反射型発光ダイオード、反射型フォトダイオード、送受光モジュール、送受光方法及び物体検知装置
【課題】 正常な出力光からずれた２次ピークを除去し、正常な出力光のみを放出する。
【解決手段】 支持体１１の側壁１１ｂの内壁面１１ｄは反射面１３の傾斜した他方の側に対応する下端部が反射面１３の中心側に片寄るように近接し、上端部が反射面１３の中心側から離隔するように傾斜し、発光ダイオード素子１５から出射され反射面１３で反射された反射光は内壁面１１ｄに当たることなく、外部に放出され、２次ピークが放出されることない。
【解決手段】 支持体１１の側壁１１ｂの内壁面１１ｄは反射面１３の傾斜した他方の側に対応する下端部が反射面１３の中心側に片寄るように近接し、上端部が反射面１３の中心側から離隔するように傾斜し、発光ダイオード素子１５から出射され反射面１３で反射された反射光は内壁面１１ｄに当たることなく、外部に放出され、２次ピークが放出されることない。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード素子から凹面状の反射面に向けて光を出射し、反射面から反射される光線を外部に放出する反射型発光ダイオード、この反射型発光ダイオードからの光線を受光する反射型フォトダイオード、前記反射型発光ダイオードと反射型フォトダイオードを用いた送受光モジュール、送受光方法及び物体検知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
反射型発光ダイオードは、発光ダイオード素子から出射される光を凹面状の反射面で反射して、ほぼ平行で指向性のある光線として外部に放出するものであるため、光線の放出方向を所望の方向に制御でき、例えば検知システムなどの種々の用途に応用することができる。図１０（ａ）および（ｂ）は、この種の従来の反射型発光ダイオードの断面図および平面図である。なお、図１０（ａ）は、図１０（ｂ）の線Ａ−Ａに沿った断面図である。
【０００３】
図１０（ａ）および（ｂ）に示す従来の反射型発光ダイオード１００は、支持体１１の底部に凹面状の反射面１３を有し、この反射面１３の上方中央部に発光ダイオード素子１５が素子マウント側リード１７の先端部、すなわち素子マウント側リード１７の中心側先端部の下側に取り付けられ、この発光ダイオード素子１５の光出射面１５ａは、反射面１３に対向するように下方を向いている。従って、発光ダイオード素子１５の光出射面１５ａから出射された光は、下方の反射面１３に当たって反射され、ほぼ平行で指向性のある光線として支持体１１の開口部１１ａから外部に放出される。
【０００４】
なお、支持体１１は、底部の反射面１３に対向する上部が開口して開口部１１ａを形成しているが、この開口部１１ａと反射面１３との間には、外部よりも屈折率の大きい透明な樹脂１９が充填されている。また、素子マウント側リード１７は、反射面１３の上方中央部から支持体１１の一方の側壁１１ｂに向けて水平に直線状に延びているが、このように延びた素子マウント側リード１７は、その途中が支持体１１の一方の側壁１１ｂに形成された溝に嵌合されて固定されてから、側壁１１ｂに沿って下方に延び、更に支持体１１の下面に沿うように折曲している。
【０００５】
更に、支持体１１の反射面１３の上方中央部寄りの部分、すなわち素子マウント側リード１７の先端部に近い部分から斜めに支持体１１の他方の側壁１１ｃに向けて水平に延びるワイヤ接続側リード２１も同様に、その途中が支持体１１の他方の側壁１１ｃに形成された溝に嵌合されて固定されてから、側壁１１ｃに沿って下方に延び、更に支持体１１の下面に沿うように折曲している。なお、素子マウント側リード１７の先端部の下側に取り付けられた発光ダイオード素子１５とワイヤ接続側リード２１の先端部、すなわち反射面１３の上方中央部寄りの部分のワイヤ接続側リード２１の中心側先端部との間は、図示しないワイヤでボンディングされている。
【０００６】
また、支持体１１の側壁１１ｂ、１１ｃは、内壁面が反射面１３の周縁部から開口部１１ａの周縁部に向かって真っすぐ立ち上がるように形成されている。そして、前記反射面１３は、発光ダイオード素子１５を中心として当該反射面１３の周縁部の一方の側が上方となり、この一方の側に対向する他方の側が下方となるように傾斜している。なお、図１０において、反射面１３を示す線が２本図示されているが、この２本の線うち、下側の線は反射面１３の底を図示するものであり、上側の線は反射面１３の凹面状にせり上がった周縁部を示すものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第４４７５１０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したように、従来の反射型発光ダイオード１００は、側壁１１ｂ、１１ｃの内壁面が真っすぐ立ち上がり、対向する内壁面同士が平行であるように形成されている。そのため従来の反射型発光ダイオード１００にあっては、発光ダイオード素子１５の光出射面１５ａから出射された光が反射面１３に当たって反射されると、この反射光は、すべてが開口部１１ａから直接、外部に放出されるものでなく、反射光の一部は、図１１において符号２００で示すように、側壁１１ｂの内壁面に当たって更に反射され外部に放出される。このように側壁１１ｂの内壁面で更に反射されて外部に放出された反射光は、後述する図３において符号２０１、２０３で示すような本来の目的とする正常な出力光でなく、この正常な出力光からずれた位置に図３で符号２０５で示すような２次ピークとして現れることになる。そのため、例えば検知システムなどでは誤動作の原因となる可能性も指摘され、このような２次ピークを除去することが要望されている。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、正常な出力光からずれた２次ピークを除去し、正常な出力光のみを放出し得る反射型発光ダイオードを提供することにある。
【００１０】
本発明の他の目的は、前記反射型発光ダイオードからの光線を受光する反射型フォトダイオード、前記反射型発光ダイオードと反射型フォトダイオードとを用いた送受光モジュール、送受光方法及び物体検知装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を達成するため、請求項１記載の反射型発光ダイオードは、底壁に凹面状の反射面が形成された有底開口の支持体と、この支持体反射面上方の焦点位置を横切って水平に延びる素子マウント側リードと、この素子マウント側リードに隣接して前記支持体反射面の上方に水平に延びるワイヤ接続側リードと、前記凹面状反射面の焦点位置の前記素子マウント側リード上に搭載された発光ダイオード素子と、この発光ダイオード素子と前記ワイヤ接続側リードとの間にボンディングされたワイヤとを備え、前記反射面は、前記発光ダイオード素子を中心として当該反射面の周縁部の一方の側が上方となり、他方の側が下方となるように傾斜させると共に、前記支持体の内壁面が、前記反射面の他方の側は上方に向かって広がるように傾斜して開口する立ち上がりの壁面形状を具備してなることを要旨とする。
【００１２】
請求項１記載の反射型発光ダイオードでは、支持体の側壁の内壁面は反射面の傾斜した他方の側に対応する下端部が反射面の中心側に片寄るように近接し、上端部が反射面の中心側から離隔するように傾斜しているため、発光ダイオード素子から出射され反射面で反射された反射光は内壁面に当たることなく、また再度反射されることなく、本来の正常な出力光として、本来の正常な位置において、２次ピークが出現することなく外部に放出され、例えば本反射型発光ダイオードを検知装置などに応用した場合には、２次ピークによる誤動作を防止することができる。
【００１３】
請求項２記載の反射型発光ダイオードは、前記反射面と前記支持体開口部との間の空間に外部よりも屈折率の大きい透明な樹脂が充填され、前記発光ダイオード素子から出射された光のうち前記支持体の傾斜面内壁面に直接入射し開口部に向かう反射光は、前記空間と外部との間の境界面に対して臨界角以上で反射され外部への放出を阻止し反射面に向け偏向することを要旨とする。
【００１４】
請求項３記載の反射型フォトダイオードは、底壁に凹面状の反射面が形成された有底開口の支持体と、この支持体反射面上方の焦点位置を横切って水平に延びる素子マウント側リードと、この素子マウント側リードに隣接して前記支持体反射面の上方に水平に延びるワイヤ接続側リードと、前記凹面状反射面の焦点位置の前記素子マウント側リード上に搭載されたフォトダイオード素子と、このフォトダイオード素子と前記ワイヤ接続側リードとの間にボンディングされたワイヤとを備え、前記反射面は、前記フォトダイオード素子を中心として当該反射面の周縁部の一方の側が上方となり、他方の側が下方となるように傾斜させると共に、前記支持体の内壁面が、前記反射面の他方の側は上方に向かって広がるように傾斜して開口する立ち上がりの壁面形状を具備していることを要旨とする。
【００１５】
