JP2007103636A - 発光素子の固定方法およびこの方法を用いた投光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発光素子の光の出射位置の高さや光の出射方向が精度良く合わせられるように、発光素子を固定する。
【解決手段】平坦な基板支持面３０の外側に凹部３１が形成され、さらに凹部３１の外周縁に沿って基板支持面３０より高い凸壁部３２が形成された構成のＭＩＤ３を成形し、その基板支持面３０にレーザーチップ１が実装されたサブマウント基板２を設置する。凹部３１の内面には回路パターン３６が形成されているが、基板支持面３０には回路パターン３６は形成されていない。凹部３１内には、前記サブマウント基板２の底面の周縁部に接触するように、導電性ペースト４が充填される。さらにサブマウント基板２の側面と凸壁部３２の内壁面との間の空間には、導電性ペースト４が山状に盛り上げられたフィレット４０が形成され、これによりサブマウント基板２の側面が支持される。
【選択図】図１

Description

この発明は、発光ダイオード、レーザーダイオードなどの発光素子のベアチップを光源とする投光装置に関するもので、特に、前記ベアチップをサブマウント基板を介してＭＩＤに固定した構成の投光装置において、ベアチップを固定するための技術に関する。

ＭＩＤ（Molded Interconnect Device：三次元射出成形回路部品）は、組み込まれる装置の形状等に合わせて種々の立体形状に成形することができるため、装置に対する位置決め精度を向上でき、また装置の小型化をはかることができる。
この特性を利用して、出願人は、以前に、光学素子が搭載されたＭＩＤを組み込んだ光電センサを開発した（特許文献１参照。）。この光電センサでは、ＭＩＤの表面に凹部を形成し、この凹部内に前記ＬＥＤチップやフォトＩＣをダイボンディングすることにより、光軸のずれを防止するようにしている。

特開２０００−３２２９８９ 公報

また、上記の特許文献１と同様の技術的思想が開示された文献として、下記の特許文献２がある。この特許文献２には、ＭＩＤを使用するという記載はないが、特許文献１と同様に、基板の表面に凹部を形成し、その内部にＬＥＤチップを設置した後に、その周囲に導電性ペーストを注入してＬＥＤチップを固定するようにしている。

特開２０００−２７７８１３ 公報

しかしながら上記の特許文献１，２では、発光素子の搭載される面に平行な方向（この明細書では、便宜上、「水平方向」とする。）における発光素子のずれに対応することはできるが、前記搭載面からみた発光素子の高さのばらつきや発光素子の傾きまで防止することはできない。特許文献１では、前記凹部内に導電性ペーストを塗布した後に、その上にＬＥＤチップを搭載しているので、ペーストの厚みのばらつきにより、ＬＥＤチップの搭載面を均一にできない。また、特許文献２では、凹部内に半導体パターンによる素子載置部を形成し、その上にＬＥＤチップを実装しているが、半導体パターンの厚みにもばらつきが生じる。このように素子の搭載面を均一にできないと、発光素子の高さにばらつきが生じたり、発光素子が斜めに設置されるなどの状態が生じる。その結果、光の出射位置の高さや進行方向にばらつきが生じ、レンズ体や投光窓などとの位置合わせに支障が生じるおそれがある。
また特許文献１のような光電センサの場合には、物体検出用のビームの光量が増減したり、検出対象の方向に十分なビームが導かれないなどの問題が生じ、検出精度が低下する可能性がある。

この発明は上記問題に着目してなされたもので、発光素子の光の出射位置の高さや光の出射方向が精度良く合わせられるように、発光素子を固定することを目的とする。

この発明にかかる発光素子の固定方法では、発光素子のベアチップをサブマウント基板を介してＭＩＤ上に固定する場合に、前記サブマウント基板の底面より小さく、かつ回路パターンのない平坦面と、この平坦面の外側に形成され、内面に回路パターンが設けられた凹部とを有するＭＩＤを作成する。そして、前記ベアチップが上面に実装された状態のサブマウント基板を、その底面を前記平坦面に接触させて設置するとともに、前記凹部内に、前記サブマウント基板の前記平坦面に接していない底面に接触するように導電性ペーストを充填する。

