專利名稱：光學式測距裝置及其制造方法
技術領域：
本發明涉及光學式測距裝置以及其制造方法，該光學式測距裝置基于使從發光元件射出的光被測距對象物反射而到達受光元件的第一光路、和使從發光元件射出的光到達受光元件的第二光路這兩個光路，來測定距上述測距對象物的距離。
背景技術：
以往，作為測距方法，普遍公知的是測定光的往返時間而算出距測定對象的距離的方法、即所謂的TOF(Time Of Flight)法。該測距方法如下進行由于眾所周知光速c為3.0×108m/s，故通過測定其往返時間t1，利用以下的算式(1)算出距對象物的距離L。
L＝(c·t1)/2...(1)上述TOF法中的具體信號處理方法有如下各種提案例如(日本)特開平6-18665號公報(文獻1)所公開的距離計測裝置，將開始脈沖(與發光元件同步)作為開始信號，在積分器上持續累積(或者放電)電荷，直至檢測到結束脈沖(受光信號)，由其增加(或減少)量檢測光的往返時間。這樣，作為測定上述開始脈沖與結束脈沖之間的時間的測定方法，具有如下的方法等，例如(日本)特開平7-294642號公報(文獻2)所公開的距離測定裝置，與開始脈沖同時開始對基準CLK的脈沖數進行計數，基于檢測到開始脈沖時的脈沖數而得到光的往返時間。
這些方法都是對來自檢測被測距對象物反射的光的受光元件的檢測信號進行處理而得到距離信息。此時，由于上述發光元件的應答速度的波動、上述受光元件的應答速度的波動、環境(主要是溫度)等影響造成的上述兩元件的特性變化等，在距離信息上會產生誤差。
因此，為了減少上述這樣的誤差，使用將從上述發光元件射出的光由上述測距對象物反射而由受光元件檢測的第一光路、和從上述發光元件射出的光由上述受光元件檢測的、與上述第一光路不同的第二光路，若上述第二光路的長度為已知的且是一定的，則能夠以上述第二光路為基準校正基于上述第一光路算出的距離信息。因此，提出有(日本)專利第3225682號公報(文獻3)所公開的距離測定裝置、(日本)特開2002-286844號公報(文獻4)所公開的距離測定裝置、(日本)專利第2896782號公報(文獻5)所公開的脈沖方式的光波距離計等使用上述第二光路的各種測距裝置。
但是，在上述文獻3～文獻5公開的現有的測距裝置中，存在以下的問題。
即，上述第二光路在上述文獻3公開的距離測定裝置的情況下，由反射境或棱鏡形成，在上述文獻4公開的距離測定裝置的情況下由導光部件形成，在上述文獻5公開的脈沖方式的光波距離計的情況下由光纖形成。
如上所述，為了校正基于上述第一光路算出的距離信息，重要的是使上述第二光路的長度總是一定的。通常，若溫度上升，則光路的長度由于熱膨脹而變長。但是，上述文獻3～文獻5公開的現有的測距裝置中，對于上述第二光路的熱膨脹完全沒有提及。另外，由于上述第二光路由分離的光學元件構成，距離測定裝置變大，用于電子設備時成為不適當的構造。
發明內容
因此，本發明的課題是提供一種即使在溫度變化很大的環境下也能夠得到高的測距精度的小型光學式測距裝置以及其制造方法。
為了解決上述課題，本發明的光學式測距裝置包括發光元件；受光元件，其接受從上述發光元件射出的光；第一光學系統，其用于形成使從上述發光元件射出的光被測距對象物反射而到達上述受光元件的第一光路；第二光學系統，其用于形成使從上述發光元件射出的光不被上述測距對象物反射地到達上述受光元件的第二光路；距離信息計算機構，其基于接受通過了上述第一光路的光時從上述受光元件射出的信號、和接受通過了上述第二光路的光時從上述受光元件輸出的信號，得到距上述測距對象物的距離信息，上述第二光學系統具有透明樹脂，其與上述發光元件的發光部和上述受光元件的受光部直接接觸并將從上述發光部射出的一部分光導向上述受光部。
光路長是光路的長度與折射率的乘積，在光路為透明樹脂的情況下，若溫度上升則光路的長度增加，但光路的折射率下降。因此，光路長自身大致一定。根據上述構成，形成第二光路的第二光學系統含有直接接觸發光元件的發光部和受光元件的受光部的透明樹脂而構成。因此，由上述透明樹脂形成的上述第二光路不依賴溫度而使長度大致一定，能夠將得到的距離信息的溫度誤差減少。
另外，在上述第一方面的光學式測距裝置中，上述受光元件的受光部具有多個，并且，上述多個受光部中的一部分與上述第一光學系統光學地耦合，其他受光部與上述第二光學系統光學地耦合。
根據該方面，與上述第一光學系統光學地耦合的受光部和與上述第二光學系統光學地耦合的受光部設置在同一受光元件上。因此，同與上述第一光學系統光學地耦合的受光部和與上述第二光學系統光學地耦合的受光部設置在不同的受光元件上的情況相比，各受光部的特性的溫度波動降低。其結果，能夠將得到的距離信息的溫度誤差進一步減少。另外，與使用多個上述受光元件的情況相比，能夠謀求該光學式測距裝置的小型化。
另外，在第一方面的光學式測距裝置中，還包括發光元件用的第一透鏡及受光元件用的第二透鏡，其構成上述第一光學系統并且在上述遮光性樹脂之上由透明樹脂形成；第一透明樹脂，其構成上述第一光學系統且直接接觸上述發光元件；第二透明樹脂，其構成上述第一光學系統且直接接觸上述受光元件；兩個孔眼，其設置在上述遮光性樹脂的上述第一透鏡及上述第二透鏡的正下方，上述第一透鏡與第一透明樹脂經由設置在上述遮光性樹脂上的上述一個孔眼而直接接觸，上述第二透鏡與第二透明樹脂經由設置在上述遮光性樹脂上的上述另一個孔眼而直接接觸。
