JPH09231306A - 光学的パターン読取装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ラインイメージセンサを使用した光学的パタ
ーン読取装置によって、光学的パターンが二次元的なも
のであっても、段取り時間を要することなく、正確、高
速、かつ高分解能を以って、読取ることが出来るように
すること、光学系の設計を容易にし、装置を簡単化し、
価格を低減すること。 【解決手段】 本発明の光学的パターン読取装置は、可
動ユニットケース３１の内部に可動反射ミラー７と可動
集光光学系９と可動ラインイメージセンサ１０とをこの
順で収納し、かつそれら全体の重心位置に対応する可動
ユニットケース３１の両側壁部に対してそこから横方向
に突出する光学ユニット回動軸３３を固設して成る可動
光学ユニットＵを導入し、これを光学ユニット回動軸３
３の回りに周期的に揺動させると共に、可動ラインイメ
ージセンサ１０において周期的ないし間欠的な横方向の
電子走査を行うようにしたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この出願の発明は、光学パタ
ーン読取装置、特に、光学的記録媒体に記録された光学
的パターン、例えば多段バーコード、二次元コード、更
には文字、記号等をも、電子走査形のラインイメージセ
ンサを使用して光学的に読取るための、光学的パターン
読取装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の光学的パターン読取装置は、光学
的記録媒体に記録された光学的パターンを照明手段で照
明し、上記光学的パターンからの散乱反射によってなる
光像を電子走査形読取センサ上に結像させ、これを電子
走査形読取センサの光電変換機能によって時間軸上の電
気的アナログ信号に変換し、この信号を電気的に処理し
て、上記光学的パターンを読取っていた。そして、光学
的パターンとしては、主としてバーコード類が使用され
ていた。しかし、物品情報の登録処理や情報管理等を行
う分野がＦＡ（ＦａｃｔｏｒｙＡｕｔｏｍａｔｉｏ
ｎ）、流通、サービス業等々と拡がるにつれて、取り扱
う情報の種類が多岐にわたり、又、情報量が益々増大す
る傾向にある。情報量の増大に伴って、光学的パターン
としての一段バーコードは情報密度が低いために、それ
を補うものとして、多段バーコード、二次元コード、或
は文字、記号等の使用・導入が検討されている。

【０００３】多段バーコード、二次元コード、或は文
字、記号等を読取る装置としては、従来、例えば、図２
に示すようなＴＶ（ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ）カメラ式情
報パターン読取スキャナが知られている。図２のＴＶカ
メラ式情報パターン読取スキャナは、ＴＶカメラ２１、
画像処理装置２２及びＴＶモニタ２３等から構成されて
いる。画像処理装置２２は、通信回線（ＲＳ−２３２Ｃ
回線）を介してホストコンピュータに接続されている。
この種のＴＶカメラ式情報パターン読取スキャナでは、
物品に貼付けられたラベル２４の情報パターン印刷面に
対向させて、ＴＶカメラ２１をセットし、通常の室内照
明の下で、ＴＶカメラ２１によってラベル２４上の情報
パターンを撮影し、撮影によって得られた画像データを
画像処理装置２２により処理してパターン情報に変換
し、このパターン情報をホストコンピュータに送信す
る。一方、撮影によって得られた画像データは、そのま
ま接続ケーブルを介して、ＴＶモニタ２３上に出力表示
される。

【０００４】又、文字、記号等を読取る装置の発明とし
て、照射手段、回動ミラー、ミラー駆動手段、結像レン
ズ、ＣＣＤラインセンサ、Ａ／Ｄ変換回路からなる光学
的情報読取装置の発明が開示されている（特開平７−２
３０５２３号公報参照）。この装置のミラー駆動手段
は、回動ミラーの水平２等分線に即して配設された回動
軸に直結されておって、回動−停止−回動−停止…とい
う間欠動作を繰り返す。そして、ＣＣＤラインセンサ
は、ミラー駆動手段及び回動ミラーの回動時には動作せ
ず、停止時（セット時）にのみ動作するように構成され
ている。

【０００５】

【従来技術の問題点】第一に、ＴＶカメラ式情報パター
ン読取スキャナでは、上述したように、ＴＶカメラ２
１、画像処理装置２２、及びＴＶモニタ２３等の、高価
な装置が必要であった。第二に、ＴＶカメラ式情報パタ
ーン読取スキャナでは、室内照明の明るさに応じてＴＶ
カメラ２１の絞りを調整しなければならないから、情報
パターン読取前の、段取りに時間が掛かるという問題が
あった。第三に、ＴＶカメラ２１の画像を光電変換する
二次元的エリアセンサは、どうしても水平方向の有効画
素数が限定されるため、情報パターン読取装置の解像度
（分解能）の向上には限界があった。ここに、解像度
（分解能）とは、読取り可能な情報パターンの最小線幅
の寸法をいう。第四に、ミラーの回動−停止−回動−停
止…を繰り返す形式の上記光学的情報読取装置は、読取
速度が非常に遅く、その向上は本質的に困難である。

【０００６】

【発明の目的】それ故、この出願の発明の第１の目的
は、被読取部材上に記録された光学的パターンが二次元
的なものであっても、環境光に影響されることなしに、
従って又事前の段取りに時間を取られることなしに、当
該光学的パターンを正確にかつ高速で読取ることが出来
る、光学的パターン読取装置を提供することにある。こ
の出願の発明の第２の目的は、被読取部材上に記録され
た光学的パターンが二次元的なものであっても、テレビ
カメラを使用した従来の読取装置よりも一段と向上した
解像度（分解能）を以って、当該光学的パターンを正確
に読取ることが出来る、光学的パターン読取装置を提供
することにある。この出願の発明の第３の目的は、照射
手段を含む光学系全体の設計が容易な、光学的パターン
読取装置を提供することにある。この出願の発明の第４
の目的は、構造が簡単かつ安価で、しかも上記の諸目的
を達成することの出来る、光学的パターン読取装置を提
供することにある。

