DE4036025A1 - Fingerabdruckerkennungsvorrichtung unter verwendung eines hologrammes - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fingerabdruck­ erkennungsvorrichtung, genauer gesagt eine Fingerabdruck­ erkennungsvorrichtung, die in der Lage ist, eine genauere Fingerabdruckerkennung unter Verwendung eines Hologrammes durchzuführen.

Eine herkömmlich ausgebildete Fingerabdruckerkennungsvor­ richtung, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist, besteht aus:
Einer LED (Flüssigkeitselektrolumineszenzvorrichtung)- Feldplatte 1 als Lichtquelle zur Abgabe von Licht auf den Abdruck eines Fingers,
einem Prisma 2,
einem Bilderzeugungslinsensystem 3 zum Erzeugen eines Fingerabdruckbildes auf der geneigten Fläche des Prismas 2,
einer ladungsgekoppelten Speichervorrichtung für Flächen (kurz gesagt einer Flächen-CCD) 4 zum Umwandeln des durch das bilderzeugende Linsensystem 3 erzeugten Fingerabdruck­ bildes in elektrische Signale und
einer Schaltung 5 zum Verstärken und Analysieren der elektrischen Signale von der Flächen-CCD 4.

Wenn Licht von der LED-Feldplatte 1 auf die geneigte Fläche des Prismas 2, mit der ein Finger in Kontakt steht, abge­ geben wird, bildet die vorstehend erwähnte Fingerabdruck­ erkennungsvorrichtung ein Fingerabdruckbild auf der geneig­ ten Fläche des Prismas 2 ab, indem sie die konvexen Ab­ schnitte des Fingerabdrucks hell macht, da diese Abschnitte mit der geneigten Fläche des Prismas 2 in Kontakt stehen, und indem sie die konkaven Abschnitte des Fingerabdrucks dunkel macht, da diese Abschnitte nicht mit der geneigten Fläche des Prismas 2 in Kontakt stehen. Ein solches Finger­ abdruckbild wird auf der Flächen-CCD 4 mit Hilfe des bild­ erzeugenden Linsensystems 3 ausgebildet und dann in elek­ trische Signale umgewandelt, die zur Schaltung 5 weiterge­ leitet werden, durch die die elektrischen Signale zur Er­ kennung des Fingerabdrucks verstärkt und analysiert werden.

Wie in Fig. 2 gezeigt, erzeugt die vorstehend erwähnte her­ kömmliche Fingerabdruckerkennungsvorrichtung jedoch ein schräges Fingerabdruckbild 6 auf der Flächen-CCD 4, da das Fingerabdruckbild auf dem Prisma 2 in einem um 45° geneig­ ten Zustand zur optischen Achse des horizontal angeordneten Bilderzeugungslinsensystems 3 ausgebildet wird.

Da demzufolge das Fingerabdruckbild um die optische Achse herum deutlich ausgebildet ist, jedoch mit zunehmendem Ab­ stand von der optischen Achse immer undeutlicher wird, weist die herkömmlich ausgebildete Fingerabdruckerkennungsvor­ richtung insofern Probleme auf, als daß Bildverzerrungen u. ä. auftreten, die eine genaue Fingerabdruckerkennung unmöglich machen.

Da darüber hinaus das Bilderzeugungslinsensystem 3 aus einer Vielzahl von Linsen besteht, um die vorstehend beschriebenen Probleme in einem gewissen Ausmaß zu kompensieren, weist eine solche herkömmlich ausgebildete Fingerabdruckerken­ nungsvorrichtung insofern weitere Probleme auf, als daß das Volumen des optischen Systems größer wird, die Herstell­ kosten ansteigen etc.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fingerab­ druckerkennungsvorrichtung zu schaffen, mit der die vor­ stehend genannten Probleme gelöst werden können.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Fingerab­ druckerkennungsvorrichtung gelöst, die einen Laser zur Abgabe von Licht, einen Kollimator, der paralleles Licht erzeugt, und ein Pentagonalprisma zur Ausbildung eines Fingerabdruckbildes auf dem Prisma aufweist, die entlang einer ersten optischen Achse angeordnet sind. Die Vor­ richtung besitzt ferner ein Hologramm zum Verschieben der Position des Fingerabdruckbildes, eine Bilderzeugungslinse zur Erzeugung des Fingerabdruckbildes und eine Flächen-CCD zur Umwandlung des Fingerabdruckbildes in elektrische Signale, die entlang einer zweiten optischen Achse ange­ ordnet sind. Des weiteren ist die Flächen-CCD an eine Schaltung angeschlossen, die die elektrischen Signale ver­ stärkt und analysiert.

