JP2008067340A - 画像センサ及び画像送信モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】画像センサ内に画像送信モジュールを配置し、画像センサのコストを下げて収率を上げることができる、画像センサ及びその画像送信モジュールを提供する。
【解決手段】画像センサは、光源、導光装置及び光検出器５０８を含む。画像送信モジュールは、光源から物体５０２に照射された後の物体の反射光を光検出器５０８へと送る一つ以上のレンズアレイ５０４、５０６を含む。レンズアレイ５０４、５０６は、同じ屈折率を有する材料からなる複数のレンズから構成される。画像送信モジュールは、レンズアレイ５０４、５０６における光検出器５０８側に配置されたバッフル板をさらに含む。バッフル板の中には、レンズに対応するように配置された複数の仕切り板５１８が配置されており、レンズアレイ５０４、５０６に発生するクロストーク現象を低減させる。
【選択図】図５

Description

本発明は画像センサの装置に関し、特に画像送信モジュールのレンズ材料が等しい屈折率を有する画像センサに関する。

密着イメージセンサ（Ｃｏｎｔａｃｔ Ｉｍａｇｅ Ｓｅｎｓｏｒ：ＣＩＳ）は、走査装置のハードウェアの核心部分であり、その作用原理は導光管により光源を線光源に変換してから、走査により物体の上面を照射し、画像送信モジュールを介して物体の反射光を集光し、光検出器上に結像させる。

半導体光源の進歩に伴い、現在、光源として最も使用されているものは白色光を放射する発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）である。光検出器は、一般にＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）又はＣＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）により製作される。導光管及び画像送信モジュールの設計では、結像の質に影響を与える密着イメージセンサが最も重要である。

従来、密着イメージセンサの画像送信モジュールは、ロッドレンズアレイにより構成されている。このロッドレンズは屈折率分布型の材料により製造され、アレイの中の各ロッドレンズの屈折率は径方向に沿って変化する。さらに詳細には、屈折率が円中心と円の周縁との間で所定の公式に従って変化しているため、屈折率の数値が円中心からの動径距離により異なる。そして、これにより短い距離で光検出器上に結像させることができる。

しかしながら、屈折率分布型の材料は、規格が特殊なために一般の材料よりもコストが高いことが問題である。そして、密着イメージセンサの中にある導光管、画像送信モジュール及び光検出器は、それぞれに独立した分離素子であり、最良の結像を得るためには、製品の品質と収率に影響を与える組立ての精密度を高める必要があった。また完成した製品は、分離素子のために、全体の体積を縮小することが困難であった。

そのため、画像送信モジュールの構造を改良し、新しい材料や設計により密着イメージセンサのコストを下げるとともに、体積を減らして小型化し、製品の収率を高めることが望まれていた。

本発明の目的は、画像センサ内に画像送信モジュールを配置し、画像センサのコストを下げて収率を上げることができる、画像センサ及びその画像送信モジュールを提供することにある。

上記の課題は、本発明にかかる以下に示す構成をもった画像送信モジュール及び画像センサによって解決される。
（１） 画像センサに用いる画像送信モジュールであって、当該画像センサは、光源、導光装置及び光検出器を備え、前記画像送信モジュールは、少なくとも一つのレンズアレイ及びバッフル板を備え、前記レンズアレイは、前記光源から物体に照射された後の該物体の反射光を受光して前記光検出器へと送るために、等しい屈折率を有する材料からなる複数のレンズにより構成され、前記バッフル板は、前記レンズアレイにおける前記光検出器側に配置され、前記レンズに対応する箇所に複数の仕切り板を有し、前記レンズアレイに発生するクロストーク現象を低減させることを特徴とする画像送信モジュール。

