JP2005051163A - Optical unit - Google Patents

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Tamiaki Matsuura
民明 松浦
Shigeru Niizawa
滋 新沢
Hidekuni Aizawa
秀邦 相澤
Hisataka Izawa
久隆 伊沢
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a compact optical unit which eliminates the necessity of adjustment in assembly. <P>SOLUTION: In an optical unit 1, a die pad 3 is fixed to the inside of a package 2, and a first cavity 7 and a second cavity 8 are formed therein. A light emitting element 4 is mounted on one side of the die pad 3, and a photosensitive element 5 is mounted on the other side thereof. In the package 2, an aperture 10 which light passes through, a lens holding part 11 holding a projection lens 12, a mirror holding part 14 holding a reflection mirror 15, and a window part 17 holding a condenser lens 18, are formed integrally. An optical component constituting the optical unit 1 is fixed directly to the package 2. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、単一のパッケージ内に発光手段と受光手段を収容した光学ユニットに関する。詳しくは、パッケージ内をダイパッドで仕切り、このダイパッドの一方の面に発光手段を実装し、他方の面に受光手段を実装するとともに、光学ユニットを構成する光学部品の保持部をパッケージと一体に形成することで、ユニットの小型化を図り、組立時の調整を不要とするものである。   The present invention relates to an optical unit in which light emitting means and light receiving means are accommodated in a single package. Specifically, the inside of the package is partitioned by a die pad, the light emitting means is mounted on one surface of the die pad, the light receiving means is mounted on the other surface, and the holding part for the optical components constituting the optical unit is formed integrally with the package. This reduces the size of the unit and eliminates the need for adjustment during assembly.

発光素子および受光素子を備えた光学ユニットは、被検出物の有無を検出する光学センサ等として用いられる。従来の光学センサは、発光素子および受光素子等の各光学部品がそれぞれ独立したパッケージにより構成されており、それら部品をさらに集合し、光学軸の調整等を行いつつ結合させるハウジング構造を必要としていた。   An optical unit including a light emitting element and a light receiving element is used as an optical sensor for detecting the presence or absence of an object to be detected. In the conventional optical sensor, each optical component such as a light emitting element and a light receiving element is configured by an independent package, and a housing structure is required in which these components are further assembled and coupled while adjusting the optical axis. .

光学部品の独立したパッケージ構造の例として、発光素子は缶タイプパッケージの形態が一般的であり、受光素子はフォトダイオードをリード付き樹脂パッケージに封入した形態が一般的である。また、発光素子から出射した光を集光するために投光レンズを用いる構成では、発光素子とレンズとの距離の調整と、光学軸の調整のため、3次元での位置調整が必要となるものが多い。   As an example of an independent package structure of optical components, the light emitting element is generally in the form of a can type package, and the light receiving element is generally in the form of a photodiode encapsulated in a resin package with leads. In addition, in a configuration using a light projection lens to collect the light emitted from the light emitting element, three-dimensional position adjustment is required for adjusting the distance between the light emitting element and the lens and adjusting the optical axis. There are many things.

図7は従来の発光素子の構成例を示す斜視図で、図7(a)は外観を示し、図7(b)は内部構成を示す。発光素子100は図7(b)に示すように半導体レーザ101を備える。半導体レーザ101はマウント102に取り付けられ、マウント102はアイレット103に取り付けられる。アイレット103にはリード104が取り付けられ、リード104と接続されたランド105と半導体レーザ101との間がワイヤ106で電気的に接続される。   7A and 7B are perspective views showing a configuration example of a conventional light-emitting element. FIG. 7A shows an external appearance, and FIG. 7B shows an internal configuration. The light emitting device 100 includes a semiconductor laser 101 as shown in FIG. The semiconductor laser 101 is attached to the mount 102, and the mount 102 is attached to the eyelet 103. A lead 104 is attached to the eyelet 103, and a land 105 connected to the lead 104 and the semiconductor laser 101 are electrically connected by a wire 106.

アイレット103には図7(a)に示すようにキャップ107が取り付けられ、半導体レーザ101を保護する。このキャップ107には透明なガラス等を備えた窓部107aが設けられ、半導体レーザ101からのレーザ光は窓部107aから出射する。   A cap 107 is attached to the eyelet 103 as shown in FIG. 7A to protect the semiconductor laser 101. The cap 107 is provided with a window 107a made of transparent glass or the like, and laser light from the semiconductor laser 101 is emitted from the window 107a.

図8は従来の各光学部品の取付構成例を示す断面図で、従来の発光素子と投光レンズの取付構造について説明する。固定部材110には取付穴111が設けられ、図7で説明した発光素子100が取り付けられる。取付穴111の内径は、発光素子100のキャップ107の外径より大きく、アイレット103の外径より小さく設定される。これにより、キャップ107を取付穴111に挿入して発光素子100を固定部材110に取り付けると、キャップ107が取付穴111内で移動できることで、発光素子100のX軸方向とY軸方向の位置調整が行える。   FIG. 8 is a cross-sectional view showing an example of a conventional structure for mounting each optical component, and a conventional structure for mounting a light emitting element and a light projecting lens will be described. An attachment hole 111 is provided in the fixing member 110, and the light emitting element 100 described with reference to FIG. The inner diameter of the mounting hole 111 is set larger than the outer diameter of the cap 107 of the light emitting element 100 and smaller than the outer diameter of the eyelet 103. Accordingly, when the cap 107 is inserted into the attachment hole 111 and the light emitting element 100 is attached to the fixing member 110, the cap 107 can move within the attachment hole 111, thereby adjusting the position of the light emitting element 100 in the X axis direction and the Y axis direction. Can be done.

