WO2003032034A1 - Image sensing apparatus - Google Patents

Description

明 細 書

像検出装置 技術分野

本発明は、 例えば、 ゴム印や指紋などの柔らかい物体の表面に形成された 凹凸パターン及びその濃淡情報を一次元の画像データとして直接入力するた めの像検出装置に関するものである。 背景技術

従来より、 指紋などの微少な凹凸パターンを検出する代表的なものとして 光学式の検出装置がある。 従来の光学式の凹凸パターン検出装置としては、 プリズムを用いるものが知られている （例えば、 特開昭 5 5— 1 3 4 4 6号 公報参照） 。

この従来例では、 直角プリズムを用い、 入射面から平行光を入射し、 この 入射光が直角プリズムの傾斜面で全反射されて出射面から出力した出射光を カメラで撮像する構成となっている。 指などの凹凸のある物体が直角プリズ ムの傾斜面に密着接触した場合には、 凹部では入射光は全反射されるが、 凸 部では屈折率の関係により全反射が生じない。 この作用により凹凸により明 暗が明瞭につき、 凹凸パターンを検出できる。

このような構成の光学式凹凸パターン検出装置では、 光源から照射される 入射光とカメラに撮像される出射光がほぼ直角になるよう光源やカメラを配 置しなければならず、 凹凸検出装置の小型化が困難であった。

この課題を解決する構成として、 従来から、 光ファイバプレートを使用し た凹凸パターン検出装置が知られている （例えば、 特開平 6— 3 0 0 9 3 0 号公報参照） 。 この従来の凹凸パターン検出装置の構成について、 図 2 3、 図 2 4を用い て説明する。

図 2 3において、 2 3 0 1は光ファイバ束、 2 3 0 1 aは光ファイバ束 2 3 0 1の入射面、 2 3 0 1 bは光ファイバ束 2 3 0 1の出射面であり、 入射 面 2 3 0 1 aは光ファイバ束 2 3 0 1の各光ファイバの中心軸に対して所定 角度で傾斜している。 2 3 0 2は照明手段 （例えば、 L E D ) 、 2 3 0 3は 照明手段から投光される平行光束 （照射光） である。

次に動作について説明する。 まず、 照明手段 2 3 0 2から平行光束 2 3 0 3を投光する。 この平行光束 2 3 0 3は光ファイバ束 2 3 0 1を透過して入 射面 2 3 0 1 aに到達する。

この場合、 入射面 2 3 0 1 aに対する平行光束 2 3 0 3の入射角 Θは光フ アイバのコア部 2 4 0 2と空気との界面における臨界角より大きいものとす る。

従って、 反射角 Θの反射光 2 4 0 1 (図 2 4参照） は、 被検体 2 1 0 1の 凹部と非接触の入射面 2 3 0 1 aで全反射となり、 被検体 2 1 0 1の凸部と 接触している入射面 2 3 0 1 aで媒質相互の屈折率によって非全反射となる。

これにより、 凹部が非接触の部分の反射光は凸部が接触している部分の反 射光より強くなるので、 反射光 2 4 0 1は凹凸パターンに応じたコントラス トの高い光パターンを形成する。 イメージセンサ 2 1 0 5は出射面 2 3 0 1 bに直接付着されているので、 イメージセンサ 2 1 0 5の撮像面は出射面 2 3 0 1 bに直接接触、 または出射面 2 3 0 1 bの近傍に配置されている。 従って、 出射面 2 3 0 1 b上の光パターンはイメージセンサ 2 1 0 5の撮 像面に直接入力される。 以上のように、 光学ファイバ束を用いると、 光ファ ィバ束を曲げたりすることができ、 プリズムを用いる場合に比べて光路設計 に自由度があり小型化には適する。

図 2 4は、 図 2 3に示した凹凸パターン検出装置の光ファイバの一つを拡 大した断面図である。 本図では入射面とファイバの光軸の角度を規定してい る。

図 2 4において、 2 4 0 1は入射面 2 3 0 1 aにおける平行光束 2 3 0 3 の正反射光であり、 正反射光 2 4 0 1 と入射面の法線 2 4 0 5との角度は 0 に設定されている。 2 4 0 2は光ファイバ束 2 3 0 1の 1本の光ファイバの コア部、 2 4 0 3はクラッドである。 2 4 0 4は光ファイバの中心軸であり 、 入射面 2 3 0 1 aの近傍では、 中心軸 2 4 0 4と入射面 2 3 0 1 aの法線 2 4 0 5との角度は φである。

入射面 2 3 0 1 a近傍の光ファイバの中心軸 2 4 0 4は反射光 2 4 0 1に 対してほぼ平行であり、 入射面 2 3 0 1 aの法線 2 4 0 5と光ファイバの中 心軸 2 4 0 4のなす角 ψは、 反射光 2 4 0 1が光ファイバ束 2 3 0 1の光フ アイバ内を全反射により伝搬することができるように次式 （数 1 ) に示す全 反射伝搬臨界角の条件を満たしている。

(数 1 )

Θ— sin"¹ (N.A./11 core) ≤φ≤θ +sin"¹ (N.A./n core )

(数 1 ) において、 n coreは光ファイバのコア部 2 4 0 2の屈折率、 N . A . は、 光ファイバの開口数である。

これにより、 反射角 Θの反射光 2 4 0 1は光ファイバ束 2 3 0 1の各光フ アイバを伝搬する。 この時入射面 2 3 0 1 aに被検体 2 1 0 1の凸部が接触 している光ファイバでは非全反射光が伝搬され、 入射面 2 3 0 1 aに凹部が 対向している光ファイバでは全反射光が伝搬される。

ところで、 図 2 3 , 2 4に示す従来の凹凸パターン検出装置では、 照明手 段 2 3 0 2から照射された照明光 2 3 0 3は、 光ファイバ束を横切り入射面 2 3 0 1 aに入射される。

入射面に押し当てられた凹凸パターンのうち、 凹部においては、 図 2 4の 様に入射面は空気に接している。

ここで、 入射面の法線方向 2 4 0 5と入射された照明光とがなす各 0を、 ファイバのコア 2 4 0 2が空気に対して有する全反射臨界角以上に設定して いる。

これにより、 凹凸パターンが密着していない凹部においては、 入射面 2 4 0 2に対して全反射条件を満たし、 照射光 2 3 0 3は完全に反射され入射面 の法線と反対方向に法線となす角 Θで反射され、 ファイバ伝達光 2 4 0 1と してファイバ内を伝達する。

この時更に、 光ファイバの光軸 2 4 0 4と光ファイバ伝達光 2 4 0 1とが なす角を、 光ファイバ内面での全反射臨界角以下になるように、 光ファイバ の光軸方向設定されている。

これにより、 光ファイバ伝達光は、 ファイバのコア 2 4 0 2とクラッド 2 4 0 3の界面を全反射しながら出射面 2 3 0 1 b方向に伝達される。 つまり 、 照射光 2 3 0 3のほぼ全ての光量が出射面側のイメージセンサに入射され イメージセンサにて光一電気変換をして、 光量に応じた電気信号を出力して いる。

—方、 凹凸パターンの凸部においては、 光ファイバのコア 2 4 0 2と凹凸 パターンの凸部密着しているため、 全反射臨界角が空気に対する臨界角が異 なるため、 全反射条件とならない。

そこで、 入射面に照射された照射光は、 入射面を透過して被検体 2 1 0 1 に照射される。 照射光は、 被検体 2 1 0 1の表面若しくは内部で散乱され、 その一部が再び光ファイバの入射面 2 4 0 2からファイバへ伝達される。 フ アイバ内部に伝達された散乱光のうち、 更に光ファイバ内面での全反射臨界 角以内の光のみが、 ファイバ内部を伝達して出射面に伝達されてファイバか らイメージセンサに照射される。

このようにして、 凹部はほぼ全反射されて強い光がイメージセンサ照射さ れ、 凸部においては、 弱い散乱光の一部がイメージセンサに照射され、 凹凸 パターンに応じた電気出力がイメージセンサから出力される。

