JP2004164393A - 光学的情報読取装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】走査ミラー6は、レーザー光源5からの光をバーコード3に向けて偏向する。光電変換素子7は、バーコード3からの反射光を受光して反射率に対応したアナログ信号に変換し、二値化手段17は前記アナログ信号を二値化信号に変換する。制御装置18は、レーザー光の走査位置を推定する推定手段として機能すると共に、この推定手段によって推定された走査位置と前記二値化信号に基づいて、前記バーコード3の幅データを生成する復号手段として機能する。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、バーコード等の光の反射率を利用する標識に光を走査して該標識を復号する光学的情報読取装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、光学的情報読取装置例えばレーザスキャナでは、走査手段たる走査ミラーにより、光源からの光を偏向してバーコードに照射し、このバーコードの白/黒の反射率に応じた反射光の強さを受光センサによって電気信号に変換するようにしている。変換された電気信号(アナログ信号)は、バーコードの白/黒に対応して変化する。このアナログ信号をA/D変換してデジタル信号を生成し、このデジタル信号を処理してバーコードの幅データを求めて復号させる。
【0003】
上記構成において、アナログ信号をA/D変換する際には、等間隔のサンプリングクロックで、アナログ信号をサンプリングする。つまり、等間隔のサンプリングクロックにおいて、例えば黒の反射率の反射光に対応するアナログ信号が連続すれば、その連続期間のサンプリングクロックのカウント数、若しくはそのカウント数に1サンプリングクロック周期の幅データを乗じたものが、一つの黒の幅データとして認識される。
【0004】
ところが、1走査内での走査速度の変化が無い場合、または、その変化が小さい場合には問題はないが、1走査内で走査速度が大きく変化する場合にはその速度の変化によって、バーコードの幅データが変化してしまう。例えば、図7に示すように、バーコードの白/黒の各幅が同じであっても、走査速度が単振動的に変化する場合、走査中心P部分より走査周辺部分の速度が遅くなり、この結果、走査周辺部分でのサンプリングクロックカウント数が多く、デジタル信号から求められる幅データが実際より大きくなってしまう。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
これに対処するものとして、特開平5−242285号に示されるように、前記サンプリングクロックの発生タイミングを走査速度のn倍に制御する構成としたものがあるが、この場合、クロック発生手段として、基準クロック発生手段の他に、PLL回路、位相比較器、積分器、電圧制御発振回路、分周器などを要し、構成が複雑となる問題があった。
【0006】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、比較的簡単な構成によりバーコードの幅データを正確に認識することができる光学的情報読取装置を提供するにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の光学的情報読取装置は、光の走査位置を推定する推定手段を備え、復号手段を、この推定手段によって推定された走査位置と、反射率が反映されたデジタル信号とに基づいて、標識の幅データを生成する構成としたところに特徴を有する(請求項1の発明)。
【0008】
これによれば、推定手段が光の走査位置を推定するから、その走査位置におけるデジタル信号により、バーコードにおける高反射率部分の走査位置と低反射率部分の走査位置とが判定可能となる。そして、復号手段は、走査位置と、デジタル信号とに基づいて標識の幅データを生成するから、実測値に近い幅データを得ることが可能となる。
【0009】
この場合、前記推定手段は基準クロックをもとに光の走査位置を推定し、前記復号手段は、前記基準クロック周期に相当する幅データを基準幅データとし、前記デジタル信号が変化した走査位置の差分と、前記基準幅データとに基づいて、前記標識の各幅データを求めるようにしても良い(請求項2の発明)。これによれば、前記デジタル信号が変化した走査位置で、反射率の変化位置が判るから、その走査位置の差分によりバーコードの高反射率部分の領域及び低反射率部分の領域が判り、そして、その差分と基準幅データとにより幅データとを正確に認識できるものである。
【0010】
また、前記走査手段を、往復運動する構成としても良く(請求項3の発明)、さらに、この場合、この走査手段を、振動系の共振周波数に近い周波数で往復運動するようにしても良い(請求項4)。
