JPH09329709A - ファイバ光学プレート - Google Patents
ファイバ光学プレートInfo
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- JPH09329709A JPH09329709A JP8149402A JP14940296A JPH09329709A JP H09329709 A JPH09329709 A JP H09329709A JP 8149402 A JP8149402 A JP 8149402A JP 14940296 A JP14940296 A JP 14940296A JP H09329709 A JPH09329709 A JP H09329709A
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- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/117—Identification of persons
- A61B5/1171—Identification of persons based on the shapes or appearances of their bodies or parts thereof
- A61B5/1172—Identification of persons based on the shapes or appearances of their bodies or parts thereof using fingerprinting
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- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/04—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings formed by bundles of fibres
- G02B6/06—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings formed by bundles of fibres the relative position of the fibres being the same at both ends, e.g. for transporting images
- G02B6/08—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings formed by bundles of fibres the relative position of the fibres being the same at both ends, e.g. for transporting images with fibre bundle in form of plate
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- G—PHYSICS
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- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
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- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/26—Optical coupling means
- G02B6/262—Optical details of coupling light into, or out of, or between fibre ends, e.g. special fibre end shapes or associated optical elements
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- G06V40/13—Sensors therefor
- G06V40/1324—Sensors therefor by using geometrical optics, e.g. using prisms
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- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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- Y10S385/901—Illuminating or display apparatus
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- Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 不要な背景光や照明光の影響により、検出像
のＳ／Ｎ特性が不十分であった。 【解決手段】 ファイバを束ねたスラントＦＯＰ１０
に、ファイバの外周に光吸収体を設けたテーパードＦＯ
Ｐ２０を接合して構成する。検出面１１のスラント角β
0 を、空気中から入射した光がコアとクラッドとの境界
面において全反射を生じない角度に設定している。さら
に、テーパードＦＯＰ２０内に最小入射角度で入射する
背景光が、コアとクラッドとの境界面に入射する際、こ
の際の入射角度が、この境界面において全反射を生じ得
る臨界角よりも小さな角度となるように、入射面２１の
スラント角γ0 を設定している。
のＳ／Ｎ特性が不十分であった。 【解決手段】 ファイバを束ねたスラントＦＯＰ１０
に、ファイバの外周に光吸収体を設けたテーパードＦＯ
Ｐ２０を接合して構成する。検出面１１のスラント角β
0 を、空気中から入射した光がコアとクラッドとの境界
面において全反射を生じない角度に設定している。さら
に、テーパードＦＯＰ２０内に最小入射角度で入射する
背景光が、コアとクラッドとの境界面に入射する際、こ
の際の入射角度が、この境界面において全反射を生じ得
