JPS6271373A - 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１．・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４図に示す。第４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は多数のロウドレンズ３
Ａを規則的に精度よく配列したもので、同じ王立等倍像
を得るための球面し・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乙。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り、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を使用しているだめ、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≠ｍ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４了−３４８
２号公報に提案されている。まだ、その後、第５図に示
すように、透明基板ｅ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、原稿面が透
光スペーサ９に接触して読取りが行われるため、 １）スペーサ表面の摩耗進行、 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ハードコーティン
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、まだ、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「吸取り紙１のご
とき作用を持たせる方式が考えられるが、やはりコスト
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、解像度が低下するという問題が残る。そこで、第６
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６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６図に示すものも問題点を有していた。即ち
、レンズシート１４は、各画素に対応して極めて多数の
球面レンズ１４八を備えねばならず、製造が極め−Ｃ困
難であり、実用的でない。また、原稿面どレンズ面との
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２トークが生じ、解像度低下を招く。例えば、原稿
面上の点１Ａは球面レンズ１４Ａ１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＜ｐに使用範
囲を制限されるが、第６図のように結像手段を伴わない
構造でもＬ≦ｐて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。

本発明は、上述の問題点に鑑みて為されたもので、第一
の発明は、製造の容易な画素対応光学系を用いて原稿面
を光電変換素子面に結像させることができ、非接触で原
稿面を良好に読取ることのできる固体撮像装置を提供す
ることを目的とする。

寸だ、本願第二の発明は、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のない、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 本願第一の発明は、上述の問題点を解決するため、従来
の球面レンズに代えて、製造容易なレンチキュラーシー
ト状媒体を組み合わせて使用したもので、固体撮像装置
の主走査方向には、光１ｕ変換素子列に対応した円柱面
状レンズ列を並べたレンズシートによって、画素対応の
結像を計り、副走査方向には単一の円柱面状レンズを備
えたレンズシートで結像を計り、これらのレンズシート
を、それぞれの円柱状レンズの軸が互いに直交するよう
に重ね合わせて撮像面に一体化するという構成を備えた
ものである。

本願第二の発明は、前記第一の発明の構成に加えて更に
、前記円柱面状レンズ列に対応したスリット列を配した
遮光体を、前記レンズシートに重ねて配置するという構
成を備えたものである。

作　　用 木頭第−の発明においては、画素対応での結像手段とし
て、互１八に円柱軸が直交し、光軸が原稿面に各々垂直
となる構成で重畳された２枚のレンズシートを用いるた
め、通常の球面レンズを用いるのと同等の結像作用が得
られ、しかも個々のレンズシートは、いわゆる「レンチ
キュラーシート」の呼称で印刷技術の領域をはじめとし
て実用化されている一次元円柱面レンズ列を基本にして
いるので安価量産に適する。

本願第二の発明においては、上記２枚のレンズシートを
重ねた構成をとるにあたり、更に、画素ピッチに等しい
間隔でスリットを形成した遮光体を配置しているので、
光軸間のクロストークが抑圧され、原稿面と光電変換素
子面との間隔を画素ピッチに比べで大きくとることが可
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、（１）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ば、透明基板６と、該透明基板
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′…変換素子列と、第一レンズシート１６．
第二レンズシート１７．遮光体１８を重ね合わせてなる
導光光学系とを重ねて一体化したものである。第一レン
ズシート１６は、光電変換素子列方向即ち主走査方向に
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。

第二レンズシート１７は多数の円筒面状レンズ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１アは第一レンズシート１６に平行に設けら
れ、その表面（図示実施例では下面）に形成されている
多数の円柱面状レンズ１７Ａは、第一レンズシート１６
の円柱面状レンズ１６Ａの軸と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、第一レンズシート１６の円柱面状レンズ
１６Ａは原稿の各画素列から発する光束を副走査方向に
結像させ、第二し・ンズシート１了の多数の円柱面状レ
ンズ１７Ａは各画素を対応する充電変換素子８に結像さ
せており、画素対応の結像作用を有する導光光学系を形
成する。ここで、第二レンズシート１７の円柱面状レン
ズ１ｙＡの幅は、画素ピッチ即ち光電変換素子ピッチｐ
によって制限されるが、第一レンズシート１６０円柱面
状レンズ１６Ａは、その両側に照明光束１０の通路を与
える限り、特に制限されないので、幅を大きくし、寮稿
かものより多くの反射光を集光しつるようにすることが
好ましい。まだ、第二レンズシート１７は、第１図（、
）に示すように、その円柱面状レンズを下面にして配置
される場合に限らず、第３図に示すように、円柱面状レ
ンズ１７Ａを上面側として配置してもよい。

