JP3425310B2 - 発光／受光装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、発光素子と受光素
子とを備え、データ通信のために好適して使用される発
光／受光装置に関し、さらにその発光／受光装置を備え
る双方向全二重通信装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】異なるコンピュータ間ならびにパーソナ
ルコンピュータおよび周辺機器との間で、赤外線による
データ通信が広く利用されだしている。従来の赤外線に
よるデータ通信は、ＩｒＤＡ(Infrared Data Associati
on）によって、従来では半二重方式が規格化されてい
る。ＩｒＤＡは、赤外線（Ｉｒ）を利用したコードレス
通信であって、情報機器、通信機器等を相互接続する標
準規格を策定し普及させることを目的とした標準化団体
の名称であって、１９９３年に設立された。

【０００３】半二重伝送方式では、２つの各通信ユニッ
トが送受信を行うにあたり、各通信ユニットは、受信中
であれば送信は行わず、送信中であれば受信を受付けな
いように構成され、すなわち２つの各通信ユニットが同
時に伝送しあっているのではなく、一方の通信ユニット
が送信し終わってから始めて、他方の通信ユニットが送
信し、このようにして送信と受信とが交互に行われる。
したがって半二重方式では、一方の通信ユニットが送信
中に、他方の通信ユニットは送信を行うことができず、
受信だけを行っている。したがって時間のロスが生じ、
通信の高速化が望まれている。

【０００４】パーソナルコンピュータなどの機器の高速
化、高機能化に伴い、伝送量の増大、伝送時間の短縮が
重要になってきている。したがって相互に通信を行う通
信ユニットの機器が同時に送受信を行う全二重で伝送す
ることが可能であることが望まれ、全二重方式での伝送
が必要になっている。この全二重方式での伝送によっ
て、より高速に、より効率的に、伝送が行われる。

【０００５】ＩｒＤＡにおいて、パーソナルコンピュー
タ間、パーソナルコンピュータと携帯端末機器との間、
ならびにパーソナルコンピュータと周辺機器との間の赤
外線によるワイヤレスデータ通信の規格化が成されてか
ら、急速にワイヤレスデータ通信が普及している。Ｉｒ
ＤＡでは、標準規格ＩｒＤＡ１．０およびＩｒＤＡ１．
１が採択した。また従来からＡＶ（Analogue Visual）
用リモートコントロール（略称リモコン）方式およびＡ
ＳＫ（Amplitude shift keying）方式の各伝送方式が知
られている。これらの特徴をまとめると表１のとおりと
なる。

【０００６】

【表１】

【０００７】表１において、ＰＤＡとは、携帯端末器
（Personal Degital Assistant）を表し、ノートＰＣと
は、ノート形パーソナルコンピュータを表す。

【０００８】表１に示されるように、従来から各種の伝
送技術は存在するけれども、パーソナルコンピュータな
どのデータ通信の用途では、双方向全二重通信が必要に
なってきている。全二重方式の通信装置において、発光
／受光装置であるフロントエンド部で特に問題となって
くるのは、自分自身の送信信号である赤外光が、自分自
身の受信側に混入し、この混入する光であるクロストー
ク光が生じることであり、これによって誤動作を生じる
可能性がある。このクロストーク光の問題を、図１３お
よび図１４を参照してさらに説明する。

【０００９】図１３は、先行技術の一部の縦断面図であ
る。リードフレームなどの導体１には、発光ダイオード
（略称ＬＥＤ）２のチップが接続され、また受光のため
のホトダイオード（略称ＰＤ）３のチップが接続され
る。この導体１にはさらに、発光ダイオード２の駆動用
集積回路およびホトダイオード３の信号処理用集積回路
が接続される。これらの各構成要素１〜３は、同時に一
体的に透光性合成樹脂の被覆層４によって成形される。
こうしてフロントエンド部５が構成される。このフロン
トエンド部５は、全二重方式伝送を行う一方の通信ユニ
ットに備えられる。発光ダイオード２からの光は参照符
６，７に示されるようにして発射され、他方の通信ユニ
ットのフロントエンド部でホトダイオードによって受光
される。その前記他方の通信ユニットにおけるフロンド
エンド部の発光ダイオードからの光は、参照符８，９で
示されるようにしてホトダイオード３に入射されて受光
される。

【００１０】被覆層４は、発光ダイオード２の前方に形
成される発光用レンズ１０と、ホトダイオード３の前方
に配置される受光用レンズ１１と、これらのレンズ１
０，１１間にわたって連なる連結部１２とから成る。

【００１１】図１３の先行技術では、発光ダイオード２
とホトダイオード３とを、単一の共通の導体１に接続
し、したがって発光ダイオード２とホトダイオード３と
の位置関係を一定に保つことが容易であり、また同一の
リードフレームを用いて被覆層４によって一体成形する
ことができ、これによってフロントエンド部５の特性の
ばらつきをなくし、また生産性を向上することができ
る。

【００１２】被覆層４が、たとえばエポキシ樹脂製であ
るとき、その屈折率ｎ＝約１．５４であり、したがって
発光ダイオード２の側部付近から発射される光１３が、
連結部１２内で、外壁１４に進むとき、その入射角ｉ
が、約４１度以上になると、全反射し、参照符１５で示
されるようにしてホトダイオード３にクロストーク光と
して受光される。

【００１３】実務上、送受信の光量を充分に大きくする
ために、各レンズ１０，１１の外径を約５ｍｍφ程度に
する必要があるので、発光ダイオード２の光軸１６とホ
トダイオード３の光軸１７との並置方向（図１３の左右
方向）の間隔Ｌは、約６ｍｍに定められる。発光ダイオ
ード２の光の放射位置から外壁１４までの光軸１６に沿
う距離ａは、約２ｍｍである。間隔Ｌ、距離ａおよび入
射角ｉに関して、