しかしながら、 光学ファイバ束を用いた上記凹凸パターン検出装置には以 下の様な課題がある。

図 2 3の様に、 照明光源を個別に設置しているため装置全体が一体となつ た小型化が困難である （第 1の課題） 。

また、 撮像素子が光ファイバの光軸に垂直に設けられており、 装置を平板 化できない。 装置を設置し易いように、 撮像素子を図 2 3のように垂直にす るためには光学ファイバを入射面と出射面の間で曲げなければならない。 光 学ファイバは曲げることはできるが、 手間がかかりコストアップの要因とな るだけでなく、 伝送ロスにより画像が暗くなつたり、 画像に歪みが出るなど の課題がある （第 2の課題） 。

特に薄型化が困難である。 また、 パッケージングして面実装するのが困難 であり、 できたとしても高さが高くなる。 また、 光学ファイバの中心軸と入 射面の法線のなす角を （数 1 ) で規定しているが、 この範囲では入射面で全 反射した光がコア内で全反射して伝搬すると言う条件にすぎず、 この条件の 境界では入射面で全反射する光の一部だけが光学ファイバ内を伝搬するにす ぎず、 光の利用効率が悪く、 かつ画像が暗くなるという課題を有していた。 ところで、 複写物の様な被検体に関しては、 その断面をミクロ的に見れば 、 紙面上に複写用トナーが半円形状の突起物として付着している。 そのため 、 上記の様な従来の凹凸パターン検出装置の構成では、 トナーの突起物と光 ファイバのコアとが点接触するため、 光ファイバのコアが、 被検体の表面と 光学的に密着する領域が極めて少ない。

そのため、 光ファイバの入射面では、 全反射条件をみたすことになり、 照 射光が入射面から被検体に進むことがない。

このため被検体の濃淡情報、 更に言えば、 原稿などの画像情報を同一のセ ンサで読みとることが不可能であるという課題を有していた （第 3の課題） 。 発明の開示

本発明は、 上記従来の第 3の課題に鑑み、 同一の検出装置において、 被検 体の凹凸パターンを検出する機能と、 被検体の画像情報を検出できる機能の 両方を備えた像検出装置を提供することを目的とするものである。

第 1の本発明は、 一方の端面を入射面、 他方の端面を出射面とする複数の 光ファイバが貫通されて配置された、 前記出射面を含む面を主面とする光フ アイバアレイ基板と、

前記主面上に形成された回路導体層と、

前記回路導体層上の所定の位置に配置されたィメージセンサと、

前記光ファイバの前記入射面に対する入射角を臨界角より大きく し、 且つ 前記入射面での反射光方向が、 前記光ファイバの光軸方向に対して、 光ファ ィバ内面での全反射臨界角以下になるように配置された第 1の照明手段と、 前記光ファイバの前記入射面に対する入射角を臨界角より小さく し、 且つ 前記入射面での反射光方向が、 前記光ファイバの光軸方向に対して、 光ファ ィバ内面での全反射臨界角以上になるように配置された第 2の照明手段と、 前記第 1、 第 2の照明手段の点灯又は消灯に関する制御を行う制御手段と を備え、

前記光ファイバの光軸方向が前記光ファイバァレイ基板の前記主面の法線 と所定の角度傾いて配置されている像検出装置である。

第 2の本発明は、 前記制御手段により、 前記第 1の照明手段からの照射光 のみが前記入射面に照射された場合、

前記入射面に接触された被検出対象の凹凸パターンの凹部からの反射光が 凸部からの反射光よりも強い凹凸パターンを検出する上記第 1の本発明の像 検出装置である。

第 3の本発明は、 前記第 1の照明手段は、 前記主面上に、 透光性絶縁樹脂 を介してフェースダウンで実装されている上記第 1または 2の本発明の像検 出装置である。

第 4の本発明は、 前記制御手段により、 前記第 2の照明手段からの照射光 のみが前記入射面に照射された場合、

前記入射面に接触された被検出対象の凹凸パターンの濃度に対応した反射 光を検出する上記第 1の本発明の像検出装置である。

第 5の本発明は、 前記第 2の照明手段は、 前記主面上に、 透光性絶縁樹脂 を介してフェースダウンで実装されている上記第 1または 2にの本発明の像 検出装置である。

第 6の本発明は、 前記制御手段は、 前記第 1の照明手段の照明光と前記第 2の照明手段からの光を時間分割して選択的に光ファイバの入射面に照射す る上記第 1の本発明の像検出装置である。

第 7の本発明は、 前記光ファイバアレイ基板の厚さを d、 前記光ファイバ の前記入射面での臨界角を 0とした時、

前記第 1の照明手段は、 前記光ファィバアレイ基板上の前記入射面の実質 上中心の位置に対向する、 前記主面上の位置から、 前記出射面と反対方向に 少なくとも d X t a η Θの距離だけ離れた位置に配置されている上記第 1〜 6の本発明の何れか一つの像検出装置である。

第 8の本発明は、 前記第 2の照明手段が、 前記光ファイバアレイ基板上の 前記入射面の実質上中心の位置に対向する、 前記主面上の位置を基準として 、 前記出射面側の領域に配置されている上記第 1〜6の本発明の何れか一つ の像検出装置である。

第 9の本発明は、 前記イメージセンサ、 前記第 1の照明手段、 及び前記第 2の照明手段が配置された領域と、 前記入射面及び出射面の領域とを除いた 領域の表面に光吸収層が形成されている上記第 1〜 8の本発明の何れか一つ の像検出装置である。

第 1 0の本発明は、 前記吸収層の屈折率と、 前記光ファイバアレイ基板の 前記ベースガラスの屈折率との差が 0 . 1以下である上記第 8の本発明の像 検出装置である。

第 1 1の本発明は、 前記光ファイバの光軸方向が前記入射面の法線となす 角度が、 前記第 1の照明手段から出る光の前記入射面での反射角より小さい 関係にある上記第 1〜 1 0の本発明の何れか一つの像検出装置である。 図面の簡単な説明

第 1図は、 本発明の実施の形態 A 1における凹凸検出センサの断面図であ る。

第 2図は、 本発明の実施の形態 A 1における凹凸検出センサの上面図であ る。

第 3 ( a ) 図〜第 3 ( e ) 図は、 本発明の実施の形態 A 1におけるフアイ バ入り光学プレートの製造工程を示す図である。

第 4 ( a ) 図〜第 4 ( c ) 図は、 本発明の実施の形態 A 1におけるフアイ バ入り光学プレートの製造工程における直接接合による接合の各段階におけ るガラスとファイバプレートの界面状態を示す図である。

第 5図は、 本発明の実施の形態 A 1における凹凸検出センサのパッケージ ングを示す断面図である。

第 6図は、 本発明の実施の形態 A 1における凹凸検出センサの実装形態を 示す断面図である。

第 7 ( a ) 図は、 本発明の実施の形態 A 1における凹凸センサの動作原理 を示す図である。 第 7 ( b ) 図は、 本発明の実施の形態 A 1におけるファイバ入り光学プレ ートの設計原理を示す図である。

第 8図は、 本発明の実施の形態 A 2における凹凸検出センサの断面図であ る。

第 9図は、 本発明の実施の形態 A 3における凹凸検出センサの断面図であ る。

第 1 0図は、 本発明の実施の形態 A 3における凹凸検出センサの断面図で ある。

第 1 1図は、 本発明の実施の形態 A 4における凹凸検出センサの断面図で ある。

第 1 2図は、 本発明の実施の形態 A 4における凹凸検出センサの断面図で ある。

第 1 3図は、 本発明の実施の形態 A 4における凹凸検出センサの断面図で ある。

第 1 4図は、 本発明の実施の形態 A 4における凹凸検出センサの断面図で ある。

第 1 5図は、 本発明の実施の形態 A 5における凹凸検出センサの断面図で ある。

第 1 6図は、 本発明の実施の形態 B 1における像検出装置の断面構造図で め 。

第 1 7図は、 本発明の実施の形態 B 1における像検出装置の動作説明図で ある。

第 1 8図は、 本発明の実施の形態 B 1における像検出装置の動作説明図で ある。

第 1 9図は、 本発明の実施の形態 B 1における像検出装置の動作説明図で ある。 第 20図は、 本発明の実施の形態 B 2における像検出装置の動作説明図で ある。

