、記憶部７に保存されているデータを外部機器に送信したり、あるいは、外部機器から所要のデータを取り込んだりすることができるものである。さらに、電源部９は、一次電池や充電可能な二次電池などのバッテリを含み、このバッテリの電力から二次元パターン読み取り装置１の動作に必要な電源を発生する。
【００２１】
図２は、実施形態に係る二次元パターン読み取り装置の使用状態図である。（ａ）は近くの二次元パターンを読み取るときの状態、（ｂ）は遠くの二次元パターンを読み取るときの状態を示している。また、（ｃ）は二次元パターン読み取り装置の主要部を裏側から見た図である。
【００２２】
これらの図において、二次元パターン読み取り装置１は、手持ちに適した、たとえば、縦長の薄板矩形状のボディ１７と、そのボディ１７の任意位置に設けられたトリガーキー４ａとを有する。図示の例では、トリガーキー４ａは前面に１個、両側面にそれぞれ１個ずつ設けられているが、これに限定されない。たとえば、前面の１個だけとしてもよい。トリガーキー４ａを複数設けているのは、操作の自由度向上を意図したからである。すなわち、ユーザ１８の手持ちの仕方によって操作しやすい位置のトリガーキー４ａを選択的に使用できるようにしたからである。ちなみに、図示の例では、ユーザ１８の親指の近くに前面のトリガーキー４ａが位置しているため、そのトリガーキー４ａを親指で操作する様子を描いているが、たとえば、同じ親指で右側面のトリガーキー４ａを操作してもよく、あるいは、人差し指等で左側面のトリガーキー４ａを操作してもよい。
【００２３】
二次元パターン読み取り装置１は、上記のトリガーキー４ａを有するとともに、ボディ１７の前面に他の操作ボタン類１９を備える。この操作ボタン類１９の説明は割愛するが、要するに、上記のトリガーキー４ａ以外の入力用インターフェースであって、二次元パターン読み取り装置１の操作のうち、二次元パターン読み取り処理の起動用途以外の各種処理実行に関わる操作ボタンや操作キーなどである。
【００２４】
また、二次元パターン読み取り装置１は、ボディ１７の前面の見やすい位置に表示部６を配置する。この表示部６は、先にも説明したように、たとえば、二次元パターン読み取り中の生画像や二次元パターンの読み取り結果、または、その他の情報を可視化して表示するものであり、要すればタッチパネル付のものである。
【００２５】
さらに、二次元パターン読み取り装置１は、ボディ１７の上端に、照明部２と撮像部３の収容部２０を有する。この収容部２０は、（ｃ）に示すように、照明部２の光源窓２１（光学レンズ１１ａの保護窓）と撮像部３の撮像窓２２（撮影レンズ１４ａの保護窓）とを露出する開口面２３を備えており、ユーザ１８がボディ１７を自然に手持ちしたときに収容部２０の開口面２３の鉛直方向が読み取り対象の二次元パターン２４の方向に指向するようになっている。
【００２６】
本実施形態に係る二次元パターン読み取り装置１の技術的課題は、要するに、「省電力化を図りつつ、距離にかかわらず、適正な明るさで目標の二次元パターンを照明する」ことにある。
【００２７】
この課題達成のために、本実施形態では、二次元パターン読み取り装置１から二次元パターン２４までの距離を測定し、その距離に応じて照明部２の照明光の照射幅を線形的または段階的に変更するための構成を備えたことを要旨とする。
【００２８】
すなわち、上記の技術的課題の根本原因は、二次元パターンの明るさが光源からの距離の二乗に反比例するため、遠くに位置する二次元パターンを適正な光量で照明できないことに起因していること、また、遠くに位置する二次元パターンを適正な光量で照明するためには距離に応じて光量をアップすればよいものの、そうすると今度はバッテリの消耗が激しくなることに起因しているからであり、距離に応じて“照明光の照射幅を線形的または段階的に変更する”ことにより、それらの原因を回避して、「省電力化を図りつつ、距離にかかわらず、適正な明るさで目標の二次元パターンを照明する」ことができるからである。
【００２９】
このことを図面を参照して説明する。図２（ａ）に示すように、近くの二次元パターン２４を読み取る場合、その二次元パターン２４の全体を満遍なく照明できる程度の過不足のない“照明光の照射幅”とする。このときの照射幅を便宜的にＷａとする。一方、図２（ｂ）に示すように、遠くの二次元パターン２４を読み取る場合、照射幅をＷａのまま変更しなければ、遠くに位置する二次元パターン２４の明るさは相当量低下する。照明輝度は光源からの距離の二乗に反比例して低下するからである。本実施形態では、このような遠くの二次元パターン２４を読み取る場合は照射幅をＷａからＷｂに変更する。ここでＷａ＞Ｗｂであり、ＷａとＷｂの差は、図２（ａ）における二次元パターン２４までの距離と図２（ｂ）における二次元パターン２４までの距離との差に対応する。つまり、二次元パターンまでの距離が離れるほど、ＷａとＷｂの差が開くことになる。
【００３０】
このように、ＷａとＷｂは二次元パターンの距離に応じて適宜に変化するようになっていればよいが、理想的には、遠近およびその中間位置のいずれにおいても二次元パターン２４の全体を満遍なく照明できる適切な照射幅の可変特性になっている必要がある。
【００３１】
また、二次元パターンまでの距離の測定は専用の測距手段を設けてもよいが、本実施形態の撮像部３はオートフォーカス機能付であって、しかも、そのオートフォーカス機能は被写体までの測距手段（測距部１６）が必須であることを考慮すると、このオートフォーカス機能の測距手段（測距部１６）を流用することがコスト面からも好ましいということができるから、本実施形態では、撮像部３のオートフォーカス機能の測距手段（測距部１６）を、二次元パターンまでの距離を測定するための手段として兼用することにした。
【００３２】
図３は、照射幅の可変特性を示す図である。この可変特性は制御部５のＲＯＭ５ｂにあらかじめデータテーブル（以下、照射幅データテーブルという）の形で格納されている。照射幅データテーブル２５は縦軸を距離、横軸を照射幅とする二次元マップ構造を有しており、両軸の間に照射幅制御特性線２６を設定している。ここで、縦軸の距離は上端側が“遠”、下端側が“近”、横軸の照射幅は右端側が“狭”、左端側が“広”であり、また、両軸間の照射幅制御特性線２６は右肩上がりの直線であるから、この照射幅制御特性線２６によれば、距離が遠くなるほど照射幅が狭くなるという照射幅の可変特性を得ることができ、したがって、二次元パターンまでの距離が離れるほど、ＷａとＷｂの差を開く、という作用が得られる。
【００３３】
なお、ここでは直線的、つまり線形的な照射幅制御特性線２６としたが、これに限定されない。曲線や自由線であってもよい。直線、曲線または自由線はいずれも線形的な変化を呈する線である。あるいは、図中破線で示すように段階的に変化する照射幅制御特性線２７としてもよい。制御の緻密さの点では線形的な照射幅制御特性線２６の方が好ましいが、バッテリの消耗防止の点では段階的な照射幅制御特性線２７の使用が望ましい。照射幅可変光学部１１の動きを間欠的にして、バッテリの消耗を回避できるからである。線形的な線（照射幅制御特性線２６など）と段階的な照射幅制御特性線２７のいずれを使用するかは、制御の緻密さとバッテリ消耗防止のどちらを重視するかで適宜に選択すればよい。
【００３４】
また、以上の説明では、照明部２の発光部１０の輝度を所定値（固定値）としたが、これに限らず、二次元パターンの距離に応じて可変としてもよい。
【００３５】
