专利名称：光学信息读取装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及在光学上读取具有光反射率不同的部分的读取对象的信息，输出表示该读取对象的信息的代码数据的光学信息处理装置，特别是涉及适合于读取条形码的条形码读出器的光学信息读取装置。
背景技术：
一般，作为条形码读出器等的光学信息读取装置，广泛采用使用发光二极管(LED)作为光源，使用CCD摄象传感器作为光敏元件，进行光电变换，处理变换的电信号的装置；以激光为光源，接收它的反射光，进行光电变换，处理该电信号的装置。
这些光学信息读取装置一般如图43所示那样构成。即该光学信息读取装置100由具有LED或半导体激光等光源的发光部101、基于CCD摄象传感器的光敏部102、信号处理部103构成。
而且，通过发光部101，向具有条形码记号201等光反射率不同的部分的读取对象200投射光，光敏部102接收来自该读取对象200的反射光，进行光电变换，信号处理部103处理该电信号，识别条形码等的信息，把该代码数据向个人电脑的主机装置300发送。
该信号处理部103由放大电路104、双值化处理电路105、译码器106、接口107构成。而且，以往一般从放大电路104到双值化处理电路105对信号进行模拟处理，在译码器106、接口107中，进行数字处理。
而且，用译码器106识别条形码，变换为代码数据，把该数据通过接口107向主机装置300发送。
作为这样的光学信息读取装置，例如有特开平6-187480号公报中那样使用LED作为发光部101的光源，对光敏部102使用CCD摄象传感器的装置。
此外，同样作为对光敏部使用CCD摄象传感器的光学信息读取装置，有如特开平6-195496号公报那样处理用光敏部进行了光电变换后的电信号的信号处理部即演算电路部，它包含对数放大器、限幅信号发生电路和比较电路，并一边维持宽的动态范围特性，一边能进行适应过渡或瞬时的外部干扰光的变化的控制，读取正确的光学信息。
或者，例如有特开平11-259592号公报那样使用半导体激光那样的激光光源作为发光部的光源的光学信息读取装置，但是在该光学信息读取装置中，用光敏部进行了光电变换之后的信号处理是使用放大电路和双值化处理电路进行模拟处理，用此后的译码器和接口进行数字处理。
可是，在这样的以往的光学信息读取装置的信号处理中存在以下的问题。
①伴随着放大率和温度变化等，在处理性能中任意发生偏移。
②当对由双值化处理电路双值化的信号进行模拟处理时，由于元件的偏移，在处理性能中容易产生偏移。
③包含以往的这种处理电路的光学信息读取装置的零件数多，在质量的精度上也发生偏移，存在比较大型、并且成本升高的倾向。
发明内容
本发明是为了解决所述问题而提出的，其目的在于提高上述光学信息读取装置的信号处理性能，提高读取对象的条形码记号等的信息读取可靠性，并且实现读取装置的小型化和成本下降。
作为其具体的项目，其目的如下。
①不被放大率和温度变化等变动原因影响，消除信号处理性能的偏移。
②减少处理电路的元件数，消除处理性能的偏移。
③不被读取对象的条形码记号等的印刷质量(浓淡等)影响，提高读取性能。
④谋求光学信息读取装置自身的小型化和制造成本的下降。
⑤通过采用新的演算处理电路(多目的处理电路)，能容易选择各种数字处理。
⑥谋求演算处理电路部分的低电压和低耗电。
本发明为了实现所述目的，提供了一种光学信息读取装置，包括用于照射具有光反射率不同的部分的读取对象的光照射部件；用于使来自所述读取对象的反射光在受光位置成象的光学系统；配置在所述受光位置，对基于所述反射光的光象进行光电变换，输出电信号的光电变换部件；对从该部件输出的电信号进行演算处理，输出表示所述读取对象的信息的代码数据的演算处理部件。所述演算处理部件采用以下结构。
即所述演算处理部件把以下的(a)到(d)集成设置到一个衬底上，形成多目的处理电路。
(a)把所述电信号变换为数字信号的数据变换部；(b)对由该数据变换部变换的数字信号进行演算处理，生成表示所述读取对象的信息的代码数据的数字信号演算处理部；(c)存储由该数字信号演算处理部生成的代码数据的输入存储部；(d)控制所述光照射部件、光电变换部件、数据变换部、数字信号演算处理部、输入存储部的各动作定时的定时控制部。
在所述多目的处理电路中也可以包含统一控制所述演算处理部件的各部的中央演算部(CPU)，集成形成在一个衬底上。
所述光学信息读取装置的数字信号演算处理部能由以下部分构成对由所述数字变换部变换的数字信号进行演算处理的第一演算处理部；从由该第一演算处理部处理的数据生成表示所述读取对象的信息的代码数据的第二演算处理部；修正由该第二演算处理部生成的代码数据的数据修正部。
此外，用积分电路构成所述第一演算处理部的处理电路，用微分电路和双值化电路构成所述第二演算处理部的处理电路。
这时，在所述第一演算处理部和所述第二演算处理部至少一方设置以下的①～⑥中的一个以上部件。
①所述第二演算处理部的微分电路的微分时间(Δt)的可变部件；②除去或降低噪声的部件；③使基于缓存器选择的合计数据的差为最小的部件；④通过与模拟信号的比较，除去噪声成分的部件；⑤消去任意的脉冲宽度以下的双值数据的部件；⑥强制把给定长度以上连续的高电平(“H”)的双值数据复位的部件。
