(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バーコードに対して特定の周波数を有するパルスレーザ光出力を提供するように作動するレーザ光出力回路と、
バーコードリーダーにおいて受光した光を電気信号に変換するホトダイオードと、
該電気信号を濾過して増幅し、それによって成形された電気信号を提供する第１の信号成形回路と、
該成形された電気信号を前記特定の周波数においてサンプリングして、サンプリングされた電気信号を提供するように作動する検出回路と、
バーコードリーダーのハウジング内で散乱する光による光エネルギーを除去して、前記サンプリングされた電気信号を増幅するように作動する第２の信号成形回路であって、前記検出回路から出たサンプリングされた電気信号から低周波ノイズエネルギーを除去するように構成された微分回路からなる第２の信号成形回路と、
該増幅されサンプリングされた電気信号の値に基づき論理的な「１」値及び論理的な「０」値の一方を発生するデジタイザーと、
該デジタイザーからの出力をバーコードに関する情報を示すデータにデコードするデコーダとからなるバーコードリーダー。
【請求項２】
前記第１の信号成形回路が、
前記ホトダイオードからの電気信号出力を増幅するための前置増幅器と、
該前置増幅器から出た信号を濾過するハイパスフィルタと、
該ハイパスフィルタからの信号を増幅するための第１の自動利得制御回路とからなる前記請求項１に記載のバーコードリーダー。
【請求項３】
前記レーザ光出力回路が、レーザ光出力が前記特定の周波数でパルス化されるようにする発振器とからなる前記請求項１に記載のバーコードリーダー。
【請求項４】
前記検出回路が、前記発振器と同期された検出器であり、該検出器が前記第１の信号成形回路からの信号を前記発振器の特定の周波数でサンプリングさせる検出器とからなる前記請求項３に記載のバーコードリーダー。
【請求項５】
前記第２の信号成形回路が、
前記サンプリングされた電気信号から前記散乱する光に起因する前記光エネルギーを除去するためのハイパスフィルタと、
該ハイパスフィルタの出力を増幅するための自動利得制御回路とからなる前記請求項１に記載のバーコードリーダー。
【請求項６】
前記デジタイザーが、前記第２の信号成形回路からの出力をデジタル出力に変換するためのアナログ−デジタル変換器からなる前記請求項１に記載のバーコードリーダー。
【請求項７】
前記デジタイザーが、更に、前記アナログ−デジタル変換器のデジタル出力から論理的な「１」値及び論理的な「０」値の一方を発生するための閾値化回路からなる前記請求項６に記載のバーコードリーダー。
【請求項８】
前記デジタイザーが、前記サンプリングされた電気信号の電圧を閾値電圧と比較して、その比較結果に基づいて、（ａ）論理的な「１」値に対応する電圧値と（ｂ）論理的な「０」値に対応する電圧値の一方を出力するための比較器からなる前記請求項１に記載のバーコードリーダー。
【請求項９】
更に、前記第２の信号成形回路からのサンプリングされた電気信号の高周波ノイズ成分を除去するための前記第２の信号成形回路と比較器の間に配置されたローパスフィルタからなる前記請求項８に記載のバーコードリーダー。
【請求項１０】
前記第２の信号成形回路が、更に、前記微分回路からでた信号を増幅するように作動可能な自動利得制御回路からなる前記請求項１に記載のバーコードリーダー。
【請求項１１】
前記デジタイザーがデジタル回路で実行するソフトウェアで実装される前記請求項１に記載のバーコードリーダー。
【請求項１２】
前記デジタイザーとデコーダが少なくとも一つの単独デジタル回路においてソフトウェアで実装される前記請求項１に記載のバーコードリーダー。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
米国特許第７３５４０００号と第７５２６１３０号は、共に譲渡され、ここに引用によって組み入れられる。
【背景技術】
【０００２】
