JP2014170113A

JP2014170113A - Led module and component of the same

Info

Publication number: JP2014170113A
Application number: JP2013041870A
Authority: JP
Inventors: Masatoshi Tahira; 昌俊田平; Masahisa Sugihara; 正久杉原; Yuji Mizuma; 悠司水摩
Original assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Priority date: 2013-03-04
Filing date: 2013-03-04
Publication date: 2014-09-18

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To easily input light from a plurality of LEDs to the same optical fiber structure.SOLUTION: An LED module M comprises: a GRIN lens 40; a plurality of LEDs 67a and 67b disposed so as to face one end face 41 of the GRIN lens 40; and an optical fiber structure 30 connected to the other end face 42 of the GRIN lens 40.

Description

本発明は、ＬＥＤモジュール及びその構成部品に関する。 The present invention relates to an LED module and its components.

複数のＬＥＤが設けられたＬＥＤモジュールが実用化されている。 An LED module provided with a plurality of LEDs has been put into practical use.

特許文献１には、赤色光、緑色光、及び青色光をそれぞれ発する３個のＬＥＤが設けられたＬＥＤモジュールが開示されている。 Patent Document 1 discloses an LED module provided with three LEDs that respectively emit red light, green light, and blue light.

特開２０１３−２６５１０号公報JP 2013-26510 A

本発明の課題は、複数のＬＥＤからの光を容易に同一の光ファイバ構造体に入力できるようにすることである。 An object of the present invention is to enable light from a plurality of LEDs to be easily input to the same optical fiber structure.

本発明のＬＥＤモジュールは、ＧＲＩＮレンズと、前記ＧＲＩＮレンズの一端面に対向するように設けられた複数のＬＥＤと、前記ＧＲＩＮレンズの他端面に接続された光ファイバ構造体とを備える。 The LED module of the present invention includes a GRIN lens, a plurality of LEDs provided to face one end face of the GRIN lens, and an optical fiber structure connected to the other end face of the GRIN lens.

本発明のＬＥＤモジュールの構成部品は、前記ＧＲＩＮレンズと前記複数のＬＥＤとが一体に設けられ、前記ＧＲＩＮレンズの他端面が前記光ファイバ構造体の接続予定面とされている。 In the component of the LED module of the present invention, the GRIN lens and the plurality of LEDs are integrally provided, and the other end surface of the GRIN lens is a connection scheduled surface of the optical fiber structure.

本発明の別のＬＥＤモジュールの構成部品は、前記ＧＲＩＮレンズの他端面に前記光ファイバ構造体が一体に接続され、前記ＧＲＩＮレンズの一端面が前記複数のＬＥＤの対向予定面とされている。 In another component of the LED module according to the present invention, the optical fiber structure is integrally connected to the other end surface of the GRIN lens, and one end surface of the GRIN lens is a planned opposite surface of the plurality of LEDs.

本発明によれば、複数のＬＥＤと光ファイバ構造体との間にＧＲＩＮレンズが介設されていることにより、複数のＬＥＤからの光を、ＧＲＩＮレンズを介して容易に同じ光ファイバ構造体に入力することができる。 According to the present invention, since the GRIN lens is interposed between the plurality of LEDs and the optical fiber structure, the light from the plurality of LEDs can be easily transferred to the same optical fiber structure through the GRIN lens. Can be entered.

実施形態に係るＬＥＤモジュールの構成の概略図である。It is the schematic of the structure of the LED module which concerns on embodiment. ＧＲＩＮレンズの斜視図である。It is a perspective view of a GRIN lens. ＣＡＮ−ＬＥＤの台座の平面図である。It is a top view of the base of CAN-LED. 光ファイバ心線の斜視図である。It is a perspective view of an optical fiber core wire. 実施形態に係るＬＥＤモジュールの変形例の構成の概略図である。It is the schematic of the structure of the modification of the LED module which concerns on embodiment. 実施形態に係るＬＥＤモジュールの適用事例としての光学式温度センサ装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the optical temperature sensor apparatus as an application example of the LED module which concerns on embodiment. 投光用光ファイバ心線及び受光用光ファイバ心線を用いた光ファイバケーブルのケーブル本体の断面図である。It is sectional drawing of the cable main body of the optical fiber cable using the optical fiber core wire for light projection, and the optical fiber core wire for light reception. プローブの縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of a probe. マルチコア光ファイバ心線を用いた光ファイバケーブルのケーブル本体の断面図である。It is sectional drawing of the cable main body of the optical fiber cable using a multi-core optical fiber core wire.

以下、実施形態について図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments will be described in detail based on the drawings.

図１は、実施形態に係るＬＥＤモジュールＭを示す。 FIG. 1 shows an LED module M according to an embodiment.

実施形態に係るＬＥＤモジュールＭは、ＧＲＩＮレンズ４０、ＣＡＮ−ＬＥＤ６０、及び光ファイバ心線３０（光ファイバ構造体）を備える。 The LED module M according to the embodiment includes a GRIN lens 40, a CAN-LED 60, and an optical fiber core wire 30 (optical fiber structure).

図２は、ＧＲＩＮレンズ４０を示す。 FIG. 2 shows the GRIN lens 40.

