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DE4016105B4 - Method and device for detecting surface structures - Google Patents

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DE4016105B4 DE4016105A DE4016105A DE4016105B4 DE 4016105 B4 DE4016105 B4 DE 4016105B4 DE 4016105 A DE4016105 A DE 4016105A DE 4016105 A DE4016105 A DE 4016105A DE 4016105 B4 DE4016105 B4 DE 4016105B4
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Abstract

Verfahren zur Erfassung von oberflächennahen Strukturen von Objekten mit Hilfe von Ultraschall, wobei die gesamte Fläche des auf einer ebenen Auflageplatte aufliegenden Objektes, z. B. einer Fingerkuppe von Ultraschall-Wellen beschallt wird und die vom Objekt kommenden Wellen vom Empfänger aufgenommen werden, wobei der gesamte Schallwellenverlauf bis zur Auflagefläche durch Flüssigkeit oder einen Festkörper erfolgt dadurch gekennzeichnet,
daß nur ebene Wellen gesendet und empfangen werden und zwar kontinuierlich oder als Impuls,
die Ultraschall-Wellen so bemessen sind, dass sie etwa gleich oder bis zu 10 mal kürzer sind als die minimale oder maximale Periodenlänge des Ortsfrequenzspektrums des Objektes,
eine direkte Messung der zurückgestreuten und reflektierten Wellen ohne Zwischenschaltung von Hilfsmitteln erfolgt,
und wobei Sender (4) und Empfänger (5) nebeneinander auf einem gemeinsamen Träger (6) in einem Bogen um die Auflageplatte bewegbar angeordnet sind.A method for detecting near-surface structures of objects by means of ultrasound, wherein the entire surface of the resting on a flat support plate object, for. B. a fingertip is sonicated by ultrasonic waves and the waves coming from the object are received by the receiver, the entire sound wave path to the support surface by liquid or a solid is characterized characterized
that only plane waves are transmitted and received, either continuously or as an impulse,
the ultrasonic waves are dimensioned such that they are approximately equal to or up to 10 times shorter than the minimum or maximum period length of the spatial frequency spectrum of the object,
a direct measurement of the backscattered and reflected waves takes place without the intervention of auxiliary means,
and wherein transmitter (4) and receiver (5) are arranged side by side on a common carrier (6) in an arc around the platen movable.

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erfassung von Oberflächenstrukturen und außerdem von oberflächennahen Strukturen von Objekten mit Hilfe von Ultraschall.The The invention relates to a method and a device for Capture of surface structures and also of near-surface structures of objects by means of ultrasound.

Die in der Optik bekannten Verfahren lassen nur eine Bestimmung der Oberflächenbeschaffenheit zu, jedoch nicht die Bestimmung der nahe unter der Oberfläche befindlichen Strukturen. Diese Tatsache kann zu Fehlbestimmungen führen, da die Oberflächenstruktur leicht äußeren Beeinflussungen gewollten oder ungewollten, ausgesetzt ist. So sind Identifaktionsbestimmungen nach Oberflächenver änderungen nicht mehr durchführbar.The in optics known procedures leave only a determination of Surface texture to, however, not the determination of the near subsurface Structures. This fact can lead to misconceptions because the surface structure slight external influences intentional or unintentional. So are identification requirements after Oberflächenver changes no longer feasible.

Aus der EP 0262186 B1 aus dem Jahre 1986 sind die ersten Maßnahmen zur Messung von Oberflächenstrukturen mittels Ultraschall aufgezeigt worden. Bei dem Vorschlag der vorgenannten Schrift erfolgt ein holographischer Vergleich zweier Strukturen mittels zweier Hologramme, aber es wird in diesem Fall keine Streuung gemessen, sondern es erfolgt nur ein Vergleich von einem vorliegenden Hologramm mit dem Hologramm eines zu prüfenden Objektes. Die vom Sender gelieferte Ultraschallwelle trifft sowohl auf das Objekt als auch auf das Vergleichs-Hologramm und diese beiden Ergebnisse werden verglichen, was aber von der Technik her etwas anderes ist als die direkte Messung der Streuung und deren Auswertung. From the EP 0262186 B1 from the year 1986 the first measures for the measurement of surface structures by means of ultrasound were pointed out. In the proposal of the aforementioned document, a holographic comparison of two structures by means of two holograms, but in this case no scattering is measured, but there is only a comparison of an existing hologram with the hologram of an object to be tested. The ultrasound wave delivered by the transmitter hits both the object and the comparison hologram, and these two results are compared, which is technically different to the direct measurement of the scattering and its evaluation.

