(57)【要約】【課題】  発光素子から出射した光が直接受光素子に受光されるクロストークの問題を起こすことなく、近接検知用透光部を容易に極めて小さくすることができる光センサを提供する。【解決手段】  光センサ１が備える光導波路５は、出射光導光部を構成する出射コア部５ａと、入射光導光部を構成する入射コア部５ｂと、導光部包囲部を構成するクラッド部５ｃとから形成される。出射コア部５ａは面発光レーザー３から出射される光を導いて光放出端面５a1から外部空間へ放出させ、入射コア部５ｂは外部空間から入射する光を光導入端面５b1に受けてＰＤ４へ導く。クラッド部５ｃは、出射コア部５ａおよび入射コア部５ｂの各周囲を覆って光を出射コア部５ａおよび入射コア部５ｂに閉じ込める。出射コア部５ａは、光放出端側が入射コア部５ｂの光導入端側に重なるように曲げられ、光放出端面５a1が光導入端面５b1の面内に形成されている。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子と受光素子とが並んで配置されて構成され、前記発光素子から出射されて反射した光を前記受光素子で受光して検出対象物を検出する光センサにおいて、
前記発光素子は面発光レーザーから構成され、
前記面発光レーザーから出射される光を導いて外部空間へ放出させる出射光導光部と、外部空間から入射する光を前記受光素子へ導く入射光導光部と、前記出射光導光部および前記入射光導光部の各周囲を覆って前記出射光導光部および前記入射光導光部によって導かれる光を前記出射光導光部および前記入射光導光部に閉じ込める導光部包囲部とから形成され、前記出射光導光部によって導く光を外部空間へ放出させる光放出端面が、外部空間から入射する光を受光する前記入射光導光部の光導入端面の面内に形成される光導波路を備える
ことを特徴とする光導波路型光センサ。
【請求項２】
前記光導波路は透明樹脂から形成され、前記出射光導光部および前記入射光導光部の各光屈折率は前記導光部包囲部の光屈折率よりも大きく、前記出射光導光部の光屈折率は前記入射光導光部の光屈折率よりも大きく形成されることを特徴とする請求項１に記載の光導波路型光センサ。
【請求項３】
前記出射光導光部および前記入射光導光部は透明樹脂から形成され、前記出射光導光部の光屈折率は前記入射光導光部の光屈折率よりも大きく、前記導光部包囲部は遮光樹脂から形成されることを特徴とする請求項１に記載の光導波路型光センサ。
【請求項４】
前記出射光導光部の光放出端面から出射される出射光は、前記入射光導光部の光導入端面に対して所定の角度を持つ方向に設定されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の光導波路型光センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子と受光素子とが並んで配置されて構成され、発光素子から出射されて反射した光を受光素子で受光して検出対象物を検出する光センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光センサの中でも近接検知や照度検知するものは、図１（ａ）の断面図に示すように、発光ダイオード（ＬＥＤ）２０１とフォトダイオード（ＰＤ）２０２とが並んで設けられて構成されている。最近ではＩＣ（高集積化回路）の中にＰＤを内蔵して構成されているものもある。近接検知では、光センサの上部に反射物が存在した場合、ＬＥＤ２０１から出射された光が反射物で反射し、その反射光がＰＤ２０２で検知される。その反射光量の大小で、検出対象物が光センサに近づいているか否か、検出対象物が有るか否か等が判断される。照度検知ではＬＥＤ２０１が光らせられず、周辺の環境光がＰＤ２０２で検知されることで、照度が測定される。一般的に近接検知では近赤外の波長、照度検知では可視光領域の波長の光が使用される。
【０００３】
最近、この近接検知はスマートホンにも使用されている。図１（ｂ）の部分平面図に示すように、スマートホン２０３には、表示部２０４の上方に近接検知用透光部２０５が設けられている。近接検知用透光部２０５下方の機器内部には上記の光センサが内蔵されている。電話をする際には近接検知用透光部２０５の周辺に耳が当てられるが、ＬＥＤ２０１から発光した光が耳で反射し、その反射光がＰＤ２０２で検知されることで、近接検知用透光部２０５の周辺に耳が当てられたことが光センサによって検出される。電話をしているときには表示部２０４を見ないので、スマートホン２０３は表示部２０４のバックライトをＯＦＦにして省電力化する。
【０００４】
また、従来、光センサを近接検知に用いるものとして、例えば、特許文献１に開示された折り畳み式無線電話機もある。
