JPH08321914A

JPH08321914A - イメージセンサ

Info

Publication number: JPH08321914A
Application number: JP7125332A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kyotani; 博京谷
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1995-05-24
Filing date: 1995-05-24
Publication date: 1996-12-03

Abstract

(57)【要約】【目的】製作工程が簡単で、Ｓ／Ｎ比の高い導波路型縮
小イメージセンサの提供。【構成】光導波路７の入射端７ａの周囲に、外乱光が入
射端７ａに入射するのを制限する外乱光制限部材１０，
１４を設けてクロストークを防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ハードコピー画像の一
次元読み取り光学系等に使用されるイメージセンサに関
し、さらに詳しくは、光導波路を用いた縮小イメージセ
ンサに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ファクシミリ、イメージスキャ
ナ、ディジタル複写機等の画像の読み取り需要の増加と
ともに、画像情報を電気信号に変換する一次元イメージ
センサの高性能化と小型化が要望されている。

【０００３】従来より一次元イメージセンサには、原稿
幅よりもセンサ長が短く、縮小光学系を用いて画像を読
み取る縮小型センサと、縮小比率１対１の光学系を用い
て等倍の結像画像を読み取る密着型センサ（等倍型セン
サとも呼ばれる）とがある。

【０００４】図１５に縮小型イメージセンサの概念図を
示す。同図において、原稿面Ｇは直線状に配置された発
光ダイオード（以下「ＬＥＤ」という）アレイまたは蛍
光灯等の直線状の光源６０により照明され、原稿面Ｇか
らの反射光をレンズ６１によりＣＣＤ等の光電変換素子
アレイ６２に縮小結像させ、光電変換素子アレイ６２
は、原稿面Ｇのイメージ情報を電気信号に時系列に変換
して出力する。

【０００５】この縮小型イメージセンサの分解能は、光
電変換素子アレイ６２の画素ピッチとレンズ性能によっ
て決定され、読み取り分解能が２００ｄｐｉ（１インチ
当たり２００ドット）で、かつ読み取り幅が２５６ｍｍ
の条件では、原稿面Ｇから光電変換素子アレイ６２まで
の距離（光路長）ｄ１は約３３０ｍｍとなる。

【０００６】このように構成された縮小型イメージセン
サは、低価格であり、高速読み取りが可能であるという
特徴がある。

【０００７】一方、図１６に示す密着型イメージセンサ
では、光電変換素子アレイ６３等の検出器は、原稿面Ｇ
の幅、すなわち、読み取り幅全体を覆うように配置さ
れ、光源６４で照明された原稿面Ｇからの反射光は直接
またはロッドレンズ６５を介して光電変換素子アレイ６
３に入射され、ここで、反射光、すなわち、イメージ情
報が電気信号に変換される。

【０００８】このように構成された密着型イメージセン
サでは、原稿面Ｇから光電変換素子アレイ６３までの距
離（光路長）ｄ２は縮小型のイメージセンサより小さ
く、かつ調整が不要という利点を有している。

【０００９】また、入力画像から光電変換素子アレイま
で光を導く複数の導波路を備え、導波路の入力端のピッ
チよりも出射端のピッチを狭くすることにより、縮小画
像を得る導波路型縮小イメージセンサにおいて、誘電体
導波路に光学的反射材料（金属薄膜）を形成した構成が
提案されている（特開昭６０−１８９２５６号公報）。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】従来のレンズ系を使用
した縮小型イメージセンサでは、原稿面と光電変換素子
アレイとの間に長い光路長を必要とするため小型化が困
難であり、組み立て時に１台毎に調整が必要であるう
え、振動にも弱いという問題点があった。

【００１１】また、従来の密着型イメージセンサでは、
光電変換素子アレイが原稿幅と同じ大きさとなるので、
光電変換信号のＳ／Ｎ比が低下したり、配線間の寄生容
量のために、高速動作が困難になるという問題点があっ
た。

【００１２】また、金属薄膜の反射を利用した導波路型
縮小イメージセンサでは、隣接導波路への光の漏れを防
ぐため、導波路の上下面のみならず、両側面にも同様に
金属薄膜を形成することが必要であり、製作工程が複雑
になるうえ、歩留まりが低下するという問題点があっ
た。

