JP2003203223A - 像検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】被検体の濃淡情報、原稿等の画像情報を同じセ
ンサで読みとること。 【解決手段】光ファイバアレイ基板１０１と、その上の
回路導体層１０９と、回路導体層上に配置されたイメー
ジセンサ１０６と、光ファイバの入射面に対する入射角
を臨界角より大きくし、且つ入射面での反射光方向が、
光ファイバの光軸方向に対して、光ファイバ内面での全
反射臨界角以下になるように配置された第１の照明手段
１０４と、光ファイバの入射面に対する入射角を臨界角
より小さくし、且つ入射面での反射光方向が、光ファイ
バの光軸方向に対して、光ファイバ内面での全反射臨界
角以上になるように配置された第２の照明手段１０５
と、前記各照明手段の点灯又は消灯に関する制御を行う
制御手段１１０とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、ゴム印や
指紋などの柔らかい物体の表面に形成された凹凸パター
ン及びその濃淡情報を一次元の画像データとして直接入
力するための像検出装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、指紋などの微少な凹凸パター
ンを検出する代表的なものとして光学式の検出装置があ
る。従来の光学式の凹凸パターン検出装置としては、プ
リズムを用いるものが知られている（例えば、特許文献
１参照）。

【０００３】この従来例では、直角プリズムを用い、入
射面から平行光を入射し、この入射光が直角プリズムの
傾斜面で全反射されて出射面から出力した出射光をカメ
ラで撮像する構成となっている。指などの凹凸のある物
体が直角プリズムの傾斜面に密着接触した場合には、凹
部では入射光は全反射されるが、凸部では屈折率の関係
により全反射が生じない。この作用により凹凸により明
暗が明瞭につき、凹凸パターンを検出できる。

【０００４】このような構成の光学式凹凸パターン検出
装置では、光源から照射される入射光とカメラに撮像さ
れる出射光がほぼ直角になるよう光源やカメラを配置し
なければならず、凹凸検出装置の小型化が困難であっ
た。

【０００５】この課題を解決する構成として、従来か
ら、光ファイバプレートを使用した凹凸パターン検出装
置が知られている（例えば、特許文献２参照）。

【０００６】この従来の凹凸パターン検出装置の構成に
ついて、図２３、図２４を用いて説明する。

【０００７】図２３において、２３０１は光ファイバ
束、２３０１ａは光ファイバ束２３０１の入射面、２３
０１ｂは光ファイバ束２３０１の出射面であり、入射面
２３０１ａは光ファイバ束２３０１の各光ファイバの中
心軸に対して所定角度で傾斜している。２３０２は照明
手段（例えば、ＬＥＤ）、２３０３は照明手段から投光
される平行光束（照射光）である。

【０００８】次に動作について説明する。まず、照明手
段２３０２から平行光束２３０３を投光する。この平行
光束２３０３は光ファイバ束２３０１を透過して入射面
２３０１ａに到達する。

【０００９】この場合、入射面２３０１ａに対する平行
光束２３０３の入射角θは光ファイバのコア部２４０２
と空気との界面における臨界角より大きいものとする。

【００１０】従って、反射角θの反射光２４０１（図２
４参照）は、被検体２１０１の凹部と非接触の入射面２
３０１ａで全反射となり、被検体２１０１の凸部と接触
している入射面２３０１ａで媒質相互の屈折率によって
非全反射となる。

【００１１】これにより、凹部が非接触の部分の反射光
は凸部が接触している部分の反射光より強くなるので、
反射光２４０１は凹凸パターンに応じたコントラストの
高い光パターンを形成する。イメージセンサ２１０５は
出射面２３０１ｂに直接付着されているので、イメージ
センサ２１０５の撮像面は出射面２３０１ｂに直接接
触、または出射面２３０１ｂの近傍に配置されている。

【００１２】従って、出射面２３０１ｂ上の光パターン
はイメージセンサ２１０５の撮像面に直接入力される。
以上のように、光学ファイバ束を用いると、光ファイバ
束を曲げたりすることができ、プリズムを用いる場合に
比べて光路設計に自由度があり小型化には適する。

【００１３】図２４は、図２３に示した凹凸パターン検
出装置の光ファイバの一つを拡大した断面図である。本
図では入射面とファイバの光軸の角度を規定している。

【００１４】図２４において、２４０１は入射面２３０
１ａにおける平行光束２３０３の正反射光であり、正反
射光２４０１と入射面の法線２４０５との角度はθに設
定されている。２４０２は光ファイバ束２３０１の１本
の光ファイバのコア部、２４０３はクラッドである。２
４０４は光ファイバの中心軸であり、入射面２３０１ａ
の近傍では、中心軸２４０４と入射面２３０１ａの法線
２４０５との角度はφである。

【００１５】入射面２３０１ａ近傍の光ファイバの中心
軸２４０４は反射光２４０１に対してほぼ平行であり、
入射面２３０１ａの法線２４０５と光ファイバの中心軸
２４０４のなす角φは、反射光２４０１が光ファイバ束
２３０１の光ファイバ内を全反射により伝搬することが
できるように次式（数１）に示す全反射伝搬臨界角の条
件を満たしている。

【００１６】

【数１】 （数１）において、ｎcoreは光ファイバのコア部２４０
２の屈折率、Ｎ．Ａ．は、光ファイバの開口数である。

【００１７】これにより、反射角θの反射光２４０１は
光ファイバ束２３０１の各光ファイバを伝搬する。この
時入射面２３０１ａに被検体２１０１の凸部が接触して
いる光ファイバでは非全反射光が伝搬され、入射面２３
０１ａに凹部が対向している光ファイバでは全反射光が
伝搬される。

【００１８】ところで、図２３，２４に示す従来の凹凸
パターン検出装置では、照明手段２３０２から照射され
た照明光２３０３は、光ファイバ束を横切り入射面２３
０１ａに入射される。

【００１９】入射面に押し当てられた凹凸パターンのう
ち、凹部においては、図２４の様に入射面は空気に接し
ている。

【００２０】ここで、入射面の法線方向２４０５と入射
された照明光とがなす各θを、ファイバのコア２４０２
が空気に対して有する全反射臨界角以上に設定してい
る。

【００２１】これにより、凹凸パターンが密着していな
い凹部においては、入射面２４０２に対して全反射条件
を満たし、照射光２３０３は完全に反射され入射面の法
線と反対方向に法線となす角θで反射され、ファイバ伝
達光２４０１としてファイバ内を伝達する。

【００２２】この時更に、光ファイバの光軸２４０４と
光ファイバ伝達光２４０１とがなす角を、光ファイバ内
面での全反射臨界角以下になるように、光ファイバの光
軸方向設定されている。

【００２３】これにより、光ファイバ伝達光は、ファイ
バのコア２４０２とクラッド２４０３の界面を全反射し
ながら出射面２３０１ｂ方向に伝達される。つまり、照
射光２３０３のほぼ全ての光量が出射面側のイメージセ
ンサに入射されイメージセンサにて光ー電気変換をし
て、光量に応じた電気信号を出力している。

【００２４】一方、凹凸パターンの凸部においては、光
ファイバのコア２４０２と凹凸パターンの凸部密着して
いるため、全反射臨界角が空気に対する臨界角が異なる
ため、全反射条件とならない。

【００２５】そこで、入射面に照射された照射光は、入
射面を透過して被検体２１０１に照射される。照射光
は、被検体２１０１の表面若しくは内部で散乱され、そ
の一部が再び光ファイバの入射面２４０２からファイバ
へ伝達される。ファイバ内部に伝達された散乱光のう
ち、更に光ファイバ内面での全反射臨界角以内の光のみ
が、ファイバ内部を伝達して出射面に伝達されてファイ
バからイメージセンサに照射される。

【００２６】このようにして、凹部はほぼ全反射されて
強い光がイメージセンサ照射され、凸部においては、弱
い散乱光の一部がイメージセンサに照射され、凹凸パタ
ーンに応じた電気出力がイメージセンサから出力され
る。

【００２７】

【特許文献１】特開昭５５−１３４４６号公報

【特許文献２】特開平６−３００９３０号公報

【００２８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、光学フ
ァイバ束を用いた上記凹凸パターン検出装置には以下の
様な課題がある。