上記の方法によれば、サブマウント基板およびその上面のベアチップは、ＭＩＤの平坦面により支持されるが、この平坦面には回路パターンが形成されておらず、また導電性ペーストも塗布されていないため、サブマウント基板やベアチップの高さのばらつきを防止することができる。また平坦面の面積を調整することにより、サブマウント基板を安定して支持することができるので、サブマウント基板やベアチップが傾くのを防止することができる。
一方、サブマウント基板の底面の平坦面に接していない部分は、凹部内に充填された導電性ペーストに接触しているので、このペーストを硬化させることによって、サブマウント基板をＭＩＤに接着することができる。また、この導電性ペーストを介して、サブマウント基板と回路パターンとを電気接続できるので、ベアチップと回路パターンとの間を導通状態にすることができる。

なお、凹部内の回路パターンは、凹部の外側（前記平坦面以外のＭＩＤの表面）に引き出され、さらに、電源や制御回路などへの接続位置まで連続形成されるのが望ましい。

上記の発光素子の固定方法の好ましい態様では、ＭＩＤの作成において、前記凹部の外周縁に沿って前記平坦面よりも高い凸壁部を形成する。そして、前記平坦面上に硬化前の導電性ペーストを載せた後に、前記ベアチップが実装されたサブマウント基板を前記導電性ペーストの上に載せることにより、前記導電性ペーストを凹部内に流し込む。

上記の態様によれば、平坦面上に導電性ペーストを載せ、さらにその上にベアチップが実装されたサブマウント基板を載せることにより、前記導電性ペーストを凹部内に充填することができるので、サブマウント基板の固定および電気接続を簡単に行うことが可能になる。また、先にサブマウント基板を設定してから凹部にペーストを注入する方法では、設置したサブマウント基板が位置ずれする可能性があるが、上記態様の方法によれば、サブマウント基板を平坦面に設置することによって、直ちにその底面を導電性ペーストに接触させた状態にすることができ、サブマウント基板の位置ずれを防止することができる。

さらに、凹部の外周縁の凸壁部の存在によって、導電性ペーストが凹部外に流れ出すのを防止することができる。よって、導電性ペーストの量を凹部の容量よりも多くすることにより、このペーストを凸壁部側で平坦面よりも高く盛り上げて、サブマウント基板の側面を支持することができる。このようにすれば、水平方向においても、サブマウント基板やベアチップを安定した位置に安定した姿勢で固定することが可能になる。
なお、サブマウント基板を載せる場合には、平坦面上のペーストが完全に流されるように、サブマウント基板に若干の押圧力をかけてもよい。
さらに、

この発明にかかる投光装置は、発光素子のベアチップをサブマウント基板を介してＭＩＤ上に固定した構成のもので、ＭＩＤは、前記サブマウント基板の底面より小さく、かつ回路パターンのない平坦面と、この平坦面の外側に形成され、内面に回路パターンが設けられた凹部とを有する。また、前記サブマウント基板は、上面に前記ベアチップが実装された状態で、その底面を前記平坦面に接触させて設置され、前記凹部には、前記サブマウント基板の前記平坦面に接していない底面に接触するように導電性ペーストが充填される。

上記構成の投光装置は、前述した発光素子の固定方法を用いて作成されたものである。この構成によれば、サブマウント基板およびベアチップの高さのばらつきや傾きを抑え、かつ電気接続も良好に設定できるから、光の出射位置の高さや出射の方向を安定させることができる。

好ましい構成の投光装置では、前記ＭＩＤに、前記凹部の外周縁に沿って前記平坦面よりも高い凸壁部が形成される。また凹部内の導電性ペーストは、前記サブマウント基板の底面周縁部および側面の下部に接触するように、前記凸壁部側で平坦面よりも高く盛り上げられる。
この構成によれば、サブマウント基板やベアチップの横ずれも防止できるので、出射光の光軸の位置合わせ精度をさらに高めることができる。

