(57)【要約】【課題】高収斂性で輝度ムラが少なく、高精度のフォーカシングを得ることの可能なＡＦ補助光源用光半導体装置を提供する。【解決手段】発光素子と、この発光素子を固定する台座と、前記発光素子を前記台座上で被覆し、前記発光素子からの照射光を透過、収斂させる樹脂部と、前記発光素子と外部回路を接続するリードと、前記樹脂部の端部と接し、光射出方向に筒状に形成されるホルダーを有し、前記樹脂部は、曲率半径ｒの光射出面を備え、前記光射出面と前記発光素子の発光面との距離をｄ、前記樹脂部の屈折率をｎ、前記発光素子の発光サイズをｇとしたとき、                   Σ＝ｒ／（（１−ｎ）ｄ＋ｎｒ）で表される収斂係数Σと、その関数（１／ｒ）ｇΣ４が、                             ２＜Σ＜５                     ２＜（１／ｒ）ｇΣ４＜２０を満たす。【選択図】図１
2006295211.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子と、この発光素子を固定する台座と、前記発光素子を前記台座上で被覆し、前記発光素子からの照射光を透過、収斂させる樹脂部と、前記発光素子と外部回路を接続するリードと、前記樹脂部の端部と接し、光射出方向に筒状に形成されるホルダーを有し、前記樹脂部は、曲率半径ｒの光射出面を備え、前記光射出面と前記発光素子の発光面との距離をｄ、前記樹脂部の屈折率をｎ、前記発光素子の発光サイズをｇとしたとき、
Σ＝ｒ／（（１−ｎ）ｄ＋ｎｒ）
で表される収斂係数Σと、その関数（１／ｒ）ｇΣ４が、
２＜Σ＜５
２＜（１／ｒ）ｇΣ４＜２０
を満たすことを特徴とするＡＦ補助光源用光半導体装置。
【請求項２】
前記発光サイズｇが、
ｇ≦０．０５ｍｍ
のとき、
２＜Σ＜４
２＜（１／ｒ）ｇΣ４＜１２
を満たすことを特徴とする請求項１に記載のＡＦ補助光源用光半導体装置。
【請求項３】
前記光射出面と前記発光素子の発光面との距離ｄが、
ｄ≦３．５ｍｍ
のとき、
２＜（１／ｒ）ｇΣ４＜１０
を満たすことを特徴とする請求項１に記載のＡＦ補助光源用光半導体装置。
【請求項４】
前記発光サイズｇが、
ｇ≦０．０５ｍｍ
のとき、
２＜Σ＜４
２＜（１／ｒ）ｇΣ４＜６
を満たすことを特徴とする請求項３に記載のＡＦ補助光源用光半導体装置。
【請求項５】
前記樹脂部の側面は、前記光射出面及び前記台座と接するとともに、少なくとも一部が１０°以上のテーパー角を有していることを特徴とする請求項１乃至４に記載のＡＦ補助光源用光半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＡＦ（Ａｕｔｏ  Ｆｏｃｕｓ）補助光源用光半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＤＳＣ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｔｉｌｌ  Ｃａｍｅｒａ）等に用いられる測距装置は、暗所でＡＦイルミネーター照射と同時にフォーカシングすることにより、より精度の高いフォーカシングを可能にしている。また、一般に、夜間撮影時の赤目現象（フラッシュ使用時に目が赤く写ってしまう現象）を軽減するために、フラッシュのスローシンクロ（遅いシャッタースピードでフラッシュを発光させる）が用いられるが、レーザーホログラムを応用した「ホログラフィックＡＦ」等のＡＦ補助光システムは、高精度のフォーカシングと赤目現象の軽減を同時に実現するものである。
【０００３】
