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Die Erfindung betrifft einen Bildsensor vom Kontakttyp, der
bei einem Faksimilegerät, einer Vorrichtung zum Lesen von
Briefen und Bildern und dergleichen verwendet werden kann.
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Als Sensoren zum Lesen von Bildern wurden verkleinernde
Bildsensoren wie CCD-Sensoren und MOS-Sensoren verwendet.
Da jedoch die Sensorabschnitte dieser verkleinernden
Bildsensoren klein sind, nämlich ungefähr 2-4 cm, muß eine
Verkleinerung des Manuskripts in der Größenordnung 1/5 bis 1/10
vorgenommen werden und aus diesem Grund war es erforderlich,
daß die Länge des Lichtweges vom Manuskript zum
Sensorabschnitt lang war. Darüber hinaus wird mit Zunahme des
Prozentsatzes der Verkleinerung des Manuskripts die
Linsenaberration ein Problem, das die Konstruktionsgenauigkeit des
optischen Systems beeinflußt, von dem die
Gesamtleistungsfähigkeit des Geräts abhängt.
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In den letzten Jahren wurden tatkräftig Bildsensoren vom
Kontakttyp entwickelt, bei denen ein Bild derselben Größe
wie derjenigen des Manuskripts auf der Lichtempfangsfläche
des Sensorabschnitts, der eine Länge aufweist, die der
Breite des Manuskripts entspricht, über ein optisches
Faser/Linsen-Array ausgebildet wird. Als Photodetektoren, wie sie bei
derartigen Bildsensoren vom Kontakttyp verwendet werden,
existieren solche vom Dünnfilmtyp mit Dünnfilmen aus CdSSe,
amorphem Si oder dergleichen, und solche mit mehreren Chips,
bei denen IC-Sensoren wie CCD-Sensoren, bipolare
IC-Sensoren, MOS-Sensoren oder dergleichen in einer Reihe in
Längsrichtung so angeordnet sind, daß diese mehreren Chips eine
Länge ergeben, die der Breite des Manuskripts entspricht.
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Zum Ersetzen optischer Faser/Linsen-Arrays für optische
Systeme existieren optische Systeme, bei denen ein
Sensorabschnitt an einem Ende eines Bündels optischer Fasern
angeordnet ist.
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Fig. 5 der beigefügten Zeichnungen zeigt einen herkömmlichen
Bildsensor vom Kontakttyp mit einem optischen Faser/Linsen-
Array, bei dem eine Lichtquelle a ein Manuskript b
beleuchtet und das vom Manuskript b reflektierte Licht durch ein
optisches Faser/Linsen-Array c läuft, was zu einem Bild
derselben Größe wie derjenigen des Manuskripts auf einem
Photodetektor p führt. Dieser Bildsensor vom Kontakttyp weist die
folgenden Nachteile auf:
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(1) die Gesamtlänge des optischen Faser/Linsen-Arrays c
beträgt ungefähr 15-40 mm, und diese Gesamtlänge muß zwischen
dem Manuskript b und dem Phototdetektor p freigehalten
werden;
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(2) da die Brenntiefe des optischen Faserarrays c flach ist,
ist eine Positionseinstellung jedes Teils dieses optischen
Systems beim Herstellprozeß des Bildsensors vom Kontakttyp
erforderlich;
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(3) wenn helle optische Faser-Linsen für ein optisches
Faser/Linsen-Array verwendet werden, wird chromatische
Aberration ein Problem und demgemäß müssen in Fällen, bei denen
Farbsensoren verwendet werden, optische Faser-Linsen mit
großer Gesamtlänge, die jedoch dunkel sind, verwendet
werden; und
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(4) die Kosten des optischen Faser/Linsen-Arrays c sind
hoch.
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Fig. 6 zeigt einen herkömmlichen Bildsensor vom Kontakttyp
mit einem Bündel optischer Fasern, bei dem eine Lichtquelle
e ein Manuskript f beleuchtet und das vom Manuskript
reflektierte Licht durch optische Fasern h läuft, die in ein
leitendes Substrat g eingebettet sind, und es auf einen
Photodetektor i trifft, der an einem Ende des Bündels optischer
Fasern h angeordnet ist. Dieser Bildsensor vom Kontakttyp
weist die folgenden Nachteile auf:
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(1) die Lichtempfangsfläche des Photodetektors i muß in
Berührung mit dem Ende des Bündels optischer Fasern h gebracht
werden, damit verhindert wird, daß sich Lichtstrahlen aus
den optischen Fasern aufweiten und einander zwischen
benachbarten optischen Fasern überlappen;
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(2) wenn der Photodetektor i direkt an einem Ende des
Bündels optischer Fasern h ausgebildet ist, muß das Material
für die Ausbildung des Photodetektors i in Form dünner Filme
vorliegen und darüber hinaus sind die Kosten des Substrats,
in dem die optischen Fasern h eingebettet sind, hoch; und
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(3) die Anzahl von Sensoren, die gleichzeitig hergestellt
werden können, ist begrenzt, was die Produktivität niedrig
macht.