ＧＲＩＮレンズ４０（gradient index lens：屈折率分布型レンズ）は、屈折率が半径方向に分布を有する円柱状レンズである。ＧＲＩＮレンズ４０は、縦断面において、直径に沿って正規分布状や上に凸の放物線状に屈折率が変化するグレーデッドインデックス型の屈折率分布を有しており、そして、入射した光は正弦波光路をとり、その正弦波光路の周期を各ＧＲＩＮレンズ４０固有の「ピッチ」という。長さ１／４ピッチのＧＲＩＮレンズ４０は、一端面４１から平行光が入力されると、他端面４２の中心に集光結像する。ＧＲＩＮレンズ４０は、一般的な多成分系ガラス製や石英系ファイバとの融着が容易な石英系ガラス製であっても、また、プラスチック製であっても、どちらでもよい。多成分系ガラス製のＧＲＩＮレンズ４０の外径は例えば０．５〜４．０ｍｍである。ＧＲＩＮレンズ４０の長さは、例えば０．２〜０．３ピッチであり、具体的には例えば１〜２０ｍｍである。なお、ＧＲＩＮレンズ４０の一端面４１及び他端面４２には、使用光源波長帯域での反射防止のためのコーティングが施されていてもよい。さらに、反射防止のため端面を球面加工や約８°の平傾斜面を形成してもよい。 A GRIN lens 40 (gradient index lens) is a cylindrical lens having a refractive index distributed in the radial direction. The GRIN lens 40 has a graded index type refractive index distribution in which the refractive index varies in a vertical section along a diameter in a normal distribution or an upwardly convex parabola, and incident light is sinusoidal. The wave optical path is taken, and the period of the sine wave optical path is called “pitch” unique to each GRIN lens 40. When the parallel light is input from the one end surface 41, the GRIN lens 40 having a ¼ pitch length converges and forms an image at the center of the other end surface 42. The GRIN lens 40 may be made of general multicomponent glass or quartz glass that can be easily fused with a silica fiber, or may be made of plastic. The outer diameter of the GRIN lens 40 made of multicomponent glass is, for example, 0.5 to 4.0 mm. The length of the GRIN lens 40 is, for example, 0.2 to 0.3 pitch, and specifically, for example, 1 to 20 mm. The one end face 41 and the other end face 42 of the GRIN lens 40 may be provided with a coating for preventing reflection in the used light source wavelength band. Further, the end face may be spherically processed or a flat inclined surface of about 8 ° may be formed to prevent reflection.

ＣＡＮ−ＬＥＤ６０は、ステム６１の一方側にリードピン６２が突出するように設けられていると共に他方側に台座６３が一体に設けられ、そして、その台座６３上に、図３に示すように、一対のＬＥＤ６７ａ，６７ｂ及び１個のＰＤ６４が設けられ、また、一対のＬＥＤ６７ａ，６７ｂのそれぞれの上にボールレンズ６８が設けられ、そして、それらが台座６３に、シリコーン樹脂等の光学的に使用波長に対して透明な接着剤６５ａを介して接着固定され、さらにそれらの台座６３、ＬＥＤ６７ａ，６７ｂ、ＰＤ６４、及びボールレンズ６８を覆うようにキャップ６５ｂが被せられたＣＡＮパッケージ構造を有する。ＣＡＮ−ＬＥＤ６０には、ＧＲＩＮレンズ４０の一端部がキャップ６５ｂに嵌め入れられ、その一端面４１がボールレンズ６８を介して一対のＬＥＤ６７ａ，６７ｂに対向すると共に、ＰＤ６４に対向するように設けられている。ここで用いる一対のＬＥＤ６７ａ，６７ｂは、面光源ＬＥＤであってもよいが、点光源ＬＥＤであることが好ましい。ＧＲＩＮレンズ４０は、ＣＡＮ−ＬＥＤ６０に低融点ガラス等で固着されていてもよい。なお、ＧＲＩＮレンズ４０の一端面４１への入射光学系は、点光源ＬＥＤの一対のＬＥＤ６７ａ，６７ｂとボールレンズ６８との組み合わせによる平行入射光学系以外のレンズ系でもよく、また、一対のＬＥＤ６７ａ，６７ｂからのＬＥＤ光の放射パターンとＧＲＩＮレンズ４０のピッチの最適化により、ＧＲＩＮレンズ４０の他端面４２に接続された光ファイバ心線３０に効率よく結合する系であってもよい。 The CAN-LED 60 is provided with a lead pin 62 protruding on one side of a stem 61 and a pedestal 63 integrally provided on the other side, and on the pedestal 63, as shown in FIG. LED 67a, 67b and one PD 64 are provided, and a ball lens 68 is provided on each of the pair of LEDs 67a, 67b. It has a CAN package structure in which a cap 65 b is covered so as to cover the base 63, the LEDs 67 a and 67 b, the PD 64, and the ball lens 68. In the CAN-LED 60, one end portion of the GRIN lens 40 is fitted into the cap 65b, and one end surface 41 thereof is provided so as to face the pair of LEDs 67a and 67b via the ball lens 68 and to face the PD 64. Yes. The pair of LEDs 67a and 67b used here may be surface light source LEDs, but are preferably point light source LEDs. The GRIN lens 40 may be fixed to the CAN-LED 60 with a low melting point glass or the like. The incident optical system to the one end face 41 of the GRIN lens 40 may be a lens system other than the parallel incident optical system formed by a combination of the pair of LEDs 67a and 67b of the point light source LED and the ball lens 68. A system that efficiently couples to the optical fiber core wire 30 connected to the other end face 42 of the GRIN lens 40 by optimizing the radiation pattern of the LED light from 67b and the pitch of the GRIN lens 40 may be used.

図４は光ファイバ心線３０を示す。 FIG. 4 shows the optical fiber core wire 30.

光ファイバ心線３０は、光ファイバ３１とそれを被覆する被覆層３２とを有する。光ファイバ心線３０の外径は例えば０．１〜３．０ｍｍである。 The optical fiber core 30 includes an optical fiber 31 and a coating layer 32 that covers the optical fiber 31. The outer diameter of the optical fiber core wire 30 is, for example, 0.1 to 3.0 mm.