第 21図は、 本発明の実施の形態 B 3における像検出装置の動作説明図で ある。

第 22 (a) 図〜第 22 (b) 図は、 本発明の実施の形態 B 4における像 検出装置の動作説明図である。

第 23図は、 従来の凹凸パターン検出装置の概略構造図である。

第 24図は、 従来の凹凸パターン検出装置の要部拡大図断面図である。 第 25図は、 本実施の形態の像検出装置の概略構成を示すプロック図であ る。

(符号の説明）

1 ファイバ

2 ガラス

3 光電変換装置

4 照明装置

5 バンプ

6 接着剤

7 引き出し線

8 外部電極パット

10 光吸収体

1 1 光反射体

1 2 a, 1 2 b パッケージ

1 3 外部電極

14 リード線

1 5 筐体 16 プリント基板

50 ファイバ入り光学プレート

60 凹凸検出センサ

F 指

100 像検出装置

101 光ファイバ基板

102 光ファイバ束

103 ベースガラス

104 第 1の照明手段

105 第 2の照明手段

106 ィメージセンサ

107 入射面

108 出射面

1 10 制御回路

1 1 1 駆動回路

703 吸収層

Φ ファイバの傾斜角

Θ a, Θ b 光学プレート面 （入射面） で反射した光がファイバ内を伝達 する角度

Θ c 入射光が入射面で全反射する角度

Θ s 外部光がファイバ内で伝達する角度 発明を実施するための最良の形態

以下、 上記第 1の課題及び/又は第 2の課題を解決する本発明に関連する 技術の実施の形態について、 図面を用いて説明する。 (実施の形態 A 1 )

図 1、 図 2は、 本発明に関連する技術の実施の形態 A 1における凹凸検出 センサの断面図と上面図である。

凹凸検出センサ 6 0は、 ファイバ付き光学プレート 5 0の一方の表面に照 明装置 4と光電変換装置 （イメージセンサ） 3を実装したものからなる。 被 検出物となる指 Fは、 照明装置 4と光電変換手段 3が実装された面と相対す る面のファイバの入射面に密着して置かれる。 指 Fを図 1の矢印方向に動か すことにより、 2次元の凹凸パターンを得ることができる。

この凹凸検出センサ 6 0の構成要素について詳述する。 ファイバ付き光学 プレート 5 0は、 平板状で照明装置から放射される光を透過する材料で形成 されており、 ファイバ 1がー部に埋め込まれている。 ファイバ 1の光軸は光 学プレートの主たる面に対して垂直ではなく、 傾斜している。

ファイバ 1は、 図 1に示すように指 Fの幅方向は全幅に渡るように設けら れており、 長さ方向は光電変換装置の幅だけ設けられている。 ファイバはコ ァとクラッドおよぴクラッドの周囲の吸収体で構成されている。 ファイバ以 外の部分は、 ガラスを用いた。

図 3はファイバ付き光学プレートの製造方法を示す工程図である。 2枚の ガラス 2 2の主たる 2面を光学研磨する。 同様にファイバプレート 2 1を厚 さ調整して表面を光学研磨する （図 3 ( a ) ) 。

ファイバプレート 2 1をガラス 2 2で挟んで接合する （図 3 ( b ) ) 。 こ の時ファイバの光軸がガラス 2 2の表面と平行になるようにする。 接合方法 としては、 ィ） 熱融着、 口） 接着、 ハ） 直接接合などがある。

熱融着では、 ファイバプレートをガラスで挟み込んで圧力をかけながら加 熱する。 ファイバプレートよりガラスの融点を低くしておくと、 ガラスの接 合面が溶けてファイバプレートに融着される。

この方法は比較的簡単に接合できる。 反面、 熱によりガラスが歪み、 成形 性がやや劣る。 接着する場合には、 ガラスやファイバプレートとほぼ屈折率 が硬化後に等しくなる光学用の接着剤を用いる。

紫外線硬化型の接着剤を用いると温度を上げることなく、 極めて容易に接 着できる。 接着剤が厚い場合や、 屈折率差が大きい場合は、 散乱や吸収がお こり迷光が増加する原因となる。

直接接合法は、 接合面を表面処理した後、 接触させることにより接合する 方法で接着剤などの中間層が介在せず、 かつ低温の熱処理で接合できるため 、 接合面での反射 ·散乱などがなく、 形状も保たれるという利点がある。 図 4に基づき直接接合の原理を説明する。 図 4は直接接合による接合の各 段階におけるガラス、 ファイバープレートの界面状態を示す。

直接接合による接合では基板の表面を研磨して表面を均一な鏡面にした後 、 洗浄し表面のゴミゃ汚染物を取り去る。 この基板を親水化処理して表面を 活性化し、 乾燥した後、 2枚の基板を重ね合わせる。

図 4 ( a ) 〜図 4 ( c ) 中で、 L l、 L 2、 L 3は基板間の距離を示して いる。

まず、 基板であるガラス 2 2とファイバプレート 2 1の両面を鏡面研磨す る。 次いで、 これらのガラス 2 2とファイバープレート 2 1を、 アンモニア と過酸化水素と水の混合液 （アンモニア水：過酸化水素水：水 = 1 : 1 : 6 (容量比） ） で洗浄して、 ガラス 2 2、 ファイバープレート 2 1に親水化処 理を施す。 図 4 ( a ) に示すように、 前記混合液で洗浄されたガラス 2 2、 ファイバープレート 2 1の表面は水酸基 （一 O H基） で終端され、 親水性に なっている （接合の前の状態） 。

次いで、 図 4 ( b ) に示すように、 親水化処理を施したガラス 2 2、 ファ ィパープレート 2 1の圧電基板を、 分極軸の向きが互いに反対方向となるよ うにして接合する （L 1〉L 2 ) 。

これにより、 脱水が起こり、 圧電基板 2と圧電基板 3は、 水酸基の重合や 水素結合などの引力により引き合って接合される。

このように、 鏡面研磨された面同士を表面処理して、 接触させることによ り、 界面に接着剤などの接着層を介さずに対向する面を接合することを 「直 接接合」 による接合と呼ぶ。

直接接合による接合では接着剤を使用しないので、 接合界面に接着層が存 在しない。 また、 一般的には、 低温の熱処理を施すことにより、 分子間力に よる接合から共有結合ゃィオン結合などの原子レベルのより強力な接合とな る。

また、 所望により、 上記のようにして接合したガラス 2 2、 ファイバプレ ート 2 1に、 4 5 0 °Cの温度で熱処理を施してもよレ、。

これにより、 図 4 ( c ) に示すように、 ガラス 2 2の構成原子とファイバ プレート 2 1の構成原子との間が酸素原子 Oを介して共有結合した状態とな り （L 2 > L 3 ) 、 両基板が原子レベルでさらに強固に直接接合される。 即ち、 接合の界面に接着剤などの接着層の存在しない結合状態が得られる。 別の場合としては、 ガラス 2 2の構成原子とファイバプレート 2 1の構成 原子との間が水酸基を介して共有結合した状態となり、 両基板が原子レベル で強固に直接接合される場合もある。

なお、 基板が熱に弱い場合には熱処理を行う必要はない。 また、 熱処理を 行う場合には、 ファイバの特性が変わらず、 溶融しない温度以下で熱処理を 行うのが望ましい。 これによつて、 さらに強固な直接接合による接合をさせ ることができる。

接合したガラスとファイバプレートを平板状に切り出す。 切り出す際に、 図 3 ( c ) のように接合面に対して角度をつけて切断する。

切断はワイヤーソーを用いて行った。 切断間隔は 1 . 1 mmとした。 切り 出しの角度については後述する。 切り出した平板は端部を落として矩形に揃 えた （図 3 ( d ) ) 。 この平板の主たる 2面を光学研磨することにより、 ファイバ入り光学プレ ート 5 0が製作できる。 研磨後の厚さは 1 . O mmであり、 2 0 mm x l O mmの長方形である （図 3 ( e ) ) 。

