JPH06291935A - 完全密着型イメージセンサ - Google Patents

完全密着型イメージセンサ

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JPH06291935A
JPH06291935A JP5077228A JP7722893A JPH06291935A JP H06291935 A JPH06291935 A JP H06291935A JP 5077228 A JP5077228 A JP 5077228A JP 7722893 A JP7722893 A JP 7722893A JP H06291935 A JPH06291935 A JP H06291935A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】クロストークを抑えた小型で高解像度の、光ガ
イドを用いる完全密着型イメージセンサを低コストで提
供する。 【構成】照明光5を放射するLEDアレイ1と、受光面
内に照明光5を通す少なくとも一つ以上の導光孔を持つ
センサ素子7が形成されたイメージセンサ基板2と、一
方の面から入射した光を他方の面に導くファイバ12を
アレイ状に束ねたファイバアレイプレート11とを、照
明光5の放射方向に関してこの順に配置する。LEDア
レイ1からの照明光5をセンサ素子7に設けた導光孔を
通してファイバ12に入射させ、ファイバ12の反対側
の面に送られてくる原稿4の面に導き、原稿4の面で反
射してくる信号光6をファイバ12によってセンサ素子
7の受光面に導き入射させて、光電変換させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は原稿と等倍の長さを持
ち、原稿にほぼ完全に密着して読み取り動作を行う完全
密着型イメージセンサに関する。
【0002】
【従来の技術】密着型イメージセンサは、原稿と等倍の
長さを持ち原稿と密着して読み取り動作を行うためCC
D(電荷結合素子)に比べ光路長が短く、イメージセン
サ自体は大型であるが読み取り装置の小型化が可能であ
るという利点がある。密着型イメージセンサの構成には
数多くあるが、図6にその代表的な構成を示す。図6に
おいて、LEDアレイ1から出た照明光5で原稿4を照
明し、反射した信号光6をロッドレンズアレイ3で集光
して、原稿4と等倍のサイズを持つイメージセンサ基板
2上のセンサ素子(図示せず)面に原稿の像を結像させ
これを読み取る構造となっている。密着型といってもロ
ッドレンズを使うため、図中Aで示す距離(通常、10
〜20mm)が必要である。
【0003】なお、イメージセンサ基板2上にはセンサ
素子のほかに、通常、これをスイッチングする薄膜トラ
ンジスタやダイオード等のスイッチング素子及びこれを
駆動する駆動回路や配線等が含まれているが、以下の説
明においては、主として、本発明の特徴部分であるセン
サ素子の部分を中心にして説明する。また、1次元およ
び2次元のイメージセンサにおいては、センサ素子の両
端はそれぞれ、これらスイッチング素子か電源あるいは
検出回路等に接続されており、スイッチング素子に接続
される側を個別電極と呼び、もう一方は全ての素子に対
して共通となっていることから共通電極と呼んでいる。
本明細書でもその呼称で統一する。
【0004】近年、図6に示す構成でロッドレンズアレ
イ3を省略し、低コスト化と小型化を実現した完全密着
型イメージセンサが実用化されてきている。完全密着型
イメージセンサにもいくつか種類があるが、図7にその
一例の斜視図を示す。
【0005】図7は、50μm程度の非常に薄いガラス
をイメージセンサ面に貼りつけ、このガラスを原稿に密
着させ、しかもセンサ素子に穴を開けてここから照明光
を導入する構成のものである。このようなイメージセン
サは、例えば、特開昭59−48954号公報や特開昭
59−81968号公報に開示されている。図7におい
て、LEDアレイ1から出た照明光5はイメージセンサ
基板2,センサ素子7の窓および厚さ約50μmの薄膜
ガラス9を通過して原稿4に当たり、原稿4で反射した
信号光6が最も近い位置にあるセンサ素子7に入る。な
