JP6960451B2 - 受発光素子モジュールおよびセンサー装置 - Google Patents

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Description

本発明は、受発光素子モジュールおよびセンサー装置に関する。
従来、受発光素子モジュールとして、発光部および受光部を基板に搭載した反射型光結合装置が開示されている（例えば、特許文献１を参照）。
特開平５−１５２６０３公報
受発光素子モジュールでは、発光部における発光の強度をモニタリングすることが求められている。
本開示の受発光素子モジュールは、基板と、前記基板上に配された発光素子と、前記基板上に前記発光素子から離れて配された第１受光素子と、前記基板上に配された、前記発光素子および前記第１受光素子を囲んだ側壁と、前記基板上に配されて前記側壁で囲まれた第２受光素子と、前記基板の上方に位置して、前記側壁で囲まれた領域を覆うように配された上壁と、を備えている。そして、前記上壁は、前記発光素子の上方に位置した第１光通過部と、前記第１光通過部に隣接する上面に、前記側壁から前記第１光通過部に向かって下面に近づく傾斜面と、前記傾斜面と前記第１受光素子の受光領域とを結ぶ仮想線上に位置した第１遮光部と、前記第２受光素子の上方に位置した第２光通過部と、前記第１光通過部および前記第２光通過部の間の領域に位置した中間部と、を有している。前記中間部の下面の少なくとも一部は、前記発光素子および前記第１受光素子に対向した対向面であり、前記対向面は、前記基板の上面に対して、前記発光素子側に傾斜している。
本開示の受発光素子モジュールでは、発光部における発光の強度をモニタリングすることができる。
本開示の受発光素子モジュールの斜視図である。 本開示の受発光素子モジュールの断面図である。 本開示の受発光素子モジュールの断面の一部を拡大した拡大図である。 本開示の受発光素子モジュールの断面の一部を拡大した拡大図である。 本開示の受発光素子モジュールの上面図である。 本開示の受発光素子モジュールの上面図である。 本開示の受発光素子モジュールの断面の一部を拡大した拡大図である。 本開示の受発光素子モジュールの断面の一部を拡大した拡大図である。 本開示の受発光素子モジュールの断面の一部を拡大した拡大図である。 本開示の受発光素子モジュールの断面の一部を拡大した拡大図である。 本開示の受発光素子モジュールの断面の一部を拡大した拡大図である。 本開示の受発光素子モジュールの断面の一部を拡大した拡大図である。 本開示の受発光素子モジュールの断面の一部を拡大した拡大図である。 本開示の受発光素子モジュールの概要を示す断面図である。 本開示のセンサー装置の概要を示す断面図である。
以下に、本開示の受発光素子モジュールについて、図面を参照しつつ説明する。以下の説明では、便宜的に直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を定義してＺ軸方向の正側を上方とするが、本開示の受発光素子モジュールは、いずれの方向が上方または下方とされてもよい。また、以下の説明に記載された第１方向Ｄ１はＸ軸に沿った方向であり、第２方向Ｄ２はＹ軸に沿った方向である。
＜受発光素子モジュール＞
図１および図２に、本開示の受発光素子モジュールの一例の概要を示す。図２は、図１に記載の受発光素子モジュールをII−II線で切断したときの断面の図である。
受発光素子モジュール１は、例えば、対象物に発光部からの光を照射して対象物での反射光を受光部で検出することによって、対象物をセンシングすることができる。受発光素子モジュール１は、例えばコピー機またはプリンタなどの画像形成装置に組み込まれて、トナーまたはメディアなどの対象物の位置情報、距離情報または濃度情報などを検出することができる。
受発光素子モジュール１は、図１に示すように、配線基板２と、配線基板２上に配された筐体３と、筐体３上に配されたレンズ部材４とを有している。また、図２に示すように、筐体３内には、配線基板２に実装された受発光素子５が配されている。
配線基板２は、受発光素子５を支持することができる。配線基板２は、外部装置に電気的に接続されて、受発光素子５を駆動することができる。なお、受発光素子５は、例えば、配線基板２に実装されてボンディングワイヤで電気的に接続されていればよい。
配線基板２は、例えば、矩形状に形成されてもよい。配線基板２は、例えば、絶縁層と配線とを積層して形成することができる。配線基板２は、例えば、樹脂基板またはセラミック基板などであればよい。本開示の配線基板２は、樹脂基板である。なお、樹脂基板は絶縁層が樹脂層であり、セラミック基板は絶縁層がセラミック層である。
受発光素子５は、光を出射し、入射する光を検知することができる。受発光素子５は、基板51と、基板51上に配された発光素子52、受光素子54および複数の電極55とを有している。また、受発光素子５では、発光素子52の発光強度をモニタリングするため、受光素子54（第２受光素子54）の他に、第１受光素子53を有している。発光素子52と第２受光素子54とは、第１方向Ｄ１に沿って並んでいる。第１受光素子53は、発光素子52と第２受光素子54との間の領域に配されている。
