JP2007201360A - フォトリフレクタ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 被検出物を検出するための照射光及び反射光による受光効率を高めることで、検出精度の向上を図ると共に、構造が簡易で薄型化が可能なフォトリフレクタ装置を提供することである。
【解決手段】 基板２２と、この基板２２上に実装される発光素子２３及び受光素子２４と、前記発光素子２３を封止する透光性の発光樹脂体２５と、前記受光素子２４を封止する透光性の受光樹脂体２６と、これら発光樹脂体２５及び受光樹脂体２６の外表面を覆い、且つ、一部に発光窓及び受光窓が形成される遮光樹脂体２８とを備えたフォトリフレクタ装置２１において、前記遮光樹脂体２８に形成された発光窓及び受光窓のうち、少なくとも発光窓は、前記発光樹脂体２５の外表面の一つの面の一部に設けられ、この発光窓内に前記発光樹脂体２５の一つの面の一部を突出させた発光部３１を形成した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、被検出物を光の反射によって検出するフォトリフレクタ装置に関するものである。

フォトリフレクタ装置は、非接触で物体の有無を検出する光センサであり、モータ等の回転体や紙、フィルム等の位置や端部の検出などに使用されている。図１３及び図１４は、従来のフォトリフレクタ装置の構成例を示したものである（特許文献１参照）。このフォトリフレクタ装置１は、回路パターンが形成された基板２と、この基板２上に実装されるＬＥＤ等の発光素子３及びフォトトランジスタ等の受光素子４と、前記基板２上に接合され、前記発光素子３と受光素子４が実装された領域を仕切る枠体５とで構成されている。前記基板２は、エポキシ等の樹脂材で四角形状に形成され、表面又は裏面に電極パターン６、側面にスルーホールによって形成された外部接続端子７が前記発光素子３及び受光素子４に対応して設けられている。前記発光素子３及び受光素子４は、前記電極パターン６上に表面実装されている。また、前記外部接続端子７は、前記発光素子３に対して２箇所、受光素子４に対して２箇所の計４箇所に設けられている。枠体５は、カーボン等の遮光性の材料を含んだ樹脂材で形成され、前記発光素子３及び受光素子４の外周を囲う外壁９と、発光素子３と受光素子４との間を仕切る内壁８とによって一体形成されている。なお、前記枠体５は、前記基板２上に接着剤等を介して接合される。

前記フォトリフレクタ装置１は、図１４に示したように、枠体５と一体形成されている内壁８によって、発光素子３による発光領域と、受光素子４による受光領域とが分離され、上方を通過あるいは接近する被検出物１０で反射されてきた光のみを前記受光素子４で検出することができるようになっている。

また、被検出物への照射効率及び放熱効率の向上を目的として構成された従来例として、図１５に示すようなフォトリフレクタ装置１１（特許文献２参照）がある。このフォトリフレクタ装置１１は、発光領域内にカップ型の凹部を有する金属製の反射枠体１５を配置し、この反射枠体１５の底部に発光素子１３を実装して形成されている。前記発光素子１３から発せられる光は、反射枠体１５の内周面に沿って上方に向けて反射される。このように、前記発光素子１３から発せられる光の集光性が高まることで、上方を通過する被検出物に対する照射光及び反射光を高めることができる。これによって、被検出物の検出精度の向上を図っている。
特開平１１−２８９１０５号公報 特開２００５−３１７８７８号公報

上記従来のフォトリフレクタ装置１にあっては、発光素子３及び受光素子４が実装されている発光側及び受光側の上方が広く開放されている。このため、発光側にあっては、発光素子３から発せられる光が拡散するため、被検出物への照射効率が低下するおそれがある。一方、受光側にあっては、受光素子４が外部からの光の影響を受けやすくなるので、誤検出や検出感度の低下を引き起こす場合がある。また、前記発光素子３及び受光素子４が実装されている発光領域及び受光領域を隔てるために、基板２上に遮光用の枠体５を設けているが、図１４に示したように、基板２面と枠体５との間に僅かながら隙間が生じ、この隙間から光漏れが生じることによって、被検出物１０の検出精度の低下を引き起こすおそれがあった。

また、前記フォトリフレクタ装置１１にあっては、発光効率を高めるために、発光素子１３をカップ型の反射枠体１５に配置して形成されているが、反射枠体１５を別途形成しなければならないため、部品点数及び製造工数が増加するといった問題がある。また、前記反射枠体１５を配設することで、フォトリフレクタ装置１１の小型化及び薄型化が図られず、小型及び薄型が進む装置への組み込みが制限される場合があった。

