JP2004327713A - 画像読取装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】構造が簡単で、高い信頼性と高精度の画像情報が得られる画像読取装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】画像読取装置１は、画像原稿２を照明する光源３と、光源３により照明された光４を原稿画像２上に集光する集光素子であるマイクロレンズアレイ５と、カラーフィルタ６と、画像原稿２を保持する光透過性基板７と、光検出器８と、光検出器８の裏面に形成している遮光膜９と、光検出器８から出力された信号を処理する処理回路である信号処理部１０とを備える。光検出器８及び信号処理部１０は半導体素子を有しており、光透過性基板７上に一体で形成されている。各光検出器は光源から照射された光をほぼ全て透過させるための開口部を有する。
【選択図】 図１
【解決手段】画像読取装置１は、画像原稿２を照明する光源３と、光源３により照明された光４を原稿画像２上に集光する集光素子であるマイクロレンズアレイ５と、カラーフィルタ６と、画像原稿２を保持する光透過性基板７と、光検出器８と、光検出器８の裏面に形成している遮光膜９と、光検出器８から出力された信号を処理する処理回路である信号処理部１０とを備える。光検出器８及び信号処理部１０は半導体素子を有しており、光透過性基板７上に一体で形成されている。各光検出器は光源から照射された光をほぼ全て透過させるための開口部を有する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像を電子情報として取り込む画像読取装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７及び図８は、従来の画像読取装置を示す図である（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図７は従来の画像読取装置の集光光学系の断面図を、図８は従来の画像読取装置の断面図を示している。図７及び図８において、従来の画像読取装置は、面光源１０１と、開口部の小さいファイバプレート１０２と、ファイバプレート１０２を透過した面光源１０１からの光１０３ａを受光する受光素子１０４と、石英基板からなる被検体対接体１０６とから構成されている。
【０００４】
上記従来の画像読取装置では、以下の方法で被検体１０７の画像が読み取られる。まず、面光源１０１から放射された発散光は、面光源１０１上に設置されたファイバプレート１０２に入射される。次に、ファイバプレート１０２の出射光１０３ａは、開口部で規定される指向性を持った光となり、開口部を十分小さくすれば、出射光１０２ａはほぼ平行光となる。ここで、面光源１０１は、被検体対接体１０６の対接面で反射された光１０３ｂが受光素子１０４に入射するように、わずかに斜めに設置される。出射した平行光１０３ａは、図８に示すように配置された受光素子１０４の間隙１０５を通過して被検体対接体１０６の対接面に達する。
【０００５】
ここで、被検体対接体１０６と被検体１０７が密着している部分では、光は散乱あるいは吸収され、隙間が開いている部分では、入射光の一部が反射される。被検体対接体１０７の対接面で反射された平行光（ほぼ平行光を含む）１０３ｂは、受光素子１０４の裏面から入射し、対接面で散乱された光は、わずかしか受光素子１０４に達しない。そして、受光素子１０４に入射した光は光電変換され、輝度に応じた電気信号として外部に読み出される。
【０００６】
【特許文献１】
特開平７−３０１７６１号公報（図１〜３、及び実施例１に記載）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献１の画像読取装置では、画像情報を得るのに被検体対接面に対して面光源を傾斜させて配置する必要があるために機構が複雑となることに加えて、ファイバプレートから放射される光は完全な平行光ではないために被検体対接面における光量が傾斜方向の両端で異なってしまい、一様に光を被検体に照射することができないという問題があった。
【０００９】
また、光が透過する開口部が線状又は格子状に制限されているので、隣接する受光素子に光が入射してしまい、実際の被検体の画像とは異なる偽画像を出力してしまう可能性があった。
【００１０】
そこで本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は構造が簡単で、信頼性及び精度が高い画像情報が得られる画像読取装置及びその製造方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の画像読取装置は、読取対象となる読取原稿を支持する光透過性基板と、読取原稿を照射する光源と、光源から放射された光を原稿上に集光する複数の集光素子と、複数の集光素子によって集光され、前記読取原稿から反射された光を検出する複数の光検出器と、複数の光検出器からの出力信号を処理する信号処理部とを設けた画像処理装置において、複数の光検出器は各々に開口部を有し、複数の光検出器及び前記信号処理部は半導体素子を有し、光透過性基板は、複数の光検出器及び前記信号処理部が一体で形成されていることを特徴とする。
【００１２】
この画像読取装置によれば、各光検出器に光源から照射された光をほぼ全て透過させるための開口部が形成されているので、光利用効率が高くなる。更に、光を透過する開口部が制限されていることで、隣接する光検出器に不要な光が入射しないので迷光の発生が防止される上、入射光の領域が規定されていることで、より精度の高い画像情報を得ることができる。光透過性基板と半導体素子を有する光検出器及び信号処理部を一体に形成していることにより簡単な構造にすることができる。
【００１３】
