(57)【要約】      （修正有）【課題】結合効率を向上させることができる反射型光センサを提供する。【解決手段】基板上に遮光壁４を介して隣接する第１収容部５及び第２収容部６と、第１収容部に収容された発光素子７と、第２収容部に収容された受光素子８と、発光素子の光に対して透過性を備えて第１収容部に充填された第１封止樹脂１１と、発光素子の光に対して透過性を備えて第２収容部に充填された第２封止樹脂１２を有し、第１封止樹脂を透過した発光素子の光が被検知物で反射された反射光を受光素子が受光することにより被検知物を検知する反射型光センサ１において、発光素子の光が通る第１封止樹脂の表面に、第１封止樹脂と一体的に形成された複数の凸レンズ面２１であって、凸レンズ面の中心を通る光軸が第２収容部側に夫々傾いた複数の凸レンズ面によって構成されたレンズアレイ２０を有する。【選択図】図１
0003235092.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
基板上に遮光壁を介して隣接する第１収容部及び第２収容部と、前記第１収容部に収容された発光素子と、前記第２収容部に収容された受光素子と、前記発光素子の光に対して透過性を備えて前記第１収容部に充填された第１封止樹脂と、前記発光素子の光に対して透過性を備えて前記第２収容部に充填された第２封止樹脂を有し、前記第１封止樹脂を透過した前記発光素子の光が被検知物で反射された反射光を前記受光素子が受光することにより前記被検知物を検知する反射型光センサにおいて、
前記発光素子の光が通る前記第１封止樹脂の表面に、前記第１封止樹脂と一体的に形成された複数の凸レンズ面であって、前記凸レンズ面の中心を通る光軸が前記第２収容部側に夫々傾いた複数の前記凸レンズ面によって構成されたレンズアレイを有することを特徴とする反射型光センサ。
【請求項２】
前記レンズアレイは、複数の前記凸レンズ面の前記光軸が互いに平行となる姿勢で前記発光素子の発光面と平行な平面上に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の反射型光センサ。
【請求項３】
前記レンズアレイは、複数の前記凸レンズ面の前記光軸が夫々直交する１つの傾斜平面上に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の反射型光センサ。
【請求項４】
前記レンズアレイは、前記発光素子の発光面の法線に対して前記光軸の傾きが２０度、直径が０．１５ｍｍ且つ焦点距離が０．３ｍｍから０．４ｍｍの範囲内の複数の前記凸レンズ面で構成されたことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の反射型光センサ。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、光を照射して被検知物で反射された光を検知することにより、非接触で被検知物を検知する反射型光センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、光を照射して近接する被検知物で反射された反射光を検知することにより、被検知物を検知する反射型光センサが広く利用されている。被検知物の動き、形状等に影響を及ぼさずに被検知物を非接触で検知できるので、例えば回転角の検知、物体端部の検知のような分野において一般的に利用されている。
【０００３】
反射型光センサは、例えば特許文献１のように、発光素子と受光素子と、これらの間に配設された遮光壁を有し、発光素子が照射した光が被検知物で反射し、この反射光を受光素子で受光するように構成されている。そして、受光素子の出力が反射光の有無、反射光の強度によって変動することを、被検知物の検知に利用してしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−３０８３７２号公報
