JPH11150628A - Optical waveguide type image sensor and its control method - Google Patents

Optical waveguide type image sensor and its control method

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JPH11150628A
JPH11150628A JP9315002A JP31500297A JPH11150628A JP H11150628 A JPH11150628 A JP H11150628A JP 9315002 A JP9315002 A JP 9315002A JP 31500297 A JP31500297 A JP 31500297A JP H11150628 A JPH11150628 A JP H11150628A
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JP
Japan
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array
optical waveguide
photoelectric conversion
conversion element
image sensor
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JP9315002A
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Japanese (ja)
Inventor
Teruyuki Kataoka
照幸 片岡
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Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical waveguide (OWG) type image sensor capable of executing effective image reading and a control method for the sensor by preventing the generation of a deviation between the OWG pitch of an OWG array and the pixel pitch of a photoelectric conversion element array due to a change in temperature and adopting constitution of applying no stress to the OWG array. SOLUTION: An OWG type image sensor is composed of the OWG array 4 arraying plural OWGSs in its inside liken an array and the photoelectric conversion element array 6 optically combined with the array 4 and capable of receiving exit light from the array 4 and converting the received light into an electric signal. The sensor is constituted of arranging a Peltier element 6 in the vicinity of the connection part of the array 4 with the array 5.

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、ハードコピー画像
の一次元読み取り縮小光学系等に用いられる光導波路型
イメージセンサ及びその制御方法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 image sensor used for a one-dimensional readout reduction optical system of a hard copy image and a control method thereof.

【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。
2. Description of the Related Art In recent years, as the demand for reading images from 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.

【0003】従来より、一次元イメージセンサとして
は、センサのセンサ長が原稿幅より短く、レンズを用い
た縮小光学系により結像画像を読み取る縮小型イメージ
センサと、一対一の光学系を用いて等倍の結像画像を読
み取る密着型イメージセンサとがある。
Conventionally, as a one-dimensional image sensor, a sensor type having a sensor length shorter than the width of a document and reading an image formed by a reduction optical system using a lens and a one-to-one optical system are used. There is a contact type image sensor that reads an image formed at the same magnification.

【0004】縮小型イメージセンサは、焦点深度が深
く、高速読み取りが可能である反面、レンズによる集光
及びミラーでの反射を用いるため、長い光学距離が必要
になり、その結果、装置のサイズが大きくなってしま
い、小型化するのが困難である。また、光学系の調整が
複雑であり、一台毎に調整を要する欠点もある。
A reduced image sensor has a large depth of focus and is capable of high-speed reading. On the other hand, a long optical distance is required because light is condensed by a lens and reflected by a mirror, and as a result, the size of the device is reduced. It becomes large and it is difficult to reduce the size. Further, there is a disadvantage that the adjustment of the optical system is complicated, and adjustment is required for each unit.

【0005】一方、密着型イメージセンサは、原稿から
光電変換素子までの距離が短く、光学系の調整が不要で
ある反面、焦点深度が浅い、原稿読み取り速度が遅い、
光電変換素子の寸法が原稿幅と同じ幅を必要とするた
め、装置を小型化するのが困難といった欠点がある。
On the other hand, a contact type image sensor has a short distance from a document to a photoelectric conversion element and does not require adjustment of an optical system, but has a small depth of focus and a low document reading speed.
Since the size of the photoelectric conversion element needs to be the same as the width of the document, there is a disadvantage that it is difficult to reduce the size of the apparatus.

【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、原稿面幅に形成されたレンズ
アレイと、このレンズアレイで集光された光を導く複数
の光導波路が形成された光導波路アレイと、それら複数
の光導波路により導かれた光を電気信号に変換する光電
変換素子アレイとを備えている。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
り装置の小型化、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。
Therefore, a reduction optical image sensor including a reduction optical system using an optical waveguide has been proposed. This is an optical waveguide type reduction image sensor that reduces the size of the original using the reflected light from the original surface, and includes a lens array formed over the original surface width and a plurality of optical waveguides for guiding the light collected by the lens array. An optical waveguide array is formed, and a photoelectric conversion element array that converts light guided by the plurality of optical waveguides into an electric signal. According to such an optical waveguide type reduced image sensor, the size and thickness of the device can be further reduced as compared with the above-described contact type image sensor and lens reduced optical image sensor, and complicated adjustment of the optical system can be performed. Becomes unnecessary.

【0007】このような光導波路型イメージセンサとし
て、特開平7−301730号公報に記載されるよう
に、光導波路アレイに高分子材料を用いたものがある。
ところが、これでは高分子材料を用いているので、高分
子材料の線膨張係数が光電変換素子アレイ材料の線膨張
係数と異なる場合、温度変化により光導波路アレイのコ
アのピッチと光電変換素子アレイの画素ピッチとにずれ
が生じ、正確な読み取りを行うことが困難となる。
As such an optical waveguide type image sensor, there is one in which a polymer material is used for an optical waveguide array, as described in JP-A-7-301730.
However, in this case, since the polymer material is used, when the linear expansion coefficient of the polymer material is different from the linear expansion coefficient of the photoelectric conversion element array material, the pitch of the core of the optical waveguide array and the photoelectric conversion element array A deviation occurs from the pixel pitch, making it difficult to perform accurate reading.