【０００７】

【目的を達成するための手段】前記の諸問題を解消し、
かつ前記の諸目的を達成するために、この出願の発明に
よる光学的パターン読取装置は、可動光学ユニットを導
入する。この可動光学ユニットは、可動ユニットケース
３１と、光学ユニット回動軸３３と、可動反射ミラー７
と、可動集光光学系９と、可動ラインイメージセンサ１
０とで構成される。可動ユニットケース３１は、前方に
開口部を有し、前半部が偏平なラッパ状、後半部が角筒
状をなし、中間の湾曲点で下向きに湾曲し、くの字形を
なす。可動反射ミラー７は、可動ユニットケース３１の
湾曲点近傍に、斜め下向きに配設される。可動ラインイ
メージセンサ１０は、可動ユニットケース３１の奥部に
配設される。可動集光光学系９は、可動反射ミラー７と
可動ラインイメージセンサ１０との間に配設される。可
動反射ミラー７から到来する反射光は、可動ラインイメ
ージセンサ１０の線状の受光面上に結像される。光学ユ
ニット回動軸３３は、全体の重心位置に対応する可動ユ
ニットケース３１の両側壁部に対してそこから横方向に
突出するように固設される。可動光学ユニットの光学ユ
ニット回動軸３３は、ベアリングによって、回動自在に
支持される。光学ユニット駆動手段は、可動光学ユニッ
トに対して、垂直面内における周期的な揺動運動を与え
るように、結合される。

【０００８】

【発明の作用】この発明による可動光学ユニットは、垂
直面内において、光学ユニット回動軸３３を中心とし
て、周期的な揺動運動を行う。それに連れて、可動反射
ミラー７は、その位置と角度が周期的に変化する。その
とき、揺動する可動光学ユニットの互いに区別された回
動位置には、被読取部材３上の互いに区別された線状エ
リアが対応する。一つの線状エリアから発した反射光が
可動ラインイメージセンサ１０に到達した時は、他の線
状エリアから同時に発した反射光は可動ラインイメージ
センサ１０には到達しない。一方、可動ラインイメージ
センサ１０においては、上記の揺動運動と同時併行的
に、横方向の電子的走査が、周期的ないし間欠的に行わ
れる。そのとき、可動ラインイメージセンサ１０におい
ては、線状の受光面への光入力（光学的パターン４上の
線状エリアの結像）が、線状に配列された画素（ピクセ
ル）の列によって空間的にサンプリングされ、サンプル
値毎に光電変換−電荷蓄積がなされ、横方向のサンプル
値（電荷）の列が得られる。横方向のサンプル値（電
荷）の列は、横方向の電子的走査によって、時間軸上の
サンプル値（電圧値若しくは電流値）の列、即ち時間軸
上の電気的アナログ信号に変換される。叙上の如き、可
動光学ユニットの揺動運動と、可動ラインイメージセン
サ１０における電子的走査の協働の結果、被読取部材３
上には、等価的に平行線群形の走査パターンが生成され
る。従って、この出願の発明の光学的パターン読取装置
によれば、普通のバーコードは勿論のこと、多段バーコ
ードや、二次元コード、更には文字、記号等の光学的パ
ターンをも、正しくかつ高速で読取ることが出来る。

【０００９】

【発明の実施の形態】この出願の発明は、以下の形態で
実施される。第１の実施の形態は、筐体１と、可動光学
ユニットＵと、信号処理部と、メモリ部及びデコード部
と、光学ユニット駆動手段とを含有し、上記筐体１は、
前方に光出入口を有し、前半部が偏平なラッパ状、後半
部が角筒状をなすと共に、中間の湾曲点で下向きに湾曲
して、くの字形をなし、上記可動光学ユニットＵは、可
動ユニットケース３１と、可動ユニット回動軸３３と、
可動照射手段２と、可動反射ミラー７と、可動集光光学
系９と、可動ラインイメージセンサ１０とを含有し、上
記可動ユニットケース３１は、前方に開口部を有し、前
半部が偏平なラッパ状、後半部が角筒状をなすと共に、
中間の湾曲点で下向きに湾曲して、くの字形をなし、上
記可動照射手段２は、上記可動ユニットケース３１の開
口部近傍の底壁内面に、横一の字状に配列された複数個
の光源からなり、上記可動反射ミラー７は、上記可動ユ
ニットケース３１の内部であって、かつその湾曲点近傍
に、斜め下向きに配設され、上記可動集光光学系９は、
上記可動ユニットケース３１の内部かつ上記可動反射ミ
ラー７の反射方向に配設されておって、上記可動反射ミ
ラー７から到来する反射光を、上記可動ユニットケース
３１内の所定の位置即ち奥部において結像させ、上記可
動ラインイメージセンサ１０は、上記可動ユニットケー
ス３１内の所定の位置即ち奥部に配設されておって、結
像された反射光の横方向の強弱分布を時間軸上の電気的
強弱信号に瞬時的に光電変換し、上記可動ユニット回動
軸３３は、上記可動光学ユニットＵの重心位置又はその
近傍において、横方向に固設され、上記光学ユニット駆
動手段は、上記可動光学ユニットＵに対して、垂直面内
における周期的な揺動運動を与えるように、結合され、
上記信号処理部は、上記可動ラインイメージセンサ１０
の出力端子に電気的に接続され、これによって、上記可
動光学ユニットＵには上記垂直面内において上記可動ユ
ニット回動軸３３を中心とする周期的な揺動運動が与え
られると共に、上記可動ラインイメージセンサ１０にお
いては横方向の周期的ないし間欠的な電子的走査が行わ
れることによって、上記被読取部材３上に、等価的に平
行線群形の走査パターンが生成される、光学的パターン
読取装置である。

