DE19816428A1

DE19816428A1 - Erfassungsvorrichtung für Daten einer unebenen Oberfläche

Info

Publication number: DE19816428A1
Application number: DE19816428A
Authority: DE
Inventors: Takashi Shinzaki; Ken Yokoyama; Yusaku Fujii; Kouji Honma
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1997-09-01
Filing date: 1998-04-15
Publication date: 1999-03-04
Anticipated expiration: 2018-04-16
Also published as: DE19816428C2; US6127674A; JPH1183459A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Erfassungsvor richtung für Daten einer unebenen Oberfläche, die zum Auf zeichnen von Daten von unebenen Oberflächen, wie z. B. einem menschlichen Fingerabdruck, und zum Vergleichen eines menschlichen Fingerabdruckes mit Daten einer unebenen Ober fläche, die bereits aufgezeichnet wurden, verwendet wird.

Beschreibung des Standes der Technik

Auf dem Gebiet der Kriminaluntersuchung wird ein Ver gleichssystem geschaffen, bei dem ein menschlicher Fingerab druck oder ein Handabdruck mit Daten verglichen wird, so daß ein Verdächtiger identifiziert werden kann. In diesem Ver gleichssystem wird ein menschlicher Fingerabdruck oder Handabdruck gewöhnlich als ein Bild verarbeitet. Daher ist es erforderlich, eine Eingabeeinrichtung zu schaffen, durch die ein menschlicher Fingerabdruck oder Handabdruck in Bild daten umgewandelt wird. Als eine elektrische Einrichtung zum direkten Aufnehmen eines menschlichen Fingerabdruckes exi stiert das in Fig. 19 gezeigte Verfahren. Wenn ein Finger 10 gegen eine Oberfläche 31a einer transparenten parallelen Platte 31 gepreßt wird, welche eine Lichtleiterplatte ist, kommt ein vorspringender Abschnitt 10a des Fingers 10 mit der Ebene 31a in Kontakt, aber ein Vertiefungsabschnitt 10b kommt nicht mit der Ebene 31a in Kontakt. Wenn von einer LED 33 über die transparente Basis 31 Licht auf die Ebene 31a aufgestrahlt wird, gegen welche der Finger gepreßt wird, wird es an der Oberfläche des Fingers reflektiert und inner halb des Fingers gestreut.

Von dem Vertiefungsabschnitt 10b des Fingers 10 ausge sendetes Streulicht tritt einmal durch eine Luftschicht und trifft auf die transparente Basis 31 auf. Demgemäß ist keine Lichtkomponente vorhanden, die vollständig reflektiert wird und in der transparenten Basis 31 weitergeleitet wird. Von dem vorragenden Abschnitt 10a reflektiertes und gestreutes Licht fällt jedoch als eine Kugelwelle direkt auf die trans parente Basis 31 und ein Anteil des Lichts erfüllt die Be dingungen der Totalreflexion, gemäß welchen das Licht in der transparenten Basis 31 vollständig reflektiert wird, und das Licht pflanzt sich in der transparenten Basis 31 fort, wäh rend die Totalreflexion wiederholt wird. Wenn diese Totalre flexionskomponente durch ein geeignetes optisches System, das einen Spiegel 32, eine Blende 34, eine Linse 35 und ei nen Spiegel 36 enthält, auf eine CCD 37 fokussiert wird, ist es möglich, ein Bild des Erhebungsmusters des vorspringenden Abschnitts 10a in Echtzeit zu erhalten.

Die folgenden Probleme können jedoch in dem vorstehend beschriebenen optischen System auftreten. Ein Fingerab drucksbild, das von dem vorstehend beschriebenen optischen System ausgegeben wird, ist, wie Fig. 2 zeigt, trapezförmig verzerrt, das heißt die Vergrößerung in X- und Y-Richtung ist verschieden. Dafür bestehen die beiden nachfolgend dar gelegten Gründe. Ein Grund ist eine Differenz in der Bild formungsvergrößerung, die durch einen Unterschied der Länge des optischen Weges zwischen der Eingabeoberfläche und dem Bildformungssystem verursacht wird, der von der Eingabeober fläche ausgeht, welche zu der optischen Achse schräg ist, wie Fig. 4 zeigt. Der andere Grund liegt in einem Unter schied in der Vergrößerung in X- und Y-Richtung des geform ten Fingerabdrucksbildes, welche durch die in Fig. 5 darge stellte schräge Eingabeoberfläche verursacht ist.

Um die vorstehend genannten Probleme zu lösen, zeigt die japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. 62-187819 ein Verfahren auf, bei welchem von der transparenten flachen Platte emittiertes Licht durch ein Hologramm geleitet wird. Die vorstehend genannte Technik hat jedoch die folgenden Nachteile. Wenn ein Hologramm verwendet wird, ist der Bre chungswinkel empfindlich für die Wellenlänge der Lichtquel le. Daher ist es erforderlich, eine Lichtquelle wie bei spielweise einen Laser zu verwenden, deren Wellenlängenbe reich klein ist, und ferner wird die Auflösung des Bildes aufgrund von Astigmatismus verschlechtert. Ein weiteres Ver fahren wird in der japanischen ungeprüften Patentveröffent lichung Nr. 2-176984 aufgezeigt, in der ein Kompensati onsprisma für die Länge des optischen Weges vorgesehen ist, um die Länge des optischen Weges in der transparenten fla chen Platte auszugleichen. Das vorstehend genannte Verfahren ist jedoch insofern nachteilhaft, als die Vergrößerung in X- und Y-Richtung nur durch das Kompensationsprisma bei der Bildformung nicht ausreichend ausgeglichen werden kann. Aus den vorstehend genannten Gründen wird das Problem verur sacht, daß ein quadratisches Bild als ein rechteckiges Bild erfaßt wird, wie Fig. 20 zeigt. In diesem Fall ist es er forderlich, die Auflösung der X- und Y-Richtung bei der Ver arbeitung des Bildes zu konvertieren. Im Fall der Aufnahme eines Fingerabdruckes, der als ein Beweisstück zum Zweck ei ner Kriminaluntersuchung verwendet wird, ist es bevorzugt, daß keine Bildverarbeitung ausgeführt wird. Demgemäß ist es bevorzugt, eine Fingerabdrucksaufnahmevorrichtung zu schaf fen, in der die gesamte Bildkompensation in dem optischen System ausgeführt werden kann.

KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Eingabevorrichtung für Daten einer unebenen Oberfläche zu schaffen, die in der Lage ist, ein Fingerabdrucksbild zu er zielen, das selten verzerrt ist, und bei welcher es nicht erforderlich ist, das Fingerabdrucksbild zu verarbeiten, wenn ein Fingerabdrucksbild in diese Eingabevorrichtung für Daten einer unebenen Oberfläche eingegeben wird.

Zur Lösung der vorstehend genannten Aufgabe wird gemäß vorliegender Erfindung eine Erfassungsvorrichtung für Daten einer unebenen Oberfläche geschaffen, enthaltend: eine Lichtquelle; eine transparente Basis, in der Licht von der Lichtquelle übertragen werden kann, welche eine Eingabeober fläche für ein unebenes Muster hat, mit welcher eine unebene Oberfläche, die zu erfassen ist, in Kontakt kommt und die auch eine Funktion hat, mit der Licht, das an einem Vor sprung reflektiert wird und mit der Eingabeoberfläche in Kontakt kommt, und Licht, das an einer Vertiefung reflek tiert wird, voneinander getrennt werden, und zwar unter Ver wendung eines kritischen Winkels auf der Grenzfläche mit Luft, wenn die unebene Oberfläche an der Eingabeoberfläche mit Licht bestrahlt wird; ein Kompensationsprisma für die Länge des optischen Weges, auf welches Licht, das aus der transparenten Basis austritt, einfällt, so daß ein Unter schied der Länge des optischen Weges ausgeglichen wird; ein optisches System zur Formung eines Bildes durch Licht, das aus dem Kompensationsprisma für die Länge des optischen We ges austritt, welches optische System auf der optischen Ach se an der Rückseite des Kompensationsprismas für die Länge des optischen Weges angeordnet ist und eine Blende und einen Satz von zylindrischen Linsen hat, die senkrecht zueinander in X- und Y-Richtung angeordnet sind, um die X- und Y-Vergrößerung auszugleichen; und einen Bildsensor, der an der Bildformungsposition angeordnet ist so daß die optischen Daten der unebenen Oberfläche, die durch das optische System fokussiert ist, aufgezeichnet werden können. Ein Unterschied in der Länge des optischen Weges in der transparenten Basis, die die Eingabeoberfläche für das unebene Muster hat, wird durch das Kompensationsprisma ausgeglichen. Demgemäß kann eine trapezförmige Verzerrung, die an einem Bild mit einer unebenen Oberfläche, wie z. B. einem Fingerabdruck, verur sacht wird, ausgeglichen werden.

Die Blende ist auf der optischen Achse an der Rückseite des Kompensationsprismas für die Länge des optischen Weges angeordnet und ein Satz von zylindrischen Linsen, die senk recht zueinander in X- und Y-Richtung angeordnet sind, ist an der Rückseite der Blende angeordnet. Aufgrund der vorste hend genannten Tatsache kann das Seitenverhältnis des Bildes ausgeglichen werden.

Die Blende ist auf der optischen Achse an der Rückseite des Kompensationsprismas für die Länge des optischen Weges angeordnet und ein Satz von zylindrischen Linsen, der an der Rückseite der Blende angeordnet ist, ist aus einem Linsenab schnitt auf der Seite der Einfallsfläche, der zu der Bild formung in X-Richtung beiträgt, und einem Linsenabschnitt auf der Austrittsseite zusammengesetzt, der zu der Bildfor mung in der Y-Richtung beiträgt, und dieser Linsenabschnitt an der Einfallsseite und der Linsenabschnitt an der Aus trittsseite sind senkrecht zueinander in X- und Y-Richtung angeordnet, um so die X- und Y-Vergrößerung auszugleichen. Aufgrund der vorstehend beschriebenen Tatsache kann das Sei tenverhältnis des Bildes durch die integrierten zylindri schen Linsen ausgeglichen werden.

Das optische System enthält ein Meniskuslinse, die auf der optischen Achse an der Rückseite des Kompensationspris mas für die Länge des optischen Weges und vor der Blende an geordnet ist. Aufgrund der vorstehend genannten Tatsache ist es möglich, die Auflösung eines Bildes zu verbessern.

Das optische System enthält: eine erste zylindrische Linse, die auf der optischen Achse an der Rückseite des Kom pensationsprismas für die Länge des optischen Weges angeord net ist, welche erste zylindrische Linse die X-Vergrößerung ausgleicht; eine Meniskuslinse, die auf der optischen Achse an der Rückseite der ersten zylindrischen Linse angeordnet ist; eine Blende, die auf der optischen Achse an der Rück seite der Meniskuslinse angeordnet ist; und eine zweite zy lindrische Linse, die auf der optischen Achse an der Rück seite der Blende angeordnet ist, welche zweite zylindrische Linse die Y-Vergrößerung ausgleicht. Aufgrund der vorstehend genannten Tatsache wird es möglich, verschiedene optische Systeme auszuwählen. Daher kann das Seitenverhältnis des Bildes ausgeglichen werden, so daß ein Bild mit hoher Auflö sung erzielt werden kann.

