JPH02220557A - 画像読み取り装置 - 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〕 本発明はファクシミリ、デジタル複写機、イメージスキ
ャナー等の画像読み取りを行う部分の光学系の構成に関
する。

［従来の技術］ 原稿と同じ長さの画素列長を有するいわゆる密着型イメ
ージセンサ−を用いて画像を読み取る方法には、自己集
束性ロッドレンズアレイを用いて結像した等倍像を読み
取るものと、原稿面に光電変換素子を近接させ原稿面で
の反射光を結像させることなく直接読み取るものとある
。どちらも縮小型の光学系を用いるものに比べ非常に光
路長が短く原稿面からの反射光の利用率が高いため、コ
ンパクトに明るい光学系を構成することが可能で、ファ
クシミリや各種の画像入力装置への応用が期待されてい
る。特に後者は結像させるための光学素子を必要とせず
、前者に比べ低コスト化が可能であり、−層装置をコン
パクトに構成することが可能であるという点で画像読み
取り装置の応用範囲を広げるものとして期待されている
。

第２図にこの原稿面からの反射光を直接読み取る方式の
光学系の一例を示す。同図に於て光電変換素子２１１は
下部電極２０２、光導電層２０３と透明上部電極２０４
により構成され、紙面に垂直な方向に多数配列されてい
るものとする。該充電変換素子中には照明窓２３１が設
けられており、光源２２１からの照明光２２３は該！１
！！縁性透明基板及びこの照明窓を通して原稿面２４１
に達する。この場合光電変換素子の下部電極は遮光層の
役目を兼ねており、光源からの光が直接光導電層に入射
するのを防いでいる。この様な光学系を紙面方向に走査
することにより、原稿面上の画像を読み取ることが出来
る。

原稿面からの反射光には、原稿面上での鏡面反射による
ものと原稿面に一旦侵入した後出射されて来るものとが
ある。前者は照明光が入射した角度１こ応じて出射され
、原稿面の濃淡の情報はほとんど含んでいないものであ
る。後者は照明光の入射角度にほとんど依存せず、原稿
面から完全散乱に近い形で出射し、原稿面の濃淡の情報
を含んだものである。以後前者を表面反射光、後者を原
稿光と呼ぶことにする。原稿面の画像を読み取るために
ほこの原稿光のみを光電変換素子に入射させる必要があ
る。

ここに示す例では原稿面にほぼ垂直に照明光が入射する
ため、表面反射光は原稿面にほぼ垂直に出射され、照明
窓を通して光源方向に戻る。このため光電変換素子に表
面反射光が入射することはない。原稿光も最も強く出射
されるのは原稿面に垂直な方向であるが、角度を持った
成分も多く含んでいるためその一部が光電変換素子に入
射する。

この様なかたちで原稿面の画像の読み取りを行うことが
出来る。

［発明が解決しようとする課Ｍ］ この様な画像読み取り系の光源としては、蛍光管もしく
は多数のＬＥＤを一次元状に配列したＬＥＤアレイを利
用することが出来る。

ＬＥＤアレイは各ＬＥＤがほぼ点光源で、照明光が照明
窓に入射する角度を制御することが容易なため、先に示
したような形で効果的に表面反射光が充電変換素子に入
射するの防ぐことが出来る。

このため前者に比べてＳ／Ｎの高い読み取りを行うこと
が可能である。またＬＥＤは固体光源のため寿命が長く
、メンテナンスがいらない等の点でも有利である。この
ため光源としては一般にＬＥＤが用いられている。

しかしＬＥＤからの光は指向性が小さく照明窓のみに光
を集めることが難しいため、光の利用効率が非常に低く
なってしまう。このため画像読み取りを行うのに十分な
明るさを得るには、光電変換素子の照明窓をがなり大き
く取ることが必要となる。これを補うため光学系を用い
て集光することも可能であるが、本来の利点である低コ
スト性やコンパクト性を損なうこととなってしまう。

また照明窓を小さくできないため、光電変換素子を縮小
することが難しく、撮像装置を高解像度化する上で大き
な障害となっている。

更にＬＥＤアレイそのものは点光源の集まりであり、光
学素子を介することなく照明を行うため長手方向に対す
る明るさのばらつきも大きくなり易い。このため読み取
り後に大幅な感度の補正が必要とされ、画像読み取り装
置としてのＳ／Ｎが低下してしまうと言う課題がある。