蛍光灯や他の形式の従来の照明器具から発光ダイオード（ＬＥＤ）照明への遷移が、小売店やオフィスビルディングや倉庫や病院や民家を含む様々な環境の下で起きている。ＬＥＤ照明は、低電力消費や低ランニングコストや長寿命や他の望ましい特性のうちで高い演色効果を提供することができる。いくつかの国では、環境上の理由から、これ以上の従来の白熱電球の製造を禁止する法案が現在提出されている。
【０００３】
バーコードリーダーは、一般的には、コンビニエンスストアやスーパーマーケットなどを含む小売り環境の下で使用されている。大抵、レーザ走査バーコ−ドリーダーは、通常６５０ｎｍの波長を有するレーザビームをバーコードに亘りスイープして該バーコードから反射した光エネルギーを受光することで作動するが、その光エネルギーは処理されてバーコード信号を発生する。代表的な例では、１００Ｈｚの走査レートを用いたレーザビームは、バーコードの分解能とリード距離（バーコードからバーコードリーダーまでの距離）に基づいて、３０ｋＨｚ（キロヘルツ）から２００ｋＨｚの周波数範囲を有する信号を生成する。
【０００４】
電力消費を押さえるために、ＬＥＤ電球は、約３０ｋＨｚから１００ｋＨｚの範囲内の周波数で一般的に駆動されるが、これは多くのバーコード信号の周波数と重なっている。二つの信号タイプの周波数範囲が重なった場合、バーコードリーダーが環境光からの光エネルギーとバーコード信号からの光エネルギーを区別することは難しい。バーコードリーダーによる環境光の干渉を排除するために、ここに引用によって組み入れられる特許文献１は、２ＭＨｚ（メガヘルツ）の周波数でパルスレーザを用いてバーコードを走査し、そして、同期検出器を用いてこの周波数を、好適には他の周波数を用いずに、検出する技術を開示している。この技術は、（太陽光のような）一定の強度を有する環境光や高周波数ＬＥＤ照明からの光エネルギーを明確に取り除いている。しかしながら、バーコード信号に共通の環境光の周波数成分が存在する場合、バーコードリーダー内のデコーダは環境光をバーコード信号の一部として誤読してしまい、信号判読不良に導いてしまうこともある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第６８１１０８７号
【０００６】
更に、他の起こりうるノイズ源も、以下に記載されるように、バーコード読み取り環境において存在しうる。レーザ走査バーコ−ドリーダーは、リーダーハウジング内部の感光部品を保護するために、ガラス製又はプラスティック製（すなわち、ポリカーボネート材製又はポリメチルメタクリレート材製）の出射窓を通常有している。反射防止フィルムによりコートされてはいるものの出射窓の汚れや指紋は光学的な障害を提供し、フォトセンサーに向かって照射される明らかな散乱光となる。この光の散乱は、逆反射式のバーコードリーダーにおいてより深刻であり、そこでは出力レーザビームとリーダーによって受光される集束光ビームが同じ光路を共有している。３００乃至５００ｍｍの距離におけるバーコードからの信号強度が約０．１ｕＷ（マイクロワット）の大きさを有しているのに対し、散乱光も１ｕＷの大きさに達することがあり、それはバーコード信号の大きさの１０倍である。従って、上記の状況はバーコードリーダーが正確にバーコードを読み取ることをできなくすることとなりうる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
よって、バーコードリーダーがバーコードから反射した光エネルギーに読み取り装置の焦点を合わせ、環境光から光エネルギーを遮断することが可能となるアプローチが必要である。この遮断処理を完全にする一つのツールは、出力レーザ光のパルスレートと同じレートでサンプリングする同期検出器を用いることである。
【０００８】
既存のシステムにおいて、バーコード信号は、一般的に、同期検出が起こった直後に「１」値又は「０」値の２値に割り当てられる。同期検出を用いる装置は、一般的に、他のシステムに比べて環境光により影響を受けないが、しかし、そこからデジタルバーコード信号を取り出すことが望ましい信号エネルギーから、出射窓及び／又はハウジングから反射された光のような、内部的に散乱された光の低周波成分を取り除くことが難しい傾向を有する。
