(57)【要約】      （修正有）【課題】センシング性能の高い受発光素子モジュールを提供する。【解決手段】第１嵌合部１１を有する配線基板１と、発光素子２３および受光素子２４を含み、配線基板１に配置された受発光素子２と、発光素子２３からの光を照射対象物に導く第１レンズ３１と、照射対象物からの反射光を受光素子２４へ導く第２レンズ３２と、第１嵌合部１１と嵌合する第２嵌合部３３ａを有し、第１レンズおよび第２レンズを支持する支持部と、を含み、第２嵌合部を第１嵌合部と嵌合させて第１レンズおよび第２レンズを受発光素子の上方に間隔を空けて保持するレンズ部材３と、発光素子と第１レンズとを結ぶ光路および受光素子と第２レンズとを結ぶ光路の間に配置された遮光材料からなる中間部４１と、レンズ部材の支持部と嵌合する第３嵌合部４２と、を有し、第３嵌合部４２を支持部と嵌合させて保持された遮光体４と、を有する受発光素子モジュール１００である。【選択図】図１
2018014523.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一主面に第１嵌合部を有する配線基板と、
基板と、該基板の上面に配置された発光素子および受光素子と、を含み、前記配線基板の前記一主面に配置された受発光素子と、
前記発光素子からの光を照射対象物に導く第１レンズと、照射対象物からの反射光を前記受光素子へ導く第２レンズと、前記第１嵌合部と嵌合する第２嵌合部を有し、前記第１レンズおよび前記第２レンズを支持する支持部と、を含み、前記第２嵌合部を前記第１嵌合部と嵌合させることで前記第１レンズおよび前記第２レンズを前記受発光素子の上方に間隔を空けて所定の位置に保持するレンズ部材と、
前記発光素子と前記第１レンズとを結ぶ光路および前記受光素子と前記第２レンズとを結ぶ光路の間に配置された遮光材料からなる中間部と、前記中間部から連続して形成された、前記レンズ部材の前記支持部と嵌合する第３嵌合部と、を有し、前記第３嵌合部を前記支持部と嵌合させて保持された遮光体と、を有する受発光素子モジュール。
【請求項２】
前記レンズ部材は、前記第１レンズと前記第２レンズと前記支持部とが一体形成されてなる、請求項１に記載の受発光素子モジュール。
【請求項３】
前記遮光体の前記第３嵌合部は、前記第２嵌合部と嵌合する、請求項１または２に記載の受発光素子モジュール。
【請求項４】
前記第１嵌合部はボス穴であり、前記第２嵌合部はボスである、請求項１乃至３のいずれかに記載の受発光素子モジュール。
【請求項５】
前記第１嵌合部は複数個あり、上面視で、前記受発光素子を挟んだ一方側と他方側に設けられており、
レンズ部材３は、この複数個の前記第１嵌合部それぞれに対応する複数の前記第２嵌合部を備える、請求項１乃至４のいずれかに記載の受発光素子モジュール。
【請求項６】
前記レンズ部材の前記支持部は、前記第１レンズおよび前記第２レンズと前記受発光素子との間隔を保つ補助支柱を有し、前記配線基板に当接するように配置されている、請求項１乃至５のいずれかに記載の受発光素子モジュール。
【請求項７】
前記補助支柱は、前記配線基板に当接する部分が丸みを有している、請求項６に記載の受発光素子モジュール。
【請求項８】
前記遮光体は、前記受発光素子を取り囲むような枠状の遮光材料からなる外壁を有する、請求項１乃至７のいずれかに記載の受発光素子モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、受光素子と発光素子とが同一基板上に配置された受発光素子モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、発光素子から被照射物へ光を照射し、被照射物へ入射する光に対する正反射光と拡散反射光とを受光素子によって受光することで被照射物の特性を検出するセンサ装置が種々提案されている。このセンサ装置は広い分野で利用されており、例えば、フォトインタラプタ、フォトカプラ、リモートコントロールユニット、ＩｒＤＡ（Infrared Data Association）通信デバイス、光ファイバ通信用装置、さらには原稿サイズセンサなど多岐にわたるアプリケーションで用いられている。
【０００３】
たとえば、特許文献１に記載されているように、同一の基板上に受光素子および発光素子をそれぞれ配置し、この受光素子および発光素子の上方にレンズを配置したセンサ装置が使用されている。
【０００４】
ところが、このようなセンサ装置では、受光素子と発光素子とをそれぞれ基板上に実装することから、受光素子と発光素子とが所定の位置からずれて配置されたり、あるいはレンズを基板の上に設けた遮光体の上に別途配置することから、受光素子および発光素子の中心とレンズの光軸とが所定の位置からずれて配置されたりするため、センサ装置のセンシング性能を高めることが難しいという問題点があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２０３１１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、センシング性能の高い受発光素子モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施形態に係る受発光素子モジュールは、配線基板と、受発光素子と、レンズ部材と、遮光体とを備える。
【０００８】
