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CN105830233A - 受光发光元件模块以及使用该受光发光元件模块的传感器装置 - Google Patents

受光发光元件模块以及使用该受光发光元件模块的传感器装置 Download PDF

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CN105830233A CN201480068544.XA CN201480068544A CN105830233A CN 105830233 A CN105830233 A CN 105830233A CN 201480068544 A CN201480068544 A CN 201480068544A CN 105830233 A CN105830233 A CN 105830233A
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Abstract

受光发光元件模块(1)具有：基板(30)；发光元件(3a)，其位于基板(30)的1个主面(30s)；受光元件(3b)，其位于基板的1个主面(30s)，且与发光元件(3a)并列配置在第1方向上；和光学元件(4)，其与基板(30)的1个主面(30s)隔开间隔地配置，并且具有与1个主面(30s)相对的第1主面(4s1)和与第1主面(4s1)相反的一侧的第2主面(4s2)，其中，光学元件(4)包含将来自发光元件(3a)的光导向被对象物的第1透镜(4a)、和将由被对象物反射的光导向受光元件(3b)的第2透镜(4b)，第1透镜(4a)和第2透镜(4b)并列配置在第1方向上，并且在第1主面(4s1)以及第2主面(4s2)当中的至少一个主面侧，构成第1透镜(4a)的曲面和构成第2透镜(4b)的曲面在其中途相互交叉。

Description

受光发光元件模块以及使用该受光发光元件模块的传感器装置
技术领域
本发明涉及受光发光元件模块以及使用该受光发光元件模块的传感器装置。
背景技术
以往，提出有各种传感器装置，从发光元件向被照射物照射光，由受光元件接受相对于向被照射物入射的光的镜面反射光和漫反射光，由此来检测被照射物的特性。该传感器装置被利用在广泛的领域中，例如，在涉及到光电断路器(Photointerrupter)、光电耦合器(Photocoupler)、遥控组件(RemoteControlUnit)、IrDA(InfraredDataAssociation，红外数据协会)通信设备、光纤通信用装置、还有原稿尺寸传感器等多方面的应用中被运用。
作为这样的传感器装置，例如，使用在同一基板上分别安装发光元件以及受光元件并设置分别与发光元件以及受光元件相应的透镜的传感器装置(例如，参考JP专利第2939045号公报)。
但是，近年来，需要更高的感测性能，即使使用上述文献所记载的传感器装置也很难实现所期望的性能。因此，谋求具有更高的感测性能的传感器装置以及实现该传感器装置的受光发光元件模块。
本发明鉴于上述情况而完成，其目的在于，提供一种感测性能高的受光发光元件模块以及使用该受光发光元件模块的传感器装置。
发明内容
本发明的受光发光元件模块具有：基板；发光元件，其位于所述基板的1个主面；受光元件，其位于所述基板的1个主面，且与所述发光元件并列配置在第1方向上；和光学元件，其与所述基板的所述1个主面隔开间隔地配置，并且具有与所述1个主面相对的第1主面和与所述第1主面相反的一侧的第2主面，其中，在该受光发光元件模块中，所述光学元件包含将来自所述发光元件的光导向被对象物的第1透镜和将由所述被对象物反射的光导向所述受光元件的第2透镜，所述第1透镜和所述第2透镜并列配置在所述第1方向上，并且在所述第1主面以及所述第2主面当中的至少一个主面侧，构成所述第1透镜的曲面和构成所述第2透镜的曲面在其中途相互交叉。
本发明的传感器装置具有：上述的受光发光元件模块和控制用电路，其中，该控制用电路与所述受光发光元件模块电连接，并对所述受光发光元件模块进行控制，该传感器装置的特征在于，从所述发光元件对被照射物照射光，根据对应于来自该被照射物的反射光而输出的来自所述受光元件的输出电流，检测所述被照射物的位置信息、距离信息以及表面信息当中的至少一者。
根据本发明的受光发光元件模块，能实现高感测性能。另外，根据使用了这样的受光发光元件模块的传感器装置，能通过高感测性能得到高精度的信息。
附图说明
图1(a)是表示本实施方式所涉及的受光发光元件模块的一例的截面图，图1(b)是主要部分顶视图。
图2(a)是构成图1所示的受光发光元件模块的发光元件的截面图。图2(b)是构成图1所示的受光发光元件模块的受光元件的截面图。
图3是表示光学元件的变形例的示意图。
图4(a)、(b)分别是表示图1所示的受光发光元件模块的变形例的示意截面图以及顶视图。
