DE102009025324B4 - Method and detection device with a contact image sensor for detecting spatial structures - Google Patents
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Abstract
Erfassungsvorrichtung (1) umfassendeine Kontaktfläche (2), relativ zu der ein zu erfassendes Objekt anordenbar ist, einen benachbart zu der Kontaktfläche (2) angeordneten Kontakt-Bildsensor (5) zum Erfassen des relativ zu der Kontaktfläche (2) angeordneten Objekts, wobei der Kontakt-Bildsensor (5) eine Vielzahl von Bildpunkterfassungseinheiten (6, 6-1, ..., 6-6) umfasst, die jeweils eine Abbildungseinheit (7, 7-1, ..., 7-6) und mindestens eine Pixeldetektionseinheit (8, 8-1, ..., 8-6) umfassen, wobei die Abbildungseinheiten (7, 7-1, ..., 7-6) jeweils Abschnitte des relativ zu der Kontaktfläche (2), vorzugsweise in Kontakt mit der Kontaktfläche (2), angeordneten Objekts auf die jeweilig mindestens eine zugeordnete Pixeldetektionseinheit (8, 8-1, ..., 8-6) abbilden, wobei die Pixeldetektionseinheiten (8, 8-1, ..., 8-6) einfallende abgebildete elektromagnetische Strahlung in elektrische Signale wandeln,wobei mittels der Bildpunkterfassungseinheiten (6, 6-1, ..., 6-6) scharf abgebildete Bildpunkte von mindestens zwei einen unterschiedlichen Abstand zu der Kontaktfläche (2) aufweisenden Ebenen (18, 19) des Objekts erfassbar sind oder erfasst werden,dadurch gekennzeichnet, dassdie unterschiedlichen Bildpunkterfassungseinheiten (6, 6-1, ..., 6-6), die die scharf abgebildeten Bildpunkte der unterschiedlichen Ebenen (18, 19) des Objekts erfassen, Abbildungseinheiten (7, 7-1, ..., 7-6) mit unterschiedlichen Abbildungseigenschaften, insbesondere unterschiedlichen Brennweiten, aufweisen.Detection device (1) comprising a contact surface (2), relative to which an object to be detected can be arranged, a contact image sensor (5) arranged adjacent to the contact surface (2) for detecting the object arranged relative to the contact surface (2), wherein the Contact image sensor (5) comprises a plurality of pixel detection units (6, 6-1, ..., 6-6), each of which has an imaging unit (7, 7-1, ..., 7-6) and at least one pixel detection unit (8, 8-1, ..., 8-6), the imaging units (7, 7-1, ..., 7-6) each having sections of the relative to the contact surface (2), preferably in contact with the contact surface (2), map the arranged object onto the respective at least one assigned pixel detection unit (8, 8-1, ..., 8-6), the pixel detection units (8, 8-1, ..., 8-6) convert incident imaged electromagnetic radiation into electrical signals, whereby by means of the image point detection units (6, 6-1, ..., 6-6) sharply imaged Bi Id points of at least two planes (18, 19) of the object which are at a different distance from the contact surface (2) can be detected or are detected, characterized in that the different pixel detection units (6, 6-1, ..., 6-6), which capture the sharp image points of the different planes (18, 19) of the object, have imaging units (7, 7-1, ..., 7-6) with different imaging properties, in particular different focal lengths.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Erfassungsvorrichtung zum Erfassen räumlicher Strukturen eines Objekts. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Erfassungsvorrichtung, welche eine Kontaktfläche, relativ zu der ein zu erfassendes Objekt anordenbar ist, einen benachbart zu der Kontaktfläche angeordneten Kontakt-Bildsensor zum Erfassen des relativ zu der Kontaktfläche angeordneten Objekts umfasst, wobei der Kontakt-Bildsensor eine Vielzahl von Bildpunkterfassungseinheiten umfasst, die jeweils eine Abbildungseinheit und mindestens eine Pixeldetektionseinheit umfassen, wobei die Abbildungseinheiten jeweils Abschnitte des relativ zu der Kontaktfläche, vorzugsweise in Kontakt mit der Kontaktfläche angeordneten Objekts, auf die jeweilig mindestens eine zugeordnete Pixeldetektionseinheit abbilden, wobei die Pixeldetektionseinheiten einfallende abgebildete elektromagnetische Strahlung in elektrische Signale wandeln. Mit solch einer Erfassungsvorrichtung ist es möglich, ein Objekt, welches relativ zu der Kontaktfläche angeordnet ist, vorzugsweise in Kontakt mit der Kontaktfläche angeordnet wird, optisch zu erfassen. Die abgebildete elektromagnetische Strahlung wird in elektrische Signale gewandelt, die ein Maß für eine empfangene Lichtintensität darstellen.The invention relates to a method and a detection device for detecting spatial structures of an object. In particular, the invention relates to a detection device which comprises a contact surface, relative to which an object to be detected can be arranged, a contact image sensor arranged adjacent to the contact surface for detecting the object arranged relative to the contact surface, the contact image sensor having a plurality of pixel detection units each comprising an imaging unit and at least one pixel detection unit, the imaging units each imaging sections of the object arranged relative to the contact surface, preferably in contact with the contact surface, onto the respective at least one assigned pixel detection unit, the pixel detection units converting incident imaged electromagnetic radiation into electrical Convert signals. With such a detection device, it is possible to optically detect an object which is arranged relative to the contact surface, preferably in contact with the contact surface. The electromagnetic radiation shown is converted into electrical signals that represent a measure of the received light intensity.
