JPH0786622A - 反射型受光器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 外部からの光を受光素子が効率よく受光する
ことができる反射型受光器を提供する。 【構成】 凹面状反射面２２を回転放物面形状に形成
し、その焦点の位置に受光素子１２の受光面Ｓ₁ の中心
を配置している。また、受光素子１２の受光面Ｓ₁を入
射面２４と凹面状反射面２２の端縁を含む面Ｓ₂ との間
に位置するように配置し、且つ、凹面状反射面２２の端
縁の半径がｒであるときに受光素子１２の受光面Ｓ₁ と
凹面状反射面２２の端縁を含む面Ｓ₂ との距離ｄを、 ｒ× tan２０°≧ｄ≧ｒ× tan５° としている。かかる構成の反射型受光器では、外部から
の光は、凹面状反射面２２により反射された後、受光素
子１２の受光面Ｓ₁ に８５度以内の入射角度で入射し、
受光素子１２により受光される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、センサ等に用いられる
反射型受光器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図５は従来のレンズ型受光器の概略断面
図、図６は従来の反射型受光器の概略平面図、図７はそ
の反射型受光器のＢ−Ｂ矢視方向概略断面図である。

【０００３】図５に示すレンズ型受光器は、受光素子６
２と、リード６４ａ，６４ｂと、ワイヤ６６と、光透過
性材料６８と、レンズ面７２とを備える。受光素子６２
はシリコンを材料としたものであり、一方のリード６４
ａ上にマウントされ、ワイヤ６６により他方のリード６
４ｂと電気的に接続されている。受光素子６２、リード
６４ａ，６４ｂの先端部及びワイヤ６６は光透過性材料
６８により一体的に封止されている。レンズ面７２は、
受光素子６２の受光面Ｓ₁ に対向する側に形成されたも
ので、光透過性材料６８の表面をモールド形成して凸面
状に加工されている。かかるレンズ型受光器では、外部
からの光はレンズ面７２により屈折され受光素子６２の
受光面Ｓ₁ 付近に集光された後、受光素子６２で受光さ
れる。

【０００４】レンズ型受光器では、外部からの平行光を
有効に受光素子６２の近傍に集光するために、受光素子
６２の受光面Ｓ₁ とレンズ面７２の中央位置との距離ｄ
₁₁を少なくともレンズ面７２の直径ｄ₁₂と略同程度にす
る必要がある。また、リード６４ａ，６４ｂを保持する
ために、リード６４ａ，６４ｂの先端部を光透過性材料
６８で封止しなければならず、さらにリード６４ａ，６
４ｂを引き出すためのスペースを考慮すると、レンズ型
受光器の厚みとしては、少なくともレンズ面７２の直径
ｄ₁₂の二倍程度が必要である。

【０００５】これに対して、図６及び図７に示す従来の
反射型受光器は、受光素子１１２と、リード１１４ａ，
１１４ｂと、ワイヤ１１６と、光透過性材料１１８と、
凹面状反射面１２２と、入射面１２４とを備える。受光
素子１１２はシリコンを材料としたものであり、一方の
リード１１４ａの先端部に配置され、ワイヤ１１６によ
り他方のリード１１４ｂと電気的に接続されている。受
光素子１１２、リード１１４ａ，１１４ｂの先端部及び
ワイヤ１１６は光透過性材料１１８により一体的に封止
されている。受光素子１１２の受光面Ｓ₁ と対向する側
には回転放物面形状の凹面状反射面１２２が形成され、
受光素子１１２の背面側に平面状の放射面１２４が形成
されている。凹面状反射面１２２は、光透過性材料１１
８の表面を鍍金や金属蒸着等により鏡面加工したもので
ある。尚、受光素子１１２は、その受光面Ｓ₁ の中心が
凹面状反射面１２２の焦点位置に配置され、且つ受光面
Ｓ₁ と凹面状反射面１２２の端縁を含む平面Ｓ₂ とが同
一平面上にあるように配置されている。

