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JP3461591B2 - Fiber optic plate - Google Patents

Fiber optic plate

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Publication number
JP3461591B2
JP3461591B2 JP26988694A JP26988694A JP3461591B2 JP 3461591 B2 JP3461591 B2 JP 3461591B2 JP 26988694 A JP26988694 A JP 26988694A JP 26988694 A JP26988694 A JP 26988694A JP 3461591 B2 JP3461591 B2 JP 3461591B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
face
input end
light
angle
core
Prior art date
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Expired - Fee Related
Application number
JP26988694A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH07174947A (en
Inventor
武雄 菅原
和明 奥村
利彦 日野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hamamatsu Photonics KK
Original Assignee
Hamamatsu Photonics KK
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Filing date
Publication date
Application filed by Hamamatsu Photonics KK filed Critical Hamamatsu Photonics KK
Priority to JP26988694A priority Critical patent/JP3461591B2/en
Publication of JPH07174947A publication Critical patent/JPH07174947A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3461591B2 publication Critical patent/JP3461591B2/en
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  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
  • Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明は、複数の光ファイバを束
ねた状態で一体的に形成したファイバー光学プレートに
関する。 【0002】 【従来の技術】従来から図13に示すようなファイバー
光学プレート(「FOP」と記す)が知られている(米
国特許第4932776号)。このFOP80は、多数
の光ファイバ85を束ねて一体化したものであり、その
一端には、光軸に対して傾斜させてカッティングした入
力端面81を形成している。この入力端面81上に指8
2などを密着させると、その対向側の出力端面83に
は、この密着部の凹凸パターンが写し出され、この結
果、指紋84の像を読み取ることができる。 【0003】 【発明が解決しようとする課題】ここで開示された入力
端面81の傾斜角度θは、クロクトークの発生、解像度
などの点から、30°〜60°程度が望ましいとされて
いる。入力端面81のカッティング角度をこの範囲と
し、かつ、この入力端面81に指先等を密着させ得るス
ペースを確保するためには、FOPをある程度の厚さに
形成する必要がある。 【0004】一方、近年、光学機器を含めた電子部品等
の小形化が一層進み、FOPも一層の小形化が望まれて
いる。しかし、FOPをより小型に、すなわち、より薄
く形成するには、入力端面81のカッティング角度をよ
り鋭角にして、入力端面81に一定のスペースを確保し
なければならない。しかし、前述したように、入力端面
のカッティング角度には制限があり、小形化を進める上
で大きな支障となっていた。 【0005】そこで、本発明の目的は、FOPにおける
入力端面のカッティング角度の制約を無くし、従来より
も薄型のFOPを提供することにある。 【0006】また、本発明の他の目的は、背景光などの
不要な光が出力端面から出力されることはなく、その密
着した部分の像を鮮明に出力させ得るFOPを提供する
ことにある。 【0007】 【課題を解決するための手段】本発明にかかるファイバ
ー光学プレートは、入射した光を伝搬する複数のコア
と、各コアの外周部を覆うクラッドと、各クラッドの外
周部を覆うように備えられ、コアから漏れた光及び前記
クラッドに入射された光を吸収する光吸収体とを備えて
構成する。そして、このファイバー光学プレートの一端
には、物体の表面を当接させる面であって、光ファイバ
ーの光軸に対して傾斜する入力端面を備えており、この
入力端面の傾斜角度を空気中からコアに入射した光がク
ラッドとの境界面において全反射を生じないような角度
に設定して構成する。すなわち、コアの屈折率をn0
クラッドの屈折率をn1、空気の屈折率をn、コアとク
ラッドの境界面での臨界角をβ、入力端面での臨界角を
γとしたとき、(1)…n0sinβ=n1sin90
°、(2)…n0sinγ=nsin90°、(3)…
α+(90°+γ)+(90°−β)=180°の式に
より導かれる角度α以下に入力端面の傾斜角度を設定す
る。なお、本発明にかかるファイバー光学プレートは、
入力端面と平行な出力端面を備える構成としてもよい。 【0008】 【作用】各クラッドの外周部を覆うように光吸収体を設
けることで、この光吸収体には、コアから漏れた光、及
び、クラッドを伝搬する光が到達する。これらの光は、
この光吸収体に入射した際に吸収されるため、隣り合う
光ファイバ同士は、この光吸収体によって光学的に絶縁
