JPS62142461A - 固体撮像装置 - Google Patents

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】 産業上の利用分野 本発明は、ファクシ＜’）等の光電変換系における固体
撮像装置に関する。

２１、−７ 従来の技術 最近、等倍結像型の光電変換手段として、密着イメージ
センサと称されるタイプのリニアイメージセンサが開発
され、ファクシミリの読取部などで実用化されている。

その読取部の従来例の構成を第６図に示す。第６図にお
いて、１は原稿、２は螢光灯等の線状光源、３はロッド
レンズアレイ、４はリニアイメージセンサであり、原稿
１が光源２で照明され、原稿１の矢印Ｘで示す線状部分
の王立等倍像がイメージセンサ４の開口列４Ａに結像さ
れ、電子的に走査される。この矢印Ｘ方向が主走査方向
であシ、原稿１はこれと直交する副走査方向ＹＫ送船さ
れ、原稿全面が読み取られる。

ここで、ロッドレンズアレイ３は多数のロッドレンズ３
Ａを規則的に精度よく配列したもので、同じ正立等倍像
を得るための球面レンズを用いた通常の結像光学系に比
べ、光学系を大幅に小型化するととができる。この大幅
な小型化が可能であるとという点が、ロッドレンズアレ
イ３による結像光学装置の大きな特徴である。しかし、
ロッドレン３Ａ−ノ ズアレイ３は球面レンズを用いた結像光学、系に比べて
非常に高価であるという欠点を持っておシ、また、上記
イメージセンサを用いた光学系全体はロッドレンズアレ
イ３を使用しているため、小型化にも限度があった。

等倍読取型センサの小型化を更に徹底したものとして、
半透明の光導電性薄膜からなる光電変換材料を原稿面に
極めて接近させ、その背後から原稿面を照明し、反射光
をレンズ系を使用せず直接光電変換材料で受光させるよ
うに構成した固体撮像装置が、特公昭４７−３４８２号
公報に提案されている。また、その後、第７図に示すよ
うに、透明基板６上に不透光層７を介して光電変換素子
８を配置し、更にその上に透光スペーサ９を設けてなる
固体撮像装置５が提案されている。この固体撮像装置５
では原稿１が透光スペーサ９により光電変換素子８に対
して一定の微小間隔りとなるように保持され、適当な光
源からの照明光束１０が光電変換素子８の背面側から開
口１１を通して原稿１に入射し、その反射光束１２の一
部が素子８で受光され、原稿読取が行われる。

発明が解決しようとする問題点 ところが、かかる従来の固体撮像装置では、原稿面が透
光スペーサ９に接触して読取が行われるため、 １）スペーサ表面の摩耗進行、 １１）原稿面上のインク等の不透光物質がスペーサ表面
に付着して汚れを生じ、信号劣化、欠損といった新たな
問題があった。

これらの問題を解決する方法として、 １）スペーサ表面の摩耗に関しては、例えばガラス材料
スペーサ面上に更に硬度の高い材料をノ・−トコ−ティ
ングする方法が考えられるが、読取時には原稿を背後か
らスペーサ面に押圧するので、金属片等硬い材料のもの
が混入した場合には万全でなく、また、コーティング処
理自体コスト高となる。

１１）汚れ対策として、原稿読取以前の段階で原稿面に
接触する別のローラを設けるなどして「吸取シ紙」のご
とき作用を持たせる方式が考えら５ゝ−・ られるが、やは９コスト増が避けられない。

１１１）汚れ対策を抜本的に実現するためには、原稿面
からセンサ面を離し、原稿面とセンサ面とを非接触状態
として読取る構成が望ましい。ところがこの場合には原
稿面と光電変換素子面との間隔が広くなるため、光電変
換素子の開口部に入射する原稿面からの反射光量の減少
と、解像度が低下する問題が残る。そこで、第８図に示
すように、透明基板６の下面に多数の光電変換素子８を
、上面に各光電変換素子８に対応する球面レンズ１４Ａ
を有するレンズシート１４を配置した固体撮像装置５が
提案されている。この固体撮像装置５に使用された光学
系は、通常用いられているような正立等倍結像光学系と
異なり、各レンズ１４Ａがイメージセンサの各画素に対
応する形式で配列されたもの（以下画素対応結像光学と
称する）であシ、球面レンズ１４Ａは、それぞれ直上、
直下に対応する原稿面と受光面とを共役面とするように
配列されている。

