JP2768919B2 - 光出力と走査角を調節できる走査装置 - Google Patents

光出力と走査角を調節できる走査装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般には、半導体光源
を使用して、バーコード記号などの反射率の異なる符号
を読み取るレーザー走査装置、より詳細には、光線束の
強さ又は空間的範囲を調節して、符号の検出と読取りを
行う走査装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】この分野では、バーコード記号を読み取
るための各種のレーザー走査装置が知られている。物品
の表面又はラベルには、その物品又はその他の特徴を識
別する情報をディジタル表示したバーコード記号が付い
ている。バーコード記号自体は、さまざまな幅の空白と
境を接して互いに間隔をおいて配置されたさまざまな幅
の一連の棒記号から成るコード化された符号パターンで
ある。米国特許第4,251,798 号、同第4,360,798 号、同
第4,369,361 号、同第4,387,297 号、同第4,593,186
号、同第4,496,831 号、同第4,409,470 号、同第4,460,
120 号、同第4,607,156 号、同第4,673,803 号には、い
ろいろな形状の走査装置が開示されている。これらの走
査装置は、一般に、Universal Product Code（ＵＰＣ）
方式のバーコード記号を読み取るように設計されてお
り、手持ちの位置又は固定された位置で、バーコード記
号から一定の距離すなわち読取り距離をおいて使用され
る。一般に、走査装置は、光線束を出すレーザー又は半
導体素子などの光源を備えている。光線束は、一定の大
きさの輝点を形成するよう光学的に修正される。輝点の
大きさは、一般に、異なる反射率の領域間の最小幅、す
なわちバーコード記号の棒と空白間の最小幅と同じにす
ることが好ましい。しかし、実際には、輝点の大きさを
上記のように限定する必要はない。棒と空白の相対寸法
は、棒と空白の実寸法と同様に、文字を表現するため使
用したコーディング方式で決まる。バーコード記号で表
示した１インチ当たりの文字数は、記号密度と呼ばれ
る。
【０００３】光線束は、光学部品により、物品の表面に
付けられたバーコード記号を含む目標へ光学路に沿って
導かれる。走査部品は、バーコード記号を横切って輝点
を掃引して記号を横切る走査線を描くこともできるし、
あるいは光検出器の視界を走査することもできるし、又
は、その両方を行うこともできる。また、走査装置は光
検出器を備えている。光検出器はバーコード記号を若干
はみ出して伸びた視界を有しており、記号から反射した
さまざまな強さの光を検出する作用をする。光検出器は
バーコード記号内の一連の棒と空白を表す電気記号を発
生する。この電気記号は、後でバーコード記号が表すデ
ータへデコードされる。半導体素子は、小形で、安価
で、消費電力が少ないので、走査装置の光源として特に
適しているが、ある種の用途に使用するには幾つかの欠
点がある。第１は、ある半導体レーザー、特に可視スペ
クトル領域で光を出す半導体レーザーの寿命が比較的短
いことである。誘導放出光共振器を形成している反射面
は時間とともに反射率が低下する薄い層である。反射率
が低下すると、レーザーの有効出力パワーも低下するの
で、走査装置の動作の有効性が制限される。後で説明す
るように、反射面の劣化はダイオードに加える電流に比
例する。もちろん、加える電流が小さければ、半導体レ
ーザーの寿命が長くなる。
【０００４】漸進的劣化のほかに、他の劣化メカニズム
がある。すなわち、（１）破局的劣化と、（２）暗線欠
陥の生成である。破局的劣化の場合、高パワー動作中の
レーザーが、反射鏡に生じたくぼみや溝によって、永久
的な損傷を受ける。暗線欠陥は、レーザーの使用中に生
成することがある転位の網状組織である。暗線欠陥は、
いったん発生すると、短時間に急激に成長し、しきい値
電流密度を増加させることがある。半導体レーザー使用
のもう１つの不利益は、常時オンに関係する温度の上昇
である、すなわち長い動作周期の使用は半導体レーザー
の寿命をさらに縮めるであろう。現在市販されている半
導体レーザーのもう１つの欠点は、その視感度が、例え
ば、HeNeガスレーザーから出る光線束の視感度に比べて
低いことである。視感度が低い理由は、それらの波長
（約６８０ナノメートル）が高いためである。本発明よ
り以前には、バーコード記号を読み取る走査装置に、可
視半導体レーザーを使用することの不利益を克服する満
足な解決策はなかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の第１の目的
は、半導体レーザーの使用寿命を長くするために低パワ
ーモード及び高パワーモードの両方で使用することが可
能な、バーコード記号などのコード化符号を読み取る走
査方法及び装置を提供することである。第２の目的は、
光線束の走査角とパワー出力レベルを同時に調節するこ
とが可能な、コード化符号を読み取る走査方法及び装置
を提供することである。第３の目的は、さまざまな強さ
の反射光が、所定の符号パターンを指示することが可能
な異なる反射率の空間的変化を表しているかどうかを判
断する処理回路を備えている。コード化符号を読み取る
走査装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】簡単に述べると、本発明
は、第１の実施例として、バーコード記号のような反射
率の異なる部分を有する符号を検出する走査方法及び装
置を提供する。本発明は、光線束を出す光源と、光線束
を光学的に修正し、光学路に沿って、光学路にほぼ垂直
な基準面の近くに位置する目標へ光線束を導き、基準面
の空間的に隣接する部分を走査するように光学路内に配
置された光学部品とを備えている。本発明は、さらに、
視野を有し、目標から反射されたさまざまな強さの光の
少なくとも一部を検出し、検出した光の強さを表す電気