Die transparente Basis ist eine parallele flache Platte und von der Lichtquelle abgestrahltes Licht, das auf die pa rallele flache Platte einfällt, wird auf die Eingabeoberflä che für das unebene Muster aufgestrahlt, die von einer pa rallelen Oberfläche der parallelen flachen Platte gebildet ist. Die transparente Basis ist ein Prisma, das eine Einga beoberfläche für ein unebenes Muster hat, und von der Licht quelle abgestrahltes Licht, das auf das Prisma einfällt, wird auf die Eingabeoberfläche für das unebene Muster aufge strahlt.

Die transparente Basis und das Kompensationsprisma für die Länge des optischen Weges sind zusammen in einem Körper integriert. Alternativ können die transparente Basis und das Kompensationsprisma für die Länge des optischen Weges so an geordnet sein, daß sie miteinander in Oberflächenkontakt kommen. Alternativ sind die transparente Basis und das Kom pensationsprisma für die Länge des optischen Weges so ange ordnet, daß sie voneinander getrennt sind.

Der Brechungsindex des Kompensationsprismas für die Län ge des optischen Weges ist höher als derjenige der transpa renten Basis. Der Brechungsindex der zylindrischen Linse ist höher als derjenige der Meniskuslinse.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine Ansicht, die die erste Ausführungsform der Erfassungsvorrichtung für Daten einer unebenen Oberflä che gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 2 ist eine Ansicht, die eine trapezförmige Verzer rung eines Bildes zeigt;

Fig. 3 ist eine Entwicklungsansicht des herkömmlichen optischen Systems, das nach dem Stand der Technik bekannt ist;

Fig. 4 ist eine Ansicht, die einen Unterschied bei der Vergrößerung einer Bildformung zeigt, der durch einen Unter schied in der Länge des optischen Weges verursacht wird;

Fig. 5 ist eine Ansicht, die eine Veränderung des Sei tenverhältnisses zeigt, die durch eine schräge Eingabeober fläche verursacht wird;

Fig. 6 ist eine Ansicht, die einen Zustand einer Bild formung in dem optischen System gemäß vorliegender Erfindung zeigt;

Fig. 7 ist eine Ansicht, die einen Zustand der Kompen sation des Längenunterschiedes des optischen Weges zeigt, die durch ein Kompensationsprisma ausgeführt wird;

Fig. 8 ist eine Ansicht, die die zweite Ausführungsform der Erfassungsvorrichtung für Daten einer unebenen Oberflä che gemäß vorliegender Erfindung zeigt;

Fig. 9 ist eine Ansicht, die die dritte Ausführungsform der Erfassungsvorrichtung für Daten einer unebenen Oberflä che gemäß vorliegender Erfindung zeigt;

Fig. 10 ist eine Ansicht, die die vierte Ausführungs form der Erfassungsvorrichtung für Daten einer unebenen Oberfläche gemäß vorliegender Erfindung zeigt;

Fig. 11 ist eine Ansicht, die die fünfte Ausführungs form der Erfassungsvorrichtung für Daten einer unebenen Oberfläche gemäß vorliegender Erfindung zeigt;

Fig. 12 ist eine Ansicht, die die sechste Ausführungs form der Erfassungsvorrichtung für Daten einer unebenen Oberfläche gemäß vorliegender Erfindung zeigt;

Fig. 13 ist eine Ansicht, die eine Variation zeigt, in der ein Winkel zwischen der Stirnfläche und der optischen Achse in der sechsten Ausführungsform verändert ist;

Fig. 14 ist eine Ansicht, die die siebte Ausführungs form der Erfassungsvorrichtung für Daten einer unebenen Oberfläche gemäß vorliegender Erfindung zeigt;

Fig. 15 ist eine Ansicht, die eine Variation zeigt, bei der die Stirnfläche des Eingangsprismas in der siebten Aus führungsform schräg zu der optischen Achse ist;

Fig. 16 ist eine Ansicht, die die achte Ausführungsform der Erfassungsvorrichtung für Daten einer unebenen Oberflä che gemäß vorliegender Erfindung zeigt;

Fig. 17 ist eine Ansicht, die die neunte Ausführungs form der Erfassungsvorrichtung für Daten einer unebenen Oberfläche gemäß vorliegender Erfindung zeigt;

Fig. 18 ist eine Ansicht, die ein optisches Fingerab drucksaufnahmesystem zeigt, bei dem ein Prisma verwendet wird;

Fig. 19 ist eine Ansicht, die ein optisches Fingerab drucksaufnahmesystem zeigt, in dem eine parallele flache Platte verwendet wird; und

Fig. 20 ist eine Ansicht, die einen Zustand der Bild formung in dem herkömmlichen optischen System zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN Erste Ausführungsform

Fig. 1 ist eine Ansicht, die die erste Ausführungsform der Erfassungsvorrichtung für Daten einer unebenen Oberflä che gemäß vorliegender Erfindung zeigt. Die Beleuchtungs lichtquelle 10 besteht aus einer Lichtquelle, wie z. B. einer LED. Von der Beleuchtungslichtquelle 10 emittiertes Licht kann in der transparenten Basis 11, die aus einer parallelen flachen Platte aus transparentem Glas hergestellt ist, über tragen werden. Auf einer parallelen Oberfläche des transpa renten Körpers 11 ist eine Eingabeoberfläche 11a für ein un ebenes Muster gebildet, auf welche der Finger 12, der eine unebene Oberfläche hat, gelegt wird, so daß die Fingerab drucksoberfläche mit der Eingabeoberfläche 11ain Kontakt gebracht werden kann. Diese transparente Basis 11 enthält eine schräge Oberfläche 11b, die schräg zu der Eingabeober fläche 11a ist, eine Unterfläche 11c, die parallel zu der Eingabeoberfläche 11a ist, eine obere Oberfläche 11d, die parallel zu dieser Unterfläche 11c ist und an der entgegen gesetzten Seite der Unterfläche 11c angeordnet ist, und eine Stirnfläche 11e, die schräg zu der oberen Oberfläche 11d ist.

