JPH11204827A

JPH11204827A - 光結合装置

Info

Publication number: JPH11204827A
Application number: JP441098A
Authority: JP
Inventors: Minoru Onishi; 穣大西
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1998-01-13
Filing date: 1998-01-13
Publication date: 1999-07-30

Abstract

(57)【要約】【課題】プリズム体と組み合わせて、反射型の光学系
による光結合装置を構成する場合、プリズム体と光結合
装置との位置関係を精度高く設定することが必要であっ
た。また、出射光が発散する光束であるため、受光素子
に入射する反射光量が減少し、検出感度の低下をもたら
す結果となっていた。【解決手段】リードフレームに実装された発光チップ
を透光性樹脂にて１次モールドした出射光用光学系を有
する発光側単体デバイスと、リードフレームに実装され
た受光チップを透光性樹脂にて１次モールドした受光用
光学系を有する受光側単体デバイスとを有し、該発光側
単体デバイスと該受光側単体デバイスとを同一面側に並
列に配設し、遮光性樹脂の２次モールドにて一体形成さ
れてなる遮光性樹脂体を有し、該出射光用光学系は発光
側単体デバイスからの出射光をほぼ平行光束として出射
する機能を有し、該受光用光学系は該出射光の反射光を
集光する機能を有する光結合装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、通過路上の被検出
物体の有無を無接点で検出する光結合装置（フォトイン
タラプタ）に関し、特に光結合装置の出射光用光学系及
び受光用光学系に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来例の光結合装置５０の構成図を図４
に、上面図を図５に示す。図４において、発光チップ５
１は、リードフレーム５２にダイボンド、及びワイヤボ
ンドされ、透光性の樹脂（エポキシ樹脂等）によって１
次モールドされ、発光側単体デバイス５３を形成してい
る。

【０００３】受光チップ５４は、リードフレーム５５に
ダイボンド、及びワイヤボンドされ、透光性の樹脂（エ
ボキシ樹脂等）によって１次モールドされ、受光側単体
デバイス５６を形成している。

【０００４】発光側単体デバイス５３と受光側単体デバ
イス５６とは、並列に配置され、遮光性樹脂５７にて一
体形成されることにより、反射型光結合装置が作製され
る。出射光用窓５８と受光用窓５９とが光の通路として
設けられる。

【０００５】発光チップ５１の出射光は、発光側単体デ
バイス５３に形成されたレンズ体５３ａにより集光さ
れ、出射光用窓５８、被検知物通過路Ｘを介した後、プ
リズム体６０で反射され、再び被検知物通過路Ｘを介し
て、受光用窓５９、受光側単体デバイス５６に形成され
たレンズ体５６ａを通過し、受光チップ５４に入射する
検出系を構成している。また、出射光６１は中心軸を通
る出射光であり、出射光６２及び６３は中心軸を外れた
出射光である。

【０００６】図５において、５０は光結合装置、５２は
リードフレーム、５３ａは発光側単体デバイス５３に形
成されたレンズ体、５５はリードフレーム、５６ａは受
光側単体デバイス５６に形成されたレンズ体、５８は出
射光用窓、５９は受光用窓、６０はプリズム体、であ
る。出射光用窓の面積をＳｏとし、受光用窓の面積をＳ
ｉとする時、ほぼＳｏ＝Ｓｉなる関係にある。

【０００７】図６は、液体残量の検出に適用された従来
例の光結合装置の構成図である。図６において、５０は
光結合装置、５１は発光チップ、５２はリードフレー
ム、５３ａは発光側単体デバイス５３に形成されたレン
ズ、５４は受光チップ、５５はリードフレーム、５６ａ
は受光側単体デバイス５６に形成されたレンズ体、５８
は出射光用窓、５９は受光用窓、６４は液体Ｙを容れる
容器、６５及び６６は容器６４の底面に形成されたプリ
ズム状の反射面、である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来例
の光結合装置においては以下に示すような問題点があっ
た。図６において、発光チップ５１の中心軸を通る出射
光６１ａはレンズ体５３ａを出射した後、反射面６５に
当たり、反射光６１ｂとなって、次の反射面６６に当た
る。反射光６１ｃは中心軸を通り、受光用窓５９に入射
する。一方、中心軸を外れた出射光６２ａは反射面６５
に当たり、反射光６２ｂとなり、容器の次の反射面６６
を外れてしまう。また、同様に、中心軸を外れた出射光
６３ａは反射面６５に当たり、反射光６３ｂとなり、容
器の次の反射面６６に当たるが、その反射光は受光用窓
５９を外れて、入射出来ない状態となる。そのため、容
器６４の液体残量を正確に検出することが困難であり、
且つ、出射光が分散するため、反射光量が減少し、検出
感度の低下をもたらす結果となる。

