JP2001257835A

JP2001257835A - イメージセンサ

Info

Publication number: JP2001257835A
Application number: JP2000066236A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Unuma; 豊鵜沼
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2000-03-10
Filing date: 2000-03-10
Publication date: 2001-09-21
Anticipated expiration: 2020-03-10
Also published as: JP3696033B2

Abstract

(57)【要約】【課題】マイクロレンズアレイ光学系を用いて、ゴー
スト像およびハロウが発生することのないイメージセン
サを提供する。【解決手段】入射側マイクロレンズアレイ２と出射側
マイクロレンズアレイ３との間にクラッドに吸収を有す
る導波路アレイ４を挿入し、入射側マイクロレンズ２の
結像を一旦導波路アレイ４に導入し、導波路アレイ４か
らの出力を再度出射側マイクロレンズアレイ３により光
電変換素子アレイ５上に結像させることにより、ゴース
ト像およびハロウを発生することなく原稿を読取る。ま
たクラッドの吸収を高めることによって、導波路の開口
角を実質的に狭めて、マイクロレンズを用いることのな
いイメージセンサを構築する。

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
などの画像入出力情報機器における画像入力装置である
イメージセンサ、およびそれに用いる導波路の製造方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、ファクシミリ装置、フラット
ベッドスキャナ、手で掴んで原稿上を走査させて読取り
画像を複写するハンドコピーおよび原稿上を走査して読
取り画像をデジタルに変換して複写するデジタルコピア
などの画像入力装置には、大きく分けてＣＣＤ（Charge
Coupled Device）方式とＣＩＳ（Contact ImageSenso
r）方式とがある。

【０００３】ＣＣＤ方式は、装置内に１つのレンズ縮小
光学系が配置され、原稿像をリニアＣＣＤに縮小結像
し、画像信号に変換する。原稿からセンサまでの全共役
長（ＴＣ）は３０ｃｍ以上あり、ミラーで複数回折返す
ことにより小型化を図っている。

【０００４】ＣＩＳ方式は、装置内に屈折率分散型ロッ
ドレンズアレイが読取り全幅にわたって配置され、原稿
像を等倍正立像でこれも読取り全幅にわたって配置され
たセンサアレイに結像し、画像信号に変換する。ＴＣ
は、１０ｍｍ前後で小型化が可能である。近年、屈折率
分散型ロッドレンズアレイに代わって、より製造が容易
な凸マイクロレンズアレイによって原稿像を等倍正立投
影するマイクロレンズアレイ光学系の開発が試みられて
いる。

【０００５】ＣＣＤ方式は、ＣＩＳ方式に比べ、ＴＣが
長く小型化が困難である。図２２は、従来のマイクロレ
ンズアレイ光学系の構造を示す断面図である。マイクロ
レンズアレイ光学系の場合は、センサに正立像を投影す
るために少なくとも２枚の凸レンズを光軸上に配置する
必要がある。原稿１側のレンズアレイ２によって光１０
１による倒立中間像が形成され、光電変換素子アレイ５
側のレンズアレイ３が光１１１による等倍正立像として
光電変換素子アレイ５上に投影する。なお光電変換素子
アレイ５は、受光素子である光電変換素子が複数個走査
方向に配列されている。光軸２３および２４が一直線上
にあるマイクロレンズ２６および２７から成るレンズペ
ア間のみで反射光を結像すれば、レンズアレイペア上の
各レンズペアの像がセンサ面上でつながり、読取り全幅
の正立投影像が形成される。ところが光軸が一直線上に
ないレンズ組合わせによる像が形成されて、反射光７が
光１０７のように光電変換素子アレイ５上に投影されて
ゴーストが発生する場合がある。

【０００６】図２３は、従来のアパーチャ６を備えたマ
イクロレンズアレイ光学系の構造を示す断面図である。
入射側マイクロレンズアレイ２と出射側マイクロレンズ
アレイ３との間であって、光軸２３および２４が一直線
上にあるマイクロレンズ２６および２７から成るレンズ
ペアと、マイクロレンズ１０６および１０８から成る隣
接するレンズペアとの間に空間１０２を設けて、遮光部
であるアパーチャ６を配置して、マイクロレンズ１０６
および１０８から成るレンズペアとマイクロレンズ１０
９および１１０から成るレンズペアとの間、すなわち隣
接するレンズペア間を渡る光７を完全に遮断することに
よって、ゴーストを防ぐことができることが特開平１０
−２１０２１３号公報に記載されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前述のように隣接する
レンズペア間をアパーチャ６によって遮光した場合、ア
パーチャ６側面で反射する光が存在するので、本来の結
像に寄与しない光がハロウ８となって光電変換素子アレ
イ５に到達し、信号対雑音比（Ｓ／Ｎ）を低下させる。

【０００８】図２４は、従来のアパーチャを備えたその
他のマイクロレンズアレイ光学系の構造を示す断面図で
ある。原稿１とレンズアレイ２との間、およびレンズア
レイ３と光電変換素子アレイ５との間にアパーチャ６を
配置して、ゴーストを防止するようにしている。この場
合も図２３に示したマイクロレンズアレイ光学系と同
様、ハロウ８が発生するという問題が生じる。

【０００９】図２５は、従来のアパーチャ６を用いた場
合における原稿浮きによる画像への影響を示すイメージ
センサの断面図である。アパーチャ６を用いた従来構造
のマイクロレンズアレイ３におけるレンズ中央部に比べ
て周辺部の解像度は、原稿１がガラス面Ｃから離れると
急激に低下する。原稿１がガラス面Ｃ上に有れば、光源
からの光はフォーカス位置７３で反射し、その反射光７
１がマイクロレンズ２６によって倒立結像され、倒立結
像された光７７はマイクロレンズ２７によって光電変換
素子５上の結像点７５に結像される。原稿１がガラス面
Ｃから離れると、光源からの光は反射位置７４で反射
し、その反射光７２がマイクロレンズ２６によって倒立
結像され、倒立結像された光７８はマイクロレンズ２７
によって光電変換素子５上に結像されず、結像点７９に
結像される。

【００１０】本発明の目的は、マイクロレンズアレイ光
学系を用いて、ゴーストおよびハロウが発生することの
ないイメージセンサを提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、被写体である
原稿を光照射するライン状光源と、光照射による原稿か
らの反射光を結像する複数の入射側マイクロレンズを備
える第１のマイクロレンズアレイと、入射側マイクロレ
ンズに対応して原稿が搬送される副走査方向に垂直な主
走査方向に配置される複数の導波路セットで構成され、
各導波路セットには入射側マイクロレンズによる結像光
を入射し伝播させて出射する複数の導波路が走査方向に
間隔をあけて配置され、複数の導波路のコアが光を吸収
する材料を含むクラッドに保持されてなる複数の導波路
セットによって構成される導波路アレイと、各導波路セ
ットごとに備えられ、前記コアからの出射光を結像する
複数の出射側マイクロレンズを備える第２のマイクロレ
ンズアレイと、各出射側マイクロレンズごとに備えら
れ、出射側マイクロレンズによる結像光を電気信号に変
換する複数の受光素子を備える受光素子アレイとを含む
ことを特徴とするイメージセンサである。

【００１２】本発明に従えば、導波路アレイをイメージ
センサの読取り光学系として用いることによって、導波
路へ結像する光の入射角度が制限されることを利用して
クロストークなしに原稿像を受光素子アレイである光電
変換素子アレイへ投影することができる。クラッドに吸
収を持たせたので、導波路へ結合しない光はクラッドで
吸収される。ファイバを黒色樹脂に埋込むような従来の
構造に比べてクラッド自体に吸収がある場合は、高次モ
ードの光ほど減衰が大きくなるので、実質的な開口角が
狭まり、分解能を上げ、読取り深度を深くすることがで
きる。