的信号を発生する作用をする光検出器を備えている。本
発明は、さらに、さまざまな強さの反射光が、異なる反
射率の空間的変化（所定の符号パターンの存在を指示す
ることが可能である）を表しているかどうかを判断する
ため、光検出器が発生した電気信号を処理してテスト信
号を発生する処理手段、そのテスト信号が所定の基準信
号より大きい場合には使用可能信号を発生する手段、及
び使用可能信号に応じて光線束を修正する手段を備えて
いる。本発明は、第２の実施例として、目標を照射する
光源、目標から反射された光の少なくとも一部を受け取
る光検出器、反射された光の強さをデコードしてコード
化符号の表現にするデコーダ、及び光源を低パワーの第
１モードと高パワーの第２モードで動作させる制御器を
備え、目標表面上のコード化符号を読み取る走査装置及
び方法を提供する。
【０００７】発明の特徴と考える新規な態様は、特許請
求の範囲に詳しく記載してある。走査装置及びその使用
方法に関する発明自体、及びその他の目的や利点につい
ては、添付図面を参照して、以下の特定実施例の説明を
読まれれば十分に理解することができるであろう。図
中、同じ部品は同じ参照番号で表示してある。
【０００８】
【実施例】本発明は、一般には、バーコード記号のよう
な反射率の異なる符号を読み取る半導体レーザー走査装
置、より詳細には、光線束の強さ又は空間的範囲を自動
的に調節して、読み取る記号の適切な検出、掃引、及び
（又は）走査を行う走査装置に関するものである。ま
た、本発明は、バーコード記号などの目標の一部を表
す、もしくは表しているかも知れない符号を検出する
と、それに応じて、光源の電流ドライバーと走査制御器
へ信号を与えて、走査装置を作動させる方法を提供す
る。図１及び図２は、それぞれ、本発明に従って、バー
コード記号などのコード化符号を読み取る走査装置の実
施例の簡単なブロック図である。詳しく述べると、参照
番号１０で識別した装置は、バーコード記号を検出し、
走査し、読み取り、及び（又は）分析を行う好ましいポ
ータブル型走査装置である。現在使用されている代表的
なバーコードは、Universal Product Code（ＵＰＣ）、
ＥＡＮ、Codabar 及びCode３９である。本発明の好まし
い実施例では、光源は半導体レーザーである。前に指摘
したように、半導体レーザー走査装置を長時間にわたっ
て全出力パワーで、あるいは長い動作周期で動作させる
には、多くの欠点がある。第１に、一部の可視半導体レ
ーザーの寿命はかなり短い。誘導放出共振器を形成する
反射面は、時間と共に反射率が低下する比較的薄い層で
ある。反射率が低下すると、レーザーの有効出力パワー
も低下するので、走査装置の動作上の有効性が制限され
る。しかし、半導体レーザーに電流を加えると、反射面
の劣化が速く進む。だが、加える電流をしきい値以下に
すれば、半導体レーザーは全く誘導放出しないであろ
う。そのような状態では、半導体レーザーは、単に自然
放出の過程により光を放出するだけである。しかし、し
きい値以上でも、低パワー状態で使用すれば、全出力パ
ワーで動作する半導体レーザーの有効寿命の１０倍以
上、例えば70,000時間、常時オン状態と仮定しても、８
年以上に半導体レーザーの有効寿命を延ばすことが可能
である。一般に、走査装置は、かなり多くの制限条件を
越えて、実際に常時オン状態で使用されることがないか
ら、実際の使用においては、有効寿命は相当に延長され
よう。
【０００９】第２の欠点は、レーザーにおける重要な関
心事が、一定の状態のもとで人間の目に見える比較的短
い波長（６８０ナノメートル）にあるのに、今日、走査
装置に使用されている大部分の半導体レーザーダイオー
ドは、７８０ナノメートルの波長で光を出すことであ
る。７８０ナノメートルの波長に対しては、人間の目の
感度はかなり低い。したがって、そのような光源を使用
すると、大きな走査角（例えば、１５度以上）では、典
型的な使用距離にある目標から反射された光を使用者は
見ることができないという欠点が現れる。したがって、
使用者は、記号の上で走査が行われていることを自分の
目で確認することができない。この制約を克服するた
め、米国特許出願第706,502 号に記載されている照準用
光線の使用を含む。さまざまな方法が提案されている
が、それらの方法は、特に、手持ち式走査装置にとって
望ましい構造及び使用の簡単さの点で欠けるものがあ
る。また、本発明は、目標の走査を自動的に開始し、停
止する技術を組み入れた走査装置に関するものである。
一部の走査装置は、一特徴として、米国特許第4,387,29
7 号に記載されているように、目標の走査を開始するた
め引き金を使用している。多くの利用においては、引き
金の使用は重要な特徴であるが、一部の利用において
は、別の起動方法を使用して走査を開始するほうが望ま
しいこともある。
【００１０】本発明は、走査を開始するため引き金を使
用する必要がなく、かつレーザーの高パワー動作時間を
できるだけ短くするように、走査装置の半導体レーザー
を動作させる方法及び装置を提供するものである。ま
た、本発明は、使用者が見えるように反射光の強さを最
大限にしたり、また十分に掃引して記号を完全に読み取
ることができるように、光線束の空間的有効範囲すなわ
ち光線束の掃引を調節する技術を提供するものである。
図１は、本発明に従って、バーコード記号などのコード
化符号を読み取る走査装置の第１の実施例の簡単なブロ
ック図を示す。走査装置１０は、可動台に設置した手持
ち型ユニットとして具体化することもできるし、固定し
た装置、例えば卓上式装置、その他の装置に組み入れる
こともできる。走査装置１０は光線束で目標を照射する
光源１１を備えている。光源１１は目標からの反射光が
できるだけ大きくなるように適当に選択した強力光源で
もよいし、あるいはガスレーザー又は半導体レーザーで
もよい。また、走査装置１０は、制御器１４からの制御
信号にしたがって光源１１から出る光線束の強さを調節
するドライバー１２を備えている。
【００１１】好ましい実施例の場合は、光源が半導体レ
ーザーであるので、ドライバー１２は、通常、電流ドラ
