RU58889U1

RU58889U1 - DEVICE FOR PAPILLARY PATTERN REGISTRATION

Info

Publication number: RU58889U1
Application number: RU2006124769/22U
Authority: RU
Inventors: Владимир Николаевич Бичигов; Павел Анатольевич Зайцев; Александр Владимирович Моксин; Алексей Николаевич Черновол; Иван Борисович Шапшал
Original assignee: Владимир Николаевич Бичигов; Павел Анатольевич Зайцев; Александр Владимирович Моксин; Алексей Николаевич Черновол; Иван Борисович Шапшал
Priority date: 2006-07-10
Filing date: 2006-07-10
Publication date: 2006-12-10

Abstract

Полезная модель относится к области оптического формирования изображений папиллярных узоров, в частности, устройствам для получения дактилокарт, используемых правоохранительными органами. Задача, решаемая полезной моделью, заключается в повышении качества регистрации папиллярного узора за счет устранения влияния влаги на получаемое изображение при сохранении компактности устройства. Сущность полезной модели состоит в том, что устройство для регистрации папиллярного узора содержит призму минимум с тремя рабочими гранями, из них первая грань является смежной со второй и третьей гранями, а также оптически связанные между собой источник излучения, проекционную систему и систему фотоприемных элементов, расположенных напротив второй грани призмы, блок обработки сигнала, электрически связанный с системой фотоприемных элементов, при этом первая грань является воспринимающей отпечатки пальцев, вторая грань является входной и одновременно выходной для светового пучка, третья грань призмы является отражающей и выполнена с зеркальным покрытием, угол между первой и второй гранями составляет 90-62 градусов, угол между первой и третьей гранями - 76-90 градусов, для входного излучения вторая грань призмы является преломляющей. 1 н. п. ф-лы, 1 илл.The utility model relates to the field of optical imaging of papillary patterns, in particular, devices for producing fingerprints used by law enforcement agencies. The problem solved by the utility model is to improve the quality of registration of the papillary pattern by eliminating the influence of moisture on the resulting image while maintaining the compactness of the device. The essence of the utility model is that the device for registering a papillary pattern contains a prism with at least three working faces, of which the first face is adjacent to the second and third faces, as well as a radiation source, a projection system, and a system of photodetector elements located optically opposite the second face of the prism, the signal processing unit is electrically connected to the system of photodetector elements, while the first face is fingerprint receptive, the second face is the input the second and simultaneously output for the light beam, the third face of the prism is reflective and is made with a mirror coating, the angle between the first and second faces is 90-62 degrees, the angle between the first and third faces is 76-90 degrees, for the input radiation the second face of the prism is refractive. 1 n P. f-ly, 1 ill.

Description

Полезная модель относится к области оптического формирования изображений папиллярных узоров, в частности, устройствам для получения дактилокарт, используемых правоохранительными органами.The utility model relates to the field of optical imaging of papillary patterns, in particular, devices for producing fingerprints used by law enforcement agencies.

Известно техническое решение по патенту US 5625448, содержащее призматическое средство, состоящее из отдельных трех призм, соприкасающихся соответствующими гранями. Данное устройство характеризуется трудоемкостью изготовления призматического средства из-за необходимости его точной компоновки.Known technical solution according to patent US 5625448, containing a prismatic means consisting of three separate prisms in contact with the corresponding faces. This device is characterized by the complexity of manufacturing a prismatic product due to the need for its accurate layout.

Известны технические решения RU 2185096, RU 2218866, содержащие призму, оптически связанные между собой, источник излучения, проекционную систему, систему фотоприемных элементов, блок обработки сигналов, электрически связанный с системой фотоприемных элементов. Одна из граней призмы является воспринимающей отпечатки пальцев поверхностью - первая грань; смежная с первой гранью - вторая грань является входной (т.е. предназначена для ввода в призму входного пучка излучения для освещения воспринимающей грани), и одновременно выходной гранью (т.е. предназначена для отвода выходного пучка для формирования на фотоприемной системе изображения воспринимающей грани); третья грань призмы является отражающей гранью.Known technical solutions RU 2185096, RU 2218866, containing a prism, optically coupled to each other, a radiation source, a projection system, a system of photodetector elements, a signal processing unit, electrically coupled to a system of photodetector elements. One of the faces of the prism is a fingerprint surface - the first face; adjacent to the first face - the second face is the input (i.e., it is intended to enter the input radiation beam into the prism to illuminate the receiving face), and at the same time the output face (i.e. is used to divert the output beam to form the image of the receiving face on the photodetector system ); the third face of the prism is a reflective face.

Призма устройства RU 2185096 имеет четыре рабочих грани, а призма устройства RU 2218866 - три рабочих грани.The prism of the device RU 2185096 has four working faces, and the prism of the device RU 2218866 has three working faces.

