устройство для регистрации папиллярного узора

Формула изобретения

1. Устройство для регистрации папиллярного узора, содержащее трехгранную призму, одна из граней которой является воспринимающей отпечатки пальцев поверхностью, оптически связанные между собой источник света, проекционную систему и систему фотоприемных элементов, а также электронный блок обработки сигнала, электрически связанный с системой фотоприемных элементов, отличающееся тем, что призма имеет в сечении форму неравнобедренного прямоугольного треугольника, при этом грань меньшего катета является воспринимающей отпечатки пальцев поверхностью, грань большего катета является входной и одновременно выходной гранью, грань гипотенузы образует с воспринимающей отпечатки пальцев поверхностью острый угол величиной 60-75, а проекционная система, источник света и система фотоприемных элементов расположены напротив грани большего катета призмы.

2. Устройство для регистрации папиллярного узора по п.1, отличающееся тем, что часть призмы, расположенная вне зоны распространения входящего в призму и выходящего из нее света вблизи ребра, лежащего напротив грани меньшего катета, усечена произвольным сечением.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к области оптического формирования изображения с использованием вычислительной техники, в частности к устройствам для получения дактилоскопических карт, используемых правоохранительными органами.

Известны аналоги предлагаемого изобретения, например система для формирования изображения отпечатка пальца в процессе его прокатки по поверхности призмы (патент США 3482498, МПК G 03 B 29/00, опубл. 1969г.). В подобных схемах для слежения за перемещениями пальца по поверхности призмы используются электромеханические приспособления, регулирующие положение источника света для обеспечения оптимального угла подсветки. Приспособления приводятся в действие от механического упора на палец. Описанная схема не нашла применения из-за сложности механической части. Кроме того, более важным является то, что в этой схеме отсутствует контроль качества изображения.

Известно также устройство регистрации отпечатков пальцев (заявка РФ 93002977/14, МПК6 А 61 В 5/117), содержащее призму, одна их граней которой освещена под углом полного внутреннего отражения источником света, проекционную оптическую систему в виде телескопической системы, фотоприемник, выполненный в виде прямоугольной матрицы фотоэлементов, и блок обработки изображения. Данное устройство выбрано в качестве прототипа как наиболее близкое к заявляемому.

Недостатком прототипа является то, что он очень ограничен в выборе оптической схемы устройства. Так, по условиям удобства прокатки пальца по воспринимающей поверхности последняя должна быть расположена как можно ближе к краю конструкции (корпуса прибора), а сам край должен, по возможности, иметь характер "козырька", т.е. обращенная к пользователю (передняя) стенка должна быть наклонена в сторону пользователя. Это накладывает определенные ограничения на взаимное расположение элементов устройства. Дополнительные ограничения возникают также вследствие распространения входящих в призму и выходящих из нее световых пучков под углом около 45^o к воспринимающей поверхности, расположенной горизонтально или почти горизонтально.

Практически единственно доступным источником освещения в прототипе является плоская панель светоизлучающих элементов (светодиодов) с рассеивателем между панелью и входной гранью призмы. При этом осветитель должен иметь минимальную толщину и быть расположен вплотную к призме, поскольку в противном случае воспринимающая поверхность (гипотенузная грань призмы) будет удалена от края прибора и прокатка пальца по ней станет неудобной, а то и невозможной.

Данная схема освещения обладает рядом недостатков:

- в значительные краевые эффекты: освещенность воспринимающей поверхности заметно падает к краям. Для уменьшения этого эффекта приходится увеличивать размеры призмы, выводя края за пределы рабочей части воспринимающей поверхности;

- потери значительной части света, падающего на воспринимающую поверхность под углами, отличающимися от угла полного внутреннего отражения;

- низкая контрастность изображения диффузно освещенного объекта;

- вследствие распространения пучков света под углом к воспринимающей поверхности большие габариты устройства, либо наличие дополнительных элементов для разворота пучков в горизонтальную плоскость.

Задачей, решаемой настоящим изобретением, является создание эффективной системы подсветки и повышения качества изображения, а также уменьшение габаритов устройства и уменьшение количества оптических элементов.

Достигается это тем, что

- призма имеет в сечении форму неравнобедренного прямоугольного треугольника, причем поверхностью, воспринимающей отпечатки пальцев, является меньшая из катетных граней;

- гипотенузная грань призмы может иметь зеркальное покрытие и составляет с воспринимающей отпечатки пальцев поверхностью угол 60-75^o;

- большая катетная грань служит для входа в призму света и выхода его из призмы, а также для отражения света при распространении его внутри призмы.

