JPWO2008117800A1 - Reflective light sensor - Google Patents
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Abstract
反射型光センサ１０は、上面側に光が通る窓部を有し下部に収納空間２１を有するカバー筐体２０と、カバー筐体２０の下部の収納空間２１の開口を覆うシールド蓋２４とを含み、収納空間２１に、回路基板５０、受光素子６０、遮光板６２、電子回路７０、透光性基板８０、発光素子８２等が収納配置される。透光性基板８０には、その中央部にバンプ端子を用いて発光素子８２が取り付けられ、周辺部において回路基板５０に取り付けられる。透光性基板８０は、発光素子８２が受光素子６０のほぼ中央に来るように、受光素子６０の上面側に配置される。The reflective optical sensor 10 includes a cover housing 20 having a window portion through which light passes on the upper surface side and a storage space 21 in the lower portion, and a shield lid 24 covering the opening of the storage space 21 below the cover housing 20. In addition, the circuit board 50, the light receiving element 60, the light shielding plate 62, the electronic circuit 70, the translucent substrate 80, the light emitting element 82, and the like are accommodated in the accommodating space 21. A light emitting element 82 is attached to the translucent substrate 80 using a bump terminal at the center, and attached to the circuit board 50 at the periphery. The translucent substrate 80 is disposed on the upper surface side of the light receiving element 60 so that the light emitting element 82 is located approximately at the center of the light receiving element 60.
Description
本発明は反射型光センサに係り、特に、発光素子と受光素子とを含む反射型光センサに関する。 The present invention relates to a reflective optical sensor, and more particularly to a reflective optical sensor including a light emitting element and a light receiving element.
反射型光センサは、対象物に発光素子から光を当て、対象物からの反射光を受光素子で受けて、対象物の位置、変位、物性等を検出するために広く用いられる。この場合に、発光素子から放射される光の軸と、受光素子が検出する反射光の光の軸とが一致していると、発光素子からの光が受光素子に効率よく集めることができ、例えば、位置、変位等の検出精度が向上する。しかし一般的には、発光素子と受光素子とは別々の素子であるので、これらの光軸を同軸に配置することが困難である。そのために、発光素子の光軸と受光素子の光軸とが所定の角度関係になるように、予め、発光素子と受光素子との配置関係を正確に設定することが行われる。 A reflection type optical sensor is widely used to detect the position, displacement, physical properties, etc. of an object by applying light from a light emitting element to the object and receiving the reflected light from the object by a light receiving element. In this case, if the axis of the light emitted from the light emitting element matches the axis of the light of the reflected light detected by the light receiving element, the light from the light emitting element can be efficiently collected on the light receiving element, For example, the detection accuracy of position, displacement, etc. is improved. However, generally, since the light emitting element and the light receiving element are separate elements, it is difficult to arrange these optical axes coaxially. For this purpose, the positional relationship between the light emitting element and the light receiving element is accurately set in advance so that the optical axis of the light emitting element and the optical axis of the light receiving element have a predetermined angular relationship.
一方で、反射型光センサにおいて、発光素子の光軸と受光素子の光軸をできるだけ同軸とし、発光素子の光を効率よく受光素子に集める工夫もなされている。 On the other hand, in a reflection type optical sensor, the optical axis of a light emitting element and the optical axis of a light receiving element are made coaxial as much as possible, and the device which collects the light of a light emitting element to a light receiving element efficiently is also made | formed.
例えば、特許文献１には、反射型光センサとして、発光素子と発光素子の光を上方に導く導光体とを下基板に配置し、下基板の上方に一対の受光素子を導光体の周囲に配置する上基板を配置する構成が開示されている。ここでは、発光素子の光軸は、導光体の中心軸となり、受光素子は導光体の周囲に配置されてその光軸も導光軸を中心とすることになり、これにより、発光素子の光からの反射光を効率よく受光素子に集めることができると述べられている。
For example, in
また、特許文献２には、反射型光センサとして、基板に大型の受光素子を実装し、小型の発光素子を受光素子の上面中央部に積み重ねて実装し、受光素子の上面を介して基板にワイヤボンディングすることが開示されている。ここでは、発光素子を透光性の樹脂で封止しその底面と側面を遮光し、この樹脂の周りをさらに透明性の樹脂を充填して受光素子を封止している。これにより、発光素子を受光領域が取り囲む構造となり、発光素子からの出る光の大部分が受光領域で受光され光の利用効率が大幅に向上すると述べられている。
上記特許文献によれば、発光素子から放射する光の軸の中心と受光素子が受け取る光の軸の中心とがほぼ一致するので、発光素子から放射されて対象物から反射されてくる光を効率よく受光素子に集めることができる。しかし、特許文献１においては、導光体を要する。また、特許文献２においては、受光素子の上に発光素子を樹脂封止し、その側壁等を遮光する処理を行い、さらに全体を樹脂封止することを要する。
According to the above-mentioned patent document, since the center of the axis of light emitted from the light emitting element and the center of the axis of light received by the light receiving element substantially coincide with each other, the light emitted from the light emitting element and reflected from the object is efficiently used. It can often be collected in the light receiving element. However, in
本願の目的は、比較的簡単な構成で、受光素子から放射されて対象物から反射されてくる光を効率よく受光素子に集めることができる反射型光センサを提供することである。 An object of the present application is to provide a reflective optical sensor that can efficiently collect light emitted from a light receiving element and reflected from an object with a relatively simple configuration.
本発明に係る反射型光センサは、上面に受光領域を有する受光素子と、受光素子の上面側に配置される透光性基板と、透光性基板の上面に配置され、平面寸法が受光素子よりも小さい発光素子と、を含むことを特徴とする。 A reflection type photosensor according to the present invention includes a light receiving element having a light receiving region on an upper surface, a translucent substrate disposed on the upper surface side of the light receiving element, and an upper surface of the translucent substrate. And a smaller light emitting element.
また、本発明に係る反射型光センサにおいて、発光素子は、バンプ形状の端子を有し、発光面を透光性基板側に向けてバンプ端子によって透光性基板に実装されることが好ましい。 In the reflective optical sensor according to the present invention, it is preferable that the light emitting element has a bump-shaped terminal and is mounted on the translucent substrate by the bump terminal with the light emitting surface facing the translucent substrate.
また、本発明に係る反射型光センサにおいて、発光素子と受光素子との間に遮光部材または反射部材が設けられることが好ましい。 In the reflective optical sensor according to the present invention, it is preferable that a light shielding member or a reflective member is provided between the light emitting element and the light receiving element.
また、本発明に係る反射型光センサにおいて、透光性基板に設けられる複数の配線であって、一端側が透光性基板の中央部に配置されて発光素子の各端子とそれぞれ接続され、他端側が透光性基板の周辺部にそれぞれ配置される発光素子用配線を有することが好ましい。 Further, in the reflection type photosensor according to the present invention, a plurality of wirings provided on the translucent substrate, one end side of which is disposed at the central portion of the translucent substrate and connected to each terminal of the light emitting element, respectively. It is preferable that the end side has a wiring for a light emitting element, which is arranged in the peripheral part of the translucent substrate.
また、本発明に係る反射型光センサにおいて、複数の配線は、透光性基板を挟んで相互に重なって配置される部分を有することが好ましい。 In the reflection type optical sensor according to the present invention, it is preferable that the plurality of wirings have portions arranged to overlap each other with the translucent substrate interposed therebetween.
また、本発明に係る反射型光センサにおいて、受光素子を搭載する基板であって、透光性基板の周辺部を取り付ける取付部を有する受光素子基板を含み、透光性基板は、その周辺部において位置決めされて受光素子基板に取り付けられることが好ましい。 Further, in the reflection type optical sensor according to the present invention, the substrate includes a light receiving element substrate on which the light receiving element is mounted, the light receiving element substrate having a mounting portion to which the peripheral portion of the light transmitting substrate is attached. It is preferable to be positioned and attached to the light receiving element substrate.
また、本発明に係る反射型光センサにおいて、受光素子基板には、発光素子用の複数の引出配線が取付部を通って設けられ、透光性基板の周辺部が取付部に電気的に接続されて取り付けられることで、発光素子の各端子が複数の引出線と接続されることが好ましい。 In the reflection type photosensor according to the present invention, the light receiving element substrate is provided with a plurality of lead wires for the light emitting element through the attachment portion, and the peripheral portion of the translucent substrate is electrically connected to the attachment portion. By being attached, it is preferable that each terminal of the light emitting element is connected to a plurality of lead wires.
