JPH06325194A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 撮像装置において、照明光の脈動周期を検出
することなく、照明光の脈動によって生じる撮像画像の
フリッカを防止する。 【構成】 ＣＣＤイメージセンサ１０は、受光部２０
と、シフトレジスタ２２と、転送ゲート２４と、掃出用
転送ゲート２６とから構成され、ＣＣＤ駆動回路３０か
らの出力パルスによって動作する。即ち、まず掃出用転
送ゲート２６が、照明光の脈動周期を５分割した所定の
タイミング毎に受光部２０を動作させ、転送ゲート２４
が、その動作によって得られた電荷をシフトレジスタ２
２に順次転送する。するとシフトレジスタ２２は、転送
ゲート２４から転送されてくる露光５回分の電荷を蓄積
し、その蓄積した電荷を画像信号として出力する。この
結果、画像信号は照明光の脈動の影響を受け難くなり、
フリッカの発生を抑制できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、商用電源により点灯さ
れる蛍光灯からの照明光等、脈動成分を含む照明光によ
り照射された被写体を撮像する撮像装置に関し、特に照
明光の脈動によって撮像した被写体画像に生じるフリッ
カを抑制する撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ＣＣＤイメージセンサ等から
なる撮像装置を用いて被写体を撮像し、その撮像した被
写体画像を処理して、被写体に付されたバーコードやＯ
ＣＲ文字等の光学的情報を読み取る光学的情報読取装置
が知られている。

【０００３】またこの種の装置においては、撮像装置
が、商用電源により点灯される蛍光灯からの照明光によ
り被写体を撮像するような場合には、商用電源の電源周
波数に応じて生じる照明光の脈動によって撮像画像が変
動することがあるため、これを防止するために、例えば
図６（ａ）に示す如く、撮像装置を構成する撮像素子の
露光周期を照明光の脈動周期に同期させている。なお、
図６（ａ）は、撮像装置を、電源周波数６０Ｈｚの場合
に生じる照明光の脈動周期１／１２０sec.に同期した露
光周期で、露光時間２ｍsec.にて動作させた場合の、照
明光の光量と撮像装置の露光タイミングとの関係を表し
ている。

【０００４】ところが、こうした装置を電源周波数が異
なる地域で使用すると、照明光の脈動周期が変化するた
め、撮像画像にフリッカが発生し、光学的情報を正確に
読み取ることができなくなってしまう。つまり、例え
ば、図６（ａ）に示したように、撮像素子の露光周期が
電源周波数６０Ｈｚの場合に生じる照明光の脈動周期１
／１２０sec.に同期するように設定された撮像装置を、
図６（ｂ）に示す如く、電源周波数５０Ｈｚの地域で使
用すると、照明光の脈動周期が１／１００sec.となっ
て、撮像素子の露光周期が照明光の脈動周期に同期しな
いため、撮像装置露光時の各撮像素子への入射光量が、
各露光タイミング毎に変化し、例えば撮像装置からの信
号を２値化してバーコードを読み取るような場合には、
こうした入射光量の変化によって２値化データが変化し
てしまい、バーコードを正確に読み取ることができなく
なってしまうのである。

【０００５】そこで、従来より、電源周波数に応じた脈
動成分を含む蛍光灯からの照明光により照射された被写
体を撮像する撮像装置においては、照明光の脈動周期が
変化しても被写体を安定して撮像できるようにするため
に、照明光の脈動周期自体、或は蛍光灯を点灯させてい
る商用電源の電源周波数を検出し、その検出結果に応じ
て撮像装置を構成する撮像素子の露光周期を制御するこ
とが考えられている（特開平４−１３０８６６号公報、
特開平１−３０３８７８号等）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、こうし
た撮像装置は、照明光の脈動周期や商用電源の周波数等
を検出して、撮像素子の露光周期を設定するものである
ため、一般の撮像装置に、照明光の脈動周期或は商用電
源の周波数等を検出するための検出回路や、その検出結
果に従い撮像素子の露光周期を設定する制御回路等を設
けなければならず、装置構成が複雑になるといった問題
があった。

【０００７】本発明は、こうした問題に鑑みなされたも
ので、照明光の脈動周期や商用電源の周波数等を検出す
ることなく、しかも撮像装置を構成する撮像素子の露光
周期を変更することなく、照明光の脈動周期の変化によ
って生じる撮像画像のフリッカを防止することを目的と
している。

