JP2009016698A - フォトリフレクタ - Google Patents

Abstract

【課題】用いる発光モジュールおよび受光モジュールの高さが高い場合でも、自身の高さを抑制できるフォトリフレクタを提供すること。
【解決手段】発光モジュール２と、受光モジュール３とを備えたフォトリフレクタ１において、発光モジュール２が光を出射する方向とフォトリフレクタが光を出射する検出方向とが直交するように発光モジュール２を配置し、受光モジュール３に光が入射される方向と検出方向とが直交するように受光モジュール３を配置し、発光モジュール２から進行してきた光を検出方向に反射する発光側反射部材４１ａと、検出方向から進行してきた光を受光モジュール３に向けて反射する受光側反射部材４２ａとを備えた。
【選択図】図２

Description

本発明は、発光モジュールと受光モジュールとを備え、被検出物の有無を検出するフォトリフレクタに関する。

フォトセンサは、発光素子から出射された光を受光素子が検出したか否かで、被検出物の有無を検出するセンサであり、多くの電子機器などに用いられている。フォトリフレクタは、フォトセンサの内、被検出物による光の反射を利用したものである。すなわち、フォトリフレクタは、発光素子から出射された光を受光素子に向けて反射する被検出物の有無を検出する。

図８、図９は、従来のフォトリフレクタの一例を示している。フォトリフレクタ１０１は、発光モジュール２、受光モジュール３、および樹脂ケース１０４を備えている。発光モジュール２は、発光素子を内蔵しており、光を出射する方向が被検出物１０７を検出する方向（以下、「検出方向」とする。）となるように樹脂ケース１０４に配置されている。受光モジュール３は、受光素子を内蔵しており、光が入射してくる方向が検出方向となるように樹脂ケース１０４に配置されている。これにより、フォトリフレクタ１０１は、検出方向の被検出物の有無を検出することができる。

特開平８−２３６８０３号公報

近年、電子機器の小型化が進んでおり、その電子機器に使用される部品に対しての小型化、特に薄型化の要請が強まっている。しかしながら、このフォトインタラプタ１０１の検出方向の長さ（図９における上下方向の長さであり、以下、「高さ」とする）Ｈ’は、発光モジュール２の光を出射する方向（以下、「出射方向」とする）の長さ及び受光モジュール３の光が入射される方向（以下、「入射方向」とする）の長さ（図９における上下方向の長さであり、以下、「高さ」とする）のうち長い方の高さｈ’より低くすることができないという問題があった。

本発明は上記した事情のもとで考え出されたものであって、用いる発光モジュールおよび受光モジュールの高さが高い場合でも、自身の高さを抑制できるフォトリフレクタを提供することをその目的としている。

上記課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。

本発明によって提供されるフォトリフレクタは、リードと上記リードに搭載された発光素子と上記発光素子を覆う透光樹脂とを有する発光モジュールと、リードと上記リードに搭載された受光素子と上記受光素子を覆う透光樹脂とを有する受光モジュールと、を備えており、上記発光モジュールから進行してきた光が出射される方向である検出方向から向かってきた光が上記受光モジュールによって受光される構成とされたフォトリフレクタであって、上記発光モジュールは、上記発光モジュールが光を出射する方向と上記検出方向とが直交するように配置され、上記受光モジュールは、上記受光モジュールに光が入射される方向と上記検出方向とが直交するように配置され、上記発光モジュールから進行してきた光を上記検出方向に反射する発光側反射部材と、上記検出方向から進行してきた光を上記受光モジュールに向けて反射する受光側反射部材と、を備えたことを特徴とする。

この構成によると、上記発光モジュールが光を出射する方向（出射方向）および上記受光モジュールに光が入射される方向（入射方向）が検出方向と異なる。したがって、上記発光モジュールが出射方向に長い場合、または、上記受光モジュールが入射方向に長い場合でも、上記フォトリフレクタの検出方向の長さ（高さ）を、上記発光モジュールの出射方向の長さ、または、上記受光モジュールの入射方向の長さ以上にしなくてもよい。すなわち、上記フォトリフレクタの検出方向の長さを抑制することができる。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記受光モジュールは、上記発光モジュールが光を出射する方向の所定の位置に、光が入射される方向が上記発光モジュールが光を出射する方向と一致するように配置され、上記発光側反射部材は、上記発光モジュールと上記受光側反射部材との間に配置され、上記受光側反射部材は、上記受光モジュールと上記発光側反射部材との間に配置されている。

