JPH0132550B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、光学的走査装置に関するものであ
り、特に空間的に異なる点で集光される多重走査
線を同時に発生することのできる光学的走査装置
に関するものである。

〔従来技術〕

近年、光学的バーコード走査装置はさまざまの
技術分野で多様な目的のために広範に使用されて
いる。そのような走査装置は特に小売店やスーパ
ーマーケツトで、処理すべき商品を識別するため
に販売システムの処理用端末として使用されてい
る。すなわち、価格データを訂正し、レシートを
印刷し、在庫記録を更新するために、品目につい
てのバーコードラベルが、システムが利用可能な
入力データを提供する。さらに、光学的バーコー
ド走査装置には、複雑な製品の組立てにおいてそ
の組立て工程の間に主要な部品を探知すること、
などのあまり知られていない多くの用途がある。

光学的バーコード走査装置には基本的に２つの
タイプがある。第１のタイプは手持ち式のシステ
ムであり、作業者が走査すべきバーコードラベル
を横切るように光学的検出器を手で移動させる。
このとき検出器から発生される信号は、通常ケー
ブルを介して、ラベル情報を処理するための制御
装置またはターミナルに送られる。

第２のタイプの走査システムは固定ヘツドの走
査装置である。固定ヘツドの走査装置において
は、通常、静止した走査装置の上面内に設けられ
た透明な走査窓を横切るように走査すべき物品が
移動される。その走査装置は、例えばスーパーマ
ーケツトのチエツクアウト用のスタンドに設置さ
れる。このとき走査装置内に配置した光学的素子
が、走査窓上の物品を掃引する走査線をつくり出
すためにレーザービームを偏向させる。そして、
走査装置内の電子回路またはマイクロプロセツサ
により、予め定められたラベルのコードが選択さ
れデコードされる。本発明は、この固定ヘツドタ
イプの走査装置に係るものである。

さて走査装置はラベルを付した物品を走査窓上
に１回通過させるだけでほとんどのラベルを検出
することができるものでなくてはならない。物品
上のラベルが首尾よく読み取れないと、その物品
を走査窓上に戻して１回またはそれ以上の回数だ
け走査窓上で通過させる必要がある。しかし、物
品を何度も走査窓上で通過させたり再度の走査を
行なつたりすることは明らかに時間の浪費である
とともに、生産性の面からも好ましくない。

走査装置の読み取り性能は、多数の異なる要因
によつて影響を受ける。例えば、その要因として
走査されるラベルの印刷の質、信号検出システム
の電気的特性及びデコードのアルゴリズムなどが
あり、これらはすべて読み取り性能に大きく係わ
つてくる。

読み取り性能に影響を及ぼす別の要因としては
走査装置によつて発生される走査パターンがあ
る。ランダムな向きのバーコードラベルを走査窓
上の１回の通過で完全に読み取る回数を増加させ
るためには、複数の線が異なる角度で互いに交差
するようにした多重走査線パターンが使用され
る。そのような走査パターンは、レーザービーム
を予定の方向に偏向さるために回転する鏡のホイ
ールまたは回転するホログラムデイスクによりレ
ーザービームを導くことにより発生される。さら
に、レーザービームが走査線を形成すべく走査窓
から出てゆく前にレーザービームの経路を変更す
るために固定した鏡の組み合せが使用される。周
知の走査パターンは非平行の互いに交差する走査
線、もしくは互いに離隔する平行な走査線からな
る。

ラベルが正しく走査される回数を高めるために
は、走査パターンにおける個々の走査線の数を増
加させることが望ましい。ところが従来のシステ
ムにおいては、次のような欠点がある。すなわ
ち、そのようなシステムにおいては、走査線の数
は各走査線を短かくしなくては増加できないが、
多数の短かい走査線をもつパターンが、より少な
い数の長い走査線をもつパターンよりも全体とし
て効率的であるとは言えないため、短かい走査線
は結果として効率的でない。

走査装置の読み取り性能を向上するための別の
技術としては、個々の走査線を、走査窓とは相対
的に空間的に異なる点で焦点を合わせるようにし
たものがある。すなわち、ある走査線は走査窓か
ら少し離れたラベルを検出する場合により効率的
であり、またある走査線は走査窓の真上にあるラ
ベルを検出する場合により効率的である、という
具合である。

