JP5480005B2 - 望ましくない機械的変形への耐性が増加した光学式近接センサの金属シールドおよびハウジング - Google Patents

Description

本明細書に記載されている本発明の様々な実施形態は、近接センサと、近接センサに関連付けられたコンポーネント、装置、システムおよび方法との分野に関する。

ＡＶＡＧＯ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ（商標）ＨＳＤＬ−９１００表面実装近接センサ、およびＡＶＡＧＯ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ（商標）ＡＰＤＳ−９１０１集積化反射型センサのような光学式近接センサは当分野で公知である。このようなセンサは、典型的には、集積化高効率赤外線放射体または光源と、対応するフォトダイオードまたは光検出器とを備える。図１を参照すると、赤外線光放射体２０と、光放射体駆動回路２１と、光検出器またはフォトダイオード３０と、光検出器検知回路３１と、開口４２および４３を含む金属ハウジングまたはシールド４０と、被検知物体５０を備える従来技術の光学式近接センサ１０が図示されている。放射体２０によって放射され、（光学式近接センサ１０に比較的接近している）物体５０から反射された光線２２は、フォトダイオード３０によって検出され、それによって、物体５０がセンサ１０に近接していること、またはセンサ１０の近くにあることを示す。

さらに図１に示されているように、光学式近接センサ１０は、金属製であり、光放射体２０によって放射された少なくとも第１の光の部分２２が開口４３を通り抜け、センサ１０に近接した物体５０から反射された光の第１の部分２２のうちの少なくとも第２の部分が光検出器３０による検出のための開口４２を通り過ぎるように、光放射体２０および光検出器３０の上にそれぞれ位置している開口４３および４２を含む金属ハウジングまたはシールド４０をさらに備える。図示されているように、金属ハウジングまたはシールド４０は、内部にそれぞれ光放射体２０および光検出器３０が配置された第１のモジュール４１および第２のモジュール４４をさらに備える。第１および第２のモジュール４１および４４は、第１および第２のモジュール４１および４４の間を光学的に絶縁するため隣接した光学的に不透明な金属内部側壁４５を備える。

ＨＳＤＬ−９１００のようなセンサは、一般に、放射体２０と検出器３０との間の望ましくない光学的クロストークが最小限に抑えられるように光放射体２０とフォトダイオード３０との間に光学的絶縁を設けるため、図１に示されたシールドまたはハウジング４０のような金属シールドを含む。例えば、ＡＶＡＧＯ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ（商標）ＨＳＤＬ−９１００表面実装近接センサ、およびＡＶＡＧＯ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ（商標）ＡＰＤＳ−９１０１集積化反射型センサに対応し、参照によりそれぞれが全体として本明細書に組み入れられたデータシートを参照されたい。

図２は、印刷回路板に搭載するためのセンサ１０を準備する工程の間に損傷を受けた金属シールドまたはハウジング４０付きの従来技術の光学式近接センサ１０を示している。（図２に示されたセンサ１０は、表面実装装置、すなわちＳＭＤであり、センサ１０が、図２に示されていない下にあるＰＣＢに取り付けられることを可能にするように構成されている印刷回路基板、すなわちＰＣＢ基板６１を備える。）図２に示されているように、ハウジング４０の上蓋は自動組立機械によるセンサ１０の取り扱い中に上向きに曲げられ、光学式近接センサ１０が印刷回路基板に実装されるＳＭＤ光学式近接センサとしてその意図された機能または目的のため使用できなくなるという結果になる。組立機械に接触しているスポンジのような材料は、開口４２および４３の一方または両方に嵌り、開口４２および４３の一方または両方を通って突き出るが、その後に開口から適切に外れないので、図１に示された上蓋に損傷を与えるという結果になる。

必要とされるのは、低コストで容易に製造可能であるが、しかし、同時に、製造および組立工程の間に望ましくない機械的変形に抵抗するため十分に構造的に頑強である光学式近接センサ用の金属ハウジングまたはシールドである。

