CN107241915B - 用于登记乳头状脊图案的紧凑系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及到生物计量识别领域。技术结果在于减少用于登记乳头状脊图案的系统的总尺寸和增加该系统的可靠性，同时提供减少的成本、高图像质量、快速的运行速度和减少的能源消耗。本系统包括：光源、定义读取表面的位置的元件、光学系统以及多元件图像接收器，其中读取表面由通过引导性光学元件的射线被光学地链接至图像接收器，引导性光学元件包括折射表面和反射表面，其凭借折射表面上的连续折射、反射表面上的反射和折射表面上的全内反射。

Description

用于登记乳头状脊图案的紧凑系统

相关技术

本发明涉及到生物计量领域，具体地涉及到用于脊图案的自动记录的系统。

现有技术

图1示出了用于记录脊图案的典型系统的图。光源1照射在组件2上，其确定用于将被记录的对象的读取表面3的位置，例如，手指或手掌上的脊线。在读取表面上，来自光源的光通量基于对应于脊图案的谷和峰的区域的反射的差别来结束承载该脊图案的图像。通常包括聚光透镜4、镜子系统5、物镜6、保护镜7和图像传感器上的显微透镜8的光学系统采用这个通量并在多元件图像传感器的光敏表面9上创建脊图案的图像。图像传感器将图像从光学图像转换为以与入射到对应光敏元件的辐射通量成比例的强度值的阵列形式的电子数字图像，并将该图像传输到电子存储器10。处理单元11使该电子图像的比例标准化，从而创建系统的输出图像。

确定将被记录的对象的位置的组件通常被设计为光学上透明的等腰直角棱镜。然而，在用于记录脊图案的系统的设计中存在变体，其中复杂形式的棱镜、圆柱形组件或平面平行板用作确定读取表面的位置的组件。在更少见的变体中，系统的主体元件是指示读取表面的位置的组件。

光学系统中的镜子数可变化并确定系统的形状和总尺寸。

辐射传感器通常被构造成金属氧化物半导体晶体管或电荷耦合设备的棒或矩阵。

这些系统的共同缺点是它们的相当大的尺寸。这是由于以下事实：光轴优选地以接近45°的角度从读取表面延伸，且用于所需质量的图像形成的物镜必须被放置在距离读取表面相当远的距离处。以弯曲光轴以便减少系统的总尺寸为目的，镜子被使用。

同时，生物计量识别的广泛使用和对于减少扫描时间的日益增长的需求最近导致了对于用于指纹和掌纹的移动扫描仪的需求，该移动扫描仪具有大的读取区域同时具有提供舒适的可携带性的小厚度。

然而，这个问题并未通过使用光学扫描仪而得到解决，因为镜子的任何配置不允许光轴在不损害垂直于读取表面的方向上的尺寸的情况下紧接在将接收元件留在平行于读取表面的方向上之后的有效偏转。因此，尽管在2012年11月27日提交的、IPC G06K9/00的美国专利8320645中示出了相当成功地实现了系统尺寸减少，但是它使用了三个镜子，且设备的高度(在垂直于读取表面的方向上)很大。

对于用于记录脊图案的系统的设计存在几个变体，其带来读取区域的所需分辨率和大小，同时具有相对低的高度。

因此，1999年1月12日提交、分类在IPC G01B11/124下的美国专利第5859420号公开了一种系统，其中用于记录脊图案的系统的尺寸通过使用具有若干个输出面的相对薄的梯形棱镜替换接收棱镜来减小，其涉及到用于形成所登记的物体图像的部分的单独的通道，其然后被组合为输出图像。

该系统是对于所提出发明的最接近的类似物。尽管大小上减小，但是该布局增加了系统中的组件的数量，其反而增加了成本、降低了可靠性和生产能力，并还提高了设备的功率消耗。而且，使用该布局，具有对应于通过棱镜阶梯的边界的射线的通路的图像失真区域是不可避免的，这在识别系统的大部分应用中不可接受的。

发明目的

本发明的目的是提供用于记录脊图案的系统，该系统具有小的总尺寸、高可靠性和低成本，同时提供高质量图像、高运行速度和减少的能源消耗。

发明实质

所述目的被实现在于，用于记录脊图案的系统，包括：光源、确定脊图案的读取表面的位置的元件、光学系统、多元件图像传感器，其中，读取表面由通过引导性光学元件的射线被光学地链接至图像接收器，该引导性光学元件包括折射表面和反射表面，其凭借折射表面上的连续折射、反射表面上的反射和折射表面上的全内反射。

为了补偿引导性元件中产生的色差，光学系统可使用光楔，其优选地位于在读取表面和形成图像接收器上的图像的物镜之间的光路中。补偿在光学系统中产生的色差的另一个选择是，在图像接收器的光敏表面和形成该表面上的图像的物镜之间布置透明板，该透明板的表面从物镜的轴的法线偏斜。