また、本発明に係る反射型光センサにおいて、受光素子基板は、受光素子が搭載される反対側の裏面側に、発光素子または受光素子の少なくとも一方のための電子回路が実装されることが好ましい。 In the reflection type photosensor according to the present invention, the light receiving element substrate is preferably mounted with an electronic circuit for at least one of the light emitting element and the light receiving element on the back side opposite to the side on which the light receiving element is mounted. .
また、本発明に係る反射型光センサにおいて、受光素子と発光素子とを覆う光学的カバー素子であって、発光素子からの光を外部に導き、外部からの反射光を受光素子に導く光学的カバー素子を含むことが好ましい。 The reflective optical sensor according to the present invention is an optical cover element that covers the light receiving element and the light emitting element, and is an optical cover that guides light from the light emitting element to the outside and guides reflected light from the outside to the light receiving element. It is preferable to include a cover element.
また、本発明に係る反射型光センサにおいて、光学的カバー素子は、窓部を除いて光の出入りを制限する遮光部を有することが好ましい。 In the reflective optical sensor according to the present invention, it is preferable that the optical cover element has a light shielding portion that restricts light entry and exit except for the window portion.
上記構成により、反射型光センサは、上面に受光領域を有する受光素子の上面側に透光性基板が配置され、その透光性基板の上面に、平面寸法が受光素子よりも小さい発光素子が配置される。近年の半導体素子の小型化技術の進展によって、例えば小型の発光素子を用いることが容易となってきている。一例を上げると、１つの発光素子の平面寸法が０．２ｍｍ角のものを用いることができる。このように小型の発光素子を透光性基板の上に配置し、発光素子よりも大きい平面寸法の受光素子の上にこの透光性基板を配置すれば、比較的簡単な構成で、受光素子から放射されて対象物から反射されてくる光を効率よく受光素子に集めることができる。 With the above configuration, the reflective optical sensor has a light-transmitting substrate disposed on the upper surface side of the light-receiving element having a light-receiving region on the upper surface, and a light-emitting element having a planar dimension smaller than that of the light-receiving element on the upper surface of the light-transmitting substrate Be placed. With recent progress in miniaturization technology of semiconductor elements, it has become easy to use, for example, small light emitting elements. As an example, a light emitting device having a planar dimension of 0.2 mm square can be used. In this way, if a small light-emitting element is arranged on a light-transmitting substrate and the light-transmitting substrate is arranged on a light-receiving element having a larger plane size than the light-emitting element, the light-receiving element has a relatively simple configuration. The light radiated from the light and reflected from the object can be efficiently collected on the light receiving element.
また、発光素子はバンプ形状の端子を有し、バンプ端子によって透光性基板に実装される。これにより、ワイヤボンディングにより接続される場合に比べ、光の経路を妨げることが少なくなり、受光素子から放射されて対象物から反射されてくる光を効率よく受光素子に集めることができる。 The light emitting element has bump-shaped terminals and is mounted on the light-transmitting substrate by the bump terminals. Thereby, compared with the case where it connects by wire bonding, it becomes less obstructive of the path of light, and the light radiated | emitted from a light receiving element and reflected from the target object can be efficiently collected on a light receiving element.
また、発光素子と受光素子との間に遮光部材または反射部材が設けられるので、発光素子から直接受光素子に光が入射することを防止できる。 In addition, since the light shielding member or the reflection member is provided between the light emitting element and the light receiving element, it is possible to prevent light from directly entering the light receiving element from the light emitting element.
また、透光性基板に発光素子用配線が設けられ、その一端側は透光性基板の中央部に配置されて発光素子の各端子とそれぞれ接続され、その他端側は透光性基板の周辺部にそれぞれ配置される。これによって、受光素子のほぼ中央部に発光素子を配置することにしても、その配線を周辺部に引き出すことができる。 In addition, a light-emitting element wiring is provided on the light-transmitting substrate, and one end side thereof is arranged at the center of the light-transmitting substrate and is connected to each terminal of the light-emitting element, and the other end side is the periphery of the light-transmitting substrate. Placed in each part. As a result, even if the light emitting element is arranged at substantially the center of the light receiving element, the wiring can be drawn out to the peripheral part.
また、発光素子用の複数の配線は、透光性基板を挟んで相互に重なって配置される部分を有する。つまり、その部分では、多層基板の構造になる。これにより、透光性基板において配線によって光の経路が妨げられる部分が抑制でき、より効率的に光を受光素子に集めることができる。 In addition, the plurality of wirings for the light-emitting element have portions that are arranged to overlap each other with the light-transmitting substrate interposed therebetween. That is, in that portion, the structure is a multilayer substrate. As a result, the portion of the translucent substrate where the light path is hindered by the wiring can be suppressed, and light can be more efficiently collected in the light receiving element.
また、受光素子を搭載する受光素子基板は、取付部を有し、この取付部によって透光性基板の周辺部が位置決めされて受光素子基板に取り付けられる。これにより、樹脂封止等を用いることに比較して簡単な構造で、受光素子の上面に発光素子を位置決めして配置することができる。 Further, the light receiving element substrate on which the light receiving element is mounted has an attachment portion, and the peripheral portion of the translucent substrate is positioned by this attachment portion and attached to the light receiving element substrate. Accordingly, the light emitting element can be positioned and arranged on the upper surface of the light receiving element with a simple structure as compared to using resin sealing or the like.
また、受光素子基板には、発光素子用の複数の引出配線が取付部を通って設けられ、透光性基板の周辺部が取付部に電気的に接続されて取り付けられる。したがって、受光素子基板に透光性基板を取り付けることで、容易に発光素子の各端子を受光素子基板の引出線に接続することができる。 The light receiving element substrate is provided with a plurality of lead wires for the light emitting element through the attachment portion, and the peripheral portion of the translucent substrate is electrically connected to the attachment portion. Therefore, by attaching the light transmitting substrate to the light receiving element substrate, each terminal of the light emitting element can be easily connected to the lead line of the light receiving element substrate.
また、受光素子基板の一方側の面に受光素子が搭載され、反対側の裏面側に電子回路が実装されるので、反射型光センサの小型化を図ることができる。 In addition, since the light receiving element is mounted on one surface of the light receiving element substrate and the electronic circuit is mounted on the opposite back surface side, the reflective photosensor can be reduced in size.
また、受光素子と発光素子とを覆って、発光素子からの光を外部に導き、外部からの反射光を受光素子に導く光学的カバー素子を含むので、これにより効率的に受光素子から放射されて対象物から反射されてくる光を効率よく受光素子に集めることができる。 In addition, it includes an optical cover element that covers the light receiving element and the light emitting element, guides the light from the light emitting element to the outside, and guides the reflected light from the outside to the light receiving element, thereby efficiently radiating from the light receiving element. Thus, the light reflected from the object can be efficiently collected on the light receiving element.
また、光学的カバー素子は、窓部を除いて光の出入りを制限する遮光部を有するので、不要なノイズ光等が受光素子に入ることを抑制することができる。 In addition, since the optical cover element has a light-shielding part that restricts the entry and exit of light except for the window part, unnecessary noise light and the like can be prevented from entering the light-receiving element.
８ 対象物、１０，１６０，２００ 反射型光センサ、２０，１３０，１６２，２０２ カバー筐体、２１ 収納空間、２２，１２４，２０４ 遮光膜、２４ シールド蓋、５０，２１０ 回路基板、５２，５３ 取付部、５４，５５，５６，５７ 接続部、６０ 受光素子、６１ 受光領域、６２ 遮光板、７０ 電子回路、７９，８１，１１０，１１１ 折曲線、８０，１００，１０２，１２０，１０６，１７０，２２０，２３０ 透光性基板、８２ 発光素子、８４，８５ バンプ端子、９０，９１，１２１，１２２，１７２，１７３ 発光素子用配線、９２ スルーホール、９４，９５，９６，９７，１７４，１７５ 接続用パターン、１０４ 固定位置、１０８，１０９ 抜穴部、１１８ 光反射材、１３２，１３６ くぼみ、１３４，１３８ 凸部、１６４ 裏蓋、１８０ リフレクタ。
8
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態に付き詳細に説明する。なお、以下で説明する寸法、材質等は説明のための一例であって、反射型光センサの仕様、目的等に応じ、適宜変更することができる。 Embodiments according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Note that the dimensions, materials, and the like described below are examples for explanation, and can be appropriately changed according to the specifications, purposes, and the like of the reflective optical sensor.