このようなＡＦ補助光システムは、ＬＥＤ等光半導体装置を用い、その照射光の輪郭検出によってフォーカシングを行うもので、近年光半導体装置の高輝度化が実現され、照射光の到達距離が大幅に延びたことから、より離れた被写体のフォーカシングに対応できるとともに、暗所等低コントラスト時においても高いフォーカス精度が得られる。
【０００４】
図１０に、ＡＦ補助光システムに用いられる光半導体装置を示す。ＩｎＧａＡｌＰ等のチップからなる発光素子１は、台座２上に載置され、台座上で樹脂ポッティング及びトランスファーモールド法を用いて樹脂部３により封止されている。この樹脂部３は、レンズ効果を有しており、発光素子１からの照射光８（発散光）を収斂させ、投影強度を向上させるよう、光学設計がなされている。そして、ホルダー（図示せず）に取り付けられ、発光素子１に接続するリード（図示せず）により電源、制御系等と接続され、ＤＳＣに搭載される。
【０００５】
このような光半導体装置からの照射光８は、図１１に示すように、被写体１０に照射され、フォーカシングを行うとともに、赤目現象を軽減するＡＦ補助光システムとして用いられる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このような光半導体装置において、従来より光線追跡法による光学シミュレーションを設計に取り入れることが試みられていたが、シミュレーション上は良好な特性が得られているにもかかわらず、実際に試作・確認すると、照射強度にムラができてしまう、という問題があった。
【０００７】
例えば、図１０に示す光半導体装置において、
ｒ：レンズ（光射出面）曲率半径
ｄ：レンズ（光射出面）トップから発光素子発光面までの距離
ｎ：レンズ（樹脂部）等の光学部品の屈折率
ｇ：発光素子の発光サイズ（発光サイズ／２）
とすると、
ｒ＝２．０ｍｍ
ｄ＝４．７５ｍｍ
ｎ＝１．５７
ｇ＝０．１５ｍｍ
と設計することにより、光学シミュレーション上は輝度ムラもなく、良好な特性が得られていた。しかしながら、実際試作した光半導体装置においては、所定位置の輝度Ｉｖにおいて、
Ｉｖ≧Ｉｖｍａｘ／２
となる範囲角をα’として、図１０中に示される照射光の発散を示す指向角（半値角）αは、
α＝３°
と、狭指向性パッケージ（半導体素子）が得られるものの、その投影した発光パターンにおいて、中央部の照射強度が強く、その周辺が弱いドーナツ状となっており、輝度ムラが発生してしまう。
【０００８】
また、
ｒ＝１．３ｍｍ
ｄ＝３．２８ｍｍ
ｎ＝１．５７
ｇ＝０．１５ｍｍ
と設計することにより、光学シミュレーション上は輝度ムラもなく、良好な特性が得られていた。しかしながら、実際試作した光半導体装置においては、
α＝４°
と、狭指向性パッケージが得られるものの、その投影した発光パターンにおいて、今度は中央部の照射強度が極めて弱く、逆にその周辺が強い、逆ドーナツ状となっており、輝度ムラが発生してしまう。
【０００９】
このように、従来は光学シミュレーションによる結果と実際の投影像とが一致せず、シミュレーションにより最適値を得ることができなかったのが現実であった。従って、実験的に高収斂性と輝度ムラの改善を図るしかなかったが、数多くの光学パラメータを全て変化させて試作・評価することは困難であり、また、試作精度により実験精度が変動することもあり、根本的な特性改善を図るには至っていなかった。そして、実際、このような輝度ムラが発生することにより、フォーカシングの制度が低下するといった影響を受けていた。
【００１０】
また、このような光半導体装置において、設計上は図１２（ａ）に示すように、台座２のセンターに発光素子１をマウントするが、量産時のばらつきにより図１２（ｂ）に示すように、発光素子１のマウント位置がずれてオフセンターした場合、ホルダー９の出口（エッジ）付近で照射光８が削られ、けられ現象が発生してしまう。そして投影像が、狙った被写体に対してずれたり、（本来円状であるが）半円／三日月状に変形したり、また輝度ムラが発生するため、同様にフォーカシングに悪影響を及ぼす。そこで、図１３に示すように、レンズ１１を追加してさらに収斂させることも可能であるが、部品点数が増えるため、コストアップしてしまう、という問題があった。
