JPH0566637B2 - - 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、より具体的に言えば、
光学走査装置からの距離が広範囲にわたつて変化
しても、高密度バーコードを読み取ることの出来
る光学走査装置に関する。

Ｂ 従来の技術 光学バーコード走査装置は種々の目的に使われ
ている。光学バーコード走査装置の最も良く知ら
れている適用例はスーパーマーケツト等の小売店
の精算所で見られる。小売業界において、光学走
査装置は、チエツクされている商品に印刷、又は
貼付されているバーコードを検出し、そして、バ
ーコードで示された情報は、コンピユータから、
商品の種別及び、商品の現在の価格を追跡するた
めに使われる。現在の価格及び商品の種別は、主
として顧客の受け取りに記入するために、そし
て、取引の合計を記録するために使われる。ま
た、この情報は他の目的にも使用出来る。例え
ば、商品の種別はその特定の商品の現在の在庫量
を追跡するために使われ、そして、在庫が閾値レ
ベル以下になつたとき、その商品を自動的に再注
文するのに使われる。

また、光学バーコード走査装置は夫々異なつた
目的で、産業の分野又は製造の分野にも使われて
いる。そのような分野でのバーコード走査装置の
１つの使い方として、自動コンベヤ装置を通る物
品の流れを制御するために、バーコードが貼られ
た物品の送入又は送出を探知することがある。他
の使い方として、例えば自動車のような最終製品
において、必要な部品又はサブアセンブリがその
最終組み立て工程に必要な時間及び場処に揃えら
れていることを保証するために、組み立てライン
上の、バーコード貼付の部品又はサブアセンブリ
を追跡することがある。産業用又は製造業用とし
て、その他多数のバーコード走査装置の使い方が
ある。

小売業用としての要求と、産業用／製造業用と
しての要求の間に基本的な相異があるために、同
じ型式の光学バーコード走査装置を両方の分野に
使うことは必ずしも得策ではない。小売業の分野
においては、バーコードのラベルが貼付された商
品は通常、精算所の係り員によつて走査装置と相
対的に且つ物理的に置かれる。従つて、一般に、
精算用の走査装置の場合、走査装置の面から大き
く変化する距離のバーコードを読み取ることの出
来る能力は重要ではない。

産業用又は製造業用においては、バーコード走
査装置から決められた範囲内の距離にバーコー
ド・ラベルを持つていくことは常に可能ではな
い。このような分野では、バーコード・ラベルが
貼付された物品は、走査装置の付近にバーコー
ド・ラベルを近づける目的で、その物品を移動さ
せるには余りにも重く、あるいはかさばる場合が
ある。或る種の自動化システムの場合、物品を人
手で移動させることが物理的に可能であつても、
その物品を移動するための作業員が配置されてい
ないことがある。

産業用又は製造業用のバーコードの分野で、バ
ーコードの読み取りに関する問題を解決するため
に、種々の技術が採用されている。物品を走査装
置付近に持つて行けない場合、手持ち用の走査装
置、即ちポータブル走査装置を使うことにより、
バーコード・ラベルの所へ走査装置を持つて行く
単純な方法がある。この方法の１つの問題は、バ
ーコード・ラベルが追跡される物品上で、容易に
手が届く所に貼られていない場合である。他の問
題としては、走査装置の基本的な機能を遂行させ
ることの出来る操作者を常に必要としなければな
らないこと、換言すれば、バーコード・ラベルを
読み取ることの出来る位置に手操作用の走査装置
を位置付けるための練習を必要とすることであ
る。

手操作用の走査装置の或る種の産業用又は製造
業用のアプリケーシヨンに良く適合しないので、
或る種の目的に、一定の位置に固定した走査装置
を使用している。このような使用法にあつては、
ラベルと走査装置との間の距離が大きく変化する
ために、固定位置走査装置は大きな読み取り深度
を持つよう設計されねばならない。「読み取り深
度」とは、走査装置が読み取るべき特定のバーコ
ードについて標準を設定する機関で決められた最
も小さいバーコードを間違いなく読み取ることの
出来る距離範囲を意味する。例えば統一製品コー
ド局（Uniform Products Code Council）は、
UPC（Universal Product Code）のラベルは所
定の最小サイズよりも小さくてはならないという
ことを要求した仕様を定めている。

従来の走査装置は複数個の焦点深度を有する、
即ち、走査装置から、異なつた距離にある点でビ
ームを集束する複数の走査線を発生することの出
来る回転ビーム屈折装置を使つている。そのよう
な走査装置の読み取り深度は、異なつた走査線を
集束するビーム屈折器を作ることによつて最大化
出来るので、異なつた走査線の読み取り深度、又
は集束領域は合致させるけれども、然し、実質的
には重ならないようにすることが提案されて来
た。

