KR101659549B1 - 광 센서 - Google Patents

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츠토무 야마사키
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가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼
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Abstract

기판(2)의 표면(2A)에는 발광 소자(3)와 수광 소자(4)를 마련한다. 발광 소자(3)와 수광 소자(4)는 투명 수지체(5, 7)에 의해 각각 봉지된다. 투명 수지체(5)에는 발광 소자(3)의 상부에 위치하여 렌즈(6)를 마련한다. 렌즈(6)의 중심과 발광 소자(3)의 실장 위치는 어긋나게 배치된다. 이로 인해, 렌즈(6)를 통해서 출사되는 광의 광축은 소정의 앙각(φ)을 가지고 수광 소자(4)와 반대측 방향으로 경사진다. 이때, 렌즈(6)로부터 출사되는 광의 빔 확산각(θ)은 소정의 값으로 설정된다.

Description

광 센서{LIGHT SENSOR}
본 발명은 발광 소자와 수광(受光) 소자를 이용하여 피검출 물체의 존재를 검지하는 광 센서에 관한 것이다.
일반적으로, 발광 소자와 수광 소자를 이용하여 손가락이나 손 등의 피검출 물체의 존재를 검지하는 광 센서가 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조). 이 종류의 광 센서에서는 발광 소자로부터의 출사(出射; emits light) 광이 피검출 물체에 의해 반사되었을 때에, 이 반사광을 수광 소자로 수광함으로써 피검출 물체의 존재를 검지한다. 또한, 광 센서에서는 발광 소자로부터의 출사광이 피검출 물체에 조사(照射)되지 않고 수광 소자에 입사되면 오검지의 원인이 된다.
이러한 미광(迷光; stray light)의 영향을 저감하기 위해서, 특허문헌 1에 기재된 광 센서에서는, 발광 소자와 수광 소자의 상부에 각각 렌즈를 마련하는 동시에, 이들의 렌즈를 덮어서 광 실드를 배치하고, 광 실드의 광 베리어(barrier)에 의해 발광 소자와 수광 소자를 광학적으로 분리하고 있다.
일본국 공개특허공보 2011-180121호
특허문헌 1에 기재된 광 센서에서는 발광 소자와 수광 소자를 광학적으로 분리하기 위해서, 광 실드나 광 베리어와 같은 차광(遮光) 부재가 필요하게 되어서 제조 비용이 증가한다. 또한, 이들의 부재를 이용함으로써 광 센서의 소형화에 지장을 받는다는 문제가 있다.
본 발명은 상술한 문제를 감안한 것으로, 본 발명의 목적은 미광을 저감하면서 소형화가 가능한 광 센서를 제공하는 것에 있다.
(1). 상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 기판과, 상기 기판의 표면에 실장된 발광 소자와, 상기 발광 소자의 상부에 마련된 굴절률 매체와, 상기 기판의 표면에 실장된 수광 소자를 포함하고, 상기 발광 소자로부터 출사된 광이, 피검출 물체에 의해 반사되어 이루어지는 광을 상기 수광 소자로 수광함으로써 상기 피검출 물체의 존재를 검지하는 광 센서이며, 상기 굴절률 매체를 통해서 출사되는 광의 광축(光軸)을 상기 수광 소자와 반대측 방향으로 앙각(仰角)이 47°~89°인 범위에서 설정하는 동시에, 상기 굴절률 매체를 통해서 출사되는 광의 빔 확산각(divergence angle)을 1.8°~42°의 범위에서 설정한 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명에 의하면, 굴절률 매체를 통해서 출사되는 광의 광축을 수광 소자와 반대측 방향으로 앙각이 47°~89°인 범위에서 설정하는 동시에, 빔 확산각을 1.8°~42°의 범위에서 설정했기 때문에, 미광 레벨을 저하시킬 수 있고, S/N을 향상시킬 수 있다. 이렇기 때문에, 광 베리어 등을 마련할 필요가 없어서 광 센서를 소형화할 수 있다. 또한, 발광 소자나 수광 소자의 상부를 광 투과성의 커버로 덮을 때에도, 이 커버의 상, 하방향의 위치에 대하여 미광 레벨의 변동을 작게 할 수 있다.
(2). 본 발명에서는, 상기 굴절률 매체는 렌즈이며, 상기 렌즈를 통해서 출사되는 광의 광축을 상기 수광 소자와 반대측 방향으로 앙각이 50°~89°인 범위에서 설정하는 동시에, 상기 렌즈를 통해서 출사되는 광의 빔 확산각을 1.8°~20.3°의 범위에서 설정하고 있다.
본 발명에 의하면, 렌즈를 통해서 출사되는 광의 광축을 수광 소자와 반대측 방향으로 앙각이 50°~89°인 범위에서 설정하는 동시에, 빔 확산각을 1.8°~20.3°의 범위에서 설정했기 때문에 미광 레벨을 저하시킬 수 있다. 또한, 발광 소자로부터 출사된 광은 렌즈에 의해 집광(集光)되기 때문에 빔 확산각을 작게 할 수 있어서 미광의 영향을 더욱 저감할 수 있다.
(3). 본 발명에서는, 상기 발광 소자의 실장 위치를 상기 렌즈의 중심에 대하여 상기 수광 소자에 근접하는 방향으로 상기 렌즈 반경의 2%~62%의 범위에서 위치가 어긋나게 하고 있다.
본 발명에 의하면, 발광 소자의 실장 위치를 렌즈의 중심에 대하여 수광 소자에게 근접한 방향으로 렌즈 반경의 2%~62%의 범위에서 위치가 어긋나게 했기 때문에, 렌즈를 통해서 출사되는 광의 광축을 수광 소자와 반대측 방향으로 기울일 수 있다.
(4). 본 발명에서는, 상기 굴절률 매체는 경사면을 가진 슬로프체(slope member)이며, 상기 슬로프체를 통해서 출사되는 광의 광축을 상기 수광 소자와 반대측 방향으로 앙각이 47°~57°인 범위에서 설정하는 동시에, 상기 슬로프체를 통해서 출사되는 광의 빔 확산각을 29°~42°의 범위에서 설정하고 있다.
본 발명에 의하면, 슬로프체를 통해서 출사되는 광의 광축을 수광 소자와 반대측 방향으로 앙각이 47°~57°인 범위에서 설정하는 동시에, 빔 확산각을 29°~42°의 범위에서 설정했기 때문에 미광 레벨을 저하시킬 수 있다.