Bei der Fingerabdruckerkennungsvorrichtung gemäß der vor­ liegenden Erfindung wird ein Realbild eines Fingerabdrucks mit Hilfe des Hologramms auf einer optischen Achse der Bild­ erzeugungslinse verschoben, um ein virtuelles Bild zu er­ zeugen. Das virtuelle Bild wird mit Hilfe der Bilderzeu­ gungslinse auf der Flächen-CCD erzeugt, so daß elektrische Signale gemäß dem Fingerabdruckbild erzeugt werden, die zur Schaltung übertragen werden, welche die Signale verstärkt und analysiert. Danach wird der Fingerabdruck festgestellt.

Da ein Fingerabdruckbild nach Verschiebung des Bildes auf einer optischen Achse der Bilderzeugungslinse unter Verwen­ dung des Hologramms ermittelt wird, kann durch die vor­ stehend beschriebene erfindungsgemäß ausgebildete Finger­ abdruckerkennungsvorrichtung die Zuverlässigkeit eines Produktes erhöht werden, indem Bildverzerrungsphänomene und Erkennungsfehler vollständig eliminiert und eine genaue Erkennung durchgeführt wird.

Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungs­ beispiels in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen er­ läutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht eines optischen Systems einer herkömmlich ausgebildeten Finger­ abdruckerkennungsvorrichtung;

Fig. 2 eine schematische Darstellung zur Ver­ deutlichung der Funktionsweise der her­ kömmlich ausgebildeten Fingerabdruck­ erkennungsvorrichtung;

Fig. 3 eine Ansicht eines optischen Systems einer Fingerabdruckerkennungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 4 eine Funktionsdarstellung eines Holo­ gramms, das bei der vorliegenden Erfin­ dung Verwendung findet.

Die vorliegende Erfindung wird nunmehr in Verbindung mit einer in den Fig. 3 und 4 dargestellten bevorzugten Aus­ führungsform im Detail beschrieben.

Fig. 3 zeigt den Aufbau der Fingerabdruckerkennungs­ vorrichtung gemäß der Erfindung.

Wie in Fig. 3 dargestellt ist, besitzt die erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung einen Laser 11 zur Erzeugung eines Laserstrahles, einen Kollimator 12, der den Laserstrahl vom Laser 11 parallel richtet, ein Pentagonalprisma 13 zur Aus­ bildung eines Fingerabdruckbildes auf dem Prisma, die alle entlang einer ersten optischen Achse a₁ angeordnet sind. Ferner besitzt die Vorrichtung ein Hologramm 14 zum Ver­ schieben der Position des Fingerabdruckbildes, das vom Pentagonalprisma 13 erzeugt wird, eine Bilderzeugungslinse 15 zur Erzeugung eines Fingerabdruckbildes und eine Flächen- CCD 16 zum Umwandeln des von der Bilderzeugungslinse 15 er­ zeugten Fingerabdruckbildes in elektrische Signale, die alle entlang einer zweiten optischen Achse a₂ angeordnet sind. Die Flächen-CCD 16 ist an eine Schaltung 17 angeschlossen, die die von der Flächen-CCD 16 übertragenen elektrischen Signale verstärkt und analysiert.

Die Kontaktfläche 13a des Pentagonalprismas 13, auf der ein Finger liegt, verläuft senkrecht zum Kollimator 12. Eine geneigte Fläche 13b des Pentagonalprismas 13 weist in Richtung auf das Hologramm, wobei der Innenwinkel zwischen der Kontaktfläche 13a und der geneigten Fläche 13b 45° be­ trägt.

Durch den vom Kollimator 12 auf das Pentagonalprisma 13 fallenden Laserstrahl kann ein Fingerabdruckbild auf der ersten Bilderzeugungsebene 18 ausgebildet werden, welche einen vorgegebenen Winkel R₁ relativ zur Kontaktfläche 13a bildet.

Wie in Fig. 4 gezeigt, wird durch sphärische Wellen W₁ und W₂, die unter Ausbildung eines vorgegebenen Winkels R_H zwischen sich auf eine holografische Platte fallen, das Hologramm 14 hergestellt. Die sphärische Welle W₁ wird an einer Stelle erzeugt, die einen Abstand L₁ bis zum Holo­ gramm besitzt, während die sphärische Welle W₂ an einer Stelle erzeugt wird, die einen Abstand L₂ zum Hologramm aufweist.

