JPWO2012115246A1 - 通信モジュールおよび携帯型電子機器 - Google Patents
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Abstract
Description
特許文献1の光通信システムは、LDチップから出射したレーザ光を光散乱部材中の光散乱粒子で複数回散乱させることにより、光のコヒーレンシを低減させる。これにより、レーザ光のアイセーフ化を図っている。
(式(1)中、t1は前記レーザ素子の前記出射面と前記拡散ユニットとの距離を示し、θは前記レーザ素子の最大出射角を示し、t2は前記基板の前記表面に対する前記出射面までの高さと前記受光素子の受光面までの高さとの差を示し、θ´は前記拡散ユニットの最大拡散角を示している。)
本発明の通信モジュールは、レーザ素子から出射されたレーザ光を拡散ユニットで拡散させることができる。この拡散により、レーザ光のコヒーレンシを低減することができるので、レーザ光をアイセーフ化することができる。
なお、上記(1)式において、拡散ユニットの最大拡散角θ´とは、レーザ素子から出射されたレーザ光のうち、最大出射角θで出射されたレーザ光の最大拡散角を意味している。
拡散板の拡散面で反射後の光の軌道は、レーザ素子の出射面と拡散板との距離、およびレーザ光の出射角および拡散板の拡散分布等に基づいて容易に明確にすることができる。これにより、反射レーザ光が達すると予想される基板上の領域を容易に設定することができる。その結果、反射レーザ光の到達予想領域から受光素子を離すことにより、受光素子へのノイズ光の侵入を容易に防止することができる。
また、前記拡散板実装台は、前記側壁が前記底壁を取り囲む平面視環状に形成された器状に形成されていることが好ましい。
拡散板実装台の底壁が側壁で取り囲まれているので、底壁に拡散板を設置する際、基板に平行な方向におけるズレをなくすことができるか、または、当該方向におけるズレ量を小さくすることができる。そのため、基板に平行な方向における拡散板の位置を精密に制御することができる。
側壁の頂部の高さが拡散面の高さよりも高いので、たとえば、拡散板を凹部に設置した後に基板をハンドリングする際に、指が拡散面に接触するのを防止することができる。その結果、拡散面への指紋の付着等によるアイセーフ化の低下を防止することができる。
これにより、拡散板の拡散面を確実に保護することができる。
また、前記樹脂パッケージは、前記レーザ素子および前記受光素子を封止し、前記基板の前記表面に平行な表面を有するパッケージ本体を含み、前記パッケージ本体の前記表面には、前記拡散板を収容するための拡散板実装凹部が形成されていてもよい。
また、前記拡散ユニットは、前記樹脂パッケージの表面をブラスト加工あるいは放電加工を行った金型を転写して形成された微細な凹凸部を含んでいてもよい。また、前記拡散ユニットは、前記樹脂パッケージの表面を選択的に梨地仕上げすることによって形成された凹凸部を含んでいてもよい。この場合、前記凹凸部の最大高さRy(JIS B0601−1994に準拠)は、4.0μm〜13.0μmであることが好ましい。このような構成であれば、樹脂パッケージに簡単な加工を施すことによって、レーザ光をアイセーフ化することができる。
前記樹脂パッケージは、前記受光素子の前記受光面に対して所定の距離を隔てて対向するように設けられ、光を前記受光面に集束するための凸レンズを含むことが好ましい。これにより、受光素子において良好に集光することができる。
本発明の携帯型電子機器は、本発明の通信モジュールと、前記通信モジュールを搭載した機器本体とを含んでいる。
図1は、本発明の第1実施形態に係る通信モジュールの模式的な平面図である。図2は、図1に示す通信モジュールの断面図であって、図1の切断線A−Aでの切断面を示す。図3は、図1および図2に示すレーザダイオード、フォトダイオードおよび拡散板の位置関係を説明するための図である。
レーザダイオード5、フォトダイオード6および集積回路7は、チップ状に形成されている。チップ状のレーザダイオード5、フォトダイオード6および集積回路7は、基板2の長手方向(平面視における長辺に沿う方向)に沿って互いに間隔を空けて配置されている。集積回路7が基板2の長手方向中央部に配置され、その一方側にレーザダイオード5が、集積回路7に対してレーザダイオード5の反対側にフォトダイオード6が配置されている。集積回路7は、レーザダイオード5とフォトダイオード6との間に挟まれている。