【0008】このような問題点を解決するため、特開平
4−45654号公報に記載されるようなものが提案さ
れている。これは、高分子導波路アレイのクラッド層面
に2枚の保持用板を設け、その保持用板の少なくとも一
方の線膨張係数を光電変換素子アレイのそれと等しくす
るというものである。これによれば、周囲温度が変化し
た場合でも、高分子導波路アレイが光電変換素子アレイ
と同一の線膨張係数を有する側板により保持されるの
で、光電変換素子アレイの画素ピッチと高分子導波路ア
レイの導波路のコアピッチとのずれを抑制することがで
きる。
In order to solve such a problem, there has been proposed one as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-45654. In this technique, two holding plates are provided on the cladding layer surface of the polymer waveguide array, and the linear expansion coefficient of at least one of the holding plates is made equal to that of the photoelectric conversion element array. According to this, even when the ambient temperature changes, the polymer waveguide array is held by the side plate having the same linear expansion coefficient as the photoelectric conversion element array, so that the pixel pitch of the photoelectric conversion element array and the polymer waveguide The deviation from the core pitch of the waveguides in the array can be suppressed.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開平4−45654号公報に記載された従来技術によれ
ば、線膨張係数の大きなものをそれの小さいもので押さ
え込むことになるため、周囲温度が変化すると光導波路
アレイ内部に応力が働き、特に導波路のコアとクラッド
との境界面での剥離が発生し、導波損失に悪影響を及ぼ
してしまう。
However, according to the prior art described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-45654, a large linear expansion coefficient is suppressed by a small linear expansion coefficient. If it changes, stress acts on the inside of the optical waveguide array, and peeling occurs particularly at the interface between the core and the clad of the waveguide, which adversely affects the waveguide loss.

【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、温度変化による光導波路ア
レイの光導波路ピッチ(コアピッチ)と光電変換素子ア
レイの画素ピッチとのずれを防止し、さらに光導波路ア
レイでの応力が作用しない構成を採用することにより、
良好な読み取りを行うことができる光導波路型イメージ
センサ及びその制御方法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 problems, and prevents a deviation between an optical waveguide pitch (core pitch) of an optical waveguide array and a pixel pitch of a photoelectric conversion element array due to a temperature change. In addition, by adopting a configuration in which the stress in the optical waveguide array does not act,
It is an object of the present invention to provide an optical waveguide type image sensor capable of performing good reading and a control method thereof.

【0011】[0011]

【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なる光導波路アレイと、その光
導波路アレイに光学的に組み合わされ光導波路アレイか
らの出射光を受光して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イメージセンサにお
いて、光導波路アレイの光電変換素子アレイとの結合部
近傍に、ペルチェ素子を配置して構成している。
According to the first aspect of the present invention, there is provided an optical waveguide array in which a plurality of optical waveguides are arranged in an array, and the optical waveguide array includes: An optical waveguide type image sensor comprising: a photoelectric conversion element array which optically combines the light emitted from the optical waveguide array and converts the light into an electric signal, in the vicinity of a coupling portion of the optical waveguide array with the photoelectric conversion element array. And a Peltier element.

【0012】請求項1に記載の発明によれば、光導波路
アレイの光電変換素子アレイとの結合部近傍にペルチェ
素子を配置した構成としているので、光導波路アレイと
光電変換素子アレイとの線膨張係数が異り、温度変化に
より光導波路アレイの光導波路ピッチ(コアピッチ)と
光電変換素子アレイの画素ピッチとずれが発生しても、
ペルチェ素子によってこれらの相互位置のずれを解消す
ることができる。このとき、光導波路アレイで無理な応
力が働くことがないので、光導波路欠陥が生じず、導波
損失に悪影響を及ぼすことがなく、良好な読み取りを実
現することができる。
According to the first aspect of the present invention, since the Peltier element is arranged near the joint of the optical waveguide array and the photoelectric conversion element array, the linear expansion between the optical waveguide array and the photoelectric conversion element array is achieved. Even if the coefficient is different and the optical waveguide pitch (core pitch) of the optical waveguide array is shifted from the pixel pitch of the photoelectric conversion element array due to a temperature change,
The Peltier element can eliminate these misalignments. At this time, since an excessive stress does not act on the optical waveguide array, an optical waveguide defect does not occur, and a good reading can be realized without adversely affecting the waveguide loss.