图5(a)、(b)分别是表示光学元件的变形例的示意图。
图6是表示光学元件的变形例的示意图。
图7(a)、(b)分别是表示光学元件的变形例的示意图。
图8是示意性表示使用图1所示的受光发光元件模块的传感器装置的实施方式的一例的概略截面图。
图9是表示使用本实施方式所涉及的受光发光元件模块的传感器装置和使用比较例所涉及的受光发光元件模块的传感器装置作用下的被照射物的表面状态与由受光元件检测的光电流的大小之间的相关的简图。
具体实施方式
以下，参考附图来说明本发明的受光发光元件模块以及使用该受光发光元件模块的传感器装置的实施方式的示例。另外，以下的例子例示出本发明的实施方式的一例，本发明并不限定于这些实施方式。
(受光发光元件模块)
图1(a)以及(b)所示的受光发光元件模块1被组装到例如复印机或打印机等图像形成装置，作为检测墨粉或媒介等被照射物的位置信息、距离信息或表面信息等的传感器装置起作用。另外，受光发光元件模块1例如还能作为检测被压实的粉状体或生物的皮肤等的表面信息的传感器装置、或者检测纸等的位置信息来计量纸等的数目等的装置来运用。另外，在图1(b)中，为了使各构成要素的位置关系清楚，用虚线示出发光元件3a的发光部、受光元件3b的受光部。
受光发光元件模块1具有：布线基板2、配置在布线基板2的上表面的受光发光元件3、和光学元件4。受光发光元件3具有：基板30、和位于基板30的1个主面30s的发光元件3a以及受光元件3b。光学元件4与基板30的1个主面30s隔开间隔地配置。在此，为了方便起见，将与1个主面30s平行的面设为XY平面，将基板30的厚度方向设为Z方向。另外，有时还将X方向称为第1方向，将Y方向称为与第1方向正交的第2方向。在1个主面30s上，将发光元件3a和受光元件3b并列的方向设为第1方向(X方向)。
在本实施方式中，对1个发光元件3a设置2个受光元件3b。具体来说，1个发光元件3a和2个受光元件3b按照受光元件3b、发光元件3a、受光元件3b的顺序在X方向上配置成一列，2个受光元件3b夹着1个发光元件3a。另外，在本说明书中，为了方便起见，有时将2个受光元件3b称作受光元件3b1、受光元件3b2。在本实施方式中，由受光元件3b1检测来自被照射物的镜面反射光，由受光元件3b2检测来自被照射物的漫(散射)反射光。受光元件3b1、发光元件3a以及受光元件3b2以使Y方向上的中心对齐的方式排列在X方向上。
这样的发光元件3a、受光元件3b一体地形成在1个基板30的1个主面30s。通过设为这样的构成，就能将发光元件3a和受光元件3b配置在给定的位置，从而能提高感测性能。另外，与发光元件3a、受光元件3b被个别安装的情况相比，能将两者接近配置。由此，能提供小型的受光发光元件模块1。另外，在本实施方式中，使用使发光元件3a以及2个受光元件3b与基板30一体地形成的构成，但也可以是发光元件3a以及受光元件3b分别为1个，也可以是发光元件3a以及受光元件3b分别被个别地安装，也可以是将多个发光元件3a一体形成后得到的发光元件阵列以及多个受光元件3b一体形成后得到的受光元件阵列排列而成的构成，还可以是这些形式的组合。
光学元件4在Z方向上与基板30的1个主面30s隔开间隔地配置。并且，光学元件4具有：与基板30的1个主面30s相对的第1主面4s1；和位于与第1主面4s1相反的一侧的第2主面4s2。另外，第2主面4s2换言之是与被对象物相对的主面。
光学元件4由保持体5保持，该保持体5具有包围形成发光元件3a、受光元件3b的区域的侧壁。保持体5可以由遮光性材料构成，以使得来自外部的光不会不经由光学元件4就向受光元件3b入射。
光学元件4包含：用于将来自发光元件3a的光导向被对象物的第1透镜4a；和用于将由被对象物反射的光导向受光元件3b的第2透镜4b。在本实施方式中，具有：与受光元件3b1对应的第2透镜4b1；和与受光元件3b2对应的第2透镜4b2。第1透镜4a和第2透镜4b并列配置在第1方向上。另外，构成第1透镜4a的曲面和构成第2透镜4b的曲面以交叉的方式在曲面的中途被相互接合。在本实施方式中，在第1方向上，第2透镜4b1、第1透镜4a以及第2透镜4b2并列配置，且被相互接合。另外，在本实施方式中，第1透镜4a、第2透镜4b分别形成为：在第2方向上，透镜的曲面不与其他透镜相接合。
以下详细说明各部位。
布线基板2与受光发光元件3以及控制用电路101分别电连接，作为用于对形成于受光发光元件3的发光元件3a以及受光元件3b施加偏压、或在受光发光元件3与控制用电路101之间进行电信号的授受的布线基板起作用。
基板30在该示例中由一导电型的半导体材料形成。虽然对一导电型的杂质浓度并没有限定，但期望有高电阻。在本实施方式中，对硅(Si)基板使用以1×1017～2×1017atoms/cm3的浓度包含磷(P)作为一导电型的杂质的n型的硅(Si)基板。作为n型的杂质，除了磷(P)以外，例如列举出氮(N2)、砷(As)、锑(Sb)以及铋(Bi)等，掺杂浓度被设为1×1016～1×1020atoms/cm3。以下，将n型作为一导电型(一導電型)，将p型作为逆导电型(逆導電型)。
