JP5308192B2 - 光電センサ - Google Patents

Description

本発明は、光電センサに関するものである。

光電センサにおいて投光器・受光器には投光用および受光用の少なくとも一方の光電素子が備えられており、ケース内に光電素子、表示灯、回路基板等を含めた各種電子部品を収納している（例えば、特許文献１等）。

特開２００２−２１６５９８号公報

このため、ケース内に基板を収容できる空間を有し、また、ケース内の表示灯の光を外部に出射させるための窓部を構成する必要がある。基板への実装部品点数が増加した場合には、基板面積が増え、その分だけケースもそれに伴い大型化してしまう。また、ケース内に収容された表示灯をケースの一部の透光性の窓部を介して出射するため視認性が良くない。さらに、視認性を向上させる場合には、ケース内からの表示灯の光を外部に導くための構造が必要となり、構造の複雑化を招く。

本発明の目的は、センサの小型化を達成しつつ、装備される表示灯の視認性を向上することができる光電センサを提供することにある。

請求項１に記載の発明では、チップ部品の表示灯と、投光用および受光用の少なくとも一方の光電素子と、前記表示灯を駆動するとともに前記光電素子を動作させる１枚の回路基板と、を備え、前記回路基板の上端部に前記表示灯が実装され、当該回路基板がケース内に少なくとも前記表示灯が実装される実装部を除いて収容されるとともに前記表示灯の実装部が前記ケースの上面から突出しており、前記表示灯の光を透過可能な透光性樹脂で、前記実装部を薄肉に一体成形にて封止されていることを要旨とする。

請求項１に記載の発明によれば、表示灯を回路基板の上端部に実装することによりセンサの小型化が図られる。また、表示灯の光を透過する透光性樹脂により表示灯を封止することにより、表示灯の視認性を向上させることができる。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の光電センサにおいて、前記回路基板において前記表示灯の実装面と同じ面に前記光電素子が実装されていることを要旨とする。
請求項２に記載の発明によれば、回路基板の同一面に表示灯と光電素子とを実装することにより製造が容易となる。

請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載の光電センサにおいて、前記回路基板に前記光電素子が、前記回路基板の実装面と前記光電素子の光軸方向とが直交する状態で実装されていることを要旨とする。

請求項３に記載の発明によれば、回路基板に光電素子を実装する際に光電素子の光軸方向を回路基板の実装面を基準として容易に位置合わせすることができる。
請求項４に記載の発明では、チップ部品の投光用表示灯と、ケース内に配置される投光用光電素子と、前記ケース内において前記投光用光電素子と離間して配置され、前記投光用光電素子から発射される光を受光器に出力する投光レンズと、前記投光用表示灯を駆動するとともに前記投光用光電素子を動作させる１枚の回路基板と、を備え、前記回路基板の上端部に前記投光用表示灯が実装され、当該回路基板がケース内に少なくとも前記投光用表示灯が実装される実装部を除いて収容されるとともに前記投光用表示灯の実装部が前記ケースの上面から突出しており、前記投光用表示灯の光を透過可能な透光性樹脂で、前記実装部を薄肉に一体成形にて封止されていることを要旨とする。

請求項４に記載の発明によれば、投光用表示灯を回路基板の上端部に実装することによりセンサの小型化が図られる。また、表示灯の光を透過する透光性樹脂により表示灯を封止することにより、表示灯の視認性を向上させることができる。

