JPS62187819A - 凹凸面情報検出装置 - 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〕 透明平板に臨界角以上の角度で入射してくる凸部情報を
、ホ１ｒグ′）ムを用いて外部に導出し検出する装置に
おいて、ホログラムに対し虚像とは反対側の位置に２つ
のシリンドリカル・レンズを直交して配置することで、
縦収差と横収差をそれぞれのシリンドリカル・レンズで
独立して補正し、鮮明な像を得る。

〔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しく識別するために
、コンピユー多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１０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、収差の影響を受けるこ
となく鮮明な凹凸面情報が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５図の如くプリズム
１１を用いた光学的な実時間人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）を押しっけ、その斜辺部に照明光１
２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ｔｉ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、凸部６がらの散乱光と重なり、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、大損りな装置となる
。

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ｌの外に出射するため、透明平板１に臨界角以
上の角度で入射した光線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に臨界角以上の角度で入射してきた凸部情報
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等で措影される。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、
臨界角以上の角度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。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、ホログラム３の作成波面と指紋等からの
再生波面とが異なるため、観察される凹凸面情報の像に
は収差が発生してしまう。第８図は、この収差の発生要
因を説明する斜視図である。

第６図では、指上の一点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７図（ａｌ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。第７図（ａｌにおける指上の一
点６からホログラム３までの光路を展開して示すと、第
８図のようになる。

一点６からホログラム３に入射する光が、第７図（ｂｌ
に示すホログラム作成時の物体波１８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
．９２．９３．９４．９５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
．９４．９５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５点旧・・・Ｈ４，１１５を通り、結像レン
ズ１４を介して観察者の目１５に到達する。この回折光
線１６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１７を置いても一点では交わらず、５点Ｓ１
・・・Ｓ４、Ｓ５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における格子縞３ｓは、一点６からホログ
ラム３に至る光路と直交方向に向いている。

そのため、格子縞の方向を縦方向Ｖ、格子縞と直交方向
を横力向りとすると、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
Ｆｖでは、指上の一点６の虚像６ｂは、縦方向には鮮明
に結像するが、横方向には伸長してぼける。逆に横方向
の焦点位ｆｆＦｈでは、指上の一点６の虚像６ｃは、横
方向には鮮明に結像するが、縦方向に伸長してぼける。

第９図は、凹凸面情報入力部１ａに一定間隔に９個のス
ポット状の凸部６・・・を押し当てた場合の、スクリー
ン１７上の像を示すもので、縦焦点Ｆν位置における像
６ｂは、横方向に伸長するために横縞状となり、横焦点
Ｆｈ位置における像６ｃは、縦方向に伸長するために縦
縞状となる。

本発明の技術的課題は、従来の凹凸面情報検出装置にお
けるこのような問題を解消し、収差の影響を受けない鮮
明な凹凸面情報が得られるようにすることにある。

〔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
説明するである。１は透明平板であり、裏面にホログラ
ム３が設けられている。表面側の凹凸面情報入力部１ａ
に、スポット状の凸部６が９個所で押しつけられている
ものとすると、凹凸面情報入力部１ａからホログラム３
に至る光路と直交方向に、ホログラム３の格子縞３ｓが
向いている。

そのため各点６・・・の虚像は、ホログラム３に近い位
置に縦焦点Ｆνが生じ、遠い位置に横焦点Ｆｈが生じる
。

透明平板１に対しホログラム３と対向する位置には、２
つの直交するシリンドリカル・レンズＣＬ１　、Ｃｌ３
が配置されている。ホログラム３に近い側のシリンドリ
カル・レンズＣＬＩは、その軸心Ｃが、横焦点Ｆｈ位置
における虚像６ｃの伸長方向と平行になっている。また
ホログラム３から遠い方のシリンドリカル・レンズＣＬ
２は、その軸心Ｃが、線焦点Ｆｖ位置における虚像６ｂ
の伸長方向と平行になっている。

なお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。

なおホログラム３は、参照波も物体波も共に平面波を使
用して作成したものでもよく、あるいは少なくとも一方
は球面波を使用して作成したものでもよい。

〔作用〕

第２図は第１図の凹凸面情報検出装置の作用を説明する
図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。

１７はスクリーンであり、ホログラム３の後方の異なる
位置、すなわち線焦点Ｆｖ位置および横焦点Ｆｈ位置に
発生する２つの虚像６ｂ、　６ｃが、それぞれ独立して
一つのスクリーン面に結像される。いま遠い位置にある
横焦点Ｆｈ位置の縦縞６ｃが、焦点距離ｆ１のシリンド
リカル・レンズＣＬＩでスクリーン１７に結像される。

このとき、シリンドリカル・レンズＣＬＩの軸心Ｃ方向
には収束作用が無いため、縦縞６ｃは縦方向には影響を
受けない。またホログラム３に近い距離にある線焦点Ｐ
ｖ位置の横縞６ｂは、焦点距離ｆ２のシリンドリカル・
レンズＣＬ２で、同じスクリーン１７に結像される。こ
のとき、シリンドリカル・レンズＣＬ２の軸心Ｃ方向に
は収束作用が無いため、横縞６ｂは横方向には影響を受
けない。