【００１４】

【数１】

【００１５】の関係があるので、この先行技術における
入射角ｉは、

【００１６】

【数２】

【００１７】となる。このことから、入射角ｉは、全反
射の臨界角約４１度を越える値であり、したがって発光
ダイオード２の側部から放射される光のほとんどすべて
が、ホトダイオード３に到達してしまうことが理解され
る。

【００１８】全二重方式の通信装置では、図１３のフロ
ントエンド部５を用いたとき、送信データの光１３，１
５がホトダイオード３によって受信されてしまい、した
がって前記他の通信ユニットからの光８，９との区別が
つかなくなってしまう。このようなクロストーク光１
３，１５と正常な入射光８，９とを、ホトダイオード３
の出力を信号処理する回路において、電気的構成によっ
て除去することは困難である。

【００１９】データ伝送を行う２つの一方の通信ユニッ
トのフロントエンド部５と他方の通信ユニットのフロン
トエンド部との伝送距離が、約１ｍ以上であって長いと
きであっても、通信を行うことができるようにするため
に、ホトダイオード３の出力を増幅する増幅回路の利得
を大きく設定される。したがってクロストーク光１３，
１５のホトダイオード３への混入をできるかぎり低減す
ることが必要である。発光ダイオード２からの送信デー
タは、コード化信号であり、また前記他方の通信ユニッ
トからの入射光８，９もコード化信号である。したがっ
て発光ダイオード３の出力を信号処理する回路におい
て、その増幅利得を制御してクロストーク光１３，１５
に起因したデータを除去して、正常な入射光８，９のデ
ータだけを得ることは困難である。

【００２０】さらにデータ伝送においては、１ビット毎
すべて正確に伝送する必要があり、したがってこのこと
からも、フロントエンド部５における自分自身のノイズ
となるクロストーク光１３，１５に起因したホトダイオ
ード３への入射をできるかぎり低減することが必要であ
る。したがってクロストーク光１３，１５に起因したノ
イズの発生を、電気的な構成によって除去するのではな
く、機械構造に工夫をして取除く必要がある。

【００２１】この問題を解決するための他の先行技術
は、図１４に示される図１３の先行技術と対応する部分
には、同一の参照符を付す。発光ダイオード２はリード
線１８に取付けられ、ホトダイオード３はもう１つのリ
ード線１９に取付けられ、透光性合成樹脂２０，２１に
よって一体的に被覆してモールドされる。さらに図１３
の先行技術におけるクロストーク光１３，１５を除去す
るために、遮光性合成樹脂材料から成る部材２２を設
け、この部材２２は、発光ダイオード２とホトダイオー
ド３との間に介在される仕切板２３を有する。

【００２２】図１４に示される先行技術の新たな問題
は、遮光性合成樹脂製部材２２を、生産工程においてさ
らに別工程として入れる必要があり、生産性が劣り、原
価の低減に劣り、さらに形状が大形化してしまうという
ことである。さらに発光ダイオード２とホトダイオード
３とは、２つのリード線１８，１９に個別的に接続され
るので、発光ダイオード２とホトダイオード３との位置
関係を正確に一定に保つことができず、フロントエンド
部５の特性のばらつきを抑えることができなくなる。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、発光
素子から受光素子へのクロストーク光を除去し、しかも
簡単な構成で生産性が向上された、さらに小形化が可能
である発光／受光装置を提供することである。

【００２４】本発明の他の目的は、双方向全二重通信を
行う２つの各通信ユニットにおける発光／受光装置の前
記クロストーク光を除去してデータ伝送の誤動作を防
ぎ、正確な通信を行うことができるようにした双方向全
二重通信装置を提供することである。

【００２５】

【課題を解決するための手段】本発明は、発光素子と受
光素子とが、間隔をあけて並置され、発光素子の発光方
向と、受光素子によって受光される光の入射方向とが、
発光素子と受光素子との並置方向に関して、一方側に、
設けられ、発光素子と受光素子とが、透光性合成樹脂製
被覆層によって被覆される発光／受光装置において、被
覆層には、発光素子と受光素子との間で、前記一方側に
開放した溝を形成し、前記溝の内面は、発光素子および
受光素子の外周に沿って円弧状に形成されることを特徴
とする発光／受光装置である。本発明に従えば、合成樹
脂製被覆層には、発光素子と受光素子との間で、発光素
子と受光素子との並置方向（後述のたとえば図１の左右
方向）に関して、発光素子から光を発光して受光素子に
光が入射する一側方（図１の上方）に、開放した溝を形
成したので、発光素子の（図１の右方の）側部から放射
される赤外線などの光は、前記溝の発光素子側の内面で
ある境界面で、（ａ）大きな屈折角で透過して大気中に
進み、したがって受光素子側に入込むことが防がれ、あ
るいはまた（ｂ）発光素子側の内面で発光素子からの光
が全反射し、これらのことａ，ｂによって受光素子側に
進むことが防がれる。こうして発光素子から受光素子へ
のクロストーク光が大きく低減されることになる。また
本発明に従えば、図９のように、溝の内面は、発光素子
および受光素子の外周に沿って円弧状に形成されている
ので、発光素子側の内面である境界面から大気中に出た
屈折透過光は、受光素子側の円弧状の内面に再入射しに
くくなり、その受光素子側の内面で空気中に反射される
ことになる。こうして受光素子へのクロストーク光を防
ぐことができる。また本発明は、発光素子と受光素子と
が、間隔をあけて並置され、発光素子の発光方向と、受
光素子によって受光される光の入射方向とが、発光素子
と受光素子との並置方向に関して、一方側に、設けら
れ、発光素子と受光素子とが、透光性合成樹脂製被覆層
によって被覆される発光／受光装置において、被覆層に
は、発光素子と受光素子との間で、前記一方側に開放し
た溝を形成し、被覆層には、発光素子と受光素子との間
で、前記並置方向に関して、他方側に開放した溝が、さ
らに形成されることを特徴とする発光／受光装置であ
る。また本発明は、発光素子と受光素子とが、間隔をあ
けて並置され、発光素子の発光方向と、受光素子によっ
て受光される光の入射方向とが、発光素子と受光素子と
の並置方向に関して、一方側に、設けられ、発光素子と
受光素子とが、透光性合成樹脂製被覆層によって被覆さ
れる発光／受光装置において、被覆層には、発光素子と
受光素子との間で、前記一方側に開放した溝を形成し、
前記溝の発光素子側の内面は、発光素子から前記一側方
に遠去かるにつれて受光素子寄りに傾斜していることを
特徴とする発光／受光装置である。

