JP2571683B2 - 符号読取装置の信号増幅回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、直流成分に振幅が一方向の交流成分が重畳
する信号から、交流信号のみを増幅する様にした信号振
幅回路に係わり、特に信頼性を高い出力波形を得る様に
した符号読取装置の信号増幅回路に関するものである。

［従来の技術］ 一般に、バーコード読取装置は、所定のキャラクタ情
報が複数のバー（高光吸収率）及びその間隔（高光反射
率）で異なる幅の組合せの断続的な符号で光学的に記録
されたバーコード面に光を照射し、このバーコード面か
らの反射光を走査検出して得られる反射光量の変化（大
小）を光センター（光電変換素子）で電気信号に変換し
てバーコード符号の読み取りが行なわれる様に構成され
ている。

このバーコード面の走査による光センサーからの電気
信号は、バーコードの表示状態による反射光量の変化に
伴って微小レベルの振幅が一方向で断続的に変化する交
流成分と、外乱光及び光センサーの暗電流等による大き
な直流成分とが、重畳されている。そこで、バーコード
を読み取って符号解読の処理をする為には、上述した微
小レベルの交流信号を所定レベル迄増幅して、符号幅を
認識する前に必要な２値化回路等で処理出来る大きさの
信号レベルとする必要がある。

以下に、上述した様な従来のバーコード読取装置の光
センサーからの信号処理回路を第４図〜第７図に基づい
て説明する。

第４図は従来の直流結合型（以降は単に“DC型”とす
る。）の信号増幅回路を有する信号処理回路の構成図、
第５図は第４図の動作を説明する波形図、第６図は従来
の交流結合型（以降は単に“AC型”とする。）の信号増
幅回路を有する信号処理回路の構成図、第７図は第６図
の動作を説明する波形図である。

まず、第４図に基づいてDC型の信号増幅回路の構成を
説明すると、正極の電源単端子＋Ｂから電流制限用の抵
抗Raを介して供給される電流値に基づいて発光する発光
ダイオード（以降は単に“LED"とする。）１によって図
示しないバーコード面に照射された光は、バーコード面
の反射率に従って反射され、この反射光が順次走査され
て受光素子であるフォトトランジスタ２に入射される。
このNPN型のフォトトランジスタ２のコレクタは抵抗Rc
を介して電源端子＋Ｂと接続されている。この抵抗Rcと
フォトトランジスタ２のコレクタとの接続点はコンデン
サCcを介して共通接地線（負極の電源端子が接続された
ライン）に接続され（以降は単に“接地”とする。）て
おり、フォトトランジスタ２のインピーダンス変化にか
かわらず、コレクタ電圧がほぼ一定となるように構成さ
れている。そして、フォトトランジスタ２のエミットが
抵抗Reを介して接地されている。そこで、反射光量の例
えば減少（黒バー検出時）に応じて信号検出手段である
フォトトランジスタ２のインピーダンスが増加し、その
エミッタ電圧（即ち、エミッタと抵抗Reとの接続点ａか
らの検出信号Vaの電圧値）はこのエミッタと接地間に接
続された負荷用の抵抗Reに分圧さえる電圧降下分の電圧
値が下がる方向に変化する。このエミッタ電圧（即ち、
フォトトランジスタ２のエミッタ抵抗Reの接続点ａに何
も接続されていない状態の検出信号Va）は、バーコード
面による反射光量の変化に応じた交流成分の波形に、外
乱光，受光素子の暗電流等による直流成分が重畳された
ものである。この直流成分は外乱光の強さの変化等によ
って変化し易い。そして、フォトトランジスタ２のエミ
ッタ電圧、即ち、接続点ａにはバイアス回路３からバイ
アス電圧が印加されており、このバイアス電圧により動
作電圧（フォトトランジスタ２のエミッタと抵抗Reの接
続点ａにバイアス電圧を印加した状態の検出信号Vaの直
流成分の電圧）がほぼ所定の値とされ、バイアス電圧が
印加された検出信号Vaが反転増幅器４の適正入力レンジ
となるように設定される。このバイアス回路３の具体的
構造は、ファトトランジスタ２のエミッタ抵抗Reの接続
点ａが、抵抗R3と可変電圧源V3を順次に介して接地され
て構成される。さらに、このバイアス電圧で変移された
検出信号Vaは反転増幅器４の図示しない反転入力端子
（−）に印加されている。そして、上述した動作電圧と
ほぼ同一電圧値に設定された反転増幅器４の図示しない
非反転入力端子（＋）に印加されている閾電圧値に基づ
いて差動増幅動作を行なう反転増幅器４からは交流成分
のみが増幅信号Vdとして図示しない２値化回路等へ供給
される様に成っている。この反転増幅器４の具体的構造
は、接続点ａが抵抗R41とR42とを順次に介して反転増幅
器４の出力端に接続され、２つの抵抗R41,R42の接続点
が比較的増幅器OP4の反転出力端子（−）に接続され
る。この比較増幅器OP4の出力端子は、反転増幅器４の
出力端子に接続され、非反転入力端子（＋）と接地間に
閾電圧源V4が介装される。この閾電圧源V4の電圧は、動
作電圧にほぼ一致するように設定されている。