配線基板は、一主面に第１嵌合部を有する。受発光素子は、基板と、該基板の上面に配置された発光素子および受光素子と、を含み、前記配線基板の前記一主面に配置される。レンズ部材は、前記発光素子からの光を照射対象物に導く第１レンズと、照射対象物からの反射光を前記受光素子へ導く第２レンズと、前記第１嵌合部と嵌合する第２嵌合部を有し、前記第１レンズおよび前記第２レンズを支持する支持部と、を含み、前記第２嵌合部を前記第１嵌合部と嵌合させることで前記第１レンズおよび前記第２レンズを前記受発光素子の上方に間隔を空けた状態で所定の位置に保持する。遮光体は、前記発光素子と前記第１レンズとを結ぶ光路および前記受光素子と前記第２レンズとを結ぶ光路の間に配置された遮光材料からなる中間部と、前記中間部から連続して形成された，前記レンズ部材の前記支持部と嵌合する第３嵌合部と、を有し、前記第３嵌合部を前記支持部と嵌合させて保持される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の受発光素子モジュールによれば、センシング性能の高いものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の受発光素子モジュールの実施の形態の一例を示す概略断面図である。
【図２】（ａ）は、図１に示した受発光素子モジュールを構成する受光素子の断面図である。（ｂ）は、図１に示した受発光素子モジュールを構成する発光素子の断面図である。
【図３】（ａ），（ｂ）はそれぞれ、本発明の他の実施形態に係る受発光素子モジュールの断面図および上面図である。
【図４】図３に示した受発光素子モジュールを各構成要素ごとに分解した斜視図である。
【図５】本発明の他の実施形態に係る受発光素子モジュールを各構成要素ごとに分解した斜視図である。
【図６】本発明の他の実施形態に係る受発光素子モジュールの断面図である。
【図７】本発明の他の実施形態に係る受発光素子モジュールの要部を透視状態とした上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の受発光素子モジュールの実施の形態の例について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の例は本発明の実施の形態を例示するものであって、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。
【００１２】
（受発光素子モジュール１００）
図１に示す受発光素子モジュール１００は、発光素子からの光を照射し、その反射光を受光素子により検出することで照射対象物の表面状態等をセンシングするセンサ装置として機能する。例えば、コピー機やプリンタなどの画像形成装置に組み込まれて、トナーやメディアなどの照射対象物の位置情報、距離情報または濃度情報などを検出するセンサ装置として機能する。
【００１３】
受発光素子モジュール１００は、配線基板１と受発光素子２とレンズ部材３と遮光体４とを有する。配線基板１は、一主面１ａ上に第１嵌合部１１を有する。
【００１４】
受発光素子２は、基板２１と、基板２１の上面２１ａに配置された発光素子２３と受光素子２４とを備える。このような受発光素子２は配線基板１の一主面１ａ上に配置されている。
【００１５】
レンズ部材３は、第１レンズ３１と第２レンズ３２と支持部３３とを有する。支持部３３は、２つの機能を有する。第１の機能は、第１レンズ３１と第２レンズ３２とを受発光素子２から間隔を空けて保持するものである。第２の機能は、支持部３３が備える第２嵌合部３３ａを、配線基板１の第１嵌合部１１に嵌合させることで、レンズ部材３を配線基板１に対して位置決めされて配置させるものである。
【００１６】
遮光体４は、遮光材料からなる中間部４１を有する。中間部４１は、発光素子２３と第１レンズ３１とをつなぐ光路と、受光素子２４と第２レンズ３２とをつなぐ光路との間に位置する。すなわち、中間部４１により、発光素子２３が出射する光と受光素子２４が受光する光とを分離することができる。そして、遮光体４は第３嵌合部４２をさらに有する。第３嵌合部４２は、レンズ部材３の支持部３３と嵌合するものであり、第３嵌合部４２により、中間部４１を所定の位置に保持することができる。
【００１７】
このような構成とすることにより発光素子２３は照射対象物に照射する光の光源として機能し、発光素子２３から発せられた光が、照射対象物で反射されて受光素子２４に入射する。受光素子２４は、光の入射を検出する光検出部として機能する。
【００１８】
以下、各部位について詳述する。
【００１９】
＜配線基板１＞
配線基板１は、受発光素子２の実装基板として機能するものであり、プリント基板やＬＴＣＣ（Ｌｏｗ  Ｔｅｍｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ  Ｃｅｒａｍｉｃｓ）基板等を用いることができる。この例では、樹脂製のプリント基板を用いている。そして、後述する受発光素子２および外部装置とそれぞれ電気的に接続されて、受発光素子２に形成された発光素子２３および受光素子２４にバイアスを印加したり、受発光素子２と外部装置との間で電気信号の授受を行なったりする。
【００２０】
そして、配線基板１は一主面１ａに第１嵌合部１１を備えている。第１嵌合部１１は、後述する第２嵌合部３３ａと嵌合する形状であれば特に限定されないが、この例ではボス穴となっている。このボス穴は配線基板１を厚み方向に貫通している。
【００２１】
このような第１嵌合部１１は、１つでもよいし、複数個有していてもよい。複数個有する場合には、受発光素子２を配置する領域を挟んで一方側と他方側とにそれぞれ少なくとも１つ配置させるようにすればよい。このように第１嵌合部１１を配置することで、配線基板１にレンズ部材３を高精度に配置させることができる。
