JP2586348B2 - ２次元密着イメージセンサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ファクシミリ等の画像
入力装置に用いられる２次元イメージセンサに関する。

【０００２】

【従来の技術】ファクシミリ等の画像入力装置において
は、イメージセンサは各センサが１次元配列された線状
のものとなっており、該イメージセンサを読取原稿面に
対して、あるいは読取原稿をイメージセンサに対して移
動させることにより２次元の画像入力を行なっている。
この場合、イメージセンサを各センサが２次元配列され
た面状のものとすることにより、読取時間の短縮を図る
ことや、読取原稿あるいはイメージセンサの機械的移動
を必要としない２次元画像入力が可能となる。

【０００３】各センサを面状に配列したイメージセンサ
としては、特開昭６３−３１６１９０号公報および特開
平１−９４７７５号公報に記載されている２次元密着イ
メージセンサがある。以下、これら各公報に記載されて
いる２次元密着イメージセンサについて説明する。

【０００４】図５は、特開昭６３−３１６１９０号公報
に記載された２次元密着イメージセンサの概略を示す構
成図である。

【０００５】図５において、５０は読取原稿、５１は読
取原稿５０上方に設けられたレンズアレイ、５２はガラ
ス基板、５３はガラス基板５２上に面状に多数個並んだ
フォトダイオードセル、５４は読取原稿５０を照明する
ためのＬＥＤアレイよりなる光源である。読取原稿５０
はレンズアレイ５１の焦点位置に配置されており、該読
取原稿５０がレンズアレイ５１を介して等倍結像される
位置にフォトダイオードセル５３が配置されている。

【０００６】上記のように構成される２次元密着イメー
ジセンサでは、光源５４によって読取原稿５０が照明さ
れ、その読取原稿５０からの反射光がレンズアレイ５１
によってフォトダイオードセル５３の入射面に結像され
る。すなわち、フォトダイオードセル５３上には、読取
原稿５０のうちの所定領域の２次元画像の正立等倍像が
結像される。

【０００７】フォトダイオードセル５３上に２次元画像
の正立等倍像が結像されると、各フォトダイオードセル
５３からの出力信号が不図示のメモリ部に入力され、画
像情報として記憶される。このようにして、読取原稿が
２次元画像として読み取られる。

【０００８】図６は、特開平１−９４７７５号公報に記
載された２次元密着イメージセンサの概略を示す構成図
である。

【０００９】図６において、６０は撮影画像、６１は撮
影画像６０を結像させる２次元屈折率分布型レンズアレ
イ、６２は光量を電気量に変換する２次元撮像素子アレ
イである。撮影画像６０と、２次元屈折率分布型レンズ
アレイ６１と、２次元撮像素子アレイ６２とは、撮影画
像６０が２次元撮像素子アレイ６２の結像面上で正立等
倍結像する位置に配置されている。

【００１０】上記のように構成される２次元密着イメー
ジセンサでは、光源（不図示）からの光を受けて撮影画
像６０が反射する光は、２次元屈折率分布型レンズアレ
イ６１により、２次元撮像素子アレイ６２上に結像され
る。ここで結像された像は、２次元撮像素子アレイ６２
により電気的に変換され、不図示の制御部よって安定な
画像信号に生成される。このようにして、読取原稿が２
次元画像として読み取られる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の２次元密着イメージセンサのそれぞれには、以
下のような問題点がある。

【００１２】図５および図６に示した２次元密着イメー
ジセンサのいずれのものにおいても、光源は、読取原稿
（または撮像画像）からの反射光のフォトダイオードセ
ル（または２次元撮像素子アレイ）への入射を妨げるこ
とのないように、読取原稿の周辺（若しくは、レンズア
レイの横）に配置されている。このように、光源の配置
が読取原稿の周辺となるものにおいては、光源による読
取原稿の照明に光量分布（位置によって光量が異なる）
が生じ、正確に画像を読み取ることができないという問
題点がある。