請求項５に記載の発明では、投光器と受光器とからなる透過型の光電センサにおいて、前記投光器は、チップ部品の投光用表示灯と、投光用光電素子と、前記投光用表示灯を駆動するとともに前記投光用光電素子を動作させる１枚の回路基板と、を備え、前記回路基板の上端部に前記投光用表示灯が実装され、当該回路基板がケース内に少なくとも前記投光用表示灯が実装される実装部を除いて収容されるとともに前記投光用表示灯の実装部が前記ケースの上面から突出しており、前記投光用表示灯の光を透過可能な透光性樹脂で、前記実装部を薄肉に一体成形にて封止されており、前記受光器は、チップ部品の受光用表示灯と、受光用光電素子と、前記受光用表示灯を駆動するとともに前記受光用光電素子を動作させる１枚の回路基板と、を備え、前記回路基板の上端部に前記受光用表示灯が実装され、当該回路基板がケース内に少なくとも前記受光用表示灯が実装される実装部を除いて収容されるとともに前記受光用表示灯の実装部が前記ケースの上面から突出しており、前記受光用表示灯の光を透過可能な透光性樹脂で、前記実装部を薄肉に一体成形にて封止されおり、前記投光器の回路基板における前記投光用表示灯の光出射方向は、前記投光用光電素子の光軸方向と一致し、前記受光器の回路基板における前記受光用表示灯の光出射方向は、前記受光用光電素子の光軸方向と一致することを要旨とする。

請求項５に記載の発明によれば、各表示灯をそれぞれの回路基板の上端部に実装することによりセンサの小型化が図られる。また、表示灯の光を透過する透光性樹脂により各表示灯を封止することにより、各表示灯の視認性を向上させることができる。

請求項６に記載のように、請求項１〜５のいずれか１項に記載の光電センサにおいて、レーザセンサに適用することができる。

本発明によれば、センサの小型化を達成しつつ、装備される表示灯の視認性を向上することができる。

第１の実施形態におけるレーザセンサの受光器の正面図。 レーザセンサの受光器の斜視図。 レーザセンサの受光器の分解斜視図。 図１のＡ−Ａ線での受光器の縦断面図。 図１のＢ−Ｂ線での受光器の縦断面図。 受光器の製造工程を説明するための斜視図。 第２のレーザセンサの投光器の斜視図。 レーザセンサの投光器の縦断面図。

（第１の実施形態）
以下、本発明を具体化した第１の実施形態を図面に従って説明する。
本実施形態の光電センサは、投光器と受光器とが対向配置された透過型の光電センサであり、受光器において投光器から出射された可視光を受光する。また、本実施形態の光電センサはレーザセンサであって、可視光のレーザ光のうち赤色のレーザ光を投光器から出射して受光器において受光する。

図１には受光器の正面図を、図２には斜視図を、図３には分解斜視図を、図４には図１のＡ−Ａ線での縦断面図を、図５には図１のＢ−Ｂ線での縦断面図を示す。図２，３，４，５において左側から投光器（図示略）の発する光（赤色レーザ光）を受光する。

図１，２に示すように、受光器１の本体１０は、全体形状がほぼ直方体をなし、赤色レーザ光を受光する面Ｓ１は縦長の長方形状をなしている。本体１０には取付孔１０ａが設けられている。受光器の本体１０の下面からケーブル１１が延びている。

光電センサにおける受光器１の本体１０は、図１，２に示すように、樹脂製ケース２０を備えている。樹脂製ケース２０は、ベース部材２１と背面カバー２２と前面カバー２３を備えている。また、受光器１は図１，３に示すように回路基板３０、光ＩＣ４０（受光素子４１）、表示灯５０等を備えている。図３は前面カバー２３を取り外した状態での分解斜視図である。

ベース部材２１に対し回路基板３０が立設した状態で当接し、この状態で回路基板３０がベース部材２１に支持されている。
回路基板３０の一方の面（前面）３０ａにおいて受光用光ＩＣ（受光素子）４０が回路基板３０のほぼ中央部に実装されている。図３に示すように、受光用光ＩＣ４０は、光電素子としての受光素子４１と処理回路とをワンチップ化したものである。回路基板３０の一方の面３０ａに直交する方向が受光素子４１の光軸Ｌ１となっており、光軸方向からの光を受光素子４１で受光すると、その光量に応じた電気信号に変換される。そして、受光用光ＩＣ４０の処理回路において増幅等の信号処理が行なわれる。また、受光用光ＩＣ４０（受光素子４１）の駆動は回路基板３０に形成された駆動回路により行なわれる。このようにして、回路基板３０と受光素子４１との関係について、受光素子４１の光軸方向と直交する方向に回路基板３０が配置されている。

