JP5261320B2 - 光学式測距センサ、および、それを搭載した電子機器 - Google Patents

光学式測距センサ、および、それを搭載した電子機器 Download PDF

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Description

この発明は、物体までの距離を光学的に検出する光学式測距センサ、および、それを搭載した電子機器に関する。
従来、物体までの距離を光学的に検出する光学式測距センサとして、図14に示すようなものがある。但し、図14(a)は平面図であり、図14(b)は図14(a)のA‐A'矢視断面図である。この従来の光学式測距センサは、リードフレーム1に、発光素子2と位置検出受光素子3とIC(集積回路)4を搭載し、発光素子2側および位置検出受光素子3側を夫々個別に透光性樹脂で樹脂封止して透光性樹脂体5,5を形成し、この透光性樹脂体5,5における光通過用の窓部5a,5bを除き遮光性樹脂で一体成形して遮光性樹脂体6を形成することによって得られる。ここで、IC4は、所定のタイミングで発光素子2を駆動すると共に、位置検出受光素子3から出力される信号の処理を行う。
そして、上述のように構成された光学式測距センサのデバイスに、特開平10‐232128号公報(特許文献1)に開示されているような、発光側および受光側に熱可塑性樹脂(例えば、アクリルあるいはポリカーボネート等)で成形されたレンズ7,7を有すると共に、特開平5‐312948号公報(特許文献2)に開示されているような、熱可塑性樹脂(例えば、ABS(アクリロニトリル・ブタジェン・スチレン)等)で構成されたケース8を設けている。
上述のような構成を有する光学式測距センサは、レンズ7,7およびケース8は何れの場合も熱可塑性樹脂ではあるものの、樹脂材料は異なるので、2色成形という射出成形によって一体成形されることが多い。また、特許文献2に開示された測距センサでは、収納ケースをカーボン入りの導電性樹脂で成形すると共に、GND(グランド)に接地して、測距センサが外部からの電磁ノイズの影響を受けないような構造を有している。
また、図14に示す光学式測距センサにおいては外部との接続をリード端子9で行う。尚、電源,接地,出力,センサ制御および発光素子駆動等のために、リード端子9の数は20程度必要な場合もある。
しかしながら、上記従来の光学式測距センサには、以下のような問題がある。
すなわち、上記従来の光学式測距センサにおいては、素子搭載部としてリードフレーム1を用いているので、発光素子2および位置検出受光素子3を透光性樹脂で樹脂封止して透光性樹脂体5,5を形成する際に、リードフレーム1の裏側も透光性樹脂で樹脂成形する必要がある。したがって、その分だけ光学式測距センサの厚さが厚くなるという問題がある。
この問題は、透光性樹脂体5,5を、その光通過用の窓部5a,5bを除いて遮光性樹脂で一体成形して遮光性樹脂体6を形成する場合にも同様に生じ、透光性樹脂体5,5の裏側も遮光性樹脂で樹脂成形する必要がある。したがって、その分だけ光学式測距センサの厚さがさらに厚くなる。
また、図14に示す光学式測距センサにおいては、レンズ7,7およびケース8に熱可塑性樹脂(レンズ7:アクリルまたはポリカーボネート等、ケース8:ABS等)を使用しているためセンサ実装時の耐熱性が低く、例えば半田ディップ時のプリヒート(120℃で1分程度)やリフロー(250℃程度)による実装を行うことができないという問題がある。
そこで、上述したように、例えば、特開2003‐287420号公報(特許文献3)および特開2004−29376号公報(特許文献4)等にも開示されているように、外部との接続をリード端子9で行うようにしている。そのため、リード端子9の幅およびピッチは、リード端子9の強度と半田実装とを考慮した寸法(幅0.4mm、ピッチ1.5mm程度)が必要となる。したがって、上述したごとくリード端子9の数が20程度必要な場合には、パッケージサイズが大きくなってしまうという問題がある。
また、コスト面では、上記リードフレーム1を採用しているためモールド金型の多数個取りに不向きであること、外部の電磁ノイズの影響を受けないようケース8にカーボン入りの導電性樹脂を使用していることから、高コストを免れないという問題もある。
特開平10‐232128号公報 特開平5‐312948号公報 特開2003‐287420号公報 特開2004−29376号公報
そこで、この発明の課題は、リフローやフロー半田による実装が可能な光学式測距センサを提供することにある。加えて、小型,高性能であり、安価な光学式測距センサを提供することにある。
さらに、上記各光学式測距センサを搭載した電子機器を提供することにある。
上記課題を解決するため、この発明の光学式測距センサは、
表面および裏面に配線が形成された基板と、
上記基板の表面に搭載された発光素子と、
上記基板の表面に搭載されると共に、上記発光素子から出射されて測距対象物で反射された光が入射されて、上記入射された光のスポット位置を検出する受光素子と、
上記基板の表面に搭載されると共に、上記受光素子から出力された信号を処理する信号処理部と、
上記基板の表面のみに形成されると共に、上記発光素子,上記受光素子および上記信号処理部の夫々を封止する透光性樹脂体と、
上記基板の表面のみに形成されると共に、上記透光性樹脂体の全てを一体に封止する遮光性樹脂体と、
透光性を有する発光側レンズおよび受光側レンズと、
金属で形成されると共に、上記発光側レンズと上記受光側レンズとが設けられたレンズ板と
を備え、
上記遮光性樹脂体は、上記発光素子から出射された光の通路となる領域に設けられた発光側開口部と、上記受光素子に入射される光の通路となる領域に設けられた受光側開口部とを有しており、
上記レンズ板は、上記発光側レンズおよび上記受光側レンズを上記遮光性樹脂体の上記発光側開口部および上記受光側開口部に位置させて、上記遮光性樹脂体を包含している
ことを特徴としている。
上記構成によれば、上記基板の表面において、上記発光素子,上記受光素子および上記信号処理部の夫々を封止した透光性樹脂体の全てが遮光性樹脂で一体に封止されて、発光側開口部および受光側開口部を有する遮光性樹脂体が形成される。そして、この遮光性樹脂体が、金属で形成されると共に、発光側レンズと受光側レンズとが設けられたレンズ板で包含されている。