投光レンズ112は外筒113に収納され、外筒113が取付穴111に挿入されて固定部材110に取り付けられる。投光レンズ112は固定部材114により外筒113に取り付けられ、外筒113にはレーザ光が通るアパーチャ115が備えられる。外筒113の外径は取付穴111の内径とほぼ同じである。これにより、外筒113を取付穴111に挿入して投光レンズ112を固定部材110に取り付けると、投光レンズ112のZ軸方向の位置調整が行える。   The light projecting lens 112 is housed in the outer cylinder 113, and the outer cylinder 113 is inserted into the attachment hole 111 and attached to the fixing member 110. The light projecting lens 112 is attached to the outer cylinder 113 by a fixing member 114, and the outer cylinder 113 is provided with an aperture 115 through which laser light passes. The outer diameter of the outer cylinder 113 is substantially the same as the inner diameter of the mounting hole 111. Accordingly, when the outer tube 113 is inserted into the mounting hole 111 and the light projecting lens 112 is attached to the fixing member 110, the position of the light projecting lens 112 in the Z-axis direction can be adjusted.

以上の構成では、発光素子100を発光させながら、発光素子110をX軸方向およびY軸方向に動かして光学軸の調整を行うとともに、投光レンズ112を保持する外筒113をZ軸方向に動かして焦点位置の調整を行い、位置調整後、発光素子100および外筒113を固定部材110に固定していた。   In the above configuration, while the light emitting element 100 emits light, the light emitting element 110 is moved in the X axis direction and the Y axis direction to adjust the optical axis, and the outer cylinder 113 that holds the light projecting lens 112 is moved in the Z axis direction. The focus position is adjusted by moving the light emitting element 100 and the outer cylinder 113 to the fixing member 110 after the position adjustment.

これに対して、単一のパッケージに発光素子と受光素子を実装した光学ユニットも提案されている。例えば、基板の表面に発光素子と受光素子を並列して設け、これら発光素子と受光素子を樹脂モールドで一体化することで、発光素子と受光素子を単一のパッケージに実装している(例えば、特許文献1参照。)。   On the other hand, an optical unit in which a light emitting element and a light receiving element are mounted in a single package has also been proposed. For example, a light emitting element and a light receiving element are provided in parallel on the surface of the substrate, and the light emitting element and the light receiving element are integrated with a resin mold so that the light emitting element and the light receiving element are mounted in a single package (for example, , See Patent Document 1).

特開2000−244409号公報。JP 2000-244409 A.

発光素子と受光素子が独立したパッケージに収納された光学ユニットでは、各パッケージを実装する際に、光学軸の調整等が必要で調整項目が多いという問題があった。また、各光学部品を保持するための部材が必要で、部品点数が多くなることでコストアップにつながるという問題があった。さらに、光学ユニットのサイズも大型化するという問題があった。   In the optical unit in which the light emitting element and the light receiving element are housed in independent packages, there is a problem that adjustment of the optical axis is necessary when mounting each package, and there are many adjustment items. Further, there is a problem that a member for holding each optical component is necessary and the number of components increases, leading to an increase in cost. Furthermore, there is a problem that the size of the optical unit is increased.

また、発光素子と受光素子を単一のパッケージに実装した光学部品でも、発光素子と受光素子を並列に並べた構成では、光学部品としてのサイズをそれほど小型化できず、設置できる場所に制約が生じ、用途が限られるという問題があった。   In addition, even with an optical component in which a light-emitting element and a light-receiving element are mounted in a single package, the configuration in which the light-emitting element and the light-receiving element are arranged in parallel cannot reduce the size of the optical component so much, and there are restrictions on the place where it can be installed There arises a problem that the use is limited.

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、組立時の調整が不要な小形の光学ユニットを提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a small optical unit that does not require adjustment during assembly.

上述した課題を解決するため、本発明に係る光学ユニットは、発光手段と受光手段を収納したパッケージと、パッケージの内部を仕切って第1のキャビティと第2のキャビティを形成するとともに、第1のキャビティ側の面に発光手段が実装され、第2のキャビティ側の面に受光手段が実装されるダイパッドと、第1のキャビティを構成するパッケージの一の壁部に設けられ、発光手段から出射した光が通る第1の開口部と、第2のキャビティを構成するパッケージの他の壁部に設けられ、受光手段へ入射する光が通る第2の開口部と、発光手段から出射された光を集光する投光手段と、発光手段と第1の開口部との間のパッケージに一体に形成され、投光手段が取り付けられる投光手段保持部と、投光手段で集光された光の進行方向を変更する光路変更手段と、パッケージに一体に形成され、光路変更手段が取り付けられる光路変更手段保持部と、第2の開口部に取り付けられて、外部からの光を集光する集光手段とを備えたものである。   In order to solve the above-described problems, an optical unit according to the present invention forms a first cavity and a second cavity by partitioning the inside of a package containing a light emitting means and a light receiving means, and a first cavity. The light emitting means is mounted on the cavity side surface, the die pad on which the light receiving means is mounted on the second cavity side surface, and one wall portion of the package constituting the first cavity, and emitted from the light emitting means. The first opening through which light passes, the second opening through which the light incident on the light receiving means passes, and the light emitted from the light emitting means are provided on the other walls of the package constituting the second cavity. A light projecting means for condensing light, a light projecting means holding portion to which the light projecting means is attached, and a light projecting means holding portion formed integrally with the light emitting means and the first opening; and Change direction An optical path changing means, an optical path changing means holding part formed integrally with the package, to which the optical path changing means is attached, and a condensing means attached to the second opening for collecting light from the outside. It is a thing.

