JP2009130022A

JP2009130022A - インタラプタ

Info

Publication number: JP2009130022A
Application number: JP2007301457A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Matsuyama; 宏松山
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2007-11-21
Filing date: 2007-11-21
Publication date: 2009-06-11
Also published as: CN101447525B; US20090128794A1; CN101447525A; US8008616B2

Abstract

【課題】小型化及び低コスト化が可能なインタラプタを提供する。
【解決手段】発光素子１３及び受光素子１４がコ字形状のモールド部材２０内に埋設された透過型のインタラプタ１において、モールド部材２０を、光の一部を透過させ残部を吸収する半透明の樹脂材料により形成する。また、モールド部材２０における主光路Ｌに介在する領域に、凹部２５及び２６を形成する。これにより、モールド部材２０を１回のモールドで作製できると共に、主光路Ｌの光結合効率を周辺光路の光結合効率よりも高くする。
【選択図】図１

Description

本発明は、インタラプタに関する。

プリンタや複写機の用紙検出及びデジタルカメラや携帯電話に内蔵されたカメラのレンズ位置の検出には、透過型（対向型）のインタラプタが用いられている。透過型のインタラプタとは、相互に対向する位置に発光素子及び受光素子が配置されたセンサである。透過型のインタラプタにおいては、発光素子と受光素子との間に被検出物が介在したときに、受光素子によって受光される光の量が低減することを利用して、被検出物の存在を検知する。

透過型のインタラプタにおいては、発光素子及び受光素子は樹脂材料からなるモールド部材によって覆われている。また、発光素子及び受光素子は、被検出物が通過する空間を挟むように配置されており、且つ、単一のモールド部材によって保持されているため、モールド部材の形状は、通常、コ字形状である。そして、モールド部材における発光素子から受光素子に向かう光路に介在する部分は、透明樹脂によって形成されており、それ以外の部分は不透明樹脂、例えば黒色樹脂によって形成されている（例えば、特許文献１参照。）。

近年、デジタルカメラや携帯電話は小型化及び低コスト化が進んでおり、これを構成する部品も、小型で且つ低コストなものが望まれている。当然、インタラプタについても、解像度を維持したまま、より一層の小型化及び低コスト化が望まれている。

特開平８ー３３５７１０号公報（段落００２１）

本発明の目的は、小型化及び低コスト化が可能なインタラプタを提供することである。

本発明の一態様によれば、発光素子と、前記発光素子から出射した光が入射する位置に配置された受光素子と、前記光の一部を透過させ残部を吸収する材料からなり、前記発光素子及び前記受光素子をそれぞれ覆い、前記発光素子と前記受光素子との間に隙間が形成されたモールド部材と、を備え、前記発光素子を覆う前記モールド部材の厚さ及び前記受光素子を覆う前記モールド部材の厚さのうち少なくとも一方は、前記発光素子から前記受光素子に向かう直線状の光路に介在する領域で相対的に薄く、前記領域の周辺の領域で相対的に厚いことを特徴とするインタラプタが提供される。

本発明の他の一態様によれば、発光素子と、前記発光素子から出射した光が被検出物で反射して入射する位置に配置された受光素子と、前記光の一部を透過させ残部を吸収する材料からなり、前記発光素子及び前記受光素子をそれぞれ覆うモールド部材と、を備え、前記発光素子を覆う前記モールド部材の厚さ及び前記受光素子を覆う前記モールド部材の厚さのうち少なくとも一方は、前記発光素子から前記被検出物で反射して前記受光素子に向かう光路のうち光学的に最短の光路に介在する領域で相対的に薄く、前記領域の周辺の領域で相対的に厚いことを特徴とするインタラプタが提供される。

本発明によれば、小型化及び低コスト化が可能なインタラプタを実現することができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
先ず、本発明の第１の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係るインタラプタを例示する断面図であり、
図２は、本実施形態に係るインタラプタのモールド部材を例示する斜視図である。

図１及び図２に示すように、本実施形態に係るインタラプタ１は、透過型のインタラプタである。インタラプタ１においては、一対の短冊状の金属製のフレーム１１及び１２が相互に平行に設けられている。そして、フレーム１１の上端部には、発光素子１３が半田等によりマウントされており、フレーム１１に接続されている。また、発光素子１３におけるフレーム１１に接合されていない側の面には電極パッド（図示せず）が設けられており、この電極パッドにボンディングワイヤ１５が接合されている。ボンディングワイヤ１５の他端は、外部リード端子（図示せず）に接続されている。

一方、フレーム１２の上端部には、受光素子１４が半田等によりマウントされており、フレーム１２に接続されている。また、受光素子１４におけるフレーム１２に接合されていない側の面には信号端子（図示せず）が設けられており、この信号端子にボンディングワイヤ１６が接合されている。ボンディングワイヤ１６の他端は、ダイオード、ＩＣチップ又はリード端子（図示せず）などに接続されている。

これにより、発光素子１３と受光素子１４とは相互に対向する位置に配置されており、受光素子１４は、発光素子１３から出射した光が入射する位置に配置されている。発光素子１３の中心から受光素子１４の中心に向かう直線状の光路、すなわち、発光素子１３と受光素子１４との間の光学的に最短の光路を、主光路Ｌとする。なお、図１においては、主光路Ｌは１本の矢印によって表されているが、実際には、十分な光量が伝わるだけの幅を持っている。

