Brevet FR2890208A1 — publié le 20070302

ENSEMBLE D'IDENTIFICATION D'EMPREINTES DIGITALES UTILISANT LA REFLEXION TOTALE POUR IDENTIFIER UN MOTIF DE L'EMPREINTE DIGITALE La présente invention porte sur un ensemble d'identification d'empreintes digitales, et, plus particulièrement, sur un ensemble d'identification d'empreintes digitales ayant une première lentille de réflexion et une seconde lentille de réflexion, de telle sorte qu'une réflexion totale du motif de l'empreinte digitale sur le dessus d'une lentille objectif de l'ensemble est accomplie et détectée par un détecteur de l'ensemble. L'identification d'empreintes digitales est probablement l'une des méthodes les plus anciennes et des mieux établies pour identifier une personne. Elle appartient au domaine de la biométrie, c'est-à-dire l'identification des personnes en mesurant ou en détectant des parties du corps humain, ce qui est important pour de nombreuses applications. Beaucoup de techniques automatisées sont actuellement utilisées ou en développement, y compris la lecture des lignes de la main, la lecture des pores du doigt, l'identification de la géométrie de la main, et la reconnaissance de l'iris, de la rétine ou du visage. Parmi celles-ci, l'identification des empreintes digitales est relativement simple, et elle promet maintenant d'être plus largement acceptée, puisqu'elle est commode et qu'elle est une alternative sûre aux mots de passe tapés, aux clés ou à la signature pour accéder à des zones ou à des informations restreintes. Fondamentalement, la tâche d'identification comporte la détermination de l'identité d'une personne inconnue sur la base d'un fragment de motif d'empreinte digitale, ou la vérification de l'identité d'une personne connue jusqu'à un niveau de certitude sur la base du motif de l'empreinte digitale spécifique. L'identification exacte des caractéristiques de l'empreinte digitale est souhaitée pour un besoin universel, c'est-à-dire, différentes machines peuvent reconnaître les caractéristiques. D'un autre côté, dans beaucoup de situations, les identifications ne sont pas nécessairement universelles, mais nécessitent uniquement une résolution claire. Les extrémités des doigts humains ont des motifs distinctifs de crêtes courbes, avec une période d'environ 0,5 à environ 1,0 mm et une profondeur d'environ 0,1 mm. Le tissu des doigts diffuse la lumière rouge avec une réflectivité de diffusion d'environ 50%, et l'indice de réfraction d'un doigt est d'environ 1,51. Il peut être souhaitable d'avoir un champ de vue aussi large que possible avec une distorsion minimale pour fournir plus de caractéristiques pour l'identification et plus de marge d'erreur dans le placement du doigt pour le besoin d'identification universelle. D'un autre côté, avec une plateforme tactile sur laquelle une empreinte digitale sera identifiée, la taille effective de l'empreinte digitale pourrait être d'environ 10 mm, mais la taille du système doit être relativement petite, moins de 10 mm pour les applications de téléphone portable par exemple. Beaucoup de types de dispositifs de réorganisation d'empreintes digitales ont été développés. Ils sont nombreux à d'abord enregistrer les motifs des crêtes, et un logiciel extrait les coordonnées et les classes de caractéristiques comme les extrémités des crêtes et les bifurcations (appelées minutiae ). Avec un logiciel, la distorsion peut être corrigée, mais le flou d'image est difficile à ôter. Il y a également une ligne de pores minuscules sur les crêtes qui est plus difficile à résoudre, mais peut être utilisée pour fournir plus d'informations pour l'identification. La demande de brevet américaine N 2002/003892 de M Iwanaga propose un nouveau procédé pour l'imagerie d'empreintes digitales dans l'air pour un téléphone cellulaire. Cependant, pour un doigt dans l'air, les crêtes peuvent être vues par la réflexion spéculaire de lumière provenant d'une source localisée, mais le contraste d'image est limité par la diffusion sous- jacente, et par la courbure en extrémité du doigt, de telle sorte qu'elle n'est pas parfaitement