JPH0711824B2 - 凹凸面情報検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 凹凸面が圧着される凹凸面情報入力部を有する透明平板
中に、その透明平板／空気界面で全反射する全反射光が
凹凸面情報入力部に到来するように照明光を入射させ、
該照明光により凹凸面情報入力部の凸部で散乱された光
の内、臨界角以上の角度で透明平板に入射する散乱光を
ホログラムにより外部に導出し、導出した散乱光を光検
知手段により検知する凹凸面情報検出装置において、前
記透明平板中を全反射伝播する全反射照明光の光路から
外れた位置に、前記散乱光取り出し用のホログラムを配
設することで、全反射照明光の影響を受けない鮮明な増
を得る。

〔産業上の利用分野〕

高度情報化社会を抑えた今日、コンピュータシステムに
おけるセキュリティ技術の確立が急務になってきてい
る。特にこのシステムを扱う人間を正しく識別するため
に、コンピュータルームへの入室管理を厳格に行なうこ
とは、情報の機密保持の上で重要な課題である。現在、
この目的の為に、パスワードやIDカードなどが実用化さ
れ、また指紋等による個人照合システムが導入され始め
ている。

これまで指紋等の凹凸面の情報を入力する方法として
は、インクを塗布して用紙に一度押捺した後、イメージ
センサを用いて入力する方法、及びプリズム等の光学素
子を用い、ガラス／空気界面に、臨界角以上の角度で光
線を入射することにより、凹凸パターンを即時的に得る
方法があった。本発明は、後者のように光学素子を使用
して凹凸面情報を即時に検出する装置において、凹凸面
情報が鮮明に得られるようにするものである。

〔従来の技術〕

従来から行なわれている、インクを指に塗布して用紙に
押捺し撮像系を用いて入力する方法は、毎回指をインク
で汚してしまい、また塗布むらやかすれ等による入力の
困難が常につきまとっていた。

この問題を解消するために、特開昭55−81321号公報で
も提案されているように、第６図の如くプリズム11を用
いた光学的な実時間入力手段が提案されている。これ
は、プリズム11の斜辺部に、指10の表面の指紋（凹凸パ
ターン）を押しつけ、その斜辺部に照明光12を臨界角以
上で入射するものである。指紋の凸部６では入射光が散
乱され、凹部７では空気との界面13で全反射して撮像素
子などの検知器４に入射するので、凹凸パターンが検知
できる。

しかしながら、多重反射による漏れ光のために、凹部７
からの散乱光が検知器４に到達し、凹凸パターンのコン
トラストを低下させるという欠点があった。またプリズ
ムを用いているため、薄型化が図れない。特に掌全面の
凹凸パターンを検知するような場合は、プリズムを大型
化しなければならず、大掛りな装置となる。

そこで本発明の出願人は、特願昭60−41437号として、
第７図（ｂ）のような装置を提案した。１は、使用され
る光源２の光に対して透明な平板であり、その凹凸面情
報入力部1aに、指紋などの凹凸面５が押しつけられる。
そしてこの凹凸面５を照明する光源２が真下に配設され
ている。凹凸面情報入力部1aから離れた位置には、透明
平板１中を全反射して来る光９を外部に取り出すホログ
ラム３が配設され、該ホログラム３で取り出された光を
検知するTVカメラ等の検知器４が配設されている。TVカ
メラに代えてフィルムを置くことで指紋を撮影すること
もできる。