【００２６】

【００２７】また本発明は、被覆層には、発光素子と受
光素子との間で、前記並置方向に関して、他方側に開放
した溝が、さらに形成されることを特徴とする。本発明
に従えば、発光素子と受光素子との並置方向に関して、
一側方に溝が設けられるだけでなく、一側方とは前記並
置方向に関して反対側である他側方（図１０の下方）に
も溝が図１０の実施の形態のように、さらに形成され
る。これによって発光素子から受光素子へのクロストー
ク光をさらに確実に防ぐことができる。

【００２８】また本発明は、前記溝の発光素子側の内面
は、発光素子から前記一側方に遠去かるにつれて受光素
子寄りに傾斜していることを特徴とする。本発明に従え
ば、図１１に関連して後述されるように、溝の発光素子
側の内面が傾斜されていることによって、発光素子か
ら、その発光素子側の内面である境界面に入射する光の
入射角を、全反射が生じるたとえば前述の約４１度以上
とすることができる。こうして溝内へ発光素子からの光
が透過して屈折して進むことはない。

【００２９】また本発明は、発光素子と溝の発光素子側
の内面との前記並置方向に垂直な相互の位置を、発光素
子からの光が溝の前記発光素子側の内面と成す入射角ｉ
が、前記発光素子側の内面を透過した屈折光が被覆層の
受光素子を被覆する部分よりも前記一側方に進むよう
に、または前記発光素子側の内面で全反射する臨界角以
上となるように、定めることを特徴とする。本発明に従
えば、図１２のように、発光素子を、前記並置方向（図
１２の下方）に垂直な方向にずらして、発光素子からの
光が溝の発光素子側の内面と成す入射角ｉが大きくなる
ようにする。これによって発光素子側の内面から空気中
に出た屈折光が、（ａ）被覆層の受光素子を被覆する部
分に再び入込むことを防ぎ、または（ｂ）発光素子側の
内面を境界面として全反射させる。こうして発光素子か
ら受光素子へのクロストーク光を確実に防ぐ。

【００３０】また本発明は、発光素子は、導体上に設け
られ、この導体には、前記並置方向に沿う発光素子と、
溝の前記発光素子側の内面との間で、発光素子側よりも
受光素子側で隆起した段差が形成され、この段差によっ
て、発光素子から前記発光素子側の内面に進む光を部分
的に遮蔽することを特徴とする。また本発明は、発光素
子と受光素子とが、間隔をあけて並置され、発光素子の
発光方向と、受光素子によって受光される光の入射方向
とが、発光素子と受光素子との並置方向に関して、一方
側に、設けられ、発光素子と受光素子とが、透光性合成
樹脂製被覆層によって被覆される発光／受光装置におい
て、被覆層には、発光素子と受光素子との間で、前記一
方側に開放した溝を形成し、発光素子と溝の発光素子側
の内面との前記並置方向に垂直な相互の位置を、発光素
子からの光が溝の前記発光素子側の内面と成す入射角ｉ
が、前記発光素子側の内面を透過した屈折光が被覆層の
受光素子を被覆する部分よりも前記一側方に進むよう
に、または前記発光素子側の内面で全反射する臨界角以
上となるように、定め、発光素子は、導体上に設けら
れ、この導体には、前記並置方向に沿う発光素子と、溝
の前記発光素子側の内面との間で、発光素子側よりも受
光素子側で隆起した段差が形成され、この段差によっ
て、発光素子から前記発光素子側の内面に進む光を部分
的に遮蔽することを特徴とする発光／受光装置である。
本発明に従えば、図１２のように、発光素子が設けられ
る導体、たとえばリードフレームのリードなどである導
体に段差を形成する。この段差によって、発光素子か
ら、溝の発光素子側の内面に進む光を部分的に遮蔽す
る。このことによって、発光素子から受光素子へのクロ
ストーク光を確実に防ぐことができる。