請求項４記載の送受光モジュールは、請求項１記載の反射型発光ダイオードを用いて検知領域に向け光を放出し、請求項３記載の反射型フォトダイオードを用いて検知領域の被検知体からの反射光を受光して被検知体を検知する送受光モジュールであって、基板と、この基板上に搭載された前記反射型発光ダイオードであって、発光ダイオード素子から凹面状の反射面に向けて光を出射し、反射面で反射され、ほぼ平行で指向性のある光線を検知領域に向けて放出する前記反射型発光ダイオードと、前記基板上において前記反射型発光ダイオードに所定の間隔をあけて配設される前記反射型フォトダイオードであって、前記反射型発光ダイオードから放出され被検知体で反射され入射した光線を凹面状の反射面でフォトダイオード素子に向けて反射し、該フォトダイオード素子で受光して電気信号に変換する前記反射型フォトダイオードとを有し、前記反射型発光ダイオードは、前記反射面の傾斜が前記反射型フォトダイオードの方に向き、前記傾斜した内壁面が前記反射型フォトダイオードに近接する側となるように前記基板上に実装され、前記反射型フォトダイオードは、前記反射面の傾斜が前記反射型発光ダイオードの方に向き、前記傾斜した内壁面が前記反射型発光ダイオードに近接する側となるように前記基板上に実装されることを要旨とする。
【００１６】
請求項４記載の送受光モジュールでは、請求項１記載の反射型発光ダイオードと請求項３記載の反射型フォトダイオードとを前記傾斜した内壁面が互いに近接する側となるように基板上に所定の間隔をあけて並んで配設しているため、反射型発光ダイオードの発光ダイオード素子から出射され反射面で反射された反射光は内壁面に当たることなく、また再度反射されることなく、本来の正常な出力光として、本来の正常な位置において外部に放出され、２次ピークが放出されることなく、２次ピークによる誤動作を防止することができる。
【００１７】
請求項５記載の物体検知装置は、請求項１記載の反射型発光ダイオードを用いて検知領域に向け光を放出し、請求項３記載の反射型フォトダイオードを用いて検知領域の被検知体からの反射光を受光して被検知体を検知する送受光方法であって、前記反射型発光ダイオードの反射面の傾斜が前記反射型フォトダイオードの方に向き、前記傾斜した内壁面が前記反射型フォトダイオードに近接する側となるように設定し、前記反射型フォトダイオードの反射面の傾斜が前記反射型発光ダイオードの方に向き、前記傾斜した内壁面が前記反射型発光ダイオードに近接する側となるように設定し、前記反射型発光ダイオードの発光ダイオード素子から凹面状の反射面に向けて光を出射し、反射面から反射されるほぼ平行で指向性のある光線を検知領域に向けて放出し、この放出され被検知体から反射されてくる光線を前記反射型フォトダイオードの凹面状の反射面でフォトダイオード素子に向けて反射し、該フォトダイオード素子で受光して電気信号に変換し、この電気信号に基づき被検知体を検知することを要旨とする。
【００１８】
請求項５記載の物体検知装置では、請求項１記載の反射型発光ダイオードと請求項３記載の反射型フォトダイオードとを前記傾斜した内壁面が互いに近接する側となるように設定し、反射型発光ダイオードからの反射光を反射型フォトダイオードで受光するため、反射型発光ダイオードの発光ダイオード素子から出射され反射面で反射された反射光は内壁面に当たることなく、また再度反射されることなく、本来の正常な出力光として、本来の正常な位置において、２次ピークが出現することなく外部に放出され、２次ピークによる誤動作を防止することができる。
【００１９】
請求項６記載の送受光方法は、請求項１記載の反射型発光ダイオードを用いて検知領域に向け光を放出し、請求項３記載の反射型フォトダイオードを用いて検知領域の被検知体からの反射光を受光して被検知体を検知する物体検知装置であって、前記反射型発光ダイオードにおいて発光ダイオード素子から凹面状の反射面に向けて光を出射し、反射面で反射され、ほぼ平行で指向性のある光線を検知領域に向けて放出する前記反射型発光ダイオードと、前記反射型フォトダイオードにおいて、前記反射型発光ダイオードから放出され被検知体で反射されてくる光線を凹面状の反射面でフォトダイオード素子に向けて反射し、該フォトダイオード素子で受光して電気信号に変換する前記反射型フォトダイオードと、この反射型フォトダイオードで変換された前記電気信号に基づき被検知体を検知する検知判断手段とを有し、前記反射型発光ダイオードは、前記反射面の傾斜が前記反射型フォトダイオードの方に向き、前記傾斜した内壁面が前記反射型フォトダイオードに近接する側となるように設定され、前記反射型フォトダイオードは、前記反射面の傾斜が前記反射型発光ダイオードの方に向き、前記傾斜した内壁面が前記反射型発光ダイオードに近接する側となるように設定されることを要旨とする。
【００２０】
請求項６記載の送受光方法では、請求項１記載の反射型発光ダイオードと請求項３記載の反射型フォトダイオードとを前記傾斜した内壁面が互いに近接する側となるように設定し、反射型発光ダイオードからの反射光を反射型フォトダイオードで受光するため、反射型発光ダイオードの発光ダイオード素子から出射され反射面で反射された反射光は内壁面に当たることなく、また再度反射されることなく、本来の正常な出力光として、本来の正常な位置において外部に放出され、２次ピークによる誤動作を防止することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、支持体の側壁の内壁面は、反射面の傾斜した他方の側に対応する下端部が反射面の中心側に片寄るように近接し、上端部が反射面の中心側から離隔するように傾斜しているので、発光ダイオード素子から出射され反射面で反射された反射光は内壁面に当たることなく、また再度反射されることなく、本来の正常な出力光として、本来の正常な位置において外部に放出され、２次ピークが放出されることなく、例えば本反射型発光ダイオードを検知装置などに応用した場合には、２次ピークによる誤動作を防止することができる。
【００２２】
また、本発明によれば、請求項１記載の反射型発光ダイオードと請求項３記載の反射型フォトダイオードとを前記傾斜した内壁面が互いに近接する側となるように設定し、反射型発光ダイオードからの反射光を反射型フォトダイオードで受光するので、反射型発光ダイオードの発光ダイオード素子から出射され反射面で反射された反射光は内壁面に当たることなく、また再度反射されることなく、本来の正常な出力光として、本来の正常な位置において外部に放出され、２次ピークによる誤動作を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係わる反射型発光ダイオードの構成を示す断面図および平面図である。
【図２】図１に示す反射型発光ダイオードにおいて発光ダイオード素子から出射される光の光路を示す図である。
【図３】図１に示す反射型発光ダイオードの出力光と従来の反射型発光ダイオードの出力光と２次ピークを示すグラフである。
【図４】本発明の第２の実施形態に係わる反射型フォトダイオードの構成を示す断面図および平面図である。
【図５】図１および図４にそれぞれ示す反射型発光ダイオードと反射型フォトダイオードとを使用した送受光モジュールの構成を示す平面図および断面図である。
【図６】図１および図４にそれぞれ示す反射型発光ダイオードと反射型フォトダイオードとを使用した送受光モジュールにおいて被検知体を検知した場合の出力光を示す図である。
【図７】図１および図４にそれぞれ示す反射型発光ダイオードと反射型フォトダイオードとを使用した送受光モジュールにおいて被検知体を検知しない場合の出力光を示す図である。
【図８】図５に示した送受光モジュールをロボットの腕に適用した場合の説明図である。
【図９】図１および図４にそれぞれ示す反射型発光ダイオードおよび反射型フォトダイオードと反射面および側壁の内壁面の傾斜方向が異なる反射型発光ダイオードおよび反射型フォトダイオードを使用した図５に類似した送受光モジュールの構成を示す平面図および断面図である。
【図１０】従来の反射型発光ダイオードの構成を示す断面図および平面図である。
【図１１】図１０に示す反射型発光ダイオードにおいて発光ダイオード素子から出射される光の光路を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を用いて、本発明を実施するための形態(以下、実施形態と称する)を説明する。
【００２５】
図１（ａ）および（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係わる反射型発光ダイオードの構成を示す断面図および平面図である。なお、図１（ａ）は、図１（ｂ）の線Ａ−Ａに沿った断面図である。同図に示す反射型発光ダイオード１は、図１０に示した反射型発光ダイオード１００において支持体１１の側壁１１ｂの内壁面を傾斜させた点のみが異なるものであり、同じ構成要素には同じ符号を付して説明する。
【００２６】
すなわち、第１の実施形態の反射型発光ダイオード１は、支持体１１の底部に放物曲面を有した凹面状の銀蒸着面を形成した反射面１３を有し、この底部に対向する上部に開口部１１ａが形成され、反射面１３の周縁部から開口部１１ａの周縁部に向かって立ち上がって側壁１１ｂ、１１ｃが形成され、これらの側壁１１ｂ、１１ｃの内壁面は、直線状に立ち上がって形成されている。また、支持体１１の開口部１１ａと反射面１３との間には、外部よりも屈折率の大きい透明な樹脂１９が充填されている。
【００２７】
