JP2014021066A - 光センサ - Google Patents

Abstract

【課題】ダストが光電変換素子近傍まで侵入することを抑制しつつ、保護ゲルの厚さの変化を抑制した光センサの提供。
【解決手段】環状の壁部２３を有するハウジング２２と、壁部に囲まれるようにハウジングに固定された光電変換素子４０と、光電変換素子を覆って配置された光透過性の保護ゲル５０と、壁部に囲まれた空間に蓋をする蓋部材３０と、を備え、壁部における光電変換素子の搭載面に沿う開口面積は、搭載面から離れるほど大きくされ、蓋部材は、光電変換素子を取り囲むように壁部に対して内周側に設けられるとともに、突出先端が搭載面に当接する隔壁部３２を有して、保護ゲルは、壁部に囲まれた空間のうち、隔壁部によって囲まれた領域と、隔壁部と壁部との間の領域とにそれぞれ配置されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、光電変換素子が保護ゲルにより保護される光センサに関する。

特許文献１に記載のように、光センサは、光電変換素子と、該光電変換素子を搭載するホルダと、該ホルダと嵌合されて固定される光透過性のフィルタと、を有する。また、ホルダは、該ホルダから、光電変換素子を取り囲むように環状に突出した壁部を有する。この壁部はフィルタに当接しており、外部から光電変換素子が搭載された領域へダストが侵入することを防止している。また、光電変換素子は、振動や衝撃などから保護されるべく、固形の樹脂等により被覆されている。

また、主要な素子を保護する構成として、特許文献２には、筺体の内部に配置された回路素子を絶縁体の保護ゲルで封止したハイブリッドＩＣが提案されている。この保護ゲルは、回路素子を振動や衝撃などから保護するだけでなく、筺体内部に侵入したダストを吸着する効果も奏する。

光センサは、固形の樹脂により光電変換素子を保護する構成に限定されず、光電変換素子を保護ゲルにより保護することもできる。

特開２０００−２５８２４４号公報 実開平３−３６１４２号公報

しかしながら、保護ゲルにより光電変換素子が保護される光センサにおいても、保護ゲルに吸着されず、光電変換素子の近傍まで侵入するダストが存在する。

また、保護ゲルがホルダから突出した壁面に這い上がり、保護ゲルの厚さが変動してしまうという問題がある。保護ゲルの厚さが変動すると、入射する光の保護ゲル中における光路が変化して光センサの感度が悪化する虞がある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、保護ゲルにより光電変換素子が保護される光センサにおいて、ダストが光電変換素子近傍まで侵入することを抑制しつつ、保護ゲルの厚さの変化を抑制することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、
環状の壁部（２３）を有するハウジング（２２）と、
該ハウジングにおける壁部に囲まれた底部内面（２２ａ）に固定された光電変換素子（４０）と、
光透過性を有し、光電変換素子を封止するように、光電変換素子を覆って底部内面上に配置された保護ゲル（５０）と、
光透過性を有し、壁部の突出先端に当接して配置され、壁部に囲まれた空間に蓋をする蓋部材（３０）と、を備える光センサであって、
壁部における底部内面に沿う開口面積は、底部内面に直交する方向において、底部内面から離れるほど大きくされ、
蓋部材は、底部内面に対向する一面（３０ａ）から突出し、底部内面に沿う面内において、光電変換素子を取り囲むように壁部に対して内周側に設けられるとともに、突出先端が底部内面に当接する隔壁部（３２）を有し、
保護ゲルは、壁部に囲まれた空間のうち、隔壁部によって囲まれた領域と、隔壁部と壁部との間の領域とにそれぞれ配置されている特徴としている。