このように２つのシリンドリカル・レンズＣＬＩとＣｌ
３を互いに直交するように配列することで、縦縞６ｃと
横縞６ｂを独立して、かつスクリーン１７上に重ねて結
像させ、像６ｄを得ることができる。その結果、ホログ
ラム３で形成された虚像には非点収差が存在していても
、スフリーフ１フ位置の撮像系では焦点が合っているよ
うに観察され、像のコントラストが良好となる。

また本発明によれば、シリンドリカル・レンズＣＬＩ　
、Ｃｌ３の位置を選択することで、像の縦横比を任意に
選ぶことができる。以下、−例として平面波で作成した
ホログラムを用いた場合について説明する。

縦横比の問題は、２つのシリンドリカル・レンズＣＬＩ
　、Ｃｌ３の焦点距離の差“ｆｌ−ｆｚｌｌを適当に選
択すればよい。ここでは縦縞の間隔と横縞の間隔は同じ
でこれをｍとしておく、これがスクリーン１７面である
大きさのｊｌｌｚ　ｎｚ　（ｎ＋／　ｍ　＝Ｌｎｚ／ｍ
＝Ｌ　　ただし、Ｍｌ、Ｍｚ：光学的倍率、ｎＩ：横方
向の大きさ、ｎ！：縦方向の大きさ）になればよい。第
２図（ａ）の横焦点補正系において、縦縞６ｃ力１らシ
リンドリカル・レンズＣＬＩまでの距離をａ、、シリン
ドリカル・レンズＣＬＩからスクリーン１７までをｂｌ
とする。同様に（ｂｌの縦焦点補正系において、横縞６
ｂからシリンドリカル・レンズＣＬ２までの距離を８２
、シリンドリカル・レンズＣＬ２からスクリーン１７ま
でをｂ２とする。この時非点隔差をｄｚとすれば、 ｄｚ＝　（ａｔ　＋ｂ＋）　　　（ａｚ＋ｂｚ）　””
　　（１）となる。

相位の関係で Ｍ１＝ｎ１／ｍ ”’　ｂ　＋　／　ａ　＋　・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・　（２）
Ｈｚ雪ｎｚ／ｍ ＝ｂｚ／ａｘ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・　（３）またレンズの公
式より １／ａ＋　＋　１／ｂ＋　＝　１／ｆ　ｔ・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・　（４）１／ａ
ｔ　＋　１／ｂｚ　”　１／ｂ・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・　（５）以上において、ａ
ｌ＋　ａＺ＋　ｔ）Ｉ＋　ｂｔを消去すればしたがって
、（６）式を満足するようなｆｌとｆ２の組合せのシリ
ンドリカルレンズを選択すれば、スクリーン１７上の像
６ｄを、横倍率阿い縦倍率りの任意の倍率にすることが
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３図は本発明による凹凸面情報検出装置の実施例を示
す斜視図である。透明平板１のホログラム３に対向して
、ホログラム３から遠い位置の虚像６ｃを補正する第１
のシリンドリカル・レンズＣＬＩと、ホログラム３に近
い位置の虚像６ｂを補正する第２のシリンドリカル・レ
ンズＣＬ２が配置され、かつ互いに直交している。この
実施例においては、検出手段が配置されるスフリーフ１
フ位置と、２つのシリンドリカル・レンズＣＬＩ　、Ｃ
ｌ３との間に、２つの空間フィルターＳＦＩ　、ＳＦ２
が配設されている。シリンドリカル・レンズＣＬＩ“、
Ｃｌ３に近い方の空間フィルターＳＦＩは、第１のシリ
ンドリカル・レンズＣＬＩの軸心Ｃと平行方向のスリッ
トＳ１を′有し、シリンドリカル・レンズＣＬＩ　、Ｃ
ｌ３から遠い方の空間フィルターＳＦ２は、第２のシリ
ンドリカル・レンズＣＬ２の軸心Ｃと平行方向のスリッ
トＳ２を有している。

第４図は空間フィルターの作用を、横焦点補正系につい
て説明する図で、（ａｌは空間フィルターが無い状態、
（ｂ）は空間フィルターが有る場合を示している。すな
わち、（ｂ）に示すように、第１のシリンドリカル・レ
ンズＣＬＩの焦点位置にスリットＳ１を有する空間フィ
ルターＳＦＩが配置されている。

