[发明专利]反射传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种反射传感器，其将光发射元件发射的光照射在被测对象上，由此在光接收元件处接收反射的光，并基于接收到的光量改变检测对象的位移。

背景技术

图23是示出相关技术中反射编码器的透视图。图24示出其XZ截面。图25示出与对应于X轴的位移检测轴垂直的YZ截面。光线从LED芯片形成的光发射元件1发射，一部分光由反射刻度板2反射并通过由含有信号处理电路的光IC芯片组成的光接收元件3接收。均为半导体器件的光发射元件1和光接收元件3被贴片粘结(die-bond)于印刷电路基板4，并被由透光树脂5和透明玻璃基板6组成的透明部件覆盖。所述光发射元件1、光接收元件3、印刷电路板4、树脂5和透明玻璃基板6构成检测头7。

另一方面，反射刻度板2由反射刻度板基材8以及包括反射层9和另一反射层10的反射层形成部分11构成。在日本未决专利公开No.2003-337052中公开了上述类型的反射编码器。

图26是示出日本未决专利公开No.2004-6753中公开的相关技术的另一反射编码器的检测头部分的透视图。图27是其截面图。在衬底12上以预定形状形成电路图案12a。具有光发射区13a的光发射元件13以及具有光接收区14a并包括信号处理电路的光接收元件14被贴片粘结于电路图案12a。光发射元件13和光接收元件14的每一端通过导线15连接。

光发射元件13、光接收元件14和导线15被由透明树脂材料和透明玻璃基板17组成的包围层16所覆盖。如图27所示，包围层16的高度需要等于或大于光发射元件13和光接收元件14的高度。通过考虑导线15的环高度和将光学半导体组件固定于衬底12的边缘确定包围层16的厚度。

如图26和27所示，在光发射元件13和光接收元件14的几乎中间点处形成光防护墙18。在紧接光防护墙18的正下方设置电路图案12a。如图27所示，通过利用阻光树脂填充宽度为W的槽来形成光防护墙18。在利用阻光树脂填充之前槽的深度d略小于包围层16和透明玻璃基板17的总厚度，以保护衬底12上的电路图案12a。

提供光防护墙18以防止从光发射元件13的光发射区13a发射的光透过包围层16传播并进入光接收元件14的光接收区14a。

对于置于光发射元件13和光接收元件14之间的光防护部件，在通用器件(例如反射传感器和反射光中断器)已经提出了各种方法，这些方法中的一些在下列文献中有所公开，日本未决专利No.2000-277796、日本专利No.3782489和日本专利No.3261280。

在相关技术的反射编码器和反射传感器的半导体封装中已经发现有下列问题。例如，在图25中，包含在角度范围θ1中的光线对应于经由反射刻度板2从光发射元件1的光发射区引向光接收元件3的光接收区的有效光线。

如果角度θ2相对于光发射元件1的最大强度所在的主光线轴a1明显很大，则在其中心包括倾斜光线的角度范围θ1中的光线仅仅占由光发射元件1发出的所有光线的一小部分。因此，大部分光线是无效分量，引发光利用效率极低的问题。

图28示出图25的局部放大图。当注意封装中的光发射元件1和光接收元件3之间的光线时，存在由光线L表示的光路，其由光发射元件1发射，并由透明玻璃基板6的表面部分6a反射。如果角度θ3大于临界角(θi)，则光线L被全反射，并进入光接收元件3。该光线充当叠加在传感器信号上的大偏离(bias)光分量。

在此情况下，传感器信号的实际S/N比由于小比例的有效反射光线和大比例的光的偏离分量而极大地降低。通过使用透镜可以增加有效反射光线的比例。但是，透镜的使用造成由于透镜的光轴、光发射元件1和光接收元件3之间的位置变化而引发的传感器性能的变化。

很容易想到增加光接收元件3的光接收区的面积来增加有效反射光线的比例。但是，较大的光接收区接收大量来自透明玻璃基板6的表面部分6a的全反射光，使得传感器信号的实际S/N比几乎没有获得任何提高。此外，较大的光接收区增加了检测头7的尺寸，并由于必然增加了成本而造成经济方面的缺点。

还可以想到增加由光发射元件1发射的光量的方法，来补充到达光接收元件3的量少的光。然而，增加了能量消耗，并且将过量的电流施加于光发射元件1具有降低光发射元件1的寿命的问题。另一个可以想到的方法是在信号处理电路中执行信号放大，但是这增加了电噪声分量，影响位置检测的准确性并从而不能提供有效的方法。