Von der Beleuchtungslichtquelle 10 wird Licht emittiert und tritt in den transparenten Körper 11 ein. Anschließend wird paralleles Licht an der schrägen Oberfläche 11b in dem transparenten Körper 11 vollständig reflektiert. Anschlie ßend läuft paralleles Licht in einer zu der Eingabeoberflä che 11a senkrechten Richtung weiter so daß die unebene Fin gerabdrucksoberfläche des Fingers 12 mit parallelem Licht bestrahlt werden kann. Aufgrund der vorstehend genannten Tatsache wird das Licht, das an der vorspringenden Oberflä che reflektiert wird, die mit der Eingabeoberfläche 11a in Kontakt kommt, von dem Licht getrennt, das an der Vertie fungsoberfläche reflektiert wird.

Dies wird im Detail nachfolgend beschrieben. Wenn der Finger 12 gegen die Mustereingabeoberfläche 11a gepreßt wird, welche eine Oberfläche der transparenten Basis 11 ist, kommt der vorspringende Abschnitt 12a des Fingerabdruckes in Kontakt mit dieser Eingabeoberfläche 11a, aber der vertiefte Abschnitt des Fingerabdruckes kommt mit dieser Eingabeober fläche 11a nicht Kontakt. Wenn die Ebene (Eingabeoberfläche 11a), gegen welche der Fingerabdruck 12 gepreßt wird, mit Licht bestrahlt wird, das von der Lichtquelle 10 durch die transparente Basis 11 ausgesendet wird, wird Licht an der Fingeroberfläche reflektiert und innerhalb des Fingers ge streut. Das Licht, welches in dem vertieften Abschnitt 12b am Fingerabdruck des Fingers 12 gestreut wurde, tritt einmal durch eine Luftschicht und fällt erneut auf die transparente Basis 11. Demgemäß existiert keine Lichtkomponente, die in der transparenten Basis 11 vollständig reflektiert und wei tergeleitet wird.

Andererseits fällt Licht, das durch den vorspringenden Abschnitt 12a am Fingerabdruck des Fingers 12 reflektiert und gestreut wurde, als eine Kugelwelle direkt auf die transparente Basis 11 und ein Anteil des Lichts erfüllt die Bedingung der vollständigen Reflexion in der transparenten Basis 11 und wird vollständig in dem transparenten Körper 11 reflektiert und weitergeleitet. Wenn die Bildformung dieser vollständig reflektierten Komponenten durch ein geeignetes optisches System ausgeführt wird, ist es möglich, ein Erhe bungsmuster des vorspringenden Abschnitts 12a in Echtzeit zu erhalten.

Wenn die Bildformung jedoch durch ein allgemeines opti sches System durchgeführt wird, das eine Blende und eine einfache Konvexlinse hat, wird das erhaltene Fingerabdrucks bild wie in Fig. 2 dargestellt verzerrt, das heißt eine trapezförmige Verzerrung wird verursacht und ferner wird das Seitenverhältnis verändert.

Der Grund dafür, daß das Bild trapezförmig verzerrt wird und das Seitenverhältnis verändert wird, liegt darin, daß ein Eingabeoberfläche, auf welcher Licht von einem Photogra phieobjekt eingegeben wird, schräg zu der optischen Achse liegt. Wenn die Eingabeoberfläche schräg zu der optischen Achse liegt, wird ein Unterschied in der Vergrößerung bei der Bildformung durch einen Unterschied der Längen des opti schen Weges zwischen jedem Abschnitt auf der Eingabeoberflä che und dem optischen Bildformungssystem verursacht, wie Fig. 4 zeigt. Wenn beispielsweise ein Unterschied in der Län ge des optischen Weges von der Objektoberfläche zu dem opti schen System in der Weise verursacht wird, daß a < b, wird eine Differenz in der Länge des optischen Weges von dem op tischen System zu der Bildformungsoberfläche in der Weise verursacht, daß c < d ist. Ein Unterschied in dem Seitenver hältnis wird durch die Schräglage der Eingabeoberfläche ver ursacht, wie Fig. 5 zeigt.

Um die vorstehend genannten Probleme zu lösen, enthält das optische System zur Bildformung gemäß vorliegender Er findung ein Prisma 17 zum Ausgleichen der optischen Weglän gen und ein Linsensystem, das aus Linsen 14 und 15 zusammen gesetzt ist. Das heißt, daß ein Kompensationsprisma 17 für die optische Weglänge zwischen der transparenten Basis 11 und der Blende 13 vorgesehen ist, so daß Licht, das aus der transparenten Basis 11 austritt, auf dieses Kompensati onsprisma fällt. Nachdem das Licht das Kompensationsprisma 17 für die optische Weglänge durchlaufen hat, tritt es durch die Blende 13. Anschließend tritt das Licht durch die zylin drische Linse 14 zum Konvergieren des Lichts in Y-Richtung und anschließend tritt es durch die zylindrische Linse 15 zum Konvergieren des Lichts in X-Richtung, welche in einer zu der Y-Richtung senkrechten Richtung angeordnet ist. Auf diese Weise wird auf dem Bildsensor 16 ein Bild geformt.

Wenn von der Erhebung (vorspringender Abschnitt) des Fingerabdruckes reflektiertes Licht durch das Kompensati onsprisma 17 zur Kompensation der optischen Weglänge tritt, wird reflektiertes Licht an der Grenzfläche zwischen dem Prisma 17 und Luft beim Austreten aus dem Prisma 17 gebro chen. Durch diese Brechung wird ein Unterschied zwischen der optischen Weglänge des Lichts, das aus dem Kompensations prisma 17 austritt, wie Fig. 6 zeigt, verursacht, so daß die optische Achse so gebogen werden kann, daß ein Unter schied (α) der optischen Weglänge auf der reflektierenden Oberfläche 11a ausgeglichen wird, das heißt, so daß ein Un terschied der Länge des optischen Weges von der reflektie renden Oberfläche 11a zu der Bildoberfläche 16 verringert werden kann.