【００１３】本発明は、被写体である原稿を光照射する
ライン状光源と、光照射による原稿からの反射光を結像
する複数の入射側マイクロレンズを備える入射側マイク
ロレンズアレイと、入射側マイクロレンズに対応して原
稿が搬送される副走査方向に垂直な主走査方向に配置さ
れる複数の導波路セットで構成され、各導波路セットに
は入射側マイクロレンズによる結像光を入射し伝播させ
て出射する複数の導波路が走査方向に間隔をあけて配置
され、複数の導波路のコアが光を吸収する材料を含むク
ラッドに保持されてなる複数の導波路セットによって構
成される導波路アレイであって、各導波路セット内の各
導波路から出射される光は、各導波路の並ぶ方向と逆方
向に並ぶ受光素子上の領域に１対１で対応して照射され
るように、導波路の出射側においてコアが原稿面の法線
方向から傾けられている導波路アレイと、各導波路セッ
トごとに備えられ、導波路セットからの出射光を電気信
号に変換する複数の受光素子を備える受光素子アレイと
を含むことを特徴とするイメージセンサである。

【００１４】本発明に従えば、導波路アレイをイメージ
センサの読取り光学系として用い、マイクロレンズを入
射側のみ採用することによって、導波路へ結像する光の
入射角度が制限されることを利用してクロストークなし
に原稿像を受光素子アレイである光電変換素子アレイへ
投影することができるだけでなく、構造の小型化を図れ
る。クラッドに吸収を持たせたので、導波路へ結合しな
い光はクラッドで吸収される。ファイバを黒色樹脂に埋
込むような従来の構造に比べてクラッド自体に吸収があ
る場合は、高次モードの光ほど減衰が大きくなるので、
実質的な開口角が狭まり、分解能を上げ、読取り深度を
深くすることができる。

【００１５】本発明は、被写体である原稿を光照射する
ライン状光源と、原稿が搬送される副走査方向に垂直な
主走査方向に配置される複数の導波路セットで構成さ
れ、各導波路セットには光照射による原稿からの反射光
を入射し伝播させて出射する１または複数の導波路が走
査方向に間隔をあけて配置され、複数の導波路のコアが
光を吸収する材料を含むクラッドに保持されてなる複数
の導波路セットによって構成される導波路アレイと、各
導波路セットごとに備えられ、前記コアからの出射光を
電気信号に変換する複数の受光素子を備える受光素子ア
レイとを含むことを特徴とするイメージセンサである。

【００１６】本発明に従えば、マイクロレンズを用いる
ことなく導波路アレイをイメージセンサの読取り光学系
として用いることによって、導波路へ結像する光の入射
角度が制限されることを利用してクロストークなしに原
稿像を受光素子アレイである光電変換素子アレイへ投影
することができるだけでなく、構造の小型化を図れる。
クラッドに吸収を持たせたので、導波路へ結合しない光
はクラッドで吸収される。クラッド自体に吸収がある場
合、ファイバを黒色樹脂に埋込むような従来の構造に比
べ、高次モードの光ほど減衰が大きくなるので、実質的
な開口角が狭まり、分解能を上げ、読取り深度を深くす
ることができる。

【００１７】本発明は、前記導波路アレイにおける各導
波路セットが複数の導波路を備えていることを特徴とす
る。本発明に従えば、レンズ径を大きくして高分解能を
維持することができる。

【００１８】本発明は、前記導波路アレイにおける各導
波路セット内の複数の導波路の結合臨界角の延長が、対
応する入射側マイクロレンズ表面領域内に収まるよう
に、入射側マイクロレンズの径、入射側マイクロレンズ
と対応する導波路の入射端との距離および入射側マイク
ロレンズアレイのピッチが設定されていることを特徴と
する。本発明に従えば、ゴースト像の発生を防ぐことが
できる。

【００１９】本発明は、前記導波路アレイにおける各導
波路セット内の複数の導波路の結合臨界角の延長が、対
応する入射側マイクロレンズ表面領域内に収まるよう
に、導波路の入射側においてコアが原稿面の法線方向か
ら傾けられていることを特徴とする。

【００２０】本発明に従えば、１つの導波路へは１つの
入射側レンズからの光のみが入射するので、導波路から
の出射光が対応する受光素子である光電変換素子面上に
照射されれば、導波路の開口角を狭めることなくゴース
ト像の発生を防ぐことができる。

【００２１】本発明は、前記導波路アレイにおける各導
波路セット内の複数の導波路の結合臨界角の延長が、対
応する入射側マイクロレンズ表面領域内に収まるよう
に、導波路の入射側においてコアが原稿面の法線方向か
ら傾けられ、かつ、前記導波路の出射光が、対応する出
射側マイクロレンズ表面領域内に収まるように、導波路
の出射側においてコアが原稿面の法線方向から傾けられ
ていることを特徴とする。

【００２２】本発明に従えば、１つの導波路へは１つの
入射側レンズからの光のみが入射し、１つの導波路から
の光は１つの出射側レンズにのみに照射するので、原稿
像とセンサ位置が１対１に対応する。これによって、ゴ
ースト像の発生を防ぐことができる。また１つの導波路
セット内のすべてのコア端面での角度を同一にする場合
には、各コアにおける開口角の延長は、端部のコアほど
レンズ辺縁部を通る。端部のコアにおける開口角の延長
をレンズ表面領域内に納めるためにはレンズの開口角が
制限されて暗くなり、レンズと導波路との結合位置精度
を高める必要が生じる。各コアにおける開口角の中心が
レンズの中心を通るように、コア端面を傾けると、１つ
のマイクロレンズに対応する導波路のレンズ位置での集
光領域が一致するので、導波路の開口角を大きく取れ、
位置合わせ精度を緩和することができる。

【００２３】本発明は、前記受光素子アレイにおける各
受光素子が、各導波路セット内の複数の導波路から光を
受ける１つの受光素子であることを特徴とする。

【００２４】本発明に従えば、導波路アレイと受光素子
アレイである光電変換素子アレイとの位置合わせ精度を
緩和することができる。

【００２５】本発明は、前記導波路アレイが副走査方向
に複数列備えられていることを特徴とする。

【００２６】本発明に従えば、３次元積層構造の導波路
において、クロストークなしに原稿像を光電変換素子ア
レイへ投影することができ、分解能を上げて読取り深度
を深くすることができる。

【００２７】本発明は、光を入射し伝播して出射するコ
アと、光を吸収する材料を含むクラッドとを有する複数
の導波路を備える導波路アレイの製造方法であって、光
を吸収する材料を用いて、クラッドとする基板であっ
て、基板面上の一方向に複数の溝を有する基板を射出成
型する工程と、前記溝にコア材料を充填し、余分なコア
材料を掃出すスキージ法によってコアを形成する工程と
を含むことを特徴とする導波路アレイの製造方法であ
る。

【００２８】本発明に従えば、ファイバを黒色樹脂に埋
込むような従来の方法に比べて、高密度に導波路アレイ
を形成することができる。

【００２９】本発明は、前記コアを形成する工程の実行
によって形成されたコアを有する基板２枚のコアが形成
された面同士を、光を吸収する材料を用いて貼り合わせ
る工程を含むことを特徴とする。

