JP4320148B2 - 光結合装置およびその製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、光結合装置およびその製造方法に関するものであり、さらに詳しくは、発光素子から発せられる光を受光素子で受けることにより被検出物を感知するための光結合装置と、このような光結合装置の製造方法とに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、この種の光結合装置としては、実開平2−41461号公報に記載された光結合装置(第1従来例)が知られている。
【0003】
この光結合装置は、「実用新案登録請求の範囲」に記載があるように、リードフレームに搭載された発光素子を被覆形成して成る発光側モールド体と、前記リードフレームとは別のリードフレームに搭載された受光素子を被覆形成して成る受光側モールド体と、前記発光側モールド体および受光側モールド体を夫々収納するケースとを備え、前記モールド体の発光面と受光面とのうちの少なくとも一方に小幅のスリットを有する遮光板が設けられ、該遮光板は、前記リードフレームと一体形成されたことを特徴とするものである。
【0004】
すなわち、第1従来例の光結合装置では、受光素子の検出幅を制限するために、受光側モールド体の前面にスリットを具備した遮光板が配置され、この遮光板が光結合装置のケース内に収納されている。
【0005】
また、スリットを具備したこの遮光板は、受光素子が搭載されたリードフレームと一体に形成されている。
【0006】
このような第1従来例の光結合装置によれば、受光素子の前面に小幅のスリットを精度よく配設することができ、検出分解能の高い受光光学系部品を提供することが可能になる。
【0007】
これとは別の従来の光結合装置を第2従来例として図5に挙げる。
図5(a)は第2従来例の光結合装置の平面図である。図5(b)はそのA−A縦断面図である。図5(c)はその要部である発光側光学系部品の構成を示す分解斜視図である。
【0008】
このような第2従来例の光結合装置では、発光素子21の照射光を制限するために、発光側モールド22の前面にスリット27を具備した遮蔽板28が配置され、さらに、スリット27で絞られた光を集める集光用レンズ50が組み合わされた形で光結合装置のケース26内に収納されている。
【0009】
この第2従来例の光結合装置における発光側光学系部品を構成しているスリット27が具備された遮蔽板28および集光レンズ50は、それぞれ別の金型で成形された部品が用いられている。
【0010】
一般に、光結合装置に高精度(高分解能)が求められると、第1従来例や第2従来例のように光路を制限する構成が必要となり、小幅な絞り(スリット)またはレンズを光結合装置に組み込むことが多くなる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これら2つの従来例にはいくつかの問題点がある。
【0012】
これらの光結合装置のように高い分解能を得るための構成では、光学系部品の点数が増えるため、その製品は高価なものとなっている。また、個々の要素部品(受光素子・発光素子・スリット部・レンズ部など)の相対的な位置関係にも精度が高く求められるため、組み立てにかかる費用も装置の価格を高騰させる要因となっている。
【0013】
また、第1従来例では、受光光学系部品の分解能を上げるには安価かつ有効であるが、発光側からの照射光においては、たとえ同様にスリット部により光の射出幅を絞ってもスリット部を通過した光を集めるなどの制御をすることができないので、実質的には受光側に被検出物を近接させなければならない検出系となり、使用する際の自由度が低くなるおそれが大きい。
【0014】
さらに、第2従来例においては、発光体の前面に絞りを配置し、その後、レンズ部で集光するなどの光学的な処置を行なっているので、発光側照射光の制御は高精度なものが可能となる。しかし、構成部品点数が増えること、同時に相対的な位置関係を得るための構造が複雑化すること、組み込み時の時間がかかること、これらにより製品価格が増大することが、デメリットとして考えられる。
【0015】
この発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、光学系部品を構成するための受光素子・発光素子・スリット部・レンズ部などの構成部品が高い精度でかつ安価に組み込まれた光結合装置およびその製造方法を提供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】
