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KR102758675B1 - 하우징에 메탈슬릿기능 대체를 위한 광학 구조를 구비하는 투과형 포토인터럽터 광센서 및 그 제조 방법 - Google Patents

하우징에 메탈슬릿기능 대체를 위한 광학 구조를 구비하는 투과형 포토인터럽터 광센서 및 그 제조 방법 Download PDF

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KR102758675B1
KR102758675B1 KR1020230010394A KR20230010394A KR102758675B1 KR 102758675 B1 KR102758675 B1 KR 102758675B1 KR 1020230010394 A KR1020230010394 A KR 1020230010394A KR 20230010394 A KR20230010394 A KR 20230010394A KR 102758675 B1 KR102758675 B1 KR 102758675B1
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KR
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김동경
박상복
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주식회사 에이유이
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Abstract

본 발명은 포토인터럽터 광센서에 관한 것으로서, 하우징에 메탈슬릿기능을 대체할 수 있는 광학 구조를 구비한 새로운 투과형 포토인터럽터 광센서 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 포터인터럽터 광센서는 발광면을 가지는 발광케이스와, 상기 발광 케이스의 내부에 위치하는 발광 소자를 포함하는 발광부; 및
상기 발광면에 대향하는 소정 간격 이격된 수광면을 가지는 수광케이스와, 상기 수광 케이스의 내부에 위치하는 수광 소자를 포함하는 수광부;를 포함하고,
여기서, 상기 발광면의 내면에는 상하로 길게 연장되는 평탄면으로 이루어진 발광 슬릿과, 상기 발광 슬릿의 일측에는 발광 소자의 광을 일측으로 굴절시키는 일측 발광 렌즈와, 상기 발광 슬릿의 타측에는 발광 소자의 광을 타측으로 굴절시키는 타측 발광 렌즈가 구비되고,
상기 수광면의 내면에는 상하로 길게 연장되는 평탄면으로 이루어진 수광 슬릿과, 상기 수광 슬릿의 일측에는 수광 소자의 광을 일측으로 굴절시키는 일측 수광 렌즈와, 상기 수광 슬릿의 타측에는 수광 소자의 광을 타측으로 굴절시키는 타측 수광 렌즈가 구비된 것을 특징으로 한다.

Description

하우징에 메탈슬릿기능 대체를 위한 광학 구조를 구비하는 투과형 포토인터럽터 광센서 및 그 제조 방법{Transmissive photointerrupter optical sensor having an optical structure for replacing metal slit function in the housing and manufacturing method thereof}
본 발명은 포토인터럽터 광센서에 관한 것으로서, 하우징에 메탈슬릿기능을 대체할 수 있는 광학 구조를 구비한 새로운 투과형 포토인터럽터 광센서 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
포토인터럽터 광센서는 발광부에서 방출되는 광이 수광부에서 수광되는지 여부로 발광부와 수광부 사이의 물체의 존재를 감지하는 센서로서, 주변광을 차단하고 감지 효율을 높이기 위해서, 플라스틱으로 이루어진 투광성 케이스 내부에 슬릿이 형성된 메탈 케이스를 각각 삽입하고, 메탈 케이스 내부에 발광 소자 및 수광 소자를 각각 설치하는 방식을 사용하여 제조된다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 종래의 무슬릿형 포토인터럽터 광센서(1)는 내부에 발광 소자가 삽입되어 고정되며 슬릿이 없는 사각 기둥 형태의 발광 케이스(1)와, 내부에 수광 소자가 삽입되어 고정되고, 감지부를 형성하도록 상기 발광케이스(1)와 소정 간격 이격되어 대향하여 배치되며 슬릿이 없는 사각 형태의 수광 케이스(2)와, 상기 발광케이스(1)와 수광케이스(2)의 하단을 연결하고 내부에 기판과 커넥터를 수용하는 연결 케이스(3)를 가지며 하부 개방된 광투과형 케이스(10)와, 상기 수광 케이스(2)에 대향하는 벽면에 발광 슬릿(11)이 형성되고, 발광 케이스의 내부에 삽착되는 하부 개방된 직육면체 형태의 발광 메탈 케이스(12)와, 상기 발광 케이스(1)에 대향하는 벽면에 수광 슬릿(21)이 형성되고, 발광 케이스의 내부에 삽착되는 하부 개방된 직육면체 형태의 발광 메탈 케이스(22)와, 칩이 실장되는 리드 실장부와 PCB에 삽착되는 리드 단자부를 가지며, 상기 리드 실장부에 발광칩이 실장되고, 상기 발광칩이 실장된 실장부를 둘러싸고 상기 발광칩에서 발광되는 광을 집광하는 발광 렌즈를 구비하는 발광몰드를 가지는 리드타입 발광 소자(31)과, 칩이 실장되는 리드 실장부와 PCB에 삽착되는 리드 단자부를 가지며, 상기 리드 실장부에 수광칩이 실장되고, 상기 수광칩이 실장된 리드 실장부를 둘러싸고 상기 수광칩으로 수광되는 광을 집광하는 수광 렌즈를 구비하는 수광몰드를 가지는 리드타입 수광 소자(32)와, 발광 소자(31)과 수광 소자(32)의 리드 단자들이 삽착되는 PCB 기판(33)과, 상기 PCB 기판(33)에 삽착되는 솔더 타입의 케턱터 단자(40)과, 상기 광 투과형 케이스(10)의 하면을 커버하는 하부커버(50)로 이루어진다.
