【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光素子と受光素子とを備える光学センサーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
検出物の傾きを検出することができる光学センサーは、例えば特公平８−２０２３３号公報に示されているように、受光素子が複数の受光領域を備えている。発光素子には、複数の受光領域に均一に光を与えることができるように、出力特性の均一性が要求される。
【０００３】
このような要求を満たすため、エピタキシャル成長層を厚くした発光素子を用いることによって出力特性の均一性を図ることができる。また、図７に平面図を示すように、表面電極１００に発光用の窓１０１を設けた発光素子を用いることによっても出力特性の均一性を図ることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、エピタキシャル成長層を厚くすると、コストの上昇を招く。また、図７に示すように、表面電極１００に発光用の窓１０１を設けたのみの構成では、電極１００に近い表示窓１０１の周辺部と電極１００から離れた表示窓１０１の中央部とでは、図８に示すように発光強度に相違が生じやすい。
【０００５】
そこで本発明は、製造コストの増加を抑えた光学センサーを提供することを課題の１つとする。また、特性の安定した光学センサーを提供することを課題の１つとする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の光学センサーは、表面電極の中央部に発光用の窓を備えた発光素子と、受光素子とを備え、前記発光素子から発せられて検出物によって遮られ、もしくは検出物によって反射されることによって変化する前記発光素子の光を前記受光素子によって受光する光学センサーにおいて、前記発光用の窓に前記表面電極の一部を線状に配置したことを特徴とする。
【０００７】
本発明の光学センサーは、表面電極の中央部に発光用の窓を備えた発光素子と、複数の受光領域を一方向に配列した受光素子とを備え、前記発光素子から発せられて検出物によって遮られ、もしくは検出物によって反射されることによって変化する前記発光素子の光を前記受光素子によって受光し、前記複数の受光領域の出力によって検出物の傾きを検出する光学センサーにおいて、前記発光用の窓に前記表面電極の一部を線状に配置し、この線状の電極は前記受光領域の配列方向と同方向に配置したことを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態について光学センサーの一例であるフォトインタラプタを例に取り、図面を参照して説明する。このフォトインタラプタ１は、図１に示すように、発光素子２と、その光を受光する受光素子３を備えている。発光素子２と受光素子３は、ケース４に位置決めして固定されている。フォトインタラプタ１が反射型であるため、発光素子２と受光素子３は、ケース４の一面、この例では底面に一定間隔をおいて固定されている。ケース４の上面部には、レンズ５を取り付けている。レンズ５は、発光素子２から発せられる光を拡大して検出物６に導き、検出物によって反射された光を受光素子３に導くように作用する。
【０００９】
発光素子２は、半導体発光素子、例えば、図２、図３（図３は、図２のＡ１−Ａ２に沿った断面図）に示すような発光ダイオードによって構成している。発光素子２は、表と裏面に一対の電極７，８を備えている。表側の電極７は、素子２の表面全体を覆うように形成され遮光性の金属で構成され、その中央部に発光用の円窓９を備えている。この窓９には、表面電極７の一部を線状に残すことによって形成した補助電極１０を配置している。補助電極１０は、受光素子の後述する受光領域の配列方向と同方向に配置した補助電極１０Ｘと、この補助電極と直行する方向の補助電極１０Ｙを備えている。
【００１０】
発光素子２は、一導電型半導体基板１１の上に、一導電型半導体層１２と逆導電型半導体層１３をエピタキシャル成長して構成している。一導電型半導体層１２と逆導電型半導体層１３の間には、発光層１４を形成している。発光層１４は、ホモ接合、シングルへテロ接合、ダブルヘテロ接合等によって構成することができる。一導電型半導体層１２の途中には、電流を狭搾するための電流ブロック層１５を配置している。電流ブロック層１５は、逆導電型の半導体層によって構成することができる。電流ブロック層１５の平面形状は、表面電極７（補助電極１０を除く）の平面形状と同等の平面形状に形成され、中央部に表面電極７の窓９と同等か、若干小さな窓が開くようにしている。
【００１１】