本発明に係る光学ユニットによれば、発光手段から出射した光は投光手段および第1の開口部を通り、光路変更手段で光路が変更されて光学ユニットの外部へと出射される。光学ユニットから出射した光が例えば被検出物を照射すると、この被検出物で反射した光は光学ユニットの方向に戻り、集光手段で集光されて受光手段に入射する。   According to the optical unit of the present invention, the light emitted from the light emitting means passes through the light projecting means and the first opening, and the light path is changed by the light path changing means and emitted to the outside of the optical unit. For example, when the light emitted from the optical unit irradiates the object to be detected, the light reflected by the object to be detected returns to the direction of the optical unit, is condensed by the light collecting means, and enters the light receiving means.

本発明に係る光学ユニットでは、パッケージに光路変更手段を取り付けることで、ダイパッドの一方の面に実装された発光手段から出射した光の反射光を、ダイパッドの他方の面に実装された受光手段へ入射できる。   In the optical unit according to the present invention, by attaching the optical path changing means to the package, the reflected light of the light emitted from the light emitting means mounted on one surface of the die pad is transmitted to the light receiving means mounted on the other surface of the die pad. Can be incident.

本発明の光学ユニットは、ダイパッドの一方の面に発光手段を実装し、他方の面に受光手段を実装して、このダイパッドをパッケージに取り付けているので、発光手段および受光手段を実装するために必要なスペースが少なくて済む。また、投光手段および光路変更手段等の光学ユニットを構成する光学部品の保持部等をパッケージに一体に形成しているので、光学部品を保持するための別部材が不要であり、部品点数を大幅に削減できる。よって、光学ユニットの小型化を図ることができるとともに、コストダウンを図ることができる。   In the optical unit of the present invention, the light emitting means is mounted on one surface of the die pad, the light receiving means is mounted on the other surface, and the die pad is attached to the package. Less space is required. In addition, since the holding parts of the optical parts constituting the optical unit such as the light projecting means and the optical path changing means are integrally formed in the package, a separate member for holding the optical parts is unnecessary, and the number of parts is reduced. It can be greatly reduced. Therefore, the optical unit can be reduced in size and the cost can be reduced.

さらに、パッケージに各光学部品を直接取り付けるので、各光学部品の実装精度は高く、光学部品間で光学軸を一致させる等の調整が不要となる。よって、光学ユニットの組立時の無調整化を図ることができる。   Furthermore, since each optical component is directly attached to the package, the mounting accuracy of each optical component is high, and adjustment such as matching the optical axes between the optical components is not necessary. Therefore, no adjustment can be achieved during assembly of the optical unit.

また、パッケージの内部をダイパッドで仕切り、発光手段が実装される第1のキャビティと受光素子が実装される第2のキャビティを形成するので、発光手段から出射した光がパッケージ内で直接受光手段へ入射することがない。よって、単純な構成で性能を向上させることができる。   In addition, the interior of the package is partitioned by a die pad to form a first cavity in which the light emitting means is mounted and a second cavity in which the light receiving element is mounted, so that light emitted from the light emitting means is directly transmitted to the light receiving means in the package. There is no incident. Therefore, the performance can be improved with a simple configuration.

以下、図面を参照して本発明の光学ユニットの実施の形態について説明する。図1〜図4は本実施の形態の光学ユニットの構成例を示し、図1は側断面図、図2は平面図、図3は底面図、図4は正面図である。ここで、図1における切断面は図2に示すA−A線であるが、後述するパッケージのみを断面で示している。また、図2は光学ユニット1を図1における矢印B方向から見た平面図であるが、内部構成を示すため後述するカバーを取り付けていない状態で示している。   Hereinafter, embodiments of the optical unit of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 to 4 show configuration examples of the optical unit according to the present embodiment. FIG. 1 is a side sectional view, FIG. 2 is a plan view, FIG. 3 is a bottom view, and FIG. Here, although the cut surface in FIG. 1 is the AA line shown in FIG. 2, only the package mentioned later is shown in the cross section. FIG. 2 is a plan view of the optical unit 1 as viewed from the direction of arrow B in FIG. 1, but shows a state in which a cover (to be described later) is not attached to show the internal configuration.

本実施の形態の光学ユニット1は、パッケージ2に取り付けられたダイパッド3の一方の面に発光素子4を備え、他方の面に受光素子5を備えるとともに、パッケージ2に各種光学部品を直接取り付ける構成としたものである。   The optical unit 1 according to the present embodiment includes a light emitting element 4 on one surface of a die pad 3 attached to a package 2, a light receiving element 5 on the other surface, and directly attaches various optical components to the package 2. It is what.

パッケージ2はモールド成形により構成され、後述する各保持部等が一体に形成される。パッケージ2の大きさは、一例として長辺方向の長さが6〜7mm程度、短辺方向の長さが3〜4mm程度、高さが2〜3mm程度で実現できる。ダイパッド3および複数本のリード6は図示しないリードフレームから構成され、パッケージ2と一体に成形される。リード6はパッケージ2の一の側壁部の外面から突出している。   The package 2 is configured by molding, and each holding portion and the like described later are integrally formed. As an example, the package 2 can be realized with a length in the long side direction of about 6 to 7 mm, a length in the short side direction of about 3 to 4 mm, and a height of about 2 to 3 mm. The die pad 3 and the plurality of leads 6 are composed of a lead frame (not shown) and are formed integrally with the package 2. The lead 6 protrudes from the outer surface of one side wall portion of the package 2.

