JP7417194B2 - 光電センサ - Google Patents

Description

本発明は、光電センサに関する。

投光用の光ファイバと受光用の光ファイバを挿抜して用いるファイバ型の光電センサが知られている（例えば、特許文献１参照）。ファイバ型の光電センサは、投光用の光ファイバへ投射した検出光が、検出対象物で反射して受光用の光ファイバへ戻ってくるか否か、あるいはどの程度戻ってくるかを検出することにより、検出対象物の有無やその距離を判定するセンサである。検出対象物が透光素材で形成されていれば、検出光を透過させてその光量が減衰するかにより、検出対象物の有無を検出することも可能である。

特開２００４－２０５２０９号公報

光電センサは、検出レベルを調整したり、動作モードを切り替えたりする操作部を備えることが多い。特に操作部に押しボタンを含む場合には、ユーザが当該押しボタンを押し込む操作力が過剰な荷重となって、投光素子及び受光素子の周辺部を歪ませる原因となることがあった。光電センサの検出光は、上述のように検出対象物の有無やその距離を判定できるように、検出対象物の特性に合わせて精密に調整されて使用されることが多く、投光素子及び受光素子の周辺部の歪みが検出精度を低下させる原因となることがあった。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、ユーザの押し操作によって投光素子及び受光素子の周辺部に過剰な荷重が掛かることを防ぐ簡易な構造を備えた光電センサを提供するものである。

本発明の一態様における光電センサは、開口部を有する筐体と、筐体の内部空間を開口部側の第１空間と、反対側の第２空間とに分割するハード基板である第１基板と、投光用光ファイバに検出光を投射する投光素子と、受光用光ファイバから検出光を受光する受光素子と、投光素子と受光素子が実装面の一側方に寄せて実装され、又は投光素子と受光素子が実装された第３基板と一側方側で接続されて、第２空間に収容された第２基板と、第１基板の実装面のうち第２基板の一側方に対応する領域に実装され、開口部へ向けて情報を呈示するための発光素子と、第１基板の実装面のうち第２基板の一側方とは反対の領域に実装され、開口部から第１基板へ向かうユーザの操作力を受けるスイッチとを備える。

光電センサは操作部と共に表示部を伴うことが多いが、本発明の一態様における光電センサは、ハード基板上に表示部を投受光素子側に寄せて配置し、操作部を遠い側に配置するようにした。特に、押しボタンを構成するスイッチがハード基板に実装されているので、ユーザの操作力をハード基板で受けることができることと合わせて、第２空間に収容された投受光素子の周辺部へ過剰な荷重が伝達することを防ぐことができる。また、一つのハード基板上にスイッチと情報を呈示するための発光素子とを実装するので、剛性の確保に加え、光電センサの組立て容易性にも寄与する。さらに、スイッチと発光素子が一つのハード基板に配置されているので、ユーザは情報を確認しながら操作がしやすいという点において良好な操作性も期待できる。

上記態様における光電センサは、発光素子に対応した貫通孔が設けられ、第１基板の実装面に密着して配置された遮光板を備えてもよい。このような遮光板を設けることにより、発光素子の視認性を高めると共に、投受光素子側への迷光を防ぐことができる。

また、上記態様における光電センサは、第１基板と第２基板が取り付けられるベースフレームを備え、ベースフレームは、第１基板の周囲を受ける環状部と、環状部を横切る梁部と、環状部に直交して延在する直交部とを有してもよい。このような骨格を成すベースフレームを備えれば、より強い操作力にも耐えると共に、組み立て時において第１基板と第２基板の接続を容易に行うことができる。さらに、投光用光ファイバ及び受光用光ファイバを着脱可能に保持するファイバロック機構を備え、ファイバロック機構は、ベースフレームの直交部に支持されるように構成してもよい。このような構成により、投受光素子周りの剛性を高めることができ、より強い荷重を受けても投受光素子周りを保護することができる。

また、上記態様における光電センサにおいて第１基板は、発光素子及びスイッチが実装された領域を取り囲むＧＮＤ線を有してもよい。第１基板は、第２空間を閉塞する蓋として機能するので、このようにＧＮＤ線を設ければ、開口部側からの電磁波をある程度遮断することができる。

本発明により、ユーザの押し操作によって投光素子及び受光素子の周辺部に過剰な荷重が掛かることを防ぐ簡易な構造を備えた光電センサを提供することができる。

本実施形態に係る光電センサの全体斜視図である。 開閉カバーを開いた様子を示す全体斜視図である。 光電センサの主要な構成要素を示す分解斜視図である。 筐体内の分割空間を説明する模式図である。 ＵＩユニット、ベースフレーム及びメイン基板の関係を示す図である。 図５の様子をｘｚ平面で切断した断面図である。 ＵＩユニットの各部を説明する図である。 ベースフレーム、メイン基板及びシールド板の関係を示す図である。 シールド板がメイン基板を覆う様子を一方向から観察した斜視図である。 シールド板がメイン基板を覆う様子を他方向から観察した斜視図である。 メイン基板の他の構成例を示す図である。

