JPH02244973A - 画像読み取り装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野］ 本発明はファクシミリ、デジタル複写機、イメージスキ
ャナー等の画像読み取りを行う部分の光学系の構成に関
する。

［従来の技術］ 原稿と同じ長さの画素列長を有するいわゆる密着型イメ
ージセンサ−を用いて画像を読み取る方法には、自己集
束性ロッドレンズアレイを用いて結像した等倍像を読み
取るものと、原稿面に光電変換素子を近接させ原稿面で
の反射光を結像させることなく直接読み取るものとある
。どちらも縮小型の光学系を用いるものに比べ非常に光
路長が短く原稿面からの反射光の利用率が高いため、コ
ンパクトに明るい光学系を構成することが可能で、ファ
クシミリや各種の画像人力装置への応用が期待されてい
る。特に後者は結像させるための光学素子を必要とせず
、前者に比べ低コスト化が可能であり、−層装置をコン
パクトに構成することが可能であるという点で画像読み
取り装置の応用範囲を広げるものとして期待されている
。

第２図にこの原稿面からの反射光を直接読み取る方式の
光学系の一例を示す。同図に於て充電変換素子２１１は
下部電極２０２、光導電層２０３と透明上部電極２０４
により構成され、紙面に垂直な方向に多数配列されてい
るものとする。該光電変換素子中には照明窓２３１が設
けられており、光源２２１からの照明光２２３は該絶縁
性透明基板及びこの照明窓を通して原稿面２４１に達す
る。この場合光電変換素子の下部電極は遮光層の役目を
兼ねており、光源からの光が直接光導電層に入射するの
を防いでいる。この様な光学系を紙面左右方向に移動す
ることにより、原稿面上の画像を読み取ることが出来る
。

原稿面からの反射光には、原稿面上での鏡面反射による
ものと原稿面に一旦浸入した復出射されて来るものとが
ある。前者は照明光が入射した角度に応じて出射され、
原稿面の濃淡の情報はほとんど含んでいないものである
。後者は照明光の入射角度にほとんど依存せず、原稿面
から完全散乱に近い形で出射し、原稿面の濃淡の情報を
含んだものである。以後前者を表面反射光、後者を原稿
光と呼ぶことにする。原稿面の画像を読み取るためにほ
この原稿光のみを光電変換素子に入射させる必要がある
。

ここに示す例では原稿面にほぼ垂直に照明光が入射する
ため、表面反射光は原稿面にほぼ垂直に出射され、照明
窓を通して光源方向に戻る。このため充電変換素子に表
面反射光が入射することはない。原稿光も最も強く出射
されるのは原稿面に垂直な方向であるが、角度を持った
成分も多く含んでいるためその一部が充電変換素子に入
射する。

この様なかたちで原稿面の画像の読み取りを行うことが
出来る。

［発明が解決しようとする課題］ この様な画像読み取り系の光源としては、蛍光管もしく
は多数のＬＥＤを一次元状に配列したＬＥＤアレイを利
用することが出来る。

ＬＥＤアレイは各ＬＥＤがほぼ点光源で、照明光が照明
窓に入射する角度を制御することが容易なため、先に示
したような形で効果的に表面反射光が光電変換素子に入
射するの防ぐことが出来る。

このため前者に比べてＳ／Ｎの高い読み取りを行うこと
が可能である。またＬＥＤは固体光源のため寿命が長く
、メンテナンスがいらない等の点でも有利である。この
ため光源としては一般にＬＥＤが用いられている。

しかしＬＥＤからの光は指向性が小さく照明窓のみに光
を集めることが難しいため、光の利用幼生が非常に低く
なってしまう。このため画像読み取りを行うのに十分な
明るさを得るには、充電変換素子の照明窓をかなり大き
く取ることが必要となる。これを補うため光学系を用い
て集光することも可能であるが、本来の利点である低コ
スト性やコンパクト性を損なうこととなってしまう。

