JPH088416A - 密着型イメージセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 原稿等の被検出対象を検出する応答性に優
れ、読み取り検出領域を二次元的に広くして解像度を高
めることができ、しかもコストを安価に抑えられる密着
型イメ−ジセンサを提供する。 【構成】 光透過性の基板１１の一方の面にセンサ部
（光検出素子部）１２が形成され、基板１１の他方の面
には平坦になるようマイクロレンズ部１３が面一に形成
されて、光検出素子部１２がマイクロレンズ部１３を通
過した光を検出して光電変換するようにし、多数の光検
出素子部１２とマイクロレンズ部１３をマトリックスに
まとめて配列することもでき、マイクロレンズ部１３側
の基板１１の平坦面を原稿等に近接させる構成が可能で
ある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、原稿等の被検出対象
の画像を検出する密着型イメ−ジセンサに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えばファクシミリ装置やス
キャナ装置で用いられる原稿等の被検出対象読取りセン
サには、原稿に近接させるという意味で密着型イメ−ジ
センサが用いられる。この種イメ−ジセンサには、線走
査可能に配列されたラインセンサ方式のＣＣＤ撮像素子
（Charge Coupled Device image sensor）を光検出素子
部としたものが知られている。こうした光検出素子部に
原稿からの反射光を入射させる光学系にはロッドレンズ
アレイや光ファイバアレイがある。すなわち、光検出素
子部と原稿との間にロッドレンズアレイもしくは光ファ
イバアレイを配置し、発光源からの光を原稿に照射し、
反射させた光をロッドレンズアレイ（または光ファイバ
アレイ）を通して光検出素子部で結像させるものであ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記ロッド
レンズアレイもしくは光ファイバアレイを用いた従来の
密着型イメ−ジセンサでは、ロッドレンズアレイもしく
は光ファイバアレイが光検出素子部の前面側において原
稿との間に配置された構造となっているため、次のよう
な不具合がある。ロッドレンズアレイを用いた場合、光
が透過する方向に沿って寸法的に相当長いサイズのロッ
ドレンズを必要とする。その結果、光検出素子部から原
稿までの間隔がレンズ長に相応して大きく距離をあけ、
それだけイメ−ジセンサ全体を大型化させることにな
る。加えて、ロッドレンズアレイの構造上、原稿におけ
る読み取り可能な検出領域が狭く限られ、この検出領域
を例えば一次元的なものから二次元的な平面方向に拡大
しようとしても、技術面等に制約されて困難である。一
方、光ファイバアレイを用いた場合は、上記ロッドレン
ズアレイでいうような大型化の問題は、光ファイバ長さ
を寸法的に短小化すればある程度の解決をみることがで
きる。しかし、光ファイバを短くするとそれだけ入射臨
界角度が小さくなり、ロッドレンズアレイの場合と同様
に読み取りの検出領域を狭くするという問題がある。こ
うした光ファイバ短小化の不都合を解消する手段とし
て、短くした多数のファイバを光検出素子部の１つに対
してライン方向と幅方向に束ねて対応させるという方法
がある。つまり、短い集束ファイバを平面的マトリクス
に配置して、検出領域を拡大して解像度を高めようとす
るものである。ところが、これにも新たな問題が提起さ
れる。多数の光ファイバを束ねる技術は困難であり、し
かも多量の光ファイバ使用によりセンサコストが高騰す
ることである。したがって、この発明の目的は、以上の
ような従来からの問題点を踏まえ、原稿等の被検出対象
を検出する応答性に優れ、読み取り検出領域を二次元的
に広くして解像度を高めることができ、しかもコストを
安価に抑えられる密着型イメ−ジセンサを提供すること
にある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の発明による密着型イメ−ジセンサ
は、光透過性の基板の一方の面に光検出素子部が形成さ
れ、基板の他方の面には平坦になるようマイクロレンズ
部がほぼ面一に形成されて、前記光検出素子部がマイク
ロレンズ部を通過した光を検出して光電変換するように
している。請求項２記載の発明による密着型イメ−ジセ
ンサは、多数の光検出素子部を一次元走査可能な線形ま
たは二次元走査可能な面形に配列し、前記光検出素子部
の各々に対向させて多数のマイクロレンズ部が形成して
あり、光検出素子部とマイクロレンズ部の一対による１
つの画素ごとに、被検出対象からの反射光をマイクロレ
ンズ部を通して光検出素子部で結像させるよう構成する
ことができる。請求項３記載の発明による密着型イメ−
ジセンサは、基板の平坦な他方の面を、被検出対象に対
向する近接距離に位置させて用いることができる。ま
た、請求項４記載の発明による密着型イメ−ジセンサ
は、光検出素子部として薄膜トランジスタを含むことが
できる。

