WO2012115246A1 - 通信モジュールおよび携帯型電子機器 - Google Patents

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WO2012115246A1
WO2012115246A1 PCT/JP2012/054635 JP2012054635W WO2012115246A1 WO 2012115246 A1 WO2012115246 A1 WO 2012115246A1 JP 2012054635 W JP2012054635 W JP 2012054635W WO 2012115246 A1 WO2012115246 A1 WO 2012115246A1
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WO
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communication module
diffusion
light receiving
laser
diffusion plate
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PCT/JP2012/054635
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English (en)
French (fr)
Inventor
晃 小比賀
北川　雅之
Original Assignee
ローム株式会社
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    • H01S5/022—Mountings; Housings
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    • H01S5/02257—Out-coupling of light using windows, e.g. specially adapted for back-reflecting light to a detector inside the housing
    • H—ELECTRICITY
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    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
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    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]

Definitions

  • the present invention relates to a communication module and a portable electronic device including the communication module.
  • an optical communication system for infrared communication disclosed in Patent Document 1 includes an optical transmission device having an LD chip sealed with a light scattering member and a light receiving element.
  • the optical transmission device and the light receiving element are provided in parallel on a glass epoxy resin substrate, and are collectively sealed by an epoxy resin mold lens.
  • the optical communication system of Patent Literature 1 reduces light coherency by scattering laser light emitted from an LD chip multiple times with light scattering particles in a light scattering member. Thereby, the laser beam is made eye-safe.
  • An object of the present invention is a communication module in which a laser element and a light receiving element are mounted on the same substrate, and a communication module that can prevent noise light from entering a light receiving element while making the laser light eye-safe and the same. To provide a portable electronic device.
  • a communication module collectively seals a substrate, a laser element and a light receiving element that are provided on the surface of the substrate and are separated from each other, and the laser element and the light receiving element.
  • a transparent resin package; and a diffusion unit provided so as to be opposed to the emission surface of the laser element at a predetermined distance and for diffusing the laser beam emitted from the laser element.
  • the distance T between the light receiving element and the light receiving element satisfies the following formula (1).
  • t 1 represents the distance between the emission surface of the laser element and the diffusion unit
  • ⁇ represents the maximum emission angle of the laser element
  • t 2 represents the emission with respect to the surface of the substrate.
  • ⁇ ′ represents the maximum diffusion angle of the diffusion unit.
  • the communication module of the present invention can diffuse the laser light emitted from the laser element by the diffusion unit. This diffusion can reduce the coherency of the laser beam, so that the laser beam can be made eye-safe.
  • the maximum diffusion angle ⁇ ′ of the diffusion unit means the maximum diffusion angle of the laser light emitted at the maximum emission angle ⁇ among the laser lights emitted from the laser elements. .
  • the diffusing unit may include a diffusing plate having a diffusing surface and a non-diffusing surface opposite to the diffusing surface.
  • the diffusing plate is arranged such that the diffusing surface is directed upward. It is preferably provided on the package.
  • the trajectory of light reflected by the diffusion surface of the diffusion plate can be easily defined based on the distance between the emission surface of the laser element and the diffusion plate, the emission angle of the laser light, the diffusion distribution of the diffusion plate, and the like. . Thereby, it is possible to easily set a region on the substrate where the reflected laser beam is expected to reach. As a result, by separating the light receiving element from the expected arrival region of the reflected laser light, it is possible to easily prevent noise light from entering the light receiving element.
  • a separately prepared diffusion plate may be provided on the resin package. Therefore, unlike the conventional method in which the sealing step of sealing the LD chip with a light scattering member and the sealing step of sealing the LD chip and the light receiving element with an epoxy resin mold lens are performed twice. Only one process is required. As a result, the manufacturing process can be simplified.
  • the resin package has a package body that seals the laser element and the light receiving element and has a surface parallel to the surface of the substrate, and a bottom wall and a side wall that are in contact with the surface of the package body, It is preferable that a recess defined by the bottom wall and the side wall is formed, and includes a diffusion plate mounting base that supports the diffusion plate by the bottom wall with the diffusion surface facing upward in the recess.
  • the height of the diffusion plate mounting base (distance between the surface of the package body and the bottom surface of the recess), the height of the package body is not changed, and the emission surface of the laser element and the diffusion plate are not changed.
  • the track length of the laser light incident on the package body does not change due to the change in the height of the diffusion plate mounting base. Therefore, even if the size of the substrate is limited and the upper limit of the distance T between the laser element and the light receiving element is limited, adjusting the height of the diffusion plate mounting base affects the light collection characteristics of the light receiving element. Without giving the above, it is possible to change the expected arrival region of the reflected laser light.
  • the said side wall of the said diffusion plate mounting base may incline with respect to the said bottom wall, and may have the inclined surface which faces the said recessed part.
  • the said diffusion plate mounting base is formed in the container shape formed in planar view annular shape in which the said side wall surrounds the said bottom wall. Since the bottom wall of the diffusion plate mounting base is surrounded by the side wall, when installing the diffusion plate on the bottom wall, the displacement in the direction parallel to the substrate can be eliminated or the amount of displacement in the direction can be reduced. be able to. Therefore, the position of the diffusion plate in the direction parallel to the substrate can be precisely controlled.
