JPH01138507A - 固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は固体撮像装置の照明及び結像系の構造に関する
。

［従来の技術］ 従来の前記ファイバーアレイプレートを用いた固体撮像
装置では、第２図に示すようにファイバーアレイプレー
トの斜め上方に光源を配置し。

透明なファイバーアレイプレートのベース部を通してフ
ァイバーアレイプレートの側面より照明光を入射させる
ことにより、原稿面の照明を行い、−次元に配列された
光電変換素子により原稿面の読み取りを行っていた。

この様な光学系は、原稿面から光電変換素子への光路長
が非常に短くてすむためコンパクトであり、光学的調整
がいらない等有用な点が多い。

〔発明が解決しようとする課題１ 通常上述のような光学系には、光学系その物のコンパク
トさを生かすため、光源として、蛍光管、固体発光素子
アレイ等が用いられる。

蛍光管は比較的コンパクトであり高い照度が得られるた
め光源として有用であるが、集光のための光学系を設け
ない場合照明光は光源面よりの拡散光となる。このため
原稿面の照度は光源面との距離にほぼ反比例して減少す
ることになり′、効率の良い照明を行うには、光源面と
原稿面とをできるだけ近づける必要がある。しかし従来
の照明の方法では、ファイバーアレイプレートの厚み以
下に原稿面と光源面との距離を縮めることは不可能であ
り、高い効率の照明を行うことができなかった。光源光
を集光するための光学系を設ければ上述のような問題点
を解決することは可能であるが、高コスト化を招き、コ
ンパクトである長所も低下してしまう。

また、前述の照明方法を用いた場合、本来光ファイバー
が光を転送しない方向に照明光を入射する必要があるた
め、光ファイバー間に吸収体を配置することができない
、もし吸収体を配置すると、照明光は吸収体に吸収され
てしまう、しかし、光ファイバー間に吸収体を配置しな
い、いわゆるクリア型光ファイバーを用いた場合には光
ファイバー間のクロストークや読み取り信号のＳ／Ｎが
問題“となる、原稿面上の情報を含んだ光は光ファイバ
ーに入射し、光ファイバーの開口角未満の角度の入射光
はコアとクラッドとの境界面で全反射を繰り返し、光フ
ァイバーの反対側へ転送され光電変換素子へ入射する。

これに対して開口角以上の角度で入射した光は、コアと
クラッドとの境界面で全反射を起こさずクラッドを経て
、隣接する光ファイバーに伝えられるので、クロストー
クが発生する。また、最初クラッドに入射した光も、同
様にクラッド・コアを通り抜けて反対側に到達するが、
この光の洩れが迷光となり、読み取り信号のＳ／Ｎを低
下させる。これらは伝達する画像の質を劣化させ問題と
なる。

そこで、本発明はこの様な問題点を解決するためのもの
で、高コスト化、光学系のコンパクトさの低下を招くこ
となく、照明効率を向上させ、また、受像画質の向上を
計ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の固体撮像装置は、 １、ステップインデックス型の光ファイバーを多数配列
してな°るファイバーアレイプレートを用いた固体撮像
装置において、該ファイバーアレイプレートの一部に遮
光層を設けたことを特徴とする。

２、ステップインデックス型の光ファイバーを多数配列
してなるファイバーアレイプレートを用いた固体撮像装
置において、該ファイバーアレイプレートの光源を配置
する側の側面に遮光層を設け、該遮光層の一部に設けた
開口部を通して照明光を入射させることにより原稿面の
照明を行うことを特徴とする。

３、該ファイバーアレイプレート中の光ファイバーの光
を転送する方向と原稿面の方線との間の角度、即ち光フ
ァイバーの傾斜角度が、０度以上該ファイバーアレイプ
レート中の光ファイバーの開口角以下となるよう１こ該
ファイバーアレイプレート中の光ファイバーを配列し、
該ファイバーアレイプレートの照明光を入射させる側の
側面を傾斜させた該ファイバーアレイプレートを用いる
ことを特徴とする。

４、該フ゛アイバーアレイプレート中、一部を光ファイ
バー間に遮光層を設けたものとし、光ファイバー間に遮
光層を設けなかった部分の側面より照明光を入射させる
ことを特徴とする。

５、該ファイバーアレイプレートを、光ファイバー間に
遮光層を設けたものと設けないものとの２種類で構成し
たことを特徴とする。

以下、実施例により本発明の詳細を示す。

〔実　施　例Ｊ 第１図は本発明の実施例におＧブる固体撮像装置の断面
図の一例である。

第１図において、１０１はファイバーアレイプレートで
、このファイバーアレイプレート上に透明下部電極１０
２、非晶質半導体による光導電層１０３および上部電極
１０４からなる光電変換素子１２０が配列されている。

