JP6294150B2 - Light emitting / receiving device - Google Patents
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Description
本発明は、受発光装置に関する。 The present invention relates to a light emitting / receiving device.
発光素子は多くの用途に用いられており、室内/屋内の照明用途もさることながら、特定波長の光を発光する発光素子を用いた光学的装置(紫外光を用いた殺菌装置、反射光を用いた測距装置)にも用いられている。さらに、発光素子と受光素子とを組み合わせ、発光素子と受光素子との間の空間状態を検知する受発光装置(特定空間内の物体検知装置、赤外光を用いたガスセンサ(特許文献1参照)等)にも用いられている。この空間状態を調べるために、発光された光を効率よく受光部に導く必要がある。 Light-emitting elements are used in many applications. In addition to indoor / indoor lighting applications, optical devices that use light-emitting elements that emit light of a specific wavelength (sterilizers using ultraviolet light, reflected light) It is also used in the distance measuring device used. Furthermore, a light emitting / receiving device that combines a light emitting element and a light receiving element to detect a spatial state between the light emitting element and the light receiving element (an object detection device in a specific space, a gas sensor using infrared light (see Patent Document 1) Etc.). In order to examine this spatial state, it is necessary to efficiently guide the emitted light to the light receiving unit.
発光素子は、使用環境や経時変化により、その発光特性が変化する。具体的には発光強度の変化や、発光波長の変化が挙げられる。上述した受光素子の出力に基づいて、発光素子と受光素子間の空間状態を検知するような受発光装置の場合、発光素子の発光特性が変化すると、受光素子の出力から正確に空間状態を検知することができなくなってしまう。
このような発光特性の変化を低減する方法としては、発光素子から出射された光をモニタリング用の受光素子で検知し、このモニタリング用の受光素子の出力に基づいて発光素子の発光特性の変化をモニタリングし、発光素子の動作を制御したり、状態検出用の受光素子の出力を補償したりする方法が挙げられる。しかし、モニタリング用の受光素子に到達する光も、同様に上記空間において減衰等の影響を受けるため、この空間の状態が変化すると正確にモニタリングできなくなる。
The light emitting element changes its light emission characteristics depending on the usage environment and changes over time. Specifically, a change in emission intensity and a change in emission wavelength can be mentioned. In the case of a light receiving / emitting device that detects the spatial state between the light emitting element and the light receiving element based on the output of the light receiving element described above, the spatial state is accurately detected from the output of the light receiving element when the light emission characteristics of the light emitting element change. You will not be able to.
As a method for reducing such a change in light emission characteristics, light emitted from the light emitting element is detected by a light receiving element for monitoring, and a change in the light emission characteristic of the light emitting element is detected based on the output of the light receiving element for monitoring. Examples of the method include monitoring and controlling the operation of the light emitting element and compensating the output of the light receiving element for detecting the state. However, since the light reaching the light receiving element for monitoring is similarly affected by attenuation or the like in the space, it cannot be accurately monitored if the state of the space changes.
光の波長が長い程(例えば3μm以上の赤外線)、上記の発光素子の劣化に加えて、受光素子の温度特性の問題もある。具体的には長波長の光を検知する光センサは、長波長の光子のエネルギーが小さいため、高感度化が実現困難だけではなく、センサ温度によって、感度は大きく変動してしまう。長波長の赤外線センサの例として、InSbやInAlSbやInAsSbの半導体材料を光吸収層に用いたフォトダイオード構造の量子型赤外線センサが挙げられる。これらの材料を用いた具体的な例としては、4.3μm付近の波長帯を扱うCO2センサや波長9.6μm付近の波長を使う血液中のグルーコーズセンサなどが挙げられる。
そこで、本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、発光・受光の信号変動を補償し、空間状態の検出をより高精度に行うことを可能とした受発光装置を提供することを目的とする。
As the wavelength of light is longer (for example, infrared rays of 3 μm or more), there is a problem of temperature characteristics of the light receiving element in addition to the deterioration of the light emitting element. Specifically, an optical sensor that detects long-wavelength light has low energy of long-wavelength photons, so that not only high sensitivity is difficult to realize, but also the sensitivity varies greatly depending on the sensor temperature. As an example of a long wavelength infrared sensor, a quantum infrared sensor having a photodiode structure using a semiconductor material such as InSb, InAlSb, or InAsSb as a light absorption layer can be given. Specific examples using these materials include a CO 2 sensor that handles a wavelength band near 4.3 μm, a glue cause sensor in blood that uses a wavelength near 9.6 μm, and the like.
Accordingly, the present invention has been made in view of such circumstances, and provides a light receiving and emitting device that can compensate for signal fluctuations of light emission and light reception and can detect a spatial state with higher accuracy. The purpose is to do.
本発明者は上記の課題を解決するために鋭意検討した結果、以下に示す受発光装置を想到するに至った。
本発明の一態様に係る受発光装置は、第1主面と該第1主面と対向する第2主面とを有し、該第1主面上にそれぞれ形成された発光素子及び第1センサ部を有する第1基板と、第1主面と該第1主面と対向する第2主面とを有し、該第1主面上に形成された第2センサ部を有する第2基板と、前記第1基板及び前記第2基板からそれぞれ離れた位置に配置され、前記発光素子から放出されて前記第1基板の第2主面から出射した光の少なくとも一部を前記第2センサ部に向けて反射する光反射部と、前記第1基板の第1主面及び前記第2基板の第1主面を覆って封止する封止部とを備え、前記光反射部は、前記光の少なくとも一部を集光して反射する凹面鏡であって、前記第1基板及び前記第2基板は互いに側面を対向させて隣り合って配置されていることを特徴とする。
As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventor has come up with the following light receiving and emitting device.
A light emitting and receiving device according to an aspect of the present invention includes a first main surface and a second main surface facing the first main surface, and a light emitting element and a first light emitting element formed on the first main surface, respectively. A second substrate having a first substrate having a sensor portion, a first main surface and a second main surface facing the first main surface, and having a second sensor portion formed on the first main surface And at least a part of the light emitted from the light emitting element and emitted from the second main surface of the first substrate, which is disposed at a position away from each of the first substrate and the second substrate. And a sealing portion that covers and seals the first main surface of the first substrate and the first main surface of the second substrate, and the light reflecting portion includes the light reflecting portion. a concave mirror for reflecting and condensing at least a portion, the first substrate and the second substrate are adjacent to each other with the side surface are opposed to each other placement It is characterized in that is.
本発明の一態様によれば、発光・受光の信号変動を補償し、空間状態の検出をより高精度に行うことを可能とした受発光装置を提供することができる。 According to one embodiment of the present invention, it is possible to provide a light emitting and receiving device that compensates for signal fluctuations of light emission and light reception and can detect a spatial state with higher accuracy.
<全体構成>
以下、本発明を実施するための形態(以下、本実施形態)について説明する。本実施形態に係る受発光装置は、発光素子と、発光素子から出力された光が入射するようにそれぞれ配置された第1センサ部及び第2センサ部を有する受発光装置である。この受発光装置は、第1主面(例えば、表面)と、第1主面と対向する第2主面(例えば、裏面)とを有し、第1主面上に発光素子と第1センサ部とが設けられた第1基板を備える。また、この受発光装置は、第1主面(例えば、表面)と、第1主面と対向する第2主面(例えば、裏面)とを有し、第1主面上に第2センサ部が設けられた第2基板を備える。
<Overall configuration>
Hereinafter, modes for carrying out the present invention (hereinafter, this embodiment) will be described. The light emitting / receiving device according to the present embodiment is a light emitting / receiving device that includes a light emitting element and a first sensor unit and a second sensor unit that are arranged so that light output from the light emitting element is incident thereon. This light emitting and receiving device has a first main surface (for example, a front surface) and a second main surface (for example, a back surface) opposite to the first main surface, and the light emitting element and the first sensor on the first main surface. A first substrate provided with a portion. The light emitting and receiving device has a first main surface (for example, a front surface) and a second main surface (for example, a back surface) opposite to the first main surface, and the second sensor unit on the first main surface. Is provided.
第1センサ部の配置位置は、第1基板の第1主面であって、発光素子から出力された光のうちの第1基板の第2主面で反射した光が入射する位置に設定されている。これにより、発光素子から放射された光が常に同一状態の環境(光路)を通過して第1センサ部に入射する。それゆえ、使用環境の変化や経年変化で発光素子の発光特性が変化した場合でも、又は、温度によって受光素子の感度が変化したとしても、第2センサ部(状態検出用の受光素子)による空間状態の検出を正確に行うことが可能になる。 The arrangement position of the first sensor unit is set to a position where the light reflected by the second main surface of the first substrate out of the light output from the light emitting element is incident on the first main surface of the first substrate. ing. Thereby, the light radiated | emitted from the light emitting element always passes the environment (optical path) of the same state, and injects into a 1st sensor part. Therefore, even when the light emission characteristics of the light emitting element change due to a change in usage environment or aging, or even if the sensitivity of the light receiving element changes due to temperature, the space by the second sensor unit (the light receiving element for state detection). It becomes possible to accurately detect the state.
また、本発明の実施形態に係る受発光装置において、第1センサ部と第2センサ部は、同一の温度特性を有することが好ましい。本実施形態において「同一の温度特性」とは、本発明の効果を妨げない程度に温度特性が概ね揃っている状態を意味する。具体的には、被検出ガスが存在しない条件下において、受発光装置の一般的な使用温度範囲(例えば0℃から50℃の範囲では)センサ温度がTxにおいて、第1センサ部の出力信号がS1、第2センサ部の出力信号がS2とした場合を考える。この場合で、温度が1℃変化した場合、つまりセンサ温度がTx±1℃となった時に、第1センサ部の出力信号がa×S1へ、第2センサ部の出力信号がb×S2へと変化した場合、a/bが1℃あたり0.8以上1.2以下であることが好ましく、0.9以上1.1以下であることがより好ましく、0.99以上1.01以下であることが更に好ましい。 In the light emitting / receiving device according to the embodiment of the present invention, it is preferable that the first sensor unit and the second sensor unit have the same temperature characteristics. In the present embodiment, the “same temperature characteristic” means a state in which the temperature characteristic is substantially uniform to the extent that the effect of the present invention is not hindered. Specifically, under the condition where the gas to be detected does not exist, the output signal of the first sensor unit is output when the sensor temperature is Tx in the general operating temperature range of the light emitting and receiving device (for example, in the range of 0 ° C. to 50 ° C.). Consider a case where the output signal of S1 and the second sensor unit is S2. In this case, when the temperature changes by 1 ° C., that is, when the sensor temperature reaches Tx ± 1 ° C., the output signal of the first sensor unit is a × S1, and the output signal of the second sensor unit is b × S2. And a / b is preferably 0.8 or more and 1.2 or less per 1 ° C., more preferably 0.9 or more and 1.1 or less, and 0.99 or more and 1.01 or less. More preferably it is.