plate sur la surface d'imagerie. La forme arrondie du doigt peut amener une distorsion inacceptable de l'image. Au contraire, lorsqu'on utilise les procédés de contact, l'utilisateur aplatit le bout du doigt contre une surface (plateforme tactile) ; ensuite les crêtes et les vallées peuvent être distinguées par les différences de hauteur entre les crêtes et les vallées. L'identification utilisant le procédé par contact a été largement utilisée. Il y a des détecteurs électroniques qui mesurent la variation de capacité, et des détecteurs optiques qui voient le doigt pressé contre une platine ou fenêtre transparente. Les détecteurs de contact optique enregistrent les changements de réflectance spéculaire, mis en image sur un détecteur tel qu'un réseau de détecteurs CCD ou CMOS. La taille du pixel du détecteur de contact optique peut descendre jusqu'à -5pm et le détecteur peut être relativement petit avec une quantité désirée de pixels pour une capacité de résolution suffisante. La plupart des dispositifs d'identification d'empreintes digitales sont des dispositifs à fond clair, ce qui signifie qu'ils produisent un motif de crêtes d'empreintes digitales sombre sur un fond clair. Pour produire une image d'empreinte digitale avec un contraste acceptable, des composants optiques additionnels sont nécessaires pour générer un fond uniformément clair. A cause des composants optiques supplémentaires, il est difficile de fabriquer un dispositif à fond clair compact. Dans le brevet américain N 5 900 993, délivré le 4 Mai 1999 et intitulé Lens System for Use in Fingerprint Detection , Betensky décrit un système de lentilles dans lequel une première et une seconde lentille en combinaison avec une troisième lentille cylindrique sont utilisées pour 2890208 4 réduire la distorsion optique. Cependant, une approche utilisant des lentilles cylindriques nécessite des composants supplémentaires et complique de manière inhérente l'alignement du système de lentilles parce qu'un manque de symétrie provoque l'échec du processus d'alignement en manipulant un degré de liberté supplémentaire dans le placement des lentilles. En voyant les besoins d'un dispositif compact d'identification d'empreintes digitales en petits volumes, telles que celles pour un clavier, Clark et al. décrivent en outre un agencement compact avec un système de lentilles focales et une illumination ou éclairement à fond sombre dans le brevet américain N 6 643 390, délivré en Novembre 2003. Les applications émergentes pour consommateurs nécessitent un dispositif compact perfectionné d'identification d'empreintes digitales, ayant une qualité d'image appropriée avec une distorsion minimale qui peut être adapté pour l'utilisation dans un petit compartiment, tel qu'un téléphone cellulaire ou un dispositif électronique ultraplat ou des effets personnels, et qui contient un nombre minimal de composants afin de faciliter la production. Pour surmonter ces inconvénients, la présente invention vise à proposer un ensemble compact perfectionné d'identification d'empreintes digitales pour résoudre les problèmes mentionnés ci-dessus. Le principal objectif de la présente invention est de proposer un système d'identification d'empreintes digitales utilisant la réflexion totale pour identifier le motif de l'empreinte digitale. Dans un aspect de la présente invention, l'ensemble d'identification d'empreinte digitale a un corps comportant une source de lumière pour émettre de la lumière uniformément distribuée, une lentille objectif faite d'un matériau transparent tel que le verre ou une résine acrylique et une première lentille concave pour recevoir la lumière réfléchie à partir de la lentille objectif et transmettant la lumière réfléchie vers l'extérieur et un dispositif de détection connecté de manière sûre au corps et ayant une seconde lentille concave correspondant à la première lentille concave et un détecteur pour détecter et recevoir de la lumière à partir de la seconde lentille concave telle que celle due à des différences de hauteur entre les crêtes et les vallées d'une empreinte