JP2013098499A

JP2013098499A - ワイヤレス光結合検出装置および電子機器

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Publication number: JP2013098499A
Application number: JP2011242839A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Fujita; 朗宏藤田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2011-11-04
Filing date: 2011-11-04
Publication date: 2013-05-20

Abstract

【課題】取付け場所の制約が少なく、かつ、高価な生産設備を必要とすることなく製造できるワイヤレス光結合検出装置を実現する。
【解決手段】ワイヤレス光結合検出装置は、光を出射する発光素子部４と、発光素子部４からの光を受信したか否かに応じて対象物の有無を検出し、検出データを生成する受光素子部８と、電力受信用コイル９と、信号送信用アンテナ１０とを備えている。電力受信用コイル１０は、外部からの電波を受けることによって誘電電流を発生させ、該誘電電流を発光素子部４および受光素子部８を駆動するための駆動電流として供給する。信号送信用アンテナ１０は、受光素子部８が生成する検出データを外部にワイヤレス送信する。
【選択図】図１

Description

本発明は、各種電子機器に設けられ、機構部品の有無及び位置を検出する検出装置に関するものであり、特にデジタルカメラ、携帯電話、ＤＶＤ装置、プリンター等のデジタル電子機器に設けられるワイヤレス光結合検出装置に関する。

近年の多くの各種電子機器では、機構部品の有無及び位置を検出し、その動きに合わせて各種制御を行うため、機構部品を検出する光結合検出装置（フォトインタラプタ）が使用されている（特許文献１，２）。

従来の光結合検出装置について構造を簡単に説明する。ここでは、導電性フレームを用いた遮光板や反射板の有無を検出する光結合検出装置の例を図１３及び図１４に示す。

図１３は、遮光板等の対象物の有無を検出する透過検出タイプの構成例である。この構成では、発光チップ１５１と受光チップ１５３とを導電性フレーム１５２、１５４のそれぞれに接続し、透光性樹脂１５５、１５６でモールドすることで発光素子部１５８および受光素子部１５９を形成している。さらに、発光素子部１５８および受光素子部１５９は、発光チップ１５１と受光チップ１５３とを向かい合わせた状態にて、耐熱性樹脂１５７で同一モールドされている。これにより、図１３に示す光結合検出装置が、２重モールド光結合検出装置となっている。

図１３に示す光結合検出装置は、発光素子部１５８から出た光が受光素子部１５９へ入射する構造となっており、機構部品の位置に応じて受光素子部１５９への入射光が遮断され出力が変化する。上記光結合検出装置は、その変化を判断して遮光板の位置を検出できるものである。

図１４は、反射板等の対象物の有無を検出する反射検出タイプの構成例である。この構成では、発光チップ１６１から出た光が、反射板１６５に反射されることによって受光チップ１６２へ入射する構造となっている。反射板１６５の位置に応じて受光チップ１６２への入射光が発生し出力が変化する。上記光結合検出装置は、その変化を判断して反射板１６５の位置を検出できるものである。

特開２００１−２９６３２１号公報（２００１年１０月２６日公開）特開２００７−２１８０４０号公報（２００７年８月３０日公開）

しかしながら、上記従来の構造の光結合検出装置では、装置本体に電源を供給する必要と、装置本体から信号を取り出す必要とがあるため、装置本体の外面に電気的接続が可能な接続端子を配置する必要がある。

また、上記接続端子から、フレキシブル基板等により電気配線を制御基板まで引き回す必要があるため、上記接続端子を取り付ける場所が制約されるという課題がある。

更に、光結合検出装置を使用するにあたっては、電気接続を行うために半田付け工程が必要であり、作業方法によっては熱のストレスによる信頼性上の影響を与える可能性もある。このため、生産装置の温度管理等の高度な生産技術が必要であり、実装にはリフロー装置等の高価な生産設備が必要になる。

本願発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、取付け場所の制約が少なく、かつ、高価な生産設備を必要とすることなく製造できる光結合検出装置を実現することを目的としている。

