JPH10104442A - Image input device - Google Patents

Image input device

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JPH10104442A
JPH10104442A JP9203833A JP20383397A JPH10104442A JP H10104442 A JPH10104442 A JP H10104442A JP 9203833 A JP9203833 A JP 9203833A JP 20383397 A JP20383397 A JP 20383397A JP H10104442 A JPH10104442 A JP H10104442A
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angle
light
incident
incident surface
fiber
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Haruyoshi Toyoda
晴義 豊田
Kazuhiro Nakamura
和浩 中村
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Hamamatsu Photonics KK
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  • Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a clear body image corresponding to the uneven pattern on the surface of a body by projecting illumination light at an angle other than a stray light permissible angle to an incidence surface. SOLUTION: A holding member 200 holds a light source 3 so that a vertical incidence angle component θv on a plane orthogonal to a reference end 220 on the incidence surface which prescribes a slant angle θo among components of the angle of incidence between luminous flux emitted by the light sources 3 and incidence surface 22 is set within a range off an area of an angle X at which stray light can be made incident. The angle X (stray light permissible angle) at which the stray light can be made incident is within a range represented as (Xc-Θ)<=X<=(Xc+Θ). In the expression, Xc is a stray light permissible center angle given by (90 deg.-sin<-1> (ncore .sin(90 deg. -30θo))), ncore is a refractive index of the core in an optical fiber, Θ is a total reflection critical angle in air given by (sin<-1> (ncore .sin(90 deg.-Sc-ϕ)99, and Sc and ϕ are a stray light permissible center angle and a total reflection critical angle in the optical fiber.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、凹凸がある指紋
やゴム印などの物体像を得るための画像入力装置に関す
るものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an image input device for obtaining an object image such as a fingerprint or a rubber stamp having irregularities.

【0002】[0002]

【従来の技術】この種の画像入力装置としては、例え
ば、米国特許第4,932,776号公報、特開平6−
300930号公報等に記載された装置(第1従来例)
が知られている。これらの画像入力装置は、図26に示
されたように、多数の光ファイバAを束ねて一体化され
たファイバ光学プレート(FOP)Bと、そのファイバ
光学プレートBの入射面Cを照射するための光源(照明
手段)Dとを備えており、凹凸がある指紋などの像を出
力する装置である。これらの画像入力装置によれば、フ
ァイバ光学プレートBの入射面Cに指C1などを接触さ
せると、直接入射面Cに接触する凸の部分のみから光源
Dからの光がファイバ光学プレートB内へ入射する。そ
して、入射した光はファイバ光学プレートB内を伝搬し
て出射面Eから出力され、指紋などの凹凸パターンに対
応した画像E1(指紋などの画像)が得られる。
2. Description of the Related Art An image input apparatus of this type is disclosed in, for example, U.S. Pat.
Apparatus described in Japanese Patent Publication No. 300930 (first conventional example)
It has been known. As shown in FIG. 26, these image input devices irradiate a fiber optical plate (FOP) B in which a number of optical fibers A are bundled and integrated, and an incident surface C of the fiber optical plate B. And a device for outputting an image such as a fingerprint having irregularities. According to these image input devices, when the finger C1 or the like is brought into contact with the incident surface C of the fiber optical plate B, light from the light source D enters the fiber optical plate B only from the convex portion directly in contact with the incident surface C. Incident. Then, the incident light propagates through the fiber optical plate B and is output from the emission surface E, and an image E1 (an image of a fingerprint or the like) corresponding to an uneven pattern such as a fingerprint is obtained.

【0003】しかしながら、これらの画像入力装置にお
いて、入射面Cに指C1などが接触していない部分から
も光の入射があると、出力すべき画像E1のコントラス
トが低下し、画像E1が不明瞭なものとなってしまう。
このため、ファイバ光学プレートBの入射面Cは、光軸
(内部の光ファイバの光軸方向に一致)に対して所定角
度だけ傾斜しているのが一般的である。なお、このよう
に入射面Cが光軸に対して傾斜しているファイバ光学プ
レート(第1従来例)は、特にスラントFOPと称さ
れ、その傾斜角度θ0はスラント角と称されている。そ
して、第1従来例のファイバ光学プレートBは、入射面
Cと接触していない部分(指などの、入射面Cと接触し
ていない凹部)から入射した不要な光が該光ファイバA
内を伝搬しないように(全反射条件を満たさないよう
に)、スラント角θ0と光ファイバAの開口数NAとの
整合が取られている。このため、上述の不要な光(迷
光)は理論的には出射面Eから出力されない。
However, in these image input devices, if light enters from a portion where the finger C1 or the like does not contact the incident surface C, the contrast of the image E1 to be output is reduced, and the image E1 is unclear. It will be something.
For this reason, the incidence surface C of the fiber optical plate B is generally inclined by a predetermined angle with respect to the optical axis (coincident with the optical axis direction of the internal optical fiber). Note that the fiber optical plate (first conventional example) in which the incident surface C is inclined with respect to the optical axis is particularly called a slant FOP, and the inclination angle θ 0 is called a slant angle. In the fiber optical plate B of the first conventional example, unnecessary light incident from a portion that is not in contact with the incident surface C (a concave portion such as a finger that is not in contact with the incident surface C) is emitted from the optical fiber A.
The slant angle θ 0 and the numerical aperture NA of the optical fiber A are matched so as not to propagate through the inside (so as not to satisfy the total reflection condition). Therefore, the unnecessary light (stray light) described above is not theoretically output from the emission surface E.

【0004】また、例えば、特開平7−174947号
公報には、第2従来例のファイバ光学プレートとして、
それを構成する光ファイバの間に光吸収体が配設された
構造が開示されている。この光吸収体の配設により隣り
合う光ファイバの間での光の入出を防止され、物体C1
と入射面Cとの非接触部分から入射した不要な光がファ
イバ光学プレート内で効率良く減衰される。したがっ
て、係る構造のファイバ光学プレートでは、出力される
画像のコントラストの向上を可能にしている。
[0004] For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-174947 discloses a fiber optical plate of a second conventional example.
A structure in which a light absorber is provided between optical fibers constituting the structure is disclosed. The arrangement of the light absorber prevents light from entering and exiting between adjacent optical fibers, and the object C1
Unnecessary light incident from a non-contact portion between the optical fiber and the incident surface C is efficiently attenuated in the fiber optical plate. Therefore, in the fiber optical plate having such a structure, the contrast of an output image can be improved.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ファイバ光学プレートにおいて隣り合う光ファイバの間
で光の出入りがあると、出力される画像(表面に凹凸が
ある物体の像)がコントラストの低い不明瞭なものとな
ってしまう。たとえば、前述した特開平7−17494
7号公報のファイバ光学プレートのように隣り合う光フ
ァイバ間に光吸収体を配設したとしても完全に光を吸収
するのは困難であって、物体と入射面との非接触部分か
ら入射した光が隣接する光ファイバへ伝搬してしまう。
そして、そのような光が図27に示されたように、ファ
イバ光学プレートBの側面F及び/又は入射面Cなどで
反射されると光ファイバ内で全反射する方向に導光さ
れ、光ファイバ内を伝搬して出射面Eから出力されるお
それがある。そのような場合、上述のように出力すべき
画像が不要な光(迷光)の出力の影響を受け、不明瞭な
ものとなってしまう。
However, when light enters and exits between adjacent optical fibers in the above-mentioned fiber optical plate, the output image (image of an object having unevenness on the surface) has an inferior contrast. It will be clear. For example, as described in JP-A-7-17494 described above.
Even if a light absorber is arranged between adjacent optical fibers as in the fiber optical plate of JP-A-7, it is difficult to completely absorb light, and light is incident from a non-contact portion between the object and the incident surface. Light propagates to the adjacent optical fiber.
Then, as shown in FIG. 27, when such light is reflected on the side surface F and / or the incident surface C of the fiber optical plate B, the light is guided in the direction of total reflection in the optical fiber, and There is a possibility that the light will propagate through the inside and be output from the emission surface E. In such a case, as described above, the image to be output is affected by the output of unnecessary light (stray light) and becomes unclear.

【0006】そこで、この発明は、以上のような課題を
解決するためになされたものであって、表面に凹凸があ
る物体の鮮明な画像を得るための画像入力装置を提供す
ることを目的としている。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems, and has as its object to provide an image input device for obtaining a clear image of an object having an uneven surface. I have.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】この発明に係る画像入力
装置は、鮮明な画像を得るため、光源からの光束が、迷
光が入射可能な角度領域から外れた方向からファイバ光
学プレート(以下、FOPという)の入射面に入射する
よう、該光源を所定位置保持するための特殊な構造を備
えている。すなわち、この発明に係る画像入力装置は、
少なくとも、複数の光ファイバを束ねて一体化され第1
のFOPと、第1のFOPを収納するための筐体と、第
1のFOPの入射面を照明するための複数の光源と、そ
して、複数の光源が上記筐体の開口の少なくとも一部を
取り囲むように、該複数の光源を保持するための保持部
を有する保持部材とを備えている。なお、上記第1のF
OPは、光ファイバの光軸に対して所定のスラント角θ
0(0゜<θ0<90゜)だけ傾いた入射面と、該入射面
に対向している出射面とを有する。また、上記筐体は、
入射面を露出させるための開口を有する上面を備えてい
る。さらに、上記保持部材の保持部は、筐体の上面上に
設けられるとともに、該筐体の開口を挟むように配置さ
れている。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to obtain a clear image, a light beam from a light source is transmitted from a fiber optical plate (hereinafter referred to as a FOP) from a direction deviating from an angle region in which stray light can enter. The light source is provided with a special structure for holding the light source at a predetermined position so as to be incident on the incident surface. That is, the image input device according to the present invention includes:
At least a plurality of optical fibers are bundled and integrated into a first
A housing for accommodating the first FOP, a plurality of light sources for illuminating an incident surface of the first FOP, and the plurality of light sources form at least a part of an opening of the housing. And a holding member having a holding portion for holding the plurality of light sources so as to surround the light source. Note that the first F
OP is a predetermined slant angle θ with respect to the optical axis of the optical fiber.
It has an incident surface inclined by 0 (0 ° <θ 0 <90 °) and an exit surface facing the incident surface. Further, the housing is
An upper surface having an opening for exposing the incident surface is provided. Further, the holding portion of the holding member is provided on the upper surface of the housing and is arranged so as to sandwich the opening of the housing.

