JPH04230589A

JPH04230589A - 光学的走査読取装置

Info

Publication number: JPH04230589A
Application number: JP3235118A
Authority: JP
Inventors: Dwight G Baldwin; ドゥワイト　ジーン　ボールドウィン
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1990-09-13
Filing date: 1991-09-13
Publication date: 1992-08-19
Also published as: EP0475675A3; US5233171A; KR920006872A; CA2049122A1; EP0475675A2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光学的走査読取装置に関
し、特にカードのような基板から再帰反射バーコードを
読み取る装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光学読取装置は、今日、光学文字認識、
電子ファクシミリ伝送及び小売業に採用されてきた汎用
製品コードのバーコード走査のような広範囲な応用に使
用されている。光学読取装置の基本原理を理解するため
に、３つの反射形式、即ち正反射、拡散反射及び再帰反
射間の関係を認識しなければならない。正反射の周知の
例は鏡又は他の精密にみがかれた表面において観察され
る像である。そのような表面を打つ光線は、光線の入射
角に等しい角度で表面を狭量で反射する。拡散反射は、
対照として光が鈍い、マット（ランバート）の表面を打
つ時発生し、光をあらゆる方向に散布する。技術的に拡
散反射は、反射物質が顕微鏡レベルにおいて種々な方向
を有する複数の個々の表面を含む正反射から実際上形成
される。このことは正反射と拡散反射との成分間の識別
を不明瞭にさせ、時折、実際の正反射はなく、むしろ決
定的広がりをもった強度の大きいローブがある。実際上
の目的に対して、議論の目的に対して、ここでは正反射
は拡散反射とは全く異なり、大部分の実際上の表面は正
反射及び拡散反射の両方にある。

【０００３】３番目の種類の反射である再帰反射は、入
射光が入射光線経路に沿って狭量に後方に反射される時
発生する。この良く知られている現象は、基板に埋めこ
まれた半球をコーティングされた透明な顕微球の使用に
よって通常達成され、このような物質の例には、本発明
の受託者であるミネソタ，マイニング　　アンド　　マ
ニュファクチャリング（３Ｍ）社によるスコッチライト
銘柄がある。“スコッチライト”は３Ｍ社の商標である
。１９７８年４月１８日発行のシュルツ他による米国特
許第４，０８５，３１４号も又参照できる。更に今日使
用されているスキャナーは（食料品店で良く見られるレ
ーザスキャナを含む。）コード化されたマークを読むた
めの拡散反射によっている。正反射は実際上の方法にお
いて利用されるには角度に依存するところが多い。再帰
反射は然しながら、米国特許第３，２２５，１７７号（
１９６５年１２月２１日にスタイツ他に付与され）、米
国特許第３，５４１，３１０号（１９７０年４月１７日
にエフ．スタイツに付与され）そして米国特許第３，５
６９，６７６号（１９７１年３月９日に、スタイツ他に
付与され）に例証されるように光学マークの走査と共に
有利に使用される。再帰反射のコード化は更に速く信頼
性をもって走査され、より遠い距離でより小さい強度の
光源で又はより低い感度の検知器で読むことができる。

【０００４】不幸にも完全な拡散反射を示す対象物はな
く、正反射を多少含むことは避けられない。これらの反
射は走査の適用において問題となる。例えばマークを形
成する物質が十分に光沢のある時、黒いマークでさえも
正反射を作ることができ、そのような反射は、拡散反射
が、隣接する白いマーク又は拡散反射から発散するより
実際上輝かしい。正反射は、光学検出器を飽和させ、再
帰反射マークと単純な基板間の効果的対照を消失させる
ので、再帰反射コード化に影響しさえする。この欠点は
、“飛点”と“飛間隙”形スキャナの両方にある。この
効果を補償するために使用される従来技術のたった１つ
の方法はマークを光で一杯とし、集光角度を制限するこ
とであるが、このことは、更に大きい強度の光源を要求
し、しゃ断装置を複雑にする。それ故正反射の逆の衝突
を最小にする改良形光学的読取装置を考案することが望
ましく有利である。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記改善は、走査される
表面を照明する手段と、走査表面からの正反射が検出手
段によって受光されない照明手段に対して集光する手段
とを備える光学読取装置において達成される。検出器は
拡散反射又は再帰反射を検出できる。好適実施例におい
て、光線スプリッタは実質的に入射光線と同様経路に沿
って光学検出器に向かう反射信号を変換するのに使用さ
れる。この装置は再帰反射マークを読み取るのに最も有
利に使用される。

【０００６】特別な実施例がカード又は他の本質的に平
な基板からのバーコードを読み取るよう設計されている
。この実施例はステージ領域と、入射光線が斜めの角度
でステージ領域を打つように構成された密に折られた光
学組立体を含む。他の手段は読取装置に置かれる時のカ
ードの表面が入射光線に対して決して直角方向でないこ
とを確認するために提供される。単一モータ制御回路と
変換クロックバーコードも又開示される。

【０００７】

【実施例】添付する図面を参照にしつつ以下に本発明の
実施例の詳細な説明をする。図１に本発明の光学的読取
装置１０の実施例の基本構成図を示す。光学的読取装置
１０は光源１２、光線スプリッタ１４、焦点レンズ１６
、モータ２０に結合する走査ミラー１８、反射対象物を
受けるステージ領域２２及び光学検出器２４を備える光
学副装置を含む。光学的読取装置１０は、更に、光源１
２の電源調整器２６、増幅器２８、及び受信信号を分析
し増幅器２８に接続される処理回路３０を備える電気副
装置を含む。電気副装置は更にモータ２０に対する制御
回路３２を含む。

