JP2021100130A

JP2021100130A - 光センサ

Info

Publication number: JP2021100130A
Application number: JP2021025216A
Authority: JP
Inventors: 優介増成; Yusuke Masunari
Original assignee: Kodenshi Corp
Current assignee: Kodenshi Corp
Priority date: 2016-07-29
Filing date: 2021-02-19
Publication date: 2021-07-01
Anticipated expiration: 2036-07-29
Also published as: JP6846786B2; JP7118466B2; JP2018019013A

Abstract

【課題】パッケージの横方向のサイズを小型化することができるとともに遮光処理が不要となる光センサを提供する。【解決手段】光を受光する受光素子３の受光面３Ａ上に該受光素子３から離れる方向へ光を発光する発光素子４を実装して一体化されたパッケージに構成され、前記受光素子３は、前記発光素子４が発光する光を受光することができない波長範囲になるように設定され、前記発光素子４は、前記受光素子３が入射光を受光した場合に点灯する又は消灯するあるいは点灯状態を変更するように構成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、発光素子と受光素子とを備えている光センサに関する。

上記光センサとしては、例えば基板上に所定間隔を置いて発光素子と受光素子とを配置し、樹脂モールドで一体化されたパッケージからなる光センサが提案されている。この光センサは、発光素子から照射した光が物体に当たって反射した反射光を受光素子で受光して物体の検知を行う反射センサである。この反射センサには、発光素子から側方に発せられる光が受光素子に入射して受光素子の検出感度が低下することを防止するための手段が施されている。その手段は、受光素子の側面に金属薄膜を蒸着して遮光処理を行う手段である（例えば、特許文献１参照）。

特公平４−３３３９５号公報

上記特許文献１の光センサでは、基板上に所定間隔を置いて発光素子と受光素子とを配置するため、パッケージのサイズが横方向に大きくなってしまう不都合がある。また、金属薄膜を蒸着して遮光処理を行うことが手間のかかる作業になるという不都合もある。

本発明が前述の状況に鑑み、解決しようとするところは、パッケージの横方向のサイズを小型化することができるとともに遮光処理が不要となる光センサを提供することにある。

本発明の光センサは、前述の課題解決のために、光を受光する受光素子の受光面上に該受光素子から離れる方向へ光を発光する発光素子を実装して一体化されたパッケージに構成され、前記受光素子は、前記発光素子が発光する光を受光することができない波長範囲になるように設定され、前記発光素子は、前記受光素子が入射光を受光した場合に点灯する又は消灯するあるいは点灯状態を変更するように構成されていることを特徴としている。

上記構成によれば、光を受光する受光素子の受光面上に該受光面とは反対側へ光を発光する発光素子を実装して一体化しているので、基板上に受光素子と発光素子とを横方向に所定間隔を置いて配置する場合に比べて、横方向のサイズを小型化することができる。しかも、受光素子は、発光素子が発光する光を受光することができない波長範囲になるように設定されているため、金属薄膜を蒸着して遮光処理を行うことが不要になるとともに、発光素子から照射される光に対して受光素子の出力を大幅に小さくすることができる。また、受光素子が入射光を受光した場合に、消灯状態の発光素子が点灯する、又は点灯状態の発光素子が消灯する、あるいは点灯状態を変更する（色が変化する又は点灯状態から点滅状態に変化するあるいは点滅状態から点灯状態に変化する）ように構成されているので、発光素子の発光状態を見るだけで、受光素子に光が入射したことを確認することができる。

また、本発明の光センサは、前記受光素子の受光面には、該受光面に入射してくる光を前記発光素子が発光する光の波長範囲とは異なる波長範囲の光を受光すべく、特定の波長範囲の光をカットする光学フィルターを備えていてもよい。

上記のように、受光面に入射してくる光を光学フィルターで発光素子が発光する光の波長範囲とは異なる波長範囲の光を受光すべく、特定の波長範囲の光をカットすることによって、受光素子の受光面に入射してくる光を確実に受光することができる。また、光学フィルターを備える場合には、透過率や偏光方向を含む特性の異なる種々の光学フィルターに取り替えるだけで、波長範囲を容易に変更することができる。

