JPH0441863B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、フアクシミリ等の光電変換系におけ
る固体撮像装置に関する。

従来の技術 最近、等倍結像型の光電変換手段として、密着
型イメージセンサと称されるタイプのリニアイメ
ージセンサが開発され、フアクシミリの読取部な
どで実用化されている。その読取部の従来例の構
成を第４図に示す。第４図において、１は原稿、
２は蛍光灯等の線状光源、３はロツドレンズアレ
イ、４はリニアイメージセンサであり、原稿１が
光源２で照明され、原稿１の矢印Ｘで示す線状部
分の成立等倍像がイメージセンサ４の開口列４Ａ
に結像され、電子的に走査される。この矢印Ｘ方
向が主走査方向であり、原稿１はこれと直交する
副走査方向Ｙに送給され、原稿全面が読み取られ
る。ここで、ロツドレンズアレイ３は多数のロツ
ドレンズ３Ａを規則的に精度よく配列したもの
で、同じ正立等倍像を得るための球面レンズを用
いた通常の結像光学系に比べ、光学系を大幅に小
型化することができる。この大幅な小型化が可能
であるという点が、ロツドレンズアレイ３による
結像光学装置に大きな特徴である。しかし、ロツ
ドレンズアレイ３は球面レンズを用いた結像光学
系に比べて非常に高価であるという欠点を持つて
おり、また、上記イメージセンサを用いた光学系
全体はロツドレンズアレイ３を使用いるため、小
型化にも限度があつた。

等倍読取型センサの小型化を更に徹底したもの
として、半透明の光導電性薄膜からなる光電変換
材料を原稿面に極めて接近させ、その背後から原
稿面を照明し、反射光をレンズ系で使用せず直接
光電変換材料で受光させるように構成した固体撮
像装置が、特公昭47−3482号公報に提案されてい
る。また、その後、第５図に示すように、透明基
板６上に不透光層７を介して光電変換素子８を配
置し、更にその上に透光スペーサ９を設けてなる
固体撮像装置５が提案されている。この固体撮像
装置５では原稿１が透光スペーサ９により光電変
換素子８に対して一定の微小間隔Ｌとなるように
保持され、適当な光源からの照明光束１０が光電
変換素子８の背面側から開口１１を通して原稿１
に入射し、その反射光束１２の一部が素子８で受
光され、原稿読取が行われる。

発明が解決しようとする問題点 ところが、かかる従来の固体撮像装置では、原
稿面が透光スペーサ９に接触して読取りが行われ
るため、 スペーサ表面の摩耗進行、 原稿面上のインク等の不透光物質がスペーサ
表面に付着して汚れを生じ、信号劣化、欠損と
いつた新たな問題があつた。

これらの問題を解決する方法として、 スペーサ表面の摩耗に関しては、例えばガラ
ス材料スペーサ面上に更に硬度の高い材料をハ
ードコーテイングする方法が考えられるが、読
取時には原稿を背後からスペーサ面に押圧する
ので、金属片等硬い材料のものが混入した場合
には万全でなく、また、コーテイング処理自体
コスト高となる。

汚れ対策として、原稿読取以前の段階で原稿
面に接触する別のローラを設けるなどして『吸
読り紙』のごとき作用を持たせる方式が考えら
れるが、やはりコスト増が避けられない。

汚れ対策を抜本的に実現するためには、原稿
面からセンサ面を離し、原稿面とセンサ面とを
非接触状態として読取る構成が望ましい。とこ
ろがこの場合には原稿面と光電変換素子面との
間隔が広くなるため、光電変換素子の開口部に
入射する原稿面からの反射光量の減少と、解像
度が低下するという問題が残る。そこで、第６
図に示すように、透明基板６の下面に多数の光
電変換素子８を、上面に各光電変換素子８に対
応する球面レンズ１４Ａを有するレンズシート
１４を配置した固体撮像装置５が提案されてい
る。この固体撮像装置５に使用された光学系
は、通常用いられるような正立等倍結像光学系
と異なり、各レンズ１４Ａがイメージセンサの
各画素に対応する形式で配列されたもの（以下
画素対応結像光学系と称する）であり、球面レ
ンズ１４Ａは、それぞれ直上、直下に対応する
原稿面と受光面とを共役面とするように配列さ
れている。

