JPH0749816Y2 - 反射型フォトセンサユニット - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は、発光素子と受光素子とを一個のパッケージに
組み込んで構成した反射型フォトセンサユニットに関す
るものである。

［従来の技術］ 発光素子と受光素子とを一個のパッケージに組み込んで
構成した反射型フォトセンサユニットは知られている。
それぞれ発光素子の照射光及び受光素子への反射光をレ
ンズで収束させる技術も知られている。

［考案が解決しようとする課題］ 上記反射型フォトセンサユニットは、一般的に検知対象
との距離／間隔が正確に保持されることは重要なことで
ある。特にその感度が検知対象との距離／間隔によって
鋭敏に異なる場合、例えば、検知対象と1mmの距離／間
隔で最高の感度を示し、その前後に0.1mmの誤差が生じ
た場合に出力に10〜15％程度の誤差を生じるような場合
には、言うまでもなく、検知対象との距離／間隔を正し
く保持することが絶対的な条件である。それ故、このよ
うな反射型フォトセンサユニットを、これを使用する装
置にセットする場合には、検知対象と距離／間隔を正確
に保持すべく、丁寧な取付け及び微調整が必要である
が、これは相当面倒な作業であり、容易には正確を期し
難い。

結果としてこのような反射型フォトセンサユニットを使
用した場合には、これをセットした装置が相当しっかり
した作りでなければ、得られたデータに高い信頼性を置
き難いという問題がある。

一方このような反射型フォトセンサユニットによって細
かな記号又は模様等を検出する場合には発光素子の前面
にレンズを配し、その照射光を検知対象の所定の位置に
集光し、更には検知対象からの反射光を受光素子に集光
すべくその前面にレンズを配することが考えられるが、
上記検知対象との距離／間隔が正確に保持されなけれ
ば、このような場合も、所期の目的を達成し難い。

本考案は、このような問題点を解決することを目的とし
てなしたものである。

［課題を解決するための手段］ 本考案の構成の要旨とするところは、 検知対象の検知面に光を照射する発光素子と、検知対象
の検知面からの反射光を受けてその光量に対応する出力
を生じる受光素子とを、前者の光軸と後者の光軸とが、
そこに置かれるべき前記検知対象の検知面で交差するよ
うにパッケージに組み込んで構成した反射型フォトセン
サユニットに於いて、 上記パッケージに、上記発光素子の光軸と上記受光素子
の光軸とが交差する点を含む面を外面とする透明なスペ
ーサ部材を配設し、 上記スペーサ部材の前記発光素子と対面する部位に、該
発光素子の照射光をその光軸と前記受光素子の光軸とが
交差する点に集光させるレンズを構成し、 かつ前記スペーサ部材の前記受光素子と対面する部位
に、前記発光素子から照射され、前記スペーサ部材の外
面に接して置かれた検知対象の検知面の内、発光素子の
光軸と受光素子の光軸との交差する点から反射される反
射光を受光素子に集光させるレンズを構成した反射型フ
ォトセンサユニットである。

上記反射型フォトセンサユニットの種類は問わない。例
えば、発光素子の波長帯域も、紫外、可視又は赤外等の
いずれも適用対象であることは言うまでもない。勿論、
受光素子は、上記発光素子に対応する種類乃至波長帯域
のものであることが必要である。なお上記反射型フォト
センサユニットは、検知対象との距離／間隔が、所定の
距離／間隔からプラスマイナスいずれの方向に僅かでも
誤差を生じると感度が著しく低下するタイプ、即ち、検
知対象との距離／間隔の変化と出力値との関係を示す検
出特性曲線が適性距離／間隔を中心にして急激に低下す
る鋭角の曲線を描くタイプの場合に特に有効である。

上記スペーサ部材はその構成材質として透明度の高いガ
ラス類又はプラスチック類等を採用することができる。
上記スペーサ部材は、上記パッケージに於いて、これに
組み込んだ上記発光素子及び受光素子の発光部及び受光
部が露出する側の面に取付ける。上記スペーサ部材は、
前記したように、当然、上記発光素子及び受光素子の各
光軸の交差する点を含む面を外面とするように、即ち、
上記発光素子及び受光素子と該スペーサ部材の外面に当
接した検知対象とが適正な距離／間隔を保持し得るよう
に構成する。この外面の外周縁は丸みをつけて置くのが
適当である。

