JPH0524554B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ 産業上の利用分野 本発明は光学走査装置、より詳細に言えば、活
動中のホログラフ・フアセツトの性質の関数とし
て、入力データ信号を異なつた速度でサンプルす
ることの出来る光学ホログラフ走査装置に関す
る。

Ｂ 従来の技術及びその問題点 固定位置の光学走査装置は種々の目的に使われ
ている。そのような光学走査装置の代表的な使用
例は、スーパーマーケツト、或は小売店で販売さ
れる商品に貼付されたバーコード・ラベルの読み
取り装置に見られる。また、そのような固定位置
走査装置の他の例は、配送センターや、倉庫又は
工場などのコンベヤにより転送される部品あるい
は包装体に貼付されたバーコードの読み取り装置
に見られる。

スーパーマーケツトにおいて、バーコードの情
報は主として商品を判別するのに使われる。商品
が判別されると、システムは顧客へ渡すレシート
にプリントするための価格を検索する。商品に関
する情報はまた、二義的には、その特定の商品の
売上げ状況を追跡したり、在庫量を制御するのに
も使うことが出来る。配送センター、倉庫及び工
場では、バーコードの情報は主として、部品又は
包装体の分配を制御するのに使われる。

固定位置光学走査装置はレーザ光源と、走査パ
ターンを発生するために、異なつた走査ラインに
沿つてレーザビームを偏向するためのビーム偏向
手段と、走査ビームの光路中で目的物から反射さ
れた光エネルギを感知するための光検出器と、光
検出器によつて発生された信号からのバーコード
情報を取り出すためのプロセツサとを含んでい
る。プロセツサの使用に適する形式に光検出器の
信号を変換するため、固定位置光学走査装置は、
アナログ信号を周期的にサンプルし、そして各サ
ンプル値をデジタル信号に変換するためのアナロ
グからデジタルへの変換回路を含んでいる。代表
例においては、アナログ信号をサンプルする速
度、即ちサンプル周波数は一定である。

走査パターンを形成するために、レーザビーム
を偏向する可動ミラーが広く使われている。固定
されたレーザビームから運動する走査ビームを発
生するために、ミラーは振動又は回転する。ビー
ム偏向素子から既知の距離で走査ビームを集束す
るために、付加的な集束レンズが、固定位置光学
走査装置に通常用いられている。殆どの光学走査
装置においては、集束点の両側でバーコードを誤
りなく読み取ることの出来る距離範囲は一定、即
ち、バーコードを誤りなく読み取りうる領域深度
は一定である。アナログ信号がサンプルされる周
波数は、少なくとも部分的に、走査装置の領域深
度に対して適合するレベルに設定されている。

固定位置光学走査装置の比較的最近の装置は、
レーザビームを偏向すること、そして集束するこ
との両方を遂行するために、回転式ホログラフ光
学デイスクを用いている。通常、ホログラフ・デ
イスクはホログラフ・フアセツト（facet）をリ
ング状、即ち環状に保持した透明なガラス又はプ
ラスチツクのデイスクを含んでおり、各フアセツ
トはリングのセクタを占める。各セクタは公知の
非軸（off−axis）ホログラフ技術を使つて発生
される。フアセツトを発生するのに用いられる光
ビームの配置に従つて、あるフアセツトはその特
定の走査光路に沿つて入射レーザビームを偏向
し、そして、フアセツトの表面から特定の距離の
ところにレーザビームを集束する。異なつたフア
セツトを発生するのに用いられるビーム配置を変
化することにより、異なつた走査ビームがそれぞ
れ異なつた集束距離（焦点距離）を持つようなホ
ログラフ・デイスクを作ることが出来る。短い集
束距離を有する走査ビームを発生する幾つかのフ
アセツトと、長い集束距離を有する走査ビームを
発生する幾つかのフアセツトを使うことによつ
て、集束距離の範囲を大きく拡大させ、この範囲
内においては、少なくとも１つの走査ビームが１
つのバーコード・ラベルを読み取ることが出来る
よう充分に集束される。

一組の走査ビームがより大きな距離範囲にわた
つて良好に集束されるということは、バーコード
がその範囲全体にわたつて成功裡に読み取られる
ということを保証することにはならない。ホログ
ラフ・デイスク走査装置中の光検出器により発生
されるアナログ信号は、他のすべての走査装置に
おけると同様に、サンプルされそしてデコードさ
れねばならない。

