DE4404918C2

DE4404918C2 - Vorrichtung zur Eingabe von unregelmäßigen Mustern

Info

Publication number: DE4404918C2
Application number: DE4404918A
Authority: DE
Inventors: Masahiro Shikai; Hajime Nakajima; Kazuo Takashima
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1993-02-17
Filing date: 1994-02-16
Publication date: 1997-05-07
Anticipated expiration: 2014-02-17
Also published as: JP3045629B2; DE4404918A1; US5426296A; JPH06300930A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Eingabevorrichtung unregelmäßiger Muster gemäß dem Oberbegriff des Patent anspruchs 1.

In Fig. 1 ist eine herkömmliche Vorrichtung zur Eingabe von unregelmäßigen Mustern dargestellt, wie sie beispielsweise in der JP-OS 55-13446 offenbart ist. In Fig. 1 ist mit 1 ein von einer Lichtquelle abgegebener Parallel-Lichtstrom bezeichnet, während mit 2 ein Rechteckprisma bezeichnet ist. Das Rechteckprisma 2 hat eine Eintrittsfläche 2a und eine Austrittsfläche 2b, die unter einem rechten Winkel zueinander angeordnet sind. Ferner zeigt die Fig. 1 eine Kamera 3, einen Prozessor 4 und ein Objekt 5.

Die Funktion dieser Eingabevorrichtung ist folgende: Der von der Lichtquelle abgegebene Lichtstrom 1 fällt auf die Eintrittsfläche 2a des Rechteckprismas 2. In diesem Fall fällt der Lichtstrom 1 aus parallelem Licht senkrecht auf die Eintrittsfläche 2a. Das Objekt 5 wie beispielsweise ein Finger steht in enger Berührung mit einer Schrägfläche 2c, die zwischen der Eintrittsfläche 2a und der Austrittsfläche 2b liegt. Dabei ist ein Neigungswinkel der Schrägfläche 2c in bezug auf den parallelen Lichtstrom 1 derart eingestellt, daß er nicht kleiner als ein kritischer Winkel ist. Auf diese Weise wird der über die Eintrittsfläche 2a einfallende parallele Lichtstrom 1 von einem nicht in enger Berührung mit dem Finger 5 stehenden Teilbereich der Schrägfläche 2c total reflektiert und von einem mit dem Finger 5 in enger Berührung stehenden Teilbereich der Schrägfläche 2c nicht total reflektiert. Dadurch wird entsprechend der Unregelmäßigkeit des Fingerabdrucks des Fingers 5 ein Streifenmuster erzeugt. Das Streifenmuster wird dann durch die Kamera in den Prozessor 4 eingegeben.

Da die herkömmliche Eingabevorrichtung für unregelmäßige Muster auf die vorstehend beschriebene Weise gestaltet ist, verläuft der von der Lichtquelle abgegebene parallele Lichtstrom 1 im wesentlichen senkrecht zu der optischen Achse der Kamera 3. Daraus ergeben sich durch die Einschränkung auf einen optischen Weg einige Probleme wie die Schwierigkeit, die Abmessungen dieser Eingabevorrichtung für unregelmäßige Muster zu verringern.

Aus der DE-AS-10 11 917 ist eine optisch-elektrische Ab tastvorrichtung für Bildsender bekannt, bei der die (auf einem Teil des optischen Lichtwegs) gemeinsame optische Achse einer Beleuchtungsvorrichtung und einer Lichtsammel einrichtung gegenüber der abzutastenden bzw. der abzubil denden Objektoberfläche geneigt ist. Dabei wird bei der of fenbarten Anordnung das von der beispielsweise in Berührung mit Luft befindlichen Objektoberfläche reflektierte Licht ausgewertet, wobei an der Objektoberfläche stets eine ein heitliche Grenzfläche vorliegt, an der Licht direkt bzw. spiegelnd oder aber diffus reflektiert wird. Eine Kontrast verbesserung allein mit dieser Anordnung ist nicht möglich.

Weiterhin ist aus der GB-A-20 89 545 lediglich eine opti sche Bildausbildungsvorrichtung bekannt, bei der es an ei ner internen Grenzfläche zwischen der abzubildenden Objek toberfläche und einem diese berührenden Körper, die geeig nete unterschiedliche Brechungsindizes aufweisen, abhängig vom Licht-Einfallwinkel zum Phänomen der Totalreflexion kommen kann. Eine Kontrastverbesserung für das erhaltene Bild ist auch mit dieser Anordnung nicht möglich.

Zudem zeigt die US-A-3 906 520 eine Anordnung zur Erzeugung eines kontrastreichen sichtbaren Bildes eines Objekts unter Verwendung von Lichtleitfasern. In diesem Zusammenhang kon zentriert sich die Lehre der US-A-3 906 520 jedoch ledig lich auf Möglichkeiten zur Beseitigung einer aufgrund der Geometrie der Lichtleitfasern auftretenden Bildverzerrung bzw. Lichtmusterverzerrung unter Verwendung einer als opti scher Korrekturblock bezeichneten optischen Korrekturvor richtung. Möglichkeiten zur Kontrastverbesserung des erhal tenen Lichtmusters sind dabei nicht beschrieben.

Ferner offenbart die DE-A1-37 07 808 eine Vorrichtung zur Videoerfassung des Papillarleistenmusters an der Fingerkuppe eines Menschen unter Verwendung eines Lichtleiterbün dels. Dabei ist jedoch das gemäß diesem Stand der Technik offenbarte Lichtleiterbündel als maßstäblich, insbesondere aber verkleinernd abbildendes Abbildungssystem eingesetzt, das einfallendes Licht zu einer photoelektrischen Wandler vorrichtung überträgt, damit dieses dort in elektrische In formationen umgesetzt wird. Zum Erhalt eines von der photo elektrischen Wandlervorrichtung abgegebenen kontrastreichen Bildes ist jedoch eine dieser nachgeschaltete elektronische Kontrastverstärkung erforderlich, wodurch sich ein erhöhter schaltungstechnischer Aufwand ergibt, so daß weitere Bau teile erforderlich sind, was zu einer merklichen Verteue rung der Videoerfassungsvorrichtung führt.

Schließlich zeigt die US-A-4 785 171 eine Eingabevor richtung für unregelmäßige Muster der Eingangs genannten Art. Dabei wird bei dieser aus dem Stand der Technik be kannten Anordnung durch eine fotoelektrische Wandlervorrich tung an der Austrittsseite eines Lichtleiterbündels ein Lichtmuster erfaßt, das lediglich einen gewissen reflek tierten Lichtanteil des Lichts enthält, das von einem an die Eintrittsfläche des Lichtleiterbündels angrenzenden Übertragungsmedium mit geringerem Brechungsindex als dem der Lichtleitfasern stammt.

Folglich ist der Kontrast des somit erhaltenen Lichtmusters eingeschränkt bzw. begrenzt. Zur Kontrastverbesserung muß daher eine elektronische Nachbearbeitung beispielsweise seitens der fotoelektrischen Wandlervorrichtung vorgesehen werden, wie sie in der Druckschrift bereits angeregt ist. Dadurch ergibt sich auch bei diesem Stand der Technik ein erhöhter schaltungstechnischer Aufwand, bzw. es sind weite re Bauteile erforderlich, so daß sich die Videoerfassungs vorrichtung merklich verteuert.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ein gabevorrichtung für unregelmäßige Muster gemäß dem Oberbe griff des Patentanspruchs 1 derart weiterzubilden, daß ein kontrastreicheres Bild ohne die Notwendigkeit einer (elek tronischen) Nachbearbeitung des durch die fotoelektrische Wandlervorrichtung erfaßten Lichtmusters erhalten werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Dabei ergibt sich aus der besonderen Einstellung des Ein fallwinkels (Θ) in Bezug zum vorbestimmten Winkel (Φ) der Eintrittsfläche, wie sie genauer im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegeben ist, ohne elektronische Kontrastverstärkung bzw. Bildnachbearbeitung durch die fo toelektrische Wandlervorrichtung oder anderweitige dieser nachfolgende Vorrichtungen ein kontrastreiches Bild, das bereits an der der fotoelektrischen Wandlervorrichtung zu gewandten Austrittsfläche des Lichtleiterbündels vorliegt. Insbesondere ist es demnach möglich, bereits den Kontrast des in die fotoelektrische Wandlervorrichtung eingegebenen Lichtmusters dadurch zu verstärken, daß eine Differenz zwi schen den Brechungsindizes an der mit dem konvexen Teil des Objekts in Berührung stehenden Eintrittsfläche und der mit dem konkaven Teil nicht Berührung stehenden Eintrittsfläche vorteilhaft genutzt wird. Daher ist erfindungsgemäß eine preiswerte Eingabevorrichtung für unregelmäßige Muster er haltbar.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Un teransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung der Gesamtgestaltung einer herkömmlichen Eingabevorrichtung für unregelmäßige Muster.