更に、素子マウント側リード１７は、放物曲面を有した反射面１３の上方焦点位置を横切る中央部から一方の側壁１１ｂに向けて水平に直線状に延び、この延びた途中が支持体１１の一方の側壁１１ｂに形成された溝に嵌合されて固定されてから、側壁１１ｂに沿って下方に延び、更に支持体１１の下面に沿うように折曲している。更に、ワイヤ接続側リード２１は、反射面１３の上方中央部寄りの部分、すなわち素子マウント側リード１７の先端部に近い部分から他方の側壁１１ｃに向けて水平に延び、この延びた途中が支持体１１の他方の側壁１１ｃに形成された溝に嵌合されて固定されてから、側壁１１ｃに沿って下方に延び、更に支持体１１の下面に沿うように折曲している。
【００２８】
発光ダイオード素子１５は、その光出射面１５ａが反射面１３に対向するように素子マウント側リード１７の先端部の下面、すなわち反射面上方の中心側先端部の下面に搭載され、この発光ダイオード素子１５とワイヤ接続側リード２１の先端部との間には図示しないがワイヤがボンディングされている。反射面１３は、発光ダイオード素子１５の発光軸中心を中心として当該反射面１３の周縁部の一方の側、すなわち側壁１１ｃ側の周縁部が上方となり、これに対向する他方の側である側壁１１ｂの側が下方となるように角度θ１傾斜している。なお、この傾斜角度θ１は、好ましくは１１度である。
【００２９】
以上の構成は、図１０に示した反射型発光ダイオード１００と同じであるが、この第１の実施形態の反射型発光ダイオード１は、上記構成に加えて、支持体１１の側壁１１ｂの内壁面１１ｄの下端部反射面１３が発光ダイオード素子の発光軸中心側に片寄るように近接し、内壁面１１ｄの上端部が反射面１３の中心側から離隔するように内壁面１１ｄがθ２傾斜していることを特徴とする。なお、この傾斜角度θ２は、好ましくは１１度である。なお前記反射面１３のほか支持体１１の内壁面１１にも銀蒸着膜が形成され入射した光を反射可能に形成している。
【００３０】
このように内壁面１１ｄを傾斜させるように構成することにより、発光ダイオード素子１５の光出射面１５ａから出射された光の反射面１３によって反射された反射光が上述したように本来の目的とする正常な出力光でない２次ピークとして外部に放出されることが防止される。
【００３１】
具体的には、内壁面１１ｄを傾斜させると、図２に示すように発光ダイオード素子１５の光出射面１５ａから出射され反射面１３で反射された反射光は、内壁面１１ｄが図１０および図１１で示した従来よりも外側に傾斜しているため、内壁面１１ｄに当たることなく、すなわち内壁面１１ｄで再度反射されることなく外部に放出され、すなわち図３において実線２０１で示すように本来の正常な出力光として、本来の正常な位置において外部に放出され、図３で点線２０５で示すような２次ピークが放出されることがないのである。
【００３２】
すなわち、図１０に示した従来の反射型発光ダイオード１００では、図３の点線２０３で示すような本来の正常な出力光以外に、上述した図１１で符号２００で説明した側壁１１ｂからの異常な反射光による２次ピークが点線２０５のように現れていたものであるが、本実施形態のように内壁面１１ｄを角度θ２傾斜させることにより、このような点線２０５で示すような２次ピークを除去できるのである。
【００３３】
一方、発光ダイオード素子１５の光出射面１５ａから反射面１３に直接当たらず、光出射面１５ａから内壁面に直接当たって反射された反射光は、内壁面から反射面１３に向かって進んで反射面１３で反射され、それから更に別の部分の内壁面に当たって反射されるなどのように複数回反射してから、開口部１１ａに向かって外部に出ようとするが、開口部１１ａと反射面１３との間は外部よりも屈折率の大きい透明な樹脂１９が充填されているため、開口部１１ａに向かった光は、開口部１１ａと外部との間の境界面で全反射され、外部に図３に示すような２次ピーク２０５として放出されることがない。
【００３４】
すなわち、開口部１１ａに向かう光の開口部１１ａから外部に出ようとする入射角は、樹脂１９の臨界角よりも大きいため、開口部１１ａに向かう光は、開口部１１ａと外部との間の境界面で全反射され、外部に２次ピークとして放出されることがないのである。従って、開口部１１ａからは本来の正常な出力光でない２次ピークは、放出されず、本来の目的とする正常な出力光のみが放出されるため、例えば検知システムなどが誤動作するという問題はない。
【００３５】
図４（ａ）および（ｂ）は、本発明の第２の実施形態に係わる反射型フォトダイオードの構造を示す断面図および平面図である。なお、図４（ａ）は、図４（ｂ）の線Ａ−Ａに沿った断面図である。
【００３６】
図４（ａ）および（ｂ）に示す反射型フォトダイオード２は、その構成が図１に示した第１の実施形態の反射型発光ダイオード１において発光ダイオード素子１５をフォトダイオード素子に変更した点が異なるのみであり、その他の構成は、第１の実施形態の反射型発光ダイオード１と同じであり、同じ構成要素には、同じ符号を付し、その説明を省略する。なお、図４は、図１に対して素子マウント側リード１７が右側となり、反射面１３および内壁面１１ｄの傾斜方向が逆となるように図面が左右反対に図示されているが、基本的構成は同じである。
【００３７】
すなわち、図４に示す第２の実施形態の反射型フォトダイオード２は、素子マウント側リード１７の先端部の下面に前記発光ダイオード素子１５の代わりにフォトダイオード素子３１が取り付けられ、このフォトダイオード素子３１の受光面３１ａは、支持体１１の反射面１３に対向するように下方を向いて取り付けられている。
【００３８】
このように構成される反射型フォトダイオード２において、点線矢印２０６で示すように外部から入射する光は、反射面１３で反射されてから、フォトダイオード素子３１の受光面３１ａに当たって検出され、電気信号に変換されることになる。この電気信号を分析することにより、例えば被検知体の有無を検知することに応用することができる。
【００３９】
図５（ａ）および（ｂ）は、本発明の第３の実施形態に係わる送受光モジュールの構成を示す平面図および断面図である。なお、図５（ｂ）は、図５（ａ）における線Ａ−Ａに沿った断面図である。
【００４０】
図５（ａ）および（ｂ）に示す送受光モジュール３は、図１に示した第１の実施形態の反射型発光ダイオード１と図４に示した第２の実施形態の反射型フォトダイオード２とを組み合わせて、１枚の基板４１の上に実装し、これにより当該送受光モジュール３の所定の方向の検知領域に存在する被検知体を光により検知しようとするものである。すなわち、この送受光モジュール３は、所定の方向、例えば図５（ｂ）の上方の検知領域に向けて反射型発光ダイオード１から光を放出し、検知領域に存在する被検知体からの反射光を反射型フォトダイオード２で受光して被検知体を検知することができるものである。
【００４１】
また、反射型発光ダイオード１は、その反射面１３の傾斜が反射型フォトダイオード２の方に向き、傾斜した内壁面１１ｄが反射型フォトダイオード２に近接する側となるように基板４１上に実装され、反射型フォトダイオード２も同様に、反射面１３の傾斜が反射型発光ダイオード１の方に向き、傾斜した内壁面１１ｄが反射型発光ダイオード１に近接する側となるように基板４１上に実装されている。
【００４２】
基板４１の上に実装された反射型発光ダイオード１は、図１で説明したように、前記発光ダイオード素子１５から凹面状の反射面１３に向けて光を出射し、反射面１３から反射されるほぼ平行で指向性のある光線を検知領域に向けて放出し、またこの反射型発光ダイオード１から所定間隔あけて並んで基板４１の上に実装された反射型フォトダイオード２は、反射型発光ダイオード１から放出され、検知領域に存在する被検知体から反射されてくる光線を凹面状の反射面１３でフォトダイオード素子３１の受光面３１ａに向けて反射し、該フォトダイオード素子３１で受光して電気信号に変換する。従って、この電気信号を図示しない処理部で分析することにより、検知領域の被検知体を検知することができる。
【００４３】
図６および図７は、上述した被検知体の検知方法を説明するために反射型発光ダイオード１で放出され、反射型フォトダイオード２で受光される光線を示す図である。なお、図６は、被検知体が検知領域に存在する場合の図であり、図７は、被検知体が検知領域に存在しない場合の図である。
【００４４】
まず、図６に示すように、送受光モジュール３の上方の検知領域に被検知体４３が存在する場合には、反射型発光ダイオード１から放出された光線は、矢印３０１で示すように検知領域の被検知体４３に当たって反射され、矢印３０３で示す反射光として反射型フォトダイオード２で受光され、上述したように電気信号に変換される。従って、この電気信号を分析することにより被検知体４３を検出することができる。
【００４５】
更に、図７に示すように、送受光モジュール３の上方の検知領域に被検知体４３が存在しない場合には、反射型発光ダイオード１から放出された光線は、矢印３０５で示すように検知領域に向けて放出されるが、この検知領域に被検知体が存在しないため、この光線３０５は、反射されることなく、そのまま上方に進むだけで、反射型フォトダイオード２には反射光が入射しない。従って、反射型フォトダイオード２は、電気信号を出力することもないため、被検知体は存在しないものと判断される。
【００４６】
上述した検知処理において、反射型発光ダイオード１から放出される光線には、図３で説明した２次ピークが存在しないため、反射型フォトダイオード２は、このような２次ピークを受光することはなく、例えば被検知体などを誤って検知することがない。