(5). 본 발명은 기판과, 상기 기판의 표면에 실장된 발광 소자와, 상기 발광 소자의 상부에 마련된 굴절률 매체와, 상기 기판의 표면에 실장된 복수개의 수광 소자를 포함하고, 상기 복수개의 수광 소자는 상기 발광 소자를 사이에 두지 않는 위치에 배치되고, 상기 발광 소자로부터 출사된 광이, 피검출 물체에 의해 반사되어 이루어지는 광을 상기 수광 소자로 수광함으로써 상기 피검출 물체의 존재를 검지하는 광 센서이며, 상기 굴절률 매체를 통해서 출사되는 광의 광축을 상기 수광 소자와 반대측 방향으로 앙각이 47°~89°인 범위에서 설정하는 동시에, 상기 굴절률 매체를 통해서 출사되는 광의 빔 확산각을 1.8°~42°의 범위에서 설정한 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명에 의하면, 굴절률 매체를 통해서 출사되는 광의 광축을 수광 소자와 반대측 방향으로 앙각이 47°~89°인 범위에서 설정하는 동시에, 빔 확산각을 1.8°~42°의 범위에서 설정했기 때문에 미광 레벨을 저하시킬 수 있다. 또한, 복수개의 수광 소자를 포함하기 때문에, 피검출 물체의 존재뿐만 아니라 이동 방향도 동시에 검지할 수 있다.
도 1은 제1 실시형태에 의한 광 센서를 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1 중의 발광 소자 및 렌즈를 확대하여 나타내는 확대 단면도이다.
도 3은 광 센서를 나타내는 평면도이다.
도 4는 실측 데이터에 의한 커버판과 센서의 거리 치수와, 커버판으로부터의 미광 레벨의 관계를 나타내는 특성선도이다.
도 5는 시뮬레이션에 의한 렌즈 중심으로부터의 발광 소자의 어긋남량과, 커버판으로부터의 미광 레벨의 관계를 나타내는 특성선도이다.
도 6은 시뮬레이션에 의한 렌즈 중심으로부터의 발광 소자의 어긋남량과, 렌즈 표면 산란 손실의 관계를 나타내는 특성선도이다.
도 7은 발광 소자의 어긋남량을 0.21㎜로 설정한 경우에 있어서, 시뮬레이션에 의한 커버판과 센서의 거리 치수와, 커버판으로부터의 미광 레벨의 관계를 나타내는 특성선도이다.
도 8은 발광 소자의 어긋남량을 0.48㎜로 설정한 경우에 있어서, 시뮬레이션에 의한 커버판과 센서의 거리 치수와, 커버판으로부터의 미광 레벨의 관계를 나타내는 특성선도이다.
도 9는 시뮬레이션에 의한 커버판과 센서의 거리 치수와, 커버판으로부터의 미광 레벨의 관계를 나타내는 특성선도이다.
도 10은 시뮬레이션에 의한 피검출 물체와 센서의 거리 치수와, 신호 레벨의 관계를 나타내는 특성선도이다.
도 11은 실측 데이터에 의한 커버판과 센서의 거리 치수와, 노이즈 레벨의 관계를 나타내는 특성선도이다.
도 12는 실측 데이터에 의한 피검출 물체와 센서의 거리 치수와, 신호 레벨의 관계를 나타내는 특성선도이다.
도 13은 제2 실시형태에 의한 광 센서를 나타내는 단면도이다.
도 14는 시뮬레이션에 의한 커버판과 센서의 거리 치수와, 커버판으로부터의 미광 레벨의 관계를 나타내는 특성선도이다.
도 15는 시뮬레이션에 의한 피검출 물체와 센서의 거리 치수와, 신호 레벨의 관계를 나타내는 특성선도이다.
도 16은 실측 데이터에 의한 커버판과 센서의 거리 치수와, 노이즈 레벨의 관계를 나타내는 특성선도이다.
도 17은 실측 데이터에 의한 피검출 물체와 센서의 거리 치수와, 신호 레벨의 관계를 나타내는 특성선도이다.
도 18은 제3 실시형태에 의한 광 센서를 나타내는 평면도이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 의한 광 센서에 대해서, 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.
도 1 내지 도 3에, 제1 실시형태에 의한 광 센서(1)를 도시한다. 광 센서(1)는 기판(2), 발광 소자(3), 수광 소자(4), 렌즈(6) 등을 포함한다.
기판(2)은 절연 재료를 이용하여 형성된 평판이다. 기판(2)으로는 예를 들면 프린트 배선기판이 이용된다. 기판(2)의 표면(2A)에는 발광 소자(3)와 수광 소자(4)가 실장된다.
발광 소자(3)는 기판(2)의 표면(2A)에 실장되어, 예를 들면 적외선이나 가시광선의 광을 출사한다. 발광 소자(3)의 광축은 통상, 예를 들면 기판(2)의 표면(2A)에 대하여 수직방향(Z축방향)이다. 발광 소자(3)로는 예를 들면 발광 다이오드(LED), 레이저 다이오드(LD), 면발광 레이저(VCSEL)가 이용된다. 검지 분해능을 높이고, S/N을 향상시키기 위해서는 소자로서 원래 출사각(빔 확산각)이 작은 VCSEL을 발광 소자(3)로서 이용하는 것이 바람직하다.
수광 소자(4)는 기판(2)의 표면(2A)에 실장되어, 적외선이나 가시광선의 광을 수광한다. 수광 소자(4)로는 예를 들면 포토 다이오드(PD), 포토 트랜지스터 등이 이용된다. 수광 소자(4)는 예를 들면 발광 소자(3)로부터 도 1 중의 좌, 우방향으로 이간(離間)하여 발광 소자(3)의 근방에 배치된다.
기판(2)의 표면(2A)에는 발광 소자(3)를 덮어서 투명 수지체(5)가 형성된다. 투명 수지체(5)는 발광 소자(3)를 봉지(封止)한다. 투명 수지체(5)에는 발광 소자(3)의 상부에 위치하여 굴절률 매체로서의 발광 소자용의 렌즈(6)가 형성된다. 렌즈(6)는 예를 들면 윗쪽으로 돌출한 대략 반구(半球)형상으로 형성된다.
렌즈(6)의 중심과 발광 소자(3)의 실장 위치는 어긋나게 배치된다. 구체적으로는, 렌즈(6)의 중심은 발광 소자(3)의 실장 위치보다도 어긋남량 X만큼 수광 소자(4)로부터 멀어진 위치에 배치된다. 이로 인해, 렌즈(6)는 발광 소자(3)로부터의 광을 굴절시켜서, 발광 소자(3)로부터의 광속의 광축을 기판(2)과 직교한 수직방향으로부터 경사지게 한다. 이때, 렌즈(6)를 통해서 출사되는 광의 광축은 앙각(φ)을 가지고 수광 소자(4)와 반대측 방향으로 경사진다.
