JP6006108B2 - 光センサユニット - Google Patents

Description

本発明は光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光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、発光素子と受光素子との干渉を防止するために、各々の光の通過領域は、樹脂形成体による隔壁により仕切られている。

特開２０１２-１８１１０号公報

しかし、上述した従来例において、隔壁はモールド等により形成されるために、製造に手間がかかるという問題がある。また、これを解決するためには、別途形成した隔壁部材を組み付けることも可能であるが、この場合、隔壁部材との境界からの漏光が発生しやすく検出精度を低下させ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、構造が簡単で、かつ、検出精度の低下も引き起こさない光センサユニットの提供を目的とする。

本発明によれば上記目的は、
ユニットケース１内に収容された発光素子２からユニットケース１外に投光した検出光のユニットケース１外に設定した検出領域からの反射光を実装基板３上に実装された受光素子４により検出する光センサユニットであって、
前記反射光のユニットケース１内での通過空間が、実装基板３上に前記受光素子４を包囲するリング状パッキン５を介して積層される隔壁部材６によりユニットケース１内の他の空間から離隔され、
かつ、隔壁部材６には、実装基板３への積層時にリング状パッキン５の外周壁に圧接して該リング状パッキン５に縮径方向の分力を伴う実装基板３への圧接力を付与する押圧壁７が設けられる光センサユニットを提供することにより達成される。

本発明において、受光素子４が実装される実装基板３の上面には隔壁部材６が積層され、適宜手段で固定される。隔壁部材６と実装基板３との境界には受光素子４を囲むようにしてリング状パッキン５が介装されており、隔壁部材６と実装基板３との境界からの漏光が完全に防止される。

この結果、隔壁部材６を積層するだけで受光光の通路を他の領域から遮断することが可能になるために、組み立て工数の低減と、性能向上の双方を同時に達成できる。

また、リング状パッキン５は、隔壁部材６が実装基板３に積層された際に、外周が隔壁部材６の押圧壁７により中心方向斜め下方に押し付けられることから、隔壁部材６固定時の押圧力は、縮径方向への変形力として一部費消されて実装基板３への圧接力として働き、特殊な材料を使用することなく汎用の合成ゴム、合成樹脂材等を使用して見掛けの弾性係数を小さくすることができる。

弾性係数が小さくなると、リング状パッキン５の隔壁部材６積層方向の撓み量が大きくなった場合であっても、実装基板３への圧接力は過大になることはなく、隔壁部材６の積層操作によって実装基板３の撓みによるプリント配線の断線等の不具合を確実に防止することが可能になる上に、撓み量の管理、すなわち、実装基板３に対する隔壁部材６、正確には、押圧壁７との間隔の精度も過度に高く維持する必要もなくなり、歩留まり、製造効率の向上を達成できる。

リング状パッキン５にはＯリング等が使用可能であるが、
前記リング状パッキン５は、内外周壁面が上方に行くに従って漸次縮径する円錐筒形状に形成される光センサユニットを構成した場合には、縮径方向の変形能が向上するために、見掛けの弾性係数をより効率的に低下させることが可能になる。

さらに、
前記リング状パッキン５と隔壁部材６に、一方が他方に圧入される仮止め用嵌合部８を形成した場合には、一旦リング状パッキン５を隔壁部材６の底壁部に装着した後、隔壁部材６を実装基板３上に固定することができるために、組立作業性を向上させることが可能になる。

ユニットケース１内には単一の発光素子２を収容することも可能であるが、複数の発光素子２を収容することにより検出領域への投光量を増加させることが可能になり、検出精度を高めることができる。

さらに、
前記ユニットケース１には、対物面が受光素子４を通過する光軸を有する単一凸レンズ面９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９と光軸が共通する受光用凸レンズ面１０と、光軸が前記受光用凸レンズ面１０の光軸に平行で各発光素子２を通過する投光用凸レンズ面１１とが一体形成されたレンズ１２が固定される光センサユニットを構成した場合には、ユニットケース１にレンズ１２を固定するだけで、発光素子２からの検出光を受光素子４の光軸上に集光させることができる。この結果、検出光により検出領域を効率的に照射することが可能になり、検出精度を高めることができる。

本発明によれば、隔壁部材を実装基板上に積層、固定するだけで受光素子と同一ユニットケース内に収容された発光素子からの放射光の受光素子への漏光を防止することができるために、構造が簡単になり、かつ、検出精度も高くすることができる。さらに、リング状パッキンの実装基板への圧接による実装基板の撓み等が確実に防がれるために、実装基板の撓みを防止するための支え等を要しないために、構造を簡単にすることができる。

本発明が適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。 光センサユニットを示す図で、（ａ）は正面方向から見た斜視図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は（ｂ）の２Ｃ方向矢視図である。 図２の断面図で、（ａ）は図２（ｂ）の３Ａ-３Ａ線断面図、（ｂ）は図２（ｃ）の３Ｂ-３Ｂ線断面図である。 光センサユニットの分解斜視図である。 本発明の要部を示す図で、（ａ）は隔壁部材の平面図、（ｂ）は（ａ）の５Ｂ-５Ｂ線断面図、（ｃ）は（ａ）の５Ｃ方向矢視図、（ｄ）はリング状パッキンの平面図、（ｅ）は（ｄ）の５Ｅ-５Ｅ線断面図である。 レンズを示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は（ａ）の６Ｃ-６Ｃ線断面図である。

