JPH10160948A

JPH10160948A - ファイバ光学プレート

Info

Publication number: JPH10160948A
Application number: JP8324343A
Authority: JP
Inventors: Takeo Sugawara; 武雄菅原
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1996-12-04
Filing date: 1996-12-04
Publication date: 1998-06-19
Also published as: DE69733535D1; DE69733535T2; US6038360A; EP0846964A3; EP0846964B1; EP0846964A2

Abstract

(57)【要約】【課題】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。【解決手段】本願に係るファイバ光学プレート１は、
空気中からの外乱光を除去可能なスラント角αで傾斜し
た面２１及び２２から構成された入力端面４を有してい
るので、従来通りに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、単位ファイバの軸線に対して垂
直な出力端面４を有しているので、出力端面４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、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４から垂直方向に延び
た形状をしているので、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、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。

【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。

【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。

【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とがなす角度が（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。

【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α_Cを用いてα≦α_Cのように表すこ
とができる。ここで、α_Cは、次の３個の式を満足する
角度である。ｎ₀・ｓｉｎθ_C＝ｎ₁・ｓｉｎ９０°（コア・クラッド
間の全反射の条件）ｎ₀・ｓｉｎβ＝ｎ_a・ｓｉｎ９０°（空気・コア間の屈
折の法則） α＋（９０°＋β）＋（９０°−θ_C）＝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、ｎ_aは空気の屈折率である。また、θ_Cは
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。

【０００６】上記の３式から求まるα_Cを考慮すると、
上記のスラント角αの範囲は、 α≦α_C＝ｓｉｎ^-1（ｎ₁／ｎ₀）−ｓｉｎ^-1（ｎ_a／ｎ₀） …（１）のように表される。

【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。

【０００８】以上のようにして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、Ｆ
ＯＰ５０の出力端面５４を光検出器（図１２では、ＣＣ
Ｄ検出器７０）の入力面（図１２では、ＣＣＤチップ７
２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。

【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れば、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。

【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。

【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、かなり小さい角度となるの
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。

【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。

【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り、入力端面は、
単位ファイバの軸線に対して傾斜した斜面を有する山部
が複数配列されて形成されており、各山部の斜面の傾斜
角度は、この斜面を介して空気中から各単位ファイバに
入射した光の各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。

【００１４】本願に係るファイバ光学プレートの入力端
面は、空気中からの外乱光の単位ファイバ内での伝搬を
阻止可能なスラント角で傾斜した面から構成されている
ので、従来通りに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、本願に係る単位ファイバ光学プレ
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。

【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、所定の屈折率を有する光伝搬領域であ
るコアと、このコアを密着包囲し、このコアよりも低い
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、を備える
ものであっても良く、入力端面を構成する各山部の斜面
の傾斜角度は、この斜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。

【００１６】この場合、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
界面に入射するので、全反射条件を満たさず、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、従って、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。

【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、所定の屈折率を有する光伝搬領
域であるコアと、このコアを密着包囲し、このコアから
の光を吸収する光吸収体と、を備えるものであっても良
く、入力端面を構成する各山部の斜面の傾斜角度は、こ
の斜面を介して空気中から単位ファイバに入射した光を
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
度であっても良い。

【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。各山部の
斜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。

【００１９】

【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。

【００２０】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ＦＯ
Ｐ１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。

【００２１】図１に示されるように、本実施形態のＦＯ
Ｐ１の入力端面２は、各単位ファイバ６の軸線に対して
傾斜した斜面、すなわち単位ファイバ６の軸線に対して
直交していない斜面２１及び２２、を有する長尺の山部
２０が複数配列されて形成されている。図１に示される
ように、単位ファイバ６の軸線方向をＺ軸とする直交座
標系を考えると、山部２０の各々は、Ｘ軸方向に延びる
頂部２４を有しており、各頂部２４は、Ｙ軸方向に沿っ
て等間隔で略平行に配列されている。山部２０の各々に
ついて、斜面２１及び２２は、頂部２４を含む平面であ
ってＺＸ平面と平行な面に対してほぼ対称となってい
る。ＦＯＰ１の出力端面４は、各単位ファイバ６の軸線
に対して直交する略平坦な面である。本実施形態のＦＯ
Ｐ１が指紋検出装置などの凹凸像検出装置に使用される
場合、入力端面２上に被検体が載置され、出力端面４か
ら被検体の凹凸像が出射することになる。