また、本発明の光センサは、前記受光素子を封止するための封止樹脂の中に、前記発光素子から発光される光を受光感度の小さい波長の光に変換し、かつ、前記発光素子からの発光される光の色を調色するための一色又は複数色の蛍光体を含有していてもよい。

上記のように、封止樹脂の中に一色又は複数色の蛍光体を含有しているので、発光素子から発光される光を受光感度の小さい波長の光に変換することができ、かつ、発光素子からの発光される光の色を調色することができる。

また、本発明の光センサは、前記発光素子から照射された光が反射物に反射してきた光を前記受光素子で受光する反射センサとして動作するように構成されていてもよい。

本発明によれば、受光素子の受光面上に発光素子を実装するとともに、発光素子が発光する光の波長範囲とは異なる波長範囲の光を受光する受光素子を備えることによって、パッケージの横方向のサイズを小型化することができるとともに遮光処理が不要となる光センサを提供することができる。

本発明の光センサの第１実施形態を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は反射物を上方に配置した正面図である。本発明の光センサの第２実施形態を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は反射物を上方に配置した正面図である。発光素子と受光素子の波長範囲に対する光の強度を示すグラフであり、（ａ）は発光波長に対する受光感度が極めて小さくなった受光素子を用いた場合を示し、（ｂ）は所定の波長範囲をカットした受光素子を用いた場合を示している。本発明の光センサの第３実施形態を示し、波長を変換する蛍光体を樹脂中に混入させた光センサの正面図である。本発明の光センサの第４実施形態を示し、２つのセンサを対向配置して双方向の光通信を行う構成を示す正面図である。

＜第１実施形態＞
図１（ａ），（ｂ），（ｃ）は、光センサ１を示している。この光センサ１は、基板２と、基板２の上面２Ａに受光素子３を搭載し、受光素子３の上面である受光面３Ａに発光素子４を搭載し、発光素子４及び受光素子３を封止するための透光性材料でなる封止樹脂（例えばシリコーン樹脂又はエポキシ樹脂）５と、を備えて一つのパッケージから構成されている。また、発光素子４と基板２とを接続する２本のボンディングワイヤ６，７と、受光素子３と基板２とを接続する１本のボンディングワイヤ８と、を備えている。

基板２は、平面視長方形状（正方形や円形あるいは多角形などであってもよい）に構成され、ガラスエポキシ樹脂又はリードフレーム構造で形成されている。

発光素子４は、受光素子３の受光面３Ａの中央に、発光面４Ａからの光が受光素子３から離れる側へ発光するように（具体的には、図１（ｂ），（ｃ）に示すように、発光面４Ａが受光素子３の受光面３Ａと同様に上方を向いている状態で）配置され、受光素子３よりも小さな長方形状（正方形や円形あるいは多角形などであってもよい）に構成されている。ここでは、受光素子３の受光面３Ａの中央に発光素子４を配置しているが、受光面３Ａの中央以外に発光素子４を配置してもよい。また、例えば図３（ａ）に、実線で示す発光波長に対する受光感度が極めて小さい点線で示す受光素子３の波長範囲（感度波長範囲）９を示している。具体的には、この発光素子４の波長範囲が３８０ｎｍ〜４４０ｎｍであり、ピーク波長が４００ｎｍの光を発する発光素子４から構成されている。また、図３（ｂ）にも、実線で示す発光波長に対する受光感度が極めて小さい点線で示す受光素子３の波長範囲１１を示している。この発光素子４の波長範囲１２が４００ｎｍ〜５００ｎｍであり、ピーク波長が４５０ｎｍの光を発する発光素子４から構成されていてもよい。本発明の発光素子４の波長範囲は、自由に変更することができる。