或者，用移动平均电路构成所述第一演算处理部的处理电路，由双值化电路构成所述第二演算处理部的处理电路。
这时，在所述第一演算处理部中设置以下的(1)～(10)中的一个以上部件。
(1)移动平均采样宽度的变更部件；(2)取得负载移动平均的部件；(3)把移动平均电路二分化的部件；(4)负载移动平均的负载量变更部件；(5)负载移动平均的频率响应变更部件；(6)移动平均采样数据内的最大值或最小值选择部件；(7)移动平均采样数据的减少部件；(8)移动平均采样数据的内插部件；(9)从低频成分合计减去负载移动平均的高频成分合计的部件；(10)使负载移动平均的M(除的总数)变化的部件。
在以往的光学信息读取装置，连双值化处理(把条形码记号的黑白等浓淡印刷数据变换为“1”、“0”的数字信号)都用模拟处理，而在本发明的光学信息读取装置中，通过只对一部分进行光电变换的电信号的模拟处理，从A/D变换到双值化处理、译码、接口处理都用形成在单一衬底上的多目的处理电路进行数字化处理，实现所述目的。
须指出的是，本发明的“衬底”不仅是印刷电路板的衬底，还包含形成半导体集成电路(IC或LSI)的半导体衬底。
下面简要说明附图。
图1是表示对发光部使用LED的本发明的光学信息读取装置一例的侧剖视概略图。
图2是表示对发光部使用激光光源的本发明的光学信息读取装置一例的平剖视概略图。
图3是表示基于本发明的图1所示的光学信息读取装置中的信号处理部的整体结构例的框图。
图4是表示图3的多目的处理电路部的内部结构的框图。
图5是表示图4的数字信号演算处理部(DSCU)的结构例的框图。
图6是表示图5的第一演算处理部的具体结构例的框图。
图7是表示图5的第二演算处理部的具体结构例的框图。
图8是表示图5的复位部的具体结构例的框图。
图9是表示图5的数据修正部的具体结构例的框图。
图10是表示图5的噪声减小部的具体结构例的框图。
图11是表示图4的数字信号演算处理部(DSCU)的其他结构例的框图。
图12是用于微分式的图。
图13是表示高通滤波器的线图。
图14是表示设置低通滤波器作为图11的噪声滤波器时的模拟条形码数据和把它双值化的数据的波形图。
图15表示该低通滤波器的特性的线图。
图16是表示合成了图13的高通滤波器和图15的低通滤波器的特性的特性的线图。
图17是低通滤波部的低通输出调整的概念图。
图18是表示基于图11的数据修正部的条形码双值化数据的修正例的波形图。
图19是表示基于图10所示的噪声减小部的噪声除去例的波形图。
图20是表示基于图8所示的复位部的条形码双值化数据的强制复位的例子的波形图。
图21是表示本发明的光学信息读取装置的其他实施例的多目的处理电路部的数字信号处理部的第一演算处理部和第二演算处理部的基本电路结构的框图。
图22是表示使用其它移动平均电路生成条形码双值化数据时的原始信号(输入信号)和移动平均相乘的信号和条形码双值化数据的关系的波形图。
图23是表示单纯移动平均的原理的结构框图。
图24是表示负载移动平均的原理的结构框图。
图25是表示谋求图21所示的实施例的第一演算处理部的功能提高的离子的框图。
图26是采用负载移动平均方式时的负载量变化前的输入信号和把它与负载移动平均相乘的信号的波形图。
图27是负载量变化后的输入信号和把它与负载移动平均相乘的信号的波形图。
图28是采用负载移动平均方式时的频率特性变更前输入信号和把它与负载移动平均相乘的信号的波形图。
图29是频率特性变更后输入信号和把它与负载移动平均相乘的信号的波形图。
图30是采用负载移动平均方式时，附加了采样数据内的最大值/最小值选择功能时的输入数据与负载移动平均相乘的信号的最大值电路的波形图。
图31是输入数据与负载移动平均相乘的信号的最小值电路的波形图。
图32用于说明采样数据减少功能的概念图。
图33用于说明采样数据内插功能的线图。
图34是表示当附加了从低频成分合计减去负载移动平均方式的高频成分合计时，增加高负载级时的原始信号和把它与负载移动平均相乘的信号的波形图。
图35是表示减少高负载级时的原始信号和把它与负载移动平均相乘的信号的波形图。
图36是表示使负载移动平均的M(除去的总数)变化时的输入数据与负载移动平均相乘的信号的波形图。
图37是用于说明本发明的对于放大率变动的效果的放大率大时的条形码数据和条形码双值化数据的波形图。
图38是放大率小时的波形图。
图39是用于说明本发明的对于温度变化的效果的高温时条形码数据和条形码双值化数据的波形图。
图40是低温时的波形图。
图41是用于说明本发明的不被条形码记号的印刷质量影响的效果的印刷浓度淡时的条形码数据和条形码双值化数据的波形图。
图42是印刷浓度浓时的波形图。
图43是表示以往的光学信息读取装置的结构例的框图。
具体实施例方式
下面，参照附图具体说明本发明的光学信息读取装置实施例。
图1是表示本发明的读取条形码记号的光学信息读取装置一例的侧剖视概略图，作为发光部的光源使用发光二极管(LED)。本光学信息读取装置在具有开口的顶端部折弯的这种形状的箱1内设置有作为光投射部件的光源即LED2、反射镜3、狭缝4、透镜等的成象光学系统5、光电变换部件的光敏元件(CCD摄象传感器)6和信号处理部7。