【００３０】本発明に従えば、ファイバを黒色樹脂に埋
込むような従来の方法に比べて、高密度に並列導波路ア
レイを形成することができる。

【００３１】本発明は、光を入射し伝播して出射するコ
アと、光を吸収する材料を含むクラッドとを有する複数
の導波路を備える導波路アレイが、副走査方向に複数列
備えられた積層導波路アレイの製造方法であって、２Ｐ
法において、一面上の一方向に複数の溝を有する透光性
基板上に、可視光に吸収を有する紫外線重合材料を塗布
し、塗布された紫外線重合材料の上から基板を被せて加
圧し、紫外線を照射して重合させることによって、コア
材料を充填するための溝を有するクラッドを形成する工
程と、前記コア材料を充填するための溝にコア形成用紫
外線重合材料を載置し、スキージ法において、前記クラ
ッドの溝を有する一表面とともにコアが一仮想表面にあ
るように、余分なコア材料を掃出してコアを形成する工
程と、２Ｐ法において、一面上の一方向に複数の溝を有
する透光性基板上に、可視光に吸収を有する紫外線重合
材料を塗布し、塗布された紫外線重合材料の上からコア
が形成された基板を被せて加圧し、紫外線を照射して重
合させることによって、コア材料を充填するための溝を
有するクラッドを積層する工程と、前記クラッドを積層
する工程において形成された溝にコア形成用紫外線重合
材料を載置し、スキージ法において、前記クラッドの溝
を有する一表面とともにコアが一仮想表面にあるよう
に、余分なコア材料を掃出してコアを形成する工程とを
含むことを特徴とする積層導波路アレイの製造方法であ
る。

【００３２】本発明に従えば、ファイバを黒色樹脂に埋
込むような従来の方法に比べて、高密度に３次元積層構
造の導波路アレイを形成することができる。

【００３３】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の一形態で
ある分解能２００ｄｐｉのイメージセンサの概略構成を
示す断面図である。図２は、図１における切断面線ＩＩ
から見た断面図である。支持体１８に取付けられて原稿
１を照射する光源１７と、原稿１に接する透光性支持
板、たとえばガラス板９と、原稿１からの反射光２１ま
たは２２を結像する入射側マイクロレンズアレイ２と、
結像された光を伝播する導波路アレイ４と、導波路アレ
イ４からの出射光２８または２９を結像する出射側マイ
クロレンズアレイ３と、結像光を電気信号に変換する光
電変換素子アレイ５と、光電変換素子を実装する実装基
板１６とを含む。

【００３４】図３は、図１における導波路アレイ４の入
射側を拡大して示す断面図である。入射側マイクロレン
ズ２６と出射側マイクロレンズ２７とで構成される一対
のマイクロレンズ対に対応する導波路セットは、コア５
１ａ〜５１ｆの６本で構成される。

【００３５】図１〜３によって導波路アレイ４への光の
入射および出射のようすを示す。支持部材１８に取付け
られた光源１７が原稿１の読取り領域Ｅ１を照射する。
光源１７から原稿１の走査方向Ｆの読取り領域Ｆ１に照
射された光の反射光２１または２２は、入射側マイクロ
レンズアレイ２を構成する入射側マイクロレンズ２６に
よって、導波路入射端面３０に倒立結像される。導波路
のコア５１ｆおよび５１ａをそれぞれ伝播し出射端面３
８から放射された光２８および２９は、出射側マイクロ
レンズアレイ３を構成するとともに、入射側マイクロレ
ンズ２６とペアとなる出射側マイクロレンズ２７によっ
て、光電変換素子５ａおよび５ｂ上にそれぞれ倒立結像
され、原稿１の読取り領域Ｆ１に対して、結像領域Ｇに
正立像が形成される。

【００３６】入射側マイクロレンズ２６の凸部の光軸２
３と、出射側マイクロレンズ２７の凸部の光軸２４とは
一直線上２５にある。直線２５は原稿１が配置される面
の垂直方向にある。各光軸が一直線上にあるマイクロレ
ンズペアによる像は、光電変換素子アレイ５上でつなが
り、原稿１の走査方向Ｆの全読取り幅の正立像が光電変
換素子アレイ５上に形成される。

【００３７】副走査方向Ｅにおいては、光源１７から原
稿１の副走査方向Ｅの読取り領域Ｅ１に照射された光の
反射光２２または３２は、入射側マイクロレンズアレイ
２を構成する入射側マイクロレンズ２６によって、導波
路入射端面３０に倒立結像される。導波路のコア５１お
よび５２をそれぞれ伝播し出射端面３８から放射された
光３９および２９は、出射側マイクロレンズアレイ３を
構成するとともに、入射側マイクロレンズ２６とペアと
なる出射側マイクロレンズ２７によって、光電変換素子
アレイ５上に倒立結像され、原稿１の読取り領域Ｅ１に
対して、結像領域Ｈに正立像が形成される。副走査方向
ＥへＥ１が過ぎるごとにＥ１と等しく定める距離ごとに
光電変換素子の出力が読出されていく。

【００３８】図４は、図１における導波路アレイ４の断
面構造を示す断面図である。紙面垂直方向は、図１の原
稿１が配置される面の垂直方向と一致する。導波路アレ
イ４は、コア５１と総称する５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、
５１ｄ、５１ｅおよび５１ｆが走査方向Ｆに間隔をあけ
て配置されるとともに、コア５１およびコア５１と同様
に構成されるコア５２が副走査方向Ｅに２列配置されて
いる。

【００３９】図５（ａ）は、図１に示すイメージセンサ
の一部の概略構造を示す断面図である。（ｂ）は、
（ａ）における導波路アレイ４のコア５１ａ〜５１ｆの
形状をコア３１ａ〜３１ｆの形状に変えた構造を示す断
面図である。θ１＝θ２＝θ３＝θ４となるように定め
られている。導波路アレイ４を備えたイメージセンサに
おいて、マイクロレンズアレイ２の各マイクロレンズの
径を大きくすることによって、感度を上げることができ
る。レンズ径を大きくし、かつ分解能を高いまま維持す
るため、１つのマイクロレンズに対して複数の導波路の
コアが対応する構造にしている。（ｂ）のように導波路
アレイ４において導波路のコア３１ａ〜３１ｆをストレ
ートな形状で平行に配置した場合、導波路へ入射されて
導波路を伝播できる光６０または６１の最大角である入
射開口角θ１〜θ４をマイクロレンズの開口角と一致さ
せても、３１ｃより３１ｂ、３１ｂより３１ａ、または
３１ｄより３１ｅ、３１ｅより３１ｆというように、導
波路のコアの位置がマイクロレンズの光軸２３から遠ざ
かるにしたがって、光７のように導波路の入射開口角θ
２のレンズ凸部表面位置での広がりがマイクロレンズ２
６からはみ出る。はみ出た領域が隣接するマイクロレン
ズ２８にかかることによって、光７によるゴーストが生
じる。光７によるゴーストを防ぐためには、導波路の開
口角を狭める必要があるが、開口角を狭めると感度が低
下する。

【００４０】図５（ａ）のように、導波路アレイ４にお
ける各導波路のコア５１ａ〜５１ｆを傾けて導波路の入
射端から中央までテーパ状に広げ、全ての導波路のコア
５１ａ〜５１ｆにおいて導波路コアとレンズの屈折率差
も考慮してレンズの凸面の中心から導波路の中心に向か
った光線が導波路にストレートに入射するようにしてい
る。これによって、導波路に隣接するマイクロレンズの
光７が結合するのを防止することができる。なお出射端
においては逆に導波路の中央から出射端まで逆テーパ状
に狭める。

【００４１】図６（ａ）は、導波路のコアの数が光電変
換素子である受光セルの数の３倍である場合の位置ずれ
による解像度への影響を示す説明図である。図６（ｂ）
は、導波路のコアの数が光電変換素子である受光セルの
数と等しい場合の位置ずれによる解像度への影響を示す
説明図である。図６（ａ）および（ｂ）において、１）
は導波路像が１つの受光セルに収まる場合を示し、２）
は導波路像が２つの受光セルにかかる場合を示す。

