JPH1063768A - バ−コ−ドイメ−ジ検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 装置製造時の無調整化、及び発光素子の経年
劣化の影響を自動調整作用で除去し、装置の信頼性向上
を図る。また、バーコード面に対して本装置を傾けて使
用しても、光学的焦点からバーコードが少し離れても、
その大幅な信号変化に対してリアルタイムで追従し操作
性を良くし且つ従来よりも正常読み取り率の向上を図
る。 【解決手段】 マイクロプロセッサが複数個のスイッチ
をＯＮ／ＯＦＦすることにより、信号増幅度を離散的に
等比級数的に１０倍以上変えることで最終信号レベルを
ほぼ一定にそろえる。またこの最終信号からバーコード
の白／黒判別をもマイクロプロセッサのシーケンス制御
によりきめ細かく行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、バーコードを光／
電気量変換して検出するバーコードイメージ検出装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のバーコードイメージ検出装置は、
発光素子、受光素子及び光学経路等の夫々のバラツキを
補正するために半固定の調整部を備えているか、または
アナログ方式のＡＧＣ（オートゲインコントロール）回
路を備えていた。また白黒判別はハードウエア回路で行
っていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】半固定の調整部を備え
ているものは、装置固有のバラツキは補正できても、使
用状態（例えばバーコード面に対する装置の傾き具合）
により、信号レベルは大きく変動してしまう。また、ア
ナログ方式のＡＧＣ回路によるものは、非帰還型でも帰
還型でも、または対数圧縮を含む信号圧縮型でも入力信
号の１０倍以上の信号変化をほぼ一定レベルに揃えるこ
とは大変困難であった。さらにバーコード面が光学的焦
点面から少し離れて解像度が低下した場合の白黒判別も
困難であった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は如上の従来の問
題点に鑑みなされたもので、バーコード検出装置であっ
て、バーコードを照明する発光素子と、前記バーコード
からの反射光を受光し光・電気量変換する受光素子と、
該受光素子の出力を入力とする離散的等比級数的可変増
幅度の増幅器と、該増幅器の出力を入力するＡ／Ｄコン
バータと、該Ａ／Ｄコンバータの出力を入力し前記バー
コードの２値化イメージ出力するマイクロプロセッサと
から成り、前記増幅器は、前記マイクロプロセッサの制
御によりＯＮ／ＯＦＦする複数個のスイッチにより増幅
度が１０倍以上可変し、前記マイクロプロセッサが、シ
ーケンス制御によるデジタル信号処理を行うことにより
２値化バーコードイメージ出力するバーコードイメージ
検出装置を提案するものである。

【０００５】

【作用】本発明では、演算増幅器の数種のフィードバッ
ク抵抗値を、その出力信号レベルに応じてマイクロプロ
セッサがスイッチ切り替えすることにより、離散的に等
比級数的に増幅度を１０倍以上容易に変化させ得ること
を利用している。また白黒判別がハードウエアでなく、
マイクロプロセッサのソフトウエア処理により各信号変
動要因に柔軟に対応させ得る作用を利用している。

【０００６】

【発明の実施の形態】本装置は、信号レベルに応じてマ
イクロプロセッサがスイッチを切り替えすることによ
り、バーコードの白地部分に応じた電気信号の増幅度を
離散的に等比級数的に変化させ、白黒判別段階での信号
変化幅をほぼ一定にするものであり、またマイクロプロ
セッサのソフトウエア処理により白黒判別するバーコー
ドイメージ検出装置である。

【０００７】

【実施例】以下本発明を添付図を参照して説明する。図
１は本装置の電気的構成概要図である。バーコード１の
明暗情報を電気信号に変換し、バーコード１の白と黒に
対応したイメージ状２値電気出力をするのであるが、そ
の動作を説明する。電源電圧（＋Ｖ）９からの電源供給
により、定電流源２が発光素子３（発光ダイオード、レ
ーザーダイオード等）へ一定電流を供給し、発光素子３
から光を放射させ、バーコード１を照明する。発光素子
３とバーコード１の間には通常レンズ、導光体等の光学
部材があり、発光素子３の放射光が効率よくバーコード
１を照明する。

