JP3617951B2

JP3617951B2 - Light reflection type sensor

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Publication number: JP3617951B2
Application number: JP2000241530A
Authority: JP
Inventors: 敦司宗村; 隆志高岡
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2000-08-09
Filing date: 2000-08-09
Publication date: 2005-02-09
Anticipated expiration: 2020-08-09
Also published as: JP2002055174A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検出物の有無、傾き、位置などの検出を行う光反射型センサの構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１１（ａ）〜（ｃ）は、従来型の光反射型センサ１１０の構成を示す側面図、断面図および平面図である。光反射型センサ１１０では、発光素子３３と受光素子３１とが別々のモールド金型、または、同一のモールド金型であっても金型クランプ時のクランプ部で仕切られた別々の部屋（モールド樹脂充填部）に形成されている。また、発光素子３３と受光素子３１は遮光性の樹脂３８で仕切られている。したがって、この構造では、受光素子３１と発光素子３３とを横並びとするため小型化できない。
【０００３】
また、受光素子３１を多分割（たとえば、４分割）として傾き検出を行う際に、発光素子３３と受光素子３１がＸ軸に横並びとなるために反射板のＸ軸回転方向とＹ軸回転方向での検出特性にひずみが生じる。図１２（ａ）は、被検出物４２がＹ軸回転方向に角度φだけ傾く場合の光路の変化を模式的に示す断面図であり、図１２（ｂ）は被検出物４２がＸ軸回転方向に角度φだけ傾く場合の光路の変化を模式的に示す断面図である。
【０００４】
図１２（ａ）の場合、被検出物４２がＹ軸回転方向に傾いてない場合（実線）であっても、発光素子３３からの光は被検出物４２に角度θ₁を有して反射して受光素子３１に入射する。ここで、被検出物４２が点線で示すようにＹ軸回転方向にφだけ傾くと、発光素子３３から被検出物４２への光の入射角度およびそこからの反射角度が、それぞれθ₂に変化する。一方、図１２（ｂ）の場合には、被検出物４２がＸ軸方向に傾いていない場合（実線）の光の入射および反射角度は９０度であるが、被検出物４２が点線で示すように角度φだけ傾くことによって、発光素子３３から被検出物４２への光の入射角度およびそこからの反射角度がθ₃に変化する。つまり、被検出物４２の回転角度がφで同じであっても、発光素子３３からの光の到達点が異なり、結果的に、Ｘ軸回転とＹ軸回転とで角度検出特性が異なる。
【０００５】
図１３（ａ）〜（ｃ）は、前記問題に鑑み、構成された従来型の光反射型センサ１３０の構成を示す側面図、断面図および平面図である。光反射型センサ１３０では、発光素子チップ５５を中心として、受光素子チップ５４をその周辺に配置している。このような構成とすると、前記光反射型センサ１３０において発生する角度検出特性の違いによるひずみは解決できる。しかしながら、同一平面に発光素子チップ５５と受光素子チップ５４とを搭載するため、発光素子チップ５５からの側面の光を受光素子５４で直接受けてしまうため、被検出物４２からの反射光で得られる信号成分Ｓと発光素子チップ５５からの側面の光を受光することによる非信号成分（ノイズ成分）Ｎとの比Ｓ／Ｎが低下するという問題点が生じる。
【０００６】
図１４（ａ）および（ｂ）は、前記問題に鑑み特開平９−１４８６２０号公報に開示されている光反射型センサ１４０の構成の一例を示す断面図および平面図である。光反射型センサ１４０では、発光素子チップ６５が搭載された発光素子搭載用リードフレーム６７を、受光素子チップ６４が搭載された受光素子搭載用リードフレーム６６の上部または下部に配置する２段構造とし、同一モールド型の同部屋（金型クランプにより仕切られる樹脂充填部）で同一モールド樹脂にて成形された構造である。なお、受光素子チップ６４を搭載した受光素子搭載用リードフレーム６６に発光素子チップ６５から発した光が通過するように穴７０が設けられている。また、受光素子搭載用リードフレーム６６および発光素子搭載用リードフレーム６７との間には受光素子チップ６４の搭載面に垂直な方向にリードフレーム１枚分の段差が存在する。また、モールド樹脂パッケージ７３の外側に外乱光の遮光および樹脂パッケージ内部の反射光を吸収する構造を施している。上記構造とすることで、発光素子チップ６５と受光素子チップ６４とを２段構造として、同一モールド型の同部屋内で同一モールド樹脂にて成形された小型で、発光素子チップ６５を中心として周辺に受光素子チップ６４を配置する光反射型センサ１４０の実現が可能となった。また、外乱光の入射を防止し、樹脂パッケージ内部の反射光を吸収する構造とすることで、Ｓ／Ｎ比の改善が可能となった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平９ー１４８６２０号公報では、発光素子チップ６５または、受光素子チップ６４を搭載したリードフレームを２段構造とすることで小型化はできるが、高さ方向に厚みが増す。また、Ｓ／Ｎ比の改善を図るために、モールド樹脂パッケージ７３の外側に外乱光および内部反射光の対策をする必要があり、作成工程が複雑になるなどの欠点がある。
【０００８】
本発明の目的は、小型化可能で、かつ、簡易な構成でＳ／Ｎ比の改善を図ることができる光反射型センサを提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、発光素子および受光部を有する受光素子を備え、前記発光素子から発せられ被検出物で反射した光を受光するように前記受光素子が配置され、被検出物の有無、傾きおよび位置の少なくともいずれかを受光素子の出力変化により検出する光反射型センサにおいて、
前記発光素子からの光を通過させる窓を有する板状の遮光部材を有し、この遮光部材の一方側に前記発光素子が配置され、他方側に前記受光素子が配置され、
前記発光素子には、発光した光を集光し、遮光部材の窓内に配置されるレンズが設けられることを特徴とする光反射型センサである。
【００１０】
本発明に従えば、発光素子からの光を通過させる窓を有する板状の遮光部材の一方側に発光素子が配置され、他方側に受光素子が配置されることにより、発光素子から発せされる光の迷光などの不要な成分をカットすることができ、Ｓ／Ｎ比を改善することができ、検出精度を向上させることができる。
【００１１】
また、従来例のように樹脂パッケージの外側を黒く塗装するなどの手間が不要なので、製造工程数を減少することができ、製造コストを抑えることができる。
さらに、発光素子はレンズを有するので、発光した光をレンズで集光できるため発光に必要な電流を少なくでき、機器を低消費電力とすることが可能である。また、前記レンズを遮光部材の窓内に配置するので、光反射型センサが分厚くならず、また位置決めも容易である。
【００１２】
また本発明は、前記受光素子は、発光素子からの光を通過させるための窓を有することを特徴とする。
【００１３】
本発明に従えば、受光素子は、発光素子からの光を通過させるための窓を形成することにより、受光素子チップの中央に発光素子を配置することができ、検出精度を向上させることができる。
【００１４】
また本発明は、前記遮光部材は、プリント基板もしくは補強板から成ることを特徴とする。
【００１５】