［実施例１］
図１は反射型光センサ１０の平面図、図２はその正面断面図、図３は側面断面図である。図４は、反射型光センサ１０を電子部品として把握するときの回路構成図である。なお、図３、図４には、反射型光センサ１０の構成要素ではないが、センシングの対象である対象物８が破線で示されている。また、図１においては、一部破断図として、内部構成が図示されている。[Example 1]
1 is a plan view of the reflective
図４に示されるように、反射型光センサ１０は、対象物８に発光素子８２から光を当て、対象物８からの反射光を受光素子６０で受けて、対象物の位置、変位、物性等を検出するために用いられる電子部品である。そのために、反射型光センサ１０は、受光素子６０によって検出される信号を増幅し、外部に出力するための適当な電子回路７０を内蔵する。ここで、電子回路７０とは、図４に示される電子部品のうち発光素子８２と受光素子６０を除いた増幅回路、抵抗素子、容量素子等を接続して構成される回路である。電子回路７０は、１つのパッケージでまとめられたＩＣとして構成することもでき、増幅器部分をＩＣとし、抵抗素子、容量素子を外付部品としてこれらを回路基板上に配置接続したものとすることもできる。
As shown in FIG. 4, the reflection type
発光素子８２は、電気信号によって光を放射するデバイスで、半導体素子としての発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ：ＬＥＤ）を用いることができる。また、受光素子６０は、光を受けて電気信号を出力するデバイスで、例えばフォトダイオード、あるいはフォトトランジスタを用いることができる。図４では、２端子素子であるフォトダイオードが用いられている。
The light-emitting
図４に示されるように、反射型光センサ１０は、端子として、接地端子であるＧＮＤ、電源端子であるＶｄｄ、発光素子８２に駆動信号を入力するＬＥＤ１，ＬＥＤ２、増幅器のゲイン等を調整する調整端子であるＶＲ１，ＶＲ２、出力端子であるＯＵＴを有する電子部品である。かかる反射型光センサ１０は、図示されていない適当な制御部にこれらの各端子が接続され、制御部の制御の下で発光素子８２が駆動されて発光し、その光が対象物８に当てられて反射してきた光を受光素子６０で受け、適当に増幅されて出力信号として出力端子ＯＵＴから制御部に入力される。制御部では、取得した出力信号を処理して、例えば、対象物８の変位量等を算出する。このようにして、反射型光センサ１０は作動する。
As shown in FIG. 4, the reflection type
ここで再び図１から図３に戻り、反射型光センサ１０は、上面側に光が通る窓部を有し下部に収納空間２１を有するカバー筐体２０と、カバー筐体２０の下部の収納空間２１の開口を覆うシールド蓋２４とを含み、収納空間２１に、回路基板５０、受光素子６０、遮光板６２、電子回路７０、透光性基板８０、発光素子８２等が収納配置される。なお、回路基板５０は、収納空間２１からカバー筐体２０の外部に引き出され、図示されていない制御部に接続される。
Here, referring again to FIGS. 1 to 3, the reflective
カバー筐体２０は、シールド蓋２４と協働して各種要素を収納する収納空間２１を形成する筐体としての機能と、収納空間２１に収納された発光素子８２からの光を外部の対象物８に向けて導き、外部の対象物８からの反射光を受光素子６０に導く光学的カバー素子の機能を併せ持つ部品である。カバー筐体２０は、図１の例では、略矩形の上面板部と、略矩形環状の下部脚部とから構成される。上面板部と下部脚部とは図２、図３に示されるように一体として構成することもでき、場合によっては別個の部品として構成してこれらを組み立て、あるいは接合等によって、一体化されたカバー筐体２０とすることもできる。
The
かかるカバー筐体２０は、透光性材料を用いて加工、あるいは成形によって得ることができる。透光性材料としては、光を通すプラスチック材料、ガラス等を用いることができる。例えば、透明のアクリル材料を用いて成形したものを用いることができる。透明でなくても、センシングに用いる光の波長を通す材料であればよい。例えば、黄色、橙色、赤色、青色、緑色等の指定波長に対する透光性を有するガラス、プラスチック等を用いることができる。
Such a
カバー筐体２０の上面板部は、その中央部において底面側が発光素子８２の上面に接し、基本的に厚みが一様な平行平板である。発光素子８２から離れた周辺部において、上面板部の上面側には、遮光膜２２が配置される。遮光膜２２は、窓部を除いて光の出入りを制限する遮光部であって、図１では、カバー筐体２０の上面の中央部に、遮光膜２２が配置されない矩形の窓部が設けられ、この窓部のみが光の出入りが可能である。この窓部を除き、図１において、窓部の周囲の斜線を付した部分には遮光膜２２が設けられ、遮光性を有する。すなわち、窓部を除いて、カバー筐体２０の内部の光は外に漏れることが抑制され、外部からの光は、窓部を除いて、カバー筐体２０の内部に入り込むことが制限される。かかる遮光膜２２としては適当な金属膜、例えばアルミニウム膜を用いることができ、また、黒色塗料等を用いることができる。前者の場合には、遮光膜２２は光反射膜として働き、後者の場合には光吸収膜として機能する。
The upper surface plate portion of the
カバー筐体２０の下面は、上記のように矩形環状の下部脚部で、その環状の内側が、各種要素が収納配置される収納空間２１として用いられる。シールド蓋２４は、カバー筐体２０の下部脚部と組み合わされて収納空間２１を形成する蓋機能と、金属材料を用いることで収納空間２１に配置される電子回路等を電磁ノイズから保護するノイズ遮蔽板としての機能を有する。かかるシールド蓋２４は、適当な厚さの磁性材料で構成される板材を加工して得ることができる。
The lower surface of the
収納空間２１に配置され、カバー筐体２０の外側に引き出される回路基板５０は、反射型光センサ１０を構成する電子部品等が搭載される電子回路基板である。回路基板５０の上面には、受光素子６０が配置され、下面には電子回路７０が配置される。この意味から、回路基板５０は、受光素子基板と呼ぶこともできる。実際には、回路基板５０には発光素子８２が搭載される透光性基板８０も取り付けられるので、反射型光センサ１０の主回路基板としての性格を有している。
The
回路基板５０は、一方端側がカバー筐体２０の下部脚部の矩形環状の縁に沿って取り付けられ、接着等の適当な固定手段によって固定される。回路基板５０は、カバー筐体２０の下部脚部に設けられた適当な引出隙間から外部に引き出され、他方端部において、図示されていない外部制御部等と接続するための接続端子部が設けられる。かかる回路基板５０としては、両面フレキシブル回路基板を用いることができる。もちろん、ガラスエポキシ回路基板等を用いることもできる。
One end side of the
図５は、受光素子６０が搭載された状態の回路基板５０の平面図である。なお、以下では図１から図４の符号を用いて説明する。ここでは、図１で説明したカバー筐体２０に取り付けられる部分を主体に示されている。なお、回路基板は、図４で説明したような回路構成図に対応する配線パターンが設けられているが、図５では接続部５４，５５，５６，５７を除いて配線パターンの図示を省略してある。
FIG. 5 is a plan view of the
回路基板５０には、切り込みである取付部５２，５３が設けられる。取付部５２，５３は、透光性基板８０の端部を挿入するための切り込みである。また、取付部５２，５３のところに、接続部５４，５５，５６，５７が設けられる。接続部５４，５５，５６，５７は、回路基板５０において図５では図示されていない配線パターンと同じ材料で構成されている導電パターンで、半田付けが可能なパターンである。そして、接続部５４，５５は、発光素子８２の２端子に接続されるもので、ここから配線パターンが回路基板５０の他方端、すなわち外部の制御部への接続端まで延長される。すなわち、接続部５４，５５は、図４におけるＬＥＤ１，ＬＥＤ２に接続される端子である。なお、接続部５６，５７は、他の要素に接続されることもなく、孤立した導電パターンである。
The
後述するように、挿入された透光性基板８０の端部には接続用パターン９４，９５，９６，９７が設けられているので、これらの接続用パターンと、回路基板５０の接続部５４，５５，５６，５７との間を半田付けによって接続固定することで、回路基板５０に透光性基板８０が位置決めされて配置され固定される。
As will be described later,
図５において示される受光素子６０は、光を受けて電気信号を出力するデバイスで、上記のようにフォトダイオードが用いられる。受光素子６０は、回路基板５０の上面側に、受光面を上面側に向けて配置される。ここで上面側とは、図３で示されるように、対象物８に向かう側の面の側である。換言すれば、回路基板５０の上面側とは、対象物８に向かい合う面の側であり、受光素子６０は、受光面を対象物８に向かい合うようにして、回路基板５０の上面側に配置される。
The
受光素子６０は、半導体ウェファから切り出されたチップの形態の場合、平面寸法の全領域に渡って光に感じて電気信号を出力する。しかし、チップの周辺は、チップの中央部と異なるので、一般的には、チップの周辺部分を除いた領域が受光領域として扱われる。図５では、受光領域６１が破線で示されている。
When the
受光素子６０の受光領域６１の広さは、その上に配置される発光素子８２の平面寸法に比べ、格段に大きいことが望ましい。ここで格段に大きいとは、受光領域６１の面積Ａに比べ、発光素子８２によって受光が制限される面積ａが、相当小さく、発光素子８２によって受光が制限されても、出力信号にあまり影響を及ぼさない程度であることを意味する。具体的には、出力信号の影響で１０％以下程度であることが望ましい。出力信号の大きさが受光面積に比例するとすれば、Ａは、ａの１０倍以上あればよいことになる。Ａ／ａの大きさは、反射型光センサ１０の用途によって設定することができるが、上記のように、Ａ／ａ＝１０を目安として、Ａ／ａを５以上、好ましくは２０以上とすることが好ましい。上限は特にないが、実用上は、数１００程度が限度であると考えられる。