【０００９】また、プリズム体６０、またはプリズム体
の機能を為す反射面６５、６６との位置関係を光結合装
置５０に対して、正確に配置する必要があった。プリズ
ム体６０や反射面６５、６６が可動体となる場合、特に
精度の高い位置関係、及び再現性の高い機構の設定が求
めらる。この結果、検出系の機構にかかるコストが高く
なっていた。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１記載の
光結合装置は、基板またはリードフレームに実装された
発光チップを透光性樹脂にて１次モールドした出射光用
光学系を有する発光側単体デバイスと、基板またはリー
ドフレームに実装された受光チップを透光性樹脂にて１
次モールドした受光用光学系を有する受光側単体デバイ
スとを有し、該発光側単体デバイスと該受光側単体デバ
イスとを同一面側に並列に配設し、遮光性樹脂の２次モ
ールドにて一体形成されてなる遮光性樹脂体を有し、該
出射光用光学系は発光側単体デバイスからの出射光をほ
ぼ平行光束として出射する機能を有し、該受光用光学系
は該出射光の反射光を集光する機能を有することを特徴
とするものである。

【００１１】また、本発明の請求項２記載の光結合装置
は、前記発光側単体デバイスの出射光用光学系及び前記
受光側単体デバイスの受光用光学系は、モールド成形に
より構成されることを特徴とするものである。

【００１２】また、本発明の請求項３記載の光結合装置
は、前記遮光性樹脂体は出射光用窓と受光用窓とを有
し、出射光用窓の面積をＳ１とし、受光用窓の面積をＳ
２とする時、Ｓ１＞Ｓ２なる関係にあることを特徴とす
るものである。

【００１３】また、本発明の請求項４記載の光結合装置
は、前記発光側単体デバイスの出射光用光学系は、凸レ
ンズにより構成されることを特徴とするものである。

【００１４】また、本発明の請求項５記載の光結合装置
は、前記発光側単体デバイスと前記受光側単体デバイス
の外形形状がほぼ同一の形状であることを特徴とするも
のである。

【００１５】また、本発明の請求項６記載の光結合装置
は、前記遮光性樹脂体は熱可塑性樹脂にて構成されるこ
とを特徴とするものである。

【００１６】さらに、本発明の請求項７記載の光結合装
置は、前記発光側単体デバイスからの出射光を反射して
前記受光側単体デバイスに導く光学手段として、プリズ
ム体を用いて反射型の検出系を構成することを特徴とす
るものである。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１乃至図３は本発明の一実施の
形態に関する光結合装置の図であり、図１（ａ）は略断
面図、図１（ｂ）は上面図、図２は反射型の検出系を構
成する光結合装置の説明図、図３は液体残量の検出に適
用された本発明の光結合装置の構成図、である。

【００１８】本発明の図１において、発光チップ１１
は、リードフレーム１２にダイボンド、及びワイヤボン
ドされ、透光性の樹脂（エポキシ樹脂等の熱硬化性樹
脂）によって１次モールドされ、発光側単体デバイス１
３を形成している。

【００１９】受光チップ１４は、リードフレーム１５に
ダイボンド、及びワイヤボンドされ、透光性の樹脂（エ
ボキシ樹脂等の熱硬化性樹脂）によって１次モールドさ
れ、受光側単体デバイス１６を形成している。

【００２０】発光側単体デバイス１３と受光側単体デバ
イス１６とは、並列に配置され、遮光性樹脂の２次モー
ルドにて一体形成されてなる遮光性樹脂体１７に外装さ
れ、反射型光結合装置１０が作製される。出射光用窓１
８と受光用窓１９とが光の通路として遮光性樹脂体１７
に設けられる。

【００２１】本発明の上面図である図１（ｂ）におい
て、１０は光結合装置、１２はリードフレーム、１３ａ
は発光側単体デバイス１３に形成されたレンズ体（凸レ
ンズ）、１５はリードフレーム、１６ａは受光側単体デ
バイス１６に形成されたレンズ体（凸レンズ）、１８は
出射光用窓、１９は受光用窓、２０はプリズム体、であ
る。図１（ｂ）に示されるように、出射光用窓の面積を
Ｓ１、受光用窓の面積をＳ２とする時、Ｓ１＞Ｓ２なる
関係にある。

