DE3490643T1 - Fingerabdruckabbildungsvorrichtung - Google Patents
FingerabdruckabbildungsvorrichtungInfo
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Description
Beschreibung
Fingerabdruckabbildungsvorrichtung
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Abbildungsvorrichtungen,
und insbesondere eine Fingerabdruckabbildungsvorrichtung. Hintergrundstechnik
Fingerabdruckabbildungsvorrichtungen werden gegenwärtig unter
anderem zum Aufzeichnen von Fingerabdrücken ohne Verwendung von
Tinte benutzt. Ein Beispiel einer Fingerabdruckabbildungsvorrichtung
ist in US Patent Nr. 4 152 056 mit der Bezeichnung "Fingerabdruckanordnung" offenbart. Die Vorrichtung enthält einen
transparenten Zylinder zur Aufnahme eines Fingers, von dem ein Fingerabdruck gemacht werden soll. Eine den Zylinder umgebende
Platte ist vorgesehen, die eine zum Zylinder gerichtete Lichtquelle trägt. Die Platte wird um den Zylinder gedreht, so
daß der Finger mit Licht abgetastet wird. Das vom Zylinder und dem darin angeordneten Finger reflektierte Licht, enthält Informationen
über die Hautleistenmuster, welche von einer Kamera, die mit der Lichtquelle bewegt wird, aufgenommen werden.
Die vorstehend beschriebene Abbildungsvorrichtung hat zwar eine Verbesserung in der Technik gebracht; aber es bleiben doch noch
Mangel. So ist es z.B. schwierig, die bekannte Vorrichtung in
kompakter Form zu verwirklichen. Außerdem muß ein Mechanismus vorgesehen sein, um die Kamera gegenüber der Lichtquelle zu drehen,
so daß der Oberfläche des Kamerafilms eine Abbildung überlagert wird. Für den Fachmann wird nach dem Lesen der folgenden
"Besten Art zur Verwirklichung der Erfindung" klar werden, daß mit der vorliegenden Erfindung die genannten und weitere Beschränkungen
der bekannten Abbildungsvorrichtung überwunden werden.
Es wird eine Fingerabdruckabbildungsvorrichtung offenbart. Die Vorrichtung weist einen steifen Rahmen mit einem drehbar an diesem
angebrachten Schlitten auf. An dem Rahmen ist ein transparentes optisches Element zur Aufnahme eines abzubildenden Fingers
befestigt. Das optische Element besteht vorzugsweise aus Kunststoff und hat einen teilzylindrischen Querschnitt, der eine
Ausnehmung für die Aufnahme des Fingers bildet.
Der drehbare Schlitten ist von einem Motor, vorzugsweise einem elektrischen Schrittschaltmotor angetrieben. Auf dem Schlitten
ist eine Lichtquelle und ein Lichtdetektor abgestützt, der typischwerweise
ein Paar Spiegel, eine Linsenanordnung und ein lichtempflindliches
Element,'ζ.B. eine Photodiodenanordnung aufweist.
Der Lichtdetektor ist an dem Schlitten so angeordnet, daß er von der Lichtquelle ausgehendes Licht vom optischen Element empfängt.
Die Lage des Lichtdetektors gegenüber der Lichtquelle bleibt fest.
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist einer der
Spiegel des Lichtdetektors an einem langgestreckten Schlittenteil dem optischen Element benachbart angeordnet. Die Lichtquelle
ist an einem zweiten, gleichfalls dem optischen Element benachbarten, langgestreckten Schlittenteil befestigt, wobei die relativen radialen Lagen der Lichtquelle und des Spiegels so eingestellt
sind, daß von der Lichtquelle ausgehendes und vom optischen Element durchgelassenes Licht vom ersten Spiegel empfangen
wird. Der zweite Spiegel empfängt Licht vom ersten Spiegel durch die Linsenanordnung und gibt das Licht an die Photodiodenanordnung
weiter.
Der Schlitten ist vom Motor drehbar so angetrieben, daß mindestens ein wesentlicher Teil des Fingers von der Lichtquelle
abgetastet wird. Das vom optischen Element ausgehende Licht enthält Informationen über die Abbildung des Fingerabdrucks, die von
der Photodiodenanordnung empfangen werden. Die Datenausgabe der Anordnung kann dann nach Bedarf weiterverarbeitet werden, um verschiedene
Funktionen zu erfüllen, wie eine Prüfung der Identität. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Prüfgeräts für Fingerabdrücke, in dem eine Fingerabdruckabbildungsvorrichtung gemäß der Erfindung verwendet wurde.
Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Prüfgeräts für Fingerabdrücke, in dem eine Fingerabdruckabbildungsvorrichtung gemäß der Erfindung verwendet wurde.
Fig. 2 ist eine Schemazeichnung einer Abbildungsvorrichtung gemäß der Erfindung, aus der die relative Lage einiger der
Hauptbestandteile der Vorrichtung hervorgeht.
Fig. 3 ist eine Querschnittsdraufsieht-auf die Abbildungsvorrichtung
gemäß der Erfindung durch die Schnittlinie 3-3 in -Fig. 1.