また、本発明の画像読取装置は、読取対象となる読取原稿を支持する光透過性基板と、読取原稿を照射する光源と、光源から放射された光を原稿上に集光する複数の集光素子と、複数の集光素子によって集光され、読取原稿から反射された光を検出する複数の光検出器と、複数の光検出器からの出力信号を処理する信号処理部とを設けた画像処理装置において、複数の光検出器は各々に開口部を有し、複数の光検出器及び信号処理部は半導体素子を有し、光透過性基板は第１の光透過性基板及び第２の光透過性基板とから構成されており、第１の光透過性基板と前記第２の光透過性基板の相対位置を変位させる位置制御装置を有し、前記第１の光透過性基板及び第２の光透過性基板とから構成されている光透過性基板上に複数の光検出器及び前記信号処理部が一体で形成されていることを特徴とする。
【００１４】
この画像読取装置によれば、原稿と光透過性基板の相対位置を変位させることができる制御装置を備えているので、マイクロレンズアレイのレンズピッチよりも小さい変位量だけ、原稿画像と光透過性基板の相対位置を変位させて原稿画像を取り込み、更に取り込みデータを結合することで、高解像度の画像情報を取り込むことが可能となる。
【００１５】
本発明の画像読取装置において、光透過性基板上に形成する半導体素子を結晶性の珪素膜を加工してなる薄膜トランジスタとすることにより、電気特性及び信頼性を高めることができる。
【００１６】
本発明の画像読取装置においては、光源の光が光検出器に入射することを防止する遮光膜を光源と光検出器との間に配置し、光検出器の半導体素子が遮光膜による遮光領域に一体で形成することが好ましい。これにより、光源から照射された光が直接光検出器に入射することなく、原稿から反射してきた光のみを光検出器で受光するので迷光を防止できる。また、光源から照射された光をほぼ全て原稿画像に照射することができるので、光利用効率を高くすることができる。従って、より精度の高い画像の読取が可能となる。また、半導体素子を遮光領域に一体で形成しているので装置の小型化、軽量化及び低消費電力化を図ることも可能となる。
【００１７】
本発明の画像読取装置においては、複数の集光素子として、マイクロレンズアレイを使用することにより、光源から照射され原稿画像全面で反射された光を光検出器に導くことができ、画像の読取時間を短縮できる。また、光検出器及び信号処理回路が一体で形成された光透過性基板とマイクロレンズアレイを一体で形成することにより装置の薄型化を図ることができる。
【００１８】
本発明の画像読取装置においては、光源として面光源を用いて、マイクロレンズアレイ、及び光検出器及び信号処理回路が一体で形成された光透過性基板と組み合わせることで、原稿画像を瞬時に照明し、画像情報を取り込むことが可能となる。これによっても、装置の薄型化を図ることができる。
【００１９】
本発明の画像読取装置においては、光源、複数の集光素子、光検出器及び信号処理回路が一体で形成された光透過性基板、読取原稿の順番に配置した構成とすることが好ましい。この配置は、効率よく各部品が機能する構成であり、画像読取装置の構造が複雑ではなく簡単にし、かつ装置の薄型化を容易にすることができる。
【００２０】
また、本発明では簡単な構造でかつ薄型の画像読取装置を提供するために、その製造方法は、結晶性の珪素膜を光透過性基板上に形成する工程と、光透過性基板上に製作された珪素膜を用いて半導体素子を形成する工程と、光透過性基板上にマイクロレンズアイを製作する工程と、上記工程により半導体素子が形成された光透過性基板とマイクロレンズアイとを貼り合わせる工程とを含むことを特徴とする。
【００２１】
更に、半導体素子を形成する工程においては、珪素膜に珪素膜の結晶性を促進する触媒元素又は触媒元素を含む化合物を保持させる工程と、触媒元素又は触媒元素を含む化合物を保持させた珪素膜に対して加熱処理と共にレーザー光又は強い光を照射する工程とを含むことを特徴とする。これによって結晶性の高い珪素膜が得られ、この珪素膜によって処理速度が速い薄膜トランジスタを提供することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２３】
＜実施形態１＞
図１は、本発明の実施形態１に係る画像読取装置の全体の構成を示している。図２は、本発明の実施形態１に係る画像読取装置の平面図を示している。
【００２４】
実施形態１では、画像読取装置１は、画像原稿２を照明する光源３と、光源３により照明された光４を原稿画像２上に集光する集光素子であるマイクロレンズアレイ５と、カラーフィルタ６と、画像原稿２を保持する光透過性基板７と、光検出器８と、光検出器８の裏面に形成している遮光膜９と、光検出器８から出力された信号を処理する処理回路である信号処理部１０とを備えている。
【００２５】
光検出器８の一部には、光源から照射された光を透過するための開口部１１が設けられている。また、信号処理部１０は、半導体素子の薄膜トランジスタであり、薄膜トランジスタと光検出器８は図示しない電気配線によって連結されている。
【００２６】
ここで、光検出器８及び信号処理部１０は、光透過性基板７の画像原稿２を保持する面の裏面に光透過性基板７と一体で形成されている。
また、光検出器８及び信号処理部１０が一体で作製された光透過性基板７と、マイクロレンズアレイ５は一体で形成されている。
【００２７】
次に、画像読取装置１による画像の読取動作について説明する。
【００２８】
まず、光透過性基板７の下面に配置された光源３から放射された光は、マイクロレンズアレイ５を透過して収束光となり、カラーフィルタ６を通過し、更に光検出器８の中心部に形成された開口部１１を通過して光透過性基板７の上面に置かれた画像原稿２に照射される。
【００２９】
ここでは、光源３としては、原稿全面を一度に照射することが可能な白色の面光源を想定しており、例えば、白色蛍光灯や白色ＬＥＤと、導光板を組み合わせた面発光素子などを用いればよい。光源１から放射され、格子状に配置されたマイクロレンズ３で集光された光は、光検出器８の中央部に形成された開口部１１をほぼ全て通過するように集光されている。
【００３０】
画像原稿２の照射面で反射された光は、光透過性基板７下面に光透過性基板７と一体で作製された光検出器８で受光され、光検出器８から出力された信号は、図示しない光透過性基板７上に一体で形成された電気配線で信号処理部１０に伝送され、更に所定の信号処理後、外部処理装置へ送られ、原稿画像を電子データとして取り込むように構成されている。
【００３１】