ある実施形態では、光放射体駆動回路に動作可能に接続され、光放射体駆動回路によって駆動される赤外線光放射体と、検出器検知回路に動作可能に接続され、検出器検知回路によって駆動される光検出器と、金属製であり、光放射体によって放射された光の少なくとも第１の部分が第１の開口を通り抜け、センサに近接している対象物体から反射された光の第１の部分のうちの少なくとも第２の部分が光検出器による検出のための第２の開口を通り抜けるように、光放射体および光検出器の上にそれぞれ位置している第１および第２の開口を備える金属ハウジングまたはシールドとを備え、金属ハウジングまたはシールドが、光放射体および光検出器がそれぞれに内部に配置された第１および第２のモジュールをさらに備え、第１および第２のモジュールが第１および第２のモジュールの間を光学的に絶縁するため隣接した光学的に不透明な金属内部側壁を備え、第１および第２の内部側壁が第１および第２の内部側壁の間に折り畳んで配置された少なくとも１個の金属タブによってさらに互いに分離され、少なくとも１個の金属タブが一方のモジュールの一方の端部に加えられた縦方向力をもう一方のモジュールの向かい側の端部へ移すように構成されている、光学式近接センサが提供される。

他の実施形態では、光学式近接センサ用の金属ハウジングまたはシールドを形成する方法であって、シールドまたはハウジングに折り畳めるように構成され、外側に広がる複数のタブを備える平坦な金属製のシートを形成するステップと、第１および第２のモジュールが、第１および第２のモジュールの間を光学的に絶縁するため隣接した光学的に不透明な金属内部側壁を備え、第１および第２の内部側壁が第１および第２の内部側壁の間に折り畳んで配置された複数のタブによってさらに互いに分離され、タブと第１および第２のモジュールとが一方のモジュールの一方の端部に加えられた縦方向力をもう一方のモジュールの向かい側の端部へ移すようにさらに構成されるように、平坦な金属製のシートを光放射体および光検出器をそれぞれ内部に収容するように構成された第１および第２のモジュールに折り畳むステップとを備える方法が提供される。

さらなる実施形態は本明細書に開示されるか、または、本明細書中の明細書および図面を読み、理解した後に当業者にとって明らかになる。

本発明の様々な実施形態の異なる態様は以下の詳しい説明、図面および特許請求の範囲から明らかになる。

従来技術の光学式近接センサの断面図である。 金属シールドまたはハウジングが望ましくない損傷を受けた従来技術の光学式近接センサの底面斜視図である。 一実施形態による光学式近接センサ用金属シールドまたはハウジングの、それぞれ、平面図、側面図、端面図、斜視図である。 別の実施形態による光学式近接センサ用金属シールドまたはハウジングを形成する様々なステップのうちの１つを説明する図である。 別の実施形態による光学式近接センサ用金属シールドまたはハウジングを形成する様々なステップのうちの１つを説明する図である。 別の実施形態による光学式近接センサ用金属シールドまたはハウジングを形成する様々なステップのうちの１つを説明する図である。 別の実施形態による光学式近接センサ用金属シールドまたはハウジングを形成する様々なステップのうちの１つを説明する図である。 別の実施形態による光学式近接センサ用金属シールドまたはハウジングを形成する様々なステップのうちの１つを説明する図である。 さらに別の実施形態による光学式近接センサ用金属シールドまたはハウジングの一部分を形成するタブの上面斜視図である。

図面は必ずしも正しい縮尺ではない。類似した番号は、特に断らない限り、全図面を通じて類似した部品またはステップを指している。

本明細書に記載され開示されている様々な実施形態では、低コストで容易に製造可能であるが、しかし、同時に、製造および組立工程の間に望ましくない機械的変形に抵抗するため十分に構造的に頑強である金属シールドまたはハウジングが光学式近接センサまたは関連したタイプのセンサのために設けられている。

上述されているように、図１は従来技術の光学式近接センサ１０の断面図を示し、図２は、センサ１０の金属シールドまたはハウジング４０の上部が望ましくない損傷を受けた従来技術の光学式近接センサの底面斜視図を示している。

