JP2014122800A - フォトセンサユニット - Google Patents

Abstract

【課題】構造が簡単で、かつ、検出精度の低下も引き起こさないフォトセンサユニットの提供を目的とする。
【解決手段】発光素子１と受光素子２とをユニットケース３内に収容してなり、発光素子１からユニットケース３外部に投光された検出光のユニットケース３外部からの反射光を受光素子２により検出するフォトセンサユニットであって、
前記受光素子２が実装される実装基板４には、受光素子２への反射光の通過空間をユニットケース３内の他の空間から区画する遮蔽筒部５を備えた隔壁部材６が積層され、
かつ、遮蔽筒部５の底面と実装基板４との境界には不透明パッキン７が介装される。
【選択図】 図３

Description

本発明はフォトセンサユニットに関するものである。

発光素子と受光素子とをユニットケース内に収容したフォトセンサユニットとしては、特許文献１に記載のものが知られている。

この従来例において、発光素子と受光素子との干渉を防止するために、各々の光の通過領域は、樹脂形成体による隔壁により仕切られている。

特開２０１２-１８１１０号公報

しかし、上述した従来例において、隔壁はモールド等により形成されるために、製造に手間がかかるという問題がある。また、これを解決するためには、別途形成した隔壁部材を組み付けることも可能であるが、この場合、隔壁部材との境界からの漏光が発生しやすく検出精度を低下させるという問題が発生する。

本発明は、以上の欠点を解消すべくなされたものであって、構造が簡単で、かつ、検出精度の低下も引き起こさないフォトセンサユニットの提供を目的とする。

また、本発明の他の目的は、上記フォトセンサユニットを使用した車両のドア制御装置の提供にある。

本発明によれば上記目的は、
発光素子１と受光素子２とをユニットケース３内に収容してなり、発光素子１からユニットケース３外部に投光された検出光のユニットケース３外部からの反射光を受光素子２により検出するフォトセンサユニットであって、
前記受光素子２が実装される実装基板４には、受光素子２への反射光の通過空間をユニットケース３内の他の空間から区画する遮蔽筒部５を備えた隔壁部材６が積層され、
かつ、遮蔽筒部５の底面と実装基板４との境界には不透明パッキン７が介装されるフォトセンサユニットを提供することにより達成される。

フォトセンサユニットはユニットケース３内に受光素子２と発光素子１とを収容してユニット化されており、発光素子１からの照射光（検出光）をユニットケース３外部に投光し、ユニットケース３外部からの反射光を受光素子２により受光してユニットケース３外部の検出対象の有無を検出する。

ユニットケース３内には遮蔽筒部５を備えた隔壁部材６が配置されており、反射光の通過空間は遮蔽筒部５によりユニットケース３内の他の領域から区画される。遮蔽筒部５により検出領域からの反射光が通過する空間を他の領域から区画することにより、発光素子１からの照射光の受光素子２への直接入射が防止されるために、同一ユニットケース３内に発光素子１と受光素子２とを収容しても検出精度が低下することがない。

また、遮蔽筒部５の底面と実装基板４との境界に不透明パッキン７を介装する本発明において、実装基板４との境界部からの漏光を完全に防止することができるために、検出精度を高めることができる。

また、隔壁部材６を積層するだけで反射光の通路を他の領域から遮断することが可能になるために、組み立て工数の低減と、性能向上の双方を同時に達成できる。

さらに、フォトセンサユニットは、
前記隔壁部材６は、遮蔽筒部５の底面に形成される係止部８を実装基板４の係止孔９に係止させて実装基板４に装着され、
係止部８の係止孔９への係止状態において不透明パッキン７に所定のつぶし量が付与されるように構成することができる。

隔壁部材６はユニットケース３に連結することも可能であるが、以上のように、遮蔽筒部５の底面に形成される係止部８を実装基板４に係止させることにより、実装基板４の撓み等の影響を排除することができるために、不透明パッキン７のつぶれ量を管理することが可能になる。

また、この場合、係止部８の係止孔９への係止は、係止部８を係止孔９へ弾発係止することも可能であるが、
前記不透明パッキン７にはＯリングが使用されるとともに、前記隔壁部材６は、Ｏリングの中心周りに回転操作して遮蔽筒部５の底面に形成される係止部８を実装基板４の係止孔９に係止させて実装基板４上に装着されるように構成すると、隔壁部材６の実装基板４への連結状態の信頼性を向上させることが可能になる。

ユニットケース３内には、複数の発光素子１を配置することが可能であり、この場合、フォトセンサユニットは、
前記受光素子２が実装される実装基板４上には、受光素子２を囲むようにして複数個の発光素子１が実装されるように構成される。