【０００８】バーコード１からの反射光の一部は受光素
子４（フォト・トランジスタ、ＣＣＤラインセンサ等）
へ入射し光・電気量変換される。バーコード１と受光素
子４の間にはレンズ、導光体などの光学部材があり、光
のロスを少なくすると同時にバーコード１を読みとる解
像度を良くしている。受光素子４の出力電圧または電流
（本実施例では電流出力）は、バーコード１の白／黒の
変化に応じて変化する。バーコード１に面する部分がペ
ン型の場合はそのペン先端をバーコード１面に沿って移
動（スキャン）させてバーコード１の白／黒パターンを
検出する。またバーコード１に面する部分がライン型
（ＣＣＤラインセンサ使用時または振動ミラー使用時）
の場合は電気的または機械光学的にスキャンして、バー
コード１の白／黒パターンを検出する。

【０００９】受光素子４の出力電気量（以後電流の場合
で説明する）は、発光素子３の約２倍の個々のバラツキ
により、受光素子４の約２倍の個々のバラツキにより、
バーコード１のコントラスト比または色の違いによる約
２倍の変動があることにより、またバーコード１の面に
対して垂直±３０度程度の傾き使用範囲での約４倍の変
動があることにより、総合的には約３０倍の変動幅が見
込まれる。

【００１０】演算増幅器６と、抵抗１０〜１５、及びス
イッチ２１〜２５で構成する回路が信号増幅部であり、
可変増幅度のトランスインピーダンスアンプとして動作
する（詳細は後述する）。演算増幅器６の出力はＡ／Ｄ
コンバータ７に印加され、数値化されてマイクロプロセ
ッサ（ＭＰＵ）８に入力する。Ａ／Ｄコンバータ７はそ
の入力電圧を、マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）８の指示
によりほぼ常時高速サンプリングする。またマイクロプ
ロセッサ８は、Ａ／Ｄコンバータ７の出力データを参照
して必要に応じ、スイッチ２１〜２５をＯＮ／ＯＦＦし
て上記信号増幅部の増幅度（トランスインピーダンス
値）を選定する。参照符号５は基準電圧源であり、抵抗
分圧回路で代用できる。

【００１１】上記信号増幅部は本実施例においては、５
個のスイッチ２１〜２５により、８通りの等比級数増幅
度（トランスインピーダンス値）を得て４１倍の離散的
な可変幅を得ている。表１にスイッチ２１〜２５のＯＮ
／ＯＦＦの組み合わせとそのときのトランスインピーダ
ンス値を示す。

【表１】 各増幅度の比はすべて１．７である。これで誤差は±５
％以内である。

【００１２】増幅度（トランスインピーダンス値）の設
定は、基本的にはバーコード１の最初の黒バーの直前の
白地部に対するＡ／Ｄコンバータ７の数値データを参照
してリアルタイムに決定している。従って上記の総合３
０倍程度のバーコード信号の変動幅に対して自動的に、
発光素子３及び受光素子４の各バラツキのみならずバー
コード１の光反射率及び使用状態による信号レベルの変
動をも含めて、一括調整し１．７倍程度以下の最終変動
幅に押さえている。また、マイクロプロセッサ（ＭＰ
Ｕ）８はバーコード１の白黒変化に応じた信号変化から
白／黒の判別をもしているが、ここでマイクロプロセッ
サ８の動作シーケンス及びタイミングを含めて詳細に説
明する。

【００１３】ここではペン型のバーコードイメージ検出
装置を例にとって説明する。この検出装置は、ペンをバ
ーコードが印刷されている面に押し当ててペンスイッチ
（ペン先端がバーコード面に押圧された時ＯＮするスイ
ッチで図示せず）がＯＮすると発光素子３を点灯し、バ
ーコード信号の増幅度を設定し（以下ゲイン調整と記
す）、ペンでバーコード１をなぞるに従ってバーコード
の白黒のイメージを読み取り、マイクロプロセッサ（Ｍ
ＰＵ）８によるソフトウエア処理（シーケンス制御）で
０／１のデジタル信号に変換して出力するものである。
その例を図２に示す。本装置はバーコードパターン２６
を読み取り、ゲイン調整を行ってバーコード読み取り信
号２７を得、これを信号処理してバーコードイメージ出
力２８を出力する。

