JPH1051589A - Optical waveguide type reduced image sensor and its manufacture - Google Patents

Optical waveguide type reduced image sensor and its manufacture

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JPH1051589A
JPH1051589A JP8205529A JP20552996A JPH1051589A JP H1051589 A JPH1051589 A JP H1051589A JP 8205529 A JP8205529 A JP 8205529A JP 20552996 A JP20552996 A JP 20552996A JP H1051589 A JPH1051589 A JP H1051589A
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昭雄 宮田
Haado Debitsudo
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide the small sized optical waveguide type reduced image sensor with high sensitivity, capable of reading at high S/N and with the simple manufacture process. SOLUTION: The optical waveguide type reduced image sensor is made up of a 1st micro lens array 2, being an array of a plurality of micro lenses condensing an input image, an optical waveguide array board 3 having a plurality of cores 4 to lead the light corrected by the 1st micro lens array 2 for reducing the input image, and a photoelectric conversion element array 6 receiving light emitted from the optical waveguide array board 3 and converting the light into an electric signal. In this case, the 1st micro lens array 2 is placed at a light incident end of the optical waveguide array board 3, so that an image of each single micro lens of the 1st micro lens array 2 is formed to the light incidence end of a plurality of the cores 4 of the optical waveguide array board 3.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[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
元読み取り縮小光学系に利用される光導波路型縮小イメ
ージセンサに関するものである。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to an optical waveguide type reduced image sensor used for a one-dimensional reading / reducing optical system of a hard copy image such as a facsimile, a copying machine, an image scanner and the like.

【0002】[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。
2. Description of the Related Art In recent years, as the demand for image reading of facsimile machines, image scanners, digital copiers and the like has increased, there has been a demand for higher performance and smaller size of one-dimensional image sensors for converting image information into electric signals. Conventional one-dimensional image sensors include a reduction optical image sensor using a mirror and a lens, a contact image sensor using a selfoc lens, a completely contact image sensor not using an optical system, and the like. Recently, a waveguide-type reduced image sensor that reduces an image using an optical waveguide array has been proposed.

【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(LED)ア
レイ又は蛍光灯等の直線状の光源18により照明され、
原稿11からの反射光がレンズ13によりCCD等の光
電変換素子アレイ16に縮小結合され、そして、光電変
換素子アレイ16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330mm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13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。
FIG. 3 is a perspective view showing a schematic structure of a conventional reduced optical image sensor. As shown in FIG.
1 is illuminated by a linear light source 18 such as a light emitting diode (LED) array or a fluorescent lamp arranged on a straight line,
The reflected light from the document 11 is reduced and coupled to a photoelectric conversion element array 16 such as a CCD by a lens 13, and the photoelectric conversion element array 16 converts the image information of the document into a time series of electric signals and outputs it. The resolution of the reduced optical image sensor in FIG. 3 is determined by the pixel pitch of the photoelectric conversion element array 15 and the lens performance. For example, the reading resolution is 200 dpi (200 dots per inch),
When the reading width is 256 mm, the distance (optical path length: b) from the document 11 to the photoelectric conversion element array 15 is about 330 mm. This type of reduction type image sensor is inexpensive and capable of high-speed reading. On the other hand, since the light is condensed on the CCD using the lens 13, the size of the device cannot be reduced and the size of the device cannot be reduced. It has the disadvantage of requiring adjustment for each unit.

【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に示すように、光電変換素子アレイ26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28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23を介して光電変換素子アレイ26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2
5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。
On the other hand, there is a contact type image sensor which has been generally used in the past, and the image sensor will be described with reference to FIG. 4 which is a schematic perspective view thereof. As shown in FIG. 4, the detector including the photoelectric conversion element array 26 is disposed so as to cover the entire reading width, and the reflected light from the original 21 illuminated by the light source 28 is directly or via the lot lens array 23. The light is incident on the conversion element array 26 and the image information is converted into an electric signal. In this contact type image sensor, the original 21 is
5 (optical path length: b) has the advantage of being small and requiring no adjustment. On the other hand, the size of the photoelectric conversion element array is large, and a complicated electronic circuit for driving the photoelectric conversion element array is required. Therefore, it was difficult to reduce the price.