発光素子の一対の電極７，８間に所定の駆動電圧を供給すると、一方の電極から他方の電極、例えば電極７から電極８に向かって電流が流れる。この電流が発光層１４を通過する際、発光層１４において電流が光に変換され、発光層の組成によって定まる所定波長の光が発生する。この光は、素子表面の電極７の窓９部分から外に取り出される。電極７の窓９がある部分は、本来なら電流が拡がりにくいが、補助電極１０が窓１０の内部にＸＹ方向に延びているので、窓９の中心部に対応して位置する発光層１４まで均一に電流を拡散することができる。また、電流は、電流ブロック層１５によって中央部に集まるように狭搾されるので、窓９から出る光の発光強度分布を図５に示すように、平均化することができる。
【００１２】
受光素子３は、図４に示すように、半導体基板の表面に受光部１６を配置している。受光部１６は、互いに独立した複数の矩形の受光領域１７を一方向に配列した構成としている。
【００１３】
発光素子２からでて検出物６によって反射される光は、図４に一点鎖線Ｌ９で示すように、受光素子３に投射される。補助電極１０Ｘ、１０Ｘによる輝度低下線Ｌ１０Ｘ、Ｌ１０Ｘは、受光部１６を避けるように、受光部１６の両側に位置している。補助電極１０Ｙによる輝度低下線Ｌ１０Ｙは、受光部１６の中心（発光領域１７の数を２分するような中心）を通るように位置している。
【００１４】
補助電極１０Ｘ、１０Ｘ、１０Ｙが存在する部分は、発光素子の光がそれらによって遮光されるので、輝度低下が生じる。しかしながら、輝度低下線Ｌ１０Ｘ、Ｌ１０Ｘが受光部１６を避け受光部１６の両側に位置するように、発光素子２の電極形状や、発光素子２と受光素子３の配置に工夫を施しているので、輝度低下の問題は回避することができる。また、補助電極１０Ｘ、１０Ｘ、１０Ｙによって発光層１４に供給される電流量が増大するので、補助電極１０Ｘ、１０Ｘ、１０Ｙの近傍は、発光強度が増加する。したがって、この発光強度増加によっても輝度低下の問題は回避することができる。補助電極１０Ｙによる輝度低下線Ｌ１０Ｙが受光部１６を通る場合においても、その影響が最も少ない個所、すなわち受光部１６の中心（発光領域１７の数を２分するような中心）を通るように、発光素子２の電極形状や、発光素子２と受光素子３の配置に工夫を施しているので、輝度低下の問題は回避することができる。
【００１５】
検出物６の傾きや位置によって、投射光Ｌ９は、その形状が変化する。この光の変化状態によって、各受光領域１７における受光量が変化し、それに応じて受光領域１７から取り出される信号出力が変化する。そして、各受光領域１７の信号出力を外部の信号処理回路に供給し、信号処理を行うことによって、検出物６の傾きや位置を判別することが可能となる。
【００１６】
上記実施形態は、発光素子２の光を検出物６によって反射する反射型のフォトインタラプタを例にとったが、本発明はこれ以外にも適用することができ、例えば、図６に示すように発光素子２の光を検出物６によって遮蔽する透過型のフォトインタラプタにも適用することができる。透過型のフォトインタラプタにおいては、発光素子２と受光素子３が検出物６の通過可能な空間を隔てて対面するように配置される。
【００１７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、製造コストの増加を抑えた光学センサーを提供することができる。また、特性の安定した光学センサーを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示すフォトインタラプタの断面図である。
【図２】同実施形態における発光素子の平面図である。
【図３】図２のＡ０−Ａ１の断面図である。
【図４】同実施形態における受光素子の平面図である。
【図５】同実施形態における発光素子の発光強度特性を示す図である。
【図６】本発明の別の実施形態を示すフォトインタラプタの断面図である。
【図７】従来の発光素子の平面図である。
【図８】従来の発光素子の発光強度特性を示す図である。
【符号の説明】
１ フォトインタラプタ
２ 発光素子
３ 受光素子
７ 表面電極
８ 裏面電極
９ 窓
１０ 補助電極
１６ 受光部
１７ 受光領域[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical sensor including a light emitting element and a light receiving element.
[0002]
[Prior art]
In an optical sensor capable of detecting the inclination of a detection object, a light receiving element has a plurality of light receiving areas, as disclosed in Japanese Patent Publication No. 8-20233, for example. A light emitting element is required to have uniform output characteristics so that light can be uniformly applied to a plurality of light receiving regions.