而且，LED2配置在靠近箱1的顶端开口部的位置，直接向读取对象200的具有光反射率不同的部分的条形码记号201投射光。反射镜3配置在箱1内的折弯部附近，接收基于LED2的投射光的来自条形码记号201的反射光，使其偏转，通过狭缝4入射到成象光学系统5上。成象光学系统5把条形码记号201的像在光敏元件6的受光面上成象。基于CCD摄象传感器的光敏元件6把该像的浓淡变换为电信号，向信号处理部7输入。
信号处理部7由模拟处理部7a和数字处理部7b构成，对由光敏元件6进行光电变换的电信号进行模拟处理和数字处理，识别条形码记号，把该代码数据向主机装置传输。
该光学信息读取装置的信号处理部7与所述以往的信号处理部不同，具有如下特征把放大由光敏元件6光电变换的电信号的放大电路、把该模拟的电信号变换为数字信号的A/D变换部的一部分作为模拟处理部7a而构成，使用形成在单一衬底上的多目的处理电路，把剩下A/D变换部、双值化处理部、译码器和接口的处理电路作为数字处理部7b而构成。
该单一衬底可以是印刷电路板的衬底，也可以是构成半导体集成电路(IC或LSI)的半导体衬底。
图2是表示对光投射部件的发光部光源使用激光光源的本发明的光学信息读取装置的其他例子的平剖视概略图。本光学信息读取装置如果从侧面观察，则与图1所示的箱1同样，在顶端部折弯的形状的箱1’内的顶端部附近，设置通过半导体激光的发光而通过准直透镜和狭缝出射激光束的激光光源8、反射镜3a、摇动反射镜3b、折返反射镜3c、包含光敏元件的受光部件9a、9b，在箱1内的后方设置信号处理部7’。
而且，从激光光源8出射的激光束通过反射镜3a，由摇动反射镜3b反射，通过摇动反射镜3b的摇动，使该激光束扫描，通过折返反射镜3c，用该激光束扫描未图示的读取对象的条形码记号。由受光部件9a、9b接收来自该条形码记号的反射光，进行光电变换，把该电模拟信号输入到信号处理部7’中。
该信号处理部7’与图1所示的信号处理部7同样，由模拟处理部7a’和数字处理部7b’构成，对由光敏元件6光电变换的电信号进行模拟处理和数字处理，识别条形码记号，把该代码信息传输给微型计算机等主机装置。
模拟处理部7a’、数字处理部7b’的结构和功能也与图1所示的信号处理部7的模拟处理部7a以及数字处理部7b同样。
图3是表示本发明的图1所示的光学信息读取装置的信号处理部7的整体结构例的框图，图4是表示该多目的处理电路部11的内部结构的框图。该多目的处理电路部10把以下说明的各部集成设置在单一衬底上，形成单一的印刷电路板或半导体集成电路。
首先，说明图4所示的多目的处理电路部10的结构。该多目的处理电路部10以中央演算部(CPU)11为中心，由定时控制部12、基于A/D转换电路的数据变换部(ADC)13、数字信号演算处理部(Digital Signal Calculation UnitDSCU)17、输入存储部20、SRAM(A)21和SRAM(B)22和用于CPU11的工作的SRAM(C)23、与CPU11连接并输入输出或管理各特性和数据的监控定时器24、在时间上监视和指令各动能的动作的可编程定时器25、接口即UART(非同步串行通信用收发电路)26、串行接口(SCI)27、调试用串口(DSCI)28、接口(WEDGE)29、通用的I/O端口(GPIO)30、时钟脉冲发生部(OSC)31、缓存器群40、41构成。而且，这些电路集成形成在一个衬底上。
数字信号演算处理部(DSCU)17由积分电路即第一演算处理部14、微分电路和双值化电路即第二演算处理部15、数据修正部16构成。此外，输入存储部20由SRAM用控制部18和SRAM用计数部19构成。
在该多目的处理电路部10中，如图3所示，连接各种外部电路。参照图3和图4，通过定时控制部12控制投光用的LED2和CCD摄象传感器6，由该CCD摄象传感器6光电变换的模拟电信号通过滤波器42、放大电路43、调整电路44输入到数据变换部13中。
在通用的I/O端口(GPIO)30中连接着蜂鸣器38和确认用LED39。
在图4所示的中央演算部11上，通过分别由粗线、中细线、细线表示的数据总线、地址总线、控制总线构成的CPU总线45，连接内部的定时控制部12、缓存器群40、41、SRAM21、22、23、监控定时器(WDT)24、可编程定时器25、各接口26～29、I/O端口(GPIO)30，并且也连接外部的FROM47和高速USB(通用串行总线)46。
而且，在接口即UART26上连接驱动CMOS32和RS-232-C48的RS-232-C驱动部33，在串行接口(SCI)27上连接低速USB34和OCIA(光学耦合接口适配器)35，在接口(WEDGE)29上连接个人电脑(PC)36和键盘(KB)37。
下面，说明构成图4所示的多目的处理电路部10的各构成要素的细节。
中央演算部CPU11是Z80的二进制互换的高速CPU，特别是为了高速化，把总线周期从4时钟变更为2时钟，工作频率也高速化，以最大25MHz工作。
定时控制部12是进行CCD摄象传感器6、把来自该CCD摄象传感器6的模拟信号变换为数字信号的数据变换部(ADC)13、对来自该数据变换部13的信号进行演算处理的第一演算处理部14和第二演算处理部15、输入存储部20的定时控制的定时发生器。须指出的是，在使用激光的光学信息读取装置中，使激光扫描的摇动反射镜、A/D转换部、处理来自该A/D转换部的演算处理部、控制输入存储等工作的定时控制部相当于该定时控制部12。