上記の課題を解決するために、本発明のワイヤレス光結合検出装置は、光信号を出射する発光素子部と、上記光信号を受信したか否かに応じて対象物の有無を検出し、検出データを生成する受光素子部と、外部からの電波を受けることによって誘電電流を発生させることが可能であり、上記誘電電流によって、上記発光素子部および上記受光素子部を駆動するための電力を発生させる電力受信用コイルと、上記受光素子部が生成する検出データを外部にワイヤレス送信するための信号送信用アンテナとを備えていることを特徴としている。

上記の構成によれば、上記発光素子部および上記受光素子部を駆動するための電力を、上記電力受信用コイルに外部からの電波を照射することで非接触に供給できる。また、上記受光素子部が生成する検出データは、上記信号送信用アンテナを用いて外部にワイヤレス送信することができる。これにより、上記ワイヤレス光結合検出装置は、電力供給およびデータ出力のための接続端子を設ける必要が無く、取付け場所の制約が少ないフレキシブルなワイヤレスでの光結合検出装置を実現することが可能となる。さらに、実装における半田付け工程が省略でき、リフロー装置等の高価な生産設備を不要とすることができる。

また、上記ワイヤレス光結合検出装置では、さらに、上記電力受信用コイルによって生じる誘電電流によって充電可能な蓄電部を備えている構成とすることができる。

上記の構成によれば、上記電力受信用コイルによって生じる上記蓄電部を充電し、上記蓄電部に充電された電力によって上記発光素子部および上記受光素子部を駆動することができる。

また、上記ワイヤレス光結合検出装置では、さらに、外部からの光を受けて電力を発生し、当該電力にて上記蓄電部を充電する光発電手段を有している構成とすることができる。

上記の構成によれば、上記電力受信用コイルだけでなく、上記光発電手段によっても上記蓄電部を充電することができる。

また、上記ワイヤレス光結合検出装置では、さらに、当該ワイヤレス光結合検出装置自身の移動によって電力を発生し、当該電力にて上記蓄電部を充電する移動発電手段を有している構成とすることができる。

上記の構成によれば、上記電力受信用コイルだけでなく、上記移動発電手段によっても上記蓄電部を充電することができる。

また、本発明の他のワイヤレス光結合検出装置は、光信号を出射する発光素子部と、上記光信号を受信したか否かに応じて対象物の有無を検出し、検出データを生成する受光素子部と、上記発光素子部および上記受光素子部を駆動するための電力を供給する電池を取り付けるための電池取付け部と、上記受光素子部が生成する検出データを外部にワイヤレス送信するための信号送信用アンテナとを備えていることを特徴としている。

上記の構成によれば、上記発光素子部および上記受光素子部を駆動するための電力を、上記電池から供給することができる。また、上記受光素子部が生成する検出データは、上記信号送信用アンテナを用いて外部にワイヤレス送信することができる。これにより、上記ワイヤレス光結合検出装置は、電力供給およびデータ出力のための接続端子を設ける必要が無く、取付け場所の制約が少ないフレキシブルなワイヤレスでの光結合検出装置を実現することが可能となる。さらに、実装における半田付け工程が省略でき、リフロー装置等の高価な生産設備を不要とすることができる。

また、上記ワイヤレス光結合検出装置では、上記受光素子部は、受光チップと、ワイヤレス通信機能を有したチップとを分離して備えた構造を有している構成とすることができる。

また、上記ワイヤレス光結合検出装置では、上記発光素子部は、パルス駆動による点滅光を上記光信号として出射する発光チップを備えている構成とすることができる。上記構成によれば、ワイヤレス光結合検出装置における消費電流を低減することができる。

本発明のワイヤレス光結合検出装置は、光結合検出装置から制御基板までの電気配線を引き回す必要が無く、取付け場所の制約が少ないフレキシブルなワイヤレスでの光結合検出装置を実現することできるといった効果を奏する。さらに、本発明の光結合検出装置では、実装における半田付け工程が省略でき、リフロー装置等の高価な生産設備が不要なワイヤレスでの光結合検出装置を提供することができるといった効果を奏する。