本発明に従えば、遮光部材にプリント基板もしくは補強板を用いることによって、他の部品を搭載することも可能となる。
【００１６】
また本発明は、前記受光素子は、光を受光する受光素子チップが樹脂パッケージされて形成され、樹脂パッケージには、遮光部材の窓に対応する位置に凹部が形成されることを特徴とする。
【００１７】
本発明に従えば、受光素子の樹脂パッケージには、遮光部材の窓に対応する位置に凹部が形成され、発光素子から発せられる光が一度受光素子を通過する部分の樹脂パッケージの厚さを薄くすることで、さらに検出精度を向上させることができる。
【００１８】
また本発明は、前記受光素子は、光を受光する受光素子チップが樹脂パッケージされて形成され、樹脂パッケージには、遮光部材の窓に対応する位置に貫通孔が形成されることを特徴とする。
【００１９】
本発明に従えば、受光素子の樹脂パッケージには、遮光部材の窓に対応する位置に貫通孔が形成され、発光素子から発せられる光が一度受光素子を通過する部分の樹脂パッケージをなくすことで、さらに検出精度を向上させることができる。
【００２０】
また本発明は、前記凹部に臨む内周面または貫通孔の内周面には、受光素子の樹脂パッケージ内に光が入射しないような処理が施されることを特徴とする。
【００２１】
本発明に従えば、前記凹部に臨む内周面または貫通孔の内周面には、受光素子の樹脂パッケージに光が入射しないような処理が施されるので、さらに検出精度を向上させることができる。
【００２２】
また本発明は、光を受光する受光素子チップを樹脂パッケージした受光素子を、前記プリント基板上に実装するか、または、受光素子チップを直接プリント基板上に実装することを特徴とする。
【００２３】
本発明に従えば、光を受光する受光チップと樹脂パッケージした受光素子を前記プリント基板上に実装するか、または受光素子チップを直接プリント基板に実装するので、光反射型センサをさらに小型化することが可能となる。
【００２４】
また本発明は、前記発光素子と遮光部材との位置決めを行う位置決め手段を有することを特徴とする。
【００２５】
本発明に従えば、位置決め手段を有するので、光反射型センサを精度よく組み立てることができる。
【００２８】
また本発明は、前記プリント基板はパターン配線を有し、かつ、このプリント基板上に他の部品を搭載することを特徴とする。
【００２９】
本発明に従えば、プリント基板はパターン配線を有し、かつ、この基板上に他の部品を搭載するので、光反射型センサを適用した装置の小型化が可能となる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１の実施形態の光反射型センサ１００の構成を示す断面図である。前記光反射型センサ１００は、受光素子１、板状の遮光部材２および発光素子３を含む。前記光反射型センサ１００は、遮光部材２の、被検出物１２に対向する面側に、受光素子１が配置され、遮光部材２の、被検出物１２とは反対の面側に、発光素子３が配置されて構成される。
【００３１】
前記光反射型センサ１００は、発光素子３から発せられた光が、遮光部材２に設けられた窓１１、および受光素子１の内部を透過して被検出物１２を照射し、被検出物１２で反射した光を受光素子１で受光し、被検出物１２の有無、傾き、位置などを検出する。
【００３２】
図２（ａ）および（ｂ）は、前記受光素子１の構成を示す平面図および側面図である。受光素子１は、光を受光する半導体チップから成る受光素子チップ４、この受光素子チップ４を搭載する受光素子リードフレーム６および受光素子樹脂パッケージ８を含む。受光素子チップ４は１個、または複数個（本実施形態では４個）が受光素子リードフレーム６に搭載され、これらが透明な樹脂によってパッケージされる。また、光反射型センサ１００は、受光素子１の遮光部材２に対向する面側から光を透過させる構造のため、受光素子１の中心の受光素子リードフレーム６に窓１０が設けられている。ただし、この窓１０は、特に受光素子チップ４の中心にある必要はなく、また窓１０の形状は、丸形に限定されるものではなく、たとえば、多角形にしてもよく、被検出物１２の状態および種類に応じて決定される。本実施形態では、受光素子チップ４は４個使用し、その中心の受光素子リードフレーム６に窓１０である丸孔を設けている。
【００３３】
このように、発光素子１からの光を通過させるための窓１０を形成することにより、受光素子チップ４の中央に発光素子３を配置することができ、検出精度を向上させることができる。
【００３４】
また、受光素子１の受光素子樹脂パッケージ８には、受光素子１と遮光部材２とを組み立てる時の位置決め手段として、ピン１３が形成されている。このピン１３を遮光部材２に形成する凹部１６に嵌合することで光反射型センサ１００を精度よく組み立てることが可能となる。
【００３５】
また、受光素子樹脂パッケージ８には、図３に示すように、遮光部材２の窓１１に対応する部分に凹部１４を形成してもよい。このように、発光素子３から発せられた光が一度受光素子１を通過する部分の受光素子樹脂パッケージ８を薄くすることで検出精度を向上させることができる。
【００３６】
また、受光素子樹脂パッケージ８には、凹部１４を形成する部分と同様な場所に、貫通孔１５を形成してもよい。このように、遮光部材２の窓１１に対応する部分の受光素子樹脂パッケージ８をなくすことで、発光素子３から発せられた光が被検出物で反射するまでに受光素子２の内部を通過しないので、さらに検出精度を向上させることができる。
【００３７】
図５（ａ）および（ｂ）は、前記遮光部材２の平面図および側面図である。遮光部材２は、光を通さない板状の部材から成り、本実施形態の遮光部材２には、補強板を用いている。補強板は、たとえば、金属（鉄、マグネシウム）、樹脂、エラストマ、ゴムなどから成る。また、遮光部材２は、光を通過させるための窓（本実施形態では丸孔）１１を遮光部材の中央に設けている。また、窓１１は、遮光部材２の中央にある必要はなく、また形状は丸形と限定されるものではなく、たとえば、多角形にしてもよく、被検出物１２の状態および種類に応じて決定される。発光素子３から発した光が遮光部材２に設けた窓１１、および受光素子１に設けた窓１０を通過するように配置される。
【００３８】
また、遮光部材２には、前記受光素子１のピン１３を嵌合するための凹部１６が形成されている。この凹部１６に前記受光素子１のピン１３を嵌合することで、光反射型センサ１００を精度よく組み立てることができる。
【００３９】
また、遮光部材２には補強板を用いているが、チップ抵抗やＩＣなどを搭載するプリント基板を用いてもよい。遮光部材２にプリント基板を用いると、受光素子と発光素子とを２段構造で一体モールドした従来の光反射型センサ１５０の構造に比べ、搭載面からの高さを低くすることができる。さらに、遮光部材２をプリント基板とした場合には、このプリント基板に直接受光素子１または受光素子チップ４を実装してもよし、また、プリント基板にパターン配線を行ってもよい。このように、プリント基板に直接受光素子チップ４を実装したり、プリント基板にパターン配線を行うことで、光反射型センサ１００の小型化が可能となる。
【００４０】
図６は、前記発光素子３の構成を示す平面図である。発光素子３は、光を発光する発光素子チップ５、この発光素子チップ５を搭載する発光素子リードフレーム７および発光素子樹脂パッケージ９から構成される。発光素子３は発光素子搭載リードフレーム７に搭載され、これらが透明な樹脂によってパッケージされる。また、発光素子３は、光の照射方向にレンズ構造を有するようにパッケージングされてもよい。このように、発光素子３がレンズを有する場合、発光した光をレンズで集光できるため発光に必要な電流を少なくでき、機器を低消費電力とすることが可能である。また、前記レンズを遮光部材２の窓内に配置するので、発光素子３にレンズ構造を持たせるために発光素子樹脂パッケージ９を凸面にしても、遮光部材２の窓内にレンズを収めることができるので、光反射型センサ１００が分厚くならない。