  • the height of the top part of the said side wall with respect to the said bottom wall is higher than the height of the said diffusion surface of the said diffusion plate with respect to the said bottom wall. Since the height of the top of the side wall is higher than the height of the diffusion surface, for example, when the substrate is handled after the diffusion plate is installed in the recess, it is possible to prevent the finger from coming into contact with the diffusion surface. As a result, it is possible to prevent a reduction in eye-safety due to adhesion of fingerprints to the diffusion surface.
  • the said communication module further contains the protective sheet formed in the said top part of the said side wall so that the said recessed part may be covered.
  • the resin package includes a package body that seals the laser element and the light receiving element and has a surface parallel to the surface of the substrate, and the diffusion body is accommodated on the surface of the package body. A diffusion plate mounting recess may be formed.
  • the communication module may be made of a material having the same refractive index as that of the resin package, and may further include an adhesive for fixing the non-diffusing surface of the diffusion plate to the resin package.
  • the diffusion unit may include a fine uneven portion formed by transferring a mold obtained by performing blasting or electric discharge machining on the surface of the resin package.
  • the diffusion unit may include an uneven portion formed by selectively finishing the surface of the resin package.
  • the maximum height Ry (conforming to JIS B0601-1994) of the uneven portion is preferably 4.0 ⁇ m to 13.0 ⁇ m.
  • the resin package has a recess having a bottom surface facing the emission surface of the laser element, and the diffusion unit is made of a resin containing a light scattering agent, and the resin package has the recess. It may contain a filling material to fill.
  • the resin package includes a convex lens that is provided so as to face the light receiving surface of the light receiving element with a predetermined distance and focuses light on the light receiving surface. Thereby, it can condense favorably in a light receiving element.
  • the communication module may further include a transistor element provided on the surface of the substrate.
  • the transistor includes a transistor element that constitutes a driver for controlling emission of laser light from the laser element, and / or a reception element for amplifying an electric signal of light incident on the light receiving element. It is preferable that the transistor element which comprises an amplifier is included.
  • a portable electronic device includes the communication module according to the present invention and a device body on which the communication module is mounted.
  • the portable electronic device of the present invention includes the communication module of the present invention, the laser light can be made eye-safe and, for example, noise light can be prevented from entering the light receiving element during bidirectional communication. . As a result, an electronic device having excellent reliability and high quality can be provided.
  • FIG. 1 is a schematic plan view of a communication module according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the communication module shown in FIG. 1 and shows a cut surface taken along a cutting line AA in FIG. It is a figure for demonstrating the positional relationship of the laser diode shown in FIG. 1 and FIG. 2, a photodiode, and a diffusion plate.
  • FIG. 11 (a) is a graph showing the relationship between the laser emission angle and the emission intensity
  • FIG. 11 (b). Shows photographs of the finished surface.
  • 12A and 12B are diagrams for explaining the evaluation results of Example 3.
  • FIG. 12A is a graph showing the relationship between the laser emission angle and the emission intensity
  • FIG. Shows photographs of the finished surface.
  • 13 (a) and 13 (b) are diagrams for explaining the evaluation results of Example 4.
  • FIG. 13 (a) is a graph showing the relationship between the laser emission angle and the emission intensity
  • FIG. 13 (b). Shows photographs of the finished surface.
  • FIG. 14 is a graph showing the relationship between the emission angle of the laser of Comparative Example 2 and the emission intensity.
  • FIG. 1 is a schematic plan view of a communication module according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the communication module shown in FIG. 1 and shows a cut surface taken along a cutting line AA in FIG.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the positional relationship between the laser diode, the photodiode, and the diffusion plate shown in FIGS. 1 and 2.
  • the communication module 1 is a module for bidirectional communication using near infrared rays (for example, infrared rays having a wavelength band of 830 nm to 900 nm).
  • the communication module 1 includes a substrate 2 having a front surface 3 and a back surface 4, a laser diode 5 (LD) provided on the front surface 3 of the substrate 2, a photodiode 6 (PD) as a light receiving element and an integrated circuit 7, a substrate 2 and a resin package 8 that seals the surface 3 side of the substrate 2.
  • LD laser diode 5
  • PD photodiode 6
  • the substrate 2 is made of, for example, a rectangular plate-shaped glass epoxy resin having a length L of 8.5 mm (long side length in plan view) ⁇ width W 2 mm (short side length in plan view) ⁇ height H 3.5 mm. .
  • the size and material of the substrate 2 are not limited to those described above.
  • the laser diode 5, the photodiode 6, and the integrated circuit 7 are formed in a chip shape.
  • the chip-shaped laser diode 5, the photodiode 6, and the integrated circuit 7 are arranged at intervals from each other along the longitudinal direction of the substrate 2 (the direction along the long side in plan view).
  • the integrated circuit 7 is disposed at the center in the longitudinal direction of the substrate 2, the laser diode 5 is disposed on one side thereof, and the photodiode 6 is disposed on the opposite side of the laser diode 5 with respect to the integrated circuit 7.
  • the integrated circuit 7 is sandwiched between the laser diode 5 and the photodiode 6.
  • the laser diode 5 is, for example, a surface emitting laser having an emission surface 9 having a light source diameter (diameter of an opening through which the laser is emitted) of about 10 ⁇ m.
  • the laser diode 5 is provided such that the emission surface 9 faces vertically upward with respect to the surface 3 of the substrate 2.
  • the laser diode 5 oscillates from the emission surface 9 toward the upper side of the substrate 2 with an oscillation wavelength in the near-infrared wavelength band (for example, about 850 nm).
