JP2009088433A - フォトリフレクタ - Google Patents

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Abstract

【課題】 センサ感度特性を左右する光電流値のバラツキを抑えるとともに、この光電流値を所定の範囲に合わせて微調整することが可能なフォトリフレクタを提供することである。
【解決手段】 発光側電極パターン及び受光側電極パターンが形成された基板３２と、前記発光側電極パターン及び受光側電極パターン上にそれぞれ配置される発光素子４２及び受光素子４４と、前記発光素子４２及び受光素子４４の上方をそれぞれ透光性樹脂によって封止する発光側の封止部材４６及び受光側の封止部材４８と、前記封止部材４６，４８の上面を除いて遮光する遮光部材５０とを備え、前記発光素子４２及び受光素子４４の上方を通過する被検出物を光電流の変化によって検出するフォトリフレクタ３０において、前記発光側の封止部材４６及び受光側の封止部材４８の少なくともいずれか一方の上面に光電流を微調整するための光量調整部６０を設けた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、発光素子から発せられる光の反射を受光素子側で電流に変換することによって、被検出物を検出するフォトリフレクタに関するものである。
従来、この種のフォトリフレクタとしては、図８及び図９に示すものが知られている。図８及び図９に示すフォトリフレクタ１６は、電極パターン１８が設けられた基板２０に発光素子２２と受光素子２４を取り付け、この発光素子２２と受光素子２４の周囲を囲むとともに、その素子間を仕切るようにして遮光する遮光枠体２６を基板２０上に設けたものである（特許文献１参照）。このフォトリフレクタ１６においては、発光素子２２と受光素子２４がより接近するように片寄せ配置し、遮光枠体２６の外周壁２６ａにより外部からの光を遮光するとともに、中間壁２６ｂにより素子間における光を遮光するように構成されている。
特開２００１−１５６３２５号公報
上記構造のフォトリフレクタ１６においては、それぞれの発光素子２２及び受光素子２４ごとに光の出射強度や受光感度にバラツキを有している。このため、フォトリフレクタ１６における受発光の結合特性（センサ感度特性）を左右する光電流値は、最大と最小では約３倍程度の非常に大きな幅のバラツキを有したものとなる。また、前記バラツキは、発光素子２２や受光素子２４の固有の特性によるものばかりでなく、製造段階のおけるロットごとに発生する場合もある。
前記光電流値にバラツキを有する状態では、製品出荷前の出荷検査において、大量の不良品が発生することとなって、安定した製品の提供ができなくなるおそれがある。
また、従来のフォトリフレクタは、予め光電流などの特性を考慮して発光素子や受光素子の選定や遮光壁の形状やサイズなどの設計を行ってから製造するが、一旦最終製品として作り込まないと設計どおりの特性を満足しているかが判定できない。このため、最終検査で設計どおりの条件を満たしていないものは製品として出荷できず、製品の歩留まりの低下を招いていた。
そこで、本発明の目的は、センサ感度特性を左右する光電流値のバラツキを抑えるとともに、この光電流値を所定の範囲に合わせて微調整することが可能なフォトリフレクタ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は、発光側電極パターン及び受光側電極パターンが形成された基板と、前記発光側電極パターン及び受光側電極パターン上にそれぞれ配置される発光素子及び受光素子と、前記発光素子及び受光素子の上方をそれぞれ透光性樹脂によって封止する発光側の封止部材及び受光側の封止部材と、前記発光側の封止部材及び受光側の封止部材の上面を除いて遮光する遮光部材とを備え、前記発光素子及び受光素子の上方を通過する被検出物を光電流の変化によって検出するフォトリフレクタにおいて、前記発光側の封止部材及び受光側の封止部材の少なくともいずれか一方の上面に前記光電流を微調整するための光量調整部を設けたことを特徴とする。
