JP2019046981A - Optical sensor device and method for manufacturing the same - Google Patents

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石川 弘樹
Hiroki Ishikawa
弘樹 石川
崇明 石槫
Takaaki Ishigure
崇明 石槫
健司 香取
Kenji Katori
健司 香取
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Abstract

To provide an optical sensor device which enables the reduction in size and which can adapt to every optical element quickly and inexpensively, and a method for manufacturing such an optical sensor device.SOLUTION: An optical sensor device 1 is arranged by mounting an optical waveguide plate 2 on a base module 3. The base module 3 comprises optical elements of a light-emitting element 4 and a light-receiving element 5, which are arrayed over a substrate 6. A surface of the substrate 6 covering the light-emitting element 4 and the light-receiving element 5 is covered with a protection film 7 formed from a transparent potting material or the like. In the optical waveguide plate 2, a core 8 and a clad 9 are formed. The core 8 makes a light-guide part for guiding light that the optical element 4 sends and receives. The clad 9 forms a light-guide part surrounding part for surrounding the periphery of the core 8 to confine light guided by the core 8 in the core 8.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、光素子を基板に備えて構成される光センサ装置およびその製造方法に関するものである。   The present invention relates to an optical sensor device including an optical element on a substrate and a method of manufacturing the same.

従来、この種の光センサ装置としては、例えば、特許文献1に開示された光学式近接センサがある。この近接センサは、発光ダイオード、フォトダイオード、および周辺光センサが装着されたプリント回路基板を備えている。発光ダイオードによって放射され、物体から反射された光線は、フォトダイオードにより検出されて、物体がセンサに接近していることが検知される。   Conventionally, as an optical sensor device of this type, for example, there is an optical proximity sensor disclosed in Patent Document 1. The proximity sensor comprises a printed circuit board on which a light emitting diode, a photodiode and an ambient light sensor are mounted. Light emitted by the light emitting diode and reflected from the object is detected by the photodiode to detect that the object is approaching the sensor.

発光ダイオード、フォトダイオード、および周辺光センサは金属シールドによってカバーされている。基板に取り付けられた発光ダイオード、フォトダイオード、および周辺光センサの直ぐ上の金属シールド上部には、それぞれ開口が形成されている。また、金属シールド内の発光ダイオードが装着される空間部分と、フォトダイオードおよび周辺光センサが装着される空間部分とは、光バリアによって分離されている。発光ダイオードから出射される光は、この光バリアとその上部の金属シールドにあいた開口とで形成される光路によって、外部空間へ導かれる。また、センサに到来する光は、フォトダイオードおよび周辺光センサの各上部の金属シールドにあいた各開口と、光バリアとで形成される光路に導かれて、フォトダイオードおよび周辺光センサにそれぞれ受光される。これにより、発光ダイオードと、フォトダイオードおよび周辺光センサとの間のクロストークが最小にされる。   The light emitting diode, the photodiode and the ambient light sensor are covered by a metal shield. Openings are respectively formed in the top of the metal shield directly above the light emitting diode, the photodiode and the ambient light sensor attached to the substrate. In addition, a space portion in which the light emitting diode in the metal shield is mounted and a space portion in which the photodiode and the peripheral light sensor are mounted are separated by the light barrier. The light emitted from the light emitting diode is guided to the external space by the optical path formed by the light barrier and the opening in the metal shield on the upper side thereof. Also, the light arriving at the sensor is guided to the light path formed by the light barriers and the openings formed in the metal shields on the top of the photodiode and the ambient light sensor, and is received by the photodiode and the ambient light sensor, respectively. Ru. This minimizes crosstalk between the light emitting diode and the photodiode and the ambient light sensor.

特開2011−180121号公報JP, 2011-180121, A

しかしながら、上記従来の光センサ装置では、発光ダイオードや、フォトダイオード、周辺光センサといった回路基板上に装着される光素子が授受する光を導く光路は、金属シールドにあいた各開口と光バリアとによって形成される。このため、上記従来の光センサ装置では、その小型化を図ることが難しい。また、金属シールドや光バリアの製作には高価な金型が必要とされるので、光センサ装置の製造にコストを要する。また、回路基板上に装着される光素子が異なると、新たな光素子に合う開口および光バリアを備えるように、金属シールドを製作し直す必要がある。このため、上記従来の光センサ装置では、種々の光素子への変更に迅速かつ安価に対応することは難しい。   However, in the above-mentioned conventional light sensor device, the light path for guiding light transmitted and received by the light elements mounted on the circuit board such as light emitting diodes, photodiodes, and peripheral light sensors is by the respective openings opened in the metal shield and the light barrier. It is formed. For this reason, it is difficult to miniaturize the above conventional light sensor device. In addition, since the manufacture of a metal shield or a light barrier requires an expensive mold, the manufacture of the optical sensor device is costly. Also, if the light elements mounted on the circuit board are different, it is necessary to rework the metal shield to provide the openings and light barriers that fit the new light elements. For this reason, in the above-mentioned conventional photosensor device, it is difficult to cope with changes to various light elements quickly and inexpensively.