【００２２】なお、図面の簡単のため、図中、１個の山
部２０あたりの単位ファイバ６の本数や山部２０の数
は、指紋検出装置などに実際に用いられるときの本発明
のＦＯＰよりも少なめになっている。

【００２３】図２は、図１のＹＺ平面に平行な平面に沿
ったＦＯＰ１の部分拡大断面図である。図示のように、
本実施形態の単位ファイバ６は、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をを密着包囲するクラッド１
１、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。

【００２４】各単位ファイバ６の一方の端面は、単位フ
ァイバ６の軸線１４に対して所定の鋭角αで傾斜してい
る。言い換えると、単位ファイバ６の当該端面の法線と
軸線１４とは、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、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。

【００２５】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≦α_C＝ｓｉｎ^-1（ｎ₁／ｎ₀）−ｓｉｎ^-1（ｎ_a／ｎ₀） …（１）以下では、上記（１）式のα_Cを臨界スラント角と呼ぶ
ことにする。

【００２６】図３（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α_Cとの関係を示すための図及びグラフである。図３
（ａ）中で、αは単位ファイバの端面のスラント角、β
は入射角９０°でコア１０に入射した光の屈折角、θ_C
はコア１０とクラッド１１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、ｎ_aは空気の屈折率である。なお、以下では、ク
ラッドの屈折率ｎ₁を、１．５２に固定して考える。ま
た、図３（ａ）には斜面２２が図示されているが、以下
の考察は斜面２１についても同様に成立する。

【００２７】図３（ｂ）に示されるように、コア１０の
屈折率ｎ₀が１．５６の場合、臨界スラント角α_Cは３
７．１°となる。従って、単位ファイバの端面のスラン
ト角αが３７．１°以下であれば、空気中からコア１０
に入射した外乱光は全反射条件を満たさず、クラッド１
１に漏出し、光吸収体１２に吸収されて除去される。一
方、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３（ａ）に示
されている臨界角θ_C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、出力端面４へ向かっ
て進行して、出力端面４から出射する。

【００２８】上述のようなスラント角α（≦α_C）で傾
斜した各単位ファイバの端面が集合することにより斜面
２１及び２２が形成されているので、斜面２１及び２２
も、各単位ファイバの軸線１４に対して上記のスラント
角αで傾斜する。ＦＯＰ１を凹凸像検出装置に使用する
場合には、図２に示されるように被検体（図２では指）
の表面の凸部が斜面２１や２２に接触し、一方、被検体
の凹部はこれらの斜面に接触せず、従って、凹部表面と
斜面２１及び２２との間に空気が介在することになる。
この状態で照明光を照射すると、斜面２１及び２２に与
えられた上記のスラント角αのため、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、コントラストの高い凹凸像が
出力端面４から出射する。

【００２９】次に、図４を参照しながら、ＣＣＤ検出器
７０へのＦＯＰ１の取り付けを説明する。ここで、図４
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。

【００３０】上述のように、本実施形態では、複数の山
部２０を配列してＦＯＰの入力端面を形成することによ
り、空気中からの外乱光を除去可能なスラント角で傾斜
した面で入力端面を構成しつつ、単位ファイバの軸線に
対して垂直な出力端面をＦＯＰが有することを可能にし
ている。従って、従来のＦＯＰと異なり、本実施形態の
ＦＯＰ１では、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ＦＯＰ
１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４のようにＦＯＰ１をＣ
ＣＤ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、Ｆ
ＯＰ１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。

【００３１】本実施形態では、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を使
用することもできる。このような単位ファイバから構成
される本発明のＦＯＰは、図２において、クラッド１１
を除いた構造を有している。

