(57)【要約】【課題】光の受発光機能を持つ小形の光学ユニットを提供する。【解決手段】光モジュール２は、パッケージ６の内部にダイパッド７が取り付けられて第１のキャビティ９と第２のキャビティ１０が形成される。ダイパッド７の一方の面には光源４が実装されるとともに、他方の面にはフォトダイオード５が実装される。さらに、光源４から出射した光が通るアパーチャ１２が第１のキャビティ９に設けられるとともに、フォトダイオード５へ入射する光が通る窓部１６が第２のキャビティ１０に設けられる。光学ハウジング３は、光を集光する集光レンズ１７と、光の進行方向をフォトダイオード５へ向けて曲げる反射面１８ｂを有するライトガイド１８を備える。そして、光モジュール２に光学ハウジング３を取り付けて、光源４から出射した光の反射光がフォトダイオード５に入射される光学ユニット１が構成される。【選択図】        図１
2004349579.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光手段と受光手段を単一のパッケージに収納した光モジュールと、
前記光モジュールに取り付けられ、外部からの光を前記受光手段へ入射する光学ハウジングとを備え、
前記光モジュールは、
前記パッケージの内部に取り付けられて第１のキャビティと第２のキャビティを形成するとともに、前記第１のキャビティに面する側に前記発光手段が実装され、前記第２のキャビティに面する側に前記受光手段が実装されるダイパッドと、
前記第１のキャビティに設けられ、前記発光手段から出射した光が通る第１の開口部と、
前記第２のキャビティに設けられ、前記受光手段へ入射する光が通る第２の開口部とを備え、
前記光学ハウジングは、
外部からの光を集光する集光手段と、
前記集光手段で集光された光の進行方向を前記受光手段へ向けて曲げる光路変更手段とを備えた
ことを特徴とする光学ユニット。
【請求項２】
前記集光手段は、前記第１の開口部と並列に設けられる
ことを特徴とする請求項１記載の光学ユニット。
【請求項３】
前記第１の開口部は、前記発光手段から出射した光を絞る絞り手段を備えた
ことを特徴とする請求項１記載の光学ユニット。
【請求項４】
前記発光手段と前記第１の開口部との間に、前記発光手段から出射された光を集光する投光手段を備えた
ことを特徴とする請求項３記載の光学ユニット。
【請求項５】
前記投光手段は、球状のボールレンズである
ことを特徴とする請求項４記載の光学ユニット。
【請求項６】
前記光学ハウジングは、前記発光手段から出射される波長の光を通すバンドパスフィルタを備えた
ことを特徴とする請求項１記載の光学ユニット。
【請求項７】
前記集光手段はレンズで、表面に前記バンドパスフィルタを構成する層が形成された
ことを特徴とする請求項６記載の光学ユニット。
【請求項８】
前記光学ハウジングは、前記光路変更手段を構成する反射面と、前記集光手段を構成するレンズの取付部が一体に形成されたライトガイドを備えた
ことを特徴とする請求項１記載の光学ユニット。
【請求項９】
前記光路変更手段は、反射ミラーである
ことを特徴とする請求項１記載の光学ユニット。
【請求項１０】
発光手段と受光手段を単一のパッケージに収納した光モジュールと、
前記光モジュールに取り付けられ、外部からの光を前記受光手段へ入射する光学ハウジングとを備え、
前記光モジュールは、
前記パッケージの内部に取り付けられて第１のキャビティと第２のキャビティを形成するとともに、前記第１のキャビティに面する側に前記発光手段が実装され、前記第２のキャビティに面する側に前記受光手段が実装されるダイパッドと、
前記第１のキャビティに設けられ、前記発光手段から出射した光が通る第１の開口部と、
前記第２のキャビティに設けられ、前記受光手段へ入射する光が通る第２の開口部とを備え、
前記光学ハウジングは、
外部からの光を集光する集光手段と、
前記集光手段で集光された光の進行方向を前記受光手段へ向けて曲げる光路変更手段とを備え、
前記発光手段から前記第１の開口部を通る光軸の延長線上に、被検出物の検出位置を設定した
ことを特徴とする光学センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、単一のパッケージ内に発光手段と受光手段を収容した光学ユニットおよび光学センサに関する。詳しくは、パッケージ内のダイパッドの一方の面に発光手段を実装し、他方の面に受光手段を実装して小型化を図った光モジュールに、受光手段へ光を入射させる光学ハウジングを取り付けることで、ユニット全体の小型化を図り、汎用性を高めるものである。