（２） 前記レンズは、径方向に沿って等しい屈折率を有するロッドレンズであることを特徴とする（１）に記載の画像送信モジュール。

（３） 前記画像送信モジュールは、前記導光装置上に前記画像送信モジュールを固定する係合構造をさらに備えることを特徴とする（１）に記載の画像送信モジュール。

（４） 前記レンズアレイは、前記導光装置と同じ材料からなることを特徴とする（１）に記載の画像送信モジュール。

（５） 前記画像送信モジュールと前記導光装置とが、一体成型された光学部材であることを特徴とする（１）に記載の画像送信モジュール。

（６） 光源、光検出器及び導光装置を備え、該光源を線光源に変換してから物体上に照射する画像センサであって、前記画像センサは、画像送信モジュールを備え、前記画像送信モジュールは、前記物体の反射光を前記光検出器へと送るために、前記導光装置と一体成型された光学部材であり、前記画像送信モジュールは、第１のレンズアレイ及び第２のレンズアレイをさらに備え、前記第１のレンズアレイ及び前記第２のレンズアレイは、それぞれ複数の第１のロッドレンズ及び第２のロッドレンズから構成され、前記第１のレンズアレイ及び前記第２のレンズアレイは、前記導光装置と同じ材料からなり、前記第１のロッドレンズ及び前記第２のロッドレンズのレンズが等しい屈折率を有し、さらには径方向に沿って等しい屈折率を有することを特徴とする画像センサ。

（７） 前記第２のレンズアレイは、前記第１のレンズアレイよりも前記光検出器に近い箇所に配置されることを特徴とする（６）に記載の画像センサ。

（８） 前記第１のロッドレンズは、前記光検出器側の面が平面であり、前記物体側の面が第１の曲率半径を有する曲面であることを特徴とする（７）に記載の画像センサ。

（９） 前記第２のロッドレンズは、前記物体側の面が第２の曲率半径を有する曲面であり、前記光検出器側の面が第３の曲率半径を有する曲面であることを特徴とする（８）に記載の画像センサ。

（１０） 前記画像送信モジュールはバッフル板をさらに備え、前記バッフル板は、前記第１のレンズアレイ及び前記第２のレンズアレイにおける前記光検出器側の端部にそれぞれ配置された第１の仕切り板構造及び第２の仕切り板構造を有し、前記第１の仕切り板構造及び前記第２の仕切り板構造は、前記第１のロッドレンズ及び前記第２のロッドレンズに対応する箇所に配置された複数の仕切り板を有することによって、前記画像送信モジュールに発生するクロストーク現象を低減させることを特徴とする（６）に記載の画像センサ。

（１１） 前記画像送信モジュールは、前記導光装置上に前記レンズアレイを固定する係合構造をさらに備えることを特徴とする（６）に記載の画像センサ。

本発明の画像センサの画像送信モジュールは、各レンズに使用する材料が等しい屈折率を有しているため、屈折率分布型の材料を使用する必要がなく、材料の選択性を向上させてコストを下げることができる。また本発明の画像センサの画像送信モジュールは、各レンズアレイの中のレンズと導光装置とに同じ材料を用い、導光装置とレンズアレイとを同じ製造工程で製作し、導光装置とレンズアレイとを光学部材に一体成型することにより、製造工程を簡単化し、製品の品質と収率を高めることができる。

本発明の特徴は、等しい屈折率を有する材料からなるレンズをアレイ状に組み合わせて画像センサを形成する画像送信モジュールであり、バッフル板によりクロストーク（ｃｒｏｓｓ−ｔａｌｋ）現象の発生を低減させることにある。画像センサは、密着イメージセンサや同様の性質を有する他の装置でもよい。また本実施形態は、導光装置と同じ材料からなるため、同じ工程内で導光装置と一緒に成型することにより密着イメージセンサのコストを下げて収率を高めることができる。この技術を熟知する者なら理解できるように、以下で述べる実施形態は決して本発明を限定するものではなく、様々な応用の必要に応じ、本発明の趣旨及び範囲を逸脱しない範囲内で各種の変更や修正を加えることができる。さらに、コストや設計上の必要に応じ、使用する材料やパラメータを変更することもできる。

画像センサは、光源、導光装置、光検出器及び一つの画像送信モジュールを含む。光源は、導光装置により線光源に変換されて物体上に照射され、物体の反射光が画像送信モジュールにより光検出器上に結像される。一般に、物体は紙か写真などの平面的なドキュメントである。この画像送信モジュールは、物体に照射された光源の反射光を受光して画像センサ上にある光検出器へ送る。レンズアレイは、複数のレンズから構成される。これらレンズは、等しい屈折率を有する材料からなり、レンズの各設計パラメータに応じ、光検出器へ物体の画像を正確に投射する。

各レンズの間には、結像の質を劣化させるクロストーク現象が発生することがある。そのため、画像送信モジュールの中には、レンズアレイの光検出器側に一つのバッフル板が配置され、そのバッフル板の中には、クロストーク現象の発生を低減させるために、レンズアレイの各レンズに対応するように複数の仕切り板が配置されている。

