(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
演算増幅器と、該演算増幅器の正側入力端子に基準電圧を印加する電圧源と、前記演算増幅器の負側入力端子とグランド間に接続され、バーコード面からの光を受光し光・電流変換する受光素子と、前記演算増幅器の出力端子と負側入力端子の間に接続されたフィードバック抵抗と、前記演算増幅器の出力端子電圧が前記基準電圧に回路によって設定された一定電圧を加えた電圧より高くなった時に、そのピーク値に応じた電流を前記演算増幅器の負側入力端子に向かって流し、且つ一定時間定電流保持する電流供給回路と、前記演算増幅器の出力端子電圧が前記基準電圧から回路によって設定された一定電圧を引いた電圧より低くなった時に、その瞬時値に応じた電流を前記演算増幅器の負側入力端子から流出させる回路とからなることを特徴とする電流入力型ノンリニア増幅回路を備えた無調整型バーコード読み取り回路。
【請求項２】
演算増幅器と、該演算増幅器の正側入力端子に基準電圧を印加する電圧源と、前記演算増幅器の負側入力端子とグランド間に接続され、バーコード面からの光を受光し光・電流変換する受光素子と、前記演算増幅器の出力端子と負側入力端子間に接続されたフィードバック抵抗と、前記演算増幅器の出力端子電圧が前記基準電圧に回路によって設定された一定電圧を加えた電圧より高くなった時に、そのピーク値に応じた電流を前記演算増幅器の負側入力端子に向かって流し、且つ一定時間定電流保持する電流供給回路と、前記演算増幅器の出力端子電圧が前記基準電圧から回路によって設定された一定電圧を引いた電圧より低くなった時に、前記電流供給回路の保持電流値を減少させる保持電流補正回路とからなることを特徴とする電流入力型ノンリニア増幅回路を備えた無調整型バーコード読み取り回路。
【請求項３】
前記ノンリニア増幅回路の出力電圧を印加する、ダイオードとコンデンサによる正極性ＡＭエンベロープ検波回路と、前記ノンリニア増幅回路の出力電圧を印加する、ダイオードとコンデンサによる負極性ＡＭエンベロープ検波回路と、前記正極性ＡＭエンベロープ検波回路の出力電圧と前記負極性ＡＭエンベロープ検波回路の出力電圧とを加算し中間電圧を出力する、直列接続された２個の抵抗回路と、前記中間電圧と前記ノンリニア増幅回路の出力電圧とを比較し、バーコード判別出力する電圧コンパレータとからなる電圧レベル判別回路を備えたことを特徴とする請求項２記載の無調整型バーコード読み取り回路。
【請求項４】
前記負極性ＡＭエンベロープ検波回路の出力電圧が前記基準電圧に一定電圧を加えた電圧より高くならなくするダイオードによる制限回路を備えたことを特徴とする請求項３記載の無調整型バーコード読み取り回路。
【請求項５】
前記基準電圧を印加する電圧源が発光ダイオードであることを特徴とする請求項２記載の無調整型バーコード読み取り回路。
【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電気的に読み取る回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のバーコード読み取り回路は、ほとんどの場合半固定の調整用抵抗を１〜２個使用し、発光ダイオードと受光素子を含む光学特性の大きなバラツキを補正していた。また無調整型のものは選別してバラツキの非常に少ない光学素子を使用していた。いずれの場合も増幅回路はリニア型であるか、電圧入力型のノンリニア増幅回路を使用していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の調整方式のものは発光ダイオードの経年劣化をも含めて光学特性のバラツキを補正するために、調整時に高度なテクニックを必要とし製造コストの上昇要因の一つであった。また半固定の小型の可変抵抗器で調整するため、機械的ショック及び長年月の使用に対する信頼性に問題があった。また従来の無調整型のバ−コ−ド読み取り回路は、特性バラツキを選別した高価な光学素子を使用することからやはりコスト高の要因の一つであった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