この発明の1つの観点によれば、発光素子およびそのリード部を透光性樹脂でモールドしてなる発光側モールド体と、発光素子からの光を制限するためのスリット部およびこのスリット部により制限された光を受光素子へ導くためのレンズ部が一体化されてなるレンズ体と、受光素子およびそのリード部を透光性樹脂でモールドしてなる受光側モールド体と、発光側モールド体、レンズ体および受光側モールド体を収納し、発光素子、スリット部、レンズ部および受光素子を1つの光学ライン上に配置するためのケースとを備えてなり、発光側モールド体とレンズ体とは、発光素子とスリット部とが対向して前記光学ライン上に配置されるように略U字状に折り曲げられた1つのフレームの上に設けられていることを特徴とする光結合装置が提供される。
【0017】
発光側モールド体および受光側モールド体はそれぞれ、発光素子および受光素子を透光性樹脂でモールドすることにより得られる。
【0018】
発光側モールド体は、この発光側モールド体にモールドされた発光素子からの光を制限するためのスリット部および、このスリット部により制限された光を前記受光素子へ導くためのレンズ体とともに、1つのフレーム上に配設されている。また、レンズ体は通常、スリット部を被覆した状態に配設されている。
【0019】
このような光結合装置によれば、発光側モールド体とレンズ体とが1つのフレーム上に設けられているので、光学系部品を構成するための発光素子・スリット部・レンズ部などの構成部品が高い精度でかつ安価に組み込まれた光結合装置を得ることが可能になる。
【0020】
この光結合装置は、さらに、受光側モールド体が、前記リードフレームに配設されているのがいっそう好ましい。このように構成されている場合には、リードフレームを2つ用意する必要がなくなるので、より安価な光結合装置をより簡単に得ることができる。
【0021】
この光結合装置は、フレームが、発光素子のリード部を兼ねるリードフレームであるのが好ましい。フレームがこのようなリードフレームである場合には、発光素子のリード部を別に設ける必要がなくなる。
【0022】
この光結合装置は、スリット部が、レンズ体の内部に埋設されているのがいっそう好ましい。このように構成されている場合には、スリット部とレンズ体との位置関係をより高精度に維持することが可能になる。
【0023】
この光結合装置は、発光側モールド体およびレンズ体が、互いに嵌合されて対向状に保持し合うための嵌合部をそれぞれ具備しているのがいっそう好ましい。これらの嵌合部は例えば、一方が凸状のもので他方が凹状のもの、あるいはその逆のものとして形成される。
【0024】
このような嵌合部が形成されている場合には、光結合装置を製造する際にこれらの嵌合部どうしを嵌合させることで、発光側モールド体およびレンズ体を簡単かつ確実に一体化することができる。
【0025】
これらの嵌合部は、発光側モールド体にモールドされた発光素子の視野角の範囲外に形成されているのがいっそう好ましい。
【0026】
嵌合部がこのように構成されている場合には、発光素子からの光がこれらの嵌合部によって一部遮断されるおそれを有効に防止することができる。
【0027】
この光結合装置は、レンズ体の前面周縁部に、レンズ部よりも前方へ突出し、他の部品との係合時に同部品とレンズ部との係合を防止する凸部が形成されているのがいっそう好ましい。
【0028】
このような凸部が形成されている場合には、例えばレンズ体が他の構成部品とともにケースに収納されたときなどに、この凸部によってレンズ部とケース内面などとの係合を防止することができ、レンズ部の保護を確実に行なうことが可能になる。
【0029】
この発明の別の観点によれば、この発明の1つの観点に係る前記光結合装置の製造方法であって、1つのフレーム上に、発光素子とこの発光素子からの光を制限するためのスリット部とを配し、次いで、発光素子を透光性樹脂でモールドして発光側モールド体を形成するとともに、スリット部を透光性樹脂でモールドしてレンズ部を併せ含むレンズ体を形成するステップ、前記フレームとは別のフレーム上に受光素子を配し、次いで、受光素子を透光性樹脂でモールドして受光側モールド体を形成するステップ、前記1つのフレーム上に形成されている発光側モールド体とレンズ体とが対向するようにそのフレームを略U字状に折り曲げ加工するステップ、発光側モールド体とレンズ体とを対向するように嵌合させるステップ、および、互いに嵌合された発光側モールド体およびレンズ体と受光側モールド体とを所定の隙間を介して対向するようにケースに収納し、発光素子、スリット部、レンズ部および受光素子を1つの光学ライン上に配置するステップを備えてなることを特徴とする光結合装置の製造方法が提供される。