図４は、輝度の可変特性を示す図である。この可変特性も制御部５のＲＯＭ５ｂにあらかじめデータテーブル（以下、輝度データテーブルという）の形で格納されている。輝度データテーブル２８は縦軸を距離、横軸を輝度とする二次元マップ構造を有しており、両軸の間に輝度制御特性線２９を設定している。ここで、縦軸の距離は上端側が“遠”、下端側が“近”、横軸の輝度は右端側が“高輝度”、左端側が“低輝度”であり、また、両軸間の輝度制御特性線２９は右肩上がりの直線（曲線や自由線であってもよい）である。この輝度制御特性線２９によれば、距離が遠くなるほど発光部１０の輝度が高くなるという輝度の可変特性を得ることができ、したがって、二次元パターンまでの距離が離れるほど、二次元パターンを明るく照らし出す、という作用が得られるから、前記の照射幅制御特性線２６（または２７）の作用を補完して「距離にかかわらず、適正な明るさで目標の二次元パターンを照明する」という効果をより高めることができる。
【００３６】
この輝度制御特性線２９も直線的ではなく段階的に変化させてもよい。つまり、図中の破線で示すような輝度制御特性線３０としてもよい。
【００３７】
図５は、実施形態に係る二次元パターン読み取り装置の動作フローを示す図である。この動作フローは、制御部５のＲＯＭ５ｂにあらかじめ制御プログラムの形で格納されており、必要に応じて制御部５のＲＡＭ５ｃにロードされ、ＣＰＵ５ａで実行されるものである。
【００３８】
この動作フローでは、まず、発光部１０の照明輝度制御値と照射幅駆動部１２の照射幅制御値に、あらかじめ定められた規定値（デフォルト値）をセットする（ステップＳ１）。規定値は、たとえば、輝度５０％、照射幅４０度などである。ここで、５０％とは発光部１０のフル発光輝度の略半分を意味し、また、照射幅４０度は発光部１０から発射された光の広がり角度の絶対値を意味する。なお、これらの規定値は一例であり、他の値であってもよいが、たとえば、最も多用される常用的距離に対応した照明輝度および照射幅としてもよい。
【００３９】
次に、ユーザによってトリガーキー４ａが操作されるまで待機し（ステップＳ２）、トリガーキー４ａが操作されると、照明部２を駆動して、セットされた照明輝度と照射幅の光を発射する（ステップＳ３）。
【００４０】
次に、撮像部３を駆動して被写体（二次元パターン）までの距離測定と、被写体のフォーカス合せと、被写体の撮影とを行い、測距結果（測距部１６の測定結果）を制御部５のＲＡＭ５ｂに一時保存（ステップＳ４）した後、二次元パターンのデコード処理を実行する（ステップＳ５）。
【００４１】
図６は、デコード処理（ステップＳ５）の動作フローを示す図である。この動作フローでは、まず、撮影画像の明るい部分（つまり、照明部２から発射された光があたっている部分）から二次元パターンを抽出する（ステップＳ２１）。次いで、二次元パターンの抽出数を判定する（ステップＳ２２）。この判定は、撮影画像内に１つの二次元パターンだけが含まれているか否かを調べることに相当する。つまり、抽出数が０の場合は撮影画像内にまったく二次元パターンが含まれていないことを示し、また、抽出数が２または２を超える場合は撮影画像内に２つ以上の二次元パターンが含まれていることを示し、いずれの場合も二次元パターンの情報を正しく再生できないから、これらの場合をエラーとして排除するための判定である。
【００４２】
抽出数＝１の場合（ステップＳ２３）は、二次元パターンの抽出数が１つであるから二次元パターンの印刷間隔に０をセットし（ステップＳ２６）、抽出した二次元パターンを解析（デコード）し（ステップＳ２７）、デコード成功であるか否かを判定して（ステップＳ２８）、デコード成功の場合はデコード成功フラグに１をセット（ステップＳ２９）した後、フローを抜ける一方、デコード成功でない場合はデコード成功フラグに０をセット（ステップＳ３０）した後、フローを抜ける。
【００４３】
抽出数＝０の場合（ステップＳ２４）は、二次元パターンの抽出数が０であるから印刷間隔に０をセットし（ステップＳ３１）、デコード成功フラグに０をセット（ステップＳ３０）した後、フローを抜ける。
【００４４】
抽出数≧２の場合（ステップＳ２５）は、二次元パターンの抽出数が２以上であるから印刷間隔を取得し（ステップＳ３２）、所要のエラーメッセージを表示部６に出力し（ステップＳ３３）、デコード成功フラグに０をセット（ステップＳ３０）した後、フローを抜ける。
【００４５】
ここで、印刷間隔とは、撮影した二次元パターンの生画像を印刷や画面出力したりする際の印刷（または表示）間隔のことをいう。抽出数０や抽出数１の場合は当然ながら印刷間隔０となり、抽出数２以上の場合は、その抽出数に応じた適切な間隔（ステップＳ３２で取得した値）になる。
【００４６】
再び、図５に戻り、次に、デコード成功（デコード成功フラグ＝１）であるか否かを判定する（ステップＳ６）。デコード成功の場合は、そのデコード結果を表示部６に出力（ステップＳ７）した後、次回スキャンの照明輝度と照射幅を決定する（ステップＳ８）が、デコード成功でない場合は、ステップＳ７をパスして直ちに次回スキャンの照明輝度と照射幅を決定する（ステップＳ８）。
【００４７】
ここで、「次回スキャンの照明輝度と照射幅」の決定は、先に（ステップＳ４で）制御部５のＲＡＭ５ｂに一時保存されていた測距結果に基づいて行う。つまり、この測距結果は二次元パターンまでの距離であるから、要するに、二次元パターンまでの距離に基づいて、次回スキャンの照明輝度と照射幅を決定する。より詳細には、図３の照射幅の可変特性図と図４の輝度の可変特性図とに従い、二次元パターンまでの距離が離れるにつれて、照射幅が狭くなり且つ輝度が高くなるように次回スキャンの照明輝度と照射幅を決定する。
【００４８】
次いで、トリガーキー４ａの操作を判定し（ステップＳ９）、操作された場合はステップＳ３に戻り、操作されなかった場合は読み取り終了であるか否かを判定する（ステップＳ１０）。「読み取り終了」の判定は、他の操作ボタン類１９に含まれる専用の読み取り終了ボタンの押し下げ操作を判定することによって行うことができるが、これに限定されない。たとえば、トリガーキー４ａの長押し等の特殊操作を判定して行ってもよい。
【００４９】
読み取り終了の場合は、そのままフローを終了し、読み取り終了でない場合は、再びステップＳ２以降を繰り返す。
【００５０】
本実施形態の二次元パターン読み取り装置１は、以上のとおりの構成としたので、以下の特有の効果を得ることができる。
【００５１】
（ａ）二次元パターンまでの距離にかかわらず、過不足のない明るさで二次元パターンを照明できる。
これは、二次元パターンまでの距離に応じて照明部２の光の照射幅を可変としたからである。具体的には、距離が離れるほど照射幅を狭くしたからであり、これによって、「照明輝度は光源からの距離の二乗に反比例して低下する」という原因を排除して、距離にかかわらず、二次元パターンの全体を十分な明るさで照明することができたからである。加えて、照明部２の光の輝度についても二次元パターンまでの距離に応じて変更するようにしたからであり、つまり、距離が離れるほど輝度を高めるようにしたからである。
【００５２】
なお、輝度可変は必須ではない。「距離にかかわらず、適正な明るさで目標の二次元パターンを照明する」という命題は、原理的には距離が離れるほど照射幅を狭くすることによって一応達成できるからである。しかしながら、この対策（距離が離れるほど照射幅を狭くする）だけでは、実用上支障を来すことがある。遠距離すぎる場合には照射幅を極限まで狭くしても撮像部３の撮影感度を十分に上回る明るさが得られないことがあり得るからであり、このような場合を考慮すると、輝度可変の併用は実用的である。照明部２の輝度を高めることにより、撮像部３の撮影感度に適合した明るさを得られるからである。
