本發明涉及受光發光元件模塊及使用了該受光發光元件模塊的傳感器裝置。
背景技術:
以往,針對傳感器裝置有各種提案,該傳感器裝置從發光元件向被照射物照射光,并由受光元件對入射至被照射物的光所對應的規則反射光與漫反射光進行受光,由此檢測被照射物的特性。該傳感器裝置在廣泛的領域中被利用,例如被廣泛地用于光斬波器、光電耦合器、遠程控制單元、IrDA(Infrared Data Association)通信器件、光纖通信用裝置、還有原稿尺寸傳感器等中。
例如,如JP特開2007-201360號公報所記載的,使用在同一基板上分別配置發光元件及受光元件并設置了將受光區域與發光區域分隔的遮光壁的傳感器裝置。
可是,這種傳感器裝置中,在基板與遮光壁之間產生間隙,光從該間隙漏泄,由此存在提高傳感器裝置的傳感性能較為困難的問題點。
技術實現要素:
受光發光元件模塊的一形態,具備:具有上表面的基板;被配置在所述基板的所述上表面的發光元件;與所述發光元件空出間隔地配置在所述基板的所述上表面的受光元件;以及與所述上表面空出間隔地配置在所述發光元件與所述受光元件之間且具有下表面的中間壁,所述中間壁的所述下表面為凸狀。
傳感器裝置的一形態,其是使用了上述受光發光元件模塊的傳感器裝置,其中,從所述發光元件向被照射物照射光,根據基于來自該被照射物的反射光而被輸出且來自所述受光元件的輸出電流,對所述被照射物的信息進行檢測。
附圖說明
圖1(a)是表示本發明的受光發光元件模塊的實施方式的一例的俯視圖。圖1(b)是沿著圖1(a)的1I-1I線的示意剖視圖。
圖2(a)是構成圖1示出的受光發光元件模塊的發光元件的剖視圖。圖2(b)是構成圖1示出的受光發光元件模塊的受光元件的剖視圖。
圖3是用于說明遮光壁的配置位置與傾斜面的示意圖。
圖4是表示使用了圖1示出的受光發光元件模塊的傳感器裝置的實施方式的一例的示意剖視圖。
圖5(a)、(b)分別是圖1所示的受光發光元件模塊的變形例涉及的受光發光元件模塊1A的示意性剖視圖及主要部分放大圖。
圖6是表示圖1及圖5所示的受光發光元件模塊的變形例的主要部分放大剖視圖。
圖7是表示圖1及圖6所示的受光發光元件模塊的變形例的主要部分放大剖視圖。
具體實施方式
以下,參照附圖對本發明的受光發光元件模塊及使用了該受光發光元件模塊的傳感器裝置的實施方式的例子進行說明。其中,以下的例子只是對本發明的實施方式進行例示,本發明并未限定于這些實施方式。再有,本例的受光發光元件模塊雖然可以將任意的方向作為上方或下方,但在以下的說明中,為了方便而定義正交坐標系(X、Y、Z),將Z軸方向的正側作為上方。
(受光發光元件模塊)
圖1(a)及(b)所示的受光發光元件模塊1例如被組裝入復印機或打印機等的圖像形成裝置中,作為對調色劑或介質等被照射物的位置信息、距離信息、表面狀態或濃度信息等進行檢測的傳感器裝置的一部分起作用。其中,本例的受光發光元件模塊1的檢測對象物未被限于調色劑或介質等,也可以是金屬表面、藥片表面、或者生物的皮膚等。
受光發光元件模塊1具備受光發光元件陣列3和殼體20。受光發光元件陣列3具備基板2、和被配置在基板2的上表面2a的多個發光元件3a及多個受光元件3b。通過多個發光元件3a來構成發光元件陣列,通過多個受光元件3b來構成受光元件陣列。本例中,發光元件3a的排列方向和受光元件3b的排列方向大致平行,在與該排列方向正交的方向上空出間隔地并排配置有發光元件陣列與受光元件陣列。
殼體20形成容納發光元件3a及受光元件3b的容納空間4a。本例中,殼體20具有:被配置成將多個發光元件3a及多個受光元件3b包圍的框狀的外壁4;位于外壁4的內側且在外壁4的內部空間4a中位于發光元件3a及受光元件3b各自所對應的空間之間的中間壁5;以及覆蓋基板2及受光發光元件陣列3且對發光元件3a及受光元件3b各自所對應的發光元件側的第1透鏡6a及受光元件側的第2透鏡6b進行支承的上壁7。
