JP5925822B2 - 情報読取素子およびそれを用いた情報読取装置 - Google Patents
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Description
非接触であるために対象物の損耗が無いうえに光学式であるために耐久性も高く、広い分野で利用されてきた。
しかしながら近年においては、機器の小型化や読み取る情報の精細化や製造コストの低下などの更なる市場要求が高まってきている。
従来の光学的な情報読取素子60は、図8に示すように発光素子61と受光素子62が基板63の同一平面上に配置されている。発光素子61からの光(往路光65a)が読取対象物64(反射部)で反射して反射光67(復路光)となり受光素子62へ戻るが、この往路光65aと復路光67は平行にならず反射の際に反射角度θが生じる。この構成において往路光65aを読取対象物64に照射して復路光67を受光素子62へ導く為には、往路光65a及び復路光67を反射角度θ分だけ屈折させるレンズ(屈折レンズ)を発光素子61および受光素子62に設けるか、発光素子61および受光素子62を基板63の平面より角度θ傾ける必要がある。
屈折レンズを設ける場合には当然ながら屈折レンズ分の費用がかかり低コスト化に反する。他の方法として発光素子61および受光素子62を基板63の平面より傾ける場合には製造時に専用の治具や検査装置や調整工数が必要となり同じく低コスト化に反する。
加えて、基板63の平面と読取対象物64との距離hは屈折レンズの寸法より大きくする必要があるため小型化にも適しておらず、また当然にして小型化が達成できないと精細な情報を読み取ることもできなかった。
さらに、発光素子61と受光素子62は製造時に固定されるので発光素子61と受光素子62の距離dは変更できない。この理由より反射角度θを一定とする必要がある。このためには距離hを固定値としなくてはならず、距離hを柔軟に変更することも困難であった。
また、「反射板13a,23a,33a」は請求項の「反射部」に該当し、情報を読み取る対象物を意味する。
図中の「1/4波長板13b,23b,33b」は請求項の「偏光特性変化部」に該当する。
実施例1では、リニアエンコーダーやロータリーエンコーダーで使用されるビットパターンを情報として読み取る情報読取装置に本発明に係る情報読取素子10aを適用することを想定している。
情報読取素子10aは、ガラス基板12と、このガラス基板12に形成(積層)される発光素子11a、偏光板11cおよび受光素子11bを有する。ガラス基板12、発光素子11a、偏光板11cおよび受光素子11bは、密着して積層されてもよいし、空気層あるいはガラス板などの透明な層を挟んだ状態で積層されてもよい。
発光素子11aは、往路光15aを発光する。往路光15aは、記号15bで示すように、垂直方向(図1の手前および奥の方向)に直線偏光されている。発光素子11aは一例を挙げると有機ELのような面発光体であり、製作過程の加工で直線偏光の発光機能を付与することができる。
偏光板11cは特定の方向に直線偏光された光のみを透過する効果を有する。この偏光板11cの透過可能な偏光方向は発光素子11aの発光する直線偏光された光とは90°異なるように設けられている。このため、発光素子11aは前述の往路光15a以外に逆方向へも発光するが、この逆方向の偏光は偏光板11cに遮られ受光素子11bへは到達できない。
直線偏光されている往路光15aは1/4波長板13bへ到達する。さらにこれを通過する際に時計回りの円偏光に変化(図示せず)する。円偏光に変化した往路光15aは1/4波長板13bを通過し終えたところで反射板13aにて反射される。この時、時計回りに円偏光していた往路光15aは反時計回りの復路光17aとして再び1/4波長板13bへ到達する。ここで復路光17aの反時計回りの円偏光が1/4波長板13bの作用で直線偏光となる。この直線偏光の偏光方向は記号17bが示す通り往路光15aの偏光方向(記号15bで示す偏光方向)とは90°異なる方向となる。
最終的に復路光17aは受光素子11bへ到達して受光される。受光素子11bは一例を挙げるとフォトダイオードである。受光素子11bで復路光17aが受光されたことにより対象物である反射板13aや1/4波長板13bの存在を認知することができるのである。
この構成を斜視図として示しているのが図5である。
なお、ビットパターンは反射板13aの表面を部分的に黒くマーキングすることで反射率の高い箇所と低い箇所を設けて復路光17aの光量を制御することと、反射板13aの表面を黒くマーキングをせずに1/4波長板13bの有無だけでビットパターンを表現することの両方を用いればより好適である。つまり、反射板13aの表面を部分的に黒くマーキングしてビットパターンを形成し、マーキングの無い反射率の高い箇所に1/4波長板13bを設ける構成としてもよい。
