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技術 傾き検出用光結合装置

出願人 シャープ株式会社
発明者 進藤弘文小鉢光夫
出願日 1996年9月5日 (23年10ヶ月経過) 出願番号 1996-234934
公開日 1998年3月31日 (22年3ヶ月経過) 公開番号 1998-082626
状態 特許登録済
技術分野 光学的手段による測長装置 フオトカプラ・インタラプタ
主要キーワード 傾きの中心 傾き検出センサ 傾き信号 結線用 非受光領域 小型パーソナルコンピュータ 搭載用配線 字カーブ
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図面 (15)

課題

被検出物の傾きを安定して高精度に検出する。

解決手段

受光チップ22の受光面21の非受光領域21zに、各受光領域21a〜21dが発光チップ20の光軸を中心とした円周上に等間隔に位置するように発光チップ20を搭載する。発光チップ20からの光が被検出物で反射して各受光領域21a〜21dに入射することで、各受光領域21a〜21dから被検出物の傾きに応じた信号が出力する。被検出物のX軸周りの傾きに対して検出特性とY軸周りの傾きに対しての検出特性とがほぼ同等となる。

概要

背景

近年、コンピュータを使用したゲーム機が種々販売されている。この種のゲーム機においては、ジョイスティック入力パッド等の操作部を操作すると、この操作部の傾きを傾き検出センサにより検出し、このときの検出信号に基づいて表示画面に表示されるキャラクター等を移動させる構造となっている。傾き検出用センサとしては、一般に操作部の電気的な接触を伴う接触式のものが使用されているが、接触不良等による誤動作が生じやすく信頼性に問題があるため、最近では信頼性の高い非接触式光学式)のものが使用されてきている。

また、パーソナルコンピュータにおける出力装置の表示画面でのカーソル移動ポインティング等を行うためにマウスを使用しているが、これはパーソナルコンピュータとは分離して、操作板上等の平面上を移動させることによって操作するため、近年需要が高まっている携帯用小型パーソナルコンピュータには使用できない。そこで、小型パーソナルコンピュータにおいては、キーボード内のキーの間にポインティングデバイスを配置したものがある。このポインティングデバイスとしては、光学式の傾き検出用センサに中空スティックを被せたものがあり、スティックを操作することによりスティックの天面(反射面)が傾き、この傾きを傾き検出用センサにより検出し、このときの検出信号に基づいて表示画面でのカーソル移動やポインティング等を行うようになっている。

光電変換素子受発光素子)を使用した従来の光学式の傾き検出用センサは、図10,11,12に示すように、発光素子発光チップ)1と4セグメント受光領域2a〜2dを有する受光素子受光チップ)2とが共通の搭載用リードフレーム3にダイボンドされ、これらが結線用リードフレーム4〜8に金線等のボンディングワイヤ9,10を介して接続され、レンズキャップ11により発光チップ1および受光チップ2が覆われている。なお、各リードフレーム3〜8は、その表面(チップ搭載面やボンディングワイヤ9,10が接続される面)が露出した状態で熱可塑性樹脂からなる基板12に埋め込まれた状態となっている。

レンズキャップ11は、図11に示すように、円筒状の側壁部13と、該側壁部13の一端を塞ぐ凸レンズ14とが透光性樹脂により一体的に形成されてなる。そして、側壁部13の開放した他端が基板12に接着剤等により接着されている。

そして、発光チップ1から出射した光は、レンズキャップ11の凸レンズ14で集光され、ゲーム機における操作部や小型パーソナルコンピュータにおけるスティック等の被検出物Sで反射して再び凸レンズ14で集光され、受光チップ2の各受光領域2a〜2dに入射し、各受光領域2a〜2dから受光量に比例した電流が流れ、この各電流値処理回路演算処理することにより被検出物Sの傾き方向および傾き量を検出することができるようになっている。

