(57)【要約】【課題】簡易にして小型化及び高性能化の両方を実現することができる光電センサ装置を提供する。【解決手段】光素子(2)が実装される回路基板(4)と、回路基板が収容されるケース(6)と、ケースに組み付けられ、光素子の光学系を決定するレンズ(10)が設けられたカバー(8)とを具備する光電センサ装置(1)であって、回路基板において光素子が実装される被実装面(4a)とは反対側の背面(4b)から回路基板をケースの底面(6a)に載置することによって、ケースに対し回路基板を組み付けて位置決めする位置決め手段(12)を備える。【選択図】図２
2010218806.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光素子が実装される回路基板と、前記回路基板が収容されるケースと、前記ケースに組み付けられ、前記光素子の光学系を決定するレンズが設けられたカバーとを具備する光電センサ装置であって、
前記回路基板において前記光素子が実装される被実装面とは反対側の背面から前記回路基板を前記ケースの底面に載置することによって、前記ケースに対し前記回路基板を組み付けて位置決めする位置決め手段を備えることを特徴とする光電センサ装置。
【請求項２】
前記位置決め手段は、前記光素子の光学的中心軸上に設けられることを特徴とする請求項１に記載の光電センサ装置。
【請求項３】
前記位置決め手段は、前記回路基板の前記背面または前記ケースの前記底面の一方に形成される１つの突起部と、前記回路基板の前記背面または前記ケースの前記底面の他方に形成され、前記突起部が嵌合される凹部とからなることを特徴とする請求項２に記載の光電センサ装置。
【請求項４】
前記突起部は断面視略円形状であることを特徴とする請求項３に記載の光電センサ装置。
【請求項５】
複数組の対応する前記光素子、前記回路基板、前記レンズ、前記位置決め手段を具備することを特徴とする請求項１に記載の光電センサ装置。
【請求項６】
前記光素子は、発光素子または受光素子からなることを特徴とする請求項１に記載の光電センサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電センサ装置に係り、詳しくは、可視、不可視光線の反射または遮光の何れかによって物体を検出する測距式の小型光電センサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の光電センサ装置は、可視、不可視光線の反射または遮光の何れかによって物体を検出し、長距離検出を可能とする測距式の小型のものが知られ、発光ダイオード（発光素子）やフォトダイオード（受光素子）などの光素子と、配線パターンが形成され、光素子が実装される回路基板と、回路基板が収納されるケースと、光素子の光学系を決定するレンズが設けられたカバーとを具備し、カバーとケースとは互いの外形基準に基づいて、即ち、ケース及びカバーの両外縁部を冶具等で固定して互いに位置合わせした状態で組み付けられる。
【０００３】
そして、光素子を回路基板に直接に実装するのではなく、三次元射出形成回路部品（ＭＩＤ）を設け、このＭＩＤに光素子を固定し、ＭＩＤを介して回路基板に光素子を実装することにより、光素子とレンズとの位置決め精度を向上し、ひいては光素子とレンズとの光軸のずれを小さくして光電センサ装置の高性能化を図る技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３２２９８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来技術では、上記ＭＩＤを要するため、光電センサ装置の部品点数が増加し、ひいては光電センサ装置の生産コストが増大するとの問題がある。
また、上記従来技術では、上記ＭＩＤを要するとともに、上記ＭＩＤに実装される光素子と回路基板との間の配線が必要となるため、光電センサ装置の構成が複雑になり、光電センサ装置を容易に小型化できないとの問題もある。
【０００６】
そこで、光電センサ装置の部品点数や構成を変更することなく光素子とレンズとの位置決め精度を向上し、ひいては光素子とレンズとの光軸ずれを小さくするために、回路基板が載置されるケースの底面に２つのボスを設ける一方、回路基板において光素子が実装される被実装面とは反対側の背面に上記各ボスをそれぞれ嵌合可能な２つのボス穴を設けることを、本発明に至る中間段階において新たに考案した。これにより、例えば、ボス穴の一方を丸穴とし、ボス穴の他方を長穴にすれば、ケースとカバーとをこれらの外形寸法を基準として組み付けた後に、光軸ずれを小さくするべく光素子中心とレンズ中心との位置調整を行うことができる。
