JPH02216963A - イメージセンサ - 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〕 本発明は等倍結像素子を用いない、いわゆる完全密着型
のイメージセンサに関する。

〔従来の技術およびその問題点〕

従来の典型的なイメージセンサを第２図に示す、第２図
において、実質的な透明基板１上に採光窓が開けられた
遮光膜２が設けられ、この遮光膜２上に光電変換素子３
が設けられ、そしてこれらの上には保護層４、耐摩耗材
５が形成されて構成される。このようなイメージセンサ
の耐摩耗材５上に原稿６が位置決めローラフにより接触
し、基板１の裏面に配置された光源８により照射された
光が基板１．保護層４、耐摩耗材５を通り、原稿６によ
り反射され、その反射光が光電変換素子３に入射し、光
電変換されるものである。この場合、例えば遮光膜２の
開口部の大きさは求められるＭ像度が８ドツト／禦ｌの
場合、１００μｍ×ＩＱＯμｍ程度の大きさであり、光
源としてＬＥＤアレイ、蛍光灯、キセノン放電管等のい
ずれを用いても実質的に拡散光のため、光源からの極く
一部の光しか利用していないものであった。従って、最
終的に光電変換素子に入る光量も少なく（通常、照明効
率は５〜８％程度）、結果的に得られる日出力値あるい
はＳ／Ｎも限界を有するものであった。また。

光源寿命も負荷が大きいのでせいぜい１０００〜１５０
０時間で照度劣化をおこしていた。

特開昭６０−１９１５４８号公報では上記した如き問題
を改善するために第３図に示されるようなイメージセン
サが提案されて・いる、この公報発明ではこの第３図に
おけるように原稿６側のセンサ主表面の光電変換素子３
上の部分にレンズ９を形成し、このレンズ９により原稿
からの反射光を集光して光電変換素子に入射させ、素子
の出力を増大させんとするものである。しかしながら、
この公報発明では原稿を照射する光量は増加せず、しか
もレンズ作用を用いるために原稿６とレンズ９、および
レンズ９と光電変換素子３の距離をある程度離す必要が
あり、結局光電変換素子３と原稿６とをより密着させた
場合と変わらないことになってしまうものであった。

【発明が解決しようとする課題〕

本発明は光源光を有効に原稿面に導き、日出力が大きく
、Ｓ／Ｎ比が高いイメージセンサを提供することを目的
とするものである。

（課題を解決するための手段〕 本発明は実質的に透明な基板上に光電変換素子列を多数
個一次元に配列してなり、前記基板の光電変換素子が配
列されている側とは反対側から光源光を入射せしめ、前
記基板を通して、光電変換素子列表面におかれた原稿か
ら反射した光を光電変換素子列により電気信号に変換す
るイメージセンサにおいて、前記基板の光入射部分に高
屈折率部分が設けられたことを特徴とするものである。

ちなみに、本発明者は、上記目的を達成するために種々
検討の結果、基板自体の光入射部分に高屈折率部分を設
ければよいことを知見した。

前記光入射部分とは、光源から出た光が基板を通過して
原稿に至る基板中の通路部分を意味する。前記透明な基
板としては石英（ｎ＝１．ｓｓ）　。

ホウ珪酸ガラス（ｎ　＝　１．５３）などがある。

第１図は本発明に係るイメージセンサの一実施例を示す
ものであり、第２図の従来例と比較すると、基板１の下
面における光源８からの光入射部分に高屈折率部分１０
を有するものである。

第１図Ａは、透明基板の光源側に、Ｂは透明基板の原稿
側に高屈折率部分１０を有する場合を示す、この第１図
に示す実施例において、遮光膜２は下部電極を兼ねるも
のであり、光電変換素子３はアモルファスシリコンフォ
トダイオード等からなり、耐摩耗材５は３０〜２００μ
−の薄板ガラスからなる。

前記高屈折率部分は結果としてマイクロレンズを構成す
る。マイクロレンズの屈折率と焦点は、イオン原子の種
類、濃度および拡散分布に依存する６ また１本発明では透明基板の下方または端面から光が入
射するとき前記マイクロレンズに効率よく集光するため
、基板の表面に高屈折率の薄層を形成することができる
。勿論この場合のマイクロレンズは薄層内に形成される
ことになるからマイクロレンズ部分の屈折率は薄層の屈
折率よりさらに高いものとなる。

単にマイクロレンズを透明基板に形成した場合には照明
効率は１０〜１２％向上し、さらに前述のように高屈折
率の薄層を併用すると照明効率は１２〜１６％向上する
。

前記薄層は、材料として５ｉＯＮ、ＳｉＮ等の透明無機
材料をＣＶＤ、スパッタリング等任意の公知成膜方法に
より膜厚０．５〜２μ層に成膜することにより形成した
ものであってもよい。