多目的处理电路部10的核心部即最具特征的构成要素是由第一演算处理部14、第二演算处理部15和数据修正部16构成的数字信号演算处理部(以下，称作“DSCU”)17。
该DSCU17是通过数据变换部13，从条形码数据生成条形码双值化数据的部分，这里，说明对第一演算处理部14使用积分电路，对第二演算处理部15使用微分电路的例子。可是，作为该DSCU17，按照光学信息读取装置的处理性能的偏移程度、处理速度、低耗电化等需求或目的，通过移动平均电路或FIR(有限脉冲响应)数字滤波器、IIR(无限脉冲响应)，任意选择采用从条形码数据生成条形码双值化数据的电路等各种电路。
在该DSCU17中，用第一演算处理部14对由数据变换部13把CCD摄象传感器6的输出信号进行A/D转换的数据积分，用第二演算处理部把该积分数据微分，求出差分，通过把差分与给定的限幅电平比较，生成条形码双值化数据。对于生成的条形码双值化数据，通过数据修正部16进行修正，进行噪声对策，对输入存储部20输出修正后的条形码双值化数据。
以后说明该DSCU17的细节。
输入存储部(input capture)20具有从DSCU17输入条形码双值化数据并存储的功能，由调整SRAM的地址的SRAM用控制部8、把计测的数据写入SRAM中的定时发生器即SRAM计数部19构成，DSCU17的TTL修正部16每一定时间取入修正的数据，把取入的数据在各存储器中自动展开。
数据取入用存储器有SRAM(A)21和SRAM(B)22，在取入动作时交替使用。CPU11无法访问正在进行取入动作的存储器。因此，在对SRAM22进行取入动作时，CPU11无法访问该SRAM22，但是能自由访问未在进行取入动作的SRAM21。该SRAM21和SRAM22是存储条形码双值化数据的区域。
SRAM(C)23在中央演算部CPU11工作时使用。是地址D000h～DFFFh的约4K字节。
监视定时器(WDT)24是用时间监视异常值的定时器，输入输出各特性和数据，此外管理这时的异常值。
可编程定时器25由能设定频率的16位的定时器和用于蜂鸣器并且能设定频率和占空比的8位定时器构成。
UART(非同步串行通信收发电路)26是图3所示的CMOS32和RS-232-C驱动部33的接口，是16550互换的UART。
串行接口(SCI)27是图3所示的低速USB调整部34和OCIA(光学耦合接口适配器)35的接口，是3线式的同步串行接口。而且，在连接基于例如NCE制造的USB功能控制器(UPD789800)的低速USB调整部34和OCIA35时使用。
调试用串行接口(DSCI)28是调试用的串行控制器，把内部的数字信号演算处理部(DSCU)17的演算处理或与此同步的数据串行输出。该输出数据由外部的D/A转换电路转换为模拟信号，用于在外部观测多目的处理电路部10内的DSCU17的限幅状态。
接口(WEDGE)29是用于连接到图3所示的外部PC(个人电脑)36和KB(键盘)37上的接口。
I/O端口(GPIO)30是连接在图3所示的蜂鸣器38和确认用LED上的通用的I/O端口。
这里，根据图5～图10说明图4所示的多目的处理电路部10内的数字信号演算处理部(DSCU)17的细节。
首先，图5表示该DSCU17整体的结构例。该DSCU17除了图4所示的第一演算处理部14、第二演算处理部15和数据修正部16，以图4中未表示的复位部53和噪声减小部55为主要构成要素。
下面，参照图6～图10说明各部分的具体构成例。
首先，第一演算处理部14如图6所示构成积分电路，输入从数据变换部13发来的数字数据，把它通过移位寄存器58发送给用于设定电平的电平缓存器59、59’、用于提供偏移量的偏移量缓存器60。经过电平缓存器59、59’的数据由积分器63积分。而发送给偏移量缓存器60的数据经过移位寄存器61、电平缓存器62、62’，由积分器64积分。由积分器63、64积分的数据向第二演算处理部15的后面描述的微分演算器65输出。
该第一演算处理部14具有数据P-P检测部56。而且，移位寄存器58的数据通过该数据P-P检测部56的数据P-P检测部75检测峰·峰值，把该数据发送给比较器76，因此，与条形码双值化数据生成时的模拟电平的数据比较，生成FF复位信号，发送给数据修正部16的后面描述的多个掩码选择部。
第二演算处理部15如图7所示构成微分电路。而且，把来自第一演算处理部14的各积分器63、64的积分数据输入微分演算器65中，进行微分演算。通过峰值检测器66检测该微分数据的峰值，把结果发送给FF(双稳态多谐振荡器电路)68。
而来自微分演算器65的微分数据被比较器67取入。该比较器67把该微分数据和高限幅电平的信号以及低限幅电平的信号比较，把比较结果向FF68输出。
FF68根据来自比较器67的比较结果和来自峰值检测器66的峰值的数据，生成条形码双值化数据，把它向复位部53和数据修正部16的后面描述的计数器73输出。
复位部53如图8所示由计数器71和比较器72构成，假定从FF68输入的条形码双值化数据保持高电平“H”的状态，当该状态超过设定的时间时，强制变更(复位)为“L”，该数据返回第二演算处理部15的FF68。当不超过设定的时间时，向数据修正部16的后面描述的FF78发送该条形码双值化数据。