【0005】このように、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。
As described above, in the reduction optical image sensor using the conventional lens system, a long optical path length is required between the document surface and the solid-state image pickup device. Adjustment is required for each unit, and there is a problem that it is susceptible to vibration. Further, in the conventional contact type image sensor, since the photoelectric conversion element array has the same size as the width of the document, the S / N ratio of the photoelectric conversion signal is reduced,
There is a problem that high-speed operation becomes difficult due to parasitic capacitance between wirings.

【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本の光導波
路コアを備えており、コアの光入射端のピッチよりも光
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、隣接したコアの間でクロストークが生じるという問
題がある。
In order to solve the problems of the reduced optical image sensor and the contact type image sensor, an optical waveguide type reduced image sensor has been proposed. One example is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-189256. A plurality of optical waveguide cores for guiding light from the input image to the photoelectric conversion element array are provided, and a reduced image can be obtained by making the pitch of the light emitting end narrower than the pitch of the light incident end of the core.
However, in this image sensor, since only the upper portion is reduced in size using a waveguide utilizing reflection of a metal thin film, there is a problem that crosstalk occurs between adjacent cores.

【0007】また、特開平7−30716号公報には、
光導波路コアの途中を湾曲させることにより光導波路ア
レイ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
コアの形状に屈曲部を設けて、光導波路アレイ基板サイ
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はその要部平面図である。図5及び図6に示
すように、原稿を照射する光源38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36まで光を導く複数本の光導波路コア
34が形成された光導波路アレイ基板33と、光電変換
素子アレイ36を備え、コア34の光入射端ピッチより
も光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、コア34の途中に二か所の屈曲部
34a及び34bを設けているのが特長となっている。
この光導波路型縮小イメージセンサは、結合光学系、光
導波路アレイ基板、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。
[0007] Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-30716 discloses that
An image sensor that reduces the size of an optical waveguide array substrate by bending an optical waveguide core in the middle has been disclosed. Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-301730 discloses an image sensor in which a bent portion is provided in the shape of the optical waveguide core to further reduce the size of the optical waveguide array substrate.
FIG. 5 is a perspective view showing a schematic structure of an optical waveguide type reduced image sensor disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-301730, and FIG. 6 is a plan view of a main part thereof. As shown in FIGS. 5 and 6, a light source 38 for irradiating a document, a microlens array 32 formed to have a document surface width, and a plurality of optical waveguide cores 34 for guiding light from an input image to a photoelectric conversion element array 36 are provided. The optical waveguide array substrate 33 on which is formed, and the photoelectric conversion element array 36 are provided, and a reduced image is obtained by making the pitch of the light emitting end of the core 34 smaller than the pitch of the light incident end. In particular, a feature is that two bent portions 34a and 34b are provided in the middle of the core 34.
This optical waveguide-type reduced image sensor provides an inexpensive image sensor that is excellent in earthquake resistance by eliminating the need for adjustment during assembly by integrating the coupling optical system, the optical waveguide array substrate, and the photoelectric conversion element array. be able to.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の光導波路型縮小イメージセンサでは、単一のマイク
ロレンズが単一のコアと1対1で対応していたため、マ
イクロレンズの開口径をコア間の間隔(ピッチ)よりも
大きくすることができなかった。このようにマイクロレ
ンズの開口径が制限されるため、感度が不十分となり、
高S/N比での読み取りができなかった。
However, in the above-mentioned conventional optical waveguide type reduced image sensor, a single microlens corresponds to a single core on a one-to-one basis. Could not be made larger than the interval (pitch). Because the aperture diameter of the microlens is limited in this way, the sensitivity becomes insufficient,
Reading at a high S / N ratio could not be performed.

【0009】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、高感度で、高S/N比での
読み取りが可能で、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。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and has high sensitivity, can read at a high S / N ratio, and has a simple manufacturing process and a small optical waveguide. An object of the present invention is to provide a wave path type reduced image sensor.