Auch der Versuch zur Messung des Bildes eines Objektes über die Streuung von Ultraschallwellen unter Einschaltung eines Hilfsmittels in Form einer Linse und eines Spiegels brachte nicht den erwünschten Erfolg, da mit diesem Vorschlag keine reproduzierbaren Ergebnisse erhielt werden konnten. An Hand praktischer Versuche hat sich nämlich herausgestellt, dass eine Abstimmung zwischen Auflagefläche, Sender, Signal und Linse mit Matrix bei Verwendung von Ultraschallwellen äußerst problematisch ist und wiederholbare Ergebnisse nicht erreichbar sind.Also the attempt to measure the image of an object over the Scattering of ultrasonic waves using an auxiliary device in the form of a lens and a mirror did not bring the desired Success, since with this proposal no reproducible results could be obtained. Practical experiments have proven that that a vote between bearing surface, transmitter, signal and lens with matrix when using ultrasonic waves is extremely problematic and repeatable results are not achievable.

Aus diesem Grund hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, die Messung der Streuung ohne das Hilfsmittel von Linse und Spiegel zu bewältigen. Würde man nämlich die Hilfsmittel in Form von Linse und Spiegel einfach fortlassen, so können keine verwertbaren Ergebnisse erreicht werden.Out For this reason, the invention has the task of measuring the scattering without the aid of lens and mirror to cope. Would you namely simply omit the tools in the form of lens and mirror, so can no usable results are achieved.

Die gestellt Aufgabe wird erfndungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 und der weiteren Ansprüche enthaltenen Merkmale geklärt. An Hand von Überlegungen und Versuchen hat sich herausgestellt, dass die Wandler zur Messung nur Wellenformen senden dürfen, die der Form der Auflagefläche des Objektes entspricht, also bei ebener Auflagefläche sind ebene Wellen einzusetzen. Wird ein Objekt von einer perfekten ebenen Welle beschallt, so wird diese Welle in Abhängigkeit von dem Objekt in alle Richtungen gestreut. Die Sammlung von ebenen Wellen, die in alle möglichen Richtungen gehen, entspricht der Fouriertransformation des Objektes.The Task is erfndungsgemäß by in the characterizing Part of claim 1 and the other claims contained features clarified. Based of considerations and testing has been found to measure the transducers only allowed to send waveforms, the shape of the support surface corresponds to the object, so are flat support surface to use even waves. Becomes an object of a perfect plane Wave sonicates, so this wave will depend on the object in all directions scattered. The collection of plane waves in all possible Directions, corresponds to the Fourier transform of the object.

Ferner müssen die Ultraschallwellen so bemessen sein, dass sie gleich oder bis zu 10 mal kürzer sind als die minimale oder maximale Periodenlänge des Ortsfrequenzspektrums des Objektes. Diese Voraussetzungen in Verbindung mit einem beweglich angeordneten Sender und Empfänger, die das Objekte nach bestimmten oder allen Winkeln absuchen und durch die rückgestreuten und reflektierten Wellen Informationen über die Amplitude und die Phase der rückgestreuten Wellen erhalten und somit die notwendige Information über die Fouriertransformation des Objektes, lässt sich ein Abbild des Objektes herstellen. Anstelle eines beweglichen Senders, können auch mehrere kreisförmig angeordnete festmontierte Sender und/oder Empfänger verwendet werden. Zur Erkennung eines Objektes ist es nicht notwendig, das Objekt nach allen Winkeln abzutasten, da die meines Objekte nur ein begrenztes Ortsfrequenzspektrum besitzen. Deshalb wird vorgeschlagen, nur auf einem Kreis zu messen, womit die gesamte Fouriertransformation des Objektes erfasst werden kann.Further have to the ultrasonic waves should be sized to be equal or up 10 times shorter are the minimum or maximum period length of the spatial frequency spectrum of the object. These requirements in conjunction with a movably arranged Sender and receiver, who search the objects for certain or all angles and through the backscattered and reflected waves provide information about the amplitude and phase of the backscattered Waves received and thus the necessary information about the Fourier transformation of the object, an image of the object can be produced. Instead of a movable transmitter, also several circularly arranged fixed transmitter and / or receiver are used. to Detecting an object does not require the object to move to scan all angles, since those of my objects only a limited Have spatial frequency spectrum. Therefore it is proposed only on to measure a circle, with which the whole Fourier transform of the Object can be detected.