1℃あたりの第1センサ部及び第2センサ部の出力の変化係数の比(a/b[/℃])の最大値と最小値の比が0.8以上1.2以下であれば、受発光装置の環境温度によらず、発光素子の発光特性が変化した場合でも第2センサ部による空間状態の検出を正確に行うことが可能になるため好ましい。具体的には、第1センサ部及び第2センサ部の温度を0℃から50℃まで変化させたときの第1センサ部及び第2センサ部の出力変化係数(a及びb)を求め、温度をΔT変化させたときの、a/b/ΔT比を計算することによって、上記の1℃あたりの出力の変化係数の比を確認することができる。 If the ratio of the maximum value and the minimum value of the change coefficient ratio (a / b [/ ° C.]) of the output of the first sensor unit and the second sensor unit per 1 ° C. is 0.8 to 1.2 Regardless of the ambient temperature of the light receiving and emitting device, it is preferable because the second sensor unit can accurately detect the spatial state even when the light emission characteristics of the light emitting element change. Specifically, the output change coefficients (a and b) of the first sensor unit and the second sensor unit when the temperature of the first sensor unit and the second sensor unit is changed from 0 ° C. to 50 ° C. are obtained. By calculating the ratio a / b / ΔT when ΔT is changed by ΔT, the ratio of the change coefficient of output per 1 ° C. can be confirmed.
本発明では、第1基板に設けられた第1センサ部の温度と第2基板に設けられた第2センサ部との間の温度差を極力抑える必要がある。環境温度だけではなく、空間に流れる流体、又はガスの温度自身が変化した場合、これらの変化が第1基板及び第2基板の温度差(つまり、第1センサ部及び第2センサ部の温度差)を瞬間的に変動させる要因となりうる。
本発明は、第1基板と第2基板とが接近するように配置され、流体/ガスの温度変化による外乱、又は環境温度の急激な温度変化の影響を抑制することができる。本発明では、第1基板と第2基板との離間距離Lは、第1基板及び第2基板の各辺のうち一番長い辺の長さよりも小さいことが好ましい。具体的に、基板の平面視による形状が長方形で、この長方形の各辺の長さがaとb(a≧b)とし、第1基板と第2基板との間の隙間の長さ(即ち、離間距離)をLとすると、L≦bであれば良く、L≦0.8bは更に良く、L≦0.5bは更に望ましい。
In the present invention, it is necessary to suppress as much as possible the temperature difference between the temperature of the first sensor unit provided on the first substrate and the second sensor unit provided on the second substrate. When not only the environmental temperature but also the temperature of the fluid or gas flowing in the space itself changes, these changes cause the temperature difference between the first substrate and the second substrate (that is, the temperature difference between the first sensor unit and the second sensor unit). ) Can be a factor that instantaneously fluctuates.
The present invention is arranged so that the first substrate and the second substrate are close to each other, and can suppress the influence of a disturbance due to a fluid / gas temperature change or a sudden temperature change of the environmental temperature. In the present invention, the separation distance L between the first substrate and the second substrate is preferably smaller than the length of the longest side of the sides of the first substrate and the second substrate. Specifically, the shape of the substrate in plan view is a rectangle, and the length of each side of the rectangle is a and b (a ≧ b), and the length of the gap between the first substrate and the second substrate (that is, When the separation distance is L, it is sufficient that L ≦ b, L ≦ 0.8b is better, and L ≦ 0.5b is more desirable.
また、発光・受光のS/N比の観点からみれば、発光素子の発光面の重心と第2センサ部の受光面の重心との距離が3mm以内であると、発光・受光のS/N比が高くな
り、高精度の空間状態測定が可能となる。また、発光・受光のS/Nが大きくなると発光素子に低電流化が実現でき、受発光装置の低消費電力化が更に実現できる。
第1センサ部及び第2センサ部の1℃あたりの出力の変化係数比の最大値と最小値を上述の範囲にする方法としては、第1センサ部及び第2センサ部を同一の材料で同一の積層構造にする方法が挙げられる。同一の材料及び同一の積層構造とすることにより、第1センサ部及び第2センサ部の温度特性は理論上同一となる。
Further, from the viewpoint of the S / N ratio of light emission / light reception, if the distance between the center of gravity of the light emitting surface of the light emitting element and the center of gravity of the light receiving surface of the second sensor unit is within 3 mm, the S / N of light emission / light reception is The ratio becomes high, and highly accurate spatial state measurement becomes possible. In addition, when the S / N ratio for light emission / light reception is increased, the current consumption of the light emitting element can be reduced, and the power consumption of the light emitting / receiving device can be further reduced.
As a method of setting the maximum value and the minimum value of the change coefficient ratio of the output per 1 ° C. of the first sensor unit and the second sensor unit in the above range, the first sensor unit and the second sensor unit are made of the same material and are the same. The method of making it the laminated structure of these is mentioned. By using the same material and the same laminated structure, the temperature characteristics of the first sensor unit and the second sensor unit are theoretically the same.
また、第1センサ部と第2センサ部の温度特性を同じにするには、積層構造が同じであることと、同時に製造される(即ち、積層構造を構成する各層について、第1センサ部及び第2センサ部の間で同時に形成する)ことが好ましい。
また、受発光装置全体の高いS/N比を実現するために、第1センサ部と第2センサ部の面積を変えても良い。例えば、第1センサ部に届く光が強い場合、第1センサ部の受光面積をS/Nが低下しない程度に小さくしても、受発光装置全体のS/N比が低下しない。このため、第1センサ部の受光面積を小さくし、その分、発光素子が占める面積を広くすることができ、受発光装置全体のS/N比の向上を図ることができる。
Further, in order to make the temperature characteristics of the first sensor unit and the second sensor unit the same, the stacked structure is the same, and the first sensor unit and the second sensor unit are manufactured at the same time. It is preferable to form the second sensor portion at the same time.
Moreover, in order to implement | achieve the high S / N ratio of the whole light emitting / receiving apparatus, you may change the area of a 1st sensor part and a 2nd sensor part. For example, when the light reaching the first sensor unit is strong, the S / N ratio of the entire light receiving and emitting device does not decrease even if the light receiving area of the first sensor unit is reduced to such an extent that the S / N does not decrease. For this reason, the light receiving area of the first sensor unit can be reduced, and the area occupied by the light emitting element can be increased accordingly, and the S / N ratio of the entire light receiving and emitting device can be improved.
また、第1センサ部及び第2センサ部は、多数の受光部で形成されると良い。この場合、受光面積が受光部の数に比例し、受光面積が大きい程、高いS/N比が得られる。また、第1センサ部と第2センサ部の各受光面積を変えても、分光感度特性や温度特性が変わることはないので、本発明の効果は維持される。第1センサ部の受光部の数をnとし、第2センサ部の受光部の数をmとしたとき、受光部の数の比は、n/mが1/500程度でも良いが、場合によって、1/100程度でも良く、1/10程度でも良い。発光素子の発光能力に応じて、受光部の数の比を設計することが好ましい。 Further, the first sensor unit and the second sensor unit may be formed of a large number of light receiving units. In this case, the light receiving area is proportional to the number of light receiving portions, and the larger the light receiving area, the higher the S / N ratio. Further, even if the respective light receiving areas of the first sensor unit and the second sensor unit are changed, the spectral sensitivity characteristic and the temperature characteristic do not change, so the effect of the present invention is maintained. When the number of light receiving parts of the first sensor part is n and the number of light receiving parts of the second sensor part is m, the ratio of the number of light receiving parts may be about 1/500 n / m. 1/100 or 1/10 may be used. It is preferable to design the ratio of the number of light receiving parts according to the light emitting ability of the light emitting element.
また、同一基板上に、同一材料、同一工程で第1センサ部と第2センサ部を形成するとよい。これにより、第1センサ部と第2センサ部の分光感度特性が同じになると共に第1センサ部と第2センサ部の温度特性が同一となり、本発明の効果が最も発揮される。ここで分光感度特性とは、各波長における感度を意味する。後述のように、第1基板の第2主面上に、光の波長を選択するような光学フィルタ(例えば、バンドパスフィルタ)を設けることによって、第1センサ部と第2センサ部に入射する波長帯を選択することが可能となる。このような光学フィルタは光路の途中に設ける必要はあるが、第1基板及び/又は第2基板の第2主面に設けると良い。光学フィルタは半値幅の狭い透過特性(数10nm〜数100nm)を実現できるため、特定の波長を選択することが容易にできる。 In addition, the first sensor unit and the second sensor unit may be formed on the same substrate using the same material and the same process. Accordingly, the spectral sensitivity characteristics of the first sensor unit and the second sensor unit become the same, and the temperature characteristics of the first sensor unit and the second sensor unit become the same, so that the effect of the present invention is most exhibited. Here, the spectral sensitivity characteristic means sensitivity at each wavelength. As will be described later, an optical filter (for example, a bandpass filter) that selects the wavelength of light is provided on the second main surface of the first substrate, thereby entering the first sensor unit and the second sensor unit. It becomes possible to select a wavelength band. Such an optical filter needs to be provided in the middle of the optical path, but is preferably provided on the second main surface of the first substrate and / or the second substrate. Since the optical filter can realize a transmission characteristic (several tens of nm to several hundreds of nm) with a narrow half-value width, a specific wavelength can be easily selected.