しかし、第６図に示すものも問題点を有してい
た。即ち、レンズシート１４は、各画素に対応し
て極めて多数の球面レンズ１４Ａを備えねばなら
ず、製造が極めて困難であり、実用的でない。ま
た、原稿面とレンズ面との距離L₂を画素ピツチ
ｐに比べて大きくすると、原稿面上の一つの画素
からの反射光が、その画素に対向する光電変換素
子とは別の光電変換素子にも入射し、いわゆるク
ロストークが生じ、解像度低下を招く。例えば、
原稿面上の点１Ａは球面レンズ１４A₁で光要変
換素子８₁に結像される以外に、レンズ１４A₂を
介して光電変換素子８₃にも結像されるといつた
具合にクロストークを生じてしまう。これを避け
るには、L₂＜ｐに使用範囲を制限されるが、第
５図のように結像手段を伴わない構造でもＬｐ
で設計可能であるので、L₂≦ｐではレンズ系を
用いる効果がほとんどない。

本発明は、上述の問題点に鑑みて為されたもの
で、第一の発明は、製造の容易な画素対応光学系
を用いて原稿面を光電変換素子面に結像させるこ
とができ、非接触で原稿面を良好に読取ることの
できる固体撮像装置を提供することを目的とす
る。

また、本願第二の発明は、撮像装置と原稿面と
の距離を画素ピツチに少なくとも２倍程度以上と
しても、クロストークをあまり生じることのな
い、信頼性の高い固体撮像装置を提供することを
目的とする。

問題点を解決するための手段 本願第一の発明は、上述の問題点を解決するた
め、従来の球面レンズに代えて、製造容易なレン
チキユラーシート状媒体を組み合わせて使用した
もので、固体撮像装置の主走査方向には、光電変
換素子列に対応した円柱面状レンズ列を並べたレ
ンズシートによつて、画素対応の結像を計り、副
走査方向には単一の円柱面状レンズを備えたレン
ズシートで結像を計り、これらのレンズシート
を、それぞれの円柱面状レンズの軸が互いに直交
するように重ね合わせて撮像面に一体化するとい
う構成を備えたものである。

本願第二の発明は、前記第一の発明の構成に加
えて更に、前記円柱面状レンズに対応したスリツ
ト列を配した遮光体を、前記レンズシートに重ね
て配置するという構成を備えたものである。

作 用 本願第一の発明においては、画素対応での結像
手段として、互いに円柱軸が直交し、光軸が原稿
面に各々垂直となる構成で重畳された２枚のレン
ズシートを用いるため、通常の球面レンズを用い
るのと同等の結像作用が得られ、しかも個々のレ
ンズシートは、いわゆる『レンチキユラーシー
ト』の呼称で印刷技術の領域をはじめとして実用
化されている一次元円柱面状レンズ列を基本にし
ているので安価量産に適する。

本願第二の発明においては、上記２枚のレンズ
シートを重ねた構成をとるにあたり、更に、画素
ピツチに等しい間隔でスリツトを形成した遮光体
を配置しているので、光軸間のクロストークが抑
圧され、原稿面と光電変換素子面との間隔を画素
ピツチに比べて大きくとるころが可能となる。

実施例 以下、本発明の実施例を説明する。第１図は本
発明の第１実施例を示すもので、ａは主走査方向
の断面図、ｂは副走査方向の断面図である。同図
において、本発明になる固体撮像装置５は、透明
基板６と、該透明基板６の上面に不透光層７を介
して、主走査方向（Ｘ方向）に適当な間隔をあけ
て配置された多数の光電変換素子８からなる光電
変換素子列と、第一レンズシート１６、第二レン
ズシート１７、遮光体１８を重ね合わせてなる導
光光学系とを重ねて一体化したものである。第一
レンズシート１６は、光電変換素子列方向即ち主
走査方向に延びる単一の円柱面状レンズ１６Ａを
有するレンチキユラーシートで形成されている。
第二レンズシート１７は多数の円柱面状レンズ１
７Ａを有するレンチキユラーシートで形成され
る。この第二レンズシート１７は第一レンズシー
ト１６に平行に設けられ、その表面（図示実施例
では下面）に形成されている多数の円柱面状レン
ズ１７Ａは、第一レンズシート１６の円柱面状レ
ンズ１６Ａの軸と直交方向に延び且つ光電変換素
子列の各光電変換素子８に対応して配置されてい
る。かくして、第一レンズシート１６に円柱面状
レンズ１６Ａは原稿の各画素列から発する光束を
副走査方向に結像させ、第二レンズシート１７の
多数の円柱面状レンズ１７Ａは各画素を対応する
光電変換素子８に結像させており、画素対応の結
像作用を有する導光光学系を形成する。ここで、
第二レンズシート１７の円柱面状レンズ１７Ａの
幅は、画素ピツチ即ち光電変換素子ピツチｐによ
つて制限されるが、第一レンズシート１６の円柱
面状レンズ１６Ａは、その両側に照明光束１０の
通路を与える限り、特に制限されないので、幅を
大きくし、原稿からのより多くの反射光を集光し
うるようにすることが好ましい。また、第二レン
ズシート１７は、第１図ａに示すように、その円
柱面状レンズを下面にして配置される場合に限ら
ず、第３図に示すように、円柱面状レンズ１７Ａ
を上面側として配置してもよい。

