(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１及び第２のファイバ光学部品を備えるファイバ光学デバイスであって、
前記第１ファイバ光学部品は、
所定方向に延びる実質的に平行の複数の第１コアと、
これらの第１コアの各々の側面を取り囲み、少なくとも一つの光波長についてこれらの第１コアよりも大きな吸収係数を有する第１光吸収体と、
を含み、これらの第１コア及び第１光吸収体の両端面は、それぞれ実質的に面一に集合して前記第１ファイバ光学部品の入力端面及び出力端面を形成しており、
前記第２ファイバ光学部品は、
所定方向に延びる実質的に平行の複数の第２コアと、
これらの第２コアの各々の側面を取り囲み、これらの第２コアよりも低い屈折率を有するクラッドと、
を含み、これらの第２コア及びクラッドの両端面は、それぞれ実質的に面一に集合して前記第２ファイバ光学部品の入力端面及び出力端面を形成しており、
前記第２ファイバ光学部品は、その入力端面が前記第１ファイバ光学部品の出力端面と対向するように前記第１ファイバ光学部品に連結されており、
前記第１ファイバ光学部品の入力端面が前記第１コアの軸線に対して傾斜する傾斜角度α１は、空気の屈折率をｎa、前記第１コアの屈折率をｎ１コアとするとき、
α１ ≦９０°−ｓｉｎ−１ （ｎa ／ｎ１コア）
を満足し、
前記第２ファイバ光学部品の端面と前記第２コアの軸線とがなす角度α２は、前記第１コアの屈折率をｎ１コア、前記第２コアの屈折率をｎ２コア、前記クラッドの屈折率をｎ２クラット゛とするとき、
ｃｏｓ−１ （ｎ１コア・ｃｏｓα１／ｎ２コア）−ｃｏｓ−１（ｎ２クラッド／ｎ２コア）
≦α２ ≦ｃｏｓ−１（ｎ１コア・ｃｏｓα１／ｎ２コア）＋ｃｏｓ−１（ｎ２クラッド／ｎ２コア）
を満足していることを特徴とするファイバ光学デバイス。
【請求項２】
前記第２ファイバ光学部品の入力端面と前記第２コアの軸線とがなす角度は、前記第１ファイバ光学部品から前記第２コアに入射した光が前記第２コア及びクラッド間の境界面にこの境界面における臨界角以上の入射角で入射するように定められていることを特徴とする請求項１記載のファイバ光学デバイス。
【請求項３】
前記第２ファイバ光学部品の出力端面と前記第２コアの軸線とがなす角度は、前記第１ファイバ光学部品から前記第２コアに入射した光が前記第２ファイバ光学部品の出力端面からこの出力端面に対して垂直に出射するように定められていることを特徴とする請求項１記載のファイバ光学デバイス。
【請求項４】
前記第１ファイバ光学部品の入力端面と出力端面とは実質的に平行であり、前記第２ファイバ光学部品の入力端面と出力端面とは実質的に平行であり、前記第１及び第２ファイバ光学部品は、前記第１ファイバ光学部品の出力端面と前記第２ファイバ光学部品の入力端面とが実質的に平行になるように連結されている請求項１記載のファイバ光学デバイス。
【請求項５】
前記角度α２は、
α２＝（ｃｏｓ−１（ｎ１コア・ｃｏｓα１／ｎ２コア）＋９０°）／２
を満足していることを特徴とする請求項１記載のファイバ光学デバイス。
【請求項６】
前記第１及び第２ファイバ光学部品は、前記第１ファイバ光学部品の出力端面と前記第２ファイバ光学部品の入力端面との間に透光性材料からなるシール層を介在させて連結されていることを特徴とする請求項１記載のファイバ光学デバイス。
【請求項７】
前記第２ファイバ光学部品は、前記クラッドに接触しながら前記クラッドに沿って延び、少なくとも一つの光波長について前記クラッドよりも大きな吸収係数を有する第２光吸収体を更に含んでおり、この第２光吸収体の両端面は、それぞれ前記第２ファイバ光学部品の入力及び出力端面で終わっていることを特徴とする請求項１記載のファイバ光学デバイス。
【請求項８】
前記第１コアは、各々の軸線の間隔が所定値となるように等間隔に配列されており、前記第２コアは、各々の軸線の間隔が前記所定値よりも小さな値となるように等間隔に配列されていることを特徴とする請求項１記載のファイバ光学デバイス。
【請求項９】
請求項１記載のファイバ光学デバイスと、受光面に入射した光学像を電気信号に変換して出力する光検出器と、を備える受光部品であって、前記光検出器は、前記ファイバ光学デバイス中の第２ファイバ光学部品の出力端面から出力された光学像が前記光検出器の受光面に入射するように配置されている受光部品。
【請求項１０】
請求項９記載の受光部品と、この受光部品が備える前記ファイバ光学デバイス中の第１ファイバ光学部品の入力端面を照明する光源と、を備えるパターン取得装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、指紋検出装置等のパターン取得装置に用いられるファイバ光学デバイスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
特開平７−１７４９４７号公報に記載されるようなファイバ光学デバイスが、従来から知られている。図１８は、このようなファイバ光学デバイスの一例を示す斜視図であり、図１９は、このデバイス５００の図１８のXIX−XIX線に沿った部分縦断面図である。このデバイス５００は、通常、物体表面の凹凸パターンを取得する装置（例えば、指紋検出装置）の凹凸パターン像伝送手段として使用される。
【０００３】
図１８及び図１９に示されるように、ファイバ光学デバイス５００は、複数の光ファイバが各々の軸線が平行となるように束ねられて一体的に集成された構造を有している。デバイス５００の両端面５０２、５０４は、各光ファイバの両端面がそれぞれ面一となって集合することにより形成されている。これらの端面５０２、５０４は、それぞれ光学像の入力用、出力用の面である。出力端面５０４から出射する光学像が歪まないように、入力端面５０２と出力端面５０４とは平行にされている。
【０００４】
図１９に示されるように、デバイス５００を構成する光ファイバの各々は、光伝搬部であるコア５１２を中心に有しており、更に、このコア５１２を密着包囲するクラッド５１３、及びクラッド５１３を密着包囲する光吸収体５１４を有している。各光ファイバの両端面は、コアの軸線５１８に対して角度α0で傾斜しており、従って、デバイスの入力及び出力端面５０２、５０４もコアの軸線５１８に対して角度α0で傾斜している。言い換えると、入力及び出力端面５０２、５０４の法線５０６、５０８とコアの軸線５１８とは平行でなく、法線５０６、５０８と軸線５１８とがなす角度は（９０°−α0）である。この傾斜角度α0は、空気からコア５１２に光が入射しても、その光がコア５１２とクラッド５１３との境界面で全反射されないような値に設定されている。すなわち、入力及び出力端面５０２、５０４の傾斜角度α0は、空気中からコア５１２に入射した光のコア５１２及びクラッド５１３間の境界面に対する入射角がこの境界面での臨界角以下となるような角度範囲に含まれている。
【０００５】
周知のように、このような傾斜角度α0の範囲は、特定の最大傾斜角α0mを用いてα≦α0mのように表すことができる。ここで、α0mは、次の３個の式を満足する角度である。
ｎ0コア・ｓｉｎφC＝ｎ0クラッド・ｓｉｎ９０°(コア及びクラッド間のスネルの法則)
ｎ0コア・ｓｉｎβ0m＝ｎa・ｓｉｎ９０°(空気及びコア間のスネルの法則)