さらに、上述したフォトセンサユニットは、
受光素子２における受光レベルにより検出対象が検出された際にドアの操作準備動作を開始するドア制御部１３とともに使用して車両のドア制御装置に使用することができる。

本発明によれば、構造を簡単にすることができ、かつ、検出精度の低下も防止することができる。

ドア制御装置が使用された車両を示し、（ａ）は車両を後方から見た図、（ｂ）は車両の側面図、（ｃ）は（ａ）の１Ｃ-１Ｃ線断面図である。 フォトセンサユニットを示す図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）の２Ｂ方向矢視図である。 フォトセンサユニットの断面図で、（ａ）は図２（ｂ）の３Ａ-３Ａ線断面図、（ｂ）は図２（ｂ）の３Ｂ-３Ｂ線断面図である。 フォトセンサユニットの分解図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）の４Ｂ方向矢視図である。 隔壁部材を示す図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は実装基板との関係を示す図、（ｃ）は実装基板を装着した状態を示す平面図である。 本発明の要部を示す図で、（ａ）は隔壁部材を示す図、（ｂ）は（ａ）を６Ｂ方向から見た要部拡大図、（ｃ）はストッパ体を示す図である。 カム部の動作を示す図で、（ａ）は隔壁部材に実装基板をセットした状態を示す平面図、（ｂ）は実装基板を回転させた状態を示す平面図、（ｃ）は（ａ）を７Ｃ方向から見た一部断面矢視図、（ｄ）は（ｂ）を７Ｄ方向から見た一部断面矢視図、（ｅ）は（ｃ）の７Ｅ部拡大図、（ｆ）は（ｄ）の７Ｆ部拡大図である。 レンズを示す図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）の８Ｂ方向矢視図、（ｃ）は（ｂ）の８Ｃ-８Ｃ線断面図、（ｄ）は隔壁部材への装着状態を示す図である。 フォトセンサユニットの検知領域を示す図である。

図１にドア制御装置が使用された車両１２を示す。本例においてドア制御装置は、ダンパ装置等の駆動装置１４により駆動されるパワーバックドアの開閉動作を制御するためのバックドア制御装置として構成されるもので、車両１２のバックドア１５に固定されるフォトセンサユニット（Ａ）と、駆動装置を制御するためのドア制御部１３とを有する。

後述するように、フォトセンサユニット（Ａ）は、検出光が投光される所定の検出領域１６内への検出対象１７の進入を検出すると、検出信号を出力するように構成されており、ライセンスプレートフィニッシャ１８に囲まれたライセンスプレート取り付け凹部１９の天井壁部に固定される。なお、図１において２０はライセンスプレートを示す。

また、本例において、フォトセンサユニット（Ａ）の検出領域１６の中心をライセンスプレート取り付け凹部１９内に位置させるために、検出光の光軸はやや車両１２内方側に傾けられる（角度θ）。これにより、ライセンスプレート取り付け凹部１９外での検出能が低下するために、車両１２に利用者以外のヒト、動物、ゴミ等が接近した状態でフォトセンサユニット（Ａ）が不用意に反応することが防止できる。

本例においてドア制御部１３は、上記フォトセンサユニット（Ａ）から検出信号が出力されると、まず、利用者が所持する電子キーの認証、バックドアの状態検出、施解錠動作等の準備動作を行った後、駆動装置を駆動させる。電子キーの認証は、図外の認証装置と交信して電子キーから出力される認証コードを認証することにより行われ、認証が成立すると、バックドアが閉扉状態にあることを条件にバックドアを解錠操作した後、駆動装置を駆動させて開扉動作が開始される。

したがってこの実施の形態において、荷物等で手がふさがっている状態であっても、検出領域として設定されたライセンスプレート取り付け凹部１９内、あるいはその近傍に荷物等（検出対象１７）を近付けるだけでバックドアの開放操作が行えるために、利便性が向上する。

図２以下にフォトセンサユニット（Ａ）を示す。フォトセンサユニット（Ａ）は、車両１２に固定されるユニットケース３と、ユニットケース３内に格納される発光素子１、および受光素子２を有して構成される。

ユニットケース３は、筒部２１ａの側壁から車両１２への固定用フランジ２１ｂを突設させたブラケット２１と、ブラケット２１の筒部２１ａに固定されるインナーケース２２とから構成される。インナーケース２２は透明な合成樹脂材により一端が閉塞された筒形状に形成されており、ブラケット２１の前端開口から開放端を挿入して装着される。

インナーケース２２をブラケット２１内に保持するために、インナーケース２２の側壁にはフック状の突起２２ａが、ブラケット２１には上記突起２２ａを係止する係止開口２１ｃが各々設けられる（図４参照）。