【０００９】
相当多くの低周波数成分を含む信号が増幅されると、その信号は信号処理する機器の作動範囲を超えた大きさを取得してしまうことがある。結果的に、バーコード信号成分が最終の出力信号においてつぶされてしまうこととなる。たとえ、同期検出の出力が既に最大の振幅であったとしても、ターゲットとなるバーコード信号は、低周波ノイズ成分が大きい場合には、十分に増幅され得ない。その結果、結果として生じる信号出力は論理的な「１」値又は論理的な「０」値に有効に分けられることができず、その状況はバーコードを適切に読み取ることを不可能にしてしまうことがある。
【００１０】
従って、バーコード読み取り機器においてノイズ成分を取り除くための改良されたシステムと方法の必要性が業界において存在する。
課題を解決するための手段
【００１１】
一側面によると、本発明は、バーコード読み取りのためのシステムとその方法に関連し、被選択周波数においてパルス化された光を送ってバーコードに照射し、バーコードリーダーによって受光されたバーコードからの光を電気信号に変換し、その電気信号を信号成形回路を通して送ると共に該電気信号を濾過し増幅して、それにより成形された電気信号を提供し、該成形された電気信号を上記被選択周波数においてサンプリングし、該サンプリングされた被成形電気信号からバーコードリーダーのハウジング内で散乱した光によるエネルギーを除去し、その除去工程によって発生した信号の値に基づいて論理的な「１」値及び論理的な「０」値の一方を発生し、そして、該発生工程からの出力を前記バーコードに関する情報を示すデータに解決することを含むことが可能である。
【００１２】
他の側面や特徴や利点などは、本発明の好適な実施の形態の記述を添付の図面に関連して解するときに、当業者にとって明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
本発明の様々な側面を図示するために、図面においては現在好適である形式が示されているが、しかし、発明が図示されたのと正確に同じ装置や手段に制限されるものではないと解されるべきである。
【００１４】
【図１】図１は、本願発明の実施の形態に関連する、周波数濾過と利得制御を組み合わせたバーコードリーダーのブロック図である。
【図２】図２は、本願発明の他の実施の形態に関連する、周波数濾過と利得制御を組み合わせたバーコードリーダーのブロック図である。
【図３】図３は、本願発明の別の実施の形態に関連する、周波数濾過と利得制御を組み合わせたバーコードリーダーのブロック図である。
【図４】図４は、本願発明の更に別の実施の形態に関連する、周波数濾過と利得制御を組み合わせたバーコードリーダーのブロック図である。
【図５】図５は、本願発明の一又はそれ以上の実施の形態と共に利用可能なコンピュータシステムのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下の記載において、説明のために、特定の番号や材料や構成が本発明の完全な理解を提供するために明記されている。しかし、本発明がこれらの特定の詳細がなくとも実施されうることは当業者に明らかである。ある場合には、本願発明を不明瞭にしないために周知の特徴が除外されるか、又は、単純化されることがある。更に、「一実施の形態」又は「実施の形態」のような文言に対する明細書の言及は、その実施の形態に関連して記載された特定の特徴又は構造若しくは特性が少なくとも本発明の一実施の形態に含まれていることを意味する。明細書の各所において「一実施の形態において」又は「実施の形態において」のような文言の出現は、必ずしもすべて同じ実施の形態に対し言及するものではない。
【００１６】
ここで一実施の形態において、我々は、ハイパスフィルタ又は微分回路を介して同期検出された信号を出力し、該信号から低周波数成分を除去している。他の実施の形態において、我々は、自動利得制御（ＡＧＣ）をハイパスフィルタから出てくる信号に適用し、その信号が２つの２値のうちの一つに変換される程十分に増幅する。このようにして、信号が適切に増幅された後で２値をその信号に割り振る。上記の一連の信号処理は、たとえ出射窓及び／又はハウジングから反射された内部散乱光が相当の大きさであったとしても、バーコードをうまく読み取ることを可能にすることができる。