Solche Erfassungsvorrichtungen und solche Verfahren zur Erfassung eines Objekts werden beispielsweise in Scannern eingesetzt. Im Stand der Technik ist eine Vielzahl von Scannern zum Erfassen von Objekten, beispielsweise Papierdokumenten, bekannt. Darüber hinaus werden Scanner im Bereich der Sicherheitstechnik für verschiedene Aufgaben eingesetzt. So sind beispielsweise Scanner im Bereich der Verifikation von Wert- und/oder Sicherheitsdokumenten bekannt, die zur maschinellen Erfassung von Informationen des Wert- und/oder Sicherheitsdokuments verwendet werden, um anschließend eine Verifikation der erfassten Informationen auszuführen. Hierbei werden insbesondere Sicherheitsmerkmale und Sicherheitselemente des entsprechenden Wert- und/oder Sicherheitsdokuments erfasst und ausgewertet.Such detection devices and such methods for detecting an object are used, for example, in scanners. A large number of scanners for detecting objects, for example paper documents, are known in the prior art. In addition, scanners are used for various tasks in the field of security technology. For example, scanners in the field of verification of value and / or security documents are known, which are used for the automatic acquisition of information from the value and / or security document in order to subsequently carry out a verification of the acquired information. In particular, security features and security elements of the corresponding value and / or security document are recorded and evaluated.
Aus der
Aus der
Als Wert- und/oder Sicherheitsdokument wird ein Dokument bezeichnet, welches mindestens ein so genanntes Sicherheitsmerkmal oder Sicherheitselement aufweist. Als Sicherheitsmerkmale werden solche Merkmale bezeichnet, die ein Nachahmen, Verfälschen und/oder Kopieren des Wert- und/oder Sicherheitsdokuments erschweren und/oder unmöglich machen. Als Sicherheitselement wird eine bauliche Einheit bezeichnet, die mindestens ein Sicherheitsmerkmal umfasst oder darstellt.A document is referred to as a value and / or security document which has at least one so-called security feature or security element. Security features are those features that make it difficult and / or impossible to imitate, falsify and / or copy the value and / or security document. A structural unit which comprises or represents at least one security feature is referred to as a security element.
Wert- und/oder Sicherheitselemente umfassen beispielsweise Reisepässe, Identifikationskarten, Personalausweise, Führerscheine, Fahrzeugscheine, Steuerzeichen, Postwertzeichen, Kreditkarten, Banknoten, Wertpapiere usw. Im Bereich der Sicherheitstechnik werden darüber hinaus Scanner beispielsweise zum Erfassen biometrischer Daten, beispielsweise von Papillarlinienmustern eingesetzt. Das Papillarlinienmuster der Finger eines Menschen ist für jeden Menschen individuell charakterisierend. Dies bedeutet, dass eine Identifikation über eine Mustererkennung der Papillarlinien mit einer sehr hohen Zuverlässigkeit möglich ist.Valuable and / or security elements include, for example, passports, identification cards, identity cards, driver's licenses, vehicle registration documents, tax codes, postage stamps, credit cards, banknotes, securities, etc. In the field of security technology, scanners are also used, for example, to record biometric data, such as papillary line patterns. The pattern of papillary lines on a person's fingers is unique to each person. This means that identification via pattern recognition of the papillary lines is possible with very high reliability.
