+

WO1999006861A1 - Element optique, unite d'imagerie, appareil d'imagerie detecteur d'image radiante et analyseur d'empreintes digitales l'utilisant - Google Patents

Element optique, unite d'imagerie, appareil d'imagerie detecteur d'image radiante et analyseur d'empreintes digitales l'utilisant Download PDF

Info

Publication number
WO1999006861A1
WO1999006861A1 PCT/JP1998/003393 JP9803393W WO9906861A1 WO 1999006861 A1 WO1999006861 A1 WO 1999006861A1 JP 9803393 W JP9803393 W JP 9803393W WO 9906861 A1 WO9906861 A1 WO 9906861A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
optical
optical member
light
incident
input
Prior art date
Application number
PCT/JP1998/003393
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Takeo Sugawara
Makoto Suzuki
Original Assignee
Hamamatsu Photonics K.K.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hamamatsu Photonics K.K. filed Critical Hamamatsu Photonics K.K.
Priority to DE69814868T priority Critical patent/DE69814868T2/de
Priority to JP2000505534A priority patent/JP3975056B2/ja
Priority to US09/463,631 priority patent/US6399938B1/en
Priority to AU84603/98A priority patent/AU8460398A/en
Priority to EP98935279A priority patent/EP1001283B1/en
Publication of WO1999006861A1 publication Critical patent/WO1999006861A1/ja

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • 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
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06V—IMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V40/00—Recognition of biometric, human-related or animal-related patterns in image or video data
    • G06V40/10—Human or animal bodies, e.g. vehicle occupants or pedestrians; Body parts, e.g. hands
    • G06V40/12—Fingerprints or palmprints
    • G06V40/13—Sensors therefor
    • G06V40/1324—Sensors therefor by using geometrical optics, e.g. using prisms
    • G—PHYSICS
    • 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
    • G—PHYSICS
    • 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
    • G02B6/24—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
    • G—PHYSICS
    • 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
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4298—Coupling light guides with opto-electronic elements coupling with non-coherent light sources and/or radiation detectors, e.g. lamps, incandescent bulbs, scintillation chambers
    • G—PHYSICS
    • 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
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means

