JP3857694B2 - 光通信モジュール - Google Patents

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Description

本発明は、赤外線通信モジュールなどの光通信モジュールに関する。
近年、携帯電話機としては、通話機能に加えて、パーソナルコンピュータやその他の機器との間で画像などのデータの送受信を可能とするデータ通信機能を備えたものが提案されている。このようなデータ通信に用いられるものとして、赤外線通信モジュールがある（たとえば特許文献１）。
図８は、そのような赤外線通信モジュールの一例を示している。この赤外線通信モジュールＸは、基板９１上に、赤外線を発するＬＥＤ９２、赤外線を受光感知可能なフォトダイオード９３、およびこれらを制御するためのＩＣチップ９４が搭載された構成を有している。それらＬＥＤ９２、フォトダイオード９３、およびＩＣチップ９４は、封止樹脂９５により封止されており、この封止樹脂９５には、２つの凸状のレンズ９５ａ，９５ｂが形成されている。レンズ９５ａは、ＬＥＤ９２から発せられた光の指向性を高め、データ送信先に向けて光を効率良く出射させるためのものである。レンズ９５ｂは、進行してきた光をフォトダイオード９３の受光面上に集光するためのものである。
この赤外線通信モジュールＸは、携帯電話機の筐体内に組み込まれて使用される場合、たとえば上記筐体に設けられた開口窓から２つのレンズ９５ａ，９５ｂが外部に露出するように取り付けられる。携帯電話機の薄型化やデザインの多様化を図る観点からすると、上記開口窓はできる限り小さくすることが望まれ、そのためには２つのレンズ９５ａ，９５ｂが大きく嵩張らないようにする必要がある。そこで、この赤外線通信モジュールＸにおいては、２つのレンズ９５ａ，９５ｂの一部分どうしが接触するように形成されている。
しかしながら、上記した赤外線通信モジュールＸにおいては、次に述べるような不具合を生じていた。
第１に、ＬＥＤ９２およびフォトダイオード９３については、２つのレンズ９５ａ，９５ｂの中心軸Ｃ5a,Ｃ5b上に配置しなければならない。それらの位置がずれていると、レンズ９５ａ，９５ｂの集光作用を適切に発揮させることができなくなるからである。したがって、上記従来技術においては、上記各部品の配置に関しての設計の自由度が低く、赤外線通信モジュールＸを実際に設計・製造する際に苦慮する場合があった。たとえば、全体の小型化を図ることを目的としてＬＥＤ９２とフォトダイオード９３とをかなり接近させたい場合がある。また、これとは異なり、たとえば基板９１上の配線などの都合によりＬＥＤ９２とフォトダイオード９３との間隔を比較的大きくしたい場合もある。ところが、上記従来技術においては、そのような要請に的確に応えることができない場合があった。
第２に、２つのレンズ９５ａ，９５ｂは、それらの小サイズ化が図られるように互いの一部分どうしが接触しているものの、その基本的な形態は、略半球状に膨出した２つのレンズ９５ａ，９５ｂが封止樹脂９５の表面上に突出した形態である。したがって、それらが形成されている部分のボリュームを小さくし、全体の小型化を図る上で未だ改善の余地があった。なお、２つのレンズ９５ａ，９５ｂの中心間距離を短くすれば、それらの小サイズ化が可能であるものの、そうすると、レンズ９５ａ，９５ｂのそれぞれが小さくなって赤外線を透過させるレンズ面の面積が小さくなるため、レンズとしての本来の機能が低下し、赤外線の送信性能や赤外線の受光感度などの通信性能の低下を招く虞れがある。
特開２００１−１６８３７６号公報（図１）
本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、通信性能が低下するといった不具合を発生させることなく、光通信モジュールの設計の自由度を高めることを課題としている。
上記課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。
本発明の第１の側面によって提供される光通信モジュールは、第１の方向に並ぶようにして基板に実装された発光素子および受光素子と、上記発光素子から発せられる光に対する透光性を有し、かつ上記発光素子および上記受光素子を覆う封止樹脂と、この封止樹脂の表面に形成されており、かつ上記第１の方向とは交差する第２の方向において上記発光素子に対向するレンズと、を備えている、光通信モジュールであって、上記封止樹脂の表面のうち、上記レンズに隣接する部分は、上記第１の方向において上記レンズから遠ざかる部分ほど上記基板寄りに位置するように傾斜している傾斜面とされ、かつこの傾斜面を透過して屈折した光が上記受光素子により受光されるように構成されていることを特徴としている。
