JP2004349579A - Optical unit and photosensor - Google Patents
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Abstract
Description
【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[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical unit and an optical sensor that house a light emitting unit and a light receiving unit in a single package. In detail, a light emitting unit is mounted on one surface of a die pad in a package, and a light receiving unit is mounted on the other surface. The size of the whole unit is reduced, and the versatility is improved.
[0002]
[Prior art]
An optical component including a light emitting element that emits light and a light receiving element that receives light utilizes, for example, the presence or absence of an object to be detected by utilizing the fact that the output voltage changes depending on whether light enters the light receiving element. Used as a sensor to detect. Conventionally, a light emitting element and a light receiving element are housed in independent packages, respectively, and these packages are used in a form mounted on a substrate or the like.
[0003]
On the other hand, there has been proposed an optical component in which a light emitting element and a light receiving element are mounted in a single package. For example, a light emitting element and a light receiving element are provided in parallel on the surface of a substrate, and the light emitting element and the light receiving element are integrated by a resin mold, so that the light emitting element and the light receiving element are mounted in a single package. (For example, refer to Patent Document 1).
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-2000-244409.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In an optical component in which a light emitting element and a light receiving element are housed in independent packages, there is a problem that adjustment of an optical axis or the like is required when mounting each package. In addition, there is a problem that the size of the optical component becomes large and a large occupied space is required, so that a place where the optical component can be installed is restricted.
[0006]
In addition, even with optical components in which a light-emitting element and a light-receiving element are mounted in a single package, in a configuration in which the light-emitting element and the light-receiving element are arranged in parallel, the size of the optical part cannot be reduced so much, and the place where it can be installed is limited. There was a problem that occurred.
[0007]
An optical component in which a light-emitting element and a light-receiving element are mounted in a single package is generally designed exclusively for use, and thus has a problem that it is not versatile and costs high.
[0008]
The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a small and highly versatile optical unit and an optical sensor using the optical unit.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, an optical unit according to the present invention includes an optical module in which a light emitting unit and a light receiving unit are housed in a single package, and is attached to the optical module to allow external light to enter the light receiving unit. An optical housing, wherein the optical module is mounted inside the package to form a first cavity and a second cavity, and a light emitting means is mounted on a side facing the first cavity; A die pad on which the light receiving means is mounted on the side facing the first, a first opening provided in the first cavity, through which light emitted from the light emitting means passes, and a light emitting means provided in the second cavity. The optical housing includes a second opening through which light passes, and the optical housing includes a light-collecting unit that collects light from the outside and a traveling direction of the light collected by the light-collecting unit to the light-receiving unit. Only to those with a light path changing means for bending.
[0010]
Further, an optical sensor according to the present invention includes the above-described optical unit. That is, the optical module includes an optical module in which a light emitting unit and a light receiving unit are housed in a single package, and an optical housing attached to the optical module and configured to allow external light to enter the light receiving unit. A die pad mounted to form a first cavity and a second cavity, wherein a light emitting means is mounted on a side facing the first cavity, and a light receiving means is mounted on a side facing the second cavity; An optical housing, comprising: a first opening provided in the first cavity, through which light emitted from the light emitting means passes; and a second opening provided in the second cavity, through which light entering the light receiving means passes. Is provided with a condensing means for condensing light from the outside, and an optical path changing means for bending the traveling direction of the light condensed by the condensing means toward the light receiving means. On the extension of the optical axis passing through the first opening, it is obtained by setting the detection position of the detected object.
[0011]
According to the optical unit and the optical sensor according to the present invention, the light emitted from the light emitting unit is emitted from the first opening without bending the optical path. When the object to be detected is opposed to the first opening and is located on the optical axis of the light emitted from the first opening, the light emitted from the optical module is reflected by the object to be collected and collected by the optical housing. Light enters the light means. The light incident on the light condensing means is condensed, and the traveling direction is bent by the light path changing means. Thus, the light collected by the light collecting means enters the light receiving means from the second opening.
[0012]
The optical module constituting the optical unit has a light emitting unit mounted on one surface of the die pad and a light receiving unit mounted on the other surface, so that the space required for mounting the light emitting unit and the light receiving unit is small. I'm done. Thereby, the size of the package can be reduced. Further, since the inside of the package is partitioned by a die pad to form a first cavity in which the light emitting means is mounted and a second cavity in which the light receiving element is received, light emitted from the light emitting means is directly sent to the light receiving means in the package. There is no incidence. Therefore, since a separate member for shielding light is not required, the size of the package can be reduced.