基板51は、発光素子52、第１受光素子53および第２受光素子54を支持することができる。基板51は、例えば、半導体材料から形成されていればよい。基板51は、例えば、シリコン（Ｓｉ）結晶の基板であればよい。基板51は、例えば、板状であればよい。基板51の厚みは、例えば、300μｍ以上400μｍ以下であればよい。基板51の平面形状は、例えば四角形状であればよい。基板51は、例えば、シリコン（Ｓｉ）のインゴットをウェハ状にスライスして形成することができる。
図３に、発光素子52の概要を模式的に示す。なお、図３は、図２の断面のうち発光素子52を拡大して示している。
発光素子52は、電圧が印加されることによって、発光することができる。発光素子52は、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）またはＬＤ（Laser diode）などであればよい。発光素子52は、基板51の上面に配された複数の半導体層520と、複数の半導体層520に電圧を印加する第１電極551および第２電極552を有している。
複数の半導体層520は、第１導電型の第１半導体層521と、第２導電型の第２半導体層522と、第３半導体層523とを有している。第３半導体層523は、第１半導体層521および第２半導体層522の間に位置している。
第１半導体層521は、第１電極551と電気的に接続される。第２半導体層522は、第２電極552と電気的に接続される。第１電極551および第２電極552によって電圧が印加されたとき、電子および正孔などのキャリアが、第１半導体層521および第２半導体層522を介して第３半導体層523に流れこみ、第３半導体層523が発光することができる。
第１半導体層521は、第１コンタクト層521aと、第１コンタクト層521aに積層された第１クラッド層521bとを有している。第１コンタクト層521aの上面には、第１クラッド層521bの他に、第１電極551も配されている。第１クラッド層521bには、第３半導体層523が積層されている。
第１コンタクト層521aは、第１電極551との電気的な接触抵抗を低減することができる。第１コンタクト層521aは、例えば、ｎ型の不純物を含むガリウムヒ素（ＧａＡｓ）であればよい。第１コンタクト層521aのｎ型の不純物としては、例えば、シリコン（Ｓｉ）またはセレン（Ｓｅ）等であればよい。第１コンタクト層521aの厚みは、例えば、0.8μｍ以上１μｍ以下である。
なお、本明細書では「第１導電型」は「ｎ型」とし「第２導電型」は「ｐ型」とする。しかしながら、本発明では「第１導電型」は「ｐ型」としてもよい。この場合、「第２導電型」は「ｎ型」とする。
第１クラッド層521bは、第３半導体層523に正孔を閉じ込めることができる。第１クラッド層521bは、例えば、ｎ型の不純物を含むアルミニウムガリウムヒ素（ＡｌＧａＡｓ）であればよい。第１クラッド層521bのｎ型の不純物は、例えば、シリコン（Ｓｉ）またはセレン（Ｓｅ）等であればよい。第１クラッド層521bの厚みは、例えば、0.2μｍ以上0.5μｍ以下である。
第２半導体層522は、第３半導体層523に積層された第２クラッド層522aと、第２クラッド層522aに積層された第２コンタクト層522bとを有している。第２コンタクト層522bの上面には、第２電極552が配されている。
第２クラッド層522aは、第３半導体層523に電子を閉じ込める機能を有している。第２クラッド層522aは、例えば、ｐ型の不純物を含むアルミニウムガリウムヒ素（ＡｌＧａＡｓ）であればよい。第２クラッド層522aのｐ型の不純物は、例えば、亜鉛（Ｚｎ）またはマグネシウム（Ｍｇ）等であればよい。第２クラッド層522aの厚みは、例えば、0.2μｍ以上0.5μｍ以下である。
第２コンタクト層522bは、第２電極552との電気的な接触抵抗を低減する機能を有している。第２コンタクト層522bは、例えば、ｐ型の不純物を含むアルミニウムガリウムヒ素（ＡｌＧａＡｓ）であればよい。第２コンタクト層522bの厚みは、例えば、0.2μｍ以上0.5μｍ以上であればよい。なお、第２コンタクト層522bは、電極との接触抵抗を低減するために、第２クラッド層522aよりもキャリア密度が高く設定されている。
第３半導体層523は、いわゆる活性層であり、発光部である。第３半導体層523は、キャリアが再結合することによって、発光することができる。第３半導体層523は、例えば、アルミニウムガリウムヒ素（ＡｌＧａＡｓ）等であればよい。第３半導体層523の厚みは、例えば、0.1μｍ以上0.5μｍ以下である。
なお、複数の半導体層520の表面には、複数の電極55同士の短絡を防止する目的で、複数の電極55との接続箇所を除いて絶縁層56が配されている。
