(57)【要約】【課題】モニタ用検出素子への反射体からの反射光の影響を低減し、環境温度変化等の影響を極力なくす。【解決手段】ＬＥＤ３、このＬＥＤ３の発光に基づき反射体１０からの光を受光する受光素子４を有する反射型センサ装置において、ＬＥＤ３から遮光するように、遮光壁７を介して受光素子４と温度補償用光検出素子１３を配置し、かつこの温度補償用光検出素子１３を封止する封止部１４の上面（反射体からの反射光が当たる面）に、上面遮光壁１６を設ける。また、温度補償用光検出素子１３自体に遮光板を設けてもよい。この温度補償用光検出素子１３には、定電流回路により定電流が印加され、この光検出素子１３の変動に基づいた較正により、センサ出力が温度補償される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射体へ向けて発光する発光素子と、
この発光素子に対し遮光壁を介して配置され、上記反射体からの光を受光する受光素子と、を有する反射型センサ装置において、
上記発光素子に対し遮光壁を介して温度補償用光検出素子を配置すると共に、
この温度補償用光検出素子を封止する封止部における上記反射体からの反射光が当たる面に、遮光壁を設けたことを特徴とする反射型センサ装置。
【請求項２】
上記温度補償用光検出素子における上記反射体からの反射光が当たる面に、遮光部材を設けたことを特徴とする請求項１記載の反射型センサ装置。
【請求項３】
上記温度補償用光検出素子へ定電流を印加する定電流回路を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の反射型センサ装置。
【請求項４】
上記受光素子及び温度補償用光検出素子の基準温度での出力値と、上記受光素子及び温度補償用光検出素子の温度対出力値に関する較正用データをメモリに記憶させ、上記温度補償用光検出素子の出力から現在の温度を把握し、この現在の温度と上記較正用データから得られた補正係数を乗算することにより、センサ出力を較正することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の反射型センサ装置。
【請求項５】
集合基板上に、発光素子と受光素子及び温度補償用光検出素子との組を複数組実装し、
上記発光素子、受光素子及び温度補償用光検出素子を封止する透光性樹脂層を形成し、
この透光性樹脂層の上記発光素子と上記受光素子及び温度補償用光検出素子との間に、上記集合基板へ向けて溝を形成すると共に、上記温度補償用光検出素子上の上記透光性樹脂層表面の一部を除去して段部を形成し、
上記溝と上記段部に遮光性樹脂を流し込むことにより、上記発光素子と上記受光素子及び温度補償用光検出素子との間の光を遮る遮光壁と、上記温度補償用光検出素子の上方外部から入射する光を遮る遮光壁を形成し、
上記工程の後、上記発光素子、受光素子及び温度補償用光検出素子を１組毎に個片化することを特徴とする反射型センサ装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は反射型センサ装置に関し、特に温度変化の影響をなくすことができる反射型センサの構成及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、反射型センサ（例えばフォトリフレクタ）が用いられており、この反射型センサは、ＬＥＤ（発光素子）の発光に基づき、反射体から反射された光をフォトダイオードやフォトトランジスタ等からなる受光素子にて受光し、この受光量等から反射体（被検出物）の有無や移動量を検出する。
【０００３】
このような反射型センサでは、周囲温度、環境温度等の影響をなくすための温度補償が行われているが、この温度補償をセンサ単体で実現することはできないことから、センサの外部直近にサーミスタ等を搭載し、センサの信号に対し補正をかけるような方法が採られている。
【０００４】