このように多重焦点面を採用することは読み取
り性能を高めるが、１度に１本しか走査線が発生
されない、という事実により、その性能の向上は
限定されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

この発明の目的は、走査パターンの有効密度を
増加させることにより走査装置の読み取り性能を
向上することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明によれば、２本またはそれ以上の走査
線が同時に発生され、それらの走査線はそれぞれ
空間的に異なる点に焦点を合わされている。例え
ば、走査パターンにおける同時に発生される２本
の走査線のうち１本の走査線は走査窓から遠い点
に焦点わ合わされ、もう１つの走査線は走査窓に
近い点に焦点を合わされる。こうして、個々の走
査線の長さを犠牲にすることなく走査線の数を倍
加することができる。

本発明に基づいて構成された走査装置は、それ
ぞれ異なる識別特性を有する複数の光ビームを発
生するための手段を備えている。さらにその走査
装置は各ビームを異なる予定の焦点位置で集光さ
せる手段も備えている。その複数の光ビームの経
路には、同時に焦点を合わせた複数の走査ビーム
を発生するためにビーム偏向手段が設けられてい
る。そして、走査される対象物から反射された光
は反射された全体の光学的エネルギーに対応して
変化する単一の信号を発生する。走査装置はさら
に、発生された各光ビームの識別特性の関数とし
てその単一の信号を複数の信号の成分に分離する
ための手段が設けられている。信号のその各々の
成分は、複数の光ビームのうちの任意の１つに寄
与する反射光のエネルギーの関数として変化す
る。

〔実施例〕

第１図を参照すると、本発明に基づき構成され
た走査装置は複数の光ビームを発生するための手
段を備えている。好適な実施例においては、この
手段は２つのレーザー１０及び１２とからなる。
レーザー１０及び１２はそれぞれ変調器１４及び
１６により駆動される。この変調器１４及び１６
によつて、レーザー１０及び１２から発生される
ビームに識別特性が付与される。レーザー１０か
らの出力ビームは周波数変調されたビームであ
り、光学素子１８及び共通光学素子２０を介して
走査パターン発生器２２へ伝送される。同様に、
レーザー１２からの出力ビームも周波数変調され
たビームであり、光学素子１８とは別の光学素子
２４及び共通光学素子２０を介して走査パターン
発生器２２に伝送される。光学素子１８及び２４
は、共通光学素子２０と組み合わせて、レーザー
１０及び１２から発生されたそれぞれのビームを
異なる焦点位置で集光するための手段として作用
する。

すなわち、レーザー１０及び１２から発生され
たビームが共通光学素子２０から出てゆくときに
は、それらのビームは、異なる識別特性をもつ２
つの成分のビームからなる、単一の混合ビームに
組合わされていると考えることができる。その混
合ビームは走査パターン発生器２２により、走査
線列に沿つて偏向される。この走査パターン発生
器２２として、従来から知られている回転する鏡
のホイール、または米国特許第4416505号に記載
された非集光回転ホログラムデイスクを使用する
ことができる。走査パターン発生器としてどのよ
うなタイプのものを使用するかということは、本
発明にとつて重要ではない。

尚、走査パターン発生器２２によつてつくり出
された混合走査パターンは、対応する走査線が空
間的な異なる位置で集光するような２つまたはそ
れ以上の分離されたパターンであるが、それらが
重ねられてなる走査パターンである、ということ
に注意されたい。

対象物２６から反射される光エネルギーの総量
は光検出器２８のような、光感応性デバイスによ
つて検出される。光検出器２８によつて検出され
た信号は混合信号である。すなわちその信号に
は、レーザー１０のビームに帰される反射エネル
ギーの関数である第１の成分と、レーザー１２の
ビームに帰される反射エネルギーの関数である第
２の成分とが含まれている。信号分離器３０はそ
の２つの成分を分離し、その各々をデコーダシス
テム３２及び３４にそれぞれ供給する。デコーダ
システム３２及び３４はそれぞれ、単一の入力信
号ストリーム上でのみ作動するので、そのシステ
ム自身周知のものでよい。そのようなデコーダシ
ステムの好適な例は米国特許第4086477号、第
4125765号及び第4329574号に記載されている。デ
コーダシステム３２及び３４はバツフア回路３６
に接続され、バツフア回路３６はターミナルシス
テムに単一の信号を供給する。ターミナルシステ
ムでは、前に述べた目的のために、選択されたデ
コードされたラベルが使用されうる。

