JP2001103236A

JP2001103236A - イメージセンサ

Info

Publication number: JP2001103236A
Application number: JP27305799A
Authority: JP
Inventors: Shingo Abe; 新吾阿部
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1999-09-27
Filing date: 1999-09-27
Publication date: 2001-04-13

Abstract

(57)【要約】【課題】画像の読取り精度が高く、信頼性に優れる安
価なイメージセンサを提供する。【解決手段】イメージセンサ１１は、複数の導波路１
８を備える光導波路アレイ１２、該アレイ１２の光入射
面１２ａに設けられ、各導波路１８毎のマイクロレンズ
を備えるマイクロレンズアレイ１３、アレイ１２の光出
射面１２ｂに設けられ、各導波路１８毎のＣＣＤを備え
るＣＣＤアレイ１４および光導波路アレイ１２の光出射
側の端部の上面１２ｃに接着層１６によって接着される
平板状の熱膨張抑制部材１５を備える。熱膨張抑制部材
１５は光導波路アレイ１２よりも線膨張係数が小さく、
ヤング率が大きく、熱膨張抑制部材１５の光導波路アレ
イ１２との接触面１５ａの平面度は他の面１５ｂ，１５
ｃよりも小さくなるように選ばれる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ファクシミリ装置
などに搭載されるイメージセンサに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、家庭などへのファクシミリ装置の
普及に伴い、イメージセンサの高性能化および小型化が
要望されている。図７は、特開平１１−３８２３６号公
報に開示された従来技術のイメージセンサ１を示す斜視
図である。当該イメージセンサ１は、光導波路アレイ
２、マイクロレンズアレイ３、ＣＣＤ（光電変換素子）
アレイ４および熱膨張抑制部材５を備える。光導波路ア
レイ２は光を導く複数の導波路を備え、ＰＭＭＡ（ポリ
メタクリル酸メチル）を射出成型などすることによって
形成される。マイクロレンズアレイ３は各導波路毎のマ
イクロレンズを備え、光導波路アレイ２の光入射面２ａ
に接着される。ＣＣＤアレイ４は各導波路毎のＣＣＤを
備え、光導波路アレイ２の光出射面２ｂに接着される。

【０００３】熱膨張抑制部材５は角筒状で液晶ポリマー
から成り、光導波路アレイ２とＣＣＤアレイ４との結合
部分に設けられる。熱膨張抑制部材５によって光導波路
アレイ２のＣＣＤアレイ４の側の端部の熱膨張が抑制さ
れて、導波路の光出射面とＣＣＤとの位置ずれが防止さ
れる。イメージセンサ１の熱膨張抑制部材５の線膨張係
数は異方性を有し、具体的には、導波路の配列方向の熱
膨張係数が同方向における光導波路アレイ２の熱膨張係
数よりも小さくなるように選ばれ、また導波路の配列方
向とは垂直な方向の熱膨張係数が同方向における光導波
路アレイ２の熱膨張係数と同等もしくはそれよりも大き
くなるように選ばれる。

【０００４】読取るべき画像が描かれた原稿に光源光を
照射したときの反射光はマイクロレンズアレイ３によっ
て集光され、光導波路アレイ２の各導波路に沿ってその
光入射面２ａから光出射面２ｂに導かれ、ＣＣＤアレイ
４によって電気信号に変換される。このようなイメージ
センサ１は焦点深度を大きくすることができ、また熱膨
張抑制部材５によって導波路とＣＣＤとの位置ずれが防
止されるので、画像を高精度に読取ることができる。さ
らに光学系が比較的簡単なので、装置の小型化や製造コ
ストの低減を図ることができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図８は、光導波路アレ
イ２の光出射面２ｂを拡大して示す側面図である。光出
射面２ｂには、光導波路の複数の光出射面６が露出して
おり、光出射面６とＣＣＤとが１対１で対応するように
高い位置精度で、光導波路アレイ２とＣＣＤアレイ４と
を接着する必要がある。ＣＣＤアレイ４のＣＣＤは、通
常、高い直線性を有するので、高い位置精度で接着する
ためには、光導波路アレイ２の各導波路の直線性を高く
維持する必要がある。

