JPH07261203A - 光偏向器と光走査装置と情報読み取り装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 偏向角を電気的に制御可能な新規な光偏向器
をを得る。 【構成】 光偏向器１は、一方の面に透明電極２及び配
向膜３を設けた一対の透明ガラス板４，４を対向配置
し、このガラス板４，４間に液晶５を挿入して構成され
ている。透明電極２，２には交流電圧あるいは直流電圧
を印加できるように駆動回路６が接続されている。前記
液晶は透明電極２，２間に電圧を印加すると平行縞が表
れ、この平行縞は回折格子として機能する。したがっ
て、前記光偏向器１に光を入射すると、出射側に回折光
が現れる。この回折光を出射光として利用すれば、光は
偏向されたことになる。印加電圧の大きさを変えると平
行縞のピッチが変わり、回折角を変えることができるの
で、偏向角を電気的に制御することが可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光偏向器と、この光偏
向器を利用した光走査装置と、この光走査装置を利用し
た情報読み取り装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＰＯＳシステムによる商品管理が
非常に盛んに行われている。このＰＯＳシステムには、
バーコードリーダ等の光学式の情報読み取り装置が多用
されている。

【０００３】即ち、商品に関する情報（商品の種類や価
格等）を情報媒体としてのバーコードで表示し、このバ
ーコードをバーコードリーダで読み取り、この情報をホ
ストコンピュータで処理することにより、在庫管理等の
データ処理を行っている。

【０００４】又、最近では、物流分野においても、商品
や箱に情報媒体としてのバーコードを表示しておき、こ
れをバーコードリーダで読み取って、仕分け等を行うこ
とも多い。

【０００５】バーコードリーダ等の情報読み取り装置に
は光走査装置を備えたものがある。従来の光走査装置
は、ポリゴンミラーやガルバノミラーを機械的に回転さ
せて光走査を行う方式のものが一般的であった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このように機械的可動
部分を備えた光走査装置は、制御性が悪く、応答遅れが
生じる等の問題や、機械的な振動により光軸がずれる等
の不具合があった。

【０００７】もし、電気的な制御により偏向角を変えら
れる光偏向器があれば、機械的可動部を有さない光走査
装置の開発も可能であり、情報読み取り装置の信頼性を
向上することもできる。

【０００８】本発明はこのような従来の技術の問題点に
鑑みてなされたものであり、電気的な制御で偏向角が可
変な光偏向器と、機械的可動部がなく、電気的に制御が
可能な光走査装置と、この光走査装置を利用した制御性
がよく信頼性の高い情報読み取り装置を提供することを
目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決
するために、以下の手段を採用した。 《本発明の要旨》 〔１．光偏向器〕本発明の光偏向器(1)は、対向配置さ
れた透明電極(2,2)間に液晶(5)が挿入され、駆動回路
(6)によって透明電極(2,2)間に電圧を印加できるように
なっている。前記液晶(5)は、前記透明電極(2,2)間に電
圧を印加すると回折格子として機能する平行縞が生じ、
印加する電圧の大きさに応じて前記平行縞のピッチが変
化し、回折角が変化するものである。この回折光を出射
光として利用して光偏向器(1)としたものである。

【００１０】〔２．光走査装置〕本発明の光走査装置(1
0)は、（イ）光偏向器(1)と、（ロ）光源(11)とを具備
する。以下に、各構成要素の概要と、そのポイントを簡
単にまとめる。

【００１１】〈光偏向器〉光偏向器(1)の構成について
は前述の通りである。ただし、駆動回路(13)について
は、大きさが時間的に変化する電圧を、前記光偏向器
(1)の透明電極(2,2)間に印加できるようにする。印加電
圧は直流電圧でも交流電圧でも可能である。時間に対す
る電圧の変化率が走査光の走査速度を決定する。

【００１２】光偏向器(1)の入射光の入射角を、走査光
として用いる回折光のブラッグ角にすると、回折効率が
最大になり、走査光として用いる回折光の強度が他の回
折光の強度よりも大きくできる。

【００１３】光偏向器(1)は少なくとも１つあれば足り
るが、光偏向器を複数有し、各光偏向器(1A,1B,1C)に生
じる平行縞が互いに交差するように光偏向器(1A,1B,1C)
を重ねて配置し、各光偏向器(1A,1B,1C)に交互に電圧を
印加するようにすると、走査方向を順次変えながら複数
方向に走査光を走査することも可能である。ここで光偏
向器(1A,1B,1C)を重ねるとは、必ずしも光偏向器(1A,1
B,1C)同士が接する必要はなく、光偏向器(1A,1B,1C)間
に隙間を有していてもよい。交差角に特に限定はない。

【００１４】〈光源〉光源(11)は、前記光偏向器(1)に
入射する光を出射するものである。出射される光は、Ｓ
偏光あるいはＰ偏光の直線偏光のレーザ光が好ましい。
光源(11)から出射される光が非直線偏光の場合には、光
源(11)と光偏向器(1)との間に偏光子を配置して、直線
偏光成分だけを光偏向器(1)に入射させるようにすれば
よい。

【００１５】〈第１の付加的構成要素〉本発明に係る光
走査装置(10)は前記基本構成要素からなるが、光偏向器
(1)の入射側または出射側に、光を集光する集光用光学
素子(12)を付加した上でも成立する。集光用光学素子(1
2)としては凸レンズを例示することができる。

【００１６】〈第２の付加的構成要素〉本発明の前記第
１の付加的構成要素を備えた光走査装置(10)において
は、光源(11)から集光用光学素子(12)までの光軸方向に
沿う離間距離を可変にする可変機構(27)を付加した上で
も成立する。この場合、光源(11)と集光用光学素子(12)
のいずれか一方を固定し、他方を可変機構(27)によって
光軸方向に沿って移動する。移動させるのは光源(11)で
も集光用光学素子(12)でも構わない。