これによれば、ハウジングに形成された壁部のうち、底部内面に沿う開口面積が、底部内面に直交する方向において、底部内面から離れるほど大きくされている。このため、光電変換素子が保護ゲルにより保護されるとともに、保護ゲルが壁部の内壁を這い上がり易くなっている。したがって、保護ゲルは、ダストが侵入し得る部分（壁部と蓋部材との当接部）に対して、より近くまで這い上がることができ、侵入したダストを保護ゲルに吸着させることができる。好ましくは、保護ゲルがダストの侵入し得る部分まで這い上がり、ダストの侵入経路を塞ぐことができる。このように、ハウジングの外部から侵入するダストを、保護ゲルで効率良くトラップすることができ、光電変換素子が配置された位置までダストが到達することを抑制することができる。加えて、本発明では、蓋部材が隔壁部を有する。この隔壁部は、ハウジングの壁部に囲まれた空間を少なくとも２つの領域に分割する。すなわち、光電変換素子が配置された領域と、隔壁部と壁部に囲まれた領域と、に分割する。このため、保護ゲルが壁部の内壁を這い上がっても、光電変換素子が配置された側の保護ゲルの厚さが変化することはない。したがって、保護ゲルの厚さの変動に起因する光センサの感度が悪化等の問題を抑制することができる。また、隔壁部を有することにより、壁部を越えて侵入したダストが光電変換素子の配置された位置に到達することを抑制することができる。

また、隔壁部の内壁面（３２ａ）として、第１壁面（３５）と、該第１壁面よりも底部内面側に位置する第２壁面（３６）と、第１壁面と第２壁面とを連結する連結面（３７）と、を有し、連結面は、底部内面に沿う方向に長さを有するとともに、一面に対向するように設けられた構成とすることもできる。

これによれば、第１壁面、第２壁面、および、連結面により、内壁面にエッジが形成される。このため、隔壁部に囲まれた領域における保護ゲルは、エッジよりも蓋部材側に這い上がることが抑制される。したがって、第１壁面、第２壁面、および、連結面が存在しない構成に較べて、保護ゲルの厚さの変動を抑制することができる。

また、隔壁部が複数形成された構成とすることもできる。

これによれば、光電変換素子を多重の隔壁部が取り囲む。したがって、ダストの光電変換素子近傍への侵入を多重に抑制することができる。

また、隔壁部の内壁面に、底部内面と鋭角を成すような面を少なくとも有する構成とすることもできる。

これによれば、保護ゲルが隔壁部自体に這い上がることを抑制することができる。したがって、隔壁部が存在しない構成に較べて、保護ゲルの厚さの変動を抑制することができる。

また、隔壁部とハウジングの当接部が、互いに嵌合するように、一方が凸部（３２ｂ）、他方が凹部（２２ｂ）を有する構成とすることもできる。

これによれば、隔壁部の位置決めが容易となるとともに、隔壁部を底部内面に確実に固定することができる。また、隔壁部と壁部との間の領域から隔壁部に囲まれた領域へのダストの侵入経路を長くすることができるため、ダストが光電変換素子の近傍に侵入することを抑制することができる。

第１実施形態に係る光センサの概略構成を示す断面図である。 図１における一点鎖線に示す部分（Ａ）を拡大した図であり、光センサにおける壁部および隔壁部の詳細を示す断面図である。 第２実施形態における壁部および隔壁部の詳細を示す断面図である。 第３実施形態における壁部および隔壁部の詳細を示す断面図である。 その他の実施形態における壁部および隔壁部の詳細を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の各図相互において、互いに同一もしくは均等である部分に、同一符号を付与する。

（第１実施形態）
最初に、図１を参照して、本実施形態における光センサの概略構成について説明する。

本実施形態の光センサは、例えば、車両に搭載され、カーエアコン制御やオートライト制御のための外光検出機能を有する光センサとして用いられる。

図１に示すように、光センサ１０は、コネクタを兼ねるホルダ２０と、光を集光するレンズを兼ねる蓋部材３０と、入射した光を電気信号に変換する光電変換素子４０と、該光電変換素子４０を振動や衝撃、あるいはダストから保護する保護ゲル５０と、を備える。