【００１３】本発明は、上述の点に鑑みてなされたもの
であって、製作工程が簡単で、Ｓ／Ｎ比の高い導波路型
縮小イメージセンサを提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明では、上述の目的
を達成するために、次のように構成している。

【００１５】すなわち、原稿面からの反射光を集光する
レンズアレイと、レンズアレイの集光位置に入射端を配
置させて当該入射端に入射した光を光電変換素子に導く
光導波路とを備えたイメージセンサにおいて、外乱光が
前記入射端に入射するのを制限する外乱光制限部材を前
記入射端の周囲に設けたことに特徴を有している。

【００１６】前記外乱光制限部材に光反射膜を形成して
もよい。

【００１７】光導波路を導波路基板に形成するととも
に、該導波路基板と前記外乱光制限部材とを一体成形体
から構成してもよい。

【００１８】光導波路と前記レンズアレイとを一体成形
体から構成してもよい。

【００１９】

【作用】上記構成によれば、入射端の周囲に設けた外乱
光制限部材によって外乱光が遮断されるために、入射端
への外乱光入射が起きにくくなる。

【００２０】外乱光制限部材に光反射膜を形成すれば、
外乱光はこの光反射膜によって反射されるために、遮断
効果が高まることになる。

【００２１】光導波路を導波路基板に形成するととも
に、該導波路基板と前記外乱光制限部材とを一体成形体
から構成すれば、これらを個別に製作して一体化する場
合に比べて、組み立て調整が容易になる。

【００２２】光導波路と前記レンズアレイとを一体成形
体から構成すれは、レンズアレイと光導波路とを個別に
製作する構成に比べて、組み立て調整が容易となる。し
かも、レンズアレイから光電変換素子まで光を導く光導
波路は、任意の形状に製作可能となるので、結合光学系
である光導波路と光電変換素子との相互配置位置関係が
任意となり、イメージセンサを小型化することができ
る。

【００２３】

【実施例】以下、図面によって本発明の実施例につい
て、詳細に説明する。

【００２４】以下に示す実施例は、いずれも２００ｄｐ
ｉの分解能をもつＧ３型ファクシミリ用一次元イメージ
センサ（スキャン幅２５６ｍｍ：Ｂ４用紙対応）に適用
した例であり、光電変換素子としては、１４μｍピッ
チ、２０４８ピクセルのＣＣＤである日本電気株式会社
（ＮＥＣ）製μＰＤ３７４３Ｄを用いている。

【００２５】図１は、本発明の一実施例のイメージセン
サの概略構成図であり、図２は、導波路基板を中心とし
た平面図であり、図３は、イメージセンサの断面構成図
である。

【００２６】このイメージセンサ１はマイクロレンズア
レイ２と導波路基板３とＣＣＤアレイ４とＬＥＤアレイ
５と蓋板６とを備えている。マイクロレンズアレイ２は
例えばＤＡＩ（Diallylisophthalate:屈折率１．５７）
や光学用ポリエステル樹脂（非晶質ポリエステル共重合
体例；鐘紡(株）製 "Ｏ−ＰＥＴ"［商品名］：屈折率
１．６３）から構成されている。また、マイクロレンズ
アレイ２は原稿面Ｇと同等の幅を有しており、その原稿
当接面には複数のレンズ部２ａが原稿面Ｇに沿って並列
に形成されている。レンズ部２ａは原稿面Ｇの幅および
イメージセンサ１の分解能に対応して構成されており、
具体的には直径１２７μｍの球面レンズからなってお
り、この実施例では計２０４８個設けられている。

【００２７】導波路基板３はマイクロレンズアレイ２よ
り屈折率の低い例えばアクリル（ＰＭＭＡ：Polymethyl
Methacrylate：屈折率１．４９２）の矩形板からなっ
ており、互いに平行となって対向する入出射端面３ａ，
３ｂを有している。マイクロレンズアレイ２は導波路基
板３の入射端面３ａのほぼ全幅にわたって取り付けられ
ており、ＣＣＤアレイ４は出射端面３ｂの幅方向中央部
に取り付けられている。

【００２８】導波路基板３は各レンズ部２ａに対応して
同数（２０２８個）の光導波路７…を有している。光導
波路７は導波路基板３の一面３ｃに溝となって穿たれた
キャピラリ８に導波路コア９を充填して構成されてお
り、この光導波路７は一面３ｃにおいて入射端面３ａか
ら出射端面３ｂにわたって設けられている。導波路コア
９は、マイクロレンズアレイ２と同一材料、すなわち、
上述の例ではＤＡＩ（屈折率１．５７）や光学用ポリエ
ステル樹脂（屈折率１．６３）から構成されている。