It is desirable that the width of the
なお、発光素子８２によって受光が制限される面積ａとは、発光素子８２の平面寸法、すなわち平面図における投影面積のみならず、発光素子８２と受光素子６０との間に配置される遮光板６２の大きさ、透光性基板８０に配線される発光素子用配線の大きさ等を考慮した面積である。例えば、受光素子６０を４ｍｍ角程度とし、発光素子８２を１ｍｍ角とすれば、素子面積比で１６倍であり、その他の影響を計算に入れても、Ａ／ａを５以上１０程度とすることは可能である。発光素子８２を０．２ｍｍ角とすれば、素子面積比で４００倍であり、その他の影響を計算に入れても、Ａ／ａを１０以上とすることは容易である。
Note that the area a in which light reception is restricted by the
図６は、発光素子８２が搭載された透光性基板８０の平面展開図である。なお、以下では、図１から図５の符号を用いて説明する。透光性基板８０は、受光素子６０の上面に発光素子８２を配置するための回路基板であり、また、できるだけ、受光素子６０に入る光の経路を妨げないように、透光性材料で構成される基板である。すなわち、透光性基板８０は、受光素子６０の受光面積を極力制限しないように発光素子８２を支持して発光素子８２の上面に配置する機能を有する支持基板である。また、発光素子８２の端子を受光素子６０の外側に引き出すための配線機能を有する配線基板でもある。
FIG. 6 is a plan development view of the
透光性基板８０は、図６で示される折曲線７９，８１において、折り曲げられる。折り曲げは、透光性基板８０の両面のうち、発光素子８２が搭載される側の面を上面として、両端部が下面側に向かって略９０度の角度となるように行われる。すなわち、上面を平坦面として、平坦面の両端側が脚状に下側に折り曲げられたブリッジ形状となる。なお、図２には、透光性基板８０の折り曲げた後の形状が示されている。
The
折り曲げられた両端部は、図５で説明したように、回路基板５０の切り込みである取付部５２，５３にそれぞれ挿入される。なお、図６には、透光性基板８０が回路基板５０に取り付けられたときの受光素子６０とその受光領域６１の配置位置が破線で示されている。これから分かるように、透光性基板８０が回路基板５０に取り付けられたとき、発光素子８２は、受光素子６０の受光領域６１のほぼ中央に来る。この配置になるように、透光性基板８０において、発光素子用配線９０，９１、接続用パターン９４，９５、折曲線７９，８１の配置関係が設定されることになる。このように、回路基板５０の取付部５２，５３を用いて、透光性基板８０は、その両端部である周辺部において回路基板５０と位置決めされ、取り付けられる。
The bent both ends are inserted into
また、透光性基板８０は、発光素子８２の端子を引き出すための発光素子用配線９０，９１を有する。発光素子８２として上記のようにＬＥＤを用いるときは、発光素子８２の端子は２つであるので、発光素子用配線９０，９１は２本で構成される。発光素子用配線９０，９１は、一端側が透光性基板８０の中央部に配置されて発光素子８２の２つの端子とそれぞれ接続され、他端側が透光性基板８０の周辺部にそれぞれ配置される。図６においては、他端側の端子として、接続用パターン９４，９５が示されている。接続用パターン９４，９５は、導電パターンであると共に半田付け可能なパターンである。接続用パターン９４，９５は、図５で説明した接続部５４，５５に対応するもので、半田付け等でこれらが相互に電気的に接続し固定されることで、発光素子８２の２端子が、回路基板５０の接続部５４，５５と固定接続されることになる。
The
透光性基板８０には、発光素子８２の２端子に接続される接続用パターン９４，９５の他に、透光性基板８０の中央部を対称の中心として、接続用パターン９４，９５と対称の位置に、さらに２つの接続用パターン９６，９７が配置されている。この２つの接続用パターン９６，９７は、発光素子８２を含んで他の要素に接続されていない導電パターンであり、また半田付け可能なパターンである。この接続用パターン９６，９７は、図５で説明した接続部５６，５７に対応するもので、半田付け等でこれらが相互に接続固定されることで、先ほどの接続用パターン９４，９５と接続部５４，５５の半田付け接続固定とあいまって、透光性基板８０が回路基板５０に位置決めされて固定される。
In addition to the
図７Ａ、図７Ｂは、発光素子８２と、発光素子用配線９０，９１との接続部の拡大図である。図７Ａは断面拡大図、図７Ｂは平面拡大図である。なお図７Ｂは、発光素子８２を一部破断し、発光素子用配線９０，９１を見やすくして示してある。発光素子用配線９０，９１は、透光性基板８０の上下両面に配線される。具体的には、図７Ｂに示されるように、発光素子８２が接続される部分においては、発光素子用配線９０と、発光素子用配線９１は、共に、透光性基板８０の上面側に配置される。そして、一方側の配線が、図７Ａ、図７Ｂの例では、発光素子用配線９１が、スルーホール９２を介して、透光性基板８０の裏面側に回って配線される。この状態において、発光素子用配線９０が透光性基板８０の上面側に配置され、発光素子用配線９１が透光性基板８０の下面側、すなわち発光素子用配線９０が配置される面とは反対側の裏面側に配置される。
7A and 7B are enlarged views of a connection portion between the light emitting
そして、上面側の発光素子用配線９０と、下面側の発光素子用配線９１とは、透光性基板８０を挟んで相互に重なって配置される。つまり、図７Ｂの平面図では、この２つの配線は重なって示される。このように２つの配線を透光性基板８０を挟んで相互に重なるように配置することで、配線によって受光素子６０の受光領域６１の受光面積が制限されることを抑制することができる。
The light emitting
このようにして透光性基板８０を挟んで相互に重なるようにして配置された発光素子用配線９０，９１は、透光性基板８０の周辺部に向かって延伸される。そして、スルーホールを再び用いて、発光素子用配線９１を透光性基板８０の上面側に戻し、接続用パターン９４，９５においては、双方と透光性基板８０の上面側の配置となる。
Thus, the light emitting element wirings 90 and 91 arranged so as to overlap each other with the
かかる透光性基板８０としては、透光性フィルムに配線パターンを形成したものを用いることができる。透光性フィルムとしては、もちろん、有色フィルムでもよく、反射型光センサ１０の用途に合わせ特定の波長の光を透過するプラスチックフィルムを用いることもできる。しかし、受光素子６０に効率よく光を集めるには、理想的には、透過率が１００％であることが好ましい。すなわち、透明フィルムを用いることが好ましい。配線パターンを配置するのに適した透明フィルムの材料としては、透過率が約８５％の透明ポリイミドフィルム、透過率が約７７％の透明アラミドフィルム、透過率が約８７％の透明ポリエチレンナフタレートフィルム等を用いることができる。なお、上記のように、透明フィルムであっても透過率は１００％とならないので、強度等から見て必要のない部分は、透明フィルム部分を削除することがよい。
As this translucent board |
次に、発光素子８２と発光素子用配線９０，９１との間の接続について説明する。発光素子８２は、電気信号によって光を放射することができるデバイスで、上記のようにＬＥＤが用いられる。ＬＥＤは２端子素子であるが、ここでは、この２端子を外部に接続するものとしてバンプ端子８４，８５が用いられる。バンプ端子８４，８５は、発光素子８２のチップ表面に配線される端子パターンの上に適当な高さの導電性材料を配置したもので、チップ表面より盛り上がった形状を有する。バンプ端子８４，８５の平面図における直径は、例えば０．１ｍｍ程度以下とすることができる。したがって、発光素子８２の大きさは、０．２ｍｍ角程度のものでもバンプ端子８４，８５を形成することができる。
Next, the connection between the light emitting
この２つのバンプ端子８４，８５を、発光素子用配線９０，９１のそれぞれの上に来るように位置決めし、適当な圧力の下で熱エネルギあるいは超音波エネルギを与えることで、バンプ端子８４，８５を発光素子用配線９０，９１に電気的に接続し、固定することができる。必要があれば、熱エネルギと共に超音波エネルギも与えるものとしてもよい。このように、バンプ端子を用いてチップの端子を外部配線に接続する技術は、バンプ接続技術、フリップチップ接続技術、あるいはフェースダウン接続技術等と呼ばれる。
The
フェースダウン接続技術と呼ばれることから分かるように、発光素子８２は、端子パターンが配線されるチップ表面を下側に向けて、バンプ端子８４，８５が発光素子用配線９０，９１と接続される。発光素子８２の発光面は一般的に端子パターンが配線されるチップ表面であるので、発光素子８２から放射される光は下向きとなる。すなわち、透光性基板８０の上面に向かって、換言すれば、受光素子６０の上面である受光面に向かって、発光素子８２から光が放射されることになる。もちろん、発光素子８２の側面からも底面からも一部光が放射されるが、多くの光は、受光素子６０に向かって放射されることになる。
As can be seen from the face-down connection technique, the
図６に戻って、破線で示される遮光板６２は、発光素子８２から下向きに放射される光が受光素子６０に入り込まないようにする機能を有する部材である。その部分の拡大図を図８に示す。図８に示されるように、遮光板６２は、透光性基板８０と受光素子６０との間であって、発光素子８２の真下に配置され、その大きさは、発光素子８２から放射する光が受光素子６０に回り込まない程度であることを要する。かかる遮光板６２としては、黒色を有する適当な光吸収板を用いることができる。
