JPH03280469A - 密着型イメージセンサ - 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］ 本発明は光フアイバーアレイプレートを光学系として用
いた密着型イメージセンサに関する。

［従来の技術と発明が解決しようとする課１［１ｉ１先
フアイバーアレイプレート（以下ＦＡＰという。）とは
、光ファイバーを多数本束ねて導光部とし、これをベー
ス材で挟込んだものをいう。光吸収体を被覆した光ファ
イバーを使用したものをＥＭＡ型、光吸収体を被覆しな
い光ファイバーを使用したものをＣＬＥＡＲ型と呼ぶ。

ＣＬＥＡＲ型のＦＡＰは、光フアイバー内の臨界角を越
える光が屈折しながら隣接光ファイバー内に侵入できる
点でＥＭＡ型と異なる。

さて、従来の光学縮小型イメージセンサは、結像レンズ
系が焦点距離を有することから大きな光路長を必要とし
、このセンサを組み込むファクシミリ装置等の小型化を
阻む一因となっていた。そのため、レンズ系を必要とし
ない密着型イメージセンサの開発が望まれており、単な
る導光系である上記ＦＡＰの利用が検討されている。

ＦＡＰを用いた密着型イメージセンサの一つが特開昭６
４−４１３６８号公報に開示されている。このセンサは
、ＣＬＥＡＲ型ＦＡＰの原稿側とは反対側の面に光電変
換層及びこの光電変換層を完全に覆う遮光層を順次設け
るとともに、原稿とＦＡＰとの間に一定の間隙を設けた
ものである。原稿読取りのための照明光は、遮光層側か
らイメージセンサに対して斜めに入射する。

この構成の密着型イメージセンサでは光電変換層への照
明光の直接入射を防止するために光電変換層を完全に覆
う遮光層を設けているので、照明光の斜め入射を採用し
ても遮光層の影が原稿上にできてしまうことが避けられ
ず、ＦＡＰを介した光電変換層直下の原稿部分すなわち
読取ろうとする原稿部分で十分な照明が得られない。ま
た、ＦＡＰ中の光ファイバーの原稿側端部を斜めカット
することによって原稿とＦＡＰとの間の間隙を実現する
場合には、光ファイバーの加工がイメージセンサのコス
トアップ要因になる。

一方、第１０７回画像電子学会研究会講演予稿第１３頁
〜第１８頁「光フアイバーアレイを用いたａ−５ｉ：Ｈ
密着型イメージセンサ」（藤原正弘はか、１９８８年１
１月４日）に示される密着型イメージセンサは、ＣＬＥ
ＡＲ型ＦＡＰの原稿側とは反対側の面に小面積のＥＭＡ
型ＦＡＰを介して光電変換層を設けたものであり、光源
からやはり大きな角度で斜めに入射する照明光がＣＬＥ
ＡＲ型ＦＡＰを通して原稿に与えられる。

この構成の密着型イメージセンサでは、斜め入射する照
明光が原稿で反射して光電変換層に到達するまでにＣＬ
ＥＡＲ型ＦＡＰ内において何度も隣接光ファイバー間で
屈折しなければならず、光減衰量が大きくなってしまう
。したがって、光電変換層直下の読取ろうとする原稿部
分から光電変換層に到達する光量がわずかになって、セ
ンサの感度が悪くなる。

本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであって、原
稿面に対する照明光の垂直入射を可能にして光電変換層
直下の原稿部分全体を明るく照明することによりセンサ
感度を向上させた密着型イメージセンサを提供すること
を目的とする。

Ｃ３題を解決するための手段］ 本発明に係る密着型イメージセンサは、上記の課題を解
決するために、ＥＭＡ型ＦＡＰの原稿側とは反対側の面
にＣＬＥＡＲｌｕＦＡＰや透明板等の透光体を介して光
電変換層及びこの光電変換層を覆う遮光層を順次設け、
遮光層に照明光の入射窓を設けるとともに、この入射窓
に重ねてこれより大きい光通過窓を光？ｔｆ変換層に設
けたものである。