されることになる。したがって、各コアを伝搬する光が
漏れて隣接する他のコア内に入射することが回避され
る。この作用は、入力端面の傾斜角度に無関係であり、
入力端面の傾斜角度がいかに鋭角的であっても、各コア
内に入射された光は、それぞれ各コアを伝搬されて、出
力端面から出力される。 【0009】また、入力端面の傾斜角度をこのような条
件に設定すると、空気中を伝搬して入力端面からコア内
に入射した光は、その一部がコアからクラッドに洩れて
吸収体で吸収される。従って、背景光などの不要な光
は、コアを伝搬する過程で次第に減衰し、出力端面から
はほとんど出力されない状態となる。一方、入力端面に
物体の表面を密着させた際、この密着部を透過した光が
コア内に入射するが、この入射した光には、クラッドと
の境界面において全反射の条件を満たすような角度で入
射する光も存在するようになる。すなわち、密着部から
入射した光のみが、出力端面から出力される。 【0010】 【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。 【0011】図1にファイバー光学プレート(以下、F
OPという)1の外観を示す。このFOP1は、後述す
るような指紋検出装置等で利用されるものであり、複数
の光ファイバを束ねた状態に一体的に形成している。こ
のFOP1の一端には、ファイバーの光軸に対して傾斜
した入力端面2を有しており、対向側端部には、光軸に
対してほぼ垂直に形成した出力端面3を有している。 【0012】このFOP1は、図2に示すように、入射
した光を伝搬するコア5、その外周部を覆うクラッド
6、さらに、各クラッド6の外周部を覆うように設けら
れた吸収体7の3種類から構成されている。この位置に
吸収体7を設けることで、コア5から漏れた光及びクラ
ッド6に入射された光が吸収されるため、隣り合う光フ
ァイバ同士は、この吸収体7によって光学的に絶縁され
た状態となっている。なお、コア5、クラッド6及び吸
収体7は、それぞれ、図4に示す材料によって形成され
ており、この結果、コア5の屈折率は1.621 、クラッド
6の屈折率は1.519 となっている。また、FOP1の大
きさの一例として、図1に各寸法を表記しておく。 【0013】このようにクラッド6の外周部を吸収体で
覆った光ファイバでFOP1を形成することで、各コア
5内に入射した光が、コア5から漏れて隣接する別のコ
ア5内に入射することが回避され、隣接するファイバ間
でのクロクトークの発生を防止でき、出力像のS/N比
が改善される。この作用は、入力端面の傾斜角度に無関
係であり、入力端面の傾斜角度がいかに鋭角的であって
も、各コア内に入射された光は、それぞれ各コアを伝搬
されて、出力端面から出力されるものである。 【0014】また、本実施例にかかるFOP1では、入
力端面2の傾斜角度(光ファイバの光軸に対する傾斜角
度)を、特定の値に設定することで、後述するような優
れた作用・効果を奏するものである。 【0015】図3に、FOP1の縦断面を示す。図中、
0 はコアの屈折率、n1 はクラッドの屈折率、nは空
気の屈折率をそれぞれ示している。本実施例のFOP1
では、受光角が0°となるように、入力端面2の傾斜角
度αを規定している。すなわち、傾斜角度αは、このコ
ア5内に、空気中から、いかなる角度で光が入射して
も、コア5とクラッド6との境界面において全反射を生
じないような角度に設定されている。 【0016】この傾斜角度αは、次式より求めることが
できる。 【0017】 n0 sinβ=n1 sin90° (全反射の条件) …(1) n0 sinγ=n sin90° (受光角0°の条件) …(2) α+(90°+γ)+(90°−β)=180° …(3) この場合、図4より、n0 =1.621 、n1 =1.519 、n
=1であるので、α=31.54 °として求まる。したがっ
て、図3における傾斜角度αが、この値以下になると、
空気中を伝搬し入力端面2から入射する光は、いかなる
角度で入射したとしても、コアとクラッドとの境界面で
全反射を起こさないこととなる。 【0018】したがって、入力端面2からFOP内に入
射した光は、屈折を繰り返して伝搬する過程で、その一
部がコアからクラッドに漏れて吸収体で吸収され、次第
に減衰して消滅する。このように入力端面2の傾斜角度
をこのような角度とした場合、空気中を伝搬し入力端面
2からFOP1内に入射した光は、出力端面3からはほ
とんど出力されない状態となる。 【0019】一方、図5に示すように、この状態で、入
力端面2に、特定の物体、例えば指10の表面を密着さ
せた場合には、指紋の凹凸によって、入力端面2と密着
する密着部11と、入力端面2との間に空隙を生じる非
密着部12とが形成される。密着部11では、入力端面
2と指10の表面とが密着しており、指表面の屈折率は
空気の屈折率よりも大である。したがって、入力端面2
に入射する光の入射角度と、クラッドとの境界面におけ
る全反射の条件との関係が、密着前の関係から変化し、
クラッドとの境界面において全反射の条件を満たすよう
な角度で入射する光も存在するようになる。例えば、指
10の背後から光を照射し、この透過光がA点に到達し
たとする(図5)。このA点からFOP1内に入射する
光のうち、図示するように、40.68 °の範囲で入射され
た光は、コア5とクラッド6との境界面において全反射
の条件を満たすので((2)式より)、この入射光はク
ラッドとの境界面で全反射を繰り返し、出力端面3側か
ら出力される。なお、この角度の範囲を越えて入射した
光は、屈折を繰り返し伝搬する過程で減衰し消滅する。 【0020】これに対し、非密着部12では、図示する
ような空隙部13が形成され、この中には空気が存在し
ている。すなわち、指10を密着させる前の状態と、何
ら変わるものではない。したがって、入力端面2の非密
着部12からもコア5内に光が入射するものの、いかな
る角度で入射しても、依然として、クラッドとの境界面
における全反射の条件を満たしておらず、コア5内を伝
搬する過程で減衰し消滅する。 【0021】したがって、このように物体の表面像など
を検出する際には、入力端面2に密着した物体表面の凸
部から入射する光のみが出力端面3から出力され、表面
の凹部から入射する光は伝搬過程で減衰して消滅する。
このため、背景光などの不要な光が除去され、入力端面
に密着した部分の像のみが伝送されて出力されることに