受光素子３は、受光面３Ａが露出するように発光素子４よりも大きな長方形状（正方形や円形あるいは多角形などであってもよい）に構成されている。また、受光素子３は、例えば図３（ａ）に示すように、発光波長に対する受光感度が極めて小さい波長範囲を有している。具体的には、波長範囲が４００ｎｍ〜１１００ｎｍであり、ピーク波長が１０００ｎｍである受光素子から構成されている。また、図３（ｂ）にも、３００ｎｍ〜６００ｎｍまでの所定範囲の波長範囲がカットされて、発光波長に対する受光感度が極めて小さくなった受光素子３の波長範囲を示している。具体的には、受光素子３の波長範囲が６００ｎｍ〜１１００ｎｍであり、ピーク波長が７８０ｎｍである受光素子３から構成されていてもよい。本発明の受光素子３の波長範囲は、自由に変更することができる。要するに、受光素子３は、発光素子４が発光する光を受光することができない波長範囲（感度波長範囲）になるように設定されている。尚、図３（ａ），（ｂ）のグラフでは、縦軸に相対強度（感度）を取り、横軸に波長（ｎｍ）を取っている。

前記のように構成された光センサ１は、図１（ｂ）に、インジケータ付光センサとして使用する場合を示している。この光センサ１には、受光素子３が入射する光１３を受光すると、その受光信号に基づいて発光素子４を発光させるための制御部（図示せず）を備えている。従って、受光素子３が入射光１３を受光すると、消灯状態の発光素子４が光（可視光）１４を発光して点灯するインジケータランプとして動作するように構成されている。このとき、受光素子３が受光する光の波長範囲と発光素子４が発光する波長範囲とが、前述したように異なる範囲になっている。このように発光素子４がインジケータランプとして動作するように構成されているので、発光素子４の発光状態（ここでは点灯している発光素子４の光（可視光）１４）を見るだけで、受光素子３に光１３が入射したことを確認することができる。また、受光素子３が入射光を受光した場合に、点灯状態の発光素子４が消灯する、又は点灯状態を変更する（色が変化する又は点灯状態から点滅状態に変化するあるいは点滅状態から点灯状態に変化する）構成であってもよい。

また、図１（ｃ）に、前記光センサ１を反射センサとして使用する場合を示している。つまり、発光素子４から発光された光１４が反射物（対象物）１６に当たって反射してきた光１７（発光素子４から発光された光１５の波長範囲とは異なる波長範囲に変換された光）を受光素子３で受光することによって、反射物１６を検出することができる反射センサとして機能する。

前述のように、受光素子３の受光面３Ａ上に発光素子４を実装して一体化しているので、基板上に受光素子と発光素子とを横方向に所定間隔を置いて配置する場合に比べて、横方向のサイズを小型化することができる。しかも、発光素子４が発光する光の波長範囲とは異なる波長範囲の光を受光するように構成された受光素子３であるため、金属薄膜を蒸着して遮光処理を行うことが不要になるとともに、発光素子４から照射される光に対して受光素子３の出力を大幅に小さくすることができる。また、図１（ｃ）に示すように、光センサ１を反射センサとして使用する場合に、発光素子４から照射された光１５が反射物（対象物）１６に当たって反射してきた光１７を、発光素子４の光軸４Ｌにできるだけ近付けた位置に配置した受光素子３で効率よく受光することができる。

＜第２実施形態＞
第１実施形態では、図１（ｂ）に示す、受光素子３に直接入射してくる光１３及び図１（ｃ）に示す、発光素子４から発光された光１５が反射物１６に当たって反射してきた光１７が、発光素子４から発光された光１５の波長範囲と異なる波長範囲の光であったが、図２（ａ），（ｂ），（ｃ）では、受光素子３の受光面３Ａに、受光面３Ａに入射してくる光を発光素子４が発光する光の波長範囲とは異なる波長範囲の光を受光すべく、特定の波長範囲の光をカットする光学フィルター１８を備えている。図３（ｂ）に光学フィルター１８により３００ｎｍ〜６００ｎｍの範囲の波長がカットされた受光素子３の波長範囲を示している。また、光学フィルターを備える場合には、透過率や偏光方向を含む特性の異なる種々の光学フィルターに取り替えるだけで、波長範囲を容易に変更することができる。

