JPH0745859A - 光センサー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 小型で磁気ヘッド内に組み込み可能な光セン
サーにする。 【構成】 受光素子チップ２の中心付近に光が透過可能
な光透過穴３を設け、この受光素子チップ２と発光素子
チップ１とを検出面に近い方に受光素子チップ２が、遠
い方に発光素子チップ１が位置し且つ両チップ１、２が
同軸となるように積層した。受光素子チップ２の中心付
近に光が透過可能な光透過穴３を設け、同受光素子チッ
プ２と光源４に接続される光ファイバ５とを、検出面に
近い方に受光素子チップ２を、遠い方に光ファイバ５を
配置し且つ両者１、５を同軸に積層した。同軸の受光素
子チップ２の上方に透光体６を配置した。 【効果】 小型で、磁気ヘッド内への組込みが容易で、
被検出体との距離変化による出力変動が小さい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明の光センサーは印刷物など
の被検出体に表示されている図形や模様などの光学情報
を検出する光センサーに関するものであり、被検出体に
表示された光学情報と磁気情報の双方を検出できる磁気
光学複合ヘッドに組込んで使用するのに適するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、光センサーを使用して被検出体に
印刷された文字や図形などを識別する場合、光センサー
と被検出体とを相対的に搬送させて、被検出体の検出エ
リア内の反射率または透過率の違いを搬送方向に検出
し、その検出パターンを基本パターンと比較して行って
いた。

【０００３】この場合、一般的には、検出エリアを小さ
くすると分解能は向上するが信号出力が小さくなり、逆
に、検出エリアを大きくすると分解能は低下するが信号
出力は大きくなるため、被被検出体の反射率または透過
率、検出パターンの細かさやシステムとして要求される
分解能等により適宜検出エリアの大きさを設定する必要
がある。

【０００４】この種の光センサーには従来より各種のも
のがある。その主なものとして図７に示すものは個別の
受・発光素子Ａ、Ｂを被検出体Ｃに対向させて被検出体
Ｃからの反射光を検出するようにした光センサーであ
り、図８に示すものは１つのパッケージＤに受・発光素
子チップａ、ｂを装備し、夫々のチップａ、ｂの外周に
封止樹脂Ｅをポッティングした光センサー（フォトイン
タラプタ）であり、図９に示すものは本件出願人が先に
開発した磁気光学複合ヘッド（磁気光学複合式の光セン
サー）である。

【０００５】図９の磁気光学複合式の光センサーは磁気
ヘッドのセンダストコアＦのギャップに配置するギャッ
プ材Ｇとして非磁性体であるサファイアガラス等の透光
体を使用し、これに光ファイバ（光伝送路）Ｈを複数本
結合して受・発光素子Ｉ、Ｊを光結合するものである。
なお、図９のＫは素子ホルダー、Ｌはファイバホルダ
ー、Ｍはコアオルダー、ＮはセンダストコアＦに巻かれ
た巻き線である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図７に示す光センサー
では被検出体Ｃとの間に空気層が存在するだけで他の物
体は存在しないので、光損失が小さくなり、出力を大き
く取ることができるという利点はあるが、レンズで検出
エリアを絞ることをしないため、検出エリアを限定する
ことが困難であった。

【０００７】また、図７の光センサーでは被検出体Ｃの
搬送ぶれにより被検出体Ｃから受・発光素子Ａ、Ｂまで
の距離が変動するため検出出力が変動する。しかも発光
素子Ａにはその最大出力位置（出力焦点）が、受光素子
Ｂにはその最大検出位置（検出焦点）があるため、受・
発光素子Ａ、Ｂから離れて搬送される被検出体Ｃが搬送
ぶれすると、被検出体Ｃの検出エリアが前記の出力焦
点、検出焦点からずれて最も効率のよい検出が難しくな
り出力変動も大きくなる。また、夫々の受・発光素子
Ａ、Ｂを横に離して並べてあるのでそれらを含む検出部
分が大型化してしまう。

【０００８】図８の受・発光素子チップａ、ｂを１つの
パッケージＤに収めたフォトインタラプタの場合も出力
焦点、検出焦点があるため、受・発光素子チップａ、ｂ
から離れて搬送される被検出体が搬送ぶれすると被検出
体の検出エリアが出力焦点、検出焦点からずれてしま
い、最も効率のよい検出が難しくなり、出力変動も大き
くなる。また、小さな受・発光素子チップａ、ｂを使用
してもワイヤーボンディング用のパッドを含めると小型
化には限界があった。