また、複数の半導体層520は、基板51の上面に積層された第４半導体層524をさらに有していてもよい。第４半導体層524は、複数の半導体層520のバッファ層として機能することができる。第４半導体層524は、例えば、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）等であればよい。第４半導体層524の厚みは、例えば、２μｍ以上３μｍ以下である。
以上より、複数の半導体層520は、第４半導体層524、第１半導体層521、第３半導体層523、第２半導体層522の順序で、基板51の上面に積層されて形成される。なお、複数の半導体層520は、例えばＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法を利用して、基板51の上面に順次エピタキシャル成長させることによって形成することができる。また、絶縁層56は、例えばＰ−ＣＶＤ（Plasma Chemical Vapor Deposition）法を利用して形成することができる。また、複数の電極55は、例えば蒸着法、スパッタリング法またはめっき法などを利用して形成することができる。
図４および図５に、受発光素子５の概要を示す。図４および図５は、配線基板２、筐体３およびレンズ部材４を除いた図である。
第１受光素子53は、光を受光して電流に変換することができる。第１受光素子53は、発光素子52から出射した光のうち、対象物で反射する前の光を受光するものである。その結果、第１受光素子53は、発光素子52の発光の強度をモニタリングすることができる。第１受光素子53は、例えば、ＰＤ（photo diode）またはＰＴ（photo transistor）などであればよい。
第１受光素子53は、図４および図５に示すように、第１導電型の第１領域531、第２導電型の第２領域532、第１領域531に接続した第３電極553および第２領域532に接続した第４電極554を有している。第１受光素子53は、第１領域531と第２領域532とでｐｎ接合を形成しており、入射した光を電流に変換することができる。第３電極553および第４電極554は、入射光が変換された電流を取り出すことができる。
本開示の第１受光素子53では、基板51の一部が、第１領域531および第２領域532を構成している。言い換えれば、基板51は、第１領域531および第２領域532を有している。すなわち、第１導電型の基板51の一部を第２導電型に代えることによってｐｎ接合を形成し、第１受光素子53の一部として機能させている。なお、第１領域531および第２領域532は、基板51の表面の一部を構成しており、基板51の表面に配された第３電極553および第４電極554と電気的に接続している。本開示の第１受光素子53では、第２領域532が基板51の上面の一部を構成しており、受光領域となる。
本開示の基板51は、ｐｎ接合を形成しているため、ｎ型またはｐ型の不純物を有している。基板51のｎ型の不純物は、例えばリン（Ｐ）または窒素（Ｎ）等であればよい。また、基板51のｐ型の不純物は、例えば、ホウ素（Ｂ）、亜鉛（Ｚｎ）またはマグネシウム（Ｍｇ）等であればよい。なお、基板51に、ｎ型の不純物をドーピングした後、ｐ型の不純物をさらにドーピングすることによって、第１領域531および第２領域532を形成することができる。
第２受光素子54は、光を受光して電流に変換することができる。第２受光素子54は、第１受光素子53と異なり、発光素子52から出射した光のうち、対象物で反射した光を受光するものである。その結果、対象物の表面状態などを測定することができる。第２受光素子54は、例えば、ＰＤまたはＰＴなどであればよい。
第２受光素子54は、図４および図５に示すように、第１導電型の第３領域541、第２導電型の第４領域542、第３領域541に接続した第５電極555および第４領域542に接続した第６電極556を有している。第２受光素子54は、第３領域541と第４領域542とでｐｎ接合を形成しており、入射した光を電流に変換することができる。第５電極555および第６電極556は、入射光が変換された電流を取り出すことができる。
本開示の第２受光素子54では、基板51の一部が、第３領域541および第４領域542を構成している。言い換えれば、基板51は、第３領域541および第４領域542を有している。すなわち、第１導電型の基板51の一部を第２導電型に代えることによってｐｎ接合を形成し、第２受光素子54の一部として機能させている。なお、第３領域541および第４領域542は、基板51の表面の一部を構成しており、基板51の表面に配された第５電極555および第６電極556と電気的に接続している。本開示の第２受光素子54では、第４領域542が基板51の上面の一部を構成しており、受光領域となる。また、本開示の第１受光素子53および第２受光素子54では、第１領域531および第３領域541は同一である。言い換えれば、第１受光素子53および第２受光素子54は、第１導電型の領域を共用している。