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の反射型光センサは、発光素子が近接する被検知物に拡散光を照射する。それ故、発光素子が発した光の大部分は被検知物に照射されるが、被検知物が高い反射率を備えていても、被検知物で反射された光のうち受光素子に入射する光は僅かである。例えば、発光素子が発した光に対する受光素子に入射する光の割合を結合効率としたときに、上記反射型光センサにおける光線追跡シミュレーションの結果では、結合効率は３％程度であり、結合効率の向上が望まれている。
【０００６】
そこで、例えば図９のように、反射型光センサ５０の発光素子５１を封止する封止樹脂５２の表面に一体的に凸レンズ５３を形成することにより、発光素子５１が発する光の広がりを小さくすることが考えられる。しかし、発光素子５１が照射した光を近接する被検知物５４で反射させて遮光壁５５で隔てられた受光素子５６に入射させるためには、被検知物５４に対して斜めに光を照射可能なようにある程度の光の広がりが必要なので、結合効率を大きく向上させることが困難である。
【０００７】
本考案の目的は、結合効率を向上させることができる反射型光センサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の考案の反射型光センサは、基板上に遮光壁を介して隣接する第１収容部及び第２収容部と、前記第１収容部に収容された発光素子と、前記第２収容部に収容された受光素子と、前記発光素子の光に対して透過性を備えて前記第１収容部に充填された第１封止樹脂と、前記発光素子の光に対して透過性を備えて前記第２収容部に充填された第２封止樹脂を有し、前記第１封止樹脂を透過した前記発光素子の光が被検知物で反射された反射光を前記受光素子が受光することにより前記被検知物を検知する反射型光センサにおいて、前記発光素子の光が通る前記第１封止樹脂の表面に、前記第１封止樹脂と一体的に形成された複数の凸レンズ面であって、前記凸レンズ面の中心を通る光軸が前記第２収容部側に夫々傾いた複数の前記凸レンズ面によって構成されたレンズアレイを有することを特徴としている。
【０００９】
上記構成によれば、反射型光センサは、発光素子が第１封止樹脂によって封止され、この第１封止樹脂の表面に、光軸が夫々第２収容部側に傾いた複数の凸レンズ面を備えたレンズアレイを有する。このレンズアレイによって、発光素子の光を受光素子が収容された第２収容部側に導くことができると共に、凸レンズ面毎に発光素子の光の広がりを小さくして照射領域を限定することができる。そして、照射領域を限定することによって反射された光の広がりを小さくすることができ、受光素子に入射する光が増加する。従って、発光素子が発した光に対する受光素子に入射する光の割合である結合効率を向上させることができる。また、レンズアレイによって照射領域を限定することによって、反射光が受光素子に入射可能な被検知物の位置が限定され、被検知物の位置を詳しく検知可能である。
【００１０】
請求項２の考案の反射型光センサは、請求項１の考案において、前記レンズアレイは、複数の前記凸レンズ面の前記光軸が互いに平行となる姿勢で前記発光素子の発光面と平行な平面上に配置されたことを特徴としている。
上記構成によれば、発光素子の発光面と平行にレンズアレイを配置するので、レンズアレイの高さが低くなり、被検知物との接触を回避することができる。
【００１１】
請求項３の考案の反射型光センサは、請求項１の考案において、前記レンズアレイは、複数の前記凸レンズ面の前記光軸が夫々直交する１つの傾斜平面上に配置されたことを特徴としている。
上記構成によれば、発光素子の発光面に対して傾いた１つの傾斜平面上にレンズアレイを配置するので、各凸レンズ面の突出量が小さくなり、被検知物との接触による凸レンズ面の破損を発生し難くすることができる。
【００１２】