与えられたサンプリング周波数で動作するアナ
ログ／デジタル変換器又は他のサンプリング回路
は、可成りの距離範囲にわたつてバーコードを読
み取ることを期待されるような走査装置には適し
ていない。可動ミラー又はホログラフ・デイスク
を含む実用的なビーム偏向装置は、ビームの集束
距離とは別個に、ほぼ一定の角速度で走査する走
査ビームを発生する。然しながら、与えられたビ
ームの線速度は、ビームの出発点から、線速度が
測定される点までの半径と、角速度との両方の関
数である。例えば、ビームの角速度が一定である
場合、ビームの光源から1.016メートル（40イン
チ）の地点で測つたビームの線速度は、ビームの
光源から25.4センチメートル（10インチ）の地点
で測つた同じビームの線速度よりも４倍の速度を
持つている。

若し、光検出器のアナログ信号がサンプルされ
る周波数を一定にしたとすれば、偏向素子から
1.016メートル離れた位置にあるサンプル地点の
間の直線距離は、25.4センチメートルの位置のサ
ンプル地点間の直線距離に比べて４倍の大きさに
なる。規格によつて決められた最小の大きさのバ
ーコード・ラベルに対して、走査装置から可成り
の距離で離隔されたそのバーコードを読み取るた
めのサンプル点としては、このことはバーコード
のパターンを完全に限定するのには余りにも大き
く離れすぎている。

この問題を解決する一つの方法としては、最も
長い集束距離を有する走査ビームによつて最小の
バーコードを読み取るために充分な数のサンプル
点を与えるように、充分に高いサンプリング周波
数を設定することである。この解決法の問題点
は、この高いサンプリング周波数の下で発生され
るデータを、データ・プロセツサ及びその関連電
子回路が連続して処理しなければならないという
ことである。通常、プロセツサは、この種のデー
タ信号を処理することに加えて同時に他の仕事を
遂行するので、バーコードを読み取るために、一
定の高いサンプリング周波数を使用することは、
プロセツサを過負荷にさせて、プロセツサの他の
仕事の遂行の能率を全体として低下することにな
る。

他の解決法は、プロセツサを過負荷にする程、
サンプリング周波数を高くせずに、バーコード・
ラベルを充分に判読する一定のサンプリング周波
数で、バーコードを読み取ることの出来る範囲の
最大及び最小距離を単純に限定することである。
この解決法は明らかに、非現実的である。何故な
らば、先ず第一にホログラフ・デイスクを使うと
いう主な理由の一つに逆行することになるからで
あり、換言すれば、ホログラフ・デイスクから可
成りの距離にわたつて検出されるバーコードの走
査を達成するという目的に逆行することになるか
らである。

Ｃ 問題点を解決するための手段 本発明は、可成りの距離範囲にわたつてバーコ
ードの読み取りを達成する光学走査装置を意図し
ている。本発明の光学走査装置は、コヒーレント
な光源と、所定の走査ラインに沿つて光ビームを
偏向するための複数個のフアセツトを有する回転
するホログラフ光学素子と、目的物から反射され
た光ビームを検出するための光検出器と、光検出
器によつて発生された信号を周期的にサンプルす
るためのサンプリング回路とを含んでいる。回転
する光学素子中のフアセツトは異なつた集束距離
にコヒーレントな光ビームを集束する能力を備え
ている。本発明の走査装置は、現在使われてい
る、即ち現在活動中のフアセツトにより発生され
る走査ビームの集束距離の関数として、サンプリ
ング周波数を変化させる手段を含んでいる。

Ｄ 実施例 第４図は本発明を適用する光学装置を示し、そ
れは、フアセツト１６Ａ，１６Ｂ等のホログラ
フ・フアセツトの環状アレーと、透明なガラス基
板１２とを有するレーザビーム偏向ホログラフ光
学デイスク１０を含んでいる。ホログラフ・デイ
スク１０は電気モータ（図示せず）により一定速
度で回転される。

この光学装置は更に、コヒーレントな光ビーム
を発生するための適当なレーザ光源と、レーザビ
ームを形成する光学素子とを含むレーザ光学系１
８を含んでいる。それらの光学素子はビーム拡張
器及びコリメート・レンズを含む。このようなレ
ーザ光学系は当業者では公知の通常の装置なの
で、これ以上の説明は行わない。

発射されたレーザビーム２０は小さなミラー２
２で反射されホログラフ・デイスク１０の下方に
向けられる。デイスク１０は回転しているので、
ビーム２０と相対的に移動する各フアセツト１６
Ａ，１６Ｂ等はビーム２０を弧状に偏向させる。
また、各フアセツトは、デイスクの表面から或る
距離のところで偏向されたビーム、即ち走査ビー
ムを集束する。