【０００８】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めになされた本発明は、脈動成分を含む照明光により照
射された被写体からの反射光を受光して受光光量に応じ
た電荷を蓄積する、１次元又は２次元配列された多数の
撮像素子からなる受光部と、上記照明光の脈動周期に対
応して予め設定された所定の露光周期で、所定の露光時
間だけ上記受光部を露光して、上記各撮像素子に電荷を
蓄積させる露光制御手段と、該露光制御手段の動作によ
って上記各撮像素子に蓄積された電荷を取り込み、該電
荷を上記被写体画像を表す画像信号に変換して出力する
出力手段と、を備えた撮像装置において、上記露光時間
を複数に分割して、上記露光制御手段が上記露光周期内
に複数回上記受光部を露光するように構成すると共に、
該露光制御手段が上記露光周期内に上記受光部を露光す
る度に、上記各撮像素子に蓄積された電荷を取り込み、
蓄積する蓄電部を設け、更に、上記出力手段を、上記露
光周期内に上記蓄電部に蓄積された電荷を上記被写体画
像を表す画像信号に変換して出力するよう構成してなる
ことを特徴としている。

【０００９】

【作用】上記のように構成された本発明の撮像装置にお
いては、まず露光制御手段が、照明光の脈動周期に対応
して設定された露光周期内に受光部を複数回露光する。
従って、受光部内の各撮像素子には、その露光の度に被
写体からの反射光量に応じた電荷が蓄積される。また、
露光によって受光部に蓄積された電荷は、逐次、蓄電部
が取り込むため、蓄電部には、露光周期内に、複数回の
露光によって撮像素子に蓄積された電荷の総量が蓄積さ
れる。そして、出力手段が、露光周期内に蓄電部に蓄積
された電荷を、被写体画像を表す画像信号に変換して出
力する。

【００１０】すなわち、本発明の撮像装置においては、
従来装置のように、照明光の脈動周期に対応して設定さ
れた露光周期内に１回だけ受光部を露光するのではな
く、露光周期内に各撮像素子に電荷を蓄積させるべき露
光時間を複数に分割することにより、各撮像素子の露光
周期内での露光時間を変更することなく、露光周期内に
各撮像素子の露光を複数回行ない、この露光によって得
られた電荷を蓄電部に一旦蓄積して、露光周期内での露
光が完了した後、その電荷を被写体画像を表す画像信号
に変換して出力するようにされている。

【００１１】このため、照明光の脈動によって被写体か
らの反射光が脈動しても、蓄電部に蓄積される電荷量
は、被写体からの反射光の平均値に略対応することとな
り、電源周波数の変化に伴い照明光の脈動周期が設計時
の値から変化したとしても、蓄電部に蓄積される電荷量
が照明光の脈動によって大きく変化することはなく、各
露光周期毎に画像信号が大きく変化するのを抑制できる
ようになる。

【００１２】

【実施例】以下に、本発明の実施例を図面と共に説明す
る。まず図２は本発明が適用された実施例のバーコード
リーダの概略構成を表す構成図である。

【００１３】図２に示す如く、本実施例のバーコードリ
ーダ２は、室内に設置され、商用電源により点灯する照
明用の蛍光灯４を光源とし、この蛍光灯４からの照明光
の照射によってバーコードラベル６から反射される反射
光により、バーコードラベル６を撮像して、その撮像画
像からバーコードラベル６に印刷されたバーコードを読
み取るためのもので、バーコードラベル６を撮像するた
めの１次元のＣＣＤイメージセンサ１０と、バーコード
ラベル６からの反射光をこのＣＣＤイメージセンサ１０
側に導くためのミラー１２と、バーコードラベル６から
の反射光を集光してＣＣＤイメージセンサ１０の受光面
にバーコードラベルの画像を結像させるレンズ１４と、
ＣＣＤイメージセンサ１０を駆動してバーコードラベル
６を撮像すると共に、その撮像画像を処理してバーコー
ドを読み取る制御回路１６とから構成されている。

