JP2794902B2 - 2値化回路 - Google Patents

2値化回路

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【発明の詳細な説明】 A産業上の利用分野 本発明は2値化回路に関し、例えば光ビームをバーコ
ードに照射してバーコード情報を得るようになされたバ
ーコード読取装置の2値化回路に適用して好適なもので
ある。
B発明の概要 本発明は、2値化回路において、しきい値を受光信号
に対して所定量オフセツトして設定することにより、受
光信号波形を変動によらず確実に被走査対象情報を得る
ことができる。
C従来の技術 従来バーコード読取装置においては、所定の間隔で太
線及び細線を配置してなるバーコードに光ビームを走査
させ、その結果得られる散乱光の光強度を検出すること
により、商品等の個別情報(以下バーコード情報と呼
ぶ)を読み取るようになされている。
すなわち第4図に示すように、バーコード読取装置1
においては、例えば半導体レーザ2から射出された光ビ
ームLA1をバーコード3に照射することにより、バーコ
ード3を当該光ビームLA1で走査する。
光ビームLA1はバーコード3の配置パターンに応じて
光強度の包絡線が変化する散乱光LA2として散乱され、
フオトデイテクタ4で受光される。
フオトデイテクタ4は散乱光LA2を受光すると、当該
フオトデイテクタ4の出力を電流電圧変換回路5を介し
てセンサ出力信号V1として増幅回路6に供給する。
増幅回路6は、センサ出力信号V1を演算増幅回路7に
おいてオフセツト電圧VOFST分だけシフトして反復増幅
させた後、反復増幅信号VINVとしてスレシヨルド設定回
路8の最小レベルホールド回路9及び最大レベルホール
ド回路10に供給する。
ここで増幅回路6はセンサ出力信号V1を抵抗R1を介し
て演算増幅回路7の反転入力端に供給すると共に、抵抗
R2を介して非反転入力端に供給し、反転増幅信号VINV
フイードバツク抵抗R3を介して反転入力端に負帰還させ
るようになされている。
また抵抗R2及び非反転入力端の接続中点には、分圧抵
抗R4、R5及びコンデンサC1により基準電源VCCを所定の
電圧レベルに分圧してなるオフセツト電圧VOFSTが供給
されるようになされている。
スレシヨルド設定回路8は最小レベルホールド回路
9、最大レベルホールド回路10及び平均値回路11を有
し、最小レベルホールド回路9は演算増幅回路12、ダイ
オードD1及びコンデンサC2を有している。
演算増幅回路12の非反転入力端には反転増幅信号VINV
が供給され、反転増幅回路VINVの信号レベルが反転入力
端に供給される信号レベルより低下すると基準電源VCC
に基づいてコンデンサC2の電極間電圧が増加することに
基づいて、入力された反転増幅信号VINVの最小電圧レベ
ルVminすなわちセンサ出力信号V1における最大電圧レベ
ルを検出するようになされている。
また最大レベルホールド回路10は演算増幅回路13、ダ
イオードD2及びコンデンサC3を有し、演算増幅回路13の
非反転入力端に供給される反転増幅信号VINVの信号レベ
ルが反転入力端に供給される信号レベルより増加すると
コンデンサC3の電極間電圧が増加することに基づいて、
入力された反転増幅信号VINVの最大電圧レベルVmax、す
なわちセンサ出力信号V1における最小電圧レベルを検出
するようになされている。
平均値回路11は最小レベルホールド回路9及び最大レ
ベルホールド回路10で検出された最小電圧レベルVmin
び最大電圧レベルVmaxを抵抗R6、R7及びR8によつて分圧
し、最大電圧レベルVmax及び最小電圧レベルVminの平均
レベル(Vmax+Vmin)/2でなるスレシヨルド電圧V
TH(第5図)を求め、これを比較回路14に供給する。
比較回路14はスレシヨルド電圧VTHを抵抗R9を介して
正帰還ループを形成してなる演算増幅回路15の反転入力
端に入力すると共に、反転増幅信号VINVを抵抗R10を介
して非反転入力端に供給することにより比較し、反転増
幅信号VINVを2値化してデイジタル波形整形回路16に供
給するようになされている。
デイジタル波形整形回路16はコンパレータ17、分圧抵
抗R11、R12及びコンデンサC4を有し、比較回路14から入
力された比較出力VCをコンパレータ17によつて所定電圧
レベルに波形整形した後バーコード情報DVとして送出す
るようになされている。
ここでコンパレータ17の減算入力端には比較出力VC
供給され、加算入力端には基準電源VCCを抵抗R11及びR1
2で分圧すると共にコンデンサC4を介して交流成分を除
去してなる基準電圧VCONSTが供給するようになされてい
る。
D発明が解決しようとする課題 ところでこの種のバーコード読取装置1においては、