【００４７】
図８は、図５に示した送受光モジュール３をロボットの腕に装着した状態を示す図である。同図に示すように、ロボットの腕に送受光モジュール３を装着することにより、ロボットは、この送受光モジュール３の検知領域に存在する被検知体を検知することができる。
【００４８】
具体的には、ロボットは、腕を動かすことにより、送受光モジュール３の検知領域を変えることができるので、例えば前進しようとする場合には、送受光モジュール３の検知領域が前方となるように腕を動かし、この前方の検知領域に向けて、送受光モジュール３の反射型発光ダイオード１から光線を放出し、この放出した光線の反射光を送受光モジュール３の反射型フォトダイオード２で受光した場合には、前方の検知領域に被検知体として何か障害物などの物体が存在することを認識することができ、また反射光を受光できなかった場合には、前方の検知領域に例えば何か障害物などの物体は存在しないということを認識することができるものである。
【００４９】
なお、送受光モジュール３は、図８に示すように、腕の周りに囲むように複数装着することにより、種々の方向を常時監視することができる。また、腕だけでなく、例えば胸の前、頭の周り、足の腿等に装着してもよいものである。
【００５０】
図９（ａ）および（ｂ）は、本発明の第４の実施形態に係わる送受光モジュールの構成を示す平面図および断面図である。なお、図９（ｂ）は、図９（ａ）における線Ａ−Ａに沿った断面図である。
【００５１】
図９（ａ）および（ｂ）に示す送受光モジュール４は、図５に示した送受光モジュール３と同様に、図１に示した第１の実施形態の反射型発光ダイオード１と図４に示した第２の実施形態の反射型フォトダイオード２とを組み合わせて、１枚の基板４１の上に実装し、これにより当該送受光モジュール４の所定の方向の検知領域に存在する被検知体を光により検知しようとするものであるが、図５に示す送受光モジュール３と異なる点は、反射型発光ダイオード１および反射型フォトダイオード２をそれぞれ９０度右方向に回転して基板４１上に実装するとともに、この状態で反射型発光ダイオード１および反射型フォトダイオード２のそれぞれの傾斜した反射面１３および内壁面１１ｄが互いに向き合うように構成したことである。
【００５２】
このように構成した送受光モジュール４においても、その作用は全く同じであり、反射型発光ダイオード１の発光ダイオード素子１５から放出された光は、反射面１３で反射されてほぼ平行で指向性のある光線として検知領域に向け放出され、また検知領域に存在する被検知体から反射されてくる光線は反射型フォトダイオード２の反射面１３で反射され、フォトダイオード素子３１の受光面３１ａで受光され電気信号に変換される。
【００５３】
従って、この電気信号を分析する検知判断手段を設けて、物体検知装置として構成することにより、この検知判断手段により検知領域における被検知体の有無を検知することができる。
【００５４】
本発明は、上記各実施形態によって限定されるものでなく、種々変更できるものである。
【符号の説明】
【００５５】
1 反射型発光ダイオード
２ 反射型フォトダイオード
３、４ 送受光モジュール
１１ 支持体
１１ａ 開口部
１１ｂ、１１ｃ 側壁
１１ｄ 内壁面
１３ 反射面
１５ 発光ダイオード素子
１５ａ 光出射面
１７ 素子マウント側リード
１９ 樹脂
２１ ワイヤ接続側リード
３１ フォトダイオード素子
３１ａ 受光面
４１ 基板
４３ 被検知体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード素子から凹面状の反射面に向けて光を出射し、反射面から反射される光線を外部に放出する反射型発光ダイオード、この反射型発光ダイオードからの光線を受光する反射型フォトダイオード、前記反射型発光ダイオードと反射型フォトダイオードを用いた送受光モジュール、送受光方法及び物体検知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
反射型発光ダイオードは、発光ダイオード素子から出射される光を凹面状の反射面で反射して、ほぼ平行で指向性のある光線として外部に放出するものであるため、光線の放出方向を所望の方向に制御でき、例えば検知システムなどの種々の用途に応用することができる。図１０（ａ）および（ｂ）は、この種の従来の反射型発光ダイオードの断面図および平面図である。なお、図１０（ａ）は、図１０（ｂ）の線Ａ−Ａに沿った断面図である。
【０００３】
図１０（ａ）および（ｂ）に示す従来の反射型発光ダイオード１００は、支持体１１の底部に凹面状の反射面１３を有し、この反射面１３の上方中央部に発光ダイオード素子１５が素子マウント側リード１７の先端部、すなわち素子マウント側リード１７の中心側先端部の下側に取り付けられ、この発光ダイオード素子１５の光出射面１５ａは、反射面１３に対向するように下方を向いている。従って、発光ダイオード素子１５の光出射面１５ａから出射された光は、下方の反射面１３に当たって反射され、ほぼ平行で指向性のある光線として支持体１１の開口部１１ａから外部に放出される。
【０００４】
なお、支持体１１は、底部の反射面１３に対向する上部が開口して開口部１１ａを形成しているが、この開口部１１ａと反射面１３との間には、外部よりも屈折率の大きい透明な樹脂１９が充填されている。また、素子マウント側リード１７は、反射面１３の上方中央部から支持体１１の一方の側壁１１ｂに向けて水平に直線状に延びているが、このように延びた素子マウント側リード１７は、その途中が支持体１１の一方の側壁１１ｂに形成された溝に嵌合されて固定されてから、側壁１１ｂに沿って下方に延び、更に支持体１１の下面に沿うように折曲している。
【０００５】
更に、支持体１１の反射面１３の上方中央部寄りの部分、すなわち素子マウント側リード１７の先端部に近い部分から斜めに支持体１１の他方の側壁１１ｃに向けて水平に延びるワイヤ接続側リード２１も同様に、その途中が支持体１１の他方の側壁１１ｃに形成された溝に嵌合されて固定されてから、側壁１１ｃに沿って下方に延び、更に支持体１１の下面に沿うように折曲している。なお、素子マウント側リード１７の先端部の下側に取り付けられた発光ダイオード素子１５とワイヤ接続側リード２１の先端部、すなわち反射面１３の上方中央部寄りの部分のワイヤ接続側リード２１の中心側先端部との間は、図示しないワイヤでボンディングされている。
【０００６】
また、支持体１１の側壁１１ｂ、１１ｃは、内壁面が反射面１３の周縁部から開口部１１ａの周縁部に向かって真っすぐ立ち上がるように形成されている。そして、前記反射面１３は、発光ダイオード素子１５を中心として当該反射面１３の周縁部の一方の側が上方となり、この一方の側に対向する他方の側が下方となるように傾斜している。なお、図１０において、反射面１３を示す線が２本図示されているが、この２本の線うち、下側の線は反射面１３の底を図示するものであり、上側の線は反射面１３の凹面状にせり上がった周縁部を示すものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第４４７５１０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したように、従来の反射型発光ダイオード１００は、側壁１１ｂ、１１ｃの内壁面が真っすぐ立ち上がり、対向する内壁面同士が平行であるように形成されている。そのため従来の反射型発光ダイオード１００にあっては、発光ダイオード素子１５の光出射面１５ａから出射された光が反射面１３に当たって反射されると、この反射光は、すべてが開口部１１ａから直接、外部に放出されるものでなく、反射光の一部は、図１１において符号２００で示すように、側壁１１ｂの内壁面に当たって更に反射され外部に放出される。このように側壁１１ｂの内壁面で更に反射されて外部に放出された反射光は、後述する図３において符号２０１、２０３で示すような本来の目的とする正常な出力光でなく、この正常な出力光からずれた位置に図３で符号２０５で示すような２次ピークとして現れることになる。そのため、例えば検知システムなどでは誤動作の原因となる可能性も指摘され、このような２次ピークを除去することが要望されている。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、正常な出力光からずれた２次ピークを除去し、正常な出力光のみを放出し得る反射型発光ダイオードを提供することにある。
【００１０】
本発明の他の目的は、前記反射型発光ダイオードからの光線を受光する反射型フォトダイオード、前記反射型発光ダイオードと反射型フォトダイオードとを用いた送受光モジュール、送受光方法及び物体検知装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を達成するため、請求項１記載の反射型発光ダイオードは、底壁に凹面状の反射面が形成された有底開口の支持体と、この支持体反射面上方の焦点位置を横切って水平に延びる素子マウント側リードと、この素子マウント側リードに隣接して前記支持体反射面の上方に水平に延びるワイヤ接続側リードと、前記凹面状反射面の焦点位置の前記素子マウント側リード上に搭載された発光ダイオード素子と、この発光ダイオード素子と前記ワイヤ接続側リードとの間にボンディングされたワイヤとを備え、前記反射面は、前記発光ダイオード素子を中心として当該反射面の周縁部の一方の側が上方となり、他方の側が下方となるように傾斜させると共に、前記支持体の内壁面が、前記反射面の他方の側は上方に向かって広がるように傾斜して開口する立ち上がりの壁面形状を具備してなることを要旨とする。
