JPH10208022A - Fiber optical plate - Google Patents

Fiber optical plate

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Publication number
JPH10208022A
JPH10208022A JP9010518A JP1051897A JPH10208022A JP H10208022 A JPH10208022 A JP H10208022A JP 9010518 A JP9010518 A JP 9010518A JP 1051897 A JP1051897 A JP 1051897A JP H10208022 A JPH10208022 A JP H10208022A
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JP
Japan
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core
face
fiber
light
unit
Prior art date
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Application number
JP9010518A
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Japanese (ja)
Inventor
Takeo Sugawara
武雄 菅原
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Hamamatsu Photonics KK
Original Assignee
Hamamatsu Photonics KK
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Publication date
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  • Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
  • Image Input (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fiber optical plate which outputs a bright rugged image, is easily attached to a photodetector and is compact even after it is attached. SOLUTION: In this fiber optical plate, recessed parts 20 are provided on ends which are located on the side of input end planes 2 of the fiber optical plate between both ends of unit fibers 6, and light is made incident through the side planes 22 of the parts 20. Because the planes 22 are inclined at angles that can eliminate diffused external light in the air, this fiber optical plate outputs a rugged image that has high contrast. Because the fiber optical plate has an output edge plane 4 that is perpendicular to an axis line 14 of the unit fibers, a bright rugged image is acquired when the plane 4 is matched to an input plane of the photodetector and fixed. Also, it has a shape that perpendicularly extends from the plane 4, it is easily attached to a photodetector and is compact after the attachment.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、指紋検出装置等に
おいて光学像伝送手段として用いられるファイバ光学プ
レートに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fiber optical plate used as an optical image transmitting means in a fingerprint detecting device or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】図11(a)は、従来のファイバ光学プ
レート(以下、「FOP」と呼ぶ)50を示す側面図で
あり、図11(b)は、FOP50の構造を示す部分拡
大断面図である。このFOP50は、通常、凹凸像検出
装置(例えば、指紋検出装置)の凹凸像伝送手段として
使用される。
2. Description of the Related Art FIG. 11A is a side view showing a conventional fiber optical plate (hereinafter referred to as "FOP") 50, and FIG. 11B is a partially enlarged sectional view showing the structure of the FOP 50. It is. The FOP 50 is usually used as a concave / convex image transmission unit of a concave / convex image detecting device (for example, a fingerprint detecting device).

【0003】図11(a)に示されるように、FOP5
0は、複数の光ファイバ56が各々の軸線が略平行とな
るように束ねられて一体的に集成された構造を有してい
る。この光ファイバを単位ファイバと呼ぶことにする
と、各単位ファイバは、各々の両端面がそれぞれほぼ一
平面をなすように位置合わせされている。入力端面52
及び出力端面54は、光学像の入力及び出力用の面であ
る。これらの端面は、各単位ファイバの両端面がそれぞ
れ集合して形成された相互に平行な面である。また、入
力端面52及び出力端面54は、単位ファイバの軸線方
向に対して角度αで傾斜している。このFOP50を凹
凸像検出装置に利用する場合、指などの被検体が入力端
面52上に載置されることになる。
[0003] As shown in FIG.
Numeral 0 has a structure in which a plurality of optical fibers 56 are bundled so that their axes are substantially parallel to each other and are integrally assembled. When this optical fiber is referred to as a unit fiber, each unit fiber is aligned such that both end faces thereof are substantially one plane. Input end face 52
The output end surface 54 is a surface for inputting and outputting an optical image. These end faces are mutually parallel faces formed by assembling both end faces of each unit fiber. The input end face 52 and the output end face 54 are inclined at an angle α with respect to the axial direction of the unit fiber. When this FOP 50 is used in the uneven image detection device, a subject such as a finger is placed on the input end face 52.

【0004】図11(b)に示されるように、単位ファ
イバ56は、光伝搬領域であるコア60を中心に有して
おり、更に、このコア60を密着包囲するクラッド6
1、及びクラッド61を密着包囲する光吸収体62を有
している。各単位ファイバの両端面は、単位ファイバの
軸線64に対して角度αで傾斜している。言い換える
と、各単位ファイバの両端面は、各単位ファイバの両端
面の法線と軸線64とのなす角度が(90°−α)とな
るように傾斜している。この傾斜角度(スラント角)α
は、空気中からコア60に光が入射しても、コア60と
クラッド61との境界面で入射光が全反射されないよう
な角度に設定されている。言い換えると、スラント角α
は、空気中からコア60に入射した光のコア・クラッド
間の境界面に対する入射角がこの境界面での臨界角以下
となるような角度範囲に設定されている。
[0004] As shown in FIG. 11 (b), the unit fiber 56 has a core 60, which is a light propagation region, at the center.
1 and a light absorber 62 closely surrounding the clad 61. Both end faces of each unit fiber are inclined at an angle α with respect to the axis 64 of the unit fiber. In other words, both end faces of each unit fiber are inclined so that the angle between the normal to both end faces of each unit fiber and the axis 64 is (90 ° −α). This inclination angle (slant angle) α
The angle is set so that even when light enters the core 60 from the air, the incident light is not totally reflected at the boundary surface between the core 60 and the clad 61. In other words, the slant angle α
Is set so that the angle of incidence of light incident on the core 60 from the air with respect to the interface between the core and the clad is less than or equal to the critical angle at this interface.

【0005】周知のように、このようなスラント角αの
範囲は、特定の角度αCを用いてα≦αCのように表すこ
とができる。ここで、αCは、次の3個の式を満足する
角度である。 n0・sinθC=n1・sin90°(コア・クラッド
間の全反射の条件) n0・sinβ=na・sin90°(空気・コア間の屈
折の法則) α+(90°+β)+(90°−θC)=180°(三
角形の内角の和) 上式において、n0はコア60の屈折率、n1はクラッド
61の屈折率、naは空気の屈折率である。また、θC
コアとクラッドとの境界面における臨界角であり、βは
入力端面52に入射角90°で入射した光(図11
(b)の矢印)が入力端面52の法線となす角度、即ち
入射角90°で入射した光の屈折角である。
As is well known, such a range of the slant angle α can be expressed as α ≦ α C using a specific angle α C. Here, α C is an angle that satisfies the following three equations. n 0 · sin θ C = n 1 · sin 90 ° (condition of total reflection between core and clad) n 0 · sin β = n a · sin 90 ° (law of refraction between air and core) α + (90 ° + β) + ( in 90 ° -θ C) = 180 ° ( triangles of the sum of the interior angles) where, n 0 is the refractive index, n 1 of the core 60 is the refractive index of the cladding 61, the n a is the refractive index of air. Further, θ C is a critical angle at a boundary surface between the core and the clad, and β is light incident on the input end face 52 at an incident angle of 90 ° (FIG. 11).
(B) indicates the angle formed by the normal to the input end face 52, that is, the refraction angle of the light incident at an incident angle of 90 °.

【0006】上記の3式から求まるαCを考慮すると、
上記のスラント角αの範囲は、 α≦αC=sin-1(n1/n0)−sin-1(na/n0) …(1) のように表される。
Considering α C obtained from the above three equations,
It said slant angle range of the alpha is, α ≦ α C = sin -1 (n 1 / n 0) -sin -1 (n a / n 0) ... represented as (1).