【0010】[0010]

【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、入力画像を集光する複数のマイクロレ
ンズがアレイ化された第1のマイクロレンズアレイと、
その第1のマイクロレンズアレイにより集光された光を
導き入力画像を縮小する複数本のコアを備えた光導波路
アレイ基板と、その光導波路アレイ基板から出射された
光を受光し電気信号に変換する光電変換素子アレイとか
ら構成される光導波路型縮小イメージセンサにおいて、
第1のマイクロレンズアレイの各単一のマイクロレンズ
が光導波路アレイ基板の複数本のコアの入射端に結像さ
せるように、第1のマイクロレンズアレイを光導波路ア
レイ基板の光入射端側に配置して構成している。
According to the present invention, there is provided a first microlens array in which a plurality of microlenses for condensing an input image are arranged;
An optical waveguide array substrate having a plurality of cores for guiding light condensed by the first microlens array and reducing an input image; receiving light emitted from the optical waveguide array substrate and converting the light into an electric signal; In the optical waveguide type reduced image sensor composed of a photoelectric conversion element array
The first microlens array is placed on the light incident end side of the optical waveguide array substrate such that each single microlens of the first microlens array forms an image on the incident end of a plurality of cores of the optical waveguide array substrate. It is arranged and configured.

【0011】本発明によれば、比較的レンズ径の大きな
マイクロレンズから成る光学系を用い、複数本のコアに
またがるように開口径の大きなマイクロレンズを採用し
ているので、従来のものよりも多くの光を集めることが
でき、原稿面からの反射光である入力画像を、効率良く
光導波路コアに入射させることができる。
According to the present invention, an optical system comprising a microlens having a relatively large lens diameter is used, and a microlens having a large opening diameter is used so as to extend over a plurality of cores. A large amount of light can be collected, and the input image, which is the reflected light from the document surface, can be efficiently incident on the optical waveguide core.

【0012】さらに、本発明では、上記の光導波路型縮
小イメージセンサにおいて、光導波路アレイ基板の複数
のコアから出射される光を反転させて光電変換素子アレ
イに結像させる単一のマイクロレンズアレイが複数アレ
イ化されて成る第2のマイクロレンズアレイを光導波路
アレイ基板の光出射端側に設けて構成している。
Further, according to the present invention, in the above optical waveguide type reduced image sensor, a single microlens array for inverting light emitted from a plurality of cores of the optical waveguide array substrate to form an image on a photoelectric conversion element array. Are provided in the light emitting end side of the optical waveguide array substrate.

【0013】本発明によれば、上述のとおり第1のマイ
クロレンズアレイの各マイクロレンズにより取り込んだ
入力像を複数本のコアに結像し伝搬させているために生
じる、そのマイクロレンズ単位での光導波路アレイ基板
から出力像の反転を防止するために、第2のマイクロレ
ンズの各マイクロレンズを用いて再度反転させて、光電
変換素子アレイに結像させるようにしている。したがっ
て、高効率で光導波路アレイ基板に取り込んだ入力像が
反転されることなく、光電変換素子アレイに結像させる
ことができる。
According to the present invention, as described above, an input image captured by each microlens of the first microlens array is formed on a plurality of cores and propagated. In order to prevent the output image from being inverted from the optical waveguide array substrate, the second microlens is used to reverse the image again to form an image on the photoelectric conversion element array. Therefore, the input image taken into the optical waveguide array substrate with high efficiency can be formed on the photoelectric conversion element array without being inverted.

【0014】また、本発明によれば、上記の光導波路型
縮小イメージセンサにおいて、光導波路アレイ基板のコ
アの光入射端部をテーパ形状としている。
Further, according to the present invention, in the above-described optical waveguide type reduced image sensor, the light incident end of the core of the optical waveguide array substrate is tapered.

【0015】本発明によれば、光導波路アレイ基板のコ
アの光入射端部をテーパ形状としているので、コアの光
入射端部での光学結合効率を向上させることができる。
According to the present invention, since the light incident end of the core of the optical waveguide array substrate is tapered, the optical coupling efficiency at the light incident end of the core can be improved.

