JP2002094127A

JP2002094127A - 投光素子及び反射型光電センサ

Info

Publication number: JP2002094127A
Application number: JP2000285007A
Authority: JP
Inventors: Motoo Yogo; 元生余合; Hiromasa Furuta; 裕正古田
Original assignee: Sunx Ltd
Current assignee: Panasonic Industrial Devices SUNX Co Ltd
Priority date: 2000-09-20
Filing date: 2000-09-20
Publication date: 2002-03-29

Abstract

(57)【要約】【課題】不正規の角度で光が出射されることを規制し
て、光芒を所望の範囲に絞ることが可能な投光素子及び
そのような投光素子を用いた反射型光電センサを提供す
る。【解決手段】この投光素子によれば、ＬＥＤチップ１
１を載置した金属ステム１０と、封止ガラス２３との間
に、遮蔽部材２４を配したから、ＬＥＤチップ１１から
出射された光が、金属ステム１０又は金属筒２０で反射
して、不正規の角度を向いても、そのような光は、遮蔽
部材２４により、投光素子外に出射されることが規制さ
れる。これにより、投光素子の光芒を、所望の範囲に絞
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＬＥＤチップを金
属パッケージした投光素子及びそのような投光素子を用
いた反射型光電センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】投光素子に高輝度のＬＥＤチップを使用
する場合、高輝度のＬＥＤチップは、酸化すると劣化が
激しくなるので、特開平６−７７６０２号公報に掲載の
もののように、金属パッケージ構造を採って酸化を防い
でいる。具体的には、図１２に示した投光素子１のよう
に、ＬＥＤチップ２が載置された金属ステム３の外側
を、金属筒４で覆いかつその金属筒４の開口部を透光性
のガラス５で封止してある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記金属筒
４の表面は、鏡面状態となっているので、ＬＥＤチップ
２から側方に放射された光が、金属ステム３や金属筒４
で反射して、投光素子１の出射面から斜めに光が出射さ
れ得る。ここで、例えば、金属筒４の軸方向に沿った光
を正規の光とすると、上記のように金属ステム３や金属
筒４で反射した光は、金属筒４の軸方向と異なる方向を
向いた不正規の光となって、投光素子１の光芒を不正規
に広げてしまう。

【０００４】このため、図１２に示すように、ガラス５
の外面を覆う遮蔽壁６を設け、その遮蔽壁６に形成した
スリット７にて、ＬＥＤチップ２から出射される光の光
芒を絞る構成が考えられる。前記特開平６−７７６０２
号公報に掲載されたものでは、このような構成を採って
いる。

【０００５】ところが、このような構成にしても、遮蔽
壁６とＬＥＤチップ２の間には、ガラス５が介在して、
ＬＥＤチップ２から遮蔽壁６までの距離が離れているの
で、金属筒４等で反射した不正規の方向の光が、図１２
の符号Ｓ１に示すように、スリット７を通って出射され
得る。

【０００６】さらに、このような投光素子１を、図１２
に示すように、例えば、反射型光電センサに用いた場合
を考えると、正規の光が、レンズ８で集光された集光点
と、不正規の光が、レンズ８にて集光された集光点とが
離れたところに位置して、検出対象上で、集光点がぼや
けてしまい、精度の高い検出が行えないという問題が生
じる。

【０００７】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、不正規の角度で光が出射されることを規制して、光
芒を所望の範囲に絞ることが可能な投光素子及びそのよ
うな投光素子を用いた反射型光電センサの提供を目的と
する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る投
光素子は、ＬＥＤチップが載置された金属ステムの外側
を、金属筒で覆いかつその金属筒の開口部を透光部材で
封止した投光素子において、透光部材と金属ステムとの
間には、ＬＥＤチップとの対向部分に、光を通すための
スリットを有した遮蔽部材が設けられたところに特徴を
有する。

【０００９】請求項２の発明は、請求項１記載の投光素
子において、遮蔽部材には、透光部材又は金属ステムに
突き合わされて、遮蔽部材を、透光部材と金属ステムの
間の所定の位置に位置決めする位置決め脚部が備えられ
たところに特徴を有する。

【００１０】請求項３の発明に係る反射型光電センサ
は、請求項１又は請求項２に記載の投光素子を、検出物
に向けて光を出射するように配置すると共に、検出物か
らの反射光を受光する受光素子を備えて、受光素子が出
力した受光信号に基づき、検出物の有無を検出するとこ
ろに特徴を有する。