【0030】
これらの必須ステップにより、1つのフレーム上には、発光素子をモールドした発光側モールド体と、スリット部をモールドしたレンズ体とが形成され、別のフレーム上には、受光素子をモールドした受光側モールド体が形成される。そして、これらの2つのフレーム、発光側モールド体、レンズ体および受光側モールド体から、光結合装置が製造される。
【0031】
フレームを折り曲げ加工するステップにより、発光側モールド体とレンズ体とは、これらが互いに対向するような位置関係に置かれる。このステップでは、フレームは通常、2箇所でそれぞれほぼ直角に折り曲げられる。
【0032】
次いで、発光側モールド体とレンズ体とが互いに嵌合させられる。このとき、前記嵌合部が形成されていると、発光側モールド体とレンズ体とは簡単かつ確実に一体化することができる。
【0033】
その後、互いに嵌合された発光側モールド体およびレンズ体と受光側モールド体とを所定の隙間を介して対向するようにケースに収納して、発光素子、スリット部、レンズ部および受光素子を1つの光学ライン上に配置する。ここで、所定の隙間とは、被検出物を通すことのできる隙間である。また、ケースに収納して配置する方法としては、例えばケースへの圧入やケースとのモールド化などの方法がある。
【0034】
このような光結合装置用の製造方法によれば、高精度で低コストの光結合装置を簡単に製造することが可能になるとともに、スリット部がレンズ体の内部にモールドされていることで、スリット部とレンズ体との位置関係をより高精度に維持することが可能になる。
【0035】
この発明のさらに別の観点によれば、この発明の1つの観点に係る前記光結合装置の製造方法であって、1つのフレーム上に、発光素子とこの発光素子からの光を制限するためのスリット部と受光素子とを配し、次いで、発光素子および受光素子を透光性樹脂でモールドして発光側モールド体および受光側モールド体をそれぞれ形成するとともに、スリット部を透光性樹脂でモールドしてレンズ部を併せ含むレンズ体を形成するステップ、1つのフレーム上に形成されている発光側モールド体、レンズ体および受光側モールド体のうち受光側モールド体を他から切り離すステップ、切り離された残りのフレーム部分に形成されている発光側モールド体とレンズ体とが対向するようにそのフレーム部分を略U字状に折り曲げ加工するステップ、発光側モールド体とレンズ体とを互いに対向するように嵌合させるステップ、および、互いに嵌合された発光側モールド体およびレンズ体と切り離された受光側モールド体とを所定の隙間を介して対向するようにケースに収納し、発光素子、スリット部、レンズ部および受光素子を1つの光学ライン上に配置するステップを備えてなることを特徴とする光結合装置の製造方法製造方法が提供される。
【0036】
これらの必須ステップにより、1つのフレーム上に、発光素子をモールドした発光側モールド体と、スリット部をモールドしたレンズ体と、受光素子をモールドした受光側モールド体とが形成される。そして、これらの1つのフレーム、発光側モールド体、レンズ体および受光側モールド体から、光結合装置が製造される。
【0037】
この光結合装置の製造方法は、フレームを折り曲げ加工するステップの前に、1つのフレームに形成されている発光側モールド体、スリットを埋設したレンズ体および受光側モールド体のうち受光側モールド体を他から切り離すステップを備えている。
【0038】
受光側モールド体を他から切り離すことで、1つのフレームが2つに分離される。その後の製造手順は前記と同様である。
【0039】
このような光結合装置の製造方法によれば、高精度で低コストの光結合装置を簡単に製造することが可能になるとともに、スリット部がレンズ体の内部にモールドされていることで、スリット部とレンズ体との位置関係をより高精度に維持することが可能になる。
【0040】
【発明の実施の形態】
以下、この発明におけるいくつかの実施の形態を図面に基づいて詳しく説明する。なお、これらによってこの発明が限定されるものではない。