ただ一本の走査ビーム２４が示されている。実
際は、一組のビーム折り曲げミラー（図示せず）
が走査ビーム２４の光路に置かれる。ビーム折り
曲げミラーは、円筒状の収容体２８に貼付された
バーコード・ラベル２６のような、準ランダムな
方向に向けられたバーコード・ラベルを読み取る
ように装置の能力を向上する。

バーコード・ラベル２６（または、走査ビーム
２４の光路中にあるすべてのもの）から反射され
た光は走査ビーム２４の光路に沿つてホログラ
フ・デイスク１０の方へ反射し戻される。デイス
ク１０は光路３０に沿つて戻つて来た光ビーム、
即ち返還光ビームを偏向、即ち折り曲げる。殆ど
の返還光ビームはミラー２２を通り抜けて、レン
ズ３２により光検出器３４に集束される。光検出
器３４は、走査ビーム２４によつて走査された目
的物の瞬間的な反射率の関数として変化する瞬時
値を持つアナログ電気信号へ、返還された光エネ
ルギを変換する。アナログ信号は、閾値回路３６
と、アナログ信号からデジタル信号への変換回路
３８とに印加される。アナログ／デジタル変換器
３８の機能は、アナログ電気信号を周期的にサン
プルし、且つプロセツサ４０で容易に処理するこ
とが出来るようなデジタル値にこれらのサンプル
信号を変換することである。若し、光検出器３４
で与えられたアナログ信号が、閾値回路３６によ
り決められた或る最小限のレベルに適合したなら
ば、閾値回路３６は、アナログ／デジタル変換器
３８のデジタル化した出力をプロセツサ４０に通
過させるアンドゲート４２の１つの入力を付勢す
る。

従来は、アナログ信号がアナログ／デジタル変
換器３８によりサンプルされる周波数は固定され
ている。然しながら、本発明に従つたサンプリン
グ周波数は、回転／位置センサ４５からの入力信
号を有する可変クロツク回路４４によつて調節さ
れる。回転／位置センサ４５は、走査ビーム２４
を発生するのに現在使われているフアセツトを判
別するのに使用される信号を与える。回転／位置
センサ４５で与えられる情報は、現在活動中のフ
アセツトにより発生される走査ビームの集束距離
の関数としてＡ／Ｄコンバータ３８のためのサン
プリング周波数を調節するのに使うことが出来
る。一般論として言えば、２個のフアセツトの
夫々により、デイスクの表面から夫々約25センチ
メートル（10インチ）及び約１メートル（40イン
チ）の集束距離を持つている走査ビームが発生す
る場合、第２のフアセツトについてのサンプリン
グ周波数は第１のフアセツトについてのサンプリ
ング周波数の４倍である。

可成りの距離範囲にわたつて読み取られたバー
コードをデジタル化するために、一定値のサンプ
リング周波数を使つた場合を第２図及び第３図を
参照して説明する。第２図は、２個の分離した白
色スペース５２及び５４によつて分離された３個
の黒色バー４６，４８及び５０から成るバーコー
ドのセグメントを示している。若し、このバーコ
ードのセグメントを表示するアナログ信号がタイ
ミング・トラツク５６中の指標によつて表示され
た瞬間にサンプルされたとすれば、理想的なバイ
ナリ波形５８が発生される。波形５８の正方向パ
ルスの幅はスペース５２及び５４の幅に理想的に
は対応すべきであり、他方、負方向パルスの幅は
バー４６，４８及び５０の幅に理想的には対応す
べきである。ここで、３個のバーは３個の異なつ
た幅を有し、一方、２つのスペースは２つの異な
つた幅を持つていることに注意する必要がある。
図示されたセグメントのバー及びスペースの信号
５８は充分でないサンプリング周波数によつて誤
差を含んでおり、すべてが同じ幅になつている。
波形５８をデコードした結果は誤つたバーコード
値を発生するのは明らかである。