樹脂パッケージ8は、レーザダイオード5の発振波長(近赤外線の波長帯域)に対して透明な樹脂からなり、具体的には、エポキシ樹脂などからなる。また、樹脂パッケージ8の屈折率n1は、たとえば、1.52である。
パッケージ本体14は、長方形板状の基板2の4つの側面それぞれに面一な側面17、基板2の表面3と接する裏面18および基板2の表面3に平行な表面19を有する直方体形状である。パッケージ本体14は、レーザダイオード5、フォトダイオード6および集積回路7全体を覆うように、基板2の表面3に固定されている。
拡散板23は、拡散面24(表面)および当該拡散面24とは反対側の非拡散面25(裏面)を有する正方形板状に形成されており、拡散面24を上方に向けた姿勢で拡散板実装台15の底壁20に固定されている。すなわち、拡散板23の非拡散面25が拡散板実装台15の底壁20に固定されている。
接着剤26で固定された拡散板23の拡散面24と、拡散板実装台15の側壁21の頂面27との間には、段差Bが設けられている。この段差Bは、拡散板実装台15の底壁20(凹部の底面28)に対する側壁21の頂面27の高さが、凹部22の底面28に対する拡散面24の高さよりも高く設定されることにより生じるものである。
また、拡散板実装台15の側壁21における凹部22に臨む面は、平面視において側壁21の4辺を形成する4つの頂面27それぞれと一辺を共有する4つの平面により形成されている。これら4つの平面は、互いに対向する2平面間の距離が底壁20へ向かって狭まる傾斜面31(テーパ面)とされている。隣り合う傾斜面31の間には、側壁21の4つの角に延びる稜線32が形成されている。
凸レンズ16は、パッケージ本体14の表面19から突出する半球状に形成されている。パッケージ本体14の表面19に対する凸レンズ16の高さ(凸レンズ16の径)は、たとえば、パッケージ本体14の表面19に対する拡散板実装台15の側壁21の頂面27の高さよりも大きい。
そしてこの実施形態では、図3に示すように、レーザダイオード5とフォトダイオード6との距離Tは、下記式(1)を満たしている。
式(1)中、変数t1はレーザダイオード5の出射面9と拡散板23の拡散面24との垂直距離(拡散面24の任意の点から出射面9へ下ろした垂線Pの長さ)を示している。
変数θは、レーザダイオード5の最大出射角(垂線Pと拡散前のレーザ光の軌道との挟角のうち、最大となるもの)を示し、たとえば、10°〜30°である。
変数θ´は、拡散板23の最大拡散角(垂線Pと最大出射角θで出射された拡散後のレーザ光の軌道との挟角のうち、最大となるもの。)を示し、たとえば、10°〜35°である。
この際、拡散板23内に入射したレーザ光の一部は、基板2から離れる方向へ拡散されずに、拡散面24により基板2の表面3へ向かって反射する。そのため、反射したレーザ光が、フォトダイオード6に集束される光とは関係ないにも関わらず、フォトダイオード6の受光面10に入射するノイズ光になるおそれがある。
そのため、図3に示すように、レーザダイオード5から最大出射角θで出射されたレーザ光が、拡散板23の拡散面24において最大拡散角θ´と同じ反射角θ´で基板2へ向かって反射しても、その反射レーザ光はフォトダイオード6の受光面10に達することがない。その結果、フォトダイオード6へのノイズ光の侵入を防止することができる。
また、この通信モジュール1では、拡散板23が拡散板実装台15の上に設けられているので、拡散板実装台15の底壁20の厚さ(パッケージ本体14の表面19と凹部22の底面28との距離)を調節することにより、パッケージ本体14の高さを変えずに、レーザダイオード5の出射面9と拡散板23の拡散面24との距離を変えることができる。すなわち、レーザダイオード5の出射面9と拡散板23の拡散面24との距離を長くすることによってフォトダイオード6の受光面10とパッケージ本体14の表面19との距離が長くなったり、レーザダイオード5の出射面9と拡散板23の拡散面24との距離を短くすることによってフォトダイオード6の受光面10とパッケージ本体14の表面19との距離が短くなったりすることがない。そのため、拡散板実装台15の底壁20の厚さの変更に起因して、パッケージ本体14に入射した光の軌道長が変わることがない。したがって、基板2の大きさに制約があり、レーザダイオード5とフォトダイオード6との距離Tの上限が制約される場合でも、拡散板実装台15の底壁20の厚さを調節することにより、フォトダイオード6における集光特性に影響を与えずに、反射レーザ光の到達予想領域を変えることができる。さらに、この実施形態では、パッケージ本体14上に凸レンズ16が一体的に形成されているので、フォトダイオード6において良好に集光することができる。
