WO2016017444A1

WO2016017444A1 - 光センサ

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Publication number: WO2016017444A1
Application number: PCT/JP2015/070474
Authority: WO
Inventors: 直幸田中; 康人石丸; 雄一辻田
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 2014-07-31
Filing date: 2015-07-17
Publication date: 2016-02-04
Anticipated expiration: 2017-01-31
Also published as: TW201611610A; CN106663702B; KR20170040191A; JP6369936B2; CN106663702A; TWI666936B; JP2016033954A; US20170211971A1; US10260939B2

Abstract

　光の受光部分の薄型化が可能な光センサを提供する。この光センサは、機器に設置され、その機器に対する外部からの光を受光する受光素子４を備え、上記受光する光の状態を検知する光センサであって、上記受光素子４に、線状の光導波路２が光伝播可能に接続され、その光導波路２の先端部が、上記機器外部からの光の入射部に形成されている。

Description

光センサ

　本発明は、光の明るさや色等を検知する光センサに関するものである。

　従来より、光の明るさや色等の状態を検知する光センサが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このものは、図５に示すように、受光素子４を備えており、その受光素子４の受光部分を、検知する光の方向に向けた状態で機器に設置される。そして、その光を上記受光素子４で受光し、その光の明るさや色等を検知することができるようになっている。このような光センサは、例えば、テレビに設置され、そのテレビが置かれている部屋の明るさを検知することができるようになっており、その検知した部屋の明るさに応じて、テレビ画面の明るさを適正に調整可能としている。

特開２０１３－１９１８３４号公報

　上記テレビ等の機器では、薄型化が要求されている。しかしながら、上記光センサにおける光の受光に、上記受光素子４を直接用いると、その受光素子４自体の大きさにより、その受光素子４を設置する部分の薄型化に限界があり、上記機器のさらなる薄型化の要求に充分に応えることができない。しかも、上記受光素子４は、電気基板（図示せず）に実装されており、その電気基板も、薄型化の妨げとなる。さらに、上記受光素子４は、通常、上記電気基板とともに、ケース等の固定部材５１に固定された状態で、上記光センサとして用いられるため、その固定部材５１の分だけさらに大きくなっている。上記受光素子４の寸法は、その受光素子４を実装する電気基板を含めて、例えば、幅Ｗ０が１．０ｍｍ以上、厚みＴ０が０．３ｍｍ以上であり、図５に示す上記固定部材５１の寸法は、上記受光素子４を上記電気基板とともに固定する部分の幅Ｗ１が１．６ｍｍ以上、厚みＴ１が０．５３ｍｍ以上であって、さらに薄型化が望まれている。

　本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、光の受光部分の薄型化が可能な光センサの提供をその目的とする。

　上記の目的を達成するため、本発明の光センサは、受光素子と、線状の光導波路とを備えている光センサであって、上記受光素子に、上記線状の光導波路が光伝播可能に接続され、上記線状の光導波路の先端部が、光の入射部に形成されており、機器に設置され、その機器に対する外部からの光を、上記入射部から入射して上記受光素子で受光し、その受光する光の状態を検知するという構成をとる。

　なお、本発明において、「光の状態」とは、光の明るさ（強度），色（波長）等を含む意味である。

　本発明の光センサは、受光素子で光を受光をするのではなく、それに代えて、線状の光導波路の先端部で光を受光して、光の受光部分の薄型化を図るものである。すなわち、受光素子に接続された線状の光導波路の先端部が光入射部に形成されている。ここで、光導波路は、薄く形成することが可能であるため、光の受光部分（光導波路の光入射部）が、従来の光の受光部分（受光素子）よりも、薄型化が可能になっている。そして、本発明の光センサは、上記光の受光部分から上記光導波路で受光素子が接続されているため、その受光素子を、機器の薄型化に影響を与えない個所に配置することができる。これらのことから、本発明の光センサを設置する機器は、薄型化を図ることができる。