添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。なお、各図において、同一の符号を付したものは、同一又は同様の構成を有する。また、各図において、同一又は同様の構成を有する構造物が複数存在する場合には、煩雑となることを回避するため、一部に符号を付し、他に同一符号を付すことを省く場合がある。

図１は、本実施形態に係る光電センサ１００の全体斜視図である。本実施形態に係る光電センサ１００は、ファイバ型の光電センサであり、投光用光ファイバ１４２へ投射した検出光が、検出対象物で反射して受光用光ファイバ１４３へ戻ってくるか否か、あるいはどの程度戻ってくるかを検出することにより、検出対象物の有無やその距離を判定するセンサである。検出対象物が透光素材で形成されていれば、検出光を透過させてその光量が減衰するかにより、検出対象物の有無を検出することも可能である。

光電センサ１００は、全体として扁平型の箱形状を成し、主に筐体１９０と、筐体１９０の上部を開閉可能に覆う開閉カバー１１０とが外観に現れている。筐体１９０は、先端側に２つの孔を有する。具体的には、投光用光ファイバ１４２を挿抜するための上部挿通孔１９１と、受光用光ファイバ１４３を挿抜するための下部挿通孔１９２を有する。光電センサ１００の使用時においては、投光用光ファイバ１４２は上部挿通孔１９１に挿通されて固定され、受光用光ファイバ１４３は下部挿通孔１９２に挿通されて固定される。

筐体１９０は、後端側にコネクタユニット１４６の受容部を有し、図は、受容部にコネクタユニット１４６が装着された様子を表している。コネクタユニット１４６は、ケーブル１４７の一端に設けられ、ケーブル１４７が内包する電源線及び信号線を筐体１９０内部の回路基板と接続する。

なお、図示するようにｘ軸、ｙ軸及びｚ軸を定める。以後の図面においても図１と同様の座標軸を併記することにより、それぞれの図面が表す構造物の向きを示す。また以後の説明において、上述のように、ｚ軸正方向を上方向、負方向を下方向、ｘ軸負の側を先端側、正の側を後端側、ｚ軸正の側を上側、負の側を下側、ｘ軸に沿う方向を長手方向、ｙ軸に沿う方向を短手方向、ｚ軸に沿う方向を高さ方向と称する場合がある。

図２は、開閉カバー１１０を開いた様子を示す全体斜視図である。開閉カバー１１０は、後述するヒンジ構造により回転可能であり、ユーザは、先端側を持ち上げることにより開閉カバー１１０を開いた状態にすることができる。

開閉カバー１１０を開いた状態にすると、ＵＩユニット２００が外部に露出した状態になる。ＵＩユニット２００は、主に、表示部２１０と操作部２２０を有する。具体的には後に詳述するが、表示部２１０は、長手方向に沿って配置された複数桁の数値表示を有する。また、操作部２２０は、同じく長手方向に沿って配置された押しボタンを有する。

ユーザは、開閉カバー１１０を開いた状態にすれば、押しボタンを操作することができる。閉じた状態にすれば、不用意に押しボタンを押してしまうことを防ぐことができる。一方で、開閉カバー１１０は透明素材で形成されており、ユーザは、開閉カバー１１０が閉じた状態であっても表示部２１０が呈示する情報を視認することができる。

図３は、光電センサ１００の主要な構成要素を示す分解斜視図である。光電センサ１００は、主に、開閉カバー１１０、ＵＩユニット２００、ファイバロック機構１４１、コネクタユニット１４６、ベースフレーム１５０、メイン基板１７０、シールド板１８０、筐体１９０によって構成されている。筐体１９０は、上側に開口部１９３を有する。すなわち、筐体１９０の内部空間は、上方向へ向かって大きく開いている。ＵＩユニット２００、ファイバロック機構１４１、ベースフレーム１５０、メイン基板１７０、シールド板１８０は、組み立てられて、筐体１９０の内部空間に開口部１９３から収容される。開閉カバー１１０は、開口部１９３を封塞する。また、コネクタユニット１４６は、筐体１９０の後端側から装着される。

ＵＩユニット２００は、主に、マスクシート１２１、シェーディングパッド１２２、ボタンパッド１２３、サブ基板１３０によって構成されている。サブ基板１３０は、リジッド基板とも呼ばれる剛性のある板状のハード基板であり、例えば、ガラスエポキシ基板が用いられる。サブ基板１３０の実装面には、それぞれ１つ以上の情報用ＬＥＤ１３１、明示用ＬＥＤ１３２、タクタイルスイッチ１３３が実装されている。これらの具体的な配置や構成については、後に詳述する。