また、光検出器８は中央部に形成された開口部１１を取り囲むようにドーナツ状に形成されており、中央部の開口部１１を通過して、画像原稿２の照射面で反射された光を効率よく受光でき、かつ隣接する光検出器８に余分な光が入射することがないように構成されている。従って、隣接する画素への迷光を防止できると共に、光源３から照射された光をほぼ全て原稿画像２に照射することができるので、光利用効率の高い画像読取装置を構成している。ここではマイクロレンズアレイ５、カラーフィルタ６及び光検出器８を格子状に配置しているが、ハニカム構造等のより高い読み取り解像度が得られる配置にしてもよい。
【００３２】
なお、カラーフィルタ６は、カラー画像の取り込みを可能にするものである。３種類の原色系（赤、青、緑）又は補色系（シアン、マゼンダ、イエロー）のフィルタが周期的に光透過性基板７上に配置されている。
【００３３】
また、光透過性基板７上にマイクロレンズ５、カラーフィルタ６、光検出器８及び遮光膜９を一体で形成しているので、装置全体を薄型化することが可能となる。
【００３４】
次に、光透過性基板７上に光検出器８及び半導体を用いた信号処理部１０を形成する方法について図３を参照して説明する。
【００３５】
光透過性基板７上に半導体素子である薄膜トランジスタを形成するには、まず薄膜トランジスタの活性領域を構成する結晶性の良い珪素膜を作製する必要がある。それには、プラズマＣＶＤやＬＰＣＶＤ等の装置を用いて光透過性基板７上に非晶質の珪素膜を成膜する。そして、その膜の表面にある自然酸化膜及び汚れ除去のためのフッ酸処理を行った後、濡れ性改善のため酸化膜を成膜する。次に触媒元素、例えばＮｉを含む酢酸塩水溶液をその珪素膜表面に複数回塗布後、スピンドライすることにより、光透過性基板７上にＮｉを含む珪素膜が形成される。その後、５５０℃の下で４時間の加熱処理を行うことにより、非晶質の珪素膜は、Ｎｉの触媒作用によって結晶化が進み結晶性の珪素膜１２ａが得られる（工程ａ）。
【００３６】
また、結晶性の珪素膜１２ａに対して、パワー密度２００〜３５０ｍＪ／ｃｍ２のＫｒＦレーザー（波長２４８ｎｍ、パルス幅３０ｎｓ）を窒素雰囲気中で数ショット照射して、珪素膜１２ａの結晶性を更に高くしてもよい。
【００３７】
次の工程ｂでは、上記の処理によって形成した結晶性の珪素膜１２ａに、一般的に用いられている半導体プロセスを適用して薄膜トランジスタ１２ｂとする。その後、遮光膜９を薄膜トランジスタ１２ｂ表面に形成する。
【００３８】
次の工程ｃでは、光検出器８上に光源３からの光が光検出器８に入射しないようにするための遮光膜９をパターンニングして形成する。また、これらの光検出器８及び信号処理部１０を接続する電気配線を一般的な配線プロセスにより作製する。
【００３９】
最後に、光検出器８に隣接して遮光膜９上にカラーフィルタ６をパターニングする（工程ｄ）。このカラーフィルタ６は、前述のように原色系、又は補色系の着色透明材料を用いればよい。
【００４０】
なお、ここでは、光検出器８及び信号処理部１０の半導体素子は、珪素膜をＮｉ等の触媒金属を用いて成膜した結晶性の珪素膜を使用して作製したが、画像処理装置によっては、必要な処理速度に応じて非晶質の珪素膜により作製した半導体素子を光検出器８及び信号処理部１０に適用してもよい。また、非晶質の珪素膜により作製した半導体素子を光検出器８に適用し、結晶性の珪素膜を使用して作製した半導体素子を信号処理部１０に適用してもよい。例えば、信号処理部１０において、信号処理速度が速い特性の半導体性能が必要な場合には、上述のようにＮｉ等の金属触媒を用いて結晶化させた結晶性珪素膜により作製した半導体素子を信号処理部１０に適用し、その必要がない場合には非晶質の珪素膜から作製した半導体素子を使用してもよい。
【００４１】
次に、マイクロレンズアレイ３の製造方法について図４を参照して説明する。
【００４２】
図４において、まず基板１３上にフォトレジスト１４を塗布する（工程ａ）。次に、電子ビームを用いてビームの照射量を調節しながらマイクロレンズ状になるように露光して現像する（工程ｂ）。そうしてマイクロレンズアレイ５のマスター１５ができる。作製したマスター１５に金属メッキを施すことによって金属スタンパー１６を作製する（工程ｃ）。そして、金属スタンパー１６をマスター１５から切り離す（工程ｄ）。
【００４３】
この金属スタンパー１６を用いて、マイクロレンズアレイ５となる基板１７上に紫外線硬化樹脂１８を転写し（工程ｅ）、更に紫外線を照射して紫外線硬化樹脂１８を硬化させることで、マイクロレンズアレイ５が作製される（工程ｆ）。
【００４４】
このとき、紫外線硬化樹脂１８とマイクロレンズアレイ５を作製する基板１７の屈折率はほぼ等しくなるようにしている。
【００４５】
また、本実施形態では、電子ビーム露光により作製した金属スタンパー１６でマイクロレンズアレイ５を作製する方法を例示したが、マイクロレンズアレイ５を作製する方法はこれに限定されるものではない。
【００４６】
次に、光検出器８及び信号処理部１０が一体で形成された光透過性基板７と、マイクロレンズアレイ５を貼り合わせて一体にする方法について図５を参照して説明する。
【００４７】
この方法では、まず光透過性基板７の光検出器８及び信号処理部１０が作製された面に紫外線硬化樹脂などの光透過性の接着剤１９を塗布する。そして、マイクロレンズアレイ５と光透過性基板７は、マイクロレンズアレイ５のレンズ部分が接着剤１９に埋まってしまうように貼り合わせることによって一体に形成される。ここで接着剤１９の屈折率は、マイクロレンズアレイ５がレンズとして機能するように、マイクロレンズアレイ５の屈折率よりも低いものを用いる。
【００４８】
なお、図１では、光源３が光透過性基板７と一体となっていないが、次のような方法によって、一体にすることができる。すなわち、別の光透過性基板上に面発光素子を作製し、光検出器及び信号処理部が一体で形成された光透過性基板とマイクロレンズアレイを前述の方法（図５参照）によって貼り合わせることによって、光源と光透過性基板とを一体に成形することができる。そのような一体化は、より一層の画像読取装置の薄型化を図る上で非常に有用である。
【００４９】
加えて、図１に示す画像読取装置１のように、光源、マイクロレンズアレイ、光検出器及び信号処理回路が一体で形成された光透過性基板、読取原稿の順番にされた配置により、各部品の機能を効率的に発揮させることができる。