第３図は第２図の示したコードのセグメントを
拡大した形状であるバーコード・セグメントを示
している。第３図に示したバー及びスペース、４
６′，４８′，５０，５０′，５２′及び５４′は、
第２図の対応するバー又はスペースの幅の基本的
に四倍の大きさである。若し、第３図に示したバ
ーコード・セグメントがタイミング・トラツク５
６中の指標により表示された速度でサンプルされ
たとすれば、結果の波形５８′は、バー４６′，４
８′及び５０′の幅に実際に対応する幅を持つ負方
向パルスと、スペース５２′及び５４′の幅に実際
に対応する幅の正方向パルスとを含む。符号化処
理でエラーが生じなかつたとすれば、波形５８′
の符号化は正しいバーコード値を発生する。

第２図に示されたバーコード・セグメントは、
あたかも走査装置が与えられた距離からバーコー
ドを見た大きさのバーコード・セグメントを表し
ている。与えられた距離において、バーコード・
ラベルは長い集束距離を有する走査ビームによつ
て最も効果的に走査される。他方、第３図は走査
装置の方へ遥かに近接した場処から見た同じバー
コード・セグメントを表している。第３図に示し
たバーコード・セグメントは短い集束距離を有す
る走査ビームによつて最も効果的に走査される。

本発明は、現在活動中のホログラフ・フアセツ
トにより発生される走査ビームの集束距離の関数
として、任意の与えられた時間でサンプリング周
波数を調節するものである。第１図は本発明の１
実施例を示している。この実施例の多くの素子は
第４図に示された素子と機能的に同じに対応す
る。第１図の素子が第４図の素子と機能的に同じ
である場合、第４図に使われた参照数字は第１図
に繰返して使われている。

ホログラフ・フアセツトにより発生される走査
ビームの集束距離の関数としてサンプリング周波
数を調節するため実際に使われている装置の或る
部分の詳細を示している第１図は、第４図の装置
と相異している。

第４図において回転／位置センサとして全体が
示されているものは、第１図ではゼロ次のビーム
を受け取る光検出器６０として見ることが出来
る。第１図の光検出器６０はホログラフ・デイス
ク１０上の個々のフアセツトによつて偏向されな
い出力ビーム２０の一部を受け取る。光検出器６
０に照射する光エネルギの量は隣り合うフアセツ
トの縁、即ちエツジで急峻にチヤージし、プロセ
ツサ４０に印加されるフアセツト・エツジ信号を
発生する。プロセツサ４０は現在活動中のフアセ
ツトを追跡する。フアセツト・エツジ信号が受け
取られると、プロセツサは活動に入る次のフアセ
ツトを決定し、そのフアセツトにより発生される
走査ビームの集束距離の関数としてサンプリング
周波数を調節するために、サンプリング速度制御
回路へ制御信号を送る。

次に活動するフアセツトを判別するために、プ
ロセツサで遂行されるステツプの簡単な流れ図が
第５図に示されている。プロセツサ４０は、フア
セツト・エツジ信号が受け取られたということを
動作６２が決定するまで、反覆ループ中の光検出
器６０によつて与えられる信号を分析する。フア
セツト・エツジ信号の受け取りが生ずると、プロ
セツサ４０は、フアセツト・エツジ信号がデイス
ク１０のホーム・ポジシヨンで発生したのか否か
を決める（動作６４において）。ホーム・ポジシ
ヨンとは、デイスクの最初のフアセツトであると
任意に決められたフアセツトの前縁、即ちリーデ
ング・エツジにおける予め決められているデイス
ク上の物理的な位置である。ホーム・ポジシヨン
が検出されたということを動作６４が表示したと
すれば、プロセツサ４０により制御されるフアセ
ツト・カウンタは動作６６でリセツトされる。

フアセツト・カウンタの状態は、走査ビームを
発生するのに使われるべき次のフアセツトを判別
する。そのカウントは次のフアセツトに個有のス
ケーリング・フアクタ（scaling factor）（動作
６８）を決定するのに使うことが出来る。スケー
リング・フアクタとは、次のフアセツトにより発
生される走査ビームの集束距離の直接の関数であ
る。スケーリング・フアクタが決められると、サ
ンプリング速度、即ちサンプリング周波数はそれ
に従つてスケールされ、長い集束距離の走査ビー
ムを発生するフアセツトに対してはサンプリング
周波数を増加し、短い集束距離の走査ビームを発
生するフアセツトに対してはサンプリング周波数
を減少する。

フアセツト・エツジがホーム・ポジシヨンのも
のではないことを動作６４が表示したとすると、
フアセツト・カウンタのカウントは動作６４に続
く動作７２で増加される。増加されたカウント
は、次のフアセツトのために適当なスケーリン
グ・フアクタを決定するために、動作６８におい
て利用される。