数据修正部16按图9所示构成，通过计数器把来自第二演算处理部15的FF68的条形码双值化数据取入检测器74中，并且取入来自第一演算处理部14的数据P-P检测部56的FF复位信号，经由多个掩码77和多个FF78，把在条形码双值化数据的模拟电平未达到预先设定的值的状态下生成的部分的高电平数据修正为低电平数据。这样由数据修正部16修正的条形码双值化数据向噪声减小部55发送。
噪声减小部55如图10所示，由缘端检测器79、计数器80和比较器81构成。各缘端检测器79检测从数据修正部16发送的条形码双值化数据的脉冲宽度，向计数器80发送。而且，通过比较器81，把该计数器80的计数值与预先设定的脉冲宽度设定值比较，消去设定值以下的脉冲宽度的数据。把这样修正的条形码双值化数据向图4所示的输入存储部20发送。
下面，参照图11说明数字信号演算处理部的其他结构例。在图11中，对与图5～图10所示的各部对应的部分付与同一符号。此外，对于这些公共部分的大部分省略或简化了图示。
该图11所示的数字信号演算处理部由使用积分电路的第一演算处理部14、使用微分电路的第二演算处理部15、数据修正部16和噪声减小部55构成。
而且，第一演算处理部14除了图6所示的各部分，还具有噪声滤波器83和移位寄存器58，对于来自图4的数据变换部13的输入数据，消除AC成分，只剩下信号沿的倾斜部分，把该数据向第二演算处理部15和数据修正部16发送。
基于微分电路的第二演算处理部15具有比较部67、JK·FF68，在达到由第一演算处理部14生成的数据的上限或下限的地方，分别输出反向的数据。它变为条形码双值化数据。
即用比较部67把来自第一演算处理部14的数据与上限值的高限幅电平以及下限值的低限幅电平比较，按照比较结果，如果变为上限值以上，就为高电平，如果为下限值以下，就为低电平，通过JK·FF68，进行条形码双值化数据信号的反向。使高限幅电平和低限幅电平之间具有滞后，维持以前的状态。
这时的微分式通过图12所示的Δt、Δd、Xn、Xn-1，由以下表达式表示。
Δd/Δt＝(Xn-Xn-1)/{n-(n-1)}此外，这时的采样电路和微分电路的基本结构与图6以及图7所示的第一演算处理部14以及第二演算处理部15同样，但是相关的结构存在容易取得数据噪声的倾向，所以通过附加以下的功能，借此解码能力明显得到提高。
①第二演算处理部15的微分电路的微分时间(Δt)的可变功能；②除去或减少噪声的功能；③使基于缓存器选择的合计数据的差为最小的功能；④与模拟信号比较，除去噪声成分的功能；⑤消去任意的脉冲宽度以下的双值数据的功能；⑥强制把给定长度以上连续的高电平的双值数据复位的功能。
关于①的微分时间(Δt)的可变功能，为了成为与向第一演算处理部14的输入数据对应的频率特性，在第一演算处理部14和第二演算部15之间把缓存器分别设置为2级结构，能选择从前级到后级的时间(Δt)。
据此，整体的滤波器特性成为组合噪声滤波器83的特性和基于所述微分时间(Δt)的可变的高通滤波器的特性的特性，成为带通滤波器的功能。该高通滤波器的特性变为图13所示，通带频率以Δt变化。
关于②的与噪声对应的功能，如果噪声的倾向大，就在第二演算处理部15能成为检测的对象，所以作为图11的噪声滤波器83，在移位寄存器58之前设置低通滤波器。
结果，如图14(a)所示，在模拟状态下，出现噪声，但是如图(b)所示，当为条形码双值化数据时，完全不出现噪声部分，可知模拟噪声的影响在条形码双值化数据中不发生。
这时的噪声滤波器83的特性如图15所示，通带频率以构成噪声滤波器的缓存器的个数变化。输入波形的倾斜变小，但是它能用时间宽度的调节功能对应。这样，通过使图11的噪声滤波器83的频率特性可变，能与各种噪声对应。
因此，如果合成所述①的高通滤波器的特性(图13)和②的低通滤波器的特性(图15)，就取得具有图16所示的可变通带的带通滤波器的特性。
关于③的使基于缓存器选择的合计数据的差为最小的功能，在上述的低通滤波部中，由以下合计计算式计算合计数据。
G(n)＝∑(n-k)这时，由于系数k，在合计值中容易产生偏移，在该状态下，也影响微分演算(图7的微分演算器65)的值，每次改变系数，必须大幅度变更图11的第二演算处理部15的高限幅电平和低限幅电平。因此，对于该系数，为n倍的结构。这时的基准为最大合计数的位宽度。
根据相关结构，对于系数，合计输出值的差减小，没必要变更限幅电平。这时的低通输出的调整如图17所示，进行左移。
关于④的通过与模拟信号的比较而除去或减少噪声的功能，在条形码双值化数据中残留着很多无法由带通滤波器(通带限制滤波器)除去的噪声，从而需要除去输入数据电平低的数据波形的功能。因此，如图11所示的数据修正部16那样，在选择部84用比较掩码选择来自第一演算处理部14的数据和来自外部的数据消去电平，用掩码电路85进行屏蔽，向移位缓存器78’(相当于把图9的FF78连接为多级的电路)发送。
这里，条形码双值化数据是高电平，但是输入数据电平低的部分(与设定值比较)判断为噪声，使条形码双值化数据的波形为低电平。通过与模拟的输入数据的比较，形成条形码双值化数据的波形图变为图18所示。即在这样的状态下，如果对条形码双值化数据(图18中，简称为BBD)整形，则变为第四级的波形(整形前的BBD)。对于该波形，与输入数据的电平比较，如果消取一定电平以下的数据，就成为第三级的波形。