ここで図３（ａ）ないし３（ｄ）を参照すると、一実施形態による光学式近接センサ用金属シールドまたはハウジング４０の平面図、側面図、端面図および斜視図がそれぞれ示されている。図示されているように、ハウジングまたはシールド４０は、図１および２に示された従来技術のハウジングまたはシールドとある種の類似性を共有している。例えば、図３（ａ）ないし３（ｄ）のハウジングまたはシールド４０は、図１および２のハウジングまたはシールド４０と同様に、開口４２および４３と、光放射体２０および光検出器３０をそれぞれ内部に収容するように構成された第１および第２のモジュール４１および４４と、第１のモジュール４１と第２のモジュール４４との間に配置された光学的に不透明な側壁とを含む。

しかし、図１および２と図３（ａ）ないし３（ｄ）とのさらなる比較は、２つのタイプのハウジングまたはシールドの間に明確な相違点があることを明らかにする。１つのこのような相違点は、図３（ａ）ないし３（ｄ）に示されたハウジングまたはシールド４０が、第１および第２のモジュール４１および４４のそれぞれの内側の光学的に不透明な側壁の間に配置されたタブ４５ａないし４５ｄを含むことである。タブ４５ａないし４５ｄの目的は、一方のモジュールに作用する場合がある何らかの縦方向力を他の隣接したモジュールへ横向きに伝達し、それから、ハウジングまたはシールドが取り付けられた下にある基板、例えば、ＰＣＢ基板へ下向きに伝達することである。図３（ｄ）において、縦方向力７１は第２のモジュール４４に上向きに作用している。縦方向力７１は、１つ以上のタブ４５ａないし４５ｄを通じて第２のモジュール４４と第１のモジュール４１との間に伝達される力７２および７３を介して第１のモジュール４１へ横向きに移され、すなわち伝達され、それから、（図３（ａ）ないし３（ｄ）に示されていない）下にある基板へ（力ベクトル７４によって示されるように）下向きに伝達される。このようなハウジングまたはシールド４０に作用する縦方向力の伝達および方向転換は、反対方向にも、すなわち最初に第１のモジュール４１に作用する縦方向力を第２のモジュール４４へ横方向に伝達し、それから、第２のモジュール４４から下にある基板へ下向きに伝達することによっても起こることができる。

モジュール間、および下にある基板との間でハウジングまたはシールド４０に作用する縦方向力を伝達し、方向転換することにより、第１および第２のモジュール４１および４４の望ましくない機械的変形は防止されるか、または、最低限でも許容可能なレベルまでできるだけ抑えられるので、図２に示された結果は得られない。すなわち、縦方向力がハウジングまたはシールド４０に加えられるとき、ハウジングまたはシールド４０が予期しないか、または望ましくない何らかの形で折れ曲がったり、変形したりするのではなく、縦方向力は、ハウジングまたはシールド４０に損傷または変形を生じさせることなく、利用され、下にある構造部材（基板）へ方向転換される。

５ニュートンの縦方向力７１が加えられたときに図３（ａ）ないし３（ｄ）に示されたハウジングまたはシールド４０に生じる変形のコンピュータシミュレーションは、ハウジングまたはシールド４０に生じる最大変形量が約１７マイクロメートルのオーダーであることを示している。１０ニュートンの縦方向力７１が加えられたときに図３（ａ）ないし３（ｄ）に示されたハウジングまたはシールド４０に起こる変形のコンピュータシミュレーションは、ハウジングまたはシールド４０に生じる最大変形量が約３４マイクロメートルのオーダーであることを示している。いずれの場合でも、ハウジングまたはシールド４０に生じる最大変形は最小限であり、実際には、本明細書に記載された教示に従って構成されたハウジングまたはシールド４０を有する光学式近接センサのエンドユーザに知覚されることさえ恐らくない。