【０００８】光学的読取装置１０の基本実施例において
、例えばレーザ、レーザダイオード又は発光ダイオード
（ＬＥＤ）である光源１２は、典型的には部分的に銀色
ミラーの光線スプリッタ１４を通過する光を発光する。光はレンズ１６により集められ、焦点が合わされ、ステ
ージ領域２２上の走査ミラー１８で反射される。光源１
２、レンズ１６とステージ領域２２間の距離はレンズ１
６の焦点長と関連して選択され、それにより光線は、ス
テージ領域２２の受光表面に到達する時、狭いスポット
に焦点が合わされる。与えられるレンズの最小光線経路
は、レンズからの焦点長の２倍の距離に光源を置くこと
により達成される。しかしながら所望のスポットの大き
さを得るために、光源１２はレンズ１６から更に遠くに
移動されるべきである。

【０００９】ステージ領域２２に示される２方向の矢に
よって示されるように、入射光線はミラー１８をモータ
制御回路３２にて振動して回転させることによりステー
ジ領域２２を横断して走査されることができる。ステー
ジ領域２２に置かれる対象物からの反射は、ミラー１８
に向かって戻され、レンズ１６を通して入射光線と実質
的同様な経路に沿って戻り、次に光学検出器２４に向か
って光線スプリッタ１４により反射される。フィルタ２
５は包囲された光をフィルタするために任意に使用でき
る。戻りの信号は、次に増幅器２８によって増大され、
例えば光学的に走査可能な書体又はバーコードを走査し
た時、対象物の性質により回路３０により処理される。

【００１０】入射光線と同様な経路にほぼ沿って戻りの
信号を方向づける同一光学成分の使用は後方に集められ
ることは慣習として知られており、一方この集光技術は
一般的に好ましく、光学的読取装置１０の機能にとって
は重要ではない。換言すれば、ここで記す発明は、光学
検出器２４に向かった戻り信号に対して分離経路を提供
するために設けられたものとも言え、それ故この点で前
記記載は制限して解釈されるべきではない。

【００１１】本発明の１つの新奇な形態は、光学装置が
ステージ領域２２の点に基づく方式であることである。図１に示されるようにステージ領域２２は、僅かに下方
に傾けられ、このことは図２の側面図に更に示されてい
る。この点を考えると、この構成は、ミラー１８から離
れて鏡の反射を偏光させる（破線の矢で示す）のに利点
を提供し、このような反射は光学検出器２４によって決
して見ることができないことを意味する。代わりに単に
再帰反射又は拡散反射（実線の矢で示す）はミラー１８
とレンズ１６によって集光される。このことは従来技術
の記載で先に記した正反射の妨害と一体となる問題を解
決する。

【００１２】本発明は特にカード又は他の本質的平面基
板から光学マークを読み取るのに特に適合する。図３は
、このようなカードリーダの実施例４０を示し、ハウジ
ング４２とカバー４４を含み、カバーはステージ領域２
２に等価の光伝導部４６を有し、この光伝導部は、単な
る開口部又はスロットで有り、好ましくは透明プラスチ
ック又はガラスの様な他の透明媒体から形成される窓で
ある。コネクタポート４７は本発明の電気装置の収容部
である分離ユニットに電気的に結合させるため又は周辺
装置にアクセスするために提供される。この結合は代わ
りにワイヤレスリモコン即ち無線通信でもよい。

【００１３】図４を参照にして、カードリーダ４０は、
内部光学構成を露出するためカバー４４を取りはずして
示される。この構成は“折られている”即ち数個のミラ
ーが比較的小さい容積内に効果的に長い光学経路を存在
させることを可能とするように使用されることを意味す
る。光学経路は光学組立体ブロック５０に収容される光
源４８で開始する。光源４８の特別な特性は図７と関連
して以下に論じる。ブロック５０から放射される光線は
ハウジング４２の内側前面部を横断して、対称に置かれ
る第２ミラー５４に光線を反射させるミラー５２を最初
に打つ。第２ミラー５４はハウジング４２の後方に向か
って第３ミラー５６に光線を反射し、第３ミラー５６は
順に第４ミラー５８に下方に光線を反射する。光線は次
にレンズ６０により集められ、焦点を合わせられ、走査
ミラー６２に方向づけられる。前記したようにレンズ６
０の大きさは、光線がレンズを十分に満たすように選ば
れるべきで、このことは光源４８の光線の反射の関数で
ある。もちろんレンズは光源がすでに照準を正された時
、例えばレーザ光源のようにレンズは必要とされない。走査される対象物のおよその位置で光のスポットを提供
することのみが必要である。ミラー６２を走査すること
はモータ６８の軸６６に接続される中心６４に取り付け
られる。モータはブラケット（図示せず）のような取付
手段によってハウジング４２に固定できる。モータ６８
の更なる詳細も又、図７と共に以下に記す。

【００１４】ポリゴンミラーやガルバノメータのミラー
の如き回転ミラーは従来技術の光学スキャナーに使用さ
れて来た。ポリゴン走査ミラーは、しかしながらポリゴ
ンミラーの断面領域の小さい部分のみが、如何なる１走
査中にも使用されるので、空間的に有効でない。このこ
とは部分的にはミラーの全回転を達成するに必要とされ
る部屋の大きさの関数である。対照的に走査ミラー６２
は連続的に回転しないが、振動し、ミラー６２に衝突す
る光源が、ミラー配列によって占められる全断面領域の
点でより大きい領域を打つので、ポリゴンミラーと比較
してより大きい空間的有効性を達成する。このことは更
にカードリーダ４０の小型で密な特質を増大させる。更
に回転ポリゴンミラーの代わりに振動ミラーを使用する
ことは、回転ミラーの空気摩擦（回転周波数）の決定と
関連する問題を除去し、回転ミラーは逆に走査の達成と
逆に影響する。走査ミラー６２は従って従来技術による
ガルバノメーターのミラーにより近く、モータ６８の記
載と共に関連して以下に論じるように、ミラー６２の走
査の動作は、ガルバノメーターのモータの高価な出費無
しで達成される。ガルバノメーターのモータは連続的に
走り、モータ６８の好適方法より多くの消費電力を消耗
する。