イバーであり、レーザーのpn接合を通る順電流を増加さ
せることによりレーザーの光出力を調節することができ
る。光源がレーザーでない場合は、光出力の強さを変え
るため、光源１１の放射特性に合った適当なドライバー
１２が準備される。走査装置１０は、そのほかに、光源
１１から出る光線束を、光学路に沿って目標へ導く走査
機構１３を備えている。本発明は、多くの異なるモード
及び異なる構成で動作して、光線束を目標へ導くことが
できる。コード化符号は光源１１からの視野の小部分だ
けのこともあるので、掃引がコード化符号全体を確実に
通過するように、広い空間領域にわたって掃引するこ
と、すなわち走査することが望ましい。したがって、米
国特許出願第138,563 号に記載されているように、２次
元領域にわたるパターンで走査することが望ましい。ま
た、読取り処理の信頼性を高め、かつエラーの可能性を
最小限にするため、符号を１回の走査で１回だけ読み取
るのでなく、反復走査で複数回確実に読み取るように、
周期的に反復する走査機構１３を採用することが望まし
い。光学的、電子的、又は機械的方式に基づく走査機構
は、単独であれ、それらの組み合わせであれ、本発明の
範囲に含まれる。これらの方式は、前に引用した米国特
許に記載されている走査装置のようにミラーを使用して
光線束を掃引するやり方に必ずしも限定されない。
【００１２】また、走査装置１０は、バーコード記号か
ら反射された光を検出し、検出されたさまざまな光の強
さを表す電気的アナログ信号を発生する光検出器１５を
備えている。バーコード記号は光線束で掃引されるの
で、その反射光は、記号の棒と空白からの反射に対応す
るさまざまな強さを有する。光検出器１５からの出力
は、増幅器／ディジタイザ１６へ加えられる。増幅器の
ゲインパラメータは、目標までの距離にしたがって決め
ることが好ましい。増幅器／ディジタイザ１６に接続さ
れた検出回路１７は、バーコード記号の一部を表すある
パターンを検出する作用をする。上記の検出回路１７に
ついては、後で、図４を参照して説明する。本発明の一
実施例においては、増幅器のゲイン特性は、検出回路１
７からの制御信号のほかに、光検出器１５の出力レベル
によって調整することができる。詳しく述べると、本発
明は、調整可能なゲイン特性を有する増幅器１６を備え
ている。増幅器１６は、光検出器１５に接続され、光検
出器１５からの比較的弱い電気信号を、増幅された信号
に変換する作用をする。増幅された信号は、ディジタル
化された後、本発明に従ってさらに処理するため検出回
路１７へ加えられる。検出回路１７は、増幅器のゲイン
特性を制御するフィードバック信号を増幅器／ディジタ
イザー１６へ送る。本発明の一実施例において、検出回
路１７は、ここでは「レーザー使用可能」信号と呼ぶ出
力信号を発生する。この信号は、バーコード記号の一部
が検出されたことを示す。「レーザー使用可能」信号
は、光源１１からの光出力を修正したり、走査角を変化
させたり、あるいはその両方を行うため、制御器１４へ
送られる。また、「レーザー使用可能」信号を使用し
て、光検出器１５から受け取った信号をデコードする作
用をするデコード回路１８を起動させることもできる。
起動されたデコード回路１８は、検出回路１７をバイア
スして、増幅器／ディジタイザ１６から直接データを受
け取る。デコード回路１８のデータ出力端１９は、売り
場システムで使用されるデコードされたデータを走査装
置から送り出すことができる。また、「レーザー使用可
能」信号を、フィードバック信号として使用し、増幅器
／ディジタイザ１６のゲイン特性を制御することもでき
る。
【００１３】図２は、本発明による走査装置の第２の実
施例の簡単なブロック図である。光源１１、電流ドライ
バー１２、走査機構１３、光検出器１５、及び増幅器／
ディジタイザ１６は、図１について説明したものと同じ
ものであり、同じ参照番号で表示してある。図２の実施
例のシステムの構成は、引き金２２で光源１１をオンに
することと、検出器回路１７の出力に応じてレーザー使
用可能信号２１を発生する制御器２０を備えていること
が、図１の実施例とは若干異なる。引き金２２は、あと
で説明する「輝点／走査モードを開始させる。制御器２
０が発生したレーザー使用可能信号２１は、光源１１か
らの光出力を修正するため、又は走査角を変更させるた
め、あるいはその両方を行うために、電流ドライバー１
２と走査機構１３の両方へ送られる。検出回路１７の出
力か引き金２２のどちらかで起動されると、制御器２０
は、光検出器１５が発生したデータをデータ出力ライン
すなわちコネクタ２３へ転送する。図１の実施例のよう
に、使用可能信号は、増幅器／ディジタイザ１６のゲイ
ン特性を制御するフィードバック信号として使用するこ
ともできる。図３(a) 〜図３(d) は、バーコード記号を
含む目標を光源１１で走査するときの本発明の一実施例
の一連の動作を示す。
【００１４】図３(a) 〜図３(d) の簡単な説明から容易
に理解されるであろうが、本発明は、一特徴として、目
標の一部のみから反射された光をサンプリングし、検出
した電気信号について計算すなわち分析を行い、検出さ
れた部分が、バーコード記号が検出されたことを表して
いるかどうかを判断することができる検出回路を備えて
いる。この検出回路１７の好ましい実施例については後
で説明する。本発明による第１の手法は、さまざまな強
さの反射光が、異なる反射率の空間的変化（バーコード
記号など所定の符号パターンの存在を指示することが可
能である）を表しているかどうかを判断するため、電気
信号を処理してテスト信号を発生する。もしこのテスト
信号が所定の基準信号を越えていれば、使用可能信号を
発生する。その使用可能信号に応じて、次に説明するよ
うに、１つ又はそれ以上のやり方で光線束を修正する。
本発明による第２の手法は、電気信号を処理して、所定
の時間間隔の間の異なる反射率の符号部分間の遷移の数
のカウントを発生させる。このカウントを使用して、さ
まざまな強さの反射光が、一般のバーコード記号、バー
