JP5399526B2 - 光学式測距装置および電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、測距対象物までの距離を光学的に測定する光学式測距装置、特にリフロー等による温度変化により熱膨張または収縮する場合においても高い測距精度を有する光学式測距装置およびそれを搭載した電子機器に関する。

図１２は、一般的な三角測距法の原理を説明するための図である。

図１２に示すように、従来の一般的な光学式測距装置は、例えば、発光素子２０１、受光素子２０２、発光レンズ２０３および受光レンズ２０４を備えている。

この光学式測距装置において、原点（０，０）に配置された発光素子２０１より出射された光束は、Ａ点（０，ｄ）に配置された発光レンズ２０３により略平行光束（発光軸２０５）となり、スポット光として、測距対象物２１１上のＢ点（０，ｙ）に照射される。測距対象物２１１により反射された光束（受光軸２０６）は、Ｃ点（Ｌ，ｄ）に配置された受光レンズ２０４（集光レンズ）により集光され、ｘ方向に沿った軸上に配置された受光素子２０２上のＤ点（Ｌ＋ｌ，０）に結像されて、受光スポットを形成する。ここで、Ｃ点（受光レンズ２０４の中心）を通りｙ軸と平行な線が受光素子２０２の受光面と交差する点をＥ点（Ｌ，０）とすると、三角形ＡＢＣと三角形ＥＣＤとは相似する。したがって、測距対象物２１１までの距離ｙは、受光素子２０２により受光スポットの位置を検出して辺ＥＤ（＝ｌ）を測定することにより、下記の式（１）によって算出される。

上記のように、光学式測距装置は、受光素子２０２上に形成された受光スポットの位置を検出し、式（１）に基づいて測距対象物２１１までの距離を算出する。当該距離を正確に求めるためには、発光レンズ２０３と受光レンズ２０４との間の距離Ｌ、および受光レンズ２０４と受光素子２０２との間の距離ｄが固定されている必要がある。

図１３は、上記の原理を利用した一般的な光学式測距装置３００の構成を示す断面図である。

図１３に示すように、光学式測距装置３００は、上記の発光素子２０１、受光素子２０２、発光レンズ２０３および受光レンズ２０４を備えるとともに、これらをケース３０１によって保持している。ケース３０１は、一般に低価格化のために遮光性樹脂により形成されている。

この光学式測距装置３００では、ケース３０１は、一般に大きな熱膨張係数を有する樹脂により形成されていることから、周囲温度が変化すると、その影響を受けて伸縮する。このため、例えば、周囲温度が上昇することによりケースが伸長すると、発光レンズ２０３と受光レンズ２０４とがそれぞれ点線で示す位置に移動し、レンズ間の距離Ｌが変化してしまう（大きくなる）。その結果、室温時の発光レンズ２０３の光軸２０５ａおよび受光レンズ２０４の光軸２０６ａは、それぞれ破線にて示す光軸２０５ｂおよび光軸２０６ｂのように変化してしまう。この状態では、測距対象物２１１の位置が変わっていないに
も関わらず、受光素子２０２上に形成される受光スポットの位置は、室温時に比べて外側にシフトしてしまう。このように、例えば周囲温度が上昇した場合には、測距対象物２１１は、実際よりも近い位置にあると誤って測定されてしまう。

特許文献１，２には、このような不都合を解消することができる技術が開示されている。図１４は、特許文献１に記載された光学式測距装置４００の構成を示す断面図である。図１５は、特許文献２に記載された光学式測距装置５００の構成を示す断面図である。

図１４に示すように、光学式測距装置４００は、発光素子４０１、受光素子４０２、投光レンズ４０３（発光レンズ）および受光レンズ４０４を備えている。発光素子４０１を収納するパッケージ４０５および投光レンズ４０３は、同一の第１ケース４０６に固定される一方、受光素子４０２を収納するパッケージ４０７および受光レンズ４０４は、同一の第２ケース４０８に固定されている。第１ケース４０６および第２ケース４０８は、本体部４０９によって接続されて本体ケース４１０を構成している。

このような光学式測距装置４００では、本体ケース４１０に熱膨張が生じた場合でも、第１ケース４０６において発光素子４０１および投光レンズ４０３の位置関係が維持され、第２ケース４０８において受光素子４０２および受光レンズ４０４の位置関係が維持される。これにより、受光素子４０２の中心から反射光の光スポットの位置までの距離に変動が生じなくなるので、測距精度が保持される。

図１５に示すように、光学式測距装置５００は、結像レンズ５０１ａ，５０１ｂ、結像レンズ５０１ａ、５０１ｂの保持部材５０２、ＣＣＤパッケージ５０３ａ，５０３ｂ（光センサアレイ）、およびＣＣＤパッケージ５０３ａ，５０３ｂの保持部材５０４を備えている。この光学式測距装置５００では、結像レンズ５０１ａ，５０１ｂおよび保持部材５０２，５０４が吸湿性のないプラスチックからなる同一材料により形成されている。

このような光学式測距装置５００では、結像レンズ５０１ａ，５０１ｂおよび保持部材５０２，５０４が熱膨張により全体に均等に伸びる。これにより、温度変化による測距精度の低下を防ぐことができる。

このように、上記の光学式測距装置４００，５００では、受発光素子およびレンズを保持する部材が周囲温度の変化により均等に伸縮する場合において、三角測量の原理を満足するように、受発光素子およびレンズの位置関係が保持される。しかしながら、光学式測距装置４００，５００では、受発光素子が自己発熱した場合には、装置全体における温度変化が均等でないため、受発光素子の近傍の部材とレンズ近傍の部材とが、異なる温度となる結果、それに応じて異なる伸縮量で伸縮する。このため、受発光素子とレンズとの位置関係を維持することができない。

このように均等でない温度変化が生じた場合における受光スポットの位置の補正方法について、特許文献１，２には記載されていない。したがって、特許文献１，２に記載された技術では、受発光素子の自己発熱による測距精度の低下を防ぐことができないため、三角測距法の原理を満足に利用することができない。

特許文献３には、このような不都合を解消することができる技術が開示されている。図１６は、特許文献３に記載された光学式測距装置６００の構成を示す断面図である。

図１６に示すように、光学式測距装置６００は、一対のレンズ６０１ａ，６０１ｂ、一対のＣＣＤパッケージ６０２ａ，６０２ｂ、レンズ保持部材６０３、ＣＣＤ保持部材６０４および温度センサ６０５，６０６を備えている。温度センサ６０５は、レンズ保持部材
６０３上のレンズ６０２ａ，６０２ｂの間に取り付けられ、温度センサ６０６は、ＣＣＤ保持部材６０４上のＣＣＤパッケージ６０２ａ，６０２ｂの間に取り付けられている。

このような光学式測距装置６００では、温度センサ６０５，６０６の出力を用いて、ＣＣＤパッケージ６０２ａ，６０２ｂ内のＣＣＤチップ６０７ａ，６０７ｂ（受光素子）の自己発熱によるレンズ保持部材６０３およびＣＣＤ保持部材６０４の温度差が求められる。そして、この温度差を利用して、ＣＣＤチップ６０７ａ，６０７ｂ上の物体像のシフト量が補正される。これにより、ＣＣＤチップ６０７ａ，６０７ｂの自己発熱によるレンズ保持部材６０３およびＣＣＤ保持部材６０４の熱膨張の差を補正して測距精度を保つことができる。

ところが、光学式測距装置６００では、測距精度の低下を防ぐために、温度センサ６０５，６０６を必要とする。また、温度センサ６０５，６０６は、ＣＣＤチップ６０７ａ，６０７ｂ等に内蔵することができず、個別にレンズ保持部材６０３およびＣＣＤ保持部材６０４に接触するように配置されなければならない。しかも、温度センサ６０５，６０６が出力した信号を送信するための配線も必要となる。このため、光学式測距装置６００の構造が複雑になる結果、組み立て工数が増加してしまい、光学式測距装置６００を安価に提供することが困難となる。

そこで、温度センサ６０５，６０６をいずれか１つのみ設けることで、光学式測距装置６００の構造をより簡素化することが考えられる。しかしながら、温度センサ６０５，６０６をいずれか１つのみ設けることは、次に説明するような不具合を招来する。