α0m＋（９０°＋β0m）＋（９０°−φC）＝１８０°(三角形の内角の和)
ここで、ｎ0コアはコア５１２の屈折率、ｎ0クラッドはクラッド５１３の屈折率、ｎaは空気の屈折率である。また、φCはコアとクラッドとの境界面における臨界角であり、β0mは、入力端面５０２に入射角９０°で入射する光線５２０の屈折光線５２１が入力端面５０２の法線５０６となす角度、即ち入射角９０°の入射光の屈折角である。
【０００６】
上記の３式から求まるα0mを用いて、傾斜角α0の範囲は、
α0≦α0m＝ｓｉｎ-1（ｎ0クラッド／ｎ0コア）−ｓｉｎ-1（ｎa／ｎ0コア）  …（１）
のように表される。
【０００７】
入力端面５０２上に検出対象物を密着させて検出対象物の背後又は側方から光を照射すると、検出対象物表面の凹部に存在する空気層を透過してコア５１２内に入射した光は、臨界角以下の入射角でコア及びクラッド間の境界面に入射するため、この境界面で全反射されず、その一部はクラッド５１３に漏出し、光吸収体５１４により吸収される。このため、検出対象物の凹部を通過してコア５１２内に入射した光は徐々に減衰していき、その大部分は出力端面５０４に到達することができない。一方、検出対象物表面の凸部と入力端面５０２とが密着した領域では、検出対象物の屈折率は空気の屈折率よりも大であることから、検出対象物の凸部からコア５１２内に入射した光の中には、臨界角より大きい入射角でコア及びクラッド間の境界面に入射する光も存在するようになる。このような光は、コア及びクラッド間の境界面で全反射されながらコア内を伝搬し、出力端面５０４に到達する。従って、出力端面５０４から出射するのは、実質的に、検出対象物の凸部を透過してコア５１２内に入射した光のみとなる。これにより、デバイス５００は、検出対象物表面の凹凸に対応した明暗像、すなわち凹凸パターン像、を高いコントラストで出力することができるようになる。
【０００８】
図２０は、ファイバ光学デバイス５００をＣＣＤ撮像素子９０に取り付けて形成した受光部品６００である。ＣＣＤ撮像素子９０が備えるＣＣＤチップ９２の受光面９３とデバイス５００の出力端面５０４とは、光学接着剤９８を用いて接着されている。このように、ＣＣＤチップ９２の受光面９３とデバイス５００の出力端面５０４とを向かい合わせた状態でデバイス５００をＣＣＤ検出器９０に固定すれば、検出対象物の凹凸パターン像を撮像することが可能になる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のように設定される入力端面５０２の傾斜角度α0は、通常、かなり小さな角度となるので、ファイバ光学デバイス５００の縦断面の形状は、図２０に示されるように、底辺に対する側辺の傾斜がきつく横幅の大きい平行四辺形となる。ＣＣＤ撮像素子９０へファイバ光学デバイス５００を取り付ける際、デバイス５００はＣＣＤ撮像素子９０のハウジング９４の内側に形成された凹部９５に差し入れられるが、デバイス５００の横幅が大きくなりがちなため、この差し入れは比較的困難である。また、デバイス５００の傾斜が急なことから、ＣＣＤ撮像素子９０にデバイス５００を取り付けた後も、デバイス５００の縁がＣＣＤ撮像素子９０の側方にせり出す等の問題が生じやすく、デバイス５００を含む受光部品６００をかさばるものにする傾向がある。
【００１０】
また、出力端面５０４がコアの軸線に対して垂直であれば、出力端面からの出射光は、出力端面の法線を中心とした一定範囲に広がるが、出力端面がコアの軸線に対して傾斜しているファイバ光学デバイス５００では、出力端面からの出射光は、出力端面５０４の法線方向からずれた方向を中心として広がることになる。このため、出力端面５０４からの出射光のうち比較的大部分がＣＣＤチップの受光面９３の受光範囲に収まらないことになる。これにより、ＣＣＤ撮像素子９０の出力のＳ／Ｎが低下してＣＣＤ撮像素子９０により検出される凹凸パターン像の解像度が劣化し、あるいは検出される凹凸パターン像が比較的暗くなってしまう。
【００１１】
また、上述のように、従来のファイバ光学デバイス５００は、空気からコア５１２へ入射した光のコア５１２及びクラッド５１３間の境界面に対する入射角がこの境界面での臨界角以下となるような角度で入力及び出力端面５０２、５０４が傾斜しているので、逆に、出力端面５０４と隣接する媒質が空気の場合は、コア及びクラッド間の境界面に対する入射角が臨界角以下のコア伝搬光しか出力端面５０４から出射することができない。従って、臨界角より大きい角度でコア及びクラッド間の境界面に入射し、この境界面で全反射されることによりコア内を伝搬する光は、出力端面と隣接する媒質が空気であれば、出力端面で全反射され出射することができない。このため、ファイバ光学デバイス５００をＣＣＤ撮像素子９０に取り付ける場合、出力端面５０４とＣＣＤチップの受光面９３との間に空気が入り込まないように両者の間にシール材（光学接着剤などが使用可）が充填されたときに、初めて出力端面５０４から光が出射するようになる。従って、ファイバ光学デバイス５００とＣＣＤ撮像素子９０とを空気を介して離間し、両者の間にレンズを配置して両者を光学的に結合させるようなことはできない。
【００１２】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、光検出器への取り付けが容易で、コンパクトなパターン取得用受光部品を形成することが可能なファイバ光学デバイスを提供することを課題とする。
【００１３】
【発明を解決するための手段】
本発明に係るファイバ光学デバイスは、第１及び第２のファイバ光学部品を備えている。この第１ファイバ光学部品は、所定方向に延びる実質的に平行の複数の第１コアと、これらの第１コアの各々の側面を取り囲み、少なくとも一つの光波長についてこれらの第１コアよりも大きな吸収係数を有する第１光吸収体と、を含んでいる。これらの第１コア及び第１光吸収体の両端面は、それぞれ実質的に面一に集合して前記第１ファイバ光学部品の入力端面及び出力端面を形成している。第２ファイバ光学部品は、所定方向に延びる実質的に平行の複数の第２コアと、これらの第２コアの各々の側面を取り囲み、これらの第２コアよりも低い屈折率を有するクラッドと、を含んでいる。これらの第２コア及びクラッドの両端面は、それぞれ実質的に面一に集合して第２ファイバ光学部品の入力端面及び出力端面を形成している。この第２ファイバ光学部品は、その入力端面が第１ファイバ光学部品の出力端面と対向するように第１ファイバ光学部品に連結されている。第１ファイバ光学部品の入力端面は、第１コアの軸線に対して傾斜角度α1で傾斜している。ここで、第１ファイバ光学部品の入力端面の傾斜角度α１を、空気の屈折率をｎａ、第１コアの屈折率をｎ１コアとするとき、α１≦９０°−ｓｉｎ−１（ｎａ／ｎ１コア）を満足するように定めれている。この場合、空気中から第１コアに入射した光は、このコアの軸線方向からずれた方向に進行するようになり、光吸収体によって吸収され、減衰又は除去される。これにより、第１光学部品の入力端面に密着させた物体表面の凹凸パターンが高いコントラストで伝送されるようになる。また、第２ファイバ光学部品の端面と第２コアの軸線とがなす角度は、第１コアの屈折率をｎ１コア、第２コアの屈折率をｎ２コア、クラッドの屈折率をｎ２クラッドとするとき、ｃｏｓ−１（ｎ１コア・ｃｏｓα１／ｎ２コア）−ｃｏｓ−１（ｎ２クラッド／ｎ２コア）≦α２≦ｃｏｓ−１（ｎ１コア・ｃｏｓα１／ｎ２コア）＋ｃｏｓ−１（ｎ２クラッド／ｎ２コア）を満足するように定められている。この不等式が満足されていると、第１ファイバ光学部品から第２コアに入射した実質的にすべての光が第２コア及びクラッド間の境界面で全反射されるようになり、第１ファイバ光学部品からの光を第２ファイバ光学部品によって効率よく伝送することができる。従って、このファイバ光学デバイスでは、第１ファイバ光学部品の入力端面の傾斜角や、第２ファイバ光学部品の出力端面と第２コアの軸線とがなす角度を、比較的９０°に近い値に設定することができる。従って、このデバイスは、光検出器に容易に取り付けることができ、また、この取り付けにより形成される受光部品をコンパクトにすることができる。