在基板30的上表面，在第1方向上以列状配置有发光元件3a、和夹着该发光元件3a的2个受光元件3b。发光元件3a作为对被照射物照射的光的光源起作用，从发光元件3a发出的光由被照射物反射而入射到受光元件3b。受光元件3b作为检测光的入射的光检测部起作用。
发光元件3a如图2(a)所示，是层叠了多个半导体层的层叠体。发光元件3a是通过在基板30的上表面层叠多个半导体层而形成的。发光元件3a的具体构成在下述中说明。
首先，在基板30的上表面形成缓冲层30a，该缓冲层30a对基板30和层叠于基板30的1个主面30s的半导体层(在本实施方式的情况下是之后说明的n型接触层30b)的晶格常数之差进行缓冲。缓冲层30a具有以下作用：通过缓冲基板30和形成于基板30的1个主面30s的半导体层的晶格常数之差，来减少在基板30与半导体层之间发生的晶格应变等晶格缺陷，进而减少形成于基板30的1个主面30s的半导体层整体的晶格缺陷或晶体缺陷。另外，缓冲层30a以及形成在其上表面的半导体层通过MOCVD(金属有机化学气相沉积：Metal-organicChemicalVaporDeposition)法形成即可。
本实施方式的缓冲层30a由不含杂质的砷化镓(GaAs)形成，其厚度为2～3μm程度。另外，在基板30和层叠于基板30的1个主面30s的半导体层的晶格常数之差不大的情况下，能省略缓冲层30a。
在缓冲层30a的上表面形成n型接触层30b。n型接触层30b在砷化镓(GaAs)中掺杂作为n型杂质的硅(Si)或硒(Se)等，掺杂浓度被设为1×1016～1×1020atoms/cm3程度，并且其厚度被设为0.8～1μm程度。
在本实施方式中，以1×1018～2×1018atoms/cm3的掺杂浓度来掺杂硅(Si)作为n型杂质。n型接触层30b的上表面的一部分露出，在该露出的部分经由发光元件侧的第1电极31a通过引线键合(wirebonding)或倒装芯片(flipchip)连接等与布线基板2电连接。n型接触层30b具有降低与连接到n型接触层30b的发光元件侧的第1电极31a之间的接触电阻的作用。
发光元件侧的第1电极31a例如使用金(Au)锑(Sb)合金、金(Au)锗(Ge)合金或Ni系合金等以其厚度为0.5～5μm程度来形成。与此同时地，由于配置在以从基板30的上表面起覆盖n型接触层30b的上表面的方式而形成的绝缘层8之上，因此与基板30以及n型接触层30b以外的半导体层电绝缘。
绝缘层8例如由氮化硅(SiNx)或氧化硅(SiO2)等无机绝缘膜、聚酰亚胺等有机绝缘膜等形成，其厚度被设为0.1～1μm程度。
在n型接触层30b的上表面形成n型包覆层(claddinglayer)30c，具有将空穴限制在之后说明的活性层30d的作用。n型包覆层30c在铝砷化镓(AlGaAs)中掺杂作为n型杂质的硅(Si)或硒(Se)等，掺杂浓度被设为1×1016～1×1020atoms/cm3程度，并且其厚度被设为0.2～0.5μm程度。在本实施方式中，以1×1017～5×1017atoms/cm3的掺杂浓度来掺杂硅(Si)作为n型杂质。
在n型包覆层30c的上表面形成活性层30d，作为通过电子、空穴等载流子集中并重新结合而发光的发光层起作用。活性层30d是不含杂质的铝砷化镓(AlGaAs)，并且其厚度被设为0.1～0.5μm程度。另外，虽然本实施方式的活性层30d是不含杂质的层，但也可以是包含p型杂质的p型活性层，还可以是包含n型杂质的n型活性层，只要活性层的带隙小于n型包覆层30c以及之后说明的p型包覆层30e的带隙即可。
在活性层30d的上表面形成p型包覆层30e，具有将电子限制在活性层30d的左右。p型包覆层30e在铝砷化镓(AlGaAs)中掺杂作为p型杂质的锌(Zn)、镁(Mg)或碳(C)等，掺杂浓度被设为1×1016～1×1020atoms/cm3程度，并且其厚度被设为0.2～0.5μm程度。在本实施方式中，以1×1019～5×1020atoms/cm3的掺杂浓度来掺杂镁(Mg)作为p型杂质。
在p型包覆层30e的上表面形成p型接触层30f。p型接触层30f在铝砷化镓(AlGaAs)中掺杂作为p型杂质的锌(Zn)、镁(Mg)或碳(C)等，掺杂浓度被设为1×1016～1×1020atoms/cm3程度，并且其厚度被设为0.2～0.5μm程度。
p型接触层30f经由发光元件侧的第2电极31b通过引线键合或倒装芯片连接等与布线基板2电连接。p型接触层30f具有降低与连接到p型接触层30f的发光元件侧的第2电极31b之间的接触电阻的作用。
另外，若按每个发光元件来设置发光元件侧的第1电极31a而作为个别电极，则发光元件侧的第2电极31b不需要按每个发光元件来设置，只要设置至少1个公共的发光元件侧的第1电极31b即可。当然，也可以将发光元件侧的第1电极31a作为公共电极，按各个发光元件来设置发光元件侧的第1电极31b而作为个别电极。