【０００２】
【従来の技術】
光を出射する発光素子と光を入射する受光素子を備えた光学部品は、受光素子への光の入射の有無で出力される電圧が変化することを利用して、例えば被検出物の有無を検出するセンサとして使用される。従来、発光素子と受光素子はそれぞれ独立したパッケージに収納されており、これらパッケージを基板等に実装する形態で使用していた。
【０００３】
これに対して、単一のパッケージに発光素子と受光素子を実装した光学部品も提案されている。例えば、基板の表面に発光素子と受光素子を並列して設け、これら発光素子と受光素子を樹脂モールドで一体化することで、発光素子と受光素子を単一のパッケージに実装している。（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−２４４４０９号公報。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
発光素子と受光素子が独立したパッケージに収納された光学部品では、各パッケージを実装する際に、光軸の調整等が必要であるという問題があった。また、光学部品としてのサイズが大きくなり、占有スペースが多く必要であるので、設置できる場所に制約が生じるという問題があった。
【０００６】
また、発光素子と受光素子を単一のパッケージに実装した光学部品でも、発光素子と受光素子を並列に並べた構成では、光学部品としてのサイズをそれほど小型化できず、設置できる場所に制約が生じるという問題があった。
【０００７】
そして、発光素子と受光素子を単一のパッケージに実装した光学部品は、一般的に用途に合わせた専用設計であることから、汎用性が無くコストが高いという問題があった。
【０００８】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、小形で汎用性の高い光学ユニットおよびこの光学ユニットを用いた光学センサ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】
上述した課題を解決するため、本発明に係る光学ユニットは、発光手段と受光手段を単一のパッケージに収納した光モジュールと、この光モジュールに取り付けられ、外部からの光を受光手段へ入射する光学ハウジングとを備え、光モジュールは、パッケージの内部に取り付けられて第１のキャビティと第２のキャビティを形成するとともに、第１のキャビティに面する側に発光手段が実装され、第２のキャビティに面する側に受光手段が実装されるダイパッドと、第１のキャビティに設けられ、発光手段から出射した光が通る第１の開口部と、第２のキャビティに設けられ、受光手段へ入射する光が通る第２の開口部とを備え、光学ハウジングは、外部からの光を集光する集光手段と、この集光手段で集光された光の進行方向を受光手段へ向けて曲げる光路変更手段とを備えたものである。
【００１０】
また、本発明に係る光学センサは、上述した光学ユニットから構成されるものである。すなわち、発光手段と受光手段を単一のパッケージに収納した光モジュールと、この光モジュールに取り付けられ、外部からの光を受光手段へ入射する光学ハウジングとを備え、光モジュールは、パッケージの内部に取り付けられて第１のキャビティと第２のキャビティを形成するとともに、第１のキャビティに面する側に発光手段が実装され、第２のキャビティに面する側に受光手段が実装されるダイパッドと、第１のキャビティに設けられ、発光手段から出射した光が通る第１の開口部と、第２のキャビティに設けられ、受光手段へ入射する光が通る第２の開口部とを備え、光学ハウジングは、外部からの光を集光する集光手段と、この集光手段で集光された光の進行方向を受光手段へ向けて曲げる光路変更手段とを備え、発光手段から第１の開口部を通る光軸の延長線上に、被検出物の検出位置を設定したものである。
【００１１】
本発明に係る光学ユニットおよび光学センサによれば、発光手段から出射した光は、光路を曲げられることなく第１の開口部から出射する。被検出物が第１の開口部と対向し、この第１の開口部から出射する光の光軸上に位置すると、光モジュールから出射した光はこの被検出物で反射し、光学ハウジングの集光手段へ入射する。集光手段へ入射した光は集光され、光路変更手段で進行方向が曲げられる。これにより、集光手段で集光された光は第２の開口部から受光手段へ入射する。