【００４２】本発明の導波路アレイを備えたイメージセ
ンサにおいて、解像度は導波路ピッチと光電変換素子ピ
ッチとで制限され、図６（ｂ）のように、導波路のコア
数と光電変換素子数とが等しい場合には、導波路のコア
からの出力像である導波路像ＴおよびＵと光電変換素子
Ｓ３およびＳ４との位置ずれが解像度を低下させる。図
６（ｂ）の２）のように、光電変換素子である受光セル
Ｓ３およびＳ４上での導波路のコアＴおよびＵからの出
射光による結像が、２つの光電変換素子Ｓ３およびＳ４
ならびにＳ４およびＳ５にそれぞれ等分にかかる場合、
解像度は半分に低下する。図６（ａ）のように、導波路
のコア数を光電変換素子数より多くし、たとえば光電変
換素子Ｓ３またはＳ４の１つに対して導波路のコアＴ１
〜Ｔ３またはＵ１〜Ｕ３の３つずつなどの複数対応する
ような構成とすることによって、導波路アレイと光電変
換素子アレイとの位置合わせ精度が緩和される。図６
（ａ）のように、導波路のコア数が光電変換素子数の３
倍の場合、２）のように、最悪の位置ずれである導波路
のコアＵ３およびＴ３からの出射光による結像が、２つ
光電変換素子Ｓ３およびｓ４にそれぞれかかる場合で
も、結合部の空間周波数伝達特性を示すＭＴＦ（modula
tion transfer function）は、ＭＴＦ＝（白−黒）／（白＋黒）＝（２．５−０．５）／（２．５＋０．５）＝０．６７であるから、ＭＴＦは０．６７となり解像度を維持でき
る。

【００４３】図７は、図３に示す導波路アレイ４の一部
を拡大して示す拡大図である。導波路アレイ４は、コア
５１ｄ〜５１ｆとクラッド５０とで構成され、クラッド
５０には光吸収材料を使用している。図８は、強度に対
する導波路の出射角度を説明するためのグラフである。
図９は、導波路における透過率の入射角度依存性を説明
するためのグラフである。導波路アレイ４に入射されて
伝播する光について、図５、７、８および９によって説
明する。光導波路は、コア５１ｅとクラッド５０との屈
折率で決まる開口角θ１１を有する。開口角θ１１は導
波路入射端面３０の法線３４とコア５１ｅに入射する光
４１とのなす角度であって、導波路へ入射されて導波路
を伝播できる光の最大角である。開口角θ１１より大き
な角度で入射する光は伝播しない。透明な材料で形成さ
れていれば光導波路の開口角は、全反射の始まる臨界角
によって決定される。クラッド５０に吸収がある場合、
実際の開口角θ１１は臨界角θ２１によって決定される
開口角より狭くなる。以降、この場合の開口角を実質的
な開口角と称す。

【００４４】図５に示したように、１つの導波路に対し
てその入射開口角θ１〜θ４の延長がレンズ凸部表面位
置で占める領域が１つのレンズ内に収まっているなら、
その導波路には他のマイクロレンズからの光は結合しな
い。レンズは、レンズ径Ｄと焦点距離ｆとで決まる開口
角atan（Ｄ／２ｆ）を有する。導波路の入射端はマイク
ロレンズのほぼ焦点位置にあり、マイクロレンズの開口
角と導波路の実質的な開口角が等しければ、マイクロレ
ンズに垂直に入射した光は全て導波路へ入って伝播し、
他の光は入射しても伝播しない。すなわち図７に示すよ
うに、導波路へ結合しない光４６はクラッド５０内に入
射されるが、クラッド５０には光吸収材料を使用して吸
収を持たせているので、クラッド５０は導波路に結合し
ない光４７を吸収することができる。

【００４５】また出射側においても、導波路とマイクロ
レンズが同様の関係であれば、原稿１上の１点は、光電
変換素子上の１点に１対１に対応し、ゴーストは発生し
ない。その他の導波路へ結合しない光は、クラッド５０
内に照射されるが、前述のように、クラッド５０に吸収
されるので、光電変換素子アレイ５へ到達することを回
避することができる。

【００４６】コア５１ｅ中を伝播する光４２は、クラッ
ド５０中にエネルギを染み出させた状態で伝播する。ク
ラッド５０に吸収があるとコア５１ｅが透明であっても
染み出しエネルギが吸収されるので、光４３は光４４で
示すように減衰する。高次モードの光ほど、伝播によっ
て急速に減衰する。高次モードほど、強度は低い。図８
のように、高次モードの光ほどクラッド５０への染み出
し長が長く減衰が大きいので、出射光４５の低次モード
の成分比が高くなり、出射角θ３１が狭まる。出射角θ
３１は、導波路出射端面３８の法線３６とコア５１ｅか
ら出射する光４５とのなす角度である。クラッド吸収２
２０ｃｍ^-1の場合６３およびクラッド吸収なしの場合６
４とも、低次モード、すなわち強度が高い程、出射角度
が狭くなっている。

【００４７】図９のように、入射角度θ１の大きい光ほ
ど導波路内で高次モードとなるので、透過率が低く、す
なわち減衰が大きく、導波路の実質的な入射開口角θ１
１も、コア５１ｅとクラッド５０との屈折率差で決まる
全反射の臨界角θ２１によって決定される開口角より狭
まる。クラッド吸収２２００ｃｍ^-1の場合６５、クラッ
ド吸収２２０ｃｍ^-1の場合６６およびクラッド吸収なし
の場合６７の順に、同じ透過率で、入射角度が狭くなっ
ていることが判る。

【００４８】前述のように、クラッドの吸収を大きくし
て導波路からの出射光広がりを狭めると、出射側マイク
ロレンズを介さなくとも光電変換素子面上に導波路から
の光をスポット状に照射することができ、解像度が低下
しない。

【００４９】図１０は、本発明の導波路アレイを備えた
場合における原稿浮きによる画像への影響を示すイメー
ジセンサの断面図である。前述のように、アパーチャ６
を用いた従来構造のマイクロレンズ光学系の場合、入射
側マイクロレンズアレイ２および出射側マイクロレンズ
アレイ３におけるレンズ中央部に比べて周辺部に対応す
る光電変換素子上での解像度は、原稿１がガラス面Ｃか
ら離れると急激に低下する。

【００５０】これに対して図１０のように、導波路アレ
イ４を入射側マイクロレンズアレイ２と出射側マイクロ
レンズアレイ３との間に挟んだ場合、導波路入射端面３
０で画像情報がサンプリングされる。導波路中で光の入
射方向情報はほぼ消滅し、出射端面３８では開口角全体
に放射される。このため、アパーチャ６を用いた場合に
比べて、アパーチャ６による周辺光量の低下を防止する
ことができるとともに、原稿１がガラス面Ｃから浮いた
場合の解像度の低下を低減することができる。

【００５１】原稿１がガラス面Ｃ上にあれば、光源から
の光はフォーカス位置７３で反射し、その反射光７１が
マイクロレンズ２６によって導波路入射端面３０に結像
され、結像された光は導波路を伝播し、マイクロレンズ
２７によって光電変換素子５上の結像点７５に結像され
る。原稿１がガラス面Ｃから離れて、光源からの光が反
射位置７４で反射すると、マイクロレンズ２６によって
結像される導波路入射端面３０の像が小さくなり、かつ
ボケる。導波路入射端面３０に結像された光７２の導波
路中で入射方向情報はほぼ消滅し、入射された光７２は
出射端では光７６のように開口角全体に放射されるの
で、光電変換素子５上の焦点７５に結像され、隣の光電
変換素子上にかかることがない。