（ａ）に示すように、空間フィルターＳＦＩが存在しな
い場合は、虚像６ｃからシリンドリカル・レンズＣＬ１
に入射する光は総てスクリーン１７上に結像される。と
ころが光線１６１などのように、シリンドリカル・レン
ズＣＬＩの光軸１９と平行でない光線は、シリンドリカ
ル・レンズＣＬＩの焦点付近を通過しないため、像のコ
ントラストを低下させる要因となる。ところが（ｂｌの
ように、シリンドリカル・レンズＣＬＩの焦点位置に、
スリットＳ１を有する空間フィルターＳＦＩが有ると、
光軸１９とほぼ平行に入射してくる光線１６２のみがス
クリーン１７に到達でき、ぼけの要因となる光線１６１
は空間フィルターＳＦＩで遮断される。このようにコン
トラストを低下させる光線１６１は遮断されるが、空間
フィルターＳＦＩにより選択される光軸を、ブラック条
件を満たして出射する光線の光軸と一敗させておけば、
光量の低下は防ぐことができる。

また空間フィルターＳＦＩにより、ホログラム３の使用
領域がＰ−ＱからＰ−ｑに狭められるので、収差が更に
減少し、像のぼけが改善される。これは、等価的に厚い
ホログラムを用い収差を減少させたのと同様の効果を持
つ。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、透明平板１から像を取り
出すホログラム３と検出手段との間に、横焦点Ｆｈおよ
び縦焦点Ｆｖに対応して、２つの補正用のシリンドリカ
ル・レンズＣＬＬとＣｌ３を直交して配置することによ
り、コントラストに優れた凹凸面情報を得ることができ
、かつ縦横比を任意に選ぶことができる。

【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装置の基本原理を
示す斜視図、第２図は本発明の詳細な説明する平面図と
側面図、第３図は本発明装置の実施例を示す斜視図、第
４図は空間フィルターの作用を示す図、第５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６
図は透明平板を使用した従来の凹凸面情報検出装置の側
面図、第７図は凸部における散乱光の伝播模様とホログ
ラムの作成波面を示す側面図、第８図は収差の発生作用
を示す斜視図、第９図は従来の凹凸面情報検出装置にお
ける収差発生の模様を示す斜視図である。 図において、１は透明平板、１ａは凹凸面情報入力部、
３はホログラム、６は凸部（凸部の一点）、６ａは凸部
の一点の虚像、６ｂは横縞（虚像）、６Ｃは縦縞（虚像
）、６ｄはスクリーン上の結像、Ｆｖは縦焦点、Ｆｈは
横焦点、ＣＬＩ　、Ｃｌ３はシリンドリカル・レンズ、
ＳＦＩ　、ＳＦ２は空間フィルターをそれぞれ示す。 特許出願人　　　　　富士通株式会社 代理人　弁理士　　　青　柳　　　稔 （α）　　　屯と）■ラブイ］レダリｃｒｈｙｓｉ咬１
（ｂ）　　疫間方ル１＆挿入しに時 岱則弁＋Ｖ９はる必−１艮 第５図 −〜

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）、凹凸面が当てられる凹凸面情報入力部（１ａ）
   を有する透明平板（１）、凸部から臨界角以上の角度で
   透明平板（１）に入射してくる散乱光を、全反射条件を
   崩すことで外部に導出するホログラム（３）を有する凹
   凸面情報検出装置において、 該ホログラム（３）に対向する位置に、横焦点（Ｆｈ）
   位置の虚像を結像させるシリンドリカル・レンズ（ＣＬ
   １）と縦焦点（Ｆｖ）位置の虚像を結像させるシリンド
   リカル・レンズ（ＣＬ２）を直交して配置し、ホログラ
   ム（３）寄りのシリンドリカル・レンズ（ＣＬ１）は、
   その軸心（ｃ）が、横焦点（Ｆｈ）位置の虚像（６ｃ）
   の収差による伸長方向と平行となり、もう一方のシリン
   ドリカル・レンズ（ＣＬ２）は、その軸心（ｃ）が、縦
   焦点（Ｆｖ）位置の虚像（６ｂ）の収差による伸長方向
   と平行となるように配置されていることを特徴とする凹
   凸面情報検出装置。
2. （２）、ホログラム（３）は、平面波同士の干渉によっ
   て作成されており、かつ２つのシリンドリカル・レンズ
   （ＣＬ１）と（ＣＬ２）の組合せを ｄｚ＝［（Ｍ＿１＋１）＾２／Ｍ＿１］ｆ＿１−［（Ｍ
   ＿２＋１）＾２／Ｍ＿２］ｆ＿２（ｆ＿１、ｆ＿２：各
   シリンドリカルレンズの焦点距離、Ｍ＿１：横倍率、Ｍ
   ＿２：縦倍率、ｄｚ：非点隔差）としたことを特徴とす
   る特許請求の範囲第（１）項記載の凹凸面情報検出装置
   。
3. （３）、各シリンドリカル・レンズ（ＣＬ１）、（ＣＬ
   ２）の焦点位置に、それぞれのシリンドリカル・レンズ
   （ＣＬ１）、（ＣＬ２）の軸心（Ｃ）と平行の空間フィ
   ルターを配設し、像のぼけを低減す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。