【００１１】

【発明の作用及び効果】＜請求項１の発明＞請求項１の
発明によれば、ＬＥＤチップを載置した金属ステムと、
封止用の透光部材との間に、遮蔽部材を配したから、Ｌ
ＥＤチップから出射された光が、金属ステム又は金属筒
で反射して、不正規の角度を向いても、そのような光
は、遮蔽部材により、投光素子外に出射されることが規
制される。これにより、投光素子の光芒を、所望の範囲
に絞ることができる。

【００１２】＜請求項２の発明＞請求項２の発明よれ
ば、位置決め脚部によって、遮蔽部材が所定の位置に固
定されるから、投光素子の光芒が安定する。

【００１３】＜請求項３の発明＞請求項３の発明によれ
ば、反射型光電センサにおいて投光素子の光芒が所望の
範囲に絞られているので、検出精度を高めることができ
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】＜第１実施形態＞以下、本発明に
係る投光素子の第１実施形態を図１に基づいて説明す
る。図１において、符号１０は、金属ステムであって、
一端有底の筒状をなす金属体１２の内部にガラス１３を
充填し、これらガラス１３と金属体１２とを一体化して
なる。また、金属体１２の開放端の縁部からは、フラン
ジ１２Ｆが側方に張り出されている。

【００１５】図１において、金属ステム１０の上面のほ
ぼ中央位置には、ＬＥＤチップ１１が、金属体１２の上
壁１２Ａに導通状態に固着されている。また、金属ステ
ム１０には、ガラス１３側から電極１４及びポスト１５
が差し込まれている。電極１４の上端部は、図示しない
が、金属体１２の上壁１２Ａに導通接続されている。一
方、ポスト１５の上端部は、金属体１２の上壁１２Ａを
貫通し、その上壁１２Ａとポスト１５との間に前記カラ
ス１３の一部が介在して、ポスト１５と金属体１２とが
絶縁されている。そして、ポスト１５の上端部とＬＥＤ
チップ１１とが、ワイヤＷによって導通接続されてい
る。これらにより、電極１４とポスト１５との間に、Ｌ
ＥＤチップ１１が導通接続された状態になっている。

【００１６】金属ステム１０は、その外側を、金属筒２
０で覆われている。図１において、金属筒２０の下端部
からは、側方に向けてフランジ２０Ｆが突出され、この
フランジ２０Ｆが前記金属ステム１０のフランジ１２Ｆ
に溶着されている。これにより、金属筒２０の下端部が
封止されている。

【００１７】また、金属筒２０の上端の開口縁からは、
内側に向けてガラス押さえ２１が突出されている。そし
て、金属筒２０が金属ステム１０に組み付けられる前
に、封止ガラス２３が金属筒２０の下端開口から収容さ
れ、かつ、ガラス押さえ２１に押し当てられて位置決め
される。また、この封止ガラス２３は、透光性を有する
低融点ガラスで構成されており、封止ガラス２３の表面
が溶かされて、金属筒２０に固着されている。これによ
り、金属筒２０の上端が封止され、前記したフランジ１
２Ｆの溶着による金属筒２０の下端の封止と併せて、Ｌ
ＥＤチップ１１を配した金属ステム１０の上面全体が、
密閉空間内に収容されている。また、前記密閉空間に
は、例えば、窒素ガスが充填されており、ＬＥＤチップ
１１の酸化を確実に防いである。

【００１８】さて、封止ガラス２３と金属ステム１０と
の間には、金属ステム１０の上方を覆いかつＬＥＤチッ
プ１１との対向部分に、光を通すためのスリット２５を
有した遮蔽部材２４が設けられている。より具体的に
は、遮蔽部材２４は、金属筒２０の内径とほぼ同径の円
板状をなして、封止ガラス２３の下面に溶着されてい
る。また、遮蔽部材２４は、全体が黒染めされており、
受けた光を、反射し難くしてある。なお、スリット２５
は円形になっている。