請求項４の考案の反射型光センサは、請求項１〜３の何れか１項の考案において、前記レンズアレイは、前記発光素子の発光面の法線に対して前記光軸の傾きが２０度、直径が０．１５ｍｍ且つ焦点距離が０．３ｍｍから０．４ｍｍの範囲内の複数の前記凸レンズ面で構成されたことを特徴としている。
上記構成によれば、複数の凸レンズ面で構成されたレンズアレイを有する反射型光センサの結合効率を最大限向上させることができる。
【考案の効果】
【００１３】
本考案の反射型光センサによれば、結合効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本考案の実施例に係る反射型光センサの平面図である。
【図２】図１の反射型光センサの側面図である。
【図３】図１のIII−III線断面図である。
【図４】反射型光センサから距離ｈだけ離隔した被検知物に光を照射したときの光線追跡シミュレーションの例を示す図である。
【図５】凸レンズ面の焦点距離と結合効率の関係の１例を示す図である。
【図６】距離ｈと結合効率の関係の１例を示す図である。
【図７】実施例に係る反射型光センサの変形例を示す平面図である。
【図８】図７のＶIII−ＶIII線断面図である。
【図９】従来の反射型光センサに１つの凸レンズを搭載して被検知物に光を照射したときの光線追跡シミュレーションの例を示す図である。
【考案を実施するための形態】
【００１５】
以下、本考案を実施するための形態について実施例に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１〜図３に示すように、反射型光センサ１は、基板２上に、遮光枠３と遮光壁４によって側面を夫々囲まれた第１収容部５及び第２収容部６と、第１収容部５に収容された発光素子７と、第２収容部６に収容された受光素子８を有する。尚、発光素子７が光を照射する側（発光素子７に対して基板２と反対側）を上方として説明するが、用途等に応じて様々な姿勢で反射型光センサ１を使用することができる。
【００１７】
第１収容部５と第２収容部６は、遮光壁４を介して隣接する。第１収容部５には第１封止樹脂１１が充填され、第２収容部６には第２封止樹脂１２が充填されている。第１封止樹脂１１と第２封止樹脂１２は、発光素子７の光に対して透過性を備えた例えばエポキシ樹脂であり、例えば衝撃、水分等から保護するために発光素子７と受光素子８を封止している。第２封止樹脂１２の表面（上面）は、遮光枠３及び遮光壁４と同じ高さで平坦に形成されている。
【００１８】
第１封止樹脂１１は、その表面に、第１封止樹脂１１と一体的に形成された複数の凸レンズ面２１によって構成されたレンズアレイ２０を有する。凸レンズ面２１の中心を通る光軸Ａは、凸レンズ面２１が第２収容部６側に臨むように第２収容部６側に傾けられている。そして、レンズアレイ２０の複数の凸レンズ面２１は、第２収容部６側に傾けられた光軸Ａが互いに平行となる姿勢で、発光素子７の発光面７ａと平行な平面Ｂであって、遮光枠３及び遮光壁４と同じ高さ位置の平面Ｂ上に配置されている。
【００１９】
具体的には、第１封止樹脂１１の表面側の平面Ｂ上に、第２収容部６側に臨むように傾斜した複数の矩形の傾斜面１１ａが、高さを揃えて互いに平行に且つ遮光壁４と直交する方向に並ぶように第１封止樹脂１１と一体的に形成されている。そして、これら複数の傾斜面１１ａには、傾斜面１１ａの長辺方向に１列に並ぶ複数の凸レンズ面２１が夫々第１封止樹脂１１と一体的に形成されている。
【００２０】
各凸レンズ面２１は、凸レンズ面２１の中心を通る光軸Ａが傾斜面１１ａに対して直交するように形成され、複数の凸レンズ面２１の光軸Ａが互いに平行になっている。矩形の傾斜面１１ａの短辺方向の長さ（幅）は、凸レンズ面２１の直径と同等である。尚、レンズアレイ２０は、傾斜した凸レンズ面２１の部分が平面Ｂから突出した複数の凸レンズ面２１で構成することもできる。
【００２１】
