JP2004190455A

JP2004190455A - ホログラム・キーおよびその読取装置

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Publication number: JP2004190455A
Application number: JP2002362991A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kurihara; 栗原　　隆; Ikutake Yagi; 生剛八木; Kaneyuki Imai; 欽之今井
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2002-12-13
Filing date: 2002-12-13
Publication date: 2004-07-08

Abstract

【課題】ピッキングや偽造を防止することができるホログラム・キーを、安価に大量生産できるようにする。
【解決手段】格納された識別情報を読み出してロックを解除するホログラム・キー２０であって、識別情報が重畳された導波路ホログラムを有する複数の平面型光導波路から形成された積層導波路型情報記録部１０と、識別情報をホログラム像として取り出すための参照光ＩＬを、平面型光導波路の導波面に入力する光入力部２１と、平面型光導波路に入力された参照光ＩＬが、導波路ホログラムによって散乱され、ホログラム像を形成するためのホログラム出力光ＤＬを出力する光出力部２２とを備えた。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ピッキングを事実上不可能とするホログラム・キーおよびその読取装置に関し、より一般的には、正当な製造者でなければ製造困難な導波路ホログラムを用いた物体認証の媒体およびその識別装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、個人宅を含む施設への入退室管理、専用端末へのアクセス管理などに、機械的な鍵が用いられている。この種の鍵は、鍵と鍵穴の物理的形状の一致不一致によって認証行為を行うものである。具体的には、各々の鍵が有する物理的形状の相違によって、各々の個別性を確保している。しかしながら、鍵の物理的形状の相違をもたらす組み合わせの数は、極めて限られており、ピッキングという行為によって容易に開錠を許してしまうという問題点を有している。
【０００３】
また、安価に利用できるスペアキー製造のサービスが行われており、簡単に鍵をコピーすることができる。従って、不当に入手した鍵を、類似の技術を用いて、偽造することができる。このように、もっとも一般に普及している鍵のシステムは、ピッキングや偽造が容易であるという問題点を有している。近年、ディンプル型と呼ばれる鍵の構造に工夫をこらした方式も導入されつつある。しかしながら、根本の原理に新規性はなく、ピッキングや偽造とのいたちごっこから抜け出すことはできないと考えられている。
【０００４】
一方、認証分野の最新技術として、利用者を一意に特定するための識別情報（以下、ＩＤという）を磁気テープに格納したＩＤカード、ＩＤをＩＣチップに格納したＩＣカードなどを鍵として用いる方法が知られている。特に、ＩＣカードは、ＩＣチップ自体の偽造が困難であり、ＩＣチップに格納する情報を暗号化することにより、高いセキュリティを確保することができる。ただし、利用者を一意に限定するＩＣチップは極めて高価であり、すでに普及している機械的な鍵を代替する市場においては、コスト的な障壁が高く幅広い普及は望めない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように鍵のシステムは、物理的形状による方法と、ＩＣチップを用いる方法とに大別できる。前者は、安価であり、一般に普及させることが容易であるが、ピッキングや偽造を防止することが困難であるという問題があった。後者は、電子的なセキュリティ技術を盛り込みことができるので、ピッキングや偽造に対する耐性は非常に高いが、コストがかかりすぎ、一般に普及させることが困難であるという問題があった。