Auf die vorgeschriebene Weise erhält man bei jeder Stellung des Wandlers durch die unterschiedliche Streuung und Reflexion eine Information, wobei die Vielzahl der Informationen ein sehr exaktes Bild von der Oberflächenbeschaffenheit und der oberflächennahen Struktur gewährleistet, was sich auch als wiederholbar erwiesen hat.On gets the prescribed way one at each position of the converter by the different scattering and reflection information, the variety of information a very accurate picture of the surface texture and the near-surface Ensures structure which has proven to be repeatable.

Das Ortsfrequenzspektrum jedes Objektes beschreibt dieses mittels Frequenzen und erreichnet sich mittels der Fourier-Analyse. Die innere Struktur der Oberfläche des zu untersuchenden Objektes ist eine Phasen- und/oder Amplitudenstruktur. Die Phasenstruktur, die eine zeitliche Verschiebung der Welle verursacht, bewirkt eine unsymmetrische Rückstreuung.The Spatial frequency spectrum of each object describes this by means of frequencies and achieves itself by means of the Fourier analysis. The inner structure of the surface of the object to be examined is a phase and / or amplitude structure. The phase structure that causes a time shift of the wave causes an asymmetrical backscatter.

Der Sender der Ultraschallwellen und auch der Empfänger der gestreuten und reflektierten Wellen können getrennt voneinander angeordnet sein; es kann aber auch ein einziger Ultraschallwandler herangezogen werden, da wegen der Reziprozität vieler Umwandlungseffekte sich Ultraschallwandler als Sender und Empfänger verwenden lassen. Es werden solche Ultraschallwandler gewählt, die ebene, sphärische oder nur geringfügig davon abweichende Wellen aussenden. Als besonders vorteilhaft haben sich scheibenförmige Sender und Empfänger gezeigt. Letztgenannte Sender können Piezokeramik sein. Derartige Sender senden parallel zu der Oberfläche des Senders verlaufenden Wellenfronten aus, und der Empfänger ist auch nur auf solche Wellen empfindlich, deren Fronten parallel zu dessen Oberfläche verlaufen. Auf diese Weise erhält der Empfänger direkt eine Fouriertransformation, die auf der Fortbewegung der Wellen basiert. Aus der Fouriertransformation kann jeder Parameter wie Phase, Amplitude oder Intensität entnehmen werden. Je nach der Struktur des zu untersuchenden Objektes, beispielsweise einer Fingerkuppe, eines Stoffstückes usw., ist die Streuung und Intensität der rückgestreuten Wellen in die verschiedenen Richtungen unterschiedlich stark. Den einzelnen Intensitätswerten können Messeinheiten wie Zahlen, Farben oder andere Kennzeichnen zugeordnet werden. Durch eine solche. Zuordnung werden der Auswertung der rückgestreuten Wellen Bilder erhalten, die leicht vergleichbar sind. Besonders bei der Zuordnung einer Farbskala zu den verschiednen Intensitätswerten können Bilder erzeugt werden, die eindrucksvoll das untersuchte Objekt wiedergeben.The transmitter of the ultrasonic waves and also the receiver of the scattered and reflected waves may be arranged separately from each other; but it can also be used a single ultrasonic transducer, because of the reciprocity of many conversion effects, ultrasonic transducers can be used as a transmitter and receiver. There are selected such ultrasonic transducers, the ebe ne, emitting spherical or only slightly different waves. Disk-shaped transmitters and receivers have proven to be particularly advantageous. The latter transmitters can be piezoceramic. Such transmitters emit wavefronts parallel to the surface of the transmitter, and the receiver is sensitive only to those waves whose fronts are parallel to its surface. In this way, the receiver directly receives a Fourier transform based on the propagation of the waves. From the Fourier transformation, any parameter such as phase, amplitude or intensity can be taken. Depending on the structure of the object to be examined, for example a fingertip, a piece of fabric, etc., the scattering and intensity of the backscattered waves in the different directions is different. The individual intensity values can be assigned measurement units such as numbers, colors or other markings. By such. Assignment of the evaluation of the backscattered waves are obtained images that are easily comparable. Particularly when assigning a color gamut to the different intensity values, images can be generated which impressively reproduce the examined object.