【００３１】また本発明は、２つの通信ユニットを含
み、各通信ユニットは、 （ａ）前述の発光／受光装置と、 （ｂ）送信すべきデータを変調して発光素子を駆動する
送信手段と、 （ｃ）受光素子からの出力を復調して前記データを得る
受信手段とを含み、一方の通信ユニットの発光素子から
の光を他方の通信ユニットの受光素子によって受光し、
かつ前記他方の通信ユニットの発光素子からの光を前記
一方の通信ユニットの受光素子によって受光して全二重
通信を行うことを特徴とする双方向全二重通信装置であ
る。本発明に従えば、発光／受光装置における発光素子
から受光素子へのクロストーク光を除去することができ
るので、２つの各通信ユニットの発光／受光装置間の伝
送距離を長くするために受光素子の増幅利得を高く設定
した構成としても、誤動作が防がれ、データ伝送を正確
に行うことができる。本発明の発光／受光装置は、双方
向全二重方式の通信のために用いることができるだけで
なく、双方向半二重方式の通信のためにもまた、用いる
ことができ、さらにこのようなおよびその他のデータ伝
送の通信のために用いることができる。それだけでな
く、本発明は、発光素子からの光を被検出物体で反射
し、その反射光を受光素子で受光し、これによって被検
出物体を検出するいわゆる反射形ホトインタラプタなど
としてもまた実施することができ、さらにその他の用途
にも本発明を関連して実施することができる。

【００３２】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の一形態の
双方向全二重通信装置における発光／受光装置であるフ
ロントエンド部２６の一部の断面図である。鉄などの金
属製リードフレームのリードである導体２７には、発光
素子である発光ダイオード２８と受光素子であるホトダ
イオード２９とが、図１の左右方向である並置方向に間
隔をあけて設けられる。この導体２７にはまた、発光ダ
イオード２８の駆動のための集積回路４７およびホトダ
イオード２９の信号処理のための集積回路４９などが設
けられる。発光ダイオード２８およびホトダイオード２
９は、半導体チップから成る。発光ダイオード２８、ホ
トダイオード２９および導体２７などは、透光性合成樹
脂材料、たとえば熱硬化性合成樹脂であるエポキシ樹脂
などの被覆層３１によって一体成形されて被覆される。
被覆層３１は、選択的に周波数遮断する特性などを有し
てもよい。

【００３３】発光ダイオード２８からのデータ伝送のた
めの光は、参照符３２，３３を経て送信光として進む。
受信光は、参照符３４，３５で示されるようにして進
み、ホトダイオード２９で受光される。こうして送信光
３２，３３のための発光ダイオード２８と受信光３４，
３５のためのホトダイオード２９との並置方向（図１の
左右方向）に関して一側方（図１の上方）に発光／受光
される。

【００３４】被覆層３１は、発光ダイオード２８からの
光を光軸４３に平行な平行光とする発光用レンズ４４を
有し、またホトダイオード２９に、光軸４５に平行な光
３４が入射されるとき、その光３４をホトダイオード２
９の受光面に集光する受光用レンズ４６を有する。これ
らのレンズ４４，４６は、大略的に半球状の凸レンズで
あってもよい。

【００３５】図２は、図１に示されるフロントエンド部
２６の全体の構成を示す断面図である。発光ダイオード
２８の駆動用集積回路４７は導体４８に設けられ、ワイ
ヤボンディングによって発光ダイオード２８と接続され
る。ホトダイオード２９のための信号処理用集積回路４
９は、導体５１に設けられ、ホトダイオード２９とワイ
ヤボンディングされて接続される。

【００３６】図３は、フロントエンド部２６の平面図で
ある。溝３７は、被覆層３１において、前記並置方向と
前記一側方とを含む仮想上の一平面（図３の紙面に垂直
な平面）の両側（図３の上下方向）でレンズ４４，４６
間で連結部５２，５３で連なる。これによって強度が向
上する。

【００３７】発光ダイオード２８とホトダイオード２９
とが単一の共通の導体２７に設けられることによって、
これらの発光ダイオード２８とホトダイオード２９との
相互の位置関係が正確に設定される。したがってそれら
の光軸４３，４５が図１の紙面内でたとえば平行に設定
することが可能である。

【００３８】導体２７では、図４に示されるように発光
ダイオード２８が設けられるための有底帽状のキャップ
部５４を有する。キャップ部５４は、発光ダイオード２
８が取付けられる底５５と、前記一側方（図１および図
２の上方）になるにつれて内径が大きくなるように形成
されたほぼ中空円錐台状の傾斜部５６とを含む。傾斜部
５６の内面によって、発光ダイオード２８の側部からの
光が反射されて、前記一側方に、図１の参照符５７で示
されるようにして反射される。

【００３９】本発明に従えば、発光ダイオード２８から
の一部の光が、参照符３６で示されるようにホトダイオ
ード２９側に進むとき、その光３６がホトダイオード２
９に入射して、誤って受光されることを防ぐために、被
覆層３１には、発光ダイオード２８とホトダイオード２
９との間で、前記一側方（図１の上方）に開放した溝３
７が形成される。これによって（ａ）溝３７の発光ダイ
オード２８側の境界面である内面３８を通過した屈折光
３９は、前記一側方に進み、受光素子、ホトダイオード
２９に入射することが防がれ、また（ｂ）光３６が内面
３８で全反射して参照符４１で示されるように進み、内
面３８を境界面として大気中に出ることはない。こうし
て溝３７のホトダイオード２９側の境界面である内面４
２に発光ダイオード２８からの光が入込むことはない。

【００４０】すなわち本発明の考え方によれば、被覆層
３１には、発光ダイオード２８とホトダイオード２９と
の間で溝３７が形成され、内面３８，４２がその被覆層
３１と空気との境界面となる。発光ダイオード２８から
の光３６は、内面３８に当たり、その内面３８で反射し
て反射光４１となり、また内面３８から空気中に屈折す
る光３９の強度は、光３６の強度から反射光４１の強度
を減算した値となる。こうして大気中に進む光３９の強
度は、反射光４１の強度の分だけ、減衰されることにな
る。こうして空気中の光３９の強度が大きく減少するこ
とになる。また内面４２内に入射してくる光があったと
しても、その内面４２で部分的に反射され、入射され、
ホトダイオード２９側に進む光が減衰されることにな
る。このようにして、溝３７の働きによって、ホトダイ
オード２９へのクロストーク光を減少または除去するこ
とができる。

