JPS62256562A - 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、ファクシミリ等の光電変換系における固体撮
像装置に関する。

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、ファクシミリの読皐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０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シ、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
の正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
であり、原稿１はこれと直交する副走査方向Ｙに送給さ
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は多数のロンドレンズ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ことができる。この大幅
な小型化が可能であるという点が、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（米国特許第７５６９１２号に対応）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
１ｏ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、原稿面から
の反射光を透明スペーサ９を介して直接センサ開口に導
光するため解像特性の劣化を生じる。ＭＴＦ　（Ｍｏｄ
ｕｌａｔｉｏｎ　Ｔｒａｎｓｆｅｒ　Ｆｕｎｃｔｉｏｎ
　）特性は、スペーサ９の厚みＬがセンサ開口列のピッ
チＰのオーダ以上になると顕著に現れる。また、Ｌを大
きくすると、光電変換素子の開口部に入射する原稿面か
らの反射光量も減少する。

これらの問題を解決する方法として、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王立等倍結像光学系と異なシ
、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系と称す
る）であり、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。

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Ｌ２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ＩＡ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１４Ａ２を介して光電変換素子８３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、Ｌ２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し≦Ｐで設計可能
であるので、Ｌ２≦Ｐではレン゛ズ系を用いる効果がほ
とんどない。また、原稿面とレンズ列１４との微小距離
空隙に、チリ、ホコリの類が付着、堆積することによる
撮像特性劣化の問題が残る。

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、クロストークが抑圧され、接触型
で原稿面を良好に読取ることのできる安価な且つコンパ
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。

問題点を解決するための手段 本発明は上述の問題点を解決するため、１）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、 ＩＩ）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し、 ■）さらに、原稿面に接触して画素対応の結像関係を安
定に保持するとともに、光学系を保護するだめの透明体
スペーサを備えた構成をとっている。

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、且つ原稿面に対して所定距離を保持して高解像度
での読取が可能であり、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シ、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。また、原稿はゴムローラなどによって透明体スペ
ーサに押圧された状態で搬送されつつ読取られるので、
スペーサ表面のうち光電変換に係わる部位は常にクリー
ニングされ、チリやホコリの付着による撮像特性の劣化
をまぬがれる。

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、（
ｂｌ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、
第二レンズシー目７、干渉フィルタ即ち多層薄膜フィル
タ１８、透明体スペーサ１９等からなる導光光学系とを
重ね合わせ一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は、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Ｗ。のスリット開口２１　Ａ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Ｗ、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Ｗ１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ｎ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
ラーシートの代わりに、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ＬＥＤ（発光ダイ
オード）光源路を用いてもよい。ＧａＰを主成分とする
ＬＥＤの発光面は０．２〜０．３　ｆｉ１ｍ平方程度で
あシ、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、０．１　ａ程度以下の幅の線
状光束が得られる。光源２或いは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３図の実施例では多層薄膜フィルタ１８は透明体スペ
ーサ１９を基板としてその下側の面に形成している。

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１７Ａ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Ｈ７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
、可能となつたものである。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ト第二レンズシ
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ったＬＥＤ光源に対して、フィルタ
１８として、入射角θ＝Ｏ°（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シも長い
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λ。が短波長側へλ。