したがって、上記レンズ板における両端部を実装用の端子とすることにより、この端子を実装基板のGND部に接続することができる。その結果、上記レンズ板をシールド板として機能させることができ、外部の電磁ノイズの影響を除去できる。
さらに、上記レンズ板は、金属で形成されると共に、透光性を有する発光側レンズと受光側レンズとが設けられているので、カーボン入りの導電性・熱可塑性樹脂のケースを用いる場合よりも耐熱性を高めることができ、半田付けによって確実に実装することができる。
また、1実施の形態の光学式測距センサでは、
上記発光側レンズおよび上記受光側レンズは、エポキシ樹脂を用いた成形によって上記レンズ板に形成されている。
この実施の形態によれば、上記レンズ板に対して、エポキシ樹脂を用いた成形により、熱硬化性および透光性を有する上記発光側レンズと上記受光側レンズとを容易に形成することができる。
また、1実施の形態の光学式測距センサでは、
上記基板の表面に形成された上記配線は、上記発光素子が載置されて電気的に接続された発光側配線パターンと、上記受光素子が載置されて電気的に接続された受光側配線パターンと、上記発光側配線パターンと上記受光側配線パターンとの間に上記発光素子と上記受光素子とを結ぶ方向と交差する方向に延在して配置された複数本の配線パターンとを含んでいる。
この実施の形態によれば、発光側配線パターンと受光側配線パターンとの間に複数本の配線パターンを配置している。したがって、上記発光素子の透光性樹脂による封止と上記受光素子の透光性樹脂による封止とを、同じモールド上金型を用いた1回の透光性樹脂の注入によって行う際に、発光側の透光性樹脂体と受光側の透光性樹脂体との間に形成される透光性樹脂層の中には、複数の配線パターンが配置されている。
そのため、上記発光側の透光性樹脂体から出射されて上記透光性樹脂層の通路内を反射を繰り返して進もうとする光は、上記透光性樹脂層内の上記配線パターンで遮断され、上記透光性樹脂層を介して上記受光素子に入射する光の光量を限りなく零に近づけることができる。
また、1実施の形態の光学式測距センサでは、
上記レンズ板には、上記発光側レンズと上記受光側レンズとの間に、上記基板側とは反対側に突出した凸状部が設けられており、
上記凸状部における上記レンズ板の表面からの突出距離は、上記発光側レンズのレンズ先端から上記レンズ板の表面までの距離と上記受光側レンズのレンズ先端から上記レンズ板の表面までの距離とのうちの大きい方よりも大きくなっている。
この実施の形態によれば、上記レンズ板における上記発光側レンズと上記受光側レンズとの間に、上記基板側とは反対側に突出した凸状部を設けているので、上記発光側レンズを透過した光あるいは上記発光側レンズで反射された光が上記受光側レンズに直接入射するのを上記凸状部によって防止することができる。したがって、上記測距対象物からの反射光のみを上記受光側レンズに入射させることができる。
その際に、上記凸状部の突出距離を上記発光側レンズおよび上記受光側レンズの突出距離より大きくしている。したがって、上記発光側レンズから出射されて上記受光側レンズに直接入射しようとする光を確実に遮断することができる。
また、1実施の形態の光学式測距センサでは、
上記遮光性樹脂体には、上記発光側開口部と上記受光側開口部との間に、上記基板側とは反対側に突出した突出部が設けられており、
上記レンズ板には、上記発光側レンズと上記受光側レンズとの間に、上記遮光性樹脂体の上記突出部が挿通される挿通口が設けられている。
この実施の形態によれば、上記遮光性樹脂体における上記発光側開口部と上記受光側開口部との間に、上記基板側とは反対側に突出した突出部を設けているので、上記発光側レンズを透過した光あるいは上記発光側レンズで反射された光が上記受光側レンズに直接入射するのを上記突出部によって防止することができる。したがって、上記レンズ板側に、発光側からの光を遮って受光側に直接入射しないようにするための凸状部を形成する必要が無く、上記レンズ板の形成を容易にして製造コストの低減を図ることができる。
さらに、上記レンズ板における上記発光側レンズと上記受光側レンズとの間に、上記遮光性樹脂体の上記突出部が挿通される挿通口を設けている。したがって、上記レンズ板によって上記遮光性樹脂体を覆う際に、上記レンズ板の上記挿通口に上記遮光性樹脂体の上記突出部を挿通させることによって、上記レンズ板の上記遮光性樹脂体に対する位置を決めることができる。
また、1実施の形態の光学式測距センサでは、
上記レンズ板の上記挿通口に上記遮光性樹脂体の上記突出部が挿通されて、上記レンズ板が上記遮光性樹脂体を覆っている状態で、上記突出部における上記レンズ板の表面からの突出距離が、上記発光側レンズのレンズ先端から上記レンズ板の表面までの距離と上記受光側レンズのレンズ先端から上記レンズ板の表面までの距離とのうちの大きい方よりも大きくなっている。
この実施の形態によれば、上記遮光性樹脂体における上記突出部の突出距離を上記発光側レンズおよび上記受光側レンズの突出距離より大きくしている。したがって、上記発光側レンズから出射されて上記受光側レンズに直接入射しようとする光を確実に遮断することができる。
また、1実施の形態の光学式測距センサでは、
上記遮光性樹脂体には、上記発光側開口部の外側に、上記基板側とは反対側に突出した第1外側突出部が設けられる一方、上記受光側開口部の外側に、上記基板側とは反対側に突出した第2外側突出部が設けられており、
上記レンズ板には、上記発光側レンズの外側に、上記遮光性樹脂体の上記第1外側突出部が挿通される第1外側挿通口が設けられる一方、上記受光側レンズの外側に、上記遮光性樹脂体の上記第2外側突出部が挿通される第2外側挿通口が設けられている。
この実施の形態によれば、上記レンズ板によって上記遮光性樹脂体を覆う際に、上記レンズ板の上記挿通口に上記遮光性樹脂体の上記突出部を挿通させ、上記レンズ板の第1外側挿通口に上記遮光性樹脂体の第1外側突出部を挿通させ、上記レンズ板の第2外側挿通口に上記遮光性樹脂体の第2外側突出部を挿通させることによって、上記レンズ板の上記遮光性樹脂体に対する位置をより確実に決めることができる。
さらに、上記レンズ板の上記3つの挿通口に上記遮光性樹脂体の上記3つの突出部が挿通されているので、上記レンズ板に対して折り曲げ加工等が行われる際に、上記遮光性樹脂体に上記レンズ板を介して掛かる応力を上記3つの突出部で受けることができる。したがって、上記遮光性樹脂体の上記突出部が破損するのを防止することができる。