【００１５】
第２ファイバ光学部品の入力端面と第２コアの軸線とがなす角度は、第１ファイバ光学部品から第２コアに入射した光が第２コア及びクラッド間の境界面にこの境界面における臨界角以上の入射角で入射するように定めることができる。このように定めることで、第１ファイバ光学部品から第２コアに入射した実質的にすべての光が第２コア及びクラッド間の境界面で全反射されるようになり、第１ファイバ光学部品からの光が第２ファイバ光学部品によって効率よく伝送される。
【００１６】
第２ファイバ光学部品の出力端面と第２コアの軸線とがなす角度は、第１ファイバ光学部品から第２コアに入射した光が第２ファイバ光学部品の出力端面からこの出力端面に対して垂直に出射するように定めることができる。このように定めることで、第２ファイバ光学部品の出力端面に隣接する媒質にかかわらず、この出力端面から光が出射できるようになる。
【００１７】
第１ファイバ光学部品の入力端面と出力端面とは実質的に平行であっても良く、また、第２ファイバ光学部品の入力端面と出力端面とは実質的に平行であっても良い。このとき、第１及び第２ファイバ光学部品は、第１ファイバ光学部品の出力端面と第２ファイバ光学部品の入力端面とが実質的に平行になるように連結されていても良い。この場合、上記の角度α２が、α２＝（ｃｏｓ−１（ｎ１コア・ｃｏｓα１／ｎ２コア）＋９０°）／２を満足していると好適である。この等式が満足されていると、第１ファイバ光学部品から第２コアに入射した光が第２ファイバ光学部品の出力端面からこの出力端面に対して垂直に出射するようになる。これにより、第２ファイバ光学部品の出力端面に隣接する媒質にかかわらず、この出力端面から光が出射できるようになる。
【００１８】
第１及び第２ファイバ光学部品は、第１ファイバ光学部品の出力端面と第２ファイバ光学部品の入力端面との間に透光性材料からなるシール層を介在させて連結されていても良い。これにより、第１ファイバ光学部品の出力端面と第２ファイバ光学部品の入力端面との間に空気が介在することを防止することができる。
【００１９】
第２ファイバ光学部品は、クラッドに接触しながらクラッドに沿って延び、少なくとも一つの光波長についてクラッドよりも大きな吸収係数を有する第２光吸収体を更に含むように構成することができ、この第２光吸収体の両端面は、それぞれ第２ファイバ光学部品の入力及び出力端面で終わっていても良い。第２ファイバ光学部品がこのような第２光吸収体を備えていると、クラッド内を進行する光が第２光吸収体により吸収されて減衰又は除去される。これにより、第１ファイバ光学部品から第２部品のクラッドに入射した光が第２コアに進入してコア伝搬光と混在することによって本デバイスにより伝送されるパターン像の解像度が劣化する現象を抑制又は防止することができる。
【００２０】
第１コアが、各々の軸線の間隔が所定値となるように等間隔に配列され、第２コアが、各々の軸線の間隔がこの所定値よりも小さな値となるように等間隔に配列されていても良い。この場合、第１コアの端面と第２コアの端面とが効率よく対向するようになるので、第１部品から第２部品に効率よく光を伝送することが可能になる。
【００２１】
本発明の別の側面では、上述のファイバ光学デバイスと、自身の受光面に入射した光学像を電気信号に変換して出力する光検出器と、を備える受光部品が提供される。ここで、光検出器は、ファイバ光学デバイス中の第２ファイバ光学部品の出力端面から出力された光学像が受光面に入射するように配置されている。
【００２２】
本発明の更に別の側面では、上記受光部品と、この受光部品が備えるファイバ光学デバイス中の第１ファイバ光学部品の入力端面を照明する光源と、を備えるパターン取得装置が提供される。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１〜図４は、本発明の一実施形態に係るファイバ光学デバイスの構成を示す図であり、図１は、本実施形態のファイバ光学デバイスの全体斜視図、図２は、本実施形態のファイバ光学デバイスの図１のII−II線に沿った部分縦断面図、図３は本実施形態のファイバ光学デバイスの図２のIII−III線に沿った部分横断面図、図４は本実施形態のファイバ光学デバイスの図２のIV−IV線に沿った部分横断面図である。また、図１には、説明の便宜のためのＸＹＺ直交座標系が示されている。
【００２４】
図１に示されるように、本実施形態に係るファイバ光学デバイス１０は、２個のファイバ光学部品２０及び４０を備えており、これらのファイバ光学部品が各々の側面２４と４２を対向させて直列に連結された構造を有している。第１のファイバ光学部品２０は、方形の側面２２、２４、２５及び２６、並びに平行四辺形の側面２１及び２３を備える平行六面体であり、ＺＸ平面内の側面２１、２３をそれぞれ上面、底面として図１のＹ軸方向に延びる四角柱形状を有している。ファイバ光学部品４０も同様に、方形の側面４２、４４、４５及び４６、並びに平行四辺形の側面４１及び４３を備える平行六面体であり、ＺＸ平面内の側面４１、４３をそれぞれ上面、底面として図１のＹ軸方向に延びる四角柱形状を有している。第１のファイバ光学部品２０の側面２２、２４、及び第２のファイバ光学部品４０の側面４２、４４は、どれもＸＹ平面内にあって互いに平行であり、全て実質的に同一の面積を有している。
【００２５】
図２に最も良く示されるように、第１のファイバ光学部品２０と第２のファイバ光学部品４０とは、前者の側面２４と後者の側面４２とをほぼ平行に対向させた状態で透明な光学接着剤６０により接合されている。光学接着剤６０としては、バルサム、エポキシ樹脂接着剤、紫外線硬化型樹脂などを任意に使用することができる。本実施形態では、エポキシ樹脂接着剤の一つであるセメダイン−１５６５が光学接着剤６０として使用されている。
【００２６】
図２及び図３を参照しながら、第１のファイバ光学部品２０の構造を説明する。図２に示されるように、ファイバ光学部品２０は、光導波部である棒状のコア３２を複数備えている。これらのコアは、各々の軸線３８が実質的に平行となるように延びている。これらのコア３２は、各々の軸線３８の間隔が実質的に均一となるように配置されている。各コア３２は、その軸線３８に垂直な円形の断面を有している。各コア３２の両端面３５ａ及び３５ｂは、実質的に平行であり、軸線３８に対して共に所定の角度α1で傾斜している。この傾斜角度α1は、図２においてコアの軸線３８のコア端面上への正射影から軸線３８に向かって時計回りに取った角度である。