このような構成によれば、上記傾斜面が外部から上記第２の方向に進行してきた光を受けると、この光は上記傾斜面を透過する際に上記第１の方向に屈折することとなる。このため、上記受光素子を上記傾斜面の中心線上に配置する必要はなく、その中心線から上記第１の方向にオフセットすることが可能となる。また、そのオフセットの量や向きは、上記傾斜面の傾斜角度や傾斜の向きを変更することによって所望の値または状態に設定することが可能である。このようなことから、本発明によれば、上記受光素子と上記発光素子との間隔を、上記傾斜面と上記レンズとの中心間距離とは相違した所望の寸法に設定することができ、設計の自由度が高められる。
また、本発明においては、上記従来技術とは異なり、略半球状に膨出した発光素子用および受光素子用の２つのレンズが封止樹脂の表面に並んで形成された構造にはなっておらず、発光素子に対応するレンズに隣接して傾斜面が設けられた構成とされている。この傾斜面は、略半球状に膨出した凸レンズと比較して、封止樹脂の表面において大きな厚みに嵩張らないように形成することが可能である。したがって、本発明によれば、封止樹脂の表面の光の出射および入射を行なわせる部分のボリュームを従来技術のものよりも小さくすることが可能となり、全体の薄型化あるいは小型化を図るのにも好適となる。特に、上記傾斜面を透過した光は上記発光素子寄りに屈折することとなる。したがって、上記受光素子を上記発光素子に接近させて光通信モジュールの小型化を図るのに好適である。
本発明においては、傾斜面を透過した光を受光素子によって受光させており、この傾斜面の面積を大きくすることにより、受光素子によって受光される光の量を多くすることが可能である。したがって、光の受光感度が従来技術と比較して大幅に低下するといった不具合はない。また、本発明においては、傾斜面とレンズとの中心間距離を、受光素子と発光素子との間隔よりも大きくすることが可能であり、このようにすれば、傾斜面とレンズとのそれぞれの表面積も大きくなり、受光素子によって受光される光の量がより多くなるとともに、発光素子から発せられる光が上記レンズの作用によって指向性をもつ効果も適切に得られることとなり、良好な光通信性能が得られる。
本発明の第２の側面によって提供される光通信モジュールは、第１の方向に並ぶようにして基板に実装された発光素子および受光素子と、上記発光素子から発せられる光に対する透光性を有し、かつ上記発光素子および上記受光素子を覆う封止樹脂と、この封止樹脂の表面に形成されており、かつ上記第１の方向とは交差する第２の方向において上記発光素子に対向するレンズと、を備えている、光通信モジュールであって、上記封止樹脂の表面のうち、上記レンズに隣接する部分は、上記第１の方向において上記レンズから遠ざかる部分ほど上記基板とは反対寄りに位置するように傾斜している傾斜面とされ、かつこの傾斜面を透過して屈折した光が上記受光素子により受光されるように構成されていることを特徴としている。
このような構成によれば、上記傾斜面を透過した光は上記発光素子から遠ざかる方向に屈折することとなる。したがって、上記受光素子を上記発光素子から比較的遠い距離に配置する場合に好適である。
本発明の好ましい実施の形態においては、上記傾斜面の全体または一部は、上記第１の方向視において凸状の曲面である。このような構成によれば、上記傾斜面は凸レンズとしての機能を発揮することとなり、上記傾斜面によって受けた光を上記受光素子上に集光させることができる。したがって、光通信モジュールの受信感度をより高くし、通信の信頼性を向上させることができる。
本発明の好ましい実施の形態においては、上記傾斜面の最上部は、上記レンズの最上部よりも上記基板寄りに位置している。このような構成によれば、上記傾斜面の嵩張りを抑制し、上記レンズの面積を大きくすることができる。
本発明の好ましい実施の形態においては、上記発光素子および上記受光素子として、赤外線の発光および受光感知が可能なものが用いられていることにより、赤外線通信モジュールとして構成されている。
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行なう詳細な説明によって、より明らかとなろう。
以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。
図１および図２は、本発明が適用された赤外線通信モジュールの一例を示している。本実施形態の赤外線通信モジュールＡ１は、たとえば携帯電話機（図示略）に搭載され、携帯電話機どうし、あるいは携帯電話機と携帯電話機以外のたとえばパーソナルコンピュータなどの機器との間におけるデータ通信に用いられるものである。この赤外線通信モジュールＡ１は、基板１、ＬＥＤ２、フォトダイオード３、ＩＣチップ４、および封止樹脂５を備えている。なお、図面に示すｘ方向、ｙ方向、およびｚ方向は、互いに直交する方向であり、ｘ方向およびｚ方向は、それぞれ本発明でいう第１および第２の方向に相当する。