ボタンパッド１２３は、それぞれのタクタイルスイッチ１３３に対応したキートップとサブ基板１３０の実装面に接するベースとが一体的に形成されたゴム成形シートである。ボタンパッド１２３は、タクタイルスイッチ１３３の配置に合わせてサブ基板１３０の実装面上に載置される。シェーディングパッド１２２は、情報用ＬＥＤ１３１、明示用ＬＥＤ１３２、ボタンパッド１２３に対応した貫通孔が設けられ、サブ基板１３０の実装面に密着して配置された遮光板である。シェーディングパッド１２２は、情報用ＬＥＤ１３１及び明示用ＬＥＤ１３２からの光を開口部１９３側へ導くと共に、他の領域へ漏らさない機能を担う。マスクシート１２１は、情報用ＬＥＤ１３１及び明示用ＬＥＤ１３２からの光の輪郭を定める透過窓枠や、押しボタンの役割を説明する文字やアイコンが印刷されたシートである。マスクシート１２１は、シェーディングパッド１２２と同様にボタンパッド１２３のキートップを挿通させる孔が設けられており、シェーディングパッド１２２の表面に貼着されている。

ファイバロック機構１４１は、上部挿通孔１９１を通して挿し込まれる投光用光ファイバ１４２、及び下部挿通孔１９２を通して挿し込まれる受光用光ファイバ１４３のそれぞれをクランプして固定する。クランプされた投光用光ファイバ１４２の端面は、投光ＬＥＤ１６１に対向し、投光ＬＥＤ１６１が投射する検出光を光ファイバ内に入射させる。クランプされた受光用光ファイバ１４３の端面は、受光ＰＤ１６２に対向し、光ファイバ内を伝達してきた検出光を受光ＰＤ１６２へ出射させる。

コネクタユニット１４６は、ケーブル１４７が内包する電源線及び信号線をメイン基板１７０の対応する各端子と接続させる。なお、コネクタユニット１４６は、筐体１９０に対して着脱可能に構成されてもよい。

ベースフレーム１５０は、光電センサ１００の骨格を成し、変形しにくいように肉厚の樹脂で成形されている。ベースフレーム１５０は、図示するように全体としてＬ字形状を成し、開閉カバー１１０、ＵＩユニット２００、ファイバロック機構１４１、メイン基板１７０、シールド板１８０が取り付けられる基材としての機能を担う。具体的な形状や機能については、後に詳述する。

メイン基板１７０は、光電センサ１００を機能させる各種素子が多く実装された回路基板であり、特に、投光ＬＥＤ１６１及び受光ＰＤ１６２が実装されている。本実施形態においては、両面に実装面を有する基板を想定するが、三層以上の多層基板であってもよい。メイン基板１７０も、サブ基板１３０と同様にハード基板であり、例えば、ガラスエポキシ基板が用いられる。

シールド板１８０は、外部からメイン基板１７０へ向かう電磁波を遮断する電磁遮蔽板であり、例えば銅板を折り曲げて形成されている。シールド板１８０は、長手方向から観察した場合にＵ字形状を成し、単体でメイン基板１７０の両実装面の大部分を覆う面積を有する。具体的な形状や、ベースフレーム１５０及びメイン基板１７０との位置関係については、後に詳述する。

図４は、筐体１９０内の分割空間を説明する模式図である。サブ基板１３０は、図示するように開口部１９３に相当する大きさを有し、筐体１９０の内部空間に収容された場合に、当該内部空間を、開口部１９３側の第１空間と、反対側の第２空間とに分割する。

第１空間は、主にＵＩユニット２００を収容し、開口部１９３を利用したユーザインタフェース機能が集約された空間である。第２空間は、主にファイバロック機構１４１やメイン基板１７０を収容し、投受光素子や信号処理回路などのセンシング機能が集約された空間である。このように、一枚のハード基板であるサブ基板１３０によって筐体１９０の内部空間を２つの空間に分割することにより、一方の空間に起因して生じ得る現象が他方の空間で実行される機能に及ぼす悪影響を最小限に抑制することができる。

サブ基板１３０は、情報用ＬＥＤ１３１、明示用ＬＥＤ１３２及びタクタイルスイッチ１３３が実装された領域を取り囲む接地線であるＧＮＤ線１３４を有する。このようなＧＮＤ線１３４を設けることにより、開口部１９３側からメイン基板１７０へ向かう電磁波を遮断する効果を期待できる。なお、ＧＮＤ線１３４は、環状に閉じていなくてもよく、一部が欠けていても一定の遮断効果を期待できる。また、ＧＮＤ線１３４は、ライン状でなくてもよく、素子が実装されていない領域をＧＮＤ領域としてもよい。

図５は、主にＵＩユニット２００、ベースフレーム１５０及びメイン基板１７０のそれぞれの構成と相互の配置関係を示す斜視図である。ボタンパッド１２３、シェーディングパッド１２２およびマスクシート１２１は、サブ基板１３０の実装面上に積層されて組み付けられ、サブ基板１３０と共にＵＩユニット２００を構成する。

ベースフレーム１５０は、上述のように全体としてＬ字形状を成す。具体的には、長手方向にＬ字の一辺を形成する環状部１５１と、環状部１５１に直交して延在し、高さ方向にＬ字の他辺を形成する直交部１５３とを有する。環状部１５１は、長手方向と短手方向で周回するように形成されており、サブ基板１３０の下面の周囲を受けることができる。