１１０は該ファイバーアレイプレートの側面に設けた遮
光層で、この遮光層の開口部１１１より光源からの照明
光を該ファイバーアレイプレート内に入射させ、原稿面
１０６の照明を行っている。

ファイバーアレイプレートは、第３図に示すようステッ
プインデックス型の光ファイバーを多数配列したもので
、片側から入射した光の分布を単ファイバーの太さの分
解、能で反対側に転送する働きを持っている。

このため、原稿面での反射光はファイバーアレイプレー
トにより光電変換素子側に転送されこの光電変換素子に
より原稿面の画像を読み取ることができる。遮光層は、
光源からの光が直接光電変換素子に入射するのを防止す
ると共に、光源周辺での反射光が迷光となって該ファイ
バーアレイプレートに入射するのを防止している。

以上の様な照明方法を用いることにより、光源と原稿面
との距離を短く取ることが可能となり、蛍光管等を効率
良く光源として用いることができる。また、この様な密
着型の読み取り系の場合、装置の薄型化の要求が強いが
、この様な照明方法を用いればファイバーアレイプレー
トと光源とがほぼ同一平面上に配置されるため従来の方
法に比べ一層の薄型化が可能である６更に遮光層として
金属等の゛導電製の材料を用いれば、光電変換素子に対
する電気的シールドとしても利用することが可能であり
、特に蛍光管のように交流で点灯される光源に対しては
非常に有用である。

第４図は本発明の実施例における固体撮像装置の断面図
の他の一例である。

第４図において、ファイバーアレイプレート中の光ファ
イバーは、光を転送する方向４１４と原稿面の方線４１
３との間の角度、即ち光ファイバーの傾斜角度４１５が
０度以上、ファイバーアレイプレート中の光ファイバー
の開口角以下の角度を取るように原稿面の方線に対して
傾けて配列されている。

第１図に示した実施例の場合、光源光のファイバーアレ
イプレートへの入射角度が小さいほど、照明光の原稿面
への入射角度が大きいという関係にあり、このため原稿
面の明るさはファイバーアレイプレートへの入射部の半
分以下の明るさにしかならない、このことは、遮光層の
開口部に反射防止膜、導光ガイド等の反射防止の機構を
設けることにより改善することは可能であるが、それで
も原稿面への入射角度の小さな成分が少ないため十分な
効果が得られない、そこで第４図に示すように、ファイ
バーアレイプレート中の光ファイバーおよび開口部４１
１を原稿面の方線に対して傾けることにより、光源光が
ファイバーアレイプレートに入射する角度を小さくした
条件で、照明光の原稿面への入射角度を小さくすること
が可能となる。光源面と原稿面との距離を一層小さくす
ることもでき、原稿面の明るさを大幅に向上することが
可能となる。

ファイバーアレイプレート中の光ファイバーの傾斜角度
４１５の大きさとしては０度以上であれば多少とも効果
が得られるが、例えばファイバーアレイプレートの材質
としてガラスを用いる場合で、１８度以上であれば原稿
面への入射が可能となり望ましい、しかし用いられてい
る光ファイバーの開口角以上にファイバーアレイプレー
ト中の光ファイバーの傾斜角度を大きくした場合、原稿
面での反射光の大半が光ファイバーが光を転送する条件
から外れるため、実効的な読み取り画像の明るさが低下
してしまうと共に、転送されない原稿面での反射光の一
部が迷光となり、光電変換素子に入射するため、読み取
り信号のＳ／Ｎも低下する。このためこの傾斜角度を光
ファイバーの開口角以上に大きくすることは望ましくな
く、開口角の５０から８０％程度までの値が適当である
。

ただし、この傾斜角度４１５が大きいほど実際の原稿面
は明るくなるため、できるだけ開口角の大きな光ファイ
バーを用いるほうが高い照明効率を得られることになる
。

また第４図に示す実施例では、光電変換素子４２０を形
成した絶縁性基板４１７を、該光電変換素子の光を入射
させる側を該ファイバーアレイプレートに近接させ、光
学接着剤４１６により固定する形式を取っている。この
様な実装形式を用いれば別基板上に形成した光電変換素
子が利用できるため、効率の良い作成が可能となる０本
明細書中の実施例においてはどちらの実装形式を用いて
も所望の効果を得ることができる。