６ページ しかし、第８図に示すものも問題点を有していた。即ち
、原稿面とレンズ面との距離り、を画素ピッチＰに比べ
て大きくすると、原稿面上の一つの画素からの反射光が
、その画素に対向する光電変換素子とは別の光電変換素
子にも入射し、いわゆるクロストークが生じ、解像度低
下を招く。例えば、原稿面上の画素１Ａは球面レンズ１
４Ａ、で光電変換素子８１に結像される以外に、レンズ
１４Ａｔを介して光電変換素子８．にも結像されるとい
った具合にクロストークを生じてしまう。これを避ける
には、Ｌ。

くＰに使用範囲を制限されるが、第７図のように結像手
段を伴わない構造でもＬ≦Ｐで設計可能であるので、Ｌ
２くＰではレンズ系を用いる効果がほとんどない。

本発明は、上述の問題点に鑑みて為されたもので、固体
撮像装置と原稿面との距離を画素ピッチの少なくとも２
倍程度以上としても、クロストークをあまり生じること
なく、非接触で原稿面を良好に読取ることのできる安価
な且つコ７へ−１・′ ンバクトな、信頼性の高い固体撮像装置を提供すること
を目的とする。

問題点を解決するだめの手段 本発明は上述の問題点を解決するため、ｉ）原稿面と光
電変換素子列の間に、少なくとも主走査方向に画素対応
の結像作用を有するレンズシートを設け、 １１）原稿面を照明する光源として、所定の分光分布特
性を有するものを使用し、 １１１）所定の波長帯のみを透過する干渉フィルタを前
記原稿面と光電変換素子列との間に配置し、ｉｖ）前記
光源の分光分布特性と干渉フィルタの分光透過率特性と
を、原稿面からの反射光のうち、主として入射角の小さ
いものを透過させるように選定するという構成を備えた
ものである。

作用 本発明は上記構成によって、レンズシートが原稿面の反
射光を画素対応で各光電変換素子に結像させることがで
き、そのため、光電変換素子列と原稿面との間を大きく
あけ、原稿面に対して非接触で高解像度での読取が可能
であシ、更に、所定の分光分布特性の光源と所定の分光
透過率特性の干渉フィルタとの組み合わせによシ、原稿
面からの反射光のうち、主として入射角の小さい、即ち
垂直入射の光が干渉フィルタを透過して光電変換素子に
入射することとなり、原稿面と光電変換素子列との間隔
を画素ピッチに比べて大きくとっても、光軸間のクロス
トークを抑圧でき、正確な読取が可能となる。

実施例 以下、本発明の詳細な説明する。第１図は本発明の第１
実施例を示すもので、（ａ）は主走査方向の断面図、（
ｂ）は副走査方向の断面図である。同図において、本発
明になる固体撮像装置５は、透明基板６と、この透明基
板６の上面に不透光層７を介して、主走査方向（Ｘ方向
）に適当な間隔をあけて配置された多数の光電変換素子
８からなる光電変換素子列と、第一レンズシート１６、
第二レンズシート１７、干渉フィルタ即ち多層薄膜゛フ
ィルタ１８等からなる導光光学系とを重ね合わせ−９へ
一ン′ 体化したものである。透明基板６の下面には主走査方向
に延びるスリット開口２１Ａを有する遮光マスク２１が
設けられ、スリット開口２１Ａの下方には、螢光灯のご
とき線状に延びる光源２が配置されている。

第一レンズシート１６／ｌｉ、光電変換素子８の列の片
側に、光電変換素子列に平行に即ち主走査方向に延びる
単一の円柱面状レンズ１６Ａを有するレンチキュラーシ
ートで形成されている。この円柱面状レンズ１６Ａは、
下方の光源から幅Ｗ。のスリット開口２１Ａを通って入
射する光束１０を、副走査方向に結像して原稿面上に、
所定幅Ｗ１の線状照明を与える線状照明光学系を構成す
る。ここで所定幅Ｗ、は、読取るべき画素の副走査方向
の幅と同等程度として選定されている。なお、照明光源
を原稿面上に結像させる線状照明光学系は、第１図のよ
うに単一の円柱面状レンズを用いる場合に限らず、第３
図（ｂ）に示すように透明基板６の下方の集光レンズ２
２と組み合わせたレンズ系を用いてもよく、また、レン
チキュラーシートの代１０ベーン わシに、フレネルレンズ、平板の分布屈折率型マイクロ
レンズアレイ等を使用してもよく、更には、反射ミラー
を用いてもよい。また、原稿照明用の光源は、螢光灯の
ような連続した発光面を有するものに限らず、第３図（
ａ）、（ｂ）に示すように、主走査方向（Ｘ方向）に不
連続的に線状配列したＴ、ｊＥＤ（発光ダイオード）光
源２３を用いてもよい。