しかしながら、センサとサーミスタ間の距離による温度差により温度補償の精度には限界がある。特に、近年、モバイル機器の高画素化によるイメージセンサの微細化に伴い、カメラモジュール等で使用するオートフォーカス（ＡＦ）用レンズが大口径化し、オートフォーカスを行うためのレンズ位置検出精度の向上は必須事項であり、センサに要求される位置検出精度は、±１〜２μｍ程度まで高精度となっている。このような高い精度は、上述の外部にサーミスタ等を搭載する方式では実現することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実開昭６４−３８５７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述のサーミスタ等の温度検出センサを搭載することなく、温度補償を実現するものとして、上記特許文献１の発明もあるが、本願出願人は図６に示される反射型センサ装置（パッケージ）を提案している。
図６において、反射型センサパッケージ１は、基板２の上に、発光素子であるＬＥＤ３、センサ用受光素子４、モニタ用受光素子５が電気的に接続されて配置されており、これらＬＥＤ３、センサ用受光素子４、モニタ用受光素子５は、透光性樹脂からなる封止部６により封止される。また、ＬＥＤ３及びモニタ用受光素子５とセンサ用受光素子４とを隔てるように、遮光性樹脂からなる遮光壁７が形成され、上記封止部６の周囲には遮光壁８、モニタ用受光素子５の上側の封止部６の上面に、上面遮光壁９が形成される。
【０００７】
このような反射型センサ装置によれば、ＬＥＤ３からの光が反射体（板）１０に当り、この反射体１０からの反射光がセンサ用受光素子４で受光されることで、反射体１０の有無や移動量が検出される。また、モニタ用受光素子５では、ＬＥＤ３の発光量を直接モニタしており、これにより温度変化等に伴うセンサ出力の変動が較正される。
【０００８】
例えば、図６（Ｂ）のように、反射型センサ（１）に対し平行移動している反射体１０の動きを検知している場合、センサ用受光素子４から図６（Ｃ）のｄ1 に示される信号が出力され、モニタ用受光素子５からはｍ1 に示される信号が出力され、環境温度等の変化により、モニタ用受光素子５の出力がｍ1 からｍ2 へ変化したとすると、センサ用受光素子４の出力もｄ1 からｄ2 へ変化する。従って、ｄ1 ＝ｄ2 ×（ｍ1 ／ｍ2 ）の演算式（１）を用い、ｄ2 をｄ1 へ下げるような較正（キャリブレーション）を実施することにより、センサ出力の温度補償が可能となる。
【０００９】
しかしながら、図６の構成の反射型センサ装置では、センサ（１）と反射体１０の距離が近いとき、反射体１０からの反射光の一部（ノイズ光）がモニタ用受光素子５で受光されることが生じる。しかも、このときの反射光量は、センサ−反射体間の距離によって変化するため、ＬＥＤ３の電流が一定の場合、本来一定であるべきモニタ用受光素子５の光電流が、距離に対応して緩やかな傾き（変化）を持つことになる。この結果、上記演算式（１）により温度変化に基づくセンサ出力の変動をリアルタイムで較正したとしても、この較正に誤差を生じさせるという問題がある。
【００１０】
図７は、図６（Ａ）の矢示５０のように、センサ（１）と反射体１０との距離を検出する場合（接近又は離間する場合）の各受光素子４，５の出力の具体例を示しており、センサ用受光素子４が特性６０、モニタ用受光素子５が特性６１となっている。この例によれば、センサ（１）と反射板１０の距離（位置）が０．６ｍｍと０．９ｍｍの間で、モニタ用受光素子５の出力が０．５％程度、変化することが分かる。
【００１１】
図８は、作製サンプルで７０℃時に実際に測定したときのモニタ用受光素子５の出力データ７０と、上記演算式（１）を用いて２５℃時の距離特性を計算したデータ７１を重ね、検出精度（エラー率）７２を求めたグラフ（０．６ｍｍ〜０．９ｍｍ）を示しており、これによれば、エラー率が±３μｍ程度の値となっている。
計算上、モニタ用受光素子５の出力が０．５％変動することによる検出精度への影響は±２．５μｍ程度に相当する。このことは、モニタ用受光素子５に対し誤差要因となる反射光を抑えれば、センサとしての精度向上が可能になることを意味する。
