Устройство для регистрации папиллярного узора
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.
Полезная модель относится к области оптического формирования изображений папиллярных узоров, в частности, устройствам для получения дактилокарт, используемых правоохранительными органами.
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.
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.
Призма устройства RU 2185096 имеет четыре рабочих грани, а призма устройства RU 2218866 - три рабочих грани.
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.
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.
Расположение источника света и проектирующей системы с одной стороны от призмы приводит к сокращению габаритов указанных устройств и характеризует компактность схем компоновки.
Устройство RU 2218866 выбрано в качестве ближайшего аналога.
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.
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.
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.
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.
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.
Указанный диапазон значений предопределяет расчет значений геометрических углов призмы.
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
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.
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.
Таким образом, в заявляемом устройстве угол между первой воспринимающей и третьей отражающей гранями составляет 76-90 градусов.
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.
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.
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.
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.
Для более полного отражения светового пучка от третьей грани, последняя выполнена с зеркальным покрытием.
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.
Заявляемая полезная модель поясняется чертежом (см. фиг.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
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.
Ось светового пучка на чертеже обозначена штрихпунктирной линией со стрелками.
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.
Для описания работы заявляемого устройства выберем следующие значения геометрических углов: угол 
составляет 78 градусов, угол 
составляет 90 градусов.
Устройство работает следующим образом.
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.
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.
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.
Устройство для регистрации папиллярного узора, содержащее 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°, угол между первой и третьей гранями 76-90°, для входного излучения вторая грань призмы является преломляющей.