本例的多個發光元件3a及多個受光元件3b作為受光發光元件陣列3而一體地形成于半導體基板30的上表面。通過采取這種構成,從而能夠將發光元件3a與受光元件3b配置于給定的位置,能夠提高傳感性能。這樣,在本例中,通過將制作出這些元件的半導體基板30配置于基板2的上表面2a上而配置發光元件3a及受光元件3b,由此發光元件3a及受光元件3b配置于基板2的上表面2a上。
另外,本例中雖然使用的是多個發光元件3a及多個受光元件3b被一體地形成的受光發光元件陣列3,但發光元件3a及受光元件3b既可以是分別各1個,也可以是發光元件3a及受光元件3b分別獨立地形成,還可以是將多個發光元件3a一體地形成的發光元件陣列及將多個受光元件3b一體地形成的受光元件陣列,也可以是這些的組合。
基板2分別電連接受光發光元件陣列3及外部裝置,而且作為用于向受光發光元件陣列3所形成的發光元件3a及受光元件3b施加偏壓、或在受光發光元件陣列3與外部裝置之間進行電信號的發送接收的布線基板起作用。
半導體基板30由一導電型的半導體材料構成。雖然未限定于一導電型的雜質濃度,但優選具有高電阻。本例中,在作為半導體基板30的硅(Si)基板中,以1×1017~2×1017atoms/cm3的濃度包含有作為一導電型的雜質磷(P)。即,本例的半導體基板30使用n型的硅(Si)基板。作為n型的雜質,除了磷(P)以外,可列舉例如氮(N)、砷(As)、銻(Sb)及鉍(Bi)等,摻雜濃度被設為1×1016~1×1020atoms/cm3。以下,本說明書中將n型設為一導電型、將p型設為反導電型。
在半導體基板30的上表面,多個發光元件3a以列狀配置,沿著多個發光元件3a的列,多個受光元件3b以列狀配置。發光元件3a作為向被照射物照射光的光源起作用,從發光元件3a發出的光由被照射物反射而入射至受光元件3b。受光元件3b作為對光的入射進行檢測的光檢測部起作用。
如圖2(a)所示,在半導體基板30的上表面,多個半導體層被層疊而形成發光元件3a。
首先,在半導體基板30的上表面形成對半導體基板30和被層疊在半導體基板30的上表面的半導體層(本例的情況下為之后說明的n型接觸層30b)的晶格常數之差進行緩沖的緩沖層30a。緩沖層30a通過對半導體基板30與形成于半導體基板30的上表面的半導體層的晶格常數之差進行緩沖,從而具有減少半導體基板30與半導體層之間產生的晶格畸變等的晶格缺陷、甚至減少形成于半導體基板30的上表面的半導體層整體的晶格缺陷或結晶缺陷的功能。
本例的緩沖層30a由不包含雜質的鎵砷(GaAs)組成,其厚度被設為2~3μm程度。另外,在半導體基板30與被層疊于半導體基板30的上表面的半導體層的晶格常數之差不大的情況下,能夠省略緩沖層30a。
在緩沖層30a的上表面形成n型接觸層30b。n型接觸層30b在鎵砷(GaAs)中摻雜有例如作為n型雜質的硅(Si)或硒(Se)等。n型雜質的摻雜濃度例如被設為1×1016~1×1020atoms/cm3程度,并且n型接觸層30b的厚度例如被設為0.8~1μm程度。本例中,作為n型雜質而以1×1018~2×1018atoms/cm3的摻雜濃度摻雜有硅(Si)。
n型接觸層30b的上表面的一部分露出,在該露出的部分配置有發光元件用的第1電極31a。而且,發光元件3a經由第1電極31a而通過引線接合或倒裝芯片連接等與基板2電連接。n型接觸層30b具有降低與n型接觸層30b連接的第1電極31a的接觸電阻的功能。
第1電極31a例如使用金(Au)銻(Sb)合金、金(Au)鍺(Ge)合金或Ni系合金等。再有,第1電極31a的厚度以0.5~5μm程度形成。第1電極31a被配置于絕緣層8之上,該絕緣層形成為從半導體基板30的上表面覆蓋至n型接觸層30b的上表面。為此,第1電極31a與半導體基板30及n型接觸層30b以外的半導體層電絕緣。
絕緣層8例如由氮化硅(SiNx)或氧化硅(SiO2)等的無機絕緣材料、或聚酰亞胺等的有機絕緣材料等來形成。再有,絕緣層8的厚度例如被設定為0.1~1μm程度。