【００１２】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、モニタ用検出素子への反射体からの反射光の影響を低減し、環境温度変化等の影響を極力なくすことができる反射型センサ装置及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、反射体へ向けて発光する発光素子と、この発光素子に対し遮光壁を介して配置され、上記反射体からの光を受光する受光素子と、を有する反射型センサ装置において、上記発光素子に対し遮光壁を介して温度補償用光検出素子を配置すると共に、この温度補償用光検出素子を封止する封止部（パッケージ封止部）における上記反射体からの反射光が当たる面に、遮光壁を設けたことを特徴とする。
請求項２の発明は、上記温度補償用光検出素子における上記反射体からの反射光が当たる面に、遮光部材を設けたことを特徴とする。
請求項３の発明は、上記温度補償用光検出素子へ定電流を印加する定電流回路を設けたことを特徴とする。
請求項４の発明は、上記受光素子及び温度補償用光検出素子の基準温度での出力値と、上記受光素子及び温度補償用光検出素子の温度対出力値に関する較正用データをメモリに記憶させ、上記温度補償用光検出素子の出力から現在の温度を把握し、この現在の温度と上記較正用データから得られた補正係数を乗算することにより、センサ出力を較正することを特徴とする。
【００１４】
上記の構成によれば、センサパッケージにおいて、発光素子に対し遮光壁を隔てて受光素子（例えばフォトダイオード）と温度補償用光検出素子（例えばフォトダイオード）を配置し、この温度補償用光検出素子へ反射光が当たるパッケージの例えば上面に、遮光壁を設けることで、反射体からの反射光（外来光を含むノイズ光）を温度補償用光検出素子が受光することを防止する。即ち、図６の反射型センサ装置では、モニタ用受光素子を発光素子の領域に配置し、発光素子の光のみを受光する構成となっているが、本発明では、温度補償用光検出素子をセンサ用の受光素子の領域に配置し、かつ上面遮光壁を設けることで、反射光等の影響をなくしている。
【００１５】
また、温度補償用光検出素子には、上面遮光壁だけでなく、光検出素子自体の上面等に、アルミニウム膜（金属膜）等の遮光部材を設けることもできる。
【００１６】
更に、上記温度補償用光検出素子に所定の定電流（例えば順方向電流）を印加することで、この温度補償用光検出素子で検出される光電流をセンサ精度に影響を与えない小さいレベルにすることができる。そして、この温度補償用光検出素子の変動が検出されると、これに基づいたキャリブレーションにより、良好に温度補償されたセンサ出力を得ることが可能になる。
【００１７】
請求項５の発明に係る反射型センサ装置の製造方法は、集合基板上に、発光素子と受光素子及び温度補償用光検出素子との組を複数組実装し、上記発光素子、受光素子及び温度補償用光検出素子を封止する透光性樹脂層を形成し、この透光性樹脂層の上記発光素子と上記受光素子及び温度補償用光検出素子との間に、上記集合基板へ向けて溝を形成すると共に、上記温度補償用光検出素子上の上記透光性樹脂層表面の一部を除去して段部を形成し、上記溝と上記段部に遮光性樹脂を流し込むことにより、上記発光素子と上記受光素子及び温度補償用光検出素子との間の光を遮る遮光壁と、上記温度補償用光検出素子の上方外部から入射する光を遮る遮光壁を形成し、上記工程の後、上記発光素子、受光素子及び温度補償用光検出素子を１組毎に個片化することを特徴とする。
【００１８】
上記の構成によれば、通常の反射型センサ装置の製造工程に従い、温度補償用光検出素子を封止する封止部の一部に、反射体からの反射光を遮る遮光壁を形成することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の反射型センサ装置によれば、温度補償用光検出素子（モニタ用検出素子）への反射体からの反射光の影響を低減し、環境温度変化等の影響を極力なくすことができ、移動体の有無や移動量の検出を精度よく行うことが可能となる。