電流入力によるノンリニアな信号増幅を行い、白ピーク電流保持回路等を備える事で広いダイナミックレンジの上下側を圧縮動作させ、圧縮特性中にあってもバーコード信号に相当する部分は圧縮が解除され、非圧縮となる高効率信号増幅を行う。
【０００５】
【作用】
演算増幅器のフィードバック回路中に白ピーク電流保持回路を備え、この白ピーク電流を基準電流としてバーコード信号の変化分のみ非圧縮で出力するノンリニア増幅作用である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
ペンタイプのバーコードスキャナのみに限らず、本発明回路はＣＣＤタイプの電子スキャンによるバーコード読み取り回路、更には有線または無線によるキャリア周波数をデジタル値で変調伝送する場合の元のデジタル値を復調する回路にも有効使用できる。
【０００７】
【実施例】
以下本発明の詳細を添付図を参照して説明する。図１は手動スキャンによるバーコード読み取りペンの外観図であり、ペン１の先端部をバーコード３上でなぞる（スキャンする）ことにより、光学的／電気的にバーコード３の情報を読み取り、その判別結果として電気コードを出力する。サイド押しボタン２は、通常このボタンを押した時のみ読み取り可能とするための、操作者の指により押される押しボタンである。
【０００８】
図２は本発明になる無調整型バーコード読み取り回路の基本部分となるノンリニア増幅回路である。発光ダイオード６が印加される電流により発光し、バーコード３を照明しその反射光を光学レンズまたは小さな穴を介して受光素子７が受け、受光量に応じた電流を受光素子７自身に流す。また発光ダイオード６からの光はバーコード３を介さずに受光素子７に届くものもある。従って受光素子７に流れる電流は、常時バイアス電流があり、それとバーコード３面からの反射光による電流が重畳したものとなる。
【０００９】
スイッチ４はペン１のサイド押しボタン２が押されたとき導通するスイッチであり、スイッチ４がＯＮしたときのみ発光ダイオード６に電流が流れ発光する。電流供給抵抗５（例えば３３０Ω）は発光ダイオード６に概ね定電流を流すための電流供給抵抗である。
【００１０】
基準電圧源８は、演算増幅器９の正側入力端子へ常時一定電圧［＋ＶＲ］を供給する。演算増幅器９の負側入力端子は、図２の参照符号１０乃至１８によるフィードバック回路により、［＋ＶＲ］と等電圧に常時保持される。従って受光素子７に印加される電圧は常に一定の［＋ＶＲ］である。安定化コンデンサ１０（例えば１０ＰＦ）は高域周波数での演算増幅器９を含めた系の安定化のための小容量コンデンサである。
【００１１】
フィードバック抵抗１１（例えば１ＭΩ）により基本増幅率（電流電圧変換の基本係数）が決まる。参照符号１２乃至１８による回路がなければ普通の電流電圧変換型のリニア増幅回路である。図２に示す回路は、参照符号１２乃至１８によるノンリニア要素をフィードバックループに組み込み、ダイナミックレンジの両側を特殊な圧縮動作させることにより非常に広いダイナミックレンジを得ている。
【００１２】
ここで本回路のノンリニア動作について詳細に説明する。今、スイッチ４がＯＮし発光ダイオード６が発光し受光素子７が受光を始めたとする。受光素子７に流れる電流が増大するため、演算増幅器９の出力［ノンリニアアナログ出力電圧］が上昇する。受光素子７に流れる電流は、バーコード３面の白地からの反射光を受光する場合が最大となり、そのとき、ダイオード１４がＯＮし白ピーク電流保持コンデンサ１５（例えば０．２２μＦ）を充電し、更にトランジスタ１６をも導通させ電流供給抵抗１７（例えば１５ｋΩ）を介して受光素子７に電流供給する。この時の受光素子７に流れる電流は、フィードバック抵抗１１を流れる電流と電流供給抵抗１７を流れる電流との和である。
