JPS582501B2 - 受光素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は受光素子に関するものである。

本発明は、カラーファクシミリ送信機、文字読み取り装
置やカラー分解装置などにおいて、光電変換用の光電変
換素子１次元アレイとして使用できるものであり、レン
ズ系を必要としないし、光の利用率が高く、光源もひと
つでしかも弱くて済むため、これらの装置を著しく小型
化することを可能にする。

従来より使用されているカラー・ファクシミリ送信機の
光電変換部の概略図を第１図に示す。

１は原稿ドラム、２は光源ランプ、３はレンズ、４はス
リット、５はダイクロイツクミラー、６は赤色フィルタ
、７は緑色フィルタ、８は青色フィルタ、９は光電子増
倍管である。

動作原理を説明する。

光源ランプ１から出た光はドラムに巻かれたカラー原稿
で反射される。

この反射光はレンズ３で集光され、スリット４を通過し
、二枚のダイクロイックミラー５と３枚の色フィタ６，
７，８によって赤色、緑色、青色の３原色に分解され、
各各、ホトマル（光電子増倍管）によって、電気信号に
変換され、読み取られている。

走査方法は原稿ドラム１を機械的に回転させ、それに合
わせて光学系２〜９を少しづつ、連続して機械的に移動
させる方法をとっている。

カラーファクシミリ送信機としては小型、軽量それに読
み取り時間が短いことが望まれる。

しかしながら、上記した従来技術ではレンズ光学系を機
械的に移動して走査を行なっているために、下記に列挙
するような欠点を有している。

１ レンズ光学系を使用しており、装置の小型化に不利
である。

２ レンズ光学系を機械的に走査するため、やはり装置
の小型化に不利であると同時に重量も増加する。

３ 機械的に走査するために読み取りに長時間を必要と
する。

本発明の目的は上述した従来技術の欠点を解消するため
になされたものである。

カラー・ファクシミリ送信機、文字読み取り装置やカラ
ー分解装置などにおいて、レンズ系を用いることなしに
解像度良くカラー情報が短時間で読み取れ、しかも、こ
れらの装置を著しく小型化せしめることを可能にした受
光素子を提供しようとするものである。

上記の目的を達成するために本発明においては基本的に
複数列の光電変換素子１次元アレイを、１部分にオプテ
イカル・ファイバ列を有する基板上に設ける。

この基板の平面図を第２図ａ，ｂに示す。

図において、１０はファイバ列（オプテイカル・ファイ
バーを束状に溶着したもので良い。

）１１は前記１０のファイバ列と接着が容易に出来る材
質、例えば１０と同じファイバを寄せ集め容着したもの
でも良いし、ガラスや樹脂などよりなる板であっても良
い。

ガラス等の場合、１０と１１は溶着して基板となす。

部品１０を樹脂で接着成形すれば良い。

上記の目的を達成するため基本的に次の如く受光素子を
構成する。

所望の情報面より微小距離だけ離れた面に受光窓を有す
る基板と、小なくともこの受光窓に基板内部よりオプテ
イカル・ファイバー列が配置され、前記受光窓に複数列
の互に相違なる特性の色フィルター列を設置し、前記オ
プテイカル・ファイバー列の他端上部に前記色フィルタ
ー列に対応して複数列の光電変換素子列を基板に一体化
して形成するものである。

基板の代表的な例を第２図に示す。

ａは平面図，ｂは側面図を示す。

図において、１０はファイバー列（オプテイカル・ファ
イバーを束状に溶着したものである。

）、１１は前記１０のファイバー列と接着が容易に出来
る材質、例えばオプテイカル・ファイバーを寄せ集め溶
着したものでも良いし、ガラスや樹脂等の板であっても
良い。

ガラス等の場合、１０と１１は溶着して基板となす。

又は樹脂等の場合接着成形すれば良い。

１２はカラー原稿、１３は光源である。

以下この基板のことをファイバ基板と呼ぶことにする。

ファイバ基板の左端は角度αで斜めに切断してある。

これは光を入射させるためである。光源１３から出た光
は第２図ｂ中に矢印で示したようにカラー原稿１２で散
乱されるが、この際Ａ点近傍の幅ａの範囲内で散乱され
た光のみがオプテイカルファイバに入射して、Ｂ点付近
の幅ｂの領域に出て来る。