前記レンズは、上記発光素子の照射光を集光するものの
外、検知対象からの反射光を受光素子に集光するそれを
も構成する。受光素子と発光素子との位置関係は、いず
れにしても相互に対称的になるように定めるのが適当で
ある。

また上記レンズは、上記スペーサ部材中に、それ自体を
加工して構成するか、又は別に成形したそれを組み込む
構成とする。レンズを、上記のように、スペーサ部材そ
れ自体に構成する場合は、例えば、各々スペーサ部材の
発光素子又は受光素子に対面する部分を、各光軸を中心
にして発光素子側又は受光素子側に膨らむレンズ部に成
形するのが適当である。

また上記レンズを、前記のように、別に成形してスペー
サ部材に組み込む構成とした場合には、別に成形したレ
ンズを、スペーサ部材中の上記レンズ部を構成した位置
とほぼ同様な位置に組み込むこととするのが適当であ
る。上記組み込むレンズはスペーサ部材の材質より屈折
率の大きな材質により形成する。

なお以上のレンズの内、発光素子の照射光を集光するそ
れは、所定の最適距離の位置、即ちスペーサ部材の外面
の一部にスポット状又はスリット状等の必要な形に集光
すべく構成し、かつ他方の受光素子に反射光を集光すべ
きレンズは、これが確実に行なわれ得るように構成す
る。

［作用］ 本考案は、以上のような構成であるから、次のように作
用する。

検知対象にスペーサ部材の外面を当接した状態で、発光
素子より光（赤外光、可視光又は紫外光）を照射する
と、先ずスペーサ部材により検知対象までの距離が正確
に維持され、かつスペーサ部材に構成したレンズであっ
て、発光素子に対面するレンズにより該検知対象の検知
面にスポット状又はスリット状等に正確に照射すること
ができる。

また上記検知対象の検知面からの反射光は、スペーサ部
材に構成したレンズであって、受光素子に対面するレン
ズにより集光され、確実に反射光を受光素子に集中させ
ることができる。

しかして反射型フォトセンサユニットの感度が、検知対
象との最適距離／間隔以外では極端に低下するタイプの
ものであっても、この場合にはスペーサ部材により検知
対象との距離／間隔が常時正確に維持できるため、最高
の感度を常時保持し得、正確な検出結果が保証できる。
例えば、上記検知対象が、紙幣のような場合は、それ自
体に皺や折れ目等による凹凸が生じている場合でも、上
記スペーサ部材がこれに当接されるので、発光素子及び
受光素子との流路／間隔が所定のそれを維持し得るもの
である。

またスペーサ部材の存在により発光素子及び受光素子と
検知対象との間に異物が侵入することも防ぎ得る。

しかして正確な検出が確保される。

更にはこの反射型フォトセンサユニットを必要とする装
置類にセットする際にも、検知対象との距離／間隔を維
持するための手段を構成する必要がないので、取付けが
容易になる。

［実施例］ 以下図面に基づいて本考案の二つの実施例を順次説明す
る。

先ず第１図〜第３図に基づいて本考案の第一の実施例を
説明する。

第１図に示したように、パッケージ１に発光素子として
の赤外発光ダイオード２及び受光素子としてのフォトト
ランジスタ３を組み込む。上記赤外発光ダイオード２及
びフォトトランジスタ３では、各光軸がパッケージ１の
下方で90度の角度で交差するように、相互に対称にパッ
ケージ１中に固設する。なお上記両光軸の交差点はパッ
ケージ１の下面から下方へ0.9mmの間隔の面内に位置す
る。

