JPH11142667A - 光導波路アレイ基板及びそれから構成されるイメージセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、内部に遮光部を設け、それを迂回
するような光導波路の形状とすることによって、迷光を
低減してコントラストを向上させて、良好な読み取りが
可能な光導波路アレイ基板及びそれから構成されるイメ
ージセンサを提供することを目的とする。 【解決手段】 内部に複数の光導波路２がアレイ状に配
列されて成り、入力部から入射された入力画像をコアに
導波させて画像の縮小を行って出力部から出射する光導
波路アレイ基板１において、入力部と出力部との間の少
なくとも一部に遮光部３が設けられ、少なくとも複数の
うちの一部の光導波路２がその遮光部３を迂回して入射
面から出射面に達するように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ハードコピー画像
の一次元読み取り光学系等に用いられる光導波路アレイ
基板及びそれから構成されるイメージセンサに関するも
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の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。

【０００３】従来より、一次元イメージセンサとして
は、密着型イメージセンサと、レンズ一つ及びミラーを
用いた縮小光学イメージセンサ（以下レンズ縮小光学型
イメージセンサ）がある。

【０００４】密着型イメージセンサは、小型であるとい
う利点を有する反面、光電変換素子および光電変換素子
へ原稿からの反射光を導くセルフォックレンズアレイが
高価であることと焦点深度が浅いという欠点を有する。

【０００５】一方、レンズ縮小光学型イメージセンサ
は、焦点深度が深く、受光素子が小型で安価であり全体
として低価格であるという利点を有するが、ミラーによ
る反射を用いて光学距離を稼いでも小型化に限界があ
る。また、機械的安定性、信頼性に欠ける。

【０００６】そこで、光導波路を用いた縮小光学系から
なる縮小光学型イメージセンサが提案されている。これ
は、原稿面からの反射光を用いて縮小する光導波路型縮
小イメージセンサであり、その概略平面図を図３に示
す。図３に示すように、これは、原稿面幅に形成された
レンズアレイ２４と、このレンズアレイ２４で集光され
た光を導く複数の光導波路２２が形成された光導波路ア
レイ基板２１と、それら複数の光導波路２２により導か
れた光を電気信号に変換する光電変換素子２５とを備え
ている。このような光導波路型縮小イメージセンサによ
れば、上記の密着型イメージセンサやレンズ縮小光学型
イメージセンサと比較して、より低価格、小型化、薄型
化が可能となり、更に光学系の複雑な調整が不要にな
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、密着型
イメージセンサは小型であるが、高価であるという欠点
を有する。一方、レンズ縮小光学型イメージセンサは安
価であるがサイズが比較的大きいこと信頼性に欠けると
いう欠点を有する。これらを解決するイメージセンサ方
式として、光導波路縮小光学型イメージセンサが提案さ
れている。

【０００８】しかしながら、光導波路縮小光学型イメー
ジセンサにおいて、レンズアレイによって結像された原
稿からの反射光のうち、光導波路端面へ結合した光は、
光導波路内を伝播して信号となるが、それ以外の光は迷
光となって基板内（クラッド部）を走ってしまう。この
迷光が光電変換装置に入射されると、黒信号のレベルを
増加させコントラストを低下させ、画像の読み取り精度
を劣化させていた。

【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、内部に遮光部を設け、それ
を迂回するような光導波路の形状とすることによって、
迷光を低減してコントラストを向上させて、良好な読み
取りが可能な光導波路アレイ基板及びそれから構成され
るイメージセンサを提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に記載の発明では、内部に複数の光導波路
がアレイ状に配列されて成り、入力部から入射された入
射画像をコアに導波させて画像の縮小を行って出力部か
ら出射する光導波路アレイ基板において、入力部と出力
部との間の少なくとも一部に遮光部が設けられ、少なく
とも複数のうちの一部の光導波路がその遮光部を迂回し
て入力部から出力部に達するように構成している。

【００１１】請求項１に記載の発明によれば、基板内部
に遮光部を設け、一部の光導波路をその遮光部を迂回し
て入力部から出力部に達するように構成しているので、
迷光を大幅に低減でき、出力部からの出射光のコントラ
ストを向上させることが可能となる。