digitale, des zones de lumière distinctives sont formées et les distinctions sont transmises à la première lentille concave, la seconde lentille concave et le détecteur pour la reconnaissance de l'identification. La présente invention porte sur un ensemble d'identification d'empreintes digitales, caractérisé par le 15 fait qu'il comprend: - un corps ayant une lentille objectif montée sur une partie supérieure du corps pour recevoir sur celle-ci une extrémité de doigt et une première lentille réflectrice montée sur une partie inférieure du corps pour recevoir la lumière réfléchie par la lentille objectif; une source de lumière émettant de la lumière vers la première lentille réflectrice; et un dispositif de détection formé d'un seul tenant avec le corps et ayant un détecteur pour recevoir la lumière réfléchie par la première lentille réflectrice afin de comparer la lumière réfléchie reçue avec des informations stockées à l'intérieur du détecteur. La présente invention porte également sur un ensemble d'identification d'empreintes digitales, caractérisé par le fait qu'il comprend: un corps ayant une lentille objectif montée sur une partie supérieure du corps pour recevoir sur celle-ci une extrémité de doigt, une première lentille réflectrice montée sur une partie 10 15 inférieure du corps pour recevoir la lumière réfléchie par la lentille objectif; une source de lumière émettant de la lumière vers la première lentille réflectrice; et un dispositif de détection formé d'un seul tenant avec le corps et ayant une seconde lentille réflectrice pour recevoir la lumière réfléchie par la première lentille réflectrice et un détecteur pour recevoir la lumière réfléchie par la seconde lentille réflectrice afin de comparer la lumière réfléchie reçue avec des informations stockées à l'intérieur du détecteur. La lentille objectif est notamment faite d'un matériau transparent. Le matériau pour fabriquer la lentille objectif est choisi en particulier parmi le verre et les résines acryliques. L'ensemble selon la présente invention peut comprendre en outre un diaphragme monté à une jonction entre le corps et le dispositif de détection, une face arrière du diaphragme étant revêtue par une peinture noire. Conformément à un mode de réalisation particulier, la première lentille réflectrice et, si elle est présente, la seconde lentille réflectrice sont des 25 lentilles concaves. Conformément à un mode de réalisation particulier, la position de la source de lumière est décalée par rapport à l'emplacement de la lentille objectif, la position de la lentille objectif est décalée par rapport à l'emplacement de la première lentille réflectrice et, si une seconde lentille réflectrice est présente, la position de la première lentille réflectrice est décalée par rapport à l'emplacement de la seconde lentille réflectrice. La lentille objectif peut être parallèle à la surface du sol ou encore être inclinée par rapport à la surface du sol. Conformément à un mode de réalisation particulier, la lentille objectif a une largeur configurée de telle sorte que l'empreinte digitale est stockée dans le détecteur uniquement lorsque le doigt est bougé d'avant en arrière. D'autres objectifs, avantages et nouvelles caractéristiques de l'invention ressortiront davantage à la lecture de la description détaillée suivante, prise conjointement avec les dessins annexés. Sur ces dessins. la Figure 1 est une vue schématique montrant un mode de réalisation préféré de la présente invention; la Figure 2A est une vue schématique d'un mode de 20 réalisation différent de la présente invention; la Figure 2B est une vue schématique d'encore un autre mode de réalisation différent du mode de réalisation représenté sur la Figure 2A; la Figure 2C est une vue schématique montrant une variante de la lentille objectif de la présente invention; - les Figures 3A, 3B et 3C sont des diagrammes schématique de la tête de lentille dans plusieurs modes de réalisation préférés; la Figure 4A est un mode de réalisation préféré avec un 35 nombre pair de surfaces réfléchissantes et la Figure 4B est un mode de