演算処理の方法としては、受光領域2aにおける電流値をIa、受光領域2bにおける電流値をIb、受光領域2cにおける電流値をIc、受光領域2dにおける電流値Idとすると、被検出物SのX軸(図12参照)周り傾き信号Sxを、
Sx=(Ia+Ic)−(Ib+Id)
同様にY軸(図12参照)周りの傾き信号Syを、
Sy=(Ia+Ib)−(Ic+Id)
として求める。このときの傾き信号Sxから求められる演算結果とX軸周りの実際の傾き角との関係は、図13(a)に示すようなS字カーブの特性となり、傾き信号Syから求められる演算結果とY軸周りの実際の傾き角との関係は、図13(b)に示すようなS字カーブの特性となるので、演算結果から得られる2方向の実際の傾き角から被検出物Sの傾き方向および傾き量を求めるようになっている。

この傾き検出用センサにおいては、発光チップ1と受光チップ2の各受光領域2a〜2dとが別体で離れており、しかもこれらが光学系の光軸からずれた位置に配置されているため、図13からも明らかなように、被検出物SのX軸周りの特性と、Y軸周りの特性とが相違してしまい、高精度な傾き検出を行うことができなかった。

また、上記相違は、受発光チップ1,2の配置だけでなく、受発光チップ1,2と被検出物Sとの距離のバラツキレンズバラツキ等の要因も関係してくるので、処理回路で補正しようとしても、その補正は非常に困難であった。したがって、高精度な傾き検出を要求される装置に対しては適用しにくく、汎用性に乏しかった。

そこで、上記問題を解消すべく、特開昭62−69111号公報には、図14に示すように、発光チップ15の周りに4個の受光チップ16が位置するようにこれらを基板17に搭載して、発光チップ15の光軸とレンズの光学中心とを一致させた傾き検出センサが開示されている。この構造では、光学系の光軸に対して各受光チップ16が光学的対称性を有することになり、被検出物SのX軸周りの特性と、Y軸周りの特性とが同等となり、検出精度の向上を図ることができる。

概要

被検出物の傾きを安定して高精度に検出する。

受光チップ22の受光面21の非受光領域21zに、各受光領域21a〜21dが発光チップ20の光軸を中心とした円周上に等間隔に位置するように発光チップ20を搭載する。発光チップ20からの光が被検出物で反射して各受光領域21a〜21dに入射することで、各受光領域21a〜21dから被検出物の傾きに応じた信号が出力する。被検出物のX軸周りの傾きに対して検出特性とY軸周りの傾きに対しての検出特性とがほぼ同等となる。

目的

本発明は、上記に鑑み、製造工程の簡略化およびコストダウンを図り得、安定して高精度な傾き検出が可能な信頼性の高い傾き検出用光結合装置の提供を目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
2件
牽制数
1件

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請求項1

発光素子と、受光面に複数の受光領域非受光領域とを有する受光素子とを備え、前記発光素子からの光が被検出物反射されて前記受光素子に入射したときに各受光領域から前記被検出物の傾きに応じた信号を出力する光結合装置において、前記受光素子の受光面の非受光領域に前記発光素子が搭載されたことを特徴とする傾き検出用光結合装置。

請求項2

前記受光素子の各受光領域は、前記発光素子の光軸を中心とした円周上に等間隔に配置されたことを特徴とする請求項1記載の傾き検出用光結合装置。

請求項3

前記発光素子は、光を一方向に集中して出射する狭窄型とされたことを特徴とする請求項1または2記載の傾き検出用光結合装置。

請求項4

前記発光素子は、前記受光素子の受光面の非受光領域に形成された凹みに配され、該凹みの側壁に前記発光素子からの光を遮光する遮光体が設けられたことを特徴とする請求項1または2記載の傾き検出用光結合装置。

請求項5

前記受光素子の各受光領域の結線用電極が前記発光素子から最も離間した位置に形成されたことを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の傾き検出用光結合装置。

請求項6

前記受光素子の受光面の非受光領域に配線パターンが形成され、前記発光素子の結線用電極がボンディングワイヤを介して配線パターンに接続されたことを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の傾き検出用光結合装置。

技術分野

0001

本発明は、小型のパーソナルコンピュータポインティングデバイス等に使用される傾き検出光結合装置に関する。

背景技術

0002

近年、コンピュータを使用したゲーム機が種々販売されている。この種のゲーム機においては、ジョイスティック入力パッド等の操作部を操作すると、この操作部の傾きを傾き検出用センサにより検出し、このときの検出信号に基づいて表示画面に表示されるキャラクター等を移動させる構造となっている。傾き検出用センサとしては、一般に操作部の電気的な接触を伴う接触式のものが使用されているが、接触不良等による誤動作が生じやすく信頼性に問題があるため、最近では信頼性の高い非接触式光学式)のものが使用されてきている。