そこで本発明はこの様な課題を解決するためのもので、
指向性が高く長さ方向に対する均一性の高い光源を用い
ることでこの種の画像読み取り装置の低コスト性やコン
パクト性を損なうことなく高解像度化、Ｓ／Ｎの向上を
図ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 以上述べたような問題点を解決するために、本発明の画
像読み取り装置は光電変換素子を形成した基板の端面と
、端面発光型のＮ膜エレクトロルミネッセンス素子を形
成した基板の端面とが、互いの素子面がほぼ平行もしく
は４５度以下の角度を持つように固定した構造を持つこ
とを特徴とする。

また、端面発光型の薄膜エレクトロルミネッセンス素子
を形成した基板の素子面と、充電変換素子を形成した基
板の素子面とが、段差を持つように固定した構造を持つ
ことを特徴とする特［実施例］ ここでまず本発明の重要な構成要素である端面発光型の
１１！エレクトロルミネツセンス素子（以ｆ＆　Ｅ　Ｔ
　Ｆ　Ｅ　Ｌと呼ぶことにする。）について説明してお
く。ＥＴＦＥＬはＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｏｆ　　ｔｈｅ
　　ＳＩＤ、Ｖｏｌ、２８．８１　（１９８７）等に見
られるように薄膜エレクトロルミネッセンス素子の活性
層を素子面上での導波路と成るような条件で作製したも
ので、その断面図の一例を第３図に示す。

同図に於て３０１は絶縁性の基板、３０２は下部電極層
、３０３及び３０５は誘電体層、３０４はエレクトロル
ミネッセンスの活性層である。下部電極層はスパッタ法
により形成したパラジウム膜で膜厚は１００ＯＡ、誘電
体層は電子ビーム蒸着法により形成した酸化イツトリウ
ム（Ｙ２０３１１！で膜厚はそれぞれ２５００人、活性
層はスパッタ法にうより形成したマンガンを添加した硫
化亜鉛膜（ＺｎＳ：　Ｍｎ）で膜厚は１．３μ転　上部
電極層はスパッタ法により形成したアルミニウム膜で、
膜厚は４０００人である。

基本的な構造は表示や照明に用いられる通常のＷＩ膜エ
レクトロルミネッセンス素子と変わりがなく、この上下
電極間に数百Ｈｚ〜数百ｋＨｚの交流電圧を加えること
により活性層内で発光が起こる。構造が簡単なため、大
面積に素子を形成することも比較的容易であり、長尺の
発光面を持つものを作ることが可能である。

通常の薄膜エレクトロルミネッセンス素子では電極のう
ちの一方を透明電極とし、素子面に垂直な方向に光を取
り出し表示やバックライトに用いている。その様な利用
法の場合には駆動電圧の低減が望まれるため活性層もで
きるだけ薄く作られ、通常５０００〜８０００人程度の
値が用いられる。

これに対してＥＴＦＥＬとして用いようとする場合には
活性層内で３１０に示すような素子面に平行な方向に光
が伝搬する必要がある。一般に活性層は誘電体層と比べ
て屈折率が大きいため、この屈折率の差を利用してステ
ップインデックス型の導波路を構成することが出来る。

通常の表示やバックライトに用いられるものの場合活性
層の厚さが薄いため、導波路として十分な伝搬特性が得
られない。この活性層の厚さを厚くすることでこの導波
路の伝搬特性を向上させ、ＥＴＦＥＬとして利用するこ
とが出来る。この活性層が厚いほど導波路内を伝搬する
モードの数が増え伝搬特性が向上するが、駆動電圧の増
加及び端面から出射する光の指向性が低下し、この様な
目的に用いいる場合には都合が悪くなる。このため発光
色にも依るが、活性層の厚みとしては８０００人〜２μ
ｍ程度の値を採るのが良い。

またＥＴＦＥＬの上にはガラス等による透明コーティン
グ層３０７が設けられている。これは素子を保護すると
共に、ＥＴＦＥＬの出射端面での屈折率の差を小さくし
て出射の効率を高めるためのもので、リンガラスや酸化
珪素等の透明でＥＴＦＥＬの活性層と空気の間の屈折率
を持つ材料が用いられる。