基板１は、ガラスエポキシ樹脂などの絶縁体により形成されており、平面視長矩形状である。ＬＥＤ２は、赤外線を発光可能であり、基板１の一端部寄りに実装されている。フォトダイオード３は、赤外線を受光部３ａにより受光して、この赤外線に応じた光起電力を生じて電流を流すことが可能な受光素子として構成されている。このフォトダイオード３は、ｘ方向における基板１の中央寄りにＬＥＤ２と並んで実装されている。ＩＣチップ４は、送信すべき信号に対応してＬＥＤ２を発光させたり、フォトダイオード３からの電流を出力信号に変換して、上記携帯電話機に搭載された制御機器に出力するものであり、基板１の他端部寄りに実装されている。
封止樹脂５は、たとえば顔料を含んだエポキシ樹脂を用いて、トランスファモールド法によりＬＥＤ２、フォトダイオード３、およびＩＣチップ４を封止するように基板１上に形成されている。この封止樹脂５は、可視光は透過させないが、赤外線を十分良好に透過させる性質を有する。封止樹脂５の上部には、レンズ５ａとこのレンズ５ａに隣接する傾斜面５ｂが形成されている。レンズ５ａは、ｚ方向においてＬＥＤ２と対向するように形成されており、上方に膨出している。このレンズ５ａは、ＬＥＤ２から発せられた赤外線の指向性を高めるためのものである。傾斜面５ｂは、フォトダイオード３の上方に形成されている。この傾斜面５ｂは、ｘ方向においてＬＥＤ２から遠ざかるほど基板１からの高さが小さくなるように傾斜しており、レンズ５ａの側部に繋がった平面状に形成されている。
次に、上記した構成の赤外線通信モジュールＡ１の作用について説明する。
この赤外線通信モジュールＡ１においては、上方から傾斜面５ｂに向かってきた光は、傾斜面５ｂを透過することによりＬＥＤ２寄りに屈折する。このため、フォトダイオード３の中心を、傾斜面５ｂの中心軸Ｃ5bよりもＬＥＤ２寄りにオフセットさせて、ＬＥＤ２に接近させることができる。このようにすると、フォトダイオード３とＬＥＤ２との間に無駄なスペースが生じないようにして基板１のｘ方向におけるサイズを短くし、全体の小型化を図ることが可能となる。また、基板１上のうち、フォトダイオード３よりもＩＣチップ４寄りの領域のスペースを大きくし、たとえば他の電子部品を追加して設けるといったことも可能となる。
一方、傾斜面５ｂとレンズ５ａとの中心間距離は狭める必要はなく、これらの中心軸間距離を大きくすることができる。これらの中心間距離を小さくしたのでは、傾斜面５ｂやレンズ５ａの面積が小さくなるため、傾斜面５ｂを介してフォトダイオード３が受ける赤外線の量が少なくなって受光感度が低下したり、あるいはＬＥＤ２から発せられる赤外線がレンズ５ａによって十分に指向性をもたなくなるといった不具合を生じる。これに対し、この赤外線通信モジュールＡ１においては、傾斜面５ｂおよびレンズ５ａの面積を大きくすることにより、そのような不具合を適切に解消することが可能である。
傾斜面５ｂは、その最上部がレンズ５ａの最上部よりも低く、レンズ５ａと比較すると、基板１の厚み方向に嵩張らないように形成されている。このため、たとえばレンズ５ａと同様なレンズを２つ並べて形成していた従来技術と比較すると、封止樹脂５の体積を小さくし、全体の小型化あるいは薄型化を図ることが可能である。
図３〜図７は、本発明が適用された赤外線通信モジュールの他の例を示している。図３以降の図面においては、上記実施形態と同一または類似の要素には、上記実施形態と同一の符号を付している。
図３および図４に示す赤外線通信モジュールＡ２においては、傾斜面５ｂがｘ方向視において上方に膨出した曲面に形成されている。
本実施形態によれば、図４によく表われているように、傾斜面５ｂが赤外線をｙ方向において集光するレンズとしての機能を果たす。したがって、フォトダイオード３が受光する赤外線の量をより多くし、赤外線の受光感度を高めるのにより好適である。なお、傾斜面５ｂにレンズとしての機能をもたせる場合、傾斜面５ｂの全体を凸状曲面に形成するのに代えて、傾斜面５ｂの一部分のみを凸状曲面に形成してもかまわない。
図５に示す赤外線通信モジュールＡ３においては、傾斜面５ｂが、ｙ方向視において直線的に傾斜しておらず、曲線的に傾斜している。また、先に述べた赤外線通信モジュールＡ２と同様に、傾斜面５ｂは、ｘ方向視において上方に膨出した曲面となっている。
本実施形態によれば、図３および図４に示された実施形態と同様に、傾斜面５ｂが受けた赤外線をｙ方向において集光させることが可能である。さらに、ｘ方向においては、傾斜面５ｂの各所を屈折しながら透過する赤外線の進行方向を相違させるようにして、それらの赤外線をある程度集光させることも可能となる。したがって、フォトダイオード３が受光する赤外線の量をさらに多くするのに好適である。