［作　用］ 原稿を照明するための光源は、遮光層直上に配置される
。この光源から発する照明光は、原稿面に対してほぼ垂
直に入射し、遮光層の照明光入射窓及び光電変換層の光
通過窓を順次通して透光体に入る。透光体に入る照明光
ビームは入射窓とほぼ同じ形状寸法であるが、透光体中
で光の拡散が起こるために、この透光体から出る光ビー
ムは光電変換層の外形にほぼ等しい程麿まで拡がってい
る。拡げられた光ビームは、ＥＭＡ型ＦＡＰ内の光ファ
イバーを通して原稿面に達し、これを照明する。したが
って、光電変換層直下の原稿部分全体が明るく照明され
る。

原稿で乱反射した光は、ＥＭＡ型ＦＡＰ内の光ファイバ
ー及び透光体を逆に通って充電変換層に入射し、ここで
電気信号に変換される。

ＥＭＡＩＪＩＦＡＰと光電変換層との間に設けられる透
光体としてＣＬＥＡＲ型ＦＡＰを使用し、光電変換層の
光通過窓を通る照明光をこのＣＬＥＡＲ型ＦＡＰの光フ
ァイバーを通してＥＭＡ型ＦＡＰに導く構成を採用すれ
ば、透光体内部での余分な光拡散の防止が容易になる。

［実施例〕 第１図は、本発明の実施例に係る密着型イメ−ジセンサ
の拡大断面図である。

同図に示すＥＭＡ型Ｆ　Ａ　Ｐ　１０は、光吸収体を被
覆した多数の光ファイバーを乎行に集合させて形成した
１、４ｍｍ幅の導光部１２をガラス製のベース部１８．
１８で挟込んで加熱圧融着したものであり、光軸方向の
厚みは１．Ｏｍｍである。

このＥＭＡ！！ＦＡＰＩＯの構造の詳細を第２図〜第４
図に示す。導光部１２はマルチ光ファイバー１３の３層
集合体であり、各マルチ光ファイバー１３は多数のシン
グル光ファイバー１４の集合体である。シングル光ファ
イバー１４は、線径１０μｍ〜２５μｍ１開口数０．３
５〜０．９０の多成分系ステップインデックス型ガラス
ファイバーであり、コア１５のまわりにクラッド１Ｂを
配し、更にクラッド１Ｂの周囲を光吸収体Ｉ７で覆った
ものである。

第１図に示すようにＥＭＡ型ＦＡＰの一方の面に積層さ
れるＣＬＥＡＲ型Ｆ　Ａ　Ｐ　２０は、上記シングル光
ファイバー１４から光吸収体１７を除去したものを多数
本束ねて導光部２２とし、これをペース部２８．２８で
挟込んだものである。ＣＬＥＡＲ’４２ＦＡＰ２０にお
いて導光部２２の幅は前記ＥＭＡ型の場合と同じ１．４
ｍｍであって、両ＦＡＰの導光部１２．２２がほぼ完全
に重ねられる。

ただし、ＣＬＥＡＲ型Ｆ　Ａ　Ｐ　２０の光軸方向の厚
みは０．５ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲で選択する。

一方、１．１ｍｍ厚のガラス製透明基板３ｏの一方の面
上に約５００人の膜厚のＣ「からなる遮光層４０が形成
されている。この遮光層４ｏは共通電極を兼ねるもので
あって、詳細形状を第５図に示す。ただし、同図では図
面を見やすくするために透明基板３０を取去った状態を
描いている。遮光層４０には一列に並んだ矩形の照明光
入射窓４６がエツチングにより１ｍｍあたり８個の密度
（ピッチ１２５μｍ）で形成されている。

各入射窓４６は窓配列方向の寸法（ｐｌ）が３０μｍで
あり、これに直交する辺の寸法（Ｉ２）が１１０μｍで
ある。なお、共通電極を兼ねる遮光層４０は、ＴｉやＡ
１１等の他の不透明金属で構成しても良い。