また、1実施の形態の光学式測距センサでは、
上記レンズ板は、銅または鉄系の材料に導電性のめっき処理を施して構成されている。
この実施の形態によれば、導電性を有する上記レンズ板を、安価に形成することができる。
また、1実施の形態の光学式測距センサでは、
上記基板における上記発光素子の搭載位置と上記受光素子の搭載位置とを結ぶ方向両端の裏面に、係合凹部を設け、
上記レンズ板における上記発光側レンズと上記受光側レンズとを結ぶ方向両端には、上記基板の裏面に設けられた上記係合凹部に係合する係合爪を設けている。
この実施の形態によれば、上記基板に設けられた係合凹部に上記レンズ板に設けられた係合爪を係合させることによって、上記レンズ板で上記遮光性樹脂体を簡単に覆うことができる。
また、1実施の形態の光学式測距センサでは、
上記レンズ板における上記両端に設けられた2つの係合爪における少なくとも一方の下端は、上記基板の上記係合凹部に係合された場合に、上記基板の裏面と略同一面上に位置している。
この実施の形態によれば、上記レンズ板に設けられた2つの係合爪における少なくとも一方の下端が、上記基板の裏面と同一面上に位置している。したがって、上記一方の下端を実装基板のGNDへの接続端子として使用することができ、半田付けによって容易に上記実装基板に実装することが可能になる。
また、この発明の電子機器は、この発明の光学式測距センサを搭載したことを特徴としている。
上記構成によれば、小型で高性能な光学式測距センサを、容易に電子機器に搭載することができる。したがって、例えばパーソナルコンピュータに搭載すれば、パーソナルコンピュータの前に人が居るか居ないかを正確に検知して、人が居なくなるとパーソナルコンピュータをスリープモードにすることによって、省エネルギー化を効率よく安価に行うことが可能になる。
また、例えばカメラ付き携帯電話に搭載すれば、被写体までの距離を計測して、上記カメラのフォーカスを自動で高速に且つ正確に合わせる(オートフォーカス)機能を、安価に実現することが可能になる。
以上より明らかなように、この発明の光学式測距センサは、基板の表面に搭載された発光素子,受光素子および信号処理部の夫々を封止して透光性樹脂体を形成し、この透光性樹脂体の全てを一体に封止して発光側開口部および受光側開口部を有する遮光性樹脂体を形成し、この遮光性樹脂体の上記両開口部が形成された面から上記基板の裏面に掛けて、金属で形成されると共に、発光側レンズと受光側レンズとが設けられたレンズ板で覆っているので、上記レンズ板における上記基板の裏面に位置する両端部を実装用の端子とすることにより、この端子を実装基板のGND部に接続することができる。したがって、上記レンズ板をシールド板として機能させることができ、外部の電磁ノイズの影響を除去することができる。
さらに、上記レンズ板には、熱硬化性および透光性を有する上記発光側レンズと上記受光側レンズとが設けられているので、カーボン入りの導電性・熱可塑性樹脂のケースを用いる場合よりも耐熱性を高めることができ、半田付けによって確実に実装することができる。
さらに、上記発光素子,上記受光素子および上記信号処理部を表裏両面に配線が形成された基板の表面に搭載したので、リードフレームに搭載した場合のように、上記発光素子,上記受光素子および上記信号処理部を透光性樹脂で樹脂封止する際に、上記基板の裏側を透光性樹脂で樹脂成形する必要がない。同様に、上記発光側の透光性樹脂体と上記受光側の透光性樹脂体とを遮光性樹脂で一体に封止する場合にも、上記基板の裏側を遮光性樹脂で樹脂成形する必要がない。したがって、その分だけ本光学式測距センサの厚さを薄くすることができる。
さらに、上記基板の裏面に形成されている配線を実装用の端子とすることによって、外部との接続をリード端子で行う必要が無く、本光学式測距センサのサイズを小さくすることができる。
また、1実施の形態では、発光側配線パターンと受光側配線パターンとの間に複数本の配線パターンを配置したので、上記発光素子の透光性樹脂による封止と上記受光素子の透光性樹脂による封止とを、同じモールド上金型を用いた1回の透光性樹脂の注入によって行う際に、発光側の透光性樹脂体と受光側の透光性樹脂体との間に形成される透光性樹脂層の中に、複数の配線パターンを配置させることができる。
したがって、上記発光側の透光性樹脂体から出射されて上記透光性樹脂層の通路内を反射を繰り返して進もうとする光を、上記透光性樹脂層内の上記配線パターンで遮断し、上記透光性樹脂層を介して上記受光素子に入射する光の光量を限りなく零に近づけることができる。
また、1実施の形態では、上記レンズ板における上記発光側レンズと上記受光側レンズとの間に、上記基板側とは反対側に突出した凸状部を設けているので、上記発光側レンズを透過した光あるいは上記発光側レンズで反射された光が上記受光側レンズに直接入射するのを上記凸状部によって防止することができる。したがって、上記測距対象物からの反射光のみを上記受光側レンズに入射させることができる。
また、1実施の形態では、上記遮光性樹脂体における上記発光側開口部と上記受光側開口部との間に、上記基板側とは反対側に突出した突出部を設けているので、上記発光側レンズを透過した光あるいは上記発光側レンズで反射された光が上記受光側レンズに直接入射するのを上記突出部によって防止することができる。したがって、上記レンズ板側に、発光側からの光を遮って受光側に直接入射しないようにするための凸状部を形成する必要が無く、上記レンズ板の形成を容易にして製造コストの低減を図ることができる。
また、この発明の電子機器は、小型で高性能で実装が容易なこの発明の光学式測距センサを搭載したので、例えばパーソナルコンピュータに搭載すれば、パーソナルコンピュータの前に人が居るか居ないかを正確に検知して、人が居なくなるとパーソナルコンピュータをスリープモードにすることによって、省エネルギー化を効率よく安価に行うことが可能になる。
あるいは、カメラ付き携帯電話に搭載すれば、被写体までの距離を計測して、上記カメラのフォーカスを自動で高速に且つ正確に合わせる(オートフォーカス)機能を、安価に実現することが可能になる。