【０００６】このように構成された反射型受光器では、
外部からの光は入射面１２４を介して光透過性材料１１
８内に入る。そして、この光透過性材料１１８に入った
光は、凹面状反射面１２２により反射され受光素子１１
２の受光面Ｓ₁ の近傍に集光された後、受光素子１１２
により受光される。反射型受光器では、その厚みを凹面
状反射面１２２の端縁の直径ｄ₂₁よりも小さくすること
が可能であり、レンズ型受光器に比べて薄型化、小型化
が容易である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記の反射
型受光器では、図７に示すように、凹面状反射面１２２
の端縁近傍で反射される光は受光素子１１２の受光面Ｓ
₁ にほぼ９０度の入射角度で入射する。図３は光透過性
材料１１８から受光素子１１２の受光面Ｓ₁ に光が入射
するときの界面透過率特性を示すグラフであり、受光素
子１１２への入射角度が９０度に近くなると、光が偏光
しているか否かにかかわらず、受光素子１１２の受光面
Ｓ₁ での光の透過率が極端に低くなることがわかる。こ
のため、凹面状反射面１２２の端縁近傍で反射される光
は、受光素子１１２の受光面Ｓ₁ で反射される割合が高
く、光の反射損失が大きい。したがって、従来の反射型
受光器では、外部からの光を受光素子１１２が効率よく
受光することができないという問題があった。

【０００８】本発明は上記事情に基づいてなされたもの
であり、外部からの光を受光素子が効率よく受光するこ
とができる反射型受光器を提供することを目的とするも
のである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明は、受光素子と、前記受光素子の受光面に対
向して配置され、外部からの光を反射し前記受光素子の
近傍に集光させる凹面状反射面とを有する反射型受光器
において、前記受光素子の受光面が前記凹面状反射面の
端縁を含む面に関して前記凹面状反射面と反対側に位置
し、且つ前記受光素子の受光面と前記凹面状反射面の端
縁を含む面との距離が前記凹面状反射面の端縁の半径の
tan５°倍以上、 tan２０°倍以下であることを特徴と
するものである。

【００１０】また、前記受光素子を含み前記凹面状反射
面までの空間を光透過性材料で充填することが望まし
い。

【００１１】

【作用】本発明は前記の構成によって、受光素子の受光
面が凹面状反射面の端縁を含む面に関して凹面状反射面
と反対側に位置し、且つ受光素子の受光面と凹面状反射
面の端縁を含む面との距離が凹面状反射面の端縁の半径
の tan５°倍以上であることにより、外部からの光を凹
面状反射面により反射して受光素子の受光面の近傍に集
光した後、受光素子の受光面に約８５度以下の入射角度
で入射させることができる。これによって、受光素子の
受光面に入射する光は受光面で反射される割合が低くな
り、光の反射損失を抑えることができるので、外部から
の光を受光素子が効率よく受光することができる。ま
た、受光素子の受光面と凹面状反射面の端縁を含む面と
の距離が凹面状反射面の端縁の半径の tan２０°倍以下
であることにより、反射型受光器の厚さを凹面状反射面
の端縁の直径より小さくすることができる。

【００１２】また、受光素子を含み凹面状反射面までの
空間を光透過性材料で充填することにより、受光素子を
含み凹面状反射面までの空間を中空とした場合に比べ
て、光が受光素子の受光面に入射するときの透過率を向
上させることができる。しかも、広い範囲の入射角をも
つ光を集光することができ、受光素子への集光度を向上
させることができる。

【００１３】

【実施例】以下に本発明の一実施例について図面を参照
して説明する。図１は本発明の一実施例である反射型受
光器の概略平面図、図２はその反射型受光器のＡ−Ａ矢
視方向概略断面図である。

【００１４】図１及び図２に示す反射型受光器は、受光
素子１２と、リード１４ａ，１４ｂと、ワイヤ１６と、
光透過性材料１８と、凹面状反射面２２と、入射面２４
とを備えるものである。

【００１５】受光素子１２はシリコンを材料としたもの
であり、一方のリード１４ａ上にマウントされ、他方の
リード１４ｂとはワイヤ１６により電気的に接続されて
いる。受光素子１２、リード１４ａ，１４ｂの先端部及
びワイヤ１６は、光透過性材料１８により一体的に封止
されている。ここで、受光素子１２と光透過性材料１８
の屈折率はそれぞれ３〜４、１．５〜１．６である。受
光素子１２の受光面Ｓ₁ に対向する側に凹面状反射面２
２が形成され、受光素子１２の背面側に平面状の入射面
２４が形成されている。

