JPH09312414A - 投光装置と受光装置及びそれらを備えた物体検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 投光装置において、発光素子からの出射光を
効率良くレンズを通して斜め方向に出射できるようにす
る。また、この投光装置を用いた物体検出装置の薄型
化、小型化、及び省部品化を図る。 【解決手段】 発光素子２の半導体チップ４の中心軸５
と、集光レンズ３の光軸６とを所定のずれ量でずらして
発光素子２と集光レンズ３とを接着固定した構成によ
り、発光素子２の中心軸５に対して斜め方向に光ビーム
７を精度良く出射する。これにより、発光素子２を斜め
に配置する必要がなくなるので、この投光装置１を物体
検出装置に用いれば、薄型化、小型化、及び省部品化を
図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、物体の有無等を光
学的に検知する物体検出装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、特定の領域内を被検出物体が通過
したことを検知するセンサとして、限定反射型光電セン
サが知られている。このセンサの一例を図５に示す。こ
の限定反射型光電センサ３０は、発光素子２と投光レン
ズ３１により構成される投光部より光ビーム３２を照射
し、光ビーム３２が伝搬する領域のうち特定範囲３３か
らの光３４をフォトダイオード等の受光素子１３と受光
レンズ３５により構成される受光部により受光し、この
特定範囲３３を検知領域として被検出物体がこの領域を
通過したときには、被検出物体からの反射光３４を受光
部により受光して被検出物体の通過を判別するものであ
る。この投光部及び受光部は、投光レンズ３１の光軸３
６又は受光レンズ３５の光軸３７が特定範囲３３の中心
或いは中心近傍を通るようにセンサケース１５の投受光
面に対して傾けられた状態で設置されている。

【０００３】また、半導体チップ４、１４はモールド樹
脂８に封入され、半導体チップ４、１４からは外部回路
と電気的に接続するためのリードフレーム９が導出され
ている。発光素子２は、図１１に示すように、中心に半
導体チップ４を直方体状のモールド樹脂８により封入し
た構成となっている。なお、半導体チップ１４を備えた
フォトダイオード等の受光素子１３も同様の構成となっ
ている。

【０００４】従来の限定反射型光電センサの他の構成を
図６に示す。このセンサ３８は、そのセンサケース１５
の投受光面と投光レンズ３１の光軸３６が垂直になるよ
うに投光レンズ３１を配置したものであり、この投光レ
ンズ３１の光軸３６と、発光素子２内の半導体チップ４
の発光面の中心を通りそれらの面に垂直な軸（以下、中
心軸という）５とは所定量だけずれた状態となってお
り、これにより、レンズ３１の光軸３６に対して斜め方
向に出射光を出射することができる。なお、受光レンズ
３５も上述の投光レンズ３１と同様に配置されている。

【０００５】従来の限定反射型光電センサのさらに他の
構成を図７に示す。このセンサ３９は、上述の図６の構
成に、集光レンズ４０、４１を加えたものであり、この
集光レンズ４０はその光軸４２が半導体チップ４の中心
軸と一致するように発光素子２に接着固定されている。
また、受光素子１３、集光レンズ４１も上述の発光素子
２、集光レンズ４０と同様に配置されている。なお、１
９は発光素子２、集光レンズ４０等を保持するための保
持部材を示している。

【０００６】従来の限定反射型光電センサのさらに別の
構成を図８に示す。このセンサ４４は、発光素子２と集
光レンズ４０とからなる投光部より、この投光部を保護
するためのプレートレンズ１６ａを介して光ビーム３２
を出射し、この光ビーム３２の特定範囲３３からの反射
光３４をプレートレンズ１６ｂ、集光レンズ４１を通し
て受光素子１３において受光するものである。投光部及
び受光部はセンサケース１５内において傾けられて配置
されている。また、半導体チップ４の中心軸と集光レン
ズ４０の光軸３６とが一致するように集光レンズ４０は
発光素子２上に配置されている。同様に、半導体チップ
１４の中心軸と集光レンズ４１の光軸３７とが重なるよ
うに集光レンズ４１は受光素子１３上に配置されてい
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
図５に示した従来の限定反射型光電センサ３０において
はレンズ３１，３５の光軸３６，３７に垂直な面をセン
サケース１５の投受光面に対して傾けているため薄型化
できない。また、上述の図５及び図６に示した従来の光
電センサ３０，３８においては、発光素子の外形を基準
としてレンズ３１の光軸と発光素子２内の半導体チップ
４の発光面との位置合わせを行ったとき、半導体チップ
４と発光素子２の外形との製造上の位置ばらつきによ
り、出射光の出射方向が設計値に対してばらつきが生じ
るという問題点がある。また、発光素子２は樹脂モール
ドされているため、樹脂と空気の屈折率差により図９に
示すように出射光７が発散し、効率良くレンズ３１を通
して前方に出射できない。このため、光電センサ３０，
３８の受光パワーが減少し、検出距離が短くなるという
問題点がある。