【００１３】
図３にこの動作特性を示す。横軸は受光素子７に流れる電流値であり、縦軸は出力電圧であり縦横ともリニアスケールである。図示のように［白バー部］の点付近では、［ノンリニアアナログ出力電圧］のほんの少しの上昇でも電流供給抵抗１７を流れる電流は急激に増加するために、圧縮増幅動作となる。
【００１４】
バーコード読み取りペン１の先端が、バーコード３の白バー部から黒バー部に移動する場合は、受光素子７に入る光量は減少し、受光素子７に流れる電流は減少する。この時に、白ピーク電流保持コンデンサ１５の電圧は長い時間保持され、トランジスタ１６と電流供給抵抗１７により白ピーク時の電流を長い時間流し続けることになり、結局フィードバック抵抗１１を流れる電流を減少又は逆向きに流し、トランジスタ１６及び電流供給抵抗１７を流れる白ピーク保持電流の一部を相殺し、受光素子７の電流減少に合わせることになり、結果として非圧縮により［ノンリニアアナログ出力電圧］が下降する。
【００１５】
従って、光学系の白バー部に対する電流バラツキが１０倍（９００％）程度あっても、それは本回路の圧縮特性の中にあり、重要な信号変化部分になると非圧縮で出力電圧が大きく変化し、効率よい増幅動作となっている。
【００１６】
更に受光素子７の電流が減少していくと、ダイオード１３がＯＮし抵抗１２（例えば１５ｋΩ）を介し大きな電流が流れることにより［ノンリニアアナログ出力電圧］は、ここでも圧縮特性を示す（図３参照）。
【００１７】
バーコード読み取りペン１の先端が、バーコード３の白と黒バー部を交互にスキャンしている時、図３に示す［白バー部］の点と［黒バー部］の点間の特性曲線上を往復する動作となる。またバーコード読み取りペン１の先端が、バーコード３面から離れ空中に浮上した時、図２の回路の増幅特性は、図３の［空中へ浮上］の点を通り、更に白ピーク電流保持コンデンサ１５がトランジスタ１６のベース電流により徐々に放電し、トランジスタ１６及び電流供給抵抗１７を流れる白ピーク保持電流も徐々に小さくなりそして零になり、図３の特性曲線は［空中でＳＷ（スイッチ）ＯＮ］の点に戻る。
【００１８】
図２の抵抗１８は過大電流防止用であり通常動作には関係ない。以上の説明の通り図２の回路は電流入力型のノンリニア動作であるが、演算増幅器９は飽和することはない。受光素子７に流れる電流は多くても１０μＡ程度であるため、ダイオード１３，１４及びトランジスタ１６のＶＢＥの順方向電圧は各０．３５Ｖ程度であり［ノンリニアアナログ出力電圧］の両圧縮間電圧は図３に示すように約１Ｖとなる。
【００１９】
図４に示す回路図は白／黒判別回路も含めたものであり、また図２のものから少しモデファイもしている。図４の回路図の左半分の部分がノンリニア増幅回路であり、図２のものとの相違点は、抵抗１２の代わりにトランジスタ２０を図４に示すように接続したことと、微小電流供給抵抗２１を追加してあること及び基準電圧源８の代わりに発光ダイオード６のアノード電圧を利用して［＋ＶＲ］としている点である。
【００２０】
バーコード３の白バー部分に関する動作は図２における動作と全く同じなのでここでの説明は省略する。バーコード読み取りペン１の先端が、バーコード３の黒バー部に移動する場合、図２における動作と多少異なり、ダイオード１３がＯＮするまで演算増幅器９の出力電圧が下降すると、ダイオード１３を流れる電流の９９％以上はトランジスタ２０のコレクタを流れ、白ピーク電流保持コンデンサ１５を放電し、トランジスタ１６及び電流供給抵抗１７を流れる白ピーク保持電流値が小さくなる。
【００２１】
電流供給抵抗１７を流れる電流値からフィードバック抵抗１１を流れる電流値を差し引いた値が、受光素子７に流れる電流値に等しくなった時点で演算増幅器９の出力電圧［ノンリニアアナログ出力電圧］の電圧下降は停止し、ダイオード１３を流れる電流も零となり、トランジスタ２０を介して流れた白ピーク電流保持コンデンサ１５の放電電流も停止する。この時点が図５（図４の回路の増幅特性図）の［黒バー部］の点である。