【００１２】
光学ユニットを構成する光モジュールは、ダイパッドの一方の面に発光手段を実装し、他方の面に受光手段を実装しているので、発光手段および受光手段を実装するために必要なスペースが少なくて済む。これにより、パッケージの小形化を図ることができる。また、パッケージの内部をダイパッドで仕切り、発光手段が実装される第１のキャビティと受光素子が受光される第２のキャビティを形成するので、発光手段から出射した光がパッケージ内で直接受光手段へ入射することがない。よって、光を遮蔽するための別部材が不要であるので、やはりパッケージの小形化を図ることができる。
【００１３】
そして、光モジュールに光学ハウジングを取り付けることで、ダイパッドの一方の面に実装された発光手段から出射した光の反射光を、ダイパッドの他方の面に実装された受光手段へ入射できる。
【００１４】
これにより、発光手段から出射した光の反射光を受光手段で受光できる小形の光学ユニットを構成することができるので、汎用性の高い光学ユニットおよび光学センサを提供することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の光学ユニットの実施の形態について説明する。図１は第１の実施の形態の光学ユニットの構成例を示す断面図、図２は光学ユニットの内部構成を示す平面図、図３は光学ユニットの外観斜視図である。ここで、図１における切断面は図２に示すＡ−Ａ線であるが、後述するパッケージやカバー、およびライトガイドのみを断面で示して説明している。また、図２は、図１における光学ユニット１を矢印Ｂ方向から見た平面図であるが、光学ユニット１の内部構成を示すため、カバーを取り付けていない状態で図示している。
【００１６】
第１の実施の形態の光学ユニット１は、光モジュール２に光学ハウジング３を取り付けたものである。光モジュール２は、発光手段の一例である光源４と受光手段の一例であるフォトダイオード（ＰＤ）５を備え、光学ハウジング３は、外部からの光をフォトダイオード５へ入射させるために取り付けられる。
【００１７】
以下に、まず光モジュール２の構成について説明する。光モジュール２は、パッケージ６の内部に光源４とフォトダイオード５を備える。パッケージ６は樹脂等を所定の形状にモールド成形したもので、直方体状の外形を有する。パッケージ６の大きさは、一例として、長辺方向の長さが６ｍｍ、短辺方向の長さが３．４ｍｍ、高さが２．６ｍｍである。
【００１８】
このパッケージ６は、図示しないリードフレームから構成したダイパッド７やリード８等の導通部材が一体に成形される。例えば、パッケージ６の一の側部から複数本のリード８が突出している。
【００１９】
ダイパッド７は、図１に示すように、パッケージ６の内部の一部分を高さ方向において仕切るように設けられる。これにより、パッケージ６の内部には、ダイパッド７の一方の面側に第１のキャビティ９が形成され、ダイパッド７の他方の面側に第２のキャビティ１０が形成される。この第１のキャビティ９側に発光のための構成が備えられ、第２のキャビティ１０側に受光のための構成が備えられる。
【００２０】
次に、光モジュール２における発光側の構成について説明する。光源４は、例えばレーザダイオードと、レーザの発光量をモニタして発光パワーを一定に保つためのＰＩＮフォトダイオードから構成されるレーザオンフォトダイオード（ＬＯＰ）である。この光源４は、第１のキャビティ９に面しているダイパッド７の一方の面に銀ペースト等を用いて実装される。
【００２１】
第１のキャビティ９には、所定のリード８と電気的に導通するランド部８ａが設けられ、光源４を構成するレーザダイオードやフォトダイオードは、ワイヤ１１によりランド部８ａと電気的に接続される。ここで、光源４の光の照射方向は、ダイパッド７の面に対して略平行である。
【００２２】
第１のキャビティ９は、絞り手段を備えた第１の開口部としてのアパーチャ１２を備える。アパーチャ１２は、第１のキャビティ９を構成するパッケージ６の一の側壁に設けられた所定の形状の開口で、光源４から出射される光の光軸上に位置している。光源４から出射した光は、このアパーチャ１２を通ることで所望の形状に絞られたビームとしてパッケージ６の外部へと出射される。このアパーチャ１２は、パッケージ６のモールド時に形成される。
【００２３】
第１のキャビティ９は、ダイパッド７とアパーチャ１２の間にレンズ取付部１３を備える。このレンズ取付部１３には、光源４から出射された光を集光する投光手段としての投光レンズ１４が取り付けられる。