В приведенных решениях величины углов смежных граней призмы (с первой гранью) выбраны исходя из условия получения наилучшего изображения папиллярного узора, для этого угол визирования воспринимающей (первой) грани выбирают равным углу освещения и превышающим угол полного внутреннего отражения на границе призмы и воздуха.In the above solutions, the angles of adjacent faces of the prism (with the first face) are selected based on the conditions for obtaining the best image of the papillary pattern; for this, the viewing angle of the receiving (first) face is chosen equal to the angle of illumination and exceeding the angle of total internal reflection at the border of the prism and air.

Однако капли пота и влаги на пальцах отрицательно влияют на качество изображения отпечатков, поскольку угол визирования воспринимающей (первой) грани меньше, чем угол полного внутреннего отражения на границе раздела сред стекло-вода. Таким образом, излучение, освещающее воспринимающую (первую) грань, на участке контакта влаги капли влаги с призмой, выходит из призмы в каплю и рассеивается, а не отражается. По этой причине капли воды или пота способны давать на изображении пятна, мало отличимые от следов контакта кожи, что искажает получаемое изображение папиллярного узора.However, drops of sweat and moisture on the fingers negatively affect the image quality of the prints, since the viewing angle of the receiving (first) face is less than the angle of total internal reflection at the glass-water interface. Thus, the radiation illuminating the perceiving (first) face, in the area of contact of moisture with a drop of moisture and a prism, leaves the prism into a drop and is scattered, but not reflected. For this reason, drops of water or sweat are capable of producing spots on the image that are hardly distinguishable from traces of skin contact, which distorts the resulting image of a papillary pattern.

Расположение источника света и проектирующей системы с одной стороны от призмы приводит к сокращению габаритов указанных устройств и характеризует компактность схем компоновки.The location of the light source and the projecting system on one side of the prism leads to a reduction in the dimensions of these devices and characterizes the compact layout schemes.

Устройство RU 2218866 выбрано в качестве ближайшего аналога.The device RU 2218866 is selected as the closest analogue.

Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, направлена на повышение качества регистрации папиллярного узора за счет устранения влияния влаги на получаемое изображение при сохранении компактности устройства.The problem to which the claimed utility model is directed is aimed at improving the quality of registration of a papillary pattern by eliminating the influence of moisture on the resulting image while maintaining the compactness of the device.

Данная задача решается тем, что устройство для регистрации папиллярного узора содержит призму минимум с тремя рабочими гранями, из них первая грань является смежной со второй и третьей гранями, а также оптически связанные между собой источник излучения, проекционную систему и систему фотоприемных элементов, расположенных напротив второй грани призмы, блок обработки сигнала, электрически связанный с системой фотоприемных элементов, при этом первая грань является воспринимающей отпечатки пальцев, вторая грань является входной и одновременно выходной для светового пучка, третья грань призмы является отражающей и выполнена с зеркальным покрытием, угол между первой и второй гранями составляет 90-62 градусов, угол между первой и третьей гранями - 76-90 градусов, для входного излучения вторая грань призмы является преломляющей.This problem is solved in that the device for registering a papillary pattern contains a prism with at least three working faces, of which the first face is adjacent to the second and third faces, as well as an optical source, a projection system, and a system of photodetector elements located opposite the second prism faces, a signal processing unit, electrically connected to a system of photodetector elements, with the first face receiving fingerprints, the second face being input and simultaneously It is the output one for the light beam, the third face of the prism is reflective and made with a mirror coating, the angle between the first and second faces is 90-62 degrees, the angle between the first and third faces is 76-90 degrees, for the input radiation the second face of the prism is refractive.

Для устранения влияния влаги геометрические углы между смежными гранями призмы - рабочими гранями, выбраны исходя из условия, при котором угол падения и угол отражения на воспринимающей грани призмы составляет величину меньшую, чем угол полного внутреннего отражения на границе сред стекло-кожа, но большую, чем угол полного внутреннего отражения на границе сред стекло-вода.To eliminate the influence of moisture, the geometric angles between adjacent faces of the prism - the working faces, are selected based on the condition under which the angle of incidence and the angle of reflection on the receiving face of the prism is less than the angle of total internal reflection at the glass-skin interface, but greater than angle of total internal reflection at the glass-water interface.

Известно, что угол полного внутреннего отражения на границе раздела сред стекло-вода равен 61,7 градуса, а угол полного внутреннего отражения на границе раздела сред стекло-кожа равен 71,3 градуса для оптического стекла с показателем преломления 1,52.It is known that the angle of total internal reflection at the glass-water interface is 61.7 degrees, and the angle of total internal reflection at the glass-skin interface is 71.3 degrees for optical glass with a refractive index of 1.52.

