JP2019016615A - Optical sensor and electronic apparatus including the same - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、光センサおよびそれを備えた電子機器に関する。 The present invention relates to an optical sensor and an electronic device including the same.
従来、光センサとしては、発光素子の後端面から出射された光を受光するモニタ用受光素子を備え、モニタ用受光素子の受光量に基づいて、発光素子の前端面から出射される光をモニタするものがある(例えば特開2001−250254号公報(特許文献1)参照)。 Conventionally, as an optical sensor, a light receiving element for monitoring that receives light emitted from the rear end face of the light emitting element is provided, and light emitted from the front end face of the light emitting element is monitored based on the amount of light received by the light receiving element for monitoring. (For example, refer to JP 2001-250254 A (Patent Document 1)).
また、他の光センサとしては、発光素子から出射された光の一部を透過すると共に、上記光の入射方向に交差する方向に上記光の残部を反射する光分離素子と、この光分離素子からの反射光を受光するモニタ用受光素子とを備えたものがある(特開2014-72470号公報(特許文献2)参照)。 As another optical sensor, a light separation element that transmits a part of the light emitted from the light emitting element and reflects the remainder of the light in a direction crossing the incident direction of the light, and the light separation element And a monitor light-receiving element that receives reflected light from the light source (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 2014-72470 (Patent Document 2)).
このようなモニタ用受光素子を用いれば、被検出物からの反射光の光量変動を抑制できるので、有益である。 Use of such a monitor light-receiving element is advantageous because fluctuations in the amount of reflected light from the object to be detected can be suppressed.
しかしながら、上記モニタ用受光素子で微弱光をモニタする場合、特開2011-258645(特許文献3)に開示されているような光減衰器が必要となるため、製造コストが増大してしまうという問題がある。 However, when weak light is monitored by the monitor light receiving element, an optical attenuator as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-258645 (Patent Document 3) is required, which increases the manufacturing cost. There is.
そこで、この発明の課題は、微弱光を受光できる低コストな光センサおよびそれを備えた電子機器を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a low-cost optical sensor that can receive weak light and an electronic apparatus including the same.
上記課題を解決するため、この発明の光センサは、
被検出物に向けて光を出射する発光素子と、
上記発光素子から出射された光の一部を透過すると共に、上記発光素子から出射された光の他の一部を反射する光学部材と、
上記被検出物からの反射光を受光する第1受光部と、第2受光部とを有する受光素子と、
上記光学部材からの反射光を反射して上記受光素子の上記第2受光部へ案内する反射光案内部材と
を備えることを特徴としている。
In order to solve the above problems, an optical sensor of the present invention is
A light emitting element that emits light toward an object to be detected;
An optical member that transmits part of the light emitted from the light emitting element and reflects the other part of the light emitted from the light emitting element;
A light receiving element having a first light receiving unit that receives reflected light from the object to be detected, and a second light receiving unit;
A reflected light guide member that reflects reflected light from the optical member and guides the reflected light to the second light receiving portion of the light receiving element.
一実施形態の光センサでは、
上記反射光案内部材は、上記被検出物から上記第1受光部へ向かう反射光が通る第1導光路と、上記光学部材から上記第2受光部へ向かう反射光が通る第2導光路とを有し、
上記第1導光路と上記第2導光路とは互いに分離されている。
In one embodiment of the optical sensor,
The reflected light guide member includes a first light guide path through which reflected light traveling from the detected object toward the first light receiving section passes, and a second light guide path through which reflected light traveling from the optical member toward the second light receiving section passes. Have
The first light guide path and the second light guide path are separated from each other.
一実施形態の光センサでは、
上記反射光案内部材は、上記発光素子の上面上に搭載し、かつ、上記受光素子が下面に接続された基板を有し、
上記基板には、上記受光素子の上記第1,第2受光部の少なくとも一部に重なるように、上記上面から上記下面まで貫通する第1,第2貫通穴が設けられている。
In one embodiment of the optical sensor,
The reflected light guide member has a substrate mounted on the upper surface of the light emitting element, and the light receiving element is connected to the lower surface,
The substrate is provided with first and second through holes penetrating from the upper surface to the lower surface so as to overlap at least part of the first and second light receiving portions of the light receiving element.
一実施形態の光センサでは、
上記発光素子と上記受光素子の上記第1受光部との間には、上記基板の一部が介在する。
In one embodiment of the optical sensor,
A part of the substrate is interposed between the light emitting element and the first light receiving portion of the light receiving element.