−λ。たけシフトし、近似的な関係式 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、光源２とし
て、主波長λ□ｘ　＝　５７０　ｎｍ　、半値幅△λ％
＝２０１ｍであるＧａＰ系のＬＥＤ発光光源を使用する
と、多層薄膜フィルタ１８として、Ｔｉ　０２（ｎ＋中
２．２）、８１０２（”２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。このフィルター
８の平均屈折率ｎは、 ｎ、　＋　ｎ２ ｎキ□キ１．８ となる。第２図にλ。＝　５８３．５　ｎｍ、　ｎ　＝
　１．８　とした場合の多層薄膜フィルター８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
、ΔＡＢＣ）は、入射角θ（例えばθ＝３０°）におけ
る多層薄膜フィルタ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＝０°の
場合に比較してθ＝３０°で１１５以下、θ＝３５°で
は約１／２０となっており、θ＝４０°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ばフィルタの
分光特性を適宜選定することによシ、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ＹＧ光源とローパスフィ
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５Ａ図に示すように、ＹＧ光源を用い、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５Ｂ図に示す赤帯のＬＥＤ光源とローパスフィ
ルタとの組み合わせ、第５Ｃ図に示す赤帯の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５Ｄ図の縁帯に主波長を持つ螢
光管（Ｇ光源）とローパスフィルタとの組み合わせ、第
５Ｅ図の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、Ｇ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）、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ｍ、第−及び第二レンズシ
ートの厚み、透明体スペーサ１９の厚さＬ３　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ＩＥ、ＩＦ　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１８を透過できず、従って、光電変換素子列には入
射されない。このことによシ、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、縮小結像（ｍ＝　１／４　）、εキＰ／４
＝０．０３１＋ｌｌ１１Ｌ３＝１、Ｏａｍｌとすると、
各画素からの入射角θが図中に示す値となシ、これに対
し、λ□工＝５７０ｎｍ、Δλ１／２　＝　２０　ｎｍ
　、λ。＝５８３．５ｎｍ％　１１＝１．８とすること
によシ、クロストークの抑圧された撮像系が実現された
。ここで、透明体スペーサ１９の屈折率はｎ１＝１．５
としておシ、原稿面上の点ＩＡをレンチキュラーシート
１７から見た虚像ＩＡ’の位置関係は、Ｌ、′キ０．７
１１１１となっている。点ＩＡ以外の点ＩＢ、　ＩＣ，
ＩＤ・・・・・・・についても同様にスペーサの屈折率
ｎ、に対応する虚像（図示されない）が生じる。

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を透明体スペーサ１９の
下面側照に蒸着し、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ークを抑圧した撮像系が実現できる
。

透明体スペーサとしては、透過率が犬で、光学的な均一
性が良く、しかも耐摩耗性に優れたものが望ましく、サ
ファイヤのような材料が適当である。また、コストの点
からはガラス基板に、例えばＡ１□Ｏ８のような耐摩耗
性膜をノ・−トコ−ティングして目的を達することがで
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に当たる透明体スペーサ１９
に密着して、副走査方向（Ｙ方向）に走行する。この間
、第１図（ｂｌに示すように、線状光源からの光束１０
が幅Ｗ０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
Ｗ、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
ズを偏見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、いわゆるレンチキーラーシー
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。

発明の詳細 な説明したように、本発明は、完全密着読取型の固体撮
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ても
良好な読取が可能となり、しかも、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する干渉フィ
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谷易な、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。

また、本発明によれば透明体スペーサに実質的に密着し
た接触状態で原稿を読取る構成となっているところから
、原稿位置の保持を安定的に実現し、しかもレンズ列に
よって画素対応の結像系を用いたことによシ透明体スペ
ーサの厚みは、センサ開口列のピッチに比べて１桁大き
く設定することが可能となる。従って、スペーサ並びに
該スペーサへの各種のコーティング処理も極めて容易に
なる。例えば、原稿との接触面に耐摩耗層形成としてＡ
１□０３、他の面に多層薄膜フィルタとして各種特性に
合わせたコーティング等が可能である。

【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、（１）ｌ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５１Ａ〜第５四ε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。 １・・・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、１
９・・・透明体スペーサ。 代理人の氏名　　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第
２図 埴−４（−７蓼９ 第　４　図 言　５ＦＩｌ （Ａ） 第　５　図 （Ｃ１） （Ｅ） Ｂ　　　　　　　　　　４ｍ　　　　　　　　　　６ｇ
ｕ　　　　　　　　　　　／４Ａ／第６図 第７図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （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、前記原稿面に実質的に
   密着して原稿面を保持する透明体スペーサと、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。
2. （２）干渉フィルタが透明体スペーサを基板として一体
   化されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の固体撮像装置。
3. （３）透明体スペーサが原稿面に接触する面に透明もし
   くは半透明の耐摩耗性物質をコーティングし、他の面に
   干渉フィルタを形成してなることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の固体撮像装置。