【００１６】凹面状反射面２２は、外部からの光を反射
しその反射した光を受光素子１２の受光面Ｓ₁ の近傍に
集光させるものである。この凹面状反射面２２は、光透
過性材料１８の凸面を鍍金や金属蒸着等により鏡面加工
したものであり、鏡面加工の際にリード１４ａ，１４ｂ
間の短絡を防止するためにリード１４ａ，１４ｂには絶
縁が施されている。また、凹面状反射面２２は回転放物
面形状に形成され、その焦点の位置に受光素子１２の受
光面Ｓ₁ の中心を配置している。

【００１７】また、受光素子１２の受光面Ｓ₁ を入射面
２４と凹面状反射面２２の端縁を含む面Ｓ₂ との間に位
置するように配置し、且つ、受光素子１２の受光面Ｓ₁
と凹面状反射面２２の端縁を含む面Ｓ₂ との距離ｄを、 ｒ× tan２０°≧ｄ≧ｒ× tan５° ・・・・（１） としている。ここで、ｒは凹面状反射面２２の端縁の半
径である。以下に、受光素子１２を何故このような位置
に配置しているのかを説明する。

【００１８】図３は光透過性材料１８から受光素子１２
の受光面Ｓ₁ に光が入射するときの界面透過率特性を示
すグラフである。図３において、横軸は光の入射角度
（degree）であり、縦軸は光の透過率（％）、すなわち
入射光のエネルギーフラックスに対する透過光のエネル
ギーフラックスの割合である。尚、縦偏光とは、入射面
に対し垂直な方向と光の進行方向とを含む面方向に振動
している光のことであり、横偏光とは、入射面に対し垂
直な方向と光の進行方向とを含む面方向に対し垂直な方
向に振動している光のことである。

【００１９】図３のグラフから分かるように、光が偏光
しているか否かにかかわらず、入射角度が７０度を越え
ると、透過率が急激に減少し始め、特に、偏光していな
い光については、受光面Ｓ₁ への入射角度が８５度より
大きくなると、透過率が４０％以下に下がってしまう。
すなわち、受光面Ｓ₁ への入射角度が８５度より大きく
なると、大部分の光は受光素子１２の受光面Ｓ₁ で反射
してしまい、光の反射損失が大きくなる。したがって、
本実施例の反射型受光器では、かかる光の反射損失を抑
えるため、外部からの平行光が入射面２４に入射する場
合に、光透過性材料１８から受光素子１２の受光面Ｓ₁
に入射する光の最大の入射角度が８５度以下となるよう
に、言い換えると、凹面状反射面２２の端縁で反射され
た光が８５度以下の入射角度θで受光素子１２の受光面
Ｓ₁ に入射するようにしている。このためには、受光素
子１２の受光面Ｓ₁ を入射面２４と凹面状反射面２２の
端縁を含む面Ｓ₂ との間に位置するように配置し、且
つ、受光素子１２の受光面Ｓ₁ と凹面状反射面２２の端
縁を含む面Ｓ₂ との距離ｄを、 ｄ≧ｒ× tan（９０°−８５°） ＝ｒ× tan５° ≒０．０８７×ｒ ・・・・（２） とする必要がある。

【００２０】また、外部からの平行光が入射面２４に入
射する場合に、凹面状反射面２２の端縁で反射された光
をたとえば４０〜５０度の入射角度θで受光素子１２の
受光面Ｓ₁ に入射させることにすると、受光面Ｓ₁ での
光の反射損失を抑えることはできるが、受光素子１２の
受光面Ｓ₁ と凹面状反射面２２の端縁を含む面Ｓ₂ との
距離ｄが大きくなり、反射型受光器はかなりの厚みを有
するものとなってしまう。そこで、本実施例では、反射
型受光器の厚さが凹面状反射面２２の端縁の直径２ｒ以
下となるようにしている。

