JP5947404B2 - フォトセンサユニット - Google Patents

Description

本発明はフォトセンサユニットに関するものである。

発光素子と受光素子とをユニットケース内に収容したフォトセンサユニットとしては、特許文献１に記載のものが知られている。この従来例において、ユニットケースには１個の受光素子と１個の発光素子とが並べられて配置される。

特開２００９-１５０６９０号公報

しかし、上述した従来例において、単一の発光素子からの照射光量は限られているために、検出エリアが車外等、屋外に設定される場合には、検出対象からの反射光量も低くなるために、検出精度が低くなるという問題がある。

この問題を解決するためには、複数の発光素子を使用することが有効と考えられるが、この場合、各発光素子からの検出光を検出領域に効果的に集光させ、かつ、反射光を受光領域に集光させるためには、各々の配置に合わせて光学系を設計する必要がある上に、構造も複雑になるという問題がある。

本発明は、以上の欠点の解消すべくなされたものであって、簡単な構成で検出領域への検出光の光量を増加させることのできるフォトセンサユニットの提供を目的とする。

また、本発明の他の目的は、上記フォトセンサユニットを使用した車両のドア制御装置の提供にある。

本発明によれば上記目的は、
発光素子１と受光素子２とをユニットケース３内に収容してなり、発光素子１からユニットケース３外部に投光された検出光のユニットケース３外部からの反射光を受光素子２により検出するフォトセンサユニットであって、
前記発光素子１は、受光素子２の周囲に複数配置されるとともに、
前記ユニットケース３内における反射光の通過空間が検出光の通過空間から適宜の隔壁４により区画され、
かつ、前記ユニットケース３には、全ての発光素子１からの照射光を反射光の光路上の単一焦点に集光する集光レンズ５が設けられるフォトセンサユニットを提供することにより達成される。

フォトセンサユニットはユニットケース３内に受光素子２と発光素子１とを収容してユニット化されており、発光素子１からの照射光（検出光）をユニットケース３外部に投光し、ユニットケース３外部からの反射光を受光素子２により受光して検出対象の有無を検出する。

ユニットケース３内に複数の発光素子１を収容することにより、ユニットケース３外部への検出光量の供給を増加させることができ、かつ、反射光の通過空間を照射光の通過空間から区画し、発光素子１からの照射光が直接受光素子２に入力されることが防止されるために、検出精度を高めることが可能になる。

また、発光素子１を受光素子２の周りに配置するために、受光素子２の周りに筒状の隔壁４を立設するだけで、簡単に反射光の通過空間を検出光の通過空間から区画することが可能になる。

さらに、受光素子２の周りに複数の発光素子１を配置することにより、複雑な光学系を使用することなく、反射光の光路上に検出光を集光させることができるために、構造を簡単にし、かつ、製造コストを低減することが可能になる。

また、
前記発光素子１は、受光素子２を中心とする同一円周上に等間隔で配置されるフォトセンサユニットを構成した場合には、反射光の光路周り、すなわち、検出領域に均等に検出光を照射することが可能になるために、検出領域内での検出精度のばらつきを少なくすることが可能になる。

さらに、
各発光素子１からの照射光を集光する集光レンズ５について、各発光素子１毎に対応する複数の投光用凸レンズ部６を備えて一体に形成すると、組立作業性が向上する上に、レンズ位置の個別の調整等が不要になり、品質のばらつきを少なくすることができる。

さらに、以上のフォトセンサユニットは、
車両７に取り付けられる請求項１から４のいずれかに記載のフォトセンサユニットと、
受光素子２における受光レベルにより検出物体が検出された際にドアの操作準備動作を開始するドア制御部８と、
を有する車両７のドア制御装置に使用することができる。

