光学的情報読取装置
【課題】簡単な構成で液体レンズによるフォーカス機能とズーム機能を備えた光学的情報読取装置を提供する。
【解決手段】光学的情報読取装置１は、電圧の印加で境界面の形状が変化する液体レンズ２０Ａ，２０Ｂが、境界面の形状を変化させることで焦点距離が変化し得る所定の間隔を開けて配置されると共に、少なくとも１個の光学レンズ２７が配置されたレンズモジュール２と、レンズモジュール２を透過した光信号を光電変換するイメージセンサ３０と、各液体レンズ２０Ａ，２０Ｂの温度を検知するサーミスタ２６Ａ，２６Ｂと、コード記号５までの距離を測定する測距部３１と、測距部３１で測定された距離情報と、サーミスタ２６Ａ，２６Ｂで検知された温度情報に基づき、フォーカス制御及びズーム制御を行うＡＳＩＣ４０を備える。
【解決手段】光学的情報読取装置１は、電圧の印加で境界面の形状が変化する液体レンズ２０Ａ，２０Ｂが、境界面の形状を変化させることで焦点距離が変化し得る所定の間隔を開けて配置されると共に、少なくとも１個の光学レンズ２７が配置されたレンズモジュール２と、レンズモジュール２を透過した光信号を光電変換するイメージセンサ３０と、各液体レンズ２０Ａ，２０Ｂの温度を検知するサーミスタ２６Ａ，２６Ｂと、コード記号５までの距離を測定する測距部３１と、測距部３１で測定された距離情報と、サーミスタ２６Ａ，２６Ｂで検知された温度情報に基づき、フォーカス制御及びズーム制御を行うＡＳＩＣ４０を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体レンズによるフォーカス機能とズーム機能を備えた光学的情報読取装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
商品管理、在庫管理等を目的として１次元のコード情報であるバーコードが良く知られている。また、より情報密度の高いコードとして２次元コードが知られている。２次元コードを読み取る装置として、ＣＭＯＳイメージセンサやＣＣＤイメージセンサ等の固体撮像素子で２次元コードを撮影し、その画像に様々な処理を施した上で２値化し、デコードする方法が知られている。
【０００３】
２次元コードは搭載できる情報量が多いので、価格、商品名、仕入れ先等、管理する側及び販売する側に必要な情報だけでなく、産地、成分、簡単な注意事項、使用法等も情報に埋め込み、顧客に商品を販売する際のサービスとなる情報を提供することもできる。
【０００４】
このようなコード情報を読み取る装置に使用されるＣＭＯＳイメージセンサは、デジタルカメラ等に搭載されているものと機能的に何ら変わらないことから、普通に物体や風景などを撮影する写真機としての機能を併せ持つことが求められる。例えば、在庫管理等の場合、対象物品と共にその物品が格納されている位置を撮像し、コード情報と共にデータベースに記憶する場合に使用されるものである。
【０００５】
また、携帯電話機には、上述したＣＭＯＳイメージセンサを使用した小型カメラが搭載さている。携帯電話機のカメラ機能には、通常のデジタルカメラのように、風景や人物を撮像する他に、バーコード／２次元コードスキャナ及びＯＣＲ（光学式文字読取装置）を内蔵しているものが大半である。
【０００６】
固体撮像素子で撮像を行う装置では、焦点を合わせる構成及び画像の大きさを調整する構成が必要であり、自動的に焦点位置を合わせる構成、いわゆるオートフォーカス機能と、焦点距離を変える構成、いわゆるズーム機能が必要である。オートフォーカス機能とズーム機能は、レンズの位置を機械的に光軸に沿って移動させる方法が知られているが、携帯電話等の小型の装置では、このような機構を搭載するのが困難である。そこで、レンズ自体がオートフォーカス機構とズームを持つような構成のものが求められている。その１つに液体レンズというものが知られている。
【０００７】
従来、ズーム機能を液体レンズで実現した技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。また、風景や人物などを撮影するカメラに液体レンズを適用した技術が開示されている（例えば、特許文献２、３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−１２８０８４号公報
【特許文献２】特開２００８−１５８２４７号公報
【特許文献３】特開２００６−２０１６３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
固体撮像素子を実装した一般的なカメラでは、画像を連像的に捕捉して、ピントの合った画像に対してのみデコードを施すという技術が提案されているが、画像を捕捉してデコードするまでに時間が掛かってしまい、商品や物品の管理を行うコードスキャナには適用できない。また、コードスキャナでは、デコード可能な所定の大きさで鮮明な画像を取得する必要があり、液体レンズを利用した構成では、温度による補償が必要となる。
【００１０】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、簡単な構成で液体レンズによるフォーカス機能とズーム機能を備えた光学的情報読取装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決するため、本発明は、異なる光屈折率を有し、互いに混和すること無く境界面が形成される第１の液体と第２の液体が容器に封止され、第１の液体と第２の液体の境界面の形状を制御する電圧が印加される液体レンズが、境界面の形状を変化させることで焦点距離が変化し得る所定の間隔を開けて２個以上配置されると共に、少なくとも１個の光学レンズが配置されたレンズモジュールと、レンズモジュールを透過した光信号を光電変換する固体撮像素子を有した撮像部と、各液体レンズの温度を検知する温度検知手段と、読取対象物までの距離を測定する距離測定手段と、距離測定手段で測定された読取対象物までの距離情報と、温度検知手段で検知された温度情報に基づき、フォーカス制御及びズーム制御を行う制御手段とを備えた光学的情報読取装置である。
【００１２】
本発明の光学的情報読取装置では、各液体レンズにおいて境界面の曲率を変化させると、焦点距離を連続的に変えることができると共に、任意の距離に焦点位置を合わせることができる。そして、読取対象物までの距離情報に基づいて、液体レンズに印加すべき電圧情報が設定され、焦点位置を合わせるフォーカス制御と、デコードに適するような大きさの画像を得るズーム制御が行われる。液体レンズに印加すべき電圧情報は、温度情報により補償され、温度が変動しても、最適なフォーカス制御及びズーム制御が行われる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の光学的情報読取装置によれば、レンズを可動させることなく、フォーカス制御とズーム制御を行うことができ、簡単な構成でフォーカス機能とズーム機能を実現できる。これにより、小型の装置に組み込むことが可能となる。また、距離情報及び温度情報に基づいてフォーカス制御とズーム制御が行われるので、短時間で鮮明な画像を取得できると共に、温度が変動しても、鮮明な画像を取得できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施の形態の光学的情報読取装置の一例を示す機能ブロック図である。
【図２】本実施の形態のレンズモジュールを構成する液体レンズの一例を示す内部構成図である。
【図３】温度と液体レンズの応答時間の関係を示すグラフである。
【図４】サーミスタで測定された温度と待機時間の関係を示すグラフである。
【図５】コード記号までの距離と画角の関係を示すグラフである。
【図６】本実施の形態のレンズモジュールにおいて各レンズの配置を示す構成図である。
【図７】ズーム時の液体レンズの曲率の変化を示すグラフである。
【図８】液体レンズの間隔と画角の関係を示すグラフである。
【図９】レンズモジュールの具体例を示す構成図である。
【図１０】レンズモジュールの具体例を示す構成図である。
【図１１】レンズモジュールの具体例を示す構成図である。
【図１２】本実施の形態の光学的情報読取装置の処理の一例を示すフローチャートである。