遮光層４０の上には、光電変換層５０としてアモルファ
スシリコン（ａ−Ｓｉ）半導体層５２と透明電極層５３
とが全入射窓４６の位置に重ねて順次形成されている。

ａ−５ｉ半導体層５２はｐ　／　ｉ／ｎ構造であって、
膜厚が約８０００人である。

ただし、ｎ　／　ｉ　／　ｐの３層構造、ｐ／ｉ又はｌ
／ｐの２層構造、ｉ／ショットキ構造等のうちいずれを
採用しても良い。透明電極層５３はＩＴＯからなり、膜
厚が約１０００人である。ＩＴＯに代えてＳ　ｎ　０２
等の他の透明導電材料を使“用することもできる。この
光電変換層５０は、エツチングにより遮光層４０の照明
光入射窓４６ごとに枠状に区画されている。このように
画素として区画された各光電変換層５０は、矩形枠状の
受光部５４と、この受光部から延出する接続部５５とか
らなる。受光部５４のほぼ中央に設けられた光通過窓５
６は、遮光層４０の入射窓４６より一回り大きい。この
受光部５４の外形は、画素配列方向（前記入射窓配列方
向に一致する。以下、主走査方向という。）の寸法（Ｌ
ｌ）が１１０μｍであり、これに直交する方向（以下、
副走査方向という。）の寸法（Ｌ２）が１２５μｍであ
る。

約１．５μｍの厚みのＳ　ｉＯ２からなる透明絶縁層６
０が光電変換層５０の光通過窓５６及び遮光層４０の照
明光入射窓４６を埋尽くし、更に遮光層４０の縁部を越
えて延出する。光電疫換層５ｏは、側面を含めてこの透
明絶縁層６０で完全に覆われる。ただし、充電変換層接
続部５５の位置には透明絶縁層６０にコンタクトホール
Ｂ２がエツチングにより形成されており、透明電極層５
３の一部が露出している。Ｓ　１０２に代えてＳｉ３Ｎ
４等の他の透明絶縁物を使用しても良い。

更に、充電変換層５０ごとにＣｒとＡｌとの２層からな
る合わせて約１μｍの厚みの個別電忰層７０が外部接続
のために設けられている。各個別電極層７０はコンタク
トホール６２に入り込んでＣｒ層が各透明電極層５３に
接触して電気接続を達成する。なお、更に保護膜として
Ｓｉ３Ｎ４を被覆しても良い。

以上のようにして光電変換層５０等が形成された透明基
板３０は、第１図に示すように光電変換層５０等をＣＬ
ＥＡＲ型Ｆ　Ａ　Ｐ　２０に対向させた姿勢で、透明な
紫外線硬化樹脂層８０によりＣＬＥＡＲ型Ｆ　Ａ　Ｐ　
２０に接着される。この際、遮光層４０の各入射窓４６
及び光電変換層５０の各光通過窓５６は、中心軸が両Ｆ
ＡＰ導光部１２．２２の幅方向はぼ中央を通る。

以上のとおり、本実施例に係る密着型イメージセンサは
、ＥＭＡ型Ｆ　Ａ　Ｐ　１０の原稿側とは反対側の面に
透光体（ＣＬＥＡＲ型Ｆ　Ａ　Ｐ　２０、紫外線硬化樹
脂層８０及び透明絶縁層６０）を介して光電変換層５０
及びこの光電変換層５０を覆う遮光層４０を順次設け、
遮光層４０に照明光の入射窓４６を設けるとともに、こ
の入射窓４Ｂに重ねてこれより大きい光通過窓５６を光
電変換層５０に設けたものである。

原稿ＰにＥＭＡ型Ｆ　Ａ　Ｐ　１０が密着させられる。

この原稿Ｐを照明するための不図示の光源は、透明基板
３０側において遮光層入射窓４Ｂの直上に配置される。

この光源から発する照明光Ｂは、原稿Ｐの面に対してほ
ぼ垂直に入射し、透明Ｕ板３０を透過して遮光層４０の
入射窓４Ｂに入る。この照明光Ｂは、光電変換層５０の
光通過窓５Ｂを通して透明絶縁層６０、紫外線硬化樹脂
層８０及びＣＬＥＡＲ１２ＦＡＰ２０の導光部２２から
なる透光体を通過した後に、ＥＭＡ型Ｆ　Ａ　Ｐ　１０
の導光部１２に入る。この際、透光体中で光の拡散が起
こるために、ＣＬＥＡＲ型Ｆ　Ａ　Ｐ　２０の導光部２
２から出る光ビームは光電変換層５０の受光部５４の外
形にほぼ等しい程度まで拡がっている。この際、ＣＬＥ
ＡＲ型Ｆ　Ａ　Ｐ　２０を使用しているので、余分な光
拡散の防止が容品であり、隣接光ファイバー間での屈折
透過回数は少なくて良い。拡げられた光ビームは、ＥＭ
Ａ型Ｆ　Ａ　Ｐ　１０内の導光部１２を構成する光ファ
イバー１４に導かれて原稿Ｐに達し、これを照明する。

