JPH10256607A

JPH10256607A - 投光装置及びそれを用いた光走査式センサならびに車両分離器

Info

Publication number: JPH10256607A
Application number: JP9057528A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Okabe; 浩史岡部
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1997-03-12
Filing date: 1997-03-12
Publication date: 1998-09-25
Anticipated expiration: 2017-03-12
Also published as: JP3774021B2

Abstract

(57)【要約】【課題】投光装置において、不要な広がりのないスポ
ット光を発生することで最小検出物体を小さくし、これ
によって誤検知をなくすとともに、光走査を行う場合の
走査位置が発光素子のモールド実装誤差に影響されない
ようにする。【解決手段】投光装置４は、発光ダイオード等の発光
素子１０₁と、この発光素子１０₁から出射される光を集
光する投光レンズ１２とを備えており、発光素子１０₁
の半導体チップ３０に近接して、この半導体チップ３０
の側面から出た光が投光レンズ１２側に向けて出射され
ないように制限する光制限手段としてのスリット３６が
設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ビームに基づい
て微小物体を検出するのに適した投光装置、及びこの投
光装置を用いて光ビームを走査しつつ投受光して広範囲
にわたって物質を検出する光走査式センサ、ならびにこ
の光走査式センサを用いて駐車場や料金所などに出入り
する車両の有無や台数などを検知するために使用される
車両分離器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、駐車場や料金所などに出入りする
車両の有無や台数などを検知するために使用される車両
分離器には、従来、図１０および図１１に示す構成のも
のが提供されている。

【０００３】この車両分離器は、光ビームの走査によっ
て車両zを検知するものであって、この車両分離器は、
光走査式センサ１と回帰反射板２とを備え、両者１，２
が道路dを挟んで対向配置されている。

【０００４】光走査式センサ１は、光ビームを出射する
投光手段４と、この投光手段４からの光ビームを回帰反
射板bに向けて走査する光走査手段６と、この光走査手
段６で走査しつつ出射された光ビームの反射光を受光す
る受光手段８とを備え、投光手段４と受光手段８とが互
いに近接して並列配置されている。

【０００５】投光手段４は、ＬＥＤ(発光ダイオード)等
の発光素子１０と、この発光素子１０からの光を集光し
てできる限り平行な光ビームにするための投光レンズ１
２とからなる。

【０００６】また、光走査手段６は、投光手段４からの
光ビームを反射するガルバノミラー１４と、このミラー
１４を一定速度で揺動させる駆動機構１６とで構成され
る。

【０００７】さらに、受光手段８は、回帰反射板２や車
両zからの反射光を集光する受光レンズ１８と、この受
光レンズ１８で集光された光を受光して電気信号に変換
するＰＤ(フォトダイオード)等の受光素子２０とからな
る。

【０００８】一方、回帰反射板２は、プリズム等を光走
査式センサ１による光ビームの走査方向に沿って縦列配
置することにより、光走査式センサ１からの光ビームが
正反射を起こすように構成されている。

【０００９】上記構成の車両分離器において、投光手段
４の発光素子１０がパルス発光され、この光が投光レン
ズ１２を介して光ビームとして出射され、この光ビーム
がガルバノミラー１４で反射されて回帰反射板２に向け
て出射される。この場合、ガルバノミラー１４は、常
時、一定速度でもって揺動されているので、ガルバノミ
ラー１４で反射される光ビームは、道路３を略直角に横
切る状態で扇状に走査される。

【００１０】ここで、道路３上に車両zが存在しない場
合には、光走査式センサ１から出射された各光ビーム
は、回帰反射板２でそのまま反射され、その反射光が光
走査式センサ１の受光手段８に入射され、その受光レン
ズ１８によって集光された後、受光素子２０で受光され
て電気信号に変換される。

【００１１】一方、道路３上に車両zが存在する場合に
は、光走査式センサ１から出射される光ビームは、光走
査の途中で車両zによって遮光されて回帰反射板２に照
射されなくなるので、受光手段８で受光される光強度
は、車両zが存在しない場合よりも弱くなる。このた
め、図外の判定回路によってその受光量を予め設定され
た閾値と比較することで、車両zの有無が判定される。

【００１２】このような車両zの判定を行う場合、図１
０に示すように、検知対象となる車両zが、たとえばけ
ん引車のような場合には、けん引駆動車z₁とけん引台車
z₂との間がけん引棒z₃で連結されている。そして、この
ようなけん引車zは、駐車や料金の支払い等では、通
常、全体で一台分の車両として取り扱われる。