Der Sender und Empfänger bzw. allgemein der Ultraschallwandler, der Wellen in Signale umwandelt und umgekehrt, kann beweglich angeordnet sein und das Objekt nach bestimmten oder allen Winkel absuchen. Auf diese Weise gibt es bei jeder Stellung des Wandlers durch die unterschiedliche Streuung und Reflexion eine Information, wobei die Vielzahl der Informationen ein sehr exaktes Bild von der Oberflächenbeschaffenheit und der oberflächennahen Struktur gewährleistet. Selbstverständlich können auch mehrere festmontierte Sender und Empfänger bzw. Ultraschallwandler vorgesehen sein, die mit ebenen Oberflächen ausgestattet sind. Es hat sich gezeigt, dass ein geeignetes Material der Sender, Empfänger oder Wandler Pierzokeramik ist.Of the Sender and receiver or in general the ultrasonic transducer, which converts waves into signals and vice versa, can be arranged to be movable and the object after search specific or all angles. This is how it works each position of the transducer by the different dispersion and Reflection information, the variety of information a very accurate picture of the surface texture and the near-surface structure guaranteed. Of course can also several permanently mounted transmitters and receivers or ultrasonic transducers be provided, which are equipped with flat surfaces. It has been shown to be a suitable material of the transmitter, receiver or Transducer Pierzokeramik is.

Der Sender oder Wandler kann entweder kontinuierlich Wellen an das Objekt senden oder nur Wellenimpulse aussenden. Im letzteren Fall ist der Sender von einem Impulsgeber gesteuert.Of the Transmitter or transducer can either continuously waves to the object send or only send wave pulses. In the latter case, the transmitter controlled by a pulse generator.

Gemäß der erfindungsgemäßen Verfahren kann die Struktur der Oberfläche und die oberflächennahe Struktur untersucht und die Eigenschaften in Form von Informationen abgespeichert werden. Diese Informationen können mit anderen gespreicherten Daten verglichen oder aber mit Hilfe der Methoden der Fourier-Analyse durdh Rekonstruktion bildhaft dargestellt werden. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Sender oder Wandler von einem Frequenzgeber über einen Schalter und gegebenenfalls einen Verstärker angeregt. Für den Fall, dass nur Wellenimpulse auf das Objekt gegeben werden sollen, ist der vorgenannte Schalter impulsgesteuert. Die vom Objekt reflektierten und gestreuten Wellen werden vom Empfänger oder Wandler aufgenommen, der die Information über die Intensität und/oder Phase der Rückstreuung und der Reflexion über einen Detektor, gegebenenfalls auch einen Verstärker sowie eine Zeitsteuerung, die gegebenenfalls mit dem Impulsgeber koordiniert ist, einem Computer zur Analyse und Aufzeichnung eingibt. According to the inventive method can the structure of the surface and the near-surface Structure examines and properties in the form of information be stored. This information can be shared with others Data compared or using the methods of Fourier analysis Through reconstruction, they are depicted pictorially. In the method according to the invention is the transmitter or converter from a frequency generator via a Switch and possibly an amplifier stimulated. In case that only wave impulses are to be given to the object, is the the aforementioned switches are pulse-controlled. The reflected from the object and scattered waves are picked up by the receiver or transducer, the information about the intensity and / or Phase of backscatter and reflection about a detector, possibly also an amplifier and a timer, which is optionally coordinated with the pulser, a computer for Input analysis and recording.

Das beschriebene Verfahren eignet sich insbesondere für die Untersuchung von Objekten, die Fingerkuppen, Dokumenten, Karten usw. Das Verfahren ermöglicht, dass erstmals nicht nur die reine Oberflächenbeschaffenheit, sonder auch die oberflächennahe Strukturen durch das Eindringen der Ultraschallwellen ermittelt werden können, was die Indentifikation des untersuchten Materials erheblich verbessert und auch vereinfacht. Bei einem Vergleich mit bereits aufgezeichneten Strukturen und Oberflächenbeschaffenheiten kann man mit wenigen Daten die zu untersuchende Struktur identifizieren und Fälschungen ausschließen. Das führt zum Beispiel bei Ermittlungen der Oberflächenbeschaffenheit und der oberflächennahen Strukturen von Fingerkuppen dazu, dass man die Menge der Daten, die man zum Vergleich braucht, erheblich reduzieren kann, möglicherweise bis auf 30 Bytes. Zusätzlich kann man die Zeit sparen, die für den Vergleich nach herkömmlicher Art benötigt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren ist außerdem verschiebungsunabhängig, sofern die Welle eben ist, was die Mühe der Positionierung des Objektes erspart. Lediglich die Drehung der Struktur muß gegebenenfalls kompensiert werden.The described method is particularly suitable for the investigation of objects, the fingertips, documents, maps, etc. The procedure allows that for the first time not only the pure surface texture, but also the near-surface Structures determined by the penetration of ultrasonic waves can be which considerably improves the identification of the examined material and also simplified. When compared with already recorded Structures and surface textures you can identify the structure to be examined with just a few data and fakes exclude. Leading for example, in surface texture and near-surface investigations Structures of fingertips that allow you to increase the amount of data which one needs for comparison, can reduce considerably, possibly up to 30 bytes. additionally you can save time for that the comparison after conventional Kind needed becomes. The inventive method is also shift independently, unless the wave is level, which bothers the positioning of the object spared. Only the rotation of the structure may need to be compensated become.

