JPH01287785A - Irregular shape detecting device - Google Patents
Irregular shape detecting deviceInfo
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- JPH01287785A JPH01287785A JP63117061A JP11706188A JPH01287785A JP H01287785 A JPH01287785 A JP H01287785A JP 63117061 A JP63117061 A JP 63117061A JP 11706188 A JP11706188 A JP 11706188A JP H01287785 A JPH01287785 A JP H01287785A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔概 要〕
指紋等の凹凸パターンを検出する凹凸形状検出装置に関
し、
装置の小型化、薄型化、簡素化を実現することを目的と
し、
凹凸表面形状を有する被検物体を導光板の一平面に押し
当て、該導光板の内部から被検物体に光を照射した時の
物体表面の凹部、凸部からの散乱信号光を光学的に識別
することにより物体の凹凸形状を検出する装置において
、上記凹凸部からの反射光を導光板外部の画像検出器に
結像する少なくとも一つのビーム収束手段を導光板内に
一体的に組み付けて構成する。[Detailed Description of the Invention] [Summary] The present invention relates to an uneven shape detection device for detecting an uneven pattern such as a fingerprint, and aims to make the device smaller, thinner, and simpler. When an object is pressed against one plane of the light guide plate and light is irradiated from inside the light guide plate to the object to be tested, the unevenness of the object is detected by optically identifying the scattered signal light from the concave and convex parts of the object surface. In an apparatus for detecting a shape, at least one beam converging means for focusing the reflected light from the uneven portion on an image detector outside the light guide plate is integrally assembled within the light guide plate.
本発明は指紋等の凹凸パターンを検出する凹凸形状検出
装置に関する。The present invention relates to an uneven shape detection device for detecting an uneven pattern such as a fingerprint.
個人の識別法の一つとして、指紋照合法が利用されてい
る。この指紋照合においては、通常指紋を画像として取
り扱うので、指紋を画像データに変換する人力装置が必
要である。Fingerprint matching is used as one of the methods for identifying individuals. In this fingerprint verification, since the fingerprint is usually treated as an image, a human-powered device is required to convert the fingerprint into image data.
指紋は凹凸パターンであり、従来から行われている凹凸
パターンの検出基本原理を第17.18図に示す。A fingerprint is a concavo-convex pattern, and the basic principle of detecting concavo-convex patterns conventionally used is shown in FIGS. 17 and 18.
第17図において透明体でできた導光板(11)の一平
面に指10 (第18図)を押し付けると、指紋の凸部
P(第18図)は密着するが、凹部Q(第18図)は接
触しない。プリズム状に加工した一面11Aから半導体
レーザ15(LD)によりLD光を指紋接触部13に向
けて照射する。この時、接触面13に対するLD光の入
射角を全反射するように選択すると、凹部Qでは光は光
r、(第18図)は全反射し、X方向へ伝播してゆくが
、凸部Pでは、光rz(第18図)が散乱されるため指
向性は弱まり、X方向へ伝播する成分が発生する。この
うち導光板11内をX方向に全反射しながら伝播する成
分子3をホログラム17で導光板外にとり出し、直交円
筒゛レンズ系21(21A・21B)でイメージセンサ
(CC[l) 29上へ結像させると、指紋凸部の像す
なわち指紋像を得ることができる。In Fig. 17, when the finger 10 (Fig. 18) is pressed against one plane of the light guide plate (11) made of a transparent material, the convex part P (Fig. 18) of the fingerprint comes into close contact, but the concave part Q (Fig. 18) ) do not touch. A semiconductor laser 15 (LD) irradiates LD light toward the fingerprint contact portion 13 from one surface 11A processed into a prism shape. At this time, if the incident angle of the LD light with respect to the contact surface 13 is selected to cause total reflection, the light r, (Fig. 18) is totally reflected at the concave portion Q and propagates in the X direction, but the convex portion At P, since the light rz (FIG. 18) is scattered, the directivity is weakened and a component propagating in the X direction is generated. Of these, the component element 3 that propagates inside the light guide plate 11 while being totally reflected in the X direction is taken out of the light guide plate by the hologram 17, and is transferred onto the image sensor (CC[l) 29 by the orthogonal cylindrical lens system 21 (21A, 21B). When the image is focused on the fingerprint, an image of the fingerprint convex portion, that is, a fingerprint image can be obtained.
尚、第17図において19は光の方向を90°曲げるた
めのミラー、23は特定の空間周波数成分をとりだすた
めの空間フィルタである。In FIG. 17, 19 is a mirror for bending the direction of light by 90 degrees, and 23 is a spatial filter for extracting a specific spatial frequency component.
第18図は導光板として三角プリズム12を用いた場合
の例を示すもので基本原理は第17図と全く同様である
。第18図において、三角プリズム12の斜辺12Aに
指10を押し付けると、指紋の凸部Pは密着するが、凹
部Qはプリズムに接触しない。プリズムの他の1面12
BからLD15によりプリズム斜面に照光する。照射光
が斜面で全反射するように入射条件を設定すると、凹部
0部では光r1は全反射し、指向性をもってプリズムの
第3の面12Cから出射するが、凸部Pでは光r2が散
乱され指向性が弱まる。プリズムから出射した光を結像
レンズ18でCCD 29上に結像させると指向性の良
い指紋凹部Qからの光は強く、指紋凸部Pからの光は弱
い。すなわち、指紋像を得ることができる。FIG. 18 shows an example in which a triangular prism 12 is used as a light guide plate, and the basic principle is exactly the same as that in FIG. 17. In FIG. 18, when the finger 10 is pressed against the oblique side 12A of the triangular prism 12, the raised part P of the fingerprint comes into close contact with the prism, but the recessed part Q does not come into contact with the prism. Another side of the prism 12
The LD 15 illuminates the prism slope from B. When the incident conditions are set so that the irradiated light is totally reflected on the slope, the light r1 is totally reflected at the concave portion 0 and exits from the third surface 12C of the prism with directionality, but the light r2 is scattered at the convex portion P. directionality is weakened. When the light emitted from the prism is imaged on the CCD 29 by the imaging lens 18, the light from the fingerprint concave portion Q with good directivity is strong, and the light from the fingerprint convex portion P is weak. That is, a fingerprint image can be obtained.