【００５０】
＜実施形態２＞
図６は、本発明の実施形態２に係る画像読取装置の全体の構成を示している。図６に示す実施形態２に係る画像読取装置２０は、以下の点で実施形態１に係る画像読取装置１と異なる。すなわち、画像読取装置２０は、光透過性基板７が第１の光透過性基板７ａとそれと隣接して配置され画像原稿を支持する第２の光透過性基板７ｂによって構成され、第１の光透過性基板７ａと第２の光透過性基板７ｂの面内方向の位置の変位を制御する位置制御装置２１を具備していることである。ここで、第１の光透過性基板７ａは光検出器８と図示しない信号処理部とが一体で形成されている。そして他の点は、実施形態２においても実施形態１の場合と同様である。
【００５１】
上記の相違点を有する画像読取装置２０は、以下に説明するように解像度を更に向上して画像の読取動作を行うことができる。
【００５２】
まず、光透過性基板７の下面に配置された光源３から放射された光４は、マイクロレンズアレイ５を透過して収束光となり、カラーフィルタ４を通過し、更に光検出器８の中心部に形成された開口部１１を通過して第１の光透過性基板７ａの上面に置かれた画像原稿面に照射される。
【００５３】
画像原稿面で反射された光は、第１の光透過性基板７ａの下面に形成されている光検出器８で受光され、光検出器８から出力された信号は図示しない信号処理部に送られ、所定の信号処理を行った後、図示しない外部処理装置へ送られて画像原稿を第１の電子データとして取り込む。
【００５４】
次に、第１の光透過性基板７ａと第２の光透過性基板７ｂの相対位置を、位置制御装置２１によってマイクロレンズアレイ５のレンズピッチの半分Ｌだけｘ方向に変位（移動）させて再度画像原稿を第２の電子データとして取り込む。また同様にｙ方向（紙面に対して垂直方向）に変位させて画像原稿を第３の電子データとして取り込む。更に同様にｘ方向と反対に変位させ、画像原稿を第４の電子データとして取り込む。
【００５５】
これら第１から第４の電子データは、互いに原稿画像を補完する情報となっているため、第１から第４の電子データを結合することで、各取り込み時の電子データをｘ、ｙ方向にそれぞれ２倍高解像度化することが可能となる。
【００５６】
また、この方法によれば、第１の光透過性基板７ａ、及び第２の光透過性基板７ｂの相対位置をマイクロレンズアレイ５のレンズピッチの半分Ｌよりｘ、ｙ方向に細かく変位させて画像を取り込み、各データを結合することで、更に高解像度で画像を取り込むことができる。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の画像読取装置及びその製造方法によると、装置は簡単な構造で薄型化され、信頼性及び精度が高い画像情報が得られる画像読取装置及びその製造方法を提供することができる。
【００５８】
特に、本発明では、画像読取装置は各光検出器に光源から照射された光をほぼ全て透過させるための開口部が形成されている。従って、光利用効率を高くすることができ、光を透過する開口部が制限されていることで、隣接する光検出器に不要な光が入射しないので迷光の発生が防止される。また入射光の領域が規定されているので、より精度の高い画像情報を得ることができる。また、本発明の画像読取装置では、原稿画像と光透過性基板の相対位置を変位させて原稿画像を取り込み、取り込みデータを結合することで、更に高解像度の画像情報を得ることができる。そして光透過性基板と半導体素子を有する光検出器及び信号処理部の一体化、その光透過性基板とマイクロレンズアレイ及び／又は光源と一体化することによって、装置全体が薄型化し簡単な構造とすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１に係る画像読取装置の断面を示した図である。
【図２】本発明の実施形態１に係る画像読取装置の平面図である。
【図３】本発明の実施形態１に係る画像読取装置を構成する光検出器および信号処理部の製造方法を示した図である。
【図４】本発明の実施形態１に係る画像読取装置を構成するマイクロレンズアレイの製造方法を示した図である。
【図５】本発明の実施形態１に係る画像読取装置の製造方法を示した図である。
【図６】本発明の実施形態２に係る画像読取装置の断面を示した図である。
【図７】従来の画像読取装置の光学系の断面を示した図である。
【図８】従来の画像読取装置の平面図である。
【符号の説明】
１ 実施形態１に係る画像読取装置
２ 画像原稿
３ 面光源
４ 光
５ マイクロレンズアレイ
６ カラーフィルタ
７ 光透過性基板
８ 光検出器
９ 遮光膜
１０ 信号処理部
１１ 開口部
１２ 珪素膜
１３ 基板
１４ フォトレジスト
１５ マイクロレンズアレイのマスター
１６ 金属スタンパー
１７ 基板
１８ 紫外線硬化樹脂
１９ 接着剤
２０ 実施形態２に係る画像読取装置
２１ 位置制御装置
７ａ 第１の光透過性基板
７ｂ 第２の光透過性基板
１０１ 面光源
１０２ ファイバプレート
１０３ａ、１０３ｂ 光
１０４ 受光素子
１０５ 間隙
１０６ 被検体対接体
１０７ 被検体
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像を電子情報として取り込む画像読取装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７及び図８は、従来の画像読取装置を示す図である（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図７は従来の画像読取装置の集光光学系の断面図を、図８は従来の画像読取装置の断面図を示している。図７及び図８において、従来の画像読取装置は、面光源１０１と、開口部の小さいファイバプレート１０２と、ファイバプレート１０２を透過した面光源１０１からの光１０３ａを受光する受光素子１０４と、石英基板からなる被検体対接体１０６とから構成されている。
【０００４】