【００１０】第２の実施の形態は、第１の実施の形態を
成す上記光学的パターン読取装置において、上記可動光
学ユニットＵ中の上記可動照射手段２を取り外し、代り
に、線状又はループ状に配列した複数個の光源からなる
固定照射手段を、上記筐体１の光出入口と上記可動ユニ
ットケース３１の開口部との間の適宜の箇所に、配設し
て成る、光学的パターン読取装置である。

【００１１】

【実施例】この出願の発明による光学的パターン読取装
置の第１の実施例について詳細に説明する。図１は、こ
の出願の発明による光学的パターン読取装置の第１の実
施例の全体構成図であって、同図（ａ）は、上部を削除
して示す平面図、同図（ｂ）は垂直断面図である。図１
において、１は筐体、３１は可動ユニットケース、３３
は可動ユニット回動軸、３２は光学ユニット駆動手段、
２は可動照射手段、７は可動反射ミラー、９は可動集光
光学系、１０は電子走査形の可動ラインイメージセンサ
（一次元イメージセンサ）、ＰＣＢはプリント回路基
板、１１は位置決め用ガイドである。第１の実施例は、
以上の諸要素の外に、信号処理部やメモリ部、そしてデ
コード部を構成するマイクロコンピュータ（いずれも図
示しない）を包含する。そして、３は被読取部材、４は
光学的パターン、１２は照射光、１３は反射光、１４は
再反射光である。

【００１２】筐体１は、図１（ａ）の如く、前半部が扁
平なラッパ状、後半部が角筒状をなし、その内部は空洞
である。そして、垂直面内において、図１（ｂ）の如
く、中間の湾曲点で下向きに湾曲し、略くの字形をなし
ている。筐体１の先端部には、照射光及び反射光の出入
を可能にするため、光出入口が形成される。光出入口に
は、例えば透光板体が配設される。可動ユニットケース
３１は、同じく図１（ａ）の如く、前半部が扁平なラッ
パ状、後半部が角筒状をなし、その内部は空洞である。
垂直面内においては、図１（ｂ）の如く、中間の湾曲点
で下向きに湾曲し、略くの字形をなしている。可動ユニ
ットケース３１の先端部には、反射光の進入を可能にす
るための、開口部が形成される。

【００１３】照射手段２は、図１（ａ）の如く、略線状
に配列された複数個の光源（例えばＬＥＤ）から成る。
それらの配設位置は、所望の反射光の通路を避けて、例
えば可動ユニットケース３１の開口部近傍の底壁内面が
選択される。可動反射ミラー７は、可動ユニットケース
３１の内部であって、かつその湾曲点近傍に斜め下向き
に配設される。可動集光光学系９は、可動ユニットケー
ス３１の内部であって、かつ可動反射ミラー７の反射方
向に配設される。そして、可動反射ミラー７から到来す
る再反射光を、可動ユニットケース３１内の所定の位置
即ち奥部において、結像することが出来るようにする。

【００１４】上記の可動集光光学系９は、例えば、１個
の絞りと１個のレンズとから成る。或は、２個のレンズ
と、それらの中間に配設された１個の絞りとから成る。
可動ラインイメージセンサ１０は、可動ユニットケース
３１内の所定の位置即ち奥部に配設される。かくして、
可動反射ミラー７と、可動集光光学系９と、可動ライン
イメージセンサ１０とは、図示の如く、一直線上に配置
されることとなる。可動ラインイメージセンサ１０は、
線状の受光面上に結像した光像の横方向の線上の強弱分
布を、時間軸上の電気的強弱信号に、瞬時的に光電変換
することが出来る。

【００１５】ラインイメージセンサは、例えば当業者に
周知の一次元ＣＣＤ（ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄ Ｄ
ｅｖｉｃｅ）であって、多数のピクセル（画素）から構
成されている。この種のラインイメージセンサのピクセ
ル（画素）数は、典型的には２０４８個であるが、５０
００個のものも作られている。これらのピクセルは、横
一列に配列されている。（ちなみに、ラインイメージセ
ンサに対して、低雑音化の目的で、フロント増幅回路を
付加し、両者を一体化させたものもある。）一次元ＣＣ
Ｄは、光電変換−蓄積−走査（読出し）の機能を有す
る。一次元ＣＣＤの線状の受光面に到来した光像（光入
力信号）は、一次元的に配列（線状に配列）されたピク
セル群によって、いわば空間的にサンプリングされるこ
ととなる。各ピクセル上の各サンプル値は、信号電荷に
変換され、かつ適宜の容量に蓄積され、一定積分時間
（電荷蓄積時間）の後、ホトゲートを介してＣＣＤレジ
スタに、各ピクセル同時に転送される。ＣＣＤレジスタ
上の信号電荷の列は、電子的に走査され読出されること
によって、時間軸上のサンプル値（電圧もしくは電流
値）の列、即ち電気的アナログ信号に変換される。