【００２７】
コア３２の側面は、光吸収体３４によって密着包囲されている。この光吸収体３４は、可視光域全域にわたってコア３２の材料よりも大きな吸収係数を示す材料から構成されている。この光吸収体３４は、コア３２と同一方向に延びながらコア３２の間に介在する。コア３２の両端面３５ａ及び３５ｂと同様に、光吸収体３４の両端面３７ａ及び３７ｂも実質的に平行であり、コアの軸線３８に対して共に所定の角度α1で傾斜している。コアの端面３５ａ及び光吸収体の端面３７ａ、並びにコアの端面３５ｂ及び光吸収体の端面３７ｂは、それぞれ実質的に面一に集合して第１部品２０の側面２２、２４を形成している。
【００２８】
このように、ファイバ光学部品２０は、コア３２及び光吸収体３４が特定の方向に延びた構造体であり、側面２２、２４はこの構造体の両端面である。これらの端面２２、２４は、ファイバ光学部品２０を光学像伝送手段として用いるときに、それぞれ光学像が入力される面、出力される面となるので、以下では、面２２をファイバ光学部品２０の入力端面、面２４をファイバ光学部品２０の出力端面と呼ぶ。部品２０の入力端面２２は、本実施形態に係るファイバ光学デバイス１０の入力端面でもある。
【００２９】
コア３２及び光吸収体３４は、一般的なファイバ光学デバイスを形成するのに従来から用いられている任意の材料を用いて構成することができる。光吸収体の組成例は、例えば米国特許第３，７９７，９１０号に開示されている。一般的に使用されるガラス系の光吸収体には、ＮｉＯ、Ｃｏ2Ｏ3、ＣｕＯ、Ｆｅ2Ｏ3、ＭｎＯ2などの種々の着色酸化物が含まれる。本実施形態に係るコア３２及び光吸収体３４の組成を、以下の表に示す。
【００３０】
【表１】
0003884533.tif 000002
【００３１】
この表に示されるように、コア３２は、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｋ2Ｏ、及びＰｂＯからなる透明ガラスから構成されており、屈折率１．９２を有している。また、光吸収体３４は、ＳｉＯ2、Ｋ2Ｏ、ＰｂＯ、ＭｎＯ2、及びＣｒ2Ｏ3からなる黒色ガラスである。この黒色ガラスの厚さ２２２μｍの場合における分光透過率のスペクトラムを図５に示す。
【００３２】
図２に最も良く示されるように、コア３２の両端面３５ａ、３５ｂがコアの軸線３８に対して角度α1で傾斜していることから、これらの端面３５ａ、３５ｂをそれぞれ含む入力端面２２及び出力端面２４も、軸線３８に対して角度α1で傾斜している。本実施形態では、傾斜角α1は、空気中からコア３２内に入射した光がコア３２の軸線３８からずれた方向に進行するように、所定の最大傾斜角α1m以下に設定される。この最大傾斜角α1mは、入射角９０°でコア３２に入射した光がコアの軸線３８と同一方向に進行するような傾斜角である。以下、図６を参照しながら、この最大傾斜角α1mについて説明する。
【００３３】
図６は、傾斜角αが最大傾斜角α1mに等しい場合におけるファイバ光学部品２０の部分拡大縦断面図である。図６中、ｎ1コアはコア３２の屈折率、ｎaは空気の屈折率である。符号７０ａは空気中から入射角９０°でコア３２の端面３５ａに入射する光線、符号７０ｂは入射光線７０ａのコア３２中における屈折光線であり、β1は、屈折光線７０ｂと端面３５ａの法線２８とがなす角度、すなわち屈折角である。図６では、最大傾斜角α1mに対応する屈折角β1をβ1mと表している。
【００３４】
図６に示されるように、コア３２の端面３５ａの最大傾斜角α1mは、入射角９０°でコア３２に入射した光がコア３２中を軸線３８と同一方向に進行するような傾斜角度である。この最大傾斜角α1mは、次の２式から求めることができる。
【００３５】
ｎa・ｓｉｎ９０°＝ｎ1コア・ｓｉｎβ1m                         …（２）
α1m＋β1m＝９０°                                           …（３）
この２式を解くと、
α1m＝９０°−β1m
＝９０°−ｓｉｎ-1（ｎa／ｎ1コア）                         …（４）
ｎa＝１と考えると、
α1m＝９０°−ｓｉｎ-1（１／ｎ1コア）                      …（５）
のように表すことができる。
【００３６】
図７は、上記（５）式に基づいてコア３２の屈折率ｎ1コアと最大傾斜角α1mとの関係を示したグラフである。この図に示されるように、コア３２の屈折率が大きくなるに従って最大傾斜角も大きくなる。
【００３７】
端面３５ａの傾斜角α1が上記の最大傾斜角α1mに等しいとき、入射角９０°未満で空気中からコア３２に入射した光の屈折角はβ1m未満となる。このような屈折角を有する屈折光線はコア３２の軸線方向からずれた方向に進行してコア３２と光吸収体３４との境界面に向かい、光吸収体３４に吸収されて減衰又は除去される。また、傾斜角α1が最大傾斜角α1mよりも小さい場合には、入射角９０°以内で入射する全ての光の屈折角がβ1m未満となり、コア３２の軸線方向からずれた方向に進行するので、空気中から任意の入射角でコア３２に入射した光が光吸収体３４によって吸収され、減衰又は除去されることになる。結局、端面３５ａの傾斜角α1が最大傾斜角α1m以下であれば、空気中から端面３５ａを介してコア３２に入射した光のコア内での伝搬を実質的に阻止することができる。
【００３８】
本実施形態では、コア３２の屈折率は１．９２であり、この値に対応する最大傾斜角α1mの値は５８．６°である。入力及び出力端面２２、２４の傾斜角α1は、この最大傾斜角α1mの値（＝５８．６°）に設定されている。
【００３９】
図８は、ファイバ光学部品２０の入力端面２２に検出対象物の一例である指８０を密着させ、光源８６を用いて指８０の背後から光８７を照射した状況において、部品２０の入力端面２２付近の内部構造を拡大して示した部分縦断面図である。指紋の凹凸構造に対応して、コアの端面３５ａと指８０の凸部８１とが密着する領域、及び端面３５ａと指の凹部８２とが空隙８３を挟んで密着していない領域が形成される。光源８６からの光８７のうち指８０を透過し凹部８２から出射して空隙８３中を進行する光線７２ａ、７３ａは、端面３５ａを透過してコア３２内に入射する。これらの光線７２ａ、７３ａの屈折光線７２ｂ、７３ｂは、上述のように、コア３２中においてコア３２の軸線方向からずれた方向に進行し、光吸収体３４によって減衰又は除去される。一方、指紋の凸部８１とコアの端面３５ａとが密着した領域に関しては、指８０の屈折率は空気の屈折率よりも大であることから、光源８６からの光８７のうち指８０の凸部８１を透過して端面３５ａに到達する光線の入射角と屈折角との関係が非密着領域における関係から変化する。このため、指紋の凸部８１から密着領域を通過してコア３２内に入射した光の中にはコア３２の軸線方向に進行する光線（例えば、図８の光線７１）も存在するようになる。このような光線は、光吸収体３４によって吸収されずにコア３２中を伝搬し、コア３２の端面３５ａの反対に位置する端面３５ｂに到達する。
【００４０】