Fig. 4 ist eine seitliche Schnittansicht der Abbildungsvorrich-
Fig. 4 ist eine seitliche Schnittansicht der Abbildungsvorrich-
tung gemäß der Erfindung durch die Schnittlinie 4-4 in
Fig. 3.
Fig. 3.
Fig. 5 ist eine seitliche Schnittansicht der Abbildungsvorrichtung gemäß der Erfindung durch die Schnittlinie 5-5 in
Fig. 3.
Fig. 3.
Fig. 6 ist eine Vorderansicht des optischen Elements zur Aufnahme eines Fingers und der zugehörigen Lichtquelle und des
Spiegels längs der Linie 6-6 in Fig. 4.
Fig. 7 ist eine Schnittansicht der Abbildungsvorrichtung gemäß
Fig. 7 ist eine Schnittansicht der Abbildungsvorrichtung gemäß
der Erfindung von vorn durch die Schnittlinie 7-7 in Fig.4.
Fig. 8 ist eine schematische Darstellung eines als Beispiel gewählten Lichtweges durch das optische Element der Abbildungsvorrichtung
gemäß der Erfindung.
Fig. 9 ist ein vergrößerter Teil eines Abschnitts der schematischen
Darstellung gemäß Fig. 8.
Fig.10 ist ein vereinfachtes Blockschaltbild eines als Beispiel
gewählten elektrischen Steuersystems für die Abbildungsvorrichtung gemäß der Erfindung.
Beste Art zur Verwirklichung der Erfindung
Beste Art zur Verwirklichung der Erfindung
Unter Hinweis auf die Zeichnungen zeigt Fig. 1 ein Beispiel der Anwendung der Fingerabdruckabbildungsvorrichtung gemäß der Erfindung
in einem allgemein mit Ziffer 12 bezeichneten Prüfgerät zum Überprüfen von Fingerabdrücken. Ein oder mehrere solche Prüfgeräte
werden meistens gemeinsam mit einem hier nicht gezeigten zentralen Verarbeitungsrechner benutzt, um den Zugang von Personen
zu Anlagen oder Rechnern zu kontrollieren.
Das Prüfgerät 12 hat ein Gehäuse 14, welches die erfindungsgemäße
Abbildungsvorrichtung umschließt. Das Gehäuse 14 hateine nicht bezeichnete, geneigte vordere Tafel, auf der eine
Tastatur 16 und ein Anzeigefeld 18 angebracht ist. Ferner ist in
der Tafel eine Ausnehmung ausgebildet, in der ein optisches Element
20 der erfindungsgemäßen Abbildungsvorrichtung angebracht
ist.
ist.
Das Prüfgerät 12 dient sowohl zum Überprüfen als auch
zum Einschreiben oder Aufnehmen. In beiden Fällen legt eine
Person, die entweder eingeschrieben oder überprüft werden soll,
Person, die entweder eingeschrieben oder überprüft werden soll,
einen Finger 82 oder Daumen in die von dem optischen Element begrenzte Ausnehmung. Mit einer Meßfühlschaltung wird das
Vorhandensein des Zeichens am optischen Element wahrgenommen, was die Anzeige einer Reihe von Weckbotschaften im Anzeigefeld
18 hervorruft. Wenn die Person bereits früher eingeschrieben wurde, wird sie aufgefordert, ihre persönliche Identifizierungsnummer, ihren Namen oder eine sonstige Kennzeichnung einzugeben.
Dann wird der Finger mit der Abbildungsvorrichtung abgetastet, um eine Abbildung zu erzeugen, die dem Fingerabdruck
dieser Person entspricht. Als nächstes wird ein Vergleich zwischen dieser Abbildung, und einer für die Person gespeicherten
Abbildung vorgenommen. Ist der Vergleich positiv, so erhält die Person Zugang zu der Anlage oder den Daten.
Das Einschreibverfahren ist ähnlich wie die Prüfprozedur, denn
der Finger der Person wird abgetastet, und der Fingerabdruckabbildung entsprechende Daten werden in einem nichtflüchtigen
Speicher gespeichert. Außerdem werden über die Tastatur 16 Informationen
zur Kennzeichnung, z. B. der Name oder die persönliche Identifikationsnummer der Person eingespeichert. Beim
Einschreibvorgang ist meistens Sicherheitspersonal anwesend, um die Identität der Person sicherzustellen. Sobald die Person
eingeschrieben wurde, kann sie persönlich Zugang oder Zugriff zu Daten erhalten, indem sie das vorstehend beschriebene Prüfverfahren
durchläuft, wozu die Anwesenheit von Sicherheitspersonal nicht nötig ist.