る臨界角よりも小さな角度となるように、入射面２１の
スラント角γ0 を設定している。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、複数の光ファイバ
を束ねて一体化した光学プレートを、一連に接続して構
成するファイバ光学プレートに関する。
を束ねて一体化した光学プレートを、一連に接続して構
成するファイバ光学プレートに関する。
【０００２】
【従来の技術】このようなファイバ光学プレート（以
下、「ＦＯＰ」と記す）は、指紋検出器の検出部などに
用いられており、その構成の一例を図７に示す。このタ
イプでは、光源８２、８４、８６、８８からの照明光
を、スラントされたテーパＦＯＰ７０の肩の部位から検
出面７４に向けて入射している。検出面７４に指を接触
させると、接触／非接触の違いにより指紋が検出され、
そのイメージ像がテーパＦＯＰ７０で伝送・縮小され、
端面８０より出射され、ＣＣＤ７８で検出される（U.S.
P 4932776)。
下、「ＦＯＰ」と記す）は、指紋検出器の検出部などに
用いられており、その構成の一例を図７に示す。このタ
イプでは、光源８２、８４、８６、８８からの照明光
を、スラントされたテーパＦＯＰ７０の肩の部位から検
出面７４に向けて入射している。検出面７４に指を接触
させると、接触／非接触の違いにより指紋が検出され、
そのイメージ像がテーパＦＯＰ７０で伝送・縮小され、
端面８０より出射され、ＣＣＤ７８で検出される（U.S.
P 4932776)。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、この方式で検
出されるイメージ像は、Ｓ／Ｎの悪いものであった。そ
の理由としては、４方向から入射している照明光のう
ち、指紋検出に寄与している光は一部であり、残りの光
は検出面７４やテーパＦＯＰ７０の側面７５から外部へ
抜けてしまうか、或は端面８０よりノイズとして出射さ
れる。そのため、検出面７４で得られたイメージ像は、
このノイズの影響を受けてＳ／Ｎの悪い像となってい
た。
出されるイメージ像は、Ｓ／Ｎの悪いものであった。そ
の理由としては、４方向から入射している照明光のう
ち、指紋検出に寄与している光は一部であり、残りの光
は検出面７４やテーパＦＯＰ７０の側面７５から外部へ
抜けてしまうか、或は端面８０よりノイズとして出射さ
れる。そのため、検出面７４で得られたイメージ像は、
このノイズの影響を受けてＳ／Ｎの悪い像となってい
た。
【０００４】ここで、Ｓ／Ｎが悪くなる原因を図８を基
に詳細に説明する。なお、図中、ａ、ｂ、ｃ、ｄは、図
示の方向に入射する光線を示している。また、コア７１
の屈折率は１．６２、クラッド７２の屈折率は１．４８
であり、スラント角は３０°〜４０°である。
に詳細に説明する。なお、図中、ａ、ｂ、ｃ、ｄは、図
示の方向に入射する光線を示している。また、コア７１
の屈折率は１．６２、クラッド７２の屈折率は１．４８
であり、スラント角は３０°〜４０°である。
【０００５】光源８２、８４、８６、８８からの照明光
は、ＦＯＰ７０内を検出面７４に向って伝播されるが、
この際、ＦＯＰ７０内部で屈折・反射を繰り返して進む
ため、検出面７４には全ての方向より入射すると考えら
れるため、いわば拡散光に近い光として検出面７４に入
射する。
は、ＦＯＰ７０内を検出面７４に向って伝播されるが、
この際、ＦＯＰ７０内部で屈折・反射を繰り返して進む
ため、検出面７４には全ての方向より入射すると考えら
れるため、いわば拡散光に近い光として検出面７４に入
射する。
【０００６】また、検出面７４に入射した照明光のう
ち、検出面７４のスラント角をαとすると、検出面７４
に角度θ1 〜θ2 の範囲で入射した照明光のみが検出面
７４で反射した後、光ファイバ内で全反射を繰り返して
伝播し、端面８０から信号光として出力される（線ａ−
ａ’、ｂ−ｂ’）。
ち、検出面７４のスラント角をαとすると、検出面７４
に角度θ1 〜θ2 の範囲で入射した照明光のみが検出面
７４で反射した後、光ファイバ内で全反射を繰り返して
伝播し、端面８０から信号光として出力される（線ａ−
ａ’、ｂ−ｂ’）。
【０００７】（角）ａＯＭ＝θ1 より小さな角度で検出
面７４に入射した照明光は、検出面７４から外部へ出射
される。（角）ｂＯＭ＝θ2 より大きな角度で入射した
光（例えば光線ｃ）は、検出面７４で反射された後、コ
ア７１−クラッド７２内を屈折を繰り返しながら伝播さ
れ、端面８０からノイズとして出射するか、或はＦＯＰ
７０の側面７５から外部へ出射する。また、（角）ＭＯ
Ｎ内に入射した光は、検出面７４より外部へ出射され、
臨界角より大きい角度で入射した場合には側面７５から
外部へ出射される。
面７４に入射した照明光は、検出面７４から外部へ出射
される。（角）ｂＯＭ＝θ2 より大きな角度で入射した
光（例えば光線ｃ）は、検出面７４で反射された後、コ
ア７１−クラッド７２内を屈折を繰り返しながら伝播さ
れ、端面８０からノイズとして出射するか、或はＦＯＰ
７０の側面７５から外部へ出射する。また、（角）ＭＯ
Ｎ内に入射した光は、検出面７４より外部へ出射され、
臨界角より大きい角度で入射した場合には側面７５から
外部へ出射される。
【０００８】参考のため、スラント角α＝４０°のと
き、図８におけるθ1 、θ2 、θ3 の値を求めると以下
のようになる。 １．６２・ｓｉｎθ3 ＝１．４８・ｓｉｎ９０° → θ3 ＝６６．０° １．６２・ｓｉｎθ1 ＝１・ｓｉｎ９０° → θ1 ＝３８．１° θ2 ＝９０°−｛α−（９０°−θ3 ｝ → θ2 ＝７４．０° 一方、指紋の検出の際には、この検出面７４に指先を押
圧する。指の表面には山・谷の凹凸模様となる指紋があ
り、この指紋の凹部に対応する検出面７４では、指先を
押圧させる前の状態と何等変化はなく、この部位に角度
θ1 〜θ2 の範囲で入射した照明光の反射光は、光ファ
イバ内を全反射して端面８０側へ伝送される。一方、指
紋の凸部は検出面７４と密着した状態となり、指紋の凸
部に対応する検出面７４に到達した照明光は、この部位
で吸収或は散乱され、光ファイバ内には戻らない。この
ため、検出面７４に照射された照明光のうち、指紋の凸
部での反射光は検出されず、これが明暗パターンとして
の指紋の像となって端面８０で検出される。
