JP2009150690A - 反射型光学センサ - Google Patents

Abstract

【課題】迷光および光軸ずれによる精度の悪化、および特性バラツキが大幅に低減された反射型光学センサを提供する。
【解決手段】本発明に係る反射型光学センサ１は、基板２と、基板２の同一面上に備えられた発光素子３および受光素子４と、投光レンズ部６ａおよび受光レンズ部６ｂが一体成形されたレンズ部材６とを有し、レンズ部材６中を発光素子３側から受光素子４側に向かって伝播する迷光Ｌ’を遮光する第１の遮光手段であるスリット９を設け、さらに、基板２中を発光素子３側から受光素子４側に向かって伝播する迷光Ｌ”を遮光する第２の遮光手段である貫通溝１０を設けたことにより、受光素子４が反射光Ｌのみを検知することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は光学センサに関し、特に発光素子から放射された光を測定対象物に投光するとともに、測定対象物からの反射光を受光素子で検知することにより、測定対象物の有無、距離、表面状態、色、温度等を測定することができる反射型光学センサに関する。

従来の反射型光学センサは、例えば図４（Ａ）のように構成されている。
すなわち、反射型光学センサ１は、基板２と、同一の基板２上に実装される発光素子３および受光素子４と、発光素子３の上方に位置する投光レンズ２０と、受光素子４の上方に位置する受光レンズ２１と、投光レンズ２０および受光レンズ２１のさらに上方に位置する透明カバー１４とを備える。発光素子３および受光素子４は、基板２上に備えられるケース５によって別々に収納される。
投光レンズ２０および受光レンズ２１は、それぞれケース５の開口部に備えられる。また、透明カバー１４は、ケース５内に水、埃等が侵入するのを防止する。

この反射型光学センサ１によれば、発光素子３から放射される放射光が投光レンズ２０によって集光されて測定対象物３０に照射される。
これとともに、測定対象物３０からの反射光Ｌが受光レンズ２１によって集光され、受光素子４に照射される。そして、受光素子４が受光した反射光Ｌの多寡等に応じて、測定対象物３０の有無、測定対象物３０との距離、測定対象物３０の表面状態、色、温度等を特定することができる。

一般に、電気製品の小形化、高精度化に伴って、反射型光学センサ１には、小形で、かつ高精度に上記測定対象物３０に関する情報を測定することが求められる。
したがって、受光素子４に反射光Ｌ以外の光が照射されないこと、および投・受光レンズ２０、２１と受・発光素子４、３の幾何学的配置等によって決定される光軸がずれないことが、反射型光学センサ１に要求される特性を確保する上で重要である。

しかしながら、図４（Ａ）に示す従来の反射型光学センサ１では、透明カバー１４内を反射しつつ伝播する迷光Ｌ’、および基板２を透過して伝播する迷光Ｌ”の影響で、上記した測定対象物３０に関する情報の精度が悪化する場合があった。
また、この反射型センサ１では、２つのレンズが別部材となっているため、投光レンズ２０および受光レンズ２１の組成、形状等が個々に変動することによって、光軸がずれ、反射型センサ１全体としての検出特性にバラツキが生じ易かった。

そこで従来から、図４（Ｂ）に示すように、透明カバー１４の一部に光吸収部材２２を設け、迷光Ｌ’による精度の悪化を防止する反射型光学センサが検討されている（例えば、特許文献１参照）。
しかしながら、この反射型光学センサ１においても、基板２を透過する迷光Ｌ”に起因する精度の悪化は防げなかった。
また、図４（Ｂ）に示す反射型光学センサ１は、相変わらず２つのレンズが別部材となっているので、光軸がずれることによる検出特性のバラツキを解消することができなかった。

図５に、他の従来の反射型光学センサを示す。この反射型光学センサ１では、レンズ部材６に投光レンズ部６ａと受光レンズ部６ｂを形成することにより、２つのレンズを一体成形しているので、光軸がずれることによる検出特性のバラツキを大幅に改善することができる。
また、この反射型光学センサ１では、ケース５内への水、埃等の侵入を防止する透明カバー１４を設ける必要がない。
特開２００１―２５０９７９号公報

しかしながら、図５に示す反射型光学センサ１では、光軸のずれを防止するために２つのレンズを一体成形しているので、レンズ部材６中を透過する迷光Ｌ’によって、反射型光学センサ１の精度が悪化する場合があった。
また、この反射型光学センサ１においても、基板２を透過する迷光Ｌ”に起因する精度の悪化は防げなかった。