図１７は、従来の光学式測距装置７００の構成を示す断面図である。

図１７に示すように、光学式測距装置７００において、周囲熱は、光学式測距装置７００の側面を含めた光学式測距装置７００全体を均等に加熱または冷却し、各部材を膨張または収縮させる。これにより、発光レンズ７０３と受光レンズ７０４との間の距離、および発光素子７０１と受光素子７０２との間の距離を変化させる。一方、発光素子７０１および受光素子７０２の通電による自己発熱は、これらの素子を封止している遮光性樹脂部７０５を直接加熱して膨張させる。また、発光素子７０１および受光素子７０２からの放射熱と、遮光性樹脂部７０５から発光レンズ７０３および受光レンズ７０４を保持するレンズ保持部材７０６を伝導する熱とは、レンズ保持部材７０６におけるレンズ保持部分を間接的に加熱して膨張させる。

したがって、自己発熱が生じた場合には、遮光性樹脂部７０５とレンズ保持部材７０６とは、温度が異なるために、固有の熱膨張係数によって、それぞれの温度変化にしたがって膨張することとなる。そのため、発光レンズ７０３および受光レンズ７０４の間の距離の変化量は、周囲熱によって光学式測距装置７００が加熱された場合に矢印Ｉに示すようになり、自己発熱によって光学式測距装置７００が加熱された場合に矢印Ｊに示すようになり、それぞれの場合で異なる。

したがって、自己発熱による、両素子７０１，７０２間の距離の変化と、両レンズ７０３，７０４間の距離の変化とをそれぞれ予測するためには、遮光性樹脂部７０５の温度と、レンズ保持部材７０６の温度とをそれぞれ個別に検出する温度センサを備える必要がある。

光学式測距装置６００においても、レンズ６０１ａ，６０１ｂ間の距離の変化量は、周囲熱によって光学式測距装置６００が加熱された場合と、自己発熱によって光学式測距装置６００が加熱された場合とで異なる。したがって、温度センサ６０５，６０６をレンズ
保持部材６０３にのみ、またはＣＣＤ保持部材６０４にのみに取り付けると、例えば温度が上昇した場合に、周囲温度の上昇または自己発熱のいずれの影響により温度が変化したのかが不明である。それゆえ、レンズ６０１ａ，６０１ｂとＣＣＤチップ６０７ａ，６０７ｂとの位置関係を正確に把握することができず、測距精度が低下してしまうという問題が生じる。

そこで、周囲熱および自己発熱が原因で生じる熱膨張による受発光レンズの間の距離の変化そのものを抑えるため、例えば図１３に示す光学式測距装置３００において、発光レンズ２０３および受光レンズ２０４を保持するケース３０１の一部を金属により形成することが考えられる。具体的には、発光レンズ２０３および受光レンズ２０４を保持する部分を金属製のフレーム（レンズフレーム）で構成し、このレンズフレームをケース３０１に取り付ける。このように、ケース３０１の一部を熱膨張係数の小さい金属製にすることで、熱膨張による受発光レンズの間の距離の変化を抑えることができ、周囲熱および自己発熱に応じて生じる熱膨張による受発光レンズ間の距離の変化の相違をなくすことができる。また、ケース３０１の全体を金属製にすることに比べて価格の上昇を抑えることができる。

特開２００６−３３７３２０号公報（２００６年１２月１４日公開） 特開平１１−２８１３５１号公報（１９９９年１０月１５日公開） 特開２００１−９９６４３号公報（２００１年４月１３日公開）

ところで、光学式測距装置を電子機器に搭載するためには、光学式測距装置を基板等に実装する必要がある。実装においては、発光素子および受光素子に対する信号の入出力や電源供給のために、発光素子および受光素子が実装されるリードフレームに設けられる複数の端子が基板に半田付けされる。

近年の光学式測距装置の小型化に伴って、上記の端子間の間隔が狭くなってきている。また、このような小型化された光学式測距装置を搭載する電子機器を効率的に大量生産することも求められる。このような要求を受けて、端子の半田付けの手段として、従来の手作業よりもリフローへの需要が非常に高まっている。

光学式測距装置をリフロー炉に通すと、一般に２６０℃以上の高温に短時間ではあるが曝される。このとき、受発光レンズ、受発光素子、ケース、受発光素子を封止する素子封止部等の各部を形成する各樹脂は、その熱膨張係数にしたがって膨張し、リードフレームや前述のレンズフレームも同様にその熱膨張係数にしたがって膨張する。

しかしながら、リードフレームおよびレンズフレームを構成する金属の熱膨張係数は樹脂の熱膨張係数より小さい。このため、リードフレームと素子封止部との界面、レンズフレームとケースとの界面、およびレンズフレームとレンズとの界面には熱膨張係数の差による応力が発生する。また、リフロー炉から排出されるときには、光学式測距装置が逆に室温付近まで急激に冷却される。このため、高温雰囲気により膨張した光学式測距装置が急激に収縮する。

このような加熱から冷却に至る過程において、例えばレンズおよびレンズフレームに着目すると、レンズとレンズフレームとの密着力が不十分な場合、高温雰囲気中の昇温中にそれらの界面の応力により、レンズがレンズフレームから滑ってしまう。また、室温への
急激な降温中にもそれらの界面には応力が作用し、レンズがレンズフレームから滑ってしまう。このため、リフローによる実装前に比べて受発光レンズと受発光素子との相対的な位置関係が変化してしまう。この結果、前述の三角測距の原理で説明したように受光スポットの位置がシフトするので、この位置を用いて前述の式（１）による演算を行っても、得られた距離が正しい値からずれる。

冷却時に過熱時と全く逆の滑りが生じれば、受発光レンズとレンズフレームとの位置関係が元に戻ることにより、リフローによる上記のような不都合は生じない。しかしながら、実際には、受発光レンズとレンズフレームとの位置関係が元に戻ることはない。

受発光レンズとレンズフレームとの界面に着目した場合、加熱時の膨張と冷却時の収縮とで、当該界面で発生する歪みが全く正反対のベクトルで生じない。例えば、リフローの昇温プロファイルと降温プロファイルとが異なることから、上記の界面における内部温度分布が加熱時と冷却時とで対称になることはない。したがって、加熱時に発生する滑りと冷却時に発生する滑りとが異なり、受発光素子に対する受発光レンズの相対的な位置関係が変化してしまう。

このように、金属製のレンズフレームを用いたとしても、急激な加熱および冷却によるレンズフレームと樹脂部材との界面に生じる滑りのために、測距精度が低下するという問題が生じる。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、高耐熱かつ高精度の光学式測距装置を提供することにある。

本発明に係る光学式測距装置は、前記の課題を解決するために、測距対象物までの距離を測定する光学式測距装置であって、実装部材上に実装された発光素子と、上記発光素子の出射光を上記測距対象物に照射する透光性樹脂からなる発光レンズと、上記実装部材上に実装され、上記測距対象物による反射光が集束する位置を検出する受光素子と、上記反射光を上記受光素子に集束させる透光性樹脂からなる受光レンズと、上記発光素子および上記受光素子を封止する透光性樹脂体と、上記出射光が上記発光素子から上記発光レンズに至る空間および上記反射光が上記受光レンズから上記受光素子に至る空間を形成するように上記透光性樹脂体を覆う第１の遮光性樹脂体と、金属で形成され、上記発光レンズおよび上記受光レンズを保持するレンズフレームと、上記レンズフレームおよび上記第１の遮光性樹脂体を封止する第２の遮光性樹脂体とを備え、上記レンズフレームが、上記発光レンズおよび上記受光レンズをそれぞれ保持する保持穴と、当該保持穴の周辺に形成されるスリット穴とを有しており、当該スリット穴に上記発光レンズおよび上記受光レンズを形成する透光性樹脂が充填され、上記スリット穴が、上記発光レンズおよび上記受光レンズのそれぞれについて、上記発光レンズの中心および上記受光レンズの中心を通る直線上の、上記保持穴を間において対向する位置に、少なくとも２つ形成されていることを特徴としている。

上記構成においては、レンズフレームにおける保持穴の周辺にスリット穴が形成され、スリット穴に発光レンズおよび受光レンズを形成する透光性樹脂が充填されるので、発光レンズおよび受光レンズにおいて、スリット穴を介してレンズフレームが挟み込まれる。これにより、発光レンズおよび受光レンズがレンズフレームに強固に固定される。このような固定状態により、リフロー処理時に、発光レンズおよび受光レンズとレンズフレームとの界面で生じる滑りを防止できる。このことから、リフロー時の周囲温度の変化により発光レンズおよび受光レンズとレンズフレームとの界面に応力が作用する場合においても、それぞれが滑りを起こすことはない。それゆえ、リフロー処理後の発光レンズおよび受光レンズと発光素子および受光素子との相対的な位置関係が保たれる。したがって、光学式測距装置の耐熱性および測距精度を高めることができる。

