DE4036025C2 - Fingerabdruckerkennungsvorrichtung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fingerabdruckerkennungsvorrichtung mit einer Laserlichtquelle, deren mittels eines Kollimators parallelisiertes Licht senkrecht von unten auf eine Kontaktfläche eines einen planparallelen Bereich aufweisenden Prismas fällt, auf der sich die abzubildende Fingeroberfläche befindet, wobei der Bereich des Prismas zur Ablenkung des vom Fingerabdruck gestreuten Lichtes einstückig mit der Kontaktfläche ausgebildet ist, und mit einem das Bild des Fingerabdrucks empfangenden Hologramm, mittels dessen das Bild aus der rellen Bildebene in eine virtuelle Bildebene versetzt wird und aus dieser mittels eine Abbildungslinse, ein Flächen-CCD und einer Auswerteschaltung aufweisende Bildauswerteanordnung ausgelesen wird.

Eine herkömmlich ausgebildete Fingerabdruckerkennungsvorrichtung, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist, besteht aus, einer LED (Flüssigkeitselektrolumineszenzvorrichtung), einer Feldplatte 1 als Lichtquelle zur Abgabe von Licht auf den Abdruck eines Fingers 1, einem Prisma 2, einem Abbildungslinsensystem 3 zum Erzeugen eines Fingerabdruckbildes auf der geneigten Fläche des Prismas 2, einer ladungsgekoppelten Speichervorrichtung für Flächen (kurz gesagt ein 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 dem 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 dem Flächen-CCD 4 mit Hilfe der Abbildungslinse 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 dem Flächen-CCD 4, da das Fingerabdruckbild auf dem Prisma 2 in einem um 45° geneig­ ten Zustand zur optischen Achse des horizontal angeordneten Abbildungslinsensystems 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 Abbildungslinsensystem 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.

Eine Fingerabdruckerkennungsvorrichtung der eingangs genannten Art ist aus der US 4 728 186 bekannt. Bei dieser Vorrichtung fällt paralleles Licht von unten auf eine planparallele Platte, auf deren Oberseite der Finger ruht. Durch die Streuung des Lichtes an der Fingeroberfläche gelangt Streulicht in den Innenraum der planparallelen Platte, welches an den Randflächen totalreflektiert wird und nach mehrfacher Totalreflexion von einem an der Unterseite der planparallelen Platte befestigen Hologramm aufgenommen wird. Von dort aus gelangt das Bild zu einem Detektor. Alternativ wird bei sonst entsprechendem Aufbau und Funktion vorgeschlagen, Laserlicht über ein seitlich von der planparallelen Platte angeordnetes Prisma einfallen zu lassen. Bei dieser Vorrichtung müssen die Position des Hologrammes und der Ort, an dem der Finger aufgelegt wird, ein bestimmten Mindestbestand aufweisen, damit das vom Hologramm aufgenommene Bild nicht durch den Druck des Fingers verfälscht wird. Dies bedeutet eine nicht zu unterschreitende Mindestgröße des optischen Systems.

Aus der EP 0 411 221 ist eine Anordnung zur Erkennung eines Fingerabdrucks bekannt, bei welchem die Lichtstrahlen, die von einem 45° Prisma, auf dem der Finger aufliegt, reflektiert werden, nach optischer Fourier-Umwandlung auf ein Hologramm fallen. Dieses enthält bereits einen (oder mehrere) gespeicherte Abdrücke. Wenn der Abdruck des auf dem Prisma liegenden Fingers mit dem gespeicherten übereinstimmt, wird mehr Licht auf einen dem Hologramm nachgeordneten Sensor geleitet als bei fehlender Übereinstimmung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung der genannten Art dahingehend zu verbessern, daß die Baugröße des Gesamtsystems reduziert werden kann, ohne daß durch den Druck des Fingers entstehende Bildverfälschungen zu befürchten sind.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß entlang einer ersten optischen Achse angeordnete Laserlichtquelle, Kollimator und Prismenkontaktfläche räumlich getrennt von der auf einer hierzu geneigten zweiten optischen Achse angeordneten Einheit aus Hologramm und Bildauswerteanordnung die um einen Winkel R₁ gegenüber der Kontaktfläche geneigt ist, angeordnet ist, wobei bei einer Neigung der in Richtung des Hologramms weisenden Fläche des Prismas von 45° gegenüber der Kontaktfläche die Versetzung des reellen Bildes zum virtuellen Bild einen Winkel R_H = 45° - R₁ aufweist.

