(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光部及び受光部の投受光面が、該投受光面に対し平行に移動する被検出物の移動方向に垂直な方向に配置され、上記発光部の出力光に基づく上記被検出物からの反射光を上記受光部で受光する反射型フォトセンサにおいて、
上記受光部には、その検出出力が、上記被検出物の移動量に応じて直線的に変化するように、上記被検出物の移動方向の中心部から両端へ向かう程、単位長さ当たりの面積が広くなる受光領域を設けたことを特徴とする反射型フォトセンサ。
【請求項２】
上記受光部の受光領域は、活性部を部分的に反射体で覆うことにより形成したことを特徴とする請求項１記載の反射型フォトセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は反射型フォトセンサ、特に発光素子及び受光素子の投受光面を被検出物の移動方向に垂直な方向に配置する反射型フォトセンサで、簡単な構成にて、被検出物の移動量や移動位置を検出するためのものに関する。
【背景技術】
【０００２】
反射型フォトセンサとして、フォトリフレクタ等があるが、この反射型フォトセンサは、非接触で物体の有無、物体の位置や移動量を検出する光検出器であり、例えばビデオ機器等におけるオーディオテープのスタート位置及びエンド位置の検出、コピー機、プリンターの紙の検出、ＣＤ、ＤＶＤ等の光学ドライブ装置におけるピックアップユニットの位置検出、自動焦点カメラのズーム又はフォーカス動作のレンズ位置検出に用いられる。
【０００３】
図７（Ａ），（Ｂ）には、従来のフォトリフレクタの構成例が示されており、図７（Ａ）は、フォトリフレクタの上下方向に移動する物体を検出するもの（下記特許文献１）である。このフォトリフレクタは、絶縁基板１、この絶縁基板１上に配置され外周を囲み中間遮光壁部２を有する窓部３、この窓部３と中間遮光壁部２とで形成された一方の凹部に配置された発光素子４、他方の凹部に配置された受光素子５を有してなる。
【０００４】
このような図７（Ａ）のフォトリフレクタでは、上下（矢示Ｕ）方向に移動する被検出物６が鎖線の位置にあるときは、発光素子４から出力された光が中間遮光壁部２で遮られるが、実線の位置にあるときは、発光素子４から出力された光が受光素子５へ到達することになり、この受光素子５での検知状態によって、被検出物６の所定位置における存在が検出される。
【０００５】
図７（Ｂ）は、フォトリフレクタの発光素子及び受光素子の配列方向に移動する物体を検出するもの（下記特許文献２）であり、このフォトリフレクタは、実装基板８、この実装基板８上に設けられたフォトリフレクタ９、このフォトリフレクタ９の上方に配置され、スリット１０を形成したスリット機構１１を有してなる。
【０００６】
このような図７（Ｂ）のフォトリフレクタでは、矢示Ｆの水平方向へ移動する被検出物１２がフォトリフレクタ９の上方の位置に達したときに、フォトリフレクタ９内の発光素子から照射された光がスリット１０を通過して被検出物１２に当たり、その反射光がスリット１０を通過して受光素子で検知されることにより、被検出物１２の存在が検出される。
【０００７】
また、従来において、フォトリフレクタを用いてカメラのレンズの位置を検出するものとして、下記の特許文献３，４があり、これらの文献３，４には、光学系のカムリング等の円筒外周面に、高反射部と遮光部とからなる、反射光量を変化させるパターン（明暗パターン）部材を配置し、フォトリフレクタによって上記パターン部材からの反射光量を検知することにより、光学系（レンズ）の回転位置（ズーム位置）等を検出することが行われている。
【特許文献１】特開２００１−１５６３２５号公報
【特許文献２】特開２００６−１７３３０６号公報
【特許文献３】特開平５−４５１７９号公報
【特許文献４】特開２００２−３５７７６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記図７（Ａ），（Ｂ）の従来のフォトリフレクタでは、上下方向又は水平方向に移動する被検出物の存在の有無が検出できるのみで、移動する被検出物の位置や移動量までは検出することができない。