Der Winkel R_H genügt der nachfolgenden Gleichung:

R_H=45°-R₁.

W₁ ist eine Objektwelle, während W₂ eine Bezugswelle ist.

Das Hologramm 14 ist so angeordnet, daß es unter einem Winkel R₁ relativ zur Horizontalebene geneigt ist. Die erste Bilderzeugungsebene des Pentagonalprismas 13 und das Holo­ gramm 14 sind so angeordnet, daß ein Abstand L₂ dazwischen aufrechterhalten wird. Ein Fingerabdruckbild wird vom Laser­ strahl, der vom Pentagonalprisma 13 auf das Hologramm 14 fällt, auf der zweiten Bilderzeugungsebene 19 in einem Abstand L₁ vom Hologramm 14 ausgebildet.

Die Bilderzeugungslinse 15 ist unter einem Abstand L₃ von der zweiten Bilderzeugungsebene 19 angeordnet, und die Flächen-CCD 16 besitzt einen Abstand L₄ von der Bilderzeu­ gungslinse 15. Mit einer derartigen Anordnung erfolgt eine fache Vergrößerung, wenn ein Fingerabdruckbild auf der Flächen-CCD 16 erzeugt wird.

Die optischen Achsen des Hologramms 14 und der Bilderzeu­ gungslinse 15 sind auf den Mittelpunkt C der zweiten Bild­ erzeugungsebene 19 fokussiert. In Fig. 3 ist mit 20 ein Laserstrahl bezeichnet, der vom Kollimator 12 parallel ge­ richtet worden ist. Mit 21 ist ein Laserstrahl bezeichnet, der durch den Abdruck eines Fingers diffus gemacht worden ist. Mit 22 ist ein diffus gemachter Laserstrahl bezeich­ net, der durch die Position des diffus gemachten Laser­ strahls 21 aufgrund des unterschiedlichen Helligkeitsgrades verursacht vom Pentagonalprisma 13 bewegt worden ist, und mit 23 ein diffus gemachter Laserstrahl, den der diffus ge­ machte Laserstrahl 22 durch das Hologramm 14 verschoben hat.

Im folgenden werden nunmehr die Funktionsweise der erfin­ dungsgemäß ausgebildeten Fingerabdruckerkennungsvorrichtung, die den vorstehend beschriebenen Aufbau aufweist, sowie deren Wirkungen beschrieben.

Wie in Fig. 3 gezeigt, wird der vom Laser 11 ausgehende Laserstrahl durch den Kollimator 12 parallel zur optischen Achse a₁ geleitet und erreicht den Abschnitt eines Fingers, der mit dem Pentagonalprisma 13 in Kontakt steht.

Wenn der Laserstrahl den mit dem Prisma 13 in Kontakt stehenden Fingerabschnitt erreicht hat, wird er aufgrund der konvexen-konkaven Form des Fingerabdrucks des Fingerab­ schnittes zerstreut und reflektiert oder dringt durch die nicht mit dem Finger in Kontakt stehenden Abschnitte des Prismas 13.

Zu diesem Zeitpunkt erzeugt der durch die konvex-konkaven Abschnitte des Fingerabdrucks zerstreute Laserstrahl ein Fingerabdruckbild. Genauer gesagt, aufgrund der Unterschiede der optischen Bahn, die durch das Pentagonalprisma 13 auf der Bilderzeugungsebene 18 verursacht werden, die mit der mit dem Finger in Kontakt stehenden Fläche des Prismas 13 einen Winkel von R₁ bildet, wird ein Fingerabdruckbild er­ zeugt.

Mit anderen Worten, der am Punkt A des Pentagonalprismas 13 zerstreute Laserstrahl wird im wesentlichen zu dem am Punkt B der Bilderzeugungsebene 18 zerstreuten Laserstrahl.

Das in der oben beschriebenen Weise erzeugte Fingerabdruck­ bild bewegt sich auf dem Hologramm 14 und wird durch das Hologramm 14 zu der Bilderzeugungsebene 19 verschoben, so daß das Fingerabdruckbild auf die optische Achse der Bild­ erzeugungslinse 15 gebracht wird.

Hierdurch wird die durch ein von der optischen Achse ab­ weichendes Objekt erzeugte Aberration vollständig beseitigt.

Wie vorstehend erwähnt, wird das auf der optischen Achse verschobene Fingerabdruckbild mit Hilfe der Bilderzeugungs­ linse 15 auf der Flächen-CCD 16 erzeugt.

Zu diesem Zeitpunkt wird ein Fingerabdruckbild an der Flächen-CCD 16 erzeugt, das um den Faktor vergrößert ist.