【図１３】液体レンズの動作説明図である。
【図１４】液体レンズの動作説明図である。
【図１５】液体レンズの動作説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明のレンズモジュールを備えた光学的情報読取装置の実施の形態について説明する。
【００１６】
＜本実施の形態の光学的情報読取装置の構成例＞
図１は、本実施の形態の光学的情報読取装置の一例を示す機能ブロック図、図２は、本実施の形態のレンズモジュールを構成する液体レンズの一例を示す内部構成図である。
【００１７】
本実施の形態の光学的情報読取装置１は、レンズモジュール２を有したカメラモジュール３と、デコーダ４を備える。レンズモジュール２は、複数の液体レンズ、本例では２個の液体レンズ２０Ａ，２０Ｂを備える。
【００１８】
液体レンズ２０Ａと液体レンズ２０Ｂは、所定の波長の光が透過する透明な材質で入射面２１ａと出射面２１ｂが形成された例えば円筒形状の容器２１に、第１の液体の一例である導電性の高い水溶液２２と、第２の液体の一例である絶縁体の油２３が封止される。
【００１９】
水溶液２２と油２３は、液体レンズ２０Ａ及び液体レンズ２０Ｂの光軸Ｏに沿った方向に分離して、互いに混和することなく光が透過する境界面２４が形成される。液体レンズ２０Ａ及び液体レンズ２０Ｂに封止される水溶液２２と油２３は異なる光屈折率を有し、入射面２１ａから出射面２１ｂへ透過する光が、水溶液２２と油２３の境界面２４で屈折される。
【００２０】
液体レンズ２０Ａと液体レンズ２０Ｂは、水溶液２２と接する電極２５ａと、絶縁部を介して水溶液２２と油２３の両方と接する電極２５ｂを備える。電極２５ａ及び電極２５ｂから電気を流し、水溶液２２に電圧を印加すると、水溶液２２と油２３との境界面２４の形状を変化させることができる。このような現象をエレクトロウエッティング現象と称す。
【００２１】
２個の液体レンズ２０Ａと液体レンズ２０Ｂを光軸Ｏに沿って直列に配置し、液体レンズ２０Ａ，２０Ｂにおいて、水溶液２２と油２３との境界面２４の曲率Ｒ１，Ｒ２を変えることで、ズームと称される焦点距離を連続的に変える機能と、フォーカスと称される焦点位置を合わせる機能を実現することができる。
【００２２】
レンズモジュール２は、液体レンズ２０Ａの温度を検知するサーミスタ２６Ａと、液体レンズ２０Ｂの温度を検知するサーミスタ２６Ｂを備える。サーミスタ２６Ａ，２６Ｂは温度検知手段の一例で、サーミスタ２６Ａは、例えば、液体レンズ２０Ａの電極と接続される図示しないフレキシブル基板に実装されることで、液体レンズ２０Ａの周辺の温度を的確に検知できるようにする。また、サーミスタ２６Ｂは、例えば、液体レンズ２０Ｂの電極と接続される図示しないフレキシブル基板に実装されることで、液体レンズ２０Ｂの周辺の温度を的確に検知できるようにする。
【００２３】
レンズモジュール２は、少なくとも１つの光学レンズ２７を備える。光学レンズ２７は、例えば凸レンズで構成され、液体レンズ２０Ｂの後段に配置される。液体レンズ２０Ａ及び液体レンズ２０Ｂと光学レンズ２７は、光軸を合わせて図示しないレンズハウジングに取り付けられる。なお、光学レンズ２７は、所定の波長の光を透過するガラス、プラスチック等で構成される単一の光学レンズであっても良いし、複数の光学レンズを組み合わせたものでも良い。
【００２４】
カメラモジュール３は、上述したレンズモジュール２と、撮像部を構成するイメージセンサ３０と、測距部３１を備える。イメージセンサ３０は固体撮像素子の一例で、入力された光信号を光電変換して、電気信号を出力する。イメージセンサ３０としては、例えば、ＣＭＯＳイメージセンサまたはＣＣＤイメージセンサが用いられる。イメージセンサ３０は、レンズモジュール２を透過する光が、液体レンズ２０Ａ及び液体レンズ２０Ｂと、光学レンズ２７の機能で結像する位置に配置される。
【００２５】
測距部３１は距離測定手段の一例で、例えば、レーザ光の受発光部等を備え、読取対象物であるコード記号５との距離を測定する。なお、カメラモジュール３は、読取対象物のコード記号５を示すガイド光を照射する照明用ＬＥＤ３２を備えても良い。この照明用ＬＥＤ３２は適宜備えるものであり、装置の形状、使用目的によっては搭載しなくても良い。
【００２６】
デコーダ４は信号処理部の一例で、レンズモジュール２で行われるズーム及びフォーカス調整と、イメージセンサ３０で行われる撮像と、イメージセンサ３０から出力される信号のデコード及びデータ転送等の制御を行う制御手段としてのＡＳＩＣ (Application Specific Integrated Circuit)４０を備える。また、デコーダ４は、ＡＳＩＣ４０で実行されるプログラム及び各種テーブル等が格納されるＲＡＭ４１及びＲＯＭ４２を備える。
【００２７】
更に、デコーダ４は、信号の入出力部として、レンズモジュール２及びカメラモジュール３と接続されて信号の授受を行うＩ／Ｏ４３と、図示しない外部のホストコンピュータ等の情報処理装置と接続されて信号の授受を行うＩ／Ｏ４４を備える。
【００２８】
光学的情報読取装置１は、撮像対象物であるコード記号５の種類を識別する識別情報を取得するため、設定手段としての操作部４５を備えても良い。操作部４５は、例えば、図示しないディスプレイとキーボード等により構成され、ディスプレイの表示に従って情報の入力または選択等が行われる。また、操作部４５を備えずに、図示しない外部の情報処理装置よりコード記号５の識別情報を取得して、ＲＡＭ４１に格納するようにしても良い。
【００２９】
光学的情報読取装置１は、例えば図示しない筐体に上述した構成要素が実装され、使用者が手に持って撮像が可能な構成である。なお、光学的情報読取装置１は、バーコード及び２次元コード等のコード記号５を読み取ることができるスキャナであるが、ＯＣＲソフトウエアを搭載すれば、文字を読み取ることも可能である。また、ＡＳＩＣ４０は、ＣＰＵとＦＰＧＡ(Field Programmable Gate Array)等のＬＳＩとの組み合わせでもかまわない。
【００３０】
次に、光学的情報読取装置１において焦点位置を合わせるフォーカス機能について説明する。光学的情報読取装置１は、任意の距離にあるコード記号５からの反射光がイメージセンサ３０に結像したとき、いわゆるフォーカスがあったときに撮像を行う。これは、画像が鮮明に捕捉されなければ、コード記号５の内容をデコードできないためである。
【００３１】
光学的情報読取装置１では、撮像するコード記号５との距離を測定し、測定した距離に焦点位置が合うようにレンズモジュール２の液体レンズ２０Ａ，２０Ｂを制御する。このため、カメラモジュール３にレーザを利用した測距部３１を備えている。レーザによる測距技術は２つの方法が良く知られている。１つはパルシング技術であり、レーザパルスの始動と反射の戻りとの間の遅れ時間を計測して距離を求める。もう１つはパララックス（視差）技術であり、撮像対象物にスポットを形成するためにビームを照射し、撮像対象物上の検出スポット位置を計測する。撮像対象物の距離は、検出スポット位置から決定される。測距方法は、これらの例に限るものではないが、ＡＳＩＣ４０では、例えばこれらの何れかの方法で測距を行うようプログラムされている。
【００３２】
液体レンズ２０Ａ及び液体レンズ２０Ｂにおいて、水溶液２２と油２３の境界面２４の曲率Ｒ１，Ｒ２は、印加電圧に応じて変化する。液体レンズ２０Ａ，２０Ｂの曲率Ｒ１，Ｒ２が変化すると、液体レンズ２０Ａ，２０Ｂが持つ屈折力が変化することから、任意の距離にある読取対象物にフォーカスするために必要な印加電圧が一意に決められる。
【００３３】
そこで、読取対象物であるコード記号５までの距離情報Ｌと、距離情報Ｌで特定される位置にあるコード記号５にフォーカスするために、各液体レンズ２０Ａ，２０Ｂに印加すべき電圧情報Ｖ１の関係を計測して距離−電圧テーブルＴＢ１を作成し、ＡＳＩＣ４０に格納しておく。これにより、測距部３１で測定したコード記号５までの距離に応じた電圧情報Ｖ１を取得することが可能となる。
【００３４】