이러한 무슬릿형 포토 인터럽트 광센서에서 사용되는 광투과형 케이스는 발광 소자에서 발광되는 특정 파장의 광, 예를 들어, IR에 대해서만 광투과형이며, 다른 파장의 광, 예를 들어, 가시광선에 대해서는 비투과형인 선택적 광투광성을 가진다.
이에 따라, 발광부와 수광부 사이에 물체가 없을 경우, 발광 소자에서 발광된 광은 발광 슬릿을 통해서 방출된 후, 발광부를 관통하여 외부로 방출되고, 수광부를 관통한 후 수광 슬릿을 통해서 수광 소자에 입사되어 미세 전류를 생성하고, 생성된 미세전류는 전압 신호로 변환 및 증폭된다.만일, 발광부와 수광부 사이에 물체가 있을 경우, 발광 슬릿과 발광부를 통과한 광이 차단되어 수광 소자에 입사되지 않아 미세 전류가 생성되지 않으며, 발광부와 상이한 파장의 광이 슬릿을 통해 유입되고 이로 인해 에러가 발생되는 것을 차단한다.
이러한 방식의 광투과형 케이스는 수광부에 슬릿이 없기 때문에, 슬릿을 통해 유입되는 가시광선에 의한 에러 발생을 원천적으로 방지할 수 있으며, 또한, 방진 및 방수에 유리하다는 장점이 있지만, 내부에 별도의 금속 케이스가 필요하다는 점에서 문제가 있다.
본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 새로운 포토인터럽터 광센서를 제공하는 것이다.
본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 새로운 무슬릿형 포토인터럽터 광센서를 제공하는 것이다.
본 발명에서 해결하고자 하는 다른 과제는 내부에 슬릿 구조를 구비한 금속 케이스가 없는 새로운 무슬릿형 포터인터럽터 광센서를 제공하는 것이다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은
발광면을 가지는 발광케이스와, 상기 발광 케이스의 내부에 위치하는 발광 소자를 포함하는 발광부; 및
상기 발광면에 대향하는 소정 간격 이격된 수광면을 가지는 수광케이스와, 상기 수광 케이스의 내부에 위치하는 수광 소자를 포함하는 수광부;를 포함하고,
여기서, 상기 발광면의 내면에는 상하로 길게 연장되는 평탄면으로 이루어진 발광 슬릿과, 상기 발광 슬릿의 일측에는 발광 소자의 광을 일측으로 굴절시키는 일측 발광 렌즈와, 상기 발광 슬릿의 타측에는 발광 소자의 광을 타측으로 굴절시키는 타측 발광 렌즈가 구비되고,
상기 수광면의 내면에는 상하로 길게 연장되는 평탄면으로 이루어진 수광 슬릿과, 상기 수광 슬릿의 일측에는 수광 소자의 광을 일측으로 굴절시키는 일측 수광 렌즈와, 상기 수광 슬릿의 타측에는 수광 소자의 광을 타측으로 굴절시키는 타측 수광 렌즈가 구비된 것을 특징으로 하는 포토인터럽터 광센서를 제공한다.