【0011】
そして、この請求項3又は4の発明において、前記推定手段及び前記復号手段を、下記(1)式により前記標識の幅データを求めるようにしても良い(請求項5の発明)。
【0012】
【数3】
ただし、W:標識の幅データ、θA:全走査角の1/2の角度、
ω:往復運動の角速度、ta、tb:デジタル信号が変化した時刻である。
【0013】
上記請求項5の発明において、走査の位置の少なくとも1点を検出する検出手段を設ける構成としても良い(請求項6)。これによれば、前記角速度ωを求めることが可能となる。そして、この場合、前記検出手段からの信号をもとに、前記角速度ωを走査手段の1周期ごとに計算した後に、前記標識の幅データを求めるようにしても良い(請求項7の発明)。これによれば、走査開始初期の過渡期などにおいても、正確な角速度ωを得ることができて、幅データを正確に得ることができる。
【0014】
また、請求項5又は6の発明において、走査の位置の2点を検出する検出手段を設けても良い(請求項8の発明)。これによれば、前記角速度ω及び前記全走査角の1/2の角度θAを求めることが可能となる。そして、この請求項8の発明において、前記検出手段からの信号をもとに、前記角速度ω及び前記全走査角の1/2の角度θAを走査手段の往復運動の1周期ごとに計算した後、前記幅データを求めるようにしても良い(請求項9の発明)。これによれば、最新の正確な角速度ω及び全走査角の1/2の角度θAを得ることができて、幅データを正確に得ることができる。
【0015】
また、記憶手段を有し、前記角速度ω及び前記全走査角の1/2の角度θAを定数として前記記憶手段に記憶させるようにしても良い(請求項10の発明)。これによれば、角速度ω及び全走査角の1/2の角度θAの測定の面倒はない。さらにこの記憶手段に、前記角速度ω及び前記全走査角の1/2の角度θAを補正するための補正値を記憶させるようにしても良い(請求項11の発明)。これによれば、装置個々に角速度ωや全走査角の1/2の角度θAについて誤差を調べておけば、これを補正値として記憶手段により記憶させておくことにより、定数としての角速度ωや全走査角の1/2の角度θAを補正できる。
【0016】
また、前記検出手段は光センサから構成しても良い(請求項12の発明)。また、走査手段への駆動力供給手段を有し、この駆動力供給手段を、前記検出手段を兼ねるようにしても良い(請求項13の発明)。走査手段を往復運動させるとき、その往復運動の駆動力たとえば駆動パルスはある周波数でしかもほぼ一定の走査位置で与えられるので、その駆動パルスのタイミングで走査の位置を検出することが可能となる。
【0017】
また、走査手段を、装置の中心線近傍を振動中心軸として振動し、走査の有効範囲がこの振動中心軸に対して略対称であるようにしても良い(請求項14の発明)。このようにすると、幅データの誤差無く生成できる。
【0018】
さらに、走査手段の走査が安定状態であるときにのみ前記推定手段を有効にするようにしても良く(請求項15の発明)、これによれば、走査不安定状態での幅データ取得をなくして幅データを精度良く生成できる。
【0019】
また、前記推定手段を有効にするかどうかを操作者が設定することができる設定手段を設けても良い(請求項16の発明)。
【0020】
前記目的を達成するために、請求項17の発明は、前記復号手段が、前記(1)式に近似する下記(2)式により前記標識の幅データを求めるようにしている。
【0021】
【数4】
ただし、W:標識の幅データ、ta、tb:デジタル信号が変化した時刻、
A、Bは定数、taveは(ta+tb)/2である。
これによれば、請求項1と同様の効果を得ることができる。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を手持ち式のバーコードリーダに適用した一実施例につき図面を参照して説明する。本実施例に係る光学的情報読取装置たるバーコードリーダは、図3に示すように、操作者(ユーザー)が片手でもって操作可能な大きさの縦長形状をなす装置ケースたるケース1内の先端側に、後述するように、読取対象2(図1参照)に記録されたバーコード(標識)3を読取るための、光学機構4を備えて構成されている。
【0023】
この光学機構4は、図1に示すように、光源たるレーザー光源5と、このレーザー光源5からのレーザー光を偏向して前記読取対称2を走査する走査手段たる走査ミラー6と、入射光量に応じた電気信号を発生する光電変換手段としての光電変換素子7と、前記読取対象2から反射したレーザー光(反射光)を光電変換素子7に集光させるレンズ8とを備えて構成されている。
【0024】