この発明の光学式測距センサにおける概略構成を示す図である。 図1に示す光学式測距センサに用いられる基板を示す図である。 発光側の配線パターンと受光側の配線パターンとの間に形成された櫛状配線パターンの説明図である。 図1における発光側の透光性樹脂体と受光側の透光性樹脂体との間に生ずる透光性樹脂層の説明図である。 図1におけるレンズ板の形成方法の説明図である。 レンズ板に形成された凸状部の寸法を示す図である。 レンズ板の測距デバイスへの取り付け手順を示す図である。 発光側から受光側に向かう光を遮る突出部を設けた遮光性樹脂の断面図である。 図8に示す遮光性樹脂を覆うレンズ板の斜視図である。 図8に示す遮光性樹脂と図9に示すレンズ板とを用いた光学式測距センサの断面図である。 発光側から受光側に向かう光を遮る突出部とレンズ板を係止する突出部とを設けた遮光性樹脂の断面図である。 図11に示す遮光性樹脂を覆うレンズ板の斜視図である。 図11に示す遮光性樹脂と図12に示すレンズ板とを用いた光学式測距センサの断面図である。 従来の光学式測距センサにおける概略構成を示す図である。
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
・第1実施の形態
図1は、本実施の形態の光学式測距センサにおける概略構成を示す図である。但し、図1(a)は平面図であり、図1(b)は図1(a)におけるB‐B'矢視断面図である。
本光学式測距センサにおいては、めっき配線された基板11上に、赤外発光ダイオードや赤外面発光レーザ等でなる発光素子12と、光のスポット位置を検出できる受光素子13と、受光素子13から出力される信号を処理する信号処理部14を搭載する。尚、受光素子13がCMOSイメージセンサである場合には、受光素子13から出力される信号を処理する信号処理部14はCMOSイメージセンサ(受光素子13)と同一チップ内に含まれ、1チップで構成される場合もある。そして、これら発光素子12と受光素子13および信号処理部14との夫々を透光性樹脂で封止して第1,第2樹脂形成体15,16を形成し、さらに両樹脂形成体15,16をその光の窓部15a,16aを除いて遮光性樹脂で一体成形して第3樹脂形成体17を形成し、測距デバイス18を得る。
さらに、上記測距デバイス18における第3樹脂形成体17の上面および両側面を、発光側レンズ19および受光側レンズ20が成形で設けられたレンズ板21で覆って、本光学式測距センサが形成されている。尚、レンズ板21には、発光側レンズ19を透過した光あるいは発光側レンズ19で反射された光が受光側レンズ20に直接入射しないようにするために、発光側レンズ19と受光側レンズ20との間に基板11に対して略垂直に突出した凸状部21aを設けている。
図2は、本光学式測距センサの形成に用いられる上記基板11を示し、図2(a)は表面であり、図2(b)は裏面である。上記基板11の表面および裏面には、めっき配線11aが形成されている。表面側のめっき配線11aは、発光素子12,受光素子13および信号処理部14の端子に機械的・電気的に接続される配線パターンである。また、裏面側の配線11aは、実装の際に用いられる端子である。尚、各端子(各裏側の配線11a)は、表面側からの電気信号を裏面側に導くためのスルーホールによって、表面側の配線パターンと電気的に接続されている。また、基板11の裏面には、個々の光学式測距センサに分割した際に、後述するレンズ板固定用の係合凹部となる座ぐり11bを設けている。
上記発光素子12と受光素子13および信号処理部14との夫々を透光性樹脂で封止してなる第1,第2樹脂形成体15,16を遮光性樹脂で一体成形する目的の一つは、発光側の第1樹脂形成体15から出射された光が、受光側の第2樹脂形成体16に直接入射されないようにすることである。その場合、発光側の第1樹脂形成体15から出射されて受光側の第2樹脂形成体16に直接入射される光の大部分を、第3樹脂形成体17によって防ぐことはできる。しかしながら、図4に示すように、一部に、発光側の第1樹脂形成体15から出射された光が受光側の第2樹脂形成体16に到達可能な経路が存在するため、発光側の第1樹脂形成体15から出射されて受光側の第2樹脂形成体16に入射する光が零にはならない。
図3は、上記発光素子12と受光素子13および信号処理部14との夫々を透光性樹脂で封止した状態を示す透視図である。但し、図3(a)は平面図であり、図3(b)は図3(a)におけるC‐C'矢視断面図である。また、図4は、従来の光学式測距センサにおいて、発光素子と受光素子および信号処理部との夫々を透光性樹脂で封止した状態を示す透視図である(本実施の形態における光学式測距センサと同じ部材には、本実施の形態の場合と同じ番号を付している)。但し、図4(a)は平面図であり、図4(b)は図4(a)におけるD‐D'矢視断面図である。尚、図3および図4においては、発光素子12,受光素子13および信号処理部14は省略している。
図4において、11a-1は発光素子12が搭載されて電気的に接続されている配線パターンである。また、11a-2は受光素子13および信号処理部14が搭載されて電気的に接続されている配線パターンである。何れの配線パターン11a-1,11a-2も、所定の厚みを有している。そして、発光素子12の透光性樹脂による封止と受光素子13および信号処理部14の透光性樹脂による封止とは、同じモールド上金型(図示せず)を用いた1回の透光性樹脂の注入によって行われる。
したがって、上記モールド上金型によって基板11を上側から挟んだ場合には、発光側の第1樹脂形成体15の形成領域と受光側の第2樹脂形成体16の形成領域との間における上記モールド上金型と基板11との間には、配線パターン(めっき配線)11aの厚み分の隙間が生ずる。そのため、透光性樹脂で成形した際に、図4(b)に示すように、発光側の第1樹脂形成体15と受光側の第2樹脂形成体16との間に、配線パターン(めっき配線)11aの厚み分の透光性樹脂層22aが形成されることになる。この透光性樹脂層22aは、発光側の第1樹脂形成体15から出射された光が反射を繰り返して受光側の第2樹脂形成体16に入射する通路になり得るのである。
そこで、本実施の形態においては、図3(a)に示すように、上記基板11の表面に形成されためっき配線11aにおける発光側の配線パターン11a-1と受光側の配線パターン11a-2との間に、第1の櫛状配線パターン23と第2の櫛状配線パターン24とを互いに噛み合うように配置している。ここで、第1の櫛状配線パターン23は、発光素子12の搭載位置と受光素子13の搭載位置とを結ぶ線分と交差する方向に延在すると共に、上記線分に対して一方の側から上記線分を横切る複数本のめっき配線11aのパターンを有している。また、第2の櫛状配線パターン24は、上記線分に対して他方の側から上記線分を横切る複数本のめっき配線11aのパターンを有している。