また、本発明の反射型センサ装置の製造方法によれば、通常の反射型センサ装置の製造工程での遮光壁形成時に、例えば上面遮光壁の追加をするだけで、簡便に反射光を遮る遮光壁を形成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る実施例の反射型センサ装置（半導体パッケージ）の構成を示し、図（Ａ）は側面断面図、図（Ｂ）は上面図、図（Ｃ）は温度補償用光検出素子に関する回路図である。
【図２】実施例の反射型センサ装置の回路構成を示すブロック図である。
【図３】実施例の反射型センサ装置の他の構成（上面遮光壁を省略した状態）を示す上面図である。
【図４】実施例の反射型センサ装置における異なる温度でのセンサ出力（位置対出力）を示すグラフ図である。
【図５】実施例の温度補償用光検出素子の出力電圧（温度対相対電圧）を示すグラフ図である。
【図６】先に提案の反射型センサ装置の構成を示し、図（Ａ）は側面断面図、図（Ｂ）は斜視図、図（Ｃ）は制御の一例を示すグラフ図である。
【図７】先に提案の反射型センサ装置のセンサ用受光素子とモニタ用受光素子の出力を示すグラフ図である。
【図８】先に提案の反射型センサ装置での検出精度（エラー率）を示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１に、実施例の反射型センサ装置（フォトリフレクタとしての半導体センサパッケージ）の構成が示されており、図１（Ａ），（Ｂ）のように、反射型センサパッケージ１２は、基板（プリント配線基板）２の上に、発光素子であるＬＥＤ３、受光素子（例えばフォトダイオード）４、温度補償用光検出素子（例えばフォトダイオード）１３が電気的に接続される。この温度補償用光検出素子１３としては、受光素子４にフォトダイオードを用いる場合は、同一特性のフォトダイオード、受光素子４にフォトトランジスタを用いる場合は、同一特性のフォトトランジスタとすることが好ましい。
【００２２】
また、これらＬＥＤ３、受光素子４、温度補償用光検出素子１３は、透光性樹脂（封止材）からなる封止部１４により封止され、ＬＥＤ３と、受光素子４及び温度補償用光検出素子１３とを隔てるように、遮光性樹脂からなる遮光壁（隔壁）７が形成されると共に、上記封止部１４の周囲にも遮光性樹脂の遮光壁（周囲壁）８が形成される。そして、温度補償用光検出素子１３の上方の封止部１４の上面（反射体１０からの光が当たる面）に、遮光性樹脂からなる上面遮光壁１６が設けられる。
【００２３】
上記実施例の反射型センサパッケージ１２は、１つの集合基板に多数のセンサパッケージを形成する方法で次のようにして製作される。
即ち、反射型センサを構成する上記のＬＥＤ３、受光素子４及び温度補償用光検出素子１３等の組を多数形成した後、全体に封止部（透光性樹脂層）１４を形成し、その後、遮光壁（隔壁、周囲壁）のための溝をダイシングブレードにより切削し、この溝に遮光性樹脂を流し込むことで、上記遮光壁７，８が形成される。また、上記の溝を形成する際に、同時に温度補償用光検出素子１３の上方に位置する封止部（透光性樹脂層）１４の上面を所定深さだけ切削・除去し、段部を形成し、この段部にも遮光性樹脂を流し込むことで、上面遮光壁１６が形成される。最後に、集合体のＬＥＤ３、受光素子４及び光検出素子１３を１組毎に個片化することで、反射型センサパッケージ１２が製作される。なお、上記ＬＥＤ３から光放射される封止部１４上面に不要な遮光性樹脂が形成されてしまう場合には、これを除去するため、表面を切削してもよい。なお、この場合、当然ながら上面遮光壁１６が形成された状態で切削を終了する必要がある。
【００２４】