したがって、Ｂ点の所に色フィルターを通して光電変換
素子、例えばホトダイオードを設けれはカラー原稿のＡ
点付近のカラー情報を読むことができる。

この時解像度良くカラー原稿を読むためと、光を有効に
使うために角度αは次のように選択されねばならない。

角度αが大きいと入射する光量は増加するが解像度良く
読み取れる領域はＡ点の極く近傍に限られてしまう。

なぜならば原稿１２とファイバ１０との間隙が大きくな
るとＢ点付近に生じる像の解像度の高い部分が極く狭い
部分に限られるようになるためである。

したがって、Ｂ点付近に設けるホトダイオードの面積を
小さくせねばならなくなる。

したがって、高解像度で読み取るためにはＢ点付近に設
けるホトダイオードの受光面積を小さくせねばならなな
る。

これは信号電流が小さくなるので望ましくない。

逆に角度αが小さくなると解像度良く読める領域は長く
なるが入射光量が小さくなるために望ましくない。

したがって、角度αは入射光量やホトダイオードの受光
面積それに要求される解像度から最適値が決定される。

実用上２０〜５０°を使用するのが良い。

また第２図でオプテイカル・ファイバは基板面に対して
角度βで埋めこまれているがこの角度βが小さいと原稿
の読もうとしている部分から散乱されて来る光（信号成
分）以外に別の部分で散乱された光（雑音成分）も入射
して来るようになり、Ｓ／Ｎを低下させるために望まし
くない。

また、角度βが大きすぎると読み取れる領域が小さくな
りこれも望ましくない。

したがって角度βもＳ／Ｎやホトダイオードの受光面積
から最適値が決定される。

実用上３０〜８０°を多用する。ファイバ基板の右端の
底の部分が斜めに切られているのは原稿を左右どちら側
から入れてもスムースにファイバ基板の下に導入される
ようにしたものである。

第３図ａ，ｂにファイバ基板上に例えば赤、緑青の３本
のフィルタ列とこのフィルタ列に対応して３列の光電変
換素子アレイ、例えばホトダイオード１次元アレイを設
けた場合の平面図と側面図とを示す。

図において、１４はファイバ基板、１５はファイバ部、
１６．１７．１８は各々、緑、赤、青フィルタ列であり
、１９は透明導電膜よりなるストライプ電極、２０は半
導体膜であり、２１、２２．２３は各々１本の上部金属
電極である。

各色フィルターは基板の斜めに切られた面の下端に３列
の帯状に設けられている。

第３図ｂはその断面を示すものである。

ストライプ電極１９とこの３本の上部金属電極で狭まれ
た部分がホトダイオードであり、結局、これで３列のホ
トダイオード１次元アレイを形成することができる。

ここでは半導体膜２０を共通に使用しているが、ここで
使用する半導体膜の横方向の抵抗が充分高いので各ホト
ダイオード１次元アレイ間のクロストークはない。

光源２４から出た光はカラー原稿２５で散乱される。

この散乱光は図中矢印で示すように３本の色フィルター
によって色分解され各々に対応したホトダイオード１次
元アレイに入射し各々独立に光電変換され読み取られる
。

解像度が６本／ｍｍ程度の場合には各ホトダイオードの
受光面積は１２０μｍ×１２０μｍ程度である。

したがってファイバ部１５を構成している各オプテイカ
ルファイバの直径を２０μｍ程度に選んでおけばホトダ
ダイオードは色フィルタの位置に合せて形成すれは良く
、ファイバとの位置合わせの必要はない。

第３図ｂよりわかるように各色の読み取る位置が数百μ
ｍ位置がずれているがこれは受信機の方でも同様の走査
を行なうことによって色ずれを防ぐことができる。

これまでは各色に対するホトダイオードの受光面積を考
慮しなかったが、実際の装置に使用するに際してはカラ
ー原稿として白い紙を置いた時に赤、緑、青の３色の光
を各々光電変換しているホトダイオードからの出力信号
が等しい方がより好ましい。

しかしながら、各色に対応ずるホトダイオードからの出
力信号は一般に次式で与えられる。

ここにｊｓｉｇ：出力電流 Ｋ：比例定数 Ｓ：ホトダイオードの受光面積 λ：波長 ｆ（λ）：色フィルタの分光透過率 Ｐ（λ）：ホトダイオードの分光感度 Ｌ（λ）：光源のスペクトル分布 したがって一般には（１）式の〔 〕内の値が各色によ
って異なるためにホトダイオードからの出力信号ｊｓｉ
ｇは各色によって異なってしまう。