【００３２】図５（ａ）及び（ｂ）は、クラッド無しの
単位ファイバからなる本発明のＦＯＰについて、コア１
０の屈折率と臨界スラント角α_Cとの関係を示すための
図及びグラフである。図５（ａ）中で、αはクラッド無
し単位ファイバの端面のスラント角、βは入射角９０°
でコア１０に入射した光の屈折角であり、ｎ₀はコア１
０の屈折率、ｎ_aは空気の屈折率である。なお、図５
（ａ）は、スラント角αが臨界スラント角α_Cに等しい
場合を示している。また、図５（ａ）には斜面２２が図
示されているが、以下の考察は斜面２１についても同様
に成立する。

【００３３】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
射角９０°でコアに入射した光が単位ファイバの軸線方
向に進行する角度である。図５（ａ）から明らかなよう
に、この臨界スラント角α_Cは、 α_C＝９０°−β ＝９０°−ｓｉｎ^-1（ｎ_a／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α_Cに等しいときの屈折角βをβ_C（＝９０°−
α_C）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β_C以下となる。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１０と光吸収体１２との境界面に向か
い、光吸収体１２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α_C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β_C未
満となり、空気中からの全ての入射光が光吸収体１２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α_C以下であれば、空気中からの入射光の
単位ファイバ内の伝搬を実質的に阻止することができ
る。

【００３４】図５（ｂ）に示されるように、コア１０の
屈折率ｎ₀が１．９２の場合、臨界スラント角α_Cは５
８．６°となる。従って、クラッド無し単位ファイバの
端面のスラント角α（これは、斜面２２のスラント角に
等しい）が５８．６°以下であれば、空気中からコア１
０に入射した外乱光が光吸収体１２に吸収されて除去さ
れる。一方、被検体からコア１０に入射した光のうち単
位ファイバの軸線と平行な方向に進行する光は、出力端
面４に向かって直進し、出力端面４から出射する。従っ
て、クラッド無しの単位ファイバから構成される本発明
のＦＯＰも、本実施形態のＦＯＰ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４まで伝
送し、コントラストの高い凹凸像を出力端面４から出力
する。

【００３５】次に、本実施形態のＦＯＰ１の作製方法を
説明する。図６（ａ）〜（ｅ）は、ＦＯＰ１の作製方法
の一例を示す工程図である。この作製方法では、図６
（ａ）に示されるように、まず、ＦＯＰ１のベースとな
るＦＯＰ３０を用意する。このＦＯＰ３０は、複数の単
位ファイバ６を各単位ファイバ６の軸線が平行となるよ
うに束ねた状態で直方体形状に一体化したものである。
説明の便宜のため、図６（ａ）に示す直交座標系を利用
すると、各単位ファイバ６はＺ軸方向に延びており、こ
の結果、ＦＯＰ３０もＺ軸方向に長尺となっている。各
単位ファイバの両端面がそれぞれ集合して形成される二
つの端面は、いずれもＸＹ平面に平行である。ここで説
明する方法では、図６（ｂ）に示されるように、ＦＯＰ
３０の両端部を斜めに切断して、上述のスラント角α
（≦α_C）を内角の一つとする平行四辺形が底面の斜角
柱状ＦＯＰ３１を作製する。続いて、図６（ｃ）に示さ
れるように、このＦＯＰ３１をＹＺ平面に平行な切断面
３２に沿って等間隔で薄く切断（スライス）する。次い
で、こうして得られたＦＯＰ３１の複数のスライス片
を、相隣るスライス片の端面の傾斜の向きが相互に逆と
なるように各々のスライス面（切断面３２に相当）を突
き合わせて接着剤で貼り合わせ、両端に複数の山部を有
するＦＯＰ３３を作製する（図６（ｄ））。貼り合わせ
に用いる接着剤は、黒色系が好ましい。この後、図６
（ｄ）に示されるように、単位ファイバ６の軸線に垂直
な切断面３４に沿ってＦＯＰ３３を中央で分割し、一端
が平坦面で他端が複数の山部を有する２個のＦＯＰ３５
を得る。これらのＦＯＰ３５の各々について切断面３４
を研磨した後、各ＦＯＰ３５の切断面３４が面一に揃う
ようにこれらのＦＯＰ３５を接着剤で貼り合わせると、
本実施形態のＦＯＰ１が得られる（図６（ｅ））。な
お、ここで用いる接着剤も黒色系が好ましい。また、Ｆ
ＯＰ３５は、単独でも本発明のＦＯＰとして利用するこ
とができる。