き、図８におけるθ1 、θ2 、θ3 の値を求めると以下
のようになる。 １．６２・ｓｉｎθ3 ＝１．４８・ｓｉｎ９０° → θ3 ＝６６．０° １．６２・ｓｉｎθ1 ＝１・ｓｉｎ９０° → θ1 ＝３８．１° θ2 ＝９０°−｛α−（９０°−θ3 ｝ → θ2 ＝７４．０° 一方、指紋の検出の際には、この検出面７４に指先を押
圧する。指の表面には山・谷の凹凸模様となる指紋があ
り、この指紋の凹部に対応する検出面７４では、指先を
押圧させる前の状態と何等変化はなく、この部位に角度
θ1 〜θ2 の範囲で入射した照明光の反射光は、光ファ
イバ内を全反射して端面８０側へ伝送される。一方、指
紋の凸部は検出面７４と密着した状態となり、指紋の凸
部に対応する検出面７４に到達した照明光は、この部位
で吸収或は散乱され、光ファイバ内には戻らない。この
ため、検出面７４に照射された照明光のうち、指紋の凸
部での反射光は検出されず、これが明暗パターンとして
の指紋の像となって端面８０で検出される。
【０００９】端面８０からは、このようにして指紋の像
が検出されるが、前述したように、指紋の検出には、照
明光のごく一部しか寄与しておらず、また、この端面８
０には、検出面７４で反射された照明光の一部が、コア
７１−クラッド７２内を屈折を繰り返して伝播され、端
面８０にノイズとして到達する。その結果、ＣＣＤなど
の撮像素子により指紋の像として検出される信号は、Ｓ
／Ｎの悪いものとなっていた。
が検出されるが、前述したように、指紋の検出には、照
明光のごく一部しか寄与しておらず、また、この端面８
０には、検出面７４で反射された照明光の一部が、コア
７１−クラッド７２内を屈折を繰り返して伝播され、端
面８０にノイズとして到達する。その結果、ＣＣＤなど
の撮像素子により指紋の像として検出される信号は、Ｓ
／Ｎの悪いものとなっていた。
【００１０】さらに、図９を基に、検出面７４から入射
する背景光についても検討する。図中、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ
は図示した方向に入射する光線を示し、線ｅ−ｅ’、ｆ
ーｆ’などは、各光線の進行経路を示す。
する背景光についても検討する。図中、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ
は図示した方向に入射する光線を示し、線ｅ−ｅ’、ｆ
ーｆ’などは、各光線の進行経路を示す。
【００１１】まず、検出面７４に沿った光線ｅは、光フ
ァイバ内を全反射しながら端面８０方向に進行する（線
ｅ−ｅ’）。また、光線ｆは光ファイバ内へ入射し、全
反射を起こす最小の入射角度（臨界角θｃ）でコア７１
から入射し、クラッド７２との境界面で全反射しながら
伝播する。光線ｇは、光線ｆに比べてＦＯＰ７０内への
入射角度が小さく、光ファイバ内では全反射せず、コア
７１／クラッド７２間を屈折を繰り返しながら端面８０
側へ進行する。光線ｈは、光線ｇと同じであるが、側面
７５側へ向かって進行する。
ァイバ内を全反射しながら端面８０方向に進行する（線
ｅ−ｅ’）。また、光線ｆは光ファイバ内へ入射し、全
反射を起こす最小の入射角度（臨界角θｃ）でコア７１
から入射し、クラッド７２との境界面で全反射しながら
伝播する。光線ｇは、光線ｆに比べてＦＯＰ７０内への
入射角度が小さく、光ファイバ内では全反射せず、コア
７１／クラッド７２間を屈折を繰り返しながら端面８０
側へ進行する。光線ｈは、光線ｇと同じであるが、側面
７５側へ向かって進行する。
【００１２】このようにノイズとして入射する背景光を
分類すると、（角）ｅＯｆ内から入射する光と、（角）
ｆＯｈ内から入射する光の２種類に大別できる。（角）
ｅＯｆから入射する背景光は、光ファイバ内を全反射し
ながら端面８０側へ進行し、（角）ｆＯｈ内から入射す
る背景光は、ＦＯＰ内のコア７１／クラッド７２間を屈
折を繰り返しながら端面８０及び側面７５方向へ進行す
る。
分類すると、（角）ｅＯｆ内から入射する光と、（角）
ｆＯｈ内から入射する光の２種類に大別できる。（角）
ｅＯｆから入射する背景光は、光ファイバ内を全反射し
ながら端面８０側へ進行し、（角）ｆＯｈ内から入射す
る背景光は、ＦＯＰ内のコア７１／クラッド７２間を屈
折を繰り返しながら端面８０及び側面７５方向へ進行す
る。
【００１３】これら２種類の背景光のうち、端面８０へ
到達する光は全てノイズとして出力されるため、この結
果、検出される信号のＳ／Ｎを悪化させることになる。
到達する光は全てノイズとして出力されるため、この結
果、検出される信号のＳ／Ｎを悪化させることになる。
【００１４】本発明は、このような課題を解決すべくな
されたものであり、その目的は、照明光に起因するノイ
ズ及び背景光に起因するノイズの双方のノイズを除去す
ることにより、Ｓ／Ｎを一層向上させることができるフ
ァイバ光学プレートを提供することにある。
されたものであり、その目的は、照明光に起因するノイ
ズ及び背景光に起因するノイズの双方のノイズを除去す
ることにより、Ｓ／Ｎを一層向上させることができるフ
ァイバ光学プレートを提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】そこで、請求項１にかか
るファイバ光学プレートは、コアとクラッドからなる光
ファイバを束ねて一体化した光学プレート同士を接合し
て構成するファイバ光学プレートであって、第１光学プ
レートと第２光学プレートとを接合して構成する。
るファイバ光学プレートは、コアとクラッドからなる光
ファイバを束ねて一体化した光学プレート同士を接合し
て構成するファイバ光学プレートであって、第１光学プ
レートと第２光学プレートとを接合して構成する。
【００１６】第１光学プレートは、光ファイバの光軸に
対して傾斜する主入力端面を有しており、光ファイバの
光軸に対するこの主入力端面の傾斜角度を、空気中から
当該ファイバ内に入射した光がコアとクラッドとの境界
面において全反射を生じない角度に設定する。第１光学
プレートの主入力端面の傾斜角度をこのような角度に設
定することで、空気中を伝播し主入力端面から入射する
光は、コア−クラッドの境界面で全反射はせず、ファイ
バ内を伝送されることはない。
対して傾斜する主入力端面を有しており、光ファイバの
光軸に対するこの主入力端面の傾斜角度を、空気中から