発光素子１３は例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）であり、受光素子１４は例えばフォトＩＣ（Integrated Circuit：集積回路）である。なお、本明細書においては、フレーム１１及び１２における発光素子１３及び受光素子１４がマウントされている側の端部を「上端部」といい、その反対側の端部を「下端部」というが、これは便宜的なものであり、重力の方向とは無関係である。以下、フレーム１１又は１２が延びる方向を「縦方向」、発光素子１３と受光素子１４とを結ぶ方向を「光路方向」、縦方向及び光路方向の双方に対して直交する方向を「横方向」という。

インタラプタ１には、上述の各素子、フレーム及びボンディングワイヤを覆い、これらを機械的なストレス及び酸化等から保護するモールド部材２０が設けられている。モールド部材２０は、発光素子１３から出射する光の一部を透過させ残部を吸収する半透明の樹脂材料により形成されている。モールド部材２０は、発光素子１３がマウントされたフレーム１１及び受光素子１４がマウントされたフレーム１２を相互に位置決めした後、半透明樹脂によってモールドすることにより、形成されたものである。

モールド部材２０の形状はコ字形状である。すなわち、モールド部材２０は、光路方向に延びるブリッジ部分２１と、ブリッジ部材２１の両端部から上方に向けて起立した発光部分２２及び受光部分２３から構成されている。発光部分２２と受光部分２３とは相互に離隔しており、発光部分２２と受光部分２３との間が隙間２４となっている。発光部分２２は、発光素子１３、フレーム１１の下端部以外の部分、及びボンディングワイヤ１５を覆っている。一方、受光部分２３は、受光素子１４、フレーム１２の下端部以外の部分、及びボンディングワイヤ１６を覆っている。そして、フレーム１１及び１２の下端部は、ブリッジ部分２１の下面から突出している。

発光部分２２における主光路Ｌに介在する領域には、凹部２５が形成されている。凹部２５の形状は縦方向に延びる直方体形状の溝状であり、その横方向の幅は発光素子１３の幅よりも小さく、隙間２４及びモールド部材２０の上面において開口している。これにより、発光素子１３を覆うモールド部材２０の厚さは、主光路Ｌに介在する領域で相対的に薄く、この領域の周辺の領域で相対的に厚くなっている。

同様に、受光部分２３における主光路Ｌに介在する領域には、凹部２６が形成されている。凹部２６の形状は縦方向に延びる直方体形状の溝状であり、その横方向の幅は受光素子１４の幅よりも小さく、隙間２４及びモールド部材２０の上面において開口している。これにより、受光素子１４を覆うモールド部材２０の厚さは、主光路Ｌに介在する領域で相対的に薄く、この領域の周辺の領域で相対的に厚くなっている。

次に、本実施形態に係るインタラプタの動作について説明する。
図３は、本実施形態に係るインタラプタの動作を例示する光学モデル図であり、インタラプタを上方から見た図である。
なお、図３においては、発光素子１３、受光素子１４、並びにモールド部材の発光部分２２及び受光部分２３以外の構成要素は、図示を省略されている。

図１及び図３に示すように、フレーム１１及びボンディングワイヤ１５を介して発光素子１３に電力が供給されると、発光素子１３が発光する。このとき、発光素子１３から出射された光の一部は、主光路Ｌを伝播して受光素子１４に到達する。また、この光の他の一部は、主光路Ｌ以外の光路（以下、「周辺光路Ｓ」という）を伝播して受光素子１４に到達する。周辺光路Ｓは、例えば、発光部分２２又は受光部分２３の表面又は内部における屈折又は散乱等により、主光路Ｌを迂回するように形成された光路である。周辺光路Ｓは無数に存在するが、図３においては、その一部を破線で例示している。更に、発光素子１３から出射された光の残部は、モールド部材２０に吸収されるか、インタラプタ１の外部に放射される。

受光素子１４は、入射した光を電流に変換し、フレーム１２及びボンディングワイヤ１６を介して出力する。そして、発光素子１３が発光している状態で、主光路Ｌ又は周辺光路Ｓに遮光体である被検出物Ｔが介在すると、被検出物Ｔが光を遮るため受光素子１４が受光する光量が減少し、受光素子１４から出力される電流が減少する。従って、受光素子１４から出力される電流を測定することにより、被検出物Ｔの存在を検知することができる。

そして、本実施形態においては、モールド部材２０の発光部分２２に凹部２５が形成されているため、発光素子１３を覆うモールド部材２０の厚さは、主光路Ｌに介在する領域で相対的に薄く、この領域の周辺の領域で相対的に厚くなっている。また、受光部分２３に凹部２６が形成されているため、受光素子１４を覆うモールド部材２０の厚さは、主光路Ｌに介在する領域で相対的に薄く、この領域の周辺の領域で相対的に厚くなっている。また、本実施形態においては、モールド部材２０を形成するパッケージ材料として、光の一部を吸収し残部を透過させる半透明樹脂が使用されている。

これにより、主光路Ｌにおいては、モールド部材２０に吸収される光の割合が相対的に少なく、モールド部材２０を透過して受光素子１４に到達する光の割合が相対的に多い。一方、周辺光路Ｓにおいては、モールド部材２０に吸収される光の割合が相対的に多く、モールド部材２０を透過して受光素子１４に到達する光の割合が相対的に少ない。これにより、周辺光路Ｓを迂回する不要な屈折光及び散乱光の多くがモールド部材２０に吸収される。従って、本実施形態に係るインタラプタ１においては、発光素子１３と受光素子１４との間の光結合のうち、主光路Ｌを介した光結合の割合が高く、周辺光路Ｓを介した光結合の割合が低い。この結果、インタラプタ１においては、被検出物Ｔが主光路Ｌを通過したときの電流の減少割合が大きく、検出精度が高い。