あるいは、基板表面にイオン打込法や化学的浸漬法によ
り基板成分イオンより電子分極率の大きいイオンを拡散
させ、基板より屈折率のやや大きい層例えばｎが１．８
〜２．０の層を形成してもよい、この場合の屡の厚みは
成膜法の場合と同様０．５〜２μ墓程度でよい。

高屈折率部分の形成方法としては基板の他の部分を保護
したのち、所定個所にイオン打込法や化学処理法等によ
り、高屈折率化を行うことができる。いずれの方法にお
いても電子分極率の大きいイオン材料を基板中の所定個
所に拡散させればよい、各種イオンの電子分極率を第１
表に示す。

第１表 （１）イオン打込法 透明基板表面をフォトレジスト、エツチングにより所定
個所以外にレジスト層を形成し、Ｐｂ”、Ｃｓ　　、Ｔ
ｊｌ”などの電子分極率の高いイオンをイオン打込後、
熱処理により拡散とイオン化を行う、熱処理温度はホウ
珪酸ガラスのときは４００〜５００℃、石英の場合は５
００〜８００℃である。制御は、イオンの種類、濃度、
エネルギー、熱処理条件によって行う。

（…）化学処理法 （ｉ）と同様に所定個所をのぞき透明基板上にＣｒ、Ｆ
ａ等のレジスト層を形成してから、ホウ珪酸ガラスの場
合であればＨＣａ／ＨＮＯ，／Ｈ，Ｓｏ４混液ニ１００
℃で浸漬処理し、ＮａやＫのイオンを溶出させ、ついで
Ｐｂ、Ｃｓ、Ｔｊｌ等の硝酸塩水溶液中に１００℃で浸
漬し、アルカリイオン溶出部分にＰｂ、Ｃｓ又は’ｌを
導入する。その後、（ｊ）と同様に熱処理を行う。

今、基板１としてのガラス組成をＮａ、０−Ｂ２Ｏ２−
８ｉＯｓとし、このＮａの一部をＴＱ。

Ｃｓ、Ｌｉに置換するとすると、置換された部分はもと
のガラスの屈折率が１．５２であるのに対し、置換量に
もよるが、その屈折率は１．５９〜１．６６となる。こ
のような置換反応は表面より等方向に進行するので、第
４図に示されるようにＣｒ、Ｆｅ等で形成した保護膜１
１（マス）の開口部分が円形であれば高屈折率部分ｌＯ
はおわん形に形成され、光源光を集光する凸レンズの作
用をなす、上記の保護膜１１は蒸着、スパッタリング等
でＣｒ、Ｆｅ等の金属膜を形成した後、通常のフォトリ
ソグラフィーでレジストパターンを形成することにより
形成する。

なお、第１図に示したように高屈折率部分１０として円
形のものを光電変換素子の配列される方向に多数個波べ
てもよいが、第５図に示されるように光電変換素子列に
対応させたかまぼこ状のものとしてもよい。

保護膜１１は高屈折率部分１０を形成した後、除去して
もよいし、あるいはそのまま残して遮光膜として用いセ
ンサーの迷光防止に役立ててもよい。

第６図は本発明の他の実施例を示すものであり、以下に
この第６図に示されるイメージセンサの作製例について
説明する。

厚さ１．６閣のソーダガラスからなる基板２１の片面上
にＣｒ膜をスパッタリング法で形成し、通常のフォトリ
ソエツチングで２００μ−のスリットを開けた。このガ
ラスをＴｆｉの酸化物を含む溶融塩に浸漬してＴＪｌ＆
Ｎａと置換し、かまぼこ状の高屈折率部分２０を形成し
た後、Ｃｒ膜を除去した。その後、この高屈折率部分２
０を設けたと反対側基板表面上にセンサを形成した。そ
の工程の概略は次のようである。

■　Ｃｒ膜を真空蒸着法で膜厚１５００人形成し、フォ
トリソエツチングで１００μ、ｘｌＯＯμ朧の開口部を
開は遮光膜２２とする。

■　５ｉＯＮ膜をプラズマＣＶＤ法で膜厚２０００人形
成し、下部絶縁層２３とする。

■　Ｃｒ膜を真空蒸着法で膜厚１０００人形成し、フォ
トリソエツチングで下部電極２４を形成する。

■　ａ−８ｉ膜２５をプラズマＣＶＤ法で１．５μｍ、
Ｂドープａ−５ｉ膜２６を０．１ｐ＠、同じくプラズマ
ＣＶＤ法で形成した後、透明導電膜の工ＴＯ膜２７をス
パッタリング法で０．０５μ園形成する。

