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
本発明は、対象物表面の情報を非接触で読み取る装置、およびその装置に用いる情報を読み取る素子に関するものである。
従来より、対象物表面の情報を非接触で読み取りたいという需要があり、特に光学的な反射を応用したものが知られている。例を挙げると、バーコード読取装置、ＱＲコード（登録商標）読取装置、ファクシミリ読取装置、ロータリーエンコーダー、リニアエンコーダーなどが該当する。
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。
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、仮にコストを度外視して小型化したレンズを設けたり、発光素子６１および受光素子６２を基板６３の平面より傾けたりするなどして距離ｄを小さくして小型化した場合、発光素子６１からの往路光６５ａの一部が往路光６５ｂとして直接受光素子６２へ到達してしまう問題が発生する。この問題に対処するため、発光素子６１および受光素子６２に指向性のある物体（前記の屈折レンズとは異なるレンズ）を設けて往路光６５ａや復路光６７の方向を制限する方法や、発光素子６１と受光素子６２の間に遮光壁を設けるなどの方法が必要とされる。よって更にコストが高くなってしまう。
そこで、本発明は、小型化が可能であり調整工数の低減を図ることができる情報読取素子および情報読取装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の情報読取素子は、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、偏光発光部と偏光受光部とは、それぞれ偏光特性が異なり、往路光と復路光とが通過する位置には、往路光および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、偏光特性変化部は、往路光が通過する際には偏光特性に変化Ａを生じ、復路光が通過する際には偏光特性に変化Ｂを生じ、変化Ａおよび変化Ｂによって復路光の偏光特性が偏光受光部の偏光特性に合うように設けられており、偏光発光部と偏光受光部と読取対象と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、偏光受光部は偏光発光部を挟んで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、偏光発光部が発光した往路光が読取対象で復路光として反射された後に偏光発光部を透過して偏光受光部へ到達可能となることとする。
上記目的を達成するため、本発明の情報読取装置は、上述の情報読取素子を備えることとする。
また、本発明の情報読取装置は、上述の情報読取素子を複数備え、該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とする。
本発明によれば、小型化が可能であり調整工数の低減を図ることができる情報読取素子および情報読取装置を提供することができる。
以下、本発明にかかる情報読取素子について図面に基づいて説明する。
なお、実施例を詳細に説明する前に、図面について共通する事項を先に説明する。図中において、記号１５ｂ，１７ｂ，２５ｂ，２７ｂ，３５ｂ，３７ｂは、光の直線偏光の偏光方向を示す図面上の表記である。例えば、記号１５ｂは偏光方向がある特定面に対して垂直であることを意味しており、記号１７ｂは偏光方向が該特定面に対して平行であることを意味している。即ち、記号１５ｂと記号１７ｂで示す光はそれぞれ直線偏光の偏光方向が９０°異なっていることを意味する。
記号１５ｃ，１７ｃは、光の円偏光（楕円偏光）の回転方向を示すものである。記号１５ｃは光の進行方向に向かって時計回り（右円偏光／右楕円偏光）であることを意味しており、記号１７ｃは光の進行方向に向かって逆時計回り（左円偏光／左楕円偏光）であることを意味している。即ち、記号１５ｃと記号１７ｃはそれぞれ円偏光の回転方向が逆であることを意味する。
以下の説明において、「発光素子１１ａ，２１ａ，３１ａ」は請求項の「偏光発光部」に該当し、「受光素子１１ｂ，受光素子２１ｂ，受光素子３１ｂ」および「偏光板１１ｃ，偏光板３１ｃ」は請求項の「偏光受光部」に該当する。
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。
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。
図１に基づいて実施例１を説明する。
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。
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。
反射板１３ａと１／４波長板１３ｂとが対象物として情報を読み取る対象となる。図１では、読取対象である反射板１３ａに偏光特性変化部である１／４波長板１３ｂが取り付けられた構成を示している。反射板１３ａは反射率の高い物体で一例を挙げると鏡である。１／４波長板１３ｂは反射板１３ａの表面に配置される。
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。
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。