【００２９】図２３の様に、照明光源を個別に設置して
いるため装置全体が一体となった小型化が困難である
（第１の課題）。

【００３０】また、撮像素子が光ファイバの光軸に垂直
に設けられており、装置を平板化できない。装置を設置
し易いように、撮像素子を図２３のように垂直にするた
めには光学ファイバを入射面と出射面の間で曲げなけれ
ばならない。光学ファイバは曲げることはできるが、手
間がかかりコストアップの要因となるだけでなく、伝送
ロスにより画像が暗くなったり、画像に歪みが出るなど
の課題がある（第２の課題）。

【００３１】特に薄型化が困難である。また、パッケー
ジングして面実装するのが困難であり、できたとしても
高さが高くなる。また、光学ファイバの中心軸と入射面
の法線のなす角を（数１）で規定しているが、この範囲
では入射面で全反射した光がコア内で全反射して伝搬す
ると言う条件にすぎず、この条件の境界では入射面で全
反射する光の一部だけが光学ファイバ内を伝搬するにす
ぎず、光の利用効率が悪く、かつ画像が暗くなるという
課題を有していた。

【００３２】ところで、複写物の様な被検体に関して
は、その断面をミクロ的に見れば、紙面上に複写用トナ
ーが半円形状の突起物として付着している。そのため、
上記の様な従来の凹凸パターン検出装置の構成では、ト
ナーの突起物と光ファイバのコアとが点接触するため、
光ファイバのコアが、被検体の表面と光学的に密着する
領域が極めて少ない。

【００３３】そのため、光ファイバの入射面では、全反
射条件をみたすことになり、照射光が入射面から被検体
に進むことがない。

【００３４】このため被検体の濃淡情報、更に言えば、
原稿などの画像情報を同一のセンサで読みとることが不
可能であるという課題を有していた（第３の課題）。

【００３５】本発明は、上記従来の第３の課題に鑑み、
同一の検出装置において、被検体の凹凸パターンを検出
する機能と、被検体の画像情報を検出できる機能の両方
を備えた像検出装置を提供することを目的とするもので
ある。

【００３６】

【課題を解決するための手段】第１の本発明は、一方の
端面を入射面、他方の端面を出射面とする複数の光ファ
イバが貫通されて配置された、前記出射面を含む面を主
面とする光ファイバアレイ基板と、前記主面上に形成さ
れた回路導体層と、前記回路導体層上の所定の位置に配
置されたイメージセンサと、前記光ファイバの前記入射
面に対する入射角を臨界角より大きくし、且つ前記入射
面での反射光方向が、前記光ファイバの光軸方向に対し
て、光ファイバ内面での全反射臨界角以下になるように
配置された第１の照明手段と、前記光ファイバの前記入
射面に対する入射角を臨界角より小さくし、且つ前記入
射面での反射光方向が、前記光ファイバの光軸方向に対
して、光ファイバ内面での全反射臨界角以上になるよう
に配置された第２の照明手段と、前記第１、第２の照明
手段の点灯又は消灯に関する制御を行う制御手段とを備
え、前記光ファイバの光軸方向が前記光ファイバアレイ
基板の前記主面の法線と所定の角度傾いて配置されてい
る像検出装置である。

【００３７】第２の本発明は、前記制御手段により、前
記第１の照明手段からの照射光のみが前記入射面に照射
された場合、前記入射面に接触された被検出対象の凹凸
パターンの凹部からの反射光が凸部からの反射光よりも
強い凹凸パターンを検出する上記第１の本発明の像検出
装置である。

【００３８】第３の本発明は、前記第１の照明手段は、
前記主面上に、透光性絶縁樹脂を介してフェースダウン
で実装されている上記第１または２の本発明の像検出装
置である。

【００３９】第４の本発明は、前記制御手段により、前
記第２の照明手段からの照射光のみが前記入射面に照射
された場合、前記入射面に接触された被検出対象の凹凸
パターンの濃度に対応した反射光を検出する上記第１の
本発明の像検出装置である。

【００４０】第５の本発明は、前記第２の照明手段は、
前記主面上に、透光性絶縁樹脂を介してフェースダウン
で実装されている上記第１または２にの本発明の像検出
装置である。

【００４１】第６の本発明は、前記制御手段は、前記第
１の照明手段の照明光と前記第２の照明手段からの光を
時間分割して選択的に光ファイバの入射面に照射する上
記第１の本発明の像検出装置である。

【００４２】第７の本発明は、前記光ファイバアレイ基
板の厚さをｄ、前記光ファイバの前記入射面での臨界角
をθとした時、前記第１の照明手段は、前記光ファイバ
アレイ基板上の前記入射面の実質上中心の位置に対向す
る、前記主面上の位置から、前記出射面と反対方向に少
なくともｄ×ｔａｎθの距離だけ離れた位置に配置され
ている上記第１〜６の本発明の何れか一つの像検出装置
である。

【００４３】第８の本発明は、前記第２の照明手段が、
前記光ファイバアレイ基板上の前記入射面の実質上中心
の位置に対向する、前記主面上の位置を基準として、前
記出射面側の領域に配置されている上記第１〜６の本発
明の何れか一つの像検出装置である。

【００４４】第９の本発明は、前記イメージセンサ、前
記第１の照明手段、及び前記第２の照明手段が配置され
た領域と、前記入射面及び出射面の領域とを除いた領域
の表面に光吸収層が形成されている上記第１〜８の本発
明の何れか一つの像検出装置である。

【００４５】第１０の本発明は、前記吸収層の屈折率
と、前記光ファイバアレイ基板の前記ベースガラスの屈
折率との差が０．１以下である上記第８の本発明の像検
出装置である。

【００４６】第１１の本発明は、前記光ファイバの光軸
方向が前記入射面の法線となす角度が、前記第１の照明
手段から出る光の前記入射面での反射角より小さい関係
にある上記第１〜１０の本発明の何れか一つの像検出装
置である。

【００４７】

【発明の実施の形態】以下、上記第１の課題及び／又は
第２の課題を解決する、本発明に関連する技術の実施の
形態について、図面を用いて説明する。

【００４８】（実施の形態Ａ１）図１、図２は、本発明
に関連する技術の実施の形態Ａ１における凹凸検出セン
サの断面図と上面図である。

【００４９】凹凸検出センサ６０は、ファイバ付き光学
プレート５０の一方の表面に照明装置４と光電変換装置
（イメージセンサ）３を実装したものからなる。被検出
物となる指Ｆは、照明装置４と光電変換手段３が実装さ
れた面と相対する面のファイバの入射面に密着して置か
れる。指Ｆを図１の矢印方向に動かすことにより、２次
元の凹凸パターンを得ることができる。

【００５０】この凹凸検出センサ６０の構成要素につい
て詳述する。ファイバ付き光学プレート５０は、平板状
で照明装置から放射される光を透過する材料で形成され
ており、ファイバ１が一部に埋め込まれている。ファイ
バ１の光軸は光学プレートの主たる面に対して垂直では
なく、傾斜している。

【００５１】ファイバ１は、図１に示すように指Ｆの幅
方向は全幅に渡るように設けられており、長さ方向は光
電変換装置の幅だけ設けられている。ファイバはコアと
クラッドおよびクラッドの周囲の吸収体で構成されてい
る。ファイバ以外の部分は、ガラスを用いた。

【００５２】図３はファイバ付き光学プレートの製造方
法を示す工程図である。２枚のガラス２２の主たる２面
を光学研磨する。同様にファイバプレート２１を厚さ調
整して表面を光学研磨する（図３（ａ））。

【００５３】ファイバプレート２１をガラス２２で挟ん
で接合する（図３（ｂ））。この時ファイバの光軸がガ
ラス２２の表面と平行になるようにする。接合方法とし
ては、イ）熱融着、ロ）接着、ハ）直接接合などがあ
る。

【００５４】熱融着では、ファイバプレートをガラスで
挟み込んで圧力をかけながら加熱する。ファイバプレー
トよりガラスの融点を低くしておくと、ガラスの接合面
が溶けてファイバプレートに融着される。