更に、本発明では同じ光学フィルタに同じ光線が2回通ることでフィルタ特性がより急峻になり、より高精度の空間状態検出が測定可能となる。
基板面積の利用効率の観点から、第1センサ部と第2センサ部は同一の構造の多数の受光部を有し、第1センサ部と第2センサ部とで受光部の数が異なっていることが好ましい。受光部の数の相違数は特に制限されないが、一般的に発光素子と同じ基板に設置される受光部は、異なる基板に設置される受光部より、単位面積当たり、多くの光束を吸収することができる。このため、第1基板の受光面積を第2基板の受光面積よりも小さくしても良い。
Furthermore, in the present invention, the same light filter passes through the same optical filter twice, so that the filter characteristic becomes steeper, and the spatial state detection with higher accuracy can be measured.
From the viewpoint of utilization efficiency of the substrate area, the first sensor unit and the second sensor unit have a large number of light receiving units having the same structure, and the number of the light receiving units is different between the first sensor unit and the second sensor unit. It is preferable. The number of light receiving parts is not particularly limited, but in general, a light receiving part installed on the same substrate as the light emitting element absorbs more light flux per unit area than a light receiving part installed on a different substrate. Can do. For this reason, the light receiving area of the first substrate may be smaller than the light receiving area of the second substrate.
また、第1センサ部と第2センサ部の両方の信号のS/N比のバランスを無駄なく保つために、受光面積(受光部の数)が異なることは好ましい。本実施形態に係る受発光装置をガスセンサに適用した場合、第1センサ部と第2センサ部の出力信号(Ip1、Ip2)に基づいて、濃度を計算するため、ガスセンサ全体の最小分解能は第1センサ部と第2センサ部のS/N比で決まる。
出力信号比(Ip1/Ip2)は、第1基板及び第2基板の各材質、第1基板の第2主面及び第2基板の第2主面の各加工方法、制御層の有無やその光学特性等によって変化する。後述のように、これらの出力信号比が適切な割合になるようにすれば、基板の利用効率を高め、センサ部の面積を最低限にして小型化を図りながら所望の精度を有する受発光装置が設計できる。
Moreover, in order to keep the balance of the S / N ratio of the signals of both the first sensor unit and the second sensor unit without waste, it is preferable that the light receiving areas (number of light receiving units) are different. When the light emitting / receiving device according to the present embodiment is applied to a gas sensor, the concentration is calculated based on the output signals (Ip1, Ip2) of the first sensor unit and the second sensor unit. It is determined by the S / N ratio between the sensor unit and the second sensor unit.
The output signal ratio (Ip1 / Ip2) is determined by each material of the first substrate and the second substrate, each processing method of the second main surface of the first substrate and the second main surface of the second substrate, the presence or absence of the control layer, and its optical It varies depending on characteristics. As will be described later, if these output signal ratios are set to an appropriate ratio, the light receiving / emitting device having the desired accuracy while improving the utilization efficiency of the substrate and minimizing the area of the sensor unit while minimizing the area. Can be designed.
次に、受発光装置の各構成部について、より具体的に説明する。
[第1基板]
本実施形態に係る受発光装置において、第1基板は、第1主面上に発光素子と第1センサ部を有する。第1基板の材料は特に制限されない。第1基板の材料として、例えばSi、GaAs、サファイヤ、InP、InAs、Ge等が挙げられるがこの限りではなく、使用する波長帯に応じて選択すればよい。第1センサ部と発光素子とを電気的に絶縁させることが容易にできる観点から、第1基板として半絶縁性基板を利用することが好ましい。半絶縁性基板が作成可能であり、大口径化が可能である観点から、GaAs基板は特に好ましい。測定感度向上の観点から、第1基板の材料は、発光素子から出力される光の透過性が高いものであることが好ましい。また、発光素子の出力変動を高精度に補償する観点から、第1基板の材料は、第2主面において発光素子から出力された光が効率的に反射する材料であることが好ましい。更に、後述のようにインジウム(In)又はアンチモン(Sb)を含む積層構造の第1センサ部、第2センサ部及び発光素子を形成しやすい観点から、第1基板はGaAs基板であることが好ましい。
Next, each component of the light emitting / receiving device will be described more specifically.
[First substrate]
In the light receiving and emitting device according to the present embodiment, the first substrate has a light emitting element and a first sensor unit on the first main surface. The material for the first substrate is not particularly limited. Examples of the material of the first substrate include Si, GaAs, sapphire, InP, InAs, and Ge. However, the material is not limited to this, and may be selected according to the wavelength band to be used. A semi-insulating substrate is preferably used as the first substrate from the viewpoint that the first sensor unit and the light emitting element can be easily electrically insulated. A GaAs substrate is particularly preferable from the viewpoint that a semi-insulating substrate can be produced and that the diameter can be increased. From the viewpoint of improving measurement sensitivity, the material of the first substrate is preferably a material having high transparency for light output from the light emitting element. In addition, from the viewpoint of highly accurately compensating for output fluctuations of the light emitting element, the material of the first substrate is preferably a material that efficiently reflects light output from the light emitting element on the second main surface. Furthermore, the first substrate is preferably a GaAs substrate from the viewpoint of easily forming the first sensor portion, the second sensor portion, and the light emitting element having a laminated structure containing indium (In) or antimony (Sb) as described later. .
第1センサ部、第2センサ部及び受光素子に用いられる材料としては、III−V族系の化合物半導体が好ましく、インジウム(In)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)からなる群より選択される少なくとも一つのIII族原子と、アンチモン(Sb)、ヒ素(As)からなる群より選択される少なくとも一つのV族原子の化合物半導体であることがより好ましく、InSb或いは、AlInSb、GaInSb、AsInSbを少なくとも含む化合物半導体であることがより更に好ましい。被検出ガスがCO2の場合、CO2の波長4.3μm付近の吸収を検出するために、第1センサ部、第2センサ部及び受光素子には、AlInSb又はGaInSbを利用すると良い。また、気化したアルコールのような気体を検出する場合、更に長波長(9〜10μm)にする必要があり、この場合第1センサ部、第2センサ部及び受光素子には、AsInSbを利用すると良い。 The material used for the first sensor unit, the second sensor unit, and the light receiving element is preferably a III-V group compound semiconductor, and is selected from the group consisting of indium (In), aluminum (Al), and gallium (Ga). More preferably a compound semiconductor of at least one group III atom and at least one group V atom selected from the group consisting of antimony (Sb) and arsenic (As). InSb or AlInSb, GaInSb, AsInSb More preferably, it is a compound semiconductor containing at least. When the gas to be detected is CO 2 , AlInSb or GaInSb is preferably used for the first sensor unit, the second sensor unit, and the light receiving element in order to detect absorption of CO 2 near a wavelength of 4.3 μm. In addition, when detecting a gas such as evaporated alcohol, it is necessary to further increase the wavelength (9 to 10 μm). In this case, AsInSb may be used for the first sensor unit, the second sensor unit, and the light receiving element. .
また、第1基板は、光取り出し効率及び光反射・散乱効率の観点から、第1基板の第2主面上に、発光素子から出力される光のうち、基板内で散乱する光量及び反射・散乱角度と、第1基板の第2主面からセル内に放射される光量及び放射角度を制御するための制御層を有することが好ましい。一般的に使われる基板材料の屈折率は高いため、基板から外部への光取り出しは難しく、発光素子から出力された光の多くが基板内で散乱することとなる。本実施形態に係る受発光装置においては、第1基板の第2主面上に制御層を設けることによって、センサ全体のS/N比を高くする(高分解能が得られる)ように設計することが可能になる。制御層の具体例としては、反射防止膜や、屈折率の異なる多数の材料の積層膜、粗面化した層、又は、それらの組み合わせが挙げられる。 In addition, the first substrate has a light amount and a reflection / reflection amount of light output from the light emitting element on the second main surface of the first substrate from the viewpoint of light extraction efficiency and light reflection / scattering efficiency. It is preferable to have a control layer for controlling the scattering angle, the amount of light emitted from the second main surface of the first substrate into the cell, and the radiation angle. Since the refractive index of a generally used substrate material is high, it is difficult to extract light from the substrate to the outside, and much of the light output from the light emitting element is scattered in the substrate. In the light emitting / receiving device according to the present embodiment, the control layer is provided on the second main surface of the first substrate so that the S / N ratio of the entire sensor is increased (high resolution can be obtained). Is possible. Specific examples of the control layer include an antireflection film, a laminated film of a large number of materials having different refractive indexes, a roughened layer, or a combination thereof.
[発光素子]
本実施形態に係る受発光装置において、発光素子は第1基板の第1主面上に形成される。発光素子は、被検出ガスによって吸収される波長を含む光を出力するものであれば特に制限されない。発光素子の具体的な形態は第1基板の第1主面上に形成できるものであれば特に制限されない。発光素子の具体的な例としては、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)やLED(Light Emitting Diode)が挙げられ、その中でも、被検出ガス以外の成分の光吸収によるノイズを低減する観点から、被検出ガスの吸収が大きい波長帯の光のみを出力するものであることが好ましい。具体的には、発光波長帯をアクティブ層のバンドギャップでコントロールということから、LED構造は望ましい場合がある。
[Light emitting element]
In the light emitting / receiving device according to the present embodiment, the light emitting element is formed on the first main surface of the first substrate. The light emitting element is not particularly limited as long as it outputs light including a wavelength absorbed by the gas to be detected. A specific form of the light emitting element is not particularly limited as long as it can be formed on the first main surface of the first substrate. Specific examples of light-emitting elements include MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) and LEDs (Light Emitting Diodes). Among them, from the viewpoint of reducing noise due to light absorption of components other than the gas to be detected. It is preferable to output only light in a wavelength band where gas absorption is large. Specifically, the LED structure may be desirable because the emission wavelength band is controlled by the band gap of the active layer.