【００５３】
（ｂ）バッテリの消耗回避。
実施形態の主たる技術思想は、「距離にかかわらず、適正な明るさで目標の二次元パターンを照明する」ために、「二次元パターンまでの距離が離れるほど照明部２の光の照射幅を狭くする」という仕組みを採用したことにある。この点において、単に、不足する明るさを照明部２の光量アップで補うという単純なものではないから、光量アップに伴う余分なバッテリ消耗を防止することができるという利点が得られる。但し、前記のとおり、実施形態では「距離が離れるほど照射幅を狭くする」と同時に「距離が離れるほど輝度を高くする」という仕組みを採用しているため、この輝度可変に伴うバッテリ消耗が免れないという見方もある。しかしながら、この輝度可変は、あくまでも実用上の観点から付加された従たる仕組みであって、「距離にかかわらず、適正な明るさで目標の二次元パターンを照明する」という課題を達成するための必須事項ではない。したがって、この「距離が離れるほど輝度を高くする」という仕組みは、とりわけバッテリ消耗回避を重視する際には、あえて付加する必要がないものであるから、結局、本実施形態にあっては、バッテリの消耗も回避することができる。
【００５４】
なお、以上の実施形態では、「距離が離れるほど照射幅を狭くする」という仕組みを採用しているが、この仕組みを以下のように改良してもよい。すなわち、図５のステップＳ８で「測距結果に基づき、次回スキャンの・・・・照射幅を決定」する際に、単に測距結果に基づくだけでなく、二次元パターンの実際の大きさも加味して照射幅を決定するようにしてもよい。これは、照明部２の役割は読み取り対象の目標被写体、つまり、二次元パターンを明るく照らし出すことにあり、理想的には二次元パターン“のみ”を照明できればよいからである。この点において、実施形態のように「測距結果に基づき、次回スキャンの・・・・照射幅を決定」しただけでは、二次元パターンの周囲を余分に照明する可能性を否定できず、照明光の無駄を生じる。かかる無駄をなくすためには、「測距結果に基づき、次回スキャンの・・・・照射幅を決定」した上で、さらに、二次元パターンの実際の大きさを測定し、その測定結果に応じて照射幅の微調整を行えばよい。このようにすると、二次元パターンを照明するとともに、その周囲の余分な照明を行わないようにすることができ、照明光の無駄をなくすことができるから好ましい。
【００５５】
以上の実施形態における照明光の照射幅の可変態様は一例である。つまり、光学レンズ１１ａの位置を変えることによって照明光の照射幅を変更しているが、他の態様を採用してもかまわない。
【００５６】
図７は、照射幅可変態様の他の例を示す図である。この態様では、（ａ）に示すように、撮像部３の撮影窓２２の周囲に同心円状に配列された複数列（図では３列であるが、３列以上の多列であってもよい）の発光素子群３１〜３３を有する。発光素子群３１〜３３は、それぞれ異なる個数の発光素子（ここではＬＥＤ素子）からなる。ここで、最内列の発光素子群３１の個数をＡ、中間列の発光素子群３２の個数をＢ、最外列の発光素子群３３の個数をＣとしたとき、各々の個数は「Ａ＜Ｂ＜Ｃ」の関係にある。また、（ｂ）にその断面配列を示すように、発光素子群３１〜３３のそれぞれの光軸をＬａ１、Ｌａ２、Ｌａ３としたとき、最内列の発光素子群３１の光軸Ｌａ３は近距離を照らすように設定されており、また、中間列の発光素子群３２の光軸Ｌａ２は光軸Ｌａ３よりも遠くを照らすように設定されており、さらに、最外列の発光素子群３３の光軸Ｌａ１は光軸Ｌａ２よりも遠くを照らすように設定されている。
【００５７】
したがって、このような態様によれば、最内列の発光素子群３１だけを点灯すると近距離を照明することができ、中間列の発光素子群３２だけを点灯すると中距離を照明することができ、最外列の発光素子群３３だけを点灯すると遠距離を照明することができるから、前記の実施形態と同様に、二次元パターンまでの距離に応じて照明部２の光の照射幅を可変とする特性を与えることができる。
【００５８】
加えて、この態様における発光素子群３１〜３３は、それぞれ異なる個数（Ａ、Ｂ、Ｃ）の発光素子からなり、しかも、その個数は最内列で“少”、中間列で“中”、最外列で“多”の関係（Ａ＜Ｂ＜Ｃ）にあるので、各発光素子の光量を一定とすれば、最内列のトータル光量に対して中間列のトータル光量を高くし、且つ、最外列のトータル光量をさらに高くすることができるので、上記の実施形態における「輝度可変」と同等の特性を与えることもできる。
【符号の説明】
【００５９】
Ｌａ１〜Ｌａ３ 光軸
１ 二次元パターン読み取り装置
２ 照明部（照明手段）
３ 撮像部（画像読み取り手段）
５ 制御部（照射幅変更手段、検出手段、輝度変更手段）
１１ 照射幅可変光学部（照射幅変更手段）
１１ａ 光学レンズ
１２ 照射幅駆動部（照射幅変更手段）
１４ａ 撮影レンズ
１６ 測距部（測距手段）
２４ 二次元パターン
３１〜３３ 発光素子群
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次元パターン読み取り装置、その制御方法およびプログラムに関し、詳細には、離れた場所から二次元パターンを読み取ることができる二次元パターン読み取り装置、その制御方法およびプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
二次元パターンとは、縞模様状の線の太さや白・黒格子状のパターン配列などで情報を表す情報表示タグのことをいう。前者の代表はバーコード、後者の代表はマトリックス型二次元コード（いわゆるＱＲコード：デンソーウェーブの登録商標／第４０７５０６６号）である。なお、広義の二次元パターンには画素パターンで表された写真や絵なども含まれる。これらの写真や絵を画像認識することにより、人物、物品、風景（場所）などの特定を行うことができ、それらの特定結果はパターンで表示された“情報”であるといえるからである。本明細書では、簡単化のために二次元パターンをバーコードとして説明するが、便宜上の一例に過ぎない。マトリックス型二次元コード等の他のコードパターンであってもよく、あるいは、画素パターンで表された写真や絵などであってもよい。
【０００３】
二次元パターンは、専用または他の機器に組み込まれた読み取り装置（二次元パターン読み取り装置という）によって読み取られるが、近年、二次元パターン読み取り装置の性能向上に伴い、たとえば、二次元パターンを離れた場所から読み取ることができるものも実用化されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００４】
二次元パターン読み取り装置は、レーザ光線を用いてパターンを読み取るもの（以下、レーザ方式）と、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の二次元撮像デバイスを用いて画像として読み取るもの（以下、画像読み取り方式）の二種類に分けることができる。前者のレーザ方式は二次元パターンに向けて発射したレーザ光線の反射光からパターン情報を再生し、後者の画像読み取り方式は、二次元撮像デバイスによって撮影された画像を処理してパターン情報を再生する。
【０００５】
