JP2009038320A - Reflective photo sensor - Google Patents
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Abstract
【課題】発光素子と受光素子を用いた簡単な構成で、明暗パターン部材を被検出物側に設けることもなく、被検出物の移動量や移動位置が良好に検出できるようにする。
【解決手段】発光素子18と受光素子20が被検出物の移動方向Hに沿って配置される場合の受光素子20に、その活性層を遮光反射膜28で覆うことにより、上記発光素子18から離れる程、単位長さ当たりの面積が広くなる受光領域20E1を設ける。このような受光素子20によれば、被検出物が発光素子18側から受光素子20側へ移動するに従って、被検出物からの反射光が入射する領域が徐々に大きくなり、その結果、受光素子20では被検出物の移動に対応してリニアに変化する光量が検知され、被検出物の移動量等が検出可能になる。上記遮光反射膜28は、被検出物の移動量が大きくなる程、受光領域20E1への光入射量を増やし、リニアな特性が得られる範囲を拡大する役目をする。
【選択図】図1An object of the present invention is to provide a simple configuration using a light emitting element and a light receiving element, and to detect a moving amount and a moving position of an object to be detected without providing a light / dark pattern member on the object to be detected side.
The light-emitting element and the light-receiving element 20 are arranged along the moving direction H of the object to be detected. A light receiving region 20E 1 is provided in which the area per unit length increases with increasing distance. According to such a light receiving element 20, as the detected object moves from the light emitting element 18 side to the light receiving element 20 side, the region where the reflected light from the detected object enters gradually increases, and as a result, the light receiving element In 20, the amount of light that linearly changes in response to the movement of the detected object is detected, and the amount of movement of the detected object can be detected. The light shielding reflective film 28, as the movement amount of the object to be detected is increased, increasing the amount of incident light on the light receiving region 20E 1, serves to extend the range of linear characteristics can be obtained.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は反射型フォトセンサ、特に発光素子及び受光素子の投受光面を被検出物の移動方向に沿って配置する反射型フォトセンサで、簡単な構成にて、被検出物の移動量や移動位置を検出するためのものに関する。 The present invention is a reflection type photosensor, particularly a reflection type photosensor in which light emitting and receiving surfaces of a light emitting element and a light receiving element are arranged along the moving direction of the object to be detected. It relates to a device for detecting a position.
反射型フォトセンサとして、フォトリフレクタ等があるが、この反射型フォトセンサは、非接触で物体の有無、物体の位置や移動量を検出する光検出器であり、例えばビデオ機器等におけるオーディオテープのスタート位置及びエンド位置の検出、コピー機、プリンターの紙の検出、CD、DVD等の光学ドライブ装置におけるピックアップユニットの位置検出、自動焦点カメラのズーム又はフォーカス動作のレンズ位置検出に用いられる。 As a reflection type photosensor, there is a photo reflector or the like. This reflection type photosensor is a photodetector that detects the presence or absence of an object, the position and movement amount of an object in a non-contact manner, for example, an audio tape of a video device or the like. It is used for detection of a start position and end position, detection of paper in a copying machine and printer, detection of a position of a pickup unit in an optical drive device such as a CD and DVD, and detection of a lens position for zooming or focusing operation of an autofocus camera.