Returning to FIG. 6, the
遮光板６２の機能は、発光素子８２からの下向きの光を受光素子６０に入り込まないようにするものであるので、光吸収材の代わりに、光反射材を用いてもよい。図９は、光反射材１１８を透光性基板８０と受光素子６０との間に配置する例を示す図である。この場合でも光反射材１１８は、発光素子８２の真下に配置され、その大きさは、発光素子８２から放射する光が受光素子６０に回り込まない程度であることを要する。かかる光反射材１１８としては、アルミニウム等の適当な金属板を用いることができる。光反射材１１８は、少なくとも発光素子８２側が光反射性を有することを要するが、受光素子６０側は必ずしも光反射性を有していなくてもよい。例えば、受光素子６０側の面に黒色塗料等の適当な光吸収性膜を配置するものとしてもよい。
Since the function of the
図１０は、発光素子８２から放射する光が受光素子６０に回り込むことをさらに抑制するために、凹面を有する透光性基板１２０を用い、凹面のくぼみの中に発光素子８２を配置し、受光素子６０側の面に遮光膜１２４を設ける例を示す図である。遮光膜１２４は、光吸収材であってもよく、光反射材であってもよい。光反射材の場合は、少なくとも発光素子８２側が光反射性を有していればよい。また、図１０に示されるように、透光性基板１２０の発光素子８２側の面において、発光素子用配線を広げて、凹面に沿った形状の発光素子用配線１２１，１２２とすることもできる。
In FIG. 10, in order to further suppress the light radiated from the
図６では、受光素子６０の受光領域６１に影響を与えることを少なくするため、発光素子用配線９０，９１は両面配線としたのであるが、発光素子８２の近傍では、発光素子８２から受光素子６０へ向かう光が問題となるので、この近傍部分においては却って発光素子用配線を広げて、発光素子８２からの光を遮光するものとすることができる。したがって、凹面に沿った形状の発光素子用配線１２１，１２２の隙間等によって遮光できない部分のみに、遮光膜１２４を設けるものとすることができる。
In FIG. 6, in order to reduce the influence on the
なお、受光素子６０の上面と透光性基板８０の下面とは必ずしも固定する必要はないが、必要に応じ、適当な接着材等を用いて固定するものとしてもよい。例えば、透光性基板８０と遮光板６２等とを適当な接着材で固定するものとすれば、そのときに、同時に受光素子６０の上面に遮光板６２等を接着固定するものとしてもよい。
The upper surface of the
このように、平面寸法が受光素子よりも小さい発光素子を用いてこれを透光性基板の上に配置し、透光性基板を受光素子の上に配置することで、受光素子から放射されて対象物から反射されてくる光を効率よく受光素子に集めることができる。また、バンプ端子を用いて、発光素子を透光性基板上の発光素子用配線に接続することで、ワイヤボンディングを用いる従来技術に比べ、受光素子上にワイヤによる影が発生しない分、受光素子の受光面積に与える影響を抑制できる。また、複数の発光素子用配線について、透光性基板を挟んで相互に重なるように配置することで、個別に配置することに比べ、受光素子上に配線による影が減少する分、受光素子の受光面積に与える影響を抑制できる。 As described above, the light emitting element having a smaller plane dimension than the light receiving element is used to place the light emitting element on the light transmitting substrate, and the light transmitting element is disposed on the light receiving element. Light reflected from the object can be efficiently collected on the light receiving element. In addition, by connecting the light-emitting element to the light-emitting element wiring on the light-transmitting substrate using the bump terminals, the light-receiving element is less affected by the wire than the conventional technique using wire bonding. The influence on the light receiving area can be suppressed. Further, by arranging the plurality of wirings for the light emitting elements so as to overlap each other with the light-transmitting substrate interposed therebetween, the shadow of the wiring on the light receiving element is reduced as compared with the case where they are individually arranged. The influence on the light receiving area can be suppressed.
次に、透光性基板のいくつかの変形例を説明する。図１１から図１３は、透光性基板において、強度上で問題のない部分を削除し、受光素子６０の受光領域６１について、透光性フィルムで覆われる部分を少なくし、露出する部分を多くした例を示す図である。上記のように、透光性フィルムの透過率は、約７０％から約８０％であるから、透光性フィルムで覆われる部分が少ないほど、受光素子６０の受光領域６１が効果的に働くことになる。なお、以下では、図１から図１０の要素と同様の要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。また、図１から図１０の符号を用いて説明する。
Next, some modifications of the translucent substrate will be described. In FIGS. 11 to 13, in the translucent substrate, a portion having no problem in strength is deleted, and in the
図１１の透光性基板１００は、発光素子８２から４方向に延びるアーム状の部分を有し、それ以外の透光性フィルムの部分を強度上問題がないものとして削除した形状を有する。発光素子用配線と、回路基板５０との接続固定のための接続用パターンは、この４方向に延びるアーム状の部分にそれぞれ配置される。
The
図１２の透光性基板１０２は、発光素子８２から４方向に延びるアーム状の部分を有するが、そのうちの１つのアーム状の部分に発光素子用配線と、回路基板５０との接続固定のための接続用パターンを配置するものである。そして、残りの３つは、回路基板５０に取り付け固定されるのではなく、受光素子６０の周辺部に位置決めされ、適当な接着材等で固定される。接着等の固定位置１０４は、受光素子６０の受光領域６１の外側であることが好ましい。
The
図１３の透光性基板１０６は、図６で説明した透光性基板８０の基本的構成を活かし、強度的に問題のない箇所の透光性フィルムを削除したものである。すなわち、発光素子８２から４方向に延びるアーム状の部分を有するようにしながら、両端部で接続されるようにし、各アームの間の透光性フィルムを削除した構成となっている。例えば、図１０に示される抜穴部１０８，１０９においては透光性フィルムが削除されている。折曲線１１０，１１１の位置は、図６で説明した折曲線７９，８１と同じで、ここで折り曲げられた先端部が、回路基板５０の取付部５２，５３に挿入される。
The light-transmitting
次にカバー筐体のいくつかの変形例を説明する。図１から図３で説明したカバー筐体は、発光素子の近傍は厚さが一様の平行平板であるとして説明した。図１４から図１６は、カバー筐体の厚さ方向の形状を工夫して、発光素子からの光の放射性の改善を図る例を示す図である。なお、以下では、図１から図１３の要素と同様の要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。また、図１から図１３の符号を用いて説明する。 Next, some modifications of the cover housing will be described. The cover housing described in FIGS. 1 to 3 has been described on the assumption that the vicinity of the light emitting element is a parallel plate having a uniform thickness. FIGS. 14 to 16 are diagrams illustrating an example in which the shape of the cover casing in the thickness direction is devised to improve the radiation of light from the light emitting element. In the following, the same elements as those in FIGS. 1 to 13 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. Further, description will be made using the reference numerals in FIGS.