上記DC型の信号増幅回路の動作を第５図に基づいて説
明する。

第５図（ａ）は、バーコード面の反射率の一例を示
し、白地では反射率は高く黒バーでは反射率が低くなる
ことを示す。この第５図（ａ）のごときバーコード面を
走査したときに、フォトトランジスタ２に受光される受
光量は第５図（ｂ）のごとくとなる。すなわち、受光量
は白地で多く黒バーでは少なくなり、かかる変動受光量
に外乱光の強さに応じた受光量が重畳される。そこで、
外乱光があればフォトトランジスタ２の受光量は全体と
して多く、外乱光が少なければ受光量は全体として少な
くなる。かかる受光量に応じてフォトトランジスタ２の
インピーダンスは変化し、バイアス回路３からのバイア
ス電圧が印加されない状態の検出装置Vaは第５図（ｃ）
のごとくとなる。すなわち、黒バーでは受光量が減少し
てフォトトランジスタ２のインピーダンスが増加し検出
信号Vaは白地に比べて低下し、この交流成分に外乱光お
よび暗電流に直流成分が重畳されたものとなり、外乱光
の強さの違いが検出信号Vaの直流成分の大きさの違いと
なって現われる。そして、バイアス電圧の印加により動
作電圧が適切に設定されれば（第５図（ｄ）に実線で示
す）、すなわちバイアス電圧を印加された検出信号Vaが
反転増幅器４の適正入力レンジ内（検出信号Vaを反転増
幅器４の利得で増幅したとした場合の出力信号が反転増
幅器４の出力電圧範囲内となる状態）にあれば、反転増
幅器４から交流成分が適切に反転増幅された増幅信号Vb
（第５図（ｅ）に実線で示す）が得られる。しかるに、
バイアス電圧の印加による動作電圧が不適切であると
（第５図（ｄ）に破線で示す）、すなわちバイアス電圧
を印加された検出信号Vaが反転増幅器４の適正入力レン
ジ内になければ、交流成分の増幅信号が反転増幅器４の
最大出力電圧を越えてしまい、反転増幅器４からは交流
成分に歪を生じた増幅信号Vb（第５図（ｅ）に破線で示
す）となる。従って、バイアス電圧の調整が不適切であ
る場合および外乱光が極端に強いあるいは弱い場合等に
は、動作電圧が不適となり、バイアス回路３を設けた当
初の目的が達成出来ないこともある。

なお、上記第５図（ａ）と後述する第２図（ａ）及び
第７図（ａ）に示した信号波形が低いレベルに立ち下が
った交流成分は白地に黒でバーコードが記録された黒バ
ーを走査検出した部分を示している。

この様な信号増幅回路の検出信号Vaに重畳される直流
成分を無くす為に構成された、従来のAC型の信号増幅回
路を有する信号処理構成を第６図に基づいて説明する。
尚、第４図及び第５図に基づいて説明した部分と同一及
び同一機能部分については同一並びに関連する符号を用
いて説明を簡略化する。

フォトトランジスタ２のエミッタが接続されている接
続点ａにはコンデンサ５の一端が接続され、このコンデ
ンサ５の他端が反転増幅器４の図示しない反転入力端子
（−）に接続されている。このコンデンサ５の他端ｃに
は直流成分が除かれて交流成分のみの濾波信号Vcが供給
される。そして、反転増幅器４の出力端子からは、濾波
信号Vcが反転増幅された増幅信号Vdが出力される。この
増幅信号Vdは２値化回路６の片方の入力端子と自動閾値
設定回路７の入力端子とに各々供給されている。この自
動閾値設定回路７の具体的構造は、反転増幅器４の出力
端子が、抵抗R71とコンデンサC7の並列接続体と、抵抗R
73と、抵抗R74の順次に介して自動閾値設定回路７の出
力端子に接続される。そして、抵抗R71と抵抗R72の接続
点が比較増幅器OP71の反転入力端子（−）に接続され、
抵抗R72と抵抗R73の接続点が比較増幅器OP71の出力端子
に接続される。また、抵抗R73と抵抗R74の接続点が比較
増幅器OP72の反転入力端子（−）に接続される。比較増
幅器OP72の出力端子は自動閾値設定回路７の出力端子に
接続される。さらに、比較増幅器OP71,OP72の非反転入
力端子（＋）は、ともに基準電圧源V7を介して接地され
る。また、２値化回路６の具体的構成は反転増幅器４の
出力端子が、抵抗R61と抵抗R62を順次に介して２値化回
路６の出力端子に接続される。そして、抵抗R61と抵抗R
62の接続点が、比較増幅器OP6の反転入力端子（−）に
接続される。この比較増幅器OP6の出力端子が、２値化
回路６の出力端子に接続される。さらに、自動閾値設定
回路７の出力端子が、抵抗R63と抵抗R64を順次に介して
接地され、その抵抗R63と抵抗R64の接続点が、比較増幅
器OP6の非反転入力端子（＋）に接続される。

