JPS62187817A - 凹凸面情報検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 透明平板中を全反射して来る凸部情報のみをホログラム
を用いて外部に導出し撮影する装置において、該ホログ
ラムとして、複数のホログラムを使用し、かつ各ホログ
ラムを凹凸面情報入力部から等距離の位置に配設するこ
とで、同時に複数の凹凸面情報を採取可能とする。

〔産業上の利用分野〕

高度情報化社会を迎えた今日、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シ＜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ｔす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印した後、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、後者の光学素子を使用して凹凸面情報を採取
する装置において、同時に複数の凹凸面情報を採取可能
とする方法に関する。

〔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、毎回上をインク
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、第７図のようにプリズムを
用いた光学的な実時間入力手段が提案されているが、多
重反射による漏れ光のために、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。特に軍全面の凹凸
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、大損りな装置となる。

そこで本発明の出側人は、特廓昭６０−４１４３７号と
して、第６図（ｂｌのような装置を提案した。■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１ｄ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が配設さ
れている。凹凸面情報人力部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を透明平板工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ｌ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ｌの外に出射するため、透明平板ｌ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１＆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６図（ａｌ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〕

ところで凹凸面情報を検出する装置において、該装置の
特性評価を行なったり、個人情報として指紋を採取する
際に、特定の凹凸面情報を複数個装する場合がある。こ
の場合、指紋などの凹凸面を入力部に押し付けた状態で
、複数回にわたって撮影すればよいが、それぞれの撮影
時のシャッター速度などの条件が変動したり、指が動い
たりして指紋などの人力条件が変動する。したがって同
時に複数の凹凸面情報を撮影できることが望ましい。

従来のプリズムを使用した凹凸面情報検出装置では、第
７図のような方法により、同時に複数の凹凸面情報を採
取することも可能である。すなわちプリズム１０の入力
部に指１１などを押し付けると、その凸部情報が、出射
面１０ａから取り出される。

この出射光１２に対しＮＯフィルターから成るハーフミ
ラ−ＮＤＩを配置し、透過光１２ａと反射光１２ｂに分
割する。こめ反射光１２ｂを第二段目のハーフミラ−Ｎ
Ｏ３で更に分割し、反射光１２ｃと透過光１２ｄを得る
。この透過光１２ｄを更に第三段目のハーフミラ−ＮＯ
３、第四段目のハーフミラ−ＮＯ３で分割する。このよ
うにして複数の情報光１２ａ　、１２ｃ・・・を発生さ
せ、１枚のフィルム１３に撮影することで、同時に複数
の凹凸面情報を得ることができる。なお各ハーフミラ−
ＮＤＩ　、ＮＯ３・・・から取り出される光１２ａ　、
１２ｃ・・・の光量は均等となるように選択できる。

しかしながらこの方法では、■各ハーフミラーＮＤＩ　
、　ＮＯ３・・・から取り出せる光量が少ないため、露
光時間を長くしなければならず、また露光中に指が動い
たりすると１．像がぼけろ恐れがある。■多数のハーフ
ミラ−を使用するため、コスト高となり、また装置が複
雑かつ大型化する。

本発明の技術的課題は、ホログラムを使用した凹凸面情
報検出装置で同時に複数の凹凸面情報を採取する場合の
このような問題を解消し、ハーフミラ−を使用すること
なしに、複数の凹凸面情報を同時に採取可能とすること
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方法の基本原理を
説明する斜視図である。■は光源２の光に対し透明な平
板であり、表側の中央が凹凸面情報入力部１ａとなって
いる。この凹凸面情報入力部１ａの中心から等距離ｄの
位置の裏面に、複数のホログラム３１．３２・・・が配
設されている。これらのホログラム３１．３２・・・は
、位相型ホログラムまたは表面レリーフ型ホログラムの
いずれでもよい。そして各ホログラム３１．３２・・・
から取り出された像を一緒に撮像するフィルム１３が配
設されている。凹凸面情報入力部１ａの裏面には、凹凸
面情報入力部１ａを照明する光源２が配置されている。