【００１２】
請求項１記載の反射型発光ダイオードでは、支持体の側壁の内壁面は反射面の傾斜した他方の側に対応する下端部が反射面の中心側に片寄るように近接し、上端部が反射面の中心側から離隔するように傾斜しているため、発光ダイオード素子から出射され反射面で反射された反射光は内壁面に当たることなく、また再度反射されることなく、本来の正常な出力光として、本来の正常な位置において、２次ピークが出現することなく外部に放出され、例えば本反射型発光ダイオードを検知装置などに応用した場合には、２次ピークによる誤動作を防止することができる。
【００１３】
請求項２記載の反射型発光ダイオードは、前記反射面と前記支持体開口部との間の空間に外部よりも屈折率の大きい透明な樹脂が充填され、前記発光ダイオード素子から出射された光のうち前記支持体の傾斜面内壁面に直接入射し開口部に向かう反射光は、前記空間と外部との間の境界面に対して臨界角以上で反射され外部への放出を阻止し反射面に向け偏向することを要旨とする。
【００１４】
請求項３記載の反射型フォトダイオードは、底壁に凹面状の反射面が形成された有底開口の支持体と、この支持体反射面上方の焦点位置を横切って水平に延びる素子マウント側リードと、この素子マウント側リードに隣接して前記支持体反射面の上方に水平に延びるワイヤ接続側リードと、前記凹面状反射面の焦点位置の前記素子マウント側リード上に搭載されたフォトダイオード素子と、このフォトダイオード素子と前記ワイヤ接続側リードとの間にボンディングされたワイヤとを備え、前記反射面は、前記フォトダイオード素子を中心として当該反射面の周縁部の一方の側が上方となり、他方の側が下方となるように傾斜させると共に、前記支持体の内壁面が、前記反射面の他方の側は上方に向かって広がるように傾斜して開口する立ち上がりの壁面形状を具備していることを要旨とする。
【００１５】
請求項４記載の送受光モジュールは、請求項１記載の反射型発光ダイオードを用いて検知領域に向け光を放出し、請求項３記載の反射型フォトダイオードを用いて検知領域の被検知体からの反射光を受光して被検知体を検知する送受光モジュールであって、基板と、この基板上に搭載された前記反射型発光ダイオードであって、発光ダイオード素子から凹面状の反射面に向けて光を出射し、反射面で反射され、ほぼ平行で指向性のある光線を検知領域に向けて放出する前記反射型発光ダイオードと、前記基板上において前記反射型発光ダイオードに所定の間隔をあけて配設される前記反射型フォトダイオードであって、前記反射型発光ダイオードから放出され被検知体で反射され入射した光線を凹面状の反射面でフォトダイオード素子に向けて反射し、該フォトダイオード素子で受光して電気信号に変換する前記反射型フォトダイオードとを有し、前記反射型発光ダイオードは、前記反射面の傾斜が前記反射型フォトダイオードの方に向き、前記傾斜した内壁面が前記反射型フォトダイオードに近接する側となるように前記基板上に実装され、前記反射型フォトダイオードは、前記反射面の傾斜が前記反射型発光ダイオードの方に向き、前記傾斜した内壁面が前記反射型発光ダイオードに近接する側となるように前記基板上に実装されることを要旨とする。
【００１６】
請求項４記載の送受光モジュールでは、請求項１記載の反射型発光ダイオードと請求項３記載の反射型フォトダイオードとを前記傾斜した内壁面が互いに近接する側となるように基板上に所定の間隔をあけて並んで配設しているため、反射型発光ダイオードの発光ダイオード素子から出射され反射面で反射された反射光は内壁面に当たることなく、また再度反射されることなく、本来の正常な出力光として、本来の正常な位置において外部に放出され、２次ピークが放出されることなく、２次ピークによる誤動作を防止することができる。
【００１７】
請求項５記載の物体検知装置は、請求項１記載の反射型発光ダイオードを用いて検知領域に向け光を放出し、請求項３記載の反射型フォトダイオードを用いて検知領域の被検知体からの反射光を受光して被検知体を検知する送受光方法であって、前記反射型発光ダイオードの反射面の傾斜が前記反射型フォトダイオードの方に向き、前記傾斜した内壁面が前記反射型フォトダイオードに近接する側となるように設定し、前記反射型フォトダイオードの反射面の傾斜が前記反射型発光ダイオードの方に向き、前記傾斜した内壁面が前記反射型発光ダイオードに近接する側となるように設定し、前記反射型発光ダイオードの発光ダイオード素子から凹面状の反射面に向けて光を出射し、反射面から反射されるほぼ平行で指向性のある光線を検知領域に向けて放出し、この放出され被検知体から反射されてくる光線を前記反射型フォトダイオードの凹面状の反射面でフォトダイオード素子に向けて反射し、該フォトダイオード素子で受光して電気信号に変換し、この電気信号に基づき被検知体を検知することを要旨とする。
【００１８】
請求項５記載の物体検知装置では、請求項１記載の反射型発光ダイオードと請求項３記載の反射型フォトダイオードとを前記傾斜した内壁面が互いに近接する側となるように設定し、反射型発光ダイオードからの反射光を反射型フォトダイオードで受光するため、反射型発光ダイオードの発光ダイオード素子から出射され反射面で反射された反射光は内壁面に当たることなく、また再度反射されることなく、本来の正常な出力光として、本来の正常な位置において、２次ピークが出現することなく外部に放出され、２次ピークによる誤動作を防止することができる。
【００１９】
請求項６記載の送受光方法は、請求項１記載の反射型発光ダイオードを用いて検知領域に向け光を放出し、請求項３記載の反射型フォトダイオードを用いて検知領域の被検知体からの反射光を受光して被検知体を検知する物体検知装置であって、前記反射型発光ダイオードにおいて発光ダイオード素子から凹面状の反射面に向けて光を出射し、反射面で反射され、ほぼ平行で指向性のある光線を検知領域に向けて放出する前記反射型発光ダイオードと、前記反射型フォトダイオードにおいて、前記反射型発光ダイオードから放出され被検知体で反射されてくる光線を凹面状の反射面でフォトダイオード素子に向けて反射し、該フォトダイオード素子で受光して電気信号に変換する前記反射型フォトダイオードと、この反射型フォトダイオードで変換された前記電気信号に基づき被検知体を検知する検知判断手段とを有し、前記反射型発光ダイオードは、前記反射面の傾斜が前記反射型フォトダイオードの方に向き、前記傾斜した内壁面が前記反射型フォトダイオードに近接する側となるように設定され、前記反射型フォトダイオードは、前記反射面の傾斜が前記反射型発光ダイオードの方に向き、前記傾斜した内壁面が前記反射型発光ダイオードに近接する側となるように設定されることを要旨とする。
【００２０】
請求項６記載の送受光方法では、請求項１記載の反射型発光ダイオードと請求項３記載の反射型フォトダイオードとを前記傾斜した内壁面が互いに近接する側となるように設定し、反射型発光ダイオードからの反射光を反射型フォトダイオードで受光するため、反射型発光ダイオードの発光ダイオード素子から出射され反射面で反射された反射光は内壁面に当たることなく、また再度反射されることなく、本来の正常な出力光として、本来の正常な位置において外部に放出され、２次ピークによる誤動作を防止することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、支持体の側壁の内壁面は、反射面の傾斜した他方の側に対応する下端部が反射面の中心側に片寄るように近接し、上端部が反射面の中心側から離隔するように傾斜しているので、発光ダイオード素子から出射され反射面で反射された反射光は内壁面に当たることなく、また再度反射されることなく、本来の正常な出力光として、本来の正常な位置において外部に放出され、２次ピークが放出されることなく、例えば本反射型発光ダイオードを検知装置などに応用した場合には、２次ピークによる誤動作を防止することができる。
【００２２】
また、本発明によれば、請求項１記載の反射型発光ダイオードと請求項３記載の反射型フォトダイオードとを前記傾斜した内壁面が互いに近接する側となるように設定し、反射型発光ダイオードからの反射光を反射型フォトダイオードで受光するので、反射型発光ダイオードの発光ダイオード素子から出射され反射面で反射された反射光は内壁面に当たることなく、また再度反射されることなく、本来の正常な出力光として、本来の正常な位置において外部に放出され、２次ピークによる誤動作を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係わる反射型発光ダイオードの構成を示す断面図および平面図である。
【図２】図１に示す反射型発光ダイオードにおいて発光ダイオード素子から出射される光の光路を示す図である。
【図３】図１に示す反射型発光ダイオードの出力光と従来の反射型発光ダイオードの出力光と２次ピークを示すグラフである。
【図４】本発明の第２の実施形態に係わる反射型フォトダイオードの構成を示す断面図および平面図である。