ところで、後者の画像読み取り方式にあっては、特に暗所使用時に、撮影用の照明光源が欠かせない。二次元撮像デバイスは、所定の明るさ以上でなければ、良好な撮像品質、すなわち、パターン情報を支障なく再生できる程度の良好な画質が得られないからである。このため、画像読み取り方式を採用する多くの二次元パターン読み取り装置では照明用光源を備えており、二次元パターンを明るく照明した上で、そのパターン情報を読み取れるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１９３４４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、照明用光源からの光で二次元パターンを明るく照明した上で、そのパターン情報を読み取るだけでは、以下の不都合がある。
（Ａ）遠くに位置する二次元パターンを適正な光量で照明できない。
これは、目標地点の明るさが光源からの距離の二乗に反比例するからであり、たとえば、光源から二次元パターンまでの距離がｎ倍になると、目標地点に位置する二次元パターンの明るさがほぼ１／ｎに低下するからである。
（Ｂ）消費電力の増大
前記の（Ａ）に対処するためには、光源の光量をアップすればよく、たとえば、距離がｎ倍になったときには光量をｎ倍にすればよいが、そうすると今度は、電力消費が増えてバッテリの消耗が激しくなるから、とりわけ、携帯型の二次元パターン読み取り装置の利便性を損なう。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、省電力化を図りつつ、距離にかかわらず、適正な明るさで目標の二次元パターンを照明することができる二次元パターン読み取り装置、その制御方法およびプログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１記載の発明は、二次元的な画像認識によって被写体である二次元パターンを読み取る画像読み取り手段と、前記被写体を照明する照明手段と、前記被写体までの距離を測定する測距手段と、前記測距手段の測距結果に基づいて前記照明手段から発射される光の照射幅を変更する照射幅変更手段とを備え、前記照射幅変更手段は、前記被写体までの距離が遠くなるほど前記照射幅を狭くすることを特徴とする二次元パターン読み取り装置である。
請求項２記載の発明は、さらに、前記画像読み取り手段の読み取り結果から前記被写体の大きさを検出する検出手段を備え、前記照射幅変更手段は、前記被写体までの距離が遠くなるほど前記照射幅を狭くする前段変更を行った上、前記検出手段の検出結果に基づいてこの前段変更結果を微調整することを特徴とする請求項１に記載の二次元パターン読み取り装置である。
請求項３記載の発明は、さらに、前記測距手段の測距結果に基づいて前記照明手段から発射される光の輝度を変更する輝度変更手段を備え、前記輝度変更手段は、前記被写体までの距離が遠くなるほど前記光の輝度を高めることを特徴とする請求項１に記載の二次元パターン読み取り装置である。
請求項４記載の発明は、前記照射幅変更手段は、前記照明手段の光軸上に配置された光学レンズを備え、この光学レンズを光軸に沿って移動させることにより、前記照射幅を変更することを特徴とする請求項１に記載の二次元パターン読み取り装置である。
請求項５記載の発明は、前記照射幅変更手段は、前記画像読み取り手段の撮影レンズの周囲に同心円状に配列された複数列の発光素子群からなり、それぞれの発光素子群を構成する複数の発光素子の光軸を、各発光素子群ごとに異ならせたことを特徴とする請求項１に記載の二次元パターン読み取り装置である。
請求項６記載の発明は、前記複数列の発光素子群は、各群ごとに異なる個数の発光素子からなり、且つ、その個数が、同心円の外側になるにつれて多くなるように設定されていることを特徴とする請求項５に記載の二次元パターン読み取り装置である。
請求項７記載の発明は、二次元的な画像認識によって被写体である二次元パターンを読み取る画像読み取り工程と、前記被写体を照明する照明工程と、前記被写体までの距離を測定する測距工程と、前記測距工程の測距結果に基づいて前記照明工程で発射される光の照射幅を変更する照射幅変更工程とを含み、前記照射幅変更工程は、前記被写体までの距離が遠くなるほど前記照射幅を狭くすることを特徴とする二次元パターン読み取り方法である。
請求項８記載の発明は、二次元パターン読み取り装置のコンピュータを、二次元的な画像認識によって被写体である二次元パターンを読み取る画像読み取り手段、前記被写体を照明する照明手段、前記被写体までの距離を測定する測距手段、前記被写体までの距離が遠くなるほど前記照射幅を狭くする照射幅変更手段として機能させるためのプログラムである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、省電力化を図りつつ、距離にかかわらず、適正な明るさで目標の二次元パターンを照明することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態に係る二次元パターン読み取り装置の概略構成図である。
【図２】実施形態に係る二次元パターン読み取り装置の使用状態図である。
【図３】照射幅の可変特性を示す図である。
【図４】輝度の可変特性を示す図である。
【図５】実施形態に係る二次元パターン読み取り装置の動作フローを示す図である。
【図６】デコード処理（ステップＳ５）の動作フローを示す図である。
【図７】照射幅可変態様の他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は、実施形態に係る二次元パターン読み取り装置の概略構成図である。この図において、二次元パターン読み取り装置１は、照明部２、撮像部３、操作部４、制御部５、表示部６、記憶部７、通信部８および電源部９を備える。
【００１３】
照明部２は、発光部１０と、照射幅可変光学部１１と、照射幅駆動部１２とを含む。発光部１０は、ＬＥＤや白熱灯またはハロゲン灯などの光源からなり、制御部５からの制御信号に応答して光軸Ｌａの方向に所定光量且つ所定照射幅の照明光を発射する。照射幅可変光学部１１は、たとえば、光軸Ｌａに沿って前後に移動可能な光学レンズ１１ａを備え、この光学レンズ１１ａの位置を変えることにより、発光部１０から発射された照明光の照射幅を変更し、照射幅駆動部１２は、制御部５からの制御信号に応答して光学レンズ１１ａの位置を変更する。
【００１４】
撮像部３は、二次元撮像デバイス１３と、フォーカス可変光学部１４と、フォーカス駆動部１５と、測距部１６とを含む。二次元撮像デバイス１３は、ＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像デバイスからなり、フォーカス可変光学部１４を介して取り込まれた被写体像を電気的な画像信号に変換して出力する。フォーカス可変光学部１４は、光軸Ｌｂに沿って配列された撮影レンズ１４ａとフォーカスレンズ１４ｂとを有し、光軸Ｌｂに沿ってフォーカスレンズ１４ｂを前後に移動させることにより、二次元撮像デバイス１３の撮像面に被写体像を結像させ（フォーカスさせ）、フォーカス駆動部１５は、制御部５からの制御信号に応答してフォーカスレンズ１４ｂの位置を変更する。
【００１５】
ここで、照明部２の光軸Ｌａと撮像部３の光軸Ｌｂは、略平行であり、且つ、できるだけ接近してレイアウトされている必要がある。これは、撮像部３による撮影範囲（撮像画角）を、遠近にかかわらず、照明部２の照明光で満遍なく照らし出すためである。
【００１６】
