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2022年10月 6日 (木)

バーコードの原理と仕組み①

バーコードの仕組み 

 スーパーマーケットやコンビニで買い物をするとレジで店員さんがバーコードリーダで商品についているバーコードを読み取ります。このとき商品の名前や価格などの情報が瞬時に読み取られますが、どのようにして読み取っているのでしょうか。バーコードには色々な種類がありますがここでは最も基本的な縞模様のバーコードの仕組みについて説明します。

 バーコードの縞模様を見ると細線や太線、細い空白や太い空白から成っていることがわかります。最も細い線と空白がバーコードの最小単位となっており、線が1、空白が0を意味しています。 例えば最小単位の幅を1 mmとすると、5 mm幅の線は11111、5 mmの空白は00000、5 mm幅の線と空白の繰り替えしは10101を意味します。つまり縞模様のパターンが0と1で表される二進法のデータになっているのです。

JANコード

 バーコードの二進法のデータは規格に基づいて共通化されています。日本では1977年にJAN(Japanease Article Number)が制定されました。


バーコード(JANコード)の例

 JANコードは標準タイプで13桁、短縮タイプで8桁かなるバーコードです。使用できる文字は0~9の数字のみです。標準タイプの13桁目はッチェックデジットで12桁を設定すると自動的に付加されます。チェックデジットは数字列の誤りを検知するために付加されます。

 標準タイプと短縮タイプのそれぞれの数値の意味は次の通りです。

 (標準タイプ)13桁 

  国別コード(2桁) 企業コード(5桁) 製品コード(5桁) チェックデジット(1桁)

 (短縮タイプ)8桁

  フラグ(1桁) 企業コード(5桁) 製品コード(1桁) チェックデジット(1桁)

 上図のJANコードは4912345678904は49が日本、12345が企業コード、製品コード67890、チェックデジット4になります。

バーコードをどのようにして読み取っているのかは別の機会に説明します。

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バーコードの日(1952年10月7日)(バーコード特許取得の日)

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2022年6月23日 (木)

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 先日、近所の河原を歩いたら真鯉(マゴイ)の群れを見つけました。なかなか壮観でしたが、しばらくすると緋鯉(ヒゴイ)が現れました。真鯉(マゴイ)の体色は黒色で緋鯉(ヒゴイ)の体色は赤色や赤黄色ですが、真鯉と緋鯉の違いは何でしょうか。


真鯉(マゴイ)と緋鯉(ヒゴイ)

 真鯉も緋鯉もコイ目・コイ科に分類される同じ魚でコイのことです。コイは大型の淡水魚で、その名前は体が肥えていることや味が肥えていることに由来します。真鯉も緋鯉も天然のコイで全く同じ魚ですが、緋鯉を含む色鯉は真鯉の突然変異したものです。漢字の「緋」は火のような濃く明るい紅色を意味していますから、緋鯉は赤色のコイのことです。

 魚は色素胞と呼ばれる色素細胞を持っています。代表的なものはメラニン色素を含む黒色素胞、カロテノイドやプテリジンの色素を含む赤色素胞や黄色素胞でこれらは光吸収性色素胞といいます。また色素は含まれないが光を散乱反射する白色素胞、魚類独特の構造色による銀白色を呈するグアニン板状結晶を含む虹色素胞があります。これらの色素胞によって魚の体色が決まります。

 普通の真鯉はメラニンを含んだ黒色素胞が多いため黒色の体色をしています。ところが突然変異でメラニン色素の少ないコイが生まれることがあります。このような突然変異のコイはカロテノイド色素やプテリジン色素が多いため赤や赤黄色の体色になります。このようなコイを緋鯉(ヒゴイ)と呼びます。天然の緋鯉を飼育して品種改良したコイが美しい錦鯉(ニシキゴイ)です。この関係は真鮒(マブナ)、緋鮒(ヒブナ)、金魚も同じです。

 なお天然では緋鯉は目立つため天敵に狙われやすく大きく育つのは希です。写真の緋鯉は天然のものと考えられますが、色合いが悪くて売り物にならない錦鯉が放流されることもあるようです。

 ※写真に映っているコイが細長く見えるのは水面での光の屈折によるもので水底が浅く見える現象と同じです。

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2022年4月 8日 (金)

非常口の緑色と白色のおはなし

 次の図はよく建物の中で見かける非常口の標識です。下図の2つの標識はデザインは同じですが左側は「緑色の背景に白色の文字」、右側は「白色の背景に緑色の文字」です。どちらが正しい表示でしょう?