【００１４】バーコードイメージ検出シーケンスはペン
スイッチを押下することによって開始し、図３に示すよ
うに、ゲイン調整プロセスＳ１と白黒判別プロセスＳ２
との繰り返しで構成される。ゲイン調整プロセスＳ１も
しくは白黒判別プロセスＳ２においてペンスイッチがＯ
ＦＦされると、バーコードイメージ検出シーケンスは終
了する。当該シーケンスはバーコードのパターンの外側
にある程度の幅の白い領域が存在することを前提として
いる。ペンがバーコードパターンの外側の白い領域にあ
るときにゲイン調整プロセスＳ１を行い、ペンがバーコ
ードパターンの領域に入ると白黒判別プロセスＳ２を行
う。白黒判別中はゲイン調整を行わない。

【００１５】ゲイン調整プロセスＳ１を、図４を用いて
説明する。プロセスは大きく２つのブロックＢ１および
Ｂ２に分かれている。ブロックＢ１はゲインを上げなが
ら調整する動作であり、一方ブロックＢ２はゲインを下
げながら調整する動作であって、ゲイン調整プロセスＳ
１は、ペンがバーコードパターンの最初の黒い領域にか
かると終了する。ゲイン調整プロセスＳ１を開始する
と、まずステップＳ３においてマイクロプロセッサ（Ｍ
ＰＵ）８はスイッチ２１から２５までを表１の組み合わ
せに従ってＯＮもしくはＯＦＦに設定し、ゲインを既定
値（例えば８通り設定できるうちの低い方から２番目）
に設定する。そしてブロックＢ１に入る。

【００１６】ブロックＢ１に入ると、最初にステップＳ
４において、マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）８はＡ／Ｄ
コンバータ７を操作し、設定したゲインにおけるペンの
読み取り信号のＡ／Ｄ変換値を得る。読み取り信号２７
は図２に示したように、黒い領域で小さく、また白い領
域で大きくなる。そしてステップＳ５において信号の大
小をマイクロプロセッサ（ＭＰＵ）８により下記の条件
で判定する。

【式１】ｌ＋（ｓ−ｌ）＊１．７＜ｕ ただしｓは信号、ｌは信号の最小限界値（図２の２
９）、ｕは信号の最大限界値（図２の３０）である。最
小限界値２９はゲイン調整の原点となるレベルであり、
また最大限界値３０は回路構成から読み取り信号がオー
バフローしてしまうレベルである。従って上記の条件
は、現在得られている信号に対し、ゲインを１段階上げ
ても得られる信号の大きさが最大限界値を超えないこと
を表している。信号の大きさが（式１）の条件を満たさ
ない場合は、ブロックＢ１を終了し、ブロックＢ２に移
る。一方条件を満たす場合はステップＳ６へ移り、すで
にゲインが最大に設定されているのでなければ、ステッ
プＳ７においてマイクロプロセッサ（ＭＰＵ）８がスイ
ッチ２１から２５までのＯＮおよびＯＦＦの組み合わせ
を設定することによってゲインを現在より１段階上げ
る。ゲインを上げることが可能でない場合は、ブロック
Ｂ１を終了し、ブロックＢ２に移る。ゲインを上げた場
合は、次にマイクロプロセッサ（ＭＰＵ）８はステップ
Ｓ８においてペンスイッチの状態を取得し、ペンスイッ
チが押下されたままであればステップＳ４へと戻ってブ
ロックＢ１を繰り返す。一方ペンスイッチが押下されて
いなければゲイン調整プロセス自体を終了し、図３に従
ってバーコードイメージ検出シーケンスを終了する。