Definitions

  • Optical element imaging unit using the same, imaging device, radiation image sensor, and fingerprint matching device
  • the present invention relates to an optical element and an imaging unit, an imaging device, a radiation image sensor, and a fingerprint matching device using the same.
  • an optical member for transmitting an optical image an optical member in which a plurality of optical fibers are arranged in parallel with each other and integrally formed is known.
  • US Pat. No. 3,420,000 it is disclosed in, for example, US Pat. No. 3,420,000.
  • an object of the present invention is to provide an optical element with good optical image transmission efficiency.
  • an optical element of the present invention comprises a plurality of optical fibers arranged in parallel with each other and integrally molded, a first incident surface which intersects the optical axis at an angle of?
  • a first optical member having a plurality of emission surfaces, a plurality of optical fibers arranged in parallel with each other, and integrally molded, and a second incidence surface which intersects the optical axis at an angle of 2 , 2
  • a second optical member having a second exit surface, wherein the first exit surface is in contact with the second entrance surface, and is smaller than 90 °, and an optical axis of the first optical member is provided.
  • the angle 0 i of the optical axis of the second optical member is characterized in that is summer and angle difference between Tohi 2.
  • FIG. 1 is a perspective view of an optical element.
  • FIG. 2 is a schematic sectional view of the optical element.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating the use of an optical element.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing propagation of light in the optical element.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing propagation of light in an optical element.
  • Figure 6 is a graph showing the relationship between Tohi 2.
  • FIG. 7 is a diagram showing the relationship between ⁇ and !!!.
  • FIG. 8 is a perspective view of the imaging unit.
  • FIG. 9 is a perspective view of the imaging device.
  • FIG. 10 is a perspective view of the radiation image sensor.
  • FIG. 11 is a schematic sectional view of a radiation image sensor.
  • FIG. 12 is an explanatory diagram showing the incidence of radiation on the radiation image sensor.
  • FIG. 13 is an explanatory diagram showing the incidence of radiation on the radiation image sensor.
  • FIG. 14 is a configuration diagram of the fingerprint matching device.
  • FIG. 15 is a perspective view of the optical element.
  • FIG. 16 is a schematic sectional view of the optical element.
  • FIG. 17 is a perspective view of the optical element.
  • FIG. 18 is a perspective view of the optical element.
  • FIG. 19 is a schematic sectional view of the optical element.
  • FIG. 20 is a perspective view of the imaging device.
  • FIG. 21 is a perspective view of the imaging device.
  • FIG. 22 is a perspective view of the imaging device.
  • FIG. 23 is a perspective view of the radiation image sensor.
  • FIG. 24 is a schematic cross-sectional view of the radiation image sensor.
  • FIG. 25 is a schematic sectional view of a radiation image sensor.
  • FIG. 26 is a schematic sectional view of a radiation image sensor.
  • FIG. 27 is a schematic cross-sectional view of the radiation image sensor.
  • FIG. 28 is a schematic cross-sectional view of the radiation image sensor.
  • FIG. 29 is a schematic cross-sectional view of the radiation image sensor.
  • FIG. 30 is a schematic sectional view of the radiation image sensor.
  • the optical element 10 includes an input optical member 11 and an output optical member 12.
  • the input optical member 11 and the output optical member 12 are integrally formed by arranging a plurality of optical fibers in parallel with each other and refracting the core 14a of the optical fiber 14 constituting each optical member.
  • Table 1 shows the refractive index, the refractive index of the clad 14b, the numerical aperture, and the core diameter.
  • the number of optical fibers 14 constituting the output optical member 12 must be larger than the numerical aperture of the optical fibers 14 constituting the input optical member 11.
  • the core diameter of the optical fiber 14 forming the output optical member 12 is smaller than the core diameter of the optical fiber 14 forming the input optical member 11.
  • Each optical fiber 1 constituting the input optical member 11 and the output optical member 12 The gap 4 is filled with a light absorbing material 15.
  • the input optical member 11 has an incident surface 11a cut obliquely at an angle of 15 ° with respect to the optical axis (optical axis of the optical fiber constituting the optical member), and an angle of 30 °. It has an emission surface 11b cut obliquely.
  • a plane parallel to the optical axis of the input optical member 11 1 and perpendicular to the emission surface 11 b of the input optical member 11 (a plane parallel to the xy plane in FIG. 1; hereinafter, referred to as a first reference plane)
  • a plane parallel to the optical axis of the input optical member 11 and perpendicular to the incident surface 1 la of the input optical member 11 a plane parallel to the xz plane in FIG.
  • the angle (15 °) between the optical axis of the input optical member 11 and the incident surface 11a is such that the light incident on the incident surface 11a from the air constitutes the input optical member 11a.
  • the angle does not satisfy the condition of total reflection in the optical fiber 14 which is not used.
  • the output optical member 12 has an incident surface 12a that is obliquely cut at an angle of 7.5 ° with respect to the optical axis, and an output surface 12b that is vertically cut.
  • the angle between the optical axis of the output optical member 12 and the incident surface 12a is smaller than the angle between the optical axis of the input optical member 11 and the output surface 1lb.
  • the exit surface 11b of the input optical member 11 and the entrance surface 12a of the output optical member 12 are in contact with each other. Accordingly, the light image that has entered the input surface 11 a of the input optical member 11 is transmitted to the output surface 12 b of the output optical member 12.
  • the first reference plane and a plane parallel to the optical axis of the second optical member 12 and perpendicular to the incident surface 12a of the second optical member 12 (hereinafter referred to as a second reference plane) ) are parallel to each other (parallel to the xy plane in Fig. 1). Therefore, the optical axis of the optical fiber 14 constituting each optical member is also parallel to the xy plane, and the light incident on each optical fiber 14 from the input surface 11a of the input optical member 11 is parallel to the xy plane. It will progress to.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view when the optical element 10 is cut along a plane parallel to the xy plane.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the relationship between the optical axes of the respective optical members.
  • the material is actually a bundle of thousands of optical fibers.
  • the angle 6 ⁇ between the optical axis of the input optical member 11 and the optical axis of the output optical member 12 is the angle between the optical axis of the input optical member 11 and the output surface 1 lb.
  • the angle is 22.5 °, which is the difference between the angle ⁇ and the angle 7.5 ° formed between the optical axis of the output optical member 12 and the incident surface 12a.
  • the optical element 10 when using the optical element 10 to reduce and capture a fingerprint image,
  • the finger 4 is brought into contact with the incident surface 11a of the input optical member 11, and light is emitted from the LED 5 or the like.
  • the angle between the optical axis of the input optical member 11 and the incident surface 1 la is such that incident light from the air satisfies the condition of total reflection in the optical fiber 14 constituting the input optical member 11. It is at an angle of 15 ° so that it does not exist. Therefore, the light incident on the input optical member 11 from the air is attenuated and disappears in the input optical member 11, while passing through the contact portion (fingerprint of the fingerprint) of the finger 4. Only the light incident on the optical member 11 propagates inside the input optical member 11 and the output optical member 12. Therefore, a reduced fingerprint image can be obtained by capturing an optical image formed on the emission surface 12b of the output optical member 12 with a CCD camera or the like.
  • the refractive index of air is n Q
  • the refractive indices of the core 14 a and the clad 14 b of the optical fiber 14 constituting the input optical member 11 are n 12 , respectively.
  • the angle between the optical axis of the input optical member 11 and the incident surface 11a is subtracted.
  • the incident angle of light incident on the incident surface 11a of the input optical member 11 from the air is the refraction angle.
  • the incident angle of light incident from the core 14a to the clad 14b of the optical member 11 is assumed to be the refraction angle Si.
  • the light enters from the entrance surface 1 la of the input optical member 11 in a range of £ i satisfying
  • the light incident on the input optical member 11 from the air is attenuated and disappears in the input optical member 11 and is not propagated.
  • a part of the light which is a substance having a higher refractive index than air, which has entered the input optical member 11 from the contact portion of the subject such as a finger with the incident surface 11a, has a condition of total reflection. This satisfies the condition and propagates through the input optical member 11.
  • the optical element 10 in the optical element 10 according to the present embodiment, hi is set to 15 ° in consideration of the reduction efficiency.
  • the input surface 11a of the input optical member 11 is perpendicular to the Xz plane of FIG. 1 and forms an angle of 15 ° with the optical axis of the input optical member 11;
  • the exit surface 1 lb of 1 1 is perpendicular to the xy plane, and is 30 with the optical axis of the input optical member 11.
  • the input optical member 11 converts the light image incident on the incident surface 11 a into 1 / 3.86 (sin 15 °) in the a-axis direction in FIG. This has the effect of reducing the size by a factor of 2 and expanding the output by a factor of 2 (1 / s in30 °) in the direction of the b-axis.
  • the output optical member 11 exits from the output surface 11 b of the optical member 11.
  • the refractive indices of the core 14 a and the clad 14 b of the optical fiber 14 constituting the output optical member 12 are n 21 and n 22 , respectively.
  • the angle between the optical axis of the output optical member 12 and the entrance surface 12 a of the output optical member 12 is ⁇ 2 , and the light traveling through the input optical member 11 ⁇ 2 , the incident angle of light incident from the output surface 1 1b of the input optical member 11 to the incident surface 1 2a of the output optical member 12 is 1 2 , and the refraction angle is 2 the incident angle of the light incident from the core 1 4 a of the optical fiber 1 4 into the cladding 14 b constituting the output optical member 1 2 £ 2, the refraction angle and ⁇ 2.
  • the optical fiber constituting the input optical member 11 is The light propagating inside has a traveling angle 2 within 13 ° with respect to the optical axis of the input optical member 11.
  • the entrance surface 12a of the output optical member 12 is perpendicular to the xy plane in FIG. 1 and forms an angle of 7.5 ° with the optical axis of the output optical member 12, and the output optical member 12 Since the exit surface 12b is perpendicular to the optical axis of the output optical member 12, the output optical member 12 converts the light image incident on the entrance surface 12a in the direction of the b-axis in FIG. sin 7.5 °). Accordingly, the light image input to the input surface 11a of the input optical member 11 and output from the output surface 12b of the output optical member 12 is reduced to 1 / 3.86 times in the direction a in FIG. At the same time, the light image is reduced to 1 / 3.83 times in the b-axis direction, resulting in an optical image that is reduced in a similar manner.
  • Optical element 10 Ru engaged to the present embodiment,? 1 was less than 90 °, the angle 0 between the optical axis of the output optical member 12 and the optical axis of the input optical member 1 1, ⁇ Tohi 2
  • the angle of refraction of the optical path (optical fiber) at the joint of each optical member is reduced by setting the angle of the difference between the optical members. Therefore, about 46.6% of the light incident from the output surface 11b of the input optical member 11 to the incident surface 12a of the output optical member 12 satisfies the condition of total reflection in the output optical member 12. I have.
  • the light image incident on the incident surface 11a of the input optical member 11 is It is possible to transmit the light to the output surface 12b of the output optical member 12 while satisfying the condition of total reflection in the optical member, and the transmission efficiency becomes extremely high.
  • an optical image can be transmitted without using a scattering surface or the like as a bonding surface of the optical member, an output image with extremely high resolution can be obtained, and fine processing of the scattering surface or the like is not required.
  • the angle formed by the optical axis of the input optical member 11 and the incident surface 11a is formed by the optical axis of the input optical member 11 and the output surface 11b.
  • Angle ⁇ The angle between the optical axis of the output optical member 1 2 and the incident surface 1 2 a 2 , the numerical aperture NA 1 of the optical fiber 14 constituting the input optical member 1 1, and the output optical member 1 2
  • the numerical aperture NA 2 of the optical fiber 14; which constitutes the formula, is not limited to the numerical values described above, and various modifications can be considered.
  • Table 2 shows that, in the optical element 10 according to the embodiment, the numerical aperture NA 1 of the optical fiber 14 constituting the input optical member 11 and the numerical aperture of the optical fiber 14 constituting the output optical member 12 are shown.
  • the angle between the optical axis of the output optical member 12 and the incident surface 1 2 a is 2 such that the light receiving angle ratio of the light entering the output optical member 12 from the input optical member 11 is 5 It is determined to be 0%. Further, the angle i between the optical axis of the input optical member 11 and the incident surface 1 la is set so that the output pattern is similar to the input pattern and reduced, that is, the a-axis direction in FIG. The reduction ratio in the axial direction is determined to be almost equal.
  • the angle /? I between the optical axis of the input optical member 11 and the emission surface 1 lb is 90.
  • the reduction rate m is similarly shown.
  • Table 4 shows that the optical element 10 according to the above embodiment constitutes the numerical aperture NA 1 of the optical fiber 14 constituting the input optical member 11 and the output optical member 12.
  • FIG. 6 shows the relationship between ⁇ i Tohi 2 in Table 2 and Table 4
  • Figure 7 shows the relationship between the above Table 2 and / in Table 4? 1 and 111.
  • Table 2 and FIG. 6 as is apparent from FIG. 7, if but less than compared to /? Is 9 0 ° and if it is 9 0 ° is a state Dehi 2 that equal the transmission efficiency It is possible to reduce the size and increase the reduction ratio.
  • the optical axis of the output optical member 12 and the output surface 12 b of the output optical member 12 are perpendicular, but this need not be the case. .
  • the output optical member is obtained. It is possible to reduce the light image incident on the incident surface 12a of 12 only in one specific direction (the b-axis direction in FIG. 1) and output it from the exit surface 12b.
  • the imaging unit 100 includes the optical element 10 (that is, the optical element 10 including the input optical member 11 and the output optical member 12) and the output optical member 1. And a CCD 101 provided in contact with the second emission surface 12b.
  • the output surface 12b of the output optical member 12 is in contact with the light receiving surface of the CCD 101.
  • the light-shielding material is provided on all surfaces (hereinafter referred to as side surfaces) of the surface of the input optical member 11 except for the incident surface 11a and the output surface 11b, and on the side surface of the output optical member 12. 102 is provided (see the hatched portion in FIG. 8).
  • a method of spraying a light-blocking agent for example, black paint
  • a light-blocking agent for example, black paint
  • the imaging unit 100 is configured to include the above-described optical element 10, the light image incident on the incident surface 11 a of the input optical member 11 is efficiently emitted from the output optical member 12. It can transmit up to 1 2b.
  • the imaging unit 100 is provided with a CCD 101 in contact with the output surface 12 b of the output optical member 12, so that the optical image transmitted to the output surface 12 b of the output optical member 12 can be obtained. Can be imaged.
  • the imaging unit 100 is provided with the light shielding material 102 on the side surface of each optical member, thereby preventing light from entering the inside of each optical member from the side surface and increasing the S / N ratio. be able to.
  • the imaging unit 100 can capture a reduced image with clear, high contrast and high resolution.
  • an imaging device using the optical element according to the above embodiment will be described with reference to the drawings.
  • the configuration of an imaging device using the optical element according to the above embodiment will be described.
  • the imaging device 200 has four sets of the imaging units 100, and the incident surface 11 a of the input optical member 11 constituting each imaging unit 100 is substantially the same.
  • the imaging units 100 are arranged so as to be arranged on the same plane.
  • the operation and effect of the imaging device using the optical element according to the above embodiment will be described. Since the imaging device 200 is provided with the imaging unit 100, it is possible to capture a clear, clear, and high-resolution reduced image.
  • the imaging device 200 arranges the four sets of imaging units 100 such that the input surfaces 11 a of the input optical members 11 constituting each imaging unit 100 are arranged substantially on the same plane. Have been. Therefore, it is possible to enlarge a light receiving surface on which a light image can be input.
  • the reduced image is divided into each CCD 101 and captured. However, the entire reduced image can be reproduced by synthesizing the image captured by each CCD 101 by an image processing device or the like.