【００１７】〈第３の付加的構成要素〉本発明の前記第
１の付加的構成要素を備えた光走査装置(10)において
は、前記集光用光学素子(12)の出射光を光偏向器(1)か
ら離間する方向に反射するハーフミラー(17)と、このハ
ーフミラー(17)からの反射光を集光する第２集光用光学
素子(18)と、この第２集光用光学素子(18)の出射光を反
射し反射光を第２集光用光学素子(18)及び前記ハーフミ
ラー(17)に透過して光偏向器(1)に入射させる反射部材
(19)と、第２集光用光学素子(18)から反射部材(19)まで
の光軸方向に沿う離間距離を可変にする可変機構(28)、
とを付加した上でも成立する。

【００１８】この場合、第２集光用光学素子(18)と反射
部材(19)のいずれか一方を固定し、他方を可変機構によ
って光軸方向に沿って移動する。移動させるのは第２集
光用光学素子(18)でも反射部材(19)でも構わない。

【００１９】〈第４の付加的構成要素〉本発明の前記第
１から第３の付加的構成要素を備えた光走査装置(10)に
おいては、光源(11)と光偏向器(1)との間にアパーチャ
(16)を付加した上でも成立する。

【００２０】〈第５の付加的構成要素〉本発明に係る光
走査装置(10)は、光偏向器(1)の出射側に、走査光の偏
向角を実質的に増大せしめる光学素子(14,15)を付加し
た上でも成立する。この光学素子(14,15)としては、凸
レンズ、凹レンズ、凸面鏡、ホログラム等を例示するこ
とができる。

【００２１】〔３．情報読み取り装置〕本発明に係る情
報読み取り装置(40)は、（イ）光走査装置(10)と、
（ロ）光検知器(22)とを備える。以下に、各構成要素の
概要と、そのポイントを簡単にまとめる。

【００２２】〈光走査装置〉光走査装置(10)は情報媒体
(100)に走査光を走査するものであり、その構成につい
ては前述の通りである。光走査装置(10)は、前記３つの
基本構成要素（光源、偏向器、駆動回路）で構成しても
よいし、前記第１から第５の付加的構成要素を付加して
構成してもよい。前記情報媒体(100)としては、バーコ
ードを例示することができる。

【００２３】〈光検知器〉光検知器(22)は、情報媒体(1
00)で反射した走査光の反射光を検知するものである。
光源(11)と集光用光学素子(12)との間にハーフミラー(2
1)を設け、情報媒体(100)からの反射光を光偏向器(1)及
び集光用光学素子(12)に透過して、その透過光を前記ハ
ーフミラー(21)で反射させて光検知器(22)に入射させる
ようにしてもよい。

【００２４】〈付加的構成要素〉本発明に係る情報読み
取り装置(40)は、前記基本構成要素からなるが、光偏向
器(1)の出射側に光偏向器(1)の透過光を遮断する遮光手
段(26)を備えた上でも成立する。

【００２５】《本発明の原材料》光偏向器(1)に使用さ
れる液晶(5)の代表例としては、化１を挙げることがで
きるが、これに限るものではない。

【００２６】

【化１】 《本発明の利用可能性》本発明の光走査装置(10)は、バ
ーコードリーダやレーザプリンタ等に組み込まれる光走
査装置に利用可能である。

【００２７】

【作用】

《本発明の作用〉 〔１．光偏向器〕透明電極(2,2)間に電圧を印加すると
平行縞が生じ、この平行縞が回折格子として機能する。
平行縞のピッチは印加する電圧の大きさに応じて変化す
る。したがって、印加する電圧の大きさを変えて回折角
を変えることができる。この回折光を出射光として利用
する。

【００２８】〔２．光走査装置〕 （１）基本構成要素による作用 光偏向器(1)の出射光である回折光を走査光として用い
る。光偏向器(1)の印加電圧の大きさを時間的に変化さ
せると、回折角が時間的に変化するので、光を走査する
ことができる。

【００２９】（２）第１の付加的構成要素を付加した場
合の作用 集光用光学素子(12)を付加すると、光源(11)からの光が
集束光線の場合には、集光用光学素子(12)を有さないと
きに比べて光の結像点を光偏向器(1)に近づける作用が
ある。光源(11)からの光が発散光線あるいは平行光線で
ある場合には、集光用光学素子(12)は光源(11)からの光
を集光して結像させる作用がある。

【００３０】（３）第２の付加的構成要素あるいは第３
の付加的構成要素を付加した場合の作用 この場合には、結像点の位置を可変にすることができ
る。

【００３１】（４）第４の付加的構成要素を付加した場
合の作用 アパーチャ(16)によってビーム径を絞ったり、ビーム形
状を所望に設定することができる。又、情報読み取り装
置(40)に採用した場合には、情報媒体(100)で反射する
反射光の反射光強度比（コントラスト）を高めることが
できる。

【００３２】（５）第５の付加的構成要素を付加した場
合の作用 走査光の偏向角の増大により、走査光の走査幅を増大さ
せることができ、光走査装置(10)を小型化することがで
きる。

【００３３】〔３．情報読み取り装置〕 （１）基本構成要素による作用 光走査装置(10)から出射された走査光は情報媒体(100)
に照射され、情報媒体(100)で反射し、その反射光が光
検知器(22)に入射する。光検知器(22)に入力された光信
号は適宜の手段により電気信号に変換されて読み取られ
る。

【００３４】（２）付加的構成要素を付加した場合の作
用 この場合には、遮光手段(26)によって光偏向器(1)の透
過光が遮断されるので、透過光の反射光が光検知器(22)
に入射しなくなる。したがって、読み取り精度が向上す
る。

【００３５】

【実施例】

〔Ｖ．Ｇ．Ｍ現象〕本発明の光偏向器、光走査装置、情
報読み取り装置を説明する前に、Ｖ．Ｇ．Ｍ現象につい
て説明する。

【００３６】ある種のネマティック液晶分子を透明電極
間に挟み、直流あるいは交流電圧を印加すると、電圧が
ある一定のしきい値を越えたところで数μｍピッチの平
行縞が現れることが報告されている（B.H.Soffer et,a
l.Opt.Eng.22,6,1983）。この現象がＶ．Ｇ．Ｍ（Varia
ble Grating Mode）と呼ばれるものである。この平行縞
は液晶内の二次配向の分布に起因するものであり、印加
電圧の大きさによって平行縞のピッチ（即ち、空間周波
数）が変わる。