また、本実施形態においては、モールド部材２０を半透明樹脂による１回のモールドで形成することができるため、インタラプタ１の製造コストが低い。また、１回分のモールドの最小樹脂厚によってモールド部材２０の最小サイズが決まるため、モールドを複数回行ってモールド部材を形成する場合と比較して、インタラプタを小型化することができる。

更に、凹部２５及び２６は、モールド部材２０における隙間２４に面した面及び上面の二面において開口しているため、モールド成型時に型の抜き取り性が良く、形成が容易である。

以下、本実施形態の比較例について説明しつつ、本実施形態の効果を説明する。
先ず、第１の比較例について説明する。
図４は、第１の比較例に係るインタラプタを例示する断面図であり、
図５は、このインタラプタを例示する斜視図である。
なお、図４においては、図示の便宜上、ボンディングワイヤは省略されている。後述する他の図においても同様である。

図４及び図５に示すように、本比較例に係るインタラプタ１０１においては、モールド部材１２０は、２種類の樹脂から構成された二重モールド構造となっている。すなわち、発光素子１３及び受光素子１４をそれぞれ覆うコア部分１２０ａは、光を実質的に吸収せずに透過させる透明樹脂によって形成されている。また、コア部分１２０ａを覆う外皮部分１２０ｂは、光を実質的に透過させない光絶縁樹脂、例えば、黒色樹脂によって形成されている。そして、外皮部分１２０ｂにおける主光路Ｌに介在する領域には、縦方向に延びるスリット１２０ｃが形成されている。

本比較例に係るインタラプタ１０１においては、スリット１２０ｃを介してのみ、光が発光素子１３から受光素子１４に伝播され、それ以外の光路では伝播されない。このため、光路をほぼ主光路Ｌに絞ることができ、被検出物の検出精度が高い。

しかしながら、インタラプタ１０１を製造するためには、透明樹脂によるモールドと光絶縁樹脂によるモールドの２回のモールド工程が必要となる。このため、各モールドの条件出し、モールド後の検査などの工程が２回ずつ必要となり、製造コストが高い。また、二重モールド構造のモールド部材１２０のサイズは、各モールドの最小樹脂厚の合計寸法によって制約される。このため、インタラプタ１０１は小型化が困難である。

また、二重モールド構造のモールド部材１２０におけるスリット１２０ｃの幅には、機械的な加工精度の限界がある。現在のところ、安定したオンオフ特性を得ることができる加工精度は、０．２ｍｍ程度が限界である。

なお、インタラプタ１０１の切れ特性はスリット１２０ｃの寸法にほぼ比例する。従って、優れた切れ特性を得たい場合は、スリットの幅や高さを小さくすればよい。しかし、スリットの幅や高さを小さくすると、受光素子に入射する光量が減少し、光結合効率が低下する。このように、スリットの寸法と光結合効率との間には、トレードオフの関係がある。

次に、第２の比較例について説明する。
図６は、第２の比較例に係るインタラプタを例示する光学モデル図であり、インタラプタを上方から見た図である。
図６に示すように、本比較例に係るインタラプタ１０２においては、モールド部材全体が透明樹脂によって形成されている。このため、インタラプタ１０２は１回のモールド工程によって製造することができ、各樹脂成形の条件出し、モールド後の検査などの工程も１回で済むため、製造コストが低い。

しかしながら、インタラプタ１０２においては、発光素子１３から出射された光が、発光部分１２２の内部又は表面で反射、屈折又は散乱し、発光部分１２２全体から出射する。そして、受光部分１２３の全体に入射した光が、受光素子１４に到達し得る。すなわち、インタラプタ１０２においては、発光部分１２２全体から受光部分１２３全体に向けて光が伝播することになるため、被検出物Ｔに対する感受性が低く、検出精度が低い。

これに対して、上述の如く、本実施形態に係るインタラプタ１（図１参照）は、凹部２５及び２６が形成されているため、検出精度が高く、且つ、１回のモールド工程によって製造できるため、製造コストが低い。

以下、本実施形態の効果に対する計算結果及びシミュレーション結果を例示する。
モールド部材２０における発光素子１３及び受光素子１４をそれぞれ覆う部分のうち、凹部２５及び２６以外の部分の厚さを１ｍｍとし、凹部２５又は２６が形成されている部分の厚さをその（１／２）、すなわち、０．５ｍｍとし、モールド部材２０を形成する半透明樹脂の光吸収率を５０％／ｍｍとする。また、光が吸収される割合は、樹脂の厚さに比例すると仮定する。この場合、主光路Ｌの光結合効率χ_Ｌ、すなわち、発光素子１３から主光路Ｌに出射する光量に対する主光路Ｌから受光素子１４に入射する光量の比率は、下記数式（１）によって求められる。

χ_Ｌ＝（１−０．５／２）×（１−０．５／２）×１００≒５６．３％（１）

一方、周辺光路Ｓの光結合効率χ_Ｓは、下記数式（２）によって求められる。

χ_Ｓ＝（１−０．５）×（１−０．５）×１００＝２５％（２）

よって、主光路Ｌと周辺光路Ｓとの光結合比は約（２：１）となり、十分に高い検出精度を実現することができる。

また、上述の設定で、凹部２５及び２６以外の部分の厚さは１ｍｍとしたまま、凹部２５又は２６が形成されている部分の厚さをその（１／４）、すなわち、０．２５ｍｍとし、半透明樹脂の光吸収率を８０％／ｍｍ（光透過率を２０％／ｍｍ）としたとき、主光路Ｌの光結合効率χ_Ｌは下記数式（３）によって求められ、周辺光路Ｓの光結合効率χ_Ｓは下記数式（４）によって求められる。