発光素子はMBE(Molecular Beam Epitaxy)又はCVD(Chemical Vapor Deposition)のような成膜方法を用いて成膜した、PN接合又はPIN接合の積層構造部を持つことが好ましい。この積層構造部に電力を供給することによって、LEDとして動作し、積層構造部の材料のバンドギャップに応じた波長の光を放出することができる。この積層構造部(即ち、活性層)がIn又はSbを含むことにより赤外線領域の光(即ち、赤外線)を発光させることが可能になる。具体的には、活性層にInSbやInAlSbやInAsSbを用いることにより、1〜12μmの波長を出力することができる。
活性層がIn及び/又はSbを含むようなナローバンドギャップ材料は、一般的に温度特性(発光素子自体の温度による発光特性の変化)が大きい。しかしながら、本実施形態の受発光装置によれば、大きな発光特性の変化であってもその変化を常に正確にモニタリングすることが可能であり、そのモニタリング結果に基づいて発光素子の動作を制御することで常に一定の発光特性を実現することが可能である。
The light-emitting element preferably has a stacked structure portion of a PN junction or a PIN junction formed by using a deposition method such as MBE (Molecular Beam Epitaxy) or CVD (Chemical Vapor Deposition). By supplying electric power to the laminated structure portion, it can operate as an LED and emit light having a wavelength corresponding to the band gap of the material of the laminated structure portion. By including In or Sb in the stacked structure portion (that is, the active layer), light in the infrared region (that is, infrared light) can be emitted. Specifically, by using InSb, InAlSb, or InAsSb for the active layer, a wavelength of 1 to 12 μm can be output.
A narrow band gap material in which the active layer contains In and / or Sb generally has a large temperature characteristic (change in the light emission characteristic due to the temperature of the light emitting element itself). However, according to the light emitting and receiving device of the present embodiment, even if there is a large change in light emission characteristics, it is possible to always monitor the change accurately and control the operation of the light emitting element based on the monitoring result. Thus, it is possible to always achieve a constant light emission characteristic.
[第1センサ部]
本実施形態に係る受発光装置において、第1センサ部は、第1基板の第1主面上に形成される。第1センサ部の配置位置は、発光素子から出力された光のうち、第1基板の第1主面と対向する第2主面において反射した光が入射する位置であれば特に制限されない。信号処理の応答速度の観点から、第1センサ部の積層構造としては、PN接合又はPIN接合のダイオード構造であり、インジウム又はアンチモンの何れかの材料を含んでも良い。更に、Ga、Al、Asからなる群より選択される少なくとも1つの材料をさらに含む混晶系の材料を含んでも良い。また、温度特性を揃える観点から、第1センサ部の受光素子の材料及び積層構造は、発光素子の材料及び積層構造と同様のものであることが好ましい。
[First sensor unit]
In the light emitting / receiving device according to the present embodiment, the first sensor unit is formed on the first main surface of the first substrate. The arrangement position of the first sensor part is not particularly limited as long as the light reflected from the second main surface opposite to the first main surface of the first substrate is incident on the light output from the light emitting element. From the viewpoint of signal processing response speed, the laminated structure of the first sensor unit is a diode structure of a PN junction or a PIN junction, and may include any material of indium or antimony. Furthermore, a mixed crystal material further including at least one material selected from the group consisting of Ga, Al, and As may be included. Further, from the viewpoint of uniform temperature characteristics, the light receiving element material and the laminated structure of the first sensor section are preferably the same as the light emitting element material and the laminated structure.
センサ部を回路(増幅器)に接続した場合のS/N比の観点から、多数の受光素子を直列に設けることが好ましい。これにより、受光部全体の内部抵抗を大きくすることができるため、増幅器に接続した場合、高いS/N比が実現できる。そのため、本実施形態の第1センサ部は、受光素子を複数直列接続した形態であることが好ましい。
また、発光素子と第1センサ部とが同じ第1基板に配置されているため、第1センサ部に入射する光量は、第2センサ部に入射する光量よりも大きくなる傾向がある。このため、第1センサ部の受光部の総面積は、第2センサ部の受光部の総面積よりも小さくすることができる。これにより、受発光装置のより一層の小型化を図ることができる。
From the viewpoint of the S / N ratio when the sensor unit is connected to a circuit (amplifier), it is preferable to provide a large number of light receiving elements in series. Thereby, since the internal resistance of the whole light-receiving part can be enlarged, when connected to an amplifier, a high S / N ratio can be realized. Therefore, it is preferable that the first sensor unit of the present embodiment has a configuration in which a plurality of light receiving elements are connected in series.
In addition, since the light emitting element and the first sensor unit are disposed on the same first substrate, the amount of light incident on the first sensor unit tends to be larger than the amount of light incident on the second sensor unit. For this reason, the total area of the light receiving part of the first sensor part can be made smaller than the total area of the light receiving part of the second sensor part. Thereby, further miniaturization of the light emitting / receiving device can be achieved.
[第2基板]
本実施形態に係る受発光装置において、第2基板は第1主面上に第2センサ部を有していれば特に制限されない。第2主面側から入射した光は、第2基板内部を通過して、第2センサ部に入射される。第2基板の材料は特に制限されない。第2基板の材料として、例えばSi基板、GaAs基板、サファイヤ等が挙げられるがこの限りではない。測定感度向上の観点から、第2基板の材料は、第2主面側から入射した光に対する透過性が高いものであることが好ましい。
[Second board]
In the light emitting / receiving device according to the present embodiment, the second substrate is not particularly limited as long as it has the second sensor part on the first main surface. Light incident from the second main surface side passes through the inside of the second substrate and is incident on the second sensor unit. The material for the second substrate is not particularly limited. Examples of the material for the second substrate include, but are not limited to, a Si substrate, a GaAs substrate, and sapphire. From the viewpoint of improving measurement sensitivity, the material of the second substrate is preferably a material having high transparency to light incident from the second main surface side.
小型化の観点から、第2基板は、第1基板と互いに側面を対向させて隣り合って配置され、第1基板と第2基板との間に光遮断部が配置されることが好ましい。この形態の受発光装置は、後述の光反射部を備えることが好ましい。また、上記の光遮断部は、第1基板及び第2基板の接合部に配置されることが好ましい。このように配置された光遮断部を有することにより、発光素子から出力された光が外部空間を経由せずに第2センサ部に入射することを防ぐことができ、第2センサ部における検出感度を向上することができるため好ましい。本実施形態では、封止部の一部が第1基板と第2基板との間に介在していてもよい。封止部のうち第1基板と第2基板との間に介在する部分が、光遮断部として機能する。 From the viewpoint of miniaturization, it is preferable that the second substrate is disposed adjacent to the first substrate with the side surfaces facing each other, and the light blocking portion is disposed between the first substrate and the second substrate. The light emitting / receiving device of this embodiment preferably includes a light reflecting section described later. Moreover, it is preferable that said light shielding part is arrange | positioned at the junction part of a 1st board | substrate and a 2nd board | substrate. By having the light blocking unit arranged in this way, it is possible to prevent light output from the light emitting element from entering the second sensor unit without passing through the external space, and detection sensitivity in the second sensor unit. Can be improved. In the present embodiment, a part of the sealing portion may be interposed between the first substrate and the second substrate. A portion interposed between the first substrate and the second substrate in the sealing portion functions as a light blocking portion.
[第2センサ部]
本実施形態に係る受発光装置において、第2センサ部は、第2基板上に配置されるものであれば特に制限されない。前述のとおり、第2センサ部と第1センサ部の温度特性を同等のものにする観点から、第2センサ部と第1センサ部は、その製造工程において同一基板上に形成されたものであることが好ましく、同じ積層構造を有することがより好ましい。
信号処理の応答速度の観点から、第2センサ部の積層構造としては、PN接合又はPIN接合のダイオード構造であり、インジウム又はアンチモンの何れかの材料を含むことが好ましい。
測定感度向上の観点から、第1基板の第2主面から放射された光が第2センサ部に入射するまでの光路中に、特定の波長帯(予め設定した波長帯)のみを透過する光学フィルタを有することが好ましい。本実施形態に係る受発光装置において、発光素子から出力される光が広範な波長帯の光である場合、特に上記光学フィルタを有することが好ましい。
[Second sensor unit]
In the light emitting / receiving device according to the present embodiment, the second sensor unit is not particularly limited as long as it is disposed on the second substrate. As described above, from the viewpoint of equalizing the temperature characteristics of the second sensor unit and the first sensor unit, the second sensor unit and the first sensor unit are formed on the same substrate in the manufacturing process. It is preferable to have the same laminated structure.
From the viewpoint of the response speed of signal processing, the laminated structure of the second sensor part is a PN junction or PIN junction diode structure, and preferably contains any material of indium or antimony.
From the viewpoint of improving measurement sensitivity, an optical that transmits only a specific wavelength band (a preset wavelength band) in an optical path until light emitted from the second main surface of the first substrate enters the second sensor unit. It is preferable to have a filter. In the light receiving and emitting device according to the present embodiment, when the light output from the light emitting element is light in a wide wavelength band, it is particularly preferable to have the optical filter.
また、本実施形態に係る受発光装置において、第1センサ部を有する第1基板と第2センサ部を有する第2基板は元々同じ(即ち、ダイシング前は同一の)ウエハーであり、第1センサ部と第2センサ部が同様の積層構造であることが好ましい。これにより、第1センサ部と第2センサ部との間の感度特性及び感度の温度特性のバラつきが抑制され、本発明の効果がより発揮することができる。具体的に、第1センサ部の感度をRi2(λ)[A/W]とし、第2センサ部の感度をRi2(λ)[A/W]としたとき、|Ri2(λ)−Ri1(λ)|/(Ri1(λ))が20%以内であればよく、10%以下にすると更に良く、5%以下にすると更に好ましいが、2%以内、更に1%以下であった方が本発明の効果を更に発揮でき、超高精度の温度・経時変化補償が可能となる。 In the light emitting and receiving device according to the present embodiment, the first substrate having the first sensor unit and the second substrate having the second sensor unit are originally the same wafer (that is, the same before dicing), and the first sensor It is preferable that the part and the second sensor part have the same laminated structure. Thereby, the variation of the sensitivity characteristic between the 1st sensor part and the 2nd sensor part and the temperature characteristic of a sensitivity is suppressed, and the effect of the present invention can be exhibited more. Specifically, when the sensitivity of the first sensor unit is Ri2 (λ) [A / W] and the sensitivity of the second sensor unit is Ri2 (λ) [A / W], | Ri2 (λ) −Ri1 ( [lambda]) | / (Ri1 ([lambda])) should be 20% or less, more preferably 10% or less, and even more preferably 5% or less, but within 2%, more preferably 1% or less. The effects of the invention can be further exerted, and temperature / aging change compensation can be performed with extremely high accuracy.
