JP7604378B2 - 光センサ及び光センサの製造方法 - Google Patents
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Description
上記課題を解決する光センサは、厚さ方向と交差する基板主面を有する基板と、前記基板主面上に設けられる発光素子と、前記基板主面上に設けられる受光素子と、透光性を有し、前記発光素子を覆うように前記基板主面上に設けられる第1カバーと、透光性を有し、前記受光素子を覆うように前記基板主面上に設けられる第2カバーと、を備え、前記第1カバーと前記第2カバーとの間には、隙間が形成されている。
第1実施形態に係る光センサ10について説明する。光センサ10は、光センサ10から6mm程度の近距離に存在する物体の検出に用いられる。一例として、光センサ10は、イヤホンなどのウェアラブルデバイスに適用される。この場合、検出対象となる物体は、人体又はウェアラブルデバイスを収容するケースの内壁などである。
図4に示すように、光センサ10の製造方法は、準備工程S11と、実装工程S12と、成形工程S13と、「切断工程」としての第1切断工程S14と、第2切断工程S15と、を備える。
詳しくは、図8及び図9を参照して、比較例の光センサ10Xと第1実施形態の光センサ10とを比較しつつ説明する。なお、図8及び図9では、説明理解の容易のために、光センサ10,10Xの一部構成の図示を省略した。
図10に基づき、第2実施形態に係る光センサ10Aについて説明する。第2実施形態において、第1実施形態と共通する構成については、同一の符号を付して説明を省略する。第2実施形態の光センサ10Aは、第1実施形態の光センサ10と比較して、主に隙間GPに関する構成が異なる。
(10)第1カバー50Aと第2カバー60Aとの間の隙間GPに遮光性インク80が充填されているため、光センサ10Aは、発光素子30から出射される拡散光を遮光性インク80で吸収できる。こうして、光センサ10Aは、クロストークをより低減できる。また、第2実施形態の光センサ10Aは、第1実施形態の効果(1),(4)~(9)を得ることができる。
・図11及び図12に示すように、第2実施形態の光センサ10Aは、第1傾斜面54を有する第1カバー50と、第2傾斜面64を有する第2カバー60と、を備える光センサ10A1,10A2としてもよい。この場合、図11に示すように、光センサ10A1は、隙間GPのうち、第1内側面531と第2内側面631との間の第1部分GP1に充填される遮光性インク80A1を備えてもよい。また、図12に示すように、光センサ10A2は、隙間GPの全てに充填される遮光性インク80A2を備えてもよい。
図13に基づき、第3実施形態に係る光センサ10Bについて説明する。第3実施形態において、第1実施形態と共通する構成については、同一の符号を付して説明を省略する。第3実施形態の光センサ10Bは、第1実施形態の光センサ10と比較して、主にレンズを備える点が異なる。
(11)光センサ10Bは、第1レンズ81及び第2レンズ82を備えるため、発光素子30から出射される光の多くが物体200で反射されるとともに、物体200での反射光が受光素子40に向かいやすくなる。また、第1レンズ81及び第2レンズ82は、フレネルレンズであるため、光センサ10Bの厚さ方向Zにおける長さが長くなることが抑制される。また、第3実施形態の光センサ10Bは、第1実施形態の効果(1),(4)~(9)を得ることができる。
・第1レンズ81及び第2レンズ82は、通常の集光レンズとしてもよい。
・光センサ10Bは、第1レンズ81及び第2レンズ82の少なくとも一方のレンズを備えていればよい。
図14に基づき、第4実施形態に係る光センサ10Cについて説明する。第4実施形態において、第1実施形態と共通する構成については、同一の符号を付して説明を省略する。第4実施形態の光センサ10Cは、第1実施形態の光センサ10と比較して、主に発光素子の構成が異なる。
(12)光センサ10Cにおいて、受光素子40の上面41は、発光素子30Cの上面31Cよりも上方にずれて位置している。このため、図14に示すように、発光素子30Cから第1方向X又は第1方向Xから僅かに傾いた方向に出射する拡散光L5がある場合、当該拡散光L5は、受光素子40の上面41に到達しにくくなる。こうして、光センサ10Cは、クロストークをより低減できる。また、第4実施形態の光センサ10Cは、第1実施形態の効果(1),(4)~(9)を得ることができる。