本実施形態において、ホルダ２０は、光電変換素子４０が搭載されるハウジング２２と、コネクタを兼ね、光センサ１０を車両９０に固定するためのケース２４と、を有する。

ハウジング２２は、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）から成り、ケース２４に嵌入されて固定される。ハウジング２２は光電変換素子４０を図示しない外部回路に電気的に接続するためのリード２６を有する。リードは一端がハウジング２２から突出して外部回路に接続される。そして他端は、ハウジング２２のうち、光電変換素子４０が搭載される搭載面（底部内面２２ａ）に露出している。光電変換素子４０はアウタリードがリード２６に電気的に接続される。また、ハウジング２２は、搭載面から突出した壁部２３を有する。壁部２３は光電変換素子４０の搭載位置を囲むように円環状に設けられている。本実施形態では、搭載面のうち、壁部２３により囲まれた部分を特に底部内面２２ａと称する。壁部２３は本発明の特徴部分のひとつであり、後に詳述する。

ケース２４は、ハウジング２２を固定するとともに、光センサ１０に外部回路を接続するためのコネクタを兼ねている。また、ケース２４には取り付け爪２８が設けられており、ケース２４は、取り付け爪２８の付勢力により車両９０に取り付けられる。

蓋部材３０は、光透過性の樹脂からなり、ハウジング２２の壁部２３に囲まれ、光電変換素子４０が配置された空間に蓋をするとともに、光電変換素子４０に光を導くレンズとしても機能する。本実施形態では、蓋部材３０とハウジング２２とがスナップフィットにより固定される。そして、蓋部材３０とハウジング２２とが固定されるとともに、ハウジング２２に設けられた壁部２３が蓋部材の一面３０ａに当接する。また、蓋部材３０は、一面３０ａから突出した隔壁部３２を有する。隔壁部３２は、壁部２３の内周側に、光電変換素子４０を取り囲むように配置されている。隔壁部３２は本発明の特徴部分のひとつであり、後に詳述する。

光電変換素子４０は、例えばＣＣＤなどの光を電気信号に変換する素子である。本実施形態では、隔壁部３２および壁部２３に囲まれる位置において、ハウジング２２におけるリード２６に電気的に接続されている。

保護ゲル５０は、光透過性を有するシリコーンゲルからなり、底部内面上２２ａに配置される。保護ゲル５０は、蓋部材３０から突出した隔壁部３２に囲まれた領域に配置され、光電変換素子４０を覆って保護する。また、保護ゲル５０は、隔壁部３２とハウジング２２から突出した壁部２３とに囲まれた領域にも配置され、外部から侵入するダストをトラップし、ダストが光電変換素子４０に到達することを抑制する。

次に、図２を参照して、本発明の特徴部分である壁部２３と隔壁部３２の構成について詳述する。なお、図２は、図１における一点鎖線に示す部分（図１にＡと示す）を拡大した図である。

壁部２３は、上記したように、ハウジング２２のうち、光電変換素子４０が配置された搭載面から突出して形成される。本実施形態では、光電変換素子４０を取り囲んで円環状に形成される。すなわち、搭載面と壁部２３とにより形成される凹部の底部内面２２ａに光電変換素子４０が配置される。

壁部２３における底部内面２２ａに沿う開口面積は、底部内面２２ａに直交する方向において、底部内面２２ａから離れるほど大きくされている。本実施形態において、内壁２３ａは、底部内面２２ａに直交する方向において底部内面２２ａから離れるほど、底部内面２２ａに沿う方向について光電変換素子４０から離れるように反っている。すなわち、壁部２３の断面は、図２に示すように、弧形状をなしており、弧の部分が光電変換素子４０側を向いている。そして、壁部２３は、その突出先端がハウジング２２と蓋部材３０との嵌合とともに、蓋部材３０に当接される。