【００４１】
次に、本実施形態の光反射型センサ１００の機能について説明する。
光反射型センサ１００では、発光素子チップ５から発せられた光は、発光素子チップ５の表面や側面から光が発せられるため、かなりの広がりを持つが、光を通過させるための窓１１を有した遮光部材２により、広がった光の不要な成分がカットされる。遮光部材２を通過した光は受光素子１に入り、受光素子１内の受光素子リードフレーム６に設けられた光通過用の窓１０を通過して受光素子１を一度通過する。そして、光は被検出物１２によって反射して再び受光素子１に入射し、受光素子１はその光を検出する。
【００４２】
続いて、光反射型センサ１００の内部リーク（ノイズ成分）の低減について説明する。従来の光反射型センサ１４０では、図１５に示すように、被検出物４２からの信号を受光する信号成分（実線）と受光および発光素子搭載リードフレーム６６，６７やパッケージ７３の内部での反射光が受光素子チップ６４へ入射するために受光するノイズ成分（破線）がある。ここで、被検出物からの信号成分の受光量をＳ、ノイズ成分の受光量をＮとしたときにＳ／Ｎの割合が大きいほど、設計裕度が大きくなり使いやすいセンサであると言える。
【００４３】
たとえば、図７（ａ）のように発光素子１としてＬＥＤ（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）を用い、また、受光素子チップ４としてフォトダイオードを用いて、ＬＥＤから発せられた光をフォトダイオードで増幅し、Ａ／Ｄコンバータ１７により量子化する場合、フォトダイオードが出力する電流をＩ_ＳＣ、増幅抵抗をＲとすると、出力電圧は、Ｖ＝Ｉ_ＳＣ×Ｒで得られるが、受光素子チップ４には、信号成分Ｓと内部リークによるノイズ成分Ｎがあり、それぞれの電流成分をＩ_{ＳＣ（Ｓ）}，Ｉ_{ＳＣ（Ｎ）}とし出力成分をＶｓ、Ｖｎとすると、フォトダイオードが出力する電流Ｉ_ＳＣ、信号成分の出力Ｖｓおよびノイズ成分の出力Ｖｎは、それぞれ次式で表される。
Ｉ_ＳＣ＝Ｉ_{ＳＣ（Ｓ）} ＋Ｉ_{ＳＣ（Ｎ）} …（１）
Ｖｓ＝Ｉ_{ＳＣ（Ｓ）} × Ｒ …（２）
Ｖｎ＝Ｉ_{ＳＣ（Ｎ）} × Ｒ …（３）
【００４４】
Ｓ／Ｎ比は、信号成分とノイズ成分の比であるため、（３）および（４）式より次式で表される。
Ｓ／Ｎ＝Ｖｓ／Ｖｎ＝Ｉ_{ＳＣ（Ｓ）}／Ｉ_{ＳＣ（Ｎ）} …（４）
【００４５】
（４）式からＳ／Ｎは、ノイズ成分の電流成分Ｉ_{ＳＣ（Ｎ）}が小さいほど改善されることがわかる。
【００４６】
たとえば、０Ｖから５ＶまでをＡ／Ｄコンバータ１７により量子化することを考える。なお、このときの増幅抵抗をＲ＝１ＭΩとする。ノイズ成分がＩ_{ＳＣ（Ｎ）}＝２μＡであるとすると、信号成分が取れる幅はΔＩ_{ＳＣ（Ｓ）}＝３μＡであるが、ノイズ成分Ｉ_{ＳＣ（Ｎ）}を減らすことにより信号成分Ｉ_{ＳＣ（Ｓ）}が取れる幅を増やすことができる。よって、以上のように内部リークをいかに小さくして、ノイズ成分を減らすことにより光反射型センサの設計の裕度が大きく取れる。図７（ｂ）は、この０Ｖから５ＶまでをＡ／Ｄコンバータ１７により量子化した場合の信号成分の出力電圧Ｖｓおよびノイズ成分の出力電圧Ｖｎを表す。
【００４７】
また、遮光部材２をプリント基板とし、受光素子１または受光素子チップ４を直接このプリント基板に実装すると、受光素子１の側面を黒く塗るなどの内部リークを防止する処置よりも確実に不必要な光をカットすることができ、コスト的にも、受光素子１の側面に定着する塗料が不必要なため、安く抑えることができる。なお、図３や図４に示すように遮光部材２の窓１１に対応する部分に凹部１４を形成し、受光素子樹脂パッケージ８の厚みを薄くしたり、貫通孔１５を形成してパッケージをなくすことにより、さらに内部リークを低減することが可能となる。また、前記凹部１４および貫通孔１５の内周面に光が入射しないような処理を行ってもよく、このような処理を行うことで、さらに内部リークを低減することができる。
【００４８】
以上のように、光反射型センサ１００を構成することによって、光反射型センサ１００の小型化が可能であり、またＳ／Ｎ比が改善される。また、発光素子３を中心として受光素子チップ４が配置されるため、被検出物１２の移動および回転方向に影響されない利点があり、物体検出は言うまでもなく、角度検出および位置検出に非常に有効であり、たとえば、コンピュータ、携帯情報端末、ゲーム機などの入力装置、また、ディスクの傾き検出などに使用可能な非常に応用範囲の広いセンサの実現が可能となる。
【００４９】
図８（ａ）は、本発明の第２の実施形態の光反射型センサ１５０をポインティングデバイス（パソコン、ＰＤＡ（ＰｅｒｓｏｎａｌＤｉｇｉｔａｌＡｓｓｉｓｔａｎｔ）、ゲーム機などの入力装置）２００に適用した構成を示す平面図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）の切断面線Ａ−Ａから見た断面図である。前記実施形態の光反射型センサ１００では、遮光部材２として補強板を用いたが、本実施形態の光反射型センサ１５０は、遮光部材としてプリント基板２２を用いる。また、前記第１の実施形態と同様な部材には同一の参照符を付し、その説明を省略する。
【００５０】
光反射型センサ１５０のプリント基板２２は、マイクロコンピュータや抵抗、コンデンサなどの電子部品を搭載している。なお、このプリント基板２２には、発光素子３から発する光の光路上に光通過用の窓３１を設けている。窓３１の形状は、丸形でも多角形でもよい。また、プリント基板２２の一方面には発光素子３が直接実装され、他方側の面には受光素子１が配置されている。なお、受光素子内部の受光素子リードフレーム６には、光通過用の窓１０が設けられている。
【００５１】
また、受光素子１の受光素子樹脂パッケージ８には、位置決め用のピン１３が立設しており、プリント基板２２にこのピン１３と嵌合するようにプリント基板２２に凹部３６が形成され、受光素子１のピン１３とプリント基板２２の凹部３６とを嵌合して位置決めを行う構成となっている。光反射型センサ１５０を位置変位センサとして用いる場合、被反射物と受光素子１の位置精度が非常に重要であり、本構造のように、受光素子１の位置決めピン１３で位置決めを行うと受光素子１のリードピンなどで位置決めを行うよりも精度よく組み立てることができる。また、組み立て時も、上記のように受光素子１とプリント基板２２に嵌合構造を設けることにより位置決め用の治具など不要で簡単に組み立てることができる。
【００５２】
ポインティングデバイス２００は、大きく分けると板金などから成る補強部２４、プリント基板２２に受光素子１、発光素子３、電子部品２６およびスイッチ（ＳＷ）２８が搭載された部品搭載部２３、操作部２１および操作部２１を固定する部分（以下、ホルダ２５と呼称する）で構成される。ホルダ２５は、操作部２１を図８の紙面に平行な面内での２次元方向に変位可能な弾性構造を有しており、人や機械が操作部２１を２次元方向に変位させることにより、ポインティングデバイス２００は２次元方向の変位に応じた値を出力する。
【００５３】
さらに、ポインティングデバイス２００の構造および処理について詳細に説明する。ポインティングデバイス２００は、操作部２１の基板に対向する側に反射物２７が取付けられており、操作部２１を動かすことにより、光反射型センサ１５０の出力が変化し、その光反射型センサ１５０の出力をマイコンなどで演算処理を行い変位量を出力する構成になっている。
【００５４】