第１受光素子53の第３電極553および第４電極554は、第１方向Ｄ１に直交する第２方向Ｄ２に引き出されていてもよい。その結果、発光素子52からのノイズ電流を低減することができる。
また、さらに、第１受光素子53の第３電極553および第４電極554は、第１方向Ｄ１に沿って、発光素子52と反対側に位置していてもよい。その結果、発光素子52からのノイズ電流を低減することができる。
第１受光素子53の第３電極553および第４電極554は、第１受光素子53および第２受光素子54の間の領域に位置していてもよい。その結果、例えば、ボンディングワイヤなどで配線基板２と接続する場合に、ワイヤなどが第１受光素子53および第２受光素子54の間の領域に位置することになる。したがって、外部から第１受光素子53に入射する光を低減することができる。
また、第２受光素子54の第５電極555および第６電極556は、第１受光素子53および第２受光素子54の間の領域に位置していてもよい。その結果、外部から第１受光素子53に入射する光を低減することができる。
なお、第２受光素子54の第５電極555および第６電極556は、第１受光素子53および第２受光素子54の間の領域を除く領域に位置していても構わない。
筐体３は、受発光素子５を保護することができる。また、筐体３は、外部から受発光素子５に進入する光を遮断または低減することができる。
筐体３は、図２に示すように、受発光素子５を囲んだ側壁30と、側壁30と接続して、受発光素子５の上方に位置して、側壁30で囲まれた領域を覆うように配された上壁31とを有している。受発光素子５は、側壁30の内面と上壁31の下面とに囲まれる領域に配されている。側壁30は、例えば枠状であり、上壁31は、例えば板状であればよい。筐体３の側壁30の下面は、例えば、接着材などを介して、配線基板２の上面に接続されていればよい。なお、上壁31は、側壁30の高さ方向の途中に配されている。
上壁31は、図２および図６に示すように、複数の光通過部310を有しており、複数の光通過部310によって、受発光素子５が発光または受光する光が筐体３を通過することができる。本開示の複数の光通過部310は、上壁31に設けられた複数の貫通孔である。複数の光通過部310は、発光素子52の上方に位置した第１光通過部311と、第２受光素子54の上方に位置した第２光通過部312とを有している。第１光通過部311には発光素子52の出射光が通過し、第２光通過部312には対象物からの反射光が通過する。
なお、図６は、筐体３の概要を示している。図６は、配線基板２およびレンズ部材４を除いた図である。
筐体３の上壁31は、複数の光通過部310の間に位置した中間部320と、複数の光通過部310および中間部320を囲む周辺部330をさらに有している。中間部320は、発光素子52と第２受光素子54との間の領域に位置しており、発光素子52が出射した光が通過する領域と、第２受光素子54が受光する光が通過する領域とを分けることができる。周辺部330は、外部から入射する不要な光を低減することができる。
なお、図６では、複数の光通過部310および点線で囲まれた領域が中間部320であり、点線より外側に位置して複数の光通過部310を囲む領域が周辺部330である。
中間部320は、図２に示すように、第１受光素子53の上方に位置している。そして、中間部320は、発光素子52および第１受光素子53に対向した対向面321を有している。その結果、受発光素子モジュール１は、発光素子52からの光のうち対向面321に入射する光を第１受光素子53へ反射させることができる。したがって、受発光素子モジュール１は、発光素子52の発光強度を第１受光素子53でモニタリングすることができる。
また、受発光素子モジュール１は、中間部320が対向面321を有していることによって、発光素子52の発光のうちの一部を第１受光素子53へ光を反射させることができる。したがって、新たに発光素子52の発光強度のモニタリングのために別の部材を設ける必要がないため、受発光素子モジュール１を小型化することができる。
第１受光素子53は、発光素子52からの発光について対向面321による正反射光を受光してもよいし、拡散反射光を受光してもよい。第１受光素子53が正反射光を受光する場合には、受光する光の強度を向上させることができる。また、第１受光素子53が拡散反射光を受光する場合には、対向面321の設計の自由度を向上させることができる。
なお、対向面321は、発光素子52からの光が直接入射し、かつ第１受光素子53へ反射可能な面であれば、どのような配置および形状であっても構わない。
中間部320は、基板51に対向した下面322を有している。下面322は、基板51の上面に対して、発光素子52側に傾斜した第１傾斜面321を有していてもよい。この場合、第１傾斜面321が対向面321である。その結果、中間部320の下面322が基板51の上面に沿っている場合と比較して、発光素子52の光の対向面321への入射角を小さくすることができ、第１受光素子53を発光素子52の近くに配置することができる。したがって、受発光素子モジュール１を小型化することができる。