【０００８】また、図７に示した従来の光電センサ３９
においては、発光素子２及び受光素子１３上に直接にレ
ンズ４０，４１を装着固定するため、実装に画像処理技
術等を用いれば、正確に装着することが可能となるが、
発光素子２上に装着される集光レンズ４０と、センサケ
ース１５に設置されたレンズ３１の２枚のレンズを必要
とし、部品点数が多くなるという問題点がある。

【０００９】また、図８に示した従来の光電センサ４４
においては、発光素子２及び受光素子１３を斜めに取り
付ける必要があり、この発光素子２は、図１０に示すよ
うに、樹脂モールド外形が半導体チップ４に比べてかな
り大きい直方体をしているため、斜めにするとセンサケ
ース１５の投受光面と発光素子２の外部の底面との距離
Ｌが長くなり、その結果、光電センサの薄型化、小型
化、及び省部品化を図ることができないという問題点が
ある。また、レンズ４０の保持部材１９の構造が大きく
なるという問題点がある。

【００１０】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたものであり、従来の限定反射型光電センサと
同様に物体検出の限定領域を有し、出射光の出射方向の
ばらつきをなくし、かつ発光素子からの出射光が効率良
くレンズを通して前方に出射し、さらに、薄型化、小型
化、及び省部品化を図ることのできる光電センサを提供
することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の発明は、発光面から光を投光する半導体
チップを備えた発光素子と、この発光素子上に装着され
た集光レンズからなる投光装置において、半導体チップ
の発光面の中心を通りこの半導体チップ発光面に垂直な
軸と、集光レンズの光軸とを所定のずれ量でずらして発
光素子と集光レンズとを接着固定したものである。この
構成においては、レンズの光軸と発光素子の中心をずら
すことにより、発光素子の発光面の法線に対して斜め方
向に光ビームを照射することができる。発光素子外形に
対する半導体チップの位置は製造上のばらつきがある
が、レンズを発光素子に直接装着固定するので、レンズ
の中心と半導体チップの中心位置関係を設計通りに配置
することが可能で、光軸のずれをなくすことができ、出
射光の出射方向のばらつきを無くすことができる。ま
た、この投光装置を物体検出装置の投光部に用いた場
合、発光素子を斜めに配置するようなことがないので、
物体検出装置の薄型化、小型化、及び省部品化を図るこ
とができる。

【００１２】また、請求項２の発明は、受光面において
光を受光する半導体チップを備えた受光素子とこの受光
素子上に装着された集光レンズからなる受光装置におい
て、半導体チップの受光面の中心を通りこの半導体チッ
プ受光面に垂直な軸と、集光レンズの光軸とを所定のず
れ量でずらして受光素子と集光レンズとを接着固定した
ものである。この構成においては、レンズの光軸と受光
素子の中心とをずらすことにより、受光素子の受光面の
法線に対して斜め方向からの光ビームを受光することが
できる。この受光装置においても上述の投光装置の場合
と同様の理由により、光軸のずれを無くすことができ、
同様の作用が得られる。

【００１３】また、請求項３の発明は、請求項１に記載
の投光装置と、この投光装置による投光の反射光を受光
する受光装置とを備え、この受光装置による受光量に基
づいて投光装置と受光装置とで設定される検知領域内に
物体が有るか否かを検知する物体検出装置である。この
構成においては、出射光の出射方向のばらつきが低減さ
れ、検知領域内での物体検出が正確に行え、また、発光
素子を斜めに設けたりしないので、装置の薄型化、小型
化、及び省部品化を図ることができる。