そこで、本発明の目的は、被検出物を検出するための照射光及び反射光による受光効率を高めることで、検出精度の向上を図ると共に、構造が簡易で薄型化が可能なフォトリフレクタ装置を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明のフォトリフレクタ装置は、基板と、この基板上に実装される発光素子及び受光素子と、前記発光素子を封止する透光性の発光樹脂体と、前記受光素子を封止する透光性の受光樹脂体と、これら発光樹脂体及び受光樹脂体の外表面を覆い、且つ、一部に発光窓及び受光窓が形成される遮光樹脂体とを備えたフォトリフレクタ装置において、前記遮光樹脂体に形成された発光窓及び受光窓のうち、少なくとも発光窓は、前記発光樹脂体の外表面の一つの面の一部に設けられ、この発光窓内に前記発光樹脂体の一つの面の一部を突出させた発光部を形成していることを特徴とする。

また、本発明のフォトリフレクタ装置は、基板と、この基板上に実装される発光素子及び受光素子と、前記発光素子を封止する透光性の発光樹脂体と、前記受光素子を封止する透光性の受光樹脂体と、これら発光樹脂体及び受光樹脂体の外表面を覆い、且つ、一部に発光窓及び受光窓が形成される遮光樹脂体とを備えたフォトリフレクタ装置において、前記発光窓内に前記発光素子の発光正面と対向する発光樹脂体の外表面の一部が発光窓の外表面と同一面となるように突出させた発光部を形成すると共に、前記受光窓内に前記受光素子の受光正面と対向する受光樹脂体の外表面の一部が受光窓の外表面と同一面となるように突出させた受光部を形成していることを特徴とする。

本発明に係るフォトリフレクタ装置によれば、発光窓及び受光窓を遮光樹脂体に形成すると共に、少なくとも前記発光窓に発光素子を封止する発光樹脂体の外表面の一部が突出した発光部を形成しているため、前記発光素子による発光の範囲を前記発光部及び発光窓を通して集光させたり、制限させたりすることが可能となる。

また、受光素子を封止する受光樹脂体にも、その受光領域を制限するために設けた受光窓に突出する受光部を形成することで外光等の影響が低減され、被検出物の検出精度の向上を図ることができる。

また、前記発光窓又は受光窓に突出する発光部又は受光部は、前記発光樹脂体及び受光樹脂体の外表面の一部を残して所定深さにダイシングして形成されるため、形成が容易で様々な検出用途に適合させることができる。また、前記発光窓又は受光窓の外表面とこれら発光窓又は受光窓に突出される発光樹脂体及び受光樹脂体の外表面が同一面となるようにして形成されるので、フォトリフレクタ装置の上面を平坦面に形成することができる。このため、実装スペースが狭い薄型の機器内にも搭載が可能となる。

以下、添付図面に基づいて本発明に係るフォトリフレクタ装置の実施形態を詳細に説明する。

図１乃至図３に示すように本発明の第１実施形態のフォトリフレクタ装置２１は、電極パターンが形成された基板２２と、この基板２２上に実装されるＬＥＤ等の発光素子２３と、フォトトランジスタ、フォトダイオード又はフォトＩＣ等の受光素子２４と、前記発光素子２３及び受光素子２４をそれぞれ封止する透光性の発光樹脂体２５及び受光樹脂体２６と、これら発光樹脂体２５及び受光樹脂体２６の外周を覆って遮光するための遮光樹脂体２８とで構成されている。

前記基板２２は、図２に示したように、四角形状のエポキシ等の樹脂基材と、この樹脂基材の側面に形成されるスルーホール（外部接続端子）２７と、この各外部接続端子２７から延び、発光素子２３が実装及び配線されるための電極パターン２３ａ，２３ｂと、受光素子２４が実装及び配線されるための電極パターン２４ａ，２４ｂとで形成されている。