【0008】特に、この発明に係る画像入力装置におい
て、上記保持部材は、光源から出射された光束と入射面
とのなす入射角成分のうち、スラント角θ0を規定して
いる入射面上の基準端と直交する平面上の垂直入射角成
分θVが、迷光の入射可能な角度領域から外れた範囲に
設定された状態で、該光源を保持している。
In particular, in the image input apparatus according to the present invention, the holding member is provided on the incident surface defining the slant angle θ 0 among the incident angle components between the light beam emitted from the light source and the incident surface. The light source is held in a state where the vertical incident angle component θ V on a plane orthogonal to the reference end is set in a range outside the angle region in which stray light can enter.

【0009】なお、迷光が入射可能な角度X(以下、迷
光許容角という)は、次式で与えられる範囲内にある。
Note that an angle X at which stray light can enter (hereinafter referred to as a stray light allowable angle) is within a range given by the following equation.

【0010】(Xc−Θ)≦X≦(Xc+Θ) 換言すれば、上記保持部材は、上記光源からの光束の垂
直入射成分θVが、0゜〜(Xc−Θ)の範囲、及び又は
(Xc+Θ)〜180゜の範囲内に設定された状態で、
上記光源を保持している。
(X c -Θ) ≦ X ≦ (X c + Θ) In other words, the holding member has a vertical incidence component θ V of the light beam from the light source in a range of 0 ° to (X c -Θ). , And / or (X c + Θ) to 180 °,
Holds the light source.

【0011】なお、XCは式(90°−sin-1(n
core・sin(90°−3θ0)))で与えられる迷光
許容中心角、ncoreは光ファイバ中のコアの屈折率、θ
0 はスラント角、Θは、式(sin-1(ncore・sin
(90°−SC−φ)))で与えられる、空気中におけ
る全反射臨界角、SCは式(sin-1((1/ncore
・sinXC))で与えられる、光ファイバ中における
迷光許容中心角、φは式(sin-1(nclad
core))で与えられる、光ファイバ中における全反射
臨界角、そして、ncladは光ファイバ中のクラッドの屈
折率である。
Note that X C is given by the formula (90 ° −sin −1 (n
core · sin (90 ° −3θ 0 ))), the stray light allowable central angle, n core is the refractive index of the core in the optical fiber, θ
0 is the slant angle and Θ is the equation (sin -1 (n core · sin
(90 ° −S C −φ))), the critical angle for total reflection in air, S C, is represented by the formula (sin −1 ((1 / n core ))
· SinX C )), the stray light allowable central angle in the optical fiber, φ, is given by the formula (sin -1 (n clad /
The critical angle for total reflection in the optical fiber, given by n core )), and n clad is the refractive index of the cladding in the optical fiber.

【0012】さらに、この発明に係る画像入力装置にお
いて、保持部材は、光源から出射された光束と入射面と
のなす入射角成分のうち、入射面と直交するとともに、
スラント角θ0を規定している該入射面上の基準端に平
行な平面上の水平入射角成分θHが、0゜以上20゜以
下の範囲内に設定された状態で、該光源を保持してい
る。より好ましくは、上記保持部材は、光源から出射さ
れた光束のうち、その中心光束と入射面とが平行になる
よう(θH=0゜)、該光源を保持する。なお、この場
合、上記保持部材は、該中心光束の方向ベクトル成分の
うち上記入射面上の成分が、基準端と対向している入射
面上の補助端から、該基準端に向って進行するよう、該
光源を保持するのが好ましい。
Further, in the image input device according to the present invention, the holding member is orthogonal to the incident surface, out of the incident angle component between the light beam emitted from the light source and the incident surface.
Holds the light source in a state where the horizontal incident angle component θ H on a plane parallel to the reference end on the incident surface defining the slant angle θ 0 is set within a range of 0 ° or more and 20 ° or less. doing. More preferably, the holding member holds the light source such that, of the light beams emitted from the light source, the center light beam and the incident surface are parallel (θ H = 0 °). In this case, in the holding member, the component on the incident surface of the directional vector component of the central light beam travels from the auxiliary end on the incident surface facing the reference end toward the reference end. Thus, it is preferable to hold the light source.

【0013】加えて、上記保持部材は、光源から出射さ
れる光束の広がり角を調節するための構造を備えてもよ
い。また、上記保持部材は、第1のFOPの入射面を空
隙を介して覆う遮光部材を備えもよい。なお、上記第1
のFOPのスラント角は、25゜〜40゜の範囲内であ
るのが好ましい。
[0013] In addition, the holding member may include a structure for adjusting a spread angle of a light beam emitted from the light source. Further, the holding member may include a light blocking member that covers the incident surface of the first FOP via a gap. In addition, the first
Is preferably in the range of 25 ° to 40 °.

【0014】さらに、この発明に係る画像入力装置は、
第1のFOPの出射面と向い合うように、その受光面が
配置されたイメージセンサを備えており、種々の構造が
実現可能である。
Further, the image input device according to the present invention is
An image sensor having a light receiving surface is provided so as to face the emission surface of the first FOP, and various structures can be realized.

【0015】具体的には、上記第1のFOPとイメージ
センサとの間に、第2のFOPを設けてもよい。この第
2のFOPは、その断面積が第1のFOPから該イメー
ジセンサに向って小さくなっているテーパーFOPであ
ってもよく、また、第1のFOPの出射面と入射面は、
互いに平行になっていてもよい。加えて、第1のFOP
とイメージセンサとの間、あるいは第2のFOPとイメ
ージセンサとの間に、光学系を設けてもよい。
Specifically, a second FOP may be provided between the first FOP and the image sensor. The second FOP may be a tapered FOP whose cross-sectional area decreases from the first FOP toward the image sensor, and the exit surface and the entrance surface of the first FOP are:
They may be parallel to each other. In addition, the first FOP
An optical system may be provided between the second FOP and the image sensor or between the second FOP and the image sensor.

【0016】上述の保持構造により、光源の照射方向を
制御しやすくなるとともに、上述の迷光許容角Xの領域
内で光束が照射されることを抑制できる。このため、出
射面から所望の光成分のみを確実に出力させることがで
き、より鮮明な(迷光によるコントラストの低下が起こ
っていない)画像が得られる。
With the above-described holding structure, the irradiation direction of the light source can be easily controlled, and the irradiation of the light beam within the area of the stray light allowable angle X can be suppressed. For this reason, only the desired light component can be reliably output from the exit surface, and a clearer image (with no decrease in contrast due to stray light) can be obtained.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下、この発明に係る画像入力装
置を、図1〜図25を用いて説明する。なお、各図にお
いて同一要素には同一符号を付して重複する説明を省略
する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an image input device according to the present invention will be described with reference to FIGS. In each of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted.

【0018】図1は、この発明に係る画像入力装置の構
造を説明するための組立工程図である。この発明に係る
画像入力装置は、複数の光ファイバを束ねて一体化され
FOP2(第1のFOP)を備える。このFOP2は、
光ファイバの光軸に対して所定のスラント角θ0(0゜
<θ0<90゜)だけ傾いた入射面22と、該入射面2
2に対向している出射面23とを有し、筐体100内に
収納されている。また、このFOP2の出射面23側に
はイメージセンサ6(CCD等)が設けられるととも
に、係合溝301がその主表面に設けられた台座300
により支持されている。この台座300は筐体100と
係合することにより、FOP2を収納する暗室を構成し
ている。さらに、筐体100は、FOP2の入射面22
を露出させるための開口101が設けられた上面150
を有する。FOP2の入射面22を照明する光源3(照
明手段)は、保持部材200によって所定位置に保持さ
れている。この保持部材200は、筐体100の開口1
01を挟むように配置される保持部250、260を備
えており、各光源3は、これら保持部250、260に
設けられた穴201内に収納されている。
FIG. 1 is an assembly process diagram for explaining the structure of the image input apparatus according to the present invention. An image input device according to the present invention includes an FOP2 (first FOP) which is integrated by bundling a plurality of optical fibers. This FOP2 is
An incident surface 22 inclined by a predetermined slant angle θ 0 (0 ° <θ 0 <90 °) with respect to the optical axis of the optical fiber;
2 and is housed in the housing 100. An image sensor 6 (CCD or the like) is provided on the emission surface 23 side of the FOP 2 and a pedestal 300 having an engagement groove 301 provided on its main surface.
Supported by The pedestal 300 forms a dark room for housing the FOP 2 by engaging with the housing 100. Further, the housing 100 is provided with the incident surface 22 of the FOP2.
Upper surface 150 provided with opening 101 for exposing
Having. The light source 3 (illuminating means) that illuminates the incident surface 22 of the FOP 2 is held at a predetermined position by a holding member 200. The holding member 200 is connected to the opening 1 of the housing 100.
The light sources 3 are accommodated in holes 201 provided in the holding portions 250 and 260, respectively.

【0019】さらに、この発明に係る画像入力装置は、
制御系400を備えている。この制御系400は、上記
イメージセンサ6からの電気信号(ビデオ信号)を取り
込み、所定の画像処理を行うとともに、上記光源3の駆
動制御も行っている。
Further, the image input device according to the present invention is
A control system 400 is provided. The control system 400 takes in an electric signal (video signal) from the image sensor 6, performs predetermined image processing, and also controls driving of the light source 3.

【0020】図2は、この発明に係る画像入力装置の主
要部の構造を示す図である。図2に示されたように、当
該画像入力装置1は、FOP2と光源であるLED3と
を少なくとも備えている。FOP2は、ほぼ同一方向へ
向けた多数の光ファイバ21を束ねて一体化したもので
あって、その光ファイバ21の両端部にそれぞれ入射面
22、出射面23が設けられており、入射面22から入
射した光が出射面23から出力できるようになってい
る。FOP2の内部において、隣り合う光ファイバ21
の間には、図3及び図4に示されたように光吸収体24
を設けておくのが望ましい。光吸収体24は、隣接する
光ファイバ21間の光学的な絶縁を図るためのものであ
って、光ファイバ21から漏れた光を吸収することで隣
接する光ファイバ21間の光の出射及び入射を防止する
よう機能する。なお、光ファイバ21は、所定の屈折率
coreを有するコア21bと、該コア21bの外周に設
けられ、かつ該コア21bよりも低い屈折率ncladを有
するクラッド21aから構成されている。
FIG. 2 is a diagram showing a structure of a main part of the image input apparatus according to the present invention. As shown in FIG. 2, the image input device 1 includes at least a FOP 2 and an LED 3 as a light source. The FOP 2 is obtained by bundling and integrating a large number of optical fibers 21 directed substantially in the same direction, and an incident surface 22 and an exit surface 23 are provided at both ends of the optical fiber 21, respectively. From the output surface 23. Within the FOP2, adjacent optical fibers 21
As shown in FIG. 3 and FIG.
Is desirably provided. The light absorber 24 is for achieving optical insulation between the adjacent optical fibers 21, and emits and enters light between the adjacent optical fibers 21 by absorbing light leaked from the optical fibers 21. Function to prevent The optical fiber 21 includes a core 21b having a predetermined refractive index n core and a clad 21a provided on the outer periphery of the core 21b and having a lower refractive index n clad than the core 21b.