・図15に示すように、光センサ10Cは、発光素子30と受光素子40Cとを備える光センサ10C1としてもよい。図15に示すように、厚さ方向Zにおいて、基板主面21から発光素子30の上面31までの長さLn1は、基板主面21から受光素子40Cの上面41Cまでの長さLn2よりも長くなっている。つまり、厚さ方向Zにおいて、発光素子30の上面31から第1カバー50Cの第1上面51までの長さは、受光素子40Cの上面41Cから第2カバー60Cの第2上面61までの長さよりも短くなっている。なお、図15では、ボンディングワイヤ71,72の図示を省略している。
・光センサ10,10A~10Cは、第1カバー50と第2カバー60との表面から6mmよりも離れた距離Lnに存在する物体を検出対象としてもよい。この場合、光センサ10,10A~10Cは、S/N比を確保するべく、光センサ10,10A~10Cの構成部品の形状、大きさ及び位置関係などを変更することが好ましい。
接続部90は、第2方向Yを高さ方向とする柱状をなしている。接続部90は、第2方向Yにわたって、第1カバー50と第2カバー60とを接続している。つまり、接続部90は、第2方向Yにおいて、第1カバー50と第2カバー60との双方と同等の長さとなっている。また、第2方向Yにおける接続部90の断面形状は同一となっている。
・第1カバー50の第1上面51と第2カバー60の第2上面61とは、厚さ方向Zにずらしてもよい。
(付記)
次に、上記各実施形態および各変更例に基づく技術的思想を以下に記載する。
厚さ方向と交差する基板主面を有する基板と、
前記基板主面上に設けられる発光素子と、
前記基板主面上に設けられる受光素子と、
透光性を有し、前記発光素子を覆うように前記基板主面上に設けられる第1カバーと、
透光性を有し、前記受光素子を覆うように前記基板主面上に設けられる第2カバーと、
を備え、
前記第1カバーと前記第2カバーとの間には、隙間が形成されている光センサ。
前記第1カバーは、前記厚さ方向と交差する第1上面と、前記第1上面と交差する第1側面と、を有し、
前記第2カバーは、前記厚さ方向と交差する第2上面と、前記第2上面と交差する第2側面と、を有し、
前記第1側面は、前記隙間に面する第1内側面と、前記隙間に面しない第1外側面と、を含み、
前記第2側面は、前記隙間に面する第2内側面と、前記隙間に面しない第2外側面と、を含む付記1に記載の光センサ。
前記第1カバーは、前記第1上面と前記第1内側面とが接続する隅部に、前記第1上面と前記第1内側面との双方と交差する第1傾斜面を有する付記2に記載の光センサ。
前記第2カバーは、前記第2上面と前記第2内側面とが接続する隅部に、前記第2上面と前記第2内側面との双方と交差する第2傾斜面を有する付記2又は付記3に記載の光センサ。
前記基板は、基板側面を有し、
前記第1外側面と前記第2外側面とは、前記厚さ方向において、前記基板側面と面一となっている付記2~付記4の何れか一項に記載の光センサ。
前記第1内側面は、前記第1上面よりも粗面である付記2~付記5の何れか一項に記載の光センサ。
前記第2内側面は、前記第2上面よりも粗面である付記2~付記6の何れか一項に記載の光センサ。
前記第1外側面は、前記第1上面よりも粗面である付記2~付記7の何れか一項に記載の光センサ。
前記第2外側面は、前記第2上面よりも粗面である付記2~付記8の何れか一項に記載の光センサ。
前記隙間に充填される遮光性インクを備える付記1~付記9の何れか一項に記載の光センサ。
前記隙間には、空気が充填されている付記1~付記9の何れか一項に記載の光センサ。
(付記12)
前記発光素子の上面及び前記受光素子の上面は、前記厚さ方向にずれている付記1~付記11の何れか一項に記載の光センサ。
前記厚さ方向において、前記基板主面から前記発光素子の上面までの長さは、前記基板主面から前記受光素子の上面までの長さより短くなっている付記12に記載の光センサ。
前記第1上面と前記第2上面とは、同一平面上に位置している付記2~付記13の何れか一項に記載の光センサ。
前記第1上面上に形成される第1フレネルレンズを備える付記2~付記14の何れか一項に記載の光センサ。
前記第2上面上に形成される第2フレネルレンズを備える付記2~付記15の何れか一項に記載の光センサ。
前記第1カバーと前記第2カバーとは、前記隙間を介して対向しており、