n型接觸層30b的上表面形成有n型包覆層30c。n型包覆層30c具有將空穴限制在之后說明的活性層30d的功能。n型包覆層30c在鋁鎵砷(AlGaAs)中摻雜有作為n型雜質的硅(Si)或硒(Se)等,n型雜質的摻雜濃度例如被設為1×1016~1×1020atoms/cm3程度。再有,n型包覆層30c的厚度例如被設為0.2~0.5μm程度。本例中,作為n型雜質,以1×1017~5×1017atoms/cm3的摻雜濃度摻雜有硅(Si)。
n型包覆層30c的上表面形成有活性層30d。活性層30d作為通過使電子或空穴等載流子集中并重新結合而發射光的發光層起作用。活性層30d由不包含雜質的鋁鎵砷(AlGaAs)形成。活性層30d的厚度例如被設為0.1~0.5μm程度。另外,本例的活性層30d雖然是不包含雜質的層,但可以為包含p型雜質的p型活性層,也可以是包含n型雜質的n型活性層,只要活性層的帶隙比n型包覆層30c及之后說明的p型包覆層30e的帶隙更小即可。
活性層30d的上表面形成有p型包覆層30e。p型包覆層30e具有將電子限制于活性層30d的功能。p型包覆層30e在鋁鎵砷(AlGaAs)中摻雜例如作為p型雜質的鋅(Zn)、鎂(Mg)或碳(C)等,p型雜質的摻雜濃度例如被設為1×1016~1×1020atoms/cm3程度。活性層30d的厚度例如被設為0.2~0.5μm程度。本例中,作為p型雜質,以1×1019~5×1020atoms/cm3的摻雜濃度摻雜有鎂(Mg)。
p型包覆層30e的上表面形成有p型接觸層30f。p型接觸層30f在鋁鎵砷(AlGaAs)中摻雜了例如作為p型雜質的鋅(Zn)、鎂(Mg)或碳(C)等,p型雜質的摻雜濃度例如被設為1×1016~1×1020atoms/cm3程度。p型接觸層30f的厚度例如被設為0.2~0.5μm程度。
p型接觸層30f的上表面配置有發光元件用的第2電極31b。而且,發光元件3a經由第2電極31b并通過引線接合或倒裝芯片連接等而與基板2電連接。p型接觸層30f具有降低與p型接觸層30f所連接的第2電極31b的接觸電阻的功能。
另外,如果第1電極31a按每個發光元件而作為獨立電極設置,那么第2電極31b無需按每個發光元件來設置,只要設置至少1個共用的第2電極31b即可。想當然,也可以將第1電極31a作為共用電極、將第2電極31b作為獨立電極而設置于每個發光元件。
再有,p型接觸層30f的上表面也可以形成具有防止p型接觸層30f的氧化的功能的帽蓋層。帽蓋層例如由不包含雜質的鎵砷(GaAs)來形成。帽蓋層的厚度例如被設為0.01~0.03μm程度。
第2電極31b例如由將金(Au)或鋁(Al)、和作為密接層的鎳(Ni)、鉻(Cr)或鈦(Ti)組合而得的AuNi、AuCr、AuTi或AlCr合金等來形成。第2電極31b的厚度例如被設為0.5~5μm程度。第2電極31b被配置在形成為從半導體基板30的上表面覆蓋至p型接觸層30f的上表面的絕緣層8之上,因此與半導體基板30及p型接觸層30f以外的半導體層被電絕緣。
這樣構成的發光元件3a,通過向第1電極31a與第2電極31b之間施加偏壓,從而活性層30d發光,由此作為光的光源起作用。
如圖2(b)所示,受光元件3b是通過在半導體基板30的上表面的表層設置p型的半導體區域32而與n型的半導體基板30形成pn結來構成的。p型的半導體區域32是使p型雜質以高濃度擴散至半導體基板30而形成的。作為p型雜質,例如能列舉鋅(Zn)、鎂(Mg)、碳(C)、硼(B)、銦(In)或硒(Se)等。p型雜質的摻雜濃度例如被設為1×1016~1×1020atoms/cm3。本例中,硼(B)作為p型雜質而被擴散,以使得p型的半導體區域32的厚度為0.5~3μm程度。
p型的半導體區域32與受光元件用的第3電極33a電連接。再有,雖然并未圖示,但作為n型半導體的半導體基板30電連接著受光元件用的第4電極33b。第3電極33b既可以形成于半導體基板30的上表面之中與p型的半導體區域32離開的位置,也可以形成于半導體基板30的下表面。