本発明によれば、簡単な構成で検出領域への検出光の光量を増加させることができる。

ドア制御装置が使用された車両を示し、（ａ）は車両を後方から見た図、（ｂ）は車両の側面図、（ｃ）は（ａ）の１Ｃ−１Ｃ線断面図である。 フォトセンサユニットを示す図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）の２Ｂ方向矢視図である。 フォトセンサユニットの断面図で、（ａ）は図２（ｂ）の３Ａ−３Ａ線断面図、（ｂ）は図２（ｂ）の３Ｂ−３Ｂ線断面図である。 フォトセンサユニットの分解図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）の４Ｂ方向矢視図である。 隔壁部材を示す図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は実装基板との関係を示す図、（ｃ）は実装基板を装着した状態を示す平面図である。 隔壁部材の装着を示す図で、（ａ）はＯリングの装着状態を示す図、（ｂ）は（ａ）を６Ｂ方向から見た要部拡大図、（ｃ）はストッパ体を示す図である。 カム部の動作を示す図で、（ａ）は隔壁部材に実装基板をセットした状態を示す平面図、（ｂ）は実装基板を回転させた状態を示す平面図、（ｃ）は（ａ）を７Ｃ方向から見た一部断面矢視図、（ｄ）は（ｂ）を７Ｄ方向から見た一部断面矢視図、（ｅ）は（ｃ）の７Ｅ部拡大図、（ｆ）は（ｄ）の７Ｆ部拡大図である。 レンズを示す図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）の８Ｂ方向矢視図、（ｃ）は（ｂ）の８Ｃ-８Ｃ線断面図、（ｄ）は隔壁部材への装着状態を示す図である。 フォトセンサユニットの検出領域を示す図である。

図１にドア制御装置が使用された車両７を示す。本例においてドア制御装置は、ダンパ装置等の駆動装置９により駆動されるパワーバックドアの開閉動作を制御するためのバックドア制御装置として構成されるもので、車両７のバックドア１０に固定されるフォトセンサユニット（Ａ）と、駆動装置９を制御するためのドア制御部８とを有する。

後述するように、フォトセンサユニット（Ａ）は、検出光が投光される所定の検出領域１１内への検出対象１２の進入を検出すると、検出信号を出力するように構成されており、ライセンスプレートフィニッシャ１３に囲まれたライセンスプレート取り付け凹部１４の天井壁部に固定される。なお、図１において１５はライセンスプレートを示す。

また、本例において、フォトセンサユニット（Ａ）の検出領域１１の中心をライセンスプレート取り付け凹部１４内に位置させるために、検出光の光軸はやや車両７内方側に傾けられる（角度θ）。これにより、ライセンスプレート取り付け凹部１４外での検出能が低下するために、車両７に利用者以外のヒト、動物、ゴミ等が接近した状態でフォトセンサユニット（Ａ）が不用意に反応することが防止できる。

本例においてドア制御部８は、上記フォトセンサユニット（Ａ）から検出信号が出力されると、まず、利用者が所持する電子キーの認証、バックドアの状態検出、施解錠動作等の準備動作を行った後、駆動装置９を駆動させる。電子キーの認証は、図外の認証装置と交信して電子キーから出力される認証コードを認証することにより行われ、認証が成立すると、バックドア１０が閉扉状態にあることを条件にバックドア１０を解錠操作した後、駆動装置９を駆動させて開扉動作が開始される。

したがってこの実施の形態において、荷物等で手がふさがっている状態であっても、検出領域１１として設定されたライセンスプレート取り付け凹部１４内、あるいはその近傍に荷物等１２を近付けるだけでバックドア１０の開放操作が行えるために、利便性が向上する。

図２以下にフォトセンサユニット（Ａ）を示す。フォトセンサユニット（Ａ）は、車両７に固定されるユニットケース３と、ユニットケース３内に格納される発光素子１、および受光素子２を有して構成される。

ユニットケース３は、車両７への固定用フランジ１６ａを突設させたブラケット１６と、ブラケット１６に固定されるインナーケース１７とから構成される。インナーケース１７は透明な合成樹脂材により一端が閉塞された筒形状に形成されており、ブラケット１６の前端開口から開放端を挿入して装着される。

インナーケース１７をブラケット１６内に保持するために、インナーケース１７の側壁にはフック状の突起１７ａが、ブラケット１６には上記突起１７ａを係止する係止開口１６ｂが各々設けられる（図４参照）。

上記発光素子１には赤外線等の不可視光パルスを投光する赤外線ＬＥＤが、受光素子２にはフォトダイオードが使用され、これら発光素子１と受光素子２とは同一の実装基板１８上に表面実装される。