【0013】また、請求項2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なる光導波路ア
レイと、その光導波路アレイに光学的に組み合わされ光
導波路アレイからの出射光を受光して電気信号に変換す
る光電変換素子アレイとから構成され、光導波路アレイ
の光電変換素子アレイとの結合部近傍に、ペルチェ素子
が配置された光導波路型イメージセンサの制御方法にお
いて、光電変換素子アレイからの出力信号のうちクロッ
ク周波数より低周波の周波数成分に応じて、ペルチェ素
子に流す電流を制御することとしている。
Further, according to the second aspect of the present invention, an optical waveguide array in which a plurality of optical waveguides are arranged in an array, and light emitted from the optical waveguide array optically combined with the optical waveguide array. And a photoelectric conversion element array that receives light and converts it into an electric signal. The method for controlling an optical waveguide image sensor in which a Peltier element is disposed near a coupling portion of the optical waveguide array with the photoelectric conversion element array, The current flowing through the Peltier element is controlled according to the frequency component of the output signal from the conversion element array that is lower than the clock frequency.

【0014】請求項2に記載の発明によれば、請求項1
に記載の光導波路型イメージセンサのペルチェ素子を、
光電変換素子アレイからの出力信号のうちクロック周波
数より低周波の周波数成分に応じて制御するので、容易
に、温度変化による光導波路アレイの光導波路ピッチ
(コアピッチ)と光電変換素子アレイの画素ピッチとの
ずれを防止することができる。
According to the invention described in claim 2, according to claim 1,
Peltier element of the optical waveguide type image sensor described in
Since control is performed in accordance with a frequency component lower than the clock frequency in the output signal from the photoelectric conversion element array, the optical waveguide pitch (core pitch) of the optical waveguide array and the pixel pitch of the photoelectric conversion element array due to a temperature change can be easily determined. Deviation can be prevented.

【0015】さらに、請求項3に記載の発明では、請求
項2に記載の光導波路型イメージセンサの制御方法にお
いて、光導波路型イメージセンサの無地原稿読み取り状
態で、光電変換素子アレイからの出力信号のうちクロッ
ク周波数より低周波の周波数成分が零となるように、ペ
ルチェ素子に流す電流を制御することとしている。
According to a third aspect of the present invention, in the control method of the optical waveguide type image sensor according to the second aspect, the output signal from the photoelectric conversion element array in the plain original reading state of the optical waveguide type image sensor. Among them, the current flowing through the Peltier element is controlled so that the frequency component lower than the clock frequency becomes zero.

【0016】請求項1に記載の光導波路型イメージセン
サでは、無地原稿読み取り状態において、光導波路アレ
イの光導波路ピッチ(コアピッチ)と光電変換素子アレ
イの画素ピッチとがずれると、光電変換素子アレイから
の出力信号に影響を与える。そこで、請求項3の発明で
は、その出力信号の光電変換素子のクロック周波数より
も低周波の周波数成分を零となるように、ペルチェ素子
に流す電流をフィードバック制御して、ペルチェ素子に
より光導波路アレイの光電変換素子アレイとの結合部分
の温度を制御するというものである。
In the optical waveguide type image sensor according to the first aspect, when the optical waveguide pitch (core pitch) of the optical waveguide array and the pixel pitch of the photoelectric conversion element array are shifted in a plain original reading state, the photoelectric conversion element array is deactivated. Affects the output signal. Therefore, in the invention of claim 3, the current flowing through the Peltier element is feedback-controlled so that the frequency component of the output signal lower than the clock frequency of the photoelectric conversion element becomes zero, and the optical waveguide array is controlled by the Peltier element. Is to control the temperature of the coupling portion with the photoelectric conversion element array.

【0017】したがって、請求項3に記載の発明によれ
ば、光導波路アレイの光導波路ピッチ(コアピッチ)と
光電変換素子アレイの画素ピッチとの相互位置のずれに
よる光電変換素子アレイからの出力信号の低周波成分を
零とするように、ペルチェ素子に流す電流を直接制御す
ることによって、光導波路アレイの光導波路ピッチ(コ
アピッチ)と光電変換素子アレイの画素ピッチとの相互
位置を常に維持でき、良好な読み取りを行うことができ
る。
Therefore, according to the third aspect of the present invention, the output signal from the photoelectric conversion element array due to a shift in the mutual position between the optical waveguide pitch (core pitch) of the optical waveguide array and the pixel pitch of the photoelectric conversion element array. By directly controlling the current flowing through the Peltier element so that the low-frequency component is reduced to zero, the mutual position between the optical waveguide pitch (core pitch) of the optical waveguide array and the pixel pitch of the photoelectric conversion element array can always be maintained. Reading can be performed.

【0018】[0018]

【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、読み取り幅B
4サイズ、解像度200dpi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。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Here, the reading width B
An embodiment applied to four sizes and a resolution of 200 dpi,
Although described as an example, the present invention is not limited to this.