そこで本発明は、迷光および光軸ずれによる精度の悪化、および特性バラツキを大幅に低減することができる反射型光学センサを提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る反射型光学センサは、
基板と、前記基板の同一面上に備えられた発光素子および受光素子と、投光レンズ部および受光レンズ部が一体成形されたレンズ部材とを有し、
前記発光素子から放射された光が前記投光レンズ部を通って測定対象物に投光され、投光された光に対する前記測定対象物からの反射光が前記受光レンズ部を通って前記受光素子で検知される反射型光学センサであって、
前記レンズ部材中を、前記発光素子側から前記受光素子側に向かって伝播する迷光を遮光する第１の遮光手段を設けたことを特徴とする。
なお、本明細書中の用語「迷光」とは、発光素子によって放射された光のうち、測定対象物に反射することなく受光素子側に伝播する光を意味する。

好ましくは、前記第１の遮光手段は、前記投光レンズ部と前記受光レンズ部とを隔てるように前記レンズ部材に形成されたスリットであり、前記スリットには、遮光性を有する遮光壁が嵌合される。

好ましくは、前記第１の遮光手段は、前記レンズ部材内において、前記投光レンズ部と前記受光レンズ部との間に形成された、レーザー加工による傷の集合体である。

また、上記課題を解決するために、本発明に係る反射型光学センサは、さらに、前記基板中を前記発光素子側から前記受光素子側に向かって伝播する迷光を遮光する第２の遮光手段を設けたことを特徴とする。

好ましくは、前記第２の遮光手段は、前記発光素子が備えられた領域と前記受光素子が備えられた領域とを隔てるように前記基板に形成された貫通溝であり、前記貫通溝には、遮光性を有する遮光壁が嵌合される。

本発明に係る反射型光学センサによれば、受光素子に入射する迷光を遮光するとともに、２つのレンズを一体成形することにより光軸ずれを生じにくくしたので、これらに起因する精度の悪化、および特性バラツキが大幅に低減された反射型光学センサを提供することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施形態について説明する。

図１は、実施例１に係る反射型光学センサの構成を示す断面図である。
この反射型光学センサ１では、レンズ部材６の投光レンズ部６ａと受光レンズ部６ｂとを隔てるようなスリット９がレンズ部材６に形成される。これにより、レンズ部材６内を投光レンズ部６ａ側から受光レンズ部６ｂ側へ透過していく迷光Ｌ’が遮光される。
また、基板２には、発光素子３が備えられた領域と受光素子４が備えられた領域を隔てるような貫通溝１０が形成される。これにより、基板２を透過して伝播する迷光Ｌ”も遮光される。

スリット９と貫通溝１０を形成した本実施例に係る反射型光学センサ１によれば、迷光Ｌ’およびＬ”を遮光することができるので、反射光Ｌのみが受光素子４で測定され、測定対象物３０に関する情報を高精度に測定することができる。

なお、本実施例に係る反射型光学センサ１では、スリット９をレンズ部材６のケース２側（下面側）に形成したが、スリット９は、測定対象物３０側（上面側）に形成してもよいし、下面側から上面側まで貫通するように形成することもできる。また、本実施例では、スリット９の幅は０．５ｍｍとしたが、μｍオーダーの微小なスリット幅でも同様の効果を得ることができる。

さらに、本実施例では、レンズ部材６、ケース５、基板２の材料を、それぞれアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ガラス基材エポキシ樹脂積層プリント基板としたが、適宜別の材料等に置き換えてもよい。ただし、ケース５の材料は遮光性を有することが必要である。

図２は、実施例２に係る反射型光学センサの構成を示す断面図である。
この反射型光学センサ１では、実施例１のスリット９および貫通溝１０に嵌合する遮光壁８がケース５から突出するように形成される。レンズ部材６、ケース５、基板２の材料については、実施例１に係る反射型光学センサと同様である。また、遮光壁８はケース５と同一の材料からなり、ケース５と一体成形することができる。

遮光壁８を形成した本実施例に係る反射型光学センサ１によれば、スリット９や貫通溝１０を通り抜けて受光素子４側へ伝搬する僅かな迷光９をも遮光することができる。
したがって、本実施例に係る反射型光学センサ１によれば、実施例１に係る反射型光学センサ１よりも、さらに測定対象物３０に関する情報を高精度に測定することができる。