５ニュートンの縦方向力７１が加えられたときに図３（ａ）ないし３（ｄ）に示されたハウジングまたはシールド４０に生じる応力分布のコンピュータシミュレーションは、結果として得られる約４３２ＭＰａの応力がハウジングまたはシールド４０の全体を通じて非常に均一に分布することを示している。１０ニュートンの縦方向力７１が加えられたときに図３（ａ）ないし３（ｄ）に示されたハウジングまたはシールド４０に生じる応力分布のコンピュータシミュレーションは、結果として得られる約８６７ＭＰａの応力がハウジングまたはシールド４０の全体を通じて非常に均一に分布することを示している。いずれの場合でも、応力はハウジングまたはシールド４０の全体を通じて著しく均一に分布している。

図４（ａ）ないし４（ｑ）は、一実施形態による光学式近接センサ用金属シールドまたはハウジング４０を形成する様々なステップを示している。図４（ａ）ないし４（ｑ）に示されているように、光学式近接センサ用の金属ハウジングまたはシールド４０を形成する１つの方法は、最終的にシールドまたはハウジング４０（図４（ｑ）を参照）に折り畳まれるように切断され、打ち抜かれた単一の連続した平坦な金属製のシート４０（図４（ａ）を参照）を準備することから始まる。図４（ａ）に示されているように、平坦な金属製のシート４０は、最初に、シートから外向きに広がる複数のタブ４５ａ−４５ｄ、４６ａ−４６ｂ、および、４７ａ−４７ｂを備え、開口４２および４３が切り込まれるか、または打ち抜かれ、最初に平坦な金属製のシート４０のすべての特徴部は実質的に１つの平面に配置されている。平坦な金属製のシート４０のこのような初期構造は、ハウジングまたはシールド４０の形成を完全にするために必要とされることが様々な部分を所定の方向に、かつ、所定の位置へ曲げることだけである点で、低い製造コストと比較的容易であり、かつ、素早いその後の製造とをもたらすことが認められる。溶接、接着、またはハウジングまたはシールド４０の様々な部分を一体的に接合する他のコストのかかる手段は不要である。

引き続き図４（ａ）ないし４（ｑ）を参照すると、ハウジングまたはシールド４０が様々な部分をある種の方向およびある種の所定の位置に曲げることにより徐々に形成されるのにつれて、タブ４５ａないし４５ｄが最終的にモジュール４１と４４との間に配置されるようになり、その結果、タブが第１のモジュール４１と第２のモジュール４４との間で力を伝達し、逆の場合も同様に力を伝達する手段としての機能を果たすことが可能であり、そして、タブ４６ａと４６ｂ、および４７ａと４７ｂが、それぞれ、第１のモジュール４１および第２のモジュール４４の端部側壁を形成する結果となることがわかる。

図３（ａ）ないし４（ｑ）に示されたハウジングまたはシールド４０の実施形態では、２個の上側タブ（すなわち、第２のモジュール４４に折り畳んで取り付けられた上側タブ４５ａおよび４５ｂ）と、２個の下側タブ（すなわち、第１のモジュール４１に折り畳んで取り付けられた下側タブ４５ｃおよび４５ｄ）とのすべて、すなわち合計４個のタブは、第１のモジュール４１と第２のモジュール４４との間に配置されている。逆に、図５に示されたハウジングまたはシールド４０の実施形態では、左側タブと右側タブの組４５ａ／４５ｄおよび４５ｂ／４５ｃの合計４個のタブが第１のモジュール４１と第２のモジュール４４との間に配置されている。光学式近接センサのモジュール間で縦方向力を伝達するためにタブ４５の個数、姿勢、形状および特定の構造における実質的に無限の変形、組み合わせおよび置換がハウジングまたはシールド４０においてうまく用いられる場合があることはすぐに当業者に明らかになる。例えば、１個のタブ、２個のタブ、３個のタブ、５個のタブ、６個のタブ、７個のタブ、８個のタブ、または、その他の適切な個数のタブがこのような目的を達するまで第１のモジュール４１と第２のモジュール４４との間に配置される場合がある。同様に、当業者は、単一の打ち抜かれた、または、切断された金属片またはシート４０の特有の初期的な形状または構造が実質的に無限の個数の形状をもち、それでもなお縦方向力を一方のモジュールから別のモジュールへ方向転換させることができるハウジングまたはシールドをもたらす場合があることをここで理解する。