【００２２】
＜受発光素子２＞
受発光素子２は、同一基板２１に発光素子２３と受光素子２４が一体形成されている。
【００２３】
基板２１は、一導電型の半導体材料からなる。一導電型の不純物濃度に限定はないが、高い電気抵抗を有することが望ましい。本例では、シリコン（Ｓｉ）基板に一導電型の不純物としてリン（Ｐ）を１×１０１７〜２×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の濃度で含むｎ型のシリコン（Ｓｉ）基板を用いている。ｎ型の不純物としては、リン（Ｐ）の他に、例えば窒素（N）、砒素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）およびビスマス（Ｂｉ）などが挙げ
られ、ドーピング濃度は１×１０１６〜１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３とされる。以下、ｎ型を一導電型、ｐ型を逆導電型とする。
【００２４】
基板２１の上面２１ａに、発光素子２３および受光素子２４が配置されている。発光素子２３は照射対象物に照射する光の光源として機能し、発光素子２３から発せられた光が、照射対象物で反射されて受光素子２４に入射する。受光素子２４は、光の入射を検出する光検出部として機能する。
【００２５】
発光素子２３は、図２（ｂ）に示すように、基板２１の上面２１ａに複数の半導体層が積層されて形成されている。これらの半導体層は、例えば、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長：Metal-organic Chemical Vapor Deposition）装置により、基板２１にエピタキ
シャル成長させることにより形成することができる。
【００２６】
まず、基板２１の上面には、基板２１と基板２１の上面に積層される半導体層（本例の場合は後に説明するｎ型コンタクト層２３０ｂ）との格子定数の差を緩衝するバッファ層２３０ａが形成されている。バッファ層２３０ａは、基板２１と基板２１の上面２１ａに形成される半導体層との格子定数の差を緩衝することによって、基板２１と半導体層との
間に発生する格子歪などの格子欠陥を少なくし、ひいては基板２１の上面２１ａに形成される半導体層全体の格子欠陥または結晶欠陥を少なくする機能を有する。
【００２７】
本例のバッファ層２３０ａは、不純物を含まないガリウム砒素（ＧａＡｓ）からなり、その厚さが２〜３μｍ程度とされている。なお、基板２１と基板２１の上面に積層される半導体層との格子定数の差が大きくない場合には、バッファ層２３０ａは省略することができる。
【００２８】
バッファ層２３０ａの上面には、ｎ型コンタクト層２３０ｂが形成されている。ｎ型コンタクト層２３０ｂは、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）にｎ型不純物であるシリコン（Ｓｉ）またはセレン（Ｓｅ）などがドーピングされており、ドーピング濃度は１×１０１６〜１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度とされるとともに、その厚さが０．８〜１μｍ程度とされている。
【００２９】
本例では、ｎ型不純物としてシリコン（Ｓｉ）が１×１０１８〜２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３のドーピング濃度でドーピングされている。ｎ型コンタクト層２３０ｂの上面の一部は露出しており、この露出している部分に発光素子側第１電極２３１ａを介して、配線基板１とワイヤボンディングまたはフリップチップ接続などによって電気的に接続されている。ｎ型コンタクト層２３０ｂは、ｎ型コンタクト層２３０ｂに接続される発光素子側第１電極２３１ａとの接触抵抗を下げる機能を有している。
【００３０】
発光素子側第１電極２３１ａは、例えば金（Ａｕ）アンチモン（Ｓｂ）合金、金（Ａｕ）ゲルマニウム（Ｇｅ）合金またはＮｉ系合金などを用いて、その厚さが０．５〜５μｍ程度で形成される。それとともに、基板２１の上面からｎ型コンタクト層２３０ｂの上面を覆うように形成される絶縁層２０８の上に配置されているため、基板２１およびｎ型コンタクト層２３０ｂ以外の半導体層とは電気的に絶縁されている。
【００３１】
絶縁層２０８は、例えば窒化シリコン（ＳｉＮｘ）または酸化シリコン（ＳｉＯ２）などの無機絶縁膜や、ポリイミドなどの有機絶縁膜などで形成され、その厚さが０．１〜１μｍ程度とされている。
【００３２】
ｎ型コンタクト層２３０ｂの上面には、ｎ型クラッド層２３０ｃが形成されており、後に説明する活性層２３０ｄに正孔を閉じ込める機能を有している。ｎ型クラッド層２３０ｃは、アルミニウムガリウム砒素（ＡｌＧａＡｓ）にｎ型不純物であるシリコン（Ｓｉ）またはセレン（Ｓｅ）などがドーピングされており、ドーピング濃度は１×１０１６〜１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度とされるとともに、その厚さが０．２〜０．５μｍ程度とされている。本例では、ｎ型不純物としてシリコン（Ｓｉ）が１×１０１７〜５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３のドーピング濃度でドーピングされている。
【００３３】