ガラス基板１２へ戻ってきた復路光１７ａはそのまま発光素子１１ａを通過し偏光板１１ｃへ至る。前述の通り、この偏光板１１ｃの偏光方向は発光素子１１ａの発する光の偏光方向と９０°異なっている。従って、記号１７ｂで示す復路光偏光方向と一致するため、復路光１７ａは偏光板１１ｃを通過することができる。
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。
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。
前述の（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により表現可能となる。他の方法としては、反射板１３ａの表面を黒くマーキングせずに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も可能である。つまり、１／４波長板１３ｂが設けられる部分と設けられない部分とで復路光１７ａの偏光方向（偏光特性）を変化させ、発光素子１１ａにおける受光量を変化させる構成としてもよい。この構成の場合には、発光素子１１ａにおける受光量を変化に基づき１／４波長板１３ｂの存在を認知することができる。すなわち、１／４波長板１３ｂが情報を読み取る対象（読取対象）となる。
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。
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。
なお、本実施例の図１の構成では、１／４波長板１３ｂを反射板１３ａの表面に位置させている。これは、反射板１３ａとして反射率の高いものを使用することに加えて、逆方向（図面では上方向）よりの不要な光を除去できる点を考慮している。リニアエンコーダーやロータリーエンコーダーのような精密な計測機器で使用されるために確実な動作を求められるからである。
図１における１／４波長板１３ｂの位置をガラス基板１２側へ移動させたものが図２に示す情報読取素子１０ｂである。
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。
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。
前述の（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により表現可能となる。
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。
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。
また、受光素子１１ｂが多段階の光量を識別可能であれば、ビットパターンやコードなどの二値的なもののみならず、中間階調のある情報を読み取ることもできる。本実施例の情報読取素子をマトリクス状に複数並べた情報読取装置を用いればイメージスキャナーのような撮像装置とすることも可能である。
図中では往路光１５ａと復路光１７ａは異なる線として図示しているが、実際には同じ線上である。
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。
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。
次に、図３に基いて実施例２を説明する。
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。
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。
反射板２３ａと１／４波長板２３ｂとが対象物として情報を読み取る対象となる。読取対象である反射板２３ａに偏光特性変化部である１／４波長板２３ｂが取り付けられた構成が示されている。反射板２３ａは反射率の高い物体で一例を挙げると鏡である。１／４波長板２３ｂは反射板２３ａの表面に配置される。
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。
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。
上述した実施例２の構成は、図１に示した実施例１とほぼ同じであるが、受光素子２１ｂそのものの感度に偏光特性があり、この偏光特性が記号２５ｂで示す往路光偏光方向と垂直になるようになっている。この構成により図１の構成では発光素子１１ａから受光素子１１ｂへ直接到達する光を遮断するために必要であった偏光板１１ｃを省くことができる。偏光板１１ｃを設けていないので発光素子２１ａからの偏光は直接受光素子２１ｂへ到達するが、この偏光が持つ偏光特性である記号２５ｂで示す往路光偏光方向は受光素子２１ｂの感度を有する偏光方向と異なるので何ら影響を及ぼさない。
このことにより更に小型化が可能となる。
このことにより更に小型化が可能となる。
なお、実施例１の図１の構成に対する図２の構成のように、本実施例２でも同じく１／４波長板２３ｂをガラス基板２２側に設けても良い。
次に、図４に基いて実施例３を説明する。
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。
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。