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、
光素子を基板に備えて構成される光センサ装置において、
光素子が授受する光を導く導光部と、この導光部の周囲を覆って導光部によって導かれる光を導光部に閉じ込める導光部包囲部とから構成される光導波路プレートを基板上に備えることを特徴とする。
The present invention has been made to solve such problems.
In an optical sensor device configured to include an optical element on a substrate,
A light guide plate comprising a light guiding portion for guiding light transmitted and received by the light element, and a light guiding portion surrounding portion for covering the light guiding portion and surrounding the light guiding portion in the light guiding portion. It is characterized by being provided on top.

本構成によれば、光素子の授受する光は、基板上に備えられる光導波路プレートによってその光路が導かれる。光導波路プレートは、容易に薄く形成することができる。このため、光センサ装置の小型化を容易に図ることができる。また、従来のように高価な金型は必要とされないため、光センサ装置の低価格化を図ることができる。また、光導波路プレートにおける導光部および導光部包囲部には設計の自由度がある。このため、光導波路プレートを載せる基板が備える光素子に合わせて、導光部および導光部包囲部の形成位置や大きさ、光屈折率などを容易に変更して調節することができ、あらゆる光素子に迅速かつ安価に対応することができる光センサ装置を提供できる。   According to this configuration, the light transmitted and received by the optical element is guided by the optical waveguide plate provided on the substrate. The optical waveguide plate can be easily made thin. Therefore, the optical sensor device can be easily miniaturized. In addition, since an expensive mold is not required as in the prior art, the cost of the optical sensor device can be reduced. In addition, the light guide portion and the light guide portion surrounding portion in the optical waveguide plate have a degree of freedom in design. For this reason, according to the optical element provided in the substrate on which the optical waveguide plate is mounted, it is possible to easily change and adjust the formation position and size of the light guide and the light guide surrounding portion, the light refractive index, etc. It is possible to provide an optical sensor device capable of responding to an optical element quickly and inexpensively.

また、本発明は、導光部包囲部の基板側に遮光層を備えることを特徴とする。   Further, the present invention is characterized in that a light shielding layer is provided on the substrate side of the light guide portion surrounding portion.

本構成によれば、光素子を備える基板の表面は、基板に載せる光導波路プレートの遮光層により、導光部の下方を除いて覆われる。したがって、ノイズとなる外乱光が光素子を備える基板に入射するのが防止され、かつ、信号となる光は導光部を透過して光素子に確実に授受される。このため、微小な光信号を外乱光の影響を受けずに確実に授受することの可能な光センサ装置が提供される。   According to this configuration, the surface of the substrate provided with the optical element is covered by the light shielding layer of the optical waveguide plate mounted on the substrate except under the light guide. Therefore, disturbance light that is noise is prevented from entering the substrate including the optical element, and light that is a signal is transmitted through the light guide and reliably transmitted to the optical element. Therefore, an optical sensor device capable of reliably transmitting and receiving a minute optical signal without being affected by disturbance light is provided.

また、本発明は、
光素子が、発光素子と受光素子とが並んで配置されて構成され、
導光部が、発光素子から出射される光を導いて外部空間へ放出させる、発光素子上に配置される出射光導光部と、外部空間から入射する光を受光素子へ導く、受光素子上に配置される入射光導光部とから構成されることを特徴とする。
Also, the present invention is
The light element is configured by arranging the light emitting element and the light receiving element side by side,
The light guide unit guides the light emitted from the light emitting element and emits the light to the external space. The output light guiding unit disposed on the light emitting element, and the light incident from the external space to the light receiving element. It is characterized in that it comprises: and an incident light guide part arranged.

本構成によれば、発光素子から出射されて反射した光を受光素子で受光して、検出対象物を検出することが可能な近接検知を行う光センサ装置を、小型化して、しかも、あらゆる光素子を用いて迅速かつ安価に提供することができる。   According to this configuration, the light sensor device for performing proximity detection capable of detecting the detection target by receiving the light emitted and reflected from the light emitting device by the light receiving device is miniaturized, and all light The device can be used to provide it quickly and inexpensively.

また、本発明は、光素子が透明な保護膜で被覆されることを特徴とする。   Furthermore, the present invention is characterized in that the optical element is covered with a transparent protective film.

本構成によれば、光素子が透明な保護膜で被覆されることで、光素子を傷付けることなく、光センサ装置を製造することができる。   According to this configuration, by covering the optical element with the transparent protective film, the optical sensor device can be manufactured without damaging the optical element.

また、本発明は、導光部包囲部が透明な樹脂から形成されるクラッドであり、導光部が導光部包囲部の光屈折率より高い光屈折率を有する透明な樹脂から形成されるコアであることを特徴とする。   Further, in the present invention, the light guide portion surrounding portion is a clad formed of a transparent resin, and the light guide portion is formed of a transparent resin having a light refractive index higher than the light refractive index of the light guide portion surrounding portion. It is characterized by being a core.

本構成によれば、導光部を透過する光は、クラッドとコアとの光屈折率差により、導光部包囲部によって導光部内に閉じ込められる。   According to this configuration, the light transmitted through the light guiding portion is confined in the light guiding portion by the light guiding portion surrounding portion due to the light refractive index difference between the cladding and the core.