【００１３】また、上記のような構成のものにおいて
は、十分な領域を照明するためには、読取原稿と該読取
原稿からの反射光を結像するレンズアレイ（または、２
次元屈折率分布型レンズアレイ）との間隔を十分にとる
ことが必要とされる。このように、読取原稿とレンズア
レイの間隔を大きく取ることが必要とされるイメージセ
ンサにおいては、イメージセンサが組み込まれる装置の
小型化・薄型化を図ることができないという問題点があ
る。

【００１４】本発明は、上記各問題に鑑みてなされたも
のであって、光源による読取原稿の照明を一様なものと
することができ、かつ読取原稿とレンズアレイの間隔を
小さなものとすることができる２次元密着イメージセン
サを提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の２次元密着イメージセンサは、原稿面に対
向して配置される第１の基板と、上記第１の基板に対向
して設けられた第２の基板と上記第１の基板の原稿側の
面に所定間隔で２次元配列されて設けられ、上記原稿面
を一様に照明する複数の照明手段と、上記第１の基板に
所定間隔で２次元配列されて固定された複数の正立等倍
マイクロレンズと、上記第２の基板の上記第１の基板側
の面に面状に配置された複数の光電変換素子とを有し、
上記複数の照明手段による照明によって生成された上記
原稿面の光学像の正立等倍像を、上記複数の正立等倍マ
イクロレンズによって上記複数の光電変換素子上に結像
することを特徴とするものとなっている。

【００１６】また、本発明の２次元密着イメージセンサ
は、原稿面に対向して配置される第１の基板と、上記第
１の基板に対向して設けられた第２の基板と、上記第１
の基板の原稿側の面に所定間隔で２次元配列されて設け
られ、上記原稿面を一様に照明する複数の照明手段と、
上記第１の基板に所定間隔で２次元配列されて固定さ
れ、上記複数の照明手段による照明によって生成される
上記原稿面の光学像を反転縮小結像する複数の反転縮小
マイクロレンズと、上記複数の反転縮小マイクロレンズ
における上記原稿面の光学像の反転縮小像が、上記原稿
面の光学像を所定領域毎に分割したものとなるように、
上記各反転縮小マイクロレンズにおける結像領域を制限
する遮光手段と、上記第２の基板の上記第１の基板側の
面の、上記原稿面の光学像が上記複数の反転縮小マイク
ロレンズによって反転縮小結像されるそれぞれの結像領
域に設けられた、複数の光電変換素子を面状に配置して
なる複数の受光領域とを有することを特徴とするものと
なっている。

【００１７】

【作用】本発明の２次元密着イメージセンサのいずれの
ものにおいても、照明手段は原稿面に対向して配置され
る第１の基板（マイクロレンズが設けられる基板）に所
定間隔で２次元配列されているので、原稿面を一様に照
明することができる。したがって、照明手段が原稿の周
辺に配置される従来の２次元密着イメージセンサのよう
に照明むらが生じることはない。

【００１８】さらに、上記構成により、第１の基板を原
稿面に近付けて配置することができるので、２次元密着
イメージセンサが組み込まれる装置の小型化・薄型化を
図ることができる。

【００１９】また、本発明のうち正立等倍マイクロレン
ズが用いられたものにおいては、各照明手段による照明
により生成された原稿の光学像は、正立等倍マイクロレ
ンズによって複数の光電変換素子よりなる面状の受光面
（結像面）に正立等倍結像されるので、各マイクロレン
ズにおける結像領域が重複する領域は該受光面上の同一
位置に結像されたものとなる。

【００２０】また、本発明のうち反転縮小マイクロレン
ズが用いられるものにおいては、各反転縮小マイクロレ
ンズの縮小結像領域が遮光手段によって制限されてお
り、第２の基板上に設けられた各受光面（結像面）がそ
の遮光手段によって制限された各反転縮小マイクロレン
ズの縮小結像領域にそれぞれ設けられているので、各照
明手段による照明によって生成された原稿の光学像は、
所定領域毎に分割されて、該分割された領域の反転縮小
像が上記各受光面にそれぞれ結像される。したがって、
各反転縮小マイクロレンズによって反転縮小結像される
像に重複する領域が生じることはない。

