JPH07254040A - 異なる反射率を有する符号を読取るためのレーザスキャナ - Google Patents

異なる反射率を有する符号を読取るためのレーザスキャナ

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JPH07254040A
JPH07254040A JP6267904A JP26790494A JPH07254040A JP H07254040 A JPH07254040 A JP H07254040A JP 6267904 A JP6267904 A JP 6267904A JP 26790494 A JP26790494 A JP 26790494A JP H07254040 A JPH07254040 A JP H07254040A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 バーコードのような反射率の異なる符号を読
取るためのレーザスキャナを提供する。 【構成】 レーザスキャナは、走査手段（９）の働きで
読取領域（２６）を走査するレーザビーム供給源（１、
２）を含み、その走査手段は、コードのある領域に焦点
を合わせたレーザ供給源を活性化したまま保持し、読取
られたコードに等しい信号を与えるように設けられてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】この発明は、たとえばバーコードのような
反射率の異なる符号を読取るための装置（以下簡潔に
“レーザスキャナ”と称する）に関するものである。
【０００２】バーコード読取装置が距離を読取る際の被
写体深度を増すために単一のスキャナの内部に異なる距
離に焦点を合わせるのに適した２つ以上のレーザ装置を
使用することが知られている。この技術の一例は、１９
９２年４月１５に公開された出願番号第０４８０３４８
号の欧州特許出願に述べられている。
【０００３】公知の方法では、様々な距離に関係するレ
ーザは、各走査につき１つのレーザが、連続してかつ交
互に活性化される。そして、１回の走査でコードを発見
すると、それに続く走査は、コードが存在する限り同じ
レーザによって行なわれる。一旦この状態が終わると、
レーザが交互に活性化する走査が再開される。
【０００４】別の公知の方法では、スキャナ外部のフォ
トセルのバリヤを使って読取られるべきコードを持つ物
体の高さを測定することにより、読取領域に関係するレ
ーザの活性化が引き起こされる。
【０００５】これらのシステムには、欠点がある。第１
の方法の場合、実際の走査速度は本当の走査速度を走査
するレーザの数で割ったものに等しい。第２の方法は、
外部のフォトセルの使用を必要とし、さらにコードが付
された物体が定型である場合にのみ有効となる。両者に
共通する欠点は、個々の走査において一度しか焦点を合
わせることができないことである。言い換えれば、並ん
でいるがスキャナからの距離の異なる平面に位置する２
つのコードを同時に読むことはできない。
【０００６】この発明の目的は、バーコードのような反
射率の異なる符号を読取るための、走査の間どの時点で
も、スポットの瞬間的な位置に整合する距離に焦点を合
わせたレーザを自動的かつリアルタイムに起動できるス
キャナを提供することにある。
【０００７】この目的は、その特徴が特許請求の範囲の
中に定義されたレーザスキャナにより達成される。
【０００８】この発明のさらに詳しい特徴は、以下に続
く添付の図面に基づいた詳細な説明により明らかになる
であろう。
【０００９】
【実施例】図１を参照して、このスキャナは完全に同一
のレーザビーム供給装置１および２を備えている。各装
置は電源回路１ａ、２ａと、高周波の変調信号が入力さ
れた場合のみ変調電流の放出を活性化する変調回路１
ｂ、２ｂとで構成されている。各供給装置１、２はさら
に変調回路１ｂ、２ｂの出力に接続されたレーザダイオ
ード１ｃ、２ｃと、発射されたビームを異なった距離に
焦点を合わせることを可能にするなどの、様々な視準の
ための光アセンブリ１ｄ、２ｄとを含む。図１の例で
は、一方のアセンブリは発射されたビームを近い領域ま
たは読取領域に焦点を合わせ、他方のアセンブリはそれ
より遠い読取領域に焦点を合わせている。好都合に、走
査されるべき領域の必要とされる連続性を確実に与える
ために、２つの読取領域は重複部分を有する。
【００１０】光アセンブリ１ｄから届いたビーム３は半
透明の鏡４を通って送られる。同様に、光アセンブリ２
ｄからのビーム５は鏡６により半透明の鏡４に反射され
る。鏡４と６とは鏡４を出たビーム３と５とが同じ方向