【００３７】尚、ＶＧＭ現象が生じる液晶は、誘電率差
△ε＜０のものが多い。Ｖ．Ｇ．Ｍ現象が生じる液晶の
代表例を化２に示す。これは、Merck社のＮ−４として
市販されており、入手可能である。

【００３８】

【化２】 この平行縞は回折格子の働きをするので、印加電圧を変
えることにより回折角を変えることができる。尚、平行
縞のピッチは印加電圧の増大に比例して狭くなり、回折
角が大きくなることがわかっている。

【００３９】本発明の光偏向器、光走査装置、情報読み
取り装置はこのＶ．Ｇ．Ｍ現象を利用したものである。
以下、本発明の実施例を図１から図２１の図面に基いて
説明する。

【００４０】〔光偏向器〕図１は本発明の光偏向器の基
本構成図である。光偏向器１は、一方の面に透明電極２
及び配向膜３を設けた一対の透明ガラス板４，４を対向
配置し、このガラス板４，４間にＶ．Ｇ．Ｍ現象が生じ
る液晶（例えば、Merck社製のＮ−４）５を挿入して構
成されており、透明電極２，２には交流電圧あるいは直
流電圧を印加できるように駆動回路６が接続されてい
る。

【００４１】光偏向器１は透明電極２，２間に電圧を印
加すると平行縞が表れ、この平行縞は回折格子として機
能する。したがって、前記光偏向器１に光を入射する
と、出射側には透過光（０次光）及び±１次、±２次、
…の回折光が現れる。この回折光のうちのいずれかを出
射光として利用すれば、光は偏向されたこととなる。通
常、回折光のうち一番強度の強い回折光が出射光として
利用され、それは＋１次回折光の場合が多い。

【００４２】前記透明電極２，２間に印加する電圧の大
きさを変えると前記平行縞のピッチが変わり、回折角が
変化する。したがって、透明電極２，２間に印加する電
圧の大きさを一定にすると偏向角を一定にすることがで
き、透明電極２，２間に印加する電圧の大きさを変える
ことができるようにしておくと、偏向角は可変になる。

【００４３】尚、光偏向器１は通常の液晶ディスプレイ
と同じ方法で製造することが可能である。例えば、初め
に、一対の透明ガラス板４の各裏面に透明電極パターン
２を形成し、更に各透明ガラス板４の裏面に配向膜３を
塗布しラビングを行う。次いで、透明電極２を内側にし
て透明ガラス板４，４を対向配置し、その間に図示しな
い球状のスペーサを散布して挟み真空封止する。次に、
真空を破り透明ガラス板４，４間に液晶を充填して完成
する。透明電極パターン２，２については液晶ディスプ
レイと同等のものにする必要はなく、透明ガラス板４の
内面側の面一面に透明電極２，２を接合しさえすれば十
分である。

【００４４】〔光走査装置〕本発明の光走査装置は前記
光偏向器１を利用したものである。以下、光走査装置の
実施例を図２から図５の図面に基いて説明する。

【００４５】〈光走査装置−第１実施例〉図２は光走査
装置１０の第１実施例を示す構成図である。光走査装置
１０は、光偏向器１と、光偏向器１の入射側に配置され
た光源１１と、光偏向器１と光源１１との間に配された
凸レンズからなる集光レンズ（集光用光学素子）１２
と、光偏向器１に電圧を印加する駆動回路１３とから構
成されており、この駆動回路１３は、大きさが周期的に
変化する電圧を光偏向器１に印加できるようになってい
る。

【００４６】光源１１と光偏向器１は集光レンズ１２の
光軸上に配置されている。光源１１からはＳ偏光のレー
ザ光が出射され、集光レンズ１２によって集束光線とな
る。光偏向器１は、集光レンズ１２による結像点よりも
集光レンズ１２寄りに配置されている。したがって、集
光レンズ１２を透過した光は、結像点に集光する前に、
光偏向器１によって偏向される。

【００４７】図３は、透明電極間２，２に印加する電圧
波形の一例を示すものであり、図３（Ａ）、（Ｃ）は交
流電圧の場合、図３（Ｂ）は直流電圧の場合を示してい
る。図３（Ａ）、（Ｃ）では交流信号をパルスで与えて
いるが、これに限るものではなく、例えば連続的に電圧
値が増減するような交流信号であっても構わない。

【００４８】このように透明電極２，２間に印加される
電圧の大きさを時間的に変化させると、光偏向器１の偏
向角が時間的に変化することとなる。したがって、この
光偏向器１に光を入射すると、回折光である走査光は直
線的に走査されることとなる。そして、走査光の走査周
期は電圧の周期に同期することとなる。

【００４９】ここで、電圧が図３（Ａ）、（Ｂ）のよう
に正又は負のいずれか一方の領域で変化する場合には、
走査光は図２（Ａ）に示すように集光レンズ１２の光軸
を境に一方の側で走査し、電圧が図３（Ｃ）のように正
負領域で変化する場合には、走査光は図２（Ｂ）に示す
ように光軸を挟んで両側に亙って走査する。尚、走査光
の走査速度は、光偏向器１に印加される電圧の周波数に
よって決定される。

【００５０】今、例えば光源１１から出射される光を波
長６７０ｎｍの半導体レーザ光とし、透明電極２，２間
に印加される電圧の波形が図３（Ｃ）のようになってい
て、光偏向器１に生じる平行縞の空間周波数が０から１
０００本／ｍｍの範囲で変化したとすると、偏向角の最
大値は±２１度になり、図２（Ｂ）に示す走査角度θと
しては４２度になる。

【００５１】又、図２（Ｂ）において、光源１１から集
光レンズ１２までの距離ａを１１．１ｍｍとし、集光レ
ンズ１２の焦点距離ｆを１０ｍｍとすると、集光レンズ
１２を透過した光は集光レンズ１２からの距離ｂが１０
０ｍｍのところに集光し、結像する。そして、集光レン
ズ１１と光偏向器１までの距離ｃを９ｍｍとすると、走
査光の走査幅Ｌは７０ｍｍになる。