【００１５】入射光線が走査ミラー６２から飛び出す時
、その光線はカバー４４の窓４６の上方に向かって光線
を反射させる細長く延びたミラー７０に向かう。レンズ
６０の焦点長は窓４６で又はその近くで入射光線の焦点
を合わせるように選ばれる。当該技術分野の技術者にと
って、入射光線が窓４６の縁へ伝導しなければならない
距離は、窓４６の中心への距離より長く、それ故光線は
窓４６の全長を横断して完全に焦点を合わせることはで
きないということは重用なことである。

【００１６】場の深さは高い焦点距離（ｆの数字）を選
択することによって最大とすることができ、“平の場”
の走査レンズが光線を窓４６を均一に横断して焦点を合
わせるのに使用できる。しかし、このことは走査ミラー
６２が平の場のレンズの配置の前に置かれることを要求
する。代わりにレンズ６０の場の深さは、その終端部で
入射光線を丁度内側の窓４６に、その中心部では丁度外
側の窓４６で焦点を合わせて使用できる。このように、
光線は窓４６に沿って何れの位置でも十分に焦点を合わ
せることができる。

【００１７】更に図５を参照にして、細長く伸びたミラ
ー７０は走査ミラー６２からの入射光線に関して、４５
度の角度で方向を合わせることができないことが判るが
、そのような方向からむしろ僅かに（即ち図５に見られ
るように僅か時計方向に回転して）傾けられている。更に重要なことには傾いた角度即ち入射角θで窓を通過
する反射光線は、０度より大きい。この方向は所望しな
い正反射が（窓４６の表面から又はカバー４４のカード
一時置場からかどうか）を確認し、レンズ６０に戻らな
い。従ってこのような反射は戻りの光の入射を防ぎ決し
て検出機構と干渉しない。再帰反射及びいくつかの拡散
反射はしかしながら、ミラー７０とレンズ６０により集
められ、光学組立体ブロック５０の全方向に入射光線経
路に沿って後方に伝達する。ブロック５０の内側のビー
ムスプリッタは、（図４に示されないが、図１に示され
るビームスプリッタと同一機能をし、）次に光学検出器
（図４に示さず）に戻りの信号を向ける。光学検出器と
光源４８はビームスプリッタ４８から同一距離に位置し
、それ故戻りの信号は光学検出器で収束し（焦点を合わ
され）、信号レベルを最大とする。

【００１８】入射角が０度より大きくあるべきである一
方、しかしながら拡散反射と再帰反射の増幅度を最大と
するため、及び走査の直線性を最大とするために、入射
角θ度にできるだけ接近することが望まれる。戻りの信
号の広がりを考えてみると、正反射を完全に避けるのに
必要な入射角θの最小角度は次式で与えられる。 θ＝ａｒｃｔａｎ（Ｄ／２Ｌ）ここでＤはレンズ６０の有効直径、Ｌはレンズ６０から
窓４６への有効距離（即ち光の経路に沿った距離）であ
る。好適実施例において、レンズ直径は約２．５ｃｍ、
レンズ６０と窓４６間の有効距離は約１０．８ｃｍで、
約７度の最適入射角度を得る。以下に述べるように、カ
ードリーダ４０の好ましい形式は、約５．６ｍｍの距離
によって窓４６（およそ焦点面）で分離される２つの走
査ビームを利用する。両方の光線からの正反射レンズ６
０によって取り出せないことを確認するため僅か大きい
角度約８度を使用することは必要である。

【００１９】他の手段は走査された基板から正反射を最
小とするか消去するため、分離して又は前記光学幾何学
的に基づいて提供される。例えば、窓４６が完全なマッ
ト表面であったなら、正反射は何れも光学検出器を通過
して伝達されないであろう。半透明（透明ではない）ガ
ラスから成る薄い窓は、ほぼそのようなマット表面であ
ろう。この特性は窓４６の１表面を白く曇らせることに
よって又提供できる。このことが達成される時、外部表
面（基板７２に接触する）は、好ましくは白く曇らされ
、内部表面は、窓４６が十分に薄い時、白く曇らされる
。白く曇らされる代わりに、表面は光学的拡散物質でコ
ーティングされる。窓４６の外部表面が白く曇らされる
か又はコーティングされる時、内部表面も又、アンチ反
射コーティングで提供され、アンチ反射コーティングは
、基板７２からの正反射を消去するに加えて、内部表面
からの正反射を消去する。他に、走査可能なマークから
拡散反射の周波数をシフトする手段が提供され、入射光
線の周波数と同一周波数を有する正反射をフィルタする
。例えば光源４８は紫外線を放射し、走査可能なマーク
は螢光物質から成り、フィルタは図１（フィルタ２５）
に示される如く提供され、正反射を阻止し、螢光のラン
バート発光を通す。

【００２０】カードリーダ４０はカード以外のＵＰＣの
ラベル付き製品を走査する販売点数（ｐｏｉｎｔ−ｏｆ
−ｓａｌｅ）　　のようなものを走査するにも、使用で
き、１９８９年１２月１５日に出願された米国特許出願
シリーズ番号第４５５，８３４号に関して記載されてい
る画像アクセス装置を使用するために基本的に設計され
ている。この装置は画像アクセスカードを利用し、カー
ドの各々が（ｉ）電子的に記憶された画像を人間が読む
ことのできる表現と、（ｉｉ）電子的に記憶された画像
の格納アドレスに対応する機械が読むことのできるデー
タとを含む。１９９０年６月２７日に出願された米国特
許シリーズ番号第５４４，６５７号の関連ケースに記さ
れるように、使用者が見るためカードの片側の人間が読
むことのできる表現を提供することがある場合には好ま
しいが、人間が読むことのできる表現の視野を妨害する
ことなく機械によって読むことのできるようにカードの
反対側に機械が読むことのできるデータを提供する。カ
ードのこの構成は、カードリーダ４０を使用するのに適
切である。