反射板３３ａと１／４波長板３３ｂとが対象物として情報を読み取る対象となる。読取対象である反射板３３ａに偏光特性変化部である１／４波長板３３ｂが取り付けられた構成が示されている。反射板３３ａは反射率の高い物体で一例を挙げると鏡である。１／４波長板３３ｂは反射板３３ａの表面に配置される。
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。
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。
上述した実施例３の構成は、図１に示した実施例１の構成と類似点は多いが、復路光３７ａを受光する受光素子３１ｂ以外に別の受光素子３１ｄが設けてある。この受光素子３１ｄは、発光素子３１ａの発光する偏光の光量をモニターする目的で設けている。発光素子３１ａは長い期間にわたって発光を続けるため経年劣化で発光効率が落ちて同じ入力に対する発光量が減少する場合がある。モニター目的の受光素子３１ｄで発光素子３１ａの発光量を監視し、発光素子３１ａの発光量が一定の光量になるよう発光素子３１ａへの入力を制御することでより精度の高い情報読取素子を実現することが可能となる。
なお、実施例１の図１の構成に対する図２の構成のように、本実施例３でも同じく１／４波長板３３ｂをガラス基板３２側に設けても良い。
図６に基いて実施例４を説明する。
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。
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。
図６中の情報読取素子の受発光波長（発光素子の発光波長および受光素子の受光感度がピークとなる受光波長）は全て同一である必要はなく、一つの情報読取素子において発光波長と受光波長が一致していれば良い。例えば、隣接している情報読取素子同士の受発光波長が異なっていれば隣接している情報読取素子へ他の偏光が漏洩しても影響が無いため情報読取素子の配置間隔をより狭くすることができ、結果として更なる小型化および高精細化が可能となる。
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。
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。
次に、図７に基づいて実施例１に示す情報読取素子１０ａにおける受光素子１１ｂの受光量に関する評価例について説明する。
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の下段（Ｂ）は、１／４波長板１３ｂおよび偏光板１１ｃを備えない構成で反射板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（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。
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。
情報読取素子１０ａは、１／４波長板１３ｂおよび偏光板１１ｃを備えている。そのため、情報読取素子１０ａは、発光素子１１ａから出射し受光素子１１ｂに直接入射してしまう光量を低く抑えることができる。したがって、図７（Ａ）の評価例で説明したように、情報読取素子１０ａによれば、反射板１３ａがある場合と無い場合とでの受光素子１１ｂの受光量の変化量を大きくすることができる。
ところで、有機ＥＬ素子においては、励起光よりも波長の長い光が発光（出射）する。たとえば、図９に示すように、有機ＥＬ素子の発光層を励起光する光の波長に対して、発光する光の波長は長波長側に偏移（シフト）する。そのため、発光素子１１ａに有機ＥＬ素子を用いた場合、反射板１３ａで反射された光が再び発光素子１１ａを通過するときには、励起光よりも波長の長い光となっている。したがって、発光素子１１ａにおける光の吸収量が低減され、受光素子１１ｂへの受光量を増加させることができる。
上述した実施の形態で説明したように、情報読取素子１０ａ，１０ｂ，２０，３０は、偏光を往路光として発光する偏光発光部（発光素子１１ａ，２１ａ，３１ａ）と、 情報を読み取る対象である読取対象（反射板１３ａ，２３ａ，３３ａ）において反射された往路光を復路光として受光する偏光受光部（受光素子１１ｂ，２１ｂ，３１ｂ）とを備え、偏光発光部（発光素子１１ａ，２１ａ，３１ａ）と偏光受光部（反射板１３ａ，２３ａ，３３ａ）とは、それぞれ偏光特性が異なっている。
この構成によれば、偏光発光部（発光素子１１ａ，２１ａ，３１ａ）と偏光受光部（受光素子１１ｂ，２１ｂ，３１ｂ）とが積層されても、偏光発光部（発光素子１１ａ，２１ａ，３１ａ）から偏光受光部（受光素子１１ｂ，２１ｂ，３１ｂ）に入射する光量を低減させることができる。また、偏光発光部（発光素子１１ａ，２１ａ，３１ａ）と偏光受光部（受光素子１１ｂ，２１ｂ，３１ｂ）とが積層されるため、情報読取素子１０ａ，１０ｂ，２０，３０の小型化を図ることができる。さらに、偏光発光部（発光素子１１ａ，２１ａ，３１ａ）と偏光受光部（受光素子１１ｂ，２１ｂ，３１ｂ）と位置調整に高い精度を要しないため調整工数の低減を図ることもできる。