【0021】入射面22は、接触する物体4の凸部分を
介して光ファイバ21内へ光を入射させるための面であ
って、光ファイバ21の光軸方向に対して所定角度だけ
傾いている(平行でなく、かつ、直交しない向き)。入
射面22の傾斜角度θ0(スラント角)は、物体4の入
射面22に接触しない凹部(非接触部分)から入射した
不要な光(凹部からの反射光)が光ファイバ21内を伝
搬しないように設定するのが望ましい。このような入射
面22のスラント角は、図3に示されたように、光ファ
イバ21のクラッド21a及びコア21bの屈折率に応
じて決定され、クラッド21aの屈折率をnclad、コア
21bの 屈折率をncore、空気の屈折率を1とする
と、以下の式(1)〜(3)を満たす角度θMより小さ
い傾斜角度θ0となる。
The incident surface 22 is a surface for allowing light to enter the optical fiber 21 through the convex portion of the object 4 to be contacted, and is inclined by a predetermined angle with respect to the optical axis direction of the optical fiber 21. (Non-parallel and non-orthogonal directions). The inclination angle θ 0 (slant angle) of the incident surface 22 is such that unnecessary light (reflected light from the concave portion) incident from a concave portion (non-contact portion) not in contact with the incident surface 22 of the object 4 does not propagate through the optical fiber 21. It is desirable to set as follows. Slant angle of such incident surface 22, as shown in FIG. 3, is determined according to the refractive index of the cladding 21a and a core 21b of the optical fiber 21, the refractive index of the clad 21a n clad, the core 21b Assuming that the refractive index is n core and the refractive index of air is 1, the inclination angle θ 0 is smaller than the angle θ M that satisfies the following equations (1) to (3).

【0022】 ncore・sinβ=nclad・sin90°(全反射伝搬の条件)‥‥(1) ncore・sinα=sin90°(入射角0°の条件) ‥‥(2) θM+(90°+α)+(90°−β)=180゜ ‥‥(3) つまり、スラント角θ0は、入射面22とほぼ平行に入
射した光が光ファイバ21内で臨界角に近い角度で全反
射して伝搬する角度であり、このスラント角θ0をθM
り小さくすることにより、光が空気中から いかなる角
度で入射しても理論上クラッド21aとコア21bとの
境界で全反射して伝搬することはない。具体的には、例
えば、光ファイバ21のクラッド21aの屈折率をn
clad=1.45、コア21bの屈折率をncore=1.50
とすると、理論傾斜角θMは約36°となり、スラント
角θ0は36°より小さい角度、例えば30°程度であ
ればよい。なお、理論傾斜角θMは光ファイバ21のコ
ア21b及びクラッド21aの屈折率ncore、nclad
依存するため、スラント角θ0は使用される光ファイバ
21の材質とは無関係に設定することはできないが、約
20゜〜40゜の範囲内に設定されるのが一般的であ
る。
N core · sin β = n clad · sin 90 ° (condition of total reflection propagation) ‥‥ (1) n core · sin α = sin 90 ° (condition of incident angle 0 °) ‥‥ (2) θ M + (90) (Α + α) + (90 ° −β) = 180 ° (3) That is, the slant angle θ 0 is such that the light incident substantially parallel to the incident surface 22 is totally reflected in the optical fiber 21 at an angle close to the critical angle. By making the slant angle θ 0 smaller than θ M, even if light is incident at any angle from the air, light is theoretically totally reflected and propagated at the boundary between the cladding 21a and the core 21b. I will not do it. Specifically, for example, the refractive index of the cladding 21a of the optical fiber 21 is set to n
clad = 1.45, the refractive index of the core 21b is n core = 1.50
Then, the theoretical inclination angle θ M is about 36 °, and the slant angle θ 0 may be an angle smaller than 36 °, for example, about 30 °. Since the theoretical inclination angle θ M depends on the refractive indices n core and n clad of the core 21b and the cladding 21a of the optical fiber 21, the slant angle θ 0 should be set independently of the material of the optical fiber 21 used. Although not possible, it is generally set within the range of about 20 ° to 40 °.

【0023】一方、出射面23は、入射面22から入射
され光ファイバ21内を伝搬してくる光を出射させるた
めの出力面であって、光ファイバ21の光軸方向に対し
てほぼ直交しており、光ファイバ21から光を出力しや
すいようになっている。
On the other hand, the emission surface 23 is an output surface for emitting the light that has entered from the incidence surface 22 and propagates through the optical fiber 21, and is substantially orthogonal to the optical axis direction of the optical fiber 21. Thus, light is easily output from the optical fiber 21.

【0024】このようなFOP2によれば、入射面22
と出射面23との間を所定の光路長に設定することによ
り、物体4と入射面22の非接触部分(空気中など)か
ら入射した光が光ファイバ21内の伝搬中に減衰して、
理論上、出射面23から出力されることはない。
According to such FOP2, the incident surface 22
By setting a predetermined optical path length between the object 4 and the exit surface 23, light incident from a non-contact portion (such as in the air) between the object 4 and the entrance surface 22 is attenuated during propagation in the optical fiber 21,
Theoretically, there is no output from the emission surface 23.

【0025】ところが、FOP中の光ファイバ21間に
設けられた光吸収体24で光ファイバ21間の光の出射
及び入射を完全回避することは困難であり、強い光など
が入射した時などでは光吸収体24を透過して隣接する
光ファイバ21へ光が導光される場合がある。そのよう
な光が、図5に示されたように、FOP2のクラッド2
1a、コア21b、光吸収体24あるいはFOP2の側
面25などの境界面で反射され(図5では側面25で反
射している)、さらに入射面22でFOP内部に向かっ
て反射されると、光ファイバ21内を全反射しながら伝
搬して(光ファイバ21の光軸方向に沿って進行する)
出射面23から出力されてしまう。
However, it is difficult to completely avoid the emission and incidence of light between the optical fibers 21 by the light absorber 24 provided between the optical fibers 21 in the FOP. Light may be guided through the light absorber 24 to the adjacent optical fiber 21 in some cases. Such light is applied to the cladding 2 of FOP2 as shown in FIG.
When the light is reflected on a boundary surface such as 1a, the core 21b, the light absorber 24 or the side surface 25 of the FOP 2 (reflected on the side surface 25 in FIG. 5), and further reflected on the incident surface 22 toward the inside of the FOP, light The light propagates while being totally reflected in the fiber 21 (travels along the optical axis direction of the optical fiber 21).
The light is output from the emission surface 23.

【0026】そこで、FOP2の入射面22に対し迷光
許容角の範囲(出射面23に到達可能な迷光の入射角)
から外れた範囲内において光源からの光が入射するよ
う、該光源であるLED3が保持部材200によって保
持されている。LED3は、図2に示されたように、入
射面22に接触する物体4、例えば指などへ所定波長の
光を照射するための手段であって、この光の照射により
入射面22に接触する物体4から入射する光量を有効に
増加させるためのものである。このLED3としては、
指向特性の高い光を発するものを用いることが望まし
い。すなわち、このようなLED3を用いることによ
り、光の照射される方向(光源から出射された光束の進
行方向)を制御しやすくなり、迷光許容角で光が照射さ
れるのを防止できる。なお、光源としては、LED3に
限られるものではなく、迷光許容角以外の角度で光を照
射することができるものであれば、レーザやランプなど
のその他の発光体を用いてもよい。また、光源と入射面
22との間にレンズなどの光学系を設けて、入射面22
へコリメートされた光を照射してもよい。
Therefore, the range of the stray light allowable angle with respect to the incident surface 22 of the FOP 2 (the incident angle of the stray light that can reach the exit surface 23)
The LED 3 as the light source is held by the holding member 200 so that the light from the light source is incident in a range outside the range. As shown in FIG. 2, the LED 3 is a unit for irradiating an object 4, for example, a finger, which comes into contact with the incident surface 22 with light of a predetermined wavelength, and comes into contact with the incident surface 22 by irradiating the light. This is for effectively increasing the amount of light incident from the object 4. As this LED3,
It is desirable to use one that emits light with high directivity characteristics. That is, by using such an LED 3, it becomes easy to control the direction of light irradiation (the traveling direction of the light beam emitted from the light source), and it is possible to prevent light from being irradiated at the stray light allowable angle. It should be noted that the light source is not limited to the LED 3, and other light emitters such as a laser and a lamp may be used as long as the light can be emitted at an angle other than the stray light allowable angle. Also, an optical system such as a lens is provided between the light source and the entrance
Irradiated collimated light may be applied.

【0027】なお、この明細書では、FOP2の入射面
22を照明する光束の入射角成分を図6に示されたよう
に、垂直入射角成分θVと水平入射角成分θHに分けて表
現する。
In this specification, the incident angle component of the light beam illuminating the incident surface 22 of the FOP 2 is divided into a vertical incident angle component θ V and a horizontal incident angle component θ H as shown in FIG. I do.

【0028】図6では、FOP2の入射面22がx−y
平面上の面、そして、該x−y平面の法線がz軸として
定義されている。したがって、x軸はx−y平面上の軸
であって、スラント角θ0(鋭角)を規定する基準端2
20、及び入射面22を介して該基準端220と対向し
ている補助端230のそれぞれに平行な軸である。ま
た、y軸はx−y平面上の軸であって、少なくとも基準
端220に直交する軸である。ここで、基準端220
は、側面25と入射面22との境界線であって、スラン
ト角θ0(鋭角)を含む線分である。補助端230も側
面25と入射面22との境界線であって、基準端220
と対向している線分である。
In FIG. 6, the incidence plane 22 of the FOP 2 is xy.
The plane on the plane and the normal to the xy plane are defined as the z-axis. Therefore, the x-axis is an axis on the xy plane, and the reference end 2 that defines the slant angle θ 0 (the acute angle)
20 and the auxiliary end 230 facing the reference end 220 via the incident surface 22. The y-axis is an axis on the xy plane, and is an axis orthogonal to at least the reference end 220. Here, the reference end 220
Is a line segment that is a boundary line between the side surface 25 and the incident surface 22 and includes a slant angle θ 0 (a sharp angle). The auxiliary end 230 is also a boundary line between the side surface 25 and the incident surface 22, and is a reference end 220.
Are the line segments facing each other.