また、撮像部３は、オートフォーカス機能を備えている。オートフォーカス機能は、要するに、測距部１６によって被写体までの距離を測定し、その距離に基づいてフォーカスレンズ１４ｂの位置を制御するというものであり、距離の測定方式によっていくつかのタイプに分かれる。代表的なものは光測距方式である。光測距方式はＬＥＤ光線などのスポット光を被写体に向けて発射し、その反射スポット光をＰＳＤ（Position Sensitive Detector）と呼ばれる半導体位置検出素子で検出する。半導体位置検出素子はスポット光の位置を検出できるセンサであり、その検出位置から三角測量の原理で被写体までの距離を測定する。実施形態における測距部１６にも、この光測距方式を採用してもかまわないが、これに限定されない。要は、被写体までの距離を測定し、その距離に基づいてフォーカスレンズ１４ｂの位置を制御することができるものであれば、いかなる方式のものであってもかまわない。
【００１７】
操作部４は、二次元パターン読み取り装置１の操作に必要な各種操作ボタンや操作キーなどを備える、いわゆる入力用のユーザインターフェース部である。この操作部４はタッチパネルを含んでいてもよい。ここで、説明の簡単化のために、一つの操作ボタン（トリガーキー４ａ）だけを図示する。このトリガーキー４ａは、二次元パターンの読み取り時にユーザによって操作されるものであり、このトリガーキー４ａが操作されると、二次元パターン読み取り装置１は、後述する一連の二次元パターン読み取り処理（図５参照）を実行する。なお、トリガーキー４ａの数は１個でもよいが、複数個としてもよい。たとえば、二次元パターン読み取り装置１のボディ前面に１個、両側面に各々１個ずつなどというように、ボディ各部の操作しやすい位置に各々適当に設けておけば、操作の自由度が高まるから好ましい。
【００１８】
制御部５は、たとえば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）５ａ、ＲＯＭ（Read Only Member）５ｂおよびＲＡＭ（Random
Access Memory）５ｃならびに所要の周辺回路からなるマイクロコンピュータで構成されており、ＲＯＭ５ｂに格納されている制御プログラムをＲＡＭ５ｃに展開し、その制御プログラムをＣＰＵ５ａで実行することによって、この二次元パターン読み取り装置１の全体動作（二次元パターン読み取り処理に関わる動作など）を統括制御するものである。なお、ここでは、マイクロコンピュータを用いた制御部５、つまり、制御プログラム等のソフトウェアリソースと、ＣＰＵ５ａやＲＯＭ５ｂおよびＲＡＭ５ｃならびに所要の周辺回路等のハードウェアリソースとの有機的な結合によって二次元パターン読み取り装置１の全体動作を統括制御する、いわゆるプログラム制御型の制御部５としているが、これに限定されない。たとえば、その制御の一部またはすべてをハードロジックで実現する態様であってもかまわない。
【００１９】
表示部６は、液晶ディスプレイ等の表示デバイスで構成された、いわゆる出力用のユーザインターフェース部であり、制御部５から適宜に出力される様々な情報、たとえば、二次元パターン読み取り中の生画像や二次元パターンの読み取り結果、または、その他の情報を可視化して表示する。この表示部６は、タッチパネル付のものであってもよい。
【００２０】
記憶部７は、フラッシュメモリ等の不揮発性記憶デバイスで構成されており、二次元パターンの読み取り結果などを適宜に記憶保存する。また、通信部８は、たとえば、無線ＬＡＮなどの通信媒体を介してパーソナルコンピュータ等の外部装置との間でデータのやりとりを行い、必要に応じて、記憶部７に保存されているデータを外部機器に送信したり、あるいは、外部機器から所要のデータを取り込んだりすることができるものである。さらに、電源部９は、一次電池や充電可能な二次電池などのバッテリを含み、このバッテリの電力から二次元パターン読み取り装置１の動作に必要な電源を発生する。
【００２１】
図２は、実施形態に係る二次元パターン読み取り装置の使用状態図である。（ａ）は近くの二次元パターンを読み取るときの状態、（ｂ）は遠くの二次元パターンを読み取るときの状態を示している。また、（ｃ）は二次元パターン読み取り装置の主要部を裏側から見た図である。
【００２２】
これらの図において、二次元パターン読み取り装置１は、手持ちに適した、たとえば、縦長の薄板矩形状のボディ１７と、そのボディ１７の任意位置に設けられたトリガーキー４ａとを有する。図示の例では、トリガーキー４ａは前面に１個、両側面にそれぞれ１個ずつ設けられているが、これに限定されない。たとえば、前面の１個だけとしてもよい。トリガーキー４ａを複数設けているのは、操作の自由度向上を意図したからである。すなわち、ユーザ１８の手持ちの仕方によって操作しやすい位置のトリガーキー４ａを選択的に使用できるようにしたからである。ちなみに、図示の例では、ユーザ１８の親指の近くに前面のトリガーキー４ａが位置しているため、そのトリガーキー４ａを親指で操作する様子を描いているが、たとえば、同じ親指で右側面のトリガーキー４ａを操作してもよく、あるいは、人差し指等で左側面のトリガーキー４ａを操作してもよい。
【００２３】
二次元パターン読み取り装置１は、上記のトリガーキー４ａを有するとともに、ボディ１７の前面に他の操作ボタン類１９を備える。この操作ボタン類１９の説明は割愛するが、要するに、上記のトリガーキー４ａ以外の入力用インターフェースであって、二次元パターン読み取り装置１の操作のうち、二次元パターン読み取り処理の起動用途以外の各種処理実行に関わる操作ボタンや操作キーなどである。
【００２４】
また、二次元パターン読み取り装置１は、ボディ１７の前面の見やすい位置に表示部６を配置する。この表示部６は、先にも説明したように、たとえば、二次元パターン読み取り中の生画像や二次元パターンの読み取り結果、または、その他の情報を可視化して表示するものであり、要すればタッチパネル付のものである。
【００２５】
さらに、二次元パターン読み取り装置１は、ボディ１７の上端に、照明部２と撮像部３の収容部２０を有する。この収容部２０は、（ｃ）に示すように、照明部２の光源窓２１（光学レンズ１１ａの保護窓）と撮像部３の撮像窓２２（撮影レンズ１４ａの保護窓）とを露出する開口面２３を備えており、ユーザ１８がボディ１７を自然に手持ちしたときに収容部２０の開口面２３の鉛直方向が読み取り対象の二次元パターン２４の方向に指向するようになっている。
【００２６】
本実施形態に係る二次元パターン読み取り装置１の技術的課題は、要するに、「省電力化を図りつつ、距離にかかわらず、適正な明るさで目標の二次元パターンを照明する」ことにある。
【００２７】
この課題達成のために、本実施形態では、二次元パターン読み取り装置１から二次元パターン２４までの距離を測定し、その距離に応じて照明部２の照明光の照射幅を線形的または段階的に変更するための構成を備えたことを要旨とする。
【００２８】
すなわち、上記の技術的課題の根本原因は、二次元パターンの明るさが光源からの距離の二乗に反比例するため、遠くに位置する二次元パターンを適正な光量で照明できないことに起因していること、また、遠くに位置する二次元パターンを適正な光量で照明するためには距離に応じて光量をアップすればよいものの、そうすると今度はバッテリの消耗が激しくなることに起因しているからであり、距離に応じて“照明光の照射幅を線形的または段階的に変更する”ことにより、それらの原因を回避して、「省電力化を図りつつ、距離にかかわらず、適正な明るさで目標の二次元パターンを照明する」ことができるからである。
【００２９】