なる。 【0022】なお、以上説明した例は、N.A.(開口数)
=0.55の場合であり、その他の主なN.A.に対する傾斜角
度αを表1に示しておく。 【0023】 【表1】 【0024】また、FOP1の入力端面2の形状を、図
7に示すような形状とすることもできる。図7における
形状は、入力端面2をl−l’線で切った断面を示して
おり、図中の矢印yは、FOP1を構成する各ファイバ
の光軸を示している(図6)。図7(a)は、図1で示
したような平面形状の入力端面2であり、同図(b)〜
(e)では、入力端面2を凹面状として、指との密着面
を大きくしている。また、同図(f)、(g)では、入
力端面2を斜面状に形成することで、同図(a)に比
べ、入力端面2に押圧された部位の像を拡大して出力す
ることができる。 【0025】また、FOP40を図8に示すように形成
してもよい。図8におけるFOP40では、FOP40
に対して穴開け加工を施し、本体に対して斜に貫通孔4
1を形成し、その内面を研磨したものである。この貫通
孔41内に対して矢印cに沿って指を差込むと、この貫
通孔41内に指が固定されることとなり、再現性の良い
指紋検出が行なうことができる。この場合には、矢印d
方向から照明用の光が照射される。図8の例では、FO
P40本体を加工して一体的に形成しているが、例え
ば、前述の図1の入力端面2に相対した位置に、挿入し
た指を入力端面2側に押えるような押え部を設けても同
様の効果が得られる。 【0026】ここで、このようなFOP1を備えた装置
の具体的な構成を示す。図9は、指紋検出装置を示して
おり、前述したFOP1、及びCCD20、コンピュー
タ21などで構成している。FOP1の入力端面2は、
光軸に対し傾斜して形成しており、この傾斜角度は、前
述した(1)〜(3)式で求められた傾斜角度α以下に
設定している。この面に指22を押し付けて密着させ、
この背後或いは側面側に設けた光源23から光を照射す
るものである。このように密着させると、密着部の凹凸
パターン(指紋の像)が、出力端面3に伝送され、この
画像データがCCD20に与えられ、その信号がコンピ
ュータ21において画像処理される構成となっている。 【0027】また、図10に、他の構成例を示す。この
例では、FOP1の出力端面3側にレンズ30を配置
し、このレンズ30を介して出力端面3に出力された像
をラインセンサー31によって読取り、その信号がコン
ピュータ32において画像処理される構成となってい
る。 【0028】例示した図9、図10の装置においても、
FOP1の入力端面2の角度は、この入力端面2から入
射した光が、クラッドとの境界面で全反射の条件を満た
さないような傾斜角度α以下に設定することが望まし
い。この場合、FOP1を薄く形成することができるた
め、出力端面3から出力される物体の表面像を縮小でき
ると共に、CCD20、或いはレンズ30、ラインセン
サー31などを小型化でき、装置全体の小型化を進める
ことが可能となる。 【0029】さらに、FOPを図11に示す形状として
もよい。このFOP板50は、図1のFOP1における
出力端面3側を入力端面2と平行に切断したタイプであ
り、FOP板50を構成する各光ファイバの光軸と入力
端面52との傾斜角度θは、図3などで示した傾斜角度
αの条件を満たしている。また、FOP板50の出力端
面には、この出力端面から得られる画像を検出するCC
D53を配し、CCD53の入力面53aに対してFO
P板50の出力端面を固定して一体的に構成している。
このように構成することで、コンパクトな構成で指紋の
像を検出することができる。 【0030】また、FOPの使用例としては、図12に
示すように、2つのFOPを従列接続して使用すること
も可能である。この場合には、FOP1aに対して、F
OP1bを90°傾けて配置させ、FOP1aの出力端
面に対してFOP1bの入力端面を固定している。この
場合には、2つのFOP1a、1bのうち、いずれか一
方の入力端面の傾斜角度θ1 、θ2 を、前述した傾斜角
度αの条件を満たしていればよい。そして、例えば、F
OP1bの出力端面にCCD53を固定することで、同
様に、指の指紋の像などを検出することも可能である。 【0031】以上説明した各実施例では、FOP1など
の入力端面に密着させる物体として、指紋を検出するた
め指を密着させる例を示したが、この例に限定するもの
ではなく、この他にも、手のひら,鼻などを密着させ、
掌絞,鼻絞等を検出する場合などに利用できる。また、
出力端面3は、光軸に対して垂直に傾斜させた例を示し
たが、この例に限定するものではなく、光軸に対して任
意に傾斜させて形成しても良い。 【0032】 【発明の効果】本発明にかかるファイバー光学プレート
によれば、各クラッドの外周部を覆うように光吸収体を
設けたので、隣り合う光ファイバ同士は、この光吸収体
によって光学的に絶縁された状態となり、各コアを伝搬
する光が漏れて隣接する他のコア内に入射することを回
避できる。この効果は、入力端面の傾斜角度に無関係に
奏されるため、入力端面の傾斜角度(カッティング角
度)は、従来のような制約を受けることがない。このた
め、ファイバー光学プレートを従来よりも薄く形成し、
入力端面の傾斜角度を鋭角的にした場合にも、入力端面
に密着させた物体の表面像を、出力端面側に正確に伝送
することが可能となる。 【0033】また、この際、入力端面の傾斜角度を、空
気中からコアに入射した光がクラッドとの境界面におい
て全反射を生じないような角度に、すなわち、コアの屈
折率をn0、クラッドの屈折率をn1、空気の屈折率を
n、コアとクラッドの境界面での臨界角をβ、入力端面
での臨界角をγとしたとき、(1)…n0sinβ=n1
sin90°、(2)…n0sinγ=nsin90
°、(3)…α+(90°+γ)+(90°−β)=1
80°の式により導かれるα以下の角度に設定したの
で、入力端面に物体の表面を密着させた場合に、背景光
などの不要な光が出力端面から出力されることはなく、
その密着した部分のみの像を出力させることが可能とな