한편, 렌즈(6)는 발광 소자(3)를 봉지하는 투명 수지체(5)에 일체적으로 형성했지만, 투명 수지체(5)와는 별개로 마련해도 된다. 또한, 투명 수지체(5)를 생략하는 구성으로 해도 된다. 이 경우, 렌즈(6)는 예를 들면 기판(2)에 마련한 별개의 지지 부재에 의해 지지하는 구성으로 해도 된다.
기판(2)의 표면(2A)에는 수광 소자(4)를 덮어서 투명 수지체(7)가 형성된다. 투명 수지체(7)는 수광 소자(4)를 봉지한다. 투명 수지체(7)에는 수광 소자(4)의 상부에 위치하여 수광 소자용의 렌즈를 형성하고, 외부에서 입사되는 광을 수광 소자(4)에 집광시켜도 된다.
또, 발광 소자(3)와 수광 소자(4)는 별개의 투명 수지체(5, 7)에 의해 봉지한 경우를 예시했지만, 이들의 투명 수지체(5, 7)를 일체화하여 발광 소자(3)와 수광 소자(4)를 함께 봉지해도 된다.
상술한 바와 같이 구성되는 광 센서(1)는 예를 들면 센서 케이싱(SC)에 수용되는 동시에, 그 상부가 투명한 유리, 수지재료 등으로 이루어지는 커버판(CP)에 의해 덮인 상태로 사용된다. 이 경우, 발광 소자(3)로부터 출사된 광(출사광)은 커버판(CP)을 투과하여 예를 들면 손, 손가락 등의 피검출 물체(Obj)에 조사된다. 또한, 피검출 물체(Obj)에 의해 반사되어 이루어지는 광(반사광)은 커버판(CP)을 투과하여 수광 소자(4)에 의해 수광된다. 이로 인해, 광 센서(1)는 피검출 물체(Obj)가 광 센서(1)의 상부에 위치하는지 여부, 즉 피검출 물체(Obj)의 존재를 검지할 수 있다.
여기서, 발광 소자(3)로부터의 출사광의 일부는 커버판(CP)과 같은 반사체에 의해 반사나 산란되어, 수광 소자(4)로 되돌아오는 경우가 있다. 또한, 발광 소자(3)로부터 나온 광이 투명 수지체(5, 7)의 내부를 직접 전파하여, 수광 소자(4)에 들어오는 직접파가 발생하는 경우도 있다. 이들 수광 소자(4)에 들어오는 커버판(CP)으로부터의 반사광이나 산란광 및 투명 수지체(5, 7) 등을 전파하는 광을 총칭하여 미광이라고 부른다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 본 발명자 등은 실험에 의해, 발광 소자(3)를 렌즈(6)의 중심에 대하여 어긋남량 X가 0(X=0)인 위치에 배치했을 때에는 커버판(CP)의 높이 위치에 따라 미광(SL)의 광 강도 레벨(이하, 미광 레벨이라고 함)이 상승하는 것을 확인하고 있다. 즉, 발광 소자(3)의 실장 위치를 렌즈(6) 중심의 바로 아래에 배치하고, 발광 소자(3)로부터 나온 광을 수직방향으로 출사하는 경우, 적어도 커버판(CP)이 반사하는 광량, 즉 미광은 많아져서 광 센서(1)의 검지 특성이 열화(劣化)된다.
한편, 어긋남량 X가 0보다도 커지도록(X>0), 렌즈(6)의 중심보다도 발광 소자(3)를 수광 소자(4)측으로 어긋나게 하면 미광 레벨은 커버판(CP)의 높이 위치가 변화되어도 일정 혹은 저감된다. 즉, 발광 소자(3)로부터 나온 광을 수광 소자(4)와 반대 방향으로 기울이거나, 혹은 렌즈(6)로부터 나온 광을 수광 소자(4)와 반대 방향으로 기울임으로써 미광은 저감된다.
이것은 발광 소자(3)의 실장 위치를 렌즈(6)의 중심에 대하여 수광 소자(4)측으로 어긋나게 함으로써, 렌즈(6)로부터 출사되는 광의 광축이 수광 소자(4)와 반대측으로 기울어지기 때문에, 그만큼 커버판(CP)으로부터 반사된 광이 수광 소자(4)로 되돌아 오는 광량, 즉 미광 레벨을 저감할 수 있기 때문이라고 생각된다. 여기서, 상술한 실험에 이용한 발광 소자(3)는 850㎚대의 적외선을 출력하는 면발광 레이저이다. 발광 소자(3)가 출력하는 광의 파장은 850㎚대에 한정하지 않고, 설계 사양 등에 따라서 적절히 변경할 수 있다.
그러므로, 도 4의 실측 데이터를 검증하기 위해서, 광학 시뮬레이터를 이용하여 어긋남량 X와 커버판(CP)으로부터의 미광비를 계산했다. 도 5에 그 결과를 나타낸다. 한편, 시뮬레이션 및 실측에서 이용한 렌즈(6)는 언급이 없는 한 구면(球面) 렌즈이다. 커버판(CP)으로부터의 미광비는 어긋남량 X가 0일 때의 미광 레벨을 기준으로 하여, 이것에 대한 비율을 구한 것이다.
이 시뮬레이션에서는 렌즈 반경 R을 파라미터로 하여 계산하고 있다. 한편, 렌즈 반경 R은 투명 수지체(5)로부터의 렌즈(6)의 돌출 치수를 예를 들면 0.15㎜와 같은 일정 값으로 했을 때에 렌즈(6)의 반경(半徑) 치수를 나타내고 있다. 즉, 렌즈 반경 R이 큰 쪽이 곡률 반경도 큰 구면 렌즈가 된다.
도 5에 나타내는 바와 같이, 발광 소자(3)를 렌즈(6)의 중심에 대하여 수광 소자(4)측으로 크게 어긋나게 하는, 즉 어긋남량 X를 늘려 감으로써 커버판(CP)으로부터의 미광비를 저감할 수 있는 것을 알 수 있다. 도 5의 결과로부터, 렌즈 반경 R을 작게 할수록 미광 레벨의 저감 효과는 커지고 있지만, 발광 소자(3)의 어긋남량 X에 대한 미광비의 경사가 커진다. 이렇기 때문에, 발광 소자(3)나 렌즈(6)의 실장 위치의 편차에 의한 감도가 높아진다. 따라서, 제조의 관점에서는 미광 레벨을 허용할 수 있는 범위 내에서 실장 톨러런스(tolerance)를 완화할 수 있고, 만들기 쉬운 렌즈 반경 R을 선택하는 것이 중요하다.