另外，也可以在p型接触层30f的上表面形成具有防止p型接触层30f的氧化的作用的帽盖层。帽盖层例如由不含杂质的砷化镓(GaAs)形成，其厚度被设为0.01～0.03μm程度即可。
发光元件侧的第2电极31b例如由将金(Au)、铝(Al)和作为密接层的镍(Ni)、铬(Cr)或钛(Ti)组合而成的AuNi、AuCr、AuTi或AlCr合金等形成，其厚度被设为0.5～5μm程度，并且由于配置在以从基板30的上表面起覆盖p型接触层30f的上表面的方式而形成的绝缘层8之上，因此与基板30以及p型接触层30f以外的半导体层电绝缘。
关于如此构成的发光元件3a，通过对发光元件侧的第1电极31a与发光元件侧的第2电极31b之间施加偏压，从而活性层30d发光，由此作为光的光源起作用。
受光元件3b如图2(b)所示那样，通过在基板30的1个主面30s设置p型半导体区域32，从而与n型的基板30形成pn结而构成。p型半导体区域32使p型杂质以高浓度扩散到基板30而形成。作为p型杂质，例如列举出锌(Zn)、镁(Mg)、碳(C)、硼(B)、铟(In)或硒(Se)等，掺杂浓度被设为1×1016～1×1020atoms/cm3。在本实施方式中，使硼(B)作为p型杂质来扩散，以便使p型半导体区域32的厚度成为0.5～3μm程度。
p型半导体区域32与受光元件侧的第1电极33a电连接，虽未图示，但使受光元件侧的第2电极33b电连接到作为n型半导体的基板30。
受光元件侧的第1电极33a由于隔着绝缘层8而配置在基板30的上表面，因此与基板30电绝缘。
受光元件侧的第1电极33a、受光元件侧的第2电极33b例如由金(Au)和铬(Cr)、铝(Al)和铬(Cr)、或铂(Pt)和钛(Ti)的合金等形成，其厚度成为0.5～5μm程度。
如此构成的受光元件3b若使光入射到p型半导体区域32，则因光电效应而产生光电流，通过经由受光元件侧的第1电极33a来取出该光电流，从而作为光检测部起作用。另外，由于若在受光元件侧的第1电极33a与受光元件侧的第2电极33b之间施加逆偏压，则受光元件3b的光检测灵敏度变高，因而优选。
保持体5配置在布线基板2的上表面。保持体5的侧壁部以包围受光发光元件3的方式与布线基板2的上表面接合。在两者的接合中既可以使用粘合剂，也可以使用卡合部。并且，具有以下作用：防止发光元件3a发出的光向朝向被照射物的方向以外的方向散射，或者防止由被照射物反射的光以外的光入射到受光元件3b，或者从外部环境保护布线基板2以及受光发光元件3。
这样的保持体5由聚丙烯树脂(PP)、聚苯乙烯树脂(PS)、聚氯乙烯树脂(PVC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂(ABS)等通用塑料、聚酰胺树脂(PA)、聚碳酸酯树脂(PC)等工程塑料、液晶聚合物等超级工程塑料、以及铝(Al)、钛(Ti)等金属材料形成。另外，也可以是多种材料的组合。
另外，本实施方式的保持体5的纵深以及宽度的尺寸与布线基板2的纵深以及宽度的尺寸相同，但不一定必须与布线基板2的尺寸相同，只要是至少覆盖发光元件3a以及受光元件3b的尺寸即可。
保持体5的上壁配置为与侧壁部一起覆盖布线基板2以及受光发光元件3。本实施方式的上壁与侧壁部对接地配置。并且，还具有支撑之后说明的光学元件4的作用。
保持体5的上壁由与侧壁部相同的材料形成。另外，本实施方式的侧壁部以及上壁通过喷射模塑法(injectionmolding)由聚碳酸酯树脂(PC)一体地形成。在上壁中，在配置光学元件4的区域设置光通过部。在该示例中，设置开口部作为光通过部。
对于光学元件4来说，第1透镜4a、第2透镜4b彼此接合而一体形成。在此，对于第1透镜4a和第2透镜4b来说，彼此的构成透镜的曲面在中途被相互接合而一体化。换言之，描绘构成第1透镜4a的曲面的曲率半径的假想延长线与描绘构成第2透镜4b的曲面的曲率半径的假想延长线相交叉。在该示例中，在第1方向上，第2透镜4b使第2方向的中心对齐地配置在第1透镜4a的两侧。由此，在进行穿过这些透镜4a、4b的中心的厚度方向的截面观察时，第1透镜4a的两侧在透镜曲面的中途分别与第2透镜4b连接。
通过如此构成，能将发光元件3a与受光元件3b接近配置。并且，通过将发光元件3a与受光元件3b接近配置，能减小来自发光元件3a的出射光向被对象物入射的入射角。具体来说，能设为15°以下，进一步设为5°以下。与一般的相对于基准面有角度地安装个别的发光元件和受光元件的情况下的角度(30°程度)相比，该值为极小的值。通过如此地减小入射角，就能确认微小的区域的表面状态，从而能提高感测性能。
第1透镜4a以及第2透镜4b在第2方向上的大小也可以大于所述第1方向上的大小。即，第1透镜4a、第2透镜4b分别是第2方向上的透镜的有效直径大于第1方向上的透镜的有效直径。进一步换言之，第1透镜4a、第2透镜4b在第1方向和第2方向上成为非对称的形状。其结果是，能借助第1透镜4a、第2透镜4b进一步确保光量。