以上述べた従来法はいずれも光源(LBD) 、導光板
の他にその外部に円筒レンズ系21 (第17図)ある
いは結像レンズ系(第18図)、及び光検知器(CCD
)を別々に配置構成しなければならなし)ため、余分な
光軸合わせ組立て工程が必要であるのみならず装置の小
型化を妨げる要因となってし)る。All of the conventional methods described above include a light source (LBD), a cylindrical lens system 21 (Fig. 17) or an imaging lens system (Fig. 18), and a photodetector (CCD) in addition to the light guide plate.
) must be arranged and configured separately), which not only requires an extra optical axis alignment and assembly process, but also hinders miniaturization of the device).
光源からCCDに至る光学系をより小さくし、指紋像の
人カニニットの小型化が図れれば、例え(fドア、壁、
キーボードなどへの埋め込みが容易1こなり、指紋照合
システムの利用分野を拡張できる。If the optical system from the light source to the CCD can be made smaller and the fingerprint image can be made smaller, it would be possible to
It can be easily embedded into keyboards, etc., expanding the range of applications for fingerprint verification systems.
本発明の目的は斯かる要求を充足すべく入カニニットの
一体化、コンパクト化を実現すること1こより余分な光
軸合わせ組立て工程を不要となすと共に装置全体の簡素
化、小型化、薄型化を図ることにある。The purpose of the present invention is to realize the integration and compactness of the input unit in order to satisfy such requirements.1) It eliminates the need for an extra optical axis alignment assembly process, and also simplifies, miniaturizes, and thins the entire device. It's about trying.
上記の目的を達成するために、本発明によれば、被検物
体凹凸部からの反射光を透明な導光板外部の画像検出器
に結像する少なくとも一つのビーム収束手段が導光板内
に一体的に組み付けられることを構成上の特徴とする。To achieve the above object, according to the present invention, at least one beam converging means for focusing the reflected light from the uneven portion of the test object on an image detector outside the transparent light guide plate is integrated within the light guide plate. Its structural feature is that it can be easily assembled.
好ましくは、上記ビーム収束手段は反射型あるいは透過
型回折格子あるいはその双方により形成される。Preferably, the beam focusing means is formed by a reflection type or transmission type diffraction grating or both.
最も簡単には、上記回折格子は円筒レンズ、球面レンズ
、あるいは非球面レンズと等価な格子縞分布を有する。Most simply, the diffraction grating has a lattice fringe distribution equivalent to a cylindrical, spherical, or aspherical lens.
上記ビーム収束手段を円筒レンズと等価な少なくとも二
つの回折格子により形成し、これらの回折格子をその回
折格子が直交するように配置すれば従来の直交円筒レン
ズ系と全く等価の一体構造が得られる。If the beam converging means is formed by at least two diffraction gratings equivalent to a cylindrical lens, and these diffraction gratings are arranged so that the diffraction gratings are orthogonal to each other, an integrated structure completely equivalent to a conventional orthogonal cylindrical lens system can be obtained. .
上記ビーム収束手段は導光板の表面に部分的に形成した
非平面により構成することも可能である。The beam converging means can also be constructed by a non-flat surface partially formed on the surface of the light guide plate.
上記非平面は好ましくは円筒面、球面、あるいは非球面
である。The non-flat surface is preferably a cylindrical surface, a spherical surface, or an aspheric surface.
二つ以上の円筒面をその長手軸が互いに直交するように
導光板内の所定位置に配置すれば直交円筒レンズ系と等
価の構成が実現できる。By arranging two or more cylindrical surfaces at predetermined positions within the light guide plate so that their longitudinal axes are perpendicular to each other, a configuration equivalent to an orthogonal cylindrical lens system can be realized.
非平面には光を導光板内部に反射せしめる反射膜を施し
てもよい。導光板はプラスチックモールドにより成形す
るのが最も簡単である。A reflective film may be provided on the non-flat surface to reflect light into the light guide plate. The light guide plate is easiest to mold using a plastic mold.
凹凸部からの反射光は導光板内を通るときに光学的に分
離され、凹凸情報を持った信号光は 導光板内にそれと
一体的に形成されるるビーム結像手段により光検知器に
結像される。The reflected light from the uneven portion is optically separated as it passes through the light guide plate, and the signal light with the unevenness information is imaged on a photodetector by a beam imaging means formed integrally with the light guide plate. be done.
ビーム結像手段は導光板内に一体的に形成されるので、
入力部がユニット化され、従って結像系の光軸合わせを
伴う組立て工程は不要となると共に装置全体の小型化、
薄型化に寄与する。Since the beam imaging means is integrally formed within the light guide plate,
The input section is integrated into a unit, which eliminates the need for an assembly process that involves alignment of the optical axis of the imaging system, and also reduces the size of the entire device.