도 6에는 발광 소자(3)의 어긋남량 X에 대한 렌즈 표면 산란 손실의 관계를, 렌즈 반경 R을 파라미터로 하여 나타낸다. 도 6으로부터도 알 수 있듯이 렌즈 반경 R을 작게 하면 렌즈 표면 산란 손실이 커지고, 어떤 실장 위치에서 광이 렌즈(6)로부터 나가지 않게 된다. 예를 들면, 렌즈 반경 R이 0.21㎜인 경우, 발광 소자(3)의 어긋남량 X가 100㎛ 이상에서 렌즈 표면 산란 손실이 급증하고 있어서, 겉보기상 미광 레벨은 저감되지만, 신호가 잡히지 않는, 즉 S/N이 얻어지지 않게 된다.
또, 렌즈 반경 R과 빔 확산각(θ)의 관계에 대해서, 광학 시뮬레이터를 이용하여 계산했다. 표 1에 그 결과를 나타낸다. 한편, 빔 확산각(θ)은 렌즈(6)로부터 출사되는 광의 반값 전폭에 상당하는 것이다. 또한, 표 1에 나타내는 빔 확산각(θ)은 발광 소자(3) 렌즈(6)의 중심에 대한 어긋남량 X를 0이라고 가정했을 때의 값이다. 표 1에 나타내는 바와 같이, 렌즈 반경 R이 커짐에 따라 빔 확산각(θ)도 커진다.
Figure 112015032453344-pct00001
Figure 112015032453344-pct00002
여기서, 발광 소자(3)를 렌즈(6)의 중심으로부터 어긋나게 하면, 빔 확산각(θ)은 좁아지는 경향이 있지만, 렌즈 반경 R에 의한 빔 확산각(θ)의 대소 관계는 어긋남량 X가 0인 경우와 동일하다. 표 2에 나타내는 바와 같이, 렌즈 반경 R이 0.21㎜~0.48㎜ 중에서, 빔 확산각(θ)이 가장 작을 때는 렌즈 반경 R이 0.21㎜이며 발광 소자(3)의 어긋남량 X가 130㎛일 때이다. 이 때의 빔 확산각(θ)은 1.8°가 된다. 한편, 빔 확산각(θ)이 가장 클 때는 렌즈 반경 R이 0.48㎜이며 발광 소자(3)의 어긋남량 X가 20㎛일 때이다. 이 때의 빔 확산각(θ)은 20.3°가 된다. 따라서, 미광 레벨을 커버판(CP)의 높이 위치에 대하여 일정 이하로 하기 위해서는, 굴절률 매체가 되는 렌즈(6)로부터 나온 광의 빔 확산각(θ)은 적어도 1.8°~20.3°의 범위로 할 필요가 있다.
또, 렌즈 반경 R이 0.21㎜와 0.48㎜인 경우에 대해서, 발광 소자(3) 자체의 빔 확산각(θ0)을 파라미터로 하여, 커버판(CP)의 높이 위치(거리 치수 H)와 미광 레벨의 관계에 대해서 광학 시뮬레이터를 이용하여 계산했다. 도 7 및 도 8에 그 결과를 나타낸다. 한편, 커버판(CP)의 높이 위치로서의 커버판(CP)과 광 센서(1) 사이의 거리 치수 H는, 구체적으로는 커버판(CP)과 렌즈(6) 사이의 높이 방향의 거리 치수를 나타내고 있다. 또한, 발광 소자(3)의 위치는 렌즈(6)의 중심에 대하여 수광 소자(4)측으로 50㎛ 어긋난 위치(X=50㎛)로 했다. 계산 결과로부터 미광 레벨을 어느 허용 값 PV 이하로 규정하면, 렌즈 반경 R이 0.21㎜인 경우 빔 확산각(θ0)은 30° 이하, 렌즈 반경 R이 0.48㎜인 경우 빔 확산각(θ0)은 20° 이하로 할 필요가 있다. 이때, 허용 값 PV로는 예를 들면 거리 치수 H가 0㎛일 때의 미광 레벨에 대하여 2~6배 정도의 값, 바람직하게는 3~5배 정도의 값이 생각된다. 또한, 전제로서 발광 소자(3)의 원시야 특성(FFP: Far Field Pattern)은 가우시안 패턴(Gaussian pattern)으로 했다.
이 결과로부터 미광 레벨을 커버판(CP)의 높이 위치에 대해 어느 일정 레벨 이하로 제한하기 위해서는, 렌즈 반경 R에 의해 빔 확산각(θ0)을 어느 일정 값 이하로 할 필요가 있는 것을 알 수 있다.
표 1에서는 발광 소자(3)에 면발광 레이저의 FFP의 실측 데이터를 넣고 있고, 그 빔의 반값 전폭(확산각(θ0))은 약 20°로 했다. 따라서, 렌즈 반경 R이 0.21㎜~0.48㎜인 범위 내에서, 미광 레벨을 규정 값 이하로 할 수 있는 것이 이 계산 결과로부터도 시사된다. 정성적(定性的)으로는 렌즈 반경 R이 커지면 렌즈(6)로부터 출사되는 광의 확산각(θ)은 확산되기 때문에, 미광 레벨을 어느 일정 값 이하로 억제하기 위해서는 원래의 발광 소자(3) 자체의 빔 확산각(θ0)을 어느 정도 좁게 할 필요가 있다고 생각된다.
또, 발광 소자(3)의 어긋남량 X에 대한 빔 광축의 앙각(φ)에 대해서, 광학 시뮬레이터를 이용하여 계산했다. 표 3에 그 결과를 나타낸다. 렌즈(6)에 의해 렌즈(6)의 중심으로부터 발광 소자(3)를 어긋나게 하는 것이 가능한 거리가 제한된다. 표 3 중에서 수치가 기입되어 있지 않은 부분은 렌즈 표면 산란 손실이 커져서 광이 렌즈(6)로부터 나가는 양이 극단적으로 저하되는 영역이다. 반대로, 렌즈 표면 산란 손실이 작아서 렌즈(6)로부터 충분한 양의 광이 출력되는 영역은, 예를 들면 렌즈 반경 R이 0.21㎜일 때는 20㎛~130㎛(렌즈 반경 R의 9.5%~62%), 렌즈 반경 R이 0.48㎜일 때는 20㎛~290㎛(렌즈 반경 R의 4.2%~60.4%)이다.
한편, 어긋남량 X의 하한값은 예를 들면 발광 소자(3)의 부착 오차 등이나, 이 오차에 따른 앙각(φ)이나 확산각(θ)의 감도로 의해 결정된다. 이렇기 때문에, 어긋남량 X의 하한값은 예를 들면 10㎛~30㎛ 정도의 값이 된다. 한편, 표 3에 나타내는 바와 같이, 어긋남량 X의 상한값은 렌즈(6)로부터 충분한 양의 광이 출력되는 범위에서 결정되고, 예를 들면 렌즈 반경 R의 60%~62% 정도의 값이다.
