JP4336838B1 - 読取ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】 ユーザの操作が必要なく丈夫であり、省電力化が実現でき低コストであり、簡易に製造できる光学読み取り装置を提供する
【解決手段】 媒体面を撮影する読取ユニットであって、該媒体面に対して光を照射する光源と、該媒体面からの反射光を入射するレンズと、該レンズを経た入射光を入光する撮像手段と、該光源と撮像手段とを制御する制御手段と、中空部を有する筒状であり、その先端に該媒体面からの該反射光の入口となる開口部が形成された、該光源からの光を該媒体面に照射させるための第１の導光体とを備え、該レンズは、該第１の導光体の開口部を臨むように、該第１の導光体の該中空部に配置され、該光源は、該第１の導光体内部に設けられたスリットの端部に配置されており、該光源からの照射光は、該第１の導光体の内部を進行し該開口部より該媒体面に対して均一に照射される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ドットパターン等の二次元コードまたはバーコード等の一次元コードの読み取りに用いる光学読取装置（スキャナ）に関する。

近年、音声や画像等の種々の情報を記録するための識別子として、バーコード等の一次元コードやＱＲコード等の二次元コードが広く用いられている。特に最近では、符号化情報としての複数のドットを２次元に配置したドットコード（ドットパターン）が注目されている。ドットコードは、特殊なスキャナを用いて読み取るので写真や絵柄等の印刷物に重ねて印刷出来るため、印刷物の美観を損ねることがなく、また、印刷物の領域を犠牲にすることがないため、バーコード等に比べ、より多くの情報を印刷することが可能となる。

このような一次元コードや二次元コードは、専用のスキャナによって読み取られる。たとえば、ドットコードを読み取る場合、ドットコードが印刷された印刷面に、ペン型のスキャナから発光される光を照射し、ドットコードが印刷された部分およびドットコードが印刷されていない部分から反射光の明暗や色の違いによりドットコードを読み取る。

このようなペン型スキャナに設けられたＬＥＤは、照射方向のばらつきが非常に大きく、そのため、ドットコードを照射する際に、媒体面を均一に照射することができず、照明むらが起きやすく、正確にドットコードを読み取れないという問題があった。また、このような問題を解消しようとすると、ＬＥＤの数を増やさなければならず、消費電力およびコストが大幅に上がってしまうという問題があった。

このような問題を解決するために、照明部をユニット化したコードリーダが提案されている（たとえば、特許文献１）。このコードリーダでは、ＬＥＤ等の複数の光源と、光源が実装された照明用基板と、光源から発射された照明光を拡散するための光拡散部材と、光拡散部材から拡散された拡散光をコードパターンに向けて反射させる光反射部材とが一体的にユニット化されている。

このようにユニット化することにより、ユニットの時点で照明部の良否判断ができるため、光量むらによる不良品の発生を事前に防止し、正確にドットコードを読み取ることのできる製品を提供することができる。

また、本文献中には、ＬＥＤの光軸付近に拡散部を設け、光軸から離れた位置には非拡散部を設けたコードリーダも提案されている。これによれば、ＬＥＤ光軸付近の強度の強い光は拡散部により拡散されて発光強度が弱くなり、ＬＥＤ光軸から離れた強度の弱い光はほとんど減衰せずにコードパターンに到達する。

そのため、ＬＥＤの数を増やしたりＬＥＤの駆動電流を増やしたりせずに、照明むらの無い均一な照明光が得られ、低コストで省電力のコードリーダを提供することが可能となる。

特開平１１−７４９０号公報

しかし、特許文献１のコードリーダでは、複数のＬＥＤが必要であるため、消費電力の低減には限界がある。また、コードリーダを使用する際には読み取りスイッチを操作する必要があるが、このようなスイッチは、常に電源を流し続ける構造に比べ、消費電力が少なくて済むという利点があるものの、操作が面倒であり構造が複雑で製造にコストがかかり、さらに壊れやすいという問題がある。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、ユーザの操作が必要なく丈夫であり、省電力化が実現でき低コストであり、簡易に製造できる光学読み取り装置を提供することを技術的課題とする。

（１）前記課題を解決するため、本発明に係る読取ユニットは、媒体面を撮影する読取ユニットであって、該媒体面に対して光を照射する光源と、該媒体面からの反射光を入射するレンズと、該レンズを経た入射光を入光する撮像手段と、該光源と撮像手段とを制御する制御手段と、中空部を有する筒状であり、その先端に該媒体面からの該反射光の入口となる開口部が形成された、該光源からの光を該媒体面に照射させるための第１の導光体とを備え、該レンズは、該第１の導光体の開口部を臨むように、該第１の導光体の該中空部に配置され、該光源は、該第１の導光体内部に設けられたスリットの端部に配置されており、該光源からの照射光は、該第１の導光体の内部を進行し該開口部より該媒体面に対して均一に照射されることを特徴とする。

（２）本発明に係る読取ユニットは、前記光源から照射する光は、所定波長光であることを特徴とする。

（３）本発明に係る読取ユニットは、前記光源は、前記第１の導光体内部に設けられた前記スリットの端部に１個のみ配置されていることを特徴とする。

これによれば、光源（ＬＥＤ）から照射された光は、ライトガイドの内部を進行することによって、光源が設けられていない側にも照射光が行き渡る。そのため、従来のように２個光源を設ける必要がなく、１個の光源のみで媒体面を撮影することができるため、消費電力を少なくすることができる。

（４）本発明に係る読取ユニットは、前記媒体面上の所定領域で反射した前記光源からの光を所定の位置に導く第２の導光体と、前記所定の位置に配置された、所定波長光の検出により動作する光学スイッチをさらに備え、前記照射光は、前記第１の導光体の内部を拡散・屈折しながら進行し前記開口部より該媒体面に対して照射された後、該媒体面の該所定領域において反射し、該第２の導光体を介して該光学スイッチに到達し、該光学スイッチにより感知され、前記制御手段は、該照射光を感知した該光学スイッチからの信号に基づき、少なくとも撮像手段を動作させることを特徴とする。