0003

また、パーソナルコンピュータにおける出力装置の表示画面でのカーソル移動ポインティング等を行うためにマウスを使用しているが、これはパーソナルコンピュータとは分離して、操作板上等の平面上を移動させることによって操作するため、近年需要が高まっている携帯用小型パーソナルコンピュータには使用できない。そこで、小型パーソナルコンピュータにおいては、キーボード内のキーの間にポインティングデバイスを配置したものがある。このポインティングデバイスとしては、光学式の傾き検出用センサに中空スティックを被せたものがあり、スティックを操作することによりスティックの天面(反射面)が傾き、この傾きを傾き検出用センサにより検出し、このときの検出信号に基づいて表示画面でのカーソル移動やポインティング等を行うようになっている。

0004

光電変換素子受発光素子)を使用した従来の光学式の傾き検出用センサは、図10,11,12に示すように、発光素子発光チップ)1と4セグメント受光領域2a〜2dを有する受光素子受光チップ)2とが共通の搭載用リードフレーム3にダイボンドされ、これらが結線用リードフレーム4〜8に金線等のボンディングワイヤ9,10を介して接続され、レンズキャップ11により発光チップ1および受光チップ2が覆われている。なお、各リードフレーム3〜8は、その表面(チップ搭載面やボンディングワイヤ9,10が接続される面)が露出した状態で熱可塑性樹脂からなる基板12に埋め込まれた状態となっている。

0005

レンズキャップ11は、図11に示すように、円筒状の側壁部13と、該側壁部13の一端を塞ぐ凸レンズ14とが透光性樹脂により一体的に形成されてなる。そして、側壁部13の開放した他端が基板12に接着剤等により接着されている。

0006

そして、発光チップ1から出射した光は、レンズキャップ11の凸レンズ14で集光され、ゲーム機における操作部や小型パーソナルコンピュータにおけるスティック等の被検出物Sで反射して再び凸レンズ14で集光され、受光チップ2の各受光領域2a〜2dに入射し、各受光領域2a〜2dから受光量に比例した電流が流れ、この各電流値処理回路演算処理することにより被検出物Sの傾き方向および傾き量を検出することができるようになっている。

0007

演算処理の方法としては、受光領域2aにおける電流値をIa、受光領域2bにおける電流値をIb、受光領域2cにおける電流値をIc、受光領域2dにおける電流値Idとすると、被検出物SのX軸(図12参照)周り傾き信号Sxを、
Sx=(Ia+Ic)−(Ib+Id)
同様にY軸(図12参照)周りの傾き信号Syを、
Sy=(Ia+Ib)−(Ic+Id)
として求める。このときの傾き信号Sxから求められる演算結果とX軸周りの実際の傾き角との関係は、図13(a)に示すようなS字カーブの特性となり、傾き信号Syから求められる演算結果とY軸周りの実際の傾き角との関係は、図13(b)に示すようなS字カーブの特性となるので、演算結果から得られる2方向の実際の傾き角から被検出物Sの傾き方向および傾き量を求めるようになっている。

0008

この傾き検出用センサにおいては、発光チップ1と受光チップ2の各受光領域2a〜2dとが別体で離れており、しかもこれらが光学系の光軸からずれた位置に配置されているため、図13からも明らかなように、被検出物SのX軸周りの特性と、Y軸周りの特性とが相違してしまい、高精度な傾き検出を行うことができなかった。

0009

また、上記相違は、受発光チップ1,2の配置だけでなく、受発光チップ1,2と被検出物Sとの距離のバラツキレンズバラツキ等の要因も関係してくるので、処理回路で補正しようとしても、その補正は非常に困難であった。したがって、高精度な傾き検出を要求される装置に対しては適用しにくく、汎用性に乏しかった。