【0007】入力端面52上に被検体を載置した状態で
被検体に照明光を照射すれば、被検体表面の凹凸のうち
入力端面52と接触する凸部を介して単位ファイバのコ
ア60に入射した光は、コア・クラッド間の境界面で全
反射されながらコア60内を伝搬して出射端面54から
出射する。一方、被検体表面の凹部を介してコア60に
入射する光は、被検体表面と入力端面52との間に存在
する空気層を通過してからコア60に入射するが、FO
P50の入力端面52は上記のような角度範囲のスラン
ト角で傾斜しているので、この入射光はコア・クラッド
間の境界面で全反射されず、一部がクラッド61に漏出
するようになる。被検体の凹部からの入射光はコア・ク
ラッド間の境界面に到達する度にその一部がクラッドに
漏出し、クラッド61に漏れた光は光吸収体62で吸収
されるため、この入射光は徐々に減衰していき、出力端
面4に到達することはできない。従って、出力端面54
から出射するのは、実質的に、被検体表面の凸部を介し
て入射した光のみとなり、この結果、被検体表面の凹凸
に対応したコントラストの高い明暗像を得ることができ
る。
When the subject is illuminated with illumination light while the subject is placed on the input end face 52, the unevenness of the subject surface is transferred to the core 60 of the unit fiber through the convex part which comes into contact with the input end face 52. The incident light propagates through the core 60 and is emitted from the emission end face 54 while being totally reflected at the boundary surface between the core and the clad. On the other hand, the light incident on the core 60 through the concave portion on the surface of the subject passes through the air layer existing between the surface of the subject and the input end face 52, and then enters the core 60.
Since the input end face 52 of the P50 is inclined at the slant angle in the above angle range, this incident light is not totally reflected at the interface between the core and the clad, and a part of the incident light leaks to the clad 61. . Every time the incident light from the concave portion of the subject reaches the interface between the core and the clad, a part of the light leaks into the clad, and the light leaked into the clad 61 is absorbed by the light absorber 62. Gradually attenuates and cannot reach the output end face 4. Therefore, the output end face 54
Substantially emits only light that has entered through the projections on the surface of the object, and as a result, a bright and dark image with high contrast corresponding to the unevenness on the surface of the object can be obtained.

【0008】以上のようにして被検体表面の凹凸に対応
した明暗像(凹凸像)がFOP50によって伝送され、
出力端面54から出射する。従って、図12のように、
FOP50の出力端面54を光検出器(図12では、C
CD検出器70)の入力面(図12では、CCDチップ
72の入力面74)と突き合わせた状態でFOP50を
光検出器に取り付ければ、被検体表面の凹凸像を検出す
ることが可能になる。
As described above, the bright and dark images (irregular images) corresponding to the irregularities on the surface of the object are transmitted by the FOP 50,
The light exits from the output end face 54. Therefore, as shown in FIG.
The output end face 54 of the FOP 50 is connected to a photodetector (C in FIG. 12).
If the FOP 50 is attached to the photodetector in a state where the FOP 50 is in contact with the input surface of the CD detector 70 (in FIG. 12, the input surface 74 of the CCD chip 72), it is possible to detect the uneven image on the surface of the subject.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】従来のFOP50は出
力端面54が単位ファイバの軸線64に対して傾斜して
いるため、出力端面54の外側にある媒質が空気のよう
にコア60よりも低い屈折率の媒質であると、その媒質
とコア60との間で全反射が生じる場合があり、被検体
の凸部から入射した光であっても出力端面54から出射
できない場合がある。従って、従来のFOP50では、
出力端面54とCCD検出器70の入力面74との間に
マッチング液や屈折率整合性の接着剤などが充填された
ときに初めて十分に明るい凹凸像が得られることが多
い。
In the conventional FOP 50, since the output end face 54 is inclined with respect to the axis 64 of the unit fiber, the medium outside the output end face 54 has a lower refractive index than the core 60 like air. If the medium has a high efficiency, total reflection may occur between the medium and the core 60, and even light incident from the convex portion of the subject may not be emitted from the output end face 54 in some cases. Therefore, in the conventional FOP50,
In many cases, a sufficiently bright concavo-convex image is obtained only when a matching liquid or an adhesive having a refractive index matching is filled between the output end face 54 and the input face 74 of the CCD detector 70.

【0010】また、被検体の凹凸像は実質的に単位ファ
イバの軸線64に沿って出射するため、従来のFOP5
0では凹凸像が出力端面54に対して垂直には出射しな
いことから、被検体の凹凸像はCCD検出器70の入力
面74に対して垂直に入射せず、従って、CCD検出器
70で検出される凹凸像は全体的に暗いものとなってし
まう。
Further, since the uneven image of the object is emitted substantially along the axis 64 of the unit fiber, the conventional FOP5
At 0, the uneven image does not exit perpendicular to the output end face 54, so that the uneven image of the subject does not enter the input surface 74 of the CCD detector 70 perpendicularly, and is therefore detected by the CCD detector 70. The resulting uneven image is dark overall.

【0011】また、上述のように設定される入力端面5
2のスラント角は、通常、かなり小さな角度となるの
で、各単位ファイバの各軸線64を含む平面に沿ったF
OP50の断面形状は、図示のように傾斜のきつい平行
四辺形となる。この結果、従来のFOP50は横幅が大
きくなりがちなため、CCD検出器70の入力凹部76
への取り付けが困難であるという問題点を有している。
更に、CCD検出器70への取り付け後も、FOP50
の傾斜がきついことから、FOPの先端がCCD検出器
70の側方にせり出す等の事態が生じ、FOP及びCC
D検出器からなる複合デバイスのサイズを大型化させや
すい。
The input end face 5 set as described above
The slant angle of 2 is typically quite small, so F.sub.1 along the plane containing each axis 64 of each unit fiber.
The cross-sectional shape of OP50 is a parallelogram having a steep inclination as shown in the figure. As a result, the width of the conventional FOP 50 tends to be large, so that the input recess 76 of the CCD detector 70 is not provided.
There is a problem that it is difficult to attach to the device.
Further, even after mounting on the CCD detector 70, the FOP50
Of the FOP, the tip of the FOP protrudes to the side of the CCD detector 70, and so on.
It is easy to increase the size of the composite device including the D detector.

【0012】本発明は、上記に鑑みてなされたもので、
明るい凹凸像を出力し、光検出器への取り付けが容易
で、取り付けた後もコンパクトなファイバ光学プレート
を提供することを課題とする。
The present invention has been made in view of the above,
It is an object of the present invention to provide a fiber optic plate that outputs a bright uneven image, is easy to attach to a photodetector, and is compact even after attaching.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本願に係る発明は、各々
の軸線が相互に略平行となった状態で集成された複数の
単位ファイバを備え、これらの単位ファイバの各々の両
端面がそれぞれ集合して構成される入力端面及び出力端
面を有するファイバ光学プレートであって、単位ファイ
バの各々は、所定の屈折率を有する光伝搬領域であるコ
アを含んでおり、各コアの両端部のうち入力端面側の端
部には、単位ファイバの軸線に対して傾斜した側面を有
する窪みが設けられており、各窪みの側面の傾斜角度
は、この側面を介して空気中から単位ファイバに入射し
た光の単位ファイバ内での伝搬を阻止する角度であり、
出力端面は、各単位ファイバの軸線と直交する面である
ファイバ光学プレートである。
The invention according to the present application comprises a plurality of unit fibers assembled with their respective axes substantially parallel to each other, and both end faces of each of these unit fibers are assembled. A fiber optical plate having an input end face and an output end face, wherein each of the unit fibers includes a core which is a light propagation region having a predetermined refractive index. At the end on the side of the end surface, there are provided depressions having side surfaces inclined with respect to the axis of the unit fiber, and the inclination angle of the side surface of each depression is such that the light incident on the unit fiber from the air through the side surface into the air. Is the angle that prevents propagation in the unit fiber of
The output end surface is a fiber optical plate that is a surface orthogonal to the axis of each unit fiber.