これによれば、導光体からの微弱な照射光が流れてきたときにのみ、制御装置が撮像素子（Ｃ−ＭＯＳセンサ等）を動作する。そのため、常時撮像素子を動作させておく従来の読取ユニットに対して、消費電力を大幅に削減することが可能となる。

（５）本発明に係る読取ユニットは、前記第２の導光体は、少なくとも前記所定領域における反射光を入光する側の端部が、中空の管状であることを特徴とする。

（６）本発明に係る読取ユニットは、前記制御手段は、前記光源を媒体検知時のみ媒体検知用電力により点灯させる省電力モードと、該光源を継続的にまたは前記撮像手段を制御し撮像する際に、撮像用電力により点灯させる通常モードとを備えており、該省電力モードと該通常モードとの切り替えによって省電力制御を行い、少なくとも該省電力モードから該通常モードへの移行は、前記光学スイッチからの信号により行うことを特徴とする。

これによれば、光源を間欠にすることができるため、消費電力を削減することができる。

（７）本発明に係る読取ユニットは、前記第２の導光体の少なくとも端部断面を除く外周部には、所定波長光の、第２の導光体内部への進入を防止するために所定波長光遮断層を設けたことを特徴とする。

これによれば、外部からの不要な所定波長光の進入を防止して、必要な光源のみ導光体を通過させることができる。

（８）本発明に係る読取ユニットは、所定波長光遮断層は、所定波長光反射層または所定波長光吸収層であることを特徴とする。

（９）本発明に係る読取ユニットは、前記所定波長光遮断層は、前記所定領域における反射光が前記第２の導光体に入光し、該導光体内部の周壁で反射して進行するための所定波長光反射層であることを特徴とする。

（１０）本発明に係る読取ユニットは、前記第２の導光体の中空を有する管状部分の少なくとも前記媒体面側の端部近傍の内周面は、該媒体面の前記所定領域からの前記反射光のみが該第２の導光体を入光・進行するように、前記第１の導光体から導かれ、少なくとも前記第２の導光体の端部延長上の前記媒体面付近で反射した反射光を除く全ての所定波長光を吸収させるために、所定の領域に所定波長光吸収層を設けたことを特徴とする。

これによれば、導光体の内壁で所定波長光が反射することによって媒体面の検知範囲が広がってしまうことを防ぐことができる。

また、所定波長光遮断層と所定波長光吸収層の両方を設けると、外部からの不要な赤外線光の進入を防止すると同時に、最も適切な検知範囲で媒体面を読みとることが可能となるため、少ない電力で効率よく媒体面を読みとることができる。

（１１）本発明に係る読取ユニットは、前記第１の導光体の開口部近傍に防塵および／または防水用などの保護フィルタが設けられたことを特徴とする。

これによれば、塵埃が読取ユニット内部に侵入することを防止することができる。

（１２）本発明に係る読取ユニットは、前記フィルタが、前記光源および/または前記第１の導光体の開口部に入光する光の所定波長光だけを透過させる所定波長光透過フィルタであることを特徴とする。

これによれば、撮像素子の先端の所定波長光フィルタを配置する必要がなくなるため、読取ユニットの構造を簡略化することができる。

（１３）前記所定波長は、赤外線であることを特徴とする。

（１４）本発明に係る読取ユニットは、前記媒体面の撮影により読み取る情報は、該媒体面に形成されたコード値および／または座標値からなるドットコードが所定のアルゴリズムに基づいてパターン化された、光学的に読取り可能なドットパターンであることを特徴とする。

これによれば、光源（ＬＥＤ）から照射された光は、ライトガイドの内部を進行することによって、光源が設けられていない側にも照射光が行き渡る。そのため、従来のように２個光源を設ける必要がなく、１個の光源のみで媒体面のドットパターンを撮影することができるため、消費電力を少なくすることができる。

本発明によれば、従来に比べて、消費電力が大幅に少ないコード読取ユニットを、簡易かつ安価に提供することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

＜概要＞
図３は、本発明に係る光学式スキャナがどのように使用されるか、その使用状態の例を示した説明図である。

同図に基づき、一連の流れを説明すると、以下のとおりである。

まず、光学式スキャナは、コンピュータ等に接続して用いられる。媒体には、文字や絵などが印刷された紙などの印刷物である。この媒体には、後述するドットパターンが、文字や絵等と重畳印刷されている。ユーザが光学式スキャナを用いて媒体上の文字や絵をタッチすると、タッチされた文字や絵に重畳印刷されたドットパターンが読み取られる。読み取られたドットパターンは、光学式スキャナ上のＣＰＵにより画像解析され、そのドットパターンに対応したコード値および／または座標値に変換される。コード値および／または座標値は、光学式スキャナからコンピュータに送信される。コンピュータの制御部は、受信したコード値および／または座標値に対応付けられた画像、映像、音声等を、コンピュータに接続されたディスプレイ等に出力する。なお、画像解析処理は、光学式スキャナ上のＣＰＵにより行われてもよいし、光学式スキャナが接続されたコンピュータ上のＣＰＵにより行われてもよい。

なお、光学式スキャナは、コンピュータ以外のものに接続、あるいは、機器と一体となった状態で使用してもよい。図４〜７は、その具体例について説明したものである。 図４は、スタンドアローンタイプのボイスレコーダに光学式スキャナを接続したものである。本実施例では、写真にドットパターンを重畳印刷している。光学式スキャナで写真をタッチすると、ドットパターンが読み取られ、写真に対応した音声が、ボイスレコーダのスピーカから発せられる。

図５は、スキャナと音声再生装置が一体となったもの（スピーキングペン）である。本装置のスキャナ部で媒体上の文字や絵をタッチすると、文字や絵に重畳印刷されたドットパターンが読み取られ、文字や絵の内容に対応した音声が、スピーカから発せられる。