根據該方面，上述發光元件用的第一透鏡與直接接觸上述發光元件的第一透鏡樹脂直接接觸，受光元件用的第二透鏡與直接接觸上述受光元件的第二透明樹脂直接接觸。因此，能夠使上述第一透鏡與上述發光元件之間以及上述第二透鏡與上述受光元件之間沒有空氣層。這樣，能夠減少在與空氣層的邊界產生的光的反射。
另外，在第一方面的光學式測距裝置中，上述發光元件是發光二極管。
根據該方面，上述發光二極管的指向性的半值為60度之寬。因此，從上述發光元件的發光部射出而未射入形成上述第一光路的上述第一光學系統的光反復反射而射入到形成上述第二光路的上述第二光學系統，并被導向上述受光元件的受光部。
另外，在第一方面的光學式測距裝置中，上述發光元件是面發光型半導體激光器，構成上述第二光學系統的上述透明樹脂的與上述發光元件的發光部直接接觸的部分是散射性透明樹脂。
上述面發光型半導體激光的指向性的半值為15度之窄。因此，從上述發光元件的發光部射出而未射入到形成上述第一光路的上述第一光學系統的光不射入到形成上述第二光路的上述第二光學系統。根據該方面，使上述透明樹脂的直接接觸上述發光元件的發光部的部分為散射性透明樹脂。因此，未射入上述第一光學系統的光通過上述散射性透明樹脂而被擴散，其一部分射入上述第二光學系統后被導向上述受光元件的受光部。
另外，該發明的光學式測距裝置的制造方法為具有上述遮光性樹脂的光學式測距裝置的制造方法，構成上述第二光學系統的上述透明樹脂通過澆注而形成，上述遮光性樹脂通過鑄型或傳遞成型而形成。
根據上述構成，形成上述第二光路的上述第二光學系統通過一邊將黏性高的上述透明樹脂從分配器等的針尖排出一邊使上述針尖移動、并且將上述透明樹脂線狀地牽引而形成。另外，上述遮光性樹脂在上述澆注之后可通過鑄型或傳遞成型而形成。
另外，在第一方面的光學式測距裝置的制造方法中，上述受光元件的受光部存在多個，并且多個受光部中的一部分與上述第一光學系統光學地耦合，其他受光部部與上述第二光學系統光學地耦合，在與上述第一光學系統光學地耦合的受光部與上述第二光學系統光學地耦合的受光部之間設有在上述澆注時使上述透明樹脂不能越過的壁。
根據該方面，在通過澆注形成構成上述第二光學系統的上述透明樹脂時，在上述第二光路用的受光部上澆注的上述透明樹脂被上述壁堵住而防止其直接接觸上述第一光路用的受光部。因此，在為了制造小型光學式測距裝置而使用小型受光元件的情況下，能夠將上述第二光學系統從上述第一光學系統可靠地光學分離。
另外，在第一方面的光學式測距裝置中，構成上述第二光學系統的上述透明樹脂的兩端部構成與上述發光元件的發光部以及上述受光元件的受光部直接接觸并且與上述發光部以及上述受光部光學地耦合的光學耦合部，在上述兩光學的耦合部之間構成的透明通路的兩端部經由上述光學耦合部與上述發光部以及上述受光部相對，上述透明通路的周圍被上述遮光性樹脂包圍。
根據該方面，由周圍被上述遮光性樹脂包圍的透明通路、和位于該透明通路的兩側并且在與上述發光元件的發光部以及上述受光元件的受光部直接接觸的同時與上述發光部以及上述受光部光學地耦合的光學耦合部構成上述第二光學系統，該第二光學系統形成使從上述發光元件射出的光達到上述受光元件的上述第二光路。上述透明通路的兩端部經由上述光學耦合部而與上述發光部以及上述受光部相對。因此，能夠防止通過上述第二光路后的光射入上述受光元件的端面。另外，通過將上述透明通路的周圍由上述遮光性樹脂包圍，能夠抑制上述第二光路中多余的漏光。這樣，能夠提高光耦合效率。
另外，在第一方面的光學式測距裝置中，上述透明樹脂的上述透明通路具有半圓形的剖面形狀，上述遮光性樹脂含有反光性材料而構成。
根據該方面，在將上述透明通路的剖面形狀形成半圓形的同時、將包圍上述透明通路周圍的上述遮光性樹脂含有反光性材料而構成。因此，成為在半圓形狀的直線部分放置反射鏡的狀態，可看作在光學上與埋入有圓形剖面的透明通路的結構等效。因此，能夠與光纖同樣地減少光傳送損失。
另外，本發明的光學式測距裝置的制造方法形成表面具有兩層構造的帶臺階槽的上述遮光性樹脂，該兩層構造從上述發光元件附近到上述受光元件附近剖面形狀構成臺階狀，在上述遮光性樹脂表面設置的上述帶臺階槽的第一層槽內澆注上述透明樹脂而固化之后，在上述帶臺階槽的第二層槽內澆注上述遮光性樹脂而固化，由此，形成周圍被上述遮光性樹脂包圍的上述透明通路。
根據上述構成，在上述遮光性樹脂表面設置的上述帶臺階槽的第一層槽內通過澆注而形成上述透明樹脂，在第二層槽內通過澆注而形成上述遮光性樹脂，因此能夠通過澆注將上述透明通路容易地埋入上述遮光性樹脂中。
另外，本發明的光學式測距裝置的制造方法形成從上述發光元件附近到上述受光元件附近在表面上設有槽的上述遮光性樹脂，將上述透明樹脂澆注到上述遮光性樹脂表面設置的上述槽內的中途深度而固化，然后，將形成有上述遮光性樹脂以及上述透明樹脂的基板設置在模具內，在上述槽內的上述透明樹脂之上注入上述遮光性樹脂而傳遞成型，由此形成周圍被上述遮光性樹脂包圍的上述透明通路。
根據上述構成，通過澆注形成直到在上述遮光性樹脂表面設置的槽的中途深度的上述透明樹脂，進而通過傳遞成型在其透明樹脂之上形成上述遮光性樹脂，因此與通過澆注在上述槽內形成上述遮光性樹脂的情況相比，能夠由具有完全相同的光學特性的上述遮光性樹脂將上述透明通路的周圍包圍，并且可進一步減少上述透明通路的光傳送損失。