このように、ファイバ光学部品２０においては、入力端面２２に密着した物体表面の凸部からコア３２内に入射する光のみが出力端面２４に到達する。物体表面の凹部から空隙を通過してコア３２内に入射する光は、光吸収体３４の吸収によりその伝搬過程で減衰し、実質的に消滅する。これにより、物体表面の凹凸に対応する明暗像、すなわち凹凸パターン像が、ファイバ光学部品２０によって入力端面２２から出力端面２４まで高いコントラストで伝送されることになる。
【００４１】
従来のファイバ光学デバイスの入力及び出力端面の最大傾斜角α0mを、本実施形態に係るファイバ光学部品２０の入力及び出力端面の最大傾斜角α1mと比較する。既に述べたように、従来のファイバ光学デバイスの最大傾斜角α0mは、コアの屈折率をｎ0コア、クラッドの屈折率をｎ0クラッドと表すと、
α0m＝ｓｉｎ-1（ｎ0クラッド／ｎ0コア）−ｓｉｎ-1（ｎa／ｎ0コア）    …（１）
である。これに対し、本実施形態に係るファイバ光学部品２０の最大傾斜角α1mは、上記（４）式に示されるように、α1m＝９０°−ｓｉｎ-1（ｎa／ｎ1コア）である。従って、α0m＜α1mが常に成立する。これは、空気中からコアに入射する光が除去されるような傾斜角は、クラッドを有しないファイバ光学部品２０の方がクラッドを有する従来のファイバ光学デバイスよりも大きくできることを示している。このため、ファイバ光学部品２０の出力端面２４に対する側面２５、２６の傾斜を比較的緩やかにして、部品２０の横幅を小さくすることが可能である。
【００４２】
次に、上述のように、第１ファイバ光学部品２０では、空気中からコア３２に入射した光がコア３２の軸線方向からずれた方向に進行するような角度で入力及び出力端面２２、２４が傾斜している。従って、逆に、出力端面２４と隣接する媒質が空気の場合は、コア３２内を軸線からずれた方向に進行する光しか出力端面２４から出射することができない。つまり、コア３２内を軸線にそって伝搬する光は、出力端面２４と隣接する媒質が空気であれば、端面３５ｂで全反射され出射できなくなる。従って、第１ファイバ光学部品２０と第２ファイバ光学部品４０とを連結する場合、部品２０の出力端面２４と部品４０の入力端面４２との間に空気が入り込まないようにする必要がある。このことに鑑みて、本実施形態では、出力端面２４と入力端面４２との間に光学接着剤６０を介在させている。この接着剤６０は、これらの端面間への空気の進入を防ぐシール材としての役割を果たしている。
【００４３】
次に、図２及び図４を参照しながら、第２のファイバ光学部品４０の構造を説明する。ファイバ光学部品４０も部品２０と同様に、光導波部である棒状のコア５２を複数備えており、これらの各コアは、各々の軸線５８が実質的に平行となるように延びている。これらのコア５２は、各々の軸線５８の間隔が実質的に均一となるように配置されている。各コア５２は、その軸線５８に垂直な円形の断面を有している。各コア５２の両端面５５ａ及び５５ｂは実質的に平行であり、軸線５８に対して共に角度α2で傾斜している。この傾斜角度α2は、図２においてコアの軸線５８のコア端面上への正射影から軸線５８に向かって時計回りに取った角度である。これらのコア５２の側面は、コア５２と同一方向に延びる筒状のクラッド５３によって密着包囲されている。コア５２の両端面と同様に、クラッド５３の両端面５６ａ及び５６ｂも実質的に平行であり、コアの軸線５８に対して共に角度α2で傾斜している。このクラッド５３は、コア５２の屈折率よりも低い屈折率を有している。クラッド５３の側面は、光吸収体５４によって密着包囲されている。この光吸収体５４は、可視光域全域にわたってクラッド５３の材料よりも大きな吸収係数を示す材料から構成されている。この光吸収体５４は、コア５２及びクラッド５３と同一方向に延びながらクラッド５３の間に介在している。コア５２及びクラッド５３の両端面と同様に、光吸収体５４の両端面５７ａ及び５７ｂも実質的に平行であり、コアの軸線５８に対して共に角度α2で傾斜している。コアの端面５５ａ、クラッドの端面５６ａ及び光吸収体の端面５７ａ、並びにコアの端面５５ｂ、クラッドの端面５６ｂ及び光吸収体の端面５７ｂは、それぞれ実質的に面一に集合して部品４０の側面４２、４４を形成している。このように、ファイバ光学部品４０は、コア５２、クラッド５３及び光吸収体５４が特定の方向に延びた構造体であり、側面４２、４４はこの構造体の両端面である。これらの端面４２、４４は、それぞれ第１ファイバ光学部品２０から出力された凹凸パターンが入力される面、出力される面となるので、以下では、面４２をファイバ光学部品４０の入力端面、面４４をファイバ光学部品４０の出力端面と呼ぶ。部品４０の出力端面４４は、本実施形態に係るデバイス１０の出力端面でもある。
【００４４】
第２ファイバ光学部品４０中のコア５２の配列ピッチは、第１部品２０中のコア３２の配列ピッチよりも小さくなっている。言い換えると、各ファイバ光学部品におけるコアの密度は、第２部品４０の方が第１部品２０よりも大きくなっている。これにより、製造時において第１部品２０と第２部品４０とが接着されるときに、第１部品２０中のコアの出力端面３５ｂと第２部品４０中のコアの入力端面５５ａとが効率よく対向するようになるので、第１部品２０から第２部品４０に効率よく光を伝送することができ、デバイス１０から明るい光学像を出力できるようになる。
【００４５】
コア５２、クラッド５３及び光吸収体５４は、第１ファイバ光学部品２０のコア３２や光吸収体３４と同様に、ファイバ光学デバイスを形成するのに従来から用いられている任意の材料を用いて構成することができる。本実施形態に係るコア５２、クラッド５３及び光吸収体５４の組成を、以下の表に示す。
【００４６】
【表２】
0003884533.tif 000003
【００４７】
この表に示されるように、コア５２は、第１ファイバ光学部品２０のコア３２と同様に、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｋ2Ｏ、及びＰｂＯからなる透明ガラスから構成されており、コア３２と同じ屈折率１．９２を有している。クラッド５３は、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ、及びＰｂＯからなる透明ガラスから構成されており、屈折率１．５６を有する。光吸収体５４は、第１ファイバ光学部品２０の光吸収体３４と同様に、ＳｉＯ2、Ｋ2Ｏ、ＰｂＯ、ＭｎＯ2、及びＣｒ2Ｏ3からなる黒色ガラスである。
【００４８】
光吸収体５４は、クラッド５３に進入した光を減衰させ又は除去するために設けられている。すなわち、光吸収体５４が設けられていない場合は、第１ファイバ光学部品２０中のコアの出力端面３５ｂから第２ファイバ光学部品４０中のあるクラッド５３内に入射した光が、そのクラッド５３を透過してそのクラッドに隣接するコア５２内に入射することがある。これにより、クラッド５３に入射した光とコア５２に入射した光とが一つのコア５２内で混在することになるので、デバイスの位置分解能が劣化してしまう。このことに鑑み、本実施形態では、クラッド５３に隣接するように光吸収体５４が設けられている。光吸収体５４はクラッド５３に入射した光を吸収してこの光を減衰させ又は除去するので、ファイバ光学部品４０では、クラッド５３に入射した光とコア５２に入射した光との混合が防止され、比較的高い解像度の光学像を出力できるようになっている。
【００４９】