【0029】したがって、垂直入射角成分θVは、入射
面22へ向かう入射光束が図中のy−z平面上に写像さ
れたときの、該y−z平面上の入射光束成分とy軸との
なす角度成分(0゜〜180゜)を意味する。また、水
平入射角成分θHは、入射面22へ向かう入射光束が図
中のx−z平面上に写像されたときの、該x−z平面上
の入射光束成分とx軸とのなす角度成分(0゜〜90
゜)を意味する。なお、垂直入射角成分θVについて、
0゜は、入射面22上の原点Oから見て基準端220側
を示し、180゜は、該原点Oから見て補助端230側
を示す。また、水平入射角成分θHについて、0゜は、
図6中のx軸に一致していることを示し、90゜は、z
軸に一致していることを示す。
Therefore, the vertical incident angle component θ V is obtained by calculating the incident light beam component on the yz plane and the y axis when the incident light beam directed to the incident surface 22 is mapped on the yz plane in the drawing. (0 ° to 180 °). The horizontal incident angle component θ H is the angle formed between the incident light beam component on the xz plane and the x axis when the incident light beam directed to the incident surface 22 is mapped on the xz plane in the drawing. Ingredients (0 ~ 90
゜). Note that for the vertical incident angle component θ V ,
0 ° indicates the reference end 220 side as viewed from the origin O on the incident surface 22, and 180 ° indicates the auxiliary end 230 side as viewed from the origin O. For the horizontal incident angle component θ H , 0 ° is
It is shown that they coincide with the x-axis in FIG.
Indicates that it is aligned with the axis.

【0030】さらに、迷光とは、入射面22からFOP
2内へ入射され、光吸収体24を透過して光ファイバ2
1の光軸と関係なく伝搬していく不必要な光をいう。ま
た、迷光許容角Xとは、入射面22へ入射される不必要
な光束の入射角(FOP2のスラント角側を0°とした
上述の垂直入射角成分と同様のy−z平面上の角度成分
で定義される)であって、図5に示されたように、入射
面22からFOP2内へ入射された光が側面25や入射
面22などの境界面で乱反射された結果、その光ファイ
バ21内を全反射して伝搬し出射面23から出力される
角度をいう。そして、この迷光許容角Xは、次式(4)
で与えられる範囲内にある。
Further, the stray light means that the FOP
2, transmitted through the light absorber 24 and passed through the optical fiber 2.
Unnecessary light propagating irrespective of one optical axis. The stray light allowable angle X is an angle of incidence of an unnecessary light beam incident on the incident surface 22 (an angle on the yz plane similar to the above-described vertical incident angle component where the slant angle side of FOP2 is 0 °). As shown in FIG. 5, the light incident from the incident surface 22 into the FOP 2 is irregularly reflected at the boundary surface such as the side surface 25 or the incident surface 22, and as a result, the optical fiber The angle refers to an angle which is totally reflected inside, propagates, and is output from the exit surface 23. Then, the stray light allowable angle X is given by the following equation (4).
Within the range given by

【0031】 (XC−Θ)≦X≦(XC+Θ) ‥‥(4) ここで、XCは式(90°−sin-1(ncore・sin
(90°−3θ0)))で与えられる迷光許容中心角、
coreは光ファイバ中のコアの屈折率、θ0 はスラント
角、Θは、式(sin-1(ncore・sin(90°−S
C−φ)))で与えられる、空気中における全反射臨界
角、SCは式(sin-1((1/ncore)・sin
C))で与えられる、光ファイバ中における迷光許容
中心角、φは式(sin-1(nclad/ncore))で与え
られる、光ファイバ中における全反射臨界角、そして、
cladは光ファイバ中のクラッドの屈折率である(図7
参照)。
(X C −Θ) ≦ X ≦ (X C + Θ) ‥‥ (4) where X C is expressed by the formula (90 ° −sin −1 (n core · sin
(90 ° -3θ 0 ))) the stray light allowable central angle given by:
n core is the refractive index of the core in the optical fiber, θ 0 is the slant angle, and Θ is the equation (sin −1 (n core · sin (90 ° −S
C −φ))), the critical angle for total reflection in air, S C, is given by the formula (sin −1 ((1 / n core ) · sin).
X C )), the stray light allowable central angle in the optical fiber, φ is given by the formula (sin −1 (n clad / n core )), and the critical angle of total reflection in the optical fiber, and
n clad is the refractive index of the cladding in the optical fiber (see FIG. 7).
reference).

【0032】すなわち、図5において、屈折率ncore
FOP2内へ入射面22に対する角度XC(垂直入射角
成分)で入射した光の屈折角をγとすると、屈折の法則
から次式(5) が成り立つ。
That is, in FIG. 5, if the refraction angle of light that enters the FOP 2 having the refractive index n core with respect to the incident surface 22 at an angle X C (perpendicular incident angle component) is γ, the following equation (5) ) Holds.

【0033】 sin(90°−XC)=ncore・sinγ ‥‥(5) また、図5に示されたように、入射面22から角度γで
光ファイバ21中を伝搬する光が側面25で全反射する
ときの屈折角をδとし、さらにその光が入射面22で全
反射されたときの屈折角をεとすると、入射面22の入
射点、側面25の反射点及び入射面22の反射点を結ぶ
三角形の内角和より、次式(6)が成り立つ。
Sin (90 ° −X C ) = n core · sin γ ‥‥ (5) Further, as shown in FIG. 5, light propagating through the optical fiber 21 from the incident surface 22 at an angle γ is a side surface 25. Let δ be the refraction angle when the light is totally reflected by the light source and ε be the refraction angle when the light is totally reflected by the light incident surface 22. The following equation (6) holds from the sum of the interior angles of the triangles connecting the reflection points.

【0034】 (90°−γ)+2δ+ε=180° ‥‥(6) また、図5において、FOPのスラント角θ0、側面2
5の反射点及び入射面22の反射点を結ぶ三角形の内角
和より、次式(7)が成り立つ。
(90 ° −γ) + 2δ + ε = 180 ° (6) In FIG. 5, the slant angle θ 0 of the FOP and the side surface 2
The following equation (7) is established from the sum of the internal angles of the triangles connecting the reflection point No. 5 and the reflection point on the incident surface 22.

【0035】 θ0+(90°+δ)+ε=180° ‥‥(7) ここで、入射面22でFOP2内に反射された光は入射
面22に対して角度εで伝搬していく。そして、光の角
度εがFOP2の光軸方向であるθ0と一致したとき
に、この光が出射面23に到達することになる。つま
り、次式(8)が成り立つときに、入射角XC(垂直入
射角成分に相当する角度成分)で入射された迷光は、当
該FOP2の光軸と平行に伝搬することとなる。
Θ 0 + (90 ° + δ) + ε = 180 ° (7) Here, the light reflected into the FOP 2 at the incident surface 22 propagates at an angle ε with respect to the incident surface 22. When the angle ε of the light coincides with θ 0 which is the optical axis direction of the FOP 2, the light reaches the emission surface 23. That is, when the following equation (8) holds, the stray light incident at the incident angle X C (the angle component corresponding to the vertical incident angle component) propagates in parallel with the optical axis of the FOP 2.

【0036】 ε=θ0 ‥‥(8) したがって、式(6)〜(8)によりδを消去して、γ
をθ0の関数として表し、式(5)に代入してγを消去
すると、迷光許容中心角XCが次式(9)のように与え
られる。
Ε = θ 0 ‥‥ (8) Therefore, δ is eliminated by the equations (6) to (8), and γ
Is expressed as a function of θ 0 , and is substituted into Expression (5) to eliminate γ, whereby the stray light allowable center angle X C is given as in the following Expression (9).

【0037】 XC=90°−sin-1(ncore・sin(90°−3θ0)) ‥‥(9) この迷光許容中心角XCは、迷光が最終的に光ファイバ
21の光軸方向と平行となるときの光束の垂直入射角成
分に相当するy−z平面上の角度成分である。このと
き、迷光が光ファイバ21内を全反射伝搬して出射面2
3から出力される迷光許容角Xが取り得る範囲は、図7
に示されたように、迷光許容中心角XCを中心として全
反射臨界角Θを加減した角度範囲である。なお、全反射
臨界角とは、光ファイバ21内を全反射しながら光が伝
搬するときのコア21bからクラッド21aへの入射最
小角をいう。したがって、迷光許容角Xは、(XC
Θ)から(XC+Θ)までの範囲となり、式(4)で表
されることとなる 。なお、図7中、Θ-は迷光許容中心
角XCから基準端220側の全反射臨界角(Θ)を意味
し、Θ+は迷光許容中心角XCから補助端230側の全反
射臨界角(Θ)を意味している。
X C = 90 ° −sin −1 (n core · sin (90 ° −3θ 0 )) ‥‥ (9) The stray light allowable center angle X C is determined by the following formula: This is an angle component on the yz plane corresponding to the vertical incident angle component of the light beam when it is parallel to the direction. At this time, the stray light propagates in the optical fiber 21 by total reflection, and
FIG. 7 shows a possible range of the stray light allowable angle X output from FIG.
As shown in (2), the angle range is obtained by adding or subtracting the total reflection critical angle と し て about the stray light allowable center angle X C. The critical angle of total reflection refers to the minimum angle of incidence from the core 21b to the cladding 21a when light propagates while totally reflecting inside the optical fiber 21. Therefore, the stray light allowable angle X is (X C
Θ) to (X C + Θ), which is represented by equation (4). In FIG. 7, theta - the stray light admissible center angle means the total reflection critical angle of the reference end 220 side (theta) from X C, theta + the total reflection critical supplementary end 230 side from the stray light admissible center angle X C Means angle (Θ).

【0038】次に、光源から出射された光束の入射角成
分である垂直入射角成分θV及び水平入射角成分θHに対
する、FOP2の出力(出射面23からの出力)の測定
実験について説明する。
Next, an experiment for measuring the output of the FOP 2 (output from the exit surface 23) with respect to the vertical incident angle component θ V and the horizontal incident angle component θ H which are the incident angle components of the light beam emitted from the light source will be described. .