図６は、スキャナとリモコンが一体となったリモコン装置である。本リモコン装置は、ペーパーコントローラと共に、テレビやセットトップボックスの操作に用いるものである。ペーパーコントローラには、「電源」や「音量」等、操作指示を表すアイコンが印刷されており、アイコンには、ドットパターンが重畳印刷されている。リモコン装置のスキャナ部でアイコンをタッチすると、ドットパターンが読み取られ、ドットパターンに対応した赤外線信号が、赤外線発光部から、セットトップボックスの赤外線受光部に発光する。すると、セットトップボックスは、赤外線信号に対応した処理、すなわち、ペーパーコントローラのアイコンが意味する処理を行う。

図７は、携帯電話にスキャナを接続したものである。ペーパーコントローラには、操作を指示するための、図示しない絵や文字が印刷されており、絵や文字には、ドットパターンが重畳印刷されている。スキャナで絵や文字をタッチすると、ドットパターンが読み取られ、絵や文字に対応した操作（発信、メール受信等）が行われる。

なお、本発明に係る光学式スキャナの使用例は上述したものに限られず、種々の装置に接続したり、一体に形成したりして使用できることはもちろんである。

図１は、本発明に係る光学式スキャナの先端部である読取ユニットの内部構造を示す拡大図である。このスキャナの先端部は、図示しない光学式スキャナ（ペン型ドットパターン読取装置本体）に装着されており、印刷物等の媒体面に形成されたドットパターンを読み取る。

読取ユニットは、動作モードとして、ドットパターンの読み取りおよび解析を行う通常モードと、待機時に消費電力を抑えるための省電力モードとを備えている。各モードにおける読み取りユニットの各部材の動作についての詳細は、後述する。

スキャナの先端部は、中空部を有する筒状で、その先端に開口部が形成され、ライトガイド（第１の導光体）を備え、該ライトガイドの開口部を臨むようにライトガイドの中空部にレンズが配置されている。レンズから後退した位置にはＩＲフィルタおよびＣ−ＭＯＳセンサ（撮像手段）を備えている。

光源であるＬＥＤは、ライトガイド内部に形成されたスリットの端部に設けられている。ＬＥＤは赤外線を発光するものであることが望ましいが、この周波数帯に限定されるものではなく、例えば、紫外線を発光する光源を用いてもよい。但し、紫外線を用いる場合、ＩＲフィルタの代わりにＵＶフィルタを用い、媒体面に印刷されるドットパターンも、紫外線領域において、ドットパターン以外の印刷された情報から区別することが出来るインクにより、媒体面上に印刷される必要がある。なお、ＬＥＤの発光制御は、本発明にかかる省電力機構において重要な点であるので、詳細は後述する。

また、ライトガイドのスリットが設けられた側と反対側内部には、導光管（第２の導光体）が設けられている。導光管をスリット、すなわちＬＥＤと反対側に設けることにより、ＬＥＤから開口部を介して媒体面へ照射される光に対する、導光管による干渉を最小限に抑えることが出来る。

先端部の上部にはプリント配線板（ＰＣＢ）が実装されており、該ＰＣＢ上には、ＬＥＤの点灯制御を行うための反射光測定を行う赤外線スイッチ（光学スイッチ）と、赤外線スイッチからの感知信号に基づきＬＥＤの発光制御を行う、低消費電力の小ＣＰＵ（制御手段）と、Ｃ−ＭＯＳセンサの制御およびＣ−ＭＯＳセンサによって読み取られた画像の解析を行うための大ＣＰＵ（制御手段）とが設けられている。

開口部には、透明ガラス板または透明プラスチック板等からなるフィルタが取り付けられている。フィルタは、開口部を閉塞することにより中空部等の内部空間への塵埃等の侵入を防止するとともに、ＬＥＤからの赤外線を透過するＩＲフィルタとしての役割も有している。したがって、このフィルタを取り付ける場合は、上述のＩＲフィルタは設けなくてもよい。

ライトガイドは、透明または乳白色の樹脂製であり、その内部が導光路として機能する。ＬＥＤからの照射光は、ライトガイドの内部を進行し、前記開口部より媒体面に対して照射される。ライトガイドが乳白色の樹脂製である場合は、ＬＥＤからの照射光は、ライトガイド内を進行する際、適度に拡散されるので、開口部から媒体面を照射する光をより均一にすることが出来る。

ライトガイドの外周には、光反射層が設けられている。光反射層は、赤外線を反射する材質でコーティングすることによって形成されている。

このように、ライトガイドの外周に光反射層をコーティング等によって設けることによって、照射光の外部への発散を防ぎ効率的に媒体面を照射でき、LEDの適切な発行量に制御することにより、省電力にも効果がある。また、ライトガイドの強度を向上させることが出来る。もし同じ強度のままとする場合は、ライトガイド自体に要求される強度を減らすことができる。また、ライトガイドを覆うキャップやカバーを用いることなくライトガイド外周を傷や摩耗から保護することができる。

また、上述したように、ライトガイドのＬＥＤが設けられていない側には、導光管が設けられている。導光管は光ファイバー等、光を透過する素材により形成された管でもよいし、内部が空洞となった管でもよい。導光管は、ＬＥＤから媒体面に照射された光の反射光のうち、特定の領域から反射した光を赤外線スイッチまで導く。赤外線スイッチは、導光管により導かれた照射光を感知すると、感知信号を大ＣＰＵに送信する。大ＣＰＵは、赤外線スイッチからの感知信号に基づいて、Ｃ−ＭＯＳセンサ（撮像手段）を起動および動作させる。大ＣＰＵにより起動されたＣ−ＭＯＳセンサは、ＬＥＤから媒体面に照射され、媒体面において反射した反射光を撮像し、撮像した画像を解析してドットパターンを読み取る。

通常モードにおいて、動作に関与するスキャナの先端部の構成部材は、大ＣＰＵと、ＬＥＤと、ライトガイドと、レンズと、ＩＲフィルタと、Ｃ−ＭＯＳセンサとである。

大ＣＰＵは、ユーザによって媒体面がタッチされたことを認識すると、通常モードにおいては、まず、大ＣＰＵが、 読取ユニットの開口部に当てられる媒体面のドットパターンを読み取るために、ＬＥＤを発光させる。ＬＥＤがライトガイドを介して媒体面を照射すると、その反射光がレンズに入光し、Ｃ−ＭＯＳセンサが、反射光を撮影する。