【００１９】次に、この投光素子の作用効果について説
明する。電極１４とポスト１５との間に電圧が印加され
ると、ＬＥＤチップ１１から光が出射される。その光の
多くは、金属筒２０の軸方向（図１の上下方向）に沿っ
て進み、どこにも反射せずに、遮蔽部材２４のスリット
２５を介して、投光素子から出射され、これが正規の光
となる。しかし、ＬＥＤチップ１１から出射された光の
一部は、ＬＥＤチップ１１から側方、又は、斜め下方に
放射され、金属筒２０の内面や金属ステム１０の上面で
反射して、金属筒２０の軸方向と異なる角度を向いて、
封止ガラス２３側に向かう。ところが、このような光
は、スリット２５で遮断され、投光素子からは出射され
ないように規制される。これにより、投光素子から出射
される光を、金属筒２０の軸方向に沿った正規の光のみ
でなる所定の光芒に絞ることができる。

【００２０】なお、仮に、金属ステム１０で反射して直
接スリット２５から出射する光があったとしても、その
光はＬＥＤチップ１１から直接スリット２５に向かう光
と出射角度がほぼ同等であるから、金属筒２０の軸方向
に沿った正規の光として扱うことができる。

【００２１】このように、本実施形態の投光素子によれ
ば、ＬＥＤチップ１１を載置した金属ステム１０と、封
止ガラス２３との間に、遮蔽部材２４を配したから、Ｌ
ＥＤチップ１１から出射された光が、金属ステム１０又
は金属筒２０で反射して、不正規の角度を向いても、そ
のような光は、遮蔽部材２４により、投光素子外に出射
されることが規制される。これにより、投光素子の光芒
を、所望の範囲に絞ることができる。

【００２２】＜第２実施形態＞本実施形態は、図２〜図
４に示されており、前記第１実施形態に対して、遮蔽部
材の構造のみが異なる。以下、第１実施形態と同一構造
の部位には、同一符号を付して、重複説明を省略し、異
なる構造に関してのみ説明する。

【００２３】本実施形態の遮蔽部材３０は、図４に示す
ように、円板３１の中心にスリット３４を貫通形成する
と共に、図３に示すように、円板３１の外縁部から複数
の位置決め脚部３２を直立させた構造をなす。具体的に
は、位置決め脚部３２は、突片状をなし、交互に、円板
３１の表面側と裏面側に直立しており、相反する方向を
向いた位置決め脚部３２の先端から先端までの全高さ
（図３の寸法Ｌ）が、丁度、金属ステム１０と封止ガラ
ス２３との間隔と同じになるように設定してある。ま
た、所定の位置決め脚部３２には、外側に向けて円錐台
状の突部３３が叩き出されている。

【００２４】そして、遮蔽部材３０は、金属筒２０を金
属ステム１０に組み付ける前に、予め、金属筒２０に圧
入され、突部３３が金属筒２０の内周面に押しつけられ
て、抜け止め状態とされる。この状態の金属筒２０に、
金属ステム１０が組み付けられて、遮蔽部材３０は、図
２に示すように、金属ステム１０と封止ガラス２３との
間に挟まれて、固定される。

【００２５】本実施形態の投光素子によれば、前記第１
実施形態の投光素子に比べて、遮蔽部材３０を、ＬＥＤ
チップ１１に近づけて配置することができるから、金属
筒２０等での反射光を、より効果的に遮断することがで
きる。また、遮蔽部材３０をＬＥＤチップ１１に近づけ
たことにより、前記第１実施形態の場合に比べて、スリ
ット３４を小さくして同じ範囲の光芒に絞ることがで
き、金属筒２０での反射光をより確実に遮断することが
できる。また、位置決め脚部３２によって、遮蔽部材３
０が所定の位置に固定されるから、投光素子の光芒が安
定する。

【００２６】＜第３実施形態＞本実施形態は、前記第１
実施形態と同じ構成の投光素子を、反射型光電センサの
投光部に用いたものである。また、この反射型光電セン
サは、隙間を開けて重ねた複数の半導体ウエハ基板（以
下、単に「ウエハ」）の検出に用いられる。以下、この
実施形態を、図５〜図７を参照して説明する。

【００２７】ウエハ４１は、図５に示すように、円板の
周縁部の一部を直線上に切欠していわゆるオリフラ面４
２を形成した構造をなし、搬送時や処理時においては、
カセット４３に収納された状態で取り扱われる。カセッ
ト４３は、前面が開放した箱体のうち対向する内側面に
複数の溝部４４を形成してなり、複数のウエハ４１が、
対向する溝部４４，４４の間に差し渡されかつオリフラ
面４２をカセット４３の開口４３Ａ側に向けるようにし
て収容されている。