この発明の電子機器は、
この発明または一実施形態のうちのいずれか1つの光センサを備えたことを特徴としている。
The electronic device of the present invention is
The present invention or any one of the embodiments includes an optical sensor.
この発明の光センサは、光学部材からの反射光を反射して受光素子の第2受光部へ案内する反射光案内部材を備えるので、受光素子の第2受光部で微弱光を受光することができると共に、製造コストを低減できる。 Since the optical sensor of the present invention includes the reflected light guide member that reflects the reflected light from the optical member and guides it to the second light receiving portion of the light receiving element, the second light receiving portion of the light receiving element can receive weak light. In addition, the manufacturing cost can be reduced.
また、この発明の電子機器は、上記光センサを備えるので、受光素子の第2受光部で微弱光を受光することができると共に、製造コストを低減できる。 Moreover, since the electronic device of this invention is provided with the said optical sensor, while being able to receive weak light in the 2nd light-receiving part of a light receiving element, it can reduce manufacturing cost.
以下、この発明の光センサおよびそれを備えた電子機器を図示の実施の形態により詳細に説明する。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an optical sensor of the present invention and an electronic apparatus equipped with the same will be described in detail with reference to the illustrated embodiments.
〔第1実施形態〕
図1は、この発明の第1実施形態の光センサ1を説明するための模式断面図である。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view for explaining an optical sensor 1 according to a first embodiment of the present invention.
上記光センサ1は、発光素子11と、出射側窓ガラス12と、入射側窓ガラス13と、受光素子14と、基板15と、蓋16とを備えている。なお、出射側窓ガラス12は光学部材の一例である。また、基板15および蓋16は反射光案内部材の一例である。
The optical sensor 1 includes a
上記発光素子11は、基板15の上面上に搭載され、被検出物50に向けて光を出射する。また、発光素子11の下面の電極は、基板15の上面に設けられた配線パターン(図示せず)に例えばダイボンドペーストで電気的に接続されている。一方、発光素子11の上面の電極は、上記配線パターンにワイヤ21を介して電機的に接続されている。このような発光素子11として、例えば、VCSEL(面発光レーザー)、LED(Light Emitting Diode:発光ダイオード)などが用いられる。
The
上記出射側窓ガラス12は、発光素子11と被検出物50の間の光路上に配置されている。より詳しくは、出射側窓ガラス12は、発光素子11から出射された光の一部を透過すると共に、発光素子11から出射された光の他の一部を反射する。ここで、例えば、発光素子11から出射された光の約90%を透過すると共に、発光素子11から出射された光の約10%を反射するガラスが、出射側窓ガラス12として用いられてもよい。
The exit
上記受光素子14は、発光素子11と所定間隔を空けて隣り合うように、基板15の上面上に搭載されている。この受光素子14は、被検出物50からの反射光を受光する第1受光部14aと、第2受光部14bとを有している。この第1受光部14aの受光面積は、第2受光部14bの受光面積と同じまたは略同じとなっている。ここで、被検出物50からの反射光は、入射側窓ガラス13を介して、受光素子14の第1受光部14aに入射するようになっている。また、発光素子11から出射された光のうち、出射側窓ガラス12を通過せずに反射された光が、さらに複数回反射されて、第2受光部14bに入射する。また、第1受光部14aと第2受光部14bのうちの少なくとも一方は、アバランシェフォトダイオードの構造を有するようにしてもよい。
The
上記基板15および蓋16は、出射側窓ガラス12からの反射光を反射して受光素子14の第2受光部14bへ案内する。この基板15は平板形状に形成されており、基板15の上面に平行な方向において、発光素子11が受光素子14と隣り合っている。一方、蓋16には、基板15の上面に取り付けられ、基板15の上面の大部分を覆っている。この蓋16には、発光素子11上に位置するように出射側窓ガラス12が取り付けられていると共に、受光素子14の第1受光部14a上に位置するように入射側窓ガラス13が取り付けられている。