Die Erfindung zeichnet sich aus, durch die das Prisma enthaltende Baugruppe (optische Achse a₁) einerseits und die das Hologramm enthaltende Einheit (optische Achse a₂) andererseits. Die Plazierung der beiden optischen Systeme muß dabei bei einem 45° Prisma so beschaffen sein, daß die Winkelbeziehung R_H = 45° - R₁ erfüllt ist.

Eine Weiterbildung der Erfindung geht aus dem Unteranspruch 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 Prisma 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 Prisma 13 erzeugt wird, eine Abbildungslinse 15 zur Erzeugung eines Fingerabdruckbildes und eine Flächen- CCD 16 zum Umwandeln des von der Abbildungslinse 15 er­ zeugten Fingerabdruckbildes in elektrische Signale, die alle entlang einer zweiten optischen Achse a₂ angeordnet sind. Das Flächen-CCD 16 ist an eine Schaltung 17 angeschlossen, die die von dem Flächen-CCD 16 übertragenen elektrischen Signale verstärkt und analysiert.

Die Kontaktfläche 13a des Prismas 13, auf der ein Finger liegt, verläuft senkrecht zum Kollimator 12. Eine geneigte Fläche 13b des Prismas 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 Prisma 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 Referenzwelle ist.

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

Die Abbildungslinse 15 ist unter einem Abstand L₃ von der virtuellen Bildebene 19 angeordnet, und die Flächen-CCD 16 besitzt einen Abstand L₄ von der Abbildungs­ linse 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 Abbildungs­ linse 15 sind auf den Mittelpunkt C der virtuellen Bild­ ebene 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 Prisma 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 Prisma 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 Prisma 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 Prismas 13 zerstreute Laserstrahl wird im wesentlichen zu dem am Punkt B der reellen Bildebene 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 virtuellen Bildebene 19 verschoben, so daß das Fingerabdruckbild auf die optische Achse der Abbildungslinse 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 Abbildungs­ linse 15 auf dem Flächen-CCD 16 erzeugt.

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

Hiernach wird das auf dem Flächen-CCD 16 erzeugte Finger­ abdruckbild durch das 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 Prisma 13 erzeugten Fingerabdruckbildes zur optischen Achse der Abbildungslinse 15 mit Hilfe des Hologramms 14, um ein virtuelles Bild zu erzeugen und das virtuelle Bild mit Hilfe der Abbildungslinse 15 auf das 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 (2)

1. Fingerabdruckerkennungsvorrichtung mit einer Laserlichtquelle (11), deren mittels eines Kollimators (12) parallelisiertes Licht senkrecht von unten auf eine Kontaktfläche (13a) eines einen planparallelen Bereich aufweisenden Prismas (13) fällt, auf der sich die abzubildende Fingeroberfläche befindet, wobei der Bereich des Prismas (13) zur Ablenkung des vom Fingerabdruck gestreuten Lichtes einstückig mit der Kontaktfläche (13a) ausgebildet ist, und mit einem das Bild des Fingerabdrucks empfangenden Hologramm (14), mittels dessen das Bild aus der reellen Bildebene (18) in eine virtuelle Bildebene (19) versetzt wird und aus dieser mittels einer eine Abbildungslinse (15), ein Flächen- CCD (16) und eine Auswerteschaltung (17) aufweisenden Bildauswerteanordnung ausgelesen wird, dadurch gekennzeichnet, daß entlang einer ersten optischen Achse (a₁) angeordnete Laserlichtquelle (11), Kollimator (12) und Prismenkontaktfläche (13a) räumlich getrennt von der auf einer hierzu geneigten zweiten optischen Achse (a₂) angeordneten Einheit aus Hologramm (14) und Bildauswerteanordnung (15, 16, 17), die um einen Winkel R₁ gegenüber der Kontaktfläche (13a) geneigt ist, angeordnet sind, wobei bei einer Neigung der in Richtung des Hologramms (14) weisenden Fläche (13b) des Prismas (13) von 45° gegenüber der Kontaktfläche (13a) die Versetzung des reellen Bildes zum virtuellen Bild einen Winkel R_H = 45° - R₁ aufweist.

2. Fingerabdruckerkennungsvorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildungslinse (15) unter einem Abstand L₃ (L₃ < L₁) von der virtuellen Bildebene angeordnet ist und daß das Flächen CCD (16) unter einem Abstand L₄ von der Abbildungslinse (15) angeordnet ist, um ein Fingerabdruckbild mit L₄/L₃facher Vergrößerung an dem Flächen-CCD (16) auszubilden.