JP2636048B2 - Optical semiconductor device - Google Patents

Optical semiconductor device

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JP2636048B2
JP2636048B2 JP1205116A JP20511689A JP2636048B2 JP 2636048 B2 JP2636048 B2 JP 2636048B2 JP 1205116 A JP1205116 A JP 1205116A JP 20511689 A JP20511689 A JP 20511689A JP 2636048 B2 JP2636048 B2 JP 2636048B2
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condenser lens
light
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順三 石崎
和人 名倉
弘文 新藤
元 樫田
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Description

【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> 本発明は、各種電子機器に用いられる光半導体装置、
とりわけリモコン用機器の受光ユニット等として広い指
向性、かつ高感度化が要求されるものに用いて有用な装
置に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION <Industrial Application Field> The present invention relates to an optical semiconductor device used for various electronic devices,
In particular, the present invention relates to a device useful as a light receiving unit or the like of a remote control device which is required to have a wide directivity and high sensitivity.

<従来の技術> 従来の光半導体装置のパッケージ構造を第4図にて説
明する。
<Prior Art> The package structure of a conventional optical semiconductor device will be described with reference to FIG.

図示の如く、受光素子チップ1は、一般的に透光性樹
脂2を用いトランスファーモールドにて、その上部(受
光素子チップ1上)に集光レンズ3を形成した透明樹脂
体4で被履されている。なお、第4図中、5はリードフ
レームである。
As shown in the figure, the light receiving element chip 1 is generally covered with a transparent resin body 4 having a condensing lens 3 formed thereon (on the light receiving element chip 1) by transfer molding using a translucent resin 2. ing. In FIG. 4, reference numeral 5 denotes a lead frame.

この場合、受光素子チップ1のサイズをAとし、例え
ば45゜の半値角を有する指向性を得ることができる光学
系の集光レンズ3の半径Rをr1、また受光素子チップ1
の受光面の中心から集光レンズ3の半径Rの中心までの
距離lをl3とすると、第5図の曲線Mに示す様な指向性
を得ることができる。そこで、正面感度を上げる為にR
をr2(r2>r1)、lをl4(l4>l3)とすると、曲線Lの
様に正面感度は上がるが指向角は狭くなってしまう。
In this case, the size of the light receiving element chip 1 is A, the radius R of the condenser lens 3 of the optical system capable of obtaining directivity having a half-value angle of 45 ° is r 1 , and the light receiving element chip 1
The distance l from the center of the light-receiving surface to the center of the radius R of the condenser lens 3 When l 3, it is possible to obtain such directional shown by curve M in FIG. 5 of. Therefore, to increase the front sensitivity, R
Is r 2 (r 2 > r 1 ), and l is l 4 (l 4 > l 3 ), but the front sensitivity increases as shown by the curve L, but the directivity angle decreases.

この様に、受光素子チップ1のサイズAを固定する
と、どんなR,lの組み合わせにおいても指向角を広げ、
且つ正面感度を大幅に上げる様な指向特性を得ることは
困難である。
As described above, when the size A of the light receiving element chip 1 is fixed, the directional angle is increased in any combination of R and l,
In addition, it is difficult to obtain a directional characteristic that greatly increases the front sensitivity.

よって、曲線Kに示す様に必要な指向性を保ち、かつ
感度を向上させる為には、受光素子チップ1のサイズA
を大きくし、Rとlとの組み合わせで得るしか方法がな
い。
Therefore, in order to maintain the necessary directivity as shown by the curve K and to improve the sensitivity, the size A of the light receiving element chip 1 is required.
Is increased, and a combination of R and l is the only option.

しかし、今日、信号処理回路と受光部との1チップ化
した一体型素子(OPIC)が多く用いられており、受光素
子チップのサイズを大きくする為には信号処理回路の設
計をやり直す必要があり、コスト面でもチップコストが
大幅に上昇する。
However, today, an integrated device (OPIC) in which a signal processing circuit and a light receiving unit are integrated into one chip is often used, and in order to increase the size of the light receiving element chip, it is necessary to redesign the signal processing circuit. In terms of cost, the chip cost is greatly increased.