Contributes to thinning.
ビーム収束手段は回折格子(ホログラム)により作成す
れば実質上導光板の厚みを増すことなく実現できる。導
光板の長さによって適当な数の反射型ホログラムと透過
型ホログラムを組み合わせることにより凹凸情報をもっ
た信号光を確実に外部に取り出すことができる。If the beam focusing means is made of a diffraction grating (hologram), it can be realized without substantially increasing the thickness of the light guide plate. By combining an appropriate number of reflection holograms and transmission holograms depending on the length of the light guide plate, signal light having unevenness information can be reliably extracted to the outside.
回折格子は円筒レンズ、球面レンズあるいは非球面レン
ズと等価な機能を有することにより、薄いホログラムに
より崇高なこれらレンズ部品と同一の集束機能を実現す
ることができる。Since the diffraction grating has a function equivalent to that of a cylindrical lens, spherical lens, or aspherical lens, a thin hologram can realize the same focusing function as these sublime lens components.
集束手段を回折格子に代えて非平面により作成した場合
も収束機能的には全く同様の作用、効果を呈する。Even when the focusing means is made of a non-planar material instead of a diffraction grating, the same operation and effect can be obtained in terms of the focusing function.
必要に応じて非平面に高反射率の反射膜を形成すること
により凹凸情報をもった信号光の反射特性を向上するこ
とができる。By forming a reflective film with a high reflectance on a non-planar surface as necessary, it is possible to improve the reflection characteristics of the signal light having unevenness information.
導光板は透明であればその材質は特に限定されないがプ
ラスチックで形成すれば容易にモールド成形できる。The material of the light guide plate is not particularly limited as long as it is transparent, but if it is made of plastic, it can be easily molded.
第1・2図は本発明の第1の実施例を示すものである。 1 and 2 show a first embodiment of the present invention.
第17.18図に示す部品と対応する部品は同一部品番
号で示すことにより重複説明を省略する。Components corresponding to those shown in FIGS. 17 and 18 are indicated by the same component numbers to omit repeated explanation.
導光板11の上面11Aまたは下面11Bに、少なくと
も1枚のビーム集束機能を有する反射型または透過型の
ホログラム(回折格子)を形成し、結像機能を導光板に
もたせる。図示実施例では、上面11Aに反射型ホログ
ラム31A1下面11Bに透過型ホログラム31Bが夫
々−枚づつ形成されている。At least one reflection type or transmission type hologram (diffraction grating) having a beam focusing function is formed on the upper surface 11A or the lower surface 11B of the light guide plate 11, so that the light guide plate has an imaging function. In the illustrated embodiment, a reflection hologram 31A is formed on the upper surface 11A, and a transmission hologram 31B is formed on the lower surface 11B.
即ち、第17図と同等の光学系(入力系)を実現するた
めに、円筒レンズ機能を有する2枚のホログラム31A
、31Bをその格子軸が互いに直交するような位置関係
で導光板11の上、下面に形成される。第17図と同様
の方法で例えば半導体レーザ15により導光板11に入
射された光は指紋の凹凸部により反射され導光板11の
下面11Bで全反射され、前述の如く凹部と凸部とから
の反射光r3に指向性の差が生じ、それを上面の第1の
反射型ホログラム31Aにより反射回折(収束)し、下
面の第2の透過型ホログラム31Bにより外部に取り出
す。That is, in order to realize an optical system (input system) equivalent to that shown in FIG. 17, two holograms 31A having a cylindrical lens function are used.
, 31B are formed on the upper and lower surfaces of the light guide plate 11 in a positional relationship such that their grating axes are perpendicular to each other. In the same manner as shown in FIG. 17, the light incident on the light guide plate 11 by the semiconductor laser 15, for example, is reflected by the uneven portion of the fingerprint and is totally reflected by the lower surface 11B of the light guide plate 11, and as described above, light is emitted from the concave portions and convex portions. A difference in directivity occurs in the reflected light r3, which is reflected and diffracted (converged) by the first reflection hologram 31A on the top surface, and taken out to the outside by the second transmission hologram 31B on the bottom surface.
外部に取り出した光は必要に応じてミラー19により方
向を所定角度(例えば90度)だけ変え、空間フィルタ
23を介してCCD 29に導く (第1図はミラー1
9がない場合を示す)。The direction of the light taken out to the outside is changed by a predetermined angle (for example, 90 degrees) by a mirror 19 as necessary, and is guided to a CCD 29 via a spatial filter 23 (FIG. 1 shows mirror 1).
(indicates the case where there is no 9).
また、第2のホログラム31Bは必ずしも透過型である
必要はなく、反射型としてもよい。この場合には第2図
にr′で示す如く、光は導光板11の上面11Aから上
方に取り出すことになる。Further, the second hologram 31B does not necessarily have to be of a transmission type, but may be of a reflection type. In this case, the light is extracted upward from the upper surface 11A of the light guide plate 11, as shown by r' in FIG.
尚、反射型のホログラムは表面レリーフ型(凹凸型)ホ
ログラムにアルミニウム等の金属を蒸着することにより
簡単に作成される(後述)。また透過型ホログラムは表
面凹凸型でもあるいは体積型でもいずれでもよい。Incidentally, a reflection type hologram is easily created by depositing a metal such as aluminum on a surface relief type (concavo-convex type) hologram (described later). Further, the transmission type hologram may be either a surface uneven type or a volume type.