[0013]
Then, by attaching the optical housing to the optical module, reflected light of light emitted from the light emitting means mounted on one surface of the die pad can be incident on the light receiving means mounted on the other surface of the die pad.
[0014]
Thus, a small-sized optical unit capable of receiving the reflected light of the light emitted from the light emitting means by the light receiving means can be configured, so that a highly versatile optical unit and optical sensor can be provided.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the optical unit of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a configuration example of the optical unit according to the first embodiment, FIG. 2 is a plan view illustrating the internal configuration of the optical unit, and FIG. 3 is an external perspective view of the optical unit. Here, the cut surface in FIG. 1 is a line AA shown in FIG. 2, but only a package, a cover, and a light guide, which will be described later, are shown in cross-section. FIG. 2 is a plan view of the
[0016]
The
[0017]
Hereinafter, the configuration of the
[0018]
This
[0019]
As shown in FIG. 1, the
[0020]
Next, the configuration of the light emitting side of the
[0021]
The
[0022]
The
[0023]
The
[0024]
The
[0025]
Due to this, from the relationship between the diameter of the
[0026]
The mounting position of the
[0027]
The
[0028]
The light emitted from the
[0029]
Next, the configuration of the light receiving side of the
[0030]
FIG. 4 is a plan view of the
[0031]
The
[0032]
The
[0033]
Thus, in the
[0034]
Hereinafter, the configuration of the
[0035]
The
[0036]
The
[0037]
The
[0038]
The
[0039]
The structure for fixing the
[0040]
When the
[0041]
As a result, the light incident on the
[0042]
By providing the
[0043]
Further, a configuration in which light with a wavelength equal to or less than the addition of a small amount of arsenic or the like is cut off and combined with a lens may be used. Further, when used in an environment that is not affected by external light, the
[0044]
Next, a second embodiment of the optical unit will be described. FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a configuration example of the optical unit according to the second embodiment. The
[0045]
The optical housing 22 has a case 24 in which a
[0046]
The case 24 is made of a resin that does not transmit light, and has a
[0047]
The
[0048]
The
[0049]
The
[0050]
The structure for fixing the case 24 to the
[0051]
When the optical housing 22 having the above-described configuration is attached to the
[0052]
As a result, the light incident on the
[0053]
Here, also in the
[0054]
Next, use examples of the optical unit according to the first embodiment and the second embodiment will be described. Note that the following description is made using the
[0055]
FIG. 6 is an explanatory diagram showing an example of use of the
[0056]
The light emitted from the
[0057]
Part of the light reflected by the
[0058]
Here, the light enters the
[0059]
The light incident on the
[0060]
For example, in a configuration in which a condenser lens is provided in the
[0061]
On the other hand, in the
[0062]
When the
[0063]
In the
[0064]
Thus, by positioning the
[0065]
Further, the beam of the light emitted from the
[0066]
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a configuration example of a detection sensor using the
[0067]
The direction in which the
[0068]
As shown in FIG. 7A, when there is no
[0069]
Thereby, it can be detected from the voltages output from the first
[0070]
As shown in FIG. 7B, when there is an
[0071]
Thus, the presence of the
[0072]
When detecting the presence or absence of the
[0073]
On the other hand, by monitoring the outputs of both
[0074]
Here, it is assumed that the
[0075]
As a result, the output voltage changes between the first
[0076]
That is, when the
[0077]
As described above, the
[0078]
Also, since the
[0079]
Furthermore, if the
[0080]
In addition, since high accuracy is not required for the positional accuracy when attaching the
[0081]
The
[0082]
Thereby, as an example of use of the
[0083]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the optical module in which the light from the outside is incident on the light receiving means is attached to the optical module in which the light emitting means and the light receiving means are housed in a single package.
[0084]
In this optical module, a die pad is mounted inside a package to form a first cavity and a second cavity. A light emitting unit is mounted on one surface of the die pad facing the first cavity, and a second cavity is formed. The light receiving means is mounted on the other surface of the die pad facing the cavity. Further, a first opening through which light emitted from the light emitting means passes is provided in the first cavity, and a second opening through which light entering the light receiving means passes is provided in the second cavity. .
