JPS5897861A - 指向性を有するセンサ− - Google Patents

指向性を有するセンサ−

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JPS5897861A
JPS5897861A JP56197217A JP19721781A JPS5897861A JP S5897861 A JPS5897861 A JP S5897861A JP 56197217 A JP56197217 A JP 56197217A JP 19721781 A JP19721781 A JP 19721781A JP S5897861 A JPS5897861 A JP S5897861A
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Tetsushi Nose
哲志 野瀬
Noritaka Mochizuki
望月 則孝
Masaki Fukaya
深谷 正樹
Toshiyuki Komatsu
利行 小松
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    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はファクシミリ等の読取り装置に広く用いられて
いる薄膜センサーに関し、更に詳しく言えば、これ等の
薄膜センサーに入射する光を制限することにより、指向
性を持って光束に感するようにした薄膜センサーに関す
るものである。
近年1l11jiKセンサーとしてアモルファスシリコ
ンや0d8e等がコンパクトで長尺の原稿読取り糸に広
く用いられつつある。その代表的な応用例がファクシミ
リ等のデジタル画像装置である。
第1図は従来知られている薄膜センサーの構造の一例を
示す。第1図体)に於て、1はアモルファスシリコン等
の受光体、2m、21+はアルミニウム等の金属電極、
3はガラス等の基板である。
薄膜センサーをデジタルラインセンサーとして構成した
ときの1ビツトの拡大平面図が第1図体)であり、第1
図(E)の断面4について示したのが第1図(4)の構
造である。電極2a及び2bには電圧が印加されており
、アモルファスシリコン層1の内、斜線を施こした領域
に光が入ると・出力電流の変化が起こり、光を感じる様
になっでいる。第1図((転)で受光面が蛇行している
のは大きな出力電流を得るためである。第1図(島)で
示す様に、従来のセンサーの構造では、光がとの方向か
ら入射しても感度は余り変化がない。
つものを以下ではギャップタイプ(Gap ’l’yp
・)第1図、に示す7、オドセンサーを用いたファクシ
ミリ略の読取り系の一実施例を第2図体)申)に示す。
第2図に於いて5は原稿で、6m、 6b、 6e。
6礁、6・は読み取られる原稿面で2列の千鳥状配列を
しており、結像系7m、 7b、 7c、 7d、 7
・ によってラインセンサー8m、 8b、 8・、8
d、8・ にそれぞれ対応し分担して読みとられている
。結像系を第八 2図(1)のよ、うに複眼構成にすることによって、原
稿面からセンサーまでの距離を短かくシ、フンバクトな
読取り系を実現している0尚、矢印ある。第2図(−)
に於ける結像系7m、 7e、 7d  は倒立等倍結
像の例を示しであるが一般には結像は縮小結像であって
もよい。第2図へ)に示すように、結像系が複眼倒立結
像であれば、本来読取るべき原稿面以外から隣の結像系
の論を通って迷光が入り、所脂ノイズとなる。このため
、9a。
9も9@、 9g  および10a、 10e、 10
e、 10gに示すような遮光板を設ける必要が生じる
。例えば、第2な光は上記の遮光板がなければセンサー
8aに入り好ましくない。従って通常の感度に指向性の
ないセンサーをこのような読取り系に応用する場合は、
遮光板9 m、 9 j 9 @、 9 Kおよび10
a、 10c 。
10・、 ’togが必要となる。その他、10a〜1
0gの遮光板はセンサーの基板12と結像系支持体およ