指紋などの凹凸面５を透明平板１に押しつけた状態で、
光源２で該凹凸面５を照明すると、凹凸面５の凸部６で
散乱された光と、凹部７で散乱された光とでは、以後の
進路が全く異なる。すなわち凹部７で散乱された光８
は、透明平板１に入射し屈折した後、再び透明平板１の
外に出射する。このときスネルの法則で、透明平板１に
入射する角度と平行に、かつ総て、透明平板１から出射
する。一方凸部６で散乱された光９は、臨界角より小さ
い成分は、透明平板下部へ出射するが、臨界角以上のも
のは、透明平板／空気界面で全反射を繰り返し、透明平
板１内を伝播していく。すなわち透明平板に圧着した凹
凸パターンを透明平板の界面の空気層の有無による透明
平板への散乱光の散乱角度範囲の差により凹部と凸部と
を光学的に弁別している。前記のように凹部７で散乱し
た光８は、総て透明平板１の外に出射するため、透明平
板１内を伝播していく光線９は、凸部６だけからの情報
であるから、これを検知すれば、指紋の隆線のみのパタ
ーン情報が得られる。

透明平板１内を全反射して伝播して来た光は、ホログラ
ム３の位置に到達すると、ホログラム３中に導かれ、か
つホログラム３で回折されて、外部に導き出され、TVカ
メラ４等で撮影される。すなわち凸部６のみからのパタ
ーン情報が、指紋として観察できる。

第７図（ａ）のように、凸部６における散乱光のうち、
臨界角以上で散乱した光を直接ホログラム３に入射さ
せ、取り出すこともできる。

なお透明平板１は、ガラス或いはプラスチック等のいず
れでもよい。ホログラム３は、凹凸面情報入力部1aから
到来した光を検出器４側へ取り出すものであるため、そ
の回折格子縞3sは、凹凸面情報入力部1aからの光路と直
交する角度となっている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、光源２は透明平板１の真下に有るため、コン
ピュータのオペレータが、入室時に指を凹凸面情報入力
部1aに当てる際に、光源２の光が目18に入り、目に悪影
響を与える。光源２としては通常レーザ光が使用される
ため、問題が大きい。鎖線14で示されているように、遮
光カバーを設け、その中に指10を挿入することも考えら
れるが、指先の位置を確認できないため、所定の凹凸面
情報入力部1aの中央に正確に指先を位置決めできず、指
先の位置がずれる恐れがある。また凹凸面情報入力部1a
は、汗や油成分などで汚れ易いが、汚損が発見しにく
く、また清掃も困難になる。

透明平板１上に、指の接触を検出するタッチスイッチを
設け、指が凹凸面情報入力部1aに押し当てられたことが
検出されて初めて、レーザ光源２がオンするような構成
も可能である。しかしながら特別な制御回路が必要とな
り、また指10の周囲から漏れた光が目に入るので完全で
はない。

第６図のように全反射照明で凹凸面情報を検出する方法
と、第７図の透明平板１の思想を組み合わせて、第８図
のような構成とすることもできる。すなわち（ａ）のよ
うに、透明平板１の端面を斜めにカットして、斜面15か
らレーザ光16を入射させる。すると、レーザ光が透明平
板１の表面の透明平板／空気界面で反射するａ−ａ′、
ｂ−ｂ′…の領域で、レーザ光は全反射し、全反射照明
が行なわれる。すなわち（ｂ）のように、斜面15の角度
αと透明平板表面の臨界角ｃを選択することで、全反射
が繰り返えされ、空気中に逃げ出さずにホログラム３の
位置までガイドされる。

そして透明平板１の表面側のａ−ａ′、ｂ−ｂ′…の領
域を凹凸面情報入力部1aとすると、凹凸面の凸部６では
散乱が行なわれ、散乱光19は第６図の場合と同様にして
ホログラム３の位置まで伝播する。

凹部７では透明平板／空気界面において照明光となるレ
ーザ光も全反射するため、その全反射照明光もホログラ
ム３に到達する。この全反射照明光がホログラム３で検
出されると、凸部６が暗く凹部７が明るく、ネガ状にな
ってしまう。そこで、前記のように全反射照明光17の光
路に沿って配置されているホログラム３への入射角ｉを
臨界角ｃとは異なる角度とすることで、全反射照明光17
はホログラム３に入射しないで、凸部６からの散乱光19
のみを入射させることができる。