The
また、上記光センサ1は、被検出物50から受光素子14の第1受光部14aへ向かう反射光が通る第1導光路31と、出射側窓ガラス12から受光素子14の第2受光部14bへ向かう反射光が通る第2導光路32と備えている。この第1導光路31と第2導光路32は互いに光学的に分離されている。ここで、第1導光路31は蓋16の内面で形成されている。一方、第2導光路32は基板15の上面と蓋16の内面とで形成されている。
The optical sensor 1 includes a first
また、上記蓋16は、例えば、樹脂、セラミックなどの絶縁材料で形成されており、発光素子11と受光素子14の第1受光部14aの間に介在する隔壁部16aを有している。より詳しくは、隔壁部16aは、受光素子14の上面の一部であって第1受光部14aと第2受光部14bの間の部分に当接している。
The
上記構成の光センサ1では、発光素子11から出射された光の一部が出射側窓ガラス12を透過するとき、その光の他の一部は、出射側窓ガラス12によって反射された後、基板15の上面と蓋16の内面とでさらに反射される。これにより、上記光の他の一部を微弱光にして受光素子14の第2受光部14bに入射させることができる。したがって、発光素子11から出射された光に対応する微弱光を受光素子14の第2受光部14bで受光することができる。
In the optical sensor 1 having the above configuration, when a part of the light emitted from the
また、上記出射側窓ガラス12からの反射光を反射で減衰させることによって、特開2011-258645に開示されているような光減衰器を用いなくてもよいので、製造コストを低減できる。
Further, by attenuating the reflected light from the exit
また、上記被検出物50が受光素子14の第1受光部14aから遠く離れているとき、受光素子14の第1受光部14aの受光量が小さくなるが、受光素子14の第2受光部14bで微弱光を受光し、この微弱光を基準光としてモニタすれば、遠くの被検出物50であっても高精度に検出することができる。
Further, when the
また、上記受光素子14の第2受光部14bで微弱光を受光できるので、第1受光部14aと第2受光部14bの両方に同等特性のアバランシェフォトダイオードの構造を採用することができる。
Further, since the second
また、上記第1導光路31と第2導光路32が互いに光学的に分離されているので、第1導光路31の反射光が第2導光路32の反射光と干渉するのを防ぐことができる。したがって、受光素子14の第1受光部14aの受光量に基づいて、被検出物50の検出を行ったとき、その検出の精度の信頼性を高めることができる。
Further, since the
また、上記蓋16の隔壁部16aが発光素子11と受光素子14の第1受光部14aとの間に介在するので、発光素子11によって出射される光の一部が被検出物50に経由せずに受光素子14の第1受光部14aに直接入射するのを蓋16の隔壁部16aで確実に防ぐことができる。
Further, since the
また、上記第2導光路32は、基板15の上面と蓋16の内面とで形成された空間である。すなわち、第2導光路32にはフィルタ材料などを配置していない。したがって、光センサ1の製造コストの増大を抑制することができる。
The second
ところで、光通信やTOF(time of flight:飛行時間)計測において、フォトダイオードのアバランシェ効果を利用し、微弱光を高速に検出する手法で、アバランシェフォトダイオードが用いられている。このアバランシェフォトダイオードは、逆バイアス電圧を降伏電圧(ブレークダウン電圧)以下で動作させると受光量に対して追従して出力電流が変動するリニアモードとなり、ブレークダウン電圧以上で動作させるとガイガーモードとなる。このガイガーモードでは、単一フォトンの入射でもアバランシェ現象を起こし、大きな出力電流を得ることができることから、SPAD(シングルフォトンアバランシェダイオード)と呼ばれる。 By the way, in optical communication and TOF (time of flight) measurement, an avalanche photodiode is used as a technique for detecting faint light at high speed using the avalanche effect of a photodiode. This avalanche photodiode is in a linear mode in which the output current fluctuates following the amount of light received when the reverse bias voltage is operated below the breakdown voltage (breakdown voltage). Become. This Geiger mode is called SPAD (single photon avalanche diode) because an avalanche phenomenon occurs even when a single photon is incident and a large output current can be obtained.