以下に、上述したAC型の信号増幅回路の動作を図７に
基づいて説明する。

第６図のフォトトランジスタ２から出力された検出信
号Vaは、第７図（ａ）に示す如きものであり、直流成分
（動作電圧）に対して振幅が一方向の交流成分が重畳さ
れたものである。この検出信号Vaは、第７図（ｂ）に示
す直流成分と第７図（ｃ）に示す振幅の中心を０ボルト
とする交流成分とに分解して考えることができる。そし
て、この検出信号Vaがコンデンサ５を通過した濾波信号
Vcは、第７図（ｆ）のごときものとなる。すなわち、濾
波信号Vcの波形は、第７図（ｄ）の直流成分に第７図
（ｅ）の交流成分が重畳された第７図（ａ）のごときも
のである。ここで、コンデンサ５と抵抗R41によりハイ
パスフィルタが形成されており、検出信号Vaの交流成分
は、第７図（ｅ）のほぼ同じ波形のまま濾波信号Vcとし
て反転増幅器４の比較増幅器OP4の反転入力端子（−）
に与えられる。また、検出信号Vaに交流成分が含まれる
ようになる前の直流成分のみの状態、すなわち黒バーを
走査する以前の白地の走査状態では、コンデンサ５の反
転増幅器４側の電圧は、濾波信号Vcがなく閾電圧源V4の
電圧となっている。そこで、黒バーの走査が開始され
て、検出信号Vaに一定方向に振幅する交流成分が含まれ
て第７図（ｂ）のごとく直流成分の電圧が変化すると、
その変化電位差はコンデンサ５を通過して反転増幅器４
側に出力される。しかるに、コンデンサ５の反転増幅器
４側の電位は閾電圧源V4の電圧となるように抵抗R41,抵
抗R42を介して徐々に変化して変化電位差が解消され
る。そこで、コンデンサ５の反転増幅器４の直流電位
は、第７図（ｄ）に示すごとく、変位電位差が徐々に減
衰する特性を有するものとなり、該直流電位が反転増幅
器４の比較増幅器OP4の反転入力端子（−）に与えられ
る。そこで、このコンデンサ５の反転増幅器４側の第７
図（ｆ）の信号が反転増幅器４の反転入力端子（−）へ
印加されて増幅されると、第７図（ｇ）に示す如く、反
転増幅器４から出力される増幅信号Vdは、直流電圧が減
衰の特性を示して徐々に低下し（第７図（ｇ）に破線で
示す）、交流成分の変動範囲が直流成分の減衰に伴なっ
て徐々に低下したものとなる。この増幅信号Vdの波形を
一定した閾値（例えば反転増幅器４の閾電圧源V4の電
圧）と比較して２値化したとすると、第７図（ｈ）に示
す如く、２値化処理される矩形波信号Veのパルス幅は、
一定した検出信号Vaの交流成分の繰り返し波形であるに
も係わらず、上述した直流成分が減衰する特性曲線に従
って変化して徐々に狭くなる。従って、フォトトランジ
スタ２のエミッタ電圧である検出信号Vaの交流成分に対
応した正確なパルス幅で２値化することが出来ない。こ
の為に、上述した直流成分が減衰する特性に対応して追
従する閾値を設定する自動閾値設定回路７が必要とされ
る。この自動閾値設定回路７は、比較増幅器OP71とコン
デンサC7および抵抗R71,R72がローパスフィルタとして
作用し、さらに比較増幅器OP72と抵抗R73,R74が反転増
幅器として作用する。そこで、ローパスフィルタの作用
により増幅信号Vdがその変動がなまった波形でしかも反
転して出力され、該信号が反転増幅器の作用で再び反転
されて出力される。よって自動閾値設定回路７の出力信
号は、増幅信号Vdの変動がなまった波形となる。このな
まった波形に含まれる直流成分は、増幅信号Vdの直流成
分（第７図（ｇ）に破線で示す）と同様である。そこ
で、２値化回路６で、増幅信号Vdと、これがなまらされ
た自動閾値設定回路７の出力が比較されると、双方に含
まれる直流成分が同様であるためにその変化は打ち消さ
れ、交流成分に応じた正確なパルス幅で２値化すること
ができる。

［発明が解決しようとする課題］ 然しながら、上述したDC型の信号増幅回路がバイアス
電圧の調整が不適切である場合および外乱光が極端に強
いあるいは弱い場合等にあっては、正確な２値化に適し
た増幅信号Vbが得られない。また、上述したAC型の信号
増幅回路の構成にあっても、変動する閾値に追従した比
較動作をする為には反転増波幅器４及び２値化回路６の
動作レンジ（ダイナミックレンジ）の大きなものが必要
である。なぜならば、動作レンジとして、交流成分の振
幅幅にコンデンサ５の反転増幅器４側で減衰特性となる
直流成分の変化幅を加算した電圧幅が必要となる。しか
も、自動閾値設定回路７の追従速度は一定であるにもか
かわらず相対的走査速度及び外乱光等で検出信号Vaの変
動状態はまちまちであることから、構成が複雑化された
にも係わらず当初の期待された正確な２値化に適した増
幅信号を得ることが出来ない。なぜならば、検出信号Va
の変化に対して追従速度が遅すぎると、交流成分が現わ
れた直後には、交流成分の振幅中心を中心として閾値が
変化できず、交流成分が現われた直後の２値化された増
幅信号の幅が正確とならない。また、検出信号Vaの変化
に対して追従速度が早すぎると、検出信号Vaに変化のな
い期間（例えば交流成分が現われない期間）で閾値が検
出信号Vaに一致して重なり、雑音等による検出信号Vaの
僅かな変化に対しても、検出信号Vaと閾値との相対的大
きさが変化する。この変化に対しても２値化回路６から
２値化信号が出力されることによって、チャタリングが
生じ易くなるためである。

従って、本発明は上述した振幅が一方向に重畳された
交流成分を有する検出信号から簡単な構成で正確な２値
化が可能な増幅信号を得る為の信号増幅回路を提供する
ことを技術的課題とする。

［問題を解決する手段］ 上記の技術的課題を解決するために、本発明の符号読
取装置の信号増幅回路は、符号に応じた光量の変化を電
気信号に変換する光−電気変換手段２と、この光−電気
変換手段２から出力され、直流成分に対して交流成分が
一定方向に断続的に重畳した検出信号Vaから、直流成分
を除いてなる濾波信号Vfを出力するコンデンサ５と、前
記濾波信号Vfを抵抗Ｒi8を介して第１入力端子（−）に
供給されるとともに、基準電圧値Vsが第２入力端子
（＋）に供給され、出力端子が抵抗Ｒf8を介して前記第
１入力端子（−）に接続され、前記基準電圧値Vsに対し
て前記濾波信号Vfを逆極性で比較増幅動作して増幅信号
Vgを出力する増幅器８と、前記基準電圧値Vsを前記交流
成分の波形に対応して前記増幅器８の動作可能な許容入
力範囲内の上限側近傍または下限側近傍のいずれか一方
側で出力する基準電圧発生手段11、12と、該基準電圧発
生手段11、12と前記増幅器８の第２入力端子（＋）との
接続部及び前記コンデンサ５と前記抵抗Ｒi8との接続部
の間に、前記交流成分が重畳した波形に対応した極性を
持たせるよう接続され、クランプ電流Ikを通電させ前記
濾波信号Vfを前記基準電圧値Vsに沿ってクランプする整
流手段20、21と、を有し、前記基準電圧値Vsと、この基
準電圧値Vsに沿ってクランプされた前記濾波信号Vfと
を、前記増幅器８で差動増幅して、前記交流成分の増幅
成分を出力するように構成されている。