図２に、実施例の反射型センサ装置の回路構成が示されており、このセンサ装置は、上述した受光素子４と、温度補償用光検出素子１３の後段に、アンプ（増幅器）１８，１９、ＡＤＣ（アナログデジタル変換器）２０、環境温度変動に対する補正演算等を行うＭＰＵ（マイクロプロセッサ）２１が設けられ、更にはこのＭＰＵ２１からの制御信号に基づきＬＥＤ３の発光量を調整するＬＥＤドライバ２２、発光を含む各種制御・指令等を行う制御部２３が配置される。そして、実施例では、詳細は後述するが、温度補償用光検出素子１３に定電流を流すための定電流回路２５が設けられる。
【００２５】
図３には、図１の構成に加えて温度補償用光検出素子１３自体に遮光部材を形成した他の例が示されており、この例の反射型センサパッケージ２７では、図３に示されるように、温度補償用光検出素子１３の上面に、遮光用アルミニウム（Ａｌ）板（又は膜）２８が形成される。
【００２６】
実施例は以上の構成からなり、この実施例によれば、先に説明した図６の構図の反射型センサと比較すると、温度補償用光検出素子１３がＬＥＤ３から遮光壁７に分離されており、また温度補償用光検出素子１３の上方に上面遮光壁１６が設けられる（及び遮光用アルミニウム板２８が設けられる）ことで、温度補償用光検出素子１３に対する反射体（被検出物）１０からの反射光や他の外来光が良好に遮られ、温度補償用光検出素子１３で検出される光電流を大幅に減少させることになる。
【００２７】
また、実施例では、図２で説明した定電流回路２５により温度補償用光検出素子１３に対し定電流が与えられる。例えば、図１（Ｃ）に示されるように、温度補償用光検出素子１３としてのフォトダイオードに、１００μＡ程度の順方向電流（定電流）ＩＦを印加すると、ＬＥＤ３の反射光の影響（逆電流）は数ｐＡ程度となり、この数ｐＡの電流は、１００μＡの５×１０−６％の僅かな値となる。従って、温度補償用光検出素子１３にある程度大きな値の定電流を与えることにより、温度補償用光検出素子１３で検出される光電流をセンサ精度に影響のない小さいレベルにすることができる。
【００２８】
そして、この温度補償用光検出素子１３の出力電圧ＶＦをモニタすることにより、温度変動分を検知してセンサ信号の温度補償が行われる。
例えば、図４に示されるように、センサ出力が常温２５℃において曲線７０となる場合、低温度では曲線７１、高温度では曲線７２となり、センサ出力がａ１であるとき、２５℃ではｂ1 となるが、温度変動により低温となったときはｂ2 、高温となったときはｂ3 に補正される。
【００２９】
即ち、図５は、常温の２５℃を基準として温度を振ったときの受光素子４の相対電圧ＶＦの特性（温度対相対電圧）であるが、実施例では、このような受光素子４の特性（テーブル）と、同様の特性となる温度補償用光検出素子１３の特性（テーブル）を較正用データとしてメモリに記憶させ、また受光素子４及び温度補償用光検出素子１３の２５℃の出力電圧ＶＦのデータをメモリに記憶させる。これにより、温度補償用光検出素子１３では、その光検出素子１３の特性データと２５℃の出力電圧ＶＦに基づき、光検出素子１３の出力電圧の変化（ΔＶＦ）から現在の温度が把握される。そうして、受光素子４の特性（較正用データ）から得られた現在の温度に対応する補正係数をセンサ出力に乗算することにより、図４で説明したように、センサ出力が較正され、温度補償が可能となる。
【符号の説明】
【００３０】
１，１２，２７…反射型センサパッケージ、
３…ＬＥＤ（発光素子）、
４…受光素子（フォトダイオード又はフォトトランジスタ）、
５…モニタ用受光素子、
７，８…遮光壁、        １０…反射体、
１３…温度補償用光検出素子（フォトダイオード又はフォトトランジスタ）、
１４…封止部、          １６…上面遮光壁、
２８…アルミニウム板（遮光部材）。
【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】
2016213307.tif 000008
【図７】
2016213307.tif 000009
【図８】
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