【０００５】

【作用】請求項１、３記載の密着型イメ−ジセンサで
は、基板の他方の面はマイクロレンズ部が面一になるよ
う平坦に形成されている。したがって、従来のように、
ファイバアレイ等を基板前面側に外付けにより配置した
構造に比較し、コスト面ではこれを大幅に低減させるこ
とができる。しかも、マイクロレンズ部が面一で平坦に
形成された基板の面を、原稿等の被検出対象に近接させ
て用いることができるため、光電変換の応答性が高ま
る。また、請求項２記載の密着型イメ−ジセンサの場
合、多数の光検出素子部とマイクロレンズ部が基板の両
面にて対向し、それらを線形または面形マトリックスに
形成することができるから、光検出素子部とマイクロレ
ンズ部の一対による１つの画素ごとに、原稿からの反射
光をマイクロレンズ部を通して光検出素子部で結像させ
る。これによって広い読み取りの検出領域で解像度の高
い検出ができる。また、請求項４記載の密着型イメ−ジ
センサでいうように、光検出素子部を薄膜トランジスタ
とすれば、ガラスのような低廉な基板上に多数を集積し
て、特に二次元マトリックスに形成するのに有効であ
る。

【０００６】

【実施例】以下、この発明による密着型イメ−ジセンサ
の一実施例について図面を用いて説明する。図１は、実
施例の密着型イメ−ジセンサ（以下、単にセンサと呼
ぶ）１０の部分縦断面図を示す。センサ１０は光透過性
を有する例えばガラスや石英等の透明基板１１をベ−ス
にしている。この基板１１の一方の面には１個以上の光
検出素子部（以下、センサ部とよぶ）１２が形成され、
他方の面にはセンサ部１２に対向した位置にマイクロレ
ンズ部１３が形成されている。マイクロレンズ部１３
は、基板１１の面にほぼ面一となるように平坦に形成し
てある。

【０００７】この発明では、基板１１の両面において対
向一対のセンサ部１２とマイクロレンズ部１３のみでも
構成できるが、対向一対を１画素分としてこの多数を基
板面に配列して形成できることに特徴がある。一対の場
合は、マイクロレンズ部１３で集めた光をセンサ部１２
で電流に変換する「検出器」にとどまる。これに対し
て、多数のセンサ部１２を基板１１上にて一次元線形
に、あるいは二次元面形のマトリックスに配列させて設
けることができる。線形または面形にした場合は検出機
能と同時に走査機能をも備えさせて構成できる。

【０００８】また、この発明では、実施例を示す図１の
ように、センサ部１２として薄膜トランジスタ（以下TF
Tと呼ぶ）を用いることができる。センサ部１２はマイ
クロレンズ部１３に通された画像情報の光を受け、これ
を電流キャリアに光電変換して検出信号として送出でき
る。TFTによるセンサ部１２は薄膜トランジスタアレイ
としてその多数を基板１１上に真空蒸着法、スパッタ
法、そしてＣＶＤ法等のさまざまな公知技術でもって形
成できる。図のように、チャネル領域部を有する半導体
層１４を挾む形でソ−ス電極１５およびドレイン電極１
６が間隔を置いて設けられ、これら両電極上に酸化シリ
コン等による絶縁体１７を介してゲ−ト電極１８が設け
られている。多数のソ−ス電極１５はこれらを含むソ−
スラインとして、多数のドレイン電極１６はこれらを含
むドレインラインとしてそれぞれ形成することができ
る。半導体層１４は、基板１１全面に下地堆積させた半
導体膜に対して、この上のソ−スラインやドレインライ
ンをマスクとしてエッチングすることで形成できる。こ
のように形成されるセンサ部１２の個々は、背後から光
が入射されるのを防ぐために、ゲ−ト電極１８の上から
全体を遮光膜１９で覆っている。