Durch die Bestimmung der Dichteunterschiede entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Fälschung der Struktur des zu untersuchenden Objektes sehr erschwert, wenn nicht unmöglich, da Dichteunterschiede der Strukturen erheblich schwieriger zu manipulieren sind als Oberflächenstrukturen.By the determination of the density differences according to the method of the invention is forgery the structure of the object to be examined very difficult if not impossible, there Density differences of structures much more difficult to manipulate are as surface structures.

In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele von Vorrichtungen zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens dargestellt. Dabei zeigen:In The drawings are exemplary embodiments of devices for implementation of the aforementioned method. Showing:

1 den schematischen Aufbau einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, 1 the schematic structure of an apparatus for carrying out the method according to the invention,

2 ein Schaltschema für die Vorrichtung gemäß 1, 2 a circuit diagram for the device according to 1 .

3 eine modifizierte Ausführung, 3 a modified version,

4 eine weitere Modifikation. 4 another modification.

1 zeigt eine schematische Darstellung der Vorrichtung zur Durchführung des vorgeschriebenen, zur Ermittelung von Oberflächenstrukturen samt der oberflächennahen Struktur dienenden Verfahrens. Die Vorrichtung besteht aus einem geschlossenen Kasten 1, der mit einem flüssigen Medium, beispielsweise Wasser, gefüllt ist. Die Unterseite des Kastens besitzt eine Auflagefläche 2, gegen die das zu untersuchende und zu bestimmende Objekt angedrückt ist. Die Auflagefläche 2 besteht beispielsweise aus Kunststoff. 1 shows a schematic representation of the apparatus for performing the prescribed, serving for the determination of surface structures, including the near-surface structure method. The device consists of a closed box 1 which is filled with a liquid medium, for example water. The underside of the box has a support surface 2 against which the object to be examined and determined is pressed. The bearing surface 2 For example, it is made of plastic.

Da sich das erfindungsgemäße Verfahren zur Ermittlung von Fingerabdrücken eignet, ist als Objekt in dem Ausführungsbeispiel eine Fingerkuppe 3 dargestellt. Selbstverständlich kann jedes andere Objekt ebenfalls zur Bestimmung herangezogen werden, wie z. B. kristalline Platten, alte Schriften, Textmaterialien usw. In dem Kasten 1 befindet sich der Sender 4 und der Empfänger 5, die scheibenförmig ausgebildet sind und aus dem gleichen Material, vorzugsweise aus Pioezokeramik bestehtn. Der Sender und der Empfänger sind an einen gemeinsamen Träger 6 nebeneinander angeordnet, der sich entlang einer Kurve in dem Kasten 1 bewegt. Dazu ist der Träger 6 entsprechend der Bewegungstrajektorie geführt und wird übr einen Motor angetrieben. Der Träger 6 ist der zu befahrenen Kurve angepasst. Die Schar der vom Sender 4 ausgesandten parallel verlaufenden Wellenfronten mit 10 bezeichnet. Der Träger bewegt sich auf der Trajektiorie 8 und erfasst somit die Fingerkuppe 3 von allen Seiten und ermittelt somit der Ortsfrequenzspektrum. Ein Fingerabdruck ist mit der Struktur eines Gitters (parallel verlaufende Linien) vergleichbar, da der Abdruck nur aus Linien besteht, die in verschiedene Richtungen geklumpt verlaufen und bei Gitterstrukturen praktisch nur eine Frequenz anfällt. Eine Fingerkuppe transformiert in ein Frequenzsprektur ergibt eine ziemlich einfache Struktur, die zumindest erheblich einfacher als der Fingerabdruck selbst ist.Since the method according to the invention is suitable for determining fingerprints, the object in the exemplary embodiment is a fingertip 3 shown. Of course, any other object can also be used for the determination, such. As crystalline plates, old fonts, text materials, etc. In the box 1 is the transmitter 4 and the receiver 5 , which are disc-shaped and made of the same material, preferably from Pioezokeramik. The transmitter and the receiver are connected to a common carrier 6 arranged side by side, extending along a curve in the box 1 emotional. This is the carrier 6 guided according to the movement trajectory and is driven by a motor. The carrier 6 is adapted to the curve to be traveled. The crowd of the transmitter 4 emitted parallel wavefronts with 10 designated. The carrier moves on the trajectory 8th and thus captures the fingertip 3 from all sides and thus determines the spatial frequency spectrum. A fingerprint is comparable to the structure of a grid (parallel lines), since the imprint consists only of lines that are lumped in different directions, and in lattice structures practically only one frequency. A fingertip transformed into a frequency correction gives a fairly simple structure, which is at least considerably simpler than the fingerprint itself.

