JP5978316B2 - 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。

投光レンズ部と受光レンズ部を一体に形成したフォトセンサ用レンズとしては、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、レンズは対向面が平面からなる直方体形状を有しており、ケース内方に面する平面部には該ケース内部に配置される発光素子と受光素子に対応する凸レンズ面を設けて形成される。

特開２００９-１５０６９０号公報

しかし、上述した従来例において、対物側が平面により形成されているために、ケース内に発光素子を複数配置し、各々に対応させた場合、各発光素子に対応する凸レンズ面の光軸（本明細書において、「凸レンズ面の光軸」とは、凸レンズ面を一面に有する平凸レンズに対する光軸を指すものとする。）と受光素子に対応する凸レンズ面の光軸とは一致しないために、発光素子を多くしてもターゲットへの照射光量を効率的に増加させることができないという問題がある。

この問題を解決するためには、発光素子に対応する凸レンズ面の対物面（ターゲットに面する側の面）を凸レンズ面として、各発光素子の照射光を受光素子に対応する凸レンズ面の光軸上に集焦させることも可能であるが、光源側の凸レンズ面の対物側に各々凸レンズ面を形成することは、レンズの構造が複雑になるという問題が発生する。

本発明は、以上の欠点を解消すべくなされたものであって、複数の発光素子を使用し、簡単な構造で、発光素子により照射効率を可及的に高めることのできるフォトセンサ用レンズを使用した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、
ユニットケース１内に収容される複数の発光素子２からの照射光をユニットケース１外の検出領域３に集光して照射し、該検出領域３からの反射光を前記ユニットケース１内の受光素子４に集光して検出するフォトセンサユニットであって、
前記ユニットケース１の開口にはフォトセンサ用レンズ１７が固定され、
前記フォトセンサ用レンズ１７は、一面側が単一凸レンズ面５により形成されるとともに、対向面には、前記単一凸レンズ面５と光軸が共通する受光用凸レンズ面６と、該受光用凸レンズ面６の光軸に平行な光軸を有する複数の投光用凸レンズ面７とが一体形成され、
前記ユニットケース１内には、全ての発光素子２と受光素子４が表面実装され、受光用凸レンズ面６の後側焦点位置に受光素子４を、各投光用凸レンズ面７の前側焦点位置に発光素子２を配置する単一の実装基板１４が固定さ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。

図４（ｃ）に示すように、投光用凸レンズ面７による平凸レンズ７ａの前側焦点位置（ｆ７）に点光源である発光素子２を配置すると、投光用凸レンズ面７による平凸レンズ７ａ内には光軸７ｂに平行な平行光線が形成される。この平行光線は、単一凸レンズ面５との境界で屈折して該単一凸レンズ面５の後側焦点位置（ｆ５）に概ね集焦する。単一凸レンズ面５は全体として同一曲率により形成されているために、各発光素子２からの照射光は当該単一凸レンズ面５の後側焦点位置（ｆ５）近傍に集焦することとなり、該後側焦点位置（ｆ５）への照射光量を効果的に増加させることが可能になる。

この結果、後側焦点位置（ｆ５）、あるいはこの近傍に設定される検出領域３への供給光量が増加するために、検出領域３内に挿入された被検知体１１からの反射光量も増加する。被検知体１１からの反射光は、単一凸レンズ面５からレンズ体内に導入された後、受光用凸レンズ面６が形成する平凸レンズ６ａの後側焦点位置（ｆ６）に集焦されるために、当該焦点位置（ｆ６）に配置される受光素子４への供給光量も増加し、検出精度が高くなる。

投光用凸レンズ面７と受光用凸レンズ面６の配置は、適宜設定可能であるが、
前記投光用凸レンズ面７が受光用凸レンズ面６を中心とする円周上に配置されるフォトセンサ用レンズを構成した場合には、球面収差等の影響を相互に補完することにより単一凸レンズ面５の後側焦点位置（ｆ５）への投光量を確保することが可能になる。

また、
前記受光用凸レンズ面６と投光用凸レンズ面７との境界に溝８が形成されるフォトセンサ用レンズを構成した場合には、投光用凸レンズ面７への発光素子２からの入射光が迷光となって受光用凸レンズ面６に入光し、受光素子４に読み取られることがなくなるために、検出精度が高くなる。