第3電極33a隔著絕緣層8而被配置于半導體基板30的上表面,因此與半導體基板30被電絕緣。而且,第3電極33a形成為包圍p型的半導體區域32。
第3電極33a及第4電極33b例如由金(Au)與鉻(Cr)的合金、鋁(Al)與鉻(Cr)或鉑(Pt)與鈦(Ti)的合金等來形成。第3電極33a及第4電極33b的厚度例如被設為0.5~5μm程度。
對于這樣構成的受光元件3b而言,若光入射至p型的半導體區域32,則因光電效應而產生光電流,經由第3電極33a將該光電流取出,由此作為光檢測部起作用。另外,如果向第3電極33a與第4電極33b之間施加反向偏壓,則受光元件3b的光檢測靈敏度升高,因此是優選的。
外壁4雖然并未圖示、但經由粘接劑9而被連接于基板2的上表面,以便包圍受光發光元件陣列3。而且,具有防止發光元件3a發出的光向朝著被照射物的方向以外散射、或防止有被照射物反射的光以外的光入射至受光元件3b,由此保護基板2及受光發光元件陣列3不受外部環境影響的功能。
外壁4只要由相對于發光元件3a射出的光而言透光性低的材料構成即可。作為這種材料,由聚丙烯樹脂(PP)、聚苯乙烯樹脂(PS)、氯乙烯樹脂(PVC)、聚對苯二甲酸乙二酯樹脂(PET)、丙烯腈/丁二烯/苯乙烯樹脂(ABS)等的通用塑料、聚酰胺樹脂(PA)、聚碳酸酯樹脂(PC)等的工程塑料、液晶聚合物等的超級工程塑料、及鋁(Al)、鈦(Ti)等的金屬材料來形成。
另外,本例的外壁4的進深及寬度的尺寸雖然和基板2的進深及寬度的尺寸相同,但無需一定要和基板2的尺寸相同,只要是至少發光元件3a及受光元件3b被覆蓋的尺寸即可。
中間壁5在由外壁4的內側構成的容納空間4a中被配置于形成了發光元件3a的區域和形成了受光元件3b的區域之間。即,夾著中間壁5,發光元件3a位于一側、受光元件3b位于另一側。
中間壁5具有防止發光元件3a發出的光不會由被照射物反射而向受光元件3b入射的功能。
中間壁5被配置為與受光發光元件陣列3及基板2并不接觸。具體是,中間壁5與基板2的上表面2a空出間隔地配置在基板2的上方。通過這樣配置,從而即便受光發光元件模塊1因驅動而發熱、或從外部環境受熱,中間壁5因熱膨脹而使尺寸延展,也不會與形成有發光元件3a及受光元件3b的受光發光元件陣列3、及基板2抵接,因此能夠維持發光元件3a及受光元件3b的位置關系,能夠提高傳感性能。
中間壁5具有:位于發光元件3a側的第1側面5a、位于受光元件3b側的第2側面5b、和第1側面5a及第2側面5b所連接的下表面5c。中間壁5的下表面5c與基板2的上表面2a對置,與基板2的上表面2a空出間隔地配置。
本例的第1側面5a及第2側面5b沿著受光發光元件陣列3的上表面的法線方向、以及發光元件3a及受光元件3b各自的排列方向配置。再有,本例的第1側面5a及第2側面5b與外壁4抵接。具體是,第1側面5a及第2側面5b從外壁4的內面之中的一個主面向與該一個主面對置的另一主面延展,由此與外壁4的一個主面及另一主面連接。
另外,本例的第1側面5a及第2側面5b無需一定要與外壁4抵接,只要能夠使外壁4的內部空間4a與發光元件3a側及受光元件3b側所對應的空間分隔開,也可以是任何形狀。其中,發光元件3a及受光元件3b的排列方向的長度需要至少為發光元件3a的列的長度以上的長度。
中間壁5的下表面5c為凸狀。即,中間壁5的下表面5c,在發光元件3a、受光元件3b及中間壁5的上下方向(Z軸方向)進行切斷的剖面中為凸狀。結果,能夠減少發光元件3a的光在中間壁5的下表面5c反射而入射至受光元件3b的狀況。
即,來自發光元件3a的射出光向上方擴展地前進。該射出光之中從下表面5c的頂點部入射到發光元件3a側的光,和下表面5c與XY平面大致并行的情況相比,能夠向發光元件3a側反射。再有,能夠使發光元件3a的射出光之中從中間壁5的下表面5c的頂點部向受光元件3b側直進的光難以入射至中間壁5的下表面5c。因而,能夠減少來自發光元件3a的光的一部分在下表面5c反射而到達受光元件3b的狀況。
