JP2007165464A - 半導体光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来のＶＩＣＳ用送受信機では、ＬＥＤなど半導体発光素子を取付けた基板を、所定受信角である４５度傾けて車両に取付けるものであるので、ダッシュボードに取付けたときには視界に突出し、運転者の視界の妨げとなる問題点を生じていた。
【解決手段】本発明により、光を所定方向に屈折させる光屈折用部材５と、少なくとも各一の半導体受光素子４ｂと半導体発光素子４ａとを有する半導体受発光デバイス４とから成る半導体光学装置１において、半導体受発光デバイス４は、光屈折用部材５からの半導体受光素子４ｂへの入射光、または、半導体発光素子４ａからの光屈折用部材５への入射光の少なくとも一方に対して入射角を変更する光路変更手段が具備されている半導体光学装置１としたことで、光量の損失を抑えて、緩やかな傾斜或いは傾斜させることなく車両に取付可能として課題を解決するものである。
【選択図】図４

Description

本発明は、ＶＩＣＳと称され、路上などに設けられている路上側ユニットと、車両側に設けられている車両側ユニットの間に、近赤外線を用いて、アップリンクとダウンリンクとが可能な光通信装置（ビーコン）を具備し、渋滞情報、規制情報などの道路情報を告知するときの車両側に搭載される送受信ユニットの構成に関するものである。

従来の、車載側の送受信装置９０の構成の例を示すものが図１７〜図１９であり、この種の送受信機９０は、道路側の送受信機（図示は省略する）に対して、受信側も送信側も４５度の仰角をもってリンクすることが規定されているので、原則的には図１７に示すように、送信側であれば、必要数のＬＥＤなど半導体発光素子９１を、回路基板９２に発光方向（光軸）を直角に取付け、その回路基板９２を仰角が４５度となるように車両に取付ければ良いものとなる。図１７に示す送受信器は、光軸を４５度方向に向けたものであり、図１８に示すような配光Ｑ０が得られ路上の送受信機との交信がスムーズに行われる。

また、図示は省略するが、受信側であれば、同様に回路基板に半導体受光素子の受光方向（光軸）を直角に取付け、その回路基板を仰角が４５度となるように車両に取付ければ良いものとなる。尚、前記回路基板を、送信用、受信用共通なものとし、回路基板の取付角度（仰角）を４５度となるように管理すれば、同時に送信側も受信側も規定を満足させるものが得られることになり、工程の簡素化などの面から好都合である。

しかしながら、上記、図１７に示した構成では、回路基板９２そのものを規定角度である４５度傾けて車両に搭載するものであり、且つ、回路基板９２およびケース９３は、ダッシュボードなどに車両の進行方向に向けて設置せざるを得ないものであるので、フロントウインドに突出する面積が大きくなり、運転者の前方視界を損なうという問題点を生じるものとなる。

そこで、考えられたのが、図１９に示す送受信装置８０の構成であり、回路基板８２に半導体発光素子８１、および、半導体受光素子８３の光軸を直角に取付けると共に、それら、半導体発光素子８１、および、半導体受光素子８３の上方に光を４５度屈折させるプリズム８４を設け、薄型化されたものとなる。

そして、車両に取付ける際には、前記プリズム８４がほぼダッシュボードと面一と成るように、半導体発光素子８１、回路基板８２、半導体受光素子８３をダッシュボード内に埋め込むように取付を行えば、ダッシュボードからの突出は少ないものとなり、運転者の視界を損なうことも少ないものとすることができる。尚、符号８５は半導体受光素子８３へ光を集束するための、集束レンズである。
特開平１０−０７０５１２号公報

しかしながら、前記した従来の半導体光学装置（送受信装置）において、特に、図１９に示すものは、薄型化はされたものの、プリズムによる屈折が大きく、プリズムへの入射光率が悪いため、半導体発光素子８１からの発光の利用効率が悪く、多数のＬＥＤが必要となるなどの問題を生じるものとなっている。