【００１６】一次元ＣＣＤを構成する単位ピクセルの横
幅としては、現時点では、７μｍ又は１４μｍのものが
入手可能である。ピクセルの横幅を１４μｍとすると、
ラインイメージセンサ本体の長さは、例えば、１４μｍ
×２０４８（個）≒２８ｍｍの程度となる（外形の全長
は４０ｍｍ程度となる）。これによって得られる解像度
は、テレビカメラのエリアセンサによって得られる解像
度に比べて、約４倍となる。この時のピクセルの縦幅
（高さ）は、一般向けのものでは、２００μｍ程度であ
る。しかし、二次元コードや、文字、記号等を読取る場
合は、縦方向の解像度を上げるために、これよりも小さ
くしなければならない。この実施例では、ピクセルの高
さが１４μｍの程度のものを使用する。この場合、可動
集光光学系９としては、再反射光１４が幅２８ｍｍ程度
の領域に、結像するように設計される。ラインイメージ
センサの１回の走査時間については、現在、例えば１０
０μｓ（マイクロ秒）程度のものが入手可能であるが、
将来的には、５０μｓ程度のものも入手可能になるもの
と期待される。なお、ラインイメージセンサとしては、
ＣＣＤの他に、ＭＯＳ形のものも当然使用可能である。

【００１７】以上要するに、前方に光出入口、内部に空
洞を有し、前半部が扁平ラッパ状、後半部が角筒状をな
すと共に、中間の湾曲点で下向きに湾曲してくの字形を
なす可動ユニットケース３１の内部に、可動照射手段
２、可動反射ミラー７、可動集光光学系９、可動ライン
イメージセンサ１０からなる光学系全体を収納固設し、
かつそれら全体の重心位置（又はその近傍）に対応する
可動ユニットケース３１の両側壁部に対してそこから横
方向に突出する可動ユニット回動軸３３を固設すること
によって、可動光学ユニットＵが構成されるのである。
そして、可動光学ユニットＵの光学ユニット回動軸３３
は、ベアリング（図示しない）によって、揺動自在に支
持される。光学ユニット駆動手段３２は、駆動軸（図示
しない）が揺動運動を行う電気・機械変換系（例えばガ
ルバニックモータ）から成り、負荷に対して揺動運動を
与えることが出来る。その駆動軸は、光学ユニット回動
軸３３に結合される。又、可動ユニットケース３１と筐
体１の底壁との間及び／又は可動ユニットケース３１と
筐体１の頂壁との間には、可動光学ユニットＵの揺動運
動を容易にするために、弾性的に圧縮・伸長可能な弾性
部材（例えば圧縮・引張コイルばね）が設けられる。そ
の際、可動ユニットケース３１上の被取付部位は、可動
ユニット回動軸３３から前方又は後方へ適宜離隔してい
なければならない。これによって、可動光学ユニットＵ
は、可動ユニット回動軸３３と直交する垂直面内におい
て、周期的な揺動運動を容易に行うことが出来るのであ
る。

【００１８】プリント回路基板ＰＣＢは、例えば、図示
の如く、筐体１の底壁内面に配設される。信号処理部
（図示しない）は、対数増幅回路や、リニア増幅回路
や、スライス回路その他を含有する。信号処理部の全部
又は一部は、プリント回路基板ＰＣＢ上に配設される。
その入力端子は、可動ラインイメージセンサ１０の出力
端子と電気的に結合される。そのときの電気的結合方法
としては、例えば、可撓性の導線による結合、又は磁気
的結合、若しくは静電結合等が使用される。信号処理部
の出力は、メモリ部（図示しない）に引き渡される。メ
モリ部は、好ましくは、ｍ行×ｎ行のフレームメモリ領
域を包含する。ここに、ｍは走査線数によって規定さ
れ、例えば５０であり、ｎはピクセル数によって規定さ
れ、例えば２０４８である。デコード部（図示しない）
は、例えば、一段バーコード、多段バーコード、二次元
コード、文字又は記号等の公知の認識アルゴリズム、文
字又は記号等の公知の抽出アルゴリズム等を内蔵するマ
イクロコンピュータを含有し、プリント回路基板ＰＣＢ
上に配設される。（但し、その全部若しくは一部を筐体
１の外部に移設することを妨げない。） 位置決め用ガイド１１は、板状体ないし叉状体からな
る。そして、筐体１の最先端部に設けられ、そこから図
示の如く斜め下方に突出する。位置決め用ガイド１１の
先端部を、図示の如く、被読取部材３上の所望の位置に
当接し、かつ保持することによって、筐体１を、所望の
位置に所望の姿勢で、正確かつ安定的に保持することが
出来る。

【００１９】第１の実施例の操作方法と動作内容につい
て説明する。初めに、電源スイッチ（図示しない）を投
入する。光学ユニット駆動手段３２及び可動光学ユニッ
トＵが、正方向から逆方向へそして逆方向から正方向へ
と、反復的に揺動する。同時に、可動照射手段２が動作
を開始し、照射光１２を発する。照射光１２の光軸は、
可動光学ユニットＵの揺動につれて、上下に揺動するこ
ととなる。次に、筐体１の後部（即ち把持部）を把持し
て、位置決めガイド１１の先端部を、これから読取ろう
とする光学的パターン４の下端近傍に、図示の如く当接
する。当接状態を保持しつつ、筐体１の後部（把持部）
を上下させることによって、光学的パターン４の全体が
照明されるように、又、照度分布が一様化されるよう
に、その姿勢を調節する。調節が終了した時は、筐体１
の姿勢をそのまま保持し続けると共に、読取指令を与え
る。