お、イメージセンサ基板2と薄膜ガラス9とは接着層8
で固着されている。原稿4はこれをイメージセンサ基板
2に搬送するためのローラ10によって基板2に密着し
ている。この例の場合、イメージセンサ全体としての高
さは、LEDアレイ1と原稿4との距離Aになり、ロッ
ドレンズの場合のA=10mmに対して、A=5mm程
度にまで短縮されている。
【0006】次に、図8は、ファイバアレイプレートと
呼ばれる特殊なガラスを用いたものである。LEDアレ
イ1から出た照明光5は斜めに入射され、ファイバアレ
イプレート11の一部を通過して原稿4を照明する。原
稿4で反射された光は信号光6としてファイバ12中を
全反射によって進行し、センサ素子7に入りここで読み
取られる。なお、2はイメージセンサ基板、8はイメー
ジセンサ基板2とファイバアレイプレート11との接着
層、10は原稿をイメージセンサに密着させ搬送するた
めのローラを示している。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】まず、図7に示した、
薄膜ガラスを用いる構造の完全密着型イメージセンサの
問題点について説明する。このイメージセンサで重要な
ポイントは薄膜ガラス9である。薄膜ガラス9の厚さは
解像度に大きな影響を与え、現在一般的な8本/mm程
度の解像度の場合50μm以下であることが望ましい。
しかし、50μmという厚さはガラスの取り扱いを非常
に困難にしており、歩留りを低下させる一因となってい
る。しかも、現在でも解像度が更に高い16本/mmと
いうイメージセンサが存在しており、ファクシミリのG
4規格の普及に伴ってこの解像度が一般化していくもの
と思われる。ところがこれに対応してガラスを更に薄膜
化することは上記理由から困難である。従って、この技
術は低解像度に限られてしまうという欠点を持ってい
る。
【0008】ガラスが薄いということは、イメージセン
サの寿命にも影響を与えている。上述したように、原稿
4とセンサ素子7との距離は50μm以下に保たれなけ
ればならないので、いわゆる原稿の浮きが許されない。
このため、ローラ10の押しつけ圧力を高くしておく必
要がある。押しつけ圧力を強くすれば当然摩擦が大きく
なりイメージセンサを傷つけやすくなる。更に、この型
のイメージセンサの場合、静電気を防止するために薄膜
ガラス9に透明導電膜の層を形成することがあるが、こ
れら摩擦によって剥がれてしまうという問題も起こる。
【0009】また、このイメージセンサのもう一つの欠
点は、イメージセンサ基板の幅Bを広くとらなければな
らないことである。図7において、原稿4をイメージセ
ンサに密着させるためには、ローラ10が原稿4を巻き
こむためにイメージセンサ基板の幅Bを5mm程度以上
にしておく必要がある。ところで、一般に、イメージセ
ンサ基板のコストは基板の大きさに比例するが、この場
合、長手方向は原稿4のサイズで決まるため、結局基板
幅Bがコストを決めてしまう。イメージセンサ部に必要
とされる幅としては、ポリシリコン薄膜トランジスタを
使って駆動回路一体型のものなどでは1mm以下である
ので、図7に示すイメージセンサでは、4倍のコストを
無駄に捨てることになってしまう。
【0010】次に、図8に示される、ファイバーアレイ
プレートを用いた完全密着型イメージセンサの問題点に
ついて説明する。光ガイドに関してはファイバープレー
トの他にも色々なものが提案されているが、それぞれ種
々の問題があり、今のとこれろファイバアレイプレート
が最も優れたものである。この場合には、図8からも分
かるように、イメージセンサ素子の幅Bは上述したよう
に1mm程度まで狭くでき、コストの問題は生じない。
また、ファイバアレイプレートは原理上原稿の浮きに強
いため、上述したような問題点はない。しかし、別の要
因で解像度が劣化するという問題がある。
【0011】図9は、ファイバアレイプレートを使った
場合の照明光、信号光の経路を示している。図9(a)
は各ファイバ12A間が透明なガラスで形成されるファ
イバアレイプレートを使った例である。説明をしやすく
するためにイメージセンサ基板の長手方向の断面図を示
しており、照明光5の入射は実際には、紙面に垂直方向