0010

そこで、上記問題を解消すべく、特開昭62−69111号公報には、図14に示すように、発光チップ15の周りに4個の受光チップ16が位置するようにこれらを基板17に搭載して、発光チップ15の光軸とレンズの光学中心とを一致させた傾き検出センサが開示されている。この構造では、光学系の光軸に対して各受光チップ16が光学的対称性を有することになり、被検出物SのX軸周りの特性と、Y軸周りの特性とが同等となり、検出精度の向上を図ることができる。

発明が解決しようとする課題

0011

しかしながら、特開昭62−69111号公報の傾き検出センサにおいては、発光チップ15および各受光チップ16を基板17の配線パターンにボンディングワイヤを介して電気的に接続している場合、発光チップ15からの光がボンディングワイヤで反射して、高精度な傾き検出を行うことができないといった恐れがある。

0012

また、発光チップ15の周りに4個の受光チップ16を個別に配置しているので、発光チップ15に対して各受光チップ16を夫々精度良く位置決めする必要があり、その製造工程が煩雑で、信頼性に乏しいといった問題があった。

0013

本発明は、上記に鑑み、製造工程の簡略化およびコストダウンを図り得、安定して高精度な傾き検出が可能な信頼性の高い傾き検出用光結合装置の提供を目的とする。

課題を解決するための手段

0014

本発明による課題解決手段は、発光素子と、受光面に複数の受光領域と非受光領域とを有する受光素子とを備え、発光素子からの光が被検出物で反射されて受光素子に入射したときに各受光領域から被検出物の傾きに応じた信号を出力する光結合装置において、受光素子の受光面の非受光領域に発光素子が搭載されものである。そして、受光素子の各受光領域は、発光素子の光軸を中心とした円周上に等間隔に配置されており、光学系の光軸に対して各受光領域が光学的対称性を有している。

0015

これにより、被検出物が傾いていないときには、発光素子から出射した光は、被検出物で反射して受光素子の各受光領域に均等に入射し、各受光領域は受光量に比例した均等な信号を出力する。一方、被検出物が傾いたときには、被検出物の傾きに応じて各受光領域における受光量が変化し、各受光領域における出力信号に差が生じ、この出力信号を処理回路で演算処理することで被検出物のX軸周りの実際の傾き角とY軸周りの実際の傾き角とを求め、これら傾き角から被検出物の傾き方向および傾き量を検出することができる。

0016

また、発光素子を、光を一方向に集中して出射する狭窄型としたり、発光素子を、側壁に遮光体を設けた受光素子の凹みに配すると、発光素子から横方向に出射した光が受光素子に直接入射してノイズ成分として検出されるといった不具合を防止できる。

0017

さらに、受光素子の各受光領域の結線用電極を発光素子から最も離間した位置に形成したり、受光素子の受光面の非受光領域に発光素子の結線用電極がボンディングワイヤを介して接続される配線パターンを形成すると、各結線用電極に接続された各ボンディングワイヤが受光領域をまたぐことがなく、また各ボンディングワイヤの長さも短くすることができ、発光素子からの光が各ボンディングワイヤで反射して受光領域に入射するのを極力防止することができる。

発明を実施するための最良の形態

0018

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づき詳細に説明する。図1は本発明の一実施形態に係る傾き検出用光結合装置の横断面図、図2は同じくその縦断面図、図3は発光チップおよび受光チップの平面図、図4は受光チップの縦断面図である。

0019

これらの図を参照して、本実施形態の傾き検出センサ(傾き検出用光結合装置)は、ゲーム機における操作部や小型パーソナルコンピュータにおけるスティック等の被検出物Sに対して配置され、発光ダイオードからなる発光素子(発光チップ)20と、受光面21に4セグメントの受光領域21a〜21dと非受光領域21zとを有する4分割フォトダイオードからなる受光素子(受光チップ)22と、これらを覆うレンズキャップ23とを備えている。

0020

受光チップ22は、図1,2,4に示すように、搭載用リードフレーム30にAgペースト等の導電性ペースト31にて接着されている。各受光領域21a〜21dは、正方形かつ同面積に形成され、正方形の受光面21の対角線上の四隅に配置されており、各受光領域21a〜21dの結線用電極(パッド)32a〜32dが金線等のボンディングワイヤ33を介して結線用リードフレーム34〜37に電気的に接続されている。