図６および図７に示す赤外線通信モジュールＡ４においては、傾斜面５ｂが、ｘ方向においてレンズ５ａから遠ざかる部分ほど基板１からの高さが大きくなるように傾斜しており、図１および図２に示した赤外線通信モジュールＡ１の傾斜面５ｂとはその傾き方向が反対となっている。
本実施形態によれば、図７によく表われているように、上方から傾斜面５ｂに向かってきた光は、傾斜面５ｂを透過することによりｘ方向においてＬＥＤ２から遠ざかる方向に屈折する。このため、フォトダイオード３の中心を、傾斜面５ｂの中心軸Ｃ5bよりもＬＥＤ２とは反対寄りの位置にオフセットさせて、フォトダイオード３とＬＥＤ２との間隔を大きくとることができる。このようにすると、たとえばこれらフォトダイオード３とＬＥＤ２との間に赤外線を遮断するための遮断壁を形成する場合に、その遮断壁の形成が容易となる。もちろん、このようにフォトダイオード３とＬＥＤ２との間隔を広げる場合であっても、傾斜面５ｂとレンズ５ａとの中心間距離については必要以上に大きくする必要はないため、それら傾斜面５ｂやレンズ５ａを適正なサイズにしておくことができる。なお、本実施形態においては、傾斜面５ｂが平面状とされているが、図３から図５に示された実施形態と同様に、この傾斜面５ｂを凸状の曲面に形成してもかまわない。
本発明に係る光通信モジュールは、上述した実施形態に限定されず、各部の具体的な構成は種々に設計変更可能である。
本発明は、赤外線とは異なる波長の光を利用した光通信モジュールとして構成することも可能である。したがって、発光素子および受光素子の具体的な種類、および封止樹脂の具体的な材質なども限定されない。
本発明に係る光通信モジュールは、携帯電話機に組み込まれて使用されるものに限らず、パーソナルコンピュータ、ＰＤＡ、ファクシミリ装置などの種々の機器に組み込んで用いることが可能であり、その具体的な用途は問わない。
本発明が適用された赤外線通信モジュールの一例の全体斜視図である。 図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。 本発明が適用された赤外線通信モジュールの他の例の全体斜視図である。 図３のＩＶ−ＩＶ断面図である。 本発明が適用された赤外線通信モジュールの他の例の全体斜視図である。 本発明が適用された赤外線通信モジュールの他の例の全体斜視図である。 図６のＶＩＩ−ＶＩＩ断面図である。 従来技術の一例を示す全体斜視図である。
符号の説明
Ａ１〜Ａ４ 赤外線通信モジュール（光通信モジュール）
Ｃ5a,Ｃ5b 中心軸
１ 基板
２ ＬＥＤ（発光素子）
３ フォトダイオード（受光素子）
４ ＩＣチップ
５ 封止樹脂
５ａ レンズ
５ｂ 傾斜面
６ ワイヤ

Claims (5)

  1. 第１の方向に並ぶようにして基板に実装された発光素子および受光素子と、
    上記発光素子から発せられる光に対する透光性を有し、かつ上記発光素子および上記受光素子を覆う封止樹脂と、
    この封止樹脂の表面に形成されており、かつ上記第１の方向とは交差する第２の方向において上記発光素子に対向するレンズと、
    を備えている、光通信モジュールであって、
    上記封止樹脂の表面のうち、上記レンズに隣接する部分は、上記第１の方向において上記レンズから遠ざかる部分ほど上記基板寄りに位置するように傾斜している傾斜面とされ、かつこの傾斜面を透過して屈折した光が上記受光素子により受光されるように構成されていることを特徴とする、光通信モジュール。
  2. 第１の方向に並ぶようにして基板に実装された発光素子および受光素子と、
    上記発光素子から発せられる光に対する透光性を有し、かつ上記発光素子および上記受光素子を覆う封止樹脂と、
    この封止樹脂の表面に形成されており、かつ上記第１の方向とは交差する第２の方向において上記発光素子に対向するレンズと、
    を備えている、光通信モジュールであって、
    上記封止樹脂の表面のうち、上記レンズに隣接する部分は、上記第１の方向において上記レンズから遠ざかる部分ほど上記基板とは反対寄りに位置するように傾斜している傾斜面とされ、かつこの傾斜面を透過して屈折した光が上記受光素子により受光されるように構成されていることを特徴とする、光通信モジュール。
  3. 上記傾斜面の全体または一部は、上記第１の方向視において凸状の曲面である、請求項１または２に記載の光通信モジュール。
  4. 上記傾斜面の最上部は、上記レンズの最上部よりも上記基板寄りに位置している、請求項１ないし３のいずれかに記載の光通信モジュール。
  5. 上記発光素子および上記受光素子として、赤外線の発光および受光感知が可能なものが用いられていることにより、赤外線通信モジュールとして構成されている、請求項１ないし４のいずれかに記載の光通信モジュール。
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