【0014】このように、単位ファイバのコアの両端部
のうち入力端面側の端部に上記の角度で傾斜した側面を
有する窪みを設けることで空気中からの外乱光の単位フ
ァイバ内での伝搬を阻止しているので、本願に係るファ
イバ光学プレートは、従来通りコントラストの高い凹凸
像を出力することができる。また、本願に係るファイバ
光学プレートは、単位ファイバの軸線に対して垂直な出
力端面を有しているので、被検体の凹凸像の出射方向が
実質的に出力端面の法線方向となり、従来のファイバ光
学プレートのように光検出器の入力面との間にマッチン
グ液等を介在させなくても凹凸像を出力することができ
る。また、凹凸像の出射方向が出力端面の法線方向であ
ることから、このファイバ光学プレートの出力端面を光
検出器の入力面に突き合わせて固定したときに、光検出
器の入力面に対して実質的に垂直に凹凸像が入射するこ
とになり、この結果、明るい凹凸像を得ることができ
る。更に、このファイバ光学プレートは、出力端面から
垂直方向に延びた形状をしているので、従来のファイバ
光学プレートに比べて、光検出器への取り付けを比較的
容易に高精度で行うことができ、取り付けた後もコンパ
クトである。
As described above, by providing the recess having the side surface inclined at the above angle at the input end face of the both ends of the core of the unit fiber, the propagation of the disturbance light from the air in the unit fiber is provided. Is prevented, the fiber optical plate according to the present application can output a concavo-convex image with high contrast as before. In addition, since the fiber optical plate according to the present application has an output end face perpendicular to the axis of the unit fiber, the emission direction of the concavo-convex image of the subject becomes substantially the normal direction of the output end face, and An uneven image can be output without interposing a matching liquid or the like between the input surface of the photodetector and the fiber optical plate. Further, since the emission direction of the uneven image is the normal direction of the output end face, when the output end face of the fiber optical plate is fixed against the input face of the photodetector, the output end face of the optical fiber plate with respect to the input face of the photodetector is The uneven image is incident substantially vertically, and as a result, a bright uneven image can be obtained. Furthermore, since this fiber optical plate has a shape extending in the vertical direction from the output end face, it can be attached to the photodetector relatively easily and with high precision as compared with the conventional fiber optical plate. , Compact after installation.

【0015】本願のファイバ光学プレートにおいて、各
単位ファイバは、コアを密着包囲し、コアよりも低い屈
折率を有するクラッドと、このクラッドを密着包囲し、
コアから漏れた光を吸収する光吸収体と、を更に含んで
いても良く、各コアの端部に設けられた窪みの側面の傾
斜角度は、この側面を介して空気中から単位ファイバに
入射した光の単位ファイバ内での全反射を阻止する角度
であっても良い。
In the fiber optical plate of the present invention, each unit fiber closely surrounds the core, and has a clad having a lower refractive index than the core, and closely surrounds the clad.
And a light absorber that absorbs light leaked from the core, and the inclination angle of the side surface of the dent provided at the end of each core is incident on the unit fiber from the air through this side surface. The angle may be such that total reflection of the light in the unit fiber is blocked.

【0016】この場合、窪みの側面を介して空気中から
コア内に入射した外乱光は、臨界角以下の入射角でコア
及びクラッド間の境界面に入射して全反射されず、少な
くともその一部がクラッドに漏出する。この漏出光は、
光吸収体によって吸収され除去されるので、空気中から
の外乱光は徐々に減衰していき、出力端面まで伝搬する
ことができなくなる。このようにして空気中からの外乱
光が除去されるので、コントラストの高い凹凸像が出力
端面から出力される。
In this case, the disturbance light entering the core from the air through the side surface of the depression enters the interface between the core and the clad at an incident angle smaller than the critical angle and is not totally reflected. Part leaks into the cladding. This leaked light
Since the light is absorbed and removed by the light absorber, the disturbance light from the air gradually attenuates and cannot be propagated to the output end face. Since the disturbance light from the air is removed in this way, an uneven image with high contrast is output from the output end face.

【0017】また、本願のファイバ光学プレートにおい
て、各単位ファイバは、コアを密着包囲し、コアからの
光を吸収する光吸収体、を更に含んでいても良く、各コ
アの端部に設けられた窪みの側面の傾斜角度は、この側
面を介して空気中から単位ファイバに入射した光を位フ
ァイバの軸線方向からずれた方向に進行させる角度であ
っても良い。
In the fiber optical plate of the present invention, each unit fiber may further include a light absorber that closely surrounds the core and absorbs light from the core, and is provided at an end of each core. The angle of inclination of the side surface of the hollow may be an angle at which light incident on the unit fiber from the air through the side surface in a direction deviated from the axis direction of the position fiber.

【0018】この単位ファイバはクラッドを備えていな
いので、単位ファイバの軸線方向に進行する光のみがコ
ア内を伝搬することができ、それ以外の方向に進行する
光は、光吸収体によって吸収され除去される。各窪みの
側面は上記の傾斜角度を有しているので、空気中からの
外乱光は、単位ファイバの軸線方向からずれた方向に進
行し、この結果、光吸収体によって吸収、除去されて、
単位ファイバ内を伝搬することができない。このように
して空気中からの外乱光が除去されるので、コントラス
トの高い凹凸像が出力端面から出力される。
Since this unit fiber has no cladding, only light traveling in the axial direction of the unit fiber can propagate in the core, and light traveling in other directions is absorbed by the light absorber. Removed. Since the side surface of each depression has the above-mentioned inclination angle, disturbance light from the air travels in a direction deviated from the axial direction of the unit fiber, and as a result, is absorbed and removed by the light absorber,
It cannot propagate in the unit fiber. Since the disturbance light from the air is removed in this way, an uneven image with high contrast is output from the output end face.

【0019】次に、本願に係るファイバ光学プレートに
おいて、前記窪みの底部には、所定の遮光部材が取り付
けられていても良い。これにより、窪みの底部が丸まっ
ていて、窪みの側面の上記傾斜角度による外乱光除去効
果が十分に得られない状態にある場合にも、空気中から
の外乱光が窪みの底部を介してコアに入射することが防
止されるので、コントラストの高い凹凸像が出力される
ことになる。
Next, in the fiber optical plate according to the present invention, a predetermined light shielding member may be attached to the bottom of the depression. Accordingly, even when the bottom of the depression is rounded and the effect of removing disturbance light due to the inclination angle of the side surface of the depression is not sufficiently obtained, disturbance light from the air is transmitted to the core through the bottom of the depression. Is prevented from being incident on the image, so that an uneven image with high contrast is output.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しながら本
発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明に
おいて同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明
を省略する。また、図面の寸法比率は説明のものと必ず
しも一致していない。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements will be denoted by the same reference symbols, without redundant description. Also, the dimensional ratios in the drawings do not always match those described.

【0021】(第1実施形態)図1は、第1の実施形態
に係るファイバ光学プレート(以下、「FOP」と呼
ぶ)1を示す概略斜視図である。従来のFOPと同様
に、本実施形態のFOP1も、複数本の単位ファイバ6
が各々の軸線が略平行となるように束ねられて集成され
た構造を有しており、各単位ファイバ6の両端面がそれ
ぞれ集合して形成された入力端面2及び出力端面4を有
している。なお、図面の簡単のため、図1に示される二
つの側面のうち一方についてのみ単位ファイバ6を図示
し、他方の側面については省略している。また、入力端
面2においても、その一部についてのみ単位ファイバ6
の端面を図示し、他の部分については省略している。
(First Embodiment) FIG. 1 is a schematic perspective view showing a fiber optical plate (hereinafter referred to as "FOP") 1 according to a first embodiment. Like the conventional FOP, the FOP 1 of the present embodiment also includes a plurality of unit fibers 6.
Has an input end face 2 and an output end face 4 which are formed by bundling and assembling such that their respective axes are substantially parallel to each other. I have. For simplicity of the drawing, only one of the two side surfaces shown in FIG. 1 shows the unit fiber 6, and the other side surface is omitted. Also, at the input end face 2, only a part of the unit fiber 6 is used.
Are shown, and other portions are omitted.

【0022】図2は、FOP1の入力端面2を部分的に
示す拡大平面図であり、図3は、図2のII−II線断面図
である。これらの図に示されるように、単位ファイバ6
は、所定の屈折率を有する光伝搬領域であるコア10を
中心に有しており、更に、このコア10よりも低い屈折
率を有し、コア10を密着包囲するクラッド11、及び
クラッド11を密着包囲する光吸収体12を有してい
る。本実施形態のFOP1を凹凸像検出装置に使用する
場合、光吸収体12は、通常、被検体に照射される照明
光を吸収することのできる材料から構成される。
FIG. 2 is an enlarged plan view partially showing the input end face 2 of the FOP 1, and FIG. 3 is a sectional view taken along line II-II of FIG. As shown in these figures, the unit fiber 6
Has a core 10 which is a light propagation region having a predetermined refractive index at the center, and further has a clad 11 having a lower refractive index than the core 10 and tightly surrounding the core 10, and a clad 11. It has a light absorber 12 that is tightly enclosed. When the FOP 1 of the present embodiment is used in a concavo-convex image detecting device, the light absorber 12 is usually made of a material capable of absorbing illumination light applied to the subject.