In 2 ist ein mögliches Schaltschema gezeigt, das die Ultraschallwellen einerseits erzeugt und rückgestreuten Wellen auswertet sowie eine zeitliche Koordination vornimmt. Ein Ultraschallgeneratur 12 speist über einen Schalter 13 und einen Verstärker 14 den Sender 4. Das Steuergerät 15 koordiniert die richtige zeitliche Aufeinanderfolge der Signale. Die von dem Empfänger aufgenommenen Signale werden über einen Verstärker 16, einen Detektor 17 und dem die Auswertung vornehmenden Gerät 18 zugeführt, das mit dem Steuergerät 15 gekoppelt ist. Das Gerät 18 gibt die Digitalinformation der ermittelten Signale an einen Computer weiter.In 2 a possible circuit diagram is shown, which generates the ultrasonic waves on the one hand and evaluates backscattered waves and performs a temporal coordination. An ultrasound generator 12 feeds via a switch 13 and an amplifier 14 the transmitter 4 , The control unit 15 coordinates the correct chronological sequence of signals. The signals received by the receiver are transmitted through an amplifier 16 , a detector 17 and the evaluating device 18 supplied with the control unit 15 is coupled. The device 18 passes the digital information of the detected signals to a computer.

In 3 ist eine modifizierte Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt. Dabei weist der geschlossene Kasten 20 an seiner Ober seite 21 auf die Auflagefläche 22 auf. Der Kosten 20 besitzt einen kreisrunden Querschnitt, und die Sender 23 und die Empfänger 24 sind kreisförmig an schräg zu Mitte hin verlaufenden Bodenteilen 25 angeordnet. Der Kosten 20 kann wahlweise mit einem festen oder flüssigen Medium gefüllt sein. Die Füllung des Kastens mit Flüssigkeit oder einem festen Stoff ist zur Dämpfung der Schallwellen unerläßlich.In 3 a modified device for carrying out the method according to the invention is shown. In this case, the closed box 20 on its upper side 21 on the support surface 22 on. The cost 20 has a circular cross section, and the transmitter 23 and the recipients 24 are circular at diagonally to the middle extending bottom parts 25 arranged. The cost 20 can optionally be filled with a solid or liquid medium. The filling of the box with liquid or a solid substance is essential for damping the sound waves.

Der Sender 23 und der Empfänger 24 sind über das gleiche Schaltschema, wie es in 2 gezeigt ist, miteinander verbunden. Die einzelnen Sender und Empfänger sind nacheinander geschaltet und zeitlich koordiniert. Die Ausführung gemäß 4 unterscheidet sich von der Ausführung gemäß 3 nur dadurch, dass der Sender 28 in der Bodenmitte angeordnet ist und die Empfänger 29 in zwei Kreisen an den geneigten Bodenteilen angeordnet sind.The transmitter 23 and the receiver 24 are about the same schematic as it is in 2 shown is interconnected. The individual transmitters and receivers are switched one after the other and coordinated in time. The execution according to 4 differs from the design according to 3 only by the fact that the transmitter 28 is located in the middle of the ground and the receiver 29 are arranged in two circles on the inclined bottom parts.

Mit den vorbeschriebenen Vorrichtungen lassen sich die Oberfläche und die oberflächennahen Strukturen einwandfrei ermitteln. Die jeweilige Wahl der Vorrichtung richtet sich nach dem Objekt und dem Grad der erforderlichen Genauigkeit.With The above-described devices can be the surface and the near-surface structures determine correctly. The particular choice of device directed depending on the object and the degree of accuracy required.