【００５２】本実施形態は、入射側および出射側にマイ
クロレンズアレイ２および３をそれぞれ配置し、入射側
と出射側とを対称構造にしたイメージセンサである。導
波路パターンも入射側と同様に出射光の中心方向がレン
ズ中心を通るように、出射側の導波路のコアをテーパ状
に配置し対称構造とする。

【００５３】本発明の実施の一形態である分解能２００
ｄｐｉのイメージセンサにおいて、レンズ曲率半径１８
０μｍ、レンズ径２５０μｍおよびピッチ間隔２５０μ
ｍで１列に配列された入射側マイクロレンズアレイ２を
形成し、マイクロレンズの頂点を、厚さ０．９ｍｍのガ
ラス板９から０．１ｍｍ離す。マイクロレンズアレイ２
の厚さは７６０μｍで裏面には導波路アレイ４を装着す
る。導波路アレイ４において、クラッドの屈折率は１．
４９２、吸収係数は２２０ｃｍ−１、コアの屈折率は
１．５０８で、導波路の長さは１ｍｍ、各導波路のコア
は幅８μｍ、深さ８μｍで、１４μｍピッチで配置す
る。導波路の実質的な入射開口角は８度となる。各マイ
クロレンズに対応する６本の導波路のコア５１ａ〜５１
ｆの入射側傾きは基板１６の面の垂直方向に対して、各
々−１．７度、−１．０度、−０．４度、０．４度、
１．０度、１．７度とする。

【００５４】導波路アレイ４の出射側端面３８に、レン
ズ曲率半径１８０μｍ、レンズ径２５０μｍおよびピッ
チ間隔２５０μｍで１列に配列された入射側マイクロレ
ンズアレイ２を形成して装着する。マイクロレンズアレ
イ２の厚さは７６０μｍで、導波路端面と光電変換素子
アレイ５のセンサ面との間の距離を１ｍｍとする。各マ
イクロレンズに対応する６本の導波路のコア５１ａ〜５
１ｆの出射側角度を基板１６の垂直方向に対して、各々
−１．７度、−１．０度、−０．４度、０．４度、１．
０度、１．７度とする。

【００５５】このような入射側と出射側とにマイクロレ
ンズアレイを備えた対称構造によって、導波路出射端の
倒立像が光電変換素子アレイ５のセンサ面に結像され、
原稿面に対して連続した等倍正立像が形成される。なお
入射側と出射側とを全くの対照構造としなくても、マイ
クロレンズのレンズ曲率半径、レンズ径およびピッチ間
隔と、該マイクロレンズに対応する導波路のコアをテー
パ状にする角度とを調整して設定すれば、等倍正立像を
形成することができる。

【００５６】前記導波路アレイを、本発明の実施の一形
態である分解能２００ｄｐｉのイメージセンサに備え、
原稿がガラス面から浮いた場合、マイクロレンズによっ
て結像される導波路入射端の像は、小さくなり、かつボ
ケる。言い換えれば、１つのマイクロレンズに対応する
原稿面上の領域が広くなる。このため隣合うマイクロレ
ンズで取込む原稿面上の領域に重なりが生じ、読取り分
解能が低下する。しかし導波路アレイを用いたイメージ
センサについては、マイクロレンズアレイのみで構成し
たイメージセンサのように、マイクロレンズに対応しな
い隣の光電変換素子上に光がかかることはないので、原
稿浮きによる解像度の低下は少ない。

【００５７】また光電変換素子アレイ５の１つの光電変
換素子が複数の導波路のコアからの出射光を受ける構造
としているので、光電変換素子と導波路との位置ずれが
あっても解像度を維持することができる。

【００５８】図１１は、本発明の実施の他の形態である
分解能２００ｄｐｉのイメージセンサの概略構成を示す
正面断面図である。図１１は、導波路アレイを変更した
点を除いて、図１に示すイメージセンサと全く同じであ
る。図１と同じ構成部分には同じ符号を記した。導波路
アレイ８０を構成する各導波路は、３本のコア８１ａ〜
８１ｃを有し、各コアはストレート形状である。前述の
ように、入射側マイクロレンズアレイ２および出射側マ
イクロレンズアレイ３のレンズ径があまり大きくない場
合には、コアがストレート形状であっても、前記発明の
実施の一形態と同様の効果を得ることができる。

【００５９】図１２は、本発明の実施の他の形態である
分解能２００ｄｐｉのイメージセンサの概略構成を示す
断面図である。図１３は、図１２における切断面線ＸＩ
ＩＩから見た断面図である。支持体１８に取付けられて
原稿１を照射する光源１７と、原稿１に接する透光性の
支持板、たとえばガラス板９と、原稿１からの反射光を
結像する入射側マイクロレンズアレイ２と、結像された
光を伝播する導波路アレイ４と、導波路アレイ４からの
出射光を電気信号に変換する光電変換素子アレイ５と、
光電変換素子アレイ５を実装する実装基板１６とを含
む。

【００６０】ガラス板９の厚さは、０．９ｍｍである。
入射側マイクロレンズアレイ２は、射出成型によって作
製し、レンズ曲率半径１８０μｍ、レンズ径２５０μ
ｍ、ピッチ２５０μｍで１列に配列されたレンズアレイ
２を形成する。マイクロレンズの頂点は、ガラス板９か
ら０．１ｍｍ離れている。マイクロレンズアレイ２の厚
さは７６０μｍでガラス板９と反対の面には導波路アレ
イ４が装着されている。各マイクロレンズに対して各々
６本の導波路入射端が、対応するマイクロレンズの光軸
を中心として左右に３本づつ、１４μｍのピッチで配置
されている。このようなマイクロレンズアレイ２によっ
て、導波路入射端面に縮小倒立像が形成され、導波路ア
レイ４に入射される。

【００６１】導波路アレイ４は、第１実施形態と同様、
クラッド５０の屈折率１．４９２、コア５１の屈折率
１．５０８、導波路の長さ１ｍｍ、各導波路のコア５１
は幅８μｍおよび深さ８μｍである。ただし、クラッド
５０の吸収係数は２２０ｃｍ^-1であり、導波路の実質的
な入射開口角は８度となる。導波路の開口角はマイクロ
レンズの開口角より小さく、さらに各導波路を入射端面
に対してテーパ状に形成し、開口角の中心方向がマイク
ロレンズの中心を通るようにする。これによって、ゴー
スト像の発生を防止するとともに、マイクロレンズと導
波路との位置合わせ精度を緩和する。

【００６２】具体的には、各マイクロレンズに対応する
６本の導波路のコア５１ａ〜５１ｆの入射側傾きは基板
１６の垂直方向に対して、各々−１．７度、−１．０
度、−０．４度、０．４度、１．０度および１．７度で
ある。

【００６３】図１４は、図１２における導波路アレイ４
の出射側部分の概略構造を示す断面図である。導波路の
出射側における導波路角度を傾けることによって、導波
路のコア５１ｆおよび５１ａをそれぞれ伝播し出射端面
３８から放射された光８９および８８は空間で交差し、
光電変換素子５ｂおよび５ａ上にそれぞれ倒立結像さ
れ、原稿１の読取り領域Ｆ１に対して、結像領域Ｇに正
立像が形成される。出射側のマイクロレンズを省略する
ことにより、小型化と低コスト化が可能となる。