ｎ型クラッド層２３０ｃの上面には、活性層２３０ｄが形成されており、電子や正孔などのキャリアが集中して、再結合することによって光を発する発光層として機能する。活性層３０ｄは、不純物を含まないアルミニウムガリウム砒素（ＡｌＧａＡｓ）であるとともに、その厚さが０．１〜０．５μｍ程度とされている。なお、本例の活性層２３０ｄは、不純物を含まない層であるが、ｐ型不純物を含むｐ型活性層であっても、ｎ型不純物を含むｎ型活性層であってもよく、活性層のバンドギャップがｎ型クラッド層２３０ｃおよび後に説明するｐ型クラッド層２３０ｅのバンドギャップよりも小さくなっていればよい。
【００３４】
活性層２３０ｄの上面には、ｐ型クラッド層２３０ｅが形成されており、活性層２３０ｄに電子を閉じ込める機能を有している。ｐ型クラッド層２３０ｅは、アルミニウムガリ
ウム砒素（ＡｌＧａＡｓ）にｐ型不純物である亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）または炭素（Ｃ）などがドーピングされており、ドーピング濃度は１×１０１６〜１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度とされるとともに、その厚さが０．２〜０．５μｍ程度とされている。本例では、ｐ型不純物としてマグネシウム（Ｍｇ）が１×１０１９〜５×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３のドーピング濃度でドーピングされている。
【００３５】
ｐ型クラッド層２３０ｅの上面には、ｐ型コンタクト層２３０ｆが形成されている。ｐ型コンタクト層２３０ｆは、アルミニウムガリウム砒素（ＡｌＧａＡｓ）にｐ型不純物である亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）または炭素（Ｃ）などがドーピングされており、ドーピング濃度は１×１０１６〜１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度とされるとともに、その厚さが０．２〜０．５μｍ程度とされている。
【００３６】
ｐ型コンタクト層２３０ｆは、発光素子側第２電極２３１ｂを介して、配線基板１とワイヤボンディングまたはフリップチップ接続などによって電気的に接続されている。ｐ型コンタクト層２３０ｆは、ｐ型コンタクト層２３０ｆに接続される発光素子側第２電極配線２３１ｂとの接触抵抗を下げる機能を有している。
【００３７】
また、ｐ型コンタクト層２３０ｆの上面には、ｐ型コンタクト層２３０ｆの酸化を防止する機能を有するキャップ層を形成してもよい。キャップ層は、例えば不純物を含まないガリウム砒素（ＧａＡｓ）で形成して、その厚さを０．０１〜０．０３μｍ程度とすればよい。
【００３８】
発光素子側第２電極２３１ｂは、例えば金（Ａｕ）やアルミニウム（Ａｌ）と、密着層であるニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）またはチタン（Ｔｉ）とを組み合わせたＡｕＮｉ、ＡｕＣｒ、ＡｕＴｉまたはＡｌＣｒ合金などで形成されており、その厚さが０．５〜５μｍ程度とされるとともに、基板２１の上面２１ａからｐ型コンタクト層２３０ｆの上面を覆うように形成される絶縁層２０８の上に配置されているため、基板２１およびｐ型コンタクト層２３０ｆ以外の半導体層とは電気的に絶縁されている。
【００３９】
このようにして構成された発光素子２３は、発光素子側第１電極２３１ａと発光素子側第２電極２３１ｂとの間にバイアスを印加することによって、活性層２３０ｄが発光して、光の光源として機能する。
【００４０】
受光素子２４は、図２（ａ）に示すように、基板２１の上面２１ａにｐ型半導体領域２３２を設けることによって、ｎ型の基板２１とでｐｎ接合を形成して構成される。ｐ型半導体領域２３２は、基板２１にｐ型不純物を高濃度に拡散させて形成されている。ｐ型不純物としては、例えば亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、炭素（Ｃ）、ホウ素（Ｂ）、インジウム（Ｉｎ）またはセレン（Ｓｅ）などが挙げられ、ドーピング濃度は１×１０１６〜１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３とされる。本例では、ｐ型半導体領域２３２の厚さが０．５〜３μｍ程度となるように、ホウ素（Ｂ）がｐ型不純物として拡散されている。
【００４１】
ｐ型半導体領域２３２は、受光素子側第１電極２３３ａと電気的に接続されており、ｎ型半導体である基板２１には、図示はしないが受光素子側第２電極２３３ｂが電気的に接続されている。
【００４２】
受光素子側第１電極２３３ａは、基板２１の上面２１ａに絶縁層２０８を介して配置されているため、基板２１と電気的に絶縁されている。
【００４３】
受光素子側第１電極２３３ａ、受光素子側第２電極２３３ｂは、例えば金（Ａｕ）とク
ロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）とクロム（Ｃｒ）または白金（Ｐｔ）とチタン（Ｔｉ）の合金などで、その厚さが０．５〜５μｍ程度となるように形成されている。
【００４４】
このように構成された受光素子２４は、ｐ型半導体領域２３２に光が入射すると、光電効果によって光電流が発生して、この光電流を受光素子側第１電極２３３ａを介して取り出すことによって、光検出部として機能する。なお、受光素子側第１電極２３３ａと受光素子側第２電極２３３ｂとの間に逆バイアスを印加すれば、受光素子２４の光検出感度が高くなるので好ましい。
【００４５】