図2は、SPAD61をガイガーモードで使用するときの回路図である。
FIG. 2 is a circuit diagram when the
上記SPAD61はクエンチング抵抗62に直列接続されており、トランジスタ63のゲートがSPAD61とクエンチング抵抗62の間に接続されている。これにより、SPAD61に定以上の電流が流れると、SPAD61に印加される電圧が低下し、アバランシェ現象が停止する。
The
上記SPAD61の構造を第1受光部14aと第2受光部14bの両方に採用した場合、受光素子14は高速動作が可能であり、第2受光部14bが反射光を検出した時点から、第1受光部14aが反射光を検出した時点までの時間tを用いて、光センサ1と被検出物50までの距離Lを、L=C(光速)×t÷2で高精度に算出することが可能である。
When the structure of the
図3は上記光センサ1の一変形例のブロック図である。ここで、101は高電圧源回路、102Aは第1受光部の一例としての検出側SPADアレイ部、102Bは第2受光部の一例としての基準側SPADアレイ部、103Aは検出側SPADアレイ部接続部、103Bは基準側SPADアレイ部接続部、104は発振器、105はフェイズロックループ回路、106はディレイロックループ回路、107Aは検出側パルスカウンタ回路、107Bは基準側パルスカウンタ回路、108はレンジカウンタ回路、109はデータレジスタ・I2C(Inter Integrated Circuit)回路、110はエミッタドライバ、111は発光素子、112は入出力回路である。
FIG. 3 is a block diagram of a modification of the optical sensor 1. Here, 101 is a high voltage source circuit, 102A is a detection side SPAD array unit as an example of a first light receiving unit, 102B is a reference side SPAD array unit as an example of a second light receiving unit, and 103A is connected to a detection side SPAD array unit. , 103B is a reference side SPAD array connection unit, 104 is an oscillator, 105 is a phase lock loop circuit, 106 is a delay lock loop circuit, 107A is a detection side pulse counter circuit, 107B is a reference side pulse counter circuit, and 108 is a range
上記エミッタドライバ110でパルス駆動した発光素子111による光信号を、高電圧の逆バイアスを印加した検出側SPADアレイ部102Aおよび基準側SPADアレイ部102Bで受光する。このとき、検出側SPADアレイ部102Aの検出信号と基準側SPADアレイ部102Bの検出信号との時間差を約1万発のパルス分ディレイロックループ106で平均化する。この時間差に依存するパルス信号数をレンジカウンタ回路108で検出し、データレジスタ・I2C回路109にて距離値または距離値に変換可能なカウント値(検知時間)として出力する。したがって、検出側SPADアレイ部102Aの特性と基準側SPADアレイ部102Bの特性とを互いに同等にすることは、有益である。
An optical signal from the
なお、図3において、AVDDはアナログ電圧用端子、AVDDはアナログ電源端子、AGNDはアナロググランド端子、DGNDはデジタルグランド端子、INTはインタラプタ信号出力端子、SCLはシリアルクロック、SDAはシリアルデータ、VCSEL_Aはアノード端子、VCSEL_Kはカソード端子、AVDD_VCSELは発光素子用アナログ電源端子、AVSS_VCSELは発光素子用アナロググランド端子である。 In FIG. 3, AVDD is an analog voltage terminal, AVDD is an analog power supply terminal, AGND is an analog ground terminal, DGND is a digital ground terminal, INT is an interrupter signal output terminal, SCL is a serial clock, SDA is serial data, and VCSEL_A is VCSEL_A. An anode terminal, VCSEL_K is a cathode terminal, AVDD_VCSEL is an analog power supply terminal for light emitting elements, and AVSS_VCSEL is an analog ground terminal for light emitting elements.
上記第1実施形態では、第2導光路32に何も配置していなかったが、例えばフィルタなどを配置してもよい。第2導光路32にフィルタを配置する場合、そのフィルタは、基板15や蓋16に接着できるし、出射側窓ガラス12からの反射光の減衰量も調整できる。
In the first embodiment, nothing is arranged in the second
[第2実施形態]
図4は、この発明の第2実施形態の光センサ201を説明するための模式断面図である。この図4では、上記第1実施形態の構成部と同一の構成部については、上記第1実施形態の構成部の参照番号と同一の参照番号を付している。
[Second Embodiment]
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view for explaining an
上記光センサ201は、スタック構造を得るために、上記第1実施形態の基板15および蓋16とは異なる形状の基板215および蓋216を備えている点が、上記第1実施形態と異なっている。なお、基板215および蓋216は反射光案内部材の一例である。
The
上記基板215は、両端部が被検出物50側とは反対側に屈曲しており、上面から下面まで貫通する第1,第2貫通穴215a,215bを有している。また、基板215の上面には発光素子11が搭載されている。一方、基板215の下面には受光素子14が接続されている。ここで、基板215の第1,第2貫通穴215a,215bは受光素子14の第1,第2受光部14a,14bと重ねられる。より詳しくは、第1,第2受光部14a,14bは全部が第1,第2貫通穴315a315bと重なって露出している。また、基板215の下面への受光素子14の接続は、例えばフリップチップチップボンディングなどで行ってもよい。
The
また、上記基板215は、一部が発光素子11と受光素子14の第1受光部14aとの間に介在するように配置されている。