【0039】まず、垂直入射角成分θVについては、図
8(a)に示されたように、スラント角30゜のFOP
2に対し、水平入射角成分θHを15゜、30゜、90
゜にそれぞれ固定した状態で、該垂直入射角成分θV
0゜から180゜まで変化させながら、出射面23から
の出力光量を測定した。具体的には、水平入射角成分θ
Hを所定角度(15゜、30゜、90゜)にそれぞれ固
定した状態で、LED3を、該LED3からの出射光を
コリメートする光学系(レンズ)とともに図8(a)中
の矢印L1で示された方向に移動させながら測定を行っ
た。
First, as for the vertical incident angle component θ V , as shown in FIG.
2, the horizontal incident angle component θ H is 15 °, 30 °, 90 °
With the angle of incidence fixed at ゜, the amount of output light from the exit surface 23 was measured while changing the vertical incident angle component θ V from 0 ° to 180 °. Specifically, the horizontal incident angle component θ
With H fixed at predetermined angles (15 °, 30 °, 90 °), the LED 3 is shown by an arrow L1 in FIG. 8A together with an optical system (lens) that collimates the light emitted from the LED 3. The measurement was performed while moving in the specified direction.

【0040】図8(b)は、図8(a)に示された測定
方法により測定された、垂直入射角成分θVと出射面2
3から出力される光の光量との関係を示すグラフであ
る。なお、当該グラフ中、縦軸は最大出力を100とし
て正規化された値である。
FIG. 8B shows the vertical incident angle component θ V and the exit surface 2 measured by the measuring method shown in FIG.
3 is a graph showing a relationship with the light amount of light output from No. 3; In the graph, the vertical axis is a value normalized by setting the maximum output to 100.

【0041】このグラフからも分るように、迷光許容角
Xは水平入射角成分θHにはあまり依存することなく、
約70゜〜110゜の範囲に存在する。逆に、入光源3
から出射される光束を、その垂直入射角成分θVが係る
範囲(70゜〜110゜)以外から入射面22へ入射さ
せるような位置に、該光源3を設置することにより、迷
光のFOP2内の伝搬を抑制できることが分る。
As can be seen from this graph, the permissible stray light angle X does not depend much on the horizontal incident angle component θ H.
It is in the range of about 70 ° to 110 °. Conversely, light source 3
The light source 3 is installed at a position where the light beam emitted from the light source is incident on the incident surface 22 from a range other than the range (70 ° to 110 °) where the vertical incident angle component θ V is concerned, so that the stray light FOP 2 Can be suppressed.

【0042】一方、水平入射角成分θHについては、図
9(a)に示されたように、スラント角30゜のFOP
2に対し、垂直入射角成分θVを90゜に固定した状態
で、該水平入射角成分θHを0゜から90゜まで変化さ
せながら、出射面23からの出力光量を測定した。具体
的には、垂直入射角成分θVを所定角度(90゜)に固
定した状態で、LED3を、該LED3からの出射光を
コリメートする光学系(レンズ)とともに図9(a)中
の矢印L2で示された方向に移動させながら測定を行っ
た。
On the other hand, as for the horizontal incident angle component θ H , as shown in FIG.
With respect to No. 2, while the vertical incident angle component θ V was fixed at 90 °, the output light amount from the exit surface 23 was measured while changing the horizontal incident angle component θ H from 0 ° to 90 °. Specifically, in a state where the vertical incident angle component θ V is fixed at a predetermined angle (90 °), the LED 3 is coupled with an optical system (lens) for collimating the light emitted from the LED 3 by an arrow in FIG. The measurement was performed while moving in the direction indicated by L2.

【0043】図9(b)は、図9(a)に示された測定
方法により測定された、水平入射角成分θHと出射面2
3から出力される光の光量との関係を示すグラフであ
る。なお、当該グラフ中、縦軸は最大出力を100とし
て正規化された値である。
FIG. 9B shows the horizontal incident angle component θ H and the exit surface 2 measured by the measuring method shown in FIG. 9A.
3 is a graph showing a relationship with the light amount of light output from No. 3; In the graph, the vertical axis is a value normalized by setting the maximum output to 100.

【0044】このグラフから分るように、水平入射角成
分θHは0゜に近いほど好ましく、少なくとも、20゜
以下に設定しておくのが好ましい。
As can be seen from this graph, the horizontal incident angle component θ H is preferably as close to 0 ° as possible, and is preferably set to at least 20 ° or less.

【0045】ところで、光源3は指向性のある発光体を
用いるのが好ましいが、図10に示されたように、中心
光束30を中心として所定の広がり角をもった光源を利
用することも可能である。しかしながら、このような光
源3を利用する場合では、図11に示されたように、厚
みhを有する保持部材200の各保持部250、260
に設けられた固定穴201に、中心光束30と入射面2
2とが平行になるよう各光源3が固定された場合であっ
ても、各光源3からの光束は、ある程度の広がり角をも
って入射面22に照射される。したがって、このような
光源3から出射される光束の広がり角は、図12(a)
〜(c)に示されたように、各保持部250、260に
設けられた固定穴201の開口部分202から光源3の
出射端面までの距離を調節することにより、該光源3か
ら出射される光束の広がり角を調節することができる。
もちろん、上記開口部分202にコリメート手段として
光学系(レンズ)を設けることも可能である。
The light source 3 preferably uses a directional light emitting body. However, as shown in FIG. 10, it is also possible to use a light source having a predetermined divergence angle around the central light beam 30. It is. However, when such a light source 3 is used, as shown in FIG. 11, each of the holding portions 250 and 260 of the holding member 200 having a thickness h.
The central light beam 30 and the incident surface 2
Even when each light source 3 is fixed so that 2 is parallel to each other, the light beam from each light source 3 irradiates the incident surface 22 with a certain spread angle. Therefore, the spread angle of the light beam emitted from such a light source 3 is as shown in FIG.
As shown in (c), the light is emitted from the light source 3 by adjusting the distance from the opening 202 of the fixing hole 201 provided in each of the holding portions 250 and 260 to the emission end face of the light source 3. The spread angle of the light beam can be adjusted.
Of course, it is also possible to provide an optical system (lens) as collimating means in the opening 202.

【0046】また、上述されたように入射面22に照射
される光束の水平入射角成分θHは、0゜により近い方
が好ましいため、図11に示されたように、各光源3を
保持部材200で保持した状態(中心光束30と入射面
22が平行)において、該光束は、図13に示されたよ
うに、入射面22上の原点Oと基準端220を結んだ線
分を基準として、+120゜〜+180゜の範囲、ある
いは−120゜〜−180゜の範囲から入射面22に対
して照射されるのが好ましいことが分る。なお、中心光
束30の進行方向がこの範囲内にあるということは、少
なくとも、中心光束30の方向ベクトル成分のうち入射
面22上の成分は、補助端230から基準端220に向
って進行することを意味している。
As described above, since the horizontal incident angle component θ H of the light beam irradiated on the incident surface 22 is preferably closer to 0 °, each light source 3 is held as shown in FIG. In the state of being held by the member 200 (the center light beam 30 and the incident surface 22 are parallel), the light beam is based on a line connecting the origin O on the incident surface 22 and the reference end 220 as shown in FIG. It can be seen that it is preferable to irradiate the incident surface 22 from the range of + 120 ° to + 180 ° or the range of -120 ° to -180 °. The fact that the traveling direction of the central light beam 30 is within this range means that at least a component on the incident surface 22 of the direction vector component of the central light beam 30 travels from the auxiliary end 230 toward the reference end 220. Means

【0047】以上の考察から、この発明に係る画像入力
装置において、保持部材200は、光源3からの中心光
束30が入射面22に平行となるとともに、基準端22
0に垂直な入射面22上の軸(y軸に一致している)に
対してそれぞれ125゜の角度をなす位置で、各光源3
を保持している(図14参照)。
From the above considerations, in the image input device according to the present invention, the holding member 200 allows the central light beam 30 from the light source 3 to be parallel to the incident surface 22 and the reference end 22.
Each light source 3 is positioned at an angle of 125 ° with respect to an axis (coincident with the y-axis) on the entrance surface 22 perpendicular to 0.
(See FIG. 14).

【0048】なお、迷光は光源3からの不要な光のみと
は限られない。そこで、図15に示されたように、入射
面22を覆う遮光部材270を保持部材200に設ける
ことにより、より確実に迷光の入射を防止することが可
能となる(第1応用例)。
The stray light is not limited to unnecessary light from the light source 3. Therefore, as shown in FIG. 15, by providing the light blocking member 270 that covers the incident surface 22 on the holding member 200, it is possible to more reliably prevent the incidence of stray light (first application example).

【0049】次に、実際に垂直入射角成分θVを変化さ
せたときの、FOP2の出射面23を、ディスプレイ上
に表示した中間調画像の写真を図17及び図18に示
す。
Next, FIGS. 17 and 18 show photographs of halftone images in which the emission surface 23 of the FOP 2 is displayed on a display when the vertical incident angle component θ V is actually changed.

【0050】なお、撮影に使用したFOP2のスラント
角θ0は30゜、水平入射角成分θHは90゜であり、図
16に示されたように、矢印L3で示された方向に光源
3を移動させ、垂直入射角成分θVが、0゜(図17
(a))、30゜(図17(b))、60゜(図17
(c))、90゜(図18(a))、120゜(図18
(b))、及び150゜(図18(c))のときの、出
射面23(各写真の左側がFOP2の出射面23)を撮
影した。
The slant angle θ 0 of the FOP 2 used for photographing is 30 ° and the horizontal incident angle component θ H is 90 °. As shown in FIG. 16, the light source 3 is moved in the direction indicated by the arrow L3. Is moved so that the vertical incident angle component θ V becomes 0 ° (FIG. 17).
(A)), 30 ° (FIG. 17 (b)), 60 ° (FIG.
(C)), 90 ° (FIG. 18 (a)), 120 ° (FIG.
(B)) and at 150 ° (FIG. 18 (c)), the exit surface 23 (the exit surface 23 of FOP2 on the left side of each photograph) was photographed.