すなわち、本実施の形態においては、図3(b)に示すように、上記発光素子12と受光素子13および信号処理部14との夫々を透光性樹脂で成形した際に、発光側の第1樹脂形成体15と受光側の第2樹脂形成体16の間に形成される透光性樹脂層22の中には、第1の櫛状配線パターン23のめっき配線11aと第2の櫛状配線パターン24のめっき配線11aとが交互に存在することになる。したがって、発光側の第1樹脂形成体15から出射されて透光性樹脂層22の通路内を反射を繰り返して進もうとする光は、透光性樹脂層22内の第1の櫛状配線パターン23および第2の櫛状配線パターン24で遮断されて、透光性樹脂層22を介して受光素子13に入射する光の光量を限りなく零に近づけることができるのである。
尚、本実施の形態においては、上記2つの櫛状配線パターン23,24を互いが噛み合うように配置しているが、1つの櫛状配線パターンのみを配置してもよい。また、上記線分を横切るめっき配線11aのパターンは櫛状に限定するものではなく、透光性樹脂層22内にめっき配線11aを複数存在させることが可能な形状のパターンであれば差し支えない。ここで、透光性樹脂層22内にめっき配線11aを複数存在させる理由は、透光性樹脂層22内のめっき配線11aの表面に透光性樹脂が薄く残っているような場合でも、この薄く残っている透光性樹脂内を反射して透過した光をも遮断するためである。
次に、上記発光側レンズ19および受光側レンズ20について説明する。図5に示すように、一枚の金属板25に、発光側レンズ19および受光側レンズ20が成形される部分に穴26および穴27が設けられたレンズ板21が、例えば打ち抜きによって複数配列して形成されている。そして、各レンズ板21における穴26および穴27内に、例えばエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂に可視光線をカットする染料を含有した樹脂を用いた成形によって、発光側レンズ19および受光側レンズ20を形成する。そうした後、個々のレンズ板21に分離される。
こうして形成された上記レンズ板21は、図7に示すようにして、測距デバイス18に取り付けられる。測距デバイス18は、遮光性樹脂で一体成形するまでは、図2に示すように同一の基板11に複数個成形されているが、レンズ板21を取り付ける前にダイシングによって個々の測距デバイス18に分割される。
図7(a)に示すように、上記発光側レンズ19および受光側レンズ20が形成された後個々に分離されたレンズ板21には、図7(b)に示すように、発光側レンズ19を透過した光あるいは発光側レンズ19で反射された光が受光側レンズ20に直接入射しないようにするために、発光側レンズ19と受光側レンズ20との間に、レンズ板21に対して略垂直に基板11側とは反対側に向かって突出した凸状部21aが折り曲げ加工によって形成される。
図6に示すように、上記凸状部21aにおけるレンズ板21表面からの突出長さ「a」は、発光側レンズ19と受光側レンズ20とのレンズ先端からレンズ板21までの寸法のうちの大きい方の寸法で成るレンズ寸法「b」より大きくなっている。
次に、図7(c)に示すように、上記凸状部21aが形成されたレンズ板21を、測距デバイス18に取り付けるために、測距デバイス18の両側上下の角に合わせて、4箇所28〜31に予備的な折り曲げ加工を施す。尚、個々のレンズ板21に分離する際に、レンズ板21の両端にはタイバーの一部を残して係合爪32,32としている。
次に、図7(d)に示すように、個々に分割された上記測距デバイス18上に、発光側レンズ19および受光側レンズ20の位置を合わせてレンズ板21が載置される。そして、図7(e)に示すように、測距デバイス18の両側上の角に合わせて、図7(c)で予備に折り曲げ加工が施された2箇所28,29が略直角まで折り曲げられる。
次に、図7(f)およびこの図7(f)に相当する測距デバイス18の裏面図である図7(g)に示すように、測距デバイス18の両側下の角に合わせて、図7(c)で予備に折り曲げ加工が施された2箇所30,31が鋭角に折り曲げられる。こうして、レンズ板21の両端に設けられた係合爪32,32が、基板11の裏面に設けられたレンズ板固定用の凹部で成る係合凹部33に係合される。このように、測距デバイス18とレンズ板21との係合を、基板11における互いに対向する端辺で行うのである。
ここで、上記レンズ板固定用の係合凹部33は、図2に示すように同一の基板11に複数個成形されている測距デバイス18をダイシングによって個々の測距デバイス18に分割する際に、矩形の形状を有しているレンズ板固定用の座ぐり11bが分割されることによって形成される。
また、上記レンズ板21の金属部分は、例えば銅あるいは鉄系の材料に導電性のめっき処理を施して構成されている。
この場合、上記レンズ板21の両端に設けられた係合爪32,32の折り曲げ箇所30,31は、基板11の裏面と略同一面上にある。したがって、本光学式測距センサを実装する際に、レンズ板21の両端に設けられた係合爪32,32の少なくとも一方を実装基板のGND部に例えば半田付けによって接続することによって、レンズ板21がシールド板として機能することができ、外部の電磁ノイズの影響を受けないようにできるのである。
以上のごとく、本実施の形態においては、表面および裏面にめっき配線された上記基板11上に発光素子12と受光素子13および信号処理部14とを搭載し、この発光素子12と受光素子13および信号処理部14との夫々を、透光性樹脂で封止して第1,第2樹脂形成体15,16を形成し、この両樹脂形成体15,16をその光の窓部15a,16aを除いて遮光性樹脂で一体成形して第3樹脂形成体17(測距デバイス18)を形成する。そして、測距デバイス18における第3樹脂形成体17の上面および両側面を、熱硬化性樹脂で成る発光側レンズ19および受光側レンズ20が成形で設けられた金属製のレンズ板21で覆って、本光学式測距センサを構成している。