本発明の実施の形態１に係るワイヤレス光結合検出装置の構成を示す図である。本発明の実施の形態１に係るワイヤレス光結合検出装置の他の構成を示す図である。本発明の実施の形態２に係るワイヤレス光結合検出装置の構成を示す図である。本発明の実施の形態２に係るワイヤレス光結合検出装置の他の構成を示す図である。本発明の実施の形態３に係るワイヤレス光結合検出装置の構成を示す図である。本発明の実施の形態３に係るワイヤレス光結合検出装置の他の構成を示す図である。本発明の実施の形態３に係るワイヤレス光結合検出装置のさらに他の構成を示す図である。本発明の実施の形態３に係るワイヤレス光結合検出装置のさらに他の構成を示す図である。本発明の実施の形態４に係るワイヤレス光結合検出装置の構成を示す図である。本発明の実施の形態４に係るワイヤレス光結合検出装置の他の構成を示す図である。本発明の実施の形態４に係るワイヤレス光結合検出装置のさらに他の構成を示す図である。本発明の実施の形態４に係るワイヤレス光結合検出装置のさらに他の構成を示す図である。従来の透過検出タイプの光結合検出装置の構成を示す図である。従来の反射検出タイプの光結合検出装置の構成を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

〔実施の形態１〕
（光結合検出装置の構成）
図１右側は、本実施の形態１に係るワイヤレス光結合検出装置（以下、単に光結合検出装置と称する）の断面構造図である。図１に示す光結合検出装置は、発光素子部４と受光素子部８とを備えている。発光素子部４は、光信号を出射する発光チップ１を導電性フレーム２に搭載し、その周囲をエポキシ系等の透光性樹脂３にてモールドした構成となっている。また、受光素子部８は、ワイヤレス通信機能を有した受光チップ５を導電性フレーム６に搭載し周囲をエポキシ系等の透光性樹脂７にてモールドした構成となっている。受光チップ５は、発光チップ１が出射する光信号を受信したか否かに応じて対象物の有無を検出し、検出データを生成する。また、受光素子部８を受光チップ５の搭載面側から見た形状を図１左側に示す。

発光素子部４と受光素子部８とは、発光チップ１の発光面と受光チップ５の受光面とを互いに向かい合わせるように配置され、ＰＰＳ／ＰＰＡ等の耐熱性樹脂１１にて２次モールドされた構造となっている。この構造により、上記光結合検出装置は、発光素子部４と受光素子部８との間のギャップ１４での遮光板等対象物の有無を検出してそのデータを出力する、透過検出タイプの検出装置として機能する。

また、２次モールド内部では、発光素子部４および受光素子部８は導電性フレーム１３に搭載されており、導電性フレーム１３には電力受信用コイル９と信号送信用アンテナ１０とが接続されている。電力受信用コイル９および信号送信用アンテナ１０も、他の部材と同様に、耐熱性樹脂１１によってモールドされている。

（光結合検出装置の効果）
上記構造の光結合検出装置では、電力受信用コイル９に外部から電波を当てることで電力受信用コイル９に誘導電流を生じさせ、この誘導電流を当該光結合検出装置の駆動電流として用いることができる。すなわち、上記誘電電流が、発光チップ１及び受光チップ５を駆動する電流となる。

また、受光チップ５による検出データは信号送信用アンテナ１０を介して外部の制御基板へワイヤレス送信することができ、これにより上記光結合検出装置はワイヤレス通信機能を実現している。

上記光結合検出装置は、電力受信用コイル９を用いた非接触の電力供給機能、および、信号送信用アンテナ１０を用いたワイヤレス通信機能を有しており、電力供給やデータ送信のための接続端子を備える必要が無い。これにより、装置の設計における接続端子の配置の制約を受けることなく、設計における自由度が向上する。また、接続端子における電気接続を得るための半田付け工程が不要となり、生産設備や生産工程を簡略化して生産コストを抑制することができる。

（変形例）
図１の光結合検出装置では、受光素子部８はワイヤレス通信機能を有した受光チップ５を備えた１チップ構成となっているが、図２に示すように、受光素子部８に替えて、２チップ構成の受光素子部２０を用いても良い。すなわち、受光素子部２０は、受光チップ２１と、ワイヤレス通信機能を有したチップ２２とを分離した状態で導電性フレーム６に搭載している。