前記隙間は、前記厚さ方向における平面視において、前記第1カバーと前記第2カバーとの対向方向と直交する方向に延びており、
前記発光素子と前記受光素子とは、前記厚さ方向における平面視において、前記隙間の延びる方向にずれて配置されている付記1~付記16の何れか一項に記載の光センサ。
前記基板主面において、前記隙間に面する部分には、前記厚さ方向に凹む凹溝が形成されている付記1~付記17の何れか一項に記載の光センサ。
前記基板主面は、前記凹溝に区画される第1領域及び第2領域を有し、
前記発光素子は、前記第1領域上に設けられ、
前記受光素子は、前記第2領域上に設けられ、
前記第1カバーは、前記発光素子を覆うように前記第1領域上に設けられ、
前記第2カバーは、前記受光素子を覆うように前記第2領域上に設けられ、
前記厚さ方向における平面視において、前記受光素子は前記発光素子よりも大きく、前記第2領域は前記第1領域よりも大きい付記18に記載の光センサ。
前記第1カバーと前記第2カバーとは、前記隙間を介して対向しており、
前記凹溝は、前記厚さ方向における平面視において、前記第1カバーと前記第2カバーとの対向方向と直交する方向に延びており、
前記第1領域及び前記第2領域は、前記凹溝の幅方向を短手方向とし、前記凹溝の延びる方向を長手方向とする矩形状をなし、
前記第1領域の前記短手方向の長さは、前記第2領域の前記短手方向の長さよりも短く、
前記第1領域の前記長手方向の長さは、前記第2領域の前記長手方向の長さと等しくなっている付記19に記載の光センサ。
前記第1カバーと前記第2カバーとは、前記隙間を介して対向しており、
前記凹溝は、前記厚さ方向における平面視において、前記第1カバーと前記第2カバーとの対向方向と直交する方向に延びており、
前記基板は、前記第1領域に前記凹溝の延びる方向に配列した第1パッド及び第2パッドと、前記第2領域に前記凹溝の延びる方向に配列した第3パッド及び第4パッドと、を有し、
前記発光素子は、前記第1パッド上に実装され、前記第2パッドに電気的に接続され、
前記受光素子は、前記第4パッド上に実装され、前記第3パッドに電気的に接続されている付記19又は付記20に記載の光センサ。
前記第1パッドは、前記凹溝の幅方向において、前記第3パッドと少なくとも一部が重なる一方、前記第4パッドと重ならないように形成され、
前記第2パッドは、前記凹溝の幅方向において、前記第4パッドと少なくとも一部が重なる一方、前記第3パッドと重ならないように形成されている付記21に記載の光センサ。
前記基板主面上に設けられ、前記第1カバーと前記第2カバーとを接続する接続部を備え、
前記隙間は、前記第1カバーと前記第2カバーと前記接続部との間に形成されている付記1~付記17の何れか一項に記載の光センサ。
前記接続部は、前記隙間に面する接続部上面を有し、
前記厚さ方向において、前記基板主面から前記接続部上面までの長さである前記接続部の厚さは、前記基板主面から前記発光素子の上面までの長さよりも短くなっている付記23に記載の光センサ。
前記接続部は、前記隙間に面する接続部上面を有し、
前記厚さ方向における前記基板主面から前記接続部上面までの長さである前記接続部の厚さは、前記厚さ方向における前記隙間の長さよりも短くなっている付記23又は付記24に記載の光センサ。
前記第1カバーと前記第2カバーとは、前記隙間を介して対向しており、
前記基板は、前記厚さ方向における平面視において、矩形状をなし、前記第1カバーと前記第2カバーとの対向方向に延びる第1基板側面及び第4基板側面と、前記対向方向と直交する方向に延びる前記第1基板側面及び前記第4基板側面を接続する第2基板側面及び第3基板側面と、を有し、
前記発光素子は、前記第4基板側面よりも前記第1基板側面に近い位置に設けられ、
前記受光素子は、前記第1基板側面よりも前記第4基板側面に近い位置に設けられている付記1~付記25の何れか一項に記載の光センサ。
前記発光素子は、垂直方向にレーザ光を出射する半導体レーザ素子である付記1~付記26の何れか一項に記載の光センサ。
前記厚さ方向における平面視において、正方形状をなしている付記1~付記27の何れか一項に記載の光センサ。
前記厚さ方向における平面視において、1辺の長さが0.5mm以上1.0mm以下である付記28に記載の光センサ。
前記第1カバーと前記第2カバーとから6mm以下の範囲内に存在する物体を検出対象とする付記1~付記29の何れか一項に記載の光センサ。