また、図１４に示すような従来からの発光素子と受光素子を垂直方向に配置し、同一モールド成形した光反射型センサ１４０をポインティングデバイスに用いる場合には、プリント基板の上に光反射型センサ１４０を配置する必要があり、厚みが必要であったが、本構造とすることにより、低背化することが可能となる。また、従来の光反射型センサではＳ／Ｎ比の向上のため、側面を黒塗装するなどの処理が必要であったが、プリント基板２２を遮光部材として用いることでそのような処理が不要となり、工程の削減、ひいてはコスト低減にもつながる。
【００５５】
図９は、本発明の第３の実施形態の光反射型センサ１６０をポインティングデバイス３００に適用した構成を示す断面図である。ポインティングデバイス３００と前記ポインティングデバイス２００とは、光反射型センサの構成のみが異なり、本実施形態の光反射型センサ１６０と、前記第２の実施形態の光反射型センサ１５０とは、発光素子のみが異なる。また、前記第１および２の実施形態と同一の部材には同一の参照符を付し、その説明を省略する。
【００５６】
光反射型センサ１６０の発光素子２９は、発光素子樹脂パッケージにレンズ構造を設けている。発光素子２９にレンズ構造を持たせるために、凸面にしてもプリント基板２２の光通過用の窓３１にレンズ部を収めることができるので分厚くならない。また、発光した光をレンズで集光できるため発光に必要な電流を少なくでき、機器の低消費電力化にもつながる。さらに、レンズをプリント基板２２の窓３１内に配置するので、発光素子２９の位置決めが容易になる。
【００５７】
図１０は、本発明の第４の実施形態の光反射型センサ１７０をポインティングデバイス４００に適用した構成を示す断面図である。ポインテイングデバイス４００と前記ポインティングデバイス２００とは、光反射型センサの構成のみが異なり、本実施形態の光反射型センサ１７０と、前記第２の実施形態の光反射型センサ１５０とは受光素子の構成のみが異なる。また、前記第１〜３の実施形態と同様な部材には同一の参照符を付し、その説明を省略する。
【００５８】
光反射型センサ１７０では、遮光部材であるプリント基板２２に直接受光素子チップ４を実装する。本構造とすることで、ポインティングデバイス４００をさらに薄型化することが可能となる。また、遮光部材であるプリント基板２２にパターン配線を形成してあるので、前記第１の実施形態のような受光素子リードフレーム６が不要となり、受光素子チップ４をプリント基板２２に直接実装することが可能となるため受光素子チップ４のはんだ付けが不要となり、工程の削減、および構造の簡略化が可能となる。
【００５９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、発光素子からの光を通過させる窓を有する板状の遮光部材の一方側に発光素子が配置され、他方側に受光素子が配置されるので、発光素子から発せされる光の迷光などの不要な成分をカットすることができ、Ｓ／Ｎ比を改善することができ、検出精度を向上させることができる。
【００６０】
また、従来例のように樹脂パッケージの外側を黒く塗装するなどの手間が不要なので、製造工程数を減少することができ、製造コストを抑えることができる。
さらに、発光素子はレンズを有するので、発光した光をレンズで集光できるため発光に必要電流を少なくでき、機器を低消費電力とすることが可能である。また、前記レンズを遮光部材の窓内に配置するので、光反射型センサが分厚くならない。
【００６１】
また本発明によれば、受光素子には、発光素子からの光を通過させるための窓を形成するので、受光素子チップの中央に発光素子を配置することができ、検出精度が向上する。
【００６２】
また本発明によれば、遮光部材にプリント基板もしくは補強板を用いるので、他の部品を搭載することが可能となる。
【００６３】
また本発明によれば、受光素子の樹脂パッケージには、遮光部材の窓に対応する位置に凹部が形成され、発光素子から発せられた光が一度受光素子を通過する部分の樹脂パッケージの厚さを薄くするので、検出精度が向上する。
【００６４】
また本発明によれば、受光素子の樹脂パッケージには、遮光部材の窓に対応する位置に貫通孔が形成され、発光素子から発せられた光が一度受光素子を通過する部分の樹脂パッケージをなくすので、さらに検出精度が向上する。
【００６５】
また本発明によれば、樹脂パッケージに形成した凹部に臨む内周面または貫通孔の内周面には、受光素子の樹脂パッケージに光が入射しないような処理を施すので、さらに検出精度が向上する。
【００６６】
また本発明によれば、光を受光する受光チップと樹脂パッケージした受光素子を前記プリント基板上に実装するか、または受光素子チップを直接プリント基板に実装するので、光反射型センサをさらに小型化することが可能である。
【００６７】
また本発明によれば、位置決め手段を有するので、光反射型センサを精度よく組み立てることができる。
【００６９】
また本発明によれば、プリント基板はパターン配線を有し、かつ、この基板上に他の部品を搭載するので、光反射型センサを適用した装置の小型化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態である光反射型センサ１００の構成を示す断面図である。
【図２】（ａ）および（ｂ）は、図１の光反射型センサ１００の受光素子１の構成を示す平面図および側面図である。
【図３】図１の光反射型センサ１００の受光素子１の他の構成を示す側面図である。
【図４】図１の光反射型センサ１００の受光素子１のさらに他の構成を示す側面図である。
【図５】（ａ）および（ｂ）は、図１の光反射型センサ１００の遮光部材２を示す平面図および側面図である。
【図６】図１の光反射型センサ１００ので発光素子３の構成を示す平面図である。
【図７】（ａ）は、受光素子チップ４からの出力を増幅し量子化を行う回路の一例を示す図であり、（ｂ）は、（ａ）の回路によって増幅された信号成分およびノイズ成分の電圧を示す図である。
【図８】（ａ）および（ｂ）は、本発明の第２の実施形態の光反射型センサ１５０を適用したポインティングデバイス２００の構成を示す平面図および断面図である。
【図９】本発明の第３の実施形態の光反射型センサ１６０を適用したポインティングデバイス３００の構成を示す断面図である。
【図１０】本発明の第４の実施形態の光反射型センサ１７０を適用したポインティングデバイス４００の構成を示す断面図である。
【図１１】（ａ）は、従来の光反射型センサ１１０の構成を示す側面図であり、（ｂ）は、その断面図であり、（ｃ）は、その平面図である。
【図１２】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ図１１の光反射型センサ１１０のＹ軸回転方向およびＸ軸回転方向の光の反射特性を示す図である。
【図１３】（ａ）は、従来の光反射型センサ１３０の構成を示す側面図であり、（ｂ）は、その断面図であり、（ｃ）は、その平面図である。
【図１４】（ａ）は、従来の光反射型センサ１４０の構成を示す断面図であり、（ｂ）は、その平面図である。
【図１５】図１４の光反射型センサ１４０の内部リークを示す図である。
【符号の説明】
１受光素子
２遮光部材
３，２９発光素子
４受光素子チップ
５発光素子チップ
６受光素子リードフレーム
７発光素子リードフレーム
８受光素子樹脂パッケージ
９発光素子樹脂パッケージ
１０，１１，３１窓
１２被検出物
１３ピン
１４，１６，３６凹部
１５貫通孔
２２プリント基板
２７反射物
１００，１５０，１６０，１７０光反射型センサ
２００，３００，４００ポインティングデバイス[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a structure of a light reflection type sensor that detects the presence / absence, inclination, position, etc. of an object to be detected.