【００５２】〈光走査装置−第２実施例〉図４は光走査
装置１０の第２実施例を示す構成図である。光走査装置
１０が、光偏向器１と、光源１１と、集光レンズ１２
と、駆動回路１３、とから構成されている点については
第１実施例のものと同じである。

【００５３】第２実施例の光走査装置１０が第１実施例
のものと相違する点は、光偏向器１の平行縞が所定の空
間周波数になった時にブラッグ条件を満たすように、即
ち、光偏向器１への光の入射角と、走査光として用いる
回折光の回折角とが等しくなるようにしたところにあ
る。ブラッグ条件が満たされた時、回折効率は最大とな
り、走査光として用いる回折光の強度が最大となって、
他の回折光の強度を十分に小さくすることができる。

【００５４】この第２実施例において、例えば光源１１
から出射される光を波長６７０ｎｍの半導体レーザ光と
し、透明電極２，２間に印加される電圧の波形が図３
（Ａ）又は（Ｂ）のようになっていて、光偏向器１に生
じる平行縞の空間周波数が０から１０００本／ｍｍの範
囲で変化したとし、空間周波数が１０００本／ｍｍでブ
ラッグ条件を満たすようにしたとすると、入射角αは１
９．６度であり、走査角度θは３９．２度になる。

【００５５】又、光源１１から集光レンズ１２までの距
離ａを１１．１ｍｍとし、集光レンズ１２の焦点距離ｆ
を１０ｍｍとすると、集光レンズ１２を透過した光は集
光レンズ１２からの距離ｂが１００ｍｍのところに集光
し、結像する。この場合に、集光レンズ１１と光偏向器
１までの距離ｃを２ｍｍにすると、走査光の走査幅Ｌを
第１実施例の場合と同様に７０ｍｍにすることができ
る。

【００５６】〈光走査装置−第３実施例〉図５（Ａ）、
（Ｂ）は光走査装置１０の第３実施例を示す構成図であ
る。この第３実施例の光走査装置１０は、前記第２実施
例の光走査装置１０の構成要素に加えて、光偏向器１の
出射側であって集光レンズ１２による結像点よりも集光
レンズ１２寄りに、凸レンズ１４あるいは凹レンズ１５
を備えている。これら凸レンズ１４あるいは凹レンズ１
５は偏向角を実質的に増大させるように機能する。

【００５７】初めに、比較例として前記凸レンズ１４や
凹レンズ１５がない場合を考える。図６はこの比較例を
示す構成図であり、この場合に例えば、光源１１から出
射される光を波長６７０ｎｍの半導体レーザ光とし、透
明電極２，２間に印加される電圧の波形を図３（Ｃ）の
ようにし、光偏向器１に生じる平行縞の空間周波数を０
から５００本／ｍｍの範囲で変化させ、空間周波数が４
００本／ｍｍでブラッグ条件を満たすようにしたとす
る。この時の入射角αは７．７度であり、走査角度θは
１５．４度になる。この場合に、走査光の走査幅Ｌを第
１実施例の場合と同様に７０ｍｍにするためには、光偏
向器１から結像点までの距離Ｓを２５９ｍｍにしなけれ
ばならない。

【００５８】ここで、図５（Ａ）で示すように、光偏向
器１から出射側に１５ｍｍ離れた位置に、焦点距離５ｍ
ｍの凸レンズ１４を集光レンズ１２と共通の光軸上に設
けると、光偏向器１により偏向された光は凸レンズ１４
に入射後、凸レンズ１４から出射側に約７．５ｍｍ離れ
た位置で光軸と交差し、再び広がって結像する。凸レン
ズ１４での光の変位幅は約４ｍｍであるので、凸レンズ
１４から約１３８．５ｍｍ離れた位置で走査光の走査幅
Ｌが７０ｍｍになる。したがって、光偏向器１から走査
光の結像点までの距離Ｓは約１５３．３ｍｍになり、凸
レンズ１４を設けない場合の２５９ｍｍよりも１０５．
５ｍｍだけ短くすることができる。

【００５９】又、図５（Ｂ）に示すように、光偏向器１
から出射側に１５０ｍｍ離れた位置に、焦点距離５０ｍ
ｍの凹レンズ１５を集光レンズ１２と共通の光軸上に設
けると、凹レンズ１５の入射側に７５ｍｍ離れた位置に
焦点があるかのように発散していき、結像する。凹レン
ズ１５での光の変位幅は約４０ｍｍであるので、凹レン
ズ１５から約５６ｍｍ離れた位置で走査光の走査幅Ｌが
７０ｍｍになる。したがって、光偏向器１から走査光の
結像点までの距離Ｓは２０６ｍｍになり、凹レンズ１５
を設けない場合の２５９ｍｍよりも５３ｍｍだけ短くす
ることができる。

【００６０】〔情報読み取り装置〕本発明の情報読み取
り装置は前記光走査装置１０を利用したものである。こ
の情報読み取り装置の一例に所謂バーコードリーダがあ
る。以下、バーコードリーダを例にとって本発明の情報
読み取り装置を図７から図２１の図面に基いて説明す
る。

【００６１】本発明におけるバーコードリーダ４０は、
光源から出射した光ビームを光偏向器１によって偏向
し、この時の光偏向器１に印加する電圧を駆動回路で制
御することにより、光ビームをバーコード上に走査させ
るものである。

【００６２】バーコードリーダ４０には図７に示すよう
に３つのタイプがある。図７（Ａ）はペンタイプのもの
であり、このタイプでは光は自走せず、バーコードリー
ダ４０の先端をバーコードに接触させながら、オペレー
タがバーコードリーダ４０を滑らせることにより光を走
査し、情報を読み取るものである。

【００６３】図７（Ｂ）はタッチタイプのものであり、
このタイプでは、オペレータがバーコードリーダ４０を
動かさなくても、走査光が自走して情報を読み取るよう
になっている。つまり、オペレータがバーコードリーダ
４０のフレーム４１の先部４２をバーコードの上にほぼ
接触させるように置くと、走査光がバーコード上を自ら
走査するようになっている。