図２に示す光結合検出装置において、受光素子部２０以外の構成は、図１の光結合検出装置と同じであるため、図１と同様の構成および機能を有する部材については同じ部材番号を付し、詳細な説明は省略する。

〔実施の形態２〕
（光結合検出装置の構成）
図３は、本実施の形態２に係る光結合検出装置の断面構造図である。図３に示す光結合検出装置は、発光素子部３４と受光素子部３８とを備えている。発光素子部３４は、発光チップ３１を導電性フレーム３２に搭載し、その周囲をエポキシ系等の透光性樹脂３３にてモールドした構成となっている。また、受光素子部３８は、ワイヤレス通信機能を有した受光チップ３５を導電性フレーム３６に搭載し周囲をエポキシ系等の透光性樹脂３７にてモールドした構成となっている。

発光素子部３４と受光素子部３８とは、発光チップ３１の発光面と受光チップ３５の受光面とが同一方向を向くように並べて配置され、ＰＰＳ／ＰＰＡ等の耐熱性樹脂４１にて２次モールドされた構造となっている。この構造により、上記光結合検出装置は、反射板等の対象物４５の有無を検出してそのデータを出力する、反射検出タイプの検出装置として機能する。

また、２次モールド内部では、発光素子部３４および受光素子部３８は導電性フレーム４３に搭載されており、導電性フレーム４３には電力受信用コイル３９と信号送信用アンテナ４０とが接続されている。電力受信用コイル３９および信号送信用アンテナ４０も、他の部材と同様に、耐熱性樹脂４１によってモールドされている。

（光結合検出装置の効果）
上記構造の光結合検出装置では、電力受信用コイル３９に外部から電波を当てることで電力受信用コイル３９に誘導電流を生じさせ、この誘導電流を当該光結合検出装置の駆動電流として用いることができる。すなわち、上記誘電電流が、発光チップ３１及び受光チップ３５を駆動する電流となる。

また、受光チップ３５による検出データは信号送信用アンテナ４０を介して外部の制御基板へ送信することができ、これにより上記光結合検出装置はワイヤレス通信機能を実現している。

上記光結合検出装置は、実施の形態１の光結合検出装置と同様に、電力供給やデータ送信のための接続端子を備える必要が無く、設計における自由度の向上や生産コストの抑制といった効果を得ることができる。

（変形例）
図３の光結合検出装置では、受光素子部３８はワイヤレス通信機能を有した受光チップ３５を備えた１チップ構成となっているが、図３に示すように、受光素子部３８に替えて、２チップ構成の受光素子部５０を用いても良い。すなわち、受光素子部５０は、受光チップ５１と、ワイヤレス通信機能を有したチップ５２とを分離した状態で導電性フレーム３６に搭載している。

図４に示す光結合検出装置において、受光素子部５０以外の構成は、図３の光結合検出装置と同じであるため、図３と同様の構成および機能を有する部材については同じ部材番号を付し、詳細な説明は省略する。

〔実施の形態３〕
（光結合検出装置の構成）
図５は、本実施の形態３に係る光結合検出装置の断面構造図である。図５に示す光結合検出装置は、実施の形態１と同様、透過検出タイプの光結合検出装置であり、図１に示す光結合検出装置と類似した構成を有している。このため、図５に示す光結合検出装置において、図１と同様の構成および機能を有する部材については同じ部材番号を付し、詳細な説明は省略する。

図５に示す光結合検出装置では、発光素子部４および受光素子部８が導電性フレーム１３に搭載されており、導電性フレーム１３には電力受信用コイル９と信号送信用アンテナ１０と蓄電部６１とが接続されている。蓄電部６１は、他の部材と同様に、耐熱性樹脂１１によってモールドされている。

（光結合検出装置の効果）
上記構造の光結合検出装置では、電力受信用コイル９に外部から電波を当てることで電力受信用コイル９に誘導電流を生じさせ、この誘導電流によって蓄電部６１を充電することが可能である。そして、蓄電部６１に蓄えられた電力により、発光チップ１及び受光チップ５を駆動する。

また、受光チップ５による検出データは信号送信用アンテナ１０を介して外部の制御基板へ送信することができ、これにより上記光結合検出装置はワイヤレス通信機能を実現している。