在本实施方式所涉及的光学元件4中，也可以如图1所示那样，第1透镜4a和第2透镜4b在第1主面4s1以及第2主面4s2这两个主面中，彼此的构成透镜的曲面在中途被相互接合。其结果是，在光学元件4的两主面侧的曲面中变得易于聚光，能提升受光发光元件模块1的设计上的自由度。
第1透镜4a以及第2透镜4b各自的第1主面4s1侧的曲面的曲率半径也可以小于第2主面4s2侧的曲面的曲率半径。其结果是，能减小因第1透镜4a与第2透镜4b的接合而形成的凹陷。因此，能提升受光发光元件模块1的设计上的自由度，并且能减轻在第1透镜4a与第2透镜4b的接合部积存尘土。另外，第1透镜4a以及第2透镜4b各自的第1主面4s1侧的曲面的曲率半径例如被设定为3mm以上12mm以下。另外，第1透镜4a以及第2透镜4b各自的第2主面4s2侧的曲面的曲率半径例如被设定为1m以上。
另外，通过将发光元件3a与受光元件3b接近配置，能使受光发光元件模块1小型化。进一步地，如上述那样，由于能减小入射角，因此还能拉长至被对象物为止的距离。
这样的第1透镜4a、第2透镜4b的材质例如列举出硅树脂(siliconeresin)、聚氨基甲酸乙酯树脂及环氧树脂等热硬化性树脂、或聚碳酸酯树脂、聚甲基丙烯酸甲酯树脂及丙烯酸树脂等热可塑性树脂等塑料、或者蓝宝石以及无机玻璃等。
第1透镜4a、第2透镜4b例如能使用由硅树脂形成的柱面透镜、球面透镜或菲涅耳透镜等。这样的透镜4a、4b借助硅树脂等有机粘合剂等安装在保持体5的上壁即可。另外，与第1透镜4a、第2透镜4b的接合部在从Z方向的顶视下例如以与Y方向平行的直线状延伸。
另外，在本实施方式中，在从Z方向(基板30的厚度方向)以透视状态看去时，使第1透镜4a的中心和发光元件3a的中心错开。例如，可以调整彼此的位置，以便使第1透镜4a的中心位于以发光元件3a的中心为起点从Z方向(法线方向)倾斜10°～20°的假想线上。通过如此进行配置，能高效率地取出来自发光元件3a的光当中发光强度高的角度区域的出射光，并且能相对于被对象物有入射角地照射光。
另外，例如能在第1透镜4a以及第2透镜4b形成接合面，借助硅树脂等粘合剂使各个透镜的粘接面彼此粘接，由此来形成光学元件4。另外，也可以使第1透镜4a以及第2透镜4b的材料流入模具等，使其固化，从而一体地形成光学元件4。另外，也可以在将各个透镜切断后彼此对接，以机械方式来固定。
(变形例1：光学元件4的形状)
如图3所示那样，第1透镜4a以及第2透镜4b也可以在第2主面4s2侧构成1个曲面。其结果是，在光学元件4A的第2主面4s2侧，第1透镜4a与第2透镜4b的接合部中的凹陷消失，变得难以在光学元件4A的第2主面4s2侧积存尘土。另外，即使假设在光学元件4A的第2主面4s2附着了尘土，也易于除去尘土。
由第1透镜4a以及第2透镜4b构成的1个曲面的曲率半径也可以大于第1透镜4a以及第2透镜4b各自的第1主面4s1侧的曲面的曲率半径。其结果是，由于能使由第1透镜4a以及第2透镜4b构成的1个曲面接近于平坦，因此能减小受光发光元件模块1的设置空间。另外，第1透镜4a以及第2透镜4b各自的第1主面4s1侧的曲面的曲率半径例如被设定为3mm以上12mm以下。另外，由第1透镜4a以及第2透镜4b构成的1个曲面的曲率半径例如被设定为1m以上。
(变形例2：光调整构件6)
也可以如图4所示那样，在光学元件4与发光元件3a以及受光元件3b之间配置光调整构件6。光调整构件6具有发光元件3a向被对象物照射的光通过、并且由被对象物反射后由受光元件3b接受的反射光通过的光通过部61。为此，光调整构件6具有以下作用：调整从发光元件3a发出的光的光路，或减轻在受光元件3b接受杂散光的情况。光调整构件6例如形成为板状。
光调整构件6例如由聚丙烯树脂(PP)、聚苯乙烯树脂(PS)、聚氯乙烯树脂(PVC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂(ABS)等通用塑料、聚酰胺树脂(PA)、聚碳酸酯树脂(PC)等工程塑料、液晶聚合物等超级工程塑料、以及铝(Al)、钛(Ti)等金属材料形成。由树脂材料或金属材料形成。另外，光调整构件6例如由透光性材料、光吸收性材料或遮光性材料形成。本实施方式所涉及的光调整构件6由具有遮光性的树脂材料形成。
光调整构件6可以与保持体5分体设置并与保持体5接合，也可以如图4所示那样，将保持体5A作为光调整构件6，在保持体5A的上壁形成光通过部61(第1光通过部61a、第2光通过部61b)。