【００２４】
投光レンズ１４は球状のボールレンズで、レンズ取付部１３は、例えばこの投光レンズ１４の直径より小さな直径の穴部をパッケージ６のモールド時に形成したものである。このレンズ取付部１３に投光レンズ１４が載せられ、ＵＶ硬化樹脂等による接着剤を用いて固定される。
【００２５】
これにより、投光レンズ１４の直径と、レンズ取付部１３が設けられる位置と、レンズ取付部の直径の関係から、投光レンズ１４をレンズ取付部１３に取り付けた時の、投光レンズ１４の中心の３次元方向の位置が一義的に決定される。
【００２６】
そして、光源４から出射された光の光軸と投光レンズ１４の中心が一致するように、投光レンズ１４の取付位置が設定される。ここで、投光レンズ１４はボールレンズ以外でもよいが、ボールレンズを用いることで、取り付ける際の向きを考慮することなく、所定の位置に取り付けることができる。なお、レンズ取付部１３の形状は一例である。
【００２７】
第１のキャビティ９は、ダイパッド７の一方の面と対向する部位が開口しており、投光レンズ１４等の実装後に、この開口にカバー１５が取り付けられて封止される。ここで、レンズ取付部１３を構成する穴部は、パッケージ６の外壁や第２のキャビティ１０まで貫通していない。これにより、パッケージ６の内部において、光源４から出射された光が直接第２のキャビティ１０へ漏れることはない。
【００２８】
光源４から出射された光は投光レンズ１４を通過し、アパーチャ１２からパッケージ６の外部へと照射される。光源４の発光点と投光レンズ１４の距離によって、出射された光の焦点が決定され、アパーチャ１２によって、光のビーム形状が所望の形状に絞られる。これにより、光源４から出射される光の光軸上の所望の位置で、必要とされる光のスポットサイズと形状が得られることになる。
【００２９】
次に、光モジュール２における受光側の構成について説明する。フォトダイオード５は、第２のキャビティ１０に面しているダイパッド７の他方の面に、銀ペースト等を用いて実装される。
【００３０】
図４は光モジュール２の平面図で、第２のキャビティ１０の構成を示す。ここで、図４は、図１の光学ユニット１において、光学ハウジング３が取り付けられていない光モジュール２を矢印Ｃ方向から見た平面図である。
【００３１】
第２のキャビティ１０には、所定のリード８と電気的に導通するランド部８ｂが設けられ、フォトダイオード５は、ワイヤ１１によりランド部８ｂと電気的に接続され、フォトダイオード５に入射した光の量に対応した電圧が、所定のリード８から出力される。
【００３２】
第２のキャビティ１０は、第２の開口部としての窓部１６を備える。この窓部１６は、第２のキャビティ１０を構成するパッケージ６の、フォトダイオード５の図示しない入射面に対向する部位に設けられた開口であり、パッケージ６のモールド時に形成される。ここで、フォトダイオード５は、ダイパッド７に対して略直交する方向から光が入射される。
【００３３】
これにより、光モジュール２では、光源４から出射する光の向きと、フォトダイオード５へ入射する光の向きが、略直交する関係となっている。そして、光源４から出射した光と略平行に入射してくる光をフォトダイオード５へ入射するため、光モジュール２に光学ハウジング３が取り付けられる。
【００３４】
以下に、光学ハウジング３の構成について説明する。光学ハウジング３は、集光手段の一例としての集光レンズ１７と、光路変更手段を構成するライトガイド１８を備える。また、光学ハウジング３には、光源４から出射した光の波長のみを選択するバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１９を必要に応じて備える。集光レンズ１７は、フォトダイオード５に入射する光を集光して、このフォトダイオード５の図示しない入射面で合焦点させる。
【００３５】
ライトガイド１８は、アクリルやポリカーボネート等の透明な樹脂製で、レンズ取付部１８ａと反射面１８ｂとパッケージ取付部１８ｃを一体に構成したものである。
【００３６】
レンズ取付部１８ａは、集光レンズ１７の直径に合わせた穴部等から構成され、集光レンズ１７およびバンドパスフィルタ１９は、このレンズ取付部１８ａに嵌められて、例えばＵＶ硬化樹脂等による接着剤を用いて固定される。
【００３７】
反射面１８ｂは、レンズ取付部１８ａに取り付けられた集光レンズ１７の光軸に対して４５度の傾斜を持つ斜面で、集光レンズ１７を通過した光を反射（全反射）させて、光の進行方向を９０°曲げる。