［作用］ 上記の技術的手段は以下の通りに作用する。

コンデンサ５で濾波した濾波信号Vfを基準電圧発生手
段11、12で設定した基準電圧値Vsに沿ってクランプし、
この濾波信号Vfとクランプに用いた基準電圧値Vsとの電
位差を増幅器８で差動増幅するので、濾波信号Vfの交流
成分のみを正確に増幅した増幅信号Vgを出力し得る。ま
た、基準電圧値Vsに沿ってクランプされた濾波信号Vfを
増幅器８に与えるので、濾波信号Vfに直流成分の減衰に
よるうねり等を生じることがない。さらに、基準電圧値
Vsを交流成分の波形に対応して増幅器８の許容範囲内の
上限側近傍または下限側近傍のいずれか一方側に設定す
ることで、増幅器８のダイナミックレンジは交流成分の
振幅幅であれば良く、極めて狭い許容入力範囲であって
も正確に増幅がなされる。

［実施例］ 以下に本発明の一実施例を第１図及び第２図に基づい
て詳細に説明する。尚、従来例で説明した部分と同一及
び同一機能部分については同一並びに関連する符号を付
して説明を簡略化する。

第１図はバーコード読取装置に用いられる信号増幅回
路とこの増幅信号の２値化回路迄の構成図、第２図は第
１図の動作を説明する波形図である。

まず、第１図に基づいて構成を説明すると、LED1から
の光は、バーコード面を介した所定レベルで変化する反
射光量がフォトトランジスタ２で受光されてエミッタ電
圧値の変化で出力される。

このフォトトランジスタ２のエミッタと一端が接地さ
れた抵抗Reとの接続点ａには、コンデンサ５の一端が接
続されている。このコンデンサ５の他端は、演算増幅回
路９（以降は単に“OP9"とする。）の反転入力端子
（−）とダイオード10のアノードとが検出信号Vaの取り
出し端子として共通な接続点ｆに成っている。

この接続点ｆからは比較増幅器８（以降は単に“OP8"
とする。）の反転入力端子（−）へ接続手段である入力
インピーダンスを所定値以上に維持する目的の抵抗値に
設定された抵抗Ｒi8を介した電圧値が供給される。この
抵抗Ｒi8は後述するOP8に接続された負帰還手段からの
帰還電流による影響で接続点ｆの電圧値が変わろうとす
るのに対して出来得る限り変動しない様に高い抵抗値に
設定されている。この接続点ｆにアナードが接続された
ダイオード10のカソードはOP9の出力端子に接続されて
いる。

基準電圧発生手段である電源電圧＋Ｂを抵抗11,12で
分圧して基準電圧値Vsを設定する分圧回路には、この分
圧点がOP8の非反転入力端子（＋）とOP9の非反転入力端
子（＋）との各々に接続されている。OP8は反転増幅回
路として作用する様に構成されている。また、OP9とこ
れに接続されたダイオード10とは整流手段である理想ダ
イオード回路20として作用する様に構成されている。そ
して、この理想ダイオード回路20はコンデンサ５と共に
検出信号Vaの交流成分の片側のピーク波形を一定電圧値
である上記基準電圧値Vsにクランプするクランプ回路と
して作用する様に構成されている。

OP8の出力端子はこの出力インピーダンスを所定値以
下に維持する抵抗値に設定された抵抗Ｒo8を介して接地
されている。この抵抗Ｒo8とOP8の出力端子との接続点
ｇには上述した抵抗値に設定された抵抗Ｒi8と共に負帰
還手段として作用する為の帰還定数を抵抗値に設定され
た抵抗Ｒf8の一端が接続されている。この抵抗Ｒf8の他
端はOP8の反転入力端子（−）に接続されて負帰還電流
を供給する様に成っている。

この信号増幅回路の出力である接続点ｇには２端子入
力型の電圧比較回路として構成された演算増幅器13（以
降は単に“OP13"とする。）の反転入力端子（−）と信
号増幅回路の出力波形を後述する所定のレベルでスライ
スする為の互いに逆極性で並列接続されたダイオード14
及びダイオード15のカソード及びアノードが各々接続さ
れている。

このOP13の反転入力端子（−）に接続されたダイオー
ド14,15の他端どうしはコンデンサ16を介して接地され
ている。このコンデンサ16とダイオード14,15の接続点
は抵抗17を介してOP13の非反転入力端子（＋）に接続さ
れて、自動的に電圧比較動作の為の後述する閾値の中心
電圧値を供給する様に成っている。このOP13の非反転入
力端子（＋）とこの出力端子とは後述する正帰還量を所
定値にするRf13で接続されており、抵抗17及び上記抵抗
Rf13の抵抗比率で設定されたOP13の電圧比較用の閾値に
後述するごとくヒステリシス特性を持たせて非反転入力
端子（−）へ比較電圧を印加する様に成っている。この
ヒステリシス特性を有する閾値電圧は、この閾値電圧供
給経路及び信号線の接続点ｆに進入するノイズ等によ
り、ほぼ閾値と同じ電圧の増幅信号Vgと閾値との比較動
作がチャタリングの発生等で不確実に成ることを防止し
ている。ここで、ダイオード14,15とコンデサ16は自動
閾値設定回路として作用し、シュミットトリッガ型の電
圧比較回路として接続されたOP13は２値変回路として作
用する様になっている。