当該ファイバ内に入射した光がコアとクラッドとの境界
面において全反射を生じない角度に設定する。第１光学
プレートの主入力端面の傾斜角度をこのような角度に設
定することで、空気中を伝播し主入力端面から入射する
光は、コア−クラッドの境界面で全反射はせず、ファイ
バ内を伝送されることはない。
【００１７】第２光学プレートは、光ファイバの光軸に
対して傾斜し、かつ第１光学プレートに接合された入力
端面を有すると共に、束ねられた個々の光ファイバの外
周を覆う光吸収体を有する。そして、第１光学プレート
の入力端面から入射する背景光のうち、第２光学プレー
ト内に最小入射角度で入射する背景光が、第２光学プレ
ートのコアとクラッドとの境界面に入射する際、この際
の入射角度が、当該境界面において全反射を生じ得る臨
界角よりも小さな角度となるように、この第２光学プレ
ートの入力端面の傾斜角度を設定して構成する。
対して傾斜し、かつ第１光学プレートに接合された入力
端面を有すると共に、束ねられた個々の光ファイバの外
周を覆う光吸収体を有する。そして、第１光学プレート
の入力端面から入射する背景光のうち、第２光学プレー
ト内に最小入射角度で入射する背景光が、第２光学プレ
ートのコアとクラッドとの境界面に入射する際、この際
の入射角度が、当該境界面において全反射を生じ得る臨
界角よりも小さな角度となるように、この第２光学プレ
ートの入力端面の傾斜角度を設定して構成する。
【００１８】第１光学プレートの主入力端面から入射す
る背景光のうち、第２光学プレート内に最小入射角度で
入射する背景光は、第１光学プレートの主入力端面のコ
アから入射しその出力端面のクラッドから第２光学プレ
ート内に入射する光となる（実施態様を参照）。また、
この背景光が第２光学プレートのコア−クラッドの境界
面に入射する際の入射角度を、全反射を生じ得る臨界角
よりも小さな角度となるように、第２光学プレートの入
力端面の傾斜角度を設定することで、第２光学プレート
内に入射する全ての背景光は、臨界角よりも小さな角度
でコア−クラッドの境界面に入射する。このため、第２
光学プレートに入射した背景光は、屈折を繰り返し、第
２光学プレートを伝播する過程で減衰し消滅する。な
お、隣り合う光ファイバ側へ向かう屈折光は、光吸収体
で吸収される。
る背景光のうち、第２光学プレート内に最小入射角度で
入射する背景光は、第１光学プレートの主入力端面のコ
アから入射しその出力端面のクラッドから第２光学プレ
ート内に入射する光となる（実施態様を参照）。また、
この背景光が第２光学プレートのコア−クラッドの境界
面に入射する際の入射角度を、全反射を生じ得る臨界角
よりも小さな角度となるように、第２光学プレートの入
力端面の傾斜角度を設定することで、第２光学プレート
内に入射する全ての背景光は、臨界角よりも小さな角度
でコア−クラッドの境界面に入射する。このため、第２
光学プレートに入射した背景光は、屈折を繰り返し、第
２光学プレートを伝播する過程で減衰し消滅する。な
お、隣り合う光ファイバ側へ向かう屈折光は、光吸収体
で吸収される。
【００１９】また、請求項３にかかるファイバ光学プレ
ートも、同様の機能を有するものであり、コアとクラッ
ドからなる光ファイバを束ねて一体化した光学プレート
同士を接合して構成するファイバ光学プレートであっ
て、第３光学プレート、第４光学プレート及び第５光学
プレートを接合して構成する。
ートも、同様の機能を有するものであり、コアとクラッ
ドからなる光ファイバを束ねて一体化した光学プレート
同士を接合して構成するファイバ光学プレートであっ
て、第３光学プレート、第４光学プレート及び第５光学
プレートを接合して構成する。
【００２０】第３光学プレートは、光ファイバの光軸に
対して傾斜する主入力端面を有しており、光ファイバの
光軸に対するこの主入力端面の傾斜角度を、空気中から
当該ファイバ内に入射した光がコアとクラッドとの境界
面において全反射を生じない角度に設定する。
対して傾斜する主入力端面を有しており、光ファイバの
光軸に対するこの主入力端面の傾斜角度を、空気中から
当該ファイバ内に入射した光がコアとクラッドとの境界
面において全反射を生じない角度に設定する。
【００２１】第４光学プレートは、当該光ファイバの光
軸に対して傾斜し、かつ第３光学プレートに接合された
入力端面を有すると共に、束ねられた個々の光ファイバ
の外周を覆う光吸収体を備える。第５光学プレートは、
第４光学プレートの出力端面に接合され、この第４光学
プレートより入射する光を伝播する。
軸に対して傾斜し、かつ第３光学プレートに接合された
入力端面を有すると共に、束ねられた個々の光ファイバ
の外周を覆う光吸収体を備える。第５光学プレートは、
第４光学プレートの出力端面に接合され、この第４光学
プレートより入射する光を伝播する。
【００２２】そして、第３光学プレートの主入力端面か
ら入射する背景光のうち、第４光学プレート内に最小入
射角度で入射する背景光が、第４光学プレートのコアと
クラッドとの境界面に入射する際、この際の入射角度
が、当該境界面において全反射を生じ得る臨界角よりも
小さな角度となるように、第４光学プレートの入力端面
の傾斜角度を設定して構成する。
ら入射する背景光のうち、第４光学プレート内に最小入
射角度で入射する背景光が、第４光学プレートのコアと
クラッドとの境界面に入射する際、この際の入射角度
が、当該境界面において全反射を生じ得る臨界角よりも
小さな角度となるように、第４光学プレートの入力端面
の傾斜角度を設定して構成する。
【００２３】請求項２又は４にかかるファイバー光学プ
レートのように、第２光学プレート又は第５光学プレー
トを、プレート径が、出力端面側に向かって次第に縮小
するテーパ形状とすることにより、縮小されたイメージ
像を得ることができ、より小型の検出素子を用いること
ができる。
レートのように、第２光学プレート又は第５光学プレー
トを、プレート径が、出力端面側に向かって次第に縮小
するテーパ形状とすることにより、縮小されたイメージ
像を得ることができ、より小型の検出素子を用いること
ができる。
【００２４】なお、前述した光吸収体は、この部位に入
射した光を効果的に除去する目的で形成され、例えば、
Ｎｉ2 Ｏ3 、Ｃｏ2 Ｏ3 、Ｃｒ2 Ｏ3 、ＣｕＯ、Ｆｅ2