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung der Gesamtgestaltung einer Eingabevorrichtung für unregelmäßige Muster gemäß einem Beispiel.

Fig. 3 ist eine schematische Darstellung einer Eingabevorrichtung für unregelmäßige Muster gemäß einem 1. Ausführungsbeispiel.

Fig. 4 ist eine vergrößerte Ansicht eines wesentlichen Teils der Eingabevorrichtung für unregelmäßige Muster gemäß dem 1. Ausführungsbeispiel.

Fig. 5 ist eine schematische Darstellung einer Eingabevorrichtung für unregelmäßige Muster gemäß einem 2. Ausführungsbeispiel.

Fig. 6 ist eine schematische Darstellung einer Eingabevorrichtung für unregelmäßige Muster gemäß einem 3. Ausführungsbeispiel .

Fig. 7 ist eine schematische Darstellung der Eingabevorrichtung für unregelmäßige Muster gemäß dem 3. Ausführungsbeispiel.

Fig. 8 ist eine schematische Darstellung einer Eingabevorrichtung gemäß einem weiteren Beispiel.

Fig. 9 ist eine vergrößerte Ansicht eines wesentlichen Teils der Eingabevorrichtung gemäß dem weiteren Beispiel.

Fig. 10 ist eine schematische Darstellung einer Eingabevorrichtung gemäß einem anderen Beispiel.

Fig. 11 ist eine schematische Darstellung einer Eingabevorrichtung gemäß einem weiteren Beispiel.

Fig. 12 ist eine schematische Darstellung einer Eingabevorrichtung gemäß einem anderen Beispiel.

Fig. 13 ist eine schematische Darstellung einer Eingabevorrichtung gemäß einem weiteren Beispiel.

Fig. 14 ist eine schematische Darstellung einer Eingabevorrichtung gemäß einem anderen Beispiel.

Fig. 15 ist eine schematische Darstellung einer Eingabevorrichtung gemäß einem weiteren Beispiel.

Fig. 16 ist eine schematische Darstellung einer Eingabevorrichtung gemäß einem anderen Beispiel.

Fig. 17 ist eine schematische Darstellung einer Eingabevorrichtung gemäß einem weiteren Beispiel.

Fig. 18 ist eine perspektivische Ansicht einer Eingabevorrichtung für unregelmäßige Muster gemäß einem 4. Ausführungsbeispiel.

Fig. 19 ist eine erläuternde Darstellung, die die Funktion bei dem 4. Ausführungsbeispiel veranschaulicht.

Fig. 20 ist eine schematische Darstellung einer Eingabevorrichtung gemäß einem 6. Ausführungsbeispiel.

Fig. 21(A), (B) und (C) sind Darstellungen zum Erläutern der Funktion bei dem 6. Ausführungsbeispiel.

Fig. 22(A), (B) und (C) sind Darstellungen zum Erläutern der Funktion bei einem 7. Ausführungsbeispiel.

Fig. 23 ist eine schematische Darstellung einer Eingabevorrichtung gemäß einem 8. Ausführungsbeispiel.

Fig. 24 ist eine schematische Darstellung der Eingabevorrichtung gemäß dem 8. Ausführungsbeispiel.

Fig. 25 ist eine schematische Darstellung einer Eingabevorrichtung gemäß einem 9. Ausführungsbeispiel.

Fig. 26 ist eine schematische Darstellung einer Eingabevorrichtung gemäß einem 10. Ausführungsbeispiel.

Fig. 27 ist eine Darstellung zum Erläutern der Funktion bei dem 10. Ausführungsbeispiel.

Fig. 28(A) ist eine schematische Darstellung einer Eingabevorrichtung gemäß einem 11. Ausführungsbeispiel.

Fig. 28(B) ist eine Darstellung zum Erläutern der Funktion bei dem 11. Ausführungsbeispiel.

Fig. 29 ist eine schematische Darstellung einer Eingabevorrichtung gemäß einem 12. Ausführungsbeispiel.

Fig. 30 ist eine schematische Darstellung der Eingabevorrichtung gemäß dem 12. Ausführungsbeispiel.

Fig. 31 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Teil einer Eingabevorrichtung für unregelmäßige Muster gemäß einem 13. Ausführungsbeispiel zeigt.

Fig. 32 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Teil einer Eingabevorrichtung für unregelmäßige Muster gemäß einem 14. Ausführungsbeispiel zeigt.

Fig. 33 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Teil einer Eingabevorrichtung für unregelmäßige Muster gemäß einem 15. Ausführungsbeispiel zeigt.

Fig. 34 ist eine schematische Darstellung der Eingabevorrichtung gemäß dem 15. Ausführungsbeispiel.

Beispiel

Die Fig. 2 ist eine allgemeine Darstellung, die den Gesamtaufbau eines Beispiels, nämlich eines einer ersten Ausgestaltungsart entsprechenden Beispiels zeigt. Das Beispiel wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 2 beschrieben, in der mit 101 eine Beleuchtungsvorrichtung in Form einer Leuchtdiode oder dergleichen bezeichnet ist. Mit 102 ist ein Lichtleiterbündel mit einer Eintrittsfläche 102a und einer Austrittsfläche 102b bezeichnet. Mit 103 ist ein Objekt wie beispielsweise ein Finger mit einem unregelmäßigen Muster bezeichnet, mit 104 ist ein optisches Abbildungssystem bezeichnet und mit 105 ist eine Bildaufnahmevorrichtung bezeichnet. Als Bildaufnahmevorrichtung 105 wird beispielsweise eine Ladungskopplungsvorrichtung (CCD) verwendet. Mit 201 ist ein Halbspiegel bezeichnet, der seitens der Austrittsfläche des Lichtleiterbündels 102 angebracht ist.

Die Funktion der Eingabevorrichtung ist folgende: Zuerst wird das unregelmäßige Muster des Objekts 103 mit der Eintrittsfläche 102a in enge Berührung gebracht. Dann wird von der Beleuchtungsvorrichtung 101 ein Lichtstrom aus parallelem Licht 101a abgegeben. Das abgegebene parallele Licht 101a wird von dem Halbspiegel 201 reflektiert, so daß es auf die Austrittsfläche 102b fällt. Das auf die Austrittsfläche 102b einfallende Licht pflanzt sich durch die jeweiligen Lichtleitfasern hindurch fort und wird an der Eintrittsfläche 102a reflektiert. In diesem Fall steht ein konvexer Teil des Objekts 103 in enger Berührung mit der Eintrittsfläche 102a, während ein konkaver Teil des Objekts die Eintrittsfläche 102a nicht berührt. Dementsprechend entstehen jeweils voneinander verschiedene Reflexionsfaktoren an der Eintrittsfläche 102a in enger Berührung mit dem konvexen Teil des Objekts 103 bzw. an der Eintrittsfläche 102a außer Berührung zu dem konkaven Teil des Objekts 103, was jeweils unterschiedliche Stärken des reflektierten Lichts ergibt. Dadurch bildet das an der Eintrittsfläche 102a reflektierte Licht ein Lichtmuster, welches dem unregelmäßigen Muster des Objekts 103 entspricht. Das Reflexionslicht mit dem Lichtmuster tritt in die jeweiligen Lichtleitfasern des Lichtleiterbündels 102 und gelangt durch die jeweiligen Lichtleitfasern hindurch, so daß es an der Austrittsfläche 102b abgegeben wird. Das aus der Austrittsfläche 102b abgegebene Lichtmuster wird von dem Halbspiegel 201 durchgelassen und erreicht das optische Abbildungssystem 104. Dann tritt das Lichtmuster durch das optische Abbildungssystem 104 hindurch und wird auf einer Abbildungsfläche der Bildaufnahmevorrichtung 105 abgebildet. Auf diese Weise ist es mittels des Halbspiegels möglich, ein optisches Rückführungssystem zu bilden, bei dem die Beleuchtungsvorrichtung zu der optischen Wandlervorrichtung koaxial wird, was eine kompaktere Eingabevorrichtung ergibt.

Weiteres Beispiel

Obgleich bei dem obigen Beispiel das Objekt 103 die Eintrittsfläche 102a direkt berührt, besteht keine Einschränkung hierauf, so daß daher auf die Eintrittsfläche 102a ein lichtdurchlässiger dünner Film aufgebracht werden kann, mit dem das Objekt 103 in Berührung gebracht wird.