なお、本実施例に係る反射型光学センサ１によれば、遮光壁８を、スリット９および貫通溝１０と同一の形状とすることにより、レンズ部材６とケース５、ケース５と基板２の位置合わせが容易になるという副次的な効果を得ることができる。
ただし、このような効果が不要の場合は、遮光壁８の形状をスリット９および貫通溝１０の形状と同一にする必要はなく、これらに嵌合できる任意の形状にすることができる。

図３は、実施例３に係る反射型光学センサの構成を示す断面図である。
この反射型光学センサ１では、レンズ部材６内において投光レンズ部６ａと受光レンズ部６ｂとの間の領域１１に、レーザー加工による微細な傷が多数形成される。この加工方法は、一般的に“レーザーエングレービング”と呼ばれるもので、複数の方向から照射されたレーザーを被加工部材（本実施例では、レンズ部材６）の内部の特定位置で交差させることにより、被加工部材の内部に微細な傷を付けることができる。
そして、これを連続して行うことにより、特定の領域１１に微細な傷の集合体を形成することができる。

レーザー加工領域１１では、傷の集合体のために迷光Ｌ’は散乱し、受光素子４側へはほとんど透過しない。したがって、本実施例に係る反射型光学センサ１によれば、実施例１のスリット９または実施例２の遮光壁８と同様の遮光効果を得ることができるので、反射光Ｌのみが受光素子４で測定され、測定対象物３０に関する情報を高精度に測定することができる。

以上、本発明に係る反射型光学センサの好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記構成に限定されるものではない。
例えば、本発明は、発光素子３および受光素子４のいずれか一方、または両方を複数備えたタイプの反射型光学センサにも適用することができる。また、遮光壁８、スリット９、貫通溝１０およびレーザー加工領域１１等の遮光手段は、それぞれ複数形成することができる。

実施例１に係る反射型光学センサの断面図である。 実施例２に係る反射型光学センサの断面図である。 実施例３に係る反射型光学センサの断面図である。 （Ａ）（Ｂ）ともに、投光レンズと受光レンズを別部材とした従来の反射型光学センサの断面図である。 投光レンズと受光レンズを一体成形した従来の反射型光学センサの断面図である。

符号の説明

１ 反射型光学センサ
２ 基板
３ 発光素子
４ 受光素子
５ ホルダー
６ レンズ
６ａ 投光レンズ部
６ｂ 受光レンズ部
８ 遮光壁
９ スリット
１０ 貫通溝
１１ レーザー加工領域
２０ 投光レンズ
２１ 受光レンズ
２２ 光吸収部材
３０ 測定対象物
Ｌ 光
Ｌ’、Ｌ” 迷光

Claims (7)

1. 基板と、前記基板の同一面上に備えられた発光素子および受光素子と、投光レンズ部および受光レンズ部が一体成形されたレンズ部材とを有し、
   前記発光素子から放射された光が前記投光レンズ部を通って測定対象物に投光され、投光された光に対する前記測定対象物からの反射光が前記受光レンズ部を通って前記受光素子で検知される反射型光学センサであって、
   前記レンズ部材中を、前記発光素子側から前記受光素子側に向かって伝播する迷光を遮光する第１の遮光手段を設けたことを特徴とする反射型光学センサ。
2. 前記第１の遮光手段は、前記投光レンズ部と前記受光レンズ部とを隔てるように前記レンズ部材に形成されたスリットであることを特徴とする請求項１に記載の反射型光学センサ。
3. 前記スリットに、遮光性を有する遮光壁を嵌合させたことを特徴とする請求項２に記載の反射型光学センサ。
4. 前記第１の遮光手段は、前記レンズ部材内において、前記投光レンズ部と前記受光レンズ部との間に形成された、レーザー加工による傷の集合体であることを特徴とする請求項１に記載の反射型光学センサ。
5. 前記基板中を、前記発光素子側から前記受光素子側に向かって伝播する迷光を遮光する第２の遮光手段を設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の反射型光学センサ。
6. 前記第２の遮光手段は、前記発光素子が備えられた領域と前記受光素子が備えられた領域とを隔てるように前記基板に形成された貫通溝であることを特徴とする請求項５に記載の反射型光学センサ。
7. 前記貫通溝に、遮光性を有する遮光壁を嵌合させたことを特徴とする請求項６に記載の反射型光学センサ。

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