本発明は、上記した従来の課題を解決するための具体的手段として、光を所定方向に屈折させる光屈折用部材と、半導体受光素子と半導体発光素子の少なくともいずれかとを有する半導体デバイスとから成る半導体光学装置において、前記半導体デバイスは、前記光屈折用部材からの前記半導体受光素子への入射光、または、前記半導体発光素子からの前記光屈折用部材への入射光の少なくとも一方に対して入射角を変更する光路変更手段が具備されていることを特徴とする半導体光学装置を提供することで、小型かつ光屈折用部材から無効方向に射出される光量の発生を少なくして、所望の放射方向における効率を向上させ課題を解決するものである。

本発明により、受・発光素子側にも光屈折用部材への入射方向に合わせる光路変更手段を設けたことで、例えば、半導体発光デバイスからの光は、従来以上に無効分を生じることなく光屈折用部材、例えばプリズム、フレネルレンズを透過するものとなり、大きさ、消費電力の増加を行うことなく、半導体光学装置（送受信装置）の実現を可能とするという優れた効果を奏する。

つぎに、本発明を図に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。図１に符号１で示すものは、本発明に係る半導体光学装置である。この半導体光学装置１は、外ケース２の内部に回路基板３が設けられ、この回路基板３上に、半導体デバイス４が設けられている。半導体デバイス４は、半導体発光デバイス４ａ及び半導体受光素子４ｂとから構成される。本発明における半導体発光デバイス４ａは、集光レンズ１４ａ、基台１４ｂ、ＬＥＤチップなどの半導体発光素子１４ｃと光路変更手段とを備え、半導体受光デバイス４ｂは、集光レンズ１４ａ、基台１４ｂ、ホトダイオード、ホトトランジスタなどの半導体受光素子１４ｄと光路変更手段とを備えている。

また、前記外ケース２の上面２ａの一部には、プリズム、フレネルレンズなどから成る光屈折用部材５１が設けられていて、前記半導体デバイス４ａから発せられる光を、所望の放射方向に屈折させる。尚、前記光屈折用部材５１が設けられる位置は、図１で示すように、必ずしも、外ケース２の上面と同一位置である必要はなく、図２に示すように前記外ケース２の内側に設けられてインナーレンズタイプとされても良く、この場合には、前記外ケース２の上面が透明化されてアウターレンズ部６とされる。
このように構成することにより、半導体デバイス４として半導体発光デバイス４ａを用いた場合、光屈折用部材５１と半導体発光デバイス４ａに設けられる光路変更手段との二段構成により、所定方向への光に照射を行っているため、光屈折用部材５１の光の入射効率を上げることができるものとなり、小型化が可能な効率の良い半導体光学装置１を得ることができる。

光屈折用部材５１は、その形状や、その材質を適宜調整して屈折率を変え、半導体光学装置１の用途に応じて所望の放射光を得るための屈折を得るものである。ここで、光屈折用部材５１にプリズムを用いる場合、入射面、出射面とで所望の角度に屈折を行わせるように形成すると、厚みが厚くなり、特に樹脂の成形により形成しようとするときにはヒケなどを生じて、成形が困難となる。従って、図３（Ａ）に示すように、フレネルレンズを形成するときの手法を用いて、光学的に不要な部分、即ち、光に屈折を生じさせない部分に肉抜きを行い薄型化することが可能である。プリズム形状は、半導体光学装置１の用途に応じて、プリズムカットの間隔、頂角、溝深さを適宜調整して様々な形状を取り得るものである。例えば、図３（Ｂ）のプリズム５１及び図３（Ｃ）のプリズム５２のように、出射面を曲面に形成すること、図３（Ｃ）のようにその断面において、出射面と同心円で半径の小さい円周上に形成された面に、入射面の溝を形成すること、図３（Ｄ）のプリズム５３のように入射面を曲面に形成することが挙げられる。図３（Ｃ）のプリズム５２においては、各プリズムカットの溝深さを変化させ、各頂角および間隔を一定にして形成されている。更に、図３に示すレンズの断面と垂直方向において、出射面および入射面を平坦にも曲面にも適宜選択して形成し得る。尚、本発明では以下に、図３（Ａ）〜（Ｄ）に代表される、断面が略三角形の柱状突起部が略平行に配列された形状を有するプリズムを平行プリズム５と称する。