【００５５】この方法は比較的簡単に接合できる。反
面、熱によりガラスが歪み、成形性がやや劣る。接着す
る場合には、ガラスやファイバプレートとほぼ屈折率が
硬化後に等しくなる光学用の接着剤を用いる。

【００５６】紫外線硬化型の接着剤を用いると温度を上
げることなく、極めて容易に接着できる。接着剤が厚い
場合や、屈折率差が大きい場合は、散乱や吸収がおこり
迷光が増加する原因となる。

【００５７】直接接合法は、接合面を表面処理した後、
接触させることにより接合する方法で接着剤などの中間
層が介在せず、かつ低温の熱処理で接合できるため、接
合面での反射・散乱などがなく、形状も保たれるという
利点がある。

【００５８】図４に基づき直接接合の原理を説明する。
図４は直接接合による接合の各段階におけるガラス、フ
ァイバープレートの界面状態を示す。

【００５９】直接接合による接合では基板の表面を研磨
して表面を均一な鏡面にした後、洗浄し表面のゴミや汚
染物を取り去る。この基板を親水化処理して表面を活性
化し、乾燥した後、２枚の基板を重ね合わせる。

【００６０】図４（ａ）〜図４（ｃ）中で、Ｌ１、Ｌ
２、Ｌ３は基板間の距離を示している。

【００６１】まず、基板であるガラス２２とファイバプ
レート２１の両面を鏡面研磨する。次いで、これらのガ
ラス２２とファイバープレート２１を、アンモニアと過
酸化水素と水の混合液（アンモニア水：過酸化水素水：
水＝１：１：６（容量比））で洗浄して、ガラス２２、
ファイバープレート２１に親水化処理を施す。図４
（ａ）に示すように、前記混合液で洗浄されたガラス２
２、ファイバープレート２１の表面は水酸基（−ＯＨ
基）で終端され、親水性になっている（接合の前の状
態）。

【００６２】次いで、図４（ｂ）に示すように、親水化
処理を施したガラス２２、ファイバープレート２１の圧
電基板を、分極軸の向きが互いに反対方向となるように
して接合する（Ｌ１＞Ｌ２）。

【００６３】これにより、脱水が起こり、圧電基板２と
圧電基板３は、水酸基の重合や水素結合などの引力によ
り引き合って接合される。

【００６４】このように、鏡面研磨された面同士を表面
処理して、接触させることにより、界面に接着剤などの
接着層を介さずに対向する面を接合することを「直接接
合」による接合と呼ぶ。

【００６５】直接接合による接合では接着剤を使用しな
いので、接合界面に接着層が存在しない。また、一般的
には、低温の熱処理を施すことにより、分子間力による
接合から共有結合やイオン結合などの原子レベルのより
強力な接合となる。

【００６６】また、所望により、上記のようにして接合
したガラス２２、ファイバプレート２１に、４５０℃の
温度で熱処理を施してもよい。

【００６７】これにより、図４（ｃ）に示すように、ガ
ラス２２の構成原子とファイバプレート２１の構成原子
との間が酸素原子Ｏを介して共有結合した状態となり
（Ｌ２＞Ｌ３）、両基板が原子レベルでさらに強固に直
接接合される。

【００６８】即ち、接合の界面に接着剤などの接着層の
存在しない結合状態が得られる。

【００６９】別の場合としては、ガラス２２の構成原子
とファイバプレート２１の構成原子との間が水酸基を介
して共有結合した状態となり、両基板が原子レベルで強
固に直接接合される場合もある。

【００７０】なお、基板が熱に弱い場合には熱処理を行
う必要はない。また、熱処理を行う場合には、ファイバ
の特性が変わらず、溶融しない温度以下で熱処理を行う
のが望ましい。これによって、さらに強固な直接接合に
よる接合をさせることができる。

【００７１】接合したガラスとファイバプレートを平板
状に切り出す。切り出す際に、図３（ｃ）のように接合
面に対して角度をつけて切断する。

【００７２】切断はワイヤーソーを用いて行った。切断
間隔は１．１ｍｍとした。切り出しの角度については後
述する。切り出した平板は端部を落として矩形に揃えた
（図３（ｄ））。

【００７３】この平板の主たる２面を光学研磨すること
により、ファイバ入り光学プレート５０が製作できる。
研磨後の厚さは１．０ｍｍであり、２０ｍｍｘ１０ｍｍ
の長方形である（図３（ｅ））。

【００７４】以上のようにして作製したファイバ入り光
学プレートに照明装置と光電変換装置を実装する。

【００７５】図２に示すように、照明装置と光電変換装
置に電源、接地、信号取り出し等を行うための引き出し
線７を形成した。引き出し線７の先には、外部と信号を
取り出すための外部電極パット８も形成した。引き出し
線７と外部電極パット８は、金やアルミなどの金属膜を
マスク蒸着してパターン形成した。

【００７６】照明装置４、光電変換装置３の電極と相対
する引き出し線上には、金属バンプ５を打った。この金
属バンプ５を介して照明装置４、光電変換装置３の電極
とファイバ入り光学プレート上の引き出し線７を接続
し、外部電極パットを介して信号のやりとりを行うこと
ができる。

【００７７】照明装置には、赤色のＬＥＤをベアチップ
で用いた。また、光電変換装置にはシリコン光ダイオー
ドアレイを同様にベアチップで用いた。光学プレートと
チップ表面の間は後述する理由により、ガラスまたはフ
ァイバの屈折率に近い屈折率を有する接着剤を充填し
た。

【００７８】光電変換装置のシリコン光ダイオードアレ
イは５０μｍピッチでフォトダイオードが２次元に配列
されている。指の幅方向に当たるチャネル方向には、３
００素子のフォトダイオードが並べられ、これが縦方向
に１６ライン配列されており、指の全幅はフォトダイオ
ード上にある。

【００７９】各素子の信号は、１ライン目の１から３０
０チャネルまで順に読み出され、次に２ライン目のチャ
ネル指定された時間で順次読み出すことができる。読み
出された信号は、図中には示されないＡＤ変換器により
デジタル化され、ＣＰＵにより処理され、画像化され
る。

【００８０】ファイバ入り光学プレートの厚さは１ｍｍ
であり、ベアチップのＬＥＤやシリコンフォトダイオー
ドアレイを実装するため、極めて薄型の凹凸検出センサ
を製作できた。

【００８１】図５は凹凸検出センサのパッケージング例
を示す断面図である。ファイバ入り光学プレートは、照
明装置および光電変換手段を実装した面を内向きにして
プラスチック製のパッケージ１２ａに取り付けられてい
る。

【００８２】パッケージ１２ａの内面には外部電極１３
と接続された端子があり、ファイバ入り光学プレートの
外部電極パットとこの端子間がリード線で接続され、パ
ッケージ外部に信号が取り出される。パッケージ１２ａ
の下部には他のパッケージ１２ｂが封着されている。以
上により、面実装可能なパッケージ内に凹凸検出センサ
が収納された。

【００８３】図６は他の実装例を示す断面図である。こ
の実装例は、凹凸検出センサを具備すべき機器の筐体に
直接実装する場合の例である。

【００８４】筐体１５の一部に開口部を設け、この開口
部に凹凸検出センサをはめ込む。筐体の開口部の内側に
は凸部が設けられ、ファイバー入り光学プレートがはめ
込まれる。筐体の内部側にはプリント基板１６が止めら
れており、凹凸検出センサの外部電極パットとプリント
基板とはリード線１４で接続される。

【００８５】凹凸検出センサが平板状で照明装置と光電
変換手段がこの上に実装された一体構造のため、筐体に
容易に取り付けることができる。

【００８６】本例の凹凸検出センサの動作原理を図７
（ａ）、（ｂ）をもとに述べる。

【００８７】照明装置であるＬＥＤから光が放射され
る。ＬＥＤからの光は、そのＬＥＤ指向性に依存するが
光学プレート内に拡がり放射される。ここで、光が光学
プレートの表面で反射しないようにＬＥＤ表面と光学プ
レート表面の間に空気層がないように光学プレートのガ
ラスの屈折率に近い樹脂を充填した。

【００８８】ＬＥＤの表面から放射される光のうち、フ
ァイバの入射面に直接到達する光がファイバ入射面で全
反射するような位置にＬＥＤは実装されている。入射面
に凸状の物体の接触がなく、空気層が存在する場合には
そのまま全反射してファイバ内を伝搬して光電変換装置
の表面に到達し、電気信号に変換される。