したがって、上記第3樹脂形成体17の両側面を覆っているレンズ板21の両端部(係合爪)32,32を基板11の裏面側に折り込んで実装用の端子とすることにより、端子32,32を実装基板のGND部に例えば半田付けによって接続することができる。その結果、レンズ板21はシールド板として機能することができ、外部の電磁ノイズの影響を受けないようにできる。
このように、上記第3樹脂形成体17の両側面を熱硬化性樹脂で成る発光側レンズ19および受光側レンズ20が設けられた金属製のレンズ板21で覆い、このレンズ板21の端部32,32を実装用の端子としているので、カーボン入りの導電性・熱可塑性樹脂のケースを用いる場合よりも耐熱性を高めることができ、半田付けによって確実に実装することができる。
また、上記レンズ板21には、発光側からの光が受光側レンズ20に直接入射されないようにするために、発光側レンズ19と受光側レンズ20との間に凸状部21aを設けている。したがって、発光側レンズ19を透過した光あるいは発光側レンズ19で反射された光が受光側レンズ20に直接入射するのを防止することができ、高性能な光学式測距センサを提供することができる。
また、上記基板11の表面には、発光側の配線パターン11a-1と受光側の配線パターン11a-2との間に、発光素子12の搭載位置と受光素子13の搭載位置とを結ぶ線分を一方の側から横切る複数本のめっき配線11aを有する第1の櫛状配線パターン23と、上記線分を他方の側から横切る複数本のめっき配線11aを有する第2の櫛状配線パターン24とを、互いに噛み合うように配置している。したがって、発光側の第1樹脂形成体15から出射されて発光側の第1樹脂形成体15と受光側の第2樹脂形成体16との間に形成される透光性樹脂層22の通路内を進もうとする光を、第1の櫛状配線パターン23および第2の櫛状配線パターン24で遮断することができる。その結果、上記透光性樹脂層を介して受光素子13に入射する光の光量を限りなく零に近づけることができる。
また、本実施の形態においては、素子搭載部としてめっき配線された基板11を用いているので、発光素子12,受光素子13および信号処理部14を透光性樹脂で樹脂封止する際に、基板11の裏側を透光性樹脂で樹脂成形する必要がない。さらに、発光側の第1樹脂形成体15と受光側の第2樹脂形成体16とを遮光性樹脂で一体成形して第3樹脂形成体17を形成する場合にも、基板11の裏側を遮光性樹脂で樹脂成形する必要がない。したがって、その分だけ光学式測距センサの厚さを薄くすることができる。
また、本実施の形態においては、上記基板11の裏面に、めっき配線11aでなる実装用の端子を設けている。したがって、外部との接続をリード端子で行う必要が無く、光学式測距センサのサイズを小さくすることができる。
すなわち、本実施の形態によれば、小型,高性能であり、リフローやフロー半田による実装が可能な安価な光学式測距センサを提供することができるのである。
本実施の形態においては、上記測距デバイス18とレンズ板21との係合を、レンズ板21の両端に設けられた係合爪32,32と基板11の裏面に設けられたレンズ板固定用の係合凹部33とで行っている。しかしながら、測距デバイス18とレンズ板21とが互いにずれることなく係合でき、且つ端子として機能できれば、上述の係合機構に限定されるものではない。
・第2実施の形態
本実施の形態は、上記第1実施の形態における発光側レンズ19を透過した光あるいは発光側レンズ19で反射された光が受光側レンズ20に直接入射しないようにする構成の他の構成に関するものである。尚、以下の説明においては、上記第1実施の形態の場合と同じ部材には同じ番号を付して、詳細な説明は省略する。
本実施の形態においては、上記第1実施の形態の場合と同様に、図8に示すごとく、めっき配線された上記基板11上に搭載された発光素子12と受光素子13および信号処理部14との夫々を、透光性樹脂で封止して第1,第2樹脂形成体15,16を形成する。さらに、両樹脂形成体15,16をその光の窓部15a,16aを除いて遮光性樹脂で一体成形して第3樹脂形成体35を形成し、測距デバイス36を得る。
ここで、本実施の形態においては、上記第3樹脂形成体35に関して、第1樹脂形成体15の光の窓部15aを露出させる発光側開口部35aと第2樹脂形成体16の光の窓部16aを露出させる受光側開口部35bとの間に、発光側からの光を遮って受光素子13に直接入射しないようにするために、基板11に対して略垂直に突出する突出部35cを設けている。
また、上記第1実施の形態の場合と同様に、図9に示すごとく、一枚の金属板25に、発光側レンズ19および受光側レンズ20が成形される部分に穴26および穴27が設けられたレンズ板37が、例えば打ち抜きによって複数配列して形成する。その際に、本実施の形態においては、穴26および穴27の中間に、第3樹脂形成体35の上面および両側面をレンズ板37で覆って本光学式測距センサを形成する際に、第3樹脂形成体35に設けられた突出部35cが挿通される挿通口37aが形成される。
そして、図10に示すように、上述のように構成された測距デバイス36における第3樹脂形成体35の上面および両側面を、発光側レンズ19および受光側レンズ20が成形で設けられたレンズ板37で覆って、本光学式測距センサが形成される。その場合におけるレンズ板37の測距デバイス36への取り付け手順は、上記第1実施の形態における図7に示す手順と同様である。
その際に、上記レンズ板37は、レンズ板37の挿通口37aに第3樹脂形成体35の突出部35cを挿通させ、レンズ板37の発光側レンズ19および受光側レンズ20を第3樹脂形成体35の発光側開口部35aおよび受光側開口部35bに嵌合させることによって、レンズ板37の第3樹脂形成体35に対する位置を決めるのである。
ここで、上記第3樹脂形成体35の突出部35cにおけるレンズ板37表面からの突出長さ「c」は、発光側レンズ19と受光側レンズ20とのレンズ先端からレンズ板37表面までの寸法のうちの大きい方の寸法で成るレンズ寸法「d」より大きくしている。
このように、本実施の形態においては、上記第3樹脂形成体35における発光側開口部35aと受光側開口部35bとの間に、発光側からの光を遮って受光側に直接入射しないようにするための突出部35cを設けている。したがって、上記第1実施の形態のごとく、レンズ板37に、発光側からの光を遮って受光側に直接入射しないようにするための凸状部を形成する必要が無く、レンズ板37の形成を容易にし、レンズ板37の製造コストを低減できるのである。
・第3実施の形態