Ｃ−ＭＯＳセンサにより撮影された画像を解析することにより、媒体面のドットパターンから情報が読み取られる。

大ＣＰＵは、撮影画像の解析が終わった後、再度、Ｃ−ＭＯＳセンサによる画像撮影を行う処理に戻る。

ＬＥＤは、通常モードの間、常に点灯させておいてもよいし、Ｃ−ＭＯＳセンサによる画像撮影の間のみ点灯させてもよい。画像撮影の間のみ点灯させる構成では、消費電力を削減することが出来る。

大ＣＰＵは、画像撮影の結果の明るさが所定量を下回ることにより、 読取ユニットの開口部に媒体面が当たっていないことを示す場合、ユーザが 読取ユニットを使用していないと判断し、通常モードから省電力モードへの移行を行う。

省電力モードへの移行では、まず小ＣＰＵを起動し、起動確認後、大ＣＰＵ自身は、動作を休止し、電力の消費を抑える。

ここで媒体面のドットパターンは、赤外線を吸収する、カーボンインクまたはステルスインク（不可視インク）で印刷されている。

ドットパターン以外の部分は、赤外線を反射または透過する特性を有する、ノンカーボンインク等のインクで印刷されている。なお、透過性のインクを用いた場合は、透過した赤外線が媒体面で反射し、再度当該インクを透過してＣ−ＭＯＳセンサにより撮像される。

このカーボンインクおよびステルスインク（不可視インク）は赤外線を吸収する特性を有しているため、前記Ｃ−ＭＯＳセンサでの撮像画像では、ドットの部分のみ反射光を得られないため黒く撮影されることになる。

図２は、省電力モードに関与する、スキャナの先端部の構成について説明するハードウェアブロック図である。

同図に示すように、省電力モードにおいて、動作に関与するスキャナの先端部の構成部材は、大ＣＰＵと、小ＣＰＵと、赤外線スイッチと、ＬＥＤと、ライトガイドと、導光管とである。

省電力モードにおける各部材の動作は、以下のとおりである。

まず、大ＣＰＵが、通常モードにおける画像解析結果に基づき、スキャナが読み取りの為に使用されていない状態であることを検知する。

大ＣＰＵは、スキャナが使用されていないと判断し、読取ユニットを通常モードから省電力モードに切り替えるために、小ＣＰＵを起動し、小ＣＰＵの起動確認後、大ＣＰＵ自身は、動作を停止し、電力の消費を抑える。

次に、省電力モードにおける制御を引き継いだ小ＣＰＵは、予め設定された時間間隔により、ＬＥＤを発光させる。発光量は、ペンの使用が再開され、読取ユニットの開口部に媒体面が当てられた際に、ライトガイドを介して照射され、媒体面から反射した光を検出できる量であればよい。それ故、媒体面を画像として撮影し解析する場合に較べ、間欠点灯している時間も僅かでよく、少量のみ発光すれば足りるので消費電力を抑えることが出来る。

ＬＥＤが発光した時に、開口部に媒体面が当たっていない場合、ＬＥＤからの光は媒体面により反射されないので、導光管を介して赤外線スイッチに到達する反射光はない。それ故、赤外線スイッチから小ＣＰＵに対して、感知信号は送信されない。感知信号が受信されない場合、小ＣＰＵは、再度所定時間が経過しＬＥＤを発光させるまで待機する。

ＬＥＤが発光した時に、開口部に媒体面が当たっている場合、ＬＥＤからの光は媒体面により反射されるので、反射光が導光管を介して赤外線スイッチに到達する。赤外線スイッチは、到達した反射光を感知し、感知信号を小ＣＰＵに対して送信する。感知信号が受信された場合、小ＣＰＵは、スキャナの使用が再開されたと判断し、読取ユニットを省電力モードから通常モードに切り替えるために、大ＣＰＵを起動する。小ＣＰＵは、弱電力で作動するので、常時作動していても電力消費に殆ど影響はしない。

通常モードに復帰すると、大ＣＰＵは、光学撮像素子であるＣ−ＭＯＳセンサを起動し、ＬＥＤから媒体面に照射された光の、媒体面からの反射光を撮像する。

また、大ＣＰＵは、ＬＥＤの発光制御も通常モードに適した制御に復帰させる。例えば、ＬＥＤを常時点灯させてもよいし、撮影した画像を解析する間はＬＥＤの発光を停止するように間欠点灯させてもよいし、スキャナの使用に支障のない範囲で、所定の間隔により間欠点灯させてもよい。

＜可動部の無い構成の利点について＞
従来、読取ユニットを起動させたり、省電力モードから通常モードに復帰させたりするためには、スライドスイッチ、プッシュスイッチ等の物理的なスイッチが用いられた。しかし、物理的なスイッチは、操作が面倒な場合もあり、構造が複雑で製造費用もかかり、さらに壊れやすいという問題があった。そこで、本発明では、反射光を検知することにより通常モードに復帰する構成とすることによって、ユーザの操作の必要のない、簡易な構造で壊れにくいスイッチを有する読取ユニットを実現することができる。

＜ドットパターンについて＞
媒体面にはドットパターンが印刷されている。上述したように、ドットパターンはカーボンインクまたはステルスインク（不可視インク）で印刷されており、ドットパターン以外の部分はノンカーボンインク等の赤外線を反射または透過する特性を有するインクで印刷されている。なお、透過性のインクを用いた場合は、透過した赤外線が媒体面で反射し、再度当該インクを透過して光学撮像素子により撮像される。

このカーボンインクおよびステルスインク（不可視インク）は赤外線を吸収する特性を有しているため、前記光学撮像素子での撮像画像では、ドットの部分のみ反射光を得られないため黒く撮影されることになる。