【００２８】反射型光電センサ４５は、複数のウエハ４
１を横切るように移動され、このとき、反射型光電セン
サ４５に設けた投光部４６からウエハ４１のオリフラ面
４２に向けて光を投射し、そのオリフラ面４２からの反
射光を受光部４７で受光する。そして、受光部４７が出
力した受光信号に基づいて、ウエハ４１が検出される。

【００２９】反射型光電センサ４５は、図６に示すよう
に、中心に投光部４６を備え、その投光部４６の水平方
向の両側に一対の受光部４７を備える。そして、投光部
４６と受光部４７の光軸が、丁度、オリフラ面４２上で
交差するように設定されている。

【００３０】各受光部４７は、凸レンズ４８の奥部に図
示しない受光素子を配してなり、投光部４６は、凸レン
ズ４９の奥部に、前記第１実施形態と同じ構成の投光素
子９を配してなる。より詳細には、投光部４６は、ウエ
ハ４１側に向かって開放した凹所５０を備え、その凹所
５０のうち奥行き方向の中間位置に前記凸レンズ４９が
配置されている。そして、凹所５０の奥壁５１の中央
に、矩形スリット５２を形成し、その矩形スリット５２
を挟んで、凸レンズ４９の反対側に、投光素子９が、そ
の出射面を矩形スリット５２に向けて配置されている。

【００３１】この矩形スリット５２は、オリフラ面４２
の長手方向が長辺をなして、その長辺は、図６に示すよ
うに、投光素子９の外径より大きく設定されている。矩
形スリット５２のうちオリフラ面４２の幅方向（ウエハ
４１の肉厚方向）を向いた短辺は、図７に示すように、
投光素子９の外径より小さく設定されて、投光素子９か
ら出射された光を絞っている。

【００３２】なお、投光素子９の各部位に関しては、前
記第１実施形態と同様なので、第１実施形態と同一符号
を付して重複説明は省略する。

【００３３】次に、本実施形態の反射型光電センサの作
用効果について説明する。反射型光電センサが起動され
ると、投光素子９が駆動してＬＥＤチップ１１から光が
出射される。すると、ＬＥＤチップ１１から出射された
光は、スリット２５により、金属筒２０の軸方向に沿っ
た光に絞られ、さらに、矩形スリット５２を通過するこ
とで、オリフラ面４２の幅方向には狭く、オリフラ面４
２の長手方向に広い光芒に絞られる。

【００３４】ここで、投光素子９は、前記第１実施形態
で説明したように、金属筒２０の軸方向に対して、大き
く斜め方向を向いた不正規の光の出射を規制して、正規
の光の光芒に絞っているから、レンズ４９を通過してか
ら、確実にオリフラ面４２上に集光される。しかも、間
隔を開けて設けた両スリット２５，５２にて、光が絞ら
れるから、出射方向の精度が高まる。

【００３５】より詳細には、仮に、金属ステム１０又は
金属筒２０で反射した光が、スリット２５を斜めに通過
しても、そのような光は、矩形スリット５２でカットさ
れる。また、万が一、矩形スリット５２を、光が斜めに
通過しても、このような光は、レンズ４９に対して急峻
な角度を向くから、レンズにて集光されない。即ち、本
実施形態の反射型光電センサでは、投光部４６から出射
された光の集光点がぼやけることがなくなる。

【００３６】このように、本発明を適用した投光素子９
を、反射型光電センサ４５に用いれば、投光素子９の光
芒が所望の範囲に絞られているので、投光素子９から出
射された光が、確実に、ウエハ４１の所定の位置に照射
されて、検出精度を高めることができる。

【００３７】＜他の実施形態＞本発明は、前記実施形態
に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するよ
うな実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、
下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実
施することができる。

【００３８】（１）前記第２実施形態の遮蔽部材３０で
は、円板３１から表裏の両側に位置決め脚部３２が起立
していたが、図８に示すように、円板３１の一方側にの
み位置決め脚部３２を起立させた構成にしてもよい。こ
のような構成にしても、例えば、位置決め脚部３２を、
図２における封止ガラス２３又は金属ステム１０に突き
合わせて、円板３１をＬＥＤチップ１１に対して位置決
めし、突部３３を金属筒２０の押しつけて、位置決めさ
れた位置に保持することができる。なお、円板３１の位
置は、位置決め脚部３２の長さによって任意に調整可能
となる。