[0002]
[Prior art]
FIGS. 11A to 11C are a side view, a cross-sectional view, and a plan view showing a configuration of a conventional light reflection type sensor 110. In the light-reflective sensor 110, the light emitting element 33 and the light receiving element 31 are separate mold dies, or even in the same mold, separate chambers (mold resin) separated by a clamp portion at the time of mold clamping. (Filling part). The light emitting element 33 and the light receiving element 31 are partitioned by a light shielding resin 38. Therefore, in this structure, since the light receiving element 31 and the light emitting element 33 are arranged side by side, the size cannot be reduced.
[0003]
Further, when the light receiving element 31 is multi-divided (for example, divided into four parts) and the tilt detection is performed, the light emitting element 33 and the light receiving element 31 are arranged side by side on the X axis. Distortion occurs in the detection characteristics at. 12A is a cross-sectional view schematically showing a change in the optical path when the detected object 42 is inclined by an angle φ in the Y-axis rotation direction, and FIG. 12B is an X-axis rotation of the detected object 42. It is sectional drawing which shows typically the change of the optical path in case it inclines by angle (phi) to a direction.
[0004]
In the case of FIG. 12A, even if the detected object 42 is not inclined in the Y-axis rotation direction (solid line), the light from the light emitting element 33 is incident on the detected object 42 at an angle θ.₁Is reflected and enters the light receiving element 31. Here, when the detected object 42 is inclined by φ in the Y-axis rotation direction as indicated by a dotted line, the incident angle of light from the light emitting element 33 to the detected object 42 and the reflection angle therefrom are θ, respectively.₂To change. On the other hand, in the case of FIG. 12B, the incident and reflection angles of light when the detected object 42 is not inclined in the X-axis direction (solid line) is 90 degrees, but the detected object 42 is indicated by a dotted line. Thus, by tilting by the angle φ, the incident angle of light from the light emitting element 33 to the detected object 42 and the reflection angle therefrom are θ._ThreeTo change. That is, even if the rotation angle of the detected object 42 is the same φ, the arrival point of the light from the light emitting element 33 is different, and as a result, the angle detection characteristics are different between the X-axis rotation and the Y-axis rotation.
[0005]
FIGS. 13A to 13C are a side view, a cross-sectional view, and a plan view showing a configuration of a conventional light reflection sensor 130 configured in view of the above problem. In the light reflection type sensor 130, the light receiving element chip 54 is arranged around the light emitting element chip 55. With such a configuration, distortion due to a difference in angle detection characteristics generated in the light reflection sensor 130 can be solved. However, since the light-emitting element chip 55 and the light-receiving element chip 54 are mounted on the same plane, the light on the side surface from the light-emitting element chip 55 is directly received by the light-receiving element 54, and thus obtained by the reflected light from the detected object 42. There arises a problem that the ratio S / N between the generated signal component S and the non-signal component (noise component) N by receiving the side light from the light emitting element chip 55 is lowered.
[0006]
FIGS. 14A and 14B are a cross-sectional view and a plan view showing an example of the configuration of the light reflection type sensor 140 disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-148620 in view of the above problem. The light reflecting sensor 140 has a two-stage structure in which the light emitting element mounting lead frame 67 on which the light emitting element chip 65 is mounted is disposed above or below the light receiving element mounting lead frame 66 on which the light receiving element chip 64 is mounted. In this structure, the same mold is molded in the same room (resin filling portion partitioned by a mold clamp) with the same mold resin. A hole 70 is provided so that light emitted from the light emitting element chip 65 passes through the light receiving element mounting lead frame 66 on which the light receiving element chip 64 is mounted. Further, there is a step for one lead frame in a direction perpendicular to the mounting surface of the light receiving element chip 64 between the light receiving element mounting lead frame 66 and the light emitting element mounting lead frame 67. In addition, the outside of the mold resin package 73 is provided with a structure that blocks disturbance light and absorbs reflected light inside the resin package. With the above structure, the light-emitting element chip 65 and the light-receiving element chip 64 have a two-stage structure, and are small and molded around the light-emitting element chip 65 in the same mold mold and in the same mold resin. It is possible to realize the light reflection type sensor 140 in which the light receiving element chip 64 is arranged. In addition, it is possible to improve the S / N ratio by preventing the incidence of disturbance light and absorbing the reflected light inside the resin package.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-148620, the lead frame on which the light emitting element chip 65 or the light receiving element chip 64 is mounted can be downsized, but the thickness increases in the height direction. Further, in order to improve the S / N ratio, it is necessary to take measures against disturbance light and internal reflection light on the outside of the mold resin package 73, and there is a disadvantage that the production process becomes complicated.
[0008]
An object of the present invention is to provide a light reflection type sensor that can be miniaturized and can improve the S / N ratio with a simple configuration.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present invention includes a light-receiving element having a light-emitting element and a light-receiving unit, wherein the light-receiving element is disposed so as to receive light emitted from the light-emitting element and reflected by the object to be detected. In the light reflection type sensor that detects at least one of the above by the output change of the light receiving element,
A plate-shaped light shielding member having a window through which light from the light emitting element passes, the light emitting element is disposed on one side of the light shielding member, and the light receiving element is disposed on the other side;
The light-emitting element is provided with a lens that collects emitted light and is disposed in a window of a light shielding member.
[0010]
According to the present invention, the light emitting element is disposed on one side of the plate-shaped light shielding member having a window that allows light from the light emitting element to pass through, and the light receiving element is disposed on the other side, thereby emitting light from the light emitting element. Unnecessary components such as stray light can be cut, the S / N ratio can be improved, and the detection accuracy can be improved.
[0011]
In addition, since the trouble of painting the outside of the resin package in black as in the conventional example is unnecessary, the number of manufacturing steps can be reduced, and the manufacturing cost can be suppressed.
Further, since the light-emitting element has a lens, the emitted light can be collected by the lens, so that a current required for light emission can be reduced and the device can have low power consumption. Further, since the lens is arranged in the window of the light shielding member, the light reflection type sensor does not become thick and positioning is easy.
[0012]
In the invention, it is preferable that the light receiving element has a window for allowing light from the light emitting element to pass therethrough.
[0013]
According to the present invention, the light receiving element can be arranged in the center of the light receiving element chip by forming a window for allowing the light from the light emitting element to pass through, and the detection accuracy can be improved. .
[0014]
In the invention, it is preferable that the light shielding member comprises a printed board or a reinforcing plate.
[0015]
According to the present invention, it is possible to mount other components by using a printed circuit board or a reinforcing plate for the light shielding member.
[0016]
In the invention, it is preferable that the light receiving element is formed by resin-receiving a light receiving element chip for receiving light, and the resin package is formed with a recess at a position corresponding to the window of the light shielding member.
[0017]
According to the present invention, the resin package of the light receiving element is formed with a recess at a position corresponding to the window of the light shielding member, and the thickness of the resin package in the portion where the light emitted from the light emitting element once passes through the light receiving element is reduced. By doing so, the detection accuracy can be further improved.
[0018]
In the invention, it is preferable that the light receiving element is formed by resin-receiving a light receiving element chip that receives light, and a through hole is formed in the resin package at a position corresponding to the window of the light shielding member. .
[0019]
According to the present invention, the resin package of the light receiving element is formed with a through hole at a position corresponding to the window of the light shielding member, and the light emitted from the light emitting element once eliminates the portion of the resin package that passes through the light receiving element. Further, the detection accuracy can be improved.
[0020]
Further, the present invention is characterized in that the inner peripheral surface facing the concave portion or the inner peripheral surface of the through hole is subjected to a treatment so that light does not enter the resin package of the light receiving element.
[0021]
According to the present invention, the inner peripheral surface facing the recess or the inner peripheral surface of the through hole is processed so that light does not enter the resin package of the light receiving element, so that the detection accuracy can be further improved. it can.