そこで各色で出力信号が等しくなるように各色に対応す
るホトダイオードの受光面積Ｓを変える。

これは第３図において上部金属電極２１，２２，２３の
幅を各々変えることによって容易に行なうことができる
。

以上説明したようにこのようなファイバ基板上に複数列
のホトダイオード１次元アレイを設けることにより、レ
ンズ光学系やダイクロイツクミラーなどを用いることな
しに解像度良くカラー原稿を読み取れるカラー受光素子
を製作することができる。

しかもレンズ系を用いないので光の利用率が高く、光源
も弱くて済み、さらに走査も電子的に行なえるので読み
取り時間も短かくて済む。

本発明は上記した如く多くの利点を持った受光素子を提
供するものである。

以下、本発明を実施例を参照して詳細に説明する。

実施例１ ここで使用したファイバ基板の構造を第４図に示す。

ファイバ部は幅１ｍｍであり他の部分はガラスである。

各オプテイカル・ファイバは基板面に対して７５°で埋
め込まれている。

左端は光が入射するように角度４０°で切断している。

ここで使用したオプテイカル・ファイバの直径は２５μ
ｍである。

このファイバ基板上に光電変換素子としてＳｅ−Ａｓ−
Ｔｅ系非晶質半導体よりなる３列のホトダイオード１次
元アレイを形成する。

この場合の製作工程図を第５図に示す。

図において、２６は第４図で示したものと同一のファイ
バ基板である。

なお、ファイバ基板の表面を光学研磨したものを使用す
るものであり、このまま使用してモ良いがより好ましく
はファイバ上に透光性絶縁膜を設けるほうが良い。

たとえば酸化アルミ、石英ガラス、あるいはガラス（例
えは小原光学社製番号Ｅ−２ガラスやコーニング社製の
７０５９ガラス）を蒸着し光学研磨を施こせば良い。

膜の厚さは下地の凹凸にもよるが大略１０００Å以上で
良い。

しかし余り厚くすることに利点はないので５μｍ以内、
好ましくは２〜３μｍ以内が良い。

このファイバ基板の表面に酸化錫透明導電膜２７を０．
１μｍの厚さに被着し（第５図ｂ、ホトエッチング加工
によりストライプ電極に加工する（第５図ｃ）。

このストライプ電極の幅は１２０μｍでピッチ１６７μ
ｍで並んでいる。

その後、ファイバ基板の斜面に色分解用の緑フィルタ２
８、赤フィルタ２９、青フィルタ３０を帯状に形成する
。

この色フィルタはゼラチンフィルタでも良いし干渉フィ
ルタでも良い。

形成方法は周知の方法で可能である。

たとえはゼラチンフィルタの場合は塗布で、干渉フィル
タはスパツタ蒸着で形成する。

その後、ホトエッチングにより整形する。

なおこれらの色フィルタの幅は緑、赤フィルタが１５０
μｍであり、青フィルタが３００μｍである。

つぎにストライプ電極上にマスク蒸着によって２μｍの
厚みを有するＳｅ−Ａｓ−Ｔｅ系非品質半導体膜３１を
形成し（第５図ｅ）さらにその上に金属薄膜からなる３
列の上部電極３２，３３，３４をマスク蒸着する（第５
図ｆ）。

この上部電極の幅は、３２．３３が１２０μｍ、３４が
２４０μｍである。

ストライプ電極２７と上部電極３２とで狭まれた部分が
緑色に対するホトダイオード１次元アレイであり、同様
に２７と３３で狭まれた部分が赤色、２７と３４で狭ま
れた部分が青色に対するホトダイオード１次元アレイで
ある。

以下、これらのホトダイオード１次元アレイを各各Ｇ−
ダイオードアレイ、Ｒ−ダイオードアレイ、Ｂ−ダイオ
ードアレイと略して記す。

第５図でわかるようにここで設けた３つのホトダイオー
ド・アレイのうち、Ｂ−ホトダイオードアレイ用の色フ
ィルタと上部電極の幅がＲ・Ｇの場合の２倍、つまり受
光面積を２倍にしているが、これは原稿として白い紙を
置いた時にＲ・Ｇ・Ｂのホトダイオードの出力信号の大
きさを等しくするためにしたものである。

Ｒ，Ｇ，Ｂのホトダイオードの受光面積が等しい場合実
際に（１）式を計算してみるとＲ，Ｇ，Ｂホトダイオー
ドの出力信号比は大略２：２：１となり、Ｂの出力信号
が他の半分になる。

なお、この計算においては色フィルタとして第６図に示
したような特性を持つものを用いた。

（６１は赤色フィルター、６２は緑フィルター、６３は
青色フィルターの特性である。

）Ｓｅ−Ａｓ−Ｔｅ系非品質よりなるホトダイオードの
エネルギ光での分光感度特性は第７図の特性、さらに照
明用光源として３０００Ｋタングステンランプを使用し
た時のスペクトル分布（特性を第８図に示す。