【００２０】図１（ｂ）においては、可動光学ユニット
Ｕの前端が下側に最も大きく回動した時の回動位置は、
実線で示され、上側に最も大きく回動した時の回動位置
は、点線で示されている。今、可動光学ユニットＵが、
実線で示された位置（以下「最下限の回動位置」とい
う。）にあるものとする。この時、可動照射手段２は、
光学的パターン４の最下端を横切る線状エリア（この線
状エリアは図１（ｂ）では光学的パターン４の下方に実
線を以って表示してある。）を、中心光によって照射す
る。この時の中心光は、照射光１２として表示してあ
る。（同時に、外乱光（環境光）もこれを照射する。） 上記の照射光１２は、光学的パターン４における上記線
状エリア（実線参照）において反射散乱される。反射光
の一部は、筐体１の光出入口を通過してから、筐体１の
内部及び可動ユニットケース３１の内部を進行して、可
動反射ミラー７の所定領域に到達する。この時の反射光
は、図１（ｂ）では、反射光１３として表示してある。
反射光１３は、可動反射ミラー７の所定領域において反
射偏向されて、再反射光１４となる。再反射光１４は、
可動集光光学系９を経て、可動ラインイメージセンサ１
０の線状の受光面上に結像する。この時、上記の線状エ
リア（実線参照）以外のエリアからの反射光は、可動反
射ミラー７に到達することはあっても、可動ラインイメ
ージセンサ１０の線状の受光面に到達することはない。

【００２１】光学的パターン４の最下端を横切る線状エ
リア（実線参照）は、ありのままで観測出来る訳ではな
い。しかしながら、可動ラインイメージセンサ１０の受
光面上に複数個の微小光源を置くならば、それらの発す
る光の要部は、可動集光光学系９と可動反射ミラー７を
逆向きに経由して、上記の線状エリア（実線参照）に到
達して光の点列を生じる。これによって、最下端の線状
エリアを認識することが出来る。上記複数個の微小光源
からの光は、可動集光光学系９中に絞りがあるため、最
下端の線状エリア以外のエリアには到達しない。これに
よれば、可動光学ユニットＵの最下限の回動位置には光
学的パターン４の最下端の線状エリア（実線参照）のみ
が対応していることを、可視化し得るのである。

【００２２】可動ラインイメージセンサ１０の線状の受
光面上に結像した光像は、光電変換されて、電気的アナ
ログ信号となる。上記の電気的アナログ信号は、例え
ば、対数増幅回路に与えられる。対数増幅回路は、与え
られた電気的アナログ信号が小振幅の時は、対数特性に
従ってその振幅を伸長し、そうでない時はその振幅を圧
縮する。スライス回路は、与えられた電気的アナログ信
号をスライスして、これを２値信号に変換する。即ち、
黒色パターン信号に由来するアナログ信号の振幅は、例
えば “論理１”レベルに変換し、白色パターン信号に
由来するアナログ信号の振幅は、例えば“論理０”レベ
ルに変換するのである。

【００２３】次に、可動光学ユニットＵが点線で示され
た位置（以下「最上限の回動位置」又は「第１の回動位
置」という。）にあるものとする。この時、可動照射手
段２は、光学的パターン４の最上端を横切る線状エリア
（この線状エリアは図１（ｂ）では光学的パターン４の
上方に点線を以って表示してある。以下、これを「最上
端の線状エリア」又は「第１の線状エリア」という。）
を、中心光によって照射する。（同時に、外乱光（環境
光）もこれを照射する。） 上記の中心光（照射光）は、光学的パターン４における
上記最上端の線状エリア（点線参照）において反射散乱
される。反射光の一部は、筐体１の光出入口を通過して
から、筐体１の内部及び可動ユニットケース３１の内部
を進行して、可動反射ミラー７の別の所定領域に到達す
る。（この時の反射光は、図面の錯雑化を回避するた
め、図示しない。）

【００２４】上記の反射光は、可動反射ミラー７の別の
所定領域において反射偏向されて、再反射光となる。こ
の再反射光は、図１（ｂ）に示した再反射光１４と同一
の光路を経由して、可動ラインイメージセンサ１０の線
状の受光面上に結像する。この時、上記最上端の線状エ
リア（点線参照）以外のエリアからの反射光は、可動反
射ミラー７に到達することはあっても、可動ラインイメ
ージセンサ１０の線状の受光面に到達することはない。
従って、可動光学ユニットＵの最上限の回動位置には、
光学的パターン４の最上端の線状エリアが対応すること
となる。可動光学ユニットＵが図１（ｂ）の点線位置に
ある時の可動ラインイメージセンサ１０以下の動作は、
可動光学ユニットＵが実線位置にある時のそれらの動作
と同様である。

【００２５】進んで、可動光学ユニットＵの回動位置
が、図１（ｂ）の点線位置（即ち第１の回動位置）の直
近下位の位置（図示しない。以下これを「第２の回動位
置」という。）にあるものとする。この時、可動照射手
段２は、光学的パターン４の最上端の線状エリア（即ち
第１の線状エリア）（点線参照）の直近下位を横切る別
の線状エリア（図示しない）（以下「第２の線状エリ
ア」という。）を、中心光によって照射することとな
る。（同時に、外乱光（環境光）もこれを照射する。） 上記の中心光（照射光）は、光学的パターン４における
上記第２の線状エリアにおいて反射散乱され、反射光の
一部は、筐体１の光出入口を通過してから、筐体１の内
部及び可動ユニットケース３１の内部を進行して、可動
反射ミラー７の又別の所定領域に到達し、そこで反射偏
向されて、再反射光となる。この時の再反射光は、図１
（ｂ）に示した再反射光１４と同一の光路を経由して、
可動ラインイメージセンサ１０の線状の受光面上に結像
する。この時、上記第２の線状エリア以外のエリアから
の反射光は、可動反射ミラー７に到達することはあって
も、可動ラインイメージセンサ１０の線状の受光面に到
達することはない。従って、可動光学ユニットＵの上記
第２の回動位置には、上記第２の線状エリアが対応する
こととなる。可動光学ユニットＵが上記第２の回動位置
にある時の可動ラインイメージセンサ１０以下の動作
は、可動光学ユニットＵが最下限の回動位置にある時の
それらの動作と同様である。