【００１７】ブロックＢ１における動作によって、ペン
がバーコードの印刷されている面に対して垂直よりも傾
いた角度で押し当てられた場合には得られる信号が小さ
くなってしまうので、ゲインを上げることによってレン
ジの広い読み取り信号を得ることができる。また発光素
子３および受光素子４のバラツキもカバーすることがで
きる。ブロックＢ２に入ると、まずステップＳ９におい
て、マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）８はＡ／Ｄコンバー
タ７を操作し、設定したゲインにおけるペンの読み取り
信号のＡ／Ｄ変換値を得る。そしてステップＳ１０にお
いてペンの読み取り信号の大小をマイクロプロセッサ
（ＭＰＵ）８により下記の条件で判定する。

【式２】ｓ＞ｕ ただし（式１）同様、ｓは信号、またｕは信号の最大限
界値である。信号の大きさが当該条件を満たさない場合
は、ステップＳ１４へ移る。一方条件を満たす場合はス
テップＳ１１へ移り、すでにゲインが最小に設定されて
いるのでなければ、ステップＳ１２においてマイクロプ
ロセッサ（ＭＰＵ）８がスイッチ２１から２５までのＯ
ＮおよびＯＦＦの組み合わせを設定することによってゲ
インを現在よりも１段階下げる。ゲインを下げることが
可能でない場合はステップＳ１４へと移る。ゲインを下
げた場合はマイクロプロセッサ（ＭＰＵ）８はステップ
Ｓ１３においてペンスイッチの状態を取得し、ペンスイ
ッチが押下されたままであればステップＳ９へと戻って
ブロックＢ２を繰り返す。一方ペンスイッチが押下され
ていなければゲイン調整プロセス自体を終了し、図３に
従ってバーコードイメージ検出シーケンスを終了する。

【００１８】ステップＳ１４においてはペンが白い領域
からバーコードパターンの最初の黒いパターンにかかっ
たことをマイクロプロセッサ（ＭＰＵ）８により判断
し、もしそうであればブロックＢ２を終了し、図３にお
ける白黒判別プロセスステップＳ２へと移る。一方依然
白い領域であると判断すれば、ステップＳ１３へと移
る。黒いパターンにかかったかどうかの判断は、例え
ば、信号の最大値をマイクロプロセッサ（ＭＰＵ）８内
に保持しておき（ただしゲインを変更するたびにその最
大値をリセットする）、信号が最大値よりもある既定値
だけ下がったら白から黒へ変化したとすることで判断す
ることができる。ブロックＢ２における動作によって、
バーコードパターンの外側の白い領域の更に外側に罫線
やユーザ向けのスタートマークなどが印刷されており、
ペンが当初その上に置かれて先端スイッチが押下された
場合には読み取り信号が小さいためにゲインが上げられ
てしまい、その後ペンが白い領域に入ったときに読み取
り信号が大きくなりすぎるのを防ぐことができる。

【００１９】次に白黒判別プロセスＳ２を、図５を用い
て説明する。基本的には、ある閾値（図２の３１）を設
定し、読み取り信号がその閾値よりも大きければ白と判
断し、小さければ黒と判断する方法である。ただし閾値
３１は条件によって更新していく。白黒判別プロセスＳ
２は、黒と判断してデジタル出力０を出力しているブロ
ックＢ３と、白と判断してデジタル出力１を出力してい
るブロックＢ４とに分かれている。白黒判別プロセスス
テップＳ２は、読み取り信号の白と判断した個々の領域
の最大値のうちの最小値（図２の３２）および黒と判断
した個々の領域の最小値のうちの最大値（図２の３３）
をマイクロプロセッサ（ＭＰＵ）８内に保持する。

