JPH0471229B2 - - Google Patents

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、コンピユータシ
ステムにおけるセキユリテイ技術の確立が急務に
なつてきている。特にこのシステムを扱う人間を
正しく識別するために、コンピユータルームへの
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つた。
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つてい
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
点があつた。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６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カメラ等の検知器が配設されてい
る。TVカメラに代えてフイ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６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ツク
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
なつている。

〔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つたり、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
要する場合がある。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、複数回にわたつて
撮影すればよいが、それぞれの撮影時のシヤツタ
−速度などの条件が変動したり、指が動いたりし
て指紋などの入力条件が変動する。したがつて同
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NDフイルターか
ら成るハーフミラーND１を配置し、透過光１２
ａと反射光１２ｂに分割する。この反射光１２ｂ
を第二段目のハーフミラーND２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ーND３、第
四段目のハーフミラーND４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枚のフイルム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
ハーフミラーND１，ND２…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
ND１，ND２…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、像がぼける恐れがあ
る。多数のハーフミラーを使用するため、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
ミラー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。１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となつている。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影するフイルム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１ａ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
理によつて、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、総ての
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枚のフイ
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
ぞれのホログラム３１，３２…までの光路長が等
しい。そのため、フイルム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、露光時間が長くなつたりすることはな
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
してフイルム１３を配置した構成になつている
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
影フイ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上
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１ａ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３１，
３２…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配置できる。また透明平
板１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。したがつて各ホログラム
３１，３２…で取り出された像は、反射鏡１４で
反射される。１３はフイルムであり、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。これらのシリンドリカル・レン
ズ１５１，１５２…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１５
１，１５２…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ツトSvを有
する空間フイルター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ツトShを
有する空間フイルターFhとから成る一対の空間
フイルター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で取り出
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Ｈ１…Ｈ３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
長していつて交差した点が、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６
ｂ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６
ｃ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。

したがつて第３図において、縦方向のシリンド
リカル・レンズCLvにより、横方向に広がつた像
が、焦点位置に配置された空間フイルターFvの
スリツトSv中に紋られる。また横方向のシリン
ドリカル・レンズCLhにより、縦方向に広がつた
像が、焦点位置に配置された空間フイルターFh
のスリツトSh中に紋られる。このようにぼける
方向を紋ることで、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。

ホログラムによつ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図は空間フイルター１６１，１６２…の作
用を示す側面図である。４個所のホログラム３
１，３２…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
イルターFvが配置されているため、横方向に拡
がつてぼけた像６ｂは、シリンドリカル・レンズ
CLvで、空間フイルターFvのスリツトSv中に紋
られ、スクリーン１８上に、像６ｄが写る。虚像
６ｂと空間フイルター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
スリツトSvを有する空間フイルター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。

フイルム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、デイスプレー装置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
直接撮影したりデイスプレー装置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
せてからフイルム１３に入射させると、反射鏡１
４で像が再度反転されることで、フイルム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を経てフイ
ルム１３の面に至る光路が総て同等となるよう
に、反射鏡１４やフイルム１３の角度が選定され
る。

フイルム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枚のフイ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、ハーフミラー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、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
面情報検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
フイ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
フミラー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
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、１３はフイルムを
それぞれ示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 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
   １ａ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枚のフイル
   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。