Ｃ 発明が解決しようとする問題点 上述の装置の一つの問題点は、サイズが最も小
さいバーコードを有するラベルが最大長の集束距
離を有する走査線の集束点で検出されたとき、そ
の最小のバーコードを有するラベルを読み取るこ
とが出来るように、ビームの集束点の大きさを充
分に小さく保つことである。ビーム屈折装置の所
で走査ビームのサイズは一定だから、集束点の所
で集束されたビームの大きさはビームの集束距離
に比例する。最大の集束距離よりも短い集束距離
を有する走査線の集束スポツトの大きさは、最大
集束距離の走査線の集束スポツトの大きさよりも
必らず小さい。

短い集束距離を有する走査線の集束スポツトの
大きさは、バーコードのラベルが存在する面の不
規則性と比較して実際上、小さい。表面の不規則
性はバーコードが印刷される媒体（通常は紙）の
通常有するしわとか、バーコードを印刷する際に
生ずる印刷誤差に起因する。例えば、ドツト・マ
トリツクス・プリンタによりバーコードを作る場
合は、相当な不規則性が生ずる。

若し、バーコードのラベルのある表面が比較的
平滑であれば、入射ビーム中の光エネルギの大部
分は光ビームの光路に沿つて復帰、即ち反射し戻
される。最終的に、反射光線は光感知器に戻つ
て、これにより検出される。光感知器はビームで
横切られた表面の反射率に主として依存し、且つ
時間的に変化する電気信号を発生する。

然しながら、ラベルの表面が若しビームの大き
さに対して不規則であれば、光エネルギの大きな
錯乱が起る。光感知器へ戻されるビームの部分
は、不規則性及び散乱による損失の結果として、
雑音、即ちジツタの成分を含む。戻された光信号
は散乱の雑音によつて劣化されるので、光感知器
によつて発生された電気信号の流れにバーコード
を位置決めし、且つ符号化するのに必要な信号処
理動作を困難にする。

Ｄ 問題点を解決するための手段 本発明は、走査ビームの集束スポツトの大きさ
が、ラベルの存在する表面の不規則性に比べて相
対的に小さかつたとしても、走査装置からの距離
の変化に広範囲にわたつて適合して、高密度のバ
ーコードを読み取ることの出来る光学走査装置に
関する。本発明に従つた走査装置は、少くとも一
組の走査線を発生するために、光ビームを集束
し、屈折することの出来る、コヒーレントな光ビ
ーム発生源とビーム屈折装置とを含んでいる。各
セツト中の夫々の走査線は異なつた集束距離を持
つている。ビーム屈折装置は、夫々の各走査線が
セツト中の少くとも１本の他の走査線の集束点と
重なり合つた集束領域を有するように作られる。

走査装置は意図的に重ね合わされた集束領域を
有する走査線により動作するので、走査装置の全
体の読み取り深度内の殆どの位置に置かれた高密
度のバーコードは少くとも２本の走査線によつて
読み取られる。若しバーコードのラベルが１つの
走査線の高度に集束されたビームによつて走査さ
れたとすると、反射し戻される光信号は、表面の
散乱による光学的雑音によつて劣化する。然しな
がら、本発明においては、ラベルは、また、最初
の走査線に対して、若干ピンぼけにされた少くと
も１本の他の走査線によつて走査される。若干ピ
ンぼけにされた走査線は表面散乱による光学的雑
音を「平均化」し、従つて、表面散乱によつて劣
化されない反射光信号を生ずる。

Ｅ 実施例 第１図を参照すると、本発明を適用することの
出来るラベル読み取り装置であつて、コンベヤ１
４により転送される物品１２に貼付されたバーコ
ード・ラベル１０を読み取る装置が示されてい
る。このラベル読み取り装置はコヒーレントな光
源、即ちレーザ１６と、回転ビーム屈折装置とを
備えている。ビーム屈折装置は米国特許第
4415224号に開示されているような型式の回転式
多面ホログラフ・デイスク１８の形式が好まし
い。デイスク１８は１組以上のホログラフ光学素
子、即ちホログラフ小面体で構成されている。各
小面体は走査線を発生するために入射レーザビー
ム２０を屈折する機能と、離隔した所定の点にビ
ーム２０を集束する機能との２つの機能を果す。
勿論、デイスク１８の表面と、離隔した点との間
の距離は走査線の集束距離である。本発明を実施
するために、デイスク１８中の小面体は、一組の
走査線中の個々の走査線の集束距離がその組中の
他の走査線の集束距離と、予め決められた関係を
持つように、作られていなければならない。この
関係については後述する。