【００４１】溝３７の発光ダイオード２８側の内面３８
である境界面で、入射する光３６が法線５８と成す入射
角をｉとし、大気中に透過した光の屈折角をｒとし、被
覆層３１の光の屈折率をｎとするとき、式３が成立す
る。

【００４２】 ｓｉｎ ｒ ＝ ｎ・ｓｉｎ ｉ …（３） 被覆層３１がエポキシ樹脂であるとき、屈折率ｎ＝約
１．５４であり、入射角ｉおよび屈折角ｒが小さい範囲
では、大略的に式４が成立する。

【００４３】 ｒ ＝ １．５４・ｉ …（４） したがってｒ＞ｉであり、発光ダイオード２８からの光
３６は、受信側であるホトダイオード２９側に入りにく
いように屈折した屈折光３９となって進む。すなわち発
光ダイオード３６から内面３８を透過した屈折光３９
は、その屈折角ｒが入射角ｉに比べて大きくなって、空
気中にいわば逃げてゆき、受光用レンズ４６およびその
付近に入込むことがなくなる。たとえその屈折光３９
が、もう１つのホトダイオード２９側の内面４２に到達
したとしても、この内面４２で少なくとも部分的な反射
が生じるので、ホトダイオード２９に入射されるクロス
トーク光が大きく低減される。

【００４４】図５は、図１〜図４に示されるフロントエ
ンド部２６を備える双方向全二重通信装置の一方の通信
ユニット５８のブロック図である。図６は、フロントエ
ンド部２６の具体的な構成を示す電気回路図であり、も
う１つの対を成す通信ユニット５９のフロントエンド部
２６ａの具体的な構成を併せて示す。これらの各通信ユ
ニット５８，５９は、同一構成を有し、対応する部分に
は同一の数字に添え字ａを付して示す。マイクロコンピ
ュータなどによって実現される処理回路６１からの送信
されるべきデータは、送受信回路ＵＡＲＴ（Universal
AsynchronousReceiver／Transmitter）６２に与えら
れ、変調回路６３でそのデータが変調され、送信回路で
ある駆動用集積回路４７に与えられて、発光ダイオード
２８が駆動される。発光ダイオード２８には、スイッチ
ングトランジスタ６５が直列に接続される。発光ダイオ
ード２８からは、たとえば波長８５０〜９００ｎｍの赤
外光が放射される。この発光ダイオード２８からの送信
光３３は、もう１つの通信ユニット５９におけるフロン
トエンド部２６ａのホトダイオード２９ａで受光され
る。フロントエンド部２６ａにおける発光ダイオード２
８ａから放射されてフロントエンド部２６で受光される
受信光３４は、ホトダイオード２９で受光され、信号処
理用集積回路４９で増幅回路６３によって増幅され、レ
ベル弁別回路６４によって２値化、波形整形され、復調
回路６５に与えられる。こうして通信ユニット２６ａか
らのデータが得られ、送受信回路６２に与えられ、処理
回路６１で演算処理が行われる。送受信回路６２は、処
理回路６１からの並列データを直列ビットに変換して変
調回路６３に与え、また復調回路６５からの直列ビット
のデータを並列に変換して処理回路６１に与える。

【００４５】図７は発光ダイオード２８の具体的な構成
を示す断面図である。発光ダイオード２８は、ＰＮ接合
をもつシリコン結晶体であり、Ｎ領域６７とＰ領域６８
とには、電極７１，７２が設けられる。電源６６によっ
て電極７１，７２間に順電圧を印加すると、Ｎ領域６７
から電子が、またＰ領域６８からは正孔がＰＮ接合６９
に移動し、電子度正孔が再結合し、その際に光３２を発
生する。このＰＮ接合６９からはまた、側方に光３６，
５７が放射される。

【００４６】図８は、ホトダイオード２９の具体的な構
成を示す断面図である。このホトダイオード２９は、Ｎ
領域７７とＰ領域７８とがＰＮ接合されて構成される。
受光領域７３に入射光３５が入射すると、格子に結合さ
れていた電子は、結合を解き放たれて自由な電子とな
り、自由な電子および正孔が発生する。これらの電子お
よび正孔は、空乏領域７４に移動し、光の強度に比例し
た絶対値を有する電流として、電極７５，７６間から取
出される。

【００４７】本発明の他の実施例では、発光ダイオード
２８に代えて、半導体レーザ素子であってもよく、その
他の光などの電磁波を発生する半導体素子であってもよ
く、またホトダイオード２９に代えて、ホトトランジス
タ、太陽電池およびその他の半導体などから成る受光素
子であってもよい。

【００４８】図９は、本発明の実施の他の形態のフロン
トエンド部７９の平面図である。この実施の形態は、前
述の図１〜図８に関連して述べた構成に類似し、対応す
る部分には同一の参照符を付す。注目すべきはこの実施
の形態では、溝８１の発光ダイオード２側の内面８２と
ホトダイオード３側の内面８３とは、発光用レンズ１０
と受光用レンズ１１、したがって発光ダイオード２８お
よびホトダイオード２９の外周に沿って、軸線４３，４
５を中心とする仮想直円柱の外面の一部分を成す。この
内面８２，８３に連なって、内面８４，８５は、軸線４
３，４５を含む仮想上の一平面に垂直であって相互に平
行である。発光ダイオード２８からの光は、放射状に発
生される。したがって発光ダイオード２８とホトダイオ
ード２９の並置方向（図９の左右方向）に垂直なｙ方向
８６に対して角度を有する光８７は、発光ダイオード２
８側の境界面である内面８２を透過し、その透過光８８
は、ホトダイオード２９側の内面８３に再入射しにくく
なり、内面８３に光８８の反射し、ホトダイオード２９
に入射することが抑制される。したがって発光ダイオー
ド２８から内面８２に向けて進む光８７は、上述のよう
にしてホトダイオード２９にクロストーク光として入射
されることが防がれる。