スレシヨルド電圧VTHをコンデンサC2及びC3により保持
される最小電圧レベルVmin及び最大電圧レベルVmaxの平
均電圧レベルとして設定しているが、バーコード3の白
い部分についた汚れ等により一時的に十分な出力が得ら
れない場合、すなわち第6図に示すように、大きな振幅
の出力の後に汚れ等によりスレシヨルドレベルVTHより
も小さい振幅の出力が生じる場合には、比較回路14にお
いて本来検出されるべき出力を2値化することができな
いことがあり、バーコード情報の読み取りに誤りが生じ
るおそれがあつた。
かかる問題を解決するため、コンデンサC2及びC3の容
量を小さくしてピークレベルの追従を速めることが考え
られるが、このようにコンデンサC2及びC3の容量を小さ
くすると追従速度が早まる反面、ノイズや汚れの影響を
受け易くなるという問題がある。
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、簡易な
構成により確実に被走査対象情報を読み取ることができ
る2値化回路を提案しようとするものである。
E課題を解決するための手段 被走査対象3に照射された光ビームLA1の散乱光LA2を
受光して受光信号VINVを得、当該受光信号VINVの所定の
しきい値VTHと比較することにより被走査対象情報を得
る2値化回路20、30において、しきい値VTHを、受光信
号波形VINVの上部及び下部からそれぞれ所定量ΔVオフ
セツトさせて設定するしきい値設定手段22と、しきい値
設定手段22の前段に設けられ、受光信号波形VINVの上部
又は下部を受光信号VINVから検出される下限値又は上限
値を基準にして一定レベル3ΔVで切り取る波形成形手
段21とを設けるようにした。
F作用 受光信号の上部又は下部を下限値又は上限値を基準に
して一定レベル3ΔVで切り取り、受光信号VINVを波形
整形することにより波形整形信号VLIMを得るようにした
ことにより、汚れ等に対応する出力の不安定な信号成分
を除去することができる。またしきい値VTHを波形整形
信号VLIMから所定量ΔVオフセツトして追従するように
設定したことにより、受光信号VINVの信号レベルの変動
によらず確実に2値化することができる。
G実施例 以下図面について、本発明をバーコード読取装置に適
用した場合の一実施例を詳述する。
第4図との対応する部分に同一符号を付して示す第1
図において、20は全体としてバーコード読取装置を示
し、センサ出力信号V1における最大電圧レベルVmax及び
最小電圧レベルVminの平均値をスレシヨルド電圧VTH
設定するスレシヨルド設定回路8に代えて、波形整形回
路21及びスレシヨルド設定回路22を設けたことを除いて
同様の構成を有している。
波形整形回路21は最小レベルホールド回路23、リミツ
タ回路24でなり、最小レベルホールド回路23はボルテー
ジホロワ回路を構成する演算増幅回路25、ダイオードD
3、抵抗R13及びコンデンサC5を有している。
ここで最小レベルホールド回路23は、増幅回路6から
非反転入力端に供給される反転増幅信号VINVの最小電圧
レベル、すなわちセンサ出力信号V1における最大電圧レ
ベルを検出して保持し、リミツタ回路24に供給するよう
になされている。
このとき演算増幅回路25の出力端にはダイオードD3の
カソード側が接続されていると共に、ダイオードD3とリ
ミツタ回路24の接続中点にはそれぞれ一端に基準電源V
CCが供給される抵抗R13及びコンデンサC5がそれぞれ接
続点a及びbにおいて接続されており、演算増幅回路25
の非反転入力端に与えられる反転増幅信号V1の電圧レベ
ルが接続点aに保持されている電圧レベルよりも下がる
と基準電源VCCから抵抗R13を介して電流が流れることに
より、接続点aにおける電圧レベルが下がり、これに伴
いコンデンサC5に電荷が充電され、反転増幅信号V1の最
小電圧レベルが保持されるようになされている。
リミツタ回路24はボルテージホロワ回路を構成する演
算増幅回路26、直列に接続された3個のダイオードD4、
D5及びD6及び抵抗R14を有してなり、最小値検出回路23
から演算増幅回路26の非反転入力端に供給される最小電
圧レベルVminから所定レベル以上の反転増幅信号VINV
除去して波形整形した後波形整形信号VLIMとして出力す
るようになされている。
ここで演算増幅回路26の出力端にはダイオードD4〜D6
のカソード側が接続されていると共に、ダイオードD4の
アノード側は抵抗R14とスレシヨルド設定回路22との接
続中点cに接続されている。抵抗R14を介して入力され
る反転増幅信号VINVは接続中点cにおいて波形の上部を
最小電圧レベルVminを基準にしてダイオードD4〜D6の順
方向電圧降下分3×ΔV高い電圧値形にVmin+3ΔVで
切り取つた波形整形信号VLIMとして出力され、スレシヨ