　特に、上記光導波路の光入射部が固定される固定部材を備え、上記受光素子が上記固定部材から離れて配置されている場合には、その固定部材の部分が、光の受光部分となる。そして、その固定部材は、上記光導波路の光入射部の厚みに対応して薄型化が可能であることから、上記光の受光部分の薄型化が可能になっている。また、上記光の受光部分の機器への設置が、上記固定部材を機器に設置することで可能となり、その設置を容易化することができる。そして、上記受光素子が上記固定部材から離れて配置されていることから、その受光素子を、機器の薄型化に影響を与えない個所に容易に配置することができる。

本発明の光センサの第１の実施の形態を模式的に示し、（ａ）はその平面図であり、（ｂ）はその縦断面図である。本発明の光センサの第２の実施の形態を模式的に示し、（ａ）はその平面図であり、（ｂ）はその縦断面図である。本発明の光センサの第３の実施の形態を模式的に示す縦断面図である。上記光センサにおける受光素子の接続形態の変形例を模式的に示す縦断面図である。従来の光センサを模式的に示す断面図である。

　つぎに、本発明の実施の形態を図面にもとづいて詳しく説明する。

　図１（ａ）は、本発明の光センサの第１の実施の形態を示す平面図であり、図１（ｂ）は、その縦断面図である。この実施の形態の光センサは、電気基板（図示せず）に実装された受光素子４と、この受光素子４に光伝播可能にその一端面が接続された線状の光導波路２と、この光導波路２の他端面（先端面）から光を入射可能にした状態で、上記光導波路２の他端部（先端部）を固定する固定部材５とを備えている。そして、上記光センサは、機器に設置され、その機器の外部からの光が、上記光導波路２のコア２ｂの先端面に入射してそのコア２ｂの中を通り、上記受光素子４で受光されるようになっている（図示の一点鎖線の矢印参照）。さらに、上記光導波路２の一端側（受光素子４が接続されている側）は、上記固定部材５からはみ出しており、上記受光素子４は、上記固定部材５から離れて配置されている。また、この実施の形態では、上記光導波路２は、受光素子４と電気基板との合計厚みよりも厚みが薄く形成されている。

　より詳しく説明すると、上記線状の光導波路２は、この実施の形態では、アンダークラッド層２ａの表面の中央に、光路となる１本の上記コア２ｂが形成され、このコア２ｂを被覆するように、上記アンダークラッド層２ａの表面に、オーバークラッド層２ｃが形成されている。このような光導波路２は、自在に曲がるフレキシブル性を有している。そして、各層の厚みは、例えば、アンダークラッド層２ａが１～５０μｍの範囲内、コア２ｂが１～１００μｍの範囲内、オーバークラッド層２ｃが１～５０μｍの範囲内（コア２ｂの上面からの厚み）に設定される。

　また、上記固定部材５は、上記光導波路２のコア２ｂの先端面（光入射面）から光を入射可能にした状態で、そのコア２ｂの先端部（光入射部）を固定するものである。そして、その固定部材５は、上記光導波路２の先端部（光入射部）の厚みに対応して薄型化が可能であることから、上記光の受光部分を薄型化することができる。それにより、上記光センサを設置する機器の薄型化を図ることができる。

　例えば、アンダークラッド層２ａの厚みを２５μｍ、コア２ｂの厚みを５０μｍ、オーバークラッド層２ｃの厚み（コア２ｂの上面からの厚み）を２５μｍとし、厚み０．１ｍｍの先端部を有する光導波路２を作製すると、上記固定部材５の幅Ｗを０．８ｍｍとすることができる。この固定部材５の幅Ｗは、従来の、受光素子４を固定する前記固定部材５１（図５参照）の幅Ｗ１（１．６ｍｍ以上）と比較すると、かなり薄型化されたものとなっている。

　さらに、上記受光素子４は、上記光導波路２で接続され、上記固定部材（光の受光部分）５からはみ出していることから、その受光素子４を、上記固定部材５から離して、機器の薄型化に影響を与えない電気基板に実装することができる。この点も、上記機器の薄型化に寄与する。