Figure 112015032453344-pct00003
렌즈 반경 R을 크게 하는 편이 발광 소자(3)의 실장 위치 톨러런스를 완화할 수 있지만, 도 5에 나타낸 것 같이 미광 레벨은 커진다. 광 센서(1)에 요구되는 특성에 따라서 렌즈 반경 R을 선택할 필요가 있다. 표 3에 나타낸 바와 같이, 렌즈 반경 R이 0.21㎜~0.48㎜인 범위에서 렌즈(6)로부터 출사되는 광의 광축은 앙각(φ)에서 51°~89°이다.
렌즈 반경 R을 파라미터로 하여 미광 레벨 및 신호 레벨의 시뮬레이션을 실시했다. 그 결과를 도 9 및 도 10에 나타낸다. 도 9는 커버판(CP)과의 거리 치수 H에 대한 미광 레벨, 도 10은 피검출 물체(Obj)와의 거리 치수 H0에 대한 신호 레벨의 관계를 나타낸다. 모두 발광 소자(3)의 렌즈(6)의 중심에 대한 어긋남량 X는 수광 소자(4)측으로 100㎛이다. 도 9에 나타내는 바와 같이, 렌즈 반경 R이 작을수록 미광 레벨은 작아지지만, 도 10에 나타내는 바와 같이, 신호 레벨은 저하된다. 이것은 렌즈 반경 R이 작을수록 렌즈(6)로부터 출사되는 빔의 확산각(θ)이 좁아져서, 광축의 앙각(φ)이 작아지는, 즉 경사가 커지기 때문이라고 생각된다.
정성적으로는 렌즈(6)로부터의 출사된 광은 수광 소자(4)로부터 멀어지면서, 빔 확산각(θ)이 작아지면, 그만큼 커버판(CP)으로부터 반사되어 되돌아 오는 광(미광)은 작아진다. 반대로 신호 레벨은 빔이 집중되기 때문에, 렌즈(6)로부터 출사된 광이 수광 소자(4)로부터 멀어졌다고는 해도, 되돌아 오는 광(신호)은 증가되는 것이다.
최종적으로 광 센서(1)의 특성은 S/N로 그 검지 성능을 의존하기 때문에, 렌즈 반경 R, 발광 소자(3)의 실장 위치에 의해 최적의 구조를 결정할 필요가 있다.
도 11에는 노이즈 레벨의 실측 데이터를 나타낸다. 실측에서도 커버판(CP)(유리판)의 위치에 대하여 노이즈 레벨은 거의 일정하다. 커버판(CP)의 높이 방향의 거리 치수 H(높이 위치)가 0~3㎜인 범위에서는 노이즈 레벨의 대소 관계가 일치하지 않는 곳도 있지만, 커버판(CP)의 거리 치수 H가 3.5~5㎜인 범위에서는 시뮬레이션 결과와 동일하게 렌즈 반경 R이 작을수록 노이즈 레벨이 작아지고 있다. 여기서, 실측 데이터쪽에서 노이즈 레벨이라고 하는 것은, 미광 이외의 노이즈(예를 들면, 수광 소자(4) 자체에 의존하는 노이즈 등)도 포함되어 있다고 생각되기 때문이다. 단 노이즈가 미광에 차지하는 비율은 높다고 생각된다.
도 12에는 신호 레벨의 실측 데이터를 나타낸다. 피검출 물체(Obj)의 높이 방향의 거리 치수 H0(높이 위치)이 0~6㎜인 범위에서는 피검출 물체(Obj)로부터 반사되어, 수광 소자(4)에 입력되는 신호 강도가 강하기 때문에 포화되어 있지만, 피검출 물체(Obj)의 거리 치수 H0이 6㎜ 이상인 범위에서는 도 10에 나타내는 시뮬레이션 결과와 동일한 경향을 나타낸다. 신호 레벨의 대소 관계에 대해서는, 렌즈 반경 R이 0.48㎜일 때를 제외하면 그 경향은 시뮬레이션 결과와 거의 일치하고 있다.
이상과 같이, 굴절률 매체에 렌즈(6)를 이용한 경우, 렌즈(6)로부터 나온 광의 광축을 수광 소자(4)와 반대측으로 기울임으로써, 커버판(CP)으로부터의 미광을 커버판(CP)의 위치에 상관없이 거의 일정하게 할 수 있는 것을 실험 및 시뮬레이션으로 확인했다. 예를 들면 렌즈 반경 R이 0.21㎜~0.48㎜의 범위인 경우, 렌즈(6)를 통해서 출사되는 광의 광축을 수광 소자(4)와 반대측 방향으로 앙각(φ)이 50°~89°인 범위에서 설정하는 동시에, 빔 확산각(θ)을 1.8°~20.3°의 범위에서 설정하면, 신호 레벨을 확보하면서 미광 레벨을 저감 가능하다.
한편 제1 실시형태에서는, 렌즈(6)는 구면 렌즈일 경우를 예로 들어서 설명했지만, 예를 들면 비(非)구면 렌즈여도 되고, 전, 후방향과 좌, 우방향에서 다른 곡률을 가진 비대칭 렌즈여도 된다.
다음으로, 도 13을 이용하여 본 발명의 제2 실시형태에 대해서 설명한다. 제2 실시형태에서는 굴절률 매체로서 슬로프체를 이용하고 있다. 한편, 제2 실시형태에 있어서, 제1 실시형태와 동일한 구성 요소는 동일한 부호를 붙이고 그 설명을 생략한다.
제2 실시형태에 의한 광 센서(21)는 제1 실시형태에 의한 광 센서(1)와 거의 동일하게 구성된다. 이렇기 때문에, 기판(2)에는 발광 소자(3)와 수광 소자(4)가 마련되는 동시에, 발광 소자(3)와 수광 소자(4)는 투명 수지체(5, 7)에 의해 봉지된다. 단, 투명 수지체(5)에는 발광 소자(3)의 상부에 위치하여 경사면(22A)을 가진 경사체로서의 슬로프체(22)가 형성되어 있다. 이 슬로프체(22)는 수광 소자(4)에 근접함에 따라서 높이 치수(두께 치수)가 작아져, 수광 소자(4)측이 낮아지도록 경사져있다. 이렇기 때문에, 경사면(22A)은 기판(2)의 표면(2A)(수평면)에 대하여 경사지고, 수광 소자(4)에 근접함에 따라서 높이 위치가 낮아지고 있다. 즉, 경사면(22A)은 기판(2)의 표면(2A)에 대하여 경사각(α)을 가지고 경사져있다.