【００１２】さらに、請求項２に記載の発明では、請求
項１に記載の光導波路アレイ基板において、入力部と出
力部とが対向する基板端面に形成され、入力部と出力部
との直線距離が短い部分に遮光部が形成され、その遮光
部に遮光部材を配置して構成している。

【００１３】請求項２に記載の発明によれば、入力部と
出力部との直線距離が短い部分に遮光部を形成し、その
遮光部に遮光部材を配置しているので、迷光を効果的に
低減でき、効率良く出射面における出射光のコントラス
トを向上させることが可能となる。

【００１４】また、請求項３に記載の発明では、請求項
１に記載の光導波路アレイ基板において、入力部が基板
端面に形成され、入力部と同方向の遮光部端面に出力部
を形成している。

【００１５】請求項３に記載の発明によれば、入力部が
基板端面に形成され、入力部と同方向の遮光部端面に出
力部を形成しているので、遮光部に受光した光を電気信
号に変換する光電変換素子を配置すれば、光電変換素子
自体が遮光部材として機能し、別途遮光部材を必要とせ
ず、迷光を効果的に低減でき、効率良く出力部における
出射光のコントラストを向上させることが可能となる。

【００１６】さらに、請求項４に記載の発明では、請求
項１、２、又は３に記載の光導波路アレイ基板におい
て、光導波路アレイ基板を高分子材料から構成してい
る。

【００１７】請求項４に記載の発明では、光導波路アレ
イ基板自体を高分子材料から構成しているので、低コス
ト化が図れるばかりでなく、遮光部を迂回するような形
状の光導波路を容易に形成することが可能となる。

【００１８】また、請求項５に記載の発明では、請求項
１から４にいずれか１項に記載の光導波路アレイ基板か
ら構成されるイメージセンサであって、光導波路アレイ
基板の入力部に入射光を光導波路に集光するレンズを配
置し、光導波路アレイ基板の出力部に光を受光して電気
信号に変換する光電変換素子を配置して構成している。

【００１９】請求項５に記載の発明によれば、上記のよ
うな出力部における出射光のコントラストを向上させる
ことが可能な光導波路アレイ基板からイメージセンサを
構成しているので、高コントラストで良好な画像の読み
取りが可能なイメージセンサを実現することが可能とな
る。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。ここでは、２００ｄｐｉ
の分解能をもつ一次元イメージスキャナ（スキャン幅２
５６ｍｍ，Ｂ４用紙対応）に適用した実施形態を、例と
して説明するが、本発明がこれに限定されるものではな
い。

【００２１】〔実施形態１〕図１は、本発明による実施
形態１のイメージセンサの構成を示す概略平面図であ
る。図１に示すように、実施形態１のイメージセンサ
は、光導波路アレイ基板１の入力部にレンズアレイ４が
配置され、光導波路アレイ基板１の出力部に光電変換素
子５が配置され構成されるものである。そして、このイ
メージセンサは、光源による原稿からの反射光が、レン
ズアレイ４により光導波路アレイ基板１の入力部の光導
波路２に集光され、これらの光導波路２を導波して、光
電変換素子５に入射され、ここで電気信号に変換される
ことにより、画像の読み取りが行われるものである。

【００２２】本実施形態の光導波路アレイ基板１におい
て、光導波路２の断面は幅が８μｍで深さが８μｍ、そ
して、光導波路間隔は入力部で１２５μｍで出力部で１
４μｍとした。そして、光導波路アレイ基板は、クラッ
ドとなる上下基板として、そのいずれか一方に図１に示
すような迂回した光導波路の形状の溝パターンが形成さ
れたものを、ＰＭＭＡを射出成型により形成したものを
用い、コア部にアクリル系の紫外線重合材料を用いた。

【００２３】そして、光導波路アレイ基板１の入力部の
前面には１２５μｍ間隔のレンズアレイを配置し、光電
変換素子５としてＣＣＤを用いた。本実施形態で用いた
ＣＣＤの画素数は２０４８個、ＣＣＤの受光部全体の長
さは約２９ｍｍであった。