【００２１】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００２２】図１は、本発明の第１の実施例の２次元密
着イメージセンサの概略を示す構成図である。図２は、
図１に示す２次元密着イメージセンサの光学的作用を説
明するための略断面図である。

【００２３】図１および図２において、１１は原稿、１
２は原稿１１と対向して設けられたガラスエポキシ基
板、１３はガラスエポキシ基板１２の原稿１１側の面上
に複数設けられたＬＥＤ、１４はガラスエポキシ基板１
２に複数固定された正立等倍マイクロレンズ、１６はガ
ラスエポキシ基板１２と対向して設けられたガラス基
板、１７はガラス基板１６のガラスエポキシ基板１２側
の面に面状に配置されたフォトダイオードである。

【００２４】各ＬＥＤ１３は、原稿１１を一様に照明す
るように所定の間隔で２次元的に配列されている。各正
立等倍マイクロレンズ１４は、所定の間隔で２次元的に
配列されており、複数のＬＥＤ１３による照明によって
生成される原稿１１の光学像を、正立等倍の光学像とし
て後述する複数のフォトダイオード１７よりなる受光面
上に結像する。

【００２５】各フォトダイオード１７は、周知のアモル
ファスシリコン技術によって形成されており、面状に配
列されている。この複数のフォトダイオード１７は、複
数の正立等倍マイクロレンズ１４によって結像される光
学像を電気信号に変換し、該電気信号を不図示の処理部
へ送出する。

【００２６】次に、上述のように構成される２次元密着
イメージセンサーの動作について説明する。

【００２７】まず、原稿１１、ガラスエポキシ基板１２
およびガラス基板１６を、原稿１１の光学像が各正立等
倍マイクロレンズ１４によって複数のフォトダイオード
１７よりなる受光面上に正立等倍結像されるよう配置す
る。ここで、ガラスエポキシ基板１２上に設けられてい
る複数のＬＥＤ１３を点灯すると、原稿１１が一様に照
明される。

【００２８】複数のＬＥＤ１３により原稿１１が一様に
照明されると、原稿１１からの反射光（光学像）が各正
立等倍マイクロレンズ１４のそれぞれによって各フォト
ダイオード１７の受光面上に正立等倍結像される。この
とき、例えば、図２に示す点Ａにおける像は、隣接する
正立等倍マイクロレンズ１４ａ、１４ｂのそれぞれによ
って結像されるが、各正立等倍マイクロレンズはそれぞ
れの領域の光学像を正立等倍結像しているので、各正立
等倍マイクロレンズ１４ａ、１４ｂによって結像される
点Ａにおける像は図２に示すように同一の点Ｂに重複し
て結像される。

【００２９】原稿１１の光学像が各フォトダイオード１
７の受光面上に各正立等倍マイクロレンズによって正立
等倍結像されると、各フォトダイオード１７では正立等
倍結像された光学像が電気信号に変換される。そして、
不図示の処理部で、変換された電気信号を基に画像信号
が生成される。このようにして、原稿１１が２次元的に
読み取られる。

【００３０】以上説明した第１の実施例のものでは、各
正立等倍マイクロレンズによって正立等倍結像される光
学像はフォトダイオードの受光面上で重複する領域が存
在するが、遮光部材を用いることによりその重複領域を
なくすことができる。以下に、遮光部材を用いてフォト
ダイオードの受光面上における重複領域をなくした実施
例について説明する。

【００３１】図３は、本発明の第２の実施例の２次元密
着イメージセンサの概略を示す構成図である。図４は、
図３に示す２次元密着イメージセンサの光学的作用を説
明するための略断面図である。