【０００９】
一方、上記特許文献３，４に開示されるように、フォトリフレクタを用いて光学系レンズの回転位置を検出するものでは、高反射部と遮光部とからなる高精度の明暗パターン部材を製作し、これを被検出物側に設けることが必要となり、構成が複雑になるという問題がある。
【００１０】
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、発光素子と受光素子を用いた簡単な構成で、明暗パターン部材を被検出物側に設けることもなく、被検出物の移動量や移動位置を良好に検出することができる反射型フォトセンサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、発光部及び受光部の投受光面が、該投受光面に対し平行に移動する被検出物の移動方向に垂直な方向に配置され、上記発光部の出力光に基づく上記被検出物からの反射光を上記受光部で受光する反射型フォトセンサにおいて、上記受光部には、その検出出力が、上記被検出物の移動量に応じて直線的に変化するように、上記被検出物の移動方向の中心部から両端へ向かう程、単位長さ当たりの面積が広くなる受光領域を設けたことを特徴とする。
請求項２に係る発明は、上記受光部の受光領域は、活性部（活性層等で本来の受光面）を部分的に反射体（アルミニウム膜、金属合金膜、反射テープ等）で覆うことにより形成したことを特徴とする。
【００１２】
本発明の構成によれば、受光部（受光素子）に、その中心部から被検出物の移動方向の両端へ向かうに従って広がる面積の受光領域が設けられており、センサ内縦方向に配置された発光部（発光素子）及び受光部の上方において被検出物が左側から右側へ移動するとき、被検出物からの反射光が最初は受光領域の大きな面積の左端部に入射し、その入射領域は、移動するに従って小さくなり、その後右端部へ向かって徐々に大きくなる。その結果、受光部では、被検出物の移動に対応して直線的に変化する光量が検知され、この検知光量によって被検出物の移動量又は移動位置が検出できることになる。即ち、同一幅の受光領域では、その中心部に入射する光が多くなるので、中心部の受光領域を小さくすることにより、直線的に変化する範囲を大きくしたものである。
【００１３】
上記請求項２の構成によれば、受光部上面の受光領域以外の領域に当たる被検出物からの反射光を更に反射させることにより、受光領域での受光量を増加させ、感度の向上を図ることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の反射型フォトセンサによれば、受光部の構成の工夫により、被検出物の移動量とセンサ出力変化の関係がリニアとなる区間を実用的なレベルまで広げることができ、簡単な構成にて、被検出物の移動位置を良好に検出することが可能になるという効果がある。また、従来のカメラに用いられている光学系レンズの位置検出センサのように、明暗パターン部材を被検出物側に設ける必要もない。
上記請求項２の発明によれば、受光部の活性部を反射体で覆う（例えばアルミニウム膜を形成する）だけで、中心部から両端へ向かう程、広がる面積の受光領域を形成することができ、センサの製作が極めて容易であるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１には、本発明の実施例に係る反射型フォトセンサ（フォトリフレクタ）の構成が示され、図（Ｂ）は図（Ａ）のｂ−ｂ線断面図、図（Ｃ）は受光素子の受光面側の図である。図１（Ａ），（Ｂ）に示されるように、実施例の反射型フォトセンサでは、絶縁基板１６上にボンディングパターン１７ａ〜１７ｄが形成されており、ボンディングパターン１７ａに発光部としての発光素子（例えば発光ダイオード）１８、ボンディングパターン１７ｂに受光部としての受光素子（例えばフォトトランジスタ）２０がダイボンディングされ、これら発光素子１８及び受光素子２０は、被検出物の移動方向Ｈで同じ長さに形成され、ボンディングパターン１７ｃ，１７ｄのそれぞれの位置に金ワイヤ２１で接続される。上記絶縁基板１６の裏面には、上記ボンディングパターン１７ａ〜１７ｄのそれぞれに接続された裏面電極２２ａ〜２２ｄ（２２ａ、２２ｂは図示せず）が配置される。