이로 인해, 발광 소자(3)로부터 나온 광은 슬로프체(22)를 통해서 수광 소자(4)와는 반대 방향으로 출사된다. 제1 실시형태와 마찬가지로, 굴절률 매체로서의 슬로프체(22)로부터 나온 광이 수광 소자(4)와는 반대 방향으로 기울어져 있기 때문에 미광 레벨이 저감된다.
이러한 효과를 확인하기 위해서, 슬로프체(22)의 경사각(α)을 변화시켰을 때의 미광 레벨 및 신호 레벨의 시뮬레이션을 실시했다. 그 결과를 도 14 및 도 15에 나타낸다. 비교를 위해서, 도 14 및 도 15에는, 도 9 및 도 10에서 나타낸 렌즈 반경 R을 0.21㎜와 0.48㎜로 한 경우의 제1 실시형태의 결과도 병기하고 있다.
도 14에 나타내는 바와 같이, 어느 미광 레벨 이하로 하기 위해서는 경사각(α)을 27° 이상으로 할 필요가 있다. 한편, 도 15에 나타내는 바와 같이, 신호 레벨에 대해서는 경사각(α)에 관계없이, 렌즈 반경 R이 0.21㎜일 때와 거의 동등 레벨로 되어 있다. 표 4에는 경사각(α)과, 슬로프체(22)로부터 나온 광의 빔 확산각(θ), 광축의 앙각(φ)의 관계를 나타낸다. 슬로프체(22)의 경우, 렌즈 효과에 의한 집광 기능은 없기 때문에, 발광 소자(3) 자체의 빔 확산각(θ0)(반값 전폭으로 14°)보다도 굴절률의 영향으로 확산되고 있다. 경사각(α)이 20°~30°인 범위에서 빔의 반값 전폭으로서의 확산각(θ)은 29°~42°이며, 광축의 앙각(φ)은 47°~57°이다.
Figure 112015032453344-pct00004
도 16에는 슬로프체(22)를 이용했을 때의 노이즈 실측 데이터를 나타낸다. 비교를 위해서, 도 16에는 렌즈 반경 R이 0.27㎜이며, 발광 소자(3)의 어긋남량 X가 50㎛와 100㎛인 데이터도 기재하고 있다. 제2 실시형태와 같이 슬로프체(22)를 이용한 쪽이, 제1 실시형태와 같이 렌즈(6)를 이용했을 때보다도 노이즈 레벨이 작아졌다. 이때, 슬로프체(22)의 경사각(α)은 20°이다. 한편, 도 16에는 측정 샘플 A, B로서 제2 실시형태에 의한 2개의 특성선이 기재되어 있는데, 이들은 측정 샘플이 다른 것을 나타내고 있다.
도 14의 시뮬레이션 결과에서는, 슬로프체(22)보다도 렌즈 반경 R이 0.21㎜와 0.48㎜인 렌즈(6)를 이용한 쪽이 미광 레벨이 작아지고 있다. 또한, 슬로프체(22)의 경사각(α)이 25° 이하에서는 미광 레벨이 커지고 있다. 도 16에 나타내는 실측의 결과에서는 이들의 관계는 반대로 되어있어, 시뮬레이션과 실측에서는 경향이 다르다.
도 17에는 신호 레벨의 실측 데이터를 나타낸다. 도 16일 때와 마찬가지로, 비교를 위해서 도 17에는 렌즈 반경 R이 0.27㎜이며, 발광 소자(3)의 어긋남량 X가 50㎛와 100㎛인 데이터도 기재하고 있다. 도 17에 나타낸 바와 같이, 신호 레벨에 대해서는 슬로프체(22) 쪽이 렌즈(6)보다도 작아지고 있다. 이 경향은 도 15에서 나타낸 시뮬레이션 결과와 거의 일치하고 있다.
노이즈(미광)든 신호 레벨이든 시뮬레이션과 실측 사이에서 경향이 일치하지 않는 케이스가 나와 있다. 이 원인으로는 실제로 영향을 주고 있다고 생각되는 파라미터(예를 들면 내부 산란이나 표면 산란 등)를 고려하고 있지 않기 때문이라고 생각한다.
시뮬레이션과 실측 사이에서 경향이 일치하지 않는 케이스도 보이지만, 굴절률 매체에 슬로프체(22)를 이용해도 노이즈(미광)는 억제되며, 커버판(CP)(유리판)의 위치에 의해 일정 이하가 되는 것을 확인할 수 있었다. 예를 들면 경사각(α)이 20°~30°의 범위인 경우, 슬로프체(22)를 통해서 출사되는 광의 광축을 수광 소자(4)와 반대측 방향으로 앙각(φ)이 47°~57°인 범위에서 설정하는 동시에, 빔 확산각(θ)을 29°~42°의 범위에서 설정하면, 신호 레벨을 확보하면서 미광 레벨을 저감 가능하다.
한편, 슬로프체(22)는 발광 소자(3)를 봉지하는 투명 수지체(5)에 일체적으로 형성했지만, 투명 수지체(5)와는 별개로 마련해도 된다. 또한, 투명 수지체(5)를 생략하는 구성으로 해도 된다. 또한, 경사면(22A)은 평탄면에 한정되지 않고, 만곡면이어도 된다.
다음으로, 도 18을 이용하여 본 발명의 제3 실시형태에 대해서 설명한다. 제3 실시형태에서는, 기판에는 1개의 발광 소자에 대하여 2개의 수광 소자를 마련하고 있다. 한편, 제3 실시형태에 있어서, 제1 실시형태와 동일한 구성 요소는 동일한 부호를 붙이고 그 설명을 생략한다.
제3 실시형태에 의한 광 센서(31)에서는, 기판(2)에는 2개의 수광 소자(32, 33)가 실장되는 동시에, 이들 2개의 수광 소자(32, 33)는 예를 들면 투명 수지체(34)에 의해 봉지된다. 투명 수지체(34)에는 수광 소자(32, 33)로 집광하기 위한 렌즈를 각각 마련해도 된다.
2개의 수광 소자(32, 33)는 발광 소자(3)를 사이에 두지 않는 위치에 배치된다. 예를 들면, 발광 소자(3)는 도 18 중의 오른쪽에 배치되고, 수광 소자(32, 33)는 모두 도 18 중의 왼쪽에 배치된다.