環状部１５１には、短手方向に横切るように形成された一つ以上の梁部１５２が形成されており、梁部１５２は、サブ基板１３０の下面を支える。すなわち、環状部１５１と梁部１５２は、サブ基板１３０の下面を受けるサブ基板受け部として機能する。具体的には、サブ基板１３０は、ＵＩユニット２００の状態でサブ基板受け部に載置され、例えば接着剤により固定される。このような構造を採用することにより、ユーザによって押しボタンが強く押されても容易に変形しない剛性を確保すると共に、組み立て時において、サブ基板１３０とメイン基板１７０の電気的な接続を容易に行うことを可能にする。

メイン基板１７０は、略矩形形状であり、直交する２辺の近傍がそれぞれ環状部１５１と直交部１５３に支持されるようにベースフレーム１５０に取り付けられている。このように２辺でベースフレーム１５０に取り付けることにより、メイン基板１７０が歪むことを更に抑制することができる。

ファイバロック機構１４１は、ベースフレーム１５０の直交部１５３に支持され、固定されている。ファイバロック機構１４１は、投光用光ファイバ１４２の端面及び受光用光ファイバ１４３の端面をそれぞれ精確に投光ＬＥＤ１６１及び受光ＰＤ１６２に対向させる機能を担うので、位置ずれには特に敏感である。図示するように、ファイバロック機構１４１は、全体を箱型にして剛性を高め、その上、長手方向の全体に亘って直交部１５３によって支持されているので、外部からの荷重に対して特に歪みや位置ずれが生じにくい構造となっている。

図６は、図５に示す環状部１５１の中央付近でｘｚ平面と平行に切断して、ｙ軸正の側から観察した様子を示す断面斜視図である。なお、図の見やすさを優先し、断面のハッチングを省いている。

投光ＬＥＤ１６１及び受光ＰＤ１６２は、メイン基板１７０の一側方である先端側に寄せて実装されており、それぞれの発光部及び受光部は、ファイバロック機構１４１の内部へ挿入されている。より具体的には、投光ＬＥＤ１６１及び受光ＰＤ１６２は、その発光部及び受光部がメイン基板１７０の先端側縁から突出するように、実装面にはんだ付けされている。

情報用ＬＥＤ１３１は、サブ基板１３０の実装面のうち、メイン基板１７０の一側方に対応する領域、すなわち先端側の領域に実装されている。サブ基板１３０の実装面に密着して配置されているシェーディングパッド１２２は、情報用ＬＥＤ１３１に対応した貫通孔１２５が設けられており、貫通孔１２５は、情報用ＬＥＤ１３１が発する光を開口部１９３方向へ通過させる。

シェーディングパッド１２２は、少なくとも貫通孔１２５の内面を白色にして情報用ＬＥＤ１３１が発する光を内面反射させるようにしてもよい。このように貫通孔１２５の内面を白色にすれば、情報用ＬＥＤ１３１の視認性を高めることができる。一方で、シェーディングパッド１２２は、貫通孔１２５以外の空間へ情報用ＬＥＤ１３１が発する光を漏らさないように、サブ基板１３０の実装面に対しては密着していることが好ましい。そのため、例えばシェーディングパッド１２２をサブ基板１３０の実装面に対して熱圧着させてもよい。

タクタイルスイッチ１３３は、サブ基板１３０の実装面のうち、メイン基板１７０の一側方とは反対の領域、すなわち後端側の領域に実装されている。タクタイルスイッチ１３３は、基板実装タイプのモーメンタリ動作スイッチである。ボタンパッド１２３は、図示するように、それぞれのタクタイルスイッチ１３３に対応する個別のキートップ１２４を有し、それぞれのキートップ１２４を薄肉部で連接している。このような構成により、ユーザは、特定のキートップ１２４をサブ基板１３０へ向かう方向へ押し下げると、当該キートップ１２４のみが押し下げられ、その底面が直下のタクタイルスイッチ１３３の操作部を押し下げてオン状態にする。ユーザが押下操作をやめると、キートップ１２４が持ち上がり、タクタイルスイッチ１３３はオフ状態に戻る。

このように、タクタイルスイッチ１３３をハード基板に実装し、さらに、ベースフレーム１５０の環状部１５１と梁部１５２で当該ハード基板を受ける構造としたので、ユーザの操作力が多少大きくても、周辺の構造体に大きな歪みを生じさせることがない。また、タクタイルスイッチ１３３の周辺の構造体に若干の歪みが生じるような場合であっても、タクタイルスイッチ１３３は投受光素子から遠い位置に実装されているので、投受光素子の周辺部へ過剰な荷重が伝達することを防ぐことができる。また、一つのハード基板上にタクタイルスイッチ１３３と情報用ＬＥＤ１３１を実装するので、剛性の確保に加え、光電センサ１００の組立て容易性にも寄与する。さらに、スイッチと発光素子が一つのハード基板に配置されているので、ユーザは情報を確認しながら操作がしやすいという点において良好な操作性も期待できる。

明示用ＬＥＤ１３２は、後述する調整ボタンをユーザにわかりやすく明示するための発光素子であり、サブ基板１３０の実装面のうち、調整ボタンを構成するタクタイルスイッチ１３３の近傍に実装されている。ボタンパッド１２３は、明示用ＬＥＤ１３２が実装された領域に切欠きを有し、また、シェーディングパッド１２２は、明示用ＬＥＤが発する光を開口部１９３方向へ通過させる貫通孔１２５を有する。