Es ist jedoch bekannt, dass sich das Papillarlinienmuster einer Person nachbilden lässt. Hierfür kann beispielsweise ein Kunststoffüberzug auf einen fingerartigen toten Gegenstand oder einen lebenden Finger einer anderen Person aufgebracht werden. Um eine Unterscheidung zwischen Papillarlinienmustern einer lebenden Person und einem gefälschten Papillarlinienmusterzu ermöglichen, ist es aus dem Stand der Technik bekannt, nicht nur Informationen der Oberfläche, an der sich das Papillarlinienmuster optisch erfassen lässt, sondern auch aus der „Tiefe“ des Fingers zu erfassen. Aus der
Allgemein besteht ein Bedürfnis, immer neue und komplexere Sicherheitsmerkmale für Sicherheitsdokumente zu schaffen und andererseits ausgefeiltere Erfassungsvorrichtungen und Verfahren zu schaffen, um komplexe Sicherheitsmerkmale und/oder biometrische Merkmale sicher zu erfassen und hierdurch Fälschungen oder. Verfälschungen von Sicherheitsmerkmalen oder biometrischen Merkmalen zuverlässig zu erkennen. Darüber hinaus sollen die Erfassungsvorrichtungen und Verfahren einfach und kostengünstig auszuführen sein sowie die Erfassungsvorrichtungen eine genügende Robustheit aufweisen, um auch in tragbaren Einheiten eingesetzt werden zu können.In general, there is a need to create ever new and more complex security features for security documents and, on the other hand, to create more sophisticated detection devices and methods to securely detect complex security features and / or biometric features and thereby forgeries or. Reliably detect falsification of security features or biometric features. In addition, the detection devices and methods should be simple and inexpensive to implement and the detection devices should be sufficiently robust to be able to be used in portable units.
Eine Möglichkeit, komplexe Sicherheitsmerkmale zu schaffen, besteht darin, räumliche Strukturen als Sicherheitsmerkmale zu nutzen. In Wert- und/oder Sicherheitsdokumenten können hierüber in unterschiedlichen Ebenen des Dokuments unterschiedliche Informationen abgespeichert sein, die beispielsweise für einen menschlichen Betrachter eine über eine Fläche verteilte Information darstellen. Beispielsweise können die Pixel eines Gesichtsbilds in unterschiedlichen Ebenen des Dokuments gespeichert sein. Dies bedeutet, die einzelnen Bildpunkte des Gesichtsbilds sind in unterschiedlichen Ebenen des Dokuments gespeichert. Werden über den Bildpunkten jeweils nur transparente Schichten angeordnet, so ist das Gesichtsbild für einen Betrachter als Ganzes wahrnehmbar. Nur bei einer genauen Analyse lässt sich feststellen, dass einzelne Bildpunkte in unterschiedlichen Ebenen angeordnet sind.One possibility of creating complex security features is to use spatial structures as security features. In value and / or security documents, different information can be stored about this in different levels of the document, which for example represent information distributed over an area for a human observer. For example, the pixels of a face image can be stored in different layers of the document. This means that the individual pixels of the face image are stored in different layers of the document. If only transparent layers are arranged above the image points, then the facial image can be perceived as a whole by a viewer. Only with a precise analysis can it be determined that individual pixels are arranged in different planes.
Bei der Erfassung von Papillarlinienmustern können über eine räumliche Erfassung, d.h. eine Erfassung in unterschiedlichen Ebenen des Objekts, erreicht werden, dass nur oberflächlich ausgebildete Papillarlinienmuster von Papillarlinienmustern lebender Finger unterschieden werden können, da bei diesen das Papillarlinienmuster eine größere räumliche Tiefe aufweist.When detecting papillary line patterns, spatial detection, i.e. detection in different planes of the object, it can be achieved that only superficially formed papillary line patterns can be distinguished from papillary line patterns of living fingers, since in these the papillary line pattern has a greater spatial depth.
Der Erfindung liegt somit die technische Aufgabe zugrunde, eine Erfassungsvorrichtung und ein Verfahren zu schaffen, mit denen räumliche Strukturen optisch erfasst werden können.The invention is therefore based on the technical problem of creating a detection device and a method with which spatial structures can be detected optically.
Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken, einen Kontakt-Bildsensor (Contact Image Sensor - CIS) zum Erfassen von Bildpunkte zu nutzen. Ein solcher Kontakt-Bildsensor umfasst eine Vielzahl von Bildpunkterfassungseinheiten. Die Bildpunkterfassungseinheiten umfassen jeweils eine Abbildungseinheit, die einen Ausschnitt eines Objekts auf eine Pixeldetektionseinheit abbildet. Die Pixeldetektionseinheit wandelt die abgebildete elektromagnetische Strahlung in ein elektrisches Signal. Dieses ist proportional zu der abgebildeten Intensität der elektromagnetischen Strahlung. Der Kontakt-Bildsensor wird gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Kontakt-Bildsensoren so modifiziert, dass mittels der Bildpunkterfassungseinheiten scharf abgebildete Bildpunkte von mindestens zwei einen unterschiedlichen Abstand zu einer Kontaktfläche, relativ zu der der Kontakt-Bildsensor angeordnet ist, aufweisende Ebenen des Objekts erfassbar sind oder erfasst werden. Ein Verfahren zum Erfassen von Bildpunkten eines Objekts mit einem Kontakt-Bildsensor, der relativ zu der Kontaktfläche angeordnet ist und eine Vielzahl von Bildpunkterfassungseinheiten umfasst, die jeweils eine Abbildungseinheit und mindestens eine Pixeldetektionseinheit umfassen, umfasst somit die Schritte: Anordnen des Objekts relativ zu der Kontaktfläche, Erfassen von Bildpunkten des Objekts, wobei die Abbildungseinheiten jeweils Abschnitte des relativ zu der Kontaktfläche, vorzugsweise in Kontakt mit der Kontaktfläche, angeordneten Objekts auf die jeweilige mindestens eine zugeordnete Pixeldetektionseinheit abbilden und die Pixeldetektionseinheiten die abgebildete elektromagnetische Strahlung in elektrische Signale wandeln, die ein Maß für eine empfangene Lichtintensität darstellen. Hierbei ist vorgesehen, dass mittels der Bildpunkterfassungseinheiten scharf abgebildete Bildpunkte von mindestens zwei einen unterschiedlichen Abstand zu der Kontaktfläche aufweisenden Ebenen des Objekts erfasst werden. Wird ein Bildpunkt des Objekts scharf auf eine Pixeldetektionseinheit abgebildet, so wird eine maximale Intensität der an dem Bildpunkt des Objekts reflektierten gebeugten oder gestreuten Strahlung auf die Pixeldetektionseinheit abgebildet. Hierbei wird davon ausgegangen, dass ein Bildpunkt hell (beispielsweise weiß) vor einem dunklen Hintergrund (beispielsweise schwarz) ist. Wird ein Bildpunkt einer anderen Ebene abgebildet, so ist dessen Bild in der Pixeldetektionsebene aufgeweitet, so dass ein Teil der Lichtintensität nicht detektiert wird.The invention is based on the basic idea of using a contact image sensor (CIS) for capturing image points. Such a contact image sensor comprises a plurality of image point detection units. The pixel detection units each include an imaging unit which images a section of an object onto a pixel detection unit. The pixel detection unit converts the imaged electromagnetic radiation into an electrical signal. This is proportional to the mapped intensity of the electromagnetic radiation. The contact image sensor is modified compared to the contact image sensors known from the prior art in such a way that by means of the image point detection units sharply mapped image points of at least two planes of the object having a different distance to a contact surface relative to which the contact image sensor is arranged are or will be recorded. A method for capturing image points of an object with a contact image sensor which is arranged relative to the contact area and comprises a plurality of image point detection units, each comprising an imaging unit and at least one pixel detection unit, thus comprises the steps of: arranging the object relative to the contact area Acquisition of pixels of the object, the imaging units each imaging sections of the object arranged relative to the contact surface, preferably in contact with the contact surface, onto the respective at least one assigned pixel detection unit and the pixel detection units converting the imaged electromagnetic radiation into electrical signals that provide a measure represent for a received light intensity. It is provided here that sharply mapped image points of at least two planes of the object that have a different distance from the contact surface are captured by means of the image point acquisition units. If an image point of the object is sharply imaged on a pixel detection unit, a maximum intensity of the diffracted or scattered radiation reflected at the image point of the object is imaged on the pixel detection unit. It is assumed here that an image point is light (for example white) against a dark background (for example black). If an image point is imaged in another plane, its image is expanded in the pixel detection plane so that part of the light intensity is not detected.