ダイパッド3は、図1に示すようにパッケージ2の内部の一部分を高さ方向において仕切るように設けられる。これにより、パッケージ2の内部には、パッケージ2の壁部に囲まれてダイパッド3の一方の面側に第1のキャビティ7が形成され、ダイパッド3の他方の面側に第2のキャビティ8が形成される。この第1のキャビティ7側に発光のための構成が備えられ、第2のキャビティ8側に受光のための構成が備えられる。   As shown in FIG. 1, the die pad 3 is provided so as to partition a part of the inside of the package 2 in the height direction. As a result, the first cavity 7 is formed on one surface side of the die pad 3 surrounded by the wall portion of the package 2 inside the package 2, and the second cavity 8 is formed on the other surface side of the die pad 3. It is formed. A structure for light emission is provided on the first cavity 7 side, and a structure for light reception is provided on the second cavity 8 side.

次に、光学ユニット1における発光側の構成について説明する。発光素子4は発光手段の一例で、例えばレーザダイオードと、レーザの発光量をモニタして発光パワーを一定に保つための受光手段としてのPINフォトダイオードから構成されるレーザオンフォトダイオード(LOP)である。この発光素子4は、第1のキャビティ7に面しているダイパッド3の一方の面に銀ペースト等を用いて実装される。   Next, the configuration on the light emission side in the optical unit 1 will be described. The light emitting element 4 is an example of a light emitting means, for example, a laser diode and a laser on photodiode (LOP) composed of a PIN photodiode as a light receiving means for monitoring the light emission amount of the laser and keeping the light emission power constant. is there. The light emitting element 4 is mounted on one surface of the die pad 3 facing the first cavity 7 using a silver paste or the like.

第1のキャビティ7には、所定のリード6と電気的に導通するランド部6aが設けられ、発光素子4を構成するレーザダイオードやフォトダイオードは、ワイヤ9によりランド部6aと電気的に接続される。ここで、発光素子4の光の照射方向は、ダイパッド3の面に対して略平行である。   The first cavity 7 is provided with a land portion 6 a electrically connected to a predetermined lead 6, and the laser diode and the photodiode constituting the light emitting element 4 are electrically connected to the land portion 6 a by a wire 9. The Here, the light irradiation direction of the light emitting element 4 is substantially parallel to the surface of the die pad 3.

第1のキャビティ7は、第1の開口部としてのアパーチャ10を備える。アパーチャ10は、第1のキャビティ7を構成するパッケージ2の一の壁部である正面側の壁部に設けられ、発光素子4から出射した光を絞る所定の形状を有する開口で、発光素子4から出射される光の光学軸上に位置している。発光素子4から出射した光は、このアパーチャ10を通ることで所望の形状に絞られたビームとなる。このアパーチャ10は、パッケージ2のモールド時に形成される。   The first cavity 7 includes an aperture 10 as a first opening. The aperture 10 is provided in a front wall portion that is one wall portion of the package 2 that constitutes the first cavity 7, and is an opening having a predetermined shape for narrowing the light emitted from the light emitting element 4. It is located on the optical axis of the light emitted from. The light emitted from the light emitting element 4 passes through the aperture 10 and becomes a beam narrowed to a desired shape. The aperture 10 is formed when the package 2 is molded.

第1のキャビティ7は、ダイパッド3とアパーチャ10の間にレンズ保持部11を備える。レンズ保持部11は投光手段保持部の一例で、このレンズ保持部11には、発光素子4から出射された光を集光する投光手段としての投光レンズ12が取り付けられる。   The first cavity 7 includes a lens holding portion 11 between the die pad 3 and the aperture 10. The lens holding unit 11 is an example of a light projecting unit holding unit, and a light projecting lens 12 serving as a light projecting unit that collects light emitted from the light emitting element 4 is attached to the lens holding unit 11.

投光レンズ12は球状のボールレンズで、レンズ保持部11は、例えばこの投光レンズ12の直径より小さな直径の穴部をパッケージ2のモールド時に形成したものである。このレンズ保持部11に投光レンズ12が載せられ、UV硬化樹脂等による接着剤を用いて固定される。   The light projecting lens 12 is a spherical ball lens, and the lens holding portion 11 is formed by forming a hole having a diameter smaller than the diameter of the light projecting lens 12 when the package 2 is molded. The projection lens 12 is placed on the lens holding portion 11 and fixed using an adhesive such as a UV curable resin.

これにより、投光レンズ12の直径と、レンズ保持部11が設けられる位置と、レンズ保持部11の直径の関係から、投光レンズ12をレンズ保持部11に取り付けた時の、投光レンズ12の中心の3次元方向の位置が一義的に決まる。   Thereby, the light projection lens 12 when the light projection lens 12 is attached to the lens holding portion 11 from the relationship between the diameter of the light projection lens 12, the position where the lens holding portion 11 is provided, and the diameter of the lens holding portion 11. The position of the center in the three-dimensional direction is uniquely determined.

そして、発光素子4から出射される光の光学軸と投光レンズ12の中心が一致する位置に投光レンズ12が取り付けられるように、レンズ保持部11の直径や高さ等の形状が設定される。また、発光素子4の発光点と投光レンズ12との距離によって焦点が決定するので、予め定められている所望の焦点距離が得られる位置に投光レンズ12が取り付けられるように、レンズ保持部11の位置が設定される。   Then, the shape such as the diameter and height of the lens holding portion 11 is set so that the light projection lens 12 is attached at a position where the optical axis of the light emitted from the light emitting element 4 coincides with the center of the light projection lens 12. The In addition, since the focal point is determined by the distance between the light emitting point of the light emitting element 4 and the light projecting lens 12, the lens holding unit is attached so that the light projecting lens 12 is attached at a position where a predetermined desired focal distance is obtained. 11 positions are set.