  • the imaging device 200 since the imaging device 200 has a very simple configuration including a plurality of simple optical members and a CCD, the imaging device 200 is compared with a taper-shaped fiber optical member that is also manufactured for the purpose of increasing the light receiving surface. Thus, it can be manufactured at extremely low cost. Further, in the imaging device 200, by arranging a plurality of imaging units 100 in which a plurality of optical members are combined, the CCDs 101 in each imaging unit 100 are not arranged at positions adjacent to each other. As a result, there is no restriction on the arrangement due to the outer shape of the CCD 101 being larger than the effective light receiving surface.
  • the radiation image sensor 300 includes the imaging unit 100 (i.e., the imaging unit 100 including the input optical member 11, the output optical member 12, the CCD 101, and the light shielding member 102), and the imaging unit 100.
  • a phosphor 301 is provided on the incident surface 11a of the input optical member 11 constituting the unit 100 and emits light in response to the incidence of radiation.
  • Gd 2 0 2 S not good the use Tb and the like.
  • the entrance surface 1 la of the input optical member 11 has a center line average roughness. It is polished so as to be in the range of 0.20 to 0.80 mm (hereinafter referred to as coarse polishing).
  • coarse polishing A polished surface having a center line average roughness in such a range can be obtained by polishing the surface using an abrasive having an average diameter of abrasive grains of about 6 to 30 m (for example, green force-borundum abrasive). It can be easily formed.
  • Fig. 12 shows how light is incident when the incident surface 11a is not roughly polished.
  • Fig. 13 shows the incident surface 11a as in the radiation image sensor 300 described above. This shows how light is incident when roughly polished. As shown in FIG.
  • L a is L. It is a circle that represents the traveling direction and intensity of the light emitted by. That is, L. The length of a chord formed by a straight line drawn from the circle in a specific direction and the circle indicates the intensity of light traveling in the specific direction.
  • the shaded area L t is L. Of the light emitted in step (1), the light propagates in the input optical member 11 while satisfying the condition of total reflection.
  • the radiation image sensor 300 is configured to include the optical element 10, the optical image incident on the incident surface 11 a of the input optical member 11 is efficiently output to the output optical member 12.
  • the light image can be transmitted to the emission surface 12b, and such an optical image can be captured by the CCD 101.
  • the radiation image sensor 300 can capture a reduced image of the radiation image incident on the phosphor 301 in a clear, high-contrast, high-resolution state.
  • the radiation image sensor 300 combines two optical members, so that the position where the CCD 101, which is the sensor unit, is provided is the input surface, which is the detection surface.
  • the optical member 11 is deviated from immediately below the incident surface 11 a of the optical member 11, so that it is possible to reduce the influence of damage and noise on the sensor portion which is received from radiation incident on the detection surface.
  • FIG. 14 is a schematic configuration diagram of a fingerprint matching device 401 using the optical element according to the above embodiment.
  • the fingerprint matching device 400 includes an imaging unit that captures a fingerprint, and an information processing device 401 that is a fingerprint matching unit that matches a fingerprint image captured by the imaging unit with a reference pattern registered in advance.
  • the information processing device 401 includes a display 402 that is a display unit that displays a result of the comparison performed by the information processing device 401.
  • the imaging unit 100 using the optical element according to the above-described embodiment has been employed.
  • the information processing device 401 includes a memory for temporarily storing a fingerprint image output from the imaging unit 100, a storage device for storing a reference pattern, and a fingerprint image captured by the imaging unit.
  • a computing device for collating with a reference pattern stored in a storage device.
  • the fingerprint image is emitted from the output optical member 12 as described with reference to FIG.
  • the image is transmitted to the surface 12 b and is imaged by the CCD 101.
  • the fingerprint image picked up by the CCD 101 forming the imaging unit 100 is output to the information processing device 401 and is temporarily stored in a memory. Thereafter, the fingerprint image is collated by the arithmetic unit with a reference pattern registered in advance in the storage device, and the collation result is displayed on the display together with the captured fingerprint image and the like. Displayed in 402.
  • the fingerprint matching device 400 is configured to include the optical element 10, the light image incident on the incident surface 11 a of the input optical member 11 is efficiently emitted from the output optical member 12. It can transmit up to 1 2b. Therefore, the CCD 101 makes it possible to capture a reduced image with high contrast and high resolution. As a result, the fingerprint collation device 400 can perform highly accurate fingerprint collation with less erroneous recognition.
  • FIG. 15 shows a configuration of an optical element 20 according to the present modification.
  • the optical element 20 according to the present modified example is structurally different from the optical element 10 according to the above embodiment in the following points. That is, the input optical member 11 used in the optical element 10 according to the embodiment described above has the gap between the optical fibers 14 filled with the light absorbing material 15.
  • the input optical member 21 used for 20 is composed of a first member 22 in which the gap between the optical fins 14 is not filled with the light absorbing material 15 and a light absorbing material in the gap between the optical fibers 14. And a second member 23 filled with 15.
  • the first member 22 is made of an optical member in which a plurality of optical fibers are arranged in parallel with each other and are integrally formed, and the gap between the optical fibers 14 is not filled with the light absorbing material 15. .
  • the incident surface 2 2a of the first member 22 has an angle of 15 ° with the optical axis of the first member 22 so that incident light incident from the air does not satisfy the total reflection condition, Its exit surface 22b is perpendicular to the optical axis.
  • the second member 23 is formed by integrally forming a plurality of optical fibers arranged in parallel with each other, and is constituted by an optical member in which a gap between the optical fibers 14 is filled with a light absorbing material 15. ing.
  • the incident surface 23a of the second member 23 is perpendicular to the optical axis of the second member 23.
  • the light exit surface 23 b is cut obliquely at an angle of 30 ° with respect to the optical axis of the second member 23.
  • the exit surface 2 2 b of the first member 22 and the entrance surface 23 a of the second member 23 are in contact with each other, and the optical axis of the first member 22 and the optical axis of the second member 23 are both It is parallel to the xy plane in Fig. 15. Therefore, when the optical element 20 according to the present modification is cut along a plane parallel to the xy plane, the cross section is as shown in FIG.
  • the configuration shown in FIG. 17 may be used. That is, the finger 4 is brought into contact with the incident surface 22 a of the first member 22 constituting the input optical member 21, and the light is projected by the LED 5 arranged below the first member 22. The light projected from the LED 5 and the like passes through the first member 22 constituting the input optical member 21 upward from the bottom and is reflected at the incident surface 22a, but the fingerprint is incident on the incident surface 22a. When the protruding part touches, the projected light is absorbed at that part without being reflected. Therefore, the reflected light reflected by the part other than the contact part of the convex part of the fingerprint propagates in the optical fiber constituting each optical member, and passes through the output surface 12 b of the output optical member 12 from the fingerprint surface. Output as evening.
  • the illumination light from the LED 5 or the like directly enters the output optical member 12, or the light scattered in the first member 22 enters the output optical member 12. This has the effect of preventing the S / N ratio of the detected image from deteriorating.
  • optical element 20 similarly to the optical element 10 according to the above-described embodiment, light incident from the incident surface 22 a of the first member 22 constituting the input optical member 21 is used.
  • the image can be efficiently transmitted to the output surface 12b of the output optical member 12 and an output image with high resolution can be obtained.
  • the configuration of the optical element according to the present modification will be described.
  • Fig. 18 shows the configuration of the optical element according to this modification. Is shown.
  • the optical element 30 according to the present modification is structurally different from the optical element 20 according to the first modification as follows. That is, in the optical element 20 according to the first modification, the input optical member 21 includes the first member 22 having the exit surface 22 b cut perpendicular to the optical axis. On the other hand, the optical element 30 according to the present modification includes an incident surface 32 a in which the first member 32 is cut obliquely to the optical axis, and a cut parallel to the incident surface 32 a. Outgoing emission surface 32b.
  • the first member 32 is formed integrally by arranging a plurality of optical fibers in parallel with each other, and is formed of an optical member in which the gap between the optical fibers 14 is not filled with the light absorbing material 15. .
  • the incident surface 3 2a of the first member 3 2 is formed on the first member 3 2 so that incident light incident from the air does not satisfy the condition of total reflection in the optical fiber 14 constituting the first member 32.
  • the exit surface 32b has an angle of 15 ° with respect to the optical axis similarly to the entrance surface 32a.
  • the second member 33 is formed by integrally forming a plurality of optical fibers arranged in parallel with each other, and is constituted by an optical member in which a gap between the optical fibers 14 is filled with a light absorbing material 15. ing.
  • the incident surface 3 3a of the second member 33 is 1 with respect to the optical axis of the second member 33.
  • the exit surface 3 2 b of the first member 32 is in contact with the entrance surface 33 a of the second member 33,
  • the optical axis of the first member 32 and the optical axis of the second member 33 are both parallel to the xy plane in FIG. Therefore, when the optical element 30 is cut along a plane parallel to the xy plane in FIG. 18, the cross section is as shown in FIG.
  • the optical element 30 according to the present modified example also enters from the incident surface 3 2a of the first member 32 constituting the input optical member 31.
  • the transmitted light image can be efficiently transmitted to the output surface 12 b of the output optical member 12, and an output image with high resolution can be obtained.
  • the optical element 10, 20, or 30 can also be used as an optical element that enlarges and transmits an optical image by causing an optical image to be incident from the emission surface 12 b of the output optical member 12. Even when the optical element 10, 20, or 30 is used as an optical element for transmitting an optical image while enlarging the optical image, efficient transmission of the optical image is possible.
  • optical elements 10, 20, or 30 are optical elements that perform similar reduction on an input image, this need not be the case.
  • Arbitrary reduction ratios can be obtained by appropriately changing the angle between the optical axis of the input optical member and the entrance surface and the exit surface, and the angle between the optical axis of the output optical member and the entrance surface and the exit surface. Becomes possible.
  • the imaging unit 100 mainly includes the optical element 10 and the CCD 101. However, it can also be configured by mainly including the optical element 20 according to the first modification or the optical element 30 according to the second modification and the CCD 101.
  • the light-blocking material 102 is provided on the entire side surface of each optical element, but this may not be the entire surface.
  • the first member configuring the input optical member is used.
  • the imaging apparatus 200 described with reference to FIG. 9 is configured by arranging four sets of the imaging units 100 described with reference to FIG. 8, this is not limited to four sets. It can be changed variously depending on the size of the pattern to be imaged. is there.
  • an imaging device 210 configured by combining eight sets of imaging units 100 is also conceivable.
  • an imaging device 220 combining nine sets of imaging units 100 is also conceivable.
  • the imaging device was configured by arranging the incident surfaces 11a of 11 without gaps so as not to overlap with each other, as shown in the imaging unit 230 shown in FIG. 22, the incident surface of the input optical member 11 was
  • the imaging units 100 may be arranged such that the edges of the surface 11a overlap each other. By arranging the edges of the input surface 11a of the input optical member 11 in an overlapping manner, it is possible to eliminate the influence of a dead zone (dead space) generated at the edges. It should be noted that the data of the overlapping portion can be appropriately removed by image processing.
  • the radiation image sensor 310 is, as shown in FIG.
  • the imaging unit 100 provided with the input optical member 11, the output optical member 12, the CCD 101, and the light shielding material 102
  • the imaging unit 100 The flat optical member 3 1 1 provided on the input surface 11 a of the input optical member 11 and the light input surface 3 1 1 a of the flat optical member 3 1 1 And a phosphor 310 that emits light.
  • the flat plate optical member 3 1 1 is composed of a number of optical fibers 14 arranged in parallel with each other. Has been established.
  • the flat optical member 311 also has an incident surface 311a obliquely cut at an angle of 50 ° with respect to the optical axis, and an outgoing light cut parallel to the incident surface 311a. It has a surface 311b, and the entire surface of the flat optical member 311 except for the entrance surface 311a and the exit surface 311b is covered with a light shielding material 102.
  • a phosphor 310 that emits light in response to the incidence of radiation is formed on the entrance surface 311a of the flat optical member 311.
  • the plate optical member 311 and the input optical member 1 1 means that the angle (35 °) between the optical axis of the flat optical member 3 1 1 and the optical axis of the input optical member 11 is equal to the optical axis of the flat optical member 3 1 1 and the exit surface 3 1 1
  • This angle is the difference between the angle (50 °) formed by b and the angle (15 °) formed by the optical axis of the input optical member 11 and the incident surface 11a.
  • FIG. 25 shows the light emission when the light emitted by the phosphor 301 in response to the incidence of radiation enters the input surface 11a of the input optical member 11 without passing through the flat optical member 311.
  • the incident state is shown
  • FIG. 26 shows how the light is incident when the light is incident on the incident surface 311 a of the flat optical member 311.
  • L a shown in FIGS. 25 and 26 is the same as that shown in FIGS. 12 and 13.
  • 7 is a circle showing the traveling direction and intensity of the light emitted in step (a).
  • L The length of the chord created by the straight line drawn in the particular direction from the circle and the circle indicates the intensity of light traveling in that particular direction.
  • the shaded area L t is L. Represents the light that propagates in the optical fiber 14 constituting the optical member while satisfying the condition of total reflection, among the light emitted in.
  • the diffused light L a emitted from it is possible to increase the proportion of light propagating satisfies the total reflection condition of the optical fiber 1 in 4 constituting the flat optical member 3 1 1 (hatched portion L t). As a result, the amount of light transmitted through each optical member constituting the radiation image sensor 310 increases, and a very clear captured image can be obtained by the CCD 101.
  • the entrance surface 311a of the flat optical member 311 has a center line average roughness of 0.20. Polishing may be performed so as to be in a range of up to 0.80 m. Since the incident surface 31 la of the flat optical member 3 1 1 is roughly polished, the light generated when the radiation is incident on the phosphor 301, the incident surface 3 1 1 of the flat optical member 3 1 1 The light is scattered by a, and the incident direction of the light entering the flat optical member 311 is expanded, and the proportion of light traveling in each optical member that satisfies the condition of total reflection increases.
  • the incident surface 11a of the input optical member 11 constituting the radiation image sensor 300 or the incident surface 311a of the flat optical member 311 constituting the radiation image sensor 310 is Although the center line average roughness has been polished so as to be in the range of 0.20 to 0.80 ⁇ m, this may be performed as follows.
  • the incident surface 11a of the input optical member 11 may be cut in a stepwise manner in the inclination direction.
  • the incident surface as a whole is maintained at an angle of 20 ° with the optical axis, and partially 35 to the optical axis. Is formed.
  • the angle between the normal to the optical axis and the optical axis becomes smaller, and each optical element is compared with the input optical member 11 shown in FIG. 29, which has a uniform angle of 20 ° with the optical axis.
  • Increasing the proportion of light that propagates within the member while satisfying the condition of total internal reflection Becomes possible.
  • the input surface 1 la of the input optical member 11 may be machined stepwise so that it is partially perpendicular to the optical axis. Even by performing such processing, compared with the input optical member 11 shown in FIG. 29 having a uniform angle of 20 ° with the optical axis, the total reflection condition in each optical member is reduced. It is possible to increase the proportion of light that is filled and propagates.
  • the optical element of the present invention can be used for, for example, a radiation image sensor and a fingerprint collation device.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
  • Image Input (AREA)
  • Collating Specific Patterns (AREA)