另外，本發明的光學式測距裝置的制造方法，形成從上述發光元件附近到上述受光元件附近在表面上設有槽的上述遮光性樹脂，將形成有上述遮光性樹脂的基板設置在第一模具內并將上述透明樹脂注入到上述遮光性樹脂表面設置的上述槽內的中途深度而傳遞成型，將形成有上述透明樹脂的上述基板設置在第二模具內并且將上述遮光性注入上述槽內的上述透明樹脂之上而傳遞成型，由此形成周圍被上述遮光性樹脂包圍的上述透明通路。
根據上述構成，通過傳遞成型形成直到在上述遮光性樹脂表面設置的槽的中途深度的上述透明樹脂，進而通過傳遞成型在上述透明樹脂之上形成上述遮光性樹脂，因此可通過傳遞模塑將上述透明通路迅速地埋入到上述遮光性樹脂內。另外，能夠由具有完全相同的光學特性的上述遮光性樹脂將上述透明通路的周圍包圍，并且可進一步減少上述透明通路的光傳送損失。
由以上可知，本發明的光學式測距裝置，形成使從發光元件射出的光不被測距對象物反射地到達受光元件的第二光路的第二光學系統，包含與上述發光元件的發光部和上述受光元件的受光部直接接觸的透明樹脂，故即使溫度上升、上述第二光路的長度增長，也能夠使上述第二光路的折射率降低且使以光路長度與光路折射率的乘積表示的光路長大致一定。因此，上述第二光路的光路長不依賴溫度而大致一定，即使溫度變化很大的環境下也能夠得到高的測距精度。
另外，若設置多個上述受光元件的受光部，并且使多個受光部中的一部分與上述第一光學系統光學地耦合、另一部分受光部與上述第二光學系統光學地耦合，同將與上述第一光學系統光學地耦合的受光部和與上述第二光學系統光學地耦合的受光部設置在不同的受光元件上的情況相比，能夠降低各受光部特性的溫度波動。因此，能夠進一步降低得到的距離信息的溫度誤差。另外，與使用多個上述受光元件的情況相比，可謀求該光學式測距裝置的小型化。
另外，由周圍被上述遮光性樹脂包圍的透明通路和位于該透明通路兩側并與上述發光元件的發光部以及上述受光元件的受光部光學地耦合的光學耦合部構成上述第二光學系統，該第二光學系統形成使從上述發光元件射出的光不被上述測距對象物反射地到達上述受光元件的上述第二光路，并且，將上述透明通路的兩端部經由上述光學耦合部與上述發光部以及上述受光部相對，由此能夠防止通過上述第二光路后的光射入到上述受光元件的端面。另外，通過由上述遮光性樹脂包圍上述透明通路的周圍，能夠抑制上述第二光路中多余的漏光。即，能夠提高光耦合效率。
另外，本發明的光學式測距裝置的制造方法由于通過澆注形成構成上述第二光學系統的上述透明樹脂，故通過一邊從分配器等的針尖排出黏性高的上述透明樹脂一邊使上述針尖移動，能夠將上述透明樹脂沿上述第二光路形成線狀。另外，由于通過鑄型或傳遞成型形成上述遮光性樹脂，故能夠在上述澆注后形成。
另外，本發明的光學式測距裝置的制造方法通過澆注在上述遮光性樹脂的表面設有的帶臺階槽的第一層槽內形成上述透明樹脂，在第二層槽內通過澆注形成上述遮光性樹脂，故能夠通過澆注將上述透明通路容易地埋入到上述遮光性樹脂內。
另外，上述遮光性樹脂形成在設于上述遮光性樹脂表面的槽內下側形成的上述透明樹脂之上，若通過傳遞成型形成上述遮光性樹脂，則與通過澆注在上述槽內形成上述遮光性樹脂的情況相比，能夠由具有完全相同光學特性的上述遮光性樹脂將上述透明通路的周圍包圍，并且能夠進一步降低上述透明通路的光傳送損失。
本發明通過以下的詳細說明和附圖可充分理解。附圖僅用于說明，并不限定本發明。
圖1是本發明的光學式測距裝置的平面圖。
圖2是圖1所示的光學式測距裝置的側面圖。
圖3是表示從圖1取下屏蔽罩后的狀態的圖。
圖4是表示從圖2取下屏蔽罩后的狀態的圖。
圖5是表示使圖3的遮光性樹脂透明的狀態的圖。
圖6是圖5的A-A′向視剖面圖。
圖7是表示測距對象物與光學式測距裝置的位置關系的圖。
圖8A、圖8B是圖1所示的光學式測距裝置的制造方法的說明圖。
圖9A、圖9B是圖8A、8B之后的制造方法的說明圖。
圖10是圖9A、圖9B之后的制造方法的說明圖。
圖11A、圖11B是圖10之后的制造方法的說明圖。
圖12是圖11A、圖11B之后的制造方法的說明圖。
圖13A、圖13B是表示在印刷基板上形成有第一透鏡及第二透鏡的狀態的圖。
圖14A、圖14B是表示在受光元件上的第一受光部與第二受光部之間形成有壁的狀態的圖。
圖15是與圖1不同的光學式測距裝置的平面圖。
圖16是圖15的G-G′向視剖面圖。
圖17是表示從與圖1不同的光學式測距裝置取下屏蔽罩并且使遮光性樹脂透明的狀態的圖。
圖18是圖17的H-H′向視剖面圖。
圖19是表示測距對象物與圖17所示的光學式測距裝置的位置關系的圖。
圖20A、圖20B是圖17所示的光學式測距裝置的制造方法的說明圖。
圖21是圖20A、20B之后的制造方法的說明圖。
圖22A、圖22B是表示在印刷基板上形成有平板狀的遮光性樹脂的狀態的圖。
圖25A、圖25B是圖22A、22B的K-K′向視剖面圖。
圖24A、圖24B是圖21之后的制造方法的說明圖。
圖25A、圖25B是圖24A、24B之后的制造方法的說明圖。
圖26A、圖26B是圖25A、25B中的N-N′向視剖面圖。
圖27是圖25A、25B之后的制造方法的說明圖。
圖28是圖24A、24B之后的與圖25A、25B不同的制造方法的說明圖。
圖29A、圖29B是表示通過傳遞成型將透明通路埋入到平板狀的遮光性樹脂內的狀態的圖。
具體實施例方式
以下，通過圖示的實施方式詳細說明本發明。