溝８は受光用凸レンズ面６と投光用凸レンズ面７との境界に設ければ足りるが、受光用凸レンズ面６の周囲を全周に渡って形成することもできる。

上述したように、ユニットケース１内の発光素子２からの照射光は、上記フォトセンサ用レンズにより単一凸レンズ面５の後側焦点位置（ｆ５）に集焦し、あるいは、球面収差等の影響、さらには、発光素子２を各投光用凸レンズ面７の前側焦点位置（ｆ７）から僅かにずらせて配置することにより、単一凸レンズ面５の後側焦点（ｆ５）近傍に集中させることが可能になる。この結果、図５に示すように、発光素子２からの照射光の集光位置を検出領域３に設定すると、検出領域３への照射光量を発光素子２の数に応じて効率的に増加させることが可能になり、受光素子４での検知精度も向上する。

さらに、上述したフォトセンサユニットは、
受光素子４における受光レベルにより検出対象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１０とともに使用して車両のドア制御装置に使用することができる。
なお、本発明によれば、
ユニットケース１内に収容される複数の発光素子２からの照射光をユニットケース１外の検出領域３に集光し、該検出領域３からの反射光を前記ユニットケース１内の受光素子４に集光するフォトセンサ用レンズであって、
一面側を単一凸レンズ面５により形成するとともに、
対向面には、前記単一凸レンズ面５と光軸が共通する受光用凸レンズ面６と、該受光用凸レンズ面６の光軸に平行な光軸を有する複数の投光用凸レンズ面７とが一体形成されるフォトセンサ用レンズや、
ユニットケース１内に収容される発光素子２からの照射光をユニットケース１外に照射し、ユニットケース１外部からの反射光をユニットケース１内の受光素子４により検出するフォトセンサユニットであって、
前記ユニットケース１の開口に上述のフォトセンサ用レンズを固定するとともに、
該レンズの受光用凸レンズ面６の後側焦点位置に受光素子４を、各投光用凸レンズ面７の前側焦点位置に発光素子２を配置したフォトセンサユニットを提供することも可能である。

本発明によれば、複数の発光素子を使用して反射型フォトセンサを形成する場合、簡単な構造で、発光素子により照射効率を可及的に高めることができる。

フォトセンサユニットを示す図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）の１Ｂ方向矢視図である。 図１の断面図で、（ａ）は図１（ａ）の２Ａ-２Ａ線断面図、（ｂ）は図１（ｂ）の２Ｂ-２Ｂ線断面図である。 隔壁部材を示す図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は隔壁部材と実装基板、およびフォトセンサ用レンズの位置関係を示す図、（ｃ）は図２（ａ）の３Ｃ-３Ｃ線断面図である。 フォトセンサ用レンズを示す図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）の４Ｂ方向矢視図、（ｃ）は（ｂ）の４Ｃ-４Ｃ線断面図である。 フォトセンサユニットの検出領域を示す図である。 本発明が適用された車両を示す図で、（ａ）は車両を後方から見た図、（ｂ）は車両の側面図、（ｃ）は（ａ）の６Ｃ-６Ｃ線断面図である。

図１以下に本発明のフォトセンサユニットを示す。フォトセンサユニット（Ａ）は、車両９に固定されるユニットケース１と、ユニットケース１内に格納される発光素子２、および受光素子４を有して構成される。

ユニットケース１は、固定用フランジ１２ａを備えたブラケット１２と、ブラケット１２に固定されるインナーケース１３とから構成される。インナーケース１３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１２の前端開口から開放端を挿入して装着される。

上記発光素子２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４にはフォトダイオードが使用され、これら発光素子２と受光素子４とは同一の実装基板１４上に表面実装される。

発光素子２と受光素子４とは図３に示すように、受光素子４が実装基板１４の中心部に配置されるとともに、発光素子２が受光素子４を中心とする円周上に等間隔で配置される。

上記発光素子２からの照射光（検出光）が直接受光素子４に入射することを防止するために、ユニットケース１内には隔壁部材１５が装着される。図３（ａ）に示すように、隔壁部材１５は、不透明な合成樹材により形成され、外周が実装基板１４の外周にほぼ一致する矩形枠部１５ａと、矩形枠部１５ａの中心に配置される上下に開放された遮蔽筒部１５ｂと、遮蔽筒部１５ｂを矩形枠部１５ａに連結するための仕切り壁１５ｃとを有する。

図３（ｃ）に示すように、上記隔壁部材１５を実装基板１４に装着した状態において受光素子４の周囲が遮蔽筒部１５ｂ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１内の他の空間から区画される。図２に示すように、遮蔽筒部１５ｂの内周壁面には、受光素子４が実装される実装基板１４上から上方に行くに従って漸次拡径されるテーパ部１５ｄが形成されており、遮蔽筒部１５ｂ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１内の矩形枠部１５ａ内の空間は、仕切り壁１５ｃにより区画されて発光素子２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２の数量に合わせて４個形成され、発光素子２は各通過空間の中心部に配置される。