上述のように、コア５２の両端面５５ａ、ｂは、コアの軸線５８に対して角度α2で傾斜しているので、入力端面４２及び出力端面４４も、軸線５８に対して角度α2で傾斜している。本実施形態に係るファイバ光学デバイスでは、傾斜角α2は、第１部品２０中のコア３２から第２部品４０中のコア５２に入射した光がコア５２及びクラッド５３間の全反射条件を満足するような範囲に設定される。
【００５０】
以下、図９を参照しながら、傾斜角α2の範囲について説明する。ここで、図９は、第１ファイバ光学部品２０と第２ファイバ光学部品４０との連結部分を拡大して示す部分縦断面図である。図９中、符号７４ａは入力側のコア３２中をコア３２の軸線方向に伝搬して端面３５ｂに向かう光線、符号７４ｂは光線７４ａの接着剤６０中における屈折光線であり、符号７４ｃは光線７４ｂの出力側コア５２中における屈折光線である。φiは、コア３２及び接着剤６０間の境界面への光線７４ａの入射角であり、φr′は、屈折光線７４ｂの屈折角であり、φrは、屈折光線７４ｃの屈折角であり、θはコア５２及びクラッド５３間の境界面に対する光線７４ｃの入射角の補角である。
【００５１】
入力側コア３２の屈折率をｎ1コア、接着剤６０の屈折率をｎAD、出力側コア５２の屈折率をｎ2コア、クラッド５３の屈折率をｎ2クラッドと表すと、入力側コア３２と接着剤６０との境界面、及び接着剤６０と出力側コア５２との境界面におけるスネルの法則は、それぞれ
ｎ1コア・ｓｉｎφi＝ｎAD・ｓｉｎφr′                          …（６）
ｎAD・ｓｉｎφr′＝ｎ2コア・ｓｉｎφr                          …（７）
のように表される。また、図９から明らかに、
α1＋φi＝９０°                                             …（８）
が成り立つ。更に、図９においてコア５２及びクラッド５３間の境界面、光線７４ｃ、並びに端面５５ａによって囲まれて形成される三角形の内角に関して、
（９０°−φr）＋（１８０°−α2）＋θ＝１８０°           …（９）
が成り立つ。
【００５２】
上記式から、出力側コアの端面５５ａ及び５５ｂの傾斜角α2は、
α2＝ｃｏｓ-1（ｎ1コア・ｃｏｓα1／ｎ2コア）＋θ               …（１０）
と表される。
【００５３】
一方、入力側コア３２から出力側コア５２に入射した光がコア５２及びクラッド５３間の境界面における全反射条件を満足するためには、この光のコア５２及びクラッド５３間の境界面への入射角が臨界角以上であることが必要である。言い換えると、出力側コア５２に入射した光のコア５２及びクラッド５３間の境界面への入射角の補角が臨界角の補角以下であること、すなわち、
０≦θ≦θC（＝ｃｏｓ-1（ｎ2クラッド／ｎ2コア））                …（１１）
θC：コア５２及びクラッド５３間の境界面における臨界角の補角
であることが必要である。
【００５４】
上記（１０）及び（１１）式より、入力側コア３２から出力側コア５２に入射した光がコア５２及びクラッド５３間の境界面における全反射条件を満足するような傾斜角α2の範囲は、
ｃｏｓ-1（ｎ1コア・ｃｏｓα1／ｎ2コア）≦α2
≦ｃｏｓ-1（ｎ1コア・ｃｏｓα1／ｎ2コア）＋ｃｏｓ-1（ｎ2クラッド／ｎ2コア）
…（１２）
と求まる。
【００５５】
図９を参照した上記の説明では、α2≧９０°−φrの場合を考えたが、α2≦９０°−φrの場合も、光線７４ｃはコア５２及びクラッド５３間の境界面における全反射条件を満たしうる。図１０は、α2≦９０°−φrの場合において、第１ファイバ光学部品２０と第２ファイバ光学部品４０との連結部分を拡大して示す部分縦断面図である。図１０においてコア５２及びクラッド５３間の境界面、光線７４ｃ、並びに端面５５ａによって囲まれて形成される三角形の内角に関して、
（９０°＋φr）＋α2＋θ＝１８０°         …（９Ａ）
が成り立つ。また、α2≦９０°−φrの場合も、上記（６）〜（８）式が成り立つ。（６）〜（８）及び（９Ａ）式から、角度α2は、
α2＝ｃｏｓ-1（ｎ1コア・ｃｏｓα1／ｎ2コア）−θ              …（１０Ａ）
と表される。この（１０Ａ）式及び上記（１１）式より、α2≦９０°−φrの場合において入力側コア３２から出力側コア５２に入射した光がコア５２及びクラッド５３間の境界面における全反射条件を満足するような角度α2の範囲は、
ｃｏｓ-1（ｎ1コア・ｃｏｓα1／ｎ2コア）−ｃｏｓ-1（ｎ2クラッド／ｎ2コア）
≦α2≦ｃｏｓ-1（ｎ1コア・ｃｏｓα1／ｎ2コア）                …（１２Ａ）
と求まる。
【００５６】
上記（１２）及び（１２Ａ）をまとめると、コア３２からの光がコア５２及びクラッド５３間の境界面における全反射条件を満足するような傾斜角α2の範囲は、
ｃｏｓ-1（ｎ1コア・ｃｏｓα1／ｎ2コア）−ｃｏｓ-1（ｎ2クラッド／ｎ2コア）
≦α2≦ｃｏｓ-1（ｎ1コア・ｃｏｓα1／ｎ2コア）＋ｃｏｓ-1（ｎ2クラッド／ｎ2コア）
…（１２Ｂ）
と求まる。本実施形態のファイバ光学デバイスでは、ｎ1コア＝１．９２、ｎ2コア＝１．９２、ｎ2クラッド＝１．５６、α1＝５８．６°であるから、式（１２Ｂ）より、
２２．９°≦α2≦９４．３°                               …（１３）
である。
【００５７】
本実施形態における傾斜角α2は、更に、上記不等式（１３）で表される範囲内において、出力側コア５２内を進行する光がコア５２の出力端面５５ｂから端面５５ｂに対して垂直に出射するように定められている。角度α2の値をこのように定めることで、出力端面４４に隣接する媒質にかかわらず出力端面４４から常に光が出射できるようになる。
【００５８】
図９を参照すると、α1及びα2が共に鋭角の場合、コア５２及びクラッド５３間の境界面、光線７４ｃ及び端面５５ｂによって囲まれて形成される三角形の内角に関して、
α2＋θ＝９０°                                            …（１４）
が成り立つ。この式と上記（１０）式から、傾斜角α2は、
α2＝（ｃｏｓ-1（ｎ1コア・ｃｏｓα1／ｎ2コア）＋９０°）／２    …（１５）
のように表される。本実施形態のファイバ光学デバイスでは、ｎ1コア＝１．９２、ｎ2コア＝１．９２、α1＝５８．６°であるから、α2＝７４．３°である。この値は、上記不等式（１３）を満足している。
【００５９】
なお、上記の不等式（１３）に示されるように、角度α2は９０°の場合もありうる。つまり、第２ファイバ光学部品４０の入力及び出力端面４２、４４は、コア５２の軸線に対して傾斜している必要は必ずしもない。従って、α2は、「第２ファイバ光学部品の端面と第２ファイバ光学部品中のコアの軸線とがなす角度」と一般的に呼ばれるべきである。この角度α2は鈍角であっても良いが、α1が鋭角でα2が鈍角の場合、コア５２の伝搬光は端面５５ｂに対して垂直に出射することはできない。
【００６０】
α1が鈍角の場合は、本実施形態のファイバ光学デバイス１０をこれまでと反対側から見た場合（図１のII−II線が伴う矢印の方向と反対方向から見た場合）であるから、α1が鋭角の場合と同様に考えることができる。すなわち、α1が鈍角でα2が鋭角の場合は、α1が鋭角でα2が鈍角の場合と同様であり、α1及びα2が共に鈍角の場合は、α1及びα2が共に鋭角の場合と同様である。