1. Ausführungsbeispiel

Die Fig. 3 ist eine allgemeine Darstellung, die den Gesamtaufbau des 1. Ausführungsbeispiels, nämlich eines einer zweiten Ausgestaltungsart entsprechenden Ausführungsbeispiels zeigt, und die Fig. 4 ist eine vergrößerte Ansicht eines wesentlichen Teils desselben. Das 1. Ausführungsbeispiel wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 3 und 4 beschrieben. In Fig. 3 sind Bestandteile, die mit denjenigen bei dem in Fig. 2 gezeigten Beispiel identisch oder gleichwertig sind, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und deren Beschreibung ist weggelassen. In Fig. 3 ist mit 301 ein Lichtleiterbündel mit einer Eintrittsfläche 301a und einer Austrittsfläche 301b bezeichnet. Die Eintrittsfläche 301a ist unter einem vorbestimmten Winkel in bezug auf die Mittelachse einer jeweiligen Lichtleitfaser des Lichtleiterbündels 301 schräg gestellt. Mit 302 ist eine Beleuchtungsvorrichtung bezeichnet, während mit 303 ein Lichtstrom von parallelem Licht bzw. Bestrahlungslicht bezeichnet ist, das von der Beleuchtungsvorrichtung abgegeben wird. In Fig. 4 ist mit 401 das an der Eintrittsfläche 301a spiegelnd reflektierte Licht des parallelen Bestrahlungslichts 303 bezeichnet, wobei zwischen dem spiegelnd reflektierten Licht 401 und einer Senkrechten 405 auf der Eintrittsfläche ein Winkel Θ gebildet ist. Mit 402 ist ein Kernteil einer einzelnen Lichtleitfaser des Lichtleiterbündels 301 bezeichnet, mit 403 ist deren Ummantelung bezeichnet und mit 404 ist eine Mittelachse der Lichtleitfaser bezeichnet. An der Eintrittsfläche 301a ist zwischen der Mittelachse 404 und der Senkrechten 405 auf der Eintrittsfläche 301a ein Winkel Φ gebildet.

Die Funktion bei diesem Ausführungsbeispiel ist folgende: Von der Beleuchtungsvorrichtung 302 wird das parallele Licht 303 abgestrahlt. Das parallele Licht 303 tritt durch das Lichtleiterbündel 301 hindurch und erreicht die Eintrittsfläche 301a. In diesem Fall wird vorausgesetzt, daß der Einfallwinkel Θ des parallelen Lichts 303 in bezug auf die Eintrittsfläche 301a größer als ein kritischer Winkel an einer Grenzfläche zwischen dem Kernteil 402 der Lichtleitfaser und Luft ist. Daher wird das Licht von der Eintrittsfläche 301a, die nicht mit einem konkaven Teil des Objekts 103 in Berührung steht, das Licht als reflektiertes Licht 401 mit dem Reflexionswinkel Θ total reflektiert, während das Licht von der Eintrittsfläche 301a, die mit einem konvexen Teil des Objekts 103 in Berührung steht, wegen der Brechungsindizes der Medien nicht total reflektiert wird. Daher hat das Licht, das an einem mit dem konkaven Teil nicht in Berührung stehenden Teil reflektiert wird, eine höhere Intensität als dasjenige Licht, das an einem mit dem konvexen Teil in Berührung stehenden Teil reflektiert wird, so daß das reflektierte Licht 401 mit hohem Kontrast ein Lichtmuster bilden kann, das dem unregelmäßigen Muster entspricht. Hierbei ist die Mittelachse 404 der Lichtleitfaser in der Nähe der Eintrittsfläche 301a im wesentlichen zu dem reflektierten Licht 401 parallel. Damit das reflektierte Licht 401 durch die Lichtleitfaser des Lichtleiterbündels 301 weitergeleitet wird, muß der Winkel Θ zwischen der Senkrechten 405 auf der Eintrittsfläche 301a und der Mittelachse 404 der Lichtleitfaser folgender Bedingung genügen:

Θ - sin^-1 (NA/nc) Φ Θ + sin^-1 (NA/nc) (1)

wobei nc der Brechungsindex des Kernteils 402 der Lichtleitfaser ist und NA die numerische Apertur der Lichtleitfaser ist. Dadurch kann das reflektierte Licht 401 mit dem Reflexionswinkel Θ über die jeweilige Lichtleitfaser des Lichtleiterbündels 301 weitergeleitet werden. Das nicht total reflektierte Licht wird über die Lichtleitfaser weitergeleitet, die an der Eintrittsfläche 301a den konvexen Teil des Objekts 103 berührt, während das total reflektierte Licht über die Lichtleitfaser weitergeleitet wird, die an der Eintrittsfläche 301a dem konkaven Teil gegenüberliegt. Auf diese Weise erreicht das dem unregelmäßigen Muster des Objekts 103 entsprechende Lichtmuster die Austrittsfläche 301b. An die Austrittsfläche 301b ist direkt die Bildaufnahmevorrichtung 105 derart angebracht, daß die Abbildungsfläche der Bildaufnahmevorrichtung 105 die Austrittsfläche 301b direkt berührt oder nahe an dieser angeordnet ist. Infolgedessen kann das Lichtmuster an der Austrittsfläche 301b direkt in die Abbildungsfläche der Bildaufnahmevorrichtung 105 eingegeben werden. Genauer gesehen wird gemäß Fig. 3 das von der Beleuchtungsvorrichtung 302 abgegebene parallele Licht 303 bei dem Hindurchtreten durch das Lichtleiterbündel 301 gebrochen. Diese Brechung verursacht jedoch nur ein geringes Problem, da sich das parallele Licht 303 danach weiterhin geradeaus fortpflanzt.

2. Ausführungsbeispiel

Obzwar bei dem 1. Ausführungsbeispiel die Bildaufnahmevorrichtung 105 an der Austrittsfläche 301b angebracht ist, besteht bei der Erfindung keine Einschränkung hierauf, so daß vielmehr gemäß Fig. 5 das Lichtmuster an der Austrittsfläche 301b mittels eines optischen Abbildungssystems 501 auf der Bildaufnahmevorrichtung 105 abgebildet werden kann. In Fig. 5 sind Bestandteile, die mit denjenigen bei dem in Fig. 3 gezeigten 1. Ausführungsbeispiel identisch oder äquivalent sind, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und deren Beschreibung ist weggelassen.

3. Ausführungsbeispiel

Das 1. Ausführungsbeispiel wurde bezüglich des Falls beschrieben, daß von der Beleuchtungsvorrichtung 302 das Licht als paralleles Licht 303 abgegeben wird. Der parallele Lichtstrom ist jedoch nicht immer erforderlich, wenn das Licht an der Eintrittsfläche 301a unter einem Einfallwinkel auftrifft, der der Bedingung (1) genügt. In diesem Fall ist das Bestrahlungslicht diffus, wenn eine Faserplatte 502 gemäß Fig. 6 oder eine Winkeleinschränkungsplatte 503 gemäß Fig. 7 vorgesehen wird. Dadurch kann auf einfachere Weise ein vorbestimmter Einfallwinkel gebildet werden.

Weiteres Beispiel

Die Fig. 8 ist eine allgemeine Darstellung des Gesamtaufbaus des weiteren Beispiels, nämlich eines einer dritten Ausgestaltungsart entsprechenden Beispiels, während die Fig. 9 eine vergrößerte Ansicht eines wesentlichen Teils desselben ist. Das Beispiel wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 8 und 9 beschrieben. In Fig. 8 sind Bestandteile, die mit denjenigen bei dem in Fig. 2 gezeigten Beispiel identisch sind oder zu diesen äquivalent sind, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und ihre Beschreibung ist weggelassen. In Fig. 8 ist mit 601 ein Lichtleiterbündel mit einer Eintrittsfläche 601a bezeichnet. Wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist die Eintrittsfläche 601a unter einem vorbestimmten Winkel in bezug auf eine Mittelachse einer jeweiligen Lichtleitfaser des Lichtleiterbündels 601 schräg gestellt. Mit 602 ist eine Beleuchtungsvorrichtung bezeichnet, die einen Lichtstrom aus parallelem Licht 603 abgibt. In Fig. 9 ist mit 701 eine Mittelachse einer einzelnen Lichtleitfaser des Lichtleiterbündels 601 bezeichnet, wobei in der Nähe der Eintrittsfläche 601a die Mittelachse 701 der Lichtleitfaser in bezug auf eine Senkrechte 704 auf der Eintrittsfläche 601a in einem Winkel Φ geneigt ist. Mit 702 ist ein Kernteil der Lichtleitfaser bezeichnet und mit 703 ist deren Mantel bezeichnet.