前記発光樹脂体２５及び受光樹脂体２６は、透明又は半透明のエポキシ系の樹脂材によって、前記発光素子２３及び受光素子２４の上方に均等な厚みを有して成形される。この発光樹脂体２５及び受光樹脂体２６は、電極パターン２３ａ上に実装されている発光素子２３、電極パターン２４ａ上に実装されている受光素子２４、前記発光素子２３に接続されるボンディングワイヤ２３ｃ、前記受光素子２４に接続される２４ｃ及びボンディングワイヤ２３ｃ，２４ｃが接続される電極パターン２３ｂ，２４ｂの一部を含むような平面スペースと厚みを有して形成されている。また、この発光樹脂体２５及び受光樹脂体２６の上面には、前記発光素子２３及び受光素子２４の真上に当たる箇所に段差状に突出した発光部３１及び受光部３２が一体に形成されている。なお、前記発光部３１及び受光部３２は、前記発光樹脂体２５、受光樹脂体２６の上面を所定深さにダイシングして形成される。

前記遮光樹脂体２８は、前記発光部３１及び受光部３２に対応する箇所に発光窓３３及び受光窓３４を有して形成される。前記発光窓３３には発光部３１が突出され、前記受光窓３４には受光部３２が突出され、前記発光部３１と発光窓３３の外表面及び前記受光部３２と受光窓３４の外表面が略同一面となるように形成される。この遮光樹脂体２８は、カーボン入りのエポキシ等の遮光性樹脂を前記発光部３１及び受光部３２の上面が露出するように基板２２の上面に充填して成形される。

図３に示されるように、前記発光部３１は、発光素子２３からの発光方向や発光量を特定あるいは制限するために設けられ、受光部３２では、前記発光部３１から発せられた光の被検出物２０による反射光を効果的に取り込むために設けられる。このため、前記発光部３１及び受光部３２のサイズは、発光素子２３や受光素子２４が備える光学特性あるいは被検出物２０に対する距離や反射角等によって設定される。

上記構成からなるフォトリフレクタ装置２１のセンシング作用は以下のようになる。最初に、前記基板２２の外部接続端子２７を介して電圧が印加されると、発光素子２３が発光し、ここから発せられた光は、発光樹脂体２５の上面に向かう。そして、前記遮光樹脂体２８に開設されている発光窓３３に露出する発光部３１を通した光のみが外部に向けて出射される。この状態において、このフォトリフレクタ装置２１の上方を金属円盤などの被検出物２０が通過すると、この被検出物２０を介して前記発光部３１から出射された光が反射され、前記遮光樹脂体２８に開設されている受光窓３４に露出する受光部３２に入射される。そして、この受光部３２を通過する光が受光素子２４によって検出される。前記被検出物２０がフォトリフレクタ装置２１の上方から離れると、前記発光部３１から発せられる光は、そのまま上方に直進あるいは放射状に拡散されるため、受光部３２への入射光がなくなり、検出状態は解除される。

前記フォトリフレクタ装置２１では、発光樹脂体２５及び受光樹脂体２６に発光や受光の範囲を制限するための発光部３１及び受光部３２を設けたが、外部からの光の影響を受けないような遮光された箇所のセンシングを行う場合は、図４及び図５に示す第２実施形態のフォトリフレクタ装置４１のように簡略化した構成することもできる。前記フォトリフレクタ装置４１は、発光樹脂体４５には、発光範囲を制限するために遮光樹脂体４８の発光窓４９に露出する発光部４５ａが設けられる。一方、受光樹脂体４６には受光範囲を制限するための受光部をダイシングによって形成せずに、上面がそのまま受光窓５０に露出する。このため、遮光樹脂体４８で覆われるのは、前記発光部４５ａと発光樹脂体４６の上面４６ａを除いた部分となる。

次に、上記フォトリフレクタ装置２１の製造方法を図２、図６〜図８に基づいて説明する。最初に装置やマザーボード等に実装するための基板２２を形成する（図２参照）。この基板２２には、対向する側面にスルーホール（外部接続電極）２７が一対ずつ形成され、各外部接続電極２７から発光素子２３や受光素子２４を直接載置、あるいは、ボンディングワイヤによって接続するための電極パターンをエッチング等によって形成する。そして、前記電極パターン上に発光素子２３，受光素子２４を実装し、ボンディングワイヤを介してそれぞれの電極パターン上に接続する。