図４は、図１に示した半導体光学装置１を、前記平行プリズム５を光屈折用部材５１として採用し、半導体発光デバイス４ａを備えた半導体発光装置としてて構成したものである。図１に示した半導体光学装置１に比較して、前記半導体発光デバイス４ａと前記平行プリズム５との間隔も十分確保して薄型化され、ケース２の薄型化、前記半導体光学装置１全体の小型化、軽量化を可能とし、例えばダッシュパネルなどへの取付性の向上も期待できるものとなる。

図５は、前記平行プリズム５の代表例を詳細に示すものである。図５に示す平行プリズム５は、平坦なプリズム成形面５ｃに三角柱が略平行に配列された形状を有するが、光を所定の方向に屈折させる斜面部５ａと、斜面部５ａ間を接続する段差部５ｂとから成る。ここで、平行プリズム５への入射光の光軸がプリズム成形面５ｃに対して垂直である場合には、段差部５ｂはプリズム成形面５ｃに対して垂直であることが、段差部５ｂへの光の入射が少ないという観点から理想的である。しかし、一般的に、透明樹脂により金型（図示せず）を用いて射出成形などの手段で形成するものであるため、金型からの離型の容易性を考慮し抜きテーパーβを設けざるを得ないものとなる。

抜きテーパーβが設けられることにより、図中に光線γで示すように、当然に段差部５ｂにも半導体発光デバイス４ａからの光が入射するが、このとき、段差部５ｂは斜面部５ａに対して逆方向に傾斜しているため、所望の屈折方向への放射光と成らない。つまり、段差部５ｂへの入射光は、半導体光学装置１において無効な光であり、光の損失となる。

また、図６に示すように、斜面部５ａと段差部５ｂとが接合する交点Ｐは、金型を用いて射出成形などの手段で形成される場合、設計通りの完全な鋭い角は形成されず、適宜な曲面として形成せざるを得ないものとなる。従って、当該曲面への入射光についても、半導体光学装置において無効な光であり、光の損失となる。このとき、交点Ｐにおける頂角は、小さい程（鋭い程）、入射光は大きく屈折させることができるが、光損失を生じる曲面の面積が増大する。つまり、交点Ｐにおける頂角は、曲面への入射による光損失発生の観点からは、大きいものであることが望ましい。

そこで、本発明では、前記平行プリズム５の段差部５ｂに半導体発光デバイス４ａからの光を入射させず、より多くの光が斜面部５ａを通過するようにして効率の向上を図るものである。本発明の半導体光学装置１において、半導体発光デバイス４ａからの前記プリズム５への入射光の光軸をプリズム形成面５ｃ、或いは、プリズム取付面に対して傾斜させ、プリズムの抜きテーパーβを当該入射光の光軸に合わせた角度とし、抜きテーパーβにより決定される段差部５ｂの傾斜に合わせて、所望の屈折を得るためのプリズム頂角および斜面部５ａを設定することにより、光損失を少ないものとすることができる。

つまり、半導体発光デバイス４ａからの放射光の傾斜角度と平行プリズム５の抜きテーパーβの角度とを略同一とする。入射光の光軸と段差部の傾斜が略同一となるように、入射光の光軸が傾斜していることにより、段差部５ｂへの入射光量を低減可能とすると共に、入射光の光軸を傾斜せずにプリズムのみで放射光を屈折させる場合のプリズム頂角よりも大きなプリズム頂角で所望の屈折をさせ、交点Ｐに形成される曲面部の影響を低減することを可能とし、光損失の低減を達成することができる。