【0023】以下では、単位ファイバ6の両端面のう
ち、FOP1の入力端面2側に位置する端面を単位ファ
イバ6の入力端面と呼び、出力端面4側に位置する端面
を単位ファイバ6の出力端面と呼ぶ。また、この呼称に
合わせて、コア10、クラッド11及び光吸収体12の
入力端面2側に位置する端面をこれらの入力端面と呼
び、出力端面4側に位置する端面をこれらの出力端面と
呼ぶ。
Hereinafter, of the two end faces of the unit fiber 6, the end face located on the input end face 2 side of the FOP 1 is called the input end face of the unit fiber 6, and the end face located on the output end face 4 side is the output end face of the unit fiber 6. Call. In accordance with this designation, the end faces of the core 10, the clad 11, and the light absorber 12 located on the input end face 2 side are called these input end faces, and the end faces located on the output end face 4 side are called these output end faces. .

【0024】図2及び図3に示されるように、各単位フ
ァイバ6のコア10の入力端面2側に位置する端部に
は、単位ファイバ6の軸線14上に最深部が位置する円
錐状の窪み20が設けられている。従って、コア10の
入力端面22は、窪み20の側面(円錐の側面)となっ
ている。一方、各単位ファイバ6のコア10の出力端面
は、クラッド11及び光吸収体12の入力端面及び出力
端面と同様に、軸線14に対して垂直になっている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the end of each unit fiber 6 located on the input end face 2 side of the core 10 has a conical shape in which the deepest part is located on the axis 14 of the unit fiber 6. A depression 20 is provided. Therefore, the input end face 22 of the core 10 is the side face of the depression 20 (conical side face). On the other hand, the output end face of the core 10 of each unit fiber 6 is perpendicular to the axis 14 similarly to the input end face and the output end face of the clad 11 and the light absorber 12.

【0025】図示のように、各コア10の入力端面2
2、すなわち窪み20の側面は、軸線14に対して所定
の鋭角αで傾斜している。言い換えると、コア10の入
力端面22上の任意の点を通る法線と軸線14とは、常
に鋭角(90°−α)で交わっている。従来のFOPと
同様に、この傾斜角度(スラント角)αは、入力端面2
2を介して空気中からコア10に光が入射しても、コア
10とクラッド11との境界面における入射光の全反射
が阻止されるような角度に設定されている。「従来の技
術」欄で述べたように、このスラント角αの範囲は、空
気中からコア10に入射した光のコア・クラッド間の境
界面に対する入射角がこの境界面での臨界角以下となる
ような範囲、と言うことができる。
As shown, the input end face 2 of each core 10
2, that is, the side surface of the depression 20 is inclined at a predetermined acute angle α with respect to the axis 14. In other words, the normal passing through any point on the input end face 22 of the core 10 and the axis 14 always intersect at an acute angle (90 ° -α). As with the conventional FOP, this inclination angle (slant angle) α
The angle is set so that even if light enters the core 10 from the air through the interface 2, total reflection of the incident light on the boundary surface between the core 10 and the clad 11 is prevented. As described in the “Prior Art” section, the range of the slant angle α is such that the angle of incidence of light incident on the core 10 from the air with respect to the interface between the core and the clad is equal to or less than the critical angle at this interface. It can be said that such a range.

【0026】このようなスラント角の範囲は、再掲する
以下の不等式で表される。 α≦αC=sin-1(n1/n0)−sin-1(na/n0) …(1) 以下では、このαCを、臨界スラント角と呼ぶことにす
る。
The range of the slant angle is represented by the following inequality. The α ≦ α C = sin -1 ( n 1 / n 0) -sin -1 (n a / n 0) ... (1) Hereinafter, this alpha C, referred to as the critical slant angle.

【0027】図4(a)及び(b)は、本実施形態のF
OP1についてコア10の屈折率と上記の臨界スラント
角αCとの関係を説明するための図及びグラフである。
図4(a)中で、αはコア10の入力端面22のスラン
ト角、βは入射角90°でコア10に入射した光(図4
(a)の矢印)の屈折角、θCはコア10とクラッド1
1との境界面における臨界角であり、n0はコア10の
屈折率、n1はクラッド11の屈折率、naは空気の屈折
率である。この図4(a)は、スラント角αが臨界スラ
ント角αCに等しい場合を示している。
FIGS. 4 (a) and 4 (b) show the F of this embodiment.
It is a diagram and graphs for explaining the relationship between the critical slant angle alpha C refractive index and the core 10 for OP1.
In FIG. 4A, α is the slant angle of the input end face 22 of the core 10, and β is the light incident on the core 10 at an incident angle of 90 ° (FIG.
The angle of refraction θ C is the core 10 and clad 1
A critical angle at the boundary surface between the 1, n 0 is the refractive index, n 1 of the core 10 is the refractive index of the cladding 11, the n a is the refractive index of air. FIG. 4A shows a case where the slant angle α is equal to the critical slant angle α C.

【0028】以下では、クラッドの屈折率n1を、1.
52に固定して考える。図4(b)に示されるように、
コア10の屈折率n0が1.56の場合、上記の(1)
式に基づいて、臨界スラント角αCは37.1°とな
る。従って、コア10の端面のスラント角αが37.1
°以下であれば、空気中からコア10に入射した光は全
反射条件を満たさず、クラッド11に漏出し、光吸収体
12に吸収されて除去される。
In the following, the refractive index n 1 of the clad is set to 1.
It is fixed at 52. As shown in FIG.
When the refractive index n 0 of the core 10 is 1.56, the above (1)
Based on the equation, the critical slant angle α C is 37.1 °. Therefore, the slant angle α of the end face of the core 10 is 37.1.
If it is less than or equal to °, the light incident on the core 10 from the air does not satisfy the condition of total reflection, leaks to the cladding 11, is absorbed by the light absorber 12, and is removed.

【0029】被検体(指など)をFOP1の入力端面2
に押しつけた状態で周知の方法により照明光を照射した
場合を考えると、被検体の凹部はコア10の入力端面2
2に接触しないことから、被検体の凹部表面とコア10
の入力端面22との間に空気が介在することになるの
で、被検体の凹部を介して入射した光は除去されること
になる。一方、コア10の入力端面22に密着する被検
体の凸部を介してコア10に入射した光のうちコア10
からクラッド11への入射角が図4(a)に示されてい
る臨界角θCよりも大きい光は、コア・クラッド間の境
界面で全反射を繰り返し、コア10の出力端面へ向かっ
て進行して、コア10の出力端面から出射する。このよ
うに、従来のFOPと同様に、被検体の凸部を介して入
射した光のみが実質的に出力端面4まで伝搬されるの
で、コントラストの高い凹凸像が出力端面4から出射す
る。
An object (such as a finger) is input to the input end face 2 of the FOP 1
Considering the case where illumination light is irradiated by a known method in a state where the core is pressed against the input end face 2 of the core 10.
2 does not come into contact with the core 10
Since air intervenes between the input end face 22 and the input end face 22, the light incident through the concave portion of the subject is removed. On the other hand, of the light incident on the core 10 through the convex portion of the subject that is in close contact with the input end face 22 of the core 10, the core 10
The light whose incident angle to the cladding 11 is larger than the critical angle θ C shown in FIG. 4A repeats total reflection at the interface between the core and the cladding, and proceeds toward the output end face of the core 10. Then, the light exits from the output end face of the core 10. As described above, similarly to the conventional FOP, only the light incident through the convex portion of the subject is substantially propagated to the output end face 4, so that a high-contrast uneven image is emitted from the output end face 4.