画像送信モジュールの用途をさらに容易に理解できるように、以下、好適な実施形態により説明する。本実施形態では、画像送信モジュールを密着イメージセンサに適用している。本実施形態の導光装置は導光板については、本実施形態の特徴に合致する限り、他の実施形態において導光装置を導光管や他の導光素子に置き換えてもよい。

（実施形態）
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の好適な実施形態による画像送信モジュールのレンズアレイを示す模式図である。このレンズアレイは、第１のレンズアレイ１０２及び第２のレンズアレイ１０４を含む。第１のレンズアレイ１０２及び第２のレンズアレイ１０４は、それぞれ複数の第１のロッドレンズ１０６及び第２のロッドレンズ１０８から構成され、第１のレンズアレイ１０２及び第２のレンズアレイ１０４は、導光板と同じ材料で形成される。第１のロッドレンズ１０６と第２のロッドレンズ１０８は、等しい屈折率を有する材料からなる。つまり、第１のロッドレンズ１０６及び第２のロッドレンズ１０８は、径方向に沿って等しい屈折率を有する。

図２は、本発明の好適な実施形態による画像送信モジュールの作用を示す模式図である。理解しやすいように、図２に示す第１のレンズアレイ１０２及び第２のレンズアレイ１０４は、一つのレンズのみで表されている。第１のレンズアレイ１０２及び第２のレンズアレイ１０４は、物体２０２と光検出器２０４との間に配置される。図２に示すように、第２のレンズアレイ１０４は、第１のレンズアレイ１０２よりも光検出器２０４に近い箇所に配置されている。光源（図示せず）から物体２０２に照射された後の物体２０２の反射光２０６が第１のレンズアレイ１０２により集光されると、倒立縮小像が得られる。その後、第２のレンズアレイ１０４を透過した光によって、光検出器２０４上には物体の正立結像が形成される。

上記のように、第１のレンズアレイ１０２及び第２のレンズアレイ１０４は、導光板（図示せず）と同じ材料から形成され、一般に導光板は、ＰＭＭＡ（Ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌ Ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）などのプラスチック材料からなり、本実施形態でもレンズアレイ１０２、１０４はＰＭＭＡからなる。勿論、他の実施形態では、導光装置が多種多様な材料からなってもよく、導光装置及びレンズアレイの材料は、本実施形態と同じ特徴を有するプラスチック材料であれば何でもよく、ＰＭＭＡのみに限定されるわけではない。

本実施形態の第１のレンズアレイ１０２の第１のロッドレンズは、光検出器２０４側の面が平面２０８とされ、また物体２０２側の面が、第１の曲率半径を有する曲面２１０とされるために良好な結像効果を得ることができる。そして、第２のレンズアレイ１０４の第２のロッドレンズでは、物体２０２側の面が第２の曲率半径を有する曲面２１２であり、光検出器２０４側の面が第３の曲率半径を有する曲面２１４である。例えば、本実施形態において、第１の曲率半径は０．５４８ｍｍであり、第２の曲率半径は０．２４ｍｍであり、第３の曲率半径は−０．１９６ｍｍである。また、第１のレンズアレイ１０２及び第２のレンズアレイ１０４の高さは１ｍｍであり、曲面２１０と物体２０２との間の距離は約２．７４ｍｍであり、平面２０８と曲面２１２との間の距離は約１．２１ｍｍであり、曲面２１４と光検出器２０４との間の距離は約０．８７ｍｍである。

画像センサの光源から照射された後の物体の反射光は、上述の第１のレンズアレイ及び第２のレンズアレイによって光検出器上に結像されるが、各パラメータについては、製品の特性に合わせて変えることができる。この設計では、画像送信モジュールにより物体の反射光を集光させて光検出器上に結像させることができるが、各レンズの間にクロストーク（ｃｒｏｓｓ−ｔａｌｋ）現象が発生し、多くの不必要な散乱光を受光してしまうために、それが光検出器に送られると結像の質が劣化することがあった。

図３は、本実施形態のクロストーク現象が発生した時の状態を示す模式図である。図３に示すように、第１のレンズアレイ３０４及び第２のレンズアレイ３０６は、物体３０２と光検出器３０８との間に配置されている。物体３０２上に光源からの光が照射されると、物体３０２の反射光は、理論上、様々な方向に反射される。レンズアレイ３０４、３０６の結像条件としては、結像光線３１２のみが集光されて光検出器上に結像されることが望ましいが、実際上は干渉結像光線３１０もレンズアレイ３０４、３０６により集光されて、結像の質が全体的に劣化することがあった。