The
上記蓋216は、上記第1実施形態の蓋16と同様に、例えば、樹脂、セラミックなどの絶縁材料で形成されているが、上記第1実施形態の蓋16に比べて図中左右方向のサイズが小さくなっている。また、上記第1実施形態と同様に、蓋216には出射側窓ガラス12および入射側窓ガラス13が取り付けられている。
The
なお、216aは、発光素子11と受光素子14の第1受光部14aの間に介在する隔壁部である。
上記構成の光センサ201は、上記第1実施形態と同様の効果を奏し、その上、発光素子11、受光素子14および基板215がスタック構造を形成するので、基板215の厚さ方向に垂直な方向のサイズを小さくすることができる。
The
また、上記基板215の下面に受光素子14を接続していても、基板215の第1貫通穴215aが受光素子14の第1受光部14aに重なるので、発光素子114側の被検出物50からの反射光を受光素子14の第1受光部14aに容易に入射させることができる。
Even if the
また、上記基板215の第2貫通穴215bが受光素子14の第2受光部14bに重なるので、発光素子114側の出射側窓ガラス12からの反射光を受光素子14の第2受光部14bに容易に入射させることができる。
Further, since the second through
また、上記発光素子11と受光素子14の第1受光部14aとの間に基板215の一部が介在するので、発光素子11によって出射される光の一部が被検出物50を経由せずに受光素子14の第1受光部14aに直接入射するのを基板215の一部で防ぐことができる。
In addition, since a part of the
ところで、スマートフォンなどに用いられるカメラにおいては、発光素子近傍にTOFセンサを配置することにより、オートフォーカスの高速化が図られているこれは、上記TOFセンサで対象物までの距離を計測することより、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor:相補型金属酸化膜半導体)イメージセンサのピント合わせを短時間で実施することが可能となるからである。 By the way, in a camera used for a smartphone or the like, a high-speed autofocus is achieved by arranging a TOF sensor in the vicinity of the light emitting element. This is because the TOF sensor measures the distance to an object. This is because a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensor can be focused in a short time.
上記スマートフォンのようなモバイル機器には、より小型のセンサが求められるため、光センサ201のスタック構造は有益である。
Since a smaller sensor is required for a mobile device such as the smartphone, the stack structure of the
図5〜図7は、上記光センサ201についてシミュレーションした結果を示す図である。より詳しくは、図5は、図4の高さHに相当する光路変更部入力口高さと、受光素子14の第2受光部14bの受光量に相当する基準側入力光量との関係をシミュレーションした結果を示すグラフである。また、図6は、上記光路変更部入力口高さを100μmに設定したとき、受光素子14の第2受光部14bに入射する光をシミュレーションした結果を示す図である。また、図7は、上記光路変更部入力口高さを200μmに設定したとき、受光素子14の第2受光部14bに入射する光をシミュレーションした結果を示す図である。また、図6,図7の長方形は第2受光部14bの受光面に相当し、この長方形内の点の数で入射光線数が示されている。また、図6,図7の紙面の左右方向は図4の紙面に垂直な方向に対応する。また、図6,図7の紙面の上下方向は図4の紙面の左右方向に対応する。
5-7 is a figure which shows the result of having simulated about the said
上記光路変更部入力口高さを100μmから徐々に高くして行ったとき、図5に示すように、光路変更部入力口高さが約200μmになったところで、出射側窓ガラス12による直接反射光(出射側窓ガラス12に反射された後、基板215の上面や、蓋216の内面に反射されずに、受光素子14の第2受光部14bに向かう光)の影響が生じる。これは、図6,図7に示すように、受光素子14の第2受光部14bの受光量の増加を示す黒の濃い線は、光路変更部入力口高さを100μmに設定したときは出ていないが、光路変更部入力口高さを200μmに設定したときは出ていることから分かる。上記直接反射光が受光素子14の第2受光部14bに直接入射する場合、外乱光も受光素子14の第2受光部14bに直接入射できる状態となるので、受光素子14の第2受光部14bで受光する光を基準光と用いると、被検出物50の検出精度が低下してしまう。したがって、上記光路変更部入力口高さは約150μm程度が最適値と考えられる。
When the optical path changing unit input port height is gradually increased from 100 μm, as shown in FIG. 5, when the optical path changing unit input port height is about 200 μm, direct reflection by the exit
特に、TOFセンサにこの発明を用いる場合、アバランシェフォトダイオードをガイガーモードで用いるとき、図2に示す高電圧HVを最適値に設定する必要がある。この設定には、基準光を受光するための受光部への外乱光の入射を防ぐ必要があるので、上記光路変更部入力口高さの調整は有益である。 In particular, when the present invention is used for the TOF sensor, when the avalanche photodiode is used in the Geiger mode, it is necessary to set the high voltage HV shown in FIG. 2 to an optimum value. In this setting, since it is necessary to prevent disturbance light from entering the light receiving unit for receiving the reference light, the adjustment of the optical path changing unit input port height is beneficial.