【００６１】
本実施形態の出力側ファイバ光学部品４０と同じ値の屈折率を有するコア、クラッドを備えた従来技術のファイバ光学デバイスの端面の傾斜角α0は、上記（１）式に基づいて、α0≦２３．０°と求まる。本実施形態のファイバ光学デバイスにおいて、出力端面４４と第２ファイバ光学部品中のコアの軸線とがなす角度α2の範囲は上記のように２２．９°≦α2≦９４．３°であるから、角度α2は従来技術における出力端面の傾斜角α0よりも大きな値に設定することができる。このように、本実施形態のファイバ光学デバイス１０では、出力端面４４と第２ファイバ光学部品中のコアの軸線とがなす角度を比較的９０°に近く設定し、これにより出力端面４４に対する側面４５、４６の傾斜を緩やかにすることが可能である。
【００６２】
上記（４）式から明らかなように、入力側のファイバ光学部品２０のコア３２の屈折率が大きいほど、ファイバ光学デバイス１０の入力端面２２の最大傾斜角α1mは大きくなる。また、上記（１５）式から明らかなように、入力側部品２０のコア３２の屈折率と傾斜角α1を所定値に定めた場合、出力側のファイバ光学部品４０のコア５２の屈折率が大きいほど、ファイバ光学デバイス１０の出力端面４４から光が垂直に出射するような角度α2の値は大きくなる。更に、上記（１５）式から明らかなように、２つのコア３２、５２の屈折率を所定値に定めた場合、ファイバ光学デバイス１０の入力端面２２の傾斜角α1が大きいほど、ファイバ光学デバイス１０の出力端面４４から光が垂直に出射するような角度α2の値も大きくなる。以上の事項から、出力端面４４から光が垂直に出射するようにファイバ光学デバイス１０を設計する場合において、角度α1及びα2を大きくするためには、第１及び第２ファイバ光学部品のコア３２、５２の屈折率を共にできる限り大きく定めることが望ましいことが分かる。
【００６３】
既に述べたように、本実施形態に係るファイバ光学デバイス１０の入力端面２２の傾斜角α1は、従来のファイバ光学デバイスの入力端面の傾斜角より大きくすることが可能である。また、ファイバ光学デバイス１０の出力端面４４と第２ファイバ光学部品中のコアの軸線とがなす角度α2も、従来のファイバ光学デバイスにおける出力端面の傾斜角よりも、より９０°に近い値にすることが可能である。このように、本実施形態に係るファイバ光学デバイス１０は、出力端面４４に対する側面４５、４６の傾斜を比較的緩やかにすることが可能なので、ＣＣＤ撮像素子等の光検出器に容易に取り付けることができる。また、ファイバ光学デバイス１０は、入力端面２２に対する側面２５、２６の傾斜、並びに出力端面４４に対する側面４５、４６の傾斜を比較的緩やかできるので、その横幅を比較的小さくすることが可能である。従って、本実施形態のデバイス１０を光検出器に取り付けることで、コンパクトな受光部品を作製することができる。
【００６４】
図１１は、本実施形態に係るファイバ光学デバイス１０が光検出器の一例であるＣＣＤ撮像素子９０に取り付けられて成る受光部品１００を示す概略図である。ＣＣＤ撮像素子９０は、ハウジング９４の凹部９５内にＣＣＤチップ９２を備えており、ＣＣＤチップ９２の受光面９３に入射した光学像を光電変換作用により電気信号に変換する。この電気信号は、ハウジング９４を通って外部に延びているリード端子９６を介して出力される。ファイバ光学デバイス１０の出力端面４４は、ＣＣＤ撮像素子９０の受光面９３に光学接着剤９８を介して接合されている。第１部品２０と第２部品４０との接着に用いた光学接着剤６０と同様に、光学接着剤９８としては、バルサム、エポキシ樹脂接着剤、紫外線硬化型樹脂などを任意に使用することができる。本実施形態では、セメダイン−１５６５が光学接着剤９８として使用されている。
【００６５】
この受光部品１００は、物体表面の凹凸パターン、例えば指紋、を取得する装置に使用することができる。図１２は、受光部品１００を用いた指紋取得装置の構成を示す概略図である。この指紋取得装置は、受光部品１００に加えて、受光部品１００の入力端面２２を照明するための光源８６、受光部品１００のリード端子９６に電気的に接続された信号処理装置１１０、信号処理装置１１０に電気的に接続された表示装置１１２を備えている。入力端面２２に指８０を押しつけて密着させ、その後、光源８６から光８７が指８０に照射されると、指８０の指紋パターン光学像が入力端面２２を介してファイバ光学デバイス１０に入力される。この指紋パターン像は、出力端面４４まで伝送され、ここから出射して、ＣＣＤチップ９２の受光面９３に入射する。これにより、指８０の指紋パターン像は、電気信号に変換されて信号処理装置１１０に送られる。信号処理装置１１０は、ＣＣＤ撮像素子９０からの出力に基づいて適切な処理を行い、その結果得られる画像信号を表示装置１１２に送って、表示装置１１２の画面上に指紋パターン像を表示させる。
【００６６】
本実施形態のファイバ光学デバイス１０では、出力端面４４から光が垂直に出射するように上記の角度α2が定められているので、出力端面４４から出射した光はＣＣＤ撮像素子９０の受光範囲に確実に入射するようになる。この結果、ＣＣＤ撮像素子９０の出力のＳ／Ｎを高めて解像度の高いパターンを検出し、あるいは比較的明るいパターンを検出することが可能になる。
【００６７】
本発明は、上記実施形態に限定されるわけではなく、様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態における出力側ファイバ光学部品４０の光吸収体５４はクラッド５３の側面を包囲するように設けられていたが、このような配置に限定されるわけではない。図１３は、上記実施形態と異なる光吸収体５４′を含んだ変形例に係る出力側ファイバ光学部品の横断面図である。この図に示される出力側ファイバ光学部品では、コア５２の側面を取り囲むクラッド５３′中に、コア５２と平行に延びる棒状の光吸収体５４′が埋設されている。
【００６８】
また、上記実施形態における出力側ファイバ光学部品４０は光吸収体５４を備えていたが、コアとコアを取り囲むクラッドのみから成り光吸収体を備えないファイバ光学部品を出力側ファイバ光学部品として用いることも可能である。但し、上述したように、出力側ファイバ光学部品が光吸収体を備えていると、クラッド内を進行する光が光吸収体により吸収されて減衰又は除去されるので、入力側のファイバ光学部品から出力側部品のクラッドに入射した光がコアに進入してコアの伝搬光と混在することによりパターン像の解像度が劣化する現象を抑制又は防止することができる。
【００６９】
また、上記実施形態では、入力側部品２０と出力側部品４０とが光学接着剤６０を用いて接着されているが、これ以外の方法により両部品を連結しても良い。例えば、入力側部品２０の出力端面２４と出力側部品４０の入力端面４２との間にシール材を介在させてから粘着テープ等を用いて両部品を連結することも可能である。シール材としては、透光性を有し、出力端面２４と入力端面４２との間に空気が介在することを防止できる任意の材料、例えばマッチングオイル等の屈折率整合材、を使用することができる。
【００７０】