【図５】図１および図４にそれぞれ示す反射型発光ダイオードと反射型フォトダイオードとを使用した送受光モジュールの構成を示す平面図および断面図である。
【図６】図１および図４にそれぞれ示す反射型発光ダイオードと反射型フォトダイオードとを使用した送受光モジュールにおいて被検知体を検知した場合の出力光を示す図である。
【図７】図１および図４にそれぞれ示す反射型発光ダイオードと反射型フォトダイオードとを使用した送受光モジュールにおいて被検知体を検知しない場合の出力光を示す図である。
【図８】図５に示した送受光モジュールをロボットの腕に適用した場合の説明図である。
【図９】図１および図４にそれぞれ示す反射型発光ダイオードおよび反射型フォトダイオードと反射面および側壁の内壁面の傾斜方向が異なる反射型発光ダイオードおよび反射型フォトダイオードを使用した図５に類似した送受光モジュールの構成を示す平面図および断面図である。
【図１０】従来の反射型発光ダイオードの構成を示す断面図および平面図である。
【図１１】図１０に示す反射型発光ダイオードにおいて発光ダイオード素子から出射される光の光路を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を用いて、本発明を実施するための形態(以下、実施形態と称する)を説明する。
【００２５】
図１（ａ）および（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係わる反射型発光ダイオードの構成を示す断面図および平面図である。なお、図１（ａ）は、図１（ｂ）の線Ａ−Ａに沿った断面図である。同図に示す反射型発光ダイオード１は、図１０に示した反射型発光ダイオード１００において支持体１１の側壁１１ｂの内壁面を傾斜させた点のみが異なるものであり、同じ構成要素には同じ符号を付して説明する。
【００２６】
すなわち、第１の実施形態の反射型発光ダイオード１は、支持体１１の底部に放物曲面を有した凹面状の銀蒸着面を形成した反射面１３を有し、この底部に対向する上部に開口部１１ａが形成され、反射面１３の周縁部から開口部１１ａの周縁部に向かって立ち上がって側壁１１ｂ、１１ｃが形成され、これらの側壁１１ｂ、１１ｃの内壁面は、直線状に立ち上がって形成されている。また、支持体１１の開口部１１ａと反射面１３との間には、外部よりも屈折率の大きい透明な樹脂１９が充填されている。
【００２７】
更に、素子マウント側リード１７は、放物曲面を有した反射面１３の上方焦点位置を横切る中央部から一方の側壁１１ｂに向けて水平に直線状に延び、この延びた途中が支持体１１の一方の側壁１１ｂに形成された溝に嵌合されて固定されてから、側壁１１ｂに沿って下方に延び、更に支持体１１の下面に沿うように折曲している。更に、ワイヤ接続側リード２１は、反射面１３の上方中央部寄りの部分、すなわち素子マウント側リード１７の先端部に近い部分から他方の側壁１１ｃに向けて水平に延び、この延びた途中が支持体１１の他方の側壁１１ｃに形成された溝に嵌合されて固定されてから、側壁１１ｃに沿って下方に延び、更に支持体１１の下面に沿うように折曲している。
【００２８】
発光ダイオード素子１５は、その光出射面１５ａが反射面１３に対向するように素子マウント側リード１７の先端部の下面、すなわち反射面上方の中心側先端部の下面に搭載され、この発光ダイオード素子１５とワイヤ接続側リード２１の先端部との間には図示しないがワイヤがボンディングされている。反射面１３は、発光ダイオード素子１５の発光軸中心を中心として当該反射面１３の周縁部の一方の側、すなわち側壁１１ｃ側の周縁部が上方となり、これに対向する他方の側である側壁１１ｂの側が下方となるように角度θ１傾斜している。なお、この傾斜角度θ１は、好ましくは１１度である。
【００２９】
以上の構成は、図１０に示した反射型発光ダイオード１００と同じであるが、この第１の実施形態の反射型発光ダイオード１は、上記構成に加えて、支持体１１の側壁１１ｂの内壁面１１ｄの下端部反射面１３が発光ダイオード素子の発光軸中心側に片寄るように近接し、内壁面１１ｄの上端部が反射面１３の中心側から離隔するように内壁面１１ｄがθ２傾斜していることを特徴とする。なお、この傾斜角度θ２は、好ましくは１１度である。なお前記反射面１３のほか支持体１１の内壁面１１にも銀蒸着膜が形成され入射した光を反射可能に形成している。
【００３０】
このように内壁面１１ｄを傾斜させるように構成することにより、発光ダイオード素子１５の光出射面１５ａから出射された光の反射面１３によって反射された反射光が上述したように本来の目的とする正常な出力光でない２次ピークとして外部に放出されることが防止される。
【００３１】
具体的には、内壁面１１ｄを傾斜させると、図２に示すように発光ダイオード素子１５の光出射面１５ａから出射され反射面１３で反射された反射光は、内壁面１１ｄが図１０および図１１で示した従来よりも外側に傾斜しているため、内壁面１１ｄに当たることなく、すなわち内壁面１１ｄで再度反射されることなく外部に放出され、すなわち図３において実線２０１で示すように本来の正常な出力光として、本来の正常な位置において外部に放出され、図３で点線２０５で示すような２次ピークが放出されることがないのである。
【００３２】
すなわち、図１０に示した従来の反射型発光ダイオード１００では、図３の点線２０３で示すような本来の正常な出力光以外に、上述した図１１で符号２００で説明した側壁１１ｂからの異常な反射光による２次ピークが点線２０５のように現れていたものであるが、本実施形態のように内壁面１１ｄを角度θ２傾斜させることにより、このような点線２０５で示すような２次ピークを除去できるのである。
【００３３】
一方、発光ダイオード素子１５の光出射面１５ａから反射面１３に直接当たらず、光出射面１５ａから内壁面に直接当たって反射された反射光は、内壁面から反射面１３に向かって進んで反射面１３で反射され、それから更に別の部分の内壁面に当たって反射されるなどのように複数回反射してから、開口部１１ａに向かって外部に出ようとするが、開口部１１ａと反射面１３との間は外部よりも屈折率の大きい透明な樹脂１９が充填されているため、開口部１１ａに向かった光は、開口部１１ａと外部との間の境界面で全反射され、外部に図３に示すような２次ピーク２０５として放出されることがない。
【００３４】
すなわち、開口部１１ａに向かう光の開口部１１ａから外部に出ようとする入射角は、樹脂１９の臨界角よりも大きいため、開口部１１ａに向かう光は、開口部１１ａと外部との間の境界面で全反射され、外部に２次ピークとして放出されることがないのである。従って、開口部１１ａからは本来の正常な出力光でない２次ピークは、放出されず、本来の目的とする正常な出力光のみが放出されるため、例えば検知システムなどが誤動作するという問題はない。
【００３５】
図４（ａ）および（ｂ）は、本発明の第２の実施形態に係わる反射型フォトダイオードの構造を示す断面図および平面図である。なお、図４（ａ）は、図４（ｂ）の線Ａ−Ａに沿った断面図である。
【００３６】
図４（ａ）および（ｂ）に示す反射型フォトダイオード２は、その構成が図１に示した第１の実施形態の反射型発光ダイオード１において発光ダイオード素子１５をフォトダイオード素子に変更した点が異なるのみであり、その他の構成は、第１の実施形態の反射型発光ダイオード１と同じであり、同じ構成要素には、同じ符号を付し、その説明を省略する。なお、図４は、図１に対して素子マウント側リード１７が右側となり、反射面１３および内壁面１１ｄの傾斜方向が逆となるように図面が左右反対に図示されているが、基本的構成は同じである。
【００３７】
すなわち、図４に示す第２の実施形態の反射型フォトダイオード２は、素子マウント側リード１７の先端部の下面に前記発光ダイオード素子１５の代わりにフォトダイオード素子３１が取り付けられ、このフォトダイオード素子３１の受光面３１ａは、支持体１１の反射面１３に対向するように下方を向いて取り付けられている。
【００３８】
このように構成される反射型フォトダイオード２において、点線矢印２０６で示すように外部から入射する光は、反射面１３で反射されてから、フォトダイオード素子３１の受光面３１ａに当たって検出され、電気信号に変換されることになる。この電気信号を分析することにより、例えば被検知体の有無を検知することに応用することができる。
【００３９】
図５（ａ）および（ｂ）は、本発明の第３の実施形態に係わる送受光モジュールの構成を示す平面図および断面図である。なお、図５（ｂ）は、図５（ａ）における線Ａ−Ａに沿った断面図である。
【００４０】
図５（ａ）および（ｂ）に示す送受光モジュール３は、図１に示した第１の実施形態の反射型発光ダイオード１と図４に示した第２の実施形態の反射型フォトダイオード２とを組み合わせて、１枚の基板４１の上に実装し、これにより当該送受光モジュール３の所定の方向の検知領域に存在する被検知体を光により検知しようとするものである。すなわち、この送受光モジュール３は、所定の方向、例えば図５（ｂ）の上方の検知領域に向けて反射型発光ダイオード１から光を放出し、検知領域に存在する被検知体からの反射光を反射型フォトダイオード２で受光して被検知体を検知することができるものである。
【００４１】