以下、具体的実施例として、発光側の半導体デバイス４ａ、平行プリズム５を用いた車載ビーコン用半導体光学装置１について説明する。

第一実施例として、図９に車載ビーコン用送受信機として使用される本発明の半導体光学装置の一部（発光側）を示す。集光レンズ１４の中心線上から半導体発光素子たるＬＥＤチップ１４ｃが所定方向に所定距離だけずらされて（オフセットされて）配置されている。ＬＥＤチップ１４ｃは、放射光の屈折方向と反対側にずらして配置され、平行プリズム５は、その斜面部５ａの配列方向と、ＬＥＤチップ１４ｃを集光レンズの中心線Ｘからずらした方向とが同じになるように配置されている。図１０は、本発明の半導体光学装置１における、４つの半導体発光デバイス１４ａと、１つの半導体受光デバイス４ｂとから成る半導体デバイス４の平面図である。

本実施形態に置いては、集光レンズ１４ａとしてΦ５ｍｍの凸型集光レンズ１４ａと、半導体発光素子として全放射束１５ｍＷの高出力ＬＥＤチップ１４ｃを用いた。集光レンズ１４ａの光軸（中心線）Ｘと、半導体発光素子たるＬＥＤチップ１４ｃの光軸（中心線）を０．７ｍｍずらして形成することにより、半導体発光デバイス４ａからの出射光の光軸を光軸Ｘから１５度傾斜させている。前記発光デバイス４ａからの出射光の光軸と略同一角度（略１５度）となる抜きテーパーβを有する平行プリズム５を組合わせ、前記平行プリズムへの入射光を更に３０度屈折させて、合計して４５度方向への放射光を得ている。このときの平行プリズム５は、屈折率１．５８のポリカーボネート樹脂を用い、プリズム頂角εを６０度とした。

このように構成したことで、集光レンズ１４ａから放射されるときの光は既に進行方向前向きの傾斜を持つものとなっているので、前記平行プリズム５の斜面部５ａも適宜に角度を調整し、半導体発光デバイス４ａからの光の傾きとの総合で４５度方向に光が放射されるようにしている。このときの集光レンズ１４ａの光軸Ｘ方向を０度とした配光の状態を示すものが図１１における曲線Ｑ２であり、ビーコン用送受信機に要求されるＵＴＭＳ規格を満足させられるものとなり、半導体光学装置１における光損失を３０％に押さえることができた。尚、後述する図１６において、ＬＥＤチップ１４ｃの光軸を０．７ｍｍずらしたときの発光デバイスの配光特性は、曲線ＱＦで示され半導体発光デバイス４ａにおける光損失は７％である。

ここで、半導体発光デバイス４ａにおける光損失とは、ＬＥＤチップ１４ｃの光軸と集光レンズ１４ａの光軸Ｘが一致するように形成された半導体発光デバイス４ａの光量を１００％とした場合の、本発明の光発光デバイス４ａの光量の損失分を示す。そして、半導体光学装置１における光損失とは、半導体光学装置１からＵＴＭＳ規格を満たすために必要な配光の範囲に放射した光量以外の光量を、半導体発光デバイス４ａにおける光損失同様、ＬＥＤチップ１４ｃの光軸と集光レンズ１４ａの光軸Ｘが一致するように形成した半導体発光デバイス４ａのＵＴＭＳ規格範囲内に放射される光量を１００％として示したものである。尚、本実施形態における半導体光学装置１からＵＴＭＳ規格を満たすために必要な配光の範囲は、進行方向において、仰角４５度に対して−３度から＋８度の範囲である。

また、集光レンズ１４ａの光軸Ｘと、ＬＥＤチップ１４ｃの光軸とのずらした距離が大きい程、出射光の角度は大きく屈折するが、集光レンズ１４ａから放射する光の光量は減少し、上記０．７ｍｍずらした場合の半導体発光デバイス４ａにおける光損失は７％であったのに対し、１．０ｍｍずらした場合の半導体発光デバイス４ａにおける光損失は１０％となり、光半導体光学装置１における光の損失は２８％となる。

