(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子と受光素子とから構成されるフォトセンサにおいて、
前記発光素子は発光チップと該チップを覆う樹脂モールドとを有し、前記発光素子からの側面光を前記受光素子で受けるように、発光素子と受光素子とを相対的に配置すると共に、前記発光素子の側面部分と前記受光素子との間に光拡散部材を配設したことを特徴とするフォトセンサ。
【請求項２】
前記光拡散部材は、板状であり、前記発光素子と前記受光素子との中間または中間よりも発光素子に近い位置に配設されていることを特徴とする請求項１に記載のフォトセンサ。
【請求項３】
前記光拡散部材は、前記発光素子に対して、少なくとも、前記発光素子の発光チップと樹脂モールドの先端部分との距離分だけの間隔をおいて配設され、前記受光素子に対して、少なくとも、光拡散部材からの面発光された光束が受光素子のセンサ部分全体を覆うだけの間隔をおいて配設されることを特徴とする請求項１に記載のフォトセンサ。
【請求項４】
発光素子と受光素子とから構成されるフォトセンサにおいて、
前記発光素子は発光チップと該チップを覆う樹脂モールドとを有し、前記発光素子からの側面光を前記受光素子で受けるように、発光素子と受光素子とを相対的に配置すると共に、前記発光素子の側面部分を取り巻くキャップ状の光拡散部材を配設したことを特徴とするフォトセンサ。
【請求項５】
前記光拡散部材は、前記発光素子に対して、少なくとも、前記発光素子の発光チップと樹脂モールドの先端部分との距離分だけの間隔をおいて配設され、前記受光素子に対して、少なくとも、光拡散部材からの面発光された光束が受光素子のセンサ部分全体を覆うだけの間隔をおいて配設されることを特徴とする請求項４に記載のフォトセンサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光素子と受光素子とで構成され、特に、その発光素子の発光出力に指向性があるフォトセンサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
通常、フォトセンサとして、発光素子の正面からの光を或る媒体に照射させて、媒体からの反射光を受光素子によって検出する構成が知られている。この場合の発光素子の指向特性は、例えば、図１に示されるものが一般的である。また、発光素子の側面光を受光素子で受光するときのモデルは、図２に示すようになる。即ち、図において、符号１は発光素子、２は受光素子であり、従来のフォトセンサにおいても、設計上、機械的な位置精度の制約などの影響で、図２のような位置関係に構成される場合が多い。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のように発光素子の側面光を受光素子でモニタする場合には、受光素子側から見て、発光素子のチップとその樹脂モールドの先端部分からの２点光源となっているから、通電による発光チップの温度上昇、周囲環境の変化、経時変化などの要因から、この２点光源によるところの発光出力、指向特性が変化してしまう不具合がある。
【０００４】
図３には、発光素子を発光させ、受光素子によって受光し、電気信号として出力する回路モデルの一例が示されているが、ここで、符号１は発光素子、２は発光素子１からの光の側面光を受光するための受光素子、９は発光素子１からの光の正面光を受光するための受光素子、１２はコンパレータ、１１はコンパレータ１２に基準電圧を与えるための基準電圧端子、１３は発光素子の通電量を規制する抵抗、１４、１７は増幅器、１５、１８は電流−電圧変換抵抗、１６は側面光を電気信号に変換したときの側面光出力電圧端子、１９は正面光を電気信号に変換したときの正面光出力電圧端子、２０は基準電圧Ｖｉにしたがって発光素子１を定電流制御する発光光量制御部、２１は側面光受光部、２２は正面光受光部である。
【０００５】
図３のような構成の回路モデルにおいて、発光素子１を定電流発光させたときの側面光の通電による変化の推移を図４に示す。各パラメータは、基準電圧Ｖｉを可変させて通電量を可変させたものである。また、図５は、発光素子１を定電流発光させたときの正面光の通電による変化の推移を示す。そして、発光素子を定電流発光させたときの側面光と正面光との比の変化を図６に示す。
【０００６】