図１に本発明が適用された車両１３を示す。本例において光センサユニットは、車両のバックドア１３ａの開閉操作を制御するために該バックドア１３ａに固定して使用される。

後述するように、光センサユニット（Ｕ）は、検出光が投光される所定の検知領域（Ｒ）内への検出物体１４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１３ｂに囲まれたライセンスプレート取り付け凹部１３ｃの天井壁部に固定される。なお、図１において１３ｄはライセンスプレートを示す。

また、本例において、光センサユニット（Ｕ）の検知領域（Ｒ）の中心をライセンスプレート取り付け凹部１３ｃ内に位置させるために、検出光の光軸はやや車両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１３ｃ外での検出能が低下するために、車両に利用者以外のヒト、動物ゴミ等が接近した状態で光センサユニット（Ｕ）が不用意に反応することが防止できる。

上記光センサユニット（Ｕ）から検出信号が出力されると、まず、制御装置１６による、利用者が所持する電子キーの認証、バックドア１３ａの状態検出、施解錠動作等の準備動作が行われた後、駆動装置１５が駆動される。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、バックドアが閉扉状態にあることを条件にバックドアを解錠操作した後、駆動装置１５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（Ｒ）として設定されたライセンスプレート取り付け凹部１３ｃ内、あるいはその近傍に荷物等を近付けるだけでバックドアの開放操作が行えるために、利便性が向上する。

図２以下に光センサユニット（Ｕ）を示す。光センサユニット（Ｕ）は、車両に固定されるユニットケース１と、実装基板３上に実装されてユニットケース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、筒部１７ａの側壁から車両への固定用フランジ１７ｂを突設させたブラケット１７と、ブラケット１７の筒部１７ａに固定されるインナーケース１８と、ブラケット１７の後方開口部を閉塞する蓋部材２２から構成され、固定フランジ１７ｂを貫通するボルト１９を使用してバックドア１３ａに固定される。固定フランジ１７ｂとパネルとの間にはパッキン２０が介装される。

また、インナーケース１８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１７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１８をブラケット１７内に保持するために、インナーケース１８の側壁にはフック状の突起１８ａが、ブラケット１７には上記突起１８ａを係止する係止開口１７ｃが各々設けられる（図４参照）。

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３上に表面実装される。

図３、４に示すように、実装基板３は長方形形状に形成されており、受光素子４は実装基板３の中心部に、発光素子２は、受光素子４を中心として等間隔位置に２個実装される。

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６が装着される。

図５に示すように、隔壁部材６は不透明な合成樹脂材料により形成され、外周が実装基板３の外周にほぼ一致する矩形枠部６ａと、矩形枠部６ａの中心に配置され、上下に開放された筒形状を有する遮蔽筒部６ｂと、遮蔽筒部６ｂを矩形枠部６ａに連結するための仕切り壁６ｃとを有する。

図３に示すように、上記隔壁部材６を実装基板３に装着した状態において受光素子４の周囲が遮蔽筒部６ｂに囲まれて、検知領域（Ｒ）の検出物体１４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５（ｂ）に示すように、遮蔽筒部６ｂの内周壁面には、受光素子４が実装される実装基板３上から上方に行くに従って漸次拡径されるテーパ部６ｄが形成されており、遮蔽筒部６ｂ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。

また、隔壁部材６の遮蔽筒部６ｂを除く矩形枠部６ａ内の空間は、仕切り壁６ｃ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２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５に示すように、遮蔽筒部６ｂの下端面には、パッキン装着部２１が形成される。パッキン装着部２１は、内周壁面が下方に行くに従って漸次拡径する円錐面により形成される押圧壁７を有しており、該パッキン装着部２１に不透明で、かつ、適度に弾性を有する合成樹脂材により形成されるリング状パッキン５が装着される。

リング状パッキン５は、外周壁が押圧壁７の周壁とほぼ同一の円錐面により形成されるほぼ均等肉厚の円錐筒形状に形成される。

このリング状パッキン５には、側壁から膨隆する仮止め用突部８ａが設けられており、隔壁部材６とは、パッキン装着部２１の周壁の一部を切り欠いた仮止め用凹部８ｂに仮止め用突部８ａを圧入して形成される仮止め用嵌合部８を介して連結される。リング状パッキン５を隔壁部材６に装着した状態においてリング状パッキン５の下端部はパッキン装着部２１の下端縁から突出しており、必要な撓み代が提供される。

上記隔壁部材６、および実装基板３は、隔壁部材６に後述するレンズ１２を連結した状態で蓋部材２２を介して予めサブアセンブリされ、ブラケット１７に組み込まれる。

蓋部材２２は実装基板３を隔壁部材６とともに挟みつけた状態で隔壁部材６に連結され、隔壁部材６と蓋部材２２との連結は、蓋部材２２に突設され、実装基板３の隅部を貫通する連結脚２２ｂを隔壁部材６の圧入孔に圧入して行われる。

