JPH09284473A - 光導波路型縮小イメージセンサ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、６００ｄｐｉの高解像度化が可能
で、且つ、作製工程が簡単で小型の光導波路型縮小イメ
ージセンサ及びその製造方法を提供することを目的とす
る。 【解決手段】 原稿１面を照射する光源と原稿面１から
の反射光を検出する光検出部とから構成され、該光検出
部がマイクロレンズが原稿面幅にアレイ化されたマイク
ロレンズアレイ２と該マイクロレンズにより集光された
光を導き入力画像を縮小する光導波路アレイ３とから成
る光導波路基板４と光電変換素子アレイ５とから成る光
導波路型縮小イメージセンサにおいて、光電変換素子ア
レイ５を、光導波路基板４の光入射面に対して平行な位
置と直交する位置とに配置された複数の光電変換素子ア
レイ５ａ、５ｂ、５ｃから成して構成している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ファクシミリ、複
写機、イメージスキャナなどのハードコピー画像の一次
元読み取り光学系に利用される解像度６００ｄｐｉの高
精細イメージセンサ等に応用される光導波路を用いた縮
小型イメージセンサ及びその製造方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、ファクシミリ、イメージスキャ
ナ、デジタル複写機等の画像読み取り需要の増加ととも
に、画像情報を電気信号に変換する一次元イメージセン
サの高性能化と小型化が要望されている。従来より一次
元イメージセンサには、ミラーとレンズを用いた縮小光
学型イメージセンサ、セルフォックレンズ等を用いた密
着型イメージセンサ、光学系を使用しない完全密着型イ
メージセンサなどがある。また、最近、光導波路アレイ
を用いて画像を縮小する導波路型縮小イメージセンサが
提案されている。

【０００３】図３に、従来の縮小光学型イメージセンサ
の概略構造の斜視図を示す。図３に示すように、原稿１
１は、直線上に配置された発光ダイオード（以下、ＬＥ
Ｄと略す）アレイ又は蛍光灯等の直線状の光源１７によ
り照明され、原稿１１からの反射光がレンズ１２により
ＣＣＤ等の光電変換素子アレイ１５に縮小結合され、光
電変換素子アレイ１５では原稿のイメージ情報を電気信
号の時系列に変換して出力する。図３の縮小光学型イメ
ージセンサの分解能は、光電変換素子アレイ１５の画素
ピッチとレンズ性能とによって決定され、例えば、読み
取り分解能２００ｄｐｉ（１インチ当たり２００ドッ
ト）、読み取り幅２５６ｍｍでは、原稿１１から光電変
換素子アレイ１５まで距離（光路長：ｂ）が約３３０ｍ
ｍとなる。このタイプの縮小型イメージセンサは、低価
格であり高速読み取りが可能である反面、レンズ１２を
用いてＣＣＤに集光させるので、装置サイズが大きくな
り小型化できない、光学系の調整が複雑であり一台毎に
調整を要する等という欠点をもっている。

【０００４】一方、従来から一般的に使用されている密
着型イメージセンサがあるが、そのイメージセンサにつ
いて、その概略斜視図を示す図４を用いて説明する。図
４に従来の一般的に使用されている密着型イメージセン
サの概略断面図を示す。図４に示すように、光電変換ア
レイ２５から成る検出器は読み取り幅全体を覆うように
配置され、光源２７で照明された原稿２１からの反射光
は直接又はロットレンズアレイ２２を介して光電変換素
子アレイ２５に入射され、イメージ情報を電気信号に変
換される。この密着型イメージセンサでは原稿２１から
光電変換素子アレイ２５までの距離（光路長：ｂ）は小
さく、調整が不要という利点を有する反面、光電変換素
子アレイの寸法が大きく、また、光電変換素子アレイを
駆動する複雑な電子回路が必要であり、このため低価格
化が困難であった。

【０００５】これらのように、従来のレンズ系を使用し
た縮小光学型イメージセンサでは、原稿面と固体撮像素
子素子との間に長い光路長を必要とするため、小型化が
困難であり、組み立て時に１台毎に調整が必要で、更に
振動に弱いという問題があった。また、従来の密着型イ
メージセンサでは、光電変換素子アレイが原稿幅と同じ
大きさとなるので、光電変換信号のＳ／Ｎ比が低下した
り、配線間の寄生容量のために高速動作が困難になると
いう問題があった。