さらに好ましい構成の投光装置では、前記ＭＩＤの前記凹部を挟んで平坦面に対向する位置に、レンズ体を支持するための第２の平坦面が形成される。また前記ベアチップは、その光出射面を前記第２の平坦面上のレンズ体に向けて配備される。
この構成によれば、サブマウント基板とレンズ体とを同じ高さの平面に支持することが可能になるから、ベアチップとレンズ体との光軸を高い精度で合わせることが可能になり、出射光量や出射方向などを精度良く調整することができる。なお、第２の平坦面もサブマウント基板を支持するための平坦面と同じく、回路パターンが形成されない面とするのが望ましい。

上記の投光装置は、光電センサの投光部として使用できるほか、マーキング装置、光ディスク装置など、種々の光学製品に組み込むことが可能である。

この発明によれば、回路パターンや導電性ペーストが存在しない平坦面によりサブマウント基板を支持するとともに、平坦面の外側に形成された凹部に充填された導電性ペーストによって、ＭＩＤとサブマウント基板との接着および電気接続を行うようにしたから、発光素子の高さのばらつきや傾きを抑えることが可能になる。よって、光の出射位置の高さや出射方向の精度を確保することが可能になり、投光装置の性能を格段に向上することができる。

図１は、この発明にかかる投光装置の構成例を示す。
この投光装置は、レーザーダイオードのベアチップ１（以下、「レーザーチップ１」という。）を光源とするもので、その他の構成として、サブマウント基板２およびＭＩＤ３が含まれる。レーザーチップ１は、サブマウント基板２を介してＭＩＤ３の表面に固定される。

上記構成の投光装置は、後記する光電センサなどの光学機器の一部を構成する。前記ＭＩＤ３も、前記光学機器に応じた形状に成形されるが、図９までの実施例では、便宜上、投光装置に含まれる部分のみを、平板状のＭＩＤ３として示す。

前記ＭＩＤ３の上面には、前記レーザーチップ１が実装されたサブマウント基板２を支持するための面３０（以下、「基板支持面３０」という。）が形成され、この基板支持面３０の外側に、所定深さの凹部３１が形成される。さらに、この凹部３１の外周縁に沿って、前記基板支持面３０よりも高い凸壁部３２が形成される。
なお、凸壁部３２より外側の平面３４（以下、「外側平面３４」という。）は、前記基板支持面３０と同じ高さの平坦面に形成される。

前記レーザーチップ１は、金および錫の合金層を介してサブマウント基板２上に固定される。この固定処理は、前記レーザーチップ１の底面およびサブマウント基板２の上面に、それぞれ金、錫によるメッキ層を形成し、両メッキ層を合わせた状態下でサブマウント基板２を加熱し、さらにレーザーチップ１に上方から加圧力をかける公知の方法により行われる。
前記基板支持面３０は、サブマウント基板２の底面よりも小さな面として形成されている。前記レーザーチップ１が実装されたサブマウント基板２は、基板支持面３０に中心部を合わせた状態で設置されるので、その底面の周縁部は、前記凹部３１の上に位置することになる。

また図１において、３６はＭＩＤ３の表面に形成された回路パターンである。この実施例の回路パターン３６は、凹部３１の内面から凸壁部３２を介して外側平面３４に延びており、さらに図示しない制御基板への接続位置へと導かれる。これに対し、前記基板支持面３０には回路パターン３６は形成されていない。

前記凹部３１には、導電性ペースト４が充填される。この導電性ペースト４は、前記サブマウント基板２の底面の前記基板支持面３０に接していない部分（前記底面の周縁部）に接触し、さらにサブマウント基板２の側面と凸壁部３２の内壁面との間の空間に山状に盛り上げられる（以下、この導電性ペースト４が山状に盛り上がった部分４０を「フィレット４０」という。）。なお、サブマウント基板２の側面とは、この基板２の厚み、言い換えれば前記レーザーチップ１が実装される上面とＭＩＤ３に設置される底面との間に位置する４枚の面すべてを指す。