上記光結合検出装置は、実施の形態１および２の光結合検出装置と同様に、電力供給やデータ送信のための接続端子を備える必要が無く、設計における自由度の向上や生産コストの抑制といった効果を得ることができる。

（変形例）
図６に示す光結合検出装置は、図５に示す構成において、１チップ構成の受光素子部８に替えて、２チップ構成の受光素子部２０を用いた構成である。図６に示す光結合検出装置は、図２に示す光結合検出装置と類似した構成を有しているが、さらに蓄電部６１が備えられ、電力受信用コイル９に生じさせた誘導電流によって蓄電部６１を充電できる点で、図２の光結合検出装置とは異なっている。

図７に示す光結合検出装置は、実施の形態２と同様、反射検出タイプの光結合検出装置であり、図３に示す光結合検出装置と類似した構成を有している。このため、図７に示す光結合検出装置において、図３と同様の構成および機能を有する部材については同じ部材番号を付し、詳細な説明は省略する。

図７に示す光結合検出装置では、発光素子部３４および受光素子部３８が導電性フレーム４３に搭載されており、導電性フレーム４３には電力受信用コイル３９と信号送信用アンテナ４０と蓄電部６１とが接続されている。蓄電部６１は、他の部材と同様に、耐熱性樹脂４１によってモールドされている。

図８に示す光結合検出装置は、図７に示す構成において、１チップ構成の受光素子部３８に替えて、２チップ構成の受光素子部５０を用いた構成である。図８に示す光結合検出装置は、図４に示す光結合検出装置と類似した構成を有しているが、さらに蓄電部６１が備えられ、電力受信用コイル９に生じさせた誘導電流によって蓄電部６１を充電できる点で、図４の光結合検出装置とは異なっている。

本実施の形態３における蓄電部６１は、電力受信用コイルに生じた誘電電流によって充電できるものであれば特にその種類が限定されるものではなく、充電式電池やコンデンサ（キャパシタ）等、多種にわたり実現可能である。

また、蓄電部６１を有した光結合検出装置においては、電力受信用コイル以外に、蓄電部６１を充電する手段を設けても良い。例えば、光結合検出装置が検出動作を行っていない時には、受光チップに外部からの光を受光させ、これによって生じる光電流を用いて蓄電部６１を充電することも可能である。

更に、電力受信用コイルの替わりに太陽電池等の光発電手段を用いることも可能である。また、光結合検出装置を磁界の掛かる場所に設置し、その磁界内で光結合検出装置自らが移動することで電力受信用コイルに誘導電流が流れ、その電流で蓄電部６１を充電する移動発電手段を設ける構造とすることも実現可能である。もちろん、太陽電池等の、蓄電部６１を充電する各種手段は、電力受信用コイルに替えて使用する形態に限られず、電力受信用コイルと併用する形態であってもよい。

〔実施の形態４〕
（光結合検出装置の構成）
図９〜１２は、本実施の形態３に係る光結合検出装置の断面構造図である。図９〜図１２は、前記実施の形態３で説明した電力受信用コイルおよび蓄電部の替わりに、電池を用いることで充電の必要が無いワイヤレス光結合検出装置とした構成例を示すものである。

図９に示す光結合検出装置は、図５に示す光結合検出装置と類似した構成を有している。このため、図９に示す光結合検出装置において、図５と同様の構成および機能を有する部材については同じ部材番号を付し、詳細な説明は省略する。

図９に示す光結合検出装置は、図５に示す構成において、電力受信用コイル９および蓄電部６１に替えて、導電性フレーム１３に、電池７２を取り付けるための電池取付け部７１を備えた構成である。また、図１０〜１２のそれぞれに示す光結合検出装置は、図６〜８に示す構成において、電力受信用コイル９および蓄電部６１に替えて、電池７２を取り付けるための電池取付け部７１を備えた構成である。

（光結合検出装置の効果）
図９〜１２に示す光結合検出装置は、電池７２から供給される電力により、発光素子部及び受光素子部を駆動することができる。また、受光チップによる検出データは信号送信用アンテナ１０を介して外部の制御基板へ送信することができ、これにより上記光結合検出装置はワイヤレス通信機能を実現している。