コード記号の種類、あるいは特殊なバーコード記号など
の所定の符号パターンの存在を表しているかどうかを判
断する。もしカウントが所定の最小値を越えれば、使用
可能信号を発生する。この使用可能信号に応じて、光線
束を同様に修正する。
【００１５】本発明による第３の手法は、さまざまな強
さの反射光が、異なる反射率の空間的変化（所定の符号
パターンの存在を指示することが可能である）を表して
いるかどうかを判断するため、電気信号を処理して低い
反射率の符号部分の長さと、高い反射率の符号部分の長
さとの比を計算する。もしその比が所定値より小さけれ
ば、使用可能信号を発生する。この使用可能信号に応じ
て、光線束を同様に修正する。本発明による第４の手法
は、連続する各走査においてさまざまな強さの反射光
が、ほぼ同一な異なる反射率の空間的変化（所定の符号
パターンの存在を指示することが可能である）を表して
いるかどうか判断するため、電気信号を処理して、第１
の走査による信号と次の第２の走査による信号とを比較
する。もし所定数の連続する各走査間の比較がぴったり
一致すれば、使用可能信号を発生する。この使用可能信
号に応じて、光線束を同様に修正する。図３(a) は、コ
ード化符号が照射した光線束の走査パターン内に存在し
ない最初の動作段階における本発明の走査装置の動作を
示す。走査パターン内にコード化符号の一部分が存在す
る第２の動作段階（図３ｂ）において、本発明の走査装
置の動作が始まる。すなわち、走査装置をコード化符号
のある場所へ動かすと、コード化符号の一部分が、光源
１１から出た光線束の走査パターン内に入る。検出回路
１７が記号の一部分を検出して、レーザー使用可能信号
を発生し、走査装置の動作を第３の動作段階へシフトす
る。
【００１６】図３(c) は、コード化符号全部が照射した
光線束の走査パターン内に存在する第３の動作段階にお
ける本発明の装置の動作を示す。後で説明するように、
読み取られたコード化符号がデコードされ、デコードさ
れたデータが転送される。図３(d) は、コード化符号が
読み取られた後、コード化符号の一部分が依然として照
射した光線束の走査パターン内に存在する第４の動作段
階における本発明の装置の動作を示す。図示のように、
このとき、光線束は幅が狭められ、その範囲はコード化
符号の一部分だけである。図３(a) 〜図３(d) の簡単な
説明から容易に理解されるように、本発明は、一特徴と
して、目標の一部のみから反射された光をサンプリング
し、計算すなわち分析を行って、検出された部分が、バ
ーコード記号が検出されたことを表しているかどうかを
判断できる検出回路を備えている。この計算結果すなわ
ち分析結果を使用して、第２動作段階と第３動作段階の
間、及び第３動作段階と第４動作段階の間で走査角を変
化させる。すなわち走査経路の長さを、比較的短い第１
の走査経路と比較的長い第２の走査経路とに変化させる
ことができる。 第２の実施例においては、光の強さ、
基準面における輝点サイズ、又は走査速度など、光線束
の別のパラメータを修正することができる。
【００１７】コード化符号全部がデコードされたなら
ば、第３の動作段階では、もはや走査角３０（又は光源
１１からの高レベルの光の強さ、又はその両方）を維持
する必要はない。したがって、所定の時間が経過した
後、走査装置の光線束は、図３(d) に示すように、第１
の動作段階とほぼ同じ形状に戻される。その場合は、た
とえ記号の一部分が検出中であっても、検出回路１７は
使用禁止にされる。本発明による走査装置の動作を要約
すると、本発明は、第１の特徴として、目標の一部分か
ら反射された光をサンプリングし、計算すなわち分析を
行って、検出された部分が、バーコード記号が検出され
たことを表しているかどうかを判断することができる検
出回路を備えている。バーコード記号が検出されたと判
断したら、走査及びデコード動作を完全に行うために、
光線束の一部の特性を修正する。光線束の修正すべき特
定の特性は、走査装置の設計、用途、及び動作モードに
よって決まる。本発明の実施例のより詳細な説明に移る
前に、本発明の具体化に一定の影響を与えるレーザー走
査装置の設計上の特徴について論じる必要があろう。レ
ーザー走査装置の設計には、さまざまな考慮すべき技術
的特性があり、その一部（光線束の性質など）は、本発
明の原理を用いて、走査過程において調節し、修正する
ことが可能である。そのような技術的特性の検討は、本
発明の範囲を限定するものではなく、本発明の技術的特
性を、レーザー設計要素や特定使用者検討事項に適用す
る可能性を明らかにするためのものである。そのような
技術的特性を説明した後、走査モードなど使用上の特定
の特性について説明する。
【００１８】ここで検討する技術的特性は、レーザー光
線の明るさ（有効パワー出力）、規制事項と規格、及び
技術的性能特性（例えば、レーザーの寿命、設計コス
ト、製造可能性、及び類似の特徴）である。目標の表面
から反射されたレーザー光線の明るさは、レーザー走査
装置、特に手持ち式レーザー走査装置の設計における最
も重要なパラメータである。手持ち式レーザー走査装置
は、使用者がレーザー光線をバーコードに向けて照準を
合わせる。使用者が、さまざまな周囲の明るさのもと
で、レーザーから出た光線束を十分に視認することがで
きて、照準が合わせられること、そして操作が容易であ
ることが大切である。レーザー光線の明るさは、レーザ
ー光線の波長（人間の目は波長によって異なる感度を有
するので、特に赤色領域の波長が短くなればなるほど、
目は反射光線に対してより敏感に感じる）、輝点サイ
ズ、パワー出力、走査モード中に光線束が掃引する走査
経路の長さを含む多数のパラメータの関数である。レー
ザーダイオードの波長は比較的一定であり、輝点サイズ
は解像度によって決まるので、一般に、設計者が変える
ことができるパラメータは、パワー出力と走査長さの２
つだけである。一定の用途については、この２つのパラ
メータのどちらか一方又は両方を変えることができる。
パラメータは、動作中に定期的に変化させることもでき
るし、あるいは使用者がトリガーして変化させることも