また、本発明は、導光部包囲部をクラッド樹脂で未硬化の状態に形成する工程と、導光部をクラッド樹脂よりも光屈折率の高いコア樹脂で未硬化の状態に形成する工程と、クラッド樹脂およびコア樹脂を未硬化の状態にして所定時間待機する工程とを備えて、コアおよびクラッドからなる光導波路を光導波路プレートに形成することを特徴とする。   In the present invention, the step of forming the light guide portion surrounding portion in the uncured state by the clad resin, and the step of forming the light guide portion in the uncured state by the core resin having a higher light refractive index than the clad resin And a step of holding the clad resin and the core resin in an uncured state and waiting for a predetermined time, thereby forming an optical waveguide composed of the core and the clad on the optical waveguide plate.

光センサ装置の本製造方法によれば、導光部包囲部を形成するクラッド樹脂および導光部を形成するコア樹脂を未硬化の状態にして所定時間待機する工程を備えることで、未硬化のコア樹脂およびクラッド樹脂間でドーパントの拡散が起き、コア樹脂内に光屈折率分布が形成される。この光屈折率分布は、待機する所定時間を適宜選択することで所望に設定でき、所望の光屈折率分布をコアに有するグレードインデックス型の光導波路を得ることができる。   According to the present manufacturing method of the optical sensor device, it is uncured by providing the step of waiting for a predetermined time with the clad resin forming the light guide portion surrounding portion and the core resin forming the light guide portion uncured. Diffusion of the dopant occurs between the core resin and the cladding resin, and a light refractive index distribution is formed in the core resin. The light refractive index distribution can be set as desired by appropriately selecting a predetermined time for waiting, and a graded index optical waveguide having a desired light refractive index distribution in the core can be obtained.

また、本発明は、紫外光を透過する透明基板上における導光部包囲部の形成領域に遮光材を含むクラッド樹脂を充填する工程と、透明基板側から紫外光を照射することで遮光材を含むクラッド樹脂を透明基板側から所定厚さに硬化させて遮光層を形成する工程と、遮光層上における未硬化のクラッド樹脂を除去する工程と、遮光層上における導光部包囲部の形成領域にクラッド樹脂を充填する工程とを備えて、光導波路プレートを形成することを特徴とする。   In the present invention, a light shielding material is formed by filling a cladding resin containing a light shielding material in the formation region of the light guide portion surrounding portion on a transparent substrate that transmits ultraviolet light, and irradiating the light shielding material with ultraviolet light from the transparent substrate side. And curing the clad resin to a predetermined thickness from the transparent substrate side to form a light shielding layer, removing the uncured cladding resin on the light shielding layer, and a formation region of the light guide portion surrounding portion on the light shielding layer And a step of filling with a clad resin to form an optical waveguide plate.

光センサ装置の本製造方法によれば、導光部包囲部の形成領域に充填された遮光材を含むクラッド樹脂を、透明基板側から紫外光を照射して硬化させる際、紫外光は、遮光材を含むクラッド樹脂を透過し難いため、遮光材を含むクラッド樹脂の浅い部分しか硬化させることができない。したがって、クラッドの下方に所定厚さに遮光層を容易に形成することができる。   According to the present manufacturing method of the optical sensor device, when the clad resin including the light shielding material filled in the formation region of the light guide portion surrounding portion is irradiated with ultraviolet light from the transparent substrate side to be hardened, the ultraviolet light is shielded Since it is difficult to transmit the clad resin containing the material, only the shallow portion of the clad resin containing the light shielding material can be cured. Therefore, the light shielding layer can be easily formed to a predetermined thickness below the cladding.

本発明によれば、小型化を図って、しかも、あらゆる光素子に迅速かつ安価に対応可能な光センサ装置およびその製造方法を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide an optical sensor device that can be reduced in size and that can respond to any light element quickly and inexpensively, and a method of manufacturing the same.

(a)は、本発明の一実施形態による光センサ装置の断面図、(b)は、(a)に示す光センサ装置を構成する光導波路プレートの断面図、(c)は、(a)に示す光センサ装置を構成する基本モジュールの断面図である。(A) is a cross-sectional view of an optical sensor device according to an embodiment of the present invention, (b) is a cross-sectional view of an optical waveguide plate constituting the optical sensor device shown in (a), (c) is (a) It is sectional drawing of the basic module which comprises the optical sensor apparatus shown to these. 一実施形態による光センサ装置の斜視図である。FIG. 1 is a perspective view of a light sensor device according to one embodiment. (a)〜(c)は、一実施形態による光センサ装置を構成する光導波路プレートの製造に用いられる型の製作方法を示す斜視図である。(A)-(c) is a perspective view which shows the manufacturing method of the type | mold used for manufacture of the optical waveguide plate which comprises the optical sensor apparatus by one Embodiment. (a)〜(h)は、一実施形態による光センサ装置を構成する光導波路プレートの製造方法を示す断面図である。(A)-(h) is sectional drawing which shows the manufacturing method of the optical waveguide plate which comprises the optical sensor apparatus by one Embodiment.

次に、本発明の光センサ装置を実施するための形態について、説明する。   Next, an embodiment for carrying out the light sensor device of the present invention will be described.