隔壁部３２は、上記したように、蓋部材３０のうち、ハウジング２２の底部内面２２ａに対向する一面３０ａから突出して形成される。また、隔壁部３２は、壁部２３に対して内周側であって、光電変換素子４０を取り囲むように、環状に形成され、本実施形態では、円環状に形成される。すなわち、光電変換素子４０は、底部内面２２ａに沿う面内において、隔壁部３２に囲まれ、さらに、隔壁部３２は、壁部２３に囲まれている。隔壁部３２は、蓋部材３０とハウジング２２とが固定されるとともに、ハウジング２２に設けられた壁部２３が蓋部材の一面３０ａに当接する。すなわち、隔壁部３２は、ハウジング２２の壁部２３に囲まれた空間を２つの領域（光電変換素子４０が配置された領域、および、隔壁部３２と壁部２３に囲まれた領域）に分割する。

本実施形態における隔壁部３２は、内壁面３２ａに凹部３４を有する。この凹部３４は、円環状の隔壁部３２の全周に亘って形成されている。凹部３４を含む内壁面３２ａは、凹部３４の底部に相当する第１壁面３５と、第１壁面３５よりも底部内面２２ａ側に位置する第２壁面３６と、第１壁面３５と第２壁面３６とを連結する連結面３７と、を有する。連結面３７は凹部３４の側面であり、蓋部材３０の一面３０ａと対向している。そして、この凹部３４を成す面のうち、第２壁面３６と連結面３７とで、隔壁部３２の内壁面３２ａにエッジ３８が形成されている。また、本実施形態では、内壁面３２ａのうち、第２壁面３６と、第１壁面３５に対して第２壁面３６と反対に位置する第３壁面３９とが、底部内面２２ａとのなす角が鋭角になるように傾斜して形成されている。

次に、本実施形態における光センサ１０の組立手順について簡単に説明する。

まず、ホルダ２０の組立を行う。樹脂成形されたケース２４に、リード２６が固定されたハウジング２２を嵌入する。

次いで、光電変換素子４０を配置する。ハウジング２２の底部内面２２ａに露出したリード２６の一部に光電変換素子４０を電気的に接続する。

次いで、保護ゲル５０を配置する。ハウジング２２のうち、壁部２３により囲まれた領域に、光電変換素子４０を覆うように保護ゲル５０を配置する。本実施形態では、底部内面２２ａも全面に亘って覆われるように保護ゲル５０を配置する。

最後に、蓋部材３０を配置する。ハウジング２２のうち、光電変換素子４０は配置され、壁部２３により囲まれた領域に蓋部材３０で蓋をする。本実施形態においては、蓋部材３０とハウジング２２はスナップフィットにより固定される。ただし、スナップフィットによる固定に限定されるものではなく、両者をネジなどにより固定してもよい。

なお、上記したように、蓋部材３０によりハウジング２２に蓋をすることにより、蓋部材３０に形成された隔壁部３２が壁部２３に囲まれた空間を２つの領域（光電変換素子４０が配置された領域、および、隔壁部３２と壁部２３に囲まれた領域）に分割する。これにより、保護ゲル５０も上記の２つの部分に分割されて配置されることになる。

次に、本実施形態における光センサ１０、とくに、壁部２３および隔壁部３２の作用効果について説明する。

ところで、保護ゲル５０は、光電変換素子４０を保護するとともに、外部から侵入したダストを吸着して、ダストが光電変換素子４０上に載って入射光を遮ってしまうことを防止する。

上記したように、本実施形態に係る壁部２３は、その内壁２３ａが傾斜しており、表面張力によって保護ゲル５０が内壁２３ａに這い上がり易い構成となっている。これにより、保護ゲル５０は、ダストの侵入口（壁部２３の突出先端が蓋部材３０に当接している部分）に対して、より近傍まで這い上がる。あるいは、保護ゲル５０が侵入口を塞ぐように配置される。したがって、外部からのダストの侵入を抑制することができる。

保護ゲル５０が壁部２３を這い上がると、保護ゲル５０の厚さが減少して光センサの光学特性に影響を及ぼす虞がある。これに対処するため、本実施形態では、蓋部材３０が隔壁部３２を有している。隔壁部３２は、壁部２３に囲まれた領域を、光電変換素子４０が配置された部分と、隔壁部３２と壁部２３に囲まれた部分と、に分割する。このため、保護ゲル５０の這い上がりによって、隔壁部３２と壁部２３に囲まれた部分に配置された保護ゲル５０の厚さが変化しても、光電変換素子４０が配置された部分で保護ゲル５０の厚さが変化しないようにできる。