<発明が解決しようとする課題> これに対処するため、透光樹脂体4の外部にさらに集
光レンズを付加し、透光樹脂体4の集光レンズ3だけで
は受光できない部分の光を受光素子チップ1の受光面に
導く構造が提案されている。
<Problems to be Solved by the Invention> To cope with this, a condenser lens is further added to the outside of the light transmitting resin body 4 to receive light in a portion of the light transmitting resin body 4 that cannot be received only by the condenser lens 3. A structure for guiding the light to the light receiving surface of the element chip 1 has been proposed.

出願人はこれに関連して平成元年6月28日付け(発明
の名称「光半導体装置」)で二重レンズ系構造の光半導
体装置を提案した。
In connection with this, the applicant has proposed an optical semiconductor device having a double lens system structure on June 28, 1989 (name of the invention, "optical semiconductor device").

これは、第6図の如く、受光素子チップ1を透光性樹
脂体2にて被覆し、上部に第1の集光レンズ3を形成し
た透光性樹脂体4と、透光性樹脂体4が収納されその上
部に第2の集光レンズ6を有するレンズケース7とを備
え、レンズケース7の第2の集光レンズ6を透光性樹脂
体4の第1の集光レンズ3と同一中心軸上となるように
したものである。
As shown in FIG. 6, the light-receiving element chip 1 is covered with a light-transmitting resin body 2 and a first light-condensing lens 3 is formed on the light-receiving element chip 1. And a lens case 7 having a second condenser lens 6 on the upper side thereof. The second condenser lens 6 of the lens case 7 is connected to the first condenser lens 3 of the translucent resin body 4. They are arranged on the same central axis.

ここで、第1の集光レンズ3、第2の集光レンズ6の
外側面6a及び内側面6bはすべて球面としている。
Here, the outer surface 6a and the inner surface 6b of the first condenser lens 3 and the second condenser lens 6 are all spherical.

この構成によって、チップサイズを大きくすることな
く、指向性を保ちつつ感度を向上させることが出来る。
しかし、より広い指向角と高感度を得る点において限度
がある。
With this configuration, it is possible to improve sensitivity while maintaining directivity without increasing the chip size.
However, there is a limit in obtaining a wider directional angle and higher sensitivity.

本発明は上記点に鑑みてなされたものであり、より広
い指向角と高感度が得られる光半導体装置を提供するこ
とを目的とする。
The present invention has been made in view of the above points, and has as its object to provide an optical semiconductor device capable of obtaining a wider directional angle and higher sensitivity.

<課題を解決するための手段> 上記目的を達成するために本発明による光半導体装置
は、受光素子チップ1を被覆し上部に第1の集光レンズ
12を形成した透光性樹脂体13と、該透光性樹脂体13を収
納し、かつ前記第1の集光レンズ12と同一の中心軸上に
空間を設けて配置される第2の集光レンズ14を有するレ
ンズカバー15とを備え、前記第2の集光レンズ14は外面
側14aが凸状に形成される一方、内面側14bが凹状に形成
されてなり、前記第1の集光レンズ12と前記第2の集光
レンズ14の外面側の少なくとも一方を楕円面に形成して
なることを特徴とする。
<Means for Solving the Problems> In order to achieve the above object, an optical semiconductor device according to the present invention comprises a light-receiving element chip 1 covered with a first condenser lens
A second light-transmissive resin body 13 on which the light-transmissive resin body 13 is formed; A lens cover 15 having an optical lens 14. The second condenser lens 14 has an outer surface 14a formed in a convex shape while an inner surface 14b is formed in a concave shape. At least one of the outer surface side of the lens 12 and the second condenser lens 14 is formed in an elliptical surface.

<作 用> 上記において、受光素子チップ1はレンズケース15の
第2の集光レンズ14及び透光性樹脂体13の第1の集光レ
ンズ12を介して入射光を受光する。
<Operation> In the above, the light receiving element chip 1 receives incident light via the second condenser lens 14 of the lens case 15 and the first condenser lens 12 of the translucent resin body 13.