[0003]
In order to satisfy such requirements, uniformity of output characteristics can be achieved by using a light emitting element having a thick epitaxial growth layer. In addition, as shown in a plan view of FIG. 7, uniformity of output characteristics can be achieved by using a light emitting element in which a light emitting window 101 is provided in a surface electrode 100.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, increasing the thickness of the epitaxial growth layer causes an increase in cost. Further, as shown in FIG. 7, in the configuration in which only the light emitting window 101 is provided in the front electrode 100, the peripheral portion of the display window 101 close to the electrode 100 and the central portion of the display window 101 remote from the electrode 100 are different. As shown in FIG. 8, the emission intensity tends to differ.
[0005]
Therefore, an object of the present invention is to provide an optical sensor in which an increase in manufacturing cost is suppressed. Another object is to provide an optical sensor with stable characteristics.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The optical sensor of the present invention includes a light-emitting element having a light-emitting window at the center of the surface electrode, and a light-receiving element, and is emitted from the light-emitting element and blocked by a detection object or reflected by the detection object. In the optical sensor for receiving the light of the light-emitting element, which is changed by the light-receiving element, by the light-receiving element, a part of the surface electrode is linearly arranged in the light-emitting window.
[0007]
The optical sensor of the present invention includes a light-emitting element having a light-emitting window at the center of the surface electrode, and a light-receiving element in which a plurality of light-receiving regions are arranged in one direction. An optical sensor that receives the light of the light emitting element, which is changed by being blocked or reflected by the detection object, by the light receiving element and detects a tilt of the detection object by an output of the plurality of light receiving regions. A part of the surface electrode is linearly arranged in the window, and the linear electrode is arranged in the same direction as the arrangement direction of the light receiving regions.
[0008]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, taking a photo interrupter as an example of an optical sensor as an example. As shown in FIG. 1, the photo interrupter 1 includes a light emitting element 2 and a light receiving element 3 for receiving the light. The light emitting element 2 and the light receiving element 3 are positioned and fixed to the case 4. Since the photointerrupter 1 is a reflection type, the light emitting element 2 and the light receiving element 3 are fixed to one surface of the case 4, in this example, the bottom surface at a constant interval. A lens 5 is attached to the upper surface of the case 4. The lens 5 functions to expand the light emitted from the light emitting element 2 and guide the light to the detection object 6 and guide the light reflected by the detection object to the light receiving element 3.
[0009]
The light-emitting element 2 is constituted by a semiconductor light-emitting element, for example, a light-emitting diode as shown in FIGS. 2 and 3 (FIG. 3 is a cross-sectional view along A1-A2 in FIG. 2). The light emitting element 2 has a pair of electrodes 7 and 8 on the front and back surfaces. The front-side electrode 7 is formed so as to cover the entire surface of the element 2 and is made of a light-shielding metal, and has a circular window 9 for light emission at the center thereof. An auxiliary electrode 10 formed by leaving a part of the surface electrode 7 in a linear shape is arranged in the window 9. The auxiliary electrode 10 includes an auxiliary electrode 10X arranged in the same direction as an arrangement direction of a light receiving region of the light receiving element, which will be described later, and an auxiliary electrode 10Y in a direction orthogonal to the auxiliary electrode.
[0010]
The light emitting element 2 is configured by epitaxially growing a semiconductor layer 12 of one conductivity type and a semiconductor layer 13 of a reverse conductivity type on a semiconductor substrate 11 of one conductivity type. A light emitting layer 14 is formed between the one conductivity type semiconductor layer 12 and the opposite conductivity type semiconductor layer 13. The light emitting layer 14 can be formed by a homo junction, a single hetero junction, a double hetero junction, or the like. In the middle of the one conductivity type semiconductor layer 12, a current block layer 15 for narrowing a current is arranged. The current blocking layer 15 can be constituted by a semiconductor layer of the opposite conductivity type. The planar shape of the current blocking layer 15 is formed in a planar shape equivalent to the planar shape of the surface electrode 7 (excluding the auxiliary electrode 10), and a window similar to or slightly smaller than the window 9 of the surface electrode 7 is opened at the center. I have to.