【０００６】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、ピッキングや偽造を防止することができ、かつ、低コストで普及させることが容易なホログラム・キーおよびその読取装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、格納された識別情報を読み出してロックを解除するホログラム・キーであって、前記識別情報が重畳された導波路ホログラムを有する複数の平面型光導波路から形成された積層導波路型情報記録部と、前記識別情報をホログラム像として取り出すための参照光を、前記平面型光導波路の導波面に入力する光入力部と、前記平面型光導波路に入力された前記参照光が、前記導波路ホログラムによって散乱され、前記ホログラム像を形成するためのホログラム出力光を出力する光出力部とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の前記識別情報は、前記導波路ホログラムを有する前記平面型光導波路の組み合わせによって形成されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の前記積層導波路型情報記録部は、前記導波面に対して４５度の角度を有する反射面を有し、前記光入力部と前記光出力部とは、前記ホログラム・キーの同一面上に配置されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、識別情報が重畳された導波路ホログラムを有するホログラム・キーから前記識別情報をホログラム像として取り出すためのホログラム・キーの読取装置であって、前記ホログラム・キーに参照光を入力する光入力機構部と、前記参照光が前記導波路ホログラムによって散乱されたホログラム出力光を、前記ホログラム・キーから入力して、前記ホログラム像を検出する画像検出部と、該画像検出部で検出された前記ホログラム像を、前記識別情報に復号する信号処理部とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のホログラム・キーの読取装置において、前記光入力機構部は、光を発生する半導体レーザと光ビームのステアリングを行うピエゾ素子とを含み、前記画像検出部は、固体撮像素子またはフォトダイオードアレイを含み、前記信号処理部は、復号アルゴリズムを収めた半導体回路から成ることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。ホログラムの応用例として、例えば、特開平１１−３４５４１９号公報には、シングルモード平面型光導波路を多層に積み重ねた再生専用多重ホログラム情報記録媒体が記載されている。この記録媒体は、２次元一括読出方式を採用し、大容量の情報を格納することができることから、情報記録媒体として期待されている。本発明にかかるホログラム・キーは、このような積層導波路型ホログラムにより構成されている。
【００１３】
図１に、本発明の一実施形態にかかる積層導波路型ホログラムの構造を示す。
光学的に個々に独立した複数の平面型光導波路が積層され、個々の平面型光導波路は、導波路ホログラムを有している。積層導波路型情報記録媒体１０は、基板１６上に、下からクラッド層１１ａ、コア層１１ｂ、クラッド層１２ａ、コア層１２ｂ、クラッド層１３ａ、コア層１３ｂを順に積層した構造を有し、最上位層にクラッド層１５を有している。コア層とその上下に配置されたクラッド層により、平面型光導波路を構成する。各コア層には、導波路内の凹凸構造により等価屈折率を変調して予め情報を重畳した散乱要因、すなわち導波路ホログラムが形成されている。
【００１４】
このような構成により、任意のコア層、図１においてはコア層１３ｂに、光源１７から参照光ＩＬを導入する。参照光ＩＬは、コア層１３ｂの面内方向に導波光として伝搬し、ホログラムによって散乱される。すなわち、参照光ＩＬは、ホログラムによって回析され、相互に干渉し、ホログラム出力光ＤＬとして積層導波路型情報記録媒体１０の表面より出射する。ホログラム出力光ＤＬによって、ホログラム像Ｉｍが、結像面上に形成される。例えば、ＣＣＤなどの２次元光検出器により、ホログラム像Ｉｍを取り込むことによって、記録された情報、例えば、認証用の識別情報を読み出すことができる。
【００１５】
図２に、本発明の一実施形態にかかるホログラム・キーの構成を示す。図２（ａ）は、ホログラム・キーの外観を示した斜視図であり、図２（ｂ）は、ホログラム・キーの断面図である。ホログラム・キーの筐体の外形は、図２（ａ）に示したように機械的な鍵の形状と類似の形状のほか、既存の半導体フラッシュメモリ媒体に類似した矩形、単純な棒状、板状の形態を採用することもできる。ホログラム・キー２０は、積層導波路型情報記録媒体１０を内蔵し、参照光ＩＬを導入する光入力部２１と、ホログラム出力光ＤＬを出力する光出力部２２とを備えている。
【００１６】