このレンズ保持部11を構成する穴部は、第2のキャビティ8まで貫通していない。これにより、パッケージ2の内部において、発光素子4から出射された光が直接第2のキャビティ8へ漏れることはない。   The hole constituting the lens holding portion 11 does not penetrate to the second cavity 8. Thereby, the light emitted from the light emitting element 4 does not leak directly into the second cavity 8 inside the package 2.

なお、投光レンズ12はボールレンズ以外でもよいが、ボールレンズを用いることで、取り付ける際の向きを考慮することなく、所定の位置に取り付けることができる。また、レンズ保持部11の形状は一例である。   The light projecting lens 12 may be other than a ball lens, but by using a ball lens, the light projecting lens 12 can be attached at a predetermined position without considering the orientation at the time of attachment. Moreover, the shape of the lens holding part 11 is an example.

第1のキャビティ7は、ダイパッド3の一方の面と対向する部位が開口しており、投光レンズ12等の実装後に、この開口にカバー13が取り付けられて封止される。   The first cavity 7 has an opening at a portion facing one surface of the die pad 3, and after mounting the light projecting lens 12 and the like, a cover 13 is attached to the opening and sealed.

パッケージ2はミラー保持部14を備える。ミラー保持部14は光路変更手段保持部の一例で、このミラー保持部14には、発光素子4から出射された光の光路を変更する光路変更手段としての反射ミラー15が取り付けられる。   The package 2 includes a mirror holding unit 14. The mirror holding unit 14 is an example of an optical path changing unit holding unit, and a reflection mirror 15 as an optical path changing unit that changes the optical path of the light emitted from the light emitting element 4 is attached to the mirror holding unit 14.

ミラー保持部14はパッケージ2の正面側の壁部から突出する形状で、パッケージ2のモールド時に一体に形成される。このミラー保持部14に反射ミラー15を固定することで、反射ミラー15は一定の角度を保持して固定される。反射ミラー15は、アパーチャ10に反射面が対向し、このアパーチャ10を通る光が照射される位置に取り付けられる。   The mirror holding portion 14 has a shape protruding from the wall portion on the front side of the package 2 and is integrally formed when the package 2 is molded. By fixing the reflection mirror 15 to the mirror holding portion 14, the reflection mirror 15 is fixed at a constant angle. The reflecting mirror 15 is attached to a position where the reflecting surface faces the aperture 10 and light passing through the aperture 10 is irradiated.

パッケージ2の底面には照射口16を備える。照射口16は反射ミラー15の反射面に対向する開口である。よって、発光素子4から出射した光は投光レンズ12で集光され、アパーチャ10で所定の形状に絞られ、反射ミラー15で反射して照射口16から所定の方向へ照射される。   An irradiation port 16 is provided on the bottom surface of the package 2. The irradiation port 16 is an opening facing the reflection surface of the reflection mirror 15. Therefore, the light emitted from the light emitting element 4 is collected by the light projecting lens 12, narrowed to a predetermined shape by the aperture 10, reflected by the reflection mirror 15, and irradiated from the irradiation port 16 in a predetermined direction.

すなわち、発光素子4の発光点と投光レンズ12の距離によって焦点位置が決定され、アパーチャ10よって光のビーム形状が所望の形状に絞られる。そして、反射ミラー15の角度によって出射方向が決定される。これにより、発光素子4から出射した光は、所望の位置で必要とされるスポットサイズと形状が得られることになる。   That is, the focal position is determined by the distance between the light emitting point of the light emitting element 4 and the light projecting lens 12, and the aperture 10 narrows the light beam shape to a desired shape. The emission direction is determined by the angle of the reflection mirror 15. As a result, the light emitted from the light emitting element 4 has the spot size and shape required at a desired position.

次に、光学ユニット1における受光側の構成について説明する。受光素子5は受光手段の一例で、例えばフォトダイオードである。受光素子5は第2のキャビティ8に面しているダイパッド3の他方の面に、銀ペースト等を用いて実装される。   Next, the configuration on the light receiving side in the optical unit 1 will be described. The light receiving element 5 is an example of a light receiving means, and is, for example, a photodiode. The light receiving element 5 is mounted on the other surface of the die pad 3 facing the second cavity 8 using a silver paste or the like.

第2のキャビティ8には、所定のリード6と電気的に導通する図示しないランド部が設けられ、受光素子5は図示しないワイヤによりランド部と電気的に接続されて、受光素子5に入射した光の量に対応した電圧等の電気信号が所定のリード6から出力される。   The second cavity 8 is provided with a land portion (not shown) that is electrically connected to a predetermined lead 6. The light receiving element 5 is electrically connected to the land portion by a wire (not shown) and enters the light receiving element 5. An electrical signal such as a voltage corresponding to the amount of light is output from the predetermined lead 6.

第2のキャビティ8は、第2の開口部としての窓部17を備える。この窓部17は、第2のキャビティ8を構成するパッケージ2の他の壁部である底面側の壁部に照射口16と並べて設けられ、パッケージ2のモールド時に形成される。   The second cavity 8 includes a window portion 17 as a second opening. The window portion 17 is provided side by side with the irradiation port 16 on the bottom wall portion, which is another wall portion of the package 2 constituting the second cavity 8, and is formed when the package 2 is molded.