【0016】また、本発明では、入力画像を集光する複
数のマイクロレンズがアレイ化された第1のマイクロレ
ンズアレイと、その第1のマイクロレンズアレイにより
集光された光を導き入力画像を縮小する複数本のコアを
備えた光導波路アレイ基板と、その光導波路アレイ基板
から出射された光を結像する複数のマイクロレンズがア
レイ化された第2のマイクロレンズアレイと、その第2
のマイクロレンズアレイにより結像された光を受光し電
気信号に変換する光電変換素子アレイとから構成される
光導波路型縮小イメージセンサの製造方法において、コ
アとなる凹溝のパターンが形成された樹脂材料から成る
パターン基板を射出形成法により成型する工程と、その
パターン基板の凹溝にパターン基板の樹脂材料よりも高
い屈折率を有するコア材料を満たした後、そのパターン
基板のパターン面をスキージ材により掃くことにより余
分なコア材料を除去してコア材料を充填する工程と、そ
のコア材料を重合させた後、パターン基板の樹脂材料と
ほぼ同じ屈折率を有する材料から成る平板基板をパター
ン基板のパターン面に固着する工程とにより光導波路ア
レイ基板を形成し、その光導波路アレイ基板のコアの複
数本が第1のマイクロレンズアレイ及び第2のマイクロ
レンズのそれぞれのマイクロレンズの一つに対応するよ
うに光導波路アレイ基板に第1のマイクロレンズアレイ
及び第2のマイクロレンズアレイを固着することとして
いる。
Further, according to the present invention, a first microlens array in which a plurality of microlenses for condensing an input image is arrayed, and light condensed by the first microlens array is guided to form an input image. An optical waveguide array substrate having a plurality of cores to be reduced; a second microlens array in which a plurality of microlenses for imaging light emitted from the optical waveguide array substrate are arranged;
And a photoelectric conversion element array configured to receive light imaged by the microlens array and convert the light into an electric signal, wherein a resin having a pattern of a concave groove serving as a core is formed. A step of molding a pattern substrate made of a material by an injection molding method, and after filling a concave groove of the pattern substrate with a core material having a higher refractive index than the resin material of the pattern substrate, the pattern surface of the pattern substrate is squeegeeed. A step of removing the excess core material by sweeping and filling the core material, and after polymerizing the core material, a flat substrate made of a material having substantially the same refractive index as the resin material of the pattern substrate is formed on the pattern substrate. Forming an optical waveguide array substrate by the step of fixing the optical waveguide array substrate to the pattern surface; Is set to be secured to the first microlens array and a second microlens array optical waveguide array substrate so as to correspond to one of each of the microlenses b lens array and a second microlens.

【0017】本発明によれば、光導波路コアアレイは、
光導波路アレイ基板上に任意の形状に作製可能であるの
で、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基板を採用する
ことにより、容易に大面積の光導波路アレイ基板を作製
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。
According to the present invention, an optical waveguide core array comprises:
Since it can be formed into any shape on the optical waveguide array substrate, the mutual arrangement of the coupling optical system and the photoelectric conversion element is free, and the size of the image sensor can be reduced. In addition, by integrating the light source, the coupling optical system, the optical waveguide substrate, and the photoelectric conversion element array, adjustment at the time of assembling becomes unnecessary, and an image sensor having excellent shock resistance can be provided. Furthermore, by employing a polymer optical waveguide array substrate using an organic polymer for the core and cladding materials, a large-area optical waveguide array substrate can be easily manufactured, and the manufacturing cost of the image sensor can be reduced.

【0018】[0018]

【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、200dpi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。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The embodiment described below is an example in which the present invention is applied to a one-dimensional image sensor for G3 facsimile having a resolution of 200 dpi (scan width: 256 mm: compatible with B4 paper). As a photoelectric conversion element,
A 14 μm pitch, 2048 pixel CCD, μPD3743D manufactured by NEC Corporation was used.

【0019】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
光導波路アレイ基板、4はコア、5は光出射側のマイク
ロレンズアレイ、6は光電変換素子アレイである。な
お、光入射側のマイクロレンズアレイ2を構成するマイ
クロレンズは開口径が広く焦点距離が長いものであり、
光出射側のマイクロレンズアレイを構成するマイクロレ
ンズは開口径が狭く焦点距離が短いものである。
FIG. 1 is a plan view showing a schematic structure of an optical waveguide type reduced image sensor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an enlarged view thereof. 1 and 2,
1 is a document, 2 is a micro lens array on the light incident side, 3 is an optical waveguide array substrate, 4 is a core, 5 is a micro lens array on the light emitting side, and 6 is a photoelectric conversion element array. The microlenses constituting the microlens array 2 on the light incident side have a large aperture diameter and a long focal length.
The microlenses forming the microlens array on the light emission side have a small aperture diameter and a short focal length.