关于⑤的消去任意的脉冲宽度以下的TTL的功能，由图10所示的噪声减少部55的结构实现。这里，输入电平高的噪声输出到条形码双值化数据中，所以具有根据任意的脉冲宽度设定值，消去由比较器81设定的脉冲宽度以下的数据的功能。
此外，设定脉冲宽度以下的条形码双值化数据保持在变化前的电平，据此，几乎能除去读入粗的条形码时取入的细的噪声。如果把它图示，则变为图19所示。该图19的(a)是整形前的条形码双值化数据的波形。而如果不计算设定脉冲宽度以下的数据，就变为图9的(b)所示的整形后的波形。
下面，是关于⑥的强制把一定长度以上连续保持高电平“H”的数据复位的功能，但是，它由图8所示的复位部53进行。虽然是微分电路的特征之一，但是在噪声中，倾斜急的噪声的输出数据电平提高。如果达到图7所示的高限幅电平(上限阈值)，则TTL波形变为高，在变为低限幅电平(下限阈值)之前不复原。可是，如果因为噪声，没有到达低限幅电平之前的倾斜，则在变为数据部之前，保持高。
因此，附加了经过一定的时间时，强制变为低电平的功能。据此，在基于图9所示的数据修正部16的检测部74的检测数据中没有噪声的影响。如果把它图示，则如图20所示。在图20中，(a)是包含噪声成分的数据的波形，(b)是表示该微分数据的波形和高限幅电平(上限阈值)以及低限幅电平(下限阈值)的关系，(c)表示整形前的条形码双值化数据(BBD)的波形，(d)表示整形后的条形码双值化数据的波形。
下面，说明使用图5的第一演算处理部14的移动平均电路的实施例。
移动平均电路部基本上具有低通滤波器的功能，所以具有除去小的频率成分的噪声，使波形平滑的特性。
图21是表示相当于光学信息读取装置的多目的处理电路部的图5所示的数字信号演算处理部的第一演算处理部14、第二演算处理部15的部分的基本电路结构的框图。
本实施例在数字信号演算处理部17中，基于积分电路的第一演算处理部14置换为基于移动平均电路的第一演算处理部140，把基于微分电路的第二演算处理部15置换为基于双值化电路的第二演算处理部150，数字信号演算处理部(DSCU)的其他部分与所述实施例的数字信号演算处理部(DSCU)17相同。
图21所示的第一演算处理部140构成移动平均电路，具有缓存器选择功能，由多个缓存器即双稳态多谐振荡器电路(FF)91和多个选择部92、93以及USB(加法器)94构成。
第二演算处理部150构成双值化电路，由比较部67、JK与FF68构成，为省略了图7所示的第二演算处理部15的微分演算器65和峰值检测器66的结构。
通过图21所示的第一演算处理部140和第二演算处理部150，使用移动平均电路生成条形码双值化数据时的原始信号(输入信号)OR、把它乘以移动平均的信号MA、条形码双值化数据的关系变为图22所示。即比较在输入信号的波形乘以移动平均的信号和输入信号，当输入数据＞移动平均数据时，TTL为高电平，当输入数据＜移动平均数据时，TTL为低电平。
关于移动平均的相乘方法，有几种，但是在本实施例中，使用单纯移动平均和负载移动平均，所以就此加以说明。
单纯移动平均由以下表达式表示。
y[n]=1M+1Σx[n+k]]]>这里，k是指数，图23表示k＝-M/2～M/2时的单纯移动平均的原理的结构框图。
这里，k在采样点为负数时，是过去型，为正数时，是未来型。
一般，具有移动平均电路部的条形码读出器中，作为条形码读出器的译码器，在条形码双值化数据中噪声容易增多，所以在本实施例中，附加以下的各功能或结构。
(1)移动平均采样宽度的变更功能(2)采用负载移动平均方式(3)把移动平均电路2分化(4)负载移动平均的负载量变更功能(5)负载移动平均的频率变更功能(6)移动平均采样数据内的最大值/最小值选择功能
(7)移动平均采样数据的减少功能(8)移动平均采样数据的内插功能(9)从低频成分合计减去负载移动平均的高频成分合计的功能(10)使负载移动平均的M(除去的总数)变化的功能首先，说明(1)的移动平均采样宽度的变更功能。
如图21所示，构成具有缓存器选择功能的移动平均电路的第一演算处理部140依次把输入数据(DATA)取入多个缓存器即FF91中。取入各FF91中的数据通过选择92、93，选择必要的数据，向SUB(加法器)94发送，从SUB94向接着的处理步骤即第二演算处理部150发送。
关于移动平均采样宽度的变更，在输入数据的频率成分中使滤波器的频率特性变化，通过使所述移动平均式的k值变化而对应。这样，本实施例能与各种频率对应。
接着，是(2)的负载移动平均方式的采用，但是本方式由以下表达式表示，图24表示负载移动平均的原理的结构框图。
y[n]=1NΣk=M2M2akx[n+k]]]>N=Σk=M2M2ak]]>通过采用该方式，能除去输入数据的波形中包含的外在原因，苦如倾斜等。此外，通过对移动平均的表达式加权，组合各种频率成分，能生成适合于输入波形的特性的滤波器。
作为本实施例的留意点，对于各点，从纵向观察，通过为2的乘数，能快速进行下一级的处理。
下面，为(3)的负载移动平均的2分化构造，这里，如图25的第一演算处理部141那样，通过用三个缓存器(FF)的前级移动平均电路96和两个缓存器(FF)的后级移动平均电路97构成，实现移动平均电路。
这里，所述前级移动平均的表达式由以下的上方的表达式表示，后级移动平均的表达式由下方的表达式表示。