これまで、第1基板に発光素子(第1発光素子)と第1センサ部が設けられ、第2基板には第2センサ部のみが設けられている場合について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。本発明では、上記の構成に加えて、第2基板に発光素子(第2発光素子)が設けられていてもよい。この場合、時間T1では第1発光素子から出射する光の一部は第1基板の第2主面で反射されて第1センサ部に入射し、第1基板の第2主面から出射した光は光反射部(例えば、凹面鏡)の鏡面で反射されて、第2基板にある第2センサ部に入射する。時間T2では、時間T1と同様に、第2発光素子から出射された光の一部は第2基板の第2主面で反射されて第2センサ部に入射し、第2基板の第2主面から出射した光は光反射部の鏡面で反射されて、第1基板にある第1センサ部に入射する。
このような設定では、光の受発光の際に、光が双方向に同じS/N比を持つことが望ましい。温度補正をするために、第1センサ部と第2センサ部の感度と温度特性を等しくすることが望ましく、空間状態の透過率に応じた信号と基板を介した信号の比を取る必要がある。これにより、発光素子の温度特性と経時変化が補償できる。時間T1で得られる信号比はR1=S2/S1となり、時間T2で得られる信号比はR2=S1/S2となり、信号比の平均値R=(R1+R2)/2を空間状態の透過率を情報を検出することに利用すると、S/N比が実現できるので、この構成は好ましい場合はある。
So far, the case where the light emitting element (first light emitting element) and the first sensor unit are provided on the first substrate and only the second sensor unit is provided on the second substrate has been described. However, the present invention is not limited to this. In the present invention, in addition to the above configuration, a light emitting element (second light emitting element) may be provided on the second substrate. In this case, at time T1, a part of the light emitted from the first light emitting element is reflected by the second main surface of the first substrate, enters the first sensor unit, and is emitted from the second main surface of the first substrate. Is reflected by the mirror surface of a light reflecting portion (for example, a concave mirror) and enters the second sensor portion on the second substrate. At time T2, as in time T1, a part of the light emitted from the second light emitting element is reflected by the second main surface of the second substrate and enters the second sensor unit, and the second main light of the second substrate is reached. The light emitted from the surface is reflected by the mirror surface of the light reflecting portion and enters the first sensor portion on the first substrate.
In such a setting, it is desirable that the light has the same S / N ratio in both directions when receiving and emitting light. In order to perform temperature correction, it is desirable to equalize the sensitivity and temperature characteristics of the first sensor unit and the second sensor unit, and it is necessary to take a ratio of a signal corresponding to the transmittance in the spatial state and a signal through the substrate. . Thereby, the temperature characteristics of the light emitting element and the change with time can be compensated. The signal ratio obtained at time T1 is R1 = S2 / S1, the signal ratio obtained at time T2 is R2 = S1 / S2, and the average value of the signal ratio R = (R1 + R2) / 2 is used as the information on the transmittance in the spatial state. Since this can be used to detect the S / N ratio, this configuration may be preferable.
[光反射部]
光反射部として、凹面鏡を用いることができる。凹面鏡の役割は発光素子から出力された光のうち、基板から出射した光を反射して第2センサ部に検出させることである。凹面鏡を用いることによって、受発光装置のS/N比が飛躍的に向上できる。凹面鏡の構造として、封止部上に固定されるような構造であれば良い。凹面鏡に使用される材料は金属でも樹脂でもセラミックでも、或いは、その組み合わせでも良く、内壁が発光素子からの光を効率よく反射できる構造であれば、材料の制限、又は組み合わせの制限はない。樹脂を利用した場合、受発光素子の半田リフローの際に、高温(例えば150℃)以上の耐熱性を持つ樹脂が望ましい。一般的な半導体素子の樹脂モールド部に使われる樹脂の例として、エポキシー樹脂やポリフタルアミド等が挙げられる。また、図示していないが、被検出物質(液体やガスなど)が光路に入るように、凹面鏡、樹脂モールド部、又は、凹面鏡と樹脂モールド部の間に、開口部を設けても良い。後述ように、凹面鏡は発光素子の数だけ増やしても良い。
なお、光素子から出射した光の光量をPoutとした場合、第2センサ部に入射する光の光量が0.3×Pout以上となるように、凹面鏡が配置されることが好ましい。
[Light reflection part]
A concave mirror can be used as the light reflecting portion. The role of the concave mirror is to reflect the light emitted from the substrate out of the light output from the light emitting element and cause the second sensor unit to detect it. By using the concave mirror, the S / N ratio of the light emitting / receiving device can be dramatically improved. As a structure of the concave mirror, any structure that can be fixed on the sealing portion may be used. The material used for the concave mirror may be metal, resin, ceramic, or a combination thereof, and there is no limitation on the material or combination as long as the inner wall can efficiently reflect light from the light emitting element. When a resin is used, a resin having a heat resistance of a high temperature (for example, 150 ° C.) or higher is desirable during solder reflow of the light emitting / receiving element. Examples of the resin used for the resin mold part of a general semiconductor element include epoxy resin and polyphthalamide. Although not shown, an opening may be provided between the concave mirror, the resin mold part, or between the concave mirror and the resin mold part so that the substance to be detected (liquid or gas) enters the optical path. As will be described later, the number of concave mirrors may be increased by the number of light emitting elements.
Note that when the amount of light emitted from the optical element is Pout, the concave mirror is preferably arranged so that the amount of light incident on the second sensor unit is 0.3 × Pout or more.
[信号処理部]
信号処理部は発光素子に電流を供給し、各センサ部の出力信号を受け、空間状態(例えば透過率や濃度、など)に応じた信号を出力する。
[光学フィルタ]
光学フィルタは光の一部の波長のみ透過する役割を持つ。光学フィルタの具体的な構成は透明基板(例えば、長波長の赤外線の場合、Si)上に屈折率の異なる膜を交互に積層したものが一般である。例えば、CO2ガスのような物質の場合、波長4.3μm付近の波長のみを透過するバンドパスフィルタを利用すると良い。このフィルタを固定するにはフィルタ保持部を更に設けても良い。
また、後述のように、光が2回同じフィルタを透過するため、光学フィルタに積層される膜の枚数を減らしても鋭いバンドパス特性が得られる。従って、簡易的な光学フィルタでも、高精度フィルタ級のバンドパスフィルタ半値幅が実現できるので、好ましい場合はある。
[Signal processing section]
The signal processing unit supplies a current to the light emitting element, receives an output signal from each sensor unit, and outputs a signal corresponding to a spatial state (for example, transmittance, concentration, etc.).
[Optical filter]
The optical filter has a role of transmitting only a part of the wavelength of light. A specific configuration of the optical filter is generally a film in which films having different refractive indexes are alternately laminated on a transparent substrate (for example, Si in the case of long-wavelength infrared). For example, in the case of a substance such as CO 2 gas, a band pass filter that transmits only a wavelength in the vicinity of a wavelength of 4.3 μm may be used. In order to fix the filter, a filter holding part may be further provided.
Further, as will be described later, since light passes through the same filter twice, sharp bandpass characteristics can be obtained even if the number of films stacked on the optical filter is reduced. Accordingly, even a simple optical filter can realize a bandpass filter half-value width of a high-accuracy filter class, which is preferable in some cases.
[(被検出物質)供給口]
被検出物質の供給口は、例えば、光反射部と封止部とで囲まれるセル内の光路に被検出物質が出入ができるようにするための開口である。セルに設けられる供給口の開口の径及び設置場所には制限ないが、断面積が小さく、長い程、被検出物質の供給速度が低下し、状態検出機能の応答速度が低下する。一方、開口部が凹面鏡に設けられた場合、断面積が大きい程、光の反射面が狭まれるので、受発光の効率(発光量/受光量)が低下するので、受発光装置の設計の際、応答速度と共に、S/N比を十分に考慮する必要はある。
[(Detected substance) supply port]
The supply port of the detected substance is, for example, an opening for allowing the detected substance to enter and exit the optical path in the cell surrounded by the light reflecting portion and the sealing portion. There is no limitation on the diameter and location of the opening of the supply port provided in the cell, but the smaller the cross-sectional area, the longer the supply speed of the substance to be detected and the response speed of the state detection function. On the other hand, when the opening is provided in the concave mirror, the larger the cross-sectional area, the narrower the light reflecting surface, so that the efficiency of light reception / emission (light emission / light reception) decreases. At this time, it is necessary to sufficiently consider the S / N ratio together with the response speed.
<実施形態の効果>
本実施形態は、以下の効果(1)〜(3)を奏する。
(1)発光素子から第1センサ部に至る光路は第1基板内にあり、この光路中に光学フィルタ(例えば、バンドパスフィルタ)や外部空間は存在しない。これにより、光路中にバンドパスフィルタや外部空間が存在する場合と比べて、受発光装置の使用環境によらず、光路での光の減衰を抑えることができ、第1センサ部が検出する信号のS/N比の低下を抑えることができる。
(2)上述したように、第1センサ部が検出する信号のS/N比の低下を抑えることができる。また、発光素子の発光強度の変化を定期的に校正しなくても、発光強度の変化による測定誤差を補償することができる。これにより、受発光装置の測定ばらつきを低減することができるため、高精度で、信頼性の高い受発光装置を提供することができる。
(3)第1センサ部と第2センサ部の外乱による温度差の抑制ができる。即ち、本実施形態は、経時変化や使用環境(例えば、環境温度)の変化により生じる、発光・受光の信号変動を補償し、発光素子の発光特性が変化した場合でも、又は、温度によって第1センサ部や第2センサ部の各感度が変化したとしても、第2センサ部による空間状態の検出をより高精度に行うことを可能とした受発光装置を提供することができる。更に、外乱による、第1、第2センサ部間の温度差を極限まで低減しながら、発光素子から第2センサ部に至る長い光路を実現できるため、被検出物質の濃度の変化を高い感度で検出できる。
このように、本実施形態によれば、長い光路を実現ししながら、補償用の第1センサ部と空間状態検出用の第2センサ部の温度差を極限まで低減することを可能とし、発光・受光の信号変動を精密に補償し、空間状態の検出をより高精度に行うことができる。
<Effect of embodiment>
This embodiment has the following effects (1) to (3).