一方、液体レンズ２０Ａ，２０Ｂは、電圧が印加された後に、印加電圧に応じた曲率Ｒ１，Ｒ２となって撮像可能となるまでの待機時間が必要である。この撮像待機時間は、液体レンズ２０Ａ，２０Ｂの周辺温度によって変動する。
【００３５】
図３は、温度と液体レンズの応答時間の関係を示すグラフである。図３では、撮像対象物にフォーカスし得る所定の電圧を液体レンズに印加したときに、液体レンズを透過して得られる画像の鮮明度の変化を、所定の温度毎にグラフ３０１〜３０３で示す。例えば、ＡＳＩＣ４０でデコードが可能となる画像の鮮明度を閾値Ｔｈとしたときに、閾値Ｔｈに達するまでの時間を撮像待機時間とすると、一般的に高温である方が撮像待機時間は少なく、グラフ３０１とグラフ３０２に示すように、６０℃における撮像待機時間は、２５℃の撮像待機時間より遥かに短い。
【００３６】
そこで、液体レンズ２０Ａ，２０Ｂの温度情報Ｔｐと、撮像待機時間情報Ｔｍの関係を測定して温度−待機時間テーブルＴＢ２を作成し、ＡＳＩＣ４０に格納しておく。液体レンズ２０Ａ，２０Ｂには、それぞれサーミスタ２６Ａ，２６Ｂが備えられているので、それぞれの液体レンズ２０Ａ，２０Ｂの周辺温度と撮像待機時間を計測しておく。
【００３７】
図４は、サーミスタで測定された温度と待機時間の関係を示すグラフである。図４では、サーミスタ２６Ａ，２６Ｂで測定された温度に対して、ＡＳＩＣ４０でデコードが可能な鮮明度の画像を取り込めるような最小の撮像待機時間を示す。これにより、サーミスタ２６Ａで測定した液体レンズ２０Ａの温度と、サーミスタ２６Ｂで測定した液体レンズ２０Ｂの温度に応じた撮像待機時間情報Ｔｍを取得することが可能となる。
【００３８】
このように、コード記号５までの距離情報Ｌと各液体レンズ２０Ａ，２０Ｂに印加すべき電圧情報Ｖ１との関係を示す距離−電圧テーブルＴＢ１と、各液体レンズ２０Ａ，２０Ｂの温度情報Ｔｐと撮像待機時間情報Ｔｍとの関係を示す温度−待機時間テーブルＴＢ２によって、最適なフォーカス調整がされ、コード記号５の鮮明な画像を取り込むことができる。
【００３９】
次に、光学的情報読取装置１において、焦点距離を連続的に変化させるズーム機能について説明する。光学的情報読取装置１では、イメージセンサ３０に結像したコード記号５の画像をＡＳＩＣ４０でデコードするために、イメージセンサ３０の分解能等に応じて所定の大きさの画像が必要である。
【００４０】
イメージセンサ３０に結像する画像の大きさは、光学的情報読取装置１から読取対象物であるコード記号５までの距離と、コード記号５の大きさで決まる。そこで、コード記号５までの距離情報Ｌと、撮像するコード記号５の大きさ情報Ｗとから推測される画角ωの関係を計測して距離−画角テーブルＴＢ３を作成し、ＡＳＩＣ４０に格納しておく。
【００４１】
図５は、コード記号までの距離と画角の関係を示すグラフである。図５では、一般的な１次元コードであるＣｏｄｅ３９（ピッチ０．２５４、幅７０ｍｍ）における距離に対する画角を示す。コード記号５の大きさとコード記号５までの距離が判れば、所望の大きさの画像を取得するために必要な画角を予測することができる。これにより、読取対象物として頻繁に使用されるＰＤＦ４１７コードや２次元コード等の距離−画角テーブルＴＢ３を作っておけば、距離情報から画角を取得することができる。
【００４２】
イメージセンサ３０に結像される画像を所定の大きさとする画角は、レンズモジュール２の焦点距離で決まり、レンズモジュール２の焦点距離は、液体レンズ２０Ａ，２０Ｂの曲率Ｒ１，Ｒ２の組み合わせにより決まるので、レンズモジュール２の焦点距離と印加電圧の関係が一意に決められる。
【００４３】
そこで、レンズモジュール２の画角ωを決める焦点距離情報ｆｄと、各液体レンズ２０Ａ，２０Ｂに印加すべき電圧情報Ｖ２の関係を計測して焦点距離−電圧テーブルＴＢ４を作成し、ＡＳＩＣ４０に格納しておく。なお、ズームを行う場合も、上述した温度−待機時間テーブルＴＢ２が必要である。これにより、距離−画角テーブルＴＢ３と焦点距離−電圧テーブルＴＢ４によって、測距部３１で測定したコード記号５までの距離とコード記号の大きさに応じた電圧情報Ｖ２を取得することが可能となる。
【００４４】
＜本実施の形態のレンズモジュールの構成例＞
図６は、本実施の形態のレンズモジュールにおいて各レンズの配置を示す構成図である。液体レンズを利用してズーム機能を実現するためには、レンズモジュール２は、上述したように、少なくとも２枚の液体レンズ２０Ａ，２０Ｂと、１枚の光学レンズ２７を備える。
【００４５】
液体レンズ２０Ａ及び液体レンズ２０Ｂにおいて、水溶液２２と油２３の境界面２４の曲率Ｒ１，Ｒ２を変化させると、各レンズの曲率及び配置で決まる主点からの焦点距離ｆが変化する。なお、図６では、便宜的に光学レンズ２７に主点があるものとして図示している。また、液体レンズ２０Ａと液体レンズ２０Ｂとの間の距離Ｌｅを変えることでも、焦点距離ｆが変化する。
【００４６】
図６に示す構成では、像側の液体レンズ２０Ａと像までの距離を１００ｍｍとし、イメージセンサ３０側の液体レンズ２０Ｂと光学レンズ２７までの距離を３ｍｍとする。このような条件で、液体レンズ２０Ａの曲率Ｒ１と、液体レンズ２０Ｂの曲率Ｒ２と、液体レンズ２０Ａと液体レンズ２０Ｂとの間の距離Ｌｅを変えたときの画角の変化を測定する。なお、光学レンズ２７のみの画角（半値）を１６°としている。
【００４７】
図７は、ズーム時の液体レンズの曲率の変化を示すグラフ、図８は、液体レンズの間隔と画角の関係を示すグラフである。図８の結果から、液体レンズ２０Ａと液体レンズ２０Ｂとの間の距離を離すほど、レンズモジュール２のズーム倍率を上げることができることが判る。
【００４８】
図９〜図１１は、レンズモジュールの具体例を示す構成図である。図９に示す２枚の液体レンズ２０Ａ，２０Ｂと１枚の光学レンズ２７を備えた構成では、液体レンズ２０Ａと液体レンズ２０Ｂとの間の距離Ｌｅを離すほど、ズーム倍率が高くなる。一方、液体レンズ２０Ａと液体レンズ２０Ｂとの間の距離Ｌｅを離して行くと、周辺光が液体レンズ間で鏡筒にぶつかってイメージセンサ３０に届かなくなり、光量不足やいわゆるケラレが生じる。
【００４９】
このため、図９に示す構成では、液体レンズ２０Ａ，２０Ｂの中心にアパーチャーを設定すると、液体レンズ２０Ａと液体レンズ２０Ｂとの間の距離Ｌｅは、最大で約９．６ｍｍであった。このとき、画角ωは１４．３２９°〜１７．８４３°まで変化させることが可能で、ズーム倍率は１．２６倍となった。
【００５０】
液体レンズ２０Ａと液体レンズ２０Ｂとの間の距離Ｌｅを１０ｍｍ以上に離しても、周辺光量が低下しない構成としては、例えば、図１０に示すような構成が考えられる。図１０では、２枚の液体レンズ２０Ａ，２０Ｂと１枚の光学レンズ２７を備えた構成で、レンズ群の一番先頭に凹メニスカスレンズ２８を追加して光を絞る。
【００５１】
これにより、凹メニスカスレンズを備えていない図９の構成と比較して、周辺光量を低下させること無く、液体レンズ２０Ａと液体レンズ２０Ｂとの間の距離Ｌｅを離して、ズーム倍率を上げることができる。図１０に示す構成では、液体レンズ２０Ａと液体レンズ２０Ｂとの間の距離Ｌｅは、最大で約１７ｍｍであった。このとき、画角ωは１３．００３°〜１７．９２４°まで変化させることが可能で、ズーム倍率は１．４倍となった。
【００５２】
図９及び図１０では、２枚の液体レンズ２０Ａ，２０Ｂを備える構成としたが、シミュレーションの結果、液体レンズの枚数を２枚以上にすると、ズーム倍率を更に上げられることが判った。そこで、図１１では、４枚の液体レンズ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄを備えると共に、液体レンズ群の前段に凹メニスカスレンズ２８を備え、後段に光学レンズ２７を備える構成としたものである。図１１の構成では、両端の液体レンズ２０Ａと液体レンズ２０Ｄとの間の距離Ｌｅは、最大で約３０ｍｍであった。このとき、画角ωは９．８°〜２１．９５°まで変化させることが可能で、ズーム倍率は２．３倍となった。
【００５３】
＜本実施の形態の光学的情報読取装置の動作例＞
図１２は、本実施の形態の光学的情報読取装置の処理の一例を示すフローチャート、図１３〜図１５は、液体レンズの動作説明図であり、次に、本実施の形態の光学的情報読取装置１で、コード記号５を読み取る動作について説明する。