換言之,通過中間壁5,根據光相對于Z方向的射出角度將來自發光元件3a的光分為至少3種:到達第1透鏡6a的光;被第1傾斜面5c1反射而向未形成受光元件3b的區域反射的光;以及通過第2傾斜面5c2而被引導為向中間壁5的另一側逸出的光,能夠減少作為雜散光向受光元件3b入射的狀況。為此,對于受光發光元件模塊1而言,能夠抑制雜散光的影響并使傳感性能高。
另外,“XY平面”設為與基板2的上表面2a平行的面,將穿通發光元件3a與受光元件3b的方向設為X方向。
具體是,本例的下表面5c與基板2的上表面2a對置,且具備從第1側面5a起連續的第1傾斜面5c1、及從第1傾斜面5c1到第2側面5b連續的第2傾斜面5c2。再有,本例的第1側面5a及第2側面5b和外壁4的一個主面及另一主面連接,因此中間壁5的下表面5c從外壁4的一個主面向另一主面連續。換言之,中間壁5之中下表面5c的部分的形狀形成為三棱柱狀,是三棱柱的底面連接至外壁4的一個主面及另一主面的形狀。
另外,本例的下表面5c中,上述的“從下表面5c的頂點部起發光元件3a側”是第1傾斜面5c1,“從下表面5c的頂點部起受光元件3b側”是第2傾斜面5c2。再有,將第1傾斜面5c1與第2傾斜面5c2相交而成為頂點的部位設為交點5c3。
第1傾斜面5c1傾斜,以使得從交點5c3起隨著在X方向上接近于發光元件3a,從第1傾斜面5c1向上表面2a垂下的垂線的長度變長。同樣,第2傾斜面5c2傾斜,以使得從交點5c3起隨著在X方向上接近于受光元件3b,從第2傾斜面5c2向上表面2a垂下的垂線的長度變長。換言之,第1傾斜面5c1傾斜,以使得隨著在X方向上接近于發光元件3a,在Z方向上與發光元件3a的距離變大。同樣,第2傾斜面5c2傾斜,以使得隨著在X方向上接近于受光元件3b,在Z方向上的到受光元件3b的距離變大。
其中,“Z方向”是與上表面2a垂直的方向即厚度方向。
如上述,通過將下表面5c由這2個傾斜面(5c1、5c2)來構成,從而即便發光元件3a發出的光入射至下表面5c,也能夠抑制在受光元件3b側作為雜散光而漏泄。
而且,來自發光元件3a的射出光之中相對于Z方向的角度大的光通過第2傾斜面5c2而能夠向夾著中間壁5的相反側逸出。由此,能夠抑制來自發光元件3a的光的一部分在下表面5c反射而到達受光元件3b。
再有,與由在一個方向上傾斜的傾斜面來構成下表面5c的全部的情況相比,通過由在不同的方向上傾斜的2個傾斜面(5c1、5c2)構成,從而能夠縮小抑制雜散光所需的Z方向的尺寸,結果,能夠使受光發光元件模塊1低厚度化。
或者,下表面5c具有2個傾斜面(5c1、5c2),由此與由在一個方向傾斜的傾斜面來構成下表面5c的全部的情況相比,能夠在Z方向的尺寸保持相同不變的狀態下增大中間壁5的厚度。結果,能夠提高中間壁5的遮光性。
這種中間壁5也可以位于對發光元件3a的發光點與下表面5c的頂點進行連結的虛擬線的上方。具體是,中間壁5如圖3所例示的,也可以增大第2傾斜面5c的傾斜角度α。即,若將穿過發光元件3a的任意的發光點和受光元件3b的任意的受光點的線設為第1虛擬直線L1,將穿過發光點與交點5c3的線設為第2虛擬直線L2、將第2傾斜面5c2的延長線設為第3虛擬直線L3,則第2傾斜面5c2的角度α是L1與L3所成的角度,使該角度α比L1與L2所成的角度β大。
通過使角度α比角度β大,從而來自發光元件3a的射出光之中相對于Z方向的角度大的光不會因第2傾斜面5c2而與中間壁5發生沖突,能夠朝向Z方向上方并夾著中間壁5而向相反側逸出。由此,能夠抑制來自發光元件3a的光的一部分在下表面5c反射后到達受光元件3b。
另外,因為活性層30d發光,所以發光元件3a的“發光點”指的是活性層30d的任意點。再有,因為在半導體區域32的表面受光,所以受光元件3b的“受光點”指的是半導體區域32的表面的任意點。