光ファイバ３１は、シングルモードを使用する場合も考えられるが、センサ光源の結合用途では結合効率を優先していわゆるマルチモード光ファイバであることが好ましい。光ファイバ３１は、例えば、相対的に高屈折率なコア３１ａとそれを被覆する相対的に低屈折率なクラッド３１ｂとの二層構造に構成されている。光ファイバ３１は、石英製であって、例えば、コア３１ａが、ドーパントがドープされていない純粋な石英で形成され、且つクラッド３１ｂが、屈折率を低くするドーパント（例えばＦ等）がドープされた石英で形成された構成であってもよい。また、光ファイバ３１は、コア３１ａが、屈折率を高めるドーパント（例えばＧｅ等）がドープされた石英で形成され、且つクラッド３１ｂが、ドーパントがドープされていない純粋な石英又は屈折率を低くするドーパント（例えばＦ等）がドープされた石英で形成された構成であってもよい。さらに、光ファイバ３１は、プラスチック製であって、例えば、コア３１ａが、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）樹脂等で形成され、且つクラッド３１ｂが、フッ素含有ポリマー等で形成された構成であってもよい。また、光ファイバ３１は、例えば、コア３１ａが石英で形成され、且つクラッド３１ｂがプラスチックで形成されたＨＰＣＳ（Hard Polymer Clad Silica）構造のものであってもよい。光ファイバ３１の外径は例えば８０〜３０００μｍである。コア３１ａの直径は例えば８〜２９４５μｍである。 The optical fiber 31 may be a single mode, but is preferably a so-called multimode optical fiber in order to couple the sensor light source with priority given to the coupling efficiency. The optical fiber 31 has, for example, a two-layer structure of a core 31a having a relatively high refractive index and a clad 31b having a relatively low refractive index that covers the core 31a. The optical fiber 31 is made of quartz. For example, the core 31a is made of pure quartz that is not doped with a dopant, and the cladding 31b is doped with a dopant that lowers the refractive index (for example, F). The structure formed with quartz may be sufficient. In the optical fiber 31, the core 31a is formed of quartz doped with a dopant (for example, Ge) that increases the refractive index, and the clad 31b is pure quartz that is not doped with dopant, or has a low refractive index. The structure may be formed of quartz doped with a dopant (for example, F). Furthermore, the optical fiber 31 may be made of plastic, for example, the core 31a may be formed of polymethyl methacrylate (PMMA) resin or the like, and the clad 31b may be formed of fluorine-containing polymer or the like. . The optical fiber 31 may have, for example, an HPCS (Hard Polymer Clad Silica) structure in which the core 31a is made of quartz and the clad 31b is made of plastic. The outer diameter of the optical fiber 31 is, for example, 80 to 3000 μm. The diameter of the core 31a is, for example, 8 to 2945 μm.

被覆層３２は樹脂で形成されている。被覆層３２は、内側のバッファ層（例えばシリコーン樹脂）とそれを被覆する外側のジャケット層（例えばナイロン樹脂）との二層構造等の多層で構成されていても、また、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂の単一層で構成されていても、どちらでもよい。被覆層３２の厚さは例えば１〜６００μｍである。 The covering layer 32 is made of resin. The covering layer 32 may be formed of a multilayer such as a two-layer structure of an inner buffer layer (for example, silicone resin) and an outer jacket layer (for example, nylon resin) that covers the inner layer, or may be a thermoplastic resin or heat Either a single layer of a curable resin may be used. The thickness of the coating layer 32 is, for example, 1 to 600 μm.

光ファイバ心線３０は、光ファイバ３１がＧＲＩＮレンズ４０の他端面４２に融着接続されている。このように融着接続されていることにより、接着剤を用いない高信頼性の光学構成とすることができる。このような融着接続の場合、光ファイバ３１とＧＲＩＮレンズ４０とは同一材質であることが好ましい。具体的には、光ファイバ３１が石英製である場合、ＧＲＩＮレンズ４０も石英製であることが好ましく、また、光ファイバ３１がプラスチック製である場合、ＧＲＩＮレンズ４０もプラスチック製であることが好ましい。 In the optical fiber core 30, an optical fiber 31 is fused and connected to the other end surface 42 of the GRIN lens 40. By being fusion-bonded in this manner, a highly reliable optical configuration that does not use an adhesive can be obtained. In the case of such fusion splicing, the optical fiber 31 and the GRIN lens 40 are preferably made of the same material. Specifically, when the optical fiber 31 is made of quartz, the GRIN lens 40 is also preferably made of quartz, and when the optical fiber 31 is made of plastic, the GRIN lens 40 is also preferably made of plastic. .

以上の実施形態に係るＬＥＤモジュールＭは、一対のＬＥＤ６７ａ，６７ｂと光ファイバ心線３０との間にＧＲＩＮレンズ４０が介設されていることにより、一対のＬＥＤ６７ａ，６７ｂからの光を、ＧＲＩＮレンズ４０を介して容易に同じ光ファイバ心線３０に入力することができる。 In the LED module M according to the above embodiment, the GRIN lens 40 is interposed between the pair of LEDs 67a and 67b and the optical fiber core wire 30, so that the light from the pair of LEDs 67a and 67b is transmitted to the GRIN lens. The same optical fiber core wire 30 can be easily input via 40.

また、この実施形態に係るＬＥＤモジュールＭを例えば光学式温度センサ装置等に用いた場合、部品点数の削減を図れることからシンプルな構成とすることができ、そのため組立工数の削減も図ることができ、さらに、その小型化も図ることができる。 Further, when the LED module M according to this embodiment is used in, for example, an optical temperature sensor device or the like, the number of parts can be reduced, so that a simple configuration can be achieved, and therefore, the number of assembly steps can be reduced. Furthermore, the size can be reduced.