したがって、光電変換層受光部５４直下の原稿部分全体
が明るく照明される。原稿Ｐで乱反射した光は、ＥＭＡ
型Ｆ　Ａ　Ｐ　１０の導光部１２及び前記透光体を逆に
通って光電変換層５０に入射し、ａ−Ｓｉ半導体層５２
で電気信号に変換される。個別電極層７０は、各光電変
換層５０からの信号取出電極として機能する。この際、
透明絶縁層ＢＯは、共通電極層を兼ねる遮光層４０と個
別電極層７０との間の層間絶縁を達成するだけでなく、
ａ−８ｉ半導体層５２と透明電極層５３とからなる光電
変換層５０の側面リークを防止する。

さて、本実施例では遮光層４０の照明光入射窓４６及び
光電変換層５０の光通過窓５６の形状を、副走査方向を
長辺とする矩形としている。入射窓４６直下の原稿反射
光を有効利用するためには、光電変換層５０の主走査方
向の幅を大きくするのが好ましい。つまり、照明光入射
窓４Ｂの面積は光量とセンサ感度との兼ね合いで決定さ
れるが、この窓４６の短辺の寸法は光電変換層受光部５
４の主走査方向の幅の２０％〜６０％が適当であり、長
辺の寸法は、同受光部５４の副走査方向の幅の７０％〜
９５％が適当である。

ＥＭＡ型Ｆ　Ａ　Ｐ　１０とＣＬＥＡＲ型Ｆ　Ａ　Ｐ　
２０との光軸方向の厚み比率は、画素密度によって最適
値が異なる。画素密度の相違により光電変換層受光部５
４の寸法が異なり、光の拡がり許容範囲が異なるからで
ある。１ｍｍあたりの画素数が８（画素密度８　ｄｏｔ
ｓ／　ｍ　ｍ　）の場合には、１ｍｍ程度の厚みのＥＭ
Ａ型Ｆ　Ａ　Ｐ　１０に対してＣＬＥＡＲ型Ｆ　Ａ　Ｐ
　２０の厚みを前記のとおり０゜５ｍｍ〜１．Ｏｍｍの
範囲とするが適当である。

画素密度が１６　ｄｏｔｓ／　ｍ　ｍの場合には、１ｍ
ｍ程度の厚みのＥＭＡ型Ｆ　Ａ　Ｐ　１０に対してＣＬ
ＥＡＲ型Ｆ　Ａ　Ｐ　２０の厚みは０．　・２ｍｍ　〜
０．５ｍｍの範囲で選択する。

ＥＭＡ型Ｆ　Ａ　Ｐ　１０と原稿Ｐとは直接接しても良
いが、ＦＡＰの保護のため５０μｍ程度の厚みのカバー
ガラスをＥＭＡ型Ｆ　Ａ　Ｐ　１０に貼付けても良い。

なお、両Ｆ　Ａ　Ｐ　１０，２０の配置を逆にすると、
次の２つの理由から上記とは違って光電変換層５０の背
面からの光入射が困難になる。

■照明光Ｂが入射窓４６に対応するＥＭＡ型ＦＡＰＩＯ
の狭い範囲だけを通過した後に原稿Ｐを照射するため、
原稿面の狭い範囲に照明光Ｂが集中しやす＜、ＭＴＦ　
（解像力）が悪化する。

また、実際に欲しい光電変換層５０直下の原稿部分から
の反射光が減って感度低下が生じる。

■ＣＬＥＡＲ型Ｆ　Ａ　Ｐ　２０の介在によってＥＭＡ
型Ｆ　Ａ　Ｐ　１０と原稿Ｐとの間に間隙ができるため
、原稿反射光の逃げが多くなるだけでなく、隣接画素か
らの迷光が入りやすくなり、ＭＴＦ悪化の原因となる。