本例の発光素子２３および受光素子２４は、基板２１の上面２１ａに一体的に形成されている。このような構成とすることで、発光素子２３と受光素子２４とを所定の位置に配置することが可能となり、センシング性能を高めることができる。なお、発光素子２３と受光素子２４とを１つずつ備えた例を用いて説明したが、複数の発光素子３ａおよび複数の受光素子３ｂが並列に並んでいるアレイ構成としてもよい。なお、発光素子２３が多数子ある場合には、発光素子側第１電極２３１ａが発光素子毎に個別電極として設けられていれば、発光素子側第２電極２３１ｂは発光素子毎に設ける必要はなく、共通の発光素子側第１電極２３１ｂを少なくとも１つ設ければよい。当然のことながら、発光素子側第１電極２３１ａを共通電極として、発光素子側第１電極２３１ｂを発光素子のそれぞれに個別電極として設けてもよい。
【００４６】
このような構成の受発光素子２は、配線基板１の一主面１ａに実装される。このとき、配線基板１が備える第１嵌合部１１を位置決めの基準とする。このことからも、第１嵌合部１１が複数個あることにより、位置決め精度を高めることができる。
【００４７】
＜レンズ部材３＞
レンズ部材３が、第１レンズ３１と第２レンズ３２と支持部３３とを有する。
【００４８】
第１レンズ３１および第２レンズ３２は、それぞれ発光素子２３の発した光を集光する機能と、照射対象物で反射された光を集光する機能を有する。第１レンズ３１および第２レンズ３２を有することにより、受発光素子モジュール１００と照射対象物との距離が長くなった場合でもセンシング性能を高くすることができる。
【００４９】
第１レンズ３１および第２レンズ３２の材質は、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂ならびにエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂、またはポリカーボネート樹脂ならびにアクリル樹脂などの熱可塑性樹脂などのプラスチック、あるいはサファイアおよび無機ガラスなどが挙げられる。
【００５０】
本例の第１レンズ３１および第２レンズ３２は、シリコーン樹脂で形成された球面レンズである。
【００５１】
そして、この第１レンズ３１および第２レンズ３２を支持部３３が保持する。具体的には、支持部３３は、第２嵌合部３３ａと上壁部３３ｂとを備える。第２嵌合部３３ａは、第１嵌合部１１と嵌合するものであり、この例では円柱状のボスとなっている。すなわち、この第２嵌合部３３ａは、第１嵌合部１１と嵌合させることにより、配線基板１の上面１ａに対して垂直方向に延びる支柱となる。そして、この第２嵌合部３３ａの上方において上壁部３３ｂが接続されている。上壁部３３ｂはこの例では、第２嵌合部３３ａの上端に接続されてなり、配線基板１の一主面１ａおよび、基板２１の上面２１ａと間隔を空けて平行に保持されている。なお、第２嵌合部３３ａの長さは、配線基板１の下面と上壁部３３ｂの下面との距離と略同一とする。そして、この上壁部３３ｂの一部に第１レンズ３１および第２レンズ３２が保持される。具体的には、厚み方向において、第１レンズ３１と第２レンズ３２とのレンズ中心が、上壁部３３ｂの厚み中心と重なるように配置されている。
【００５２】
本例では、このような、第１レンズ３１，第２レンズ３２，支持部３３が一体形成されてなる。すなわち、レンズ部材３は、全て透光性材料からなる。このようにレンズ部材３が一体形成されることにより、第１レンズ３１と第２レンズ３２とが、第１嵌合部１１を基準として、高さ（厚み，Ｚ）方向および平面内における位置であるＸＹ方向共に位置決めされる。このことは、第１嵌合部１１という１つの基準をもとに、発光素子２３，受光素子２４，第１レンズ３１，第２レンズ３２が位置決めされるものとなり、位置合わせ精度を高めることができるものとなる。
【００５３】
なお、レンズ部材３は、上壁部３３ｂの下面のうち、第２嵌合部３３ａ近傍に凹部３３ｃが形成されている。凹部３３ｃは後述する遮光体４を位置決めして配置させるためのものである。
【００５４】
＜遮光体４＞
遮光体４は、発光素子２３と第１レンズ３１との光路と、受光素子２４と第２レンズ３２との光路との間に位置する中間部４１と、レンズ部材３の支持部３３と嵌合する第３嵌合部４２とを有する。
【００５５】
本例では、遮光体４は、受発光素子２の上方に位置する上壁部４３を有する。上壁部４３には貫通孔４３ａと貫通孔４３ｂとが形成されている。この貫通孔４３ａ，貫通孔４３ｂは、第１レンズ３１，第２レンズ３２にそれぞれ対応して形成されている。すなわち、平面視で、貫通孔４３ａ，貫通孔４３ｂと、第１レンズ３１，第２レンズ３２とがそれぞれ少なくとも一部一部重なるように配置されている。そして、このような貫通孔４３ａと貫通孔４３ｂとの間に位置する部分が、中間部４１となる。中間部４１により、発光素子２３からの光と照射対象物からの反射光とを分離させることができる。さらに、受発光素子２の上方に遮光部材である上壁部４３が配置されることにより、レンズ部材３の上壁部３３ｂを介して意図せぬ光が受光素子２４に入射することを抑制することができる。
【００５６】
このような、中間部４１を含む上壁部４３は、ポリプロピレン樹脂（ＰＰ）、ポリスチレン樹脂（ＰＳ）、塩化ビニル樹脂（ＰＶＣ）、ポリエチレンテレフタレート樹脂（ＰＥＴ）、アクリロニトリル／ブタジエン／スチレン樹脂（ＡＢＳ）などの汎用プラスチック、ポリアミド樹脂（ＰＡ）ポリカーボネイト樹脂（ＰＣ）などのエンジニアリングプラスチック、液晶ポリマーなどのスーパーエンジニアリングプラスチック、およびアルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）などの金属材料で形成される。
【００５７】