このパッケージ１の下面にはガラスで構成したスペーサ
体４を固設する。このスペーサ体４は下面から見てほぼ
方形に構成したもので、四囲の下縁には丸みをつけてあ
る。またこのスペーサ体４は、当然、その下面がパッケ
ージ１の下面から0.9mmの間隔を置いたところに位置す
る。更にこのスペーサ体４は、上記赤外発光ダイオード
２及びフォトトランジスタ３の前面に位置する内面に各
々レンズ部5a、5bを成形しておくものとする。上記レン
ズ部5aは赤外発光ダイオード２の光軸に沿ってスリット
状に集光すべく、第２図に示したように、かまぼこ状の
凸レンズに構成する。その焦点（線）は当然スペーサ体
４の下面、即ち、前記光軸（面）相互の交差位置に一致
させる。他のレンズ部5bはフォトトランジスタ３の光軸
（面）に沿って配置し、第２図に示したように、反射光
をその受光部内に集光するかまぼこ状の凸レンズに成形
したものである。

ところで第３図は、この反射型フォトセンサユニットの
検知対象との距離／間隔の変化による出力値（フォトト
ランジスタ３のエミッタ・アース間に負荷抵抗を挿入
し、エミッタと負荷抵抗の間から取り出した出力値）の
変化の関係を示す出力曲線図である。この第３図に示す
ように、この反射型フォトセンサユニットの出力値は0.
9mmをピークとして、その前後で急激に落ち込んでいる
ものである。

この実施例では、以上のように構成したので、次のよう
に作用する。

この反射型センサユニットを、例えば、紙幣識別装置の
センサとして用いることができる。

上記装置の識別動作の際には、検知対象の紙幣の検知面
に上記スペーサ体４を当接させた上で、赤外発光ダイオ
ード２を発光させ、レンズ部5a及びスペーサ体４の他の
部分を通じて上記紙幣の検知面にスリット状に照射し、
その反射光を、同様に、スペーサ体４の該当部分及びレ
ンズ部5bを通じてフォトトランジスタ３の受光部に正確
に受光させることができる。

このとき検知対象である上記紙幣にはスペーサ体４を当
接させているので、例え、紙幣に皺があり、あるいは折
り目があってもこれが引伸された状態になり、その検知
面までの距離／間隔を正確に前記所定の0.9mmに維持し
得、常時最高の感度で検出し得るものである。勿論上記
レンズ部5a、5bの作用により、前記のように、先ず、紙
幣の検知面にはスリット状に収束した赤外線の照射を行
なうことができる。その結果、細かな赤外線吸収模様に
正確に対応する反射光を得られることになる。更にフォ
トトランジスタ３に向かって徐々に拡大する反射光も上
記レンズ部5bにより平行光線に屈折させられ、その受光
部に確実に集光し得ることになり、正確な検出を行うこ
とができるものである。

この反射型フォトセンサユニットの検知対象との距離／
間隔の変化による出力値の変化は、前記したように、第
３図に示した通りである。即ち、その距離／間隔が0.9m
mで急峻に立上がっており、その前後では極端に出力値
が低下する。したがって検知対象が、上記のような紙幣
である場合等は、その皺又は折れ目による凹凸は、それ
だけで検出結果に信頼性を失わせるに充分な距離又は間
隔の変動になる訳である。しかしこのような検知対象と
の距離／間隔の関係は上記スペーサ体４を検知対象であ
る紙幣に当接することで解決されるものである。

更にスペーサ体４の存在により上記赤外発光ダイオード
２及びフォトトランジスタ３と検知対象との間に異物が
侵入する虞も全くない。

ところでセンサユニット類は、一般的には対象装置への
取付けの際の誤差によって検知対象との距離／間隔が微
妙に異なってくる可能性があるが、この反射型フォトセ
ンサユニットでは、予め正確にスペーサ体４によって検
知対象との距離／間隔が定められているので、対象装置
への取付けの際の誤差を問題とする必要がない。