以上のようにして作製したファイバ入り光学プレートに照明装置と光電変 換装置を実装する。

図 2に示すように、 照明装置と光電変換装置に電源、 接地、 信号取り出し 等を行うための引き出し線 7を形成した。 引き出し線 7の先には、 外部と信 号を取り出すための外部電極パット 8も形成した。 引き出し線 7と外部電極 パット 8は、 金やアルミなどの金属膜をマスク蒸着してパターン形成した。 照明装置 4、 光電変換装置 3の電極と相対する引き出し線上には、 金属バ ンプ 5を打った。 この金属バンプ 5を介して照明装置 4、 光電変換装置 3の 電極とファイバ入り光学プレート上の引き出し線 7を接続し、 外部電極パッ トを介して信号のやりとりを行うことができる。

照明装置には、 赤色の L E Dをベアチップで用いた。 また、 光電変換装置 にはシリコン光ダイォードアレイを同様にベアチップで用いた。 光学プレー トとチップ表面の間は後述する理由により、 ガラスまたはファイバの屈折率 に近い屈折率を有する接着剤を充填した。

光電変換装置のシリコン光ダイォードアレイは 5 0 μ πιピッチでフォトダ ィォードが 2次元に配列されている。 指の幅方向に当たるチャネル方向には 、 3 0 0素子のフォトダイオードが並べられ、 これが縦方向に 1 6ライン配 列されており、 指の全幅はフォトダイォード上にある。

各素子の信号は、 1ライン目の 1から 3 0 0チャネルまで順に読み出され 、 次に 2ライン目のチャネル指定された時間で順次読み出すことができる。 読み出された信号は、 図中には示されない A D変換器によりデジタル化され 、 C P Uにより処理され、 画像化される。

ファイバ入り光学プレートの厚さは 1 m mであり、 ベアチップの L E Dや シリコンフォトダイォードアレイを実装するため、 極めて薄型の凹凸検出セ ンサを製作できた。

図 5は凹凸検出センサのパッケージング例を示す断面図である。 ファイバ 入り光学プレートは、 照明装置および光電変換手段を実装した面を内向きに してプラスチック製のパッケージ 1 2 aに取り付けられている。

パッケージ 1 2 aの内面には外部電極 1 3と接続された端子があり、 ファ ィバ入り光学プレートの外部電極パットとこの端子間がリード線で接続され 、 パッケージ外部に信号が取り出される。 パッケージ 1 2 aの下部には他の パッケージ 1 2 bが封着されている。 以上により、 面実装可能なパッケージ 内に凹凸検出センサが収納された。

図 6は他の実装例を示す断面図である。 この実装例は、 凹凸検出センサを 具備すべき機器の筐体に直接実装する場合の例である。

筐体 1 5の一部に開口部を設け、 この開口部に凹凸検出センサをはめ込む。 筐体の開口部の内側には凸部が設けられ、 ファイバ一入り光学プレートがは め込まれる。 筐体の内部側にはプリント基板 1 6が止められており、 凹凸検 出センサの外部電極パッ卜とプリント基板とはリード線 1 4で接続される。 凹凸検出センサが平板状で照明装置と光電変換手段がこの上に実装された 一体構造のため、 筐体に容易に取り付けることができる。

本例の凹凸検出センサの動作原理を図 7 ( a ) 、 ( b ) をもとに述べる。 照明装置である L E Dから光が放射される。 L E Dからの光は、 その L E D指向性に依存するが光学プレート內に拡がり放射される。 ここで、 光が光 学プレートの表面で反射しないように L E D表面と光学プレート表面の間に 空気層がないように光学プレートのガラスの屈折率に近い樹脂を充填した。

L E Dの表面から放射される光のうち、 ファイバの入射面に直接到達する 光がファイバ入射面で全反射するような位置に L E Dは実装されている。 入 射面に凸状の物体の接触がなく、 空気層が存在する場合にはそのまま全反射 してファイバ内を伝搬して光電変換装置の表面に到達し、 電気信号に変換さ れる。

入射面に凸状の物体が密着した場合には、 ファイバ外側と内側の屈折率の 関係が崩れるため、 ファイバの入射面で全反射を起こさない。 従って、 凹凸 の密着の有無によりファイバ内を伝搬して光電変換装置に到達する光の強度 に差ができるため、 凹凸パターンを画像として検出できた （図 7 ( a ) ) 。 ファイバの入射面で光学プレート内を伝搬した光が全反射する全反射臨界 角 0 cは、 ファイバのコアの屈折率を n coreとした場合、 Θ c = s i n— l / n core) となる。 従って、 ファイバの入射面の法線と L E Dの光放射面の なす角が 0 c以上になるようにすると、 ファイバ面で全反射が起きる。

より好適には、 ファイバの L E D側の端部と L E Dの放射面のファイバ側 の端部を結ぶ線がファイバの入射面の法線のなす角度が 0 s以上で有ればよ レ、。

ファイバの光軸がファイバ入射面の法線に対してなす角度 Φはファイバ入 射面での全反射光がより多くファイバ内のコアとクラッド間で全反射してフ アイバ内を伝達するように決めた。

図 7 ( b ) に反射角とファイバの傾斜角の関係を示す。 先程も述べたよう に、 ファイバ入射面での全反射臨界角は 0 cであり、 これ以上の角度をもつ 光は、 ファイバ入射面で全反射する。 一方、 ファイバの光軸が入射面に対し て角度 Φ傾斜している時、 入射面での反射光がファイバ内のコア一クラッ ド 間で全反射してファイバ内を伝達する範囲は、 入射面の法線に対して角度 Θ a と角度 0 bの間に入ってくる光である。 0 aと φは、 （数 2 ) で、 0 bと φは (数 3 ) で表される。

(数 2 )

φ = θ & + cos"¹ (n clad n core) (数 3 ) φ = Θ — cos"¹ (η cladZ η core) よって、 （数 4 ) の範囲にある全反射光がファイバ内に伝達することにな る。

(数 4 ) φ—cos"¹ 、n clad/n coreリ く 0く 0 +cos^-1 clad/ n core) 図 7 ( b ) より、 全反射光がより多くファイバ内で伝達するには、 0 aよ り Θ cが等しいか大きければよいことになる。 従って、 ファイバ光軸の入射 面の法線に対する傾斜角 Φは （数 5 ) を満たすように決めればよい。

(数 5 ) ^ sm"¹ 丄 / II core) +cos^_1 (n clad/n core) この角度にファイバを傾斜させることにより、 最も入射光の利用効率が高 く、 凹凸でのコントラストが大きい凹凸パターンの画像を得ることができた _c ファイバの光軸に対してファイバから光電変換装置に出力される出力面も傾 斜している。

ファイバ内を伝達してきた光は全反射する角度で出力面に到達することに なる。 出力面に空気層などファイバのコアより屈折率が小さく、 その差が大 きい物質が接している場合には、 ファイバを伝達してきた光は出力面から出 力せず全反射してしまい、 光電変換装置に入力されないことになる。

このため、 光電変換装置のフォトダイォードアレイの表面とファイバ出力 面の間にファイバのコアの屈折率以上の樹脂を埋めた。 これにより、 出力光 はファイバ出力面で全反射することなく、 光電変換装置のフォトダイォ一ド アレイに入射させることができた。 本実施形態ではバンプ法で光電変換装置を実装する時の接着剤でこの機能 を発揮することができた。 なお、 最適にはコアの屈折率より高い屈折率の樹 脂を用いるのがよいが、 コアの屈折率より小さくてもこれに近ければ全反射 する割合が小さくなり、 ファイバから出力することができる。

本実施の形態に用いた光電変換装置では、 チャネル方向は 3 0 0チャネル で指の幅を全てカバーしているが、 指を動かす方向には 1 6ラインしかない。 これらは繰り返しライン方向の信号を取得した後、 C P Uにより 2次元画像 を再構成することができた。

なお、 光電変換装置としてフォトダイオードアレイを用いたが、 C C Dな どを用いてもよい。

なお、 光学プレートの材料としてガラスを用いたが、 アクリルなどの透明 樹脂を用いてもよく、 ファイバもプラスティックファイバを用いてもよい。 以上のように、 照明装置、 光電変換手段が一体となった平板状で薄型かつ 小型の凹凸検出センサを実現することができた。