【００２１】図５は読取装置４０にそのようなカード７
２を置いた状態を示す。カードは走査可能なデータ領域
７４を含む。好ましい実施例において読取装置４０のカ
バーは、２つの目的を有するリム又はフランジ７６を含
む。最初に全カードリーダ４０を傾けることが好ましい
（図５に示される最初の位置から３０度反時計方向に回
転する。）それ故カード７２がその中に置かれる時、そ
の側面から、即ちそのユニットを操作者が直接立たせる
ことなく見ることができる。フランジ７６はそれ故カー
ド７２を支持するためのものであり、カバー４４から滑
らないようにし、窓４６にある走査可能なデータ領域７
４を保持するためのものである。加えて、フランジ７６
は正反射を避けることに関して読取装置４０の光学幾何
学位置を補足するためのものでもある。

【００２２】特に読取装置４０上にカード７２を置くこ
とは、カード７２の底の端部が最初にフランジ７６の下
に置かれることを要求する。このことはカード７２が挿
入され、カバー４４に対して平に移動する時、窓４６を
通って伝達する入射光線は、カード７２を決して正しい
角度で打たない。この特徴は又、細長く伸びたミラー７
０の方向に戻ることに関する。そのミラーが原位置より
４５度反時計方向に傾けられる時（図に示したより幾分
時計方向に傾いて）、且つ図５に示されるより僅か右に
シフトされる時、入射光線は斜めの角度で窓４６をなお
も打ち、窓４６を通過する入射光線は更に正反射をしな
がらカードが挿入されるにつき正しい角度でカード７２
を打つ。従って、開示された構成は実際上、カード７２
の走査できる領域７４を読み取る時、全正反射を避ける
ことを保証する。

【００２３】カードリーダ４０はカード７２の存在を検
出する検出器７７を更に含むことができる。これらの検
出器は、連続走査を要求するよりむしろ“要求中”とい
う方式で読取装置４０を使用可能とする。このことは、
読取装置４０の種々の構成成分の寿命を延ばすことに加
えて、消費電力も減少させる。検出器７７は図７と共に
更に後述するように、好ましくは赤外線光検出器である
。

【００２４】前記光学的読取装置は再帰反射又は拡散反
射に基づく何れの光学マークをも読み取るにも有用であ
る。しかしながらそのようなマーク付けは更に容易に検
出され、より小さい強度の光源を要求するので、再帰反
射マーク付けの方が有利である。好適な再帰反射物質は
３Ｍ社から製品番号３２９０及び８８５０より得られる
。このマークは平面基板上の再帰反射物質から成るか又
は再帰反射基板上に置かれる黒いマーク（即ち再帰反射
の地）に置かれる。同様に読取装置がいかなる種類の光
学マーク（走査可能な書体も含む）をも走査するのに使
用できる一方、好適実施例は前記参照の米国特許出願シ
リーズ番号第５４４，６５７号に提案されているように
、バーコードを読むように設計されている。

【００２５】このことに関して、新奇なバーコードの図
形は、カード７２の走査可能な領域７４におけるデータ
をコード化するのに使用できる。この図形は“エクスク
ルーシブ・オア（ＸＯＲ）の２チャンネルの変換時計”
コードとして参照でき、図６−Ｂに示される。このコー
ド化は、従来技術の２チャンネルの“固定時計”の図形
に代表される図６−Ａに比較されるべきである。両方の
図において表現されたバーコードの順序は８桁の２進数
で表わされる。説明の目的で、これらの順序の各々はデ
ジタルの接頭部“００”と接尾“１１”が与えられる。順序は左から右へ読まれる。

【００２６】図６−Ａを見ると各バーコード順序の下半
分は同一視される。即ちこの半分はこのコードの上半分
におけるマークが比較されるのに対する参照マークを提
供する。下半分は時計チャンネルとして参照される一方
上半分はデータチャンネルとして参照される。この２進
数の桁（ビット）は、次の時計チャンネルの縞の端部に
対応する点でデータのチャンネルに沿って、白い縞（０
に対して）又は黒い縞（１に対して）を置くことによっ
てコード化される。換言すれば、時計の端部はデータを
レジスタにストロボするのに使用される。

【００２７】図６−Ｂの新奇なコードにおいて、どちら
のチャンネルも時計チャンネルとなるように明確にはさ
れておらず、両方のチャンネルはむしろ時計チャンネル
として同時に動作する。換言すれば、何れのチャンネル
の移り変りも時計参照信号を発生し、データ変換アルゴ
リズムを始める。何れの与えられた移り変りにおけるコ
ード化されたデータビットも両チャンネルの２進数の値
のエクスクルーシブオア（ロジックのＸＯＲ）である。例を取るならば、図６−Ｂにおける最初のバーコードの
順序は、黒いマークが２進数１を表わし、白いマークが
２進数０を表わす（これらの割り当ては任意であり、後
述するように、逆にすることもできる。）最初のデータ
ビット（データブロック８０においてコード化された黒
い縞）は、０である。何故ならば、両方のチャンネルは
黒（２進数値１）且つ、これらの２つの値のＸＯＲは０
となるからである。第２データビット（データブロック
８２においてコード化された白い縞）は又０を表わす。その理由は両方のチャンネルは白（２進数値０）且つこ
れらの２つの値のＸＯＲは又１となるからである。これ
らの最初の２つのビットは、前記接頭部“００”を示し
、このパターンは図６−Ｂにおける各バーコードの順序
の始めで発生することが判る。

【００２８】次の（第３）データブロック８４は下方チ
ャンネルに沿って黒で、上方チャンネルに沿って白であ
る。ＸＯＲは従って（１ＸＯＲ１）は１である。順序７
８における第４データブロック８６は両方のチャンネル
で黒であり、それ故データビット０に対応する。第５デ
ータブロク８８は上方チャンネルで黒、下方チャンネル
で白でデータビット１に対応する。第６データブロック
９０は全て白であり、データビット０となる。最後に第
７及び第８データブロック９２と９４は上部及び下部チ
ャンネルにおいて異なる２進数値を有し、これらのブロ
ックに対するデータビットは１となる。図６−Ｂにおけ
る各バーコードの順序は、上方及び下方における異なる
２進数値を有する２つのデータブロックにおいて終結れ
、これらの最後の２つのデータブロックは接尾部“１１
”に対応することは、重要なことである。