【００２４】そして、本実施形態の光導波路アレイ１に
は、遮光部に遮光壁３を配置した。その遮光壁３は、図
１に示すように、光導波路アレイ基板１の入力部と出力
部との直線距離が短い部分（図中ではほぼ中央部）に配
置し、その長さを６ｃｍとした。

【００２５】この遮光壁の形成は、基板の遮光部をレー
ザ加工等で穴あけて空胴部を形成し、その空洞部に黒色
ＰＭＭＡ板を挿入した。このとき、光導波路のコア形状
はあらかじめ遮光壁を迂回するように形成されており、
遮光壁はこの迂回された空領域に形成されるものであ
る。なお、遮光壁を配置する遮光部の基板の空胴部は、
それに対応した形状が形成された金型を用いて、射出形
成時に形成するようにしても良い。

【００２６】本実施形態のイメージセンサによれば、原
稿からの反射光はレンズアレイ４によって集光され、そ
の一部は光導波路アレイ基板１の光導波路に導入され
る。そして、導波路に導入された光は光導波路中を伝播
し、その出力端から光電変換素子５であるＣＣＤの画素
に照射され電気信号に変換される。

【００２７】このとき、従来のものでは、前述したよう
に、レンズアレイにて集光された光の内、光導波路に結
像しなかった光は基板（クラッド部）中を走り迷光とな
る。

【００２８】しかし、本実施形態の光導波路アレイ基板
において、光電変換素子（ＣＣＤ）２正面からの光及
び、光電変換素子（ＣＣＤ）２の端面で光電変換素子
（ＣＣＤ）２に対して垂直方向から４０°以内の迷光
は、遮光壁３によってカットされ光電変換素子（ＣＣ
Ｄ）２の受光面に達しない。また、光電変換素子（ＣＣ
Ｄ）２の端面で光電変換素子（ＣＣＤ）２に対して垂直
方向から４０°以上の角度で入射する迷光は、光強度が
低いため影響しない。

【００２９】これにより、本実施形態のイメージセンサ
によれば、遮光壁３および迂回光導波路２の構造を採用
することによって、迷光の信号レベルを従来のものより
１／１００以下と、大幅に低減することができた。

【００３０】〔実施形態２〕実施形態２のイメージセン
サは、その構成を示す図３の概略平面図のように、内部
に光導波路１２が形成された光導波路アレイ基板１１の
入力部にレンズアレイ１４が配置され、光導波路アレイ
基板１１の出力部に光電変換素子１５が配置され構成さ
れるものである。

【００３１】実施形態２の光導波路アレイ基板では、上
記実施形態１と同様に遮光部１３を設けて光導波路１２
を迂回させるが、迂回した後、図３に示すように、光導
波路１２を９０°屈曲して光出力端が入力端面方向を向
くように構成したものである。すなわち、本実施形態の
イメージセンサが上記実施形態１と異なる点は、光導波
路１２のうちの一部が遮光部１３を迂回し、更に光導波
路１２の全てが、光導波路アレイ基板１の内部に形成さ
れた遮光部１３の端面の出力部の近傍でそれに向かって
９０°屈曲して、光電変換素子１５の受光面に入射され
るように構成したことである。

【００３２】このとき、光導波路アレイ基板１１の入力
部と出力部とが同方向の面に形成されることになり、光
導波路アレイ基板１の入力部と光電変換素子１５の入力
面とが逆方向で背中合わせのような状態になる。さら
に、光電変換素子１５自体が迷光の遮光部材として機能
するので、これらにより、より高い迷光の遮光効果を得
ることができる。

【００３３】本実施形態においても、光電変換素子１５
としてＣＣＤを用い、このＣＣＤの受光面を光導波路１
２の出力端に結合するようにした。上記実施形態１と同
様に、レンズアレイ１４によって集光された光のうち光
導波路１２に結合しなかった光は基板中を走り迷光とな
るが、光電変換素子１５の裏面が遮光壁となってその受
光面に迷光は到達しない。

