JP2016134532A - 反射型センサ装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】発光素子の温度特性を含む各特性及び経年変化等の影響による発光出力の変動をなくす。
【解決手段】ＬＥＤ１１、このＬＥＤ１１の発光に基づき反射体４からの光を受光するセンサ用受光素子１２を有する反射型センサ装置で、ＬＥＤ１１からの光を直接受光するモニタ用受光素子１３を設け、このモニタ用受光素子１３の出力信号に基づき、ＬＥＤ１１の出力光をフィードバック制御する。そして、モニタ用受光素子１３を封止した封止部（２２）の上面（反射体からの反射光が当たる面）に、上面遮光壁（２５）を設ける。また、受光素子１３自体に遮光板を設けてもよい。
【選択図】図１

Description

本発明は反射型センサ装置に関し、特に発光素子の特性、環境等による出力変動や経年変化の影響をなくす反射型センサのシステム、構造及びその製造方法に関する。

図６に、従来の反射型センサ装置（フォトリフレクタ）の構成が示されており、このセンサは、発光素子であるＬＥＤ１と受光素子（フォトトランジスタ）２が遮光壁３を介して配置され、ＬＥＤ１の発光に基づき反射体４から反射される光を受光素子２で受光することにより、反射体４の有無や移動量を検出する。

図７に、光−電気間の変換をするフォトカプラの構成及び回路が示されており、このフォトカプラでは、図７（Ａ）のように、ＬＥＤ１、受光素子２の他に、ＬＥＤ１の出力光をモニタするモニタ用受光素子５が設けられている。即ち、光電変換の際には、ＬＥＤ１の非線形特性、ドリフト特性、温度特性及び経年劣化等により、アナログ伝達特性が劣化するという問題があり、これを補うために、同一のパッケージ内に、ＬＥＤ出力モニタ用の受光素子５を搭載している。

そして、このフォトカプラは、図７（Ｂ）の等価回路に示されるように、ＬＥＤ１の出力光を受光したモニタ用受光素子５の出力を、アンプ６を介してＬＥＤドライバ７へフィードバックし、発光量を補正する。なお、このフォトカプラでは、光の伝達がパッケージ内で完結する。

実開昭６４−３８５７７号公報

ところで、図６で示した反射型センサ装置でも、上述したフォトカプラの場合と同様に、ＬＥＤ１の非線形特性、ドリフト特性、温度特性及び経年劣化等の影響によりＬＥＤ１に発光出力の変動があり、反射体の有無や移動量の検出が精度よくできない場合があった。

そこで、図８に示すように反射型センサ装置にモニタ用受光素子５を設けることが考えられ、この場合、ＬＥＤ１から出力した光は、反射体４に反射され、受光素子２で受光されると共にモニタ用受光素子５にも入射することになる。ここで、モニタ用受光素子５に入射する反射光は、周辺温度の変化による屈折率の変化やその他の条件により変化してしまう。そのため、反射光の入射条件下では、ＬＥＤ１の発光出力の変動を精度よく検出することができなかった。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、発光素子の温度特性を含む各特性及び経年変化等の影響による発光出力の変動をなくすことができる反射型センサ装置及びその製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１の発明に係る反射型センサ装置は、発光素子と、この発光素子の発光に基づき反射体からの光を受光する受光素子と、を有する反射型センサ装置において、上記発光素子からの光を直接受光し、この発光素子の出力光をモニタするモニタ用受光素子を設けると共に、このモニタ用受光素子を封止する封止部（パッケージ封止部）における上記反射体からの反射光が当たる面に、遮光壁を設けたことを特徴とする。
請求項２の発明は、上記モニタ用受光素子における上記反射体からの反射光が当たる面に、遮光部材を設けたことを特徴とする。

上記の構成によれば、モニタ用受光素子の出力に基づき発光素子の出力光（発光量）の変動が検出され、これに基づいて補正した駆動信号をフィードバックすることにより、常に安定した発光状態が得られる。

また、パッケージの反射光が当たる面（例えば上面）に、遮光壁を設けることで、反射体からの反射光（外来光を含むノイズ光）をモニタ用受光素子が受光することが防止され、発光素子からの直接の光のみを受光することができる。
即ち、反射型センサ装置では、図８で説明したように、モニタ用受光素子が発光素子からの光だけでなく、特に反射体からの反射光をも受光することになり、受光素子の発光出力を正確に検知・監視することができないという問題があったが、本発明では、パッケージ封止部に、反射体からの光を遮断する遮光壁を設け、上述したフィードバック制御が良好に機能するようにしている。