第一レンズシ一ト１６．第二レンズシート１フとして使
用されるレンチキュラーシートは、アクリル系域いはポ
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ものである。

第１図において、第二レンズシート１ア上面に配置され
た遮光体１８は、第二レンズシート１７下面の多数の円
柱面状レンズ１７Ａに対応した多数のスリブ）１８Ａか
らなるスリット列を有している。ここで、スリブ）１ｓ
Ａの主走査方向の幅δ、各各型電変換素子の主走査方向
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Ｌ３
　＋　”４　＋　原稿面と光学系との間隔Ｌ５等は、ク
ロストークが抑圧されるように選定されている。

例えば、原稿面上の点１Ａからの反射光は、第１図（−
）に破線で示すように、対応するスリット以外のスリッ
トを通過しても、光電変換素子の間に結像するようにな
っている。このクロストークを抑圧するには、光電変換
素子８の開口寸法εを主走査方向のピッチｐに比べて極
力小さくすることが好ましく、開口寸法εはピッチｐの
約％以下に選定することが好ましい。本実施例において
、縮小結像（ｍ”３Ａ）、　　ε＝１）／４＝０．０３
１ｍｍ、Ｌ６−０　、２５咽、　　δ−４０μ程度とし
て、クロストークの抑圧された撮像率が実現された。

遮光体１８のスリットの副走査方向の寸法は、原稿から
のより多くの反射光量を利用しつるよう、幅δより本大
きく選定することが好ましい。

なお、第二レンズシート１７とし、て、第３図に示すも
のが使用される場合には、遮光体１８は第一レンズシー
ト１６と第二レンジシート１７との間に配置される。こ
の場合にも、クロストークを抑圧することが可能である
。

第１図において、透明基板６の下方には、かまぼこ型の
集光レンズ２０及び主走査方向に列状配置されたＬＥＤ
固体光源２１が配置されている。

勿論、固体光源２１の代わりに螢光灯が使用されてもよ
い。

次に動作を説明する。原稿１は固体撮像装置の光学系の
最上面（遮光体１日）から一定の距離り離れた位置を、
副走査方向（Ｙ方向）に走行する。

この間、第１図（ト））に示すように、固体光源２１の
発光面から発した光束が集光レンズ２ｏで集光され、不
透光層７の両側を通る２光束１０．１０となり、斜め方
向から原稿面を照射する。原稿面からの反射光は、第二
レンズ７−）１７の多数の円柱面状レンズ１７Ａにより
、主走査方向に収束され、各光電変換素子８に結像し、
同時に第一レンジシート１６の単一の円柱面状レンズ１
６Ａにより副走査方向に収束され、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。この際、前記
したように、遮光体１８によりクロストークが抑圧され
ており、良好な読取が行われる。

第２図は本発明の固体撮像装置６を自動給紙型の副走査
機構系に適用して原稿読取を行う場合の構成図を示す。

固体撮像装置５の上面には、保護層２２が取付けられて
おり、その保護層２２の端部近傍にゴムローラ２３が押
圧され、原稿１を副走査方向（Ｙ方向）に搬送する。固
体撮像装置の光軸Ｚ−Ｚはゴムローラ２３の押圧中心よ
り微小な距離ｑ（例えば、ｑ＝ｏ、ｓ〜１燗）だけ、離
れており、且つ保護層２２の端部からも離れている。