再有,也可以使第1傾斜面5c1的算術平均粗糙度比第1側面5a的算術平均粗糙度大。該情況下,朝向第1透鏡6a的光不會自原本的行進方向變化就能夠到達,通過使到達第1傾斜面5c1的光散射,從而能夠抑制雜散光。
為了增大第1傾斜面5c1的算術平均粗糙度,只要以機械方式粗磨第1傾斜面5c1、或照射等離子體等以物理方式進行粗磨即可。
中間壁5的下表面5c的頂點和發光元件3a的發光點的距離D1也可以比中間壁5的下表面5c的頂點和受光元件3b的受光點的距離D2更小。即,如圖7所示,中間壁5的下表面5c的頂點也可以位于發光元件3a的近旁。結果,能夠使下表面5c的頂點遠離受光元件3b,能夠減少發光元件3a的光在中間壁5的下表面5c的頂點部進行漫反射而向受光元件3b入射的狀況。另外,圖7中の虛線是表示D1、D2的輔助線。
再有,第1傾斜面5c1如果是在相同的方向上傾斜的傾斜面,那么也可以組合2個以上。該情況下,發光元件側面5a所連接的一側的傾斜面與交點5c3所連接的一側的傾斜面相比,傾斜角度變大為佳。第2傾斜面5c2也同樣。
再有,第1傾斜面5c1也可以在發光元件側面5a所連接的部位、或交點5c3所連接的部位處傾斜角發生變化,或者一部分成為曲面。第2傾斜面5c2也同樣。
還有,本例的下表面5c雖然具有傾斜面5c1、5c2,但下表面5c也可以不是傾斜面而在凸部的一部分具有凹部。
這種中間壁5與外壁4同樣,由聚丙烯樹脂(PP)、聚苯乙烯樹脂(PS)、氯乙烯樹脂(PVC)、聚對苯二甲酸乙二酯樹脂(PET)、丙烯腈/丁二烯/苯乙烯樹脂(ABS)等的通用塑料、聚酰胺樹脂(PA)、聚碳酸酯樹脂(PC)等的工程塑料、液晶聚合物等的超級工程塑料、及鋁(Al)或鈦(Ti)等的金屬材料形成。
上壁7配置為覆蓋基板2及受光發光元件陣列3。本例的上壁7配置為與外壁4的上端抵接。而且,在與發光元件3a及受光元件3b對應的位置處具有貫通孔7a、7b。貫通孔7a、7b作為使來自發光元件3a的光朝向被照射物并在外部取出、將來自被照射物的反射光引導至受光元件3b的功能、及之后說明的透鏡6a、6b的支承體起作用。
其中,該情況下,中間壁5形成于貫通孔7a、7b之間。
上壁7與外壁4及中間壁5同樣,由聚丙烯樹脂(PP)、聚苯乙烯樹脂(PS)、氯乙烯樹脂(PVC)、聚對苯二甲酸乙二酯樹脂(PET)及丙烯腈/丁二烯/苯乙烯樹脂(ABS)等的通用塑料、或聚酰胺樹脂(PA)、聚碳酸酯樹脂(PC)等的工程塑料、或液晶聚合物等的超級工程塑料、或鋁(A1)或鈦(Ti)等的金屬材料形成。
其中,本申請的外壁4、中間壁5及上壁7利用聚碳酸酯樹脂(PC)通過注塑成型而一體地形成。
第1透鏡6a及第2透鏡6b與上壁7的貫通孔7a、7b對應地配置,且分別具有將發光元件3a發出的光聚光的功能、和將由被照射物反射的光聚光的功能。通過具有第1透鏡6a及第2透鏡6b,從而即便在受光發光元件模塊1與被照射物的距離增長的情況下也能提高傳感性能。
第1透鏡6a及第2透鏡6b的材質,可列舉硅樹脂、氨基甲酸酯樹脂以及環氧樹脂等的熱固化性樹脂、或聚碳酸酯樹脂以及丙烯酸樹脂等的熱塑性樹脂等塑料、或者藍寶石及無機玻璃等。
本例的第1透鏡6a及第2透鏡6b是由硅樹脂形成的圓柱形透鏡,在貫通孔7a及貫通孔7b的長邊方向、與沿著受光發光元件陣列3所形成的受光元件3a的列及發光元件3b的列的方向正交的方向上具有曲率。第1透鏡6a及第2透鏡6b向上壁7的組裝只要通過硅樹脂等有機粘接劑等來進行即可。
本例中,使連結了發光元件3a的發光部的中心的直線及連結了受光元件3b的受光部的中心的直線、和第1透鏡6a及第2透鏡6b的光軸分別大體一致,光軸和從受光發光元件陣列3的上表面朝向上方的法線方向大體一致。通過采取這種構成,從而能夠以較高的照度向被照射物照射從發光元件3a發出的光,能夠提高發光元件3a發出的光由被照射物反射后通過受光元件3b進行受光時的照度,因此能夠實現靈敏度高、也就是說傳感性能高的受光發光元件模塊1。