〔作用〕

凹凸面情報入力部ｌａ上に第６図の場合と同様に指１１
等を押しつけると、第６図で説明した原理によって、指
紋の凸部における散乱光のみが全反射する。この場合、
第２図に示すように、全反射光９・・・は、凹凸面情報
入力部１ａの中心Ｃから放射状にあらゆる方向に伝播す
る。そのため、凹凸面情報入力部１ａから全反射した光
は、聡でのホログラム３１．３２・・・に到達し、かつ
透明平板１から外部に取り出される。各ホログラム３１
．３２・・・から取り出された光は、同時に１枚のフィ
ルム１３の各位置１３１．１３２・・・に撮像される。

このとき凹凸面情報入力部１ａから各ホログラム３１．
３２・・・までの距離は総てｄであり、それぞれのホロ
グラ１３１．３２・・・までの光路長が等しい。そのた
め、フィルム１３上に撮影された凹凸面の像は、総て全
く同じ条件で撮影されることになる。しかも各ホログラ
ム３１．３２・・・から採取された像は、第６図に示す
ように１枚だけ採取する場合と全く同じ条件となるため
、光量が不足したり、露光時間が長くなったりすること
はない。

凹凸面情報入力部１ａから各ホログラム３１．３２・・
・に至る光路を断面にすると、第６図の場合と全く同じ
になる。つまり全反射して来る光９に対し、破線で示さ
れる回折格子縞３Ｓが直交するように、凹凸面情報入力
部１ａから各ホログラム３１．３２・・・に至る光路に
対し直角に配置されている。

なお第１図は原理図なため、透明平板１に対向してフィ
ルム１３を配置した構成になっているが、実施例に示す
ように、反射鏡で反射させた光を採取したり、各ホログ
ラム３１．３２・・・から撮影フィルムに至る光路に種
々の光学素子を挿入したりして、更に特性を向上させた
りすることができる。

〔実施例〕

次に本発明による凹凸面情報検出方法が実際」二どのよ
うに具体化されるかを実施例で説明する。

第３図は本発明による凹凸面情報検出方法の実施例を示
す斜視図である。透明平板１には、凹凸面情報入力部１
ａを中心にして、凹凸面情報入力部１ａから等距離の位
置にホログラム３１．３２・・・が配置されている。図
示例ではホログラム３１３２・・・が４つ配設されてい
るが、同時に採取したい枚数に応じて任意の数装置でき
る。また透明平板ｌのホログラム側の面に対向して反射
鏡１４が傾けて配置されている。したがって各ホログラ
ム３１．３２・・・で取り出された像は、反射鏡１４で
反射される。１３はフィルムであり、反射鏡１４による
反射像を撮影するものである。直ちに凹凸面情報を得た
い場合は、ポラロイド（商標）カメラなどを用いるとよ
い。

各ホログラム３１．３２・・・に対応して、２個１組の
シリンドリカル・レンズ１５１．１５２・・・が配設さ
れている。これらのシリシトリカル・レンズ１５１．１
５２・・・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３１．３２・・・の
非点収差のために、縦方向（凹凸面情報入力部１ａから
各ホログラム３１．３２・・・への光路方向）の焦点と
横方向（凹凸面情報入力部１ａから各ホログラム３１．
３２・・・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、これら
のシリンドリカル・レンズ１５１．１５２・・・が配置
されている。また各シリンドリカル・レンズ１５１．１
５２・・・の真下には、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ＣＬｈ
の軸心と平行のスリットｓｈを有する空間フィルターＦ
ｈとから成る一対の空間フィルター１６１．１６２・・
・が配置されている。

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６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６図では、この一点６で散乱した光を代表
して１本の線で示されているが、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で取す出
された光を結像レンズ１７でスクリーン１８上に結像さ
せて観察者が見ると、回折光２０の延長線上に、虚像６
ａ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９１．９３は収差の原因となり、像がぼけて見え
る。