　なお、上記アンダークラッド層２ａ，コア２ｂおよびオーバークラッド層２ｃの形成材料としては、例えば、エポキシ，アクリル，ポリアミド，ポリイミドポリカーボネート，ポリメタクリル酸メチル，ポリスチレン等の高分子樹脂や、シリコーン系樹脂等があげられ、その形成材料に応じた製法により、上記線状の光導波路２を作製することができる。また、上記コア２ｂの屈折率は、上記アンダークラッド層２ａおよびオーバークラッド層２ｃの屈折率よりも大きく設定されている。その屈折率の調整は、例えば、各形成材料の種類の選択や組成比率を調整して行うことができる。また、上記固定部材５の形成材料としては、感光性樹脂や熱硬化性樹脂，金属等があげられ、その形成材料に応じた製法により、その固定部材５を作製することができる。

　図２（ａ）は、本発明の光センサの第２の実施の形態を示す平面図であり、図２（ｂ）は、その縦断面図である。この実施の形態の光センサは、光導波路２の先端面に光路を９０°変換するプリズム等の光路変換部材６Ｂが設けられ、光導波路２の先端部を形成している。上記光路変換部材６Ｂは、光導波路２に接着剤で接着したり、トランスファー成形で光導波路２と一括成形したりして設けることができる。そして、上記光路変換部材６Ｂの一部の面〔図２（ｂ）では上面〕が光入射面になっている。また、上記先端部の光導波路２の部分は、入射する光（図示の一点鎖線の矢印参照）に直角〔図２（ｂ）では左方向〕に延びている。それ以外の部分は、上記第１の実施の形態と同様であり、同様の部分には、同じ符号を付している。

　この実施の形態では、例えば、光導波路２の厚みを０．１ｍｍとすると、その光導波路２の先端部を固定する固定部材５の部分の厚みＴを０．３３ｍｍとすることができる。この固定部材５の部分の厚みＴは、従来の、受光素子４を固定する前記固定部材５１（図５参照）の部分の厚みＴ１（０．５３ｍｍ以上）と比較すると、薄型化されたものとなっている。そして、上記第１の実施の形態と同様に、上記光センサを設置する機器の薄型化を図ることができる。

　図３は、本発明の光センサの第３の実施の形態を示す縦断面図である。この実施の形態の光センサは、光導波路２の先端部に、光路を９０°変換する光路変換部７Ｂが形成されている。この光路変換部７Ｂは、光導波路２の長手方向（光の伝播方向）に対して４５°の傾斜面になっており、その傾斜面のコア２ｂに対応する部分に、光が反射して光路を９０°変換するようになっている（図示の一点鎖線の矢印参照）。上記傾斜面は、光導波路２の先端部を切断刃またはレーザ加工等により切削することにより形成することができる。そして、上記先端部の光導波路２の部分は、入射する光に直角（図３では左方向）に延びている。それ以外の部分は、図２（ａ），（ｂ）に示す前記第２の実施の形態と同様であり、同様の部分には、同じ符号を付している。

　この実施の形態では、上記第２の実施の形態と同様、例えば、光導波路２の厚みを０．１ｍｍとすると、その光導波路２の先端部を固定する固定部材５の部分の厚みＴを０．３３ｍｍとすることができ、従来の前記固定部材５１（図５参照）の部分の厚みＴ１（０．５３ｍｍ以上）と比較すると、薄型化されたものとなっている。そして、上記第２の実施の形態と同様に、上記光センサを設置する機器の薄型化を図ることができる。

　なお、上記第１～第３の実施の形態では、受光素子４を、光導波路２の一端面に接続したが、図４に縦断面図で示すように、光導波路２に光路を９０°変換する光路変換部１０Ｂを形成し、その光路変換部１０Ｂに対応する部分に、上記受光素子４を接続するようにしてもよい。上記光路変換部１０Ｂは、図３に示す前記第３の実施の形態における光入射部の光路変換部７Ｂと同様のものである。

　また、上記第１～第３の実施の形態では、光導波路２の先端部の固定に、固定部材５を用いたが、その固定部材５の形状は、図示のもの以外でもよく、その固定部材５を設置する機器に応じて適宜設定される。さらに、上記固定部材５を用いることなく、機器に固定してもよい。