Ｏ3などの酸化物着色剤を多く含んだガラスよりなって
いる。
射した光を効果的に除去する目的で形成され、例えば、
Ｎｉ2 Ｏ3 、Ｃｏ2 Ｏ3 、Ｃｒ2 Ｏ3 、ＣｕＯ、Ｆｅ2
Ｏ3などの酸化物着色剤を多く含んだガラスよりなって
いる。
【００２５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につき、
添付図面を参照して説明する。
添付図面を参照して説明する。
【００２６】図１、２にファイバ光学プレート（以下、
「ＦＯＰ」と記す）１０１の外観を示す。このＦＯＰ１
０１は、スラントＦＯＰ１０及びテーパードＦＯＰ２０
の２つの光学プレートを接合しており、テーパードＦＯ
Ｐ２０の出力端面２２には、ＣＣＤ６０を固定すると共
に、スラントＦＯＰ１０の検出面１１下方には、照明用
の光源６１を配し、この光源６１によって検出面１１を
下方より照明する。このように配置することで、全体と
して指紋検出器を構成している。なお、各ＦＯＰ内の光
ファイバの方向は、便宜上、各ＦＯＰ側面に実線で示し
ている。
「ＦＯＰ」と記す）１０１の外観を示す。このＦＯＰ１
０１は、スラントＦＯＰ１０及びテーパードＦＯＰ２０
の２つの光学プレートを接合しており、テーパードＦＯ
Ｐ２０の出力端面２２には、ＣＣＤ６０を固定すると共
に、スラントＦＯＰ１０の検出面１１下方には、照明用
の光源６１を配し、この光源６１によって検出面１１を
下方より照明する。このように配置することで、全体と
して指紋検出器を構成している。なお、各ＦＯＰ内の光
ファイバの方向は、便宜上、各ＦＯＰ側面に実線で示し
ている。
【００２７】スラントＦＯＰ１０は、コア１とクラッド
２よりなる光ファイバを多数束ねて一体化しており、指
先を押し付ける部位となる検出面１１は、光ファイバの
光軸に対して角度（スラント角）β0 でカッティングさ
れており、出力端面１２はこの光ファイバの光軸に対し
て垂直にカッティングされている。なお、この検出面１
１の傾斜角度β0 については、後に詳述する。
２よりなる光ファイバを多数束ねて一体化しており、指
先を押し付ける部位となる検出面１１は、光ファイバの
光軸に対して角度（スラント角）β0 でカッティングさ
れており、出力端面１２はこの光ファイバの光軸に対し
て垂直にカッティングされている。なお、この検出面１
１の傾斜角度β0 については、後に詳述する。
【００２８】テーパードＦＯＰ２０も、コア１とクラッ
ド２よりなる光ファイバを多数束ねて一体化している
が、さらに個々のクラッド２の外周を覆うように光吸収
体３を形成している（図５参照）。この光吸収体は、例
えば、Ｎｉ2 Ｏ3 、Ｃｏ2 Ｏ3、Ｃｒ2 Ｏ3 、ＣｕＯ、
Ｆｅ2 Ｏ3 などの酸化物着色剤を多く含んだガラスより
なっており、この部位に入射した光を吸収し除去する機
能を有している。また、スラントＦＯＰ１０の出力端面
１２に接合されたテーパードＦＯＰ２０の入力端面２１
は、このテーパードＦＯＰ２０を構成する光ファイバの
光軸に対して角度（スラント角）γ0 でカッティングさ
れているが、この入力端面２１の傾斜角度γ0 について
も、後に詳述する。
ド２よりなる光ファイバを多数束ねて一体化している
が、さらに個々のクラッド２の外周を覆うように光吸収
体３を形成している（図５参照）。この光吸収体は、例
えば、Ｎｉ2 Ｏ3 、Ｃｏ2 Ｏ3、Ｃｒ2 Ｏ3 、ＣｕＯ、
Ｆｅ2 Ｏ3 などの酸化物着色剤を多く含んだガラスより
なっており、この部位に入射した光を吸収し除去する機
能を有している。また、スラントＦＯＰ１０の出力端面
１２に接合されたテーパードＦＯＰ２０の入力端面２１
は、このテーパードＦＯＰ２０を構成する光ファイバの
光軸に対して角度（スラント角）γ0 でカッティングさ
れているが、この入力端面２１の傾斜角度γ0 について
も、後に詳述する。
【００２９】このようなファイバ光学プレート１０１を
備えて構成する指紋検出器の機能を概略的に説明する。
この指紋検出器は、検出面１１に対し、指紋を検出すべ
き指先を押し付け、この状態で光源６１によって検出面
１１に照明光を照射する。すると、指紋の凹凸によって
検出面１１に密着部と非密着部ができ、これが指紋を表
す明暗パターンとなり、この像が各ＦＯＰ内を伝播して
伝送される。そして、テーパードＦＯＰ２０内を伝送さ
れる過程で、この指紋パターンの像が縮小され、ＣＣＤ
６０に入射する。このように、この指紋パターンの像が
ＣＣＤ６０を介して電気信号として検出される。
備えて構成する指紋検出器の機能を概略的に説明する。
この指紋検出器は、検出面１１に対し、指紋を検出すべ
き指先を押し付け、この状態で光源６１によって検出面
１１に照明光を照射する。すると、指紋の凹凸によって
検出面１１に密着部と非密着部ができ、これが指紋を表
す明暗パターンとなり、この像が各ＦＯＰ内を伝播して
伝送される。そして、テーパードＦＯＰ２０内を伝送さ
れる過程で、この指紋パターンの像が縮小され、ＣＣＤ
６０に入射する。このように、この指紋パターンの像が
ＣＣＤ６０を介して電気信号として検出される。
【００３０】この実施形態で例示したファイバ光学プレ
ート１０１では、検出面１１から入射する不要な背景光
等を伝播過程で完全に除去するように、スラントＦＯＰ
１０における検出面１１のスラント角β0 と、テーパー
ドＦＯＰ２０における入力端面２１のスラント角γ0 と
を所定の角度に設定している。以下、この機能について
詳述する。
ート１０１では、検出面１１から入射する不要な背景光
等を伝播過程で完全に除去するように、スラントＦＯＰ
１０における検出面１１のスラント角β0 と、テーパー
ドＦＯＰ２０における入力端面２１のスラント角γ0 と
を所定の角度に設定している。以下、この機能について
詳述する。
【００３１】まず、スラントＦＯＰ１０の検出面１１か
ら入射する背景光には、（Ｉ）スラントＦＯＰ１０を構
成する各光ファイバ内を伝送される光、（ＩＩ）コア−
クラッド−コア・・或はクラッド−コア−クラッド・・
のように、屈折を繰り返しながら進行する光、の２種類
がある。これら２種類の背景光が、テーパードＦＯＰ２
０の受光角内でテーパードＦＯＰ２０に入射した場合に
は、この光が出力端面２２から出射される。この結果、
検出されるべき指紋パターン像に対するノイズとなっ
て、Ｓ／Ｎを悪化させる。