また照明窓を小さくできないため、光電変換素子を縮小
することが難しく、撮像装置を高解像度化する上で大き
な障害となっている。

更にＬＥＤアレイそのものは点光源の集まりであり、光
学素子を介することなく照明を行うため長手方向に対す
る明るさのばらつきも大きくなり易い。このため読み取
り後に大幅な感度の補正が必要とされ、画像読み取り装
置としてのＳ　／　Ｎが低下してしまうと言う課題があ
る。

そこで本発明はこの様な課題を解決するためのもので、
指向性が高く長さ方向に対する均一性の高い光源を用い
ることでこの種の画像読み取り装置の低コスト性やコン
パクト性を損なうことなく高解像度化、Ｓ／Ｎの向上を
図ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段］ 本 発明の画像読み取り装置は光電変換素子を形成した基板
と、光源としての端面発光型の薄膜エレクトロルミネッ
センス素子を形成した基板とが、互いの素子面がほぼ垂
直に成るよに固定した構造を持つことを特徴とする。

また、該端面発光型の薄膜エレクトロルミネッセンス素
子を形成した基板の端面と、充電変換素子を形成した基
板の素子面とが、段差を持つように固定したことを特徴
とする特 ［実施例］ ここでまず本発明の重要な構成要素である端面発光型の
薄膜エレクトロルミネッセンス素子（以？１　Ｅ　Ｔ　
Ｆ　Ｅ　Ｌと呼ぶことにする。）について説明しておく
、ＥＴＦＥＬはＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｏｆ　　ｔｈｅ　
　ＳＩＤ、Ｖｏｌ、２８．８１　（１９８７）等に見ら
れるように薄膜エレクトロルミネッセンス素子の活性層
を素子面上での導波路と成るような条件で作製したもの
で、その断面図の一例を第３図に示す。

同図に於て３０１は絶縁性の基板、３０２は下部電極層
、３０３及び３０５は誘電体層、３０４はエレクトロル
ミネッセンスの活性層である。下部電極層はスパッタ法
により形成したパラジウム膜で膜厚は１０００人、誘電
体層は電子ビーム蒸着法により形成した酸化イツトリウ
ム（ＹｓＯ３）ＩＩＩで膜厚はそれぞれ２５００人、活
性層はスパッタ法にうより形成したマンガンを添加した
硫化亜鉛膜（ＺｎＳ：　Ｍｎ）で膜厚は１．３μ腫、上
部電極層はスパッタ法により形成したアルミニウム膜で
、膜厚は４０００人である。

基本的な構造は表示や照明に用いられる通常の薄膜エレ
クトロルミネッセンス素子と変わりがなく、この上下電
極間に数百Ｈｚ〜数百ｋＨｚの交流電圧を加えることに
より活性層内で発光が起こる。構造が簡単なため、大面
積に素子を形成することも比較的容易であり、長尺の発
光面を持つものを作ることが可能である。

通常の薄膜エレクトロルミネッセンス素子では電極のう
ちの一方を透明電極とし、素子面に垂直な方向に光を取
り出し表示やバックライトに用いている。その様な利用
法の場合には駆動電圧の低減が望まれるため活性層もで
きるだけ薄く作られ、通常５０００〜８０００人程度の
値が用いられる。

これに対してＥＴＦＥＬとして用いようとする場合には
活性層内で３１０に示すような素子面に平行な方向に光
が伝搬する必要がある。−・般に活性層は誘電体層と比
べて屈折率が大きいため、この屈折率の差を利用してス
テップインデックス型の導波路を構成することが出来る
。通常の表示やバックライトに用いられるものの場合活
性層の厚さが薄いため、導波路として十分な伝搬特性が
得られない。この活性層の厚さを厚くすることでこの導
波路の伝搬特性を向上させ、ＥＴＦＥＬとして利用する
ことが出来る。この活性層が厚いほど導波路内を伝搬す
るモードの数が増え伝搬特性が向上するが、駆動電圧の
増加及び端面がら出射する光の指向性が低下し、この様
な目的に用いいる場合には都合が悪くなる。このため発
光色にも依るが、活性層の厚みとしては８０００人〜２
μｍ程度の値を採るのが良い。