Die Funktion bei diesem Beispiel ist folgende:
Das von der Beleuchtungsvorrichtung 602 abgegebene Bestrahlungslicht tritt durch das Lichtleiterbündel 601 hindurch und bestrahlt die Eintrittsfläche 601a. In diesem Fall kann die Strahlrichtung des von der Beleuchtungsvorrichtung 602 abgegebenen Bestrahlungslichts beliebig in einem Bereich gewählt werden, in welchem das an der Eintrittsfläche 601a spiegelnd reflektierte Bestrahlungslicht nicht direkt zur Weiterleitung in die Lichtleitfaser einfallen kann. An der Eintrittsfläche 601a entsteht an der einen konkaven Teil des Objekts 103 nicht berührenden Eintrittsfläche 601a das spiegelnd reflektierte Licht und das in die Luft durchgelassene Licht, während an der mit einem konvexen Teil des Objekts 103 in Berührung stehenden Eintrittsfläche 601a diffus reflektiertes Licht erzeugt wird. Da das von der Eintrittsfläche 601a außer Berührung zu dem konkaven Teil des Objekts 103 spiegelnd reflektierte Licht derart gerichtet ist, daß es nicht durch die Lichtleitfaser weitergeleitet wird, kann durch das Lichtleiterbündel 601 nur das an dem konvexen Teil diffus reflektierte Licht weitergeleitet werden. Daher ist es möglich, ein dem konvexen Teil des Objekts 103 entsprechendes Lichtmuster zu bilden. Andererseits kann diffuses Licht, das durch die mit dem konkaven Teil des Objekts 103 nicht in Berührung stehende Eintrittsfläche 601a hindurchtritt, zum Teil nochmals durch die Luft hindurchtreten und über die Eintrittsfläche 601a in das Lichtleiterbündel 601 fallen. Infolgedessen ist es zum Erhalten eines Lichtmusters mit höherem Kontrast erforderlich, das Weiterleiten des diffusen Lichts durch die Lichtleitfaser zu verhindern. Andererseits ist an der Eintrittsfläche 601a ein Winkel zwischen dem aus der Luft über die mit dem konkaven Teil des Objekts 103 außer Berührung stehende Eintrittsfläche 601a in das Lichtleiterbündel 601 einfallenden diffusen Licht und der Senkrechten 704 auf der Eintrittsfläche 601a kleiner als ein kritischer Winkel Θc. Infolgedessen ist es möglich, über die Lichtleitfaser nur das an der mit dem konvexen Teil des Objekts 103 in Berührung stehenden Eintrittsfläche 601a diffus reflektierte Licht zu der Austrittsfläche 601b dadurch weiterzuleiten, daß der Winkel Φ zwischen der Senkrechten 704 auf der Eintrittsfläche 601a und der Mittelachse 701 der Lichtleitfaser gemäß folgender Bedingung eingestellt wird:

Φ < Θc + sin^-1 (NA/nc) (2)

wobei nc der Brechungsindex des Kernteils 702 der Lichtleitfaser ist und NA die numerische Apertur der Lichtleitfaser ist. Da die Bildaufnahmevorrichtung 105 direkt an der Austrittsfläche 601b angebracht ist, steht die Abbildungsfläche der Bildaufnahmevorrichtung 105 in direkter Berührung mit der Austrittsfläche 601b oder ist nahe an der Austrittsfläche 601b angeordnet. Infolgedessen kann das Lichtmuster an der Austrittsfläche 601b direkt in die Abbildungsfläche der Bildaufnahmevorrichtung 105 eingegeben werden. Genauer gesagt wird gemäß Fig. 8 das von der Beleuchtungsvorrichtung 602 abgegebene parallele Licht 603 bei dem Hindurchtreten durch das Lichtleiterbündel 601 gebrochen. Diese Brechung stellt jedoch nur ein geringes Problem dar, da sich gemäß der Erörterung das parallele Licht 603 geradeaus fortpflanzt.

Anderes Beispiel

Obgleich das obige Beispiel anhand eines Falles beschrieben wurde, bei dem die Bildaufnahmevorrichtung 105 an der Austrittsfläche 601b angebracht ist, besteht bei der Erfindung keine Einschränkung hierauf, so daß vielmehr gemäß Fig. 10 das Lichtmuster an der Austrittsfläche 601b auf der Bildaufnahmevorrichtung 105 durch ein optisches Abbildungssystem 801 abgebildet werden kann. In Fig. 10 sind Bestandteile, die mit denjenigen bei dem in Fig. 8 gezeigten Beispiel identisch oder zu diesen äquivalent sind, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und deren Beschreibung ist weggelassen.

Beispiel

Das zuvor mit Bezug auf Fig. 8 erläuterte Beispiel wurde anhand eines Falles beschrieben, bei dem von der Beleuchtungsvorrichtung 602 das parallele Licht 603 abgegeben wird. Der parallele Lichtstrom ist jedoch nicht immer erforderlich, wenn auf die Eintrittsfläche 601a das Licht unter einem Einfallwinkel fällt, der der Bedingung (2) genügt. In diesem Fall kann die Streuung des Bestrahlungslichts dadurch vermieden werden, daß der Einfallwinkel mittels einer Faserplatte gemäß Fig. 6 oder einer Winkeleinschränkungsplatte gemäß Fig. 7 eingeschränkt wird.

Weiteres Beispiel

Die Fig. 11 ist eine allgemeine Darstellung des Gesamtaufbaus eines weiteren Beispiels, nämlich eines einer vierten Ausgestaltungsart entsprechenden Beispiels. Dieses Beispiel wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 11 beschrieben. In Fig. 11 sind Bestandteile, die mit denjenigen bei dem in Fig. 2 gezeigten Beispiel identisch oder zu diesen äquivalent sind, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und deren Beschreibung ist weggelassen. In Fig. 11 ist mit 901 ein Lichtleiterbündel mit einer Eintrittsfläche 901a bezeichnet. Die Eintrittsfläche 901a ist unter einem vorbestimmten Winkel in bezug auf eine Mittelachse einer jeweiligen Lichtleitfaser des Lichtleiterbündels 901 schräg gestellt. Mit 901b ist eine Austrittsfläche des Lichtleiterbündels 901 bezeichnet, während mit 902 eine Beleuchtungsvorrichtung bezeichnet ist.

Die Funktion bei diesem Ausführungsbeispiel ist folgende:
Mit Licht 902a aus der Beleuchtungsvorrichtung 902 wird das Objekt 103 direkt bestrahlt, ohne daß das Licht 902a durch eine Lichtleitfaser hindurchtritt, wobei das in das Objekt 103 eindringende Licht 902a in dem Objekt 103 bei dem Durchlaß gestreut wird. Dadurch kann das in das Objekt 103 eindringende Licht 902a teilweise eine unregelmäßige Oberfläche des Objekts 103 erreichen. An dem mit einem konkaven Teil des Objekts 103 nicht in Berührung stehenden Teil der Eintrittsfläche 901a wird das Licht von dem konkaven Teil weg in die Luft gestreut und dieses diffuse Licht fällt auf die Eintrittsfläche 901a. An dem mit einem konvexen Teil des Objekts 103 in Berührung stehenden Teil der Eintrittsfläche 901a fällt das Licht von dem konvexen Teil ohne Durchlaufen der Luft direkt in die Eintrittsfläche 901a ein, wobei es gestreut wird. Es ist daher möglich, ein dem konvexen Teil des Objekts 103 entsprechendes Lichtmuster dadurch zu erhalten, daß über das Lichtleiterbündel 901 nur das von dem konvexen Teil des Objekts 103 weg in die Eintrittsfläche 901a eindringende diffuse Licht weitergeleitet wird. D.h., das diffuse Licht von dem konvexen Teil des Objekts 103 her ist im wesentlichen auf vollkommene Weise gestreutes Licht, während das über den konkaven Teil des Objekts 103 in das Lichtleiterbündel 901 einfallende gestreute Licht an der Eintrittsfläche 901a in bezug auf eine Senkrechte auf der Eintrittsfläche 901a einen Winkel hat, der kleiner als ein kritischer Winkel Θc ist (siehe Fig. 9). Infolgedessen ist es möglich, über die Lichtleitfaser nur das diffuse Licht von dem konvexen Teil des Objekts 103 dadurch zu der Austrittsfläche 901b weiterzuleiten, daß zwischen der Normalen auf der Eintrittsfläche 901a und der Mittelachse 701 der Lichtleitfaser (gemäß Fig. 9) ein Winkel Φ eingestellt wird, welcher der bei dem weiter oben angeführten Beispiel genannten Bedingung (2) genügt. Da die Bildaufnahmevorrichtung 105 direkt an der Austrittsfläche 901b angebracht ist, steht die Abbildungsfläche der Bildaufnahmevorrichtung 105 in direkter Berührung zu der Austrittsfläche 901b oder ist nahe an dieser angeordnet. Infolgedessen kann das Lichtmuster an der Austrittsfläche 901b direkt in die Abbildungsfläche der Bildaufnahmevorrichtung 105 eingegeben werden. Gemäß den vorstehenden Ausführungen wird das Bestrahlungslicht direkt an das Objekt abgegeben, so daß Einschränkungen hinsichtlich einer Strahlrichtung des Bestrahlungslichts entfallen, und die Eintrittsfläche des Lichtleiterbündels wird unter einem vorbestimmten Winkel schräg angeordnet. Dadurch ist es möglich, ein Lichtmuster mit höherem Kontrast zu erhalten.