できる。例えば、走査モードにおいて、使用者が目標を
探索しているときや光線束を用いて走査装置の照準を合
わせているときだけ（この動作モードは「照準」モード
と呼ばれる）、レーザー光線の明るさを最大にすること
ができる。
【００１９】レーザー走査装置に関するもう１つの技術
的特性は、規制基準と規格である。このような規制基準
は、長時間にわたってレーザーから放射されるパワーの
大きさに関係しているものが多い。例えば、米国のＣＤ
ＲＨ（Center for Devices and Radiological Healthの
略）は、レーザー装置を４つのクラス（クラスＩ〜クラ
スIV）に分類している。クラスＩのレーザーは、10,000
秒以上の時間の間、最大0.３９マイクロワットの放射パ
ワーを出す。このレーザーは非常に低パワーであり、健
康すなわち安全性の面でほとんど危険はない。クラスII
のレーザーは、1,000 秒以上の時間の間、最大3.９マイ
クロワットの放射パワーを出す。クラスIIのレーザー
は、「注意」の言葉と「スターバースト記号」の付いた
簡単な注意ラベルと、「露出を避けよ−この穴からレー
ザー光が出る」の語句が記載されたアパーチャーラベル
を付ける必要がある。クラスIIの警告ロゴタイプには、
「注意」の言葉と、「レーザー光を見つめるな」、「ク
ラスIIレーザー製品」、レーザー媒体と出力パワーを記
述した語句、及び「スターバースト記号」が含まれる。
本発明は、レーザー光線の放射に関する規制基準を確実
に満たすのに役立つ。本発明によるレーザーは、比較的
短い時間に高パワーの光線束を出すので、規制基準内に
あるにも拘わらず、基準面上に、使用者が視認できる十
分に明るい輝点を発生させることができ、使用者はこの
輝点を用いてレーザー走査装置の照準を合わせることが
できる。設計者は、該当する法規の制約に従って、レー
ザー走査装置のパワー出力、輝点サイズ、走査角、走査
速度、その他のパラメータを適切に選定して、該当する
クラスのレーザーに対する規制基準を満たしながら、レ
ーザー光線の視認性を最適にすることができる。
【００２０】また、本発明の諸特徴を用いて、レーザー
走査装置を異なる走査モードで動作させることができ
る。本発明による手持ち式レーザー走査装置について
は、３つの可能な走査モード、すなわち（ａ）通常の引
き金による走査モード、（ｂ）引き金による輝点／走査
モード、（ｃ）目標検出走査モードがある。通常の引き
金による走査モード（ａ）の場合は、レーザー光線は通
常オフである。この走査モードでは、引き金を使用し
て、バーコード記号の高速反復走査を開始する。正しい
動作を行うには、１目標について走査を多数回実行した
のか、又は複数目標について走査を１回実行したのかを
区別する必要がある。デコーディングをうまく行うに
は、順番に走査すべき各目標を検出する能力が不可欠で
ある。従来の走査装置（例えば、米国特許第4,387,297
号に記載の装置）の場合は、周知のように、バーコード
記号を多数回反復して掃引するため、その都度、引き金
を引いて走査手段を作動させる。引き金は、ハウジング
の銃身部と柄部との接合部の近くに取り付けた手押しス
イッチが好ましい。引き金のスイッチは、人差し指でス
イッチを押すことができるように柄部に配置されてい
る。スイッチが押されるたびに、走査手段は、完全なデ
コーダもしくはタイムアウトに達するまで、バーコード
記号を多数回掃引する。
【００２１】引き金による走査モード（ａ）において
は、デコード回路網が、バーコード記号を首尾よくデコ
ードすると、デコード信号を発生し、走査装置に設置さ
れた指示手段を作動させることができる。指示手段は、
ピーッと音を出す警報器又は発光ダイオード、あるいは
その両方である。警報器が鳴ると、又は発光ダイオード
が点灯すると、又はその両方が作動すると、使用者はそ
の特定の記号の走査が終了したことを知る。引き金によ
る輝点／走査モード（ｂ）においては、引き金を引く
と、光線束が狭い角度で出る。この走査モードでは、レ
ーザーの狭い走査角の光線により、非常に明るい長さが
約１インチの短い線が形成される。レーザー走査装置を
手に持った使用者は、実際に目で見ながら、この明るい
短い線を用いて狙いを付け、バーコード記号のある場所
へ光線束を向けることができる。バーコード記号を表す
符号パターンが検出された後、記号全体を掃引してデコ
ードすることができるように、光線束が拡大される。こ
の結果、反射光線は薄暗くなり、使用者は見ることがで
きないが、デコードは行われる。必ずしも必要でない
が、走査装置は、明るい線が記号の上にあるときだけ
（本文や図表の上でない）、バーコードを検出すること
が望ましい。
【００２２】目標検出走査モード（ｃ）においては、走
査装置には引き金が無く、常時オンのレーザー光線が狭
い角度で、低パワーで走査装置から出ている。バーコー
ド記号を表す符号パターンが検出されると、記号全体を
読み取るため、光線束の走査角が広げられ、パワーが増
加される。本発明によるバーコード記号検出法を用いた
１個の走査装置に、上記動作モード（ａ）、（ｂ）、
（ｃ）のどれか１つ又はすべてを採用することができ
る。上記の動作モードは、使用者が手動で（例えば、ス
イッチを操作して）選定することもできるし、あるいは
特定の動作モードで動作するように、レーザー走査装置
を専用化してもよい。また、異なるレーザー光線出力や
走査パラメータ（光線の強さ、走査角、等）は、使用者
が手動で（例えば、スイッチを操作して）選定すること
もできるし、あるいは特定形式の走査装置において自動
的に決定し、専用化することもできる。また、検出した
バーコード記号を分析することにより、特定形式の走査
パラメータを自動的に決定することも考えられる。ま
た、計算機アルゴリズムを用いて、最も効果的かつ適切
にバーコード記号全体を検出するのに最も適した走査モ
ードを決定することができる。これらの代替実施例はす
べて、本発明の範囲に含まれる。
【００２３】図４は、本発明による検出回路１７の好ま
しい実施例の略図である。増幅器／ディジタイザ１６か