また、光学式測距装置が熱によって膨張または収縮すると、レンズフレームには、その膨張または収縮による応力が作用する。この応力が発光レンズおよび受光レンズとレンズフレームとの密着力以上になると、発光レンズおよび受光レンズは、レンズフレームの表面と密着している界面が、外周部から剥離していく。レンズスリットにおいては、透光性樹脂が充填されているため、発光レンズおよび受光レンズとレンズフレームの表面との界面が存在しない。このため、レンズスリットによって剥離の進行を阻止することができる。

また、上記構成においては、スリット穴は発光レンズおよび受光レンズについて少なくとも２つ形成されているので、安定して発光レンズおよび受光レンズを固定することができる。したがって、滑り防止の強度を向上させることができる。しかも、スリット穴が、発光レンズの中心および受光レンズの中心を通る直線上に形成されているので、測距精度に大きく影響する上記直線の方向に対して、発光レンズおよび受光レンズを固定することができる。

前記光学式測距装置において、上記スリット穴は、上記スリット穴と上記保持穴の間のスリット穴−保持穴間距離が隣り合う上記スリット穴の間のスリット穴間距離以上であることが好ましい。

上記の構成においては、前述の剥離が隣り合うリット穴の間より進行しても、両側のスリット穴に充填されている透光性樹脂によって、スリット穴に近いほど剥離の進行が抑えられる。このため、剥離は、隣り合うスリット穴の間から保持穴側へ、近似的にスリット穴間距離を直径とする円形状に広がっていくと考えることができる。したがって、スリット穴−保持穴間距離がスリット穴間距離以上であることにより、剥離が保持穴を越えて広がることを防止できる。それゆえ、剥離による応力のために発光レンズと発光素子との相対位置および受光レンズと受光素子との相対位置が変化することを回避できる。

前記光学式測距装置において、上記スリット穴−保持穴間距離が上記スリット穴間距離と等しいことが好ましい。

上記の構成においては、スリット穴−保持穴間距離がスリット穴間距離と等しいことにより、剥離が保持穴にまで達しても、それ以上広がることを防止できる。また、スリット穴−保持穴間距離がスリット穴間距離と等しいことにより、保持穴とスリット穴との配置関係をスリット穴−保持穴間距離とスリット穴間距離との関係で容易に設定することができる。それゆえ、スリット穴間距離を可能な限り短く設定し、それに応じてスリット穴−保持穴間距離を設定することにより、発光レンズおよび受光レンズの面積を最適に低減することができる。

前記光学式測距装置において、隣り合う上記スリット穴の間のスリット穴間距離は上記レンズフレームの厚さ以上であることが好ましい。

隣り合うスリット穴の間に形成されるスリット間領域は、スリット穴間距離がレンズフレームの厚さ以上であると、発光レンズおよび受光レンズの直径方向に直交する方向に作用する応力に抗することができる程度に高い強度を有する。一方、スリット間領域は、スリット穴間距離がレンズフレームの厚さより短くなると、上記の方向に作用する応力に抗することができなくなる程度に強度が低下して、スリット穴間距離が短くなるように変形してしまう。これに伴い、スリット穴と保持穴との間の領域も変形してしまう。そこで、上記の構成においては、スリット穴間距離は上記レンズフレームの厚さであることにより、このような変形を回避することができる。

本発明の他の光学式測距装置は、前記課題を解決するために、測距対象物までの距離を測定する光学式測距装置であって、実装部材上に実装された発光素子と、上記発光素子の出射光を上記測距対象物に照射する発光レンズと、上記実装部材上に実装され、上記測距対象物による反射光が集束する位置を検出する受光素子と、上記反射光を上記受光素子に集束させる受光レンズと、上記発光素子および上記受光素子を封止する透光性樹脂体と、上記出射光が上記発光素子から上記発光レンズに至る空間および上記反射光が上記受光レンズから上記受光素子に至る空間を形成するように上記透光性樹脂体を覆う第１の遮光性樹脂体と、金属で形成され、上記発光レンズおよび上記受光レンズが設けられたレンズフレームと、上記レンズフレームおよび上記第１の遮光性樹脂体を封止する第２の遮光性樹脂体とを備え、上記受光レンズおよび上記発光レンズと上記第１の遮光性樹脂体との間、および上記受光レンズおよび上記発光レンズと上記第２の遮光性樹脂体との間の少なくともいずれか一方の間に、上記受光レンズおよび上記発光レンズと上記第１の遮光性樹脂体および上記第２の遮光性樹脂体とが熱膨張により互いに接触しないような間隙が形成されていることを特徴としている。

上記構成においては、リフロー処理時に、受光レンズおよび発光レンズを構成する樹脂と、第１の遮光性樹脂体および第２の遮光性樹脂体を構成する樹脂とがそれぞれの熱膨張係数で膨張する。これに対しては、受光レンズおよび発光レンズを構成する樹脂と、第１の遮光性樹脂体および第２の遮光性樹脂体とが、間隙内で膨張することで接触しないので、互いに膨張による応力を作用しあうことはない。それゆえ、リフロー処理後には、発光レンズおよび受光レンズと発光素子および受光素子との相対的な位置関係は保たれる。したがって、光学式測距装置の耐熱性の測距精度を高めることができる。

前記光学式測距装置において、上記レンズフレームは、上記発光レンズおよび上記受光レンズをそれぞれ保持する保持穴を有しており、当該保持穴に複数の凹部が形成されていることが好ましい。

上記構成においては、保持穴に複数の凹部が形成されているので、凹部内に前述の透光性樹脂が充填され、発光レンズおよび受光レンズがレンズフレームに強固に固定される。これにより、リフロー処理時の温度変化による滑りを起こす応力に対して、発光レンズおよび受光レンズとレンズフレームとの間の密着力を向上させることができる。

前記光学式測距装置において、上記レンズフレームの表面、裏面または両面に、上記発光レンズおよび上記受光レンズを形成する透光性樹脂により薄膜が形成されていることが好ましい。

上記構成においては、上記レンズフレームの表面、裏面または両面に、発光レンズおよび上記受光レンズを形成する透光性樹脂により薄膜が形成されているので、金属製のレンズフレームと第１および第２の遮光性樹脂体との間の密着性が高まる。これにより、レンズフレームのすべりを防止することができる。

本発明に係る電子機器は、上記のいずれかの光学式測距装置を搭載していることを特徴としている。

これにより、光学式測距装置を、パソコン、キッチン家電、サニタリ機器等の電子機器を搭載して、人までの距離を検出して機器を制御したり、非接触スイッチや非接触コントローラとして電子機器を制御したりするセンサとして利用することができる。

本発明に係る光学式測距装置は、上記のように構成されることにより、光学式測距装置の高耐熱化および高精度化を容易に図ることができるという効果を奏する。

（ａ）は本発明の実施形態１に係る光学式測距装置の構成を示す平面図であり、（ｂ）は当該平面図のＭ−Ｍ線矢視断面図である。 上記光学式測距装置における発光素子および受光素子の他の配置を示す側面図である。 （ａ）は本発明の実施形態２に係る光学式測距装置の構成を示す平面図であり、（ｂ）は当該平面図のＮ−Ｎ線矢視断面図である。 実施形態２に係る光学式測距装置における発光レンズの端部の周辺部分を一部拡大して示す断面図である。 （ａ）は本発明の実施形態３に係る光学式測距装置の構成を示す平面図であり、（ｂ）は当該平面図のＯ−Ｏ線矢視断面図である。 実施形態３の変形例を示すものであり、レンズが形成されたレンズフレームの構成を示す平面図である。 実施形態１に係る光学式測距装置のレンズフレームにおける発光レンズの保持構造を拡大して示す断面図である。 本発明の実施形態４に係る光学式測距装置の構成を示す断面図である。 （ａ）は図８の光学式測距装置におけるレンズ付レンズフレームの構成を示す平面図であり、（ｂ）は当該平面図のＰ−Ｐ線矢視断面図である。 本発明の実施形態５に係るパソコンの構成を示す斜視図である。 （ａ）は本発明の実施形態に対する比較例に係る光学式測距装置の構成を示す平面図であり、（ｂ）は当該平面図のＱ−Ｑ線矢視断面図である。 一般的な三角測距法の原理を説明するための図である。 一般的な測距装置の構成を示す断面図である。 特許文献１に記載された測距装置の構成を示す断面図である。 特許文献２に記載された測距装置の構成を示す断面図である。 特許文献３に記載された測距装置の構成を示す断面図である。 測距装置において周囲熱および自己発熱によるレンズ間距離の変化量がそれぞれ異なることを説明するための図である。 （ａ）は実施形態３に係る光学式測距装置におけるレンズフレームのレンズスリット間の距離とレンズスリットから保持穴までの距離との間の関係を説明するためのレンズフレームおよび発光レンズの平面図であり、（ｂ）は当該平面図のＲ−Ｒ線矢視断面図である。 上記レンズスリットの間から発光レンズの剥離が進行した状態を示すレンズフレームおよび発光レンズの部分平面図である。 上記レンズスリットの間にレンズフレームに応力が作用することを示すレンズフレームおよび発光レンズの部分平面図である。