ここで、照射光については、本実施形態では赤外線を用いてカーボンインクおよびステルスインク（不可視インク）で印刷されたドットパターンを用いた場合で説明したが、照射光とインクの特性については、これに限らず、たとえば紫外線や特定の周波数を有する光線を用いて、紫外線を吸収する特性や、光特性が変化する特性を有するインクを用いてドットパターンを印刷してもよい。

このようにして読み取ったドットパターンの撮像画像は、大ＣＰＵに送信され、大ＣＰＵはドットパターンの解析プログラムによってコード値および／または座標値に変換する。

このようなドットパターンについて、図１２〜図１７を用いて説明する。

なお、これらの図において、縦横方向の格子線は説明の便宜のために付したものであり実際の印刷面には存在していない。ドットパターン１０１を構成するキードット１０２、基準格子点ドット１０３、情報ドット１０４等は撮像手段であるスキャナが赤外線照射手段を有している場合、当該赤外線を吸収するカーボンインクまたはステルスインク（不可視インク）で印刷されていることが望ましい。

図１２はドットパターン１０１のキードット１０２、基準格子点ドット１０３および情報ドット１０４の配置の一例を示す拡大図である。図１３（ａ）、（ｂ）はベクトル情報を表す情報ドット１０４と符号化を示す説明図である。

ドットパターンを用いた情報入出力方法は、ドットパターン１０１の生成と、そのドットパターン１０１の認識と、このドットパターン１０１を解析し、情報およびプログラムを出力する方法とからなる。すなわち、ドットパターン１０１をセンサユニット３により画像データとして取り込み、ＣＰＵが読み込んだプログラムに基づいて、まず、基準格子点ドット１０３を抽出し、次に本来基準格子点ドット１０３があるべき位置にドットが配置されず、所定の方向にずれた位置にドットが配置されていることによってキードット１０２を抽出し、１ブロック分のドットパターン１０１と、その方向を特定する。次に４つの基準格子点ドット１０３またはキードット１０２に囲まれた情報ドット１０４を抽出して所定のアルゴリズムにより符号化し、１ブロック分のドットパターン１０１における情報ドット１０４の配置により、各情報ドット１０４の集合から所定のコード値および／または座標値に復号し、このコード値および／または座標値を音声、画像、動画像等の情報やプログラムとして出力する。

ドットパターン１０１の生成は、ドットコード生成アルゴリズムにより、符号化するためのベクトル情報を認識させるために微細なドット、すなわち、少なくとも１個のキードット１０２と、基準格子点ドット１０３および情報ドット１０４を所定の規則に則って配列する。図１２に示すように、ドットパターン１０１のブロックは、５×５の基準格子点ドット１０３を配置し、４点の基準格子点ドット１０３または基準格子点に囲まれた仮想中心点１０５の周囲にベクトル情報を表す情報ドット１０４を配置する。なお、ブロックの配置・構成は、キードット１０２によって定められる。本実施形態の場合、当該キードット１０２はブロックの１コーナーの基準格子点上にはドットを配置せずに、そこから所定方向にずらしてドットを配置したものであり、ブロックの大きさを確定するとともに、当該ブロック、すなわちドットパターン１０１の方向を定義している。このブロックには任意の数値情報が定義される。なお、図１２の図示例では、ドットパターン１０１のブロック（太線枠内）を４個並列させた状態を示している。ただし、ドットパターン１０１は４ブロックに限定されないことは勿論である。

なお、キードット１０２は、前記ブロックのコーナーに限らず、ブロック内またはブロック外のいかなる位置に配置してもよい。

センサユニットでこのドットパターン１０１を画像データとして取り込む際に、ドットコード解析アルゴリズムは、そのセンサユニットのレンズの歪みや斜めからの撮像、紙面の伸縮、媒体表面の湾曲、印刷時の基準格子点ドット１０３の配置の歪みを矯正することができる。具体的には歪んだ４点の基準格子点ドット１０３を元の正方形または矩形に変換する補正用の関数（Ｘｎ，Ｙｎ）＝ｆ（Ｘｎ’，Ｙｎ’）を求め、その同一の関数で情報ドット１０４を補正して、正しい情報ドット１０４の位置からベクトル情報を求める。

情報ドット１０４は種々のベクトル情報を認識させるドットである。この情報ドット１０４は、キードット１０２で構成される１ブロック分のドットパターン１０１内に配置すると共に、４点の基準格子点ドット１０３で囲まれた仮想中心点１０５にして、これを始点としてベクトルにより表現した終点に配置したものである。たとえば、この情報ドット１０４は、４点の基準格子点ドット１０３または基準格子点に囲まれ、図１３（ａ）に示すように、その仮想中心点１０５から離れたドットは、ベクトルで表現される方向と長さを有するために、時計方向に４５度ずつ回転させて８方向に配置し、３ビットに符号化する。したがって、１ブロックのドットパターン１０１で３ビット×１６個＝４８ビットを表現することができる。

図１３（ｂ）は、図８のドットパターン１０１において、１個の情報ドット１０４毎に２ビットに符号化する方法であり、＋方向および×方向にドットをずらして各２ビットに符号化し、２ビット×１６個＝３２ビットを表現している。これにより、１ブロック分のドットパターン１０１で、本来４８ビットの数値情報を定義できるが、用途によって分割して３２ビット毎に数値情報を与えることができる。＋方向および×方向の組み合わせによって最大２１６（約６５０００）通りの情報ドットの配置パターンが実現できる。

なお、これに限定されずに、１６方向に配置して４ビットを符号化することも可能であり、種々の方向に配置し、符号化を変更できることは勿論である。

キードット１０２、基準格子点ドット１０３および情報ドット１０４のドットの径は、見栄えと、紙質、印刷の精度、センサユニット３の解像度および最適なデジタル化を考慮して、０．０３〜０．０５ｍｍ程度の範囲にあることが望ましい。

また、撮像面積に対する必要な情報量と、各種ドット１０２，１０３，１０４の誤認を考慮して基準格子点ドット１０３の間隔は縦・横それぞれ、０．３〜０．５ｍｍ程度の範囲にあることが望ましい。基準格子点ドット１０３および情報ドット１０４との誤認を考慮して、キードット１０２のずれは格子間隔の２０％前後が望ましい。