Als scharf abgebildet wird ein Bildpunkt bezeichnet, wenn das hiervon erfasste Pixel gemeinsam mit weiteren Pixeln von anderen Bildpunkten einer Struktur zu einer aufgelösten und kontrastreichen Abbildung der Struktur beiträgt. D.h., dass das aus einem Abschnitt des Objekts in der betreffenden Ebene stammende Licht (bei einem hellen Bildpunkt) gebündelt, d. h. fokussiert abgebildet wird. Hierüber erfolgt eine selektive Abbildung hinsichtlich eines Abstands von dem Kontakt-Bildsensor. Die Bildpunkte werden so erfasst, dass die erfassten Pixeln einen Informationsgehalt einer bestimmten Ebene wiedergeben.A pixel is referred to as sharply imaged if the pixel captured by it together with further pixels from other pixels of a structure contributes to a resolved and high-contrast image of the structure. This means that the light originating from a section of the object in the relevant plane is bundled (in the case of a bright image point), that is to say is imaged in a focused manner. This is used for selective mapping with regard to a distance from the contact image sensor. The image points are recorded in such a way that the recorded pixels reflect information content of a specific level.
Bevorzugt wird somit eine aktive Fläche der Pixeldetektionseinheit angepasst an eine minimale Größe eines scharf abgebildeten Bildpunkts des Objekts einer jeweiligen Abbildungseinheit einer Bildpunkterfassungseinheit gewählt. Neben der Brennweite hat hierauf unter anderem auch eine Wahl einer Blende auf der Austrittsseite der Abbildungseinheit einen Einfluss.An active area of the pixel detection unit is therefore preferably selected to be adapted to a minimum size of a sharply imaged image point of the object of a respective imaging unit of an image point detection unit. In addition to the focal length, the choice of a diaphragm on the exit side of the imaging unit also has an influence on this.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass Informationen unterschiedlicher Ebenen erfassbar sind bzw. erfasst werden und zur Verifikation komplexer räumlich ausgebildeter Sicherheitsmerkmale oder biometrischer Merkmale verwendet werden können.The advantage of the device according to the invention and the method according to the invention is that information from different levels can be or is recorded and can be used to verify complex, spatially developed security features or biometric features.
Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass die unterschiedlichen Bildpunkterfassungseinheiten, die die scharf abgebildeten Bildpunkte der unterschiedlichen Ebenen des Objekts erfassen, Abbildungseinheiten unterschiedlicher Abbildungseigenschaften, insbesondere unterschiedlicher Brennweite, aufweisen. Sollen beispielsweise Bildpunkte zweiter unterschiedlicher Ebenen erfasst werden, so existieren zwei unterschiedliche Typen von Bildpunkterfassungseinheiten, die zeitgleich die Bildpunkte der unterschiedlichen Ebenen erfassen. Diese unterschiedlichen Typen von Bildpunkterfassungseinheiten weisen jeweils unterschiedliche Abbildungseinheiten auf, die unterschiedliche Abbildungseigenschaften aufweisen. Der eine Typ Bildpunkterfassungseinheiten weist beispielsweise Abbildungseinheiten mit einer ersten Brennweite und der andere Typ von Bildpunkterfassungseinheiten Abbildungseinheiten mit einer anderen Brennweite, die von der ersten Brennweite abweicht, auf.According to the invention it is provided that the different image point acquisition units, which acquire the sharply imaged image points of the different planes of the object, have imaging units with different imaging properties, in particular with different focal lengths. If, for example, image points on two different levels are to be acquired, there are two different types of image point acquisition units which simultaneously acquire the image points of the different levels. These different types of pixel acquisition units each have different imaging units which have different imaging properties. One type of image point detection units has, for example, imaging units with a first focal length and the other type of image point detection units has imaging units with a different focal length that deviates from the first focal length.
Um eine Kalibration der einzelnen Bildpunkterfassungseinheiten zu erleichtern, wird der Bild-Kontaktsensor vorzugsweise so ausgebildet, dass eine Pixeldichte der Pixeldetektionseinheiten größer ist als eine Bildpunktdichte in dem Objekt, d. h. als eine minimale Strukturgröße, die erfasst werden soll. Dies bedeutet, dass die zu erfassenden Strukturen des Objekts in einer Ebene jeweils eine laterale Ausdehnung aufweisen, die durch mindestens zwei benachbarte Bildpunkterfassungseinheiten auf zwei erfasste Bildpixel abgebildet werden.In order to facilitate calibration of the individual pixel detection units, the image contact sensor is preferably designed such that a pixel density of the pixel detection units is greater than a pixel density in the object, i.e. H. as a minimum feature size to be captured. This means that the structures of the object to be recorded each have a lateral extent in a plane, which is mapped onto two recorded image pixels by at least two adjacent image point detection units.