第一實施方式圖1是本實施方式的光學式測距裝置1的平面圖。另外，圖2是圖1所示的光學式測距裝置1的側面圖。另外，該光學式測距裝置1使用將從發光元件射出的光由測距對象物反射并由受光元件檢測的第一光路、和將從上述發光元件射出的光不被上述測距對象物反射地由上述受光元件檢測的第二光路，尤其是，適用于需要檢測障礙物的專用自動機械或機械式觸點小的非接觸開關、或者非接觸控制用設備等電子設備的小型光學式測距裝置。
本光學式測距裝置1具有為使來自外部的電氣干擾不射入內部而通過屏蔽罩2進行遮蔽的結構。另外，該屏蔽罩2在發光部用的第一透鏡3與受光部用的第二透鏡4之間向印刷基板(PWB)5側彎曲而構成發光側與受光側的隔板6。并且，通過該隔板6對在兩透鏡3、4之間直接通過的光進行遮光。
圖3是表示從圖1將屏蔽罩2取下后的狀態的圖，圖4是表示從圖2將屏蔽罩2取下后的狀態的圖。在圖3及圖4中，表示通過構成第一透鏡3及第二透鏡4等的透明樹脂而能夠看到例如黑色的遮光性樹脂7的狀態。另外，在印刷基板5的側面并列配置有多個電極9，從該電極9供給驅動電路的電力以及向外部取出距離信息。
圖5表示為了便于說明而使圖3的上述遮光性樹脂7透明的情況。圖6是圖5的A-A′向視剖面圖。該光學式測距裝置1在小片接合于印刷基板5之上的發光元件(LED發光二極管)10以及受光元件(PD光電二極管)11之上覆蓋由硅樹脂等構成的透明樹脂8、8′，進而，在其之上覆蓋由環氧樹脂等構成的遮光性樹脂7，并在其之上覆蓋形成第一、第二透鏡的環氧樹脂等透明樹脂。
在上述受光元件11上形成有第一受光部12和第二受光部13構成的兩個受光部。并且，在印刷基板5上，發光元件10和第二受光部13通過透明樹脂8、8′而直接連接。
圖7表示測距對象物15與本光學式測距裝置1的位置關系。從發光元件10射出的光具有半值半角60度的指向性，朝向正面射出的光通過硅樹脂等透明樹脂8，并且通過遮光性樹脂7的孔眼14，通過由環氧樹脂等透明樹脂形成的第一透鏡3，成為大致平行的光線而射入測距對象物15。并且，射入測距對象物15的光通過測距對象物15被反射向四方，其反射光中朝向光學式測距裝置1的一部分光通過由環氧樹脂等透明樹脂形成的第二透鏡4并通過遮光性樹脂7的孔眼16，通過硅樹脂等透明樹脂8，射入受光元件11的第一受光部12。以下，將該光路稱為第一光路17。
另一方面，從上述發光元件10射出的光中例如指向角30度以上的光不能夠通過遮光性樹脂7的孔眼14而被遮光性樹脂7反射。并且，通過將發光元件10和受光元件11直接相連的硅樹脂等透明樹脂8、8′而向與接受來自第一光路17的光的第一受光部12光學地分離的另一第二受光部13射入。以下，將該光路稱為第二光路18。
這樣，射入上述受光元件11的不同的第一受光部12和第二受光部13的光被變換成電流，通過在受光元件11上單片形成的電路(未圖示)進行處理，得到距測距對象物15的距離信息。此時，發光元件10的應答速度的波動，受光元件11的應答速度的波動以及環境(主要是溫度)等影響而造成的發光元件10及受光元件11的特性變化，通過上述電路，以第二光路18的長度為基準進行校正。
即，本實施方式中，上述第一光學系統由上述透明樹脂8、遮光性樹脂7的孔眼14、第一透鏡3、第二透鏡4、遮光性樹脂7的孔眼16以及透明樹脂8構成。另外，上述第二光線系統由透明樹脂8、遮光性樹脂7以及透明樹脂8′構成。
如上所述，在本光學式測距裝置1中，將第二光路18形成在印刷基板5上并且形成在將發光元件10和第二受光部13直接聯結的區域上形成的透明樹脂8、8′中。通常，光路長為光路的長度與光路的折射率的乘積，在為透明樹脂的情況下，若溫度上升則光路的長度增加，但由于折射率下降，故具有光路長自身大致一定的性質。因此，在與發光元件10和受光元件11的第二受光部13直接接觸的透明樹脂8、8′中形成的第二光路18不依賴于溫度而能夠保持大致一定的長度。
另外，將上述第一光路17用的第一受光部12和第二光路18用的第二受光部13形成在同一受光元件11中。因此，與將第一受光部和第二受光部形成在不同的受光元件的情況相比，能夠減少第一受光部12的特性和第二受光部13的特性的溫度波動。因此，能夠減少由第一受光部12的特性和第二受光部13的特性的溫度波動引起的距離信息的誤差。另外，與使用多個受光元件的情況相比，能夠謀求光學式測距裝置1的小型化。
另外，上述第二光路18通過遮光性樹脂7與上述第一光路7光學地分離。因此，上述第一光路17與第二光路18之間沒有相互干擾。因此，無需設置光路切換用的開關等。
以下，基于圖8～圖14說明本光學式測距裝置1的制造方法。
圖8A是上述印刷基板5的平面圖。圖8B是圖8A的B-B′向視剖面圖。如圖8A、圖8B所示，首先在印刷基板5的表面上通過銀膏等導電性粘接劑小片接合發光元件10及受光元件11等半導體芯片。然后，通過金線等在發光元件10以及受光元件11上的焊盤部和印刷基板5的焊盤部上進行引線接合而電連接。
接著，如圖9A、圖9B所示，通過分配器21將硅樹脂等透明樹脂8、8′澆注在規定位置。此時，通過一邊從分配器21的針尖排出黏性高的透明樹脂8′一邊使上述針尖移動，能夠將透明樹脂8′沿著第二光路18形成線狀。為了防止被澆注的透明樹脂8、8′由于重力或振動而從規定位置擴展，作為透明樹脂8、8′，使用紫外線固化型透明樹脂，在澆注之后照射紫外線而半固化之后，由干燥機徹底固化即可。另外，澆注樹脂的涂敷量由分配器21控制，在以后的工序中，在遮光性樹脂7的成為孔眼14、16的部分涂敷較多。另外，圖9B是圖9A的C-C′向視剖面圖。