更に、この遮光壁だけでなく、モニタ用受光素子自体の上面等に、アルミニウム膜（金属膜）等の遮光部材を設けることもできる。

請求項３の発明に係る反射型センサの製造方法は、集合基板上に、発光素子及びモニタ用受光素子と受光素子との組を複数組実装し、上記発光素子、モニタ用受光素子及び受光素子を封止する透光性樹脂層を形成し、この透光性樹脂層の上記発光素子及びモニタ用受光素子と受光素子との間に、上記集合基板へ向けて溝を形成すると共に、上記モニタ用受光素子上の上記透光性樹脂層表面の一部を除去して段部を形成し、上記溝と上記段部に遮光性樹脂を流し込むことにより、上記発光素子と受光素子との間の光を遮ると共に上記モニタ用受光素子に外部から入射する光を遮る遮光壁を形成し、上記工程の後、上記発光素子、モニタ用受光素子及び受光素子を１組毎に個片化することを特徴とする。

上記の構成によれば、通常の反射型センサ装置の製造工程に従い、モニタ用受光素子を封止する封止部の一部に、反射体からの反射光を遮る遮光壁を形成することができる。

本発明の反射型センサ装置によれば、モニタ用受光素子を用いたフィードバック制御により、発光素子の非線形特性、ドリフト特性、温度特性及び経年変化等の影響による発光出力の変動をなくし、安定した発光が可能となり、移動体の有無や移動量の検出を精度のよく行うことができる。また、例えば封止部の上面に遮光壁を設け、更にはモニタ用受光素子自体に遮光部材を形成し、発光素子のみからの光を確実に受光することで、フィードバック制御による発光出力の安定化を図ることが可能となる。

本発明の反射型センサ装置の製造方法によれば、通常の反射型センサ装置の製造工程での遮光壁形成時に、例えば上面遮光壁の追加をするだけで、簡便に反射光を遮る遮光壁を形成することが可能となる。

本発明に係る実施例の反射型センサ装置の回路構成を示すブロック図である。 実施例の反射型センサ装置（半導体パッケージ）の構成を示し、図（Ａ）は側面断面図、図（Ｂ）は上面図である。 実施例の反射型センサ装置の他の構成（上面遮光壁を省略した状態）を示す上面図である。 実施例の反射型センサ装置で移動体の検知を行う場合の構成図である。 実施例の反射型センサ装置で行うフィードバック制御の補正の１例を示すグラフ図である。 従来の反射型センサ装置の構成を示す側面断面図である。 従来のフォトカプラの構成を示し、図（Ａ）は概略図、図（Ｂ）は回路図である。 従来の反射型センサ装置にモニタ用受光素子を設けた場合の構成図である。

図１に、実施例の反射型センサ装置（フォトリフレクタ）の回路構成が示されており、実施例の装置は、図１に示されるように、発光素子であるＬＥＤ１１と、センサ用受光素子（フォトダイオード又はフォトトランジスタ）１２が配置されると共に、モニタ用受光素子（フォトダイオード又はフォトトランジスタ）１３が設けられる。また、これらの受光素子１２，１３の後段に、アンプ（増幅器）１４，１５、ＡＤＣ（アナログデジタル変換器）１６、ＬＥＤ発光出力の変動に対する補正演算等を行うＭＰＵ（マイクロプロセッサ）が設けられ、更にはこのＭＰＵ１７からの制御信号に基づきＬＥＤ１１の発光量を調整するＬＥＤドライバ１８、発光を含む各種制御・指令等を行う制御部１９が配置される。ここで、センサ用受光素子１２とモニタ用受光素子１３は、同じ特性を示す素子の組合せとするのが好ましい。

図２に、実施例の反射型センサ装置（半導体センサパッケージ）の具体的構成が示されており、反射型センサパッケージ２０は、基板（プリント配線基板）１０の上に、発光素子であるＬＥＤ１１、センサ用受光素子１２、モニタ用受光素子１３が電気的に接続される。また、これらＬＥＤ１１、センサ用受光素子１２、モニタ用受光素子１３は、透光性樹脂（封止材）からなる封止部２２により封止され、ＬＥＤ１１及びモニタ用受光素子１３とセンサ用受光素子１２とを隔てるように、遮光性樹脂からなる遮光壁（隔壁）２３が形成されると共に、上記封止部２２の周囲にも遮光性樹脂の遮光壁（周囲壁）２４が形成される。そして、モニタ用受光素子１３の上側の封止部２２の上面（反射体４からの光が当たる面）に、遮光性樹脂からなる上面遮光壁２５が設けられる。

この実施例の反射型センサパッケージ２０は、１つの集合基板に多数のセンサパッケージを形成する方法で次のようにして製作される。
即ち、反射型センサを構成する上記のＬＥＤ１１、受光素子１２，１３等の組を多数形成した後、全体に封止部（透光性樹脂層）２２を形成し、その後、遮光壁（隔壁、周囲壁）のための溝をダイシングブレードにより切削し、この溝に遮光性樹脂を流し込むことで、上記遮光壁２３，２４が形成される。また、上記の溝を形成する際に、同時にモニタ用受光素子１３の上方に位置する封止部（透光性樹脂層）２２の上面を所定深さだけ切削・除去し、段部を形成し、この段部にも遮光性樹脂を流し込むことで、上面遮光壁２５が形成される。最後に、集合体のＬＥＤ１１、受光素子１２，１３を１組毎に個片化することで、反射型センサパッケージ２０が製作される。なお、上記ＬＥＤ１１から放射される封止部２２上面に不要な遮光性樹脂が形成されてしまう場合には、これを除去するため、表面を切削してもよい。なお、この場合、当然ながら上面遮光壁２５が形成された状態で切削を終了する必要がある。