また、実施形態に係るＬＥＤモジュールＭは、ＧＲＩＮレンズ４０と一対のＬＥＤ６７ａ，６７ｂを含むＣＡＮ−ＬＥＤ６０とが一体に設けられ、光ファイバ心線３０がＧＲＩＮレンズ４０の他端面４２に着脱可能に接続された構成であってもよい。この場合、一体に設けられたＧＲＩＮレンズ４０及びＣＡＮ−ＬＥＤ６０は、実施形態に係るＬＥＤモジュールＭの構成部品となり、ＧＲＩＮレンズ４０の他端面４２が光ファイバ心線３０の接続予定面とされる。 In the LED module M according to the embodiment, the GRIN lens 40 and the CAN-LED 60 including the pair of LEDs 67a and 67b are integrally provided, and the optical fiber core wire 30 is detachably connected to the other end surface 42 of the GRIN lens 40. It may be a configured. In this case, the GRIN lens 40 and the CAN-LED 60 that are provided integrally serve as components of the LED module M according to the embodiment, and the other end surface 42 of the GRIN lens 40 is a planned connection surface of the optical fiber core wire 30.

さらに、実施形態に係るＬＥＤモジュールＭは、図５に示すように、光ファイバ心線３０の先端に融着接続されたＧＲＩＮレンズ４０が、その一端面４１がＣＡＮ−ＬＥＤ６０のキャップ６５ｂに設けられたウインドウガラス６６に当接して一対のＬＥＤ６７ａ，６７ｂに対向し、且つＣＡＮ−ＬＥＤ６０に対して着脱可能に接続された構成であってもよい。この場合、融着接続されたＧＲＩＮレンズ４０及び光ファイバ構造体７０は、実施形態に係るＬＥＤモジュールＭの構成部品となり、ＧＲＩＮレンズ４０の一端面４１が一対のＬＥＤ６７ａ，６７ｂの対向予定面とされる。 Further, in the LED module M according to the embodiment, as shown in FIG. 5, the GRIN lens 40 fusion-connected to the tip of the optical fiber core wire 30 is provided with one end surface 41 of the cap 65 b of the CAN-LED 60. Further, the configuration may be such that the window glass 66 contacts the pair of LEDs 67 a and 67 b and is detachably connected to the CAN-LED 60. In this case, the fusion-bonded GRIN lens 40 and the optical fiber structure 70 are components of the LED module M according to the embodiment, and the one end surface 41 of the GRIN lens 40 is a planned opposed surface of the pair of LEDs 67a and 67b. The

なお、上記実施形態では、ＣＡＮ−ＬＥＤ６０に一対のＬＥＤ６７ａ，６７ｂを設けた構成としたが、特にこれに限定されるものではなく、例えば２〜７個のＬＥＤを設けてもよい。 In the above-described embodiment, the CAN-LED 60 is provided with a pair of LEDs 67a and 67b. However, the present invention is not particularly limited thereto, and for example, 2 to 7 LEDs may be provided.

また、上記実施形態では、光ファイバ心線３０により光ファイバ構造体を構成したが、特にこれに限定されるものではなく、光ファイババンドルにより光ファイバ構造体を構成してもよい。 Moreover, in the said embodiment, although the optical fiber structure was comprised with the optical fiber core wire 30, it is not limited to this in particular, You may comprise an optical fiber structure with an optical fiber bundle.

−適用事例−
図６は、実施形態に係るＬＥＤモジュールＭの適用事例としての光学式温度センサ装置Ｄを示す。 -Application examples-
FIG. 6 shows an optical temperature sensor device D as an application example of the LED module M according to the embodiment.

適用事例の光学式温度センサ装置Ｄは、装置本体１０とそこから延びる光ファイバケーブル２０とで構成されている。 The optical temperature sensor device D of the application example is composed of a device main body 10 and an optical fiber cable 20 extending therefrom.

装置本体１０には、実施形態に係るＬＥＤモジュールＭ、Ｓｉｇ．／Ｒｅｆ．ＰＤ１６、及び制御部１５が設けられている。 The apparatus body 10 includes LED modules M, Sig. / Ref. A PD 16 and a control unit 15 are provided.

実施形態に係るＬＥＤモジュールＭの光ファイバ心線３０の他端はレセプタクル１４に接続されている。Ｓｉｇ．／Ｒｅｆ．ＰＤ１６には、装置本体内光ファイバ心線３０１の一端が接続されている。装置本体内光ファイバ心線３０１の他端はレセプタクル１４に接続されている。ＬＥＤモジュールＭ及びＳｉｇ．／Ｒｅｆ．ＰＤ１６はそれぞれ制御部１５に接続されている。この光学式温度センサ装置Ｄでは、ＬＥＤモジュールＭの一対のＬＥＤ６７ａ，６７ｂのうち一方をＳｉｇ．ＬＥＤ６７ａ及び他方をＲｅｆ．ＬＥＤ６７ｂとして用いる。また、ＰＤ６４をＳｉｇ．ＬＥＤ６７ａ及びＲｅｆ．ＬＥＤ６７ｂの漏れ光を受光してそれらの光出力を一定にＡＰＣ制御するモニタＰＤ６４として用いる。 The other end of the optical fiber core wire 30 of the LED module M according to the embodiment is connected to the receptacle 14. Sig. / Ref. One end of the optical fiber core wire 301 in the apparatus main body is connected to the PD 16. The other end of the optical fiber core wire 301 in the apparatus main body is connected to the receptacle 14. LED module M and Sig. / Ref. Each PD 16 is connected to the control unit 15. In this optical temperature sensor device D, one of the pair of LEDs 67a and 67b of the LED module M is connected to Sig. LED 67a and the other are connected to Ref. Used as LED 67b. In addition, PD64 is converted to Sig. LED 67a and Ref. It is used as a monitor PD 64 that receives leakage light from the LED 67b and performs APC control of the light output of the LED 67b.