【００１４】ＣＣＤイメージセンサ１０は、図１に示す
如く、ミラー１２及びレンズ１４を介して入射されるバ
ーコードラベル６からの反射光を電荷に変換する多数の
撮像素子を一列に配設してなる受光部（所謂フォトダイ
オードアレイ）２０と、受光部２０の各撮像素子から転
送されてくる電荷を各々蓄積すると共に、その蓄積した
電荷を外部から入力される駆動パルスφ１，φ２によっ
て順次出力するシフトレジスタ２２と、外部から入力さ
れる転送用パルスφＴＧを受けて、受光部２０の各撮像
素子に蓄積された電荷をシフトレジスタ２２に転送する
転送ゲート２４と、外部から入力される掃出用パルスφ
ＴＧＥを受けて、受光部２０の各撮像素子に蓄積された
電荷を掃き出す掃出用転送ゲート２６と、シフトレジス
タ２２からの出力信号，つまりバーコードラベル６の撮
像結果である画像信号を増幅して制御回路１６内に設け
られたバーコード読取用の信号処理回路に出力する増幅
器（アンプ）２８とからなる周知のもので、制御回路１
６内に設けられたＣＣＤ駆動回路３０から出力される各
種制御パルスφ１，φ２，φＴＧ，φＴＧＥを受けて動
作する。

【００１５】また、これら各種制御パルスφ１，φ２，
φＴＧ，φＴＧＥを出力するＣＣＤ駆動回路３０は、図
３に示す如く、制御回路１６内に設けられた図示しない
発振器から出力される内部クロックを受けて動作する、
４個のパルス発生回路３１，３２，３３，３４と、３個
のＡＮＤ回路３６，３７，３８とを中心に構成されてい
る。

【００１６】各パルス発生回路３１〜３４は、夫々、内
部クロックをカウントして計時を行なうタイマを内蔵し
ており、このタイマの計時結果に応じて、各々異なるパ
ルス信号Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４を発生する。すなわ
ち、図４に示す如く、パルス発生回路３１は、１／６０
０sec.を１周期とするデューティ比が約６％（パルス幅
が約１０μsec.）のパルス信号Ｐ１を、パルス発生回路
３２は１／６００sec.を１周期とするデューティ比が約
２４％（パルス幅が約０．４ｍsec.）のパルス信号Ｐ２
を、パルス発生回路３３は、１μsec.を１周期とするデ
ューティ比５０％のパルス信号Ｐ３を、パルス発生回路
３４は、１／６０sec.を１周期とするデューティ比５０
％のパルス信号Ｐ４を、夫々発生する。

【００１７】なお、パルス信号Ｐ２を出力するパルス発
生回路３２には、パルス信号Ｐ２の立ち下がりがパルス
信号Ｐ１の立ち下がりと一致するように、パルス発生回
路３１から同期信号が入力されている。次に、ＡＮＤ回
路３６にはパルス信号Ｐ１及びパルス信号Ｐ４が、ＡＮ
Ｄ回路３７にはパルス信号Ｐ２及びパルス信号Ｐ４が、
ＡＮＤ回路３８には否定回路ＮＯＴ１により反転された
パルス信号Ｐ４の反転信号及びパルス信号Ｐ３が、夫
々、入力される。そしてこれら各ＡＮＤ回路３６〜３８
は、各入力パルスが共にHighレベルであるときにだけHi
ghレベルとなり、入力パルスの内のいずれか一方でもLo
w レベルであればLow レベルとなる信号を出力する。

【００１８】このため、ＡＮＤ回路３６からは、パルス
信号Ｐ４の１周期（１／６０sec.）毎に、パルス信号Ｐ
４がHighレベルとなる１／１２０sec.の間、パルス信号
Ｐ１に対応したパルス信号が出力され、このパルス信号
が、図４に示す転送用パルスφＴＧとして、ＣＣＤイメ
ージセンサ１０内の転送ゲート２４にそのまま出力され
る。

【００１９】また、ＡＮＤ回路３７からは、パルス信号
Ｐ４の１周期（１／６０sec.）毎に、パルス信号Ｐ４が
Highレベルとなる１／１２０sec.の間、パルス信号Ｐ２
に対応したパルス信号が出力される。そして、このパル
ス信号は、否定回路ＮＯＴ２により反転されて、図４に
示す掃出用パルスφＴＧＥとなり、ＣＣＤイメージセン
サ１０内の掃出用転送ゲート２６に出力される。

【００２０】また更に、ＡＮＤ回路３８からは、パルス
信号Ｐ４の１周期（１／６０sec.）毎に、パルス信号Ｐ
４がLow レベルとなる１／１２０sec.の間、パルス信号
Ｐ３に対応したパルス信号が出力され、このパルス信号
が図４に示す駆動パルスφ１として、ＣＣＤイメージセ
ンサ１０内のシフトレジスタ２２にそのまま出力され
る。