窓部17には集光手段としての集光レンズ18が取り付けられる。集光レンズ18は凸レンズで、外部より入射した光を受光素子5へ集光させる。集光レンズ18の一方の面には凸状の位置決め部18aが備えられる。窓部17は位置決め部18aの外形と合致する形状を有し、窓部17に位置決め部18aを嵌めて接着等で固定すると、集光レンズ18の位置が一義的に決まるように設定されている。   A condensing lens 18 as a condensing means is attached to the window portion 17. The condensing lens 18 is a convex lens and condenses light incident from the outside onto the light receiving element 5. A convex positioning portion 18 a is provided on one surface of the condenser lens 18. The window portion 17 has a shape that matches the outer shape of the positioning portion 18a, and is set so that the position of the condenser lens 18 is uniquely determined when the positioning portion 18a is fitted to the window portion 17 and fixed by bonding or the like. .

さて、受光素子5はダイパッド3に対して略直交する方向から光が入射する。これにより、光学ユニット1では発光素子4から出射する光の向きと受光素子5へ入射する光の向きが略直交する関係となっている。このため、反射ミラー15を設けて発光素子4から出射した光の方向を変更して、発光素子4から出射した光の反射光が受光素子5へ入射できるようにしている。   Now, light enters the light receiving element 5 from a direction substantially orthogonal to the die pad 3. Thereby, in the optical unit 1, the direction of the light emitted from the light emitting element 4 and the direction of the light incident on the light receiving element 5 are substantially orthogonal to each other. Therefore, the reflection mirror 15 is provided to change the direction of the light emitted from the light emitting element 4 so that the reflected light of the light emitted from the light emitting element 4 can enter the light receiving element 5.

図示しないが、発光素子4から出射した光の波長のみを選択する選択手段としてバンドパスフィルタ(BPF)を必要に応じて備える。例えば、集光レンズ18と重ねて窓部17にバンドパスフィルタを備える。あるいは、集光レンズ18の表面にバンドパス層を形成してもよい。   Although not shown, a band pass filter (BPF) is provided as necessary as a selection means for selecting only the wavelength of light emitted from the light emitting element 4. For example, a band pass filter is provided in the window portion 17 so as to overlap the condenser lens 18. Alternatively, a band pass layer may be formed on the surface of the condenser lens 18.

また、砒素等を微量に添加することである波長以下の光をカットできるようにしたレンズと組み合わせる構成でもよい。さらに、外光の影響を受けない環境下で使用される場合は、バンドパスフィルタは不要となる場合もある。   Further, it may be configured to be combined with a lens that can cut light having a wavelength shorter than that of adding a trace amount of arsenic or the like. Furthermore, when used in an environment that is not affected by external light, the band-pass filter may not be necessary.

光学ユニット1では、ダイパッド3に発光素子4と受光素子5を実装しているが、ダイパッド3はスペースに余裕がある。このため、図1および図2に二点鎖線で示すように、ダイパッド3に表面実装型の電気部品19を実装して、受発光素子の周辺の電気回路を一体に組み込むことが可能である。   In the optical unit 1, the light emitting element 4 and the light receiving element 5 are mounted on the die pad 3, but the die pad 3 has a sufficient space. For this reason, as shown by a two-dot chain line in FIGS. 1 and 2, it is possible to mount a surface mount type electric component 19 on the die pad 3 and to integrate an electric circuit around the light emitting / receiving element.

また、光学ユニット1を実装するため、パッケージ2に固定溝20を設けることとしてもよい。固定溝20は、例えばパッケージ2の両側壁部の外面に、パッケージ2の長辺方向に延在するV字型の溝を形成したものである。さらに、第1のキャビティ7側のパッケージ2には基準部21が形成され、組立時の基準点として利用される。   Further, in order to mount the optical unit 1, the fixing groove 20 may be provided in the package 2. The fixed groove 20 is formed, for example, by forming a V-shaped groove extending in the long side direction of the package 2 on the outer surface of both side walls of the package 2. Further, a reference portion 21 is formed in the package 2 on the first cavity 7 side, and is used as a reference point during assembly.

次に、本実施の形態の光学ユニット1の動作について説明する。図5は本実施の形態の光学ユニット1の動作例を示し、図5(a)は側面図、図5(b)は正面図である。なお、図5(a)では光学ユニット1を断面で示している。   Next, the operation of the optical unit 1 of the present embodiment will be described. FIG. 5 shows an operation example of the optical unit 1 of the present embodiment, FIG. 5 (a) is a side view, and FIG. 5 (b) is a front view. In FIG. 5A, the optical unit 1 is shown in cross section.

光学ユニット1は、所定の距離にある被検出物22の有無や通過を検出する例えば反射形の光学センサとして使用される。発光素子4から出射した光は投光レンズ12により集光され、アパーチャ10により所定の形状に絞られたビーム光となり、反射ミラー15で反射して照射口16から外部へ照射される。   The optical unit 1 is used as, for example, a reflection-type optical sensor that detects the presence or absence of the detection target 22 at a predetermined distance and the passage of the detection target 22. The light emitted from the light emitting element 4 is collected by the light projecting lens 12, becomes a beam light that is narrowed to a predetermined shape by the aperture 10, is reflected by the reflection mirror 15, and is irradiated from the irradiation port 16 to the outside.

被検出物22が照射口16の前方に位置すると、発光素子4から出射した光は被検出物2で反射する。被検出物22で反射した光の一部は光学ユニット1の方向に戻り、照射口16と並ぶ集光レンズ18に入射する。なお、バンドパスフィルタを備えることで、発光素子4から出射した波長の光のみを透過させ、他の外光が入射することを防ぐことができる。   When the detected object 22 is positioned in front of the irradiation port 16, the light emitted from the light emitting element 4 is reflected by the detected object 2. Part of the light reflected by the detection object 22 returns to the direction of the optical unit 1 and enters the condenser lens 18 aligned with the irradiation port 16. In addition, by providing a band pass filter, it is possible to transmit only light having a wavelength emitted from the light emitting element 4 and prevent other external light from entering.

