JP3793585B2 - 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

Description

【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、１９９２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１ｂ、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２ｄ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（Ωοｔ）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ｃｏｓ（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ｃｏｓ（Ωοｔ）と増幅器１２の出力での信号Ａｃｏｓ（Ωοｔ＋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２２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（Siemens AG.)のＰＭＢ２３３０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ＮＯＴ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３８、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ｃｏｓφ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３８、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 (12)

1. オブジェクトの光コード（２６）を読み取るレーザスキャナであって、
   レーザ装置（１，２）、およびこれらレーザ装置（１，２）に対する変調信号を生成する変調手段（１４）を少なくとも１つ有する、レーザビーム（３，５；７）を発するための手段（１，２；３７；３８，３９，４０）と、
   レーザビーム（３，５；７）をオブジェクト（２６）に導くための光走査手段（９）と、
   走査から戻る光を導くための受光手段（１０）と、
   光強度を電気信号に変換するためのセンサ手段（１１，１２）と、
   センサ手段（１１，１２）から電気信号を受取り、振幅特性（Ａ）を前記電気信号から引き出し、前記コード（２６）の内容に等しいデータを提供する、コードデコード手段（２１，２３，２４）とを備え、さらに、
   変調信号に対する、前記センサ手段（１１，１２）から受取った電気信号の位相の角度に基づいて、距離指示信号を提供する手段（１３）と、
   走査されるオブジェクト（２６）のレーザスキャナからの距離を前記提供された距離指示信号の関数として算出するための処理手段とを備えたことを特徴とする、レーザスキャナ。
2. 前記変調手段は局部発振器（１４）を有し、
   前記距離指示信号を提供する手段（１３）は位相復調手段（１３）を備え、変調信号に対する、前記センサ手段（１１，１２）から受取った電気信号の位相の角度を検出し、前記距離指示信号をこの検出された位相の角度の関数として提供する、請求項１に記載のレーザスキャナ。
3. 前記位相復調手段は位相復調器（１３）を有し、センサ手段（１１，１２）および局部発振器（１４）の両方から信号を受信し、前記センサ手段（１１，１２）から受信した信号と前記局部発振器（１４）から受信した信号との位相差を測定できる、請求項２に記載のレーザスキャナ。
4. 前記センサ手段が、
   光電センサ（１１）と、
   この光電センサ（１１）から信号を受信し、増幅信号を前記位相復調手段（１３）に送信する増幅器（１２）とを備えた、請求項３に記載のレーザスキャナ。
5. 前記局部発振器（１４）は、走査されるオブジェクト（２６）が測定される作業フィールドに依存して選択される周波数を有する、請求項２に記載のレーザスキャナ。
6. 前記局部発振器（１４）は、対応する波長が作業フィールドの４倍よりも高いかそれに等しくなるような波長を有する、請求項２に記載のレーザスキャナ。
7. さらに、
   少なくとも第２のレーザビーム（３，５；７）を発するための手段（１，２；３８，３９，４０）であって、発せられたビーム（３，５；７）はレーザスキャナからの異なる距離において焦点を合わせられる、レーザビームを発する手段と、
   読取られるコード（２６）の算出された距離に従って、前記レーザビームと前記少なくとも第２のレーザビーム（３，５；７）を活性化するための決定回路（１９；４２）を備えた、請求項１に記載のレーザスキャナ。
8. 前記少なくとも第２のレーザビーム（３，５；７）も変調手段（１４）によって変調される、請求項７に記載のレーザスキャナ。
9. 前記コードデコード手段は振幅復調器（２１）と、ディジタイザ（２３）と、デコーダ（２４）とを備える、請求項１に記載のレーザスキャナ。
10. 各走査ステップの始まりを検出する角位置センサ（２５）を備える、請求項１に記載のレーザスキャナ。
11. デコーダ（２４）が角位置センサ（２５）と、ディジタイザ（２３）を介して振幅復調器（２１）との両方に接続されることにより、デコーダ（２４）は走査内に光コードが検出されるときにのみデコードを開始できる、請求項９に記載のレーザスキャナ。
12. オブジェクトの光コード（２６）を読み取り、レーザスキャナからオブジェクトの距離を測定する方法であって、
    変調信号を生成するステップと、
    レーザビームを前記変調信号で変調して、レーザビームスキャナにレーザビームを発するようにさせるステップと、
    変調されたレーザビームをオブジェクトに導き、走査ラインに沿ってオブジェクトを走査するステップと、
    オブジェクトから戻る光を受取るステップと、
    受取った光を電気信号に変換するステップと、
    前記電気信号から振幅特性（Ａ）を引き出すことにより前記電気信号を処理し、光コード（２６）を復調するステップと、
    前記変調信号に対する前記電気信号の位相の角度に基づいて、距離指示信号を提供するステップと、
    走査されるオブジェクトの距離を前記提供された距離指示信号の関数として算出するステップとを備えた、方法。

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