図４〜図６に見られるように、ある定電流の通電に対して、その側面光は増加して行く傾向にあり、正面光は減少して行く傾向にある。このため、側面光と正面光の比は、大きく崩れて行くことになる。従って、側面光と正面光とは、その両方を測定し、制御を行う場合に、その測定値のずれが増加して行くことになる。また、通電量は、増加するほど、側面光、正面光、側面光と正面光との比は大きく崩れて行く傾向にある。
【０００７】
本発明は上記事情に基づいてなされたもので、その目的とするところは、発光素子の側面光を、一旦、光拡散部材に照射し、この光拡散部材を発光源として、面発光された光束を受光素子で受けることにより、発光素子の発光出力、指向特性の変化の影響を受けない安定した受光を実現するフォトセンサを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明においては、発光素子と受光素子とから構成されるフォトセンサにおいて、前記発光素子は発光チップと該チップを覆う樹脂モールドとを有し、前記発光素子からの側面光を前記受光素子で受けるように、発光素子と受光素子とを相対的に配置すると共に、前記発光素子の側面部分と前記受光素子との間に光拡散部材を配設したことを特徴とする。
【０００９】
この場合、前記光拡散部材は、板状であり、前記発光素子と前記受光素子との中間または中間よりも発光素子に近い位置に配設されていることが好ましい。また、前記光拡散部材は、前記発光素子に対して、少なくとも、前記発光素子の発光チップと樹脂モールドの先端部分との距離分だけの間隔をおいて配設され、前記受光素子に対して、少なくとも、光拡散部材からの面発光された光束が受光素子のセンサ部分全体を覆うだけの間隔をおいて配設されるのがよい。
【００１０】
また、本発明においては、発光素子と受光素子から構成されるフォトセンサにおいて、前記発光素子は発光チップと該チップを覆う樹脂モールドとを有し、前記発光素子からの側面光を前記受光素子で受けるように、発光素子と受光素子とを相対的に配置すると共に、前記発光素子の側面部分を取り巻くキャップ状の光拡散部材を配設したことを特徴とする。
【００１１】
この場合、前述同様に、前記光拡散部材は、前記発光素子に対して、少なくとも、前記発光素子の発光チップと樹脂モールドの先端部分との距離分だけの間隔をおいて配設され、前記受光素子に対して、少なくとも、光拡散部材からの面発光された光束が受光素子のセンサ部分全体を覆うだけの間隔をおいて配設されるのがよい。
【００１２】
従って、発光素子からの側面光を、一旦、光拡散部材に照射して、発光素子からの点光源を光拡散部材からの面光源に代え、これによって、受光素子の受光面に均一な光を受けさせることができ、受光素子から安定した受光信号を出力することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
図７は、本発明の第１の実施の形態を示す指向特性の図である。図７において、符号１は発光素子、２は受光素子、３は拡散板である。発光素子１を側面から見た時の光源は、発光素子のチップ（発光チップ）と樹脂モールドの先端部分の２点光源であり、これら光源から照射された側面光は、一旦、発光素子１と受光素子２との間に置かれた板状の光拡散部材（以下、拡散板と称す）３に照射され、側面光は、この拡散板３の内部で拡散され、拡散板３から面光源として受光素子２に照射される。
【００１４】
このような構成のフォトセンサは、発光素子１からの側面光を、一様な光として、受光素子２で受光することができ、上述の従来例に示すように、直接、側面光を受光面に照射する場合に比べて、発光出力や指向特性の変化に対して安定した特性を得ることができる。
【００１５】
また、図８には、拡散板の配置関係が示されている。ここでは、拡散板４は、発光素子１と受光素子２との中間点に配置されており、拡散板３は、中間点よりも発光素子側に配置されている。なお、図中、ｒ３は発光チップから拡散板３までの距離、ｒ４は発光チップから拡散板４までの距離（ｒ３＜ｒ４）である。
【００１６】
上記のように、拡散板３、４が、それぞれ、配置されたときを比較すると、発光素子１からの発光光量は、距離の２乗で減衰するために、拡散板４で受ける側面光よりも拡散板３で受ける側面光の方が光量が大きいことになる。即ち、拡散板３の配置の方が面光源の発光光量として大きくなる。
【００１７】