Description

明糸田書
光学素子並びにこれを用いた撮像ユニット、 撮像装置、 放射線イメージセンサ 及び指紋照合装置
技術分野
本発明は、 光学素子並びにこれを用いた撮像ュニッ ト、 撮像装置、 放射線ィ メージセンサ及び指紋照合装置に関するものである。
背景技術
光イメージを伝送する光学部材として、 複数の光ファイバを互いに平行に配置 して一体成形した光学部材が知られている。 また、 光軸に対して斜めにカットさ れた端面と垂直にカッ トされた端面を有する 2つの上記光学部材を用いて、 光ィ メージを任意の倍率に縮小または拡大して伝送する光学素子が、 例えば米国特許 3 4 0 2 0 0 0号公報に開示されている。
発明の開示
しかし、 上記光学素子は、 光イメージの伝送効率が必ずしも十分ではないとい う問題点があった。 そこで、 本発明は、 光イメージの伝送効率が良い光学素子を 提供することを課題とする。
上記課題を解決するために、 本発明の光学素子は、 複数の光ファイバを互いに 平行に配置して一体成形され、 光軸とそれぞれひい ? ,の角度で交差する第 1の 入射面、 第 1の出射面を有する第 1の光学部材と、 複数の光ファイバを互いに平 行に配置して一体成形され、 光軸とそれぞれひ 2、 ? 2の角度で交差する第 2の入 射面、 第 2の出射面を有する第 2の光学部材とを備え、 上記第 1の出射面と上記 第 2の入射面は接しており、 上記 は 9 0 ° より小さく、 上記第 1の光学部材の 光軸と上記第 2の光学部材の光軸とのなす角 0 iは、 とひ 2との差の角度となつ ていることを特徴としている。
5 1を9 0 ° より小さくするとともに α 2を/? iよりも小さくし、 第 1の光学部 材の光軸と第 2の光学部材の光軸とのなす角 S iを、 とひ 2との差の角度とす ることで、 第 1の光学部材と第 2の光学部材との接合面における光ファイバの屈 折角度を小さくし、 光の伝送効率を上げることが可能となる。
図面の簡単な説明
図 1は、 光学素子の斜視図である。
図 2は、 光学素子の模式断面図である。
図 3は、 光学素子の使用説明図である。
図 4は、 光学素子内の光の伝搬を示す説明図である。
図 5は、 光学素子内の光の伝搬を示す説明図である。
図 6は、 とひ 2との関係図である。
図 7は、 ^と!!!との関係図である。
図 8は、 撮像ュニッ卜の斜視図である。
図 9は、 撮像装置の斜視図である。
図 1 0は、 放射線イメージセンサの斜視図である。
図 1 1は、 放射線イメージセンサの模式断面図である。
図 1 2は、 放射線イメージセンサへの放射線の入射を示す説明図である。
図 1 3は、 放射線イメージセンサへの放射線の入射を示す説明図である。
図 1 4は、 指紋照合装置の構成図である。
図 1 5は、 光学素子の斜視図である。
図 1 6は、 光学素子の模式断面図である。
図 1 7は、 光学素子の斜視図である。
図 1 8は、 光学素子の斜視図である。
図 1 9は、 光学素子の模式断面図である。
図 2 0は、 撮像装置の斜視図である。
図 2 1は、 撮像装置の斜視図である。
図 2 2は、 撮像装置の斜視図である。
図 2 3は、 放射線イメージセンサの斜視図である。 図 2 4は、 放射線イメージセンサの模式断面図である。
図 2 5は、 放射線イメージセンサの模式断面図である。
図 2 6は、 放射線イメージセンサの模式断面図である。
図 2 7は、 放射線イメージセンサの模式断面図である。
図 2 8は、 放射線イメージセンサの模式断面図である。
図 2 9は、 放射線イメージセンサの模式断面図である。
図 3 0は、 放射線イメージセンサの模式断面図である。
発明を実施するための最良の形態
( 1 ) 本発明の実施形態に係る光学素子
本発明の実施形態に係る光学素子について図面を参照して説明する。 まず本実 施形態に係る光学素子の構成について説明する。 光学素子 1 0は、 図 1に示すよ うに、 入力用光学部材 1 1と出力用光学部材 1 2を備えて構成されている。
入力用光学部材 1 1及び出力用光学部材 1 2は、 複数の光ファイバを互いに平 行に配置して一体成形されており、 各光学部材を構成する光ファイバ 1 4のコア 1 4 aの屈折率、 クラッド 1 4 bの屈折率、 開口数及びコア径は表 1に示すとお りである。
表 1
Figure imgf000005_0001
ここで、 表 1からわかるように、 出力用光学部材 1 2を構成する光ファイバ 1 4の閧口数は、 入力用光学部材 1 1を構成する光ファイバ 1 4の開口数よりも大 きくなつており、 また、 出力用光学部材 1 2を構成する光ファイバ 1 4のコア径 は、 入力用光学部材 1 1を構成する光ファイバ 1 4のコア径よりも小さくなつて いる。
また、 入力用光学部材 1 1及び出力用光学部材 1 2を構成する各光ファイバ 1 4の間隙には、 光吸収材 1 5が充填されている。
入力用光学部材 1 1は、 光軸 （光学部材を構成する光ファイバの光軸） に対し て、 1 5 ° の角度をもって斜めにカットされた入射面 1 1 aと、 3 0 ° の角度を もって斜めにカットされた出射面 1 1 bを有している。 ここで、 入力用光学部材 1 1の光軸に平行かつ入力用光学部材 1 1の出射面 1 1 bに垂直な平面 （図 1の x y平面と平行な平面。 以下第 1の基準面という） と、 入力用光学部材 1 1の光 軸に平行かつ入力用光学部材 1 1の入射面 1 l aに垂直な平面 （図 1の x z平面 と平行な平面） とは、 互いに垂直になっている。 また、 入力用光学部材 1 1の光 軸と入射面 1 1 aとのなす角 （ 1 5 ° ) は、 空気中から入射面 1 1 aに入射した 光が、 入力用光学部材 1 1を構成する光ファイバ 1 4内で全反射条件を満たさな い角度となっている。
出力用光学部材 1 2は、 光軸に対して、 7 . 5 ° の角度をもって斜めにカッ ト された入射面 1 2 aと、 垂直にカットされた出射面 1 2 bを有している。 ここで、 出力用光学部材 1 2の光軸と入射面 1 2 aとのなす角は、 入力用光学部材 1 1の 光軸と出射面 1 l bとのなす角よりも小さくなつている。
入力用光学部材 1 1の出射面 1 1 bと出力用光学部材 1 2の入射面 1 2 aは接 している。 従って、 入力用光学部材 1 1の入射面 1 1 aに入射した光イメージは、 出力用光学部材 1 2の出射面 1 2 bまで伝送される。
ここで、 上記の第 1の基準面と、 第 2の光学部材 1 2の光軸に平行かつ第 2の 光学部材 1 2の入射面 1 2 aに垂直な平面 （以下第 2の基準面という） は、 互い に平行 （図 1の x y平面と平行） となっている。 従って、 各光学部材を構成する 光ファイバ 1 4の光軸も x y平面に平行となり、 入力用光学部材 1 1の入射面 1 1 aから各光ファイバ 1 4に入射した光は、 x y平面に平行に進行することにな る。
図 2は、 光学素子 1 0を x y平面に平行な平面で切断したときの模式断面図で ある。 尚、 図 2は、 各光学部材の光軸の関係を表す模式断面図であり、 各光学部 材は、 実際には数千の光ファイバの束となっている。 ここで、 入力用光学部材 1 1の光軸と出力用光学部材 12の光軸とのなす角 6^は、 入力用光学部材 1 1の光 軸と出射面 1 l bとのなす角である 30° と、 出力用光学部材 12の光軸と入射 面 12 aとのなす角である 7. 5° との差の角度である 22. 5° となっている。 例えば、 指紋画像を縮小し、 撮像するために光学素子 10を用いるときは、 図
3に示すようにすればよい。 すなわち、 指 4を入力用光学部材 1 1の入射面 1 1 aに接触させ、 LED 5等から光を照射する。 ここで、 入力用光学部材 1 1の光 軸と入射面 1 l aのなす角は、 空気中からの入射光が、 入力用光学部材 1 1を構 成する光ファイバ 14内で全反射条件を満たさない様に 15° の角度となってい る。 よって、 空気中から入力用光学部材 1 1内に入射した光は、 入力用光学部材 1 1内で減衰、 消滅する一方で、 指 4の接触部 （指紋の凸部） を通って入力用光 学部材 1 1に入射した光のみが入力用光学部材 1 1及び出力用光学部材 12の内 部を伝搬することになる。 従って、 出力用光学部材 12の出射面 12bに形成さ れる光イメージを CCDカメラ等で撮像することにより、 縮小された指紋画像を 得ることができる。
次に、 本実施形態に係る光学素子の作用について説明する。 まず、 図 4に示す ように、 空気中から入力用光学部材 1 1の入射面 1 l aに入射した光が、 入力用 光学部材 1 1を構成する光ファイノ 14のコア—クラッド界面で屈折、 反射しな がら伝搬する場合について考える。 ここで、 空気の屈折率を nQ、 入力用光学部材 1 1を構成する光ファイバ 14のコア 14 a、 クラヅド 14 bの屈折率をそれぞ れ n12とする。 また、 入力用光学部材 1 1の光軸と入射面 1 1 aのなす角 をひい 空気中から入力用光学部材 1 1の入射面 1 1 aに入射する光の入射角を 屈折角を ぃ 入力用光学部材 1 1のコア 14aからクラッド 14bへ入射す る光の入射角を £ 屈折角を Siとする。
iと £ iの関係は、 屈折の法則より、
n0s in^^n^s ί ξ 1 (1) で表される。 従って、 空気中の全方位 （0° ≤ 0° ) から入射した光は、
0≤s ίηξ 1≤τι0/ Ώ. { 1 (2)
を満たす £ iの範囲で入力用光学部材 1 1の入射面 1 l aから入射する。
一方、 ひ p £ iの関係は、 図 4より、
ひ (90° + (90° — £ = 180° (3)
となる。
従って、 式 （3) を用いて、 式 （2) を満たす全ての £ iにおいて、 コア—ク ラッド界面における全反射条件
s ine ^n^/n^ (4)
を満たさないようにひェを決定すれば、 空気中から入力用光学部材 1 1に入射した 光は、 入力用光学部材 1 1内で減衰、 消滅し、 伝搬されないことになる。
これに対して、 空気より屈折率の高い物質である、 指などの被検体の入射面 1 1 aへの接触部から入力用光学部材 1 1に入射した光の一部は、 全反射条件を満 たすことになり、 入力用光学部材 1 1内を伝搬することになる。
本実施形態にかかる光学素子 10においては、 11^= 1. 56、 n12= l. 5
2であるので、 ひ 1を37. 1° 以下にすれば、 空気中から入力用光学部材 1 1の 入射面 1 l aに入射した光を、 入力用光学部材 1 1内で、 減衰、 消滅させること ができる （空気の屈折率 n。= l. 00としている） 。 ここで、 本実施形態にかか る光学素子 10においては、 縮小効率を考慮して、 ひ iを 15° としている。 ここで、 入力用光学部材 1 1の入射面 1 1 aは図 1の X z平面に垂直で、 かつ 入力用光学部材 1 1の光軸と 15° の角度をなし、 また、 入力用光学部材 1 1の 出射面 1 l bは xy平面に垂直で、 かつ入力用光学部材 1 1の光軸と 30。 の角 度をなしていることより、 入力用光学部材 1 1は、 入射面 1 1 aに入射した光ィ メ一ジを、 図 1の a軸方向に 1/3. 86 (s i n 15° ) 倍に縮小し、 b軸方 向に 2 (1/s in30° ) 倍に拡大して出力する作用がある。