る。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fiber optical plate integrally formed by bundling a plurality of optical fibers. 2. Description of the Related Art A fiber optic plate (referred to as "FOP") as shown in FIG. 13 is conventionally known (US Pat. No. 4,932,776). The FOP 80 is obtained by bundling and integrating a large number of optical fibers 85, and has an input end face 81 cut at an angle with respect to the optical axis at one end. The finger 8 on the input end face 81
When the two are brought into close contact with each other, the concavo-convex pattern of the contact portion is displayed on the output end face 83 on the opposite side, and as a result, the image of the fingerprint 84 can be read. [0003] The tilt angle θ of the input end face 81 disclosed herein is desirably about 30 ° to 60 ° from the viewpoint of the occurrence of crosstalk and resolution. In order to keep the cutting angle of the input end face 81 in this range and to secure a space where a fingertip or the like can be in close contact with the input end face 81, it is necessary to form the FOP to a certain thickness. On the other hand, in recent years, downsizing of electronic parts and the like including optical devices has further progressed, and further downsizing of FOP has been desired. However, in order to make the FOP smaller, that is, to make it thinner, the cutting angle of the input end face 81 must be made more acute to secure a certain space in the input end face 81. However, as described above, there is a limit to the cutting angle of the input end face, which has been a major obstacle to downsizing. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a thinner FOP than in the prior art by eliminating the restriction on the cutting angle of the input end face in the FOP. Another object of the present invention is to provide an FOP capable of clearly outputting an image of a closely adhered portion thereof without unnecessary light such as background light being output from an output end face. . A fiber optical plate according to the present invention has a plurality of cores for transmitting incident light, a clad for covering the outer periphery of each core, and a clad for covering the outer periphery of each clad. And a light absorber that absorbs light leaked from the core and light incident on the clad. At one end of the fiber optic plate, there is provided an input end surface which is a surface for contacting the surface of the object and is inclined with respect to the optical axis of the optical fiber. The angle is set such that the light incident on the interface does not cause total reflection at the interface with the cladding. That is, the refractive index of the core is n 0 ,
N 1 the refractive index of the cladding, the critical angle of the refractive index of air n, the boundary surface of the core and the cladding beta, when the critical angle at the input end face and the γ, (1) ... n 0 sinβ = n 1 sin90
°, (2) ... n 0 sinγ = nsin90 °, (3) ...