【０００５】
この折り畳み式無線電話機１００は図２に断面が示され、無線電話機１００のカバー部１０４が基部１０２から開かれたか否かを光センサによって検出する。基部１０２中にあるフォトエミッタ１１６’は開口６０４から光を放射する。カバー部１０４が図示するように閉じている場合には、フォトエミッタ１１６’からの光６０８はカバー部１０４の反射面６０６で反射し、反射した光はフォトデテクタ１１８’により検出される。フォトエミッタ１１６’の光は不透明な障壁６０２により直接的にフォトデテクタ１１８’に届かないようになっている。カバー部１０４が開いた場合には、フォトデテクタ１１８’へは僅かな量の光しか届かない。したがって、フォトデテクタ１１８’により検出される光の大小で、カバー部１０４が開かれたか否かが検出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−９４４８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記従来のスマートホン２０３では、近接検知用透光部２０５を介して光センサに光が入出射するが、近接検知用透光部２０５を目立たなくするため、スマートホン２０３のボディは通常赤色や黒色などに設けられている。ここ最近の傾向として、スマートホン２０３のデザイン性から、近接検知用透光部２０５をさらに目立たなくするため、近接検知用透光部２０５をいかに小さくするかが重要な課題になってきている。しかしながら、近接検知用透光部２０５を小さくすると、ＬＥＤ２０１とＰＤ２０２との間の距離が近づき、ＬＥＤ２０１から出射した光が直接ＰＤ２０２に受光されるクロストークの問題が大きくクローズアップされる。このクロストークの問題を回避するため、特許文献１に開示された光センサのように、ＬＥＤ２０１とＰＤ２０２との間に相互間を遮光する障壁が必要とされるが、各構成部品のサイズを縮小化するのにも限界があり、近接検知用透光部２０５を極端に小さくすることは困難であった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、
発光素子と受光素子とが並んで配置されて構成され、発光素子から出射されて反射した光を受光素子で受光して検出対象物を検出する光センサにおいて、
発光素子が面発光レーザーから構成され、
面発光レーザーから出射される光を導いて外部空間へ放出させる出射光導光部と、外部空間から入射する光を受光素子へ導く入射光導光部と、出射光導光部および入射光導光部の各周囲を覆って出射光導光部および入射光導光部によって導かれる光を出射光導光部および入射光導光部に閉じ込める導光部包囲部とから形成され、出射光導光部によって導く光を外部空間へ放出させる光放出端面が、外部空間から入射する光を受光する入射光導光部の光導入端面の面内に形成される光導波路を備える
ことを特徴とする。
【０００９】
本構成によれば、出射光導光部および入射光導光部を伝播する光はそれらの周囲に形成される導光部包囲部によって出射光導光部および入射光導光部の各内部に閉じ込められる。出射光導光部および入射光導光部並びに導光部包囲部は光導波路として形成されるので、微細化が容易であり、また、出射光導光部および入射光導光部は自在に曲げて容易に所望の形状に形成することができる。したがって、出射光導光部の光放出端側が入射光導光部の光導入端側に重なるように出射光導光部を曲げ、出射光導光部によって導く光を外部空間へ放出させる光放出端面を、外部空間から入射する光を受光する入射光導光部の光導入端面の面内に形成することで、近接検知用透光部は、入射光導光部の光導入端面だけを臨ませる大きさに小さくすることができる。このため、発光素子から出射した光が直接受光素子に受光されるクロストークの問題を起こすことなく、近接検知用透光部を容易に極めて小さくすることができる光センサを提供することができる。
【００１０】
また、本発明は、光導波路が透明樹脂から形成され、出射光導光部および入射光導光部の光屈折率が導光部包囲部の光屈折率よりも大きく、出射光導光部の光屈折率が入射光導光部の光屈折率よりも大きく形成されることを特徴とする。
【００１１】
本構成によれば、導光部包囲部に囲まれて出射光導光部および入射光導光部を伝播する光は、出射光導光部および入射光導光部と導光部包囲部との光屈折率差により、出射光導光部および入射光導光部の各内部に閉じ込められる。また、入射光導光部に囲まれて出射光導光部を伝播する光は、出射光導光部と入射光導光部との光屈折率差により、出射光導光部の内部に閉じ込められる。
【００１２】