0021

そして、受光チップ22における受光領域21a〜21d以外の非受光領域21zには、凸状のアルミニウム製のチップ搭載用配線パターン40と、長方形状の配線パターンに形成されたアルミニウム製の中継用パッド41とが設けられている。

0022

前記搭載用配線パターン40は、図3に示すように、各受光領域21a〜21dから等距離の受光面21の中央に配され発光チップ20が導電性ペースト42にて接着される搭載部40aと、該搭載部40aに連結され受光領域21a,21b間に配された配線部40bとからなる。また、前記中継用パッド41は、受光領域21c,21d間に配され、発光チップ20の結線用電極(パッド)20aがボンディングワイヤ43を介して電気的に接続されている。

0023

したがって、搭載用配線パターン40の搭載部40a上の発光チップ20は、各受光領域21a〜21dから等距離の受光面21の中央に位置する。換言すると、各受光領域21a〜21dは、発光チップ20の光軸を中心とした円周上に等間隔に配置されている。

0024

なお、受光チップ22の受光面21が通常のシリコン酸化膜のみからなっていると、導電性ペースト42の使用により短絡する恐れがあるため、図4に示すように受光面21における受光領域21a〜21dおよび配線パターン以外は、遮光性ポリイミド等による皮膜44が施されて絶縁遮光されている。これにより、発光チップ20を導電性ペースト42にて接着する際の短絡を防止することができ、しかも受光領域21a〜21d以外に当たった光がノイズ成分として検出されるといった不具合も防止することができる。

0025

そして、搭載用配線パターン40がボンディングワイヤ45を介して搭載用リードフレーム30に電気的に接続され、中継用パッド41がボンディングワイヤ46を介して結線用リードフレーム47に電気的に接続されている。なお、各リードフレーム30,34〜37,47は、図2に示すように、その表面(チップ搭載面やボンディングワイヤ33,45,46が接続される面)が露出した状態でポリフェニールサルファイト等の熱可塑性樹脂からなる基板50に埋め込まれた状態となっている。

0026

前記レンズキャップ23は、円筒状の側壁部51と、該側壁部51の一端を塞ぐ凸レンズ52とがアクリルポリカーボネイト等の透光性樹脂により一体的に形成されてなる。そして、凸レンズ52の光学中心と発光チップ20の光軸とが一致するように、側壁部51の開放した他端が基板50に接着剤等により接着されている。

0027

以上のような構成により、光学系の光軸に対して受光チップ22の各受光領域21a〜21dが光学的対称性を保ち、被検出物Sの傾きを検出する上で各部材が理想的な配置となっている。しかしながら、発光チップ20からの光がボンディングワイヤで反射して受光領域21a〜21dに入射し、一部の受光領域21a〜21dの受光量が他に比べて多くなったり、発光チップ20からの光が直接受光チップ22の受光領域21a〜21dに入射して、ノイズ成分として検出されるといった不具合が生じる。そこで、本実施形態の傾き検出用光結合装置においては、これら不具合を解消するために、種々の対策が施されている。

0028

まず、発光チップ20からの光がボンディングワイヤで反射して受光領域21a〜21dに入射するのを防止する対策としては、受光チップ22の各受光領域21a〜21dのパッド32a〜32dを発光チップ20から最も離間した各受光領域21a〜21dの隅部に形成している。これにより、各パッド32a〜32dに接続された各ボンディングワイヤ33が受光領域21a〜21dをまたぐことがなく、例えばパッド32a〜32dが受光領域21a〜21dの中央付近に形成されているときと比べて、発光チップ20からの光が各ボンディングワイヤ33で反射して各受光領域21a〜21dに入射する割合を小さくすることができる。

0029

また別の対策としては、受光チップ22における非受光領域21zに中継用パッド41を形成し、発光チップ20のパッド20aと中継用パッド41とをボンディングワイヤ43を介して接続し、さらに中継用パッド41と結線用リードフレーム47とをボンディングワイヤ46を介して接続している。これにより、ボンディングワイヤ43,46が受光領域21a〜21dをまたぐことがなく、ボンディングワイヤ43,46の長さも短くすることができ、発光チップ20のパッド20aと結線用リードフレーム47とをボンディングワイヤを介して接続するときと比べて、発光チップ20からの光が各ボンディングワイヤ43,46で反射して各受光領域21a〜21dに入射する割合を小さくすることができる。しかも、安定したアセンブリ性を実現できる。