Y0=(X-1+X0+X+1)3]]>Z0=Y-1+Y02=(X-2+X-1+X0)3+(X-1+X0+X+1)32]]>这是因为移动平均在匹配低频特性时，有电路增大的倾向，所以变更滤波器电路结构。这时，与缓存器(FF)使用5个滤波器相比，还是通过分割为2，组合3个和2个滤波器，该组合效果增大。从该后级移动平均的表达式观察，可知与6个缓存器的功能相同，因此具有能大幅度减小电路规模的优点。
接着，是(4)的负载移动平均方式的负载量变更功能的附加。这时的负载量变更式由以下表达式表示。
y(i)=ΣJ-0Nx(n+j)+aΣK=0Mx(n+k)N+aM]]>因为输入数据自身的电平低，此外波形自身变形时，波形的跟踪性消失，所以是用于使负载量变化，提高该跟踪性能的功能。据此，在数据电平的比率差的部分存在阈值，对噪声也由跟踪的倾向，所以与以下的(5)的频率特性变更功能并用。
通过附加该负载量变更功能，负载量变化前的输入信号(输入信号)OR和把它与负载移动平均相乘的信号MA的波形特征如图26所示，负载量变化后的输入信号(输入信号)OR和把它与负载移动平均相乘的信号MA的波形特征如图27所示。
下面，是(5)负载移动平均方式的频率响应变更性能的附加，但是在所述(4)的负载量变更功能的项目中说明了一部分，但是频率响应变更功能除去噪声或摇动等。
频率响应特性变更式由以下表达式表示。
y(i)=ΣJ-0Nx(n+j)+ΣK=0Mx(n+k)N+M]]>本功能在输入数据中混合具有各种频率特性的波形，所以为了与该特性对应，变更滤波器的频率响应。据此，除去噪声或摇动等。通过附加该功能，频率特性的变更前的输入信号(原始信号)OR和把它与负载移动平均相乘的信号MA的波形特征如图28所示，频率特性的变更后的输入信号OR和把它与负载移动平均相乘的信号MA的波形特征如图29所示。
下面，是(6)的采样数据内的最大值/最小值选择功能的附加，但是作为对容易发生移动平均导致的影响的特异点的对策，附加了它。
这里采用的方式通过以下表达式求出最大值max(n)和最小值min(n)，在n个内取得最大或最小的点，除去位于采样数据内的特异点(噪声)。
max(n)=MAk=0nXx(n+k)]]>min(n)=MIk=0nNx(n+k)]]>这里，根据输入数据OR的特征，选择最大值/最小值。如果用波形表示它，则通过最大值电路的波形变为图30中的虚线所示，通过最小值电路的波形变为图31中的虚线所示。在这些图中，OR表示输入数据，MA表示乘上负载移动平均的信号，max表示最大值，min表示最小值。
接着，是(7)的采样数据减少功能的附加。它是减少单位长度的象素数的功能，图32表示了它的概念。
它具有与降低CCD扫描仪的析像度的状态同样的效果。它是在逻辑上以任意的数据间隔跳跃进行采样，但是对于低析像度的条形码读出器是有效的。
是(8)的采样数据内插功能的附加，但是条形码双值化数据的脉冲宽度是基于采样率的影响大，所以Narrow/Wide比有若干不同，所以为了模拟地提高析像度，在数据间插入内插数据。该内插式由以下表达式表示，内插数据是把前后的数据相加除以2。
y(h)＝(y(n)+y(n-1))/2h＝n-1/2如果图示对TTL的影响，则该采样率变为图33所示，通过交叉点，采样部靠近，能更正确地抽出TTL的宽度。图33的黑圈表示通常点，三角表示内插点。
接着，是(9)的从低频成分合计减去负载移动平均方式的高频成分合计的功能的附加，但是在数据自身的变化量小时，有时使阈值电平移动，也会产生噪声。这时，从低频合计减去高频数据合计。据此，留下低频特性，只有高频成分变为相位颠倒的波形。
而且，加高负载级时的波形由以下表达式表示。
y(n)＝(y1+y2+y3+y4)/总点数乘上对于该原始信号OR的负载移动平均的信号MA变为图34所示的波形。
此外，减去高负载级时的波形由以下表达式表示。
y(n)＝{(y1+y2)-(y3+y4)}/总点数乘上对于该原始信号OR的负载移动平均的信号MA变为图35所示的波形。
最后，说明(10)的使负载移动平均的M(除去的总数)变化的功能的附加。在宽度宽的条形码数据内部如果特异点(噪声)多，则与阈值电平交叉，对波形噪声不良影响，所以为了防止它，通过使此时的系数比实际的总数大，移动平均值的阈值宽度减小，集中到输入数据的振幅中心，在到达阈值电平的位置之前不受特异点的影响。
这里，如果表示对于系数M的变化的波形，就如图36所示。在该图中，ID是输入数据，MA1表示除去的总数为实数时的乘上负载移动平均的信号，MA2表示表示除去的总数为2倍时的乘上负载移动平均的信号。
以上，说明了本发明的具有多目的处理电路部的光学信息读取装置，特别是详细说明了数字信号演算处理部的结构和功能。
此外，在该数字信号演算处理部的结构中，说明了第一演算处理部和第二演算处理部的具体结构例以及它的作用和各种附加功能等。作为该实施例，说明使用微分电路的例子和使用移动平均电路的例子，但是此外，对第一演算处理部使用FIR(finite impulseresponse有限脉冲响应)数字滤波器构成，或使用IIR(infiniteimpulse response无限脉冲响应)数字滤波器构成。