レンズアレイ２０の各凸レンズ面２１は、例えば直径が０．１５ｍｍ、焦点距離が０．３ｍｍから０．４ｍｍの範囲内の例えば０．４ｍｍで形成されている。また、各凸レンズ面２１は、発光素子７の発光面７ａの法線Ｎに対して凸レンズ面２１の光軸Ａが第２収容部６側にα＝２０度傾いている。
【００２２】
基板２は、外部から発光素子７に電力を供給し、受光素子８の光電流を外部に出力するための複数の接続端子部２ａ〜２ｄを有する。そして、発光素子７、受光素子８は、電力供給、光電流の出力が可能なように、例えば不図示の金属ワイヤによって対応する接続端子部２ａ〜２ｄに電気的に接続されている。
【００２３】
発光素子７は上方に向けて発光面７ａから拡散光を発し、第１封止樹脂１１を透過した光の一部が光線Ｌのように被検知物ＯＢで受光素子８側に向かって反射される。そして、この反射光のうちの一部が、第２封止樹脂１２を透過して受光素子８に入射する。受光素子８は、受光した光を光電変換して光電流を出力する。反射型光センサ１による被検知物の検知は、被検知物に光を照射し、その反射光による光電流を利用している。
【００２４】
このとき、第１封止樹脂１１の表面にレンズアレイ２０が形成されているので、図４に示すように、発光素子７が発した拡散光の一部が各凸レンズ面２０ａによって広がりが抑制された状態で被検知物ＯＢに照射される。各凸レンズ面２１の光軸Ａが第２収容部６側に傾いているので、発光素子７の光のうち第２収容部６側に導かれる光の割合が増加する。また、各凸レンズ面２１は集光作用を有し、凸レンズ面２１毎に照射領域がまとまる。
【００２５】
そして、第２収容部６側に導かれると共に照射領域がまとまった光が、被検知物ＯＢで反射され、第２封止樹脂１２を透過して受光素子８に到達する。従って、発光素子７が発した光に対する受光素子８に入射する光の割合を結合効率としたときに、この結合効率が向上する。以下では、図４のように光線追跡シミュレーションを行って結合効率を計算した結果を示す。尚、被検知物ＯＢの反射面は高い反射率を備えた平面としている。
【００２６】
図４において、被検知物ＯＢと反射型光センサ１との距離ｈ（遮光枠３の上端面から被検知物ＯＢまでの距離）を１．２ｍｍとした場合における各凸レンズ面２１の焦点距離（Focal Length）と結合効率（Coupling efficiency）の関係を図５に示している。焦点距離が０．３ｍｍ、０．４ｍｍの場合に結合効率が夫々７％で最大になっており、最適な焦点距離が０．３〜０．４ｍｍであることが分かる。
【００２７】
また、被検知物ＯＢと反射型光センサ１との距離ｈと、結合効率との関係を図６に示している。距離ｈが０．６ｍｍと１．２ｍｍのときにピークが現われていることが分かる。そして、焦点距離１ｍｍに変更した場合には、図５で結合効率最大の焦点距離０．４ｍｍの場合よりも結合効率は低いが、同じ距離ｈでピークが現われている。焦点距離１ｍｍでは集光作用が十分でなく、各凸レンズ面２１の照射領域が広がっているためである。
【００２８】
距離ｈに応じて、受光素子８に入射する光が通る凸レンズ面２１が定まり、凸レンズ面２１毎に照射領域がまとまっているので、特定の位置で反射された光だけが受光素子８に入射することができる。例えば図４において領域Ｒ１〜Ｒ３で示すように、発光素子７と受光素子８の中間位置であって遮光壁４の上方の特定の領域で反射された光のみが、受光素子８に入射可能である。それ故、被検知物ＯＢの位置検出の精度を向上することが可能である。尚、領域Ｒ３が距離ｈ＝１．２ｍｍに対応し、領域Ｒ１は、例えば受光素子８の高さが低い、第２封止樹脂１２への入射角が浅く反射される等の理由により、図６では領域Ｒ１に対応するピークが現われていない。
【００２９】
図７、図８のように、反射型光センサ１の第１封止樹脂１１の表面には、レンズアレイ２０の代わりにレンズアレイ３０が一体的に形成されていてもよい。レンズアレイ３０は、複数の凸レンズ面３１の光軸Ｃが夫々直交する１つの傾斜平面Ｄ上に、複数の凸レンズ面３１がアレイ状に配置されて形成されている。各凸レンズ面３１は上記凸レンズ面２１と同じ形状、サイズである。傾斜平面Ｄは、発光素子７の発光面７ａに対して傾斜角α＝２０度で第２収容部６側に臨むように傾斜している。従って、凸レンズ面３１の中心を通る光軸Ｃは、凸レンズ面３１が第２収容部６側に臨むように、発光面７ａの法線Ｎに対してα＝２０度の角度で第２収容部６側に傾斜している。