在此,受光部的中心指的是從p型的半導體區域32a側俯視半導體基板30時的p型的半導體區域32a的中心。同樣,發光部的中心指的是從p型接觸層30f側俯視半導體基板30時的活性層30d的中心。在活性層30d的上表面層疊著p型包覆層30e及p型接觸層30f等,因此不能直接觀察活性層30d的中心,為此即便將p型接觸層30f的中心視為活性層30d的中心也是沒有問題的。究其原因,如上述,半導體層的各層非常薄,因此即便用于形成發光元件陣列3a的蝕刻和用于將n型接觸層30b的上表面的一部分露出的蝕刻獨立地被進行,在從p型接觸層30f側進行平面透視時,p型接觸層30f的中心和活性層30d的中心也會大體一致。
再有,本例的第1透鏡6a及第2透鏡6b雖然是圓柱形透鏡,但也可以是與受光元件3a及發光元件3b各自對應的平凸透鏡。
另外,本例中,雖然具有上壁7、第1透鏡6a及第2透鏡6b,但在受光發光元件模塊1與被照射物被近距離設置的情況下等,也可以不設置第1透鏡6a及第2透鏡6b,上壁7也沒有必要非得設置。
(傳感器裝置)
接著,對具備受光發光元件模塊1的傳感器裝置100進行說明。以下以將受光發光元件模塊1適用于復印機或打印機等圖像形成裝置中的對附著在中間轉印帶V上的調色劑T(被照射物)的位置進行檢測的傳感器裝置的情況為例來說明。
如圖4所示,本例的傳感器裝置100被配置成受光發光元件模塊1的形成了發光元件3a及受光元件3b的面和中間轉印帶V對置。而且,從發光元件3a向中間轉印帶V上的調色劑T照射光。本例中,將棱鏡P1配置于發光元件3a的上方、還將棱鏡P2配置于受光元件3b的上方,從發光元件3a被發出的光經由第1透鏡6a而在棱鏡P1折射后入射至中間轉印帶V上的調色劑T。而且,該入射光L1所對應的規則反射光L2在棱鏡P2發生折射,經由第2透鏡6b而被受光元件3b受光。受光元件3b中根據所接受的光的強度而產生光電流,并經由受光元件側第1電極33a等在外部裝置檢測該光電流。
本例的傳感器裝置100中,如以上那樣能夠檢測依據于來自調色劑T的規則反射光的強度的光電流。為此,例如在從自受光元件3b的列的一端側起第n個受光元件中檢測的光電流值最大的情況下,能夠檢測中間轉印帶V上的調色劑T的位置,以使得調色劑T位于第n個受光元件3b所對應的位置。另外,由于規則反射光的強度也與調色劑T的濃度對應,故根據所產生的光電流的大小,也能檢測調色劑T的濃度。同樣,規則反射光的強度也與從受光發光元件陣列3到調色劑T的距離對應,因此根據所產生的光電流的大小,也能檢測受光發光元件陣列3與調色劑T的距離。
根據本例的傳感器裝置100,能夠達到受光發光元件模塊1所具有的上述效果。
(變形例1:受光發光元件模塊1A)
上述的例子中,對使用了殼體20的從上壁7向下方延展的中間壁5的例子進行了說明,但未被限定于本例。例如,如圖5所示的受光發光元件模塊1A那樣,也可以使上壁7A的一部分具備中間壁5A的功能。
受光發光元件模塊1A在具有受光發光元件模塊1、和殼體20A、透鏡6A這一點不同,其他部分是同樣的。以下,僅對不同點進行說明。
殼體20A具備外壁4A與上壁7A。外壁4A與上壁7A一體地形成。而且,在上壁7A,在發光元件3a、受光元件3b所對應的位置處形成有第1開口部7Aa、第2開口部7Ab。該第1及第2開口部7Aa、7Abは、分別作為用于使來自受光元件3a的光向外部射出、或將來自非照射物的反射光向受光元件3b引導的光闌起作用。為此,第2開口部7Ab呈開口直徑從厚度方向的中途朝向上方逐漸地擴寬的形狀。
上壁7A之中該第1開口部7Aa與第2開口部7Ab之間的區域作為中間壁5A起作用。即,中間壁5A的下表面5Ac與面對于容納空間4a的上壁7A的下表面的其他部位相比不會突出。