光调整构件6的光通过部61也可以具有：位于发光元件3a与第1透镜4a之间，作为贯通光调整构件6的贯通孔的第1光通过部61a；和位于受光元件3b与第2透镜4b之间，作为贯通光调整构件6的贯通孔的第2光通过部61b。另外，在图4(b)中，为了使各构成要素的位置关系清楚，用虚线标记发光元件3a的发光部、受光元件3b的受光部、第1光通过部61a以及第2光通过部61b。另外，在本实施方式中，第2光通过部61b有多个，有与受光元件3b1以及第2透镜4b1对应的第2光通过部61b1、和与受光元件3b2以及第2透镜4b2对应的第2光通过部61b2。
第1方向上的第1光通过部61a的大小也可以小于第1方向上的第1透镜4a的大小。其结果是，例如能减轻来自发行元件3a的光不入射到第1透镜4a而成为杂散光的情况。
第1方向上的第2光通过部61b的大小也可以小于第1方向上的第2透镜4b的大小。其结果是，例如能减轻来自第2透镜4b以外的光(杂散光)被受光元件3b接受的情况。
也可以是，第1光通过部61a以及第2光通过部61b分别独立存在，光调整构件6具有位于第1光通过部61a以及第2光通过部61b之间的遮光性区域。其结果是，起到将配置了发光元件3a、受光元件3b一侧的空间与光学元件4之间分离的作用。通过这样的光调整构件6，能将从发光元件3a向第1透镜4a去的光、和从第2透镜4b向受光元件3b去的光分离。由此，在将发光元件3a与受光元件3b接近配置的情况下，也能抑制预想外的来自发光元件3a的光、向受光元件3b去的光的影响。另外，在本实施方式中，光调整构件6在第1光通过部61a以及第2光通过部61b以外的部分具有遮光性。
进一步地，在本实施方式中，第1光通过部61a在第2方向上的大小也可以大于第1方向上的大小。即，由于第1透镜4a在第2方向上的有效直径大于第1方向上的有效直径，因此通过与此对应地调整第1光通过部61a的大小，能将来自发光元件3a的光大部分导向第1透镜4a。这样的第1光通过部61a的形状可以是矩形形状，也可以是椭圆形状。另外，也可以使第2光通过部61b对应于第2透镜4b的有效直径尽可能地大，以便将大部分的光导向受光元件3b。
另外，由于如上述那样，光通过部61是贯通了光调性构件6的贯通孔，因此例如与光通过部61由透光性材料形成的情况相比，能容易地减少发光元件3a的光通过光通过部61时的光的损失。
另外，在本实施方式中，在从Z方向以透视状态看去时，第1透镜4a的中心、发光元件3a的中心和第1光通过部61a的中心彼此不一致。具体来说，调整彼此的位置，以便使第1光通过部61a的中心位于以发光元件3a的中心为起点从Z方向倾斜10°～20°的假想线上即可。
(变形例3：第1透镜4a与第2透镜4b的接合部)
受光发光元件模块1B也可以取代上述的光学元件4而如图5(a)、图5(b)所示那样具备光学元件4B1、4B2。如图5(a)所示，光学元件4B1在第1透镜4a与第2透镜4b的接合部设置槽41。通过如此设置槽41，能抑制预想外的来自发光元件3a的光、向受光元件3b去的光的影响。
虽然槽41只要小于第1光通过部61a与第2光通过部61b之间的距离就没有特别限定，但例如在使用NA为0.5mm的透镜作为第1以及第2透镜4a、4b的情况下，可以将宽度设为100～300μm，将深度设为200～800nm。另外，槽41的内壁可以是镜面状态，但也可以构成为通过皱纹加工等来破坏表面状态，从而抑制直射光的影响。
另外，槽41也可以位于光学元件4B2的第1主面4s1侧。其结果是，与槽41位于光学元件4B2的第2主面4s2侧的情况相比，例如能减轻尘土进入到槽41内的情况。因此，能减少光的损失等。
另外，也可以如图5(b)所示的光学元件4B2那样，在槽41中由遮光材料、光吸收体、或折射率小于第1以及第2光学透镜4a、4b的材料设置填充部42。在该情况下，也能抑制预想外的来自发光元件3a的光、向受光元件3b去的光的影响，将光线分离。填充部42的材料优选使用填充容易、且能缓和应力的材料，例如能例示硅酮系、聚碳酸酯系的黑色有机树脂。
(变形例4：第1透镜4a与第2透镜4b的接合部)
图6是从与XY平面垂直的方向以透视状态看去的受光发光元件模块1C的主要部分顶视图。受光发光元件模块1C如图6所示那样，具有以下这样的光学元件4C：在XY平面上，第1透镜4a与第2透镜4b被接合的接合部与第2方向(Y方向)非平行地延伸。
如图6所示那样，在希望将来自发光元件3a的光大部分取出的情况下，也可以随着从第2方向上的中央部远离，以从第1透镜4a侧向第2透镜4b1侧伸出的方式将第1透镜4a与第2透镜4b1接合。另外，在由受光元件3b2接受漫反射光的情况下，为了提高受光强度，也可以随着从第2方向上的中央部远离，以从第2透镜4b2侧向第1透镜4a侧伸出的方式进行接合。
(变形例5：第1透镜4a以及第2透镜4b)
受光发光元件模块1D也可以如图7(a)所示那样，仅将第1透镜4a以及第2透镜4b1接合，而不将第2透镜4b2接合，也可以如图7(b)所示那样，第1透镜4a以及第2透镜4b的曲率半径彼此不同。通过设为这样的构成，能提升受光发光元件模块1D的设计上的自由度。
(变形例6：基板30)