またＥＴＦＥＬの上にはガラス等による透明コーティン
グ層３０７が設けられている。これは素子を保護すると
共に、ＥＴＦＥＬの出射端面での屈折率の差を小さくし
て出射の効率を高めるためのもので、リンガラスや酸化
珪素等の透明でＥＴＦＥＬの活性層と空気の間の屈折率
を持つ材料が用いられる。

ここではＥＴＦＥＬを構成する材料として特定のものを
記載したが、導波路を構成することが出来るものであれ
ば通常の薄膜エレクトロルミネッセンス素子を構成する
材料のほとんどを利用することが可能である。例えば誘
電体層の材料として酸化タンタル（Ｔａ２０３）、アル
ミナ（Ａ　１２０１）、酸化珪素、窒化珪素、チタン酸
バリウム（ＢａＴｉＯｚ）、酸化窒化珪素（ＳｉＯ−Ｎ
ｖ）等を利用することも可能であるし、活性層の材料と
して硫化亜鉛の他にも硫化カドミウム（ＣｄＳ）、硫化
ストロンチウム（ＳｒＳ）やこれらの材料を有機材料中
に分散させたもの等を利用することも可能である。また
活性層中に添加する活性剤についても銅、鉛、テルビニ
ウム、塩素、弗素等を用いることが可能である。

以下実施例により本発明を説明するが、ここで光源とし
て用いられているＥＴＦＥＬは、以上述べたような方法
で作製されたものである。

第１図は本発明の実施例における画像読み取り装置の一
例を示す断面図である。　同図に於て充電変換素子１１
１は下部電極１０２、光導電層１（１３と透明上部電極
１０４により構成され、紙面に垂直な方向に多数配列さ
れているものとする。下部電極はスパッタ法により形成
したクロム膜で膜厚は２０００人、光導電層はプラズマ
ＣＶＤ法により形成した非晶質シリコン膜で膜厚は８０
００人、透明上部電極層はスパッタ法により形成したＩ
ＴＯ膜で膜厚は２０００人である。

該充電変換素子上には信頼性向上及び原稿面から素子を
保護するため、３層のパッシベーション層が設けられて
いる。１０７及１０９は酸化珪素等の無機材料によるパ
ッシベーション層で、耐湿性及び耐摩耗性を向上させる
働きをしている。１０８はポリイミド等の有機材料によ
るパッシベーション層で素子面上を平坦化する働きをす
るものである。

光源であるＥ　Ｔ　Ｆ　Ｅ　Ｌ　１２１を形成した基板
は、その素子面が充電変換素子を形成した基板１０１の
素子面とほぼ垂直になるように、光電変換素子を形成し
た基板の端面にその素子面を接着しである。ＥＴＦＥＬ
を形成した基板の光が出射される側の端面と基板１０１
の素子面との間には、８０μ厘程度の段差部１５１を設
けである。この段差部は光電変換素子を形成した基板と
、ＥＴＦＥＬを形成した基板とを接着する際、位置合わ
せの基準を変えることで作製することが出来る。また充
電変換素子の表面にスペーサーを載せて置き、ＥＴＦＥ
Ｌを形成した基板の端面と同じ位置に合わせて固定する
といった方法でも作製することが出来る。何れの方法で
もも互いの基板の素子面側を基準に位置合わせを行える
ため、従来に比べて組立は容易である。