【0020】図1及び図2に示すように、この光導波路
型縮小イメージセンサにおいて、光入射側のマイクロレ
ンズアレイ2は、その各マイクロレンズが光導波路アレ
イ基板3の複数本のコア4の入射端に結像させるよう
に、光導波路アレイ基板3の光入射端側に配置されてい
る。本実施形態では、200dpiの分解能としたの
で、光導波路アレイ基板3の各コア4の間隔を127μ
mとし、そして、各コア4の形状については8μm×8
μmの正方形とした。また、マイクロレンズアレイ2の
各マイクロレンズが4本のコア4に集光させるように設
計したので、その直径を508μmとした。なお、本実
施形態では、コア4の光入射端部7の形状をテーパ形状
としているが、これはマイクロレンズアレイ2とコア4
との光学結合効率を高めるためであり、そのサイズを光
入射端面で幅20μm、奥行き40μmとした。
As shown in FIGS. 1 and 2, in this optical waveguide type reduced image sensor, the microlens array 2 on the light incident side is such that each microlens is incident on a plurality of cores 4 of an optical waveguide array substrate 3. It is arranged on the light incident end side of the optical waveguide array substrate 3 so that an image is formed at the end. In the present embodiment, since the resolution is 200 dpi, the interval between the cores 4 of the optical waveguide array substrate 3 is set to 127 μm.
m, and the shape of each core 4 is 8 μm × 8
It was a square of μm. Since each microlens of the microlens array 2 was designed to condense light to four cores 4, its diameter was 508 μm. In this embodiment, the shape of the light incident end 7 of the core 4 is tapered.
The size was set to 20 μm in width and 40 μm in depth at the light incident end face.

【0021】そして、コア4のそれぞれは、2カ所に屈
曲部4a,4bを備え、入射端側のマイクロレンズアレ
イ2を介して入力された原稿(入力画像)を縮小して、
その光出射端面から出射するものであり、このように2
カ所の屈曲部4a,4bを設けることによって光導波路
アレイ基板3がコンパクトなサイズとなっているもので
ある。
Each of the cores 4 has bent portions 4a and 4b at two locations, and reduces the size of an original (input image) input through the microlens array 2 on the incident end side.
The light exits from the light exit end face.
The optical waveguide array substrate 3 has a compact size by providing the bent portions 4a and 4b at two places.

【0022】また、光出射側のマイクロレンズアレイ5
は、光入射側のマイクロレンズアレイ2の各マイクロレ
ンズに対応した複数本のコア4から出射される光が、反
転されて光電変換素子アレイ6に結像されるように、光
導波路アレイ基板3の光出射側に配置されている。本実
施形態では、光電変換素子アレイ6として14μmピッ
チのCCDアレイを用いたので、4本のコア4から出射
された光を反転して光電変換素子アレイ6の各CCDの
受光面に結像するように、マイクロレンズアレイ5の各
マイクロレンズの直径を56μmとした。
Further, the microlens array 5 on the light emission side
The optical waveguide array substrate 3 is configured such that light emitted from a plurality of cores 4 corresponding to each microlens of the microlens array 2 on the light incident side is inverted and imaged on the photoelectric conversion element array 6. Are arranged on the light emission side of In the present embodiment, since a CCD array having a pitch of 14 μm is used as the photoelectric conversion element array 6, the light emitted from the four cores 4 is inverted to form an image on the light receiving surface of each CCD of the photoelectric conversion element array 6. Thus, the diameter of each micro lens of the micro lens array 5 was set to 56 μm.

【0023】次いで、光導波路アレイ基板3の作製につ
いて説明する。まず、射出形成技術を用いて、基板表面
にコアとなる矩形状の凹溝を有するパターン基板を成型
するための金型を作製する。本実施形態では、上述のと
おりのコアが8μm幅で光入射端部が光入射端面の幅2
0μm、奥行き40μmのテーパ形状となるように、そ
の転写用のパターン形状が記録されたフォトマスクを設
計した。そして、まず、そのようなフォトマスクを用い
て、リソグラフィー技術により、レジスト膜を塗布した
ガラス基板に、光導波路コア形状パターンを露光する。
これを、現像液を用いて、不要な部分のレジストをエッ
チングすることにより、レジスト膜から成るマスター原
版を作製する。そして、このようなマスター原版のパタ
ーン面上に、金属膜をスパッタ蒸着した後、電界メッキ
により金型を作製することができる。
Next, the fabrication of the optical waveguide array substrate 3 will be described. First, a mold for molding a pattern substrate having a rectangular concave groove serving as a core on the substrate surface is manufactured by using an injection molding technique. In this embodiment, as described above, the core has a width of 8 μm and the light incident end has a width of the light incident end face of 2 μm.
A photomask on which a transfer pattern shape was recorded was designed so as to have a taper shape of 0 μm and a depth of 40 μm. First, using such a photomask, an optical waveguide core shape pattern is exposed on a glass substrate coated with a resist film by lithography technology.
By using a developer to etch unnecessary portions of the resist, a master master made of a resist film is manufactured. Then, after a metal film is sputter-deposited on the pattern surface of such a master master, a mold can be produced by electrolytic plating.