また、本実施形態では、隔壁部３２の光電変換素子４０に面する内壁面３２ａが、傾斜して形成されている。このため、保護ゲル５０が隔壁部３２自体に這い上がることを抑制することができる。したがって、隔壁部３２が存在しない構成に較べて、保護ゲル５０の厚さの変動を抑制することができる。さらに、本実施形態では、内壁面３２ａが凹部３４を有する。この凹部３４により形成されるエッジ３８のため、隔壁部３２に囲まれた領域における保護ゲル５０は、エッジ３８よりも蓋部材３０側に這い上がることが抑制される。したがって、エッジ３８が存在しない構成に較べて、保護ゲル５０の厚さの変動を抑制することができる。

（第２実施形態）
第１実施形態では、隔壁部３２が１つ形成された例を示した。これに対して、本実施形態では、図３に示すように、隔壁部３２が２つ形成された例を示す。隔壁部３２を除く部分については、第１実施形態と同様の構成であるため、記載を省略する。

本実施形態における２つの隔壁部３２はいずれも円環状をなし、光電変換素子４０を２重に取り囲む構成となっている。したがって、保護ゲル５０の壁部２３への這い上がりに対して、光電変換素子４０が配置された領域での保護ゲル５０の厚さの変動を抑制することができるとともに、隔壁部３２が１つの構成に較べて、ダストの侵入を抑制することができる。

なお、本実施形態において、隔壁部３２の内壁面３２ａは、底部内面２２ａに対して垂直に形成されている。しかしながら、内壁面３２ａの形状は、第１実施形態と同様に、傾斜させて形成することができる。また、内壁面３２ａがエッジ３８を有する構成とすることもできる。また、隔壁部３２は３つ以上形成されてもよい。

（第３実施形態）
第１実施形態および第２実施形態では、隔壁部３２がハウジング２２の底部内面２２ａに当接して固定される例を示した。これに対して、本実施形態では、隔壁部３２の突出先端と底部内面２２ａが嵌合して固定される例を示す。

本実施形態では、図４に示すように、隔壁部３２の突出先端に凸部３２ｂが形成されている。また、底部内面２２ａには隔壁部３２の凸部３２ｂに対応した凹部２２ｂが形成されている。そして、蓋部材３０とハウジング２２とが固定された状態において、隔壁部３２に形成された凸部３２ｂと底部内面２２ａに形成された凹部２２ｂとが嵌合して固定される。これにより、隔壁部３２の位置決めが容易となるとともに、隔壁部３２を底部内面２２ａに確実に固定することができる。また、隔壁部３２と壁部２３との間の領域から隔壁部３２に囲まれた領域へのダストの侵入経路を長くすることができるため、ダストが光電変換素子４０の近傍に侵入することを抑制することができる。

また、本実施形態では、隔壁部３２の内壁面３２ａの一部が傾斜し、底部内面２２ａとのなす角が鋭角とされた構成となっている。これにより、内壁面３２ａが底部内面２２ａに対して垂直に形成された構成に較べて、保護ゲル５０が内壁面３２ａを這い上がる量を抑制することができる。

なお、凸部３２ｂと凹部２２ｂの関係は逆であってもよい。すなわち、隔壁部３２の突出先端に凹部が形成され、底部内面２２ａに凸部が形成されて互いに嵌合する構成としてもよい。

なお、本実施形態では、隔壁部３２と底部内面２２ａがそれぞれ凸部３２ｂと凹部２２ｂを有し、嵌合する例を示したが、壁部２３と蓋部材３０の一面３０ａとが嵌合するようにしてもよい。