【００３９】（２）また、遮蔽部材の位置決め脚部は、
上記図８に示したもののように、複数の突片で構成され
ていなくてもよく、例えば、図９に示した遮蔽部材６０
のように、位置決め脚部６１が、円板３１の外縁部から
垂直に延設した円筒状をなす構成にしてもよい。

【００４０】（３）さらに、図１０に示すように、この
遮蔽部材６０のうち位置決め脚部６１と反対側に、位置
決め用のスリーブ６２を配し、このスリーブ６２を介し
て、遮蔽部材６０が、封止ガラス２３及び金属ステム１
０に挟まれて位置決めされる構成してもよい。

【００４１】（４）また、図１１に示した遮蔽部材６３
のように、円板３１の外縁部から延設した円筒状の位置
決め脚部６４が、封止ガラス２３と金属ステム１０との
間に挟まれる高さに設定すると共に、円板３１のうちＬ
ＥＤチップ１１に対向した部分をＬＥＤチップ１１に接
近させるように陥没させて、その陥没部６４にスリット
２５を形成してもよい。

【００４２】（５）また、図２、図１０及び図１１に示
したもののように、遮蔽部材が封止ガラス２３及び金属
ステム１０に挟まれて位置決めされるものでは、封止ガ
ラス２３及び金属ステム１０の位置にばらつきが生じる
場合があることを考慮して、位置決め脚部を、例えば湾
曲構造にして容易に弾性変形する構成とすることで、封
止ガラス２３及び金属ステム１０の位置のばらつきを吸
収する構成にしてもよい。

【００４３】（６）前記実施形態では、金属ステム１０
の上面では、光が反射する構成であったが、例えば、金
属ステム１０の上面に、黒色の樹脂を塗布して、光の反
射を規制してもよい。これにより、以下のような効果を
奏する。即ち、ＬＥＤチップ１１から出射されて金属ス
テム１０上で反射した光の一部は、スリット２５から外
部へと正規の角度と異なる角度で直接出射されることが
あるが、金属ステム１０の上面に塗布した黒色の樹脂に
より、光を反射自体が規制されるので、上記のような問
題の心配がなくなる。また、このような投光素子を反射
型光電センサに用いれば、さらに検出精度を上げること
が期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る投光素子の側断面
図

【図２】第２実施形態の投光素子の側断面図

【図３】その遮蔽部材の側面図

【図４】その平面図

【図５】反射型光電センサの斜視図

【図６】反射型光電センサの平断面図

【図７】投光素子及び反射型光電センサの側断面図

【図８】変形例１に係る遮蔽部材の側面図

【図９】変形例２に係る遮蔽部材の側断面図

【図１０】変形例３に係る投光素子の側断面図

【図１１】変形例３に係る投光素子の側断面図

【図１２】従来の投光素子を用いた反射型光電センサの
一部を示す側断面図

【符号の説明】

９…投光素子１０…金属ステム１１…ＬＥＤチップ２０…金属筒２３…封止ガラス（透光部材）２４，３０，６０，６３…遮蔽部材２５，３４…スリット３２，６１，６４…位置決め脚部４６…投光部４７…受光部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＬＥＤチップが載置された金属ステムの
外側を、金属筒で覆いかつその金属筒の開口部を透光部
材で封止した投光素子において、前記透光部材と前記金属ステムとの間には、前記ＬＥＤ
チップとの対向部分に、光を通すためのスリットを有し
た遮蔽部材が設けられたことを特徴とする投光素子。
【請求項２】前記遮蔽部材には、前記透光部材又は前
記金属ステムに突き合わされて、前記遮蔽部材を、前記
透光部材と前記金属ステムの間の所定の位置に位置決め
する位置決め脚部が備えられたことを特徴とする請求項
１記載の投光素子。
【請求項３】請求項１又は請求項２に記載の投光素子
を、検出物に向けて光を出射するように配置すると共
に、前記検出物からの反射光を受光する受光素子を備え
て、前記受光素子が出力した受光信号に基づき、前記検出物
の有無を検出することを特徴とする反射型光電センサ。