図1とほぼ同様であるが、1/4波長板13bを通過した後の往路光15aが反射板13aに至るまでは記号15cで示す往路光偏光方向の通り時計回りの円偏光となる。
往路光15aは反射板13aで反射された時に記号17cで示す復路光偏光方向のような反時計回りの円偏光の復路光17aとなる。この復路光17aはガラス基板12表面の1/4波長板13bを通過する際に記号17bで示す復路光偏光方向のような直線偏光となる。後は図1の説明と同じく受光素子11bへ至る。
1/4波長板13bをガラス基板12側に設けることにより、必要となる1/4波長板13bの面積は少なくて済み、図1の構成よりコストダウンが可能となる。
更には、往路光15aが照射される対象物が反射板13a以外の物体としても良い。バーコードやQRコードなどのコントラストの高い模様が印刷された紙などを反射板13aの代わりにすることも可能である。これらのコードの黒い部分と白い部分とでは反射率が大きく異なるために復路光17aの光量の差は大きくなる。本実施例の情報読取素子を複数並べた情報読取装置を用いれば短時間でこれらのコードの内容を読み取ることができる。
すなわち、往路光15aと復路光17aは、同一線上を往復する光である。つまり、偏光発光部としての発光素子11aと偏光受光部としての受光素子11bと読取対象としての反射板13aと偏光特性変化部としての1/4波長板13bは同一線に対して交差する位置に配置されている。
このため、ガラス基板12と反射板13aとの距離はレンズを用いた構成の場合と異なって柔軟に設定が可能であり、発光素子の発光量と受光素子の受光検出限界の制限の範囲内であれば自由に設定できる。
情報読取素子20は、ガラス基板22と、このガラス基板22に形成(積層)される発光素子21aおよび受光素子21bを有する。受光素子21bは、発光素子21aの偏光特性と異なる偏光特性(発光素子21aの偏光方向に対して90°異なる偏光方向)を有する。
発光素子21aは、往路光25aを発光する。往路光25aは、記号25bで示すように垂直方向(図3の手前および奥の方向)に直線偏光されている。
直線偏光されている往路光25aは1/4波長板23bへ到達する。さらにこれを通過する際に時計回りの円偏光に変化(図示せず)する。円偏光に変化した往路光25aは1/4波長板23bを通過し終えたところで反射板23aにて反射される。この時、時計回りに円偏光していた往路光25aは反時計回りの復路光27aとして再び1/4波長板23bへ到達する。ここで復路光27aの反時計回りの円偏光が1/4波長板23bの作用で直線偏光となる。この直線偏光の偏光方向は記号27bが示す通り往路光25aの偏光方向(記号25bで示す偏光方向)とは90°異なる方向となる。
ガラス基板22へ戻ってきた復路光27aはそのまま発光素子21aを通過し受光素子21bへ到達して受光される。
このことにより更に小型化が可能となる。
情報読取素子30は、ガラス基板32と、このガラス基板32に形成(積層)される発光素子31a、受光素子31bおよび受光素子31dを有する。
発光素子31aは、往路光35aを発光する。往路光35aは、記号35bで示すように垂直方向(図4の手前および奥の方向)に直線偏光されている。
直線偏光されている往路光35aは1/4波長板33bへ到達する。さらにこれを通過する際に時計回りの円偏光に変化(図示せず)する。円偏光に変化した往路光35aは1/4波長板33bを通過し終えたところで反射板33aにて反射される。この時、時計回りに円偏光していた往路光35aは反時計回りの復路光37aとして再び1/4波長板33bへ到達する。ここで復路光37aの反時計回りの円偏光が1/4波長板33bの作用で直線偏光となる。この直線偏光の偏光方向は記号37bが示す通り往路光35aの偏光方向(記号35bで示す偏光方向)とは90°異なる方向となる。
ガラス基板32へ戻ってきた復路光37aはそのまま発光素子31aを通過し受光素子31bへ到達して受光される。
実施例4は、実施例1〜3の情報読取素子を用いた情報読取装置50である。
情報読取素子51a,51bはインクリメンタル型のリニアエンコーダーあるいはロータリーエンコーダーのビットパターン読み取り用の素子の例である。これらの素子の上を点線状のビットパターンを持ったスケールが相対的に移動し、情報読取素子51a,51bが常に読み取りを行うことでビットパターンの変化を検出することが可能となり、相対的な移動量を得ることができる。
情報読取素子52a〜52dはアブソリュート型のリニアエンコーダーあるいはロータリーエンコーダーのビットパターン読み取り用の素子の例である。これらの素子の上を位置検出用ビットパターンを持ったスケールが相対的に移動し、情報読取素子52a〜52dが必要に応じて読み取りを行うことでビットパターンを検出することが可能となり、絶対的な位置情報を得ることができる。情報読取素子51a,51bには、実施例1〜3で説明した情報読取素子10a,10b,20,30を用いることができる。また、情報読取素子52a〜52dにも実施例1〜3で説明した情報読取素子10a,10b,20,30を用いることができる。