この情報ドット１０４と、４点の基準格子点ドット１０３で囲まれた仮想中心点１０５との間隔は、隣接する基準格子点ドット１０３と仮想中心点１０５間の距離の１５〜３０％程度の間隔であることが望ましい。情報ドット１０４と仮想中心点１０５間の距離がこの間隔より大きいと、基準格子点ドット１０３と情報ドット１０４が塊として視認されやすく、ドットパターン１０１が模様として見苦しく見えるからである。逆に、情報ドット１０４と仮想中心点１０５間の距離がこの間隔より小さいと、仮想中心点１０５を中心にしてベクトル情報を持たせた情報ドット１０４がどの方向に位置しているかの認識が困難になるためである。

図１２に示すように、１個のドットパターン１０１は、４×４個のブロック領域で構成されたドットパターン１０１であり、各ブロック内には２ビットの情報ドット１０４が配置されている。この情報ドット１０４の集合を構成する１ブロック分のドットパターン１０１のドットコードフォーマットを示したものが図１２である。

図１６（ａ）に示すように、１個のドットパターン１０１中には、パリティチェック、コード値が記録されている。（ｂ）は、パリティチェック、コード値、ＸＹ座標値が記録されている。なお、ドットコードフォーマットは任意に定めることができる。

図１４は、ベクトル情報を持たせた情報ドット１０４と、その符号化の他の形態を示す例である。この事例のように、情報ドット１０４について基準格子点ドット１０３または基準格子点で囲まれた仮想中心点１０５から長・短の２種類を使用し、ベクトル方向を８方向とすると、４ビットを符号化することができる。このとき、長い方が隣接する仮想中心点１０５間の距離の２５〜３０％程度、短い方は同じく１５〜２０％程度が望ましい。ただし、誤認しないよう、長・短の情報ドット１０４の中心間隔は、これらの情報ドット１０４の径より長くなることが望ましい。

４点の基準格子点ドット１０３または基準格子点で囲まれた情報ドット１０４が複数あると、隣接するドットが塊として視認されやすく模様が発生するため、見栄えを考慮し１ドットが望ましい。しかし、見栄えを無視し、情報量を多くしたい場合は、１ベクトル毎に、１ビットを符号化し、情報ドット１０４を複数のドットで表現することにより、多量の情報を有することができる。たとえば、同心円８方向の８ベクトルでは、４点の基準格子点ドット１０３または基準格子点で囲まれた情報ドット１０４が０〜８個で８ビットが符号化でき、同心２重円８方向の１６ベクトルでは、１ブロックの情報ドット１０４が０〜１６個で１６ビットが符号化できる。

図１５は、同心２重円８方向の１６ベクトルの情報ドット１０４と符号化の例であり、（ａ）は情報ドット１０４を２個、（ｂ）は情報ドット１０４を４個および（ｃ）は情報ドット１０４を５個配置したものを示すものである。

図１７はドットパターン１０１の変形例を示すものであり、（ａ）は情報ドット１０４を囲む４点の基準格子点ドット１０３または基準格子点からなる正方形または矩形領域を６個配置型、（ｂ）は前記領域を９個配置型、（ｃ）は前記領域を１２個配置型、（ｄ）は前記領域を３６個配置型の概略図である。

図１２に示すドットパターン１０１は、１ブロックに１６個（４×４）の情報ドット１０４を配置した例を示している。しかし、この情報ドット１０４は１ブロックに１６個配置することに限定されずに、図１５、１７に示すように、情報ドット１０４を囲む４点の基準格子点ドット１０３または基準格子点からなる領域、および当該領域で定義される情報ドット１０４の符号化を種々変更することができる。

なお、本発明に係るスキャナが読み取るドットパターンは、上述したドットパターンに限られず、他のアルゴリズムによって生成されたドットパターンでもよいことはもちろんである。

図８は、読取ユニットがドットパターンを読み取る動作について説明したフローチャートである。なお、本発明は、省電力モードから通常モードへ復帰するためのスイッチがポイントの一つなので、このフローチャートでは、現在、読取ユニットが省電力モードの状態であるという前提により、説明を行っている。

まず、小ＣＰＵは、所定時間、待機する。小ＣＰＵには、微弱な電流が流れており、ＬＥＤの発光を待機している状態である（ステップ３１、以下Ｓ３１と略す）。

次に、小ＣＰＵは、所定時間経過後、媒体面を検知するために必要な発光量を確保できるだけの電力を用いてＬＥＤを発光させる（Ｓ３２）。

次に、小ＣＰＵは、発光された光が、読取ユニットの開口部に当てられる媒体面により反射され、反射光が導光管を介して光学スイッチにより検出されたか否かを判断する（Ｓ３３）。

検出されなかったと判断した場合は、Ｓ３１の処理に戻る。

検出されたと判断した場合は、Ｓ３４の処理に進む。

検出されたと判断した場合、小ＣＰＵは、読取ユニットを通常モードに復帰させる。通常モードでは、大ＣＰＵおよびＣ−ＭＯＳカメラが起動し、制御が小ＣＰＵから大ＣＰＵに移行される。また、ＬＥＤが画像撮影用の電力を用いて発光される（Ｓ３４）。

次に、大ＣＰＵは、Ｃ−ＭＯＳセンサを用いて、開口部からの反射光を撮影し、撮影された画像の解析のために、画像処理を行う（Ｓ３５）。ＬＥＤからの光が開口部に当てられた媒体面を照射し、Ｃ−ＭＯＳセンサは、その反射光を撮像する。

次に、大ＣＰＵは、撮影された画像が暗いか否かを判断する（Ｓ３６）。画像が暗い状態であれば、読取ユニットの開口部に媒体面が当てられていない、すなわち、読取ユニットがユーザにより使われていないと判断する。画像が暗い状態ではない場合は、媒体面のドットパターンを読み取り、解析してドットコードに変換する（Ｓ３７）。