【0051】これら写真からも分るように、垂直入射角
成分θVが60゜近傍、あるいは120゜以上におい
て、迷光の入射を効果的に抑えることができる。一方、
垂直入射角成分θVが0゜及び30゜では、迷光入射の
抑制にはあまり効果的であるとは言えず、さらには、垂
直入射角成分θVが90゜の場合、迷光入射の抑制効果
は得られない。なお、図17(a)及び図17(b)の
写真に写っている指紋パターンは、FOP2の入射面2
2上に残った脂分である。また、この撮影結果は、図8
(b)に示されたグラフの結果(θH=90゜の場合)
の傾向と一致している。
As can be seen from these photographs, when the vertical incident angle component θ V is around 60 ° or 120 ° or more, the incidence of stray light can be effectively suppressed. on the other hand,
When the vertical incident angle component θ V is 0 ° and 30 °, it is not very effective in suppressing stray light incidence. Further, when the vertical incident angle component θ V is 90 °, the effect of suppressing stray light incidence is reduced. Cannot be obtained. Note that the fingerprint pattern shown in the photographs of FIGS. 17A and 17B is the incident surface 2 of FOP2.
2 is the remaining fat. Also, this photographing result is shown in FIG.
Results of the graph shown in (b) (when θ H = 90 °)
Is consistent with the trend.

【0052】以上のように、FOP2のコア屈折率n
coreが1.50、クラッド屈折率 ncl adが1.45(N
A=0.35)であるとすると、空気中の全反射臨界角
Θは約20°と なり、FOP2のスラント角θ0をそれ
ぞれ20°、30°とすると、迷光許容角Xの範囲は、
式(4)によりそれぞれ21°(=41°−20°)〜
61°(=41°+20°)、及び70°(=90°−
20°)〜110°(=90°+20°)と算出され
る。したがって、このように与えられた範囲内にある迷
光許容角X以外から入射面22に対しLED3からの光
束が照射されることにより、迷光がFOP2の出射面2
3で出力されず、入射面22に接触する部分から入射さ
れる光のみが鮮明に出射面23から出力されることとな
る。
As described above, the core refractive index n of FOP2
core is 1.50, the cladding refractive index n cl ad is 1.45 (N
If A = 0.35), the critical angle 全 for total reflection in the air is about 20 °, and if the slant angles θ 0 of FOP2 are 20 ° and 30 °, respectively, the range of the stray light allowable angle X is
According to the equation (4), 21 ° (= 41 ° −20 °) respectively
61 ° (= 41 ° + 20 °) and 70 ° (= 90 ° −
20 °) to 110 ° (= 90 ° + 20 °). Therefore, by irradiating the light from the LED 3 to the incident surface 22 from an area other than the stray light allowable angle X within the range given in this way, stray light is emitted from the emission surface 2 of the FOP 2.
3, only the light incident from the portion in contact with the incident surface 22 is clearly output from the exit surface 23.

【0053】このような迷光許容角Xの値をさらに検証
するため、発明者らは実際のFOP2を用いて、入射光
束の入射角成分(垂直入射角成分θV)と迷光の出力強
度の特性を図19に示された測定装置を用いて測定し
た。図20は、図19に示された測定装置から得られた
測定データである。なお、用意されたFOP2として
は、スラント角θ0がそれぞれ20°、30°である。
また、いずれのFOP2も、コアの屈折率ncoreが1.
50、 クラッドの屈折率ncladが1.45(NA=0.
35)である。そして、それぞれのFOP2について、
水平入射角成分θHを90゜に固定した状態で、入射面
22に対する垂直入射角成分θVを5°から180°ま
で(FOP2の基準端側を0°とする)変えながら、出
射面23から出力される迷光の出力強度の変化を計測し
た。光源3としては半導体レーザ51(松下電器産業製
LN9R、35mW、680nm)を用いた。また、出
力強度測定手段としては出射面23にCCD52(松下
電子工業製BS7259)を取り付けてその出力を出力
検出装置53(浜松ホトニクス製DVS3000)に取
り込んで、領域積分により迷光出力強度を計測した。
In order to further verify such a value of the stray light allowable angle X, the inventors used an actual FOP2 to determine the characteristics of the incident angle component (vertical incident angle component θ V ) of the incident light beam and the output intensity of the stray light. Was measured using the measuring device shown in FIG. FIG. 20 shows measurement data obtained from the measurement device shown in FIG. The prepared FOP2 has slant angles θ 0 of 20 ° and 30 °, respectively.
Further, in each FOP2, the refractive index n core of the core is 1.
50, cladding refractive index n clad is 1.45 (NA = 0.
35). And for each FOP2,
With the horizontal incident angle component θ H fixed at 90 °, the output surface 23 is changed while the vertical incident angle component θ V with respect to the incident surface 22 is changed from 5 ° to 180 ° (the reference end side of the FOP 2 is set to 0 °). The change in the output intensity of the stray light output from was measured. As the light source 3, a semiconductor laser 51 (LN9R manufactured by Matsushita Electric Industrial, 35 mW, 680 nm) was used. As an output intensity measuring means, a CCD 52 (BS7259, manufactured by Matsushita Electronics) was attached to the emission surface 23, and the output was taken into an output detection device 53 (DVS3000, manufactured by Hamamatsu Photonics), and stray light output intensity was measured by area integration.

【0054】図20のグラフを見ると、スラント角20
°のFOP2においては、入射光束の垂直入射角成分θ
Vが30°のときに迷光出力強度が最大となり、その角
度から入射角度が増減するに連れて出力強度が減少して
いる。さらに、スラント角30°のFOP2において
は、垂直入射角成分θVが90°のときに迷光出力強度
が最大となり、その角度から垂直入射角成分θVが増減
することにより出力強度が減少するが、入射角度20°
あたりでも出力強度が増加する傾向が見られた。なお、
図20のグラフにおいて、縦軸は、迷光出力強度の最大
値を1として正規化された値である。
Referring to the graph of FIG.
° FOP2, the vertical incident angle component θ of the incident light beam
When V is 30 °, the output intensity of stray light becomes maximum, and the output intensity decreases as the incident angle increases or decreases from that angle. Further, in the FOP2 having a slant angle of 30 °, the stray light output intensity becomes maximum when the vertical incident angle component θ V is 90 °, and the output intensity decreases as the vertical incident angle component θ V increases or decreases from that angle. , Incident angle 20 °
There was a tendency for the output intensity to increase even at around. In addition,
In the graph of FIG. 20, the vertical axis is a value normalized by setting the maximum value of the stray light output intensity to 1.

【0055】このような測定の結果、上述された理論上
の迷光許容角Xの値と実際の迷光出力強度の最大となる
入射角成分(垂直入射角成分θV)は、スラント角θ0
依存した関数としてほぼ一致していることが分かる。ま
た、上記式(4)に示された迷光許容角Xの範囲内で入
射面22に入射する光が迷光となって出射面23から出
力されることが分かる。このため、入射面22に対して
迷光許容角X以外の入射角度で光源3から光束を出射さ
せることにより、迷光の出力が抑制でき、所望の光のみ
を明瞭に出力することが可能となる。
As a result of such a measurement, the value of the theoretical stray light allowable angle X described above and the incident angle component (vertical incident angle component θ V ) at which the actual stray light output intensity becomes maximum become the slant angle θ 0 . It can be seen that they almost match as dependent functions. Further, it can be seen that light incident on the incident surface 22 within the range of the stray light allowable angle X shown in the above equation (4) becomes stray light and is output from the emission surface 23. For this reason, by emitting a light beam from the light source 3 at an incident angle other than the stray light allowable angle X with respect to the incident surface 22, the output of stray light can be suppressed, and only desired light can be output clearly.

【0056】次に、この発明に係る画像入力装置1の使
用方法及び動作について図を参照しながら説明する。
Next, the method of use and operation of the image input apparatus 1 according to the present invention will be described with reference to the drawings.

【0057】図2において、FOP2の入射面22にそ
の光束出射面を向けてLED3を設置し、入射面22に
対して迷光許容角X以外の角度で該光束を照射させる。
また、FOP2の出射面23にはCCDなどの光電変換
手段6が設けられており、出射面23から出力される光
の像を電気的信号に変換して出力できるようにしてお
く。この状態において、FOP2の入射面22に表面に
凹凸がある物体、例えば指4などを接触させると、図2
中の破線円内に示されたように、指の指紋の凸部41の
みが入射面22に接触することとなる。
In FIG. 2, the LED 3 is installed with its light beam emitting surface facing the incident surface 22 of the FOP 2, and the light beam is irradiated on the incident surface 22 at an angle other than the stray light allowable angle X.
The output surface 23 of the FOP 2 is provided with a photoelectric conversion unit 6 such as a CCD so that an image of light output from the output surface 23 can be converted into an electric signal and output. In this state, when an object having an uneven surface, for example, a finger 4 is brought into contact with the incident surface 22 of the FOP 2, FIG.
As shown in the dashed circle in the middle, only the convex portion 41 of the fingerprint of the finger comes into contact with the incident surface 22.

【0058】一方、その指4へはLED3から光が照射
され、その光は指4の指紋の凸部41を通じて光ファイ
バ21内へ入射する。その際、LED3からの光は、入
射面22に対して迷光許容角X以外の角度で照射してい
るので、指4を介さずに空気中から光ファイバ21内へ
直接入射しても、迷光となって出射面23から出力され
ることはない。
On the other hand, the finger 4 is irradiated with light from the LED 3, and the light enters the optical fiber 21 through the convex portion 41 of the finger 4. At this time, since the light from the LED 3 irradiates the incident surface 22 at an angle other than the stray light allowable angle X, even if the light enters the optical fiber 21 directly from the air without passing through the finger 4, the stray light And is not output from the emission surface 23.

【0059】そして、指4を介して光ファイバ21へ入
射した光は、各光ファイバ21内をそれぞれ全反射伝搬
して出射面23へ到達し、指4の指紋(凹凸パターン)
に対応した像となって出力される。このとき、入射面2
2と指4との非接触部分から入射した迷光の出力がない
ので、出射面23における指紋の像以外の部分(入射面
22と接触していない凹部)は暗くなって、指紋の光の
像がコントラストのハッキリした明瞭な画像となる。そ
して、この明瞭な像が光電変換手段6へ入力されて電気
信号として処理されることとなる。
The light incident on the optical fiber 21 via the finger 4 propagates in the respective optical fibers 21 by total reflection and reaches the emission surface 23, where the light (fingerprint pattern) of the finger 4 is obtained.
Is output as an image corresponding to. At this time, the incident surface 2
Since there is no output of stray light incident from the non-contact portion between the finger 2 and the finger 4, portions other than the fingerprint image on the exit surface 23 (recesses not in contact with the incident surface 22) become dark, and the fingerprint light image Is a clear image with clear contrast. Then, this clear image is input to the photoelectric conversion means 6 and processed as an electric signal.