上記の構成によれば、前記サブマウント基板２の底面の周縁部および側面の下端部が導電性ペースト４によって固定されるので、サブマウント基板２は、基板支持面３０上に支持された状態で固定される。また、サブマウント基板２は、この導電性ペースト４を介して回路パターン３６に電気接続されるので、レーザーチップ１と回路パターン３６とを導通させることができる。

図２は、上記サブマウント基板２およびＭＩＤ３のサイズを例示したものである。なお、図中、サイズを表す数値の単位はミリメートルである。
図示例のサブマウント基板２の横幅は約０．７５〜０．８mm、縦幅（図２の紙面に直交する方向の幅）は約０．６mm、高さは約０．２〜０．２５mmである。前記凹部３１の深さは約０．１〜０．２mmに、基板支持面３５や外側平面３４から見た凸壁部３２の高さは約０．０５〜０．２mmに、それぞれ設定される。またサブマウント基板２の側面から凸壁部３２までの距離は約０．２〜０．３mmに設定される。

上記図２の例に示すように、前記投光装置は、微細な構成のものである。またこの投光装置は、光電センサなど、レーザー光の出射位置や出射光量の精度を確保する必要性の高い機器に組み込まれるため、レーザーチップ１の光出射位置や光出射方向がわずかに変化しただけでも、検出や計測に支障が生じるおそれがある。しかし、前記図１の構成によれば、レーザーチップ１の位置や姿勢を精度良く合わせることができるので、上記のような問題が生じるのを防止することができる。

すなわち、前記基板支持面３０には、回路パターン３６が形成されず、また導電性ペースト４も塗布されないため、サブマウント基板２を均一な水平面に設置することが可能になる。また前記フィレット４０によって、サブマウント基板２の側面も支持されるので、水平方向における位置ずれも防止することができる。よって、水平方向および垂直方向のいずれにおいても、レーザーチップ１の位置がばらつくのを抑えることができ、またレーザーチップ１が傾いた状態で固定されるのを防止することができる。

図３は、前記図１の構成のＭＩＤ３上にサブマウント基板２を固定するための方法を示す。この例では、まず図３（１）に示すように、サブマウント基板２を載せる前の基板支持面３０に硬化前の導電性ペースト４を載せた後、この導電性ペースト４の上にレーザーチップ１が実装されたサブマウント基板２を載せる。このようにすると、レーザーチップ１およびサブマウント基板２の重みによって前記導電性ペースト４が凹部３１内に流し込まれる。また導電性ペースト４の量が凹部３１の容量より若干多くなるように調整することにより、凹部３１の全体が導電性ペースト４で満たされた後、新たに流し込まれた導電性ペースト４によって、先に流し込まれた導電性ペースト４が前記サブマウント基板２と凸壁部３２との間の空間に押し上げられ、前記フィレット４０が形成される（図３（２））。この状態下で導電性ペースト４が硬化することにより、サブマウント基板２の底面および側面を接着することができる。

上記の方法によれば、サブマウント基板２を基板支持面３０に設置することによって、直ちにその底面や側面の下端部を導電性ペースト４に接触させることができるから、サブマウント基板２の位置ずれを防止することができる。また凸壁部３２の存在によって、凹部３１からあふれた導電性ペースト４をせきとめて確実にフィレット４０を形成することができるので、サブマウント基板２およびレーザーチップ１を安定して支持することが可能になる。
なお、基板支持面３０に載せられた導電性ペースト４の殆どは、レーザーチップ１およびサブマウント基板２の重みにより凹部３１内に流されるが、サブマウント基板２の上面に若干の加圧力をかけて、導電性ペースト４が完全に流し込まれるようにするのが望ましい。