ＧａＰを主成分とするＬＥＤの発光面は０．２〜０．３
ｙａｍ、平方程度であり、これを円柱面状レンズ１６Ａ
で副走査方向に倍率０．３程度で結像すれば、０゜ｌｙ
ｍ程度以下の幅の線状光束が得られる。光源２或いは２
３としては、多層薄膜フィルタ１８の特性に関連した所
定の分光特性のものが使用されるが、その詳細は後述す
る。

第１図において、第二レンズシート１７は多数の円柱面
状レンズ１．７Ａを有するレンチキュラーシートで形成
される。この第二レンズシート１７は、その表面（図示
実施例では上面）に形成されている多数の円柱面状レン
ズ１７Ａが主走査方向′に対して直交方向に延び且つ光
電変換素子列の各１１１・−７゛ 光電変換素子８に対応して配置されている。かくして、
第二レンズシート１７は、原稿面の主走査方向に並んだ
画素をそれぞれ対応する光電変換素子に結像させる作用
を有し、画素対応の結像作用を有する結像光学系を構成
する。

第一レンズシート１６、第二レンズシート１７として使
用されるレンチキュラーシートは、アクリル系或いはポ
リ塩化ビニール系等の熱可塑性樹脂材料を用い、金型か
ら安価に量産しうる。

各光電変換素子８の開口部は副走査方向（Ｙ方向）に長
辺を有し、通常の固体撮像系の開口部に比べて受光面積
を大きくとる構成としている。これは、照明光学系にお
いて、副走査方向の解像力を持たせであるため、素子開
口部の副走査方向の寸法制約が直接には不要となった為
、可能となったものである。このように光電変換素子８
の受光面積を大きくとると、解像度を低下させることな
く、高感度の光電変換素子列を構成できる利点が得られ
る。

第１図において、第一レンズシート１６と第二レンズシ
ート１７との間に配置された多層薄膜フィルタ１８は、
第二レンズシート１７の平担部（図示実施例では下面）
に蒸着されている。ここで使用される多層薄膜フィルタ
１８は、原稿面から反射した光のうち、成る入射角以上
のものを反射して殆ど透過させない特性のものが選ばれ
る。このような特性のフィルタは、光源の分光分布特性
との関連によって定められる。例えば、成る波長域にエ
ネルギーピークを持つｉ　Ｔ、　Ｅ　Ｄ光源に対して、
フィルタ１８として、入射角θ＝０°（垂直入射）に対
する分光透過率特性が、前記光源からの光の最短波長よ
りも長い所定の透過限界波長λ。

を有するローパスフィルタが使用可能である。このロー
パスフィルタでは、光の入射角θの場合の分光透過率特
性は前記λ０が短波長側へλ。−λθだけシフトし、よ
く知られた関係式 を満足している。ここで、ｎは多層薄膜フィルタ１８の
平均的な屈折率である。本実施例において、１３ヘ−ジ 光源２として、主波長λｒｎａｘ−５７０ｎｍ１半値幅
△λ１．／２＝２０ｎｍであるＱａＰ系（７）ＬＥＤ発
光光源を使用すると、多層薄膜フィルタ１８として、Ｔ
ｉ０２（ｎｔ　キ２．２）、５ｉ０２　（ｎ。

キ１．４６）の２種類で交互に多層膜を構成したものが
使用される。このフィルタ１８の平均屈折率ｎは、 ｎキ　”　１　＋ｎ＊　　−＝１．、８となる。第２図
にλ。−５８，３，５ｎ　ｍ、　ｎ　＝　１．＋８とし
た場合の多層薄膜フィルタ１８の光の入射角θに対する
分光透過率特性（実線部）、並びに、前記ＬＥＤ発光光
源の分光エネルギー特性（破線部）を簡単の為にモデル
化して示している。同図において、光源及び多層薄膜フ
ィルタの分光特性が交わる部分（例えば、ムＡＢＣ）は
、入射角θ（例えばθ＝３０°）における多層薄膜フィ
ルり１８を透過する光量に相当しており、この光量は入
射角θの増加に伴い減少し、θ＝０８の場合に比較して
θ・テ３０°で１１５以下、θ＝３５’で１４ベーノ は約１／２０となっており、θ＝４００ではほとんど無
くなってしまう。従って、上記光源とフィルタとの組み
合わせにより、入射角が成る大きさ以上の光の透過を阻
止することができ、この透過可能な入射角の限界は光源
或いはフィルタの分光特性を適宜選定することにより、
所望の値にすることができる。