なお、第１傾斜面321の基板51の上面に対する角度は、発光素子52からの光を第１受光素子53に反射できれば、どのような角度でも構わない。また、第１受光素子53は、第１傾斜面321からの反射光を受光できれば、どこに配置されていてもよい。
中間部320の下面322は、基板51の上面に対して、第２受光素子54側に傾斜した第２傾斜面323を有していてもよい。その結果、発光素子52から対象物を介さずに第２受光素子54に入射する光を低減することができる。
中間部320の下面322は、下方に突出した頂部324を有していてもよい。そして、頂部324は、第１受光素子53と第２受光素子54との間に位置していてもよい。その結果、発光素子52から対象物を介さずに第２受光素子54に入射する光を低減することができる。なお、下面322が第１傾斜面321および第２傾斜面323を有している場合は、第１傾斜面321と第２傾斜面323との交差部が頂部324となる。また、下面322が第１傾斜面321のみを有している場合は、第１傾斜面321と第２光通過部312の内面との交差部が頂部324となる。
中間部320の下面322のうち最も基板51側の一部（頂部324）は、発光素子52よりも上方に位置していてもよいし、発光素子52（複数の半導体層520）の上面よりも下方に位置していてもよい。中間部320の下面322の一部が発光素子52よりも上方に位置していれば、上壁31と基板51との接触を防止することができる。一方で、中間部320の下面322の一部が発光素子52の上面よりも下方に位置していれば、発光素子52から対象物を介さずに第２受光素子54に入射する光を低減することができる。
中間部320の下面322が第２傾斜面323を有している場合は、第２傾斜面323は、発光素子52の上面と頂部324とを結ぶ仮想線よりも上方に位置していてもよい。その結果、発光素子52から対象物を介さずに第２受光素子54に入射する光を低減することができる。
本開示の受発光素子５では、発光素子52と第１受光素子53との距離は、第２受光素子54と第１受光素子53との距離よりも大きく設定されている。
第１光通過部311の縁は、図２および図６に示すように、平面方向において、第１受光素子53の第２領域532よりも外側に位置していてもよい。その結果、外部から第１受光素子53に入射する光を低減することができる。
第１光通過部311の縁は、平面方向において、発光素子52（複数の半導体層520）と第１受光素子53（第２領域532）との間の領域に位置していてもよい。その結果、受発光素子モジュール１から取り出す発光素子52の光量を増加させることができる。
第２光通過部312の縁は、図２および図６に示すように、平面方向において、第１受光素子53の第２領域532よりも外側に位置していてもよい。その結果、外部から第１受光素子53に入射する光を低減することができる。
図７〜図13に、筐体３と受発光素子５との位置関係の種々の例を示す。なお、それぞれの図は、図２の断面の一部に相当する部分を拡大して示している。なお、各図中に記載の破線は、以下の説明に記載された仮想線を示す。
上壁31の上面は、側壁30から第１光通過部311に向かって下面に近づく第３傾斜面313を有していてもよい。その結果、外部から第１光通過部311の内面に入射してくる光が、第３傾斜面313で一部反射して、第１受光素子53に入射することを低減することができる。従って、受発光素子モジュール１のモニタリング精度を向上させることができる。
また、上壁31は、第３傾斜面313と第２領域532とを結ぶ仮想線上に位置した、第１遮光部31aを有していてもよい。その結果、受発光素子モジュール１のモニタリング精度を向上させることができる。なお、「遮光部」とは、通過しようとする光の強度を低減するものであればよく、光の強度を０にするものに限定されるものではない。
本開示の上壁31では、例えば図７に示すように、周辺部330が上面に第３傾斜面313を有している。また、第３傾斜面313の上端と第２領域532の発光素子52側の縁とを結ぶ第１仮想線Ｌ１を定義したときに、第３傾斜面313と第１光通過部311との交差部が第１仮想線Ｌ１を越えて上方に位置している。したがって、第３傾斜面313と第１光通過部311との交差部が、第１遮光部31aとして機能している。
上壁31の上面は、側壁30から第２光通過部312に向かって下面に近づく第４傾斜面314を有していてもよい。その結果、第２光通過部312に入射して第１受光素子53に入射する光を低減して、受発光素子モジュール１のモニタリング精度を向上させることができる。
また、上壁31は、第４傾斜面314と第２領域532とを結ぶ仮想線上に位置した、第２遮光部31bを有していてもよい。その結果、受発光素子モジュール１のモニタリング精度を向上させることができる。