【００６４】導波路アレイ４は、出射側において、導波
路のコアの出射角度を傾けて形成し、出射光８８および
８９を空間で交差させる。本実施形態では、導波路端面
３８と光電変換素子アレイ５のセンサ面との間の距離を
５００μｍ、６本の導波路のコア５１ａ〜５１ｆの出射
側角度を基板１６の垂直方向に対して、各々−１０．１
度、−６．２度、−２．１度、２．１度、６．２度およ
び１０．１度とした。たとえばコア５１ｆからの出射光
８９と、コア５１ａからの出射光８８とが空間で交差し
て、光電変換素子アレイ５上でコア５１ａから５１ｆへ
の並びに対して逆順に照射する。これによって、導波路
アレイ４の出射光８８および８９がマイクロレンズなし
で、光電変換素子アレイ５のセンサ面上で、導波路入射
端面に形成された像の拡大倒立像が形成される。したが
ってセンサ面の像は、原稿に対して等倍正立像になる。

【００６５】前記導波路においては、導波路のクラッド
に光吸収があるので、高次モードの減衰が大きく低次モ
ードのみ出射されることによって光広がりが非常に小さ
くなる。したがって導波路のコアから出射された光の広
がりが大きいことによって像がぼけるということがな
く、所望の分解能が得られる。

【００６６】前記導波路アレイを、本発明の実施の他の
形態である分解能２００ｄｐｉのイメージセンサに備
え、原稿がガラス面から浮いた場合も、第１実施形態と
同様である。すなわち前記導波路アレイを用いたイメー
ジセンサにおいては、マイクロレンズアレイのみで構成
したイメージセンサのように、マイクロレンズに対応し
ない隣の光電変換素子上に光がかかることはないので、
原稿浮きによる解像度の低下は少ない。

【００６７】さらに第１実施形態と同様、光電変換素子
アレイ５の１つの光電変換素子が導波路の複数のコアか
らの出射光を受ける構造としているので、光電変換素子
と導波路との位置ずれがあっても解像度を維持すること
ができる。

【００６８】図１５は、本発明の実施のまた他の形態で
ある分解能２００ｄｐｉのイメージセンサの概略構成を
示す断面図である。図１６は、図１５における切断面線
ＸＶＩからみた断面図である。支持体１８に取付けられ
て原稿１を照射する光源１７と、原稿１に接する透光性
支持板、たとえばガラス板９と、原稿１からの反射光を
入力する導波路アレイ９９と、導波路アレイ９９からの
出射光を受光して電気信号に変換する光電変換素子アレ
イ５と、光電変換素子アレイ５を実装する基板１６とを
含む。

【００６９】図１７は、図１５における導波路アレイ９
９への反射光の入射および出射を示す概略断面図であ
る。クラッド９０の吸収をより大きくし、導波路の実質
的な入射開口角を狭めることにより、出射側マイクロレ
ンズアレイだけでなく、入射側マイクロレンズアレイも
省略することができる。さらなる小型化と低コスト化が
可能となる。

【００７０】前記導波路アレイ９９は、クラッド９０の
屈折率１．４９２、クラッド９０の吸収係数２２００ｃ
ｍ^-1、コア９１の屈折率１．５０８、導波路の長さ１ｍ
ｍで、幅８μｍおよび深さ８μｍの直線導波路のコア９
１が１４μｍピッチで並ぶ導波路パターンの構造を有す
る。導波路アレイ９９において、クラッド９０の持つ吸
収のため高次モードの導波成分は吸収されて減衰するの
で、導波路の実質的な入射開口角θ９１は狭まり、約２
度となり、導波路の出力側の出射角θ９２は約１度であ
る。ちなみにクラッド９０およびコア９１が透明な場合
に入射角度を２度以下にするには、屈折率差を１０^-3以
下にする必要があり、製造が困難である。

【００７１】前記導波路アレイが、分解能２００ｄｐｉ
のイメージセンサに備えられ、導波路入力端と原稿１と
の距離Ｄが約１ｍｍである場合、１つの導波路に入力す
る原稿領域は約７０μｍ径である。なおガラス板９の厚
さは０．９ｍｍである。導波路出力端と光電変換素子ア
レイ５との距離Ｌは５００μｍであり、１つの導波路か
らの出射光９２の光電変換素子上での広がりは約２０μ
ｍ径である。原稿がガラス面から１ｍｍ浮いても１つの
導波路に入力する原稿領域は１４０μｍ径であり、２０
０ｄｐｉの分解能を有するので、本の折目近くに書かれ
た文字も読取ることができる。

【００７２】また光電変換素子アレイ５の１つの光電変
換素子が導波路の複数のコア９１の出射光を受ける構造
としているので、光電変換素子と導波路との位置ずれが
あっても解像度を維持することができる。

【００７３】（導波路の製造方法）図１８は、図１にお
ける導波路アレイ４の作製工程を示す工程図である。成
型基板５０には、カーボンなどの光吸収材料を含むアク
リル樹脂成型基板を用いる。（ａ）のように、成型基板
５０の表面には、導波路コア形成のための直線溝が１４
μｍピッチで平行に複数形成され、成型基板５０が導波
路の下部および側面のクラッドとなる。（ｂ）のよう
に、成型基板５０にコア形成のための透明紫外線重合材
料５３を塗布によって溝に充填する。透明紫外線重合材
料５３としては、アクリレート系モノマー材料などを用
いることができる。溝以外にはみ出した紫外線重合材料
５３は、（ｃ）のように掻取り器５６を用いてスキージ
にて除去する。（ｄ）のように、スキージ後の成型基板
５０に紫外線を照射してコア５１を硬化させる。上部ク
ラッドは、コア５１を硬化させた後の成型基板５０上
に、（ｅ）のように光吸収材料を含んだ熱重合材料５４
を薄く塗布し、さらに図１１（ａ）〜（ｄ）と同様にし
てコア形成した導波路基板を張合わせて加熱することに
よって熱重合材料５４を硬化させて形成する。熱重合材
料５４としては、カーボン微粒子、色素などの光吸収材
料を含んだアクリレート系モノマー材料などを用いるこ
とができる。これによりコアが図２において示す副走査
方向Ｅに２列形成される。

【００７４】クラッド部１２となるクラッド材料塗布膜
の厚みと、該クラッド材料塗布膜に含ませる光吸収材料
の濃度は、塗布面に垂直に入射した紫外線が硬化に充分
な強度で透過できるように調整する。

【００７５】図１９は、本発明のイメージセンサに用い
る導波路アレイの他の例の断面構造を示す断面図であ
る。図１８（ａ）〜（ｄ）と同様にしてコア５１を硬化
させた後の成型基板５０上に、上部クラッドとなる光吸
収材料を含む熱重合材料である熱硬化樹脂５５を塗布
し、さらに不透明樹脂板である黒色上板５８を張合わせ
硬化接着させる構造も可能である。黒色上板５８として
は、アクリルにカーボンを混合した成型基板などを用い
ることができる。熱硬化樹脂５５および黒色上板５８も
クラッドを構成するクラッド部である。

【００７６】図２０は、本発明のイメージセンサに用い
る導波路アレイのさらに他の例の断面構造を示す断面図
である。２Ｐ法とスキージ法とを組合わせて積層した導
波路アレイ構造である。図２１は、図２０に示す導波路
アレイの作製工程を示す工程図である。（ａ）のように
導波路溝の型形状を表面に形成したガラス板１５３上
に、可視光吸収材料を含んだ紫外線硬化樹脂１５４を塗
布し、（ｂ）のように上からクラッド部となる２Ｐ製造
用黒色基板１５０を被せて加圧し、紫外線照射して重合
させクラッド１５２を形成する。ついで（ｃ）のように
ガラス板５８を離型し、（ｄ）のようにクラッド５０の
溝に透明紫外線硬化樹脂１５６を塗布し、（ｅ）のよう
に掻取り器５６を用いてスキージにて余分な透明紫外線
硬化樹脂１５６を掃出し、（ｆ）のように透明紫外線硬
化樹脂１５６に紫外線を照射して硬化させコア１５１に
する。（ａ）〜（ｆ）の工程によって第１層の導波路ア
レイが形成される。さらに（ａ）の工程と同様にしてガ
ラス板１５３上に塗布された紫外線硬化樹脂１５６の上
から、第１層の導波路アレイが形成された基板を被せて
加圧し、紫外線照射して重合させて２層目のクラッド１
５２を形成する。以降（ｇ）および（ｃ）〜（ｆ）の工
程を繰返して導波路アレイの３次元積層構造を作製す
る。