【００３８】
パッケージ取付部１８ｃは、例えば、パッケージ６の窓部１６が設けられる面の形状に合わせた形状を有する。そして、ライトガイド１８は、パッケージ取付部１８ｃをパッケージ６の窓部１６が設けられる面に突き当てて、例えばＵＶ硬化樹脂等による接着剤を用いて固定される。
【００３９】
なお、ライトガイド１８のパッケージ６に対する固定構造は、接着剤に限るものではなく、嵌合爪等をライトガイド１８に設け、この嵌合爪をパッケージ６に嵌めて固定する構成でも良い。
【００４０】
上述した構成の光学ハウジング３が光モジュール２に取り付けられると、集光レンズ１７はアパーチャ１２と並列する位置に設けられる。また、集光レンズ１７の光軸は、光源４から出射される光の光軸と略平行となる。さらに、反射面１８ｂはフォトダイオード５と対向する。
【００４１】
これにより、集光レンズ１７に入射した光は、反射面１８ｂで反射して進行方向が９０°曲げられ、フォトダイオード５に入射する。また、入射光は集光レンズ１７により集光され、フォトダイオード５の図示しない入射面で合焦点する。
【００４２】
集光レンズ１７をアパーチャ１３に並列する位置に設けることで、集光レンズ１７からフォトダイオード５までの光路長を長く取れる。よって、集光レンズ１７として、曲率が大きく表面形状が平面に近いようなレンズを用いることができる。これにより、集光レンズ１７と別にバンドパスフィルタ１９を設ける構成に代えて、集光レンズ１７の表面に直接バンドパス層を形成する構成とすることができる。
【００４３】
また、砒素等を微量に添加することである波長以下の光をカットできるようにしたレンズと組み合わせる構成でもよい。さらに、外光の影響を受けない環境下で使用される場合は、バンドパスフィルタ１９は不要となる場合もある。
【００４４】
次に、光学ユニットの第２の実施の形態について説明する。図５は第２の実施の形態の光学ユニットの構成例を示す断面図である。第２の実施の形態の光学ユニット２１は、第１の実施の形態で説明した光モジュール２に、光学ハウジング２２を取り付けたものである。ここで、光モジュール２は、図１〜図４において説明した第１の実施の形態の光学ユニット１の光モジュール２と同じものであり、ここでは構成の説明は省略する。
【００４５】
光学ハウジング２２は、集光手段の一例としての集光レンズ１７と、光路変更手段の一例としての反射ミラー２３をケース２４に収納したものである。また、光学ハウジング２２には、第１の実施の形態の光学ユニット１と同様に、光源４から出射した光の波長のみを選択するバンドパスフィルタ１９を必要に応じて備える。集光レンズ１７は、フォトダイオード５に入射する光を集光して、このフォトダイオード５の図示しない入射面で合焦点させる。
【００４６】
ケース２４は、光を透過しない樹脂製で、レンズ取付部２４ａとミラー取付部２４ｂとパッケージ取付部２４ｃを例えば一体に構成したものである。
【００４７】
レンズ取付部２４ａは、集光レンズ１７の直径に合わせた穴部等から構成され、集光レンズ１７およびバンドパスフィルタ１９は、このレンズ取付部２４ａに嵌められて、例えばＵＶ硬化樹脂等による接着剤を用いて固定される。
【００４８】
ミラー取付部２４ｂは、レンズ取付部２４ａに取り付けられた集光レンズ１７の光軸に対して４５度の傾斜を持つ斜面で、このミラー取付部２４ｂに反射ミラー２３が接着等により取り付けられる。ここで、反射ミラー２３は集光レンズ１７の光軸上に取り付けられる。これにより、集光レンズ１７を通過した光を反射ミラー２３で反射させて、光の進行方向を９０°曲げる。
【００４９】
パッケージ取付部２４ｃは、例えば、パッケージ６の窓部１６が設けられる面の形状に合わせた形状を有する。そして、ケース２４は、パッケージ取付部２４ｃをパッケージ６の窓部１６が設けられる面に突き当てて、例えばＵＶ硬化樹脂等による接着剤を用いて固定される。
【００５０】
なお、ケース２４のパッケージ６に対する固定構造は、接着剤に限るものではなく、嵌合爪等をケース２４に設け、この嵌合爪をパッケージ６に嵌めて固定する構成でも良い。
【００５１】
上述した構成の光学ハウジング２２が光モジュール２に取り付けられると、集光レンズ１７はアパーチャ１２と並列する位置に設けられる。また、集光レンズ１７の光軸は、光源４から出射される光の光軸と略平行となる。さらに、反射ミラー２３はフォトダイオード５と対向する。