この対策としてＣＬＥＡＲ型Ｆ　Ａ　Ｐ　１０を薄くす
ることが考えられるが、前記■の問題と関連するために
最適化が難しい。

これに対して本実施例では、光電変換層５０とＥＭＡ型
Ｆ　Ａ　Ｐ　１０との間にＣＬＥＡＲ型ＦＡＰ２０で間
隙をとっているため、光電変換層５０直下の原稿部分全
体が明るく照明されて高いセンサ感度が得られる。また
、ＥＭＡ型Ｆ　Ａ　Ｐ　１０が原稿Ｐにほぼ接している
のでＭＴＦの悪化もない。

なお、ＣＬＥＡＲ型Ｆ　Ａ　Ｐ　２０に代えて例えばガ
ラス製の透明板を使用することもできる。ただし、ＣＬ
ＥＡＲ型Ｆ　Ａ　Ｐ　１０と単なるガラス板とでは入射
光の拡がりかたが異なるから、光軸方向の最適な厚み比
率も当然穴なる。１ｍｍ程度の厚みのＥＭＡ型Ｆ　Ａ　
Ｐ　１０に対する透明板の厚みは、画素密度８　ｄｏｒ
ｓ／　ｍ　ｍで０．３ｍｍ〜０．５ｍｍ、画素密度１６
　ｄｏｔｓ／　ｍ　ｍで０．１ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲
がそれぞれ適当である。

［発明の効果］ 以上の説明のとおり、本発明に係る密着型イメージセン
サは、ＥＭＡ型Ｆ　Ａ　Ｐ’の原稿側とは反対側の面に
ＣＬＥＡＲ型ＦＡＰや透明板等の透光体を介して光電変
換層及びこの光電変換層を覆う遮光層を順次設け、遮光
層に照明光の入射窓を設けるとともに、この入射窓に重
ねてこれより大きい光通過窓を光電変換層に設けたもの
であって、照明光の垂直入射が可能になり、透光体内で
ある程度拡散した後にＥＭＡ型ＦＡＰに入射するため、
光電変換層直下の原稿部分全体を効率良く照明すること
ができ、センサ感度が向上する。また、ＥＭＡ型ＦＡＰ
を原稿面に密着させて使用することから、ここでのＭＴ
Ｆ低下が抑えられる。ＥＭＡ型ＦＡＰ内の光ファイバー
の斜めカット加工を必要としないので、コストアップを
抑えることもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例に係る密着型イメージセンサ
の拡大断面図、 第２図は、前図の密着型イメージセンサに使用されるＥ
ＭＡ型ＦＡＰの斜視図、 第３図は、前図のＥＭＡ型ＦＡＰのＡ部分拡大平面図、 第４図は、前図中のシングル光ファイバーの拡大断面図
、 第５図は、第１図の密着型イメージセンサから透明基板
を取去った状態の光電変換層付近の部分拡大斜視図であ
る。 符号の説明 ｌＯ・・・ＥＭＡ型ＦＡＰ、１２・・・導光部、１３・
・・マルチ光ファイバー、１４・・・シングル光ファイ
バー１５・・・コア、１６・・・クラッド、１７・・・
光吸収体、２０・・・ＣＬＥＡＩ１２ＦＡＰ　（透光体
）、２２・・・導光部、３０・・・透明基板、４０・・
・遮光層（兼共通電極層）、４６・・・遮光層の照明光
入射窓、５０・・・光電変換層、５２・・・アモルファ
スシリコン半導体層、５３・・・透明ｒｖ電極層５６・
・・光電変換層の光通過窓、６０・・・透明絶縁層（透
光体）、７０・・・個別電極層、８０・・・紫外線硬化
樹脂層（透光体）、Ｂ・・・照明光、Ｐ・・・原稿。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光吸収体を被覆した光ファイバーを互いに平行に集
   合させてなるＥＭＡ型光ファイバーアレイプレートの原
   稿側とは反対側の面に透光体を介して光電変換層及びこ
   の光電変換層を覆う遮光層を順次設け、遮光層に照明光
   の入射窓を設けるとともに、この入射窓に重ねてこれよ
   り大きい光通過窓を光電変換層に設けたことを特徴とす
   る密着型イメージセンサ。 ２、透光体が光吸収体を被覆しない光ファイバーを互い
   に平行に集合させてなるＣＬＥＡＲ型光ファイバーアレ
   イプレートからなり、このプレートの光ファイバーが光
   電変換層の光通過窓を通る照明光をＥＭＡ型光ファイバ
   ーアレイプレートに導く請求項１記載の密着型イメージ
   センサ。