χ_Ｌ＝（１−０．８／４）×（１−０．８／４）×１００＝６４％（３）

χ_Ｓ＝（１−０．８）×（１−０．８）×１００＝４％（４）

よって、主光路Ｌと周辺光路Ｓとの光結合比は（１６：１）となり、より高い検出精度を実現することができる。理想的には、樹脂材料の光吸収率を可能な限り高くし、凹部の深さを可能な限り深くするほど、不要光を低減でき、光結合比が向上する。

図７（ａ）は、横軸に被検出物の横方向における位置をとり、縦軸に光電流の大きさをとって、インタラプタの横方向の切れ特性のシミュレーション結果を例示するグラフ図であり、（ｂ）は、横軸に被検出物の縦方向における位置をとり、縦軸に光電流の大きさをとって、インタラプタの縦方向の切れ特性のシミュレーション結果を例示するグラフ図である。

図７（ａ）及び（ｂ）において、実線Ａは第１の実施形態に係るインタラプタの特性を表し、破線Ｂは第２の比較例に係るインタラプタの特性を表している。また、実線Ａが表す第１の実施形態に係るインタラプタにおいて、凹部以外の部分のモールド部材の厚さは１ｍｍとし、凹部が形成されている部分のモールド部材の厚さはその（１／４）、すなわち、０．２５ｍｍとし、光吸収率は８０％／ｍｍとし、横方向における凹部の幅は０．２ｍｍとした。更に、図７（ａ）の横軸は、被検出物のエッジが凹部の横方向の中心に位置しているときを０ｍｍとし、被検出物が移動することにより光路のより多くの部分を遮るようになる方向を正方向とした。また、図７（ｂ）の横軸は、下方を正方向とした。更にまた、発光素子は常に一定の出力で発光するものとした。光電流とは受光素子の出力電流であり、発光量が一定である場合には、光結合効率に比例する。従って、図７（ａ）及び（ｂ）の縦軸は、各インタラプタの光結合効率を表している。

図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、隙間２４内に被検出物Ｔが無いとき、発光素子１３と受光素子１４との光結合効率は最大であり、従って光電流の大きさは最大であり、インタラプタはオン状態にある。被検出物Ｔが隙間２４内に侵入していくと、光が遮られていくため光電流は連続的に減少していき、インタラプタは緩やかにオフ状態に移行していく。被検出物Ｔが光路（主光路Ｌ及び周辺光路Ｓ）を完全に遮ると、光結合効率は０になる。

そして、本実施形態に係るインタラプタ１、すなわち、モールド部材２０が半透明樹脂からなり、凹部２５及び２６が形成されたインタラプタは、第２の比較例に係るインタラプタ１０２、すなわち、モールド部材全体が透明樹脂からなるインタラプタと比較して、光電流の変化が急峻である。具体的には、インタラプタの切れ特性を、光電流の大きさが相対値で０．１（１０％）となるような被検出物の位置と、０．９（９０％）となるような被検出物の位置との間の距離と定義すると、実線Ａで示す第１の実施形態に係るインタラプタ１の横方向の切れ特性は、約±０．１０ｍｍであり、破線Ｂで示す第２の比較例に係るインタラプタ１０２の横方向の切れ特性は、約±０．２６ｍｍであった。

なお、図７（ａ）及び（ｂ）において、光電流が０．１以下の範囲では、変化が緩やかである。これは、被検出物Ｔが主光路Ｌ及びその近傍の光路を遮断した後も、周辺光路Ｓの一部を伝播する光、及び、発光部分２２の凹部２５から出射し、受光部分２３の凹部２６以外の部分に入射して、受光素子１４に到達する光が結合するからである。

また、図８（ａ）は、横軸に被検出物の横方向における位置をとり、縦軸に光電流の大きさをとって、インタラプタの横方向の切れ特性のシミュレーション結果を例示するグラフ図であり、（ｂ）は、横軸に被検出物の縦方向における位置をとり、縦軸に光電流の大きさをとって、インタラプタの縦方向の切れ特性のシミュレーション結果を例示するグラフ図である。

図８（ａ）及び（ｂ）において、一点鎖線Ｃは第１の比較例に係るインタラプタの特性を表し、破線Ｂは第２の比較例に係るインタラプタの特性を表す。第１の比較例に係るインタラプタ１０１において、横方向におけるスリット１２０ｃの幅は０．２５ｍｍとした。上記以外のシミュレーション条件及び表記方法は、図７（ａ）及び（ｂ）に示す場合と同様である。なお、図８には、比較のために、第１の実施形態の切れ特性を表す実線Ａ（図７参照）も記載している。

図８（ａ）及び（ｂ）に示すように、第１の比較例に係るインタラプタ１０１は、第２の比較例に係るインタラプタ１０２と比較して、切れ特性が良好であった。すなわち、一点鎖線Ｃに示すように、第１の比較例に係るインタラプタ１０１の横方向の切れ特性は、約±０．０７ｍｍであった。また、縦方向の切れ特性は、約±０．５ｍｍであった。そして、第１の実施形態に係るインタラプタ１の切れ特性（実線Ａ）は、第１の比較例に係るインタラプタ１０１の切れ特性（一点鎖線Ｃ）と、ほぼ同等であった。