Anderes Beispiel

Obgleich das obige Beispiel unter Bezugnahme auf einen Fall beschrieben wurde, bei dem die Bildaufnahmevorrichtung 105 an der Austrittsfläche 901b angebracht ist, ist anzumerken, daß dieses nicht hierauf beschränkt ist, so daß vielmehr gemäß Fig. 12 das Lichtmuster an der Austrittsfläche 901b über ein optisches Abbildungssystem 1001 an der Bildaufnahmevorrichtung 105 abgebildet werden kann. In Fig. 12 sind Bestandteile, die mit denjenigen bei dem in Fig. 11 gezeigten Beispiel identisch oder zu diesen äquivalent sind, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und deren Beschreibung ist weggelassen.

Weiteres Beispiel

Das Lichtleiterbündel gemäß dem mit Bezug auf Fig. 11 beschriebenen Beispiel kann eine in Fig. 13 dargestellte Form erhalten. D.h., wenn die Austrittsfläche 901b sich parallel zu der Eintrittsfläche 901a erstreckt und dazwischen das Lichtleiterbündel 901 gebildet ist, ergibt sich eine kompaktere Eingabevorrichtung.

Beispiel

Bei dem mit Bezug auf Fig. 11 beschriebenen Beispiel ist die Eintrittsfläche 901a unter einem vorbestimmten Winkel schräg gestellt, um ein Lichtmuster mit hohem Kontrast zu erhalten. Es ist jedoch anzumerken, daß dieses nicht auf den Neigungswinkel gemäß der Beschreibung bei dem zuvor erwähnten Beispiel beschränkt ist. Es ist möglich, durch direktes Bestrahlen des Objekts 103 ein der Unregelmäßigkeit entsprechendes Lichtmuster zu erhalten und eine kompakte Vorrichtung ohne Einschränkung hinsichtlich der Strahlrichtung des Bestrahlungslichts zu schaffen. D.h., das von der Beleuchtungsvorrichtung 902 abgegebene Licht 902a tritt in das Objekt 103 ein und wird in dem Objekt 103 bei dem Durchlaß gestreut, wobei das Licht 902a teilweise eine unregelmäßige Oberfläche des Objekts 103 erreichen kann. An der Eintrittsfläche 901a, die nicht mit dem konkaven Teil des Objekts 103 in Berührung steht, wird das Licht von dem konkaven Teil weg in die Luft gestreut und das Streulicht fällt auf die Eintrittsfläche 901a. An der Eintrittsfläche 901a, die mit dem konvexen Teil des Objekts 103 in Berührung steht, dringt das Licht ohne Hindurchtreten durch die Luft direkt in die Eintrittsfläche 901a ein und wird dann gestreut. An der Eintrittsfläche in Berührung mit dem konvexen Teil des Objekts ist die Lichtstärke des diffusen Lichts von derjenigen an der Eintrittsfläche außer Berührung zu dem konkaven Teil des Objekts verschieden. Infolgedessen ist es möglich, das der Unregelmäßigkeit entsprechende Lichtmuster zu erhalten und dieses zu der Austrittsfläche weiterzuleiten.

Beispiel

Die Fig. 14 ist eine allgemeine Darstellung des Gesamtaufbaus dieses Beispiels nämlich eines einer fünften Ausgestaltungsart entsprechenden Beispiels. Dieses Beispiel wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 14 beschrieben. In Fig. 14 sind Bestandteile, die mit denjenigen bei dem in Fig. 2 gezeigten Beispiel identisch oder zu diesen gleichwertig sind, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und deren Beschreibung ist weggelassen. In Fig. 14 ist mit 1101 ein Lichtleiterbündel mit einer Eintrittsfläche 1101a und einer Austrittsfläche 1101b bezeichnet, während mit 1102 eine Lichtquelle bezeichnet ist. Zusammen mit einem Lichtwellenleiter 1103, der an der Eintrittsfläche 1101a angebracht ist, bildet die Lichtquelle 1102 eine Beleuchtungsvorrichtung. Der Lichtwellenleiter 1103 wird dadurch gebildet, daß auf die Eintrittsfläche 1101a ein dünner lichtdurchlässiger Körper mit einem Brechungsindex aufgebracht wird, der höher als der Brechungsindex n der Lichtleitfaser ist, z. B. ein Körper aus Glas mit dem Brechungsindex n₁.

Die Funktion bei diesem Beispiel ist folgende:
Wenn von der Lichtquelle 1102 das Licht in den Lichtwellenleiter 1103 gerichtet wird, pflanzt es sich durch diesen hindurch wegen n₁ < n unter wiederholter Totalreflexion fort, wobei Bestrahlungslicht an das auf den Lichtwellenleiter 1103 aufgelegte Objekt 103 abgegeben wird. Entsprechend dem konvexen Teil und dem konkaven Teil des Objekts 103 ruft das Bestrahlungslicht ein Lichtmuster hervor, welches über das Lichtleiterbündel 1101 zu der Austrittsfläche 1101b weitergeleitet wird. Das die Austrittsfläche 1101b erreichende Licht wird auf der Abbildungsfläche der Bildaufnahmevorrichtung 105 abgebildet. Auf diese Weise ist es möglich, durch Verwendung der Lichtleitfaser einen optischen Weg beliebig zu wählen und eine kompakte Vorrichtung zu schaffen. Ferner dient der Lichtwellenleiter 1103 dazu, Einschränkungen hinsichtlich der Strahlrichtung von Bestrahlungslicht aufzuheben, was eine kompaktere Eingabevorrichtung ergibt.

Weiteres Beispiel

Bei dem obigen Beispiel hat der Lichtwellenleiter 1103 einschichtigen Aufbau. Gemäß Fig. 15 kann jedoch ein mehrschichtiger Aufbau mit Lichtwellenleitern 1103 und 1105 mit Brechungsindizes n₁ und n₂ (n₁ < n₂) verwendet werden. Es ist daher möglich, das Licht aus der Lichtquelle 1102 über den Lichtwellenleiter 1104 mit dem großen Brechungsindex weiterzuleiten und Bestrahlungslicht an das Objekt 103 abzugeben.

Anderes Beispiel

Ferner kann wie bei dem mit Bezug auf Fig. 14 beschriebenen Beispiel das Licht aus der Lichtquelle 1102 in den Lichtwellenleiter 1103 über ein Prisma 1106 gemäß Fig. 16 eingeleitet werden.

Weiteres Beispiel

Obgleich das mit Bezug auf Fig. 14 beschriebene Beispiel in bezug auf einen Fall beschrieben wurde, bei dem die Bildaufnahmevorrichtung 105 an der Austrittsfläche 1101b angebracht ist, ist es nicht hierauf eingeschränkt, so daß vielmehr gemäß Fig. 17 das Lichtmuster an der Austrittsfläche 1101b durch ein optisches Abbildungssystem 107 auf der Bildaufnahmevorrichtung 105 abgebildet werden kann. In Fig. 17 sind Bestandteile, die mit denjenigen bei dem in Fig. 14 gezeigten Beispiel identisch oder zu diesen äquivalent sind, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei die Beschreibung weggelassen ist.

4. Ausführungsbeispiel

Die Fig. 18 ist eine perspektivische Ansicht, die das 4. Ausführungsbeispiel, nämlich ein einer sechsten Ausgestaltungsart entsprechendes Ausführungsbeispiel zeigt. Das 4. Ausführungsbeispiel wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 18 beschrieben. In Fig. 18 sind Bestandteile, die mit denjenigen bei dem in Fig. 2 gezeigten Beispiel identisch oder zu diesen äquivalent sind, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und deren Beschreibung ist weggelassen. In Fig. 18 ist mit 1401 eine Abdeckung bezeichnet, die als Abschirmteil um das Objekt 103 herum angebracht ist und die dazu dient, zu verhindern, daß mit Ausnahme des Lichts aus der Beleuchtungsvorrichtung 101 von außen her Licht auf das Objekt 104 fällt. Die Abdeckung 1401 enthält ein Material, welches Licht aller Wellenlängen abfängt, oder ein Material, welches gemäß Fig. 19 Licht mit einer bestimmten Wellenlänge abhält.