【００８９】入射面に凸状の物体が密着した場合には、
ファイバ外側と内側の屈折率の関係が崩れるため、ファ
イバの入射面で全反射を起こさない。従って、凹凸の密
着の有無によりファイバ内を伝搬して光電変換装置に到
達する光の強度に差ができるため、凹凸パターンを画像
として検出できた（図７（ａ））。

【００９０】ファイバの入射面で光学プレート内を伝搬
した光が全反射する全反射臨界角θｃは、ファイバのコ
アの屈折率をｎcoreとした場合、θｃ＝ｓｉｎ^-1(１／
ｎcore）となる。従って、ファイバの入射面の法線とＬ
ＥＤの光放射面のなす角がθｃ以上になるようにする
と、ファイバ面で全反射が起きる。

【００９１】より好適には、ファイバのＬＥＤ側の端部
とＬＥＤの放射面のファイバ側の端部を結ぶ線がファイ
バの入射面の法線のなす角度がθｓ以上で有ればよい。

【００９２】ファイバの光軸がファイバ入射面の法線に
対してなす角度φはファイバ入射面での全反射光がより
多くファイバ内のコアとクラッド間で全反射してファイ
バ内を伝達するように決めた。

【００９３】図７（ｂ）に反射角とファイバの傾斜角の
関係を示す。先程も述べたように、ファイバ入射面での
全反射臨界角はθｃであり、これ以上の角度をもつ光
は、ファイバ入射面で全反射する。一方、ファイバの光
軸が入射面に対して角度φ傾斜している時、入射面での
反射光がファイバ内のコア−クラッド間で全反射してフ
ァイバ内を伝達する範囲は、入射面の法線に対して角度
θaと角度θｂの間に入ってくる光である。θaとφは、
（数２）で、θｂとφは（数３）で表される。

【００９４】

【数２】

【００９５】

【数３】 よって、（数４）の範囲にある全反射光がファイバ内に
伝達することになる。

【００９６】

【数４】 図７（ｂ）より、全反射光がより多くファイバ内で伝達
するには、θａよりθｃが等しいか大きければよいこと
になる。従って、ファイバ光軸の入射面の法線に対する
傾斜角φは（数５）を満たすように決めればよい。

【００９７】

【数５】 この角度にファイバを傾斜させることにより、最も入射
光の利用効率が高く、凹凸でのコントラストが大きい凹
凸パターンの画像を得ることができた。ファイバの光軸
に対してファイバから光電変換装置に出力される出力面
も傾斜している。

【００９８】ファイバ内を伝達してきた光は全反射する
角度で出力面に到達することになる。出力面に空気層な
どファイバのコアより屈折率が小さく、その差が大きい
物質が接している場合には、ファイバを伝達してきた光
は出力面から出力せず全反射してしまい、光電変換装置
に入力されないことになる。

【００９９】このため、光電変換装置のフォトダイオー
ドアレイの表面とファイバ出力面の間にファイバのコア
の屈折率以上の樹脂を埋めた。これにより、出力光はフ
ァイバ出力面で全反射することなく、光電変換装置のフ
ォトダイオードアレイに入射させることができた。

【０１００】本実施形態ではバンプ法で光電変換装置を
実装する時の接着剤でこの機能を発揮することができ
た。なお、最適にはコアの屈折率より高い屈折率の樹脂
を用いるのがよいが、コアの屈折率より小さくてもこれ
に近ければ全反射する割合が小さくなり、ファイバから
出力することができる。

【０１０１】本実施の形態に用いた光電変換装置では、
チャネル方向は３００チャネルで指の幅を全てカバーし
ているが、指を動かす方向には１６ラインしかない。こ
れらは繰り返しライン方向の信号を取得した後、ＣＰＵ
により２次元画像を再構成することができた。

【０１０２】なお、光電変換装置としてフォトダイオー
ドアレイを用いたが、ＣＣＤなどを用いてもよい。

【０１０３】なお、光学プレートの材料としてガラスを
用いたが、アクリルなどの透明樹脂を用いてもよく、フ
ァイバもプラスティックファイバを用いてもよい。

【０１０４】以上のように、照明装置、光電変換手段が
一体となった平板状で薄型かつ小型の凹凸検出センサを
実現することができた。

【０１０５】（実施の形態Ａ２）本発明に関連する技術
の実施の形態Ａ２における凹凸検出センサの断面図を図
８に示す。ファイバ入り光学プレートおよび光電変換装
置の実装は実施の形態Ａ１と同様であるので説明は省略
する。

【０１０６】照明装置４とガラス２の間に導光板９上を
具備した。照明装置への導通をとる配線が導光板上に形
成され、この配線上にバンプを打ち、接着剤を介して照
明装置を実装した。照明装置から放射される光は、ほぼ
均一に導光板で拡散し、ガラス内に入る。

【０１０７】実施の形態Ａ１で述べたように照明装置か
らガラスへは直接、光が入射しにくいが導光板を介すこ
とにより容易に入りやすくなった。接着剤では材料が限
定され、接着村などの問題があるが導光板を用いること
により均一な入射を簡単に行うことができた。

【０１０８】（実施の形態Ａ３）本発明に関連する技術
の実施の形態Ａ３におけるファイバ入り光学プレートと
凹凸検出センサの断面図を図９に示す。

【０１０９】本実施の形態では、一部にブロック状の光
吸収体１０を有するファイバ入り光学プレートを用い
た。光吸収体はガラス素材に吸収体を混ぜて溶融後、成
形した。凹凸検出手センサ６０の構成は、実施の形態Ａ
１とほぼ同じであり詳細な説明は省略する。

【０１１０】照明装置からファイバの入射面に到達して
全反射した光の一部はファイバ内で全反射して伝達せず
にファイバを突き抜けてしまう。このような光はガラス
２の端面などで反射して直接光電変換素子に入ったり、
ファイバ内に戻って光電変換装置に検出されてしまう場
合がある。

【０１１１】このような迷光があると、本来、被検体の
凸部が密着して光が光電変換装置に届かない部分からも
光電変換装置から出力が出てしまう。これにより、凹凸
パターンのコントラストが低下したり、解像度が低くな
る。

【０１１２】光吸収体１０を照明装置４と反対側の光学
プレートに埋め込むことにより、ファイバを横断して突
き抜け、散乱する光を吸収する。これにより迷光が極め
て少なくなり、コントラストの高い凹凸パターン画像を
得ることができた。

【０１１３】図１０は光吸収体を用いた他の実施形態を
示す断面図である。図１０に示すように光吸収体をファ
イバ１とガラス２の界面に膜状の樹脂として設けた。

【０１１４】ファイバ１とガラス２を接合する際、光を
吸収する接着剤で接合することにより形成できた。ブロ
ック状の吸収体を用意することなく、製造過程で接着剤
を選定するだけでよく容易に製造できる。

【０１１５】また、板状の光吸収体を挟み込んでファイ
バとガラスを接合してもよい。

【０１１６】なお、光吸収体としてはガラス材料だけで
なく、アルマイト処理したアルミなどの金属、セラミッ
ク、カーボン板などを用いることができる。

【０１１７】（実施の形態Ａ４）本発明に関連する技術
の実施の形態Ａ４におけるファイバ付き光学ファイバを
用いた凹凸検出センサの断面図を図１１に示す。凹凸検
出手センサ６０の構成は、実施の形態Ａ１とほぼ同じで
あり詳細な説明は省略する。

【０１１８】ファイバ入り光学ファイバにはブロック状
の光吸収体が照明装置４の側に２カ所設けられている。
光吸収体１０はガラスに吸収体を入れて溶融成形したも
のを用いた。光吸収体１０は照明装置４から放射される
光のうち、ファイバ１の入射面で全反射する光以外の光
を吸収する様に配置された。

【０１１９】即ち、ファイバ入射面の幅をおいて全反射
臨界角より大きな角度で照明装置４から放射される光路
の両側に光吸収体１０を配置した。照明装置４からは、
その指向性により光学プレート内のほぼ全方向に光が放
射される。光吸収体１０を入射側に設けて全反射光とな
らない入射光を吸収して除去することにより、光電変換
素子へ全反射光以外が入るのを妨げることができた。