【0060】以上のように、この発明に係る画像入力装
置1によれば、入射面22に接触する凹凸形状に応じ
て、物体像を明瞭に出力することができる。このため、
指紋検知などの凹凸形状の識別装置などに用いれば非常
に有用なものとなる。
As described above, according to the image input device 1 according to the present invention, an object image can be clearly output according to the uneven shape in contact with the incident surface 22. For this reason,
It will be very useful if used for an identification device with an uneven shape such as fingerprint detection.

【0061】次に、上述された画像入力装置1は、FO
P2として入射面22と出射面23が平行でない断面台
形のものを用いているが、このFOP2は、互いに平行
な入射面22、出射面23を有する断面平行四辺形ので
あってもよい(第2応用例)。すなわち、第2応用例に
係る画像入力装置1aは、図21に示されたように、少
なくとも光源3と、互いに平行な入射面22、出射面2
3を有するFOP2とにより構成される。このような画
像入力装置1aであっても、上述されたように、光源3
からの光束を迷光許容角X以外の角度で入射面22に照
射することにより、入射面22に接触する凸部分に対応
した像を出射面23から明瞭に出力することができる。
Next, the above-described image input apparatus 1
As the P2, a trapezoidal cross section in which the entrance surface 22 and the exit surface 23 are not parallel is used, but this FOP2 may be a parallelogram in cross section having the entrance surface 22 and the exit surface 23 parallel to each other (second). Application example). That is, as shown in FIG. 21, the image input device 1 a according to the second application example includes at least the light source 3, the entrance surface 22 and the exit surface 2 that are parallel to each other.
3 having FOP2. Even with such an image input device 1a, as described above, the light source 3
By irradiating the incident surface 22 with the light flux from the incident surface 22 at an angle other than the stray light allowable angle X, an image corresponding to the convex portion contacting the incident surface 22 can be clearly output from the exit surface 23.

【0062】さらに、この発明に係る画像入力装置は、
図22〜図25に示されたように、種々の構成により実
現することができる。
Furthermore, the image input device according to the present invention
As shown in FIG. 22 to FIG. 25, it can be realized by various configurations.

【0063】すなわち、図22に示された第3応用例で
は、入射面501を有するスラントFOP500とイメ
ージセンサ601との間に、該スラントFOP500か
らイメージセンサ601に向ってその断面積が小さくな
っているテーパーFOP600が設けられた構造を備え
ている。この構造であっても、上述された迷光許容角X
以外から光束を入射面22に照射する場合、迷光の光フ
ァイバ中の伝搬を効果的に抑制することができる。
That is, in the third application example shown in FIG. 22, between the slant FOP 500 having the incident surface 501 and the image sensor 601, the cross-sectional area decreases from the slant FOP 500 toward the image sensor 601. The tapered FOP 600 is provided. Even with this structure, the stray light allowable angle X described above
When irradiating the incident surface 22 with a light beam from other sources, the propagation of stray light in the optical fiber can be effectively suppressed.

【0064】また、図23に示された第4応用例は、入
射面511と出射面512とが互いに平行なスラントF
OP510と、イメージセンサ601と、スラントFO
P510とイメージセンサ601との間に設けられた光
学系602(レンズ)を備えている。なお、このスラン
トFOP510の出射面512上は、散乱処理が施され
ている。
In the fourth application example shown in FIG. 23, a slant F in which the entrance surface 511 and the exit surface 512 are parallel to each other.
OP510, image sensor 601, and slant FO
An optical system 602 (lens) provided between the P510 and the image sensor 601 is provided. Note that a scattering process is performed on the emission surface 512 of the slant FOP 510.

【0065】また、図24に示された第5応用例は、入
射面521と出射面522とが互いに平行なスラントF
OP520と、イメージセンサ601とを備え、さら
に、上述の第3応用例(図22)と同様に、該スラント
FOP520とイメージセンサ601との間にテーパー
FOP600が設けられている。
In the fifth application example shown in FIG. 24, the slant F in which the entrance surface 521 and the exit surface 522 are parallel to each other.
An OP 520 and an image sensor 601 are provided, and a taper FOP 600 is provided between the slant FOP 520 and the image sensor 601 as in the third application example (FIG. 22).

【0066】さらに、図25に示された第6応用例は、
入射面521と出射面522とが互いに平行なスラント
FOP520と、イメージセンサ601とを備え、さら
に、該スラントFOP520とイメージセンサ601と
の間に入射面531と出射面532とが互いに平行なス
ラントFOP530、該スラントFOP530とイメー
ジセンサ601との間に設けられた光学系602を備え
ている。以上の構造を備える、第4〜第6応用例のいず
れも、上述された迷光許容角X以外から光束を入射面2
2に照射する場合、迷光の光ファイバ中の伝搬を効果的
に抑制することができる。
Further, the sixth application example shown in FIG.
An image sensor 601 includes a slant FOP 520 in which the entrance surface 521 and the exit surface 522 are parallel to each other, and a slant FOP 530 in which the entrance surface 531 and the exit surface 532 are parallel to each other between the slant FOP 520 and the image sensor 601. , An optical system 602 provided between the slant FOP 530 and the image sensor 601. In any of the fourth to sixth application examples having the above-described structure, the luminous flux from the stray light allowable angle X other than the above-described angle
2, the propagation of stray light through the optical fiber can be effectively suppressed.

【0067】[0067]

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、入射面
に対して迷光許容角以外の角度で入射面を照明する光を
出射させることにより、入射面に接触している物体の凸
部から入射した光のみが出射面から出力され、入射面に
接触していない物体の凹部から入射した光は出射面から
出力されない。このため、物体表面の凹凸パターンに対
応した明瞭な物体像を得ることができる。
As described above, according to the present invention, light for illuminating the incident surface at an angle other than the stray light allowable angle with respect to the incident surface is emitted, so that the convex portion of the object that is in contact with the incident surface. Only the light incident from the object is output from the output surface, and the light incident from the concave portion of the object that is not in contact with the incident surface is not output from the output surface. Therefore, a clear object image corresponding to the concavo-convex pattern on the object surface can be obtained.

【0068】また、光源として指向特性の高い発光源を
用いるか、あるいは光源からの光束の広がり角を制限す
る構造を設けることにより、その光源からの光の照射方
向(光源から出射された光束の進行方向)を制御しやす
く、迷光許容角度で光が照射されることを抑制できる。
このため、出射面から所望の光のみを確実に出力させる
ことができる。
Further, by using a light source having a high directivity characteristic as the light source or by providing a structure for limiting the spread angle of the light beam from the light source, the irradiation direction of the light from the light source (the light beam emitted from the light source) It is easy to control the direction of travel, and it is possible to prevent light from being emitted at an allowable stray light angle.
For this reason, only desired light can be reliably output from the exit surface.

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

【図1】この発明に係る画像入力装置の構成を説明する
ための組立工程図である。
FIG. 1 is an assembly process diagram for explaining a configuration of an image input device according to the present invention.

【図2】この発明に係る画像入力装置の概略構成を示す
図である。
FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of an image input device according to the present invention.

【図3】ファイバ光学プレートにおける光の伝搬を説明
するための図である。
FIG. 3 is a diagram for explaining light propagation in a fiber optical plate.

【図4】この発明に係る画像入力装置におけるファイバ
光学プレートの断面構造を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a cross-sectional structure of a fiber optical plate in the image input device according to the present invention.

【図5】ファイバ光学プレートにおける迷光発生のメカ
ニズムを説明するための図である。
FIG. 5 is a diagram for explaining a mechanism of stray light generation in the fiber optical plate.

【図6】ファイバ光学プレートへ入射する光束の入射角
を説明するための図である。
FIG. 6 is a diagram for explaining an incident angle of a light beam incident on the fiber optical plate.

【図7】迷光許容範囲を説明するための図である。FIG. 7 is a diagram for explaining an allowable range of stray light.

【図8】垂直入射角成分についての迷光許容範囲の測定
方法を説明するための図(a)、及び図(a)に示され
た方法で測定された、垂直入射角成分と出射光量との関
係を示すグラフ(b)である。
FIG. 8A is a diagram for explaining a method for measuring a stray light allowable range for a vertical incident angle component, and FIG. 8A shows a relationship between the vertical incident angle component and the amount of emitted light measured by the method shown in FIG. It is a graph (b) which shows a relationship.

【図9】水平入射角成分についての迷光許容範囲の測定
方法を説明するための図(a)、及び図(a)に示され
た方法で測定された、水平入射角成分と出射光量との関
係を示すグラフ(b)である。
9A is a diagram for explaining a method of measuring a stray light allowable range with respect to a horizontal incident angle component, and FIG. 9A is a graph showing the relationship between the horizontal incident angle component and the amount of emitted light measured by the method shown in FIG. It is a graph (b) which shows a relationship.

【図10】光源から出射される光束の広がりを説明する
ための図である。
FIG. 10 is a diagram for explaining the spread of a light beam emitted from a light source.

【図11】光源を所定位置に保持するための保持部材の
構造を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing a structure of a holding member for holding a light source at a predetermined position.

【図12】光源から出射される光束の広がり角を調節す
るための構造を示す図(a)〜(c)である。
FIGS. 12A to 12C are diagrams showing a structure for adjusting a spread angle of a light beam emitted from a light source.

【図13】この発明に係る画像入力装置において、光源
が設置される最適範囲を示す図である。
FIG. 13 is a diagram showing an optimum range in which a light source is installed in the image input device according to the present invention.

【図14】この発明に係る画像入力装置において、光源
の設置状態を説明するための図である。
FIG. 14 is a diagram for explaining an installation state of a light source in the image input device according to the present invention.

【図15】この発明に係る画像入力装置の第1応用例の
概略構造を示す図である。
FIG. 15 is a diagram showing a schematic structure of a first application example of the image input device according to the present invention.

【図16】垂直入射角成分について、ファイバ光学プレ
ートの入射面の像を撮影するための方法を説明するため
の図である。
FIG. 16 is a diagram for describing a method for capturing an image of an incident surface of a fiber optical plate with respect to a vertical incident angle component.

【図17】図16に示された方法により、ファイバ光学
プレートの出射面を、ディスプレイ上に表示した中間調
画像そ示す写真である(その1)。なお、(a)は垂直
入射角成分=0゜、(b)は垂直入射角成分=30゜、
そして、(c)は垂直入射角成分=60゜における、各
出射面の写真である。
FIG. 17 is a photograph showing the halftone image displayed on the display on the output surface of the fiber optic plate by the method shown in FIG. 16 (part 1). (A) is a vertical incident angle component = 0 °, (b) is a vertical incident angle component = 30 °,
(C) is a photograph of each exit surface at a vertical incident angle component of 60 °.