ここではＥＴＦＥＬを構成する材料として特定のものを
記載したが、導波路を構成することが出来るものであれ
ば通常の薄膜エレクトロルミネッセンス素子を構成する
材料のほとんどを利用することが可能である。例えば誘
電体層の材料として酸化タンタル（Ｔａ２０３）、アル
ミナ（Ａ１２０３）、酸化珪素、窒化珪素、チタン酸バ
リウム（ＢａＴ　ｉ　０３）、酸化窒化珪素（８１０Ｘ
　Ｎ　９　）等を利用することも可能であるし、活性層
の材料として硫化亜鉛の他にも硫化カドミウム（ＣｄＳ
）、硫化ストロンチウム（ＳｒＳ）やこれらの材料を有
機材料中に分散させたもの等を利用することも可能であ
る。また活性層中に添加する活性剤についても銅、鉛、
テルビニウム、塩素、弗素等を用いることが可能である
。

以下実施例により本発明を説明するが、ここで光源とし
て用いられているＥＴＦＥＬは、以上述べたような方法
で作製されたものである。

第・１図は本発明の実施例における画像読み取り装置の
一例を示す断面図である。　　同図に於て光電変換素子
１１１は下部電極１０２、光導電層１０３と透明上部電
極１０４により構成され、紙面に垂直な方向に多数配列
されているものとする。下部電極はスパッタ法により形
成したクロム膜で膜厚は２０００人、光導電層はプラズ
マＣＶＤ法により形成した非晶質シリコン膜で膜厚は８
０００人、透明上部電極層はスパッタ法により形成した
ＩＴＯ膜で膜厚は２０００人である。

該光電変換素子上には信頼性向上及び原稿面から素子を
保護するため、３層のパッシベーション層が設けられて
いる。１０７及１０９は酸化珪素等の無機材料によるパ
ッシベーション層で、耐湿性及び耐摩耗性を向上させる
働きをしている。１０８はポリイミド等の有機材料によ
るパッシベーション層で素子面上を平坦化する働きをす
るものである。また、原稿面との摩擦による静電気の影
響を防ぐためにパッシベーション層間にシールドのため
の導電層を設けても良い。

光源であるＥ　Ｔ　Ｆ　Ｅ　Ｌ　１２１を形成した基板
１２２は、その素子面が光電変換素子を形成した基板１
０１の素子面とほぼ平行になるように、光電変換素子を
形成した基板の端面にその端面を接着しである。ＥＴＦ
ＥＬを形成した基板の素子面と光電変換素子を形成した
基板の素子面との間には、１００μｍ程度の段差部１５
１を設けである。この段差部は光電変換素子を形成した
基板と、ＥＴＦＥＬを形成した基板とを接着する際、位
置合わせの基準を変えることで作製することが出来る。

また光電変換素子の表面にスペーサーを載せて置き、Ｅ
ＴＦＥＬを形成した基板の端面と同じ位置に合わせて固
定するといった方法でも作製することが出来る。何れの
方法でも互いの基板の素子面のみを基準として位置合わ
せが行えるため、従来に比べて組立は容易である。

ここでのＥＴＦＥＬ上には原稿面との接触からＥＴＦＥ
Ｌを保護するためのガラスコーティーング層が設けられ
ている。この層はＥＴＦＥＬの端面から光が出射する際
の効率を高める働きもしている。

またＥＴＦＥＬの騒動は、光量の変動が光電変換装素子
の読み取り走査に影響を与えないような周波数で行う必
要がある。通常この様な目的に用いられる蓄積モードの
読み取りの場合には、走査時間が数ｍｓでこの場合には
数ｋＨｚ〜数十ｋＨ２の範囲が効率等の点でも適当であ
る。電流モードで読み出しを行う場合には方式にも依る
がより高い周波数が要求される。