なお、入射角が成る大きさ以上の光の透過を阻止するた
めの光源２とフィルタ１８との組み合わせは、上記した
黄緑帯に主波長を持つＬＥＤのＹＧＣ光源ローパスフィ
ルタとの組み合わせに限らず、種々変更可能である。例
えば、第５図（ａｌに示すように、ＹＧＣ光源用い、こ
の光源の分光特性と同一帯域に透過波長帯を持つバンド
パスフィルタとの組み合わせによっても、上記効果が得
られる。また、第５図向に示す赤帯のＬ　ＥＤ光源とロ
ーパスフィルタとの組み合わせ、第５図（ｅ）に示す赤
帯のＬＥＤ光源とバンドパスフィルタとの組み合わせに
よっても上記効果が得られる。更に、第５図（ｄｌの縁
帯に主波長を持つ螢光管（Ｃ光源）と１５パ−’ ローパスフィルタとの組み合わせ、第５図（ｅｌのＧ光
源とバンドパスフィルタとの組み合わせによっても、ｑ
光源の主波長に隣接する長波長側のエネルギーを透過し
ないようにフィルタの波長傾斜幅、透過限界波長を選定
することにより、上記効果が得られる。

更に、第１図において、各光電変換素子８の主走査方向
の開口寸法ε、結像系の倍率ｍ１第−及び第二レンズシ
ートの厚み、原稿面１と光学系の間隔り、等は、前記光
源２及びフィルタ１８の特性を考慮し、クロストークを
抑圧するように選定している。即ち、原稿面の画素ＩＢ
、ＩＣ，ＩＤから光電変換素子８Ａの近傍に向う反射光
は多層薄膜フィルタ１８を透過してしまうが、光電変換
素子間で開口部外に結像するようになっておシ、また、
原稿面の点ＩＥ１１Ｆからの反射光はもしフィルタを透
過すると光電変換素子に入射される位置にあるが、多層
薄膜フィルタ１８への入射角θが大きい為にフィルタ１
８を透過できず、従って、光電変換素子列には入射され
ない。このことにより、画素ＩＢ〜ＩＦ等からの反射光
１２Ａが光電変換素子に入射することがなく、クロスト
ークを十分に抑圧することが可能となる。本実施例にお
いて、等倍結像（ｍ＝１）、ε＃Ｐ／４＝０゜０３ｙ８
、Ｌ、＝０．６５哨ｔすると、各画素からの入射角θが
図中に示す値となり、これに対し、λｒｌｌａｘ＝５７
０ｎｍ１Δλ１／２＝２０ｎｍ、２゜＝５８３．５ｎｍ
、ｎ＝１．８とすることにより、クロストークの抑圧さ
れた撮像系が実現された。

なお、上記実施例において、第二レンズシート１７は、
円柱面状レンズ１７Ａが必ずしも原稿１側に向いてなく
ても良く、第３図に示すように円柱面状レンズ１７Ａを
第一レンズシート１６側に向け、原稿面側に多層薄膜フ
ィルタ１８を配置しても第１図と同じようにクロストー
クを抑圧した撮像系が実現できる。また、第４図に示す
ように、多層薄膜フィルタ１８を厚さが数十μｍ程度の
マイクロシートグラス２０に蒸着し、原稿１側に向いて
いる第二レンズシート１７の円柱面状レンズ１７Ａ上に
取付ける構成にしても同様にクロスト１７ベージ ーニクを抑圧した撮像系が実現できる。

次に動作を説明する。第１図において、原稿面１は固体
撮像装置の光学系の最上面から一定の距離Ｌ８離れた位
置を、副走査方向（Ｙ方向）に走行する。この間、第１
図（Ｉ））に示すように、線状光源からの光束ｌＯが幅
Ｗ、のスリット開口２１Ａを通して原稿面側へ入射され
、円柱面状レンズ１６Ａで集光して、原稿面上に幅Ｗ１
で読取るべき画素列を照明する。この照明部分からの反
射光は、第二レンズシート１７の多数の円柱面状レンズ
１７Ａによシ、主走査方向に収束し、光電変換素子列に
画素対応で結像され、電子的に走査される。