此外，在此前说明的实施例中，说明了包含中央演算部，在单一衬底上形成多目的处理电路部的构造，但是即使在只另外构成中央演算部，或者另外形成多目的处理电路部的一部分的构造的光学信息读取装置中，如果是本发明的目的、效果上没有差异的结构，则并不否定能变为本发明的实施例。
如上所述，本发明的光学信息读取装置在单一衬底上形成AD转换、双值化处理、译码器、接口等处理电路，通过使用它，取得以下的效果。
(1)不受放大率或温度变化的变动要素影响，能消除处理性能的偏移。如果用图表示它，则如下所示。在以下各图中，用BCD表示模拟的条形码数据，用BBD表示条形码双值化数据。
①放大率的大小引起的对TTL的影响a)放大率大时，变为图37所示的波形；b)放大率小时，变为图38所示的波形；取得了显著的效果。即放大率大时，条形码数据大，放大率小时，条形码数据小，但是使用本发明的处理电路进行演算处理的条形码双值化数据都变为同样的大小，不产生偏移。
②温度变化对TTL的影响
a)的高温(+45℃)时，变为图39所示的波形；b)的低温(-5℃)时，变为图40所示的波形。
取得了显著的效果。即高温时，条形码数据比较小，低温时大，使用本发明的处理电路进行演算处理的条形码双值化数据都变为同样的大小，不产生偏移。
(2)谋求不受条形码记号的打印质量(浓淡等)影响处理能力的提高，不发生TTL的偏移。
a)当打印浓度淡时，变为图41所示的波形；b)当打印浓度浓时，变为图42所示的波形。
即使条形码极好的打印质量中存在浓淡，在条形码数据中存在偏移，使用本发明的处理电路进行演算处理的条形码双值化数据都变为同样大小的数据，不产生偏移。
(3)通过选择演算处理方式，使各种数字处理方式与目的对应，能任意并且容易地选择各种数字处理方式，谋求处理能力的高速化。
(4)谋求光学信息读取装置整体的小型化、低价格化、低耗电化。
权利要求
1.一种光学信息读取装置，包括用于照射具有光反射率不同的部分的读取对象的光照射部件；用于使来自所述读取对象的反射光在受光位置成象的光学系统；配置在所述受光位置，对基于所述反射光的光象进行光电变换，输出电信号的光电变换部件；对从该部件输出的电信号进行演算处理，输出表示所述读取对象的信息的代码数据的演算处理部件；其特征在于所述演算处理部件在一个衬底上集成设置以下各部分，从而形成多目的处理电路部把所述电信号变换为数字信号的数据变换部；对由该数据变换部变换的数字信号进行演算处理，生成表示所述读取对象的信息的代码数据的数字信号演算处理部；存储由该数字信号演算处理部生成的代码数据的输入存储部；控制所述光照射部件、光电变换部件、数据变换部、数字信号演算处理部、以及输入存储部的各动作定时的定时控制部。
2.根据权利要求1所述的光学信息读取装置，其特征在于在所述多目的处理电路中也包含统一控制所述演算处理部件的各部分的中央演算部(CPU)，并集成形成在一个衬底上。
3.根据权利要求1或2所述的光学信息读取装置，其特征在于所述数字信号演算处理部由以下部分构成对由所述数字变换部变换的数字信号进行演算处理的第一演算处理部；根据由该第一演算处理部处理的数据而生成表示所述读取对象的信息的代码数据的第二演算处理部；修正由该第二演算处理部生成的代码数据的数据修正部。
4.根据权利要求3所述的光学信息读取装置，其特征在于所述第一演算处理部的处理电路为积分电路；用微分电路和双值化电路构成所述第二演算处理部的处理电路。
5.根据权利要求4所述的光学信息读取装置，其特征在于所述第一演算处理部和所述第二演算处理部的至少一方中设置以下①～⑥中的一个以上部件。①所述第二演算处理部的微分电路的微分时间的可变部件；②除去或降低噪声的部件；③使基于缓存器选择的合计数据的差为最小的部件；④通过与模拟信号的比较，除去噪声成分的部件；⑤消去任意的脉冲宽度以下的双值数据的部件；⑥强制把预定长度以上连续的高电平的双值数据复位的部件。
6.根据权利要求3所述的光学信息读取装置，其特征在于所述第一演算处理部的处理电路是移动平均电路；由双值化电路构成所述第二演算处理部的处理电路。
7.根据权利要求6所述的光学信息读取装置，其特征在于在所述第一演算处理部中设置以下(1)～(10)中的一个以上部件。(1)移动平均采样宽度的变更部件；(2)取得负载移动平均的部件；(3)把移动平均电路二分化的部件；(4)负载移动平均时的负载量变更部件；(5)负载移动平均时的频率响应变更部件；(6)移动平均采样数据内的最大值或最小值选择部件；(7)移动平均采样数据的减少部件；(8)移动平均采样数据的内插部件；(9)从低频成分合计减去负载移动平均的高频成分合计的部件；(10)使负载移动平均的M(除的总数)变化的部件。
全文摘要
提供一种光学信息读取装置。是向条形码等读取对象照射光，通过光敏元件把基于反射光的光像光电变换，对该电信号进行信号处理，输出代码数据的装置，把进行该信号处理的部分中至少把光电变换的电信号变换为数字信号的数据变换部(13)、对该数字信号进行演算处理并生成表示读取对象的信息的代码数据的数字信号演算处理部(17)、存储该代码数据的输入存储部(20)、控制各部的动作定时的定时控制部(12)集成设置在一个衬底上，形成多目的处理部(10)。
文档编号G06K7/10GK1529868SQ0281060
公开日2004年9月15日 申请日期2002年5月24日 优先权日2001年5月25日
发明者佃左千雄, 中野进 申请人:欧光股份有限公司