【００５４】
光学的情報読取装置１では、まず、図１２のステップＳ１で、操作部４５を操作して、読取対象となるコード記号５の種別を設定する。例えば、ＲＯＭ４２には、予めコード記号５の種別等を特定する識別情報が格納されており、操作部４５での操作で読取対象となるコード記号５の識別情報が選択される。
【００５５】
光学的情報読取装置１では、ＡＳＩＣ４０は、ステップＳ２で、測距部３１の出力からコード記号５までの距離を測定して距離情報Ｌを取得すると共に、サーミスタ２６Ａ，２６Ｂの出力から液体レンズ２０Ａ，２０Ｂの温度情報Ｔｐを取得する。
【００５６】
ＡＳＩＣ４０は、ステップＳ３で、操作部４５で設定されたコード記号５の識別情報と、測距部３１で検出したコード記号５までの距離情報Ｌから、コード記号５までの距離が、ズームが必要な一定値以上であるか否かを判断する。
【００５７】
ＡＳＩＣ４０は、ステップＳ３でコード記号５までの距離が一体値以上であると判断すると、ステップＳ４で、操作部４５で設定されたコード記号５の識別情報に応じた距離−画角テーブルＴＢ３を選択する。そして、距離−画角テーブルＴＢ３及び焦点距離−電圧テーブルＴＢ４と、温度−待機時間テーブルＴＢ２を参照して、測距部３１で検出したコード記号５までの距離情報Ｌと、サーミスタ２６Ａ，２６Ｂで検出した液体レンズ２０Ａ，２０Ｂの温度情報Ｔｐに応じた電圧情報Ｖ２及び撮像待機時間情報Ｔｍを取得する。
【００５８】
ここで、電圧情報Ｖ２は、液体レンズ２０Ａ，２０Ｂ毎に設定されており、コード記号５までの距離が遠い場合は、イメージセンサ３０に結像する画像の大きさが大きくなるような電圧が印加される。例えば、図１３に示すように、液体レンズ２０Ａと液体レンズ２０Ｂの曲率Ｒ１，Ｒ２が、互いに凹となるような電圧が印加される。
【００５９】
なお、以上の例では、コード記号５までの距離が一定値以上である場合に、イメージセンサ３０に結像する画像の大きさが大きくなるようなズームを行うこととしたが、コード記号５までの距離が別の一定値以下である場合には、イメージセンサ３０に結像する画像の大きさが小さくなるようなズームを行うこととしても良い。コード記号５までの距離が近い場合は、例えば、図１４に示すように、液体レンズ２０Ａと液体レンズ２０Ｂの曲率Ｒ１，Ｒ２が、互いに凸となるような電圧が印加される。
【００６０】
ＡＳＩＣ４０は、上述したステップＳ３でコード記号５までの距離が一体値より小さいと判断すると、ステップＳ５で、距離−電圧テーブルＴＢ１と、温度−待機時間テーブルＴＢ２を参照して、測距部３１で検出したコード記号５までの距離情報Ｌと、サーミスタ２６Ａ，２６Ｂで検出した液体レンズ２０Ａ，２０Ｂの温度情報Ｔｐに応じた電圧情報Ｖ１及び撮像待機時間情報Ｔｍを取得する。
【００６１】
ここで、電圧情報Ｖ１は、液体レンズ２０Ａ，２０Ｂ毎に設定されており、距離情報Ｌで特定される位置にあるコード記号５の像がイメージセンサ３０に結像するような電圧が印加される。例えば。図１４に示すように、液体レンズ２０Ａと液体レンズ２０Ｂの曲率Ｒ１，Ｒ２が平面となる状態から、距離情報Ｌに応じた電圧が印加される。
【００６２】
ＡＳＩＣ４０は、ステップＳ６で、コード記号５の識別情報及びコード記号５までの距離情報Ｌに応じたズーム制御と、コード記号５までの距離情報Ｌに応じたフォーカス制御を行い、かつ、サーミスタ２６Ａ，２６Ｂで検出した液体レンズ２０Ａ，２０Ｂの温度情報Ｔｐに応じた撮像待機時間が経過した後、イメージセンサ３０でコード記号５を撮像する。
【００６３】
ＡＳＩＣ４０は、ステップＳ７で、撮像したコード記号５の大きさが、デコードに適切な大きさであるか否か判断する。上述したステップＳ３，Ｓ４の処理で、コード記号５の識別情報及びコード記号５までの距離情報Ｌに基づき、距離−画角テーブルＴＢ３及び焦点距離−電圧テーブルＴＢ４を参照してズーム制御を行っている。光学的情報読取装置１では、予め読取対象のコード記号５の識別情報が設定されることで、読取対象のコード記号５の想定される大きさは認識できる。このため、通常は、距離−画角テーブルＴＢ３及び焦点距離−電圧テーブルＴＢ４を参照してズーム制御を行うことで、所望の大きさの画像を取得できる。
【００６４】
但し、種別が同じコード記号５であっても、大きさが複数種類ある場合があり、距離−画角テーブルＴＢ３及び焦点距離−電圧テーブルＴＢ４では適切な大きさの画像を取得できない場合が考えられる。そこで、ステップＳ７で、撮像したコード記号５の大きさが、デコードに適切な大きさであるか否か判断する。
【００６５】
ステップＳ７で、撮像したコード記号５の大きさが、デコードに適切な大きさであると判断すると、ステップＳ８で、撮像した画像データをデコードして、コード記号５の内容を示すデータを出力する。これに対し、ステップＳ７で、撮像したコード記号５の大きさが、デコードに適切な大きさではないと判断すると、ステップＳ４に戻り、コード記号５の大きさ情報Ｗに応じたズーム制御を行い、再度コード記号５の撮像及びデコードを行う。
【００６６】
なお、以上の動作例では、予めコード記号５の識別情報を取得することとしたが、コード記号５をイメージセンサ３０で撮像し、特徴点を検出してコード記号を識別しても良い。また、コード記号の大きさから識別しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明は、バーコードリーダや２次元コードリーダ等に利用することができ、小型の装置でオートフォーカス及びズームを実現できる。
【符号の説明】
【００６８】
１・・・光学的情報読取装置、２・・・レンズモジュール、３・・・カメラモジュール、４・・・デコーダ、２０Ａ，２０Ｂ・・・液体レンズ、２６Ａ，２６Ｂ・・・サーミスタ、２７・・・光学レンズ、３０・・・イメージセンサ、３１・・・測距部、４０・・・ＡＳＩＣ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体レンズによるフォーカス機能とズーム機能を備えた光学的情報読取装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
商品管理、在庫管理等を目的として１次元のコード情報であるバーコードが良く知られている。また、より情報密度の高いコードとして２次元コードが知られている。２次元コードを読み取る装置として、ＣＭＯＳイメージセンサやＣＣＤイメージセンサ等の固体撮像素子で２次元コードを撮影し、その画像に様々な処理を施した上で２値化し、デコードする方法が知られている。
【０００３】
２次元コードは搭載できる情報量が多いので、価格、商品名、仕入れ先等、管理する側及び販売する側に必要な情報だけでなく、産地、成分、簡単な注意事項、使用法等も情報に埋め込み、顧客に商品を販売する際のサービスとなる情報を提供することもできる。
【０００４】
このようなコード情報を読み取る装置に使用されるＣＭＯＳイメージセンサは、デジタルカメラ等に搭載されているものと機能的に何ら変わらないことから、普通に物体や風景などを撮影する写真機としての機能を併せ持つことが求められる。例えば、在庫管理等の場合、対象物品と共にその物品が格納されている位置を撮像し、コード情報と共にデータベースに記憶する場合に使用されるものである。
【０００５】
また、携帯電話機には、上述したＣＭＯＳイメージセンサを使用した小型カメラが搭載さている。携帯電話機のカメラ機能には、通常のデジタルカメラのように、風景や人物を撮像する他に、バーコード／２次元コードスキャナ及びＯＣＲ（光学式文字読取装置）を内蔵しているものが大半である。
【０００６】
固体撮像素子で撮像を行う装置では、焦点を合わせる構成及び画像の大きさを調整する構成が必要であり、自動的に焦点位置を合わせる構成、いわゆるオートフォーカス機能と、焦点距離を変える構成、いわゆるズーム機能が必要である。オートフォーカス機能とズーム機能は、レンズの位置を機械的に光軸に沿って移動させる方法が知られているが、携帯電話等の小型の装置では、このような機構を搭載するのが困難である。そこで、レンズ自体がオートフォーカス機構とズームを持つような構成のものが求められている。その１つに液体レンズというものが知られている。