在上述的示例中，说明了使用半导体材料作为基板30在基板30的一部分处精密制成受光元件3b的示例，但也可以作为具有基板30E的受光发光元件模块1E。基板30E并不限定于半导体材料，也可以使用SOI基板、SOS基板、由绝缘性材料形成的基板、树脂基板等。在该情况下，通过将形成于不同基板的受光元件3b、发光元件3a贴合，能作为在同一基板上具备发光元件3a、受光元件3b的受光发光元件模块1E。
在该情况下，在使用散热性高的材料作为基板30E的情况下，能提供散热性高的受光发光元件模块。在使用实施了内部布线的布线基板的情况下，电气布线的处置就会很容易，能作为集成性高的基板。在该情况下，基板30E还能兼作布线基板2。另外，通过将最佳条件下形成的发光元件3a、受光元件3b贴合于基板30E，能提高各元件的性能。
(变形例7：其他)
在上述的示例中，使用具有1个发光元件3a和2个受光元件3b的受光发光元件3，但也可以是1个发光元件3a与1个受光元件3b的组合，还可以是1个发光元件3a与以将其包围的方式来配置的3个以上的受光元件3b的组合。进一步地，也可以是将发光元件3a阵列与受光元件3b阵列并列配置的构成。在该情况下，配合发光元件3a和受光元件3b的配置地还形成光学元件4即可。
另外，在上述的示例中，受光元件3b设为pn型的光电二极管，但也可以设为PIn型。进一步地，对于受光元件3b1、3b2来说，可以设为使大小、形状不同的元件。具体来说，可以将接受反射角度比镜面反射光大、且反射角度的偏差也比镜面反射光大的散射反射光的受光元件3b2设为在第1方向上长的矩形形状。
进一步地，通过上述的构成，与现有技术相比，能充分减小向被照射物入射的入射角，但通过在光学元件4的上方设置棱镜，能进一步减小入射角度。
(传感器装置)
接下来，说明具备受光发光元件模块1的传感器装置100。如图8所示那样，本实施方式的传感器装置100具有：受光发光元件模块1、和与受光发光元件模块1电连接的控制用电路101。控制用电路101对受光发光元件模块1进行控制。控制用电路101例如包含：用于驱动发光元件3a的驱动电路、对来自受光元件3b的电流进行处理的运算电路、或用于与外部装置进行通信的通信电路等。
以下，列举将受光发光元件模块1运用在复印机或打印机等图像形成装置中的检测附着于中间转印带V上的墨粉T(被照射物)的位置的传感器装置的情况作为例子，来进行说明。
受光发光元件模块1的形成了发光元件3a以及受光元件3b的面与中间转印带V相对而配置。并且，从发光元件3a向中间转印带V上的墨粉T照射光。在本实施方式中，从发光元件3a发出的光经由第1透镜4a入射到中间转印带V上的墨粉T。然后，相对于该入射光L1的镜面反射光L2经由第2透镜4b而被受光元件3b接受。在受光元件3b对应于接受到的光的强度而产生光电流，由控制用电路101检测该光电流。
在本实施方式的传感器装置100中，能如以上那样检测与来自墨粉T的镜面反射光的强度相应的光电流。为此，例如在从受光元件3b检测到的光电流值大的情况下，认为墨粉T位于该位置，能这样检测中间转印带V上的墨粉T的位置。另外，由于镜面反射光的强度还与墨粉T的浓度对应，因此还能根据所产生的光电流的大小来检测墨粉T的浓度。同样地，由于镜面反射光的强度还与从受光发光元件3到墨粉T的距离对应，因此还能根据所产生的光电流的大小来检测受光发光元件3与墨粉T的距离。另外，由于镜面反射光、漫反射光的强度还与被照射物的凹凸信息、光泽信息等表面信息对应，因此还能得到被照射物的表面信息。
根据本实施方式的传感器装置100，能起到受光发光元件模块1所具有的上述的效果。
另外，在图9示出对本实施方式的传感器装置(作为实施例1)和比较例1、2的传感器装置的感测性能进行测定的测定结果。比较例1使用如下构成：配置炮弹型的发光部件(LED部件)和PD部件，使其上表面相对于被照射面角度成为30°。比较例2使用如下构成：取代传感器装置100的光学元件4，使用多个透镜未在其曲率半径的中途被相互接合的独立的透镜。使用这些各传感器装置对使表面状态不同的多个被照射物测量受光元件3b1的光电流。这样，通过使被照射物的表面状态不同，能使入射光的反射率相对地发生变化。
从图9可知，在比较例1、2中，随着被照射物中的反射率改变(随着被照射物表面中的墨粉被覆率改变)，变化率降低而饱和，感测性能降低。与此相比，在实施例1中，确认到在被照射物中的反射率的变化与光电流的大小之间能维持较为良好的线性关系。由此，根据实施例1，确认到能不依赖于被照射物的状态地表现出良好的感测性能。
以上示出了本发明的具体的实施方式的示例，但本发明并不限定于此，能在不脱离本发明的要旨的范围内进行各种变更。
例如，在上述的实施方式所涉及的受光发光元件模块1中，作为受光发光元件模块1的变形例，以由遮光性的材料形成光调整构件6的构成为例进行了说明，但光调整构件6也可以由透光性材料形成。在该情况下，例如可以由透光性的树脂材料来形成光调整构件6，对应遮光的部位配置遮光性构件。