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JP-A-6074766 offenbart eine optische Sensorvorrichtung
ähnlich der der vorliegenden Fig. 6, bei der jedoch ein
einzelner Dünnfilmphotodetektor direkt auf einer Seite eines
Substrats ausgebildet ist. Licht von einem beleuchteten
Original, das an der dem Substrat gegenüberliegenden Seite
angeordnet ist, fällt auf eine im Substrat eingebettete
Faseroptik, die das Licht durch das Substrat zum Photodetektor
überträgt.
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Aus JP-A-60027176 ist auch eine
Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung bekannt, bei der ein einzelnes
Halbleiter-Bildaufnahmeelement
über erhöhte Goldkontaktierungsflecke mit einem
ein Filter tragenden lichtdurchlässigen Substrat verbunden
ist. Das einzelne Bildaufnahmeelement ist hinter dem
Substrat zwischen diesem und einem festen Gehäuse angeordnet.
Die erhöhten Goldkontaktflecken werden von Kontaktflächen
auf dem Halbleitersubstrat getragen. Weitere erhöhte
Goldkontaktflecken verbinden die Verdrahtung am Gehäuse mit dem
das Filter tragenden Substrat. Eine Verbindung zwischen dem
Bildaufnahmeelement und dem Substrat sowie zwischen dem
Substrat und dem Gehäuse wird durch Druckbonden der erhöhten
Goldkontaktierungsflecke erzielt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Bildsensor
vom Kontakttyp anzugeben, der die vorstehend erörterten und
weiteren Nachteile und Mängel der bekannten Vorrichtungen
überwindet.
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Erfindungsgemäß wird ein Bildsensor vom Kontakttyp
angegeben, mit einer Lichtquelle zum Beleuchten eines zu lesenden
Manuskripts von einer Seite; mehreren Photodetektoren, die
so angeordnet sind, daß sie auf derselben Seite des zu
lesenden Manuskripts wie die Lichtquelle liegen, und die das
vom Manuskript reflektierte Licht in ein elektrisches Signal
umsetzen; einem Substrat, das zwischen den Photodetektoren
und dem Manuskript angeordnet ist, wobei ein Bündel
optischer Fasern in das Substrat eingebettet ist;
Verdrahtungselektroden, die an der Oberseite des Substrats entsprechend
der Lichtemissionsseite des Bündels optischer Fasern
angeordnet sind, und Verdrahtungselektroden, die auf den
Lichtempfangsflächen der Photodetektoren angeordnet sind, wobei
die Photodetektoren in einer Reihe in solcher Weise
angeordnet sind, daß die Lichtempfangsflächen derselben der
Lichtemissionsseite des Bündels optischer Fasern mit einem
Abstand von nicht mehr als 150 um gegenüberstehen, und wobei
die auf den Photodetektoren angeordneten
Verdrahtungselektroden
elektrisch unter Verwendung eines Bondverfahrens mit
erhöhten Lötmittel-Kontaktflächen elektrisch mit den auf dem
Substrat angeordneten Verdrahtungselektroden verbunden sind.
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Die hier beschriebene Erfindung ermöglicht es, folgendes zu
schaffen: (1) einen Bildsensor vom Kontakttyp, bei dem die
Länge des optischen Wegs frei unter Verwendung optischer
Fasern eingestellt werden kann, was zu einem miniaturisierten
Sensor führt; (2) einen Bildsensor vom Kontakttyp, bei dem
der Photodetektor und das die optischen Fasern haltende
Substrat zu einem Körper integriert sind, so daß eine
Brennweiteneinstellung der Linsen überflüssig wird, was zu einer
Verbesserung der Produktivität und einer Verringerung der
Herstellkosten führt; und (3) einen Bildsensor vom
Kontakttyp, bei dem der Abstand zwischen der Lichtempfangsfläche
jedes Photodetektors und der Lichtemissionsfläche des
Bündels optischer Fasern so kurz wie möglich eingestellt werden
kann, was zu einem Bildsensor vom Kontakttyp mit hoher
Auflösung führt.