The inclination angle of the input end face is set to be equal to or less than the angle α derived from the equation α + (90 ° + γ) + (90 ° −β) = 180 °. Incidentally, the fiber optical plate according to the present invention,
A configuration having an output end face parallel to the input end face may be adopted. By providing a light absorber so as to cover the outer peripheral portion of each clad, light leaked from the core and light propagating through the clad reach this light absorber. These lights are
Since the light is absorbed when the light enters the light absorber, the adjacent optical fibers are optically insulated by the light absorber. Therefore, it is possible to prevent the light propagating through each core from leaking and entering another adjacent core. This effect is independent of the angle of inclination of the input end face,
No matter how steep the inclination angle of the input end face is, the light incident into each core propagates through each core and is output from the output end face. When the inclination angle of the input end face is set to such a condition, a part of light propagating in the air and entering the core from the input end face leaks from the core to the clad and is absorbed by the absorber. Is done. Therefore, unnecessary light such as background light is gradually attenuated in the process of propagating through the core, and almost no light is output from the output end face. On the other hand, when the surface of the object is brought into close contact with the input end face, the light transmitted through the contact portion enters the core, and the incident light has such a condition that the condition of total reflection is satisfied at the boundary surface with the clad. Light incident at an angle will also be present. That is, only the light incident from the contact portion is output from the output end face. Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 shows a fiber optic plate (hereinafter referred to as F
1 (referred to as OP). The FOP 1 is used in a fingerprint detection device or the like, which will be described later, and is integrally formed by bundling a plurality of optical fibers. One end of the FOP 1 has an input end face 2 inclined with respect to the optical axis of the fiber, and the opposite end has an output end face 3 formed substantially perpendicular to the optical axis. . As shown in FIG. 2, the FOP 1 includes a core 5 for transmitting the incident light, a clad 6 covering the outer periphery thereof, and an absorber 7 provided to cover the outer periphery of each clad 6. It is composed of three types. By providing the absorber 7 at this position, light leaked from the core 5 and light incident on the clad 6 are absorbed, so that adjacent optical fibers are optically insulated by the absorber 7. It has become. The core 5, the clad 6, and the absorber 7 are each formed of the material shown in FIG. 4. As a result, the refractive index of the core 5 is 1.621, and the refractive index of the clad 6 is 1.519. FIG. 1 shows each dimension as an example of the size of the FOP1. By forming the FOP 1 with the optical fiber in which the outer peripheral portion of the clad 6 is covered with the absorber, the light incident into each core 5 leaks from the core 5 and enters into another adjacent core 5. The incidence is prevented, the occurrence of crosstalk between adjacent fibers can be prevented, and the S / N ratio of the output image is improved. This action is independent of the inclination angle of the input end face, and no matter how steep the inclination angle of the input end face, the light incident into each core is propagated through each core and output from the output end face. Is what is done. Further, in the FOP 1 according to the present embodiment, by setting the inclination angle of the input end face 2 (the inclination angle of the optical fiber with respect to the optical axis) to a specific value, the excellent operation and effect described later can be obtained. To play. FIG. 3 shows a longitudinal section of the FOP1. In the figure,
n 0 indicates the refractive index of the core, n 1 indicates the refractive index of the cladding, and n indicates the refractive index of air. FOP1 of the present embodiment
Defines the inclination angle α of the input end face 2 so that the light receiving angle is 0 °. That is, the inclination angle α is set to such an angle that no total reflection occurs at the boundary surface between the core 5 and the clad 6 even when light enters the core 5 from the air at any angle. . The inclination angle α can be obtained from the following equation. N 0 sin β = n 1 sin 90 ° (condition of total reflection) (1) n 0 sin γ = n sin 90 ° (condition of light receiving angle 0 °) (2) α + (90 ° + γ) + (90 °) −β) = 180 ° (3) In this case, according to FIG. 4, n 0 = 1.621, n 1 = 1.519, and n
= 1, it is obtained as α = 31.54 °. Therefore, when the inclination angle α in FIG.