また、本発明は、出射光導光部および入射光導光部が透明樹脂から形成され、出射光導光部の光屈折率が入射光導光部の光屈折率よりも大きく、導光部包囲部が遮光樹脂から形成されることを特徴とする。
【００１３】
本構成によれば、導光部包囲部に囲まれて出射光導光部および入射光導光部を伝播する光は、導光部包囲部によって遮光され、出射光導光部および入射光導光部の各内部に閉じ込められる。また、入射光導光部に囲まれて出射光導光部を伝播する光は、出射光導光部と入射光導光部との光屈折率差により、出射光導光部の内部に閉じ込められる。
【００１４】
また、本発明は、出射光導光部の光放出端面から出射される出射光が、入射光導光部の光導入端面に対して所定の角度を持つ方向に設定されることを特徴とする。
【００１５】
本構成によれば、入射光導光部の光導入端面に対して所定の角度を持って、出射光導光部の光放出端面から出射光が出射される。このため、出射光の光導入端面に対する出射方向を所定の角度に設定することで、光導入端面の面内にある光放出端面から出射され、光センサの前方に設けられる近接検知用透光部に当たって光センサ側に反射する光が、光導入端面に迷光として入射するのを抑えることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、発光素子から出射した光が直接受光素子に受光されるクロストークの問題を起こすことなく、スマートホン等に設けられる近接検知用透光部を容易に極めて小さくすることができる光センサを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】（ａ）は従来の光センサの概念を説明するための断面図、（ｂ）はスマートホンの部分平面図である。
【図２】特許文献１に開示された従来の光センサの断面図である。
【図３】（ａ）は、本発明の一実施形態による光導波路型光センサの断面図、（ｂ）は平面図である。
【図４】一実施形態による光導波路型光センサとスマートホンのガラス板との相対関係を示す断面図である。
【図５】（ａ）は、一実施形態による光導波路型光センサの前方にスマートホンのガラス板が配置された際の平面図、（ｂ）は、出射コア部が曲げられずに直線状に形成され、面発光レーザーの前方に光放出端面が形成された光導波路型光センサの前方にスマートホンのガラス板が配置された際の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
次に、本発明の光導波路型光センサを実施するための形態について、説明する。
【００１９】
図３（ａ）は、本発明の一実施形態による光導波路型光センサ１の断面図、同図（ｂ）は平面図である。
【００２０】
光センサ１は、プリント基板２上に発光素子である面発光レーザー３と受光素子であるＰＤ４とが並んで配置されて構成されている。本実施形態の面発光レーザー３は、垂直共振器型面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ:Vertical Cavity Surface Emitting Laser）から構成される。一般的に半導体レーザーは基板面と平行な方向に光を共振させ、基板面と平行な方向に光を出射させるが、ＶＣＳＥＬによって構成される本実施形態の面発光レーザー３は、基板面に対して垂直な方向に光を共振させ、基板面に垂直な方向に光を出射する。光センサ１は、面発光レーザー３から出射されて反射した光をＰＤ４で受光して、検出対象物を検出する。本実施形態では、検出対象物がＰＤ４の前方に存在することを前提としている。
【００２１】
光センサ１は光導波路５を備える。光導波路５は、出射光導光部を構成する出射コア部５ａと、入射光導光部を構成する入射コア部５ｂと、導光部包囲部を構成するクラッド部５ｃとから形成される。出射コア部５ａは面発光レーザー３から出射される光を導いて外部空間へ放出させ、入射コア部５ｂは外部空間から入射する光をＰＤ４へ導く。クラッド部５ｃは、出射コア部５ａおよび入射コア部５ｂの各周囲を覆って、出射コア部５ａおよび入射コア部５ｂによって導かれる光を出射コア部５ａおよび入射コア部５ｂに閉じ込める。
【００２２】
面発光レーザー３の発光径は一般的に直径φが５〜２０μｍ程度の大きさであり、かなり細い。面発光レーザー３の発光点には、その発光径に合わせた直径の細い出射コア部５ａが接続されている。また、ＰＤ４の受光エリアにはその大きさに合わせた太い入射コア部５ｂが接続されている。入射コア部５ｂは、外部空間から入射する光を受光する光導入端面５b1に近付くのに連れて直径が大きく形成され、光導入端面５b1の直径が数百μｍ程度の直径にされて、受光面積が広く確保されている。出射コア部５ａは上記のようにかなり細いので、その形状の曲げの自由度も大きく、光放出端側が入射コア部５ｂの光導入端側に重なるように曲げられている。出射コア部５ａによって導く光を外部空間へ放出させる光放出端面５a1は、入射コア部５ｂの光導入端面５b1の面内に形成されている。