한편, 수광 소자(32)와 수광 소자(33)는 도 18 중의 상, 하방향으로 다른 위치에 배치된다. 이렇기 때문에, 도 18 중에서 상, 하방향으로 이동하는 피검출 물체(Obj)가 광 센서(31)의 상부를 통과하면, 발광 소자(3)로부터 나온 광이 피검출 물체(Obj)에 맞아서, 반사된 광이 먼저 수광 소자(32)로 수광되고, 그 다음에 수광 소자(33)로 수광된다. 이 시간차를 신호 처리함으로써 피검출 물체(Obj)의 이동 방향을 검지할 수 있다.
또, 발광 소자(3)와 렌즈(6)는 도 18 중의 좌, 우방향으로 어긋난 위치에 배치된다. 이렇기 때문에, 발광 소자(3)로부터 나온 광은 렌즈(6)를 통해서 수광 소자(32, 33)와 반대 방향으로 기운 상태로 출사된다. 이 결과, 발광 소자(3)로부터의 미광이 저감되어, 높은 S/N이 얻어진다.
이상과 같이, 피검출 물체(Obj)의 근접 검지 및 이동 검지의 양쪽의 기능을 포함한 광 센서(31)를, 높은 S/N을 가지고 구성할 수 있다.
한편, 제3 실시형태는 제1 실시형태에 적용한 경우를 예로 들어서 설명했지만, 제2 실시형태에도 적용할 수 있다. 또한, 제3 실시형태에서는 2개의 수광 소자(32, 33)를 포함하는 경우를 예로 들어서 설명했지만, 3개 이상의 수광 소자를 포함하는 구성으로 해도 된다. 또한, 발광 소자(3)는 1개로 한정되지 않고, 2개 이상의 발광 소자를 포함해도 된다.
상기 각 실시형태에서는 굴절률 매체로서의 렌즈(6)나 슬로프체(22)에 의해 발광 소자(3)로부터의 광을 수광 소자(4, 32, 33)와 반대측 방향으로 경사시키는 구성으로 했다. 그러나, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 예를 들면 발광 소자를 경사진 상태로 기판에 설치함으로써 발광 소자로부터의 광을 직접적으로 수광 소자와 반대측 방향으로 경사지게 하는 구성으로 해도 된다. 이 경우, 굴절률 매체는 발광 소자로부터의 광의 광축을 굴절시킬 필요는 없고, 발광 소자의 상부를 덮는 것만으로 충분하다.
상기 각 실시형태에서는, 발광 소자(3)와 수광 소자(4, 32, 33)는 투명 수지체(5)와 투명 수지체(7, 34)로 별개로 봉지했지만, 발광 소자와 수광 소자를 함께의 투명 수지체에 의해 봉지해도 된다.
1, 21, 31: 광 센서
2: 기판
2A: 표면
3: 발광 소자
4, 32, 33: 수광 소자
6: 렌즈(굴절률 매체)
22: 슬로프체(굴절률 매체)

Claims (5)

  1. 기판과,
    상기 기판의 표면에 실장된 발광 소자와,
    상기 발광 소자의 상부에 마련된 굴절률 매체와,
    상기 기판의 표면에 실장된 수광(受光) 소자를 포함하고,
    상기 발광 소자로부터 출사(出射; emits light)된 광이, 피검출 물체에 의해 반사되어 이루어지는 광을 상기 수광 소자로 수광함으로써 상기 피검출 물체의 존재를 검지하는 광 센서이며,
    상기 굴절률 매체를 통해서 출사되는 광의 광축(光軸)을 상기 수광 소자와 반대측 방향으로 앙각(仰角)이 47°~89°인 범위에서 설정하는 동시에, 상기 굴절률 매체를 통해서 출사되는 광의 빔 확산각을 1.8°~42°의 범위에서 설정한 것을 특징으로 하는 광 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 굴절률 매체는 렌즈이며,
    상기 렌즈를 통해서 출사되는 광의 광축을 상기 수광 소자와 반대측 방향으로 앙각이 50°~89°인 범위에서 설정하는 동시에, 상기 렌즈를 통해서 출사되는 광의 빔 확산각을 1.8°~20.3°의 범위에서 설정한 것을 특징으로 하는 광 센서.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 발광 소자의 실장 위치를 상기 렌즈의 중심에 대하여 상기 수광 소자에 근접하는 방향으로 상기 렌즈 반경의 2%~62%인 범위에서 위치 어긋나게 한 것을 특징으로 하는 광 센서.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 굴절률 매체는 경사면을 가진 슬로프체이며,
    상기 슬로프체를 통해서 출사되는 광의 광축을 상기 수광 소자와 반대측 방향으로 앙각이 47°~57°인 범위에서 설정하는 동시에, 상기 슬로프체를 통해서 출사되는 광의 빔 확산각을 29°~42°의 범위에서 설정한 것을 특징으로 하는 광 센서.
  5. 기판과,
    상기 기판의 표면에 실장된 발광 소자와,
    상기 발광 소자의 상부에 마련된 굴절률 매체와,
    상기 기판의 표면에 실장된 복수개의 수광 소자를 포함하고,
    상기 복수개의 수광 소자는 상기 발광 소자를 사이에 두지 않는 위치에 배치되고,
    상기 발광 소자로부터 출사된 광이, 피검출 물체에 의해 반사되어 이루어지는 광을 상기 수광 소자로 수광함으로써 상기 피검출 물체의 존재를 검지하는 광 센서이며,
    상기 굴절률 매체를 통해서 출사되는 광의 광축을 상기 수광 소자와 반대측 방향으로 앙각이 47°~89°인 범위에서 설정하는 동시에, 상기 굴절률 매체를 통해서 출사되는 광의 빔 확산각을 1.8°~42°의 범위에서 설정한 것을 특징으로 하는 광 센서.