本開示の上壁31では、例えば図８に示すように、周辺部330が上面に第４傾斜面314を有している。また、第４傾斜面314の上端と第２領域532の第２受光素子54側の縁とを結ぶ第２仮想線Ｌ２を定義したときに、第４傾斜面314と第２光通過部312との交差部が第２仮想線Ｌ２を越えて上方に位置している。したがって、第４傾斜面314と第２光通過部312との交差部が、第２遮光部31bとして機能している。
中間部320の下面は、周辺部330における第１光通過部311の内面と第２領域532とを結ぶ仮想線上に位置した、第３遮光部31cを有していてもよい。その結果、第１光通過部311に入射して第２領域532に入射する光を低減して、受発光素子モジュール１のモニタリング精度を向上させることができる。
本開示の中間部320では、例えば図９に示すように、周辺部330における第１光通過部311の内面の上端と第２領域532の第２受光素子54側の縁とを結ぶ第３仮想線Ｌ３を定義したときに、第１傾斜面321と第１光通過部311との交差部が第３仮想線Ｌ３を越えて下方に位置している。したがって、第１傾斜面321と第１光通過部311との交差部が、第３遮光部31cとして機能している。
側壁30は、上壁31の周辺部330における第１光通過部311の上端と第２領域532とを結ぶ仮想線上に位置していてもよい。その結果、外部から第１光通過部311に入射して第２領域532に入射する光を低減して、受発光素子モジュール１のモニタリング精度を向上させることができる。
中間部320は、周辺部330における第２光通過部312の内面と第２領域532とを結ぶ仮想線上に位置した、第４遮光部31dを有していてもよい。その結果、第２光通過部312に入射して第２領域532に入射する光を低減して、受発光素子モジュール１のモニタリング精度を向上させることができる。
本開示の中間部320では、例えば図10に示すように、周辺部330における第２光通過部312の内面の上端と第２領域532の第２受光素子54側の縁とを結ぶ第４仮想線Ｌ４を定義したときに、第２光通過部312と第２傾斜面323との交差部が第４仮想線Ｌ４を越えて下方に位置している。したがって、第２光通過部312と第２傾斜面323との交差部が、第４遮光部31dとして機能している。
側壁30は、上壁31の周辺部330における第２光通過部312の上端と第２領域532とを結ぶ仮想線上に位置していてもよい。その結果、外部から第２光通過部312に入射して第２領域532に入射する光を低減して、受発光素子モジュール１のモニタリング精度を向上させることができる。
中間部320は、周辺部330における第１光通過部311の内面と第２領域532とを結ぶ仮想線と、第１光通過部311の内面に対して同じ角度で上方に傾く仮想線上に位置した、第５遮光部31eを有していてもよい。その結果、受発光素子モジュール１のモニタリング精度を向上させることができる。
本開示の中間部320では、例えば図11に示すように、周辺部330における第１光通過部311の内面の下端と第２領域532の第２受光素子54側の縁とを結ぶ仮想線と、第１光通過部311の内面に対して同じ角度で上方に傾く第５仮想線Ｌ５を定義したときに、第１光通過部311の上端と上壁31（中間部320）の上面との交差部が第５仮想線Ｌ５を越えて上方に位置している。したがって、第１光通過部311の上端と上壁31の上面との交差部が、第５遮光部31eとして機能する。
中間部320は、周辺部330における第２光通過部312の内面と第２領域532とを結ぶ仮想線と、第２光通過部312の内面に対して同じ角度で上方に傾く仮想線上に位置した、第６遮光部31fを有していてもよい。その結果、受発光素子モジュール１のモニタリング精度を向上させることができる。
本開示の中間部320では、例えば図12に示すように、周辺部330における第２光通過部312の内面の下端と第３領域532の第２受光素子54側の縁とを結ぶ仮想線と、第２光通過部312の内面に対して同じ角度で上方に傾く第６仮想線Ｌ６を定義したときに、第２光通過部312の上端と上壁31（中間部320）の上面との交差部が第６仮想線Ｌ６を越えて上方に位置している。したがって、第２光通過部312の上端と上壁31の上面との交差部が、第６遮光部31fとして機能する。
中間部320は、下面の頂部324と第２領域532とを結ぶ仮想線上に位置した、第７遮光部31gを有していてもよい。その結果、受発光素子モジュール１のモニタリング精度を向上させることができる。
本開示の中間部320では、例えば図13に示すように、下面の頂部324と第２領域532の第２受光素子54側の縁とを結ぶ第７仮想線Ｌ７を定義したときに、第２光通過部312と第２傾斜面323との交差部が第７仮想線Ｌ７を越えて下方に位置している。したがって、第２光通過部312と第２傾斜面323との交差部が、第７遮光部31gとして機能している。