【００３２】図３および図４において、３１は原稿、３
２は原稿３１と対向して設けられたガラスエポキシ基
板、３３はガラスエポキシ基板３２の原稿３１側の面上
に複数設けられたエレクトロルミネセンス（ＥＬ）素
子、３４はガラスエポキシ基板３２に複数固定された反
転縮小マイクロレンズ、３５はガラスエポキシ基板３２
と対向して設けられたガラス基板、３６はガラス基板３
６のガラスエポキシ基板１２側の面に面状に複数配置さ
れた２次元イメージセンサチップ、３７はガラスエポキ
シ基板３２とガラス基板３５との間に、各反転縮小マイ
クロレンズ３４毎に設けられた遮光部材である。

【００３３】各エレクトロルミネセンス（ＥＬ）素子３
３は、原稿３１を一様に照明するように所定の間隔で２
次元的に配列されている。各反転縮小マイクロレンズ３
４は、所定の間隔で２次元的に配列されており、各エレ
クトロルミネセンス（ＥＬ）素子３３による照明によっ
て生成される原稿３１の光学像を、後述するように複数
のブロックに分割された２次元イメージセンサチップ３
７の受光面に反転縮小結像する。

【００３４】各２次元イメージセンサチップ３７は、面
状に配列され、複数の受光領域に分割されている。各受
光領域は各反転縮小マイクロレンズ３４に対応して設け
られており、各反転縮小マイクロレンズ３４によって縮
小結像される原稿３１の光学像が各マイクロレンズ毎に
各受光領域に縮小結像される。この各２次元イメージセ
ンサチップ３７のそれぞれは、各反転縮小マイクロレン
ズ３４によって結像される光学像を、電気信号に変換す
る。

【００３５】遮光部材３７は、各反転縮小マイクロレン
ズ３４における、各エレクトロルミネセンス（ＥＬ）素
子３３による照明によって生成された原稿３１の光学像
の結像領域を制限するものである。本実施例では、複数
の２次元イメージセンサチップ３７よりなる各受光領域
に結像される各反転縮小マイクロレンズの反転縮小結像
像（縮小像）は、遮光部材３７による各反転縮小マイク
ロレンズ３４の結像領域の制限によって、原稿３１の光
学像を所定領域毎にマトリクス状に分割したものとなっ
ている。すなわち、各受光領域には、マトリクス状に分
割された原稿３１の光学像の各像が、重複することなく
反転縮小結像される。

【００３６】次に、上述のように構成される２次元密着
イメージセンサーの動作について説明する。

【００３７】まず、原稿３１、ガラスエポキシ基板３２
およびガラス基板３６を、原稿３１の光学像が各反転縮
小マイクロレンズ３４によって、複数の２次元イメージ
センサチップ３７よりなる各受光領域に反転縮小結像さ
れるような配置に設定する。ここで、ガラスエポキシ基
板３２上に設けられている各エレクトロルミネセンス
（ＥＬ）素子３３を点灯すると、原稿３１が一様に照明
される。

【００３８】各エレクトロルミネセンス（ＥＬ）素子３
３の点灯により原稿３１が一様に照明されると、該原稿
３１からの反射光（光学像）が、各反転縮小マイクロレ
ンズ３４によって、複数の２次元イメージセンサチップ
３７よりなる各受光領域に反転縮小結像される。このと
き、各反転縮小マイクロレンズ３４による光源３１の光
学像の結像は、遮光部材３７によって結像領域が制限さ
れている。例えば図４に示すうように、隣接する反転縮
小マイクロレンズ３４ａ，３４ｂの結像領域の境界（点
Ａの位置）は、受光領域３７ａ，３７ｂの縁端部（点
Ｂ，Ｂ’の位置）に結像される。すなわち、各受光領域
上には、各受光領域の真上にあるマイクロレンズによる
光学像のみが結像される。

【００３９】原稿３１の光学像が所定領域毎に、複数の
２次元イメージセンサチップ３７よりなる各受光領域に
それぞれ反転縮小結像されると、結像された各光学像は
それぞれ電気信号に変換される。そして、不図示の処理
部で変換された電気信号を基に画像信号が生成される。
このようにして、原稿３１が２次元的に読み取られる。