[第3実施形態]
図8は、この発明の第3実施形態の光センサ301を説明するための模式断面図である。この図8では、上記第1実施形態の構成部と同一の構成部については、上記第1実施形態の構成部の参照番号と同一の参照番号を付している。
[Third Embodiment]
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view for explaining an
上記光センサ301は、上記第1実施形態の入射側窓ガラス13および蓋16に対応する入射側窓ガラスおよび蓋を備えず、上記第1実施形態の出射側窓ガラス12および基板15とは異なる形状の出射側窓ガラス312および基板315を備えている点が、上記第1実施形態と異なっている。なお、出射側窓ガラス312は光学部材の一例である。また、出射側窓ガラス312は反射光案内部材の一例も兼ねる。また、基板315は反射光案内部材の一例である。
The
上記出射側窓ガラス312は、発光素子11と被検出物50の間の光路上に配置されている。より詳しくは、出射側窓ガラス312は、発光素子11から出射された光の一部を透過すると共に、発光素子11から出射された光の他の一部を反射する。ここで、例えば、発光素子11から出射された光の約90%を透過すると共に、発光素子11から出射された光の約10%を反射するガラスが、出射側窓ガラス12として用いられてもよい。
The exit
上記基板315は、両端部が被検出物50側とは反対側に屈曲しており、上面から下面まで貫通する第1,第2貫通穴315a,315bを有している。また、基板315の上面には発光素子11が搭載されている。一方、基板315の下面には受光素子14が接続されている。ここで、基板315の第1,第2貫通穴315a,315bは受光素子14の第1,第2受光部14a,14bと重ねられる。より詳しくは、第1受光部14aは全部が第1貫通穴315aと重なって露出しているが、第2受光部14bは一部だけが第2貫通穴315bと重なって露出している。また、基板315の下面への受光素子14の接続は、例えばフリップチップチップボンディングなどで行ってもよい。
The
また、上記基板315は、一部が発光素子11と受光素子14の第1受光部14aとの間に介在するように配置されている。
The
また、上記基板315には、発光素子11および第2貫通穴315b上に位置するように出射側窓ガラス312が取り付けられている。
In addition, an emission
上記構成の光センサ301では、発光素子11から出射された光の一部が出射側窓ガラス312を透過するとき、その光の他の一部は、出射側窓ガラス312によって反射された後、少なくとも基板15の上面と出射側窓ガラス312の下面とでさらに反射されて、受光素子14の第2受光部14bに向かう。このとき、出射側窓ガラス312の下面で反射された反射光が、基板315の第2貫通穴315bの内周面でさらに反射されて、受光素子14の第2受光部14bに向かうこともある。したがって、上記第1実施形態と同様の作用効果が得られる。
In the
また、上記発光素子11、受光素子14および基板315がスタック構造を形成し、基板315の第1,第2貫通穴315a,315bの少なくとも一部が受光素子14の第1,第2受光部14a,14bに重なり、発光素子11と受光素子14の第1受光部14aとの間に基板315の一部が介在するので、上記第2実施形態と同様の作用効果も得られる。
The
また、上記第1実施形態の入射側窓ガラス13および蓋16に対応する入射側窓ガラスおよび蓋が無いので、上記第1実施形態よりも材料が少なくなる。したがって、材料のばらつきや、工程のばらつきにより、特性変動が生じるのを防ぐことができる。
Moreover, since there is no incident side window glass and cover corresponding to the incident
また、上記第1貫通穴315aからは第1受光部14aの全部が露出するが、第2貫通穴315bからは第2受光部14bの一部だけが露出しているので、第2受光部14bの受光面積は第1受光部14aの受光面積よりも小さくなっている。したがって、第2受光部14bに外乱光が入射する可能性を下げることができる。
Further, the entire first
上記第3実施形態では、発光素子11上に出射側窓ガラス312を配置していたが、発光素子11上に出射側窓ガラス312を配置しないようにしてもよい。このようにする場合、例えば、図9に示すように、樹脂ポッティングにより形成した樹脂340で発光素子11を覆ってもよい。樹脂340で発光素子11を覆えば、出射側窓ガラス312を安価な樹脂340で代用できるので、製造コストをさらに低減することができる。なお、樹脂340は光学部材の一例である。
In the third embodiment, the emission
この発明の具体的な実施形態について説明したが、この発明は上記第1〜第3実施形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。例えば、上記第1〜第3実施形態に記載した内容を適宜組み合わせたものを、この発明の一実施形態としてもよい。また、この発明は、光の受光量を検出する近接センサ、照度センサ、もしくは光の伝搬時間を測量するTOFセンサに用いてもよい。また、この発明の電子機器としては、例えば、スマートフォン、プロジェクタ、ロボット掃除機などがある。 Although specific embodiments of the present invention have been described, the present invention is not limited to the first to third embodiments, and can be implemented with various modifications within the scope of the present invention. For example, what combined suitably the content described in the said 1st-3rd embodiment is good also as one Embodiment of this invention. Further, the present invention may be used for a proximity sensor that detects the amount of received light, an illuminance sensor, or a TOF sensor that measures the propagation time of light. Examples of the electronic device of the present invention include a smartphone, a projector, and a robot cleaner.