第５図は本発明の実施例における固体撮像装置の他の一
例である。

第Ｓ図において、ファイバーアレイプレート中の５３０
は各単光ファイバーの外側に遮光層を設けたり、各単光
ファイバー間を充填する材料を吸光体とすることにより
光ファイバー間に遮光層を設けた部分、５３１は光ファ
イバー間に遮光層を設けない部分である。

光源からの光のうち光ファイバー間に遮光層を設けない
部分５３１に入射したものは原稿面５０６の照明光とな
り、光ファイバー間に遮光層を設けた部分５３０に入射
したものは遮光層により反射若しくは吸収されるため光
電変換素子に達することはない、光ファイバー間の遮光
層は、ファイバーアレイプレートの側面からの光に対す
る遮光層の働きを兼ねているので、ファイバーアレイプ
レートの側面に遮光層を形成する必要がなくなる。

さらに、光ファイバー間に遮光層を設けた部分によって
ファイバーアレイプレート中の光ファイバー間のクロス
トークを低減することができ、また光ファイバー間を通
過してくる迷光もなくなるため、読み取り信号のＳ／Ｎ
の向上を計ることができる。

光ファイバー間に遮光層を設ける手段としては、上述し
た方法以外でも、光ファイバー間の光を遮ることが可能
な方法であればよい。

６図は本発明の実施例における固体撮像装置の断面図の
他の一例である。

第６図において、ファイバーアレイプレート中の６３０
は各単光ファイバーの外側に遮光層を設けたり、各単光
ファイバー間を充填する材料を吸光体とすることにより
光ファイバー間に遮光層を設けた部分、６３１は光ファ
イバー間に遮光層を設けない部分である。

光源からの光はファイバーアレイプレートのベースガラ
ス部を通って、光フアイバ一部の吸収体なしの部分６３
１へ側面から入射し、原稿面を照明する。この様な構造
にすることにより、第５図で示した実施例に比べて、光
源と原稿面との距離を広く取らなければならないが、コ
ントラストは大幅に改善される。

原稿面からの反射光は本来完全拡散光であるはずだが、
入射角の大きい照明光の場合、鏡面反射による成分を多
く含んでいる。鏡面反射光成分はコントラストを低下さ
せる有害光であるので、光ファイバーによって転送する
ことは望ましくない、吸収体なしの光フアイバ一部分６
３１へ反射光と共に入射した有害光は、反射光と共に吸
収体ありの光フアイバ一部分６３０へ転送される。吸収
体ありの部分では単光ファイバーから飛び出した光は吸
収体によって減衰し、吸収されるので、コントラストを
低下させる有害光である光ファイバーへの入射角の大き
い光成分を吸収し除くことができる。こうして、原稿面
上の情報光のみが固体撮像素子へ転送されることになる
。したがって、コントラストは吸収体なしの光ファイバ
ーからのみ成るファイバーアレイプレートを用いた場合
よりも３倍以上改善される。照明の効率′という点では
若干劣るが、得られる画像の質はそれを補って余り有る
。なおファイバーアレイプレートの構造として、光フア
イバ一部の片側のみにベース部を設けた形も可能であり
、同等の効果を有する。

第７図は本発明の実施例における固体撮像装置の他の一
例を示す構造断面図で、該ファイバーアレイプレートの
構造が異なるものである。７３０は各単光ファイバーの
外側に遮光層をもうけたり、各単光ファイバー間を充填
する材料を吸光体とすることにより光ファイバー間に遮
光層を設けたファイバーアレイプレートで、７３１は光
ファイバー間に遮光層がない光ファイバーで構成したク
リア型のファイバーアレイプレートである。上記の２種
類の光フアイバ一部を有するファイバーアレイプレート
を図に示すように光学接着剤によって接着しである。も
ちろん熱融着によって接着することにより耐熱温度を上
げることも可能である。これ以外の方法であっても、２
種類のファイバーアレイプレートを密着固定できる方法
であれば利用できる。

照明光は吸収体なしの光フアイバ一部を通って原稿面を
照明し、原稿面の反射光のうち光ファイバーの開口角以
上の角度で入射した光は吸収体ありの光フアイバ一部で
除去する。