び結像系7@、 7e、 7・ の間で発生する内面散
乱等を防ぐ目的も兼ねてい−る。
このように、従来使用されているセンサー例えばOOD
 等の固体センサーや、アモルファスシリコン等の薄膜
センサーを使う場合、複眼系によって読み取り糸を構成
する場合には遮光の向伽が発生する。尚、第1図では2
列の千鳥状読取り配列について示したが、1列の読取り
系についても全く同様に遮光板が必要であることは論を
待たない。  、。
本発明の目的は、その感度に指向性を持たせたセンサー
、特にアモルファスシリコン等に代表される薄膜センサ
ーを提供することにあり、斯様なセンサーを用いること
により上述した複眼の倒立結像系に要求される遮光板を
不要にしたり、更にセルフォック等の王立等倍結像系の
場合に於いても内面散乱等によって発生する迷光をおさ
え、読取り系の8/N比の向上を計るものである。以下
、図面を用いて本発明を詳述する。
第3図は本発明に係るセンサーの一実施例を示す図でセ
ンサーに垂直に入射する光を最大受光量とする指向性を
有する場合である。図中16はOr等の金職膜、17は
ガラス等の膜、18aおよび18bはアルミニウム等の
金iI4m極、19裔まアモルファスシリコン層・で、
斜線を糺こした領域19mで光を感じる。20はガラス
等の基板である。第3図(A)の11I造を冶する薄膜
センサー&ま、例えば第1図(4)の上にガラス蒸着或
l/)&まイオンブレーティングで5sozlikを設
け、更にその上にCr展等のパターンを施すことによっ
て実現できる。第3図(A)に於て、入射光15mおよ
び入射光15bの入射角をそれぞれQl、Qlとすると
、第3図(1)に示すように、入射光15mは受光部に
入るが入射光15bは受光部から外れてしまうためセン
サーに感じない。ここで、入射角を0としたときの、入
射角θと受光量との関係の実例をj、zくつか第3図ω
)に示す。第3図体)に於て、遮光!116のギャップ
を1m s金属電極18ム、18B間のギャップをtI
、膜17の厚さをdとするO第3図(B)に示す例に於
て、例1はt1=3μm。
a=aμmで入射側媒体が空気のときで、膜17の屈折
率を1.5とした場合。例2は石=3μm。
t2=6μ、、  d==6μmで入射側媒体が空気の
ときで、腺17の屈折率を1.5としたとき。例3は石
=3μm 、 t2 = 3μ@ 、  a = 6p
mで入射側媒体が膜17と同じ屈折率のとき。例4は、
L、=3pm 、 Lx = 6μm、、d=aμmで
入射側媒体が膜17と同じ屈折率のときである。これら
4つの例より容易に判るように、tl、t−およびdを
適当に調整し、入射側の媒体との組合せによって、入射
角と受光量の相関性を多様に変えることができ、入射角
の小さい光のみ受け、入射角の太きい光には感じないセ
ンサーが実現できる。
第4図は、第3図体)に示す様に、センサーに垂直に入
射する光を最大の効率で受ける様なセンサーに於て、セ
ンサーに垂直に入射する光に対して角度θjimで入射
する光より受光量の落下がはじまり、ofaaXで入射
する光に対してセンサーが何も感じなくなる様な特性を
示している。
この場合の#a+im 、及びθ■ILXの値は前記セ
ンサーを構成するパラメーター* ts+ tz+ ’
及び前記ガラス等の腺17の屈折率勤により定めること
が出来る。第3図(4)に示す、光の入射側の媒質の屈
折率をNとすると、 である。同じくθm&Xは、 である。ここで、この(1) (2)式を用いて具体的
に設計を行う一例を以下に示す。
例えば、結像系のえが4.0のときは開口数は0.12
5である。従って、このときのセンサーの受光角はθ=
7.2°で、このときはhaivr = 7.2°とす
ればよい。外部媒質は空気でN=1とする。
また、隣りのレンズを通ってセンサーに入ってくる光に
対して例えば0■ax = 23.6°で感じないよう
に設計した場合について考える。ところで、電極間距離
Alの値は実際には以下のような制約によって寸法に制
限がつく、即ち 0 電極間距離が小さければ受光部のパターンを細かく
して、センサーの8/N比を上ける設計が可能である。