また水平方向におけるレーザーチップ１の位置の安定化を考慮しなくとも良い場合には、図４に示すように、凸壁部３２が形成されていないＭＩＤ３を使用してもよい。この場合には、導電性ペースト４が凹部３１からはみ出すと、外側平面３４の方に流れてしまうので、ペーストの量を抑える必要がある。よってフィレット４０を形成することはできず、サブマウント基板２の周縁部のみが導電性ペースト４により固定されるようになる。
なお、この図４の構成を適用する場合には、前記図３の方法は使用せずに、基板支持面３０にサブマウント基板２を設置してから、凹部３１内に導電性ペースト４を注入するのが望ましい。

図５は、前記図１の断面形状を有する投光装置の外観を示す。前記図１や図３は、この図５のＡ−Ａ線に沿う断面図に相当する。
この投光装置では、前記ＭＩＤ３として、図６に示すような構成のＭＩＤ３Ａを使用する。このＭＩＤ３Ａには、外周が矩形状の凹部３１が形成されるとともに、この凹部３１内に十字状部３３が突出形成される。さらに凹部３１の外周縁に沿って、所定の幅を具備する凸壁部３２が形成される。

前記十字状部３３の上面３３ａは平坦面であって、その十字を構成する４つの片の幅はいずれもサブマウント基板２の縦横の幅より小さく設定されている。前記サブマウント基板２は、この上面３３ａに中心を合わせて固定される。したがって、図６に点線で示すように、上面３３ａのうち、前記４つの片が交差する中心部を含み、前記サブマウント基板２の大きさに応じた範囲の面が前記基板支持面３０として機能する。

図７は、前記図１の断面形状を導き出せるＭＩＤ３の他の構成を示す。この実施例のＭＩＤ３Ｂは、図６のＭＩＤ３Ａにおけるのと同様の凹部３１や凸壁部３２を具備し、さらに凹部３１内には、円筒状の支持部３５が突出形成される。

このＭＩＤ３Ｂでは、前記支持部３５の上面全体が前記基板支持面３０として機能する。基板支持面３０の直径は、サブマウント基板２の縦横の幅より小さく設定される。またサブマウント基板２は、基板支持面３０に中心部を合わせて設置されるので、その底面の周縁部は基板支持面３０に接触せず、凹部３１上に位置する状態となる。

上記図６，７に示したＭＩＤ３Ａ，３Ｂは、専用の金型を用いた射出成形により構成される。この金型は、所定厚みの板状体をＮＣ制御により切削加工することにより得られるものである。

図８は、前記ＭＩＤ３Ａを成形するための金型の加工方法を示す。この方法では、原型となる板状体５の表面を削ることにより、上面に４つの矩形状の突部５１を有する中間型５ａを製作した後、各突部５１の周囲を掘り下げて、一定幅の溝部５３が形成された最終型５Ａを製作する。前記ＭＩＤ３Ａの凹部３１は各突部５１により形成され、前記十字状部３３は突部５１間の平面５２により形成される。また前記凸壁部３２は前記溝部５３により形成される。

上記の中間型５ａでは、前記突部５１間の平面５２と突部５１より外側の平面５４とが連続した状態にある。また各突部５１の並び方向は型５ａの各辺に平行である。この構成の場合、板状体５の直交する２辺について、それぞれその辺に沿う方向を全幅にわたって削る処理を、他方の辺に沿う方向に切削装置の刃を移動させながら繰り返す（ただし、突部５１に対応する位置は切削の対象外となる。）ことによって、各平面５２，５４を形成することができる。

上記の加工方法によれば、平面５２，５４を一連の面として同時に形成することができるから、平面５２，５４間に生じる高さをほぼ均一にすることができる。したがって、最終型５Ａから成形されたＭＩＤ３においても、基板支持面３０と外側平面３４との高さをほぼ均一にできる。