次に、 図 5に示すように、 入力用光学部材 1 1の出射面 11 bから出力用光学 部材 1 2の入射面 1 2 aに入射した光が、 出力用光学部材 1 2を構成する光ファ ィバ 1 4のコア—クラッド界面で反射、 屈折しながら伝搬する場合を考える。 こ こで、 出力用光学部材 1 2を構成する光ファイバ 1 4のコア 1 4 a、 クラッド 1 4 bの屈折率をそれぞれ n21、 n22とする。 また、 出力用光学部材 1 2の光軸と 出力用光学部材 1 2の入射面 1 2 aのなす角を α2、 入力用光学部材 1 1内を進行 する光の、 入力用光学部材 1 1の光軸に対する進行角を λ2、 入力用光学部材 1 1 の出射面 1 1 bから出力用光学部材 1 2の入射面 1 2 aに入射する光の入射角を ζ2, 屈折角を 2、 出力用光学部材 1 2を構成する光ファイバ 1 4のコア 1 4 a からクラッド 14 bへ入射する光の入射角を £2、 屈折角を ά2とする。
入力用光学部材 1 1の全反射条件より、 人 2は、
s i n (90° —入 2) ^ /ri u (5)
を満たす範囲となる。 入力用光学部材 1 1の出射面 1 l bは、 入力用光学部材 1 1の光軸に対して ? xの角度で交差していることより、 人 2と 2との関係は、 2= 9 0° — ^士人 2 (6)
となる。 また、 2と £2の関係は、 屈折の法則より、
n^ s i n^2 = n21 s i n 2 ( 7 )
を満たす。
一方、 ひ 2、 £ 2、 £2の関係は、 図 5より、
ひ 2+ (90° + ) + (9 0° - £2) = 1 80° (8)
となる。
従って、 式 （8) を用いて、 式 （5) から式 （7) を満たす £2のうち少なくと も一部が、 コア—クラッド界面における全反射条件
s i n£2>n22/ n21 (, )
を満たせば、 入力用光学部材 1 1の出射面 1 1 bから出力用光学部材 1 2の入射 面 1 2 aに入射した光の少なくとも一部が、 出力用光学部材 1 2を構成する光 ファイバ 14内を、 全反射条件を満たして伝送することになる。 本実施形態にかかる光学素子 10においては、 56、 n12= l. 5 2、 n21= 1. 82、 n22= l. 495であることより、 入力用光学部材 1 1を 構成する光ファイバ内を伝搬する光は、 入力用光学部材 1 1の光軸に対して 1 3° 以内の進行角え 2を有する。 また、 出力用光学部材 12を構成する光ファイバ 14のコアークラッド界面で全反射を生じるためには、 クラッド 14bに対して 55° 以上の入射角 £2で入射することが必要となる。 従って、 ^=30° 、 ひ 2=7. 5° とすると、 入力用光学部材 1 1の出射面 1 l bから出力用光学部材 1 2の入射面 12 aに入射した光の受光角割合 （全反射条件を満たす入射角範囲/ 全入射角範囲 X 100) で約 46. 6%が、 出力用光学部材 12を構成する光 ファイノ、 14内を全反射条件を満たして伝搬することになる。
ここで、 出力用光学部材 12の入射面 12 aは図 1の xy平面に垂直で、 かつ 出力用光学部材 12の光軸と 7. 5° の角度をなし、 また、 出力用光学部材 12 の出射面 12bは出力用光学部材 12の光軸と垂直であることより、 出力用光学 部材 12は入射面 12 aに入射した光イメージを、 図 1の b軸方向に 1/7. 6 6 ( s i n 7. 5 ° ) 倍に縮小する。 従って、 入力用光学部材 1 1の入射面 1 1 aに入力されて出力用光学部材 12の出射面 12bから出力される光イメージは、 図 1の a方向に 1/3. 86倍に縮小されるとともに、 b軸方向には 1/3. 8 3倍に縮小され、 ほぼ相似縮小された光イメージとなる。
続いて、 本実施形態に係る光学素子の効果について説明する。 本実施形態に係 る光学素子 10は、 ?1を90° より小さくし、 入力用光学部材 1 1の光軸と出力 用光学部材 12の光軸とのなす角 0 を、 ^とひ 2との差の角度としたことで、 各 光学部材の接続部における光路 （光ファイバ） の屈折角度を小さくしている。 よって、 入力用光学部材 1 1の出射面 1 1 bから出力用光学部材 12の入射面 1 2 aに入射した光の約 46. 6%が出力用光学部材 12内で全反射条件を満たし ている。
その結果、 入力用光学部材 1 1の入射面 1 1 aに入射した光イメージを、 各光 学部材内で全反射条件を満たしながら、 出力用光学部材 1 2の出射面 1 2 bまで 伝送させることが可能となり、 伝送効率が非常に高くなる。
また、 光学部材の接合面に散乱面等を用いることなく、 光イメージを伝送する ことができることにより、 非常に解像度の高い出力イメージが得られるとともに、 散乱面等の微細加工が必要でなくなる。
上記実施形態にかかる光学素子 1 0においては、 入力用光学部材 1 1の光軸と 入射面 1 1 aとのなす角ひい 入力用光学部材 1 1の光軸と出射面 1 1 bとのなす 角 ぃ 出力用光学部材 1 2の光軸と入射面 1 2 aとのなす角ひ 2、 入力用光学部 材 1 1を構成する光ファイバ 1 4の開口数 N A 1及び出力用光学部材 1 2を構成 する光フアイノ^; 1 4の開口数 N A 2は、 上記記載の数値に限定されることなく、 様々な変形が考えられる。
表 2は、 上記実施形態にかかる光学素子 1 0において、 入力用光学部材 1 1を 構成する光ファイバ 1 4の閧口数 N A 1及び出力用光学部材 1 2を構成する光 ファイバ 1 4の開口数 N A 2を上記表 1に記載された値 （NA 1 = 0 . 3 5、 N A 2 = l . 0 ) とし、 入力用光学部材 1 1の光軸と出射面 1 1 bとのなす角 ? iを 様々に変化させた場合の出力イメージの縮小率 m (出力パターンの大きさ ：入力 パターンの大きさ） の変化を示したものである。
ここで、 出力用光学部材 1 2の光軸と入射面 1 2 aとのなす角ひ 2については、 入力用光学部材 1 1から出力用光学部材 1 2へ入射する光の受光角割合が 5 0 % となるように決定している。 また、 入力用光学部材 1 1の光軸と入射面 1 l aと のなす角ひ iについては、 入力パターンに対して出力パターンが相似縮小となるよ うに、 すなわち、 図 1の a軸方向と b軸方向の縮小率がほぼ等しくなるように決 定している。
尚、 比較のために、 入力用光学部材 1 1の光軸と出射面 1 l bとのなす角/? iが 9 0。 である場合についても同様に縮小率 mを示している。
表 2 ひ 2 ひ 1 m
90° 55° 55° 1 : 1. 22
75° 42. 18° 44. 04° 1 : 1. 44
60° 29. 62° 34. 80° 1 : 1. 75
45° 17. 69° 25. 45° 1 : 2. 33
30° 7. 07° 14. 25° 1 : 4. 06
23° 2. 9 1° 7. 4 7。 1 : 7. 7 さらに、 表 4は、 上記実施形態にかかる光学素子 1 0において、 入力用光学部 材 1 1を構成する光ファイバ 14の開口数 NA 1及び出力用光学部材 1 2を構成 する光ファイバ 14の開口数 NA2を下記表 3に記載された値 （NA 1 = 0. 5 5、 NA2= 1. 0) とし、 入力用光学部材 1 1の光軸と出射面 1 l bとのなす 角 5 iを様々に変化させた場合の入出力ノ ターンの縮小率 mの変化を示したもので ある。
表 3
Figure imgf000012_0001
表 4
Figure imgf000012_0002
また、 図 6は上記表 2及び表 4における^ iとひ 2との関係を示しており、 図 7 は、 上記表 2及び表 4における/? 1と111との関係を示している。 - - 表 2、 表 4及び図 6、 図 7から明らかなように、 が 9 0 ° である場合と比較 して/? が 9 0 ° よりも小さい場合は、 伝達効率を等しくした状態でひ 2を小さく することが可能となり、 縮小率をあげることが可能となる。
さらに、 入力用光学部材 1 1を構成する光ファイバ 1 4の開口数 N A 1が大き い方が同一の に対してひ 2を小さくすることが可能となり、 縮小率をあげるこ とが可會 となる。
上記実施形態にかかる光学素子 1 0は、 出力用光学部材 1 2の光軸と出力用光 学部材 1 2の出射面 1 2 bとが垂直であつたが、 これは垂直でなくてもよい。 出 力用光学部材 1 2の光軸に平行かつ出力用光学部材 1 2の出射面 1 2 bに垂直な 平面を、 上記第 2の基準面と平行若しくは同一とすることで、 出力用光学部材 1 2の入射面 1 2 aに入射した光イメージを特定の一方向 （図 1の b軸方向） にの み縮小して出射面 1 2 bから出力することが可能となる。
( 2 ) 本発明の実施形態に係る光学素子を用いた撮像ュニット
続いて、 上記実施形態に係る光学素子を用いた撮像ユニットについて、 図面を 参照して説明する。 まず上記実施形態に係る光学素子を用いた撮像ュニッ 卜の構 成について説明する。 撮像ュニット 1 0 0は、 図 8に示すように上記光学素子 1 0 (すなわち、 入力用光学部材 1 1及び出力用光学部材 1 2を備えた光学素子 1 0 ) と、 上記出力用光学部材 1 2の出射面 1 2 bに接して設けられた C C D 1 0 1とを備えて構成される。 ここで、 より具体的には、 出力用光学部材 1 2の出射 面 1 2 bは C C D 1 0 1の受光面と接している。
さらに、 入力用光学部材 1 1の表面のうち入射面 1 1 aと出射面 1 1 bとを除 く全表面 （以下側面という） 、 及び、 出力用光学部材 1 2の側面には、 遮光材 1 0 2が設けられている （図 8の斜線部参照） 。
各光学部材の側面に遮光材 1 0 2を設ける方法としては、 各光学部材の入射面 と出射面をマスクした後に、 側面に遮光剤 （例えば黒色のペイント） を吹き付け る方法、 側面に遮光剤を刷毛で塗布する方法、 遮光剤の満たされた容器内に光学 部材を浸ける方法等によって行うことができる。
続いて上記実施形態に係る光学素子を用いた撮像ュニッ卜の作用、 効果につい て説明する。 撮像ュニット 1 0 0は、 上記光学素子 1 0を備えて構成されること から、 入力用光学部材 1 1の入射面 1 1 aに入射した光イメージを効率よく出力 用光学部材 1 2の出射面 1 2 bまで伝送することができる。
また、 撮像ュニット 1 0 0は、 出力用光学部材 1 2の出射面 1 2 bに接して C C D 1 0 1を設けることで、 出力用光学部材 1 2の出射面 1 2 bまで伝送した光 イメージを撮像することができる。
さらに、 撮像ュニット 1 0 0は、 各光学部材の側面に遮光材 1 0 2を設けてい ることで、 各光学部材の内部に側面から光が入射することが防止され、 S /N比 を高めることができる。
その結果、 撮像ュニット 1 0 0は、 明瞭でコントラスト、 解像度の高い縮小ィ メ一ジを撮像することが可能となる。
( 3 ) 本発明の実施形態に係る光学素子を用いた撮像装置
続いて、 上記実施形態に係る光学素子を用いた撮像装置について、 図面を参照 して説明する。 まず上記実施形態に係る光学素子を用いた撮像装置の構成につい て説明する。 撮像装置 2 0 0は、 図 9に示すように、 上記撮像ユニッ ト 1 0 0を 4組有し、 各撮像ュニット 1 0 0を構成する入力用光学部材 1 1の入射面 1 1 a が略同一平面上に並ぶように各撮像ュニット 1 0 0を配列した構成となっている。 続いて、 上記実施形態に係る光学素子を用いた撮像装置の作用、 効果について 説明する。 撮像装置 2 0 0は、 上記撮像ユニット 1 0 0を備えていることで、 明 暸でコントラスト、 解像度の高い縮小イメージを撮像することが可能となる。 さらに、 撮像装置 2 0 0は、 4組の撮像ュニット 1 0 0を、 各撮像ュニット 1 0 0を構成する入力用光学部材 1 1の入射面 1 1 aが略同一平面上に並ぶように 配列されている。 よって、 光イメージを入力させることが可能となる受光面を大 きくすることができる。 なお、 縮小イメージは各 C C D 1 0 1に分割されて撮像 されるが、 各 CCD 101によって撮像されたイメージを画像処理装置等によつ て合成することで、 縮小ィメージ全体を再生することができる。