  • the photodiode 6 has, for example, a light receiving surface 10 having a light receiving diameter (a diameter of an opening through which light is focused) of 100 ⁇ m to 400 ⁇ m.
  • the photodiode 6 is provided such that the light receiving surface 10 faces vertically upward with respect to the surface 3 of the substrate 2.
  • the photodiode 6 is incident on the surface 3 from above the substrate 2 and converts the light focused on the light receiving surface 10 into a current (photocurrent).
  • the integrated circuit 7 includes a driving driver circuit 11 for controlling the emission of laser light from the laser diode 5, a receiving amplifier circuit 12 for amplifying a photocurrent signal generated by the photodiode 6, and the like. These circuits 11 and 12 are constituted by a transistor element 13.
  • the resin package 8 is made of a resin that is transparent with respect to the oscillation wavelength (near infrared wavelength band) of the laser diode 5, specifically, an epoxy resin or the like.
  • the refractive index n 1 of the resin package 8 is 1.52, for example.
  • the resin package 8 includes a package body 14, a diffusion plate mounting base 15, and a convex lens 16.
  • the package body 14 has a rectangular parallelepiped shape having a side surface 17 that is flush with each of the four side surfaces of the rectangular plate-shaped substrate 2, a back surface 18 that contacts the surface 3 of the substrate 2, and a surface 19 that is parallel to the surface 3 of the substrate 2.
  • the package body 14 is fixed to the surface 3 of the substrate 2 so as to cover the entire laser diode 5, photodiode 6 and integrated circuit 7.
  • the diffusing plate mounting base 15 and the convex lens 16 are arranged on the surface 19 of the package body 14 at intervals from each other along the longitudinal direction of the package body 14 and are integrally supported by the package body 14.
  • the diffusion plate mounting base 15 is disposed so as to face the emission surface 9 of the laser diode 5, and the convex lens 16 is disposed so as to face the light receiving surface 10 of the light receiving element.
  • the diffusion plate mounting table 15 has a square outline in plan view.
  • the diffusion plate mounting base 15 has a bottom wall 20 and a side wall 21 having a square ring shape in plan view surrounding the bottom wall 20, and is formed in a container shape in which a recess 22 is formed in a portion surrounded by the bottom wall 20 and the side wall 21.
  • the vessel-shaped diffusion plate mounting table 15 is provided so that the side wall 21 surrounds the laser diode 5 in a plan view, and the bottom wall 20 and the recess 22 defined by the side wall 21 are emitted from the laser diode 5 in a plan view. It covers the entire surface 9.
  • the recess 22 is provided with a diffusion plate 23 as a diffusion unit for diffusing the laser light emitted from the laser diode 5.
  • the diffusing plate 23 is formed in a square plate shape having a diffusing surface 24 (front surface) and a non-diffusing surface 25 (back surface) opposite to the diffusing surface 24, and diffuses in a posture in which the diffusing surface 24 faces upward. It is fixed to the bottom wall 20 of the board mounting base 15. That is, the non-diffusing surface 25 of the diffusion plate 23 is fixed to the bottom wall 20 of the diffusion plate mounting base 15.
  • the diffusion surface 24 of the diffusion plate 23 has, for example, triangular prism-shaped irregularities formed in stripes.
  • Laser light emitted from the laser diode 5 and incident on the diffusion plate 23 at a predetermined angle is diffused at a predetermined emission angle by the triangular prism-shaped diffusion surface 24.
  • the shape of the diffusing surface 24 may be, for example, a semi-cylindrical prism shape or a semi-elliptical prism shape as long as the laser beam can be diffused at a desired angle.
  • an adhesive 26 made of a material (for example, epoxy adhesive) having the same refractive index n 2 as the refractive index n 1 of the resin package 8 is used. It has been.
  • a step B is provided between the diffusion surface 24 of the diffusion plate 23 fixed by the adhesive 26 and the top surface 27 of the side wall 21 of the diffusion plate mounting base 15. In this step B, the height of the top surface 27 of the side wall 21 with respect to the bottom wall 20 (the bottom surface 28 of the recess) of the diffusion plate mounting base 15 is set higher than the height of the diffusion surface 24 with respect to the bottom surface 28 of the recess 22. It is caused by.
  • a protective sheet 30 is attached to the top surface 27 of the side wall 21 of the diffusing plate mounting base 15 so as to block the open surface 29 of the recess 22 that is partitioned by the square annular side wall 21 in plan view and is flush with the top surface 27 of the side wall 21. (Not shown in FIG. 1).
  • the protective sheet 30 is made of a resin that is transparent with respect to the oscillation wavelength (near infrared wavelength band) of the laser diode 5.
  • the surface facing the recess 22 in the side wall 21 of the diffusion plate mounting base 15 is formed by four planes sharing one side with each of the four top surfaces 27 forming the four sides of the side wall 21 in plan view. These four planes are inclined surfaces 31 (taper surfaces) in which the distance between the two planes facing each other narrows toward the bottom wall 20. Between the adjacent inclined surfaces 31, ridgelines 32 extending at four corners of the side wall 21 are formed.
  • Each inclined surface 31 is inclined at, for example, about 85 ° with respect to the bottom surface 28 of the diffusion plate mounting base 15.
  • the convex lens 16 is formed in a hemispherical shape protruding from the surface 19 of the package body 14.
  • the height of the convex lens 16 relative to the surface 19 of the package body 14 (the diameter of the convex lens 16) is, for example, greater than the height of the top surface 27 of the side wall 21 of the diffusion plate mounting base 15 relative to the surface 19 of the package body 14.