（その他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。

第１実施形態において、隔壁部３２の内壁面３２ａに凹部３４が形成される例を示したが、必ずしも凹形状である必要はない。図５に示すように、隔壁部３２が、内壁面３２ａとして、第１壁面３５と、第１壁面３５よりも底部内面２２ａ側に位置する第２壁面３６と、第１壁面３５と第２壁面３６とを連結する連結面３７と、を有し、連結面３７が、底部内面２２ａに沿う方向に長さを有するとともに、蓋部材３０の一面３０ａに対向するように設けられていればよい。本実施形態では、内壁面３２ａのうち、第１壁面３５と、第２壁面３６とが、底部内面２２ａとのなす角が鋭角になるように傾斜して形成されている。

また、上記した各実施形態では、保護ゲル５０がシリコーンゲルからなる例を示したが、保護ゲル５０は、エポキシ系樹脂やシリコーンゴムなど、光透過性と吸着性を有していればよい。ただし、シリコーンゲルは、エポキシ系樹脂やシリコーンゴムに較べて柔らかいため、光電変換素子４０のアウタリードとリード２６とが熱応力によって断線することを抑制することができる。

また、上記した各実施形態では、ハウジング２２がポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）からなる例を示したが、上記例に限定されない。ただし、ＰＰＳは成形が行い易く量産に向くため、ハウジング２２の構成材料としてＰＰＳを用いることが好ましい。

また、上記した各実施形態における各図にて、光電変換素子４０が１つだけ配置された例を示したが、光電変換素子４０の数については限定するものではない。とくに、上記した各実施形態のように、車両に取り付けられる光センサ１０においては、車両ライトの点灯および消灯の制御や、エアコンの温度制御を行うために複数の光電変換素子４０を搭載することが通常である。そして、このように、複数の光電変換素子４０を有する光センサ１０であっても、本発明を適用することができる。

１０・・・光センサ
２２・・・ハウジング
２３・・・壁部
３０・・・蓋部材
３２・・・隔壁部
４０・・・光電変換素子
５０・・・保護ゲル

Claims (7)

1. 環状の壁部（２３）を有するハウジング（２２）と、
   該ハウジングにおける前記壁部に囲まれた底部内面（２２ａ）に固定された光電変換素子（４０）と、
   光透過性を有し、前記光電変換素子を封止するように、前記光電変換素子を覆って前記底部内面上に配置された保護ゲル（５０）と、
   光透過性を有し、前記壁部の突出先端に当接して配置され、前記壁部に囲まれた空間に蓋をする蓋部材（３０）と、を備える光センサであって、
   前記壁部における前記底部内面に沿う開口面積は、前記底部内面に直交する方向において、前記底部内面から離れるほど大きくされ、
   前記蓋部材は、前記底部内面に対向する一面（３０ａ）から突出し、前記底部内面に沿う面内において、前記光電変換素子を取り囲むように前記壁部に対して内周側に設けられるとともに、突出先端が前記底部内面に当接する隔壁部（３２）を有し、
   前記保護ゲルは、前記壁部に囲まれた空間のうち、前記隔壁部によって囲まれた領域と、前記隔壁部と前記壁部との間の領域とにそれぞれ配置されている特徴とする光センサ。
2. 前記隔壁部の内壁面（３２ａ）として、第１壁面（３５）と、該第１壁面よりも前記底部内面側に位置する第２壁面（３６）と、前記第１壁面と前記第２壁面とを連結する連結面（３７）と、を有し、
   前記連結面は、前記底部内面に沿う方向に長さを有するとともに、前記一面に対向するように設けられていることを特徴とする請求項１に記載の光センサ。
3. 前記隔壁部が複数形成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光センサ。
4. 前記隔壁部の内壁面に、前記底部内面と鋭角を成すような面を少なくとも有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光センサ。
5. 前記隔壁部と前記ハウジングの当接部は、互いに嵌合するように、一方が凸部（３２ｂ）、他方が凹部（２２ｂ）を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光センサ。
6. 前記保護ゲルは、シリコーンゲルからなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の光センサ。
7. 前記ハウジングは、ポリフェニレンサルファイド樹脂からなることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の光センサ。

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