Die Funktion bei diesem Ausführungsbeispiel ist folgende:
Das von der Beleuchtungsvorrichtung 101 abgegebene Licht tritt durch das Lichtleiterbündel 102 hindurch, bestrahlt die Eintrittsfläche und wird von der Eintrittsfläche reflektiert. Das reflektierte Licht bildet ein Lichtmuster entsprechend dem unregelmäßigen Muster des Objekts 103. Das reflektierte Licht mit dem Lichtmuster tritt in die jeweiligen Lichtleitfasern des Lichtleiterbündels 102 ein, erreicht durch die jeweilige Lichtleitfaser hindurch die Austrittsfläche und wird auf der Abbildungsfläche der Bildaufnahmevorrichtung 105 abgebildet. Falls dabei ein Finger als Objekt dem Außenlicht ausgesetzt ist, dringt dieses durch den Finger hindurch in die Lichtleitfaser ein und wird über diese zu der Austrittsfläche weitergeleitet. Infolgedessen besteht die Gefahr, daß durch das Außenlicht das Lichtmuster verändert wird. Da bei diesem Ausführungsbeispiel um den Finger herum die Abdeckung 1401 angebracht ist, kann das unnütze Licht wie das Außenlicht abgefangen werden. Dadurch ist es möglich, die Veränderung des Lichtmusters zu verhindern und eine Verringerung des Kontrastes zu vermeiden. Eine dünne Linie in Fig. 19 stellt eine Empfindlichkeitskennlinie bzw. einen Wandlerwirkungsgrad der Bildaufnahmevorrichtung 105 dar, während eine fette Linie einen Durchlaßfaktor der Abdeckung 1401 darstellt. Aus der Fig. 19 ist ersichtlich, daß die Abdeckung von dem Außenlicht das Licht in einem Wellenbereich abhält, in welchem die Bildaufnahmevorrichtung 105 empfindlich ist, während das übrige Außenlicht wegen der geringen Lichtempfindlichkeit der Bildaufnahmevorrichtung selbst dann kaum erfaßt wird, wenn es eindringen kann. Infolgedessen kann die Bildaufnahmevorrichtung 105 nur ein Signal aus der Beleuchtungsvorrichtung 101 erhalten.

5. Ausführungsbeispiel

Obgleich bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel die Abdeckung nur um den Finger herum angebracht ist, kann in dem Fall, daß wie bei dem mit Bezug auf Fig. 11 beschriebenen Beispiel der Finger direkt beleuchtet wird, die Abdeckung einen weiteren Bereich wie das Objekt und die Beleuchtungsvorrichtung enthalten.

6. Ausführungsbeispiel

Die Fig. 20 ist eine allgemeine Darstellung des Gesamtaufbaus des 6. Ausführungsbeispiels, nämlich eines einer siebenten Ausgestaltungsart entsprechenden Ausführungsbeispiels. Die Fig. 21(A) zeigt eine Lichtdurchlaßkennlinie eines Objekts wie eines Fingers, die Fig. 21(B) zeigt eine Empfindlichkeitskennlinie einer Bildaufnahmevorrichtung und die Fig. 21(C) zeigt einen Durchlaßwirkungsgrad eines Filters gemäß dem Ausführungsbeispiel. Das 6. Ausführungsbeispiel wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 20 beschrieben. In Fig. 20 sind Bestandteile, die mit denjenigen bei dem in Fig. 2 gezeigten Beispiel identisch oder zu diesen äquivalent sind, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und deren Beschreibung ist weggelassen. In Fig. 20 ist mit 1501 ein Lichtleiterbündel bezeichnet, während mit 1502 eine Lichtquelle für Licht mit einer einzigen Wellenlänge bezeichnet ist. Da beispielsweise gemäß der in Fig. 21(A) gezeigten Lichtdurchlaßkennlinie des Objekts 103 wie eines Fingers das Objekt für Licht kurzer Wellenlänge einen geringen Durchlaßfaktor hat, wird als Lichtquelle 1502 eine Lichtquelle für Licht mit der kurzen Wellenlänge (von 500 bis 600 nm) verwendet. Gemäß Fig. 21(B) zeigt die Bildaufnahmevorrichtung 105 eine wirksame Empfindlichkeit in einem Bereich der kurzen Wellenlänge. Mit 1503 ist ein Filter bezeichnet, das an der Eintrittsfläche des Lichtleiterbündels 1501 angebracht ist und das ein Bandpaßfilter mit dem Durchlässigkeitsgrad gemäß Fig. 21(C) ist. D.h., das Bandpaßfilter läßt nur das Licht mit einer Wellenlänge durch, die im wesentlichen in dem gleichen Bereich wie die Wellenlänge der Lichtquelle 1502 liegt, so daß das Licht mit anderen Wellenlängen abgehalten wird, wobei das Bandpaßfilter einen Film zur optischen Interferenz oder einen Absorptionsfilm enthält.

Die Funktion bei dem Ausführungsbeispiel ist folgende: Das Licht aus der Lichtquelle 1502 hat die kurze Wellenlänge, so daß das Licht durch das Filter 1503 hindurchtreten kann, entsprechend der Unregelmäßigkeit des Objekts ein Lichtmuster bildet und über das Lichtleiterbündel 1501 von einer Austrittsfläche in die Bildaufnahmevorrichtung 105 geleitet wird, was die Abbildung ergibt. Andererseits wird gemäß Fig. 21(A) von dem Außenlicht, das auf die Eintrittsfläche fallen kann, durch den Finger nur das Außenlicht mit langer Wellenlänge durchgelassen. Das Licht mit der langen Wellenlänge wird durch das Filter 1503 unterdrückt, so daß an der Bildaufnahmevorrichtung das Außenlicht nur wenig Wirkung hat. Infolgedessen erhält die Bildaufnahmevorrichtung 105 nur ein Signal aus der Beleuchtungsvorrichtung 1502. Damit ist es wie bei dem 17. Ausführungsbeispiel möglich, durch das Außenlicht verursachte Änderungen des Lichtmusters sowie eine Verringerung des Kontrastes zu vermeiden.

7. Ausführungsbeispiel

Obgleich bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel als Filter das Bandpaßfilter verwendet wird, kann statt dessen gemäß Fig. 22(C) ein Tiefpaßfilter verwendet werden. In diesem Fall ist angenommen, daß gemäß Fig. 22(A) und 22(B) eine Lichtdurchlaßkennlinie eines Fingers und eine Empfindlichkeitskennlinie einer Bildaufnahmevorrichtung die gleichen wie die Kennlinien bei dem 6. Ausführungsbeispiel sind.

8. Ausführungsbeispiel

Während bei dem 6. Ausführungsbeispiel der Filter an der Eintrittsfläche des Lichtleiterbündels 1501 angebracht ist, kann das Filter alternativ gemäß Fig. 23 an einer Austrittsfläche oder gemäß Fig. 24 im Verlauf des Lichtleiterbündels 1501 angebracht sein.

9. Ausführungsbeispiel

Die Fig. 25 ist eine allgemeine Darstellung des Gesamtaufbaus des 9. Ausführungsbeispiels nämlich eines einer achten Ausgestaltungsart entsprechenden Ausführungsbeispiels. Das 9. Ausführungsbeispiel wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 25 beschrieben. In Fig. 25 sind Bestandteile, die mit denjenigen bei dem in Fig. 2 gezeigten Beispiel identisch oder zu diesen äquivalent sind, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und deren Beschreibung ist weggelassen. In Fig. 25 ist mit 1601 ein Lichtleiterbündel bezeichnet, während mit 1602, 1603 und 1604 Lichtquellen beispielsweise in Form von Leuchtdioden bezeichnet sind, die in einer Reihe angeordnet sind. Die Intensität von Bestrahlungslicht wird von der Lichtquelle 1602 zu der Lichtquelle 1604 hin höher.

Die Funktion bei diesem Ausführungsbeispiel ist folgende:
Das von der Lichtquelle 1602 abgegebene Bestrahlungslicht wird von der linken Seite einer Eintrittsfläche 1601a, nämlich von der Eintrittsfläche näher an der Lichtquelle reflektiert. Das Bestrahlungslicht ergibt entsprechend der Unregelmäßigkeit eines Objekts ein Lichtmuster, welches über Lichtleitfasern zu einer Austrittsfläche 1601b weitergeleitet wird. Das von der Lichtquelle 1603 abgegebene Bestrahlungslicht wird von einer Fläche nahe an einem mittleren Bereich der Eintrittsfläche 1601a reflektiert. Das Bestrahlungslicht ergibt das Lichtmuster entsprechend der Unregelmäßigkeit des Objekts und erreicht über die Lichtleitfasern die Austrittsfläche 1601b. Ferner wird das von der Lichtquelle 1604 abgegebene Bestrahlungslicht von der rechten Seite der Eintrittsfläche 1601a, nämlich von der von der Lichtquelle weiter abliegenden Fläche reflektiert. Das Bestrahlungslicht ergibt das Lichtmuster entsprechend der Unregelmäßigkeit des Objekts und wird über die Lichtleitfasern zu der Austrittsfläche 1601b geleitet. Wenn die Lichtquellen 1602, 1603 und 1604 das Licht in gleicher Intensität abgeben, ist es nicht möglich, bei dem Erreichen der Eintrittsfläche eine gleichförmige Intensitätsverteilung des Bestrahlungslichts zu erzielen, da das von der Lichtquelle 1602 abgegebene Licht und das von der Lichtquelle 1604 abgegebene Licht jeweils unterschiedliche Strecken bei dem Durchqueren des Lichtleiterbündels zurück zu legen haben. Bei dem Ausführungsbeispiel wird die Intensität des Bestrahlungslichts von der Lichtquelle 1602 ausgehend zu der Lichtquelle 1604 hin höher, so daß sich an der Eintrittsfläche eine gleichförmige Intensitätsverteilung des Bestrahlungslichts ergibt. Daher wird das erhaltene Lichtmuster ein Muster mit gleichförmiger Helligkeit, welches leicht zu sehen bzw. zu erkennen ist.