図1(a)は、本発明の一実施形態による光センサ装置1の断面図である。光センサ装置1は、同図(b)に示す光導波路プレート2が同図(c)に示す基本モジュール3上に実装されて、構成される。図2は光センサ装置1の斜視図である。   FIG. 1A is a cross-sectional view of a light sensor device 1 according to an embodiment of the present invention. The optical sensor device 1 is configured by mounting the optical waveguide plate 2 shown in FIG. 6B on the basic module 3 shown in FIG. FIG. 2 is a perspective view of the light sensor device 1.

基本モジュール3は、発光素子4と受光素子5の光素子が基板6上に並んで配置されて、構成される。基板6には、図示しないIC(高集積化回路)が形成される場合もある。発光素子4および受光素子5を覆う基板6の表面は、透明なポッティング材などから形成される保護膜7で被覆されている。   The basic module 3 is configured by arranging the light elements of the light emitting element 4 and the light receiving element 5 side by side on the substrate 6. An IC (highly integrated circuit) not shown may be formed on the substrate 6. The surface of the substrate 6 covering the light emitting element 4 and the light receiving element 5 is covered with a protective film 7 formed of a transparent potting material or the like.

光導波路プレート2にはコア8とクラッド9とが形成されている。コア8は、発光素子4と受光素子5の光素子が授受する光を導く導光部を構成する。クラッド9は、コア8の周囲を覆ってコア8によって導かれる光をコア8に閉じ込める導光部包囲部を構成する。クラッド9は透明な樹脂から形成され、コア8は、クラッド9の光屈折率より高い光屈折率を有する透明な樹脂から形成される。   The core 8 and the clad 9 are formed on the optical waveguide plate 2. The core 8 constitutes a light guiding portion for guiding light transmitted and received by the light elements of the light emitting element 4 and the light receiving element 5. The clad 9 covers the periphery of the core 8 and constitutes a light guide portion surrounding the light guided by the core 8 in the core 8. The cladding 9 is formed of a transparent resin, and the core 8 is formed of a transparent resin having a light refractive index higher than that of the cladding 9.

本実施形態では、コア8は、出射コア8aと入射コア8bとから構成される。出射コア8aは、発光素子4から出射される光を導いて外部空間へ放出させる出射光導光部を構成し、光導波路プレート2が基本モジュール3上に実装されることで、発光素子4上に配置される。入射コア8bは、外部空間から入射する光を受光素子5へ導く入射光導光部を構成し、光導波路プレート2が基本モジュール3上に実装されることで、受光素子5上に配置される。また、本実施形態では、光導波路プレート2は、クラッド9の基板6側に遮光層10を所定の厚さに備える。   In the present embodiment, the core 8 is composed of an emission core 8a and an incidence core 8b. The emission core 8 a constitutes an emission light guiding unit for guiding the light emitted from the light emitting element 4 and emitting the light to the external space, and the optical waveguide plate 2 is mounted on the basic module 3, whereby the emission core 8 a is mounted on the light emitting element 4. Be placed. The incident core 8 b constitutes an incident light guiding section for guiding light incident from the external space to the light receiving element 5, and the optical waveguide plate 2 is mounted on the basic module 3 and thus disposed on the light receiving element 5. Further, in the present embodiment, the optical waveguide plate 2 is provided with the light shielding layer 10 at a predetermined thickness on the substrate 6 side of the clad 9.

図3(a)〜(c)は、光センサ装置1を構成する光導波路プレート2の製造に用いられる型の製作方法を示す斜視図である。   FIGS. 3A to 3C are perspective views showing a method of manufacturing a mold used for manufacturing the optical waveguide plate 2 constituting the optical sensor device 1.

最初に同図(a)に示す、コア8の形成領域だけ穴11があいた金型12が製作される。次に、同図(b)に示す、金型12の上部空間の四方を囲む透明樹脂枠13の中に、紫外光を透過する樹脂が流し込まれて、樹脂が硬化させられる。次に、硬化した樹脂が反転されることで、同図(c)に示す、光センサ装置1の製造において使用される型14が得られる。この型14は、コア8の形成領域に凸部15を有する。   First, a mold 12 shown in FIG. 6A, in which the hole 11 is formed only in the formation area of the core 8, is manufactured. Next, a resin that transmits ultraviolet light is poured into the transparent resin frame 13 surrounding four sides of the upper space of the mold 12 shown in FIG. 6B, and the resin is cured. Next, the cured resin is inverted to obtain a mold 14 used in the manufacture of the optical sensor device 1 shown in FIG. The mold 14 has a projection 15 in the formation region of the core 8.

図4(a)〜(h)は、光導波路プレート2の製造方法を示す断面図である。   4A to 4H are cross-sectional views showing a method of manufacturing the optical waveguide plate 2.