【０００９】基板１１の他方の面では、センサ部１２に
対向させてマイクロレンズ部１３が基板面に平坦になる
ようほぼ面一に形成されている。マイクロレンズ部１３
は、公知技術のイオン交換、拡散重合、スパッタリン
グ、そしてエッチングなどいずれかの方法で形成するこ
とができる。図２以下で製作の一例を説明するように、
イオン交換によって基板１１の表面層に部分的に屈折率
の異なるマイクロレンズ部１３を化学変化を利用して得
られるものである。

【００１０】次に、以上の構成による実施例のセンサ１
０の作用について、その製作工程を示す図２〜図４を併
用して説明する。センサ１０の製作は、図２に示すよう
に、所要の大きさの透明なガラス基板１１が用意され
る。初めの工程で、基板１１の一方の面には多数のマイ
クロレンズ部１３が線形もしくは面形マトリックスの予
定パタ−ンに基づいて形成される。このパタ−ンを形成
するための金属製のマスク５が基板１１の対象面に密着
して取り付けられ、マスク付きの基板１１が槽３の溶液
４中に侵漬される。溶液４には、例えば硝酸ナトリウム
（ＮａＮＯ₃：ガラス材料に用いられる）と硝酸リチウ
ム（ＬｉＮＯ₃）との溶融塩が用いられる。この溶液４
中に侵漬された基板１１はマスク５で被覆された部分を
除いて、つまりマイクロレンズ部１３を形成する予定位
置のみを溶液４に侵漬させることになる。溶液４に接触
した部分の基板１１の表面では、ガラスの基板１１中の
Ｌｉイオンが溶液４中のＮａイオンに置換され、これに
よって、基板１１の表面層には透過光の屈折率の異なる
マイクロレンズ部１３が部分的に形成される。レンズ形
状は、表面側から入射した光を集束するのに好適な凸型
としてあり、基板１１の面にほぼ面一で平坦になるよう
形成される。

【００１１】マイクロレンズ部１３の形成終了後、基板
１１は槽３から取り出され、次いで図３に示すように、
基板１１の他方の面に、予定される平面マトリックス等
のパタ−ンでセンサ部１２が上記マイクロレンズ部１３
に対応してＣＶＤ等の薄膜形成方法を用いて形成され
る。すなわち、ここまでの製作工程で、ガラス製の基板
１１をベ−スにしてこの両面のセンサ部１２およびマイ
クロレンズ部１３からなるセンサ１０が形成される。こ
うした得られたセンサ１０には、図４に示すように、セ
ンサデバイスとしてＦＰＣコネクタ６やＬＳＩチップ７
等が装着されて使用に供される。

【００１２】以上のように製作される実施例のセンサ１
０は、この発明でいうように、センサ部１２とマイクロ
レンズ部１３の一対のみでも構成できるが、この場合は
走査機能をもたない検出器と考えることができる。すな
わち、マイクロレンズ部１３を通して光をセンサ部１２
で検出し、これを光電変換により電流として取り出す検
出器である。この場合、マイクロレンズ部１３を有する
側の基板１１の平坦面を、被検出対象物の読み取り面に
可及的に接近させることが可能なので、読み取りの応答
性は高い。