【０００６】これらの縮小光学型イメージセンサや密着
型イメージセンサの問題点を解決するため、光導波路型
縮小イメージセンサが提案されている。その一例が、特
開昭６０−１８９２５６号公報に示されている。入力画
像から光電変換素子アレイまで光を導く複数の光導波路
を備えており、導波路の入射端のピッチよりも出射端の
ピッチを狭くすることで縮小画像が得られる。しかし、
このイメージセンサでは、上部のみ金属薄膜の反射を利
用した導波路を用いて縮小する構造であるので、隣接し
た導波路の間でクロストークが生じるという問題があ
る。

【０００７】また、特開平７−３０７１６号公報には、
光導波路の途中を湾曲させることにより光導波路基板サ
イズを小さくするイメージセンサが開示されている。特
開平７−３０１７３０号公報には、光導波路アレイの形
状に屈曲部を設けて、光導波路基板サイズをさらに小さ
くするイメージセンサが示されている。図５は、特開平
７−３０１７３０号公報に開示された光導波路型縮小イ
メージセンサの概略構造を示す斜視図であり、図６はそ
の平面図である。図５及び図６に示すように、原稿を照
射する光源３７と、原稿面幅に形成されたマイクロレン
ズアレイ３２と、入力画像から光電変換素子アレイ３５
まで光を導く複数の３次元光導波路（以下、単に光導波
路と呼ぶ）３３が形成された光導波路基板３４と、光電
変換素子アレイ３５を備え、光導波路３３の入射端ピッ
チよりも出射端のピッチを狭くすることにより縮小画像
を得るものである。特に、光導波路３３の途中に屈曲部
３８、３９を設けているのが特長となっている。この光
導波路型は、結合光学系、光導波路基板、光電変換素子
アレイを一体化することにより、組み立て時の調整が不
要となり、耐震性に優れ、低価格のイメージセンサを提
供することができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、現在、
解像度６００ｄｐｉの高精細な小型イメージセンサが求
められているのに対し、上記従来の光導波路を用いた縮
小イメージセンサでは、光導波路アレイ基板に配置され
た光電変換素子アレイは、反射光入射面に対して平行な
位置に設けられているので、このような高精細な小型イ
メージセンサは実現できない。

【０００９】具体的には、特開平７−３０１７３０号公
報に記載されたものでは、反射光入射面に対して平行な
位置に光電変換素子アレイが１個に配置されている。ま
た、特開平７−３０７１６公報には、反射光入射面に対
して平行な位置に複数個配置されたものが記載されてい
る。しかし、これらのイメージセンサでは、装置サイズ
を小さくしたまま、６００ｄｐｉの高解像度の小型イメ
ージセンサを実現することはできなかった。

【００１０】本発明は、上記のような課題を解決するた
めになされたものであって、６００ｄｐｉの高解像度化
が可能で、且つ、作製工程が簡単で小型の光導波路型縮
小イメージセンサを提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明では、原稿面を照射する光源と原稿面からの
反射光を検出する光検出部とから構成され、その光検出
部がマイクロレンズが原稿面幅にアレイ化されたマイク
ロレンズアレイとそのマイクロレンズにより集光された
光を導き入力画像を縮小する光導波路アレイとから成る
光導波路基板と光電変換素子アレイとから成る光導波路
型縮小イメージセンサにおいて、光電変換素子アレイ
を、光導波路基板の光入射面に対して平行な位置と直交
する位置とに配置された複数の光電変換素子アレイから
成して構成している。

【００１２】本発明によれば、例えば、３個の光電変換
素子アレイを用いた場合には、従来の単一のものと比較
して３倍の数、つまり合計６１４４個のマイクロレンズ
アレイと光導波路アレイの縮小光学系からイメージセン
サを構成し、具体的には、光検出部は、原稿面幅に形成
されたマイクロレンズアレイが設けられた光入射面に対
して平行な位置に１個、直交した位置に２個（合計３
個）の光電変換素子アレイが設けられた構成とすること
ができる。すると、光電変換素子アレイの総画素数と光
導波路アレイの本数が多くできるので、解像度が６００
ｄｐｉであるような小型イメージセンサを実現すること
が可能となる。

【００１３】さらに、本発明では、上記の光導波路型イ
メージセンサにおいて、光導波路基板の光出射端面と光
電変換素子アレイとの間にマイクロレンズアレイを設け
て構成している。