また、 撮像装置 200は、 複数の簡単な光学部材と CCDとを備えた極めて簡 単な構成であるため、 同じく受光面を大きくする目的で製造されるテ一パ形状の ファイバ光学部材などと比較して、 極めて安価に製造することが可能である。 さらに、 撮像装置 200は、 複数個の光学部材を組み合わせた撮像ュニット 1 00を複数個配列することで、 各撮像ュニット 100内の CCD 101が互いに 隣接する位置に配置されなくなる。 その結果、 CCD 101の外形が有効受光面 よりも大きいことに起因する配置上の制約を受けることが無くなる。
(4)本発明の実施形態に係る光学素子を用いた放射線イメージセンサ
続いて、 上記実施形態に係る光学素子を用いた放射線イメージセンサについて、 図面を参照して説明する。 まず、 上記実施形態に係る光学素子を用いた放射線ィ メ一ジセンサの構成について説明する。 放射線イメージセンサ 300は、 図 10 に示すように、 上記撮像ュニット 100 (すなわち、 入力用光学部材 11、 出力 用光学部材 12、 CCD 101及び遮光材 102を備えた撮像ユニッ ト 100) と、 上記撮像ュニット 100を構成する入力用光学部材 11の入射面 11 a上に 設けられた、 放射線の入射に伴い光を発する蛍光体 301とを備えて構成されて いる。 蛍光体 301の材料としては、 例えば Gd 202 S： Tbなどを用いればよ い。
ここで、 入力用光学部材 11を図 10の xz平面に平行な平面で切断した拡大 断面図である図 11に示すように、 入力用光学部材 11の入射面 1 l aは中心線 平均粗さが 0. 20〜0. 80〃mの範囲になるように研磨 （以下、 粗く研磨と いう） されている。 このような範囲の中心線平均粗さを有する研磨面は、 例えば 砥粒の平均径が 6〜30 m程度の研磨剤 （例えばグリーン力一ボランダム砥 粒） を用いて表面を研磨することにより、 容易に形成することができる。
続いて、 上記実施形態に係る光学素子を用いた放射線イメージセンサの作用、 効果について説明する。 まず、 蛍光体 3 0 1に入射した放射線によって発せられ た光が入力用光学部材 1 1に入射する場合について考える。 図 1 2は、 入射面 1 1 aが粗く研磨されていない場合の光の入射の様子を示しており、 図 1 3は、 上 記放射線イメージセンサ 3 0 0のごとく、 入射面 1 1 aが粗く研磨されている場 合の光の入射の様子を示している。 図 1 2及び図 1 3に示すように、 入射面 1 1 aの法線方向から入射面 1 1 aに入射した放射線 R aによって、 蛍光体 3 0 1内の 特定点 L 0で発せられた光は、 入射面 1 1 aの法線方向に最大強度を有する拡散光 として入力用光学部材 1 1内に入射する。 L aは L。で発せられた光の進行方向と 強度とを表した円である。 すなわち、 L。から特定方向にひいた直線と当該円とが 作る弦の長さが、 その特定方向に進行する光の強度を示している。 また、 斜線部 L tは L。で発せられた光のうち、 入力用光学部材 1 1内を全反射条件を満たして 伝搬する光を表している。
ここで、 図 1 2に示すように、 入射面 1 1 aが粗く研磨されていない場合は、 入力用光学部材 1 1内を全反射条件を満たして伝搬する光 L tが極めて少ないのに 対し、 図 1 3に示すように、 入射面 1 1 aが粗く研磨されている場合は、 拡散光 が散乱し、 様々な方向に最大強度を有するようになるので、 入力用光学部材 1 1 内を全反射条件を満たして伝搬する光 （斜線部 L t ) が極めて多くなる。
また、 放射線イメージセンサ 3 0 0は、 上記光学素子 1 0を備えて構成される ことから、 入力用光学部材 1 1の入射面 1 1 aに入射した光イメージを効率よく 出力用光学部材 1 2の出射面 1 2 bまで伝送することができ、 かかる光イメージ を C C D 1 0 1によって撮像することができる。
その結果、 放射線イメージセンサ 3 0 0は、 蛍光体 3 0 1に入射した放射線ィ メージの縮小イメージを、 明瞭でコントラスト、 解像度の高い状態で撮像するこ とが可能となる。
また、 放射線イメージセンサ 3 0 0は、 2つの光学部材を組み合わせているこ とにより、 センサ部である C C D 1 0 1の設けられる位置が、 検出面である入力 用光学部材 1 1の入射面 1 1 aの直下部からはずれることになり、 検出面に入射 する放射線から受けるセンサ部へのダメージゃノィズの影響を低減することが可 能となる。
( 5 ) 本発明の実施形態に係る光学素子を用いた指紋照合装置
続いて、 上記実施形態に係る光学素子を用いた指紋照合装置について、 図面を 参照して説明する。 まず上記実施形態に係る光学素子を用いた指紋照合装置の構 成について説明する。 図 1 4は、 上記実施形態に係る光学素子を用いた指紋照合 装置 4 0 1の模式的な構成図である。 指紋照合装置 4 0 0は、 指紋を撮像する撮 像ユニットと、 上記撮像ユニットによって撮像された指紋画像を、 予め登録され た参照パターンと照合する指紋照合部である情報処理装置 4 0 1と、 情報処理装 置 4 0 1によって照合された照合結果を表示する表示部であるディスプレイ 4 0 2とを備えて構成される。
指紋を撮像する撮像ュニットとしては、 すでに説明した上記実施形態に係る光 学素子を用いた撮像ュニット 1 0 0が採用されている。
情報処理装置 4 0 1は、 撮像ュニッ ト 1 0 0から出力された指紋画像を一時的 に格納するメモリと、 参照パターンを格納する記憶装置と、 撮像ユニットによつ て撮像された指紋画像と記憶装置に格納されている参照パターンとを照合する演 算装置とを備えている。
続いて、 上記実施形態に係る光学素子を用いた指紋照合装置の作用、 効果につ いて説明する。 撮像ュニット 1 0 0を構成する入力用光学部材 1 1の入射面 1 1 aに指 4を接触させると、 上記図 3を用いて説明したように、 指紋画像が出力用 光学部材 1 2の出射面 1 2 bまで伝送され、 C C D 1 0 1によって撮像される。 撮像ュニヅト 1 0 0を構成する C C D 1 0 1によって撮像された指紋画像は、 情報処理装置 4 0 1に対して出力され、 メモリに一時的に格納される。 その後、 上記指紋画像は、 演算装置によって、 記憶装置に予め登録されている参照パ夕一 ンと照合され、 該照合結果は、 撮像された指紋画像などとともに、 ディスプレイ 4 0 2に表示される。
指紋照合装置 4 0 0は、 上記光学素子 1 0を備えて構成されことから、 入力用 光学部材 1 1の入射面 1 1 aに入射した光イメージを効率よく出力用光学部材 1 2の出射面 1 2 bまで伝送することができる。 よって、 C C D 1 0 1によって明 暸でコントラスト、 解像度の高い縮小イメージを撮像することが可能となる。 そ の結果、 指紋照合装置 4 0 0は、 誤認が少なく、 精度の高い指紋照合が可能とな る。
( 6 ) 本発明の実施形態に係る光学素子の変形例
第1の変形例
続いて、 第 1の変形例に係る光学素子について説明する。 まず、 本変形例に係 る光学素子の構成について説明する。 図 1 5に、 本変形例に係る光学素子 2 0の 構成を示す。 本変形例に係る光学素子 2 0は、 以下の点で上記実施形態に係る光 学素子 1 0と構成上相違する。 すなわち、 上記実施形態に係る光学素子 1 0に用 いている入力用光学部材 1 1は、 各光ファイバ 1 4の間隙に光吸収材 1 5を充填 していたが、 本変形例に係る光学素子 2 0に用いる入力用光学部材 2 1は、 各光 ファイノ 1 4の間隙に光吸収材 1 5を充填していない第 1部材 2 2と、 各光ファ ィバ 1 4の間隙に光吸収材 1 5を充填してある第 2部材 2 3とから構成されてい 。
第 1部材 2 2は、 複数の光ファィバを互いに平行に配置して一体成形されてお り、 各光ファイバ 1 4の間隙に光吸収材 1 5を充填していない光学部材から構成 されている。 第 1部材 2 2の入射面 2 2 aは、 空気中から入射した入射光が全反 射条件を満たさないように、 第 1部材 2 2の光軸と 1 5 ° の角度をなしており、 その出射面 2 2 bは、 光軸に対して垂直になっている。
また、 第 2部材 2 3は、 複数の光ファイバを互いに平行に配置して一体成形さ れており、 各光ファイバ 1 4の間隙に光吸収材 1 5を充填してある光学部材から 構成されている。 第 2部材 2 3の入射面 2 3 aは第 2部材 2 3の光軸に対して垂 直になつており、 出射面 2 3 bは、 第 2部材 2 3の光軸に対して 3 0 ° の角度を もって斜めにカツ卜されている。
第 1部材 2 2の出射面 2 2 bと第 2部材 2 3の入射面 2 3 aは接しており、 第 1部材 2 2の光軸、 第 2部材 2 3の光軸は、 双方とも、 図 1 5の x y平面に平行 になっている。 従って、 本変形例に係る光学素子 2 0を x y平面に平行な平面で 切断すると、 断面は図 1 6に示すようになる。
続いて、 本変形例に係る光学素子の作用、 効果について説明する。 例えば、 指 紋画像を縮小し、 撮像するために光学素子 2 0を用いるときは、 図 1 7に示すよ うにすればよい。 すなわち、 入力用光学部材 2 1を構成する第 1部材 2 2の入射 面 2 2 aに指 4を接触させ、 第 1部材 2 2の下方に配置された L E D 5により光 を投射する。 L E D 5等から投射された光は、 入力用光学部材 2 1を構成する第 1部材 2 2内を下から上に透過し、 入射面 2 2 aで反射するが、 入射面 2 2 aに 指紋の凸部が接触すると、 その部分では投射された光が反射せずに吸収される。 したがって、 指紋の凸部の接触部以外の部分によつて反射した反射光が各光学部 材を構成する光ファイバ内を伝搬し、 出力用光学部材 1 2の出射面 1 2 bから指 紋パ夕一ンとして出力される。
特に、 第 2部材 2 3は、 L E D 5等からの照明光が直接出力用光学部材 1 2に 入射したり、 第 1部材 2 2内で散乱した光が出力用光学部材 1 2に入射して、 検 出画像の S/N比が劣化することを防止する作用がある。
本変形例に係る光学素子 2 0においても、 上記実施形態に係る光学素子 1 0と 同様に、 入力用光学部材 2 1を構成する第 1部材 2 2の入射面 2 2 aから入射し た光ィメ一ジを出力用光学部材 1 2の出射面 1 2 bまで効率良く伝送することが 可能となり、 分解能の高い出力イメージを得ることができる。
ii)第 2の変形例