OP13の出力端子はOP13の出力インピーダンスを所定値
以上に維持する抵抗値に設定された抵抗Ro13を介してト
ランジスタ18のベースに接続され、このトランジスタ18
のエミッタは接地されている。トランジスタ18のコレク
タは電源＋Ｂに一端が接続された負荷用の出力インピー
ダンスを所定値とする抵抗値に設定された抵抗R1の他端
と接続されている。この抵抗R1とトランジスタ18のコレ
クタとの接続点は接続される図示しないバーコード用の
デコード（複号；即ち、符号識別解読）回路等に所定の
出力インピーダンスで２値変処置に適した矩形波信号Vh
を供給する出力端子19に成っている。

次に、上記構成の動作を第２図に従って説明する。フ
ォトトランジスタ２のエミッタ電圧である検出信号Va
は、第２図（ａ）に実線と破線で示す如く、外乱光の強
さの違い等によって直流成分が変化し、この直流成分が
バーコードによる反射光量の違いによる交流成分に重畳
されている。そして、コンデンサ５を通過して直流成分
が除かれた濾波信号Vfは、第２図（ｂ）示す如く、コン
デンサ５と理想ダイオード回路20で構成されたクランプ
回路により、基準電圧発生手段からの基準電圧値Vsに交
流信号の片方（電圧の高い方）のピーク値が揃えられ
（クランプされ）ている。このクランプされた波形の濾
波信号VfはOP8の反転入力端子（−）に印加される。

このクランプ動作につき説明する。まず、接続点ａに
交流成分の含まれない検出信号Vaが生じているとする
と、コンデンサ５で直流成分が遮断されており、コンデ
ンサ５のクランプ回路側の接続点ｆの電圧値は、このク
ランプ回路等により定まる。そこで、接続点ｆの電圧値
が基準電圧値Vsより高いとすればOP9は低いレベル電圧
を出力してダイオード10が導通して電圧値が基準電圧Vs
と等しくなるように作用する。ここで理想ダイオード回
路20は、OP9の非反転入力端子（＋）に印加されている
基準電圧値Vsをこの反転入力端子（−）に接続された接
続点ｆの電圧値が上回ろうとする期間だけ、OP9の出力
端子と図示しないOP9の接地端子との間の内部インピー
ダンス値を極めて低い状態として、接続点ｆからOP9の
出力端子に向かって電流を通電可能な状態とし、ダイオ
ード10の順方向ツエナ電圧ＶFD10の影響を受けずにクラ
ンプ電流Ikを通電させる。従って、この理想ダイオード
回路20でクランプ電流Jkが通電された時の接続点ｆの電
圧値は、基準電圧値Vsに極めて近い値に成っている。ま
た、接続点ｆの電圧値が基準電圧値Vsより低いとすれ
ば、OP9の高いレベル電圧を出力してダイオード10が非
導通となり、OP9およびダイオード10は何んら作用しな
い。そして、接続点ｆの電圧値が基準電圧値Vsを下回る
場合は、OP8は高いレベル電圧を出力し、抵抗Ｒf8,Ri8
を介して接続点ｆの電圧値が高くなるように作用する。
しかし、この作用は、抵抗Ｒf8,Ri8を含む時定数により
ゆっくりとなされる。このようにして、検出信号Vaに交
流成分が含まれない状態では、接続点ｆの電圧値はほぼ
基準電圧値Vsに等しい値となる。

次に、検出信号Vaに交流成分が含まれる状態で、一方
向に振幅する交流成分により接続点ｆの電圧値が基準電
圧値Vsを下回ると、理想ダイオード回路20は次のように
整流作用をする。まず、OP9の非反転入力端子（＋）に
印加されている基準電圧値Vsをこの反転入力端子（−）
に印加されている接続点ｆの電圧値が下回った状態であ
るために、OP9の出力端子からは高いレベルの電圧が出
力される。すると、その出力端子にカソードが接続され
たダイオード10には逆方向電圧ＶRD10が印加されるので
（なお、ダイオード10のアノードに負，カソードに正の
逆方向に印加される電圧値より、ダイオード10の逆方向
耐電圧値は十分高い値に選択されている。）、クランプ
電流Ikは遮断される。従って、この接続点ｆに現われる
一方向に振幅する交流成分による電圧値は、その低下分
が基準電圧値Vsより下回った値のままの状態の波形とし
て現われる。この基準電圧値Vsを下回る値の交流波形を
有する電圧信号が抵抗Ｒi8を介してOP8に供給されてい
る間、即ち、クランプ電流Ikが通電され無い間、にOP8
から出力される増幅信号Vgの電圧値は、基準電圧値Vsと
これを下回る電圧値の反転入力端子（−）に印加されて
いる交流波形との電位差値が、OP8の電圧増幅率を乗じ
て反転された電圧値に基準電圧値Vsが重畳した状態の出
力波形の値と成る。

ここで、OP8の出力電圧が抵抗Ｒf8,Ri8を介して接続
点ｆの電圧値を上昇させる方向に作用するが、抵抗Ｒf
8,Ri8とコンデンサ５で形成される時定数回路の時定数
が充分に大きく設定されており、検出信号Vaの交流成分
の電圧変化に追従できない。しかるに厳密には、OP8の
出力電圧により、検出信号Vaの交流成分（１サイクルの
交流成分）が消失した時に、接続点ｆの電圧値は基準電
圧値Vsより高くなろうとする。また、接続点ｆには、理
想ダイオード回路20がないとすれば、従来のAC型の信号
増幅回路と同様に、図７（ｆ）のごとく交流成分に減衰
特性を有する直流成分が重畳した信号が現われるはずで
ある。そこで、この直流成分の減衰によっても、１サイ
クルの交流成分が消失した時に、接続点ｆの電圧値が基
準電圧Vsより高くなろうとする。そこで、接続点ｆの電
圧値が基準電圧Vsを上回って上昇しようとすると、理想
ダイオード回路20の整流作用は、OP9の非反転入力端子
（＋）に印加されている基準電圧値Vsをこの反転入力端
子（−）に印加されている接続点ｆの電圧値が上回った
状態となり、OP9の出力端子に低いレベル電圧が出力さ
れ、その出力端子カソードが接続されたダイオード10は
順方向電圧が加わり、クランプ電流Ikが通電される。従
って、この時の接続点ｆの電圧値は、基準電圧値Vsと同
一レベル以上の上昇することは無く、基準電圧値Vsにク
ランプされる。この状態のOP8から出力される増幅信号V
gの電圧値は、基準電圧値Vsとこれにクランプされた接
続点ｆの電圧値とのほぼ“0"ボルトに近い電位差に対し
て、抵抗Ｒf8と抵抗Ｒi8との抵抗値の比率で設定された
OP8の電圧増幅率を乗じた値すなわち“0"ボルトが反転
出力されて、OP8の基準動作電圧値である基準電圧値Vs
となる。