ら入射する背景光には、（Ｉ）スラントＦＯＰ１０を構
成する各光ファイバ内を伝送される光、（ＩＩ）コア−
クラッド−コア・・或はクラッド−コア−クラッド・・
のように、屈折を繰り返しながら進行する光、の２種類
がある。これら２種類の背景光が、テーパードＦＯＰ２
０の受光角内でテーパードＦＯＰ２０に入射した場合に
は、この光が出力端面２２から出射される。この結果、
検出されるべき指紋パターン像に対するノイズとなっ
て、Ｓ／Ｎを悪化させる。
【００３２】そこで、上記（Ｉ）のノイズを除去すべ
く、スラントＦＯＰ１０のスラント角βを次式より規定
している（図３）。
く、スラントＦＯＰ１０のスラント角βを次式より規定
している（図３）。
【００３３】 ｎ0 ｓｉｎδ＝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°−δ）＝１８０° …（３） β＝δ−γ …（４） ただし、ｎ、ｎ0 及びｎ1 は、順に、空気、コア材及び
クラッド材の屈折率を示す。δは臨界角であり、コア−
クラッドの境界面に対し、この角度より小さい入射角度
で光が入射した場合には、この境界面で全反射は生じな
い。スラント角βは、（４）式で求まり、この値は臨界
角δよりも小である。したがって、空気中から検出面１
１を介してスラントＦＯＰ１０内に入射した光、すなわ
ち背景光は、ＦＯＰ内を屈折を繰り返して進行する。こ
のように、図示したスラント角β0 は、上記（４）式で
求めた角度β以下の角度に設定しており、これにより、
上記（Ｉ）のノイズを除去している。
クラッド材の屈折率を示す。δは臨界角であり、コア−
クラッドの境界面に対し、この角度より小さい入射角度
で光が入射した場合には、この境界面で全反射は生じな
い。スラント角βは、（４）式で求まり、この値は臨界
角δよりも小である。したがって、空気中から検出面１
１を介してスラントＦＯＰ１０内に入射した光、すなわ
ち背景光は、ＦＯＰ内を屈折を繰り返して進行する。こ
のように、図示したスラント角β0 は、上記（４）式で
求めた角度β以下の角度に設定しており、これにより、
上記（Ｉ）のノイズを除去している。
【００３４】また、上記した（ＩＩ）のノイズを除去す
べく、テーパードＦＯＰ２０のスラント角γを以下のよ
うに規定している。この種の背景光は、図３における光
線ｊのように、ファイバ内を屈折を繰り返しながら進行
していく。そこで、この背景光を除去するため、テーパ
ードＦＯＰ２０の受光角を、テーパードＦＯＰ２０内に
入射する背景光の最小入射角度よりも小さくなるように
設定している。
べく、テーパードＦＯＰ２０のスラント角γを以下のよ
うに規定している。この種の背景光は、図３における光
線ｊのように、ファイバ内を屈折を繰り返しながら進行
していく。そこで、この背景光を除去するため、テーパ
ードＦＯＰ２０の受光角を、テーパードＦＯＰ２０内に
入射する背景光の最小入射角度よりも小さくなるように
設定している。
【００３５】図４に示すように、スラントＦＯＰ１０の
コア１の屈折率は１．５６０、クラッド２の屈折率は
１．５２０である。また、スラント角βは、前出した
（１）〜（４）式より、β＝３７．１３°と求まるが、
実際の加工精度を考慮して、β0＝３６°と若干小さな
値に設定する。検出面１１より入射する背景光のうち
で、テーパードＦＯＰ２０に入射する入射角度が小さい
のは、図４にｋ、ｌとして示す斜面に沿った光線であ
る。光線ｋがクラッド２に、光線ｌがコア１に入射した
場合の軌跡を、それぞれ線ｋ−ｋ’、線ｌ−ｌ’として
示す。テーパードＦＯＰ２０へ入射する最小角度は、線
ｌ−ｌ’にあり、これは検出面１１のコア１より入射
し、出力端面１２のクラッド２から出射する場合であ
る。このときの出射角度は、５．５８°である。従っ
て、スラントＦＯＰ１０よりこの最小出射角度で出射さ
れた背景光を、テーパードＦＯＰ２０内で除去できれ
ば、テーパードＦＯＰ２０内に入射する全ての背景光を
除去することができる。
コア１の屈折率は１．５６０、クラッド２の屈折率は
１．５２０である。また、スラント角βは、前出した
（１）〜（４）式より、β＝３７．１３°と求まるが、
実際の加工精度を考慮して、β0＝３６°と若干小さな
値に設定する。検出面１１より入射する背景光のうち
で、テーパードＦＯＰ２０に入射する入射角度が小さい
のは、図４にｋ、ｌとして示す斜面に沿った光線であ
る。光線ｋがクラッド２に、光線ｌがコア１に入射した
場合の軌跡を、それぞれ線ｋ−ｋ’、線ｌ−ｌ’として
示す。テーパードＦＯＰ２０へ入射する最小角度は、線
ｌ−ｌ’にあり、これは検出面１１のコア１より入射
し、出力端面１２のクラッド２から出射する場合であ
る。このときの出射角度は、５．５８°である。従っ
て、スラントＦＯＰ１０よりこの最小出射角度で出射さ
れた背景光を、テーパードＦＯＰ２０内で除去できれ
ば、テーパードＦＯＰ２０内に入射する全ての背景光を
除去することができる。
【００３６】そこで、図５にスラントＦＯＰ１０とテー
パードＦＯＰ２０とのカップリング部（接合部）を拡大
して示す。図示した光線の進行経路は、スラントＦＯＰ
１０の検出面１１でコア１から入射し、出力端面１２の
クラッド２から出射する背景光の光線ｋ’を示してお
り、前述した最小入射角でテーパードＦＯＰ２０へ向け
て出射される光線である。この光線ｋ’は、スラントＦ
ＯＰ１０のクラッド２から５．５８°の出射角で出射さ
れ、テーパードＦＯＰ２０のコア１内に、５．４４°の
入射角度で入射する。図によれば、この光線ｋ’は、テ
ーパードＦＯＰ２０におけるコア１とクラッド２との境
界面に対し入射角度７７°で入射しているが、この入射
角度は臨界角であり、これよりも小さな角度で入射した
背景光の光線は、コア１とクラッド２との境界面におい
て全反射を生じることなく、クラッド２側へ屈折して入
射する。クラッド２へ入射した光線は、クラッド２／コ
ア１を屈折を繰り返して進行し、その間に光吸収体３に
吸収されるため、伝播過程で次第に減衰し消滅する。境
界面に対する光線ｋ’の入射角度が７７°のとき、テー
パードＦＯＰ２０のスラント角γは、８２．４４°であ
るため、スラント角γ0 をこの８２．４４°よりも小さ
な角度に設定することで、光線ｋ’の入射角度が７７°
よりも小さな角度となる。このように設定することで、