이론적으로 한정된 것은 아니지만, 발광 소자에서 출사된 광 중에 발광 슬릿(렌즈 미형성 플렛 영역)을 관통하는 광은 발광 케이스를 관통하여 수광부로 직진하게 되고, 좌우로 형성된 발광 렌즈를 관통하는 광은 렌즈의 영향에 의해 좌우로 굴절하게 되어 수광부에 입사되지 않게 된다. 또한 수광부에는 수광 슬릿(렌즈 미형성 플렛 영역)으로 입사되는 광은 수광 케이스를 관통하여 수광 소자로 입사되고, 좌우로 형성된 수광 렌즈를 관통하는 광은 렌즈의 영향에 의해 좌우로 굴절 되어지게 되어 수광소자로 광이 입사되는 것을 제한하게 되어, 금속 슬릿과 같은 효과가 발생하게 된다.
본 발명의 실시에 있어서, 상기 발광 슬릿은 발광 케이스의 내면으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 다른 실시에 있어서, 상기 발광 슬릿은 발광 케이스의 내면에 부착되는 평면 렌즈일 수 있다.
본 발명의 실시에 있어서, 상기 발광 슬릿의 폭은 0.2 ~ 0.6 mm일 수 있으며, 바람직하게는 0.3 ~ 0.5 mm 일 수 있으며, 바람직하게는 약 0.4 mm의 폭을 가질 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 발광 슬릿의 일측에 형성되는 일측 발광 렌즈는 발광 소자에서 발광된 광이 소한 매질인 공기에서 밀한 매질인 일측 발광 렌즈로의 입사시 일측으로 더욱 굴절되는 형상을 가지는 렌즈일 수 있다.
본 발명의 실시에 있어서, 상기 일측 발광 렌즈는 광이 입사되는 영역에 경사진 측벽이 형성될 수 있으며, 상기 경사진 측벽은 곡면형태의 경사진 측벽일 수 있다. 본 발명의 일 실시에 있어서, 상기 곡면 형태의 경사진 측벽은 발광 슬릿과 접하는 부위에서 경사가 크고, 발광 슬릿에서 멀어질 수록 경사가 작을 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시에 있어서, 상기 일측 발광 렌즈는 광이 입사되는 영역에 1/4 타원 또는 1/4 원의 단면을 가지고 상하로 길게 연장되는 렌즈일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 발광 슬릿의 타측에 형성되는 타측 발광 렌즈는 발광 소자에서 발광된 광이 소한 매질인 공기에서 밀한 매질인 타측 발광 렌즈로의 입사시 일측으로 더욱 굴절되는 형상을 가지는 렌즈일 수 있다.
본 발명의 실시에 있어서, 상기 티측 발광 렌즈는 광이 입사되는 영역에 경사진 측벽이 형성될 수 있으며, 상기 경사진 측벽은 곡면형태의 경사진 측벽일 수 있다. 본 발명의 일 실시에 있어서, 상기 곡면 형태의 경사진 측벽은 발광 슬릿과 접하는 부위에서 경사가 크고, 발광 슬릿에서 멀어질 수록 경사가 작을 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시에 있어서, 상기 타측 발광 렌즈는 광이 입사되는 영역에 1/4 타원 또는 1/4 원의 단면을 가지고 상하로 길게 연장되는 렌즈일 수 있다.
본 발명의 실시에 있어서, 상기 일측 발광 렌즈와 타측 발광 렌즈는 발광 슬릿을 기준으로 대칭일 수 있다.
본 발명의 실시에 있어서, 상기 수광 슬릿은 수광 케이스의 내면으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 다른 실시에 있어서, 상기 수광 슬릿은 수광 케이스의 내면에 부착되는 평면 렌즈일 수 있다.
본 발명의 실시에 있어서, 상기 수광 슬릿의 폭은 0.2 ~ 0.6 mm일 수 있으며, 바람직하게는 0.3 ~ 0.5 mm 일 수 있으며, 바람직하게는 약 0.4 mm의 폭을 가질 수 있으며, 발광 슬릿에 대향하여 대칭되도록 형성될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 수광 슬릿의 일측에 형성되는 일측 수광 렌즈는 발광 소자에서 발광되어 수광 케이스로 입사된 광이 밀한 매질인 일측 수광 렌즈에서 소한 매질인 공기로 입사시 일측으로 더욱 굴절되는 형상을 가지는 렌즈일 수 있다.