【００２２】図１及び図２において、発光側単体デバイ
ス１３及び受光側単体デバイス１６の製造方法は、金型
を用いたインジェクションモールド法や、トランスファ
ーモールド法や、流し込み法等が用いられる。発光側単
体デバイス１３及び受光側単体デバイス１６の光学系を
ほぼ同じ光学系となし、発光チップまたは受光チップを
光学的に等価な位置関係にすれば、同じ金型を用いて、
発光側単体デバイス１３及び受光側単体デバイス１６を
製作することができ、発光側単体デバイスと受光側単体
デバイスの外形形状はほぼ同一の外形形状とすることが
出来る。また、モールド樹脂を同一の樹脂を用いること
が出来る。その結果、製造方法及び製造コストの低減、
製品の標準化、大量生産化への対応、を図ることが出来
る。この時、発光側単体デバイスと受光側単体デバイス
とを識別するため、薄い透光性の着色を施すことも可能
であり、または、外形の一部に識別用のマークを施すこ
とも可能である。

【００２３】図１及び図２において、本発明の光結合装
置の外形サイズの一例は、縦×横×高さ＝（３〜６ｍ
ｍ）×（７〜１０ｍｍ）×（３〜６ｍｍ）程度であり、
出射光用窓１８の直径は、１．１〜１．８ｍｍφ程度、
受光用窓１９の直径は０．７〜１．０ｍｍφ程度であ
る。

【００２４】また、図１及び図２において、発光チップ
１１及び受光チップ１４は、リードフレーム１２、１５
にダイボンド、及びワイヤボンドされているが、リード
フレーム１２、１５の代わりに、セラミックスや樹脂か
らなる基板を用いることも出来る。

【００２５】さらに、図１及び図２において、前記遮光
性樹脂体１７の樹脂として、熱可塑性の樹脂が用いられ
る。例えば、ポリフエニレンサルフアイド（ＰＰＳ）、
ポリカーボネイト（ＰＣ）、ポリブチレンテレフタレー
ト（ＰＢＴ）、結晶性ポリマー、非晶性ポリマー、ある
いは液晶ポリマー等の熱可塑性樹脂のうち一種類または
これらの混合物が用いられ、インジエクシヨンモールド
法やトランスファーモールド法などが用いられる。ここ
で熱可塑性樹脂を用いるのは、樹脂成形温度が低い特性
を有し、且つ、その外形形状を精確に保つことができる
ためであり、後述の出射光用窓の形状や面積、受光用窓
の形状や面積、を設計通りの値に製造することが出来る
ためである。

【００２６】図２は、反射型の検出系を構成する光結合
装置の説明図である。図２において、発光チップ１１の
出射光は、発光側単体デバイス１３に形成されたレンズ
体（出射光用光学系）１３ａにより平行光化され、出射
光用窓１８より出射され、平行光束として、プリズム体
２０に入射する。プリズム体２０内で反射された光束
は、受光用窓１９を介して、受光側単体デバイス１６に
形成されたレンズ体（受光用光学系）１６ａにより集光
され、受光チップ１４に入射する。

【００２７】この時、プリズム体２０内で反射された出
射光２１の光束径は、受光用窓１９の径より広くなるた
め、発光側単体デバイス１３とプリズム体２０との相対
位置関係に多少のズレが生じても、高い入射光量を得る
ことが容易となる。本発明においては、出射光用窓の面
積をＳ１、受光用窓の面積をＳ２とする時、Ｓ１＞Ｓ２
なる関係にある。

【００２８】図３は液体残量の検出に適用された本発明
の光結合装置の構成図である。図３において、１０は光
結合装置、１２はリードフレーム、１３ａは発光側単体
デバイス１３に形成されたレンズ体、１５はリードフレ
ーム、１６ａは受光側単体デバイス１６に形成されたレ
ンズ体、１８は出射光用窓、１９は受光用窓、２４は液
体Ｙを容れる容器、２５及び２６は容器２４の底面に形
成されたプリズム状の反射面、である。