［実施形態１］
本発明に係る一実施形態について、図１、図２および図７を参照して以下に説明する。

〔光学式測距装置の構成〕
図１（ａ）および（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る光学式測距装置１の構成を示す平面図および断面図である。図２は、光学式測距装置１における発光素子２および受光素子３の配置を示す側面図である。

本実施形態に係る光学式測距装置１は、測距対象物までの距離を測定するための装置である。図１（ａ）および（ｂ）に示すように、光学式測距装置１は、発光素子２、受光素子３、リードフレーム４、発光レンズ５、受光レンズ６、発光側１次モールド７、受光側１次モールド８、２次モールド９、３次モールド１０およびレンズフレーム１１を備えている。

リードフレーム４（実装部材）は、搭載部４ａと複数の端子４ｂとを有している。搭載部４ａは、発光素子２および受光素子３を搭載するように平板状に形成されている。端子４ｂは、光学式測距装置１の長辺側の対向する２つの外壁面からＭ−Ｍ線方向と直交する方向に互いに平行に伸びるように、搭載部４ａと一体に形成されている。

発光素子２は、リードフレーム４の搭載部４ａ上の一端側に搭載されており、透光性樹脂からなる発光側１次モールド７（透光性樹脂体）で封止されている。一方、受光素子３は、リードフレーム４の搭載部４ａ上の他端側に搭載されており、発光側１次モールド７と同じ透光性樹脂からなる受光側１次モールド８（透光性樹脂体）で封止されている。これらの発光側１次モールド７および受光側１次モールド８は、遮光性樹脂からなる２次モールド９（第１の遮光性樹脂体）で覆われている。これにより、発光素子２から受光素子３へ光が直接入射することが防止される。

受光素子３としては、ＰＳＤ（Position Sensitive Detector）、複数のフォトダイオード（ＰＤ）が配置されたリニアセンサ、イメージセンサなどが用いられる。この受光素子３は、受光した反射光が集束したスポットの位置を検出するために、受光光量を電気信号に変換するが、その電気信号に所定の演算処理を施す信号処理部を内蔵している。あるいは、図２に示すように、信号処理部１２が受光素子３と別の素子としてリードフレーム４上に構成されていてもよい。

なお、発光素子２および受光素子３は、リードフレーム４に代えて、表面に配線が形成された基板（実装部材）上に配置されてもよい。

上記の２次モールド９は、開口部９ａ，９ｂを有している。開口部９ａは、発光素子２の上方に開口し、かつ中間に段を有するすり鉢状に形成されている。一方、開口部９ｂは、受光素子３の上方に開口し、かつ中間に段を有するすり鉢状に形成されている。２次モールド９の上端部には、開口部９ａ，９ｂをそれぞれ覆うように発光レンズ５および受光レンズ６が配置されている。開口部９ａにより、発光素子２からの出射光が発光レンズ５に至る空間が形成され、開口部９ｂにより、受光レンズ６に入射した測距対象物からの反射光が受光素子３に至る空間が形成される。

発光レンズ５は、透光性を有する透光性樹脂からなり、発光素子２からの出射光を平行光束に変換して測距対象物に照射する。受光レンズ６は、透光性を有する透光性樹脂からなり、測距対象物からの反射光を受光素子３の受光面上に集束させる。発光レンズ５および受光レンズ６は、レンズフレーム１１に保持されており、当該レンズフレーム１１が２次モールド９上の所定の位置に配置されることにより、それぞれ開口部９ａ，９ｂに配置される。また、発光レンズ５および受光レンズ６を形成する透光性樹脂としては、レンズを形成するために一般的に用いる公知の透光性の樹脂（例えばエポキシ樹脂）を用いることができる。

なお、発光レンズ５および受光レンズ６は、同一の透光性樹脂により構成されていてもよいし、それぞれ異なる透光性樹脂により構成されていてもよい。

遮光性樹脂からなる３次モールド１０（第２の遮光性樹脂体）は、２次モールド９の外周面およびレンズフレーム１１の上端面を覆い、かつ発光レンズ５および受光レンズ６を露出する開口部１０ａ，１０ｂを有するように形成される。これにより、３次モールド１０は、２次モールド９とレンズフレーム１１とを保持している。

２次モールド９および３次モールド１０は、射出成形によって形成される。また、２次モールド９および３次モールド１０を構成する遮光性樹脂としては、公知の遮光性の樹脂を用いることができる。このような樹脂としては、例えば、ポリフタルアミド、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ，熱膨張係数：５Ｅ−５）を好適に用いることができる。このように、遮光性樹脂からなる２次モールド９および３次モールド１０は、後述する金属からなるレンズフレーム１１に対して大きい熱膨張係数を有する。

レンズフレーム１１は金属により長方形をなす平板状に形成されている。また、レンズフレーム１１は、発光レンズ５および受光レンズ６を保持するための保持穴を有している。レンズフレーム１１を構成する金属材料としては、例えば４２アロイ（熱膨張係数：５．５Ｅ−６）が好適であるが、これに限定されない。

図７は、レンズフレーム１１における発光レンズ５の保持構造を拡大して示す断面図である。

なお、図７には受光レンズ６の保持構造を示していないが、受光レンズ６についても同様の保持構造でレンズフレーム１１に保持されていることは勿論である。

図７に示すように、レンズフレーム１１の表面、裏面または両面における少なくとも発光レンズ５が形成される領域に、微小な凹凸構造１１ｂが形成されている。この凹凸構造１１ｂは、例えば、梨地処理を施されることにより形成されているが、同様な効果が得られるのであれば、他の表面処理によって形成されてもよい。例えば、凹凸構造１１ｂは、金型プレスにより形成することもできるし、ブラスト加工やレーザ加工により形成することもできる。また、凹凸構造１１ｂを形成する他の方法には、めっき処理がある。めっき
の前処理により、レンズフレーム１１の表面、裏面または両面には数μｍレベルの微細な凹凸構造１１ｂを形成することができる。

凹凸構造１１ｂが上記のようにレンズフレーム１１に形成されていることにより、発光レンズ５および受光レンズ６を構成する透光性樹脂はレンズフレーム１１との密着力が大きくなる。これにより、発光レンズ５および受光レンズ６とレンズフレーム１１との界面において、それぞれを滑りにくくすることができる。

なお、後述する各実施形態のレンズフレームにも、上記の凹凸構造１１ｂと同様の凹凸構造が形成されていてもよい。

〔発光レンズおよび受光レンズのすべり防止効果〕
ここでは、光学式測距装置１が、リフロー等により高温雰囲気中または低温雰囲気中に置かれた場合に熱膨張または収縮する状態について説明する。

光学式測距装置１は、リフロー炉を通過するとき、前述のように２６０℃以上の高温に曝される。これにより、発光レンズ５、受光レンズ６、発光側１次モールド７、受光側１次モールド８、２次モールド９および３次モールド１０を形成する各樹脂は、それぞれの熱膨張係数にしたがって膨張する。同時に、金属からなるリードフレーム４およびレンズフレーム１１もそれぞれの膨張係数にしたがって上記の樹脂ほど大きくはないが膨張する。このとき、特に、発光レンズ５および受光レンズ６を形成する透光性樹脂の熱膨張係数とレンズフレーム１１を形成する金属の熱膨張係数との差によって、発光レンズ５および受光レンズ６がレンズフレーム１１に対して滑りを生じようとする。また、光学式測距装置１は、リフロー炉から排出されるときに、逆に室温付近まで急激に冷却されることにより急激に収縮する。このときも、収縮の差によって、発光レンズ５および受光レンズ６がレンズフレーム１１に対して滑りを生じようとする。

これに対し、上記の構成では、レンズフレーム１１の表面、裏面または両面に凹凸構造１１ｂが形成されている。これにより、発光レンズ５および受光レンズ６とレンズフレーム１１との密着力を大幅に向上させることができる。したがって、発光レンズ５および受光レンズ６とレンズフレーム１１との滑りを防止することができる。