以上纏めると、この発明の光センサ1,201,301は、
被検出物50に向けて光を出射する発光素子11,111と、
上記発光素子11,111から出射された光の一部を透過すると共に、上記発光素子11,111から出射された光の他の一部を反射する光学部材12,312,340と
上記被検出物50からの反射光を受光する第1受光部14a,102Aと、第2受光部14b,102Bとを有する受光素子14と、
上記光学部材12,312,340からの反射光を反射して上記受光素子14の上記第2受光部14b,102Bへ案内する反射光案内部材15,16,215,216,312,315と
を備えることを特徴としている。
In summary, the
Light-emitting
Reflected
上記構成によれば、上記発光素子11,111から出射された光の一部が光学部材12,312,340を透過するとき、上記光の他の一部が光学部材12,312,340によって反射される。この光学部材12,312,340からの反射光は反射光案内部材15,16,215,216,312,315に反射されて受光素子14の第2受光部14b,102Bに入射するので、受光素子14の第2受光部14b,102Bへの入射光を微弱光にすることができる。すなわち、上記受光素子14の第2受光部14b,102Bで微弱光を受光することができる。
According to the above configuration, when a part of the light emitted from the
また、上記光学部材12,312,340からの反射光をさらに反射させることで減衰させるので、特開2011-258645に開示されているような光減衰器を用いなくてもよい。したがって、製造コストを低減することができる。
Further, since the reflected light from the
一実施形態の光センサ1,201,301では、
上記反射光案内部材15,16,215,216,312,315は、上記被検出物50から上記第1受光部14aへ向かう反射光が通る第1導光路31と、上記光学部材12,312,340から上記第2受光部14bへ向かう反射光が通る第2導光路32とを有し、
上記第1導光路31と上記第2導光路32とは互いに分離されている。
In one embodiment of the
The reflected
The
上記実施形態によれば、上記第2導光路32を通る反射光が、第1導光路31を通る反射光と干渉するのを防ぐことができるので、受光素子14の第1受光部14aの受光量に基づいて、被検出物50の検出を行ったとき、その検出の精度の信頼性を高めることができる。
According to the embodiment, since the reflected light passing through the second
一実施形態の光センサ201,301では、
上記反射光案内部材215,216,312,315は、上記発光素子11の上面上に搭載し、かつ、上記受光素子14が下面に接続された基板215,315を有し、
上記基板215,315には、上記受光素子14の上記第1,第2受光部14a14bの少なくとも一部に重なるように、上記上面から上記下面まで貫通する第1,第2貫通穴215a,215b,315a,315bが設けられている。
In one embodiment of the
The reflected
In the
上記実施形態によれば、上記発光素子11、受光素子14および基板215,315でスタック構造が得られるので、基板215,315の厚さ方向に垂直な方向のサイズを小さくすることができる。
According to the above embodiment, a stack structure is obtained by the
また、上記基板215,315の下面に受光素子14を接続してもいても、基板215,315の第1貫通穴215a,215bが受光素子14の第1受光部14aの少なくともに重なるので、発光素子11側の被検出物50からの反射光を受光素子14の第1受光部14aに容易に入射させることができる。
Even if the
また、上記基板215,315の第2貫通穴315a,315bが受光素子14の第2受光部14b,102Bの少なくとも一部に重なるので、発光素子11側の光学部材12,312,340からの反射光を受光素子14の第2受光部14bに容易に入射させることができる。
Further, since the second through
一実施形態の光センサ201,301では、
上記発光素子11と上記受光素子14の上記第1受光部14a,との間には、上記基板215,315の一部が介在する。
In one embodiment of the
Part of the
上記実施形態によれば、上記発光素子11と受光素子14の第1受光部14aとの間に基板215,315の一部を介在させているので、発光素子11によって出射される光の一部が受光素子14の第1受光部14aに直接入射するのを基板215,315の一部で防ぐことができる。
According to the above embodiment, since a part of the
この発明の電子機器は、
この発明または一実施形態のうちのいずれか1つの光センサ1,201,301を備えたことを特徴としている。
The electronic device of the present invention is