次に第４図に基づいて本考案の第二の実施例を説明す
る。

この例も第一の実施例と同様に、発光素子として赤外発
光ダイオード22を用い、受光素子としてフォトトランジ
スタ23を用いた反射型フォトセンサユニットである。

第４図に示したように、パッケージ21に、上記赤外発光
ダイオード22及びフォトトランジスタ23を組み込み固定
する。上記赤外発光ダイオード22及びフォトトランジス
タ23は、それらの各光軸が下方で相互に90度の角度で交
差するようにパッケージ21中に配置する。またその交差
点はパッケージ21の下面から0.9mmの間隔の平面内に位
置するように定める。

上記パッケージ21の下面にはガラスで構成した透明のス
ペーサ体24を固設する。上記スペーサ体24は下面から見
て円形に構成したもので、その下部周縁には丸みをつけ
る。なお当然このスペーサ体24の下面は上記パッケージ
21の下面から0.9mmの間隔の平面と一致させる。またス
ペーサ体24の内面には、上記赤外発光ダイオード22及び
フォトトランジスタ23の前面に対応する位置に各々レン
ズ25a、25bを組み込んでおくものとする。上記レンズ25
aは上記赤外発光ダイオード22の光軸に沿ってスポット
状に収束する凸レンズに成形し、かつ配置したものであ
る。焦点は当然上記光軸相互の交差点（上記スペーサ体
24の下面内に位置している）に合わせたものである。他
のレンズ25aはフォトトランジスタ23の光軸に沿って配
置し、上記焦点からの反射光をその受光部内に集光する
凸レンズに成形したものである。なお上記レンズ25a、2
5bは上記スペーサ体24より屈折率の大きいガラスにより
成形したものである。

またこの例の反射型フォトセンサユニットに於いても、
検知対象との距離／間隔の変化による出力値の変化の関
係を示す出力曲線は、第一の実施例と全く同様である。
即ち、この反射型フォトセンサユニットの出力値（フォ
トトランジスタ23のエミッタ・アース間に負荷抵抗を挿
入し、エミッタと負荷抵抗の間から取り出した出力値）
は検知対象との距離／間隔が0.9mmである点をピークと
して、その前後で急激に落ち込んでいるものである。

この実施例では、以上のように構成したので、前記第一
の実施例と全く同様に作用する。したがって以下に簡単
に説明する。

検知動作は、スペーサ体24を検知対象の検知面に当接さ
れた上で、赤外発光ダイオード22を発光させ、レンズ25
a及びスペーサ体24を通じて検知対象の検知面にスポッ
ト状に収束して照射し、検知面からの反射光を、同様
に、スペーサ体24及びレンズ25bに通じてフォトトラン
ジスタ23の受光部に正確に受光させることで行なわれ
る。

上記のように、スペーサ体24を検知対象に当接させてい
るので、検知対象に凹凸があっても検知面までの距離は
スペーサ体24の下面までの距離、即ち、前記所定の0.9m
mに維持し得、前記した最高の感度で検出し得るもので
ある。勿論上記レンズ25aの作用により、上記のよう
に、検出面には小さなスポット状の赤外線の照射を行な
うことができ、細かな検出対象の模様又は記号等に正確
に対応した反射光を得ることが可能になる。更に拡大し
つつ進行する反射光をレンズ25bによりフォトトランジ
スタ23の受光部内に収束させ、正確な検出を行なうこと
ができるものである。

以上のようにこの反射型フォトセンサユニットは検知対
象に対する距離を正確に保持するスペーサ体24を構成
し、これに一体にレンズ25a、25bを構成したので、正確
な検出を行なうことができるものである。

［考案の効果］ 本考案によれば、そのスペーサ部材の作用により反射型
フォトセンサユニットの発光素子及び受光素子と検知対
象との距離／間隔が常時正確に保持し得る。それ故常時
検知対象に対して最も感度の高い距離／間隔で検知動作
を行なうことができ、安定した信頼性の高い検知動作を
確保することができる。また同時にレンズの作用により
検知対象の検知面に照射光を適切に収束させて照射し得
るので細かな検知面の反射模様又は記号等も反射光に正
確に反映させることができ、更に反射光も確実に受光素
子に集光させ得るものである。そのため検知対象の正確
な検知が常時確保できる。