【００２９】各光導波路７…の入射端７ａは導波路基板
３の入射端面３ａにおいてマイクロレンズアレイ２の各
レンズ部２ａに対向するように、レンズ部２ａ形成ピッ
チと同ピッチ（１２７μｍピッチ）に離間して入射面３
ａ全幅にわたって配置されている。そして、各レンズ部
２ａの焦点は各光導波路７の入射端７ａ位置に設定され
ており、直径１２７μｍのレンズ部２ａに入射した光は
直径８μｍに縮小されて入射端７ａに入光するようにな
っている。したがって、光導波路７は入射端７ａに入光
した直径８μｍの光を導くために幅８μｍ×深さ８μｍ
の断面矩形状に形成されている。

【００３０】一方、各光導波路７の出射端７ｂは出射端
面３ｂにおいてＣＣＤアレイ４を構成するＣＣＤ素子に
対向するように、ＣＣＤ素子形成ピッチ（１４μｍ）と
同ピッチに離間して出射端面３ｂの幅方向中央部に配置
されている。光導波路の中途部７ｃは入射端７ａと出射
端７ｂとを繋ぐように二度直角に屈曲されている。

【００３１】また、光導波路基板３の入射端面３ａには
光導波路７の入射端７ａを取り囲む外乱光制限部材１０
が設けられている。外乱光制限部材１０の中央位置に
は、円錐形、すなわち、光導波路７の入射端７ａを底部
としてその径をレンズ部２ａに向かって徐々に拡大する
光通過孔１０ａが形成されており、光通過孔１０ａの底
部は開口しており入射端７ａを臨んでいる。この光通過
孔１０ａの壁面、つまり外乱光制限部材１０のレンズア
レイ集光軸側側面の傾斜角度は、レンズ部２ａの集光角
度に沿って設定されている。

【００３２】外乱光制限部材１０は導波路基板３の入射
端面３ａに一体に形成されている。すなわち、外乱光制
限部材１０は、導波路基板３を入射端面３ａからマイク
ロレンズアレイ２側に、さらに、一面（光導波路形成
面）３ｃより基板厚み方向外側に突出させて構成されて
いる。そして、光通過孔１０ａ内にはマイクロレンズア
レイ２や導波路コア９と同一材料（ＤＡＩ，光学用ポリ
エステル樹脂等）が充填されている。したがって、導波
路コア９は光通過孔１０ａ内の樹脂を介してマイクロレ
ンズアレイ２と一体に成形されている。

【００３３】導波路基板３の入射端面３ａおよび外乱光
制限部材１０の頂面１０ｂは金属反射膜１１，１２によ
って覆われており、さらには入射端面３ａ側に位置する
蓋板６の端面６ａも金属反射膜１３によって覆われてい
る。

【００３４】なお、導波路基板３は上述した光導波路６
が形成できるように、横２６０ｍｍ×縦２５ｍｍ×厚み
２ｍｍの大きさとなっている。

【００３５】蓋板６は、導波路基板３と同じアクリル
（ＰＭＭＡ：Polymethyl Methacrylate：屈折率１．４
９２）からなっており、上記したように、入射端面３ａ
側に位置する蓋端面６ａは金属反射膜１３によって覆わ
れている。そして、蓋端面６ａを外乱光制限部材１０に
当接させた状態で蓋板６は導波路基板３の一面３ｃ（光
導波路形成面）に張り付けられている。したがって、導
波路基板３のキャピラリ８は蓋板６によって閉塞されて
おり、これによって、光導波路７内の導波路コア９は導
波路コア９より屈折率の低い導波路基板３および蓋板６
によって囲まれている。

【００３６】このような外乱光制限部材１０を設けてそ
の頂面１０ｂ、導波路基板３の入射端面３ａ、および蓋
板６の端面６ａに金属反射膜１１，１２，１３を設ける
ことにより、隣接するレンズ部２ａから散乱光が入射端
７ａに入射してクロストークが発生するのを防止してい
る。外乱光制限部材１０によるクロストーク防止につい
ての詳細は後述する。