Claims (4)

Verfahren zur Erfassung von oberflächennahen Strukturen von Objekten mit Hilfe von Ultraschall, wobei die gesamte Fläche des auf einer ebenen Auflageplatte aufliegenden Objektes, z. B. einer Fingerkuppe von Ultraschall-Wellen beschallt wird und die vom Objekt kommenden Wellen vom Empfänger aufgenommen werden, wobei der gesamte Schallwellenverlauf bis zur Auflagefläche durch Flüssigkeit oder einen Festkörper erfolgt dadurch gekennzeichnet, daß nur ebene Wellen gesendet und empfangen werden und zwar kontinuierlich oder als Impuls, die Ultraschall-Wellen so bemessen sind, dass sie etwa gleich oder bis zu 10 mal kürzer sind als die minimale oder maximale Periodenlänge des Ortsfrequenzspektrums des Objektes, eine direkte Messung der zurückgestreuten und reflektierten Wellen ohne Zwischenschaltung von Hilfsmitteln erfolgt, und wobei Sender (4) und Empfänger (5) nebeneinander auf einem gemeinsamen Träger (6) in einem Bogen um die Auflageplatte bewegbar angeordnet sind.A method for detecting near-surface structures of objects by means of ultrasound, wherein the entire surface of the resting on a flat support plate object, for. B. a fingertip is sonicated by ultrasonic waves and the waves coming from the object are received by the receiver, the entire sound wave to the bearing surface by liquid or a solid is characterized in that only plane waves are sent and received and that continuously or as Pulse, the ultrasonic waves are dimensioned to be about equal to or up to 10 times shorter than the minimum or maximum period length of the spatial frequency spectrum of the object, a direct measurement of the backscattered and reflected waves without the intervention of auxiliary means, and transmitters ( 4 ) and receiver ( 5 ) side by side on a common support ( 6 ) are arranged movably in an arc around the platen. Verfahren zur Erfassung von oberflächennahen Strukturen von Objekten mit Hilfe von Ultraschall, wobei die gesamte Fläche des auf einer ebenen Auflageplatte aufliegenden Objektes, z. B. einer Fingerkuppe von Ultraschall-Wellen vom Empfänger aufgenommen werden, wobei der gesamte Schallwellenverlauf bis zur Auflagefläche durch Flüssigkeit oder einen Festkörper erfolgt dadurch gekennzeichnet, daß nur ebene Wellen gesendet und empfangen werden und zwar kontinuierlich oder als Impuls, die Ultraschall-Wellen so bemessen sind, dass sie etwa gleich oder bis zu 10 mal kürzer sind als die minimale oder maximale Periodenlänge des Ortsfrequenzspektrums des Objektes, eine direkte Messung der zurückgestreuten und reflektierten Wellen ohne Zwischenschaltung von Hilfsmitteln erfolgt, und wobei Sender (23, 28) und Empfänger (24, 29) in konzentrischen Kreisen gegenüber einer Auflageplatte (22) angeordnet sind.A method for detecting near-surface structures of objects by means of ultrasound, wherein the entire surface of the resting on a flat support plate object, for. B. a fingertip of ultrasonic waves are received by the receiver, the entire sound wave path to the bearing surface by liquid or a solid is characterized characterized that only plane waves are transmitted and received continuously or as a pulse, the ultrasonic waves are dimensioned to be approximately equal to or up to 10 times shorter than the minimum or maximum period length of the spatial frequency spectrum of the object, a direct measurement of the backscattered and reflected waves without the intervention of auxiliary means, and where transmitters ( 23 . 28 ) and receiver ( 24 . 29 ) in concentric circles opposite a support plate ( 22 ) are arranged. Verfahren nach Ansprüchen 1 oder 2 gekennzeichnet durch, einen Frequenzgeber (12) oder einen Impulsgeber und einen Verstärker (14), den Sender (4), der ebene Wellen mit Frequenzen des Ortsfrequenzspektrums des Objektes senden, dessen Ultraschall-Wellen das Objekt beschallen und wobei die vom Objekt reflektierten und gestreuten Wellen von einem nur ebene Wellen aufnehmenden Empfänger empfangen werden, der die Informationen über die Intensität und/oder Phase der Rückstreuung und der Reflexion und somit über die Fouriertransformataon des Objektes über einen Gleichrichter, gegebenenfalls auch einen Verstärker (16) sowie eine Zeitsteuerung (15), die mit dem Impulsgeber koordiniert ist, einem Computer zur Analyse und Aufzeichnung eingibt.Method according to Claims 1 or 2, characterized by a frequency generator ( 12 ) or a pulse generator and an amplifier ( 14 ), the transmitter ( 4 ), which transmit plane waves with frequencies of the spatial frequency spectrum of the object, the ultrasonic waves of which the object is sounded and the waves reflected and scattered by the object are received by a plane wave receiving receiver receiving the intensity and / or phase information Backscatter and the reflection and thus the Fourier transformata of the object via a rectifier, possibly also an amplifier ( 16 ) as well as a time control ( 15 ), which is coordinated with the pulser, inputs to a computer for analysis and recording. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem oder mehreren oder vorhergehenden Ansprüche gekennzeichnet durch, einen mit Flüssigkeit oder einem festen Medium gefüllten Kasten (20) sowie einer in der Kastenwandung eingelassenen Auflageplatte (22) für das Objekt, wobei gegenüber der Auflageplatte (22) Sender vorgesehen sind, die ebene Ultraschall-Wellen mit objektspezifischen Wellenlängen aussenden und Empfänger, die ebenfalls ebene Wellen empfangen, wobei die Sender (23) und Empfänger (24) in konzentrischen Kreisen gegenüber der Auflageplatte (22) angeordnet sind oder ein Sender oder Empfänger über eine motorangetriebene Führung entlang einer vorgegebenen Kurve gegenüber der Auflagefläche (2) des Objektes schwenkbar angeordnet ist.Device for carrying out the method according to one or more or the preceding claims, characterized by a box filled with liquid or a solid medium ( 20 ) and a recessed in the box wall support plate ( 22 ) for the object, with respect to the support plate ( 22 ) Transmitters which transmit plane ultrasonic waves with object-specific wavelengths and receivers which also receive plane waves, the transmitters ( 23 ) and receiver ( 24 ) in concentric circles opposite the platen ( 22 ) or a transmitter or receiver via a motor-driven guide along a predetermined curve with respect to the support surface ( 2 ) of the object is pivotally mounted.
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4222387C2 (en) * 1992-07-08 1994-06-30 Stockburger H Method and device for identifying the respective spatial structure of a test object
DE4310390C2 (en) * 1993-03-30 1995-03-16 Topping Best Ltd Ultrasound imaging device for detecting and / or identifying surface structures and structures close to the surface
DE4337918C1 (en) * 1993-04-30 1994-07-28 Jenoptik Jena Gmbh Device for identifying fingerprints using ultrasound
JPH07508677A (en) * 1993-04-30 1995-09-28 イェノプティック　ゲーエムベーハー Fingerprint identification device using ultrasound
DE10104631B4 (en) * 2001-01-31 2004-05-06 Frank Bechtold Method and device for identifying the surface and latent structures of a test object close to the surface
DE102004043876A1 (en) * 2004-09-10 2006-03-30 Frank Bechtold Method and system for determining the authenticity of the individual characteristics of test objects