また、第2図において外部への光の取り出し位置が図面
のはるか右方にある場合には、複数個の反射型ホログラ
ムを導光板11の上下面11A・IIBに横方向に交互
に並べて順次反射回折させるようにしてもよい。In addition, in the case where the light extraction position to the outside is far to the right in FIG. It may also be diffracted.
円筒レンズ機能を有するホログラム31A、31Bは例
えば第3図に示す如く基板32上に格子縞33のピッチ
が中心から外れるにつれて小さくなるような格子縞分布
を形成することにより形成される。尚、基板32として
導光板110表面を利用することも可能である。即ち、
導光板11の表面にホログラム材料(ホトレジスト等)
を直接塗布して所望のホログラムを作成することもでき
る(後述)。The holograms 31A and 31B having a cylindrical lens function are formed, for example, by forming a lattice stripe distribution on a substrate 32, as shown in FIG. 3, in which the pitch of lattice stripes 33 becomes smaller as they move away from the center. Note that it is also possible to use the surface of the light guide plate 110 as the substrate 32. That is,
Hologram material (photoresist, etc.) on the surface of the light guide plate 11
It is also possible to create a desired hologram by directly applying it (described later).
第1のホログラム31Aが例えばビームのX方向の収束
を行い、第2のホログラム31BがX方向の収束を行う
。The first hologram 31A focuses the beam in the X direction, and the second hologram 31B focuses the beam in the X direction.
第4図はホログラム31A、31Bの具体的設計を考慮
した場合の構造である。即ち、ホログラム31A、31
Bが例えば円筒レンズ機能を有する場合、指紋像入力面
上の光散乱点Pから第1ホログラム31Aに至るまでの
光路長、第1ホログラム31Aから第2ホログラム31
Bに至るまでの光路長、及び第2ホログラム31Bから
イメージセンサ29 (第1.2図)上の点に至るまで
の光路長は第1.第2ホログラム31A、31Bの焦点
距離とともに最適化することが望まれる。その際、第4
図に示す如く、導光板11の厚さd+ 、d2を部分
的に変えて(dl <dz )ホログラム間の距離に自
由度をもたせることにより設計が容易になる。FIG. 4 shows the structure when considering the specific design of the holograms 31A and 31B. That is, the holograms 31A, 31
For example, when B has a cylindrical lens function, the optical path length from the light scattering point P on the fingerprint image input surface to the first hologram 31A, and from the first hologram 31A to the second hologram 31
The optical path length from the second hologram 31B to the point on the image sensor 29 (FIG. 1.2) is the same as the first one. It is desirable to optimize the focal length of the second holograms 31A and 31B. At that time, the fourth
As shown in the figure, the design is facilitated by partially changing the thicknesses d+ and d2 of the light guide plate 11 (dl < dz) to allow flexibility in the distance between the holograms.
第5図は第1.第2ホログラム31A、31B’をとも
に反射型とし、導光板11を斜めにカットした出射部分
11Cから光をとり出し、CCU 29上に結像させる
場合の実施例を示す導光板11内での反射回数が増える
ため、導光板11自体は、光の伝播方向に長くなるが、
光学系を導光板の厚さ自体は増大することがないため、
薄型化が可能になる。なお、導光板の上面11Aの全反
射面に適当な形状の光吸収体23′を密着形成すること
により、第2図に示す空間フィルタ23とすることがで
きる。Figure 5 is 1. Reflection within the light guide plate 11 illustrating an embodiment in which the second holograms 31A and 31B' are both reflective types, light is taken out from an output portion 11C obtained by cutting the light guide plate 11 diagonally, and imaged on the CCU 29. As the number of times increases, the light guide plate 11 itself becomes longer in the light propagation direction, but
Since the thickness of the light guide plate itself does not increase in the optical system,
It becomes possible to make it thinner. The spatial filter 23 shown in FIG. 2 can be obtained by closely forming an appropriately shaped light absorber 23' on the total reflection surface of the upper surface 11A of the light guide plate.
即ち、第5図においては、空間フィルタも導光板11に
一体形成できる。That is, in FIG. 5, the spatial filter can also be formed integrally with the light guide plate 11.
第6図は第4図とは別の実施例を示すもので、第4図に
おける第2ホログラム31B′を反射型にし、これに対
向する上面11Aに形成したミラー39により第2ホロ
グラム31B′で反射回折された光を再び第2ホログラ
ム31B′に向けて真っすクニ反射する。第2ホログラ
ム31B′には中央部にアパチャ32が形成され第1図
に示す空間フィルタ23を兼ねている。FIG. 6 shows a different embodiment from that shown in FIG. 4, in which the second hologram 31B' in FIG. The reflected and diffracted light is again reflected straight toward the second hologram 31B'. An aperture 32 is formed in the center of the second hologram 31B' and also serves as the spatial filter 23 shown in FIG.
第7図は本発明の更に別の実施例を示すもので、同図に
おいては第1の反射型ホログラム31A′は円筒レンズ
機能の代りに球面レンズ機能を有する。FIG. 7 shows yet another embodiment of the present invention, in which the first reflection hologram 31A' has a spherical lens function instead of a cylindrical lens function.
即ち、球面レンズとしての第1の反射型ホログラム31
A′と円筒レンズとしての第2の透過型ホログラム31
Bとを組み合わせた場合を示す。ホログラムに球面レン
ズ機能を持たせるには第7図に示す如く格子縞を同心円
状の分布にすればよい。That is, the first reflection hologram 31 as a spherical lens
A' and the second transmission hologram 31 as a cylindrical lens
A case in which B is combined is shown. In order to give the hologram a spherical lens function, the lattice fringes may be distributed concentrically as shown in FIG.