【0041】
図1(a)〜図1(d)は、この発明に係る光結合装置の主要構成要素である発光側光学系部品の製造工程を説明する概略図である。
【0042】
図1(a)は、光結合装置の発光側フレーム(発光素子のリード部を兼ねるリードフレーム)3を示す概略図である。図1(b)は、リードフレーム3に透光性樹脂で発光素子モールド体(発光素子樹脂体)2およびレンズ体10を形成した状態を示す概略図である。
【0043】
図1(a)および図1(b)において、光結合装置の要部となる発光素子(発光チップ)1とレンズ体10に埋設されるスリット部7を備えた遮光板8とが、1つのリードフレーム3の上に配設されている。
【0044】
スリット部7が設けられた遮光板8は、透光性樹脂による発光素子1のモールド工程時に、レンズ体10の内部に同一金型で埋設される。このため、スリット部7とレンズ体10との相対的な位置関係は、モールド金型位置決めピンと、リードフレーム3におけるクレードル3a,3bの位置決め穴3d,3dとによって、高い精度で配置されることになる。
【0045】
図1(c)は、前記モールド工程後に、図1(b)におけるリードフレーム3の片側のクレードル3aをカットして取り除いた状態を表している。図1(d)は、リードフレーム3の継手3c部分を折り曲げ加工し、その後、発光素子モールド体2の投光面側にレンズ体10を嵌合配置した状態を表している。
【0046】
図1(c)および図1(d)において、発光素子モールド体2とレンズ体10との相互嵌合における位置関係は、発光素子1の視野角の範囲外に設けられた発光素子モールド体2の凸部2aと、この凸部2aが嵌合するレンズ体10の凹部10bとにより決定されることとなる。
【0047】
図2は、この発明の実施の形態1に係る光結合装置の断面図である。この光結合装置の発光側光学系部品は、発光素子モールド体2とレンズ体10とを相互嵌合状に重ね合わせたもので構成されている。
【0048】
この発光側光学系部品は、受光素子4およびそのリード部を透光性樹脂でモールドしてなる受光側モールド体5とともに、光結合装置のケース6に収納されるが、その際、レンズ体10の外周部(視野角の範囲外)に設けられた凸部10aにより、レンズ体10の本体部分が保護されることになり、また、ケース6の内面との突き合せが行われて固定されることになる。
【0049】
図3(a)および図(b)は、この発明の実施の形態2に係る光結合装置の製造工程の概略図と製品の断面図とをそれぞれ表わしている。
【0050】
図3(a)によれば、この光結合装置の1製造工程において、発光素子モールド体2とレンズ体10とを重ね合わせてなる発光側光学系部品が、透光性樹脂で形成された受光素子モールド体5とともに、光結合装置の外郭を形成する遮光性モールド体11を形成するための遮光性樹脂封入用金型12a,12b,12c,12dの内部空間に配置されている。
【0051】
金型12a,12b,12c,12d内での発光側光学系部品および受光素子モールド体5の固定は、2つの金型12b,12dの突き当てピン12e,12eによるブロック金型12aへの「突き当て操作」により行われる。この操作により、発光側光学系部品は、レンズ体10の凸部10aが金型ブロック12aに当たり、固定されることになる。
【0052】
そして、図3(a)に示された金型12a,12b,12c,12d内に遮光性樹脂が注入されて、図3(b)に示すような製品としての光結合装置が作られる。
【0053】
図3(a)および図3(b)に示すように、発光側光学系部品の一部であるレンズ体10の光照射路(レンズ)部には、レンズ体10の凸部により樹脂注入時に遮光性樹脂が回り込まないので、この光照射路(レンズ)部に光路が確保されている。そして、遮光性モールド体11には、「突き当て操作」に用いた突き当てピン12e,12eの跡である穴11a,11aが、受光面の裏面側および発光面の裏面側に形成されている。
【0054】
図4(a)〜図4(d)は、この発明の実施の形態3に係る光結合装置の主要部品である受光側光学系部品および発光側光学系部品の製造工程の概略図である。
【0055】
図4(a)に示すように、この発明の要部となる発光チップ(発光素子)1と受光チップ(受光素子)4とレンズ体10に埋設されるスリット部7を備えた遮光板8とが、1つのリードフレーム3の上に配設されている。
【0056】