【0030】次に、図5を参照しながら、FOP1のC
CD検出器70への取り付けを説明する。ここで、図5
は、CCD検出器70に取り付けられたFOP1を示す
概略側面図である。この図に示されるように、FOP1
は、CCD検出器70の凹部76に設置されたCCDチ
ップ72の入力面74に出力端面4を接着することによ
り固定される。入力端面2に被検体を載置してから照明
光を照射すると、被検体の凹凸像が出力端面4から出射
し、入力面74を介してCCDチップ72に入射する。
これによって、被検体の凹凸像は、電気信号に変換され
て出力される。CCD検出器70に信号処理装置及び表
示装置を順次に接続すれば、被検体の凹凸像を表示装置
の画面上に表示することが可能となる。
Next, referring to FIG.
The attachment to the CD detector 70 will be described. Here, FIG.
3 is a schematic side view showing the FOP1 attached to the CCD detector 70. FIG. As shown in this figure, FOP1
Is fixed by bonding the output end face 4 to the input face 74 of the CCD chip 72 provided in the concave portion 76 of the CCD detector 70. When the subject is placed on the input end face 2 and then irradiated with illumination light, an uneven image of the subject exits from the output end face 4 and enters the CCD chip 72 via the input face 74.
Thus, the uneven image of the subject is converted into an electric signal and output. If a signal processing device and a display device are sequentially connected to the CCD detector 70, an uneven image of the subject can be displayed on the screen of the display device.

【0031】上述のように、本実施形態では、各単位フ
ァイバ6のコア10の入力端面2側の端部に窪み20を
設けることにより、被検体の表面を介した光が、空気中
からの外乱光を除去可能なスラント角で傾斜した窪み2
0の側面22から入射するようにするとともに、単位フ
ァイバ6の軸線14に対して垂直な出力端面4をFOP
が有することを可能にしている。従って、本実施形態の
FOP1は、従来通りコントラストの高い凹凸像を出力
することができる一方、従来のFOPと異なり、被検体
の凹凸像の出射方向が実質的に出力端面4の法線方向と
なるため、光検出器の入力面との間にマッチング液等を
介在させなくても凹凸像がFOP1から出射する。ま
た、凹凸像の出射方向が出力端面4の法線方向であるこ
とから、図5のようにFOP1をCCDチップ72に固
定したときに、CCDチップ72の入力面に対して実質
的に垂直に凹凸像が入射することになるので、明るい凹
凸像を得ることができる。更に、FOP1は、出力端面
4から垂直方向に延びた略直方体形状をしているので、
従来のFOPに比べて、CCD検出器70の凹部76へ
の取り付けを比較的容易に高精度で行うことができる。
As described above, in the present embodiment, by providing the recess 20 at the end of the core 10 of each unit fiber 6 on the input end face 2 side, the light passing through the surface of the subject can be transmitted from the air. Depression inclined at slant angle that can remove disturbance light 2
0 and the output end face 4 perpendicular to the axis 14 of the unit fiber 6 is FOP
Is possible to have. Therefore, the FOP 1 of the present embodiment can output a concavo-convex image with high contrast as before, but unlike the conventional FOP, the emission direction of the concavo-convex image of the subject is substantially the same as the normal direction of the output end face 4. Therefore, an uneven image is emitted from the FOP 1 without interposing a matching liquid or the like between the FOP 1 and the input surface of the photodetector. Further, since the emission direction of the uneven image is the normal direction of the output end face 4, when the FOP 1 is fixed to the CCD chip 72 as shown in FIG. Since an uneven image is incident, a bright uneven image can be obtained. Further, since the FOP 1 has a substantially rectangular parallelepiped shape extending vertically from the output end face 4,
The attachment of the CCD detector 70 to the concave portion 76 can be performed relatively easily and with high accuracy as compared with the conventional FOP.

【0032】(第2実施形態)第1実施形態では、単位
ファイバ6として、コア10、クラッド11、及び光吸
収体12からなる光ファイバを使用したが、代わりに、
コア10及び光吸収体12からなり、クラッドを有しな
い単位ファイバ(NA=0)を使用することもできる。
図6は、このような単位ファイバから構成される本実施
形態のFOPの入力端面を部分的に示す拡大平面図であ
り、図7は、図6のVI−VI線断面図である。なお、以下
では、第1実施形態のFOP1と同様の構成要素は、添
字aを付すことを除いて、FOP1と同じ符号を用いて
表す。
(Second Embodiment) In the first embodiment, an optical fiber comprising a core 10, a clad 11, and a light absorber 12 is used as the unit fiber 6, but instead,
A unit fiber (NA = 0) composed of the core 10 and the light absorber 12 and having no cladding can also be used.
FIG. 6 is an enlarged plan view partially showing the input end face of the FOP according to the present embodiment composed of such unit fibers, and FIG. 7 is a sectional view taken along line VI-VI of FIG. In the following, components similar to FOP1 of the first embodiment are denoted by the same reference numerals as FOP1 except that a suffix a is added.

【0033】図6及び図7に示されるように、本実施形
態における単位ファイバ6aは、所定の屈折率を有する
光伝搬領域であるコア10aを中心に有しており、更
に、このコア10aを密着包囲する光吸収体12aを有
している。第1実施形態と同様に、本実施形態のFOP
1aを凹凸像検出装置に使用する場合、光吸収体12a
は、通常、被検体に照射される照明光を吸収することの
できる材料から構成される。
As shown in FIGS. 6 and 7, the unit fiber 6a in the present embodiment has a core 10a which is a light propagation region having a predetermined refractive index at the center. It has a light absorber 12a that is tightly enclosed. As in the first embodiment, the FOP of this embodiment
When 1a is used in the uneven image detecting device, the light absorber 12a
Is usually made of a material capable of absorbing illumination light applied to the subject.

【0034】第1実施形態と同様に、各単位ファイバ6
aのコア10aの入力端面2a側に位置する端部には、
単位ファイバ6aの軸線14a上に最深部が位置する円
錐状の窪み20aが設けられており、また、各単位ファ
イバ6aのコア10aの出力端面は、軸線14aに対し
て垂直になっている。
As in the first embodiment, each unit fiber 6
a at the end of the core 10a on the input end face 2a side,
A conical depression 20a whose deepest portion is located on the axis 14a of the unit fiber 6a is provided, and the output end face of the core 10a of each unit fiber 6a is perpendicular to the axis 14a.

【0035】本実施形態においても、各コア10aの入
力端面22a、すなわち窪み20aの側面は、軸線14
aに対して所定のスラント角αで傾斜しており、このス
ラント角αは、所定の臨界スラント角αC以下の角度範
囲に設定されている。
Also in this embodiment, the input end face 22a of each core 10a, that is, the side face of the depression 20a is
is inclined at a predetermined slant angle α with respect to a, and this slant angle α is set to an angle range equal to or less than a predetermined critical slant angle α C.

【0036】図8(a)及び(b)は、クラッド無しの
単位ファイバ6aからなる本実施形態のFOP1aにつ
いて、コア10aの屈折率と臨界スラント角αCとの関
係を示すための図及びグラフである。図8(a)中で、
αはクラッド無し単位ファイバ6aの入力端面のスラン
ト角、βは入射角90°でコア10aに入射した光(図
8(a)の矢印)の屈折角であり、n0はコア10aの
屈折率、naは空気の屈折率である。なお、図8(a)
は、スラント角αが臨界スラント角αCに等しい場合を
示している。
FIGS. 8A and 8B are diagrams and graphs showing the relationship between the refractive index of the core 10a and the critical slant angle α C for the FOP 1a of the present embodiment composed of the unit fiber 6a without cladding. It is. In FIG. 8A,
α is the slant angle of the input end face of the unit fiber 6a without cladding, β is the refraction angle of light (arrow in FIG. 8A) incident on the core 10a at an incident angle of 90 °, and n 0 is the refractive index of the core 10a. , n a is the refractive index of air. FIG. 8 (a)
Shows a case where the slant angle α is equal to the critical slant angle α C.