図１４のカバー筐体１３０は、その中央部において底面側に凸部１３４を有するものである。凸部の具体的形状は、例えば、球面の一部であるものとすることができる。そして、この凸部の中に発光素子８２を収納するように適当なくぼみ１３２を形成し、凸部１３４の先端が透光性基板８０の上面に接するものとできる。なお、上記のように、発光素子８２の下面側には遮光板６２が配置されている。このようにすることで、この凸部１３４をあたかも凸レンズのように働かせ、発光素子８２から下向きに放射して出る光を凸部１３４の内面に集めて、効率よく、カバー筐体１３０の上面側に向けて放射させることができる。
The
図１５のカバー筐体１４０は、さらに、発光素子８２を収納するくぼみの形状を工夫し、発光素子８２から下向きに放射して出る光を、上面側に向くようにしたものである。図１４において、発光素子８２を収納するくぼみは適当な形状であったが、図１５においては、半球状のくぼみ１３６としている。このようにすることで、このくぼみ１３６の内面に入射した光の進路が、より上面側に向かうようにできる。
Further, the
図１６のカバー筐体１４２は、その中央部における底面側の凸部の形状を球面の一部とせずに、円錐形の一部の形状を有する凸部１３８とする例を示す図である。このようにすることで、凸部１３８の内面で反射する光の指向性を高めることができる。
The
［実施例２］
図１で説明した反射型光センサ１０及びその変形例では、遮光板として光吸収材または光反射材を用いて、発光素子８２からの下向きの光が受光素子６０に回り込まないようにしている。ここで、リフレクタを用いて、発光素子８２からの下向きの光を上向きに反射させ、対象物８に照射するものとすることもできる。[Example 2]
In the reflection type
図１７から図２２は、リフレクタ１８０を用いる反射型光センサ１６０の構成を説明する図である。ここで図１７は反射型光センサ１６０の平面図、図１８はその正面断面図、図１９は側面断面図である。なお、図１９には、反射型光センサ１０の構成要素ではないが、センシングの対象である対象物８が破線で示されている。また、図１７においては、一部破断図として、内部構成が図示されている。なお、以下では、図１から図１６の要素と同様の要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。また、図１から図１６の符号を用いて説明する。
FIGS. 17 to 22 are diagrams for explaining the configuration of the
反射型光センサ１６０は、図１で説明した反射型光センサ１０と同じ外形を有する。カバー筐体１６２は、発光素子８２を一部収納するくぼみを底面側に有するところが相違するほかは図１のカバー筐体２０と同じである。また、ここでは裏蓋１６４が図１のシールド蓋２４に代えて用いられている。もちろん、図１のシールド蓋２４をそのまま用いることもできる。
The
リフレクタ１８０は、受光素子６０と発光素子８２との間に、上方に行くほど開口の大きさが広がる形状のくぼみを有する集光部材である。くぼみの深さは、少なくとも発光素子８２の発光面がくぼみの内部となるように十分深く設定される。例えば、発光素子８２の高さの少なくとも１／２以上の深さを有することが好ましい。リフレクタ１８０は、少なくともくぼみの内面が高い反射率の表面に仕上げられていることが好ましい。このくぼみの中に発光素子８２が配置されることで、発光素子８２から下向きに出る光は、リフレクタ１８０の内面において反射して、場合によってはそのまま上方に向けて放射され、あるいは、再びリフレクタ１８０の内面の別の箇所において反射し、そこで上方に向けて放射され、あるいは場合によってはこれを数回繰り返して上方に向けて放射される。したがって、発光素子８２から下向きに出た光は、最終的にはことごとく上方に向けて放射される。この意味で、図１の反射型光センサ１０に比べ、対象物８に対する光の強度を格段に高めることができる。
The
かかるリフレクタ１８０は、適当な金属材料を絞り加工によって成形したものを用いることができる。例えば、アルミニウム板材を用い、四角錘形状において頭部を平坦に切断した外形に成形したものをリフレクタ１８０とすることができる。必要に応じ、リフレクタ１８０のくぼみの内面を光沢仕上げをするものとしてもよい。
As the
透光性基板１７０は、発光素子８２を搭載する基板であるが、発光素子８２がリフレクタ１８０のくぼみの内部に配置されることから、図１８に示されるように、リフレクタ１８０の底面に配置された後、リフレクタ１８０のくぼみの斜面に沿って上方に延び、カバー筐体１６２の上面板部の底面側に密着するようにして配置される。そして、両端部は、図１の反射型光センサ１０と同様に、取付部５２において、挿入され、半田付け等で接続固定が行われる。
The
図２０は、透光性基板１７０の展開詳細図である。また、図２１は、発光素子８２、透光性基板１７０、リフレクタ１８０の関係を示す模式的斜視図、図２２は、リフレクタ１８０近傍の拡大図である。
FIG. 20 is a development detail view of the
図２１、図２２に示されるように、透光性基板１７０および発光素子８２は、受光素子６０上のリフレクタ１８０と、くぼみを有するカバー筐体１６２によって挟まれてしっかりと保持される。したがって、透光性基板１７０は、図１の反射型光センサ１０に用いられる透光性基板８０に比べ、取り付けと保持等のための強度をあまり心配しなくてもよく、図２０に示されるように、細い形状とし、発光素子８２の２端子に対応する発光素子用配線１７２，１７３を両側に引きだすものとすることができる。透光性基板１７０の両端に引き出された発光素子用配線１７２，１７３は、それぞれ接続用パターン１７４，１７５となる。これらの接続用パターン１７４，１７５は、図６で説明した接続用パターン９４，９５と同様に、回路基板５０との接続固定に用いられる。
As shown in FIG. 21 and FIG. 22, the
［実施例３］
上記では、カバー筐体の平面外形を略矩形として説明した。図２３は、カバー筐体の平面外形を円形とする反射型光センサ２００の構成を示す図である。なお、以下では、図１から図１６の要素と同様の要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。また、図１から図１６の符号を用いて説明する。[Example 3]
In the above description, the planar outer shape of the cover housing is described as being substantially rectangular. FIG. 23 is a diagram illustrating a configuration of the
反射型光センサ２００は、上記のように、平面外形が円形のカバー筐体２０２を有するこれに対応して、遮光膜２０４も外形が円形の中に矩形の窓部を有する形状となる。また、回路基板２１０も、カバー筐体２０２の内部に収納配置される部分の形状が円形となる。それ以外の各要素の内容は、図１の反射型光センサ１０について説明したものと同様である。
As described above, the
回路基板２１０について、カバー筐体２０２の内部に収納配置される部分の形状が円形となるため、透光性基板の形状の選択に自由度が増加する。図２４、図２５は、円形のカバー筐体２０２を有する反射型光センサ２００に適した透光性基板の例を示す図である。
Since the shape of the portion of the
図２４の透光性基板２２０は、発光素子用配線９０，９１の保持に必要な部分を残し、できるだけ透光性フィルムを削除し、受光素子６０の受光領域６１を露出するようにした例である。
The
図２５の透光性基板２３０は、発光素子８２から４方向に延びるアーム状の部分を有し、それ以外の透光性フィルムの部分を削除した形状を有する。この形状は、図１１から図１３で説明したものと類似するが、回路基板５０が円形部分を有する場合は、アームの延びる方向を比較的自由に選択できる。図２５の場合では、アームの延びる方向が受光素子６０の辺に平行な方向とされている。
The
なお、カバー筐体の平面外形を円形とする反射型光センサ２００においても、図１１から図１３と同様の形状の透光性基板を用いるものとしてもよい。また、図１で説明した反射型光センサ１０、図１７で説明した反射型光センサ１６０に、図２４、図２５と同様の形状の透光性基板を用いるものとしてもよい。
Also in the reflection type
本発明に係る反射型光センサは、対象物に発光素子から光を当て、対象物からの反射光を受光素子で受けて、対象物の位置、変位、物性等を検出するために用いられる。 The reflection type optical sensor according to the present invention is used to detect the position, displacement, physical properties, etc. of an object by applying light from the light emitting element to the object and receiving the reflected light from the object by the light receiving element.