ルド設定回路22及び比較回路14の反転入力端に供給され
る。
ここでスレシヨルド設定回路22は逆並列に接続されて
なる2個のダイオードD7及びD8を有すると共に、ダイオ
ードD7、D8及び比較回路14の接続中点にはコンデンサC6
が接続されており、このコンデンサC6によりスレシヨル
ド電圧を保持するようになされている。
このときスレシヨルド設定回路22はリミツタ回路24を
介して供給される波形整形信号VLIMに対してダイオード
D7又はD8の順方向電圧降下分ΔV(例えば0.7〔V〕)
だけ変動した電圧波形でなるスレシヨルド電圧VTHを設
定し、比較回路14における演算増幅回路15の非反転入力
端に供給するようになされている。
以上の構成において、バーコード読取装置20はレーザ
光LA1を半導体レーザ2からバーコード3に照射し、そ
の反転光である散乱光LA2をフオトデイテクタ4で受光
し、電流電圧変換回路5に供給することによりバーコー
ド3のパターンに応じて電圧レベルが変化するセンサ出
力信号V1を増幅回路6に供給する。
増幅回路6においてバーコード読取装置20はセンサ出
力信号V1をオフセツト電圧VOFST分だけレベルシフトす
ると共に反転増幅して第2図(A)において実線で示す
反転増幅信号VINVを最小レベルホールド回路23及びリミ
ツタ回路24に供給する。
ここで最小レベルホールド回路23は、第2図(B)に
おいて一点鎖線で示すように、反転増幅信号VINVの最小
値をコンデンサC5で検出してホールドし、リミツタ回路
24に送出する。
因に反転増幅信号VINVが立ち上がつている期間t0
t1、t2〜t3、t4〜t5、t6〜t7においてはコンデンサC5の
電荷の放電により演算増幅回路26の非反転入力端に供給
される出力電圧レベルが徐々に上がつて現れる。
これにより接続点cには、第2図(B)において破線
で示すように、最小レベルVminから3×ΔV以上の電圧
波形成分が切り取られ、第2図(C)において実線で示
すように、波形整形信号VLIMが得られる。
これによりバーコードに付着した汚れ等により、入力
される反転増幅信号VINVのスタートマージン部分ARST
出力が基準出力VINVO(第2図(A)において破線で示
す)に比して出力電圧レベルが低下して現れる場合にお
いても接続点cには、このような汚れによつて出力が変
化する部分を取り除いてなる波形整形信号VLIMを取り出
すことができる。
スレシヨルド設定回路22はかかる波形整形信号VLIM
接続点dから入力されると、接続点dに現れる電圧レベ
ルがコンデンサC6に保持されている電圧レベルよりも大
きい場合には(t0〜t1、t2〜t3、t4〜t5、t6〜t7
…)、ダイオードD8に順方向電圧が生じることにより、
波形整形信号VLIMに対して順方向電圧降下分ΔV低いス
レシヨルド電圧VTH(第2図(C))が設定される。
これに対して波形整形信号VLIMが立ち下がり接続点d
に現れる電圧レベルがコンデンサC6に保持されている電
圧レベルよりも小さい場合にはt1〜t2、t3〜t4、t5
t6、ダイオードD7に順方向電圧がかかることにより、波
形整形信号VLIMに対して順方向電圧降下分ΔVだけ高い
スレシヨルド電圧VTH(第2図(C))が設定され、比
較回路14に供給される。
これにより比較回路14における演算増幅回路15の非反
転入力端には波形整形信号VLIMに追従すると共に、波形
整形信号VLIMが立ち上がつている期間(t0〜t1、t2
t3、t4〜t5、t6〜t7……)出力電圧レベルが波形整形信
号VLIMに対して順方向電圧降下分低く現れるスレシヨル
ド電圧VTHが供給され、また波形整形信号VLIMが立ち下
がつている期間(t1〜t2、t3〜t4、t5〜t6……)出力電
圧レベルが波形整形信号VLIMに対して順方向電圧降下分
高く現れるスレシヨルド電圧VTHが供給される。
これにより、反転入力端に供給される波形整形信号V
LIMに対するしきい値が波形整形信号VLIMに対してΔV
だけオフセットして追従することにより、出力信号波形
の振幅が汚れや、外部ノイズの影響により急激に変化す
る際にも、出力信号の立ち上がりを確実に検出して2値
化し得、かかる比較結果でなる比較出力VCをデイジタル
波形整形回路16において一定電圧と比較することによ
り、第2図(D)に示すようにバーコード情報DVが出力
される。
以上の構成によれば、反転増幅信号VINVを最小電圧レ
ベルVminから3ΔV以上の電圧波形成分を除去して整形
した後、かかる電圧波形に追従してスレシヨルド電圧V
THを設定するようにしたことによりバーコードラベルの
汚れ等によりセンサ出力信号の出力レベルに部分的な低
下が生じるような場合にも、読取エラーの発生を有効に
防止し得、確実に被走査対象情報を読み出すことができ
る2値化回路を得ることができる。