Hiernach wird das an der Flächen-CCD 16 erzeugte Finger­ abdruckbild durch die Flächen-CCD 16 in elektrische Signale umgewandelt, wie dies bei der herkömmlich ausgebildeten Fingerabdruckerkennungsvorrichtung der Fall ist. Danach werden die elektrischen Signale von der Schaltung 17 ver­ stärkt und analysiert, um den Fingerabdruck zu erkennen.

Die Fingerabdruckerkennungsvorrichtung gemäß der Erfindung ist somit dadurch gekennzeichnet, daß Bildverzerrungen durch die Verschiebung eines Realbildes eines am Pentagonalprisma 13 erzeugten Fingerabdruckbildes zur optischen Achse der Bilderzeugungslinse 15 mit Hilfe des Hologramms 14, um ein virtuelles Bild zu erzeugen und das virtuelle Bild mit Hilfe der Bilderzeugungslinse 15 an der Flächen-CCD 16 abzubilden, vollständig beseitigt werden.

Wie vorstehend im Detail beschrieben, besitzt die erfin­ dungsgemäß ausgebildete Fingerabdruckerkennungsvorrichtung den Vorteil, daß ein am Prisma erzeugtes Fingerabdruckbild durch Verwendung des Hologrammes genauer ermittelt werden kann.

Claims (5)

1. Fingerabdruckerkennungsvorrichtung zur Erkennung eines verzerrungsfreien genauen Bildes, gekennzeich­ net durch einen Laser (11) zum Erzeugen eines Laserstrahles, einen Kollimator (12) zum Parallelrichten des vom Laser (11) ausgehenden Laserstrahles und ein Pentagonal­ prisma (13) zum Erzeugen eines Fingerabdruckbildes auf einer ersten Bilderzeugungsebene, die entlang einer ersten optischen Achse (a₁) angeordnet sind, und ein Hologramm (14) zum Verschieben des auf der ersten Bilderzeugungsebene ausgebildeten Fingerabdruckbildes auf eine zweite Bilder­ zeugungsebene, eine Bilderzeugungslinse (15) zum Ausbilden eines auf der zweiten Bilderzeugungsebene erzeugten Finger­ abdruckbildes und eine Flächen-CCD (16) (ladungsgekoppelte Speichervorrichtung) zum Umwandeln des darauf ausgebildeten Fingerabdruckbildes in elektrische Signale, die entlang einer zweiten optischen Achse (a₂) angeordnet sind, welche mit dem Mittelpunkt der zweiten Bilderzeugungsebene koin­ zidiert, sowie eine an die Flächen-CCD (16) angeschlossene Schaltung (17), die die von der Flächen-CCD (16) übertra­ genen elektrischen Signale verstärkt und analysiert.

2. Fingerabdruckerkennungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Holo­ gramm (14) durch Objektwellen (W₁) und eine Bezugswelle (W₂), die unter Einschließung eines vorgegebenen Winkels R_H auf eine holografische Platte auftreffen und an einer Stelle erzeugt werden, die einen Abstand L₁ von der holo­ grafischen Platte besitzt, erzeugt ist.

3. Fingerabdruckerkennungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenwinkel zwischen der Kontaktfläche (13a), mit der ein Finger in Kontakt steht, und der in Richtung auf das Holo­ gramm (14) weisenden geneigten Fläche (13b) des Pentagonal­ prismas 45° beträgt, daß die erste Bilderzeugungsebene unter einem vorgegebenen Winkel R₁(R₁<45°) relativ zur Kontakt­ fläche (13a) geneigt ist, daß das Hologramm (14) unter einem Winkel R_H zur Horizontalebene an einer Stelle mit einem Abstand von L₂ schräg angeordnet ist und daß die zweite Bilderzeugungsebene mit einem Abstand L₁ über dem Hologramm (14) angeordnet ist.

4. Fingerabdruckerkennungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Bilderzeugungslinse (15) unter einem Abstand L₃ (L₃<L₁) von der zweiten Bilderzeugungs­ ebene angeordnet ist und daß die Flächen-CCD (16) unter einem Abstand L₄ von der Bilderzeugungslinse (15) ange­ ordnet ist, um ein Fingerabdruckbild mit facher Vergrößerung an der Flächen-CCD (16) auszubilden.

5. Fingerabdruckerkennungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeich­ net, daß der vorgegebene Winkel R_H so eingestellt ist, daß er die Gleichung R_H=45°-R₁ erfüllt.