【００２１】なお、ＡＮＤ回路３８からのパルス信号
は、駆動パルスφ１としてシフトレジスタ２２に出力さ
れるだけでなく、ＣＣＤ駆動回路３０内に設けられた否
定回路ＮＯＴ３にも出力され、この否定回路ＮＯＴ３に
て反転される。そして、この駆動パルスφ１の反転信号
は、駆動パルスφ２として、ＣＣＤイメージセンサ１０
内のシフトレジスタ２２に出力される。

【００２２】このように構成されたＣＣＤ駆動回路３０
からの出力パルスφ１，φ２，φＴＧ，φＴＧＥを受け
て動作するＣＣＤイメージセンサ１０においては、まず
掃出用パルスφＴＧＥがHighレベルである間、掃出用転
送ゲート２６が受光部２０内の電荷を掃き出すため、受
光部２０には、バーコードラベル６の画像に対応した電
荷は蓄積されず、掃出用パルスφＴＧＥがLow レベルに
なってから、受光部２０に、バーコードラベル６の画像
に対応した電荷が蓄積されることとなる。つまり、掃出
用転送ゲート２６は、ＣＣＤイメージセンサ１０におい
て電子シャッタとして機能し、掃出用パルスφＴＧＥを
生成するＣＣＤ駆動回路３０と共に、本願発明の露光制
御手段を実現している。

【００２３】次に、掃出用パルスφＴＧＥの立ち上がり
前には、転送用パルスφＴＧがHighレベルとなるため、
受光部２０にバーコードラベル６の画像に対応した電荷
が蓄積されると、転送ゲート２４が動作し、受光部２０
に蓄積された電荷がシフトレジスタ２２に転送されるこ
ととなる。

【００２４】また、シフトレジスタ２２を駆動する駆動
パルスφ１，φ２は、パルス信号Ｐ４がHighレベルとな
る１／１２０sec.間は変化せず、次の１／１２０sec.間
で、１μsec.を１周期として繰返し反転する。このた
め、シフトレジスタ２２には、１／１２０sec.間に、掃
出用パルスφＴＧＥによって受光部２０に０．４ｍsec.
の露光時間で蓄積された電荷が、転送ゲート２４を介し
て５回転送されることとなる。

【００２５】一方、本実施例のシフトレジスタ２２は、
２個の駆動パルスφ１，φ２によって動作する、所謂２
相クロック形ＣＣＤであるため、駆動パルスφ１，φ２
が安定している場合には、入力された電荷を順次蓄積す
る。従って、シフトレジスタ２２は、転送ゲート２４か
ら１／１２０sec.間に５回転送されてくる電荷を順次蓄
積し、その後の１／１２０sec.間に、その蓄積した露光
時間２ｍsec.（＝０．４ｍsec.×５）分の電荷を、駆動
パルスφ１，φ２によって画像信号として順次出力する
こととなる。つまり、シフトレジスタ２２は、本発明に
おける蓄電部及び出力手段として動作する。

【００２６】以上詳述したように、本実施例のバーコー
ドリーダ２においては、バーコードラベル６を撮像する
に当たって、受光部２０の１回当たりの電荷蓄積時間
（すなわち露光時間）を０．４ｍsec.として、受光部２
０を１／１２０sec.間に５回動作させ、その５回の動作
によって受光部２０に蓄積された電荷を、シフトレジス
タ２２に順次蓄積して、次の１／１２０sec.間の間に、
シフトレジスタ２２に蓄積した露光時間２ｍsec.分の電
荷を、画像信号として出力する。

【００２７】このため、本実施例のバーコードリーダ２
が電源周波数６０Ｈｚの地域で使用され、蛍光灯４から
の照明光の脈動周期が１／１２０sec.である場合には、
図５（ａ）に示す如く、その脈動周期を５分割した特定
のタイミングで、受光部２０にバーコードラベル６の画
像に対応した電荷が蓄積されるため、図５（ａ）に点線
で示す如く、ＣＣＤイメージセンサ１０から画像信号と
して出力される電荷の量が、照明光の脈動によって変化
することはない。