【０００７】
しかしながら、この場合には、光電センサ装置の組み付け後に光軸調整を行うためにボス穴の他方を長穴とせざるを得ず、また、各ボス及び各ボス穴の寸法誤差や位置誤差を考慮すると、各ボスと各ボス穴とのはめあいは、すきまばめとせざるを得ない。このため、光電センサ装置の組み付け後に回路基板のがたつきが生じ、ケースと、回路基板ひいて光素子との光素子の被実装面方向のずれ（水平ずれや回転ずれ）が生じ易く、結果として、光素子とレンズとの位置決め精度が低下し、ひいては光軸ずれが生じて光電センサ装置の性能が著しく低下するとの問題がある。
【０００８】
また、回路基板にボス穴を２つ、ケースにボスを２つ設けるスペースを確保する必要があるため、回路基板及びケース、ひいては光電センサ装置の小型化が阻害され、更に、上記スペースを確保する必要があるため、回路基板の配線パターンの実装面積が必然的に小さくなり、光電センサ装置の高性能化も阻害されるとの問題もある。即ち、このような中間段階の考案でも、特許文献１の有する課題を解決するために十分とはいえない。
【０００９】
本発明は、簡易にして小型化及び高性能化の両方を実現することができる光電センサ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するべく、請求項１記載の光電センサ装置は、光素子が実装される回路基板と、回路基板が収容されるケースと、ケースに組み付けられ、光素子の光学系を決定するレンズが設けられたカバーとを具備する光電センサ装置であって、回路基板において光素子が実装される被実装面とは反対側の背面から回路基板をケースの底面に載置することによって、ケースに対し回路基板を組み付けて位置決めする位置決め手段を備えることを特徴としている。
【００１１】
また、請求項２記載の発明では、請求項１において、位置決め手段は、光素子の光学的中心軸上に設けられることを特徴としている。
更に、請求項３記載の発明では、請求項２において、位置決め手段は、回路基板の背面またはケースの底面の一方に形成される１つの突起部と、回路基板の背面またはケースの底面の他方に形成され、突起部が嵌合される凹部とからなることを特徴としている。
【００１２】
更にまた、請求項４記載の発明では、請求項３において、突起部は断面視略円形状であることを特徴としている。
また、請求項５記載の発明では、請求項１において、複数組の対応する光素子、回路基板、レンズ、位置決め手段を具備することを特徴としている。
更に、請求項６記載の発明では、請求項１において、光素子は、発光素子または受光素子からなることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の光電センサ装置によれば、回路基板において光素子が実装される被実装面とは反対側の背面から回路基板をケースの底面に載置することによって、即ち、回路基板における光素子が実装される面の背面とケースの底面が対向するようにして載置することによってケースに対し回路基板を位置決めする位置決め手段をケースの底面に備える。これにより、ケースと、回路基板ひいては光素子との光素子の実装方向のずれを防止することができ、光素子とレンズとの位置決め精度を向上することができるため、光素子とレンズとの光軸ずれをなくすことができ、光電センサ装置の高性能化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る光電センサ装置の構造を示す分解斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ方向からみた光電センサ装置の組立状態を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係る光電センサ装置について説明する。
図１は、本実施形態に係る光電センサ装置１の構造を示す分解斜視図である。
光電センサ装置１は、可視、不可視光線の反射または遮光の何れかによって光素子２を介して物体を検出する検出器であって、光素子２が電気的に実装され、配線パターンが形成される回路基板４と、回路基板４が収容されるケース６と、ケース６に組み付けられるカバー８とから概略構成されている。