このように、ハード基板で分割した第１空間側に情報用ＬＥＤ１３１及び明示用ＬＥＤ１３２を配置したので、第２空間側にこれらの光が回り込むことを抑制できる。すなわち、これらが発する光がセンシング機能に及ぼす悪影響を回避し得る。また、ハード基板は、投光ＬＥＤ１６１の光が第１空間側に回り込むことも抑制するので、投光ＬＥＤ１６１の光が表示部２１０の視認性を低下させる恐れも軽減される。

なお、本実施形態においては、表示部２１０の発光素子として７セグメント表示用のチップＬＥＤを用いるが、他の発光素子を利用してもよい。バックライトを備えた小型の液晶パネルや、自発光の有機ＥＬパネルなどの表示パネルを発光素子としてサブ基板１３０に実装してもよい。また、ユーザの操作力を受けるスイッチも、タクタイルスイッチに限らず、面実装し得るスイッチであればよい。例えば、複数のスイッチが連続して形成されたメンブレンスイッチを採用してもよい。また、ボタンパッド１２３は、ゴム成形シートでなくてもよく、例えば樹脂成形品であってもよい。さらに、キートップは互いに連接されていなくてもよく、面実装されるスイッチが個々にキートップを備える構成であってもよい。

図７は、開閉カバー１１０を閉じた状態の光電センサ１００を上方から観察した図であり、ＵＩユニット２００の各部を説明する図である。上述のように、それぞれの押しボタンは、タクタイルスイッチ１３３とその上部に配置されたキートップ１２４によって構成される。ここでは、このような組み合わせによって配置された各ボタンの機能と配置について説明する。

操作部２２０は、４つの押しボタンを有する。具体的には、２つの変更ボタン２２１と、決定ボタン２２２と、調整ボタン２２３である。２つの変更ボタン２２１は、表示部２１０で表示される数値を変更させる押しボタンであり、一方の＋ボタンを押せば数値が増加し、－ボタンを押せば数値が減少する。変更ボタン２２１は、発光する表示部２１０に隣接して設けられている。

決定ボタン２２２は、変化された数値や選択された項目を決定するための押しボタンである。ユーザは、例えば表示部２１０の数値を変更ボタン２２１によって変化させつつセンシングの応答時間を調整し、決定ボタン２２２を押せばその数値に対応する応答時間を光電センサ１００に設定することができる。また、変更ボタン２２１で項目を変更し、決定ボタン２２２でその変更された項目に決定することができる。また、決定ボタン２２２は、稼働モードと設定モードを切り替えるモード切替ボタンとしても利用される。決定ボタン２２２は、変更ボタン２２１と調整ボタン２２３の間に設けられている。

調整ボタン２２３は、検出光の検出で適用される基準値の自動調整を開始させる押しボタンである。調整ボタン２２３が押されると、光電センサ１００の処理部は、設定された検出値が得られるように、投光パワー、受光ゲイン及び検出閾値の最適調整を実行する。

調整ボタン２２３が押されると、それまで手動で調整されていた調整値は破棄されるので、調整ボタン２２３がユーザに誤って押されたり、何かに触れて押されてしまったりすることをできるだけ防ぎたい。そこで、調整ボタン２２３は、隣接する決定ボタン２２２と、他の隣接する押しボタンどうしの間隔よりも離して配置され、しかも、複数の押しボタンのうち最も端に配置されている。変更ボタン２２１は、表示部２１０に隣接して配置されているので、調整ボタン２２３は、ＵＩユニット２００において最も後端側に配置されていることになる。

開閉カバー１１０は、ベースフレーム１５０の最も後端側に設けられたヒンジ受け１５４周りに回転する。すなわち、調整ボタン２２３の近傍にヒンジ受け１５４が存在することになるので、開閉カバー１１０がユーザの指の容易な進入を妨げ、調整ボタン２２３を押しにくくしている。

明示用ＬＥＤ１３２は、調整ボタン２２３の存在及び調整状態をユーザに認識させるために設けられている。具体的には、明示用ＬＥＤ１３２は、調整ボタン２２３と決定ボタン２２２の間に設けられ、調整ボタン２２３に関連するＬＥＤであることがわかるように、枠と文字がマスクシート１２１に印刷されている。明示用ＬＥＤ１３２は、例えば、自動調整が行われていない状態においては点滅し、自動調整が完了している状態においては点灯する。

特別な押しボタンの存在及び調整状態を明示する明示用ＬＥＤ１３２を、このようにハード基板であるサブ基板１３０の実装面において後端側の領域に配置することにより、投受光素子の近傍にその光が回り込むことを抑制できる。すなわち、明示用ＬＥＤ１３２が発する光がセンシング機能に及ぼす悪影響を回避し得る。また、誤って押されることを防ぐために調整ボタン２２３を決定ボタン２２２から離したスペースに明示用ＬＥＤ１３２を配置したので、サブ基板１３０の長手方向の短小化においても好ましい。