前記発光素子２３や受光素子２４が実装され、配線が終了した基板２２上に、この基板２２の外周と略同じ大きさの成型金型を装着する。そして、この成型金型内に透明なエポキシ系の樹脂材を充填することによって、図６に示すように、前記基板２２の上面全体を覆う透光樹脂体２９（仮想線で示す）を形成する。この透光樹脂体２９は、前記発光素子２３及び受光素子２４やボンディングワイヤが完全に隠れるような高さに形成される。次に、前記透光樹脂体２９を一次ダイシングによって、発光樹脂体２５と受光樹脂体２６とに分離形成する。この一次ダイシング処理は、Ｘ軸及びＹ軸方向に走査可能な作業台に前記基板２２を固定して行われる。このような二次元方向のダイシング操作を行うことで、前記発光樹脂体２５、受光樹脂体２６を予め設定された平面スペース及び高さに精度よく仕上げることができる。

続いて、図７に示すように、前記発光樹脂体２５及び受光樹脂体２６の上面を前記発光部３１及び受光部３２となる部分を除いて厚み方向の二次ダイシングを行う。この二次ダイシング処理は、前記Ｘ軸及びＹ軸方向に走査して行われ、前記発光部３１及び受光部３２となる部分がその周辺部から段差状に突出するように、切削量を調整しながら行われる。なお、この実施形態では、最初のダイシングによって発光樹脂体２５及び受光樹脂体２６を形成したが、予め前記発光樹脂体２５及び受光樹脂体２６に合わせて形成した成型金型を用いて個別に形成してもよい。

前記発光樹脂体２５及び受光樹脂体２６の成形が終了した後、前記基板２２の外周を囲う成型金型を装着し、この成型金型内にカーボン入りのエポキシ等の光が透過しない遮光性の樹脂材を充填することによって、図８に示すような遮光樹脂体２８を形成する。前記遮光性の樹脂材は、前記発光部３１及び受光部３２の上面が露出する高さに充填される。これによって、前記発光樹脂体２５及び受光樹脂体２６は、前記発光部３１及び受光部３２を除いた全ての外表面が遮蔽される。

次に、発光部及び受光部の他の形成例を図９乃至図１２に基づいて説明する。図９及び図１０に示す第３実施形態のフォトリフレクタ装置５１は、発光樹脂体５５の上面のみを形状加工して発光部５５ａを形成したものである。この発光部５５ａは、発光樹脂体５５の長手方向に沿った長方形状の発光領域を有している。一方、受光樹脂体５６には上面のダイシング加工を行わず、上面５６ａ全体が受光領域を形成している。前記発光部５５ａは、発光樹脂体の上面にダイシングブレードを位置決めし、Ｘ軸方向の切削幅が設定されたダイシングブレードをＹ軸方向に走査して行われる。遮光樹脂体５８は、前記発光部５５ａと受光樹脂体５６の上面５６ａを除いて形成される。このフォトリフレクタ装置５１は、構造が簡易であるため、製造コストが低く抑えられる。また、発光幅及び受光幅が広いため、検出面の大きな被検出物や精密な位置検出を要さない箇所での検出用途に適している。

図１１及び図１２に示す第４実施形態のフォトリフレクタ装置６１は、発光樹脂体６５に形成される発光部６５ａに対して、受光樹脂体６６に形成される受光部６６ａの加工を簡略化して形成されたものである。発光部６５ａと受光部６６ａの加工は、ダイシング装置のＹ軸方向の切削幅を予め設定しておいて、Ｘ軸方向にダイシングブレードを走査して行われる。これによって、前記発光部６５ａと受光部６６ａのＹ軸幅を均一に揃えることができる。また、発光部６５ａのＸ軸幅をダイシングする際は、発光樹脂体６５の上面にダイシングブレードを位置決めし、Ｘ軸方向の切削幅が設定されたダイシングブレードをＹ軸方向に走査して行われる。なお、遮光樹脂体６８は、前記発光部６５ａと受光部６６ａを除いて形成される。

上記各実施形態で示したように、フォトリフレクタ装置による検出精度は、発光素子２３から被検出物２０に照射される光の方向性やその光量によって左右される場合が多いため、発光窓の形状やサイズを特定する必要がある。一方、受光側に関しては、被検出物２０を介した反射光以外の外部からの光の影響がなければ、前記発光窓ほど厳密に設定する必要がないため、少なくとも前記発光窓と同じ大きさに形成される。