【0024】このようにして作製した金型を用いて、本
実施形態では、PMMA樹脂の射出成型を行い、コアと
なる凹溝パターンが表面に形成された高分子材料からな
るパターン基板(クラッド基板)を作製した。そして、
屈折率がPMMA(屈折率:1.49)よりも高い紫外
線硬化樹脂としてTB3042(スリーボンド製、屈折
率:1.53)を用い、この紫外線硬化樹脂を上記のパ
ターン基板の凹溝に溢れ出すまで満たした後、ウレタン
ゴム製スキージ材で掃いて余分な紫外線硬化樹脂を除去
し、凹溝のみに透明樹脂前駆体である紫外線硬化樹脂を
充填した。それから、この基板に紫外線を照射すること
により、透明樹脂前駆体である紫外線硬化樹脂を重合さ
せ、コアを形成することができる。
In the present embodiment, using the mold manufactured as described above, injection molding of PMMA resin is performed, and a pattern substrate (cladding substrate) made of a polymer material having a concave groove pattern serving as a core formed on the surface is formed. ) Was prepared. And
TB3042 (manufactured by ThreeBond, refractive index: 1.53) is used as an ultraviolet curable resin having a refractive index higher than that of PMMA (refractive index: 1.49) until the ultraviolet curable resin overflows into the groove of the pattern substrate. After filling, the excess UV-curable resin was removed by sweeping with a urethane rubber squeegee material, and only the concave groove was filled with the UV-curable resin as a transparent resin precursor. Then, by irradiating the substrate with ultraviolet rays, the ultraviolet curable resin which is a transparent resin precursor is polymerized to form a core.

【0025】そして、最後に、このようにしてコアが形
成されたパターン基板のパターン面に、パターン基板と
ほぼ屈折率が同じ紫外線硬化樹脂を用い、透明樹脂から
成る平面基板を張り合わせ、クランプで押さえ付ける。
そして、この後、基板上部から紫外線を照射して、紫外
線効果樹脂を硬化させる。
Finally, a flat substrate made of a transparent resin is adhered to the pattern surface of the pattern substrate on which the core is formed in this manner using an ultraviolet curable resin having substantially the same refractive index as that of the pattern substrate, and pressed with a clamp. wear.
Thereafter, ultraviolet light is irradiated from above the substrate to cure the ultraviolet effect resin.

【0026】本実施形態では、パターン基板と共に光導
波路アレイ基板3のクラッドを構成する平面基板とし
て、パターン基板と同じ材料のPMMAを用い、また、
その厚さを0.5mmとした。
In the present embodiment, PMMA made of the same material as the pattern substrate is used as the plane substrate constituting the cladding of the optical waveguide array substrate 3 together with the pattern substrate.
The thickness was 0.5 mm.

【0027】次いで、以上のようにして作製した光導波
路アレイ基板3に、マイクロレンズアレイ2,5を固着
する。本実施形態では、コア材料の屈折率1.53とほ
ぼ同じ屈折率の紫外線硬化樹脂を用いて、上述のとお
り、光導波路アレイ基板3の4本のコア4が、マイクロ
レンズアレイ2,5のそれぞれのマイクロレンズの一つ
に対応するように固定して張り合わせた。
Next, the microlens arrays 2 and 5 are fixed to the optical waveguide array substrate 3 manufactured as described above. In the present embodiment, as described above, the four cores 4 of the optical waveguide array substrate 3 are connected to the microlens arrays 2 and 5 using an ultraviolet curable resin having a refractive index substantially equal to the refractive index of the core material 1.53. They were fixed and attached so as to correspond to one of the microlenses.