[0011]
When a predetermined drive voltage is supplied between the pair of electrodes 7 and 8 of the light emitting element, a current flows from one electrode to the other electrode, for example, from the electrode 7 to the electrode 8. When the current passes through the light emitting layer 14, the current is converted into light in the light emitting layer 14, and light having a predetermined wavelength determined by the composition of the light emitting layer is generated. This light is extracted outside from the window 9 of the electrode 7 on the element surface. In the portion of the electrode 7 where the window 9 is located, the current is unlikely to spread normally. However, since the auxiliary electrode 10 extends in the XY directions inside the window 10, it extends to the light emitting layer 14 corresponding to the center of the window 9. The current can be spread uniformly. In addition, since the current is constricted by the current blocking layer 15 so as to gather at the center, the light emission intensity distribution of the light exiting from the window 9 can be averaged as shown in FIG.
[0012]
As shown in FIG. 4, the light receiving element 3 has a light receiving section 16 disposed on the surface of the semiconductor substrate. The light receiving section 16 has a configuration in which a plurality of mutually independent rectangular light receiving areas 17 are arranged in one direction.
[0013]
The light emitted from the light emitting element 2 and reflected by the detection object 6 is projected on the light receiving element 3 as shown by a dashed line L9 in FIG. The brightness reduction lines L10X, L10X formed by the auxiliary electrodes 10X, 10X are located on both sides of the light receiving unit 16 so as to avoid the light receiving unit 16. The brightness lowering line L10Y formed by the auxiliary electrode 10Y is located so as to pass through the center of the light receiving unit 16 (the center that divides the number of the light emitting areas 17 into two).
[0014]
In the portion where the auxiliary electrodes 10X, 10X, and 10Y exist, the light of the light emitting element is shielded by them, so that the brightness is reduced. However, the electrode shape of the light emitting element 2 and the arrangement of the light emitting element 2 and the light receiving element 3 have been devised so that the brightness reduction lines L10X and L10X are located on both sides of the light receiving section 16 avoiding the light receiving section 16. The problem of brightness reduction can be avoided. Further, since the amount of current supplied to the light emitting layer 14 by the auxiliary electrodes 10X, 10X, and 10Y increases, the light emission intensity increases near the auxiliary electrodes 10X, 10X, and 10Y. Therefore, the problem of a decrease in luminance can be avoided even by this increase in light emission intensity. Even when the luminance lowering line L10Y due to the auxiliary electrode 10Y passes through the light receiving unit 16, it passes through a location where the effect is least, that is, through the center of the light receiving unit 16 (the center that divides the number of the light emitting regions 17 into two). Since the shape of the electrodes of the light emitting element 2 and the arrangement of the light emitting element 2 and the light receiving element 3 are devised, the problem of luminance reduction can be avoided.
[0015]
The shape of the projection light L9 changes depending on the inclination and the position of the detection object 6. The amount of light received in each light receiving area 17 changes according to the change state of the light, and the signal output extracted from the light receiving area 17 changes accordingly. Then, the signal output of each light receiving area 17 is supplied to an external signal processing circuit, and the signal processing is performed, whereby the inclination and the position of the detection object 6 can be determined.
[0016]
In the above embodiment, the reflection type photo interrupter that reflects the light of the light emitting element 2 by the detection object 6 is taken as an example. However, the present invention can be applied to other than this. For example, as shown in FIG. The present invention can also be applied to a transmission type photo interrupter in which light from the light emitting element 2 is blocked by the detection object 6. In the transmission type photointerrupter, the light emitting element 2 and the light receiving element 3 are arranged so as to face each other with a space through which the detection object 6 can pass.
[0017]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide an optical sensor in which an increase in manufacturing cost is suppressed. Further, an optical sensor having stable characteristics can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a photo interrupter showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view of the light emitting device in the same embodiment.
FIG. 3 is a sectional view taken along line A0-A1 of FIG. 2;
FIG. 4 is a plan view of a light receiving element in the same embodiment.
FIG. 5 is a diagram showing light emission intensity characteristics of the light emitting element in the same embodiment.
FIG. 6 is a cross-sectional view of a photointerrupter showing another embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a plan view of a conventional light emitting device.
FIG. 8 is a diagram showing emission intensity characteristics of a conventional light emitting element.
[Explanation of symbols]
REFERENCE SIGNS LIST 1 photo interrupter 2 light emitting element 3 light receiving element 7 front electrode 8 back electrode 9 window 10 auxiliary electrode 16 light receiving section 17 light receiving area