【００１３】したがって、このようなけん引車zの判定
を行うためには、けん引駆動車z₁とけん引台車z₂とを連
結するけん引棒z₃の有無を検出することが必要となる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記の光走
査式センサ１などに使用される発光素子１０として、従
来、図１２に示すような構成のＬＥＤ(発光ダイオード)
がある。

【００１５】このＬＥＤ１０は、発光用の半導体チップ
３０と、このチップ３０に電気的に接続される一対のリ
ードフレーム３２の各端部とがモールド樹脂３４によっ
てモールドされてパッケージ化されている。

【００１６】このような構成のＬＥＤ１０を発光させた
場合、その光は、半導体チップ３０のワイヤボンディン
グ側の前面(図１２(b)の下方側)からだけでなく、側面
(図１２(b)の左右側)からも発光する。そして、この側
面からの光は、リードフレーム３２で反射され、その反
射光が投光レンズ１２側に向けて出射される。

【００１７】図１３には、ＬＥＤ１０の半導体チップ３
０の前面から直接に出射される光を実線で、リードフレ
ーム３２で反射された反射光を破線で示している。な
お、図１３ではガルバノミラーは省略されている。

【００１８】図１３から分かるように、投光レンズ１２
の一方の焦点距離f₁は、ＬＥＤ１０の半導体チップ３０
に設定されているので、半導体チップ３０の前面から直
接に出射される光のみならず、リードフレーム３２で反
射された反射光も、投光レンズ１２を通過して、回帰反
射板２に向けて出射される。

【００１９】そのため、投光レンズ１２からある距離f₂
だけ離れたところにたとえばスクリーンsを置いた場合
の光の強度分布は、図１４に示すようになる。

【００２０】すなわち、スクリーンs上のスポット光
は、半導体チップ３０の前面から直接に出射された光に
基づく直径wの像の周りに、リードフレーム３２からの
反射光の影響を受けた幅Δwの像ができる。

【００２１】したがって、このスクリーンsの同一位置
に直径wの大きさの物体を配置した場合でも、その両側
の幅Δwの光は、物体に遮られることなく回帰反射板２
に照射された後、ここで反射された光が受光手段８で受
光されることになるから、その幅wの大きさの物体を検
出することができない。

【００２２】スクリーンsの位置に直径w＋２Δwの大き
さの物体を配置した場合のみ、全ての光がこの物体で遮
られて回帰反射板２に照射されなくなるため、その物体
を検出することができる。

【００２３】このように、従来技術では、リードフレー
ム３２からの反射光の影響を除くための対策が何ら講じ
られておらず、そのため、最小検出物体が大きくなって
いた。

【００２４】以上のようなことから、たとえば、上記の
発光素子１０を備えた投光手段４を前記の車両分離器に
使用した場合には、車体の形状の大きなけん引駆動車z₁
やけん引台車z₂を検出することができても、けん引棒z₃
のように細長い形状のものでは、これを十分に検知する
ことができず、本来は、全体で車両の一台分と見なすべ
きものが、車両が２台z₁，z₂分あると誤って判定されて
しまうといった不都合が生じる。

【００２５】また、従来のものでは、半導体チップ３０
とリードフレーム３２とをモールド樹脂３４でパッケー
ジにする際、これらの部品３０，３２が所期の実装位置
からずれることがある。このような実装誤差があるとき
に、発光素子１０に対する投光レンズ１２の位置合わせ
を、モールド樹脂３４やリードフレーム３２の位置を基
準にして行った場合には、投光レンズ１２と半導体チッ
プ３０との光軸がずれるために、結果的に光走査位置が
ずれてしまうといった不都合も生じる。

【００２６】本発明は、このような従来の問題点に着目
してなされたもので、不要な広がりのないスポット光を
発生することができるようにして、最小検出物体を小さ
くし、誤検知をなくすとともに、光走査を行う場合の走
査位置が発光素子のモールド実装誤差に影響されないよ
うにすることを課題とする。

【００２７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決するため、次の構成を採用している。

【００２８】すなわち、請求項１に係る発明では、発光
ダイオード等の発光素子と、この発光素子から出射され
る光を集光する投光レンズとを備えた投光装置におい
て、発光素子の半導体チップに近接して、この半導体チ
ップの側面から出た光が、前記投光レンズ側に向けて出
射されないように制限する光制限手段が設けられてい
る。