接著，在上述透明樹脂8、8′上形成遮光性樹脂7。圖10是表示在用于形成遮光性樹脂7的模具22、23內配置有印刷基板5的狀態的縱剖面圖。在該狀態下，與第一光路17相連的透明樹脂8的部分被模具22擠壓而成為平面，之后形成成為孔眼14、16的部分。并且，向由印刷基板5和模具22形成的空間注入在環氧樹脂中混合了吸光性添加劑的遮光性樹脂而傳遞成型，得到平板狀的遮光性樹脂7。另外，在本實施方式中使用了傳遞成型，但也可以使用鑄型。
圖11A、11B表示在上述印刷基板5上形成有平板狀的遮光性樹脂7的狀態。在遮光性樹脂7的發光元件10及受光元件11的上部形成有孔眼14、16。另外，圖11B是圖11A的D-D′向視剖面圖。
圖12是表示在用于形成上述第一、第二透鏡3、4的模具24、25內配置有印刷基板5的狀態的縱剖面圖。在由印刷基板5和模具24形成空間內注入環氧樹脂等透明樹脂而傳遞成型，形成第一、第二透鏡3、4。圖13A、13B表示通過透明樹脂在印刷基板5上形成有第一透鏡3及第二透鏡4的狀態。另外，圖13B是圖13A的E-E′向視剖面圖。
若上述受光元件11的尺寸減小，則第一受光部12與第二受光部13的距離必然變短。并且，在進行圖9所示的澆注工序時，與第一光路17相連的第一受光部12和與第二光路18相連的第二受光部13二者可能由相同的透明樹脂覆蓋。此時，如圖14A、14B所示，在受光元件11上的第一受光部12與第二受光部13之間形成用于將澆注的透明樹脂8、8′堵住的壁26。該壁26在印刷基板5成為晶片狀態時，通過絲網印刷等而形成。通過形成這樣的壁26，將澆注的透明樹脂8、8′堵住，防止第一受光部12和第二受光部13二者由相同的透明樹脂8或相同的透明樹脂8′覆蓋。另外，形成壁26的技術，作為在CCD(電藕元件)上夾著壁而安裝玻璃板的技術，已為公知，但在本實施方式中，具有如下的特征即，用作為解決第一受光部12和第二受光部13二者由相同的透明樹脂8或相同的透明樹脂8′覆蓋的課題。
在圖13A、13B中得到的印刷基板15上，通過安裝圖1的屏蔽罩2而完成本光學式測距裝置1。
在此，在圖8～圖14所示的光學式測距裝置1的制造方法中，圖示了在一個印刷基板5上形成有一個光學式測距裝置1，但其為說明圖。實際上，在印刷基板5上網格狀地形成多個光學式測距裝置1，并且圖13A、圖13B得到的印刷基板5通過劃線而切出各個光學式測距裝置1。
圖15及圖16表示作為上述發光元件使用VCSEL(面發光型半導體激光器)的情況的光學式測距裝置31。另外，圖15及圖16與圖5及圖6的情況同樣，為了便于說明，表示使遮光性樹脂7透明的狀態。圖16是圖15的G-G′向視剖面圖。另外，在圖15及圖16中，與作為發光元件使用LED的光學式測距裝置1相同的部件，標注相同附圖標記。
本光學式測距裝置31的制造方法在以下方法與使用LED的情況不同，即，圖9所示的澆注時，在VCSEL32之上澆注散射性透明樹脂33。
在使用了上述VCSEL132的光學式測距裝置31中，從VCSEL32射出的光具有半值半角15度的指向性，朝向正面射出的光通過在硅樹脂中混入有散射體的散射性透明樹脂33后被散射。并且，朝向正面散射的光通過遮光性樹脂7的孔眼34，并通過由環氧樹脂等透明樹脂形成的第一透鏡3，成為大致平行的光線而射入測距對象物(未圖示)。并且，射入上述測距對象物的光通過該測距對象物被向四方反射，其反射光中朝向光學式測距裝置31的一部分光通過由環氧樹脂等透明樹脂形成的第二透鏡4，并通過遮光性樹脂7的孔眼16，通過環氧樹脂等透明樹脂8，射入受光元件11的第一受光部12。以上，對第一光路進行了說明。
另一方面，從上述VCSEL32射出并散射的光中、例如指向角30度以上的光不能夠通過遮光性樹脂7的孔眼34，而被遮光性樹脂7反射。并且，通過將VCSEL32和受光元件11直接相連的硅樹脂等透明樹脂8′后，向不與接受來自上述第一光路的光的第一受光部12光學地相連的另一第二受光部12射入。以上，對第二光路進行了說明。
如上所述，在本光學式測距裝置31的制造方法中，通過澆注形成上述硅樹脂等透明樹脂8、8′，在透明樹脂8、8′上通過傳遞成型形成遮光性樹脂7。因此，構成第二光路18的透明樹脂8′通過一邊從分配器21的針尖排出黏性高的透明樹脂8′一邊使上述針尖移動，能夠沿第二光路18線狀地形成。另外，由于通過傳遞成型形成遮光性樹脂7，故通過由模具22擠壓與第一光路17相連的透明樹脂8的部分而形成平面，之后能夠簡單地形成成為孔眼14、16的部分。
第二實施方式在上述第一實施方式的光學式測距裝置1中，如圖7所示，由于第二光路18與受光元件11的第二受光部13側的端面相連，故由被上述端面折射而射入受光元件11的光產生光干擾，由該光干擾而使SN比的值劣化，測定誤差增大。另外，由于通過了第二光路18的大部分光射入到受光元件11的上述端面，故第二光路18的光耦合效率降低。因此，本實施方式涉及如下的光學式測距裝置，尤其是第二光路的光耦合效率進一步提高，即使在溫度變化很大的情況下也能夠進行測距精度高。
以下，關于本實施方式的光學式測距裝置，以與上述第一實施方式不同的部分為中心進行了詳細說明。