[0022]
Further, the present invention is characterized in that a light receiving element in which a light receiving element chip for receiving light is resin-packaged is mounted on the printed board, or the light receiving element chip is directly mounted on the printed board.
[0023]
According to the present invention, a light receiving chip for receiving light and a resin packaged light receiving element are mounted on the printed circuit board, or the light receiving element chip is directly mounted on the printed circuit board, so that the light reflective sensor is further miniaturized. It becomes possible.
[0024]
In addition, the present invention is characterized by having positioning means for positioning the light emitting element and the light shielding member.
[0025]
According to the present invention, since the positioning means is provided, the light reflection type sensor can be assembled with high accuracy.
[0028]
In the invention, it is preferable that the printed board has a pattern wiring and other components are mounted on the printed board.
[0029]
According to the present invention, the printed circuit board has the pattern wiring, and other components are mounted on the circuit board. Therefore, the apparatus to which the light reflection type sensor is applied can be downsized.
[0030]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a light reflection sensor 100 according to a first embodiment of the present invention. The light reflection sensor 100 includes a light receiving element 1, a plate-shaped light shielding member 2, and a light emitting element 3. In the light reflection type sensor 100, the light receiving element 1 is disposed on the surface side of the light shielding member 2 facing the object to be detected 12, and the light emitting element is disposed on the surface side of the light shielding member 2 opposite to the object to be detected 12. 3 is arranged.
[0031]
In the light reflection sensor 100, the light emitted from the light emitting element 3 is transmitted through the window 11 provided in the light shielding member 2 and the inside of the light receiving element 1 to irradiate the object 12 to be detected. The light reflected by the light receiving element 1 is received by the light receiving element 1 to detect the presence / absence, inclination, position, etc. of the detection object 12.
[0032]
2A and 2B are a plan view and a side view showing the configuration of the light receiving element 1, respectively. The light receiving element 1 includes a light receiving element chip 4 made of a semiconductor chip that receives light, a light receiving element lead frame 6 on which the light receiving element chip 4 is mounted, and a light receiving element resin package 8. One or a plurality of light receiving element chips 4 (four in this embodiment) are mounted on the light receiving element lead frame 6, and these are packaged by a transparent resin. Further, since the light reflection type sensor 100 has a structure that transmits light from the side of the light receiving element 1 facing the light shielding member 2, a window 10 is provided in the light receiving element lead frame 6 at the center of the light receiving element 1. However, the window 10 does not need to be at the center of the light receiving element chip 4 in particular, and the shape of the window 10 is not limited to a round shape, and may be, for example, a polygon, and the object 12 to be detected. It is determined according to the state and type. In the present embodiment, four light receiving element chips 4 are used, and a round hole as a window 10 is provided in the light receiving element lead frame 6 at the center.
[0033]
Thus, by forming the window 10 for allowing the light from the light emitting element 1 to pass therethrough, the light emitting element 3 can be arranged at the center of the light receiving element chip 4 and the detection accuracy can be improved.
[0034]
The light receiving element resin package 8 of the light receiving element 1 is provided with pins 13 as positioning means when the light receiving element 1 and the light shielding member 2 are assembled. By fitting the pin 13 into the recess 16 formed in the light shielding member 2, the light reflection sensor 100 can be assembled with high accuracy.
[0035]
Further, as shown in FIG. 3, the light receiving element resin package 8 may be formed with a recess 14 in a portion corresponding to the window 11 of the light shielding member 2. Thus, the detection accuracy can be improved by thinning the light receiving element resin package 8 in the portion where the light emitted from the light emitting element 3 once passes through the light receiving element 1.
[0036]
In the light receiving element resin package 8, a through hole 15 may be formed at the same location as the portion where the recess 14 is formed. In this way, by eliminating the light receiving element resin package 8 corresponding to the window 11 of the light shielding member 2, the light emitted from the light emitting element 3 does not pass through the inside of the light receiving element 2 until it is reflected by the object to be detected. Therefore, the detection accuracy can be further improved.
[0037]
5A and 5B are a plan view and a side view of the light shielding member 2, respectively. The light shielding member 2 is composed of a plate-like member that does not transmit light, and a reinforcing plate is used for the light shielding member 2 of the present embodiment. The reinforcing plate is made of, for example, metal (iron, magnesium), resin, elastomer, rubber or the like. Further, the light shielding member 2 is provided with a window (round hole in this embodiment) 11 for allowing light to pass in the center of the light shielding member. Moreover, the window 11 does not need to be in the center of the light-shielding member 2, and the shape is not limited to a round shape. For example, it may be a polygonal shape, depending on the state and type of the detected object 12. It is determined. It arrange | positions so that the light emitted from the light emitting element 3 may pass the window 11 provided in the light-shielding member 2, and the window 10 provided in the light receiving element 1. FIG.
[0038]
The light shielding member 2 is formed with a recess 16 for fitting the pin 13 of the light receiving element 1. By fitting the pin 13 of the light receiving element 1 into the recess 16, the light reflection sensor 100 can be assembled with high accuracy.
[0039]
Further, although the reinforcing plate is used for the light shielding member 2, a printed board on which a chip resistor, an IC, or the like is mounted may be used. When a printed circuit board is used for the light shielding member 2, the height from the mounting surface can be reduced as compared with the structure of the conventional light reflection sensor 150 in which the light receiving element and the light emitting element are integrally molded in a two-stage structure. Furthermore, when the light shielding member 2 is a printed board, the light receiving element 1 or the light receiving element chip 4 may be directly mounted on the printed board, or pattern wiring may be performed on the printed board. As described above, the light-reflective sensor 100 can be miniaturized by directly mounting the light receiving element chip 4 on the printed board or performing pattern wiring on the printed board.
[0040]
FIG. 6 is a plan view showing the configuration of the light-emitting element 3. The light emitting element 3 includes a light emitting element chip 5 that emits light, a light emitting element lead frame 7 on which the light emitting element chip 5 is mounted, and a light emitting element resin package 9. The light emitting element 3 is mounted on a light emitting element mounting lead frame 7, and these are packaged by a transparent resin. The light emitting element 3 may be packaged so as to have a lens structure in the light irradiation direction. Thus, when the light-emitting element 3 has a lens, the emitted light can be collected by the lens, so that the current required for light emission can be reduced and the device can have low power consumption. Further, since the lens is disposed in the window of the light shielding member 2, even if the light emitting element resin package 9 is convex to give the light emitting element 3 a lens structure, the lens can be accommodated in the window of the light shielding member 2. Since it can do, the light reflection type sensor 100 does not become thick.
[0041]
Next, the function of the light reflection type sensor 100 of this embodiment will be described.
In the light reflection type sensor 100, the light emitted from the light emitting element chip 5 is considerably spread because the light is emitted from the surface and side surfaces of the light emitting element chip 5, but there is a window 11 for allowing the light to pass therethrough. The unnecessary component of the spread light is cut by the light shielding member 2. The light that has passed through the light shielding member 2 enters the light receiving element 1, passes through the light passing window 10 provided in the light receiving element lead frame 6 in the light receiving element 1, and passes through the light receiving element 1 once. Then, the light is reflected by the object to be detected 12 and enters the light receiving element 1 again, and the light receiving element 1 detects the light.
[0042]
Next, reduction of internal leakage (noise component) of the light reflection type sensor 100 will be described. In the conventional light reflection type sensor 140, as shown in FIG. 15, the signal component (solid line) for receiving the signal from the detected object 42, the light reception and reflection inside the light emitting element mounting lead frames 66 and 67 and the package 73 are obtained. There is a noise component (broken line) that is received because light is incident on the light receiving element chip 64. Here, when the received light amount of the signal component from the object to be detected is S and the received light amount of the noise component is N, the larger the S / N ratio, the larger the design margin and the easier to use the sensor.