このことを図面を参照して説明する。図２（ａ）に示すように、近くの二次元パターン２４を読み取る場合、その二次元パターン２４の全体を満遍なく照明できる程度の過不足のない“照明光の照射幅”とする。このときの照射幅を便宜的にＷａとする。一方、図２（ｂ）に示すように、遠くの二次元パターン２４を読み取る場合、照射幅をＷａのまま変更しなければ、遠くに位置する二次元パターン２４の明るさは相当量低下する。照明輝度は光源からの距離の二乗に反比例して低下するからである。本実施形態では、このような遠くの二次元パターン２４を読み取る場合は照射幅をＷａからＷｂに変更する。ここでＷａ＞Ｗｂであり、ＷａとＷｂの差は、図２（ａ）における二次元パターン２４までの距離と図２（ｂ）における二次元パターン２４までの距離との差に対応する。つまり、二次元パターンまでの距離が離れるほど、ＷａとＷｂの差が開くことになる。
【００３０】
このように、ＷａとＷｂは二次元パターンの距離に応じて適宜に変化するようになっていればよいが、理想的には、遠近およびその中間位置のいずれにおいても二次元パターン２４の全体を満遍なく照明できる適切な照射幅の可変特性になっている必要がある。
【００３１】
また、二次元パターンまでの距離の測定は専用の測距手段を設けてもよいが、本実施形態の撮像部３はオートフォーカス機能付であって、しかも、そのオートフォーカス機能は被写体までの測距手段（測距部１６）が必須であることを考慮すると、このオートフォーカス機能の測距手段（測距部１６）を流用することがコスト面からも好ましいということができるから、本実施形態では、撮像部３のオートフォーカス機能の測距手段（測距部１６）を、二次元パターンまでの距離を測定するための手段として兼用することにした。
【００３２】
図３は、照射幅の可変特性を示す図である。この可変特性は制御部５のＲＯＭ５ｂにあらかじめデータテーブル（以下、照射幅データテーブルという）の形で格納されている。照射幅データテーブル２５は縦軸を距離、横軸を照射幅とする二次元マップ構造を有しており、両軸の間に照射幅制御特性線２６を設定している。ここで、縦軸の距離は上端側が“遠”、下端側が“近”、横軸の照射幅は右端側が“狭”、左端側が“広”であり、また、両軸間の照射幅制御特性線２６は右肩上がりの直線であるから、この照射幅制御特性線２６によれば、距離が遠くなるほど照射幅が狭くなるという照射幅の可変特性を得ることができ、したがって、二次元パターンまでの距離が離れるほど、ＷａとＷｂの差を開く、という作用が得られる。
【００３３】
なお、ここでは直線的、つまり線形的な照射幅制御特性線２６としたが、これに限定されない。曲線や自由線であってもよい。直線、曲線または自由線はいずれも線形的な変化を呈する線である。あるいは、図中破線で示すように段階的に変化する照射幅制御特性線２７としてもよい。制御の緻密さの点では線形的な照射幅制御特性線２６の方が好ましいが、バッテリの消耗防止の点では段階的な照射幅制御特性線２７の使用が望ましい。照射幅可変光学部１１の動きを間欠的にして、バッテリの消耗を回避できるからである。線形的な線（照射幅制御特性線２６など）と段階的な照射幅制御特性線２７のいずれを使用するかは、制御の緻密さとバッテリ消耗防止のどちらを重視するかで適宜に選択すればよい。
【００３４】
また、以上の説明では、照明部２の発光部１０の輝度を所定値（固定値）としたが、これに限らず、二次元パターンの距離に応じて可変としてもよい。
【００３５】
図４は、輝度の可変特性を示す図である。この可変特性も制御部５のＲＯＭ５ｂにあらかじめデータテーブル（以下、輝度データテーブルという）の形で格納されている。輝度データテーブル２８は縦軸を距離、横軸を輝度とする二次元マップ構造を有しており、両軸の間に輝度制御特性線２９を設定している。ここで、縦軸の距離は上端側が“遠”、下端側が“近”、横軸の輝度は右端側が“高輝度”、左端側が“低輝度”であり、また、両軸間の輝度制御特性線２９は右肩上がりの直線（曲線や自由線であってもよい）である。この輝度制御特性線２９によれば、距離が遠くなるほど発光部１０の輝度が高くなるという輝度の可変特性を得ることができ、したがって、二次元パターンまでの距離が離れるほど、二次元パターンを明るく照らし出す、という作用が得られるから、前記の照射幅制御特性線２６（または２７）の作用を補完して「距離にかかわらず、適正な明るさで目標の二次元パターンを照明する」という効果をより高めることができる。
【００３６】
この輝度制御特性線２９も直線的ではなく段階的に変化させてもよい。つまり、図中の破線で示すような輝度制御特性線３０としてもよい。
【００３７】
図５は、実施形態に係る二次元パターン読み取り装置の動作フローを示す図である。この動作フローは、制御部５のＲＯＭ５ｂにあらかじめ制御プログラムの形で格納されており、必要に応じて制御部５のＲＡＭ５ｃにロードされ、ＣＰＵ５ａで実行されるものである。
【００３８】
この動作フローでは、まず、発光部１０の照明輝度制御値と照射幅駆動部１２の照射幅制御値に、あらかじめ定められた規定値（デフォルト値）をセットする（ステップＳ１）。規定値は、たとえば、輝度５０％、照射幅４０度などである。ここで、５０％とは発光部１０のフル発光輝度の略半分を意味し、また、照射幅４０度は発光部１０から発射された光の広がり角度の絶対値を意味する。なお、これらの規定値は一例であり、他の値であってもよいが、たとえば、最も多用される常用的距離に対応した照明輝度および照射幅としてもよい。
【００３９】
次に、ユーザによってトリガーキー４ａが操作されるまで待機し（ステップＳ２）、トリガーキー４ａが操作されると、照明部２を駆動して、セットされた照明輝度と照射幅の光を発射する（ステップＳ３）。
【００４０】
次に、撮像部３を駆動して被写体（二次元パターン）までの距離測定と、被写体のフォーカス合せと、被写体の撮影とを行い、測距結果（測距部１６の測定結果）を制御部５のＲＡＭ５ｂに一時保存（ステップＳ４）した後、二次元パターンのデコード処理を実行する（ステップＳ５）。
【００４１】
図６は、デコード処理（ステップＳ５）の動作フローを示す図である。この動作フローでは、まず、撮影画像の明るい部分（つまり、照明部２から発射された光があたっている部分）から二次元パターンを抽出する（ステップＳ２１）。次いで、二次元パターンの抽出数を判定する（ステップＳ２２）。この判定は、撮影画像内に１つの二次元パターンだけが含まれているか否かを調べることに相当する。つまり、抽出数が０の場合は撮影画像内にまったく二次元パターンが含まれていないことを示し、また、抽出数が２または２を超える場合は撮影画像内に２つ以上の二次元パターンが含まれていることを示し、いずれの場合も二次元パターンの情報を正しく再生できないから、これらの場合をエラーとして排除するための判定である。
【００４２】
抽出数＝１の場合（ステップＳ２３）は、二次元パターンの抽出数が１つであるから二次元パターンの印刷間隔に０をセットし（ステップＳ２６）、抽出した二次元パターンを解析（デコード）し（ステップＳ２７）、デコード成功であるか否かを判定して（ステップＳ２８）、デコード成功の場合はデコード成功フラグに１をセット（ステップＳ２９）した後、フローを抜ける一方、デコード成功でない場合はデコード成功フラグに０をセット（ステップＳ３０）した後、フローを抜ける。
【００４３】
抽出数＝０の場合（ステップＳ２４）は、二次元パターンの抽出数が０であるから印刷間隔に０をセットし（ステップＳ３１）、デコード成功フラグに０をセット（ステップＳ３０）した後、フローを抜ける。
【００４４】