【００２３】
光導波路５は透明樹脂から形成され、出射コア部５ａの光屈折率Ｎ１および入射コア部５ｂの光屈折率Ｎ２はクラッド部５ｃの光屈折率Ｎ３よりも大きく形成され、出射光導光部の光屈折率Ｎ１は入射光導光部の光屈折率Ｎ２よりも大きく形成される（Ｎ１＞Ｎ２＞Ｎ３）。このような光導波路５は、型を用い、クラッド層にコア層の形状を型で転写し、転写した溝にコア材を注入して光回路を形成する複製法や、ディスペンサによる塗布法等などの製法によって形成される。
【００２４】
光センサ１の製造方法としては、プリント基板２上に面発光レーザー３およびＰＤ４が形成される工程とは別に、金型等を使用して光導波路５が複製法等によって別個に形成され、形成された光導波路５がプリント基板２に形成された面発光レーザー３およびＰＤ４上に載せられて、光センサ１が製造される方法がある。また、プリント基板２に形成された面発光レーザー３およびＰＤ４上に、塗布法によってクラッド部５ｃを構成するクラッド樹脂がディスペンサによって塗布され、さらに、出射コア部５ａおよび入射コア部５ｂを構成するそれぞれのコア樹脂がディスペンサのニードルからそれぞれの形状を描きながらクラッド樹脂中に放出されることで、クラッド部５ｃ中に出射コア部５ａおよび入射コア部５ｂが形成されて、光センサ１が製造される方法もある。
【００２５】
図４は、光センサ１と、その前方に配置されたスマートホン２０３（図１（ｂ）参照）のボディを構成するガラス板２０６との相対関係を示す断面図である。なお、図４において図３と同一または相当する部分には同一符号を付してその説明は省略する。ガラス板２０６におけるＰＤ４の前方領域には光を通す近接検知用透光部２０７が形成され、それ以外のガラス領域は光を通さないように着色されている。
【００２６】
本実施形態の光センサ１は、出射コア部５ａの光放出端面５a1から出射される出射光Ａが、入射コア部５ｂの光導入端面５b1に対して所定の角度を持つ方向に設定されている。この出射光Ａの方向の設定は、入射コア部５ｂの光屈折率Ｎ１と出射コア部５ａの光屈折率Ｎ２との比屈折率差（＝（Ｎ１−Ｎ２）／Ｎ１）、つまり、開口数（ＮＡ）を調節することで、行える。出射光Ａは検出対象物に当たり、反射光Ｂになって近接検知用透光部２０７を透過し、光導入端面５b1に受光される。
【００２７】
なお、出射コア部５ａおよび入射コア部５ｂは、光屈折率Ｎ１およびＮ２がコア中で均一のステップインデックス（ＳＩ）型でも、コア中心から周辺に向けて勾配を持ったグレーデッドインデックス（ＧＩ）型でも、どちらでもよい。コア部５ａ，５ｂとクラッド部５ｃとの界面における光損失を懸念する場合には、グレーデッドインデックス（ＧＩ）型に形成するのが好ましい。
【００２８】
このような本実施形態の光導波路型光センサ１によれば、クラッド部５ｃに囲まれて出射コア部５ａおよび入射コア部５ｂを伝播する光は、それらの周囲に形成されるクラッド部５ｃによって出射コア部５ａおよび入射コア部５ｂの各内部に閉じ込められる。本実施形態における光のこの閉じ込めは、出射コア部５ａおよび入射コア部５ｂとクラッド部５ｃとの光屈折率差により、行われる。また、入射コア部５ｂに囲まれて出射コア部５ａを伝播する光は、出射コア部５ａと入射コア部５ｂとの光屈折率差により、出射コア部５ａの内部に閉じ込められる。したがって、面発光レーザー３から出射される光は、途中で出射コア部５ａから漏れること無く、光放出端面５a1から放出される。また、入射コア部５ｂの光導入端面５b1に入射する光は、途中で入射コア部５ｂから漏れること無く、ＰＤ４に受光される。
【００２９】
このような光センサ１は、出射コア部５ａおよび入射コア部５ｂ並びにクラッド部５ｃが光導波路５として形成されるので、微細化が容易であり、また、出射コア部５ａおよび入射コア部５ｂは自在に曲げて容易に所望の形状に形成することができる。したがって、図示するように、出射コア部５ａの光放出端側が入射コア部５ｂの光導入端側に重なるように出射コア部５ａを曲げ、出射コア部５ａによって導く光を外部空間へ放出させる光放出端面５a1を、外部空間から入射する光を受光する入射コア部５ｂの光導入端面５b1の面内に形成することができる。したがって、スマートホン２０３の近接検知用透光部２０７は、図５（ａ）に示すように、入射コア部５ｂの光導入端面５b1だけを臨ませる大きさに小さくすることができる。このため、面発光レーザー３から出射した光が直接ＰＤ４に受光されるクロストークの問題を起こすことなく、近接検知用透光部２０７を容易に極めて小さくすることができる光センサ１を提供することができる。