この様な光学系を図では左右方向に原稿面上を移動させ
ることで原稿面上の画像を読み取ることが出来る。

段差部１５１によりこの部分での素子面と原稿面の接触
が妨げられ、原稿面１４１が光電変換素子上で素子面に
対して斜めになる形で数百μＩに渡って空間が形成され
る。ＥＴＦＥＬから出射した光はこの空間を通して原稿
面に入射する。ＥＴＦＥＬからの光は指向性が高く、数
百μｍの距離に対しても百μｍ程度しか広がらないため
、この光が直接光電変換素子に入射することは殆どない
。これに対して、画像情報を含む原稿面からの光は原稿
面からほぼ垂直な方向に出射されるため、そのほとんど
が光電変換素子に入射し、高感度に良好なＳ／Ｎで原稿
面上の画像の読み取りを行うことが出来る。

この様な方式による画像の読み取りは、段差部の大きさ
が３０μＩ１１〜５００μ−位の範囲で行うことが出来
る。しかし、段差部の大きさが小さいと原稿面に照明光
を入射させることが難しく感度が低下してまい、また原
稿面との接触の状態による影響を受は易くなる。大きい
場合は原稿面と充電変換素子との間の距離が大きくなり
、画像読み取りのＭＴＦが低下してしまう。このため良
好な読み取りを行うためには１００μ１１１〜２００μ
ｍ程度の値とすることが望ましい。

ＥＴＦＥＬの出射端面と基板端面との距離はなるべく小
さい方が望ましいが、１００μｍ程度までの距離ならば
読み取りを行うことは可能である。しかしこの距離が長
い場合、原稿面との接触の状態によりＥＴＦＥＬの出射
端面が原稿面により塞がれてしまう可能性があるため、
３０μｍ以下とするのが望ましい。工作精度等の問題で
この部分の長さを長く取りたい場合には、ＥＴＦＥＬ上
に５０μ■〜２００μｍ程度の厚さのスペーサーを固定
することでＥＴＦＥＬの出射端面の空間を保つことが出
来る。

更にこのスペーサーの厚さにより、ＥＴＦＥＬからの光
が原稿面に入射する位置を調整することも可能で、読み
取りの性能の最適化への調整部分としても利用できる。

光電変換素子と基板端面との距離は、段差部やＥＴＦＥ
Ｌの位置、スペーサー等の他の部分との調整でかなり大
きく取ることが可能である。しかし原稿面との接触の安
定性や、読み取り性能等の関係でなるべく小さい方が好
ましく、１００μｍ以下とするのが望ましい。現状のダ
イシングの精度でも３０μ口程度までは十分量産可能な
数値である。充電変換素子の副走査方向の大きさは、表
面反射光が入射しない範囲で比較的自由に決定できるが
、要求される副走査方向の分解能以下の大きさとするの
が望ましいことは言うまでもない。

上述したようにこの画像読み取り装置は構造が簡単なた
め、素子を微細化して高解像度化を図ることも容易であ
る。更に照明の効率が高く高感度に良好なＳ／Ｎで読み
取りが出来るため、高解像度化した場合にも十分な感度
とＳ／Ｎを確保することが出来る。また調整や位置合わ
せの難しい部分がなく、量産性が高いため従来に比べ低
コスト化も可能である。

更にＥＴＦＥＬは線状の光源であるため長手方向（光電
変換素子が配列されている方向）に対する明るさの均一
性も高く、光源のばらつきを補正することも不要で、こ
の面でもコストの低減を図ることが可能である。

また薄膜とトランジスタ等により走査回路等を光電変換
素子と同一の基板上に形成すれば、より読み取りの高解
像度化、低コスト化、装置の小型化を図ることが出来る
。

この様に素子面と平行な方向に照明光を出射させる方式
とした場合には、照明光が原稿面に入射する角度が大き
くなり易い。入射角が大きいと、原稿面からの反射光の
うち、表面反射となってしまうものの割合が大きくなっ
てしまう。画像読み取り装置としての感度を高めるため
には、この原稿面への照明光の入射角度を大きくするこ
とが望ましい。