【００７７】以上のようにして、ファイバを黒色樹脂に
埋込むような従来の方法に比べて、高密度に導波路アレ
イ、特に３次元積層構造の導波路アレイを形成すること
ができる。３次元積層構造の導波路において、クロスト
ークなしに原稿像を光電変換素子アレイへ投影すること
ができ、分解能を上げて読取り深度を深くすることがで
きる。

【００７８】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、導波路ア
レイをイメージセンサの読取り光学系として用いること
によって、導波路へ結像する光の入射角度が制限される
ことを利用してクロストークなしに原稿像を光電変換素
子アレイへ投影することができる。クラッドに吸収を持
たせたので、導波路へ結合しない光はクラッドで吸収さ
れる。ファイバを黒色樹脂に埋込むような従来の構造に
比べてクラッド自体に吸収がある場合は、高次モードの
光ほど減衰が大きくなるので、実質的な開口角が狭ま
り、分解能を上げ、読取り深度を深くすることができ
る。

【００７９】本発明によれば、導波路アレイをイメージ
センサの読取り光学系として用い、マイクロレンズを入
射側のみ採用することによって、導波路へ結像する光の
入射角度が制限されることを利用してクロストークなし
に原稿像を光電変換素子アレイへ投影することができる
だけでなく、構造の小型化を図れる。クラッドに吸収を
持たせたので、導波路へ結合しない光はクラッドで吸収
される。ファイバを黒色樹脂に埋込むような従来の構造
に比べてクラッド自体に吸収がある場合は、高次モード
の光ほど減衰が大きくなるので、実質的な開口角が狭ま
り、分解能を上げ、読取り深度を深くすることができ
る。

【００８０】本発明によれば、マイクロレンズを用いる
ことなく導波路アレイをイメージセンサの読取り光学系
として用いることによって、導波路へ結像する光の入射
角度が制限されることを利用してクロストークなしに原
稿像を光電変換素子アレイへ投影することができるだけ
でなく、構造の小型化を図れる。クラッドに吸収を持た
せたので、導波路へ結合しない光はクラッドで吸収され
る。クラッド自体に吸収がある場合、ファイバを黒色樹
脂に埋込むような従来の構造に比べ、高次モードの光ほ
ど減衰が大きくなるので、実質的な開口角が狭まり、分
解能を上げ、読取り深度を深くすることができる。

【００８１】また本発明によれば、レンズ径を大きくし
て高分解能を維持することができる。

【００８２】また本発明によれば、ゴースト像の発生を
防ぐことができる。また本発明によれば、１つの導波路
へは１つの入射側レンズからの光のみが入射するので、
導波路からの出射光が対応する受光素子である光電変換
素子面上に照射されれば、導波路の開口角を狭めること
なくゴースト像の発生を防ぐことができる。

【００８３】また本発明によれば、１つの導波路へは１
つの入射側レンズからの光のみが入射し、１つの導波路
からの光は１つの出射側レンズにのみに照射するので、
原稿像とセンサ位置が１対１に対応する。これによっ
て、ゴースト像の発生を防ぐことができる。また１つの
導波路内のすべてのコア端面での角度を同一にする場合
には、各コアにおける開口角の延長は、端部のコアほど
レンズ辺縁部を通る。端部のコアにおける開口角の延長
をレンズ表面領域内に納めるためにはレンズの開口角が
制限されて暗くなり、レンズと導波路との結合位置精度
を高める必要が生じる。各コアにおける開口角の中心が
レンズの中心を通るように、コア端面を傾けると、１つ
のマイクロレンズに対応する導波路のレンズ位置での集
光領域が一致するので、導波路の開口角を大きく取れ、
位置合わせ精度を緩和することができる。

【００８４】また本発明によれば、導波路アレイと光電
変換素子アレイとの位置合わせ精度を緩和することがで
きる。

【００８５】また本発明によれば、３次元積層構造の導
波路において、クロストークなしに原稿像を光電変換素
子アレイへ投影することができ、分解能を上げて読取り
深度を深くすることができる。

【００８６】本発明によれば、ファイバを黒色樹脂に埋
込むような従来の方法に比べて、高密度に導波路アレイ
を形成することができる。

【００８７】また本発明によれば、ファイバを黒色樹脂
に埋込むような従来の方法に比べて、高密度に並列導波
路アレイを形成することができる。

【００８８】本発明によれば、ファイバを黒色樹脂に埋
込むような従来の方法に比べて、高密度に３次元積層構
造の導波路アレイを形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態である分解能２００ｄｐ
ｉのイメージセンサの概略構成を示す断面図である。

【図２】図１における切断面線ＩＩから見た断面図であ
る。

【図３】図１における導波路アレイ４の入射側を拡大し
て示す断面図である。

【図４】図１における導波路アレイ４の断面構造を示す
断面図である。

【図５】図５（ａ）は、図１に示すイメージセンサの一
部の概略構造を示す断面図である。図５（ｂ）は、図５
（ａ）における導波路アレイ４の形状を変えた構造を示
す断面図である。

【図６】図６（ａ）は、導波路のコアの数が光電変換素
子である受光セルの数の３倍である場合の位置ずれによ
る解像度への影響を示す説明図である。図６（ｂ）は、
導波路のコアの数が光電変換素子である受光セルの数と
等しい場合の位置ずれによる解像度への影響を示す説明
図である。