積層導波路型情報記録媒体１０は、参照光ＩＬを導入する部分に、平面型光導波路の導波面の法線に対して、４５度の切り欠き２３を有している。参照光ＩＬは、切り欠き２３の内面で反射し、面内方向に導波光として伝搬する。導波光は、ホログラムによって散乱され、ホログラム出力光ＤＬとして積層導波路型情報記録媒体１０の表面より出射し、光出力部２２から外部に導かれる。このようにして、光入力部２１と光出力部２２とを、ホログラム・キーの同一面上に配置することができる。
【００１７】
４５度の反射面を形成せずに、積層導波路型情報記録媒体１０を導波面に対して垂直に切り取った端面を形成し、端面から直接入射することもできる。ただし、端面の保護の必要性などの理由により、４５度の反射面を使用することが望ましい。また、光入力部と光出力部との位置関係は、同一面であることは必須ではないが、読取装置をコンパクトに実装する上で、極めて有効である。
【００１８】
導波路ホログラムは、例えば、金属金型等により、安価かつ容易に転写・量産することができる。ホログラム・キーの平面型光導波路用金属金型（以下、ホログラム原盤という）を、標準でＮ種類用意する。積層導波路型情報記録媒体の標準の層数をＭとすれば、識別情報が重複しない鍵の数は、ＮのＭ乗に達する。例えば、Ｎ＝１００、Ｍ＝５とすれば、通常の機械的な鍵に比べて、はるかに大きな数の識別情報を、容易に揃えることができる。
【００１９】
ホログラム原盤の作製には、導波路ホログラムデータ生成アルゴリズムを知悉する必要があり、ホログラム原盤の製造においては、電子線やレーザービームを用いた微細加工設備が必須である。これら設備は高価ではあるが、いったんホログラム原盤を作製してしまえば、転写・複製プロセスによって、１つ１つ組み合わせの異なる鍵を安価に製造することができる。一方、偽造者は、データ生成アルゴリズムの解明、高度な微細加工技術によるホログラム原盤の作製、高度な印刷技術に匹敵する導波路積層技術などを行なわなければならず、偽造により不当な利益を得ることは、事実上不可能であることは論を待たない。
【００２０】
図３に、本発明の一実施形態にかかるホログラム・キー・リーダを示す。ホログラム・キー・リーダ３０は、挿入されたホログラム・キー２０から情報を読み出すために、参照光ＩＬを積層導波路型情報記録媒体１０に導入する光入力機構部３１と、参照光ＩＬにより積層導波路型情報記録媒体１０から出射されたホログラム出力光ＤＬを検出して、記録された情報を読み出す画像検出部３２と、光入力機構部３１と画像検出部３２とを制御する制御部３３とを備えている。制御部３３は、画像検出部３２で検出されたホログラム像を、データ処理して識別情報に変換する信号処理部を内臓している。信号処理部は、例えば、復号アルゴリズムを収めた半導体回路から構成される。
【００２１】
光入力機構部３１は、例えば、光を発生する半導体レーザと光ビームのステアリングを行うピエゾ素子とから構成される。また、レーザ光として可視光以外の波長を用いて、よりセキュリティを高めることもできる。光入力機構部３１は、切り欠き２３の内面において、積層導波路型情報記録媒体１０の積層された各平面型光導波路ホログラムを、参照光ＩＬで励振することができる。参照光ＩＬは、平面光を導入してもよいし、導波面で点結合してもよい。
【００２２】
画像検出部３２は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）などの固体撮像素子、ＰＤ（Photo Diode）アレイなどの２次元光検出器を備え、積層導波路型情報記録媒体１０からのログラム出力光ＤＬを検出する。２次元光検出器は、ホログラム出力光ＤＬが干渉しあって結像面上にホログラム像が形成されるように配置されている。制御部３３に内臓された信号処理部は、画像検出部３２で検出されたホログラム像を、データ処理して識別情報に変換し、ホログラム・キー・リーダ３０に接続された他の装置に転送する。
【００２３】
例えば、ロック機構に転送してロックを解除したり、専用端末のアクセス管理モジュールに転送してロックを解除する。識別情報の検証は、制御部３３で行ってもよいし、ロック機構などの他の装置で行ってもよい。
【００２４】
また、本実施形態では、参照光ＩＬを光入力機構部３１から出力するが、参照光ＩＬを出力する光源をホログラム・キーに内蔵するようにしてもよい。光源を内蔵することにより、ホログラム・キー・リーダ３０の光入力機構部３１が不要となり、さらに簡便なシステムとすることができる。
【００２５】