[0043]
For example, as shown in FIG. 7A, an LED (Light Emitting Diode) is used as the light-emitting element 1, and a photodiode is used as the light-receiving element chip 4, and light emitted from the LED is amplified by the photodiode. When quantizing by the / D converter 17, the current output from the photodiode is I_SCWhen the amplification resistance is R, the output voltage is V = I_SCThe light receiving element chip 4 has a signal component S and a noise component N due to internal leakage._{SC (S)}, I_{SC (N)}Assuming that the output components are Vs and Vn, the current I output from the photodiode_SCThe signal component output Vs and the noise component output Vn are expressed by the following equations, respectively.
I_SC  = I_{SC (S)}  + I_{SC (N)}                                                          ... (1)
Vs= I_{SC (S)}  × R... (2)
Vn= I_{SC (N)}  × R... (3)
[0044]
Since the S / N ratio is the ratio of the signal component to the noise component, it is expressed by the following equation from equations (3) and (4).
S / N = Vs / Vn = I_{SC (S)}/ I_{SC (N)}                                ... (4)
[0045]
From equation (4), S / N is the current component I of the noise component._{SC (N)}It can be seen that the smaller the is, the better.
[0046]
For example, consider that the A / D converter 17 quantizes 0V to 5V. Note that the amplification resistance at this time is R = 1 MΩ. Noise component is I_{SC (N)}= 2 μA, the width of the signal component is ΔI_{SC (S)}= 3 μA, but noise component I_{SC (N)}By reducing the signal component I_{SC (S)}The width that can be taken can be increased. Therefore, the design tolerance of the light reflection type sensor can be greatly increased by reducing the internal leakage and reducing the noise component as described above. FIG. 7B shows the output voltage Vs of the signal component and the output voltage Vn of the noise component when the A / D converter 17 quantizes this 0V to 5V.
[0047]
Further, when the light shielding member 2 is used as a printed circuit board and the light receiving element 1 or the light receiving element chip 4 is directly mounted on the printed circuit board, it is more certainly unnecessary than measures for preventing internal leakage such as painting the side surface of the light receiving element 1 black. The light can be cut and the cost can be reduced because the coating material fixed on the side surface of the light receiving element 1 is unnecessary. As shown in FIGS. 3 and 4, a recess 14 is formed in a portion corresponding to the window 11 of the light shielding member 2 to reduce the thickness of the light receiving element resin package 8 or to form a through hole 15 to eliminate the package. As a result, the internal leakage can be further reduced. Further, a process may be performed so that light does not enter the inner peripheral surfaces of the recess 14 and the through hole 15, and the internal leak can be further reduced by performing such a process.
[0048]
As described above, by configuring the light reflection sensor 100, the light reflection sensor 100 can be reduced in size and the S / N ratio can be improved. Further, since the light receiving element chip 4 is arranged around the light emitting element 3, there is an advantage that the detection target 12 is not affected by the movement and rotation direction of the detection target 12, and it is very effective for angle detection and position detection as well as object detection. For example, it is possible to realize an input device such as a computer, a portable information terminal, and a game machine, and a sensor with a very wide application range that can be used for detecting the tilt of a disk.
[0049]
FIG. 8A is a plan view showing a configuration in which the light reflection sensor 150 according to the second embodiment of the present invention is applied to a pointing device (input device such as a personal computer, PDA (Personal Digital Assistant), game machine, etc.) 200. FIG. 8B is a cross-sectional view taken along the section line AA of FIG. In the light reflection type sensor 100 of the embodiment, the reinforcing plate is used as the light blocking member 2, but the light reflection type sensor 150 of the present embodiment uses the printed circuit board 22 as the light blocking member. The same reference numerals are given to the same members as those in the first embodiment, and the description thereof is omitted.
[0050]
The printed circuit board 22 of the light reflection type sensor 150 is equipped with electronic components such as a microcomputer, a resistor, and a capacitor. The printed circuit board 22 is provided with a light passing window 31 on the optical path of the light emitted from the light emitting element 3. The shape of the window 31 may be round or polygonal. Further, the light emitting element 3 is directly mounted on one surface of the printed circuit board 22, and the light receiving element 1 is disposed on the other surface. The light receiving element lead frame 6 inside the light receiving element is provided with a light passing window 10.
[0051]
Further, positioning pins 13 are erected on the light receiving element resin package 8 of the light receiving element 1, and a concave portion 36 is formed in the printed circuit board 22 so as to be fitted with the pins 13. The pin 13 of the element 1 and the recess 36 of the printed circuit board 22 are fitted to perform positioning. When the light reflection type sensor 150 is used as a position displacement sensor, the positional accuracy of the reflected object and the light receiving element 1 is very important, and if the positioning is performed with the positioning pin 13 of the light receiving element 1 as in this structure, the light receiving element It is possible to assemble more accurately than positioning with one lead pin or the like. Also, at the time of assembly, by providing a fitting structure between the light receiving element 1 and the printed circuit board 22 as described above, it is possible to easily assemble without using a positioning jig or the like.
[0052]
The pointing device 200 is roughly divided into a reinforcing portion 24 made of sheet metal, a light receiving element 1, a light emitting element 3, an electronic component 26, and a switch (SW) 28 mounted on a printed board 22, a component mounting portion 23, an operation portion 21 and It is comprised by the part (henceforth the holder 25) which fixes the operation part 21. FIG. The holder 25 has an elastic structure capable of displacing the operation unit 21 in a two-dimensional direction in a plane parallel to the paper surface of FIG. 8, and a person or a machine displaces the operation unit 21 in a two-dimensional direction. The pointing device 200 outputs a value corresponding to the displacement in the two-dimensional direction.
[0053]
Further, the structure and processing of the pointing device 200 will be described in detail. In the pointing device 200, the reflector 27 is attached to the side of the operation unit 21 facing the substrate. By moving the operation unit 21, the output of the light reflection type sensor 150 is changed. The output is processed by a microcomputer or the like to output the displacement amount.
[0054]
Further, in the case where the conventional light-emitting element and light-receiving element as shown in FIG. 14 are arranged in the vertical direction and the light-reflective sensor 140 molded in the same mold is used as a pointing device, the light-reflective sensor is placed on the printed circuit board. 140 needs to be disposed and the thickness is necessary, but by adopting this structure, the height can be reduced. Further, in the conventional light reflection type sensor, processing such as painting of the side surface is necessary for improving the S / N ratio, but such processing is not necessary by using the printed circuit board 22 as a light shielding member. , It also leads to a reduction in the process and, in turn, a cost reduction.
[0055]
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a configuration in which the light reflection sensor 160 according to the third embodiment of the present invention is applied to the pointing device 300. The pointing device 300 and the pointing device 200 differ only in the configuration of the light reflection type sensor, and the light reflection type sensor 160 of the present embodiment and the light reflection type sensor 150 of the second embodiment are only light emitting elements. Is different. The same members as those in the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
[0056]
The light emitting element 29 of the light reflection type sensor 160 is provided with a lens structure in a light emitting element resin package. Since the light emitting element 29 has a lens structure, even if it has a convex surface, the lens portion can be accommodated in the light passage window 31 of the printed circuit board 22, so that the thickness is not increased. Further, since the emitted light can be collected by the lens, the current required for light emission can be reduced, leading to lower power consumption of the device. Further, since the lens is disposed in the window 31 of the printed circuit board 22, the light emitting element 29 can be easily positioned.