上記発光素子１には赤外線等の不可視光パルスを投光する赤外線ＬＥＤが、受光素子２にはフォトダイオードが使用され、これら発光素子１と受光素子２とは同一の実装基板４上に表面実装される。

発光素子１と受光素子２とは図５に示すように、受光素子２が実装基板４の中心部に配置されるとともに、発光素子１を受光素子２を中心とする円周上に等間隔で配置される。

なお、図５は実装基板４上に単一の受光素子２を実装する場合を示しているが、複数の受光素子２が実装される場合には、受光素子２は後述するＯリングにより囲まれる受光領域内に集中配置され、発光素子１は、受光領域を中心とする同一円周上、あるいは同心円上に均等に配置される。

上記発光素子１からの照射光（検出光）が直接受光素子２に入射することを防止するために、ユニットケース３内には隔壁部材６が装着される。図５（ａ）に示すように、隔壁部材６は、不透明な合成樹材により形成され、外周が実装基板４の外周にほぼ一致する矩形枠部６ａと、矩形枠部６ａの中心に配置され、上下に開放された筒形状を有する遮蔽筒部５と、遮蔽筒部５を矩形枠部６ａに連結するための仕切り壁６ｂとを有する。

図５（ｃ）に示すように、上記隔壁部材６を実装基板４に装着した状態において受光素子２の周囲が遮蔽筒部５に囲まれて、検出対象１７からの反射光用の通過空間としてユニットケース３内の他の空間から区画される。図３に示すように、遮蔽筒部５の内周壁面には、受光素子２が実装される実装基板４上から上方に行くに従って漸次拡径されるテーパ部５ａが形成されており、遮蔽筒部５内壁でのミラー効果による反射光の集光効率の向上が図られる。

一方、ユニットケース３内の矩形枠部６ａ内の空間は、仕切り壁６ｂにより区画されて発光素子１から照射される検出光の通過空間として使用される。本例において、検出光の通過空間は発光素子１の数量に合わせて４個形成され、発光素子１は各通過空間の中心部に配置される。

さらに、図６に示すように、上記隔壁部材６の下端面にはＯリング装着溝６ｃが形成されてＯリング（不透明パッキン７）が嵌合されるとともに、Ｏリング装着溝６ｃと同心で、Ｏリング装着溝６ｃより大径の円周上に２個の係止部８が形成される。

係止部８は、図６（ａ）に示すように、裏面視において円弧形状を有しており、図６（ｂ）に示すように、基部８ａから裏面方向に突出する支柱部８ｂと、支柱部８ｂから円周方向に延びる押さえ部８ｃとを有してフック形状に形成される。押さえ部８ｃの基端と基部８ａとの間隙は、実装基板４の板厚とほぼ等しく形成されるとともに、先端部には、上面を傾斜面とすることにより基部８ａとの間隔が先端に行くに従って漸次広くなるカム部１０が形成される。

一方、実装基板４の中心部には、図５（ｂ）に示すように、係止孔９が開設される。係止孔９は、上記押さえ部８ｃが嵌合可能な円弧状孔として、点対称位置に２個形成される。

したがってこの実施の形態において、実装基板４と隔壁部材６との連結は、まず、図６（ａ）に示すように、隔壁部材６にＯリング７を装着した後、図７（ａ）に示すように、係止孔９に係止部８を嵌合する。嵌合状態において、実装基板４の係止孔９の端面は図７（ｃ）、（ｅ）に示すように、押さえ部８ｃの自由端直上位置に面しており、この状態から実装基板４を図７（ｂ）に示すように、時計回りに回転させると、実装基板４はカム部１０の傾斜面により押し付けられ、図７（ｄ）、（ｆ）に示すように、係止部８の基部８ａ側に引き込まれる。

この結果、Ｏリング７は所定のつぶし量で押し付けられることから、隔壁部材６と実装基板４との境界部はＯリング７を介して密着状態となり、該境界部からの漏光が完全に防止される。

この状態で、受光素子２の実装面から、隔壁部材６の前端までの領域は、発光素子１の投光光により照射される領域から完全に隔離される状態となるために、投光光が直接受光素子２に入ることがなくなり、検出精度が向上する。

さらに、ユニットケース３には蓋体２３が装着される。図６に示すように、蓋体２３はブラケット２１の底壁部を閉塞するための蓋板部２３ａからストッパ体１１を立設して形成される。この蓋体２３は、ユニットケース３に連結した状態で、ストッパ体１１が図７（ｂ）、（ｆ）に示すように、実装基板４の回転操作によって現れる係止孔９と押さえ部８ｃとの間の間隙に挿入され、実装基板４と隔壁部材６が装着開始時の姿勢に復帰することを防止する。