【００６４】図７（Ｃ）はガンタイプのものであり、こ
のタイプはバーコードリーダ４０をバーコードから離し
て操作するようにしたものである。ガンタイプのバーコ
ードリーダ４０はバーコードに接近させることが難しい
場所での使用に適している。ガンタイプのバーコードリ
ーダ４０には、前述のように走査光が自走するタイプ
と、そうでないタイプの両方がある。

【００６５】本発明の情報読み取り装置は、走査光が自
走しないタイプのものにも適用可能であるが、走査光が
自走するタイプのものに適用した場合に特に有効であ
る。以下に説明する実施例では、走査光が自走するタイ
プのバーコードリーダ４０の態様である。

【００６６】〈情報読み取り装置−第１実施例〉図８
（Ａ）、（Ｂ）はバーコードリーダ４０の第１実施例に
おける光学系の構成図であり、これら光学系はバーコー
ドリーダ４０のフレーム４１に内蔵されている。このバ
ーコードリーダ４０は、光走査装置１０と、光走査装置
１０の光源１１と集光レンズ１２との間に配されたハー
フミラー２１と、光検知器２２とを具備している。

【００６７】図８（Ａ）に示すように、光源１１からの
光は、ハーフミラー２１を通って集光レンズ１２に入射
し、光偏向器１により偏向されてバーコード（情報媒
体）１００の上を走査される。

【００６８】バーコード１００で反射した光の一部は、
図８（Ｂ）に示すように逆進して偏向器１を通り、集光
レンズ１２を通って、ハーフミラー２１で反射して光検
知器２２に入射する。光源１１からハーフミラー２１ま
での距離と、ハーフミラー２１から光検知器２２までの
距離を等しくしておくと、光検知器２２において前記反
射光を結像させることができる。

【００６９】〈情報読み取り装置−第２実施例〉図９は
バーコードリーダ４０の第２実施例における光学系の構
成図である。このバーコードリーダ４０には、ハーフミ
ラー２１がなく、集光レンズ１２の光軸に対して走査光
の結像点で交差する光軸を有する集光レンズ２３を備え
ており、この集光レンズ２３の後方に光検知器２２を設
けて構成されている。バーコード１００で反射した光の
一部は集光レンズ２３を通って光検知器２２に結像する
ようになっている。

【００７０】〈情報読み取り装置−第３実施例〉図１０
はバーコードリーダ４０の第３実施例における光学系の
構成図である。第３実施例のバーコードリーダ４０の基
本的な構成は前述第２実施例のものと同じである。第３
実施例のバーコードリーダ４０が第２実施例のものと相
違する点は、光走査装置１０の光源１１と集光レンズ１
２との間に孔の開いたアパーチャ１６を備えているとこ
ろにある。

【００７１】アパーチャ１６を設けたことにより、走査
光のビーム径を絞ることができ、バーコード１００の判
別が可能な所定の反射光強度比（コントラスト）が採れ
るようにすることができる。

【００７２】又、バーコード１００に照射するビームの
形状は円形に限るものではなく、楕円形等、種々の形状
が可能である。前記アパーチャ１６を設ければ、アパー
チャ１６に設ける孔の形状によりビーム形状を適宜に設
定することが可能である。

【００７３】〈情報読み取り装置−第４実施例〉図１１
はバーコードリーダ４０の第４実施例の光学系の構成図
である。このバーコードリーダ４０は、図４に対応する
光走査装置１０と、バーコード１００で反射した光を検
知する光検知器２２とを備えている。

【００７４】このバーコードリーダ４０は、走査光がバ
ーコード１００に照射されている時と、バーコード１０
０以外のところに照射されている時では、光検知器２２
の検知結果が異なることを利用して、光ビームがバーコ
ード１００に照射されていることが確認されてから光ビ
ームを走査するようにしたものである。

【００７５】そのために、このバーコードリーダ４０で
は、光を走査する前に、光偏向器１に印加する電圧の大
きさが０の状態を設けるようにしている。光偏向器１に
印加する電圧の大きさが０の状態では、光は偏向せずに
光偏向器１を透過する。この透過光のバーコード１００
における反射光を光検知器２２で検知し、この反射光の
強度が所定のレベルに達したら、光ビームがバーコード
上に照射されたものと判断する。そして、光検知器２２
により所定強度の反射光が検知されると、反射光検知回
路２４においてトリガーが発生し、このトリガー信号に
よって、光偏向器１に電圧を印加する駆動回路２５がＯ
Ｎになり、走査光が走査されるようになっている。

【００７６】尚、透過光がバーコード１００の上に位置
したことをオペレータが目視にて確認してから、駆動回
路２５を手動でＯＮにするようにしても構わない。

【００７７】〈情報読み取り装置−第５実施例〉図１２
はバーコードリーダ４０の第５実施例の光学系の構成図
である。このバーコードリーダ４０は、図４に対応する
光走査装置１０と、バーコード１００で反射した光を検
知する光検知器２２と、遮光板（遮光手段）２６を備え
ている。

【００７８】前述したように、光偏向器１の出射側には
走査光として用いる回折光とともに、透過光（０次光）
が現れる。この透過光の反射光は光検知器２２に対して
ノイズとなり、場合によっては情報の読み取りが不正確
になる虞がある。

【００７９】そこで、このバーコードリーダ４０では、
透過光の光路上に遮光板２６を配置して、透過光がバー
コードリーダ４０の外に漏れないようにし、光検知器２
２へのノイズの影響をなくす。尚、遮光板２６は、例え
ば艶消しした黒色非散乱体で構成することができる。

【００８０】〈情報読み取り装置−第６実施例〉一般
に、バーコードリーダでは、読み取るべきバーコード
を、走査光の結像点前後の所定範囲内にないと、反射光
の強度が不足して読み取ることができない。そして、こ
の読み取り可能範囲は非常に狭い。

【００８１】しかしながら、走査光の結像点を可変にで
きれば、読み取り可能範囲を広げることができ、使い勝
手を向上させることができる。本実施例はこれを可能に
したものである。以下に、その構成と作用を説明する。