【０００７】
従来、ズーム機能を液体レンズで実現した技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。また、風景や人物などを撮影するカメラに液体レンズを適用した技術が開示されている（例えば、特許文献２、３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−１２８０８４号公報
【特許文献２】特開２００８−１５８２４７号公報
【特許文献３】特開２００６−２０１６３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
固体撮像素子を実装した一般的なカメラでは、画像を連像的に捕捉して、ピントの合った画像に対してのみデコードを施すという技術が提案されているが、画像を捕捉してデコードするまでに時間が掛かってしまい、商品や物品の管理を行うコードスキャナには適用できない。また、コードスキャナでは、デコード可能な所定の大きさで鮮明な画像を取得する必要があり、液体レンズを利用した構成では、温度による補償が必要となる。
【００１０】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、簡単な構成で液体レンズによるフォーカス機能とズーム機能を備えた光学的情報読取装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決するため、本発明は、異なる光屈折率を有し、互いに混和すること無く境界面が形成される第１の液体と第２の液体が容器に封止され、第１の液体と第２の液体の境界面の形状を制御する電圧が印加される液体レンズが、境界面の形状を変化させることで焦点距離が変化し得る所定の間隔を開けて２個以上配置されると共に、少なくとも１個の光学レンズが配置されたレンズモジュールと、レンズモジュールを透過した光信号を光電変換する固体撮像素子を有した撮像部と、各液体レンズの温度を検知する温度検知手段と、読取対象物までの距離を測定する距離測定手段と、距離測定手段で測定された読取対象物までの距離情報と、温度検知手段で検知された温度情報に基づき、フォーカス制御及びズーム制御を行う制御手段とを備えた光学的情報読取装置である。
【００１２】
本発明の光学的情報読取装置では、各液体レンズにおいて境界面の曲率を変化させると、焦点距離を連続的に変えることができると共に、任意の距離に焦点位置を合わせることができる。そして、読取対象物までの距離情報に基づいて、液体レンズに印加すべき電圧情報が設定され、焦点位置を合わせるフォーカス制御と、デコードに適するような大きさの画像を得るズーム制御が行われる。液体レンズに印加すべき電圧情報は、温度情報により補償され、温度が変動しても、最適なフォーカス制御及びズーム制御が行われる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の光学的情報読取装置によれば、レンズを可動させることなく、フォーカス制御とズーム制御を行うことができ、簡単な構成でフォーカス機能とズーム機能を実現できる。これにより、小型の装置に組み込むことが可能となる。また、距離情報及び温度情報に基づいてフォーカス制御とズーム制御が行われるので、短時間で鮮明な画像を取得できると共に、温度が変動しても、鮮明な画像を取得できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施の形態の光学的情報読取装置の一例を示す機能ブロック図である。
【図２】本実施の形態のレンズモジュールを構成する液体レンズの一例を示す内部構成図である。
【図３】温度と液体レンズの応答時間の関係を示すグラフである。
【図４】サーミスタで測定された温度と待機時間の関係を示すグラフである。
【図５】コード記号までの距離と画角の関係を示すグラフである。
【図６】本実施の形態のレンズモジュールにおいて各レンズの配置を示す構成図である。
【図７】ズーム時の液体レンズの曲率の変化を示すグラフである。
【図８】液体レンズの間隔と画角の関係を示すグラフである。
【図９】レンズモジュールの具体例を示す構成図である。
【図１０】レンズモジュールの具体例を示す構成図である。
【図１１】レンズモジュールの具体例を示す構成図である。
【図１２】本実施の形態の光学的情報読取装置の処理の一例を示すフローチャートである。
【図１３】液体レンズの動作説明図である。
【図１４】液体レンズの動作説明図である。
【図１５】液体レンズの動作説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明のレンズモジュールを備えた光学的情報読取装置の実施の形態について説明する。
【００１６】
＜本実施の形態の光学的情報読取装置の構成例＞
図１は、本実施の形態の光学的情報読取装置の一例を示す機能ブロック図、図２は、本実施の形態のレンズモジュールを構成する液体レンズの一例を示す内部構成図である。
【００１７】
本実施の形態の光学的情報読取装置１は、レンズモジュール２を有したカメラモジュール３と、デコーダ４を備える。レンズモジュール２は、複数の液体レンズ、本例では２個の液体レンズ２０Ａ，２０Ｂを備える。
【００１８】
液体レンズ２０Ａと液体レンズ２０Ｂは、所定の波長の光が透過する透明な材質で入射面２１ａと出射面２１ｂが形成された例えば円筒形状の容器２１に、第１の液体の一例である導電性の高い水溶液２２と、第２の液体の一例である絶縁体の油２３が封止される。
【００１９】
水溶液２２と油２３は、液体レンズ２０Ａ及び液体レンズ２０Ｂの光軸Ｏに沿った方向に分離して、互いに混和することなく光が透過する境界面２４が形成される。液体レンズ２０Ａ及び液体レンズ２０Ｂに封止される水溶液２２と油２３は異なる光屈折率を有し、入射面２１ａから出射面２１ｂへ透過する光が、水溶液２２と油２３の境界面２４で屈折される。
【００２０】
液体レンズ２０Ａと液体レンズ２０Ｂは、水溶液２２と接する電極２５ａと、絶縁部を介して水溶液２２と油２３の両方と接する電極２５ｂを備える。電極２５ａ及び電極２５ｂから電気を流し、水溶液２２に電圧を印加すると、水溶液２２と油２３との境界面２４の形状を変化させることができる。このような現象をエレクトロウエッティング現象と称す。
【００２１】
２個の液体レンズ２０Ａと液体レンズ２０Ｂを光軸Ｏに沿って直列に配置し、液体レンズ２０Ａ，２０Ｂにおいて、水溶液２２と油２３との境界面２４の曲率Ｒ１，Ｒ２を変えることで、ズームと称される焦点距離を連続的に変える機能と、フォーカスと称される焦点位置を合わせる機能を実現することができる。
【００２２】
レンズモジュール２は、液体レンズ２０Ａの温度を検知するサーミスタ２６Ａと、液体レンズ２０Ｂの温度を検知するサーミスタ２６Ｂを備える。サーミスタ２６Ａ，２６Ｂは温度検知手段の一例で、サーミスタ２６Ａは、例えば、液体レンズ２０Ａの電極と接続される図示しないフレキシブル基板に実装されることで、液体レンズ２０Ａの周辺の温度を的確に検知できるようにする。また、サーミスタ２６Ｂは、例えば、液体レンズ２０Ｂの電極と接続される図示しないフレキシブル基板に実装されることで、液体レンズ２０Ｂの周辺の温度を的確に検知できるようにする。
【００２３】
レンズモジュール２は、少なくとも１つの光学レンズ２７を備える。光学レンズ２７は、例えば凸レンズで構成され、液体レンズ２０Ｂの後段に配置される。液体レンズ２０Ａ及び液体レンズ２０Ｂと光学レンズ２７は、光軸を合わせて図示しないレンズハウジングに取り付けられる。なお、光学レンズ２７は、所定の波長の光を透過するガラス、プラスチック等で構成される単一の光学レンズであっても良いし、複数の光学レンズを組み合わせたものでも良い。
【００２４】
カメラモジュール３は、上述したレンズモジュール２と、撮像部を構成するイメージセンサ３０と、測距部３１を備える。イメージセンサ３０は固体撮像素子の一例で、入力された光信号を光電変換して、電気信号を出力する。イメージセンサ３０としては、例えば、ＣＭＯＳイメージセンサまたはＣＣＤイメージセンサが用いられる。イメージセンサ３０は、レンズモジュール２を透過する光が、液体レンズ２０Ａ及び液体レンズ２０Ｂと、光学レンズ２７の機能で結像する位置に配置される。