【００２６】ここで、以上のことを概括しておく。可動
光学ユニットＵの回動位置を順序数「第ｉ」（ｉ＝１，
２，…）で表す。可動光学ユニットＵの第ｉの回動位置
には、光学的パターン４上の第ｉの線状エリアが、１対
１で、対応することとなる。即ち、可動光学ユニットＵ
の互いに異なる回動位置にはそれぞれ、互いに異なる線
状エリアが対応することとなる。約めて言えば、可動光
学ユニットＵの各回動位置と、光学的パターン４上の各
線状エリアとは、常に１対１対応の関係にあるのであ
る。

【００２７】可動光学ユニットＵは、前述の如く、揺動
を続けている。可動ラインイメージセンサ１０は、前述
の如く、横方向の電子的走査を周期的ないし間欠的に行
っている。その結果、平行線群形の走査パターンが、光
学的パターン４上に、等価的に生成される。その理由
は、凡そ以下の通りである。可動光学ユニットＵの回動
位置が最上限位置にある時、即ち第１の回動位置にある
時は、光学的パターン４の最上端の線状エリア（点線参
照）即ち第１の線状エリアからの反射光のみが、可動反
射ミラー７を経て、可動ラインイメージセンサ１０の線
状の受光面に到達する。この時、可動ラインイメージセ
ンサ１０における変換−蓄積−走査（読み出し）のサイ
クルをスタートさせれば、到達した反射光の横方向の強
弱分布は、時間軸上の電気的強弱信号に変換される。故
に、上記第１の線状エリアを、等価的に第１の走査線と
解することが出来る。

【００２８】可動光学ユニットＵの回動位置が最上限位
置の直近下位にある時、即ち第２の回動位置にある時
は、光学的パターン４の最上端の線状エリア（点線参
照）の直近下位にある線状エリア（図示しない）即ち第
２の線状エリアからの反射光のみが、可動反射ミラー７
を経て、可動ラインイメージセンサ１０に到達する。こ
の時、可動ラインイメージセンサ１０における変換−蓄
積−走査（読み出し）のサイクルをスタートさせれば、
到達した反射光の横方向の強弱分布は、時間軸上の電気
的強弱信号に変換される。故に、上記第２の線状エリア
を、等価的に第２の走査線と解することが出来る。

【００２９】以下同様にして、互いに平行な第３の走査
線、第４の走査線、…、最下端の走査線が、等価的に生
成される。このようにして、例えば５０本、或は２００
本の走査線が等価的に生成される。そして、可動ライン
イメージセンサ１０の走査速度を更に高めるならば、可
動光学ユニットＵの揺動速度を落すことなしにも、各走
査線間の間隔を更に小さくして、縦方向の解像度を高く
することが出来る。又、ラインイメージセンサの画素数
を更に増大させるならば、横方向の解像度を更に高める
ことが出来るし、画素の縦幅（高さ）を更に小さくする
ならば、縦方向の解像度を更に高めることが出来る。こ
の出願の発明によれば、最上端の走査線と最下端の走査
線との間隔は、十分に大きく取る事が出来る。それ故、
この出願の発明による光学的パターン読取装置は、一段
バーコードについては勿論のこと、多段バーコード、二
次元コード、或は文字、記号等の二次元情報パターンに
ついても容易に読取ることが出来る。

【００３０】信号処理部からの出力信号は、前述の如
く、２値信号（２元信号）である。この２値信号は、一
旦後続のフレームメモリに蓄積される。その際、第ｉの
線状エリアを電子的に走査して得られたｎ個（例えば２
０４８個）の２値信号の列は、フレームメモリ領域の第
ｉ行の領域に蓄積するのが望ましい。走査は任意の線状
エリアから、始めることが出来るが、どの線状エリアか
ら始めたかを明確にしておく必要がある。デコード部で
は、所定の認識アルゴリズムや、抽出アルゴリズム等を
内蔵するマイクロコンピュータによって、１段バーコー
ド、多段バーコード、二次元コード、或は文字又は記号
等が解読され、認識される。万一、初回の読取動作によ
る読取に成功しなかったときは、成功するまで読取動作
を繰り返す。１回の読取動作の所要時間は、第１の実施
例では、２００ｍｓ程度であるが、将来的には、ライン
イメージセンサ（ＣＣＤ）や、マイクロコンピュータの
性能向上に伴って、例えば４０ｍｓ程度になし得るもの
と期待出来る。

【００３１】この出願の発明による光学的パターン読取
装置の第２の実施例について説明する。前記第１の実施
例では、光学ユニット駆動手段として、回転形電気・機
械変換系を使用したが、第２の実施例では、直線型（リ
ニア形）電気・機械変換系を使用する。直線型（リニア
形）電気・機械変換系としては、可動鉄心と固定線輪か
らなる可動鉄心形電気・機械変換器や、固定鉄心と可動
線輪からなる可動線輪形電気・機械変換器等が知られて
いる。第２の実施例では、直線型（リニア形）電気・機
械変換系は、可動ユニットケース３１上の適宜の部位
と、筐体１の底壁若しくは頂壁の適宜の部位との間に設
けられる。但し、それらの部位は、光学ユニット回動軸
３３から前方若しくは後方に適宜離隔していなければな
らない。又、可動ユニットケース３１と筐体１の底壁と
の間及び／又は可動ユニットケース３１と筐体１の頂壁
との間には、可動光学ユニットＵの揺動運動を容易にす
るために、弾性的に圧縮・伸長可能な弾性部材（例えば
圧縮・引張コイルばね）が設けられる。但し、可動ユニ
ットケース３１上の被取付部位は、光学ユニット回動軸
３３から前方又は後方に適宜離隔していなければならな
い。第２の実施例では、光学ユニット駆動手段が簡単化
される。第２の実施例のその余の事項は、第１の実施例
と同様である。