10. Ausführungsbeispiel

Obgleich bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel die Anordnung von Lichtquellen verwendet wird, kann alternativ gemäß Fig. 26 als Lichtquelle eine einzige Lichtquelle (Leuchtdiode) 1605 verwendet werden, wobei die Verteilung von aus der Lichtquelle 1605 abgegebenem Licht auf eine Intensitätsverteilung gemäß Fig. 27 eingestellt werden kann. Bei den vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist nicht besonders berücksichtigt, daß das von der Lichtquelle abgegebene Licht gebrochen wird, wenn es in ein Lichtleiterbündel eindringt. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 26 wird dagegen die Intensitätsverteilung des von der Lichtquelle abgegebenen Lichts im Hinblick auf die Brechung bestimmt. Gemäß Fig. 27 zeigt das auf einer geraden Linie verlaufende Licht die höchste Intensität und dieses Licht erreicht die am weitesten rechts liegende Seite der Eintrittsfläche 1601a, nämlich eine Fläche, die weiter von der Lichtquelle entfernt ist. Sobald ein Abstrahlungswinkel Θ größer wird, wird die Intensität geringer, wobei das Licht eine Stelle erreicht, die allmählich der am weitesten links liegenden Seite der Eintrittsfläche 1601a, nämlich einer Fläche näherkommt, die näher als der Lichtquelle liegt. Dadurch ist es möglich, wie bei dem 9. Ausführungsbeispiel eine gleichmäßige Intensität an der Eintrittsfläche 1601a zu erzielen. Daher wird das erhaltene Lichtmuster zu einem Muster mit gleichförmiger Helligkeit, das leicht zu sehen bzw. zu erkennen ist.

11. Ausführungsbeispiel

Die Fig. 28(A) und (B) zeigen eine Abwandlung des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels. In Fig. 28(A) ist mit 1606 eine Lichtquelle mit gleichförmiger Intensitätsverteilung bezeichnet und mit 1607 ist ein Absorptionsfilm mit einer Durchlaßfaktorverteilung gemäß Fig. 28(B) bezeichnet. Der Absorptionsfilm 1607 ist auf eine Fläche aufgebracht, durch die hindurch das Bestrahlungslicht aus der Lichtquelle 1606 in das Lichtleiterbündel 1601 eindringt. In den Figuren ist mit x eine Stelle an dem Absorptionsfilm bezeichnet. Auf diese Weise ist es gleichfalls möglich, an der Eintrittsfläche eine gleichförmige Intensitätsverteilung des Bestrahlungslichts zu erzielen.

12. Ausführungsbeispiel

Die Fig. 29 ist eine allgemeine Darstellung des Gesamtaufbaus der Eingabevorrichtung gemäß dem 12. Ausführungsbeispiel, nämlich gemäß einem einer neunten Ausgestaltungsart entsprechenden Ausführungsbeispiel. Das 12. Ausführungsbeispiel wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 29 beschrieben. In Fig. 29 sind Bestandteile, die mit denjenigen bei dem in Fig. 3 gezeigten 1. Ausführungsbeispiel identisch sind, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei die Beschreibung weggelassen ist. Die Fig. 29 zeigt eine Lichtquelle 1702, ein Lichtleiterbündel 1703 mit einer Eintrittsfläche 1703a, ein Lichtleiterbündel 1704, in welchem zwischen die Lichtleitfasern ein Absorptionsmaterial zum Absorbieren von Licht eingefügt ist, und eine Austrittsfläche 1704b des Lichtleiterbündels 1704. Das Absorptionsmaterial absorbiert das von außen her durch eine Seitenfläche der Faser einfallende Licht bzw. das von einer anderen Faser her einfallende Licht. Infolgedessen wird über die Faser nur das an einem bestimmten Bereich der Eintrittsfläche 1703a in die Faser eingeleitete Licht zu der Austrittsfläche 1704b weitergeleitet. Dadurch ist es möglich, eine Veränderung eines an der Eintrittsfläche 1703a erhaltenen Lichtmusters zu vermeiden.

Alternativ kann gemäß Fig. 30 ein rechteckiger Parallelepipedon-Abschnitt 1706 des Lichtleiterbündels mit dem Absorptionsmaterial versehen werden, während an einem restlichen Abschnitt 1705 des Lichtleiterbündels kein Absorptionsmaterial angebracht wird. In Fig. 30 ist mit 1702 die Lichtquelle bezeichnet.

13. Ausführungsbeispiel

Die Fig. 31 ist eine perspektivische Ansicht, die den Aufbau eines Lichtleiterbündels gemäß dem 13. Ausführungsbeispiel, nämlich gemäß einem einer zehnten Ausgestaltungsart entsprechenden Ausführungsbeispiel zeigt. Das 13. Ausführungsbeispiel wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 31 beschrieben. In Fig. 31 ist mit 1801 ein Lichtleiterbündel bezeichnet, welches zwei gesonderte Eintrittsflächen 1801a und eine einzige Austrittsfläche 1801b hat.

Die Funktion bei diesem Ausführungsbeispiel ist folgende: Auf die jeweiligen Eintrittsflächen 1801a werden zwei Objekte aufgelegt, um jeweils ein Lichtmuster entsprechend der betreffenden Unregelmäßigkeit zu erhalten. Die Lichtmuster werden dann durch das Lichtleiterbündel 1801 weitergeleitet und treten aus der einen Austrittsfläche 1801b als zwei getrennte Muster aus. Die abgegebenen Muster werden wie bei den vorangehend beschriebenen Mustern in einer Bildaufnahmevorrichtung gleichzeitig oder für jedes Muster gesondert verarbeitet. Damit ist es möglich, mittels dieses Lichtleiterbündels 1801 mit einer einzigen Bildaufnahmevorrichtung mehrere Objekte, in diesem Fall zwei Objekte zu erfassen und die Anzahl der Teile der Eingabevorrichtung zu verringern.

14. Ausführungsbeispiel

Während gemäß Fig. 31 die Eintrittsfläche des Lichtleiterbündels diagonal geschnitten ist, kann die Erfindung auch bei einer vertikal geschnittenen Eintrittsfläche oder einer Vorrichtung zum direkten Beleuchten eines Objekts gemäß Fig. 32 angewandt werden.

15. Ausführungsbeispiel

Alternativ können gemäß Fig. 33 und 34 an einem Ende eines Lichtleiterbündels 1803 mehrere, in diesem Fall zwei Flächen als mehrere Eintrittsflächen 1803a ausgebildet werden, während das andere Ende mit einer einzigen planen Fläche versehen wird, die eine Austrittsfläche 1803b bildet, was die gleichen Wirkungen wie bei dem 13. Ausführungsbeispiel ergibt.

Die Fig. 33 zeigt eine Abwandlung, bei der die bei dem mit Bezug auf Fig. 8 beschriebenen Beispiel beschriebene diffuse Reflexion genutzt wird, und die Fig. 34 zeigt eine andere Abwandlung, bei der wie gemäß der Beschreibung bei dem mit Bezug auf Fig. 11 beschriebenen Beispiel das Objekt direkt beleuchtet wird.

Gemäß der ersten Ausgestaltungsart wird der Halbspiegel zwischen der Austrittsfläche und der fotoelektrischen Wandlervorrichtung angeordnet, so daß sich ein optisches Rückführungssystem ergibt, bei dem die Beleuchtungsvorrichtung zu der optischen Wandlervorrichtung koaxial wird. Damit ist es möglich, eine kompaktere Eingabevorrichtung für unregelmäßige Muster zu erhalten.

Gemäß der zweiten Ausgestaltungsart wird die Eintrittsfläche des Lichtleiterbündels unter einem vorbestimmten Winkel in bezug auf die Achse schräg gestellt, wobei an dem mit dem konvexen Teil des Objekts in Berührung stehenden Teil der Eintrittsfläche das Bestrahlungslicht nicht total reflektiert wird, während an dem mit dem konkaven Teil nicht in Berührung stehenden Teil der Eintrittsfläche das Bestrahlungslicht total reflektiert wird. Dadurch ist es möglich, ein Lichtmuster mit hohem Kontrast zu erhalten.

