JPS582502B2 - 受光素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （１）発明の利用分野 本発明は受光素子に関するものである。

本発明は、カラーファクシミリ送信機、文字読み取り装
置やカラー分解装置などにおいて、光電変換用の光電変
換素子１次元アレイとして使用できるものである。

レンズ系を必要としないし、光の利用率が高く、光源も
ひとつで、しかも弱くて済むため、これらの装置を著し
く小型化することを可能にする。

（２）従来技術 従来より使用されているカラーファクシミリ送信機の光
電変換部の概略図を第１図に示す。

１は原稿ドラム、２は光源ランプ、３はレンズ、４はス
リット、５はダイクロイツクミラー、６は赤色フィルタ
、７は緑色フィルタ、８は青色フィルタ、９はホトマル
である。

動作原理を説明すると、光源ランプ２から出た光はドラ
ムに巻かれたカラー原稿で反射される。

この反射光はレンズ３で集光され、スリット４を通過し
、二枚のダイクロイツクミラー５と３枚の色フィルタ６
，７，８によって、赤色、緑色、青色の３原色に分解さ
れ、各々、ホトマル（光電子増倍管）によって、電気信
号に変換され、読み取られている。

走査方法は原稿ドラム１を機械的に回転させ、それに合
わせて光学系２〜９を少しづつ連続して機械的に移動さ
せる方法をとつている。

カラーファクシミリ送信機としては小型、軽量、それに
読み取り時間が短いことが望まれる。

しかしながら上記した従来技術ではレンズ光学系を機械
的に移動して走査を行なっているために、下記に列挙す
るような欠点を有している。

１ レンズ光学系を使用しており、装置の小型化に不利
である。

２ レンズ光学系を機械的に走査するためにやはり装置
の小型化に不利であると同時に重量も増加する。

３ 機械的に走査するために読み取りに長時間を必要と
する。

（３）発明の目的 したがって、本発明の目的は上述した従来技術の欠点を
解消するためになされたもので、カラーファクシミリ送
信機、文字読み取り装置やカラー分解装置などにおいて
、レンズ光学系を用いることなしに解像度良くカラー情
報が短時間で読み取れ、しかもこれらの装置を著しく小
型化せしめることを可能にした受光素子を提供しようと
するものである。

（４）発明の総括説明 上記の目的を達成するために本発明においてはたとえば
赤、緑、青の３色の色フィルタを交互に並べた色フィル
タ・アレイと光電変換素子アレイとを、少なくとも１部
分にオプテイカル・ファイバ列を有する基板上に設ける
。

この基板の平面図と断面図を第２図ａ，ｂに示す。

図において、１０は細いオプテイカルファイバを密に寄
せ集めて作られたファイバ列、１１は前記１０のファイ
バ列と接着が容易に出来る材質、例えば１０と同じファ
イバを寄せ集めたものでも良いし、ガラスや樹脂などよ
りなる板であっても良い。

１０と１１は溶着もしくは接着されて形成される。

１２はカラー原稿、１３は光源である。

以下この基板のことをファイバ基板と呼ぶことにする。

ファイバ基板の左端は角度αで斜めに切断してある。

これは光を入射させるためである。

光源１３から出た光は第２図ｂ中に矢印で示したように
カラー原稿１２で散乱されるが、この際Ａ点近傍の幅ａ
の範囲内で散乱された光のみがオプテイカル・ファイバ
に入射して、Ｂ点付近の幅ｂの領域に出て来る。

したがって、Ｂ点の所に色フィルタを通して、光電変換
素子（例えばホトダイオード）を設けれはカラー原稿の
Ａ点付近のカラー情報を読むことができるという訳であ
る。

この時、解像度良くカラー原稿を読むためと光を有効に
使うために角度αは次のように選択されねばならない。

角度αが大きいと入射する光量は増加するが解像度良く
読み取れる領域はＡ点の極く近傍に限られてしまう。

なせならば原稿１２とファイバ１０との間隙が大きくな
るとＢ点付近に生じる像の解像度の高い部分が極く狭い
部分に限られるようになるためである。

したがって、高解像で読み取るためにはＢ点付近に設け
るホトダイオードの受光面積を小さくせねばならなくな
る。

これは信号電流が小さくなるので望ましくない。

逆に角度αが小さくなると、解像度良く読める領域は長
くなるが入射光量が小さくなるために望ましくない。

したがって、角度αは入射光量やホトダイオードの受光
面積それに要求される解像度から最適値が決定される。

また、第２図でオプテイカルファイバは基板面に対して
角度βで埋め込まれているがこの角度βが小さいと原稿
の読もうとしている部分から散乱されて来る光（信号成
分）以外に別の部分で散乱された光（雑音成分）も入射
して来るようになり、Ｓ／Ｎを低下させるために望まし
くない。