尚、ホログラムは上記の円筒レンズ機能あるいは球面レ
ンズ機能に限らず、例えば非球面レンズ機能を有するも
のでも同様に収束レンズ機能を発揮させることができる
。Note that the hologram is not limited to the above-mentioned cylindrical lens function or spherical lens function; for example, a hologram having an aspherical lens function can similarly exhibit a converging lens function.
第7図に示す円筒レンズ機能を有するホログラム31A
′の場合、それ自身でx、y両方向にヒ゛−ムを収束さ
せることができるので第2の透過型ホログラム31Bは
もっばら収差を補正して画像品質の向上に寄与する(勿
論、第2透過型ホログラム31Bもビーム収束は行う〉
。Hologram 31A having a cylindrical lens function shown in FIG.
In the case of The type hologram 31B also focuses the beam.
.
第8図はそれ自体公知の反射型ホログラムの形成法の2
つの例を示す。同図(a)はスタンパ等により直接導光
板110表面に凹凸格子33を形成しその表面に金属(
アルミニウムetc、)を蒸着する方法、同図(b)は
あらかじめ薄い基板32に(a)と同様の方法で反射型
ホログラムを作成しておき、それを逆さまにして光学接
着剤40で導光板11上に接着する方法を示す。同図(
b)において、42は蒸着金属CA1等)層を示す。Figure 8 shows a second method of forming a reflection hologram, which is known per se.
Here are two examples. In the figure (a), a concavo-convex grating 33 is directly formed on the surface of the light guide plate 110 using a stamper or the like, and a metal (
(b) shows a method of vapor-depositing aluminum, etc., in which a reflection hologram is created in advance on a thin substrate 32 in the same manner as in (a), and then turned upside down and attached to the light guide plate 11 with an optical adhesive 40. Show how to glue on top. Same figure (
In b), 42 indicates a layer of vapor-deposited metal (CA1, etc.).
第9図はそれ自体公知の透過型ホログラムの作成方法の
2つの例を示すもので、同図(a)に示したように、導
光板11上に直接媒体くホログラム材料)45を塗布し
、コヒーレントコピーまたはマスク露光等によりホログ
ラムを形成する方法、あるいは同図(b)に示す如く、
基板32上にホログラム材料45を形成したホログラム
乾板にコヒーレントコピーあるいはマスク露光等により
ホログラム(干渉縞)を予じめ形成し、それを逆さまに
して光学接着剤40により導光板11上に接着する方法
とが考えられる。FIG. 9 shows two examples of a method of creating a transmission hologram, which is known per se. As shown in FIG. A method of forming a hologram by coherent copying or mask exposure, or as shown in the same figure (b),
A method in which a hologram (interference fringes) is formed in advance on a hologram dry plate on which a hologram material 45 is formed on a substrate 32 by coherent copying or mask exposure, and then the hologram is turned upside down and adhered onto the light guide plate 11 using an optical adhesive 40. You could think so.
第10図はビーム収束子役を非平面により形成した実施
例を示す。第10図に示す実施例は第18図の従来技術
を改良したものに相当し、透明な平行板の(導光板)6
2の一面62Aをプリズム状に加工し、第18図と同様
方法で半導体レーザ15により光照射を行う。指紋の凹
部Q(全反射)、凸部P (II((乱)からの光は平
板中を全反射を繰り返して伝播してゆくが、このままで
は光は発散する一方であるため、全反射する面部分に光
集束手段としての非平面63A、63Bを形成する。平
板62中を伝播する光を外にとり出し、CCD 29に
入射せしめるため、平板の上下面に対し斜めにカットし
たとり出し面62Bを形成する。FIG. 10 shows an embodiment in which the beam convergence subactor is formed of a non-flat surface. The embodiment shown in FIG. 10 corresponds to an improved version of the prior art shown in FIG.
One surface 62A of 2 is processed into a prism shape, and light is irradiated with the semiconductor laser 15 in the same manner as shown in FIG. The light from the concave part Q (total reflection) and the convex part P ((dispersion) of the fingerprint propagates through the flat plate by repeating total reflection, but as it is, the light will continue to diverge, so it will be totally reflected. Non-flat surfaces 63A and 63B are formed on the surface portions as light focusing means.In order to take out the light propagating inside the flat plate 62 and make it enter the CCD 29, an extraction surface 62B is cut obliquely to the upper and lower surfaces of the flat plate. form.
第10図に示す実施例においては、CCD 29は導光
板62の光取り出し面62Bに直接固設されている。ま
た、基本的には非平面は少くとも1個あればよく、第1
0図において例えば第2の非平面62Bを設けず、その
代りに第1の非平面63Aによるビーム収束位置にCC
D 29を配置すれば第1の非平面63Aのみでよい。In the embodiment shown in FIG. 10, the CCD 29 is directly fixed to the light extraction surface 62B of the light guide plate 62. In addition, basically there should be at least one non-plane, and the first
In Figure 0, for example, the second non-flat surface 62B is not provided, and instead, the CC is placed at the beam convergence position by the first non-flat surface 63A.
If D 29 is arranged, only the first non-flat surface 63A is required.
非平面63A、62Bの具体例としては円筒面、球面、
非球面などが考えられる。これら非平面はビーム収束機
能という観点からはホログラムを用いた前述の各実施例
と全く等価である。Specific examples of the non-flat surfaces 63A and 62B include cylindrical surfaces, spherical surfaces,
Possible examples include aspherical surfaces. These non-planar surfaces are completely equivalent to the aforementioned embodiments using holograms from the viewpoint of beam focusing function.
