JP3854299B2 - 光結合装置 - Google Patents

Description

本発明は、光を介して信号を結合する光結合装置に関し、更に詳しくは、被検出体（例えば、サーボモータの回転速度を測定する場合に、モータ軸と連動するスリット付回転板）に発光素子から発せられる光を照射し、被検出体（回転板のスリット）を透過又は反射した光を受光素子にて感知し、被検出体の位置や動きを検出する光結合装置に関する。

この種の光結合装置について、光路を限定する従来からの光結合装置を例をあげて説明する。
図６（ａ）は、従来からあるスリット９ａ，９ｂで光路を制限する構造の光結合装置の構造断面図で、リードフレーム２にダイボンドされた全面発光チップ（直方体状で、一対の電極を備えてそれらの電極間で発光するチップ）１は電気的接続のためのリードとしての金線３が施され、光透過性樹脂４でパッケージされ発光素子として遮光性樹脂で成形されたケース９に収納されている。ケース９には、発光素子の指向性を制限するスリット９ａが形成されており、物体通過路Ｚを介し受光側へ照射光を導く構成となっている。

発光チップ１は図６（ｂ）に示す構成をなしており、Ｐ−Ｎ相のうちのＰ相の上面を受光素子に対向する面、つまり主発光面として使用している。しかしこの主発光面には、金線３のボンディング用のチップ電極１ｂがあり、この電極での発光はほとんど期待できない。

従来の発光素子は、このように安価な全面発光のチップを用いているので好ましいけれども、遮光性樹脂製ケースのスリットと組み合わせ光源を限定する構成では、スリットに対するチップ位置、すなわちスリット方向に対するチップを透過した照射光を妨げるチップ電極の位置のバラツキが受光側への絶対光量の変動に影響し光結合装置の特性の安定化を阻害する。
例えば、第７図（ａ）の場合、ケーススリット９ａ内にしめるチップ電極１ｂの投影面積が大であり、スリット９ａを通過し放射してくる光量は小である。

第７図（ｂ）の場合、ケーススリット９ａ内にしめるチップ電極１ｂの投影面積が小であり、スリット９ａを通過し放射してくる光量は大である。
特開平９−２７６３５号公報

そこで、この発明の主要な目的の１つは、受光素子が光強度分布の均一化を安価に図ることができる光結合装置を提供することにある。

本発明は、発光素子と所定の方向に配列された複数の受光素子とを被検出体の物体通過路を介して相対向させて配置した光結合装置において、
発光素子は、直方体状で、一対の電極を備え、それら一対の電極間にＰ−Ｎ接合面を有し、且つ複数の受光素子と対向する前記Ｐ−Ｎ接合面の接合ライン（１ｃ）を有し、
複数の受光素子は、発光素子の光軸（Ｚ−Ｚ´）と交差し前記接合ライン（１ｃ）に平行な平行軸（Ｙ−Ｙ´）に対して垂直方向に配列され、各受光素子の長手方向を前記平行軸（Ｙ−Ｙ´）に平行とし、且つ前記平行軸（Ｙ−Ｙ´）を中心に対称的に配置されたことを特徴とする光結合装置を提供する。

本発明に係る光結合装置においては、複数の受光素子が、発光素子のＰ−Ｎ接合面の接合ラインに平行で発光素子の光軸上にある平行軸に対して垂直方向に配列され、各受光素子の長手方向を前記平行軸に平行とし、且つ前記平行軸を中心に対称的に配置されているので、発光素子の光強度分布の均一化を安価に図ることができる。

本発明に係る光結合装置は、被検出体を通すための隙間を介し、発光素子と受光素子とを相対向させて配置した光結合装置において、発光素子が、直方体状で、一対の電極を備え、それら一対の電極間に複数の受光素子と対向するＰ−Ｎ接合面を有し、複数の受光素子が、発光素子の前記Ｐ−Ｎ接合面の接合ラインに平行で発光素子の光軸上にある平行軸に対して垂直方向に配列され、各受光素子の長手方向を前記平行軸に平行とし、且つ前記平行軸を中心に対称的に配置されたことを特徴とする。