図９は、前記ＭＩＤ３Ｂを成形するための金型の加工方法を示す。この方法では、板状体５の表面を削って矩形状の突部５５を有する第１の中間型５ｂを製作した後に、前記突部５５の一部を削ることにより、突部５５内に円筒状の凹部５６が形成された第２の中間型５ｃを製作する。さらに、前記突部５５の周囲を掘り下げる処理を行うことにより、所定幅の溝部５７を有する最終型５Ｂを製作する。
前記ＭＩＤ３Ｂの支持部３５は前記凹部５６により形成され、凹部３１は突部５５により形成される。また凸壁部３２は、前記溝部５７により形成される。

図９の例の加工方法でも、前記基板支持面３０に対応する凹部５６の内底面と外側平面３４に対応する平面５４との高さが均一になるように制御される。しかし、この例では、これらの平面が連続しておらず、外側の平面５４を形成し終えてから、凹部５６を形成するための切削処理を行わなければならないため、切削装置の刃の高さを安定できず、各平面間の高さの誤差が大きくなる可能性がある。その結果、最終型５Ｂにより成形されるＭＩＤ３Ｂでも、基板支持面３０と外側平面３４の間の高さの誤差が大きくなる可能性がある。

後記する光電センサのように、外側平面３４の回路パターン３６が形成されていない領域をレンズ体などの支持面として使用する場合には、前記基板支持面３０と外側平面３４との間の高さの誤差が小さいＭＩＤ３Ａを使用することにより、レンズ体とレーザーチップ１とを高精度で位置合わせすることが可能になる。しかし、ＭＩＤ３Ａの場合には、十字状部４３により凹部４２が４分割されて、導電性ペーストを充填できる空間が小さくなるため、導電性ペースト４の量を正確に調整する必要がある。
これに対し、ＭＩＤ３Ｂでは、レーザーチップ１の位置決め精度の面ではＭＩＤ３Ａより劣るが、凹部の空間を大きくすることができるので、導電性ペースト４の量の調整をさほど正確に行わなくてすむ。

図１０は、前記図１の構成の投光装置が組み込まれた光電センサの内部構成例を示す。この例の光電センサの主要部は、投光部６１、受光部６２、およびレンズ体１００を含む前面部６４を、ＭＩＤ６３に組み付けた構成のものである。

前記ＭＩＤ６３は、前面および背面が開口されており、内部にアパーチャ６３１を有する遮蔽部６３２が形成されている。またＭＩＤ６３の内周面の前端部には、前記前面部６４を支持するための段部６３３が形成され、表面には、前記図１に示したのと同様の回路パターン３６（図では一部のみ示す。）が形成されている。

前記前面部６４は、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネートなどの光学プラスチック材料（透明）による成形品であって、円形の窓部１０４を有する板状体１０３と、前記窓部１０４内に前面を臨ませて配備されたレンズ体１００とを一体にしたものである。なお、板状体１０３の外縁は、前記段部６３３に対応する大きさおよび形状に設定され、この板状体１０３の板面の左寄りの位置に前記窓部１０４が形成される。
前記レンズ体１００の前面は、円形状の平坦面１０１の周囲に曲面１０２が連続形成された構成のものである。さらにこのレンズ体１００には、後記するように、プリズム部１０５やコリメートレンズ１０６が設けられる。

前記受光部６２は、フォトダイオード７を含むフォトＩＣである。この受光部６２は、前記遮蔽部６３２の背面側にフリップチップ実装される。
一方、投光部６１は、レーザーチップ１をサブマウント基板２に実装した構成のもので、遮蔽部６３２の前面に固定される。遮蔽部６３２の前面の前記投光部６１が設置される部分（以下、「投光部支持部」という。）の表面は、前記ＭＩＤ３Ａまたは３Ｂと同様の形状に成形される。

サブマウント基板２に対するレーザーチップ１の固定方法、および投光部支持部に対するサブマウント基板２の固定方法については、前記した投光装置で説明したのと同様の方法が適用される。なお、前記レーザーチップ１は、サブマウント基板２が固定された後に、図示しない制御基板にワイヤボンディングされる。