【００４９】図１０は、本発明の実施の他の形態のフロ
ントエンド部８９の断面図である。この実施の形態は、
前述の図１〜図９の実施の各形態に類似し、対応する部
分には同一の参照符を付す。注目すべきはこの実施の形
態では、被覆層３１には、発光ダイオード２８とホトダ
イオード２９との間で、並置方向（図１０の左右方向）
に関して他側方（図１０の下方）に開放した溝９１がさ
らに形成される。この溝９１の発光ダイオード２８側の
内面９２およびホトダイオード２９側の内面９３とによ
って、前述の一方側の溝３７と同様にして、発光ダイオ
ード２８からの導体２７よりも図１０の下方にまわり込
んで進む光が、ホトダイオード２９側に入射されること
が防がれる。

【００５０】こうして導体２７に関して発光ダイオード
２８とは反対側（図１０の下方）において、被覆層３１
は発光ダイオード２８からのクロストーク光の光路にな
り得るけれども、上述の溝９１を形成することによっ
て、そのクロストーク光を削減し、ホトダイオード２９
へのクロストーク光によるノイズの混入を防ぐ。溝３
７，９１は、前述の図９と同様に、円弧状の溝８１が形
成されてもよい。

【００５１】図１１は、本発明の実施の他の形態のフロ
ントエンド部９５の断面図である。この実施の形態は、
前述の実施の形態に類似し、対応する部分には同一の参
照符を付す。注目すべきはこの実施の形態では、被覆層
３１に形成された溝３７の発光ダイオード２８側の内面
３８は、発光ダイオード２８から、発光ダイオード２８
とホトダイオード２９との並置方向（図１１の左右方
向）の一側方（図１１の上方）に遠去かるにつれて、ホ
トダイオード２９寄りに角度θ１だけ傾斜している。こ
の内面３８は、光軸４３，４５を含む一平面に垂直であ
る。発光ダイオード２８からの光９７が境界面である内
面３８に入射すると、その内面３８で反射光９８が生
じ、また屈曲して光９９の透過が生じる。発光ダイオー
ド２８からの光９７の内面３８における入射角ｉが、全
反射の臨界角、たとえば前述のように約４１度以上であ
れば、屈折光９９が生じない。内面３８は角度θ１を有
することによって、入射角ｉを大きくし、この内面３８
で光９７の全反射を行うことが確実になる。角度θ１
は、前記並置方向に対して零度を越え、９０度未満の値
であり、たとえば７０度などの値であってもよい。図１
１の内面３８，４２は、図９と同様に、軸線４３，４３
を中心とする円弧状であってもよい。

【００５２】図１２は、本発明の実施のさらに他の形態
のフロントエンド部１０１の断面図である。この実施の
形態は前述の実施の形態に類似し、対応する部分には同
一の参照符を付す。特にこの実施の形態では、導体２７
のキャップ５４を、前述の実施の各形態に比べて図１２
の下方に低くし、溝３７に進む光１０２の内面３８にお
ける入射角ｉを大きくして臨界角以上とし、光１０２を
全反射させて全反射光１０３を得、透過する屈折光１０
４を零またはごくわずかとする。こうして溝３７の発光
ダイオード２８側の内面３８を透過した屈折光１０４
が、（ａ１）被覆層３１のホトダイオード２９を被覆す
る部分１０５よりも前記一側方（図１２の上方）に、進
むようにし、または（ｂ１）この発光ダイオード２８側
の内面３８で入射光１０２が全反射する臨界角となる大
きい入射角ｉが得られるように、発光ダイオード２８の
図１２の上下の位置を設定する。すなわち発光ダイオー
ド２８と、溝３７の発光ダイオード２８側の内面３８と
の前記並置方向（図１２の左右方向）に垂直な図１２の
上下方向の相互の位置を、前記入射角ｉが、前記条件ａ
１，ｂ１を満たすように、定める。

【００５３】また発光ダイオード２８からの側方へ進む
光１０５は、導体２７のキャップ部５４の傾斜面５６で
反射され、光１０７となって前記一側方（図１２の上
方）に進む。このキャップ５４の傾斜面５６のうち、前
記内面３８寄り、すなわちホトダイオード２９寄りの部
分５６ｃは、上述のように光１０５を反射させるよう
に、その図１２の上面２７ｃから下方に深さＤ１が深く
延び、これに対して発光ダイオード２８の図１２におけ
る左方に配置される駆動用集積回路４７には、その発光
ダイオード２８からワイヤボンディングの導体１０６に
よって接続されることが容易となるために、この傾斜面
５６ｄの深さＤ２を浅く設定する（Ｄ１＞Ｄ２）。

【００５４】図１１および図１２の各溝３７は、前述の
図９に関連して述べた円弧状の溝８１として形成されて
もよく、さらに図１１および図１２の実施の各形態にお
いて、図１０に示されるように前記他側部にもう１つの
溝９１が形成されてもよく、この溝９１は、図９の円弧
状の溝８１と同様に形成されてもよい。