すなわち指上の一点６で散乱された光は、ホログラム３
上の例えば３点旧・・・１３を通り観察者の目１９に到
達する。この回折光線２０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１８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りとすると、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ＣＬν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ＦνのスＩＪ、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ＣＬ
ｈ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Ｍ差と呼ぶ。２つのシリンドリカル・レンズＣＬ
ν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１６１．１６２・・・の作用を
示す側面図である。４個所のホログラム３１．３２・・
・を代表して、ホログラム３３について、かつ縦焦点に
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、横方向に拡がってぼけた像６ｂは、シリンドリ
カル・レンズＣＬｖで、空間フィルターＦｖのスリント
Ｓｖ中に絞られ、スクリーン１８上に、像６ｄが写る。

虚像６ｂと空間フィルターＦｖとの間の光２０・・・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２０ｎ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。

フィルム１３とは別の位置に、電荷結合素子などから成
る光電変換素子２１を配置し、像を電気信号に変換して
、ディスプレー装置２２上に映すことにより、指１１が
凹凸面情報入力部１ａの丁度中央位置に有るかなどのモ
ニターを行なうことができる。

ホログラム３１．３２・・・からシリンドリカル・レン
ズ１５１．１５２・・・を介して取り出した光を直接撮
影したりディスプレー装置２２で見ると、第３図におけ
る指の方向が反転して見える。そこで第３図に示すよう
に、反射鏡１４で一旦反射させてからフィルム１３に入
射させると、反射鏡１４で像が再度反転されることで、
フィルム１３上には、凹凸面情報入力部１ａにおける指
と同じ方向に撮影される。なおこの反射鏡は、奇数枚で
あれば、３枚以上使用することもできる。また各ホログ
ラム３１．３２・・・から反射鏡１４を経てフィルム１
３の面に至る光路が総て同等となるように、反射鏡１４
やフィルム１３の角度が選定される。

フィルム１３は、総てのホログラム３１．３２・・・に
よる像を一緒に撮影できる大きさである必要があるが、
光電変換素子２１は、いずれか一つのホログラムから得
られた像のみ検出できる大きさで足りる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、透明平板１の中央の凹凸
面情報入力部１ａから等距離の位置に、複数の像取り出
し用のホログラム３１．３２・・・を配設し、それぞれ
のホログラム３１．３２・・・から出射した光を１枚の
フィルムに撮影することで、同時に複数の凹凸面情報を
採取することができる。その結果、ハーフミラ−を使用
する場合に比べて露光時間を長くしたりする必要がなく
、操作も簡単で、かつ鮮明な像が得られる。また構成が
簡単で、低コストで実現できる。

【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方法の基本原理を
示す斜視図、第２図は凹凸面情報入力部からの光路を示
す図、第３図は本発明による凹凸面情報ヰ★出方法の実
施例を示す斜視図、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図は従来の凹凸面情報検出装置を示す側面図、第７
図はハーフミラ−を使用した凹凸面情報のマルチ検出方
法を示す側面図である。 図において、１は透明平板、１ａは凹凸面情報入力部、
２は光源、３．３１．３２・・・はホログラｌ２．５は
凹凸面、６は凸部（凸部の一点）、６ａ、６ｂ、６ｃは
凸部の一点の像、１３はフィルムをそれぞれ示す。 特許出願人　　　　　富士通株式会社 代理人　弁理士　　　青　柳　　　稔 第１図 実施例 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 凹凸面が圧着される凹凸面情報入力部（１ａ）を有する
   透明平板（１）、凹凸面を照明する光源（２）、指紋な
   どの凸部からの散乱光の内、臨界角以上の角度で透明平
   板（１）に入射する光（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、並びに外部に導出さ
   れた光を検知して撮影する手段を備えた凹凸面情報検出
   装置において、 前記のホログラムを複数使用すると共に、各ホログラム
   （３１）（３２）・・・を前記凹凸面情報入力位置（１
   ａ）から等距離の位置に配設し、それぞれのホログラム
   （３１）（３２）・・・からの出射光を１枚のフィルム
   （１３）上に撮影することで、同時に複数の凹凸面情報
   を採取できるようにしたことを特徴とする凹凸面情報検
   出方法。