図4(b)に示すように、このリードフレーム3には、透光性樹脂で、発光素子モールド体2、受光素子モールド体5、レンズ体10がそれぞれ形成される。
【0057】
スリット部7が設けられた遮光板8は、発光素子1および受光素子4のモールド工程時に、レンズ体10の内部に同一金型で埋設される。
【0058】
このため、スリット部7とレンズ体10との相対的な位置関係は、モールド金型位置決めピンと、リードフレーム3におけるクレードル3a,3bの位置決め穴3d,3dとによって、高い精度で配置されることになる。
【0059】
図4(c)は、前記モールド工程後に、発光側光学系部品(発光素子モールド体2およびレンズ体10)と受光素子モールド体5とをリードフレーム3からカットして分割した状態を表している。図4(d)は、発光側においてリードフレーム3の継手3c部分を折り曲げ加工することにより、発光素子モールド体2の投光面側にレンズ体10を嵌合配置した状態を表している。
【0060】
図4(c)および図4(d)において、発光素子モールド体2とレンズ体10との相互嵌合における位置関係は、発光素子の視野角の範囲外に設けられた発光素子モールド体2の凸部2aと、この凸部2aが嵌合するレンズ体10の凹部10bとにより決定されることとなる。
【0061】
この実施の形態3で作成された発光光学系部品と受光素子モールドとは、実施の形態1および実施の形態2の場合と同様にして構成されることは言うまでもない。
【0062】
【発明の効果】
この発明の1つの観点に係る光結合装置によれば、発光側モールド体とスリット部とレンズ体とが1つのフレーム上に形成されているので、光学系部品を構成するための発光素子・スリット部・レンズ部などの構成部品が高い精度でかつ安価に組み込まれた光結合装置を得ることが可能になる。
【0063】
この発明の別の観点に係る光結合装置の製造方法によれば、1つのフレーム上には、発光素子をモールドした発光側モールド体と、スリット部をモールドしたレンズ体とが形成され、別のフレーム上には、受光素子をモールドした受光側モールド体が形成され、これらの2つのフレーム、発光側モールド体、レンズ体および受光側モールド体から光結合装置が製造されるので、高精度で低コストの光結合装置を簡単に製造することが可能になるとともに、スリット部がレンズ体の内部にモールドされていることで、スリット部とレンズ体との位置関係をより高精度に維持することが可能になる。
【0064】
この発明のさらに別の観点に係る光結合装置の製造方法によれば、1つのフレーム上に、発光素子をモールドした発光側モールド体と、スリット部をモールドしたレンズ体と、受光素子をモールドした受光側モールド体とが形成され、これらの1つのフレーム、発光側モールド体、レンズ体および受光側モールド体から光結合装置が製造されるので、高精度で低コストの光結合装置を簡単に製造することが可能になるとともに、スリット部がレンズ体の内部に埋設されていることで、スリット部とレンズ体との位置関係をより高精度に維持することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、この発明に係る光結合装置の主要部品である発光側光学系部品の製造工程を示す概略図である。
図1(a)は、発光側フレーム(発光素子のリード部を兼ねるリードフレーム)の形態を示す図である。
図1(b)は、同フレームにモールドが行なわれた状態を示す図である。
図1(c)は、同フレームの一方側クレードルをカットした状態を示す図である。
図1(d)は、同フレームの折り曲げ加工の後に、発光側モールド体と、スリット部を埋設したレンズ体とを互いに嵌合した状態を示す図である。
【図2】図2は、この発明による実施の形態1に係る光結合装置の断面図である。
【図3】図3は、この発明による実施の形態2に係る光結合装置の断面図である。
図3(a)は、この光結合装置を形成するための金型内に構成部品を配置した状態を示す断面図である。
図3(b)は、前記金型により形成されたこの光結合装置の断面図である。
【図4】図4は、この発明の実施の形態3に係る光結合装置の主要部品である発光・受光光学系部品の製造工程を示す概略図である。
図4(a)は、発光側フレーム(発光素子のリード部を兼ねるリードフレーム)の形態を示す図である。
図4(b)は、同フレームにモールドが行なわれた状態を示す図である。
図4(c)は、同フレームを2つにカットした状態を示す図である。
