JPS6347719A

JPS6347719A - 光センサ

Info

Publication number: JPS6347719A
Application number: JP61189658A
Authority: JP
Inventors: Tetsushi Nose; 哲志野瀬
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1986-08-14
Filing date: 1986-08-14
Publication date: 1988-02-29

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、所定の屈折率分布を有する誘電体部材（光ガ
イド部材）を具備することによって感光部に入射する光
の集光効率を上げる光センサに関するものである。

［従来の技術］従来、ＣＯＤのような固体撮像素子は例えば、第８図に
示す模式図のような構造をしている。なお、第８図はい
わゆるインターライン転送方式における素子構成を示す
図である。同図において、１は感光部、２，３．４はそ
れぞれ転送ゲートである。

同図に示すように、ＣＯＤのようなイメージセンサにお
いては、感光部ｌはその周囲に電荷を送るための転送ゲ
ートをもっており、従って、イメージセンサとして用い
る場合、第９図のように被写体からの光は感光部５へ至
るものと、そうでない転送ゲート６に至るものがある。

なお。

第９図において、８は撮像レンズ、７はイメージセンサ
である。固体撮像素子は被写体からの光の一部をイメー
ジセンサの感光部に入射せしめ、被写体の像に従う電気
信号を発生せしめるものであり、被写体からの光のうち
感光部以外に至る光は信号を発生しない、つまり、光セ
ンサに至る光のうち、感光部に入射する光しか信号発生
に寄与しないために、通常のＣＣＤセンサは効率良く光
を利用しているとは決して言えなかった。

このような事情に鑑み、最近第１０図に示すようなセン
サが考えられている。同図において、９は感光部、１０
は非感光部、１１はハエの目状レンズ、１２は入射光線
である。このセンサーはセンサの全面に小さなレンズ状
の透明体をハエの目状にセンサのビット位置に対応させ
て設けることによって、光センサの感光部９に入射する
光の効率を上げるようにしている。

［発明が解決しようとする問題点］しかしながら、第１０図のような光センサは、ハエの目
状のレンズの曲率、媒体の屈折率の兼ね合いから集光効
率の向上がある程度望まれるが、入射光１２を感光部９
に無駄なく入射させるには未だ不十分であった。

［問題点を解決するための手段］本発明の目的は、上記従来技術の問題点に鑑み、光セン
サの非感光部ｌＯに入射する光をできるだけ感光部９に
導くことにより感度を向上させた光センサを提供するこ
とにある。

以上のような目的は、光受光面が感光部と非感光部とか
ら成る光センサにおいて、光受光面に感光部の各パター
ンに対応する複数の光ガイド部材を設け、該複数の光ガ
イド部材の光入射面は光受光面の大略全面を覆い、それ
ぞれの光ガイド部材の光出射面は対応する感光部の大略
全面を覆う様に構成し、前記光ガイド部材に付与した屈
折率分布又は前記光ガイド部材の側表面における全反射
を利用して入射光を効率良く前記感光部に導くことを特
徴とする光センサにより達成される。

［作用］上記のような光センサによれば、前記光ガイド部材が、
非感光部を含まない償球で感光部のみにそれぞれ対応し
て接続されているので１本発明に係る光センサは光セン
サに入射する光のうち本来ならば非感光部に入射する光
をも、その屈折率分布により感光部に入射させることが
できるので、光センサの感度を向上させることができる
。

また、前記光ガイド部材の光導波における構成は、換言
すれば、光ガイドの中心から周辺に向って連続的に屈折
率が変化する分布屈折率型と、コア部と被膜部の２層構
造のステップインデクス型と同じである。

［実施例］第１図、第２図はそれぞれ本発明の光センサの原理図お
よび本原理図における光ガイド部材の屈折率分布を示す
図である。

第１図において１３は感光部、１４は非感光部、１５は
屈折率分布を有する誘電体部材（光ガイド部材）、１６
は入射光線、Ｐは感光部１３のピッチ、誘電体部材１５
の中の実線部分は等屈折率線を示している。第２図は第
１図のＣで示した位置での誘電体部材１５の断面の屈折
率分布を示す図であり、縦軸は第１図の誘電体部材上の
位置、横軸は屈折率を示している。また、第２図におい
て、１６は感光部１３の位置に対応して光を集めるべく
屈折率分布が施されている部分。