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Families Citing this family (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012216830A1 (de) 2012-09-19 2014-03-20 Wobben Properties Gmbh Verfahren zur Herstellung von Windenergieanlagen-Rotorblättern, sowie zur Herstellung eines Formkerns hierfür
KR101659549B1 (ko) * 2012-10-05 2016-09-23 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼 광 센서
DE102015104312A1 (de) * 2015-03-23 2016-09-29 Osram Opto Semiconductors Gmbh Sensor zur Erfassung einer biometrischen Funktion
JP6753653B2 (ja) * 2015-06-23 2020-09-09 ローム株式会社 近接センサ及びそれを用いた電子機器
JP6598556B2 (ja) * 2015-07-30 2019-10-30 アズビル株式会社 光電センサ
JP6614909B2 (ja) * 2015-10-15 2019-12-04 アズビル株式会社 光電センサ
TWI543032B (zh) * 2015-12-23 2016-07-21 原相科技股份有限公司 光學導航裝置
GB2549760B (en) * 2016-04-28 2018-04-25 Ensota Guangzhou Tech Ltd An automatic door installation
JP2019165031A (ja) * 2016-06-16 2019-09-26 株式会社村田製作所 光センサおよびその製造方法
CN106055178B (zh) * 2016-07-22 2019-06-07 Oppo广东移动通信有限公司 移动终端和接近传感器
CN107765258B (zh) * 2016-08-22 2021-02-05 原相科技股份有限公司 可用来判断参考物件或光源相对位置的光学侦测装置
WO2018128904A1 (en) * 2017-01-06 2018-07-12 Princeton Optronics, Inc. Vcsel narrow divergence proximity sensor
CN109213385B (zh) * 2017-07-05 2021-07-20 光宝科技新加坡私人有限公司 移动装置及其近接感测模块
CN108132138A (zh) * 2017-11-23 2018-06-08 矽力杰半导体技术(杭州)有限公司 光学检测组件
JP7187782B2 (ja) * 2018-03-08 2022-12-13 オムロン株式会社 画像検査装置
JP6914484B2 (ja) 2018-03-14 2021-08-04 オムロン株式会社 光電センサ及びセンサシステム
JP7085885B2 (ja) * 2018-04-27 2022-06-17 アズビル株式会社 光電センサ
CN108711566B (zh) * 2018-05-25 2024-05-24 南京矽力微电子技术有限公司 光学感测***、光学感测组件及其制造方法
JP7180145B2 (ja) * 2018-06-28 2022-11-30 富士フイルムビジネスイノベーション株式会社 発光素子アレイ、及び光計測システム
US11073615B2 (en) * 2018-08-20 2021-07-27 Lite-On Singapore Pte. Ltd. Proximity sensor module with two sensors
CN111337995B (zh) * 2018-12-18 2023-05-23 夏普株式会社 光学式接近传感器以及便携终端装置
JP2022112520A (ja) * 2019-04-03 2022-08-03 株式会社村田製作所 光源装置および光学装置
JP6763452B1 (ja) * 2019-04-15 2020-09-30 富士ゼロックス株式会社 発光装置、光学装置および情報処理装置
KR102330956B1 (ko) 2019-12-17 2021-11-25 주식회사 에스에프에이 포켓 소팅 시스템
KR102330958B1 (ko) 2019-12-17 2021-11-25 주식회사 에스에프에이 포켓 소팅 시스템
KR102330957B1 (ko) 2019-12-17 2021-11-25 주식회사 에스에프에이 포켓 소팅 시스템
KR102330955B1 (ko) 2019-12-17 2021-11-25 주식회사 에스에프에이 포켓 소팅 시스템
KR20210079016A (ko) 2019-12-19 2021-06-29 주식회사 에스에프에이 픽킹 로봇 및 그를 구비하는 포켓 소팅 시스템
JP7467270B2 (ja) * 2020-07-31 2024-04-15 シャープセミコンダクターイノベーション株式会社 反射型光センサ、および、近接センサ
KR102436162B1 (ko) 2020-08-12 2022-08-25 주식회사 에스에프에이 포켓 소팅 시스템
KR102436161B1 (ko) 2020-08-12 2022-08-25 주식회사 에스에프에이 포켓 소팅 시스템
KR102437519B1 (ko) 2020-09-02 2022-08-29 주식회사 에스에프에이 포켓 소팅 시스템

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002168967A (ja) * 2000-12-01 2002-06-14 Konami Co Ltd 物体検出センサ
JP2005134391A (ja) * 2003-10-28 2005-05-26 Agilent Technol Inc 反射型画像符号化装置

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0020879A1 (en) * 1979-06-06 1981-01-07 Erwin Sick GmbH Optik-Elektronik Optical electronic distance sensor
JPS59154083A (ja) * 1983-02-23 1984-09-03 Toshiba Corp 反射型フオトセンサ
US5317149A (en) * 1992-11-12 1994-05-31 Hewlett-Packard Company Optical encoder with encapsulated electrooptics
JPH06232446A (ja) * 1993-01-29 1994-08-19 Sharp Corp 反射型光結合装置
US6525386B1 (en) * 1998-03-10 2003-02-25 Masimo Corporation Non-protruding optoelectronic lens
US6342670B1 (en) * 2000-09-19 2002-01-29 Lite-On Electronics, Inc. Photoelectric module device
JP2005037451A (ja) * 2003-07-15 2005-02-10 Sharp Corp 原稿サイズセンサ
US7182258B2 (en) * 2004-11-10 2007-02-27 Avago Technologies Ecbu Ip (Singapore) Pte. Ltd Enhanced reflective optical encoder
US7714265B2 (en) * 2005-09-30 2010-05-11 Apple Inc. Integrated proximity sensor and light sensor
US7385178B2 (en) * 2005-10-26 2008-06-10 Avago Technologies Ecbu Ip Pte Ltd Reflective encoders with various emitter-detector configurations
US7495583B2 (en) * 2006-04-14 2009-02-24 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. Flat-top reflection-based optical encoders
FR2900558B1 (fr) 2006-05-03 2008-06-06 Seb Sa Pied de mixage muni d'une cloche de protection de forme particuliere et mixeur menager muni d'un tel pied de mixage
US7795576B2 (en) * 2008-12-23 2010-09-14 Avago Technologies Ecbu Ip (Singapore) Pte. Ltd. Single dome lens reflective optical encoder
US8324602B2 (en) * 2009-04-14 2012-12-04 Intersil Americas Inc. Optical sensors that reduce specular reflections
US8344325B2 (en) * 2009-05-22 2013-01-01 Motorola Mobility Llc Electronic device with sensing assembly and method for detecting basic gestures
JP5198394B2 (ja) 2009-09-04 2013-05-15 シャープ株式会社 近接照度センサおよびその製造方法
US8232883B2 (en) 2009-12-04 2012-07-31 Avago Technologies Ecbu Ip (Singapore) Pte. Ltd. Optical proximity sensor with improved shield and lenses
GB2486000A (en) * 2010-11-30 2012-06-06 St Microelectronics Res & Dev Optical proximity detectors with arrangements for reducing internal light propagation from emitter to detector
TWI567953B (zh) * 2011-12-20 2017-01-21 新加坡恒立私人有限公司 光電模組及包含該模組之裝置
KR101659549B1 (ko) * 2012-10-05 2016-09-23 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼 광 센서
US9489056B2 (en) * 2014-02-21 2016-11-08 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. Off-axis detection for proximity or gesture sensor

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002168967A (ja) * 2000-12-01 2002-06-14 Konami Co Ltd 物体検出センサ
JP2005134391A (ja) * 2003-10-28 2005-05-26 Agilent Technol Inc 反射型画像符号化装置

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Publication number Publication date
JPWO2014054420A1 (ja) 2016-08-25
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CN104737305A (zh) 2015-06-24

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