第６図は本発明の他の実施例を示している。第
６図の幾つかの素子は第４図に示された素子と機
能的に同じである。第１図の素子と同じ機能を持
つ第６図の素子は第１図と同じ参照数字を使つて
示してある。

第６図に示した実施例において、サンプリング
周波数を制御する信号は、デイスク１０の周辺に
設けられた補助データトラツク７４から取り出さ
れる。光源７６は補助データトラツクを照射す
る。光検出器７８は光源７６からの光を感知し
て、補助データトラツク７４中のタイミング・マ
ークによつて変調される。変調された信号はパル
スの流れの形を取つて、位相ロツク・ループ８０
に印加される。位相ロツク・ループの出力は電圧
で制御される発振器、即ち電圧制御発振器８２を
調整する。電圧制御発振器の出力はアナログ／デ
ジタル変換器３８と、位相ロツク・ループ８０へ
の第２入力を与える分圧器回路８４とに印加され
る。位相ロツク・ループ８０は、補助データトラ
ツク７４から取り出された信号の周波数を、電圧
制御発振器８２からの分圧出力と比較して、これ
らの２つの入力信号の間の周波数の整合を達成す
るために、電圧制御発振器の出力を調整する。

第７図を参照すると、タイミング・トラツク７
４の中のマークの空間周波数、即ち角度的な分離
は、タイミング・マークの特定のセツトに隣接し
たホログラフ・フアセツトの性質に従属してい
る。そのフアセツトにより発生される走査ビーム
が、より長い集束距離を持つものであれば、タイ
ミング・トラツク中のマークはより密になる。若
し、フアセツトにより発生される走査ビームが短
い集束距離を持つとすれば、タイミング・マーク
は疎になる。位相ロツク・ループ８０と、電圧制
御発振器８２と、分圧器回路８４とを含む制御回
路系は、タイミング・マークの空間周波数に従属
するサンプリング周波数を設定するために動作す
る。タイミング・マークの空間周波数は隣接する
フアセツトにより発生される走査ビームの集束距
離に従つて制御されるので、最終結果のサンプリ
ング周波数は、現在活動中のフアセツトにより発
生される走査ビームの集束距離の直接の関数とな
る。

Ｅ 発明の効果 本発明は、固定位置光学走査装置からバーコー
ド・ラベルまでの距離が可成りの範囲で変動して
も、バーコードを正確に読み取ることの出来るバ
ーコード読み取り装置を与える。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の模式図、第２図はバ
ーコードのセグメントから取り出されたアナログ
信号が一定のサンプリング周波数でバイナリ値に
サンプルされ且つデジタル化されたならば、発生
されるであろう波形を示したバーコード・セグメ
ントの図、第３図は、第２図に示したバーコー
ド・セグメントと同じバーコード・セグメントを
光学走査装置に、より近付けて、第２図と同じ一
定のサンプリング周波数によりセグメントからの
アナログ信号をサンプルし且つデジタル化した場
合の波形を示したバーコード・セグメントの図、
第４図は本発明を実施するための光学走査装置の
一部を示す模式図、第５図は第１図に示した光学
走査装置のサンプリング周波数を制御するのに遂
行されるステツプを説明するための簡単な流れ
図、第６図は本発明の他の実施例を示す模式図、
第７図は第６図に示した実施例の動作に使われる
タイミング・マークを示すホログラフ・デイスク
の部分的な平面図である。 １０……ホログラフ・デイスク、２０……レー
ザビーム、２２……ミラー、２４……走査ビー
ム、２６……バーコード・ラベル、３４，６０，
７８……光検出器、３８……アナログ／デジタル
変換回路、４０……プロセツサ、４４……可変ク
ロツク回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ コヒーレントな光ビームを発する光源と、予
   定の走査ラインに沿つて上記コヒーレントな光ビ
   ームを偏向させて集束させ、それぞれ異なつた集
   束距離を有する複数の走査ビームを順次発生させ
   る複数個のフアセツトが形成された回転ホログラ
   フ光学素子と、目的物から反射された上記走査ビ
   ームを検出する光検出器と、上記光検出器の出力
   信号を周期的にサンプリングするサンプリング回
   路とを備えたホログラフ走査装置に於て、 上記複数個のフアセツトのうち、現在活動中の
   一のフアセツトにより発生されている上記走査ビ
   ームの集束距離の関数として、上記サンプリング
   回路のサンプリング周波数を変化させる手段を更
   に備えてなることを特徴とするサンプリング速度
   可変のホログラフ走査装置。