この時、前記のように、多層薄膜フィルタ１８によって
クロストークが抑圧され、解像度の高い良好な読取が行
われる。

なお、上記実施例は原稿面を照明する光束を、円柱面状
レンズ１６Ａで副走査方向に収束させ、原稿面からの反
射光を主走査方向にのみ収束させて光電変換素子列に入
射させる構成としたが、この代わりに、円柱面状レンズ
１６Ａを原稿面と光１８ページ 電変換素子列との間に配置し、原稿面からの反射光を副
走査方向にも収束させるようにしてもよい。

また、原稿面と光電変換素子列との間に配置されるレン
ズシートとしては、図示のような円柱面状レンズシート
に限らず、第８図に示すような多数の球面レンズを備え
たレンズシートであってもよい。ただし、図示実施例に
示す多数の円柱面状レンズを並べた形状のレンズシート
は、いわゆるレンチキュラーシートとして知られるもの
であり、製造が容易で、安価に製造でき、極めて好まし
いものである。

更に、以上に説明した本発明の実施例においては、透明
基板上に形成した薄膜型の光電変換素子列を用いた場合
について詳しく説明したが、本発明はこの場合に限定さ
れず、Ｓｉ単結晶材料を用いたＣＣＤ型イメージセンサ
やα−８ｉ系統の素子を用いることも可能であることは
言うまでもない。

発明の効果 以上に説明したように、本発明は、近接読取型１９ペー
／ の固体撮像装置において、原稿面と光電変換素子列との
間に、少なくとも主走査方向に画素対応の結像作用を持
ったレンズシートを配置しているので、原稿面と光電変
換素子面との間隔を光電変換素子ピッチに比べて大きく
あけ、非接触状態としても良好な読取が可能となシ、シ
かも、原稿面と光電変換素子列との間には、入射角度に
よって透過波長帯が変化する特性の干渉フィルタを介在
させ、この干渉フィルタの分光透過率特性と原稿面を照
明する光源の分光分布特性とを適当に選定することによ
り、原稿面からの反射光のうち入射角の大きいものを反
射させて光電変換素子列への入射を阻止することができ
、クロストークを抑圧して解像度の高い良好な読取が可
能となるという効果を有している。

更に、本発明によれば、クロストークを抑圧する為に、
特定波長光に対して入射角度選択特性を有スる干渉フィ
ルタを用いるので、フィルタ自体は原稿面と光電変換素
子列との間に一様に形成すればよく、特別の配置位置精
度を要せず、構造が簡単で製造の容易な、信頼性の高い
固体撮像装置を提供することができるという効果も有し
ている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すもので、（ａ）は主走
査方向の断面図、（ｂ）は副走査方向の断面図、第２図
は上記実施例で用いた多層薄膜フィルタ及び光源の分光
特性を示すグラフ、 第３図は本発明の他の実施例を示すもので、（ａ）は主
走査方向の断面図、（ｂ）は副走査方向の断面図、第４
図は更に他の実施例を示す、主走査方向の断面図、 第５１ｆｉａ〜　ｅ　　はそれぞれ本発明の実施例に使
用しうる多層薄膜フィルタ及び光源の分光特性を示すグ
ラフ、 第６図は従来の密着イメージセンサの概略斜視図、 第７図は従来の固体撮像装置の一例を示す断面図、 第８図は従来の固体撮像装置の他の例を示す断面図であ
る。゛ ２１ベージ ト・・原稿　　２・・・光源　　５・・・固体撮像装置
６・・・透明基板　　７・・・不透光層８・・・光電変
換素子 １６・・・第一レンズシート １６Ａ・・・円柱面状レンズ １７・・・第二レンズシート １７Ａ・・・円柱面状レンズ １８・・・多層薄膜フィルタ 代理人の氏名　弁理士　中尾敏男 ほか１名 第１図 ？ ｌｈ） 第５図 ４０１）　　　　　　　ｓｏｏ　　　　　　ｂｗ　　　
　　　　ｙｏｕ第５図 做０　　　　　鋤　　　　　６０Ｄ〃θ第６図 Ａ １７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　原稿面を照明する所定の分光分布特性を持った光源と
   、前記原稿面に近接して主走査方向に対向配置される光
   電変換素子列と、この光電変換素子列と前記原稿面との
   間に介在して少なくとも主走査方向に画素対応の結像作
   用を有するレンズシートと、前記光電変換素子列と原稿
   面との間に介在し、所定の分光透過率特性を有する干渉
   フィルタとを有し、前記光源の分光分布特性と干渉フィ
   ルタの分光透過率特性とは、前記干渉フィルタが、原稿
   面からの反射光のうち、主として入射角の小さいものを
   透過させるように選定されていることを特徴とする固体
   撮像装置。