【００２０】白黒判別プロセスＳ２を開始すると、まず
マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）８はステップＳ１５にお
いて閾値３１を既定値に設定する。次にブロックＢ３に
入り、ステップＳ１６でバーコードイメージ出力を０に
設定する。次にステップＳ１７においてマイクロプロセ
ッサ（ＭＰＵ）８が有する内部タイマをリセットする。
これは、白もしくは黒がある一定時間以上連続したなら
ば、ペンがバーコードのパターンから外れたものとみな
し、白黒判別プロセスＳ２を終了してゲイン設定プロセ
スステップＳ１に戻るようにするためである。タイマリ
セット後マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）８はステップＳ
１８においてＡ／Ｄコンバータ７を操作し、ゲイン設定
プロセスＳ１において設定したゲインにおけるペンの読
み取り信号のＡ／Ｄ変換値を得る。ステップＳ１９にお
いて読み取り信号を閾値３１と比較し、信号の方が小さ
ければステップＳ２０に移る。ステップＳ２０ではマイ
クロプロセッサ（ＭＰＵ）８の内部タイマが設定値を超
えてタイムアウトが発生しているかどうか調べ、タイム
アウトが発生していれば白黒判別プロセスを終了し、図
３に従ってゲイン調整プロセスＳ１へと戻る。一方タイ
ムアウトが発生していなければ、次にマイクロプロセッ
サ（ＭＰＵ）８はステップＳ２１においてペンスイッチ
の状態を取得し、ペンスイッチが押下されたままであれ
ばステップＳ１８へと戻って動作を繰り返す。一方すで
にペンスイッチが押下されていなければ白黒判別プロセ
スを終了し、図３に従ってバーコードイメージ検出シー
ケンスを終了する。

【００２１】ステップＳ１９における読み取り信号と閾
値３１との比較で、信号が閾値３１よりも大きかった場
合には、ステップＳ２２において最小値３３と閾値３１
との更新を行う。白黒判別プロセスは、ブロックＢ３を
実行するたびに、そのブロックＢ３内での読み取り信号
の最小値を求める。また白黒判別プロセスは、その最小
値と前回ブロックＢ３を実行したときまでの最小値のう
ちの最大値とを比較し、そのうち大きい方を最小値３３
としてマイクロプロセッサ（ＭＰＵ）８内に保持する。
そして、閾値３１を次のように更新する。

【式３】ｔ＝（ｍａｘ＋ｍｉｎ）／２ ただしｔは閾値３１、ｍａｘは最大値３２、ｍｉｎは最
小値３３である。

【００２２】次にブロックＢ４に入る。ステップＳ２３
でバーコードイメージ出力を１に設定し、ステップＳ２
４においてマイクロプロセッサ（ＭＰＵ）８の内部タイ
マをリセットする。次にマイクロプロセッサ（ＭＰＵ）
８はステップＳ２５においてＡ／Ｄコンバータ７を操作
し、ゲイン設定プロセスＳ１において設定したゲインに
おけるペンの読み取り信号のＡ／Ｄ変換値を得る。ステ
ップＳ２６において読み取り信号を閾値３１と比較し、
信号の方が大きければステップＳ２７に移り、マイクロ
プロセッサ（ＭＰＵ）８の内部タイマのタイムアウトが
発生しているかどうか調べ、タイムアウトが発生してい
れば白黒判別プロセスを終了して図３に従いゲイン調整
プロセスＳ１へと戻る。一方タイムアウトが発生してい
なければ、次にマイクロプロセッサ（ＭＰＵ）８はステ
ップＳ２８においてペンスイッチの状態を取得し、ペン
スイッチが押下されたままであればステップＳ２５に戻
って動作を繰り返す。一方すでにペンスイッチが押下さ
れていなければ白黒判別プロセスを終了し、図３に依っ
てバーコードイメージ検出シーケンスを終了する。

【００２３】ステップＳ２６における読み取り信号と閾
値３１との比較で、信号が閾値３１よりも小さかった場
合には、ステップＳ２９において最大値３２と閾値３１
との更新を行う。白黒判別プロセスは、ブロックＢ４を
実行するたびにそのブロックＢ３内での読み取り信号の
最大値を求める。また白黒判別プロセスは、その最大値
と前回ブロックＢ４を実行したときまでの最大値のうち
の最小値とを比較し、そのうち小さい方を最大値３２と
してマイクロプロセッサ（ＭＰＵ）８内に保持する。そ
して、閾値３１を（式３）に従って更新する。以上を終
了すると、ブロックＢ３へと戻って白黒判別を続行す
る。