【０００６】しかし、従来のイメージセンサ１では熱膨
張抑制部材５が液晶ポリマーという樹脂から成るので、
光導波路アレイ２とＣＣＤアレイ４との接着時やその後
の熱膨張時に光導波路アレイ２の各導波路の直線性が低
下してしまう。このため、図８に示されるような反りが
発生して光出射面６とＣＣＤとの位置ずれが生じ、反射
光の損失が大きくなる。したがって、読取った画像の画
質や信頼性は低いものとなる。また、従来のイメージセ
ンサ１では熱膨張抑制部材５が角筒状という比較的複雑
な形状を成し、さらにテーパ状や凹凸状に加工されるの
で、熱膨張抑制部材５の製造コストが高くなる。また、
このような熱膨張抑制部材５の取付は煩雑であり、イメ
ージセンサ１の製造コストが高くなる。

【０００７】本発明の目的は、画像の読取り精度が高く
て信頼性に優れる安価なイメージセンサを提供すること
である。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、光を導く複数
の導波路を備える光導波路アレイと、各導波路毎のマイ
クロレンズを備え、光導波路アレイの光入射面に設けら
れるマイクロレンズアレイと、各導波路毎の光電変換素
子を備え、光導波路アレイの光出射面に設けられる光電
変換素子アレイと、光導波路アレイの光電変換素子アレ
イ側の端部に接着層を介して接着される平板状の熱膨張
抑制部材であって、光導波路アレイよりも線膨張係数が
小さく、ヤング率が大きく、光導波路アレイとの接触面
の平面度が該接触面以外の面よりも小さい熱膨張抑制部
材とを備えることを特徴とするイメージセンサである。

【０００９】本発明に従えば、読取るべき画像が描かれ
た原稿からの反射光はマイクロレンズアレイによって集
光され、光導波路アレイの各導波路に沿ってその光入射
面から光出射面に導かれ、光電変換素子アレイで電気信
号に変換される。マイクロレンズアレイの各マイクロレ
ンズ、光導波路アレイの各導波路および光電変換素子ア
レイの各光電変換素子は互いに対応しており、光導波路
アレイの熱による膨張を抑制して光導波路の光出射面と
光電変換素子との位置ずれを防止するために、熱膨張抑
制部材が設けられる。

【００１０】本発明では熱膨張抑制部材の形状を最適化
して比較的簡単な平板状とし、光導波路アレイの光電変
換素子アレイ側の端部に接着している。また、熱膨張抑
制部材の材料を選択して、該熱膨張抑制部材の線膨張係
数を光導波路アレイの線膨張係数よりも小さくし、かつ
該熱膨張抑制部材のヤング率を光導波路アレイのヤング
率よりも大きくして剛性を高めている。さらに、熱膨張
抑制部材の光導波路アレイとの接触面の平面度を該接触
面以外の面の平面度よりも小さくしている。

【００１１】熱膨張抑制部材の線膨張係数およびヤング
率を最適化して熱による変形が小さくなるようにし、か
つ平面度を高めて光導波路アレイにより密着するように
したので、光導波路アレイの光出射側の端部の熱膨張が
さらに抑制され、導波路の光出射面の直線性をより高く
維持することができ、また熱応力による接着層の剥離を
防止することができる。このため、導波路の光出射面と
光電変換素子との位置ずれが低減して反射光の損失が小
さくなり、読取った画像の画質や信頼性を向上すること
ができる。また本発明の熱膨張抑制部材は平板状という
簡単な形状を成すので、熱膨張抑制部材の製造コストは
低く、このような熱膨張抑制部材の取付は容易であり、
イメージセンサを安価に実現することができる。

【００１２】また本発明は、前記熱膨張抑制部材の線膨
張係数は７．２×１０^-6／℃、ヤング率は３１４ＧＰ
ａ、接触面の平面度は５μｍ以下であることを特徴とす
る。

【００１３】本発明に従えば、熱膨張抑制部材を上述し
たように設計することによって、光導波路アレイの光出
射側の端部の熱膨張を確実に抑制して導波路の光出射面
の直線性を高く維持することができ、また熱応力による
接着層の剥離を確実に防止することができる。