積層導波路型情報記録媒体１０の各層に記録された情報について、さらに詳しく説明する。積層導波路型情報記録媒体１０は、ホログラム・キー用途であれば、数層程度の積層を標準としている。各層に記録する情報は、２次元バーコード符号、数値列などを、デジタル情報として格納してもよいし、画像情報として格納してもよい。例えば、１００種類の導波路ホログラム転写用原盤を用意し、任意の層に任意の原盤を用いて導波路ホログラムを転写することで、キー全体として、個々に異なる識別情報をもったキーを製造することができる。ホログラム像の再生に当たっては、１層ごとに順に情報を読み出してもよいし、複数の層を同時に再生して、合成画像として認証してもよい。このようにして、転写用原盤を利用して積層導波路型情報記録媒体の大量生産を行うことができ、各々のホログラム・キーの識別情報を変えることができる。
【００２６】
なお、本発明は、認証キーとしての用途の他に、記憶媒体としての用途を有する。例えば、汎用コンピュータのアクセス管理に適用する場合に、ホログラム・キーに内蔵する積層導波路型情報記録媒体１０は、本人の識別情報と、汎用コンピュータのユーザ設定に関わる情報とを記憶する。本実施形態のホログラム・キーを使用すれば、通常のキーと同様な物体認証とともに、デスクトップの設定、ネットワークの設定などのユーザ設定も合わせて行うこともできる。
【００２７】
本実施形態によれば、本人の識別を行うために十分な情報記憶容量を有する積層導波路型情報記録媒体を使用して、ロックを解除するキーまたはユーザ設定に関わる情報などの個人情報を記録したキーとしての機能を実現することができる。また、認証キーとしてばかりでなく、偽造防止のためのキーとしても利用することができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、個人を識別する情報がホログラムとして形成された平面型光導波路を多層に積み重ねた積層導波路型情報記録媒体を内蔵するホログラム・キーを用いるので、ピッキングや偽造を防止することができ、安価に大量生産を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる積層導波路型ホログラムの構造を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかるホログラム・キーの構成を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかるホログラム・キー・リーダを示すブロック図である。
【符号の説明】
１０積層導波路型情報記録媒体
１１ａ〜１４ａ、１５クラッド層
１１ｂ〜１４ｂコア層
１６基板
１７光源
ＩＬ参照光
ＤＬホログラム出力光
Ｉｍホログラム像
２０ホログラム・キー
２１光入力部
２２光出力部
２３切り欠き
３０ホログラム・キー・リーダ
３１光入力機構部
３２画像検出部
３３制御部

Claims

格納された識別情報を読み出してロックを解除するホログラム・キーであって、
前記識別情報が重畳された導波路ホログラムを有する複数の平面型光導波路から形成された積層導波路型情報記録部と、
前記識別情報をホログラム像として取り出すための参照光を、前記平面型光導波路の導波面に入力する光入力部と、
前記平面型光導波路に入力された前記参照光が、前記導波路ホログラムによって散乱され、前記ホログラム像を形成するためのホログラム出力光を出力する光出力部と
を備えたことを特徴とするホログラム・キー。
前記識別情報は、前記導波路ホログラムを有する前記平面型光導波路の組み合わせによって形成されていることを特徴とする請求項１に記載のホログラム・キー。
前記積層導波路型情報記録部は、前記導波面に対して４５度の角度を有する反射面を有し、
前記光入力部と前記光出力部とは、前記ホログラム・キーの同一面上に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載のホログラム・キー。
識別情報が重畳された導波路ホログラムを有するホログラム・キーから前記識別情報をホログラム像として取り出すためのホログラム・キーの読取装置であって、
前記ホログラム・キーに参照光を入力する光入力機構部と、
前記参照光が前記導波路ホログラムによって散乱されたホログラム出力光を、前記ホログラム・キーから入力して、前記ホログラム像を検出する画像検出部と、
該画像検出部で検出された前記ホログラム像を、前記識別情報に復号する信号処理部と
を備えたことを特徴とするホログラム・キーの読取装置。
前記光入力機構部は、光を発生する半導体レーザと光ビームのステアリングを行うピエゾ素子とを含み、
前記画像検出部は、固体撮像素子またはフォトダイオードアレイを含み、
前記信号処理部は、復号アルゴリズムを収めた半導体回路から成ることを特徴とする請求項４に記載のホログラム・キーの読取装置。