図6(A),(B)には、従来のフォトリフレクタの構成例が示されており、図6(A)は、フォトリフレクタの上下方向に移動する物体を検出するもの(下記特許文献1)である。このフォトリフレクタは、絶縁基板1、この絶縁基板1上に配置され外周を囲み中間遮光壁部2を有する窓部3、この窓部3と中間遮光壁部2とで形成された一方の凹部に配置された発光素子4、他方の凹部に配置された受光素子5を有してなる。
6A and 6B show a configuration example of a conventional photo reflector, and FIG. 6A detects an object that moves in the vertical direction of the photo reflector (the following Patent Document 1). ). This photoreflector is formed on an
このような図6(A)のフォトリフレクタでは、上下(矢示U)方向に移動する被検出物6が鎖線の位置にあるときは、発光素子4から出力された光が中間遮光壁部2で遮られるが、実線の位置にあるときは、発光素子4から出力された光が受光素子5へ到達することになり、この受光素子5での検知状態によって、被検出物6の所定位置における存在が検出される。
In the photoreflector of FIG. 6A, when the detected
図6(B)は、フォトリフレクタの発光素子及び受光素子の配列方向に移動する物体を検出するもの(下記特許文献2)であり、このフォトリフレクタは、実装基板8、この実装基板8上に設けられたフォトリフレクタ9、このフォトリフレクタ9の上方に配置され、スリット10を形成したスリット機構11を有してなる。
FIG. 6B is for detecting an object that moves in the direction of arrangement of the light-emitting elements and the light-receiving elements of the photoreflector (the following Patent Document 2). The photoreflector is mounted on the
このような図6(B)のフォトリフレクタでは、矢示Fの水平方向へ移動する被検出物12がフォトリフレクタ9の上方の位置に達したときに、フォトリフレクタ9内の発光素子から照射された光がスリット10を通過して被検出物12に当たり、その反射光がスリット10を通過して受光素子で検知されることにより、被検出物12の存在が検出される。
6B, when the detected
また、従来において、フォトリフレクタを用いてカメラのレンズの位置を検出するものとして、下記の特許文献3,4があり、これらの文献3,4には、光学系のカムリング等の円筒外周面に、高反射部と遮光部とからなる、反射光量を変化させるパターン(明暗パターン)部材を配置し、フォトリフレクタによって上記パターン部材からの反射光量を検知することにより、光学系(レンズ)の回転位置(ズーム位置)等を検出することが行われている。
しかしながら、上記図6(A),(B)の従来のフォトリフレクタでは、上下方向又は水平方向に移動する被検出物の存在の有無が検出できるのみで、移動する被検出物の移動量や位置までは検出することができない。 However, the conventional photoreflectors shown in FIGS. 6A and 6B can only detect the presence or absence of a detection object that moves in the vertical direction or the horizontal direction, and the movement amount and position of the detection object that moves. Cannot be detected.
一方、上記特許文献3,4に開示されるように、フォトリフレクタを用いて光学系レンズの回転位置を検出するものでは、高反射部と遮光部とからなる高精度の明暗パターン部材を製作し、これを被検出物側に設けることが必要となり、構成が複雑になるという問題がある。
On the other hand, as disclosed in the
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、発光素子と受光素子を用いた簡単な構成で、明暗パターン部材を被検出物側に設けることもなく、被検出物の移動量や移動位置を良好に検出することができる反射型フォトセンサを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and its purpose is to provide a simple configuration using a light emitting element and a light receiving element, and without providing a light / dark pattern member on the object to be detected side. An object of the present invention is to provide a reflection type photosensor that can detect the amount and position of movement favorably.
上記目的を達成するために、請求項1に係る発明は、発光部及び受光部の投受光面が、該投受光面に対し平行に移動する被検出物の移動方向に配置され、上記発光部の出力光に基づく上記被検出物からの反射光を上記受光部で受光する反射型フォトセンサにおいて、上記受光部には、その検知出力が、上記被検出物の移動量に応じて直線的に変化するように、上記発光部から離れる程、単位長さ当たりの面積が広くなる受光領域を設けたことを特徴とする。
請求項2に係る発明は、上記受光部の受光領域は、活性部(活性層等で本来の受光面)を部分的に反射体(アルミニウム膜、金属合金膜、反射テープ等)で覆うことにより形成したことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention according to
According to a second aspect of the present invention, the light receiving region of the light receiving portion is formed by partially covering the active portion (the original light receiving surface of the active layer or the like) with a reflector (aluminum film, metal alloy film, reflective tape, or the like). It is formed.