【００２９】この光制限手段としては、請求項２記載の
ように、発光素子のリードフレームからの反射光を遮光
するスリットで構成したり、請求項４記載のように、半
導体チップの周りのリードフレーム上に遮光膜を形成し
たり、請求項５記載のように、半導体チップの周りのリ
ードフレームが傾斜面をもつように形成したりすること
ができる。

【００３０】また、請求項６記載に係る光走査式センサ
は、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の投光装
置と、この投光装置から出射される光ビームを走査する
光走査手段と、この光走査手段で走査される光ビームの
反射光を受光する受光手段とを備えている。

【００３１】請求項７記載に係る光走査式センサは、請
求項６記載の構成において、光制限手段が、前記光走査
手段による光ビームの走査方向に対してのみ光の出射を
制限するように構成されている。

【００３２】さらに、請求項８記載の車両分離器では、
請求項６または請求項７記載の光走査式センサと回帰反
射板とが道路を隔てて対向配置されて構成されている。

【００３３】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施形態に係る光
走査式センサの部分を示す構成図であり、図１１ないし
図１３に対応する部分には同一の符号を付す。

【００３４】この実施形態の光走査式センサ１は、投光
手段(投光装置)４、光走査手段６、および受光手段(図
示省略)を備える。

【００３５】投光手段４は、発光素子としてのＬＥＤ１
０₁と、投光レンズ１２とからなる。また、光走査手段
６は、ガルバノミラー１４と、このミラー１４を一定速
度で揺動させる駆動機構１６とからなる。

【００３６】なお、図示省略した受光手段の構成は従来
と同様である。また、光走査手段６は、ガルバノミラー
１４を備えた構成となっているが、ポリゴンミラー(多
面回転鏡)で構成することも可能である。

【００３７】この実施形態の特徴は、投光手段４を構成
するＬＥＤ１０₁の構成にある。

【００３８】すなわち、このＬＥＤ１０₁は、図２に示
すように、発光用の半導体チップ３０と、このチップ３
０に電気的に接続される一対のリードフレーム３２の各
端部とがモールド樹脂３４によってモールドされてパッ
ケージ化されている点は従来の場合と同じであるが、さ
らに、この実施形態では、半導体チップ３０に対向する
側のモールド樹脂３４の表面に光制限手段としてのスリ
ット３６が設けられている。

【００３９】しかも、このスリット３６のスリット孔３
７は、光走査手段６による光ビームの走査方向に平行な
方向に対してのみ光の出射方向を制限するように長方形
となっている。つまり、ガルバノミラー１４によって光
ビームが上下方向に走査される場合には、長方形のスリ
ット孔３７の短辺側を光ビームの走査方向に一致させて
いる。

【００４０】この構成のＬＥＤ１０₁を発光させた場
合、その光は、半導体チップ３０のワイヤボンディング
側の前面(図２の右側)からだけでなく、側面からも発光
する。そして、この側面からの光は、リードフレーム３
２で反射されるが、その反射光の内、スリット孔３７の
短辺側については、図２の破線で示すように、スリット
３６によって遮光されるために、投光レンズ１２側に向
けて出射されることはない。これに対して、スリット孔
３７の長辺側については、リードフレーム３２からの反
射光も投光レンズ１２側に向けてそのまま出射される。

【００４１】したがって、投光手段４からの光ビームが
ガルバノミラー１４で反射されて得られるスポット光p
は、光走査方向に平行な長さbは短く、これに直交する
方向の長さaは長くなる。つまり、光走査方向に関して
はスポット光pの幅bが小さいから最小検出物体を小さく
できる。一方、光走査方向に直交する方向に関しては、
十分大きな幅aをもっていてスポット光pの全体の面積は
大きくなるから、雨、雪、埃などの影響を受け難く、こ
のような雨等による誤検知を回避することができる。

【００４２】さらに、半導体チップ３０とリードフレー
ム３２とをモールド樹脂３４でパッケージにする際、こ
れらの部品３０，３２が所期の実装位置からずれること
があるが、ＬＥＤ１０₁と投光レンズ１２との位置合わ
せを、スリット３６のスリット孔３７の位置を基準にし
て行えば両者１０₁，１２の光軸がずれることがないの
で、従来のように光走査位置がずれるといった不都合は
生じない。

【００４３】図３は、図１および図２に示した構成の光
走査式センサ１を用いて車両分離器を構成し、これを有
料道路や駐車場の料金所の近くに設置した状態を示す斜
視図である。