본 발명의 실시에 있어서, 상기 일측 수광 렌즈는 광이 수광 케이스에서 공기로 출사되는 영역에 경사진 측벽이 형성될 수 있으며, 상기 경사진 측벽은 곡면형태의 경사진 측벽일 수 있다. 본 발명의 일 실시에 있어서, 상기 곡면 형태의 경사진 측벽은 수광 슬릿과 접하는 부위에서 경사가 작고, 수광 슬릿에서 멀어질 수록 경사가 큰 곡면 형태의 측벽일 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시에 있어서, 상기 일측 수광 렌즈는 광이 출사되는 영역에 포물선의 절반에 상응하는 형태의 렌즈일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 수광 슬릿의 타측에 형성되는 타측 수광 렌즈는 발광 소자에서 발광되어 수광 케이스로 입사된 광이 밀한 매질인 일측 수광 렌즈에서 소한 매질인 공기로 입사시 타측으로 더욱 굴절되는 형상을 가지는 렌즈일 수 있다.
본 발명의 실시에 있어서, 상기 타측 수광 렌즈는 광이 수광 케이스에서 공기로 출사되는 영역에 경사진 측벽이 형성될 수 있으며, 상기 경사진 측벽은 곡면형태의 경사진 측벽일 수 있다. 본 발명의 일 실시에 있어서, 상기 곡면 형태의 경사진 측벽은 수광 슬릿과 접하는 부위에서 경사가 작고, 수광 슬릿에서 멀어질 수록 경사가 큰 곡면 형태의 측벽일 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시에 있어서, 상기 타측 수광 렌즈는 광이 출사되는 영역에 포물선의 절반에 상응하는 형태의 렌즈일 수 있다.
본 발명의 실시에 있어서, 상기 일측 수광 렌즈와 타측 수광 렌즈는 수광 슬릿을 기준으로 대칭일 수 있으며, 이에 따라, 수광 슬릿과 일측 렌즈 및 타측 렌즈는 2차 방정식의 포물선 형태를 이룰 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 발광 렌즈 및/또는 수광 렌즈는 케이스와 일체로 성형된 하우징 렌즈일 수 있다.
본 발명은 일 측면에서,
발광면을 가지는 발광케이스와, 상기 발광 케이스의 내부에 위치하는 발광 소자를 포함하는 발광부; 및
상기 발광면에 대향하는 소정 간격 이격된 수광면을 가지는 수광케이스와, 상기 수광 케이스의 내부에 위치하는 수광 소자를 포함하는 수광부;를 포함하고,
여기서, 상기 발광면의 내면에는 상하로 길게 연장되는 평탄면으로 이루어진 발광 슬릿과, 상기 발광 슬릿의 양측에서 발광 소자의 광을 발광 슬릿의 좌우로 굴절시키는 발광 렌즈부가 구비된 것을 특징으로 하는 포토인터럽터 광센서를 제공한다.
본 발명은 다른 일 측면에서,
발광면을 가지는 발광케이스와, 상기 발광 케이스의 내부에 위치하는 발광 소자를 포함하는 발광부; 및
상기 발광면에 대향하는 소정 간격 이격된 수광면을 가지는 수광케이스와, 상기 수광 케이스의 내부에 위치하는 수광 소자를 포함하는 수광부;를 포함하고,
여기서, 상기 수광면의 내면에는 상하로 길게 연장되는 평탄면으로 이루어진 수광 슬릿과, 상기 수광 슬릿의 양측에서 수광 소자에 입사되는 광을 수광 슬릿의 좌우로 굴절시키는 수광 렌즈부가 구비된 것을 특지응로 하는 포토인터럽터 광센서를 제공한다.
본 발명에 의해서 내면에 렌즈가 슬릿을 대체할 수 있는 렌즈가 형성된 새로운 포토인터럽터 광센서가 제공되었다.
이에 따라, 본 발명에 따른 포토인터럽터 광센서는 외면에 물리적인 구멍이 없어 방진, 방수가 가능하며 또한, 내부에 별도의 메탈 케이스를 삽입할 필요가 없어, 부품의 단순화와 조립 단가의 저하를 통해서 높은 가격 경쟁력을 가질 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 포토 인터럽트 광센서의 분해 사시도를 보여주는 도면이다.
도 2는 종래 기술에 따른 포토인터럽터 광센서의 측면 투시도를 보여주는 도면이다.
도 3은 종래 기술에 따른 포토인터럽터 광센서의 슬릿형 메탈케이스의 사시도와 저면 사시도를 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 포토인터럽터 광센서의 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 포토인터럽터 광센서에 사용되는 발광소자 및 수광소자의 측단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 포토인터럽터 광센서의 외장 케이스의 투과하여 보여주는 사시도이다.