前記走査ミラー6は駆動力供給手段たる駆動力供給装置9によって、中心軸を中心としてある角度範囲で往復運動この場合振動運動により往復運動(揺動)するようになっている。上記駆動力供給装置9は、図2に示すように構成されている。走査ミラー6を回転軸10により回転可能に支持し、この回転軸10にはばね部材11の中央部が連結されている。そして、このばね部材11の両端部は動き可能にアーム部材12に支持されている。さらに回転軸10には駆動力付与部材13が連結されている。この駆動力付与部材13の先端部には磁石14が取り付けられており、この磁石14は電磁コイル15に駆動パルスが与えられることより吸引・解放されるようになっている。この場合、電磁コイル15の駆動力付与つまり電磁コイル15の駆動パルスはこの振動系の共振周波数と同期した周波数で与えられるものである。
【0025】
前記光電変換素子7は読取対象2のバーコード3の反射率に対応した電気信号(アナログ信号)を出力するものであり、その出力信号は増幅手段16により増幅され、そしてこの電気信号を量子化例えば二値化する二値化手段17により二値化される。
【0026】
この二値化信号(デジタル信号)は制御装置18に与えられる。この制御装置18は、基準クロック発生手段、CPU、ROM、RAMなどを備えて構成されており、推定手段及び復号手段として機能するものである。また、この制御装置18は前記駆動力供給装置9に前記共振周波数と同期する駆動パルスを出力するものである。
【0027】
また、前記レーザー光源5はレーザー駆動手段19により駆動されてレーザー光を出力するものであり、このレーザー駆動手段19は制御装置18により制御される。
【0028】
なお、前記ケース1の先端には、読取窓1a(図3参照)が形成されていて、この読取窓1aの中心線はケース1の中心線と合致する。そして、前記走査ミラー6の振動中心軸Pはこのケース1の中心線と合致し、走査の有効範囲がこの振動中心軸Pに対して略対称である。
【0029】
また、図4に示すように、上記振動中心軸Pに対して対象位置(つまり走査基準点Oから左右同じ角度θWの位置)には、検出手段たる第1の光センサ20及び第2の光センサ21が配置されている。各光センサ20、21は図5に示すように、レーザー光を受けて検出信号S1、S2を出力するものであり、この場合、例えば第1の光センサ20はレーザー光の走査に伴って検出信号S1を図5に示すように出力するものであり、これに基づいて走査光の1周期Tが分かるものである。従って角速度ωが検知される。
【0030】
角速度ω=2π/T
また、各検出信号S1、S2から有効走査範囲Sが分かるものである。
【0031】
さて、上記構成において、ユーザーがケース1の読取窓1aを、バーコードが記録された読取対象に対してほぼ平行となるように近接(例えば距離D)させた状態で、読取走査(トリガスイッチのオン操作)を行なうことにより、制御装置18がレーザー駆動装置19を制御して、レーザー光源5からレーザー光を出力させる。さらに、制御装置18は駆動力供給装置9を制御して操作ミラー6を振動させて、レーザー光を偏向して読取対象に当てる(走査する)。
【0032】
レーザー光は、読取対象でバーコードの白黒の反射率に応じた光強度で反射して、レンズ8を介して光電変換素子7に入射する。そして、この光電変換素子7は反射率に対応した入射光量に応じて電気信号(アナログ信号)を出力する。この出力は、増幅手段16を介して二値化手段17に与えられ、この二値化手段17は、バーコードの白黒に応じて(前記反射率に応じて)二値化信号を出力する。このとき、バーコードの白黒を同じ幅としたとき、走査速度が単振動的に変化するから、走査中心から遠ざかるに従って走査速度が遅く、基準クロックでデジタル化すると、走査中心から遠ざかるに従って二値化信号(例えば黒をハイレベル、白をロウレベルとする)のハイレベル領域及びロウレベル領域は広くなる。
【0033】
しかし、制御装置18は、上記基準クロックに基づいて走査光の反射率が変化する位置を検出している。すなわち、前記有効走査範囲Sの基準クロック数Nは計測できるものであり、走査往方向(図4の矢印R方向)の検出信号S1から、N/2の基準クロック数をカウントした時刻が時刻「t0」であり、この中心位置「t0」から矢印R方向へ基準クロックの1パルス時間分移った時刻が時刻「t1」、以下、矢印R方向へ順次、時刻「t2」、「t3」、・・・となる。逆に、上記時刻「t0」から、復方向(矢印L方向)へ順次時刻「−t1」、「−t2」、・・・となる。
【0034】
そして、制御装置18は、次のようにしてバーの幅である黒の幅及び白の幅データを生成する。図4に示すように走査基準点Oから読取対象2までの距離をDとすると、中心軸からの走査光の位置Xを次の式(6)のように推定する。
【0035】
X=D・tan(θA・sin(ω・t))・・・(6)
ここで、tは前記時刻「t1」、「t2」、・・・及び「−t1」、「−t2」、・・・のいずれかである。これにて、中心軸Pからの時刻(基準クロックによる時刻)における走査光の位置Xを推定できるのである。