すなわち、本発明は、発光素子が直方体状で、一対の電極を備えてそれらの電極間で発光し、つまり全面発光のチップを用い、かつそれら一対の電極間に複数の受光素子と対向するＰ−Ｎ接合面を有し、複数の受光素子が、発光素子の前記Ｐ−Ｎ接合面の接合ラインに平行で発光素子の光軸上にある平行軸に対して垂直方向に配列され、且つ前記平行軸を中心に対称的に配置され、それによって受光素子（例えばフォトダイオード）の光強度分布の均一化を安価に図ることができる。特に受光素子が被検出体を通すための隙間に沿って一列に配置された複数の受光素子（受光素子アレイ）の場合に好ましい。
またこのように全面発光のチップを用い、かつその主発光面を矩形とした発光素子からの光を、少なくとも受光素子側を照射するための狭幅の光に絞る絞り手段を更に備えることによって、各受光素子に対する光強度分布を更に均一化できる。

そして絞り手段の具体例としては、帯状電極を有する全面発光のチップを実装した素子が収納されるケースに光の通過路となるスリットを形成し、受光素子の配列方向に対し垂直方向に狭幅に限定後、レンズにより指向角を限定することもできる。
また、絞り手段の他の例として、複数の短冊状の受光素子が配置された受光部に対し全面発光のチップのＰ−Ｎ接合面とこのチップを実装した発光素子が収納されるケースにスリットを垂直に配置し受光素子の配列方向に対し垂直方向に狭幅に限定後、レンズにより指向角を限定してもよい。

また、複数の短冊状の受光素子が、狭幅にされた光の方向に対し、平行で且つ発光素子の光軸面に対象に配置されるのが好ましい。
以上のごとく、本発明によれば、具体的に言えば、受光チップ上の短冊状受光素子（例えばフォトダイオード）が直線的に複数配列されている方向に対し光強度分布の均一化を安価に図れる光結合装置を提供することができる。
以下、図面に基づき本発明の実施の形態について説明する。なお、これによって本発明が限定されるものではない。
図１は、本発明による光結合装置の１つの実施の形態の主要部品の構成説明斜視図である。
図１において、発光素子１は、直方体で、一対の電極を備えてそれらの電極間で発光する、いわゆる全面発光のチップよりなり、リードフレーム２の側面にダイボンドされ、金線３により電気的にもう１つのリードフレーム２ａに接続された後、光透過性樹脂（又は透光性樹脂、例えばエポキシ樹脂）によってモールドされて、モールド体としての発光側透光性樹脂体（発光素子）４を形成し、全体として光結合装置Ｈを構成している。

このとき発光チップのＰ−Ｎ接合面１ａは、受光素子アレイ５ａ（フォトダイオード等）の配列方向（図中Ｘ−Ｘ’軸方向）に対し垂直になるように配置されている。なお、受光素子アレイ５ａに対向する面、つまり、発光素子１の主発光面１ｄにはＰ−Ｎ接合面１ａの接合ライン１ｃが表れる（横切る）ことになる。
発光素子１の前方（図の上方）にはコリメーティングレンズ２０が配置されており、受光素子アレイ５ａへの照射光を平行光化している。
受光素子アレイ５ａは、その長手方向が発光素子１の光軸Ｚ−Ｚ´に交差し、Ｐ−Ｎ接合面１ａの接合ライン１ｃと平行な平行軸Ｙ−Ｙ’に平行で、かつこの平行軸Ｙ−Ｙ´を中心に対称的に配置されている。
この場合、接合ライン１ｃを有する主発光面１ｄからは、受光素子アレイ５ａの配列方向（Ｘ−Ｘ’軸方向）に対しては狭幅でコリメーティングレンズ２０を介し受光側へ照射され、受光素子アレイ５ａの配列方向には強くて均一な光量分布が得られることになる。なお、一方の電極１ｂは主発光面１ｄとは異なる面（側面）に設けられ、他の電極は発光チップの、リードフレーム２への装着側の面にある。