【００８２】図１３はバーコードリーダ４０の第６実施
例の光学系の構成図である。凸レンズの結像式からも解
るように、光源２１の光を集光レンズ１２で結像させる
場合に、集光レンズ１２から結像点までの距離は、集光
レンズ１２から光源２１までの距離によって変化する。
したがって、光源２１と集光レンズ１２との距離（集光
レンズ１２の光軸に沿う距離）を変えることができれ
ば、光偏向器１から結像点までの距離を変えることがで
きる。

【００８３】この第６実施例のバーコードリーダ４０
は、光源２１を直接移動させるようにしたものであり、
図４に対応する光走査装置１０と、バーコード１００で
反射した光を検知する光検知器２２と、光源２１を集光
レンズ１２の光軸方向に沿って前後動せしめる移動装置
（可変機構）２７から構成されている。移動装置２７
は、逆圧電効果を利用した所謂ピエゾ素子で構成しても
よいし、機械的な移動装置を用いても構わない。

【００８４】ここで、走査光の結像点の位置を前後させ
るタイミングとしては、例えば、光検知器２２で得た反
射光の信号を復調した結果から正常な読み取りができた
か否かを判断し、その結果に応じて結像点の位置を前後
させたり、あるいは、オペレータのキー操作等の指示に
より結像点の位置を前後させる、などが考えられる。

【００８５】〈情報読み取り装置−第７実施例〉図１４
に示すバーコードリーダ４０も、光偏向器１から結像点
までの距離を可変にして、読み取り可能範囲を広げ、使
い勝手を向上させたものである。

【００８６】このバーコードリーダ４０は、光走査装置
１０と、バーコードで反射した光を検知する光検知器２
２とを備えている。光走査装置１０は、光偏向器１と、
光源１１と、凸レンズからなる第１集光レンズ（集光用
光学素子）１２と、駆動回路１３と、ハーフミラー１７
と、凸レンズからなる第２集光レンズ（第２集光用光学
素子）１８と、反射ミラー１９と、この反射ミラー１９
を第２集光レンズ１８の光軸に沿って前後動する可変機
構２８から構成されている。

【００８７】光源１１からの光は第１集光レンズ１２を
通って、ハーフミラー１７で反射し、その反射光が第２
集光レンズ１８を通って、反射ミラー１９で結像し、反
射ミラー１９で反射した反射光が逆進して、再び第２集
光レンズ１８を通り、ハーフミラー１９を透過して、光
偏向器１で偏向されて、走査光となり、バーコードの上
を走査するようになっている。

【００８８】可変機構２８は揺動体２８ａと変位装置２
８ｂとから構成されている、揺動体２８ａはその一端を
中心にして回動可能に支持されており、揺動体２８ａの
他端に反射ミラー１９が固定されている。揺動体２８ａ
はその途中に連結された変位装置２８ｂによって揺動さ
れるようになっている。変位機構２８ｂはピエゾ素子で
構成してもよいし、機械的な移動装置を用いても構わな
い。

【００８９】このバーコードリーダ４０においては、揺
動体２８ａが揺動することにより、反射ミラー１９がほ
ぼ光軸に沿って前後動することになり、第２集光レンズ
１８と反射ミラー１９との距離を変えて、光偏向器１か
ら結像点までの距離を変えるようになっている。

【００９０】尚、揺動体２８ａを設けずに、反射ミラー
１９を直接に変位装置２８ｂによって前後動させるよう
にすることも可能であるが、前述のように揺動体２８ａ
を設けると、「てこ」の原理により反射ミラー１９の変
位量を大きくすることができ、有利である。

【００９１】尚、走査光の結像点の位置を前後させるタ
イミングについては、前述第６実施例の場合と同様に種
々の場合が考えられる。

【００９２】〈情報読み取り装置−第８実施例〉図１５
はバーコードリーダ４０の第８実施例における光学系の
構成図である。このバーコードリーダ４０は、光走査装
置１０と、バーコード１００で反射した光を検知する光
検知器２２とを備えている。

【００９３】光走査装置１０は、３つの光偏向器１Ａ，
１Ｂ，１Ｃと、光源１１と、凸レンズからなる集光レン
ズ１２と、電圧制御部１３とから構成されている。３つ
の光偏向器１Ａ〜１Ｃは、図１６に示すように、電圧を
印加したときに生じる回折縞（図中、実線の平行線で示
す）の方向が、互いに１２０度ずつずれるようにして、
重ねた状態に配置されている。

【００９４】３つの光偏向器１Ａ〜１Ｃには、駆動回路
１３において制御された電圧が、図１５（Ａ）、
（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、スイッチング回路を介し
て順番に重複することなく印加されるようになってい
る。したがって、いずれか一つの光偏向器に電圧が印加
されている時には、光はこの光偏向器では偏向される
が、残る２つの光偏向器では偏向されず、単に透過する
だけとなる。

【００９５】その結果、このバーコードリーダ４０で
は、光偏向器１Ａに電圧が印加されている時には走査光
が図１６及び図１７において一点鎖線Ａで示すように走
査され、光偏向器１Ｂに電圧が印加されている時には一
点鎖線Ｂで示すように走査され、光偏向器１Ｃに電圧が
印加されている時には一点鎖線Ｃで示すように走査され
る。

【００９６】即ち、このバーコードリーダ４０によれ
ば、走査光を１２０度ずつずれた３方向に走査すること
ができ、バーコード１００を読み取り可能なバーコード
リーダ４０のバーコード１００に対する方向性が広が
り、使い勝手が向上する。

【００９７】〈情報読み取り装置−そのほかの実施例〉
本発明の情報読み取り装置では光学系をほぼ一直線上に
配列できるので、バーコードリーダ４０のフレーム４１
を円筒状、楕円筒状、角形筒状等、筒状にすることがで
きる。

【００９８】図１８は円筒状のフレーム４１のバーコー
ドリーダ４０であり、図１８（Ａ）はフレーム４１の途
中に目印用の切欠部４１ａを設けたものであり、図１８
（Ｂ）はフレーム４１の先部に握り易い形状の凹部４１
ｂを設けたものである。このようにすると、オペレータ
が走査光の走査方向を判断し易くなり、使い勝手が向上
する。