本実施の形態は、上記第2実施の形態における発光側レンズ19を透過した光あるいは発光側レンズ19で反射された光が受光側レンズ20に直接入射しないようにする構成の改良に関するものである。尚、以下の説明においては、上記第1実施の形態および上記第2実施の形態の場合と同じ部材には同じ番号を付して、詳細な説明は省略する。
上記第2実施の形態においては、上記第3樹脂形成体35に発光側からの光を遮る突出部35cを唯一つ設け、この突出部35cをレンズ板37の挿通口37aに挿通してレンズ板37の設置位置を決めている。この場合、第3樹脂形成体35における突出部35cが形成される発光側開口部35aと発光側開口部35bとの間が狭く、突出部35cの幅も狭く形成されている。したがって、挿通口37aに第3樹脂形成体35の突出部35cが挿通されて第3樹脂形成体35上に載置されたレンズ板37に対して、図7(c)〜図7(e)に示すように折り曲げ加工が行われる際に、幅の狭い突出部35cにレンズ板37を介して応力が掛かり、突出部35cが折れる等の破損が起こる可能性がある。
そこで、本実施の形態においては、図11に示すように、基板11上に搭載された発光素子12と受光素子13および信号処理部14との夫々を、透光性樹脂で封止して第1,第2樹脂形成体15,16を形成する。さらに、両樹脂形成体15,16をその光の窓部15a,16aを除いて遮光性樹脂で一体成形して第3樹脂形成体38を形成し、測距デバイス39を得る。そして、第3樹脂形成体38に関して、発光側開口部38aと受光側開口部38bとの間に、発光側からの光を遮るために基板11に対して略垂直に突出する第1突出部38cを設ける。ここまでは、上記第2実施の形態の場合と同様である。
本実施の形態においては、さらに、上記第3樹脂形成体38における上記発光側開口部38aより外側に、基板11に対して略垂直に突出する上記第1外側突出部としての第2突出部38dを設ける一方、受光側開口部38bより外側に、基板11に対して略垂直に突出する上記第2外側突出部としての第3突出部38eを設けるのである。
これに対応させて、図12に示すように、上記発光側レンズ19および上記受光側レンズ20が成形される部分に穴26および穴27が設けられたレンズ板40には、穴26および穴27の中間に、第3樹脂形成体38の上面および両側面をレンズ板40で覆って本光学式測距センサを形成する際に、第3樹脂形成体38に設けられた第1突出部38cが挿通される第1挿通口40aを設ける。ここまでは、上記第2実施の形態の場合と同様である。
本実施の形態においては、さらに、上記レンズ板40における穴26より外側に、第3樹脂形成体38の第2突出部38dが挿通される上記第1外側挿通口としての第2挿通口40bを設ける一方、穴27より外側に、第3樹脂形成体38の第3突出部38eが挿通される上記第2外側挿通口としての第3挿通口40cを設けるのである。
そして、図13に示すように、上述のように構成された測距デバイス39における第3樹脂形成体38の上面および両側面を、発光側レンズ19および受光側レンズ20が成形で設けられたレンズ板40で覆って、本光学式測距センサが形成される。その際に、レンズ板40の第1挿通口40aに第3樹脂形成体38の第1突出部38cを挿通させ、第2挿通口40bに第2突出部38dを挿通させ、第3挿通口40cに第3突出部38eを挿通させることによって、レンズ板40の第3樹脂形成体38に対する位置を決めるのである。
このように、本実施の形態においては、上記第3樹脂形成体38に設けられた3つの突出部38c〜38eをレンズ板40の3つの挿通口40a〜40cに挿通してレンズ板40の設置位置を決めている。したがって、3つの挿通口40a〜40cに第3樹脂形成体38の3つの突出部38c〜38eが挿通されて第3樹脂形成体38上に載置されたレンズ板40に対して、図7(c)〜図7(e)に示すように折り曲げ加工が行われる際に、第3樹脂形成体38にレンズ板40を介して掛かる応力を3つの突出部38c〜38eで受けることができる。そのため、第3樹脂形成体38の突出部38c〜38eが折れる等の破損が起こることを防止できる。
また、上記レンズ板40の3つの挿通口40a〜40cに第3樹脂形成体38の3つの突出部38c〜38eを挿通することによって、レンズ板40の設置位置を決めている。したがって、レンズ板40の位置決めの精度を改善することでき、外部からの電磁ノイズの影響をより低減することができるのである。
・第4実施の形態
本実施の形態は、上記第1〜第3実施の形態によって形成された光学式測距センサを搭載した電子機器に関する。
以上のごとく、上記各実施の形態によれば、小型で、高性能で、実装が容易な光学式測距センサを実現できる。したがって、こうして得られた光学式測距センサは、パーソナルコンピュータに搭載することが容易である。そして、パーソナルコンピュータに搭載された上記光学式測距センサによって、パーソナルコンピュータの前に人が居るか居ないかを正確に検知することを可能にする。その場合には、人が居なくなるとパーソナルコンピュータをスリープモードにすることにより、省エネルギー化を効率よく安価にできるのである。
さらに、こうして得られた光学式測距センサは、カメラ付き携帯電話に搭載することが容易である。そして、カメラ付き携帯電話に搭載された上記光学式測距センサによって、被写体までの距離を計測することが可能になる。その場合には、上記カメラのフォーカスを自動で高速に且つ正確に合わせる(オートフォーカス)機能を、安価に実現することができるのである。
また、上記光学式測距センサは、パーソナルコンピュータおよびカメラ付き携帯電話に限らず、光学式測距結果を必要とする他の電子機器に搭載しても差し支えない。
尚、上記各実施の形態においては、上記レンズ板21は、第3樹脂形成体17を、発光側レンズ19および受光側レンズ20の設置面から基板11の裏面に掛けて覆っており、基板11の裏面側を実装用の端子としている。しかしながら、必ずしもその必要はなく、第3樹脂形成体17の側面で実装基板のGND部に接続する場合には、レンズ板21は第3樹脂形成体17の側面までを覆えばよく、基板11の裏面まで覆う必要はない。
また、上記各実施の形態においては、上記発光側レンズ19および受光側レンズ20を熱硬化性樹脂によって形成しているが、耐熱性を有していれば必ずしも熱硬化性樹脂に限定されるものではない。