次に、大ＣＰＵは、省電力モードへの移行を行う（Ｓ３８）。読取ユニットは、省電力モードへの移行を完了すると、Ｓ３１の処理に戻る。

図９は、読取ユニットのライトガイドを、その軸方向、上面から示した図である。ライトガイドの中央は中空部となっており、左側に溝が形成されている。この溝に、導光管が設置されている。また、ライトガイドの右側にはスリットが形成されており、スリット内部にＬＥＤが設置されている。

図１０〜１１は、本発明で用いられる導光管の構造について示す説明図である。

上述したように、導光管は、例えば光ファイバーまたは内部が空洞の材質で形成されており、ＬＥＤからの照射光のうち媒体面で反射した光を、赤外線スイッチに導くための管である。形状は、直線形状または曲線形状である。また、導光管の断面は、円・楕円形でも多角形でもよい。

図１０（ａ）は、直線形状の導光管について説明する図である。同図においては、例えば内部が空洞であり、周囲を赤外線吸収材料とするので、内壁において反射はしない。それ故、赤外線スイッチまで直接入射する光、すなわち狭い範囲において反射された光のみを検知する。これにより、ライトガイドに導かれた光が媒体面に反射せず、直接導光管に進入するのを防ぐことができる。また、導光管外部には、赤外線反射層を設けることによって、外部からの赤外線を遮断する。

なお、導光体内部が空洞でない場合は、媒体面からの反射光は臨界角で屈折する。

同図（ｂ）は、曲線形状の導光管について説明する図である。曲線形状の場合、媒体面からの反射光は、内壁で反射しながら赤外線スイッチに到達する。導光管外部には、赤外線反射層を設けることによって、外部からの赤外線を遮断する。

図に示すように、曲線状の場合および直線状であっても管の内壁により臨界角での全反射が起こる場合、より広い範囲からの反射光を、赤外線スイッチまで導くことが出来る。

図１１は、曲線形状の導光管の、先端部の構造について示す説明図である。

曲線形状の導光管の先端部は、内壁における赤外線の全反射により、同図（ｂ）のように、読み取るべき媒体面の検知範囲が広がる。そこで、狭い範囲からの反射光を読み取る場合には、同図（ａ）のように、先端部内周面を赤外線を吸収する内壁（カーボン）をもった空洞の管（赤外線吸収層）とすれば、検知範囲を狭めることができる。すなわち、ある角度で入射した、直接赤外線を吸収する領域に入らないものは吸収して、スポットを絞ることができる。スポットを絞ることによって、ライトガイドから直接入ってきた光が、導光管内部で反射して、赤外線スイッチに到達できないようにする。

赤外線吸収層を設ける管の長さは、赤外線スイッチを起動させるのに必要な光量を得るために必要な反射面の面積から求める。

なお、先端部以外も臨界角での反射を用いる場合、導光管の外壁はカーボンでよい。光を逃がさないようにする場合は、導光管の外壁は赤外線反射素材にする。

また、図１２（ｂ）の場合には、臨界角を超えているために、反射光が導光管の外部に出てしまう。そこで、このような場合には、導光管内部に、赤外線反射材料をコーティングすれば、反射光が外部に漏れることなく、赤外線スイッチまで到達することが可能となる。

また、光ファイバーを用いる場合、空洞の材質を用いる場合のいずれにおいても、導光管の外部に、赤外線を遮断するコーティングをすることが必要である。導光管の外部に存在する赤外線の進入を防ぐためである。コーティングは、赤外線を反射する材質、または、赤外線を吸収する材質で行う。赤外線を反射するコーティングをした場合は、反射光がどんな角度であっても、反射しながら赤外線スイッチに到達する。臨界角を超えた流れであっても、たくさんの光がスイッチに届く。一方、赤外線を吸収するコーティングをした場合は、導光管内部の反射光は、臨界角を下回っていないと、赤外線スイッチまで届かない。

また、空洞の材質を用いて導光管を形成する場合、導光管すべてを空洞の材質とする場合の他、反射光を入光する側の端部のみを空洞の材質とし、他の部分は光ファイバーを用いて形成してもよい。

なお、上述した実施形態においては、代表例として、ドットパターンが形成された媒体面を読み取るための読取ユニットについて説明したが、本発明はこれに限らず、媒体面に印刷されているコードは、ＱＲコード等の他の２次元コード、あるいはバーコード等の１次元コードでもよい。さらには、文字、図形、記号等の印刷情報であってもよい。

＜省電力機構の他の実施形態＞
次に、本発明に係る読取ユニットにおける省電力機構の他の形態について説明する。

従来の光学式スキャナでは、撮像の際、ＣＭＯＳセンサの絞りを制御して光量を調節することによって、媒体面のドットパターンが正確に撮像できるように制御していた。すなわち、フレームバッファの撮像画像が明るすぎる場合には絞りを絞って光量を少なくし、暗すぎる場合には絞りを開いて光量を増加させる。

これに対して本発明に係る読取ユニットは、絞りの動的制御を行わず、絞りを固定値としている。これは、本発明にかかる 読取ユニットでは、読取ユニットを媒体面に当てて読み取る目的に用いるので、媒体面に当てた時に最適の露光条件となって媒体面を撮像できるように、予め絞りを設定しているからである。

本発明にかかる読取ユニットでは、絞りを動的制御する時間を省略できる分、読み取ったドットパターンの解析時間を短縮することができる。

さらに、絞りの動的制御には電力を消費するため、絞りの動的制御を行わないことによって消費電力を削減することができ、省電力型の読取ユニットを提供することが可能となる。