【００１４】また、本発明では、原稿面を照射する光源
と原稿面からの反射光を検出する光検出部とから構成さ
れ、その光検出部がマイクロレンズが原稿面幅にアレイ
化されたマイクロレンズアレイとそのマイクロレンズに
より集光された光を導き入力画像を縮小する光導波路ア
レイから成る光導波路基板と光電変換素子アレイとから
成る光導波路型縮小イメージセンサの製造方法におい
て、光導波路基板の光入射端面から光入射面に対して平
行な方向と直交する方向とに光出射するように屈曲した
複数のコア形状溝部が形成された基板を作製し、該基板
のコア形状溝部に紫外線硬化樹脂前駆体をサンドイッチ
法又はスキージ法により注入した後、紫外線照射により
前記前駆体を硬化させてコアを形成する工程を含むこと
としている。

【００１５】本発明によれば、光導波路アレイは、導波
路基板上に任意の形状に作製可能であるため、結合光学
系と光電変換素子との相互配置が自由となり、イメージ
センサのサイズを小さくすることができる。また、光
源、結合光学系、光導波路基板、光電変換素子アレイを
一体化することにより組み立て時の調整が不要となり、
耐ショック性に優れたイメージセンサを提供することが
できる。更に、コアとクラッド材料に有機高分子を用い
たポリマー光導波路アレイを採用することにより、容易
に大面積の導波路アレイを作製することができ、イメー
ジセンサの製造コストを低減化できる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明による実施形態につ
いて、図面を参照して説明する。以下に示す実施形態
は、６００ｄｐｉの分解能をもつＧ３型ファクシミリ用
一次元イメージセンサ（スキャン幅２５６ｍｍ：Ｂ４用
紙対応）に適用した例である。光電変換素子としては、
１４μｍピッチ、２０４８ピクセルのＣＣＤである日本
電気株式会社製μＰＤ３７４３Ｄを用いた。

【００１７】図１は、本発明による実施形態である光導
波路型縮小イメージセンサの概略構造を示す平面図であ
り、図２はその部分拡大図である。図１及び図２におい
て、１は原稿、２は光入射側のマイクロレンズアレイ、
３は光導波路アレイ、４は光導波路基板、５は光電変換
素子アレイ、６は光出射側のマイクロレンズアレイであ
る。図１及び図２に示すように、本実施形態において、
光電変換素子アレイは、５ａ、５ｂ、５ｃの３個が光導
波路基板４に取り付けてある。すなわち、光導波路基板
４の光入射面に対して垂直な端面に両側に２個、光入射
面の対面に１個である。そして、図示しない光源により
照射された原稿１１面からの反射光が、マイクロレンズ
アレイ２により集光され、光電変換素子アレイ５ａ、５
ｂ、５ｃのそれぞれまで導波されるように、屈曲した光
導波路アレイ３が形成されている。なお、光導波路基板
４の光出射側には、光導波路アレイ３から出射された光
が光電変換素子アレイ５ａ、５ｂ、５ｃのそれぞれに集
光されるように、それらに対応してマイクロレンズアレ
イ６ａ、６ｂ、６ｃが設けれている。

【００１８】次いで、光導波路基板４の作製について説
明する。まず、射出成型法により基板表面にコア部とな
る溝を有する透明樹脂基板を作製する。この透明樹脂基
板と平面透明樹脂基板（厚さ０．５ｍｍ）の間に、これ
らの基板よりも屈折率の高い紫外線硬化性の透明樹脂前
駆体を注入し、紫外線照射により前駆体を重合させる。
この作製法は、サンドイッチ法と呼び、特開昭６３−２
９３５０９公報に開示されている。また、スキージ法
は、溝を有する透明樹脂基板の上に紫外線硬化性樹脂を
垂らし、高分子製スキージで表面を掃き、溝に充填す
る。その後、紫外線を照射して光重合させてコアを形成
させる方式であり、特開平２−１９１９０６公報に開示
されている。本実施形態では、サンドイッチ法によリコ
ア部を形成した。クラッド材料には透明樹脂ＰＭＭＡ
（屈折率１．４９）を用い、コア材料には、紫外線硬化
性樹脂（スリーボンド社製ＴＢ３０４２：屈折率１．５
３）を用いた。