【００１６】
また、上記発光素子１８及び受光素子２０の周囲を囲うように、所定の高さの外周遮光壁２４が形成されると共に、この発光素子１８と受光素子２０との間に、中間遮光壁２５が設けられ、この外周遮光壁２４と中間遮光壁２５とで囲まれる発光素子１８及び受光素子２０の上側空間は、光を透過する樹脂２６で封止される。そして、この発光素子１８と受光素子２０の投受光面は、被検出物の移動方向Ｈに平行となり、この移動方向Ｈに垂直な方向に沿って配置される。
【００１７】
図１（Ｃ）に示されるように、上記受光素子２０では、被検出物の移動方向Ｈの中心部から左右端へ向かう程、単位長さ（Ｈ方向）当たりの面積が広くなる受光領域２０Ｅ１が設定される。即ち、受光素子２０の活性層（本来の受光面）の下側を、アルミニウム膜、金属合金膜等からなる半楕円状の遮光反射膜２８で覆う（又は遮光反射テープを貼る）ことにより、本来の受光面（横長長方形の活性層）が半楕円状線で仕切られ、受光面積が左端から中心部へ向けて徐々に小さくなり、かつ中心部から右端へ向けて徐々に大きくなる受光領域２０Ｅ１が形成される。
【００１８】
実施例の反射型フォトセンサは、以上の構成からなり、この反射型フォトセンサによる光検知作用を図２及び図３により説明する。図２（Ａ）は、図１のセンサ内部を被検出物の移動方向Ｈに垂直な方向にて発光素子１８側から見たもので、被検出物３０が左側から右側へ移動する状態であり、図２（Ｂ）は、図１（Ｂ）と同じ方向からセンサ内部を見たものであり、発光素子１８から出力された光は、移動する被検出物３０で反射され、移動方向Ｈに垂直な方向に存在する受光素子２０側へ導かれる。なお、発光素子１８から受光素子２０へ直接入射する光は中間遮光壁２５によって遮蔽される。
【００１９】
図３（Ａ）に示されるように、まず被検出物３０が発光素子１８及び受光素子２０の上方を覆うようにして位置Ｐ1 に達したとき、発光素子１８の左端部から出力された光Ｌ1 が被検出物３０で反射され、受光素子２０（受光領域２０Ｅ１）へ入射し始める。ここで、発光素子１８の左端部以外から出力された反射光Ｌ2 等は、受光素子２０へ入射しない。そして、図３（Ｂ）に示されるように、被検出物３０が位置Ｐ2 に達するに従って、上記Ｌ1 と同様の反射光が徐々に増えると同時に、反射角度の異なる反射光Ｌ3 も多くなり、また被検出物３０が位置Ｐ3 に達するに従って、上記反射光Ｌ1 ，Ｌ3が徐々に増えると共に、更に反射角度の異なる反射光Ｌ4 も多くなるというように、被検出物３０の移動量が大きくなる程、受光素子２０の上面へ到達する光は増加する。
【００２０】
そして、実施例では、受光素子２０の受光領域２０Ｅ１の面積が中心部から左右端へ向かう程、広くなることから、受光素子２０からは、被検出物３０の移動量に応じてリニアに変化する検出出力が得られる。即ち、図２（Ａ）に示されるように、被検出物３０の移動量が大きくなると、反射光Ｌ5 のように、被検出物３０で上方が覆われていない発光素子１８の領域からの反射光が増えること等からも理解されるように、被検出物３０からの反射光は受光素子２０の中心部へ集められるという現象があり、中心部へ向かう程、入射光が多くなる。そこで、実施例では、図１（Ｃ）に示されるように、受光領域２０Ｅ１を中心部が半楕円状に窪む形状とすることによって、中心部へ向かう程、多くなる入射光を削減し、リニアな特性を得るようにしている。
【００２１】
図４には、被検出物の移動量に対するフォトセンサの出力を実施例（Ｃ100）と従来例（Ｃ200）の相対出力で表したグラフが示されており、従来例では、特性Ｃ200に示されるように、リニアな特性が得られる移動範囲がΔＸ1 であったのに対し、本実施例では、特性Ｃ100に示されるように、リニアな特性が得られる移動範囲がΔＸ2 と実用的な範囲まで大きく広がっている。
【００２２】