この構成によると、上記フォトリフレクタの検出方向の長さを抑制することができるだけでなく、検出方向と入射方向および出射方向と直交する方向の長さも抑制することができる。また、上記フォトリフレクタにおいて、光を出射する位置と入射される位置とを近づけることができるので、上記被検出物が近くに位置する場合でも検出精度が高くなる。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記検出方向に開口部が設けられたケースを更に備え、上記発光側反射部材および上記受光側反射部材は、上記ケースに一体として成形されている。

この構成によると、生産工程を削減することができ、使用する部品数も削減することができるので、生産コストを抑制することができる。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。

以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。

図１、図２、および図３は、本発明に係るフォトリフレクタの第１の実施形態を示している。

このフォトリフレクタ１は、発光モジュール２、受光モジュール３、樹脂ケース４、および、透光性樹脂層５，６を備えている。図１および図３においては、透光性樹脂層５，６を省略している。フォトリフレクタ１は、発光モジュール２が出射した光を受光モジュール３が検出したか否かで、被検出物７の有無を検出するセンサとして用いられている。

発光モジュール２は、フォトリフレクタ１のセンシングに用いられる光を発する。発光モジュール２は、図４に示すように、発光素子２１、リード２２，２３、透光性モールド体２４によって構成されている。図４においては、透光性モールド体２４の一部を除去して図示している。発光素子２１は、電圧を印加されたときに光を発する素子である。本実施形態における発光素子２１としては、外乱光対策のために、赤外光発光ダイオードチップが用いられているが、これに限られない。

リード２２，２３は、細長い金属部材であり、たとえばＣｕ合金からなる。リード２２の一方端部分は、他方端が延びる方向とは逆向きに凹部が形成された皿状の形状となっている。発光素子２１はリード２２の皿状部分の凹部中央付近にダイボンディングされており、発光素子２１の上面とリード２３の一方端とはワイヤボンディングされている。これにより、発光素子２１が出射する光を、発光素子２１の上面の法線方向に集中することができる。

透光性モールド体２４は、発光素子２１とリード２２，２３の一部とを覆うエポキシ樹脂等の透光性合成樹脂からなる。透光性モールド体２４は、略直方体形状であり、発光モジュール２の外形を形成している。発光素子２１の上面の法線方向が発光モジュール２の出射方向となる。透光性モールド体２４は、発光モジュール２の出射方向に出射部２ａを形成している。本実施形態における出射部２ａは、レンズ形状となっている。これは、発光モジュール２の出射光が被検出物７に達するまでに拡散しないようにするためである。出射部２ａの形状はこれに限られず、例えば被検出物７までの距離が短い場合には、平坦面としても構わない。透光性モールド体２４から出射方向とは逆向きに延びるリード２２，２３の他方端部分は、接続端子として機能する。なお、発光モジュール２の構成はこれに限られない。

受光モジュール３は、発光モジュール２からの光を受光することにより電気信号を出力する。受光モジュール３は、図５に示すように、受光素子３１、リード３２，３３、透光性モールド体３４によって構成されている。図５においては、透光性モールド体３４の一部を除去して図示している。受光素子３１は、所定の光を検出したときに電荷を発生する素子である。本実施形態における受光素子３１としては、ＰＩＮフォトダイオードが用いられているが、これに限られない。

リード３２，３３は、細長い金属部材であり、たとえばＣｕ合金からなる。リード３２の一方端部分は、他方端が延びる方向と直交する板状の形状となっている。受光素子３１はリード３２の板状部分の他方端が延びる方向と逆の面の中央付近にダイボンディングされており、受光素子３１の上面とリード３３の一方端とはワイヤボンディングされている。これにより、リード３２の他方端が延びる方向に入射してくる光を、受光素子３１の上面で受光することができる。