【００２１】いま、たとえば反射型受光器の厚さを凹面
状反射面２２の端縁の直径２ｒの約０．６倍程度にする
場合を考える。凹面状反射面２２の厚さｄ₂ 、入射面２
４と受光素子１２の受光面Ｓ₁ との距離ｄ₁ を加え合わ
せた値（ｄ₁ ＋ｄ₂ ）が、凹面状反射面２２の端縁の直
径２ｒの約０．４倍程度であると見積もると、距離ｄは
凹面状反射面２２の端縁の半径ｒの約０．４倍程度にす
る必要がある。このためには、外部からの平行光が入射
面２４に入射する場合に、凹面状反射面２２の端縁で反
射された光が約７０度の入射角度θで受光素子１２の受
光面Ｓ₁ に入射するようにすればよい。

【００２２】したがって、反射型受光器の薄型化を考慮
し、たとえば凹面状反射面２２の端縁で反射された光が
約７０度以上の入射角度θで受光素子１２の受光面Ｓ₁
に入射することを要求すると、受光素子１２の受光面Ｓ
₁ と凹面状反射面２２の端縁を含む面Ｓ₂ との距離ｄ
は、 ｄ≦ｒ× tan（９０°−７０°） ＝ｒ× tan２０° ≒０．３６４×ｒ ・・・・（３） でなければならない。尚、一般に、受光素子１２の受光
面Ｓ₁ と凹面状反射面２２の端縁を含む面Ｓ₂ との距離
ｄは、反射型受光器の用途に応じて要求される反射型受
光器の厚さを考慮して、（２）及び（３）式の範囲内で
選択される。

【００２３】このように構成された反射型受光器では、
外部からの光は入射面２４を介して光透過性材料１８内
に入った後、凹面状反射面２２により反射され受光素子
１２の受光面Ｓ₁ の近傍に集光される。この集光された
光は受光素子１２の受光面Ｓ₁ に８５度以内の入射角度
で入射し、受光素子１２により受光される。そして、受
光素子１２は光信号を電気信号に変換し、リード１４
ａ，１４ｂを介して電力を導出する。

【００２４】本実施例の反射型受光器では、受光素子の
受光面が入射面と凹面状反射面の端縁を含む面との間に
位置し、且つ受光素子の受光面と凹面状反射面の端縁を
含む面との距離が凹面状反射面の端縁の半径の tan５°
倍以上であることより、外部からの光を凹面状反射面に
より反射して受光素子の受光面の近傍に集光した後、受
光素子の受光面に約８５度以下の入射角度で入射させる
ことができる。これによって、受光素子の受光面に入射
する光は受光面で反射される割合が低くなり、光の反射
損失を抑えることができるので、従来の反射型受光器に
比べて外部からの光を受光素子が効率よく受光すること
ができる。また、受光素子の受光面と凹面状反射面の端
縁を含む面との距離が凹面状反射面の端縁の半径の tan
２０°倍以下であることにより、反射型受光器の厚さを
凹面状反射面の端縁の直径より小さくすることができる
ので、従来のレンズ型受光器に比べて薄型化を図ること
ができる。

【００２５】また、光透過性材料の屈折率は空気よりも
大きいので、入射面の法線に対し傾いて入射した光はそ
の傾きが小さくなる方向に屈折する。したがって、受光
素子を含み凹面状反射面までの空間を中空とした場合に
比べて、広い範囲の入射角をもつ光を集光することがで
きる。

【００２６】尚、本発明は、上記の実施例に限定される
ものではなく、その要旨の範囲内において種々の変形が
可能である。たとえば、受光素子に物理的な接触等によ
る断線等の障害が生じるおそれがないときは、受光素子
１２、リード１４ａ，１４ｂの先端部及びワイヤ１６を
光透過性材料で一体的に封止することなく、凹面状反射
面２２と入射面２４との間は中空のままとしてもよい。