このように、理想ダイオード回路20のクランプ作用に
よって、接続点ｆに現われる電圧は、一方向に振幅する
交流成分の上側のピーク値が基準電圧値Vsにクランプさ
れたものとなる。よって、OP8からの出力される交流成
分を含む検出信号Vaの増幅信号Vgは、第２図（ｃ）の実
線で示すVgのごときものとなる。

そして、OP8が出力した増幅信号Vgがダイオード14,15
及びコンデンサ16で構成された自動閾値設定回路に供給
されて、この自動閾値設定回路からは、後述するごと
く、第２図（ｃ）に破線で示した様な波形変換された閾
値がOP13の非反転入力端子（＋）に供給される。この自
動閾値設定回路の動作につき説明する。

まず、検出信号Vaに交流成分が含まれていない状態で
は、上述のごとく、OP8の出力電圧である増幅電圧Vg
は、ほぼ基準電圧値Vsである。そこで、コンデンサ16も
ほぼ基準電圧値Vsにに充電され、OP13の出力電圧もほぼ
基準電圧Vsである。そして、検出信号Vaに交流成分が含
まれるようになり、OP8より第２図（ｃ）に実線で示さ
れる交流成分を含む増幅電圧Vgが出力されると、交流成
分の高いレベルの電圧でダイオード15を介してコンデン
サ16が充電され、コンデンサ16の端子電圧が上昇する。
そして、交流成分の高いレベルの電圧が消失して基準電
圧値Vsとなると、充電されて高い端子電圧を有するコン
デンサ16からダイオード14を介して放電がなされる。こ
こで、ダイオード14,15には抵抗成分を含み、コンデン
サ16の充放電は時定数を有する。また、ダイオード14,1
5による順方向ツエナ電圧の電圧降下により、増幅電圧V
gに対してコンデンサ16の端子電圧はヒステリシス特性
をもって追従する。そこで、コンデンサ16の端子電圧
は、第２図（ｃ）に破線で示すごとく、増幅電圧Vgの変
化に時定数をもって遅れて追従しようとする波形とな
り、これが自動閾値設定回路の出力となる。そして、第
２図（ｃ）の実線の増幅信号Vgと、破線の自動閾値設定
回路の出力とが、OP13で比較され、増幅信号Vgが自動閾
値設定回路の出力を上回るとき、すなわち実線が破線よ
り高い電圧であるときに、低いレベルの電圧を出力し、
逆に増幅信号が自動閾値設定回路の出力を下回るときに
は高いレベルの電圧を出力する。したがって、OP13によ
り２値化の処理が行なわれる。さらに、OP13から出力さ
れた比較信号に基づいてトランジスタ18を介した出力端
子19からはOP13からの比較信号の出力波形が反転されて
第２図（ｄ）に示す様な所定の電力の識別解読（デコー
ド）処理に適した矩形波信号Vhが出力される。なお、交
流成分がない状態でOP13から出力されるほぼ基準電圧値
Vsの出力電圧により、トランジスタ18は導通されてお
り、出力端子19には“0"ボルトが出力されるように設定
される。

この様にして、OP8から出力された増幅信号Vgは、フ
ォトトランジスタ２のエミッタ電圧に現われたバーコー
ドの反射光量の変化による微小な交流成分の電圧信号が
正確に以降の２値化手段で処理可能に信号増幅されてお
り、この交流成分の出力波形に基づいて適格な矩形波信
号Vhのパルス幅が簡単な構成で得られる。

本発明の他の実施例を第３図に基づいて説明する。
尚、従来例及び上述した実施例で説明した部分と同一及
び同一機能部分については同一並びに関連する符号を付
して説明を簡略化する。

第３図に示すバーコード読取装置の信号処理構成と第
１図に示す構成との相違するところは、第１図のOP9と
ダイオード10から成る整流手段20に代わって、第３図の
ものがダイオード21のみの整流手段と成っている。この
ダイオード21とコンデンサ５で構成されたクランプ回路
を有する信号増幅回路は、構成が簡略化されている。

まず、フォトトランジスタ２のエミッタに接続された
抵抗値の抵抗Reに分圧される接続点ａの上昇する検出信
号Vaの電圧値により、コンデンサ５のクランプ回路側に
生ずる電圧値が抵抗12に分圧される電圧値とダイオード
21の順方向ツエナ電圧ＶFD21との加算電圧値を越えよう
とする場合には、クランプ電流Ikが通電される。