そして、上壁部４３の上側の面の外縁部には、レンズ部材３の支持部３３と嵌合させる第３嵌合部４２を備えている。本例では、第３嵌合部４２は、レンズ部材３の凹部３３ｃと嵌合する突起部である。この第３嵌合部４２より、レンズ部材３との相対的な位置合わせが可能となる。
【００５８】
さらに、本例では、遮光体４は配線基板１の上面１ａに受発光素子２を取り囲むように配置された外壁４４を有する。そして、発光素子２３が発した光が照射対象物に向かう方向以外に散乱するのを防止したり、受光素子２４に被照射物で反射された以外の光が入射するのを防止したり、配線基板２および受発光素子２を外部環境から保護する機能を有する。
【００５９】
外壁４４は、ポリプロピレン樹脂（ＰＰ）、ポリスチレン樹脂（ＰＳ）、塩化ビニル樹脂（ＰＶＣ）、ポリエチレンテレフタレート樹脂（ＰＥＴ）、アクリロニトリル／ブタジ
エン／スチレン樹脂（ＡＢＳ）などの汎用プラスチック、ポリアミド樹脂（ＰＡ）ポリカーボネイト樹脂（ＰＣ）などのエンジニアリングプラスチック、液晶ポリマーなどのスーパーエンジニアリングプラスチック、およびアルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）などの金属材料で形成される。
【００６０】
なお、外壁４４の奥行および幅の寸法は、少なくとも発光素子３ａおよび受光素子３ｂが覆われる寸法であればよい。
【００６１】
外壁４４の上端部には上壁部４３が接続されている。すなわち、外壁４４は、上壁部４３を支え、厚み方向において所望の位置に保持する機能も有する。
【００６２】
このような、第３嵌合部４２，上壁４３，外壁４４は、例えば射出形成等により一体形成されてなる。
【００６３】
＜受発光素子モジュール＞
上述の構成の受発光素子モジュール１００によれば、以下の理由よりセンシング性能の高いものとすることができる。
【００６４】
まず、受発光素子２は、受光素子２３と発光素子２４とを基板２１に一体形成していることから、両者の位置精度を常に一定に保つことができる。また、レンズ部材３は、第１レンズ３１および第２レンズ３２位置決めされているので、両者の位置精度を常に一定に保つことができる。そして、このような受発光素子２とレンズ部材３とを第１嵌合部１１のみを基準として位置合わせしていることから、精度よく配線基板１，受発光素子２，レンズ部材３の相対位置を合わせることができる。言い換えると、多数の基準をもち、複数の部材をそれぞれの相対位置をあわせながら個々に実装するのではなく、絶対基準をもとに複数の構成要素を１つの構成体（受発光素子２，レンズ部材３）にまとめて配置することで精度を高めることができる。
【００６５】
さらに、一体型の受発光素子２を用いたときに、受発光素子２とレンズ部材３との相対位置、受発光素子２と遮光体４との相対位置、レンズ部材３と遮光体４との相対位置、それぞれについて、それぞれの位置ずれ許容度を精査し、加えて、複数の構成要素を１つの構成体（受発光素子２，レンズ部材３）とするときの各構成体中の構成要素の位置精度等を精査した。その結果、レンズ部材３に位置決めをする第２嵌合部３３ａを備えさせ、レンズ部材３を直接的に位置合わせすることが重要であることを見出したことにより、本例の構成に至った。すなわち、レンズ部材３の位置合わせ精度を、遮光体４の位置合わせ精度よりも高めている。これにより、受発光素子モジュール１００のセンシング性能を高め、かつ、その高い位置合わせ精度により実現する高いセンシング性能を、再現性よく、かつ生産性高く実現することができる。
【００６６】
このような配置は、特に受発光素子２のように、同一基板２１に発光素子２３，受光素子２４を作りこむような、小型な受発光素子２の場合に効果的である。
【００６７】
ここで、本例では、レンズ部材３が、第１レンズ３１，第２レンズ３２，支持部３３が一体形成されたものを用いている。このように、レンズ部材３を一体形成することにより、より位置決め精度を高めることができる。
【００６８】
さらに、第１嵌合部１１をボス穴とし、第２嵌合部３３ａをボスとしている。これにより、簡易な構成により正確に位置決めできるものとなる。
【００６９】
また、本例では、配線基板１は第１嵌合部１１が複数個あり、レンズ部材３はそれぞれ
に対応する第２嵌合部３３ａを備え、さらに、第１嵌合部１１が、受発光素子２が実装される領域を挟んで一方側と他方側とにある。これにより、実装領域を跨ぐ２点により、より正確に、唯一の位置基準を決定することができるので、さらに正確に位置合わせをすることができるものとなる。さらに、第２嵌合部３３ａは、第１レンズ３１，第２レンズ３２を、受発光素子２から間隔をあけて保持する役割も備えているため、平面視で実装領域に重なる領域全体において高さ方向における位置精度を高めることができる。
【００７０】
（受発光素子モジュール１００Ａ）
次に、図３，図４を用いて、本発明の他の実施形態に係る受発光素子モジュール１００Ａについて説明する。図３において、（ａ）は（ｂ）のIIIa線における受発光素子モジュール１００Ａの断面図であり、（ｂ）は上面図である。また、図４は、受発光素子モジュール１００Ａを各構成ごとに分解した斜視図である。
【００７１】
受発光素子モジュール１００Ａは、受発光素子モジュール１００と比較して、遮光体４Ａを有する点で異なる。以下、異なる部分のみを説明し、重複する説明を省略する。
【００７２】
受発光素子モジュール１００Ａは、遮光体４Ａの第３嵌合部４２Ａが、レンズ部材３Ａの第２嵌合部３３Ａａと嵌合している。
【００７３】