【００５２】
これにより、集光レンズ１７に入射した光は、反射ミラー２３で反射して進行方向が９０°曲げられ、フォトダイオード５に入射する。また、入射光は集光レンズ１７により集光され、フォトダイオード５の図示しない入射面で合焦点する。
【００５３】
ここで、この第２の実施の形態の光学ユニット２１においても、バンドパスフィルタを集光レンズ１７の表面に形成する等の変形例は、第１の実施の形態の光学ユニット１で説明したものと同様である。
【００５４】
次に、第１の実施の形態および第２の実施の形態の光学ユニットの使用例について説明する。なお、以下の説明は、第１の実施の形態の光学ユニット１を例に行うが、第２の実施の形態の光学ユニットも同様である。
【００５５】
図６は光学ユニット１の使用例を示す説明図である。光学ユニット１は、所定の距離にある被検出物２５の有無や通過を検出する例えば反射形の光学センサとして使用される。
【００５６】
光源４から出射された光は、投光レンズ１４により集光され、アパーチャ１２により所定の形状に絞られたビームとしてパッケージ６から外部へ照射される。被検出物２５がアパーチャ１２の前方、すなわち、光源４の光軸上に位置すると、光源４から出射した光は被検出物２５で反射し、光学ユニット１へ戻る。図６においては、光源４からの出射光を実線で示し、被検出物２５での反射光を破線で示す。
【００５７】
被検出物２５で反射した光の一部は、光学ユニット１に戻り、バンドパスフィルタ１９および集光レンズ１７に入射する。バンドパスフィルタ１９では、光源４から出射した波長の光のみが透過する。これにより、他の外光が入射することを防ぐ。集光レンズ１７では、入射した光が集光される。
【００５８】
ここで、集光レンズ１７には、光源４から出射した光と略平行な角度で光が入射する。そこで、集光レンズ１７を通過した光は、ライトガイド１８の反射面１８ｂで反射され、進行方向が９０°曲げられる。そして、反射面１８ｂとフォトダイオード５が対向していることで、ライトガイド１８で反射された光はフォトダイオード５へ入射する。フォトダイオード５へ光源４からの戻り光が入射することで、所定の電圧がリード８から出力される。これにより、被検出物２５が有ることを検出できる。
【００５９】
フォトダイオード５へ入射する光は、集光レンズ１７で集光されることで、フォトダイオード５の図示しない入射面で合焦点する。ここで、光学ユニット１では、アパーチャ１２に並列して集光レンズ１７が設けられるので、集光レンズ１７からフォトダイオード５までの光路長を長く取れる。これにより、フォトダイオード５へ合焦点させる集光レンズ１７の設計は容易である。
【００６０】
例えば、パッケージ６の窓部１６に集光レンズを設ける構成では、集光レンズとフォトダイオード５の距離が近く、通常のレンズではフォトダイオード５へ合焦点させることが困難である。また、フォトダイオード５の入射面で入射光を合焦点させない構成も可能ではあるが、この場合は、入射面の面積が大きいフォトダイオードを使用する必要がある。
【００６１】
これに対して、光学ユニット１では、特別な構成のレンズを用いることなく、入射光をフォトダイオード５の入射面で合焦点させることができることから、フォトダイオード５の入射面も最小限で済ませることができ、コストを抑えることができる。
【００６２】
また、光学ユニット１を被検出物を検知する光学センサとして使用する場合、被検出物２５を検出しようとする位置に対して、正確に光学ユニット１が取り付けられる必要がある。
【００６３】
光学ユニット１では、光源４から出射された光は、投光レンズ１４で集光され、アパーチャ１２を通り所定の形状のビームとして外部へと照射されるが、光路中に反射ミラー等は設けられておらず、光路を曲げていない。そこで、光源４の光軸上に被検出物２５の検出位置を設定すれば、光源４から出射された光を光路を曲げることなく用いることができる。
【００６４】
これにより、光モジュール２のパッケージ６の外形を基準に光学ユニット１の位置決めを行うことで、光源４から出射した光によるビームが、所望の検出位置を通るように光学ユニット１を取り付けることが容易に行える。
【００６５】
また、光源４から出射した光によるビームは、投光レンズ１４により所定の距離にある被検出物２５で合焦点するように設定されているが、図６に二点鎖線で示すように、被検出部２５の距離が変化した場合でも、被検出物２５は光源４から出射される光の光軸上に位置しており、焦点はずれるがビーム自体は被検出物２５で反射する。これにより、光学ユニット１は、被検出物２５との距離が変化しても、この被検出物２５の有無等を検出できる。