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Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die
beigefügten Zeichnungen näher beschrieben, jedoch nur
beispielhaft, in denen:
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Fig. 1 ein Querschnitt ist, der einen erfindungsgemäßen
Bildsensor vom Kontakttyp zeigt;
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Fig. 2 eine Draufsicht auf den in Fig. 1 dargestellten
Bildsensor vom Kontakttyp ist;
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Fig. 3 eine Reihe von Charakteristikkurven ist, die die
Beziehung zwischen dem Abstand der optischen Fasern von den
Photodetektoren und der Modulationsübertragungsfunktion
(MTF = Modulation transfer function) der Photodetektoren
zeigen;
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Fig. 4a und 4b eine Draufsicht bzw. ein Querschnitt sind,
die den beim Bildsensor vom Kontakttyp von Fig. 1
verwendeten Photodetektor zeigen; und
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Fig. 5 und 6 schematische Darstellungen sind, die jeweils
herkömmliche Bildsensoren vom Kontakttyp zeigen.
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Die Erfindung schafft einen Bildsensor vom Kontakttyp, bei
dem mehrere Photodetektoren in einer Reihe in solcher Weise
angeordnet sind, daß die Lichtempfangsflächen der
Photodetektoren der Lichtemissionsseite eines Bündels optischer
Fasern, die in ein Substrat eingebettet sind, zugewandt sind,
und Verdrahtungselektroden, die auf dem Substrat angeordnet
sind, sind unter Verwendung von Lötkontaktfleck-Bonden oder
dergleichen mit Verdrahtungselektroden verbunden, die auf
den Lichtempfangsflächen der Photodetektoren angeordnet
sind. Auf diese Weise kann der Abstand zwischen der
Lichtemissionsseite des Bündels optischer Fasern und den
Lichtempfangsflächen der Photodetektoren auf einen Abstand
eingestellt werden, bei dem eine vorgegebene
Modulationsübertragungsfunktion (MTF) erzielt werden kann.
Beispiele
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Die Fig. 1 und 2 zeigen einen erfindungsgemäßen Bildsensor
vom Kontakttyp, der eine Lichtquelle 2, die ein zu lesendes
Manuskript 1 beleuchtet, Photodetektoren 6, die das vom
Manuskript 1 reflektierte Licht in ein elektrisches Signal
umwandeln, und ein isolierendes Substrat 3 aufweist, das
zwischen den Photodetektoren 6 und dem Manuskript 1 angeordnet
ist. Ein Bündel optischer Fasern 4a, die ein optisches
Faserarray 4 bilden, sind in das Substrat 3 eingebettet.
Verdrahtungselektroden 5 sind an der Oberseite 3a des
Substrates 3 angeordnet. Die Verdrahtungselektroden 5 auf dem
Substrat
3 sind unter Verwendung von Lötmittel-Kontaktflecken 7
mit Verdrahtungselektroden 8 (Fig. 4) verbunden, die auf den
Lichtempfangsflächen 6a der Photodetektoren 6 angeordnet
sind.
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Mehrere Photodetektoren 6 sind in einer Reihe entlang dem
Substrat 3 in solcher Weise angeordnet, daß die Gesamtlänge
der Photodetektoren 6 in Längsrichtung des Substrats 3 mit
der Breite des Manuskripts 1 übereinstimmt. Da die auf den
Lichtempfangsflächen 6a der Photodetektoren 6 angeordneten
Verdrahtungselektroden 8 mit den auf der Oberseite 3a des
Substrats 3 angeordneten Verdrahtungselektroden unter
Verwendung von Lötmittel-Kontaktflecken 7 verbunden sind,
besteht ein kleiner Abstand zwischen den
Lichtempfangsflächen 6a der Photodetektoren 6 und der Oberfläche 3a des
Substrats 3 (d. h. zwischen den Lichtempfangsflächen 6a der
Photodetektoren 6 und der Lichtemissionsseite des Bündels
optischer Fasern 4a). Wenn dieser Abstand groß ist,
überlappt Licht von einer optischen Faser und Licht von einer
benachbarten optischen Faser, was zu einer Verringerung der
Modulationsübertragungsfunktion (MTF) der Photodetektoren 6
führt. So muß dieser Abstand auf einen Abstand eingestellt
sein, bei dem die erforderliche MTF oder eine kleinere
erzielt werden kann.
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Fig. 3 zeigt die Beziehung zwischen der MTF der
Photodetektoren 6 und dem Abstand d zwischen der Lichtemissionsseite
4b des Bündels optischer Fasern 4a und den
Lichtempfangsflächen 6a der Photodetektoren 6, und sie zeigt an, daß die
MTF bei einer Erhöhung des Abstandes d stark abnimmt und
demgemäß zum Erzielen einer MTF von 40% oder mehr bei einer
Auflösung von 8 Punkte/mm (d. h. bei einer Raumfrequenz von
4 lp/mm) der Abstand d auf 150 um oder weniger eingestellt
werden muß.