このとき、透光性樹脂体13の第1の集光レンズ12とレ
ンズケース15の第2の集光レンズ14の楕円面の組み合わ
せにより、X方向、Y方向の少なくとも一方の指向角を
広くして、かつ目的とする指向性と正面感度の向上が図
れる。また、第1の集光レンズ12と第2の集光レンズ14
の空間により、レンズケース15の第2の集光レンズ14を
透過する入射光の屈折方向が調整され、入射光の受光素
子チップ1への集光効率を向上できる。
At this time, by combining the elliptical surfaces of the first condenser lens 12 of the translucent resin body 13 and the second condenser lens 14 of the lens case 15, at least one of the directional angles in the X direction and the Y direction is widened. In addition, the desired directivity and front sensitivity can be improved. Further, the first condenser lens 12 and the second condenser lens 14
Due to this space, the refraction direction of incident light passing through the second condenser lens 14 of the lens case 15 is adjusted, and the efficiency of condensing incident light on the light receiving element chip 1 can be improved.

<実施例> 以下本発明の一実施例を第1図乃至第3図に従って説
明する。
<Embodiment> An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.

第1図は本実施例の構造例を示すもので、同(a)は
正面図、同(b)はX方向の断面図、同(c)はY方向
の断面図である。又第2図は第1図のX方向の指向特性
を示す図、第3図は第1図のY方向の指向特性を示す図
である。
1A and 1B show a structural example of the present embodiment. FIG. 1A is a front view, FIG. 1B is a sectional view in the X direction, and FIG. 1C is a sectional view in the Y direction. FIG. 2 is a diagram showing the directional characteristics in the X direction of FIG. 1, and FIG. 3 is a diagram showing the directional characteristics in the Y direction of FIG.

第1図において、受光素子チップ1は、例えばホトダ
イオードとリモコン受信用信号処理回路を組み込んで1
チップ化したものであり、チップ上に第1の集光レンズ
12を形成する透光性樹脂11により被覆している。この受
光素子チップ1を被覆した透光性樹脂体13は、上部に第
2の集光レンズ14を形成したレンズケース15に収納され
る。
In FIG. 1, a light receiving element chip 1 includes a photodiode and a signal processing circuit for remote control reception, for example.
The first condenser lens on the chip
It is covered with a translucent resin 11 forming 12. The translucent resin body 13 covering the light receiving element chip 1 is housed in a lens case 15 having a second condenser lens 14 formed thereon.

本例において、第1の集光レンズ12は球面、第2の集
光レンズ14の外側面14aは楕円面で内側面14bは球面であ
る。第2の集光レンズ14の中心は、透光性樹脂体13の球
面で形成した第1の集光レンズ12の中心と同一中心軸上
に配置され、また、透光性樹脂体13の第1の集光レンズ
12とレンズケース15の第2の集光レンズ14との間に空隙
16が設けられている。
In this example, the first condenser lens 12 is spherical, the outer surface 14a of the second condenser lens 14 is elliptical, and the inner surface 14b is spherical. The center of the second condenser lens 14 is disposed on the same central axis as the center of the first condenser lens 12 formed by the spherical surface of the translucent resin body 13. 1 condenser lens
A gap between the second condenser lens 14 of the lens case 15 and the second condenser lens 14
16 are provided.