同図(a)は上記のように製作した型14を示す。まず、この型14の凸部15を含む上部空間を囲む図示しない樹脂枠の中に、遮光材が入ったクラッド樹脂16が同図(b)に示すように充填される。クラッド樹脂16には紫外光硬化型の透明樹脂が使用される。次に、型14の裏面側から同図(c)に示すように紫外光が照射され、クラッド樹脂16が硬化させられる。遮光材が入ったクラッド樹脂16は光が透過し難いため、浅い所定の厚さ部分だけが硬化させられる。したがって、未硬化のクラッド樹脂16の部分は容易に除去することができ、同図(d)に示す遮光層10がクラッド層形成領域の下方に形成される。   The same figure (a) shows the type | mold 14 produced as mentioned above. First, a clad resin 16 containing a light shielding material is filled in a resin frame (not shown) surrounding the upper space including the convex portion 15 of the mold 14 as shown in FIG. As the cladding resin 16, a UV curable transparent resin is used. Next, ultraviolet light is irradiated from the back surface side of the mold 14 as shown in FIG. 6C, and the cladding resin 16 is cured. Since the cladding resin 16 containing the light shielding material is difficult to transmit light, only the shallow predetermined thickness portion is cured. Therefore, the portion of the uncured cladding resin 16 can be easily removed, and the light shielding layer 10 shown in FIG. 6D is formed below the cladding layer formation region.

次に、遮光材が入ったクラッド樹脂16を除去した部分に、遮光材を含まない透明なクラッド樹脂17が同図(e)に示すように充填される。その後、今度は型14の表面側から紫外光が照射され、クラッド樹脂17が硬化させられる。この硬化は完全には行われず、クラッド樹脂17は半硬化の状態にされる。次に、型14の上部にある凸部15が除去され、同図(f)に示すように、コア8の形成領域に穴18が形成される。次に、形成された穴18にコア樹脂19が同図(g)に示すように充填される。このコア樹脂19にも紫外光硬化型の透明樹脂が使用され、型14の表面側から紫外光が照射されて、コア樹脂19が硬化させられる。この硬化も完全には行われず、コア樹脂19もクラッド樹脂17と同様に半硬化の状態にされる。   Next, a transparent cladding resin 17 which does not contain the light shielding material is filled in a portion from which the cladding resin 16 containing the light shielding material is removed as shown in FIG. Thereafter, ultraviolet light is irradiated from the surface side of the mold 14 to cure the cladding resin 17. This curing is not completely performed, and the cladding resin 17 is in a semi-cured state. Next, the convex portion 15 at the top of the mold 14 is removed, and a hole 18 is formed in the formation area of the core 8 as shown in FIG. Next, the core resin 19 is filled in the formed holes 18 as shown in FIG. A UV curable transparent resin is also used as the core resin 19 and UV light is irradiated from the surface side of the mold 14 to cure the core resin 19. This curing is not completely carried out, and the core resin 19 is also brought into a semi-cured state like the cladding resin 17.

その後、クラッド樹脂17およびコア樹脂19を未硬化状態にして所定時間待機する工程が設けられた後、クラッド樹脂17およびコア樹脂19は完全に硬化させられる。そして、型14が除去されることで、同図(h)に示す、出射コア8aと入射コア8bとから構成されるコア8、およびクラッド9並びに遮光層10を備えた光導波路プレート2が得られる。この光導波路プレート2が基本モジュール3上に実装されることで、図1(a)に示すパッケージ化された構造をした光センサ装置1が完成する。   Thereafter, after the step of waiting for a predetermined time with the clad resin 17 and the core resin 19 in an uncured state is provided, the clad resin 17 and the core resin 19 are completely cured. Then, the mold 14 is removed to obtain the optical waveguide plate 2 provided with the core 8 composed of the emitting core 8a and the incident core 8b, the clad 9 and the light shielding layer 10 as shown in FIG. Be By mounting the optical waveguide plate 2 on the basic module 3, the optical sensor device 1 having a packaged structure shown in FIG. 1A is completed.

このような本実施形態による光センサ装置1によれば、導光部を透過する光は、クラッド9とコア8との光屈折率差により、導光部包囲部によって導光部内に閉じ込められ、発光素子4や受光素子5といった光素子の授受する光は、基板6上に備えられる光導波路プレート2によって低損失に効率的にその光路が導かれる。このような光導波路プレート2は、容易に薄く形成することができる。このため、光センサ装置1の小型化を容易に図ることができる。また、従来のように高価な金型は必要とされないため、光センサ装置1の低価格化を図ることができる。また、光導波路プレート2におけるコア8によって構成される導光部およびクラッド9によって構成される導光部包囲部には、設計の自由度がある。このため、光導波路プレート2を載せる基板6が備える光素子に合わせて、コア8およびクラッド9の形成位置や大きさ、光屈折率などを容易に変更して調節することができ、あらゆる光素子に迅速かつ安価に対応することができる光センサ装置1を提供できる。   According to the optical sensor device 1 according to the present embodiment, the light transmitted through the light guide is confined in the light guide by the light guide surrounding portion due to the difference in light refractive index between the cladding 9 and the core 8. The light transmitted and received by the optical elements such as the light emitting element 4 and the light receiving element 5 is efficiently guided at low loss by the optical waveguide plate 2 provided on the substrate 6. Such an optical waveguide plate 2 can be easily formed thin. For this reason, size reduction of the optical sensor apparatus 1 can be achieved easily. In addition, since an expensive mold is not required as in the prior art, the price of the optical sensor device 1 can be reduced. Further, the light guide surrounding portion formed by the light guiding portion and the clad 9 formed by the core 8 in the optical waveguide plate 2 has a degree of freedom in design. For this reason, according to the optical element provided on the substrate 6 on which the optical waveguide plate 2 is mounted, the formation position and size of the core 8 and the clad 9, the light refractive index and the like can be easily changed and adjusted. Can be provided quickly and inexpensively.