【００３６】上記の方法でＦＯＰを作製した場合、図７
に示されるように、ＦＯＰ内に等間隔で接着剤層４０が
形成されることになる。また、図示のように、この接着
剤層４０のうちの約半数の縁部は、山部２０の頂部４２
を形成することになるが、ここで、頂部４２を曲面状
（図７）や平面状に研磨しておくと、指を押しつけたと
きに感触が良く、しかも密着面積が大きくとれるという
利点がある。

【００３７】なお、図７のＦＯＰを指紋検出に用いる場
合、山部２０のピッチは２００μｍ以下であるのが好ま
しい。成人の指紋ピッチは、４００〜５００μｍ程度な
ので、山部２０のピッチがその約半分以下であれば、密
着面積を大きくとることができる。また、相隣る単位フ
ァイバ６の軸線間の距離は、山部２０のピッチの１／８
以下であるのが好ましい。このようにすると、山部２０
のピッチの半分の幅に２個以上の単位ファイバが並ぶこ
とになり、被検体表面の凹凸を確実に読みとることがで
きるようになる。また、接着剤層４０の厚さは、通常、
単位ファイバのサイズの１／２以下であるのが好まし
く、通常は、１０μｍ程度である。これは、接着剤層４
０が余りに厚いと、凹凸像を表す光信号が欠落するおそ
れがあるためである。

【００３８】上記の作製方法において、ＦＯＰ３１のス
ライス片（以下、「スライスＦＯＰ」と呼ぶ）を貼り合
わせる前に、各スライスＦＯＰのスライス面に遮光性材
料（Ｃｒ等）を蒸着しておくと良い。図８は、このよう
にして作製したＦＯＰの構造を示す部分拡大断面図であ
る。この図に示されるように、このＦＯＰは、スライス
ＦＯＰのスライス面に遮光性材料を蒸着してからスライ
スＦＯＰを貼り合わせたものなので、接着剤層４０の両
側に遮光性材料層４４を有している。スライスＦＯＰが
過度に薄い場合、その外乱光除去能力が低下する場合が
あるが、上記のようにスライスＦＯＰのスライス面を遮
光性材料で被覆することにより外乱光除去能力の低下を
補うことができる。

【００３９】本発明のＦＯＰは、上記のようなスライス
ＦＯＰの貼り合わせによって作製する代わりに、柱状体
ＦＯＰの平坦な上面を研削・研磨・エッチング等によっ
て加工することにより作製することができる。この方法
によれば、上述のＦＯＰ１の他に、ＦＯＰ１の入力端面
２と異なる形状の入力端面を有するＦＯＰを作製するこ
とも可能である。以下では、このようなＦＯＰの例を、
図９及び１０を参照しながら説明する。

【００４０】図９（ａ）は、第２の実施形態に係るＦＯ
Ｐ１ａの平面図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）のＡ
−Ａ線に沿ったＦＯＰ１ａの概略断面図である。この図
において、実施形態１のＦＯＰ１と同一の要素には、添
字ａが付されていることを除いて、ＦＯＰ１で用いたも
のと同じ符号が用いられている。

【００４１】このＦＯＰ１ａの入力端面２ａは、四角錐
状の複数の山部２０ａがマトリクス状に配列されて形成
されたものである。これらの山部２０ａの各斜面は、単
位ファイバ６ａの種類、すなわちクラッドの有無、に応
じた上述のスラント角（≦α_C）で傾斜している。ま
た、出力端面４ａは、各単位ファイバ６ａの軸線に対し
て垂直な平坦面である。