本発明の構成によれば、受光部(受光素子)には、発光部(発光素子)から離れるに従って広がる、例えば左端部から右端部へ広がる面積の受光領域が設けられており、発光部及び受光部の上方において被検出物が発光部側(左側)から受光部側(右側)へ移動するとき、被検出物からの反射光が最初は受光領域の小さな面積の左端部に入射するが、移動するに従って、その入射領域が大きな面積の右端部まで徐々に大きくなる。その結果、受光部では、被検出物の移動に対応して直線的に変化する光量が検知され、この検知光量によって被検出物の移動量又は移動位置が検出できることになる。 According to the configuration of the present invention, the light receiving unit (light receiving element) is provided with a light receiving region having an area that increases from the light emitting unit (light emitting element), for example, from the left end to the right end. When the object to be detected moves from the light emitting part side (left side) to the light receiving part side (right side) above the part, the reflected light from the object to be detected initially enters the left end of the small area of the light receiving region, but moves Accordingly, the incident area gradually increases to the right end of a large area. As a result, the light receiving unit detects the amount of light that linearly changes in response to the movement of the detected object, and the amount or position of movement of the detected object can be detected based on the detected light quantity.
上記請求項2の構成によれば、受光部上面の受光領域以外の領域に当たる被検出物からの反射光を更に反射させることができ、これによって、被検出物の移動量が大きくなる程、反射又は乱反射による光が受光領域に到達することになり、リニアな特性が得られる範囲が拡大されるという利点がある。 According to the configuration of the second aspect, it is possible to further reflect the reflected light from the detected object that hits an area other than the light receiving area on the upper surface of the light receiving unit, and as the amount of movement of the detected object increases, the reflected light increases. Alternatively, light due to irregular reflection reaches the light receiving region, and there is an advantage that the range in which linear characteristics can be obtained is expanded.
本発明の反射型フォトセンサによれば、受光素子サイズやセンサのパッケージサイズを変えることなく、被検出物の移動量とセンサ出力変化の関係がリニアとなる区間を実用的なレベルまで広げることができ、簡単な構成にて、被検出物の移動位置を良好に検出することが可能になるという効果がある。また、従来のカメラに用いられている光学系レンズの位置検出センサのように、明暗パターン部材を被検出物側に設ける必要もない。
上記請求項2の発明によれば、受光部の活性部を反射体で覆う(例えばアルミニウム膜を形成する)だけで、発光部から離れる程、広がる面積の受光領域を形成することができ、センサの製作が極めて容易になるという利点がある。
According to the reflection type photosensor of the present invention, the interval in which the relationship between the amount of movement of the detected object and the change in sensor output is linear can be expanded to a practical level without changing the light receiving element size or the sensor package size. In addition, there is an effect that it is possible to satisfactorily detect the moving position of the detection object with a simple configuration. In addition, unlike a position detection sensor for an optical lens used in a conventional camera, it is not necessary to provide a light / dark pattern member on the detected object side.
According to the second aspect of the present invention, it is possible to form a light-receiving region with an area that increases as the distance from the light-emitting portion increases by simply covering the active portion of the light-receiving portion with a reflector (for example, forming an aluminum film). There is an advantage that the manufacture of the is extremely easy.