【００２９】読取装置は一般の図形パターンが現われる
ことを検知可能となった。色（２進数値）が上方及び下
方チャンネルの両方において同一である如何なるデータ
ブロックも“０”であり、上方及び下方チャンネルが異
なる如何なるデータブロックも“１”である。このこと
は黒や白のマークに割当てられる実際の２進数値によら
ず、ＸＯＲのロジックにより、真である。このことは又
受信器は２つのチャンネルの内部変換に対して無感覚で
あることを意味し、ある状況下で、従来技術のバーコー
ドに対しては真ではないが、与えられた数値は逆変換さ
れたバーコードにより時計の図形を変換して表わすこと
ができる。例えば最初の順序７８におけるデータブロッ
ク８４に関連する１のデータビットは、上方の白いマー
クと下方の黒いマークとで表わされ、このビットは上方
の黒マークと下方の白マークによって簡単に表わされて
来た。このことはしかしながら、同等のマークが常に内
部変換できることを意味しない。例えばこのデータの順
序“００”は２つの連続する黒い縞によって表わすこと
ができない。何故ならば２つのデータブロック間で何か
移り変わりを捕えるものがないからである。この要求は
図６−Ｂにおける各順序が接尾部“１１”で終結する理
由を説明している。そして順序９６と９８における最終
の２つのデータブロックはなお他の順序における最終の
２つのデータブロックと同一視されない。

【００３０】さて図７を参照してカードリーダ４０の電
子装置の詳細展開接続図が、前記２チャンネルＸＯＲコ
ードのような２チャンネルバーコードを読み取るために
設計され、示されている。この電子装置は４つの回路に
分けられる。即ちカード検出回路１００、電力回路１０
２、モータ制御回路１０４及び光学マーク検出回路１０
６であり、これらの回路の各々は図７において破線で囲
んで示される。

【００３１】カード検出回路１００は図４に示す検出器
７７を含み、発光ダイオード（ＬＥＤ）１０８と１１０
、及びフォトトランジスタ１１２と１１４を有する。これらの電子部品は窓４６の下でカードリーダ４０の各
側で一体となって対を成し、即ちＬＥＤ１０８とフォト
トランジスタ１１２は窓４６の右端で互いに近接して配
置され、一方ＬＥＤ１１０とフォトトランジスタ１１４
は窓４６の左端で互いに近接して配置される。このよう
に、カード７２が読取装置４０のカバー４４に置かれる
時、ＬＥＤからの光はカード７２から反射され、フォト
トランジスタで検出される。好ましくはＬＥＤは発光し
、フォトトランジスタは赤外線放射を検出する。

【００３２】ＬＥＤ１０８と１１０は電圧Ｖ１（典型的
には５Ｖ電源）が連続的に供給され、読取装置４０が電
池による電力供給の時、ＬＥＤへの電圧は（例えば約１
０ｍｓｅｃ毎の）パルスとなる。このことは金属酸化半
導体の電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）１１６に
よって制御でき、ＭＯＳＦＥＴ１１６は電流制限抵抗器
１１８を通してＬＥＤをグラウンドに接続する。ＭＯＳ
ＦＥＴ１１６のゲートは制御装置１２０に接続され、好
適実施例においてカリフォルニア州、サンタクララにあ
るインテル社による部品番号Ｄ８３Ｃ５１ＦＡとして販
売されているマイクロプロセッサであり、マスクされた
リード・オンリーメモリ（ＲＯＭ）、ランダム・アクセ
ス・メモリ（ＲＡＭ）及び単一非同期式受信器（ＵＡＲ
Ｔ）を含む。抵抗器１２２は静電気放電からＭＯＳＦＥ
Ｔ１１６を保護し、更にＭＯＳＦＥＴ１１６の突発的破
壊に対してマイクロプロセッサ１２０を保護する。単な
るトランジスタのような他のスイッチ手段はＭＯＳＦＥ
Ｔ１１６の代用になり得る。

【００３３】フォトトランジスタ１１２と１１４の出力
は、抵抗器１２４，１２６の負荷を有し、それぞれ比較
器１２８と１３０に導びかれる。２つのポテンシオメー
タ１３２と１３４は比較器１２８と１３０に対してレフ
ァレンス（参照）電圧を設定し、レファレンス電圧は（
デジタル電圧に対する）Ｖｄ　から導びかれ、好適実施
例において、５Ｖ（即ちＶｄ　＝Ｖ１）である。この比
較器の出力は次にマイクロプロセッサ１２０に導びかれ
る。このように、カード７２がカバー４４上の適切な位置に
置かれる時、比較器１２８と１３０の両方の出力は能動
状態に切り換わる。

【００３４】マイクロプロセッサ１２０におけるＲＯＭ
は電力回路１０２とモータ制御回路１０４への適切な制
御信号を送ることによりこの状態に応答するプログラム
命令を含む。電力回路１０２は他のＭＯＳＦＥＴ１３６
から制御される。抵抗器１３８は静電気放電からＭＯＳ
ＦＥＴ１３６を保護し、更にＭＯＳＦＥＴ１３６の突発
的破壊からマイクロプロセッサ１２０を保護する。ＭＯ
ＳＦＥＴ１３６は、（ｉ）検出回路１０６で使用される演算増幅器（”ＯＰ
アンプ”）と、（ｉｉ）光源４８として使用されるＬＥＤ１４０と１４
２、とによる電力消費を制限するため切り替わるように
働らく。装置が外部電源なしで動作するように設計され
る時、電力消費は問題でなく、ジャンパー（短絡線）は
端子１４８に結合でき、ＯＰアンプをバイパスし、ＭＯ
ＳＦＥＴを有効に切り換える。カードリーダー４０が電
池電力なしで動作するように設計される時、ジャンパー
１４４は端子１４６に接続されるべきであり、この場合
、ＯＰアンプ、ＬＥＤ１４０と１４２への電力はＭＯＳ
ＦＥＴ１３６によって制御される。他の切り換え手段、
例えばトランジスタはＭＯＳＦＥＴ１３６の代わりに使
用できる。