また外乱光による交流成分がセンサ出力信号V1に重畳
する場合にもスレシヨルド電圧VTHが波形に追従するこ
とにより確実に2値化できると共に、バーコード3の走
査速度にも影響されず確実に被走査対象情報を読み出す
ことができる。
なお上述の実施例においては、増幅回路6の帰還抵抗
として抵抗R3を用いた場合について述べたが、本発明は
これに限らず、第2図と対応する部分に同一符号を付し
て示す第3図のバーコード読み取り装置30に示すよう
に、フイルタ回路6Aを設け、周波数特性を可変させるよ
うにしても良い。
因に、フイルタ回路6Aは演算増幅回路10に対して並列
にコンデンサC7及び抵抗R15をそれぞれ接続すると共
に、抵抗R16及びR17を演算増幅回路10に対して並列に接
続してなる。また抵抗R16及びR17の接続中点には一端を
接地してなるコンデンサC8が接続されており、全体とし
てフイルタ回路を構成するようになされている。
また上述の実施例においては、反転増幅信号VINVから
最小電圧レベルVminに対して3個のダイオードD4〜D6に
よって与えられるオフセット電圧3ΔV以上高い信号成
分を取り除く場合について述べたが、本発明はこれに限
らず、最小電圧レベルVminに対するオフセット電圧レベ
ルは種々設定し得る。
さらに上述の実施例においては、スレシヨルド電圧V
THを波形整形信号VLIMに対して逆並列に接続されたダイ
オードD7及びD8の順方向電圧降下分ΔVずれた位置に設
定する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、
直列接続された複数個のダイオードを逆並列に接続する
ようにしても良い。
さらに上述の実施例においては、増幅回路6の後段に
波形整形回路21及びスレシヨルド設定回路22を設ける場
合について述べたが、本発明はこれに代え、スレシヨル
ド設定回路22のみを設けるようにしても、入力される波
形に追従してスレシヨルド電圧VTHを設定できることに
より確実に入力信号を2値化することができる。
さらに上述の実施例においては、反転増幅信号VINV
波形の上部を最小電圧レベルVminに対して一定レベル差
で切り取る場合について述べたが、本発明はこれに限ら
ず、汚れ等による出力レベルの変化が入力信号波形の下
部に現れる場合には、波形の下部を入力信号波形の最大
電圧レベルVmaxに対して一定レベル差で切り取るように
しても良い。
さらに上述の実施例においては、本発明をバーコード
読取装置に適用した場合について述べたが、本発明はこ
れに限らず、被走査対象を光ビームで照射し、その散乱
光から被走査対象情報を読み取るようになされた民生用
電子機器の2値化回路に広く本発明を適用し得る。
H発明の効果 上述のように本発明によれば、受光信号波形の上部又
は下部を受光信号から検出される下限値又は上限値を基
準にして一定レベルで切り取ると共に、受光信号に対す
るしきい値を受光信号波形に対して所定量オフセツトし
て追従するように設定するようにしたことにより、汚れ
等に対応する出力の不安定な信号成分を除去することが
できると共に、受光信号の信号レベルの変動によらず確
実に2値化することができ、かくして受光信号から被走
査対象情報を確実に2値化して読み取ることができる2
値化回路を実現できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による2値化回路を含んでなるバーコー
ド読取装置の一実施例を示すブロツク図、第2図は実施
例の動作の説明に供する信号波形図、第3図は他の実施
例を示すブロツク図、第4図は従来の2値化回路を示す
ブロツク図、第5図はその動作の説明に供する信号波形
図、第6図は問題点の説明に供する信号波形図である。 20、30……バーコード読取装置、21……波形整形回路、
22……スレシヨルド設定回路、23……最小レベルホール
ド回路、24……リミツタ回路、25、26……演算増幅回
路、D4〜D8……ダイオード。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】被走査対象に照射された光ビームの散乱光
    を受光して受光信号を得、当該受光信号を所定のしきい
    値と比較することにより被走査対象情報を得る2値化回
    路において、 上記しきい値を、上記受光信号波形の上部及び下部から
    それぞれ所定量オフセツトさせて設定するしきい値設定
    手段と、 上記しきい値設定手段の前段に設けられ、上記受光信号
    波形の上部又は下部を上記受光信号から検出される下限
    値又は上限値を基準にして一定レベルで切り取る波形整
    形手段と を具えることを特徴とする2値化回路。
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