【００１７】
以下においては、我々は、バーコードリーダー１０の検出回路において受光された光エネルギーの取り扱いの大まかな説明を提供し、それに続いて本願発明の特定の実施の形態のより詳細な説明を行う。
【００１８】
図１は、本願発明の実施の形態に関連する、周波数濾過と利得制御を組み合わせたバーコードリーダー１０のブロック図である。バーコードリーダー１０は、主バーコード回路１００と更なる信号処理回路２００を含むことができる。主バーコード回路１００は、発振器１０２、パルスレーザドライバ１０４、レーザダイオード（ＬＤ）１０６、走査ミラー１１２、ホトダイオード（ＰＤ）１１６、前置増幅器１１８、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）１２０、第１の自動利得制御回路（ＡＧＣ１）１２２及び／又は同期検出器１２４を含むことができる。ＨＰＦ１２０は、好適には、約５００ＫＨｚのカットオフ周波数を有する。同期検出器１２４は、パルスレーザドライバ１０４から出てくる信号の周波数と同じか、又は、実質的に同じである周波数を実質的に中心とした通過周波数帯域を有するバンドパスフィルタを含むことができる。このバンドパスフィルタ（図示しない）は、好適には、パルスレーザドライバ１０４から出てくる信号の周波数と同じか、又は、実質的に同じである周波数において同期検出器１２４がＡＧＣ１（１２２）からの信号をサンプリングさせるように作動可能である。同期検出器１２４は、更に、波形検出器を含むこともできる。同期検出器１２４は、また、パルスレーザドライバ１０４から出てくる信号の周波数と同じか、又は、実質的に同じである周波数において同期検出器１２４がＡＧＣ１（１２２）からの信号をサンプリングさせるように作動可能であるプロダクト検出器を含むこともできる。
【００１９】
更なる信号処理回路２００は、同様に、低周波除去回路２０４及び／又はＡＧＣ２（自動利得制御回路２）２０６を含むことが可能なフィルタ／利得回路２０２を含むことができる。更なる信号処理回路２００は、また、デジタイザー２０８及び／又はデコーダ２１０を含むことができる。低周波除去回路２０４は、約１０ＫＨｚ又はそれよりも若干少ないカットオフ周波数を有することが可能である。
【００２０】
図１は、また、出力されたパルスレーザ信号１０８とバーコード１１０と反射された信号１１４を図示している。バーコードリーダー１０の作動環境に依存して、ホトダイオード１１６において受光された光信号１１４は、一又はそれ以上のソースからの光を含んでいることがある。これらのソースは、（ａ）バーコード１１０から反射された光エネルギーと、（ｂ）バーコードリーダー１０のレンズの内面（すなわち、バーコードリーダー１０のハウジング内に位置するレンズの表面）で反射ずれした光エネルギーと、（ｃ）バーコードリーダー１０の外部からバーコードリーダー１０に入ってくる環境光エネルギーを含んでいることがある。
【００２１】
図１に示す実施の形態において、ハイパスフィルタであり得る低周波除去回路２０４は、好適には、受光した光信号１１４に存在する低周波ノイズエネルギーを抑制するように作動可能である。低周波ノイズの除去は、好適には、オーバーフロー（過電圧）状況を招くことなく、付加的な利得が受光した光信号１１４に分け与えられることを可能にする。
【００２２】
図２は、本願発明の実施の形態に関連する、周波数濾過と利得制御を組み合わせたバーコードリーダー１０のブロック図である。簡潔にするために、図２の以下の説明は、図１の実施の形態の説明における上記のすべての部品の詳述を繰り返さないこととする。かわりに、以下は図１の実施の形態とは異なる図２の実施の形態の各部を説明する。図２の実施の形態において、図１の実施の形態のデジタイザー２０８は、図２のデジタイザー回路２２２に置き換えることが可能である。デジタイザー回路２２２は、ローパスフィルタ２２４及び／又は比較器２２６を含むことができるが、それらは一緒に出力としての二値化信号２２８を提供することが可能である。ローパスフィルタ２２４は、約６０ＫＨｚのカットオフ周波数を有することが可能である。