发明结果

由所列特征的集合提供的技术结果在于减少用于登记乳头状脊图案的系统的总尺寸和增加该系统的可靠性，同时提供减少的成本、高图像质量、快速的运行速度和减少的能源消耗。

发明描述

本发明的实施例可见于图2所示的布局中。采取被构造成发光二极管的光板1的形式的光源照射在由光学上透明的材料形成的棱镜2上。通过棱镜的输入分支面21，光以全内反射的角度入射在斜边面3上，其自身确定脊图案读取表面。诸如指纹或手掌的将被记录的对象被放置在该表面上。对应于脊图案的峰的点处，来自光源的光通量部分地被将被记录的物体吸收；在剩余的区域中，它被棱镜的斜边面完全反射。以这种方式，光通量变成将被记录的脊图案的图像的载体。光随后在以棱镜形式制造的引导性元件4的方向上通过棱镜的退出分支面22。在表面41处折射的光在具有镜子涂层的表面42上反射，且再次到达表面41。由于在表面42上反射的光以全内反射的角度落入表面41上，因此它没有损失地反射并通过表面43离开引导性元件。连同这个一起，表面41上的工作光区域在通过和反射期间贯穿，这在使用镜子系统时是不可能的。然后光通过光楔5，光楔5补偿在通过引导性元件之后产生的色差。物镜6在被构造成金属氧化半导体中的晶体管矩阵的单色相机的光敏表面7上形成将被记录的对象的图像。

在系统的另一个实施例中，对于从读取表面到图像接收器的所有对象光束，满足在表面42上全内反射的条件。在此情况下，不需要表面上的镜子涂层的应用。

在本发明的又一个变体实施例中，从读取表面到图像接收器的对象光束以接近法线的角度通过表面22、41和43。在此情况下，在引导性元件的输出处没有明显色差，且可以由在图像接收器上形成图像的物镜补偿残余色差。出于此目的，物镜使用以具有相当大的厚度的半月板形式的透镜或由两个透镜组成的消色差组件，其中该两个透镜具有相反符号的光学功率且由不同材料构成。补偿在光学系统中产生的色差的另一个选择是，在图像接收器的光敏表面和形成该表面上的图像的物镜之间布置透明板，透明板的表面从物镜的轴的法线偏斜。

申请人已经制造了若干个样本脊图案扫描仪，该扫描仪具有82x82mm的读取表面大小并且具有在这个表面上的等于每英寸500点的分辨率，同时设备的总高度小于50mm。具有所述参数的设备是四个手指的脊图案的第一已知可携带扫描仪，其已经能够产生符合FBI EBTS附件F标准的图像质量。实验数据证实了使用上述引导性元件可能产生用于记录脊图案的系统，该系统在总尺寸方面远远优于类似物。

由于引导性元件表示其中所有工作表面严格地互连的单个结构组件的事实，因此与其中组件的相互位移可导致图像特性的恶化的系统相比，系统改善了图像质量和运行可靠性。

由于系统组件的减少的数量，通过总尺寸的减小的材料的降低消耗、简化的装配和调整导致设备的成本降低。

由于系统不要求实施将来自不同信道的若干图像组合为一个输出的任何软件处理的事实，性能被提高且设备的功率消耗被降低。

附图简述

附图中解释现有技术和本发明的本质。

图1是脊图案记录系统的设计的典型示意图。

图2是脊图案记录系统的示意图，其由于在读取表面和形成在图像接收器上的图像的物镜之间的引导性元件的使用而具有小尺寸。

Claims (4)

1.一种用于记录脊图案的系统，所述系统包括光源、定义所述脊图案的读取表面的位置的元件、引导性光学元件、光学系统以及多元件图像接收器，

其中，所述引导性光学元件包括折射表面、反射表面和输出表面，并且所述引导性光学元件表示其中所有工作表面严格地互连的单个结构组件，

且其中，所述读取表面被光学地链接至所述多元件图像接收器，使得从所述光源通过定义所述读取表面的位置的元件和所述引导性光学元件传递到所述多元件图像接收器的射线，在通过所述引导性光学元件的输出表面离开所述引导性光学元件之前首先在所述折射表面上被折射，然后在所述反射表面上被反射且以全内反射的角度再次落入所述折射表面上,

其中，所述系统的总高度小于50mm并且所述读取表面是82x 82mm。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述光学系统还包括光楔。

3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述光楔位于在所述读取表面和在所述多元件图像接收器上形成图像的物镜之间的光路上。

4.根据权利要求1所述的系统，其中，透明板位于所述多元件图像接收器的光敏表面和在该表面上形成图像的物镜之间，所述透明板的表面从所述物镜的轴的法线偏斜。

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