透光樹脂体13の第1の集光レンズ12(第1のレンズ)
は、 x2+y2+z2=R1 2 レンズケース15の第2の集光レンズ14(第2のレンズ)
の内側面14bは、 x2+y2+z2=R2 2 レンズケース15の第2の集光レンズ14(第2のレンズ)
の外側面14aは、 x2/a2+y2/b2+z2/c2=1 で表され、受光素子チップ1のサイズをAとすると、お
よそ A:R1:R2:a:b:c =1:3:3.4:2.9:2.8 また、それぞれのレンズ中心と受光素子チップ1の受光
面までの距離を第1のレンズ:l1,第2レンズ内側:l2,第
2のレンズ外側:l3とすると、 A:l1:l2:l3 =1:1.0:1.4:1.5 となっている。
First condenser lens 12 (first lens) of transparent resin body 13
X 2 + y 2 + z 2 = R 12 The second condenser lens 14 (second lens) of the lens case 15
The inner surfaces 14b, x 2 + y 2 + z 2 = second condenser lens 14 of the R 2 2 lens case 15 (second lens)
Is expressed as x 2 / a 2 + y 2 / b 2 + z 2 / c 2 = 1, and when the size of the light receiving element chip 1 is A, approximately A: R 1 : R 2 : a: b : c = 1: 3: 3.4: 2.9: 2.8 Further, the distance between the center of each lens and the light receiving surface of the light receiving element chip 1 is set to the first lens: l 1 , the inside of the second lens: l 2 , the second lens outside: When l 3, a: l 1: l 2: l 3 = 1: 1.0: 1.4: and has a 1.5.

なお、この数値は透光性樹脂体13の屈折率がN=1.5
4,レンズケース15の屈折率がN=1.58の場合である。
This value indicates that the refractive index of the translucent resin body 13 is N = 1.5.
4, the case where the refractive index of the lens case 15 is N = 1.58.

第2図及び第3図の曲線dは、上記におけるそれぞれ
X方向とY方向における指向特性を示し、Y方向(第3
図)では半値約16゜程度であるがX方向(第2図)につ
いては高感度を維持して半値45゜程度が得られる。すな
わち、ここではX方向で指向角が広くかつ高感度な特性
を得ることができる。
The curves d in FIGS. 2 and 3 show the directional characteristics in the X direction and the Y direction, respectively, and show the directional characteristics in the Y direction (the third direction).
In the figure, the half value is about 16 °, but in the X direction (FIG. 2), the half value is about 45 ° while maintaining high sensitivity. That is, in this case, characteristics with a wide directional angle in the X direction and high sensitivity can be obtained.

リモコン用受光ユニット等においては、少なくとも一
方向例えば上記のようにX方向で広い指向角が必要であ
り、他方向については実使用上指向角が狭くても問題が
ない。また上記の場合、Y方向の指向角を広げると蛍光
灯等のノイズを受けやすくなり、Y方向はある程度狭い
方がよい。
In a light-receiving unit for a remote controller or the like, a wide directional angle is required in at least one direction, for example, the X direction as described above, and there is no problem even if the directional angle is narrow in other directions in practical use. In the above case, if the directional angle in the Y direction is increased, noise such as a fluorescent lamp is more likely to be received, and it is preferable that the Y direction be somewhat narrow.

第2図及び第3図の曲線e,fは、対比のために、第1
の集光レンズ12及び第2の集光レンズ14をすべて球面の
みのレンズ系とした場合の指向特性を示したものであ
る。球面のみの場合、曲線eで示されるように、感度を
維持しようとすれば指向角において限度が生じ、逆に指
向角を広げようとすれば、曲線fに示されるように感度
の方が低下してしまう。対比して明らかなように、本例
(曲線d)では、少なくとも一方のX方向において指向
角が広くかつ高感度な特性が得られる。
The curves e and f in FIGS. 2 and 3 are, for comparison, the first curves.
This shows the directional characteristics when all of the condenser lens 12 and the second condenser lens 14 are a lens system having only spherical surfaces. In the case of only a spherical surface, as shown by the curve e, a limit is set in the directional angle when trying to maintain the sensitivity, and conversely, when trying to widen the directional angle, the sensitivity decreases as shown by the curve f. Resulting in. As is apparent from comparison, in the present example (curve d), a characteristic having a wide directional angle and high sensitivity in at least one X direction is obtained.