【0036】
従って、反射率が変化した時刻つまり二値化信号が変化した時刻taの位置Xから次の二値化信号が変化した時刻tbの位置Xの差をとれば幅データWを生成することが可能である。
従って、幅データWは下記(3)式のようになる。
【数5】
なお、この場合全走査角の1/2の角度θAは予め定められた既知の値としており、角速度ωは測定されて判明している値であり、反射率が切り替わった時刻つまり二値化信号が変化した時刻ta、tbは検出されて判明している値であり、よって、Wが求められる。
【0037】
なお、上記式(3)を用いて、基準クロックの1周期における幅データの変化(中心軸から遠ざかるにつれての変化)の様子を表1に示している。
【表1】
【0038】
この場合、走査1周期で基準クロック数を4000とし、全走査角の1/2の角度θAを30°としている。この表1から分かることは、中心軸極近くの幅データ(時刻t0、時刻t1間の幅データ)を基準幅データ「1」としたとき、中心軸から遠ざかるにつれて幅データが小さくなる。つまり、実際の走査位置にあった幅データとなる。
【0039】
前記式(3)(式(1)と同じ)には、次の考え方が含まれている。すなわち、基準クロック周期に相当する幅データ(中心軸での時刻t0からt1への時間(例えば1ms)での幅データ)を基準幅データ「1」(これは実際の長さ例えば0.1mmとしてもよい)とし、二値化信号が変化した走査位置(推定値)の差分と、この基準幅データとに基づいて、バーコードの白黒の幅データが求められている。
【0040】
この結果、基準クロックを用いて二値化しながらも、簡単な構成によりバーコードの正確な幅データを得ることができる。
【0041】
また、走査ミラー6を、装置の中心線近傍を振動中心軸Pとして振動し、走査の有効範囲Sがこの振動中心軸Pに対して略対称であるようにしているから、幅データWを誤差無く生成できる。
【0042】
なお、上記全走査角の1/2の角度θAは、前記二つの光センサ20、21により推定しても良い。すなわち、
θW=θA・sin(ω・S/2)=θA・sin(π・S/T)
よって、θA=θW/sin(π・S/T)
となる。従って、測定されたS、Tと、既知のθWとから全走査角の1/2の角度θAを推定できる。
【0043】
またこのようにして、走査ミラー6の振動運動(往復運動)の1周期ごとに、全走査角の1/2の角度θAを求めると共に、光センサ20、21のいずれかにより角速度ωを求めた後に前記幅データWを求めるようにしても良い。これによれば、走査開始初期の過渡期などにおいても、正確な角速度ω及び全走査角の1/2の角度θAを得ることができて、幅データWを正確に得ることができる。
【0044】
このほか、全走査角の1/2の角度θAが既知の場合には、前記二つの光センサ20、21のいずれか一方を設けて、角速度ωを、走査ミラー6の振動運動(往復運動)の1周期ごとに、求めた後に前記幅データWを求めるようにしても良い。これによれば、走査開始初期の過渡期などにおいても、正確な角速度ωを得ることができて、幅データWを正確に得ることができる。
【0045】
また、前記角速度ω及び前記全走査角の1/2の角度θAは測定値ではなく、画一的な定数として例えばROMや不揮発性メモリなどの記憶手段に記憶させるようにしても良い。これによれば、角速度ω及び全走査角の1/2の角度θAの測定の面倒はない。さらにこの記憶手段に、前記角速度ω及び前記全走査角の1/2の角度θAを補正するための補正値を記憶させるようにしても良い。これによれば、装置個々に角速度ωや全走査角の1/2の角度θAについて誤差を調べておけば、これを補正値として記憶手段により記憶させておくことにより、定数としての角速度ωや全走査角の1/2の角度θAを補正できる。
【0046】
また、前記駆動力供給装置9を、検出手段を兼ねるようにしても良い。この場合、駆動力供給装置9の、走査ミラー6に対する往復運動の駆動力たとえば駆動パルスは、ある周波数でしかもほぼ一定の走査位置で与えられるので、その駆動パルスのタイミングで走査の位置を検出することが可能となる。
【0047】
さらに、走査ミラー6の走査が安定状態であるときにのみ走査の位置の推定を行なうように(推定手段を有効にするように)しても良く、これによれば、走査不安定状態での幅データ取得をなくして幅データWを精度良く生成できる。
また、前記推定手段を有効にするかどうかを操作者が設定することができる設定手段を設けても良い。
また幅データWを求める式として前記(1)式に近似する近似式でもよく、この場合、その近似式は下記(2)式としても良い。
【0048】
【数6】
ただし、W:標識の幅データ、ta、tb:二値化信号が変化した時刻、
A、Bは定数、taveは(ta+tb)/2である。
【0049】