【００１１】
そこで、本発明は、従来の光半導体装置における欠点を取り除き、高収斂性で輝度ムラが少なく、高精度のフォーカシングを得ることの可能なＡＦ補助光源用光半導体装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一態様のＡＦ補助光源用光半導体装置は、発光素子と、この発光素子を固定する台座と、前記発光素子を前記台座上で被覆し、前記発光素子からの照射光を透過、収斂させる樹脂部と、前記発光素子と外部回路を接続するリードと、前記樹脂部の端部と接し、光射出方向に筒状に形成されるホルダーを有し、前記樹脂部は、曲率半径ｒの光射出面を備え、前記光射出面と前記発光素子の発光面との距離をｄ、前記樹脂部の屈折率をｎ、前記発光素子の発光サイズをｇとしたとき、
Σ＝ｒ／（（１−ｎ）ｄ＋ｎｒ）
で表される収斂係数Σと、その関数（１／ｒ）ｇΣ４が、
２＜Σ＜５
２＜（１／ｒ）ｇΣ４＜２０
を満たすことを特徴とするものである。ここで、（１／ｒ）ｇΣ４は、発光面の大きさを考慮したΣの関数である。
【００１３】
また、本発明の一態様のＡＦ補助光源用光半導体装置においては、前記発光サイズｇが、
ｇ≦０．０５ｍｍ
のとき、
２＜Σ＜４
２＜（１／ｒ）ｇΣ４＜１２
を満たすことを特徴としている。
【００１４】
さらに本発明の一態様のＡＦ補助光源用光半導体装置においては、前記光射出面と前記発光素子の発光面との距離ｄが、
ｄ≦３．５ｍｍ
のとき、
２＜（１／ｒ）ｇΣ４＜１０
を満たすことを特徴としている。
【００１５】
また、本発明の一態様のＡＦ補助光源用光半導体装置においては、前記光射出面と前記発光素子の発光面との距離ｄが、
ｄ≦３．５ｍｍ
で、前記発光サイズｇが、
ｇ≦０．０５ｍｍ
のとき、
２＜Σ＜４
２＜（１／ｒ）ｇΣ４＜６
を満たすことを特徴としている。
【００１６】
さらに、本発明の一態様のＡＦ補助光源用光半導体装置においては、前記樹脂部の側面は、前記光射出面及び前記台座と接するとともに、少なくとも一部が１０°以上のテーパー角を有していることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、高収斂性で輝度ムラが少なく、高精度のフォーカシングを得ることの可能なＡＦ補助光源用光半導体装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下本発明の実施形態について、図を参照して説明する。
【００１９】
（実施形態１）
図１（ａ）に上面図、（ｂ）、（ｃ）にその断面図を示すように、従来と同様に、ＩｎＧａＡｌＰ等のチップからなる発光素子１は、台座２上に載置され、台座２上で樹脂ポッティング及びトランスファーモールド法を用いて樹脂封止されている（樹脂部３）。発光素子１は、リード５と接続されており、ホルダー（図示せず）に取り付けられ、電源、制御系等と接続され、ＤＳＣに搭載される。
【００２０】
発光素子１はリード５を介して所定の電圧が印加されることにより発光し、この照射光（発散光）は、樹脂部３の光射出面４においてレンズ効果により収斂され、被写体に照射される。
【００２１】
このように構成されるＡＦ補助光源用光半導体装置において、
ｒ＝１．５ｍｍ
ｄ＝３．２８ｍｍ
ｎ＝１．５７
となるよう光学設計を行う。そして、輝度のばらつきに影響するｇを０．１５ｍｍとすると、収斂係数Σ及びその関数は、
Σ＝３．０９０
（１／ｒ）ｇΣ４＝９．１１９