【００２５】
測距部３１は距離測定手段の一例で、例えば、レーザ光の受発光部等を備え、読取対象物であるコード記号５との距離を測定する。なお、カメラモジュール３は、読取対象物のコード記号５を示すガイド光を照射する照明用ＬＥＤ３２を備えても良い。この照明用ＬＥＤ３２は適宜備えるものであり、装置の形状、使用目的によっては搭載しなくても良い。
【００２６】
デコーダ４は信号処理部の一例で、レンズモジュール２で行われるズーム及びフォーカス調整と、イメージセンサ３０で行われる撮像と、イメージセンサ３０から出力される信号のデコード及びデータ転送等の制御を行う制御手段としてのＡＳＩＣ (Application Specific Integrated Circuit)４０を備える。また、デコーダ４は、ＡＳＩＣ４０で実行されるプログラム及び各種テーブル等が格納されるＲＡＭ４１及びＲＯＭ４２を備える。
【００２７】
更に、デコーダ４は、信号の入出力部として、レンズモジュール２及びカメラモジュール３と接続されて信号の授受を行うＩ／Ｏ４３と、図示しない外部のホストコンピュータ等の情報処理装置と接続されて信号の授受を行うＩ／Ｏ４４を備える。
【００２８】
光学的情報読取装置１は、撮像対象物であるコード記号５の種類を識別する識別情報を取得するため、設定手段としての操作部４５を備えても良い。操作部４５は、例えば、図示しないディスプレイとキーボード等により構成され、ディスプレイの表示に従って情報の入力または選択等が行われる。また、操作部４５を備えずに、図示しない外部の情報処理装置よりコード記号５の識別情報を取得して、ＲＡＭ４１に格納するようにしても良い。
【００２９】
光学的情報読取装置１は、例えば図示しない筐体に上述した構成要素が実装され、使用者が手に持って撮像が可能な構成である。なお、光学的情報読取装置１は、バーコード及び２次元コード等のコード記号５を読み取ることができるスキャナであるが、ＯＣＲソフトウエアを搭載すれば、文字を読み取ることも可能である。また、ＡＳＩＣ４０は、ＣＰＵとＦＰＧＡ(Field Programmable Gate Array)等のＬＳＩとの組み合わせでもかまわない。
【００３０】
次に、光学的情報読取装置１において焦点位置を合わせるフォーカス機能について説明する。光学的情報読取装置１は、任意の距離にあるコード記号５からの反射光がイメージセンサ３０に結像したとき、いわゆるフォーカスがあったときに撮像を行う。これは、画像が鮮明に捕捉されなければ、コード記号５の内容をデコードできないためである。
【００３１】
光学的情報読取装置１では、撮像するコード記号５との距離を測定し、測定した距離に焦点位置が合うようにレンズモジュール２の液体レンズ２０Ａ，２０Ｂを制御する。このため、カメラモジュール３にレーザを利用した測距部３１を備えている。レーザによる測距技術は２つの方法が良く知られている。１つはパルシング技術であり、レーザパルスの始動と反射の戻りとの間の遅れ時間を計測して距離を求める。もう１つはパララックス（視差）技術であり、撮像対象物にスポットを形成するためにビームを照射し、撮像対象物上の検出スポット位置を計測する。撮像対象物の距離は、検出スポット位置から決定される。測距方法は、これらの例に限るものではないが、ＡＳＩＣ４０では、例えばこれらの何れかの方法で測距を行うようプログラムされている。
【００３２】
液体レンズ２０Ａ及び液体レンズ２０Ｂにおいて、水溶液２２と油２３の境界面２４の曲率Ｒ１，Ｒ２は、印加電圧に応じて変化する。液体レンズ２０Ａ，２０Ｂの曲率Ｒ１，Ｒ２が変化すると、液体レンズ２０Ａ，２０Ｂが持つ屈折力が変化することから、任意の距離にある読取対象物にフォーカスするために必要な印加電圧が一意に決められる。
【００３３】
そこで、読取対象物であるコード記号５までの距離情報Ｌと、距離情報Ｌで特定される位置にあるコード記号５にフォーカスするために、各液体レンズ２０Ａ，２０Ｂに印加すべき電圧情報Ｖ１の関係を計測して距離−電圧テーブルＴＢ１を作成し、ＡＳＩＣ４０に格納しておく。これにより、測距部３１で測定したコード記号５までの距離に応じた電圧情報Ｖ１を取得することが可能となる。
【００３４】
一方、液体レンズ２０Ａ，２０Ｂは、電圧が印加された後に、印加電圧に応じた曲率Ｒ１，Ｒ２となって撮像可能となるまでの待機時間が必要である。この撮像待機時間は、液体レンズ２０Ａ，２０Ｂの周辺温度によって変動する。
【００３５】
図３は、温度と液体レンズの応答時間の関係を示すグラフである。図３では、撮像対象物にフォーカスし得る所定の電圧を液体レンズに印加したときに、液体レンズを透過して得られる画像の鮮明度の変化を、所定の温度毎にグラフ３０１〜３０３で示す。例えば、ＡＳＩＣ４０でデコードが可能となる画像の鮮明度を閾値Ｔｈとしたときに、閾値Ｔｈに達するまでの時間を撮像待機時間とすると、一般的に高温である方が撮像待機時間は少なく、グラフ３０１とグラフ３０２に示すように、６０℃における撮像待機時間は、２５℃の撮像待機時間より遥かに短い。
【００３６】
そこで、液体レンズ２０Ａ，２０Ｂの温度情報Ｔｐと、撮像待機時間情報Ｔｍの関係を測定して温度−待機時間テーブルＴＢ２を作成し、ＡＳＩＣ４０に格納しておく。液体レンズ２０Ａ，２０Ｂには、それぞれサーミスタ２６Ａ，２６Ｂが備えられているので、それぞれの液体レンズ２０Ａ，２０Ｂの周辺温度と撮像待機時間を計測しておく。
【００３７】
図４は、サーミスタで測定された温度と待機時間の関係を示すグラフである。図４では、サーミスタ２６Ａ，２６Ｂで測定された温度に対して、ＡＳＩＣ４０でデコードが可能な鮮明度の画像を取り込めるような最小の撮像待機時間を示す。これにより、サーミスタ２６Ａで測定した液体レンズ２０Ａの温度と、サーミスタ２６Ｂで測定した液体レンズ２０Ｂの温度に応じた撮像待機時間情報Ｔｍを取得することが可能となる。
【００３８】
このように、コード記号５までの距離情報Ｌと各液体レンズ２０Ａ，２０Ｂに印加すべき電圧情報Ｖ１との関係を示す距離−電圧テーブルＴＢ１と、各液体レンズ２０Ａ，２０Ｂの温度情報Ｔｐと撮像待機時間情報Ｔｍとの関係を示す温度−待機時間テーブルＴＢ２によって、最適なフォーカス調整がされ、コード記号５の鮮明な画像を取り込むことができる。
【００３９】
次に、光学的情報読取装置１において、焦点距離を連続的に変化させるズーム機能について説明する。光学的情報読取装置１では、イメージセンサ３０に結像したコード記号５の画像をＡＳＩＣ４０でデコードするために、イメージセンサ３０の分解能等に応じて所定の大きさの画像が必要である。
【００４０】
イメージセンサ３０に結像する画像の大きさは、光学的情報読取装置１から読取対象物であるコード記号５までの距離と、コード記号５の大きさで決まる。そこで、コード記号５までの距離情報Ｌと、撮像するコード記号５の大きさ情報Ｗとから推測される画角ωの関係を計測して距離−画角テーブルＴＢ３を作成し、ＡＳＩＣ４０に格納しておく。
【００４１】
図５は、コード記号までの距離と画角の関係を示すグラフである。図５では、一般的な１次元コードであるＣｏｄｅ３９（ピッチ０．２５４、幅７０ｍｍ）における距離に対する画角を示す。コード記号５の大きさとコード記号５までの距離が判れば、所望の大きさの画像を取得するために必要な画角を予測することができる。これにより、読取対象物として頻繁に使用されるＰＤＦ４１７コードや２次元コード等の距離−画角テーブルＴＢ３を作っておけば、距離情報から画角を取得することができる。
【００４２】
イメージセンサ３０に結像される画像を所定の大きさとする画角は、レンズモジュール２の焦点距離で決まり、レンズモジュール２の焦点距離は、液体レンズ２０Ａ，２０Ｂの曲率Ｒ１，Ｒ２の組み合わせにより決まるので、レンズモジュール２の焦点距離と印加電圧の関係が一意に決められる。
【００４３】