(1) The optical path from the light emitting element to the first sensor unit is in the first substrate, and no optical filter (for example, a bandpass filter) or external space exists in the optical path. Thereby, compared with the case where a band pass filter and external space exist in an optical path, attenuation of the light in an optical path can be suppressed irrespective of the use environment of a light receiving / emitting device, and the signal which a 1st sensor part detects The decrease in the S / N ratio can be suppressed.
(2) As described above, it is possible to suppress a decrease in the S / N ratio of the signal detected by the first sensor unit. Further, it is possible to compensate for a measurement error due to a change in the emission intensity without periodically calibrating the change in the emission intensity of the light emitting element. Accordingly, measurement variations of the light emitting / receiving device can be reduced, so that a highly accurate and reliable light emitting / receiving device can be provided.
(3) The temperature difference due to the disturbance between the first sensor unit and the second sensor unit can be suppressed. That is, the present embodiment compensates for signal fluctuations of light emission and light reception caused by changes with time and changes in usage environment (for example, environmental temperature), and even when the light emission characteristics of the light emitting element change or depending on the temperature, Even if each sensitivity of the sensor unit or the second sensor unit changes, it is possible to provide a light emitting and receiving device that can detect the spatial state by the second sensor unit with higher accuracy. Furthermore, it is possible to realize a long optical path from the light emitting element to the second sensor part while reducing the temperature difference between the first and second sensor parts due to disturbance to the maximum, so that the change in the concentration of the substance to be detected can be detected with high sensitivity. It can be detected.
As described above, according to the present embodiment, it is possible to reduce the temperature difference between the first sensor unit for compensation and the second sensor unit for detecting the spatial state to the limit while realizing a long optical path.・ It is possible to precisely compensate for fluctuations in the received light signal and to detect the spatial state with higher accuracy.
<実施形態の適用>
以上記載したように、本実施形態に係る受発光装置は、種々の機器に適用することが可能であり、発光素子と第2センサ部の光路空間の状態(特定のガスの有無や濃度、流体の特定成分の有無や濃度等)を検出することが可能になる。例えば建物や測定機器中の特定のガスの濃度を検出するためのガスセンサや、携帯電話やスマートフォンなどの携帯通信機器に搭載されるガスセンサや、自動車や電車、航空機等の移動手段中のガス濃度を検出するためのガスセンサ、発光素子から第2センサ部間の光路空間を流れる物質(例えば水や体液)の成分検出装置、血液中のグルコース濃度測定などに用いることができる。
例えば、CO2濃度は生物の睡眠との相関性があると考えられている。本実施形態に係る受発光装置の測定対象ガスをCO2とした場合、周囲の温度が大きく変化しやすい環境下であっても、高精度にCO2濃度を検出することが可能になる。これにより、本実施形態に係る受発光装置は、例えば、車の運転における居眠り防止装置(例えば、所定のCO2濃度に達したら警報を発する/自動的に換気を行う等)として好適である。
<Application of Embodiment>
As described above, the light emitting and receiving device according to the present embodiment can be applied to various devices, and the state of the optical path space between the light emitting element and the second sensor unit (the presence or absence of a specific gas, the concentration, the fluid The presence / absence and concentration of the specific component) can be detected. For example, a gas sensor for detecting the concentration of a specific gas in a building or measuring instrument, a gas sensor mounted on a portable communication device such as a mobile phone or a smartphone, or a gas concentration in a moving means such as an automobile, a train, or an aircraft. It can be used for a gas sensor for detection, a component detection device for a substance (for example, water or body fluid) flowing in the optical path space between the light emitting element and the second sensor unit, measurement of glucose concentration in blood, and the like.
For example, the CO 2 concentration is considered to be correlated with living organisms' sleep. When the measurement target gas of the light emitting / receiving device according to the present embodiment is CO 2 , the CO 2 concentration can be detected with high accuracy even in an environment where the ambient temperature is likely to change greatly. Thereby, the light emitting / receiving device according to the present embodiment is suitable, for example, as a dozing prevention device in driving a car (for example, when a predetermined CO 2 concentration is reached, an alarm is issued / automatic ventilation is performed).
また、血液中のグルコース検出は波長9.6μmという波長での吸収を測定することより血糖中のグルコース濃度を測定することができる。本実施形態に係る受発光装置を利用することによって、9.6μmの波長帯でも小型で高精度・高信頼性の測定計を実現することができる。このようなグルコース濃度測定計を実現することによって、糖尿病の患者が自分自身で侵襲式の方法で生じるような皮膚にダメージを与えずに精度良く血糖値を調べることができ、より正確に投薬(例えばインスリン)の管理が実現できる。
また、本実施形態に係る受発光装置は従来の受発光装置と比較してS/N比が高いため、従来よりも小型・薄型化しても同等以上の性能を示すため、従来適用することが困難であった小型の機器(例えば携帯通信機器)等への適用が可能になる。
Further, glucose detection in blood can be measured grayed Turkey over scan concentration in blood glucose than measuring the absorption at a wavelength of wavelength 9.6 .mu.m. By using the light emitting / receiving device according to the present embodiment, a small, high-accuracy and high-reliability measuring meter can be realized even in the wavelength band of 9.6 μm. By realizing such a glucose concentration measurement meter, a diabetic patient can examine blood glucose level accurately without damaging the skin as caused by an invasive method by himself, and more accurately dosing ( For example, management of insulin) can be realized.
The light emitting / receiving device according to the present embodiment has a higher S / N ratio than the conventional light emitting / receiving device. Application to a small device (for example, a portable communication device) that has been difficult becomes possible.
<実施形態の具体例>
次に、図面を参照して本発明の実施形態の具体例(第1〜第5実施形態)について説明する。なお、以下に説明する各図において、同一の構成を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
[第1実施形態]
図1は本発明の第1実施形態に係る受発光装置の構成例を示す概念図であり、図1(a)は平面図、図1(b)はこの平面図をX1−X´1線で切断した断面図である。図1(a)及び(b)に示すように、この受発光装置では、第1基板41と第2基板42とが互いに離間した状態で、その側面(即ち、外周側面の一部)を対向させて隣り合って配置されている。
また、第1基板41の第1主面411とその側面、第2基板42の第1主面421とその側面は、樹脂モールド部50によって覆われて封止されている。第1基板41と第2基板42との間の隙間には樹脂モールド部50の一部が介在している。これにより、第1基板41の側面と第2基板42の側面との間が遮光されている。また、第1基板41の第2主面412と第2基板42の第2主面422はそれぞれ、樹脂モールド部50から露出している。なお、この例では、第1基板41の第2主面412と第2基板42の第2主面422は、樹脂モールド部50の表面(例えば、上面)と面一となっている。
<Specific Example of Embodiment>
Next, specific examples (first to fifth embodiments) of the embodiment of the invention will be described with reference to the drawings. Note that, in each drawing described below, parts having the same configuration are denoted by the same reference numerals, and repeated description thereof is omitted.
[First Embodiment]
FIG. 1 is a conceptual diagram showing a configuration example of a light receiving and emitting device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 1 (a) is a plan view, and FIG. 1 (b) is a plan view taken along line X1-X'1. It is sectional drawing cut | disconnected by. As shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b), in this light emitting / receiving device, the
The first
また、図1(a)に示すように、この受発光装置は、樹脂モールド部50に封止された信号処理部45と、この信号処理部45に接続された端子と、をさらに備える。信号処理部45は、第1基板41の第1主面411上に形成された発光素子に電流を供給すると共に、第1基板41の第1主面411上に形成された第1センサ部及び第2基板42の第1主面421上に形成された第2センサ部からの各出力信号を処理する機能を有する。
図7に、信号処理部45に接続された端子47の一例を示す。図7に示すように、第1基板41にある素子と第2基板42にある素子と信号処理部45との間は、ワイヤボンディング(例えば、図7に示すようなワイヤー49)によって接続されてもよい。また、信号処理部45と端子47との間もワイヤーボンディングによって接続されてもよい。この信号処理部45のうち少なくとも能動面(回路が形成された側の面)は樹脂モールド部50に覆われて封止されている。また、この信号処理部45に接続された端子47の少なくとも一部は樹脂モールド部50から露出している。これにより、この端子47は、受発光装置の内部/外部間電気接続用の端子として用いるようになっている。