上記従来の画像読取装置では、以下の方法で被検体１０７の画像が読み取られる。まず、面光源１０１から放射された発散光は、面光源１０１上に設置されたファイバプレート１０２に入射される。次に、ファイバプレート１０２の出射光１０３ａは、開口部で規定される指向性を持った光となり、開口部を十分小さくすれば、出射光１０２ａはほぼ平行光となる。ここで、面光源１０１は、被検体対接体１０６の対接面で反射された光１０３ｂが受光素子１０４に入射するように、わずかに斜めに設置される。出射した平行光１０３ａは、図８に示すように配置された受光素子１０４の間隙１０５を通過して被検体対接体１０６の対接面に達する。
【０００５】
ここで、被検体対接体１０６と被検体１０７が密着している部分では、光は散乱あるいは吸収され、隙間が開いている部分では、入射光の一部が反射される。被検体対接体１０７の対接面で反射された平行光（ほぼ平行光を含む）１０３ｂは、受光素子１０４の裏面から入射し、対接面で散乱された光は、わずかしか受光素子１０４に達しない。そして、受光素子１０４に入射した光は光電変換され、輝度に応じた電気信号として外部に読み出される。
【０００６】
【特許文献１】
特開平７−３０１７６１号公報（図１〜３、及び実施例１に記載）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献１の画像読取装置では、画像情報を得るのに被検体対接面に対して面光源を傾斜させて配置する必要があるために機構が複雑となることに加えて、ファイバプレートから放射される光は完全な平行光ではないために被検体対接面における光量が傾斜方向の両端で異なってしまい、一様に光を被検体に照射することができないという問題があった。
【０００９】
また、光が透過する開口部が線状又は格子状に制限されているので、隣接する受光素子に光が入射してしまい、実際の被検体の画像とは異なる偽画像を出力してしまう可能性があった。
【００１０】
そこで本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は構造が簡単で、信頼性及び精度が高い画像情報が得られる画像読取装置及びその製造方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の画像読取装置は、読取対象となる読取原稿を支持する光透過性基板と、読取原稿を照射する光源と、光源から放射された光を原稿上に集光する複数の集光素子と、複数の集光素子によって集光され、前記読取原稿から反射された光を検出する複数の光検出器と、複数の光検出器からの出力信号を処理する信号処理部とを設けた画像処理装置において、複数の光検出器は各々に開口部を有し、複数の光検出器及び前記信号処理部は半導体素子を有し、光透過性基板は、複数の光検出器及び前記信号処理部が一体で形成されていることを特徴とする。
【００１２】
この画像読取装置によれば、各光検出器に光源から照射された光をほぼ全て透過させるための開口部が形成されているので、光利用効率が高くなる。更に、光を透過する開口部が制限されていることで、隣接する光検出器に不要な光が入射しないので迷光の発生が防止される上、入射光の領域が規定されていることで、より精度の高い画像情報を得ることができる。光透過性基板と半導体素子を有する光検出器及び信号処理部を一体に形成していることにより簡単な構造にすることができる。
【００１３】
また、本発明の画像読取装置は、読取対象となる読取原稿を支持する光透過性基板と、読取原稿を照射する光源と、光源から放射された光を原稿上に集光する複数の集光素子と、複数の集光素子によって集光され、読取原稿から反射された光を検出する複数の光検出器と、複数の光検出器からの出力信号を処理する信号処理部とを設けた画像処理装置において、複数の光検出器は各々に開口部を有し、複数の光検出器及び信号処理部は半導体素子を有し、光透過性基板は第１の光透過性基板及び第２の光透過性基板とから構成されており、第１の光透過性基板と前記第２の光透過性基板の相対位置を変位させる位置制御装置を有し、前記第１の光透過性基板及び第２の光透過性基板とから構成されている光透過性基板上に複数の光検出器及び前記信号処理部が一体で形成されていることを特徴とする。
【００１４】
この画像読取装置によれば、原稿と光透過性基板の相対位置を変位させることができる制御装置を備えているので、マイクロレンズアレイのレンズピッチよりも小さい変位量だけ、原稿画像と光透過性基板の相対位置を変位させて原稿画像を取り込み、更に取り込みデータを結合することで、高解像度の画像情報を取り込むことが可能となる。
【００１５】
本発明の画像読取装置において、光透過性基板上に形成する半導体素子を結晶性の珪素膜を加工してなる薄膜トランジスタとすることにより、電気特性及び信頼性を高めることができる。
【００１６】
本発明の画像読取装置においては、光源の光が光検出器に入射することを防止する遮光膜を光源と光検出器との間に配置し、光検出器の半導体素子が遮光膜による遮光領域に一体で形成することが好ましい。これにより、光源から照射された光が直接光検出器に入射することなく、原稿から反射してきた光のみを光検出器で受光するので迷光を防止できる。また、光源から照射された光をほぼ全て原稿画像に照射することができるので、光利用効率を高くすることができる。従って、より精度の高い画像の読取が可能となる。また、半導体素子を遮光領域に一体で形成しているので装置の小型化、軽量化及び低消費電力化を図ることも可能となる。
【００１７】
本発明の画像読取装置においては、複数の集光素子として、マイクロレンズアレイを使用することにより、光源から照射され原稿画像全面で反射された光を光検出器に導くことができ、画像の読取時間を短縮できる。また、光検出器及び信号処理回路が一体で形成された光透過性基板とマイクロレンズアレイを一体で形成することにより装置の薄型化を図ることができる。
【００１８】
本発明の画像読取装置においては、光源として面光源を用いて、マイクロレンズアレイ、及び光検出器及び信号処理回路が一体で形成された光透過性基板と組み合わせることで、原稿画像を瞬時に照明し、画像情報を取り込むことが可能となる。これによっても、装置の薄型化を図ることができる。
【００１９】