Получение наилучшего изображения папиллярного узора становится возможным благодаря диапазону значений углов внутреннего отражения от первой воспринимающей грани, составляющему 61,7-71,3 градуса, при котором пучок светового излучения на границе контакта капли влаги с призмой всегда будет отражаться от воспринимающей грани.Obtaining the best image of a papillary pattern becomes possible due to the range of angles of internal reflection from the first receiving face, amounting to 61.7-71.3 degrees, at which the light beam at the interface between the moisture drop and the prism will always be reflected from the receiving face.

Указанный диапазон значений предопределяет расчет значений геометрических углов призмы.The specified range of values determines the calculation of the geometric angles of the prism.

Для того, чтобы вывести отраженный от воспринимающей грани пучок из призмы через вторую, выходную грань, его отражают от третьей грани так, чтобы направить параллельно первой, воспринимающей грани, или под небольшим углом к этой грани (в In order to remove the beam reflected from the receiving face from the prism through the second, output face, it is reflected from the third face so as to be directed parallel to the first receiving face, or at a slight angle to this face (in

направлении от нее). Для пучка, отраженного от воспринимающей грани под углом, превышающим 61,7 градуса, угол между первой и третьей гранью должен превышать 75,8 градуса. Если указанный угол составит 90 градусов, то выходной пучок внутри призмы будет иметь направление, параллельное направлению входного пучка между рабочими гранями призмы. Данное обстоятельство свидетельствует о сохранении компактности устройства.direction from her). For a beam reflected from the receiving face at an angle exceeding 61.7 degrees, the angle between the first and third faces should exceed 75.8 degrees. If the specified angle is 90 degrees, then the output beam inside the prism will have a direction parallel to the direction of the input beam between the working faces of the prism. This circumstance indicates the preservation of the compactness of the device.

При величине угла между первой и третьей гранями свыше 90 градусов, выходной пучок отклонился бы от направления входного пучка в сторону от воспринимающей грани. Это вынудило бы переместить и проектирующую систему в сторону от воспринимающей грани, что привело бы к росту габаритов устройства.If the angle between the first and third faces is more than 90 degrees, the output beam would deviate from the direction of the input beam in the direction from the receiving face. This would force the design system to move away from the perceiving face, which would lead to an increase in the dimensions of the device.

Таким образом, в заявляемом устройстве угол между первой воспринимающей и третьей отражающей гранями составляет 76-90 градусов.Thus, in the inventive device, the angle between the first receiving and third reflective faces is 76-90 degrees.

При таком диапазоне значений углов между гранями, световой пучок, отраженный от первой грани под углом 62 градуса (приблизительно 61,7 градусов), падает на третью грань под углом 14-28 градусов. При этом направление отраженного от третьей грани пучка составляет 0-28 градусов относительно первой грани.With this range of angles between the faces, the light beam reflected from the first face at an angle of 62 degrees (approximately 61.7 degrees) falls on the third face at an angle of 14-28 degrees. The direction of the beam reflected from the third face is 0-28 degrees relative to the first face.

Пучок, отраженный от первой грани под углом 70 градусов, падает на третью грань под углом 10-20 градусов. При этом направление отраженного от третьей грани пучка составляет 0-20 градусов относительно первой грани.The beam reflected from the first face at an angle of 70 degrees, falls on the third face at an angle of 10-20 degrees. The direction of the beam reflected from the third face is 0-20 degrees relative to the first face.

Наилучшие условия для вывода выходного пучка из призмы достигаются при условии, когда вторая грань призмы перпендикулярна выходному пучку; для угла между первой и третьей гранями 76-90 градусов, перпендикулярная пучку светового излучения вторая грань составит 90-62 градуса соответственно.The best conditions for outputting the output beam from the prism are achieved provided that the second face of the prism is perpendicular to the output beam; for the angle between the first and third faces 76-90 degrees, the second face perpendicular to the light beam will be 90-62 degrees, respectively.

Благодаря интервалу значений геометрических углов призмы, полученному расчетным путем на основе угла полного внутреннего отражения светового излучения от воспринимающей грани, становится возможным достижение технического результата.Due to the interval of values of the geometric angles of the prism, obtained by calculation based on the angle of total internal reflection of light radiation from the receiving face, it becomes possible to achieve a technical result.

Для более полного отражения светового пучка от третьей грани, последняя выполнена с зеркальным покрытием.For a more complete reflection of the light beam from the third face, the latter is made with a mirror coating.

Таким образом, весь интервал значений двух смежных геометрических углов призмы обусловливает возможность отражения светового пучка от воспринимающей грани на границе раздела сред стекло-вода, исключающее влияние капель влаги на качество изображения папиллярного узора.Thus, the entire range of values of two adjacent geometrical angles of the prism makes it possible to reflect the light beam from the receiving face at the glass-water interface, eliminating the influence of moisture droplets on the image quality of the papillary pattern.