また、レンズフレーム１１にめっきを施す場合には、めっきの材質としては樹脂との密着力を大きくできるＡｕ−Ｐｄめっきを用いることにより、さらに発光レンズ５および受光レンズ６とレンズフレーム１１との密着力を大幅に向上させることができる。

これにより、発光素子２および受光素子３と発光レンズ５および受光レンズ６との相対的な位置関係を保つことができる。したがって、光学式測距装置１の高耐熱化および高精度化を容易に図ることができる。

〔光学式測距装置の製造〕
光学式測距装置１の製造手順（製造方法）について説明する。

なお、ここでは、前述の凹凸構造１１ｂを形成するために、レンズフレーム１１の表面および裏面にめっき処理を施す例について説明する。

まず、リードフレーム４上に発光素子２と受光素子３とを配置する。この状態で、Ａｕワイヤにより、発光素子２および受光素子３と端子４ｂとを電気的に接続する。

次に、透光性樹脂で発光素子２を封止することにより発光側１次モールド７を形成する
。同時に、透光性樹脂により受光素子３を封止することにより受光側１次モールド８を形成する。

別工程では、レンズフレーム１１の表面および裏面に、めっき処理を施すことにより、数μｍの凹凸を有するめっき層１１ａを形成する。また、めっき層１１ａが形成されたレンズフレーム１１に、発光レンズ５および受光レンズ６を透光性樹脂により形成する。この状態では、透光性樹脂が固化することにより、発光レンズ５および受光レンズ６とレンズフレーム１１との間に内部応力が生じている。そこで、発光レンズ５および受光レンズ６が形成されたレンズフレーム１１を３次モールド１０により光学式測距装置１に組み込む前に、レンズフレーム１１に対してリフローに相当する熱処理を行う。これにより、発光レンズ５および受光レンズ６が熱膨張するので、発光レンズ５および受光レンズ６とレンズフレーム１１との間に残留していた内部応力を、後のリフロー処理を行う前に開放することができる。

その後、遮光性樹脂により２次モールド９を形成する。さらに、２次モールド９上にレンズフレーム１１を配置した状態で、遮光性樹脂により、２次モールド９およびレンズフレーム１１を封止するように、３次モールド１０を形成することにより光学式測距装置１が完成する。

また、完成した光学式測距装置１を基板等に実装する場合、光学式測距装置１をリフロー炉に通過させる。このとき、発光レンズ５および受光レンズ６とレンズフレーム１１との間で熱膨張係数に大きな差があるために、両者の界面にリフローの熱によって歪みが発生しようとする。この状態では、上記の内部応力がすでに開放されているので、歪みの発生のみをめっき層１１ａにより抑えればよい。これにより、発光レンズ５および受光レンズ６とレンズフレーム１１との滑りを効果的に防止することが可能となる。

ここで、発光レンズ５および受光レンズ６が形成されたレンズフレーム１１（レンズ付レンズフレーム）以外の部材に、リフロー処理の前に上記のようなリフロー相当の熱処理を行わないのは次の理由による。例えば、発光素子２および受光素子３が搭載されたリードフレーム４は、Ａｕワイヤにより発光素子２および受光素子３と電気的に結線されており、さらに透光性樹脂からなる発光側１次モールド７および受光側１次モールド８により封止されている。このため、リフロー相当の熱を加えすぎると、樹脂の膨張によりＡｕワイヤが切断してしまうなど、信頼性上の問題を起こす可能性がある。

これに対し、レンズ付レンズフレームは、リードフレーム４のようにＩＣ等のパーツが搭載されていないので、リフロー相当（もしくはそれ以上）の熱を加えたとしても、上記のような問題が生じない。

なお、このような熱処理は、後述する実施形態２〜４のいずれにも適用可能である。

［実施形態２］
本発明に係る他の実施形態について、図３および図４を参照して以下に説明する。

なお、本実施形態において、前述の実施形態１における構成要素と同等の機能を有する構成要素については、同一の符号を付記して、その説明を省略する。

〔光学式測距装置の構成〕
図３（ａ）および（ｂ）は、本発明の他の実施形態に係る光学式測距装置２１の構成を示す平面図および断面図である。図４は、光学式測距装置２１における発光レンズ５の端部の周辺部分を一部拡大して示す断面図である。

図３（ａ）および（ｂ）に示すように、光学式測距装置２１は、光学式測距装置１と同様に、発光素子２、受光素子３、リードフレーム４、発光レンズ５、受光レンズ６、発光側１次モールド７、受光側１次モールド８、２次モールド９および３次モールド１０を備えている。また、光学式測距装置２１は、光学式測距装置１におけるレンズフレーム１１に代えてレンズフレーム１２を有している。

レンズフレーム１２は、レンズフレーム１１と同様に、金属により長方形をなす平板状に形成されている。また、レンズフレーム１２を構成する金属材料としては、レンズフレーム１１を構成する前述の金属材料を用いることができる。また、レンズフレーム１２は、レンズフレーム１１と異なり、表面および裏面にめっき層１１ａを有していない。

３次モールド１０における開口部１０ａ，１０ｂは、それぞれ発光レンズ５および受光レンズ６との間で所定間隔の間隙Ｇを形成するように、発光レンズ５および受光レンズ６の外径より大きい内径を有するように形成されている。上記の間隙Ｇは、光学式測距装置２１がリフロー炉内の設定温度の最大値となる高温雰囲気中におかれた状態で、３次モールド１０と発光レンズ５および受光レンズ６とが熱膨張しても互いに接触しない距離（所定間隔）に設定される。

〔発光レンズおよび受光レンズのすべり防止効果〕
光学式測距装置２１も、光学式測距装置１と同様、前述のように、リフロー炉を通過するとき、前述のように２６０℃以上の高温に曝されることにより、各部がそれぞれの熱膨張係数にしたがって膨張する。このとき、発光レンズ５および受光レンズ６がレンズフレーム１２に対して滑りを生じる。また、光学式測距装置２１が、リフロー炉から排出されるときにも、発光レンズ５および受光レンズ６がレンズフレーム１２に対して滑りを生じる。

これに対し、上記の構成では、３次モールド１０における開口部１０ａ，１０ｂと、発光レンズ５および受光レンズ６との間に間隙Ｇが形成されている。これにより、図４に示すように、３次モールド１０がＳ方向に膨張し、発光レンズ５がＴ方向に膨張するが、間隙Ｇの範囲内で互いに近づくだけであり、接触することはない。同様に、受光レンズ６および３次モールド１０も、熱膨張しても、間隙Ｇの範囲内で互いに近づくだけであり、接触することはない。それゆえ、発光レンズ５および受光レンズ６が接触により３次モールド１０から応力を加えられることがない。したがって、発光レンズ５および受光レンズ６が、３次モールド１０からの応力によってレンズフレーム１２に対して生じる滑りを防止することが可能となる。

これにより、発光素子２および受光素子３と発光レンズ５および受光レンズ６との相対的な位置関係を保つことができる。よって、光学式測距装置２１の高耐熱化および高精度化を容易に図ることができる。

なお、上記の例では、発光レンズ５および受光レンズ６とレンズフレーム１２との界面に生じる滑りについては解消できないので、本実施形態に係る構成を実施形態１に係る構成と組み合わせることにより、さらに滑り防止の効果を高めることができる。

また、上記の例では、発光レンズ５および受光レンズ６と３次モールド１０との接触を回避するための間隙Ｇについて説明したが、発光レンズ５および受光レンズ６と２次モールド９との間にも同様な間隙を設けてもよい。具体的には、発光レンズ５および受光レンズ６の下部における外周端部と、２次モールド９の開口部９ａ，９ｂとの間に上記の間隙を形成する。これによっても、上記と同様の効果が得られる。

［実施形態３］
本発明に係るさらに他の実施形態について、図５、図６、図１８〜図２０を参照して以下に説明する。

なお、本実施形態において、前述の実施形態１，２における構成要素と同等の機能を有する構成要素については、同一の符号を付記して、その説明を省略する。

〔光学式測距装置の構成〕
図５（ａ）および（ｂ）は、本発明のさらに他の実施形態に係る光学式測距装置３１の構成を示す平面図および断面図である。

図５に示すように、光学式測距装置３１は、光学式測距装置２１と同様に、発光素子２、受光素子３、リードフレーム４、発光側１次モールド７、受光側１次モールド８、２次モールド９および３次モールド１０を備えている。また、光学式測距装置３１は、光学式測距装置２１におけるレンズフレーム１２に代えてレンズフレーム１３を備えている。