本発明の画像読取装置においては、光源、複数の集光素子、光検出器及び信号処理回路が一体で形成された光透過性基板、読取原稿の順番に配置した構成とすることが好ましい。この配置は、効率よく各部品が機能する構成であり、画像読取装置の構造が複雑ではなく簡単にし、かつ装置の薄型化を容易にすることができる。
【００２０】
また、本発明では簡単な構造でかつ薄型の画像読取装置を提供するために、その製造方法は、結晶性の珪素膜を光透過性基板上に形成する工程と、光透過性基板上に製作された珪素膜を用いて半導体素子を形成する工程と、光透過性基板上にマイクロレンズアイを製作する工程と、上記工程により半導体素子が形成された光透過性基板とマイクロレンズアイとを貼り合わせる工程とを含むことを特徴とする。
【００２１】
更に、半導体素子を形成する工程においては、珪素膜に珪素膜の結晶性を促進する触媒元素又は触媒元素を含む化合物を保持させる工程と、触媒元素又は触媒元素を含む化合物を保持させた珪素膜に対して加熱処理と共にレーザー光又は強い光を照射する工程とを含むことを特徴とする。これによって結晶性の高い珪素膜が得られ、この珪素膜によって処理速度が速い薄膜トランジスタを提供することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２３】
＜実施形態１＞
図１は、本発明の実施形態１に係る画像読取装置の全体の構成を示している。図２は、本発明の実施形態１に係る画像読取装置の平面図を示している。
【００２４】
実施形態１では、画像読取装置１は、画像原稿２を照明する光源３と、光源３により照明された光４を原稿画像２上に集光する集光素子であるマイクロレンズアレイ５と、カラーフィルタ６と、画像原稿２を保持する光透過性基板７と、光検出器８と、光検出器８の裏面に形成している遮光膜９と、光検出器８から出力された信号を処理する処理回路である信号処理部１０とを備えている。
【００２５】
光検出器８の一部には、光源から照射された光を透過するための開口部１１が設けられている。また、信号処理部１０は、半導体素子の薄膜トランジスタであり、薄膜トランジスタと光検出器８は図示しない電気配線によって連結されている。
【００２６】
ここで、光検出器８及び信号処理部１０は、光透過性基板７の画像原稿２を保持する面の裏面に光透過性基板７と一体で形成されている。
また、光検出器８及び信号処理部１０が一体で作製された光透過性基板７と、マイクロレンズアレイ５は一体で形成されている。
【００２７】
次に、画像読取装置１による画像の読取動作について説明する。
【００２８】
まず、光透過性基板７の下面に配置された光源３から放射された光は、マイクロレンズアレイ５を透過して収束光となり、カラーフィルタ６を通過し、更に光検出器８の中心部に形成された開口部１１を通過して光透過性基板７の上面に置かれた画像原稿２に照射される。
【００２９】
ここでは、光源３としては、原稿全面を一度に照射することが可能な白色の面光源を想定しており、例えば、白色蛍光灯や白色ＬＥＤと、導光板を組み合わせた面発光素子などを用いればよい。光源１から放射され、格子状に配置されたマイクロレンズ３で集光された光は、光検出器８の中央部に形成された開口部１１をほぼ全て通過するように集光されている。
【００３０】
画像原稿２の照射面で反射された光は、光透過性基板７下面に光透過性基板７と一体で作製された光検出器８で受光され、光検出器８から出力された信号は、図示しない光透過性基板７上に一体で形成された電気配線で信号処理部１０に伝送され、更に所定の信号処理後、外部処理装置へ送られ、原稿画像を電子データとして取り込むように構成されている。
【００３１】
また、光検出器８は中央部に形成された開口部１１を取り囲むようにドーナツ状に形成されており、中央部の開口部１１を通過して、画像原稿２の照射面で反射された光を効率よく受光でき、かつ隣接する光検出器８に余分な光が入射することがないように構成されている。従って、隣接する画素への迷光を防止できると共に、光源３から照射された光をほぼ全て原稿画像２に照射することができるので、光利用効率の高い画像読取装置を構成している。ここではマイクロレンズアレイ５、カラーフィルタ６及び光検出器８を格子状に配置しているが、ハニカム構造等のより高い読み取り解像度が得られる配置にしてもよい。
【００３２】
なお、カラーフィルタ６は、カラー画像の取り込みを可能にするものである。３種類の原色系（赤、青、緑）又は補色系（シアン、マゼンダ、イエロー）のフィルタが周期的に光透過性基板７上に配置されている。
【００３３】
また、光透過性基板７上にマイクロレンズ５、カラーフィルタ６、光検出器８及び遮光膜９を一体で形成しているので、装置全体を薄型化することが可能となる。
【００３４】
次に、光透過性基板７上に光検出器８及び半導体を用いた信号処理部１０を形成する方法について図３を参照して説明する。
【００３５】
光透過性基板７上に半導体素子である薄膜トランジスタを形成するには、まず薄膜トランジスタの活性領域を構成する結晶性の良い珪素膜を作製する必要がある。それには、プラズマＣＶＤやＬＰＣＶＤ等の装置を用いて光透過性基板７上に非晶質の珪素膜を成膜する。そして、その膜の表面にある自然酸化膜及び汚れ除去のためのフッ酸処理を行った後、濡れ性改善のため酸化膜を成膜する。次に触媒元素、例えばＮｉを含む酢酸塩水溶液をその珪素膜表面に複数回塗布後、スピンドライすることにより、光透過性基板７上にＮｉを含む珪素膜が形成される。その後、５５０℃の下で４時間の加熱処理を行うことにより、非晶質の珪素膜は、Ｎｉの触媒作用によって結晶化が進み結晶性の珪素膜１２ａが得られる（工程ａ）。
【００３６】
また、結晶性の珪素膜１２ａに対して、パワー密度２００〜３５０ｍＪ／ｃｍ２のＫｒＦレーザー（波長２４８ｎｍ、パルス幅３０ｎｓ）を窒素雰囲気中で数ショット照射して、珪素膜１２ａの結晶性を更に高くしてもよい。
【００３７】
次の工程ｂでは、上記の処理によって形成した結晶性の珪素膜１２ａに、一般的に用いられている半導体プロセスを適用して薄膜トランジスタ１２ｂとする。その後、遮光膜９を薄膜トランジスタ１２ｂ表面に形成する。
【００３８】
次の工程ｃでは、光検出器８上に光源３からの光が光検出器８に入射しないようにするための遮光膜９をパターンニングして形成する。また、これらの光検出器８及び信号処理部１０を接続する電気配線を一般的な配線プロセスにより作製する。