【００２２】
この時点においても、トランジスタ１６及び電流供給抵抗１７を流れる電流は、補正されたその値に保持される。ここで演算増幅器９の出力電圧がほんの少しでも下降すると電流供給抵抗１７を流れる電流が大きく変化することから、［黒バー部］の点は図５に示すようにやはり圧縮された増幅動作である。
【００２３】
ここでまた、バーコード読み取りペン１の先端が、バーコード３の黒バ−から白バー上に移動した時、受光素子７に流れる電流はまた増大し、演算増幅器９の出力を上昇させる。この時ダイオード１４がＯＮするまではフィードバック抵抗１１を流れる電流のみが変化することになり、非圧縮の増幅特性となる（図５参照）。ダイオード１４がＯＮするとそこから圧縮特性となり、白ピーク電流保持コンデンサ１５が新たなピーク電圧を保持する。
【００２４】
図３に示す特性と異なるのは、図５に示す特性は白／黒バーに対しループを描くヒステリシス特性を持ち、１本毎の各バーに対してピーク電流保持値が更新され、且つ白バーと黒バーに対する特性が基準電圧［＋ＶＲ］に対して対称となることである。従ってバーコード３の白と黒部分に対する特性上のバランスが大変良く、またバーコード３の途中で光の反射の様子が変わる時でも基準となるピーク保持電流値が即更新されること等のメリットにより、大変信頼性の高いバーコード３の読み取りが可能になる。
【００２５】
図４に示す回路の［ノンリニアアナログ出力電圧］の両圧縮間電圧は、図２のものよりトランジスタ２０のＶＢＥが加わる分だけ増して、図５に示すように約１．５Ｖとなる。
【００２６】
ここで白／黒判別回路について説明する。図５の特性図からすぐに分かることは、［＋ＶＲ］の電圧値よりも演算増幅器９の出力電圧［ノンリニアアナログ出力電圧］の方が高いか低いかを判別すればよい。その場合は図４の参照符号２２乃至３０で構成する回路の代わりに破線で示すように、電圧コンパレータ３１の負側入力端子を接続すればよい。普通のバーコードを読み取る場合はこれで充分である。
【００２７】
ここで、灰色（コントラスト比の小さい）バーコード３を読み取る場合、またはバーコード読み取りペン１を傾けて使用し光学的フォーカスが悪化し受光素子７の電流変化が少なくなった場合、または発光受光素子６及び７を含めた光学系が経年劣化した場合、またはバーコード読み取りペン１の先端にゴミが付着し受光素子７の電流変化分が少なくなった場合、等の動作を想定してみる。今、代表的に灰色バーコード３を読み取る例で説明すると、図５の特性図の［白バー部］の点から［灰色バー部］の点間を増幅特性点が直線的に往復することになり、例えば［灰色バー部］の点が判別レベルである［＋ＶＲ］の電圧に近づき、ノイズや信号のデューティ比の悪化等の影響で誤判別し易くなる。または［灰色バー部］の点が［＋ＶＲ］よりプラス側である場合は、判別できない。
【００２８】
これらの場合でも判別できる回路を考案したが、それが参照符号２２乃至３０で示す回路であり、基本的にはＡＭエンベロープ検波回路と加算回路である。ダイオード２３及び２４は特性の揃ったショットキーバリア・ダイオードが望ましい。白レベル保持コンデンサ２６（例えば０．２２μＦ）が［白バー部］のレベルを［Ｗ］点にアナログ電圧として一時記憶し、黒レベル保持コンデンサ２５（例えば０．２２μＦ）が［黒バー部］または［灰色バー部］のレベルを［Ｂ］点にアナログ電圧として一時記憶する。
【００２９】
抵抗２７（例えば３．３ＭΩ）はプルアップ抵抗であり、抵抗２８（例えば２．２ＭΩ）はプルダウン抵抗である。抵抗２９及び３０（例えば１ＭΩ）が加算用のサミング抵抗でありその中間点（電圧コンパレータ３１の負側入力端子）へ［Ｗ］点と［Ｂ］点の電圧のちょうど中間値を与える。
【００３０】