この構成によれば、レーザ光は総て透明平板１内で全反
射するため、人体の目に入る危険は回避できる。しかし
ながら、このように入射角ｉを臨界角ｃと異なる構成と
しても、全反射照明光17を完全に遮断することはできな
いため、全反射照明光によってコントラストが低下す
る、という問題が発生する。

本発明の技術的課題は、透明平板中に照明光となるレー
ザ光を入射させ、凹凸面情報入力部を全反射照明するこ
とでレーザ光が人体の目に入るのを防止する凹凸面情報
検出装置における前記のような問題を解消し、全反射照
明光の影響を受けず、コントラストに優れた凹凸面情報
を検出可能とすることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

第１図は本発明による凹凸面情報検出装置の基本原理を
説明する図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）図のｂ
−ｂ′断面図である。１は光源２の光に対し透明な平板
であり、全反射照明によって凹凸面情報入力部1aが証明
される。凹凸面情報入力1aは、全反射照明光17の光路の
途中に、しかも透明平板１の表面側に設けられる。３は
透明平板１中から外部に像を取り出すホログラムであ
り、全反射照明光17の光路から外れた位置に配設され、
このホログラム３で取り出された像が撮像素子４等で検
出される。

なお全反射照明光を透明平板１中に導入するには、透明
平板１の端面を斜めに形成し、該斜面15からレーザ光を
入射してもよく、実開昭55−81321号公報でも提案され
るように、像取り出しホログラム３の作用を逆に利用
し、透明平板１の裏面にホログラムを設け、該ホログラ
ムにレーザ光を入射することで、透明平板１中に導入す
ることもできる。

〔作用〕

凹凸面情報入力部1a上に第８図の場合と同様に指10等を
押しつけたとき、全反射照明光17は、予め設定した入射
角度に従って凹凸面を全反射照明した後、全反射を繰り
返して進行する。一方凸部６で散乱した光の内、臨界角
以上の角度で透明平板１に入射する散乱光19は、第１図
（ａ）に示す如く放射状にあらゆる方向に伝播する。そ
のため、全反射照明光17の光路から外れた位置に配置さ
れているホログラム３には、凸部６で散乱された散乱光
19のみが全反射が繰り返して伝播し、透明平板１の外に
取り出されるが、全反射照明光17は伝播しない。その結
果、ホログラム３には全反射照明光17が入射せず、像が
明るくなることもなく、像のコントラストが低下すると
いった問題は発生しない。また全反射照明光17は、透明
平板１中を全反射するのみで、凹凸面情報入力部1aに指
を載せる際に人体の目に入るようなことはない。

〔実施例〕

次に本発明による凹凸面情報検出装置が実際上どのよう
に具体化されるかを実施例で説明する。第２図は本発明
による凹凸面情報検出装置の第１実施例を示す斜視図で
あり、透明平板１は、第１図（ａ）における鎖線位置を
切断して、Ｌ字形の領域のみを残した形状になってい
る。そのため、透明平板１中を全反射照明光が全反射で
きるように、端部の斜面15からレーザ光を入射すると、
全反射照明光17は予め設定した入射角度に従って透明平
板１の中を全反射しながら進行する。この全反射照明光
17で照明され、凹凸面の凸部で散乱した散乱光19は、全
反射照明光17の光路から外れた位置、すなわちＬ字状部
の他端の裏面に設けられたホログラム３位置に全反射し
ていき、透明平板１の外部に取り出され、撮像素子４で
検知される。一例として、Ｌ字状透明平板を示したが、
第１図（ａ）における全反射照明光17の光路から外れた
位置に取り出し用のホログラム３を配置してあれば、透
明平板１の形状は任意にできる。