【００２４】以上の回路構成及び信号処理シーケンス
は、ペン型バーコード検出装置のみならずＣＣＤライン
センサを使用したものまたは振動ミラー型バーコードイ
メージ検出装置にも容易に使用可能である。

【００２５】

【発明の効果】装置製造時に無調整であり、発光素子の
経年劣化をも自動調整作用でその影響を除去しており、
装置の信頼性が向上した。更にバーコード面に対して本
装置を傾けて使用しても、また光学的焦点からバーコー
ドが少し離れても、マイクロプロセッサのシーケンス制
御によりきめ細かい信号処理が出来たため、従来に比し
バーコードの正常読み取り率が向上した。

【図面の簡単な説明】

【図１】 電気的構成概要図

【図２】 バーコードパターンと読み取り信号図

【図３】 全体のフローチャート

【図４】 ゲイン調整部フローチャート

【図５】 白／黒判別部フローチャート

【符号の説明】

１ バーコード ２ 定電流源 ３ 発光素子 ４ 受光素子 ５ 基準電圧源 ６ 演算増幅器 ７ Ａ／Ｄコンバータ ８ マイクロプロセッサ ９ 電源電圧 １０ 抵抗 １１ 抵抗 １２ 抵抗 １３ 抵抗 １４ 抵抗 １５ 抵抗 ２１ スイッチ ２２ スイッチ ２３ スイッチ ２４ スイッチ ２５ スイッチ ２６ バーコードパターン ２７ バーコード読み取り信号 ２８ バーコードイメージ出力 ２９ 最小限界値 ３０ 最大限界値 ３１ 閾値

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 バーコード検出装置であって、バーコー
   ドを照明する発光素子と、前記バーコードからの反射光
   を受光し光・電気量変換する受光素子と、該受光素子の
   出力を入力とする離散的等比級数的可変増幅度の増幅器
   と、該増幅器の出力を入力するＡ／Ｄコンバータと、該
   Ａ／Ｄコンバータの出力を入力し前記バーコードの２値
   化イメージ出力するマイクロプロセッサとから成り、前
   記増幅器は、前記マイクロプロセッサの制御によりＯＮ
   ／ＯＦＦする複数個のスイッチにより増幅度が可変し、
   前記マイクロプロセッサが、シーケンス制御によるデジ
   タル信号処理を行うことにより２値化バーコードイメー
   ジ出力することを特徴とするバーコードイメージ検出装
   置。
2. 【請求項２】 前記増幅器は、前記マイクロプロセッサ
   の制御によりＯＮ／ＯＦＦする複数個のスイッチにより
   増幅度が１０倍以上可変することを特徴とする請求項１
   記載のバーコードイメージ検出装置
3. 【請求項３】 ２個またはそれ以上の前記スイッチを同
   時にＯＮする組み合わせを含めることにより、前記増幅
   器の増幅度の可変段数よりも２またはそれ以下の前記ス
   イッチ個数とすることを特徴とする請求項１記載のバー
   コードイメージ検出装置。
4. 【請求項４】 前記マイクロプロセッサによる増幅度の
   制御として、前記バーコードの最初の黒バーの直前の白
   地部において、前記Ａ／Ｄコンバータの出力を増幅度を
   変化させながら監視し、前記Ａ／Ｄコンバ−タの出力が
   オーバフローしない最大の増幅度に設定することを特徴
   とする請求項１記載のバーコードイメージ検出装置。
5. 【請求項５】 前記２値化のための判別シーケンスは、
   前記Ａ／Ｄコンバータの出力の変化の内、小振幅の変化
   を重点的に参照して閾値を変更していくシーケンスであ
   ることを特徴とする請求項１記載のバーコードイメージ
   検出装置。