となり、ｄ≦３．５ｍｍのときに規定される、
２＜Σ＜５
２＜（１／ｒ）ｇΣ４＜１０
の条件を満たす。
【００２２】
このように設計されたパッケージ７において、光線追跡法による高精度の光学シミュレーションを行い、それぞれシミュレーションによる光線軌跡を図２に、配光特性を図３に示す。これにより、光線軌跡より指向角αは３°であり、配光特性より輝度ムラもなく良好な特性であるという結果が得られる。一方、実際の発光パターンにおいても輝度ムラは認められず、シミュレーション結果と対応している。また、ｄ＝３．２８ｍｍと薄型化が可能となる。
【００２３】
（実施形態２）
図４に示すように、実施形態１と樹脂部３の形状が異なるが、同様に形成されたＡＦ補助光源用光半導体装置において、
ｒ＝１．９７ｍｍ
ｄ＝４．２８ｍｍ
ｎ＝１．５７
となるよう光学設計を行う。そして、ｇを０．１５ｍｍとすると、Σ及びその関数は、
Σ＝３．３０４
（１／ｒ）ｇΣ４＝９．０７０
となり、
２＜Σ＜５
２＜（１／ｒ）ｇΣ４＜２０
の条件を満たす。
【００２４】
このように設計されたパッケージにおいて投影した発光パターンは、実施形態１と同様に輝度ムラもなく、また指向角αは４°と良好な特性が得られる。また、ｄ＝４．２８ｍｍと薄型化が可能となる。
【００２５】
図１に示すように、実施形態１と同様に設計されたＡＦ補助光源用光半導体装置において、
発光素子のサイズ（ｇ：発光サイズ／２）を０．０５ｍｍとすると、収斂係数、及びその関数は、
Σ＝３．０９０
（１／ｒ）ｇΣ４＝３．０４０
となり、ｇ≦０．０５、ｄ≦３．５ｍｍのときに規定される
２＜Σ＜４
２＜（１／ｒ）ｇΣ４＜６
の条件を満たす。
【００２６】
このように設計されたパッケージにおいて投影した発光パターンは、実施形態１と同様に輝度ムラもなく、また指向角αは３°と良好な特性が得られる。また、ｄ＝３．２８ｍｍと薄型化が可能となるとともに、発光素子の発光サイズをｇ＝０．０５ｍｍとすることにより、小サイズ化により懸念される輝度ムラを抑えるとともに、照射強度の向上を図ることができる。
【００２７】
実施形態１〜３に示すように、ΣとΣの関数（１／ｒ）ｇΣ４を所定の範囲とすることで、良好な特性が得られることが分かる。図５にｄ＝４．２８ｍｍ、ｇ＝０．０５ｍｍ、０．１５ｍｍ（チップサイズはそれぞれ□０．１ｍｍ、０．３ｍｍ）としたときの指向角α、輝度ムラδＩｖと収斂係数Σとの関係を、図６に、同じく収斂係数Σの関数（１／ｒ）ｇΣ４との関係を、図７にｄ＝３．２８ｍｍとしたときの指向角α、輝度ムラδＩｖと収斂係数Σとの関係をそれぞれ示す。尚、ここでいう輝度ムラとは、照射範囲角度：α’の範囲において、光射出面から２０ｍｍはなれた点における照度より換算された輝度のばらつき、すなわち、
δＩｖ＝Ｉｍａｘ−Ｉｍｉｎ（ｃｄ）
の状態を示している。
【００２８】
これらの図に示すように、範囲の下限を超えて、Σ≦２、（１／ｒ）ｇΣ４≦２となると、指向角αが広くなり、要求輝度の確保が困難となってしまう。また、上限を超えて、５≦Σ、２０≦（１／ｒ）ｇΣ４（ｇ≦０．０５ｍｍのとき、４≦Σ、１２≦（１／ｒ）ｇΣ４、ｄ≦３．５ｍｍのとき、１０≦（１／ｒ）ｇΣ４、ｇ≦０．０５ｍｍでｄ≦３．５ｍｍのとき、４≦Σ、６≦（１／ｒ）ｇΣ４）となると、指向角αは狭くなるものの、Ｉｖのバラツキが大きくなるので、δＩｖが大きくなってしまう。
【００２９】
比較例として、従来技術で挙げた
ｒ＝２．０ｍｍ
ｄ＝４．７５ｍｍ
ｎ＝１．５７
ｇ＝０．１５ｍｍ
と設計した光半導体装置において、同様にΣ及びその関数を求めると、
Σ＝４．８５１
（１／ｒ）ｇΣ４＝４０．３０１
となり、
２＜Σ＜５
２＜（１／ｒ）ｇΣ４＜２０
の条件のうち、後者を満たさない。また、同様に、
ｒ＝１．３ｍｍ