(実施の形態 A 2 )

本発明に関連する技術の実施の形態 A 2における凹凸検出センサの断面図 を図 8に示す。 ファイバ入り光学プレートおよび光電変換装置の実装は実施 の形態 A 1と同様であるので説明は省略する。

照明装置 4とガラス 2の間に導光板 9上を具備した。 照明装置への導通を とる配線が導光板上に形成され、 この配線上にバンプを打ち、 接着剤を介し て照明装置を実装した。 照明装置から放射される光は、 ほぼ均一に導光板で 拡散し、 ガラス内に入る。

実施の形態 A 1で述べたように照明装置からガラスへは直接、 光が入射し にくいが導光板を介すことにより容易に入りやすくなった。 接着剤では材料 が限定され、 接着村などの問題があるが導光板を用いることにより均一な入 射を簡単に行うことができた。 (実施の形態 A 3 )

本発明に関連する技術の実施の形態 A 3におけるファイバ入り光学プレー トと凹凸検出センサの断面図を図 9に示す。

本実施の形態では、 一部にブロック状の光吸収体 1 0を有するファイバ入 り光学プレートを用いた。 光吸収体はガラス素材に吸収体を混ぜて溶融後、 成形した。 凹凸検出手センサ 6 0の構成は、 実施の形態 A 1とほぼ同じであ り詳細な説明は省略する。

照明装置からファイバの入射面に到達して全反射した光の一部はファイバ 内で全反射して伝達せずにファイバを突き抜けてしまう。 このような光はガ ラス 2の端面などで反射して直接光電変換素子に入ったり、 ファイバ内に戻 つて光電変換装置に検出されてしまう場合がある。

このような迷光があると、 本来、 被検体の凸部が密着して光が光電変換装 置に届かない部分からも光電変換装置から出力が出てしまう。 これにより、 凹凸パターンのコントラス卜が低下したり、 解像度が低くなる。

光吸収体 1 0を照明装置 4と反対側の光学プレートに埋め込むことにより 、 ファイバを横断して突き抜け、 散乱する光を吸収する。 これにより迷光が 極めて少なくなり、 コントラストの高い凹凸パターン画像を得ることができ た。 '

図 1 0は光吸収体を用いた他の実施形態を示す断面図である。 図 1 0に示 すように光吸収体をファイバ 1とガラス 2の界面に膜状の樹脂として設けた。 ファイバ 1とガラス 2を接合する際、 光を吸収する接着剤で接合すること により形成できた。 ブロック状の吸収体を用意することなく、 製造過程で接 着剤を選定するだけでよく容易に製造できる。

また、 板状の光吸収体を挟み込んでファイバとガラスを接合してもよい。 なお、 光吸収体としてはガラス材料だけでなく、 アルマイ ト処理したアル ミなどの金属、 セラミック、 カーボン板などを用いることができる。 (実施の形態 A 4 )

本発明に関連する技術の実施の形態 A 4におけるファイバ付き光学フアイ バを用いた凹凸検出センサの断面図を図 1 1に示す。 凹凸検出手センサ 6 0 の構成は、 実施の形態 A 1とほぼ同じであり詳細な説明は省略する。

ファイバ入り光学ファイバにはブロック状の光吸収体が照明装置 4の側に 2力所設けられている。 光吸収体 1 0はガラスに吸収体を入れて溶融成形し たものを用いた。 光吸収体 1 0は照明装置 4から放射される光のうち、 ファ ィバ 1の入射面で全反射する光以外の光を吸収する様に配置された。

即ち、 ファイバ入射面の幅をおいて全反射臨界角より大きな角度で照明装 置 4から放射される光路の両側に光吸収体 1 0を配置した。 照明装置 4から は、 その指向性により光学プレート内のほぼ全方向に光が放射される。 光吸 収体 1 0を入射側に設けて全反射光とならない入射光を吸収して除去するこ とにより、 光電変換素子へ全反射光以外が入るのを妨げることができた。 これにより、 照明装置から放射される光がガラス面やファイバ面で散乱さ れ迷光となって光電変換装置に入力することが少なくなり、 コントラス トの 優れた凹凸検出センサが実現できた。

また、 吸収体を用いるよりも光の利用効率が高く、 照明装置の輝度を低く することができ、 低電圧化や低消費電力化が可能となった。

図 1 2は光吸収体 1 0を用いた他の実施形態を示す断面図である。

図 1 2に示すように光吸収体をガラス 2の中に膜状の樹脂として設けた。 ガラス 2を 3つの部分に分けて成形し、 これを接合する際、 光を吸収する接 着剤で接合することにより形成できた。 ブロック状の吸収体を用意すること なく、 製造過程で接着剤を選定するだけでよく容易に製造できる。

また、 板状の光吸収体 1 0を挟み込んでファイバとガラスを接合してもよ レ、。

なお、 ガラス材料等の光吸収体 1 0だけでなく、 アルマイ ト処理したアル ミなどの金属、 セラミック、 カーボン板などの光反射体 1 1を用いることが できる （図 1 3， 1 4参照） 。

(実施の形態 A 5 )

本発明に関連する技術の実施の形態 A 5におけるファイバ入り光学プレー トを用いた凹凸検出センサの断面図を図 1 5に示す。 凹凸検出手センサ 6 0 の構成は、 実施の形態 A 1とほぼ同じであり詳細な説明は省略する。

ファイバ入り光学プレート 5 0は他の実施の形態と同様に入射面に対して 光軸が傾斜したファイバ 1を有し、 さらに逆方向に傾斜した別のファイバ 1 1 5が埋め込まれている （図 1 5参照） 。

このファイバ 1 1 5の入射面上には照明装置 4が実装されている。 フアイ バ 1 1 5の出力端はファイバ 1の側面に接合されている。 ファイバ 1 1 5は ファイバ 1の入射面に対して全反射臨界角より大きい角度で設置されている ため、 照明装置 4から放射される光が他に散乱することなくファイバ 1の入 射面で全反射する。

以上により、 入射光が散乱して迷光となることがないため、 コントラス ト が高く分解能の優れた凹凸検出センサが実現できた。

以上の説明より明らかなように、 本発明は平板状であるため薄型であり、 平板の主たる面での全反射光をファイバの出射面に伝搬できるファイバ入り 光学プレートを提供できる。

また、 本例によれば、 照明装置と光電変換装置が主たる面に実装されて、 平板状で薄型かつ小型の凹凸検出センサを提供することができる。 さらに、 迷光の少ないコントラス 卜が高く分解能に優れた凹凸検出センサを実現でき る。

次に、 上記第 3の課題を解決する本発明の実施の形態について図面を参照 にして説明する。

(実施の形態 B 1 ) 本発明の像検出装置の一実施の形態について、 図 1 6〜図 1 8、 図 2 5を 参照しつつ説明する。

図 1 6は実施の形態 B 1に係る像検出装置の断面構造図である。 同図にお いて、 像検出装置 1 0 0は、 光ファイバ基板 1 0 1、 イメージセンサ 1 0 6 、 第 1の照明手段 （例えば、 L E D ) 1 0 4、 第 2の照明手段 （例えば、 L E D ) 1 0 5から構成されている。

又、 第 1の照明手段 1 0 4、 第 2の照明手段 1 0 5の何れが一方を選択的 に点灯させるための制御を行う制御回路 1 1 0及び駆動回路 1 1 1も備えて いる （図 2 5参照） 。 図 2 5は、 本実施の形態の像検出装置の概略構成を示 すブロック図である。

図 1 7及び図 1 8は、 図 1 6の入射面周辺の拡大断面図である。 入射光 2 0 1は第 1の照明手段から入射面へ照射された光である。 反射光 2 0 2は入 射光 2 0 1力 入射面 1 0 7で反射された光である。 Θ iは入射光 2 0 1が 、 入射面の法線となす角であり、 0 t hは入射面 1 0 7における光ファイバ 1 0 2の空気に対する全反射臨界角である。