光ファイバケーブル２０は、ケーブル本体２１とその基端に設けられたプラグ２２及び先端に設けられたプローブ２３とを備える。ケーブル本体２１には、図７に示すような投光用光ファイバ心線３０３及び受光用光ファイバ心線３０６が挿通されている。投光用光ファイバ心線３０３及び受光用光ファイバ心線３０６の一端はプラグ２２に接続されている。プラグ２２は装置本体１０のレセプタクル１４に着脱可能に接続されており、これにより投光用光ファイバ心線３０３がＬＥＤモジュールＭの光ファイバ心線３０に、受光用光ファイバ心線３０６が装置本体内光ファイバ心線３０１に、それぞれ光学的に接続されている。 The optical fiber cable 20 includes a cable body 21, a plug 22 provided at the proximal end thereof, and a probe 23 provided at the distal end. A light projecting optical fiber 303 and a light receiving optical fiber 306 as shown in FIG. 7 are inserted into the cable body 21. One end of each of the light projecting optical fiber core wire 303 and the light receiving optical fiber core wire 306 is connected to the plug 22. The plug 22 is detachably connected to the receptacle 14 of the apparatus main body 10, whereby the light projecting optical fiber core 303 is connected to the optical fiber core 30 of the LED module M, and the light receiving optical fiber core 306 is connected to the apparatus main body. Each is optically connected to the inner optical fiber core wire 301.

図８はプローブ２３を示す。 FIG. 8 shows the probe 23.

プローブ２３は、筒状に形成されたプローブ本体２３１と、その先端の開口を封じるように設けられた先端部材２３２とを有する。 The probe 23 has a probe main body 231 formed in a cylindrical shape, and a tip member 232 provided so as to seal the opening at the tip.

プローブ本体２３１には、基端側に心線挿通孔２３１ａ及び先端側にレンズ保持孔２３１ｂが連通するように形成されており、心線挿通孔２３１ａに光ファイバ心線２４及び受光用光ファイバ心線３０６が挿通されていると共に、レンズ保持孔２３１ｂにプローブ用ＧＲＩＮレンズ４０１が内嵌めされている。光ファイバ心線２４及び受光用光ファイバ心線３０６の他端はそれぞれプローブ用ＧＲＩＮレンズ４０１の基端側の一端面４１に融着接続されている。 The probe main body 231 is formed so that a core wire insertion hole 231a communicates with the proximal end side and a lens holding hole 231b communicates with the distal end side, and the optical fiber core wire 24 and the light receiving optical fiber core are connected to the core wire insertion hole 231a. The wire 306 is inserted, and the probe GRIN lens 401 is fitted in the lens holding hole 231b. The other ends of the optical fiber core 24 and the light receiving optical fiber core 306 are fusion-bonded to the one end face 41 on the proximal end side of the probe GRIN lens 401.

先端部材２３２は、基材２３２ａ上に半導体センサチップ２３２ｂが設けられた構成を有しており、半導体センサチップ２３２ｂがプローブ用ＧＲＩＮレンズ４０１の他端面４２に対向するようにプローブ本体２３１に取り付けられている。また、図には示していないがプローブ用ＧＲＩＮレンズ４０１の長さを最適化することにより、プローブ用ＧＲＩＮレンズ４０１の他端面４２と半導体センサチップ２３２ｂ間にギャップを設け、熱応答性を高めることも可能である。 The tip member 232 has a configuration in which a semiconductor sensor chip 232b is provided on a base material 232a, and is attached to the probe main body 231 so that the semiconductor sensor chip 232b faces the other end surface 42 of the GRIN lens 401 for probes. ing. Although not shown in the figure, by optimizing the length of the probe GRIN lens 401, a gap is provided between the other end face 42 of the probe GRIN lens 401 and the semiconductor sensor chip 232b, thereby improving thermal response. Is also possible.

なお、ケーブル本体２１には、図１０に示すような一対のコア５１を有するマルチコア光ファイバ心線５０を用いてもよい。このようにケーブル本体２１にマルチコア光ファイバ心線５０を用いた場合、ケーブル本体２１の細径化を図ることができる。但し、ケーブル本体２１に投光用光ファイバ心線３０３及び受光用光ファイバ心線３０６を用いた場合、それらの単芯太さはマルチコア光ファイバ心線５０よりも細いので、ケーブル本体２１の耐曲げ性に対しては有利である。 Note that a multi-core optical fiber 50 having a pair of cores 51 as shown in FIG. Thus, when the multi-core optical fiber core wire 50 is used for the cable body 21, the diameter of the cable body 21 can be reduced. However, when the light projecting optical fiber core wire 303 and the light receiving optical fiber core wire 306 are used for the cable main body 21, their single-core thickness is thinner than that of the multi-core optical fiber core wire 50. It is advantageous for bendability.

この適用事例の光学式温度センサ装置Ｄでは、装置本体１０内において、ＬＥＤモジュールＭのＳｉｇ．ＬＥＤ６７ａからシグナル光が発されると、シグナル光は、光ファイバ心線３０により伝送されてレセプタクル１４に達する。レセプタクル１４に達したシグナル光は、光ファイバケーブル２０のプラグ２２において、投光用光ファイバ心線３０３に入力される。投光用光ファイバ心線３０３に入力されたシグナル光は、そのままケーブル本体２１の投光用光ファイバ心線３０３により伝送されてプローブ２３のプローブ用ＧＲＩＮレンズ４０１の一端面４１に入力される。そして、プローブ用ＧＲＩＮレンズ４０１の他端面４２から出力されるシグナル光は、プローブ２３の先端に設けられた半導体センサチップ２３２ｂに照射されて反射する。半導体センサチップ２３２ｂは、基材２３２ａに面する側に反射ミラー層が形成されていて、入力された光を反射する。 In the optical temperature sensor device D of this application example, the Sig. When the signal light is emitted from the LED 67a, the signal light is transmitted through the optical fiber core wire 30 and reaches the receptacle 14. The signal light reaching the receptacle 14 is input to the projecting optical fiber core wire 303 at the plug 22 of the optical fiber cable 20. The signal light input to the projecting optical fiber core 303 is transmitted as it is through the projecting optical fiber core 303 of the cable body 21 and input to the one end surface 41 of the probe GRIN lens 401 of the probe 23. The signal light output from the other end surface 42 of the probe GRIN lens 401 is irradiated and reflected on the semiconductor sensor chip 232b provided at the tip of the probe 23. The semiconductor sensor chip 232b has a reflection mirror layer formed on the side facing the base material 232a, and reflects the input light.