１７は均一な屈折率を有する部分を示している。

本発明は第１図を見てもわかるように、光センサの全面
に感光部１３の各パターンにそれぞれ対応する光ガイド
部材１５を設け、その光ガイド部材１５の屈折率分布を
感光部１３に集光するように設定することにより、光ガ
イド部材１５の一端（入射面１９）に入射する入射光を
その屈折率分布によって極めて効率よく感光部１３に導
びき。

光センサの感度を向上させるようにしている０例えば、
光センサのビット間のピッチＰを２５ルｍとするとき、
屈折率分布を有する誘電体部材１５の光軸方向の厚みを
１１００ｐ〜２００゜ｍとし、更に第２図におけるΔｎ
＝ｎ１−ｎｏを００１以上に設定すれば上記目的は達成
される。

この寸法および屈折率の設定状態に関して、第３図、お
よび第４図を用いて詳細に示す、なお、第３図は本発明
の光センサの概略構成図、第４図は、第３図に示す光セ
ンサを光が入射してくる側（入射面）からみた図である
。

第３図において、誘電体部材１５の長さをＤ、光センサ
の入射面１９の各感光部１３に対応する大きさをＬｌ、
感光部１３の大きさをＬ２とし。

Ｄ＝ｌＯＯ＃Ｌｍ　〜２００ｐｍ％Ｌ１ｘ１５ＩＬｍ。

Ｌ２＝１０１Ｌｍ、Ｐ＝１５５ｚｍに設定したとする。

このような場合、光センナの入射面１９の全面積に対す
る感光部１３の面積比は約４４％であり１本発明の光セ
ンサは、まったく感度向上の仕組のない光センサに比べ
て集光効率の向上により約２倍強の感度向上が実現でき
る。

本発明に係る光センサに用いられる屈折率分布を有する
媒体の例としては、プラスチック（ＰＭＭＡ等）やガラ
スが考えられる。特にガラスの場合において屈折率変化
を施す方法としては、イオン交換法や分子スタッフィン
グ法、あるいはフォトケミカル法等の方法がある。また
、プラスチ−２りに屈折率分布を施すための手法とじて
は、例えば光共重合法がある。

以下、本発明の更に具体的な実施例について説明する。

第５図（ａ）は本発明の光センサの一実施例を示す概略
構成図であり、３０は光ガイド領域、４４は光センサ部
、４０が感光部、４１が非感光部、４２は光ガイド領域
を構成する媒体のうち均一な屈折率を有する均一屈折率
媒体、４３は屈折率が徐々に変化している部分を有する
屈折率変化媒体（すなわち、第３図における光ガイド部
材１５に相当する部分）、３９は光ガイド領域３０と光
センサ部４４とを接着している接着層、３７は入射面で
ある。光ガイド領域３０の厚みＤは約１１００ｐ、接着
層３９の厚みＤ’＝１０４ｍ〜２０１Ｌｍ、Ｌｌ＝１５
１Ｌｍ、Ｐ＝１５ｐｍ、Ｌ２＝１０芦ｍに設定しである
。

第５図（ａ）の断面Ｃの屈折率分布を第５図（ｂ）に示
す、同図において、Δｎｗｎｌ−ｎ。

は約０．２，１ｎｌ−ｎ２１は０．０２程度である０本
実施例において、光ガイド領域３０と光センサ部４４と
の接着時には、相互に基準マークを設けておいて、高精
度に行なう０例えば、アテイメントはＩＩＬｍ程度の精
度で行なうことが望ましい。

第５図Ｃりの場合、Δｎが約０．２であれば、均一屈折
率媒体４２、屈折率変化媒体４３の界面での全反射角は
ｎｏｗｌ、５のとき、６１゜９８’であり、イメージセ
ンサの軸上位置での光ガイド領域３０に空気から入る入
射角は、５３＠までの光が前記界面で全反射をうけて感
光部２０に導びかれる。なお、第５図（Ｃ）にセンサ正
面からみた時の感光部４０と光ガイド領域３０内での各
感光部パターンに対応したゾーンの境界４６との位ＭＩ
ＪＩＩ係を示す、第５ｆｆｌ（＆）の実施例の場合、光
センサ部４４と別途に光ガイド領域３０をイオン交換法
や光共重合法あるいはフォトケミカル法等で作成してお
き、相互の位置合せを精密に行なって接着をすることに
より作成する。