このように、本実施形態によれば、２回モールドにより形成した第１の比較例よりも製造コストが低く小型化が可能で、透明樹脂を用いた第２の比較例よりも切れ特性が良好なインタラプタを実現することができた。

なお、本実施形態においては、モールド部材２０の発光部分２２に凹部２５が形成されており、受光部分２３に凹部２６が形成されている例を示したが、本発明はこれに限定されず、凹部２５又は２６の一方のみを形成しても、一定の効果を得ることができる。後述する他の実施形態においても同様である。また、本実施形態においては、凹部２５及び２６の形状が直方体形状の溝状である例を示したが、本発明はこれに限定されず、主光路Ｌに介在する領域とその周辺の領域とで、半透明樹脂の厚さに相対的な差が生じればよい。例えば、光路方向から見て、凹部の形状は円又は楕円でもよく、四角形であってもよい。更に、本実施形態においては、モールド部材における主光路Ｌに介在する領域に凹部を形成する例を示したが、逆に、主光路Ｌに介在する領域の周囲の領域を盛り上げてもよい。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
本実施形態に係るインタラプタは、前述の第１の実施形態に係るインタラプタ１（図１参照）と比較して、モールド部材を形成する樹脂材料にフィラーが添加されている点が異なっている。すなわち、モールド部材は、半透明の樹脂材料及びフィラーにより形成されている。これにより、例えば、樹脂材料に耐熱性を向上させるためのフィラーを添加した場合には、モールド部材の耐熱性を向上させることができ、厳しいリフロー条件にも耐えることができる。また、光の屈折率又は吸収率及び透過率等の光学的特性が、マトリクスとなる樹脂材料の光学的特性とは異なるフィラーを添加した場合には、モールド部材における多種多様な光学設計が可能となる。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第１の実施形態と同様である。

次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
図９は、本実施形態に係るインタラプタを例示する斜視図である。
図９に示すように、本実施形態に係るインタラプタ３においては、モールド部材３０の受光部分３３における受光素子１４の横方向両側に、それぞれ複数本の溝３１が形成されている。溝３１は、受光部分３３における隙間２４に面した面において、主光路Ｌに介在する領域の周辺の領域に形成されており、隙間２４に露出している面及び上側から掘り込まれている。すなわち、溝３１は、発光素子１３側及び上側の２方向において開口している。本実施形態における上記以外の構成は、前述の第１の実施形態と同様である。

次に、本実施形態の動作及び効果について説明する。
図１０は、本実施形態に係るインタラプタの動作を例示する光学モデル図であり、上方から見た図である。なお、図示を簡略化するために、図１０においては、溝３１は１対のみ示している。

図１０に示すように、本実施形態に係るインタラプタ３においては、周辺光路Ｓを介して横方向外側から受光部分３３に入射した光は、溝３１の側面において横方向外側に反射され、受光素子１４には到達しない。一方、主光路Ｌを伝播する光は、溝３１には影響されない。これにより、発光素子１３と受光素子１４との間の光結合のうち、主光路Ｌを介した光結合の割合をより一層高めることができ、被検出物Ｔの検出精度がより一層向上する。
また、溝３１は、発光素子１３側及び上側の２方向において開口しているため、モールド時の型抜性が良く、形成が容易である。

次に、本実施形態の効果を示す計算結果を例示する。
モールド部材３０における凹部２５及び２６以外の部分の厚さを１ｍｍとし、凹部２５又は２６が形成されている部分の厚さをその（１／２）とし、モールド部材３０を形成する半透明樹脂の光吸収率を５０％／ｍｍとする。また、光が吸収される割合は、樹脂の厚さに比例すると仮定する。そして、溝３１の光路方向及び縦方向の深さは十分に深いものとする。この場合、主光路Ｌの光結合効率χ_Ｌは、上記数式（１）により５６．３％となる。一方、周辺光路Ｓを通過する光は、全て溝３１によって反射され、受光素子１４には到達しないと考えられるため、周辺光路Ｓを通過する光の光結合効率χ_Ｓは、０％となる。従って、主光路Ｌと周辺光路Ｓとの光結合比は、（１：０）となる。また、凹部２５及び２６におけるモールド部材の厚さをそれ以外の部分の厚さの（１／４）とし、樹脂材料の光吸収率を８０％／ｍｍとした場合には、主光路Ｌの光結合効率χ_Ｌは上記数式（３）より６４％となる。この場合も、周辺光路Ｓの光結合効率χ_Ｓは０であるため、光結合比は（１：０）となる。

また、凹部２５及び２６の横方向の幅をそれぞれ０．２ｍｍとし、凹部２５及び２６におけるモールド部材の厚さをそれ以外の部分の厚さの（１／４）とし、樹脂材料の光吸収率を８０％／ｍｍとした場合において、シミュレーションを行った。その結果を図１１に示す。

図１１は、横軸に被検出物の横方向における位置をとり、縦軸に光電流の大きさをとって、インタラプタの横方向の切れ特性のシミュレーション結果を例示するグラフ図である。
図１１に示すように、インタラプタ３の横方向の切れ特性は約±０．０７ｍｍであった。従って、本実施形態によれば、前述の第１の比較例（図８（ａ）の一点鎖線Ｃ参照）と同等のオンオフ特性を持つインタラプタを、１回のモールドにより製造することができる。