光ファイバケーブル２０のプローブ２３における半導体センサチップ２３２ｂで反射したシグナル光の反射光（以下「シグナル反射光」という。）は、プローブ用ＧＲＩＮレンズ４０１の他端面４２に入力される。プローブ用ＧＲＩＮレンズ４０１の一端面４１から出力されるシグナル反射光は、ケーブル本体２１の受光用光ファイバ心線３０６により伝送されてプラグ２２に達する。プラグ２２に達したシグナル反射光は、装置本体１０のレセプタクル１４において、装置本体内光ファイバ心線３０１に入力される。装置本体内光ファイバ心線３０１に入力されたシグナル反射光は、そのまま装置本体内光ファイバ心線３０１により伝送されてＳｉｇ．／Ｒｅｆ．ＰＤ１６に入力される。 The reflected light of the signal light reflected by the semiconductor sensor chip 232 b in the probe 23 of the optical fiber cable 20 (hereinafter referred to as “signal reflected light”) is input to the other end surface 42 of the probe GRIN lens 401. The signal reflected light output from the one end face 41 of the probe GRIN lens 401 is transmitted by the light receiving optical fiber core 306 of the cable body 21 and reaches the plug 22. The signal reflected light that has reached the plug 22 is input to the in-device optical fiber core wire 301 in the receptacle 14 of the device body 10. The signal reflected light input to the optical fiber core wire 301 in the apparatus main body is transmitted as it is by the optical fiber core wire 301 in the apparatus main body and is transmitted to the Sig. / Ref. Input to PD16.

ここで、半導体センサチップ２３２ｂを形成する半導体は光学的基礎吸収端波長を有し、この光学的基礎吸収端波長は温度上昇と共に長波長側に移行する。一方、シグナル光の波長は、測定温度範囲における光学的基礎吸収端波長の移行範囲に包含されていることから、半導体センサチップ２３２ｂに照射されて吸収された後のシグナル反射光の強度は温度上昇と共に減少する。従って、シグナル反射光の強度は、Ｓｉｇ．／Ｒｅｆ．ＰＤ１６に入力されて電気信号に変換された後に制御部１５に入力され、そして、制御部１５は、それに基づいた演算処理により測定温度を算出する（久間和生、沢田隆夫、田井修市、布下正宏，「光ファイバによる温度の遠隔測定」，センサ技術，１９８１年９月号（Vol.1. No.2）、及びKAZUO KYUMA et al. Fiber-Optical Instrument for Temperature Measurement, IEEE JOURNAL OF QUANTUM ELECTRONICS, VOL.QE-18, NO.4, APRIL, 1982参照）。 Here, the semiconductor forming the semiconductor sensor chip 232b has an optical fundamental absorption edge wavelength, and the optical fundamental absorption edge wavelength shifts to the longer wavelength side as the temperature rises. On the other hand, since the wavelength of the signal light is included in the transition range of the optical basic absorption edge wavelength in the measurement temperature range, the intensity of the signal reflected light after being irradiated and absorbed on the semiconductor sensor chip 232b increases in temperature. Decreases with. Therefore, the intensity of the signal reflected light is Sig. / Ref. After being input to the PD 16 and converted into an electric signal, it is input to the control unit 15, and the control unit 15 calculates a measured temperature by arithmetic processing based thereon (Kazuo Kukuma, Takao Sawada, Osamu Tai, Kinoshita Masahiro, “Temperature Measurement Using Optical Fiber”, Sensor Technology, September 1981 (Vol.1. No.2), and KAZUO KYUMA et al. Fiber-Optical Instrument for Temperature Measurement, IEEE JOURNAL OF QUANTUM ELECTRONICS, VOL.QE-18, NO.4, APRIL, 1982).

また、この適用事例の光学式温度センサ装置Ｄでは、装置本体１０内において、ＬＥＤモジュールＭのＲｅｆ．ＬＥＤ６７ｂからレファレンス光が発されると、レファレンス光は、光ファイバ心線３０により伝送されてレセプタクル１４に達する。レセプタクル１４に達したレファレンス光は、光ファイバケーブル２０のプラグ２２において、投光用光ファイバ心線３０３に入力される。投光用光ファイバ心線３０３に入力されたレファレンス光は、そのままケーブル本体２１の投光用光ファイバ心線３０３により伝送されてプローブ２３のプローブ用ＧＲＩＮレンズ４０１の一端面４１に入力される。そして、プローブ用ＧＲＩＮレンズ４０１の他端面４２から出力されるレファレンス光は、プローブ２３の先端に設けられた半導体センサチップ２３２ｂに照射されて反射する。 Further, in the optical temperature sensor device D of this application example, the Ref. When the reference light is emitted from the LED 67 b, the reference light is transmitted by the optical fiber core wire 30 and reaches the receptacle 14. The reference light that reaches the receptacle 14 is input to the light projecting optical fiber 303 at the plug 22 of the optical fiber cable 20. The reference light input to the projecting optical fiber core 303 is transmitted as it is through the projecting optical fiber core 303 of the cable body 21 and input to the one end surface 41 of the probe GRIN lens 401 of the probe 23. Then, the reference light output from the other end surface 42 of the probe GRIN lens 401 is applied to the semiconductor sensor chip 232b provided at the tip of the probe 23 and reflected.