【００３７】ところで、外乱光制限部材１０の構造とし
ては、図１〜６に示すもののほか、図７，８に示すよう
にしてもよい。なお、図７は図４に相当する断面図であ
り、図８は図５に相当する断面図である。

【００３８】すなわち、図７，８の示す外乱光制限部材
１４と、図１〜６に示す外乱光制限部材１０とは、その
高さが異なっており、図１〜６に示す外乱光制限部材１
０はレンズ部２ａと入射端７ａとの離間間隔のほぼ中間
位置に達する高さＨ１（図４参照）を備えているのに対
して、図７，８に示す外乱光制限部材１４はレンズ部２
ａ間近に達する高さＨ２（図７参照）を備えており、こ
の点で、まず両外乱光制限部材１０，１４が相違してい
る。なお、この外乱光制限部材１４の中央位置には、外
乱光制限部材１０と同様、円錐形、すなわち、光導波路
７の入射端７ａを底部としてその径をレンズ部２ａに向
かって徐々に拡大する光通過孔１４ａが形成されてお
り、光通過孔１４ａの底部は開口して入射端７ａを臨ん
でいる。

【００３９】さらに、両外乱光制限部材１０，１４の相
違するのは次の点である。すなわち、外乱光制限部材１
４はその頂面１４ａ、導波路基板３の入射端面３ａ、お
よび蓋板６の端面６ａに金属反射膜１１，１２，１３を
設ける他に、外乱光制限部材１４の内周面、すなわち、
光通過孔１４ａの壁面にも金属反射膜１５を形成してい
る。

【００４０】高さＨ２という背の高い外乱光制限部材１
４を設けてその光通過孔１４ａに金属反射膜１５を形成
することにより、この金属反射膜１５でも原稿面Ｇの外
乱光（原稿面Ｇで乱反射した光）を遮っている。このよ
うに、図７〜８に示すイメージセンサの構造では、外乱
光制限部材１４の頂面１４ａ、導波路基板３の入射端面
３ａ、および蓋板６の端面６ａに設けた金属反射膜１
２，１１，１３によって外乱光を遮るだけではなく、高
さＨ２という背の高い外乱光制限部材１４を設けてその
光通過孔１４ａに形成した金属反射膜１５によっても外
乱光を遮っており、このような構成にすることで、クロ
ストークを防止している。

【００４１】次に、このイメージセンサ１の製造工程を
説明する。このイメージセンサ１の製造には、ＤＡＩ等
を材料として毛細管現象を利用してマイクロレンズアレ
イ２や光導波路７を形成する第１の製法と、光学用ポリ
エステル樹脂等を材料として射出成形することによって
マイクロレンズアレイ２や光導波路７を形成する第２の
製法とがある。なお、以下の説明では、低背型の外乱光
制限部材１０を有するイメージセンサ１の製法について
説明するが、高背型の外乱光制限部材１４を有するイメ
ージセンサであっても同様の製法で製造できるのはいう
までもない。

【００４２】第１の製法まず、導波路基板３と蓋板６とを射出成形する。蓋板６
は表面の平坦な矩形状をしているので、その作製は金型
を用いた一般的な射出成形により行えるので、その作製
工程についての説明は省略する。

【００４３】一方、導波路基板３はその表面にキャピラ
リ８を有して複雑であるので、その金型はフォトリソグ
ラフィ技術を利用して次のようにして形成する。

【００４４】すなわち、図９（ａ）に示すように、膜厚
が８μｍのフォトレジスト膜２１をシリコン基板２０上
に形成し、さらに、その上にキャピラリ８形状のマスク
２２を配置して紫外線２３で露光することで、図９
（ｂ）に示すように、マスク形状をフォトレジスト膜２
１に転写する。さらに、図９（ｃ）に示すように、フォ
トレジスト膜２１表面に塩化ニッケルの水溶液を用いた
電気メッキ法により金属薄膜２３を作成する。そして、
この金属薄膜２３の表面に金型支持体２４をエポキシベ
ースの接着剤を用いて接着する。最後に、レジスト剥離
液を用いてフォトレジスト膜２１を溶解することで、金
属薄膜２３をシリコン基板２０から分離する。これによ
って図９（ｄ）に示すように、金属薄膜２３と金属支持
体２４とからなる導波路基板３用の金型３０が完成す
る。