から斜めに入ることになる。これが原稿4で反射して信
号光6となり、ファイバ12A中を全反射をくり返して
センサ素子7に到達する。しかし全反射条件とならなか
ったものはCで示すように進行し、これが漏れ光14と
なって他のセンサ素子に入り解像度の低下をひき起こ
す。
【0012】図9(b)は、この影響を軽減するために
ファイバ間が透明なものと不透明なもの2種類のファイ
バアレイプレートを用いた例であって、伊藤 他,シャ
ープ技報,第43号,1989年,12月,第29頁〜
第34頁に詳述されている。図9(b)は、基板の副走
査方向(基板幅の狭い方)の断面を示している。同図に
おいて、7はセンサ素子、8は接着層、12Bは光吸収
層を被覆したファイバ、12Aはファイバ間が透明なフ
ァイバ、13は遮光板、4は原稿である。このようにす
ることによって同図中Cのように進む漏れ光14の影響
を軽減することができる。しかし、それは完全ではな
い。また、そもそもハイブリッド構成にすることによっ
てファイバアレイプレートのコストが増加し、ロッドレ
ンズアレイを取り除いても逆に高価なものになってしま
うという欠点がある。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明の完全密着型イメ
ージセンサは、照明光を放射する光源と、受光面内に表
裏を貫通する少なくとも一つ以上の導光孔を有し前記受
光面に入射する光の強度に応じて光電変換を行なうセン
サ素子を含むイメージセンサ基板と、一方の面から入射
した光を他方の面に導く光ガイドとを、前記光源からの
前記照明光の放射方向に関してこの順に配置し、前記光
源が放射する前記照明光を前記センサ素子に設けた前記
導光孔を通して前記光ガイドの一方の面に入射させ、前
記光ガイドの他方の面内に送られてくる原稿の面に導
き、前記原稿の面で反射した光を前記光ガイドの前記他
方の面から前記一方の面に導いて前記センサ素子の前記
受光面に入射させるように構成したことを特徴とする。
【0014】
【実施例】次に、本発明の好適な実施例について図面を
参照して説明する。図1は、本発明の完全密着型イメー
ジセンサの基本的な構成を示す斜視図である。以下、従
来使用されているファイバアレイプレートを使って説明
するが、光ガイドはファイバに限らず、少なくともその
断面積がセンサ素子の受光面の大きさ以下であればどの
ようなものでもよい。
【0015】図1を参照すると、本発明の完全密着型イ
メージセンサでは、LEDアレイ1から出た照明光5
は、従来の完全密着型イメージセンサとは異なり、ファ
イバアレイプレート11には直接入らずイメージセンサ
基板2上のセンサ素子7を照明する。個々のセンサ素子
7には後述するように、複数の孔が開いており、これら
を通して照明光5はファイバ12に入り原稿4を照明す
る。原稿4で反射された信号光6は、ファイバ12中を
逆行しセンサ素子7に入射しここで信号を読み取る。な
お、図1において、8はイメージセンサ基板2とファイ
バアレイプレート11との接着層、10はローラであ
る。
【0016】図2は、本発明の第1の実施例におけるセ
ンサ素子7とファイバアレイプレート部の詳細を示す図
であり、8本/mmの解像度を有する1次元センサアレ
イの一部分の斜視図である。同図において、15はガラ
ス基板、16Aは膜厚100nmのクロムからなる不透
明共通電極で、アレイにそって少なくとも読み取り幅以
上の長さを有し、回路構成によってセンサ用電源、検出
回路、アース等に接続されている。この共通電極16A
が不透明なのは、LEDアレイ1からの照明光5を感光
層17Aに直接当てないためである。17Aは、不透明
共通電極16A側から、0.5〜2μmの厚さの非晶質
シリコン膜、ポロンをドーピングし抵抗を下げた30n
mの厚さのp型非晶質シリコン膜を積層した感光層で、
それぞれの層をプラズマCVD装置で形成したものであ
る。18Aはインジウム酸化スズからなる透明個別電極
であり、各画素毎に分離されており読み取りスイッチに
接続されている。このイメージセンサ基板は透明な接着
層8を介して光吸収層19で覆ったファイバ12Bをア
レイ状に束ねたファイバアレイプレートに接着されてい
る。
【0017】不透明共通電極16A,感光層17Aおよ