角度βが大きすぎると読み取れる領域が小さくなりこれ
も望ましくない。

したがって角度βもＳ／Ｎやホトダイオードの受光面積
から最適値が決定される。

角度αは２０°〜５０°、角度βは３０°〜８０°の範
囲が好ましい。

ファイバ基板の右端の底の部分が斜めに切られているの
は原稿を左右どちら側から入れてもスムースにファイバ
基板の下に導入されるようにしたものである。

第３図ａ，ｂにファイバ基板上に赤、緑、青の３色の色
フィルタを交互に並べた色フィルタ・アレイを設けた場
合の平面図と側面図とを示す。

図において、１４はファイバ基板、１５はファイバ部、
１６は色フィルタ・アレイ、１７，１８．１９は各々、
赤、緑、青の色フィルタである。

この色フィルタ・アレイの上に重ねて光電変換素子アレ
イを形成した場合の平面図と側面図を第４図ａ，ｂに示
す。

図において２０は透明導電膜よりなるストライプ電極、
２１は半導体膜、２２は上部金属電極である。

ストライプ電極２０と上部電極２２で狭まれた部分にホ
トダイオードが形成される。

光源２４から出た光はカラー原稿２３で散乱される。

この散乱光は第４図中に矢印で示すように色フィルタ・
アレイ１６によって色分解され、ホトダイオード１次元
アレイに入射し各々光電変換され読み取られる。

解像度が６本／ｍｍ程度の場合には各ホトダイオードの
受光面積は１００μｍ×１００μｍ程度である。

したがってファイバ部１５を構成している各オプテイカ
ルファイバの直径を２０μｍ程度に選んでおけば各ホト
ダイオードは色フィルタの位置に合せて形成すれば良く
、ファイバとの位置合わせの必要はない。

以上説明したように、ファイバ基板上に色フィルタ・ア
レイとこの色フィルタ・アレイに重ねて光電変換素子ア
レイとを設けることにより、レンズ光学系やダイクロイ
ツクミラーなどを用いることなしに解像度良く、カラー
原稿を読み取れるカラー受光素子を製作することができ
る。

しかもレンズ系を用いないので光の利用率が高く、光源
も弱くて済み、さらに走査も電子的に行なえるので読み
取り時間も短かくて済む。

本発明は上記した如く多くの利点を持った受光素子を提
供するものである。

（５）実施例 以下、本発明を実施例を参照して詳細に説明する。

実施例１ まずここで使用したファイバ基板を第２図を用いて説明
する。

ファイバ部１００幅は１ｍｍであり、他の部分１１はガ
ラスである。

各オプテイカル・ファイバは基板面に対して７５°（＝
β）で埋め込まれている。

左端は光が入射するように角度４００（＝α）で切断し
ている。

ここで使用したオプテイカルファイバの直径は２５μｍ
である。

このファイバ基板上に赤、緑、青の３色の色フィルタを
交互に並べた色フィルタ・アレイとこの色フィルタ・ア
レイの上に重なるように、光電変換素子であるＳｅ−Ａ
ｓ−Ｔｅ系非晶質半導体よりなるホトダイオード１次元
アレイを形成する場合の製作工程図を第５図に示す。