また、上記各実施の形態においては、上記基板11の裏面に設ける座ぐり11bを矩形にしているが、円形等の他の形状に形成しても一向に構わない。
また、上記各実施の形態においては、受光素子13と信号処理部14とは透光性樹脂で一体に封止して第2樹脂形成体16を形成しているが、受光素子13と信号処理部14とを個別に透光性樹脂で封止しても差し支えない。
11…基板、
11a…めっき配線、
11b…座ぐり、
12…発光素子、
13…受光素子、
14…信号処理部、
15,16,17,35,38…樹脂形成体、
18,36,39…測距デバイス、
19…発光側レンズ、
20…受光側レンズ、
21,37,40…レンズ板、
21a…凸状部、
22…透光性樹脂層、
23,24…櫛状配線パターン、
26,27…穴、
32…係合爪、
33…係合凹部、
35c,38c,38d,38e…突出部、
37a,40a,40b,40c…挿通口。

Claims (11)

  1. 表面および裏面に配線が形成された基板と、
    上記基板の表面に搭載された発光素子と、
    上記基板の表面に搭載されると共に、上記発光素子から出射されて測距対象物で反射された光が入射されて、上記入射された光のスポット位置を検出する受光素子と、
    上記基板の表面に搭載されると共に、上記受光素子から出力された信号を処理する信号処理部と、
    上記基板の表面のみに形成されると共に、上記発光素子,上記受光素子および上記信号処理部の夫々を封止する透光性樹脂体と、
    上記基板の表面のみに形成されると共に、上記透光性樹脂体の全てを一体に封止する遮光性樹脂体と、
    透光性を有する発光側レンズおよび受光側レンズと、
    金属で形成されると共に、上記発光側レンズと上記受光側レンズとが設けられたレンズ板と
    を備え、
    上記遮光性樹脂体は、上記発光素子から出射された光の通路となる領域に設けられた発光側開口部と、上記受光素子に入射される光の通路となる領域に設けられた受光側開口部とを有しており、
    上記レンズ板は、上記発光側レンズおよび上記受光側レンズを上記遮光性樹脂体の上記発光側開口部および上記受光側開口部に位置させて、上記遮光性樹脂体を包含している
    ことを特徴とする光学式測距センサ。
  2. 請求項1に記載の光学式測距センサにおいて、
    上記発光側レンズおよび上記受光側レンズは、エポキシ樹脂を用いた成形によって上記レンズ板に形成されている
    ことを特徴とする光学式測距センサ。
  3. 請求項1あるいは請求項2に記載の光学式測距センサにおいて、
    上記基板の表面に形成された上記配線は、上記発光素子が載置されて電気的に接続された発光側配線パターンと、上記受光素子が載置されて電気的に接続された受光側配線パターンと、上記発光側配線パターンと上記受光側配線パターンとの間に上記発光素子と上記受光素子とを結ぶ方向と交差する方向に延在して配置された複数本の配線パターンとを含んでいる
    ことを特徴とする光学式測距センサ。
  4. 請求項1から請求項3までの何れか一つに記載の光学式測距センサにおいて、
    上記レンズ板には、上記発光側レンズと上記受光側レンズとの間に、上記基板側とは反対側に突出した凸状部が設けられており、
    上記凸状部における上記レンズ板の表面からの突出距離は、上記発光側レンズのレンズ先端から上記レンズ板の表面までの距離と上記受光側レンズのレンズ先端から上記レンズ板の表面までの距離とのうちの大きい方よりも大きくなっている
    ことを特徴とする光学式測距センサ。
  5. 請求項1から請求項3までの何れか一つに記載の光学式測距センサにおいて、
    上記遮光性樹脂体には、上記発光側開口部と上記受光側開口部との間に、上記基板側とは反対側に突出した突出部が設けられており、
    上記レンズ板には、上記発光側レンズと上記受光側レンズとの間に、上記遮光性樹脂体の上記突出部が挿通される挿通口が設けられている
    ことを特徴とする光学式測距センサ。
  6. 請求項5に記載の光学式測距センサにおいて、
    上記レンズ板の上記挿通口に上記遮光性樹脂体の上記突出部が挿通されて、上記レンズ板が上記遮光性樹脂体を覆っている状態で、上記突出部における上記レンズ板の表面からの突出距離が、上記発光側レンズのレンズ先端から上記レンズ板の表面までの距離と上記受光側レンズのレンズ先端から上記レンズ板の表面までの距離とのうちの大きい方よりも大きくなっている
    ことを特徴とする光学式測距センサ。
  7. 請求項5あるいは請求項6に記載の光学式測距センサにおいて、
    上記遮光性樹脂体には、上記発光側開口部の外側に、上記基板側とは反対側に突出した第1外側突出部が設けられる一方、上記受光側開口部の外側に、上記基板側とは反対側に突出した第2外側突出部が設けられており、
    上記レンズ板には、上記発光側レンズの外側に、上記遮光性樹脂体の上記第1外側突出部が挿通される第1外側挿通口が設けられる一方、上記受光側レンズの外側に、上記遮光性樹脂体の上記第2外側突出部が挿通される第2外側挿通口が設けられている
    ことを特徴とする光学式測距センサ。
  8. 請求項1から請求項7までの何れか一つに記載の光学式測距センサにおいて、
    上記レンズ板は、銅あるいは鉄系の材料に導電性のめっき処理を施して構成されている
    ことを特徴とする光学式測距センサ。
  9. 請求項1から請求項8までの何れか一つに記載の光学式測距センサにおいて、
    上記基板における上記発光素子の搭載位置と上記受光素子の搭載位置とを結ぶ方向両端の裏面に、係合凹部を設け、
    上記レンズ板における上記発光側レンズと上記受光側レンズとを結ぶ方向両端には、上記基板の裏面に設けられた上記係合凹部に係合する係合爪を設けた
    ことを特徴とする光学式測距センサ。
  10. 請求項9に記載の光学式測距センサにおいて、
    上記レンズ板における上記両端に設けられた2つの係合爪における少なくとも一方の下端は、上記基板の上記係合凹部に係合された場合に、上記基板の裏面と略同一面上に位置している
    ことを特徴とする光学式測距センサ。
  11. 請求項1から請求項10までの何れか一つに記載された光学式測距センサを搭載したことを特徴とする電子機器。
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