図２は光結合装置の１つの参考例の主要部品の構成説明斜視図、図３は図２の構成説明側面図である。
図２〜３において、発光素子１１は、発光チップ（全面発光のチップ）よりなり、その照射側チップ天面（主発光面）の一方の電極１１ｂの形状が受光素子アレイ５ａに対向する天面、つまり矩形面の一辺に沿って一定幅で帯状に形成されている。なお、他方の電極は発光チップの、リードフレーム２への装着側の面にある。
発光素子１１の天面から出射された光はモールド体４が収納されるケース９（遮光性樹脂等の遮光性材料）に形成された受光素子アレイ５ａの配列方向（Ｘ−Ｘ’軸方向）に対して狭幅のスリット９ａで絞られコリメーティングレンズ２０を介し受光側へ照射され、受光素子アレイ５ａの配列方向には均一な光量分布が得られることになる。

図４は、光結合装置のもう１つの参考例の主要部品の構成説明斜視図、図５は図４の構成説明側面図である。
図４〜５において、発光素子１は、発光チップ（全面発光のチップ）よりなり、リードフレーム２の側面にダイボンドされ、金線３により電気的に接続された後、光透過性樹脂（エポキシ樹脂等）によってモールドされ、モールド体としての発光側透光性樹脂体４を形成している。
このとき発光チップのＰ−Ｎ接合面１ａは、受光素子アレイ５ａ（フォトダイオード等）の配列方向（図中Ｘ−Ｘ’軸方向）か、それに対し平行になるように配置されている。なお、電極の位置は図１の場合と同様であり、説明を省略する。

Ｐ−Ｎ接合面１ａから照射された光はモールド体４が収納されるケース９に形成された受光素子アレイ５ａの配列方向（Ｘ−Ｘ’軸方向）に対して狭幅のスリット９ａで絞られ、コリメーティングレンズ２０を介し受光側へ照射されることとなり、受光素子アレイ５ａの配列方向には強くて均一な光量分布が得られることになる。

以上のごとく、本発明の光結合装置においては、発光素子が直方体で、一対の電極間で発光し、かつ前記対向する面以外の面に形成されているので、発光素子の光強度分布の均一化を安価に図ることができる。

本発明による光結合装置の実施の形態の主要部品の構成説明斜視図である。 光結合装置の１つの参考例の主要部品の構成説明斜視図である。 図２の１つの参考例の構成説明側面図である。 光結合装置のもう１つの参考例の主要部品の構成斜視図である。 図４のもう１つの参考例の構成説明側面図である。 （ａ）は従来例の光結合装置の構造説明断面図である。 （ｂ）は同従来例の発光チップ（全面発光チップ）の斜視図である。 （ａ）は同従来例の図６（ａ）のＡ−Ａ’断面図（チップずれなし）である。 （ｂ）は他の従来例の図６（ａ）のＡ−Ａ’断面相当図（チップずれあり）である。

符号の説明

１，１１ 発光素子
１ａ Ｐ−Ｎ接合面
１ｂ，１１ｂ一方の電極
２ リードフレーム
３ 金線（リード）
４ 発光側透光性樹脂体（モールド体）
５ａ 受光素子アレイ
９ ケース
９ａ 発光側投射窓（スリット）
Ｚ 被検出体通過路

Claims (5)

1. 発光素子と所定の方向に配列された複数の受光素子とを被検出体の物体通過路を介して相対向させて配置した光結合装置において、
   発光素子は、直方体状で、一対の電極を備え、それら一対の電極間にＰ−Ｎ接合面を有し、且つ複数の受光素子と対向する前記Ｐ−Ｎ接合面の接合ライン（１ｃ）を有し、
   複数の受光素子は、発光素子の光軸（Ｚ−Ｚ´）と交差し前記接合ライン（１ｃ）に平行な平行軸（Ｙ−Ｙ´）に対して垂直方向に配列され、各受光素子の長手方向を前記平行軸（Ｙ−Ｙ´）に平行とし、且つ前記平行軸（Ｙ−Ｙ´）を中心に対称的に配置されたことを特徴とする光結合装置。
2. 複数の受光素子は、受光素子アレイからなることを特徴とする請求項１に記載の光結合装置。
3. 複数の受光素子は、各受光素子が短冊状でその短手方向に直線的に複数配列された受光チップからなることを特徴とする請求項１に記載の光結合装置。
4. 受光素子と物体通過路との間に、レンズを設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の光結合装置。
5. レンズは、複数の受光素子の配列方向に狭幅なコリメーティングレンズからなることを特徴とする請求項４に記載の光結合装置。

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