前述したように、背景光を除去することができる。
パードＦＯＰ２０とのカップリング部（接合部）を拡大
して示す。図示した光線の進行経路は、スラントＦＯＰ
１０の検出面１１でコア１から入射し、出力端面１２の
クラッド２から出射する背景光の光線ｋ’を示してお
り、前述した最小入射角でテーパードＦＯＰ２０へ向け
て出射される光線である。この光線ｋ’は、スラントＦ
ＯＰ１０のクラッド２から５．５８°の出射角で出射さ
れ、テーパードＦＯＰ２０のコア１内に、５．４４°の
入射角度で入射する。図によれば、この光線ｋ’は、テ
ーパードＦＯＰ２０におけるコア１とクラッド２との境
界面に対し入射角度７７°で入射しているが、この入射
角度は臨界角であり、これよりも小さな角度で入射した
背景光の光線は、コア１とクラッド２との境界面におい
て全反射を生じることなく、クラッド２側へ屈折して入
射する。クラッド２へ入射した光線は、クラッド２／コ
ア１を屈折を繰り返して進行し、その間に光吸収体３に
吸収されるため、伝播過程で次第に減衰し消滅する。境
界面に対する光線ｋ’の入射角度が７７°のとき、テー
パードＦＯＰ２０のスラント角γは、８２．４４°であ
るため、スラント角γ0 をこの８２．４４°よりも小さ
な角度に設定することで、光線ｋ’の入射角度が７７°
よりも小さな角度となる。このように設定することで、
前述したように、背景光を除去することができる。
【００３７】ここで、他の実施形態を図６に示す。この
ファイバ光学プレート１０２は、光吸収体を備えていな
いスラントＦＯＰ３０とテーパードＦＯＰ５０との間
に、光吸収体を備えたスラントＦＯＰ４０を接合して構
成している。このように構成することで、ＦＯＰ１０１
と同様の機能を有するＦＯＰを構成できる。この場合、
スラントＦＯＰ３０が前述したスラントＦＯＰ１０に対
応しており、そのスラント角も前述したβ0 に規定して
いる。テーパードＦＯＰ５０の入力端面５１は、このテ
ーパードＦＯＰ５０を構成する光ファイバの光軸に対し
てほぼ垂直にカッティングされている。また、その前段
に接合したスラントＦＯＰ４０における入力端面４１の
スラント角を、前述したスラントＦＯＰ２０のスラント
角γ0 に規定している。
ファイバ光学プレート１０２は、光吸収体を備えていな
いスラントＦＯＰ３０とテーパードＦＯＰ５０との間
に、光吸収体を備えたスラントＦＯＰ４０を接合して構
成している。このように構成することで、ＦＯＰ１０１
と同様の機能を有するＦＯＰを構成できる。この場合、
スラントＦＯＰ３０が前述したスラントＦＯＰ１０に対
応しており、そのスラント角も前述したβ0 に規定して
いる。テーパードＦＯＰ５０の入力端面５１は、このテ
ーパードＦＯＰ５０を構成する光ファイバの光軸に対し
てほぼ垂直にカッティングされている。また、その前段
に接合したスラントＦＯＰ４０における入力端面４１の
スラント角を、前述したスラントＦＯＰ２０のスラント
角γ0 に規定している。
【００３８】このように構成したファイバ光学プレート
１０２では、スラントＦＯＰ３０から入射する背景光
は、光吸収体を備えたスラントＦＯＰ４０で除去される
ので、テーパードＦＯＰ５０の実効 N.A. （開口数）
は、前述した実施形態に比べてより自由に選択すること
ができる。
１０２では、スラントＦＯＰ３０から入射する背景光
は、光吸収体を備えたスラントＦＯＰ４０で除去される
ので、テーパードＦＯＰ５０の実効 N.A. （開口数）
は、前述した実施形態に比べてより自由に選択すること
ができる。
【００３９】上述した各ファイバ光学プレート１０１、
１０２において、光源６１からの照明光によるノイズ
は、スラントＦＯＰ１０、３０とカップリングする次段
のＦＯＰの N.A. が、対応するスラントＦＯＰ１０、３
０の N.A. と同じかそれ以下であり、かつ、光吸収体３
を備えたスラントＦＯＰであれば除去することが可能で
ある（図β参照）。これは、ファイバ光学プレート１０
１のテーパードＦＯＰ２０、及び、ファイバ光学プレー
ト１０２のスラントＦＯＰ４０の双方のスラント角が９
０°の場合であり、前述した（ＩＩ）の背景光を除去す
るには、スラント角を９０°よりも小さくしなければな
らない。スラント角が９０°より小さくなると、光源６
１からの照明光によるノイズ除去の効果はさらに向上す
ることになる。
１０２において、光源６１からの照明光によるノイズ
は、スラントＦＯＰ１０、３０とカップリングする次段
のＦＯＰの N.A. が、対応するスラントＦＯＰ１０、３
０の N.A. と同じかそれ以下であり、かつ、光吸収体３
を備えたスラントＦＯＰであれば除去することが可能で
ある（図β参照）。これは、ファイバ光学プレート１０
１のテーパードＦＯＰ２０、及び、ファイバ光学プレー
ト１０２のスラントＦＯＰ４０の双方のスラント角が９
０°の場合であり、前述した（ＩＩ）の背景光を除去す
るには、スラント角を９０°よりも小さくしなければな
らない。スラント角が９０°より小さくなると、光源６
１からの照明光によるノイズ除去の効果はさらに向上す
ることになる。
【００４０】
【発明の効果】以上説明したように、各請求項にかかる
ファイバ光学プレートによれば、第１及び第３光学プレ
ートのスラント角、及び、これら第１及び第３光学プレ
ートに接合される第２及び第４光学プレートのスラント
角を、前述した角度に設定すると共に、これら第２及び
第４光学プレートとして、束ねられた個々の光ファイバ
を光吸収体で覆ったタイプの光学プレートを用いる構成
を採用した。これにより、ノイズとして検出される不要
な背景光や照明光を除去することが可能となり、これら
ファイバ光学プレートで検出される像のＳ／Ｎ特性を大
幅に向上させることが可能となる。
ファイバ光学プレートによれば、第１及び第３光学プレ
ートのスラント角、及び、これら第１及び第３光学プレ
ートに接合される第２及び第４光学プレートのスラント
角を、前述した角度に設定すると共に、これら第２及び
第４光学プレートとして、束ねられた個々の光ファイバ
を光吸収体で覆ったタイプの光学プレートを用いる構成
を採用した。これにより、ノイズとして検出される不要
な背景光や照明光を除去することが可能となり、これら
ファイバ光学プレートで検出される像のＳ／Ｎ特性を大
幅に向上させることが可能となる。