Vorteilhafterweise werden die mindestens zwei unterschiedlichen Ebenen mittels gleichmäßig abwechselnd angeordneter Bildpunkterfassungseinheiten, die Abbildungseinheiten mit unterschiedlichen Abbildungseigenschaften aufweisen, erfasst. Weisen die die Informationen enthaltenden Strukturen, welche erfasst und ausgewertet werden sollen, lateral in den Ebenen jeweils Ausdehnungen auf, die durch mehrere benachbarte erfasste Pixel abgebildet werden, so ist ein deutlicher Signalunterschied benachbarter Pixel erfassbar. Jeweils nur eine von zwei benachbarten Bildpunkterfassungseinheiten bildet die entsprechende Struktur des Objekts scharf ab, wenn man davon ausgeht, dass nur jeweils in einer Ebene des Objekts eine Information in Form einer zu der lateral in der Ebene ausgebildeten Struktur ausgebildet ist.The at least two different planes are advantageously detected by means of image point detection units which are arranged uniformly alternately and which have imaging units with different imaging properties. If the structures containing the information, which are to be recorded and evaluated, each have extensions laterally in the planes, which are mapped by several neighboring recorded pixels, then a clear signal difference between neighboring pixels can be recorded. In each case, only one of two adjacent pixel detection units images the corresponding structure of the object sharply, if it is assumed that information in the form of a structure formed laterally in the plane is only formed in one plane of the object.
Um eine gute Trennung der einzelnen Ebenen des Objekts zu erreichen, ist es vorteilhaft, wenn die einzelnen Abbildungseinheiten der Bildpunktserfassungseinheiten jeweils einen geringen Schärfentiefebereich aufweisen. Dies kann zum einen erreicht werden, indem die Abbildungseinheiten mit einer möglichst großen numerischen Apertur ausgebildet werden.In order to achieve a good separation of the individual planes of the object, it is advantageous if the individual imaging units of the image point acquisition units each have a small depth of field. On the one hand, this can be achieved by designing the imaging units with the largest possible numerical aperture.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfassen die Abbildungseinheiten Stablinsen. Mit diesen lassen sich besonders günstig die gewünschten Abbildungseigenschaften realisieren.In a preferred embodiment, the imaging units comprise rod lenses. With these, the desired imaging properties can be implemented particularly favorably.
Um eine gute Auflösung, d.h. Zuordnung der erfassten Informationen zu den einzelnen Ebenen, welche erfasst werden, zu erhalten, ist bei einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass die Brennweiten der Abbildungseinheiten der Bildpunkterfassungseinheiten beim Erfassen der scharf abgebildeten Bildpunkte der unterschiedlichen Ebenen sich mindestens um einen Wert unterscheiden, der in der Größenordnung eines Wertes einer maximalen Länge der Schärfentiefebereiche liegt, die die Abbildungseinheiten entsprechend beim Erfassen der Bildpunkte aufweisen.To get a good resolution i.e. Assignment of the captured information to the individual planes that are captured is provided in a preferred embodiment that the focal lengths of the imaging units of the pixel capture units when capturing the sharply mapped pixels of the different planes differ by at least a value that is of the order of magnitude of a value of a maximum length of the depth of field areas that the imaging units correspondingly have when capturing the image points.
Um eine Auflösung im Bereich von 100 µm zu erlangen, ist daher der Schärfentiefebereich kleiner 100 µm zu wählen. Hierzu ist zum einen die numerische Apertur der Abbildungseinheit möglichst groß zu wählen. Zum andern ist eine aktive Fläche der Pixelgröße möglichst klein zu wählen. Bevorzugte Ausführungsformen weisen daher einen Durchmesser einer aktiven Fläche der Pixeldetektionseinheiten in der Größenordnung der Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung auf, die umgewandelt wird. Wird beispielsweise grünes Licht verwendet, welches eine Wellenlänge im Bereich von 550 nm aufweist, so sind aktive Flächen der Pixeldetektionseinheiten in der Größenordnung von 1 µm wünschenswert.In order to achieve a resolution in the range of 100 µm, a depth of field less than 100 µm should be selected. For this purpose, on the one hand, the numerical aperture of the imaging unit must be selected as large as possible. On the other hand, an active area of the pixel size should be selected as small as possible. Preferred embodiments therefore have a diameter of an active area of the pixel detection units in the order of magnitude of the wavelength of the electromagnetic radiation that is converted. If, for example, green light is used, which has a wavelength in the range of 550 nm, then active areas of the pixel detection units of the order of magnitude of 1 μm are desirable.