0030

次に、発光チップ20からの光が直接受光チップ22の受光領域21a〜21dに入射するのを防止する対策としては、発光チップ20としてエピタキシャル成長により形成した通常の発光チップ20Aを使用せずに、電流狭窄型の発光チップを使用している。これは、通常の発光チップ20Aと電流狭窄型の発光チップ20とでは出射する光の強度分布が全く異なり、通常の発光チップ20Aでは、図5(a)に示すように、横方向に出射する光の量がかなり多く、受光領域21a〜21dに直接光が入射する可能性が高いのに対して、電流狭窄型の発光チップ20では、図5(b)に示すように、光を前方の一方向に集中して出射し、受光領域21a〜21dに直接光が入射する可能性が低いからである。

0031

また、通常の発光チップ20Aを使用する場合には、図6に示すように、受光チップ22の受光面21において、通常の発光チップ20Aが搭載される受光面21の中央にエッチング処理等で凹み60を形成しておき、さらに凹み60の壁面に遮光体61を設ける。この遮光体61は、凹み60の壁面に発光チップ20Aからの光を遮光するとともに光の反射率の高い材料を薄膜状にコーティングしてなる。そして、チップ搭載用配線パターン40および中継用パッド41を形成して、発光チップ20Aを凹み60に搭載する。これにより、発光チップ20Aから横方向に出射した光が、受光チップ22の内部を通過して受光領域21a〜21dに到達することなく前方に反射され、電流狭窄型の発光チップ20を使用したときと同様の効果を得ることができる。

0032

さらに、図7に示すように、発光チップ20Aを遮光壁70で囲んでもよい。遮光壁70は、発光チップ20Aから横方向に出射した光を遮光するとともに上方に反射するよう構成されている。これによっても、電流狭窄型の発光チップ20を使用したときと同様の効果を得ることができる。

0033

上記構成において、ゲーム機における操作部や小型パーソナルコンピュータにおけるスティック等の被検出物Sが傾いていないときには、発光チップ20から出射した光は、レンズキャップ23の凸レンズ52で集光され、被検出物Sで反射して再び凸レンズ52で集光され、受光チップ22の各受光領域21a〜21dに均等に入射し、各受光領域21a〜21dから受光量に比例した均等な電流が流れる。

0034

一方、被検出物Sが傾いたときには、被検出物Sの傾きに応じて受光チップ22における受光量が変化し、各受光領域21a〜21dから受光量に比例した電流が流れ、この各電流値をゲーム機や小型パーソナルコンピュータに設けられた処理回路で演算処理することにより、被検出物Sの傾き方向および傾き量を検出することができるようになっている。

0035

演算処理の方法としては、受光領域21aにおける電流値をIA、受光領域21bにおける電流値をIB、受光領域21cにおける電流値をIC、受光領域21dにおける電流値IDとすると、被検出物SのX軸(図8参照)周りの傾き信号SXを、
SX=(IA+IC)−(IB+ID)
同様にY軸(図8参照)の周りの傾き信号SYを、
SY=(IA+IB)−(IC+ID)
として求める。このときの傾き信号SXから求められる演算結果とX軸周りの実際の傾き角との関係は、図9(a)に示すように、ある角度範囲までは一次関数的に変化する特性となり、傾き信号SYから求められる演算結果とY軸周りの実際の傾き角との関係は、図9(b)に示すように、X軸のときと同様にある角度範囲までは一次関数的に変化する特性となり、これら2方向の特性はほぼ同等となる。そして、演算結果から得られる2方向の実際の傾き角から被検出物Sの傾き方向および傾き量を求めるようになっている。

0036

このように、本実施形態の傾き検出光結合装置においては、受光領域21a〜21dを有する受光チップ22に発光チップ20が搭載されているので、従来のように発光チップと受光チップの各受光領域とが別体で離れているときと比べて、安定して高精度な傾き検出が可能となる。また、従来のように発光チップの周りに複数の受光チップを個別に配置するときと比べて、簡単な作業で発光チップ20および受光チップ22の各受光領域21a〜21dを夫々精度良く位置決めすることができる。したがって、製造工程の簡略化およびコストダウンを図り得、信頼性の高い傾き検出用光結合装置を提供することができる。