また、図４，５に示すように、回路基板３０の他方の面（後面）３０ｂにおいて電子ボリューム３１が回路基板３０のほぼ中央部に実装されている。この電子ボリューム３１は連結部材３２により受光器本体１０の背面部に露出する操作部材３３に連結されている。そして、外部から操作部材３３を回動操作することにより電子ボリューム３１の可変抵抗値を調整して受光感度等を調整することができるようになっている。

さらに、回路基板３０の両面には各種の電子部品（トランジスタ、ダイオード等）が実装されている。これら実装部品により駆動回路が形成されている。具体的には、例えば、図３，４，５に示すように回路基板３０の一方の面（前面）３０ａには複数のダイオード４２が受光用光ＩＣ４０の下方に接近して実装されている。このようにして、表示灯５０を駆動するとともに受光素子４１を動作させるための電子部品が備えられている。

また、回路基板３０の一方の面（前面）３０ａにおいて表示灯５０が回路基板３０の上端部に実装されている。表示灯５０は緑色ＬＥＤ５１と橙色ＬＥＤ５２よりなる。表示灯はチップ部品よりなる。緑色ＬＥＤ５１は受光量が一定量以上となると（受光素子への入光量が安定すると）点灯する。橙色ＬＥＤ５２は検出表示灯であって、物体があるか否かに基づいて点灯する。この表示灯５０（緑色ＬＥＤ５１、橙色ＬＥＤ５２）の駆動は回路基板３０に形成された駆動回路により行なわれる。

回路基板３０の下部にはケーブル１１が接続され、ケーブル１１を介して受光器本体１０に電源が供給される。
図３に示すように、回路基板３０の前面３０ａには、シールド板６０、導電フィルム６１、樹脂製カバー６２が設けられている。

金属製のシールド板６０は一方の面が開口する四角箱型をなし、回路基板３０に対しシールド板６０で回路基板３０の前面に実装された光ＩＣ４０等の電子部品を覆うように配置されている。シールド板６０には長穴形の貫通孔６０ａが設けられ、貫通孔６０ａを通過した赤色レーザ光が受光用光ＩＣ４０の受光素子４１に送られる。シールド板６０の前面には透明な導電フィルム６１を介して樹脂製カバー６２が配置されている。樹脂製カバー６２は絶縁性の黒色樹脂よりなる。樹脂製カバー６２はシールド板６０を覆う状態で回路基板３０に装着されている。詳しくは、樹脂製カバー６２の本体部６２ａから突出する脚部６２ｂを回路基板３０の貫通孔３０ｃに嵌入することにより樹脂製カバー６２が回路基板３０に固定されている。

樹脂製カバー６２には円形の貫通孔６２ｃが設けられ、貫通孔６２ｃを通過した赤色レーザ光が受光用光ＩＣ４０の受光素子４１に送られる。また、シールド板６０は回路基板３０におけるグランドラインと接続されている。これによって、シールド板６０により回路基板３０に実装した電子部品（光ＩＣ４０等）がシールドされ、外部からの電磁ノイズの影響を受けないようになっている。このとき、シールド板６０に導電フィルム６１を被せていることで、シールド板６０に空いている貫通孔６０ａの部分を空間的に閉鎖して、外来ノイズから空間的に遮断している。

また、図３，４，５に示すように、回路基板３０の前面側には前面カバー２３がベース部材２１に装着されている。前面カバー２３は赤色よりなる。前面カバー２３は回路基板３０の前面３０ａのうちの表示灯５０の配置部分およびケーブル１１の接続部を除く部位を覆っている。前面カバー２３の前面での中央部には長方形状をなす受光窓２３ａが形成されている。詳しくは、受光窓２３ａは前面カバー２３の前面よりも窪んでおり、かつ、その表面は平滑にされており、これにより投光器からの赤色レーザ光を通過可能となっている。この受光窓２３ａを通過した赤色レーザ光が受光用光ＩＣ４０の受光素子４１に送られる。