【００３２】この出願の発明による光学的パターン読取
装置の第３、第４の実施例について説明する。この出願
の発明による光学的パターン読取装置の第３、第４の実
施例は、同第１、第２の実施例における、可動光学ユニ
ットＵ中の可動照射手段２を取り外し、代りに、複数個
の光源からなる固定照射手段を筐体１の光出入口と可動
ユニットケース３１の開口部との間の適宜の箇所に配設
して成る、光学的パターン読取装置である。従って、第
３、第４の実施例における可動光学ユニットは、可動ユ
ニットケース３１と、可動反射ミラー７と、可動集光光
学系９と、可動ラインイメージセンサ１０とからなり、
可動照射手段２を具備しない。そのため、第３、第４の
実施例における瞬時の照明エリアは、単位の読取エリア
を含む広いエリアをカバーする必要があるから、第１、
第２の実施例におけるが如き顕著なる照明効率の改善効
果は得られない。第３、第４の実施例のその余の事項
は、第１、第２の実施例と同様である。

【００３３】

【発明の効果】この出願の発明は、可動ユニットケース
３１の内部に可動反射ミラー７と可動集光光学系９と可
動ラインイメージセンサ１０とをこの順で収納固設し、
かつそれら全体の重心位置に対応する可動ユニットケー
ス３１の両側壁部に対してそこから横方向に突出する光
学ユニット回動軸３３，３３を固設して成る可動光学ユ
ニットＵを導入し、これを光学ユニット回動軸３３の回
りに周期的に揺動させると共に、上記可動ラインイメー
ジセンサ１０において周期的ないし間欠的な横方向の電
子走査を行うようにしたから、下記の通り、顕著な効果
を奏することが出来る。 （１）ラインイメージセンサを含む可動光学ユニットを
周期的に揺動させることによって、光学的パターンを、
二次元的にしかも高速で読取ることが出来る。 （２）普通のバーコードは勿論のこと、多段バーコー
ド、二次元コード、更に文字、記号等をも、極々短時間
で正確に読取ることが出来る。 （３）これから読み取ろうとする光学的パターン４に対
して、読取装置の位置と姿勢を、簡単かつ正確に設定
し、又保持することが出来る。 （４）画素数の大きなラインイメージセンサの使用を可
能にしたので、テレビカメラを使用した従来の光学的パ
ターン読取方式を以ってしては到底望むことの出来なか
った、高解像度（高分解能）の光学的パターン読取が可
能となる。

【００３４】（５）光学系が一体として駆動されるた
め、その部品精度が易しくなり、かつ組立が容易にな
る。 （６）可動光学ユニットの回動軸をその重心位置に設け
ることが出来るようにしたから、その対振性、対衝撃性
が向上する。 （７）可動光学ユニットの回動軸をその重心位置に設け
ることが出来るようにしたから、光学ユニット駆動手段
が簡単化される。 （８）瞬時の照明エリアは、略線状とすることが出来る
ようになり、従って単位の読取エリアを含む広い面をカ
バーする必要がなくなる。そのため、照明効率が改善さ
れる。 （９）可動反射ミラー７を含む可動光学ユニットは、単
位の読取動作中、停止することなく連続的に回動するよ
うにしたから、ミラーの回動−停止を繰り返す前記従来
の光学的情報読取装置に比べて、読取時間を、大幅に短
縮することが出来る。 （１０）同様の理由で、ミラーの回動−停止を繰り返す
前記従来の光学的情報読取装置に比べて、光学ユニット
駆動手段を簡単化し、又、省力化することが出来る。 （１１）光学的パターン読取装置を、小型軽量且つ安価
に構成出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この出願の発明の光学的パターン読取装置の第
１の実施例の説明図である。

【図２】従来の二次元コードスキャナの一例を示す斜視
図である。

【符号の説明】

１ 筐体 ２ 可動照射手段 ３ 被読取部材 ４ 光学的パターン ７ 可動反射ミラー ９ 可動集光光学系 １０ 可動ラインイメージセンサ １１ 位置決め用ガイド １２ 照射光 １３ 反射光 １４ 再反射光 ２１ ＴＶカメラ ２２ 画像処理装置 ２３ ＴＶモニタ ２４ ラベル ３１ 可動ユニットケース ３２ 光学ユニット駆動手段 ３３ 光学ユニット回動軸 ＰＣＢ プリント回路基板 Ｕ 可動光学ユニット