Um von chromatischer Aberration unabhängig zu sein, ist bei einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass ein oder mehrere Leuchtelemente relativ zu der Kontaktfläche angeordnet sind, um das zu erfassende Objekt monochromatisch zu beleuchten. Bei einigen Ausführungsformen sind mehrere unterschiedliche Leuchtmittel vorgesehen, die Licht unterschiedlicher Wellenlänge, z.B. im infraroten Wellenlängenbereich im sichtbaren und im ultravioletten Wellenlängenbereich, erzeugen. Die unterschiedlichen Leuchtmittel können so angesteuert werden, dass das Objekt jeweils monochromatisch mit einer der Wellenlängen ausgeleuchtet wird. Um eine gleichmäßige Ausleuchtung zu erhalten, sind vorzugsweise jeweils mehrere Leuchtmittel vorhanden, die Licht derselben Wellenlänge erzeugen.In order to be independent of chromatic aberration, it is provided in a preferred embodiment that one or more luminous elements are arranged relative to the contact surface in order to illuminate the object to be detected monochromatically. In some embodiments, several different illuminants are provided which generate light of different wavelengths, for example in the infrared wavelength range in the visible and in the ultraviolet wavelength range. The different illuminants can be controlled in such a way that the object is illuminated monochromatically with one of the wavelengths. In order to obtain uniform illumination, there are preferably a plurality of illuminants that generate light of the same wavelength.
Um eine hohe Flexibilität zu erreichen, ist bei einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass zumindest ein Teil der Vielzahl der Bildpunkterfassungseinheiten Abbildungseinheiten umfassen, die hinsichtlich ihrer Abbildungseigenschaften gesteuert modifizierbar sind.In order to achieve a high degree of flexibility, it is provided in a preferred embodiment that at least some of the plurality of pixel acquisition units comprise imaging units which can be modified in a controlled manner with regard to their imaging properties.
Bei einer Weiterbildung, bei der die Abbildungseinheiten Linsen, vorzugsweise Stablinsen, umfassen, ist vorgesehen, dass die Linsen der Abbildungseinheiten des Teils der Vielzahl von Bildpunkterfassungseinheiten, die gesteuert hinsichtlich ihrer Abbildungseigenschaften modifizierbar sind, verformbar ausgebildet sind und gemeinsam, in Gruppen oder einzeln mit einem Aktor gekoppelt sind, über den entsprechend eine Verformung aller Linsen der Gruppe von Linsen oder der einzelnen Linsen bewirkbar ist, um die optischen Eigenschaften zu modifizieren. Als Aktoren können beispielsweise Piezokristalle benachbart zu den Linsen angeordnet werden, um beispielsweise eine Streckung der Linsen zu erreichen. Andere Ausführungsformen sehen vor, dass über eine Kompression bzw. Elongation ein Krümmungsradius der Austrittsfläche der Linsen modifiziert wird, um eine Brennweitenmodifikation zu erreichen.In a development in which the imaging units include lenses, preferably rod lenses, it is provided that the lenses of the imaging units of the part of the plurality of image point detection units, which can be modified in a controlled manner with regard to their imaging properties, are designed to be deformable and jointly, in groups or individually with one Actuator are coupled, via which a deformation of all lenses of the group of lenses or of the individual lenses can be brought about in order to modify the optical properties. Piezocrystals, for example, can be arranged as actuators adjacent to the lenses in order, for example, to stretch the lenses. Other embodiments provide that a radius of curvature of the exit surface of the lenses is modified via compression or elongation in order to achieve a focal length modification.
Vorzugsweise ist mit dem Kontakt-Bildsensor eine Auswerteeinheit gekoppelt, die ausgebildet ist zu ermitteln, ob und welche durch die erfassten Bildpunkte verkörperte Informationen in den unterschiedlichen Ebenen des Objekts abgespeichert sind. Bei dem Objekt, welches erfasst wird, kann es sich beispielsweise um einen Finger oder ein Wert- und/oder Sicherheitsdokument handeln.An evaluation unit, which is designed to determine whether and which information embodied by the captured image points is stored in the different planes of the object, is preferably coupled to the contact image sensor. The object that is detected can be, for example, a finger or a value and / or security document.
Die Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens weisen dieselben Vorteile wie die entsprechenden Merkmale der Erfassungsvorrichtung auf.The features of the method according to the invention have the same advantages as the corresponding features of the detection device.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Hierbei zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung einer als Dokumentenscanner ausgebildeten Erfassungsvorrichtung; -
2 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform, bei der einzelne Bildpunkterfassungseinheiten modifizierbare Abbildungseinheiten umfassen; -
3 eine weitere Ausführungsform mit modifizierbaren Abbildungseinheiten; und -
4 eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform modifizierbarer Abbildungseinheiten.