【００６６】
図７は光学ユニット１あるいは光学ユニット２１を利用した検知センサの構成例を示す説明図である。検知センサ３１は、２組の光学ユニット１あるいは光学ユニット２１を用いて、透過型の検知センサを構成したものである。以下の説明は光学ユニット１を例に行う。
【００６７】
第１の光学ユニット１Ａのアパーチャ１２と第２の光学ユニット１Ｂの集光レンズ１７が対向し、第１の光学ユニット１Ａの集光レンズ１７と第２の光学ユニット１Ｂのアパーチャ１２が対向する向きで、第１の光学ユニット１Ａと第２の光学ユニット１Ｂを配置する。
【００６８】
図７（ａ）に示すように、被検出物２５がない場合は、第１の光学ユニット１Ａの光源４から出射した光は、第２の光学ユニット１Ｂの集光レンズ１７へ入射することで、この第２の光学ユニット１Ｂのフォトダイオード５へ入射する。また、第２の光学ユニット１Ｂの光源４から出射した光は、第１の光学ユニット１Ａの集光レンズ１７へ入射することで、この第１の光学ユニット１Ａのフォトダイオード５へ入射する。
【００６９】
これにより、第１の光学ユニット１Ａおよび第２の光学ユニット１Ｂから出力される電圧から、被検出物２５が無いことを検知できる。
【００７０】
図７（ｂ）に示すように、第１の光学ユニット１Ａと第２の光学ユニット１Ｂの間に被検出物２５があると、第１の光学ユニット１Ａの光源４から出射した光は、被検出物２５で遮蔽され、第２の光学ユニット１Ｂの集光レンズ１７へは入射せず、この第２の光学ユニット１Ｂのフォトダイオード５へ光は入射しなくなる。また、第２の光学ユニット１Ｂの光源４から出射した光は、被検出物２５で遮蔽され、第１の光学ユニット１Ａの集光レンズ１７へは入射せず、この第１の光学ユニット１Ａのフォトダイオード５へ光は入射しなくなる。
【００７１】
これにより、第１の光学ユニット１Ａおよび第２の光学ユニット１Ｂから出力される電圧の変化で、被検出物２５が有ることを検知できる。
【００７２】
さて、被検出物２５の有無を検出する場合は、どちらか一方の光学ユニット１の出力を監視すれば良い。これにより、光学ユニット１の対面に反射ミラーを設ける構成とすれば、１個の光学ユニット１で透過型の検知センサと同等の構成を実現できる。
【００７３】
これに対して、２組の光学ユニット１を用いて、両方の光学ユニット１の出力を監視することで、被検出物２５の搬送方向を検知できるセンサとして用いることができる。
【００７４】
ここで、被検出物２５は、アパーチャ１２と集光レンズ１７が並列する向きに沿った方向に、図示しない機構により双方向に搬送されるものとする。被検出物２５が矢印Ｆ方向から搬送されて、搬送方向の先端が位置Ｐ１に到達すると、第１の光学ユニット１Ａの光源４から出射した光が被検出物２５で遮蔽される状態となり、第２の光学ユニット１Ｂの集光レンズ１７へは入射せず、この第２の光学ユニット１Ｂのフォトダイオード５へ光は入射しなくなる。このとき、第２の光学ユニット１Ｂの光源４から出射した光は、第１の光学ユニット１Ａの集光レンズ１７へ入射することで、この第１の光学ユニット１Ａのフォトダイオード５へ入射する。
【００７５】
これにより、第１の光学ユニット１Ａと第２の光学ユニット１ｂの間で、出力される電圧に変化が生じる。ここでは、一例として、被検出物２５が有る場合の出力を「Ｌ」、被検出物２５が無い場合の出力を「Ｈ」とする。
【００７６】
すなわち、被検出物２５が矢印Ｆ方向に搬送されて検知センサ３１による検知位置に到達すると、まず、第２の光学ユニット１Ｂの出力が「Ｈ」から「Ｌ」に変化する。被検出物２５が矢印Ｆ方向にさらに搬送されて、搬送方向の先端が位置Ｐ２に到達すると、第１の光学ユニット１Ａの出力も「Ｈ」から「Ｌ」に変化する。このように、第１の光学ユニット１Ａと第２の光学ユニット１ｂで出力される電圧の変化から、被検出物２５の搬送方向を検知できる。図示しないが、被検出物２５が反対方向に搬送される場合も、同様にして検出できる。
【００７７】
以上説明したように、光学ユニット１および光学ユニット２１は、ダイパッド７の一方の面に光源４を実装し、他方の面にフォトダイオード５を実装したパッケージ６を有する光モジュール２を利用することで、小形の光学ユニットとして構成できる。これにより、検知センサとして使用する場合、装置内での設置場所の制約が少なく、様々な装置への適用が可能となる。