Light that propagates in the air and enters from the input end face 2 does not cause total reflection at the interface between the core and the cladding, regardless of the angle of incidence. Accordingly, in the process of repeatedly propagating the light incident on the FOP from the input end face 2, a part of the light leaks from the core to the cladding, is absorbed by the absorber, and is gradually attenuated and disappears. When the inclination angle of the input end face 2 is set to such an angle as described above, light that propagates in the air and enters the FOP 1 from the input end face 2 is hardly output from the output end face 3. On the other hand, as shown in FIG. 5, when a specific object, for example, the surface of a finger 10 is brought into close contact with the input end face 2 in this state, the input end face 2 is brought into close contact with the input end face 2 due to the unevenness of the fingerprint. A non-contact portion 12 that forms a gap between the portion 11 and the input end face 2 is formed. In the contact portion 11, the input end face 2 and the surface of the finger 10 are in close contact with each other, and the refractive index of the finger surface is larger than the refractive index of air. Therefore, the input end face 2
The relationship between the angle of incidence of the light incident on and the condition of total reflection at the interface with the cladding changes from the relationship before adhesion,
At the interface with the cladding, there is also light that enters at an angle that satisfies the condition of total reflection. For example, it is assumed that light is emitted from behind the finger 10 and the transmitted light reaches point A (FIG. 5). Of the light that enters the FOP 1 from this point A, as shown in the figure, the light that enters within the range of 40.68 ° satisfies the condition of total reflection at the interface between the core 5 and the clad 6 ((2) From the equation), this incident light repeats total reflection at the boundary surface with the cladding, and is output from the output end face 3 side. Light incident beyond this angle range is attenuated and disappears in the process of repeatedly propagating refraction. On the other hand, in the non-contact portion 12, a gap 13 as shown is formed, in which air is present. That is, there is no difference from the state before the finger 10 is brought into close contact. Therefore, although light enters the core 5 also from the non-contact portion 12 of the input end face 2, the incident light at any angle still does not satisfy the condition of total reflection at the interface with the clad, and the core 5 Decays and disappears in the process of propagating inside. Therefore, when the surface image of the object is detected as described above, only the light incident from the projection on the surface of the object that is in close contact with the input end face 2 is output from the output end face 3 and is incident from the recess on the surface. Light attenuates and disappears during the propagation process.
For this reason, unnecessary light such as background light is removed, and only the image of the portion in close contact with the input end face is transmitted and output. The above-described example is based on NA (numerical aperture).
= 0.55, and Table 1 shows the inclination angles α with respect to other main NAs. [Table 1] Further, the shape of the input end face 2 of the FOP 1 can be made as shown in FIG. The shape in FIG. 7 shows a cross section obtained by cutting the input end face 2 along the line I-I ', and the arrow y in the figure shows the optical axis of each fiber constituting the FOP 1 (FIG. 6). FIG. 7A shows the input end face 2 having a planar shape as shown in FIG.
In (e), the input end surface 2 is concave, and the contact surface with the finger is enlarged. Further, in FIGS. 6F and 6G, the input end face 2 is formed in a slanted shape, so that the image of the part pressed by the input end face 2 can be enlarged and output as compared with FIG. Can be. The FOP 40 may be formed as shown in FIG. In the FOP 40 shown in FIG.
To the through hole 4
No. 1 was formed and its inner surface was polished. When a finger is inserted into the through hole 41 along the arrow c, the finger is fixed in the through hole 41, and fingerprint detection with good reproducibility can be performed. In this case, the arrow d
Light for illumination is emitted from the direction. In the example of FIG.