かくして、原稿１はゴムローラ２３でＹ方向に搬送され
、光軸２−２上で、非接触にて主走査方向に読み取られ
る。な寂、第２スでは光源２として、螢光灯を用いたも
のを示しているが、この代わりに、第１図に示すような
固定光源が用いられてよい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、本願第一の発明は、近接読取型
の固体撮像装置において、光電変換素子列と原稿面間に
画素対応の結像作用を有する導光光学系を設け、且つそ
の導光光学系を前記光電変換素子り１１方向に延びる単
一の円柱面状レンズを有する第一レンズシートと、該第
−レンズシートに平行で且つ前記円柱面状レンズの軸と
直交方向に延びる複数の円柱面状レンズを前記光電変換
素子列の各素子受光部に対応して配した第二レンズシー
トとを重畳して構成したものであるので、製造容易なレ
ンチキュラーシートを用いて、導光光学系を構成するこ
とができ、構造簡単且つ安価に、非接触で近接的読取り
が可能な固体撮像装置が得られるという効果を有してい
る。

また、本願第二の発明は、前記導光光学系に、多数の光
電変換素子に対応したスリットを備えた遮光体を設けた
ものであるので、クロストークを抑圧でき、外乱の少な
い良好な読取が可能となるという利点を有している。更
に、導光光学系として互いに直角方向の円柱面状レンズ
を用いたので、スリットの開口を副走査方向に長い形状
とすることができ、従来の球面レンズを用いる場合に比
べ、開口率を大きくすることが可能であり、明るい光学
系を構成することができる。なお、本発明において、結
像光学系を光電変換面に接着するに尚たっては、遮光ス
リット位置と光電変換素子位置との相対関係は必ずしも
第１図に示した如く、真上。

真下に正確に対応せずともよく、自ずとサンプリングさ
れた画信号が読取られる構成となっていることは各場合
の断面図を作成してみれば容易に理解される。従って、
製作に当たって、材料の熱膨張とか機械的変形の影響を
直接受けることなく、所望の設計性能を実現しつる。こ
れは通常の王立等倍形成においては、多数の画情報を一
個のレンズ系を介して結像するのに対して、本発明のご
とき、画素対応結像光学系では高々単−画素分（サンプ
ル点）の情報を単一レンズ系が分担する構成の故であり
、設計の自由度、誤差許容度合が比較的大きくとれる事
情による。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ、　　ｂは本発明の一実施例による固体撮像装
置の主走査方向の断面図および副走査方向の断面図、第
２図は本発明の固体撮像装置を自動給紙型の副走査機構
系に適用した装置の断面図、第３図は本発明の他の実施
例における主走査方向の断面図、第４図は従来の密着イ
メージセンナの概略斜視図、第５図は従来の固体撮像装
置の断面図、第６図は従来の固体撮像装置の他の例の断
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、１ｅ・
・・・・・第一レンズシー）、１６Ａ・・・・・・円柱
面状レンズ、１７・・・山第二レンズシート、１７Ａ・
・・・・・円柱面状レンズ、１８・川・・遮光体、１８
Ａ・・・・・・スリット。 第２図 第　３　図 第　４　図 ４ハ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも、原稿面に近接して対向配置される光
   電変換素子列と、この光電変換素子列と前記原稿面間に
   介在して画素対応の結像作用を有する導光光学系とを備
   え、前記導光光学系が、前記光電変換素子列方向に延び
   る単一の円柱面状レンズを有する第一レンズシートと、
   この第一レンズシートの前面円柱面状レンズの軸と直交
   方向に延びる複数の円柱面状レンズを前記光電変換素子
   列の各光電変換素子開口部に対応して配した第二レンズ
   シートとを重畳して形成されていることを特徴とする固
   体撮像装置。
2. （２）光電変換素子列の各光電変換素子開口部が、列方
   向のピッチｐ並びに列方向の開口部寸法幅ｗに関し、 ｗ≦（１／３）ｐ の範囲で形成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）少なくとも、原稿面に近接して対向配置される光
   電変換素子列と、この光電変換素子列と前記原稿面間に
   介在して画素対応の結像作用を有する導光光学系とを備
   え、前記導光光学系が、前記光電変換素子列方向に延び
   る単一の円柱面状レンズを有する第一レンズシートと、
   この第一レンズシートの前記円柱面状レンズの軸と直交
   方向に延びる複数の円柱面状レンジを前記光電変換素子
   列の各光電変換素子開口部に対応して配した第二レンズ
   シートと、前記第二レンズシートの円柱面状レンズ列に
   対応したスリット列を有する遮光体とを重畳して形成さ
   れていることを特徴とする固体撮像装置。