【００１９】光導波路基板４は、２５８ｍｍ×２５ｍｍ
×２ｍｍのサイズであり、図２のように６１４４本の光
導波路３が形成されている。光導波路アレイ３のピッチ
は、光入射端で４２μｍ、光出射端で１２μｍである。
光導波路基板４のコアの形状は正方形であり、サイズは
幅と深さがいずれも８μｍである。光導波路基板４の入
射端面及び出射端面に射出成型で作製したＰＭＭＡ製マ
イクロレンズアレイ２（レンズの個数：６１４４個）、
及び６ａ、６ｂ、６ｃ（レンズの個数：各々２４４個）
を紫外線硬化性樹脂を用いて張り付ける。マイクロレン
ズアレイ２のレンズの直径は４２μｍであり、光電変換
素子アレイ５ａ、５ｂ、５ｃと光導波路アレイ３とを光
学結合するためのマイクロレンズアレイ６ａ、６ｂ、６
ｃの直径は１２μｍである。また、隣接した光導波路で
のクロストークを無くすために導波路端面に光制限部材
を設ける必要がある。そのため、例えば、蒸着法もしく
はスパッタ蒸着法により、金属反射膜をクラッド基板の
端面に形成するか、もしくは、光源の波長の光を吸収す
る色素を含む有機膜を塗布することにより可能となる。

【００２０】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、従来の
縮小光学型イメージセンサに比べて小型、且つ耐ショッ
ク性に優れた解像度６００ｄｐｉの高精細イメージセン
サを提供することができる。また、光学結合系にマイク
ロレンズアレイを使用しているので、原稿からの反射光
を効率よく集光して光電変換素子アレイに導き、Ｓ／Ｎ
比の高い変換信号を得ることができる。特に、複数個の
光電変換素子アレイをコンパクトに導波路アレイ基板に
配置して、従来の導波路型縮小イメージセンサと同じサ
イズのものを提供することができる。また、結合光学系
と光電変換素子との間を接続する光導波路を任意の形状
とすることができるので、設計の自由度が高まり、結合
光学系と光電変換素子との任意の配置が可能となり、種
々のイメージセンサに適用できるという効果がある。

【００２１】そして、光導波路に有機高分子材料を用い
ることができるので、比較的大きな原稿幅に対応したイ
メージセンサでも容易に作製することができ、作製プロ
セスの簡略化、低コスト化を図ることができるという効
果がある。さらに、導波路型イメージセンサは完全密着
型イメージセンサのように光電変換素子を原稿に近接さ
せないので、光電変換素子を保護する必要が無く、静電
気の影響を受けないので、デバイスの信頼性は高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による光導波路型縮小イメージセンサの
概略構造を示す平面図である。

【図２】図１の光導波路型縮小イメージセンサの部分拡
大図である。

【図３】従来の光学式縮小イメージセンサの概略構造を
示す斜視図である。

【図４】従来の密着型イメージセンサの概略構造を示す
斜視図である。

【図５】従来の光導波路型縮小イメージセンサの概略構
造を示す斜視図である。

【図６】図５の光導波路型縮小イメージセンサの平面図
である。

【符号の説明】

１ 原稿 ２，６ａ，６ｂ，６ｃ マイクロレンズアレイ ３ 光導波路アレイ ４ 光導波路基板 ５ａ，５ｂ，５ｃ 光電変換素子アレイ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原稿面を照射する光源と原稿面からの反
   射光を検出する光検出部とから構成され、該光検出部が
   マイクロレンズが原稿面幅にアレイ化されたマイクロレ
   ンズアレイと該マイクロレンズにより集光された光を導
   き入力画像を縮小する光導波路アレイとから成る光導波
   路基板と光電変換素子アレイとから成る光導波路型縮小
   イメージセンサにおいて、 前記光電変換素子アレイが、前記光導波路基板の光入射
   面に対して平行な位置と直交する位置とに配置された複
   数の光電変換素子アレイから成ることを特徴とする光導
   波路型縮小イメージセンサ。
2. 【請求項２】 前記光導波路基板の光出射端面と前記光
   電変換素子アレイとの間にマイクロレンズアレイを設け
   たことを特徴とする請求項１に記載の光導波路型縮小イ
   メージセンサ。
3. 【請求項３】 原稿面を照射する光源と原稿面からの反
   射光を検出する光検出部とから構成され、該光検出部が
   マイクロレンズが原稿面幅にアレイ化されたマイクロレ
   ンズアレイと該マイクロレンズにより集光された光を導
   き入力画像を縮小する光導波路アレイから成る光導波路
   基板と光電変換素子アレイとから成る光導波路型縮小イ
   メージセンサの製造方法において、 前記光導波路基板の光入射端面から光入射面に対して平
   行な方向と直交する方向とに光出射するように屈曲した
   複数のコア形状溝部が形成された基板を作製し、該基板
   のコア形状溝部に紫外線硬化樹脂前駆体をサンドイッチ
   法又はスキージ法により注入した後、紫外線照射により
   前記前駆体を硬化させてコアを形成する工程を含むこと
   を特徴とする光導波路型縮小イメージセンサの製造方
   法。