逆に、電極間距離が大きければセンサーの81N比が小
さくなる。
■ 電極間距離が小さくなると、極作時のパターニング
技術に高精度のものが要求され、バターニング技術によ
って微細化の限界が□。
決まってくる。
などの事情があり、これらのことを考慮すると、電極間
距離t1の値としては2μ< 11< 420μの範囲
にあることが望ましい。また、誘電体膜の膜常考えられ
る厚さである。これらのことを考えると、(IL (2
)の式において、 N = 1 、 m = 1.5 、 tt=2μm 
、 5m1m = 7.2°l#max = 23j7
8゜ これより、12 = 3.755μm 、  d = 
10.49/zm  となる。
即ち、ts=2μm + Lx= 3.755μm 、
  ++1== 10.49μm。
1:15とした時\θmim = 7.2°、  1■
ax = 23.6°の指向性をもったセンサーが得ら
れる。
第3図体)但)に示す様にセンサーに垂直に入射する光
を中心として受光量を最大とする場合とは異なり、第5
図(A) (B)に示すセンサーは、センサーに斜めか
ら入射する光を中心として受光量を最大とする場合の実
施例を示す為のものである。第5図体)に付した番号で
第3図(A)に付、した番号と同じものは同じ部材を示
すのでここでは説明を省く。尚、ムは遮光膜16の開口
の中心と電極(18m 、 18b )の開口部の中心
との変位量である。第5図−)は、第5図(A)のセン
サーの各パラメーターの値が、As = 6μm HZ
! ” 61’−+1m = 2μwm 、 d = 
10μm 、 * = 1.5 、 N = 1  の
場合の光の入射角θに対する受光量の関係を示す図であ
る。
次に第5図に示す様に、センサーに対して斜めに入射す
る光に対して受光率が最大になる様す場合ノ、センサー
の一般的な構造に関して述べる。第6図は成る角度θC
の斜入射光を中心として光を受ける場合の、一般的な受
光感度特性曲線を示すもので、この様な受光感度特性を
示すセンサーの一般的な構成を第7図(A) CB)に
示す。
尚、第7図(A) (13)に示すセンサーは第5図(
A)に示すセンサーと同一形状のセンサーであり、第7
図(A)では#maxl 、 θmax2の光線を、第
7図(B)では5m1m1 、θmim+2の光線を示
している。第7図に示す構造のときは・光束の入射側の
媒質の屈折率をN1ガラス膜17の屈折率を鳳とすると
#maxl 、 am*x2 、5m1m1 、0m1
n2は以下の様に定まる。
ここで0max2はマイナス付号に対応させて表現しで
ある。ここでd = 10.5.can 、 As =
 20μm 、 t2 =3.8μm 、 ts = 
1.0.un 、  m= 1.5 、  N=−1,
0と取ると、θ■axl  =  31.5゜ θmax2 w −15,5゜ θ11+1111  =  15.5゜0m1m2  
=  0.8゜ なる指向性を有するセンサーが得られる。
この様な非対称な受光特性は、金属電極18a。
18bに対して遮光膜16のパターンを変えることによ
り、自由に制御可能である。
上述した様に、垂直入射光又は成る角度を成す入射光に
分けて受光感度特性を持たせることは必要である。例え
ば第2図に示す様に、一つのセンサーアレーに入射する
光は、中央部のビットに入射する光と周辺部のビットに
入射する光の主光線の傾きは興なる。従って、中央部の
ビットは垂直入射光に対して最大の受光感度を又、周辺
部のビットは斜入射光に対して最大の受光感度を持たせ
ることが望ましい。・この様な設定は、電極及び遮光膜
が7オトリ7グラフイーの手法によって形成出来るため
、オリジナルマスク作成時に相対的な位置を加味して作
成しておけば良く、量産性に適した薄膜センサーを比較
的容易に製造出来る。
前記センサーに於いて、ガラス蒸着によって膜層17を
構成する場合には2、膜厚dを余り大きくすると[91
7の表面が微小な凹凸状を呈し光の散乱を生じて好まし
くないが、通常10μm程度以下なら表面の良好な膜が
得られる。