【００２３】
図２の実施の形態において、第２のＨＰＦ２０４は、好適には、同期検出器１２４からの信号出力を受信すると共に、好適には、その受信された信号から低周波光エネルギーを除去する。低周波光エネルギーは出射窓１２６（図２）からバーコードリーダー１０の内部に向かって散乱された光により発生されるか、又は、散乱光線が窓１２６以外の表面により発生するので、低周波光エネルギーの除去は当初ＨＰＦ２（２０４）に入る光信号の全体的な大きさを相当減少させることがある。
【００２４】
ＡＧＣ２回路２０６の制限された利得容量に鑑み、リアルなバーコード信号のための動的利得レンジは、はるかに広範囲であることが望ましい。我々は、レーザダイオード１０６が２ＭＨｚでパルス駆動される場合を考える。第１のＨＰＦ１２０は、約２ＭＨｚに設定されたカットオフ周波数を有することができる。しかし、ＨＰＦ２（２０４）である第２のＨＰＦは、一般的に２ＭＨｚよりもはるかに小さい、オフセット変動に整合するカットオフ周波数を有することが可能である。別に述べると、ＨＰＦ２（２０４）は、そこを通過する光信号のエネルギーのパルス信号成分を除去すると言うよりむしろ、好適には、散乱から光りエネルギーを除去することに関連する。従って、ＨＰＦ２（２０４）のカットオフ周波数は、実質的に散乱光エネルギーの大部分の周波数に設定されることが可能であるが、この散乱光エネルギーは２ＭＨｚのパルス信号周波数よりも実質的に小さいと予想される。
【００２５】
この実施の形態において、ＡＧＣ２（２０６）からの出力は、好適には、２つの経路に分けられて、第１の信号通路（図２に示された２つの信号線のうちの上位の線）が比較器２０６に向かって直接行き、第２の信号通路はそこで濾過されるべくＬＰＦ２２４に向かっている。ＬＰＦ２２４に送られた信号は、ＬＰＦ２２４においてローパスフィルタされて、比較器２２６内で使用される閾値電圧として役立つことがあるＡＧＣ２（２０６）からの出力の直流（ＤＣ）成分を発生する。比較器２２６内で、ＡＧＣ２（２０６）からの信号の信号電圧がＬＰＦ２２４からの閾値電圧よりも高い場合には、比較器２２６の出力は論理値「１」に対応する電圧に設定される。他の場合には、比較器２２６の出力は、好適には、論理値「０」に対応する電圧に設定される。
【００２６】
更に図２に関連して、我々は、引用番号２２０で示された点線によって囲まれた各機器が一又はそれ以上のアナログＡＳＩＣ回路上に実装可能であることを特に記述する。
【００２７】
図３は、本願発明の実施の形態に関連する、周波数濾過と利得制御を組み合わせたバーコードリーダー１０のブロック図である。図３の実施の形態において、検出器１２４から出てきた信号から低周波数光エネルギーを除去する機能は、従来のハイパスフィルタに変わって、共通に譲渡された特許である（ａ）米国特許第７３５４０００号と（ｂ）米国特許第７５２６１３０号に開示されたような、微分回路２３２によって提供されることも可能である。
【００２８】
上記特許に開示された回路においては、微分回路は前置増幅器の直後に配置されており、電気信号から、環境光エネルギーに起因する信号成分を除去するように構成されている。しかしながら、本願の場合、微分回路２３２は、好適には、検出器１２４からの出力を受信するように配置されている。同期検出器１２４は、好適には、たとえば、バーコードリーダー１０の外部の周囲の環境において高周波駆動ＬＥＤ電球によって導入される高周波エネルギーのような高周波環境光エネルギーを除去するように作動可能である。一方、微分回路２３２は、好適には、窓１２６及び／又はバーコードリーダー１０のハウジング内の他の表面からの光の散乱に起因する光エネルギー（これに限定されるわけではない）を含む検出器１２４から出てきた信号の低周波成分を除去するように作動可能である。