レンズフレーム１３は、レンズフレーム１２と同様に、金属により長方形をなす平板状に形成されている。また、レンズフレーム１３を構成する金属材料としては、レンズフレーム１２を構成する前述の金属材料を用いることができる。

レンズフレーム１３は、発光レンズ５および受光レンズ６を保持するための保持穴１３ａ，１３ｂを有している。また、レンズフレーム１３は、保持穴１３ａ，１３ｂの周縁端部の近傍における対向する位置に、レンズフレーム１３を貫通する２つのレンズスリット１３ｃ（スリット穴）が形成されている。

発光レンズ５および受光レンズ６は、レンズフレーム１３に形成されるときに、透光性樹脂が図５（ａ）において破線にて示す範囲まで型に充填されることにより形成される。このとき、透光性樹脂がレンズスリット１３ｃの内部にまで侵入していく。これにより、透光性樹脂が固化した状態では、発光レンズ５および受光レンズ６がレンズスリット１３ｃを介して結合する結合部を有することにより、レンズフレーム１３に対して杭打ちされた状態となる。

〔発光レンズおよび受光レンズのすべり防止効果〕
光学式測距装置３１も、光学式測距装置２１と同様、前述のように、リフロー炉を通過するとき、前述のように２６０℃以上の高温に曝されることにより、各部がそれぞれの熱膨張係数にしたがって膨張する。このとき、発光レンズ５および受光レンズ６がレンズフレーム１３に対して滑りを生じようとする。また、光学式測距装置３１が、リフロー炉から排出されるときにも、発光レンズ５および受光レンズ６がレンズフレーム１３に対して滑りを生じようとする。

これに対し、上記の構成では、発光レンズ５および受光レンズ６がレンズスリット１３ｃを介して結合する結合部を有することにより、レンズフレーム１３に対して杭打ちされている。これにより、発光レンズ５および受光レンズ６において、リフローによる昇温や降温時に発生するレンズフレーム１３の面に平行な応力を、応力方向に対してレンズスリット１３ｃに垂直な方向に形成された結合部が抑え込む。これにより、発光レンズ５および受光レンズ６の滑りを防止することができる。

また、図５（ａ）に示すように、レンズスリット１３ｃは、レンズフレーム１３において、保持穴１３ａ，１３ｂを間において対向する２箇所に設けられている。レンズスリッ
ト１３ｃを１箇所設けるのみでは、応力の大きさ次第では、レンズスリット１３ｃを中心に力が分散し、レンズスリット１３ｃを中心に回転する方向に発光レンズ５および受光レンズ６の滑りを発生させるおそれがある。これに対し、レンズスリット１３ｃを２箇所設けることにより、これらのレンズスリット１３ｃによって均等に力が分散するので、回転方向の滑りを効果的に防止することができる。最も好ましいのは、図５（ａ）に示すように、受光スポットの移動方向であるＯ−Ｏ線（発光レンズ５および受光レンズ６の中心を通る線）上にレンズスリット１３ｃを配置することである。

なお、レンズスリット１３ｃは、発光レンズ５および受光レンズ６について、それぞれ２つに限らず３つ以上設けられていてもよい。この場合、力が均等に分散するように、レンズスリット１３ｃが配置されることが好ましい。

なお、本実施形態は、後述する変形例を含めて、前述の実施形態１，２に適用が可能である。これにより、発光レンズ５および受光レンズ６の滑り防止効果をより一層高めることができる。

〔スリット穴間距離の設定〕
図１８（ａ）および（ｂ）は、レンズスリット１３ｃ間の距離とレンズスリット１３ｃから保持穴１３ｂまでの距離との間の関係を説明するためのレンズフレーム１３および発光レンズ５の平面図および断面図である。図１９は、レンズスリット１３ｃの間から発光レンズ５の剥離が進行した状態を示すレンズフレーム１３および発光レンズ５の部分平面図である。図２０は、レンズスリット１３ｃの間に応力が作用することを示すレンズフレーム１３および発光レンズ５の部分平面図である。

図１８（ａ）に示すように、レンズスリット１３ｃは、保持穴１３ａの周辺に沿うように保持穴１３ａと同心円状に配置される。各レンズスリット１３ｃは、レンズスリット１３ｃと保持穴１３ａとの間の距離（スリット穴−保持穴間距離Ｄ１）が、隣り合うレンズスリット１３ｃの間の距離（スリット穴間距離Ｄ２）以上となるように配置されることが好ましい。以下に、その理由について説明する。

なお、便宜上、図１８（ａ）および（ｂ）、図１９ならびに図２０では発光レンズ５についてのみ示し、以下の説明では発光レンズ５についてのみ言及しているが、受光レンズ６についても同様であることは勿論である。

光学式測距装置３１が熱によって膨張または収縮すると、レンズフレーム１３には、その膨張または収縮による応力が作用する。この応力が発光レンズ５とレンズフレーム１３との密着力以上になると、図１８（ａ）および（ｂ）に示すように、発光レンズ５は、レンズフレーム１３の表面と密着している界面が、外周部から剥離することにより、剥離領域５ａが形成される。この剥離領域５ａは、剥離が保持穴１３ａ側へ進行するとともに大きくなる。

レンズスリット１３ｃにおいては、レンズ樹脂が充填されているため、発光レンズ５とレンズフレーム１３の表面との界面が存在しない。このため、剥離は、レンズスリット１３ｃによって阻止されて、それ以上進行しない。一方、隣り合うレンズスリット１３ｃの間より進行する剥離は、両側のレンズスリット１３ｃに充填されているレンズ樹脂によって、レンズスリット１３ｃに近いほど剥離の進行が抑えられる。このため、図１９に示すように、剥離領域５ａは、隣り合うレンズスリット１３ｃの間から保持穴１３ａ側へ、近似的にスリット穴間距離Ｄ２を直径とする円形状に広がっていくと考えることができる。したがって、スリット穴−保持穴間距離Ｄ１がスリット穴間距離Ｄ２以上であることにより、剥離領域５ａが保持穴１３ａ（レンズ内径）を越えて広がることを防止できる。それ
ゆえ、剥離による応力のために発光レンズ５と発光素子２との相対位置が変化することを回避できる。

また、スリット穴−保持穴間距離Ｄ１がスリット穴間距離Ｄ２と等しい場合、剥離領域５ａが保持穴１３ａ（レンズ内径）に達しても、それ以上広がることを防止できる。また、この場合、保持穴１３ａとレンズスリット１３ｃとの配置関係をスリット穴−保持穴間距離Ｄ１とスリット穴間距離Ｄ２との関係で容易に設定することができる。それゆえ、スリット穴間距離Ｄ２を可能な限り短く設定し、それに応じてスリット穴−保持穴間距離Ｄ１を設定することにより、発光レンズ５の面積を最適に低減することができる。

ただし、スリット穴間距離Ｄ２が極端に短いと、レンズフレーム１３におけるレンズスリット１３ｃと保持穴１３ａとの間の領域の強度が不十分となり、上記のような応力を受けると、レンズフレーム１３が、その領域で変形してしまうことがある。そこで、レンズフレーム１３がこのような変形を回避できる程度の強度を有するように、スリット穴間距離Ｄ２は、レンズフレーム１３の厚さ以上とすることが好ましい。以下に、その理由について説明する。

図２０に示すように、隣り合うレンズスリット１３ｃの間には、スリット間領域１３ｅが形成される。このスリット間領域１３ｅは、スリット穴間距離Ｄ２がレンズフレーム１３の厚さ以上であると、Ｘ方向（発光レンズ５の直径方向に直交する方向）だけでなく、レンズフレーム１３の厚さ方向に作用する応力に抗することができる程度に高い強度を有する。また、一方、スリット間領域１３ｅは、スリット穴間距離Ｄ２がレンズフレーム１３の厚さより短くなると、Ｘ方向に作用する応力に抗することができなく程度に強度が低下して、スリット穴間距離Ｄ２が短くなるように変形してしまう。これに伴い、レンズスリット１３ｃと保持穴１３ａとの間の領域も変形してしまう。

Ｘ方向の応力に対するスリット間領域１３ｅの強度を決定する要因としては、発光レンズ５の直径方向の長さＬ（レンズスリット１３ｃの幅）も含まれる。しかしながら、スリット穴間距離Ｄ２の方が、長さＬより、上記の強度に対して大きな影響を及ぼす。