図５には、実施例の受光素子２０に形成される受光領域の他の例が示されており、図５（Ａ）は、図１（Ｄ）に比べて、仕切り線となる半楕円の長軸を短くした遮光反射膜３１によって受光領域２０Ｅ２を形成したものであり、仕切り線５０のように、中心部の領域を殆どなくした受光領域としてもよい。図５（Ｂ）は、台形線（又は仕切り線５１のような台形線）を持つ遮光反射膜３２によって活性層を仕切った受光領域２０Ｅ３とし、図５（Ｃ）は、三角形線（又は仕切り線５２のような三角形線）を持つ遮光反射膜３３によって活性層を仕切った受光領域２０Ｅ４とし、中心部から両端へ向かう程、単位長さ当りの面積が広くなるようにしたものである。図５（Ｄ）は、半楕円線を持つ２つの遮光反射膜３４を上下に配置し、中心部から両端へ向けラッパ状に広がる面積の受光領域２０Ｅ５としたものであり、これと同様に、図５（Ｂ），（Ｃ）の形状を持つ２つの反射膜を上下に配置してもよい。このような受光領域２０Ｅ２〜２０Ｅ５によっても、光検出においてリニアな特性を得ることが可能となる。
【００２３】
図６には、実施例の発光素子の他の構成例が示されており、これらは、被検出物の移動方向Ｈにおいて発光素子中心部の発光量を両端部に比べて小さくしたものである。図６（Ａ）は、図１（Ａ）と同様の構成となる発光素子（活性層）３５の中心部を長方形のアルミニウム遮光膜（その他の遮光体でもよい）３６で覆い、発光領域３５Ｇ１を設けたもの、図６（Ｂ）は、発光素子３５の中心部を、三角形と逆三角形の頂点を一致させるように配置したアルミニウム遮光膜３８で覆い、発光領域３５Ｇ２を設けたものである。
【００２４】
このような発光素子３５の発光領域３５Ｇ１，３５Ｇ２によれば、被検出物の移動方向Ｈにおける中心部の発光量が小さくなるので、上記各種形状の受光領域２０Ｅ１〜Ｅ５を持つ受光素子２０との組み合わせによって、リニア特性が得られる範囲（ΔＸ）を拡張したり、その直線性を改善したりすることができる。
【００２５】
上記実施例では、面実装タイプのフォトリフレクタの構造に適用した例を示したが、この面実装タイプで、外周遮光壁２４がないもの（中間遮光壁２５は必要）や、リードピンタイプ等の他の構造のフォトリフレクタに本発明を適用することができる。
また、実施例では、受光素子２０にフォトトランジスタを使用した例を示したが、受光素子としてフォトダイオードやフォトＩＣを適用してもよい。
更に、実施例の発光素子１８は、受光素子２０と方向Ｈにおいて同じ長さのものを１つ用いたが、左右両端に個別の発光素子を配置した発光部又は小さなサイズの発光素子を複数個配置した発光部として同等の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施例に係る反射型フォトセンサの構成を示し、図（Ａ）は上面図、図（Ｂ）は図（Ａ）のｂ−ｂ線断面図、図（Ｃ）は受光素子の受光面側の図である。
【図２】実施例の反射型フォトセンサの発光素子から受光素子へ到達する光を示し、図（Ａ）はセンサ内部を発光素子から受光素子へ向かう方向で見た図、図（Ｂ）はセンサ内部を発光素子及び受光素子の側面側から見た図である。
【図３】実施例の反射型フォトセンサにより被検出物の移動量等を検出する際の光検知作用を説明するための図である。
【図４】実施例における被検出物の移動量に対するフォトセンサの出力を、実施例（Ｃ100）と従来例（Ｃ200）の相対出力で表したグラフ図である。
【図５】実施例の受光素子における受光領域の他の例を示す上面図である。
【図６】実施例の発光素子において発光領域を変えた他の例を示す上面図である。
【図７】従来のフォトリフレクタの２つの構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００２７】
１，１６…絶縁基板、          ４，１８，３５…発光素子、
５，２０…受光素子、          ６，１２，３０…被検出物、
１７ａ〜１７ｄ…ボンディングパターン、
２０Ｅ１〜２０Ｅ５ …受光領域、
２４…外周遮光壁、            ２５…中間遮光壁、
２８，３１，３２，３３，３４…遮光反射膜、
３６，３８…遮光膜、          ３５Ｇ１，３５Ｇ２…発光領域。
【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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