【００４５】さらには、図１０に示すように、この金型
３０に面着してその間に導波路基板３および外乱光制限
部材１０となる成形空間を形成する金型３１と、光通過
孔１０ａを形成する中子３２とを射出成形金型の技法に
より作製する。そして、金型３０，３１と中子３２とを
組み付けたうえで、その内部に成形樹脂を注入すること
により、導波路基板３と外乱光制限部材１０とを一体に
射出成形する。

【００４６】このようにして作製した導波路基板３、外
乱光制限部材１０、および蓋板６の所定部位、すなわ
ち、導波路基板３の入射端面３ａ、外乱光制限部材１０
の頂面１０ｂ、および蓋板６の端面６ａにそれぞれ金属
反射膜１１，１２，１３を形成する。これら金属反射膜
１１，１２，１３は例えばアルミニウム等の金属を蒸着
することより行う。

【００４７】このようにして形成した導波路基板３の一
面３ｃに蓋板６を接着する。接着は例えば超音波溶着に
より行う。

【００４８】一方、図１１に示すように、マイクロレン
ズアレイ２を形成する金型３３を用意する。金型３３は
その一面３３ａにマイクロレンズアレイとなる成形空間
３４が形成されているとともに、他面３３ｂには、成形
空間３４に連通する注入口３５が開口している。そし
て、この金型３３の一面３３ａに、導波路基板３の入射
端面３ａを当接させる。このとき、外乱光制限部材１０
が成形空間３４に収納されるとともに、各光導波路７の
入射端７ａが成形空間３４のレンズ部２ａ形成部位と対
向するように、導波路基板３を金型３３に対して位置合
わせしておく。

【００４９】金型３３に導波路基板３を当接させたの
ち、両者をクランプ用治具３６によって固定して一体化
する。クランプ用治具３６は治具板３６ａと、締め付け
ネジ体３６ｂとからなっており、治具板３６ａを導波路
基板３の出射端面３ｂに当接させた状態で、治具板３６
ａと金型３３とを締め付けネジ体３６ｂによって連結し
て締め付けることで、金型３３と導波路基板３とを一体
化する。このとき、治具板３６ａの導波路基板当接面に
は出射端７ｂとなるキャピラリ８の開口を囲むパッキン
３７が設けられており、一方、金型３３には、成形空間
３４を囲んでパッキン３８が設けられている。そのた
め、キャピラリ８およびキャピラリ８に連通する成形空
間３４は注入口３５を除いて密封される。

【００５０】このようにして一体化した導波路基板３と
金型３３とをチャンバ３９内に挿入して、チャンバ３９
内に設けた保持具４０で保持する。保持具４０は導波路
基板３および金型３３を上下移動可能に支持している。
チャンバ３９内には、５％の過酸化ベンゾイルを含むＤ
ＡＩのモノマ溶液４２が入れられた容器４３が収納され
れている。容器４３は保持具４０の下方に配置されてい
る。なお、ＤＡＩモノマ溶液４２中に含有される過酸化
ベンゾイルは後に加熱されるＤＡＩモノマを高分子化さ
せる重合剤として作用するものである。

【００５１】次に、チャンバ３９内を１０^-4Ｔｏｒｒの
真空度まで真空引きして、ＤＡＩモノマ溶液４２中に含
まれる気体を取り除くまで脱ガス処理を施し、その後、
保持具４０を用いて導波路基板３および金型３３を容器
４３内まで下降させて、金型３３のの注入口３５をＤＡ
Ｉモノマ溶液４２に浸す。

【００５２】ＤＡＩモノマ溶液４２に注入口３５を浸し
たのち、チャンバ３９内部を真空から大気圧まで徐々に
変化するようにリークさせると、キャピラリ８および成
形空間３４内の圧力がＤＡＩモノマ溶液４２の表面にか
かる圧力より相対的に小さくなるので、負圧状態で毛細
管現象が発生して、ＤＡＩモノマ溶液４２が金型３３お
よびキャピラリ８内に吸入される。このように、毛細管
現象による吸入効果を負圧で補助することによりＤＡＩ
モノマ溶液４２を確実に吸入させることができる。