また、反射型発光ダイオード１は、その反射面１３の傾斜が反射型フォトダイオード２の方に向き、傾斜した内壁面１１ｄが反射型フォトダイオード２に近接する側となるように基板４１上に実装され、反射型フォトダイオード２も同様に、反射面１３の傾斜が反射型発光ダイオード１の方に向き、傾斜した内壁面１１ｄが反射型発光ダイオード１に近接する側となるように基板４１上に実装されている。
【００４２】
基板４１の上に実装された反射型発光ダイオード１は、図１で説明したように、前記発光ダイオード素子１５から凹面状の反射面１３に向けて光を出射し、反射面１３から反射されるほぼ平行で指向性のある光線を検知領域に向けて放出し、またこの反射型発光ダイオード１から所定間隔あけて並んで基板４１の上に実装された反射型フォトダイオード２は、反射型発光ダイオード１から放出され、検知領域に存在する被検知体から反射されてくる光線を凹面状の反射面１３でフォトダイオード素子３１の受光面３１ａに向けて反射し、該フォトダイオード素子３１で受光して電気信号に変換する。従って、この電気信号を図示しない処理部で分析することにより、検知領域の被検知体を検知することができる。
【００４３】
図６および図７は、上述した被検知体の検知方法を説明するために反射型発光ダイオード１で放出され、反射型フォトダイオード２で受光される光線を示す図である。なお、図６は、被検知体が検知領域に存在する場合の図であり、図７は、被検知体が検知領域に存在しない場合の図である。
【００４４】
まず、図６に示すように、送受光モジュール３の上方の検知領域に被検知体４３が存在する場合には、反射型発光ダイオード１から放出された光線は、矢印３０１で示すように検知領域の被検知体４３に当たって反射され、矢印３０３で示す反射光として反射型フォトダイオード２で受光され、上述したように電気信号に変換される。従って、この電気信号を分析することにより被検知体４３を検出することができる。
【００４５】
更に、図７に示すように、送受光モジュール３の上方の検知領域に被検知体４３が存在しない場合には、反射型発光ダイオード１から放出された光線は、矢印３０５で示すように検知領域に向けて放出されるが、この検知領域に被検知体が存在しないため、この光線３０５は、反射されることなく、そのまま上方に進むだけで、反射型フォトダイオード２には反射光が入射しない。従って、反射型フォトダイオード２は、電気信号を出力することもないため、被検知体は存在しないものと判断される。
【００４６】
上述した検知処理において、反射型発光ダイオード１から放出される光線には、図３で説明した２次ピークが存在しないため、反射型フォトダイオード２は、このような２次ピークを受光することはなく、例えば被検知体などを誤って検知することがない。
【００４７】
図８は、図５に示した送受光モジュール３をロボットの腕に装着した状態を示す図である。同図に示すように、ロボットの腕に送受光モジュール３を装着することにより、ロボットは、この送受光モジュール３の検知領域に存在する被検知体を検知することができる。
【００４８】
具体的には、ロボットは、腕を動かすことにより、送受光モジュール３の検知領域を変えることができるので、例えば前進しようとする場合には、送受光モジュール３の検知領域が前方となるように腕を動かし、この前方の検知領域に向けて、送受光モジュール３の反射型発光ダイオード１から光線を放出し、この放出した光線の反射光を送受光モジュール３の反射型フォトダイオード２で受光した場合には、前方の検知領域に被検知体として何か障害物などの物体が存在することを認識することができ、また反射光を受光できなかった場合には、前方の検知領域に例えば何か障害物などの物体は存在しないということを認識することができるものである。
【００４９】
なお、送受光モジュール３は、図８に示すように、腕の周りに囲むように複数装着することにより、種々の方向を常時監視することができる。また、腕だけでなく、例えば胸の前、頭の周り、足の腿等に装着してもよいものである。
【００５０】
図９（ａ）および（ｂ）は、本発明の第４の実施形態に係わる送受光モジュールの構成を示す平面図および断面図である。なお、図９（ｂ）は、図９（ａ）における線Ａ−Ａに沿った断面図である。
【００５１】
図９（ａ）および（ｂ）に示す送受光モジュール４は、図５に示した送受光モジュール３と同様に、図１に示した第１の実施形態の反射型発光ダイオード１と図４に示した第２の実施形態の反射型フォトダイオード２とを組み合わせて、１枚の基板４１の上に実装し、これにより当該送受光モジュール４の所定の方向の検知領域に存在する被検知体を光により検知しようとするものであるが、図５に示す送受光モジュール３と異なる点は、反射型発光ダイオード１および反射型フォトダイオード２をそれぞれ９０度右方向に回転して基板４１上に実装するとともに、この状態で反射型発光ダイオード１および反射型フォトダイオード２のそれぞれの傾斜した反射面１３および内壁面１１ｄが互いに向き合うように構成したことである。
【００５２】
このように構成した送受光モジュール４においても、その作用は全く同じであり、反射型発光ダイオード１の発光ダイオード素子１５から放出された光は、反射面１３で反射されてほぼ平行で指向性のある光線として検知領域に向け放出され、また検知領域に存在する被検知体から反射されてくる光線は反射型フォトダイオード２の反射面１３で反射され、フォトダイオード素子３１の受光面３１ａで受光され電気信号に変換される。
【００５３】
従って、この電気信号を分析する検知判断手段を設けて、物体検知装置として構成することにより、この検知判断手段により検知領域における被検知体の有無を検知することができる。
【００５４】
本発明は、上記各実施形態によって限定されるものでなく、種々変更できるものである。
【符号の説明】
【００５５】
1 反射型発光ダイオード
２ 反射型フォトダイオード
３、４ 送受光モジュール
１１ 支持体
１１ａ 開口部
１１ｂ、１１ｃ 側壁
１１ｄ 内壁面
１３ 反射面
１５ 発光ダイオード素子
１５ａ 光出射面
１７ 素子マウント側リード
１９ 樹脂
２１ ワイヤ接続側リード
３１ フォトダイオード素子
３１ａ 受光面
４１ 基板
４３ 被検知体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
底壁に凹面状の反射面が形成された有底開口の支持体と、
この支持体反射面上方の焦点位置を横切って水平に延びる素子マウント側リードと、
この素子マウント側リードに隣接して前記支持体反射面の上方に水平に延びるワイヤ接続側リードと、
前記凹面状反射面の焦点位置の前記素子マウント側リード上に搭載された発光ダイオード素子と、
この発光ダイオード素子と前記ワイヤ接続側リードとの間にボンディングされたワイヤとを備え、
前記反射面は、前記発光ダイオード素子を中心として当該反射面の周縁部の一方の側が上方となり、他方の側が下方となるように傾斜させると共に、前記支持体の内壁面が、前記反射面の他方の側は上方に向かって広がるように傾斜して開口する立ち上がりの壁面形状を具備してなることを特徴とする反射型発光ダイオード。
【請求項２】
前記反射面と前記支持体開口部との間の空間に外部よりも屈折率の大きい透明な樹脂が充填され、前記発光ダイオード素子から出射された光のうち前記支持体の傾斜面内壁面に直接入射し開口部に向かう反射光は、前記空間と外部との間の境界面に対して臨界角以上で反射され外部への放出を阻止し反射面に向け偏向することを特徴とする請求項１記載の反射型発光ダイオード。
【請求項３】
底壁に凹面状の反射面が形成された有底開口の支持体と、
この支持体反射面上方の焦点位置を横切って水平に延びる素子マウント側リードと、
この素子マウント側リードに隣接して前記支持体反射面の上方に水平に延びるワイヤ接続側リードと、
前記凹面状反射面の焦点位置の前記素子マウント側リード上に搭載されたフォトダイオード素子と、
このフォトダイオード素子と前記ワイヤ接続側リードとの間にボンディングされたワイヤとを備え、
前記反射面は、前記フォトダイオード素子を中心として当該反射面の周縁部の一方の側が上方となり、他方の側が下方となるように傾斜させると共に、前記支持体の内壁面が、前記反射面の他方の側は上方に向かって広がるように傾斜して開口する立ち上がりの壁面形状を具備してなることを特徴とする反射型フォトダイオード素子。
【請求項４】
請求項１記載の反射型発光ダイオードを用いて検知領域に向け光を放出し、請求項３記載の反射型フォトダイオードを用いて検知領域の被検知体からの反射光を受光して被検知体を検知する送受光モジュールであって、
基板と、
この基板上に搭載された前記反射型発光ダイオードであって、発光ダイオード素子から凹面状の反射面に向けて光を出射し、反射面で反射され、ほぼ平行で指向性のある光線を検知領域に向けて放出する前記反射型発光ダイオードと、
前記基板上において前記反射型発光ダイオードに所定の間隔をあけて配設される前記反射型フォトダイオードであって、前記反射型発光ダイオードから放出され被検知体で反射され入射した光線を凹面状の反射面でフォトダイオード素子に向けて反射し、該フォトダイオード素子で受光して電気信号に変換する前記反射型フォトダイオードと
を有し、
前記反射型発光ダイオードは、前記反射面の傾斜が前記反射型フォトダイオードの方に向き、前記傾斜した内壁面が前記反射型フォトダイオードに近接する側となるように前記基板上に実装され、