【００４４】この車両分離器は、光走査式センサ１と回
帰反射板２とが道路３を隔てて対向配置されている。

【００４５】この構成の車両分離器は、光走査式センサ
１から出射される光ビームの形状は、光走査方向である
路面に垂直な方向は短く、これに直交する車両走行方向
では長くなる。

【００４６】一方、けん引車zのけん引棒z₃の直径は小
さいが、光走査式センサ１は、光走査方向に関しては、
物体が小さくても十分な検出能力があるから、細長い形
状をしたけん引棒z₃でも、これを十分に検知することが
できる。したがって、従来のように、本来は、全体で車
両の一台分と見なすべきものが、車両が２台z₁，z₂分あ
ると誤って判定されてしまうといった誤検知を生じるこ
とがない。

【００４７】また、上述のように、雨、雪、埃等で光ビ
ームが遮光されて誤検知する確率も少ない。

【００４８】図４は、図１の光走査式センサ１を生産ラ
インのローラコンベア４０上に設置した状態を示す斜視
図である。

【００４９】この場合も、本発明の光走査式センサ１
は、最小検出物体が小さいので、コンベア４０上を流れ
る物体の大きさがまちまちであっても、全ての物体を確
実に検出することができる。

【００５０】なお、上記の実施形態において、スリット
３６のスリット孔３７の形状は、長方形のものとした
が、これに限定されるものではなく、必要に応じて正方
形、円形、楕円形などであってもよい。

【００５１】(変形例)上記構成のＬＥＤ１０₁に代え
て、次の構成のものを使用することもできる。

【００５２】(１) 図５に示すＬＥＤ１０₂は、半導体
チップ３０をモールドするモールド樹脂３４内にスリッ
ト３７が埋設されている。また、図６に示すＬＥＤ１０
₃は、モールド樹脂を使用せずに回路基板４２上に直接
に半導体チップ３０が取り付けられるとともに、その半
導体チップ３０の周りにスリット３７が配置されてい
る。

【００５３】図５あるいは図６に示す構成によれば、図
２に示した実施形態の場合よりもＬＥＤ１０₂，１０₃か
らの出射光の投光レンズ１２への結合効率が高くなるの
で、投光レンズ１２からの出射光量が多くなる。

【００５４】(２) 図７に示すＬＥＤ１０₄は、スリッ
トを設ける代わりに、モールド樹脂３４内に埋設されて
いる半導体チップ３０の周りのリードフレーム３２が傾
斜面３３をもつように形成することで光制限手段が構成
されている。また、図８に示すＬＥＤ１０₅は、モール
ド樹脂を使用せず、またスリットを設ける代わりに、回
路基板４２上に直接に半導体チップ３０が取り付けられ
るとともに、その半導体チップ３０の周りの回路基板４
２が傾斜面４３をもつように形成することで光制限手段
が構成されている。

【００５５】図７あるいは図８に示す構成によれば、図
２に示した実施形態の場合よりもスリットを設けない分
だけ構成が簡単になる。

【００５６】(３) 図９に示すＬＥＤ１０₆は、半導体
チップ３０の周りのリードフレーム３２上に黒色の遮光
膜３９が形成されて光制限手段が構成されている。

【００５７】この構成によれば、スリットやリードフレ
ームの形状、加工の手間が必要でなく、容易に製作する
ことができる。

【００５８】なお、上記の実施形態では、いずれも発光
素子がＬＥＤの場合であるが、レーザダイオードのよう
な発光素子の場合にも本発明を適用することが可能であ
る。

【００５９】

【発明の効果】本発明によれば、次の効果を奏する。

【００６０】(１) 請求項１記載に係る発明では、不要
な広がりのないスポット光を発生できるので、最小検出
物体を小さくできて誤検知をなくすことが可能となる。

【００６１】(２) 請求項２記載に係る発明では、請求
項１の効果に加えて、投光レンズとの位置合わせを、ス
リットのスリット孔の位置を基準にして行えば発光素子
との光軸がずれることがないので、光走査を行うような
場合でも、走査位置が発光素子のモールド実装誤差に影
響されることがない。

【００６２】特に、請求項３記載のように、スリットを
モールド樹脂内に埋設しておけば、発光素子からの出射
光の投光レンズへの結合効率が高くなって出射光量が多
くなる利点がある。