を有し、単方向のビーム７を作るように設置される。
【００１１】単方向のビーム７は前記ビームに対して斜
めに置かれた鏡８の孔を通して多角形の回転子９に導か
れる。前記回転子９は周囲に多数の鏡を含み、これらは
回転子の回転によりたとえばバーコードのような読取る
べき符号が位置づけられた、予め設定された読取領域を
走査する。
【００１２】読取領域から反射されたビームは前記回転
子９と鏡８とにより受光装置１０に反射され、この装置
は、光信号を電気信号に変換する光電センサ１１に光を
集中させる。増幅器１２は前記電気信号を次に続く処理
に十分なレベルに到達するまで増幅させる。増幅器１２
の出力での信号は位相復調器１３に送られる。
【００１３】変調信号は局部発振器１４によって生成さ
れ、セレクタ１７のとる位置によって、レーザ装置１
（信号１５）またはレーザ装置（信号１６）に送られ
る。
【００１４】局部発振器１４により生成された変調信号
は、たとえば４０ＭＨｚの高周波では、規則ｃｏｓ（Ω
οｔ）に従った正弦プロットを有する。
【００１５】セレクタ１７はアナログスイッチ１８を含
み、このスイッチは決定回路１９から届いた信号によっ
て、局部発振器１４を、バーコードまでの距離に焦点を
合わせているレーザ装置に接続する。
【００１６】レーザ装置１または２から出され、規則ｃ
ｏｓ（Ωοｔ）に従って変調されたビームは、読取領域
を連続して走査し、増幅器１２に反射された後、その出
力ではその搬送周波数がレーザビームと同じ変調周波数
であるような信号として現われ、このビームは振幅変調
としては、ビームが投影される面上の点（走査点）の反
射率の違いのため、レーザ装置１、２と反射面との間の
距離、および反射面とセンサ１１との間の距離の合計を
カバーするために必要な時間に比例した、移相された信
号を含む。
【００１７】したがって、増幅器１２の出力では、信号
Ａｃｏｓ（Ωοｔ＋φ）が得られ、ここにおいて、Ａは
反射率を示す信号の振幅であり、Ωοは変調信号のパル
スであり、φは変調信号に対する受取った信号の移相の
角度を表わしている。
【００１８】局部発振器１４から送られた変調信号ｃｏ
ｓ（Ωοｔ）と増幅器１２の出力での信号Ａｃｏｓ（Ω
οｔ＋φ）とは位相復調器１３のミクサ２０に送られ、
このミクサは実際には出力信号Ａｃｏｓφを出すことの
できる同期復調器である。
【００１９】上記と同じ信号Ａｃｏｓ（Ωοｔ＋φ）は
また、振幅特性Ａを引き出す振幅復調器２１に送られ
る。
【００２０】ミクサ２０と振幅復調器２１の出力にはア
ナログ信号が出される。これらの信号はアナログ分周器
２２に送られ、その出力でｃｏｓφに比例する信号を提
供する。
【００２１】信号Ａはさらにディジタイザ２３に送ら
れ、そこでその持続期間が様々な反射率に対応するパル
スに変換される。
【００２２】ディジタイザ２３の出力はアナログ分周器
２２からの信号ｃｏｓφを受取るデコーダ２４に接続さ
れている。
【００２３】デコーダ２４はまた回転子９と関連づけら
れた角位置センサ２５で処理された信号を受取る。
【００２４】センサ２５は各走査ステップの始まりを検
出し、（アナログ分周器２１の出力で、信号ｃｏｓφで
示される）反射面の角位置（距離）と、（ディジタイザ
２３の出力で、信号Ａで示される）読取領域を走査する
ビームの角位置の変化とに関する情報をデコーダが出力
で提供できるようにしている。
【００２５】冒頭で述べたとおり、レーザ装置１、２
は、発射したビームの焦点を重なり合う領域に沿って、
互いに統合することによって読取領域を形成する２つの
隣接する領域に合わせるように予め設置されている。読
取られるべき符号のある読取領域において、２つのレー
ザ装置１、２のどちらを活性化させておくべきか（つま
り、変調を行なうか）を決定するために、信号ｃｏｓφ
はデコーダ２４のみならず、決定回路１９にも送られ
る。この決定回路１９は実質的には、前記信号ｃｏｓφ
をレーザ装置１、２の２つの焦点領域間の分離（重複）
した部分に対応する基準値と比較するコンパレータであ
る。この比較に基づいて、決定回路１９の出力での信号
は、レーザ装置１、２のいずれかの活性化のために、セ
レクタ１７をプリセットする。
【００２６】ここに述べられたスキャナは流通のために
商品に付けられたバーコード２６の読取りに特に適して
いる。局部発振器１４が７．５メートルの波長に相当す
る４０ＭＨｚの変調信号を発した場合、バーコード２６
に反射されたリターン信号は、７．５メートルごとに出
される信号と同位相で戻る。
【００２７】光の経路が二重であることを考慮すると、
有効な作用領域は半分となり、１８０°まで移相を行な