【図18】図16に示された方法により、ファイバ光学
プレートの出射面を、ディスプレイ上に表示した中間調
画像そ示す写真である(その2)。なお、(a)は垂直
入射角成分=90゜、(b)は垂直入射角成分=120
゜、そして、(c)は垂直入射角成分=150゜におけ
る、各出射面の写真である。
FIG. 18 is a photograph showing the halftone image displayed on the display on the output surface of the fiber optical plate by the method shown in FIG. 16 (part 2). (A) is a vertical incident angle component = 90 °, and (b) is a vertical incident angle component = 120.
゜ and (c) are photographs of the respective exit surfaces when the vertical incident angle component is 150 °.

【図19】スラント角の異なるファイバ光学プレートに
ついて、垂直入射角成分を変えたときの迷光出力を測定
するための装置の概略構造を示す図である。
FIG. 19 is a diagram showing a schematic structure of an apparatus for measuring a stray light output when a vertical incident angle component is changed for fiber optical plates having different slant angles.

【図20】図19に示された装置により測定された、垂
直入射角成分と迷光出力との関係を示すグラフである。
FIG. 20 is a graph showing a relationship between a vertical incident angle component and a stray light output measured by the device shown in FIG. 19;

【図21】この発明に係る画像入力装置の第2応用例の
概略構造を示す図である。
FIG. 21 is a diagram showing a schematic structure of a second application example of the image input apparatus according to the present invention.

【図22】この発明に係る画像入力装置の第3応用例の
概略構造を示す図である。
FIG. 22 is a diagram showing a schematic structure of a third applied example of the image input device according to the present invention.

【図23】この発明に係る画像入力装置の第4応用例の
概略構造を示す図である。
FIG. 23 is a diagram showing a schematic structure of a fourth applied example of the image input device according to the present invention.

【図24】この発明に係る画像入力装置の第5応用例の
概略構造を示す図である。
FIG. 24 is a diagram showing a schematic structure of a fifth application example of the image input apparatus according to the present invention.

【図25】この発明に係る画像入力装置の第6応用例の
概略構造を示す図である。
FIG. 25 is a diagram showing a schematic structure of a sixth application example of the image input device according to the present invention.

【図26】従来の画像入力装置の構成を示す図である。FIG. 26 is a diagram illustrating a configuration of a conventional image input device.

【図27】従来の画像入力装置の課題を説明するための
図である。
FIG. 27 is a diagram for explaining a problem of a conventional image input device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…画像入力装置、2、500、510、520、53
0、600…ファイバ光学プレート、21…光ファイ
バ、22…入射面、23…出射面、3…LED(光
源)、100…筐体、200…保持部材、220…基準
端、230…補助端、250、260…保持部。
1 ... Image input device, 2,500,510,520,53
0, 600: fiber optical plate, 21: optical fiber, 22: incident surface, 23: emission surface, 3: LED (light source), 100: housing, 200: holding member, 220: reference end, 230: auxiliary end, 250, 260 ... holding part.

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 複数の光ファイバを束ねて一体化され、
かつ該光ファイバの光軸に対して所定のスラント角θ0
だけ傾いた入射面と、該入射面に対向している出射面と
を有する第1のファイバ光学プレートと、 前記第1のファイバ光学プレートの入射面を照明するた
めの光源と、 前記光源を所定位置に保持するための保持部材とを備え
た画像入力装置であって、 前記保持部材は、前記光源から出射された光束と前記入
射面とのなす入射角成分のうち、前記スラント角θ0
規定している前記入射面上の基準端と直交する平面上の
垂直入射角成分θVが、次式の範囲で与えられる迷光許
容角Xから外れた範囲に設定された状態で、前記光源を
保持していることを特徴とする画像入力装置。 (Xc−Θ)≦X≦(Xc+Θ) XC :式(90°−sin-1(ncore・sin(90
°−3θ0)))で与えられる迷光許容中心角 ncore:光ファイバ中のコアの屈折率 θ0 :スラント角 Θ :式(sin-1(ncore・sin(90°−SC
−φ)))で与えられる、空気中における全反射臨界角 SC :式(sin-1((1/ncore)・sin
C))で与えられる、光ファイバ中における迷光許容
中心角 φ :式(sin-1(nclad/ncore))で与えられ
る、光ファイバ中における全反射臨界角 nclad:光ファイバ中のクラッドの屈折率
Claims: 1. A plurality of optical fibers are bundled and integrated,
And a predetermined slant angle θ 0 with respect to the optical axis of the optical fiber.
A first fiber optical plate having an incident surface inclined only by the angle of incidence, and an exit surface facing the incident surface; a light source for illuminating the incident surface of the first fiber optical plate; A holding member for holding the slant angle θ 0 of the incident angle component between the light beam emitted from the light source and the incident surface. In a state where the vertical incident angle component θ V on a plane orthogonal to the reference end on the incident surface that has been defined is set to a range deviated from the stray light allowable angle X given by the range of the following equation, An image input device characterized by being held. (X c −Θ) ≦ X ≦ (X c + Θ) X C : Equation (90 ° −sin −1 (n core · sin (90
° -3θ 0 ))) The stray light allowable center angle given by n core : refractive index of the core in the optical fiber θ 0 : slant angle :: formula (sin −1 (n core · sin (90 ° −S C))
−φ))), the critical angle for total reflection in air S C : Equation (sin −1 ((1 / n core ) · sin)
Given by X C)), stray light admissible center angle in the optical fiber phi: Formula (given by sin -1 (n clad / n core )), total reflection critical angle n clad in the optical fiber: in the optical fiber Refractive index of cladding
【請求項2】 前記保持部材は、前記光源から出射され
た光束と前記入射面とのなす入射角成分のうち、前記入
射面と直交するとともに、前記スラント角θ0を規定し
ている該入射面上の基準端に平行な平面上の水平入射角
成分θHが、0゜以上20゜以下の範囲内に設定された
状態で、前記光源を保持していることを特徴とする請求
項1記載の画像入力装置。
2. The incident member, which is orthogonal to the incident surface and defines the slant angle θ 0 , of the incident angle component between the light beam emitted from the light source and the incident surface. The light source is held in a state where a horizontal incident angle component θ H on a plane parallel to a reference end on a surface is set within a range of 0 ° or more and 20 ° or less. The image input device according to the above.
【請求項3】 複数の光ファイバを束ねて一体化され、
かつ該光ファイバの光軸に対して所定のスラント角θ0
だけ傾いた入射面と、該入射面に対向している出射面と
を有する第1のファイバ光学プレートと、 前記第1のファイバ光学プレートを収納するとともに、
前記入射面を露出させるための開口がある上面を有する
筐体と、 前記第1のファイバ光学プレートの入射面を照明するた
めの、少なくとも1対の光源と、そして、 前記筐体の上面上であって、該筐体の開口を挟むように
配置されるとともに、前記1対の光源が前記筐体の開口
の少なくとも一部を取り囲むように、該光源のそれぞれ
を保持するための、少なくとも1対の保持部を有する保
持部材と、を備えた画像入力装置。
3. A plurality of optical fibers are bundled and integrated,
And a predetermined slant angle θ 0 with respect to the optical axis of the optical fiber.
A first fiber optical plate having an incident surface inclined only by the angle, and an exit surface facing the incident surface; and housing the first fiber optical plate.
A housing having an upper surface with an opening for exposing the light incident surface, at least one pair of light sources for illuminating the light incident surface of the first fiber optic plate, and And at least one pair of light sources arranged to sandwich the opening of the housing and holding each of the light sources such that the pair of light sources surrounds at least a part of the opening of the housing. And a holding member having a holding portion.
【請求項4】 前記保持部材は、前記光源からの中心光
束の方向ベクトル成分のうち前記入射面上の成分が、前
記スラント角θ0を規定している前記入射面上の基準端
と対向している前記入射面上の補助端から、該基準端に
向って進行するよう、該光源を保持していることを特徴
とする請求項1〜3のいずれか一項記載の画像入力装
置。
4. The holding member, wherein a component on the incident surface of the directional vector component of the central luminous flux from the light source faces a reference end on the incident surface defining the slant angle θ 0. The image input device according to any one of claims 1 to 3, wherein the light source is held so as to advance from the auxiliary end on the incident surface toward the reference end.
【請求項5】 前記保持部材は、前記光源から出射され
た光束のうち、その中心光束と前記入射面とが平行にな
るよう、前記光源を保持していることを特徴とする請求
項1〜4のいずれか一項記載の画像入力装置。
5. The light source according to claim 1, wherein the holding member holds the light source such that a center light beam of the light beams emitted from the light source is parallel to the incident surface. 5. The image input device according to claim 4.
【請求項6】 前記保持部材は、前記第1のファイバ光
学プレートの入射面を空隙を介して覆う遮光部材を備え
たことを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項記載の
画像入力装置。
6. The image input device according to claim 1, wherein the holding member includes a light shielding member that covers an incident surface of the first fiber optical plate via a gap. apparatus.
【請求項7】 前記第1のファイバ光学プレートの前記
出射面と向い合うように、その受光面が配置されたイメ
ージセンサを備えたことを特徴とする請求項1〜6のい
ずれか一項記載の画像入力装置。
7. The image sensor according to claim 1, further comprising an image sensor having a light receiving surface arranged to face the light exit surface of the first fiber optical plate. Image input device.
【請求項8】 前記第1のファイバ光学プレートと前記
イメージセンサとの間に、さらに第2のファイバ光学プ
レートを備えたことを特徴とする請求項7記載の画像入
力装置。
8. The image input device according to claim 7, further comprising a second fiber optical plate between said first fiber optical plate and said image sensor.
【請求項9】 前記第1のファイバ光学プレートと前記
イメージセンサとの間、あるいは前記第2のファイバ光
学プレートと前記イメージセンサとの間に、さらに光学
系を備えたことを特徴とする請求項7又は8記載の画像
入力装置。
9. An optical system further comprising an optical system between the first fiber optical plate and the image sensor or between the second fiber optical plate and the image sensor. 9. The image input device according to 7 or 8.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2002251164A (en) * 2000-09-14 2002-09-06 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Area sensor and display device
JP2010287247A (en) * 2010-07-23 2010-12-24 Hitachi Ltd Finger authentication device
JP2022028834A (en) * 2017-03-14 2022-02-16 日本電気株式会社 Biological feature input device and biological feature input method

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