封止樹脂２４は、ケース２０の水密性を確保するためのものであって、ベース部材２１と背面カバー２２と前面カバー２３とを組み付けた状態で、これら部材間の境界部分、ケーブル１１との境界部（ケーブル１１の封止部）、および、表示灯５０を封止樹脂２４で封止（金型成形・一体成形）している。詳しくは、封止樹脂２４は、回路基板３０の上部での表示灯５０（緑色ＬＥＤ５１、橙色ＬＥＤ５２）よりも下部の部位を封止するとともに、表示灯５０（緑色ＬＥＤ５１、橙色ＬＥＤ５２）を封止している。封止樹脂２４は、表示灯５０の光を透過する透光性樹脂よりなる。具体的には、半透明樹脂（例えばグレースモーク樹脂）を用いることができる。これにより、外部から表示灯５０の光を認識することができる。

１枚の回路基板３０により表示灯５０を駆動するとともに受光素子４１を動作させる。
次に、このように構成した光電センサの受光器１の組み立て順序について説明する。
回路基板３０に受光用光ＩＣ４０、表示灯５０を含む電子部品を実装し、さらにシールド板６０、導電フィルム６１、樹脂製カバー６２を回路基板３０に取り付ける。その後、回路基板３０にケーブル１１を半田付けし、さらには、連結部材３２を回路基板３０に実装される電子ボリューム３１にセットしてベース部材２１を組み付ける。その後、操作部材３３にパッキンを嵌めた状態で連結部材３２にセットして背面カバー２２を組付ける。そして、ベース部材２１の前面に前面カバー２３を装着する。その結果、図６に示す状態となる。このとき、回路基板３０には表示灯５０も実装されているが、表示灯５０の部分の基板３０をケースの外側に出す構造となっている。

この状態から、図２に示すように、封止樹脂２４で部材間の境界部分、ケーブル１１との境界部分、表示灯５０（緑色ＬＥＤ５１、橙色ＬＥＤ５２）の部分を封止（一体成形）する。このようにして、小型レーザセンサ（光電センサ）において回路基板３０を全てケース２０の内部に配置し、単にケーブル１１の引き出し部および基板の一部を封止するのではなく、さらに、表示灯５０の光を透過する透光性樹脂（２４）により表示灯５０を封止する。

表示灯５０を封止樹脂ではなく樹脂成形品（ケース）で覆った場合においては、表示灯の光は空気を通ってケースを通過して外部に出射される。この場合には、空気を通過するときに減衰して光が弱くなる。本実施形態では、空気を通さずに外部に出射するので光の減衰を抑えることができ視認性に優れている。また、表示灯５０を封止する樹脂２４は薄く形成することができ、これにより光の減衰を抑えることができるので視認性に優れている。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）回路基板３０に表示灯５０が実装され、回路基板３０がケース内に少なくとも表示灯５０が実装される実装部を除いて収容されるとともに、表示灯５０の光を透過可能な透光性樹脂（封止樹脂２４）で、実装部を薄肉に一体成形にて封止されている。これにより、表示灯５０を回路基板３０に実装することによってセンサの小型化が図られる。また、表示灯５０の光を透過する透光性樹脂（封止樹脂２４）により表示灯５０を封止することにより、表示灯５０の視認性を向上させることができる。

（２）回路基板３０において表示灯５０の実装面と同じ面に受光素子（光電素子）４１が実装されているので、回路基板３０の同一面に表示灯５０と受光素子（光電素子）４１とを実装することにより製造が容易となる。

（３）回路基板３０に受光素子（光電素子）４１が、回路基板３０の実装面と受光素子（光電素子）４１の光軸方向とが直交する状態で実装されているので、回路基板３０に受光素子（光電素子）４１を実装する際に受光素子（光電素子）４１の光軸方向を回路基板３０の実装面を基準として容易に位置合わせすることができる。
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態を、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。