び透明個別電極18Aには本発明の特徴である導光用の
孔が形成されている。孔の大きさはファイバ12Bの径
が25μmであることから、不透明共通電極側からそれ
ぞれ、4μm、6μmおよび6μmとした。不透明共通
電極16Aの穴径が小さいのは、光の回折により感光層
17Aの側面に光が入るのをできるだけ避けるためであ
る。また、この孔は1本のファイバに対して平均2〜3
個の割合で重なるような密度で形成してある。この割合
が高すぎると、肝心のセンサ素子の受光面積が少なくな
ってしまい信号量が低下する。逆にこの割合が低すぎる
と、照明光の照度が低下してしまい、やはり信号量が低
下する。従って、この割合には解像度とファイバ径に対
して適当な範囲が存在する。
【0018】LEDアレイ1から出た照明光5は導光孔
を通り、側面が光吸収層19で覆われたファイバ12B
を通って原稿4に到達する。ここで反射された光が信号
光6となってファイバ12B中を戻り、センサ素子に到
達するわけである。先に述べたように、ファイバ12B
の側面は光吸収層19で覆われており、1つのファイバ
12Bに入った光は照明光にしても信号光にしても他に
漏れることがない。したがって、本実施例の完全密着型
イメージセンサでは、ファイバアレイプレートを使って
いるにも関わらず従来のような解像度の劣化がない。
【0019】ここで、従来の完全密着型イメージセンサ
の一例として図7に示した、薄膜ガラスを用いたイメー
ジセンサのように、センサ素子に1個の大きな孔の開い
たものと本実施例で用いたファイバアレイプレートとを
組み合わせたのでは効果的な読み取りができない。なぜ
なら、孔の中に完全に含まれてしまうファイバの部分は
読み取りができないし、一方、孔から離れた感光層の部
分には光が入らないため読み取りができず、結局、孔の
周辺で孔と感光層の部分とを両方含むファイバに対応し
ている部分でしか信号検出ができない。従って、信号量
は非常に小さくなるからである。
【0020】尚本実施例において、導光孔の形状は円形
に特定されていいるわけではない。図3に、図2の構成
の平面図を示す。図3(a)は円形の導光孔の場合を示
し、図3(b)はスリット状の導光孔の場合を示す。両
図において、18Aは透明個別電極、20Aおよび20
Bは導光孔、12Bはファイバを示している。このよう
にファイバ12Bの断面内に導光孔とセンサの受光部と
が同時に含まれるような形状ならばどのような形の導光
孔でも本発明の目的を達成することができる。
【0021】次に図4は、本発明を2次元完全密着型イ
メージセンサに適用した例を示す第2の実施例の断面図
である。2次元イメージセンサにおいては、センサ素子
とスイッチング素子のペアが2次元的にマトリクス状に
配置されており、図4はそのセンサ素子部の断面を示し
ている。図4において、15はガラス基板、18Bは1
50nmの厚さのタングステンよりなる不透明個別電極
で、非晶質シリコン薄膜トランジスタあるいは多結晶シ
リコン薄膜トランジスタ等のスイッチング素子(図示せ
ず)に接続されている。17Bは不透明個別電極18B
側から、膜厚100nmのボロンをドーピングしたp型
非晶質シリコン層、膜厚0.5〜2μmで成膜時にシラ
ンガスに対してジボランを3ppm程度混合して形成し
た非晶質シリコン膜、リンをドーピングし抵抗を下げた
30nmの厚さのn型非晶質シリコン膜を積層した、い
わゆるpin構造の感光層で、それぞれの層をプラズマ
CVD装置で形成したものである。感光層17Bは平面
的なパターンが、不透明個別電極18Bの平面パターン
より小さくなるようにして完全に乗った形で形成されて
いる。21は感光層17Bの側壁と不透明個別電極層1
8Bとを覆う保護絶縁層で、感光層17Bの受光面上に
は形成されていない。この層は二酸化シリコンで形成さ
れるが、窒化シリコン膜であってもよい。この層の主な
役割は、インジウム酸化スズからなる透明共通電極16
Bと個別電極18Bとの間の絶縁と、感光層17Bの側
面の保護である。以上のイメージセンサ基板は、接着層
8を介して、ファイバ12Bを集積したプレートに接着
されている。4は原稿を示している。
【0022】この例ではセンサが2次元であるため光源