引き続き図４（ａ）ないし５を参照すると、ハウジングまたはシールド４０がそこから形成される平坦な金属製のシートは、レーザ切断、アーク溶接機による溶融、機械的摩耗または切断などのような当業者に公知のある程度の数の異なる技術のうちのどれを使用して打ち抜かれても、または切断されてもよい。ハウジングまたはシールド４０がそこから形成される場合がある金属は、一例として、軟鋼、ステンレス鋼またはニッケルめっき鋼材でもよい。

ハウジングまたはシールド４０が形成されると、光放射体２０および光放射体駆動回路２１は第１のモジュール４１に搭載される場合があり、光検出器３０および光検知回路３１は第２のモジュール４４に搭載される場合がある。その後に、印刷回路基板は、携帯電話機、携帯情報端末（ＰＤＡ）、ラップトップコンピュータ、ノートブックコンピュータ、またはコンピュータのような携帯型電子装置に後で組み込まれる場合がある近接センサ１０を動作可能にするため、ハウジングまたはシールド４０の下に配置され、回路２１および３１に動作可能に接続される場合がある。

本発明の範囲に含まれるのは、本明細書中に記載された様々なコンポーネント、装置およびシステムを製造する方法、および製造させる方法である。

本発明の様々な実施形態が上記の実施形態に加えて検討されている。上記の実施形態は、本発明の範囲を限定するものではなく、本発明の実施例としてみなされるべきである。本発明の上記の実施形態に加えて、詳細な説明および添付図面の精査は、本発明の他の実施形態が存在することを明らかにする。従って、本明細書中に明示的に記載されていない本発明の上記の実施形態の多数の組み合わせ、置換、変形および変更がそれでもなお本発明の範囲に含まれることになる。

４０ 金属ハウジングまたはシールド
４１ 第１のモジュール
４２、４３ 開口
４４ 第２のモジュール
４５ｂ、４５ｃ、４６ａ、４６ｂ、４７ａ タブ
７１ 縦方向力
７２、７３ 力
７４ 力ベクトル

Claims (20)