）を用いた。

したがってＢホトダイオードの受光面積を２倍にすると
出力信号がＲ，Ｇ，Ｂで等しくなる。

もし、照明用光源として、第９図に示したスペクトル分
布をもつ螢光灯を用いた場合にはＲ，Ｇ，Ｂの受光面積
は２：１：１になるようにすれば良い。

また、赤色、緑色、青色に対する比視感度は各各０．０
５、１．０、０．０８程度である。

緑色の視感度は赤色、青色の１０倍以上である。

したがって再生画の視感的な解像度を支配するのは緑色
の解像度である。

この点より最も高い解像度を要求されるのは緑色のもの
である。

従をって、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色ダイオードの基板面におけ
る配列は緑色の色フィルターを最も情報面に近い位置に
配するのが良い。

なお、ＲとＢは大きな差はなく任意で良い。

第５図の製作方法でファイバー基板上にＲ，Ｇ，Ｂホト
ダイオードアレイが形成された。

これの平面図と断面図を各々第１０図ａ，ｂに示す。

このカラー受光素子は次のように使用することができる
。

３５は細長いタングステンランプ、３６はカラー原稿、
３７は原稿を移動させるための駆動用ローラーである。

光源３５から出た光は矢印で示すようにカラー原稿で散
乱され、その散乱光は色分解フィルタで各々緑、赤、青
色に分けられファイバに入り各々ホトダイオードに入射
する。

これでカラー原稿を電気信号に変換し読むことができる
。

実施例２ 実施例１ではオプテイカル・ファイバは基板面に対して
斜めに埋め込まれていた。

しかし、オプテイカルファイバを基板面に垂直に埋め込
んでも利用できる。

この方法を以下に説明する。第１１図において、３８は
オプテイカル・ファイバ３９と接着が容易にできる材質
（例えばガラス板で透明であっても不透明であっても良
い）で作られた板である。

３９はオプティカル・ファイバ列であり基板表面に垂直
に並べられている（斜めであっても良い）。

このような基板の底の部分を第１１図に示すように研磨
あるいはケミカル・エッチングによって除去し、そこに
カラー原稿４１を照明するための光を導くオプテイカル
・ガイド４０を置く。

このオプテイカルガイド４０は薄いガラス板でも良いし
、シート状のオプティカルファイバでも良い。

このファイバ基板の底の部分に色分解用フィルタとして
緑フィルタ４２、赤フィルタ４３、青フィルタ４４を設
けるこれらのフィルタの幅は各々、１５０μｍ，１５０
μｍ，３００μｍである。

このようなファイバ基板の上に実施例１で記したのと全
く同一の方法で３列のホトダイオード１次元アレイを設
けれは全く実施例１と同様の読み取りができる。

以上の説明より明らかなように、本発明によればレンズ
光学系やダイクロイックミラーなどを用いることなく、
また複雑な調整も要しないで解像度良くカラー原稿を読
み取ることができ、しかも光の利用効率が高いなど数々
の利点を有するカラー受光素子を製作することが可能で
ある。