Einige Einzelheiten des Aufbaus der Abbildungsvorrichtung gemäß der Erfindung gehen aus Fig. 2 hervor. Das optische Element
20 besteht aus einem transparenten Werkstoff, z. B. aus Acrylkunststoff mit bekanntem Brechindex. Der Körper des Elements
20 hat die Form eines Zylinders mit einer Längs- oder Hauptachse 86. Durch eine auf der . Achse 86 liegende, halbierende
Ebene wird ein halber Zylinder begrenzt, der entfernt ist, um eine Ausnehmung für die Aufnahme eines Fingers 82 zu
bilden. Wie am besten in Fig. 8 erkennbar ist, bildet- die Innenfläche
80 des Elements 20 einen gekrümmten Bereich mit einem gleichbleibenden Radius R gegenüber der Achse 36. ·
Ähnlich bildet auch die Außenfläche 84 des Elements einen zweiten
gekrümmten Bereich mit einem gleichbleibenden Radius R„ gegenüber
der /Achse 86. Die Werte der Radien R~ und R... sind
typischerweise ca. 1,0 bzw. 0,6 Zoll.
Das optische Element 20 hat ferner einen Anbringungsbereich 88, der insgesamt quer zur Achse 86 liegt und einen integralen
Bestandteil des Halbzylinderabschnitts bildet. Der Anbringungsbereich 88 ist am entfernten Ende des Elements 20 angeordnet
und dient zum festen Anbringen des Elements am Rahmen der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Der Anbringungsbereich 88 könnte
auch die Form einer am Hauptkörper befestigten Scheibe haben. In dem Fall könnte der Hauptkörper aus einem Kunststoffzylinder
hergestellt sein. Vor dem Anbringen der Scheibe am Hauptkörper kann ohne weiteres die Innenfläche 80 und die Außenfläche 84
poliert werden.
Die Abbildungsvorrichtung weist ferner einen Schlitten 22 auf, der um die Achse 86 drehbar ist. Der Schlitten 22 trägt
eine langgestreckte, insgesamt mit 26 bezeichnete Lichtquelle. Außerdem ist auf dem Schlitten ein erster und ein zweiter Spiegel
32 bzw. 34, eine Linsenanordnung 36 und ein linearesPhotodiodenarray
38 abgestützt. Der Schlitten 22 wird mit einem Schrittschaltmotor um die ßchse ■ 86 gedreht, wie noch näher
erläutert wird.
Die der Außenfläche 84 des optischen Elements benachbarte Lichtquelle
26 hat eine zur Achse 86 parallele grundsätzliche. Achse. Die Lichtquelle 26 weist einen Boden 30 auf, dessen Länge
typischerweise 1,5 Zoll beträgt, sowie einen an dem Boden befestigten lichtdurchlässigen Lichtdiffusor 28. Im Boden
30ist eine Reihe kleiner Glühbirnen angeordnet, die längs der Länge des Bodens eine verhältnismäßig gleichförmige,diffuse
Lichtquelle bilden.
Der Spiegel 32 ist ein Oberflächenspiegel, dessen reflektierende
Oberfläche an der Außenseite liegt. Der Spiegel 32 steht unter einem Winkel von 45° gegenüber der Lichtquelle 26, um vom
optischen Element 20 reflektiertes Licht zu empfangen, vie nachfolgend
beschrieben wird.
Das Photodiodenarray 38 ist am Schlitten 22 so befestigt, daß
sich die hauptsächliche Achse des linearen Array parallel zur Achse 86 erstreckt. Der zweite Spiegel 34, der gleichfalls
ein Oberflächenspiegel ist, ist am Schlitten 22 so angeordnet,
daß er Licht durch die Linsenanordnung 36 vomν Spiegel
32 empfängt und auf die Oberfläche des Photodiodenarray 38 reflektiert. Die Spiegel 32 und 34 nehmen also gegenüber der
Achse 86 die gleiche radiale Lage ein, wobei die Längsachse des Spiegels 34 mit der !Achse 86 einen Winkel von
45° einschließt. Das Photodiodenarray 38 weist eine lineare Reihe von 512 Photodioden auf, deren Mittenabstand
0,001 Zoll, beträgt, so daß sie ein ca. 0,5 Zoll langes Array bilden. Vorzugsweise sind die Dioden und zugehörige Schaltungsanordnungen in einer einzigen Baueinheit zusammengefaßt.
Für die Erfindung hat sich ein von der Firma EG&G Reticon, Sunnyvale, Kalifornien unter der Bezeichnung "RL512G"
vertriebenes. Teil als geeignet erwiesen. Es könnten aber auch andere Arten von lichtempfindlichen Vorrichtungen für diesen
Zweck verwendet werden.
Die Linsenanordnung 36, die zwischen den Spiegeln 32 und 34 am Schlitten 22 befestigt ist, kann, wie dargestellt, eine einzige
Linse oder eine Vielzahl von Linsen aufweisen. Die Linsenanordnung
36 ist so gestaltet, daß sie von der Fläche des optischen Elements ausgehendes Licht auf der Oberfläche
des Dioden array 38 bündelt. Die Anordnung 36 dient auch zur Verkleinerung der vom Spiegel 32 reflektierten Abbildung,
so daß die ca. 1 Zoll große Abbildung auf der Innenfläche 80 zu einer 0,5 Zoll großen Abbildung
auf der Oberfläche der Photodiodenreihe 38 verkleinert wird, um der Länge dieser Reihe zu entsprechen.