第一レンズシート１６、第二レンズシート１７
として使用されるレンチキユラーシートは、アク
リル系或いはポリ塩化ビニール系等の熱可塑性樹
脂材料を用い、金型から安価に量産しうるもので
ある。

第１図において、第二レンズシート１７上面に
配置された遮光体１８は、第二レンズシート１７
下面の多数の円柱面状レンズ１７Ａに対応した多
数のスリツト１８Ａからなるスリツト列を有して
いる。ここで、スリツト１８Ａの主走査方向の幅
δ、各光電変換素子８の主走査方向の開口寸法
ε、結像系の倍率ｍ、第一及び第二レンズシート
の厚みL₃，L₄、原稿面と光学系との間隔L₅等は、
クロストークが抑圧されるように選定されてい
る。例えば、原稿面上の点１Ａからの反射光は、
第１図ａに破線で示すように、対応するスリツト
以外のスリツトを通過しても、光電変換素子の間
に結像するようになつている。このクロストーク
を抑圧するには、光電変換素子８の開口寸法εを
主走査方向のピツチｐに比べて極力小さくするこ
とが好ましく、開口寸法εはピツチｐの約1/3以
下に選定することが好ましい。本実施例におい
て、縮小結像（ｍ＝約1/2）、ε＝ｐ／４＝0.031
ミリ、L₅＝0.25mm、δ＝40μ程度として、クロス
トークの抑圧された撮像系が実現された。

遮光体１８のスリツトの副走査方向の寸法は、
原稿からのより多くの反射光量を利用しうるよ
う、幅δよりも大きく選定することが好ましい。

なお、第二レンズシート１７として、第３図に
示すものが使用される場合には、遮光体１８は第
一レンズシート１６と第二レンズシート１７との
間に配置される。この場合にも、クロストークを
抑圧することが可能である。

第１図において、透明基板６の下方には、かま
ぼこ型の集光レンズ２０及び主走査方向に列状配
置されたLED固体光源２１が配置されている。
勿論、固体光源２１の代わりに蛍光灯が使用され
てもよい。

次に動作を説明する。原稿１は固体撮像装置の
光学系の最上面（遮光体１８）から一定の距離Ｌ
離れた位置を、副走査方向（Ｙ方向）に走行す
る。この間、第１図ｂに示すように、固体光源２
１の発光面から発した光束が集光レンズ２０で集
光され、不透光層７の両側を通る２光束１０，１
０となり、斜め方向から原稿面を照射する。原稿
面からの反射光は、第二レンズシート１７の多数
の円柱面状レンズ１７Ａにより、主走査方向に収
束され、各光電変換素子８に結像し、同時に第一
レンズシート１６の単一の円柱面状レンズ１６Ａ
により副走査方向に収束され、光電変換素子列に
画素対応で結像され、電子的に走査される。この
際、前記したように、遮光体１８によりクロスト
ークが抑圧されており、良好な読取が行われる。

第２図は本発明の固体撮像装置５を自動給紙型
の副走査機構系に適用して原稿読取を行う場合の
構成図を示す。固体撮像装置５の上面には、保護
層２２が取付けられており、その保護層２２の端
部近傍にゴムローラ２３が押圧され、原稿１を副
走査方向（Ｙ方向）に搬送する。固体撮像装置の
光軸Ｚ−Ｚはゴムローラ２３の押圧中心より微小
な距離ｑ（例えば、ｑ＝0.5〜１mm）だけ、離れて
おり、且つ保護層２２の端部からも離れている。
かくして、原稿１はゴムローラ２３でＹ方向に搬
送され、光軸Ｚ−Ｚ上で、非接触にて主走査方向
に読み取られる。なお、第２図では光源２とし
て、蛍光灯を用いたものを示しているが、この代
わりに、第１図に示すような固定光源が用いられ
てよいことは言うまでもない。