さらに、図２に示すように、上記隔壁部材１５の下端面にはＯリング１６が装着されて隔壁部材１５と実装基板１４との境界部からの漏光が完全に防止され、結果、受光素子４の実装面から、隔壁部材１５の前端までの領域は、発光素子２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４に入ることが確実に防止される。

また、上記隔壁部材１５の上端部にはフォトセンサ用レンズ１７が装着される。

図４に示すように、フォトセンサ用レンズ１７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５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６と、複数の投光用凸レンズ面７とを有する。

各凸レンズ面５、６、７は、球面により形成されており、上記受光用凸レンズ面６は隔壁部材１５の遮蔽筒部１５ｂの内径にほぼ等しい口径を有してフォトセンサ用レンズ１７の中心位置に配置される。この受光用凸レンズ面６と、単一凸レンズ面５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５と受光用凸レンズ面６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１５の遮蔽筒部１５ｂ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。

フォトセンサ用レンズ１７の位置決めを行うために、隔壁部材１５の上端には、フォトセンサ用レンズ１７の四隅部に当接する位置決め支柱１５ｅが設けられる。

一方、投光用凸レンズ面７は、光軸が上記受光用凸レンズ面６の光軸と平行で、かつ、口径が、隔壁部材１５の仕切り壁１５ｃ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２が位置するように配置される。投光用凸レンズ面７と受光用凸レンズ面６との境界部には、溝８が形成されており、投光用凸レンズ面７から導入された照射光の受光用凸レンズ面６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７の前側焦点位置（ｆ７）に発光素子２を位置させると、発光素子２からの照射光は、投光用凸レンズ面７により平行光に変換されてフォトセンサ用レンズ１７内を進行した後、単一凸レンズ面５により該単一凸レンズ面５の後側焦点位置（ｆ５）に集光される。

この結果、図５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５の後側焦点位置（ｆ５）近傍に検出領域３を設定しておくと、該検出領域３の検出光の光量を増加させることが可能で、かつ、当該検出領域３に進入した被検知体１１からの反射光は、単一凸レンズ面５、および受光用凸レンズ面６により集光されて受光素子４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。

図６に上述したフォトセンサユニット（Ａ）を使用したドア制御装置を示す。

ドア制御装置は、ダンパ装置等の駆動装置１８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９のバックドア１９に固定されるフォトセンサユニット（Ａ）と、駆動装置１８を制御するためのドア制御部１０とを有する。

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３内への被検知体１１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２０に囲まれたライセンスプレート取り付け凹部２１の天井壁部に固定される。なお、図６において２２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３の中心をライセンスプレート取り付け凹部２１内に位置させるために、検出光の光軸はやや車両９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２１外での検出能が低下するために、車両９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１０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１８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１９が閉扉状態にあることを条件にバックドア１９を解錠操作した後、駆動装置１８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３として設定されたライセンスプレート取り付け凹部２１内、あるいはその近傍に荷物等を近付けるだけでフォトセンサユニット（Ａ）は荷物等を被検知体１１として検出し、バックドア１９の開放操作が行えるために、利便性が向上する。

１ ユニットケース
２ 発光素子
３ 検出領域
４ 受光素子
５ 単一凸レンズ面
６ 受光用凸レンズ面
７ 投光用凸レンズ面
８ 溝
９ 車両
１０ ドア制御部

Claims (4)

1. ユニットケース内に収容される複数の発光素子からの照射光をユニットケース外の検出領域に集光して照射し、該検出領域からの反射光を前記ユニットケース内の受光素子に集光して検出するフォトセンサユニットであって、
   前記ユニットケースの開口にはフォトセンサ用レンズが固定され、
   前記フォトセンサ用レンズは、一面側が単一凸レンズ面により形成されるとともに、対向面には、前記単一凸レンズ面と光軸が共通する受光用凸レンズ面と、該受光用凸レンズ面の光軸に平行な光軸を有する複数の投光用凸レンズ面とが一体形成され、
   前記ユニットケース内には、全ての発光素子と受光素子が表面実装され、受光用凸レンズ面の後側焦点位置に受光素子を、各投光用凸レンズ面の前側焦点位置に発光素子を配置する単一の実装基板が固定されるフォトセンサユニット。
2. 前記投光用凸レンズ面が受光用凸レンズ面を中心とする円周上に配置される請求項１記載のフォトセンサユニット。
3. 前記受光用凸レンズ面と投光用凸レンズ面との境界に溝が形成される請求項１または２に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ないし３のいずれかに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対象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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