図1には、本発明の実施例に係る反射型フォトセンサ(フォトリフレクタ)の構成が示され、図(B)は図(A)のb−b線断面図、図(C)は図(A)のc−c線断面図、図(D)は受光素子の受光面側の図である。図1(A)〜(C)に示されるように、実施例の反射型フォトセンサでは、絶縁基板16上にボンディングパターン17a〜17dが形成されており、ボンディングパターン17aに発光部としての発光素子(例えば発光ダイオード)18、ボンディングパターン17bに受光部としての受光素子(例えばフォトトランジスタ)20がダイボンディングされ、これら発光素子18及び受光素子20は、ボンディングパターン17c,17dのそれぞれの位置に金ワイヤ21で接続される。上記絶縁基板16の裏面には、上記ボンディングパターン17a〜17dのそれぞれに接続された裏面電極22a〜22dが配置される。
FIG. 1 shows a configuration of a reflective photosensor (photoreflector) according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 (B) is a cross-sectional view taken along line bb of FIG. 1 (A), and FIG. FIG. 6A is a cross-sectional view taken along the line cc of FIG. 5A, and FIG. 4D is a view on the light receiving surface side of the light receiving element. As shown in FIGS. 1A to 1C, in the reflective photosensor of the embodiment,
また、上記発光素子18及び受光素子20の周囲を囲うように、所定の高さの外周遮光壁24が形成されると共に、この発光素子18と受光素子20との間に、中間遮光壁25が設けられ、この外周遮光壁24と中間遮光壁25とで囲まれる発光素子18及び受光素子20の上側空間は、光を透過する樹脂26で封止される。そして、この発光素子18と受光素子20の投受光面は、該投受光面に対し平行に移動する被検出物の移動方向Hに沿って配置される。
Further, an outer peripheral
図1(D)に示されるように、上記受光素子20では、発光素子18から離れる程、被検出物の移動方向Hの単位長さ当たりの面積が広くなる受光領域20E1が設定される。即ち、受光素子20の活性層(本来の受光面)の上面の左上側を、アルミニウム膜、金属合金膜等からなる遮光反射膜28で覆う(又は遮光反射テープを貼る)ことにより、本来の受光面(四角形状活性層)がその下辺(X軸)に沿って徐々に上昇する弧状曲線と右辺(Y軸)に略平行な直線の結合線で仕切られる受光領域20E1が形成される。
As shown in FIG. 1D, in the
実施例の反射型フォトセンサは、以上の構成からなり、この反射型フォトセンサによる光検知作用を図2により説明する。図2(A)は、被検出物30が移動方向Hで左側から右側へ移動する状態を示しており、被検出物30が位置P1 に達したとき、発光素子18から出力された光が被検出物30で反射され、受光素子20(受光領域20E1)へ入射し始め、位置P2 に達するに従って、受光素子20に対する被検出物30の反射光の入射が徐々に多くなる。更に、図2(B)に示されるように、被検出物30が移動して位置P3 ,P4 ,P5 へと移動するに従って、図2(A)における受光量に加算される形で、受光素子20への反射光の入射が増加する。なお、発光素子18から受光素子20へ直接入射する光は、中間遮光壁25で遮蔽される。
The reflection type photosensor of the embodiment has the above-described configuration, and the light detection effect of this reflection type photosensor will be described with reference to FIG. FIG. 2A shows a state in which the
このような受光素子20での受光においては、受光領域20E1の面積が発光素子18から遠ざかる程、即ち右端へ行く程、広くなっていることから、面積が同じ場合に比べると、被検出物30が右側へ移動する程、受光領域20E1での受光量が増える。即ち、受光領域20E1の広がる面積に応じて受光量が増加する。
In light in such a light-receiving
更に、図2(C)のように、被検出物30は位置P6 へと移動するが、この際には、矢示L1で示されるように、発光素子18から出力され被検出物30で反射した光が受光素子20の遮光反射膜28で反射され、その後被検出物30で再度反射した光が受光領域20E1に到達する場合や、矢示L2で示されるように、外周壁遮光壁24の内側等で反射された後、再度被検出物30で反射した光が受光領域20E1に到達する場合等(即ち被検出物30が発光素子18及び受光素子20を覆う程、乱反射も増加する)によって、遮光反射膜28で反射された光が受光素子20で検出されるようになる。
Furthermore, as shown in FIG. 2 (C), the will be moved to the object to be detected 30 is located P6, in this case, as indicated by the arrow L 1, off the
図3には、被検出物の移動量に対するフォトセンサの出力を実施例(C100)と従来例(C200)の相対出力で表したグラフが示されており、従来例では、特性C200に示されるように、リニアな特性が得られる移動範囲がΔX1 であったのに対し、本実施例では、特性C100に示されるように、リニアな特性が得られる移動範囲がΔX2 と実用的な範囲まで大きく広がっている。なお、このグラフは、図2(D)に示した形状の受光領域20E1で得られる特性であり、この受光領域の形状を最適なものに設定することにより、リニア特性において更に直線性が高く、移動範囲の広い特性を得ることが可能である。
FIG. 3 shows a graph in which the output of the photosensor with respect to the amount of movement of the object to be detected is represented by the relative output of the example (C 100 ) and the conventional example (C 200 ). In the conventional example, the characteristic C 200 is shown. as shown in, the moving range of the linear characteristic is obtained while was .DELTA.X1, in the present embodiment, as shown in characteristic C 100, the moving range of the linear characteristic is obtained and practical ΔX2 It spreads greatly to such a range. This graph shows the characteristics obtained in the