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 筐体（１）と、可動光学ユニット（Ｕ）
   と、信号処理部と、メモリ部及びデコード部と、光学ユ
   ニット駆動手段とを含有し、 上記筐体（１）は、前方に光出入口を有し、前半部が偏
   平なラッパ状、後半部が角筒状をなすと共に、中間の湾
   曲点で下向きに湾曲して、くの字形をなし、 上記可動光学ユニット（Ｕ）は、可動ユニットケース
   （３１）と、可動ユニット回動軸（３３）と、可動照射
   手段（２）と、可動反射ミラー（７）と、可動集光光学
   系（９）と、可動ラインイメージセンサ（１０）とを含
   有し、 上記可動ユニットケース（３１）は、前方に開口部を有
   し、前半部が偏平なラッパ状、後半部が角筒状をなすと
   共に、中間の湾曲点で下向きに湾曲して、くの字形をな
   し、 上記可動照射手段（２）は、上記可動ユニットケース
   （３１）の開口部近傍の底壁内面に、横一の字状に配列
   された複数個の光源からなり、 上記可動反射ミラー（７）は、上記可動ユニットケース
   （３１）の内部であって、かつその湾曲点近傍に、斜め
   下向きに配設され、 上記可動集光光学系（９）は、上記可動ユニットケース
   （３１）の内部かつ上記可動反射ミラー（７）の反射方
   向に配設されておって、上記可動反射ミラー（７）から
   到来する反射光を、上記可動ユニットケース（３１）内
   の所定の位置即ち奥部において結像させ、 上記可動ラインイメージセンサ（１０）は、上記可動ユ
   ニットケース（３１）内の所定の位置即ち奥部に配設さ
   れておって、結像された反射光の横方向の強弱分布を時
   間軸上の電気的強弱信号に瞬時的に光電変換し、 上記可動ユニット回動軸（３３）は、上記可動光学ユニ
   ット（Ｕ）の重心位置又はその近傍において、横方向に
   固設され、 上記光学ユニット駆動手段は、上記可動光学ユニット
   （Ｕ）に対して、垂直面内における周期的な揺動運動を
   与えるように、結合され、 上記信号処理部は、上記可動ラインイメージセンサ（１
   ０）の出力端子に電気的に接続され、 これによって、上記可動光学ユニット（Ｕ）には上記垂
   直面内において上記可動ユニット回動軸（３３）を中心
   とする周期的な揺動運動が与えられると共に、上記可動
   ラインイメージセンサ（１０）においては横方向の周期
   的ないし間欠的な電子的走査が行われることによって、
   上記被読取部材（３）上に、等価的に平行線群形の走査
   パターンが生成される、 光学的パターン読取装置。
2. 【請求項２】 筐体（１）と、固定照射手段と、可動光
   学ユニットと、信号処理部と、メモリ部及びデコード部
   と、光学ユニット駆動手段とを含有し、 上記筐体（１）は、前方に光出入口を有し、前半部が偏
   平なラッパ状、後半部が角筒状をなすと共に、中間の湾
   曲点で下向きに湾曲して、くの字形をなし、 上記可動光学ユニットは、可動ユニットケース（３１）
   と、可動ユニット回動軸（３３）と、可動反射ミラー
   （７）と、可動集光光学系（９）と、可動ラインイメー
   ジセンサ（１０）とを含有し、 上記可動ユニットケース（３１）は、前方に開口部を有
   し、前半部が偏平なラッパ状、後半部が角筒状をなすと
   共に、中間の湾曲点で下向きに湾曲して、くの字形をな
   し、 上記固定照射手段は、上記筐体（１）の光出入口と上記
   可動ユニットケース（３１）の開口部との間に配列され
   た複数個の光源からなり、 上記可動反射ミラー（７）は、上記可動ユニットケース
   （３１）の内部であって、かつその湾曲点近傍に、斜め
   下向きに配設され、 上記可動集光光学系（９）は、上記可動ユニットケース
   （３１）の内部かつ上記可動反射ミラー（７）の反射方
   向に配設されておって、上記可動反射ミラー（７）から
   到来する反射光を、上記可動ユニットケース（３１）内
   の所定の位置即ち奥部において結像させ、 上記可動ラインイメージセンサ（１０）は、上記可動ユ
   ニットケース（３１）内の所定の位置即ち奥部に配設さ
   れておって、結像された反射光の横方向の強弱分布を時
   間軸上の電気的強弱信号に瞬時的に光電変換し、 上記可動ユニット回動軸（３３）は、上記可動光学ユニ
   ットの重心位置又はその近傍において、横方向に固設さ
   れ、 上記光学ユニット駆動手段は、上記可動光学ユニットに
   対して、垂直面内における周期的な揺動運動を与えるよ
   うに、結合され、 上記信号処理部は、上記可動ラインイメージセンサ（１
   ０）の出力端子に電気的に接続され、 これによって、上記可動光学ユニットには上記垂直面内
   において上記可動ユニット回動軸（３３）を中心とする
   周期的な揺動運動が与えられると共に、上記可動ライン
   イメージセンサ（１０）においては横方向の周期的ない
   し間欠的な電子的走査が行われることによって、上記被
   読取部材（３）上に、等価的に平行線群形の走査パター
   ンが生成される、 光学的パターン読取装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載の光学的パターン
   読取装置において、筐体（１）の後部が把持部をなして
   いる、光学的パターン読取装置。
4. 【請求項４】 請求項１又は２に記載の光学的パターン
   読取装置において、筐体（１）の最先端部に、読み取ろ
   うとする光学的パターン（４）の全部又は一部に対して
   照射光を正確かつ安定的に照射することが出来るように
   するための、かつ、上記被読取部材（３）上に等価的に
   生成される平行線群形の走査パターンを安定化すること
   が出来るようにするための、位置決め用ガイド（１１）
   が配設されている、 光学的パターン読取装置。
5. 【請求項５】 請求項２記載の光学的パターン読取装置
   に部いて、 上記複数個の光源は、上記可動ラインイメージセンサ
   （１０）のライン状の受光面に到達する反射光の通路を
   避けてその回りに略ループ状に配列されている、 光学的パターン読取装置。
6. 【請求項６】 請求項１又は２に記載の光学的パターン
   読取装置において、 上記光学ユニット駆動手段は、駆動軸が揺動運動を行う
   回転形電気・機械変換系からなり、その駆動軸は上記可
   動ユニット回動軸（３３）に結合されている、 光学的パターン読取装置。
7. 【請求項７】 請求項１又は２に記載の光学的パターン
   読取装置において、 上記光学ユニット駆動手段は、駆動部が直線運動を行う
   直線形電気・機械変換系からなり、その駆動部は上記ユ
   ニットケース（３１）上の可動ユニット回動軸（３３）
   から離隔した部位に結合されている、 光学的パターン読取装置。