らの信号はインバータ３１の入力端に加えられ、インバ
ータ３１の出力はダイオード３２へ加えられる。第１抵
抗器Ｒ1 とキャパシタ３４は、ＲＣ回路を形成し、抵抗
器Ｒ1 は、ダイオード３２の出力端と解放コレクタ出力
比較器３７の第１入力端３５の間に直列に接続されてい
る。キャパシタ３４は、第１入力端３５と接地電位の間
に接続されている。第２抵抗器Ｒ2 は、第１入力端３５
と接地電位の間に接続されている。抵抗器Ｒ1 の抵抗値
は、抵抗器Ｒ2の抵抗値よりかなり小さいことが好まし
い。比較器の第２入力端３８は、電位Ｖと接地との間に
直列に接続された抵抗器Ｒ 4 とＲ5 で構成された分圧器
のノードに接続されている。比較器３７の出力端４１
は、「レーザー使用可能」信号ライン、及び抵抗器Ｒ3
を通るフィードバックラインに接続されている。抵抗器
Ｒ3 の他の端子が比較器３７の第２入力端３８に接続さ
れているので、比較器３７の出力端からのフィードバッ
クは、比較器の動作にヒステリシス効果を与える。検出
回路１７の動作は、次の通りである。すなわち、ディジ
タイザが棒を出力すると、Ｒ2 がＲ1 よりかなり大きい
ので、キャパシタは、ほぼＲ1 Ｃの時定数で蓄電する。
ディジタイザが空白を出力すると、ダイオード３２がＲ
1 を通る放電を妨げるので、キャパシタはＲ2 を通じて
放電する。棒の効果をキャンセルするのに多くの空白時
間が必要であるように、時定数Ｒ2 Ｃは時定数Ｒ1 Ｃよ
りかなり大きくしてある。典型的な密度の幾つかの棒と
空白の走査後、比較器３７の使用により設定されたしき
い値以上の電圧がキャパシタ３４に現れる。この時点
で、バーコードの存在を指示するため、比較器３７から
「トリガー」信号すなわちレーザー使用可能信号が出力
される。
【００２４】次の棒、空白、及び静止区域によって生じ
るキャパシタ３４上の小さい電圧変化が、トリガー信号
を使用禁止にしないように、この時点で、比較器３７の
解放コレクタ出力は低値へ駆動され、比較器のしきい値
を下げる。長い黒い棒が走査されることがあったとして
も、回路は前に述べたように同様にトリガーするであろ
う。しかし、好ましい実施例では、ディジタイザーは、
長い黒い棒の読取りを識別する回路を備えている。すな
わち、ディジタイザーは高域フィルタとして機能する。
上記のディジタイザ回路は、たとえ長い黒い棒が走査さ
れたとしても、短パネルのみが作られるように、タイム
アウトを使用する。この短パルス信号を検出回路１７に
加えれば、しきい値を越えることはなく、「トリガー」
信号は出力されないであろう。トリガー信号は、ディジ
タル化された棒が存在しない相当長い時間の後、結局解
除される。走査装置をバーコード記号から遠ざけると、
キャパシタがＲ2 Ｃを通じて放電し、レーザー使用可能
信号が解除される、トリガー信号は、もはや同じ記号を
走査していないことを、ディコーディング論理回路又は
検出回路へ指示する。
【００２５】図４に示したバーコード検出回路が特定の
像パターンに敏感であることは、本発明の重要な特徴の
１つである。検出回路は、強い反射光信号と弱い反射光
信号に応答して、キャパシタ３４を充電したり、放電し
たりする。正味の電荷は、一定のしきい値に達すると、
トリガー信号を発生させるために使われる。図６(a)
は、典型的な記号の中に存在する棒と空白のパターンの
拡大図である。図６(b) は、図６(a) の記号を左から右
へ走査したとき、ライン（比較器の第１入力端）３５上
の電圧を、時間の関数として示したグラフである。詳し
く述べると、棒５０が走査されると、期間ａにおいて見
られるように、電圧はある程度直線的に増加することが
わかる。空白が走査されると、期間ｂのように、抵抗器
Ｒ1 を通じてキャパシタＣに電荷は加えられず、キャパ
シタＣに存在する電荷が抵抗器Ｒ2 を通じてゆっくり放
電する。期間ｃにおいて次の棒５１に出会うと、再び電
圧が印加され、抵抗器Ｒ1 を通じてキャパシタＣが充電
される。トリガー信号が走査中に期間ｄにおいて次の空
白に出会うと、抵抗器Ｒ1 を通じてキャパシタＣに電荷
は加えられず、キャパシタＣに存在する電荷が同様に抵
抗器Ｒ2 を通じてゆっくり放電する。走査中、期間ｅに
おいて次の広幅の棒５３に出会うと、同様に電圧が印加
され、抵抗器Ｒ1 を通じてキャパシタＣが充電される。
図６(b) からわかるように、期間ｅにおいて、ライン３
５上の全電圧はしきい値電圧Ｖt を越えている。全電圧
がしきい値電圧Ｖt を越えた時点で、図６(c) に示すよ
うに、トリガー信号が高値から低値へ移ることによっ
て、トリガー使用可能信号が起動される。ライン３５上
の電圧は、棒５３が走査される期間ｅにおいて増加し続
ける。空白が走査されている期間ｆにおいては、抵抗器
Ｒ1 を通じてキャパシタＣに電荷は印加されず、キャパ
シタＣに存在する電荷が抵抗器Ｒ2 を通じてゆっくり放
電する。期間ｇにおいて次の棒５４に出会うと、同様
に、抵抗器Ｒ1 を通して電圧が印加され、キャパシタが
充電される。
【００２６】本発明の実施例において、視野の端から端
まで完全に１回走査する十分に長い時間の間、レーザー
をパルス状にオンにする回路を設けることができる。回
路は、次に、サイクルを繰り返す前に、一定の時間の
間、レーザーをオフにする。レーザーがオンである期間
の終りに、図４の回路のレーザー使用可能出力がラッチ
される。ラッチの出力は、レーザー使用可能出力として
走査装置内で使用される。ラッチの出力は次のレーザー
オン期間が終わるまで変わらないので、レーザーオフ期
間におけるキャパシタＣの放電は、ラッチの出力に何の
影響も及ぼさない。パラメータＲ1 、Ｒ2 、Ｃは、キャ
パシタＣに加わる電圧が１走査時間内に定常状態に達す
るように、適切に選定すべきである。期間ｇにおいて、
キャパシタＣにかかる電圧は、ＶすなわちＶ（１−exp
(-t/R 1C) ）の最大値に近い定常値に達する。電圧は、
バーコードがもはや光検出器１５の視野から見えなくな
るまで、Ｖに近い値をとる。バーコードが見えなくなる
と、図４の期間ｈで示すように、キャパシタは放電す