うだけでさらに半分になる。このようにして、約１．８
メートルの作用領域が得られる。このような領域は波長
の４分の１で、スキャナに対して、読取られるべきコー
ドを保持すべき十分な長さである。
【００２８】上記の説明で明らかであるが、この発明に
よるスキャナの操作は以下のとおりである。
【００２９】レーザ装置１は、装置２がプリセットされ
ている領域よりもスキャナに近い読取領域に焦点を合わ
せるようにプリセットされていると仮定する。セレクタ
１７が局部発振器１４をレーザ装置１に接続する位置に
あり、バーコード２６がレーザ装置１の読取領域にある
場合、レーザ装置１から発せられたビームのスポットは
正確に焦点が合わされており、増幅器１２の出力で信号
Ａｃｏｓ（Ωοｔ＋φ）が得られ、この信号は一旦位相
復調器１３で処理されて、決定回路１９に信号を与え、
この信号は基準信号と比較されて、決定回路１９が、セ
レクタ１７を局部発振器とレーザ装置１を接続する位置
に保てるような信号を処理できるようにする。この接続
により、読取られたコードに対応する信号Ａはディジタ
イザ２３に達し、そこからはパルスの形態で、分周器２
２から送られた移相信号ｃｏｓφとセンサ２５から送ら
れた角位置信号とともにデコーダ２４に到達する。
【００３０】もし、コード２６がレーザ装置１の焦点領
域にない場合、復調器１３の出力での信号ｃｏｓφによ
って、セレクタ１７を切換え、レーザ装置２から発射さ
れたコード２６のある領域に焦点を合わせているレーザ
ビームの変調を可能にする信号が処理される。そして、
先に述べたように、ステップが次々に起こる。
【００３１】実際の装置の実施では、ミクサ２０はドイ
ツの企業シーメンスＡＧ（SiemensAG.)のＰＭＢ２３３
０集積回路で構成されている。
【００３２】図２は２つのミクサ２７および２８からな
る位相復調器１３の実施例を示し、それらの入力は振幅
増幅器１２から与えられる信号Ａｃｏｓ（Ωοｔ＋φ）
を受ける。ミクサ２７が規則ｃｏｓ（Ωοｔ）の変調信
号を受取る一方、ミクサ２８は、回路２９によりπ／２
だけ進められた同じ信号すなわちｓｉｎ（Ωοｔ）とい
う信号を受取る。
【００３３】このようにして、信号Ａｃｏｓφがミクサ
２７の出力に現われ、信号Ａｓｉｎφはミクサ２８の出
力に現われる。これらの信号はアナログ分周器２２によ
り処理されて、出力信号ｔａｎφとなる。この信号はす
なわち、再び、コード２６とスキャナの間の距離に整合
した移相角度のみの関数である。
【００３４】図３は決定回路１９とスイッチ１７との可
能な実施例を示す。演算増幅器３０の入力は回路３１に
接続されて、基準信号を出し、それぞれがまた移相信号
ｃｏｓφに接続される。演算増幅器３０の出力は、出力
３２ではそのままの信号を与え、また出力３３ではＮＯ
Ｔ論理ゲート３４で生成された反転信号を与える。
【００３５】そのままの信号と反転信号とは、その極性
によって、それぞれが、局部発振器１４をレーザ装置
１、２に接続する２つのスイッチ回路３５、３６をオン
およびオフに切換える。スイッチ回路は、たとえば、米
国企業ミニサーキット（MiniCircuits) が生産している
商業上コードＰＳＷ１２１１で知られる装置によって設
けることができる。
【００３６】この発明は数多くの修正や変形を受けやす
いが、それらはすべてこの発明の概念の範囲内のもので
ある。
【００３７】図４は単一のレーザ装置３７を有するスキ
ャナのブロック図である。この場合レーザ装置３７は局
部発振器１４から届く信号ｃｏｓ（Ωοｔ）によって直
接かつ継続的に変調を受ける。この場合、距離指示信号
ｃｏｓφはスキャナのコードからの距離に関する情報を
デコーダに提供するためにのみ使われる。
【００３８】この構成に従ったスキャナは、コードを読
取るためのみならず、走査する空間にある物体とコード
との距離と位置関係とを測定するためにも使用できる。
【００３９】図５は、３つの領域すなわち近距離、中距
離、遠距離の領域を読取るために３つのレーザ装置３
８、３９、４０を備えたスキャナのブロック図である。
したがってセレクタ４１と決定回路４２とは３つの出力
と２つの基準距離のしきい値にそれぞれ対応するように
設計されている。相関する決定回路４２とセレクタ回路
４１とは図６に示されている。特に、決定回路４２は第
１の入力が正または負の基準信号を提供する回路４５と
４６にそれぞれ接続され、第２の入力が移相信号ｃｏｓ
φに接続された、２つの演算増幅器４３と４４を含んで
いる。演算増幅器４３および４４の出力４７、４８は最
も遠い読取領域に焦点を合わせるためのレーザ装置３
８、４０に関連するスイッチ回路４９、５０に接続され