また、拡散板実装台15の底壁20(凹部の底面28)に対する側壁21の頂面27の高さが、凹部22の底面28に対する拡散面24の高さよりも高いので、たとえば、拡散板23を凹部22に設置した後に基板2をハンドリングする際に、指が拡散面24に接触するのを防止することができる。その結果、拡散面24への指紋の付着等によるアイセーフ化の低下を防止することができる。さらに、凹部22の開放面29を塞ぐように保護シート30が設けられているため、この保護シート30により、拡散板23の拡散面24を確実に保護することができる。
たとえば、図4に示す第2実施形態の通信モジュール41のように、拡散板23は、パッケージ本体14の表面19におけるレーザダイオード5に対向する部分に直接設置されていてもよい。その場合、上記した接着剤26を用いてもよい。
このような携帯型電子機器81では、上記した通信モジュール1が搭載されているので、レーザ光をアイセーフ化できながら、たとえば、双方向通信時(レーザダイオード5のレーザ出射およびフォトダイオード6の受光が同時に行なわれる通信)において、フォトダイオード6へのノイズ光の侵入を防止することができる。その結果、信頼性に優れ、品質のよい電子機器を提供することができる。なお、携帯型電子機器81には、通信モジュール1に代えて、通信モジュール41,51,61,71を搭載することもできる。
本発明の実施形態は、本発明の技術的内容を明らかにするために用いられた具体例に過ぎず、本発明はこれらの具体例に限定して解釈されるべきではなく、本発明の精神および範囲は添付の請求の範囲によってのみ限定される。
本出願は、2011年2月25日に日本国特許庁に提出された特願2011−040615号に対応しており、この出願の全開示はここに引用により組み込まれるものとする。
<実施例1および比較例1>
図1〜図3に示す構造を有する通信モジュールを実施例1として作製した。なお、下記式(1)における各変数は、以下の通り設定した。
t1=2.93mm、θ=±10°、t2=0mm、θ´=±10°、t1・tanθ=0.45mm、(t1+t2)・tanθ´=0.45mm
T=0.9mm
<評価>
(1)レーザ光のアイセーフ化効果
上記の通信モジュールのレーザダイオードを850nmの発振波長でレーザ発振し、そのときのレーザ光の出射角度に対する発光強度を測定した。また、比較例1として、拡散板が設置されていないこと以外は実施例1の通信モジュールと同じ構造を有するモジュールに関して、同様の方法により発光強度を測定した。それらの結果を図9に示す。
(2)ノイズ光の侵入防止効果
上記の通信モジュールを用意し、モジュールのレーザダイオードを850nmの発振波長でレーザ発振した。そのときにモジュールのフォトダイオードに流れる電流(PD電流)の大きさが、当該モジュールのレーザダイオードの出力(モジュール出力)に影響を受けるかどうかを評価した。結果を図10に示す。
<実施例2〜4および比較例2>
図6に示す構造を有する通信モジュールを実施例2〜4として作製した。なお、パッケージ本体14の表面19におけるレーザダイオード5に対向する部分は、梨地仕上げとした。梨地仕上げによって形成された凹凸部の最大高さRyは、それぞれ4.18μm(実施例2)、4.42μm(実施例3)および12.52μmであった。また、下記式(1)における各変数は、以下の通り設定した。
t1=2.93mm、θ=±10°、t2=0mm、θ´=±10°、t1・tanθ=0.45mm、(t1+t2)・tanθ´=0.45mm
T=0.9mm
また、同様に、実施例2〜4の梨地面が形成された箇所を梨地仕上げしなかった(平滑面とした)こと以外は実施例2〜4の通信モジュールと同じ構造を有するモジュールを比較例2として作製した。
<評価>
(1)レーザ光のアイセーフ化効果
実施例2〜4および比較例2の通信モジュールのレーザダイオードを、850nmの発振波長でレーザ発振(パワーは、5mW、10mW、15mW、20mW)し、そのときのレーザ光の出射角度に対する発光強度を測定した。それらの結果を、図11〜図14にそれぞれ示す。
2 基板
3 (基板の)表面
5 レーザダイオード
6 フォトダイオード
7 集積回路
8 樹脂パッケージ
9 出射面
10 受光面
11 駆動用ドライバ回路
12 受信用アンプ回路
13 トランジスタ素子
14 パッケージ本体
15 拡散板実装台
16 凸レンズ
19 (パッケージ本体の)表面
20 (拡散板実装台の)底壁
21 (拡散板実装台の)側壁
22 (拡散板実装台の)凹部
23 拡散板
24 拡散面
25 非拡散面
26 接着剤
27 (拡散板実装台の側壁の)頂面