【００２９】中心軸を通る出射光３０ａはレンズ体（出
射光用光学系）１３ａを出射した後、出射光用窓１８を
通り、反射面２５に入射し、反射光３０ｂとなって、次
の反射面２６に入射する。反射光３０ｃは中心軸を通
り、受光用窓１９に入射し、レンズ体（受光用光学系）
１６ａにより集光され、受光チップ１４に入射する。一
方、中心軸を外れた出射光３１ａはレンズ体１３ａを出
射した後、出射光用窓１８を通り、反射面２５に入射
し、反射光３１ｂとなり、容器の次の反射面２６に入射
する。反射光３１ｃは受光用窓１９に入射し、レンズ体
（受光用光学系）１６ａにより集光され、受光チップ１
４に入射する。また、中心軸を外れた出射光３２も、同
様に、反射面２５、２６に入射し、受光チップ１４に入
射する。

【００３０】出射光用光学系の平行光束の一例について
述べると、光結合装置１０と液体Ｙを容れる容器２４の
底面に形成されたプリズム状の２５及び２６との距離は
約１５〜５０ｍｍ程度であり、従って、その２倍である
長さ３０〜１００ｍｍ程度の距離において、出射光はほ
とんど広がらない程度（１．０〜１．５倍程度の広が
り）の平行光束となるように出射光用光学系は設計され
ている。

【００３１】このように、出射光用光学系を発光側単体
デバイスからの出射光をほぼ平行光束として出射する機
能に設計することにより、被検出体である液体Ｙを容れ
る容器２４またはプリズム体２０と光結合装置１０との
との相対位置関係に多少のズレが生じても、精度の高い
検出を得ることが容易となる。特に、プリズム体２０や
反射面２５、２６が可動体となる場合も、出射光がほぼ
平行光束であるため、精度の高い検出を得ることが出来
る。

【００３２】

【発明の効果】以上のように、本発明の請求項１記載の
光結合装置によれば、基板またはリードフレームに実装
された発光チップを透光性樹脂にて１次モールドした出
射光用光学系を有する発光側単体デバイスと、基板また
はリードフレームに実装された受光チップを透光性樹脂
にて１次モールドした受光用光学系を有する受光側単体
デバイスとを有し、該発光側単体デバイスと該受光側単
体デバイスとを同一面側に並列に配設し、遮光性樹脂の
２次モールドにて一体形成されてなる遮光性樹脂体を有
し、該出射光用光学系は発光側単体デバイスからの出射
光をほぼ平行光束として出射する機能を有し、該受光用
光学系は該出射光の反射光を集光する機能を有すること
を特徴とするものである。従って、請求項１記載の発明
によれば、遮光性樹脂体成形金型による共通の筺体内で
の位置決めがなされるため、発光側単体デバイスと受光
側単体デバイスとの相対位置精度が高いものが得られ、
且つ、平行光束化により、反射型光結合装置として、焦
点距離の変動に対しても、従来構造品よりも高い出力を
得ることが出来る。

【００３３】また、本発明の請求項２記載の光結合装置
は、前記発光側単体デバイスの出射光用光学系及び前記
受光側単体デバイスの受光用光学系は、モールド成形に
より構成されることを特徴とするものである。従って、
請求項２記載の発明によれば、発光チップ、受光チップ
のパッケージである発光側単体デバイス及び受光側単体
デバイスそれ自体がレンズ特性（光学系）を有するた
め、構成部材点数の低減や、コストダウンに有効であ
り、また同時に、部材点数の低減により、機械的な累積
誤差を少なくすることが出来る。

【００３４】また、本発明の請求項３記載の光結合装置
は、前記遮光性樹脂体は出射光用窓と受光用窓とを有
し、出射光用窓の面積をＳ１とし、受光用窓の面積をＳ
２とする時、Ｓ１＞Ｓ２なる関係にあることを特徴とす
るものである。従って、請求項３記載の発明によれば、
面積差異分だけ、光結合装置と反射系（プリズム）との
位置関係に余裕度が得られ、検出系の組み合わせに高度
な精度を必要としなくなる。

【００３５】また、本発明の請求項４記載の光結合装置
は、前記発光側単体デバイスの出射光用光学系は、凸レ
ンズにより構成されることを特徴とするものである。従
って、請求項４記載の発明によれば、光学系の設計が容
易となり、パッケージモールドによるレンズ系の形成が
可能となる。

【００３６】また、本発明の請求項５記載の光結合装置
は、前記発光側単体デバイスと前記受光側単体デバイス
の外形形状がほぼ同一の形状であることを特徴とするも
のである。従って、請求項５記載の発明によれば、製造
方法及び製造コストの低減、製品の標準化、大量生産化
への対応が可能となる。