【００３５】ＯＰアンプの電力は、トランジスタ１５０
によって制御される電圧源ＶＯ　によって間接的に供給
される。ジャン１４４が端子１４６に接続される時、ト
ランジスタ１５０は電流制限抵抗器１５２を通ってＭＯ
ＳＦＥＴ１３６により影響される。好適実施例において
、ＶＯ　は３０Ｖ電源であり、モータ６８と同一電源で
ある。それ故コンデンサ１５４はＯＰアンプ電力供給Ｖ
Ｏ　からの低い周波数ノイズをフィルタするのに使用さ
れる。図示されないが、各ＯＰアンプパッケージは寄生
振動を取り除くため、その電力供給（ＶＯＳ）を横断す
るデカップリングコンデンサを含む。

【００３６】ＬＥＤ１４０と１４２への電力は、ＬＥＤ
１０８と１１０と同一電源即ちＶｌ　によって供給され
る。ＭＯＳＦＥＴ１３６が導電状態の時、電流はＬＥＤ
１４０と１４２から、ダイオード１５６と電流制限抵抗
器１５８を介してグラウンドに流れる。ダイオード１５
６は、ＶＯ　とＶｌ間の電圧差でトランジスタ１５０が
ターンオンするために使用され、（高い逆電圧漏れ電流
を示す）ＬＥＤ１４０と１４２が、過多の逆電圧を受け
ることを阻止する。

【００３７】好適実施例において、ＬＥＤ１４０と１４
２は大きい強度で約８度の円錐角度の光線放射を有する
。使用される特別な回路部品は、ヒューレット・パッカ
ード社の部品番号ＨＬＭＰ４１０１のアルミニウム・砒
素ＬＥＤである。いくつかの他の形式のＬＥＤも使用可
能であるが、それらは強度が大きく、カードリーダ４０
が光学幾何学的に完全なものとする反射光線を有するも
のが好ましい。例えば実際に使用されるＬＥＤは可視赤
色光を発するが、赤外線ＬＥＤが使用でき、この場合窓
４６は、赤外線放射を通過させるが、黒く見える。レー
ザーやレーザーダイオードの如き他の形式光源も使用で
きる。それらの構成要素は、高価且つ消費電力も高い。上記したようにカード７２上の走査可能な領域７４は、
再帰反射マークを含み、次に光強度大のＬＥＤは検出可
能な再帰反射を作るため十分以上の入射光線を提供する
。８０対１位高い対照率はこの構成を用いて達成されて
来た。

【００３８】マイクロプロセッサ１２０は電力回路１０
２に制御信号を送る時、マイクロプロセッサ１２０はモ
ータ制御回路１０４に同時に制御信号を送る。モータ制
御回路１０４はモータ６８を含み、そのモータは好適実
施例において、永久磁石形直流モータであり、電源電圧
Ｖｍ　（好ましくは約３０Ｖ）で電力供給される。この
電源からの電流は可変抵抗器１６０、接合形電界効果ト
ランジスタ（ＪＦＥＴ）１６２及び一定電流電源を共に
提供するトランジスタ１６４とにより調整される。

【００３９】回路１０４を作動させる制御信号を受ける
前に、トランジスタ１６４のエミッタからの電流はモー
タ６８を定位置に駆動させ、即ち走査ミラー６２を打つ
入射光線が最初に細長く伸びたミラー７２の中心ではな
く一端に向かって方向づけられる。詰め物又は停止（図
示せず）は極端な動きを制限するため走査ミラー６２に
隣接して提供される。モータ６８が定位置に駆動される
時、大きい（例えば１００マイクロファラッドの）コン
デンサ１６６は充電される。ブリーダ（分圧）抵抗器１
６８は、モータ従って走査ミラー６２が定位置にバイア
スを維持することを確かめる。ダイオード１７０はコン
デンサ１６６が充電中、ＪＦＥＴ１６２からの電流がモ
ータ６８を通って分路されるのを防止する。

【００４０】カードが検出器回路１００により検出され
る時、マイクロプロセッサ１２０は制御信号を他のＭＯ
ＳＦＥＴ１７２に（保護抵抗１７４を経由して）送り、
コンデンサ１６６がモータ６８を通してグラウンドに放
電することを可能とする。この放電サイクル中、他のダ
イオード１７６はＪＦＥＴ１６２からトランジスタ１６
４に通常流れる電流を分路する。ダイオード１７０は又
、トランジスタ１６４をターンオフとするバイアス電圧
降下を提供する。他の切り替え手段（トランジスタのよ
うな）はＭＯＳＦＥＴ１７２に対して代用となり得、Ｍ
ＯＳＦＥＴ１７２が印加される（例えば＜０．２ボルト
）低い電圧降下で高い電流を可能とする電子部品を使用
することは望ましい。ＭＯＳＦＥＴはイリノイ州シャン
バーグのモトローラ社で販売されている部品番号ＭＰＦ
９２００が有り、この目的に適合する。コンデンサ１６
６は約４ｍｓｅｃで放電し、走査ミラー６２の円滑な回
転を提供するモータ６８において十分な運動量を作る。記載された実施例において、窓４６を横断する走査を完
全なものとするために約４０ｍｓｅｃかかる。この遅れ
の少し後にマイクロプロセッサ１２０はモータ制御回路
１０４への制御信号を切り、このモータ制御回路１０４
はモータ６８が定位置に戻ることを可能とし、コンデン
サ１６６が再度充電されることを可能とする。電力回路
１０２は、この遅れの間、切り離される。モータ制御回
路１０４の構成における１つの利点は、モータ６８がＶ
ｍ　によって直接に電力供給されないので走査のハーフ
サイクルの間、電圧電源Ｖｍ　からの最小電流があると
いうことである。代わりに走査中のモータ６８を励磁す
る電力は、走査が行われる前に、充電されるコンデンサ
１６６に蓄えられる。このことはエラーの読み取りとな
る（光源４８と検出回路１０６の両方の）電子装置にノ
イズが発生されるのをなくす。