発光素子１と受光素子２とは図５に示すように、受光素子２が実装基板１８の中心部に配置されるとともに、発光素子１を受光素子２を中心とする円周上に等間隔で配置される。

なお、図５は実装基板１８上に単一の受光素子２を実装する場合を示しているが、複数の受光素子２が実装される場合には、受光素子２は後述するＯリング１９により囲まれる受光領域内に集中配置され、発光素子１は、受光領域を中心とする同一円周上、あるいは同心円上に均等に配置される。

上記発光素子１からの照射光（検出光）が直接受光素子２に入射することを防止するために、ユニットケース３内には隔壁部材２０が装着される。図５（ａ）に示すように、隔壁部材２０は、不透明な合成樹脂材により形成され、外周が実装基板１８の外周にほぼ一致する矩形枠部２０ａと、矩形枠部２０ａの中心に配置され、上下に開放された筒形状に形成される隔壁４と、隔壁４を矩形枠部２０ａに連結するための仕切り壁２０ｂとを有する。

図５（ｃ）に示すように、上記隔壁部材２０を実装基板１８に装着した状態において受光素子２の周囲が隔壁４に囲まれて、検出対象からの反射光用の通過空間としてユニットケース３内の他の空間から区画される。図３に示すように、隔壁４の内周壁面には、受光素子２が実装される実装基板１８上から上方に行くに従って漸次拡径されるテーパ部４ａが形成されており、隔壁４内壁でのミラー効果による反射光の集光効率の向上が図られる。

一方、ユニットケース３内の矩形枠部２０ａ内の空間は、仕切り壁２０ｂにより区画されて発光素子１から照射される検出光の通過空間として使用される。本例において、検出光の通過空間は発光素子１の数量に合わせて４個形成され、発光素子１は各通過空間の中心部に配置される。

さらに、図６に示すように、上記隔壁部材２０の下端面にはＯリング装着溝２０ｃが形成されてＯリング１９が嵌合されるとともに、Ｏリング装着溝２０ｃと同心で、Ｏリング装着溝２０ｃより大径の円周上に２個の係止部２１が形成される。

係止部２１は、図６（ａ）に示すように、裏面視において円弧形状を有しており、図６（ｂ）に示すように、基部２１ａから裏面方向に突出する支柱部２１ｂと、支柱部２１ｂから円周方向に延びる押さえ部２１ｃとを有してフック形状に形成される。押さえ部２１ｃの基端と基部２１ａとの間隙は、実装基板１８の板厚とほぼ等しく形成されるとともに、先端部には、上面を傾斜面とすることにより基部２１ａとの間隔が先端に行くに従って漸次広くなるカム部２１ｄが形成される。

一方、実装基板１８の中心部には、図５（ｂ）に示すように、係止孔１８ａが開設される。係止孔１８ａは、上記押さえ部２１ｃが嵌合可能な円弧状孔として、点対称位置に２個形成される。

したがってこの実施の形態において、実装基板１８と隔壁部材２０との連結は、まず、図６（ａ）に示すように、隔壁部材２０にＯリング１９を装着した後、図７（ａ）に示すように、係止孔１８ａに係止部２１を嵌合する。嵌合状態において、実装基板１８の係止孔１８ａの端面は図７（ｃ）、（ｅ）に示すように、押さえ部２１ｃの自由端直上位置に面しており、この状態から実装基板１８を図７（ｂ）に示すように、時計回りに回転させると、実装基板１８はカム部２１ｄの傾斜面により押し付けられ、図７（ｄ）、（ｆ）に示すように、係止部２１の基部側に引き込まれる。

この結果、Ｏリング１９は所定のつぶし量で押し付けられることから、隔壁部材２０と実装基板１８との境界部はＯリング１９を介して密着状態となり、該境界部からの漏光が完全に防止される。

この状態で、受光素子２の実装面から、隔壁部材２０の前端までの領域は、発光素子１の投光光により照射される領域から完全に隔離される状態となるために、投光光が直接受光素子２に入ることがなくなり、検出精度が向上する。