【００１６】
光素子２は、シリコン等の基板上に電子部品を実装し、表面をエポキシ樹脂等で封止した表面実装パッケージ部品であって、発光ダイオード（発光素子）やフォトダイオード（受光素子）などとして用いられ、図１の向きにて例えば縦横幅２ｍｍ、高さ０．４ｍｍ程度の外形寸法を有し、回路基板４において光素子２が実装される被実装面４ａの略中央に搭載されている。
【００１７】
ケース６及びカバー８は、何れも合成樹脂等から箱体に形成され、図１の向きにて例えば縦幅１０ｍｍ、横幅２０ｍｍ、高さ４ｍｍ程度の外形寸法を有している。
図２の、図１のＡ−Ａ方向からみた光電センサ装置１の組立状態を示す縦断面図を参照すると、カバー８には、その箱体の底面８ａにレンズ１０が設けられ、光素子２と共に光学系を形成する。本実施形態の場合には、レンズ１０はケース６及びカバー８の高さ方向に光素子２と正対して位置付けられ、これより、光素子２の発光や受光が被実装面４ａと平行な面にて可能な光電センサ装置１が構成される。
【００１８】
以下、光電センサ装置１の組立手順について説明する。
先ず、回路基板４がその被実装面４ａとは反対側の面である背面４ｂからケース６の底面６ａに載置され、ケース６に収容される。
次に、ケース６及びカバー８の各箱体の開口端面６ｂ、８ｂを互いに当接させ、かつ互いに位置合わせして冶具等で押さえつけた状態で、各開口端面６ｂ、８ｂを例えばレーザ溶着などで接合することによって、カバー８がケース６との互いの外形基準に基づいてケース６に組み付けられ、光電センサ装置１の組立が完了する。
【００１９】
ところで、本実施形態では、回路基板４をケース６に対し組み付けて位置決めする位置決め機構（位置決め手段）１２が設けられている。
詳しくは、ケース６の底面６ａには、例えば高さ０．４ｍｍ、直径１ｍｍ程度の外形寸法を有する断面視略円形状のボス（突起部）１４が突設され、回路基板４の背面４ｂには、ボス１４が嵌合可能なボス穴（凹部）１６が穿設されており、位置決め機構１２は、一組のボス１４及びボス穴１６から構成されている。なお、ボス１４はケース６と一体に形成しても良いし、後から底面６ａに接合して設けても良い。
【００２０】
そして、回路基板４を底面６ａに載置する際に、ボス１４をボス穴１６に嵌合することによってケース６に対し回路基板４が組み付けられ、底面６ａに対する回路基板４、ひいては光素子２の被実装面４ａ方向（図１の向きでの幅、奥行き）の位置決めがなされる。なお、ボス１４のボス穴１６に対するはめあいは特に限定されない。即ち、必ずしもはめあいがしまりばめである必要はなく、すきまばめや、すきまばめとしまりばめとの中間の中間ばめであってもよい。
【００２１】
ここで、ボス１４及びボス穴１６は、その中心軸が光素子２の光学的中心軸である光軸１８とほぼ一致するように設けられる。仮に光軸１８が光素子２の平面視略中央に位置づけられる場合であれば、ボス１４、ボス穴１６及び光素子２の中心軸がほぼ一致することとなる。換言すると、上述したようにレンズ１０は光素子２と正対する位置関係にあり、光素子２の光軸１８はレンズ１０の光軸と一致していることから、ボス１４及びボス穴１６は光素子２及びレンズ１０の共通の光軸１８上に設けられるともいえる。
【００２２】
以上のように、本実施形態では、回路基板４を背面４ｂからケース６の底面６ａに載置することによって、ケース６に対し回路基板４を組み付けて位置決めする位置決め機構１２を備え、位置決め機構１２は、光素子２の光軸１８上に設けられる。これにより、ケース６と、回路基板４ひいては光素子２との被実装面４ａ方向のずれを防止することができる。
【００２３】
また、光素子２の光学系を決定するレンズ１０はカバー８に設けられるとともに、カバー８とケース６とを互いの外形基準に基づいてケース６に組み付けるので、カバー８とケース６との位置精度は成型等によりカバー８、ケース６を製造したときの外形精度および冶具等により互いを固定した時の精度のみによって決定され、これは一般的に比較的高い精度で組み付けることが可能である。
【００２４】
更に、前述したとおりレンズ１０はカバー８に設けられているので、レンズ１０をカバー８に設ける際の精度に留意すれば、レンズ１０とケース６とは高い位置決め精度を持たせることが可能である。結果として、光素子２とレンズ１０との位置決め精度を向上することができる。従って、光素子１とレンズ１０との光軸１８のずれをなくすことができ、光電センサ装置１の高性能化を実現することができる。