第１の実施形態においては受光器に用いたが、本実施形態においては投光器に用いている。
図７，８には、本実施形態におけるレーザセンサの投光器８０を示す。図７，８において、ケース（ベース部材８１、背面カバー８２、前面カバー８３）の内部に回路基板８４が配置され、回路基板８４の下部にはケーブル８５が接続されている。ケーブル８５と回路基板８４の接続部は封止樹脂８６にて封止されている。ケース内において円筒状のホルダ部８７が回路基板８４を貫通する状態で配置され、ホルダ部８７はベース部材８１と一体形成されている。ホルダ部８７の一端には投光用の光電素子としてのレーザダイオード８８が固定されているとともに、ホルダ部８７の他端にはレンズ８９が固定されている。回路基板８４には表示灯９０を駆動するとともにレーザダイオード８８を動作させるための電子部品が実装されている。回路基板８４がケース内に表示灯９０の実装部を除いて収容されるとともに、表示灯９０が表示灯９０の光を透過可能な透光性樹脂（封止樹脂９１）により封止されている。表示灯９０はチップ部品よりなる。レーザダイオード８８と回路基板８４とはフレキシブルプリント配線板９２により電気的に接続されている。投光器８０においては、表示灯９０は緑色表示灯のみを使用する場合が多く、緑色表示灯の点灯により投光していることを表示することができる。

このようにして、光電センサは、投光用および受光用の少なくとも一方の光電素子を備えていればよい。
また、チップ部品の投光用表示灯９０と、ケース内に配置されるレーザダイオード（投光用光電素子）８８と、ケース内においてレーザダイオード（投光用光電素子）８８と離間して配置され、レーザダイオード（投光用光電素子）８８から発射される光を受光器に出力する投光レンズ８９と、投光用表示灯９０を駆動するとともにレーザダイオード（投光用光電素子）８８を動作させる１枚の回路基板８４と、を備えている。回路基板８４に投光用表示灯９０が実装され、回路基板８４がケース内に少なくとも投光用表示灯９０が実装される実装部を除いて収容されるとともに、投光用表示灯９０の光を透過可能な透光性樹脂（９１）で、実装部を薄肉に一体成形にて封止している。

これにより、ケースの小型化を図ろうとすると投光用光電素子（投光素子）が存在し、また、製品仕様として投光用光電素子（投光素子）と投光レンズ８９との距離が決まってしまう。一方、基板８４は本体ケース前面側からある程度背面側に引っ込む。ケース内に表示灯を配置すると見づらい。

これに対し、本実施形態においてはケースから表示灯を突出させ、突出させた表示灯の部分を薄肉樹脂で一体成形する。
これにより、ケース前面から奥行き側に基板が配置されても、ケース外に表示灯が突出している状態で、しかも、表示灯の周りを薄肉で一体成形することで、表示灯の光を減衰がほとんどない状態で発光器本体外に出射させることができ、視認性が良くなる。
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態を、第１，２の実施形態との相違点を中心に説明する。

第１の実施形態においては受光器に用いるとともに第２の実施形態においては投光器に用いるが、本実施形態においては第２の実施形態の投光器と第１の実施形態の受光器により、投光器と受光器とからなる透過型の光電センサ（レーザセンサ）を構成している。

図７，８に示すように、投光器８０は、チップ部品の投光用表示灯９０と、投光用光電素子としてのレーザダイオード８８と、投光用表示灯９０を駆動するとともにレーザダイオード（投光用光電素子）８８を動作させる１枚の回路基板８４と、を備えている。回路基板８４に投光用表示灯９０が実装され、回路基板８４がケース内に少なくとも投光用表示灯９０が実装される実装部を除いて収容されている。また、投光用表示灯９０の光を透過可能な透光性樹脂（封止樹脂９１）で、実装部を薄肉に一体成形にて封止している。

一方、図５に示すように、受光器１は、チップ部品の受光用表示灯５０（５１，５２）と、受光用光電素子４１と、受光用表示灯５０を駆動するとともに受光用光電素子４１を動作させる１枚の回路基板３０とを備えている。回路基板３０に受光用表示灯５０が実装され、回路基板３０がケース内に少なくとも受光用表示灯５０が実装される実装部を除いて収容されている。また、受光用表示灯５０の光を透過可能な透光性樹脂（封止樹脂２４）で、実装部を薄肉に一体成形にて封止している。

さらに、投光器８０の回路基板８４における投光用表示灯９０の光出射方向は、レーザダイオード（投光用光電素子）８８の光軸方向と一致し、受光器１の回路基板３０における受光用表示灯５０の光出射方向は、受光用光電素子４１の光軸方向と一致している。