また、光学素子１と受光素子２との中間点よりも、受光素子２側に近く、拡散板が配置されると、受光素子２に届く光が、上述の拡散板で遮られ、光量が落ちることになる。従って、受光素子２が受光した光の光電流や、これを電流−電圧変換した後の電圧値を、所望の範囲に抑えたい場合、拡散板の位置を選択設定すればよい。
【００１８】
更に、拡散板３は、発光素子１に対して、発光素子１を側面から見た時の２点光源（発光チップと樹脂モールドの先端）間の距離と同等あるいはそれよりも長い間隔をおいて配置することにより、２点光源のどちらか一方の直接光を受光素子２が受光することがないようにすると共に、受光素子２に対し、受光素子２の受光面全てに拡散光が入射されるだけの間隔をおいて配置することで不安定な受光面に入射させないようにするものである。
【００１９】
（第２の実施の形態）
図９は本発明の第２の実施の形態を示す図であり、前述した構成には、同一符号を付けて、その説明を省略する。特に、図９において、符号５はキャップ状の光拡散部材（以下、光拡散キャップと称す）であり、前述の拡散板３、４に代わるものである。図１０は、図９における発光素子１を正面側から見た図であり、ここで、符号６は発光素子の樹脂モールド、７は発光チップである。
【００２０】
そして、発光素子１から照射された側面光は、光拡散キャップ５に入射されて側面光全体が拡散光になる。そして、光拡散キャップ５からの面光源として受光素子２に受光される。
【００２１】
このように構成されたフォトセンサは、発光素子１からの側面光を一様な光として受光素子２で受光することができ、直接、側面光を受光面に照射する場合に比べて、発光出力や指向特性の変化に対して安定した特性を得ることができる。また、前記光拡散キャップは、光拡散部材の位置精度を容易に出すことができ、安定した側面の発光出力を得ることができるものである。
【００２２】
図１０は、他の拡散部材の例を示すもので、ここでは、箱形の拡散部材８が、上述の拡散板や拡散キャップに代わって、採用されている。この拡散部材８は、発光素子の近傍に配置され、発光素子１の側面側の２点光源と受光素子２の受光面をカバーできるだけの拡散光を照射できるように、その長さを持たせており、これによって、前述の実施の形態と同様な効果を得ている。
【００２３】
図１２には、発光素子を発光させ、その側面光を拡散板によって面発光させたときの受光出力を電気信号として出力する回路モデルの一例が示されている。図１２において、１は発光素子、２は発光素子１からの光の側面光を受光するための受光素子、３は発光素子１からの側面光を面発光させるための光拡散板、９は発光素子１からの光の正面光を受光するための受光素子、１２はコンパレータ、１１はコンパレータ１２に基準電圧を与えるための基準電圧端子、１３は発光素子の通電量を規制する抵抗、１４、１７は増幅器、１５、１８は電流−電圧変換抵抗、１６は側面光を電気信号に変換したときの側面光出力電圧端子、１９は正面光を電気信号に変換したときの正面光出力電圧端子、２０は基準電圧Ｖｉにしたがって発光素子１を定電流制御する発光光量制御部、２１は側面光受光部、２２は正面光受光部である。
【００２４】
図１２のような構成の回路モデルにおいて、発光素子１を定電流発光させたときの側面光の通電による変化の推移を図１３に示す。各パラメータは、基準電圧Ｖｉを可変させて通電量を可変させたものである。また、図１４は、発光素子１を定電流発光させたときの正面光の通電による変化の推移を示す。そして、発光素子を定電流発光させたときの側面光と正面光との比の変化を図１５に示す。
【００２５】
図１３〜図１５に見られるように、ある定電流の通電に対して、その側面光は減少して行く傾向にあり、正面光もまた減少して行く傾向にある。このため、側面光と正面光の比は、相対的に変化が小さくなる。従って、側面光と正面光とは、その両方を測定し、制御を行う場合にも、その測定値のずれは小さいことになる。また、拡散板を挿入した側面光については、通電量に係わらず、変化率は安定したものとなる。
【００２６】
側面光をモニタするフォトセンサについての、その他の実施の形態として、図１６に示すような構成も採用できる。ここでは、発光素子１からの正面からの照射光を或る媒体に対して反射または透過させ、これをモニタするための受光素子９、および、光を反射するための媒体１０（上述のように透過するものでも良い）が用意されている。
【００２７】