The present invention or any one of the embodiments is characterized by including any one of the
上記構成によれば、上記光センサ1,201,301を備えるので、受光素子14の第2受光部14b,102Bで微弱光を受光することができると共に、製造コストを低減できる。
According to the above configuration, since the
1,201,301 光センサ
11 発光素子
12,312 出射側窓ガラス
13 入射側窓ガラス
14 受光素子
14a 第1受光部
14b 第2受光部
15,215,315 基板
16,216 蓋
50 被検出物
102A 検出側SPADアレイ部
102Bは基準側SPADアレイ部
215a,315a 第1貫通穴
215b,315b 第2貫通穴
340 樹脂
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,201,301
Claims (5)
上記発光素子から出射された光の一部を透過すると共に、上記発光素子から出射された光の他の一部を反射する光学部材と、
上記被検出物からの反射光を受光する第1受光部と、第2受光部とを有する受光素子と、
上記光学部材からの反射光を反射して上記受光素子の上記第2受光部へ案内する反射光案内部材と
を備えることを特徴とする光センサ。 A light emitting element that emits light toward an object to be detected;
An optical member that transmits part of the light emitted from the light emitting element and reflects the other part of the light emitted from the light emitting element;
A light receiving element having a first light receiving unit that receives reflected light from the object to be detected, and a second light receiving unit;
An optical sensor comprising: a reflected light guide member that reflects reflected light from the optical member and guides the reflected light to the second light receiving portion of the light receiving element.
上記反射光案内部材は、上記被検出物から上記第1受光部へ向かう反射光が通る第1導光路と、上記光学部材から上記第2受光部へ向かう反射光が通る第2導光路とを形成し、
上記第1導光路と上記第2導光路とは互いに分離されていることを特徴とする光センサ。 The optical sensor according to claim 1,
The reflected light guide member includes a first light guide path through which reflected light traveling from the detected object toward the first light receiving section passes, and a second light guide path through which reflected light traveling from the optical member toward the second light receiving section passes. Forming,
The optical sensor, wherein the first light guide path and the second light guide path are separated from each other.
上記反射光案内部材は、上記発光素子の上面上に搭載し、かつ、上記受光素子が下面に接続された基板を有し、
上記基板には、上記受光素子の上記第1,第2受光部の少なくとも一部に重なるように、上記上面から上記下面まで貫通する第1,第2貫通穴が設けられていることを特徴とする光センサ。 The optical sensor according to claim 1 or 2,
The reflected light guide member has a substrate mounted on the upper surface of the light emitting element, and the light receiving element is connected to the lower surface,
The substrate is provided with first and second through holes penetrating from the upper surface to the lower surface so as to overlap at least a part of the first and second light receiving portions of the light receiving element. Light sensor.
上記発光素子と上記受光素子の上記第1受光部との間は、上記基板の一部が介在することを特徴とする光センサ。 The optical sensor according to claim 3.
A part of the substrate is interposed between the light emitting element and the first light receiving portion of the light receiving element.
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