【0019】図1は、本発明による実施形態のイメージ
センサの構成を示す概略斜視図である。図1に示すよう
に、本実施形態の光導波路型イメージセンサは、原稿1
の原稿面を照射する発光ダイオードアレイ2と、原稿1
からの反射光を集光するマイクロレンズアレイ3と、そ
のマイクロレンズアレイ3で集光された光を光情報とし
て導いて縮小する光導波路アレイ4と、その光導波路ア
レイ4からの光情報を電気信号に変換する光電変換素子
アレイであるCCD(電荷結合素子)5から構成される
ものである。さらに、本実施形態の光導波路型イメージ
センサには、温度変化による光導波路アレイ4の光導波
路ピッチ(コアピッチ)とCCD5の画素ピッチとの相
互位置のずれを補正するために、ペルチェ素子6が、光
導波路アレイ4のCCD5との結合部分近傍に配置され
ている。
FIG. 1 is a schematic perspective view showing the structure of an image sensor according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, an optical waveguide type image sensor according to the present embodiment includes a document 1
Light emitting diode array 2 for irradiating the original surface of
Micro-lens array 3 for condensing the reflected light from the light source, an optical waveguide array 4 for guiding the light condensed by the micro-lens array 3 as optical information, and reducing the optical information from the optical waveguide array 4 It comprises a CCD (Charge Coupled Device) 5 which is a photoelectric conversion element array for converting into a signal. Further, in the optical waveguide type image sensor according to the present embodiment, the Peltier element 6 includes a Peltier element 6 in order to correct the mutual positional deviation between the optical waveguide pitch (core pitch) of the optical waveguide array 4 and the pixel pitch of the CCD 5 due to a temperature change. The optical waveguide array 4 is arranged near a portion where the optical waveguide array 4 is coupled to the CCD 5.

【0020】なお、本実施形態の光導波路アレイ4のサ
イズは、260mm(幅)×25mm(高さ)×1.5
mm(厚さ)とした。そして、光導波路アレイ4におい
て、光導波路の本数は2048本、光導波路溝の深さは
8μm、光導波路溝の幅は8μm、光導波路ピッチは光
入力端で125μm、光出力端で14μmとした。
The size of the optical waveguide array 4 of the present embodiment is 260 mm (width) × 25 mm (height) × 1.5.
mm (thickness). In the optical waveguide array 4, the number of optical waveguides was 2048, the depth of the optical waveguide groove was 8 μm, the width of the optical waveguide groove was 8 μm, and the optical waveguide pitch was 125 μm at the light input end and 14 μm at the light output end. .

【0021】また、本実施形態で使用したCCD5は、
画素数が2048個、画素サイズが14μm×12μ
m、画素ピッチが14μm、クロック周波数が3MHz
のものである。
The CCD 5 used in this embodiment is
2048 pixels, pixel size 14μm × 12μ
m, pixel pitch is 14 μm, clock frequency is 3 MHz
belongs to.

【0022】ここで、高分子材料からなる本実施形態の
光導波路アレイ4の製造方法について、図2を参照して
説明する。本発明に用いる光導波路アレイの作製方法に
は様々なものが適用可能であるが、本実施形態ではスキ
ージ法を用いた。
Here, a method of manufacturing the optical waveguide array 4 of the present embodiment made of a polymer material will be described with reference to FIG. Various methods can be applied to the method of manufacturing the optical waveguide array used in the present invention. In this embodiment, the squeegee method is used.

【0023】まず、光導波路溝7が形成されたクラッド
基板8を用意する(図2(a))。クラッド基板8の材
質は光導波路をなすコア部分の材料よりも屈折率が低
く、透明な材料であればよく、本実施形態ではポリメチ
ルメタアクリレート(PMMA、屈折率:1.49)を
用い、これを用いて射出成型法によりクラッド基板8を
作製した。
First, a clad substrate 8 on which an optical waveguide groove 7 is formed is prepared (FIG. 2A). The material of the clad substrate 8 may be a transparent material having a lower refractive index than the material of the core portion forming the optical waveguide. In this embodiment, polymethyl methacrylate (PMMA, refractive index: 1.49) is used. Using this, a clad substrate 8 was produced by an injection molding method.