  • the laser diode 5 and the photodiode 6 are provided apart from each other along the longitudinal direction of the substrate 2, and the diffusion plate 23 is supported by the diffusion plate mounting base 15, thereby directly above the laser diode 5. Has been placed.
  • the distance T between the laser diode 5 and the photodiode 6 satisfies the following formula (1).
  • the variable t 1 is the vertical distance between the emission surface 9 of the laser diode 5 and the diffusion surface 24 of the diffusion plate 23 (the length of the perpendicular line P extending from an arbitrary point on the diffusion surface 24 to the emission surface 9). Is shown.
  • the variable ⁇ represents the maximum emission angle of the laser diode 5 (the maximum one of the included angles between the perpendicular P and the orbit of the laser beam before diffusion), and is, for example, 10 ° to 30 °.
  • the variable t 2 indicates the difference between the height up to the emission surface 9 and the height up to the light receiving surface 10 of the photodiode 6 with respect to the surface 3 of the substrate 2 and is, for example, 0 mm (that is, the height of the laser diode 5 and the photodiode). 6 has the same height.)
  • the variable ⁇ ′ indicates the maximum diffusion angle of the diffusion plate 23 (the maximum one of the angles between the perpendicular P and the orbit of the laser beam after diffusion emitted at the maximum emission angle ⁇ ). ° to 35 °.
  • the laser light emitted from the emission surface 9 of the laser diode 5 enters the diffusion plate 23 through the non-diffusion surface 25 of the diffusion plate 23.
  • the light is diffused by the prism-shaped diffusion surface 24.
  • the apparent light source diameter of the laser light immediately after passing through the diffusing surface 24 can be increased.
  • the coherency of the laser light recognized by the human eye can be reduced, so that the laser light can be made eye-safe.
  • the emitted laser light is refracted in the diffusion plate 23, but since the diffusion plate 23 is thin, the influence of the refraction can be ignored. At this time, a part of the laser light incident on the diffusion plate 23 is reflected toward the surface 3 of the substrate 2 by the diffusion surface 24 without being diffused in the direction away from the substrate 2. For this reason, the reflected laser light may become noise light incident on the light receiving surface 10 of the photodiode 6 although it is not related to the light focused on the photodiode 6.
  • the reflection angle of the reflected laser light is incident on the diffusion plate 23 in the same orbit as the reflected laser light and is the same angle as the diffusion angle of the laser light diffused from the diffusion surface 24 after the incidence. Focusing on this fact, a distance T satisfying the above equation (1) is provided between the laser diode 5 and the photodiode 6. Therefore, as shown in FIG. 3, the laser light emitted from the laser diode 5 at the maximum emission angle ⁇ is directed toward the substrate 2 at the diffusion surface 24 of the diffusion plate 23 at the same reflection angle ⁇ ′ as the maximum diffusion angle ⁇ ′. Even if it is reflected, the reflected laser beam does not reach the light receiving surface 10 of the photodiode 6. As a result, noise light can be prevented from entering the photodiode 6.
  • an expected arrival region of reflected laser light around the laser diode 5 (region within a radius t 1 ⁇ tan ⁇ + (t 1 + t 2 ) ⁇ tan ⁇ ′ with the laser diode 5 as the center)
  • This can be easily clarified based on the difference t 2 from the height to the surface 10 and the maximum diffusion angle ⁇ ′ of the diffusion plate 23.
  • the laser diode 5, the photodiode 6, and the integrated circuit 7 are collectively sealed with the resin package 8, and the separately prepared diffusion plate 23 is then replaced with the resin package 8 (diffusion plate). It may be provided on the mounting table 15). Therefore, unlike the conventional method in which the sealing step of sealing the LD chip with a light scattering member and the sealing step of sealing the LD chip and the light receiving element with an epoxy resin mold lens are performed twice. Only one process is required. As a result, the manufacturing process can be simplified.
  • the communication module 1 can be reduced in size.
  • the diffusion plate 23 is provided on the diffusion plate mounting base 15, the thickness of the bottom wall 20 of the diffusion plate mounting base 15 (the surface 19 of the package main body 14 and the bottom surface of the recess 22). 28), the distance between the emission surface 9 of the laser diode 5 and the diffusion surface 24 of the diffusion plate 23 can be changed without changing the height of the package body 14. That is, by increasing the distance between the emitting surface 9 of the laser diode 5 and the diffusing surface 24 of the diffusing plate 23, the distance between the light receiving surface 10 of the photodiode 6 and the surface 19 of the package body 14 is increased.
  • the distance between the light receiving surface 10 of the photodiode 6 and the surface 19 of the package body 14 is not shortened by shortening the distance between the light emitting surface 9 and the diffusion surface 24 of the diffusion plate 23. Therefore, the track length of the light incident on the package body 14 does not change due to the change in the thickness of the bottom wall 20 of the diffusion plate mounting base 15. Therefore, even when the size of the substrate 2 is limited and the upper limit of the distance T between the laser diode 5 and the photodiode 6 is limited, by adjusting the thickness of the bottom wall 20 of the diffusion plate mounting base 15, The expected arrival area of the reflected laser light can be changed without affecting the light condensing characteristics of the photodiode 6. Furthermore, in this embodiment, since the convex lens 16 is integrally formed on the package main body 14, it can be condensed well in the photodiode 6.