透光性モールド体３４は、受光素子３１とリード３２，３３の一部とを覆うエポキシ樹脂等の透光性合成樹脂からなる。透光性モールド体３４は、略直方体形状であり、受光モジュール３の外形を形成している。受光素子３１の上面の法線方向と逆向きの方向が受光モジュール３の入射方向となる。透光性モールド体３４は、受光モジュール３の光が入射してくる方向に入射部３ａを形成している。本実施形態における入射部３ａは、レンズ形状となっている。これは、受光モジュール３への入射光を受光素子３１に集中させるためである。入射部３ａの形状はこれに限られず、例えば受光素子３１の光の検出性能がよければ、平坦面としてもかまわない。透光性モールド体３４から入射方向に延びるリード３２，３３の他方端部分は、接続端子として機能する。なお、受光モジュール３の構成はこれに限られない。

なお、受光素子３１が赤外光を検出する構成であれば、透光性モールド体２４，３４は、赤外光を選択的に透過させる黒色樹脂であってもよい。

樹脂ケース４は、白く着色され反射材を混入されたエポキシ樹脂や白色ＰＰＳ（ポニフェニレンサルファイド）などの白色不透明合成樹脂によって、直方体形状に形成されており、例えば射出成形により成形される。樹脂ケース４の図１における上面には、発光モジュール配置穴４１および受光モジュール配置穴４２が、長辺方向に並んで形成されている。発光モジュール配置穴４１（図１における左側の穴）は発光モジュール２を配置するためのものであり、受光モジュール配置穴４２（図１における右側の穴）は受光モジュール３を配置するためのものである。

発光モジュール配置穴４１の外側側面（図１における左側の側面）には、発光モジュール２のリード２２，２３を挿入するための貫通孔４１ｂ，４１ｃが、検出方向と直交する方向に２つ並べて設けられている。発光モジュール配置穴４１の内側側面（図１における右側の側面）には、発光モジュール２から進行する光を検出方向に反射させる反射面４１ａが設けられている。

受光モジュール配置穴４２の外側側面（図１における右側の側面）には、受光モジュール３のリード３２，３３を挿入するための貫通孔４２ｂ，４２ｃが、検出方向と直交する方向に２つ並べて設けられている。受光モジュール配置穴４２の内側側面（図１における左側の側面）には、検出方向からから進行してきた光を受光モジュール３に向けて反射させる反射面４２ａが設けられている。本実施形態では、光の拡散を抑制するために、反射面４１ａおよび４２ａを凹面状としているが、平坦面としても構わない。

なお、本実施形態では、反射面４１ａ，４２ａを樹脂ケース４の一部として一体成形により設けたが、これに限られない。例えば、発光モジュール配置穴４１の反射面４１ａおよび受光モジュール配置穴４２の反射面４２ａに該当する位置に、それぞれ、発光側反射部材と受光側反射部材とを配置してもよい。また、樹脂ケース４に設ける穴を１つとし、その穴を発光モジュール配置穴４１と受光モジュール配置穴４２に分けるような中間位置に、略三角柱形状の反射部材を配置するようにしてもよい。これらの場合の各反射部材は光を反射すればよいので、樹脂製でなく金属製のものでも構わない。

発光モジュール２は、リード２２，２３を貫通孔４１ｂ，４１ｃに挿入して、発光モジュール配置穴４１に配置される。受光モジュール３は、リード３２，３３を貫通孔４２ｂ，４２ｃに挿入して、受光モジュール配置穴４２に配置される。これにより、発光モジュール２と受光モジュール３とは、出射部２ａと入射部３ａとが向き合うように配置される。

透光性樹脂層５，６は、発光モジュール配置穴４１に発光モジュール２を、受光モジュール配置穴４２に受光モジュール３を配置した後、液体の透光性合成樹脂を注入して硬化処理を行うことで形成される。硬化処理は、透光性合成樹脂を液体にするための溶剤の乾燥や、透光性合成樹脂を硬化させるための紫外線の照射又は加熱等により行われる。透光性樹脂層５の露出面には出射面５ａが、透光性樹脂層６の露出面には入射面６ａが、それぞれ形成される。