【0024】次に、クラッド基板8上に、クラッド材料
よりも屈折率が高いコア材料9を塗布する(図2
(b))。その後、光導波路溝7以外のコア材料9をス
キージ10にて掃き取って、光導波路溝7にのみコア材
料9を充填する(図2(c))。それから、紫外線11
を照射することによって、コア材料9を硬化させる(図
2(d))。そして、その上部にクラッド材料12を塗
布して(図2(e))、紫外線11を照射してクラッド
材料12を硬化させる(図2(f))。なお、本実施形
態では、コア材料9として、屈折率1.52の紫外線硬
化性樹脂を用いた。
Next, a core material 9 having a higher refractive index than the clad material is applied onto the clad substrate 8 (FIG. 2).
(B)). Thereafter, the core material 9 other than the optical waveguide groove 7 is swept by the squeegee 10 and only the optical waveguide groove 7 is filled with the core material 9 (FIG. 2C). Then, UV 11
Is irradiated to cure the core material 9 (FIG. 2D). Then, a clad material 12 is applied to the upper part (FIG. 2E), and the clad material 12 is cured by irradiating ultraviolet rays 11 (FIG. 2F). In this embodiment, an ultraviolet curable resin having a refractive index of 1.52 is used as the core material 9.

【0025】次に、以上のようにして作製した光導波路
アレイ4に、光電変換素子アレイであるCCD5を光学
的に結合させる。本実施形態では、光導波路アレイ4の
光導波路ピッチが、室温20℃の時に、CCD5の画素
ピッチと一致するように設計したものである。そこで、
室温20℃の環境の中で、光導波路アレイ4の光導波路
(コア)とCCD5の画素との相互位置が合うようにし
て、光学接着剤によりこれらを接着した。
Next, a CCD 5 as a photoelectric conversion element array is optically coupled to the optical waveguide array 4 manufactured as described above. In the present embodiment, the pitch of the optical waveguides of the optical waveguide array 4 is designed to match the pixel pitch of the CCD 5 when the room temperature is 20 ° C. Therefore,
In an environment at a room temperature of 20 ° C., the optical waveguide (core) of the optical waveguide array 4 and the pixels of the CCD 5 were aligned with each other so that they were aligned with each other by an optical adhesive.

【0026】次に、光導波路アレイ4のCCD5結合部
近傍の基板表面に、ペルチェ素子6を配置して、光導波
路型イメージセンサの作製を完了する。本実施形態で
は、光導波路アレイ4の出力端の光導波路2048本す
べてを覆うように、ペルチェ素子6の大きさと位置を設
定した。
Next, the Peltier element 6 is arranged on the substrate surface near the CCD 5 coupling portion of the optical waveguide array 4, and the fabrication of the optical waveguide image sensor is completed. In the present embodiment, the size and the position of the Peltier element 6 are set so as to cover all the 2048 optical waveguides at the output end of the optical waveguide array 4.

【0027】次いで、図3のCCD5の位置による出力
電圧を示す図を用いて、本実施形態の光導波路型イメー
ジセンサにおけるCCDからの出力について説明する。
図3において、縦軸はCCD5の出力電圧(V)を示
し、横軸はCCD5の素子の長さを示し、横軸0はCC
D5の沿いの中心画素の位置で、横軸0を中心に左右同
数のCCDの画素が存在するものとする。
Next, the output from the CCD in the optical waveguide type image sensor according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
3, the vertical axis indicates the output voltage (V) of the CCD 5, the horizontal axis indicates the element length of the CCD 5, and the horizontal axis 0 indicates the CC.
At the position of the center pixel along D5, it is assumed that there are the same number of left and right CCD pixels around the horizontal axis 0.

【0028】なお、本実施形態の光導波路アレイ4のク
ラッド基板材料であるPMMAの線膨張係数を測定する
と6.9×10-5/℃であり、CCD5の画素のシリコ
ンの線膨張係数は2.6×10-6/℃であった。
The linear expansion coefficient of PMMA, which is the cladding substrate material of the optical waveguide array 4 of the present embodiment, is 6.9 × 10 -5 / ° C., and the linear expansion coefficient of silicon of the pixels of the CCD 5 is 2 0.6 × 10 −6 / ° C.

【0029】上述のようにして作製した本実施形態の光
導波路型イメージセンサを図1のようにして、白色の無
地原稿の読み取り状態としたとき、光導波路アレイ4の
光導波路ピッチとCCD5の画素ピッチとが一致してい
ると、CCDのクロック周波数の3MHzの一定値の出
力V1がCCD5のどの位置からも得られる(図3
(a))。しかし、この状態から温度が変化すると、光
導波路アレイ4とCCD5との線膨張係数の違いから、
光導波路アレイ4の光導波路ピッチとCCD5の画素ピ
ッチとの相互位置のずれが生じる。すると、CCD5の
最端部画素での出力は、ついには最小値V0となる(図
3(b))。実際にこのような最小値V0が得られたの
は周囲温度が27.4℃のときであり、そのときのCC
Dからの出力信号の低周波成分はf=1.46kHzで
あった。
When the optical waveguide type image sensor of the present embodiment manufactured as described above is in a reading state of a white plain original as shown in FIG. 1, the optical waveguide pitch of the optical waveguide array 4 and the pixel of the CCD 5 are set. When the pitch matches, the output V 1 of the 3MHz constant value of the CCD clock frequency is also obtained from the position of the throat CCD 5 (Fig. 3
(A)). However, if the temperature changes from this state, the difference in linear expansion coefficient between the optical waveguide array 4 and the CCD 5 causes
A shift occurs between the optical waveguide pitch of the optical waveguide array 4 and the pixel pitch of the CCD 5. Then, the output at the end pixel of the CCD 5 finally reaches the minimum value V 0 (FIG. 3B). Actually, such a minimum value V 0 was obtained when the ambient temperature was 27.4 ° C., and CC at that time was obtained.
The low frequency component of the output signal from D was f = 1.46 kHz.