  • the bottom wall 20 of the diffusion plate mounting base 15 is surrounded by the side wall 21, can the displacement in the direction parallel to the surface 3 of the substrate 2 be eliminated when installing the diffusion plate 23 on the bottom wall 20? Alternatively, the amount of deviation in the direction can be reduced. Therefore, the position of the diffusion plate 23 in the direction parallel to the surface 3 of the substrate 2 can be precisely controlled. Further, the height of the top surface 27 of the side wall 21 with respect to the bottom wall 20 (the bottom surface 28 of the recess) of the diffusion plate mounting base 15 is higher than the height of the diffusion surface 24 with respect to the bottom surface 28 of the recess 22. It is possible to prevent the finger from coming into contact with the diffusing surface 24 when the substrate 2 is handled after being placed in the recess 22.
  • the protective sheet 30 is provided so as to block the open surface 29 of the recess 22, the protective sheet 30 can reliably protect the diffusion surface 24 of the diffusion plate 23.
  • the present invention can be implemented in other forms.
  • the diffusion plate 23 may be directly installed on a portion of the surface 19 of the package body 14 that faces the laser diode 5.
  • the above-described adhesive 26 may be used.
  • the surface 19 of the package body 14 is partitioned by a side surface 53 having the same shape as the side surface of the diffusion plate 23 and a bottom surface 54 having the same shape as the non-diffusing surface 25.
  • the diffuser plate 23 may be fitted into the diffuser plate mounting recess 52 by forming the diffuser plate mounting recess 52 formed. Further, as indicated by a broken line in FIG. 5, the diffusion plate 23 may be embedded in the middle part of the package body 14 in the height direction.
  • a mold in which blasting such as sandblasting or electric discharge machining is selectively performed on the surface 19 of the package body 14 facing the laser diode 5 The fine uneven portion 62 can be replaced with the diffusion surface 24 of the diffuser plate 23 by forming the fine uneven portion 62 by transferring.
  • the fine uneven portion 62 is selectively transferred to a portion facing the laser diode 5 on the surface 19 of the package main body 14 by transferring a die having a matte finish (more specifically, selected).
  • a die having a matte finish more specifically, selected.
  • it may be a concavo-convex portion that has been satin-finished by integrally molding the package body 14 and the convex lens 16 with a die that has been satin-finished (formed with a satin-finished surface).
  • the maximum height Ry (conforming to JIS B0601-1994) of the concavo-convex portion is preferably 4.0 ⁇ m to 13.0 ⁇ m.
  • the surface 19 of the package body 14 has a bottom surface 73 that faces the emission surface 9 of the laser diode 5 and an inclined surface 74 that is inclined with respect to the bottom surface 73.
  • the filling material 76 can be replaced with the diffusion plate 23 by forming the recessed portion 72 partitioned by the above and filling the resin containing the light scattering agent 75 in the recessed portion 72.
  • the communication module 1 described above can be mounted on a device main body 82 of a portable electronic device 81 such as a mobile phone or a portable game machine as shown in FIG.
  • a portable electronic device 81 such as a mobile phone or a portable game machine as shown in FIG.
  • the laser light can be made eye-safe, for example, during bidirectional communication (laser emission of the laser diode 5 and reception of the photodiode 6). Intrusion of noise light into the photodiode 6 can be prevented in the communication performed simultaneously. As a result, an electronic device having excellent reliability and high quality can be provided.
  • the communication module 41, 51, 61, 71 can be mounted on the portable electronic device 81 instead of the communication module 1.
  • the communication module of the present invention can be applied not only to a module that handles the near-infrared wavelength band but also to a module that handles other wavelength bands.
  • the embodiments of the present invention are merely specific examples used to clarify the technical contents of the present invention, and the present invention should not be construed as being limited to these specific examples. The scope is limited only by the appended claims.
  • Example 1 A communication module having the structure shown in FIGS. 1 to 3 was produced as Example 1.
  • each variable in following formula (1) was set as follows.
  • the communication module of Example 1 in which the diffusion plate is installed since the laser light emission intensity has one peak (single peak), the light emission intensity can be easily reduced to less than 99 mW / sr. It turns out that it can be controlled. As a result, it has been found that the communication module of the present invention can realize eye-safe stably.
  • (2) Noise light penetration prevention effect The communication module described above was prepared, and the laser diode of the module was laser-oscillated at an oscillation wavelength of 850 nm. At that time, it was evaluated whether or not the magnitude of the current (PD current) flowing through the photodiode of the module was affected by the output (module output) of the laser diode of the module. The results are shown in FIG.
  • the peak of the emission intensity of the laser beam is one (single peak), so the emission intensity is set to be less than 99 mW / sr. It turns out that it can be easily controlled low. As a result, it has been found that the communication module of the present invention can realize eye-safe stably.