【００４１】さらに、請求項２及び４にかかるファイバ
光学プレートのように、後段の光学プレートをテーパ形
状とすることで、指紋の像などを縮小された像として伝
送させ出力させることができる。これにより、伝送され
た像を、より小型の撮像素子等で検出することが可能と
なる。
光学プレートのように、後段の光学プレートをテーパ形
状とすることで、指紋の像などを縮小された像として伝
送させ出力させることができる。これにより、伝送され
た像を、より小型の撮像素子等で検出することが可能と
なる。
【図１】本実施形態にかかるファイバ光学プレートを示
す斜視図である。
す斜視図である。
【図２】図１のファイバ光学プレートの側面図である。
【図３】スラントＦＯＰの検出面付近を拡大して示す断
面図である。
面図である。
【図４】スラントＦＯＰの検出面付近を拡大して示す断
面図である。
面図である。
【図５】スラントＦＯＰとテーパードＦＯＰの接合を拡
大して示す断面図である。
大して示す断面図である。
【図６】他の実施形態にかかるファイバ光学プレートを
示す斜視図である。
示す斜視図である。
【図７】（ａ）、（ｂ）は、従来のファイバ光学プレー
トを備えた指紋検出器を示す側面図である。
トを備えた指紋検出器を示す側面図である。
【図８】図７のファイバ光学プレートにおける検出面付
近を拡大して示す断面図である。
近を拡大して示す断面図である。
【図９】図７のファイバ光学プレートにおける検出面付
近を拡大して示す断面図である。
近を拡大して示す断面図である。
１０…スラントＦＯＰ（第１光学プレート）、２０…テ
ーパードＦＯＰ（第２光学プレート）、３０…スラント
ＦＯＰ（第３光学プレート）、４０…スラントＦＯＰ
（第４光学プレート）、５０…テーパードＦＯＰ（第５
光学プレート）。
ーパードＦＯＰ（第２光学プレート）、３０…スラント
ＦＯＰ（第３光学プレート）、４０…スラントＦＯＰ
（第４光学プレート）、５０…テーパードＦＯＰ（第５
光学プレート）。
Claims (4)
- 【請求項１】 コアとクラッドからなる光ファイバを束
ねて一体化した光学プレート同士を接合して構成するフ
ァイバ光学プレートであって、 前記光ファイバの光軸に対して傾斜する主入力端面を有
しており、前記光ファイバの光軸に対するこの主入力端
面の傾斜角度を、空気中から当該ファイバ内に入射した
光がコアとクラッドとの境界面において全反射を生じな
い角度に設定した第１光学プレートと、 当該光ファイバの光軸に対して傾斜し、かつ前記第１光
学プレートに接合された入力端面を有すると共に、束ね
られた個々の前記光ファイバの外周を覆う光吸収体を有
する第２光学プレートとを備え、 前記第１光学プレートの主入力端面から入射する背景光
のうち、前記第２光学プレート内に最小入射角度で入射
する背景光が、前記第２光学プレートのコアとクラッド
との境界面に入射する際、この際の入射角度が、当該境
界面において全反射を生じ得る臨界角よりも小さな角度
となるように、前記第２光学プレートの入力端面の傾斜
角度を設定したことを特徴とするファイバ光学プレー
ト。 - 【請求項２】 前記第２光学プレートは、そのプレート
径が、第２光学プレートの出力端面側に向かって次第に
縮小するテーパ形状を呈する請求項１記載のファイバ光
学プレート。 - 【請求項３】 コアとクラッドからなる光ファイバを束
ねて一体化した光学プレート同士を接合して構成するフ
ァイバ光学プレートであって、 前記光ファイバの光軸に対して傾斜する主入力端面を有
しており、前記光ファイバの光軸に対するこの主入力端
面の傾斜角度を、空気中から当該ファイバ内に入射した
光がコアとクラッドとの境界面において全反射を生じな
い角度に設定した第３光学プレートと、 当該光ファイバの光軸に対して傾斜し、かつ前記第３光
学プレートに接合された入力端面を有すると共に、束ね
られた個々の前記光ファイバの外周を覆う光吸収体を備
えた第４光学プレートと、 前記第４光学プレートの出力端面に接合され、この第４
光学プレートより入射する光を伝播する第５光学プレー
トとを備え、 前記第３光学プレートの主入力端面から入射する背景光
のうち、前記第４光学プレート内に最小入射角度で入射
する背景光が、前記第４光学プレートのコアとクラッド
との境界面に入射する際、この際の入射角度が、当該境
界面において全反射を生じ得る臨界角よりも小さな角度
となるように、前記第４光学プレートの入力端面の傾斜
角度を設定したことを特徴とするファイバ光学プレー
ト。 - 【請求項４】 前記第５光学プレートは、そのプレート
径が、この第５光学プレートの出力端面側に向かって次
第に縮小するテーパ形状を呈する請求項４記載のファイ
バ光学プレート。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8149402A JPH09329709A (ja) | 1996-06-11 | 1996-06-11 | ファイバ光学プレート |
| CN97112989A CN1173683A (zh) | 1996-06-11 | 1997-06-10 | 光纤模块及其应用指纹检测器 |
| US08/872,674 US5808729A (en) | 1996-06-11 | 1997-06-11 | Fiber-optic block and fingerprint detector using the same |
| EP97304072A EP0813165A3 (en) | 1996-06-11 | 1997-06-11 | Fiber-optic block and fingerprint detector using the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8149402A JPH09329709A (ja) | 1996-06-11 | 1996-06-11 | ファイバ光学プレート |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09329709A true JPH09329709A (ja) | 1997-12-22 |
Family
ID=15474355
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