【0030】また、光導波路アレイ4の光導波路最端部
とCCD5の画素最端部との相互位置が1画素ずれる
と、CCD5最端部画素からの出力はその中央部画素か
らの出力V1と同じになる。しかし、CCD5の中央部
と最端部との中間部での画素出力は、それ以外の画素出
力より低くなり最小値V0となる(図3(c))。実際
にこのような最小値V0が得られたのは周囲温度が3
4.7℃のときであり、そのときのCCDからの出力信
号の低周波成分はf’=2f=2.9kHzであった。
If the mutual position between the extreme end of the optical waveguide of the optical waveguide array 4 and the extreme end of the pixel of the CCD 5 is shifted by one pixel, the output from the extreme end of the CCD 5 becomes the output V 1 from the central pixel. Will be the same as However, the pixel output of an intermediate portion between the central portion and the outermost end of CCD5 becomes a minimum value V 0 is lower than the pixel output of the others (Figure 3 (c)). Actually, such a minimum value V 0 was obtained when the ambient temperature was 3
At 4.7 ° C., the low frequency component of the output signal from the CCD at that time was f ′ = 2f = 2.9 kHz.

【0031】さらに、周囲温度が49.4℃となると、
光導波路アレイ4の光導波路最端部とCCD5の画素最
端部との相互位置が2画素ずれて、CCD5からの出力
は図3(d)に示すようなものになり、そのときの低周
波成分はf’’=4f=5.8kHzであった。
Further, when the ambient temperature reaches 49.4 ° C.,
The mutual position between the extreme end of the optical waveguide of the optical waveguide array 4 and the extreme end of the pixel of the CCD 5 is shifted by two pixels, and the output from the CCD 5 is as shown in FIG. The component was f ″ = 4f = 5.8 kHz.

【0032】ここで、CCDの動作温度(−25℃〜6
0℃)と、光導波路アレイのクラッド材料のPMMAの
ガラス転移温度(80℃)とを考慮すると、本実施形態
の光導波路型イメージセンサの動作温度は、−25℃〜
60℃の範囲である。このことから、CCD出力上に現
れる低周波の周波数は、実用的には1〜10kHz位で
ある。
Here, the operating temperature of the CCD (−25 ° C. to 6
0 ° C.) and the glass transition temperature (80 ° C.) of PMMA of the cladding material of the optical waveguide array, the operating temperature of the optical waveguide image sensor of the present embodiment is −25 ° C.
It is in the range of 60 ° C. From this, the low frequency appearing on the CCD output is practically about 1 to 10 kHz.

【0033】これらから、本実施形態の光導波路型イメ
ージセンサのペルチェ素子の制御回路系を設計した。そ
のブロック図を図4に示す。
From these, the control circuit system of the Peltier device of the optical waveguide type image sensor of the present embodiment was designed. The block diagram is shown in FIG.

【0034】前述のように、光導波路アレイ4の光導波
路ピッチとCCD5の画素ピッチとの相互位置がずれる
と、CCD5からの出力信号に1〜10kHz程度の低
周波が生じる。そこで、本実施形態では、図4に示すよ
うに、CCD5からの出力信号をバンドパスフィルタ
(1〜10kHz)を通して低周波成分のみを取り出し
た後、整流回路、平滑回路、温度スイッチを順次経て、
ペルチェ素子6に所望の直流電流を加える。そして、ペ
ルチェ素子6により、光導波路アレイ4のCCD5との
結合部分近傍の温度制御を行う。
As described above, if the mutual position between the optical waveguide pitch of the optical waveguide array 4 and the pixel pitch of the CCD 5 is shifted, a low frequency of about 1 to 10 kHz is generated in the output signal from the CCD 5. Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 4, only low-frequency components are extracted from the output signal from the CCD 5 through a band-pass filter (1 to 10 kHz), and then sequentially passed through a rectifier circuit, a smoothing circuit, and a temperature switch.
A desired direct current is applied to the Peltier device 6. Then, the Peltier element 6 controls the temperature in the vicinity of the portion where the optical waveguide array 4 is coupled to the CCD 5.