【０１２０】これにより、照明装置から放射される光が
ガラス面やファイバ面で散乱され迷光となって光電変換
装置に入力することが少なくなり、コントラストの優れ
た凹凸検出センサが実現できた。

【０１２１】また、吸収体を用いるよりも光の利用効率
が高く、照明装置の輝度を低くすることができ、低電圧
化や低消費電力化が可能となった。

【０１２２】図１２は光吸収体１０を用いた他の実施形
態を示す断面図である。

【０１２３】図１２に示すように光吸収体をガラス２の
中に膜状の樹脂として設けた。ガラス２を３つの部分に
分けて成形し、これを接合する際、光を吸収する接着剤
で接合することにより形成できた。ブロック状の吸収体
を用意することなく、製造過程で接着剤を選定するだけ
でよく容易に製造できる。

【０１２４】また、板状の光吸収体１０を挟み込んでフ
ァイバとガラスを接合してもよい。

【０１２５】なお、ガラス材料等の光吸収体１０だけで
なく、アルマイト処理したアルミなどの金属、セラミッ
ク、カーボン板などの光反射体１１を用いることができ
る（図１３，１４参照）。

【０１２６】（実施の形態Ａ５）本発明に関連する技術
の実施の形態Ａ５におけるファイバ入り光学プレートを
用いた凹凸検出センサの断面図を図１５に示す。凹凸検
出手センサ６０の構成は、実施の形態Ａ１とほぼ同じで
あり詳細な説明は省略する。

【０１２７】ファイバ入り光学プレート５０は他の実施
の形態と同様に入射面に対して光軸が傾斜したファイバ
１を有し、さらに逆方向に傾斜した別のファイバ１１５
が埋め込まれている（図１５参照）。

【０１２８】このファイバ１１５の入射面上には照明装
置４が実装されている。ファイバ１１５の出力端はファ
イバ１の側面に接合されている。ファイバ１１５はファ
イバ１の入射面に対して全反射臨界角より大きい角度で
設置されているため、照明装置４から放射される光が他
に散乱することなくファイバ１の入射面で全反射する。

【０１２９】以上により、入射光が散乱して迷光となる
ことがないため、コントラストが高く分解能の優れた凹
凸検出センサが実現できた。

【０１３０】以上の説明より明らかなように、本発明は
平板状であるため薄型であり、平板の主たる面での全反
射光をファイバの出射面に伝搬できるファイバ入り光学
プレートを提供できる。

【０１３１】また、本発明によれば、照明装置と光電変
換装置が主たる面に実装されて、平板状で薄型かつ小型
の凹凸検出センサを提供することができる。さらに、迷
光の少ないコントラストが高く分解能に優れた凹凸検出
センサを実現できる。

【０１３２】次に、上記第３の課題を解決する本発明の
実施の形態について図面を参照にして説明する。

【０１３３】（実施の形態Ｂ１）本発明の像検出装置の
一実施の形態について、図１６〜図１８、図２５を参照
しつつ説明する。

【０１３４】図１６は実施の形態Ｂ１に係る像検出装置
の断面構造図である。同図において、像検出装置１００
は、光ファイバ基板１０１、イメージセンサ１０６、第
１の照明手段（例えば、ＬＥＤ）１０４、第２の照明手
段（例えば、ＬＥＤ）１０５から構成されている。

【０１３５】又、第１の照明手段１０４、第２の照明手
段１０５の何れが一方を選択的に点灯させるための制御
を行う制御回路１１０及び駆動回路１１１も備えている
（図２５参照）。図２５は、本実施の形態の像検出装置
の概略構成を示すブロック図である。

【０１３６】図１７及び図１８は、図１６の入射面周辺
の拡大断面図である。入射光２０１は第１の照明手段か
ら入射面へ照射された光である。反射光２０２は入射光
２０１が、入射面１０７で反射された光である。θｉは
入射光２０１が、入射面の法線となす角であり、θｔｈ
は入射面１０７における光ファイバ１０２の空気に対す
る全反射臨界角である。

【０１３７】また、図１８で示すように被検体の凸部３
００での散乱光３０１のうち光ファイバの光軸となす角
が光ファイバ内面の全反射臨界角以下の光が３０２であ
る。

【０１３８】光ファイバ基板１０１は、複数の光ファイ
バ１０２をベースガラス１０３の厚み方向に貫通させて
埋め込んで構成されている。

【０１３９】前記光ファイバ１０２の端部で露出してい
る領域に、入射面１０７及び出射面１０８を形成してい
る。出射面を形成している側の光ファイバ基板の面上に
回路導体層１０９を形成し、出射位置に対応した所定の
位置に、透光性絶縁樹脂を介してフェースダウンでイメ
ージセンサ１０６を実装している。

【０１４０】また、この光ファイバの光軸の方向は、出
射面を形成している光ファイバ基板の第１の主面の法線
方向と所定の角度をもって構成されている。

【０１４１】更に、光ファイバ基板上の所定の位置に透
光性絶縁樹脂を介してフェースダウンで第１、第２の照
明手段１０４、１０５が配置されている。

【０１４２】例えば、図１７に示す様に、この第１の照
明手段１０４は、その照明光が前記光ファイバの入射面
の法線２０３となす入射角（θｉ）を全反射臨界角（θ
ｔｈ）より大きくし、且つ第１の照明手段１０４からの
照明光の入射面での反射光方向が、前記光ファイバの光
軸方向に対して、光ファイバ内面での全反射臨界角（θ
ｆａ）以内になるように配置している。

【０１４３】つまり、光ファイバの基板に埋設された光
ファイバの主軸の方向（θｐ）と、第１の照明手段１０
４からの照明光の入射面での反射光の方向（θｏ）とが
なす角度は、光ファイバ内面の全反射臨界角θｆａより
小さく設定している。

【０１４４】具体的には、θｏ−θｆａ＜θｐ＜θｏ＋
θｆａの関係が成り立つ様に、入射面に対する第１の照
明手段１０４の位置と、光ファイバの傾斜角度とが決定
されている。

【０１４５】ここで、光ファイバ内面の全反射臨界角θ
ｆａとは、光ファイバ内面を光が損失することなく伝搬
する最大の角度であり、光ファイバのコア材の屈折率を
ｎ１、クラッドの屈折率をｎ２としたとき、ｃｏｓ（θ
ｆａ）＝（ｎ２／ｎ１）で表すことが出来る。

【０１４６】第２の照明手段１０５は、その照明光の前
記光ファイバの入射面に対する入射角を臨界角より小さ
くし、且つ前記照明光の入射面での反射光方向が、前記
光ファイバの光軸方向に対して、光ファイバ内面での全
反射臨界角以内になるように配置している。

【０１４７】次に、本実施の形態の像検出装置における
動作を説明する。

【０１４８】まず、ゴム印や指紋など比較的柔らかく、
光ファイバ基板の入射面に光学的に密着する被検体の凹
凸を検出する場合、第１の照明手段を用いて光ファイバ
一端部である入射面に照明光を照射する。

【０１４９】凹部では光ファイバの空気に対する全反射
条件が成立するので、入射光２０１は入射面１０７で完
全に反射される。反射光２０２は、光ファイバ基板１０
１に厚さ方向に傾いて埋設されている。

【０１５０】つまり、光ファイバの基板に埋設された光
ファイバの主軸の方向と、入射面での反射光方向（θ
ｏ）とがなす角度は、光ファイバ内面の全反射臨界角
（θｆａ）より小さく設定しているので、その傾いた光
ファイバの光軸と反射光２０２が光ファイバ内での全反
射条件を満足するので、吸収されることなくイメージセ
ンサ１０６に伝達され光量に対応した電圧を出力する。

【０１５１】第１の照明手段から光ファイバ端部である
入射面に照射された光であって、且つ、光ファイバの空
気に対する全反射条件が成立する光の内、光ファイバの
伝搬角だけずれた光も光ファイバの角度が前記条件を満
たす様に配置することにより、効率良く伝搬することが
出来る。