【０００９】図９の磁気光学複合式の光センサーはその
検出面が使用時に常に被検出体に接触して移動するた
め、被検出体の搬送ぶれによって生じる距離変動に起因
する出力変動がなく、また検出面に汚れがつきにくく、
更には、磁性体を含んだ印刷パターンを磁気ヘッドと光
学ヘッドの同じエリア（同センサーのトラック幅×ギャ
ップ長の範囲）内で検出することが可能であるという利
点はあるが、次の様な問題もあった。

【００１０】受・発光素子Ｉ、Ｊに光ファイバＨを接続
するため、複数のトラックを有する構造の場合は、光フ
ァイバＨの本数が多くなるので光結合損失のばらつきが
大きくなり、歩留まりが低下する。また、光学情報に加
えて磁気情報の要求分解能も併せて検討しなければなら
ないので、両者の要求分解能を満足させることは困難で
あった。

【００１１】本発明の目的は小型で、例えば図９のよう
な磁気光学複合ヘッド内に組み込むことができる光セン
サーを提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明のうち請求項１の
光センサーは発光素子チップ１と受光素子チップ２を備
えて被検出体の光学情報を検知する光センサーにおい
て、図１の様に受光素子チップ２の中心付近に光が透過
可能な光透過穴３を設け、この受光素子チップ２と発光
素子チップ１とを検出面に近い方に受光素子チップ２
が、遠い方に発光素子チップ１が位置し且つ両チップ
１、２が同軸となるように積層してなるものである。

【００１３】本発明のうち請求項２の光センサーは受光
素子チップ２の中心付近に光が透過可能な光透過穴３を
設け、この受光素子チップ２と、光源４に光結合される
光ファイバ５とを、検出面に近い方に受光素子チップ２
を、遠い方に光ファイバ５を配置し且つ両者１、５を同
軸に積層してなるものである。

【００１４】本発明のうち請求項３の光センサーは請求
項１、２の光センサーにおいて、図１、図２の様に受光
素子チップ２の上方にそれと同軸にガラス等による透光
体６を配置してなるものである。

【００１５】

【作用】本発明のうち請求項１の光センサーでは、受光
素子チップ２の中心付近に光が透過可能な光透過穴３を
設けたので、発光素子チップ１と受光素子チップ２とを
同軸に配置し、しかも検出面に近い方に受光素子チップ
２を、遠い方に受光素子チップ２を配置しても発光素子
チップ１からの光が光透過穴３を通して被検出体に照射
される。また、検出面に近い方に受光素子チップ２を、
遠い方に受光素子チップ２を配置したので、被検出体か
らの反射光が受光素子チップ２に確実に受光される。そ
して、受光素子チップ２と発光素子チップ１とを同軸に
積層してなるので光センサーが小型化される。

【００１６】また、発光素子チップ１と受光素子チップ
２とを同軸にしたことにより、受光素子チップ２の出力
焦点、発光素子チップ１の検出焦点がぼける（どの位置
でもほぼ同じになる：平均化される）ため、被検出体に
非接触で使用した場合でも被検出体の搬送ぶれにより生
じる距離変動に起因する出力変動が図７、図８の場合よ
りも少なくなる。

【００１７】本発明のうち請求項２の光センサーでは、
受光素子チップ２の中心付近に光が透過可能な光透過穴
３を設けたので、発光素子チップ１と光ファイバ５とを
同軸に配置し、しかも検出面に近い方に受光素子チップ
２を、遠い方に光ファイバ５を配置しても光源４から光
ファイバ５で伝送される光が光透過穴３を通して被検出
体に照射される。また、検出面に近い方に受光素子チッ
プ２を、遠い方に光ファイバ５を配置したので、被検出
体からの反射光が受光素子チップ２に確実に受光され
る。

【００１８】そして、受光素子チップ２と発光素子チッ
プ１とを同軸に積層してなるので図７、図８のものに比
して小型化が可能になり、被検出体の搬送ぶれにより生
じる距離変動に起因する出力変動も図７、図８の場合よ
り少なくなる。この場合も距離特性は請求項１の場合と
同様であり、また図９のように受・発光部両方に光ファ
イバＨを使用する場合に比してファイバ数が少なくて済
むためセンサー毎のばらつきが最小限に抑えられる。

【００１９】本発明のうち請求項３の光センサーでは受
光素子チップ２を直接透光体６に対向させてあるため、
図９の様にファイバＨを使用してギャップ材Ｇに対向さ
せる場合に比べて接続点が少なくなり、結合損失が少な
くなり、量産時のばらつきを最小限に抑えることが可能
になる。