図８は、ベースフレーム１５０、メイン基板１７０及びシールド板１８０の関係を示す図である。ベースフレーム１５０は、上述のように環状部１５１と直交部１５３でＬ字形状を成すが、図示するように、環状部１５１と直交部１５３を三角板状に接続するトラス部１５５を有する。このようなトラス部１５５は、ベースフレーム１５０の剛性を高める。

メイン基板１７０は、第１実装面１７０ａと第２実装面１７０ｂを有する。第１実装面１７０ａには、接地線に接続されたＧＮＤランド１７１、及び受光ＰＤ１６２の受光信号を増幅する増幅素子１７２が設けられている。メイン基板１７０は、取付孔１７３を複数箇所に有し、ベースフレーム１５０の対応箇所に設けられた取付部１５７に位置合わせされ、ビスで固定される。トラス部１５５は、固定されたメイン基板１７０の第２実装面１７０ｂ側に位置する。なお、第１実装面１７０ａ側にはトラス部は設けられていない。

このように固定された略矩形であるメイン基板１７０の四辺の側縁のうち、サブ基板１３０に対向する長手方向の側縁を開口側縁１７０ｃとし、筐体１９０に収容されたときに底部側に位置する長手方向の側縁を底部側縁１７０ｄとする。

シールド板１８０は、外部からメイン基板１７０へ向かう電磁波を遮断する電磁遮蔽板であり、第１実装面１７０ａ及び第２実装面１７０ｂのうち特に電磁波を遮断したい回路領域を覆う形状を有する。増幅素子１７２は、外部からの電磁波の影響を受けやすい素子であるので、シールド板１８０によって覆われる回路領域に位置する。シールド板１８０は、例えば銅板である金属単板を折り曲げて形成され、長手方向から観察した場合に全体としてＵ字形状を成す。シールド板１８０は、メイン基板１７０をＵ字形状の内側に取り込むように配置される。より具体的には、シールド板１８０は、メイン基板１７０の第１実装面１７０ａと第２実装面１７０ｂとを、開口側縁１７０ｃとは反対側の底部側縁１７０ｄを跨いで覆うように配置される。

配置面１５６は、シールド板１８０の側部をベースフレーム１５０の表面に沿わせて配置するために直交部１５３に設けられた受け面である。配置面１５６は、メイン基板１７０の第１実装面１７０ａに対して底部側縁１７０ｄ側より開口側縁１７０ｃ側の高さが高くなる傾斜を有する。このような傾斜を設けることにより、後述するはんだ付けの作業が容易になる。

図９は、シールド板１８０がメイン基板１７０を覆う様子を一方向から観察した斜視図である。具体的には、主にメイン基板１７０の第１実装面１７０ａがシールド板１８０の第１面１８０ａに覆われている様子を示す。シールド板１８０の第１面１８０ａの側部は、直交部１５３に設けられた配置面１５６、及び環状部１５１に設けられた配置面１５８に載せられて配置される。これにより、第１面１８０ａは、第１実装面１７０ａから離間された状態で維持される。すなわち、実装面上の素子と接触することがなく、回路に損傷を与えるおそれがない。シールド板１８０の第３面１８０ｃは、第１面１８０ａに続くシールド面であり、底部側縁１７０ｄの底部側空間を通過して反対のシールド面へ接続される。

シールド板１８０は、第１面１８０ａから第１実装面１７０ａへ向かって延出する延出部１８１を有する。延出部１８１は、その先端部に、底部側縁１７０ｄへ向けて折り曲げられた折曲部１８２を含む。延出部１８１は、ＧＮＤランド１７１に対応する位置に設けられており、シールド板１８０がベースフレーム１５０に配置された状態においては、折曲部１８２がＧＮＤランド１７１に接触する。折曲部１８２がＧＮＤランド１７１にはんだ付けされることにより、メイン基板１７０の接地線は、シールド板１８０と同電位（接地電位）となる。このような延出部１８１を設けることにより、シールド板１８０の成形時のばらつきに起因する第１実装面１７０ａに対する浮きを吸収することができる。また、シールド板１８０に外力が加わっても延出部１８１が撓むので、はんだがダメージを受けて断線してしまうことを回避できる。

本実施形態においてＧＮＤランド１７１は、第１実装面１７０ａにおいて開口側縁１７０ｃよりも底部側縁１７０ｄに近い位置に設けられている。このようにＧＮＤランド１７１が底部側縁１７０ｄに寄せて設けられることにより、シールド板１８０の組付け時において延出部１８１が第１実装面１７０ａ上の素子に引っ掛かり変形してしまう不具合、及び第１実装面１７０ａに実装された素子を破損させる不具合を回避することができる。

また、折曲部１８２は、底部側縁１７０ｄへ向けて折り曲げられているので、シールド板１８０をベースフレーム１５０に組付ける工程において、第１実装面１７０ａの表面に倣って摺動し、位置決めされる。したがって、ＧＮＤランド１７１が底部側縁１７０ｄから多少離れた位置に設けられていても、組付け時に延出部１８１が中折れしてしまう不具合を回避することができる。