また、隣接する情報読取素子の受発光のタイミングを同一とならないようにしても良い。特に有機ELを用いた場合、発光原理としてはLEDと同じであるため点滅(点灯と消灯)を素早く行うことが可能であり、高い周波数のパルスで点滅を行うことにより、タイムラグを大きくすること無く情報読取素子を動作させながら隣接する情報読取素子相互の干渉を排除することができる。
この受発光タイミングを同一とならないようにする制御は、上記の隣接する情報読取素子の受発光波長を同一にしない構成と併せて採用すればより小型化および高精細化を図ることができる。
図7の上段(A)は、情報読取素子10aを用いて反射板13aの有無を読み取るときの受光素子11bの受光量の変化を模式的に示す図である。
図7(A−1)に示す反射板13a(読取対象)が在る場合の受光素子11bにおける受光量は、図7(A−2)に示す反射板13aが無い場合の受光素子11bにおける受光量に比べて約51倍の受光量となる。
なお、図7(A)に示す評価例は、反射板13aを黒色のプラスチック板13cにアルミ箔13dを貼着し、アルミ箔13dで光を反射させる構成としている。また、1/4波長板13bとして株式会社美舘イメージングのMCR−140Nを用い、発光素子11aとして偏光有機EL素子を用い、偏光板11cとして株式会社美舘イメージングのSHLP44を用い、そして受光素子11bとして浜松ホトニクス株式会社のs1337−33BRを用いた構成とした場合の評価である。
図7(B−1)に示す反射板13a(読取対象)が在る場合の受光素子11bにおける受光量は、図7(B−2)に示す反射板13aが無い場合の受光素子11bにおける受光量に比べて約2.6倍の受光量となる。
なお、図7(B)に示す評価例は、1/4波長板13bおよび偏光板11cを備えない点を除き、反射板13a、発光素子11aおよび受光素子11bの構成は図7(A)に示す構成と同様である。
10b 本発明の他の構成の情報読取素子
11a 発光素子(垂直偏光)
11b 受光素子
11c 偏光板
12 ガラス基板
13a 反射板
13b 1/4波長板
15a 往路光
15b 往路光偏光方向
17a 復路光
17b 復路光偏光方向
20 本発明の情報読取素子
21a 発光素子(垂直偏光)
21b 受光素子(水平偏光に感度有)
22 ガラス基板
23a 反射板
23b 1/4波長板
25a 往路光
25b 往路光偏光方向
27a 復路光
27b 復路光偏光方向
30 本発明の情報読取素子
31a 発光素子(垂直偏光)
31b 受光素子
31c 偏光板
31d 受光素子
32 ガラス基板
33a 反射板
33b 1/4波長板
35a 往路光
35b 往路光偏光方向
36 反射
37a 復路光
37b 復路光偏光方向
50 本発明の情報読取装置
51a 情報読取素子
51b 情報読取素子
52a 情報読取素子
52b 情報読取素子
52c 情報読取素子
52d 情報読取素子
60 従来の情報読取素子
61 発光素子
62 受光素子
63 基板
64 対象物
65a 往路光
65b 往路光
66 反射
67 復路光
θ 反射角度
d 発光素子と受光素子との距離
h 発光素子・受光素子と対象物との距離
Claims (3)
- 偏光を往路光として発光する偏光発光部と、
情報を読み取る対象である読取対象において反射された前記往路光を復路光として受光する偏光受光部と、
を備える情報読取素子であって、
前記偏光発光部と前記偏光受光部とは、それぞれ偏光特性が異なり、
前記往路光と前記復路光とが通過する位置には、前記往路光および前記復路光の偏光特性を変化させる偏光特性変化部が配置され、
前記偏光特性変化部は、前記往路光が通過する際には偏光特性に変化Aを生じ、前記復路光が通過する際には偏光特性に変化Bを生じ、前記変化Aおよび前記変化Bによって前記復路光の偏光特性が前記偏光受光部の偏光特性に合うように設けられており、
前記偏光発光部と前記偏光受光部と前記読取対象と前記偏光特性変化部とは同一線に対して交差する位置に配置されており、
前記偏光受光部は前記偏光発光部を挟んで前記読取対象の逆側に設けられ、
前記偏光発光部は、光透過特性を有し、発光特性としては線偏光であり、光透過特性としては発光特性の線偏光の偏光方向と同じ方向の線偏光と該線偏光と直交する方向の線偏光とを透過可能であり、
前記偏光発光部が発光した往路光が前記読取対象で復路光として反射された後に前記偏光発光部を透過して前記偏光受光部へ到達可能となる、
ことを特徴とする情報読取素子。 - 請求項1に記載の情報読取素子を備えることを特徴とする情報読取装置。
- 請求項1に記載の情報読取素子を複数備え、前記複数の情報読取素子の受発光する偏光の波長が隣接する情報読取素子同士で異なることを特徴とする情報読取装置。
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