図において、２５は前記したファイバ基板である。

このファイバ基板の表面に赤、緑、青の３色の色フィル
タを交互に並べた色フィルタ・アレイ２６を形成する（
第５図ｂ）。

この時の平面図を第５図ｆに示す。

図において、２７は赤フィルタ、２８は緑フィルタ、２
９は青フィルタである。

このような色フィルタ・アレイ２６は厚みが数μｍのゼ
ラチンフィルタ、もしくは干渉フィルタによって製作で
きる。

形成方法はゼラチンフィルタの場合は塗布で、干渉フィ
ルタの場合はスパツタ蒸着で形成する。

その後、ホトエッチングにより整形する。

なお、これらの色フィルタの幅は１２０μｍであり、長
さは２ｍｍである。

ホトエッチングにより整形する場合、第５図ｂよりわか
るように色フィルタは鋭角を持たないようにペーパーエ
ッチングにより整形される。

これは色フィルタに重ねて形成されるホトダイオード１
次元アレイの暗電流を小さくするためやブレークダウン
電圧を上昇するため、さらに断線をなくすためである。

第５図ｃに示すように、色フィルタ・アレイの上に酸化
錫透明導電膜、酸化インジュウム透明導電膜、金属半透
明導電膜などの透明あるいは半透明の導電膜３０を被着
し、ホトエッチング加工によりストライプ電極に加工す
る。

このストライプ電極の幅は１２０μｍでピッチ１６７μ
ｍで並んでいる。

つぎにこのストライプ電極３０の上にマスク蒸着によっ
て２μｍの厚みを有するＳｅ−Ａｓ−Ｔｅ系非品質半導
体膜３１を形成し（第５図ｄ）、さらに、その上に金属
薄膜からなる上部電極３２をマスク蒸着する（第５図ｅ
）。

以上の方法で、色フィルタ・アレイとホトダイオード１
次元アレイが形成された。

これの平面図と断面図を第６図ａ，ｂに示す。

このカラー受光素子は次のように使用することができる
。

３３は細長いタングステンランプ、３４はカラー原稿、
３５は原稿を移動させるための紙送りローラーである。

光源３３から出た光は矢印で示すようにカラー原稿で散
乱され、その散乱光はオプテイカルファイバを通って、
色フィルタ・アレイによって、赤、緑、青の３色に色分
解され、ホトダイオード１字元アレイに入射し、電気信
号に変換される。

これでカラー原稿を電気信号に変換し読むことができる
。

実施例２ 実施例１では色フィルタ・アレイとホトダイオード１次
元アレイとを直接重ねた構造であったがこれは必ずしも
必要はなく、色フィルタアレイをファイバ基板の下面に
ホトダイオード１次元アレイを上面に設けても受光素子
として全く同様に動作する。

これを第７図に示す。２５はファイバ基板、２６は色フ
ィルタアレイ、３０は透明電極、３１はＳｅ−Ａｓ−Ｔ
ｅ系非晶質半導体膜、３２は上部金属電極である。

製作方法は色フィルタ・アレイ２６の場所が違う点を除
いて第５図で説明したものと同じである。

ただし、この場合、色フィルタ・アレイ２６の形状は鋭
角を有していてもかまわない。

実施例３ 実施例１では色フィルタ・アレイの上に別に透明電極を
設けたが色フィルタとしてＳｉＯ２、ＴｉＯ２，ＳｎＯ
２膜よりなる干渉フィルタを用いた場合、この色フィル
タ自身に導電性があるためにこの色フィルタ・アレイそ
のものを実施例１で記したストライプ電極として使用で
きる。

したがって、第８図に示す構造の素子も実施例１で述べ
た受光素子と全く同じように使用することができる。

第８図において、２５はファイバ基板、２６は色フィル
タアレイである。

この色フィルタ・アレイの製作方法を説明すると、赤色
フィルタはＴｉＯ２を５０ｍｍ、ＳｉＯ２を８５ｍｍの
膜厚で交互に１３層積み重ねた干渉フィルタからなり、
最後の膜はＴｉＯ２である。

これでも充分に導電性のあるフィルタが作製できるが、
より好ましくはこの上にＳｎＯ２膜を６５ｍｍ設けたも
のを用いる。

青色フィルタはＴｉＯ２を６０ｍｍ、ＳｉＯ２を１００
ｍｍの膜厚で交互に１３層積み重ねた干渉フィルタを用
いる。

この場合も最後の膜はＴｉＯ２膜であり、この上にＳｎ
Ｏ２膜を６５ｍｍ設けた方がより好ましい。

緑色フィルタは前記した赤色フィルタ、青色フィルタを
組み合せたものを使用する。

以上説明した、ＴｉＯ２膜、ＳｉＯ２膜、ＳｎＯ２膜は
スパツタ蒸着、電子ビーム蒸着、抵抗加熱蒸着のいずれ
でも形成することができる。

第８図中の３１はＳｅ−Ａｓ−Ｔｅ系非晶質半導体膜、
３２は上部金属電極であり、実施例１で説明したのと全
く同様に製作できる。

（６）まとめ 以上の説明より明らかなように、本発明によればレンズ
光学系やダイクロイックミラーなどを用いることなく、
また複雑な調整も要しないで解像度良くカラー原稿を読
み取ることができ、しかも光の利用率が高い、小型、軽
量など数々の利点を有するカラー受光素子を製作するこ
とが可能である。