第３図は第２図の実施例を更に改良した例である。ホロ
グラム３から取り出した像は、反射鏡20で反射され、２
個１組のシリンドリカル・レンズ21、２個１組の空間フ
ィルター22を介して撮像素子４に入射する構成になって
いる。なお反射鏡20を省いて、ホログラム３の真下に、
シリンドリカル・レンズ21、空間フィルター22および撮
像素子４を配置することも可能である。

シリンドリカル・レンズ21は、縦方向のシリンドリカル
・レンズCLvと、横方向のシリンドリカル・レンズCLhと
から成り、互いに直交している。ホログラム３の非点収
差のために、縦方向（凹凸面情報入力部1aからホログラ
ム３への光路方向）の焦点と横方向（凹凸面情報入力部
1aからホログラム３への光路と直角方向）の焦点との位
置がずれ、像がぼけるので、このぼけを補正するため
に、２個のシリンドリカル・レンズCLv、CLhが配置され
ている。また空間フィルター22は、縦方向のシリンドリ
カル・レンズCLvの軸心と平行のスリットSvを有する空
間フィルターFvと、横方向のシリンドリカル・レンズCL
hの軸心と平行のスリットShを有する空間フィルターFh
とからなっている。

第４図は、縦方向の焦点と横方向の焦点とがずれること
を説明する斜視図である。第７図における指上の一点６
からホログラム３までの光路を展開すると、第４図のよ
うになる。第７図では、この一点６で散乱した光を代表
して１本の線９で示されているが、実際には第４図のよ
うに、一点６から拡散球面波状に広がりながら伝播し、
ホログラム３に到達する。そのためホログラム３で取り
出された光を結像レンズ23でスクリーン24上に結像させ
て観察者が見ると、回折光25の延長線上に、虚像6aが見
えることになる。

一点６からホログラム３に入射する光が、ホログラム作
成時の物体波と平行な光のみであれば、収差は発生しな
い。しかしながら実際は、91、92、93のように複数の散
乱光が発生し、ホログラム３に入射する。いま光線92の
みが作成時の物体波と平行であるとすると、他の光線9
1、93は収差の原因となり、像がぼけて見える。

すなわち線上の一点６で散乱された光は、ホログラム３
上の例えば３点H1…H3を通り観察者の目18に到着する。
この回折光線25を逆に延長していって交差した点が、観
察者に観察される指の１点6aである。しかしこの光線は
どこにスクリーン24を置いても一点では交わらず、３点
S1…S3となる。つまりこれが収差である。情報光を取り
出すホログラム３は、このように、どのような物体光を
用いて作成しても、ホログラムの作成波面と指紋からの
再生波面とは異なるため、観察される指紋像には収差が
発生してしまう。

ホログラム３における収差は、光路と平行方向を縦方向
ｖ、光路と直角方向を横方向ｈとすると、縦方向の収差
と、横方向の収差に分けられる。非点収差があるため
に、縦方向の焦点位置6bでは、指上の一点は縦方向には
鮮明に結像するが、横方向にはぼける。逆に横方向の焦
点位置6cでは、指上の一点は横方向には鮮明に結像する
が、縦方向にはぼける。

したがって第３図において、縦方向のシリンドリカル・
レンズCLvにより、横方向に広がった像が、焦点位置に
配置された空間フィルターFvのスリットSv中に絞られ
る。また横方向のシリンドリカル・レンズCLhにより、
縦方向に広がった像が、焦点位置に配置された空間フィ
ルターFhのスリットSh中に絞られる。このようにぼける
方向を絞ることで、コントラストの高い鮮明な像が得ら
れる。

なお6bを縦焦点、6cを横焦点とすると、両者の間隔を非
点隔差と呼ぶ。２つのシリンドリカル・レンズCLvとCLh
の間隔は、非点隔差と同じ間隔とする。

ホログラムによってもシリンドリカル・レンズと同様な
作用が得られるので、本発明では、このようにシリンド
リカル・レンズ作用が可能な光学素子は総てシリンドリ
カル・レンズの概念に含まれるものとする。