【００４１】前記に従って、検出回路１００がカード７
２の存在を検出する時、ＬＥＤ１４０，１４２は電力供
給され、検出回路１０６におけるＯＰアンプに電流は流
れ、モータ６８は走査開始する。カード検出回路１００
、電力回路１０２とモータ制御回路１０４の結合で、“
要求次第の”装置を提供することは、それ故重要なこと
である。換言すれば、カードリーダ４０は連続的走査で
ない（電池電源を使い尽くし、機械的、電気的構成成分
を過度に弱める）が、むしろ、カードがカバー４４に置
かれる時のみ走査する。

【００４２】光学マーク検出回路１０６について以下に
説明する。この回路は２つのチャンネルＡとＢを含み、
これらのチャンネルは本質的に同一で、内部の電子部品
を記すために１セット分だけ符号を記す。各チャンネル
は走査可能なデータ領域７４からの反射に応答するフォ
トダイオード１８０を含む。２つのフォトダイオードは
光源ＬＥＤ１４０と１４２間にあって同一間隔でカード
リーダ４０に互いに隣接して置かれ、それ故それら２つ
のフォトダイオードは、２チャンネルＸＯＲバーコード
においてそれぞれ離れたチャンネルに応答する。フォト
ダイオードはミズーリー州セント・ルイスのＥＧ＆Ｇ　
　ＶＡＣＴＥＣ社の部品番号ＶＴＢ９４１３にて調達で
きる。

【００４３】このフォトダイオードはＯＰアンプ１８２
とフィードバック抵抗器１８４とに接続され、ゼロバイ
アスモードで動作される。レファレンス電圧Ｖｒ　は負
の線路電圧からＯＰアンプ１８２にバイアスをかけるた
めに供給され、フィルターコンデンサ１８６はＶｒ　か
ら高周波数ノイズを消去する。好適実施例においてＶｒ
　はＶｌ　とＶｄ　（５ボルト）と同じである。ＯＰア
ンプ１８２の出力はＯＰアンプ１８８の負の入力に接続
され、一方正の入力は電流バイアス抵抗器１９０に接続
される。電力回路１０２による出力電圧ＶＯＳはＯＰア
ンプ１８２に加えてＯＰアンプ１８８に電力を供給する
。

【００４４】ＯＰアンプ１８２と１８８の各々はフォト
ダイオード１８０からの信号を増幅するため使用され、
各ＯＰアンプはゲイン約１００を有する。抵抗器１９２
と１９４はＯＰアンプ１８８のゲインを調整するために
使用される。好適実施例において、ＯＰアンプはカリフ
ォルニア州サンタクララのナショナル・セミコンダクタ
社の部品番号ＬＦ４１２で調達できる。コンデンサ１９
６はＯＰアンプ間の寄生振動周波数を消去するためのバ
ンド幅リミッタとして働らく。

【００４５】ＯＰアンプ１８８の出力は、比較器１９８
に接続される。図示されないが、比較器１９８は５Ｖの
ような電源を付加して提供される。電源電圧Ｖｄ　はＯ
Ｐアンプから伝わる過多の電圧から比較器を保護するク
リッピング（止めピン）ダイオード２００に対してバイ
アス電圧を供給する。電流制限抵抗器２０２はクリッピ
ングダイオード２００を保護する。ＬＥＤ２０４の他の
組はバイアス電圧を降下させるために使用され、これは
比較器１９８の動作領域内に信号を置く。ピンダイオー
ドのスタックのように、この電圧降下を達成するＬＥＤ
２０４に代わって、他の手段が提供される。抵抗器２０
６はＬＥＤ２０４をバイアスするために使用される。ポ
テンシオメータ２０８は比較器１９８に対してレファレ
ンス電圧を設定し、レファレンス電圧は再びＶｄ　から
引き起こされる。カード７２上の光学マークに対応する
基本的に２進信号である比較器の出力は、マイクロプロ
セッサ１２０に導びかれる。

【００４６】マイクロプロセッサ１２０は、例えば前記
ＸＯＲ動作の如き検出回路１０６の出力のデータ分析を
実行するようにプログラムできる。結果としてのデータ
の順序は、マイクロプロセッサ１２０内で更に操作でき
、又はＵＡＲＴにより２１０で示されるように他の中央
処理装置（ＣＰＵ）に方向づけることができる。例えば
、前述の画像アクセス装置において、画像アクセスカー
ドにコード化されたデータは電子的に格納された画像の
格納アドレスに対応する。データは実際上の格納アドレ
スでもよく、又はレファレンス表による格納アドレスに
関連する割り当てられた数でもよい。そのような装置に
おいて、マイクロプロセッサ１２０は、画像の格納アド
レスを次に決定するＣＰＵへアクセスデータを出力し、
画像情報を検索し、表示装置に出力する。

【００４７】関連特許出願番号第４５５，８３４号にお
いて述べられているように、ＣＰＵ（又は例えばマイク
ロプロセッサ１２０）は有効データ順序を認識するよう
にプログラムできる。読取装置４０による最初の走査が
有効な順序をもたらす時、次にマイクロプロセッサ１２
０は電力回路１０２への制御信号を切り離す。他方、無
効な順序が記録される時、次に電源回路１０２への制御
信号は再びオンに切り換えられ、他の走査を引き起こす
。このことは有効な順序が得られるまで無限に繰り返す
ことができるが、そのような繰り返しは３回の走査に制
限することが好ましく思われ、その後データがなお無効
として現われるなら、読取装置４０上のアナンシエータ
（図示せず）は、例えばカード７２上のバーコードが傷
つけられているとか、カバー４４上のカードが不適切に
置かれているとかいう潜在的問題を使用者に警報を発す
るよう照明して示す。