前記反射型フォトダイオードは、前記反射面の傾斜が前記反射型発光ダイオードの方に向き、前記傾斜した内壁面が前記反射型発光ダイオードに近接する側となるように前記基板上に実装される
ことを特徴とする送受光モジュール。
【請求項５】
請求項１記載の反射型発光ダイオードを用いて検知領域に向け光を放出し、請求項３記載の反射型フォトダイオードを用いて検知領域の被検知体からの反射光を受光して被検知体を検知する送受光方法であって、
前記反射型発光ダイオードの反射面の傾斜が前記反射型フォトダイオードの方に向き、前記傾斜した内壁面が前記反射型フォトダイオードに近接する側となるように設定し、
前記反射型フォトダイオードの反射面の傾斜が前記反射型発光ダイオードの方に向き、前記傾斜した内壁面が前記反射型発光ダイオードに近接する側となるように設定し、
前記反射型発光ダイオードの発光ダイオード素子から凹面状の反射面に向けて光を出射し、反射面から反射されるほぼ平行で指向性のある光線を検知領域に向けて放出し、
この放出され被検知体から反射されてくる光線を前記反射型フォトダイオードの凹面状の反射面でフォトダイオード素子に向けて反射し、該フォトダイオード素子で受光して電気信号に変換し、
この電気信号に基づき被検知体を検知する
ことを特徴とする送受光方法。
【請求項６】
請求項１記載の反射型発光ダイオードを用いて検知領域に向け光を放出し、請求項３記載の反射型フォトダイオードを用いて検知領域の被検知体からの反射光を受光して被検知体を検知する物体検知装置であって、
前記反射型発光ダイオードにおいて発光ダイオード素子から凹面状の反射面に向けて光を出射し、反射面で反射され、ほぼ平行で指向性のある光線を検知領域に向けて放出する前記反射型発光ダイオードと、
前記反射型フォトダイオードにおいて、前記反射型発光ダイオードから放出され被検知体で反射されてくる光線を凹面状の反射面でフォトダイオード素子に向けて反射し、該フォトダイオード素子で受光して電気信号に変換する前記反射型フォトダイオードと、
この反射型フォトダイオードで変換された前記電気信号に基づき被検知体を検知する検知判断手段と
を有し、
前記反射型発光ダイオードは、前記反射面の傾斜が前記反射型フォトダイオードの方に向き、前記傾斜した内壁面が前記反射型フォトダイオードに近接する側となるように設定され、
前記反射型フォトダイオードは、前記反射面の傾斜が前記反射型発光ダイオードの方に向き、前記傾斜した内壁面が前記反射型発光ダイオードに近接する側となるように設定される
ことを特徴とする物体検知装置。
【請求項１】
底壁に凹面状の反射面が形成された有底開口の支持体と、
この支持体反射面上方の焦点位置を横切って水平に延びる素子マウント側リードと、
この素子マウント側リードに隣接して前記支持体反射面の上方に水平に延びるワイヤ接続側リードと、
前記凹面状反射面の焦点位置の前記素子マウント側リード上に搭載された発光ダイオード素子と、
この発光ダイオード素子と前記ワイヤ接続側リードとの間にボンディングされたワイヤとを備え、
前記反射面は、前記発光ダイオード素子を中心として当該反射面の周縁部の一方の側が上方となり、他方の側が下方となるように傾斜させると共に、前記支持体の内壁面が、前記反射面の他方の側は上方に向かって広がるように傾斜して開口する立ち上がりの壁面形状を具備してなることを特徴とする反射型発光ダイオード。
【請求項２】
前記反射面と前記支持体開口部との間の空間に外部よりも屈折率の大きい透明な樹脂が充填され、前記発光ダイオード素子から出射された光のうち前記支持体の傾斜面内壁面に直接入射し開口部に向かう反射光は、前記空間と外部との間の境界面に対して臨界角以上で反射され外部への放出を阻止し反射面に向け偏向することを特徴とする請求項１記載の反射型発光ダイオード。
【請求項３】
底壁に凹面状の反射面が形成された有底開口の支持体と、
この支持体反射面上方の焦点位置を横切って水平に延びる素子マウント側リードと、
この素子マウント側リードに隣接して前記支持体反射面の上方に水平に延びるワイヤ接続側リードと、
前記凹面状反射面の焦点位置の前記素子マウント側リード上に搭載されたフォトダイオード素子と、
このフォトダイオード素子と前記ワイヤ接続側リードとの間にボンディングされたワイヤとを備え、
前記反射面は、前記フォトダイオード素子を中心として当該反射面の周縁部の一方の側が上方となり、他方の側が下方となるように傾斜させると共に、前記支持体の内壁面が、前記反射面の他方の側は上方に向かって広がるように傾斜して開口する立ち上がりの壁面形状を具備してなることを特徴とする反射型フォトダイオード素子。
【請求項４】
請求項１記載の反射型発光ダイオードを用いて検知領域に向け光を放出し、請求項３記載の反射型フォトダイオードを用いて検知領域の被検知体からの反射光を受光して被検知体を検知する送受光モジュールであって、
基板と、
この基板上に搭載された前記反射型発光ダイオードであって、発光ダイオード素子から凹面状の反射面に向けて光を出射し、反射面で反射され、ほぼ平行で指向性のある光線を検知領域に向けて放出する前記反射型発光ダイオードと、
前記基板上において前記反射型発光ダイオードに所定の間隔をあけて配設される前記反射型フォトダイオードであって、前記反射型発光ダイオードから放出され被検知体で反射され入射した光線を凹面状の反射面でフォトダイオード素子に向けて反射し、該フォトダイオード素子で受光して電気信号に変換する前記反射型フォトダイオードと
を有し、
前記反射型発光ダイオードは、前記反射面の傾斜が前記反射型フォトダイオードの方に向き、前記傾斜した内壁面が前記反射型フォトダイオードに近接する側となるように前記基板上に実装され、
前記反射型フォトダイオードは、前記反射面の傾斜が前記反射型発光ダイオードの方に向き、前記傾斜した内壁面が前記反射型発光ダイオードに近接する側となるように前記基板上に実装される
ことを特徴とする送受光モジュール。
【請求項５】
請求項１記載の反射型発光ダイオードを用いて検知領域に向け光を放出し、請求項３記載の反射型フォトダイオードを用いて検知領域の被検知体からの反射光を受光して被検知体を検知する送受光方法であって、
前記反射型発光ダイオードの反射面の傾斜が前記反射型フォトダイオードの方に向き、前記傾斜した内壁面が前記反射型フォトダイオードに近接する側となるように設定し、
前記反射型フォトダイオードの反射面の傾斜が前記反射型発光ダイオードの方に向き、前記傾斜した内壁面が前記反射型発光ダイオードに近接する側となるように設定し、
前記反射型発光ダイオードの発光ダイオード素子から凹面状の反射面に向けて光を出射し、反射面から反射されるほぼ平行で指向性のある光線を検知領域に向けて放出し、
この放出され被検知体から反射されてくる光線を前記反射型フォトダイオードの凹面状の反射面でフォトダイオード素子に向けて反射し、該フォトダイオード素子で受光して電気信号に変換し、
この電気信号に基づき被検知体を検知する
ことを特徴とする送受光方法。
【請求項６】
請求項１記載の反射型発光ダイオードを用いて検知領域に向け光を放出し、請求項３記載の反射型フォトダイオードを用いて検知領域の被検知体からの反射光を受光して被検知体を検知する物体検知装置であって、
前記反射型発光ダイオードにおいて発光ダイオード素子から凹面状の反射面に向けて光を出射し、反射面で反射され、ほぼ平行で指向性のある光線を検知領域に向けて放出する前記反射型発光ダイオードと、
前記反射型フォトダイオードにおいて、前記反射型発光ダイオードから放出され被検知体で反射されてくる光線を凹面状の反射面でフォトダイオード素子に向けて反射し、該フォトダイオード素子で受光して電気信号に変換する前記反射型フォトダイオードと、
この反射型フォトダイオードで変換された前記電気信号に基づき被検知体を検知する検知判断手段と
を有し、
前記反射型発光ダイオードは、前記反射面の傾斜が前記反射型フォトダイオードの方に向き、前記傾斜した内壁面が前記反射型フォトダイオードに近接する側となるように設定され、
前記反射型フォトダイオードは、前記反射面の傾斜が前記反射型発光ダイオードの方に向き、前記傾斜した内壁面が前記反射型発光ダイオードに近接する側となるように設定される
ことを特徴とする物体検知装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−１０９４９７（Ｐ２０１２−１０９４９７Ａ）
【公開日】平成２４年６月７日（２０１２．６．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２５８８７９（Ｐ２０１０−２５８８７９）
【出願日】平成２２年１１月１９日（２０１０．１１．１９）
【出願人】（５９１２４４２９２）株式会社 パールライティング (36)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月７日（２０１２．６．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月１９日（２０１０．１１．１９）
【出願人】（５９１２４４２９２）株式会社 パールライティング (36)
【Ｆターム（参考）】
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