圖17表示將本實施方式的光學式測距裝置41的屏蔽罩取下并為了便于說明而使遮光性樹脂47呈透明的情況。圖18是圖17的H-H′向視剖面圖。本光學式測距裝置41在小片接合于印刷基板45上的發光元件50以及受光元件51之上覆蓋硅樹脂等透明樹脂48，進而在其之上覆蓋由環氧樹脂等構成的遮光性樹脂47，在其之上覆蓋形成第一透鏡43及第二透鏡44的環氧樹脂等透明樹脂。其中，附圖標記49是供給驅動電路的電力以及向外部取出距離信息的電極。
在上述受光元件51上形成有由第一受光部52和第二受光部53構成的兩個受光部，通過各個透明樹脂48進行覆蓋。并且，在遮光性樹脂47的發光元件50與受光元件51之間，通過硅樹脂等透明樹脂形成有使發光元件50側的透明樹脂48與覆蓋受光元件51側的第二受光部53的透明樹脂48連通的透明通路58。
圖19表示測距對象物55與本光學式測距裝置41的位置關系。從發光元件50射出的光具有半值半角60度的指向性，朝向正面射出的光通過硅樹脂等透明樹脂48，并通過遮光性樹脂47的孔眼54，通過由環氧樹脂等透明樹脂形成的第一透鏡43，成為大致平行光線而射入測距對象物55。并且，射入測距對象物55的光通過測距對象物55被向四方反射，其反射光中朝向光學式測距裝置41的一部分光通過由環氧樹脂等透明樹脂形成的第二透鏡44，并通過遮光性樹脂47的孔眼56，通過硅樹脂等透明樹脂48，射入受光元件51的第一受光部52。以下，將該光路設為第一光路57。
另一方面，從上述發光元件50射出的光中、例如指向角30度以上的光由于不能夠通過遮光性樹脂47的孔眼54，故被遮光性樹脂47反射。并且，通過在遮光性樹脂47內由硅樹脂等透明樹脂形成并將發光元件50和受光元件51直接相連的透明通路58，向與接受來自第一光路57的光的第一受光部52光學地分離的其他第二受光部53射入。以下，將該光路稱為第二光路59。即，在本實施方式中，由發光元件50側的透明樹脂48和覆蓋受光元件51側的第二受光部53的透明樹脂48構成上述光學耦合部。
這樣，射入上述受光元件51的不同的第一受光部52和第二受光部53的光被轉換成電流，通過在受光元件51上單片形成的電路(未圖示)而被處理，得到距測距對象物55的距離信息。此時，發光元件50的應答速度的波動、受光元件51的應答速度的波動以及環境(主要是溫度)等的影響而造成的發光元件50及受光元件51的特性變化，通過上述電子電路而以第二光路59的長度為基準進行校正。
以下，基于圖20A、20B對本光學式測距裝置41的制造方法進行說明。
圖20的圖20A是上述印刷基板45的平面圖，圖20B是圖20A的I-I′向視剖面圖。如圖20A、20B所示，首先，在印刷基板45的表面上，通過銀膏等導電性粘接劑小片接合發光元件50以及受光元件51等半導體芯片。接著，通過金線等在發光元件50及受光元件51上的焊盤部和印刷基板45的焊盤部上進行引線接合而電連接。
接著，如圖20B所示，通過分配器60將硅樹脂等透明樹脂48澆注在規定的位置。為了防止被澆注的透明樹脂由于重力或振動而從規定的位置擴展，作為透明樹脂48使用紫外線固化型透明樹脂，在澆注之后照射紫外線而半固化后，由干燥機徹底固化即可。另外，澆注樹脂的涂敷量由分配器60控制，在后面的工序中，在遮光性樹脂47的成為孔眼54、56的部分上涂敷較多。
接著，在上述透明樹脂48上形成遮光性樹脂47。圖21是表示在用于成型遮光性樹脂47的模具61、62內配置有印刷基板45的狀態的縱剖面圖。在該狀態下，與第一光路57相連的透明樹脂48的部分被模具47擠壓而成為平面，然后形成成為孔眼54、56的部分。另外，在模具61上形成有從發光元件50側的透明樹脂48的位置到受光元件51側的第二受光部53上的透明樹脂48的位置的細長突起63。并且，向由印刷基板45和模具61形成的空間注入在環氧樹脂中混合了二氧化硅等反射性添加劑的遮光性樹脂而傳遞成型，得到平板狀的遮光性樹脂47。
圖22是表示在上述印刷基板45上形成有平板狀的遮光性樹脂47的狀態。在遮光性樹脂47的發光元件50以及受光元件51的上部形成有孔眼54、56。另外，在遮光性樹脂47的上面，通過模具61的突起63而形成有將發光元件50側的透明樹脂48與受光元件51側的第二受光部51上的透明樹脂48相連的帶臺階槽66。另外，圖22B是圖22A的J-J′向視剖面圖。
圖23A、23B是圖22A的K-K′向視剖面圖，表示在遮光性樹脂47的上面形成的帶臺階槽66的剖面形狀。在圖23A的情況下，帶臺階槽66中位于下層的第一層槽66a及位于上層的第二層槽66b都具有矩形剖面。對此，在圖23B的情況下，帶臺階槽66中的第一層槽66c具有半圓形的剖面，第二層槽66d具有矩形剖面。
接著，如圖24A、24B以及圖25A、25B所示，在上述遮光性樹脂47上面的帶臺階槽66中形成透明通路58。另外，圖24B以及圖25B分別是圖24A的L-L′向視剖面圖及圖25A的M-M′向視剖面圖。
首先，如圖24B所示，通過分配器67，硅樹脂等透明樹脂澆注在圖23A中的第一層槽66a內或圖23B中的第一層槽66c中。之后，在未圖示的干燥機內，通過熱量而將上述透明樹脂固化，形成透明通路58。另外，在該情況下，為了防止澆注的透明樹脂擴展，作為上述透明樹脂也可以使用紫外線固化型透明樹脂。此時，通過照射紫外線而使紫外線固化型透明樹脂固化。
接著，如圖25B所示，通過分配器68，在環氧樹脂中混合有二氧化硅等反射性添加劑的遮光性樹脂在圖23A的第二層槽66b內或圖23B的第二層槽66d內、即在透明通路58上澆注。然后，在未圖示的干燥機內，通過熱量而將上述遮光性樹脂固化，將透明通路58埋入到平板狀的遮光性樹脂47中。另外，在該情況下，為了防止澆注的透明樹脂擴展，也可以使用紫外線固化型遮光性樹脂。此時，通過照射紫外線而使紫外線固化型遮光性樹脂固化。