第8図は上述した本発明に係るギャップタイプのセンサ
ーで、光が基板側よりより入射する場合の一実施例を示
す図である。第8図の構成を示す付番で、第3図(A)
の付番と同一番号のものは同じ部材を表わすが、第8図
の構成は第3図体)に示す構成と多少、異っている。即
ち第8図に示す如くセンサーの構成は、ガラス等の透明
基板20上にOr1%の金属#16のパターンが遮光膜
として蒸着され、更にその上にはガラス蒸着膜17を設
け、更にその上にはアモルファスシリコン等の受光体1
9及び電極18が設けられた構成である。そして光線1
51は受光体19の光を感じる部分19mに達するが、
光@ 15bは19mに到達せず検知されない。
上記ギャップタイプのセンサーは、紙面に含まれる面内
で指向性を持たせており、第2図に示す様なラインセン
サーとして使用する場合には、一方向のみについて指向
性があれば充分で、この場合は指向性の存在する面とラ
インセンサーのライン方向を平行にすれば良い。然しな
がら、斯様なギャップタイプの薄膜センサーは一次元方
向のみでなく2次元方向についても指向性をもたせるこ
とが可能であり、この事例を、第9図、第10図及び第
11図に示す。−第9図に於て、16は遮光膜で斜線を
施こした部分が光を遮えきる部分である。17はガラス
を蒸着あるいはイオンブレーティング等によ(ユ って設けた透明膜、18は金J111に極、20ガラハ ス等の基板である。第9図に於て、金属1414118
間に電位差を与えることによって、入射光を電流信号と
してとり出す訳であるが、金属11極間の距離が小さい
程一定の入射光に対する電流餉は大きいため、第9図の
金属I11極1Bのパターンにみられるように、電極間
が相近接している部分19bが、離れている部分19@
よりも相対的に強い感度を示し実質上アモルファスシリ
コン等の感光体層19の感光部の形状は矩形状をなし、
遮光膜16の矩形状開口と組み合わせることによって、
総合的にx −y方向の2.方向について指向性をもた
せることが出来る。又、シリコン受光体111を細かく
矩形のパターン状にし、金属電極1Bのパターンを単純
化したものを第10図に示す。第1−0図に示す様に受
光体19を構成する各ビットは、1個づつ矩形状に独立
して形成されており、遮光膜16のパターンと相俟って
センサーの指向性を出している。尚、第9図及び第と一
10図に示すセンサーに於いては金属電極は透明電極で
あっても良い。
第11図(4)(B)は二次元的に指向性を持つセンサ
ーの場合の例の実施例を示す図で、第11図(A)は斜
視図、第11図(B)はその断面図である。
第11図(A)Φ)に示すセンサーに付された査号で第
9図及び第1θ図の付番と四−のものは−一の部材を示
すものである。第11図<B)に於て、遮光膜16の内
側の径および外部の径をdl、dl’又電極電極18側
の径および外側の径をd、、d、’とすると・例えば−
N>dt’ かつdz>dtとすればセンサーから有限
離距離れ、同心円状の電極およびマスクの中心に立てた
法線上に存在する点からの光を最も良く感じるような特
性をもつことになる。尚、電極18は金属電極あるいは
透明電極どちらであってもよい。又、を極および遮光膜
の形状は同心円状だけでなく例えば楕円形状であっても
よい。更に、電極および遮光膜のパターンの中心は、い
ずれもシリコン受光体膜19に垂直に立てた同一直線(
法線)上にあるが、一般には電極および遮光膜のそれぞ
れのパターンの中心を結ぶ直線はシリコン受光体19に
垂直でなくともよく、そのような場合はレンズの結像で
いう軸外結像的な作用をもった指向性が発生する。
上記実施例はギャップタイプのセンサーを考えてきたが
、第12v!Jは本発明を適用した他のタイプのセンサ
ー(以後このセンサーをサンドイッチタイプのセンサー
と称す)を示す。
−第1251に於いて、25は金属電極、26は了モル
7アスシリコン等の受光体、27は透明電極、28はガ
ラス蒸着膜、29はOr等の遮光膜、30はガラス基板
である。第12図に示す構成に於いて、受光体26で光