また、上述のように、配置面１５６は第１実装面１７０ａに対して底部側縁１７０ｄ側より開口側縁１７０ｃ側の高さが高くなる傾斜を有するので、シールド板１８０をより安定的に組み付けることができる。また、延出部１８１の長さをその分短くすることができるので、はんだ付けも容易となる。また、上述のように、第１実装面１７０ａ側にはベースフレーム１５０にトラス部が設けられていないので、はんだ付けの作業が容易に行える。

図１０は、シールド板１８０がメイン基板１７０を覆う様子を他方向から観察した斜視図である。具体的には、主にメイン基板１７０の第２実装面１７０ｂがシールド板１８０の第２面１８０ｂに覆われている様子を示す。第２面１８０ｂは、上述の第３面１８０ｃから連続するシールド面である。第２面１８０ｂの側部を含む周縁部は、直交部１５３と連続するトラス部１５５の表面に載せられて配置される。これにより、第２面１８０ｂは、第２実装面１７０ｂから離間された状態で維持される。

シールド板１８０の第２面１８０ｂには、繋止穴１８３が設けられている。また、ベースフレーム１５０のトラス部１５５には、繋止穴１８３を繋止する繋止爪１５９が設けられている。繋止穴１８３は、メイン基板１７０を挟み込むようにシールド板１８０を開口部方向へ組み立て作業者がスライドさせると、繋止爪１５９に嵌まり込む。このように、組み立て作業者は、シールド板１８０をベースフレーム１５０へ容易に組み付けることができる。また、このように第２面１８０ｂ側でベースフレーム１５０に繋止されると、第１面１８０ａ側で行うはんだ付け作業が容易になる。

繋止穴１８３は、第２面１８０ｂに設けられることが好ましい。すなわち、繋止穴１８３と繋止爪１５９による繋止部は、第１実装面１７０ａの側ではなく、第２実装面１７０ｂの側に設けられる。第１面１８０ａは、外部からの電磁波の影響を受けやすい増幅素子１７２を覆うので、電磁波の進入経路となり得る穴部を設けないことが好ましい。なお、繋止爪１５９は直交部１５３に設けてもよいが、本実施形態のようにトラス部１５５を第２面１８０ｂの配置面として利用するのであれば、繋止爪１５９もこの配置面に設けることが好ましい。

以上説明したように、Ｕ字形状のシールド板１８０を採用することにより、各実装面を個別にシールドするより、部品点数も組立て工数も軽減することができる。特に、延出部１８１を設けることにより、メイン基板３７０の接地線と容易に接続でき、また、メイン基板３７０の実装面と離間した状態を維持することもできる。また、サブ基板１３０も外部からメイン基板３７０へ向かう電磁波をある程度遮断できるので、シールド板１８０がメイン基板１７０の底部側縁１７０ｄを跨いで両実装面を覆うことにより、全周に亘って外部からの電磁波の影響を軽減することができる。

図１１は、メイン基板の他の構成例を示す図である。これまで説明した実施形態においては、メイン基板１７０に投光ＬＥＤ１６１及び受光ＰＤ１６２が実装される場合を説明した。しかし、ハード基板であるサブ基板１３０によって筐体１９０の内部空間を第１空間と第２空間を分割するという構成においては、メイン基板１７０は単一基板でなくても構わない。すなわち、押しボタン操作に伴う過剰な荷重が投受光素子の周辺部へ伝達することを防いだり、発光素子の迷光が受光素子の周辺部へ到達したりすることを防ぐという観点においては、第２空間に収容される基板が複数であっても構わない。

図１１は、投光ＬＥＤ１６１及び受光ＰＤ１６２が実装された投受光基板３８０が、メイン基板３７０とは分離した構成である構成例を示す。メイン基板３７０と投受光基板３８０は、例えばコネクタを介して電気的に接続される。また、メイン基板３７０は、ファイバロック機構１４１に支持される構成であっても良い。なお、シールド板１８０は、メイン基板３７０と共に投受光基板３８０もＵ字形状の内側に取り込むように配置されることが好ましい。

以上の光電センサ１００は、説明した様々な効果が共に得られるように構成されたものである。したがって、他の技術的な要請により付随的な効果をもたらすある構成を採用しない場合もあり得る。そのような場合であっても、本発明が主に意図する効果が得られる構成であれば、本発明に係る実施形態となり得る。例えば、サブ基板１３０をハード基板で構成し、ボタンを投受光素子の側とは反対側に配置することによって過剰な荷重が投受光素子の周辺部へ伝達しないようにすることを主に意図するのであれば、シールド板１８０がＵ字形状でなくても構わない。

具体的には、次のような構成も本発明が意図するものである。すなわち、開口部を有する筐体と、前記筐体の内部空間を前記開口部側の第１空間と、反対側の第２空間とに分割するハード基板である第１基板と、投光用ファイバに検出光を投射する投光素子と、受光用光ファイバから検出光を受光する受光素子と、前記投光素子と前記受光素子が実装され、前記第２空間に収容された第２基板と、前記第１基板の実装面に実装され、前記開口部へ向けて情報を呈示するための発光素子と、前記第１基板の実装面に実装され、前記開口部から前記第１基板へ向かうユーザの操作力を受けるスイッチと、前記第１基板と前記第２基板が取り付けられるベースフレームとを備え、前記ベースフレームは、前記第１基板の前記実装面とは反対の面を受ける受け部を有する光電センサ、であってもよい。