例えば定数Aは、3.2×10−13、定数Bは、7.08×10−7である。前記ta、tbを適宜選択しての計算結果を表2に示す。この表2と前記表1との比較から分かるように、正確な幅データを得ることができる。
【表2】
【0050】
なお、本発明の光学的情報読取装置は、手持ち式のバーコードリーダに限られず、固定式のバーコードリーダに適用しても良い。また、走査手段に駆動力を供給する駆動力供給手段としてはパルスモータを用いたものでも良い。
【図面の簡単な説明】
【図1】光学機構及び電気的ブロック構成を示す図
【図2】駆動力供給装置の平面図
【図3】光学機構部分を示す平面図
【図4】走査光の範囲を示す図
【図5】(a)は第1の光センサの出力を示し、(b)は有効走査範囲を示す図
【図6】アナログ信号波形と基準クロックと二値化信号波形との関係を示す図
【図7】従来における二値化信号出力の様子を示す図
【符号の説明】
1はケース、2は読取対象、3はバーコード(標識)、4は光学機構、5はレーザー光源、6は走査ミラー(走査手段)、7は光電変換素子(光電変換手段)、9は駆動力供給装置(駆動力供給手段)、11はばね部材、14は磁石、15は電磁コイル、17は二値化手段、18は制御装置(推定手段、復号手段)を示す。
Claims (17)
- 光を投射する光源と、
前記光源からの光をバーコード等の光の反射率を利用する標識に向けて偏向する走査手段と、
前記標識からの反射光を受光して反射率に対応したアナログ信号に変換する光電変換手段と、
前記アナログ信号を量子化してデジタル信号に変換するA/D変換手段と、
前記光の走査位置を推定する推定手段と、
この推定手段によって推定された走査位置と前記デジタル信号に基づいて、前記標識の幅データを生成する復号手段とを備えたことを特徴とする光学的情報読取装置。 - 前記推定手段は基準クロックをもとに光の走査位置を推定し、前記復号手段は、前記基準クロック周期に相当する幅データを基準幅データとし、前記デジタル信号が変化した走査位置の差分と、前記基準幅データとに基づいて、前記標識の各幅データを求めることを特徴とする請求項1記載の光学的情報読取装置。
- 前記走査手段は、往復運動する構成であることを特徴とする請求項1又は2記載の光学的情報読取装置。
- 前記走査手段は、振動運動により往復運動する構成であり、この走査手段は、振動系の共振周波数に近い周波数で往復運動することを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の光学的情報読取装置。
- 走査の位置の少なくとも1点を検出する検出手段を設けたことを特徴とする請求項5記載の光学的情報読取装置。
- 前記検出手段からの信号をもとに、前記角速度ωを走査手段の1周期ごとに計算した後に、前記標識の幅データを求めることを特徴とする請求項6記載の光学的情報読取装置。
- 走査の位置の2点を検出する検出手段を設けたことを特徴とする請求項5又は6記載の光学的情報読取装置。
- 前記検出手段からの信号をもとに、前記角速度ω及び前記全走査角の1/2の角度θAを走査手段の往復運動の1周期ごとに計算した後、前記幅データを求めることを特徴とする請求項8に記載の光学的情報読取装置。
- 記憶手段を有し、前記角速度ω及び前記全走査角の1/2の角度θAを定数として前記記憶手段に記憶させることを特徴とする請求項5ないし9のいずれかに記載の光学的情報読取装置。
- 記憶手段を有し、前記角速度ω及び前記全走査角の1/2の角度θAを補正するための補正値を前記記憶手段に記憶させることを特徴とする請求項5ないし10のいずれかに記載の光学的情報読取装置。
- 検出手段は光センサであることを特徴とする請求項6ないし11のいずれかに記載の光学的情報読取装置。
- 走査手段への駆動力供給手段を有し、この駆動力供給手段は、前記検出手段を兼ねることを特徴とする請求項6ないし12のいずれかに記載の光学的情報読取装置。
- 走査手段は装置の中心線近傍を振動中心軸として振動し、走査の有効範囲がこの振動中心軸に対して略対称であることを特徴とする請求項4ないし13のいずれかに記載の光学的情報読取装置。
- 走査手段の走査が安定状態であるときにのみ前記推定手段を有効にすることを特徴とする請求項1ないし14のいずれかに記載の光学的情報読取装置。
- 前記推定手段を有効にするかどうかを操作者が設定することができる設定手段を設けたことを特徴とする請求項1ないし14の記載の光学的情報読取装置。
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JP2009271578A (ja) * | 2008-04-30 | 2009-11-19 | Keyence Corp | バーコード読取装置及びバーコード読取方法 |
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