【0028】なお、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。
In order to eliminate crosstalk between adjacent optical waveguides, it is necessary to provide a light limiting member on the end face of the optical waveguide. Therefore, for example, this can be achieved by forming a metal reflective film on the end face of the clad substrate by an evaporation method or a sputter evaporation method, or by applying an organic film containing a dye that absorbs light having a wavelength of a light source.

【0029】[0029]

【発明の効果】以上のように、本発明の光導波路型縮小
イメージセンサによれば、光学結合系に従来のものより
レンズ径の大きなマイクロレンズを用いているので、原
稿からの反射光である入力画像を効率良く集光して光電
変換素子アレイに導くことができ、S/N比の高い変換
信号を得ることができ、高感度の光導波路型縮小イメー
ジセンサを実現することが可能となる。
As described above, according to the optical waveguide type reduced image sensor of the present invention, since the microlens having a larger lens diameter than the conventional one is used for the optical coupling system, it is reflected light from the original. An input image can be efficiently condensed and guided to a photoelectric conversion element array, a converted signal having a high S / N ratio can be obtained, and a highly sensitive optical waveguide type reduced image sensor can be realized. .

【0030】また、本発明の光導波路型縮小イメージセ
ンサによれば、光導波路アレイ基板に有機高分子材料を
用いているので、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
影響を受けることがなく、デバイスの信頼性を向上させ
ることができる。そして、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イメージ
センサ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コアをテーパ形状
などの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
う効果も奏する。
Further, according to the optical waveguide type reduced image sensor of the present invention, since an organic polymer material is used for the optical waveguide array substrate, an image sensor corresponding to a relatively large original width can be easily manufactured. Thus, there is an effect that the manufacturing process can be simplified and the cost can be reduced. In addition, since the waveguide type image sensor does not bring the photoelectric conversion element close to the document unlike the complete contact type image sensor, there is no need to protect the photoelectric conversion element, it is not affected by static electricity, and the reliability of the device is improved. Can be improved. In addition, it is possible to provide an image sensor that is smaller in size and more excellent in shock resistance than a conventional reduced optical image sensor. Further, since the optical waveguide core connecting the coupling optical system and the photoelectric conversion element can be formed into an arbitrary shape such as a tapered shape, the degree of freedom of design is increased, and the coupling optical system and the photoelectric conversion element can be freely connected. Can be arranged, and there is an effect that the present invention can be applied to various image sensors.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【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。
FIG. 1 is a plan view showing a schematic structure of an optical waveguide type reduced image sensor according to the present invention.

【図2】図1の光導波路型縮小イメージセンサの拡大図
である。
FIG. 2 is an enlarged view of the optical waveguide type reduced image sensor of FIG.

【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。
FIG. 3 is a perspective view showing a schematic structure of a conventional optical reduced image sensor.

【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。
FIG. 4 is a perspective view showing a schematic structure of a conventional contact image sensor.

【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。
FIG. 5 is a perspective view showing a schematic structure of a conventional optical waveguide type reduced image sensor.

【図6】図6の光導波路型縮小イメージセンサの平面図
である。
FIG. 6 is a plan view of the optical waveguide type reduced image sensor of FIG. 6;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 原稿 2,5 マイクロレンズアレイ 3 光導波路アレイ基板 4 コア 4a,4b 屈曲部 6 光電変換素子アレイ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Original 2,5 Micro lens array 3 Optical waveguide array substrate 4 Core 4a, 4b Bending part 6 Photoelectric conversion element array