【図７】図３に示す導波路アレイ４の一部を拡大して示
す拡大図である。

【図８】強度に対する導波路の出射角度を説明するため
のグラフである。

【図９】導波路における透過率の入射角度依存性を説明
するためのグラフである。

【図１０】本発明の導波路アレイを備えた場合における
原稿浮きによる画像への影響を示すイメージセンサの断
面図である。

【図１１】本発明の実施の他の形態である分解能２００
ｄｐｉのイメージセンサの概略構成を示す断面図であ
る。

【図１２】本発明の実施の他の形態である分解能２００
ｄｐｉのイメージセンサの概略構成を示す断面図であ
る。

【図１３】図１２における切断面線ＸＩＩＩから見た断
面図である。

【図１４】図１２における導波路アレイ４の出射側部分
の概略構造を示す断面図である。

【図１５】本発明の実施のまた他の形態である分解能２
００ｄｐｉのイメージセンサの概略構成を示す断面図で
ある。

【図１６】図１５における切断面線ＸＶＩからみた断面
図である。

【図１７】図１５における導波路アレイ９９への反射光
の入射および出射のようすを示す断面図である。

【図１８】図１における導波路アレイ４の作製工程を示
す工程図である。

【図１９】本発明のイメージセンサに用いる導波路アレ
イの他の例の断面の構造を示す断面図である。

【図２０】本発明のイメージセンサに用いる導波路アレ
イのさらに他の例の断面の構造を示す断面図である。

【図２１】図２０に示す導波路アレイの作製工程を示す
工程図である。

【図２２】従来のマイクロレンズアレイ光学系の構造を
示す断面図である。

【図２３】従来のアパーチャ６を備えたマイクロレンズ
アレイ光学系の構造を示す断面図である。

【図２４】従来のアパーチャを備えたその他のマイクロ
レンズアレイ光学系の構造を示す断面図である。

【図２５】従来のアパーチャ６を用いた場合における原
稿浮きによる画像への影響を示すイメージセンサの断面
図である。

【符号の説明】

１原稿２入射側マイクロレンズアレイ３出射側マイクロレンズアレイ４導波路アレイ５光電変換素子アレイ９ガラス板１６実装基板１７光源

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 27/14 Ｇ０２Ｂ 6/12 Ａ５Ｆ０８８ 31/0232 Ｈ０１Ｌ 27/14 ＤＨ０４Ｎ 5/335 31/02 ＣＦターム(参考） 2H046 AA02 AA05 AA09 AB04 AC21 AD10 AD11 AZ08 2H047 KA04 MA03 PA02 PA24 PA28 QA05 RA04 TA05 TA11 TA44 4M118 AA10 AB10 BA10 FA08 GA04 GA09 GD02 GD07 GD11 5C024 AX02 CX03 CY47 EX01 EX42 EX43 GY01 5C051 AA01 DB01 DB22 DB25 DC04 DC07 5F088 BA03 EA02 JA12 JA14

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被写体である原稿を光照射するライン状
光源と、光照射による原稿からの反射光を結像する複数の入射側
マイクロレンズを備える第１のマイクロレンズアレイ
と、入射側マイクロレンズに対応して原稿が搬送される副走
査方向に垂直な主走査方向に配置される複数の導波路セ
ットで構成され、各導波路セットには入射側マイクロレ
ンズによる結像光を入射し伝播させて出射する複数の導
波路が走査方向に間隔をあけて配置され、複数の導波路
のコアが光を吸収する材料を含むクラッドに保持されて
なる複数の導波路セットによって構成される導波路アレ
イと、各導波路セットごとに備えられ、前記コアからの出射光
を結像する複数の出射側マイクロレンズを備える第２の
マイクロレンズアレイと、各出射側マイクロレンズごとに備えられ、出射側マイク
ロレンズによる結像光を電気信号に変換する複数の受光
素子を備える受光素子アレイとを含むことを特徴とする
イメージセンサ。
【請求項２】被写体である原稿を光照射するライン状
光源と、光照射による原稿からの反射光を結像する複数の入射側
マイクロレンズを備える入射側マイクロレンズアレイ
と、入射側マイクロレンズに対応して原稿が搬送される副走
査方向に垂直な主走査方向に配置される複数の導波路セ
ットで構成され、各導波路セットには入射側マイクロレ
ンズによる結像光を入射し伝播させて出射する複数の導
波路が走査方向に間隔をあけて配置され、複数の導波路
のコアが光を吸収する材料を含むクラッドに保持されて
なる複数の導波路セットによって構成される導波路アレ
イであって、各導波路セット内の各導波路から出射され
る光は、各導波路の並ぶ方向と逆方向に並ぶ受光素子上
の領域に１対１で対応して照射されるように、導波路の
出射側においてコアが原稿面の法線方向から傾けられて
いる導波路アレイと、各導波路セットごとに備えられ、導波路セットからの出
射光を電気信号に変換する複数の受光素子を備える受光
素子アレイとを含むことを特徴とするイメージセンサ。
【請求項３】被写体である原稿を光照射するライン状
光源と、原稿が搬送される副走査方向に垂直な主走査方向に配置
される複数の導波路セットで構成され、各導波路セット
には光照射による原稿からの反射光を入射し伝播させて
出射する１または複数の導波路が走査方向に間隔をあけ
て配置され、複数の導波路のコアが光を吸収する材料を
含むクラッドに保持されてなる複数の導波路セットによ
って構成される導波路アレイと、各導波路セットごとに備えられ、前記コアからの出射光
を電気信号に変換する複数の受光素子を備える受光素子
アレイとを含むことを特徴とするイメージセンサ。
【請求項４】前記導波路アレイにおける各導波路セッ
トが複数の導波路を備えてい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】前記導波路アレイにおける各導波路セッ
ト内の複数の導波路の結合臨界角の延長が、対応する入
射側マイクロレンズ表面領域内に収まるように、入射側
マイクロレンズの径、入射側マイクロレンズと対応する
導波路の入射端との距離および入射側マイクロレンズア
レイのピッチが設定されていることを特徴とする請求項
２または４記載のイメージセンサ。
【請求項６】前記導波路アレイにおける各導波路セッ
ト内の複数の導波路の結合臨界角の延長が、対応する入
射側マイクロレンズ表面領域内に収まるように、導波路
の入射側においてコアが原稿面の法線方向から傾けられ
ている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７】前記導波路アレイにおける各導波路セッ
ト内の複数の導波路の結合臨界角の延長が、対応する入
射側マイクロレンズ表面領域内に収まるように、導波路
の入射側においてコアが原稿面の法線方向から傾けら
れ、かつ、前記導波路の出射光が、対応する出射側マイ
クロレンズ表面領域内に収まるように、導波路の出射側
においてコアが原稿面の法線方向から傾けられているこ
とを特徴とする請求項４記載のイメージセンサ。
【請求項８】前記受光素子アレイにおける各受光素子
が、各導波路セット内の複数の導波路から光を受ける１
つの受光素子であることを特徴とする請求項１〜３のう
ちのいずれか１記載のイメージセンサ。
【請求項９】前記導波路アレイが副走査方向に複数列
備えられていることを特徴とする請求項１〜３のうちの
いずれか１記載のイメージセンサ。
【請求項１０】光を入射し伝播して出射するコアと、
光を吸収する材料を含むクラッドとを有する複数の導波
路を備える導波路アレイの製造方法であって、光を吸収する材料を用いて、クラッドとする基板であっ
て、基板面上の一方向に複数の溝を有する基板を射出成
型する工程と、前記溝にコア材料を充填し、余分なコア材料を掃出すス
キージ法によってコアを形成する工程とを含むことを特
徴とする導波路アレイの製造方法。
【請求項１１】前記コアを形成する工程の実行によっ
て形成されたコアを有する基板２枚のコアが形成された
面同士を、光を吸収する材料を用いて貼り合わせる工程
を含むことを特徴とする請求項１０記載の導波路アレイ
の製造方法。
【請求項１２】光を入射し伝播して出射するコアと、
光を吸収する材料を含むクラッドとを有する複数の導波
路を備える導波路アレイが、副走査方向に複数列備えら
れた積層導波路アレイの製造方法であって、２Ｐ法において、一面上の一方向に複数の溝を有する透
光性基板上に、可視光に吸収を有する紫外線重合材料を
塗布し、塗布された紫外線重合材料の上から基板を被せ
て加圧し、紫外線を照射して重合させることによって、
コア材料を充填するための溝を有するクラッドを形成す
る工程と、前記コア材料を充填するための溝にコア形成用紫外線重
合材料を載置し、スキージ法において、前記クラッドの
溝を有する一表面とともにコアが一仮想表面にあるよう
に、余分なコア材料を掃出してコアを形成する工程と、２Ｐ法において、一面上の一方向に複数の溝を有する透
光性基板上に、可視光に吸収を有する紫外線重合材料を
塗布し、塗布された紫外線重合材料の上からコアが形成
された基板を被せて加圧し、紫外線を照射して重合させ
ることによって、コア材料を充填するための溝を有する
クラッドを積層する工程と、前記クラッドを積層する工程において形成された溝にコ
ア形成用紫外線重合材料を載置し、スキージ法におい
て、前記クラッドの溝を有する一表面とともにコアが一
仮想表面にあるように、余分なコア材料を掃出してコア
を形成する工程とを含むことを特徴とする積層導波路ア
レイの製造方法。