続いて、 第 2の変形例に係る光学素子について説明する。 まず、 本変形例に係 る光学素子の構成について説明する。 図 1 8に、 本変形例に係る光学素子の構成 を示す。 本変形例に係る光学素子 3 0が、 上記第 1の変形例に係る光学素子 2 0 と構成上相違する点は、 以下の通りである。 すなわち、 上記第 1の変形例に係る 光学素子 2 0は、 入力用光学部材 2 1が、 光軸に対して垂直にカツ卜された出射 面 2 2 bを有する第 1部材 2 2を備えていたのに対し、 本変形例に係る光学素子 3 0は、 第 1部材 3 2が光軸に対して斜めにカットされた入射面 3 2 aと、 入射 面 3 2 aに対して平行にカツトされた出射面 3 2 bとを有していることである。 第 1部材 3 2は、 複数の光ファィバを互いに平行に配置して一体成形されてお り、 各光ファイバ 1 4の間隙に光吸収材 1 5を充填していない光学部材から構成 されている。 第 1部材 3 2の入射面 3 2 aは、 空気中から入射した入射光が、 第 1部材 3 2を構成する光ファイバ 1 4内で全反射条件を満たさないように、 第 1 部材 3 2の光軸と 1 5 ° の角度をなしており、 その出射面 3 2 bも入射面 3 2 a と同様に、 光軸に対して 1 5 ° の角度を有している。
また、 第 2部材 3 3は、 複数の光ファイバを互いに平行に配置して一体成形さ れており、 各光ファイバ 1 4の間隙に光吸収材 1 5を充填してある光学部材から 構成されている。 第 2部材 3 3の入射面 3 3 aは第 2部材 3 3の光軸に対して 1
5 ° の角度を有しており、 その出射面 3 3 bは、 第 2部材 3 3の光軸に対して 3
0 ° の角度を有している。
第 1部材 3 2の出射面 3 2 bと第 2部材 3 3の入射面 3 3 aは接しており、 第
1部材 3 2の光軸、 第 2部材 3 3の光軸は、 双方とも、 図 1 8の x y平面に平行 になっている。 従って、 光学素子 3 0を図 1 8の x y平面に平行な平面で切断す ると、 断面は図 1 9に示すようになる。
続いて、 本変形例に係る光学素子の作用、 効果について説明する。 本変形例に 係る光学素子 3 0も、 上記第 1の変形例に係る光学素子 2 0と同様に、 入力用光 学部材 3 1を構成する第 1部材 3 2の入射面 3 2 aから入射した光イメージを出 力用光学部材 1 2の出射面 1 2 bまで効率良く伝送することが可能となり、 分解 能の高い出力イメージを得ることができる。 _ iii)その他の変形例
上記光学素子 1 0、 2 0または 3 0は、 上記出力用光学部材 1 2の出射面 1 2 bから光イメージを入射させることにより、 光イメージを拡大して伝送する光学 素子としても使用できる。 上記光学素子 1 0、 2 0または 3 0を光イメージを拡 大して伝送する光学素子として用いても、 効率の良い光イメージの伝送が可能と なる。
さらに、 光学素子 1 0、 2 0または 3 0は、 入力イメージを相似縮小する光学 素子であつたが、 これは必ずしも相似縮小でなくともよい。 入力用光学部材の光 軸と入射面、 出射面とのなす角、 出力用光学部材の光軸と入射面、 出射面とのな す角を適宜変更することにより、 任意の縮小率を得ることが可能となる。
( 7 ) 本発明の実施形態に係る光学素子を用いた撮像撮像ュニッ卜の変形例 上記撮像ュニヅト 1 0 0は、 上記光学素子 1 0と C C D 1 0 1とを主に備えて 構成されていたが、 上記第 1の変形例にかかる光学素子 2 0、 または、 上記第 2 の変形例に係る光学素子 3 0と C C D 1 0 1とを主に備えることによつても構成 できる。
また、 上記撮像ュニット 1 0 0においては、 各光学素子の側面全面に遮光材 1 0 2を設けていたが、 これは全面でなくても良い。 特に上記第 1の変形例に係る 光学素子 2 0、 または、 上記第 2の変形例に係る光学素子 3 0を用いて撮像ュ ニットを構成する場合は、 入力用光学部材を構成する第 1部材の入射面に対して 光を入射させるために、 側面に、 遮光材 1 0 2を設けない部分を形成するのが好 ましい。
( 8 ) 本発明の実施形態に係る光学素子を用いた撮像装置の変形例
続いて、 本発明の実施形態に係る光学素子を用いた撮像装置の変形例について 説明する。 図 9を用いて説明した上記撮像装置 2 0 0は、 図 8を用いて説明した 撮像ユニット 1 0 0を 4組配列して構成されていたが、 これは 4組に限定される ものではなく、 撮像するパターンの大きさによって様々に変更することが可能で ある。
例えば、 図 2 0に示すように、 8組の撮像ユニット 1 0 0を組み合わせて構成 した撮像装置 2 1 0も考えられる。 また、 図 2 1に示すように 9組の撮像ュニッ ト 1 0 0を組み合わせた撮像装置 2 2 0も考えられる。
さらに、 上記各撮像装置においては、 各撮像ュニット 1 0 0の入力用光学部材
1 1の入射面 1 1 aが互いに重ならないように隙間無く配列して撮像装置を構成 していたが、 図 2 2に示す撮像ュニット 2 3 0のように、 入力用光学部材 1 1の 入射面 1 1 aの縁辺部が互いに重なるように各撮像ュニヅト 1 0 0を配列しても 良い。 入力用光学部材 1 1の入射面 1 1 aの縁辺部を重ねて配列することで、 縁 辺部に生じる不感帯 （デッドスペース） の影響を除去することができる。 尚、 重 なり部分のデータは画像処理によつて適宜除去することが可能である。
( 9 ) 本発明の実施形態に係る光学素子を用いた放射線ィメ一ジセンサの変形例 本発明の実施形態に係る光学素子を用いた放射線イメージセンサの変形例につ いて説明する。 まず本変形例に係る放射線イメージセンサの構成について説明す る。 図 1 0を用いて説明した放射線イメージセンサ 3 0 0においては、 蛍光体 3 0 1に放射線が入射した際に発生した光を効率よく入力用光学部材 1 1に入射さ せるために、 入力用光学部材 1 1の入射面 1 1 aを粗く研磨していたが、 入力用 光学部材 1 1の入射面 1 1 aを粗く研磨する代わりに、 以下に示すような平板光 学部材 3 1 1を設けても良い。 以下、 詳細に説明する。
放射線イメージセンサ 3 1 0は、 図 2 3に示すように、 上記撮像ユニット 1 0
0 (すなわち、 入力用光学部材 1 1、 出力用光学部材 1 2、 C C D 1 0 1及び遮 光材 1 0 2を備えた撮像ュニット 1 0 0 ) と、 上記撮像ュニヅト 1 0 0を構成す る入力用光学部材 1 1の入射面 1 1 a上に設けられた平板光学部材 3 1 1と、 平 板光学部材 3 1 1の入射面 3 1 1 aに設けられ、 放射線の入射に伴い光を発する 蛍光体 3 0 1とを備えて構成されている。
平板光学部材 3 1 1は、 多数の光ファイバ 1 4を互いに平行に配置して一体形 成されている。 平板光学部材 3 1 1はまた、 光軸に対して、 5 0 ° の角度をもつ て斜めにカツトされた入射面 3 1 1 aと、 入射面 3 1 1 aと平行にカツ 卜された 出射面 3 1 1 bを有しており、 平板光学部材 3 1 1の、 入射面 3 1 1 aと出射面 3 1 1 bとを除く全表面は、 遮光材 1 0 2で覆われている。 また、 平板光学部材 3 1 1の入射面 3 1 1 aには、 放射線の入射に伴い光を発する蛍光体 3 0 1が形 成されている。
平板光学部材 3 1 1の出射面 3 1 1 bと入力用光学部材 1 1の入射面 1 1 a入 力用光学部材 1 1の出射面 1 l bと出力用光学部材 1 2の入射面 1 2 a、 及び、 出力用光学部材 1 2の出射面 1 2 bと C C D 1 0 1の受光面は、 それぞれ接して いる。 ここで、 放射線イメージセンサ 3 1 0を図 2 3の X z平面に平行な平面で 切断した拡大断面図である図 2 4に示すように、 平板光学部材 3 1 1と入力用光 学部材 1 1とは、 平板光学部材 3 1 1の光軸と入力用光学部材 1 1の光軸とのな す角 （3 5 ° ) が、 平板光学部材 3 1 1の光軸と出射面 3 1 1 bとがなす角 （5 0 ° ) と、 入力用光学部材 1 1の光軸と入射面 1 1 aとがなす角 （ 1 5 ° ) との 差の角度となっている。
続いて、 放射線イメージセンサ 3 1 0の作用、 効果について説明する。 図 2 5 は、 放射線の入射に伴い蛍光体 3 0 1によって発せられた光が平板光学部材 3 1 1を介さずに入力用光学部材 1 1の入射面 1 1 aに入射する場合の光の入射の様 子を示しており、 図 2 6は、 平板光学部材 3 1 1の入射面 3 1 1 aに入射する場 合の光の入射の様子を示している。
図 2 5及び図 2 6に示す L aは、 図 1 2及び図 1 3に示したものと同様に、 L。 で発せられた光の進行方向と強度とを表した円である。 ここで、 L。から特定方向 にひいた直線と当該円とが作る弦の長さが、 その特定方向に進行する光の強度を 示している。 また、 斜線部 L tは L。で発せられた光のうち、 光学部材を構成する 光ファイバ 1 4内を全反射条件を満たして伝搬する光を表している。
ここで、 図 2 5に示すように、 平板光学部材 3 1 1を設けていない場合は、 入 射面 1 1 aの法線方向と光軸とのなす角が大きいため、 L 0から発せられ拡散光 L aのうち、 光学部材 1 1を構成する光ファイバ 1 4内を全反射条件を満たして伝搬 する光 （斜線部 L t ) の割合は極めて小さい。 これに対して、 図 2 6に示すように、 平板光学部材 3 1 1を設けることにより、 入射面 3 1 1 aの法線方向と光軸との なす角を小さくすることができ、 L。から発せられ拡散光 L aのうち、 平板光学部 材 3 1 1を構成する光ファイバ 1 4内を全反射条件を満たして伝搬する光 （斜線 部 L t ) の割合を大きくすることができる。 その結果、 放射線イメージセンサ 3 1 0を構成する各光学部材内を伝達する光の量が多くなり、 C C D 1 0 1によって 極めて明瞭な撮像画像を得ることができる。
また、 上記のように平板光学部材 3 1 1を設ける場合は、 図 2 7に示すように、 平板光学部材 3 1 1の入射面 3 1 1 aを、 中心線平均粗さが 0 . 2 0〜0 . 8 0 mの範囲になるように研磨しても良い。 平板光学部材 3 1 1の入射面 3 1 l a が粗く研磨されていることで、 蛍光体 3 0 1に放射線が入射した際に発生した光 が、 平板光学部材 3 1 1の入射面 3 1 1 aで散乱し、 平板光学部材 3 1 1に入射 する光の入射方向が拡がり、 全反射条件を満たして各光学部材内を進行する光の 割合が増加する。
また、 上記放射線イメージセンサ 3 0 0を構成する入力用光学部材 1 1の入射 面 1 1 a、 あるいは上記放射線イメージセンサ 3 1 0を構成する平板光学部材 3 1 1の入射面 3 1 1 aは、 中心線平均粗さが 0 . 2 0〜0 . 8 0〃mの範囲にな るように研磨されていたが、 これは、 以下に示すようにしても良い。
すなわち、 図 2 8に示すように、 入力用光学部材 1 1の入射面 1 1 aを、 その 傾斜方向に階段状に切断加工しても良い。 このような加工を施すことで、 入射面 全体としては光軸と 2 0 ° の角を維持しつつ、 部分的に光軸に対して 3 5。 の角 度を有する部分ができる。 その結果、 当該部分の法線と光軸とのなす角が小さく なり、 光軸と一様に 2 0 ° の角を有する図 2 9に示す入力用光学部材 1 1と比較 して、 各光学部材内を全反射条件を満たして伝搬する光の割合を増加させること が可能となる。
また、 図 3 0に示すように、 入力用光学部材 1 1の入射面 1 l aが、 部分的に 光軸に対して直角となるように階段状に加工しても良い。 このような加工を施す ことによつても、 光軸と一様に 2 0 ° の角を有する図 2 9に示す入力用光学部材 1 1と比較して、 各光学部材内を全反射条件を満たして伝搬する光の割合を増加 させることが可能となる。
産業上の利用の可能性
本発明の光学素子は、 上記のように、 例えば放射線イメージセンサ、 指紋照合 装置に用いることが可能である。