図１６に、集光レンズ１４ａの光軸Ｘと、ＬＥＤチップ１４ｃの光軸を０．３ｍｍずらした場合の発光指向特性ＱＣと、集光レンズ１４ａの光軸Ｘと、ＬＥＤチップ１４ｃの光軸を０．７ｍｍずらした場合の発光指向特性ＱＦとを示す。図１６は、集光レンズ１４ａの光軸Ｘと、前記ＬＥＤチップ１４ｃの光軸を一致させた場合の光軸中心を０度として示したものである。集光レンズ１４ａの光軸Ｘと、ＬＥＤチップ１４ｃの光軸を光軸をずらすことのみにより異なる配光を同じレンズ設計で得ることができるため、ずらし量の異なる発光デバイスとの組合わせ、或いは、両光軸を一致させた発光デバイスとずらしたデバイスとの組合せにより、幅広い指向性を達成でき、特にビーコンなど仕様エリアが四角く規定されている光学装置に有用に応用が可能である。例えば車種により取付位置が前後する場合などでも、それぞれの車種に対応可能な半導体光学装置１が、同一のレンズ形状で製作可能となる。

一方、比較例１として、図７に、プリズムレンズのみで４５度方向への放射を得る、従来の車載ビーコン用として使用される半導体光学装置の一部（発光側）を示す。基台１４ｂにダイボンドなどにより固定したＬＥＤチップ１４ｃの光軸と集光レンズ１４ａの光軸Ｘが一致するように形成された半導体発光デバイス４ａと平行プリズム５が組合わされている。図８に、当該半導体光学装置１の発光指向特性を、横軸に角度、縦軸に放射照度とし、光軸Ｘを０度としたグラフで示す。図８において曲線Ｑ１で示すように、車両の前後方向に広く光が拡散される配光となり、損失となる光が観測され、その損失は５０％以上に達し、ビーコン用送受信機に要求されるＵＴＭＳ規格を満足させられないものとなる。そのため、図１７に示すプリズムを用いず、基板傾斜のみで４５度方向への放射を得る、他の従来構成の発光指向特性を示した図１８における曲線Ｑ０と比較して、ピーク照度で約５０％の低下を生じている。

上記第一実施例では、光路変更手段として、集光レンズ１４ａの光軸に対して前記ＬＥＤチップ１４ｃの光軸を放射光の屈折方向と反対方向へずらすことで（車両の進行方向に対して後方へ移動）、車両の進行方向に傾く光を放出させ、平行プリズム５の段差部５ｂに光を入射させないようにして効率の向上を図るものとしていたが、要は、半導体発光デバイス４ａから車両の進行方向に傾く光を放出させ、段差部５ｂに光が入射するのを防止すれば、段差部５ｂに抜きテーパーβが設けられた平行プリズム５を使用するときにも、目的は達成されるものとなる。つまり、光路変更手段として集光レンズ１４ａの光軸に対して、ＬＥＤチップ１４ｃ光軸を放射光の屈折方向と反対方向へ所定の距離ずらすこと以外にも、異なる手法を取り得るものである。

よって、図１２に示すように、集光レンズ１４ａの光軸Ｘ上に基台１４ｂ、ＬＥＤチップ１４ｃなどが取付けられる構成とされた半導体デバイス４を採用するときにも、光路変更手段として回路基板３を車両への取付状態で、ダッシュボードへの埋め込み取付に支障のない程度に前下がりに取付けても、上記第一実施例と同じ作用、効果が得られるものとなり、また、特性的には、やや前方への光量が増えるので、総合で４５度方向へ光を放射するときの前向きの割合を前記半導体デバイス４側に多く負担させることも可能となる。