上記例は、 第1レンズ:球面 x2+y2+z2=R1 2 第2レンズの内側:球面 x2+y2+z2=R2 2 第2レンズ外側:楕円面 x2/a2+y2/b2+z2/c2=1 で表される場合であって、具体例のようにa>b(a:b
=3.4:2.9)のとき、X方向指向角>Y方向指向角 となり、逆にa<bのときは、 X方向指向角<Y方向指向角 とすることができる。
Above example, a first lens: inside the sphere x 2 + y 2 + z 2 = R 1 2 second lens: Spherical x 2 + y 2 + z 2 = R 2 2 second lens outer: ellipsoidal x 2 / a 2 + y 2 / b 2 + z 2 / c 2 = 1, where a> b (a: b
= 3.4: 2.9), the X direction directivity angle> Y direction directivity angle, and conversely, when a <b, the X direction directivity angle <Y direction directivity angle can be satisfied.

また、第1の集光レンズ12(第1レンズ)の方を楕円
面、あるいは第1の集光レンズ12(第1レンズ)と第2
の集光レンズ14(第2レンズ)外側面14aの両方を楕円
面としてもよい。
In addition, the first condenser lens 12 (first lens) has an elliptical surface, or the first condenser lens 12 (first lens)
Both outer surfaces 14a of the condenser lens 14 (second lens) may be elliptical surfaces.

前者の場合、 第1レンズ:楕円面 x2/a2+y2/b2+z2/c2=1 第2レンズ内側:球面 x2+y2+z2=R2 2 第2レンズ外側:球面 x2+y2+z2=R3 2 で表され、 a>bの場合、 X方向指向角>Y方向指向角 a<bの場合、 X方向指向角<Y方向指向角 後者の場合、 第1レンズ:楕円面 x2/a1 2+y2/b1 2+z2/c1 2=1 第2レンズ内側:球面 x2+y2+z2=R2 2 第2レンズ外側:楕円面 x2/a2 2+y2/b2 2+z2/c2 2=1 で表され、 a1>b1,a2>b2の場合、 X方向指向角>>Y方向指向角 a1<b1,a2<b2の場合、 X方向指向角<<Y方向指向角 で、本例によればさらにX方向とY方向の指向角に差を
つけることができる。
In the former case, the first lens: elliptical surface x 2 / a 2 + y 2 / b 2 + z 2 / c 2 = 1 inside the second lens: spherical surface x 2 + y 2 + z 2 = R 2 2 outside the second lens: spherical surface x 2 + is represented by y 2 + z 2 = R 3 2, the case of a> b, when the X-direction directional angle> Y-direction directivity angle a <b, when the X-direction directional angle <Y-direction directivity angle latter, a first lens : ellipsoidal x 2 / a 1 2 + y 2 / b 1 2 + z 2 / c 1 2 = 1 second lens inner: spherical x 2 + y 2 + z 2 = R 2 2 second lens outer: ellipsoidal x 2 / a It is represented by 2 2 + y 2 / b 2 2 + z 2 / c 2 2 = 1, a 1> b 1, a 2> for b 2, X-direction directional angle >> Y-direction directivity angle a 1 <b 1, In the case of a 2 <b 2 , the X-direction directional angle << Y-direction directional angle, and according to the present embodiment, the directional angles in the X direction and the Y direction can be further differentiated.

なお、後者において、a1>b1,a2<b2またはa1<b1,a2
>b2の場合は、a1,b1,a2,b2の値によりX方向指向角と
Y方向指向角の大小関係は変動することとなる。
In the latter, a 1 > b 1 , a 2 <b 2 or a 1 <b 1 , a 2
> For b 2, the magnitude relation of a 1, b 1, a 2 , b X direction orientation angle and the Y-direction directivity angle by a value of 2 so that the variation.

このように本発明は、指向特性においてX,Y方向の少
なくとも一方向において広指向性および高感度を実現で
きる。そして、レンズ系は球面と楕円面のみで、設計お
よび加工が容易である。
As described above, the present invention can achieve wide directivity and high sensitivity in at least one of the X and Y directions in the directivity characteristics. The lens system has only a spherical surface and an elliptical surface, and is easily designed and processed.