本実施形態の画像送信モジュールは、バッフル板により結像の質を全体的に向上させる。図４は、本実施形態による画像送信モジュールのバッフル板４００を示す模式図である。バッフル板４００は、第１の仕切り板構造４０４及び第２の仕切り板構造４０６を有する。第１の仕切り板構造４０４及び第２の仕切り板構造４０６の中には、それぞれ複数の仕切り板４０２が設けられている。各仕切り板４０２は、レンズアレイのレンズに対応した箇所に配置されている。

バッフル板４００をレンズアレイの中に配置すると、図５に示すような画像送信モジュールに形成される。図５に示すように、物体５０２と光検出器５０８との間には、第１のレンズアレイ５０４、第２のレンズアレイ５０６、第１の仕切り板構造５１０及び第２の仕切り板構造５１２により構成された画像送信モジュールが配置されている。第１の仕切り板構造５１０は、第１のレンズアレイ５０４の光検出器５０８側に配置され、第１の仕切り板構造５１０の中にある仕切り板５１８は、第１のレンズアレイ５０４の中のレンズに対応した箇所に配置されている。第２の仕切り板構造５１２は、第２のレンズアレイ５０６の光検出器５０８側に配置され、第２の仕切り板構造５１２の中にある仕切り板５２０は、第２のレンズアレイ５０６の中のレンズに対応した箇所に配置されている。

つまり、仕切り板構造５１０、５１２の中にある仕切り板５１８、５２０は、同一のレンズアレイ５０４、５０６の光検出器５０８側において、各レンズの間に配置されているため、各レンズが受光する干渉結像光線５１６を減らすること、すなわち、該干渉結像光線が第２のレンズアレイ５０６又は光検出器５０８に入射する確率を減らすことができる。これにより光検出器５０８は結像光線５１４を集光させ、干渉結像光線５１６によるクロストーク現象が発生しないように防ぐことができる。

本実施形態の画像送信モジュールは、ＰＭＭＡによりレンズアレイを形成する。図６に示すように、画像送信モジュール６０４上に設けられた係合構造６０６は、プラスチック材料の高可塑性を利用し、画像送信モジュール６０４と導光板６０２とを係合させ、画像送信モジュール６０４と導光板６０２とを結合させることができる。

当然、結合方式は上述したものだけに限定されるわけではなく、例えば、図７に示すように、画像送信モジュール７０８と導光板７０４とを同じプラスチック材料で構成し、製造工程において一体成型された光学部材に形成してから、光源７０６と光検出器７１０との組み合わせにより密着イメージセンサを製作して物体７０２に対する走査を行ってもよい。この他、接着やその他の結合方式により、レンズアレイと導光板とを一つの光学部材に形成してもよい。

本発明は、画像センサへ適用することができる以外に、例えば、指紋認証装置、照明モジュール又は検知モジュールなどにも適用することができる。

上記の技術を熟知するものが理解できるように、本発明の好適な実施形態を前述の通り開示したが、これらは決して本発明を限定するものではない。本発明の趣旨及び範囲を逸脱しない範囲内で各種の変更や修正を加えることができる。従って、本出願にかかる特許請求の範囲は、このような変更や修正を含めて広く解釈されるべきである。

本発明の一実施形態による画像送信モジュールのレンズアレイを示す模式図である。 本発明の一実施形態による画像送信モジュールのレンズアレイの作用を示す模式図である。 本発明の一実施形態によるクロストーク現象を説明するための模式図である。 本発明の一実施形態による画像送信モジュールのバッフル板を示す模式図である。 本発明の一実施形態による画像送信モジュールを示す模式図である。 本発明の一実施形態による画像送信モジュールと導光板との結合方式を示す斜視図である。 本発明の一実施形態による画像送信モジュールと導光板との、別の結合方式を示す斜視図である。