また、本実施形態は、前述の第２の実施形態と組み合わせることもできる。すなわち、モールド部材３０を構成する樹脂材料中に、フィラーを添加してもよい。この場合、フィラーにより散乱した光を、溝３１の側面によって反射し、受光素子１４に到達しないようにすることができる。この結果、モールド部材３０にフィラーを含有させることにより、モールド部材３０の表面及び内部における散乱光が増える場合でも、オンオフ特性が良好なインタラプタを実現することができる。これにより、例えば、耐熱性及びオンオフ特性の双方が優れたインタラプタを実現することができる。

次に、本発明の第４の実施形態について説明する。
図１２は、本実施形態に係るインタラプタを例示する斜視図である。
図１２に示すように、本実施形態に係るインタラプタ４は、前述の第３の実施形態に係るインタラプタ３（図９参照）と比較して、溝３１内に不透明樹脂４１が埋め込まれている点が異なっている。これにより、周辺光路Ｓをより確実に遮光すると共に、モールド部材の表面を平坦にすることができ、ゴミ及び汚れが付着することを抑制できる。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第３の実施形態と同様である。

次に、本発明の第５の実施形態について説明する。
図１３は、本実施形態に係るインタラプタを例示する斜視図である。
図１３に示すように、本実施形態に係るインタラプタ５は、前述の第３の実施形態に係るインタラプタ３（図９参照）と比較して、複数本の溝３１のうち、受光部分３３の横方向中央部分、すなわち、受光素子１４（図１参照）及び凹部２６が設けられている部分に近い位置に形成された溝３１ほど、光軸方向の深さが深くなっている。なお、縦方向の深さは及び横方向の幅は、例えば、溝３１間で同一である。

本実施形態によれば、受光素子１４に近い溝３１を相対的に深く形成することにより、周辺光路を介して受光素子１４に到達する光をより確実に抑制することができる。一方、周辺部の溝３１を相対的に浅く形成することにより、モールド部材の機械的強度を担保することができる。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第３の実施形態と同様である。なお、本実施形態においても、前述の第４の実施形態と同様に、溝３１内に不透明樹脂を埋め込んでもよい。

次に、本発明の第６の実施形態について説明する。
図１４（ａ）は、本実施形態に係るインタラプタを例示する断面図であり、（ｂ）は、このインタラプタの光整形部材を例示する斜視図である。

図１４（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施形態に係るインタラプタ６においては、前述の第１の実施形態に係るインタラプタ１の構成に加えて、一対の光整形部材６１が設けられている。各光整形部材６１の形状はＰ字形状であり、形状が例えば矩形の枠状である枠状部分６１ａと、枠状部分６１ａの角部から下方に引き出された棒状の支持部分６１ｂとが設けられている。枠状部分６１ａには、例えば矩形の開口部６１ｃが形成されている。

一方の光整形部材６１は、モールド部材２０の発光部分２２内に埋め込まれており、発光素子１３の受光素子１４側であって、主光路Ｌがこの光整形部材６１の開口部６１ｃ内を通過する位置に配置されている。また、他方の光整形部材６１は、モールド部材２０の受光部分２３内に埋め込まれており、受光素子１４の発光素子１３側であって、主光路Ｌがこの光整形部材６１の開口部６１ｃ内を通過する位置に配置されている。なお、光整形部材６１の支持部分６１ｂは、モールドの際に光整形部材６１を位置決めするために設けられている。

次に、本実施形態の動作及び効果について説明する。
発光素子１３から出射された光のうち、主光路Ｌを伝播する光は、発光部分２２内に埋設された光整形部材６１の開口部６１ｃ内を通過し、凹部２５から発光部分２２の外部に出射し、隙間２４を横断し、凹部２６から受光部分２３内に入射し、受光部分２３内に埋設された光整形部材６１の開口部６１ｃ内を通過し、受光素子１４に入射する。一方、発光素子１３から主光路Ｌ以外の方向に出射された光の大部分は、光整形部材６１の枠状部分６１ａによって遮られる。このように、本実施形態によれば、光整形部材６１の枠状部分６１ａが不要な光を遮断することにより、被検出物の検出精度をより一層向上させることができる。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第１の実施形態と同様である。

次に、本発明の第７の実施形態について説明する。
図１５は、本実施形態に係るインタラプタを例示する断面図である。
図１５に示すように、本実施形態に係るインタラプタ７においては、モールド部材７０にブリッジ部分が設けられておらず、その替わりに、光路方向に延びる棒状の支持部材７１が設けられている。支持部材７１は、不透明材料、例えば、金属により形成されている。支持部材７１の一端には、モールド部材７０における発光素子１３を覆う発光部分２２が連結されている。また、支持部材７１の他端には、モールド部材７０における受光素子１４を覆う受光部分２３が連結されている。すなわち、モールド部材７０は、発光部分２２と受光部分２３とに分割されている。そして、発光部分２２と受光部分２３とは相互に離隔しており、接触していない。

前述の第１の実施形態に係るインタラプタ１（図１参照）においては、発光素子１３から出射した光のうち、モールド部材２０のブリッジ部分２１内を伝播して受光素子１４に到達する光が僅かながら存在する。通常、このようなブリッジ部分２１を介した漏洩光は無視することができるが、極めて小型のインタラプタを形成した場合や、モールド部材２０を光吸収率が比較的低い樹脂により形成した場合には、この漏洩光を無視できなくなることがある。

これに対して、本実施形態においては、モールド部材を発光部分２２と受光部分２３とに分割し、両部分を不透明材料からなる支持部材７１によって支持しているため、このような漏洩光は存在しない。また、支持部材７１を金属によって形成することにより、剛性及び信頼性が高いインタラプタを１回のモールドにより製造することができる。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第１の実施形態と同様である。