第２図を参照すると、本発明に基づく好適な実
施例においては、必要とされる複数の光ビームを
発生するために固体レーザーが使用される。２つ
のレーザー１０及び１２は第２図においては隣接
するブロツク図としてあらわされており、そのレ
ーザーの物理的構造と対応している。レーザー１
０の変調器１４（第１図）は局所発振器４０によ
り所与の周波数ｆ１で駆動されるスイツチング回
路３８を備えている。スイツチング回路３８は、
周波数変調された出力ビームをつくり出すため
に、レーザー発振状態とレーザー非発振状態の間
でレーザー１０を切換えるためのものである。そ
れと同様に、レーザー１２の変調器１６（第１
図）もスイツチング回路４２と、上記ｆ１とは別
の周波数ｆ２で作動する局所発振器４４とからな
る。そしてレーザー１０の、照準され周波数変調
された出力が負の焦点距離をもつ光学レンズ１８
に供給されるレンズ１８は、照準されたビームを
発散させる働きをもつ。一方、レーザー１２の照
準され周波数変調された光は、好適には正の焦点
距離をもつ第２のレンズ２４に供給される。レン
ズ２４は、照準されたビームを収束させる働きを
もつ。

上記の発散されたビームと収束されたビームは
共通光学素子２０に入力される。共通光学素子２
０は、好適には正の焦点距離をもつレンズであ
る。レンズ２０は双方のビームに対して、等しい
量の集光作用を及ぼす。レンズ２０を通過したレ
ーザービームは、鏡４６によつて、ホログラムデ
イスク４８へと導かれる。ホログラムデイスク４
８は多重切子面（multi−faceted）タイプのもの
であり、電動モータ５０により一定速度で回転駆
動される。第２図には、ホログラムデイスク４８
により２つの離隔するビームが屈折される状態が
示されている。この図からは、同時に２本の走査
線がつくり出されていることが見てとれよう。実
際上は２本の走査線はもつと近く、従つて共通の
経路上にあると見なすことができる。

第３図は、光学的素子により、２本の照準され
たレーザービームがどのようにして異なる位置に
集光されるかを示す説明図である。レンズ１８に
入射する照準されたビーム１１は発散するビーム
１１Ａとなる。一方、レンズ２４に入射する、同
様に照準されたビーム１３は収束するビーム１３
Ａとなる。そして、ビーム１１Ａ及び１３Ａがレ
ンズ２０を通過するとき、レンズ２０はその両ビ
ームを収束させる。レンズ２０への入射時点でビ
ーム１１Ａは発散し、ビーム１３Ａは収束してい
るので、ビーム１１Ａがレンズ２０の収束作用を
受けたビーム１１Ｂは、ビーム１３Ａがレンズ２
０の収束作用を受けたビーム１３Ｂよりも、レン
ズ２０から遠くの地点で集光する。

第３図は、ビーム１１Ｂ及び１３Ｂが干渉用鏡
や、ホログラムデイスクやその他のビーム偏向手
段を用いて偏向することなく任意の地点で集光さ
れ得ることを示している。実際上は、複雑な多重
走査線を形成するために、ホログラムデイスク及
び複数組のビーム偏向用の鏡によつてビーム１１
Ｂ及びビーム１３が案内され且つ偏向される。ビ
ームの焦点距離は実際のビーム経路に沿つて測定
される。尚、ビームがレンズ２０を通過した後に
偏向される、という事実は、同時に発生された２
つのビームがレンズ２０から異なる距離または異
なる地点で集光される、という事実を変更するも
のではない。

走査される対象物に実際に照準される走査ビー
ムのエネルギーは両ビーム１１Ｂ及び１３Ｂ中の
光エネルギーの和に等しい。走査される対象物か
らの反射光は両ビームにそれぞれ帰される複数の
成分を含んでいる。第４図を参照すると、反射光
のエネルギーは単一の光検出器２８によつて検出
される。光検出器２８の出力は感知された光学的
信号の直接の関数として変化する電気信号であ
る。こうして、その電気信号は各レーザービーム
１１Ｂ及び１３Ｂにそれぞれ帰される成分を含ん
でいる。