【００９９】又、図１８（Ｃ）に示すように、走査光の
出射側であるフレーム４１の先部４２を箆状に広げ、こ
の箆状の先部４２を透明にし、先部４２の先端で走査光
が結像するようにし、箆状の先部４２の長手方向に走査
光が走査されるようにすると、バーコードリーダ４０を
操作し易くでき、情報の読み取り率も向上し、使い勝手
が向上する。

【０１００】ＰＯＳシステムでは、バーコードの情報を
読み取った後、デコーダで解読し、コンピュータ処理可
能な信号に直してコンピュータに送信する必要がある。
本発明に係るバーコードリーダ４０の場合、図１９に示
すように、デコーダ３１を光学系３０とともにバーコー
ドリーダ４０のフレーム４１に内蔵してもよいし、バー
コードリーダ４０には光学系３０だけを内蔵し、デコー
ダ３１はコンピュータ５０に設けるようにしても構わな
い。

【０１０１】バーコードリーダ４０とコンピュータ５０
の間のデータの送受信方式は無線でも有線でも構わな
い。バーコードリーダ４０に、走査光を自動または手動
でＯＮ−ＯＦＦする機能を備えてもよい。走査光のＯＮ
−ＯＦＦは、光源１１をＯＮ−ＯＦＦして行ってもよい
し、あるいは、光源１１はＯＮ状態に維持しつつ、光路
上に設けたシャッタを操作して光を遮断もしくは通過さ
せるようにしてもよい。

【０１０２】例えば、図２０に示すように、フレーム４
１にスイッチ４４を設け、スイッチ４４によりトリガー
を発生させ、このトリガー信号に同期して走査光のＯＮ
−ＯＦＦを行う。

【０１０３】走査光のＯＮ−ＯＦＦ操作は手動で行うこ
ともできるが、自動的に行うことも可能である。例え
ば、スイッチ４４をタッチセンサで構成し、オペレータ
がバーコードリーダ４０を手にするとスイッチ４４がＯ
Ｎになるようにする。又、走査光のＯＦＦ動作を自動的
に行うには、例えば、所定時間の間、デコーダに信号が
入力されなくなくなった時にトリガーを発生させ、この
トリガー信号に同期して走査光のＯＦＦ動作を行うよう
にすればよい。

【０１０４】バーコードリーダ４０に、操作の状態（例
えば、「バーコードの情報を読み取り中」とか「読み取
り完了」とか「読み取り不良」とか「再操作必要」等）
をオペレータに知らせる告知手段を備えてもよい。図２
１はバーコードリーダ４０に設けた告知手段の具体例を
示しており、（Ａ）は告知手段としてのＬＥＤ等からな
る表示灯４５をフレーム４１に設けたものであり、
（Ｂ）は告知手段としてのブザー４６をフレーム４１内
に内蔵したものであり、（Ｃ）は告知手段としての液晶
ディスプレイ４７をフレーム４１に設けたものである。
尚、告知手段はバーコードリーダ４０に設けず、コンピ
ュータ側に設けることも可能である。

【０１０５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光偏向器
によれば、偏向角を電気的に制御することが可能な新規
な光偏向器を得ることができるという優れた効果が奏さ
れる。

【０１０６】又、本発明の光走査装置によれば、機械的
可動部がなく、走査光の走査幅や走査速度を電気的に制
御可能な新規な光走査装置を得ることができるという優
れた効果が奏される。

【０１０７】第１の付加的構成要素（集光用光学素子）
を付加した光走査装置によれば、光源からの光が集束光
線の場合には、集光用光学素子を有さないときよりも光
の結像点を光偏向器に近づけることができ、装置を小型
化できるという効果がある。又、光源からの光が発散光
線あるいは平行光線である場合には、光源からの光を集
光して結像させるという効果がある。

【０１０８】第２の付加的構成要素あるいは第３の付加
的構成要素（可変機構）を付加した光走査装置によれ
ば、結像点の位置を可変にすることができ、使い勝手が
向上するという効果がある。

【０１０９】第４の付加的構成要素（アパーチャ）を付
加した光走査装置によれば、アパーチャによってビーム
径を絞ったり、ビーム形状を所望に設定することができ
るという効果がある。又、これを情報読み取り装置に採
用した場合には、情報媒体で反射する反射光の反射光強
度比（コントラスト）を高めることができ、読み取り精
度が向上するという効果がある。

【０１１０】第５の付加的構成要素（偏向角度を増大せ
しめる光学素子）を付加した光走査装置によれば、走査
光の走査幅を増大させることができ、装置を小型化でき
るという効果がある。

【０１１１】又、本発明の情報読み取り装置によれば、
光偏向器に機械的可動部がなく、走査光の走査幅や走査
速度を電気的に制御可能な新規な情報読み取り装置を得
ることができるという優れた効果が奏される。

【０１１２】付加的構成要素（遮光手段）を付加した情
報読み取り装置によれば、光偏向器の透過光が遮光手段
によって遮断されるので、透過光が光検知器に入射しな
くなり、読み取り精度が向上するという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光偏向器の構成図である。

【図２】本発明の光走査装置の第１実施例を示す構成図
であり、（Ａ）は走査光が光軸を境にして一方の側を走
査する場合を示し、（Ｂ）は走査光が光軸を挟んで両側
に亙って走査する場合を示している。

【図３】光偏向器に印加される電圧の波形の一例を示す
ものであり、（Ａ）及び（Ｃ）は交流電圧の場合を示
し、（Ｂ）は直流電圧の場合を示している。

【図４】本発明の光走査装置の第２実施例を示す構成図
である。

【図５】本発明の光走査装置の第３実施例を示す構成図
であり、（Ａ）は偏向角を増大させる光学素子として凸
レンズを用いた場合を示し、（Ｂ）は偏向角を増大させ
る光学素子として凹レンズを用いた場合を示している。

【図６】前記第３実施例の光走査装置に対する比較例を
示す構成図である。

【図７】本発明の情報読み取り装置としてのバーコード
リーダの外観斜視図であり、（Ａ）はペンタイプであ
り、（Ｂ）はタッチタイプであり、（Ｃ）はガンタイプ
である。