【００３９】
最後に、光検出器８に隣接して遮光膜９上にカラーフィルタ６をパターニングする（工程ｄ）。このカラーフィルタ６は、前述のように原色系、又は補色系の着色透明材料を用いればよい。
【００４０】
なお、ここでは、光検出器８及び信号処理部１０の半導体素子は、珪素膜をＮｉ等の触媒金属を用いて成膜した結晶性の珪素膜を使用して作製したが、画像処理装置によっては、必要な処理速度に応じて非晶質の珪素膜により作製した半導体素子を光検出器８及び信号処理部１０に適用してもよい。また、非晶質の珪素膜により作製した半導体素子を光検出器８に適用し、結晶性の珪素膜を使用して作製した半導体素子を信号処理部１０に適用してもよい。例えば、信号処理部１０において、信号処理速度が速い特性の半導体性能が必要な場合には、上述のようにＮｉ等の金属触媒を用いて結晶化させた結晶性珪素膜により作製した半導体素子を信号処理部１０に適用し、その必要がない場合には非晶質の珪素膜から作製した半導体素子を使用してもよい。
【００４１】
次に、マイクロレンズアレイ３の製造方法について図４を参照して説明する。
【００４２】
図４において、まず基板１３上にフォトレジスト１４を塗布する（工程ａ）。次に、電子ビームを用いてビームの照射量を調節しながらマイクロレンズ状になるように露光して現像する（工程ｂ）。そうしてマイクロレンズアレイ５のマスター１５ができる。作製したマスター１５に金属メッキを施すことによって金属スタンパー１６を作製する（工程ｃ）。そして、金属スタンパー１６をマスター１５から切り離す（工程ｄ）。
【００４３】
この金属スタンパー１６を用いて、マイクロレンズアレイ５となる基板１７上に紫外線硬化樹脂１８を転写し（工程ｅ）、更に紫外線を照射して紫外線硬化樹脂１８を硬化させることで、マイクロレンズアレイ５が作製される（工程ｆ）。
【００４４】
このとき、紫外線硬化樹脂１８とマイクロレンズアレイ５を作製する基板１７の屈折率はほぼ等しくなるようにしている。
【００４５】
また、本実施形態では、電子ビーム露光により作製した金属スタンパー１６でマイクロレンズアレイ５を作製する方法を例示したが、マイクロレンズアレイ５を作製する方法はこれに限定されるものではない。
【００４６】
次に、光検出器８及び信号処理部１０が一体で形成された光透過性基板７と、マイクロレンズアレイ５を貼り合わせて一体にする方法について図５を参照して説明する。
【００４７】
この方法では、まず光透過性基板７の光検出器８及び信号処理部１０が作製された面に紫外線硬化樹脂などの光透過性の接着剤１９を塗布する。そして、マイクロレンズアレイ５と光透過性基板７は、マイクロレンズアレイ５のレンズ部分が接着剤１９に埋まってしまうように貼り合わせることによって一体に形成される。ここで接着剤１９の屈折率は、マイクロレンズアレイ５がレンズとして機能するように、マイクロレンズアレイ５の屈折率よりも低いものを用いる。
【００４８】
なお、図１では、光源３が光透過性基板７と一体となっていないが、次のような方法によって、一体にすることができる。すなわち、別の光透過性基板上に面発光素子を作製し、光検出器及び信号処理部が一体で形成された光透過性基板とマイクロレンズアレイを前述の方法（図５参照）によって貼り合わせることによって、光源と光透過性基板とを一体に成形することができる。そのような一体化は、より一層の画像読取装置の薄型化を図る上で非常に有用である。
【００４９】
加えて、図１に示す画像読取装置１のように、光源、マイクロレンズアレイ、光検出器及び信号処理回路が一体で形成された光透過性基板、読取原稿の順番にされた配置により、各部品の機能を効率的に発揮させることができる。
【００５０】
＜実施形態２＞
図６は、本発明の実施形態２に係る画像読取装置の全体の構成を示している。図６に示す実施形態２に係る画像読取装置２０は、以下の点で実施形態１に係る画像読取装置１と異なる。すなわち、画像読取装置２０は、光透過性基板７が第１の光透過性基板７ａとそれと隣接して配置され画像原稿を支持する第２の光透過性基板７ｂによって構成され、第１の光透過性基板７ａと第２の光透過性基板７ｂの面内方向の位置の変位を制御する位置制御装置２１を具備していることである。ここで、第１の光透過性基板７ａは光検出器８と図示しない信号処理部とが一体で形成されている。そして他の点は、実施形態２においても実施形態１の場合と同様である。
【００５１】
上記の相違点を有する画像読取装置２０は、以下に説明するように解像度を更に向上して画像の読取動作を行うことができる。
【００５２】
まず、光透過性基板７の下面に配置された光源３から放射された光４は、マイクロレンズアレイ５を透過して収束光となり、カラーフィルタ４を通過し、更に光検出器８の中心部に形成された開口部１１を通過して第１の光透過性基板７ａの上面に置かれた画像原稿面に照射される。
【００５３】
画像原稿面で反射された光は、第１の光透過性基板７ａの下面に形成されている光検出器８で受光され、光検出器８から出力された信号は図示しない信号処理部に送られ、所定の信号処理を行った後、図示しない外部処理装置へ送られて画像原稿を第１の電子データとして取り込む。
【００５４】
次に、第１の光透過性基板７ａと第２の光透過性基板７ｂの相対位置を、位置制御装置２１によってマイクロレンズアレイ５のレンズピッチの半分Ｌだけｘ方向に変位（移動）させて再度画像原稿を第２の電子データとして取り込む。また同様にｙ方向（紙面に対して垂直方向）に変位させて画像原稿を第３の電子データとして取り込む。更に同様にｘ方向と反対に変位させ、画像原稿を第４の電子データとして取り込む。
【００５５】
これら第１から第４の電子データは、互いに原稿画像を補完する情報となっているため、第１から第４の電子データを結合することで、各取り込み時の電子データをｘ、ｙ方向にそれぞれ２倍高解像度化することが可能となる。
【００５６】
また、この方法によれば、第１の光透過性基板７ａ、及び第２の光透過性基板７ｂの相対位置をマイクロレンズアレイ５のレンズピッチの半分Ｌよりｘ、ｙ方向に細かく変位させて画像を取り込み、各データを結合することで、更に高解像度で画像を取り込むことができる。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の画像読取装置及びその製造方法によると、装置は簡単な構造で薄型化され、信頼性及び精度が高い画像情報が得られる画像読取装置及びその製造方法を提供することができる。