また、本実施形態による光センサ装置1によれば、発光素子4および受光素子5を備える基板6の表面は、基板6に載せる光導波路プレート2の遮光層10により、コア8の下方を除いて覆われる。したがって、ノイズとなる外乱光が発光素子4および受光素子5を備える基板6に入射するのが防止され、かつ、信号となる光はコア8を透過して発光素子4および受光素子5に確実に授受される。外乱光の入射防止機能は、遮光層10が発光素子4および受光素子5に近い位置に形成されるため、その効果は特に高い。このため、微小な光信号を外乱光の影響を受けずに確実に授受することの可能な、脈拍センサ等に適用するのが好適な光センサ装置1が提供される。   Further, according to the light sensor device 1 according to the present embodiment, the surface of the substrate 6 provided with the light emitting element 4 and the light receiving element 5 is excluded from below the core 8 by the light shielding layer 10 of the optical waveguide plate 2 mounted on the substrate 6 Covered. Therefore, disturbance light that is noise is prevented from entering the substrate 6 including the light emitting element 4 and the light receiving element 5, and light that is a signal passes through the core 8 and is reliably transmitted to the light emitting element 4 and the light receiving element 5. Be exchanged. Since the light blocking layer 10 is formed at a position close to the light emitting element 4 and the light receiving element 5, its effect is particularly high. For this reason, the optical sensor device 1 suitable for applying to a pulse sensor etc. which can transmit and receive a minute optical signal reliably without receiving to the influence of disturbance light is provided.

また、本実施形態による光センサ装置1では、発光素子4と受光素子5が基板6上に並んで配置されて構成される。また、発光素子4および受光素子5の直上に出射コア8aおよび入射コア8bが形成されるので、効率的に信号光を出射コア8aおよび入射コア8bに閉じ込めることができる。したがって、本実施形態による光センサ装置1によれば、発光素子4から出射されて反射した光を受光素子6で受光して、検出対象物を検出することが可能な近接検知を行う光センサ装置1を、小型化して、しかも、あらゆる光素子を用いて迅速かつ安価に提供することができる。   Further, in the light sensor device 1 according to the present embodiment, the light emitting element 4 and the light receiving element 5 are arranged side by side on the substrate 6. Further, since the emitting core 8a and the incident core 8b are formed immediately above the light emitting element 4 and the light receiving element 5, the signal light can be efficiently confined in the emitting core 8a and the incident core 8b. Therefore, according to the light sensor device 1 according to the present embodiment, the light sensor device 6 receives the light emitted and reflected from the light emitting element 4 by the light receiving element 6, and performs the proximity detection capable of detecting the detection target. 1 can be miniaturized and provided quickly and inexpensively using any light element.

また、本実施形態による光センサ装置1によれば、発光素子4と受光素子5が透明な保護膜7で被覆されることで、発光素子4と受光素子5を傷付けることなく、光導波路プレート2を基本モジュール3上に実装して光センサ装置1を製造することができる。   In addition, according to the light sensor device 1 according to the present embodiment, the light emitting element 4 and the light receiving element 5 are covered with the transparent protective film 7, whereby the light waveguide plate 2 is not damaged. Can be mounted on the basic module 3 to manufacture the optical sensor device 1.

また、本実施形態による光センサ装置1では、図4(b)に示すように、紫外光を透過する型14で構成される透明基板上におけるクラッド9の形成領域に、遮光材を含むクラッド樹脂16を充填する工程と、図4(c)に示すように透明基板側から紫外光を照射することで、遮光材を含むクラッド樹脂16を透明基板側から所定厚さに硬化させて、図4(d)に示す遮光層10を形成する工程と、図4(d)に示すように、遮光層10上における未硬化のクラッド樹脂16を除去する工程と、図4(e)に示す、遮光層10上におけるクラッド9の形成領域にクラッド樹脂17を充填する工程とを備えて、光導波路プレート2が形成される。   Moreover, in the optical sensor device 1 according to the present embodiment, as shown in FIG. 4B, a cladding resin including a light shielding material in the formation region of the cladding 9 on the transparent substrate configured by the mold 14 that transmits ultraviolet light. By irradiating ultraviolet light from the transparent substrate side as shown in FIG. 4C and the step of filling 16, the clad resin 16 including the light shielding material is cured to a predetermined thickness from the transparent substrate side, as shown in FIG. Step of forming the light shielding layer 10 shown in (d), step of removing the uncured cladding resin 16 on the light shielding layer 10 as shown in FIG. 4D, and light shielding shown in FIG. And filling the cladding resin 17 in the formation region of the cladding 9 on the layer 10 to form the optical waveguide plate 2.