【００４０】なお、本実施例では、遮光部材３７はガラ
スエポキシ基板３２とガラス基板３５との間に設けられ
ているが、各反転縮小マイクロレンズ３４における原稿
３１の光学像の結像領域を制限できればよく、例えば、
各反転縮小マイクロレンズ３４に絞りを設けたものであ
ってもよい。

【００４１】

【発明の効果】本発明は以上説明したように構成されて
いるので、以下に記載するような効果を奏する。

【００４２】請求項１および請求項２に記載のものにお
いては、照明手段は、原稿面に対向して配置される第１
の基板（マイクロレンズが設けられる基板）に所定間隔
で２次元配列されているので、原稿面を一様に照明で
き、正確に画像を読み取ることできるという効果があ
る。

【００４３】さらに、正立等倍マイクロレンズ（また
は、反転縮小マイクロレンズ）が設けられる第１の基板
と原稿との間隔を小さなものとすることができるので、
当該イメージセンサが組み込まれる装置を従来にない小
型・薄型のものとすることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の２次元密着イメージセ
ンサの概略を示す構成図である。

【図２】図１に示す２次元密着イメージセンサの光学的
作用を説明するための略断面図である。

【図３】本発明の第２の実施例の２次元密着イメージセ
ンサの概略を示す構成図である。

【図４】図３に示す２次元密着イメージセンサの光学的
作用を説明するための略断面図である。

【図５】特開昭６３−３１６１９０号公報に記載された
２次元密着イメージセンサの概略を示す構成図である。

【図６】特開平１−９４７７５号公報に記載された２次
元密着イメージセンサの概略を示す構成図である。

【符号の説明】

１１、３１ 原稿 １２、３２ ガラスエポキシ基板 １３ ＬＥＤ １４ 正立等倍マイクロレンズ １６、３５ ガラス基板 １７ フォトダイオード ３３ エレクトロルミネセンス（ＥＬ）素子 ３４ 反転縮小マイクロレンズ ３６ ２次元ＣＣＤイメージセンサチップ ３７ 遮光部材

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原稿面に対向して配置される第１の基板
   と、 前記第１の基板に対向して設けられた第２の基板と前記
   第１の基板の原稿側の面に所定間隔で２次元配列されて
   設けられ、前記原稿面を一様に照明する複数の照明手段
   と、 前記第１の基板に所定間隔で２次元配列されて固定され
   た複数の正立等倍マイクロレンズと、 前記第２の基板の前記第１の基板側の面に面状に配置さ
   れた複数の光電変換素子とを有し、 前記複数の照明手段による照明によって生成された前記
   原稿面の光学像の正立等倍像を、前記複数の正立等倍マ
   イクロレンズによって前記複数の光電変換素子上に結像
   することを特徴とする２次元密着イメージセンサ。
2. 【請求項２】 原稿面に対向して配置される第１の基板
   と、 前記第１の基板に対向して設けられた第２の基板と、 前記第１の基板の原稿側の面に所定間隔で２次元配列さ
   れて設けられ、前記原稿面を一様に照明する複数の照明
   手段と、 前記第１の基板に所定間隔で２次元配列されて固定さ
   れ、前記複数の照明手段による照明によって生成される
   前記原稿面の光学像を反転縮小結像する複数の反転縮小
   マイクロレンズと、 前記複数の反転縮小マイクロレンズにおける前記原稿面
   の光学像の反転縮小像が、前記原稿面の光学像を所定領
   域毎に分割したものとなるように、前記各反転縮小マイ
   クロレンズにおける結像領域を制限する遮光手段と、 前記第２の基板の前記第１の基板側の面の、前記原稿面
   の光学像が前記複数の反転縮小マイクロレンズによって
   反転縮小結像されるそれぞれの結像領域に設けられた、
   複数の光電変換素子を面状に配置してなる複数の受光領
   域とを有することを特徴とする２次元密着イメージセン
   サ。