【００１４】また本発明は、前記接着層は、接着剤と、
直径がほぼ一定の厚み調整用粒子とを含むことを特徴と
する。

【００１５】本発明に従えば、接着層は接着剤に直径が
ほぼ一定の厚み調整粒子を含有して構成され、厚み調整
粒子の直径によって接着層の厚みを制御することができ
る。したがって、光導波路アレイの熱膨張が抑制され、
かつ熱応力による剥離が生じない程度となるように、接
着層の厚みを容易に制御することができる。

【００１６】また本発明は、前記厚み調整用粒子の直径
は２２μｍであることを特徴とする。

【００１７】本発明に従えば、厚み調整粒子の直径を上
述のように設計することによって、光導波路アレイの熱
膨張を確実に抑制することができ、かつ熱応力による接
着層の剥離を確実に防止することができる。

【００１８】また本発明は、前記接着剤と厚み調整用粒
子との混合比は、接着剤：厚み調整用粒子（重量比）で
２００：１であることを特徴とするを特徴とする。

【００１９】本発明に従えば、接着剤と厚み調整用粒子
との混合比を上述のように設計することによって、光導
波路アレイの熱膨張を確実に抑制することができ、かつ
熱応力による接着層の剥離を確実に防止することができ
る。

【００２０】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の一形態で
あるイメージセンサ１１の断面図である。図２は、イメ
ージセンサ１１の平面図である。イメージセンサ１１
は、光導波路アレイ１２、マイクロレンズアレイ１３、
ＣＣＤ（光電変換素子）アレイ１４、熱膨張抑制部材１
５および接着層１６を備える。

【００２１】光導波路アレイ１２は、導波路基板１７、
光を導く複数の導波路１８およびクラッド部材１９を備
える。導波路基板１７は、たとえば株式会社クラレ製
成型用ＰＭＭＡ樹脂ＧＨ−Ｓから成り、一体成形法によ
って表面に複数の微細な溝を有する所定の形状に形成さ
れる。ＰＭＭＡ樹脂ＧＨ−Ｓから成る導波路基板１７
は、屈折率が１．４９２であり、線膨張係数が６０×１
０^-6／℃であり、ヤング率が３．４ＧＰａである。前記
溝に所定の樹脂を充填することによって導波路１８が構
成される。導波路１８の屈折率は導波路基板１７よりも
高く、たとえば屈折率が１．５１２の紫外線硬化樹脂で
実現される。クラッド部材１９は、導波路１８を覆って
導波路基板１７の表面に形成される。クラッド部材１９
の屈折率は導波路基板１７と同じであり、たとえば紫外
線硬化樹脂で実現される。

【００２２】マイクロレンズアレイ１３は光導波路アレ
イ１２の光入射面１２ａに設けられ、各導波路１８毎の
マイクロレンズ２０を備える。各導波路１８の光入射面
のピッチと各マイクロレンズ２０のピッチとが一致する
ように設計される。なお、導波路基板１７とマイクロレ
ンズアレイ１３とを一体的に形成しても構わない。

【００２３】ＣＣＤアレイ１４は光導波路アレイ１２の
光出射面１２ｂに接合して固定され、各導波路１８毎の
ＣＣＤを備える。各導波路１８の光出射面のピッチと各
ＣＣＤのピッチとが一致するように設計される。ＣＣＤ
アレイ１４は、たとえば株式会社東芝製ＴＣＤ１２０
８で実現される。

【００２４】熱膨張抑制部材１５は平板状であり、光導
波路アレイ１２の光出射側の端部に接着層１６によって
接着される。具体的に、熱膨張抑制部材１５は光導波路
アレイ１２の光出射面１２ｂに垂直な表面、たとえば図
１では上面１２ｃに接着される。