そこで、レンズモジュール２の画角ωを決める焦点距離情報ｆｄと、各液体レンズ２０Ａ，２０Ｂに印加すべき電圧情報Ｖ２の関係を計測して焦点距離−電圧テーブルＴＢ４を作成し、ＡＳＩＣ４０に格納しておく。なお、ズームを行う場合も、上述した温度−待機時間テーブルＴＢ２が必要である。これにより、距離−画角テーブルＴＢ３と焦点距離−電圧テーブルＴＢ４によって、測距部３１で測定したコード記号５までの距離とコード記号の大きさに応じた電圧情報Ｖ２を取得することが可能となる。
【００４４】
＜本実施の形態のレンズモジュールの構成例＞
図６は、本実施の形態のレンズモジュールにおいて各レンズの配置を示す構成図である。液体レンズを利用してズーム機能を実現するためには、レンズモジュール２は、上述したように、少なくとも２枚の液体レンズ２０Ａ，２０Ｂと、１枚の光学レンズ２７を備える。
【００４５】
液体レンズ２０Ａ及び液体レンズ２０Ｂにおいて、水溶液２２と油２３の境界面２４の曲率Ｒ１，Ｒ２を変化させると、各レンズの曲率及び配置で決まる主点からの焦点距離ｆが変化する。なお、図６では、便宜的に光学レンズ２７に主点があるものとして図示している。また、液体レンズ２０Ａと液体レンズ２０Ｂとの間の距離Ｌｅを変えることでも、焦点距離ｆが変化する。
【００４６】
図６に示す構成では、像側の液体レンズ２０Ａと像までの距離を１００ｍｍとし、イメージセンサ３０側の液体レンズ２０Ｂと光学レンズ２７までの距離を３ｍｍとする。このような条件で、液体レンズ２０Ａの曲率Ｒ１と、液体レンズ２０Ｂの曲率Ｒ２と、液体レンズ２０Ａと液体レンズ２０Ｂとの間の距離Ｌｅを変えたときの画角の変化を測定する。なお、光学レンズ２７のみの画角（半値）を１６°としている。
【００４７】
図７は、ズーム時の液体レンズの曲率の変化を示すグラフ、図８は、液体レンズの間隔と画角の関係を示すグラフである。図８の結果から、液体レンズ２０Ａと液体レンズ２０Ｂとの間の距離を離すほど、レンズモジュール２のズーム倍率を上げることができることが判る。
【００４８】
図９〜図１１は、レンズモジュールの具体例を示す構成図である。図９に示す２枚の液体レンズ２０Ａ，２０Ｂと１枚の光学レンズ２７を備えた構成では、液体レンズ２０Ａと液体レンズ２０Ｂとの間の距離Ｌｅを離すほど、ズーム倍率が高くなる。一方、液体レンズ２０Ａと液体レンズ２０Ｂとの間の距離Ｌｅを離して行くと、周辺光が液体レンズ間で鏡筒にぶつかってイメージセンサ３０に届かなくなり、光量不足やいわゆるケラレが生じる。
【００４９】
このため、図９に示す構成では、液体レンズ２０Ａ，２０Ｂの中心にアパーチャーを設定すると、液体レンズ２０Ａと液体レンズ２０Ｂとの間の距離Ｌｅは、最大で約９．６ｍｍであった。このとき、画角ωは１４．３２９°〜１７．８４３°まで変化させることが可能で、ズーム倍率は１．２６倍となった。
【００５０】
液体レンズ２０Ａと液体レンズ２０Ｂとの間の距離Ｌｅを１０ｍｍ以上に離しても、周辺光量が低下しない構成としては、例えば、図１０に示すような構成が考えられる。図１０では、２枚の液体レンズ２０Ａ，２０Ｂと１枚の光学レンズ２７を備えた構成で、レンズ群の一番先頭に凹メニスカスレンズ２８を追加して光を絞る。
【００５１】
これにより、凹メニスカスレンズを備えていない図９の構成と比較して、周辺光量を低下させること無く、液体レンズ２０Ａと液体レンズ２０Ｂとの間の距離Ｌｅを離して、ズーム倍率を上げることができる。図１０に示す構成では、液体レンズ２０Ａと液体レンズ２０Ｂとの間の距離Ｌｅは、最大で約１７ｍｍであった。このとき、画角ωは１３．００３°〜１７．９２４°まで変化させることが可能で、ズーム倍率は１．４倍となった。
【００５２】
図９及び図１０では、２枚の液体レンズ２０Ａ，２０Ｂを備える構成としたが、シミュレーションの結果、液体レンズの枚数を２枚以上にすると、ズーム倍率を更に上げられることが判った。そこで、図１１では、４枚の液体レンズ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄを備えると共に、液体レンズ群の前段に凹メニスカスレンズ２８を備え、後段に光学レンズ２７を備える構成としたものである。図１１の構成では、両端の液体レンズ２０Ａと液体レンズ２０Ｄとの間の距離Ｌｅは、最大で約３０ｍｍであった。このとき、画角ωは９．８°〜２１．９５°まで変化させることが可能で、ズーム倍率は２．３倍となった。
【００５３】
＜本実施の形態の光学的情報読取装置の動作例＞
図１２は、本実施の形態の光学的情報読取装置の処理の一例を示すフローチャート、図１３〜図１５は、液体レンズの動作説明図であり、次に、本実施の形態の光学的情報読取装置１で、コード記号５を読み取る動作について説明する。
【００５４】
光学的情報読取装置１では、まず、図１２のステップＳ１で、操作部４５を操作して、読取対象となるコード記号５の種別を設定する。例えば、ＲＯＭ４２には、予めコード記号５の種別等を特定する識別情報が格納されており、操作部４５での操作で読取対象となるコード記号５の識別情報が選択される。
【００５５】
光学的情報読取装置１では、ＡＳＩＣ４０は、ステップＳ２で、測距部３１の出力からコード記号５までの距離を測定して距離情報Ｌを取得すると共に、サーミスタ２６Ａ，２６Ｂの出力から液体レンズ２０Ａ，２０Ｂの温度情報Ｔｐを取得する。
【００５６】
ＡＳＩＣ４０は、ステップＳ３で、操作部４５で設定されたコード記号５の識別情報と、測距部３１で検出したコード記号５までの距離情報Ｌから、コード記号５までの距離が、ズームが必要な一定値以上であるか否かを判断する。
【００５７】
ＡＳＩＣ４０は、ステップＳ３でコード記号５までの距離が一体値以上であると判断すると、ステップＳ４で、操作部４５で設定されたコード記号５の識別情報に応じた距離−画角テーブルＴＢ３を選択する。そして、距離−画角テーブルＴＢ３及び焦点距離−電圧テーブルＴＢ４と、温度−待機時間テーブルＴＢ２を参照して、測距部３１で検出したコード記号５までの距離情報Ｌと、サーミスタ２６Ａ，２６Ｂで検出した液体レンズ２０Ａ，２０Ｂの温度情報Ｔｐに応じた電圧情報Ｖ２及び撮像待機時間情報Ｔｍを取得する。
【００５８】
ここで、電圧情報Ｖ２は、液体レンズ２０Ａ，２０Ｂ毎に設定されており、コード記号５までの距離が遠い場合は、イメージセンサ３０に結像する画像の大きさが大きくなるような電圧が印加される。例えば、図１３に示すように、液体レンズ２０Ａと液体レンズ２０Ｂの曲率Ｒ１，Ｒ２が、互いに凹となるような電圧が印加される。
【００５９】
なお、以上の例では、コード記号５までの距離が一定値以上である場合に、イメージセンサ３０に結像する画像の大きさが大きくなるようなズームを行うこととしたが、コード記号５までの距離が別の一定値以下である場合には、イメージセンサ３０に結像する画像の大きさが小さくなるようなズームを行うこととしても良い。コード記号５までの距離が近い場合は、例えば、図１４に示すように、液体レンズ２０Ａと液体レンズ２０Ｂの曲率Ｒ１，Ｒ２が、互いに凸となるような電圧が印加される。
【００６０】
ＡＳＩＣ４０は、上述したステップＳ３でコード記号５までの距離が一体値より小さいと判断すると、ステップＳ５で、距離−電圧テーブルＴＢ１と、温度−待機時間テーブルＴＢ２を参照して、測距部３１で検出したコード記号５までの距離情報Ｌと、サーミスタ２６Ａ，２６Ｂで検出した液体レンズ２０Ａ，２０Ｂの温度情報Ｔｐに応じた電圧情報Ｖ１及び撮像待機時間情報Ｔｍを取得する。
【００６１】
ここで、電圧情報Ｖ１は、液体レンズ２０Ａ，２０Ｂ毎に設定されており、距離情報Ｌで特定される位置にあるコード記号５の像がイメージセンサ３０に結像するような電圧が印加される。例えば。図１４に示すように、液体レンズ２０Ａと液体レンズ２０Ｂの曲率Ｒ１，Ｒ２が平面となる状態から、距離情報Ｌに応じた電圧が印加される。
【００６２】
ＡＳＩＣ４０は、ステップＳ６で、コード記号５の識別情報及びコード記号５までの距離情報Ｌに応じたズーム制御と、コード記号５までの距離情報Ｌに応じたフォーカス制御を行い、かつ、サーミスタ２６Ａ，２６Ｂで検出した液体レンズ２０Ａ，２０Ｂの温度情報Ｔｐに応じた撮像待機時間が経過した後、イメージセンサ３０でコード記号５を撮像する。
【００６３】