図２（ａ），（ｂ），（ｃ）では、光学フィルター１８を受光素子３の受光面３Ａに備えている構成以外の構成は、図１（ａ），（ｂ），（ｃ）と同様であるため、同一の符号を付すとともに、説明を省略する。尚、図２（ｂ）では、図１（ｂ）と同様に、光センサ１をインジケータ付光センサとして使用する場合を示し、図２（ｃ）では、図１（ｃ）と同様に、光センサ１を反射センサとして使用する場合を示している。

＜第３実施形態＞
第２実施形態では、受光素子３の受光面３Ａに、受光面３Ａに入射してくる光を発光素子４が発光する光の波長範囲とは異なる波長範囲の光に光変換する光学フィルター１８を備えた場合を示したが、図４に示すように、封止樹脂５の中に一色又は複数色の蛍光体１９を含有してもよい。この蛍光体１９により、発光素子４から発光される光１４を受光感度の小さい波長の光に変換することができ、かつ、発光素子４からの発光される光の色を調色することができる。例えば、青色発光素子を用いる場合には、赤色と緑色の蛍光体又は黄色と赤色の蛍光体を用いることによって、封止樹脂５からチップ外へ放射された光が白色光を発光することができる。図４では、発光素子４から発光される光１４が蛍光体１９に当たって波長変換され、その波長変換された光は、受光素子３が受光しない構成である。また、前記受光素子３は、外部から入射してきた光１３のうち、発光素子４が発光する光の波長範囲も受光しない構成である。つまり、図４の受光素子３は、前記蛍光体１９で波長変換された光の波長範囲及び前記発光素子４が発光する光の波長範囲を除く波長範囲の光を受光するように構成されている。

＜第４実施形態＞
第１実施形態〜第３実施形態では、一つの光センサ１を使用した場合を示したが、図５に示すように、２つの光センサ２０，２１を使用して双方向で波長が異なる可視光と赤外光とで光通信ができる光通信装置として用いるようにしてもよい。この場合、一方（図５の下側）の第１光センサ２０の発光素子４が、赤外光２２を発光し、他方（図５の上側）の第２光センサ２１の受光素子３が、第１光センサ２０の赤外光２２を受光することによって、第２光センサ２１の発光素子４が可視光２３を発光し、この第２光センサ２１からの可視光２３を第１光センサ２０の受光素子３が受光する。

尚、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

前記実施形態では、受光素子３に対して１個の発光素子４を設けた光センサ１を示したが、複数個（２個以上の任意の個数）の発光素子を設けて実施してもよい。また、受光素子が複数の波長範囲をそれぞれ受光する構成であってもよい。

１…光センサ、２…基板、２Ａ…上面、３…受光素子、３Ａ…受光面、４…発光素子、４Ａ…発光面、４Ｌ…光軸、５…封止樹脂、６，７，８…ボンディングワイヤ、９…受光素子の波長範囲（感度波長範囲）、１０…発光素子の波長範囲（発光波長範囲）、１１…受光素子の波長範囲（感度波長範囲）、１２…発光素子の波長範囲（発光波長範囲）、１３，１４，１５，１７…光、１６…反射物、１８…光学フィルター、１９…蛍光体、２０…第１光センサ、２１…第２光センサ、２２，２３…光

Claims

光を受光する受光素子の受光面上に該受光素子から離れる方向へ光を発光する発光素子を実装して一体化されたパッケージに構成され、
前記受光素子は、前記発光素子が発光する光を受光することができない波長範囲になるように設定され、
前記発光素子は、前記受光素子が入射光を受光した場合に点灯する又は消灯するあるいは点灯状態を変更するように構成されていることを特徴とする光センサ。