【００２５】熱膨張抑制部材１５の線膨張係数は光導波
路アレイ１２、具体的には導波路基板１７の線膨張係数
よりも小さくなるように選ばれる。また、熱膨張抑制部
材１５のヤング率は光導波路アレイ１２、具体的には導
波路基板１７のヤング率よりも大きくなるように選ばれ
る。熱膨張抑制部材１５は、たとえば京セラ株式会社製
黒アルミナＡ−４４５で実現される。黒アルミナＡ−
４４５から成る熱膨張抑制部材１５は、線膨張係数が
７．２×１０^-6／℃であり、ヤング率が３１４ＧＰａで
ある。

【００２６】また、熱膨張抑制部材１５の光導波路アレ
イ１２との接触面１５ａの平面度は、該接触面１５ａ以
外の面、すなわち接触面１５ａとは反対側の表面１５ｂ
や側面１５ｃの平面度よりも小さくなるように、たとえ
ば５μｍ以下となるように選ばれる。なお、平面度と
は、平面形態の幾何学的に正しい平面からの狂いの大き
さをいい、ＪＩＳＢ０６２１で定義される間隔、す
なわち平面形体を幾何学的平行二平面で挟んだときに平
行二平面の間隔が最小となる場合の二平面の間隔で表さ
れる。

【００２７】図３は、接着層１６を拡大して示す断面図
である。接着層１６は、接着剤２２とガラスビーズなど
の厚み調整用粒子２３とを含んで構成される。接着剤２
２は、たとえば日本ロックタイト株式会社製紫外線硬
化型接着剤で実現される。粒子２３は直径がほぼ一定で
あり、たとえば積水ファインケミカル株式会社製ミク
ロパールＳＰ−２２０で実現される。ミクロパールＳＰ
−２２０の直径は２２μｍである。接着剤２２と粒子２
３との混合比は重量比で、たとえば２００：１に選ばれ
る。接着剤２２と粒子２３とは、図４に示されるように
別途混合されて気泡が生じないように低速で撹拌され、
気泡が生じた場合は脱気が行われる。

【００２８】粒子２３の直径によって規制される接着層
１６の厚さは、光導波路アレイ１２、具体的には導波路
基板１７の熱膨張が抑制でき、かつ熱応力による剥離が
生じない程度の厚さに選ばれる。本形態では接着層１６
の厚さは２０μｍとしており、２０μｍよりも薄くなる
と熱応力による剥離が発生し、２０μｍよりも厚くなる
と光導波路アレイ１２、具体的には導波路基板１７の熱
膨張が満足に抑制できないので、好ましくない。なお、
硬化後の接着層１６の厚さを考慮して、接着条件、たと
えば塗布条件、押さえ付け力および硬化条件が選ばれ
る。

【００２９】読取るべき画像が描かれた原稿に所定の光
源から光を照射したとき、その反射光２１は、マイクロ
レンズアレイ１３によって集光される。集光された光
は、光導波路アレイ１２の導波路１８に沿ってその光入
射面１２ａから光出射面１２ｂに縮小され伝達される。
光導波路アレイ１２の光出射面１２ｂから出射した光
は、ＣＣＤアレイ１４によって電気信号に変換される。

【００３０】図５および図６は、イメージセンサ１１の
製造方法を段階的に示す断面図である。まず、図５
（ａ）に示されるような、マイクロレンズアレイ１３が
一体的に形成され、表面に複数の微細な溝１７ａが形成
された導波路基板１７を準備する。次に、図５（ｂ）に
示されるように、準備された導波路基板１７を平坦な固
定台３１に固定して、溝１７ａに導波路１８を形成する
ための液体状態のコア材である紫外線硬化樹脂３２を充
填する。

【００３１】具体的に、固定台３１は真空吸着などの基
板保持機構を有し、該機構によって固定台３１に導波路
基板１７が安定的に固定される。固定台３１に固定され
た導波路基板１７の上には紫外線硬化樹脂３２が滴下さ
れ、導波路基板１７にスキージブレード３３を接触させ
た状態で、導波路基板１７のマイクロレンズアレイ１３
が形成されていない側からマイクロレンズアレイ１３が
形成された側に向けて、すなわち図５（ｂ）では右から
左に向けてスキージブレード３３を所定の速度で移動さ
せる。これによって、紫外線硬化樹脂３２が溝１７ａに
充填される。余分な紫外線硬化樹脂３２は導波路基板１
７から除去される。