(図示せず)は面光源である必要があり、液晶ディスプ
レイのバックライト等と同様な光源となっている。導光
孔の形状、大きさ、密度、光の経路等は、第1の実施例
におけると基本的に同じである。
【0023】この実施例の特徴は、感光層17Bがセン
サ素子ごとに完全に分離されていて、しかも不透明個別
電極18Bの上にこれをはみ出さないように形成されて
いることである。不透明個別電極18Bより感光層17
Bを小さくすることにより、照明孔が感光層17Bに直
接に入ることを防ぎ信号の明暗比が劣化するのを防止す
ることができることと、完全分離をすることによりセン
サ素子として性能の良いpin構造を採用することがで
きるという利点を持っている。図2に示した第1の実施
例においては、不透明共通電極16Aが十分な大きさを
持ち感光層17Aに照明光5が直接入るのを防いでいた
が、2次元イメージセンサにおいては1ドット当りの面
積が限られているため、図2と同じ構成をとるのが困難
である。本実施例はその問題を解決した構造となってい
る。
【0024】次に図5に、本発明の第3の実施例の平面
図および断面図を示す。本実施例は1次元完全密着型イ
メージセンサで、基板側に不透明個別電極を形成し、し
かも感光層をセンサ素子毎に分離しない構造にした例で
ある。図5(a),(b)において、15はガラス基
板、18Cは厚さ100nmのクロムからなる不透明個
別電極である。17Cは不透明個別電極18C側から、
0.5〜2μmの厚さの非晶質シリコン膜、フォスフィ
ンとシランとメタンとの混合ガスを原料として形成され
るリンをドーピングした膜厚100nmの炭化シリコン
膜を積層した感光層で、図5(a)に示されるように、
櫛状にパターニングされている。このままでは不透明個
別電極18Cからはみ出る部分の感光層に照明光が入っ
て信号の明暗比が劣化するので、はみ出し部分の下に
は、100nmの厚さのクロムによる遮光膜22が形成
されていて感光層17Cへの照明光の直接入射を防いで
いる。このように、この構造の利点は、感光層17Cに
対する遮光が十分なされることから、センサ素子部付近
がコンパクトに形成できることにある。23は、遮光膜
22と不透明個別電極18Cとを絶縁するための二酸化
シリコンからなる絶縁膜、16Cは、インジウム酸化リ
ンからなる透明共通電極、20は導光孔である。遮光膜
22は一定電位に接続されており、不透明個別電極18
Cとの間に静電容量を形成してセンサ素子に対する付加
容量の役割も果たしている。受光面は感光層17Cのう
ち導光孔20が多数アレイ状に配列されている部分であ
る。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による完全
密着型イメージセンサは、センサ素子に開けた導光孔を
通して照明光をファイバに導き、原稿で反射した光を読
み取るので、従来のファイバアレイプレートを使った完
全密着型イメージセンサに比べてクロストークが少な
い。しかも、光吸収層で覆ったファイバを用いてファイ
バアレイプレートをハイブリッド構造にする等の特殊な
方法をとらなくても済むので、低コストである。
【0026】これまで完全密着に適しているといわれな
がらクロストークやコストの点で問題があるために使わ
れてこなかった、ファイバアレイプレートをはじめとす
る従来の光ガイドの欠点を克服できることで、本発明に
より、高解像度で低コストの完全密着型イメージセンサ
を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の基本的な構成を示す斜視図である。
【図2】本発明の第1の実施例の断面図である。
【図3】分図(a)は、本発明の第1の実施例における
導光孔の一例を示す平面図である。分図(b)は、本発
明の第1の実施例における導光孔の他の例を示す平面図
である。
【図4】本発明の第2の実施例の断面図である。
【図5】分図(a)は、本発明の第3の実施例の平面図
である。分図(b)は、本発明の第3の実施例の断面図
である。
【図6】従来の密着型イメージセンサの一例の斜視図で
ある。
【図7】従来の完全密着型イメージセンサの一例の斜視
図である。
【図8】従来の完全密着型イメージセンサの他の例の斜