厚さ方向と交差する基板主面を有する基板と、
前記基板主面上に設けられる発光素子と、
前記基板主面上に設けられる受光素子と、
透光性を有し、前記発光素子を覆うように前記基板主面上に設けられる第1カバーと、
透光性を有し、前記受光素子を覆うように前記基板主面上に設けられる第2カバーと、
を備える光センサの製造方法であって、
前記発光素子及び前記受光素子ごと前記基板主面を覆う樹脂層を成形する成形工程と、
前記樹脂層における前記発光素子を覆う部分と前記受光素子を覆う部分との間の部分を切断することにより、前記第1カバー及び前記第2カバーの間に隙間を形成する切断工程と、を備える光センサの製造方法。
(付記32)
厚さ方向と交差する基板主面を有する基板と、
前記基板主面上に設けられ、レーザ光を垂直方向に出射するVCSELと、
前記基板主面上に設けられる受光素子と、
透光性を有し、前記VCSELを覆うように前記基板主面上に設けられる第1カバーと、
透光性を有し、前記受光素子を覆うように前記基板主面上に設けられる第2カバーと、
を備え、
前記第1カバーと前記第2カバーとの間には、隙間が形成され、
前記隙間には、空気が充填されており、
前記基板主面において、前記隙間に面する部分には、前記厚さ方向に凹む凹溝が形成されている光センサ。
(付記33)
厚さ方向と交差する基板主面を有する基板と、
前記基板主面上に設けられ、レーザ光を垂直方向に出射するVCSELと、
前記基板主面上に設けられる受光素子と、
透光性を有し、前記VCSELを覆うように前記基板主面上に設けられる第1カバーと、
透光性を有し、前記受光素子を覆うように前記基板主面上に設けられる第2カバーと、
を備え、
前記第1カバーと前記第2カバーとの間には、隙間が形成され、
前記隙間には、空気が充填されており、
前記基板主面において、前記隙間に面する部分には、前記厚さ方向に凹む凹溝が形成されている光センサの製造方法であって、
前記VCSEL及び前記受光素子ごと前記基板主面を覆う樹脂層を成形する成形工程と、
前記樹脂層における前記VCSELを覆う部分と前記受光素子を覆う部分との間の部分を切断することにより、前記第1カバー及び前記第2カバーの間に前記隙間を形成し、前記基板に前記凹溝を形成する切断工程と、を備える光センサの製造方法。
10X…比較例の光センサ
20…基板
21…基板主面
211…第1パッド
212…第2パッド
213…第3パッド
214…第4パッド
22…基板側面
221…第1基板側面
222…第2基板側面
223…第3基板側面
224…第4基板側面
23…凹溝
30,30C…発光素子
31,31C…上面
40,40C…受光素子
41,41C…上面
50,50A,50B,50C…第1カバー
50X…比較例のカバー
51…第1上面
51X…上面
52…第1裏面
53…第1側面
531…第1内側面
532…第1外側面
533…第1外側面
534…第1外側面
54…第1傾斜面
60,60A,60B,60C…第2カバー
61…第2上面
62…第2裏面
63…第2側面
631…第2内側面
632…第2外側面
633…第2外側面
634…第2外側面
64…第2傾斜面
71,72…ボンディングワイヤ
80,80A1,80A2…遮光性インク
81…第1レンズ(第1フレネルレンズの一例)
82…第2レンズ(第2フレネルレンズの一例)
90…接続部
91…接続部上面
100…中間体
110…大型基板
120…樹脂層
121…表面
122…凹部
123…斜面
200…物体
A1…第1領域
A2…第2領域
GP…隙間
GP1…第1部分
GP2…第2部分
L1~L5…拡散光
X…第1方向
Y…第2方向
Z…厚さ方向
Claims (17)
- 厚さ方向と交差する基板主面を有する基板と、
前記基板主面上に設けられ、レーザ光を垂直方向に出射するVCSELと、
前記基板主面上に設けられる受光素子と、
透光性を有し、前記VCSELを覆うように前記基板主面上に設けられる第1カバーと、
透光性を有し、前記受光素子を覆うように前記基板主面上に設けられる第2カバーと、
を備え、
前記第1カバーと前記第2カバーとの間には、隙間が形成され、
前記隙間には、空気が充填されており、
前記隙間の幅は0.03mm以上0.1mm未満であり、
前記第1カバーおよび前記第2カバーのうち前記隙間を構成する側面は、光が透過可能であり、