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3165922A (en) * 1962-04-16 1965-01-19 Daniel C Worlton Method of applying lamb waves in ultrasonic testing
DE2619231A1 (en) * 1975-05-01 1976-11-11 Commw Of Australia METHOD AND DEVICE FOR ULTRASOUND TESTING
DE2652770A1 (en) * 1976-11-18 1978-05-24 Bundesrep Deutschland Formation and reconstruction of linear holograms - using surface holograms in non-destructive material testing based on pulse-echo method
US4240295A (en) * 1977-11-10 1980-12-23 Tokyo Shibaura Denki Kabushiki Kaisha Ultrasonic diagnosing apparatus
US4631965A (en) * 1983-04-29 1986-12-30 Commissariat A L'energie Atomique Acoustic holography process and apparatus using a space-limited ultrasonic beam
WO1987005790A1 (en) * 1986-03-27 1987-10-08 Pritzl, Werner Process for recognizing a fingerprint

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3165922A (en) * 1962-04-16 1965-01-19 Daniel C Worlton Method of applying lamb waves in ultrasonic testing
DE2619231A1 (en) * 1975-05-01 1976-11-11 Commw Of Australia METHOD AND DEVICE FOR ULTRASOUND TESTING
DE2652770A1 (en) * 1976-11-18 1978-05-24 Bundesrep Deutschland Formation and reconstruction of linear holograms - using surface holograms in non-destructive material testing based on pulse-echo method
US4240295A (en) * 1977-11-10 1980-12-23 Tokyo Shibaura Denki Kabushiki Kaisha Ultrasonic diagnosing apparatus
US4631965A (en) * 1983-04-29 1986-12-30 Commissariat A L'energie Atomique Acoustic holography process and apparatus using a space-limited ultrasonic beam
WO1987005790A1 (en) * 1986-03-27 1987-10-08 Pritzl, Werner Process for recognizing a fingerprint
EP0262186B1 (en) * 1986-03-27 1995-07-19 Sonident Anstalt Liechtensteinischen Rechts Process for recognizing a fingerprint

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