光ファイバケーブル２０のプローブ２３における半導体センサチップ２３２ｂで反射したレファレンス光の反射光（以下「レファレンス反射光」という。）は、プローブ用ＧＲＩＮレンズ４０１の他端面４２に入力される。プローブ用ＧＲＩＮレンズ４０１の一端面４１から出力されるレファレンス反射光は、ケーブル本体２１の受光用光ファイバ心線３０６により伝送されてプラグ２２に達する。プラグ２２に達したレファレンス反射光は、装置本体１０のレセプタクル１４において、装置本体内光ファイバ心線３０１に入力される。装置本体内光ファイバ心線３０１に入力されたレファレンス反射光は、そのまま装置本体内光ファイバ心線３０１により伝送されてＳｉｇ．／Ｒｅｆ．ＰＤ１６に入力される。 The reflected light of the reference light reflected by the semiconductor sensor chip 232 b in the probe 23 of the optical fiber cable 20 (hereinafter referred to as “reference reflected light”) is input to the other end surface 42 of the probe GRIN lens 401. The reference reflected light output from the one end face 41 of the probe GRIN lens 401 is transmitted by the light receiving optical fiber core 306 of the cable body 21 and reaches the plug 22. The reference reflected light reaching the plug 22 is input to the optical fiber core wire 301 in the apparatus main body at the receptacle 14 of the apparatus main body 10. The reference reflected light input to the optical fiber core 301 in the apparatus main body is transmitted as it is by the optical fiber core 301 in the apparatus main body, and is transmitted to the Sig. / Ref. Input to PD16.

ここで、レファレンス光の波長は、測定温度範囲における半導体センサチップ２３２ｂの光学的基礎吸収端波長の移行範囲に含まれず、そのため半導体センサチップ２３２ｂに照射された後のレファレンス反射光の強度は基本的には変化しない。但し、レファレンス光及びレファレンス反射光の強度は、光ファイバケーブル２０のケーブル本体２１に与えられる熱や曲げや張力の影響により損失を生じる。レファレンス反射光の強度は、Ｓｉｇ．／Ｒｅｆ．ＰＤ１６に入力されて電気信号に変換されて制御部１５に入力されるが、制御部１５は、シグナル反射光の強度に基づいた測定温度を算出する演算処理において、レファレンス光及びレファレンス反射光の強度の損失が認められた場合には、シグナル光及びシグナル反射光の強度にも同じ損失が生じているものとして、その損失を相殺するように処理を行う。 Here, the wavelength of the reference light is not included in the transition range of the optical basic absorption edge wavelength of the semiconductor sensor chip 232b in the measurement temperature range, and therefore the intensity of the reference reflected light after being irradiated on the semiconductor sensor chip 232b is fundamental. Does not change. However, the intensity of the reference light and the reference reflected light is lost due to the effects of heat, bending, and tension applied to the cable body 21 of the optical fiber cable 20. The intensity of the reference reflected light is Sig. / Ref. Although it is input to the PD 16 and converted into an electric signal and input to the control unit 15, the control unit 15 calculates the measurement temperature based on the intensity of the signal reflected light and the intensity of the reference light and the reference reflected light. When the loss is recognized, it is assumed that the same loss has also occurred in the intensity of the signal light and the signal reflected light, and processing is performed so as to cancel the loss.

以上の構成の適用事例の光学式温度センサ装置Ｄにおいて、例えば、半導体センサチップ２３２ｂがＧａＡｓ結晶で形成されているような場合には、Ｓｉｇ．ＬＥＤ６７ａとして発光波長が８９０ｎｍのＬＥＤ、また、Ｒｅｆ．ＬＥＤ６７ｂとして発光波長が９５０ｎｍのＬＥＤをそれぞれ用いることができる。 In the optical temperature sensor device D of the application example having the above configuration, for example, when the semiconductor sensor chip 232b is formed of GaAs crystal, Sig. As the LED 67a, an LED having an emission wavelength of 890 nm, Ref. As the LED 67b, an LED having an emission wavelength of 950 nm can be used.

Ｓｉｇ．ＬＥＤ６７ａ及びＲｅｆ．ＬＥＤ６７ｂは、シグナル光或いはレファレンス光をパルス光として発光し、また、発光タイミングをずらして時分割で発光することが好ましい。シグナル反射光もレファレンス反射光も、同じ光導波路を伝搬するため、Ｓｉｇ．ＬＥＤ６７ａ及びＲｅｆ．ＬＥＤ６７ｂが同時に発光すると、シグナル反射光及びレファレンス反射光の合波光がＳｉｇ．／Ｒｅｆ．ＰＤ１６に入力され、シグナル反射光とレファレンス反射光との区別が困難となる。しかしながら、シグナル光及びレファレンス光をパルス光とし、それらの発光タイミングをずらすことにより、Ｓｉｇ．／Ｒｅｆ．ＰＤ１６に入力されるシグナル反射光とレファレンス反射光とを明確に区別することができる。 Sig. LED 67a and Ref. It is preferable that the LED 67b emits signal light or reference light as pulsed light, and emits light in a time division manner by shifting the light emission timing. Since signal reflected light and reference reflected light propagate through the same optical waveguide, Sig. LED 67a and Ref. When the LED 67b emits light simultaneously, the combined light of the signal reflected light and the reference reflected light is Sig. / Ref. Input to the PD 16 makes it difficult to distinguish between the signal reflected light and the reference reflected light. However, by using signal light and reference light as pulse light and shifting their light emission timing, Sig. / Ref. Signal reflected light and reference reflected light input to the PD 16 can be clearly distinguished.