前記基板主面において、前記隙間に面する部分には、前記厚さ方向に凹む凹溝が形成されている光センサ。 - 前記第1カバーは、前記厚さ方向と交差する第1上面と、前記第1上面と交差する第1側面と、を有し、
前記第2カバーは、前記厚さ方向と交差する第2上面と、前記第2上面と交差する第2側面と、を有し、
前記第1側面は、前記隙間に面する第1内側面と、前記隙間に面しない第1外側面と、を含み、
前記第2側面は、前記隙間に面する第2内側面と、前記隙間に面しない第2外側面と、を含む請求項1に記載の光センサ。 - 前記第1カバーは、前記第1上面と前記第1内側面とが接続する隅部に、前記第1上面と前記第1内側面との双方と交差する第1傾斜面を有する請求項2に記載の光センサ。
- 前記第2カバーは、前記第2上面と前記第2内側面とが接続する隅部に、前記第2上面と前記第2内側面との双方と交差する第2傾斜面を有する請求項2又は請求項3に記載の光センサ。
- 前記基板は、基板側面を有し、
前記第1外側面と前記第2外側面とは、前記厚さ方向において、前記基板側面と面一となっている請求項2~請求項4の何れか一項に記載の光センサ。 - 前記第1内側面は、前記第1上面よりも粗面である請求項2~請求項5の何れか一項に記載の光センサ。
- 前記第2内側面は、前記第2上面よりも粗面である請求項2~請求項6の何れか一項に記載の光センサ。
- 前記第1外側面は、前記第1上面よりも粗面である請求項2~請求項7の何れか一項に記載の光センサ。
- 前記第2外側面は、前記第2上面よりも粗面である請求項2~請求項8の何れか一項に記載の光センサ。
- 前記VCSELの上面及び前記受光素子の上面は、前記厚さ方向にずれている請求項2~請求項9の何れか一項に記載の光センサ。
- 前記厚さ方向において、前記基板主面から前記VCSELの上面までの長さは、前記基板主面から前記受光素子の上面までの長さより短くなっている請求項10に記載の光センサ。
- 前記第1上面と前記第2上面とは、同一平面上に位置している請求項2~請求項11の何れか一項に記載の光センサ。
- 前記第1上面上に形成される第1フレネルレンズを備える請求項2~請求項12の何れか一項に記載の光センサ。
- 前記第2上面上に形成される第2フレネルレンズを備える請求項2~請求項13の何れか一項に記載の光センサ。
- 前記第1カバーと前記第2カバーとは、前記隙間を介して対向しており、
前記隙間は、前記厚さ方向における平面視において、前記第1カバーと前記第2カバーとの対向方向と直交する方向に延びており、
前記VCSELと前記受光素子とは、前記厚さ方向における平面視において、前記隙間の延びる方向にずれて配置されている請求項1~請求項14の何れか一項に記載の光センサ。 - 前記基板主面は、前記凹溝に区画される第1領域及び第2領域を有し、
前記VCSELは、前記第1領域上に設けられ、
前記受光素子は、前記第2領域上に設けられ、
前記第1カバーは、前記VCSELを覆うように前記第1領域上に設けられ、
前記第2カバーは、前記受光素子を覆うように前記第2領域上に設けられ、
前記厚さ方向における平面視において、前記受光素子は前記VCSELよりも大きく、前記第2領域は前記第1領域よりも大きい請求項1~請求項15の何れか一項に記載の光センサ。 - 厚さ方向と交差する基板主面を有する基板と、
前記基板主面上に設けられ、レーザ光を垂直方向に出射するVCSELと、
前記基板主面上に設けられる受光素子と、
透光性を有し、前記VCSELを覆うように前記基板主面上に設けられる第1カバーと、
透光性を有し、前記受光素子を覆うように前記基板主面上に設けられる第2カバーと、
を備え、
前記第1カバーと前記第2カバーとの間には、隙間が形成され、
前記隙間には、空気が充填されており、
前記隙間の幅は0.03mm以上0.1mm未満であり、
前記第1カバーおよび前記第2カバーのうち前記隙間を構成する側面は、光が透過可能であり、
前記基板主面において、前記隙間に面する部分には、前記厚さ方向に凹む凹溝が形成されている光センサの製造方法であって、
前記VCSEL及び前記受光素子ごと前記基板主面を覆う樹脂層を成形する成形工程と、
前記樹脂層における前記VCSELを覆う部分と前記受光素子を覆う部分との間の部分を切断することにより、前記第1カバー及び前記第2カバーの間に前記隙間を形成し、前記基板に前記凹溝を形成する切断工程と、を備える光センサの製造方法。
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