Offensichtlich wird dann, wenn das Kompensationsprisma zwischen die transparente Basis 11 und die Blende 13 gesetzt wird, der Unterschied der optischen Weglänge erhöht. Da je doch die optische Weglänge in dem Glas des Kompensations prismas 17 1/n der optischen Weglänge in Luft ist (n ist der Brechungsindex von Glas (n < 1)), kann der Unterschied der optischen Weglänge tatsächlich verringert werden.

In Fig. 6 wird ein Unterschied c der optischen Weglän ge, die durch das Kompensationsprisma 17 ausgeglichen wird, wie folgt ausgedrückt. Wie in der Zeichnung dargestellt ist, bezeichnet "a" den Unterschied der optischen Weglänge des Lichts, das von dem Inneren des Kompensationsprismas 17 auf die Brechungsoberfläche 17a einfällt, "b" bezeichnet einen Unterschied der optischen Weglänge des Lichts, das von der Brechungsoberfläche 17a des Kompensationsprismas 17 in Luft austritt, und "n" ist ein Brechungsindex des Glases des Kom pensationsprismas 17. Bezüglich des Unterschiedes "b" der optischen Weglänge in Luft ist die optische Weglänge in dem Glas des Kompensationsprismas 17 a/n. Demgemäß wird der Un terschied "c" der optischen Weglänge, der vollständig durch das Kompensationsprisma 17 ausgeglichen wird, wie folgt aus gedrückt

c = b - a/n (1)

In dem Fall, in dem der Brechungsindex der transparenten Basis 11 mit dem Brechungsindex des Glases des Kompensati onsprismas 17 zusammenfällt, kann der Unterschied der opti schen Weglänge ausgeglichen werden, wenn die Gleichung α/n = c erfüllt ist, worin α eine optische Weglängendifferenz an der reflektierenden Oberfläche 11a der transparenten Basis 11 bezeichnet und c eine optische Weglängendifferenz be zeichnet, die durch das Kompensationsprisma 17 ausgeglichen wird.

Nachdem der Unterschied der optischen Weglänge ausgegli chen wurde, tritt Licht aus dem Kompensationsprisma 17 aus und tritt durch die Blende 13. Anschließend tritt das Licht durch ein Paar von zylindrischen Linsen 14 und 15, die senk recht zueinander angeordnet sind, so daß die Vergrößerungen in der X- und Y-Richtung ausgeglichen werden können. An schließend wird das Licht auf dem Bildsensor 16 zu einem Bild geformt. Die zylindrischen Linsen 14, 15 sind so ange ordnet, daß die vordere zylindrische Linse 14 Licht in Rich tung Y konvergieren bzw. ablenken kann und die hintere zy lindrische Linse 15 Licht in Richtung X konvergieren kann. In anderen Worten können in Fig. 6 die jeweiligen zylindri schen Linsen 14, 15, die bezüglich der optischen Achse senk recht zueinander angeordnet sind, unabhängig in Richtung der optischen Achse eingestellt werden. Demgemäß können die Bildvergrößerung in Richtung Y, welche parallel zu der Blattoberfläche von Fig. 6 ist, und die Bildvergrößerung in Richtung X, die senkrecht zu der Blattoberfläche von Fig. 6 ist, unabhängig ausgeglichen werden. Daher kann die Ein stellarbeit ohne weiteres ausgeführt werden und ferner kann eine hohe Einstellgenauigkeit beibehalten werden. Als Resul tat ist es möglich, ein in Fig. 7 dargestelltes Bild zu er halten.

In der in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsform fällt von der Lichtquelle 10 emittiertes Beleuchtungslicht auf die transparente Basis 11 und wird einmal an der schrä gen Oberfläche 11b reflektiert. Anschließend fällt das Licht auf die Eingabeoberfläche 11a. Das Licht kann jedoch direkt von der Unterfläche 11c der parallelen flachen Platte 11, bei der es sich um eine transparente Basis handelt, auf die Eingabeoberfläche 11a einfallen.

Zweite Ausführungsform

Fig. 8 ist eine Ansicht, die die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Um eine Auflösungsleistung (MTF) des optischen Systems zu erzielen, die höher ist als diejenige der ersten Ausführungsform, ist eine Meniskuslinse 18 vor der Blende 13 angeordnet. Die anderen wesentlichen Punkte des Aufbaues und der Funktion entsprechen denjenigen der ersten Ausführungsform.

Wie die Zeichnung zeigt, ist diese Meniskuslinse 18 kreisförmig und eine Oberfläche der Meniskuslinse 18 ist konvex und die andere Oberfläche ist konkav. Diese Meniskus linse 18 hat die Funktion, den Astigmatismus auszugleichen und die Auflösungsleistung zu verbessern. Da die beiden zy lindrischen Linsen 14 und 15, die an der Rückseite der Blen de 13 angeordnet sind, unabhängig voneinander Licht in der Richtung Y und X konvergieren, funktioniert diese Meniskus linse effektiv so, daß sie eine Brennpunktdeviation aus gleicht, die zwischen den Brennpunkten der beiden zylindri schen Linsen 14 und 15 verursacht wird.

Dritte Ausführungsform

Fig. 9 ist eine Ansicht, die die dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. In der in Fig. 8 gezeig ten zweiten Ausführungsform sind die beiden zylindrischen Linsen 14 und 15 miteinander kombiniert um die Vergrößerung auszugleichen. In der dritten Ausführungsform sind demgegen über die zylindrische Linse in X-Richtung und die zylindri sche Linse in Y-Richtung in einen Körper Rücken an Rücken zueinander integriert, um die Reflexion an der Grenzfläche zu verringern. Demgemäß wird diese integrierte Linse in Richtung der optischen Achse oder in der Richtung senkrecht zu der optischen Achse eingestellt.