図１６の構成において、発光素子１からの側面光を受光素子２によってモニタし、受光素子の受信信号をフィードバックすることによって発光素子１の正面光を一定に制御し、一定に制御された光の反射光を受光素子９でモニタするものであったが、発光素子１からの側面光が通電、経時劣化によって変化してしまうため、結果として、正面光が崩れてしまうことになる。
【００２８】
そこで、本発明による光拡散板３を発光素子１の側面側に配置することにより、側面光を安定させた上でフィードバック制御し、正面光を安定させるのである。なお、図１６の構成において、光拡散板３を、光拡散キャップ５や箱形拡散部材に代えても、同様な効果が期待できることは当然である。
【００２９】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように、発光素子と受光素子とから構成されるフォトセンサにおいて、前記発光素子からの側面光を前記受光素子で受けるように、発光素子と受光素子とを相対的に配置すると共に、前記発光素子の側面部分と前記受光素子との間に光拡散部材を配設したことにより、発光素子からの側面光を、一旦、光拡散部材に照射して、発光素子からの点光源を光拡散部材からの面光源に代え、これによって、受光素子の受光面に均一な光を受けさせることができ、受光素子から安定した受光信号を出力することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般の発光素子の指向性を示す概略的な構成図である。
【図２】上述の発光素子の側面光を受光素子でモニタする一般的な状態を示す図である。
【図３】上述の受光素子からの電気信号を出力する回路モデルである。
【図４】発光素子を定電流発光させたときの側面光の通電による変化の推移を示すグラフである。
【図５】発光素子を定電流発光させたときの正面光の通電による変化の推移を示すグラフである。
【図６】発光素子を定電流発光させたときの側面光と正面光との比の変化を示すグラフである。
【図７】本発明の第１の実施の形態を示す概略的な構成図である。
【図８】同じく、光拡散板の配置関係を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態を示す概略的な構成図である。
【図１０】図９を正面から見た図である。
【図１１】その他の実施の形態を示す概略的な構成図である。
【図１２】上述の受光素子からの電気信号を出力する回路モデルである。
【図１３】発光素子を定電流発光させたときの側面光の通電による変化の推移を示すグラフである。
【図１４】発光素子を定電流発光させたときの正面光の通電による変化の推移を示すグラフである。
【図１５】発光素子を定電流発光させたときの側面光と正面光との比の変化を示すグラフである。
【図１６】光拡散板を用いた一具体例の概略的な構成図である。
【符号の説明】
１    発光素子
２    受光素子
３、４    光拡散板
５    光拡散キャップ
６    樹脂モールド
７    発光チップ
８    箱形拡散部材
９    受光素子
１０    反射媒体
１１    基準電圧端子
１２    コンパレータ
１３    抵抗
１４、１７    増幅器
１５、１８    電流−電圧変換抵抗
１６    側面光出力電圧端子
１９    正面光出力電圧端子
２０    発光光量制御部
２１    側面光受光部
２２    正面光受光部
【図１】
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【図２】
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【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】
0003548309.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0003548309.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
0003548309.tif 000013
【図１３】
0003548309.tif 000014
【図１４】
0003548309.tif 000015
【図１５】
0003548309.tif 000016
【図１６】
0003548309.tif 000017