ここで、レンズスリット１３ｃは、発光レンズ５の剥離を抑制するために設けられるので、その効果が得られる程度の最低限の大きさを有しておればよい。しかしながら、レンズスリット１３ｃを大きくする場合、保持穴１３ａを超えた剥離の進行や上記のような強度の低下を招かないように、スリット穴−保持穴間距離Ｄ１およびスリット穴間距離Ｄ２を前述の条件を満たす値に設定する必要がある。このため、レンズフレーム１３の全体のサイズを大きくしなければならず、これに応じて光学式測距装置３１のサイズも大きくならざるを得ない。したがって、光学式測距装置３１の大型化を回避する観点から、レンズスリット１３ｃは、レンズ樹脂が流れ込むことができ、且つスリット穴−保持穴間距離Ｄ１およびスリット穴間距離Ｄ２についての前述の条件を満たす範囲で極力小さく形成されることが好ましい。

以上のように、レンズフレーム１３においては、スリット穴−保持穴間距離Ｄ１およびスリット穴間距離Ｄ２を適正に設定することが好ましい。これにより、レンズフレーム１３の大型化を招くことなく、発光レンズ５および受光レンズ６の剥離を抑制するとともに、熱応力に対するレンズフレーム１３の強度を向上させることができる。

〔変形例〕
本実施形態の一変形例について説明する。図６は、本実施形態の変形例に係る光学式測距装置３１におけるレンズフレーム１４の構成を示す平面図である。

本変形例では、上記のレンズフレーム１３に代えてレンズフレーム１４を用いる。

このレンズフレーム１４は、発光レンズ５および受光レンズ６を保持するための保持穴１４ａ，１４ｂを有している。また、レンズフレーム１４は、保持穴１４ａ，１４ｂに適当な間隔をおいて複数の凹部１４ｃが形成されている。保持穴１４ａ，１４ｂは、凹部１４ｃを有することにより、歯車状の形状をなしている。

レンズフレーム１４を用いることにより、発光レンズ５および受光レンズ６の形成時に、透光性樹脂が凹部１４ｃの内部に侵入するので、透光性樹脂とレンズフレーム１４との結合力が増す。これにより、レンズフレーム１４の面方向と平行に作用するリフロー時に生じる応力を、保持穴１４ａ，１４ｂにおける歯車形状の構造により受け止めることができる。それゆえ、発光レンズ５および受光レンズ６の滑りを防止することができる。

また、レンズフレーム１４は、保持穴１４ａ，１４ｂにおける歯車形状の構造を有しているので、比較的大きい面積を必要とするレンズスリット１３ｃを設けるよりも小さい面積で、発光レンズ５および受光レンズ６との結合力を高めることができる。したがって、レンズフレーム１４は、小型化の観点ではレンズフレーム１３よりも有利である。

［実施形態４］
本発明に係るさらに他の実施形態について、図８および図９を参照して以下に説明する。

なお、本実施形態において、前述の実施形態１における構成要素と同等の機能を有する構成要素については、同一の符号を付記して、その説明を省略する。

〔光学式測距装置の構成〕
図８は、本発明のさらに他の実施形態に係る光学式測距装置４１の構成を示す断面図である。図９（ａ）および（ｂ）は、光学式測距装置４１におけるレンズ付レンズフレーム４２の構成を示す平面図および断面図である。

図８に示すように、光学式測距装置４１は、光学式測距装置１と同様に、発光素子２、受光素子３、リードフレーム４、発光側１次モールド７、受光側１次モールド８、２次モールド９および３次モールド１０を備えている。また、光学式測距装置３１は、レンズ付レンズフレーム４２を備えている。

図９（ａ）および（ｂ）に示すように、レンズ付レンズフレーム４２は薄膜部４３を有している。薄膜部４３は、発光レンズ５および受光レンズ６が取り付けられる部分以外のレンズフレーム１５の表面および裏面の領域に、発光レンズ５および受光レンズ６を形成する樹脂と同じ透光性樹脂により一体に形成されている。

上記のように構成される光学式測距装置４１において、レンズ付レンズフレーム４２のレンズフレーム１５が薄膜部４３により覆われているので、レンズフレーム１５が２次モールド９および３次モールド１０と接しない。これにより、図８において破線で示すＵ部、Ｖ部およびＷ部では、レンズ付レンズフレーム４２と２次モールド９および３次モールド１０とが樹脂同士で接触することとなり、密着性が高まる。したがって、レンズフレーム１１が２次モールド９および３次モールド１０と接する構成と比較して、滑りの発生をより低減することができる。

例えば、発光レンズ５における３次モールド１０の外側端部のＵ部で滑りが発生するためには、３次モールド１０の中心側のＶ部および反対側の外側端部のＷ部でも同様に滑り
を起こす必要がある。このため、非常に大きな応力が作用しない限り滑りが生じることはない。それゆえ、滑り防止の大きな効果を期待することができる。

ただし、Ｖ部におけるレンズフレーム１５の下面側の薄膜部４３は、その膜厚によっては、発光素子２から出射した光の導波路となって受光素子３側へ直接入射するパスとなりえる。したがって、薄膜部４３については、光が侵入しないような膜厚の設計や、薄膜部４３内での光の迷路となるような薄膜構造を採用することが好ましい。

また、上記の構成では、薄膜部４３が発光レンズ５および受光レンズ６を形成する樹脂と同じ樹脂により一体に形成されている。これにより、レンズフレーム１５に発光レンズ５および受光レンズ６を形成するときに、同時に薄膜部４３を形成することができる。したがって、薄膜部４３を容易に形成することができる。

［実施形態５］
本発明に係るさらに他の実施形態について、図１０を参照して以下に説明する。

図１０は、電子機器としてのパーソナルコンピュータ（パソコン）５１を示す斜視図である。

図１０に示すように、パソコン５１は、本体部５２および表示部５３を有している。表示部５３の額縁部分の上端部には光学式測距装置５４が取り付けられている。光学式測距装置５４としては、前述の高耐熱かつ高性能である光学式測距装置１，２１，３１，４１のうちのいずれか１つが用いられる。

このパソコン５１では、光学式測距装置５４によってパソコン５１の前における人の有無を正確に検知することができる。これにより、パソコン５１の前から人がいなくなるとパソコン５１の動作をスリープモードに切り替えることによって、省エネルギー化を効率よく行うことが可能となる。

また、光学式測距装置５４は、高耐熱かつ高性能であるので、リフローにより容易に短時間で大量に基板に実装することができる。

なお、光学式測距装置５４を搭載することができる電子機器は、パソコン５１に限定されない。例えば、光学式測距装置５４は非接触での操作に用いることができる。具体的には、キッチン家電やサニタリ機器では、非接触で動作をＯＮ／ＯＦＦさせる非接触スイッチとして光学式測距装置５４を利用することができる。また、手までの距離を検知してボリュームコントロールを行うなど、手が濡れていたり汚れていたりする場合における電子機器の操作に光学式測距装置５４を利用することができる。

［比較例］
本発明に係る比較例について、図１１を参照して以下に説明する。

図１１（ａ）および（ｂ）は、本比較例に係る光学式測距装置６１の構成を示す平面図および断面図である。

図１１に示すように、光学式測距装置６１は、発光素子６２、受光素子６３、リードフレーム６４、発光レンズ６５、受光レンズ６６、ベース６７、ケース６８およびレンズフレーム６９を備えている。

リードフレーム６４上に形成された発光素子６２および受光素子６３は、遮光性樹脂か
らなるベース６７によって封止されている。ベース６７は、発光素子６２からの出射光および受光素子６３への入射光を互いに遮光する遮光壁６７ａと、側方に形成される側壁６７ｂとを有している。さらに、側壁６７ｂを覆うように遮光性樹脂からなるケース６８が形成されている。

レンズフレーム６９は、金属により平板状に形成されており、発光レンズ６５および受光レンズ６６を保持している。このレンズフレーム６９は、ベース６７およびケース６８の間に挟持されるように保持されている。

上記のように構成される光学式測距装置６１では、レンズフレーム６９が、ベース６７およびケース６８を形成する遮光性樹脂の熱膨張係数より小さい熱膨張係数を有する金属により形成されている。これにより、周囲熱または発光素子６２および受光素子６３の自己発熱によってベース６７およびケース６８が熱膨張しても、レンズフレーム６９はほとんど膨張することがない。それゆえ、周囲熱および自己発熱による発光レンズ６５および受光レンズ６６の間の距離の変化量の差がほとんどない。したがって、前述の光学式測距装置６００のように、周囲熱および自己発熱によるレンズ間距離の変化量の相違が生じることなく、測距精度の低下を防ぐことができる。