ダイオード２３及び２４はそれぞれ順方向の電圧降下を生じるが、サミング抵抗２９及び３０により加算されると互いにキャンセルされる。従って電圧コンパレータ３１の負側入力端子には、図５に示す［白バー部］の電圧と［黒バー部］または［灰色バー部］の電圧の中間レベルの電圧が印加される。電圧コンパレータ３１の正側入力端子は、ヒステリシス（シュミット）特性を持たせるため２個の抵抗で接続されている。抵抗３２（例えば２．２ＭΩ）は正帰還抵抗であり、抵抗３３（例えば３３ｋΩ）はヒステリシス電圧生成抵抗であり、約８０ｍＶのヒステリシス電圧レベルとしている。
【００３１】
以上の説明で分かる通り、図４の判別回路は、［ノンリニアアナログ出力電圧］の信号振幅レベルの中間レベルを判別レベルとしている。従って、コントラスト比の小さいバーコード３でも、バーコード読み取りペンが傾いて光学的フォーカスが甘くなったときでも、光学系の経年劣化があり信号レベルが約半分に落ちても、信頼性良くバーコードの読み取りができる。
【００３２】
ダイオード２２は、判別レベルを図５の［白バー部］の電圧レベルにまで上昇させずにその少し下位の電圧に制限する機能を持ち、バーコード読み取りペン１の先端が最初の黒バー以前の白地上をスキャンしている時の誤判別を防いでいる。
【００３３】
参照符号２１及び３４乃至３６で示す回路は、スイッチ４がＯＦＦしている時の［バーコード判別出力］を“低”レベルに固定するためであり、微小電流供給抵抗２１（例えば３３ｋΩ）は、演算増幅器９の正側入力端子の入力電圧が零になることを防ぎ、演算増幅器９が飽和することを避けている。尚電圧コンパレータ３１は演算増幅器で代用することができる。
【００３４】
ここまでの説明はペンタイプのバーコード・スキャナに限定して進めてきたが、この回路はＣＣＤを使用した電子スキャンによるバーコード読み取り回路としても使用できる。その場合は、受光素子７の代わりにＣＣＤ出力を電流として入力すればよい。また本回路は有線または無線によるキャリア周波数をデジタル値で変調伝送する場合の元のデジタル値を復調する回路にも使用できる。その場合は、受光素子７の代わりにキャリアの検波出力を電流として入力すればよい。
【００３５】
【発明の効果】
本発明になる無調整型バーコード読み取り回路は、従来困難であった無調整化を可能とし、且つシンプルな構成でもあり、製造コストを低下させることができた。また調整箇所がないので耐久性が増し、光学系の経年劣化をも自動補正する。諸条件下での白黒判別バランスが優れているため、出力デューティ比の崩れも少ない。総合的には低コストで且つバーコードの読み取り信頼性が大幅に増し、長期に亘りそれが保持される。
【図面の簡単な説明】
【図１】バーコード読み取りペン
【図２】ノンリニア増幅回路（基本部分）
【図３】ノンリニア増幅特性
【図４】ノンリニア・バーコード読み取り回路
【図５】対称型ノンリニア増幅特性
【符号の説明】
１  バーコード読み取りペン
２  サイド押しボタン
３  バーコード
４  スイッチ
５  電流供給抵抗
６  発光ダイオード
７  受光素子
８  基準電圧源
９  演算増幅器
１０  安定化コンデンサ
１１  フィードバック抵抗
１２  抵抗
１３  ダイオード
１４  ダイオード
１５  白ピーク電流保持コンデンサ
１６  トランジスタ
１７  電流供給抵抗
１８  抵抗
１９  フィルターコンデンサ
２０  トランジスタ
２１  微小電流供給抵抗
２２  ダイオード
２３  ダイオード
２４  ダイオード
２５  黒レベル保持コンデンサ
２６  白レベル保持コンデンサ
２７  プルアップ抵抗
２８  プルダウン抵抗
２９  サミング抵抗
３０  サミング抵抗
３１  電圧コンパレータ
３２  正帰還抵抗
３３  抵抗
３４  ダイオード
３５  抵抗
３６  抵抗
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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