【００７８】
また、光モジュール２に光学ハウジング３あるいは光学ハウジング２２を取り付ける構成であるので、例えば集光レンズ１７の特性の異なる光学ハウジング３等を用いることで、光モジュール２の構成を変更することなく、特性の異なる光学ユニットを提供することができる。これにより、異なる性能の光学ユニットを安価に提供できる。
【００７９】
さらに、光学ハウジング３として、第１の実施の形態の光学ユニット１のようにライトガイド１８を用いれば、部品点数が削減でき、コストの低減が図れるとともに、一層の小型化が可能となる。
【００８０】
また、光学ハウジング３あるいは光学ハウジング２２を光モジュール２へ取り付ける際の位置精度は、高い精度が要求されないことから、設計の自由度が高く、やはり小型化が可能となる。
【００８１】
そして、光学ユニット１および光学ユニット２１を構成する光モジュール２は、小形であり、かつ、ダイパッド７で仕切られた第１のキャビティ９と第２のキャビティ１０を有することで、光源４の光が直接フォトダイオード５へ入射しないような迷光対策が施されている。
【００８２】
これにより、光学ユニット１あるいは光学ユニット２１の使用例としては、光学センサのみならず、例えば、光通信装置にも適用できる。また、光モジュール２と光学ハウジングが別構成であることから、光モジュール２を光学式読取装置等に利用することも考えられる。
【００８３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、発光手段と受光手段を単一のパッケージに収納した光モジュールに、外部からの光を受光手段へ入射する光学ハウジングを取り付けたものである。
【００８４】
この光モジュールは、パッケージの内部にダイパッドが取り付けられて第１のキャビティと第２のキャビティが形成され、第１のキャビティに面したダイパッドの一方の面に発光手段が実装されるとともに、第２のキャビティに面したダイパッドの他方の面に受光手段が実装される。さらに、発光手段から出射した光が通る第１の開口部が第１のキャビティに設けられるとともに、受光手段へ入射する光が通る第２の開口部が第２のキャビティに設けられたものである。
【００８５】
また、光学ハウジングは、外部からの光を集光する集光手段と、この集光手段で集光された光の進行方向を受光手段へ向けて曲げる光路変更手段とを備えたものである。
【００８６】
これにより、小形のパッケージを持つ光モジュールに光学ハウジングを取り付けることで、小形で汎用性の高い光学ユニットおよび光学センサを提供することができる。
【００８７】
また、発光手段から光路を曲げることなく第１の開口部を通り出射される光の光軸上に被検出物の検出位置を設定することで、検知センサとして使用する場合に、位置決めが容易に行えるとともに、被検出物との距離の変化に対応できる。
【００８８】
さらに、受光手段に光を入射させるために必要な集光手段と光路変更手段を備えた光学ハウジングを光モジュールに取り付けるので、集光手段と光路変更手段を別々に取り付ける場合に比較して実装精度が高く、検知センサとして使用する場合は、検知性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態の光学ユニットの構成例を示す断面図である。
【図２】光学ユニットの内部構成を示す平面図である。
【図３】光学ユニットの外観斜視図である。
【図４】光モジュールの平面図である。
【図５】第２の実施の形態の光学ユニットの構成例を示す断面図である。
【図６】光学ユニットの使用例を示す説明図である。
【図７】光学ユニットを利用した検知センサの構成例を示す説明図である。
【符号の説明】
１・・・光学ユニット、２・・・光モジュール、３・・・光学ハウジング、４・・・光源、５・・・フォトダイオード、６・・・パッケージ、７・・・ダイパッド、９・・・第１のキャビティ、１０・・・第２のキャビティ、１２・・・アパーチャ、１４・・・投光レンズ、１６・・・窓部、１７・・・集光レンズ、１８・・・ライトガイド、１８ｂ・・・反射面、１９・・・バンドパスフィルタ、２１・・・光学ユニット、２２・・・光学ハウジング、２３・・・反射ミラー、３１・・・検知センサ
【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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