第５図は空間フィルター22の作用を示す側面図であり、
縦焦点の例について説明する。シリンドリカル・レンズ
CLvの焦点位置に、縦焦点用の空間フィルターFvが配置
されているため、横方向に拡大してぼけた像6bは、シリ
ンドリカル・レンズCLvで、空間フィルターFvのスリッ
トSv中に絞られ、スクリーン24上に、像6dが写る。虚像
6bと空間フィルターFvとの間の光25…のうち、シリンド
リカル・レンズCLvの焦点位置を通らない光25nによる像
はぼけの要因となる。そこで、シリンドリカル・レンズ
CLvの焦点位置にスリットSvを有する空間フィルターFv
を配置して、焦点位置付近の光のみを通過させること
で、コントラストの良い像が得られる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、凹凸面が圧着される凹凸
面情報入力部1aを有する透明板１中に、その透明平板／
空気界面で全反射する全反射光が凹凸面情報入力部1aに
到来するように照明光を入射させ、該照明光により凹凸
面情報入力部の凸部６で散乱された光の内、臨界角以上
の角度で透明平板１に入射する散乱光19をホログラム３
により外部に導出し、導出した散乱光19を光検知手段に
より検知する凹凸面情報検出装置において、前記透明平
板１中を全反射伝播する全反射照明光17の光路から外れ
た位置に、前記散乱光19取り出し用のホログラム３を配
設したので、ホログラム３には凸部６で散乱された散乱
光19のみが到達し、全反射照明光17が伝播することはな
い。その結果、従来のように全反射照明光17の一部がホ
ログラム３に到達して凹凸面情報の像のコントラストを
低下させるという問題が解消される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による凹凸面情報検出装置の基本原理を
示す平面図と断面図、第２図は本発明の第１実施例を示
す斜視図、第３図は第１実施例を更に改良した第２実施
例の斜視図、第４図は非点収差の発生作用を示す斜視
図、第５図は空間フィルターの作用を示す側面図、第６
図は従来のプリズムを使用した凹凸面情報検出装置の側
面図、第７図は透明平板を使用した凹凸面情報検出装置
の側面図、第８図は透明平板において全反射照明を行な
うことでレーザ光が人体の目に入るのを防止する装置の
側面図である。 図において、１は透明平板、1aは凹凸面情報入力部、２
はレーザ光源、３はホログラム、５は凹凸面、６は凸部
（凸部の一点）、6a、6b、6cは凸部の一点の像、15は斜
面、17は全反射（照明）光、19…は凸部における散乱光
をそれぞれ示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 稲垣 雄史 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 矢作 裕紀 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 山岸 文雄 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (56)参考文献 特公 平２−52309（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平６−48494（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平２−52310（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】凹凸面が圧着される凹凸面情報入力部（1
   a）を有する透明平板（１）、透明平板／空気界面で全
   反射する全反射光が該凹凸面情報入力部（1a）に到来す
   るように、照明光を透明平板（１）中に入射させる全反
   射照明手段、 凹凸面情報入力部（1a）の凸部で散乱された光の内、臨
   界角以上の角度で透明平板（１）に入射する散乱光（1
   9）を、その全反射条件を崩すことで外部に導出するホ
   ログラム（３）、 並びにホログラム（３）にて外部に導出された光を検知
   する手段を備えた凹凸面情報検出装置において、 前記全反射照明手段により入射されて透明平板（１）中
   を全反射伝播する全反射照明光（17）の光路から外れた
   位置に、前記散乱光（19）取り出し用のホログラム
   （３）を配設することで、全反射照明光（17）がホログ
   ラム（３）に入射できないようにしたことを特徴とする
   凹凸面情報検出装置。
2. 【請求項２】前記の全反射照明手段は、透明平板（１）
   の端面を斜めに形成し、該斜面（15）からレーザ光を入
   射するものであることを特徴とする特許請求の範囲第
   （１）項記載の凹凸面情報検出装置。