【図８】本発明の情報読み取り装置の第１実施例を示す
構成図であり、（Ａ）は走査時の光路を説明するための
ものであり、（Ｂ）は光検知時の光路を説明するもので
ある。

【図９】本発明の情報読み取り装置の第２実施例を示す
構成図である。

【図１０】本発明の情報読み取り装置の第３実施例を示
す構成図である。

【図１１】本発明の情報読み取り装置の第４実施例を示
す構成図である。

【図１２】本発明の情報読み取り装置の第５実施例を示
す構成図である。

【図１３】本発明の情報読み取り装置の第６実施例を示
す構成図である。

【図１４】本発明の情報読み取り装置の第７実施例を示
す構成図である。

【図１５】本発明の情報読み取り装置の第８実施例を示
す構成図である。

【図１６】前記第８実施例において３つの光偏向器の重
ね方を示す図である。

【図１７】前記第８実施例における走査光の走査状態を
示す図である。

【図１８】本発明の情報読み取り装置の外観形状の一例
を示す斜視図である。

【図１９】デコーダを内蔵した本発明の情報読み取り装
置と、デコーダを内蔵したコンピュータの斜視図であ
る。

【図２０】走査光をＯＮ−ＯＦＦするスイッチを備えた
本発明の情報読み取り装置の斜視図である。

【図２１】操作状態を知らせる告知手段を備えた本発明
の情報読み取り装置の斜視図である。

【符号の説明】

１ 光偏向器 ２ 透明電極 ５ 液晶 １０ 光走査装置 １１ 光源 １２ 集光レンズ（集光用光学素子） １３ 駆動回路 １４ 凸レンズ（偏向角を増大する光学素子） １５ 凹レンズ（偏向角を増大する光学素子） １６ アパーチャ １７ ハーフミラー １８ 第２集光レンズ（第２集光用光学素子） １９ 反射ミラー（反射部材） ２２ 光検知器 ２６ 遮光板（遮光手段） ２７ 移動機構（可変機構） ２８ 可変機構 ４０ バーコードリーダ（情報読み取り装置） １００ バーコード（情報媒体）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０２Ｂ 26/10 １０７ Ｇ０６Ｋ 7/00 9069−5Ｌ Ｈ０４Ｎ 1/113

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対向配置された透明電極(2,2)間に液晶
   (5)が挿入され、前記透明電極(2,2)間に駆動回路(6)を
   介して電圧を印加できるようになっており、前記液晶
   (5)は、前記透明電極(2,2)間に電圧を印加すると回折格
   子として機能する平行縞が生じ、印加する電圧の大きさ
   に応じて前記平行縞のピッチが変化するものであり、入
   射光を回折してその回折光を出射光として利用すること
   を特徴とする光偏向器(1)。
2. 【請求項２】 （イ）大きさが時間的に変化する電圧を
   前記透明電極(2,2)間に印加できる駆動回路(13)を有す
   る請求項１に記載の光偏向器(1)と、（ロ）前記光偏向
   器(1)に入射する光を出射する光源(11)、とを具備する
   ことを特徴とする光走査装置(10)。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の光走査装置(10)におい
   て、前記光偏向器(1)への入射光の入射角を走査光に用
   いる回折光のブラッグ角とすることを特徴とする光走査
   装置。
4. 【請求項４】 請求項２に記載の光走査装置(10)におい
   て、前記光偏向器(1)を複数備え、各光偏向器(1A,1B,1
   C)に生じる平行縞が互いに交差するように、光偏向器(1
   A,1B,1C)を重ねて配置し、各光偏向器(1A,1B,1C)に交互
   に電圧を印加するようにしたことを特徴とする光走査装
   置(10)。
5. 【請求項５】 請求項２に記載の光走査装置(10)におい
   て、光偏向器(1)の入射側または出射側に、光を集光す
   る集光用光学素子(12)を備えたことを特徴とする光走査
   装置(10)。
6. 【請求項６】 請求項５に記載の光走査装置(10)におい
   て、光源(11)から前記集光用光学素子(12)までの光軸方
   向に沿う離間距離を可変にする可変機構(27)を備えたこ
   とを特徴とする光走査装置(10)。
7. 【請求項７】 請求項５に記載の光走査装置(10)におい
   て、前記集光用光学素子(12)の出射光を光偏向器(1)か
   ら離間する方向に反射するハーフミラー(17)と、このハ
   ーフミラー(17)からの反射光を集光する第２集光用光学
   素子(18)と、この第２集光用光学素子(18)の出射光を反
   射し反射光を第２集光用光学素子(18)及び前記ハーフミ
   ラー(17)に透過して光偏向器(1)に入射させる反射部材
   (19)と、第２集光用光学素子(18)から反射部材(19)まで
   の光軸方向に沿う離間距離を可変にする可変機構(28)、
   とを備えたことを特徴とする光走査装置(10)。
8. 【請求項８】 請求項５から７のいずれかに記載の光走
   査装置(10)において、前記光源(11)と前記光偏向器(1)
   との間にアパーチャ(16)を備えたことを特徴とする光走
   査装置(10)。
9. 【請求項９】 請求項２に記載の光走査装置(10)におい
   て、前記光偏向器(1)の出射側に、走査光の偏向角を実
   質的に増大せしめる光学素子(14,15)を備えたことを特
   徴とする光走査装置(10)。
10. 【請求項１０】 （イ）情報媒体(100)に走査光を走査
    する請求項２に記載の光走査装置(10)と、（ロ）情報媒
    体(100)で反射した走査光の反射光を検知する光検知器
    (22)、とを備えたことを特徴とする情報読み取り装置(4
    0)。
11. 【請求項１１】 請求項１０に記載の情報読み取り装置
    (40)において、前記情報媒体(100)がバーコードである
    ことを特徴とする情報読み取り装置(40)。
12. 【請求項１２】 請求項１０に記載の情報読み取り装置
    (40)において、光偏向器(1)の出射側に光偏向器(1)の透
    過光を遮断する遮光手段(26)を備えたことを特徴とする
    情報読み取り装置(40)。