【００３０】
図示を省略するが、レンズアレイ３０を通った光は、図４のレンズアレイ２０とは異なる光線になり、結合効率のピークとなる距離ｈが変わるが、このレンズアレイ３０によっても、上記レンズアレイ２０と同様に結合効率を向上させることができる。尚、傾斜平面Ｄの最上段の凸レンズ面３１の高さまで遮光枠３、遮光壁４を延ばしてレンズアレイ３０を第１収容部５に収容しているが、レンズアレイ３０の一部または全部が遮光枠３、遮光壁４の上端面よりも上方に突出していてもよい。
【００３１】
上記実施例に係る反射型光センサ１の作用、効果について説明する。
反射型光センサ１は、発光素子７が第１封止樹脂１１によって封止され、この第１封止樹脂１１の表面に、光軸Ａが夫々第２収容部６側に傾いた複数の凸レンズ面２１を備えたレンズアレイ２０を有する。このレンズアレイ２０によって、発光素子７の光を受光素子８が収容された第２収容部６側に導くことができると共に、凸レンズ面２１毎に発光素子７の光の広がりを小さくして照射領域を限定することができる。それ故、被検知物ＯＢで反射された光の広がりも小さくなり、受光素子８に入射する光が増加する。従って、発光素子７が発した光に対する受光素子８に入射する光の割合である結合効率を向上させることができる。また、レンズアレイ２０によって照射領域を限定することによって、反射光が受光素子８に入射可能な被検知物ＯＢの位置が限定され、被検知物ＯＢの位置を詳しく検知可能である。レンズアレイ２０に代えてレンズアレイ３０を装備した場合も上記と同様の効果が得られる。
【００３２】
レンズアレイ２０は、複数の凸レンズ面２１の光軸Ａが互いに平行となる姿勢で発光素子７の発光面７ａと平行な平面Ｂ上に配置されている。発光素子７の発光面７ａと平行にレンズアレイ２０を配置するので、レンズアレイ２０の高さが低くなり、被検知物ＯＢとの接触を回避し易くなる。
【００３３】
レンズアレイ３０は、複数の凸レンズ面３１の光軸Ｃが夫々直交する１つの傾斜平面Ｄ上に配置されている。発光素子７の発光面７ａに対して傾いた１つの傾斜平面Ｄ上にレンズアレイ３０を配置するので、各凸レンズ面３１の突出量を小さくして被検知物ＯＢとの接触による凸レンズ面３１の破損を発生し難くすることができる。
【００３４】
レンズアレイ２０，３０は、発光素子７の発光面７ａの法線Ｎに対して光軸Ａ，Ｃの傾きがα＝２０度、直径が０．１５ｍｍ且つ焦点距離が０．３ｍｍから０．４ｍｍの範囲内の複数の凸レンズ面２１，３１で構成されている。これにより、複数の凸レンズ面２１，３１で構成されたレンズアレイ２０，３０を有する反射型光センサ１の結合効率を最大限向上させることができる。
【００３５】
その他、当業者であれば、本考案の趣旨を逸脱することなく上記実施例に種々の変更を付加した形態で実施可能であり、本考案はそのような変更形態も包含するものである。
【符号の説明】
【００３６】
１    ：反射型光センサ
２    ：基板
２ａ〜２ｄ：接続端子部
３    ：遮光枠
４    ：遮光壁
５    ：第１収容部
６    ：第２収容部
７    ：発光素子
７ａ  ：発光面
８    ：受光素子
１１  ：第１封止樹脂
１１ａ：傾斜面
１２  ：第２封止樹脂
２０，３０：レンズアレイ
２１，３１：凸レンズ面
Ａ，Ｃ：光軸
Ｂ    ：平面
Ｄ    ：傾斜平面
ＯＢ  ：被検知物
【図１】
0003235092.tif 000003
【図２】
0003235092.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
0003235092.tif 000011