また、情報読取素子１０ａ，１０ｂ，２０，３０は、往路光と復路光とが通過する位置に、往路光および復路光の偏光特性を変化させる偏光特性変化部（１／４波長板１３ｂ，２３ｂ，３３ｂ）が配置され、この偏光特性変化部（１／４波長板１３ｂ，２３ｂ，３３ｂ）は、往路光が通過する際には偏光特性に変化Ａ（任意の特定面に対して垂直な方向への偏光）を生じ、復路光が通過する際には偏光特性に変化Ｂ（該特定面に対して平行な方向への偏光）を生じ、該変化Ａおよび該変化Ｂによって該復路光の偏光特性が偏光受光部の偏光特性に合うように設けられている。
この構成によれば、往路光と復路光との偏光特性をより確実に異ならせることができ、情報の読み取り精度の向上を図ることができる。
また、情報読取素子１０ａ，１０ｂ，２０，３０は、偏光発光部（発光素子１１ａ，２１ａ，３１ａ）と偏光受光部（受光素子１１ｂ，２１ｂ，３１ｂ）と読取対象（反射板１３ａ，２３ａ，３３ａ）と偏光特性変化部（１／４波長板１３ｂ，２３ｂ，３３ｂ）とは同一線に対して交差する位置に配置されている。
この構成によれば、偏光発光部と偏光受光部を同一平面上に配置する必要が無いため、反射角度が０となるので屈折レンズを設ける必要がなくなる。すなわち、偏光発光部と偏光受光部を、これらが設けられる基板の平面方向に並置されるように配置する必要が無くなる。そのため、読取対象（反射板１３ａ，２３ａ，３３ａ）での往路光の反射角度を０度とすることができる。したがって、情報読取素子１０ａ，１０ｂ，２０，３０の小型化を図ることができる。また、たとえば、屈折レンズを設ける必要がなくなり、偏光発光部および偏光受光部と反射部との距離をさらに短くすることができる。
また、本発明の情報読取素子１０ａ，１０ｂ，２０，３０は、偏光受光部（受光素子１１ｂ，２１ｂ，３１ｂ）は偏光発光部（発光素子１１ａ，２１ａ，３１ａ）を挟んで読取対象（反射板１３ａ，２３ａ，３３ａ）の逆側に設けられ、該偏光発光部（発光素子１１ａ，２１ａ，３１ａ）は光透過特性を有し、該偏光発光部（発光素子１１ａ，２１ａ，３１ａ）が発光した往路光が読取対象（反射板１３ａ，２３ａ，３３ａ）で復路光として反射された後に該偏光発光部（発光素子１１ａ，２１ａ，３１ａ）を透過して該偏光受光部（受光素子１１ｂ，２１ｂ，３１ｂ）へ到達可能となることとする。
この構成によれば、偏光発光部（発光素子１１ａ，２１ａ，３１ａ）と偏光受光部（受光素子１１ｂ，２１ｂ，３１ｂ）は同一線上を往復する往路光および復路光の線上に近接して設けることが可能であり、情報読取素子１０ａ，１０ｂ，２０，３０をより小型とすることができる。
本発明の情報読取装置５０は、上述の情報読取素子１０ａ，１０ｂ，２０，３０の何れかを備えることができる。情報読取装置５０をこのように構成することで、情報読取装置５０の小型化を図ることができる。
また、本発明の情報読取装置５０は、上述の情報読取素子１０ａ，１０ｂ，２０，３０のいずれかまたはそれぞれを複数備え、該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ように設けることとする。情報読取装置５０をこのように構成することで、情報読取の精度を向上させることができる。
情報読取素子１０ａ，１０ｂ，２０，３０は、偏光を往路光として発光する偏光発光部（発光素子１１ａ，２１ａ，３１ａ）と、この偏光発光部（発光素子１１ａ，２１ａ，３１ａ）から発光された往路光を復路光として反射する読取対象（反射板１３ａ，２３ａ，３３ａ）と、読取対象（反射板１３ａ，２３ａ，３３ａ）から反射された復路光を受光する偏光受光部（受光素子１１ｂ，２１ｂ，３１ｂ）と、往路光と復路光が通過する位置に設けられ通過する往路光および復路光の偏光特性をそれぞれ変化させる偏光特性変化部（１／４波長板１３ｂ，２３ｂ，３３ｂ）とを備え、偏光発光部（発光素子１１ａ，２１ａ，３１ａ）と偏光受光部（受光素子１１ｂ，２１ｂ，３１ｂ）はそれぞれ偏光特性が異なり、偏光特性変化部（１／４波長板１３ｂ，２３ｂ，３３ｂ）は往路光が偏光特性変化部（１／４波長板１３ｂ，２３ｂ，３３ｂ）を通過する際には偏光特性に変化Ａを生じ、復路光が偏光特性変化部（１／４波長板１３ｂ，２３ｂ，３３ｂ）を通過する際には偏光特性に変化Ｂを生じ、変化Ａおよび変化Ｂによって復路光の偏光特性が偏光受光部（発光素子１１ａ，２１ａ，３１ａ）の偏光特性に合うように設けられている。
この構成により、往路光と復路光は偏光特性が異なるため、偏光受光部（発光素子１１ａ，２１ａ，３１ａ）は偏光発光部（発光素子１１ａ，２１ａ，３１ａ）が発光した往路光のうち読取対象（反射板１３ａ，２３ａ，３３ａ）で反射したもののみを受光することになる。よって偏光発光部（発光素子１１ａ，２１ａ，３１ａ）と偏光受光部（発光素子１１ａ，２１ａ，３１ａ）の距離を短くすることができ、往路光と復路光の反射角度を小さくすることが可能となり、結果として基板平面と対象物との距離も小さくすることができ、小型化に貢献する。
以上、本発明について好適な実施例を挙げて説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、発明の精神を逸脱しない限り多くの改変を施すことが可能であるのは勿論である。
量産可能な情報読取素子によって小型化、高精細化あるいは低コスト化が可能な情報読取装置を提供することができ、この装置によって効率良く情報読取作業を行うことができる。
１０ａ 本発明の情報読取素子
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
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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