【００５３】金型３３およびキャピラリ８にＤＡＩモノ
マ溶液４２が充填され、チャンバ３９内が大気圧に達し
た後、保持具４０を上昇させ、さらに金型３３および導
波路基板３をクランプ用治具３６から取り外す。そし
て、金型３３およぴ導波路基板３をオーブン（図示省
略）等を用いて８５℃で６時間加熱して内部のＤＡＩモ
ノマ溶液４２を高分子化する、すなわち、固形化する。
ＤＡＩモノマ溶液４２が高分子すると、金型３３を導波
路基板３から取り外し、余分となる注入口部分を切除す
ることで、光導波路７とマイクロレンズアレイ２とがで
き上がる。そして、光導波路７ができ上がった導波路基
板３の出射端面３ｂ中央部にＣＣＤアレイ４を取り付け
る。この際、光導波路７の出射端７ｂそれぞれに、ＣＣ
Ｄアレイ４の各ＣＣＤ素子が対向するようにＣＣＤアレ
イ４を取り付ける。

【００５４】第２の製法この製法においても、導波路基板３および蓋板６の製法
は、第１の製法と同一であるので、その製法についての
説明は省略する。

【００５５】この製法は、簡単にいえば、マイクロレン
ズアレイ２と導波路コア７とを導波路基板３にインサー
ト成形するのであって、まず、導波路基板３および蓋板
６が収納される可動型４４と、マイクロレンズアレイ２
形成用の固定型４５とを用意する。

【００５６】可動型４４には、導波路基板３と蓋板６と
を収納する収納空間４４ａと、型外部とパート面Ａとを
連通させる吸引孔４６とが形成されている。一方、固定
型４５には、レンズアレイ形成用の成形空間４７が形成
されている。成形空間４７はパート面Ａに開口してい
る。また、固定型４５には、成形空間４７に型外部から
成形樹脂を供給するゲート４８とスプル４９とが設けら
れている。

【００５７】そして、可動型４４の収納空間４４ａに蓋
板６と一体となった導波路基板３を収納したうえで、両
型４４，４５を接合し、さらに、吸引孔４６から真空吸
入することで、成形空間４７および導波路基板３のキャ
ピラリ８を脱気する。

【００５８】脱気した後、スプル４９から成形空間４７
内に溶融した注入樹脂５０を注入する。注入樹脂５０と
しては、光学用ポリエステル樹脂（例；鐘紡（株）製
Ｏ−ＰＥＴ［商品名］：屈折率１．６３）を用いる。注
入された注入樹脂５０はゲート４８を介して成形空間４
７を充填したのち、各キャピラリ８内に注入される。こ
のとき、キャピラリ８内は脱気されているので、細径で
あるキャピラリ８内の端部まで注入樹脂５０が行き渡
る。

【００５９】成形空間４７およびキャピラリ８内に充填
された注入樹脂５０は強制冷却されて固化する。注入樹
脂５０が冷却固化すると、固定型４５と可動型４４とを
分離し、さらに、ゲート４８内で固化した余分な樹脂を
ゲート位置でマイクロレンズアレイ２から切断する。こ
れによって、光導波路７とマイクロレンズアレイ２とが
でき上がる。

【００６０】そして、光導波路７ができ上がった導波路
基板３の出射端面３ｂ中央部にＣＣＤアレイ４を取り付
ける。この際、光導波路７の出射端７ｂそれぞれに、Ｃ
ＣＤアレイ４の各ＣＣＤ素子が対向するようにＣＣＤア
レイ４を取り付ける。

【００６１】ところで、上記実施例では、導波路コア９
およびマイクロレンズアレイ２に適した材料として、第
１の製法では、ＤＡＩ（Diallyl Isophthalate：屈折率
１．５７）を、また、第２の製法では、光学用ポリエス
テル樹脂（非晶質ポリエステル共重合体例；鐘紡（株)
製 "Ｏ−ＰＥＴ"［商品名］：屈折率１．６３）を提示
した。しかしながら、導波路コア９およびマイクロレン
ズアレイ２の材料はこれら材料に限定されるものではな
く、次のような材料でもよい。すなわち、毛細管現象を
利用する第１の製法では、アリルジグリコールカーボネ
ート（例；三井石油化学製"ＲＡＶ７"［商品名］：屈折
率１．５０３）が適している。また、射出成形法を用い
る第２の製法では、ポリカーボネート、ポリオレフィ
ン、スチレン系エラストマー等が適している。

【００６２】次に、各光導波路７の間でクロストークが
発生する理由、および、外乱光制限部材１０，１４を設
けることで、クロストークが防止できる理由を図１３，
１４に基づいて説明する。