Vierte Ausführungsform

Fig. 10 ist eine Ansicht, die die vierte Ausführungs form der vorliegenden Erfindung zeigt. Um eine höhere Auflö sungsleistung (MTF) des optischen Systems zu erzielen, ent hält das optische System zur Bildformung ein Kompensati onsprisma 17, eine zylindrische Linse 14 zum Konvergieren des Lichts in Richtung Y (Y-Richtung), eine Meniskuslinse 18, eine Blende 13 und eine zylindrische Linse 15 zum Kon vergieren des Lichts in Richtung X (X-Richtung). In diesem optischen System hat die Meniskuslinse 18 die Funktion, den Astigmatismus des zylindrischen Linsensystems, das aus den Linsen 14 und 15 zusammengesetzt ist, zu unterdrücken. Auf grund vorstehend beschriebener Tatsache ist es möglich, ein lichtstarkes optisches System mit hoher Auflösung zu kon struieren und herzustellen.

In dieser vierten Ausführungsform sind die zylindrischen Linsen 14 und 15, die zum Konvergieren von Licht in Richtung Y und X verwendet werden, getrennt voneinander angeordnet. Daher kann auch in dem Fall, in dem der Krümmungsradius ei ner Linse relativ groß ist und die Neigung zum Auftreten von Astigmatismus besteht, das Auftreten des Astigmatismus un terdrückt werden.

Fünfte Ausführungsform

Fig. 11 ist eine Ansicht, die die fünfte Ausführungs form der vorliegenden Erfindung zeigt. In dieser Ausfüh rungsform wird anstelle der transparenten flachen Platte 11 ein Prisma 20 verwendet. Eine Ebene des Prismas 20 wirkt als eine Eingabeoberfläche 20a, auf welche der Finger 12 gelegt wird. Von der Beleuchtungslichtquelle 10 emittiertes Licht wird auf die Eingabeoberfläche 20a gestreut und eine voll ständig reflektierte Komponente des auf diese Weise gestreu ten Lichts fällt auf das Kompensationsprisma 17 für die op tische Weglänge. Demgemäß kann auch dann, wenn dieses Prisma 20 anstelle der transparenten flachen Platte 11 verwendet wird, die Trennung zwischen der vorspringenden Oberfläche und der Vertiefungsoberfläche der unebenen Fingerabdrucks oberfläche des Fingers 12 gemäß demselben Prinzip wie bei der ersten Ausführungsform erzielt werden.

In diesem Zusammenhang ist, wie die Zeichnung zeigt, die Beleuchtungslichtquelle 10 auf derselben Seite wie das Kom pensationsprisma 17 für die optische Weglänge bezüglich der Eingabeoberfläche 20a angeordnet. Es kann jedoch beispiels weise ein unterer Abschnitt des Prismas 20, wie in der Figur dargestellt, abgeschnitten sein und Licht kann von der unte ren Seite des Prismas 20 auf die Eingabeoberfläche 20a an der oberen Seite aufgestrahlt werden.

Sechste Ausführungsform

Fig. 12 ist eine Ansicht, die eine Ausführungsform zeigt, in der die transparente Basis 11, die aus einer pa rallelen flachen Platte besteht, und das Kompensationsprisma 17 in der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform zu einem Kör per integriert sind. In dieser Ausführungsform wird das Kom pensationsprisma 17 für den optischen Weg zum Anhaften an eine Stirnfläche 11e der transparenten Basis 11 gebracht, von welcher das reflektierte Licht des vorspringenden Ab schnitts des Fingerabdrucks austritt. Aufgrund der vorste hend beschriebenen Anordnung wird es einfach, die transpa rente Basis 11 und das Kompensationsprisma 17 zu positionie ren. Demgemäß kann das optische System problemlos in der Vorrichtung angebracht werden.

Auch wenn die transparente Basis 11 und das Kompensati onsprisma 17 anders als bei der in Fig. 12 gezeigten Anord nung nicht in einen Körper integriert sind, kann derselbe Effekt wie bei der Anordnung, bei der die transparente Basis 11 und das Kompensationsprisma 17 in einen Körper integriert sind, geschaffen werden, wenn ein Winkel der Stirnfläche 11e, von der reflektiertes Licht von dem Abschnitt des vor springenden Fingerabdrucks in die transparente Basis 11 ein geführt wird, zu der optischen Achse nicht senkrecht ist, sondern ein gewisser Winkel an der Stirnfläche 11e vorgese hen ist, wie Fig. 13 zeigt. Die übrigen Punkte des Aufbaues und der Funktion entsprechen der vierten Ausführungsform.

Siebte Ausführungsform

Fig. 14 ist eine Ansicht, die eine Ausführungsform zeigt, bei der das Eingabeprisma 20 und das Kompensations prisma 17 für die optische Weglänge in einem Körper inte griert sind. Bei dieser Ausführungsform wird das Kompensati onsprisma 17 für die optische Weglänge zum Anhaften an eine Stirnfläche 20e des Eingabeprismas 20 gebracht, von welcher das reflektierte Licht des vorspringenden Abschnitts des Fingerabdrucks austritt.

In derselben Weise wie bei der parallelen flachen Platte der vorstehend beschriebenen Ausführungsform kann auch dann, wenn das Eingabeprisma 20 und das Kompensationsprisma 17 für die optische Weglänge nicht in einem Körper integriert sind, derselbe Effekt wie bei der Anordnung, bei der das Eingabe prisma 20 mit dem Kompensationsprisma 17 für die optische Weglänge integriert ist, geschaffen werden, wenn ein Winkel der Oberfläche 20e, von der das reflektierte Licht von dem vorspringenden Fingerabdrucksabschnitt in das Eingabeprisma 20 eingeführt wird, nicht senkrecht zu der optischen Achse ist, sondern ein gewisser Winkel an der Oberfläche 20e vor gesehen ist, wie Fig. 15 zeigt.