【００１３】また、多数のセンサ部１２とマイクロレン
ズ部１３によるマトリックスにまとめれば、検出機能と
共に走査機能を備えたファクシミリ装置等に実機装着し
て使用することができる。その際、図１に示すように、
センサ１０はそのマイクロレンズ部１３側の平坦面を、
被検出対象である原稿１の読み取り面に向かって可及的
に近接できるよう装着される。矢印８で示される光源か
らの光は、基板１１のセンサ部１２を有する側の面から
入光する。この入射光８は透明なガラスの基板１１を透
過し、下方の原稿１の読み取り面で反射する。読み取り
面における文字や図形等の読み取り対象２から反射した
光９は、これに対応するマイクロレンズ部１３によって
センサ部１２に送られる。

【００１４】読み取り対象２の文字や図形という情報を
光で検出する１つの画素であるセンサ部１２において
は、周知のように、反射光９が半導体層１４に入射され
る光により電子を発生して電流に変換する。すなわち、
反射光９の入射によってドレイン電流が生じ、この電流
をドレイン電極１６から各画素ごとの検出信号としてセ
ンサ部１２から読出し処理などを行なう制御系に向けて
送出する。

【００１５】したがって、この発明では、基板１１の両
面におけるセンサ部１２とマイクロレンズ部１３が単に
一対であっても、多数配列によるマトリックスであって
も、平坦面でもって原稿１に対し近接させて用いること
ができる。つまり、マイクロレンズ部１３を設けた側は
基板１１面に面一の平坦面としてあるので、従来のよう
に原稿１との間にセンサ部や実装部品等が突出して介在
する分だけ、原稿１から遠ざかることなく近接できる。
これによって、センサ１０における検出領域面と原稿１
の被検出領域とが平面透視面積でほぼ同一と考えること
ができるから、原稿１の読み取り領域を最大限大きくす
ることができる。

【００１６】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１〜３記載
の発明による密着型イメ−ジセンサによれば、基板の両
面においてその一方と他方の面に、原稿等の被検出対象
から反射した光を通過させるマイクロレンズ部と通過光
を検出して光電変換する光検出素子部が対で形成され、
マイクロレンズ部側の基板面は平坦に形成してあるの
で、これは従来のロッドレンズアレイや光ファイバアレ
イのように光学系を基板外付け型のものとした構造に比
べ、コスト面では格段に安価ですむ。また、レンズ側の
基板面が平坦ということは、原稿に可及的に接近させた
位置での検出が可能になるから、読み取り応答性が良好
で高感度の検出が実現し、さらに光検出素子部とマイク
ロレンズ部を二次元平面方向にマトリックスにまとめる
と、読み取り領域が拡大できて高解像度の検出に有効で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による実施例の密着型イメ−ジセンサ
の部分的縦断面図。

【図２】実施例の密着型イメ−ジセンサにおけるマイク
ロレンズ部形成工程の側面断面図。

【図３】実施例の密着型イメ−ジセンサにおける光検出
素子部形成工程の側面断面図。

【図４】実施例の密着型イメ−ジセンサの実装形態例を
示す側面断面図。

【符号の説明】

１ 被検出対象の原稿 ２ 読み取り画像 １０ センサ １１ 基板 １２ センサ部（光検出素子部） １３ マイクロレンズ部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光透過性の基板の一方の面に光検出素子
   部が形成され、基板の他方の面には平坦になるようマイ
   クロレンズ部がほぼ面一に形成されて、前記光検出素子
   部がマイクロレンズ部を通過した光を検出して光電変換
   するようにしたことを特徴とする密着型イメ−ジセン
   サ。
2. 【請求項２】 多数の光検出素子部を一次元走査可能な
   線形または二次元走査可能な面形に配列し、前記光検出
   素子部の各々に対向させて多数のマイクロレンズ部が形
   成してあり、光検出素子部とマイクロレンズ部の一対に
   よる１つの画素ごとに、被検出対象からの反射光をマイ
   クロレンズ部を通して光検出素子部で結像させる請求項
   １記載の密着型イメ−ジセンサ。
3. 【請求項３】 基板の平坦な他方の面を、被検出対象に
   対向する近接距離に位置させて用いられる請求項１また
   は２記載の密着型イメ−ジセンサ。
4. 【請求項４】 光検出素子部が薄膜トランジスタを含む
   請求項１〜３のいずれか記載の密着型イメ−ジセンサ。