【０００２】
構造となり、発光素子からの出る光の大部分が受光領域で受光され光の利用効率が大幅に向上すると述べられている。
特許文献１：特開２００５−１２３３１１号公報
特許文献２：特開２００１−３２６３８２号公報
発明の開示
発明が解決しようとする課題
［０００６］
上記特許文献によれば、発光素子から放射する光の軸の中心と受光素子が受け取る光の軸の中心とがほぼ一致するので、発光素子から放射されて対象物から反射されてくる光を効率よく受光素子に集めることができる。しかし、特許文献１においては、導光体を要する。また、特許文献２においては、受光素子の上に発光素子を樹脂封止し、その側壁等を遮光する処理を行い、さらに全体を樹脂封止することを要する。
［０００７］
本願の目的は、比較的簡単な構成で、発光素子から放射されて対象物から反射されてくる光を効率よく受光素子に集めることができる反射型光センサを提供することである。
課題を解決するための手段
［０００８］
本発明に係る反射型光センサは、対象物に向けて上面に受光領域を有する受光素子と、受光素子が搭載される主回路基板と、平面寸法が受光素子よりも小さい発光素子と、発光素子が受光素子の受光領域の中央部に来るように発光素子を配置する回路基板であって、受光素子の上面側に配置され、主回路基板と接続される透光性基板と、発光素子から下向きに放射される光が受光素子に入り込まないように発光素子の真下に配置される遮光部材または反射部材と、を含み、発光素子から対象物に光を当て、対象物から反射してくる光を受光素子で受けることを特徴とする。
［０００９］
また、本発明に係る反射型光センサにおいて、発光素子は、バンプ形状の端子を有し、発光面を透光性基板側に向けてバンプ端子によって透光性基板に実装されることが好ましい。
［００１０］
［００１１］
また、本発明に係る反射型光センサにおいて、透光性基板に設けられる複数の配線であって、一端側が透光性基板の中央部に配置されて発光素子の各端子とそれぞれ接続され、他端側が透光性基板の周辺部にそれぞれ配置される発光素子用配線を有することが好ましい。[0002]
It is said that most of the light emitted from the light emitting element is received in the light receiving region and the light use efficiency is greatly improved.
Patent Document 1: Japanese Patent Laid-Open No. 2005-123411 Patent Document 2: Japanese Patent Laid-Open No. 2001-326382 Disclosure of the Invention Problems to be Solved [0006]
According to the above-mentioned patent document, since the center of the axis of light emitted from the light emitting element and the center of the axis of light received by the light receiving element substantially coincide with each other, the light emitted from the light emitting element and reflected from the object is efficiently used. It can often be collected in the light receiving element. However, in
[0007]
An object of the present application is to provide a reflective optical sensor that can efficiently collect light emitted from a light emitting element and reflected from an object with a relatively simple configuration.
Means for Solving the Problems [0008]
A reflective optical sensor according to the present invention includes a light receiving element having a light receiving region on an upper surface thereof toward an object, a main circuit board on which the light receiving element is mounted, a light emitting element having a smaller plane dimension than the light receiving element, and a light emitting element Is a circuit board on which the light emitting element is arranged so as to be in the center of the light receiving area of the light receiving element, and is disposed on the upper surface side of the light receiving element and is connected to the main circuit board, and downward from the light emitting element A light-shielding member or a reflective member disposed directly below the light-emitting element so that light emitted from the light-emitting element does not enter the light-receiving element, and applies light from the light-emitting element to the object and reflects light reflected from the object It is received by a light receiving element.
[0009]
In the reflective optical sensor according to the present invention, it is preferable that the light emitting element has a bump-shaped terminal and is mounted on the translucent substrate by the bump terminal with the light emitting surface facing the translucent substrate.
[0010]
[0011]
Further, in the reflection type photosensor according to the present invention, a plurality of wirings provided on the translucent substrate, one end side of which is disposed at the central portion of the translucent substrate and connected to each terminal of the light emitting element, respectively. It is preferable that the end side has a wiring for a light emitting element, which is arranged in the peripheral portion of the light transmitting substrate.
【０００３】
［００１２］
また、本発明に係る反射型光センサにおいて、複数の配線は、透光性基板を挟んで相互に重なって配置される部分を有することが好ましい。
［００１３］
また、本発明に係る反射型光センサにおいて、受光素子を搭載する基板であって、透光性基板の周辺部を取り付ける取付部を有する受光素子基板を含み、透光性基板は、その周辺部において位置決めされて受光素子基板に取り付けられることが好ましい。
［００１４］
また、本発明に係る反射型光センサにおいて、受光素子基板には、発光素子用の複数の引出配線が取付部を通って設けられ、透光性基板の周辺部が取付部に電気的に接続されて取り付けられることで、発光素子の各端子が複数の引出線と接続されることが好ましい。
［００１５］
また、本発明に係る反射型光センサにおいて、受光素子基板は、受光素子が搭載される反対側の裏面側に、発光素子または受光素子の少なくとも一方のための電子回路が実装されることが好ましい。
［００１６］
また、本発明に係る反射型光センサにおいて、受光素子と発光素子とを覆う光学的カバー素子であって、発光素子からの光を外部に導き、外部からの反射光を受光素子に導く光学的カバー素子を含むことが好ましい。
［００１７］
また、本発明に係る反射型光センサにおいて、光学的カバー素子は、窓部を除いて光の出入りを制限する遮光部を有することが好ましい。
発明の効果
［００１８］
上記構成により、反射型光センサは、上面に受光領域を有する受光素子の上面側に透光性基板が配置され、その透光性基板の上面に、平面寸法が受光素子よりも小さい発光素子が配置される。近年の半導体素子の小型化技術の進展によって、例えば小型の発光素子を用いることが容易となってきている。一例を上げると、１つの発光素子の平面寸法が０．２ｍｍ角のものを用いることができる。このように小型の発光素子を透光性基板の上に配置し、発光素子よりも大きい平面寸法の受光素子の上にこの透光性基板を配置すれば、比較的簡単な構成で、発光素子から放射されて対象物から反射されてくる光を効率よく受光素子に集めることができる。
［００１９］
また、発光素子はバンプ形状の端子を有し、バンプ端子によって透光性基板に実[0003]
[0012]
In the reflection type optical sensor according to the present invention, it is preferable that the plurality of wirings have portions arranged to overlap each other with the translucent substrate interposed therebetween.
[0013]
Further, in the reflection type optical sensor according to the present invention, the substrate includes a light receiving element substrate on which the light receiving element is mounted, the light receiving element substrate having a mounting portion to which the peripheral portion of the light transmitting substrate is attached. It is preferable to be positioned and attached to the light receiving element substrate.
[0014]
In the reflection type photosensor according to the present invention, the light receiving element substrate is provided with a plurality of lead wires for the light emitting element through the attachment portion, and the peripheral portion of the translucent substrate is electrically connected to the attachment portion. By being attached, it is preferable that each terminal of the light emitting element is connected to a plurality of lead wires.
[0015]
In the reflection type photosensor according to the present invention, the light receiving element substrate is preferably mounted with an electronic circuit for at least one of the light emitting element and the light receiving element on the back side opposite to the side on which the light receiving element is mounted. .
[0016]
The reflective optical sensor according to the present invention is an optical cover element that covers the light receiving element and the light emitting element, and is an optical cover that guides light from the light emitting element to the outside and guides reflected light from the outside to the light receiving element. It is preferable to include a cover element.
[0017]
In the reflective optical sensor according to the present invention, it is preferable that the optical cover element has a light shielding portion that restricts light entry and exit except for the window portion.
Effects of the Invention [0018]
With the above configuration, the reflective optical sensor has a light-transmitting substrate disposed on the upper surface side of the light-receiving element having a light-receiving region on the upper surface, and a light-emitting element having a planar dimension smaller than that of the light-receiving element is formed on the upper surface of the light-transmitting substrate. Be placed. With recent progress in miniaturization technology of semiconductor elements, it has become easy to use, for example, small light emitting elements. As an example, a light emitting device having a planar dimension of 0.2 mm square can be used. Thus, if a small light-emitting element is arranged on a light-transmitting substrate and this light-transmitting substrate is arranged on a light-receiving element having a larger plane size than the light-emitting element, the light-emitting element has a relatively simple configuration. The light radiated from the light and reflected from the object can be efficiently collected on the light receiving element.
[0019]
In addition, the light emitting element has bump-shaped terminals, and the bump terminals are mounted on the translucent substrate.