前記前面部６４は、前記板状体１０３の下面を前記段部６３３上に載せることによって、前記遮蔽部６３２の前方の空間内に設置される。さらに板状体１０３と段部６３３との接合部分などを光硬化性樹脂により接着することにより、前面部６４もＭＩＤ６３に固定された状態となる。
なお、この固定状態になったとき、前記レンズ体１００の底面は遮蔽部６３２の前面に接し、前記した凹部１０５がアパーチャ６３１に連通した状態になる（つぎの図１１を参照。）。レンズ体１００が接する面は、前記投光部支持部を形成するＭＩＤ３Ａ（３Ｂ）の外側平面３４に、段差なしに一連に形成される。また、レンズ体１００が接する面も前記基板支持面３０と同様に、回路パターン３６を具備しない平面として形成される。

図１１は、前記投光部６１、受光部６２、およびレンズ体１００により実施される物体検出処理の原理を示す。なお、この図１１は、前記レンズ体１００の前面を上方に向けた状態を示すものである。また、前記図１は、この投光部支持部およびその上の投光部６１を、紙面に直交する方向に沿って切断したときの断面図に相当する。この図１１では、遮蔽部６３２のうち、前記投光部支持部に相当する部分（ＭＩＤ３Ａまたは３Ｂに相当する部分）を網点の領域として示す。

前記したように、レンズ体１００は光学プラスチック材料による成形品であって、背面に正三角柱状の凹部１０５が形成されるとともに、前記投光部６１に対向する側面にコリメートレンズ１０６が一体に設けられている。なお、このコリメートレンズ１０６は、前記凹部１０５の斜面にも対向している。

投光部６１のレーザーチップ１から出射された光は、コリメートレンズ１０６により平行にされた後、前記凹部１０５に到達する。この場合、光学的に密な媒体（樹脂）から粗になる媒体（空気）に向かってコリメート光が進行し、また両媒体の境界が４５度の傾斜角度を持つ斜面になるため、この斜面で前記コリメート光が全反射する。すなわち、前記凹部１０５がプリズム部として機能することにより、前記コリメート光は前面の平坦面１０１に導かれ、さらに検出ビームとして前方の空間に出射される。

この検出ビームの出射された方向に被検出物体Ｓがあると、検出ビームは被検出物体Ｓに照射されて反射してレンズ体１００の方に戻り、その前面に照射される。ここで前記平坦面１０１の周囲に形成された曲面１０２が集光レンズとして機能するため、前記反射光は、レンズ体１００の内部を収束しながら背面に導かれる。この実施例では、この反射光の集光位置が前記レンズ体１００よりも若干後方になるように、前記球面１０２の曲率を調整するとともに、その集光位置に前記受光部６２が配備されるように、前記遮蔽部６３２の厚みを定めている。

上記の構成により、レンズ体１００の背面から出た光は、前記遮蔽部６３２のアパーチャ６３１を通過した後に、前記受光部６２のフォトダイオード７に入射する。よって、前記投光部６１の投光タイミングに応じて受光部６２からの信号を処理することにより、前記物体Ｓの有無を検出することが可能になる。さらに、物体Ｓが存在する場合には、受光部６２で検出された受光量によって、前記物体Ｓまでの距離を計測することが可能になる。

上記の光電センサでは、前記遮蔽部６３２の投光部支持部に前記図１のＭＩＤ３の構成を適用し、レーザーチップ１およびサブマウント基板２を、前記図１と同様の状態で固定する。これによりレーザーチップ１の位置や光の出射方向を正確に合わせることが可能になる。

また前記レンズ体１００の底面が接する面と前記投光部支持領域の外側平面３４との間には段差がないので、前記サブマウント基板２とレンズ体１００とを同じ高さの平面で支持することが可能になる。しかも、いずれの平面にも回路パターン３６が形成されていないので、サブマウント基板２の厚みを調整することにより、前記レーザーチップ１をレンズ体１００の定められた高さ位置（前記コリメートレンズ１０６の位置）に、精度良く合わせることが可能になる。