を感じる部分は、金属電極25と透明電極27の間で電
圧がかがる部分、即ち受光体26の内、斜線を施こした
部分26mのみである。故に、入射光34mは受光体で
検知されるが、24bは検知されない。この様にサンド
インチタイプのセンサーでは、金属電極25と遮光#2
9の相互のパターンを選択することにより、先に示した
ギャップタイプと同様、光の入射方向によって感度の大
幅に異なるセンサーを実現することが出来る。尚、受光
体26はシリコンに限らすOa8・等であっても良いし
、又、ガラス蒸着膜はZn8等の他の透明な膜でも良い
第13図(4)(B)は−次元方向に指向性を有するサ
ンドインチタイプのセンサーの一実施例を示すものであ
る。
第13図(蜀に於て、31は金属11&I、32はアモ
ルファスシリコン受光体換気33は透明電極膜、34は
ガラス蒸着膜の′ような比較的厚い透明膜、35はOr
のような遮光膜、36はガラス基板である。金属電極3
1は細長い多数列のパターンを成している状況を示して
いる。第13図(B)は遮光板35の平面図を示したも
ので、X−y方向の方向性は金属型1IA31と相対応
して構成されており、この場合センサーはy方向につい
て指向性があり、X方向については指向性は存在しない
。尚、第13図体)に於て、斜線を示した部分が光を遮
断する領域である。
第14図(A) (B) (0)は、二次元方向に指向
性を有するサンドイッチタイプのセンサーの一実施例を
示すものである。第14図体)を構成する部材は第13
図(A)に示す部材と同じで、31は金属電極、32は
アモルファスシリコン受光体膜、33は透明電極膜、3
4はガラス蒸着膜、35はOr等の遮光膜、36はガラ
ス基板である。Orの遮光膜35についての1ビット全
体の平面図を第14図(B)および第14図(Gl)に
示す。第i4図体)は光が透過するパターンが矩形をし
ている場合であり、第14図(0)は光が通過するパタ
ーンが円形状をなしている場合の例について示す。
センサーの2次元アレイ状の感光部の各中心と、遮光板
の光の透過域の各パターンの中心を一致させると、X方
向、y方向それぞれについて指向特性は対称になり、し
かもx、y各方向ともに指向性を持たせることができる
。又、センサーの2次元アレイ状の感光部の各中心と、
遮光板の光の透過域の各パターンの中心をずらせると、
X方向、y方向それぞれについて指向特性は非対称にな
る。従って、入射光の入射角度に応じて指向特性をもた
せることが可能である。
上述したサンドイッチ型センサーの実施例に於いては、
受光体の一方に設けられる電極を金属電極としたが、こ
れは透明電極であっても良い0 以上示したギャップタイプ、及びサンドインチタイプの
各センサーに於いては、ガラス蒸着膜の層は1層の場合
のみについて示したが、一般にはガラス蒸着膜の上に誘
電体層を設けて、その上に更に遮光膜とガラス蒸着膜と
言う様にガラス蒸着膜と遮光展層を多層重ねても良い。
次に本発明のセンサーを適用した読取り装置の実施例を
第15図〜第18図に示す。第15図及び第16図に示
す読取り装置は、千鳥状に原稿を読み取る場合の実施例
で、第15図は倒立像で、第16図は正立像で読み取る
場合を示している。第15図及び第16図に於いて、4
1は原稿、42a〜42・は原稿面の読み取られるべき
書画、43a〜43・は各々本発明に係るセンサーアレ
ー、44a〜44@は前記原稿面書画の像である。第1
5図に示す装置では結像系は45a〜45・で示す様に
1群で、第16図に示す装置では結像系は46a〜46
0.47a〜47・、481〜48−で示す如く3群構
成であり、478〜47−はフィールドレンズとしての
機能を有している。本発明に係るセンサーを用いること
により、一つのレンズ系が受は持つ受光角は2θをカバ
ー出来る程度であり、斜めから入射する光束49に対し
て光を感じない。この様なセンサーを用いれば従来使用
していた遮光体を必要としなくなる。
第17図及び第18図に示す読取り装置は、千鳥状配列
の読み取りとは興なり、通常の一例で読み取る場合の装
置を示すものである。第17図に示す装置は第15図に