Achte Ausführungsform

In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform sind der Brechungsindex der transparenten Basis 11 und derjenige des Kompensationsprismas 17 für die optische Weglänge gleich und der Brechungsindex des Eingabeprismas 20 und derjenige des Kompensationsprismas 17 für die optische Weglänge sind gleich. Wenn jedoch diese Brechungsindizes voneinander ver schieden sind, wird die folgende Anordnung angewandt.

Fig. 16 ist eine Ansicht, die ein Beispiel zeigt, bei dem der Brechungsindex n₂ des Materials des Kompensations prismas 17 größer ist als der Brechungsindex n₁ des Materials der transparenten flachen Platte 11 und des Eingabeprismas 20 (n₂ < n₁). Ein Unterschied des Brechungsindex zwischen dem Kompensationsprisma 17 und Luft ist größer als ein Unter schied des Brechungsindex zwischen der transparenten flachen Platte 11 und Luft oder zwischen dem Eingabeprisma 20 und Luft. Daher kann die optische Weglänge leichter ausgeglichen werden.

Das heißt, daß in der in Fig. 16 dargestellten Ausfüh rungsform, in der die Anordnung des optischen Systems gleich wie bei der in Fig. 10 dargestellten Ausführungsform ist, ein Unterschied "c" der optischen Weglänge, der durch das Kompensationsprisma 17 ausgeglichen wird, durch die folgende Gleichung gemäß Gleichung (1), die vorstehend dargelegt wur de, ausgedrückt werden kann.

c = b - a/n₂ (2).

Andererseits kann bezüglich eines Unterschiedes α der optischen Weglänge an der Eingabeoberfläche 11a, 20a der transparenten flachen Platte 11 oder des Eingabeprismas 20 die Kompensation so ausgeführt werden, daß die Gleichung α/n₁ = c erfüllt werden kann. Daraus wird die folgende Gleichung geschaffen.

c = α/n₁ = b - a/n₂ (n₂ < n₁) (3).

Wenn andererseits kein Unterschied zwischen dem Bre chungsindex der transparenten flachen Platte 11 und des Kom pensationsprismas 17 oder des Eingabeprismas 20 und des Kom pensationsprismas 17 in derselben Weise wie bei der vorste hend beschriebenen Ausführungsform besteht, gilt die folgen de Gleichung.

c = α/n₁ = b - a/n₂ (n₂ = n₁) (4).

Daher kann in der in Fig. 16 gezeigten Ausführungsform ein Kompensationswert des Kompensationsprismas 17 höher ge macht werden. Entsprechend kann der Wert "a" relativ kleiner als der Wert "b" in Fig. 6 gemacht werden. Daher kann eine Differenz zwischen dem Winkel β und dem Winkel γ in dem Kom pensationsprisma 17 verringert werden. Als Resultat wird es einfacher, das Kompensationsprisma 17 auszuwählen. Wenn der Unterschied zwischen dem Winkel β und dem Winkel γ gleich ist, kann der Kompensationswert des Kompensationsprismas 17 relativ erhöht werden.

Neunte Ausführungsform

Fig. 17 ist eine Ansicht, die die neunte Ausführungs form der vorliegenden Erfindung zeigt. In dieser Ausfüh rungsform kann der Brechungsindex n₁ des Materials der Menis kuslinse 18 niedriger gemacht werden als der Brechungsindex n₃ des Materials der zylindrischen Linsen 14, 15 (n₁ < n₃) Daher ist es möglich, die Krümmungsradien der zylindrischen Linsen 14, 15 geringer zu machen. Als Resultat ist es mög lich, eine höhere optische Auflösungsleistung (MTF) zu ver wirklichen.

Wenn ferner der Brechungsindex n₂ des Kompensationspris mas 17 für die optische Weglänge höher gemacht wird als der Brechungsindex n₃ des Materials der zylindrischen Linsen 14, 15 (n₃ < n₂), kann die optische Weglänge ohne weiteres ausge glichen werden. Das heißt, daß dann, wenn der Wert n₂ relativ hoch gemacht wird, das Kompensationsprisma 17 wie vorstehend beschrieben ohne weiteres ausgewählt werden kann und der Kompensationswert des Kompensationsprismas 17 relativ hoch gemacht werden kann.

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind vor stehend im Detail unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnun gen erläutert. Es sei jedoch angemerkt, daß die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen spezifi schen Ausführungsformen beschränkt ist, sondern daß der Durchschnittsfachmann Abänderungen durchführen kann, ohne den Gedanken und den Schutzumfang der Erfindung zu verlas sen.

1) Bei der Erfassungsvorrichtung für Daten von unebenen Oberflächen gemäß vorliegender Erfindung tritt keine tra pezförmige Verzerrung an einem Fingerabdrucksbild auf, das von der Vorrichtung aufgenommen wird, und es ist möglich, einen Fingerabdruck aufzunehmen, dessen Vergrößerung in Längsrichtung und Vergrößerung in seitlicher Richtung gleich sind.
2) Da keine Verzerrung an dem Fingerabdrucksbild verur sacht wird, das von dem optischen System gemäß vorliegender Erfindung aufgenommen wurde, ist es möglich, eine CCD zu verwenden, deren Bildelementanzahl im Vergleich zu dem opti schen System, in dem eine Verzerrung verursacht wird, klein ist. Daher können die Gerätekosten verringert werden.
3) Es ist nicht erforderlich, eine trapezförmige Ver zerrung aus einem Bild mittels Bildverarbeitung zu entfernen und ferner ist es nicht erforderlich, die Auflösung zu kon vertieren, nachdem ein Fingerabdrucksbild zum Zweck der Kri minaluntersuchung aufgenommen wurde. Demgemäß wird die Bild qualität nicht verschlechtert.
4) Es ist nicht erforderlich, eine trapezförmige Ver zerrung aus einem Bild mittels Bildverarbeitung zu entfernen und ferner ist es nicht erforderlich, die Auflösung zu kon vertieren, nachdem ein Fingerabdrucksbild zum Zweck der Kri minaluntersuchung aufgenommen wurde. Demgemäß besteht keine Möglichkeit, daß fehlerhafte Merkmale auftreten.