さらに、ユニットケース３には蓋体２２が装着される。図６に示すように、蓋体２２はブラケット１６の底部に装着される蓋板部２２ａからストッパ体２２ｂを立設して形成される。この蓋体２２は、ユニットケース３に連結した状態で、ストッパ体２２ｂが図７（ｂ）、（ｆ）に示すように、実装基板１８の回転操作によって現れる係止孔１８ａと押さえ部２１ｃとの間の間隙に挿入され、実装基板１８と隔壁部材２０が装着開始時の姿勢に復帰することを防止する。

さらに、隔壁部材２０の上端部には集光レンズ５が装着される。図８に示すように、集光レンズ５はアクリル樹脂により平面視正方形形状に形成されており、上面側（対物側）に表面のほぼ全面にわたって単一凸レンズ面５ａを有するとともに、反対面（光源側）に１個の受光用凸レンズ面５ｂと、複数の投光用凸レンズ面５ｃとを有する。

各凸レンズ面５ａ、５ｂ、５ｃは、球面により形成されており、上記受光用凸レンズ面５ｂは隔壁部材２０の隔壁４の内径にほぼ等しい口径を有して集光レンズ５の中心位置に配置される。この受光用凸レンズ面５ｂと、単一凸レンズ面５ａとは、球面を形成する回転軸を共有するように位置し、これら単一凸レンズ面５ａと受光用凸レンズ面５ｂの各々を平凸レンズとした場合の光軸となる上記共有回転軸が隔壁部材２０の隔壁４の中心軸に合致するように位置決めされて取り付けられる。

集光レンズ５の位置決めを行うために、隔壁部材２０の上端には、集光レンズ５の四隅部に当接する位置決め支柱が設けられる。

一方、上記単一凸レンズ５ａの一部と協働して投光用凸レンズ部６を形成する投光用凸レンズ面５ｃは、光軸が上記受光用凸レンズ面５ｂの光軸と平行で、かつ、口径が、隔壁部材２０の仕切り壁２０ｂにより区画される区画の一辺長にほぼ等しくなるように形成され、各々の光軸上に各発光素子１が位置するように配置される。投光用凸レンズ面５ｃと受光用凸レンズ面５ｂとの境界部には、溝５ｄが形成されており、投光用凸レンズ面５ｃから導入された照射光の受光用凸レンズ面５ｂの領域への侵入が防止される。

したがって、この実施の形態において、投光用凸レンズ面５ｃの前側焦点位置（ｆ５ｃ）に発光素子１を位置させると、発光素子１からの照射光は、投光用凸レンズ面５ｃにより平行光に変換されて集光レンズ５内を進行した後、単一凸レンズ面５ａにより該単一凸レンズ面５ａの後側焦点位置（ｆ５ａ）に集光される。

この結果、図９に示すように、フォトセンサユニット（Ａ）を固定した状態で単一凸レンズ面５ａの後側焦点位置（ｆ５ａ）近傍に検出領域１１を設定しておくと、該検出領域１１の検出光の光量を増加させることが可能で、かつ、被検出体からの反射光は、単一凸レンズ面５ａ、および受光用凸レンズ面５ｂにより集光されて受光素子２に効率的に供給されるために、高い検出精度を実現することができる。

１ 発光素子
２ 受光素子
３ ユニットケース
４ 隔壁
５ 集光レンズ
６ 投光用凸レンズ部
７ 車両
８ ドア制御部

Claims (4)

1. 発光素子と受光素子とをユニットケース内に収容してなり、発光素子からユニットケース外部に投光された検出光のユニットケース外部からの反射光を受光素子により検出するフォトセンサユニットであって、
   前記発光素子は、受光素子の周囲に複数配置されるとともに、
   前記ユニットケース内における反射光の通過空間が検出光の通過空間から適宜の隔壁により区画され、
   かつ、前記ユニットケースには、全ての発光素子からの照射光を反射光の光路上の単一焦点に集光する集光レンズが設けられるフォトセンサユニット。
2. 前記発光素子は、受光素子を中心とする同一円周上に等間隔で配置される請求項１記載のフォトセンサユニット。
3. 前記集光レンズは、各発光素子毎に対応する複数の投光用凸レンズ部を備えて一体に形成される請求項１記載のフォトセンサユニット。
4. 車両に取り付けられる請求項１記載のフォトセンサユニットと、
   受光素子における受光レベルにより検出物体が検出された際にドアの操作準備動作を開始するドア制御部と、
   を有する車両のドア制御装置。

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