図４に示すように、実装基板３の装着位置を規制するために、隔壁部材６と蓋部材２２には、実装基板３の隅角部に当接して実装基板３を上下から挟み付けるための押圧突部２３が設けられるとともに、隔壁部材６には、実装基板３に切り欠かれた凹部３ａに嵌合して実装基板３の位置決めを行う位置決め片６ｅが設けられる。

隔壁部材６を蓋部材２２に連結するために隔壁部材６を実装基板３に押し付けると、上記リング状パッキン５は、外周縁が隔壁部材６の押圧壁７により中心方向斜め下方に押し付けられる。この結果、リング状パッキン５は縮径方向に撓みながら下方、すなわち実装基板３を押圧するとともに、外周壁面が押圧壁７に密着することにより、リング状パッキン５と実装基板３との境界部、およびリング状パッキン５と押圧壁７との境界部における間隙の発生が防がれ、該境界部からの漏光を完全に防止することができる。

以上のように隔壁部材６、実装基板３、および蓋部材２２が相互に連結された状態で、ブラケット１７の下方開口部を蓋部材２２により閉塞するように固定された後、蓋部材２２とブラケット１７の境界部は封止樹脂等で密閉される。ブラケット１７の固定に際し、蓋部材２２には実装基板３から引き出されるハーネス３ｂを挿通させるためのハーネス押さえ２４が固定される。

一方、隔壁部材６の上端部にはレンズ１２が固定される。レンズ１２を固定するために、隔壁部材６の上端面には、レンズ１２を係止、保持するための係止フック６ｆが突設される。

図６に示すように、レンズ１２はアクリル樹脂により平面視ほぼ長方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９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１０と、２個の投光用凸レンズ面１１とを有する。

各凸レンズ面９、１０、１１は、球面により形成されており、上記受光用凸レンズ面１０は隔壁部材６の遮蔽筒部６ｂの内径にほぼ等しい口径を有してレンズ１２の中心位置に配置される。この受光用凸レンズ面１０と、単一凸レンズ面９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９と受光用凸レンズ面１０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６の遮蔽筒部６ｂ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。

一方、投光用凸レンズ面１１は、光軸が上記受光用凸レンズ面１０の光軸と平行で、かつ、口径が、隔壁部材６の仕切り壁による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１１と受光用凸レンズ面１０との境界部には、溝１２ａが形成されており、投光用凸レンズ面１１から導入された照射光の受光用凸レンズ面１０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１１の前側焦点位置（ｆ１１）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１１により平行光に変換されてレンズ１２内を進行した後、単一凸レンズ面９により該単一凸レンズ面９の後側焦点位置（ｆ９）に集光される。

この結果、光センサユニット（Ｕ）を固定した状態で単一凸レンズ面９の後側焦点位置（ｆ９）近傍に検出領域（Ｒ）を設定しておくと、該検出領域（Ｒ）の検出光の光量を増加させることが可能で、かつ、検出物体１４からの反射光は、単一凸レンズ面９、および受光用凸レンズ面１０により集光されて受光用凸レンズ面１０の焦点位置（ｆ１０）に配置された受光素子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。

１ ユニットケース
２ 発光素子
３ 実装基板
４ 受光素子
５ リング状パッキン
６ 隔壁部材
７ 押圧壁
８ 仮止め用嵌合部
９ 単一凸レンズ面
１０ 受光用凸レンズ面
１１ 投光用凸レンズ面
１２ レンズ

Claims (5)

1. ユニットケース内に収容された発光素子からユニットケース外に投光した検出光のユニットケース外に設定した検出領域からの反射光を実装基板上に実装された受光素子により検出する光センサユニットであって、
   前記反射光のユニットケース内での通過空間が、実装基板上に前記受光素子を包囲する弾性材料により形成されるリング状パッキンを介して積層される隔壁部材によりユニットケース内の他の空間から離隔され、
   かつ、隔壁部材には、実装基板への積層時にリング状パッキンの外周壁に圧接して該リング状パッキンに縮径方向の分力を伴う実装基板への圧接力を付与する押圧壁が設けられる光センサユニット。
2. 前記リング状パッキンは、内外周壁面が上方に行くに従って漸次縮径する円錐筒形状に形成される請求項１記載の光センサユニット。
3. 前記リング状パッキンと隔壁部材には、一方が他方に圧入される仮止め用嵌合部が形成される請求項１または２記載の光センサユニット。
4. 前記ユニットケース内に複数の発光素子が受光素子を囲むようにして収容される請求項１、２または３記載の光センサユニット。
5. 前記ユニットケースには、対物面が受光素子を通過する光軸を有する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、光軸が前記受光用凸レンズ面の光軸に平行で各発光素子を通過する投光用凸レンズ面とが一体形成されたレンズが固定される請求項１、２、３または４記載の光センサユニット。