【００２７】図４は空気中から受光素子１２の受光面Ｓ
₁ に光が入射するときの界面透過率特性を示すグラフで
ある。ここで、横軸は光の入射角度（degree）であり、
縦軸は光の透過率（％）である。図４のグラフを図３の
グラフと比較すると、媒質の違いにより透過率の値が異
なっていることがわかる。しかし、入射角度に対する透
過率の振る舞いは図３のグラフと同様であり、光が偏光
しているか否かにかかわらず、入射角度が７５度を越え
ると、透過率が急激に減少し始め、特に、偏光していな
い光については、入射角度が８５度より大きくなると、
透過率が４０％以下に下がってしまう。したがって、凹
面状反射面２２と入射面２４との間を中空のままとした
場合でも、受光素子の受光面が入射面と凹面状反射面の
端縁を含む面との間に位置し、且つ受光素子１２の受光
面Ｓ₁ と凹面状反射面２２の端縁を含む面Ｓ₂ との距離
ｄを、ｒ× tan２０°≧ｄ≧ｒ× tan５°とすることに
より、上記の実施例と同様の作用・効果を奏する。

【００２８】また、上記の実施例では、受光素子として
シリコンを材料とするものを用いた場合について説明し
たが、受光素子の受光面への入射角度が約８５度以上に
なると光の反射損失が大きくなるような屈折率を有する
物質であれば、シリコン以外の材料を受光素子に用いて
もよい。この場合も、上記の実施例と同様の作用・効果
を奏する。

【００２９】更に、上記の実施例では、凹面状反射面を
回転放物面形状に形成した場合について説明したが、凹
面状反射面は、反射した光を受光素子の近傍に集光する
ものであれば、たとえば回転楕円面形状等であってもよ
い。この場合も、上記の実施例と同様に、受光素子の受
光面での光の反射損失を効果的に抑えることができる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、受
光素子の受光面が凹面状反射面の端縁を含む面に関して
凹面状反射面と反対側に位置し、且つ受光素子の受光面
と凹面状反射面の端縁を含む面との距離が凹面状反射面
の端縁の半径の tan５°倍以上、 tan２０°倍以下であ
ることにより、外部からの光を凹面状反射面により反射
して受光素子の受光面の近傍に集光した後、受光素子の
受光面に約８５度以下の入射角度で入射させることがで
き、これによって受光素子の受光面での光の反射損失を
抑えることができるので、外部からの光を受光素子が効
率よく受光することができ、しかも、厚さを凹面状反射
面の端縁の直径より小さくすることができるので、薄型
化を図ることができる反射型受光器を提供することがで
きる。

【００３１】また、受光素子を含み凹面状反射面までの
空間を光透過性材料で充填することにより、受光素子を
含み凹面状反射面までの空間を中空とした場合に比べ
て、光が受光素子の受光面に入射するときの透過率を向
上させることができ、しかも、広い範囲の入射角をもつ
光を集光することができ、受光素子への集光度を向上さ
せることができる反射型受光器を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である反射型受光器の概略平
面図である。

【図２】その反射型受光器のＡ−Ａ矢視方向概略断面図
である。

【図３】光透過性材料から受光素子の受光面に光が入射
するときの界面透過率特性を示す図である。

【図４】空気中から受光素子の受光面に光が入射すると
きの界面透過率特性を示す図である。

【図５】従来のレンズ型受光器の概略断面図である。

【図６】従来の反射型受光器の概略平面図である。

【図７】その反射型受光器のＢ−Ｂ矢視方向概略断面図
である。

【符号の説明】

１２ 受光素子 １４ａ，１４ｂ リード １６ ワイヤ １８ 光透過性材料 ２２ 凹面状反射面 ２４ 入射面

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 受光素子と、前記受光素子の受光面に対
   向して配置され、外部からの光を反射し前記受光素子の
   近傍に集光させる凹面状反射面とを有する反射型受光器
   において、 前記受光素子の受光面が前記凹面状反射面の端縁を含む
   面に関して前記凹面状反射面と反対側に位置し、且つ前
   記受光素子の受光面と前記凹面状反射面の端縁を含む面
   との距離が前記凹面状反射面の端縁の半径の tan５°倍
   以上、 tan２０°倍以下であることを特徴とする反射型
   受光器。
2. 【請求項２】 前記受光素子を含み前記凹面状反射面ま
   での空間を光透過性材料で充填した請求項１記載の反射
   型受光器。