また、前記光量調整部は、前記発光側の封止部材及び受光側の封止部材の少なくともいずれか一方の上面に照射されるレーザ光の照射痕によって形成される。
本発明に係るフォトリフレクタによれば、発光側の封止部材及び受光側の封止部材の一方あるいは両方に発光光量又は受光光量を調整することができる光量調整部を形成することによって、被検出物を検出する際の光電流を適宜微調整することが可能となる。これによって、検出対象物の種類や材質等に応じた検出感度を得ることができる。
また、前記光量調整部は、製造が終了したフォトリフレクタのロット番号やシリアル番号などを印字（レーザマーキング）するためのレーザマーキング装置を用いて形成することができるので、前記光量調整部を形成するための新たな設備を設ける必要がない。さらに、前記レーザマーキングは、フォトリフレクタの最終の製造段階にあるマーキング工程で行われるため、最終的な出荷試験を行う際に前記光量調整部による微調整が可能となる。したがって、フォトリフレクタを形成するための発光素子や受光素子が有している固有の特性バラツキや製造段階で生じるロットごとの特性バラツキを有していた場合であっても、出荷段階の調整によって、検出感度バラツキを最小限に抑えることができる。
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の実施形態を詳細に説明する。ここで、図１は本発明のフォトリフレクタの斜視図、図２は前記フォトリフレクタの平面図、図３は前記フォトリフレクタの断面図である。本実施形態におけるフォトリフレクタ３０は、基板３２と、この基板３２上に実装される発光素子４２及び受光素子４４と、この発光素子４２及び受光素子４４上を封止する発光側の封止部材４６及び受光側の封止部材４８と、それぞれの封止部材４６，４８の周囲から光が漏れないように遮光する遮光部材５０とで構成されている。
前記基板３２は、ＦＲ４等のガラスエポキシ樹脂又はＢＴレジンによって、薄く平坦な四角形状に形成されている。この基板３２の表面には発光側電極パターン３４と受光側電極パターン３６が形成されており、また相対する側面には円筒形の内側面を縦断したような形状のスルーホールをなす外部接続端子３８が２箇所ずつ設けられ、さらに裏面には外部接続端子３８を介して発光側電極パターン３４と受光側電極パターン３６に導通する裏面側電極パターン４０が設けられている。本実施形態における発光側電極パターン３４と受光側電極パターン３６は、それぞれダイボンド用の電極部３４ａ，３６ａと、ワイヤボンド用の電極部３４ｂ，３６ｂにより構成されている。
前記発光素子４２は例えば発光ダイオードからなり、前記受光素子４４は例えばフォトダイオードからなる。それぞれがダイボンド用の電極部３４ａ，３６ａにダイボンドされるとともに、ワイヤボンド用の電極部３４ｂ，３６ｂにワイヤボンドされている。
前記受光素子４４が実装される電極部３６ａは、受光素子４４の取付面よりも広範囲に設けられており、受光素子４４から遮光部材５０の中間壁部５０ａ，外周壁部５０ｂに重なる位置まで形成されている。
前記発光素子４２及び受光素子４４の上方には、それぞれ透光性樹脂からなる封止部材４６，４８が設けられている。この封止部材４６，４８は、発光素子４２と受光素子４４だけでなく、それらに接続されたワイヤ、発光側電極パターン３４及び受光側電極パターン３６の全てを封止している。
前記封止部材４６，４８の周囲には、上面を除いて遮光部材５０が配設される。この遮光部材５０は、可視光や赤外光をカットするカーボン等の素材を混入した樹脂であり、前記封止部材４６，４８の間に形成されるとともに、封止部材４６，４８の周囲を囲むように形成されている。
上記構成からなるフォトリフレクタ３０においては、遮光部材５０によって、発光素子４２と受光素子４４の間及び周囲が遮光され、平面方向（図１中上方）のみに発光及び受光可能な状態となる。
また、受光側電極パターン３６の電極部３６ａは、受光素子４４の周囲に広く形成されており、遮光部材５０の中間壁部５０ａだけでなく外周壁部５０ｂにかかるように形成されている。このため、基板３２を伝わる光は電極部３６ａによっても遮光され、受光素子４４に達することが阻止される。