集光レンズ18に入射した光は集光されて受光素子5へ入射する。このように、受光素子5へ発光素子4からの戻り光が入射することで、電気信号として所定の電圧がリード6から出力される。これにより、被検出物22が有ることを検出できる。   The light incident on the condenser lens 18 is condensed and incident on the light receiving element 5. In this way, when the return light from the light emitting element 4 enters the light receiving element 5, a predetermined voltage is output from the lead 6 as an electrical signal. Thereby, it can be detected that the detected object 22 is present.

次に、本実施の形態の光学ユニット1を装置に取り付ける構成について説明する。図6は本実施の形態の光学ユニット1の取付構成例を示し、図6(a)は取付機構の正面図、図6(b)は取付状態を示す正面図である。   Next, the structure which attaches the optical unit 1 of this Embodiment to an apparatus is demonstrated. FIG. 6 shows an example of the mounting configuration of the optical unit 1 of the present embodiment, FIG. 6 (a) is a front view of the mounting mechanism, and FIG. 6 (b) is a front view showing the mounting state.

取付機構23はマウント部24と保持板25と固定ネジ26を備える。保持板25は光学ユニット1に備えた固定溝20に嵌る爪部25aを有し、固定ネジ26でマウント部24に固定される。   The attachment mechanism 23 includes a mount portion 24, a holding plate 25, and a fixing screw 26. The holding plate 25 has a claw portion 25 a that fits in the fixing groove 20 provided in the optical unit 1, and is fixed to the mount portion 24 with a fixing screw 26.

光学ユニット1を取り付ける際には、固定ネジ26を緩め、対向する爪部25aの間に光学ユニット1を入れて、爪部25aを固定溝20に嵌める。そして、固定ネジ26を締めることで保持板25を変形させて爪部25aで光学ユニット1を左右両側から挟む。これにより、図6(b)に示すように、爪部25aが固定溝25に嵌った状態で保持板25により光学ユニット1はマウント部24に保持される。   When attaching the optical unit 1, the fixing screw 26 is loosened, the optical unit 1 is inserted between the opposing claw portions 25 a, and the claw portions 25 a are fitted into the fixing grooves 20. Then, the holding plate 25 is deformed by tightening the fixing screw 26, and the optical unit 1 is sandwiched from the left and right sides by the claw portions 25a. Thereby, as shown in FIG. 6B, the optical unit 1 is held by the mounting portion 24 by the holding plate 25 in a state where the claw portion 25 a is fitted in the fixing groove 25.

以上説明したように、本実施の形態の光学ユニット1は、ダイパッド3の一方の面に発光素子4を実装し、他方の面に受光素子5を実装するパッケージ2に、投光レンズ12、反射ミラー15および集光レンズ18の保持部、さらにはアパーチャ10を一体に形成したものである。これにより、パッシブアライメントで各部品を実装して、所望の位置精度を得ることができるので、組立コストを低減させることができる。   As described above, in the optical unit 1 of the present embodiment, the light emitting element 4 is mounted on one surface of the die pad 3 and the light projecting lens 12 is reflected on the package 2 on which the light receiving device 5 is mounted on the other surface. The holding part of the mirror 15 and the condensing lens 18, and further the aperture 10 are integrally formed. Thereby, since each component can be mounted by passive alignment and desired position accuracy can be obtained, assembly cost can be reduced.

そして、光学ユニット1は小形であるので設置場所の制約が少なく、被検出物を検出する光学センサとして使用する場合、様々な装置への適用が可能となる。   And since the optical unit 1 is small, there are few restrictions on an installation place, and when using it as an optical sensor which detects a to-be-detected object, application to various apparatuses is attained.

なお、本実施の形態では、発光素子4から出射した光の光路を変更するため反射ミラー15を設ける構成としたが、これは、パッケージ2を成形する際、単純な構成の金型でミラー保持部14を形成できるためである。よって、ミラー保持部を窓部17の側に一体に設けることができれば、受光素子5へ入射する光の光路を変更する構成とすることも考えられる。   In the present embodiment, the reflection mirror 15 is provided to change the optical path of the light emitted from the light emitting element 4. However, when the package 2 is molded, the mirror 2 is held by a simple mold. This is because the portion 14 can be formed. Therefore, if the mirror holding part can be integrally provided on the window part 17 side, it is conceivable to change the optical path of the light incident on the light receiving element 5.

本発明の光学ユニットは小形であることから、物品の有無を検出する光学センサやバーコード等を読み取る光学読取装置に適用できる。また、クロストークの発生が抑えられることから、光通信装置への適用も考えられる。   Since the optical unit of the present invention is small, it can be applied to an optical sensor that detects the presence of an article, an optical reader that reads a barcode, and the like. In addition, since the occurrence of crosstalk is suppressed, application to an optical communication device is also conceivable.

本実施の形態の光学ユニットの構成例を示す側断面図である。It is a sectional side view which shows the structural example of the optical unit of this Embodiment. 本実施の形態の光学ユニットの構成例を示す平面図である。It is a top view which shows the structural example of the optical unit of this Embodiment. 本実施の形態の光学ユニットの構成例を示す底面図である。It is a bottom view which shows the structural example of the optical unit of this Embodiment. 本実施の形態の光学ユニットの構成例を示す正面図である。It is a front view which shows the structural example of the optical unit of this Embodiment. 本実施の形態の光学ユニットの動作例を示し、図5(a)は側面図、図5(b)は正面図である。FIG. 5A is a side view, and FIG. 5B is a front view, illustrating an operation example of the optical unit of the present embodiment. 本実施の形態の光学ユニットの取付構成例を示し、図6(a)は取付機構の正面図、図6(b)は取付状態を示す正面図である。FIG. 6A is a front view of an attachment mechanism, and FIG. 6B is a front view showing an attachment state of the optical unit according to the present embodiment. 従来の発光素子の構成例を示し、図7(a)は外観斜視図、図7(b)は分解斜視図である。FIG. 7A is an external perspective view, and FIG. 7B is an exploded perspective view illustrating a configuration example of a conventional light emitting element. 従来の各光学部品の取付構成例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the attachment structural example of each conventional optical component.

