CCDスキャナの仕組み
CCDタイプのバーコードスキャナ
CCDタイプのバーコードスキャナは、ビデオカメラやデジタルカメラなどで用いられているCCDイメージセンサ（画像撮像素子）を用い、バーコード情報を画像として読み込みます。ビデオカメラなどのCCDと異なる点は、ビデオカメラが２次元（２D）の面をカラーで読み込むのに対し、一般的なバーコードスキャナは１直線の線（１D)をグレースケールで読み込みます。（最近は２次元バーコードやカラーバーコードなど、面や色で情報を持ったバーコードなども実用化され始めています。）
スキャナ内部に内蔵した赤色LEDにより読み込むバーコードを照らします。カメラがレンズによりフィルム上に像を作りのと同じ原理で、レンズによりCCDイメージセンサ上にバーコードの像を作ります。CCDイメージセンサにより取り込まれた画像は、スキャナ内部のCPUで解析することで、画像中に含まれるバーコードを判別・読み込みます。
CCDタイプのバーコードスキャナの特徴
バーコードが実用化された当初、ペンタイプのスキャナが使われていました。ペンタイプはスキャンを人間の手で行っていたため、バーコードを読み込むにはかなりのコツを要しました。これと比較すると、CCDタイプのバーコードスキャナは、バーコードにリーダー部を向けるだけで読込が行われるため、初めてスキャナをご使用する方でも、ほとんど練習無しで使用できます。非常にすぐれた方式なのですが、発売された当初は非常に高価でした。
しかし、半導体とソフトウェアで構成されたスキャナですので。
パソコン同様量産することで大幅に価格がさがりました。
現在では価格も大変安くなり、バーコードスキャナといえばCCDスキャナを指すぐらい広く普及しています。
写真奥の横長四角がCCDイメージセンサ、手前の黒丸がレンズです。
CCDイメージセンサとは
CCDはCharge Coupled Deviceの略です。トランジスタなど半導体素子は、本来光があたると電気的特性が変わる性質があります。通常半導体はこのような外的変化を抑えるように作られていますが、光を感知する事が目的で製造されているフォトトランジスターやフォトダイオードなどセンサー素子では、光の影響を受け変化しやすく作られています。これら素子では、光の強弱を電荷（電気のエネルギー）に変換することができます。数千個のフォトトランジスタを半導体のウェハ上に１列に並べれば原理的にはリニアイメージセンサはできます。しかし、素子１個１個に配線を行い情報を取り出すということは莫大な数の配線が必要になり、特に、いくらICが高密度化されてきたといっても限界があります。さらに、CCDの場合、光を受ける半導体部分の表面に金属配線を行えません。
それを解決するために、CCDでは各受光素子部分で受け取った光の強弱の信号を電荷とし、隣のセルブロックへバケツリレー式に送ることで、いくつかの共通した制御線を配するだけで構成されています。
バーコードスキャナではインターライン転送型がおもに使用されていると思われます。
CCDイメージセンサの特徴
CCDは、半導体による固体撮像素子であるため、以下のような非常に優れた特徴があります。- 非常に高密度なセンサー。
- 高速に画像を読み込める。
- 精度が高い。
- 素子によるばらつきが少ない。
- 機械駆動部品がないので振動や衝撃につよい。
- 環境変化、経年変化が少ない。
- 非常に軽い。
- 高速に読み込める。
- 一度に読み込める。
- 大量生産に向く。
- 機械的調整が不要。
多くのバーコードスキャナは、バーコードを解析するCPU（デコーダ）およびキーボードインターフェースをバーコードスキャナ内部に備えているため、パソコンへ直接接続することができます。
CCDスキャナの性能
CCDスキャナは電子製品ですが、デジカメなどと同じく光学製品でもあるので、それらも性能に影響します。- レンズの性能
- レンズによりバーコードのイメージを読み込みます。解像度が低いレンズが用いられていると、細かいバーコード読み取りに対し問題が出ます。
- CCDの性能
- CCDは受光素子が横一列に並んでいます。この受光素子の数が1024個とか２０４８個とかあります。受光素子が多いほどCCDとしては分解能があがるためたくさんの点を読み込むことができます。
- CPUの性能
- 受光素子が増えると読み込んだ後の処理量が多くなるため、より高速なCPUやより大きなワークメモリが必要になります。
最近では2000〜4000くらいの素子数が一般的です。
- スキャンスピード
- １秒間に何回スキャンを行っているかを示します。CCDスキャナの場合、CCDからのイメージ転送速度やスキャナ内部の画像解析能力により影響されます。