圖26是圖25A的N-N′向視剖面圖，表示埋入到上述遮光性樹脂47中的透明通路58的剖面形狀。其中，圖26A是在具有圖23A所示的剖面形狀的帶臺階槽66中形成有透明通路58的情況的剖面圖，透明通路58具有矩形剖面。另外，圖26B是在具有圖23B所示的剖面形狀的帶臺階槽66中形成有透明通路58的情況的剖面圖，透明通路58具有半圓形的剖面。上述任一種情況下，由透明通路58構成的第二光路59都被遮光性樹脂47包圍。
圖27是表示在用于形成上述第一、第二透鏡43、44的模具64、65內配置有印刷基板45的狀態的縱剖面圖。向由印刷基板45和模具64形成的空間內注入環氧樹脂等透明樹脂后進行傳遞成型，形成第一、第二透鏡43、44。
如上所述，在本實施方式中，使從上述發光元件50射出的光射入到受光元件51的第二受光部53的第二光路59被埋入到遮光性樹脂47中，并且由將發光元件50側的透明樹脂48和覆蓋受光元件51側的第二受光部53的透明樹脂48直接相連的透明通路58構成。因此，能夠防止通過第二光路59后的光射入到受光元件51中的第二受光部53側的端面。另外，能夠使透明通路58中發光元件50側的射出面經由上述光學耦合部即透明樹脂48而與受光元件51的第二受光部53相對。因此，能夠抑制第二光路59中的多余漏光，并可提高光耦合效率。
另外，在將上述透明通路58的剖面形狀如圖26B所示地形成為向印刷基板45側凸起的半圓形，并且將透明通路58的上側由混合有二氧化硅等反射性添加劑的遮光性樹脂埋入的情況下，由于成為在半圓形狀的直線部分放置反射鏡的狀態，故能夠看作在光學上與埋入有圓形剖面的透明通路的結構等效。因此，能夠與光纖同樣地減少光的傳送損失。另外，此時，也可以為向與印刷基板45側相反一側凸起的半圓形。
另外，在形成上述透明通路58時，在遮光性樹脂47的上面形成由位于下層的第一層槽66a、66c和位于上層的第二層槽66b、66d構成的帶臺階槽66，在第一層槽66a、66c上澆注上述透明樹脂而形成透明通路58，在第二層槽66a、66d上澆注上述遮光性樹脂而形成遮光性樹脂47的上面。因此，能夠容易地將透明通路58埋入到遮光性樹脂47中。
即，根據本實施方式，能夠提供一種即使在溫度變化很大的環境下也可進行高精度測距的小型光學式測距裝置。
以下，對本實施方式的光學式測距裝置41的其他制造方法進行說明。首先，與圖24A～圖24B同樣，在形成于遮光性樹脂47上面的帶臺階槽66的第一層槽66a、66c內形成透明通路58。
然后，將上述透明樹脂埋入平板狀的遮光性樹脂47中。圖28是表示在用于將透明樹脂埋入平板狀的遮光性樹脂47內的模具71、72中配置有印刷基板45的縱剖面圖。在該狀態下，向由透明樹脂和模具71形成的空間(即帶臺階槽66中的第二層槽66b、66d的區域)73中注入在環氧樹脂中混合了二氧化硅等反射性添加劑的遮光性樹脂，然后進行傳遞成型，將透明通路58埋入到平板狀的遮光性樹脂47內。圖29A、29B表示通過傳遞成型將透明通路58埋入到平板狀的遮光性樹脂47中的狀態的印刷基板45。此時，也能夠得到與圖25A、25B所示的印刷基板45完全相同構造的印刷基板45。另外，圖29B是圖29A的O-O′向視剖面圖。
之后，與圖27的情況同樣地，在用于形成上述第一、第二透鏡43、44的模具64、65內配置印刷基板45，向由印刷基板45和模具64形成的空間注入環氧樹脂等透明樹脂而進行傳遞成型，形成第一、第二透鏡43、44。
如上所述，在該制造方法中，在上述模具61、62中配置印刷基板45并注入在環氧樹脂中混合了二氧化硅等反射性添加劑的遮光性樹脂而傳遞成型，形成在表面形成有帶臺階槽66的平板狀遮光性樹脂47。之后，在遮光性樹脂47上的帶臺階槽66的第一層槽6a、66c中將硅樹脂等透明樹脂澆注并固化而形成透明通路58。然后，在模具71、72中配置印刷基板45，注入在環氧樹脂中混合了二氧化硅等反射性添加劑的遮光性樹脂而傳遞成型，將透明通路58埋入到平板狀的遮光性樹脂47中。因此，與在帶臺階槽66的第二層槽66b、66d中將上述遮光性樹脂澆注并固化的情況相比，能夠由具有完全相同的光學特性的遮光性樹脂將透明通路58的周圍包圍，并且可以進一步降低透明通路58的光傳送損失。
另外，在圖28所示的光學式測距裝置41的制造方法中，與圖20A～圖27所示的光學式測距裝置41的制造方法的情況相同，形成帶臺階槽66。但是，在圖28所示的制造方法中，無需進行兩次澆注即可在模具內對上述遮光性樹脂進行傳遞成型。因此，不必一定使透明通路58形成用的槽成為帶臺階槽。
另外，在圖28所示的光學式測距裝置41的制造方法中，在帶臺階槽66中的第一層槽66a、66c中澆注上述透明樹脂而形成有透明通路58。但是，也可以將印刷基板45配置在模具內并通過將上述透明樹脂傳遞成型而形成透明通路58。
以上，對本發明的實施方式進行了說明，顯然，其可進行各種變更。這些變更不應超出本發明的精神和主旨，本領域技術人員能夠想到的變更都應該包含在本發明要求保護的范圍中。
權利要求