【０１５２】そのため、良好な光束を出射面まで伝搬さ
せ、イメージセンサ１０６から電圧として出力される。

【０１５３】一方、被検体の凸部３００では、入射面で
の全反射条件を満足しないので入射光２０１は、入射面
１０７より光ファイバ基板の外部に出射され、被検体の
凸部３００の表面若しくは内部で散乱されてその一部が
再び光ファイバ基板の内部に反射光３０１として入射面
より入射される。

【０１５４】反射光３０１の更に一部の、伝達方向と光
ファイバの光軸方向が光ファイバの内部全反射臨界角以
下の光３０２は、光ファイバ内面を全反射を繰り返して
出射面よりイメージセンサ１０６に伝達され光量に対応
した電圧を出力する。

【０１５５】次に、印刷物などの様な被検体の画像情報
を、光ファイバ基板の入射面に接触させて光学的な画像
情報を読みとる場合、第２の照明手段を用いて光ファイ
バ一端部である入射面に照明光を照射する。

【０１５６】入射光４０１は、図１９に示すように光フ
ァイバの臨界角θｔｈより小さい角度で入射させている
ので、入射面での反射は小さく、ほとんどの光量が原稿
面４０２に照射される。原稿面では、その濃淡に応じて
散乱光が反射され、その一部が再び光ファイバ基板の内
部に反射光４０３として入射面より入射される。

【０１５７】反射光４０３に含まれる光４０４、即ち、
伝達方向と光ファイバの光軸方向が光ファイバ内面の全
反射臨界角以下の光４０４は、光ファイバ内部での全反
射を繰り返して出射面よりイメージセンサ１０６に伝達
され光量に対応した電圧を出力する。

【０１５８】光ファイバの光軸方向（θｐ）と、第１の
照明手段からの照明光の入射面での反射光の方向（θ
ｏ）とは、光ファイバ内面の全反射臨界角θｆａだけず
れている。

【０１５９】そのため、第２の照明手段からの照明光
の、原稿面４０２での散乱光の内、このずれ角度に対応
する光は、出射面より光ファイバの内部に入り込む。そ
して、内部に入り込んだ光は、光ファイバ内面の全反射
臨界角内にあるので、損失無く光ファイバの中を伝搬
し、出射面よりイメージセンサ１０６に伝搬される。こ
れにより、光量に対応した電圧が出力される。

【０１６０】更に、光ファイバの光軸方向（θｐ）が入
射面の法線２０３となす角度θｐが、第１の照明手段１
０４から出る光の入射面での反射角θｏより小さい関係
になる様に、入射面に対する第１の照明手段１０４の位
置と、光ファイバの傾斜角度とを決定すれば（θｏ−θ
ｆａ＜θｐ＜θｏ）、出射面より光ファイバの伝搬角内
に入り込む散乱光の光量が多い角度に光ファイバを配置
出来るので、イメージセンサより、大きな出力電圧が得
られる。

【０１６１】ここで、被検体の種類により、装置の使用
者が、第１の照明手段を点灯させるか、第２の照明手段
を点灯させるかの選択が出来る様に、制御回路を構成す
ればよい。

【０１６２】また、場合によっては、制御回路からの指
令により、第１の照明手段と第２の照明手段を高速に点
灯／消灯を繰り返し、この指令に連動して駆動回路によ
り、イメージセンサを駆動することにより、ほぼ同時に
凹凸情報と画像情報を連続的に取得することもできる。

【０１６３】ここで、第１の照明手段は、光ファイバの
臨界角より大きな角度で入射面に照射する必要がある。
これは、光ファイバ基板の厚さをｄ、光ファイバの臨界
角をθｔｈとすると、第１の照明手段が光ファイバアレ
イ基板の入射面よりｄ×ｔａｎ（θｔｈ）以上離れた領
域の厚さ方向に対向する位置に配置されなければならな
い。

【０１６４】また、第２の照明手段は、光ファイバの臨
界角より小さい光のみを入射面に照射してやる必要があ
る。

【０１６５】（実施の形態Ｂ２）図２０は、本発明の実
施の形態Ｂ２に係る像検出装置の断面構造図である。

【０１６６】第２の照明手段５０１は、光ファイバ基板
の出射面を形成している主面であって、入射面と対向す
る領域５０２に配置している。第２の照射手段から出射
された光は、入射面にほぼ垂直に入射される。被検体で
の反射光は、スネルの法則が成り立つ垂直方向５０３に
強く出射される。この反射光は、原稿表面からの反射光
で画像情報に依存したものではないが、光ファイバの内
部での全反射臨界角よりも大きいのでイメージセンサ１
０６に到達することがない。従って、原稿からの散乱光
５０４の一部がイメージセンサに到達し、画像情報が電
圧となって出力される。

【０１６７】（実施の形態Ｂ３）図２１は、本発明の実
施の形態Ｂ３に係る像検出装置の断面構造図である。

【０１６８】第２の照明手段６０１が光ファイバアレイ
基板の出射面を形成した主面上で、且つ入射面と対向し
た領域５０２よりも出射面側に位置した領域６０２に配
置している。

【０１６９】第２の照射手段から出射された光は、光フ
ァイバの光軸よりも大きな角度で入射面に入射される。

【０１７０】被検体での反射光は、スネルの法則が成り
立つ垂直方向５０３に強く出射される。この反射光は、
原稿表面からの反射光で画像情報に依存したものではな
いが、光ファイバの内部での全反射臨界角よりも大きい
のでイメージセンサ１０６に到達することがない。従っ
て、原稿からの散乱光５０４の一部がイメージセンサに
到達し、画像情報が電圧となって出力される。

【０１７１】また、第２の照明手段６０１は、光ファイ
バ基板の出射面を形成している主面であって、入射面と
対向する領域５０２より出射面側に位置した領域６０２
に配置している。第２の照射手段から出射された光は、
入射面にほぼ垂直に入射される。

【０１７２】被検体での反射光は、スネルの法則が成り
立つ方向６０３に強く出射されるが、この反射光も光フ
ァイバの内部での全反射臨界角よりも大きいのでイメー
ジセンサ１０６に到達することがない。

【０１７３】従って、原稿からの散乱光６０４の一部が
イメージセンサに到達し、画像情報が電圧となって出力
される。

【０１７４】（実施の形態Ｂ４）図２２は、本発明の実
施の形態Ｂ４に係る像検出装置の断面構造図である。同
図（ａ）は、第２の照射手段を用いたときの散乱光の一
部を表している。

【０１７５】第２の照明手段から照射された光うち、原
稿情報を反映した散乱光の一部７０１は前述のように光
ファイバの内部を全反射しながらイメージセンサ１０６
に到達するが、残りの散乱光は、光ファイバ基板の内部
を伝搬していく。

【０１７６】一例として図２２（ａ）の７０２で示す。
このような散乱光は、やがて基板から出射して一部はイ
メージセンサに入射してしまう。このような光は原稿情
報に対応しない迷光として読みとり品質を大きく損なわ
せてしまう。

【０１７７】図２２（ｂ）は、本発明の実施の形態Ｂ４
を示している。光ファイバ基板のイメージセンサ、第１
の照明手段、第２の照明手段を配置する領域及び入射面
及び出射面を除いた表面に光吸収層７０３を形成してい
る。この吸収層により、迷光は光ファイバ内部を反射す
る毎に吸収されていきイメージセンサに到達する光の強
度は極めて小さなものとなった。

【０１７８】この吸収層での吸収を高め印字品位を更に
高めるには、光ファイバ基板のベースガラスと吸収層と
の間の反射をおさえるために、吸収層７０３の屈折率
が、光ファイバ基板のベースガラス１０２の屈折率差に
等しいか若しくは０．１以下であることが望ましい。

【０１７９】以上述べて様に、本発明の像検出装置によ
れば、例えば、入射領域において、被検体の凹凸パター
ンの検出と、被検体の表面での画像情報の検出とが可能
であり、これら双方の検出情報を、時分割的に取得する
ことができる。つまり、２個のイメージセンサを実装す
ることなく、凹凸パターンの凹凸情報と、その画像情報
を良好に得ることができ、小型で良好な像検出装置を提
供することが出来る。