抽出数≧２の場合（ステップＳ２５）は、二次元パターンの抽出数が２以上であるから印刷間隔を取得し（ステップＳ３２）、所要のエラーメッセージを表示部６に出力し（ステップＳ３３）、デコード成功フラグに０をセット（ステップＳ３０）した後、フローを抜ける。
【００４５】
ここで、印刷間隔とは、撮影した二次元パターンの生画像を印刷や画面出力したりする際の印刷（または表示）間隔のことをいう。抽出数０や抽出数１の場合は当然ながら印刷間隔０となり、抽出数２以上の場合は、その抽出数に応じた適切な間隔（ステップＳ３２で取得した値）になる。
【００４６】
再び、図５に戻り、次に、デコード成功（デコード成功フラグ＝１）であるか否かを判定する（ステップＳ６）。デコード成功の場合は、そのデコード結果を表示部６に出力（ステップＳ７）した後、次回スキャンの照明輝度と照射幅を決定する（ステップＳ８）が、デコード成功でない場合は、ステップＳ７をパスして直ちに次回スキャンの照明輝度と照射幅を決定する（ステップＳ８）。
【００４７】
ここで、「次回スキャンの照明輝度と照射幅」の決定は、先に（ステップＳ４で）制御部５のＲＡＭ５ｂに一時保存されていた測距結果に基づいて行う。つまり、この測距結果は二次元パターンまでの距離であるから、要するに、二次元パターンまでの距離に基づいて、次回スキャンの照明輝度と照射幅を決定する。より詳細には、図３の照射幅の可変特性図と図４の輝度の可変特性図とに従い、二次元パターンまでの距離が離れるにつれて、照射幅が狭くなり且つ輝度が高くなるように次回スキャンの照明輝度と照射幅を決定する。
【００４８】
次いで、トリガーキー４ａの操作を判定し（ステップＳ９）、操作された場合はステップＳ３に戻り、操作されなかった場合は読み取り終了であるか否かを判定する（ステップＳ１０）。「読み取り終了」の判定は、他の操作ボタン類１９に含まれる専用の読み取り終了ボタンの押し下げ操作を判定することによって行うことができるが、これに限定されない。たとえば、トリガーキー４ａの長押し等の特殊操作を判定して行ってもよい。
【００４９】
読み取り終了の場合は、そのままフローを終了し、読み取り終了でない場合は、再びステップＳ２以降を繰り返す。
【００５０】
本実施形態の二次元パターン読み取り装置１は、以上のとおりの構成としたので、以下の特有の効果を得ることができる。
【００５１】
（ａ）二次元パターンまでの距離にかかわらず、過不足のない明るさで二次元パターンを照明できる。
これは、二次元パターンまでの距離に応じて照明部２の光の照射幅を可変としたからである。具体的には、距離が離れるほど照射幅を狭くしたからであり、これによって、「照明輝度は光源からの距離の二乗に反比例して低下する」という原因を排除して、距離にかかわらず、二次元パターンの全体を十分な明るさで照明することができたからである。加えて、照明部２の光の輝度についても二次元パターンまでの距離に応じて変更するようにしたからであり、つまり、距離が離れるほど輝度を高めるようにしたからである。
【００５２】
なお、輝度可変は必須ではない。「距離にかかわらず、適正な明るさで目標の二次元パターンを照明する」という命題は、原理的には距離が離れるほど照射幅を狭くすることによって一応達成できるからである。しかしながら、この対策（距離が離れるほど照射幅を狭くする）だけでは、実用上支障を来すことがある。遠距離すぎる場合には照射幅を極限まで狭くしても撮像部３の撮影感度を十分に上回る明るさが得られないことがあり得るからであり、このような場合を考慮すると、輝度可変の併用は実用的である。照明部２の輝度を高めることにより、撮像部３の撮影感度に適合した明るさを得られるからである。
【００５３】
（ｂ）バッテリの消耗回避。
実施形態の主たる技術思想は、「距離にかかわらず、適正な明るさで目標の二次元パターンを照明する」ために、「二次元パターンまでの距離が離れるほど照明部２の光の照射幅を狭くする」という仕組みを採用したことにある。この点において、単に、不足する明るさを照明部２の光量アップで補うという単純なものではないから、光量アップに伴う余分なバッテリ消耗を防止することができるという利点が得られる。但し、前記のとおり、実施形態では「距離が離れるほど照射幅を狭くする」と同時に「距離が離れるほど輝度を高くする」という仕組みを採用しているため、この輝度可変に伴うバッテリ消耗が免れないという見方もある。しかしながら、この輝度可変は、あくまでも実用上の観点から付加された従たる仕組みであって、「距離にかかわらず、適正な明るさで目標の二次元パターンを照明する」という課題を達成するための必須事項ではない。したがって、この「距離が離れるほど輝度を高くする」という仕組みは、とりわけバッテリ消耗回避を重視する際には、あえて付加する必要がないものであるから、結局、本実施形態にあっては、バッテリの消耗も回避することができる。
【００５４】
なお、以上の実施形態では、「距離が離れるほど照射幅を狭くする」という仕組みを採用しているが、この仕組みを以下のように改良してもよい。すなわち、図５のステップＳ８で「測距結果に基づき、次回スキャンの・・・・照射幅を決定」する際に、単に測距結果に基づくだけでなく、二次元パターンの実際の大きさも加味して照射幅を決定するようにしてもよい。これは、照明部２の役割は読み取り対象の目標被写体、つまり、二次元パターンを明るく照らし出すことにあり、理想的には二次元パターン“のみ”を照明できればよいからである。この点において、実施形態のように「測距結果に基づき、次回スキャンの・・・・照射幅を決定」しただけでは、二次元パターンの周囲を余分に照明する可能性を否定できず、照明光の無駄を生じる。かかる無駄をなくすためには、「測距結果に基づき、次回スキャンの・・・・照射幅を決定」した上で、さらに、二次元パターンの実際の大きさを測定し、その測定結果に応じて照射幅の微調整を行えばよい。このようにすると、二次元パターンを照明するとともに、その周囲の余分な照明を行わないようにすることができ、照明光の無駄をなくすことができるから好ましい。
【００５５】
以上の実施形態における照明光の照射幅の可変態様は一例である。つまり、光学レンズ１１ａの位置を変えることによって照明光の照射幅を変更しているが、他の態様を採用してもかまわない。
【００５６】
図７は、照射幅可変態様の他の例を示す図である。この態様では、（ａ）に示すように、撮像部３の撮影窓２２の周囲に同心円状に配列された複数列（図では３列であるが、３列以上の多列であってもよい）の発光素子群３１〜３３を有する。発光素子群３１〜３３は、それぞれ異なる個数の発光素子（ここではＬＥＤ素子）からなる。ここで、最内列の発光素子群３１の個数をＡ、中間列の発光素子群３２の個数をＢ、最外列の発光素子群３３の個数をＣとしたとき、各々の個数は「Ａ＜Ｂ＜Ｃ」の関係にある。また、（ｂ）にその断面配列を示すように、発光素子群３１〜３３のそれぞれの光軸をＬａ１、Ｌａ２、Ｌａ３としたとき、最内列の発光素子群３１の光軸Ｌａ３は近距離を照らすように設定されており、また、中間列の発光素子群３２の光軸Ｌａ２は光軸Ｌａ３よりも遠くを照らすように設定されており、さらに、最外列の発光素子群３３の光軸Ｌａ１は光軸Ｌａ２よりも遠くを照らすように設定されている。
【００５７】
したがって、このような態様によれば、最内列の発光素子群３１だけを点灯すると近距離を照明することができ、中間列の発光素子群３２だけを点灯すると中距離を照明することができ、最外列の発光素子群３３だけを点灯すると遠距離を照明することができるから、前記の実施形態と同様に、二次元パターンまでの距離に応じて照明部２の光の照射幅を可変とする特性を与えることができる。