【００４８】この点において、マイクロプロセッサ１２
０は、カードが読取装置４０から取り除かれる時、即ち
、比較器１２８と１３０の状態が高い設定値から変化す
る時、認識するようにプログラムされる。この方法にお
いて、１つのカードが読取装置４０から移動され、且つ
他のカードがその上に置かれた時、前記処理は次のカー
ドのデータ順序を捕らえるよう繰り返されるであろう。

【００４９】

【発明の効果】以上説明して来た本発明は、他の変更も
考えられる。例えば、カバー４４を横断するカード７２
を滑らせて移動させる手段が提供されるなら、ミラー６
２は静止状態でもよく、光学幾何学装置は正反射が検出
装置によって受光されないことを、なお確認する。又カ
ードリーダ１０は単一チャンネルバーコード又は光学走
査可能な書体を含む、２チャンネルにＸＯＲコードの他
に、他の光学マークに対して走査するように容易に変更
可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の光学装置の全体構成図である。

【図２】図２は本発明の光学装置図１の２−２の線から
見た側面図である。

【図３】図３は本発明の実施例のカードリーダの斜視図
である。

【図４】図４は本発明の実施例のカードリーダの内部光
学装置の斜視図である。

【図５】図５は図３の線５−５断面図で、カードが読取
装置に挿入されるところを示す図である。

【図６】図６のＡは、従来の技術のバーコード図形を示
す図である。図６のＢは、本発明の好適実施例による新
しいバーコード図形を示す図である。

【図７】図７は、本発明の好適実施例の電子装置の展開
接続図である。

【符号の説明】

１０…光学的読取装置１２，４８…光源１４…光線スプリッタ１６…焦点レンズ１８，６２…走査ミラー２０，６８…モータ２２…ステージ領域２４…光学検出器４０…カードリーダ４２…ハウジング５０…光学組立体ブロック７７…光検出手段１０２…電力手段１０４…モータ制御手段１５４，１６６…フィルタ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　ハウジング手段（４２）と、該ハウジ
ング手段（４２）内に位置し、光線を提供する発光手段
（４８）と、該ハウジング手段（４２）内に位置し、走
査される対象物の位置を阻止する経路に沿って該光線を
方向づける手段（６２）と、該ハウジング手段（４２）
内に位置する受光検出手段（７７）と、走査される対象
物からの正反射の該検出手段（７７）により受光を最小
とし、該検出手段（７７）に該対象物からの非正反射を
受光せしめる集光手段（６０）と、を備える光学的に読
み取り可能なマークを有する対象物の光学的走査読取装
置。
【請求項２】　　該発光手段（４８）が赤外光線を発し
、該集光手段（６０）が螢光マークから発せられる螢光
を通過させるが、該赤外線光の正反射を阻止するフィル
タ手段（１５４，１６６）を含む、螢光マークを有する
対象物と使用するために設けられた請求項１に記載の光
学的走査読取装置。
【請求項３】　　基板を受ける基本的平面ステージを有
するハウジング（４２）と、該ハウジング（４２）内に
位置する光源（４８）と、該光源（４８）からの放射光
から光線を作る該光源（４８）に隣接するレンズ手段（
５２）と、該ステージに沿って該光線を方向づけるため
に該ハウジング内に位置し、斜めの入射角度で該ステー
ジに向かう該光線を反射する傾けられたミラーを含む方
向づけ手段（６２）と、該ハウジング内に位置する光検
出手段（７７）と、再帰反射性光学マークを打つ該光線
から導びかれる再帰反射を集光する再帰反射手段と、を
備える該基板上の再帰反射光学マークを走査する光学的
走査読取装置。
【請求項４】　　該ステージは該基板（７２）に接し、
該傾斜されたミラーに従い方向が合わされるフランジ手
段（７６）を含み、それにより該基板は該ステージ上に
置かれる時、該光線のみが斜めの角度で該基板を打つ請
求項３に記載の光学的走査読取装置。
【請求項５】　　ハウジング（４２）と、光線を放射す
るため該ハウジング（４２）内に位置する光源手段（４
８）と、該光線を阻止する該光線の経路に沿って配列す
る走査ミラー（６２）と、該走査ミラー（６２）を移動
させるモータ手段（６８）と、該ハウジング内に位置す
る光検出手段（７７）と、該光源手段（４８）と該検出
手段（７７）とにエネルギーを供給する電力手段（１０
２）と、該光検出手段（７７）へ該対象物からの反射の
方向を合わせる集光手段（６０）と、該電力手段（１０
２）からエネルギーを貯えるための手段であって、その
手段により該電力手段に電気的ノイズが入らないで該対
象物を走査中、該走査ミラーを移動するよう励磁できる
該モータ制御手段（１０４）と、を備える光学マークを
有する対象物の光学的走査読取装置。
【請求項６】　　該モータ手段（６８）は、励磁された
時、該走査ミラーを回転せしめる該走査ミラー（６２）
に取り付けられた永久磁石直流モータを含む請求項５に
記載の光学的走査読取装置。
【請求項７】　　該基板を受ける基本的平面ステージを
有するハウジング（４２）と、光線を放射するため、該
ハウジング（４２）内に位置する光源手段（４８）と、
該ステージに沿って該光線を反射する該ハウジング（４
２）内に位置する手段（５２，５４，５６，５８）と、
該ハウジング（４２）内に位置する光検出手段（７７）
と、該対象物から該光検出手段（７７）に反射を方向づ
ける集光手段（６０）と、該ステージの近接する該基板
の存在を検出する検出手段（７７）と、該光源手段（４
８）と該検出手段（７７）とを励磁する該光検出手段（
７７）に応答する電力制御手段（１０２）と、を備える
基板上の光学マークを走査する光学的走査読取装置。