【００２０】

【実施例１】本発明の光センサーの第１の実施例を図１
に示す。この実施例は発光素子チップ１と、中心付近に
光が透過可能な光透過穴３を設けた受光素子チップ２と
を、検出面に近い方に受光素子チップ２を、遠い方に発
光素子チップ１を配置し且つ両チップ１、２を同軸に積
層してなるものである。この光センサーは図３に示す３
枚のセラミックス基板７、８、９を図１のように積層し
て一体化して構成されてなる。

【００２１】図１の下段のセラミックス基板７は図４
（ａ）に示す様に表面１１に回路パターン（斜めの格子
目部分：以下同じ）１２が、図４（ｂ）に示す様に裏面
１３に回路パターン１４が形成されてなる。

【００２２】中間のセラミックス基板８は図５に示す様
に中央部に細長の貫通孔１５が形成され、その横に略八
角形のポッテイング用の充填孔１６が連通して形成さ
れ、図５（ａ）に示す様に表面１７に回路パターン１８
が形成されてなる。

【００２３】上段のセラミックス基板９は図６（ａ）の
ように表面１９に回路パターン２０が形成され、中央部
に細長の大きな開口部２１が開口されて枠状に形成され
てなる。

【００２４】前記の夫々のセラミックス基板７、８、９
の夫々の正面２２、２３、２４と背面２５、２６、２７
の四隅には、上下方向に半円筒状の凹陥部２８が形成さ
れ、各凹陥部２８に導通用の導体パターン２９が形成さ
れてなる。

【００２５】そして、図１の実施例では、前記のセラミ
ックス基板７、８、９を積層して一体化して立体基板３
０を形成し、下段のセラミックス基板７の表面１１に図
３のように例えば発光ダイオードのチップ等の発光素子
チップ１を配置し、それを同表面１１の回路パターン１
２にワイヤーボンディングし、その上から保護用のエポ
キシ樹脂等をポッティングしてある。

【００２６】次に、中間のセラミックス基板８の表面１
７のうち貫通孔１５の上方に、異方性エッチングにより
中心部を除去して図３のように光透過穴３を形成したフ
ォトダイオードのチップ等の受光素子チップ２を、その
重心が前記発光素子チップ１の中心と同軸になるように
配置し、それを同表面１７の回路パターン１８にワイヤ
ボンディングし、その上に上段のセラミックス基板９の
開口部２１から保護用のエポキシ樹脂等をポッティング
してある。

【００２７】そして、前記の上段のセラミックス基板９
の上には、ガラス等の透光体６をその重心が前記受光素
子チップ２、発光素子チップ１と同軸になるように配置
し、それをＵＶ硬化樹脂やエポキシ接着剤等により同セ
ラミックス基板９に固定してある。

【００２８】図１における下段のセラミックス基板７の
裏面１３の回路パターン１４は、それより上方の回路パ
ターン、例えば、同セラミックス基板７の表面１１の回
路パターン１２、中間のセラミックス基板８の表面１７
の回路パターン１８、上段のセラミックス基板９の表面
１９の回路パターン２０等との電気的接続や外部へのリ
ードの引き出し等に使用される。

【００２９】

【実施例２】本発明の光センサーの第２の実施例を図２
に示す。第１の実施例では発光素子チップ１を下段のセ
ラミックス基板７に直接実装したが、被検出体の色等に
合わせて発光源の発光ピーク波長を変えたり、発光源と
して出力の大きいものを使用したい場合には、発光源を
センサー内に収納できない場合がある。図２の実施例は
その様な場合の実施例である。

【００３０】この実施例２では発光ダイオードやレーザ
ーダイオード等の発光源を立体基板３０の外部に設け、
その発光源に一端を光結合した光ファイバ５の他端を、
立体基板３０を構成する下段のセラミックス基板７に取
付けたスリーブ３１に取付けたものである。

【００３１】この場合も、中間のセラミックス基板８に
は、異方性エッチングにより中心部を除去して光透過穴
３を形成した受光素子チップ２をその重心が前記光ファ
イバの中心と同軸になるように配置し、それを同セラミ
ックス基板８の回路パターン１８にワイヤボンディング
し、その上に、上段のセラミックス基板９の開口部２１
から保護用のエポキシ樹脂等をポッティングしてある。

【００３２】また、前記の上段のセラミックス基板９の
上には、ガラス等の透光体６をその重心が前記受光素子
チップ２と同軸になるように配置し、ＵＶ硬化樹脂やエ
ポキシ接着剤等により同セラミックス基板９に固定して
ある。