도 7은 본 발명에 따른 포토인터럽터 광센서의 외장 케이스의 단면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 포토인터럽터 광센서의 단면도이다.
도 9는 본 발명에 따른 포토인터럽터 광센서의 광경로를 보여주는 도면이다.
도 10은 (a) 종래 포토인터럽터 광센서의 단면도와, (b) 금속 슬릿을 포함하는 포토인터럽터 광센서의 단면도와, (c) 본 발명에 따른 포토인터럽터 광센서의 단면도를 보여주는 도면이다.
도 11은 (a) 종래 포토인터럽터 광센서에서 수광 소자의 광분포 그래프와, (b) 금속 슬릿을 포함하는 포토인터럽터 광센서에서 수광 소자의 광분포 그래프와, (c) 본 발명에 따른 포토인터럽터 광센서의 수광 소자의 광분포 그래프를 보여준다.
도 12는 a) 종래 포토인터럽터 광센서의 광추적을 보여주는 도면이며, (b) 금속 슬릿을 포함하는 포토인터럽터 광센서의 광추적을 보여주는 도면이며, (c) 본 발명에 따른 포토인터럽터 광센서의 광추적을 보여주는 도면이다.
이하, 실시예를 통해서 본 발명을 상세하게 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다.
본 발명에 따른 포토인터럽터 광센서의 구조는 종래의 투과형 포토인터럽터와 유사하지만, 종래의 특정한 FOV형성을 위한 슬릿이 구비된 금속 슬릿이 미포함 되어 있으며, 기존에 광투과가 가능한 사출 하우징 내부에 추가로 광학적 기능이 구비된 렌즈부가 사출단계에서 좌우에 각각 형성되어 메탈슬릿의 기능을 대신하게 된다.
도 4 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 포토인터럽터 광센서(101)는 하면이 개방되고 내부가 비어 있는 수직하는 직사각형 기둥 형태의 발광케이스(110)와, 상기 발광 케이스(110)의 내부에 위치하는 발광 소자(120)를 포함하는 발광부(100)와, 상기 발광 케이스(110)에 대향하여 소정 간격 이격된 하면이 개방되고 내부가 비어있는 수직하는 직사각형 기둥 형태의 수광 케이스(210)와, 일측에 상기 수광 케이스(210)의 내부에 위치하는 수광 소자(220)를 포함하는 수광부(200)와, 일측 상부에 상기 발광부(210)가 위치하고, 타측 상부에 상기 수광부(200)가 위치하며, 내부에 상면 일측에 상기 발광 소자(120)가 실장되고, 상면 타측에 상기 수광소자(220)가 실장되는 PCB 기판(310)과, 상기 PCB 기판(310)의 하면 중간에 실장되는 커넥트 접속구(320)와 하부 커버(330)를 포함하는 하부 몸체부(300)로 이루어진다.
상기 발광부(100)의 내부에 위치하는 발광 소자(120)는 발광 칩이 실장되는 리드 실장부(121)과, PCB에 삽착되는 리드 단자부(122)로 이루어진 리드 프레임 (123)과, 상기 리드 실장부(121)에 실장되는 발광칩(124)와, 상기 발광칩(124)과 리드 실장부를 납작한 직육면체 형태로 둘러싸는 발광 몰딩(125)와 상기 발광 몰딩에서 형성된 반구형 발광 렌즈(126)로 이루어진다.
상기 발광칩(124)은 적외선(IR)을 발광하는 적외선 발광다이오드칩이며, 통상의 적외선 발광다이오드 칩을 상업적으로 구입해서 사용하며, 전원 단자에 전원이 인가되면 적외선 파장의 광이 발광한다.
상기 수광부(200)의 내부에 위치하는 수광 소자(220)는 수광 칩이 실장되는 리드 실장부(221)과, PCB에 삽착되는 리드 단자부(222)로 이루어진 리드 프레임 (223)과, 상기 리드 실장부(221)에 실장되는 수광칩(224)와, 상기 수광칩(224)과 리드 실장부를 납작한 직육면체 형태로 둘러싸는 수광 몰딩(225)와 상기 수광 몰딩에서 형성된 반구형 수광 렌즈(226)로 이루어진다.