【０１８０】像検出装置に関する本願発明に関連し、且
つ本願発明者が発明した、主として上記実施の形態Ａ１
〜Ａ５で述べた各例の本質的発明部分を以下に開示す
る。

【０１８１】即ち、以下に示す本質的発明部分（ここで
は、本発明に関連する第１の発明〜第２０の発明とし
て、単に、第１関連発明〜第２０関連発明と称す）は、
上記第１，第２の課題に鑑みてなされたものであり、平
板内の一部に光学ファイバを光軸が入射面に対して傾斜
した状態で有する光学プレートを用い、該光学プレート
の一方の面に照明装置と光検出装置を設けることによ
り、小型でかつ平板で薄型の凹凸検出センサを提供する
ことを目的とする。

【０１８２】第１関連発明は、平板の中の一部に光学フ
ァイバーを有し、前記光学ファイバーの光軸が前記平板
の主たる面に対して垂直でないことを特徴とする光学プ
レートである。

【０１８３】この構成により、平板状であるため薄型で
あり、平板の主たる面での全反射光をファイバの出射面
に伝搬できるファイバ入り光学プレートを提供できる。

【０１８４】第２関連発明は、ファイバ以外の平板がガ
ラスにより形成されていることを特徴とする上記第１関
連発明の光学プレートである。

【０１８５】この構成により、光学ファイバと光学特性
が近いため、入射光の変化が少なく、かつ光学ファイバ
と接合しやすい比較的製造しやすく安価なファイバ入り
光学プレートを提供できる。

【０１８６】第３関連発明は、ファイバ以外の部分とフ
ァイバが直接接合されていることを特徴とする上記第１
又は第２関連発明の光学プレートである。

【０１８７】これにより、融着する場合よりも成形性が
よく接着層の影響がないファイバ入り光学プレートが提
供できる。

【０１８８】第４関連発明は、前記ファイバと前記ファ
イバ以外の部分が酸素原子及び水酸基の少なくとも１つ
を介して直接接合によって接合されてなることを特徴と
する上記第３関連発明の光学プレートである。

【０１８９】第５関連発明は、平板の一部が光吸収体か
らなることを特徴とする上記第１又は第２関連発明の光
学プレートである。

【０１９０】この構成により、ファイバ以外の部分から
の散乱光の影響を除去することのできるファイバ入り光
学プレートを提供できる。

【０１９１】第６関連発明は、平板の一部が光反射体か
らなることを特徴とする上記第１又は第２関連発明の光
学プレートである。

【０１９２】これにより、ファイバ以外の部分からの散
乱光の影響を除去することのできるファイバ入り光学プ
レートを提供できる。

【０１９３】第７関連発明は、平板の一部に他の光学フ
ァイバーを有することを特徴とする上記第１又は第２関
連発明の光学プレートである。

【０１９４】これにより、散乱光の影響を除去すること
のできるファイバ入り光学プレートを提供できる。

【０１９５】第８関連発明は、前記光学プレートの幅方
向の全幅に渡って前記ファイバを有し、長さ方向には一
部にのみファイバを有することを特徴とする上記第１〜
第６関連発明の何れか一つの光学プレートである。

【０１９６】第９関連発明は、上記第１関連発明の光学
プレートと、前記光学プレートの主たる面に設けた照明
装置と、前記光学プレートのファイバの出力面に設けた
光電変換装置（例えば、イメージセンサ）とを備えたこ
とを特徴とする凹凸検出センサである。

【０１９７】これにより、照明装置と光電変換装置が主
たる面に実装されて、平板状で薄型かつ小型の凹凸検出
センサを提供することができる。

【０１９８】第１０関連発明は、上記第５関連発明の光
学プレートと、前記光学プレートの主たる面に設けた照
明装置と、前記光学プレートのファイバの出力面に設け
た光電変換装置とを備え、前記光学プレートの光吸収体
が前記光電変換装置に対して前記照明装置と反対側に設
けられていることを特徴とする凹凸検出センサである。

【０１９９】これにより、光電変換装置の周囲からの散
乱光を吸収することにより、光電変換装置に入る迷光を
小さくするとができ、検出できるコントラストが高くな
ることから検出分解能の高い凹凸検出センサが提供でき
る。

【０２００】第１１関連発明は、上記第５関連発明の光
学プレートと、前記光学プレートの主たる面に設けた照
明装置と、前記光学プレートのファイバの出力面に設け
た光電変換装置とを備え、前記光学プレートの光吸収体
が前記光電変換装置に対して前記照明装置と同じ側に設
けられていることを特徴とする光学プレート。

【０２０１】これにより、光学ファイバの入射面で全反
射する光以外の光を除去することができ、散乱光などの
影響が小さい検出分解能の高い凹凸検出センサが提供で
きる。

【０２０２】第１２関連発明は、前記光吸収体が前記照
明装置から放射される光のうち、ファイバの入射面にお
いて全反射する光以外を吸収するように設けられている
ことを特徴とする凹凸検出センサである。

【０２０３】これにより、全反射以外の光がファイバ内
に入射するのを防ぐことができ、散乱光などの影響が小
さい検出分解能の高い凹凸検出センサが提供できる。

【０２０４】第１３関連発明は、上記第５関連発明の光
学プレートと、前記光学プレートの主たる面に設けた照
明装置と、前記光学プレートのファイバの出力面に設け
た光電変換装置とを備え、前記光学プレートの光反射体
が前記光電変換装置に対して前記照明装置と同じ側に設
けられていることを特徴とする凹凸検出センサである。

【０２０５】これにより、反射体により、入射光の光路
を制限することができ、全反射以外の光がファイバ内に
入射するのを防ぐことができ、散乱光などの影響が小さ
い検出分解能の高い凹凸検出センサが提供できる。

【０２０６】第１４関連発明は、前記光反射体が前記照
明装置から放射される光が、反射体で反射して閉じこめ
られファイバの入射面において全反射光となるよう反射
体が設けられていることを特徴とする上記第１２関連発
明の凹凸検出センサである。

【０２０７】第１５関連発明は、上記第６関連発明の光
学プレートと、前記光学プレートの主たる面に設けた照
明装置と、前記光学プレートのファイバの出力面に設け
た光電変換装置とを備え、前記光学プレートの他のファ
イバが前記照明装置から放射される光が前記ファイバの
入射面で全反射となる角度に設けられていることを特徴
とする凹凸検出センサである。

【０２０８】これにより、ファイバにより入射光の光路
を制限することができ、全反射以外の光がファイバ内に
入射するのを防ぐことができ、散乱光などの影響が小さ
い検出分解能の高い凹凸検出センサが提供できる。

【０２０９】第１６関連発明は、前記照明装置からの照
射光が前記光学プレートの主たる面で全反射する全反射
臨界角（例えば、θｃ）と光学ファイバ内を入射光が伝
達する前記主たる面の法線となす角（例えば、θａ）が
略一致するように光学ファイバの光軸が前記主たる面の
法線に対する角度で設置されていることを特徴とする上
記第９〜１５関連発明の何れか一つの凹凸検出センサで
ある。

【０２１０】これにより、照明手段からの光の利用効率
が高く、明暗差が大きくコントラストの高い凹凸パター
ン画像が得られる。

【０２１１】第１７関連発明は、前記光学プレートの主
たる面に前記照明装置の光放射面が樹脂を介して接合さ
れていることを特徴とする上記第９〜１６関連発明の何
れか一つの凹凸検出センサである。

【０２１２】これにより、光学プレートの表面で反射す
ることなく、光学プレートに光を導入することができ
る。

【０２１３】第１８関連発明は、前記光学プレートの主
たる面に設けた導光板の上に照明装置が設けられたこと
を特徴とする上記第９〜１６関連発明の何れか一つの凹
凸検出センサである。

【０２１４】これにより、光学プレートに光を均一に導
入することができる。

【０２１５】第１９関連発明は、前記光学プレートの主
たる面に前記光電変換装置が前記ファイバのコアの屈折
率に近い樹脂を介して接合されていることを特徴とする
上記第９〜１８関連発明の何れか一つの凹凸検出センサ
である。