In den Fig. 3 bis 7 sind weitere Einzelheiten des Aufbaus eines
Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Abbildungsvorrichtung
zu sehen. Die Vorrichtung hat, wie am besten in Fig. 4 erkennbar, einen steifen Rahmen 40 aus Metall, der an einer Bodenplatte
60 auf drei senkrechten Pfosten 42 mittels Schrauben festgemacht ist. Der Rahmen 40 hat einen nicht bezeichneten,
nach unten wegragende^ vertikalen vorderen und hinteren Teil,
die über eine horizontale Platte miteinander verbunden sind, wobei die Pfosten 42 an der Platte befestigt sind. Vorzugsweise
ist der Rahmen 40 aus einem einzigen Aluminiumgußstück gearbeitet und bildet eine einteilige Einheit, obwohl auch andere
Werkstoffe verwendbar sind.
Das optische Element 20 ist am senkrechten vorderen Teil des Rahmens 40 mittels zweier Schrauben 66 (Fig. 5) fest angebracht
Die Schrauben 66 erstrecken sich durch nicht bezeichnete, versenkte Bohrungen im Anbringungsbereich 88 des Elements und ragen
in entsprechende Gewindebohrungen 90 im senkrechten vorderen Teil des Rahmens 40 hinein. Das optische Element 20 ist
am Rahmen 40 so angeordnet, daß seine Längsachse mit der Hauptachse
86 des Rahmens koaxial ist. In seinem vorderen Teil hat das optische Element 20 vorzugsweise einen Ausschnitt 15 (Fig.
5), um einen im Gehäuse 14 entsprechend ausgebildeten Flansch
aufzunehmen·, so daß eine Dichtung geschaffen wird.
Am senkrechten hinteren Teil des Rahmens 40 ist ein Schrittschaltmotor
24 mit zwei Schrauben 52 fest angebracht. Die Antriebswelle des Schrittschaltmotors 24, die sich durch eine
Öffnung im hinteren Rahmenteil erstreckt, ist mit der Hauptachse 86 koaxial. Unterhalb der oberen Platte des Rahmens 40
ist zwischen dem vorderen und hinteren senkrechten Teil drehbar der Schlitten 22 angehängt. Der Schlitten 22 hat eine
Längsbohrung, in der eine zur Halterung dienende Welle 62 aufgenommen ist (Fig. 3). Die Welle 62 ist am Schlitten 22 mittels
eines hier nicht gezeigten Sicherungsstiftes fest angebracht,
der durch den Schlitten und in die Welle hineinragt. Das vordere Ende der Welle 62 ist in einer Bohrung im vorderen
senkrechten Rahmenteil in einem Lager 68 aufgenommen. Das hintere Ende der Welle 62, die mit der Achse 86 koaxial verläuft,
ist mit der Antriebswelle des- Motors 24 über eine Klammer 58 verbunden. Um die Welle 62 erstreckt sich
eine Spannfeder 54, deren eines Ende am Schlitten 22 befestigt
ist, während das andere Ende an der horizontalen Platte des Rahmens 40 angeordnet ist (Fig. 4). Die Spannfeder 54 übermit-
telt dem Schlitten 22 eine Spannkraft, die durch das innere Getriebe
im Schrittschaltmotor 24 verursachten toten Gang ausschaltet.
Der Schlitten 22 hat zwei längliche Halterungsglieder 22a und 22b, die sich unterhalb des vorderen Teils des Rahmens 40 erstrecken
und beide insgesamt parallel zur Hauptachse 86 liegen. Das Halterungsglied 22b (Fig. 4) hat einen T-förmigen Querschnitt
und dient zum Abstützen des Spiegels 32 in der Nähe des optischen Elements 20. Zum Befestigen des Spiegels an dem langgestreckten
Glied ist ein Halterungsglied 78 vorgesehen. Das längliche Glied 22a dient zum Abstützen der Lichtquelle 26 in
der Nähe des optischen Elements. Wie vielleicht am besten in Fig. 6 erkennbar, besteht ein radialer Abstand in bezug auf die
Hauptachse von ca. 45° zwischen der Lichtquelle 26 und dem Spiegel 32, die von den langgestreckten Gliedern des Schlittens
abgestützt sind.
Ein an der Unterseite des umlaufenden Schlittens 22 befestigter Halterungsblock 44 trägt die Linsenanordnung 36, den Spiegel
34 und das Photodiodenarray 38. Der . Block 44 ist am Schlitten 22 mit drei Schrauben 92 befestigt, die sich durch
längliche Öffnungen 46 (Fig. 3 und 5) im Schlitten erstrecken. Die Öffnungen verlaufen parallel zur Hauptachse 86, so daß
die Längsstellung des Blocks längs der Achse 86
durch Lockern der Schrauben 92, Verschieben· der Lage des
Blocks 44 und erneutes Anziehen der Schrauben geändert werden kann.