【００５８】
加えて、この態様における発光素子群３１〜３３は、それぞれ異なる個数（Ａ、Ｂ、Ｃ）の発光素子からなり、しかも、その個数は最内列で“少”、中間列で“中”、最外列で“多”の関係（Ａ＜Ｂ＜Ｃ）にあるので、各発光素子の光量を一定とすれば、最内列のトータル光量に対して中間列のトータル光量を高くし、且つ、最外列のトータル光量をさらに高くすることができるので、上記の実施形態における「輝度可変」と同等の特性を与えることもできる。
【符号の説明】
【００５９】
Ｌａ１〜Ｌａ３ 光軸
１ 二次元パターン読み取り装置
２ 照明部（照明手段）
３ 撮像部（画像読み取り手段）
５ 制御部（照射幅変更手段、検出手段、輝度変更手段）
１１ 照射幅可変光学部（照射幅変更手段）
１１ａ 光学レンズ
１２ 照射幅駆動部（照射幅変更手段）
１４ａ 撮影レンズ
１６ 測距部（測距手段）
２４ 二次元パターン
３１〜３３ 発光素子群
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次元的な画像認識によって被写体である二次元パターンを読み取る画像読み取り手段と、
前記被写体を照明する照明手段と、
前記被写体までの距離を測定する測距手段と、
前記測距手段の測距結果に基づいて前記照明手段から発射される光の照射幅を変更する照射幅変更手段とを備え、
前記照射幅変更手段は、前記被写体までの距離が遠くなるほど前記照射幅を狭くすることを特徴とする二次元パターン読み取り装置。
【請求項２】
さらに、前記画像読み取り手段の読み取り結果から前記被写体の大きさを検出する検出手段を備え、
前記照射幅変更手段は、前記被写体までの距離が遠くなるほど前記照射幅を狭くする前段変更を行った上、前記検出手段の検出結果に基づいてこの前段変更結果を微調整することを特徴とする請求項１に記載の二次元パターン読み取り装置。
【請求項３】
さらに、前記測距手段の測距結果に基づいて前記照明手段から発射される光の輝度を変更する輝度変更手段を備え、
前記輝度変更手段は、前記被写体までの距離が遠くなるほど前記光の輝度を高めることを特徴とする請求項１に記載の二次元パターン読み取り装置。
【請求項４】
前記照射幅変更手段は、前記照明手段の光軸上に配置された光学レンズを備え、この光学レンズを光軸に沿って移動させることにより、前記照射幅を変更することを特徴とする請求項１に記載の二次元パターン読み取り装置。
【請求項５】
前記照射幅変更手段は、前記画像読み取り手段の撮影レンズの周囲に同心円状に配列された複数列の発光素子群からなり、それぞれの発光素子群を構成する複数の発光素子の光軸を、各発光素子群ごとに異ならせたことを特徴とする請求項１に記載の二次元パターン読み取り装置。
【請求項６】
前記複数列の発光素子群は、各群ごとに異なる個数の発光素子からなり、且つ、その個数が、同心円の外側になるにつれて多くなるように設定されていることを特徴とする請求項５に記載の二次元パターン読み取り装置。
【請求項７】
二次元的な画像認識によって被写体である二次元パターンを読み取る画像読み取り工程と、
前記被写体を照明する照明工程と、
前記被写体までの距離を測定する測距工程と、
前記測距工程の測距結果に基づいて前記照明工程で発射される光の照射幅を変更する照射幅変更工程とを含み、
前記照射幅変更工程は、前記被写体までの距離が遠くなるほど前記照射幅を狭くすることを特徴とする二次元パターン読み取り方法。
【請求項８】
二次元パターン読み取り装置のコンピュータを、
二次元的な画像認識によって被写体である二次元パターンを読み取る画像読み取り手段、
前記被写体を照明する照明手段、
前記被写体までの距離を測定する測距手段、
前記測距手段の測距結果に基づいて前記照明手段から発射される光の照射幅を変更する照射幅変更手段として機能させるためのプログラム。
【請求項１】
二次元的な画像認識によって被写体である二次元パターンを読み取る画像読み取り手段と、
前記被写体を照明する照明手段と、
前記被写体までの距離を測定する測距手段と、
前記測距手段の測距結果に基づいて前記照明手段から発射される光の照射幅を変更する照射幅変更手段とを備え、
前記照射幅変更手段は、前記被写体までの距離が遠くなるほど前記照射幅を狭くすることを特徴とする二次元パターン読み取り装置。
【請求項２】
さらに、前記画像読み取り手段の読み取り結果から前記被写体の大きさを検出する検出手段を備え、
前記照射幅変更手段は、前記被写体までの距離が遠くなるほど前記照射幅を狭くする前段変更を行った上、前記検出手段の検出結果に基づいてこの前段変更結果を微調整することを特徴とする請求項１に記載の二次元パターン読み取り装置。
【請求項３】
さらに、前記測距手段の測距結果に基づいて前記照明手段から発射される光の輝度を変更する輝度変更手段を備え、
前記輝度変更手段は、前記被写体までの距離が遠くなるほど前記光の輝度を高めることを特徴とする請求項１に記載の二次元パターン読み取り装置。
【請求項４】
前記照射幅変更手段は、前記照明手段の光軸上に配置された光学レンズを備え、この光学レンズを光軸に沿って移動させることにより、前記照射幅を変更することを特徴とする請求項１に記載の二次元パターン読み取り装置。
【請求項５】
前記照射幅変更手段は、前記画像読み取り手段の撮影レンズの周囲に同心円状に配列された複数列の発光素子群からなり、それぞれの発光素子群を構成する複数の発光素子の光軸を、各発光素子群ごとに異ならせたことを特徴とする請求項１に記載の二次元パターン読み取り装置。
【請求項６】
前記複数列の発光素子群は、各群ごとに異なる個数の発光素子からなり、且つ、その個数が、同心円の外側になるにつれて多くなるように設定されていることを特徴とする請求項５に記載の二次元パターン読み取り装置。
【請求項７】
二次元的な画像認識によって被写体である二次元パターンを読み取る画像読み取り工程と、
前記被写体を照明する照明工程と、
前記被写体までの距離を測定する測距工程と、
前記測距工程の測距結果に基づいて前記照明工程で発射される光の照射幅を変更する照射幅変更工程とを含み、
前記照射幅変更工程は、前記被写体までの距離が遠くなるほど前記照射幅を狭くすることを特徴とする二次元パターン読み取り方法。
【請求項８】
二次元パターン読み取り装置のコンピュータを、
二次元的な画像認識によって被写体である二次元パターンを読み取る画像読み取り手段、
前記被写体を照明する照明手段、
前記被写体までの距離を測定する測距手段、
前記測距手段の測距結果に基づいて前記照明手段から発射される光の照射幅を変更する照射幅変更手段として機能させるためのプログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−６８７８４（Ｐ２０１２−６８７８４Ａ）
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１１６１８（Ｐ２０１０−２１１６１８）
【出願日】平成２２年９月２２日（２０１０．９．２２）
【出願人】（０００００１４４３）カシオ計算機株式会社 (8,748)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２２日（２０１０．９．２２）
【出願人】（０００００１４４３）カシオ計算機株式会社 (8,748)
【Ｆターム（参考）】
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