【0037】なお、クラッド無しの単位ファイバに関す
る臨界スラント角は、クラッドを有する単位ファイバに
関する臨界スラント角とは少し異なる。すなわち、クラ
ッド無しの単位ファイバに関する臨界スラント角は、入
力端面に対して入射角90°でコアに入射した光が単位
ファイバの軸線方向に進行するようになる角度である。
図8(a)から明らかなように、この臨界スラント角α
Cは、 αC=90°−β =90°−sin-1(na/n0) …(2) のように表すことができる。スラント角αが臨界スラン
ト角αCに等しいときの屈折角βをβC(=90°−
αC)で表すと、入射角90°未満で空気中からコア1
0に入射した光の屈折角はβC未満となる。従って、こ
のような入射光は単位ファイバの軸線方向からずれた方
向に進行してコア10aと光吸収体12aとの境界面に
向かい、光吸収体12aに吸収されて除去される。ま
た、スラント角αが臨界スラント角αCよりも小さい場
合には、入射角90°以内で入射する全ての光の屈折角
がβC未満となり、空気中からの全ての入射光が光吸収
体12aによって吸収され、除去される。結局、スラン
ト角αが臨界スラント角αC以下であれば、空気中から
の入射光の単位ファイバ6a内の伝搬を実質的に阻止す
ることができる。
It should be noted that the critical slant angle for the unit fiber having no cladding is slightly different from the critical slant angle for the unit fiber having the cladding. That is, the critical slant angle of the unit fiber without cladding is an angle at which light incident on the core at an incident angle of 90 ° with respect to the input end face travels in the axial direction of the unit fiber.
As is clear from FIG. 8A, this critical slant angle α
C is, α C = 90 ° -β = 90 ° -sin -1 (n a / n 0) ... (2) can be expressed as in the. When the slant angle α is equal to the critical slant angle α C , the refraction angle β is given by β C (= 90 ° −
α C ), the core 1 is removed from the air at an incident angle of less than 90 °.
The refraction angle of the light incident on 0 is less than β C. Therefore, such incident light travels in a direction deviated from the axial direction of the unit fiber, travels to the boundary surface between the core 10a and the light absorber 12a, and is absorbed and removed by the light absorber 12a. When the slant angle α is smaller than the critical slant angle α C , the refraction angle of all light incident within an incident angle of 90 ° becomes less than β C, and all the incident light from the air is absorbed by the light absorber. Absorbed and removed by 12a. As a result, if the slant angle α is equal to or smaller than the critical slant angle α C , the propagation of the incident light from the air in the unit fiber 6a can be substantially prevented.

【0038】図8(b)に示されるように、コア10a
の屈折率n0が1.92の場合、臨界スラント角αCは5
8.6°となる。従って、クラッド無し単位ファイバ6
aの入力端面22aのスラント角αが58.6°以下で
あれば、空気中からコア10aに入射した外乱光が光吸
収体12aに吸収されて除去される。
As shown in FIG. 8B, the core 10a
For the refractive index n 0 is 1.92, the critical slant angle alpha C 5
8.6 °. Therefore, the cladding-free unit fiber 6
If the slant angle α of the input end surface 22a of a is equal to or less than 58.6 °, disturbance light incident on the core 10a from the air is absorbed by the light absorber 12a and removed.

【0039】被検体(指など)をFOP1aの入力端面
2aに押しつけた状態で周知の方法により照明光を照射
すると、被検体の凹部はコア10aの入力端面22aに
接触しないことから、凹部表面とコア10aの入力端面
22との間に空気が介在することになり、被検体の凹部
を介して入射した光は除去されることになる。一方、コ
ア10aの入力端面22aに密着する被検体の凸部を介
してコア10aに入射した光のうち単位ファイバ6aの
軸線14aと平行な方向に進行する光は、出力端面4a
に向かって直進し、出力端面4aから出射する。従っ
て、クラッド無しの単位ファイバ6aから構成される本
実施形態のFOP1aも、第1実施形態のFOP1と同
様に、被検体の凸部を介して入射した光のみを実質的に
出力端面まで伝送し、コントラストの高い凹凸像を出力
端面から出力することができる。更に、図8(b)と図
4(b)を比較すれば明らかなように、本実施形態のF
OP1aでは単位ファイバの入力端面のスラント角を実
施形態1のFOP1におけるスラント角よりも大きく設
定することができるので、被検体の凸部とコアの入力端
面との密着面積を大きくすることができ、これによっ
て、より鮮明な凹凸像を出力することができるようにな
っている。
When illumination light is irradiated by a well-known method in a state where a subject (such as a finger) is pressed against the input end face 2a of the FOP 1a, the concave portion of the subject does not contact the input end face 22a of the core 10a. Air is interposed between the input end face 22 of the core 10a and the light incident through the concave portion of the subject is removed. On the other hand, of the light incident on the core 10a through the convex portion of the subject that is in close contact with the input end face 22a of the core 10a, the light traveling in the direction parallel to the axis 14a of the unit fiber 6a is the output end face 4a.
, And exits from the output end face 4a. Therefore, similarly to the FOP1 of the first embodiment, the FOP1a of the present embodiment composed of the unit fiber 6a without the cladding also transmits substantially only the light incident through the convex portion of the subject to the output end face. Thus, an uneven image having high contrast can be output from the output end face. Further, as is apparent from a comparison between FIG. 8B and FIG.
In OP1a, the slant angle of the input end face of the unit fiber can be set to be larger than the slant angle of FOP1 of the first embodiment, so that the contact area between the convex portion of the subject and the input end face of the core can be increased. As a result, a clearer uneven image can be output.

【0040】次に、上記第1及び第2実施形態のFOP
1、1aの製造方法を説明する。これらのFOPは、柱
状のFOP(入力端面及び出力端面の双方が単位ファイ
バの軸線に対して垂直)を母体として用意し、この母体
FOPを構成する単位ファイバのコアの平坦な入力端面
を加工して上記の窪み20、20aを形成することによ
り作製することができる。
Next, the FOP of the first and second embodiments will be described.
A method of manufacturing the first and first embodiments will be described. In these FOPs, a columnar FOP (both the input end face and the output end face are perpendicular to the axis of the unit fiber) is prepared as a matrix, and the flat input face of the core of the unit fiber constituting the matrix FOP is processed. To form the above-mentioned depressions 20 and 20a.

【0041】窪み20、20aの形成は、例えば、塩酸
や硝酸等の酸をエッチャントとして用いたエッチングに
より行うことができる。この場合、母体FOPを作製す
るにあたって、単位ファイバのコアの組成を、コア中心
からの径方向距離rに依存して、酸に対するコアのエッ
チングレートが単調に変化するように設定しておく。具
体的には、径方向距離rが大きくなるのに応じてコアの
エッチングレートが小さくなるようにコアの組成を調整
する。この結果、母体FOPの単位ファイバのコアは、
単位ファイバの軸線を中心とした同心筒状の組成分布を
有することになる。
The depressions 20 and 20a can be formed by, for example, etching using an acid such as hydrochloric acid or nitric acid as an etchant. In this case, when fabricating the matrix FOP, the composition of the core of the unit fiber is set so that the etching rate of the core with respect to the acid monotonously changes depending on the radial distance r from the center of the core. Specifically, the composition of the core is adjusted so that the etching rate of the core decreases as the radial distance r increases. As a result, the core of the unit fiber of the parent FOP is
It has a concentric cylindrical composition distribution centered on the axis of the unit fiber.

【0042】以下では、母体FOPの単位ファイバのコ
アの組成例を説明する。この組成例では、単位ファイバ
のコアは、SiO2、B23、BaO、La23及びP
bOによって組成されている。以下の表1は、単位ファ
イバのコアの中心(A)及びコアの側面(B)における
組成をそれぞれ示すものである。
Hereinafter, an example of the composition of the core of the unit fiber of the parent FOP will be described. In this composition example, the core of the unit fiber is composed of SiO 2 , B 2 O 3 , BaO, La 2 O 3 and P 2.
It is composed of bO. Table 1 below shows the composition at the center (A) of the core and the side (B) of the core of the unit fiber, respectively.

【0043】[0043]

【表1】 [Table 1]

【0044】なお、表1において、各組成物の割合は、
重量パーセント濃度(wt%)で表されている。
In Table 1, the proportion of each composition is as follows:
Expressed as a weight percent concentration (wt%).