Wie am besten in Fig. 3 zu sehen ist, hat der Block 44 eine Bohrung zur Aufnahme eines Zylinders 48, in welchem
die Linsenanordnung ■ angebracht ist. Der Zylinder 4 8 ist innerhalb der Bohrung verschiebbar aufgenommen und mittels einer
Stellschraube 50 in seiner Lage gesichert. Der Block 44 stützt außerdem den Spiegel 34 unter einem Winkel von 45°
gegenüber der Achse 86 ab. Ferner ist das Photodioden.array
38 am . Block 44 so befestigt, daß seine Ebene parallel zur Hauptachse verläuft.
AO
Die Länge des Lichtweges zwischen dem Photodiodenarray 38 und der Linsenanordnung 36 wird durch Lockern der Stellschraube 50
und Verschieben des Zylinders 48 innerhalb der Bohrung im Halterungsblock eingestellt. Die Länge des Lichtweges zwischen
der Linsenanordnung und der Fläche 80 des optischen Elements 20 wird durch Handhabung der Schrauben 92 zum Ändern der
Lage des Halterungsblocks 44 auf dem Schlitten 22 eingestellt. Wie schon erwähnt, sind die beiden Lichtwege so eingestellt,
daß die Abbildung auf der Fläche 80 auf die Anordnung gebündelt wird. Dabei sind die Lichtwege außerdem so gewählt,
daß sie die gewünschte Verkleinerung von 2:1 ergeben.
Die elektrische Verbindung zwischen der umlaufenden Lichtquelle und Photodiodenarray und den nichtdrehbaren Bauelementen
erfolgt über ein flexibles, flaches Kabel 29. Das Kabel 29 ist mit einem Ende am drehbaren Block 4 4 befestigt, während
das andere Ende an der oberen Platte des Rahmens 4 0 mittels einer Klemmanordnung 31 (Fig. 4) befestigt ist. Das Kabel
ist zwischen dem Rahmen und dem Schlitten in einer Schleife verlegt, damit es beim Drehen des Schlittens nicht gespannt
wird.
In den Fig. 8 und 9 sind als Beispiele gewählte Lichtwege durch das optische Element 20 gezeigt. Die Lichtquelle 26 ist
in einer typischen Stellung während des Abbildungsabtastens gezeigt. Die Linie 94 bezeichnet einen als Beispiel gewählten
Lichtstrahl, der von der Lichtquelle 26 abgegeben wird, die sich entlang der Länge des optischen Elements 20 längs der
Hauptachse 86 etwa einen Zoll weit erstreckt. Wenn der Strahl an der Fläche 84 in das optische Element eintritt,
wird das Licht gebrochen. Das Ausmaß der Brechung ist in Übereinstimmung mit allgemein bekannten Gesetzen der Optik eine
Funktion des Brechindex des Stoffs, aus dem das optische Element besteht, und des Einfallswinkels des Strahls.
Der Lichtstrahl setzt sich durch das optische Element fort,
bis er die Fläche 80 des Elements erreicht, wie durch die Linie 96 angedeutet. Wie Fig. 9 zeigt, trifft der Strahl 96
•Μ
— 1Λ —
an der Fläche 80 auf einen zwischen zwei benachbarten Haütleisten des Fingers 82 liegenden Bereich des optischen Elements
20. Der Winkel der Lichtquelle 26 und der . Fläche wird während des ganzen Abtastvorganges der Abbildung auf
gleichbleibendem Wert gehalten, so daß der Einfallswinkel 0 an der Fläche 80 unverändert bleibt. Es gibt einen kritischen
Einfallswinkel, bei dem das gesamte Licht von der
Fläche 80 zurück durch das optische Element reflektiert wird. Wenn das dieser Fläche gegenüberliegende Medium Luft ist,
ist dieser kritische Winkel ca. 45° groß. Der Einfallswinkel 0
wird auf einen Wert eingestellt, der etwas größer ist als der kritische Winkel, damit das zwischen den Hautleisten auf die
Fläche 80 auftreffende Licht reflektiert wird, wie durch die Linie 98 wiedergegeben.
Wie Fig. 8 zeigt, wird der reflektierte Lichtstrahl 98 durch das optische Element hindurchgelassen, bis er die Außenfläche
84 des Elements erreicht. Dann wird der Strahl, wie durch die Linie 100 angedeutet, vom Spiegel 32 aufgenommen und zur
Diodenreihe reflektiert.
In Fig. 9 bezeichnet die Linie 96' einen Lichtstrahl, der etwas
früher beim Abbildungsabtastvorgang erzeugt wurde. Dieser Lichtstrahl 96' trifft unter dem Einfallswinkel 0 auf eine
Hautleiste, und der Brechindex dieser Hautleiste ist erheblich größer als der von Luft. Durch diesen höheren Brechindex wird
die innere Totalreflexion gestört, und der größte Teil des einfallenden Lichts wird im Finger 82 absorbiert. Ein Teil des
einfallenden Lichts wird aber auch von der Hautleiste reflektiert und in verschiedene Richtungen zerstreut, wie durch die
Linien 98' angedeutet. Obwohl ein Teil des reflektierten Lichtes das D.iodenarray 38 erreicht, ist die Intensität
dieses Lichts signifikant geringer als das von der Fläche 80 in Bereichen reflektierte Licht, die den zwischen den Leisten
liegenden Vertiefungen benachbart sind.