第11図は集光機能を有する非平面として円筒面65A
・65Bを利用した場合を示す。x、y両方向の結像を
可能にするため、2つの円筒面65A165Bの中心軸
をx、X方向に直交させて導光板62の下面62C及び
上面62Dに形成する。円筒レンズ65A、65Bの焦
点距離を長くとり、広い視野の結像を可能にするため、
被検体接触部13からの光を導光板63の底面62Cで
一度全反射させたのち、第一の円筒面65AでX方向の
集光を行う。Fig. 11 shows a cylindrical surface 65A as a non-flat surface having a light condensing function.
・The case where 65B is used is shown. In order to enable imaging in both the x and y directions, the two cylindrical surfaces 65A and 165B are formed on the lower surface 62C and the upper surface 62D of the light guide plate 62 so that their central axes are orthogonal to the x and X directions. In order to make the focal length of the cylindrical lenses 65A and 65B long to enable imaging of a wide field of view,
After the light from the subject contact portion 13 is once totally reflected on the bottom surface 62C of the light guide plate 63, the light is focused in the X direction on the first cylindrical surface 65A.
尚、円筒面65Aでも全反射をおこすことは可能である
が、全反射条件がくずれるような場合には、アルミニウ
ム等の金属を内面側に蒸着しておくことにより、導光板
62内に光を反射させることができる。次に第2の円筒
面63BでX方向の集光を行い、上面62Dで一度全反
射させて光とり出し面62Bより出射させCCD 29
に導く。設計により光路長が必要な場合には導光板平面
部分での全反射回数を増やせばよい。Note that it is possible to cause total reflection on the cylindrical surface 65A, but if the conditions for total reflection are broken, light can be directed into the light guide plate 62 by vapor-depositing a metal such as aluminum on the inner surface. It can be reflected. Next, the light is focused in the X direction on the second cylindrical surface 63B, completely reflected once on the upper surface 62D, and then emitted from the light extraction surface 62B to the CCD 29.
lead to. If the design requires a longer optical path, the number of total reflections at the flat portion of the light guide plate may be increased.
第12図は第11図と光の取り入れ方向が異なるのみで
その他の構成は基本的には第11図と同じである。即ち
、第11図ではX方向から照光しているのに対し、第1
2図では第18図に対応させてy方向から照光し、即ち
指紋像の伝播方向(X方向)と直交する方向から照光し
、凸部Pからの散乱光のみをCCD 21へ導いている
。FIG. 12 differs from FIG. 11 only in the direction in which light is taken in, and the other configurations are basically the same as in FIG. 11. That is, in FIG. 11, the light is emitted from the X direction, whereas the
In FIG. 2, light is emitted from the y direction corresponding to FIG. 18, that is, from a direction perpendicular to the propagation direction (X direction) of the fingerprint image, and only the scattered light from the convex portion P is guided to the CCD 21.
集光を行うための非平面63A、63Bの具体例を第1
3・14図に示す。第13図(a)は円筒レンズで、導
光板62の平面から突出させた場合、第13図(b)は
円筒面の凸部が導光板62の平面と同一あるいはそれよ
り内部に埋め込んだ場合である。第14図は球面(また
は非球面)の凸レンズで、第13図と同様、凸出型(第
14図(A))と埋込型(第14図(B))と考えられ
る。必要に応じて非平面の表面に高反射率の金属を蒸着
してもよい。A specific example of non-flat surfaces 63A and 63B for condensing light is shown in the first example.
Shown in Figure 3.14. FIG. 13(a) shows a cylindrical lens, when it is made to protrude from the plane of the light guide plate 62, and FIG. 13(b) shows a case where the convex part of the cylindrical surface is flush with the plane of the light guide plate 62, or is embedded inside it. It is. FIG. 14 shows a spherical (or aspherical) convex lens, which, like FIG. 13, can be thought of as a convex type (FIG. 14 (A)) or a recessed type (FIG. 14 (B)). If desired, a highly reflective metal may be deposited on the non-planar surface.
第15図は第1非平面として球面63A(第14図)を
用い、第2非平面として円筒面63B(第13図)を用
いた実施例を示す。導光板62内を伝播する光線は球面
レンズ63Aに斜入射するため収差が発生する。これを
円筒レンズ63Bにより収差補正することができる。FIG. 15 shows an embodiment in which a spherical surface 63A (FIG. 14) is used as the first non-flat surface and a cylindrical surface 63B (FIG. 13) is used as the second non-flat surface. Since the light beam propagating within the light guide plate 62 is obliquely incident on the spherical lens 63A, aberrations occur. This aberration can be corrected by the cylindrical lens 63B.
第16図は本発明の光学系の組立法を示すもので、LD
15及びCCD 29は夫々導光板620両端に突き当
てられるホルダ71.73内に組み込まれ、組み付は時
に全体が例えば直方体形状になるように導光板620両
端部に相補的な形状となっている。FIG. 16 shows the method of assembling the optical system of the present invention.
15 and CCD 29 are respectively incorporated in holders 71 and 73 that are abutted against both ends of the light guide plate 620, and when assembled, the shape is complementary to both ends of the light guide plate 620 so that the entire structure is, for example, a rectangular parallelepiped. .
尚、第16図に示す実施例では第1の非平面は球面63
A1第2の非平面は円筒面63Bとして形成されている
。In the embodiment shown in FIG. 16, the first non-plane is a spherical surface 63.