発明の効果 以上に説明したように、本願第一の発明は、近
接読取型の固体撮像装置において、光電変換素子
と原稿面間に画素対応の結像作用を有する導光光
学系を設け、且つその導光光学系を前記光電変換
素子列方向に延びる単一の円柱面状レンズを有す
る第一レンズシートと、該第一レンズシートに平
行で且つ前記円柱面状レンズの軸と直交方向に延
びる複数の円柱面状レンズを前記光電変換素子列
の各素子受光部に対応して配した第二レンズシー
トとを重畳して構成したものであるので、製造容
易なレンチキユラーシートを用いて、導光光学系
を構成することができ、構造簡単且つ安価に、非
接触で近接的読取りが可能な固体撮像装置が得ら
れるという効果を有している。

また、本願第二の発明は、前記導光光学系に、
多数の光電変換素子に対応したスリツトを備えた
遮光体を設けたものであるので、クロストークを
抑圧でき、外乱の少ない良好な読取が可能となる
という利点を有している。更に、導光光学系とし
て互いに直角方向の円柱面状レンズを用いたの
で、スリツトの開口を副走査方向に長い形状とす
ることができ、従来の球面レンズを用いる場合に
比べ、開口率を大きくすることが可能であり、明
るい光学系を構成することができる。なお、本発
明において、結像光学系を光電変換面に接着する
に当たつては、遮光スリツト位置と光電変換素子
位置との相対関係は必ずしも第１図に示した如
く、真上、真下に正確に対応せずともよく、自ず
とサンプリングされた画信号が読取られる構成と
なつていることは各場合の断面図を作成してみれ
ば容易に理解される。従つて、製作に当たつて、
材料の熱膨脹とか機械的変形の影響を直接受ける
ことなく、所望の設計性能を実現しうる。これは
通常の正立等倍形成においては、多数の画情報を
一個のレンズ系を介して結像するのに対して、本
発明のごとき、画素対応結像光学系では高々単一
画素分（サンプル点）の情報を単一レンズ系が分
担する構成の故であり、設計の自由度、誤差許容
度合が比較的大きくとれる事情による。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ，ｂは本発明の一実施例による固体撮
像装置の主走査方向の断面図および副走査方向の
断面図、第２図は本発明の固体撮像装置を自動給
紙型の副走査機構系に適用した装置の断面図、第
３図は本発明の他の実施例における主走査方向の
断面図、第４図は従来の密着イメージセンサの概
略斜視図、第５図は従来の固体撮像装置の断面
図、第６図は従来の固体撮像装置の他の例の断面
図である。 １……原稿、２……光源、５……固体撮像装
置、６……透明基板、７……不透光層、８……光
電変換素子、１６……第一レンズシート、１６Ａ
……レンズシート、１７……第二レンズシート、
１７Ａ……円柱面状レンズ、１８……遮光体、１
８Ａ……スリツト。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 少なくとも、原稿面に近接して対向配置され
   る光電変換素子列と、この光電変換素子列と前記
   原稿面間に介在して画素対応の結像作用を有する
   導光光学系とを備え、前記導光光学系が、前記光
   電変換素子列方向に延びる単一の円柱面状レンズ
   を有する第一レンズシートと、この第一レンズシ
   ートに前面円柱面状レンズの軸と直交方向に延び
   る複数の円柱面状レンズを前記光電変換素子列の
   各光電変換素子開口部に対応して配した第二レン
   ズシートとを重畳して形成されていることを特徴
   とする固体撮像装置。 ２ 光電変換素子列の各光電変換素子開口部が、
   列方向のピツチｐ並びに列方向の開口部寸法幅ｗ
   に関し、 ｗ≦1/3ｐ の範囲で形成されていることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の固体撮像装置。 ３ 少なくとも、原稿面に近接して対向配置され
   る光電変換素子列と、この光電変換素子列と前記
   原稿面間に介在して画素対応の結像作用を有する
   導光光学系とを備え、前記導光光学系が、前記光
   電変換素子列方向に延びる単一の円柱面状レンズ
   を有する第一レンズシートと、この第一レンズシ
   ートの前面円柱面状レンズの軸と直交方向に延び
   る複数の円柱面状レンズを前記光電変換素子列の
   各光電変換素子開口部に対応して配した第二レン
   ズシートと、前記第二レンズシートの円柱面状レ
   ンズ列に対応したスリツト列を有する遮光体とを
   重畳して形成されていることを特徴とする固体撮
   像装置。