상기 수광칩(224)은 적외선(IR)을 수신하여 미세 전류를 발생시키는 적외선 포토다이오트 또는 포토트랜지스터이며, 통상의 적외선 수광 포토다이오드 칩 또는 포토 트렌지스터를 상업적으로 구입해서 사용한다. 상기 수광칩(224)에서 방출되는 미세 전류는 증폭 및 변환회로를 거쳐서 전압 신호로 출력된다.
상기 PCB 기판(310)은 직사각형 형상을 가지며, 발광 소자(120)의 반구형 발광 렌즈(216)와 수광 소자(220)의 반구형 수광 렌즈(226)가 소정 간격 이격되어 서로 대향하도록 설치된다.
상기 발광 소자(120)는 PCB 기판(310)의 일측에 발광 소자(120)를 이루는 한 쌍의 리드 단자(122)가 PCB 기판을 상면에서 하면으로 관통한 후, 솔더링에 의해서 고정된다. 또한, 상기 수광 소자(220)는 PCB 기판(310)의 타측에 수광 소자(120)를 이루는 한 쌍의 리드 단자(222)가 PCB 기판(310)을 상면에서 하면으로 관통한 후, 솔더링에 의해서 고정된다.
발광 소자(120)와 수광소자(220)이 실장된 PCB 기판(310)은 발광 소자(120)와 수광소자(220)가 각각 발광 케이스(110)와 수광 케이스(210)의 내부에 삽입되도록 하부 몸체부(300)에 삽입되어 고정된다.
본 발명에 따른 포토 인터럽트 광센서(101)는 상기 발광 케이스(110)를 이루는 네 수직면 중 수광 케이스(210)에 대향하는 면은 발광면(111)을 이루며, 수광 케이스(210)를 이루는 네 수직면 중 발광 케이스(110)에 대향하는 면은 수광면(211)을 이루고, 상기 발광면(111)과 수광면(211) 사이가 감지 영역(S)을 이룬다.
발광 케이스(110) 내부 네 측면 중 발광면(111)의 내면(111')에는 렌즈가 형성되지 않은 발광 슬릿(112)이 상하로 길게 형성되어. 발광 소자(120)에서 출사된 광이 발광 케이스(110)을 통과하여 수광부로 진입하게 한다.
상기 발광 슬릿(112)의 일측에는 1/4 타원의 단면을 가지며 발광 슬릿(112)을 따라 상하로 길게 연장되는 일측 발광 렌즈(113)가 형성되며, 상기 일측 발광 렌즈(113)로 입사된 광을 일측으로 굴절시켜 광이 수광부(200)로 진행되는 것을 차단한다.
상기 발광 슬릿(112)의 타측에는 1/4 타원의 단면을 가지는 발광 슬릿(112)을 따라 상하로 길게 연장되는 타측 발광 렌즈(113')가 발광 슬릿(112)에 대해서 일측 발광 렌즈(113)과 대칭을 이루도록 형성되어, 상기 타측 발광 렌즈(113')로 입사된 광을 타측으로 굴절시켜 광이 수광부(200)로 진행되는 것을 차단한다.
수광 케이스(210) 내부 네 측면 중 수광면(211)의 내면(211')에는 렌즈가 형성되지 않은 수광 슬릿(112)이 상하로 길게 형성되어, 수광부(200)로 입사되는 광이 수광 소자(220)으로 전달된다.
상기 수광 슬릿(212)의 일측에는 1/4 포물선의 단면을 가지며 수광 슬릿(212)을 따라 상하로 길게 연장되는 일측 수광 렌즈(213)가 형성되며, 상기 일측 수광 렌즈(113)로 입사된 광을 일측으로 굴절시켜 광이 수광 소자(220)로 진행되는 것을 차단한다.
상기 수광 슬릿(212)의 타측에는 1/4 포물선의 단면을 가지며 수광 슬릿(212)을 따라 상하로 길게 연장되는 타측 수광 렌즈(213')가 수광 슬릿(212)에 대해서 일측 수광 렌즈(313)과 대칭을 이루도록 형성되어, 상기 타측 수광 렌즈(113')로 입사된 광을 타측으로 굴절시켜 광이 수광 소자(220)로 진행되는 것을 차단한다.