しかしながら、光学式測距装置６１に対してリフローによるはんだ付けを行う場合、短時間ではあるが周囲温度が２６０℃程度に上昇する。このため、発光レンズ６５および受光レンズ６６、ベース６７およびケース６８を構成する樹脂が大きく膨張する一方、リードフレーム６４やレンズフレーム６９を構成する金属は樹脂に比べるとその熱膨張係数が小さくほとんど膨張しない。

このため、発光レンズ６５および受光レンズ６６とレンズフレーム６９との界面で熱膨張係数の差に起因する応力が大きくなる。この結果、発光レンズ６５および受光レンズ６６がレンズフレーム６９に対して滑ってしまう。この滑りが発生すると、リフロー後に常温に戻ったときに、リフロー前の発光レンズ６５および受光レンズ６６と発光素子６２および受光素子６３との相対的な位置関係が変化する。したがって、前述の三角測量の原理によって得られる反射光のスポット位置が変化するため、測距値が正確な値からシフトするという不都合が生じる。

これに対し、前述の各実施形態に係る光学式測距装置１，２１，３１，４１では、それぞれ前述のようなレンズ滑りの防止構造を有することにより、上記のような滑りの発生を抑えることができる。したがって、リフローによる高熱に対しても、測距精度の低下を防ぐことができる。

［付記事項］
本発明は、下記のようにも表現することができる。

光学式測距装置は、測距対象物までの距離を測定する光学式測距装置であって、実装部材上に実装された発光素子と、上記発光素子の出射光を上記測距対象物に照射する透光性樹脂からなる発光レンズと、上記実装部材上に実装され、上記測距対象物による反射光が集束する位置を検出する受光素子と、上記反射光を上記受光素子に集束させる透光性樹脂からなる受光レンズと、上記発光素子および上記受光素子を封止する透光性樹脂体と、上記透光性樹脂体を封止する第１の遮光性樹脂体と、金属で形成され、上記発光レンズおよび上記受光レンズが設けられたレンズフレームと、上記レンズフレームおよび上記第１の遮光性樹脂体を封止する第２の遮光性樹脂体とを備え、上記レンズフレームが、表面および裏面にめっき層が形成されている。

上記構成においては、レンズフレームの表面および裏面にめっき層が形成されているので、発光レンズおよび受光レンズを形成する透光性樹脂とレンズフレームとの密着性が向上する。これにより、リフロー時の周囲温度の変化により発光レンズおよび受光レンズとレンズフレームとの界面に応力が作用する場合においても、それぞれが滑りを起こすことはない。それゆえ、リフロー処理後の発光レンズおよび受光レンズと発光素子および受光素子との相対的な位置関係が保たれる。したがって、光学式測距装置の耐熱性および測距精度を高めることができる。

前記光学式測距装置において、上記めっき層はＡｕ−Ｐｄめっきにより形成されていることが好ましい。

上記構成においては、Ａｕ−Ｐｄめっきを用いているので、効果的にレンズ樹脂との密着性を向上させることができる。したがって、発光レンズおよび受光レンズとレンズフレームとの界面の滑りを防止することができる。

光学式測距装置の製造方法は、上記光学式測距装置を製造する方法であって、上記発光レンズおよび上記受光レンズが設けられた上記レンズフレームを熱処理した後に、当該レンズフレームを上記第２の遮光性樹脂体により封止する。

上記構成においては、発光レンズおよび受光レンズが設けられたレンズフレームを例えばリフロー相当の所定の熱処理後に第２の遮光性樹脂体に組み付けるため、リフロー相当の熱処理が発光レンズおよび受光レンズに予め付与される。このとき、発光レンズおよび受光レンズとレンズフレームとに残留していた内部応力を事前に開放することができる。これにより、リフロー処理時に発光レンズおよび受光レンズとレンズフレームとの界面に発生する応力を低減することができる。

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明に係る光学式測距装置は、リフローによるはんだ付けにより電子機器に実装されることに対して好適に利用できる。

１ 光学式測距装置
２ 発光素子
３ 受光素子
４ リードフレーム（実装部材）
５ 発光レンズ
６ 受光レンズ
７ 発光側１次モールド（透光性樹脂体）
８ 受光側１次モールド（透光性樹脂体）
９ ２次モールド（第１の遮光性樹脂体）
１０ ３次モールド（第２の遮光性樹脂体）
１０ａ 開口部
１１ａ めっき層
１１ｂ 凹凸構造
１１〜１５ レンズフレーム
１３ａ，１３ｂ 保持穴
１３ｃ レンズスリット（スリット穴）
１４ａ，１４ｂ 保持穴
１４ｃ 凹部
２１ 光学式測距装置
３１ 光学式測距装置
４１ 光学式測距装置
４２ レンズ付レンズフレーム
４３ 薄膜部
５１ パソコン（電子機器）
Ｇ 間隙

Claims (8)

1. 測距対象物までの距離を測定する光学式測距装置であって、
   実装部材上に実装された発光素子と、
   上記発光素子の出射光を上記測距対象物に照射する透光性樹脂からなる発光レンズと、
   上記実装部材上に実装され、上記測距対象物による反射光が集束する位置を検出する受光素子と、
   上記反射光を上記受光素子に集束させる透光性樹脂からなる受光レンズと、
   上記発光素子および上記受光素子を封止する透光性樹脂体と、
   上記出射光が上記発光素子から上記発光レンズに至る空間および上記反射光が上記受光レンズから上記受光素子に至る空間を形成するように上記透光性樹脂体を覆う第１の遮光性樹脂体と、
   金属で形成され、上記発光レンズおよび上記受光レンズを保持するレンズフレームと、
   上記レンズフレームおよび上記第１の遮光性樹脂体を封止する第２の遮光性樹脂体とを備え、
   上記レンズフレームは、上記発光レンズおよび上記受光レンズをそれぞれ保持する保持穴と、当該保持穴の周辺に形成されるスリット穴とを有しており、当該スリット穴に上記発光レンズおよび上記受光レンズを形成する透光性樹脂が充填され、
   上記スリット穴は、上記発光レンズおよび上記受光レンズのそれぞれについて、上記発光レンズの中心および上記受光レンズの中心を通る直線上の、上記保持穴を間において対向する位置に、少なくとも２つ形成されていることを特徴とする光学式測距装置。
2. 上記スリット穴は、上記スリット穴と上記保持穴の間のスリット穴−保持穴間距離が隣り合う上記スリット穴の間のスリット穴間距離以上であることを特徴とする請求項１に記載の光学式測距装置。
3. 上記スリット穴−保持穴間距離が上記スリット穴間距離と等しいことを特徴とする請求項２に記載の光学式測距装置。
4. 隣り合う上記スリット穴の間のスリット穴間距離は上記レンズフレームの厚さ以上であることを特徴とする請求項１に記載の光学式測距装置。
5. 測距対象物までの距離を測定する光学式測距装置であって、
   実装部材上に実装された発光素子と、
   上記発光素子の出射光を上記測距対象物に照射する透光性樹脂からなる発光レンズと、
   上記実装部材上に実装され、上記測距対象物による反射光が集束する位置を検出する受光素子と、
   上記反射光を上記受光素子に集束させる透光性樹脂からなる受光レンズと、
   上記発光素子および上記受光素子を封止する透光性樹脂体と、
   上記出射光が上記発光素子から上記発光レンズに至る空間および上記反射光が上記受光レンズから上記受光素子に至る空間を形成するように上記透光性樹脂体を覆う第１の遮光性樹脂体と、
   金属で形成され、上記発光レンズおよび上記受光レンズが設けられたレンズフレームと、
   上記レンズフレームおよび上記第１の遮光性樹脂体を封止する第２の遮光性樹脂体とを備え、
   上記受光レンズおよび上記発光レンズと上記第１の遮光性樹脂体との間、および上記受光レンズおよび上記発光レンズと上記第２の遮光性樹脂体との間の少なくともいずれか一方の間に、上記受光レンズおよび上記発光レンズと上記第１の遮光性樹脂体および上記第２の遮光性樹脂体とが熱膨張により互いに接触しないような間隙が形成されていることを特徴とする光学式測距装置。
6. 上記レンズフレームは、上記発光レンズおよび上記受光レンズをそれぞれ保持する保持穴を有しており、当該保持穴に複数の凹部が形成されていることを特徴とする請求項５に記載の光学式測距装置。
7. 上記レンズフレームの表面、裏面または両面に、上記発光レンズおよび上記受光レンズを形成する透光性樹脂により薄膜が形成されていることを特徴とする請求項１または５に記載の光学式測距装置。
8. 請求項１から７のいずれか１項に記載の光学式測距装置を搭載していることを特徴とする電子機器。