符号の説明

１０２ 第１のレンズアレイ
１０４ 第２のレンズアレイ
１０６ 第１のロッドレンズ
１０８ 第２のロッドレンズ
２０２ 物体
２０４ 光検出器
２０６ 反射光
２０８ 平面
２１０ 曲面
２１２ 曲面
２１４ 曲面
３０２ 物体
３０４ 第１のレンズアレイ
３０６ 第２のレンズアレイ
３０８ 光検出器
３１０ 干渉結像光線
３１２ 結像光線
４００ バッフル板
４０２ 仕切り板
４０４ 第１の仕切り板構造
４０６ 第２の仕切り板構造
５０２ 物体
５０４ 第１のレンズアレイ
５０６ 第２のレンズアレイ
５０８ 光検出器
５１０ 第１の仕切り板構造
５１２ 第２の仕切り板構造
５１４ 結像光線
５１６ 干渉結像光線
５１８ 仕切り板
５２０ 仕切り板
６０２ 導光板
６０４ 画像送信モジュール
６０６ 係合構造
７０２ 物体
７０４ 導光板
７０６ 光源
７０８ 画像送信モジュール
７１０ 光検出器

Claims (11)

1. 画像センサに用いる画像送信モジュールであって、
   前記画像センサは、光源、導光装置及び光検出器を備え、
   前記画像送信モジュールは、少なくとも一つのレンズアレイ及びバッフル板を備え、
   前記レンズアレイは、前記光源から物体に照射された後の該物体の反射光を受光して前記光検出器へと送るために、等しい屈折率を有する材料からなる複数のレンズにより構成され、
   前記バッフル板は、前記レンズアレイにおける前記光検出器側に配置され、前記レンズに対応する箇所に複数の仕切り板を有し、前記レンズアレイに発生するクロストーク現象を低減させることを特徴とする画像送信モジュール。
2. 前記レンズは、径方向に沿って等しい屈折率を有するロッドレンズであることを特徴とする請求項１に記載の画像送信モジュール。
3. 前記画像送信モジュールは、前記導光装置上に前記画像送信モジュールを固定する係合構造をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の画像送信モジュール。
4. 前記レンズアレイは、前記導光装置と同じ材料からなることを特徴とする請求項１に記載の画像送信モジュール。
5. 前記画像送信モジュールと前記導光装置とが、一体成型された光学部材であることを特徴とする請求項１に記載の画像送信モジュール。
6. 光源、光検出器及び導光装置を備え、該光源を線光源に変換してから物体上に照射する画像センサであって、
   前記画像センサは、画像送信モジュールを備え、
   前記画像送信モジュールは、前記物体の反射光を前記光検出器へと送るために、前記導光装置と一体成型された光学部材であり、
   前記画像送信モジュールは、第１のレンズアレイ及び第２のレンズアレイをさらに備え、前記第１のレンズアレイ及び前記第２のレンズアレイは、それぞれ複数の第１のロッドレンズ及び第２のロッドレンズから構成されており、前記第１のレンズアレイ及び前記第２のレンズアレイは、前記導光装置と同じ材料からなり、前記第１のロッドレンズ及び前記第２のロッドレンズのレンズが等しい屈折率を有し、さらには径方向に沿って等しい屈折率を有することを特徴とする画像センサ。
7. 前記第２のレンズアレイは、前記第１のレンズアレイよりも前記光検出器に近い箇所に配置されることを特徴とする請求項６に記載の画像センサ。
8. 前記第１のロッドレンズは、前記光検出器側の面が平面であり、前記物体側の面が第１の曲率半径を有する曲面であることを特徴とする請求項７に記載の画像センサ。
9. 前記第２のロッドレンズは、前記物体側の面が第２の曲率半径を有する曲面であり、前記光検出器側の面が第３の曲率半径を有する曲面であることを特徴とする請求項８に記載の画像センサ。
10. 前記画像送信モジュールはバッフル板をさらに備え、
    前記バッフル板は、前記第１のレンズアレイ及び前記第２のレンズアレイにおける前記光検出器側の端部にそれぞれ配置された第１の仕切り板構造及び第２の仕切り板構造を有し、
    前記第１の仕切り板構造及び前記第２の仕切り板構造は、前記第１のロッドレンズ及び前記第２のロッドレンズに対応する箇所に配置された複数の仕切り板を有することによって、前記画像送信モジュールに発生するクロストーク現象を低減させることを特徴とする請求項６に記載の画像センサ。
11. 前記画像送信モジュールは、前記導光装置上に前記レンズアレイを固定する係合構造をさらに備えることを特徴とする請求項６に記載の画像センサ。

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