Суть изобретения поясняется чертежом, где представлен общий вид устройства.

Устройство для регистрации папиллярного узора содержит призму 1, имеющую в сечении форму неравнобедренного прямоугольного треугольника, катетная грань АВ которой служит воспринимающей отпечатки поверхностью, проекционную оптическую систему 2, источник света 4, систему фотоприемных элементов 3, расположенные в общем корпусе 6, и электронный блок обработки сигнала 5, электрически связанный кабелем 9 с системой фотоприемных элементов 3. Проекционная оптическая система 2, источник света 4 и система фотоприемных элементов 3 расположены перед большей катетной гранью ВС призмы 1.

Гипотенузная грань АС призмы 1 наклонена к воспринимающей поверхности (грань АВ призмы 1) под острым углом .

Работает устройство следующим образом.

Ось светового пучка показана на фиг.1 штрихпунктирной линией. Световой пучок от источника 4 входит в призму 1 через грань ВС под углом, обеспечивающим минимальные потери (как правило, перпендикулярно). Отражение от грани АС призмы 1 поворачивает ось пучка так, что свет падает на грань ВС под углом, близким к углу полного внутреннего отражения. Для этого угол выбирают в зависимости от коэффициента преломления материала призмы в диапазоне 60-75^o.

Поскольку на грань АС свет падает под углом, более крутым, чем угол полного внутреннего отражения, на грань АС для лучшего отражения света может быть нанесено зеркальное покрытие. На грани ВС свет претерпевает полное внутренне отражение и падает на воспринимающую поверхность грань АВ также под углом, близким к углу полного внутреннего отражения. Так как угол АВС прямой, пучок света, отраженный от грани АВ (и падающий после этого повторно на грань АС), направлен противоположно пучку, уходящему от грани АС после первого отражения входного пучка. Соответственно пучок, повторно отраженный от грани АС и выходящий после этого из призмы через грань ВС, направлен противоположно пучку, входящему в призму. То есть входящий в призму и выходящий из нее пучки параллельны и распространяются параллельно воспринимающей поверхности.

Проекционная система 2 формирует изображение воспринимающей поверхности на системе фотоприемных элементов 3. В тех точках воспринимающей поверхности 1, которые имеют контакт с папиллярными линиями пальца 7, полное внутреннее отражение нарушается (свет уходит в кожу и поглощается ею), что приводит к возникновению в плоскости фотоприемных элементов светотеневой картины, повторяющей линии папиллярного узора. Электрический сигнал с фотоприемников 3 передается кабелем 9 в электронный блок 5 (компьютер) для дальнейшей обработки.

Электронный блок обработки сигналов 5 может быть как совмещен в одном корпусе 6 с оптическими элементами 1, 2, 3, 4, так и выполнен отдельно. Поскольку вблизи угла С имеется "мертвая" зона, в которую не заходят световые пучки по пути от входа в призму до выхода из нее, для уменьшения габаритов призмы 1 она может быть усечена вблизи ребра С произвольным сечением. Усекаемая часть 8 призмы 1 на чертеже заштрихована.

В оптической схеме отсутствуют принципиальные ограничения на расстояние от источника 4 до призмы 1. Поэтому источник 4 может содержать различные элементы: светоизлучатели, линзы, рассеиватели, светофильтры, пространственные фильтры и т.п. (не показаны) в любых сочетаниях, обеспечивающих оптимальную для решаемой задачи подсветку воспринимающей поверхности 1. Например, максимальную равномерность освещения воспринимающей поверхности АВ и высокую контрастность обеспечивает источник в виде малого (точечного) излучателя, расположенного в фокусе положительной линзы. Применение рассеивателей, расположенных на различном расстоянии от входной грани, позволяет "смягчить" контраст, применение масок позволяет регулировать распределение освещенности по полю и т.д.

Поскольку распространение света в призме 1 носит обратимый характер, входная и выходная области грани ВС призмы 1 могут быть поменяны местами при соответствующем изменении расположения источника 4, проекционной системы 2 и системы фотоприемных элементов 3 (не показано).

Таким образом, автором предложено достаточно простое и надежное устройство, позволяющее получить качественные отпечатки пальцев, используемые в дактилоскопии.

Предприятием-заявителем в 2001 году разработана рабочая документация и созданы серийные образцы устройства.