次に、本発明の第８の実施形態について説明する。
図１６は、本実施形態に係るインタラプタを例示する断面図である。
図１６に示すように、本実施形態に係るインタラプタ８においては、モールド部材８０の内部に、光を実質的に吸収しない透明材料からなる透明部分８１が設けられている。透明部分８１は、例えばシリコーン樹脂からなり、その形状は例えば半球状であり、フレーム１１及び１２における相互に対向する面上に、それぞれ発光素子１３及び受光素子１４を覆うように、設けられている。透明部分８１は、例えば、発光素子１３がマウントされたフレーム１１上に、液体状のシリコーン樹脂を滴下し、その後、半硬化させることにより、形成することができる。

これにより、インタラプタ８においては、発光素子１３を覆うモールド部材８０の厚さ及び受光素子１４を覆うモールド部材８０の厚さは、主光路Ｌに介在する領域で相対的に薄く、この領域の周辺の領域で相対的に厚い。すなわち、図１６に示す例では、厚さａは厚さｂよりも薄い。また、モールド部材８０には、凹部２５及び２６（図１参照）が形成されていない。

本実施形態によれば、主光路Ｌにおいては、半透明樹脂からなるモールド部材８０を通過する長さ（厚さａ）が相対的に短く、周辺光路Ｓにおいては、モールド部材８０を通過する長さ（厚さｂ）が相対的に長くなるため、主光路Ｌにおける光結合効率は、周辺光路Ｓにおける光結合効率よりも高い。この結果、被検出物に対する検出精度が高い。また、軟質なシリコーン樹脂により発光素子１３及び受光素子１４並びにボンディングワイヤ１５及び１６を覆うことにより、これらの素子及びワイヤを機械的なストレスから保護することができる。更に、モールド部材８０に凹部２５及び２６（図１参照）が形成されていないため、これらの凹部にゴミ等が侵入することがない。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第１の実施形態と同様である。

次に、本発明の第９の実施形態について説明する。
図１７は、本実施形態に係るインタラプタを例示する断面図である。
図１７に示すように、本実施形態に係るインタラプタ９は、反射型のインタラプタである。インタラプタ９においては、フレーム１１及びフレーム１２が同一平面上に配置されている。また、フレーム１１におけるフレーム１２側の端部の上面には、発光素子１３が半田等によりマウントされている。一方、フレーム１２におけるフレーム１１側の端部の上面には、受光素子１４が半田等によりマウントされている。すなわち、発光素子１３及び受光素子１４は、同一平面上に配置されたフレーム１１及び１２の同じ側の面（上面）上に配置されており、受光素子１４は、発光素子１３から出射した光が直接入射する位置には配置されていない。受光素子１４は、発光素子１３から出射した光が被検出物Ｔで反射して入射する位置に配置されている。

更に、発光素子１３の上面及び受光素子１４の上面には、ボンディングワイヤ（図示せず）が接合されている。
更にまた、発光素子１３から出射する光の一部を透過させ残部を吸収する半透明樹脂からなるモールド部材９０が、フレーム１１及び１２における他端部以外の部分、発光素子１３及び受光素子１４、並びにボンディングワイヤを覆うように形成されている。但し、前述の第１〜第８の実施形態とは異なり、モールド部材９０の形状はコ字形状ではなく、発光素子１３から受光素子１４に向かう方向に延びる形状であり、例えば棒状である。

そして、モールド部材９０の上面における発光素子１３の直上域又はそれよりやや受光素子１４側の領域には、凹部９５が形成されている。一方、モールド部材９０の上面における受光素子１４の直上域又はそれよりやや発光素子１３側の領域には、凹部９６が形成されている。また、モールド部材９０における発光素子１３と受光素子１４との間には、溝９１が形成されている。

次に、本実施形態に係るインタラプタの動作について説明する。
図１７に示すように、発光素子１３から出射した光の一部は、凹部９５を介してモールド部材９０から出射する。このとき、インタラプタ９上の所定の検出位置に被検出物Ｔがなければ、この光はそのまま直進し、モールド部材９０に再入射することはない。従って、受光素子１４は光電流を出力しない。一方、検出位置に被検出物Ｔがあれば、モールド部材９０から出射した光は被検出物Ｔによって反射され、凹部９６を介してモールド部材９０に再入射し、受光素子１４に到達する。これにより、受光素子１４は光電流を出力する。このようにして、被検出物Ｔの存在を検知することができる。

本実施形態においては、発光素子１３から受光素子１４に向かう光路のうち、光学的に最短の光路を主光路Ｌとする。前述の各実施形態と同様に、本実施形態においても、主光路Ｌ以外の周辺光路（図示せず）を伝播する光量が多いと、インタラプタの検出精度が低下する。

そこで、本実施形態においては、モールド部材９０の上面に凹部９５を形成することにより、発光素子１３を覆うモールド部材９０の厚さを、主光路Ｌに介在する領域で相対的に薄く、この領域の周辺の領域で相対的に厚くしている。同様に、凹部９６を形成することにより、受光素子１４を覆うモールド部材９０の厚さを、主光路Ｌに介在する領域で相対的に薄く、この領域の周辺の領域で相対的に厚くしている。これにより、発光素子１３と受光素子１４との間の光結合のうち、主光路Ｌを介した光結合の割合が相対的に高くなり、周辺光路を介した光結合の割合が相対的に低くなる。この結果、インタラプタ９においては、被検出物Ｔに対する検出精度が高い。