このようにコリメートレンズ１０６とレーザーチップ１とを精度良く位置合わせすることができるから、レンズ体１００から出射される検出ビームの光量やビームの出射方向が安定し、物体検出や距離計測の精度を向上することが可能になる。

なお、上記の実施例では、レンズ体１００の支持面を投光部支持領域の外側平面３４にが段差なしに連続するようにしているが、前記段部６３３と投光用支持領域との間の距離の精度を確保できるのであれば、レンズ体１００の支持面を前記外側平面３４との間に段差を設けてもよい。

この発明にかかる投光装置の構成を示す断面図である。 図１の構成の各部のサイズを示す説明図である。 レーザーチップが実装されたサブマウント基板をＭＩＤに固定する方法を示す説明図である。 投光装置の他の構成を示す断面図である。 図１の構成に対応する投光装置の外観を示す斜視図である。 図５の投光装置に使用されるＭＩＤの構成を示す斜視図である。 ＭＩＤの他の構成例を示す斜視図である。 図６のＭＩＤを成形するための型を加工する方法を示す説明図である。 図７のＭＩＤを成形するための型を加工する方法を示す説明図である。 投光装置が組み込まれた光電センサの主要構成を示す分解斜視図である。 図１０の光電センサにおける物体の検出原理を示す説明図である。

符号の説明

１ レーザーチップ
２ サブマウント基板
３，３Ａ，３Ｂ ＭＩＤ
４ 導電性ペースト
３０ 基板支持面
３１ 凹部
３２ 凸壁部
３６ 回路パターン

Claims (5)

1. 発光素子のベアチップをサブマウント基板を介してＭＩＤ上に固定する方法において、
   前記サブマウント基板の底面より小さく、かつ回路パターンのない平坦面と、この平坦面の外側に形成され、内面に回路パターンが設けられた凹部とを有するＭＩＤを作成し、
   前記ベアチップが上面に実装された状態のサブマウント基板を、その底面を前記平坦面に接触させて設置するとともに、前記凹部内に、前記サブマウント基板の前記平坦面に接していない底面に接触するように導電性ペーストを充填することを特徴とする発光素子の固定方法。
2. 請求項１に記載された方法において、
   前記ＭＩＤの作成において、前記凹部の外周縁に沿って前記平坦面よりも高い凸壁部を形成しておき、
   前記平坦面上に硬化前の導電性ペーストを載せた後に、前記ベアチップが実装されたサブマウント基板を前記導電性ペーストの上に載せることにより、前記導電性ペーストを凹部内に流し込むようにした発光素子の固定方法。
3. 発光素子のベアチップをサブマウント基板を介してＭＩＤ上に固定した構成の投光装置であって、
   前記ＭＩＤは、前記サブマウント基板の底面より小さく、かつ回路パターンのない平坦面と、この平坦面の外側に形成され、内面に回路パターンが設けられた凹部とを具備し、
   前記サブマウント基板は、上面に前記ベアチップが実装された状態で、その底面を前記平坦面に接触させて設置され、前記凹部には、前記サブマウント基板の前記平坦面に接していない底面に接触するように導電性ペーストが充填されている投光装置。
4. 前記ＭＩＤには、前記凹部の外周縁に沿って前記平坦面よりも高い凸壁部が形成され、前記凹部内の導電性ペーストは、前記サブマウント基板の底面周縁部および側面の下部に接触するように、前記凸壁部側で平坦面よりも高く盛り上げられている請求項３に記載された投光装置。
5. 前記ＭＩＤには、前記凹部を挟んで平坦面に対向する位置にレンズ体を搭載するための第２の平坦面が形成され、前記ベアチップは、その光出射面を前記第２の平坦面上のレンズ体に向けて配備される請求項３または４に記載された投光装置。

Images