【００５８】
特に、本発明では、画像読取装置は各光検出器に光源から照射された光をほぼ全て透過させるための開口部が形成されている。従って、光利用効率を高くすることができ、光を透過する開口部が制限されていることで、隣接する光検出器に不要な光が入射しないので迷光の発生が防止される。また入射光の領域が規定されているので、より精度の高い画像情報を得ることができる。また、本発明の画像読取装置では、原稿画像と光透過性基板の相対位置を変位させて原稿画像を取り込み、取り込みデータを結合することで、更に高解像度の画像情報を得ることができる。そして光透過性基板と半導体素子を有する光検出器及び信号処理部の一体化、その光透過性基板とマイクロレンズアレイ及び／又は光源と一体化することによって、装置全体が薄型化し簡単な構造とすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１に係る画像読取装置の断面を示した図である。
【図２】本発明の実施形態１に係る画像読取装置の平面図である。
【図３】本発明の実施形態１に係る画像読取装置を構成する光検出器および信号処理部の製造方法を示した図である。
【図４】本発明の実施形態１に係る画像読取装置を構成するマイクロレンズアレイの製造方法を示した図である。
【図５】本発明の実施形態１に係る画像読取装置の製造方法を示した図である。
【図６】本発明の実施形態２に係る画像読取装置の断面を示した図である。
【図７】従来の画像読取装置の光学系の断面を示した図である。
【図８】従来の画像読取装置の平面図である。
【符号の説明】
１ 実施形態１に係る画像読取装置
２ 画像原稿
３ 面光源
４ 光
５ マイクロレンズアレイ
６ カラーフィルタ
７ 光透過性基板
８ 光検出器
９ 遮光膜
１０ 信号処理部
１１ 開口部
１２ 珪素膜
１３ 基板
１４ フォトレジスト
１５ マイクロレンズアレイのマスター
１６ 金属スタンパー
１７ 基板
１８ 紫外線硬化樹脂
１９ 接着剤
２０ 実施形態２に係る画像読取装置
２１ 位置制御装置
７ａ 第１の光透過性基板
７ｂ 第２の光透過性基板
１０１ 面光源
１０２ ファイバプレート
１０３ａ、１０３ｂ 光
１０４ 受光素子
１０５ 間隙
１０６ 被検体対接体
１０７ 被検体
Claims (9)
- 読取対象となる読取原稿を支持する光透過性基板と、読取原稿を照射する光源と、前記光源から放射された光を原稿上に集光する複数の集光素子と、前記複数の集光素子によって集光され、前記読取原稿から反射された光を検出する複数の光検出器と、前記複数の光検出器からの出力信号を処理する信号処理部とを設けた画像処理装置において、
前記複数の光検出器は各々に開口部を有し、
前記複数の光検出器及び前記信号処理部は半導体素子を有し、
前記光透過性基板上に前記複数の光検出器及び前記信号処理部が一体で形成されていることを特徴とする画像読取装置。 - 読取対象となる読取原稿を支持する光透過性基板と、読取原稿を照射する光源と、前記光源から放射された光を原稿上に集光する複数の集光素子と、前記複数の集光素子によって集光され、前記読取原稿から反射された光を検出する複数の光検出器と、前記複数の光検出器からの出力信号を処理する信号処理部とを設けた画像処理装置において、
前記複数の光検出器は各々に開口部を有し、
前記複数の光検出器及び前記信号処理部は半導体素子を有し、
前記光透過性基板は第１の光透過性基板及び第２の光透過性基板から構成されており、前記第１の光透過性基板と前記第２の光透過性基板の相対位置を変位させる位置制御装置を有し、
前記第１の光透過性基板及び第２の光透過性基板から構成されている光透過性基板上に前記複数の光検出器及び前記信号処理部が一体で形成されていることを特徴とする画像読取装置。 - 請求項１又は請求項２に記載の画像読取装置において、前記半導体素子が結晶性の珪素膜を加工してなる薄膜トランジスタであることを特徴とする画像読取装置。
- 請求項１又は請求項２に記載の画像読取装置において、前記光源の光が前記光検出器に入射することを防止する遮光膜が、前記光源と前記光検出器との間に配置されており、前記光検出器の半導体素子が前記遮光膜による遮光領域に一体で形成されていることを特徴とする画像読取装置。
- 請求項１又は請求項２に記載の画像読取装置において、前記複数の集光素子はマイクロレンズアレイであり、前記光検出器及び信号処理部が一体で形成された光透過性基板と前記マイクロレンズアレイが一体で形成されていることを特徴とする画像読取装置。
- 請求項１又は請求項２に記載の画像読取装置において、前記光源は面光源であり、前記光検出器及び信号処理部が一体で形成された光透過性基板と、前記面光源が一体的に形成されていることを特徴とする画像読取装置。
- 請求項１又は請求項２に記載の画像読取装置において、前記光源、前記複数の集光素子、前記光検出器及び信号処理部が一体で形成された光透過性基板、前記読取原稿の順番に重なり合うように配置されていることを特徴とする画像読取装置。
- 画像読取装置の製造方法であって、
結晶性の珪素膜を光透過性基板上に形成する工程と、
前記光透過性基板上に形成された珪素膜を用いて半導体素子を形成する工程と、
マイクロレンズアイを作製する工程と、
上記工程により半導体素子が形成された前記光透過性基板と前記マイクロレンズアイとを貼り合わせる工程とを含むことを特徴とする画像読取装置の製造方法。 - 請求項８に記載の画像読取装置の製造方法において、
前記半導体素子を形成する工程は、
前記珪素膜に珪素膜の結晶性を促進する触媒元素又は触媒元素を含む化合物を保持させる工程と、
前記触媒元素又は触媒元素を含む化合物を保持させた珪素膜に対して加熱処理と共にレーザー光又は強い光を照射する工程とを含むことを特徴として薄膜トランジスタを形成する画像読取装置の製造方法。
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