Zu der Abbildungsvorrichtung gemäß der Erfindung gehört ferner ein Detektor 59 für die Ausgangsstellung des Schlittens, der
At
—J^ —
am hinteren senkrechten Teil des Rahmens 40 unmittelbar unterhalb der Klammer 58 befestigt ist. Der Detektor 59 weist eine
hier nicht gezeigte Lichtquelle auf, aus der Licht zur Klammer 58 gerichtet wird, sowie einen hier nicht gezeigten Lichtdetektor,
der von der Klammer reflektiertes Licht empfängt. Die
Klammer hat einander benachbarte, reflektierende und nichtreflektierende
Oberflächen, wobei der Übergang zwischen den Oberflächen unmittelbar oberhalb des Detektors 59 angeordnet ist,
wenn der Schlitten in die Ausgangsposition gedreht wird, wie noch näher erläutert wird. Der Ausgang des Photodetektors ändert
sich also abrupt, wenn der Schlitten seine Ausgangsposition erreicht.
Aus Fig. 10 geht hervor,- wie der Schrittschaltmotor 24 von einer als Block dargestellten Motorsteuerung 70 angetrieben
wird. Die Motorsteuerung erzeugt herkömmliche Antriebsimpulse, die den Motor 24 veranlassen, sich mit steuerbarer
Geschwindigkeit in der einen oder anderen Richtung weiterzudrehen Die Antriebsgeschwindigkeit ist eine Funktion der Frequenz
der Impulse und der im Schrittschaltmotor enthaltenen
Getriebeanordnung.
Das Diodenarray 38wirdvon einer als Block dargestellten
Arraysteuerschaltung 72 gesteuert, die Taktsignale von einem Taktgeber-Block 74 empfängt. Die. 1Arraysteuerung 72 liefert
an das Array verschiedene herkömmliche Steuersignale, einschließlich Takt-, Auffrisch- und Wiederaufladesignale. Die
Taktsignale bewirken, daß jeder Diode des Array zugeordnete Seriendaten einem Verarbeitungsblock 76 zugeführt werden.
Die Startsignale werden typischerweise alle 6 Millisekunden erzeugt, denn diese Zeit entspricht der zum Lesen von Daten aus
jeder der 512 Dioden des Array benötigten Zeitspanne. Das
Startsignal wird auch von der Motorsteuerung 7 0 für den Antrieb des Schrittschaltmotors 24 benutzt.
In Fig. 6 sind zwei als Beispiel dienende Stellungen der Lichtquelle
26 und des Spiegels 32 gezeigt. Die durchgezogen gezeichnete Stellung entspricht der Stellung der Lichtquelle und
des Spiegels am Ende des Abtastvorganges. Die Lage der Lichtquelle
und des Spiegels bei Beginn des Abtastvorganges ist gestrichelt dargestellt. Vor Beginn der Abtastfolge befindet
sich die Lichtquelle 26 in der nicht gezeigten Ausgangsposition zwischen der Start- und Stopposition für den Abtastvorgang,
wo der einfallende Lichtstrahl 96 insgesamt auf den mittleren Bereich der . : Fläche 80 des optischen Elements auftrifft.
Wenn im optischen Element kein Finger vorhanden ist, wird im wesentlichen das gesamte Licht längs der gesamten Länge des
Elements zum Spiegel 32 reflektiert. Jede Diode des linearen
Diodenarray erhält also die maximale Lichtmenge. Der Inhalt der Reihe wird periodisch gelesen und an die Verarbeitungseinheit
76 weitergegeben, die feststellt, daß alle Dioden beleuchtet sind, was anzeigt, daß kein Finger in das optische Element
eingelegt ist.
Wenn im optischen Element 20 ein Finger angeordnet ist, bewirken die Hautleisten des Fingers, daß mindestens ein Teil des
Lichts absorbiert oder gestreut wird, wie durch die Lichtstrahlen 98' in Fig. 9 angedeutet. Mindestens ein Teil der Dioden
erhält nicht mehr die maximale Lichtmenge. Beim Ablesen der Diodenreihe stellt die Verarbeitungseinheit 76 fest, daß ein
Finger vorhanden ist, und gibt entweder der Motorsteuerung den Befehl, mit einer Abbildungsfolge zu beginnen oder verursacht,
daß im Anzeigefeld 18 eine Weckbotschaft gezeigt wird.