なお、上記実施例では、リモコン受光装置について記
載したが、発光素子と受光素子とを光学的に結合するホ
トインタラプター等の光結合装置に本発明を適用でき
る。
In the above embodiment, the remote control light receiving device is described. However, the present invention can be applied to an optical coupling device such as a photo interrupter for optically coupling a light emitting element and a light receiving element.

また、レンズケースの光学系を数種類準備すれば、受
光素子側のレンズを固定して、挿入するレンズケースを
変えることで、目標とする必要な指向特性,感度を有す
る光半導体装置が容易に得られるものである。
If several types of optical systems are prepared for the lens case, the optical semiconductor device having the required required directional characteristics and sensitivity can be easily obtained by fixing the lens on the light receiving element side and changing the lens case to be inserted. It is something that can be done.

本発明は、上記各実施例に限定されるものではなく、
本発明の範囲内で上記実施例に多くの修正および変更を
加えることは勿論である。
The present invention is not limited to the above embodiments,
Of course, many modifications and changes may be made to the above embodiments within the scope of the present invention.

<発明の効果> 以上のように本発明によれば、受光素子チップを大き
くすることなく、X,Y方向の少なくとも一方向において
広指向性および高感度が得られ、実現が容易で応用範囲
の広い実用価値の高い光半導体装置が提供できる。
<Effects of the Invention> As described above, according to the present invention, wide directivity and high sensitivity can be obtained in at least one of the X and Y directions without increasing the size of the light-receiving element chip, and it is easy to realize, An optical semiconductor device having a wide practical value can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図(a),(b),(c)は本発明の一実施例を示
す正面図,X方向断面図およびY方向断面図、第2図は第
1図のX方向の指向特性を示す図、第3図は第1図のY
方向の指向特性を示す図、第4図は従来例を示す断面
図、第5図は第4図の指向特性を示す図、第6図は先の
出願の構成例を示す断面図である。 1:受光素子チップ,11:透光性樹脂,12:第1の集光レン
ズ,13:透光性樹脂体,14:第2の集光レンズ,15:レンズケ
ース,16:空隙。
1 (a), 1 (b) and 1 (c) are a front view, an X-direction sectional view and a Y-direction sectional view showing one embodiment of the present invention, and FIG. 2 shows the directional characteristics in the X direction of FIG. FIG. 3 shows Y in FIG.
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a conventional example, FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a directivity characteristic of FIG. 4, and FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a configuration example of the earlier application. 1: light receiving element chip, 11: translucent resin, 12: first condenser lens, 13: translucent resin body, 14: second condenser lens, 15: lens case, 16: void.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 樫田 元 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−105486(JP,A) 特公 平7−16017(JP,B2) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (72) Inventor Gen Kashida 22-22 Nagaikecho, Abeno-ku, Osaka-shi, Osaka Inside Sharp Corporation (56) References JP-A-62-105486 (JP, A) -16017 (JP, B2)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】受光素子チップを被覆し上部に第1の集光
レンズを形成した透光性樹脂体と、該透光性樹脂体を収
納し、かつ前記第1の集光レンズと同一の中心軸上に空
間を設けて配置される第2の集光レンズを有するレンズ
カバーとを備え、前記第2の集光レンズは外面側が凸状
に形成される一方、内面側が凹状に形成されてなり、前
記第1の集光レンズと前記第2の集光レンズの外面側の
少なくとも一方を楕円面に形成してなることを特徴とす
る光半導体装置。
1. A light-transmitting resin body that covers a light-receiving element chip and has a first light-collecting lens formed thereon, and the same light-transmissive resin body that houses the light-transmitting resin body and is the same as the first light-collecting lens. A lens cover having a second condenser lens provided with a space on the central axis, wherein the second condenser lens has a convex outer surface and a concave inner surface. An optical semiconductor device, wherein at least one of the outer surfaces of the first condenser lens and the second condenser lens is formed in an elliptical surface.
JP1205116A 1989-08-08 1989-08-08 Optical semiconductor device Expired - Lifetime JP2636048B2 (en)

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JP1205116A JP2636048B2 (en) 1989-08-08 1989-08-08 Optical semiconductor device

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