視図である。
【図9】図8に示す完全密着型イメージセンサにおける
信号光の拡散を示す図である。
【符号の説明】
1 LEDアレイ 2 イメージセンサ基板 3 ロッドレンズアレイ 4 原稿 5 照明光 6 信号光 7 センサ素子 8 接着層 9 薄膜ガラス 10 ローラ 11 ファイバアレイプレート 12,12A,12B ファイバ 13 遮光板 14 漏れ光 15 ガラス基板 16A,16B,16C 共通電極 17A,17B,17C 感光層 18A,18B,18C 個別電極 19 光吸収層 20,20A,20B 導光孔 21 保護絶縁層 22 遮光膜 23 絶縁膜

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 照明光を放射する光源と、受光面内に表
    裏を貫通する少なくとも一つ以上の導光孔を有し前記受
    光面に入射する光の強度に応じて光電変換を行なうセン
    サ素子を含むイメージセンサ基板と、一方の面から入射
    した光を他方の面に導く光ガイドとを、前記光源からの
    前記照明光の放射方向に関してこの順に配置し、 前記光源が放射する前記照明光を前記センサ素子に設け
    た前記導光孔を通して前記光ガイドの一方の面に入射さ
    せ、前記光ガイドの他方の面内に送られてくる原稿の面
    に導き、前記原稿の面で反射した光を前記光ガイドの前
    記他方の面から前記一方の面に導いて前記センサ素子の
    前記受光面に入射させるように構成したことを特徴とす
    る完全密着型イメージセンサ。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の完全密着型イメージセン
    サにおいて、 前記光ガイドは、少なくとも一つ以上の光ガイドが前記
    イメージセンサ基板に平行な面にアレイ状に配列されて
    なり、それぞれの光ガイドが前記イメージセンサ基板に
    平行な断面内に、前記センサ素子に設けられた前記導光
    孔と前記センサ素子の前記受光面との境界の少なくとも
    一部を含むように構成されていることを特徴とする完全
    密着型イメージセンサ。
  3. 【請求項3】 請求項2記載の完全密着型イメージセン
    サにおいて、 前記センサ素子が、前記光源からの前記照明光の前記放
    射方向に関して、不透明共通電極と、光電変換を行う感
    光層と、センサ素子の感光領域を決める透明個別電極と
    が、この順に積層された構造であることを特徴とする完
    全密着型イメージセンサ。
  4. 【請求項4】 請求項2記載の完全密着型イメージセン
    サにおいて、 前記センサ素子が、前記光源からの前記照明光の前記放
    射方向に関して、センサ素子の感光領域を決める不透明
    個別電極と、平面形状が前記不透明個別電極の平面形状
    内に含まれる形状の光電変換を行うための感光層と、前
    記不透明電極と前記感光層とを覆って前記感光層上に開
    口部を有する絶縁膜層と、透明共通電極とが、この順に
    積層された構造であることを特徴とする完全密着型イメ
    ージセンサ。
  5. 【請求項5】 請求項2記載の完全密着型イメージセン
    サにおいて、 前記センサ素子が、前記光源からの前記照明光の前記放
    射方向に関して、遮光層と、前記遮光層を覆う絶縁膜層
    と、その一部が前記絶縁膜層を介して前記遮光層に重な
    り前記絶縁膜層に重ならない部分によりセンサ素子の感
    光領域を決める不透明個別電極と、平面形状が前記遮光
    層の平面形状および前記不透明個別電極の平面形状の合
    成された形状内に含まれる形状の光電変換を行う感光層
    と、透明共通電極とが、この順に積層された構造である
    ことを特徴とする完全密着型イメージセンサ。
JP5077228A 1993-04-02 1993-04-02 完全密着型イメージセンサ Expired - Lifetime JP2928043B2 (ja)

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