その混合電気信号の成分を２つの単一の信号に
分離するために、好ましくは周波数検出技術が採
用される。すなわち、混合信号は中心周波数ｆ１
をもつ帯域フイルタ５６、及び中心周波数ｆ２を
もつ帯域フイルタ５８の双方に入力される。周知
の周波数変調／復調技術によれば、周波数ｆ１及
びｆ２は両帯域が重複することのないよう十分に
異なつている。フイルタ５６及び５８の出力は、
それぞれ、プロセツサ６０の制御のもとに作動す
るデコーダシステム３２及び３４に入力される。
また、デコーダシステム３２及び３４の出力は、
同様にプロセツサ６０の制御のもとで作動する単
一のバツフア３６に加えられる。

要するに、周波数変調／復調技術及び焦点設定
技術を採用したことにより、走査装置が、対応す
る走査線が異なる地点で集光されるような多重走
査パターンを同時に発生することが可能となつた
のである。このシステムはまた、同時に発生され
た複数の走査線のうちの任意の１つに帰される任
意の信号を分離して独立にデコードする。

前にも述べたように、本発明の好ましい実施例
においては、物理的に近接配置された半導体レー
ザーが採用される。しかし、より大型の別のタイ
プのレーザーと、第５図に示すような双眼鏡タイ
プの光学素子の組み合わせを用いてもよい。ただ
し、そのレーザーには周波数変調技術が適用可能
でなくてはならない。また、電気光学的変調技術
も適用可能であるべきである。

上記実施例では、２つのレーザービームのみが
同時に発生され処理されると仮定されている。し
かし実際上は互いに異なる位置に集光される同時
的な３本またはそれ以上の走査線をもつ走査パタ
ーンをつくり出すために、３個またはそれ以上の
個数のレーザービームを使用してもよい。このこ
とを実行するために、各レーザービームはそれぞ
れ固有の周波数で変調され且つ共通の光学素子か
ら固有の距離に集光される必要がある。同様に、
個々のレーザービームを検出するために、それぞ
れ個別の帯域フイルタを個々のレーザービームに
対応して設ける必要がある。このように、３個ま
たはそれ以上のレーザーを使用することもまた本
願発明の技術的範囲に含まれる。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によれば、複数のビーム
を互いに異なる周波数で変調させ、光学素子を用
いてこれらのビームの集光地点までの距離を互い
に異ならせたことにより、異なる集光地点をもつ
複数の走査線を発生させることが可能となるの
で、例えばこの発明をバーコード読み取り装置に
適用した場合、走査窓からさまざまな距離の地点
を走査すべき対象物を通過させるとき、その各々
の地点で複数のビームのうちのどれかのビームの
焦点が合うように設定でき、バーコードの読み取
り性能を向上できるという効果がある。この効果
は、バーコード読み取り装置以外の走査装置に本
発明を適用したときにも得られることが明らかで
あろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の全体的構成をあらわすたの概
要ブロツク図、第２図は、複数の光ビームを発生
するための装置のより詳しい図、第３図はビーム
を発散し、収束するための構成を説明するための
図、第４図は、対象物から反射した光エネルギー
を検出しデコードするための信号処理回路のブロ
ツク図、第５図は、光源として周知のレーザーを
使用する場合に有用な、別の光学システムを示す
図である。 １０，１２，１４，１６……ビームを発生する
ための手段、１８，２０，２４……集光させるた
めの手段、２２……偏向させるための手段、２８
……信号を発生するための手段、３０……分離す
るための手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ (a) 第１の周波数で変調された第１の光ビー
   ムを発生するための第１のレーザと、 (b) 上記第１の周波数とは異なる第２の周波数で
   変調された第２の光ビームを発生するための第
   ２のレーザと、 (c) 上記第１の光ビーム及び上記第２の光ビーム
   を互いに異なる距離に集光させるための手段
   と、 (d) 上記第１の光ビーム及び上記第２の光ビーム
   を同時に予定の位置に案内するように偏向する
   ための手段と、 (e) 上記予定の位置から反射してきた光の強度を
   検出して、その強度に対応する信号を発生する
   ための手段と、 (f) 上記信号を、上記第１及び第２の変調周波数
   に基づき、第１及び第２の信号に分離するため
   の手段、 とを具備する光学的走査装置。