Die Motorsteuerung 70 liefert dann an den Schrittschaltmotor 24 Schrittimpulse, die von den von der Arraysteuerung
72 erzeugten Startsignalen abgeleitet sind. Die Schrittimpulse veranlassen, daß der Schlitten 22 im Uhrzeigersinn in die
Startposition für das Abtasten angetrieben wird, wie in Fig. gestrichelt dargestellt. In der Anfangsposition für das Abtasten
fällt von der Lichtquelle 26 kommendes Licht an einer
Stelle auf die Innenfläche 80 des optischen Elements, die etwa 45° von der Senkrechten entfernt ist. Während der Bewegung des
Schlittens aus der Ausgangsstellung in die Startposition für das Abtasten werden aus dem Array 38 abgelesene Daten
nicht beachtet.
Die Motorsteuerung 70 bewirkt dann, daß der Motor 24 den Schlitten 22 entgegen dem Uhrzeigersinn treibt, um
einen Abtastvorgang durchzuführen. Der Motor wird einmal alle 6 Millisekunden weitergeschaltet, so daß der gesamte
Inhalt der Photodiodenreihe 38 einmal pro Schritt gelesen werden kann. Die aus der Reihe abgelesenen Daten werden
dann, je nach Bedarf entweder in einem Speicher gespeichert, um später verarbeitet zu werden, oder sie werden von der Verarbeitungseinheit
76 in Echtzeit verarbeitet. Der Schlitten wird so lange entgegen dem Uhrzeigersinn weiterbewegt, bis er die
Abtastendposition erreicht, bei der von der Lichtquelle 26 kommendes Licht auf die Innenfläche 80 des optischen Elements
etwa 45° gegenüber der Senkrechten versetzt auftrifft, wie in
Fig. 6 in durchgezogenen Linien gezeigt. Der gesamte Abtastwinkel beträgt somit ca. 90°. Die Motorsteuerung 70 veranlaßt
dann, daß der Schlitten in Richtung zur Ausgangsstellung zurückbewegt wird. Wenn der Schlitten seine Ausgangsposition erreicht,
gibt der Detektor 59 der Motorsteuerung 70 den Befehl, den Motor anzuhalten, womit die Abbildungsfolge beendet wird.
Die aus dem Diodenarray 38 abgelesenen Daten werden nach
Bedarf weiterverarbeitet, um eine Prüf- oder Einschreibprozedur zu beenden.
Das lineare Photodiodenarray 3 2 umfaßt 512 Dioden, die Licht entlang der Längsachse des optischen Elements abtasten. Da die
Länge der Abbildung ca. 1 Zoll beträgt, werden Daten zur Verfügung gestellt, um Bildelemente zu erzeugen, die entlang
der Längsachse etwa einen Abstand von 0,0 02 Zoll haben. Dadurch wird eine mehr als angemessene Auflösung erzielt,
denn die Hautleisten haben typischerweise einen Abstand von ■ ,0,020 Zoll Voneinander. Um etwa die gleiche Auflösung
auf der senkrechten Achse zu erhalten, sollte jeder Schritt des Motors 24 eine Vorwärtsbewegung des
einfallenden Lichtstrahls 96 um ca. : 0,002 Zoll längs
der Innenfläche 80 des optischen Elements verursachen. Das Ausmaß der Vorwärtsbewegung ist eine Funktion der Winkeldrehbewegung
des Motors 24 pro Schritt und des inneren Radius R, des optischen Elements. Da es für den
Motor 24 nur eine begrenzte Anzahl von Übersetzungsverhältnissen gibt, wird meistens bevorzugt, ein Verhältnis zu
wählen, mit dem ungefähr die gewünschte lineare Vorwärtsbewegung zu erzielen ist, und dann den Radius R so einzustellen,
daß sich der endgültige Wert ergibt. Bei einem gegebenen typischen Radius R.J. von 0,060 Zoll und einem-typischen
Abtastwinkel von 90°, entfallen auf jede Abbildungsabtastung grob gesagt 450 Motorsehritte. Damit werden Abbildungsdaten
zur Verfügung gestellt, die eine 512 χ 450 Bildelementabbildung ergeben. Jedes Bildelement hat ein Bit Auflösung (schwarz/
weiß), obwohl gegebenenfalls auch eine stärkere Auflösung geschaffen
werden könnte, um eine Grauskala zu erhalten.
Der Spiegel 32 ist vorzugsweise radial um die A.chse 86 so
angeordnet, daß er von der Fläche 80 reflektiertes Licht
im Bereich zwischen den Hautleisten empfängt, wie aus Fig. 8 und 9 hervorgeht. Es wäre aber auch möglich, die relativen radialen
Stellungen der Lichtquelle 26 und des Spiegels 32 so zu ändern, daß von der Fläche 80 im Bereich zwischen den
Hautleisten reflektiertes Licht nicht auf den Spiegel auftrifft. Wenn dann eine Vertiefung abgetastet wird, erhält die Photodiodenreihe
eine minimale Lichtmenge. Wenn eine Hautleiste abgetastet wird, empfängt die Photodiodenreihe Licht, welches
vom Finger in verschiedenen Richtungen reflektiert und gestreut wird, wie durch die Strahlen 98' in Fig. 9 angedeutet.
Die dabei entstehende Abbildung wäre ein Negativ zu der bei Anwendung des bevorzugten Verfahrens entstehenden Abbildung.