【００５５】本発明の実施の他の形態では、図１〜図１
２に示される各フロントエンド部２６，７９，８９，９
５，１０１は、双方向二重通信のフロントエンド部とし
て用いることができるだけでなく、被検出物体を検出す
るいわゆる反射形ホトインタラプタとして用いることが
できる。このとき発光ダイオード２８とホトダイオード
２９との各軸線４３，４５は、前記一側方（図１の上
方）に向けて相互に近接するように傾斜されていてもよ
い。この反射形ホトインタラプタでは、発光ダイオード
２８からの光は、ＤＣ（直流）光であってもよく、また
は連続した変調光であってもよい。この変調光を用いる
とき変調光であるホトダイオード２９からの出力は、そ
の変調光だけを選択的に取出すバンドパスフィルタなど
が用いられる。これによって外乱ノイズによって悪影響
されずに、そのフィルタを通過した出力レベルを予め定
める弁別レベルでレベル弁別することによって、２値信
号を得て、被検出物体の近接を検出することができる。

【００５６】上述の実施の各形態において、被覆層３１
を用いて発光ダイオード２８、ホトダイオード２９およ
び導体２７，４８，５１などを一体成形するにあたって
は、たとえばトランスファー成形法および注型法などが
採用される。トランスファー成形法は、金型キャビティ
を予め閉じ切っておいて、金型の一部に設けられた材料
室、すなわちポット部から高い圧力のもとに透光性熱硬
化性合成樹脂材料を、キャビティ内に押し込む方法であ
る。注型法は、液状の前記材料を、型に注ぎ込んで、常
温または加熱によって硬化させる方法である。特に注型
法によれば、図１１に関連して前述したフロントエンド
部９５の溝３７における角度θ１を有する内面３８を、
型によって成形することが容易である。被覆層３１は、
熱硬化性合成樹脂材を用いるだけでなく、熱可塑性合成
樹脂材料、およびセラミックなどの透光性材料から成っ
てもよい。

【００５７】

【発明の効果】本発明によれば、発光素子と受光素子と
の間で、透光性合成樹脂から成る被覆層には、一側方に
開放した溝を形成し、これによって発光素子から受光素
子へのクロストーク光を除去することができるようにな
る。しかもこの構成は簡単であり、発光素子と受光素子
との間に遮光板などを配置する構成ではないので、生産
性が優れており、また小形化が可能になる。

【００５８】また本発明によれば、溝の内面が円弧状で
あるので、発光素子側の内面から空気中に透過した光
が、受光素子側の内面に入射しにくくなり、その受光素
子側の内面で反射し、被覆層の受光素子を被覆する部分
内に入射することが防がれる。このことによって受光素
子に発光素子からのクロストーク光が入射されることを
防ぐことかできる。

【００５９】また本発明によれば、クロストーク光を除
去するための溝は、発光素子と受光素子との並置方向に
関して一方側（図１０の上方）だけでなく、他方側（図
１０の下方）にも形成し、これによってこのクロストー
ク光の受光素子への入射をさらに一層確実に、防ぐこと
ができる。

【００６０】また本発明によれば、溝の受光素子側の内
面を傾斜させて、発光素子からの光を、その受光素子側
の内面で全反射させることができる。これによって発光
素子から受光素子へのクロストーク光を除去することが
できる。

【００６１】また本発明によれば、発光素子を、並置方
向に垂直な方向（図１２の下方）にずらして発光素子か
らの光が発光素子側の内面と成す入射角ｉを大きくす
る。これによって発光素子側の内面を透過した屈折光
が、空気中に進んで、受光素子を被覆している被覆層の
部分に入込むことを防ぎ、または発光素子側の内面で全
反射させる。こうして受光素子に発光素子からのクロス
トーク光が入射されることを防ぐ。

【００６２】また本発明によれば、発光素子が設けられ
るリードなどの導体に段差を形成して、発光素子から発
光素子側の内面に進む光を部分的に遮蔽し、これによっ
てクロストーク光を防ぐことができる。

【００６３】また本発明によれば、受光素子への発光素
子からのクロストーク光の混入が機械的構成によって除
去されるので、データ通信の伝送距離を長くすることが
できるようにするために、受光素子の出力を高利得で増
幅しても、そのクロストーク光によるデータ通信の誤動
作を防ぐことができ、正確なデータの伝送を行うことが
できる。これによって双方向全二重方式で通信を行い、
通信時間を有効に利用した高速度のデータ伝送が可能に
なる。すなわちこのような発光／受光装置を、たとえば
データ通信のために用い、そのデータ通信の距離を大き
くするために被覆層を凸レンズなどの形状とし、その外
径を大きくする場合においても、発光素子と受光素子と
の間に上述のように溝を形成することによって、クロス
トーク光を除去することができるので、構成をできるだ
け小形化することができる。またクロストーク光が受光
素子に混入しないので、上述のようにデータ伝送距離を
長くすることができるようにするために、受光素子の出
力を高利得で増幅しても、クロストーク光によるノイズ
の混入が確実に防がれ、長い伝送距離にわたる通信が可
能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態の双方向全二重通信装置
における発光／受光装置であるフロントエンド部２６の
一部の断面図である。

【図２】図１に示されるフロントエンド部２６の全体の
構成を示す断面図である。

【図３】フロントエンド部２６の平面図である。

【図４】フロントエンド部２６の平面図である。

【図５】図１〜図４に示されるフロントエンド部２６を
備える双方向全二重通信装置の一方の通信ユニット５８
のブロック図である。

【図６】フロントエンド部２６の具体的な構成を示す電
気回路図である。

【図７】発光ダイオード２８の具体的な構成を示す断面
図である。

【図８】ホトダイオード２９の具体的な構成を示す断面
図である。

【図９】本発明の実施の他の形態のフロントエンド部７
９の平面図である。

【図１０】本発明の実施の他の形態のフロントエンド部
８９の断面図である。

【図１１】本発明の実施の他の形態のフロントエンド部
９５の断面図である。

【図１２】本発明の実施のさらに他の形態のフロントエ
ンド部１０１の断面図である。

【図１３】先行技術の一部の縦断面図である。

【図１４】先行技術の一部の縦断面図である。

【符号の説明】

２６，７９，８９，９５，１０１ フロントエンド部 ２８ 発光ダイオード ２９ ホトダイオード ３１ 被覆層 ４４ 発光用レンズ ４６ 受光用レンズ ４７ 駆動用集積回路 ４９ 信号処理用集積回路 ５４ キャップ部 ５８，５９ 通信ユニット