この方法は既存のファイバーアレイプレートを２枚張り
合わせるだけで良く、第５図及び第６図に示したファイ
バーアレイプレートより容易に制作することが可能であ
る。なおファイバーアレイプレートの構造として、光フ
アイバ一部の片側のみにベース部を設けた形も可能であ
り、同等の効果を有する。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明のファイバーアレイプレートを
用いた固体撮像装置はファイバーアレイプレートの光源
を配置する側の側面に遮光層を設けその遮光層に訓けた
開口部を通して照明光を入射させることにより、高い効
率で原稿面の照明を行えるようにしたものである。また
ファイバーアレイプレート中の光ファイバー及び側面を
傾斜させることにより、−層高い効率で照明が行えるよ
うにしたものである。またファイバーアレイプレート内
の一部に光ファイバー間に遮光７層を設けた部分を作る
ことにより、上述の遮光層の役割をさせると共に、吸収
体のない部分を通して効率良（原稿面の照明が行え、か
つ吸収体のある部分によって光ファイバー間のクロスト
ークを低減し、読み取り信号のＳ／Ｎの向上を計ってい
る。更に、開口角以上の角度で入射してくる有害光を除
去することによりコントラストを上げ、画質の良い原稿
の読み取りを行えるようにしたものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例における固体撮像装置の断面
図の一例を示す図、第２図は従来の固体撮像装置の断面
図の一例を示す図、第３図（ａ）、（ｂ）は本発明の固
体撮像装置に用いられているファイバーアレイプレート
の構造図である。第３図（ｃ）、（ｄ）は本発明の固体
撮像装置に用いられているファイバーアレイプレートの
単光ファイバーを示す図、第４図、第５図、第６図、及
び第７図は本発明の実施例における固体撮像装置の断面
図の他の例を示す図。 １０１．２０１．３０１．４０１ ・・・・ファイバーアレイプレート １０２．２０２・・透明下部電極 ４０２．５０２．６０２．７０２ ・・・・透明上部電極 １０３．２０３．４０３．５０３．６０３．７０３・・
・・・・光導１１ＩＨ１ １０４，２０４・・上部電極 ４０４．５０４，６０４．７０４ ・・・・下部電極 １０５．２０５，４０５．５０５．６０５．７０５・・
・・・・光源 １０６．２０６，４０６．５０６．６０６．７０６・・
・・・・原稿面 １１０．４１０．５１０ ・・・・遮光層 １１１、４１１、５１１ ・・・・開口部 ４１３・・・・・・原稿面の方線 ４１４・・・・・・光ファイバーの転送方向４１５・・
・・・・光ファイバーの傾斜角度４１６．５１６．６１
６．７１６ ・・・・光学接着剤 ４１７．５１７．６１７．７１７ ・・・・絶縁性基板 ７１８・・・・・・ファイバーアレイプレート間の接着
面 １２０．２２０．４２０．５２０．６２０゜７２０・・
・・・・光電変換素子 ２２１・・・・・・ファイバーアレイプレートベース部 ３２２・・・・・・コア ３２３・・・・・・クラッド ３２４・・・・・・開口角 ５３０．６３０．７３０ ・・・・光コア・イバー間に遮光層 ありのファイバーアレイブ レート ５３１．６３１．７３１ ・・・・光ファイバー間に遮光層 なしのファイバーアレイブ レート 以上 出願人　セイコーエプソン株式会社 代理人　弁理士　上　柳　雅　誉（他１名）第１図 第２図 第５図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ステップインデックス型の光ファイバーを多数配列
   してなるファイバーアレイプレートを用いた固体撮像装
   置において、該ファイバーアレイプレートの一部に遮光
   層を設けたことを特徴とする固体撮像装置。 ２、ステップインデックス型の光ファイバーを多数配列
   してなるファイバーアレイプレートを用いた固体撮像装
   置において、該ファイバーアレイプレートの光源を配置
   する側の側面に遮光層を設け、該遮光層の一部に設けた
   開口部を通して照明光を入射させることにより原稿面の
   照明を行うことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装
   置。 ３、該ファイバーアレイプレート中の光ファイバーの光
   を転送する方向と原稿面の方線との間の角度、即ち光フ
   ァイバーの傾斜角度が、０度以上該ファイバーアレイプ
   レート中の光ファイバーの開口角以下となるように該フ
   ァイバーアレイプレート中の光ファイバーを配列し、該
   ファイバーアレイプレートの照明光を入射させる側の側
   面を傾斜させた該ファイバーアレイプレートを用いるこ
   とを特徴とする請求項２記載の固体撮像装置。 ４、該ファイバーアレイプレート中、一部を光ファイバ
   ー間に遮光層を設けたものとし、光ファイバー間に遮光
   層を設けなかった部分の側面より照明光を入射させるこ
   とを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。 ５、該ファイバーアレイプレートを、光ファイバー間に
   遮光層を設けたものと設けないものとの２種類で構成し
   たことを特徴とする請求項４記載の固体撮像装置。