Claims

言胄求の範囲
1 . 複数の光ファイバを互いに平行に配置して一体成形され、 光軸とそれぞ れひ ,、 の角度で交差する第 1の入射面、 第 1の出射面を有する第 1の光学部 材と、
複数の光ファイバを互いに平行に配置して一体成形され、 光軸とそれぞれひ 2、 ? 2の角度で交差する第 2の入射面、 第 2の出射面を有する第 2の光学部材と を備え、
前記第 1の出射面と前記第 2の入射面は接しており、
前記/? は 9 0 ° より小さく、
前記第 1の光学部材の光軸と前記第 2の光学部材の光軸とのなす角 0 !は、 β、 とひ 2との差の角度となっている、
ことを特徴とする光学素子。
2 . 請求項 1に記載の光学素子と、
前記第 2の出射面に接して設けられた撮像素子と
を備えたことを特徴とする撮像ュニット。
3 . 前記第 1の光学部材と前記第 2の光学部材との表面のうち少なくとも一 部に遮光材が設けられている
ことを特徴とする請求項 2に記載の撮像ュニッ卜。
4 . 請求項 2に記載の撮像ュニットを複数組有し、
前記複数組の撮像ュニットは、 前記各撮像ュニットの第 1の入射面が略同一平 面上に並ぶように配列されている、
ことを特徴とする撮像装置。
5 . 請求項 2に記載の撮像ュニットと、
前記第 1の入射面上に設けられ、 放射線の入射に伴い光を発する蛍光体と を備えたことを特徴とする放射線イメージセンサ。
6 . 前記第 1の入射面は、 中心線平均粗さが 0 . 2 0〜0 . 8 0 mの範囲になるように研磨されている ことを特徴とする請求項 5に記載の放射線ィメージセンサ。
7 . 指紋を撮像する撮像ュニットと、
前記撮像ュニットによって撮像された指紋画像を、 予め登録された参照パタ- ンと照合する指紋照合部と、
前記指紋照合部によって照合された照合結果を表示する表示部と
を備えた指紋照合装置において、
前記撮像ュニットは、 請求項 2に記載の撮像ュニットである
ことを特徴とする指紋照合装置。
PCT/JP1998/003393 1997-07-30 1998-07-30 Element optique, unite d'imagerie, appareil d'imagerie detecteur d'image radiante et analyseur d'empreintes digitales l'utilisant WO1999006861A1 (fr)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE69814868T DE69814868T2 (de) 1997-07-30 1998-07-30 Optisches element,abbildeeinheit,abbildevorrichtung,strahlungsabbildungssensor und fingerabdruckanalysator unter verwendung derselben
JP2000505534A JP3975056B2 (ja) 1997-07-30 1998-07-30 光学素子並びにこれを用いた撮像ユニット、撮像装置、放射線イメージセンサ及び指紋照合装置
US09/463,631 US6399938B1 (en) 1997-07-30 1998-07-30 Optical device, and imaging unit, imaging apparatus, radiation image sensor, and fingerprint identifying apparatus using the same
AU84603/98A AU8460398A (en) 1997-07-30 1998-07-30 Optical element, and imaging unit, imaging apparatus, radiation image sensor andfingerprint collator which use the same
EP98935279A EP1001283B1 (en) 1997-07-30 1998-07-30 Optical element, and imaging unit, imaging apparatus, radiation image sensor and fingerprint collator which use the same

Applications Claiming Priority (12)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP9/204560 1997-07-30
JP20456097 1997-07-30
JP9/239830 1997-09-04
JP23983097 1997-09-04
JP10/38737 1998-02-20
JP3873798 1998-02-20
JP12131098 1998-04-30
JP10/121294 1998-04-30
JP10/121310 1998-04-30
JP12129498 1998-04-30
JP10/128974 1998-05-12
JP12897498 1998-05-12

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO1999006861A1 true WO1999006861A1 (fr) 1999-02-11

Family

ID=27549913

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP1998/003393 WO1999006861A1 (fr) 1997-07-30 1998-07-30 Element optique, unite d'imagerie, appareil d'imagerie detecteur d'image radiante et analyseur d'empreintes digitales l'utilisant

Country Status (6)

Country Link
US (1) US6399938B1 (ja)
EP (1) EP1001283B1 (ja)
JP (1) JP3975056B2 (ja)
AU (1) AU8460398A (ja)
DE (1) DE69814868T2 (ja)
WO (1) WO1999006861A1 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000137123A (ja) * 1998-10-30 2000-05-16 Hamamatsu Photonics Kk 光学素子並びにこれを用いた撮像ユニット、撮像装置及び放射線イメージセンサ
EP1218779A4 (en) * 1999-09-01 2005-09-07 Brookhaven Science Ass Llc OPTICAL SCREEN WITH CONTROLLED INPUT

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4154874B2 (ja) * 2001-07-30 2008-09-24 カシオ計算機株式会社 指紋読取装置および指紋読取方法
TWI243339B (en) * 2002-03-19 2005-11-11 Casio Computer Co Ltd Image reading apparatus and drive control method
US7006741B1 (en) * 2005-03-22 2006-02-28 Bi Yu Contact-field optical microscope
JP5079675B2 (ja) * 2008-12-08 2012-11-21 日立マクセル株式会社 生体情報取得装置、生体認証装置、導光体、及び画像取得装置
JP5610884B2 (ja) * 2010-07-09 2014-10-22 キヤノン株式会社 光断層撮像装置及び光断層撮像方法
JP6061554B2 (ja) 2012-01-20 2017-01-18 キヤノン株式会社 画像処理装置及び画像処理方法
JP5988772B2 (ja) 2012-01-20 2016-09-07 キヤノン株式会社 画像処理装置及び画像処理方法
JP5936368B2 (ja) 2012-01-20 2016-06-22 キヤノン株式会社 光干渉断層撮影装置及びその作動方法
JP2013148509A (ja) 2012-01-20 2013-08-01 Canon Inc 画像処理装置及び画像処理方法
JP6146951B2 (ja) 2012-01-20 2017-06-14 キヤノン株式会社 画像処理装置、画像処理方法、撮影装置及び撮影方法
JP6039185B2 (ja) 2012-01-20 2016-12-07 キヤノン株式会社 撮影装置
USD693348S1 (en) * 2013-02-20 2013-11-12 Yu Min Fingerprint scanner
CN111580213B (zh) * 2020-06-18 2023-01-31 中国建筑材料科学研究总院有限公司 双直区弯曲形光学纤维锥及其应用

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6194005A (ja) * 1984-10-15 1986-05-12 Mitsubishi Rayon Co Ltd 画像表示器
JPH02249537A (ja) * 1988-12-08 1990-10-05 Philips Gloeilampenfab:Nv 歯科用ｘ線イメージ検出システム
JPH0651142A (ja) * 1992-02-26 1994-02-25 Sanyo Electric Co Ltd 光学素子及び光学素子を用いた画像表示装置
JPH07174947A (ja) * 1993-11-02 1995-07-14 Hamamatsu Photonics Kk ファイバー光学プレート
JPH08286048A (ja) * 1995-04-18 1996-11-01 Toppan Printing Co Ltd 密着型イメージセンサー素子及びこれを用いた 密着型イメージセンサー
JPH08315143A (ja) * 1995-05-15 1996-11-29 Mitsubishi Denki Bill Techno Service Kk 指紋照合装置

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3043910A (en) 1958-05-19 1962-07-10 American Optical Corp Fiber optical image transfer devices
US3402000A (en) 1964-09-10 1968-09-17 Norman H. Crawford Fiber optical image enlarger
JP3045629B2 (ja) * 1993-02-17 2000-05-29 三菱電機株式会社 凹凸パターン検出装置
JP3839664B2 (ja) * 1997-07-30 2006-11-01 浜松ホトニクス株式会社 光学素子並びにこれを用いた撮像装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6194005A (ja) * 1984-10-15 1986-05-12 Mitsubishi Rayon Co Ltd 画像表示器
JPH02249537A (ja) * 1988-12-08 1990-10-05 Philips Gloeilampenfab:Nv 歯科用ｘ線イメージ検出システム
JPH0651142A (ja) * 1992-02-26 1994-02-25 Sanyo Electric Co Ltd 光学素子及び光学素子を用いた画像表示装置
JPH07174947A (ja) * 1993-11-02 1995-07-14 Hamamatsu Photonics Kk ファイバー光学プレート
JPH08286048A (ja) * 1995-04-18 1996-11-01 Toppan Printing Co Ltd 密着型イメージセンサー素子及びこれを用いた 密着型イメージセンサー
JPH08315143A (ja) * 1995-05-15 1996-11-29 Mitsubishi Denki Bill Techno Service Kk 指紋照合装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP1001283A4 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000137123A (ja) * 1998-10-30 2000-05-16 Hamamatsu Photonics Kk 光学素子並びにこれを用いた撮像ユニット、撮像装置及び放射線イメージセンサ
EP1218779A4 (en) * 1999-09-01 2005-09-07 Brookhaven Science Ass Llc OPTICAL SCREEN WITH CONTROLLED INPUT

Also Published As

Publication number Publication date
AU8460398A (en) 1999-02-22
DE69814868T2 (de) 2004-05-06
DE69814868D1 (de) 2003-06-26
EP1001283A1 (en) 2000-05-17
EP1001283A4 (en) 2000-08-30
EP1001283B1 (en) 2003-05-21
US6399938B1 (en) 2002-06-04
JP3975056B2 (ja) 2007-09-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO1999006861A1 (fr) Element optique, unite d'imagerie, appareil d'imagerie detecteur d'image radiante et analyseur d'empreintes digitales l'utilisant
JPH06300930A (ja) 凹凸パターン入力装置
JP2016005197A (ja) 撮像装置
US20150370012A1 (en) Imaging apparatus
IL106092A (en) A lighting system with an aspherical lens and a method of manufacturing it
US4783156A (en) Optical system for altering the direction of the visual field in endoscopes
EP0756243A2 (en) Fiber optical plate
JPH11249018A (ja) 光学素子及びそれを用いた光学系
EP0813165A2 (en) Fiber-optic block and fingerprint detector using the same
JP3461591B2 (ja) ファイバー光学プレート
JP4060908B2 (ja) 指紋読取光学系
CN119065179B (zh) 光学折叠元件、摄像头模组以及电子设备
US4716287A (en) Light pipe for an optical mouse
JP3839664B2 (ja) 光学素子並びにこれを用いた撮像装置
JP3842553B2 (ja) 光学部品
JPS5875083A (ja) 放射線検出器
WO1999006860A1 (fr) Element optique, unite d'imagerie, appareil d'imagerie detecteur d'image radiante et analyseur d'empreintes digitales l'utilisant
US5903694A (en) Fiber optics device
CN214795271U (zh) 棱镜、光学镜组、摄像头模组及电子设备
JP4132301B2 (ja) 光学素子並びにこれを用いた撮像ユニット、撮像装置及び放射線イメージセンサ
US6038360A (en) Fiberoptic block for high contrast imaging
WO2023281772A1 (ja) 光学系、撮像装置、光学式接触センサ及び画像投影装置
JPH08334636A (ja) ファイバー光学プレート
EP1001284B1 (en) Optical element, and imaging unit, imaging apparatus, radiation image sensor and fingerprint collator which use the same
JPH11326769A (ja) 結像素子

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AM AT AU AZ BA BB BG BR BY CA CH CN CU CZ DE DK EE ES FI GB GE GH GM HR HU ID IL IS JP KE KG KR KZ LC LK LR LS LT LU LV MD MG MK MN MW MX NO NZ PL PT RO RU SD SE SG SI SK SL TJ TM TR TT UA UG US UZ VN YU ZW

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): GH GM KE LS MW SD SZ UG ZW AM AZ BY KG KZ MD RU TJ TM AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LU MC NL PT SE BF BJ CF CG CI CM GA GN GW ML MR NE SN TD TG

DFPE Request for preliminary examination filed prior to expiration of 19th month from priority date (pct application filed before 20040101)
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
REG Reference to national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: 8642

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 09463631

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: KR

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 1998935279

Country of ref document: EP

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 1998935279

Country of ref document: EP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: CA

WWG Wipo information: grant in national office

Ref document number: 1998935279

Country of ref document: EP

点击 这是indexloc提供的php浏览器服务，不要输入任何密码和下载