ＡＳＩＣ４０は、ステップＳ７で、撮像したコード記号５の大きさが、デコードに適切な大きさであるか否か判断する。上述したステップＳ３，Ｓ４の処理で、コード記号５の識別情報及びコード記号５までの距離情報Ｌに基づき、距離−画角テーブルＴＢ３及び焦点距離−電圧テーブルＴＢ４を参照してズーム制御を行っている。光学的情報読取装置１では、予め読取対象のコード記号５の識別情報が設定されることで、読取対象のコード記号５の想定される大きさは認識できる。このため、通常は、距離−画角テーブルＴＢ３及び焦点距離−電圧テーブルＴＢ４を参照してズーム制御を行うことで、所望の大きさの画像を取得できる。
【００６４】
但し、種別が同じコード記号５であっても、大きさが複数種類ある場合があり、距離−画角テーブルＴＢ３及び焦点距離−電圧テーブルＴＢ４では適切な大きさの画像を取得できない場合が考えられる。そこで、ステップＳ７で、撮像したコード記号５の大きさが、デコードに適切な大きさであるか否か判断する。
【００６５】
ステップＳ７で、撮像したコード記号５の大きさが、デコードに適切な大きさであると判断すると、ステップＳ８で、撮像した画像データをデコードして、コード記号５の内容を示すデータを出力する。これに対し、ステップＳ７で、撮像したコード記号５の大きさが、デコードに適切な大きさではないと判断すると、ステップＳ４に戻り、コード記号５の大きさ情報Ｗに応じたズーム制御を行い、再度コード記号５の撮像及びデコードを行う。
【００６６】
なお、以上の動作例では、予めコード記号５の識別情報を取得することとしたが、コード記号５をイメージセンサ３０で撮像し、特徴点を検出してコード記号を識別しても良い。また、コード記号の大きさから識別しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明は、バーコードリーダや２次元コードリーダ等に利用することができ、小型の装置でオートフォーカス及びズームを実現できる。
【符号の説明】
【００６８】
１・・・光学的情報読取装置、２・・・レンズモジュール、３・・・カメラモジュール、４・・・デコーダ、２０Ａ，２０Ｂ・・・液体レンズ、２６Ａ，２６Ｂ・・・サーミスタ、２７・・・光学レンズ、３０・・・イメージセンサ、３１・・・測距部、４０・・・ＡＳＩＣ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる光屈折率を有し、互いに混和すること無く境界面が形成される第１の液体と第２の液体が容器に封止され、前記第１の液体と前記第２の液体の境界面の形状を制御する電圧が印加される液体レンズが、前記境界面の形状を変化させることで焦点距離が変化し得る所定の間隔を開けて２個以上配置されると共に、少なくとも１個の光学レンズが配置されたレンズモジュールと、
前記レンズモジュールを透過した光信号を光電変換する固体撮像素子を有した撮像部と、
前記各液体レンズの温度を検知する温度検知手段と、
読取対象物までの距離を測定する距離測定手段と、
前記距離測定手段で測定された読取対象物までの距離情報と、前記温度検知手段で検知された温度情報に基づき、フォーカス制御及びズーム制御を行う制御手段と
を備えたことを特徴とする光学的情報読取装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記距離測定手段で測定された読取対象物までの距離情報に基づいて、読取対象物までの距離が、ズームが必要な距離であるか否かを判断し、ズームが必要な距離であると判断すると、前記距離測定手段で測定された読取対象物までの距離情報と、前記温度検知手段で検知された温度情報に基づき、フォーカス制御及びズーム制御を行い、ズームが不必要な距離であると判断すると、前記距離測定手段で測定された読取対象物までの距離情報と、前記温度検知手段で検知された温度情報に基づき、フォーカス制御を行う
ことを特徴とする請求項１記載の光学的情報読取装置。
【請求項３】
読取対象物を識別する識別情報が設定される設定手段を備え、
前記制御手段は、前記設定手段で設定される識別情報に基づいて特定される読取対象物の想定される大きさと、前記距離測定手段で測定された読取対象物までの距離情報に基づきズーム制御を行う
ことを特徴とする請求項１または２記載の光学的情報読取装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記撮像部で撮像した読取対象物の大きさ情報から、ズームが必要な大きさであるか否かを判断し、ズームが必要な大きさであると判断すると、大きさ情報に基づきズーム制御を行う
ことを特徴とする請求項１、２または３記載の光学的情報読取装置。
【請求項５】
前記レンズモジュールは、前記光学レンズとして、前記各液体レンズの前段に凹メニスカスレンズが配置されると共に、後段に凸レンズが配置される
ことを特徴とする請求項１、２、３または４記載の光学的情報読取装置。
【請求項１】
異なる光屈折率を有し、互いに混和すること無く境界面が形成される第１の液体と第２の液体が容器に封止され、前記第１の液体と前記第２の液体の境界面の形状を制御する電圧が印加される液体レンズが、前記境界面の形状を変化させることで焦点距離が変化し得る所定の間隔を開けて２個以上配置されると共に、少なくとも１個の光学レンズが配置されたレンズモジュールと、
前記レンズモジュールを透過した光信号を光電変換する固体撮像素子を有した撮像部と、
前記各液体レンズの温度を検知する温度検知手段と、
読取対象物までの距離を測定する距離測定手段と、
前記距離測定手段で測定された読取対象物までの距離情報と、前記温度検知手段で検知された温度情報に基づき、フォーカス制御及びズーム制御を行う制御手段と
を備えたことを特徴とする光学的情報読取装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記距離測定手段で測定された読取対象物までの距離情報に基づいて、読取対象物までの距離が、ズームが必要な距離であるか否かを判断し、ズームが必要な距離であると判断すると、前記距離測定手段で測定された読取対象物までの距離情報と、前記温度検知手段で検知された温度情報に基づき、フォーカス制御及びズーム制御を行い、ズームが不必要な距離であると判断すると、前記距離測定手段で測定された読取対象物までの距離情報と、前記温度検知手段で検知された温度情報に基づき、フォーカス制御を行う
ことを特徴とする請求項１記載の光学的情報読取装置。
【請求項３】
読取対象物を識別する識別情報が設定される設定手段を備え、
前記制御手段は、前記設定手段で設定される識別情報に基づいて特定される読取対象物の想定される大きさと、前記距離測定手段で測定された読取対象物までの距離情報に基づきズーム制御を行う
ことを特徴とする請求項１または２記載の光学的情報読取装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記撮像部で撮像した読取対象物の大きさ情報から、ズームが必要な大きさであるか否かを判断し、ズームが必要な大きさであると判断すると、大きさ情報に基づきズーム制御を行う
ことを特徴とする請求項１、２または３記載の光学的情報読取装置。
【請求項５】
前記レンズモジュールは、前記光学レンズとして、前記各液体レンズの前段に凹メニスカスレンズが配置されると共に、後段に凸レンズが配置される
ことを特徴とする請求項１、２、３または４記載の光学的情報読取装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１０−２８６７４０（Ｐ２０１０−２８６７４０Ａ）
【公開日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１４１６５９（Ｐ２００９−１４１６５９）
【出願日】平成２１年６月１２日（２００９．６．１２）
【出願人】（３９１０６２８７２）株式会社オプトエレクトロニクス (70)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月１２日（２００９．６．１２）
【出願人】（３９１０６２８７２）株式会社オプトエレクトロニクス (70)
【Ｆターム（参考）】
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