る。制御器１４又は２０に加えられたレーザー使用可能
信号は、制御器１４又は２０内に設けられた適当なハー
ドウェア又はソフトウェアを介して、特定の空間的変化
のパターンを検出するのに使用することができる。例え
ば、制御器１４又は２０は、検出回路１７のパラメータ
を適切に選択することにより、所定の期間中の反射率の
異なる符号部分間の遷移の数をカウントする適当な論理
回路を備えることができる。このカウントは、異なる反
射率の符号部分から反射された光が一般のバーコード記
号など所定の符号パターンの存在を表しているかどうか
判断するのに使用される。また、制御器１４又は２０
は、さまざまな強さの反射光が異なる反射率の空間的変
化（所定の符号パターンの存在を表すことが可能であ
る）を表しているかどうかを判断するため、高い反射率
の符号部分の長さと低い反射率の符号部分の長さの比を
計算して、もしその比が所定の値より小さければ、使用
可能信号を発生することができる。
【００２７】制御器１４又は２０は、もう１つの利用と
して、連続する各走査におけるさまざまな強さの反射光
が、ほぼ同一の異なる反射率の空間的変化（所定の符号
パターンの存在を表すことが可能である）を表している
かどうかを判断するため、第１の走査からの信号とその
後の第２の走査からの信号とを比較して、もし所定数の
連続する各走査間の比較がぴったり一致すれば、使用可
能信号を発生することができる。図５は、光源として使
用した半導体レーザーのソース出力を、駆動電流Ｉd の
関数として表したグラフである。詳しく説明すると、遷
移点Ｉt は、レーザーのしきい値電流点を示す。レーザ
ーダイオード電流を増していくと、自然放出によるパワ
ー出力が比較的ゆっくり増加する。しきい値電流点を過
ぎると、レーザー発振が始まるので出力が急激に増加す
る。本発明によれば、２つの動作電流点Ｉ1 、Ｉ2 が存
在する。両者はレーザー発振領域内にあることが好まし
い。また、Ｉ1 が自然放出領域内にあるような電流点で
動作させることも可能である。
【００２８】
【作用】次に、目標検出走査モードにおける本発明の動
作について説明する。（他の動作モードにおける動作も
似ているので、詳しい説明は省略する。）光源１１は、
駆動電流Ｉ1 に対応する低パワーの第１動作モードで動
作し、走査機構１３は、図３(a) に示したように、第１
動作モードの間、比較的狭い走査角で作用する。即ち、
比較的短い第１の走査経路でレーザービームを動かす。
第１動作モードでは、出力パワーは小さいが、狭い走査
角で生じた光線像が、目標から反射してくる光を、使用
者に見える明るい短い線として現れるようにするので、
使用者はその光を照準用光線として使用して、走査装置
をデコードする記号へ向けることができる。次に、検出
回路１７が、図３(b) に示すように記号の一部分が走査
パターンの視野内にあると判断すると、走査装置は第２
動作モードへ切り替わる。第２動作モードでは、光源１
１は駆動電流Ｉ2 に対応する高パワーで動作し、走査角
は図３(c) に示した角度まで広げられる。即ち、比較的
長い第２の走査経路でレーザービームを動かす。走査角
は相当広いので、目標上の光線像は、おそらく使用者に
見えないであろう。しかし、走査装置は、第２動作モー
ドでは短時間しか動作しないから、目標上の光線像が見
えなくても、それほど不都合でない。
【００２９】デコーディングが行われた後、走査装置
は、図３(d) に示すように、第１動作モードへ戻され
る。検出回路１７は記号が走査中であることを指示し続
ける。目標検出走査モードにあるとき、同一記号の重複
読取りを防止するために、制御回路は、再びサイクルを
開始するまでの期間の間レーザー使用可能信号に退場す
るよう要求し、そして再び走査角を広げるため登場する
よう要求する論理回路を備えている。光線像は再び使用
者に見えるようになる。もし短い時間（例えば、１〜１
０秒）の間にバーコードが読み取られなければ、半導体
レーザーが妥当なバーコード記号に焦点を合わされてい
ないと考えられるので、使用者が走査装置をバーコード
記号に再度照準を合わせることができるように、走査装
置は自動的に第１動作モードへ戻る。本発明の一実施例
において、走査装置はバーコード記号と、印刷文字で形
成されたパターンなど明領域と暗領域の規則的パターン
とを区別することができる。ほとんどの使用において、
走査される物品は１つのバーコード記号のほかに、表面
全体に印刷文字の形でかなりの量の語句が記載されてい
るので、この特徴は特に重要である。本発明の重要な長
所の１つは、走査装置があらゆる語句を無視して、実際
のバーコード記号によってだけ使用可能にされることで
ある。
【００３０】
【発明の効果】直線すなわち単線のバーコードについて
説明したが、本発明は上記の実施例に限定されるもので
はなく、Code４９や類似の符号表示法など二次元のバー
コードにも使用することができる。また、本発明の走査
方法は、文字などの別形式の符号から、あるいは走査す
る物品の表面の特徴から情報を得る各種の機械ビジョン
装置すなわち光学式文字認識装置にも使用できると考え
られる。記載したすべての実施例において、走査装置の
要素を非常にコンパクトなパッケージに組み込んで、走
査装置を単一プリント回路基板すなわち一体構造モジュ
ールとして製造することができる。このような一体構造
モジュールは、多種多様なデータ収集装置内の交換可能
なレーザー走査要素として使用することができる。例え
ば、一体構造モジュールは、手持ち式走査装置や、テー
ブル表面全域に伸びるフレキシブルアームに取り付け
た、又はテーブル面の下側に取り付けた、又はより複雑
なデータ収集装置のサブアセンブリとして設置した卓上
式走査装置に使用することができる。一体構造モジュー
ルは、支持体に取り付けたレーザー／光学物品サブアセ
ンブリ、回転ミラー又は往復動ミラーなどの走査要素、
及び光検出装置の部品で構成することが好ましい。デー
タ収集装置の別の構成要素に結合された相手側のコネク
タにモジュールを電気的に接続することができるよう
に、これらの部品に結合された制御ラインやデータライ