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Abstract

　本発明の通信モジュールは、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。）

Description

通信モジュールおよび携帯型電子機器
　本発明は、通信モジュールおよびそれを備えた携帯型電子機器に関する。
　たとえば、特許文献１に開示された赤外線通信用の光通信システムは、光散乱部材で封止されたＬＤチップを有する光送信デバイスおよび受光素子を備えている。光送信デバイスおよび受光素子は、ガラスエポキシ樹脂基板上に並列して設けられ、エポキシ樹脂モールドレンズによって一括して封止されている。
　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。
特開２００６－３５２１０５号公報
　本発明の目的は、レーザ素子および受光素子を同一基板上に搭載する通信モジュールにおいて、レーザ光をアイセーフ化できながら、受光素子へのノイズ光の侵入を防止することができる通信モジュールおよびそれを備えた携帯型電子機器を提供することである。
　上記目的を達成するための本発明の通信モジュールは、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。
　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。）
　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。
　また、レーザ素子と受光素子との間に、上記式（１）を満たす距離Ｔが設けられている。そのため、レーザ素子から最大出射角で出射されたレーザ光が、拡散ユニットにおいて最大拡散角で基板へ向かって反射しても、その反射レーザ光は受光素子の受光面に達することがない。その結果、受光素子へのノイズ光の侵入を防止することができる。
　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。
　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んでいてもよく、その場合、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ことが好ましい。
　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、この種の通信モジュールの作製にあたっては、レーザ素子および受光素子を一括して樹脂パッケージで封止した後、別途用意した拡散板を樹脂パッケージ上に設ければよい。そのため、ＬＤチップを光散乱部材で封止する工程、および当該ＬＤチップおよび受光素子をエポキシ樹脂モールドレンズでさらに封止する工程の２回の封止工程を行う従来の手法とは異なり、封止工程が１回で済む。その結果、製造工程を簡略化することもできる。
　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ことが好ましい。
　この構成では、拡散板実装台の高さ（パッケージ本体の表面と凹部の底面との距離）を調節することにより、パッケージ本体の高さを変えずに、レーザ素子の出射面と拡散板との距離を変えることができる。すなわち、レーザ素子の出射面と拡散板との距離を長くすることによって受光素子の受光面とパッケージ本体の表面との距離が長くなったり、レーザ素子の出射面と拡散板との距離を短くすることによって受光素子の受光面とパッケージ本体の表面との距離が短くなったりすることがない。そのため、拡散板実装台の高さの変更に起因して、パッケージ本体に入射したレーザ光の軌道長が変わることがない。したがって、基板の大きさに制約があり、レーザ素子と受光素子との距離Ｔの上限が制約される場合でも、拡散板実装台の高さを調節することにより、受光素子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。
　また、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てもよい。
　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。
　また、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ことが好ましい。
　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。
　また、前記通信モジュールは、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ことが好ましい。
　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、前記通信モジュールは、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。
　また、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んでいてもよい。
　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。
　また、前記通信モジュールは、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んでいてもよい。その場合、当該トランジスタは、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、および／また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んでいることが好ましい。
　これにより、レーザ素子およびその駆動用ドライバ、ならびに受光素子およびその受信用アンプを一つの基板上に集約することができるので、モジュールの小型化を達成することができる。
　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。
　本発明の携帯型電子機器は、本発明の通信モジュールを備えているので、レーザ光をアイセーフ化できながら、たとえば、双方向通信時において、受光素子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。
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。 本発明の第２実施形態に係る通信モジュールの断面図であって、図２の切断面と同じ位置での切断面を示す。 本発明の第３実施形態に係る通信モジュールの断面図であって、図２の切断面と同じ位置での切断面を示す。 本発明の第４実施形態に係る通信モジュールの断面図であって、図２の切断面と同じ位置での切断面を示す。 本発明の第５実施形態に係る通信モジュールの断面図であって、図２の切断面と同じ位置での切断面を示す。 本発明の一実施形態に係る携帯型電子機器の概略構成図である。 拡散板によるレーザ光のアイセーフ化効果を説明するためのグラフである。 フォトダイオードへのノイズ光の侵入防止効果を説明するためのグラフである。 図１１（ａ）（ｂ）は、実施例２の評価結果を説明するための図であり、図１１（ａ）はレーザの発光角度と発光強度との関係を示すグラフ、図１１（ｂ）は梨地仕上げされた面の写真をそれぞれ示している。 図１２（ａ）（ｂ）は、実施例３の評価結果を説明するための図であり、図１２（ａ）はレーザの発光角度と発光強度との関係を示すグラフ、図１２（ｂ）は梨地仕上げされた面の写真をそれぞれ示している。 図１３（ａ）（ｂ）は、実施例４の評価結果を説明するための図であり、図１３（ａ）はレーザの発光角度と発光強度との関係を示すグラフ、図１３（ｂ）は梨地仕上げされた面の写真をそれぞれ示している。 図１４は、比較例２のレーザの発光角度と発光強度との関係を示すグラフである。
　以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
　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。
　通信モジュール１は、この実施形態では、近赤外線（たとえば、波長帯域が８３０ｎｍ～９００ｎｍの赤外線）を利用して双方向通信するためのモジュールである。この通信モジュール１は、表面３および裏面４を有する基板２と、基板２の表面３に設けられたレーザダイオード５（ＬＤ）、受光素子としてのフォトダイオード６（ＰＤ）および集積回路７と、基板２の表面３側を封止する樹脂パッケージ８とを含んでいる。