ラベル１０から反射された光エネルギの一部は
デイスク１８を通つて光感知器２２に戻され、光
感知器は戻された光信号と等価な電気信号を発生
する。この電気信号は信号整形回路２４に印加さ
れ、そこで短形波パルス列を発生するために、閾
値化や他の月並な信号ろ過作用が行われる。ビー
ム２０が実際にラベル１０を横切つたとき、パル
スの長さはラベル中のバーの幅とバーの間隔とを
少くとも名目的に表わしている。短形波パルス列
は、パルス列中のバーコード情報を隔離し、且つ
符号値を設定するためにその情報をデコードする
ことの出来る処理装置２６へ印加される。

産業用又は製造業用の分野においては、光学走
査装置で走査するラベルが付された物品の実際の
大きさ及び形は千差万別である。これらの物品に
貼付されるバーコード・ラベル及び走査装置間の
距離もまた千差万別である。本発明に従つて、高
密度バーコードを読み取るための走査装置の能力
は、異なつた集束距離を持つ走査ビームを使うこ
とによつて強化される。最も小さなバーコードを
持つラベルを走査装置から許容される最大距離で
読み取るために、最大長の集束距離を有する走査
線の集束点におけるビームの大きさを制限するこ
とが必要である。

第２図を参照すると、実物大ではないが、５本
の走査線SL1、SL2、SL3、SL4及びSL5が示され
ている。５本の走査線の各々の集束点での走査線
の直径は走査線の各端部の円により表わされる。
デイスク１８に入射するレーザビーム２０はラベ
ル読み取り装置中の光学素子によつて大きさが決
められる。若し走査線SL5がその集束点において
最大許容ビームサイズを持つているならば、ビー
ム２０の固定されたサイズは、SL5よりも短い集
束距離を有する他の走査線、例えばSL1乃至SL4
の如き走査線の集束点におけるビームサイズが走
査線SL5の集束点におけるビームサイズよりも小
さくなければならないことを示している。或る１
つの走査線の集束点におけるビームの直径は走査
線の相対的な集束距離の関数である。例えば、若
し走査線SL5の集沿距離が走査線SL1の集束距離
の65倍であれば、走査線SL1の集束点におけるビ
ームの直径は走査線SL5の集束点におけるビーム
の直径のたつた1/5、即ち20％にすぎない。

第３図はビームサイズ、表面の不規則性と、発
生された光信号との関係を示している。第３図に
おいては、バーコード（バー３０，３２及び３４
とバーの相互の間隔３６，３８及び４０で表わさ
れている）が印刷されている紙面に、異なつたサ
イズの２本のビームが差し向けられている。ビー
ム４２は表面の不規則性と比較して相対的に小さ
い。ビーム４２がその表面を横切ると、与えられ
た時間において、ビーム４２の光路に沿つて反射
し戻された光エネルギの量は、表面の反射率に依
存するばかりでなく、表面の不規則性で生ずる錯
乱に起因する損失にも依存する。錯乱による損失
は表面の変化に従つて急激に且つ不規則に変化し
て、走査装置の光感知器によつて最終的に検出さ
れる反射光信号中に雑音、又はジツタ成分を与え
る。第５図はラベルの表面を相対的に小さな直径
のビームで走査したときに発生されうる雑音の多
い波形を示している。雑音は反射し戻される信号
を劣化するから、信号処理回路において、信号の
閾値化や信号の平滑化が不正確に行われ、ラベル
を正確に読み、デコードすることが出来なくな
る。

然しながら、より大きな直径のビーム４４で同
じ表面を走査すると、反射光信号に対する表面不
規則性の影響は著しく小さくされる。以然として
錯乱を生じるけれども、より大きなビームは散乱
による急激な変化を平均化し、その結果、平坦な
反射信号を戻すことになる。第６図は第３図に示
した面が例えばビーム４４のような相対的に大き
なビームにより走査されたときに発生される平坦
な、きれいな波形を示している。