また、図１３に示すものは、本発明の第三実施例であり、図に示すように、光路変更手段として集光レンズ１４ａの光軸Ｘに対して、基台１４ｂとＬＥＤチップ１４ｃの中心線、が所定方向に所定角度だけ傾けて配置される。この第三実施例では、ＬＥＤチップ１４ｃは、その光軸が、前記ＬＥＤチップ１４ｃ（または、受光チップ１４ｄ）を中心として、所定方向に約２０度傾いたものとなるように形成され、それに応じて平行レンズ５に達する光も傾くものとなる。

図１４に示すものは、本発明の第四実施例であり、光路変更手段として、集光レンズ１４ａの光軸ＸがＬＥＤチップ１４ｃの光軸（中心線）に対して所定方向に所定角度傾いて配置されている。また、集光レンズ１４ａの光軸Ｘは、放射光の屈折方向と同じ方向に傾斜して配置されている。平行プリズム５は、半導体光学装置１を上方から見た場合において、各プリズムカットが配列する方向と、半導体デバイスの放射光の光軸の向く方向が平行となるように配置されている。本実施形態において、集光レンズ１４ａは、その回転対称軸が、ＬＥＤチップ１４ｃを中心に、半導体光学装置１の放射方向へ傾斜して形成されている。

このようにすることで、集光レンズ１４ａの光軸Ｘが平行プリズム５の斜面部５ａに所定の角度で交差するものとなり、ＬＥＤチップ１４ｃからの光も斜面部５ａに所定角度で入射させることができ、光量の損失を抑えると共に、第三実施例で示した半導体光学装置１よりも更にその厚みを薄くすることができる。本実施形態においては、集光レンズ１４ａの光軸Ｘを所望の放射方向へ２０度傾斜させ、２０度の抜きテーパーβ、頂角７０度とした平行プリズムを使用することにより、半導体発光デバイス４ａにおける光の損失は約７％、半導体光学装置１における光の損失は３０％に押さえることができた。

図１５に示すものは、本発明の第五実施例であり、光路変更手段として、集光レンズ１４ａの光軸Ｘと、ＬＥＤチップ１４ｃの光軸（中心線）が半導体発光デバイス４の取付け面に対して、所定方向に所定角度傾いて配置されている。また、集光レンズ１４ａの光軸ＸおよびＬＥＤチップ１４ｃの光軸は、放射光の屈折方向と同じ方向に傾斜して配置されている。半導体光学装置１を上方から見た場合において、各プリズムカットが配列する方向と、半導体デバイス４の放射光の光軸が向く方向が平行となるように、平行プリズム５は配置されている。

つまり、上記第四実施例の構成に加えて、前記基台１４ｂも傾斜させ、ＬＥＤチップ１４ｃの中心線も集光レンズ１４ａの光軸に一致、または、ほぼ一致させたものである。集光レンズ１４ａの光軸を傾けることで、ＬＥＤチップ１４ｃからの光を平行プリズム５の斜面部５ａに入射する光量を増やすことができると共に、半導体発光デバイス４ａにおける光量の損失も少なくすることができるため、半導体発光デバイス４ａにおける光損失は約４％まで低減させることが可能となった。また、半導体発光デバイス４ａの高さを薄いままに、第二実施例に示すデバイス傾斜と同じ効果を得ることができる。

ここで、発明者は、第二実施例として示したように、平行プリズム５に対して、半導体デバイス４の傾斜を平行プリズム５の特性に影響を与えることなく自在に調整可能とした半導体光学装置１を形成し、前記半導体発光デバイス４の傾斜を変化させ、斜面部５ａに対する入射角の最適値を調査した。この場合、１０度から２０度、３０度と前記半導体デバイス４の前下がりの傾斜を増すに従って光量の損失は減じていくものとなった。具体的には、図８に示す曲線Ｑ１が車両の前後方向に拡がっていたのが、１５度では実用上支障のない光損失３０％程度となり、略単峰状の形状となってＵＴＭＳ規格を満足するものとなった。更に、２０度においては完全な単峰状の形状となることが確認された。また、２０度以上の傾斜によっても光損失量に変化がなく、３０度においても２０度と同じ損失量であった。つまり、入射角は１５度以上、好ましくは２０度以上が適切であることが確認された。