【０２１６】これにより、平板上に光電変換装置を実装
してもファイバ出射面で全反射することなくファイバ内
から光が出射して光電変換装置に導入することができ
る。

【０２１７】第２０関連発明は、上記第８関連発明の光
学プレートと照明装置と、前記光学プレートの主たる面
に設けた照明装置と、前記光学プレートのファイバの出
力面に設けた光電変換装置とを備え、光電変換装置のラ
イン数よりチャンネル数が少ないことを特徴とする凹凸
検出センサである。

【０２１８】これにより、小型、小面積でありながら２
次元画像を再構成可能な凹凸検出センサを提供できる。

【０２１９】

【発明の効果】以上述べたことから明らかなように、本
発明は、被検体の凹凸パターンを検出する機能と、被検
体の画像情報を検出できる機能の両方を備えた像検出装
置を提供することが出来るという効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態Ａ１における凹凸検出セン
サの断面図

【図２】本発明の実施の形態Ａ１における凹凸検出セン
サの上面図

【図３】（ａ）〜（ｅ）：本発明の実施の形態Ａ１にお
けるファイバ入り光学プレートの製造工程を示す図

【図４】（ａ）〜（ｃ）：本発明の実施の形態Ａ１にお
けるファイバ入り光学プレートの製造工程における直接
接合による接合の各段階におけるガラスとファイバプレ
ートの界面状態を示す図

【図５】本発明の実施の形態Ａ１における凹凸検出セン
サのパッケージングを示す断面図

【図６】本発明の実施の形態Ａ１における凹凸検出セン
サの実装形態を示す断面図

【図７】（ａ）：本発明の実施の形態Ａ１における凹凸
センサの動作原理を示す図 （ｂ）：本発明の実施の形態Ａ１におけるファイバ入り
光学プレートの設計原理を示す図

【図８】本発明の実施の形態Ａ２における凹凸検出セン
サの断面図

【図９】本発明の実施の形態Ａ３における凹凸検出セン
サの断面図

【図１０】本発明の実施の形態Ａ３における凹凸検出セ
ンサの断面図

【図１１】本発明の実施の形態Ａ４における凹凸検出セ
ンサの断面図

【図１２】本発明の実施の形態Ａ４における凹凸検出セ
ンサの断面図

【図１３】本発明の実施の形態Ａ４における凹凸検出セ
ンサの断面図

【図１４】本発明の実施の形態Ａ４における凹凸検出セ
ンサの断面図

【図１５】本発明の実施の形態Ａ５における凹凸検出セ
ンサの断面図

【図１６】本発明の実施の形態Ｂ１における像検出装置
の断面構造図

【図１７】本発明の実施の形態Ｂ１における像検出装置
の動作説明図

【図１８】本発明の実施の形態Ｂ１における像検出装置
の動作説明図

【図１９】本発明の実施の形態Ｂ１における像検出装置
の動作説明図

【図２０】本発明の実施の形態Ｂ２における像検出装置
の動作説明図

【図２１】本発明の実施の形態Ｂ３における像検出装置
の動作説明図

【図２２】（ａ）、（ｂ）：本発明の実施の形態Ｂ４に
おける像検出装置の動作説明図

【図２３】従来の凹凸パターン検出装置の概略構造図

【図２４】従来の凹凸パターン検出装置の要部拡大図断
面図

【図２５】本実施の形態の像検出装置の概略構成を示す
ブロック図

【符号の説明】

１ ファイバ ２ ガラス ３ 光電変換装置 ４ 照明装置 ５ バンプ ６ 接着剤 ７ 引き出し線 ８ 外部電極パット １０ 光吸収体 １１ 光反射体 １２ａ，１２ｂ パッケージ １３ 外部電極 １４ リード線 １５ 筐体 １６ プリント基板 ５０ ファイバ入り光学プレート ６０ 凹凸検出センサ Ｆ 指 １００ 像検出装置 １０１ 光ファイバ基板 １０２ 光ファイバ束 １０３ ベースガラス １０４ 第１の照明手段 １０５ 第２の照明手段 １０６ イメージセンサ １０７ 入射面 １０８ 出射面 １１０ 制御回路 １１１ 駆動回路 ７０３ 吸収層 φ ファイバの傾斜角 θａ、θｂ 光学プレート面（入射面）で反射した光が
ファイバ内を伝達する角度 θｃ 入射光が入射面で全反射する角度 θｓ 外部光がファイバ内で伝達する角度

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA54 BB05 CC16 DD09 EE08 FF04 FF41 GG07 HH12 JJ03 JJ26 LL02 QQ31 2H046 AA02 AA09 AA47 AB06 AD09 AD16 5B047 AA25 BA02 BC08

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一方の端面を入射面、他方の端面を出射
   面とする複数の光ファイバが貫通されて配置された、前
   記出射面を含む面を主面とする光ファイバアレイ基板
   と、 前記主面上に形成された回路導体層と、 前記回路導体層上の所定の位置に配置されたイメージセ
   ンサと、 前記光ファイバの前記入射面に対する入射角を臨界角よ
   り大きくし、且つ前記入射面での反射光方向が、前記光
   ファイバの光軸方向に対して、光ファイバ内面での全反
   射臨界角以下になるように配置された第１の照明手段
   と、 前記光ファイバの前記入射面に対する入射角を臨界角よ
   り小さくし、且つ前記入射面での反射光方向が、前記光
   ファイバの光軸方向に対して、光ファイバ内面での全反
   射臨界角以上になるように配置された第２の照明手段
   と、 前記第１、第２の照明手段の点灯又は消灯に関する制御
   を行う制御手段とを備え、 前記光ファイバの光軸方向が前記光ファイバアレイ基板
   の前記主面の法線と所定の角度傾いて配置されている像
   検出装置。
2. 【請求項２】 前記制御手段により、前記第１の照明手
   段からの照射光のみが前記入射面に照射された場合、 前記入射面に接触された被検出対象の凹凸パターンの凹
   部からの反射光が凸部からの反射光よりも強い凹凸パタ
   ーンを検出する請求項１記載の像検出装置。
3. 【請求項３】 前記第１の照明手段は、前記主面上に、
   透光性絶縁樹脂を介してフェースダウンで実装されてい
   る請求項１または２に記載の像検出装置。
4. 【請求項４】 前記制御手段により、前記第２の照明手
   段からの照射光のみが前記入射面に照射された場合、 前記入射面に接触された被検出対象の凹凸パターンの濃
   度に対応した反射光を検出する請求項１記載の像検出装
   置。
5. 【請求項５】 前記第２の照明手段は、前記主面上に、
   透光性絶縁樹脂を介してフェースダウンで実装されてい
   る請求項１または２に記載の像検出装置。
6. 【請求項６】 前記制御手段は、前記第１の照明手段の
   照明光と前記第２の照明手段からの光を時間分割して選
   択的に光ファイバの入射面に照射する請求項１記載の像
   検出装置。
7. 【請求項７】 前記光ファイバアレイ基板の厚さをｄ、
   前記光ファイバの前記入射面での臨界角をθとした時、 前記第１の照明手段は、前記光ファイバアレイ基板上の
   前記入射面の実質上中心の位置に対向する、前記主面上
   の位置から、前記出射面と反対方向に少なくともｄ×ｔ
   ａｎθの距離だけ離れた位置に配置されている請求項１
   〜請求項６の何れか一つに記載の像検出装置。
8. 【請求項８】 前記第２の照明手段が、前記光ファイバ
   アレイ基板上の前記入射面の実質上中心の位置に対向す
   る、前記主面上の位置を基準として、前記出射面側の領
   域に配置されている請求項１〜請求項６の何れか一つに
   記載の像検出装置。
9. 【請求項９】 前記イメージセンサ、前記第１の照明手
   段、及び前記第２の照明手段が配置された領域と、前記
   入射面及び出射面の領域とを除いた領域の表面に光吸収
   層が形成されている請求項１〜請求項８の何れか一つに
   記載の像検出装置。
10. 【請求項１０】 前記吸収層の屈折率と、前記光ファイ
    バアレイ基板の前記ベースガラスの屈折率との差が０．
    １以下である請求項８記載の像検出装置。
11. 【請求項１１】 前記光ファイバの光軸方向が前記入射
    面の法線となす角度が、前記第１の照明手段から出る光
    の前記入射面での反射角より小さい関係にある請求項１
    〜１０の何れか一つに記載の像検出装置。