ＥＴＦＥＬの光が出射する端面とその基板の端面との間
の距離も同様に８０μ叢としである。

この様な光学系を図では左右方向に原稿面上を移動させ
ることで原稿面上の画像を読み取ることが出来る。

段差部１５１によりこの部分での素子面と原稿面の接触
が妨げられ、原稿面１４１が充電変換素子上で素子面に
対して斜めになる形で数百μｍに渡って空間が形成され
る。Ｅ　Ｔ　Ｆ　Ｅ　Ｌ　１２１から出射した照明光１
２３はあまり広がることなく直下の原稿面にほぼ垂直に
入射する。ここに示す例の場合でこの照明光が入射する
範囲は、副走査方向（図では左右方向）に対して４０μ
−以下の広がりしか存在しない。原稿面からの光のうち
鏡面反射の成分はほぼ原稿面に垂直に出射されるため光
電変換素子に入射することはない。これに対し原稿光は
その一部が原稿面との間の空間を通して充電変換素子に
入射する形となり、原稿面の画像を読み取ることが出来
る。

この様な形による画像の読み取りは、ＥＴＦＥＬの出射
面と基板端面との距離がおよそ３０μｍ以上存在すれば
、段差部が存在しなくてもある程度のＳ／Ｎ″′Ｃ読み
取りを行うことが可能である。しかしその場合、充電変
換素子を形成した基板のダイシングした端面や接着剤の
周り込みの影響を受は易く、読み取りの感度やＳ／Ｎを
一定に保つに高度な作製技術が要求されることになる。

そこで段差部１５１を設けてＥＴＦＥＬの出射面と充電
変換素子を形成した基板の接着面を離してやることによ
り、さきに述べたような接着した端面の影響を防ぐこと
が出来る。更に原稿面と光電変換素子との間の空間が広
がることにより光電変換素子に入射する光の量も増加す
る。段差部の太きさが〜５００μ麿の範囲で画像の読み
取りを行うことは可能であるが、原稿面との接触の安定
性、作製の精度の問題もあり、良好な読み取りを行うに
は５０μｍ〜２００μ−とするのが望ましい。またＥＴ
ＦＥＬの出射面と基板端面との距離も作製の精度や、読
み取りの安定性の面から５０〜２００μｌとするのが望
ましい。

ＥＴＦＥＬの駆動は光量の変動が光電変換装素子の読み
取り走査に影響を与えないような周波数で行う必要があ
る。通常この様な目的に用いられる蓄積モードの読み取
りの場合には、走査時間が数ｍｓでこの場合には数に、
Ｈｚ〜数十ｋＨｚの範囲が効率等の点でも適当である。

電流モードで読み出しを行う場合には方式にも依るがよ
り高い周波数が要求される。

上述した様にこの画像読み取り装置は、ＥＴＦＥＬから
の光の指向性の高さを用いることで副走査方向に対する
分解能を向上させている。このため、充電変換素子の副
走査方向の大きさを比較的自由に設定することが出来、
高分解能化に伴う光電変換素子の蓄積容量の低下を補う
ことが出来る。

これは蓄積モードで読み取りを行う場合のＳ／Ｎの低下
を防ぐのに有効である。更に照明窓等が必要でなくなり
充電変換素子の構造が簡単になるため、主走査方向く充
電変換素子が配列されている方向）に対して高解像度化
を図ることが可能となった。

またＥＴＦＥＬからの光は非常に有効に照明に用いるこ
とが可能で、高い原稿面照度を得られ、高解像度化に伴
う読み取り感度の低下を抑えることが出来た。更にＥＴ
ＦＥＬは線状の光源であるため長手方向（光電変換素子
が配列されている方向）に対する明るさの均一性も高く
、光源のばらつきを補正することも不要で、この面でも
コストの低減を図ることが可能である。

更に薄膜とトランジスタ等により走査回路等を光電変換
素子と同一の基板上に形成すれば、より読み取りの高解
像度化、低コスト化、装置の小型化を図ることが出来る
。

またこの様な構造とする場合、直接原稿面に接触し最も
圧力のかかる部分はＥＴＦＥＬを作製した基板１２２の
端面でなく、従来のように素子面を原稿面に直接押し付
ける場合に比べて耐摩耗性の面でも優れている。