[0057]
FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a configuration in which the light reflection sensor 170 according to the fourth embodiment of the present invention is applied to the pointing device 400. The pointing device 400 and the pointing device 200 differ only in the configuration of the light reflection type sensor. The light reflection type sensor 170 of the present embodiment and the light reflection type sensor 150 of the second embodiment are light receiving elements. Only the configuration is different. The same reference numerals are given to the same members as those in the first to third embodiments, and the description thereof is omitted.
[0058]
In the light reflection type sensor 170, the light receiving element chip 4 is directly mounted on the printed circuit board 22 which is a light shielding member. With this structure, the pointing device 400 can be further reduced in thickness. Further, since the pattern wiring is formed on the printed circuit board 22 that is a light shielding member, the light receiving element lead frame 6 as in the first embodiment is not necessary, and the light receiving element chip 4 is directly mounted on the printed circuit board 22. Therefore, it is not necessary to solder the light receiving element chip 4, and the number of processes can be reduced and the structure can be simplified.
[0059]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the light emitting element is disposed on one side of the plate-shaped light shielding member having the window through which the light from the light emitting element passes, and the light receiving element is disposed on the other side. Unnecessary components such as stray light of emitted light can be cut, the S / N ratio can be improved, and detection accuracy can be improved.
[0060]
In addition, since the trouble of painting the outside of the resin package in black as in the conventional example is unnecessary, the number of manufacturing steps can be reduced, and the manufacturing cost can be suppressed.
Further, since the light-emitting element has a lens, the emitted light can be collected by the lens, so that a current required for light emission can be reduced and the device can have low power consumption. Further, since the lens is arranged in the window of the light shielding member, the light reflection type sensor does not become thick.
[0061]
According to the present invention, since the light receiving element is formed with the window for allowing the light from the light emitting element to pass therethrough, the light emitting element can be arranged at the center of the light receiving element chip, and the detection accuracy is improved.
[0062]
Further, according to the present invention, since the printed board or the reinforcing plate is used for the light shielding member, it is possible to mount other components.
[0063]
Further, according to the present invention, the resin package of the light receiving element has a recess formed at a position corresponding to the window of the light shielding member, and the thickness of the resin package at a portion where the light emitted from the light emitting element once passes through the light receiving element. The detection accuracy is improved.
[0064]
Further, according to the present invention, the resin package of the light receiving element is formed with a through hole at a position corresponding to the window of the light shielding member, and the resin package in the portion where the light emitted from the light emitting element once passes through the light receiving element is eliminated. Therefore, the detection accuracy is further improved.
[0065]
Further, according to the present invention, the inner peripheral surface facing the recess formed in the resin package or the inner peripheral surface of the through hole is processed so that light does not enter the resin package of the light receiving element, so that the detection accuracy is further improved. To do.
[0066]
Further, according to the present invention, a light receiving chip that receives light and a resin packaged light receiving element are mounted on the printed circuit board, or the light receiving element chip is directly mounted on the printed circuit board. Is possible.
[0067]
According to the present invention, since the positioning means is provided, the light reflection type sensor can be assembled with high accuracy.
[0069]
Further, according to the present invention, the printed circuit board has the pattern wiring, and other components are mounted on the circuit board, so that the apparatus to which the light reflection type sensor is applied can be downsized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a light reflection sensor 100 according to a first embodiment of the present invention.
2A and 2B are a plan view and a side view showing a configuration of a light receiving element 1 of the light reflection type sensor 100 of FIG.
3 is a side view showing another configuration of the light receiving element 1 of the light reflection type sensor 100 of FIG. 1. FIG.
4 is a side view showing still another configuration of the light receiving element 1 of the light reflection type sensor 100 of FIG. 1. FIG.
FIGS. 5A and 5B are a plan view and a side view showing a light shielding member 2 of the light reflection type sensor 100 of FIG. 1;
6 is a plan view showing a configuration of a light emitting element 3 in the light reflection type sensor 100 of FIG. 1. FIG.
7A is a diagram illustrating an example of a circuit that amplifies and quantizes an output from the light receiving element chip 4, and FIG. 7B illustrates signal components and noise amplified by the circuit of FIG. It is a figure which shows the voltage of a component.
FIGS. 8A and 8B are a plan view and a cross-sectional view showing a configuration of a pointing device 200 to which the light reflection type sensor 150 of the second embodiment of the present invention is applied.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a configuration of a pointing device 300 to which a light reflection sensor 160 according to a third embodiment of the present invention is applied.
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a configuration of a pointing device 400 to which a light reflection type sensor 170 according to a fourth embodiment of the present invention is applied.
11A is a side view showing the configuration of a conventional light reflection sensor 110, FIG. 11B is a cross-sectional view thereof, and FIG. 11C is a plan view thereof.
12A and 12B are diagrams showing light reflection characteristics in the Y-axis rotation direction and the X-axis rotation direction of the light-reflective sensor 110 in FIG. 11, respectively.
13A is a side view showing a configuration of a conventional light reflection sensor 130, FIG. 13B is a cross-sectional view thereof, and FIG. 13C is a plan view thereof.
14A is a cross-sectional view showing a configuration of a conventional light reflection sensor 140, and FIG. 14B is a plan view thereof.
15 is a diagram showing an internal leak of the light reflection type sensor 140 of FIG.
[Explanation of symbols]
1 Light receiving element
2 Shading member
3,29 Light emitting device
4 Light receiving element chip
5 Light emitting element chip
6 Light receiving element lead frame
7 Light emitting element lead frame
8 Light-receiving element resin package
9 Light emitting element resin package
10, 11, 31 windows
12 Object to be detected
13 pin
14, 16, 36 recess
15 Through hole
22 Printed circuit board
27 Reflector
100, 150, 160, 170 Light reflection type sensor
200, 300, 400 pointing device

Claims

A light-receiving element having a light-emitting element and a light-receiving unit, wherein the light-receiving element is arranged to receive light emitted from the light-emitting element and reflected by the object to be detected, and at least one of presence / absence, inclination and position of the object to be detected In a light reflection type sensor that detects a change in output of a light receiving element,
A plate-shaped light shielding member having a window through which light from the light emitting element passes, the light emitting element is disposed on one side of the light shielding member, and the light receiving element is disposed on the other side;
A light-reflective sensor, wherein the light-emitting element is provided with a lens that collects emitted light and is disposed within a window of a light-shielding member.

2. The light reflecting sensor according to claim 1, wherein the light receiving element has a window for allowing light from the light emitting element to pass therethrough.

2. The light reflection type sensor according to claim 1, wherein the light shielding member is formed of a printed circuit board or a reinforcing plate.

2. The light according to claim 1, wherein the light receiving element is formed by resin-receiving a light receiving element chip that receives light, and the resin package is formed with a concave portion at a position corresponding to the window of the light shielding member. Reflective sensor.

2. The light receiving element according to claim 1, wherein a light receiving element chip for receiving light is formed by resin packaging, and a through hole is formed in the resin package at a position corresponding to the window of the light shielding member. Light reflection type sensor.

6. The light reflecting type according to claim 4, wherein the inner peripheral surface facing the recess or the inner peripheral surface of the through hole is processed so that light does not enter the resin package of the light receiving element. Sensor.

4. The light reflecting element according to claim 3, wherein a light receiving element in which a light receiving element chip for receiving light is packaged with a resin is mounted on the printed board, or the light receiving element chip is directly mounted on the printed board. Sensor.

4. The light reflecting sensor according to claim 3, further comprising positioning means for positioning the light emitting element and the light shielding member.

4. The light reflective sensor according to claim 3, wherein the printed circuit board has a pattern wiring, and other components are mounted on the printed circuit board.