【0045】図9は、この単位ファイバのコアに含まれ
るBaO及びLa23の濃度分布を示す図である。な
お、この図において、r0はコアの半径を表している。
この図に示されるように、BaOの濃度はコアの中心
(A)から側面(B)に近づくにつれて55から50ま
で単調に減少し、逆に、La23の濃度はコアの中心
(A)から側面(B)に近づくにつれて10から15ま
で単調に増加する。BaOはLa23に比べて塩酸や硝
酸に対するエッチングレートが高いので、表1及び図9
に表される組成のコアは、中心から遠い箇所ほど上記の
酸に対するコアのエッチングレートが小さくなるような
構造を有している。
FIG. 9 is a diagram showing the concentration distribution of BaO and La 2 O 3 contained in the core of the unit fiber. In this figure, r 0 indicates the radius of the core.
As shown in this figure, the BaO concentration decreases monotonically from 55 to 50 from the center (A) of the core toward the side surface (B), and conversely, the concentration of La 2 O 3 decreases in the center (A) of the core. ) Monotonically increases from 10 to 15 from the side (B). Since BaO has a higher etching rate for hydrochloric acid and nitric acid than La 2 O 3 , Table 1 and FIG.
Has a structure in which the farther away from the center, the lower the etching rate of the core with respect to the acid.

【0046】上記実施形態に係るFOPを作製する場
合、このようなコアを有する単位ファイバ母材(第1実
施形態のFOPを作製する場合は、上記のコアをクラッ
ド及び光吸収体で包囲した構造のファイバ母材、第2実
施形態のFOPを作製する場合は、上記のコアを光吸収
体で包囲した構造のファイバ母材)を用意した後、所望
のファイバサイズになるまでこれを線引する。なお、ク
ラッドの材料としては、ソーダ石灰ガラスや硼珪酸ガラ
スを使用し、光吸収体の材料としては、このようなガラ
スにFe、Ni、Co、Cr、Mn等の酸化物を添加し
たガラスを使用する。
When fabricating the FOP according to the above embodiment, a unit fiber preform having such a core (when fabricating the FOP of the first embodiment, a structure in which the core is surrounded by a clad and a light absorber) In the case of fabricating the fiber preform of the second embodiment and the FOP of the second embodiment, after preparing the above-mentioned fiber preform having a structure in which the core is surrounded by a light absorber, this is drawn until a desired fiber size is obtained. . As a material for the clad, soda-lime glass or borosilicate glass is used, and as a material for the light absorber, a glass obtained by adding an oxide such as Fe, Ni, Co, Cr, or Mn to such a glass is used. use.

【0047】次に、線引により得られた長尺のファイバ
を一定の長さに切断して、均一の長さの複数の単位ファ
イバを得る。これらの単位ファイバを型に入れて整列さ
せ、加熱融着してファイバブロック体とする。次いで、
このファイバブロック体を一定の厚さに切断してから、
両端面を研磨することにより、単位ファイバの軸線に対
して垂直な入力端面及び出力端面を有する母体FOPを
作製する。以上の工程は、FOPの作製工程として周知
のものである。
Next, the long fiber obtained by the drawing is cut into a predetermined length to obtain a plurality of unit fibers having a uniform length. These unit fibers are placed in a mold, aligned, and heated and fused to form a fiber block. Then
After cutting this fiber block body to a certain thickness,
By polishing both end faces, a matrix FOP having an input end face and an output end face perpendicular to the axis of the unit fiber is produced. The above process is a well-known process for manufacturing an FOP.

【0048】こうして得られた母体FOPの両端面のう
ちエッチングを施す方の端面(入力端面となるべき面)
については、単位ファイバのコアの端面を除く部分を耐
酸性のあるマスク剤を用いてマスクする。また、母体F
OPの他方の端面は、マスク剤を用いて全面をマスクす
る。この後、この母体FOPを酸溶液中に浸漬してエッ
チングを行う。上述のように、単位ファイバのコアの組
成は、中心部ほどエッチングレートが大きく、側面に近
い箇所ほどエッチングレートが小さくなるので、このエ
ッチングによって単位ファイバのコアの一方の端部に、
単位ファイバの軸線と共軸の円錐形をした窪みが形成さ
れることになる。エッチングが終了した後は、FOPを
水洗いしてからマスク層を除去する。以上により、上記
実施形態のFOPを作製することができる。
The end face to be etched of the both end faces of the base FOP thus obtained (the face to be the input end face)
With regard to (2), the portion excluding the end face of the core of the unit fiber is masked using an acid-resistant masking agent. In addition, mother body F
The other end face of the OP is entirely masked using a masking agent. Thereafter, the base FOP is immersed in an acid solution to perform etching. As described above, the composition of the core of the unit fiber has a higher etching rate toward the center and a lower etching rate toward the side, so that one end of the core of the unit fiber is formed by this etching.
A conical depression coaxial with the axis of the unit fiber will be formed. After the etching is completed, the FOP is washed with water and then the mask layer is removed. As described above, the FOP of the above embodiment can be manufactured.

【0049】この製法では、単位ファイバの端部に形成
される窪みの斜面のスラント角αは、(1)コア組成物
の組合せ、及び(2)エッチング条件に影響される。特
に、(2)エッチング条件では、酸の種類、濃度及び温
度、浸漬の時間、並びに超音波の使用条件(超音波の強
度や超音波の照射時間)などが関係する。なお、超音波
は、エッチング中において母体FOPが浸漬されたエッ
チャント中に照射され、エッチャントを拡散すること等
によって均一なエッチングの進行を促している。このよ
うに、所望のスラント角の斜面を有する窪みを形成する
ためには、上記の条件を調整することが必要となる。
In this manufacturing method, the slant angle α of the slope of the depression formed at the end of the unit fiber is affected by (1) the combination of the core composition and (2) the etching conditions. In particular, (2) the etching conditions are related to the type, concentration and temperature of the acid, the immersion time, and the use conditions of the ultrasonic waves (ultrasonic intensity and ultrasonic irradiation time). The ultrasonic wave is irradiated into the etchant in which the base FOP is immersed during the etching, and promotes uniform etching by diffusing the etchant. As described above, in order to form a depression having a slope with a desired slant angle, it is necessary to adjust the above conditions.

【0050】(第3実施形態)図10は、第3の実施形
態に係るFOPの構造を示す部分断面図であり、図3や
図7と同様の図である。本実施形態のFOPは、第1実
施形態のFOP1における単位ファイバ6の窪み20の
底部に黒色の樹脂30を塗布したものである。これは、
窪み20の底部が丸くなっている場合に有効な処理であ
る。即ち、窪み20の底部が丸くなっていると、この丸
まった部分では上述したスラント角α(≦αC)による
外乱光除去効果が十分に得られず、空気中からコア10
に入射した光がコア10内を伝搬することが可能になっ
てしまう場合がある。本実施形態は、このことに鑑みた
もので、光を吸収するタイプの遮光部材である黒色樹脂
30を窪み20の丸まった底部に塗布することで、空気
中からの外乱光の入射を防ぎ、コントラストの高い凹凸
像を出力できるようにしている。
(Third Embodiment) FIG. 10 is a partial sectional view showing the structure of an FOP according to a third embodiment, and is similar to FIGS. 3 and 7. The FOP of the present embodiment is obtained by applying a black resin 30 to the bottom of the depression 20 of the unit fiber 6 in the FOP 1 of the first embodiment. this is,
This is an effective process when the bottom of the depression 20 is round. In other words, if the bottom of the depression 20 is rounded, the effect of removing the disturbance light due to the slant angle α (≦ α C ) described above cannot be sufficiently obtained in this rounded portion, and the core 10 cannot be removed from the air.
May be able to propagate through the core 10. In the present embodiment, in view of this, the black resin 30 which is a light-absorbing type light shielding member is applied to the rounded bottom of the recess 20 to prevent the incidence of disturbance light from the air, A high-contrast uneven image can be output.

【0051】なお、本実施形態のような窪みの底部への
遮光部材の取り付けは、第2実施形態のFOP1aにお
いても同様に有効である。
The attachment of the light shielding member to the bottom of the depression as in the present embodiment is similarly effective in the FOP 1a of the second embodiment.