本発明に係る第１実施形態のフォトリフレクタ装置の斜視図である。 上記第１実施形態のフォトリフレクタ装置の平面図である。 上記第１実施形態のフォトリフレクタ装置のＡ−Ａ断面図である。 本発明に係る第２実施形態のフォトリフレクタ装置の斜視図である。 上記第２実施形態のフォトリフレクタ装置のＢ−Ｂ断面図である。 上記第１実施形態のフォトリフレクタ装置の発光樹脂体及び受光樹脂体の製造過程を示す斜視図である。 上記第１実施形態のフォトリフレクタ装置の発光窓及び受光窓の製造過程を示す斜視図である。 上記第１実施形態のフォトリフレクタ装置の完成状態を示す斜視図である。 本発明に係る第３実施形態のフォトリフレクタ装置の要部斜視図である。 上記第３実施形態のフォトリフレクタ装置の完成斜視図である。 本発明に係る第４実施形態のフォトリフレクタ装置の要部斜視図である。 上記第４実施形態のフォトリフレクタ装置の完成斜視図である。 従来のフォトリフレクタ装置の斜視図である。 上記フォトリフレクタ装置の断面図である。 従来の他のフォトリフレクタ装置の断面図である。

符号の説明

２１ フォトリフレクタ装置
２２ 基板
２３ 発光素子
２３ａ 電極パターン
２３ｂ 電極パターン
２３ｃ ボンディングワイヤ
２４ 受光素子
２４ａ 電極パターン
２４ｂ 電極パターン
２４ｃ ボンディングワイヤ
２５ 発光樹脂体
２６ 受光樹脂体
２７ 外部接続端子
２８ 遮光樹脂体
３１ 発光部
３２ 受光部
３３ 発光窓
３４ 受光窓

Claims (9)

1. 基板と、この基板上に実装される発光素子及び受光素子と、前記発光素子を封止する透光性の発光樹脂体と、前記受光素子を封止する透光性の受光樹脂体と、これら発光樹脂体及び受光樹脂体の外表面を覆い、且つ、一部に発光窓及び受光窓が形成される遮光樹脂体とを備えたフォトリフレクタ装置において、
   前記遮光樹脂体に形成された発光窓及び受光窓のうち、少なくとも発光窓は、前記発光樹脂体の外表面の一つの面の一部に設けられ、この発光窓内に前記発光樹脂体の一つの面の一部を突出させた発光部を形成していることを特徴とするフォトリフレクタ装置。
2. 前記発光部の外表面は、前記発光窓の外表面と同一面に形成される請求項１記載のフォトリフレクタ装置。
3. 前記発光部は、前記発光素子の発光正面と対向する発光樹脂体の一つの面に設けられる請求項１記載のフォトリフレクタ装置。
4. 前記発光部は、前記発光樹脂体の外表面の一つの面を厚み方向にダイシングすることによって形成される請求項１記載のフォトリフレクタ装置。
5. 前記ダイシングの深さは、前記発光窓が形成されている遮光樹脂体の厚みと略同じに設定される請求項４記載のフォトリフレクタ装置。
6. 前記発光樹脂体及び受光樹脂体は、前記発光素子及び受光素子を封止する部分にそれぞれ分離する一次ダイシングと、前記発光部を形成する厚み方向の二次ダイシングとによって形成される請求項１記載のフォトリフレクタ装置。
7. 基板と、この基板上に実装される発光素子及び受光素子と、前記発光素子を封止する透光性の発光樹脂体と、前記受光素子を封止する透光性の受光樹脂体と、これら発光樹脂体及び受光樹脂体の外表面を覆い、且つ、一部に発光窓及び受光窓が形成される遮光樹脂体とを備えたフォトリフレクタ装置において、
   前記発光窓内に前記発光素子の発光正面と対向する発光樹脂体の外表面の一部が発光窓の外表面と同一面となるように突出させた発光部を形成すると共に、前記受光窓内に前記受光素子の受光正面と対向する受光樹脂体の外表面の一部が受光窓の外表面と同一面となるように突出させた受光部を形成していることを特徴とするフォトリフレクタ装置。
8. 前記発光部及び受光部は、前記発光樹脂体及び受光樹脂体の外表面を前記発光窓及び受光窓が形成されている遮光樹脂体の厚みと略同じ厚みにダイシングすることによって形成される請求項７記載のフォトリフレクタ装置。
9. 前記発光樹脂体及び受光樹脂体は、前記発光素子及び受光素子を封止する部分にそれぞれ分離する一次ダイシングと、前記発光部及び受光部を形成する厚み方向の二次ダイシングとによって形成される請求項７記載のフォトリフレクタ装置。

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