0037

また、受光チップ22の各受光領域21a〜21dは、発光チップ20の光軸を中心とした円周上に等間隔に配置され、しかもレンズキャップ23の凸レンズ52の光学中心と発光チップ20の光軸とが一致しているので、光学系の光軸に対して受光チップ22の各受光領域21a〜21dが光学的対称性を有し、被検出物SのX軸周りの傾きに対しての特性とY軸周りの傾きに対しての特性とが同等となり、より安定して高精度な傾き検出が可能となる。

0038

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で上記実施形態に多くの修正および変更を加え得ることは勿論である。例えば、受光チップは、4分割フォトダイオードに限らず、被検出物の傾きを検出できるように複数の受光領域を有するものであればよい。また、受光チップの各受光領域の形状や配置は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば各受光領域を円形として発光チップ20を囲むように十字状に配置してもよい。

発明の効果

0039

以上の説明から明らかな通り、本発明によると、受光領域を有する受光素子に発光素子が搭載されているので、従来のように発光チップと受光チップの各受光領域とが別体で離れているときと比べて、安定して高精度な傾き検出が可能となる。また、従来のように発光チップの周りに複数の受光チップを個別に配置するときと比べて、簡単な作業で発光素子および受光素子の各受光領域を夫々精度良く位置決めすることができ、製造工程の簡略化およびコストダウンを図り得、信頼性の高い傾き検出用光結合装置を提供することができる。

0040

また、受光素子の各受光領域を、発光素子の光軸を中心とした円周上に等間隔に配置すると、光学系の光軸に対して受光素子の各受光領域が光学的対称性を有し、被検出物のX軸周りの傾きに対しての特性とY軸周りの傾きに対しての特性とが同等となり、より安定して高精度な傾き検出が可能となる。

0041

さらに、発光素子を、光を一方向に集中して出射する狭窄型としたり、また発光素子を、側壁に遮光体が設けられた受光素子の凹みに配すると、発光素子から横方向に出射した光が受光素子の各受光領域に直接入射してノイズ成分として検出されるといった不具合を防止でき、より安定して高精度な傾き検出が可能となる。

0042

また、受光素子の各受光領域の結線用電極を発光素子から最も離間した位置に形成したり、受光素子の受光面の非受光領域に発光素子の結線用電極がボンディングワイヤを介して接続される配線パターンを形成すると、各結線用電極に接続された各ボンディングワイヤが受光領域をまたぐことがなく、また各ボンディングワイヤの長さも短くすることができ、発光素子からの光が各ボンディングワイヤで反射して受光領域に入射するのを極力防止することができ、より安定して高精度な傾き検出が可能となる。

図面の簡単な説明

0043

図1本発明の一実施形態に係る傾き検出用光結合装置の横断面図
図2同じくその縦断面図
図3発光チップおよび受光チップの平面図
図4受光チップの縦断面図
図5(a)は通常の発光チップにおける出射光の強度分布を示す図、(b)は電流狭窄型の発光チップにおける出射光の強度分布を示す図
図6他の実施形態に係る傾き検出用光結合装置の受光チップの縦断面図
図7別の実施形態に係る傾き検出用光結合装置の受光チップの縦断面図
図8被検出物の傾きの中心を示す図
図9(a)はX軸周りの傾き信号と実際の傾き角との関係を示す図、(b)はY軸周りの傾き信号と実際の傾き角との関係を示す図
図10従来の傾き検出用光結合装置の横断面図
図11同じくその縦断面図
図12被検出物の傾きの中心を示す図
図13(a)はX軸周りの傾き信号と実際の傾き角との関係を示す図、(b)はY軸周りの傾き信号と実際の傾き角との関係を示す図
図14他の従来の傾き検出用光結合装置における発光チップおよび受光チップの平面図

--

0044

20発光素子
20a 発光素子の結線用電極
21受光面
21a〜21d受光領域
21z非受光領域
22受光素子
32a〜32d各受光領域の結線用電極
41中継用パッド
43ボンディングワイヤ
60 凹み
61遮光体
S 被検出物

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