Although the P40 main body is machined to be integrally formed, for example, the same applies to the case where a pressing portion for pressing the inserted finger toward the input end surface 2 is provided at a position facing the input end surface 2 in FIG. The effect of is obtained. Here, a specific configuration of an apparatus provided with such an FOP 1 will be described. FIG. 9 shows a fingerprint detection device, which comprises the above-described FOP1, the CCD 20, the computer 21, and the like. The input end face 2 of FOP1 is
It is formed so as to be inclined with respect to the optical axis, and the inclination angle is set to be equal to or less than the inclination angle α obtained by the above-described equations (1) to (3). Press the finger 22 against this surface to bring it into close contact,
Light is emitted from a light source 23 provided behind or on the side surface. When the contact is performed in this manner, a concavo-convex pattern (fingerprint image) of the contact portion is transmitted to the output end face 3, the image data is given to the CCD 20, and the signal is subjected to image processing in the computer 21. . FIG. 10 shows another configuration example. In this example, a lens 30 is arranged on the output end face 3 side of the FOP 1, an image output to the output end face 3 via the lens 30 is read by a line sensor 31, and the signal is subjected to image processing in a computer 32. Has become. In the illustrated devices of FIGS. 9 and 10,
It is desirable that the angle of the input end face 2 of the FOP 1 is set to be equal to or smaller than the inclination angle α such that the light incident from the input end face 2 does not satisfy the condition of total reflection at the interface with the clad. In this case, since the FOP 1 can be formed thin, the surface image of the object output from the output end face 3 can be reduced, and the CCD 20, the lens 30, the line sensor 31, and the like can be reduced in size. It is possible to proceed. Further, the FOP may be shaped as shown in FIG. This FOP plate 50 is similar to the FOP 1 of FIG.
The output end face 3 is cut in parallel with the input end face 2, and the inclination angle θ between the optical axis of each optical fiber constituting the FOP plate 50 and the input end face 52 is equal to the inclination angle α shown in FIG. The conditions are met. The output end face of the FOP plate 50 has a CC for detecting an image obtained from the output end face.
D53 is arranged, and FO is applied to the input surface 53a of the CCD 53.
The output end face of the P plate 50 is fixed and integrally formed.
With this configuration, a fingerprint image can be detected with a compact configuration. As an example of the use of the FOP, as shown in FIG. 12, two FOPs can be connected in cascade. In this case, FOP1a is
The OP1b is disposed at an angle of 90 °, and the input end face of the FOP1b is fixed to the output end face of the FOP1a. In this case, the inclination angles θ 1 and θ 2 of one of the input end faces of the two FOPs 1 a and 1 b need only satisfy the above-described condition of the inclination angle α. And, for example, F
By fixing the CCD 53 to the output end face of the OP 1b, it is also possible to detect a fingerprint image or the like of the finger. In each of the embodiments described above, an example is shown in which a finger is brought into close contact with an input end face such as FOP1 for detecting a fingerprint. However, the present invention is not limited to this example. , Palm, nose, etc.
It can be used for detecting palm squeezing, nose squeezing, and the like. Also,
Although the output end face 3 has been described as being inclined at right angles to the optical axis, the present invention is not limited to this example. The output end face 3 may be arbitrarily inclined with respect to the optical axis. According to the fiber optical plate of the present invention, since the light absorber is provided so as to cover the outer periphery of each clad, the adjacent optical fibers are optically separated by the light absorber. In this state, light propagating through each core can be prevented from leaking and entering another adjacent core. Since this effect is achieved irrespective of the inclination angle of the input end face, the inclination angle (cutting angle) of the input end face is not restricted as in the related art. For this reason, the fiber optic plate is formed thinner than before,
Even when the input end face is inclined at an acute angle, a surface image of the object brought into close contact with the input end face can be accurately transmitted to the output end face. At this time, the inclination angle of the input end face is set to an angle such that light incident on the core from the air does not cause total reflection at the interface with the clad, that is, the refractive index of the core is n 0 , n 1 the refractive index of the cladding, the critical angle of the refractive index of air n, the boundary surface of the core and the cladding beta, when the critical angle at the input end face and the γ, (1) ... n 0 sinβ = n 1
sin 90 °, (2)... n 0 sin γ = nsin 90
°, (3) ... α + (90 ° + γ) + (90 ° −β) = 1
Since the angle is set to be equal to or less than α derived by the equation of 80 °, when the surface of the object is brought into close contact with the input end face, unnecessary light such as background light is not output from the output end face,
It is possible to output an image of only the contact portion.