【００６３】各レンズ部２ａの開口数ＮＡ_aは次の式
で求められる。

【００６４】ＮＡ_a＝ｎ₀ｓｉｎα… ｎ₀:レンズアレイ２の光屈折率 α:レンズ部２ａの有効口径位置と焦点位置との間に形
成される角度(図１３参照) これに対して、図１４において、入射端７ａに入射角度
θで入射したのち、導波路コア９の界面上のｋ点に角度
δで入射する入射光の臨界角δ相当の入射角（これ以上
入射角度θが大きくなれば、ｋ点で反射せずに導波路コ
ア９を素通りする角度）をθ₀とすると、導波路３の開
口数ＮＡ_dは次の式で求められる。

【００６５】ＮＡ_d＝ｎ₀ｓｉｎθ₀＝√（ｎ₁ ²−ｎ₂ ²）… ｎ₀：導波路３外部の光屈折率（この場合はレンズアレ
イ２の光屈折率）ｎ₁：導波路コア９の光屈折率ｎ₂：クラッドとなる導波路基板３、蓋板６の光屈折率したがって、各レンズ部２ａの開口数ＮＡ_a＝ＮＡ_dであ
れば、レンズ部２ａの口径幅（図１３においてａｂで表
示）内に入射した光はレンズ部２ａの焦点位置、すなわ
ち、入射端７ａで焦点を結んで、問題なく光導波路７を
伝播していく。

【００６６】これに対して、ａｂ範囲より外側のＰ点
（図１３参照）からレンズ部２ａに入射して入射端７ａ
に達した光は、その入射角度θ₁が入射光の臨界角δ相
当の入射角θ₀より大きくなるため、導波路コア９の界
面を素通りして導波路基板３内に達するため、光導波路
７を伝播しない。

【００６７】また、ａｂ範囲より外側のＱ点（図１３参
照）からレンズ部２ａに入射し、さらに、入射端３ａで
はない入射端面７ａから導波路基板３内に入射して隣の
光導波路７の側面に達した光は隣の光導波路７内に入射
する。しかしながら、この入射光が隣の導波路コア９の
界面ｊ点において形成する角度δ１（図１３参照）は光
導波路７界面の臨界角δ相当の入射角θ₀より大きくな
る。そのため、入射光は光導波路７の界面で反射するこ
となく素通りし、光導波路７を伝播しない。

【００６８】以上のことから、レンズ部２ａの開口数Ｎ
Ａ_aと光導波路７の開口数ＮＡ_dとを一致させれば、クロ
ストークを起こすことなく光を伝播させることができ
る。しかしながら、実際上、レンズ部２ａの開口数ＮＡ
_aと光導波路７の開口数ＮＡ_dとを一致させることは困難
である。なぜなら、そのような開口数ＮＡ_a,ＮＡ_dを得
られるような光屈折率を備えたレンズ部２ａ、導波路基
板３、導波路コア９の各材料を揃えることはほとんど不
可能である。

【００６９】そのため、（レンズ部２ａの開口数ＮＡ
_a）＞（光導波路７の開口数ＮＡ_d）として、レンズ部２
ａで集光した光を１００％光導波路７に入射することは
できないものの、クロストークの発生を完全に防止す
る、（レンズ部２ａの開口数ＮＡ_a）＜（光導波路７
の開口数ＮＡ_d）として、レンズ部２ａで集光した光を
１００％光導波路７に入射することはできるものの、ク
ロストークの発生はある程度許容する、のいずれかの構
成を取らざるを得ない。

【００７０】本発明では、（レンズ部２ａの開口数ＮＡ
_a）＜（光導波路７の開口数ＮＡ_d）として、レンズ部２
ａで集光した光を１００％光導波路７に入射させる一
方、外乱光制御部材１０，１４を設けることで、クロス
トークの発生を防止しており、これによって、クロスト
ークを起こすことなく、イメージセンサ１の感度を向上
させている。

【００７１】また、ＮＡ_d＞ＮＡ_aとすることで、ＮＡ_d
＝ＮＡ_aの場合に比較し、臨界角δ相当の入射角θ₀が相
対的に大きく（臨界角δが相対的に小さく）なり、光導
波路７内面が粗面であても光導波路７の壁面からの透過
損失を低減できる。同じ理由により、光導波路７の曲線
部（図２に示すように光導波路７の中途部７ｃには２カ
所の直角折り曲げ部が存在する）の壁面からの透過損失
も低減できる。