尚、本発明では前記平行プリズム５は、ほぼ全ての実施例において、上面が平面なものとして説明したが、本発明はこれを限定するものではなく、例えば、図１２に示したように一部に曲面を採り入れたものであっても良く、要はＶＩＣＳからの送受信波に確実に対応可能なＵＴＭＳ規格を満足するものであれば、各部分の変更は自在である。

また、実施例において、基台１４ｂは１つの半導体発光素子１４ｃに対してホーン形状を有するものが図示されているが、ホーン形状に限定するものでも、１つの半導体発光素子１４ｃに対して１つのホーンを形成するものに限定するものではなく、適宜所望の配光特性に従って種々の形状を取り得るものである。更に実施例においては、集光レンズ１４ａを用いた光路変更手段を示したが、半導体デバイス４は集光レンズ１４ａを有しない構成としても形成され得る、前記集光レンズを有さない場合には、光路変更手段として、例えば、前記半導体デバイスを傾斜する、前記半導体デバイス開口部の中心から前記半導体発光デバイスをずらして配置する、半導体素子を傾斜する、反射面を傾斜するなどの手段を用いることが挙げられる。

尚、上記の説明は、主として半導体発光デバイス４ａの側について行ったが、半導体受光デバイス４ｂの側も、光の進行方向が逆となるのみであるので、上記に説明した各実施例に準じて、高い受光効率が得られるように設計すれば良いものである。つまり、ホトダイオードなどの半導体受光素子への入射光の光軸の傾斜角と、抜きテーパーβの角度を略同一とし、半導体受光デバイスの傾斜配置、或いは、集光レンズ１４ａの光軸と半導体受光素子１４ｄとの光軸をずらす光路変更手段を用いることにより、光損失を少なくすることができる。光通信用の半導体光学装置１として、半導体受光デバイス４ｂと半導体発光デバイス４ａを対向して配置する場合には、それぞれに光屈折用部材を設けることによって配置の自由度を上げることができる。

以上説明したように、本発明によれば、半導体デバイス４として半導体発光デバイス４ａを用いた場合、前記光屈折用部材と前記半導体デバイスに設けられる光路変更手段との二段構成により所定方向への光の照射を行っているため、光屈折用部材への入射光の表面反射を少なくすることができ、光屈折用部材の光の入射光率を上げることができるものとなり、小型化が可能な効率の良い半導体光学装置１を得ることができる。また、前記半導体デバイスとして半導体受光デバイス４ｂを用いた場合にも、光屈折用部材と半導体デバイス４に設けられる光路変更手段との二段構成により、外部で照射された光のうち光屈折用部材を透過した光が光路変更手段により効率良く入射させることができるため、同様な効果を得ることができる。

更に、平行プリズム５、或いは、フレネルレンズを樹脂の射出成形で形成するときは、段差部５ｂに設けざるを得ない抜きテーパーβに光が入射して全く無効となる方向に放出され、光量の低下を生じるものとなるのを、本発明により半導体デバイス４から放出されるときに、予め、例えば抜きテーパーβの角度と同一角度など適宜の前向きの光としておくことで、段差部５ｂに入射することのないものとして、損失を生じないようにすることができるため、大電流を流すことによる光量増加などの対策を講じる必要はなくなると共に、半導体発光デバイス４ａを小型化可能とできるため、コストダウン、耐久性の向上、動作の確実性の向上などが期待できるものとなる。また、平行プリズム５を配する場合においては、プリズム頂角を比較的緩やかに形成できるため、プリズム頂角における曲面への入射による光損失を減少することができる。