このクランプ電流Ikの経路は、コンデンサ５→ダイオ
ード21→抵抗12→接地線の順で抵抗Reを介して通電され
る。クランプ電流Ikが通電されている状態の抵抗12に分
圧される電圧値は電源端子＋Ｂから抵抗11を介して流れ
る電流値とクランプ電流Ikの電流値とが加算された合成
電流値に対して抵抗12の抵抗値を乗じた電圧レベルであ
る。この電圧値はOP8の比較増幅動作とコンデンサ５及
びダイオード21で作用するクランプ動作との動作点を設
定するクランプ電流Ikが通電されている時の基準電圧値
Vsである。クランプ電流Ikの電流値は、上昇しようとす
る検出信号Vaの変化分の電圧値がダイオード21の順方向
ツエナ電圧ＶFD21と基準電圧値Vsとの加算された電圧値
を上回った電位差分の電圧値に対して抵抗12と抵抗Reと
コンデンサ５との合成インピーダンス値で除算した電流
値である。従って、クランプ電流Ikの電流値は微小レベ
ルで上昇方向に変動する基準電圧値Vsの為に検出信号Va
の上昇値に対してクランプ電流Ikの増加率が抑制される
傾向を示す。そして、非反転入力端子（＋）に微小な変
動をする基準電圧値Vsが印加されたOP8から出力される
増幅信号Vgの電圧値は、反転入力端子（−）と非反転入
力端子（＋）とに印加される同方向で同一レベルの上昇
値で変動する基準電圧値Vsの変動値が完全に相殺され、
且つ、非反転入力端子（−）に印加された電圧値が反転
入力端子（＋）に印加された基準電圧値Vsの順方向ツエ
ナ電圧ＶFD21の電圧値分だけ上回っているので増幅出力
は“0"ボルトレベルであり基準動作電圧値が出力される
状態と成って変化しない。

次に、フォトトランジスタ２のエミッタに接続された
抵抗Reの分圧される接続点ａの上述した状態から降下す
る検出信号Vaの電圧値により、コンデンサ５のクランプ
回路側に生ずる電圧値が下降して、クランプ電流Ikが遮
断されて電源端子＋Ｂから抵抗11を介して通電される電
流値だけの時の抵抗12で分圧された基準電圧値Vsに成る
迄の間は、以下の様に動作する。

接続点ａの検出信号Vaが電圧降下して来るのに従っ
て、コンデンサ５のクランプ回路側の電圧値が低下し
て、接続点ｆに現われる電圧値が基準電圧値Vsとダイオ
ード21の順方向ツエナ電圧ＶFD21の値とを加算した電圧
値より下回った場合は、接続点ｆの電圧値と基準電圧値
Vsとの電位差がダイオード21の順方向ツエナ電圧ＶFD21
を越すことが無いのでクランプ電流Ikが遮断される。そ
して、この状態から接続点ｆの濾波信号Vfの電圧値が基
準電圧値Vsと同一値に成る迄の間のOP8から出力される
増幅信号Vgの電圧値は、抵抗Ｒi8を介して供給されてい
る接続点ｆの電圧値が基準電圧値Vsを下回ることが無い
ので、増幅出力は“0"ボルトレベルであり、基準動作電
圧値が出力される状態のままで変化しない。即ち、この
実施例の信号増幅回路では、クランプ電流Ikが遮断され
て反転入力端子（−）の印加電圧に交流成分が含まれて
いても順方向ツエナ電圧ＶFD21の電圧値分が増幅信号Vg
に現われない様に成っている。

更に、フォトトランジスタ２のエミッタに接続された
抵抗Reに分圧される電圧変動により、コンデンサ５のク
ランプ回路側の電圧値が電源端子＋Ｂから抵抗11を介し
て通電される電流値だけの時の抵抗12で分圧された基準
電圧値Vsを下回ると、以下の様に動作する。

接続点ａの検出信号Vaの電圧降下が更に進むのに従っ
て、コンデンサ５のクランプ回路側の電圧値が益々低下
して来て、接続点ｆに現われる電圧値が基準電圧値Vsよ
り下回った場合には、勿論、ダイオード21にクランプ電
流Ikが通電されることがない。従って、この接続点ｆに
現われる電圧値は、基準電圧値Vsを大きく下回った状態
の波形として現われる。然し、OP8から出力される増幅
信号Vgの電圧値は、この時の基準電圧値Vsに基づいた直
流成分に、反転入力端子（−）に印加されている交流波
形と基準電圧値Vsとの電位差（即ち、交流波形の動作電
圧側の波形が上記順方向ツエナ電圧ＶFD21分だけスライ
スされた電圧）が抵抗値Ｒf8と抵抗値Ｒi8の抵抗比率で
設定されたOP8の電圧増幅率を乗じてさらに反転された
値が、加算されて重畳された状態の出力波形と成る。

なお、ここまで説明した実施例に於ては、バーコード
面は白地に黒色バーが記録され、このバーコードによる
反射光を受光するフォトトランジスタ２のエミッタから
検出信号Vaを得る構成と成っており、黒色バー表示に基
づく交流成分が電圧を降下されて一方向に振幅変化する
検出信号Vaの波形を得て、この検出信号Vaの波形をコン
デンサ５を介して直流成分を濾波して比較増幅器８の動
作許容入力電圧の一番高い電圧の内側近傍に設定した基
準電圧発生手段からの基準電圧値Vsに基づいてクランプ
動作を行なう様に構成している。これに反して、検出信
号Vaを例えばNPN型のフォトトランジスタのコレクタ側
より取出す様に構成した場合は黒色バー表示に基づく交
流成分で電圧が上昇されて一方向に変化する検出信号Va
の波形が出力される。このコレクタ側より検出信号Vaを
取り出す場合は、コンデンサCcは取り外すことは勿論で
ある。そして、この波形を比較増幅器８の適正に動作可
能な範囲で信号増幅させる為には上述した２値化手段と
整合させた場合にコンデンサ５を通過した濾波信号Vfを
比較増幅器８の動作許容入力電圧の一番低い電圧（０ボ
ルト）の内側近傍に設定した基準電圧発生手段からの基
準電圧値Vsに基づいてクランプ動作を行なう様に構成す
れば良い。