【００３２】本形態では、粘性率が５００ｃＰの紫外線
硬化樹脂３２を用い、スキージブレード３３としてＪＩ
Ｓ硬度Ａが７０度の剣型スキージを用い、スキージブレ
ード３３の移動速度を２００ｍｍ／ｓｅｃとして、９０
％以上の紫外線硬化樹脂３２の溝１７ａへの充填性が得
られた。

【００３３】なお、導波路基板１７に、不要な紫外線硬
化樹脂３２を溜る凹所を設けても構わない。該凹所に不
要な樹脂を溜るようにすることによって、マイクロレン
ズアレイ１３の表面に樹脂が付着するなどの汚染を防止
することができる。

【００３４】紫外線硬化樹脂３２を溝１７ａに充填した
後、導波路基板１７の全体に紫外線を照射することによ
って溝１７ａに充填された紫外線硬化樹脂３２が固形化
し、このようにして導波路１８が形成される。

【００３５】次に、図５（ｃ）に示されるように、形成
された導波路１８を覆って導波路基板１７の上に紫外線
硬化樹脂を塗布し、紫外線を照射して硬化させて、クラ
ッド部材１９を形成する。次に、図６（ａ）に示される
ように、導波路基板１７のマイクロレンズアレイ１３が
形成されていない側の端部を切断して研磨し、導波路１
８のＣＣＤアレイ１４との接合面である光出射面１８ｂ
を外部に露出させる。

【００３６】次に、図６（ｂ）に示されるように、接着
層１６を介して熱膨張抑制部材１５を光導波路アレイ１
２に接着する。具体的には、上述したようにして調整し
た接着剤２２と厚み調整用粒子２３との混合物を熱膨張
抑制部材１５の接触面１５ａに塗布し、これを光導波路
アレイ１２の光出射側の端部の上面１２ｃに押付け接着
する。最後に、図６（ｃ）に示されるように、光導波路
アレイ１２の光出射面１２ｂにＣＣＤアレイ１４を接合
する。このようにしてイメージセンサ１１が完成する。

【００３７】以上のように本形態によれば、熱膨張抑制
部材１５の形状を最適化して比較的簡単な平板状とし、
光導波路アレイ１２のＣＣＤアレイ１４の側の端部の上
面１２ｃに接着層１６によって接着している。また、熱
膨張抑制部材１５の材料を選択して、該熱膨張抑制部材
１５の線膨張係数を光導波路アレイ１２の線膨張係数よ
りも小さくし、かつ該熱膨張抑制部材１５のヤング率を
光導波路アレイ１２のヤング率よりも大きくして剛性を
高めている。さらに、熱膨張抑制部材１５の光導波路ア
レイ１２との接触面１５ａの平面度を該接触面１５ａ以
外の面１５ｂ，１５ｃの平面度よりも小さくしている。

【００３８】熱膨張抑制部材１５の線膨張係数およびヤ
ング率を最適化して熱による変形が小さくなるように
し、かつ平面度を高めて光導波路アレイ１２により密着
するようにしたので、光導波路アレイ１２の光出射側の
端部の熱膨張がさらに抑制され、導波路１８の光出射面
の直線性をより高く維持することができ、また熱応力に
よる接着層１６の剥離を防止することができる。このた
め、導波路１８の光出射面とＣＣＤとの位置ずれがさら
に低減して反射光の損失が小さくなり、読取った画像の
画質や信頼性を向上することができる。

【００３９】また、熱膨張抑制部材１５は平板状という
簡単な形状を成し、光導波路アレイ１２との接着面１５
ａに関してのみ高い平面度を必要とし、他の面１５ｂ，
１５ｃはあまり高い平面度を必要としないので、熱膨張
抑制部材１５の製造コストは低く、このような熱膨張抑
制部材１５の取付は容易であり、イメージセンサ１１を
安価に実現することができる。