【００７２】一般に、加工面を平滑にするには加工時間
が長くなるうえに加工コストもかかる作業であり、この
ような平滑加工を緩和できる本発明のイメージセンサ１
では、その分、加工コストの低減と、加工時間の短縮化
が可能となっている。

【００７３】また、このイメージセンサ１では、マイク
ロレンズ２と導波路コア９とを同材質で形成しているた
め、両者の光屈折率／温度の違いは問題ではなくなり、
また、レンズ部２ａと光導波路９との間の界面反射がな
くなり、透過損失を低減できるメリットがある。これ
は、光導波路の実効屈折率は導波路コアだけではなくク
ラッド部の屈折率変化の影響を受けるが、主として導波
路コアに依存しているからである。

【００７４】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、入射端の
周囲に設けた外乱光制限部材によって外乱光が遮断され
るために、クロストークを防止することができるように
なった。そのため、Ｓ／Ｎ比の高い光電変換効率が得ら
れる。

【００７５】外乱光制限部材に光反射膜を形成すれば、
外乱光はこの光反射膜によって反射されるために、遮断
効果が高まり、さらに、クロストーク防止効果を高める
ことができる。

【００７６】光導波路を導波路基板に形成するととも
に、導波路基板と外乱光制限部材とを一体成形体から構
成すれば、これらを個別に製作して一体化する場合に比
べて、組み立て調整が容易になって、製造コストの低
減、および製造時間の短縮化が可能となった。

【００７７】光導波路とレンズアレイとを一体成形体か
ら構成すれは、レンズアレイと光導波路とを個別に製作
する構成に比べて、組み立て調整が容易になって、製造
コストの低減、および製造時間の短縮化が可能となっ
た。しかも光導波路は、任意の形状に製作可能となるの
で、結合光学系である光導波路と光電変換素子との相互
配置位置関係が任意となり、イメージセンサを小型化す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のイメージセンサの概略構成
図である。

【図２】図１の実施例のイメージセンサの平面図であ
る。

【図３】図１の実施例のイメージセンサの側面図であ
る。

【図４】図３のＡ−Ａ線断面図である。

【図５】図４のＢ−Ｂ線断面図である。

【図６】実施例のイメージセンサの斜視図である。

【図７】イメージセンサの変形例であって、図４に相当
する断面図である。

【図８】イメージセンサの変形例であって、図５に相当
する断面図である。

【図９】第１の製法の前期工程をそれぞれ示す図であ
る。

【図１０】第１の製法の中期工程に用いられる金型の構
成を示す図である。

【図１１】第１の製法の後期工程に用いられるチャンバ
の構成を示す図である。

【図１２】第２の製法に用いられる金型の構成を示す断
面図である。

【図１３】クロストークが発生する理由の説明に供する
図である。

【図１４】クロストークが発生する理由の説明に供する
図である。

【図１５】第１の従来例の概略構成図である。

【図１６】第２の従来例の概略構成図である。

【符号の説明】

２マイクロレンズアレイ３導波路基板７光導波路７ａ入射端８キャピラリ１０外乱光制限部材１４外乱光制限部材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】原稿面からの反射光を集光するレンズア
レイと、レンズアレイの集光位置に入射端を配置させて
当該入射端に入射した光を光電変換素子に導く光導波路
とを備えたイメージセンサにおいて、外乱光が前記入射端に入射するのを制限する外乱光制限
部材を前記入射端の周囲に設けたことを特徴とするイメ
ージセンサ。
【請求項２】前記外乱光制限部材に光反射膜を形成し
たことを特徴とする請求項１記載のイメージセンサ。
【請求項３】前記光反射膜を前記外乱光制限部材のレ
ンズアレイ集光軸側側面に形成したことを特徴とする請
求項２記載のイメージセンサ。
【請求項４】前記外乱光制限部材のレンズアレイ集光
軸側側面を、レンズアレイの集光角度に沿って傾斜させ
たことを特徴とする請求項１記載のイメージセンサ。
【請求項５】前記光導波路を導波路基板に形成すると
ともに、導波路基板と前記外乱光制限部材とを一体成形
体から構成したことを特徴とする請求項１記載のイメー
ジセンサ。
【請求項６】光導波路と前記レンズアレイとを一体成
形体から構成したことを特徴とする請求項１記載のイメ
ージセンサ。