また、上述したコンデンサ５及び、整流手段20,21並
びに、クランプ電圧レベルを設定する基準電圧発生手段
11,12で構成したクランプ回路は、上述した実施例のも
のに限られず、コンデンサ５を介して供給された交流信
号電圧を入力極性の異なる信号増幅器の動作可能な範囲
を有効に活用する為に整流手段並びにクランプ電圧レベ
ルを設定する基準電圧発生手段の極性及び電圧値を入力
される交流信号波形の方向に対応して設定してクランプ
動作を適宜に行なう様に構成された手段を有する信号増
幅回路であれば、上述した実施例の比較増幅器８の動作
範囲が、この信号増幅器の供給される電源電圧（０〜＋
Ｂボルト）の範囲内で動作するもので有ったが、共通接
地線に互いに逆極性で接地された２電源から電源供給す
るこの種の信号増幅器で有っても同様に作用することは
ゆうまでもない。

さらに上述した実施例に於いては、バーコード読取装
置の信号処理回路の於ける検出信号Vaを信号増幅回路で
増幅するものとして説明したが、検出信号Vaを増幅する
用途に限られず、本発明の増幅されるべき交流信号の振
幅の片側のピーク値を同一レベルに揃えてもう一方の方
向に振幅する増幅信号Vgを得ることが望ましいカードリ
ーダー等の別の用途に適用することは当業者にとって容
易になり得る設計変更事項である。

［効果］ 以上説明したように本発明の符号読取装置の信号増幅
回路によれば、基準電圧値Vsと、この基準電圧Vsに沿っ
て振幅の片側のピーク値がクランプされた濾波信号Vfと
を増幅器８で差動増幅するので、濾波信号Vfの交流成分
のみが正確に増幅出力される。そして、基準電圧発生手
段11、12によって設定された１つの基準電圧値Vsを、濾
波信号Vfのクランプに用いるとともに増幅器８の基準動
作電圧として共通に用いているので、濾波信号Vfのクラ
ンプ電圧と基準動作電圧がずれるようなことがなく、基
準電圧値Vsを任意の値に容易に設定し得る。また、従来
のこの種の回路では直流成分の減衰変動時等のために増
幅波形の歪や２値化レベルに対する増幅波形のうねり等
の問題があったが、本発明にあっては濾波信号Vfが基準
電圧値Vsに沿ってクランプされるので、うねり等を生じ
ることがない。また、増幅器８のダイナミックレンジは
交流成分の振幅幅だけあれば良く、極めて狭い許容入力
範囲であっても正確な増幅動作がなされる。さらに、基
準電圧値Vsを交流成分の波形に対応して増幅器８の許容
入力範囲内の上限側近傍または下限側近傍のいずれか一
方側に設置するので、増幅器８の出力範囲を効率良く用
いて、歪等のない増幅信号Vgを出力させることができ
る。もって、信頼性の高い２値化処理が可能な増幅信号
Vgが得られる符号読取装置の信号増幅回路を提供できる
等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の信号増幅回路を有するバー
コード読取装置の要部信号処理回路を示す構成図、第２
図は第１図の動作を説明する波形図、第３図は第１図の
他の実施例を示す構成図、第４図は従来の直流信号結合
型の信号増幅回路を有する回路構成図、第５図は第４図
の動作を説明する波形図、第６図は従来の交流信号結合
型の信号増幅回路を有する回路構成図、第７図は第６図
の動作を説明する波形図である。 図において、２はフォトトランジスタ、５はコンデン
サ、８は比較増幅器、9,13は演算増幅器、10,21はダイ
オード、11,12は基準電圧設定用の抵抗、20は理想ダイ
オード回路、Ｒi8は接続用の抵抗、Ｒf8は負帰還用の抵
抗をそれぞれ示している。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−16415（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−118148（ＪＰ，Ａ) 特公 昭53−14447（ＪＰ，Ｂ１)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】符号に応じた光量の変化を電気信号に変換
   する光−電気変換手段２と、この光−電気変換手段２か
   ら出力され、直流成分に対して交流成分が一定方向に断
   続的に重畳した検出信号Vaから、直流成分を除いてなる
   濾波信号Vfを出力するコンデンサ５と、 前記濾波信号Vfが抵抗Ｒi8を介して第１入力端子（−）
   に供給されるとともに、基準電圧値Vsが第２入力端子
   （＋）に供給され、出力端子が抵抗Ｒf8を介して前記第
   １入力端子（−）に接続され、前記基準電圧値Vsに対し
   て前記濾波信号Vfを逆極性で比較増幅動作して増幅信号
   Vgを出力する増幅器８と、 前記基準電圧値Vsを前記交流成分の波形に対応して前記
   増幅器８の動作可能な許容入力範囲の上限側近傍または
   下限側近傍のいずれか一方側で出力する基準電圧発生手
   段11、12と、 該基準電圧発生手段11、12と前記増幅器８の第２入力端
   子（＋）との接続部及び前記コンデンサ５と前記抵抗Ｒ
   i8との接続部の間に、前記交流成分が重畳した波形に対
   応した極性を持たせるように接続され、クランプ電流Ik
   を通電させ前記濾波信号Vfを前記基準電圧値Vsに沿って
   クランプする整流手段20、21と、を有し、 前記基準電圧値Vsと、この基準電圧値Vsに沿ってクラン
   プされた前記濾波信号Vfとを、前記増幅器８で差動増幅
   して、前記交流成分の増幅波形を出力するように構成し
   たことを特徴とする符号読取装置の信号増幅回路。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項記載の符号読取装置
   の信号増幅回路において、 前記検出信号Vaは、前記交流成分が前記直流成分を基準
   として電圧値を減少させる方向に振幅し、前記整流手段
   20、21の陰極側が前記増幅器８の前記第２入力端子
   （＋）側に接続され、陽極側が前記第１入力端子（−）
   側に接続されること、 を特徴とする符号読取装置の信号増幅回路。