図4(d)は、カットした残りのフレーム部分の折り曲げ加工の後に、発光側モールド体と、スリット部を埋設したレンズ体とを互いに嵌合した状態を示す図である。
【図5】図5は、従来の光結合装置を示す図である。
図5(a)は、その光結合装置の平面図である。
図5(b)は、図5(a)のA−A縦断面図である。
図5(c)は、その光結合装置の要部である発光側光学系部品の構成を示す分解斜視図である。
【符号の説明】
1 発光素子(チップ)
2 発光側モールド体
2a 嵌合部
3 リードフレーム(フレーム)
3a クレードル部
3b クレードル部
3c 継手部
3d 位置決め穴
4 受光素子(チップ)
5 受光側モールド体
6 ケース
7 スリット部
8 遮光板
10 レンズ体(モールド体)
10a 凸部
10b 嵌合部
11 遮光性樹脂体
11a 穴
Claims (2)
- 発光素子およびそのリード部を透光性樹脂でモールドしてなる発光側モールド体と、発光素子からの光を制限するためのスリット部およびこのスリット部により制限された光を受光素子へ導くためのレンズ部が一体化されてなるレンズ体と、受光素子およびそのリード部を透光性樹脂でモールドしてなる受光側モールド体と、発光側モールド体、レンズ体および受光側モールド体を収納し、発光素子、スリット部、レンズ部および受光素子を1つの光学ライン上に配置するためのケースとを備え、発光側モールド体とレンズ体とは、発光素子とスリット部とが対向して前記光学ライン上に配置されるように略U字状に折り曲げられた1つのフレームの上に設けられている光結合装置の製造方法であって、
1つのフレーム上に、発光素子とこの発光素子からの光を制限するためのスリット部とを配し、次いで、発光素子を透光性樹脂でモールドして発光側モールド体を形成するとともに、スリット部を透光性樹脂でモールドしてレンズ部を併せ含むレンズ体を形成するステップ、
前記フレームとは別のフレーム上に受光素子を配し、次いで、受光素子を透光性樹脂でモールドして受光側モールド体を形成するステップ、
前記1つのフレーム上に形成されている発光側モールド体とレンズ体とが対向するようにそのフレームを略U字状に折り曲げ加工するステップ、
発光側モールド体とレンズ体とを対向するように嵌合させるステップ、
および、
互いに嵌合された発光側モールド体およびレンズ体と受光側モールド体とを所定の隙間を介して対向するようにケースに収納し、発光素子、スリット部、レンズ部および受光素子を1つの光学ライン上に配置するステップ
を備えてなることを特徴とする光結合装置の製造方法。 - 発光素子およびそのリード部を透光性樹脂でモールドしてなる発光側モールド体と、発光素子からの光を制限するためのスリット部およびこのスリット部により制限された光を受光素子へ導くためのレンズ部が一体化されてなるレンズ体と、受光素子およびそのリード部を透光性樹脂でモールドしてなる受光側モールド体と、発光側モールド体、レンズ体および受光側モールド体を収納し、発光素子、スリット部、レンズ部および受光素子を1つの光学ライン上に配置するためのケースとを備え、発光側モールド体とレンズ体とは、発光素子とスリット部とが対向して前記光学ライン上に配置されるように略U字状に折り曲げられた1つのフレームの上に設けられている光結合装置の製造方法であって、
1つのフレーム上に、発光素子とこの発光素子からの光を制限するためのスリット部と受光素子とを配し、次いで、発光素子および受光素子を透光性樹脂でモールドして発光側モールド体および受光側モールド体をそれぞれ形成するとともに、スリット部を透光性樹脂でモールドしてレンズ部を併せ含むレンズ体を形成するステップ、
1つのフレーム上に形成されている発光側モールド体、レンズ体および受光側モールド体のうち受光側モールド体を他から切り離すステップ、
切り離された残りのフレーム部分に形成されている発光側モールド体とレンズ体とが対向するようにそのフレーム部分を略U字状に折り曲げ加工するステップ、
発光側モールド体とレンズ体とを対向するように嵌合させるステップ、および、
互いに嵌合された発光側モールド体およびレンズ体と切り離された受光側モールド体とを所定の隙間を介して対向するようにケースに収納し、発光素子、スリット部、レンズ部および受光素子を1つの光学ライン上に配置するステップ
を備えてなることを特徴とする光結合装置の製造方法。
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