なお、受光モジュール３が赤外光を検出する構成であれば、透光性樹脂層５，６は、赤外光を選択的に透過させる黒色樹脂であってもよい。

本実施形態のフォトリフレクタ１は、各種電気機器のプリント基板等に対して実装される。実装は、接続端子としてのリード２２，２３，３２，３３を半田付けすることによって行われる。

次に、フォトリフレクタ１の動作について説明する。

発光モジュール２からの光は、出射方向に進行した後に、反射面４１ａによって反射され、出射面５ａから検出方向に出射される。検出方向に被検出物７が存在する場合、出射面５ａから出射された光は、被検出物７により反射されて入射面６ａに入射する。この光は、反射面４２ａによって反射された後に、受光モジュール３によって受光される。

一方、検出方向に被検出物７が存在しない場合、出射面５ａから出射された光は反射されず、受光モジュール３は発光モジュール２からの光を受光しない。したがって、受光モジュール３が受光するか否かで、検出方向における被検出物７の有無を検出することができる。

次に、フォトリフレクタ１の作用について説明する。

発光モジュール２の、リード２２，２３が並ぶ方向の長さ（以下、「幅」とする。）をｗ₁、高さをｈ₁、幅方向および高さ方向と直行する方向の長さ（以下、「厚さ」とする。）をｔ₁とする（図４参照）。受光モジュール３の、幅をｗ₂、高さをｈ₂、厚さをｔ₂とする（図５参照）。発光モジュール２は、高さ方向に出射部２ａが形成されていることもあり、高さ方向に長い略直方体形状となっている。また、リード２２，２３の配置の都合上、幅方向の方が厚さ方向より長い形状となっている。すなわち、ｔ₁＜ｗ₁＜ｈ₁となっている。受光モジュール３も同様の形状なので、ｔ₂＜ｗ₂＜ｈ₂となっている。

フォトリフレクタ１において、発光モジュール２および受光モジュール３は、その厚さ方向が検出方向と平行になるように配置されている。したがって、フォトリフレクタ１の高さＨは、発光モジュール２の厚さｔ₁および受光モジュール３の厚さｔ₂のうち大きいほうであるｔに、透光性樹脂層５，６の形成のために透光性合成樹脂が注入される空間と樹脂ケース４の底部分の厚みとを加えたものになる（図２参照）。すなわち、従来のフォトリフレクタ１０１のように発光モジュール２および受光モジュール３をその高さ方向が検出方向と平行となるように配置される場合（図９参照）と比べて、フォトリフレクタ１はその高さＨを低くすることができる。

例えば、発光モジュール２および受光モジュール３の寸法が、ｔ₁＝ｔ₂＝３ｍｍ、ｗ₁＝ｗ₂＝４ｍｍ、ｈ₁＝ｈ₂＝６ｍｍの場合、従来のフォトリフレクタ１０１の高さＨ’は６．５ｍｍとなるが、本実施形態のフォトリフレクタ１の高さＨは３．５ｍｍとなる。

これにより、フォトリフレクタ１が組み込まれた電子機器の薄型化を図ることができる。

図６は、本発明に係るフォトリフレクタの第２の実施形態を示している。同図において、上記実施形態と同一または類似の要素には、上記実施形態と同一の符号を付している。

本実施形態のフォトリフレクタ１’においては、発光モジュール２と受光モジュール３とが、出射部２ａと入射部３ａとが互いに逆向きとなるように配置されている。したがって、反射面４１ａ’は発光モジュール配置穴４１’の外側側面に、反射面４２ａ’は受光モジュール配置穴４２’の外側側面に、それぞれ設けられている。また、貫通孔４１ｂ’，４１ｃ’は発光モジュール配置穴４１’の内側側面付近の底面に、貫通孔４２ｂ’，４２ｃ’は受光モジュール配置穴４２’の内側側面付近の底面に、それぞれ設けられている。