本発明は、バーコードや、ドットコード等の２次元コードの読み取りに用いるコードリーダに利用できる。

本発明に係る光学式スキャナの先端部である読取ユニットの内部構造を示す拡大図である。 スキャナの先端部の構成について説明するハードウェアブロック図である。 本発明に係る光学式スキャナがどのように使用されるか、その使用状態の例を示した説明図（１）である。 本発明に係る光学式スキャナがどのように使用されるか、その使用状態の例を示した説明図（２）である。 本発明に係る光学式スキャナがどのように使用されるか、その使用状態の例を示した説明図（３）である。 本発明に係る光学式スキャナがどのように使用されるか、その使用状態の例を示した説明図（４）である。 本発明に係る光学式スキャナがどのように使用されるか、その使用状態の例を示した説明図（５）である。 読取ユニットがドットパターンを読み取る動作について説明したフローチャートである。 読取ユニットのライトガイドを、その軸方向、上面から示した図である。 導光管についての説明図であり、（ａ）は直線形状の導光管、（ｂ）は曲線形状の導光管について説明した図である。 曲線形状の導光管の、先端部の構造について示す説明図である。 ドットパターンの一例であるＧＲＩＤ１について説明する図（１）である。 ドットパターンの一例であるＧＲＩＤ１について説明する図（２）である。 ドットパターンの一例であるＧＲＩＤ１について説明する図（３）である。 ドットパターンの一例であるＧＲＩＤ１について説明する図（４）である。 ドットパターンの一例であるＧＲＩＤ１について説明する図（５）である。 ドットパターンの一例であるＧＲＩＤ１について説明する図（６）である。

符号の説明

１０１ ドットパターン
１０２ キードット
１０３ 基準格子点ドット
１０４ 情報ドット

Claims (12)

1. 媒体面を撮影する読取ユニットであって、
   該媒体面に対して所定波長光を照射する光源と、
   該媒体面からの反射光を入射するレンズと、
   該レンズを経た入射光を入光する撮像手段と、
   該光源と撮像手段とを制御する制御手段と、
   先端に該媒体面からの該反射光の入口となる開口部が形成され、該開口部側が広くなるテーパ状の中空部を有する筒状であり、該光源からの照射光を拡散・屈折させて該媒体面に均一に照射させるための第１の導光体と、を備え、
   該レンズは、該第１の導光体の開口部を臨むように、該第１の導光体の該中空部に配置され、
   該光源は、該第１の導光体内部に設けられたスリットの端部に１個のみ埋め込むように配置されており、
   該光源からの照射光は、該第１の導光体の内部を拡散・屈折しながら進行し該開口部より該媒体面に対して均一に照射されることを特徴とする読取ユニット。
2. 媒体面に対して所定波長光を照射する光源と、
   該媒体面からの反射光を入射するレンズと、
   該レンズを経た入射光を入光する撮像手段と、
   該光源と撮像手段とを制御する制御手段と、
   中空部を有する筒状であり、その先端に該媒体面からの該反射光の入口となる開口部が形成された、該光源からの照射光を拡散・屈折させて該媒体面に照射させるための第１の導光体と、を備え、
   該レンズは、該第１の導光体の開口部を臨むように、該第１の導光体の該中空部に配置され、
   該光源は、該第１の導光体内部に設けられたスリットの端部に配置されており、
   該光源からの照射光は、該第１の導光体の内部を拡散・屈折しながら進行し該開口部より該媒体面に対して均一に照射されることを特徴とする、媒体面を撮影する読取ユニットであって、
   前記媒体面上の所定領域で反射した前記光源からの所定波長光を所定の位置に導く第２の導光体と、
   前記所定の位置に配置された、所定波長光の検出により動作する光学スイッチをさらに備え、
   前記照射光は、
   前記第１の導光体の内部を拡散・屈折しながら進行し前記開口部より該媒体面に対して照射された後、
   該媒体面の該所定領域において反射し、
   該第２の導光体を介して該光学スイッチに到達し、
   該光学スイッチにより感知され、
   前記制御手段は、
   該照射光を感知した該光学スイッチからの信号に基づき、
   少なくとも撮像手段を動作させることを特徴とする読取ユニット。
3. 前記第２の導光体は、少なくとも前記所定領域における反射光を入光する側の端部が、中空を有する管状であることを特徴とする請求項２記載の読取ユニット。
4. 前記制御手段は、
   前記光源を媒体検知時のみ媒体検知用電力により点灯させる省電力モードと、
   該光源を継続的にまたは前記撮像手段を制御し撮像する際に、撮像用電力により点灯させる通常モードと
   を備えており、
   該省電力モードと該通常モードとの切り替えによって省電力制御を行い、
   少なくとも該省電力モードから該通常モードへの移行は、前記光学スイッチからの信号により行うことを特徴とする請求項２または３記載の読取ユニット。
5. 前記第２の導光体の少なくとも端部断面を除く外周部には、所定波長光の、第２の導光体内部への進入を防止するために所定波長光遮断層を設けたことを特徴とする請求項２または３記載の読取ユニット。
6. 前記所定波長光遮断層は、所定波長光反射層または所定波長光吸収層であることを特徴とする請求項５記載の読取ユニット。
7. 前記所定波長光遮断層は、前記所定領域における反射光が前記第２の導光体に入光し、該導光体の周壁内部で反射して進行するための所定波長光反射層であることを特徴とする請求項５記載の読取ユニット。
8. 前記第２の導光体の中空を有する管状部分の少なくとも前記媒体面側の端部近傍の内周面は、該媒体面の前記所定領域からの前記反射光のみが該第２の導光体を入光・進行するように、前記第１の導光体から導かれ、少なくとも前記第２の導光体の端部延長上の前記媒体面付近で反射した反射光を除く全ての所定波長光を吸収させるために、所定の領域に所定波長光吸収層を設けたことを特徴とする請求項２〜６のいずれかに記載の読取ユニット。
9. 前記第１の導光体の開口部近傍に防塵および/または防水用などの保護フィルタを設けたことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の読取ユニット。
10. 前記フィルタは、前記光源および/または前記第１の導光体の開口部に入光する光の所定波長光だけを透過させる所定波長光透過フィルタであることを特徴とする請求項９に記載の読取ユニット。
11. 前記所定波長は、赤外線であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の読取ユニット。
12. 前記媒体面の撮影により読み取る情報は、該媒体面に形成されたコード値および／または座標値からなるドットコードが所定のアルゴリズムに基づいてパターン化された、光学的に読取り可能なドットパターンである請求項１〜１１のいずれかに記載の読取ユニット。

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