受光用光ファイバ心線３０６においてシグナル反射光及びレファレンス反射光を効率よく受光する観点からは、投光用光ファイバ心線３０３及び受光用光ファイバ心線３０６は、プローブ用ＧＲＩＮレンズ４０１の一端面４１において、その中心を挟んで対称となるように設けられていることが好ましい。また、半導体センサチップ２３２ｂは、プローブ用ＧＲＩＮレンズ４０１の他端面４２の中心に対応するように設けられていることが好ましい。さらに、プローブ用ＧＲＩＮレンズ４０１の長さは、光ファイバ３１を、コア３１ａの直径４００μｍ、ファイバ外径５００μｍ、及びＮＡ０．２とし、第１ＧＲＩＮレンズ４０１を、外径２ｍｍ、中心屈折率１．５９８６（８３０ｎｍ）、及び２次定数√Ａ０．２９８（８３０ｎｍ）とした場合、０．１４〜０．３８ピッチであることが好ましく、具体的には例えば３〜８ｍｍであることが好ましく、また、プローブ用ＧＲＩＮレンズ４０１の熱の影響の配慮が不要であれば、半導体センサチップ２３２ｂとプローブ用ＧＲＩＮレンズ４０１の他端面４２とが接触していることが好ましい。また、同様の観点から、受光用光ファイバ心線３０６のコアの直径は、投光用光ファイバ心線３０３のコアの直径と同等であるか、或いはそれ以上であることが好ましい。 From the viewpoint of efficiently receiving the signal reflected light and the reference reflected light in the light receiving optical fiber core 306, the light projecting optical fiber core 303 and the light receiving optical fiber core 306 are one end surface of the probe GRIN lens 401. 41 is preferably provided so as to be symmetric with respect to the center thereof. The semiconductor sensor chip 232b is preferably provided so as to correspond to the center of the other end face 42 of the probe GRIN lens 401. Further, the length of the probe GRIN lens 401 is set such that the optical fiber 31 has a core 31a diameter of 400 μm, a fiber outer diameter of 500 μm, and an NA of 0.2, the first GRIN lens 401 has an outer diameter of 2 mm, a center refractive index of 1. When 5986 (830 nm) and the second order constant √A 0.298 (830 nm), the pitch is preferably 0.14 to 0.38, specifically, for example, preferably 3 to 8 mm. If it is not necessary to consider the influence of heat on the probe GRIN lens 401, the semiconductor sensor chip 232b and the other end surface 42 of the probe GRIN lens 401 are preferably in contact with each other. From the same viewpoint, it is preferable that the core diameter of the light receiving optical fiber core 306 is equal to or larger than the core diameter of the light projecting optical fiber core 303.

なお、装置本体内光ファイバ心線３０１、投光用光ファイバ心線３０３及び受光用光ファイバ心線３０６は、図４に示すＬＥＤモジュールＭの光ファイバ心線３０と同様の構成を有する。また、プローブ用ＧＲＩＮレンズ４０１は、図２に示すＬＥＤモジュールＭのＧＲＩＮレンズ４０と同様の構成を有する。 Note that the in-device optical fiber core wire 301, the light projecting optical fiber core wire 303, and the light receiving optical fiber core wire 306 have the same configuration as the optical fiber core wire 30 of the LED module M shown in FIG. Further, the probe GRIN lens 401 has the same configuration as that of the GRIN lens 40 of the LED module M shown in FIG.

本発明は、ＬＥＤモジュール及びその構成部品について有用である。 The present invention is useful for LED modules and components thereof.

Ｄ光学式温度センサ装置
ＭＬＥＤモジュール
１０装置本体
１４レセプタクル
１５制御部
１６Ｓｉｇ．／Ｒｅｆ．ＰＤ
２０光ファイバケーブル
２１ケーブル本体
２２プラグ
２３プローブ
２３１プローブ本体
２３１ａ心線挿通孔
２３１ｂレンズ保持孔
２３２先端部材
２３２ａ基材
２３２ｂ半導体センサチップ
３０光ファイバ心線
３１光ファイバ
３１ａ，５１コア
３１ｂクラッド
３２被覆層
３０１装置本体内光ファイバ心線
３０３投光用光ファイバ心線
３０６受光用光ファイバ心線
４０ＧＲＩＮレンズ
４０１プローブ用ＧＲＩＮレンズ
４１一端面
４２他端面
５０マルチコア光ファイバ心線
６０ＣＡＮ−ＬＥＤ
６１ステム
６２リードピン
６３台座
６４（モニタ）ＰＤ
６５ａ接着剤
６５ｂキャップ
６６ウインドウガラス
６７ａ（Ｓｉｇ．）ＬＥＤ
６７ｂ（Ｒｅｆ．）ＬＥＤ D Optical temperature sensor device M LED module 10 Device body 14 Receptacle 15 Control unit 16 Sig. / Ref. PD
20 Optical fiber cable
21 Cable body 22 Plug 23 Probe 231 Probe body
231a Core wire insertion hole 231b Lens holding hole 232 Tip member 232a Base material 232b Semiconductor sensor chip 30 Optical fiber core wire 31 Optical fiber 31a, 51 Core 31b Cladding 32 Coating layer 301 Optical fiber core wire 303 in apparatus main body Optical fiber for light projection Core wire 306 Optical fiber core wire for light reception 40 GRIN lens 401 GRIN lens for probe 41 One end surface 42 Other end surface 50 Multi-core optical fiber core wire 60 CAN-LED
61 Stem 62 Lead pin 63 Base 64 (Monitor) PD
65a Adhesive 65b Cap 66 Window glass 67a (Sig.) LED
67b (Ref.) LED

Claims

GRIN lens,
A plurality of LEDs provided to face one end surface of the GRIN lens;
An optical fiber structure connected to the other end face of the GRIN lens;
LED module with

The LED module according to claim 1,
An LED module in which the plurality of LEDs provided to face one end surface of the GRIN lens are arranged concentrically with respect to the center of the one end surface in plan view.

In the LED module according to claim 1 or 2,
An LED module further comprising a PD provided to face one end surface of the GRIN lens.

The LED module according to any one of claims 1 to 3,
An LED module further comprising a ball lens provided between the GRIN lens and each of the plurality of LEDs.

A component part of the LED module according to any one of claims 1 to 4,
A component in which the GRIN lens and the plurality of LEDs are integrally provided, and the other end surface of the GRIN lens is a planned connection surface of the optical fiber structure.

A component part of the LED module according to any one of claims 1 to 4,
A component in which the optical fiber structure is integrally connected to the other end face of the GRIN lens, and one end face of the GRIN lens is a face to be opposed to the plurality of LEDs.