図３には、図２の構成に加えてモニタ用受光素子１３自体に遮光部材を形成した他の例が示されており、この例の反射型センサパッケージ３０では、図３に示されるように、モニタ用受光素子１３の上面に、遮光用アルミニウム（Ａｌ）板（又は膜）３１が形成される。

実施例は以上の構成からなり、この実施例によれば、まず上面遮光壁２５の存在により反射体（被検出物）４からの反射光や他の外来光が完全に遮られ、モニタ用受光素子１３ではＬＥＤ１１の発光のみを良好に受光できる。
先に説明した図８に示す構図の反射型センサと比較すると、上面遮光壁を設けない場合、ＬＥＤ１１から出力した光は反射体４にて反射され、その反射光がモニタ用受光素子１３に入射することになり、また反射体４がない場合でも、他の外来光がモニタ用受光素子１３に入射することがあり、モニタ用受光素子１３がＬＥＤ１１から直接出力された光のみを受光できない。

そこで、実施例では、封止部２２の上面に遮光壁２５を設け、この上面遮光壁２５にて、モニタ用受光素子１３に対する反射体４からの反射光の入射や他の外来光の入射を遮断し、ノイズ光をなくすことで、ＬＥＤ１１から直接出力された光のみを受光することができる。

また、実施例では、上記モニタ用受光素子（フォトダイオード又はフォトトランジスタ）１３の出力に基づいてＬＥＤ１１の出力光（発光量）を制御する。
図４に、反射型センサ２０で反射体４をセンシングする状態が示され、図５に、センシング時におけるＬＥＤ１１の出力光制御の１例が示されており、図４のように、反射型センサ２０に対し平行移動している反射体４の動きを検知している場合、センサ用受光素子１２から図５のｄ1 に示される信号が出力され、モニタ用受光素子１３からはｍ1 に示される信号が出力される。

一方、環境温度等の変化が生じ、モニタ用受光素子１３の出力がｍ1 からｍ2 へ変化した場合は、センサ用受光素子１２の出力もｄ1 からｄ2 へ変化する。従って、センサ用受光素子１２のデジタル出力を入力したＭＰＵ１７は、ｄ1 ＝ｄ2 ×（ｍ1 ／ｍ2 ）の演算式を用いることで、ｄ2 をｄ1 へ下げる制御信号をＬＥＤドライバ１８へ与えることになり、このＬＥＤドライバ１８によりＬＥＤ１１の発光量を低下させることで、常に一定の発光出力が得られることになる。

また、図１の回路では、常温時のセンサ用受光素子１２とモニタ用受光素子１３の２つの出力をメモリに記憶しておけば、その後の温度変化等によるセンサの出力変動に対し、演算処理によるキャリブレーションを実施することにより、センサ出力の温度補償が可能となる。

１，１１…ＬＥＤ（発光素子）、 ２，１２…センサ用受光素子、
４…反射体、 ５，１３…モニタ用受光素子、
１８…ＬＥＤドライバ、 ２０，３０…反射型センサパッケージ、
２２…封止部、 ２３，２４…遮光壁、
２５…上面遮光壁、 ３１…アルミニウム板（遮光部材）。

Claims (3)

1. 発光素子と、
   この発光素子の発光に基づき反射体からの光を受光する受光素子と、を有する反射型センサ装置において、
   上記発光素子からの光を直接受光し、この発光素子の出力光をモニタするモニタ用受光素子を設けると共に、
   このモニタ用受光素子を封止する封止部における上記反射体からの反射光が当たる面に、遮光壁を設けたことを特徴とする反射型センサ装置。
2. 上記モニタ用受光素子における上記反射体からの反射光が当たる面に、遮光部材を設けたことを特徴とする請求項１記載の反射型センサ装置。
3. 集合基板上に、発光素子及びモニタ用受光素子と受光素子との組を複数組実装し、
   上記発光素子、モニタ用受光素子及び受光素子を封止する透光性樹脂層を形成し、
   この透光性樹脂層の上記発光素子及びモニタ用受光素子と受光素子との間に、上記集合基板へ向けて溝を形成すると共に、上記モニタ用受光素子上の上記透光性樹脂層表面の一部を除去して段部を形成し、
   上記溝と上記段部に遮光性樹脂を流し込むことにより、上記発光素子と受光素子との間の光を遮ると共に上記モニタ用受光素子に外部から入射する光を遮る遮光壁を形成し、
   上記工程の後、上記発光素子、モニタ用受光素子及び受光素子を１組毎に個片化することを特徴とする反射型センサ装置の製造方法。

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