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Der vorstehend genannte Bildsensor vom Kontakttyp wird wie
folgt hergestellt: als Photodetektor 6 wird ein CCD-Sensor
mit einer Auflösung von 8 Punkte/mm und einer Länge von
ungefähr 70 mm verwendet, wie in den Fig. 4a und 4b
dargestellt, wobei auf der Lichtempfangsfläche 6a jedes
Photodetektors 6 zum Verhindern einer Verringerung der Auflösung an
den Grenzen zwischen den Photodetektoren 6 ein
Lichtempfangsabschnitt 9a und ein Signalübertragungsabschnitt 9b
entlang der gesamten Fläche der Lichtempfangsfläche 6a in
deren Längsrichtung ausgebildet sind und darüber hinaus eine
Anzahl Verdrahtungselektroden 8 außerhalb dieser
Lichtempfangs- und Signalübertragungsabschnitte 9a und 9b in
Breitenrichtung der Lichtempfangsfläche 6a ausgebildet ist. Auf
der Lichtempfangsfläche 6a einschließlich des
Lichtempfangsabschnitts 9a und des Lichtübertragungsabschnitts 9b ist,
wie dies in Fig. 4a dargestellt ist, ein Passivierungsfilm
10 aus SixN1-x (0< x< 1) oder aus SiO&sub2; durch eine Dünnfilm-
Herstellungstechnik ausgebildet. Lötmittel-Kontaktflecke 7
sind auf den Verdrahtungselektroden 8 ausgebildet.
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Die optischen Fasern 4a bestehen aus Quarzglasfasern oder
Glasfasern mit mehreren Bestandteilen, die zu einem Bündel
zusammengefaßt sind, was zu einem optischen Faserarray 4
führt, das dann zwischen die Hälften des Substrats 3 (Fig.
2) eingebettet wird. Danach werden auf der Oberfläche 3a des
Substrats 3 Leitungen 5a und Anschlüsse 5b der
Verdrahtungselektroden aus Dünnfilmen unter Verwendung einer
Verarbeitungstechnik für feine Strukturen hergestellt. Die
Anschlüsse 5b kontaktieren die auf den Photodetektoren 6
ausgebildeten Lötmittel-Kontaktflecke 7.
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Danach werden die Photodetektoren 6 in einer Reihe in
solcher Weise angeordnet, daß die Lichtempfangsabschnitte 9a
der Photodetektoren 6 der Lichtemissionsseite des Bündels
optischer Fasern 4a gegenüberstehen, und die
Verdrahtungselektroden
8 der Photodetektoren 6 werden durch ein
Aufschmelzbondverfahren, bei dem die Lötmittel-Kontaktflecke 7
durch Erhitzen auf 180ºC-350ºC in einem Ofen (Fig. 1 und 2)
geschmolzen werden, mit den Anschlüssen Sb des Substrats 3
verbunden. Auf diese Weise wird das Befestigen der
Photodetektoren 6 am Substrat 3 zu den Zwecken der Fixierung und
der Herstellung elektrischer Anschlüsse der Photodetektoren
6 am Substrat 3 ausgeführt.
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Der auf diese Weise erhaltene Bildsensor vom Kontakttyp
weist einen Abstand von 50 um oder weniger zwischen den
Lichtempfangsflächen 6a der Photodetektoren 6 und der
Lichtemissionsseite 4b des Bündels optischer Fasern 4a auf, und
er zeigt ein MTF von 50% oder mehr bei einer Raumfrequenz
von 4 lp/mm. Der vorstehend angegebene Herstellprozeß für
diesen Bildsensor vom Kontakttyp ermöglicht es, eine
Positionsabweichung zwischen den Lichtempfangsflächen 6a der
Photodetektoren 6 und der Lichtemissionsseite 4b des
Bündels optischer Fasern 4a unter Verwendung von
Lötkontaktfleckbonden, durch das ein Selbstausrichtungseffekt erzielt
wird, auf einfache Weise einzustellen.
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Obwohl das vorstehend angegebene Beispiel nur einen CCD-
Sensor als Photodetektor 6 offenbart, ist die Erfindung auf
IC-Sensoren, Dünnfilmsensoren oder dergleichen außer auf
einen CCD-Sensor anwendbar. Darüber hinaus kann statt des
Aufschmelzbondverfahrens, bei dem ein Selbstausrichtungseffekt
erzielt wird, auch ein Tool-bond-Verfahren verwendet werden.
Darüber hinaus können, anstatt daß Verdrahtungselektroden 8
an beiden Enden der Lichtempfangsflächen 6a der
Photodetektoren 6 angeordnet sind, Anschlußelektroden an einem Ende
der Lichtempfangsflächen 6a der Photodetektoren 6
ausgebildet sein, wobei unbenutzte Kontaktflecke am anderen Ende der
Lichtempfangsflächen 6a ausgebildet sind.