第４図は段差部の代わりにカバーガラスにより原稿面と
の間の空間を設けた本発明の実施例の断面図である。

同図に於て、光電変換素子４１１上には信頼性の向上を
図るために酸化珪素等の無機材料によるパッシベーショ
ン層４０６を設け、その上に原稿面との摩擦による静電
気の影響を防ぐための導電層４０７を形成しである。ま
たこの導電層により光電変換素子上に窓を設け、迷光が
入射するのを防ぎ、Ｓ／Ｎの向上を図っている。この導
電層の材料として工ＴＯ等の透明な材料を用いればこの
例のようにパターン形成を行う必要は無い。その場合に
は配線層４０５を用いて窓を形成すると良い。素子面上
には光学接着剤層４０８により原稿面から素子を保護す
るためのカバーガラス４０９を接着しである。カバーガ
ラスとしては市販されている５０μ田程度の厚さのもの
が利用でき、読み取り面の１８頼性を大幅に向上させる
ことが出来る。光学接着剤層とカバーガラスとの境界面
に於ける反射光は、迷光となって画像読み取りのＳ／Ｎ
の低下を招く可能性が高いため、光学接着剤層のとして
はカバーガラスの屈折率と同等かやや小さい屈折率を持
つものを選んでいる。

こめ様な形を採ることで各基板を接着して組み立てる際
に、段差を設けるための位置合わせの作業が必要なくな
り量産性を高めることが出来る。

更に原稿面と接する面に段差がなくなるため、原稿面と
の接触が安定すると言う利点もある。

またＥＴＦＥＬの出射端面における屈折率の差も小さく
なるため、ＥＴＦＥＬ上にコーティング層設ける必要も
なくなり、作製工程を簡略化出来る。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明を用いることにより、充電変換
素子を原稿面に近接させて読み取りを行う方式の画像読
み取り装置に於いて、低コスト性やコンパクト性を損な
うことなく読み取りの高解像度化、高感度化、Ｓ／Ｈの
向上を図ることが出来た。

このためＧ■ソファシミリや画像ファイリングシステム
等の高速、高解像度の要求されるアプリケーションに対
してもコストの上昇を招くことなく対応することが可能
となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の画像読み取り装置の一実施例を示す断
面図である。 第２図は従来の画像読み取り装置の一例を示す断面図で
ある。 第３図は本発明の画像読み取り装置の光源として用いら
れているＥＴＦＥＬの断面図の一例である。 第４図は本発明の画像読み取り装置の他の実施例を示す
断面図である。 １０１．２０１．４０１・・・・・・・・・絶縁性透明
基板１０２．２０２．４０２・・・・旧・・下部電極層
１０３．２０３．４０３・・・・・・・・・光導電層１
０４．２０４．４０４・・・・・・・・・透明上部電極
層１０５、１０６、１０７、２０６．４０６・・・・・
・・・・パッシベーション層１１１．２１１．４１１・
・・・・・・・・光電変換素子１２１．１４１・・・・
・・・・・端面発光型薄膜エレクトロルミネッセンス素
子 １２２．４２２・・・・・・・・・基板１２３、　２２
３．４２３・・・・・・・・・照明光１４１．２４１．
４４１・・・・・・・・・原稿面１５１．４５１・・・
・・・・・・段差部２２１・・・・・・・・・光源 ２３１・・・・・・・・・照明窓 ４０７・・・・・・・・・導電層（シールド層）４０８
・・・・・・・・・光学接着剤層４０９・・・・・・・
・・カバーガラス以上 出願人　セイコーエプソン株式会社 代理人弁理士　鈴木喜三部（他１名） 竿２図 第３図 １）ヱ　薯Ｎも（

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）光電変換素子を形成した基板と、端面発光型の薄
   膜エレクトロルミネッセンス素子を形成した基板とを、
   互いの素子面がほぼ垂直に成るよに固定した構造を持つ
   ことを特徴とする画像読み取り装置。
2. （２）端面発光型の薄膜エレクトロルミネッセンス素子
   を形成した基板の端面と、光電変換素子を形成した基板
   の素子面とが、段差を持つように固定した構造を持つこ
   とを特徴とする請求項１記載の画像読み取り装置。