ンはモジュールの外面又は縁に取り付けた電気コネクタ
に接続することができる。
【００３１】個々の一体構造モジュールは、一定の作業
距離において使用できること、あるいは一定の記号密度
について使用できることなど、特定の走査特性を組み合
わせることができる。また、一体構造モジュールに結合
された操作スイッチの手動設定によって、走査特性を定
めることもできる。また、使用者は、異なる種類の物品
を走査するようにデータ収集装置を適応させることもで
きるし、あるいは簡単な電気コネクタを用いデータ収集
装置の一体構造モジュールを交換して、データ収集装置
をいろいろな用途に適応させることもできる。以上説明
した走査モジュールは、キーボード、ディスプレイ、デ
ータ記憶装置、利用ソフトウェア、データベースなどの
構成部品を１個又はそれ以上を含む。自蔵型データ収集
装置の中に具体化することもできる。このようなデータ
収集装置は、モデム又はＩＳＤＮインタフェースを通じ
て、あるいはポータブル端末装置から静止受信機への低
パワー無線放送によって、データ収集装置と、ローカル
エリヤネットワークの別の構成部品と、又は電話交換ネ
ットワークと通信することができるように、通信インタ
フェースを装備することもできる。上に述べた各特徴、
又は２つ以上の特徴の組合せは、上に述べた形式とは異
なる形式の走査装置やバーコード読取装置において有益
に使用できることは理解されるであろう。
【００３２】本発明を、光出力又は走査角あるいはその
両方を調節できる走査装置に具体化した場合について説
明したが、本発明の精神の範囲内でいろいろな修正や構
造上の変更を行うことができるので、本発明は記載した
細部構造に限定されない。これ以上論じなくても、以上
の説明で本発明の要旨は完全に明らかであろうから、従
来技術から見て、本発明の特定の態様の本質を明らかに
構成している特徴を省略せずに、本発明をいろいろな用
途にあわせて容易に修正することができる。したがっ
て、そのような修正物は、特許請求の範囲の意図するも
の及び均等の範囲に含まれるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従ってバーコード記号などのコード化
符号を読み取る走査装置の第１の実施例の簡単なブロッ
ク図。
【図２】本発明に従ってバーコード記号などコード化符
号を読み取る走査装置の第２の実施例の簡単なブロック
図。
【図３】(a) コード化符号がレーザー光の走査パターン
内に存在しない第１動作段階における本発明の走査装置
の動作を示す略図。 (b) コード化符号の一部分がレーザー光の走査パターン
内に存在する第２動作段階における本発明の走査装置の
動作を示す略図。 (c) コード化符号の全部がレーザー光の走査パターン内
に存在する第３動作段階における本発明の走査装置の動
作を示す略図。 (d) コード化符号の一部分がなおレーザー光の走査パタ
ーン内に存在する第４動作段階における本発明の走査装
置の動作を示す略図。
【図４】本発明の走査装置に使用した検出回路の略図。
【図５】本発明の走査装置に光源として使用した半導体
レーザーのパワー出力のグラフ。
【図６】(a) 典型的な記号の棒と空白のパターンの拡大
図。 (b) は図６(a) に示したバーコード記号の走査に対応す
る検出回路の内部ノードにおける電圧の簡単なグラフ、
及び(c) は図６(a) のバーコード記号を左から右へ走査
したときに対応する、時間の関数で表した使用可能信号
のグラフである。
【符号の説明】
１０ 走査装置 １１ 光源 １２ 電流ドライバー １３ 走査機構 １４ 制御器 １５ 光検出器 １６ 増幅器／ディジタイザ １７ 検出回路 １８ デコード回路 １９ データ出力 ２０ 制御器 ２１ レーザー使用可能信号 ２２ 引き金 ２３ データ出力 ３０ 走査角 ３１ インバータ ３２ ダイオード ３４ キャパシタ ３５ 第１入力端 ３７ 比較器 ３８ 第２入力端 ４１ 出力端 ５０、５１、５３、５４ バーコード記号の棒
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−106880（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G06K 7/10

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 使用者が所望の方向にレーザービームを
    向けることができるようにするために、読み取られる記
    号の一部にのみ当てられる小さい拡がり角を有するレー
    ザービームを第一の期間中に発生し、読み取られる記号
    の全体を走査する拡がり角の大きなレーザービームを前
    記第一の期間の後の第二の期間中に発生し、射出する走
    査手段、及び前記走査手段により射出され、前記記号に
    当たって該記号より反射された光を受けて前記記号によ
    り表されるデータに対応する電気信号を発生する検出手
    段、からなることを特徴とするバーコード記号等を読み
    取るための装置。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載した装置であって、前記
    走査手段は、第１の走査経路で前記レーザービームを動
    かして前記拡がり角が小さいレーザービームを発生し、
    第２の走査経路で前記レーザービームを動かして前記拡
    がり角の大きなレーザービームを発生して前記記号の読
    み取りを行うようになったことを特徴とする装置。
  3. 【請求項３】 請求項２に記載した装置であって、前記
    第２の走査経路は前記第１の走査経路より長く、前記第
    １の走査経路に沿って前記レーザービームを動かす動作
    と前記第２の走査経路に沿って前記レーザービームを動
    かす動作とは、択一的に行われるようになった装置。
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