【００２８】また、このように電源周波数６０Ｈｚの地
域に適合された本実施例のバーコードリーダ２を、電源
周波数５０Ｈｚの地域で使用した場合には、図５（ｂ）
に示す如く、照明光の脈動周期が１／１００sec.となる
ため、受光部２０の電荷蓄積タイミング（すなわち露光
タイミング）は、照明光の脈動周期内で一定とはならな
いものの、ＣＣＤイメージセンサ１０から画像信号とし
て出力される電荷は、５回の露光で得られた電荷の総量
であるため、その値は、図５（ｂ）に点線で示すよう
に、照明光の脈動によって大きく変化することはなく、
ＣＣＤイメージセンサ１０から出力される画像信号が照
明光の脈動によって変化するのを抑制できる。

【００２９】なお、本実施例では、露光によって受光部
２０に蓄積された電荷をシフトレジスタ２２内に順次蓄
積するように構成したが、例えば転送ゲート２４とシフ
トレジスタ２２との間に、コンデンサ等からなる電荷蓄
積用の蓄電部を設けるようにしてもよい。

【００３０】また、本実施例では、光電変換を行なう受
光部２０内に、光電変換結果である電荷を蓄積するもの
として説明したが、受光部２０の感度を上げるために、
受光部２０を光電変換部と電荷蓄積部とから構成しても
よい。また、本実施例では、ＣＣＤイメージセンサとし
て１次元センサを使用したバーコードリーダについて説
明したが、本発明は、２次元のイメージセンサであって
も適用できるのは勿論のこと、テレビカメラ等、被写体
からの反射光により被写体画像を撮像する装置であれば
どの様な物でも適用できる。

【００３１】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の撮像装置
においては、照明光の脈動周期に対応して設定された露
光周期内に受光部の露光を複数回行ない、この露光によ
って得られた電荷を蓄電部に一旦蓄積して、露光周期内
での露光が完了した後、その電荷を被写体画像を表す画
像信号に変換して出力するようにされている。このた
め、本発明によれば、照明光の脈動周期や商用電源の周
波数等を検出することなく、しかも撮像装置を構成する
撮像素子の露光周期を変化させることなく、照明光の脈
動周期の変化によって生じる撮像画像のフリッカを抑制
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例のＣＣＤイメージセンサの構成を表すブ
ロック図である。

【図２】実施例のバーコードリーダの概略構成を表す構
成図である。

【図３】実施例のＣＣＤ駆動回路の構成を表す回路図で
ある。

【図４】実施例のＣＣＤ駆動回路の動作を表すタイムチ
ャートである。

【図５】実施例のＣＣＤイメージセンサの撮像動作を、
電源周波数が異なる地域毎に表す説明図である。

【図６】従来の撮像装置の撮像動作を、電源周波数が異
なる地域毎に表す説明図である。

【符号の説明】

２…バーコードリーダ ４…蛍光灯 ６…バーコー
ドラベル １０…ＣＣＤイメージセンサ １６…制御回路 ２
０…受光部 ２２…シフトレジスタ ２４…転送ゲート ２６…
掃出用転送ゲート ３０…ＣＣＤ駆動回路 ３１，３２，３３，３４…パ
ルス発生回路 ３６，３７，３８…ＡＮＤ回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 脈動成分を含む照明光により照射された
   被写体からの反射光を受光して受光光量に応じた電荷を
   蓄積する、１次元又は２次元配列された多数の撮像素子
   からなる受光部と、 上記照明光の脈動周期に対応して予め設定された所定の
   露光周期で、所定の露光時間だけ上記受光部を露光し
   て、上記各撮像素子に電荷を蓄積させる露光制御手段
   と、 該露光制御手段の動作によって上記各撮像素子に蓄積さ
   れた電荷を取り込み、該電荷を上記被写体画像を表す画
   像信号に変換して出力する出力手段と、 を備えた撮像装置において、 上記露光時間を複数に分割して、上記露光制御手段が上
   記露光周期内に複数回上記受光部を露光するように構成
   すると共に、 該露光制御手段が上記露光周期内に上記受光部を露光す
   る度に、上記各撮像素子に蓄積された電荷を取り込み、
   蓄積する蓄電部を設け、 更に、上記出力手段を、上記露光周期内に上記蓄電部に
   蓄積された電荷を上記被写体画像を表す画像信号に変換
   して出力するよう構成してなることを特徴とする撮像装
   置。