【００３３】図２の場合も、下段のセラミックス基板７
の上の裏面１３の回路パターン１４は、図１の場合と同
様にそれより上方の回路パターンとの電気的接続や外部
へのリードの引き出し等に使用される。

【００３４】

【発明の効果】本発明のうち請求項１の光センサーは次
の様な効果がある。 ．受光素子チップ２の中心付近に光透過穴３を設けた
ので、発光素子チップ１と受光素子チップ２とを同軸
に、しかも、検出面に近い方に受光素子チップ２を、遠
い方に受光素子チップ２を配置しても発光素子チップ１
からの光が光透過穴３を通して被検出体に照射され、ま
た、被検出体からの反射光が受光素子チップ２に確実に
受光される。 ．発光素子チップ１、受光素子チップ２を同軸に配置
したことにより小型化が可能となり、磁気光学複合ヘッ
ド内への組込みが容易になる。 ．発光素子チップ１、受光素子チップ２を同軸に配置
したことにより、出力焦点、検出焦点を持たなくなるた
め、非接触で使用した場合でも被検出体との距離変化に
よる出力変動が小さくなる。

【００３５】本発明のうち請求項２の光センサーは次の
様な効果がある。 ．受光素子チップ２の中心付近に光透過穴３を設けた
ので、受光素子チップ２と光源４を光ファイバ５を介し
て同軸に、しかも、検出面に近い方に受光素子チップ２
を、遠い方に光ファイバ５を配置しても光源４からの光
が光透過穴３を通して被検出体に照射され、また、被検
出体からの反射光が受光素子チップ２に確実に受光され
る。

【００３６】．受光素子チップ２を光ファイバ５を介
して光源４に同軸に配置したので、立体基板３０は従来
の図２、図３の光センサーに比して小型化され、磁気光
学複合ヘッド内への組込みが容易になる。

【００３７】．受光素子チップ２と光源４とを同軸に
配置したことにより、出力焦点、検出焦点を持たなくな
るため、非接触で使用した場合でも被検出体との距離変
化による出力変動が小さい。

【００３８】本発明のうち請求項３の光センサーは請求
項１、２の効果の他に更に次の様な効果がある。即ち、
受光素子チップ２を透光体５に直接対向させてあるた
め、図９のように受光素子チップ２からファイバを介し
て透光体（ギャップ材）６に対向させる場合に比べて接
続点が少なくなるため結合損失が少なく、従って、量産
時のばらつきを最小限に抑えることもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光センサーの第１の実施例を示す概略
図。

【図２】本発明の光センサーの第２の実施例を示す概略
図。

【図３】本発明の光センサーの第１の実施例の分解説明
図。

【図４】（ａ）は本発明の光センサーにおける下段のセ
ラミックス基板の平面図、（ｂ）は同基板の正面図、
（ｃ）は同基板の側面図、（ｄ）は同基板の底面図であ
る。

【図５】（ａ）は本発明の光センサーにおける中断のセ
ラミックス基板の平面図、（ｂ）は同基板の正面図、
（ｃ）は同基板の側面図、（ｄ）は同基板のＡ−Ａ断面
図である。

【図６】（ａ）は本発明の光センサーにおける上段のセ
ラミックス基板の平面図、（ｂ）は同基板の正面図、
（ｃ）は同基板の側面図、（ｄ）は同基板のＡ−Ａ断面
図である。

【図７】受光素子と発光素子を個別に配置した従来の光
センサーの説明図。

【図８】従来のフォトインタラプタの外観図。

【図９】本件出願人が先に開発した磁気光学複合ヘッド
の断面図。

【符号の説明】

１は発光素子チップ ２は受光素子チップ ３は光透過穴 ４は光源 ５は光ファイバ ６は透光体

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 受光素子チップ（２）の中心付近に光が
   透過可能な光透過穴（３）を設け、この受光素子チップ
   （２）と発光素子チップ（１）とを、検出面に近い方に
   受光素子チップ（２）を、遠い方に発光素子チップ
   （１）を配置し且つ両チップ（１）（２）を同軸に積層
   してなることを特徴とする光センサー。
2. 【請求項２】 受光素子チップ（２）の中心付近に光が
   透過可能な光透過穴（３）を設け、この受光素子チップ
   （２）と、光源（４）に光結合される光ファイバ（５）
   とを、検出面に近い方に受光素子チップ（２）を、遠い
   方に光ファイバ（５）を配置し且つ両者（１）（５）を
   同軸に積層してなることを特徴とする光センサー。
3. 【請求項３】 請求項１、２の光センサーにおいて、受
   光素子チップ（２）の上方にそれと同軸に透光体（６）
   を配置してなることを特徴とする光センサー。