The A1 second non-plane is formed as a cylindrical surface 63B.
以上の各実施例において、導光板は透明体であれば特に
その材質は限定されないが一般にはガラスあるいはプラ
スチックにより形成される。尚、プラスチックの場合に
は軽量でしかも任意の形状に容易にモールド成形するこ
とができるという利点がある。In each of the above embodiments, the material of the light guide plate is not particularly limited as long as it is transparent, but it is generally made of glass or plastic. Note that plastic has the advantage that it is lightweight and can be easily molded into any shape.
以上に記載した通り、本発明によれば、結像手段を一つ
の透明な導光板に一体形成したため、簡素で、組立ても
容易になり、小型、軽量、薄形の凹凸形状検出装置が実
現できる。As described above, according to the present invention, since the imaging means is integrally formed on one transparent light guide plate, it is simple and easy to assemble, and it is possible to realize a compact, lightweight, and thin uneven shape detection device. .
また、上記結像手段はホログラムあるいは非平面により
実現することにより実質上導光板の厚さを増すことなく
導光板内に一体的に組み込むことができる。Moreover, by realizing the imaging means using a hologram or a non-planar image, it can be integrated into the light guide plate without substantially increasing the thickness of the light guide plate.
第1図は本発明に係る検出装置の基本構成を示す図解図
、第2図は第1図の光学系を示す図、第3図は本発明の
実施例において用いられるホログラムの格子縞分布を示
す図、第4図は第2図とは別の実施例を示す図、第5図
、第6図、第7図は更に別の3つの異なる実施例を示す
図、第8図(a)、 (b)は反射型ホログラムの形
成方法の2つの実施例を示す図、第9図(a)、 (
b)は透過施例を示す図、第11図、第12図は第10
図とは別の2つの実施例を示す図、第13図(a)。
(b)は非平面面により円筒レンズを構成する場合の2
つの実施例を示す図、第14図(a)、 (b)は非平
面により球面(又は非球面)レンズを構成する場合の2
つの実施例を示す図、第15図は非平面を用いた他の実
施例を示す図、第16図は検出装置の簡易な組立て法の
一例を示す図、第17図及び第18図は従来の凹凸形状
検出光学系の2つの例を示す図。
10・・・被検物体、 11.62・・・導光板、
31.63.65・・・ビーム収束手段。
本発明の基本構成
第2図 第3図
11、導光板
15・ 半導体レーザ
31A、31B・・ ホログラム
実施例
M蒸着
(b)
導光板上への反射型ホログラム形成法
第8図
露光
ll
導光板上への透過型ホログラム形成法
第9図
非平面を用いた実施例
第10図
1ソ
実施例
第12図
璽−
凸出型 埋込型
(Q) F、1□7.:(b)
凸出型 埋込型
(a) (b)
球面(非球面)レンズ
第14図
(Ill のJ M 例 光学系組立法
の一例第15図 第16図
従来の凹凸形状検出光学系(第1例)
7417図
従来の凹凸形状検出光学系(第2例)
第18図Fig. 1 is an illustrative diagram showing the basic configuration of the detection device according to the present invention, Fig. 2 is a diagram showing the optical system of Fig. 1, and Fig. 3 shows the lattice fringe distribution of the hologram used in the embodiment of the present invention. 4 shows an embodiment different from that in FIG. 2, FIGS. 5, 6, and 7 show three further different embodiments, and FIG. 8(a), (b) is a diagram showing two embodiments of the method for forming a reflection hologram; FIG. 9(a), (
b) is a diagram showing the transmission example, and Figures 11 and 12 are the 10th
FIG. 13(a) is a diagram showing two different embodiments. (b) is 2 when a cylindrical lens is constructed from non-planar surfaces.
Figures 14(a) and 14(b) show two embodiments in which a spherical (or aspherical) lens is constructed from a non-flat surface.