1. 光放射体駆動回路に動作可能に接続され、光放射体駆動回路によって駆動される赤外線光放射体と、
   検出器検知回路に動作可能に接続され、検出器検知回路によって駆動される光検出器と、
   金属製であり、前記光放射体によって放射された光の少なくとも第１の部分が第１の開口を通り抜け、光学式近接センサに近接している対象物体から反射された光の前記第１の部分のうちの少なくとも第２の部分が前記光検出器による検出のための第２の開口を通り抜けるように、前記光放射体および前記光検出器の上にそれぞれ位置している前記第１の開口および前記第２の開口を備える金属ハウジングまたはシールドと、を備え、
   前記金属ハウジングまたはシールドが、前記光放射体および前記光検出器がそれぞれ内部に配置された第１のモジュールおよび第２のモジュールをさらに備え、前記第１のモジュールおよび前記第２のモジュールが前記第１のモジュールと前記第２のモジュールとの間を光学的に絶縁するため隣接した光学的に不透明な金属内部側壁を備え、前記第１の内部側壁および前記第２の内部側壁が前記第１の内部側壁と前記第２の内部側壁との間に折り畳んで配置された少なくとも１個の金属タブによってさらに互いに分離され、前記少なくとも１個の金属タブが一方のモジュールの一方の端部に加えられた縦方向力をもう一方のモジュールの向かい側の端部へ横方向に伝達し、対応する力が前記ハウジングまたはシールドが取り付けられた下にある基板上の前記もう一方のモジュールの向かい側の端部に下向きに作用するように構成されている、光学式近接センサ。
2. 前記基板が前記光学式近接センサと動作可能に接続された印刷回路基板を備え、前記縦方向力が前記第１のモジュールから前記第２のモジュールより下に配置された位置で前記印刷回路基板へ伝達される、請求項１に記載の光学式近接センサ。
3. 前記基板が前記光学式近接センサと動作可能に接続された印刷回路基板を備え、前記縦方向力が前記第２のモジュールから前記第１のモジュールより下に配置された位置で前記印刷回路基板へ伝達される、請求項１に記載の光学式近接センサ。
4. 携帯型電子装置に組み込まれている、請求項１に記載の光学式近接センサ。
5. 前記携帯型電子装置が、携帯電話機、携帯情報端末（ＰＤＡ）、ラップトップコンピュータ、ノートブックコンピュータ、またはコンピュータである、請求項４に記載の光学式近接センサ。
6. 前記第１の側壁および前記第２の側壁がこれらの間に配置された少なくとも２個の金属タブによって互いに分離されている、請求項１に記載の光学式近接センサ。
7. 前記第１の側壁および前記第２の側壁がこれらの間に配置された少なくとも３個の金属タブによって互いに分離されている、請求項１に記載の光学式近接センサ。
8. 前記第１の側壁および前記第２の側壁がこれらの間に配置された少なくとも４個の金属タブによって互いに分離されている、請求項１に記載の光学式近接センサ。
9. 前記少なくとも１個のタブが前記第１のモジュールまたは前記第２のモジュールの一部分として折り畳み可能に形成されている、請求項１に記載の光学式近接センサ。
10. 前記金属シールドまたはハウジングが前記ハウジングまたはシールドとして最終的な形状に曲げられるか、または折り畳まれる１個の金属片から形成される、請求項１に記載の光学式近接センサ。
11. 前記金属シールドまたはハウジングが第１の外部側壁および第２の外部側壁をさらに備える、請求項１に記載の光学式近接センサ。
12. 前記第１の外部側壁および第２の外部側壁が折り畳まれたタブを備える、請求項１１に記載の光学式近接センサ。
13. 前記金属シールドまたはハウジングが打ち抜かれ、続いて折り畳まれた単一の鋼の片から形成されている、請求項１に記載の光学式近接センサ。
14. 前記打ち抜かれた鋼が軟鋼、ニッケルめっき鋼材またはステンレス鋼からなる、請求項１３に記載の光学式近接センサ。
15. 光学式近接センサ用の金属ハウジングまたはシールドを形成する方法であって、
    前記シールドまたはハウジングに折り畳めるように構成され、外側に広がる複数のタブを備える平坦な金属製のシートを形成するステップと、
    第１のモジュールおよび第２のモジュールが前記第１のモジュールおよび前記第２のモジュールの間を光学的に絶縁するため隣接した光学的に不透明な金属内部側壁を備え、第１の内部側壁および第２の内部側壁が前記第１の内部側壁および前記第２の内部側壁の間に折り畳んで配置された複数のタブによってさらに互いに分離され、前記タブと前記第１のモジュールおよび前記第２のモジュールとが一方のモジュールの一方の端部に加えられた縦方向力をもう一方のモジュールの向かい側の端部へ横方向に移し、対応する力が前記ハウジングまたはシールドが取り付けられた下にある基板に前記もう一方のモジュールの向かい側の端部に下向きに作用するようにさらに構成されるように、前記平坦な金属製のシートを光放射体および光検出器をそれぞれ内部に収容するように構成された前記第１のモジュールおよび前記第２のモジュールに折り畳むステップと、
    を備える方法。
16. 前記平坦な金属製のシートを形成するステップが前記平坦なシートを打ち抜くステップを備える、請求項１５に記載の方法。
17. 前記平坦なシートのため、軟鋼、ステンレス鋼またはニッケルめっき鋼材を選択するステップをさらに備える、請求項１５に記載の方法。
18. 前記第１のモジュールが所定の形状に折り畳まれた後に、光放射体および光放射体駆動回路を前記第１のモジュールに搭載するステップをさらに備える、請求項１５に記載の方法。
19. 前記第２のモジュールが所定の形状に折り畳まれた後に、光検出器および光検知回路を前記第２のモジュールに搭載するステップをさらに備える、請求項１５に記載の方法。
20. 前記複数のタブが、前記第１のモジュールと前記第２のモジュールとの間に折り畳まれるように構成された４個の個別のタブを備える、請求項１５に記載の方法。

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