また、本実施形態においては、モールド部材９０を半透明樹脂による１回のモールドで形成することができるため、インタラプタ９の製造コストを抑えることができると共に、インタラプタ９を小型化することができる。更に、本実施形態においては、モールド部材９０に溝９１が形成されているため、モールド部材９０内を光が伝播することを効果的に抑制することができる。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第１の実施形態と同様である。

なお、本実施形態においては、モールド部材９０の上面に凹部９５及び９６が形成されている例を示したが、本発明はこれに限定されず、凹部９５又は９６の一方のみを形成しても、一定の効果を得ることができる。

以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。例えば、前述の各実施形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除又は設計変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含有される。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施してもよい。

本発明の第１の実施形態に係るインタラプタを例示する断面図である。第１の実施形態に係るインタラプタのモールド部材を例示する斜視図である。第１の実施形態に係るインタラプタの動作を例示する光学モデル図であり、インタラプタを上方から見た図である。第１の比較例に係るインタラプタを例示する断面図である。第１の比較例に係るインタラプタを例示する斜視図である。第２の比較例に係るインタラプタを例示する光学モデル図であり、インタラプタを上方から見た図である。（ａ）は、横軸に被検出物の横方向における位置をとり、縦軸に光電流の大きさをとって、インタラプタの横方向の切れ特性のシミュレーション結果を例示するグラフ図であり、（ｂ）は、横軸に被検出物の縦方向における位置をとり、縦軸に光電流の大きさをとって、インタラプタの縦方向の切れ特性のシミュレーション結果を例示するグラフ図である。８（ａ）は、横軸に被検出物の横方向における位置をとり、縦軸に光電流の大きさをとって、インタラプタの横方向の切れ特性のシミュレーション結果を例示するグラフ図であり、（ｂ）は、横軸に被検出物の縦方向における位置をとり、縦軸に光電流の大きさをとって、インタラプタの縦方向の切れ特性のシミュレーション結果を例示するグラフ図である。本発明の第３の実施形態に係るインタラプタを例示する斜視図である。第３の実施形態に係るインタラプタの動作を例示する光学モデル図であり、上方から見た図である。横軸に被検出物の横方向における位置をとり、縦軸に光電流の大きさをとって、インタラプタの横方向の切れ特性のシミュレーション結果を例示するグラフ図である。本発明の第４の実施形態に係るインタラプタを例示する斜視図である。本発明の第５の実施形態に係るインタラプタを例示する斜視図である。（ａ）は、本発明の第６の実施形態に係るインタラプタを例示する断面図であり、（ｂ）は、このインタラプタの光整形部材を例示する斜視図である。本発明の第７の実施形態に係るインタラプタを例示する断面図である。本発明の第８の実施形態に係るインタラプタを例示する断面図である。本発明の第９の実施形態に係るインタラプタを例示する断面図である。

符号の説明

１、３、４、５、６、７、８、９、１０１、１０２インタラプタ、１１、１２フレーム、１３発光素子、１４受光素子、１５、１６ボンディングワイヤ、２０、３０、７０、８０、９０、１２０モールド部材、２１ブリッジ部分、２２、１２２発光部分、２３、３３、１２３受光部分、２４隙間、２５、２６凹部、３１溝、４１不透明樹脂、６１光整形部材、６１ａ枠状部分、６１ｂ支持部分、６１ｃ開口部、７１支持部材、８１透明部分、９１溝、９５、９６凹部、１２０ａコア部分、１２０ｂ外皮部分、１２０ｃスリット、ａ、ｂ距離、Ｌ主光路、Ｓ周辺光路、Ｔ被検出物

Claims

発光素子と、
前記発光素子から出射した光が入射する位置に配置された受光素子と、
前記光の一部を透過させ残部を吸収する材料からなり、前記発光素子及び前記受光素子をそれぞれ覆い、前記発光素子と前記受光素子との間に隙間が形成されたモールド部材と、
を備え、
前記発光素子を覆う前記モールド部材の厚さ及び前記受光素子を覆う前記モールド部材の厚さのうち少なくとも一方は、前記発光素子から前記受光素子に向かう直線状の光路に介在する領域で相対的に薄く、前記領域の周辺の領域で相対的に厚いことを特徴とするインタラプタ。
発光素子と、
前記発光素子から出射した光が被検出物で反射して入射する位置に配置された受光素子と、
前記光の一部を透過させ残部を吸収する材料からなり、前記発光素子及び前記受光素子をそれぞれ覆うモールド部材と、
を備え、
前記発光素子を覆う前記モールド部材の厚さ及び前記受光素子を覆う前記モールド部材の厚さのうち少なくとも一方は、前記発光素子から前記被検出物で反射して前記受光素子に向かう光路のうち光学的に最短の光路に介在する領域で相対的に薄く、前記領域の周辺の領域で相対的に厚いことを特徴とするインタラプタ。
前記モールド部材における前記光路に介在する領域には、凹部が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のインタラプタ。
前記モールド部材の前記受光素子を覆う部分における前記周辺の領域には、溝が形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のインタラプタ。
不透明材料からなる支持部材をさらに備え、
前記モールド部材における前記発光素子を覆う部分は、前記モールド部材における前記受光素子を覆う部分から離隔しており、前記発光素子を覆う部分は前記支持部材の一端に連結されており、前記受光素子を覆う部分は前記支持部材の他端に連結されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のインタラプタ。