15 is a diagram showing another embodiment using a non-flat surface, FIG. 16 is a diagram showing an example of a simple method of assembling the detection device, and FIGS. 17 and 18 are conventional FIG. 3 is a diagram showing two examples of an uneven shape detection optical system. 10... Test object, 11.62... Light guide plate,
31.63.65... Beam focusing means. Basic configuration of the present invention FIG. 2 FIG. 3 FIG. 11, light guide plate 15, semiconductor lasers 31A, 31B... Hologram embodiment M vapor deposition (b) Reflection type hologram formation method on light guide plate FIG. 8 Exposure ll On light guide plate Transmission type hologram formation method for Figure 9 Example using a non-flat surface Figure 10 Example 1 Example Figure 12 - Convex type Buried type (Q) F, 1□7. : (b) Convex type Recessed type (a) (b) Spherical (aspherical) lens Fig. 14 (Ill JM Example Example of optical system assembly method Fig. 15 Fig. 16) Conventional uneven shape detection optical system (1st example) Figure 7417 Conventional uneven shape detection optical system (2nd example) Figure 18
Claims (1)
導光板(11、62)の一平面に押し当て、該導光板の
内部から被検物体に光を照射した時の物体表面の凹部(
Q)、凸部(P)からの散乱信号光を光学的に識別する
ことにより物体の凹凸形状を検出する装置において、上
記凹凸部からの反射光を導光板外部の画像検出器(29
)に結像する少なくとも一つのビーム収束手段(31、
63、65)を導光板内に一体的に組み付けたことを特
徴とする凹凸形状検出装置。 2、上記ビーム収束手段は少なくとも一つの反射型ある
いは透過型回折格子(31A、31B)により形成され
ることを特徴とする請求項1記載の検出装置。 3、上記ビーム収束手段は少なくとも一つの反射型回折
格子と少なくとも一つの透過型回折格子とにより形成さ
れ、反射型回折格子による反射回折光を透過型回折格子
による回折透過光として透明多面体外部に取り出すこと
を特徴とする請求項1記載の検出装置。 4、上記回折格子は円筒レンズと等価な格子縞分布を有
することを特徴とする請求項2記載の検出装置。 5、上記回折格子は球面レンズと等価な格子縞分布を有
することを特徴とする請求項2記載の検出装置。 6、上記回折格子は非球面レンズと等価な格子縞分布を
有することを特徴とする請求項2記載の検出装置。 7、上記ビーム収束手段は円筒レンズと等価な少なくと
も二つの回折格子を有し、これら回折格子はその回折格
子が直交するように導光板内の所定位置に配置されるこ
とを特徴とする請求項1記載の検出装置。 8、上記ビーム収束手段は導光板内に部分的に形成され
る少なくとも一つの非平面(63A、63B、65A、
65B)により形成されることを特徴とする請求項1記
載の検出装置。 9、上記非平面は円筒面であることを特徴とする請求項
8記載の検出装置。 10、上記非平面は球面であることを特徴とする請求項
8記載の検出装置。 11、上記非平面は非球面であることを特徴とする請求
項8記載の検出装置。 12、上記ビーム収束手段は導光板内に部分的に形成さ
れる二つ以上の円筒面により形成され、これら円筒面は
その長手軸が互いに直交するように導光板内の所定位置
に配置されることを特徴とする請求項8記載の検出装置
。 13、上記非平面には光を導光板内部に反射せしめる反
射膜が施されていることを特徴とする請求項8記載の検
出装置。 14、上記導光板はプラスチックモールドにより形成さ
れることを特徴とする請求項1記載の検出装置。[Claims] 1. An object to be detected (10) having an uneven surface shape is pressed against one plane of a transparent light guide plate (11, 62), and light is irradiated from inside the light guide plate to the object to be detected. When the concavities on the surface of an object (
Q) In a device that detects the uneven shape of an object by optically identifying the scattered signal light from the convex part (P), the reflected light from the convex part is detected by an image detector (29) outside the light guide plate.
) at least one beam focusing means (31,
63, 65) are integrally assembled within a light guide plate. 2. The detection device according to claim 1, wherein the beam focusing means is formed by at least one reflection type or transmission type diffraction grating (31A, 31B). 3. The beam converging means is formed by at least one reflection type diffraction grating and at least one transmission type diffraction grating, and extracts the reflected diffraction light by the reflection type diffraction grating to the outside of the transparent polyhedron as diffracted and transmitted light by the transmission type diffraction grating. The detection device according to claim 1, characterized in that: 4. The detection device according to claim 2, wherein the diffraction grating has a lattice fringe distribution equivalent to a cylindrical lens. 5. The detection device according to claim 2, wherein the diffraction grating has a lattice fringe distribution equivalent to a spherical lens. 6. The detection device according to claim 2, wherein the diffraction grating has a lattice fringe distribution equivalent to an aspherical lens. 7. Claim 7, wherein the beam focusing means has at least two diffraction gratings equivalent to cylindrical lenses, and these diffraction gratings are arranged at predetermined positions within the light guide plate so that the diffraction gratings are orthogonal to each other. 1. The detection device according to 1. 8. The beam focusing means includes at least one non-flat surface (63A, 63B, 65A,
65B). Detection device according to claim 1, characterized in that it is formed by: 65B). 9. The detection device according to claim 8, wherein the non-flat surface is a cylindrical surface. 10. The detection device according to claim 8, wherein the non-flat surface is a spherical surface. 11. The detection device according to claim 8, wherein the non-flat surface is an aspherical surface. 12. The beam focusing means is formed by two or more cylindrical surfaces partially formed within the light guide plate, and these cylindrical surfaces are arranged at predetermined positions within the light guide plate such that their longitudinal axes are orthogonal to each other. 9. The detection device according to claim 8. 13. The detection device according to claim 8, wherein the non-flat surface is provided with a reflective film that reflects light into the light guide plate. 14. The detection device according to claim 1, wherein the light guide plate is formed by a plastic mold.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63117061A JPH01287785A (en) | 1988-05-16 | 1988-05-16 | Irregular shape detecting device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63117061A JPH01287785A (en) | 1988-05-16 | 1988-05-16 | Irregular shape detecting device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01287785A true JPH01287785A (en) | 1989-11-20 |
Family
ID=14702458
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63117061A Pending JPH01287785A (en) | 1988-05-16 | 1988-05-16 | Irregular shape detecting device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01287785A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016507800A (en) * | 2013-11-08 | 2016-03-10 | 株式会社ユニオンコミュニティUnioncommunity Co.,Ltd | Fingerprint input device using portable terminal equipped with camera and exterior optical device for fingerprint input |
| JP2018200468A (en) * | 2013-09-01 | 2018-12-20 | ベンカテサン, ヴァルン アクールVENKATESAN, Varun Akur | Optical system for light collection |
| JP2024518920A (en) * | 2021-05-04 | 2024-05-08 | アイディーループ ゲーエムベーハー | Device and method for contactless recording of fingerprints and handprints |
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1988
- 1988-05-16 JP JP63117061A patent/JPH01287785A/en active Pending
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