【００６３】(３) 請求項４記載に係る発明では、スリ
ットやリードフレームの形状、加工の手間が必要でな
く、製作が容易になる。

【００６４】(４) 請求項５記載に係る発明では、スリ
ットを設ける必要がない分だけ構成が簡単になる。

【００６５】(５) 請求項６記載に係る発明では、不要
な広がりのないスポット光の遮光を検出できるので、最
小検出物体を小さくすることができ、誤検知(検知漏れ)
をなくすことができる。

【００６６】(６) 請求項７記載に係る発明では、雨、
雪、埃などの影響を受けて光ビームが遮光されて誤検知
するといった不都合を確実に回避することができる。

【００６７】(７) 請求項８記載に係る発明の車両分離
器では、光走査方向に関しては、物体が小さくても十分
な検出能力があるから、けん引車の細長い形状をしたけ
ん引棒を十分に検知することができる。したがって、け
ん引車を確実に検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る光走査式センサの構成
図である。

【図２】図１の光走査式センサで使用される投光装置を
構成するＬＥＤの断面図である。

【図３】図１の構成の光走査式センサを用いた車両分離
器を道路へ設置した状態を示す斜視図である。

【図４】図１の構成の光走査式センサをベルトコンベア
上に設置した状態を示す斜視図である。

【図５】投光装置を構成するＬＥＤの他の実施形態を示
す断面図である。

【図６】投光装置を構成するＬＥＤの他の実施形態を示
す断面図である。

【図７】投光装置を構成するＬＥＤの他の実施形態を示
す断面図である。

【図８】投光装置を構成するＬＥＤの他の実施形態を示
す断面図である。

【図９】投光装置を構成するＬＥＤの他の実施形態を示
す断面図である。

【図１０】従来の車両分離器を道路に設置した状態を示
す斜視図である。

【図１１】従来の車両分離器を構成する光走査式センサ
と回帰反射板による光ビームの投受光の状態を示す説明
図である。

【図１２】従来の投光装置に使用されるＬＥＤを示すも
ので、同図(a)は平面図、同図(b)は断面図である。

【図１３】従来の投光装置から出射される光ビームの関
係を示す説明図である。

【図１４】従来の投光装置から出射される光ビームの光
強度分布を示す図である。

【符号の説明】

１…光走査式センサ、２…回帰反射板、３…道路、４…
投光手段(投光装置)、６…光走査手段、８…受光手段、
１０₁〜１０₆，…発光素子(ＬＥＤ)、１２…投光レン
ズ、１４…ガルバノミラー、１６…駆動機構、３０…半
導体チップ、３２…リードフレーム、３３…傾斜面、３
４…モールド樹脂、３６…スリット、３７…スリット
孔、４２…回路基板、４３…傾斜面、z…けん引車。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発光ダイオード等の発光素子と、この発
光素子から出射される光を集光する投光レンズとを備え
た投光装置において、前記発光素子の半導体チップに近接して、この半導体チ
ップの側面から出た光が、前記投光レンズ側に向けて出
射されないように制限する光制限手段が設けられている
ことを特徴とする投光装置。
【請求項２】請求項１記載の投光装置において、光制限手段は、発光素子のリードフレームからの反射光
を遮光するスリットで構成されていることを特徴とする
投光装置。
【請求項３】請求項２記載の投光装置において、前記スリットは、半導体チップをモールドするモールド
樹脂内に埋設されて構成されていることを特徴とする投
光装置。
【請求項４】請求項１記載の投光装置において、光制限手段は、半導体チップの周りのリードフレーム上
に遮光膜が形成されて構成されていることを特徴とする
投光装置。
【請求項５】請求項１記載の投光装置において、光制限手段は、半導体チップの周りのリードフレームが
傾斜面をもつように形成されて構成されていることを特
徴とする投光装置。
【請求項６】請求項１ないし請求項５のいずれかに記
載の投光装置と、この投光装置から出射される光ビーム
を走査する光走査手段と、この光走査手段で走査される
光ビームの反射光を受光する受光手段とを備えているこ
とを特徴とする光走査式センサ。
【請求項７】請求項６記載の光走査式センサにおい
て、前記光制限手段は、前記光走査手段による光ビームの走
査方向に対してのみ光の出射を制限するように構成され
ていることを特徴とする光走査式センサ。
【請求項８】請求項６または請求項７記載の光走査式
センサと回帰反射板とが道路を隔てて対向配置されてな
ることを特徴とする車両分離器。