■　■の工程で形成したものをフォトリソエツチングで
１００μ腸×２００μ層のサイズとする。

■　５ｉＯＮ膜をプラズマＣＶＤ法により膜厚０．６μ
璽形成し、上部絶縁層２８とする。

■　５ｉＯＮ膜の一部にフォトリソエツチングにより穴
を開ける。

■　ＡＱ膜を真空蒸着法で膜厚１．０μｍ形成し、フォ
トリソエツチングにより上部電極２９を形成する。

その後、５０μｍの薄板ガラス３１を接着剤層３０を介
して貼り付ける。

このようにして得られたセンサをアルミ支持体に保持し
、下部電極２４を電圧印加および信号読み出し回路に、
そして上部電極２９を素子選択用回路に接続して、下方
よりＬＥＤ光を照射した。その出力を原稿に反射率８０
％の白紙および反射率１％の黒紙をおいて測定したとこ
ろ、下記の結果が得られた。

白紙・・・・・・９００ｍ　Ｖ 黒紙・・・・・・１０ｍ　Ｖ この値を白紙の出力をＳ、黒紙の出力をＮとして５ＺＩ
ＩＪ比に換算すると、Ｓ／Ｎ比＝２０１ｏｇ（Ｓ／Ｎ）
より、３９ｄＢとなった。これに対し、ガラス基板に高
屈折率部分を設けていない他は全く同様のセンサにつき
同様にしてＳ／Ｎ比を求めたところ、２４ｄＢの値しか
得られなかった。

つぎに第７図の実施態様について説明する。

石英またはホウ珪酸ガラスの表面に５ｉＯＮ（ｎ　＝２
．０）を１．５μ鳳の厚みに成膜し、通常のフォトリソ
エツチングで２００μ朧のスリットを形成した。このガ
ラスにｐｂイオン打込法によりｎ−２，２〜２．３の高
屈折率のマイクロレンズ２０を形成した。以下、第６図
の実施態様と同一の工程■〜■によりセンサを製作した
。

このセンサはマイクロレンズの前に存在する高屈折率の
薄層２１′において集光した光がより一層有効にマイク
ロレンズに集まり、ｊ！稿照明に役立つ。

〔発明の効果〕

以上のような本発明によれば、透明基板の光源光が入射
する部分に高屈折率部分を設けているので、光源光を有
効に原稿面に導くとともに迷光を少くすることができ、
光出力が大きくなって、Ｓ／Ｎ比が大きくなり、ａ稿の
灰色部分の灰色の程度を識別する能力、すなわち階調分
離性が向上することはもちろんのこと、光出力が大きい
ことは信号処理回路の余裕度も向上する。

また、照明効率が高い分だけ照明用光源を小さくするこ
とができ、光源の劣化防止、消費電力の低減１発熱量の
低減が可能となった。

さらに、基板面に高屈折率の薄層を設けた場合には、照
明効率の一層の向上に役立つのみならず、その界面で光
が高屈折層内に反射するので１反射および端面入射光が
高屈折率層に封じこめられ、迷光をより一層少くするこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るイメージセンサの一実施例を示す
断面図である。 第２図および第３図は従来のイメージセンサを示す断面
図である。 第４図および第５図は高屈折率部分についての説明図で
ある。 第６図、第７図は本発明に係るイメージセンサの他の実
施例を示す断面図である。 １．２１・・・基板　　　２，２２・・・多結晶シリコ
ン３・・・光電変換素子　４・・・保護層５・・・耐摩
耗材　　　　６・・・原稿８・・・光源　　　　　１０
，２０・・・高屈折率部分２１′・・・高屈折率の薄層 ２４・・・下部電極　　　２５・・・ａ−８ｉ膜２６−
Ｂドープａ−８ｉ膜 ２７・・・ＩＴＯ膜 ２８・・・上部絶縁層 ２９・・・上部電極 ３０・・・接着層 ３１・・・薄板ガラス 第４ 図 （Ｑ） （ｂ） 第５ 図 第６図 クア 第 ■ 図 第２図 第７ 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、実質的に透明な基板上に光電変換素子列を多数個一
   次元に配列してなり、前記基板の光電変換素子が配列さ
   れている側とは反対側から光源光を入射せしめ、前記基
   板を通して、光電変換素子列表面におかれた原稿から反
   射した光を光電変換素子列により電気信号に変換するイ
   メージセンサにおいて、前記基板の光入射部分に高屈折
   率部分が設けられたことを特徴とするイメージセンサ。