また、このカラー受光素子は受光長も長くできるしカラ
ーファクシミリ用の受光素子としても有用である。

なお、上述した実施例では３列（互に相異なる３色）の
ホトダイオード１次元アレイを形成したが、相異なる２
色による２列の光電変換素子列や４色による４列の光電
変換素子列を構成しても良いことは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図はレンズ光学系を用いた従来技術の説明図、第２
図はファイバ基板の構造図、第３図は本発明を説明する
ための原理図、第４図は実際に使用したファイバ基板の
断面図、第５図は本発明で用いたホトダイオード１次元
アレイの製作工程図、第６図は実際に使用した色フィル
タの分光透過率特性を示す図、第７図は実際に使用した
ホトダイオードの分光感度特性を示す図、第８図は実際
に使用したタングステンランプの発光スペクトル分布を
示す図、第９図は螢光灯の発光スペクトル分布を示す図
、第１０図は実際に製作したカラー受光素子の構造図、
第１１図はオプテイカルファイバを基板に垂直に埋め込
んだ基板を用いた場合の説明図である。 １４・・・・・・ファイバ基板、１５・・・・・・オプ
テイカル・ファイバ部、１６，１７，１８・・・・・・
フィルタ、１９・・・・・・透光性導電膜、２０・・・
・・・半導体膜、２１，２２，２３・・・・・・共通電
極、２４・・・・・・光源、２５・・・・・・原稿。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 所望の情報面より微小距離だけ離れた面に受光窓を
   有する基板と、少なくともこの受光窓に基板内部よりオ
   プテイカル・ファイバーの束が配置され、前記受光窓に
   情報面と受光窓との相対的移動方向と交叉する方向に複
   数本の色フィルタ列を配し、その各々の列が互いに相異
   なる分光特性を有する色フィルタ列として並置され、前
   記オプテイカル・ファイバーの束の他端上部に前記色フ
   イルター列に対応して複数列の光電変換素子列を集積化
   して形成し、互いに異なる複数色を読みとるために用意
   された光電子変換素子を組として、この組が一次元の列
   として配置されて成ることを特徴とする受光素子。 ２ 所望の情報面より微小距離だけ離れた面に受光窓を
   有する基板と、少なくともこの受光窓に基板内部よりオ
   プテイカル・ファイバーの束が配置され、前記受光窓に
   情報面と受光窓との相対的移動方向と交叉する方向に複
   数本の色フィルタ列を配し、その各々の列が互いに相異
   なる分光特性を有する色フィルタ列として並置され、前
   記オプテイカル・ファイバーの束の他端上部に前記色フ
   ィルター列に対応して複数列の光電変換素子列を透光性
   絶縁膜を介して集積化して形成し、互いに異なる複数色
   を読みとるために用意された光電変換素子を組として、
   この組が一次元の列として配置されてなることを特徴と
   する受光素子。 ３ 所望の情報面より微小距離だけ離れた面に受光窓を
   有する基板と、少なくともこの受光窓に基板内部よりオ
   プテイカル・ファイバーの束カ配置され、前記受光窓に
   情報面と受光窓との相対的移動方向と交叉する方向に複
   数本の色フィルタ列を配し、その各々の列が互いに相異
   なる分光特性を有する色フィルタ列として並置され、前
   記オプティカル・ファイバーの束の他端上部に前記色フ
   ィルター列に対応して複数列の光電変換素子列を集積化
   して形成し、互いに異なる複数色を読みとるために用意
   された光電子変換素子を組として、この組が一次元の列
   として配置されて成る受光素子であって、前記オプテイ
   カル・ファイバーの束は板状であって且前記基板内に該
   基板の第１の面から第２の面に達する如く埋設され、前
   記受光窓は前記基板の第２の面に位置するオプテイカル
   ・ファイバの束の端面に対応し且該基板の第２の面と該
   基板の前記情報面側に位置する第３の面との交線近傍に
   位置し、且前記基板の第２の面は前記第３の面とその内
   角が鈍角（１８０°−α）で交わり前記オプテイカル・
   ファイバの束はその延長が前記基板の前記情報面側に位
   置する第３の面と鋭角（β）で交わることを特徴とする
   受光素子。 ４ 特許請求の範囲第３項記載の受光素子において、前
   記受光窓を有する第２の面は前記第３の面と１３０度な
   いし１６０度の角度を持った基板面となすことを特徴と
   する受光素子。 ５ 特許請求の範囲第３項記載の受光素子において、前
   記複数列に配された互いに異なる分光特性の色フィルタ
   ーは三原色の色フィルターとなし、且緑色フィルターを
   情報面に最も近接した位置に設けることを特徴とする受
   光素子。 ６ 所望の情報面より微小距離だけ離れた面に受光窓を
   有する基板と、少なくともこの受光窓に基板内部よりオ
   プテイカル・ファイバーの束が配置され、前記受光窓に
   情報面と受光窓との相対的移動方向と交叉する方向に複
   数本の色フィルタ列を配し、その各々の列が互いに相異
   なる分光特性を有する色フィルタ列として並置され、前
   記オプテイカル・ファイバーの束の他端上部に前記色フ
   ィルター列に対応して複数列の光電変換素子列を集積化
   して形成し、互いに異なる複数色を読み取るために用意
   された光電変換素子を組としてこの組が一次元の列とし
   て配置された受光素子であって、前記光電変換素子列は
   前記一次元の列の方向に配列された複数個の透光性のス
   トライプ電極、光導電膜および前記フィルターに対応し
   て設けられた複数列の共通電極で構成され、この共通電
   極は前記のストライプ電極と交叉して形成され、且少な
   くとも前記共通電極を各色フィルターに対応して、その
   電極幅を調節し各色フィルターに対応する前記光電変換
   素子間の出力を調節したことを特徴とする受光素子。