また、屈折率分布変化媒体４３は第５図（ｂ）のような
感光部４０に対応する媒体４３のゾーンにおいて、上述
の説明のように不均一な分布でなくとも、例えば、第６
図のように均一な屈折率分布を有する媒体であってもよ
い、但し、この場合もΔｎ＝ｎ１−ｎｏは約０．２程度
の屈折率差を与えておくことが必要である。

第７図は本発明の他の実施例を示す図である。

同図は本発明の光センサを１次元センサの場合に適用し
たものを示し、４７は感光部、４８は屈折率分布を施す
ゾーンで、斜線部と空白部の境界線は屈折率ギャップが
生じるラインを示している。なお、第７図も第５図（Ｃ
）で示したと同様に屈折率分布を施すゾーンと感光部４
７の位置関係を光センナの正面から見た図を表したもの
である０本実施例のように１次元センサに本発明を適用
した場合でも前記実施例と同様の効果が得られることは
言うまでもない。

本発明はセンサのビット間ピッチＰの大小に応じて屈折
率差Δｎ＝ｎ１−ｎｏの値を調整、設定することができ
、また、屈折率分布を施す媒体の光軸方向の厚みＤも、
実施例に示した数値にとらわれることなく、光センサの
感光部の寸法、形状、感度に応じて設定することができ
る。

例えば、撮像レンズのＦナンバーが２．８程度であれば
、開口角は１０．３°であるため、屈折率分布の屈折率
ギャップΔｎ＝ｎ１−ｎＯは０゜０５もあれば十分であ
る。但し、この時りを約１００ルｍ程度に設定する。

また、第５図（ａ）に示すように、光センサ部４４と光
ガイド領域３０とを接着によらずとも。

まず光センサ部４４を作成した後、引き続いてその上に
光ガイド領域３０を設けることも可能であり、そのよう
な例は第３図に示した。

さらに、本発明はエリア型光センサ、リニア型光センサ
は勿論のこと、感光部と非感光部分をもつ類似の形態の
光センサであれば等しく適用することが可能である。

［発明の効果］以上、説明した様に本発明によれば、簡単な構成により
、光センサの非感光部に入射する光をほぼ完全に感光部
に導くことができ、より感度を向上させた光センサを提
供できる。

【図面の簡単な説明】第１図、第２図はそれぞれ本発明の光センサの一実施例
を示す原理図、その誘電体部材の屈折率分布を示す図、
第３図は本発明の光センサの概略構成図、第４図はその
光センサの光入射方向から見た図である。第５図（ａ）、（ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ本発明の光セ
ンサの詳細な構成を示す図、第６図、第７図はそれぞれ
本発明の他の実施例を示す図である。第８図、第９図、第１０図はそれぞれ従来の光センサの
構成を示す図である。１３．４０，４７：感光部、１４，４１：非感光部、１
５：光ガイド部材、３０：光ガイド領域、１６：入射光
、３９：接着層、１９．３７：入射面、４２：均一屈折
率媒体、４３：屈折率変化媒体、４４：光センサ部、４
６　、４８　：屈折率ゾーン境界。区第５図（ｂ）住１第５図（Ｃ）第６図第７図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）光受光面が感光部と非感光部とから成る光センサ
において、光受光面に感光部の各パターンに対応する複
数の光ガイド部材を設け、該複数の光ガイド部材の光入
射面は光受光面の大略全面を覆い、それぞれの光ガイド
部材の光出射面は対応する感光部の大略全面を覆う様に
構成し、前記光ガイド部材に付与した屈折率分布又は前
記光ガイド部材の側表面における全反射を利用して入射
光を効率良く前記感光部に導くことを特徴とする光セン
サ。
（２）前記光ガイド部材が前記光受光面の直前に一体化
して設けられていることを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載の光センサ。
（３）前記光ガイド部材が誘電体部材からなることを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載の光センサ。