　基板２は、たとえば、長さＬ８．５ｍｍ（平面視における長辺の長さ）×幅Ｗ２ｍｍ（平面視における短辺の長さ）×高さＨ３．５ｍｍの長方形板状のガラスエポキシ樹脂からなる。ただし、基板２のサイズおよび材料は上記したものに限られない。
　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。
　レーザダイオード５は、たとえば、光源径（レーザが出射される開口の径）が約１０μｍの出射面９を有する面発光レーザである。このレーザダイオード５は、出射面９が基板２の表面３に対して垂直上方へ向くように設けられている。レーザダイオード５は、近赤外線の波長帯域（たとえば、約８５０ｎｍ）の発振波長で、出射面９から基板２の上方へ向かってレーザ発振する。
　フォトダイオード６は、たとえば、受光径（光が集束される開口の径）が１００μｍ～４００μｍの受光面１０を有している。このフォトダイオード６は、受光面１０が基板２の表面３に対して垂直上方へ向くように設けられている。フォトダイオード６は、基板２の上方から表面３へ向かって入射して、受光面１０で集束された光を電流（光電流）に変換する。
　集積回路７は、レーザダイオード５のレーザ光の出射を制御するための駆動用ドライバ回路１１、フォトダイオード６で発生する光電流の信号を増幅させるための受信用アンプ回路１２などを含んでいる。これらの回路１１，１２は、トランジスタ素子１３により構成されている。
　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。
　樹脂パッケージ８は、パッケージ本体１４と、拡散板実装台１５と、凸レンズ１６とを含んでいる。
　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。
　拡散板実装台１５および凸レンズ１６は、パッケージ本体１４の表面１９において、パッケージ本体１４の長手方向に沿って互いに間隔を空けて配置されており、パッケージ本体１４に一体的に支持されている。拡散板実装台１５はレーザダイオード５の出射面９に対向するように配置され、凸レンズ１６は受光素子の受光面１０に対向するように配置されている。
　拡散板実装台１５は、平面視正方形の輪郭を有している。拡散板実装台１５は、底壁２０と、当該底壁２０を取り囲む平面視四角環状の側壁２１と有し、底壁２０および側壁２１で取り囲まれる部分に凹部２２が形成された器状に形成されている。器状の拡散板実装台１５は、平面視において側壁２１がレーザダイオード５を取り囲むように設けられており、底壁２０および側壁２１により区画された凹部２２は、平面視においてレーザダイオード５の出射面９全体を覆っている。
　この凹部２２には、レーザダイオード５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しての拡散板２３が設けられている。
　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。
　拡散板２３の拡散面２４は、図３に示すように、たとえば、三角プリズム形状の凹凸がストライプ状に形成されている。レーザダイオード５から出射されて拡散板２３に所定の角度で入射したレーザ光は、この三角プリズム形状の拡散面２４により所定の出射角で拡散される。なお、拡散面２４の形状は、所望の角度でレーザ光を拡散できるのであれば、たとえば、半円柱プリズム形状、半楕円柱プリズム形状などであってもよい。
　拡散板２３と拡散板実装台１５との固定には、たとえば、樹脂パッケージ８の屈折率ｎ1と同じ屈折率ｎ2を有する材料（たとえば、エポキシ系接着剤など）からなる接着剤２６が用いられている。
　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。
　拡散板実装台１５の側壁２１の頂面２７には、平面視四角環状の側壁２１により区画され、側壁２１の頂面２７と同一平面をなす凹部２２の開放面２９を塞ぐ保護シート３０が取り付けられている（図１では図示せず）。保護シート３０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。
　各傾斜面３１は、拡散板実装台１５の底面２８に対して、たとえば、約８５°で傾斜している。
　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。
　上記のように、基板２の長手方向に沿ってレーザダイオード５およびフォトダイオード６が互いに離れて設けられており、拡散板２３は拡散板実装台１５に支持されることによりレーザダイオード５の直上に配置されている。
　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。
　Ｔ≧ｔ1・ｔａｎθ＋（ｔ1＋ｔ2）・ｔａｎθ´・・・（１）
　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ｔ2は、基板２の表面３に対する出射面９までの高さとフォトダイオード６の受光面１０までの高さとの差を示し、たとえば、０ｍｍである（つまり、レーザダイオード５の高さとフォトダイオード６の高さが同じ。）。
　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。
　以上のように、この通信モジュール１では、図３に示すように、レーザダイオード５の出射面９から出射されたレーザ光は、拡散板２３の非拡散面２５を通って拡散板２３内に入射し、プリズム形状の拡散面２４により拡散される。これにより、拡散面２４を通過した直後のレーザ光の見かけ上の光源径を拡大することができる。その結果、たとえば、人の目で認識される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、出射されたレーザ光は拡散板２３の中でも屈折するが、拡散板２３が薄いため、その屈折による影響は無視することができる。
　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。
　そこで、この実施形態では、当該反射するレーザ光の反射角が、当該反射レーザ光と同一軌道で拡散板２３に入射し、入射後に拡散面２４から拡散されるレーザ光の拡散角と同じ角度であることを着目し、レーザダイオード５とフォトダイオード６との間に、上記式（１）を満たす距離Ｔが設けられている。
　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、上記式（１）のように、レーザダイオード５の周囲における反射レーザ光の到達予想領域（レーザダイオード５を中心として半径ｔ1・ｔａｎθ＋（ｔ1＋ｔ2）・ｔａｎθ´以内の領域）を、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ｔ1、レーザダイオード５の最大出射角θ、基板２の表面３に対する出射面９までの高さとフォトダイオード６の受光面１０までの高さとの差ｔ2、および拡散板２３の最大拡散角θ´に基づいて、容易に明確にすることができる。これにより、反射レーザ光の到達予想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フォトダイオード６を離すことにより、フォトダイオード６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、この種の通信モジュール１の作製にあたっては、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を一括して樹脂パッケージ８で封止した後、別途用意した拡散板２３を樹脂パッケージ８（拡散板実装台１５）上に設ければよい。そのため、ＬＤチップを光散乱部材で封止する工程、および当該ＬＤチップおよび受光素子をエポキシ樹脂モールドレンズでさらに封止する工程の２回の封止工程を行う従来の手法とは異なり、封止工程が１回で済む。その結果、製造工程を簡略化することもできる。
　しかも、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を一つの基板２上に集約することができるので、通信モジュール１の小型化を達成することができる。
　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が側壁２１で取り囲まれているので、底壁２０に拡散板２３を設置する際、基板２の表面３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２の表面３に平行な方向における拡散板２３の位置を精密に制御することができる。