また、このカラー受光素子は受光長も長くできるし、カ
ラーファクシミリ用の受光素子としても有用である。

なお、上述した実施例においては半導体材料として、Ｓ
ｅ−Ａｓ−Ｔｅ系非晶質半導体を利用したが、Ｃｄｓｅ
，ＣｄＴｅ，Ｐｂｓ，非晶質シリコンなどの蒸着膜も利
用できることはもちろんである。

【図面の簡単な説明】

第１図はレンズ光学系を用いた従来技術の説明図、第２
図はファイバ基板の構造図、第３図は色フィルタ・アレ
イの説明図、第４図は本発明の説明図、第５図は本発明
の受光素子の製作工程図、第６図は本発明の受光素子の
構造図、第７図は実施例２の構造断面図、第８図は実施
例３の構造断面図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 所定基板内に該基板の第１の面から第２の面に達す
   るオプテイカル・ファイバの束が埋設され、該オプテイ
   カル・ファイバの束を構成する各オプテイカル・ファイ
   バはその断面の大きさがこのオプテイカル・ファイバの
   端面上にとう載される各光電変換素子の大きさに比して
   小さく且読み取りのための情報面と情報の読み取り面と
   の相対的移動方向と交叉する方向の該束の幅は各光電変
   換素子の大きさに比して十分に大きく構成され、そして
   前記基板の第１の面の前記ファイバの束の端面上に受光
   部を有する複数個の光電変換素子が該基板と集積化して
   設けられ、前記基板の第２の面は該基板の前記情報面側
   に位置する第３の面とその内角が鈍角（１８０°−α）
   で交わり、前記オプテイカル・ファイバの束はその延長
   が前記基板の前記情報面側に位置する第３の面と鋭角（
   β）で交わり、前記基板の第２の面に位置するオプテイ
   カル・ファイバの束の端面ば該基板の第２の面と、該基
   板の前記情報面側に位置する第３の面との交線近傍に位
   置し、かつ該基板の第１又は第２の面に位置するオプテ
   イカル・ファイバの端面上に互いに相異なる色フィルタ
   ーを情報面と情報の読み取り面との相対的移動方向と交
   叉する方向に循環的に配列されてなることを特徴とする
   受光素子。 ２ 所定基板内に該基板の第１の面から第２の面に達す
   るオプテイカル・ファイバの束が埋設され、該オプテイ
   カル・ファイバの束を構成する各オプテイカル・ファイ
   バはその断面の大きさがこのオプテイカル・ファイバの
   端面上にとう載される各光電変換素子の大きさに比して
   小さく且読み取りのための情報面と情報の読み取り面と
   の相対的移動方向と交叉する方向の該束の幅は各光電変
   換素子の大きさに比して十分に大きく構成され、そして
   前記基板の第１の面の前記ファイバの束の端面上に受光
   部を有する複数個の光電変換素子が該基板と集積化して
   設けられ、前記基板の第２の面は該基板の前記情報面側
   に位置する第３の面とその内角が鈍角（１８０°−α）
   で交わり、前記オプテイカル・ファイバの束はその延長
   が前記基板の前記情報面側に位置する第３の面と鋭角（
   β）で交わり、前記基板の第２の面に位置するオプテイ
   カル・ファイバの束の端面は該基板の第２の面と、該基
   板の前記情報面側に位置する第３の面との交線近傍に位
   置し、かつ該基板の第１の面に位置するオプテイカル・
   ファイバの端面上に色フィルタが配列され、前記色フィ
   ルタは導電性を有する材料で形成され、これを前記光電
   変換素子の一方の電極と共用せしむることを特徴とする
   受光素子。