As shown in FIG. 1A, the light receiving and emitting device further includes a
FIG. 7 shows an example of a terminal 47 connected to the
また、図1(a)及び(b)に示すように、この受発光装置は、第1基板41及び第2基板42からそれぞれ離れた位置であって、第1基板41の第2主面412側及び第2基板42の第2主面422側に配置された凹面鏡60を備える。凹面鏡60の凹面(即ち、凹状の曲面)601は光を反射する鏡面であり、第1基板41の第2主面及び第2基板42の第2主面の側に向けられている。これにより、凹面鏡60は、第1基板41の第2主面412から出射した光を第2センサ部32に向けて反射することが可能となっている。また、この受発光装置は、凹面鏡60と樹脂モールド部50とでセル10を構成している。このセル10には、被検出物質(例えば、測定対象ガス)を導入するための供給口(図示せず)が設けられている。この供給口を通して、セル10内の空間に測定対象ガスが導入される。
Further, as shown in FIGS. 1A and 1B, the light emitting and receiving device is located at a position away from the
図2は、第1基板41及び第2基板42の構成例を示す断面図である。図2では、第1基板41と第2基板42の寸法は異なるが、互いに同じ寸法でも良い。また、後述のように、第2基板42上にも、発光素子(第2の発光素子)を設けても良い。
図2に示すように、発光素子20は、例えば、第1基板41の第1主面411上に形成された第1導電型の半導体層201と、半導体層201上に形成された第2導電型の半導体層202及び電極203と、半導体層202上に形成された電極204とを有する。
第1センサ部31は、例えば、第1基板41の第1主面411上に形成された第1導電型の半導体層311と、半導体層311上に形成された第2導電型の半導体層312及び電極313と、半導体層312上に形成された電極314とを有する。第2センサ部32は、例えば、第2基板42の第1主面421上に形成された第1導電型の半導体層321と、半導体層321上に形成された第2導電型の半導体層322及び電極323と、半導体層322上に形成された電極324とを有する。第1導電型の半導体層201、311、321は、例えばN型半導体層である。第2導電型の半導体層202、312、322は、例えばP型半導体層である。
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a configuration example of the
As illustrated in FIG. 2, the
The
なお、図2においては、第1センサ部31、第2センサ部32は一つの素子として示したが、S/N比の観点から複数の素子を電気的に接続して各々一つのセンサ部としてもよい。また、発光効率の観点から、発光素子20も電気的に接続された多数の素子であっても良い。また、第1導電型の半導体層201、311、321と、第2導電型の半導体層202、312、322との間にそれぞれ真正半導体層(いわゆるi型半導体層)を挿入し、PIN接合を形成してもよい。
また、図2では第1基板41と第2基板42との間に隙間が設けられており、この隙間に遮光性の樹脂モールド部50(図1参照)が介在している。これにより、発光素子から出た光は、基板経由で第2センサ部へ到達しない。温度補正を併用した受発光装置の場合、より高精度に温度補正を行うことができる。
In FIG. 2, the
Further, the
第1実施形態に係る受発光装置によれば、第2基板42と第1基板41とを平行配置させていることにより、受発光装置の更なる小型化が可能である。更に、第1基板41と第2基板42を接近した位置に配置することによって、発光素子20から出射した光がより効率よく集光し、検出することができる。更に、第1基板41と第2基板42を接近させることにより、基板温度差、すなわち、第1センサ部31と第2センサ部32の温度差を低減することができる。つまり、受発光装置周囲に発生した気体又は液体の不均一な滞留が生じても、第1センサ部31と第2センサ部32の温度差が低減でき、高精度の測定が実現できる。
具体的には、発光素子20の発光面の重心と第1センサ部31の受光面の重心との距離が10mm以下、更に良いのは5mm以下、最も良いのは3mm以下である。また、受発光装置が光反射部として凹面鏡60を備えることにより、発光素子20から出力された光のうち、第1基板41の第2主面412から出射した赤外線(一点破線)を、凹面鏡60で反射し選択的に第2センサ部32に入射させることが可能になるため、より高感度な受発光装置を実現することが可能になる。
According to the light emitting / receiving device according to the first embodiment, the
Specifically, the distance between the center of gravity of the light emitting surface of the
[第2実施形態]
図3は本発明の第2実施形態に係る受発光装置の構成例を示す概念図である。
第2実施形態に係る受発光装置は光学フィルタ70を備える。光学フィルタ70は、その外周部がフィルタ保持部材71で保持され、第1基板41の第2主面412と第2基板42の第2主面422に対向して配置される。図3で示すように、凹面鏡60の凹面(即ち、鏡面)601は半球形状となっているが、光の集光を効率よくできれば、どんな曲面でも良い。光学フィルタ70を設けることによって、特性の波長のみ選択することができる。
また、第2実施形態に係る受発光装置では、同じ光学フィルタ70に光が2回透過する(即ち、第1基板41の第2主面412から出射して凹面鏡60に向かう光が光学フィルタ70を透過し、凹面鏡60で反射して第2基板42の第2主面422に向かう光が光学フィルタ70を透過する)ので、発光スペクトルの内非常に狭い半値幅の発光・受光特性が実現できる。このようにして、波長分解能を極めることができ、例えば、ガスセンサの用途においては、混合ガスの正確な濃度測定は可能となる。
第2の実施形態では、第1、第2基板とは別に光学フィルタ70の基板を設けたが、第1基板41の第2主面と、第2基板42の第2主面の少なくとも一方に直接2種類以上の屈折率の膜を設けても良い。この場合、組み立ての観点では、部品数は減り、組み立て工程は簡易となるので、好ましい場合はある。
[Second Embodiment]
FIG. 3 is a conceptual diagram showing a configuration example of a light receiving and emitting device according to the second embodiment of the present invention.
The light emitting / receiving device according to the second embodiment includes an
In the light receiving and emitting device according to the second embodiment, light is transmitted twice through the same optical filter 70 (that is, light that is emitted from the second
In the second embodiment, the substrate of the
[第3の実施形態]
図4は本発明の第3実施形態に係る受発光装置の構成例を示す概念図である。
上述の第2実施形態では、光学フィルタ70が第1基板41の第2主面と第2基板42の第2主面に対向して配置される場合について説明した。第2実施形態の図3では、凹面鏡60の凹面(即ち、鏡面)601が半球形状となっている場合を示したが、凹面鏡60の凹面は曲面のみに限定されない。
図4で示すように、鏡面601は、中央部が曲面で、外周部が平面でも良い。この場合、凹面鏡60の一部(例えば、中央部)のみに光が反射するように、光学フィルタ70のフィルタサイズを設計しても良い。この場合、第1基板41に設けられた発光素子からの光の一部は光学フィルタ70の側面Sに反射され、凹面鏡60へ進行し、凹面鏡60の中央部で反射され、再度隣接する第2基板42に入射・検出される。
[Third Embodiment]
FIG. 4 is a conceptual diagram showing a configuration example of a light receiving and emitting device according to the third embodiment of the present invention.
In the second embodiment described above, the case where the
As shown in FIG. 4, the
つまり、発光・受光の視野角は、図4に示すように光学フィルタ70の寸法によって制限される。これにより、凹面鏡60での多重反射は発生せず、第1基板41に設けられた発光素子から出射された光は光学フィルタ70を透過し、凹面鏡60で1回のみ反射され、再度光学フィルタ70を透過し、第2基板42に設けられた第2センサ部に入射する。発光素子から放出された光を凹面鏡60で1回のみ反射させることによって、凹面鏡60の反射率の経年変化は極限に抑えることができる。更にこのような設計をすると、非常に小型の受発光装置が実現できる。例えば、30mm×30mm×16mm以下、又は、15mm×15mm×10mm以下の受発光装置が実現できる。
That is, the viewing angle of light emission / light reception is limited by the dimensions of the
[第4実施形態]
図5は本発明の第4実施形態に係る受発光装置の構成例を示す概念図である。基板上にある発光素子及びセンサ部に接続された信号処理部(受発光制御部)65が樹脂モールド部50に一体化されている。
図5に示すように、第4実施形態に係る受発光装置では、第1基板41と第2基板41’内に、それぞれ、発光素子20、20’とセンサ部31、31’が設けられている。但し、第4実施形態はこれに限定されるものではなく、第1、第2実施形態と同様に第1基板には発光素子及び第1センサ部が設けられ、第2基板には第2センサ部のみが設けられている構成でも良い。信号処理部45の構成は、第1基板と第2基板の構造次第で、異なっても良い。
[Fourth Embodiment]
FIG. 5 is a conceptual diagram showing a configuration example of a light receiving and emitting device according to the fourth embodiment of the present invention. A signal processing unit (light emitting / receiving control unit) 65 connected to the light emitting element and the sensor unit on the substrate is integrated with the
As shown in FIG. 5, in the light receiving and emitting device according to the fourth embodiment, the
図5に示すように、この受発光装置では、第1基板41と第2基板41’とが互いに側面(即ち、外周側面の一部)を対向させ、かつ隙間を設けて隣り合って配置されている。この隙間の大きさは樹脂モールド部50が入り込むような寸法であれば良い。例えば、第1基板と第2基板との間の隙間の長さ(即ち、第1基板と第2基板との離間距離)をLとしたとき、L=50μmであればよい。但し、基板経由の光伝達を抑制する場合、使用樹脂の透過特性次第で、隙間の長さLを広げる必要がある。隙間の長さLを広げる程熱伝導が低下し、第1基板と第2基板の温度差が生じやすいので、受発光装置の設計の際、この距離を最適化する必要がある。一般的なエポキシー樹脂を利用する場合、Lは100μm、又は200μm以上であっても良い。
As shown in FIG. 5, in this light emitting / receiving device, the
図5に示すように、第4実施形態に係る受発光装置は、第1基板41の第2主面412側及び第2基板41’の第2主面412’側に、光反射部として凹面鏡60を備える。即ち、この受発光装置は、第1基板41及び第2基板41’からそれぞれ離れた位置に配置され、第1基板41の第2主面412から出射した光を第2センサ部31’に向けて反射し、第2基板41’の第2主面412’から出射した光を第1センサ部31に向けて反射する凹面鏡60を備える。
信号処理部45を樹脂モールド部50と一体化することによって、信号処理部45と発光素子、及び信号処理部45と受光素子の間の接続配線を短くできる。その効果として、下記の2点がある。
As shown in FIG. 5, the light receiving and emitting device according to the fourth embodiment includes a concave mirror as a light reflecting portion on the second
By integrating the
(1)発光素子の駆動による、磁場発生の低減
多くの場合、LEDの発光効率を高めるために、発熱を抑える必要がある。特に波長は長い程、例えばナローギャップ半導体で構成されるLEDのような発光素子は、その発光層のバンドギャップは小さいため、室温で強い発光量は得られ難い。例えば、後述のようにInSbやInAlSbのようなナローギャップ半導体の場合、直流で駆動すると、再結合による発光よりも、発熱による光は大きく現れる。そのため、瞬間的に(例えば数μs〜数ms)パルスを印加し、その瞬間だけ、光を受光する必要がある。従って、高周波(数100Hz〜数MHz)の電磁ノイズが、駆動回路と発光素子を繋ぐ配線から発生する可能性ある。
(1) Reduction of magnetic field generation by driving of light emitting element In many cases, it is necessary to suppress heat generation in order to increase the luminous efficiency of the LED. In particular, as the wavelength is longer, a light-emitting element such as an LED formed of a narrow gap semiconductor has a smaller band gap in the light-emitting layer, and therefore, it is difficult to obtain a strong light emission amount at room temperature. For example, as described later, in the case of a narrow gap semiconductor such as InSb or InAlSb, when driven by direct current, light due to heat generation appears larger than light emission due to recombination. Therefore, it is necessary to apply a pulse instantaneously (for example, several μs to several ms) and receive light only at that moment. Therefore, high-frequency (several hundred Hz to several MHz) electromagnetic noise may be generated from the wiring connecting the drive circuit and the light emitting element.