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発光素子と受光素子とが、間隔をあけて
   並置され、 発光素子の発光方向と、受光素子によって受光される光
   の入射方向とが、発光素子と受光素子との並置方向に関
   して、一方側に、設けられ、 発光素子と受光素子とが、透光性合成樹脂製被覆層によ
   って被覆される発光／受光装置において、 被覆層には、発光素子と受光素子との間で、前記一方側
   に開放した溝を形成し、 前記溝の内面は、発光素子および受光素子の外周に沿っ
   て円弧状に形成されることを特徴とする発光／受光装
   置。
2. 【請求項２】 被覆層には、発光素子と受光素子との間
   で、前記並置方向に関して、他方側に開放した溝が、さ
   らに形成されることを特徴とする請求項１記載の発光／
   受光装置。
3. 【請求項３】 前記溝の発光素子側の内面は、発光素子
   から前記一側方に遠去かるにつれて受光素子寄りに傾斜
   していることを特徴とする請求項１または２記載の発光
   ／受光装置。
4. 【請求項４】 発光素子と溝の発光素子側の内面との前
   記並置方向に垂直な相互の位置を、 発光素子からの光が溝の前記発光素子側の内面と成す入
   射角ｉが、 前記発光素子側の内面を透過した屈折光が被覆層の受光
   素子を被覆する部分よりも前記一側方に進むように、ま
   たは前記発光素子側の内面で全反射する臨界角以上とな
   るように、 定めることを特徴とする請求項１〜３のうちの１つに記
   載の発光／受光装置。
5. 【請求項５】 発光素子は、導体上に設けられ、 この導体には、前記並置方向に沿う発光素子と、溝の前
   記発光素子側の内面との間で、発光素子側よりも受光素
   子側で隆起した段差が形成され、 この段差によって、発光素子から前記発光素子側の内面
   に進む光を部分的に遮蔽することを特徴とする請求項４
   記載の発光／受光装置。
6. 【請求項６】 発光素子と受光素子とが、間隔をあけて
   並置され、 発光素子の発光方向と、受光素子によって受光される光
   の入射方向とが、発光素子と受光素子との並置方向に関
   して、一方側に、設けられ、 発光素子と受光素子とが、透光性合成樹脂製被覆層によ
   って被覆される発光／受光装置において、 被覆層には、発光素子と受光素子との間で、前記一方側
   に開放した溝を形成し、 被覆層には、発光素子と受光素子との間で、前記並置方
   向に関して、他方側に開放した溝が、さらに形成される
   ことを特徴とする発光／受光装置。
7. 【請求項７】 発光素子と受光素子とが、間隔をあけて
   並置され、 発光素子の発光方向と、受光素子によって受光される光
   の入射方向とが、発光素子と受光素子との並置方向に関
   して、一方側に、設けられ、 発光素子と受光素子とが、透光性合成樹脂製被覆層によ
   って被覆される発光／受光装置において、 被覆層には、発光素子と受光素子との間で、前記一方側
   に開放した溝を形成し、 前記溝の発光素子側の内面は、発光素子から前記一側方
   に遠去かるにつれて受光素子寄りに傾斜していることを
   特徴とする発光／受光装置。
8. 【請求項８】 発光素子と受光素子とが、間隔をあけて
   並置され、 発光素子の発光方向と、受光素子によって受光される光
   の入射方向とが、発光素子と受光素子との並置方向に関
   して、一方側に、設けられ、 発光素子と受光素子とが、透光性合成樹脂製被覆層によ
   って被覆される発光／受光装置において、 被覆層には、発光素子と受光素子との間で、前記一方側
   に開放した溝を形成し、 発光素子と溝の発光素子側の内面との前記並置方向に垂
   直な相互の位置を、 発光素子からの光が溝の前記発光素子側の内面と成す入
   射角ｉが、 前記発光素子側の内面を透過した屈折光が被覆層の受光
   素子を被覆する部分よりも前記一側方に進むように、ま
   たは前記発光素子側の内面で全反射する臨界角以上とな
   るように、 定め、 発光素子は、導体上に設けられ、 この導体には、前記並置方向に沿う発光素子と、溝の前
   記発光素子側の内面との間で、発光素子側よりも受光素
   子側で隆起した段差が形成され、 この段差によって、発光素子から前記発光素子側の内面
   に進む光を部分的に遮蔽することを特徴とする発光／受
   光装置。
9. 【請求項９】 ２つの通信ユニットを含み、 各通信ユニットは、 （ａ）請求項１〜８のうちの１つに記載された発光／受
   光装置と、 （ｂ）送信すべきデータを変調して発光素子を駆動する
   送信手段と、 （ｃ）受光素子からの出力を復調して前記データを得る
   受信手段とを含み、 一方の通信ユニットの発光素子からの光を他方の通信ユ
   ニットの受光素子によって受光し、かつ前記他方の通信
   ユニットの発光素子からの光を前記一方の通信ユニット
   の受光素子によって受光して全二重通信を行うことを特
   徴とする双方向全二重通信装置。