また、 図 1 8で示すように被検体の凸部 3 0 0での散乱光 3 0 1のうち光 ファイバの光軸となす角が光ファイバ内面の全反射臨界角以下の光が 3 0 2 である。

光ファイバ基板 1 0 1は、 複数の光ファイバ 1 0 2をベースガラス 1 0 3 の厚み方向に貫通させて埋め込んで構成されている。

前記光ファイバ 1 0 2の端部で露出している領域に、 入射面 1 0 7及び出 射面 1 0 8を形成している。 出射面を形成している側の光ファイバ基板の面 上に回路導体層 1 0 9を形成し、 出射位置に対応した所定の位置に、 透光性 絶縁樹脂を介してフェースダウンでイメージセンサ 1 0 6を実装している。 また、 この光ファイバの光軸の方向は、 出射面を形成している光ファイバ 基板の第 1の主面の法線方向と所定の角度をもって構成されている。 更に、 光ファイバ基板上の所定の位置に透光性絶縁樹脂を介してフェース ダウンで第 1、 第 2の照明手段 1 0 4、 1 0 5が配置されている。

例えば、 図 1 7に示す様に、 この第 1の照明手段 1 0 4は、 その照明光が 前記光ファイバの入射面の法線 2 0 3となす入射角 ( Θ i ) を全反射臨界角 ( Θ t h) より大きく し、 且つ第 1の照明手段 1 0 4からの照明光の入射面 での反射光方向が、 前記光ファイバの光軸方向に対して、 光ファイバ内面で の全反射臨界角 （0 f a ) 以内になるように配置している。

つまり、 光ファイバの基板に埋設された光ファイバの主軸の方向 （0 p ) と、 第 1の照明手段 1 0 4からの照明光の入射面での反射光の方向 （0 o ) とがなす角度は、 光ファイバ内面の全反射臨界角 Θ f aより小さく設定して いる。

具体的には、 0 o— 0 f aく 0 p < 0 o + 0 f aの関係が成り立つ様に、 入射面に対する第 1の照明手段 1 0 4の位置と、 光ファイバの傾斜角度とが 決定されている。

ここで、 光ファイバ内面の全反射臨界角 0 f aとは、 光ファイバ内面を光 が損失することなく伝搬する最大の角度であり、 光ファイバのコア材の屈折 率を n 1、 クラッ ドの屈折率を n 2としたとき、 c o s ( Θ f a ) = (n 2 /n 1 ) で表すことが出来る。

第 2の照明手段 1 0 5は、 その照明光の前記光ファイバの入射面に対する 入射角を臨界角より小さく し、 且つ前記照明光の入射面での反射光方向が、 前記光ファイバの光軸方向に対して、 光ファイバ内面での全反射臨界角以内 になるように配置している。

次に、 本実施の形態の像検出装置における動作を説明する。

まず、 ゴム印や指紋など比較的柔らかく、 光ファイバ基板の入射面に光学 的に密着する被検体の凹凸を検出する場合、 第 1の照明手段を用いて光ファ ィバ一端部である入射面に照明光を照射する。 凹部では光ファイバの空気に対する全反射条件が成立するので、 入射光 2 0 1は入射面 1 0 7で完全に反射される。 反射光 2 0 2は、 光ファイバ基板 1 0 1に厚さ方向に傾いて埋設されている。

つまり、 光ファイバの基板に埋設された光ファイバの主軸の方向と、 入射 面での反射光方向 （0 o ) とがなす角度は、 光ファイバ内面の全反射臨界角 ( Θ f a ) より小さく設定しているので、 その傾いた光ファイバの光軸と反 射光 2 0 2が光ファイバ内での全反射条件を満足するので、 吸収されること なくイメージセンサ 1 0 6に伝達され光量に対応した電圧を出力する。 第 1の照明手段から光ファイバ端部である入射面に照射された光であって 、 且つ、 光ファイバの空気に対する全反射条件が成立する光の内、 光フアイ バの伝搬角だけずれた光も光ファイバの角度が前記条件を満たす様に配置す ることにより、 効率良く伝搬することが出来る。

そのため、 良好な光束を出射面まで伝搬させ、 イメージセンサ 1 0 6から 電圧として出力される。

一方、 被検体の凸部 3 0 0では、 入射面での全反射条件を満足しないので 入射光 2 0 1は、 入射面 1 0 7より光ファイバ基板の外部に出射され、 被検 体の凸部 3 0 0の表面若しくは内部で散乱されてその一部が再び光ファイバ 基板の内部に反射光 3 0 1として入射面より入射される。

反射光 3 0 1の更に一部の、 伝達方向と光ファイバの光軸方向が光フアイ バの内部全反射臨界角以下の光 3 0 2は、 光ファイバ内面を全反射を繰り返 して出射面よりイメージセンサ 1 0 6に伝達され光量に対応した電圧を出力 する。

次に、 印刷物などの様な被検体の画像情報を、 光ファイバ基板の入射面に 接触させて光学的な画像情報を読みとる場合、 第 2の照明手段を用いて光フ アイバー端部である入射面に照明光を照射する。

入射光 4 0 1は、 図 1 9に示すように光ファイバの臨界角 0 t hより小さ い角度で入射させているので、 入射面での反射は小さく、 ほとんどの光量が 原稿面 4 0 2に照射される。 原稿面では、 その濃淡に応じて散乱光が反射さ れ、 その一部が再ぴ光ファイバ基板の内部に反射光 4 0 3として入射面より 入射される。

反射光 40 3に含まれる光 4 0 4、 即ち、 伝達方向と光ファイバの光軸方 向が光ファイバ内面の全反射臨界角以下の光 404は、 光ファイバ内部での 全反射を繰り返して出射面よりイメージセンサ 1 0 6に伝達され光量に対応 した電圧を出力する。

光ファイバの光軸方向 （θ ρ) と、 第 1の照明手段からの照明光の入射面 での反射光の方向 （0 ο) とは、 光ファイバ内面の全反射臨界角 0 f aだけ ずれている。

そのため、 第 2の照明手段からの照明光の、 原稿面 4 0 2での散乱光の内 、 このずれ角度に対応する光は、 出射面より光ファイバの内部に入り込む。 そして、 内部に入り込んだ光は、 光ファイバ内面の全反射臨界角内にあるの で、 損失無く光ファイバの中を伝搬し、 出射面よりイメージセンサ 1 0 6に 伝搬される。 これにより、 光量に対応した電圧が出力される。

更に、 光ファイバの光軸方向 （θ ρ) が入射面の法線 2 0 3となす角度 0 ρが、 第 1の照明手段 1 04から出る光の入射面での反射角 θ οより小さい 関係になる様に、 入射面に対する第 1の照明手段 1 04の位置と、 光フアイ バの傾斜角度とを決定すれば （0 o _ 0 f a < 0 p < 0 o) 、 出射面より光 ファイバの伝搬角内に入り込む散乱光の光量が多い角度に光ファイバを配置 出来るので、 イメージセンサより、 大きな出力電圧が得られる。

ここで、 被検体の種類により、 装置の使用者が、 第 1の照明手段を点灯さ せるか、 第 2の照明手段を点灯させるかの選択が出来る様に、 制御回路を構 成すればよい。

また、 場合によっては、 制御回路からの指令により、 第 1の照明手段と第 2の照明手段を高速に点灯/消灯を繰り返し、 この指令に連動して駆動回路 により、 イメージセンサを駆動することにより、 ほぼ同時に凹凸情報と画像 情報を連続的に取得することもできる。

ここで、 第 1の照明手段は、 光ファイバの臨界角より大きな角度で入射面 に照射する必要がある。 これは、 光ファイバ基板の厚さを d、 光ファイバの 臨界角を Θ t hとすると、 第 1の照明手段が光ファイバアレイ基板の入射面 より d X t a n ( Θ t h ) 以上離れた領域の厚さ方向に対向する位置に配置 されなければならない。

また、 第 2の照明手段は、 光ファイバの臨界角より小さい光のみを入射面 に照射してやる必要がある。

(実施の形態 B 2 )