本発明に係る半導体光学装置の原理を示す説明図である 同じく本発明に係る半導体光学装置の原理の別の構成を示す説明図である。 平行プリズムの形成原理、および、他の形状の例を示す説明図である。 本発明に係る半導体光学装置に前記平行プリズムを採用した状態を示す断面図である。 平行プリズムの斜面部と、抜きテーパーが設けられた段差部における透過光の挙動を示す説明図である。 平行プリズムにおける斜面部と段差部との交点における透過光の挙動を示す説明図である。 半導体光学装置の内部構成の一例を示す説明図である。 図７に示す半導体を採用した半導体光学装置の特性の例を示すグラフである。 本発明に係る半導体の構成を示す説明図である。 本発明に係る半導体デバイスの構成の例を示す平面図である。 図９に示した半導体光学装置の特性の例を示すグラフである。 本発明に係る半導体光学装置の第二実施例を示す説明図である。 本発明に係る半導体光学装置の第三実施例を要部で示す説明図である。 本発明に係る半導体光学装置の第四実施例を示す説明図である。 本発明に係る半導体光学装置の第五実施例を示す説明図である。 本発明に係る半導体光学装置の配光特性の可変状況を示すグラフである。 従来例を示す説明図である。 従来例の配光特性を示すグラフである。 別の従来例を示す断面図である。

符号の説明

１…半導体光学装置
２…外ケース
２ａ…アウターレンズ部
３…回路基板
４…半導体デバイス
４ａ…半導体発光デバイス
４ｂ…半導体受光デバイス
５…平行プリズム
５ａ…斜面部
５ｂ…段差部
６…アウターレンズ部
１４ａ…集光レンズ
１４ｂ…基台
１４ｃ…ＬＥＤチップ
１４ｄ…受光チップ

Claims (7)

1. 光を所定方向に屈折させる光屈折用部材と、
   半導体発光素子または半導体受光素子の少なくとも何れかを有する半導体デバイスとから成る半導体光学装置において、
   前記半導体デバイスは、前記光屈折用部材から前記半導体受光素子への入射光、または、前記半導体発光素子から前記光屈折用部材への出射光の少なくとも一方に対して入射角を変更する光路変更手段が具備されていることを特徴とする半導体光学装置。
2. 前記半導体デバイスの、前記半導体受光素子、または、前記半導体発光素子には集光レンズが組合わせて構成されており、
   前記集光レンズの中心線上から前記半導体受光素子または前記半導体発光素子の少なくとも何れかが所定方向に所定距離だけオフセットされて配置され、光路変更手段とされていることを特徴とする請求項１記載の半導体光学装置。
3. 前記半導体デバイスの、前記半導体受光素子、または、前記半導体発光素子には集光レンズが組合わせて構成されており、
   前記集光レンズの光軸が、前記半導体受光素子、または、半導体発光素子の少なくともいずれかの中心線に対して所定方向に所定角だけ傾いて配置され、光路変更手段とされていることを特徴とする請求項１記載の半導体光学装置。
4. 前記半導体デバイスの、前記半導体受光素子、または、前記半導体発光素子には集光レンズが組合わせて構成されており、
   前記集光レンズの光軸が、前記半導体受光素子、または、前記半導体発光素子の少なくともいずれかの中心線に対し所定方向に所定角度だけ傾いて配置されると共に、前記中心線も前記集光レンズの光軸と一致、または、ほぼ一致するように傾けられ、前記光路変更手段とされていることを特徴とする請求項１記載の半導体光学装置。
5. 前記半導体光学装置からの出射光が略４５度であり、
   前記半導体発光デバイスから前記光屈折用部材への光の入射角度は略１５度以上、好ましくは２０度以上であることを特徴とする請求項１〜請求項４の何れかに記載の半導体光学装置。
6. 前記半導体光学装置への入射光が略４５度であり、
   前記光屈折用部材から前記半導体受光デバイスへの光の入射角度は略１５度以上、好ましくは２０度以上であることを特徴とする請求項１〜請求項５の何れかに記載の半導体光学装置。
7. 前記光屈折用部材は平行プリズムレンズ、または、フレネルレンズであることを特徴とする請求項１〜請求項６の何れかに記載の半導体光学装置。

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