また一般的に対象装置への反射型フォトセンサユニット
の取付けの際の誤差によって検知対象との距離／間隔は
微妙に異なってくる可能性があるが、本考案によれば、
予め正確に上記スペーサ部材によって距離／間隔が定め
られるので、対象の装置への取付けの際の誤差を問題と
する必要がない。しかしてこれによって対象装置への取
付けが、神経質でなくなり、それにも拘らず正確な検知
が確保できるものである。

なお本考案は、検知結果が、検知対象との距離／間隔に
鋭敏に影響を受けるタイプの素子によって構成された反
射型フォトセンサユニットに適用するのが、特に有効で
ある。

【図面の簡単な説明】

図面は本考案の第一及び第二の実施例を示したものであ
る。 第１図〜第３図は本考案の第一の実施例を示したもの
で、第１図はその断面概略斜視図、第２図はスペーサ体
の斜視図、第３図は、この実施例の反射型フォトセンサ
ユニットの検知対象との距離／間隔の変化による出力
値、即ち、フォトトランジスタのエミッタ・アース間に
負荷抵抗を挿入し、エミッタと負荷抵抗の間から取り出
した出力値の変化の関係を示す出力曲線図である。 第４図は本考案の第二の実施例を示した概略断面図であ
る。 １、21……パッケージ、２、22……赤外発光ダイオー
ド、３、23……フォトトランジスタ、４、24……スペー
サ体、5a、5b……レンズ部、25a、25b……レンズ。

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】検知対象の検知面に光を照射する発光素子
   と、検知対象の検知面からの反射光を受けてその光量に
   対応する出力を生じる受光素子とを、前者の光軸と後者
   の光軸とが、そこに置かれるべき前記検知対象の検知面
   で交差するようにパッケージに組み込んで構成した反射
   型フォトセンサユニットに於いて、 上記パッケージに、上記発光素子の光軸と上記受光素子
   の光軸とが交差する点を含む面を外面とする透明なスペ
   ーサ部材を配設し、 上記スペーサ部材の前記発光素子と対面する部位に、該
   発光素子の照射光をその光軸と前記受光素子の光軸とが
   交差する点に集光させるレンズを構成し、 かつ前記スペーサ部材の前記受光素子と対面する部位
   に、前記発光素子から照射され、前記スペーサ部材の外
   面に接して置かれた検知対象の検知面の内、発光素子の
   光軸と受光素子の光軸との交差する点から反射される反
   射光を受光素子に集光させるレンズを構成した反射型フ
   ォトセンサユニット。
2. 【請求項２】前記発光素子の照射光をその光軸と前記受
   光素子の光軸とが交差する点に集光させるレンズを、前
   記スペーサ部材の発光素子と対面する部位に、該発光素
   子側に膨らむ凸レンズ部であって、該スペーサ部材と一
   体の凸レンズ部として構成し、 かつ前記発光素子から照射され、前記スペーサ部材の外
   面に接して置かれた検知対象の検知面の内、発光素子の
   光軸と受光素子の光軸との交差する点から反射される反
   射光を受光素子に集光させるレンズを、前記スペーサ部
   材の受光素子と対面する部位に、該受光素子側に膨らむ
   凸レンズ部であって、該スペーサ部材と一体の凸レンズ
   部として構成した請求項１記載の反射型フォトセンサユ
   ニット。
3. 【請求項３】前記発光素子の照射光をその光軸と前記受
   光素子の光軸とが交差する点に集光させるレンズを、前
   記スペーサ部材の発光素子と対面する位置に組み込んだ
   凸レンズであって、前記スペーサ部材の材質より屈折率
   の大きな材質の凸レンズで構成し、 かつ前記発光素子から照射され、前記スペーサ部材の外
   面に接して置かれた検知対象の検知面の内、発光素子の
   光軸と受光素子の光軸との交差する点から反射される反
   射光を受光素子に集光させるレンズを、前記スペーサ部
   材の受光素子と対面する位置に組み込んだ凸レンズであ
   って、前記スペーサ部材の材質より屈折率の大きな材質
   の凸レンズで構成した請求項１記載の反射型フォトセン
   サユニット。