このような本実施形態による光センサ装置1の製造方法によれば、クラッド9の形成領域に充填された遮光材を含むクラッド樹脂16を、透明基板側から紫外光を照射して硬化させる際、紫外光は、上述のように、遮光材を含むクラッド樹脂16を透過し難いため、遮光材を含むクラッド樹脂16の浅い部分しか硬化させることができない。したがって、光センサ装置1の本製造方法によれば、クラッド9の下方に所定厚さに遮光層10を容易に形成することができる。   According to the method of manufacturing the light sensor device 1 according to the present embodiment, when curing the clad resin 16 including the light shielding material filled in the formation region of the clad 9 from the transparent substrate side by irradiating the ultraviolet light, As described above, ultraviolet light is difficult to transmit through the cladding resin 16 containing the light shielding material, and therefore only the shallow portion of the cladding resin 16 containing the light shielding material can be cured. Therefore, according to the present manufacturing method of the light sensor device 1, the light shielding layer 10 can be easily formed to a predetermined thickness below the cladding 9.

また、本実施形態による光センサ装置1では、図4(e)に示す、クラッド9をクラッド樹脂17で未硬化の状態に形成する工程と、図4(g)に示す、コア8をクラッド樹脂17よりも光屈折率の高いコア樹脂19で未硬化の状態に形成する工程と、クラッド樹脂17およびコア樹脂19を未硬化の状態にして所定時間待機する工程とを備えて、コア8およびクラッド9からなる光導波路が光導波路プレート2に形成される。   Further, in the optical sensor device 1 according to the present embodiment, the step of forming the clad 9 in the uncured state by the clad resin 17 shown in FIG. 4 (e) and the core 8 shown in FIG. Forming a core resin 19 having a light refractive index higher than 17 in an uncured state, and waiting the clad resin 17 and the core resin 19 in an uncured state for a predetermined time, An optical waveguide 9 is formed in the optical waveguide plate 2.

このような本実施形態による光センサ装置1の製造方法によれば、クラッド樹脂17およびコア樹脂19を未硬化の状態にして所定時間待機する工程を備えることで、未硬化のコア樹脂19およびクラッド樹脂17間の界面でドーパントの拡散が起き、コア樹脂17内に光屈折率分布が形成される。この光屈折率分布は、待機する所定時間を適宜選択することで所望に設定でき、所望の光屈折率分布を図4(h)に示すようにコア8に有するグレードインデックス型の光導波路を得ることができる。   According to the manufacturing method of the optical sensor device 1 according to the present embodiment, the uncured core resin 19 and the clad are provided by providing the step of waiting for a predetermined time with the clad resin 17 and the core resin 19 in the uncured state. The diffusion of the dopant occurs at the interface between the resins 17 and a light refractive index distribution is formed in the core resin 17. The light refractive index distribution can be set as desired by appropriately selecting a predetermined time for waiting, and a graded index optical waveguide having a desired light refractive index distribution in the core 8 as shown in FIG. 4 (h) is obtained. be able to.

このようなグレードインデックス型の光導波路を光導波路プレート2が備える場合、発光素子4を垂直共振器型面発光レーザー(VCSEL:Vertical Cavity Surface Emitting Laser)などで構成することで、発光素子4から出射されるレーザ光線の方向をコア8の光屈折率分布で制御することができる。例えば、コア8の内部でレーザ光線の方向を曲げることができる。   When such a graded index optical waveguide is provided in the optical waveguide plate 2, the light emitting element 4 is constituted by a vertical cavity surface emitting laser (VCSEL) or the like to emit light from the light emitting element 4. The direction of the emitted laser beam can be controlled by the light refractive index distribution of the core 8. For example, the direction of the laser beam can be bent inside the core 8.

また、出射コア8aの光屈折率とクラッド9の光屈折率とで定まる開口数NAを適宜選択することで、出射コア8aから放出される光の放出角度を適宜選択することが可能となる。また、入射コア8bの光屈折率とクラッド9の光屈折率とで定まる開口数NAを適宜選択することで、入射コア8bに受光される光の受光角を制御することができる。   In addition, by appropriately selecting the numerical aperture NA determined by the light refractive index of the emission core 8a and the light refractive index of the cladding 9, it is possible to appropriately select the emission angle of the light emitted from the emission core 8a. Further, by appropriately selecting the numerical aperture NA determined by the light refractive index of the incident core 8b and the light refractive index of the cladding 9, it is possible to control the light receiving angle of the light received by the incident core 8b.

なお、上記の実施形態では、クラッド樹脂17を形成した後にコア樹脂19を形成する場合について説明したが、これとは逆に、コア樹脂19を形成した後にクラッド樹脂17を形成するように構成してもよい。この場合においても、上記の実施形態と同様な作用効果が奏される。   In the above embodiment, the core resin 19 is formed after the cladding resin 17 is formed, but, conversely, the cladding resin 17 is formed after the core resin 19 is formed. May be Also in this case, the same effects as those of the above embodiment can be obtained.

上記の実施形態による光センサ装置1は、スマートホンの近接検知用センサや、人間の脈拍を計測する脈拍センサなどに利用することができる。また、発光素子4を光らせないことで、受光素子5を照度検知の用途に用いることもできる。   The optical sensor device 1 according to the above-described embodiment can be used as a proximity detection sensor of a smartphone, a pulse sensor for measuring a human pulse, or the like. Moreover, the light receiving element 5 can also be used for the use of illumination intensity detection by not making the light emitting element 4 light.