【００３０】
図５（ａ）は、光センサ１の前方にスマートホン２０３のボディを構成するガラス板２０６が配置された際の平面図である。なお、図５において図３および図４と同一または相当する部分には同一符号を付してその説明は省略する。本実施形態によれば、ＰＤ４の側だけを考慮し、上記のように、入射コア部５ｂの光導入端面５b1だけを臨ませる小さな近接検知用透光部２０７をガラス板２０６に形成することで、光センサ１を機能させることができる。同図（ｂ）は、出射コア部５ａが本実施形態のように曲げられずに直線状に形成され、面発光レーザー３の前方に光放出端面５a２が形成された光センサ１ａの前方に、スマートホン２０３のボディを構成するガラス板２０６が配置された際の平面図である。この場合、ガラス板２０６に形成する近接検知用透光部２０８は、ＰＤ４の側に加えて面発光レーザー３の側も考慮しなければならず、光導入端面５b1および光放出端面５a２を囲む大きな面積になってしまう。すなわち、本実施形態の光導波路型光センサ１によれば、面発光レーザー３から出射した光が直接ＰＤ４に受光されるクロストークの問題を起こすことなく、スマートホン２０３等に設けられる近接検知用透光部２０７を容易に極めて小さくすることができる光センサ１を提供できる。
【００３１】
また、本実施形態の光導波路型光センサ１によれば、図４に示すように、入射コア部５ｂの光導入端面５b1に対して所定の角度を持って、出射コア部５ａの光放出端面５a1から出射光Ａが出射される。このため、出射光Ａの光導入端面５b1に対する出射方向を所定の角度に設定することで、光導入端面５b1の面内にある光放出端面５a1から出射され、光センサ１の前方に設けられる近接検知用透光部２０７に当たって光センサ側に反射する光ａが、光導入端面５b1に迷光として入射するのを抑えることができる。
【００３２】
なお、上記の実施形態においては、光導波路５が透明樹脂から形成され、出射コア部５ａおよび入射コア部５ｂを伝播する光は、出射コア部５ａおよび入射コア部５ｂとクラッド部５ｃとの光屈折率差により、出射コア部５ａおよび入射コア部５ｂの各内部に閉じ込められる場合について、説明した。しかし、出射コア部５ａおよび入射コア部５ｂを透明樹脂から形成し、出射光導光部の光屈折率Ｎ１を入射光導光部の光屈折率Ｎ２よりも大きくし、クラッド部５ｃを遮光樹脂から形成するように構成してもよい。本構成によれば、出射コア部５ａおよび入射コア部５ｂを伝播する光は、出射コア部５ａおよび入射コア部５ｂを囲むクラッド部５ｃによって遮光され、出射コア部５ａおよび入射コア部５ｂの各内部に閉じ込められる。また、入射コア部５ｂに囲まれて出射コア部５ａを伝播する光は、出射コア部５ａと入射コア部５ｂとの光屈折率差により、出射コア部５ａの内部に閉じ込められる。このような構成によっても、上記の実施形態と同様な作用効果が奏される。
【００３３】
また、上記の実施形態においては、出射コア部５ａの光放出端面５a1から出射される出射光Ａが、入射コア部５ｂの光導入端面５b1に対して所定の角度を持つ方向に設定される場合について説明した。しかし、迷光が問題にならない場合には、出射光Ａは必ずしも所定の角度を持つ必要はなく、光導入端面５b1に対して垂直に出射するように構成してもよい。また、光放出端面５a1は光導入端面５b1の中央に位置する必要はなく、光導入端面５b1の面内であればよい。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
上記の実施形態では、光導波路型光センサ１をスマートホン２０３の近接検知用透光部２０５を小さくするために用いたが、その用途はこれに限定されるものではない。例えば、携帯電話機等のその他の電子機器における近接検知用透光部を小さくするために、用いることもできる。また、面発光レーザー３を光らせないことで、光導波路型光センサ１を照度検知の用途に用いることもできる。
【符号の説明】
【００３５】
１…光導波路型光センサ
２…プリント基板
３…面発光レーザー（発光素子）
４…ＰＤ（フォトダイオード：受光素子）
５ａ…出射コア部（出射光導光部）
５a1…光放出端面
５ｂ…入射コア部（入射光導光部）
５b1…光導入端面
５ｃ…クラッド部（導光部包囲部）
２０６…ガラス板
２０７…近接検知用透光部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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