【００２９】
一度信号が微分回路２３２から出ると、回路機器２０６、２０８、２１０は、好適に、図１の実施の形態に関連して上記に記載された方法でほとんど作動する。従って、回路機器２０６、２０８、２１０の作動の説明はこの部分においてこれ以上行わない。
【００３０】
更に図３に関連して、我々は、引用番号２３０で示された点線によって囲まれた各機器が一又はそれ以上のアナログＡＳＩＣ回路上に実装可能であることを特に記述する。
【００３１】
図４は、本願発明の実施の形態に関連する、周波数濾過と利得制御を組み合わせたバーコードリーダー１０のブロック図である。我々は、点線２４０で囲まれた回路が一又はそれ以上のアナログＡＳＩＣ回路上に実装可能であることを特に記述する。図４の実施の形態において、デコーダ２１０の構造と実装に関して適切なマイクロプロセッサが選択された場合には、デジタイジング機能はデコーダ２１０内で行うことが可能である。ＡＧＣ２回路２０６は、アナログ信号をデコーダ２１０に対して出力することができる。アナログ−デジタル変換後、アナログＡＳＩＣ２４０内でアナログ電圧レベルを比較するよりむしろ、デコーダ２１０内においてソフトウェアで閾値処理が行われる。
【００３２】
図５は、本願発明の一又はそれ以上の実施の形態の利用に適用可能なコンピュータシステム５００のブロック図である。中央処理装置（ＣＰＵ）４０２はバス５０４に連結されることができる。更に、バス５０４はランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）５０６とリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）５０８と入出力（Ｉ／Ｏ）アダプタ５１０と通信アダプタ５２２とユーザーインタフェースアダプタ５１６と表示アダプタ５１８と連結されることができる。
【００３３】
実施の形態において、ＲＡＭ５０６及び／又はＲＯＭ５０８は、ユーザーデータ、システムデータ及び／又はプログラムを保持することが可能である。Ｉ／Ｏアダプタ５１０は、ハードディスクドライブ５１２のような記憶デバイス又は（図示しない）ＣＤ−ＲＯＭ若しくは他の大容量記憶デバイスをコンピュータシステム５００に接続することができる。通信アダプタ５２２は、コンピュータシステム５００をローカルネットワーク又は広域ネットワーク若しくはグローバルネットワーク５２４に連結することが可能である。ユーザーインタフェースアダプタ５１６は、キーボード５２６やスキャナ及び／又はポインティングデバイス５１４のようなユーザー入力機器をコンピュータシステム５００に連結することが可能である。その上、表示アダプタ５１８はＣＰＵ５０２によって駆動され、表示機器５２０上の表示を制御することが可能である。
【００３４】
この文書において今までに記載された及び／又は以後記載される方法と装置が、標準的なデジタル回路、アナログ回路、ソフトウェア及び／又はファームウェアプログラムを実行するように作動可能ないずれか公知のプロセッサ、プログラム可能なデジタル機器又はシステム、プログラム可能なアレイ論理機器又はそれらの組み合わせのような公知の技術のいずれかを用いて達成されうることが特に記載される。本発明の一又はそれ以上の実施の形態は、また、適切な記録媒体への記録により及び処理装置による実行によりソフトウェアプログラムによっても実施されうる。
【００３５】
ここに本発明が特定の実施の形態に関連して説明されてきたが、それらの実施の形態は本願発明の原理や応用を単に例示するものであることを理解すべきである。従って、例示の実施の形態に対する数多くの改作が行われうること、及び、以下の特許請求の範囲によって定められる本願発明の範囲や精神から逸脱しない限り、他の装置も工夫されうることを理解すべきである。
【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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