ｄ＝３．２８ｍｍ
ｎ＝１．５７
ｇ＝０．１５ｍｍ
と設計した光半導体装置においては、
Σ＝７．５８５
（１／ｒ）ｇΣ４＝３８１．８３７
となり、ｄ≦３．５ｍｍのときに規定される、
２＜Σ＜５
２＜（１／ｒ）ｇΣ４＜１０
の条件のうち、後者を満たさない。すなわち、発光パターンより得られる結果と一致する。
【００３０】
一方、それぞれ所定の範囲においては、小さい指向角で且つδＩｖも２以下と、輝度ムラもないことがわかる。
【００３１】
図８に示すように、所定の特性を有するＡＦ補助光源用光半導体素子において、樹脂部の光射出面４と台座２との間に位置する樹脂部側面６は、台座２の法線との角度β（テーパー角）が１０°以上となっている。そして、この側面６と台座と接しているところ（樹脂部の端部）からホルダー９を取り付けることにより、ホルダー９の開口径に対して投影パターン径が小さくなり、図９に示すようにオフセンターした場合でもホルダー９によるけられ現象を回避することができる。
【００３２】
このとき、テーパー角が１０°未満であると、投影パターン径を十分小さくすることができないため、１０°以上であることが必要であるが、少なくとも１ヵ所以上で所定のテーパーを有していれば良く、必ずしも側面全体が１０°以上のテーパーを有している必要はない。そして、その値は、光射出面の曲率半径や、発光素子等のサイズ、特性や量産時のばらつきの程度等により、最適化される。
【００３３】
以上の実施形態において、発光素子は１つのものを用いたが、複数でも良く、対応するリードと接続され、独立して制御することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一態様におけるＡＦ補助光源用光半導体装置を示す図。
【図２】本発明の一態様におけるＡＦ補助光源用光半導体装置における光線軌跡を示す図。
【図３】本発明の一態様におけるＡＦ補助光源用光半導体装置における配光特性を示す図。
【図４】本発明の一態様におけるＡＦ補助光源用光半導体装置を示す図。
【図５】本発明の一態様のＡＦ補助光源用光半導体装置における特性を示す図。
【図６】本発明の一態様のＡＦ補助光源用光半導体装置における特性を示す図。
【図７】本発明の一態様のＡＦ補助光源用光半導体装置における特性を示す図。
【図８】本発明の一態様におけるＡＦ補助光源用光半導体装置を示す図。
【図９】本発明の一態様におけるＡＦ補助光源用光半導体装置を示す図。
【図１０】ＡＦ補助光システムに用いられる光半導体装置を示す図。
【図１１】ＡＦ補助光システムを示す図。
【図１２】従来の光半導体装置における問題を示す図。
【図１３】従来の光半導体装置における問題を示す図。
【符号の説明】
【００３５】
１  発光素子
２  台座
３  樹脂部
４  光射出面
５  リード
６  樹脂部側面
７  光半導体装置（パッケージ）
８  照射光（光線）
９  ホルダー
１０  被写体
１１  レンズ
【図１】
2006295211.tif 000003
【図２】
2006295211.tif 000004
【図３】
2006295211.tif 000005
【図４】
2006295211.tif 000006
【図５】
2006295211.tif 000007
【図６】
2006295211.tif 000008
【図７】
2006295211.tif 000009
【図８】
2006295211.tif 000010
【図９】
2006295211.tif 000011
【図１０】
2006295211.tif 000012
【図１１】
2006295211.tif 000013
【図１２】
2006295211.tif 000014
【図１３】
2006295211.tif 000015