【００４０】また、接着層１６は接着剤２２に直径がほ
ぼ一定の厚み調整粒子２３を含有して構成され、厚み調
整粒子２３の直径によって接着層１６の厚みを制御する
ことができる。したがって、接着剤２２の塗布量やばら
つき、押し付ける力やその分布、紫外線の光量や照射時
間および環境の温度や湿度などの条件を厳密に管理する
ことなく、光導波路アレイ１２の熱膨張が抑制され、か
つ熱応力による剥離が生じない程度となるように、接着
層１６の厚みを高精度に容易に制御することができる。

【００４１】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、イメージ
センサは、原稿からの反射光を集光するマイクロレンズ
アレイと、集光された光を光入射面から光出射面に導く
光導波路アレイと、出射した光を電気信号に変換する電
変換素子アレイと、光導波路アレイの光出射側の端部に
接着層によって接着される平板状の熱膨張抑制部材とを
備え、熱膨張抑制部材は光導波路アレイよりも線膨張係
数が小さく、ヤング率が大きく、熱膨張抑制部材の光導
波路アレイとの接触面の平面度が該接触面以外の面の平
面度よりも小さくなるように選ばれる。したがって、光
導波路アレイの光出射側の端部の熱膨張を抑制して高い
直線性を維持し、また熱応力による接着層の剥離を防止
することができる。

【００４２】また本発明によれば、熱膨張抑制部材の線
膨張係数は７．２×１０^-6／℃、ヤング率は３１４ＧＰ
ａ、熱膨張抑制部材の光導波路アレイとの接触面の平面
度は５μｍ以下とすることが好ましい。

【００４３】また本発明によれば、光導波路アレイと熱
膨張抑制部材との間に介在される接着層は、接着剤と、
直径がほぼ一定の厚み調整用粒子とを含むことが好まし
く、これによって接着層の厚みを容易に制御することが
できる。

【００４４】また本発明によれば、厚み調整用粒子の直
径は２２μｍとすることが好ましい。

【００４５】また本発明によれば、接着剤と厚み調整用
粒子との混合比は、接着剤：厚み調整用粒子（重量比）
で２００：１とすることが好ましい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態であるイメージセンサ１
１の断面図である。

【図２】イメージセンサ１１の平面図である。

【図３】接着層１６を拡大して示す断面図である。

【図４】接着剤２２と粒子２３との混合状態を示す図で
ある。

【図５】イメージセンサ１１の製造方法を段階的に示す
断面図である。

【図６】イメージセンサ１１の製造方法を段階的に示す
断面図である。

【図７】特開平１１−３８２３６号公報に開示された従
来技術のイメージセンサ１を示す斜視図である。

【図８】光導波路アレイ２の光出射面２ｂを示す側面図
である。

【符号の説明】

１１イメージセンサ１２光導波路アレイ１３マイクロレンズアレイ１４ＣＣＤ（光電変換素子）アレイ１５熱膨張抑制部材１６接着層１７導波路基板１８導波路１９クラッド部材２０マイクロレンズ２２接着剤２３厚み調整用粒子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光を導く複数の導波路を備える光導波路
アレイと、各導波路毎のマイクロレンズを備え、光導波路アレイの
光入射面に設けられるマイクロレンズアレイと、各導波路毎の光電変換素子を備え、光導波路アレイの光
出射面に設けられる光電変換素子アレイと、光導波路アレイの光電変換素子アレイ側の端部に接着層
を介して接着される平板状の熱膨張抑制部材であって、
光導波路アレイよりも線膨張係数が小さく、ヤング率が
大きく、光導波路アレイとの接触面の平面度が該接触面
以外の面よりも小さい熱膨張抑制部材とを備えることを
特徴とするイメージセンサ。
【請求項２】前記熱膨張抑制部材の線膨張係数は７．
２×１０^-6／℃、ヤング率は３１４ＧＰａ、接触面の平
面度は５μｍ以下である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】前記接着層は、接着剤と、直径がほぼ一
定の厚み調整用粒子とを含む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４】前記厚み調整用粒子の直径は２２μｍで
あることを特徴とする請求項３記載のイメージセンサ。
【請求項５】前記接着剤と厚み調整用粒子との混合比
は、接着剤：厚み調整用粒子（重量比）で２００：１で
あることを特徴とする請求項３記載のイメージセンサ。