第４図（ａ）は、ＥＴＦＥＬがら出射した光が原稿面に
入射する角度を小さくするために、ＥＴＦＥＬの出射端
面の側に薄膜光学素子を設けた例である。

４４２は、酸化珪素等のＥＴＦＥＬ上のガラスコーティ
ング層よりも低い屈折率を持つ材料により形成され、Ｅ
ＴＦＥＬ側の側面に大きなテーパーを持つ薄膜光学素子
である。ガラスコーティング層を厚くした場合、ＥＴＦ
ＥＬから出射した光はこのコーティング層中を進むこと
になる。コーティング層中を進んで来た光は、この薄膜
光学素子との境界で全反射され、光線の方向が原稿面方
向に向けられる。このため照明光が原稿に入射する角度
を小さくすることが出来る。この様な素子の他にも、同
じ様な働きを持つものであれば、ホログラムレンズや反
射や散乱を起こさせる素子を利用することが可能で゛あ
る。

第４図（ｂ）に示す実施例も同様の目的を持ったもので
、充電変換素子を形成した基板とＥＴＦＥＬを形成した
基板とを接着する際に、各々の基板の素子面が幾分角度
を持つようにしたものである。

この様な形は、各素子を形成した基板を接着する際に治
具等で固定することで形成することも可能であるが、各
素子を形成した基板のどちらが一方もしくは両方のダイ
シング行う際に、多少のテーパー角度を持たせることで
比較的容易に実現することができる。

素子面間の角度を大きくするほど原稿面での表面反射を
低減でき、原稿光を大きくすることが出来る。しかし表
面反射光の出射角度も垂直に近づき原稿光との分離が難
しくなり、４５度以上にしてもＳ／Ｎの低下を招いてし
まう。またこの角度を大きく取るには大角度のテーパー
ダイシングを行う必要があり、作製も難しくなる。この
ため光電変換素子とＥＴＦＥＬ及び段差部の位置関係に
も依るが、性能と作製の容易さから１０度〜３０度位と
するのが適当である。

実際に作製する場合に於いては、ダイシングの精度の問
題により基板の端面の角度にはばらつきが出るものであ
り、その分のマージンを取る意味　　断面図である。

でもこの様な状態が得られる方向にテーパー角度　　　
第３図は本発明の画像読み取り装置の光源としを持たせ
たダイ、、グを行う。とが望ましい。　　　　て用いら
れているＥＬＦＥＬを示す断面図テある。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明を用いることにより、光電変換
素子を原稿面に近接させて読み取りを行う方式の画像読
み取り装置に於いて、低コスト性やコンパクト性を損な
うことなく読み取りの高解像度化、高感度化、Ｓ／Ｎの
向上を図ることが出来た。

このためＧＩＶファクシミリや画像ファイリングシステ
ム等の高速、高解像度の要求される応用に対してもコス
トの上昇を招くことなく対応することが可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の画像読み取り装置の一実施例を示す断
面図である。 第２図は従来の画像読み取り装置の一例を示す第４図（
ａ）及び（ｂ）は本発明の画像読み取り装置の他の実施
例を示す断面図である。 １０１．２０１．４０１・旧・・・・・絶縁性透明基板
１０２．２０２．４０２・・・・旧・・下部電極層１０
３．２０３．４０３・１旧・・光導電層１０４．２０４
．４０４・・・・旧・・透明上部電極層１０５．１０Ｂ
、１０７．２０６．４０６．４０７．４０８・・・・・
・・・・パッシベーション層１１１．２１１．４１１・
・・・・・・・・光電変換素子１２１．１４１・・・・
・・・・・端面発光型８１１エレクトロルミネツセンス
素子 １２２．４２２・・・・・・・・・基板１２３．２２３
．４２３・旧・・・・・照明光２３１・・・・・・・・
・照明窓 １４１．２４１．４４１・旧・団・原稿面１５１．４５
１・・・・・・・・・段差部２２１・・・・・・・・・
光源 ４５２・・・・・・・・・薄膜光学素子以上 出願人　セイコーエプソン株式会社 代理人弁理士　鈴木喜三部（他１名）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）光電変換素子を形成した基板の端面と、端面発光
   型の薄膜エレクトロルミネッセンス素子を形成した基板
   の端面とが、互いの素子面がほぼ平行もしくは４５度以
   下の角度を持つように固定した構造を持つことを特徴と
   する画像読み取り装置。
2. （２）端面発光型の薄膜エレクトロルミネッセンス素子
   を形成した基板の素子面と、光電変換素子を形成した基
   板の素子面とが、段差を持つように固定した構造を持つ
   ことを特徴とする請求項１記載の画像読み取り装置。