【0035】本実施形態にて使用した温度スイッチは、
標準温度t=20℃で、ペルチェ素子6に流す電流の方
向を切り替えるものである。すなわち、t=20℃以上
では光導波路アレイ4とペルチェ素子6との接触面を冷
却するように電流を流し、t=20℃以下では光導波路
アレイ4とペルチェ素子6との接触面を加熱するように
電流を流すようにしたものである。
The temperature switch used in this embodiment is:
At the standard temperature t = 20 ° C., the direction of the current flowing through the Peltier element 6 is switched. That is, when t = 20 ° C. or more, a current is supplied so as to cool the contact surface between the optical waveguide array 4 and the Peltier element 6, and when t = 20 ° C. or less, the contact surface between the optical waveguide array 4 and the Peltier element 6 is heated. The current is made to flow as described above.

【0036】このように構成した本実施形態の光導波路
型イメージセンサでは、周囲温度の変化にもかかわら
ず、白色の無地原稿読み取り状態において、CCD5の
各々の画素の出力信号が一定となり、画素ずれによる誤
差信号は現れなかった。そして、更に実際に原稿の読み
取りを行うと、ノイズのない良好な読み取りを行うこと
ができた。
In the optical waveguide type image sensor according to the present embodiment having the above-described configuration, the output signal of each pixel of the CCD 5 is constant in the white plain original reading state despite the change of the ambient temperature, and the pixel shift is caused. No error signal appeared. Then, when the document was actually read, good reading without noise could be performed.

【0037】なお、上記実施形態はペルチェ素子6を1
個配置したものであったが、光導波路アレイ4の裏面に
もう一つ配置してもよい。さらに、光導波路アレイ4の
CCD5との結合部分近傍に熱伝導性に優れた金属膜等
からなる熱伝導膜を設けてもよい。
In the above embodiment, the Peltier element 6 is
Although it is arranged individually, another one may be arranged on the back surface of the optical waveguide array 4. Further, a heat conductive film made of a metal film or the like having excellent heat conductivity may be provided in the vicinity of a portion of the optical waveguide array 4 where the optical waveguide array 4 is connected to the CCD 5.

【0038】図5に、他の実施形態として、図1に示し
た光導波路型イメージセンサに、光導波路アレイ4のC
CD5との結合部分近傍に金属膜を被覆してなる熱伝導
膜14を設け、その上にペルチェ素子6を配置したもの
を示す。この熱伝導膜14によれば、ペルチェ素子6か
ら光導波路アレイ4への熱伝導をさらに向上させること
ができる。
FIG. 5 shows another embodiment of the optical waveguide type image sensor shown in FIG.
In the figure, a heat conductive film 14 formed by coating a metal film is provided in the vicinity of a portion connected to the CD 5, and a Peltier element 6 is disposed thereon. According to the heat conduction film 14, the heat conduction from the Peltier element 6 to the optical waveguide array 4 can be further improved.

【0039】[0039]

【発明の効果】以上述べたように、請求項1に記載の発
明によれば、光導波路アレイの光電変換素子アレイとの
結合部近傍にペルチェ素子を配置した構成としているの
で、光導波路アレイと光電変換素子アレイとの線膨張係
数が異り、温度変化により光導波路アレイの光導波路ピ
ッチ(コアピッチ)と光電変換素子アレイの画素ピッチ
とずれが発生しても、ペルチェ素子によってこれらの相
互位置のずれを解消することができる。このとき、光導
波路アレイで無理な応力が働くことがないので、光導波
路欠陥が生じず、導波損失に悪影響を及ぼすことがな
く、良好な読み取りを実現することができる。
As described above, according to the first aspect of the present invention, since the Peltier element is arranged near the coupling portion of the optical waveguide array with the photoelectric conversion element array, the optical waveguide array and Even if the linear expansion coefficient of the photoelectric conversion element array differs from that of the photoelectric conversion element array, and the optical waveguide pitch (core pitch) of the optical waveguide array and the pixel pitch of the photoelectric conversion element array deviate due to a change in temperature, the Peltier element shifts these mutual positions. The displacement can be eliminated. At this time, since an excessive stress does not act on the optical waveguide array, an optical waveguide defect does not occur, and a good reading can be realized without adversely affecting the waveguide loss.

【0040】また、請求項2に記載の発明によれば、請
求項1に記載の光導波路型イメージセンサのペルチェ素
子を、光電変換素子アレイからの出力信号のうちクロッ
ク周波数より低周波の周波数成分に応じて制御するの
で、容易に、温度変化による光導波路アレイの光導波路
ピッチ(コアピッチ)と光電変換素子アレイの画素ピッ
チとのずれを防止することができる。
According to the second aspect of the present invention, the Peltier element of the optical waveguide type image sensor according to the first aspect is configured such that the Peltier element of the output signal from the photoelectric conversion element array has a frequency component lower than the clock frequency in the output signal. , It is possible to easily prevent the deviation between the optical waveguide pitch (core pitch) of the optical waveguide array and the pixel pitch of the photoelectric conversion element array due to a temperature change.