図 2 0は、 本発明の実施の形態 B 2に係る像検出装置の断面構造図である。 第 2の照明手段 5 0 1は、 光ファイバ基板の出射面を形成している主面で あって、 入射面と対向する領域 5 0 2に配置している。 第 2の照射手段から 出射された光は、 入射面にほぼ垂直に入射される。 被検体での反射光は、 ス ネルの法則が成り立つ垂直方向 5 0 3に強く出射される。 この反射光は、 原 稿表面からの反射光で画像情報に依存したものではないが、 光ファイバの内 部での全反射臨界角よりも大きいのでイメージセンサ 1 0 6に到達すること がない。 従って、 原稿からの散乱光 5 0 4の一部がイメージセンサに到達し 、 画像情報が電圧となって出力される。

(実施の形態 B 3 )

図 2 1は、 本発明の実施の形態 B 3に係る像検出装置の断面構造図である _c 第 2の照明手段 6 0 1が光ファイバァレイ基板の出射面を形成した主面上 で、 且つ入射面と対向した領域 5 0 2よりも出射面側に位置した領域 6 0 2 に配置している。

第 2の照射手段から出射された光は、 光ファイバの光軸よりも大きな角度 で入射面に入射される。

被検体での反射光は、 スネルの法則が成り立つ垂直方向 5 0 3に強く出射 される。 この反射光は、 原稿表面からの反射光で画像情報に依存したもので はないが、 光ファイバの内部での全反射臨界角よりも大きいのでイメージセ ンサ 1 0 6に到達することがない。 従って、 原稿からの散乱光 5 0 4の一部 がイメージセンサに到達し、 画像情報が電圧となって出力される。

また、 第 2の照明手段 6 0 1は、 光ファイバ基板の出射面を形成している 主面であって、 入射面と対向する領域 5 0 2より出射面側に位置した領域 6 0 2に配置している。 第 2の照射手段から出射された光は、 入射面にほぼ垂 直に入射される。

被検体での反射光は、 スネルの法則が成り立つ方向 6 0 3に強く出射され るが、 この反射光も光ファイバの内部での全反射臨界角よりも大きいのでィ メージセンサ 1 0 6に到達することがない。

従って、 原稿からの散乱光 6 0 4の一部がイメージセンサに到達し、 画像 情報が電圧となって出力される。

(実施の形態 B 4 )

図 2 2は、 本発明の実施の形態 B 4に係る像検出装置の断面構造図である _c 同図 （a ) は、 第 2の照射手段を用いたときの散乱光の一部を表している。 第 2の照明手段から照射された光うち、 原稿情報を反映した散乱光の一部 7 0 1は前述のように光ファイバの内部を全反射しながらイメージセンサ 1 0 6に到達するが、 残りの散乱光は、 光ファイバ基板の内部を伝搬していく _c 一例として図 2 2 ( a ) の 7 0 2で示す。 このような散乱光は、 やがて基 板から出射して一部はイメージセンサに入射してしまう。 このような光は原 稿情報に対応しない迷光として読みとり品質を大きく損なわせてしまう。 図 2 2 ( b ) は、 本発明の実施の形態 B 4を示している。 光ファイバ基板 のイメージセンサ、 第 1の照明手段、 第 2の照明手段を配置する領域及び入 射面及び出射面を除いた表面に光吸収層 7 0 3を形成している。 この吸収層 により、 迷光は光ファイバ内部を反射する毎に吸収されていきイメージセン サに到達する光の強度は極めて小さなものとなった。

この吸収層での吸収を高め印字品位を更に高めるには、 光ファイバ基板の ベースガラスと吸収層との間の反射をおさえるために、 吸収層 7 0 3の屈折 率が、 光ファイバ基板のベースガラス 1 0 2の屈折率差に等しいか若しくは 0 . 1以下であることが望ましい。

以上述べて様に、 本発明の像検出装置によれば、 例えば、 入射領域におい て、 被検体の凹凸パターンの検出と、 被検体の表面での画像情報の検出とが 可能であり、 これら双方の検出情報を、 時分割的に取得することができる。 つまり、 2個のイメージセンサを実装することなく、 凹凸パターンの凹凸情 報と、 その画像情報を良好に得ることができ、 小型で良好な像検出装置を提 供することが出来る。

像検出装置に関する本願発明に関連し、 且つ本願発明者が発明した、 主と して上記実施の形態 A 1〜A 5で述べた各例の本質的発明部分を以下に開示 する。

即ち、 以下に示す本質的発明部分 （ここでは、 本発明に関連する第 1の発 明〜第 2 0の発明として、 単に、 第 1関連発明〜第 2 0関連発明と称す） は 、 上記第 1 , 第 2の課題に鑑みてなされたものであり、 平板内の一部に光学 フアイバを光軸が入射面に対して傾斜した状態で有する光学プレートを用い 、 該光学プレートの一方の面に照明装置と光検出装置を設けることにより、 小型でかつ平板で薄型の凹凸検出センサを提供することを目的とする。 第 1関連発明は、 平板の中の一部に光学ファイバーを有し、 前記光学ファ ィバーの光軸が前記平板の主たる面に対して垂直でないことを特徴とする光 学プレートである。

この構成により、 平板状であるため薄型であり、 平板の主たる面での全反 射光をファイバの出射面に伝搬できるファイバ入り光学プレートを提供でき る。

第 2関連発明は、 ファイバ以外の平板がガラスにより形成されていること を特徴とする上記第 1関連発明の光学プレートである。

この構成により、 光学ファイバと光学特性が近いため、 入射光の変化が少 なく、 かつ光学ファイバと接合しやすい比較的製造しやすく安価なファイバ 入り光学プレートを提供できる。

第 3関連発明は、 ファイバ以外の部分とファイバが直接接合されているこ とを特徴とする上記第 1又は第 2関連発明の光学プレートである。

これにより、 融着する場合よりも成形性がよく接着層の影響がないフアイ バ入り光学プレートが提供できる。

第 4関連発明は、 前記ファイバと前記ファイバ以外の部分が酸素原子及び 水酸基の少なくとも 1つを介して直接接合によって接合されてなることを特 徴とする上記第 3関連発明の光学プレートである。

第 5関連発明は、 平板の一部が光吸収体からなることを特徴とする上記第 1又は第 2関連発明の光学プレートである。

この構成により、 ファイバ以外の部分からの散乱光の影響を除去すること のできるファイバ入り光学プレートを提供できる。

第 6関連発明は、 平板の一部が光反射体からなることを特徴とする上記第 1又は第 2関連発明の光学プレートである。

これにより、 ファイバ以外の部分からの散乱光の影響を除去することので きるファイバ入り光学プレートを提供できる。

第 7関連発明は、 平板の一部に他の光学ファイバーを有することを特徴と する上記第 1又は第 2関連発明の光学プレートである。

これにより、 散乱光の影響を除去することのできるファイバ入り光学プレ ートを提供できる。 第 8関連発明は、 前記光学プレートの幅方向の全幅に渡って前記ファイバ を有し、 長さ方向には一部にのみファイバを有することを特徴とする上記第 1〜第 6関連発明の何れか一つの光学プレートである。

第 9関連発明は、 上記第 1関連発明の光学プレートと、 前記光学プレート の主たる面に設けた照明装置と、 前記光学プレートのファイバの出力面に設 けた光電変換装置 （例えば、 イメージセンサ） とを備えたことを特徴とする 凹凸検出センサである。

これにより、 照明装置と光電変換装置が主たる面に実装されて、 平板状で 薄型かつ小型の凹凸検出センサを提供することができる。

第 1 0関連発明は、 上記第 5関連発明の光学プレートと、 前記光学プレー トの主たる面に設けた照明装置と、 前記光学プレートのファイバの出力面に 設けた光電変換装置とを備え、 前記光学プレートの光吸収体が前記光電変換 装置に対して前記照明装置と反対側に設けられていることを特徴とする凹凸 検出センサである。

これにより、 光電変換装置の周囲からの散乱光を吸収することにより、 光 電変換装置に入る迷光を小さくするとができ、 検出できるコントラストが高 くなることから検出分解能の高い凹凸検出センサが提供できる。