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 入力画像を集光する複数のマイクロレン
ズがアレイ化された第1のマイクロレンズアレイと、該
第1のマイクロレンズアレイにより集光された光を導き
入力画像を縮小する複数本のコアを備えた光導波路アレ
イ基板と、該光導波路アレイ基板から出射された光を受
光し電気信号に変換する光電変換素子アレイとから構成
される光導波路型縮小イメージセンサにおいて、 前記第1のマイクロレンズアレイの各単一のマイクロレ
ンズが前記光導波路アレイ基板の複数本のコアの光入射
端に結像させるように前記第1のマイクロレンズアレイ
を前記光導波路アレイ基板の光入射端側に配置したこと
を特徴とする光導波路型縮小イメージセンサ。
1. A first microlens array in which a plurality of microlenses for condensing an input image are arrayed, and a plurality of microlenses for guiding light condensed by the first microlens array to reduce the input image An optical waveguide array substrate having an optical waveguide array substrate; and a photoelectric conversion element array configured to receive light emitted from the optical waveguide array substrate and convert the light into an electric signal. The first micro lens array is placed on the light incident end side of the optical waveguide array substrate so that each single micro lens of the micro lens array forms an image on the light incident end of a plurality of cores of the optical waveguide array substrate. An optical waveguide type reduced image sensor characterized by being arranged.
【請求項2】 前記光導波路アレイ基板の複数のコアか
ら出射される光を反転させて前記光電変換素子アレイに
結像させる単一のマイクロレンズが複数アレイ化されて
成る第2のマイクロレンズアレイを前記光導波路アレイ
基板の光出射端側に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。
2. A second microlens array comprising a plurality of single microlenses for inverting light emitted from a plurality of cores of the optical waveguide array substrate and forming an image on the photoelectric conversion element array. 2. The optical waveguide type reduced image sensor according to claim 1, wherein the optical waveguide array substrate is provided on a light emitting end side of the optical waveguide array substrate.
【請求項3】 前記光導波路アレイ基板のコアの光入射
端部がテーパ形状であることを特徴とする請求項1又は
2に記載の光導波路型縮小イメージセンサ。
3. The optical waveguide type reduced image sensor according to claim 1, wherein a light incident end of a core of the optical waveguide array substrate has a tapered shape.
【請求項4】 入力画像を集光する複数のマイクロレン
ズがアレイ化された第1のマイクロレンズアレイと、該
第1のマイクロレンズアレイにより集光された光を導き
入力画像を縮小する複数本のコアを備えた光導波路アレ
イ基板と、該光導波路アレイ基板から出射された光を結
像する複数のマイクロレンズがアレイ化された第2のマ
イクロレンズアレイと、該第2のマイクロレンズアレイ
により結像された光を受光し電気信号に変換する光電変
換素子アレイとから構成される光導波路型縮小イメージ
センサの製造方法において、 コアとなる凹溝のパターンが形成された樹脂材料から成
るパターン基板を射出形成法により成型する工程と、 該パターン基板の凹溝に該パターン基板の樹脂材料より
も高い屈折率を有するコア材料を満たした後、該パター
ン基板のパターン面をスキージ材により掃くことにより
余分なコア材料を除去してコア材料を充填する工程と、 該コア材料を重合させた後、前記パターン基板の樹脂材
料とほぼ同じ屈折率を有する材料から成る平板基板を前
記パターン基板のパターン面に固着する工程とにより前
記光導波路アレイ基板を形成し、 該光導波路アレイ基板のコアの複数本が前記第1のマイ
クロレンズアレイ及び前記第2のマイクロレンズのそれ
ぞれのマイクロレンズの一つに対応するように光導波路
アレイ基板に第1のマイクロレンズアレイ及び第2のマ
イクロレンズアレイを固着する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。
4. A first microlens array in which a plurality of microlenses for condensing an input image are arrayed, and a plurality of microlenses for guiding light condensed by the first microlens array and reducing the input image An optical waveguide array substrate provided with a core, a second microlens array in which a plurality of microlenses for imaging light emitted from the optical waveguide array substrate are arranged, and a second microlens array. A method of manufacturing an optical waveguide type reduced image sensor, comprising: a photoelectric conversion element array for receiving an imaged light and converting the light into an electric signal, wherein a pattern substrate made of a resin material having a pattern of concave grooves serving as a core is formed. Molding by an injection molding method, and after filling the concave groove of the pattern substrate with a core material having a higher refractive index than the resin material of the pattern substrate, A step of removing the excess core material by filling the core material by sweeping the pattern surface of the pattern substrate with a squeegee material; and after polymerizing the core material, having a refractive index substantially the same as the resin material of the pattern substrate. Fixing the flat substrate made of a material to the pattern surface of the pattern substrate to form the optical waveguide array substrate, wherein a plurality of cores of the optical waveguide array substrate include the first micro lens array and the second core. A method of manufacturing an optical waveguide type reduced image sensor, comprising: fixing a first micro lens array and a second micro lens array to an optical waveguide array substrate so as to correspond to each of the micro lenses. .
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