透過型の光電センサにおいて、投受光を行なう光軸方向に表示灯の光が出射されることで、表示灯の視認が一番しやすくなる。投光器でも受光器でも相手方の表示灯と向き合った状態で設置等を行なうので、向き合った状態で表示灯の光を直接見ることができる。

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
・光電センサとしてレーザセンサに適用したが、これに限るものではなく、レーザ光以外の光を用いた光電センサに適用してもよい。

１…受光器、２０…ケース、２１…ベース部材、２２…背面カバー、２３…前面カバー、２４…封止樹脂、３０…回路基板、４１…受光素子（光電素子）、５０…表示灯、５１…緑色ＬＥＤ、５２…橙色ＬＥＤ、８０…投光器、８４…回路基板、８８…レーザダイオード、９０…表示灯、９１…封止樹脂。

Claims (6)

1. チップ部品の表示灯と、
   投光用および受光用の少なくとも一方の光電素子と、
   前記表示灯を駆動するとともに前記光電素子を動作させる１枚の回路基板と、
   を備え、
   前記回路基板の上端部に前記表示灯が実装され、
   当該回路基板がケース内に少なくとも前記表示灯が実装される実装部を除いて収容されるとともに前記表示灯の実装部が前記ケースの上面から突出しており、前記表示灯の光を透過可能な透光性樹脂で、前記実装部を薄肉に一体成形にて封止されていることを特徴とする光電センサ。
2. 前記回路基板において前記表示灯の実装面と同じ面に前記光電素子が実装されていることを特徴とする請求項１に記載の光電センサ。
3. 前記回路基板に前記光電素子が、前記回路基板の実装面と前記光電素子の光軸方向とが直交する状態で実装されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光電センサ。
4. チップ部品の投光用表示灯と、
   ケース内に配置される投光用光電素子と、
   前記ケース内において前記投光用光電素子と離間して配置され、前記投光用光電素子から発射される光を受光器に出力する投光レンズと、
   前記投光用表示灯を駆動するとともに前記投光用光電素子を動作させる１枚の回路基板と、
   を備え、
   前記回路基板の上端部に前記投光用表示灯が実装され、
   当該回路基板がケース内に少なくとも前記投光用表示灯が実装される実装部を除いて収容されるとともに前記投光用表示灯の実装部が前記ケースの上面から突出しており、前記投光用表示灯の光を透過可能な透光性樹脂で、前記実装部を薄肉に一体成形にて封止されていることを特徴とする光電センサ。
5. 投光器と受光器とからなる透過型の光電センサにおいて、
   前記投光器は、
   チップ部品の投光用表示灯と、
   投光用光電素子と、
   前記投光用表示灯を駆動するとともに前記投光用光電素子を動作させる１枚の回路基板と、
   を備え、
   前記回路基板の上端部に前記投光用表示灯が実装され、
   当該回路基板がケース内に少なくとも前記投光用表示灯が実装される実装部を除いて収容されるとともに前記投光用表示灯の実装部が前記ケースの上面から突出しており、前記投光用表示灯の光を透過可能な透光性樹脂で、前記実装部を薄肉に一体成形にて封止されており、
   前記受光器は、
   チップ部品の受光用表示灯と、
   受光用光電素子と、
   前記受光用表示灯を駆動するとともに前記受光用光電素子を動作させる１枚の回路基板と、
   を備え、
   前記回路基板の上端部に前記受光用表示灯が実装され、
   当該回路基板がケース内に少なくとも前記受光用表示灯が実装される実装部を除いて収容されるとともに前記受光用表示灯の実装部が前記ケースの上面から突出しており、前記受光用表示灯の光を透過可能な透光性樹脂で、前記実装部を薄肉に一体成形にて封止されおり、
   前記投光器の回路基板における前記投光用表示灯の光出射方向は、前記投光用光電素子の光軸方向と一致し、前記受光器の回路基板における前記受光用表示灯の光出射方向は、前記受光用光電素子の光軸方向と一致することを特徴とする光電センサ。
6. レーザセンサであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の光電センサ。

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