1.一種光學式測距裝置，其特征在于，包括發光元件；受光元件，其接受從上述發光元件射出的光；第一光學系統，其用于形成使從上述發光元件射出的光被測距對象物反射后而到達上述受光元件的第一光路；第二光學系統，其用于形成使從上述發光元件射出的光不被上述測距對象物反射地到達上述受光元件的第二光路；距離信息計算機構，其基于在接受通過了上述第一光路的光時從上述受光元件射出的信號、和接受通過了上述第二光路的光時從上述受光元件輸出的信號，得到距上述測距對象物的距離信息，上述第二光學系統具有透明樹脂，該透明樹脂與上述發光元件的發光部和上述受光元件的受光部直接接觸并將從上述發光部射出的一部分光導向上述受光部。
2.如權利要求1所述的光學式測距裝置，其特征在于，上述受光元件的受光部具有多個，并且上述多個受光部中的一部分與上述第一光學系統光學地耦合，其他受光部與上述第二光學系統光學地耦合。
3.如權利要求1所述的光學式測距裝置，其特征在于，上述第二光學系統通過遮光性樹脂而與上述第一光學系統光學地分離。
4.如權利要求3所述的光學式測距裝置，其特征在于，包括發光元件用的第一透鏡及受光元件用的第二透鏡，其構成上述第一光學系統并且在上述遮光性樹脂之上由透明樹脂形成；第一透明樹脂，其構成上述第一光學系統并且與上述發光元件直接接觸；第二透明樹脂，其構成上述第一光學系統并且與上述受光元件直接接觸；兩個孔眼，其設置在上述遮光性樹脂的上述第一透鏡及上述第二透鏡的正下方，上述第一透鏡與第一透明樹脂經由設置在上述遮光性樹脂上的上述一個孔眼而直接接觸，上述第二透鏡與上述第二透明樹脂經由設置在上述遮光性樹脂上的上述另一個孔眼而直接接觸。
5.如權利要求1所述的光學式測距裝置，其特征在于，上述發光元件是發光二極管。
6.如權利要求1所述的光學式測距裝置，其特征在于，上述發光元件是面發光型半導體激光器，構成上述第二光學系統的上述透明樹脂的與上述發光元件的發光部直接接觸的部分，是散射性透明樹脂。
7.一種光學式測距裝置的制造方法，其用于制造權利要求3所述的光學式測距裝置，其特征在于，構成上述第二光學系統的上述透明樹脂通過澆注而形成，上述遮光性樹脂通過鑄型或傳遞成型而形成。
8.一種光學式測距裝置的制造方法，其用于制造權利要求7所述的光學式測距裝置，其特征在于，上述受光元件的受光部具有多個，并且，多個受光部中的一部分與上述第一光學系統光學地耦合，其他受光部與上述第二光學系統光學地耦合，在與上述第一光學系統光學地耦合的受光部與上述第二光學系統光學地耦合的受光部之間，設有在上述澆注時使上述透明樹脂不能夠越過的壁。
9.如權利要求3所述的光學式測距裝置，其特征在于，構成上述第二光學系統的上述透明樹脂的兩端部構成與上述發光元件的發光部及上述受光元件的受光部直接接觸并且與上述發光部以及上述受光部光學地耦合的光學耦合部，在上述兩光學耦合部之間構成的透明通路的兩端部經由上述光學耦合部與上述發光部及上述受光部相對，上述透明通路的周圍被上述遮光性樹脂包圍。
10.如權利要求9所述的光學式測距裝置，其特征在于，上述透明樹脂的上述透明通路具有半圓形的剖面形狀，上述遮光性樹脂含有反光性材料而構成。
11.一種光學式測距裝置的制造方法，其用于制造權利要求9所述的光學式測距裝置，其特征在于，形成表面具有兩層構造的帶臺階槽的上述遮光性樹脂，該兩層構造為從上述發光元件附近到上述受光元件附近，剖面形狀形成臺階狀，在設于上述遮光性樹脂表面的上述帶臺階槽的第一層槽內澆注上述透明樹脂而固化，然后，在上述帶臺階槽的第二層槽內澆注上述遮光性樹脂而固化，由此，形成周圍被上述遮光性樹脂包圍的上述透明通路。
12.一種光學式測距裝置的制造方法，其用于制造權利要求9所述的光學式測距裝置，其特征在于，形成從上述發光元件附近到上述受光元件附近、在表面上設有槽的上述遮光性樹脂，將上述透明樹脂澆注到上述遮光性樹脂表面設置的上述槽內的中途深度而固化，然后，將形成有上述遮光性樹脂以及上述透明樹脂的基板設置在模具內，在上述槽內的上述透明樹脂之上注入上述遮光性樹脂而傳遞成型，由此形成周圍被上述遮光性樹脂包圍的上述透明通路。
13.一種光學式測距裝置的制造方法，其用于制造權利要求9所述的光學式測距裝置，其特征在于，形成從上述發光元件附近到上述受光元件附近、在表面上設有槽的上述遮光性樹脂，將形成有上述遮光性樹脂的基板設置在第一模具內，將上述透明樹脂注入到上述遮光性樹脂表面設置的上述槽內的中途深度而傳遞成型，將形成有上述透明樹脂的上述基板設置在第二模具內，并且將上述遮光性樹脂注入上述槽內的上述透明樹脂之上而傳遞成型，由此形成周圍被上述遮光性樹脂包圍的上述透明通路。
全文摘要
本發明提供一種光學式測距裝置及其制造方法，在將發光元件(10)和第二受光部(13)直接聯結的區域形成透明樹脂(8、8′)，通過在該透明樹脂(8、8′)上形成第二光路(18)，若溫度上升則光路長度增加，但折射率下降，因此，光路長自身大致一定。能夠使上述第二光路(18)的長度不依賴溫度而保持為大致一定。另外，通過將第一光路(17)用的第一受光部(12)和第二光路(18)用的第二受光部(13)形成在同一受光元件(11)上，能夠減少第一受光部(12)的特性和第二受光部(13)的特性的溫度波動。根據該光學式測距裝置，即使在溫度變化很大的環境下也能夠得到高的測距精度。
文檔編號G01S7/48GK101078771SQ20071010519
公開日2007年11月28日 申請日期2007年5月24日 優先權日2006年5月24日
發明者石原武尚, 民長隆之 申請人:夏普株式會社