具体的には、遮光体４Ａは外壁４４Ａの厚いキャップ状となっている。すなわち、配線基板１Ａ上に配置したときに、配線基板１Ａの上面１Ａａとの間に、受発光素子２Ａを収容する空間が形成される。なお、この空間は、貫通孔４３Ａａ，４３Ａｂと連通している。そして、第３嵌合部４２Ａは、遮光体４Ａの上壁部４３Ａおよび外壁４４Ａを貫通する貫通孔で構成される。すなわち、肉厚の外壁４４Ａの内部に貫通孔が形成されるものとなる。そして、この貫通孔である第３嵌合部４２Ａに、ボスである第２嵌合部３３Ａａを嵌合させる。言い換えると、第２嵌合部３３Ａａであるボスが、第１嵌合部１１Ａ，第３嵌合部４２Ａの両貫通孔を連続して通るよう挿入されている。
【００７４】
このような構成により、遮光体４Ａのレンズ部材３Ａに対する位置決めが、レンズ部材３Ａを配線基板１Ａへ位置決めする第２嵌合部３３Ａａを基準になされることとなり、位置精度を向上させることができる。
【００７５】
また、レンズ部材３Ａを配線基板１Ａに対して位置決めして配置すると同時に遮光体４Ａも位置決めして配置されるものとなり、生産性を高めることができる。
【００７６】
さらに、遮光体４Ａがレンズ部材３Ａの第２嵌合部３３Ａａの周囲に配置されているため、第２嵌合部３３Ａａを保護するものとなる。これにより、外部の衝撃に対して強い受発光素子モジュール１００Ａとなる。
【００７７】
（受発光素子モジュール１００Ｂ）
次に、図５を用いて、本発明の他の実施形態に係る受発光素子モジュール１００Ｂについて説明する。図５は、受発光素子モジュール１００Ｂを各構成ごとに分解した斜視図である。
【００７８】
受発光素子モジュール１００Ｂは、受発光素子モジュール１００Ａと比較して、レンズ部材３Ｂ，遮光体４Ｂを有する点で異なる。以下、異なる部分のみを説明し、重複する説明を省略する。
【００７９】
レンズ部材３Ｂは、上壁部３３Ｂｂの下面に、補助支柱３４を有する。この例では、補助支柱３４を２つ有し、平面視で、上壁部３３Ｂｂの対角線上に位置するように配置する
。すなわち、２つの補助支柱３４と、２つの第２嵌合部３３Ｂａとが平面視における上壁部３３Ｂｂの四隅に配置されるものとなる。
【００８０】
なお、補助支柱３４の長さは、上壁部３３Ｂｂの下面から、配線基板１Ｂの一主面１Ｂａまでの距離と略同一とする。
【００８１】
また、この例では、補助支柱３４の先端部３４ａが丸みを帯びている。具体的には曲面となっている。
【００８２】
遮光体４Ｂは、その上壁部４３Ｂおよび外壁４４Ｂを貫通する貫通孔４５Ｂが形成されている。この貫通孔４５Ｂは、補助支柱３４がその内部を通るものであり、補助支柱３４の配置位置に合わせ形成される。なお、貫通孔４５Ｂは、補助支柱３４の断面形状よりも大きいものとしてもよい。補助支柱３４はＸＹ平面内における位置決め機能は持たせないためである。
【００８３】
そして、レンズ部材３Ｂを配線基板１Ｂに位置決めして配置する際に、２つの補助支柱３４と、２つの第２嵌合部３３Ｂａとを、遮光体４Ｂの２つの貫通孔４５Ｂと、２つの第３嵌合部４２Ｂとにそれぞれ通し、補助支柱３４は配線基板１Ｂの一主面１Ｂａに当接させ、第２嵌合部３３Ｂａは第１嵌合部１１Ｂに嵌合させる。
【００８４】
このように、補助支柱３４を設けることにより、第１レンズ３１Ｂ，第２レンズ３２Ｂと配線基板１Ｂとの距離を設計通りに保つことが可能となる。これにより、より、位置精度を高め、センシング性能の高い受発光素子モジュールを提供することができる。
【００８５】
さらに、本例では、補助支柱３４を複数個有し、かつ、受発光素子２Ｂが配置される領域を挟んで一方側と他方側に配置していることで、受発光素子２Ｂが配置される領域の面内における第１レンズ３１Ｂ，第２レンズ３１Ｂの高さ方向における位置精度を高めることができる。特に、本例では、平面視で、レンズ部材４Ｂの対角線上に位置させているので、より広域にわたり、受発光素子２Ｂが配置される領域の面内における第１レンズ３１Ｂ，第２レンズ３１Ｂの高さ方向における位置精度を高めることができる。
【００８６】
また、補助支柱３４の周囲には遮光体４Ｂの外壁４４Ｂが位置し、補助支柱３４を保護する構造となっている。これにより、外部からの衝撃に強い受発光素子モジュール１００Ｂとなる。
【００８７】
また、補助支柱３４は、基板２１Ｂではなく、配線基板１Ｂに当接させている。これにより、破損しやすく、かつ応力により発光素子２３Ｂを構成する半導体層に意図せぬ応力が発生する虞のある基板２１Ｂに接触することなく、正確に厚み方向（Ｚ方向）の位置決めをすることができる。
【００８８】
また、本例では、補助支柱３４の先端部３４ａが曲面となっていることより、第１レンズ３１Ｂ，第２レンズ３２Ｂが傾いたときに先端部が平坦になっている場合に比べ位置ズレの影響を小さくすることができる。このため、先端部３４ａの曲率半径は小さい方が好ましい。
【００８９】
（変形例１：レンズ保護）
図６を用いて、本発明の受発光素子モジュールの変形例を説明する。図６に示す受発光素子モジュール１００Ｃは、厚み方向において、レンズ部材４Ｃの第２嵌合部３３Ｃａ，遮光体４Ｃの外壁部４４Ｃが第１レンズ３１Ｃおよび第２レンズ３２Ｃよりも突出している。具体的には、レンズ部材３Ｃの上壁部３３Ｃｂは、第２嵌合部３３Ｃａの上端ではな
く途中に取り付けられている。これにより、第１レンズ３１Ｃおよび第２レンズ３２Ｃが受発光素子モジュール１００Ｃの実装時等に外部の構造物と接触することを抑制することができる。
【００９０】
遮光体４Ｃは、その外壁４４Ｃの一部に突出部４４Ｃａを有する。突出部４４Ｃａは、厚み方向において、第１レンズ３１Ｃおよび第２レンズ３２Ｃよりも突出している。このように構成することにより、受発光素子モジュール１００Ｃの直上に位置する部分以外からの光が、第２レンズ３２Ｃに入射することを抑制することができるので、よりセンシング性能を高めることができる。