第２光通過部312の内面は、上端から下端に向かって、第１受光素子53から遠ざかるように傾斜した第５傾斜面315を有していてもよい。その結果、受発光素子モジュール１のモニタリング精度を向上させることができる。
筐体３は、例えば、ポリプロピレン樹脂（ＰＰ）、ポリスチレン樹脂（ＰＳ）、塩化ビニル樹脂（ＰＶＣ）、ポリエチレンテレフタレート樹脂（ＰＥＴ）、アクリロニトリル／ブタジエン／スチレン樹脂（ＡＢＳ）などの汎用プラスチック、ポリアミド樹脂（ＰＡ）、ポリカーボネイト樹脂（ＰＣ）などのエンジニアリングプラスチック、液晶ポリマーなどのスーパーエンジニアリングプラスチック、およびアルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）などの金属材料などで形成することができる。筐体３は、例えば、射出成型などにより形成することができる。
レンズ部材４は、発光素子52からの光を対象物に誘導したり、対象物での反射光を第２受光素子54に誘導したりすることができる。レンズ部材４は、図１および図２に示すように、光が通過するレンズ部41と、レンズ部41を支持する支持部42とを有している。そして、レンズ部材４は、支持部42を介して、筐体３の側壁30の内面と上壁31の上面とに囲まれる領域にはめ込まれている。
レンズ部材４は、透光性の材料で形成することができる。レンズ部材４は、例えば、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂ならびにエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂、またはポリカーボネイト樹脂ならびにアクリル樹脂などの熱可塑性樹脂などのプラスチック、あるいはサファイアおよび無機ガラスなどで形成することができる。レンズ部材４は、例えば、射出成型などにより形成することができる。
レンズ部41は、発光素子52の出射光および対象物での反射光を集光し誘導することができる。レンズ部41は、発光素子52の出射光を集光する第１レンズ43と、対象物からの反射光を集光する第２レンズ44とを有している。本開示の第１レンズ43および第２レンズ44のそれぞれは、例えば、凸レンズ、球面レンズまたは非球面レンズなどを使用することができる。
支持部42は、レンズ部41を保持することができる。支持部42は、例えば、板状に形成することができる。支持部42は、レンズ部41と一体的に形成されることによってレンズ部41を保持してもよいし、支持部42にレンズ部41の第１レンズ43および第２レンズ44がはめ込まれることによってレンズ部41を保持してもよい。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良などが可能である。
本開示の第１受光素子53および第２受光素子54は、基板51の一部を構成部材としていたが、本発明にかかる基板51は、第１受光素子53および第２受光素子54の一部を構成していなくてもよい。例えば、基板51の代わりに配線基板２を基板として、当該基板上に、個別に受光素子が実装されてもよい。また、この場合、発光素子も個別に実装されてもよい。
また、本開示の基板51では、第２導電型の領域を除いた領域は第１導電型であるが、受光素子として機能させる部分のみ第１導電型であればよい。
また、本開示の第１受光素子53および第２受光素子54は、ＰＮ接合であるが、第３導電型を有して、ＰＩＮ接合であっても構わない。
また、本開示の第１受光素子53は、発光素子52および第２受光素子54の間の領域に配されている。しかしながら、第１受光素子53は、発光素子52の光をモニタリング可能であれば、発光素子52および第２受光素子54の間に領域に配されていなくてもよい。例えば、図14に示すように、第１受光素子53および第２受光素子54の間の領域に発光素子52が配されていても構わない。
また、上述した実施形態では、発光素子52が１つの場合について説明したが、複数の発光素子52を有していてもよい。また、発光素子52の数に合わせて、それぞれ第１受光素子53および第２受光素子54を有していてもよい。
＜センサー装置＞
次に、受発光素子５を備えたセンサー装置６について説明する。図15に示したように、本開示のセンサー装置６は、受発光素子モジュール１と、受発光素子モジュール１に電気的に接続された制御用回路７とを有している。制御用回路７は、受発光素子モジュール１を制御することができる。制御用回路７は、例えば、受発光素子５を駆動させるための駆動回路、受発光素子５の電流を処理する演算回路または外部装置と通信するための通信回路などを含んでいる。なお、図15に示した破線の矢印は、発光素子52から出て対象物で反射し、第２受光素子54に入射する光の経路を例示している。
１ 受発光素子モジュール
２ 配線基板
３ 筐体
４ レンズ部材
５ 受発光素子
６ センサー装置
７ 制御用回路

Claims (15)

  1. 基板と、
    前記基板上に配された発光素子と、
    前記基板上に前記発光素子から離れて配された第１受光素子と、