도 8 및 도 9에서 도시된 바와 같이, 발광 소자(120)에서 발광된 광 중에서 발광 렌즈(133, 133')으로 입사되는 광(L-3)은 굴절되어 수광부(200)로의 진입이 차단된다. 반면, 발광 소자(120)에서 발광된 광 중에서 발광 슬릿(112)으로 입사된 광(L-1. L-2)는 수광부(200)로 진입한다.
또한, 수광부(200)로 입사된 광(L-1, L-2) 중에서 수광 슬릿(L-1)로 입사된 광은 수광 소자(220)으로 입사된다. 반면, 수광부(200)으로 입사된 광(L-1, L-2) 중에서 수광 렌즈(233, 233')으로 입사된 광은 굴절되어 수광 소자(220)로 입사되지 않고 차단된다.
성능 시험
도 10 내지 도 12에서 도시되는 바와 같이, 발광 소자(120)와 0.4 mm의 폭을 가지는 발광 슬릿(112)과 발광 슬릿(112)의 양측에 발광 렌즈(113, 113')을 가지는 발광 케이스(110)와 수광 소자(220)와 0.4 mm의 폭을 가지는 수광 슬릿(212)과 수광슬릿(212)의 양측에 수광 렌즈(213, 213')을 가지는 수광 케이스(210)에 대해서 광 시뮬레이션을 실시하였다.
이와 대비하여, 발광 케이스와 수광 케이스의 내부에 발광 렌즈 및 발광 슬릿이 없는 노말 타입 케이스에 대해서 광 시뮬레이션을 실시하였다.
또한, 이와 대비하여, 노말 타입 케이스 내부에 0.4 mm의 슬릿이 형성된 금속 슬릿이 발광 케이스와 수광 케이스에 내장된 제품에 대해서 광 시뮬레이션을 실시하였다.
■ Simulation Condition
발광소자 : Chip 0.3x0.3mm / Half Angle ±10deg
수광소자 : Chip 0.6x0.6mm / Half Angle ±30deg
Metal Case : Slit Size 0.4mm
■ Simulation Case
- Normal Type (Metal Slit 無)
- 종래의 Metal Slit 적용품
- 본 발명에 따른 Lens 추가 Slit 기능 구현품
■ Simulation Result
- Normal Type (Metal Slit 無) :
수광Chip 전 영역에 고르게 광이 입사되어 진다.
- 종래의 Metal Slit 적용품 :
Slit Size 0.4mm 영역내에만 일정광이 입사되며, 0.00016493w/mm^2 의 복사조도 확인.
- 본 발명 Lens 추가 Slit 기능 구현품 :
Slit Size 0.4mm 영역내에만 일정광이 입사되며, 상기 종래의 Metal Slit 적용품과 비교시 거의 유사한 입사광 분포를 보여주고 있다.
이에 따라, 이는 본 발명이 종래의 Metal Slit을 대체하는데 크게 어려움이 없을을 보여주는 결과이며, 또한 0.0040527w/mm^2 의 복사조도 확인으로 광출력 또한 크게 향상됨을 확인하였다.
101: 포토인터럽터 광센서
100: 발광부
110: 발광 케이스
111: 발광면
112: 발광 슬릿
113: 일측 발광 렌즈
113'; 타측 발광 렌즈
120: 발광 소자
200: 수광부
210: 수광 케이스
211: 수광면
212: 수광 슬릿
213: 일측 수광 렌즈
213': 타측 수광 렌즈
220: 수광 소자

Claims (13)

  1. 발광면을 가지는 발광케이스와, 상기 발광 케이스의 내부에 위치하는 발광 소자를 포함하는 발광부; 및
    상기 발광면에 대향하는 소정 간격 이격된 수광면을 가지는 수광케이스와, 상기 수광 케이스의 내부에 위치하는 수광 소자를 포함하는 수광부;를 포함하고,
    여기서, 상기 발광면의 내면에는 상하로 길게 연장되는 평탄면으로 이루어진 발광 슬릿과, 상기 발광 슬릿의 일측에는 발광 소자의 광을 일측으로 굴절시키는 일측 발광 렌즈와, 상기 발광 슬릿의 타측에는 발광 소자의 광을 타측으로 굴절시키는 타측 발광 렌즈가 구비되고,
    상기 수광면의 내면에는 상하로 길게 연장되는 평탄면으로 이루어진 수광 슬릿과, 상기 수광 슬릿의 일측에는 수광 소자의 광을 일측으로 굴절시키는 일측 수광 렌즈와, 상기 수광 슬릿의 타측에는 수광 소자의 광을 타측으로 굴절시키는 타측 수광 렌즈가 구비되고,
    여기서, 발광칩에서 발광되어 발광 슬릿의 양측에 위치한 양측 발광 렌즈로 입사된 광은 발광 슬릿에서 양측으로 멀어지는 방향으로 굴절되고,