上記構成におけるフォトリフレクタ３０にあっては、製造後の検査段階で光電流値におけるランク分けがなされる。この光電流値は、発光素子４２に５．００ｍＡの順方向電流を定電流電源によって供給し、これと同時に受光素子４４のコレクタとエミッタとの間に５．００Ｖの電圧を定電圧電源によって印加したとき、受光素子４４に流れるコレクタ電流Ｉｃを計測することによって行われる。ここで計測されたコレクタ電流Ｉｃによって、例えば、表１に示されるような、グループＧ１〜Ｇ４に分類され、レーザマーキング装置によって各グループＧ１〜Ｇ４に個別に対応したランクマーク「Ａ」〜「Ｄ」が印字された後、製品が出荷される。
Figure 2009088433
本発明のフォトリフレクタ３０は、図１に示したように、前記光電流値を設定あるいは調整するための光量調整部６０を設けて構成されている。この光量調整部６０は、図２に示したように、前記受光素子４４を封止する受光側の封止部材の上面にレーザ光を照射してできる照射痕６１である。この照射痕６１は、前記レーザマーキング装置から発せられるレーザ光の熱によって受光側の封止部材４８の上面を所定の範囲に溶融してできる凹凸状の粗面であり、レーザ光の強さや照射範囲、照射時間によって前記粗面の粗さが設定される。
前記光量調整部６０は、前記照射痕６１の面積や深さなどを制御することによって、光電流値を変化させている。前記レーザ光の光源としては、ＹＡＧレーザや炭酸ガスレーザなどが用いられる。フォトリフレクタ３０のように、封止部材４６，４８が樹脂であれば、ＹＡＧレーザを用いることで発色が可能であり、炭酸ガスレーザを用いることで彫刻に似たような印字が可能である。
前記レーザ光を封止部材４８の上面に照射すると、その熱効果により封止部材４８内でガス泡が発生する。そして、ガス化し蒸発した気泡が封止部材４８の表面層で閉じ込められ、白っぽく隆起する。このようなレーザ光の照射によって印字された箇所は、樹脂の表面が溶融し、凹凸面となるので、図３に示されるように、被検出物６２によって反射された光の受光素子４４で受ける光量を制限することができる。図４は前記レーザ光の強度に対する光電流値の変化量を測定したものである。これによれば、レーザ強度がレベル０（レーザ光によるマーキングを施していない場合）を１００％とすると、レーザ強度を高めるにしたがって光電流の変化率がなだらかに減少していくことがわかる。特に、レーザ強度を最も高いレベル５にした場合は、２０％強の光電流が減少する。このようにレーザ強度を高めることで、照射痕６１の幅や深さが大きくなり、光透過率の低下を引き起こすこととなる。
前記光透過率を低下させることで、受光素子４４を流れる光電流を制限することができる。前記レーザマーキング装置によれば、照射される側の封止部材４８の所定位置に正確にレーザ光を照準させ、予め設定された照射強度や照射範囲に正確に追従させることができるので、遮光領域を正確に設定することができる。これによって、光電流を厳密に制御することが可能となる。
本実施形態では、図１及び図２に示したように、レーザ光による照射痕６１を略円形に形成したが、このような円形には限定されず、受光光量の調整量に応じて楕円や正方形あるいは長方形などの形状であってもよい。
前記フォトリフレクタ３０は、図５に示すように、基板３２の表裏面及びスルーホール内にメッキ、蒸着、印刷等により発光側電極パターン３４、受光側電極パターン３６、外部接続端子３８及び裏面側電極パターン４０（図３）を形成する。このときに、電極部３６ａは、後の工程にて形成される遮光部材５０の形成領域５０Ａに電極部３６ｂ側の１辺を除く３辺が重なるように広範囲に形成される。次に、電極部３４ａ，３６ａ上に発光素子４２と受光素子４４がダイボンドされるとともに、ワイヤにより電極部３４ｂ，３６ｂに接続される。
次に、透光性樹脂により発光素子４２及び受光素子４４を共に封止する一体封止部材４５を形成する。この一体封止部材４５は、基板３２の上面を全て覆うように直方体形状に形成される。その後、図６に示すように、ダイシングにより一体封止部材４５を分割するとともに、周囲を切削して封止部材４６，４８を形成する。