【００１４】
のチップ表面に配線される端子パターンの上に適当な高さの導電性材料を配置したもので、チップ表面より盛り上がった形状を有する。バンプ端子８４，８５の平面図における直径は、例えば０．１ｍｍ程度以下とすることができる。したがって、発光素子８２の大きさは、０．２ｍｍ角程度のものでもバンプ端子８４，８５を形成することができる。
［００５９］
この２つのバンプ端子８４，８５を、発光素子用配線９０，９１のそれぞれの上に来るように位置決めし、適当な圧力の下で熱エネルギあるいは超音波エネルギーを与えることで、バンプ端子８４，８５を発光素子用配線９０，９１に電気的に接続し、固定することができる。必要があれば、熱エネルギと共に超音波エネルギも与えるものとしてもよい。このように、バンプ端子を用いてチップの端子を外部配線に接続する技術は、バンプ接続技術、フリップチップ接続技術、あるいはフェースダウン接続技術等と呼ばれる。
［００６０］
フェースダウン接続技術と呼ばれることから分かるように、発光素子８２は、端子パターンが配線されるチップ表面を下側に向けて、バンプ端子８４，８５が発光素子用配線９０，９１と接続される。発光素子８２の発光面は一般的にチップの内部であるが、端子パターンが配線されるチップ表面から放射される光は下向きとなる。すなわち、透光性基板８０の上面に向かって、換言すれば、受光素子６０の上面である受光面に向かって、発光素子８２から光が放射されることになる。もちろん、発光素子８２の側面からも底面からも光が放射されるが、端子パターンが配線されるチップ表面からの光は、受光素子６０に向かって放射されることになる。
［００６１］
図６に戻って、破線で示される遮光板６２は、発光素子８２から下向きに放射される光が受光素子６０に入り込まないようにする機能を有する部材である。その部分の拡大図を図８に示す。図８に示されるように、遮光板６２は、透光性基板８０と受光素子６０との間であって、発光素子８２の真下に配置され、その大きさは、発光素子８２から放射する光が受光素子６０に回り込まない程度であることを要する。かかる遮光板６２としては、黒色を有する適当な光吸収板を用いることができる。
［００６２］
遮光板６２の機能は、発光素子８２からの下向きの光を受光素子６０に入り込まないようにするものであるので、光吸収材の代わりに、光反射材を用いてもよい。図９は、光反射材１１８を透光性基板８０と受光素子６０との間に配置する例を示す図である。[0014]
A conductive material having an appropriate height is arranged on a terminal pattern wired on the chip surface, and has a shape raised from the chip surface. The diameter of the
[0059]
The
[0060]
As can be seen from the face-down connection technique, the
[0061]
Returning to FIG. 6, the
[0062]
Since the function of the
【００１５】
この場合でも光反射材１１８は、発光素子８２の真下に配置され、その大きさは、発光素子８２から放射する光が受光素子６０に回り込まない程度であることを要する。かかる光反射材１１８としては、アルミニウム等の適当な金属板を用いることができる。光反射材１１８は、少なくとも発光素子８２側が光反射性を有することを要するが、受光素子６０側は必ずしも光反射性を有していなくてもよい。例えば、受光素子６０側の面に黒色塗料等の適当な光吸収性膜を配置するものとしてもよい。
［００６３］
図１０は、発光素子８２から放射する光が受光素子６０に回り込むことをさらに抑制するために、凹面を有する透光性基板１２０を用い、凹面のくぼみの中に発光素子８２を配置し、受光素子６０側の面に遮光膜１２４を設ける例を示す図である。遮光膜１２４は、光吸収材であってもよく、光反射材であってもよい。光反射材の場合は、少なくとも発光素子８２側が光反射性を有していればよい。また、図１０に示されるように、透光性基板１２０の発光素子８２側の面において、発光素子用配線を広げて、凹面に沿った形状の発光素子用配線１２１，１２２とすることもできる。
［００６４］
図６では、受光素子６０の受光領域６１に影響を与えることを少なくするため、発光素子用配線９０，９１は両面配線としたのであるが、発光素子８２の近傍では、発光素子８２から受光素子６０へ向かう光が問題となるので、この近傍部分においては却って発光素子用配線を広げて、発光素子８２からの光を遮光するものとすることができる。したがって、凹面に沿った形状の発光素子用配線１２１，１２２の隙間等によって遮光できない部分のみに、遮光膜１２４を設けるものとすることができる。
［００６５］
なお、受光素子６０の上面と透光性基板８０の下面とは必ずしも固定する必要はないが、必要に応じ、適当な接着材等を用いて固定するものとしてもよい。例えば、透光性基板８０と遮光板６２等とを適当な接着材で固定するものとすれば、そのときに、同時に受光素子６０の上面に遮光板６２等を接着固定するものとしてもよい。
［００６６］
このように、平面寸法が受光素子よりも小さい発光素子を用いてこれを透光性基板の上に配置し、透光性基板を受光素子の上に配置することで、発光素子から放射されて対象物から反射されてくる光を効率よく受光素子に集めることができる。また、バンプ端子を用いて、発光素子を透光性基板上の発光素子用配線に接続することで、ワイヤボンディングを用いる従来技術に比べ、受光素子上にワイヤによる影が発生し[0015]
Even in this case, the
[0063]
In FIG. 10, in order to further suppress the light radiated from the
[0064]
In FIG. 6, in order to reduce the influence on the
[0065]
The upper surface of the
[0066]
As described above, the light emitting element having a smaller plane dimension than the light receiving element is used and disposed on the light transmitting substrate, and the light transmitting element is disposed on the light receiving element so that the light emitting element emits light. Light reflected from the object can be efficiently collected on the light receiving element. In addition, by connecting the light emitting element to the wiring for the light emitting element on the translucent substrate using the bump terminal, a shadow caused by the wire is generated on the light receiving element as compared with the conventional technique using wire bonding.
Claims (10)
受光素子の上面側に配置される透光性基板と、
透光性基板の上面に配置され、平面寸法が受光素子よりも小さい発光素子と、
を含むことを特徴とする反射型光センサ。A light receiving element having a light receiving region on the upper surface;
A translucent substrate disposed on the upper surface side of the light receiving element;
A light-emitting element disposed on the upper surface of the light-transmitting substrate and having a planar dimension smaller than that of the light-receiving element;
A reflection type optical sensor comprising:
発光素子は、バンプ形状の端子を有し、発光面を透光性基板側に向けてバンプ端子によって透光性基板に実装されることを特徴とする反射型光センサ。The reflective optical sensor according to claim 1,
The light-emitting element has a bump-shaped terminal and is mounted on the light-transmitting substrate by the bump terminal with the light-emitting surface facing the light-transmitting substrate.
発光素子と受光素子との間に遮光部材または反射部材が設けられることを特徴とする反射型光センサ。The reflective optical sensor according to claim 2, wherein
A reflection type optical sensor, wherein a light shielding member or a reflection member is provided between a light emitting element and a light receiving element.
透光性基板に設けられる複数の配線であって、一端側が透光性基板の中央部に配置されて発光素子の各端子とそれぞれ接続され、他端側が透光性基板の周辺部にそれぞれ配置される発光素子用配線を有することを特徴とする反射型光センサ。The reflective optical sensor according to claim 1,
A plurality of wirings provided on the translucent substrate, one end side being arranged at the central portion of the translucent substrate and connected to each terminal of the light emitting element, and the other end side being arranged at the peripheral portion of the translucent substrate, respectively. A reflection type optical sensor comprising a wiring for a light emitting element.
複数の配線は、透光性基板を挟んで相互に重なって配置される部分を有することを特徴とする反射型光センサ。The reflective optical sensor according to claim 4, wherein
The reflective optical sensor characterized in that the plurality of wirings have portions arranged to overlap each other with the light-transmitting substrate interposed therebetween.
受光素子を搭載する基板であって、透光性基板の周辺部を取り付ける取付部を有する受光素子基板を含み、透光性基板は、その周辺部において位置決めされて受光素子基板に取り付けられることを特徴とする反射型光センサ。The reflective optical sensor according to claim 4, wherein
A substrate on which a light receiving element is mounted, including a light receiving element substrate having a mounting portion for attaching a peripheral portion of the light transmitting substrate, and the light transmitting substrate is positioned at the peripheral portion and attached to the light receiving element substrate. A reflective optical sensor.
受光素子基板には、発光素子用の複数の引出配線が取付部を通って設けられ、透光性基板の周辺部が取付部に電気的に接続されて取り付けられることで、発光素子の各端子が複数の引出線と接続されることを特徴とする反射型光センサ。The reflective optical sensor according to claim 6,
The light receiving element substrate is provided with a plurality of lead wirings for the light emitting element through the attachment portion, and the peripheral portion of the translucent substrate is attached by being electrically connected to the attachment portion. Is connected to a plurality of leader lines.
受光素子基板は、受光素子が搭載される反対側の裏面側に、発光素子または受光素子の少なくとも一方のための電子回路が実装されることを特徴とする反射型光センサ。The reflective optical sensor according to claim 6,
A reflection type optical sensor, wherein the light receiving element substrate has an electronic circuit for at least one of the light emitting element and the light receiving element mounted on the back side opposite to the side on which the light receiving element is mounted.
受光素子と発光素子とを覆う光学的カバー素子であって、発光素子からの光を外部に導き、外部からの反射光を受光素子に導く光学的カバー素子を含むことを特徴とする反射型光センサ。The reflective optical sensor according to claim 1,
An optical cover element that covers a light receiving element and a light emitting element, and includes an optical cover element that guides light from the light emitting element to the outside and guides reflected light from the outside to the light receiving element. Sensor.
光学的カバー素子は、窓部を除いて光の出入りを制限する遮光部を有することを特徴とする反射型光センサ。The reflective optical sensor according to claim 9, wherein
The reflection type optical sensor, wherein the optical cover element has a light-shielding portion that restricts light in and out except for the window portion.
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