【００１４】また、請求項４の発明は、光を投光する投
光装置と、この投光装置による投光の反射光を受光する
請求項２に記載の受光装置とを備え、この受光装置によ
る受光量に基づいて投光装置と受光装置とで設定される
検知領域内に物体が有るか否かを検知する物体検出装置
である。この構成においては、上記と同様の作用によ
り、装置の薄型化、小型化、及び省部品化を図ることが
できる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した実施の
形態を図面を参照して説明する。 （第１実施例）図１は本実施例による投光装置の構成を
示す断面図である。投光装置１は発光素子２と集光レン
ズ３とから構成され、これらは発光素子２に組み込まれ
た半導体チップ４の中心軸５と、集光レンズ３の光軸６
とが所定量だけずれた状態で配置されているものであ
る。

【００１６】レンズ５の発光素子２への装着方法は、特
開平４−１３９８９公報に記載されているような光軸調
整装置又は画像処理技術を用いれば、集光レンズ３の光
軸６と半導体チップ４の中心軸５とを所望のずれ量で組
み立てることができる。また、半導体チップ４の基盤へ
の実装は、例えば、ダイボンディングにより行えばよ
い。

【００１７】上記のような構成にすることにより、発光
素子２を斜めにすることなく、発光素子２の中心軸５に
対して斜め方向に光ビーム７を出射することができるの
で、この投光装置１を光電センサに用いれば、光電セン
サの薄型化及び小型化を図ることができる。また、モー
ルド樹脂８と集光レンズ３との屈折率を等しくすること
により、図９に示したようなモールド樹脂８の端面での
屈折による光の拡散を防ぐことができ、発光素子２から
の出射光７をより効率良く集光レンズ３を通して前方に
出射することができる。さらに、発光素子２とレンズ３
との位置合わせにより生じるばらつきを防ぐことができ
るので、出射光を所望の出射角度に正確に出射すること
ができる。

【００１８】図２は本発明の第１実施例の変形例による
投光装置の断面図である。投光装置１０は、図１に示し
た投光装置１において、集光レンズ３の屈折率をモール
ド樹脂８の屈折率よりも大きなものとしたものである。
これにより、集光レンズ３とモールド樹脂８との境面
で、光７をレンズ３方向に屈折させることができるの
で、半導体チップ４からの出射光７をより効率良く集光
レンズ３を通して前方に出射することができる。

【００１９】図３は本発明の第１実施例の他の変形例に
よる投光装置の断面図である。投光装置１１は、図１に
示した投光装置において、集光レンズ３の光軸６を半導
体チップ４の中心軸５に対して傾きを持たせるものであ
る。これにより、レンズ収差を小さくし、任意の点で集
光させることが可能となる。

【００２０】なお、上述の図１乃至図３には、発光素子
２に集光レンズ３を装着した投光装置を示したが、本発
明は、フォトダイオード等の受光素子とレンズとからな
る受光装置においても適用が可能である。この構成によ
れば、レンズにより光を受光し、この光を所定の角度に
屈折させて受光素子に伝搬させることができるので、受
光素子を斜めにする必要がなく、この受光装置を光電セ
ンサに用いれば、光電センサの薄型化，小型化、及び省
部品化を図ることができる。

【００２１】（第２実施例）図４は限定反射型光電セン
サの内部構成を示す断面図である。本実施例は、上述の
図１乃至図３のいずれかに示した投光装置及び受光装置
を応用したものである。限定反射型光電センサ２５は、
発光素子２とレンズ３ａから構成される投光装置よりプ
レートレンズ１６ａを介して所望の方向に光ビームを照
射し、光ビームが伝搬する領域のうち特定範囲からの反
射光をプレートレンズ１６ｂを介してレンズ３ｂと受光
素子１３から構成される受光装置により受光するもので
ある。これら投光素子２の投光信号及び受光素子１３の
受光信号はリードフレーム９、プリント基盤１７、ケー
ブル１８を介して外部回路に伝達される。