図4には、実施例において、アルミニウム膜からなる遮光反射膜28を設けた場合(C101)と遮光反射膜を設けない場合(C201)とで被検出物の移動量に対するフォトセンサの出力を比較したグラフが示されており、特性C101のように遮光反射膜28がある場合は、特性C201のように反射膜がない場合に比べると、被検出物30の移動量が増す程、即ち被検出物30が発光素子18及び受光素子20を覆う程、フォトセンサの出力が高くなっている。これは、遮光反射膜28の存在によって、被検出物30の移動量が大きくなる程、反射又は乱反射による光が受光領域20E1に到達し、リニアな特性が得られる範囲が拡大されることを意味している。
In FIG. 4, in the embodiment, the output of the photosensor with respect to the amount of movement of the detected object when the light-shielding
図5には、実施例の受光素子20に形成される受光領域の他の例が示されており、図5(A)は、右辺及び下辺の全体に円弧状の線が形状された遮光反射膜32を設け、弧状線で仕切った受光領域20E2としたものである。また、この受光領域20E2は、鎖線50のように斜めの線で仕切ってもよい。図5(B)は、弧状線が形成された上下2つの遮光反射膜33を設け、本来の活性層の図の上下方向中心部において発光素子18から離れる程、ラッパ状に広がる面積の受光領域20E3としたものであり、このような受光領域20E2,20E3によっても、光検出においてリニアな特性を得ることが可能となる。
FIG. 5 shows another example of the light receiving region formed in the
上記実施例では、面実装タイプのフォトリフレクタの構造に適用した例を示したが、この面実装タイプで、外周遮光壁24がないもの(中間遮光壁25は必要)や、リードピンタイプ等の他の構造のフォトリフレクタに本発明を適用することができる。
また、実施例では、受光素子20にフォトトランジスタを使用した例を示したが、受光素子としてフォトダイオードやフォトICを適用してもよい。
In the above embodiment, an example is shown in which the structure is applied to the structure of a surface mount type photoreflector. However, this surface mount type has no outer light shielding wall 24 (intermediate
Moreover, although the example which used the phototransistor for the
1,16…絶縁基板、 4,18…発光素子、
5,20…受光素子、 6,12,30…被検出物、
17a〜17d…ボンディングパターン、
20E1〜20E3 …受光領域、
24…外周遮光壁、 25…中間遮光壁、
28,32,33…遮光反射膜。
1, 16 ... Insulating
5, 20 ... light receiving
17a to 17d: bonding pattern,
24 ... outer peripheral light shielding wall, 25 ... intermediate light shielding wall,
28, 32, 33 ... Light-shielding reflective film.
Claims (2)
上記受光部には、その検知出力が、上記被検出物の移動量に応じて直線的に変化するように、上記発光部から離れる程、単位長さ当たりの面積が広くなる受光領域を設けたことを特徴とする反射型フォトセンサ。 The light projecting and receiving surfaces of the light emitting unit and the light receiving unit are arranged in the moving direction of the detected object that moves parallel to the light projecting and receiving surface, and the reflected light from the detected object based on the output light of the light emitting unit is received by the light receiving unit. In the reflection type photo sensor that receives light at the
The light receiving portion is provided with a light receiving region whose area per unit length increases as the distance from the light emitting portion increases, so that the detection output changes linearly according to the amount of movement of the detected object. A reflective photosensor characterized by the above.
Priority Applications (1)
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102064230A (en) * | 2009-11-16 | 2011-05-18 | 亿光电子工业股份有限公司 | Miniature light interrupter and manufacturing method thereof |
| US9052659B2 (en) | 2011-12-27 | 2015-06-09 | Ricoh Company, Ltd. | Reflective optical sensor and image forming device incorporating the same |
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2007
- 2007-08-04 JP JP2007203697A patent/JP2009038320A/en active Pending
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| US9052659B2 (en) | 2011-12-27 | 2015-06-09 | Ricoh Company, Ltd. | Reflective optical sensor and image forming device incorporating the same |
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