さらに、隔壁部材６の上端部にはレンズ２４が装着される。図８に示すように、レンズ２４はアクリル樹脂により平面視正方向形状に形成されており、上面側（対物側）に表面のほぼ全面にわたって単一凸レンズ面２４ａを有するとともに、反対面（光源側）に１個の受光用凸レンズ面２４ｂと、複数の投光用凸レンズ面２４ｃとを有する。

各凸レンズ２４ａ、２４ｂ、２４ｃ面は、球面により形成されており、上記受光用凸レンズ面２４ｂは隔壁部材６の遮蔽筒部５の内径にほぼ等しい口径を有してレンズ２４の中心位置に配置される。この受光用凸レンズ面２４ｂと、単一凸レンズ面２４ａとは、球面を形成する回転軸を共有するように位置し、これら単一凸レンズ面２４ａと受光用凸レンズ面２４ｂの各々を平凸レンズとした場合の光軸となる上記共有回転軸が隔壁部材６の遮蔽筒部５の中心軸に合致するように位置決めされて取り付けられる。

レンズ２４の位置決めを行うために、隔壁部材６の上端には、レンズ２４の四隅部に当接する位置決め支柱６ｄが設けられる。

一方、投光用凸レンズ面２４ｃは、光軸が上記受光用凸レンズ面２４ｂの光軸と平行で、かつ、口径が、隔壁部材６の仕切り壁６ｂによる区画される区画の一辺長にほぼ等しくなるように形成され、各々の光軸上に各発光素子１が位置するように配置される。投光用凸レンズ面２４ｃと受光用凸レンズ面２４ｂとの境界部には、溝２５が形成されており、投光用レンズ２４面から導入された照射光の受光用凸レンズ面２４ｂの領域への侵入が防止される。

したがって、この実施の形態において、投光用凸レンズ面２４ｃの前側焦点位置（ｆ２４ｃ）に発光素子１を位置させると、発光素子１からの照射光は、投光用凸レンズ面２４ｃにより平行光に変換されてレンズ２４内を進行した後、単一凸レンズ面２４ａにより該単一凸レンズ面２４ａの後側焦点位置（ｆ２４ｃ）に集光される。

この結果、図９に示すように、フォトセンサユニット（Ａ）を固定した状態で単一凸レンズ面２４ａの後側焦点位置（ｆ２４ｃ）近傍に検出領域１６を設定しておくと、該検出領域１６の検出光の光量を増加させることが可能で、かつ、被検出体からの反射光は、単一凸レンズ面２４ａ、および受光用凸レンズ面２４ｂにより集光されて受光素子２に効率的に供給されるために、高い検出精度を実現することができる。

１ 発光素子
２ 受光素子
３ ユニットケース
４ 実装基板
５ 遮蔽筒部
６ 隔壁部材
７ 不透明パッキン
８ 係止部
９ 係止孔
１０ カム部
１１ ストッパ体
１２ 車両
１３ ドア制御部

Claims (6)

1. 発光素子と受光素子とをユニットケース内に収容してなり、発光素子からユニットケース外部に投光された検出光のユニットケース外部からの反射光を受光素子により検出するフォトセンサユニットであって、
   前記受光素子が実装される実装基板には、受光素子への反射光の通過空間をユニットケース内の他の空間から区画する遮蔽筒部を備えた隔壁部材が積層され、
   かつ、遮蔽筒部の底面と実装基板との境界には不透明パッキンが介装されるフォトセンサユニット。
2. 前記隔壁部材は、遮蔽筒部の底面に形成される係止部を実装基板の係止孔に係止させて実装基板に装着され、
   係止部の係止孔への係止状態において不透明パッキンに所定のつぶし量が付与される請求項１記載のフォトセンサユニット。
3. 前記不透明パッキンにはＯリングが使用されるとともに、前記隔壁部材は、Ｏリングの中心周りに回転操作して係止部を実装基板の係止孔に係止させて実装基板上に装着され、
   かつ、前記係止部には、回転操作により隔壁部材を実装基板側に押し付けて前記Ｏリングに所定のつぶし量を付加するカム部が設けられる請求項２記載のフォトセンサユニット。
4. 前記ユニットケースには、前記隔壁部材の回転操作後の係止孔と係止部との間隙に挿入されて隔壁部材の装着前状態への復帰回転動作を規制するストッパ体が装着される請求項３記載のフォトセンサユニット。
5. 前記受光素子が実装される実装基板上には、受光素子を囲むようにして複数個の発光素子が実装される請求項１、２、３または４記載のフォトセンサユニット。
6. 車両に取り付けられる請求項１から５のいずれかに記載のフォトセンサユニットと、
   受光素子における受光レベルにより検出対象が検出された際にドアの操作準備動作を開始するドア制御部と、
   を有する車両のドア制御装置。