【0041】さらに、請求項3の発明よれば、光導波路
アレイの光導波路ピッチと光電変換素子アレイの画素ピ
ッチとの相互位置のずれによる光電変換素子アレイから
の出力信号の低周波成分を零とするように、ペルチェ素
子に流す電流を直接制御することによって、光導波路ア
レイの光導波路ピッチと光電変換素子アレイの画素ピッ
チとの相互位置を常に維持でき、良好な読み取りを行う
ことができる。
Further, according to the third aspect of the present invention, the low frequency component of the output signal from the photoelectric conversion element array due to a shift between the optical waveguide pitch of the optical waveguide array and the pixel pitch of the photoelectric conversion element array is reduced to zero. As described above, by directly controlling the current flowing through the Peltier element, the mutual position between the optical waveguide pitch of the optical waveguide array and the pixel pitch of the photoelectric conversion element array can always be maintained, and good reading can be performed.

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

【図1】本発明による実施形態の光導波路型イメージセ
ンサの構成を示す概略斜視図である。
FIG. 1 is a schematic perspective view showing a configuration of an optical waveguide type image sensor according to an embodiment of the present invention.

【図2】実施形態の光導波路型イメージセンサの作製工
程を示す概略断面図である。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the optical waveguide type image sensor of the embodiment.

【図3】実施形態の光導波路型イメージセンサにおける
CCDの位置による画素出力について説明するための図
である。
FIG. 3 is a diagram for describing pixel output depending on the position of a CCD in the optical waveguide type image sensor of the embodiment.

【図4】実施形態のペルチェ素子の制御回路系を示すブ
ロック図である。
FIG. 4 is a block diagram illustrating a control circuit system of the Peltier device according to the embodiment.

【図5】他の実施形態の光導波路型イメージセンサの構
成を示す概略斜視図である。
FIG. 5 is a schematic perspective view illustrating a configuration of an optical waveguide type image sensor according to another embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 原稿 2 発光ダイオードアレイ 3 マイクロレンズアレイ 4 光導波路アレイ 5 CCD 6 ペルチェ素子 14 熱伝導膜 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Original 2 Light emitting diode array 3 Micro lens array 4 Optical waveguide array 5 CCD 6 Peltier element 14 Thermal conductive film

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 内部に複数の光導波路がアレイ状に配列
されてなる光導波路アレイと、該光導波路アレイに光学
的に組み合わされ光導波路アレイからの出射光を受光し
て電気信号に変換する光電変換素子アレイとから構成さ
れる光導波路型イメージセンサにおいて、 前記光導波路アレイの前記光電変換素子アレイとの結合
部近傍に、ペルチェ素子が配置されたことを特徴とする
光導波路型イメージセンサ。
An optical waveguide array in which a plurality of optical waveguides are arranged in an array, and light emitted from the optical waveguide array is optically combined with the optical waveguide array and converted into an electric signal. An optical waveguide type image sensor comprising a photoelectric conversion element array, wherein a Peltier element is arranged near a coupling portion of the optical waveguide array with the photoelectric conversion element array.
【請求項2】 内部に複数の光導波路がアレイ状に配列
されてなる光導波路アレイと、該光導波路アレイに光学
的に組み合わされ光導波路アレイからの出射光を受光し
て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、前記光導波路アレイの前記光電変換素子アレイとの
結合部近傍に、ペルチェ素子が配置された光導波路型イ
メージセンサの制御方法において、 光電変換素子アレイからの出力信号のうちクロック周波
数より低周波の周波数成分に応じて、前記ペルチェ素子
に流す電流を制御することを特徴とする光導波路型イメ
ージセンサの制御方法。
2. An optical waveguide array in which a plurality of optical waveguides are arranged in an array, and optically combined with the optical waveguide array to receive light emitted from the optical waveguide array and convert the light into an electric signal. A photoelectric conversion element array, wherein a Peltier element is disposed in the vicinity of a coupling portion of the optical waveguide array with the photoelectric conversion element array, wherein an output signal from the photoelectric conversion element array is provided. Controlling the current flowing through the Peltier element according to a frequency component lower than the clock frequency.
【請求項3】 請求項2に記載の光導波路型イメージセ
ンサの制御方法において、 光導波路型イメージセンサの無地原稿読み取り状態で、
光電変換素子アレイからの出力信号のうちクロック周波
数より低周波の周波数成分が零となるように、前記ペル
チェ素子に流す電流を制御することを特徴とする光導波
路型イメージセンサの制御方法。
3. The method for controlling an optical waveguide type image sensor according to claim 2, wherein:
A method for controlling an optical waveguide image sensor, comprising controlling a current flowing through the Peltier element so that a frequency component of a frequency lower than a clock frequency among output signals from a photoelectric conversion element array becomes zero.
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