(2)受光素子と信号処理回路(アンプなど)間の配線によるノイズ除去。
特にナローギャップ半導体で構成される受光素子の場合、出力信号は微弱であるため、外乱又はLEDに流れる電流自身の磁場によるノイズは、受光素子のS/N比を低下させてしまう可能性がある。この場合、初段アンプとセンサ部との間の配線は短くすることで、効果が発揮する。従って、特に長波長の受発光装置では、信号処理部65を同一の樹脂モールド部50内に設けることによって、その効果が最も発揮できる。長波長の受発光装置の応用例としては、環境ガスセンサである、NO、CO、CO2などが挙げられる。従って、これらのようなガスの検出装置に本発明を実施すると飛躍的な効果が得られる。
(2) Noise removal by wiring between the light receiving element and the signal processing circuit (amplifier, etc.).
In particular, in the case of a light receiving element composed of a narrow gap semiconductor, since the output signal is weak, noise due to disturbance or the magnetic field of the current itself flowing through the LED may reduce the S / N ratio of the light receiving element. . In this case, the effect is exhibited by shortening the wiring between the first-stage amplifier and the sensor unit. Therefore, particularly in a long wavelength light emitting and receiving device, the effect can be most exhibited by providing the signal processing unit 65 in the same
第4実施形態に係る受発光装置によれば、第1基板41と第2基板41’とが平行配置されることにより、受発光装置の更なる小型化が可能である。また、受発光装置が凹面鏡60を備えることにより、第1の発光素子20から出力された光のうち、第1基板41の第2主面412から出射した光(一点破線)を凹面鏡60で反射し第2センサ部31’に選択的に入射させることが可能になる。また、第2の発光素子20’から出力された光のうち、第2基板41’の第2主面412’から出射した光(図示無し)を凹面鏡60で反射し第1センサ部31に選択的に入射させることが可能になる。このため、空間状態に異なった物質の混合が混入しても、特性の物質を高S/N比で測定することが可能となる。
なお、第4実施形態でも、図5で示すように、第1基板41と第2基板41’との間に、封止に使われる樹脂モールド部50の一部がある。また、図5では、被検出物質(例えば、測定対象ガス)を導入するための供給口51が凹面鏡60に設けられている場合を示している。
According to the light emitting / receiving device according to the fourth embodiment, the
In the fourth embodiment, as shown in FIG. 5, there is a part of the
[第5実施形態]
図6は本発明の第5実施形態に係る受発光装置の構成例を示す概念図である。この第5実施形態では、第1〜第4実施形態と違って、凹面鏡は2部に分かれるように設計されている。これにより、更に光集効率向上が図れる。この構造は発光素子が多数ある場合に、その効果が発揮できる。
具体的な形状としては、図6に示すように、第1基板41にある発光素子20から出射される光の一部は第1凹面鏡61によって、集光され、第2基板41’にある第2センサ部31’に入射する。また、第2基板41’にある発光素子20’から出射される光の一部は第2凹面鏡62によって集光され、第1基板41にある第1センサ部31に入射する。
この構造は第1基板41から第2基板41’への光路と第2基板41’から第1基板41への光路が等しくなるように設計しても良い。これにより、2対の発光・受光素子によるS/N向上、且つ、第1基板41と第2基板41’の温度差低減(従って、第1センサ部31と第2センサ部31’の温度差低減)が実現できると同時に、非常に小型・高精度の受発光装置が実現できる。
[Fifth Embodiment]
FIG. 6 is a conceptual diagram showing a configuration example of a light receiving and emitting device according to the fifth embodiment of the present invention. In the fifth embodiment, unlike the first to fourth embodiments, the concave mirror is designed to be divided into two parts. Thereby, the light collection efficiency can be further improved. This structure can exert its effect when there are many light emitting elements.
As a specific shape, as shown in FIG. 6, a part of the light emitted from the
This structure may be designed so that the optical path from the
<その他>
本発明は、以上に記載した実施形態に限定されるものではない。当業者の知識に基づいて実施形態に設計の変更等を加えてもよく、また、第1〜第5実施形態を任意に組み合わせてもよく、そのような変更が加えられた態様も本発明の範囲に含まれる。
また、本発明の受発光装置は、赤外線式の受発光装置に限定されるものではなく、例えば紫外線式の受発光装置であってもよい。この場合は、発光部が紫外線を放射し、この放射された紫外線の一部を第1センサ部が受光し、紫外線の他の一部を第2センサ部が受光する。
<Others>
The present invention is not limited to the embodiment described above. A design change or the like may be added to the embodiment based on the knowledge of a person skilled in the art, and the first to fifth embodiments may be arbitrarily combined, and an aspect in which such a change is added is also included in the present invention. Included in the range.
The light emitting / receiving device of the present invention is not limited to the infrared light receiving / emitting device, and may be, for example, an ultraviolet light receiving / emitting device. In this case, the light emitting unit emits ultraviolet rays, the first sensor unit receives a part of the emitted ultraviolet rays, and the second sensor unit receives the other part of the ultraviolet rays.
本発明により、温度補償及び劣化補償が不要な、高S/N比を持つ更に小型な受発光装置を、より簡易な構成で実現することができる。 According to the present invention, a smaller light emitting / receiving device having a high S / N ratio that does not require temperature compensation and deterioration compensation can be realized with a simpler configuration.
20、20’ 発光素子
31 第1センサ部
31’、32 第2センサ部
41 第1基板
41’、42 第2基板
45 信号処理部
47 端子
49 ワイヤー
50 樹脂モールド部(封止部の一例)
60 凹面鏡(光反射部の一例)
61 第1凹面鏡
62 第2凹面鏡
201、311、321 第1導電型の半導体層
202、312、322 第2導電型の半導体層
203、204、313、314、323、324 電極
411、411’、421 第1主面
412、412’、422 第2主面
601 凹面(鏡面)
20, 20 ′
60 Concave mirror (example of light reflector)
61 First
Claims (15)
第1主面と該第1主面と対向する第2主面とを有し、該第1主面上に形成された第2センサ部を有する第2基板と、
前記第1基板及び前記第2基板からそれぞれ離れた位置に配置され、前記発光素子から放出されて前記第1基板の第2主面から出射した光の少なくとも一部を前記第2センサ部に向けて反射する光反射部と、
前記第1基板の第1主面及び前記第2基板の第1主面を覆って封止する封止部とを備え、
前記光反射部は、前記光の少なくとも一部を集光して反射する凹面鏡であって、前記第1基板及び前記第2基板は互いに側面を対向させて隣り合って配置されている受発光装置。 A first substrate having a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface, each having a light emitting element and a first sensor portion formed on the first main surface;
A second substrate having a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface, and having a second sensor portion formed on the first main surface;
At least a part of the light emitted from the light emitting element and emitted from the second main surface of the first substrate is directed to the second sensor unit, and is disposed at a position away from each of the first substrate and the second substrate. A light reflecting portion that reflects
A sealing portion that covers and seals the first main surface of the first substrate and the first main surface of the second substrate;
The light reflecting portion is a concave mirror that collects and reflects at least a part of the light, and the first substrate and the second substrate are disposed adjacent to each other with their side surfaces facing each other. .
前記発光素子から放出されて前記第1基板の第2主面から出射した光が前記第2基板の第2主面に入射する前に前記光学フィルタを2回透過するように、前記光学フィルタが配置される請求項1に記載の受発光装置。 An optical filter that transmits only light in a preset wavelength band;
The optical filter is arranged such that light emitted from the light emitting element and emitted from the second main surface of the first substrate is transmitted through the optical filter twice before entering the second main surface of the second substrate. light emitting and receiving device according to claim 1 disposed.
第1主面と該第1主面と対向する第2主面とを有し、該第1主面上に形成された第2センサ部を有する第2基板と、
前記第1基板及び前記第2基板からそれぞれ離れた位置に配置され、前記発光素子から放出されて前記第1基板の第2主面から出射した光の少なくとも一部を前記第2センサ部に向けて反射する光反射部と、
前記第1基板の第1主面及び前記第2基板の第1主面を覆って封止する封止部と、
予め設定した波長帯の光のみを透過する光学フィルタとを備え、
前記第1基板及び前記第2基板は互いに側面を対向させて隣り合って配置され、
前記発光素子から放出されて前記第1基板の第2主面から出射した光が前記第2基板の第2主面に入射する前に前記光学フィルタを2回透過するように、前記光学フィルタが配置されている受発光装置。 A first substrate having a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface, each having a light emitting element and a first sensor portion formed on the first main surface;
A second substrate having a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface, and having a second sensor portion formed on the first main surface;
At least a part of the light emitted from the light emitting element and emitted from the second main surface of the first substrate is directed to the second sensor unit, and is disposed at a position away from each of the first substrate and the second substrate. A light reflecting portion that reflects
A sealing portion that covers and seals the first main surface of the first substrate and the first main surface of the second substrate ;
An optical filter that transmits only light in a preset wavelength band , and
The first substrate and the second substrate are disposed adjacent to each other with their side surfaces facing each other ,
The optical filter is arranged such that light emitted from the light emitting element and emitted from the second main surface of the first substrate is transmitted through the optical filter twice before entering the second main surface of the second substrate. Light emitting / receiving device arranged .
前記信号処理部に接続された端子と、を更に備え、
前記信号処理部のうち少なくとも能動面は前記封止部に覆われて封止され、かつ前記端子の少なくとも一部は前記封止部から露出している請求項1、請求項2、請求項4及び請求項5の何れか一項に記載の受発光装置。 A signal processing unit for supplying current to the light emitting element and processing each output signal from the first sensor unit and the second sensor unit;
A terminal connected to the signal processing unit,
The signal at least the active surface of the processing unit is sealed is covered with the sealing portion, and wherein at least a portion Claim 1 exposed from the sealing portion of the terminal, according to claim 2, claim 4 And the light emitting and receiving device according to claim 5 .
前記信号処理部に接続された端子と、を更に備え、
前記信号処理部のうち少なくとも能動面は前記封止部に覆われて封止され、かつ前記端子の少なくとも一部は前記封止部から露出している請求項3、請求項7及び請求項8の何れか一項に記載の受発光装置。 A signal processing unit for supplying current to the light emitting element and processing each output signal from the first sensor unit and the second sensor unit;
A terminal connected to the signal processing unit,
Wherein at least the active surface of the signal processing unit is sealed is covered with the sealing portion, and wherein at least a portion Claim exposed from the sealing portion of the pin 3, claim 7 and claim 8 The light emitting / receiving device according to any one of the above.
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