る。前記出力４７、４８はＮＡＮＤ論理ゲート５１の入
力に接続し、このゲートの出力５２では４７、４８の出
力に信号がある場合にのみ１つの信号が出される。した
がって、レーザ装置３９に関係するスイッチ５３に接続
された出力５２における信号は、中距離の読取領域に位
置するコードに焦点を合わせることを可能にする。
【００４０】さらなる実施例においては、デコーダ手段
に代わるものとして、Ｃ．Ｐ．Ｕ．（中央演算処理装
置）手段があり、バーコードまたは類似のシンボルの有
無にかかわらず、測定領域にある物体のスキャナからの
距離に等しいデータを提供する。
【００４１】また、単一レーザダイオードを有し、この
発明による技術を用いたスキャナを提供することも可能
である。前記スキャナは単一レーザの被写体深度でコー
ドを読取ることが可能であり、また、読取ったコードに
加えて、コードのスキャナからの距離を報告することも
可能であろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】２つのレーザ装置を備えたスキャナのブロック
図である。
【図２】図１のスキャナに修正を施した詳細なブロック
図である。
【図３】図１のスキャナの詳細なブロック図である。
【図４】１つのレーザ装置を備えたスキャナのブロック
図である。
【図５】３つのレーザ装置を備えたスキャナのブロック
図である。
【図６】図５のスキャナの詳細なブロック図である。
【符号の説明】
１ レーザビーム供給装置 １ａ 電源回路 １ｂ 変調回路 １ｃ レーザダイオード １ｄ 光アセンブリ ９ 回転子 １０ 受光装置 １１ 光電センサ １２ 増幅器 １３ 位相復調器 １４ 局部発振器 １７ セレクタ １９ 決定回路 ２０ ミクサ ２１ 振幅復調器 ２２ アナログ分周器 ２３ ディジタイザ ２４ デコーダ

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 異なる反射率で印刷された符号、特にバ
    ーコードを読取るためのレーザスキャナであって、 少なくとも２つのレーザビーム供給装置（１、２）を含
    み、各々は一方の装置（１）のビーム（３）を近距離の
    領域に、他方の装置（２）のビーム（５）を遠距離の領
    域に焦点を合わせるための光学手段（１ｄ、２ｄ）を備
    え、前記光学手段は、各装置が発したビームは、他方の
    装置が発したビームと方向と位置に関して一致するよう
    にし、前記近距離および遠距離の領域は読取領域（２
    ６）を形成し、中間距離の領域では重複しており、 前記レーザスキャナは、さらに、 周期的に、一致したビーム（８）を前記コードを含む読
    取領域（２６）に導くための光スキャン手段（９）と、 コードの走査により戻ってきた光を集め、光信号を与え
    るための受光装置（１０）と、 光信号を電気信号に変換するセンサ手段（１１）と、 前記センサ手段（１１）に接続されセンサ手段によって
    受取られた光に比例した振幅信号を出力に与えるのに適
    した増幅器手段（１２）と、 各々が前記レーザ装置の１つに結合され、プリセットさ
    れた周波数の変調信号のための入力を有する、２つの独
    立した電源回路（１ａ、２ａ）および変調回路（１ｂ、
    ２ｂ）と、 前記プリセットされた周波数の変調信号を発生する局部
    発振器（１４）と、 前記変調信号を前記電源回路（１ａ、２ａ）の一方また
    は他方に送り、それが前記局部発振器（１４）の周波数
    で変調された信号を発するようにするためのセレクタ
    （１７）と、 前記増幅器手段（１２）から受取られた信号と前記局部
    発振器（１４）の信号との位相差を測定するための位相
    復調器（１３）とを含み、この位相変調の結果はまさに
    その瞬間にレーザビームに走査された読取領域と、前記
    スキャナとの間の距離を示す信号であり、 レーザスキャナはさらに、 前記距離を示す信号を、前記スキャナから前記中間の領
    域までの距離に等しい基準信号と比較し、リアルタイム
    で、コードを含む領域に焦点を合わせているレーザ装置
    （１、２）を活性化するような位置に前記セレクタ（１
    ７）を活性化するのに適した信号を与えるコンパレータ
    手段（１９）と、 前記増幅器手段（１２）に接続され、読取られたコード
    に等しい信号を与える振幅復調手段（２１）と、 前記振幅復調手段（２１）に接続され、その持続時間が
    読取られたコードのシンボルに整合するパルスを与える
    ディジタイザ手段（２３）と、 前記ディジタイザ手段（２３）と前記位相復調器（１