【0052】本発明は、上記の実施形態に限られるもの
ではなく、様々な変形が可能である。例えば、単位ファ
イバのコアの端部に設けられる窪みの形状は、実施形態
の円錐形のように所定の角度で傾斜した単一の面を側面
とするような形状以外に、上述の角度で傾斜した複数の
側面を有する形状(例えば、三角錐等の多角錐形)であ
っても良い。
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications are possible. For example, the shape of the recess provided at the end of the core of the unit fiber is not limited to the shape having a single surface inclined at a predetermined angle as the side surface, such as the conical shape of the embodiment, and is inclined at the above angle A shape having a plurality of side surfaces (for example, a polygonal pyramid such as a triangular pyramid) may be used.

【0053】[0053]

【発明の効果】以上、詳細に説明した通り、本発明で
は、空気中からの外乱光を除去可能な角度で傾斜した側
面を有する窪みを単位ファイバのコアの端部に設けるこ
とで、ファイバ光学プレートが従来通りコントラストの
高い凹凸像を出力できるようにするとともに、単位ファ
イバの軸線に対して垂直な出力端面をファイバ光学プレ
ートが有することを可能にしている。このため、本願に
係るファイバ光学プレートは、光検出器の入力面との間
にマッチング液等を介在させなくても凹凸像を出射させ
ることができ、また、出力端面を光検出器の入力面に突
き合わせて固定したときに明るい凹凸像を得ることがで
きる。更に、本願に係るファイバ光学プレートは、出力
端面から垂直方向に延びた形状をしているので、従来の
ファイバ光学プレートに比べて、光検出器への取り付け
を比較的容易に高精度で行うことができ、取り付けた後
もコンパクトである。
As described in detail above, according to the present invention, the fiber optics is provided by providing, at the end of the core of the unit fiber, a depression having a side surface inclined at an angle capable of removing disturbance light from the air. The plate enables the output of a concavo-convex image with high contrast as before, and also allows the fiber optic plate to have an output end face perpendicular to the axis of the unit fiber. For this reason, the fiber optical plate according to the present application can emit a concavo-convex image without interposing a matching liquid or the like between the input surface of the photodetector and the output end face of the input surface of the photodetector. A bright uneven image can be obtained when fixed against the surface. Further, since the fiber optical plate according to the present application has a shape extending in the vertical direction from the output end face, it is relatively easy and highly accurate to attach to the photodetector as compared with the conventional fiber optical plate. And compact after installation.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】第1の実施形態に係るFOP1を示す概略斜視
図である。
FIG. 1 is a schematic perspective view showing an FOP 1 according to a first embodiment.

【図2】FOP1の入力端面2を部分的に示す拡大平面
図である。
FIG. 2 is an enlarged plan view partially showing an input end face 2 of the FOP1.

【図3】図2のII−II線部分断面図である。FIG. 3 is a partial sectional view taken along line II-II of FIG. 2;

【図4】単位ファイバがクラッドを有する場合のコア屈
折率と臨界スラント角αCとの関係を説明するための図
及びグラフである。
FIG. 4 is a diagram and a graph for explaining a relationship between a core refractive index and a critical slant angle α C when a unit fiber has a cladding.

【図5】CCD検出器70に取り付けられたFOP1を
示す概略側面図である。
FIG. 5 is a schematic side view showing the FOP1 attached to the CCD detector 70.

【図6】クラッド無し単位ファイバから構成される第2
の実施形態のFOP1aの入力端面2aを部分的に示す
拡大平面図である。
FIG. 6 shows a second structure composed of unit fibers without cladding.
FIG. 10 is an enlarged plan view partially showing an input end face 2a of the FOP 1a according to the embodiment.

【図7】図6のVI−VI線断面図である。FIG. 7 is a sectional view taken along line VI-VI of FIG. 6;

【図8】単位ファイバがクラッドを有しない場合のコア
の屈折率と臨界スラント角αCとの関係を説明するため
の図及びグラフである。
FIG. 8 is a diagram and a graph for explaining the relationship between the refractive index of the core and the critical slant angle α C when the unit fiber has no cladding.

【図9】コア組成物の濃度分布を示す図である。FIG. 9 is a view showing a concentration distribution of a core composition.

【図10】第3の実施形態に係るFOPの構造を示す部
分断面図である。
FIG. 10 is a partial sectional view showing a structure of an FOP according to a third embodiment.

【図11】(a)は、従来のFOP50を示す側面図で
あり、(b)は、FOP50の構造を示す部分拡大断面
図である。
11A is a side view showing a conventional FOP 50, and FIG. 11B is a partially enlarged sectional view showing a structure of the FOP 50.

【図12】CCD検出器70のCCDチップ72に取り
付けられたFOP50を示す側面図である。
FIG. 12 is a side view showing the FOP 50 attached to the CCD chip 72 of the CCD detector 70.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…ファイバ光学プレート(FOP)、2…入力端面、
4…出力端面、6…単位ファイバ、10…コア、11…
クラッド、12…光吸収体、14…単位ファイバの軸
線、20…窪み、22…コア10の入力端面。
1. Fiber optic plate (FOP) 2: Input end face
4 ... output end face, 6 ... unit fiber, 10 ... core, 11 ...
Cladding, 12: light absorber, 14: axis of unit fiber, 20: depression, 22: input end face of core 10.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 各々の軸線が相互に略平行となった状態
で集成された複数の単位ファイバを備え、これらの単位
ファイバの各々の両端面がそれぞれ集合して構成される
入力端面及び出力端面を有するファイバ光学プレートで
あって、 前記単位ファイバの各々は、所定の屈折率を有する光伝
搬領域であるコアを含んでおり、各コアの両端部のうち
前記入力端面側の端部には、前記単位ファイバの軸線に
対して傾斜した側面を有する窪みが設けられており、 前記各窪みの前記側面の傾斜角度は、前記側面を介して
空気中から前記単位ファイバに入射した光の前記単位フ
ァイバ内での伝搬を阻止する角度であり、 前記出力端面は、前記各単位ファイバの軸線と直交する
面であるファイバ光学プレート。
1. An input end face and an output end face each comprising a plurality of unit fibers assembled in a state in which respective axes are substantially parallel to each other, and both end faces of each of these unit fibers are assembled. Wherein each of the unit fibers includes a core which is a light propagation region having a predetermined refractive index, and an end of the core on both sides of the input end face side, A depression having a side surface inclined with respect to the axis of the unit fiber is provided, and the inclination angle of the side surface of each depression is the unit fiber of light incident on the unit fiber from air through the side surface. A fiber optical plate, wherein the output end face is a plane orthogonal to the axis of each unit fiber.
【請求項2】 前記各単位ファイバは、前記コアを密着
包囲し、前記コアよりも低い屈折率を有するクラッド
と、このクラッドを密着包囲し、前記コアから漏れた光
を吸収する光吸収体と、を更に含んでおり、 前記各窪みの側面の傾斜角度は、この側面を介して空気
中から前記単位ファイバに入射した光の前記単位ファイ
バ内での全反射を阻止する角度である請求項1記載のフ
ァイバ光学プレート。
2. The unit fiber, wherein the unit fiber closely surrounds the core and has a lower refractive index than the core, and a light absorber which closely surrounds the clad and absorbs light leaked from the core. The angle of inclination of the side surface of each of the depressions is an angle that prevents total reflection in the unit fiber of light incident on the unit fiber from the air from the air through the side surface. A fiber optic plate as described.
【請求項3】 前記各単位ファイバは、前記コアを密着
包囲し、このコアからの光を吸収する光吸収体、を更に
含んでおり、 前記各窪みの側面の傾斜角度は、この側面を介して空気
中から前記単位ファイバに入射した光を前記単位ファイ
バの軸線方向からずれた方向に進行させる角度である請
求項1記載のファイバ光学プレート。
3. The unit fiber further includes a light absorber that tightly surrounds the core and absorbs light from the core, and a tilt angle of a side surface of each of the depressions is set through the side surface. The fiber optical plate according to claim 1, wherein the angle is such that light incident on the unit fiber from the air travels in a direction deviated from an axial direction of the unit fiber.
【請求項4】 前記窪みの底部には、所定の遮光部材が
取り付けられていることを特徴とする請求項1〜3のい
ずれか記載のファイバ光学プレート。
4. The fiber optic plate according to claim 1, wherein a predetermined light shielding member is attached to a bottom of the depression.
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