Заявляемая полезная модель поясняется чертежом (см. фиг.1).The inventive utility model is illustrated in the drawing (see figure 1).

Устройство для регистрации папиллярного узора содержит призму с тремя рабочими гранями, из которых первая грань 1 - воспринимающая отпечатки пальцев 2, вторая грань 3 - входная и выходная для светового пучка, третья грань 4 - отражающая A device for registering a papillary pattern contains a prism with three working faces, of which the first face 1 is the fingerprint 2, the second face 3 is the input and output for the light beam, the third face 4 is reflective

световой пучок. Устройство содержит также проекционную оптическую систему 5, источник света 6, систему фотоприемных элементов 7. Элементы устройства 5, 6, 7 расположены напротив грани 3 призмы. Смежный угол а между гранью 1 и 4 составляет 76-90 градусов, смежный угол Р между гранью 1 и 3 составляет 90-62 градуса.light beam. The device also contains a projection optical system 5, a light source 6, a system of photodetector elements 7. Elements of the device 5, 6, 7 are located opposite the face 3 of the prism. The adjacent angle a between face 1 and 4 is 76-90 degrees, the adjacent angle P between face 1 and 3 is 90-62 degrees.

Ось светового пучка на чертеже обозначена штрихпунктирной линией со стрелками.The axis of the light beam in the drawing is indicated by a dash-dotted line with arrows.

Поверхность граней призмы вблизи угла, лежащего между гранью 3 и 4 образует в сечении призмы мертвую зону, поскольку в нее не заходит и не выходит световой пучок. Для уменьшения габаритов призмы она может быть усечена произвольным образом. Усекаемая часть на чертеже заштрихована.The surface of the prism faces near the angle lying between faces 3 and 4 forms a dead zone in the prism section, since the light beam does not enter and does not exit. To reduce the size of the prism, it can be truncated arbitrarily. The truncated part in the drawing is hatched.

Для описания работы заявляемого устройства выберем следующие значения геометрических углов: угол α составляет 78 градусов, угол β составляет 90 градусов.To describe the operation of the claimed device, we choose the following values of geometric angles: the angle α is 78 degrees, the angle β is 90 degrees.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Световой пучок от источника 6, преломляясь, входит в призму (через грань 3) и падает на грань 1 (и отражается от грани 1) под углом 66 градусов, претерпевая полное внутреннее отражение. От грани 4 световой пучок отражается под углом 12 градусов к грани 4, идет параллельно грани 1 и выходит из призмы через грань 3, перпендикулярно грани 3.The light beam from the source 6, refracting, enters the prism (through face 3) and falls on face 1 (and is reflected from face 1) at an angle of 66 degrees, undergoing complete internal reflection. From face 4, the light beam is reflected at an angle of 12 degrees to face 4, runs parallel to face 1 and leaves the prism through face 3, perpendicular to face 3.

Формирование папиллярного узора происходит следующим образом. В отсутствие прижатого к призме пальца 2, грань 1 полностью отражает падающий на нее световой пучок, а при касании пальцем поверхности 1 в местах, где гребни папиллярного узора кожи прижаты к поверхности, часть излучения покидает призму - полное внутренне отражение нарушается, и свет уходит в кожу. Отраженное излучение выходит из призмы и попадает в проекционную систему 5, формируя на системе фотоприемных элементов 7 изображение приложенного пальца.The formation of a papillary pattern is as follows. In the absence of finger 2 pressed to the prism, face 1 completely reflects the light beam incident on it, and when a finger touches surface 1 in places where the crests of the papillary skin pattern are pressed to the surface, part of the radiation leaves the prism - total internal reflection is disturbed, and the light goes into skin. The reflected radiation leaves the prism and enters the projection system 5, forming an image of the attached finger on the system of photodetector elements 7.

При наличии влаги на пальце, - световой пучок претерпевает полное внутреннее отражение и не выходит из призмы в каплю. Таким образом, система фотоприемных элементов формирует адекватное без искажений изображение папиллярного узора.If there is moisture on the finger, the light beam undergoes complete internal reflection and does not leave the prism into a drop. Thus, the system of photodetector elements forms an adequate image of a papillary pattern without distortion.

Claims

A device for registering a papillary pattern containing a prism with at least three working faces, of which the first face is adjacent to the second and third faces, as well as an optically coupled radiation source, a projection system, and a photodetector system located opposite the second face of the prism, a processing unit a signal electrically connected to a system of photodetector elements, wherein the first face is fingerprint sensitive, the second face is the input and simultaneously output for the light beam, the third face of the prism is reflective and is made with a mirror coating, the angle between the first and second faces is 90-62 °, the angle between the first and third faces is 76-90 °, for the input radiation the second face of the prism is refractive.