【００９１】
（変形例２：第１嵌合部と第２嵌合部との嵌合）
第１嵌合部１１および第２嵌合部３３ａの形状は上述した限りではない。
【００９２】
例えば、上述の例では、複数個ある第１嵌合部１１や、複数個ある第２嵌合部３３ａの形状は全て同一とした例を用いて説明したが、複数個ある第１嵌合部１１のうち１つの形状を他のものに比べ遊びが大きくなるような大きさに設定してもよい。これにより、同一形状の第２嵌合部３３ａを嵌合させるときに、組立が容易となる。ここで、複数個ある第１嵌合部１１のうち遊びが大きくなるような大きさに設定したものは、ＸＹ方向に均等に遊びを持たせるのではなく、一方向にのみ限定して遊びを大きくすることが望ましい。例えば、図７に示すように、２つある第１嵌合部１１Ｄのうち一方を配線基板１Ａの長手方向（図の左右方向）にのみ遊びを持たせた楕円形状とすればよい。これにより位置ズレを小さくすることができる。なお、図７は、図５に示す受発光素子モジュール１００Ｂにおいて、第１嵌合部の形状を一部変更した受発光素子モジュール１００Ｄを示している。図７において、第１嵌合部１１Ｄ，第２嵌合部３３Ｄａ，第３嵌合部４２Ｄ，補助支柱３４Ｄ，貫通孔４５Ｄの位置関係の把握が容易となるように、これらの構成部材について透視状態とし、配線基板１Ｄの構成要素を破線で、遮光体３Ｄの構成要素を一点破線で、レンズ部材２Ｄの構成要素を実線でそれぞれ示している。
【００９３】
また、第１嵌合部１１およびそれに嵌合する第２嵌合部３３ａの形状を平面視において回転角度によって対称とならない形状としてもよい。例えば、平面視で突起部を有するような形状や十字形状とすることにより、例え嵌合部１１が１つであっても、平面視における位置に加え向きも制御可能となる。
【００９４】
さらに、第１嵌合部１１がボスであり、第２嵌合部３３ａをボス穴としてもよい。
【００９５】
（変形例３：補助支柱の位置）
図５に示す例では、２つの補助支柱３４と、２つの第２嵌合部３３Ｂａとが平面視における上壁部３３Ｂｂの四隅に配置されるものとなるものを例に説明したが、上壁部３３Ｂｂの外縁と補助支柱３４との距離は、上壁部３３Ｂｂの外縁と第２嵌合部３３Ｂａとの距離と異ならせてもよい。例えば、上壁部３３Ｂｂの外縁と補助支柱３４との距離を大きく、すなわち補助支柱３４を内側に配置するときには、上壁部３３Ａｂの傾きをより正確に是正することが可能となる。図７においても、同様の位置関係となっている。
【００９６】
（変形例４：中間部の断面形状）
また、遮光体４の中間部４１は、上壁部４３の下面よりも下方（受発光素子２側）へ延在する遮光壁を有していてもよい。遮光壁を備えることで、より発光素子２３が出射する光と、受光素子２４に入射される光を分離することができる。この遮光壁の下面は受光素子２３側から発光素子２２側に向かうにつれ上壁部４３の下面に近付くような傾斜面としてもよい。傾斜面とすることにより、発光素子２３が出射する光を効率よく第１レンズ３１に導くことができるからである。
【００９７】
以上、本発明の具体的な実施の形態の例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００９８】
１・・・配線基板
１ａ・・・一主面
１１・・・第１嵌合部
２・・・受発光素子
２１・・・基板
２１ａ・・・上面
２３・・・発光素子
２４・・・受光素子
３・・・レンズ部材
３１・・・第１レンズ
３２・・・第２レンズ
３３・・・支持部
３３ａ・・・第２嵌合部
３４・・・補助支柱
４・・・遮光体
４１・・・中間部
４２・・・第３嵌合部
１００・・・受発光素子モジュール
【図１】
2018014523.tif 000003
【図２】
2018014523.tif 000004
【図３】
2018014523.tif 000005
【図４】
2018014523.tif 000006
【図５】
2018014523.tif 000007
【図６】
2018014523.tif 000008
【図７】
2018014523.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成29年10月13日(2017.10.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
配線基板と、
前記配線基板に配置された受光素子および発光素子と、
前記受光素子および前記発光素子の上方に配された複数のレンズと、
前記受光素子および前記発光素子と前記複数のレンズとの間に配置された上壁部と、前記上壁部から上方に突出するとともに、平面視にて前記複数のレンズの周囲に配された突出部と、を有した遮光体と、を備えた受発光素子モジュール。
【請求項２】
前記複数のレンズと、前記複数のレンズを支持する支持部と、を有したレンズ部材をさらに備え、
前記レンズ部材は、前記突出部の内面から離れて配されている、請求項１に記載の受発光素子モジュール。
【請求項３】
前記突出部は、先端に位置した先端面が、平面方向において外側から内側に向かって傾斜した傾斜面である、請求項１または２に記載の受発光素子モジュール。
【請求項４】
配線基板と、
前記配線基板に配置された受光素子および発光素子と、
前記受光素子および前記発光素子の上方に配された複数のレンズと、前記複数のレンズを保持する上壁部と、前記上壁部から上方に突出するとともに、平面視にて前記複数のレンズの周囲に配された突出部と、を有したレンズ部材と、を備えた受発光素子モジュール。