1…光センサ装置
2…光導波路プレート
3…基本モジュール
4…発光素子(光素子)
5…受光素子(光素子)
6…基板
7…保護膜
8…コア(導光部)
8a…出射コア(出射光導光部)
8b…入射コア(入射光導光部)
9…クラッド(導光部包囲部)
10…遮光層
11,18…穴
12…金型
13…樹脂枠
14…型(透明基板)
15…凸部
16…遮光材入りクラッド樹脂
17…透明なクラッド樹脂
19…コア樹脂
1 ... optical sensor device 2 ... optical waveguide plate 3 ... basic module 4 ... light emitting element (optical element)
5 ... light receiving element (optical element)
6 ... substrate 7 ... protective film 8 ... core (light guide portion)
8a ... outgoing core (outgoing light guide part)
8b: Incident core (incident light guiding part)
9 ・ ・ ・ Clad (light guide portion surrounding portion)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Light-shielding layer 11, 18 ... Hole 12 ... Mold 13 ... Resin frame 14 ... Type (transparent substrate)
15: Convex part 16: Clad resin with light shielding material 17: Transparent clad resin 19: Core resin

Claims (7)

光素子を基板に備えて構成される光センサ装置において、
前記光素子が授受する光を導く導光部と、この導光部の周囲を覆って前記導光部によって導かれる光を前記導光部に閉じ込める導光部包囲部とから構成される光導波路プレートを前記基板上に備えることを特徴とする光センサ装置。
In an optical sensor device configured to include an optical element on a substrate,
An optical waveguide comprising a light guiding portion for guiding light transmitted and received by the optical element, and a light guiding portion surrounding portion which covers the periphery of the light guiding portion and confines the light guided by the light guiding portion in the light guiding portion. An optical sensor device comprising a plate on the substrate.
前記導光部包囲部の前記基板側に遮光層を備えることを特徴とする請求項1に記載の光センサ装置。   The light sensor device according to claim 1, further comprising a light shielding layer on the substrate side of the light guide portion surrounding portion. 前記光素子は、発光素子と受光素子とが並んで配置されて構成され、
前記導光部は、前記発光素子から出射される光を導いて外部空間へ放出させる、前記発光素子上に配置される出射光導光部と、外部空間から入射する光を前記受光素子へ導く、前記受光素子上に配置される入射光導光部とから構成される
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の光センサ装置。
The light element is configured by arranging a light emitting element and a light receiving element side by side,
The light guiding unit guides the light emitted from the light emitting element and emits the light to the external space, and the light emitting light guiding unit disposed on the light emitting element and guides the light incident from the external space to the light receiving element. The incident light guide part arrange | positioned on the said light receiving element is comprised. The optical sensor apparatus of Claim 1 or Claim 2 characterized by the above-mentioned.
前記光素子は透明な保護膜で被覆されることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の光センサ装置。   The optical sensor device according to any one of claims 1 to 3, wherein the optical element is covered with a transparent protective film. 前記導光部包囲部は透明な樹脂から形成されるクラッドであり、前記導光部は前記導光部包囲部の光屈折率より高い光屈折率を有する透明な樹脂から形成されるコアであることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の光センサ装置。   The light guide portion surrounding portion is a clad formed of a transparent resin, and the light guide portion is a core formed of a transparent resin having a light refractive index higher than the light refractive index of the light guide portion surrounding portion. The optical sensor device according to any one of claims 1 to 4, characterized in that: 前記導光部包囲部をクラッド樹脂で未硬化の状態に形成する工程と、前記導光部を前記クラッド樹脂よりも光屈折率の高いコア樹脂で未硬化の状態に形成する工程と、前記クラッド樹脂および前記コア樹脂を未硬化の状態にして所定時間待機する工程とを備えて、コアおよびクラッドからなる光導波路を前記光導波路プレートに形成する請求項1に記載の光センサ装置の製造方法。   The step of forming the light guide portion surrounding portion in an uncured state by a clad resin, the step of forming the light guide portion in an uncured state by a core resin having a higher light refractive index than the clad resin, and the clad The method of manufacturing an optical sensor device according to claim 1, further comprising: a step of waiting for a predetermined time with the resin and the core resin left uncured, to form an optical waveguide composed of a core and a clad on the optical waveguide plate. 紫外光を透過する透明基板上における前記導光部包囲部の形成領域に遮光材を含むクラッド樹脂を充填する工程と、前記透明基板側から紫外光を照射することで遮光材を含む前記クラッド樹脂を前記透明基板側から所定厚さに硬化させて前記遮光層を形成する工程と、前記遮光層上における未硬化の前記クラッド樹脂を除去する工程と、前記遮光層上における前記導光部包囲部の形成領域にクラッド樹脂を充填する工程とを備えて、前記光導波路プレートを形成する請求項2に記載の光センサ装置の製造方法。   A step of filling a cladding resin containing a light shielding material in a formation region of the light guide portion surrounding portion on a transparent substrate which transmits ultraviolet light, and irradiating the ultraviolet light from the transparent substrate side; Are cured to a predetermined thickness from the transparent substrate side to form the light shielding layer, a step of removing the uncured cladding resin on the light shielding layer, and the light guide portion surrounding portion on the light shielding layer 3. The method of manufacturing an optical sensor device according to claim 2, further comprising the step of: filling a cladding resin in a formation region of the optical waveguide plate to form the optical waveguide plate.
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