【００２５】
しかも、位置決め機構１２は、回路基板４をケース６の底面６ａに載置することによって回路基板４をケース６に対し組み付けて位置決めするものであり、位置決め機構１２のための別部材を要さないため、光電センサ装置１の生産コストを低減することができる。
また、位置決め機構１２を光素子１２の光軸１８上に設けることにより、ケース６に対し回路基板４を光素子２の略中央にて組み付けることができるため、回路基板４とこれが組み付けられるケース６とを光素子２を中心として極力小さくすることができ、光電センサ装置１の小型化を実現することができる。
【００２６】
具体的には、位置決め機構１２は、背面４ｂ、底面６ａにそれぞれ形成される１組のボス１４及びボス穴１６から構成され、これにより、位置決め機構１２のために、別部材を設けたり、或いは、回路基板４及びケース６に大きなスペースを確保することが確実に防止され、回路基板４及びケース６、ひいては光電センサ装置１の小型化を確実に実現することができる。
【００２７】
しかも、位置決め機構１２によって回路基板４における配線パターン等の実装面積が小さくなることが防止され、光電センサ装置１の高性能化を確実に実現することができる。
以上で本発明の一実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。
例えば、上記実施形態では、位置決め機構１２は、ケース４の底面６ａにボス１４を形成し、回路基板４の背面４ｂにボス穴１６を形成しているが、ケース４の底面６ａにボス穴１６を形成し、回路基板４の背面４ｂにボス１４を形成しても良い。
【００２８】
更に、上記実施形態では、ボス１４は断面視略円形状をなしており、光軸１８のずれを防止しつつも回路基板４の回動は許容されるが、これに限らず、回路基板４の回動をも防止するべく、ボス１４を断面視非円形状、例えば多角形状に形成し、ボス穴１６もボス１４に対応する形状にしても良い。但し、ボス１４を断面視略円形状とすることにより、位置決め機構１２をボス１４及びボス穴１６の径と位置のみで規定することができるため、位置決め機構１２に対する寸法精度要求が緩和され、また、ボス１４を断面視多角形状にする場合に比して、位置決め機構１２における応力集中を回避してその耐久性を向上することができるため、光電センサ装置１の生産コストの更に低減することができて好ましい。
【００２９】
更にまた、上記実施形態での光電センサ装置１に限らず、レンズ１０をカバー８の側面に設け、更にカバー８に光素子２とレンズ１０との間の導光を行う導光部材を設けて、光素子２の発光、受光が水平方向にて可能な光電センサ装置にも適用可能である。
また、上記実施形態では、１組の対応する光素子２、回路基板４、レンズ１０、位置決め機構１２が設けられるが、これに限らず、複数組の対応する光素子２、回路基板４、レンズ１０、位置決め機構１２を設けても良い。例えば、発光素子とそれに対応する回路基板、レンズ、位置決め機構、及び、受光素子とそれに対応する回路基板、レンズ、位置決め機構を設けても良く、或いは、１つの回路基板を各位置決め機構の配置される２つの部位に分け、各位置決め機構の変位干渉を回避するために、各部位を各部位ごとに変位可能なフレキシブルな接続部材によって接続するようにしても良い。
【００３０】
更に、上記実施形態では、光素子２をシリコン等の基板上に電子部品を実装し、表面をエポキシ樹脂等で封止した表面実装パッケージ部品としているが、光素子２を上記基板を剥き出しにした、いわゆるベアチップとしても良い。
最後に、上記実施形態では、位置決め機構１２は、ボス１４及びボス穴１６から構成されるが、これに限らず、ケース６に対し回路基板４を組み付けて位置決めし、光素子２の光軸１８上に設けるのであれば、ボス１４及びボス穴１６の構成に限定されない。例えば、ボス穴１６を光素子２の中心に直接に設けても良く、この場合には、位置決め機構１２を光軸１８上により一層確実に位置づけることができて好適である。
【符号の説明】
【００３１】
１  光電センサ装置
２  光素子
４  回路基板
４ａ  被実装面
４ｂ  背面
６  ケース
６ａ  底面
８  カバー
１０  レンズ
１２  位置決め機構（位置決め手段）
１４  ボス（突起部）
１６  ボス穴（凹部）
１８  光軸（光学的中心軸）
【図１】
2010218806.tif 000003
【図２】
2010218806.tif 000004