Gemäß der dritten Ausgestaltungsart wird die Eintrittsfläche des Lichtleiterbündels unter einem vorbestimmten Winkel in bezug auf die Achse schräg gestellt. Ferner wird verhindert, daß das jeweils von der Eintrittsfläche in Berührung mit dem konvexen Teil des Objekts und von der Eintrittsfläche außer Berührung zu dem konkaven Teil spiegelnd reflektierte Licht zu der Austrittsfläche weitergeleitet wird und es werden an den betreffenden Eintrittsflächen unterschiedliche Lichtstreuungswinkel hervorgerufen. Dadurch ist es möglich, ein Lichtmuster mit hohem Kontrast zu erzielen. Außerdem können Einschränkungen hinsichtlich der Strahlrichtung der Beleuchtungsvorrichtung vermindert werden, so daß der Freiheitsgrad hinsichtlich der Gestaltung eines optischen Systems verbessert ist.

Gemäß der vierten Ausgestaltungsart wird das Bestrahlungslicht ohne Hindurchtreten durch das Lichtleiterbündel direkt auf das Objekt gerichtet. Ferner wird eine Differenz zwischen den Streuwinkeln des Lichts an der Eintrittsfläche in Berührung mit dem konvexen Teil des Objekts und an der Eintrittsfläche außer Berührung zu dem konkaven Teil wie bei der dritten Art hervorgerufen. Dadurch ist es möglich, ein Lichtmuster mit hohem Kontrast zu erzielen.

Gemäß der fünften Ausgestaltungsart enthält die Beleuchtungsvorrichtung den auf die Eintrittsfläche des Lichtleiterbündels aufgebrachten Lichtwellenleiter und die Lichtquelle, die das Licht in den Lichtwellenleiter einstrahlt, durch den hindurch das Licht weitergeleitet wird und als Bestrahlungslicht an das auf den Lichtwellenleiter aufgelegte Objekt abgegeben wird, was das Lichtmuster entsprechend dem konvexen Teil und dem konkaven Teil des Objekts ergibt. Dadurch kann der optische Weg mit dem Lichtleiterbündel beliebig gewählt werden und eine kompakte Vorrichtung erzielt werden. Ferner wird der Lichtwellenleiter derart eingesetzt, daß keine Einschränkung hinsichtlich der Strahlrichtung des Bestrahlungslichts besteht.

Gemäß der sechsten Ausgestaltungsart wird um das Objekt herum oder um das Objekt und die Beleuchtungsvorrichtung herum das Abschirmteil angeordnet. Daher können durch Störungen verursachte Änderungen des Lichtmusters vermieden werden und es kann eine Verringerung des Kontrastes verhindert werden.

Gemäß der siebenten Ausgestaltungsart hat das Bestrahlungslicht eine Wellenlänge in dem bestimmten Bereich, während zwischen die Eintrittsfläche des Lichtleiterbündels und die fotoelektrische Wandlervorrichtung das Filter eingefügt ist, das nur das Licht mit der Wellenlänge in dem bestimmten Bereich durchläßt. Daher gelangt zu der fotoelektrischen Wandlervorrichtung außer dem Bestrahlungslicht niemals ungenutztes Licht, so daß eine Verringerung des Kontrastes vermieden werden kann.

Gemäß der achten Ausgestaltungsart ist an der Eintrittsfläche des Lichtleiterbündels eine Vorrichtung zum Erzielen der gleichförmigen Intensitätsverteilung des Bestrahlungslichts angebracht. Daher hat das erhaltene Lichtmuster gleichförmige Helligkeit, so daß es leicht zu erkennen ist.

Gemäß der neunten Ausgestaltungsart ist das Material zum Absorbieren von Licht zwischen die gebündelten Lichtleitfasern an zumindest einem Abschnitt des Lichtleiterbündels eingefügt, der von demjenigen Teil des Lichtleiterbündels verschieden ist, durch den hindurch das von der Beleuchtungsvorrichtung abgegebene Bestrahlungslicht gelangt, bevor es die Eintrittsfläche des Lichtleiterbündels erreicht. Damit ist es möglich, daß sich über die Faser nur das Wellenleiterlicht der bestimmten Lichtleitfaser fortpflanzt. Infolgedessen wird das Lichtmuster nicht verändert, so daß eine Verringerung des Kontrastes vermieden werden kann.

Gemäß der zehnten Ausgestaltungsart hat das Lichtleiterbündel die mehreren gesonderten Eintrittsflächen und die eine Austrittsfläche. Dadurch können mehrere Objekte mittels einer einzigen Bildaufnahmevorrichtung abgebildet werden, wobei die Anzahl von Teilen verringert werden kann.

Claims

1. Eingabevorrichtung für unregelmäßige Muster, mit:
einem durch Bündeln einer Vielzahl von Lichtleitfasern gebildeten Lichtleiterbündel (301; 601; 901) mit einer Ein trittsfläche (301a; 601a; 901a) und einer Austrittsfläche (301b; 601b; 901b) an den beiden Enden der gebündelten Licht leitfasern,
einer Beleuchtungsvorrichtung (302; 602; 902; 1102, 1103) zur Abgabe von Bestrahlungslicht an die Eintrittsfläche in der Weise, daß sich ein Lichtmuster mit jeweils unter- schiedlicher Lichtstärke des von einem die Eintrittsfläche berührenden, konvexen Teil eines Objekts (103) reflektierten Lichts und des von einem die Eintrittsfläche nicht berührenden, konkaven Teil des Objekts reflektierten Lichts ergibt, und einer fotoelektrischen Wandlervorrichtung (105), in die das erhaltene Lichtmuster über die Austrittsfläche des Licht leiterbündels eingegeben wird, um das eingegebene Lichtmuster in elektrische Informationen umzusetzen,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Eintrittsfläche (301a; 601a; 901a) des Lichtleiter bündels (301; 601; 901) um einen vorbestimmten Winkel (Φ) in Bezug auf eine Achse (404; 701) einer Lichtleitfaser schräg gestellt ist, und das Beleuchtungslicht unter einem Einfall winkel (Θ) auf die Eintrittsfläche auftrifft, der in einer vorbestimmten Beziehung zu dem vorbestimmten Winkel (Φ) steht, und daß
der Einfallwinkel (Θ) größer als ein kritischer Winkel an einer Grenzfläche zwischen der Lichtleitfaser und der Luft ist, so daß sich ein Lichtmuster aus Licht ergibt, das von der Eintrittsfläche (301a) in Berührung mit dem konvexen Teil des Objekts nicht total reflektiert ist und das von der Ein trittsfläche ohne Berührung mit dem konkaven Teil des Objekts total reflektiert ist, wobei das abgegebene Bestrahlungslicht einen Einfallwinkel (Θ) hat, der zu einem Neigungswinkel (Φ) der Eintrittsfläche des Lichtleiterbündels (301) in einer derartigen konstanten Beziehung steht, daß das Lichtmuster durch das Lichtleiterbündel hindurch zu der Austrittsfläche (301b) geleitet wird.

2. Eingabevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß um das Objekt (103) herum oder um das Objekt und die Beleuchtungsvorrichtung herum ein Abschirmteil (1401) ange ordnet ist.

3. Eingabevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das von der Beleuchtungsvorrichtung (1502) abgegebene Beleuchtungslicht eine Wellenlänge in einem bestimmten Be reich hat, und daß zwischen die Eintrittsfläche des Lichtlei terbündels (1501) und die fotoelektrische Wandlervorrichtung (105) ein Filter (1503) eingefügt ist, das nur Licht mit der Wellenlänge in dem bestimmten Bereich durchläßt.

4. Eingabevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungsvorrichtung (1602 bis 1604; 1605) eine Ausgleichsvorrichtung enthält, die an der Eintrittsfläche (1601a) des Lichtleiterbündels (1601) eine gleichförmige In tensitätsverteilung des Bestrahlungslichts ergibt.

5. Eingabevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtleiterbündel (1801; 1803) mehrere gesonderte Eintrittsflächen (1801a; 1803a) und eine Austrittsfläche (1801b; 1803b) hat.

6. Eingabevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an mindestens einem Abschnitt (1704) des Lichtleiterbün dels, der von demjenigen Teil (1703) des Lichtleiterbündels verschieden ist, durch den das von der Beleuchtungsvorrich tung (1702) abgegebene Bestrahlungslicht hindurchtritt, bevor es die Eintrittsfläche (1703a) des Lichtleiterbündels er reicht, zwischen die gebündelten Lichtleitfasern ein Material zum Absorbieren von Licht eingefügt ist.