　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。
　以上、本発明の第１実施形態について説明したが、本発明はさらに他の形態で実施することもできる。
　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。
　また、図５に示す第３実施形態の通信モジュール５１のように、パッケージ本体１４の表面１９に、拡散板２３の側面と同一形状の側面５３および非拡散面２５と同一形状の底面５４によって区画された拡散板実装凹部５２を形成することにより、拡散板２３は、当該拡散板実装凹部５２に嵌めこまれていてもよい。また、図５に破線で示すように、拡散板２３は、パッケージ本体１４の高さ方向途中部に埋め込まれていてもよい。
　また、図６に示す第４実施形態の通信モジュール６１のように、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に対向する部分に選択的に、サンドブラスト等のブラスト加工あるいは放電加工を行った金型を転写することによって微細な凹凸部６２を形成することにより、この微細な凹凸部６２を拡散板２３の拡散面２４に代えることもできる。
　また、この微細な凹凸部６２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に対向する部分に選択的に、梨地加工が施された金型を転写することによって（より具体的には、選択的に梨地加工が施された（梨地面が形成された）金型でパッケージ本体１４および凸レンズ１６を一体的に成形することによって）、梨地仕上げされた凹凸部であってもよい。この場合、当該凹凸部の最大高さＲｙ（ＪＩＳ　Ｂ０６０１－１９９４に準拠）は、好ましくは、４．０μｍ～１３．０μｍである。
　また、図７に示す第５実施形態の通信モジュール７１のように、パッケージ本体１４の表面１９に、レーザダイオード５の出射面９に対向する底面７３および当該底面７３に対して傾斜する傾斜面７４によって区画された凹部７２を形成し、当該凹部７２内に光散乱剤７５を含有する樹脂を充填することにより、この充填材７６を拡散板２３に代えることもできる。
　そして、上記した通信モジュール１は、たとえば、図８に示すように、携帯電話や携帯型ゲーム機等の携帯型電子機器８１の機器本体８２に搭載することができる。
　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。
　また、本発明の通信モジュールは、近赤外線の波長帯域を扱うモジュールだけでなく、他の波長帯域を扱うモジュールにも適用することができる。
　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。
　また、本発明の各実施形態において表した構成要素は、本発明の範囲で組み合わせることができる。
　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。
　次に、本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明は下記の実施例によって限定されるものではない。
＜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。
　Ｔ≧ｔ1・ｔａｎθ＋（ｔ1＋ｔ2）・ｔａｎθ´・・・（１）
　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。
　図９によると、拡散板が設置されていない比較例１の通信モジュールでは、レーザ光の発光強度のピークが２つ存在していた（マルチピーク）。そのため、一方のピークをアイセーフ化の指標である９９ｍＷ／ｓｒ未満の発光強度に制御しても、他方のピークが９９ｍＷ／ｓｒ以上になるおそれがあり、両方のピークを９９ｍＷ／ｓｒ未満に制御することが困難であることが分かった。
　これに対し、拡散板が設置された実施例１の通信モジュールでは、レーザ光の発光強度のピークが１つであるため（シングルピーク）、９９ｍＷ／ｓｒ未満になるように発光強度を簡単に低く制御することができることが分かった。その結果、本発明の通信モジュールでは、安定的にアイセーフ化を実現できることが分かった。
（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。
　図１０によると、モジュール出力に比例してＰＤ電流が増加しているが、モジュール出力に対して、レーザダイオードから出射されたレーザ光がノイズ光として侵入した量が充分に少ないことが分かった。
＜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。
　Ｔ≧ｔ1・ｔａｎθ＋（ｔ1＋ｔ2）・ｔａｎθ´・・・（１）
　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。
　図１４によると、パッケージ表面が梨地仕上げされていない比較例２の通信モジュールでは、レーザ光の発光強度のピークが２つ存在していた（マルチピーク）。そのため、一方のピークをアイセーフ化の指標である９９ｍＷ／ｓｒ未満の発光強度に制御しても、他方のピークが９９ｍＷ／ｓｒ以上になるおそれがあり、両方のピークを９９ｍＷ／ｓｒ未満に制御することが困難であることが分かった。特に、１５ｍＷおよび２０ｍＷのエネルギでは、いずれのピークも９９ｍＷ／ｓｒ以上になっていた。
　これに対し、パッケージ表面が梨地仕上げされた実施例２～４の通信モジュールでは、レーザ光の発光強度のピークが１つであるため（シングルピーク）、９９ｍＷ／ｓｒ未満になるように発光強度を簡単に低く制御することができることが分かった。その結果、本発明の通信モジュールでは、安定的にアイセーフ化を実現できることが分かった。
　１　　通信モジュール
　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)

  1. 　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。）
  2. 　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。
  3. 　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。
  4. 　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。
  5. 　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。
  6. 　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。
  7. 　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。
  8. 　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。
  9. 　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。
  10. 　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。
  11. 　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。
  12. 　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。
  13. 　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。
  14. 　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。
  15. 　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。
  16. 　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。
  17. 　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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