【００２２】このように、投光装置及び受光装置を光電
センサ２５内で斜め方向に配置する必要がないため、光
電センサ２５の薄型化と小型化を図ることができる。ま
た、発光素子４から出射される出射光の方向づけ、また
は反射光の受光素子１３への方向づけをそれぞれ１つの
レンズ３ａ，３ｂにより行うので図７に示した光電セン
サに比して省部品化を図ることができる。なお、図中に
おいて、２０はケーブル１８と光電センサ２５との接続
部に設けられたケーブル固定樹脂、２１は光電センサ２
５の外部装置等に取り付けるための取付穴を示してい
る。

【００２３】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、発光素子
と集光レンズからなる投光装置において、発光素子の半
導体チップの中心軸と、集光レンズの光軸とを所定のず
れ量でずらして発光素子と集光レンズとを接着固定した
ので、半導体チップと発光素子の外形とに製造上の位置
のばらつきがあっても、レンズの中心と半導体チップの
中心位置関係を高精度とすることができ、光軸のずれを
なくして、発光素子の中心軸に対して斜め方向に光ビー
ムを精度良く出射することができる。このため、発光素
子を斜めに配置するといった必要がなくなり、投光装
置、さらにはそれを用いた物体検出装置の薄型化、小型
化、及び省部品化を図ることができる。また、発光素子
からの出射光を効率良く前方に出射することができる。
また、本発明によれば、受光素子と集光レンズからなる
受光装置において、半導体チップの中心軸と、集光レン
ズの光軸とを所定のずれ量でずらして受光素子と集光レ
ンズとを接着固定したので、上記と同様の理由により、
受光素子の中心軸に対して、斜め方向からの光ビームを
精度良く受光することができる。このため、受光装置、
さらにはそれを用いた物体検出装置の薄型化、小型化、
及び省部品化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例による投光装置の構成図である。

【図２】第１実施例の変形例による投光装置の構成図で
ある。

【図３】第１実施例のさらに他の変形例による投光装置
の構成図である。

【図４】第２実施例による限定反射型光電センサの構成
図である。

【図５】従来の限定反射型光電センサの構成図である。

【図６】従来の限定反射型光電センサの構成図である。

【図７】従来の限定反射型光電センサの構成図である。

【図８】従来の限定反射型光電センサの構成図である。

【図９】従来の限定反射型光電センサのモールド樹脂端
面での屈折状態を示す図である。

【図１０】従来の限定反射型光電センサのセンサケース
面と発光素子外形部の底面との距離を考察するための図
である。

【図１１】（ａ），（ｂ）は中心に半導体チップが封入
された直方体状の発光素子の構成を示す正面図及び側面
図である。

【符号の説明】

１ 投光装置 ２ 発光素子 ３，３ａ，３ｂ 集光レンズ ４ 半導体チップ ５ 中心軸（半導体チップ発光面に垂直な軸） ６ 集光レンズの光軸 ７ 光 １０ 投光装置 １１ 投光装置 １３ 受光素子 １４ 半導体チップ ２５ 限定反射型光電センサ（物体検出装置） ３４ 反射光 ３５ 検知領域

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発光面から光を投光する半導体チップを
   備えた発光素子と該発光素子上に装着された集光レンズ
   からなる投光装置において、 前記半導体チップの発光面の中心を通り該半導体チップ
   発光面に垂直な軸と、前記集光レンズの光軸とを所定の
   ずれ量でずらして前記発光素子と前記集光レンズとを接
   着固定したことを特徴とする投光装置。
2. 【請求項２】 受光面において光を受光する半導体チッ
   プを備えた受光素子と該受光素子上に装着された集光レ
   ンズからなる受光装置において、 前記半導体チップの受光面の中心を通り該半導体チップ
   受光面に垂直な軸と、前記集光レンズの光軸とを所定の
   ずれ量でずらして前記受光素子と前記集光レンズとを接
   着固定したことを特徴とする受光装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の投光装置と、この投光
   装置による投光の反射光を受光する受光装置とを備え、
   この受光装置による受光量に基づいて前記投光装置と受
   光装置とで設定される検知領域内に物体が有るか否かを
   検知することを特徴とする物体検出装置。
4. 【請求項４】 光を投光する投光装置と、この投光装置
   による投光の反射光を受光する請求項２に記載の受光装
   置とを備え、この受光装置による受光量に基づいて前記
   投光装置と受光装置とで設定される検知領域内に物体が
   有るか否かを検知することを特徴とする物体検出装置。