このように剛性の高いベースフレームを用いることで、第２空間内における投受光素子の配置に依らず、ユーザの操作力が過剰な荷重となって投受光素子周りを歪ませるおそれがない。また、ベースフレームを、第２基板を支持する構造体としても利用できるので、全体的にコンパクトで部品点数の少ない光電センサを実現できる。

［附記］
開口部（１９３）を有する筐体（１９０）と、
前記筐体（１９０）の内部空間を前記開口部側の第１空間と、反対側の第２空間とに分割するハード基板である第１基板（１３０）と、
投光用光ファイバ（１４２）に検出光を投射する投光素子（１６１）と、
受光用光ファイバ（１４３）から検出光を受光する受光素子（１６２）と、
前記投光素子（１６１）と前記受光素子（１６２）が実装面（１７０ａ、１７０ｂ）の一側方に寄せて実装され、又は前記投光素子（１６１）と前記受光素子（１６２）が実装された第３基板（３８０）と前記一側方側で接続されて、前記第２空間に収容された第２基板（１７０、３７０）と、
前記第１基板（１３０）の実装面のうち前記第２基板（１７０、３７０）の前記一側方に対応する領域に実装され、前記開口部（１９３）へ向けて情報を呈示するための発光素子（１３１）と、
前記第１基板（１３０）の実装面のうち前記第２基板（１７０、３７０）の前記一側方とは反対の領域に実装され、前記開口部（１９３）から前記第１基板（１３０）へ向かうユーザの操作力を受けるスイッチ（１３３）と
を備える光電センサ（１００）。

１００…光電センサ、１１０…開閉カバー、１２１…マスクシート、１２２…シェーディングパッド、１２３…ボタンパッド、１２４…キートップ、１２５…貫通孔、１３０…サブ基板、１３１…情報用ＬＥＤ、１３２…明示用ＬＥＤ、１３３…タクタイルスイッチ、１３４…ＧＮＤ線、１４１…ファイバロック機構、１４２…投光用光ファイバ、１４３…受光用光ファイバ、１４６…コネクタユニット、１４７…ケーブル、１５０…ベースフレーム、１５１…環状部、１５２…梁部、１５３…直交部、１５４…ヒンジ受け、１５５…トラス部、１５６…配置面、１５７…取付部、１５８…配置面、１５９…繋止爪、１６１…投光ＬＥＤ、１６２…受光ＰＤ、１７０…メイン基板、１７０ａ…第１実装面、１７０ｂ…第２実装面、１７０ｃ…開口側縁、１７０ｄ…底部側縁、１７１…ＧＮＤランド、１７２…増幅素子、１７３…取付孔、１８０…シールド板、１８０ａ…第１面、１８０ｂ…第２面、１８０ｃ…第３面、１８１…延出部、１８２…折曲部、１８３…繋止穴、１９０…筐体、１９１…上部挿通孔、１９２…下部挿通孔、１９３…開口部、２００…ＵＩユニット、２１０…表示部、２２０…操作部、２２１…変更ボタン、２２２…決定ボタン、２２３…調整ボタン、３７０…メイン基板、３８０…投受光基板

Claims (4)

1. 開口部を有する筐体と、
   前記筐体の内部空間を前記開口部側の第１空間と、反対側の第２空間とに分割するハード基板である第１基板と、
   投光用光ファイバに検出光を投射する投光素子と、
   受光用光ファイバから検出光を受光する受光素子と、
   前記投光素子と前記受光素子が実装面の一側方に寄せて実装され、又は前記投光素子と前記受光素子が実装された第３基板と前記一側方側で接続されて、前記第２空間に収容された第２基板と、
   前記第１基板の実装面のうち前記第２基板の前記一側方に対応する領域に実装され、前記開口部へ向けて情報を呈示するための発光素子と、
   前記第１基板の実装面のうち前記第２基板の前記一側方とは反対の領域に実装され、前記開口部から前記第１基板へ向かうユーザの操作力を受けるスイッチと、
   前記発光素子に対応した貫通孔が設けられ、前記第１基板の実装面に密着して配置された遮光板と
   を備える光電センサ。
2. 前記第１基板と前記第２基板が取り付けられるベースフレームを備え、
   前記ベースフレームは、前記第１基板の周囲を受ける環状部と、前記環状部を横切る梁部と、前記環状部に直交して延在する直交部とを有する請求項１に記載の光電センサ。
3. 前記投光用光ファイバ及び前記受光用光ファイバを着脱可能に保持するファイバロック機構を備え、
   前記ファイバロック機構は、前記ベースフレームの前記直交部に支持されている請求項２に記載の光電センサ。
4. 前記第１基板は、前記発光素子及び前記スイッチが実装された領域を取り囲むＧＮＤ線を有する請求項１から３のいずれか１項に記載の光電センサ。