上記実施形態に係るファイバ光学デバイス１０は、出力端面４４に対して垂直に光が出射するように構成されており、これにより、出力端面４４に隣接する媒質にかかわらず出力端面４４から光が出射できるようになっているので、応用範囲が広い。上記では、本実施形態に係るファイバ光学デバイス１０を光学接着剤でＣＣＤチップ９２に固定する例を説明したが、これ以外にも、例えば、本実施形態に係るファイバ光学デバイス１０と光検出器とを空気を介在させて離間し、両者の間にレンズを配置して両者を光学的に結合させるようなことが可能である。
【００７１】
以上、本発明の実施形態を詳細に説明したが、以下では、参考のために、本発明を考案するにあたって本発明者が行った幾つかの考察について述べておく。
【００７２】
本発明者は、上記実施形態と同様の構成の第１及び第２ファイバ光学部品からなるファイバ光学デバイスを考え、第２ファイバ光学部品の端面の傾斜角と第２部品の出力端面から空気中へ出射する光の出射角との関係について考察した。ここでは、第１部品のコアの屈折率を１．６２０、傾斜角は３５°とし、第２部品のコア、クラッドの屈折率をそれぞれ１．８２０、１．４９５とした。
【００７３】
図１４は、この場合における第２ファイバ光学部品の傾斜角と光の出射角との関係を示す図である。図１４の（I）はクラッドを有さない第１ファイバ光学部品、（II）はクラッドを有する第２ファイバ光学部品、（III）は空気層をそれぞれ示している。なお、図を分かり易くするために、（I）、（II）にはコアのみが図示されており、また、（I）は（１）〜（６）について共通に図示されている。（I）及び（II）中には、各ファイバ光学部品内を伝搬する光の進路が示されている。（III）中に示される角度は、空気中への光の出射角である。また、図１４の（１）〜（６）は、第２部品の端面の種々の傾斜角に対応している。
【００７４】
図１４（６）に示されるように、第２ファイバ光学部品の端面が傾斜していない場合は、光は伝達されずにコア外へ抜けていく。第２部品の傾斜角が７８．１９°の場合から光の伝達が可能になり（図１４（５））、その時の空気中への出射角は４５．７８°である。傾斜角が６６．６０°の場合、出射角は０°で垂直方向出射となり（図１４（３））、傾斜角が４９．９３°の場合（図示せず）に出射角は−９０°となって出力端面に沿った方向へ光が出射するようになる。
【００７５】
図１５（ａ）は、第１部品と第２部品とを連結したファイバ光学デバイス内の光の伝搬の様子を示し、図１５（ｂ）は、第２部品の傾斜角と光の出射角との関係を示している。出射角の範囲は上述のように４５．７８°〜−９０°であり、スラント角が４９．９３°以下であれば光は出力端面で反射され、空気中へは出射できなくなる。
【００７６】
次に、クラッドを有さない第１ファイバ光学部品とクラッドを有する第２ファイバ光学部品を直列に連結したときに空気中への出射方向が第２部品の出力端面に対して垂直になる場合を考察すると、図１６及び図１７のようになる。ここで、図１６は、第２部品の出力端面から光が垂直に出射する場合の第１及び第２部品の傾斜角を示す図である。図１６の（I）は第１部品（コアのみを図示）、（II）は第２部品（コアのみを図示）、（III）は空気層を示している。（I）及び（II）中には、各部品内を伝搬する光の進路が示されている。また、図１６の（１）〜（５）は、第１部品の傾斜角が５１．８８°、５０°、４５°、３５°、２５°の場合にそれぞれ対応している。
【００７７】
上述の（５）式から明らかなように、クラッドを有しない第１部品は、コアの屈折率が１．６２のとき傾斜角が５１．８８°以下であると、空気中からの外乱光がコア内を伝達できなくなる。５１．８８°以下の傾斜角と第２部品（コア屈折率１．８２０、クラッド屈折率１．４９５）の傾斜角との関係は、図１７に示されるようになる。第１部品の傾斜角が大きい程、第２部品の傾斜角も大きくしなければ、光が第２部品の出力端面から垂直方向に出射しないことが分かる。
【００７８】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明のファイバ光学デバイスでは、第１ファイバ光学部品の入力端面の傾斜角や、第２ファイバ光学部品の出力端面と第２コアの軸線とがなす角度を、比較的９０°に近くすることができるので、光検出器に容易に取り付けることができ、また、この取り付けにより形成される受光部品をコンパクトにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るファイバ光学デバイスを示す全体斜視図である。
【図２】図１のファイバ光学デバイスのII−II線に沿った部分縦断面図である。
【図３】図２のファイバ光学デバイスのIII−III線に沿った部分横断面図である。
【図４】図２のファイバ光学デバイスのIV−IV線に沿った部分横断面図である。
【図５】第１ファイバ光学部品中の光吸収体を構成する黒色ガラスの分光透過率のスペクトラムである。
【図６】入力端面の傾斜角が最大傾斜角に等しい場合における第１ファイバ光学部品の部分拡大縦断面図である。
【図７】第１ファイバ光学部品のコアの屈折率と入力端面の最大傾斜角α1mとの関係を示すグラフである。
【図８】第１ファイバ光学部品の入力端面に指を密着させた状況における第１ファイバ光学部品の部分拡大縦断面図である。
【図９】第１ファイバ光部品と第２ファイバ光学部品との連結部分、及び第２ファイバ光学部品の端面を拡大して示す部分縦断面図である。
【図１０】第１ファイバ光部品と第２ファイバ光学部品との連結部分を示す部分縦断面図である。
【図１１】実施形態に係るファイバ光学デバイスをＣＣＤ撮像素子に取り付けてなる受光部品を概略的に示す図である。
【図１２】図１１の受光部品を備えた指紋取得装置の構成を示す概略図である。
【図１３】変形例に係る第２ファイバ光学部品の部分横断面図である。
【図１４】第２ファイバ光学部品の傾斜角と空気中への光の出射角との関係を示す図である。
【図１５】（ａ）は、第１ファイバ光学部品と第２ファイバ光学部品とを連結したファイバ光学デバイス内の光の伝搬の様子を示す図であり、（ｂ）は、第２ファイバ光学部品の傾斜角と光の出射角との関係を示す図である。
【図１６】第２ファイバ光学部品の出力端面から光が垂直に出射する場合の第１及び第２ファイバ光学部品の傾斜角を示す図である。
【図１７】第１ファイバ光学部品の傾斜角と第２ファイバ光学の傾斜角との関係を示す図である。
【図１８】従来技術のファイバ光学デバイスを示す全体斜視図である。
【図１９】図１８のファイバ光学デバイスのXIX−XIX線に沿った部分縦断面図である。
【図２０】図１８のファイバ光学デバイスをＣＣＤ撮像素子に取り付けてなる受光部品を概略的に示す図である。
【符号の説明】
１０…ファイバ光学デバイス、２０…第１ファイバ光学部品、２２…第１部品の入力端面、２４…第１部品の出力端面、３２…コア、３４…光吸収体、４０…第２ファイバ光学部品、４２…第２部品の入力端面、４４…第２部品の出力端面、５２…コア、５３…クラッド、５４…光吸収体、６０…光学接着剤。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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