-
1 a schematic representation of a detection device designed as a document scanner; -
2 a schematic representation of a further embodiment, in which individual image point acquisition units comprise modifiable imaging units; -
3 a further embodiment with modifiable imaging units; and -
4th a plan view of a further embodiment of modifiable imaging units.
In
In den Figuren ist dem Bezugszeichen „6“ eine mit einem Bindestrich versehene Zahl angehängt, um die einzelnen Bildpunkterfassungseinheiten
Jede Bildpunkterfassungseinheit
Die Pixeldetektionseinheiten
Die Strukturen
Die Abbildungseinheiten
Die Bildpunkterfassungseinheiten
Entsprechend verhält es sich mit den Bildpunkterfassungseinheiten
Es zeigt sich, dass es vorteilhaft ist, die erfasste Pixelauflösung so zu wählen, dass jede Struktureinheit durch mindestens zwei Pixel, vorzugsweise besser 3 Pixel, abgebildet wird, um mögliche Randfehler, d.h. eine nicht optimale Ausrichtung der Struktur bezüglich der erfassten Pixel besser verarbeiten zu können. Es sind jedoch auch Ausführungsformen möglich, bei denen Strukturen bis zu einer 1:1-Zuordnung Bildpunkt:erfasstes Pixel möglich sind. In diesem Fall ist jedoch eine gute Kalibrierung notwendig, um zuverlässig ermitteln zu können, aus welcher Ebene elektromagnetische Strahlung nachgewiesen wird.It turns out that it is advantageous to choose the captured pixel resolution so that each structural unit is mapped by at least two pixels, preferably 3 pixels, in order to avoid possible edge errors, i.e. better processing a non-optimal alignment of the structure with respect to the captured pixels. However, embodiments are also possible in which structures up to a 1: 1 assignment image point: captured pixel are possible. In this case, however, a good calibration is necessary in order to be able to reliably determine the plane from which electromagnetic radiation is detected.
Der Kontakt-Bildsensor kann zeilenförmig oder matrixförmig ausgebildet sein. Bei der in
Über eine Schnittstelle
In
Bei dieser Ausführungsform können die Abbildungseinheiten
Es versteht sich für den Fachmann, dass eine Verlängerung der Stablinsen nur eine mögliche Modifikation der Abbildungseigenschaften darstellt. In Fig: 4 ist schematisch eine Draufsicht auf einen anderen Typ Abbildungseinheiten
Beschrieben sind Ausführungsformen mit zeilenförmigen Bild-Kontaktsensoren. Andere Ausführungsformen können matrixartige Bild-Kontaktsensoren umfassen.Embodiments with line-shaped image contact sensors are described. Other embodiments may include matrix type image contact sensors.
Es versteht sich für den Fachmann, dass lediglich beispielhafte Ausführungsformen schematisch beschrieben sind. Die dargestellten Dimensionen entsprechen nicht den realen Dimensionen, sondern sind lediglich zum Zwecke der Veranschaulichung gewählt.It is understood by those skilled in the art that only exemplary embodiments are described schematically. The dimensions shown do not correspond to the real dimensions, but are merely selected for the purpose of illustration.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- ErfassungsvorrichtungDetection device
- 22
- KontaktflächeContact area
- 33
- Gehäusecasing
- 44th
-
Oberseite (des Gehäuses
3 )Top (of the case3 ) - 55
- Kontakt-BildsensorContact image sensor
- 6, 6-1...6-66, 6-1 ... 6-6
- BildpunkterfassungseinheitPixel acquisition unit
- 7, 7-1...7-67, 7-1 ... 7-6
- AbbildungseinheitImaging unit
- 8, 8-1...8-68, 8-1 ... 8-6
- PixeldetektionseinheitPixel detection unit
- 9, 9-1...9-69, 9-1 ... 9-6
- Abschnittsection
- 1010
- Dokumentdocument
- 1111
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- StrukturenStructures
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Claims (21)
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Family Applications (1)
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-
2009
- 2009-06-15 DE DE102009025324.6A patent/DE102009025324B4/en active Active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5627366A (en) * | 1995-05-19 | 1997-05-06 | Symbol Technologies, Inc. | Optical scanner with extended depth of focus |
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DE102009025324A1 (en) | 2010-12-16 |
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