    ３）とに接続され、読取られたコードの内容とそのコー
    ドのスキャナからの距離とに等しいデータを提供するデ
    コーダ手段（２４）とを含む、レーザスキャナ。
  2. 【請求項２】 局部発振器（１４）の周波数が、それに
    対応する波長が前記スキャナの最大動作距離の４倍に等
    しいかまたは僅かに高い、請求項１に記載のレーザスキ
    ャナ。
  3. 【請求項３】 前記スキャナから近距離、中距離、遠距
    離に位置する領域に焦点を合わせた３つのレーザ装置
    （３８、３９、４０）を含む、請求項１に記載のレーザ
    スキャナ。
  4. 【請求項４】 スイッチ回路（４１）が、一度に前記３
    つのレーザ装置のうちの１つにのみ変調信号を発するこ
    とができ、比較手段（４２）が距離を示す信号を前記３
    つの領域の間の分離領域の距離に対応する２つの基準値
    と比較する、請求項３に記載のレーザスキャナ。
  5. 【請求項５】 異なる反射率で印刷された符号、特にバ
    ーコードを読取るためのレーザスキャナであって、 レーザビームを発するための手段（１、２）と、 周期的にレーザビームを走査領域に導く光走査手段
    （９）と、 走査により戻ってきた光を導く受光手段（１０）と、光
    の輝度の変化を電気信号に変換するセンサ手段（１１）
    と、 前記センサ手段（１１）に接続され、前記センサ手段
    （１１）により受取られた光の振幅に比例した振幅の電
    気信号を与えるのに適した増幅器手段（１２）と、 前記増幅器手段から受取った信号と、局部発振器（１
    ４）の信号との位相差を測定することができる位相復調
    器（１３）とを含み、その位相復調の結果はまさにその
    瞬間にレーザビームに走査された面と、前記スキャナと
    の間の距離を示す信号であり、 さらに、 前記増幅器手段（１２）に接続され、読取られたコード
    の反射率に等しい増幅信号を与える振幅復調手段（２
    １）と、 前記振幅復調手段（２１）に接続され、その持続期間が
    読取られたコードに整合するパルスを与えるディジタイ
    ザ手段（２３）と、 前記ディジタイザ手段（２３）と前記位相復調器（１
    ３）とに接続され、読取られたコードの内容とそのコー
    ドのスキャナからの距離に関する情報とに等しいデータ
    を提供するデコーダ手段（２４）と、 物体がバーコードまたは他のシンボルを含むか否かにか
    かわらず、測定領域にある物体とスキャナとの間の距離
    に等しいデータを提供する、前記デコーダ（２４）の代
    替物としてのＣ．Ｐ．Ｕ．（中央演算処理装置）手段と
    を含む、レーザスキャナ。
  6. 【請求項６】 異なる反射率を有する要素に基づいて、
    バーコードまたは他のシンボルを読取るための方法であ
    って、 ある方向または経路に沿って、レーザビーム（７）を周
    期的に走査するステップと、 その波長が最大読取領域の少なくとも４倍に等しいよう
    な周波数で、前記レーザビームを変調するステップと、 前記コードまたはシンボルにより反射された光を受取
    り、光電センサ（１１）とそれに結合した増幅器（１
    ２）とによりこれを電気信号に変換するステップとを含
    み、前記電気信号は変調周波数と振幅が前記コードまた
    はシンボルの反射率により決まる波形で構成されてお
    り、 さらに、 前記変調信号の位相に対して、前記電気信号の位相を復
    調することにより、スキャナと前記コードまたはシンボ
    ルとの間の距離を測定するステップと、 コンパレータ（１９）によって前記距離を示す位相信号
    を１つまたは２つのしきい値と比較し、前記スキャナの
    内部にあるレーザ（１、２、３８、３９、４０）の中で
    正確な距離の領域に焦点を合わせている１つのレーザを
    １極または２極または３極のスイッチ（１７、４１）で
    活性化するステップと、 前記電気信号を振幅復調して、前記コードまたはシンボ
    ルを示す信号を得るステップと、 前記コードまたはシンボルを示す信号をディジタイズし
    て、前記コードまたはシンボルに相当するパルスを得る
    ステップと、 前記パルスをデコードして前記コードまたはシンボルの
    内容およびその前記スキャナからの距離に関する情報を
    得るためのステップとを含む、方法。
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