【００４２】なお、本実施形態のような四角錐以外に
も、三角錐を含む多角錐状の山部を二次元的に配列する
ことにより入力端面を形成することができる。

【００４３】図１０（ａ）は、第３の実施形態に係るＦ
ＯＰ１ｂの平面図であり、図１０（ｂ）は、図１０
（ａ）のＢ−Ｂ線に沿ったＦＯＰ１ｂの概略断面図であ
る。この図において、実施形態１のＦＯＰ１と同一の要
素には、添字ｂが付されていることを除いて、ＦＯＰ１
で用いたものと同じ符号が用いられている。

【００４４】このＦＯＰ１ｂの入力端面２ｂを形成する
山部２０ｂ₁〜２０ｂ₅のうち、山部２０ｂ₁は頂点２５
を有する円錐状であり、他の山部２０ｂ₂〜２０ｂ₅は、
それぞれ円形の頂部２４ｂ₂〜２４ｂ₅を有した環状をし
ている。これらの山部２０ｂ₁〜２０ｂ₅は、山部２０ｂ
₂〜２０ｂ₅の頂部２４ｂ₂〜２４ｂ₅が同心円を構成し、
山部ｂ₁の頂点２５がこの同心円の中心となるように配
列されている。これらの山部２０ｂ₁〜２０ｂ₅の斜面
は、単位ファイバ６ｂの種類、すなわちクラッドの有
無、に応じた上述のスラント角（≦α_C）で傾斜してい
る。また、出力端面４ｂは、各単位ファイバ６ｂの軸線
に対して垂直な平坦面である。

【００４５】図９及び図１０に示すような形状の入力端
面を有するＦＯＰも、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面から構成された入力端面を有す
るとともに、単位ファイバの軸線に対して垂直な出力端
面を有しているので、第１の実施形態のＦＯＰ１と同様
の効果を発揮する。

【００４６】

【発明の効果】以上、詳細に説明した通り、本願に係る
ファイバ光学プレートは、空気中から入射した光の単位
ファイバ内での伝搬を阻止する角度で傾斜した面から構
成された入力端面を有するとともに、単位ファイバの軸
線に対して垂直な出力端面を有しているので、従来通り
にコントラストの高い凹凸像を出力することができると
ともに、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。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態のＦＯＰ１を示す全体斜視図であ
る。

【図２】ＦＯＰ１の部分拡大断面図である。

【図３】単位ファイバがクラッドを有する場合のコア１
０の屈折率とスラント角αとの関係を示す図及びグラフ
である。

【図４】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。

【図５】単位ファイバがクラッドを有しない場合のコア
１０の屈折率とスラント角αとの関係を示す図及びグラ
フである。

【図６】ＦＯＰ１の作製方法の一例を示す工程図であ
る。

【図７】スライスＦＯＰを貼り合わせて作製した本実施
形態のＦＯＰの構造を示す部分拡大断面図である。

【図８】スライス面に遮光性材料が蒸着されたスライス
ＦＯＰを用いて作製された本実施形態のＦＯＰの構造を
示す部分拡大断面図である。

【図９】図９（ａ）は、第２実施形のＦＯＰ１ａの平面
図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）のＡ−Ａ線に沿っ
たＦＯＰ１ａの概略断面図である。

【図１０】図１０（ａ）は、第３実施形態のＦＯＰ１ｂ
の平面図であり、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のＢ−
Ｂ線に沿ったＦＯＰ１ｂの概略断面図である。

【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。

【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。

【符号の説明】

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…山部、２１及び２２…山部の斜面、２４…山
部の頂部。

Claims

【特許請求の範囲】

【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、前記入力端面は、前記各単位ファイバの軸線に対して傾
斜した斜面を有する山部が複数配列されて形成されてお
り前記各山部の前記斜面の傾斜角度は、前記斜面を介し
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。
【請求項２】前記各単位ファイバは、所定の屈折率を
有する光伝搬領域であるコアと、このコアを密着包囲
し、この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、を備えており、前記各山部の前記斜面の傾斜角度は、前記斜面を介して
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。
【請求項３】前記各単位ファイバは、所定の屈折率を
有する光伝搬領域であるコアと、このコアを密着包囲
し、このコアからの光を吸収する光吸収体と、を備えて
おり、前記各山部の前記斜面の傾斜角度は、前記斜面を介して
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。