本発明は、夫々の走査線の集束領域が少くとも
２つの走査線相互の集束点で重なり合つているよ
うな一組の走査線、或は走査線のパターンを発生
するように、ホログラフ・デイスクが作られてい
ることに基礎を置いている。集束領域の重なり
は、走査装置の合計読み取り深度内、即ち組み合
わせた読み取り深度内のどの場所でも実質的に検
出されるバーコード・ラベルが少くとも２本の走
査ビームの集束領域内に入ることを保証する。若
し、２本のビームのうちの一方のビームが、短い
集束距離を有する走査線の集束点、又はその付近
で生ずるような雑音によつて劣化した、あまりに
も小さな反射信号であるならば、２本のビームの
うちの他方のビームは一方のビームの反射信号よ
りも幾分か大きくなければならない。何故なら
ば、ラベルは、異なつた集束距離を有する２本の
走査線の各集束点に同時に現われることはありえ
ないからである。２番目のより大きなビームは、
雑音成分が平均化された反射光信号を発生する。
従つて、１番目のビームが雑音によつて使用不能
なほど非常に劣化したとしても、２番目のビーム
によつて発生された信号はバーコード・ラベルの
検出及びデコードが可能なものとなる。

デイスク１８により発生された走査線の集束距
離はデイスクの製造時に決められる。デイスク上
の個々の小面体は、既知の集束距離を有するビー
ムの再構築を許容する既知の不光軸のホログラム
技術を使うことによつて作られる。基準ビーム及
び対物ビームの光学的の形状（geometry）は、
既知の技術を利用することによつて、小面体中の
光感知性材料を露光する工程の間で変化される。

本発明を実施するために、デイスクが持たねば
ならない性質は６本の走査ラインの組に関して、
第４図に示してある。一組６本の走査ラインは説
明を簡単化するだけの目的で示されている。実際
の組の遥かに多数の走査線で構成される。その組
の各小面体は、特定の集束点FRxを有する走査
ビームを発生するため、既知の不光軸ホログラム
技術を使つて発生される。ｘは走査線の数であ
る。各走査線の集束距離はFLxで識別される。こ
こでｘは走査線の数である。

走査線の組の１個の小面体によつて発生された
各走査線は、走査線の集束点上に中心を置く集束
領域FZxを持つ。与えられた走査線の集束領域内
のあらゆる場所の走査ビームの直径は、走査され
ているバーコード・ラベルのバー及びその間隔の
間を区別するのに充分に小さいサイズである。短
い集束距離を有する走査線の集束距離は、長い集
束距離を有する走査線の集束領域よりも相対的に
小さい。これは、小面体が、集束点の方へより速
く収斂し、そして集束点を越えてより速く発散す
るように、短い集速距離を有するビームに作用す
るからである。

任意の１本の走査線の集束領域は少くとも１本
の他の走査線の集束点を含むように該他の集束領
域と重なり合うことが理解された。事実、走査線
の組において、最も短い走査線と、最も長い走査
線とを除く他の走査線に対して、与えられた走査
線の集束領域は両側の走査線の集束領域と重なり
合う。例えば、走査線SL4の集束領域FZ4は走査
線SL3及びSL5両方の集束点FP3及びFP5の重な
り合う。

Ｆ 発明の効果 本発明は光学走査装置から離れて置かれた物品
に貼付された高密度のバーコードを読み取る際
に、物品と走査装置との間の距離の変化や、貼付
されたバーコード・ラベルの品質の悪さにも拘ら
ず、バーコードを正確に読み取ることの出来る光
学式バーコード読み取り装置を提供する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施することの出来るシステ
ムの主要な要素を示した産業用光学走査装置の平
面図、第２図は走査線の集束距離及び集束点のサ
イズを示す複数本の走査ビームを示す図、第３図
は異なつたサイズの走査線に対して、ラベル面の
不規則性の影響を説明するための図、第４図は走
査ビーム屈折装置が本発明を実施するために持た
ねばならない特性を説明するための図、第５図は
ラベル面の不規則性に比べて集束点が相対的に小
さいサイズを有するビームで、ラベル面を走査し
たときに生ずる波形を示す図、第６図はラベル面
の不規則性に比べて集束点が相対的に大きなサイ
ズを有するビームで、ラベル面を走査したときに
生ずる波形の図である。 １０……バーコード・ラベル、１６……レー
ザ、１８……ホログラフ・デイスク、２０……レ
ーザビーム、２２……光感知器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 走査器から異なつた距離にある物品に付した
   バーコードを読取るための光学走査装置であつ
   て、コヒーレントな光ビームの発生源と、光ビー
   ムを屈折し且つ集束して複数の走査線を形成する
   ことができるビーム屈折装置とより成り、上記複
   数の走査線の各々は、それぞれ異なる集束距離を
   有していて同一の走査方向に走査され、上記複数
   の走査線のうち少なくとも１本の他の走査線の集
   束点と重なり合つた集束領域を有し、上記ビーム
   屈折装置に最も近い集束領域内の走査スポツト
   が、上記バーコードの存在する表面の不規則性と
   比較して相対的に小さくなるようにしたことを特
   徴とする光学走査装置。