　そして、上記第１～第３の実施の形態の光センサは、例えば、照度センサ，ＲＧＢセンサ等として用いられる。

　つぎに、実施例について従来例と併せて説明する。但し、本発明は、実施例に限定されるわけではない。

〔アンダークラッド層およびオーバークラッド層の形成材料〕
　脂肪族変性エポキシ樹脂（ＤＩＣ社製、EPICLONEXA-4816）８０重量部、脂肪族エポキシ樹脂（ダイセル社製、ＥＨＰＥ－３１５０）２０重量部、光酸発生剤（アデカ社製、ＳＰ１７０）２重量部、乳酸エチル（武蔵野化学研究所社製、溶剤）４０重量部を混合することにより、アンダークラッド層およびオーバークラッド層の形成材料を調製した。

〔コアの形成材料〕
　ｏ－クレゾールノボラックグリシジルエーテル（新日鉄住金化学社製、ＹＤＣＮ－７００－１０）５０重量部、ビスフェノキシエタノールフルオレンジグリシジルエーテル（大阪ガスケミカル社製、ＯＧＳＯＬＥＧ）５０重量部、光酸発生剤（アデカ社製、ＳＰ１７０）１重量部、乳酸エチル（武蔵野化学研究所社製、溶剤）１５重量部を混合することにより、コアの形成材料を調製した。

〔光導波路〕
　上記形成材料を用い、厚み２５μｍの帯状（幅０．１ｍｍ）のアンダークラッド層の表面の中央に、その長手方向に沿って、厚み５０μｍの帯状（幅５０μｍ）のコアを１本形成し、このコアを被覆するように、上記アンダークラッド層の表面に、オーバークラッド層（コアの上面からの厚み２５μｍ、幅０．１ｍｍ）を形成した。これにより、厚み０．１ｍｍ、幅０．１ｍｍの線状の光導波路を得た。

〔受光素子〕
　受光素子として、京セミ社製のKPDG006HA1を準備し、電気基板に実装した。この受光素子の寸法は、電気基板を含めて、幅Ｗ０が１．０ｍｍ、厚みＴ０が０．３５ｍｍであった（図５参照）。

〔実施例１〕
〔光センサ〕
　上記光導波路，受光素子を用い、図１（ａ），（ｂ）に示す光センサを作製した。なお、固定部材は、合成樹脂製とした。

〔実施例２〕
〔光センサ〕
　上記実施例１と同様にして、図２（ａ），（ｂ）に示す光センサを作製した。

〔実施例３〕
〔光センサ〕
　上記実施例１と同様にして、図３に示す光センサを作製した。

〔従来例〕
　図５に示す従来の光センサを準備した。

〔光センサにおける光の受光部分の寸法測定〕
　上記実施例１～３および従来例の光センサにおける固定部材の寸法を測定した。その結果、実施例１の固定部材の幅Ｗは０．８ｍｍ、実施例２の固定部材の部分の厚みＴは０．３３ｍｍ、実施例３の固定部材の部分の厚みＴは０．３３ｍｍであった。また、従来例の固定部材の部分の幅Ｗ１は１．６ｍｍ、厚みＴ１は０．５３ｍｍであった。

　上記寸法測定の結果から、実施例１の固定部材の幅Ｗは、従来例の固定部材の幅Ｗ１よりも狭く、実施例２，３の固定部材の厚みＴは、従来例の固定部材の厚みＴ１よりも薄くなっていることがわかる。そして、上記固定部材の部分が、光の受光部分となることから、実施例１～３では、従来例と比較して、光の受光部分が薄型化されていることがわかる。

　また、上記実施例１～３の光センサにおいて光の受光が適正になされることは、確認済みである。

　上記実施例においては、本発明における具体的な形態について示したが、上記実施例は単なる例示にすぎず、限定的に解釈されるものではない。当業者に明らかな様々な変形は、本発明の範囲内であることが企図されている。

　本発明の光センサは、機器に設置し、光の明るさや色等を検知することに利用可能である。

　２　光導波路
　４　受光素子

Claims

　受光素子と、
　線状の光導波路と
を備えている光センサであって、
　上記受光素子に、上記線状の光導波路が光伝播可能に接続され、上記線状の光導波路の先端部が、光の入射部に形成されており、
　機器に設置され、その機器に対する外部からの光を、上記入射部から入射して上記受光素子で受光し、その受光する光の状態を検知することを特徴とする光センサ。
　上記光導波路の光入射部が固定される固定部材を備え、
　上記受光素子が上記固定部材から離れて配置されている請求項１記載の光センサ。