【００３７】また、本発明の請求項６記載の光結合装置
は、前記遮光性樹脂体は熱可塑性樹脂にて構成されるこ
とを特徴とするものである。従って、請求項６記載の発
明によれば、樹脂成形温度を低くし、単体デバイスに対
する熱的ストレスの低減や、又、外形形状を精確に保つ
ことが出来る。

【００３８】さらに、本発明の請求項７記載の光結合装
置は、前記発光側単体デバイスからの出射光を反射して
前記受光側単体デバイスに導く光学手段として、プリズ
ム体を用いて反射型の検出系を構成することを特徴とす
るものである。従って、請求項７記載の発明によれば、
検出系としては、プリズムと光結合装置間で光路が形成
されるため、正反射光として、出力が大きく得られる。
又、前記のプリズムと光結合装置間は空間となるため、
反射型の検出系を構成する光結合装置の適用において、
プリズムと光結合装置間での相対配置に自由度が高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態よりなる光結合装置の図
であり、（ａ）は略断面図、（ｂ）は上面図、である。

【図２】本発明の一実施の形態よりなる光結合装置とプ
リズム体と組み合わせて、反射型の検出系を構成する光
結合装置の説明図である。

【図３】本発明の一実施の形態よりなる光結合装置を液
体残量の検出に適用した場合の構成図である。

【図４】従来例の光結合装置の構成図である。

【図５】従来例の光結合装置の上面図である。

【図６】従来例の光結合装置を液体残量の検出に適用し
た場合の構成図である。

【符号の説明】

１０光結合装置１１発光チップ１２リードフレーム１３発光側単体デバイス１３ａ発光側単体デバイス１３に形成されたレンズ体
（出射光用光学系）１４受光チップ１５リードフレーム１６受光側単体デバイス１６ａ受光側単体デバイス１６に形成されたレンズ体
（受光用光学系）１７遮光性樹脂体１８出射光用窓１９受光用窓２０プリズム体２１出射光２４被検出体である液体Ｙを容れる容器２５容器２４の底面に形成されたプリズム状の反射
面２６容器２４の底面に形成されたプリズム状の反射
面３０中心軸を通る出射光３１中心軸を外れた出射光３２中心軸を外れた出射光Ｓ１出射光用窓の面積Ｓ２受光用窓の面積

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板またはリードフレームに実装された
発光チップを透光性樹脂にて１次モールドした出射光用
光学系を有する発光側単体デバイスと、基板またはリー
ドフレームに実装された受光チップを透光性樹脂にて１
次モールドした受光用光学系を有する受光側単体デバイ
スとを有し、該発光側単体デバイスと該受光側単体デバ
イスとを同一面側に並列に配設し、遮光性樹脂の２次モ
ールドにて一体形成されてなる遮光性樹脂体を有し、該
出射光用光学系は発光側単体デバイスからの出射光をほ
ぼ平行光束として出射する機能を有し、該受光用光学系
は該出射光の反射光を集光する機能を有するものである
ことを特徴とする光結合装置。
【請求項２】請求項１記載の光結合装置において、前
記発光側単体デバイスの出射光用光学系及び前記受光側
単体デバイスの受光用光学系は、モールド成形により構
成されることを特徴とする光結合装置。
【請求項３】請求項１記載の光結合装置において、前
記遮光性樹脂体は出射光用窓と受光用窓とを有し、出射
光用窓の面積をＳ１とし、受光用窓の面積をＳ２とする
時、Ｓ１＞Ｓ２なる関係にあることを特徴とする光結合
装置。
【請求項４】請求項１記載の光結合装置において、前
記発光側単体デバイスの出射光用光学系は、凸レンズに
より構成されることを特徴とする光結合装置。
【請求項５】請求項１記載の光結合装置において、前
記発光側単体デバイスと前記受光側単体デバイスの外形
形状がほぼ同一の形状であることを特徴とする光結合装
置。
【請求項６】請求項１記載の光結合装置において、前
記遮光性樹脂体は熱可塑性樹脂にて構成されることを特
徴とする光結合装置。
【請求項７】請求項１記載の光結合装置において、前
記発光側単体デバイスからの出射光を反射して前記受光
側単体デバイスに導く光学手段として、プリズム体を用
いて反射型の検出系を構成することを特徴とする光結合
装置。