【図面の簡単な説明】 【図1】本発明に実施例にかかるファイバー光学プレー
トを示す斜視図である。 【図2】ファイバー光学プレートの一部横断面図であ
る。 【図3】ファイバー光学プレートの一部縦断面図であ
る。 【図4】コア、クラッド、吸収体の各材料組成を重量%
で示すと共に、コア、クラッドの屈折率を示す図表であ
る。 【図5】ファイバー光学プレートの入力端面に指の表面
を密着させた状態を部分的に拡大して示す、ファイバー
光学プレートの縦断面図である。 【図6】ファイバー光学プレートの側面を示す概略図で
ある。 【図7】図6のファイバー光学プレートを図6のl−
l’線で切った断面を示す図であり、図(a)〜図
(g)は、入力端面の形状を例示する断面図である。 【図8】ファイバー光学プレートを備えた指紋検出装置
を示す概略構成図である。 【図9】ファイバー光学プレートを備えた、他の装置構
成を概略的に示す図である。 【図10】ファイバー光学プレートの側面を示す概形図
である。 【図11】ファイバー光学プレートを備えた、他の装置
構成を概略的に示す図である。 【図12】ファイバー光学プレートを備えた、他の装置
構成を概略的に示す図である。 【図13】従来のファイバー光学プレートを示す斜視図
である。 【符号の説明】 1…ファイバー光学プレート、2…入力端面、3…出力
端面、5…コア、6…クラッド、7…吸収体(光吸収
体)。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a perspective view showing a fiber optic plate according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a partial cross-sectional view of a fiber optic plate. FIG. 3 is a partial longitudinal sectional view of a fiber optic plate. FIG. 4 shows the composition of each material of the core, clad and absorber in% by weight.
5 is a table showing the refractive indexes of the core and the clad. FIG. 5 is a longitudinal sectional view of the fiber optic plate, showing a state in which the surface of a finger is brought into close contact with the input end face of the fiber optic plate, in a partially enlarged manner. FIG. 6 is a schematic view showing a side surface of a fiber optic plate. FIG. 7 shows the fiber optic plate of FIG.
It is a figure which shows the cross section cut | disconnected by l 'line, and figure (a)-figure (g) is sectional drawing which illustrates the shape of an input end surface. FIG. 8 is a schematic configuration diagram showing a fingerprint detection device provided with a fiber optical plate. FIG. 9 is a diagram schematically showing another device configuration including a fiber optic plate. FIG. 10 is a schematic diagram illustrating a side surface of a fiber optic plate. FIG. 11 is a diagram schematically showing another device configuration including a fiber optic plate. FIG. 12 is a diagram schematically showing another device configuration including a fiber optic plate. FIG. 13 is a perspective view showing a conventional fiber optical plate. [Description of Signs] 1 ... Fiber optical plate, 2 ... Input end face, 3 ... Output end face, 5 ... Core, 6 ... Clad, 7 ... Absorber (light absorber).

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−228464(JP,A) 米国特許4932776(US,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02B 6/42 G02B 6/04 ────────────────────────────────────────────────── (5) References JP-A-3-228464 (JP, A) US Patent 4,932,776 (US, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G02B 6 / 42 G02B 6/04

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 複数の光ファイバを束ねた状態で一体的
に形成したファイバー光学プレートであって、 このファイバー光学プレートは、入射した光を伝搬する
複数のコアと、前記各コアの外周部を覆うクラッドと、
前記各クラッドの外周部を覆うように備えられ、前記コ
アから漏れた光及び前記クラッドに入射された光を吸収
する光吸収体とを備え、 このファイバー光学プレートには、表面に凹凸を有する
物体の表面を当接させる面であって、前記光ファイバの
光軸に対して傾斜する入力端面と、この入力端面と平行
な出力端面とが設けられており、 前記入力端面の傾斜角度は、コアの屈折率をn0、クラ
ッドの屈折率をn1、空気の屈折率をn、コアとクラッ
ドの境界面での臨界角をβ、入力端面での臨界角をγと
したとき、下記の(1)〜(3)の式により導かれる角
度α以下に設定されていることを特徴とするファイバー
光学プレート。 (1)……n0sinβ=n1sin90° (2)……n0sinγ=nsin90° (3)……α+(90°+γ)+(90°−β)=18
0°
(57) [Claim 1] A fiber optic plate integrally formed by bundling a plurality of optical fibers, wherein the fiber optic plate has a plurality of cores for propagating incident light. And a clad that covers an outer peripheral portion of each of the cores,
A light absorber that is provided so as to cover an outer peripheral portion of each of the claddings and absorbs light leaked from the core and light incident on the cladding; the fiber optical plate has irregularities on its surface. an input end surface inclined with respect to the optical axis of the optical fiber , the input end surface being parallel to the input end surface;
The input end face has an inclination angle of n 0 , a refractive index of the cladding of n 1 , a refractive index of air of n, and a critical angle at a boundary surface between the core and the cladding. A fiber optic plate wherein the angle is set to be equal to or less than the angle α derived by the following equations (1) to (3), where β is the angle and γ is the critical angle at the input end face. (1)... N 0 sin β = n 1 sin 90 ° (2)... N 0 sin γ = nsin 90 ° (3)... Α + (90 ° + γ) + (90 ° −β) = 18
0 °
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