【００３４】本実施形態においても、上記のような遮光
部１３（光電変換素子１５による遮光機能）及び迂回導
波路１３の構造を採用することによって、上記実施形態
１と同様に、迷光の信号レベルの大幅に低減することが
でき、良好な画像の読み取りが可能となった。さらに、
本実施形態では、光電変換素子１５自体を遮光部材とし
て用いているので、別途遮光部材を設ける必要はなく、
コスト低減も可能となる。

【００３５】なお、詳述はしないが、本実施形態の場
合、光導波路アレイ基板１１の入射面と反対側の端面に
は、光吸収板を張り付けるか、吸光度が高く波射率の低
い材料を塗布することによって、よい反射光を低減させ
る。これにより、迷光を更に低減することが可能となっ
た。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載の
発明によれば、基板内部に遮光部を設け、一部の光導波
路をその遮光部を迂回して入力部から出力部に達するよ
うに構成しているので、迷光を大幅に低減でき、出力部
からの出射光のコントラストを向上させることが可能と
なる。

【００３７】さらに、請求項２に記載の発明によれば、
入力部と出力部との直線距離が短い部分に遮光部を形成
し、その遮光部に遮光部材を配置しているので、迷光を
効果的に低減でき、効率良く出射面における出射光のコ
ントラストを向上させることが可能となる。

【００３８】また、請求項３に記載の発明によれば、入
力部が基板端面に形成され、入力部と同方向の遮光部端
面に出力部を形成しているので、遮光部に受光した光を
電気信号に変換する光電変換素子を配置すれば、光電変
換素子自体が遮光部材として機能し、別途遮光部材を必
要とせず、迷光を効果的に低減でき、効率良く出力部に
おける出射光のコントラストを向上させることが可能と
なる。さらに、光電変換素子自体が遮光部材として用い
ていることができるので、別途遮光部材を必要とせず、
コストの低減も可能となる。

【００３９】さらに、請求項４に記載の発明では、光導
波路アレイ基板自体を高分子材料から構成しているの
で、低コスト化が図れるばかりでなく、遮光部を迂回す
るような形状の光導波路を容易に形成することが可能と
なる。

【００４０】また、請求項５に記載の発明によれば、上
記のような出力部における出射光のコントラストを向上
させることが可能な光導波路アレイ基板からイメージセ
ンサを構成しているので、高コントラストで良好な画像
の読み取りが可能なイメージセンサを実現することが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による実施形態１のイメージセンサの構
成を示す概略平面図である。

【図２】本発明による実施形態２のイメージセンサの構
成を示す概略平面図である。

【図３】従来のイメージセンサの構成を示す概略平面図
である。

【符号の説明】

１，１１ 光導波路アレイ基板 ２，１２ 光導波路 ３ 遮光壁 ４，１４ レンズアレイ ５，１５ 光電変換素子 １３ 遮光部

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部に複数の光導波路がアレイ状に配列
   されて成り、入力部から入射された入力画像を光導波路
   に導波させて画像の縮小を行って出力部から出射する光
   導波路アレイ基板において、 前記入力部と前記出力部との間の少なくとも一部に遮光
   部が設けられ、少なくとも複数のうちの一部の光導波路
   が該遮光部を迂回して入射面から出射面に達するように
   構成されたことを特徴とする光導波路アレイ基板。
2. 【請求項２】 前記入力部と前記出力部とが対向する基
   板端面に形成され、前記入力部と前記出力部との直線距
   離が短い部分に前記遮光部が形成され、該遮光部に遮光
   部材が配置されたことを特徴とする請求項１に記載の光
   導波路アレイ基板。
3. 【請求項３】 前記入力部が基板端面に形成され、前記
   入力部と同方向の前記遮光部端面に前記出力部が形成さ
   れたことを特徴とする光導波路アレイ基板。
4. 【請求項４】 前記光導波路アレイ基板が高分子材料か
   ら成ることを特徴とする請求項１、２、又は３に記載の
   光導波路アレイ基板。
5. 【請求項５】 請求項１から４にいずれか１項に記載の
   光導波路アレイ基板から構成されるイメージセンサであ
   って、 前記光導波路アレイ基板の入力部に入射光を光導波路に
   集光するレンズが配置され、前記光導波路アレイ基板の
   出力部に光を受光して電気信号に変換する光電変換素子
   が配置されて構成されるイメージセンサ。