符号の説明Explanation of symbols

1・・・光学ユニット、2・・・パッケージ、3・・・ダイパッド、4・・・発光素子、5・・・受光素子、6・・・リード、7・・・第1のキャビティ、8・・・第2のキャビティ、9・・・ワイヤ、10・・・アパーチャ、11・・・レンズ保持部、12・・・投光レンズ、13・・・カバー、14・・・ミラー保持部、15・・・反射ミラー、16・・・照射口、17・・・窓部、18・・・集光レンズ、18a・・・位置決め部、19・・・電気部品、20・・・固定溝、21・・・基準部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Optical unit, 2 ... Package, 3 ... Die pad, 4 ... Light emitting element, 5 ... Light receiving element, 6 ... Lead, 7 ... 1st cavity, 8 * 2nd cavity, 9 ... wire, 10 ... aperture, 11 ... lens holding part, 12 ... projection lens, 13 ... cover, 14 ... mirror holding part, 15・ ・ ・ Reflection mirror, 16 ... Irradiation port, 17 ... Window part, 18 ... Condensing lens, 18a ... Positioning part, 19 ... Electrical component, 20 ... Fixed groove, 21 ... Reference section

Claims (9)

発光手段と受光手段を収納したパッケージと、
前記パッケージの内部を仕切って第1のキャビティと第2のキャビティを形成するとともに、前記第1のキャビティ側の面に前記発光手段が実装され、前記第2のキャビティ側の面に前記受光手段が実装されるダイパッドと、
前記第1のキャビティを構成する前記パッケージの一の壁部に設けられ、前記発光手段から出射した光が通る第1の開口部と、
前記第2のキャビティを構成する前記パッケージの他の壁部に設けられ、前記受光手段へ入射する光が通る第2の開口部と、
前記発光手段から出射された光を集光する投光手段と、
前記発光手段と前記第1の開口部との間の前記パッケージに一体に形成され、前記投光手段が取り付けられる投光手段保持部と、
前記投光手段で集光された光の進行方向を変更する光路変更手段と、
前記パッケージに一体に形成され、前記光路変更手段が取り付けられる光路変更手段保持部と、
前記第2の開口部に取り付けられて、外部からの光を集光する集光手段と
を備えたことを特徴とする光学ユニット。
A package containing light emitting means and light receiving means;
The inside of the package is partitioned to form a first cavity and a second cavity, and the light emitting means is mounted on the surface on the first cavity side, and the light receiving means is mounted on the surface on the second cavity side. A die pad to be mounted;
A first opening provided on one wall portion of the package constituting the first cavity, through which light emitted from the light emitting means passes;
A second opening provided on another wall of the package constituting the second cavity, through which light incident on the light receiving means passes;
A light projecting means for condensing the light emitted from the light emitting means;
A light projecting means holding portion formed integrally with the package between the light emitting means and the first opening, to which the light projecting means is attached;
An optical path changing means for changing a traveling direction of the light collected by the light projecting means;
An optical path changing means holding part formed integrally with the package and to which the optical path changing means is attached;
An optical unit comprising: a condensing unit that is attached to the second opening and condenses light from the outside.
前記第1の開口部は前記発光手段から出射した光を絞る形状を有することを特徴とする請求項1記載の光学ユニット。   2. The optical unit according to claim 1, wherein the first opening has a shape for narrowing light emitted from the light emitting means. 前記投光手段は球状のボールレンズであることを特徴とする請求項1記載の光学ユニット。   2. The optical unit according to claim 1, wherein the light projecting means is a spherical ball lens. 前記集光手段はレンズで、前記第2の開口部は前記レンズを保持する形状を有することを特徴とする請求項1記載の光学ユニット。   2. The optical unit according to claim 1, wherein the condensing means is a lens, and the second opening has a shape for holding the lens. 前記発光手段から出射される波長の光を通して前記受光手段に入射させる選択手段を備えたことを特徴とする請求項1記載の光学ユニット。   2. The optical unit according to claim 1, further comprising selection means for causing the light receiving means to enter through the light having a wavelength emitted from the light emitting means. 前記光路変更手段は反射ミラーで、前記光路変更手段保持部は前記反射ミラーを一定の角度で固定する形状を有することを特徴とする請求項1記載の光学ユニット。   2. The optical unit according to claim 1, wherein the optical path changing means is a reflecting mirror, and the optical path changing means holding part has a shape for fixing the reflecting mirror at a constant angle. 前記ダイパッドの少なくとも一方の面に電気部品を搭載したことを特徴とする請求項1記載の光学ユニット。   The optical unit according to claim 1, wherein an electrical component is mounted on at least one surface of the die pad. 前記パッケージの側壁部の外面に固定溝を設けたことを特徴とする請求項1記載の光学ユニット。   The optical unit according to claim 1, wherein a fixing groove is provided on an outer surface of the side wall portion of the package. 前記発光手段は発光出力を検出する受光手段を一体に備えたことを特徴とする請求項1記載の光学ユニット。
2. The optical unit according to claim 1, wherein the light emitting means is integrally provided with a light receiving means for detecting a light emission output.
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