[0085]
The optical housing includes a light collecting means for collecting light from the outside, and an optical path changing means for bending a traveling direction of the light collected by the light collecting means toward the light receiving means.
[0086]
Thus, by attaching the optical housing to the optical module having a small package, a small and highly versatile optical unit and optical sensor can be provided.
[0087]
In addition, by setting the detection position of an object on the optical axis of light emitted through the first opening without bending the optical path from the light emitting means, positioning can be easily performed when used as a detection sensor. In addition to this, it can cope with a change in the distance from the object to be detected.
[0088]
Furthermore, since the optical housing provided with the light collecting means and the light path changing means required to make light incident on the light receiving means is attached to the optical module, the mounting accuracy is higher than when the light collecting means and the light path changing means are separately mounted. And when used as a detection sensor, the detection performance can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a configuration example of an optical unit according to a first embodiment.
FIG. 2 is a plan view showing an internal configuration of the optical unit.
FIG. 3 is an external perspective view of the optical unit.
FIG. 4 is a plan view of the optical module.
FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a configuration example of an optical unit according to a second embodiment.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a usage example of the optical unit.
FIG. 7 is an explanatory diagram illustrating a configuration example of a detection sensor using an optical unit.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (10)
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。An optical module containing the light emitting means and the light receiving means in a single package,
An optical housing attached to the optical module, for inputting external light to the light receiving unit,
The optical module,
The package is mounted inside the package to form a first cavity and a second cavity, and the light emitting means is mounted on the side facing the first cavity, and the light emitting means is mounted on the side facing the second cavity. A die pad on which the light receiving means is mounted;
A first opening provided in the first cavity, through which light emitted from the light emitting means passes;
A second opening provided in the second cavity and through which light incident on the light receiving means passes;
The optical housing includes:
Light collecting means for collecting light from the outside,
An optical unit, comprising: an optical path changing unit that bends a traveling direction of the light collected by the light collecting unit toward the light receiving unit.
ことを特徴とする請求項1記載の光学ユニット。The optical unit according to claim 1, wherein the light collecting unit is provided in parallel with the first opening.
ことを特徴とする請求項1記載の光学ユニット。The optical unit according to claim 1, wherein the first opening includes a stop unit for stopping light emitted from the light emitting unit.
ことを特徴とする請求項3記載の光学ユニット。4. The optical unit according to claim 3, further comprising a light projecting unit between the light emitting unit and the first opening for condensing light emitted from the light emitting unit.
ことを特徴とする請求項4記載の光学ユニット。The optical unit according to claim 4, wherein the light projecting means is a spherical ball lens.
ことを特徴とする請求項1記載の光学ユニット。The optical unit according to claim 1, wherein the optical housing includes a bandpass filter that transmits light having a wavelength emitted from the light emitting unit.
ことを特徴とする請求項6記載の光学ユニット。7. The optical unit according to claim 6, wherein the light condensing means is a lens, and a layer constituting the bandpass filter is formed on a surface of the light condensing means.
ことを特徴とする請求項1記載の光学ユニット。2. The optical unit according to claim 1, wherein the optical housing includes a light guide in which a reflection surface forming the optical path changing unit and a mounting portion of a lens forming the light collecting unit are integrally formed. .
ことを特徴とする請求項1記載の光学ユニット。The optical unit according to claim 1, wherein the optical path changing unit is a reflection mirror.
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。An optical module containing the light emitting means and the light receiving means in a single package,
An optical housing attached to the optical module, for inputting external light to the light receiving unit,
The optical module,
The package is mounted inside the package to form a first cavity and a second cavity, and the light emitting means is mounted on the side facing the first cavity, and the light emitting means is mounted on the side facing the second cavity. A die pad on which the light receiving means is mounted;
A first opening provided in the first cavity, through which light emitted from the light emitting means passes;
A second opening provided in the second cavity and through which light incident on the light receiving means passes;
The optical housing includes:
Light collecting means for collecting light from the outside,
Light path changing means for bending the traveling direction of the light collected by the light collecting means toward the light receiving means,
An optical sensor, wherein a detection position of an object to be detected is set on an extension of an optical axis passing through the first opening from the light emitting means.
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