Claims

1. Erfassungsvorrichtung für Daten einer unebenen Oberflä che, enthaltend:
eine Lichtquelle;
eine transparente Basis, in der Licht von der Lichtquelle übertragen werden kann, die eine Eingabeoberfläche für ein unebenes Muster hat, mit der eine zu erfassende unebene Oberfläche in Kontakt kommt, welche ferner eine Funktion hat, bei der an einem Vorsprung, der mit der Eingabeoberflä che in Berührung kommt, reflektiertes Licht und an einer Vertiefung reflektiertes Licht voneinander unter Verwendung eines kritischen Winkels an der Grenzfläche mit Luft ge trennt werden, wenn die unebene Oberfläche auf der Eingabe oberfläche mit Licht bestrahlt wird;
ein Kompensationsprisma für die optische Weglänge, auf das das von der transparenten Basis austretende Licht einfällt, so daß ein Unterschied der optischen Weglänge ausgeglichen wird;
ein optisches System zur Formung eines Bildes durch das Licht, das aus dem Kompensationsprisma für die optische Weglänge austritt, welches optische System auf der optischen Achse an der Rückseite des Kompensationsprismas für die op tische Weglänge angeordnet ist und eine Blende und einen Satz von zylindrischen Linsen hat, die senkrecht zueinander in X- und Y-Richtung angeordnet sind, um die Vergrößerung in X- und Y-Richtung auszugleichen; und
einen Bildsensor, der an einer Bildformungsposition angeord net ist, so daß die optischen Daten der unebenen Oberfläche, die von dem optischen System fokussiert ist, aufgezeichnet werden können.

2. Erfassungsvorrichtung für Daten einer unebenen Oberflä che nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende auf der optischen Achse an der Rückseite des Kompensati onsprismas für die optische Weglänge angeordnet ist und ein Satz von zylindrischen Linsen, die senkrecht zueinander in X- und Y-Richtung angeordnet sind, an der Rückseite der Blende angeordnet ist.

3. Erfassungsvorrichtung für Daten einer unebenen Oberflä che nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das opti sche System ferner eine Meniskuslinse enthält, die auf der optischen Achse an der Rückseite des Kompensationsprismas für die optische Weglänge und an der Vorderseite der Blende angeordnet ist.

4. Erfassungsvorrichtung für Daten einer unebenen Oberflä che nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende auf der optischen Achse an der Rückseite des Kompensati onsprismas für die optische Weglänge angeordnet ist und ein Satz von zylindrischen Linsen, der an der Rückseite der Blende angeordnet ist, aus einem Linsenabschnitt auf der Seite der Einfallsfläche, der zur Bildformung in X-Richtung beiträgt, und einem Linsenabschnitt auf der Austrittsseite zusammengesetzt ist, der zu der Bildformung in Y-Richtung beiträgt, und dieser Linsenabschnitt auf der Seite der Ein fallsfläche und der Linsenabschnitt auf der Austrittsseite senkrecht zueinander in X- und Y-Richtung angeordnet sind, um so die X- und Y-Vergrößerung auszugleichen.

5. Erfassungsvorrichtung für Daten einer unebenen Oberflä che nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das opti sche System ferner eine Meniskuslinse enthält, die auf der optischen Achse an der Rückseite des Kompensationsprismas für die optische Weglänge und an der Vorderseite der Blende angeordnet ist.

6. Erfassungsvorrichtung für Daten einer unebenen Oberflä che nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Bre chungsindex der zylindrischen Linse höher ist als derjenige der Meniskuslinse.

7. Erfassungsvorrichtung für Daten einer unebenen Oberflä che nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das opti sche System enthält: eine erste zylindrische Linse, die auf der optischen Achse an der Rückseite des Kompensationspris mas für die optische Weglänge angeordnet ist, welche erste zylindrische Linse die X-Vergrößerung ausgleicht; eine Me niskuslinse, die auf der optischen Achse an der Rückseite der ersten zylindrischen Linse angeordnet ist; eine Blende, die auf der optischen Achse an der Rückseite der Meniskus linse angeordnet ist; und eine zweite zylindrische Linse, die auf der optischen Achse an der Rückseite der Blende an geordnet ist, welche zweite zylindrische Linse die Y-Ver größerung ausgleicht.

8. Erfassungsvorrichtung für Daten einer unebenen Oberflä che nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Bre chungsindex der ersten und der zweiten zylindrischen Linse höher ist als derjenige der Meniskuslinse.

9. Erfassungsvorrichtung für Daten einer unebenen Oberflä che nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die trans parente Basis eine parallele flache Platte ist und Licht von der Lichtquelle, das auf die parallele flache Platte ein fällt, auf die Eingabeoberfläche für das unebene Muster auf gestrahlt wird, die von einer parallelen Oberfläche der pa rallelen flachen Platte gebildet ist.

10. Erfassungsvorrichtung für Daten einer unebenen Oberflä che nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die trans parente Basis ein Prisma ist, das eine Eingabeoberfläche für ein unebenes Muster hat, und Licht von der Lichtquelle, das auf das Prisma fällt, auf die Eingabeoberfläche des unebenen Musters aufgestrahlt wird.

11. Erfassungsvorrichtung für Daten einer unebenen Oberflä che nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bre chungsindex des Kompensationsprismas für die optische Weglänge höher ist als derjenige der transparenten Basis.