28 (拡散板実装台の凹部の)底面
30 保護シート
31 (拡散板実装台の凹部の)傾斜面
41 通信モジュール
51 通信モジュール
52 拡散板実装凹部
61 通信モジュール
62 微細な凹凸部
71 通信モジュール
72 凹部
75 光散乱剤
76 充填材
81 携帯型電子機器
82 機器本体
Claims (17)
- 基板と、
前記基板の表面に設けられ、互いに離れているレーザ素子および受光素子と、
前記レーザ素子および前記受光素子を一括して封止する透明な樹脂パッケージと、
前記レーザ素子の出射面に対して所定の距離を隔てて対向するように設けられ、前記レーザ素子が出射したレーザ光を拡散させるための拡散ユニットとを含み、
前記レーザ素子と前記受光素子との距離Tは、下記式(1)を満たす、通信モジュール。
T≧t1・tanθ+(t1+t2)・tanθ´・・・(1)
(式(1)中、t1は前記レーザ素子の前記出射面と前記拡散ユニットとの距離を示し、θは前記レーザ素子の最大出射角を示し、t2は前記基板の前記表面に対する前記出射面までの高さと前記受光素子の受光面までの高さとの差を示し、θ´は前記拡散ユニットの最大拡散角を示している。) - 前記拡散ユニットは、拡散面および当該拡散面とは反対側の非拡散面を有する拡散板を含み、当該拡散板は、前記拡散面を上方に向けた姿勢で前記樹脂パッケージ上に設けられている、請求項1に記載の通信モジュール。
- 前記樹脂パッケージは、
前記レーザ素子および前記受光素子を封止し、前記基板の前記表面に平行な表面を有するパッケージ本体と、
前記パッケージ本体の前記表面に接する底壁および側壁を有し、当該底壁および当該側壁によって区画された凹部が形成され、当該凹部において前記拡散面を上方に向けた姿勢で前記底壁により前記拡散板を支持する拡散板実装台とを含む、請求項2に記載の通信モジュール。 - 前記拡散板実装台の前記側壁は、前記底壁に対して傾斜し、前記凹部に面する傾斜面を有している、請求項3に記載の通信モジュール。
- 前記拡散板実装台は、前記側壁が前記底壁を取り囲む平面視環状に形成された器状に形成されている、請求項3または4に記載の通信モジュール。
- 前記底壁に対する前記側壁の頂部の高さは、前記底壁に対する前記拡散板の前記拡散面の高さよりも高い、請求項3〜5のいずれか一項に記載の通信モジュール。
- 前記凹部を覆うように前記側壁の前記頂部に形成された保護シートをさらに含む、請求項3〜6のいずれか一項に記載の通信モジュール。
- 前記樹脂パッケージは、
前記レーザ素子および前記受光素子を封止し、前記基板の前記表面に平行な表面を有するパッケージ本体を含み、
前記パッケージ本体の前記表面には、前記拡散板を収容するための拡散板実装凹部が形成されている、請求項2に記載の通信モジュール。 - 前記樹脂パッケージの屈折率と同じ屈折率を有する材料からなり、前記拡散板の前記非拡散面を前記樹脂パッケージに固定するための接着剤をさらに含む、請求項2〜8のいずれか一項に記載の通信モジュール。
- 前記拡散ユニットは、前記樹脂パッケージの表面をブラスト加工して形成された微細な凹凸部を含む、請求項1に記載の通信モジュール。
- 前記拡散ユニットは、前記樹脂パッケージの表面を選択的に梨地仕上げすることによって形成された凹凸部を含む、請求項1に記載の通信モジュール。
- 前記樹脂パッケージには、前記レーザ素子の前記出射面に対向する底面を有する凹部が形成されており、
前記拡散ユニットは、光散乱剤を含有する樹脂からなり、前記樹脂パッケージの前記凹部を満たす充填材を含む、請求項1に記載の通信モジュール。 - 前記樹脂パッケージは、前記受光素子の前記受光面に対して所定の距離を隔てて対向するように設けられ、光を前記受光面に集束するための凸レンズを含む、請求項1〜12のいずれか一項に記載の通信モジュール。
- 前記基板の前記表面に設けられたトランジスタ素子をさらに含む、請求項1〜13のいずれか一項に記載の通信モジュール。
- 前記トランジスタ素子は、前記レーザ素子のレーザ光の出射を制御するための駆動用ドライバを構成するトランジスタ素子を含む、請求項14に記載の通信モジュール。
- 前記トランジスタ素子は、前記受光素子に入射された光の電気信号を増幅させるための受信用アンプを構成するトランジスタ素子を含む、請求項14または15に記載の通信モジュール。
- 請求項1〜16のいずれか一項に記載の通信モジュールと、
前記通信モジュールを搭載した機器本体とを含む、携帯型電子機器。
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