非常口の看板

 答えはどちらも正しいです。この2つの標識はどちらも非常口に関係する標識で間違いありませんがその意味は全く異なります。実はこの2つの標識の違いは「消防法施行規則」の「誘導灯及び誘導標識の基準」で定められています。

 緑色の背景に白色の文字の標識は「避難口のある場所」を示します。ですからこの標識のあるドアは非常口そのものを意味します。一方、白色の背景に緑色の文字は「避難口への通路」を示します。こちらは非常口までの経路を示すものです。

 不幸にも火災に遭遇したときにこの知識があるとないとでは非常口へたどり着く時間も変わってきそうです。どっちだったっけ?となりそうなややこしいルールですが万一のときは緑地に白い文字の非常口を目指しましょう。

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2022年3月25日 (金)

青色光より短波長の光はなぜ紫色なのか|青紫と赤紫の違い

 虹やプリズムでできた光の色の帯を見ると青色光より短波長側に紫色光が見えます。紫色は青色に赤味が加わった色ですが、どうして青色光より短波長側に長波長側の赤色が混ざった紫色光が見えるのでしょうか。


虹の光の色の帯(連続スペクトル)

 青色光より短波長側に紫色光が見えるのはヒトの色覚に関係しています。「視覚が生じる仕組み 色が見える仕組み(3)」で説明した通り、ヒトの網膜には赤・緑・青の光を感じる錐体細胞があります。次の図はヒトの平均的な色覚の応答を図で表したものです。R(赤色光)、G(緑色光)、B(青色光)のグラフは光の波長に対してそれぞれの色を感じる色覚の刺激の割合を示したものでG(緑色光)の最大の刺激値を1として標準化したものです。


CIE 1931 XYZ等色関数

 この図を見ると青色と緑色に対する色覚はそれぞれ450 nm付近と550 nm付近を中心とする光に応答することがわかります。一方、赤色に対する色覚は主に600 nm付近を中心とする赤色光に応答しますが450 nm付近を中心とする青色光にも応答することがわかります。

 たとえば波長450 nm付近の光に対しては青色と赤色の色覚が応答しますが、青色と赤色の刺激値の差が大きいため青色と認識します。波長450 nmより短い波長の光に対しては青色と赤色の刺激値の差が小さいため青色に赤色が加わった紫色と認識することになるのです。この紫は青色の応答が多いので青紫色の光となります。

 さて光の三原色の混色では赤色光と青色光を混ぜるとマゼンタ(赤紫色)の光になります。赤色と青色の色覚がそれぞれ十分に応答するため赤紫色の光となります。マゼンタの光は前述の青紫色の光と異なり虹の中には存在しない色の光、つまり相当する波長の単色光がない光になります。ピンク色の単色光が存在しないのも同じ理由です。

 マゼンタについては「マゼンタのおはなし|単色光(波長)が存在しない色」に詳しく説明してあります。

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2022年3月 2日 (水)

プラトンが考えた天体の運動|エウドクソスの同心天球仮説①

天体が織りなす現象を救う

 「天と地」の地とは我らが母なる大地、地球でことです。そして、天とは果てしない大空のことです。古代ギリシアの自然哲学者たちは天体の運動を考えれば天と地がどのように成り立っているのかがわかると考えました。例えばアリストテレスは宇宙の中心にある地球の周りを全天体が公転しているという説を唱えました。

 古代ギリシャの自然哲学では、自然現象の真理を追及し、その仕組みを解き明かすことを「現象を救う」と言い表しました。もちろん天体が織り成す自然現象もその対象となりました。天体の運動について現象を救う取り組みを初めて試みようとしたのはプラトンでした。

 古代より太陽や月を始めとする天体の運動には何らかの規則性があると考えられていました。狩猟民族にしろ、農耕民族にしろ、古代の人々が自然を利用しながら賢く生きていくためには、1日の時間の流れ、季節の移り変わりとその周期、位置や方角などを正確に知る必要がありました。そのため人類は太古から天体の運動のなかに規則性を見い出そうとしていたのです。

 しかしながら、真理の探究が遥か昔から行われていたわけではありません。古代ギリシャの自然哲学以前においては、自然現象の解釈は神学的・宗教的なものが中心であり、とても真理の探究とは言えませんでした。それらをできる限り排除して自然科学的な観点から真理を探究しようとしたのが最初の哲学者タレスであり、その後のソクラテスやプラトンでした。

プラトンが考えた天体の運動

 プラトンは天体の運動について、例えば、恒星はどのように動いているかを考えました。星座を作る恒星は、お互いの位置を変えることなく東から西へと移動します。古代の人たちが恒星の配置を星座と見立てることができたのは恒星が規則的な動きをするからです。恒星は24時間経過するとほぼ同じ位置に戻ってきます。しかし、恒星の位置は毎日少しずつずれていきます。そのため、季節によって恒星の見える位置が変わったり、恒星そのものが消えたり現れたりしますが、ほぼ一年経過すると恒星は再び同じ位置に戻ってきます。こうした現象からプラトンは天体の運動は円形で一様で規則的であると考えました。そして、天体の運動を説明するには、どのような円運動が必要になるのかを問いました。


プラトン

 プラトンが言及した円形で一様な運動とは、物体が一定の速さで回転する運動、つまり、等速円運動のことです。プラトンは等速円運動の組み合わせで、すべての天体の運動が説明できると考えました。

 しかし、プラトンは天体の運動について詳細に調べたわけではなく疑問を提示しただけでした。実際に真理の探究を進めて、天体の運動の仕組みを明らかにしたのは、プラトンの哲学を学んだ数学者のエウドクソスでした(続く)。

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