通過這樣形成,從而能夠使上壁7A接近受光發光元件陣列3,因此能夠使受光發光元件模塊1A低厚度化。再有,通過使光闌接近發光元件3a、受光元件3b配置,從而能夠有效地使用來自發光元件3a的光且將反射光高精度地向受光元件3b引導,因此能夠提供傳感性能高的受光發光元件模塊1A。進而,由于中間壁5A不會變成突起部,故也不存在與半導體基板30抵接而損傷基板的擔憂,能夠提供可靠性高的受光發光元件模塊1A。
另外,在形成第2開口部7Ab的壁面之中,與作為中間壁5A起作用的部分對置的區域7Ab1只要不是開口直徑朝向厚度方向的下方逐漸地擴寬的傾斜面,就沒有特別地被限定。這是因為:若將區域7Ab1做成開口直徑朝向厚度方向的下方逐漸地擴寬的傾斜面,則沿著虛擬直線L2而進入中間壁5A的另一側的光在受光元件3b側(下側)會被反射。
為此,優選區域7Ab1做成開口直徑朝向上方擴寬的傾斜面、或與Z方向大致平行(與主面垂直)。本例中,雖然在區域7Ab1的上方側成為開口直徑朝向上方擴寬的傾斜面,但與第2虛擬直線L2的交叉部7Ad變為與Z方向大致平行。
通過這樣構成,從而利用第2傾斜面5Ac2,例如使沿著虛擬直線L2而進入中間壁5A的另一側的光向上方反射,并能夠向容納空間4Aa的外側引導。進而,通過這樣構成,從而能夠將開口直徑維持恒定,因此能夠抑制第2開口部7Ab的上方的開口直徑變得過大、或下方的開口直徑變得過小而損壞作為光闌的功能。
另外,形成于上壁7A的第1開口部7Aa、第2開口部7Ab的上方因與后述的透鏡6A的關系而需要嚴密控制開口直徑等開口位置。為此,第1傾斜面5Ac1、第2傾斜面5Ac2若形成到上壁7A的厚度的上方附近為止,則有可能影響作為光闌的功能。再有,通過多多地形成傾斜面,從而上壁7A的強度下降,有可能導致可靠性的下降。為此,第1傾斜面5Ac1、第2傾斜面5Ac2比上壁7A的厚度的一半靠下側,更優選形成于下側的厚度的1/4以下的區域。
透鏡6A將第1透鏡6Aa、第2透鏡6Ab、支承部6Ac和柱部6Ad一體地形成。支承部6Ac為板狀,將第1透鏡6Aa與第2透鏡6Ab保持在其面內。而且,在支承部6Ac的角部中,配置有向其下方延伸的至少2個柱部6Ad。在此,在基板2A及殼體20A的寬幅的外壁4A,形成有貫通孔2Ab、貫通孔4Ab。通過將柱部6Ad插入這些貫通孔2Ab、4Ab,從而能夠以1個基準來定位基板2A、殼體20A與透鏡6A并配置于所期望的位置。
通過使用這種透鏡6A,從而由于小型且位置精度高而能夠得到傳感性能高的受光發光元件模塊1A。
進而,在受光發光元件模塊1、1A中,設定第1傾斜面5c1的角度,以使得來自發光元件3a的光在第1傾斜面5c1的交點5c3進行了規則反射時的反射光不會入射至受光元件3b。
具體是,如圖6所示,在將發光元件3a中的發光點與受光元件3b中的受光點的距離設為L、將從交點5c3到穿過發光點及受光點的第1虛擬直線L1的垂線為止的距離設為h、將從發光點到沿著第1虛擬直線的垂線為止的距離設為L0、將垂線與自該垂線起的第1傾斜面5c1所成的角設為γ時,只要調整第1傾斜面5c1的角度即可,以便滿足:
L>L0+h×tan{2γ-tan-1(h/L0)-90}(h>0)。
再有,受光發光元件模塊1、1A中,將第1傾斜面5c1、5Ac1與第2傾斜面5c2、5Ac2所成的角度設為鈍角最佳。通過采取這種構成,從而對中間壁5進行樹脂成型之際樹脂變得容易回繞,能夠高精度地制造成所期望的形狀。再有,由于兩傾斜面5c1、5Ac1、5c2、5Ac2相對于基板2的上表面成平放的角度,故能夠縮短中間壁5的厚度方向(Z方向)中的長度,能夠使受光發光元件模塊1低厚度化。進而,能夠抑制交點5c3、5Ac3與半導體基板30接觸而損壞半導體基板30。
(變形例2)
上述的例子中,以半導體基板20被安裝在基板2的情況為例進行了說明,但未被限定于此。例如,也可以隔著散熱構件等的臺座部而將半導體基板20安裝于基板2上。再有,殼體20也可以不連接于基板2上,例如也可以連接于半導體基板20上。
以上,雖然表示了本發明的具體實施方式的例子,但本發明并未被限定于此,在不脫離本發明的主旨的范圍內能夠實施各種變更。