第 1 1関連発明は、 上記第 5関連発明の光学プレートと、 前記光学プレー トの主たる面に設けた照明装置と、 前記光学プレートのファイバの出力面に 設けた光電変換装置とを備え、 前記光学プレートの光吸収体が前記光電変換 装置に対して前記照明装置と同じ側に設けられていることを特徴とする光学 プレート。

これにより、 光学ファイバの入射面で全反射する光以外の光を除去するこ とができ、 散乱光などの影響が小さい検出分解能の高い凹凸検出センサが提 供できる。

第 1 2関連発明は、 前記光吸収体が前記照明装置から放射される光のうち 、 ファイバの入射面において全反射する光以外を吸収するように設けられて いることを特徴とする凹凸検出センサである。

これにより、 全反射以外の光がファイバ内に入射するのを防ぐことができ 、 散乱光などの影響が小さい検出分解能の高い凹凸検出センサが提供できる。 第 1 3関連発明は、 上記第 5関連発明の光学プレートと、 前記光学プレー トの主たる面に設けた照明装置と、 前記光学プレートのファイバの出力面に 設けた光電変換装置とを備え、 前記光学プレートの光反射体が前記光電変換 装置に対して前記照明装置と同じ側に設けられていることを特徴とする凹凸 検出センサである。

これにより、 反射体により、 入射光の光路を制限することができ、 全反射 以外の光がファイバ内に入射するのを防ぐことができ、 散乱光などの影響が 小さい検出分解能の高い凹凸検出センサが提供できる。

第 1 4関連発明は、 前記光反射体が前記照明装置から放射される光が、 反 射体で反射して閉じこめられファイバの入射面において全反射光となるよう 反射体が設けられていることを特徴とする上記第 1 2関連発明の凹凸検出セ ンサである。

第 1 5関連発明は、 上記第 6関連発明の光学プレートと、 前記光学プレー トの主たる面に設けた照明装置と、 前記光学プレートのファイバの出力面に 設けた光電変換装置とを備え、 前記光学プレートの他のファイバが前記照明 装置から放射される光が前記ファイバの入射面で全反射となる角度に設けら れていることを特徴とする凹凸検出センサである。

これにより、 ファイバにより入射光の光路を制限することができ、 全反射 以外の光がファイバ内に入射するのを防ぐことができ、 散乱光などの影響が 小さい検出分解能の高い凹凸検出センサが提供できる。

第 1 6関連発明は、 前記照明装置からの照射光が前記光学プレートの主た る面で全反射する全反射臨界角 （例えば、 0 c ) と光学ファイバ内を入射光 が伝達する前記主たる面の法線となす角 （例えば、 0 a ) が略一致するよう に光学ファイバの光軸が前記主たる面の法線に対する角度で設置されている ことを特徴とする上記第 9〜 1 5関連発明の何れか一つの凹凸検出センサで ある。

これにより、 照明手段からの光の利用効率が高く、 明暗差が大きくコント ラス トの高い凹凸パターン画像が得られる。

第 1 7関連発明は、 前記光学プレートの主たる面に前記照明装置の光放射 面が樹脂を介して接合されていることを特徴とする上記第 9〜 1 6関連発明 の何れか一つの凹凸検出センサである。

これにより、 光学プレートの表面で反射することなく、 光学プレートに光 を導入することができる。

第 1 8関連発明は、 前記光学プレートの主たる面に設けた導光板の上に照 明装置が設けられたことを特徴とする上記第 9〜 1 6関連発明の何れか一つ の凹凸検出センサである。

これにより、 光学プレートに光を均一に導入することができる。

第 1 9関連発明は、 前記光学プレートの主たる面に前記光電変換装置が前 記ファイバのコアの屈折率に近い樹脂を介して接合されていることを特徴と する上記第 9〜 1 8関連発明の何れか一つの凹凸検出センサである。

これにより、 平板上に光電変換装置を実装してもフアイバ出射面で全反射 することなくファイバ内から光が出射して光電変換装置に導入することがで きる。

第 2 0関連発明は、 上記第 8関連発明の光学プレートと照明装置と、 前記 光学プレートの主たる面に設けた照明装置と、 前記光学プレートのファイバ の出力面に設けた光電変換装置とを備え、 光電変換装置のライン数よりチヤ ンネル数が少ないことを特徴とする凹凸検出センサである。

これにより、 小型、 小面積でありながら 2次元画像を再構成可能な凹凸検 出センサを提供できる。 産業上の利用可能性

以上述べたことから明らかなように、 本発明は、 被検体の凹凸パターンを 検出する機能と、 被検体の画像情報を検出できる機能の両方を備えた像検出 装置を提供することが出来るという効果を発揮する。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 一方の端面を入射面、 他方の端面を出射面とする複数の光ファイバ が貫通されて配置された、 前記出射面を含む面を主面とする光ファイバァレ ィ基板と、

前記主面上に形成された回路導体層と、

前記回路導体層上の所定の位置に配置されたィメージセンサと、 前記光ファイバの前記入射面に対する入射角を臨界角より大きく し、 且つ 前記入射面での反射光方向が、 前記光ファイバの光軸方向に対して、 光ファ ィバ内面での全反射臨界角以下になるように配置された第 1の照明手段と、 前記光ファイバの前記入射面に対する入射角を臨界角より小さく し、 且つ 前記入射面での反射光方向が、 前記光ファイバの光軸方向に対して、 光ファ ィバ内面での全反射臨界角以上になるように配置された第 2の照明手段と、 前記第 1、 第 2の照明手段の点灯又は消灯に関する制御を行う制御手段と を備え、

前記光ファイバの光軸方向が前記光ファイバァレイ基板の前記主面の法線 と所定の角度傾いて配置されている像検出装置。

2 . 前記制御手段により、 前記第 1の照明手段からの照射光のみが前記 入射面に照射された場合、

前記入射面に接触された被検出対象の凹凸パターンの凹部からの反射光が 凸部からの反射光よりも強い凹凸パターンを検出する請求項 1記載の像検出

3 . 前記第 1の照明手段は、 前記主面上に、 透光性絶縁樹脂を介してフ エースダウンで実装されている請求項 1または 2に記載の像検出装置。

4 . 前記制御手段により、 前記第 2の照明手段からの照射光のみが前記 入射面に照射された場合、 前記入射面に接触された被検出対象の凹凸パターンの濃度に対応した反射 光を検出する請求項 1記載の像検出装置。

5 . 前記第 2の照明手段は、 前記主面上に、 透光性絶縁樹脂を介してフ エースダウンで実装されている請求項 1または 2に記載の像検出装置。

6 . 前記制御手段は、 前記第 1の照明手段の照明光と前記第 2の照明手 段からの光を時間分割して選択的に光ファイバの入射面に照射する請求項 1 記載の像検出装置。

7 . 前記光ファイバアレイ基板の厚さを d、 前記光ファイバの前記入射 面での臨界角を 0とした時、

前記第 1の照明手段は、 前記光ファィバアレイ基板上の前記入射面の実質 上中心の位置に対向する、 前記主面上の位置から、 前記出射面と反対方向に 少なくとも d X t a n 0の距離だけ離れた位置に配置されている請求項 1〜 請求項 6の何れか一つに記載の像検出装置。

8 . 前記第 2の照明手段が、 前記光ファイバアレイ基板上の前記入射面 の実質上中心の位置に对向する、 前記主面上の位置を基準として、 前記出射 面側の領域に配置されている請求項 1〜請求項 6の何れか一^ 3に記載の像検 出装置。

9 . 前記イメージセンサ、 前記第 1の照明手段、 及び前記第 2の照明手 段が配置された領域と、 前記入射面及び出射面の領域とを除いた領域の表面 に光吸収層が形成されている請求項 1〜請求項 8の何れか一つに記載の像検 出装置。

1 0 . 前記吸収層の屈折率と、 前記光ファイバアレイ基板の前記ベースガ ラスの屈折率との差が 0 . 1以下である請求項 8記載の像検出装置。

1 1 . 前記光ファイバの光軸方向が前記入射面の法線となす角度が、 前記 第 1の照明手段から出る光の前記入射面での反射角より小さい関係にある請 求項 1〜 1 0の何れか一つに記載の像検出装置。