上記光結合検出装置は、実施の形態１ないし３の光結合検出装置と同様に、電力供給やデータ送信のための接続端子を備える必要が無く、設計における自由度の向上や生産コストの抑制といった効果を得ることができる。

上記各実施形態における光結合検出装置では、発光チップをパルス駆動し点滅光を上記光信号として出射する構造により消費電流を最小限にしたワイヤレス光結合検出装置の実現が可能である。

また、上記各実施形態における光結合検出装置では、電力受信用コイルの巻数等を使用する電波の周波数や必要な電力により調整したり、信号送信用アンテナの長さ等を調整したりすることで使用条件に応じた種々の対応が可能となる。さらに、必要に応じてショットキーバリアダイオード等の付加回路を加えることによっても種々の対応が可能となる。また、上記各実施形態において説明した各光結合検出装置は、その使用目的に応じて適切なものを種々選択するものである。

上記各実施形態の説明から明らかな通り、本発明に係る光結合検出装置では、光結合検出装置から制御基板までの電気配線を引き回す必要が無く、取付け場所の制約が少ないフレキシブルなワイヤレスでの光結合検出装置を実現することが可能となっている。このよう取付け場所の制約が少ない光結合検出装置は、デジタルカメラ、携帯電話、ＤＶＤ装置、プリンター等のデジタル電子機器において利用する際に有益である。

さらに、本発明に係る光結合検出装置では、実装における半田付け工程が省略でき、リフロー装置等の高価な生産設備が不要なワイヤレスでの光結合検出装置を提供することができる。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、デジタルカメラ、携帯電話、ＤＶＤ装置、プリンター等のデジタル電子機器に利用することができる。

１，３１発光チップ
４，３４発光素子部
５，２１，３５，５１受光チップ
８，２０，３８，５０受光素子部
２２，５２ワイヤレス通信機能を有したチップ
９，３９電力受信用コイル
１０，４０信号送信用アンテナ
６１蓄電部
７１電池取付け部
７２電池

Claims

光信号を出射する発光素子部と、
上記光信号を受信したか否かに応じて対象物の有無を検出し、検出データを生成する受光素子部と、
外部からの電波を受けることによって誘電電流を発生させることが可能であり、上記誘電電流によって、上記発光素子部および上記受光素子部を駆動するための電力を発生させる電力受信用コイルと、
上記受光素子部が生成する検出データを外部にワイヤレス送信するための信号送信用アンテナとを備えていることを特徴とするワイヤレス光結合検出装置。
さらに、上記電力受信用コイルによって生じる誘電電流によって充電可能な蓄電部を備えていることを特徴とする請求項１に記載のワイヤレス光結合検出装置。
さらに、外部からの光を受けて電力を発生し、当該電力にて上記蓄電部を充電する光発電手段を有していることを特徴とする請求項２に記載のワイヤレス光結合検出装置。
さらに、上記ワイヤレス光結合検出装置自身の移動によって電力を発生し、当該電力にて上記蓄電部を充電する移動発電手段を有していることを特徴とする請求項２に記載のワイヤレス光結合検出装置。
光信号を出射する発光素子部と、
上記光信号を受信したか否かに応じて対象物の有無を検出し、検出データを生成する受光素子部と、
上記発光素子部および上記受光素子部を駆動するための電力を供給する電池を取り付けるための電池取付け部と、
上記受光素子部が生成する検出データを外部にワイヤレス送信するための信号送信用アンテナとを備えていることを特徴とするワイヤレス光結合検出装置。
上記受光素子部は、受光チップと、ワイヤレス通信機能を有したチップとを分離して備えた構造を有していることを特徴とする請求項１から５の何れか一項に記載のワイヤレス光結合検出装置。
上記発光素子部は、パルス駆動による点滅光を上記光信号として出射する発光チップを備えていることを特徴とする請求項１から６の何れか一項に記載のワイヤレス光結合検出装置。
上記請求項１から７の何れか一項に記載のワイヤレス光結合検出装置を備えていることを特徴とする電子機器。