    상기 수광면에서 수광 슬릿의 양측에 위치한 양측 수광 렌즈로 입사된 광은 수광 슬릿에서 양측으로 멀어지는 방향으로 굴절되는 것을 특징으로 하는 포토인터럽터 광센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 발광 슬릿은 발광 케이스의 내면인 것을 특징으로 하는 포토인터럽터 광센서.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 일측 발광 렌즈는 광이 입사되는 영역에 1/4 타원 또는 1/4 원의 단면을 가지고 상하로 길게 연장되는 렌즈인 것을 특징으로 하는 포트인터럽터 광센서.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 타측 발광 렌즈는 광이 입사되는 영역에 1/4 타원 또는 1/4 원의 단면을 가지고 상하로 길게 연장되는 렌즈인 것을 특징으로 하는 포토인터럽터 광센서.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 일측 발광 렌즈와 타측 발광렌즈는 대칭인 것을 특징으로 하는 포토인터럽터 광센서.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 수광 슬릿은 수광 케이스의 내면인 것을 특징으로 하는 포토인터럽터 광센서.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 일측 수광 렌즈는 포물선의 절반의 단면을 가지며 상하로 길게 연장되는 것을 특징으로 하는 포토인터럽터 광센서.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 타측 수광 렌즈는 포물선의 절반의 단면을 가지며 상하로 길게 연장되는 것을 특징으로 하는 포토인터럽터 광센서.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 일측 수광 렌즈와 타측 수광렌즈는 대칭인 것을 특징으로 하는 포토인터럽터 광센서.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 발광부 및/또는 수광부에는 관통형 슬릿이 없는 것을 특징으로 하는 포토인터럽터 광센서.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 발광부 및/또는 수광부에는 금속 슬릿이 없는 특징으로 하는 포토인터럽터 광센서.
  12. 발광면을 가지는 발광케이스와, 상기 발광 케이스의 내부에 위치하는 발광 소자를 포함하는 발광부; 및
    상기 발광면에 대향하는 소정 간격 이격된 수광면을 가지는 수광케이스와, 상기 수광 케이스의 내부에 위치하는 수광 소자를 포함하는 수광부;를 포함하고,
    여기서, 상기 발광면의 내면에는 상하로 길게 연장되는 평탄면으로 이루어진 발광 슬릿과, 상기 발광 슬릿의 일측에는 발광 소자의 광을 일측으로 굴절시키는 일측 발광 렌즈와, 상기 발광 슬릿의 타측에는 발광 소자의 광을 타측으로 굴절시키는 타측 발광 렌즈가 구비되며,
    발광칩에서 발광되어 발광 슬릿의 양측에 위치한 양측 발광 렌즈로 입사된 광은 발광 슬릿에서 양측으로 멀어지는 방향으로 굴절되어 수광 소자로 입사되지 않고, 슬릿을 통과한 광은 수광 소자에 수광되는 것을 특징으로 하는 포토인터럽터 광센서.
  13. 발광면을 가지는 발광케이스와, 상기 발광 케이스의 내부에 위치하는 발광 소자를 포함하는 발광부; 및
    상기 발광면에 대향하는 소정 간격 이격된 수광면을 가지는 수광케이스와, 상기 수광 케이스의 내부에 위치하는 수광 소자를 포함하는 수광부;를 포함하고,
    여기서, 상기 수광면의 내면에는 상하로 길게 연장되는 평탄면으로 이루어진 수광 슬릿과, 상기 수광 슬릿의 일측에는 수광 소자의 광을 일측으로 굴절시키는 일측 수광 렌즈와, 상기 수광 슬릿의 타측에는 수광 소자의 광을 타측으로 굴절시키는 타측 수광 렌즈가 구비되며,
    상기 수광면에서 수광 슬릿의 양측에 위치한 양측 수광 렌즈로 입사된 광은 수광 슬릿에서 양측으로 멀어지는 방향으로 굴절되어 수광 소자에 입사되지 않고, 수광 슬릿을 통과한 광은 수광 소자로 입사되는 것을 특징으로 하는 포토인터럽터 광센서.
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