另外，在上述的实施方式所涉及的受光发光元件模块1中，作为光学元件4的形成方法，说明了采用粘合剂将透镜彼此粘接的示例，但也可以使将第1透镜4a以及第2透镜4b粘接的粘合剂为遮光性的粘合剂。
符号说明
1受光发光元件模块
2布线基板
3受光发光元件
3a发光元件
3b受光元件
4光学元件
4s1第1主面
4s2第2主面
4a第1透镜
4b第2透镜
5保持体
6光调整构件
61光通过部
61a第1光通过部
61b第2光通过部
8绝缘层
30基板
30s1个主面
30a缓冲层
30bn型接触层
30cn型包覆层
30d活性层
30ep型包覆层
30fp型接触层
31a发光元件侧的第1电极
31b发光元件侧的第2电极
32p型半导体区域
33a受光元件侧的第1电极
33b受光元件侧的第2电极
100传感器装置
101控制用电路

Claims (16)

1.一种受光发光元件模块，具有：
基板；
发光元件，其位于所述基板的1个主面；
受光元件，其位于所述基板的1个主面，且与所述发光元件并列配置在第1方向上；和
光学元件，其与所述基板的所述1个主面隔开间隔地配置，并且具有与所述1个主面相对的第1主面、和与所述第1主面相反的一侧的第2主面，
其中，
所述光学元件包含：
将来自所述发光元件的光导向被对象物的第1透镜；和
将由所述被对象物反射的光导向所述受光元件的第2透镜，
所述第1透镜和所述第2透镜并列配置在所述第1方向上，并且在所述第1主面以及所述第2主面当中的至少一个主面侧，构成所述第1透镜的曲面和构成所述第2透镜的曲面在其中途相互交叉。
2.根据权利要求1所述的受光发光元件模块，其中，
所述第1透镜以及所述第2透镜在与所述第1方向正交且沿所述基板的1个主面的第2方向上的大小大于所述第1方向上的大小。
3.根据权利要求1或2所述的受光发光元件模块，其中，
在所述第1主面侧以及所述第2主面侧，所述第1透镜和所述第2透镜彼此的曲面在其中途接合。
4.根据权利要求3所述的受光发光元件模块，其中，
所述第1透镜以及所述第2透镜各自的所述第1主面侧的曲面的曲率半径小于所述第2主面侧的曲面的曲率半径。
5.根据权利要求1或2所述的受光发光元件模块，其中，
所述第1透镜以及所述第2透镜在所述第2主面侧构成1个曲面。
6.根据权利要求5所述的受光发光元件模块，其中，
由所述第1透镜以及所述第2透镜构成的所述1个曲面的曲率半径大于所述第1透镜以及所述第2透镜各自的所述第2主面侧的曲面的曲率半径。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的受光发光元件模块，其中，
所述光学元件在所述第1透镜与所述第2透镜的接合部具有槽。
8.根据权利要求7所述的受光发光元件模块，其中，
所述槽位于所述光学元件的所述第1主面侧。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的受光发光元件模块，其中，
所述第1透镜与所述第2透镜被接合的接合部相对于与所述第1方向正交且沿所述基板的1个主面的第2方向非平行地延伸。
10.根据权利要求1～9中任一项所述的受光发光元件模块，其中，
所述受光发光元件模块还具有：
光调整构件，其配置在所述光学元件与所述发光元件及所述受光元件之间，
所述光调整构件具有发光元件所发出的光以及受光元件所接受的光通过的光通过部。
11.根据权利要求10所述的受光发光元件模块，其中，
所述光通过部具有位于所述发光元件与所述第1透镜之间的第1光通过部，
所述第1方向上的所述第1光通过部的大小小于所述第1方向上的所述第1透镜的大小。
12.根据权利要求10或11所述的受光发光元件模块，其中，
所述光通过部具有位于所述发光元件与所述第2透镜之间的第2光通过部，
所述第1方向上的所述第2光通过部的大小小于所述第1方向上的所述第2透镜的大小。
13.根据权利要求11所述的受光发光元件模块，其中，
所述第1光通过部在与所述第1方向正交且沿所述基板的1个主面的第2方向上的大小大于所述第1方向上的大小。
14.根据权利要求10所述的受光发光元件模块，其中，
所述光通过部是贯通所述光调整构件的贯通孔。
15.根据权利要求1～14中任一项所述的受光发光元件模块，其中，
所述基板由一导电型的半导体材料形成，
所述发光元件是在所述基板的所述1个主面层叠多个半导体层的层叠体，
所述受光元件在所述基板的所述1个主面具有包含逆导电型的杂质的区域。
16.一种传感器装置，具有：
权利要求1～15中任一项所述的受光发光元件模块；和
控制用电路，其与所述受光发光元件模块电连接，对所述受光发光元件模块进行控制，
其中，
从所述发光元件对被照射物照射光，根据对应于来自该被照射物的反射光而输出的来自所述受光元件的输出电流，检测所述被照射物的位置信息、距离信息以及表面信息当中的至少一者。
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