示す装置と同じく原稿面を倒立像で読み取る場合、第1
8図は同立像で読み取る場合を示す6第17図及び第1
8図の装置に施こした付番で第15図及び第16図と同
じものは同じ部材を示すので、ここでは説明を省く。第
17図及び第18図に示す装置では、センサー50は長
尺センサーである。これ等の場合にも、センサーの受光
角が2θをカバーシ、更に斜入射光49に対して、上述
した如くセンサーが感じない様にすれば、遮光体なしに
読み取り系が構成出来る。
以上の第15図、第16図、第17図、第f8図の実施
例は結像系が通常のレンズ(屈折率が一定の媒1体に曲
率をもたせることによって結像作用をもたらす手段)の
場合を示したが、実際には通常のレンズのみに限らず、
結像作用をもつものならいずれについても適用でき、例
えば、ゾーンプレートのような位相レンズ、あるいはセ
ル7オツクのような不均質レンズ、更には分布屈折率平
板マイクロレンズアイ(昭和56年度電子通信学金総合
全国大会、992、伊賀健−他5名)であってもよい。
このうち、ゾーンブレ−ンが輌作されるので、モノリッ
クな構成に適しており、本発明の薄膜センサーがモノリ
ックに構成できるところに特長をもつ点と相俟って、コ
ンパクトで量産性の良い読取り装置を実現するめに好都
合である。また一般的には、現在使用されているファク
シミリの様な1次元の読取り装置に限らず、2次元の読
取り装置についても適用出来ることは言うまでもない。
以上示した様に本発明に係るアモルファスシリコン等に
代表される薄膜センサーに於いてはその感光方向に指向
性を持たせることにより、ラインセンサーの中央のビッ
トと周辺のビットで感光特性を所望の特性に取ることが
出来たり、ファクシミリ等のデジタル画像装置に於ける
複眼の結像系に要求される遮光板を不要としたり、セル
7オツク等の正立等倍結像系の場合に於いても内面散乱
等によって発生する迷光を抑え、87N比の良好な読取
り装置が得られるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図(A) (II)は従来のギャップタイプのセン
サーを説明する為の図、第2図(A) (B)は従来の
複眼読取り装置の一実施例を示す図、第3図体)ψ)及
び第4v!Jは各々本発明を適用したギャップタイプの
センサーの一実施例を説明する為の図、第5図(2)俤
)、第6図及び第7図(A) CB)は各々本発明を適
用した他のタイプのギャップセンサーを説明する為の図
、第8図は本発明を適用した他のタイプのギャップセン
サーを示す図、第9図。 第10図及び第11図(A) CB)は各々、本発明に
係る二次元方向に指向性を有するギャップタイプセンサ
ーの実施例を示す図、第12図は本発明を適用したサン
ドイッチタイプのセンサーを説明する為の図、第13図
(A) CB)は各々、本発明を適用した一次元方向に
指向性を有するサンドインチタイプセンサーの実施例を
示す図。第14図(A)ψバC)は各々、本発明を適用
した二次元方向に指向性を有するサンドイッチタイプセ
ンサーの実施例を示す図、第1,5図、第16図、第1
7図Jび第18図は各々本発明に係るセンサーを用いた
複眼光学系を示す図。 15m、15b・・・入射光束、16・・・遮光膜、1
7・・・ガラス蒸着膜、18m、 181+・・・電極
、19・・・受光体、20・・・基板。 窮5図(B) 24μ m292−

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)  センサーを構成する単位ビット内で受光可能
    な領域を電極パターンで制限し、更に該電極パターンと
    相俟って前記受光可能な領域への光束を規制する不透明
    膜を備えた事を特徴とする指向性を有するセンサー。
JP56197217A 1981-12-08 1981-12-08 指向性を有するセンサ− Granted JPS5897861A (ja)

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