次に、図７に示すように、遮光性樹脂を封止部材４６，４８の間及びそれらの周囲に充填することにより遮光部材５０を形成する。そして、受光側の封止部材４８の上面にレーザ照射装置のレーザ光出射ノズル６３を位置決めし、所定の範囲や大きさの照射窓部を設けたマスク（図示せず）を通して前記レーザ出射ノズルからレーザ光を出射する。このレーザ光は、表１に示したようにランク分けされた各グループの範囲に入るように、その照射強度や照射時間あるいは照射範囲が光電流となるように照射制御される。
上述したように、本発明のフォトリフレクタでは、受光素子４４を封止している封止部材の表面にレーザ光によるマーキングによって形成された光量調整部を設ける構造となっているため、製造の最終工程あるいは製造後の検査工程において、所定の光電流特性を得るように作り込んだり、設定されている光電流値の範囲内に入るように微調整を行ったりすることができる。これによって、所定の光電流特性を備えたフォトリフレクタを安価に提供することができる。
なお、上記実施形態では、光量調整部を設けることによって、光電流を調整しているが、前記光量調整部を発光側の封止部材に設けることで、発光素子の光量によって光電流を調整可能とする構成にすることもできる。さらに、前記光量調整部を発光側と受光側の両方に設け、それぞれの光量を調整することで、より精密な光電流の調整を行うことも可能である。
本発明に係るフォトリフレクタの斜視図である。 上記フォトリフレクタの平面図である。 上記フォトリフレクタの断面図である。 レーザ強度と光電流の関係を示すグラフである。 発光素子及び受光素子が実装された基板上に一体封止部材を形成した状態を示す斜視図である。 上記一体封止部材及び基板にダイシングを施した状態を示す斜視図である。 封止部材上にレーザ光によるマーキングを施す工程を示す説明図である。 従来のフォトリフレクタの構成を示す斜視図である。 上記従来のフォトリフレクタの断面図である。
符号の説明
１６ フォトリフレクタ
１８ 電極パターン
２０ 基板
２２ 発光素子
２４ 受光素子
２６ 遮光枠体
２６ａ 外周壁
２６ｂ 中間壁
３０ フォトリフレクタ
３２ 基板
３４ 発光側電極パターン
３４ａ，３４ｂ 電極部
３６ 受光側電極パターン
３６ａ，３６ｂ 電極部
３８ 外部接続端子
４０ 裏面側電極パターン
４２ 発光素子
４４ 受光素子
４５ 一体封止部材
４６ 封止部材（発光側）
４８ 封止部材（受光側）
５０ 遮光部材
５０ａ 中間壁部
５０ｂ 外周壁部
５０Ａ 形成領域
６０ 光量調整部
６１ 照射痕
６２ 被検出物
６３ レーザ光出射ノズル

Claims (4)

  1. 発光側電極パターン及び受光側電極パターンが形成された基板と、
    前記発光側電極パターン及び受光側電極パターン上にそれぞれ配置される発光素子及び受光素子と、
    前記発光素子及び受光素子の上方をそれぞれ透光性樹脂によって封止する発光側の封止部材及び受光側の封止部材と、
    前記発光側の封止部材及び受光側の封止部材の上面を除いて遮光する遮光部材とを備え、
    前記発光素子及び受光素子の上方を通過する被検出物を光電流の変化によって検出するフォトリフレクタにおいて、
    前記発光側の封止部材及び受光側の封止部材の少なくともいずれか一方の上面に前記光電流を微調整するための光量調整部を設けたことを特徴とするフォトリフレクタ。
  2. 前記光量調整部は、前記発光側の封止部材及び受光側の封止部材の少なくともいずれか一方の上面に照射されるレーザ光の照射痕によって形成される請求項１記載のフォトリフレクタ。
  3. 前記光電流は、前記レーザ光の照射強度、照射時間及び照射範囲に応じて変化する請求項１記載のフォトリフレクタ。
  4. 前記照射痕は、レーザ光の発する熱によって前記発光側の封止部材及び受光側の封止部材の少なくともいずれか一方の上面が溶融されることによってできる凹凸状の粗面である請求項１記載のフォトリフレクタ。
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