Außerdem wäre der Unterschied in der Lichtstärke zwischen einer Leiste und einer Vertiefung bei dem alternativen Verfahren geringer
als bei Anwendung des bevorzugten Verfahrens, und infolgedessen wäre der Rauschabstand etwas weniger günstig.
Es sei auch noch darauf hingewiesen, daß der Bereich des abgetasteten
Fingers auch geändert werden kann, vorausgesetzt daß genügend Daten erworben werden, um eine zuverlässige Identifizierung
zu ermöglichen. So kann z. B. der Abtastwinkel von etwas verkleinert oder vergrößert werden. Außerdem können gewisse
Abmessungen des optischen Elements 20, einschließlich
der Dicke (Rq-R1) des Elements geändert werden, ohne daß darunter
die Wirksamkeit der Abbildungsvorrichtung gemäß der Erfindung ernstlich leidet. Wenn auch der Hauptkörper des optischen
Elements 20 hier die Form eines Halbzylinders hat, könnte er auch etwas größer oder kleiner sein als ein halber
Zylinder. Vorzugsweise sollte der von den Flächen 80 und 84 des optischen Elements überspannte Winkel mindestens 60° betragen,
um sicherzustellen, daß ein genügend großer Teil des Fingers abgetastet wird. Der Mindestwinkel bietet dann auch
eine Ausnehmung in dem Element, die tief genug ist, so daß der Finger automatisch in die gewünschte Lage auf dem Element geführt
wird. Der Winkel sollte vorzugsweise ca. 260° nicht übersteigen, da die Fläche,im Element zur Aufnahme des Fingers
dann eineröffnung oder Bohrung ähnlicher wäre als einer Ausnehmung.
Es scheint nämlich psych ologische Gründe dafür zu geben, daß es Personen oft unangenehm ist, einen Finger in ein
Loch zu stecken, statt ihn auf eine gekrümmte Fläche zu legen.
Es ist also eine neuartige Fingerabdruckabbildungsvorrichtung offenbart worden. Obwohl ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Vorrichtung einigermaßen ins Einzelne gehend beschrieben wurde, sei zu verstehen gegeben, daß verschiedene Änderungen
vom Fachmann gemacht werden könnten, ohne den Geist und die Grenzen der durch die beigefügten Ansprüche bestimmten, vorliegenden
Erfindung zu verlassen.
Claims (9)
1. Fingerabdruckabbildungsvorrichtung mit:
- einem Rahmen,
- einem drehbar an dem Rahmen angebrachten Schlitten,
- einer Motorantriebseinrichtung zum Drehantrieb des Schlittens,
- einem an dem Rahmen befestigten, transparenten, optischen Element zur Aufnahme eines abzubildenden Fingers,
- einer am Schlitten befestigten Lichtquelle, die Licht auf das optische Element richtet, und
- einem an dem Schlitten befestigten Lichtdetektor, der Licht von dem optischen Element empfängt, wobei die Lage des Lichtdetektors
gegenüber der Lichtquelle festgelegt ist.
2. Abbildungsvorrichtung nach Anspruch 1,
bei der der Lichtdetektor einen ersten Spiegel zum Empfang von Licht von dem optischen Element, eine Linse zum Bündeln des
Lichts vom ersten Spiegel, einen zweiten Spiegel zum Empfang von Licht von der Linse und ein lichtempfindliches Element zum
Empfang von. Licht vom zweiten Spiegel aufweist.
3. Abbildungsvorrichtung nach Anspruch 2,
bei der das lichtempfindliche Element ein Photodiodenarray
ist.
4. Abbildungsvorrichtung nach Anspruch 3, bei der das Photodiodenarray ein lineares Array ist.
5. Abbildungsvorrichtung nach Anspruch 1,
bei der das optische Element eine Ausnehmung zur Aufnahme eines abzubildenden Fingers begrenzt.
6. Abbildungsvorrichtung nach Anspruch 5,
bei der das optische Element einen teilzylindrischen Querschnitt hat, der einen Winkel von weniger als 260° überspannt.
7. Abbildungsvorrichtung nach Anspruch 1,
bei der die Motorantriebseinrichtung einen Motor und eine Motorsteuereinrichtung
zum Steuern des Motors aufweist, und die Motorsteuereinrichtung den Schlitten veranlaßt, sich zum Durchführen
einer Abbildungsabtastung zwischen einer Anfangsstellung une einer Endstellung des Schlittens zu drehen.
8. Abbildungsvorrichtung nach Anspruch 7,
bei der die Motorsteuereinrichtung den Schlitten auch veranlaßt, nach Beendigung einer Abbildungsabtastung in eine Ausgangsstellung
des Schlittens zwischen der Anfangs- und Endstellung des Schlittens zurückzukehren.
9. Abbildungsvorrichtung nach Anspruch 8,
bei der die Motorsteuereinrichtung ferner eine Detektoreinrichtung
für einen Finger aufweist, die feststellt, wann ein Finger auf dem optischen Element vorhanden ist.
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