    前記基板上に配された、前記発光素子および前記第１受光素子を囲んだ側壁と、
    前記基板上に配されて前記側壁で囲まれた第２受光素子と、
    前記基板の上方に位置して、前記側壁で囲まれた領域を覆うように配された上壁と、を備え、
    前記上壁は、前記発光素子の上方に位置した第１光通過部と、前記第１光通過部に隣接する上面に、前記側壁から前記第１光通過部に向かって下面に近づく傾斜面と、前記傾斜面と前記第１受光素子の受光領域とを結ぶ仮想線上に位置した第１遮光部と、前記第２受光素子の上方に位置した第２光通過部と、前記第１光通過部および前記第２光通過部の間の領域に位置した中間部と、を有しており、
    前記中間部の下面の少なくとも一部は、前記発光素子および前記第１受光素子に対向した対向面であり、前記対向面は、前記基板の上面に対して、前記発光素子側に傾斜している、受発光素子モジュール。
  2. 前記上壁は、前記第２光通過部に隣接する上面に、前記側壁から前記第２光通過部に向かって下面に近づく傾斜面を有している、請求項１に記載の受発光素子モジュール。
  3. 前記上壁は、前記側壁から前記第２光通過部に向かう前記傾斜面と前記第１受光素子の受光領域とを結ぶ仮想線上に位置した第２遮光部を有している、請求項２に記載の受発光素子モジュール。
  4. 前記上壁は、前記第１光通過部、前記第２光通過部および前記中間部を囲む周辺部をさらに有し、
    前記中間部は、前記周辺部における前記第１光通過部の内面と前記第１受光素子の受光領域とを結ぶ仮想線上に位置した、第３遮光部を有している、請求項１〜３のいずれかに記載の受発光素子モジュール。
  5. 前記上壁は、前記第１光通過部、前記第２光通過部および前記中間部を囲む周辺部をさらに有し、
    前記中間部は、前記周辺部における前記第２光通過部の内面と前記第１受光素子の受光領域とを結ぶ仮想線上に位置した、第４遮光部を有している、請求項１〜３のいずれかに記載の受発光素子モジュール。
  6. 前記中間部は、前記周辺部における前記第２光通過部の内面と前記第１受光素子の受光領域とを結ぶ仮想線上に位置した、第４遮光部を有している、請求項４に記載の受発光素子モジュール。
  7. 前記上壁は、前記第１光通過部、前記第２光通過部および前記中間部を囲む周辺部をさらに有し、
    前記中間部は、前記周辺部における前記第１光通過部の内面と前記第１受光素子の受光領域とを結ぶ仮想線が下方に傾く角度と、前記第１光通過部の内面に対して同じ角度で上方に傾く仮想線上に位置した第５遮光部を有している、請求項１〜３のいずれかに記載の受発光素子モジュール。
  8. 前記中間部は、前記周辺部における前記第１光通過部の内面と前記第１受光素子の受光領域とを結ぶ仮想線が下方に傾く角度と、前記第１光通過部の内面に対して同じ角度で上方に傾く仮想線上に位置した第５遮光部を有している、請求項４〜６のいずれかに記載の受発光素子モジュール。
  9. 前記上壁は、前記第１光通過部、前記第２光通過部および前記中間部を囲む周辺部をさらに有し、
    前記中間部は、前記周辺部における前記第２光通過部の内面と前記第１受光素子の受光領域とを結ぶ仮想線が下方に傾く角度と、前記第２光通過部の内面に対して同じ角度で上方に傾く仮想線上に位置した第６遮光部を有している、請求項１〜３のいずれかに記載の受発光素子モジュール。
  10. 前記中間部は、前記周辺部における前記第２光通過部の内面と前記第１受光素子の受光領域とを結ぶ仮想線が下方に傾く角度と、前記第２光通過部の内面に対して同じ角度で上方に傾く仮想線上に位置した第６遮光部を有している、請求項４〜８のいずれかに記載の受発光素子モジュール。
  11. 前記中間部の下面は、下方に突出した頂部をさらに有しており、
    前記中間部は、前記頂部と前記第１受光素子の受光領域とを結ぶ仮想線上に位置した第７遮光部を有している、請求項１〜１０のいずれかに記載の受発光素子モジュール。
  12. 前記上壁が前記側壁の高さ方向の途中に配されており、
    前記側壁は、前記第１光通過部の上端と前記第１受光素子の受光領域とを結ぶ仮想線上に位置している、請求項１〜１１のいずれかに記載の受発光素子モジュール。
  13. 前記上壁が前記側壁の高さ方向の途中に配されており、
    前記側壁は、前記第２光通過部の上端と前記第１受光素子の受光領域とを結ぶ仮想線上に位置している、請求項１〜１１のいずれかに記載の受発光素子モジュール。
  14. 前記側壁は、前記第２光通過部の上端と前記第１受光素子の受光領域とを結ぶ仮想線上に位置している、請求項１２に記載の受発光素子モジュール。
  15. 請求項１〜１４のいずれかに記載の受発光素子モジュールと、
    前記受発光素子モジュールに接続され、前記受発光素子モジュールを制御する制御用回路と、を有するセンサー装置。
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