本実施形態においても、上述した第１の実施形態と同様に、フォトリフレクタ１’の高さＨを低くすることができる。また、フォトリフレクタ１’は、フォトリフレクタ１と比べて出射部２ａと入射部３ａとが離れているので、検出方向に離れた位置の被検出物７を検出することに適している。

図７は、本発明に係るフォトリフレクタの第３の実施形態を示している。同図において、上記実施形態と同一または類似の要素には、上記実施形態と同一の符号を付している。また、透光性樹脂層５，６は省略している。

本実施形態のフォトリフレクタ１”においては、発光モジュール２と受光モジュール３とは、出射部２ａと入射部３ａとが同じ向きとなるように、幅方向に並べて配置されている。したがって、反射面４１ａ”および反射面４２ａ”は、それぞれ、発光モジュール配置穴４１”および受光モジュール配置穴４２”の図７における右側側面に、設けられている。また、貫通孔４１ｂ”，４１ｃ”および貫通孔４２ｂ”，４２ｃ”は、それぞれ、発光モジュール配置穴４１”および受光モジュール配置穴４２”の図７における左側側面に、設けられている。

本実施形態においても、上述した第１の実施形態と同様に、フォトリフレクタ１”の高さＨを低くすることができる。また、本実施形態においては、図７における左右方向の長さも短くすることができる。したがって、フォトリフレクタ１”は、第１および第２の実施形態のように細長い形状では組み込みにくい電子部品に対して、使用することができる。

本発明に係るフォトインタラプタは、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係るフォトインタラプタの各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。

本発明に係るフォトリフレクタの第１の実施形態を示す斜視図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。 本発明に係るフォトリフレクタの第１の実施形態を示す平面図である。 発光モジュールを説明するための図である。 受光モジュールを説明するための図である。 本発明に係るフォトリフレクタの第２の実施形態を示す断面図である。 本発明に係るフォトリフレクタの第３の実施形態を示す平面図である。 従来のフォトリフレクタを示す斜視図である。 図８のＩＸ−ＩＸ線に沿う断面図である。

符号の説明

１，１’，１” フォトリフレクタ
２ 受光モジュール
２ａ 出射部
２１ 受光素子
２２，２３ リード
２４ 透光性モールド体
３ 受光モジュール
３ａ 入射部
３１ 受光素子
３２，３３ リード
３４ 透光性モールド体
４，４’，４” 樹脂ケース
４１ 発光モジュール配置穴
４２ 受光モジュール配置穴
４１ａ，４２ａ 反射面
４１ｂ，４１ｃ，４２ｂ，４２ｃ 貫通孔
５，６ 透光性樹脂層
７ 被検出物

Claims (3)

1. リードと上記リードに搭載された発光素子と上記発光素子を覆う透光樹脂とを有する発光モジュールと、
   リードと上記リードに搭載された受光素子と上記受光素子を覆う透光樹脂とを有する受光モジュールと、
   を備えており、
   上記発光モジュールから進行してきた光が出射される方向である検出方向から向かってきた光が上記受光モジュールによって受光される構成とされたフォトリフレクタであって、
   上記発光モジュールは、上記発光モジュールが光を出射する方向と上記検出方向とが直交するように配置され、
   上記受光モジュールは、上記受光モジュールに光が入射される方向と上記検出方向とが直交するように配置され、
   上記発光モジュールから進行してきた光を上記検出方向に反射する発光側反射部材と、
   上記検出方向から進行してきた光を上記受光モジュールに向けて反射する受光側反射部材と、
   を備えたことを特徴とするフォトリフレクタ。
2. 上記受光モジュールは、上記発光モジュールが光を出射する方向の所定の位置に、光が入射される方向が上記発光モジュールが光を出射する方向と一致するように配置され、
   上記発光側反射部材は、上記発光モジュールと上記受光側反射部材との間に配置され、
   上記受光側反射部材は、上記受光モジュールと上記発光側反射部材との間に配置されている
   ことを特徴とする、請求項1に記載のフォトリフレクタ。
3. 上記検出方向に開口部が設けられたケースを更に備え、
   上記発光側反射部材および上記受光側反射部材は、上記ケースに一体として成形されていることを特徴とする、請求項１または２に記載のフォトリフレクタ。

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