réalisation préféré avec un nombre impair de surfaces réfléchissantes; la Figure 4C est diagramme dans lequel les Figures 4A 5 et 4B sont représentées; la Figure 5A st un diagramme d'interception de rayon; les Figures 5B et 5C sont des diagrammes de modulation 10 de fonction de transfert (MTF); la Figure 5D est un diagramme de distorsion pour un mode de réalisation préféré dans lequel la prescription de la lentille est présentée dans le Tableau 1; la Figure 6A est un diagramme d'interception de rayon; la Figure 6B est un diagramme de distorsion pour un mode de réalisation préféré dans lequel la prescription 20 de lentille est présentée dans le Tableau 2; la Figure 7A est un diagramme d'interception de rayon; la Figure 7B est un diagramme de distorsion pour un 25 mode de réalisation préféré dans lequel la prescription de lentille est représentée dans le Tableau 3; et la Figure 8 est un dispositif d'imagerie d'empreinte digitale avec une source de lumière. En utilisant le procédé par contact connu dans l'état antérieur de la technique, le doigt peut être vu ou illuminé de manière oblique, pour augmenter le contraste par réflexion interne totale (TIR). L'illumination à fond clair ou à fond sombre peut être choisie. Avec une illumination à fond clair, la lumière est dirigée dans l'ouverture du diaphragme. S'il n'y a pas contact, la lumière se réfléchit totalement à partir de la surface de la platine. Lorsqu'un doigt est en contact, la TIR ne se produit pas, et la plupart de la lumière est diffusée hors du chemin de visualisation, de telle sorte que les crêtes apparaissent sombres. En illumination à fond sombre, le détecteur reçoit la lumière diffusée à partir des régions de contact du doigt au-delà de l'angle critique. Lorsqu'il n'y a pas de contact, le doigt n'est pas visible du détecteur. Les crêtes du doigt apparaissent claires. Les deux schémas d'illumination peuvent être adoptés dans la présente invention. Essentiellement, le motif d'empreinte digitale sur la plateforme tactile est virtuellement comme un objet de radiance et la lentille réduit la taille de cette image source , afin de s'adapter à la spécification du détecteur d'image avec la performance d'imagerie appropriée. Pour réduire la taille du volume et acquérir assez de résolution, de multiples surfaces réflectrices sont employées dans la lentille. Si l'on se réfère à la Figure 1, dans un mode de réalisation préféré, l'empreinte digitale illuminée par une source de lumière (non représentée) et réilluminée au détecteur par les multiples surfaces réflectrices successivement à partir de la première surface, de la seconde surface et ensuite sur le détecteur d'image. Toutes les surfaces réflectrices ont un revêtement pour éviter la perte. Des surfaces supplémentaires peuvent être ajoutées entre la seconde surface et le plan de l'image tel que représenté sur la Figure 2 dans laquelle on peut voir deux types de configurations. La Figure 2A est une configuration symétrique dans laquelle les surfaces réflectrices sont d'un nombre pair, tandis que la Figure 2B est une configuration asymétrique dans laquelle le nombre des surfaces réflectrices est impair. Un plus grand nombre de surfaces réflectrices fournit plus de degrés de liberté pour améliorer la performance de l'imagerie pour la lentille. Dans des modes de réalisation, la source de lumière est adoptée avec 720 nm pour une DEL rouge spécifique, la taille de l'objet est 10 mm. Le détecteur d'imagerie fonctionne pour un f/#=-3,5; la taille de l'image typique est un quart de la taille de l'objet ou plus petit. L'épaisseur de la lentille est généralement moins de 10 mm. Le matériau de la lentille est une matière acrylique (Acryl). Pour une surface asphérique, l'équation de fléchissement est décrite par: z z= cy +ADy4+AEy6+AFy8+ AGy10 1+V1-(1+K)c2y2 où c est la courbure de la surface (c=1/r, r est le rayon de courbure), y est la distance radiale à l'axe, et k est la constante conique, AD, AE, AF et AG sont les coefficients de déformation de quatrième, sixième, huitième et dixième ordres. Pour illustrer le mode de réalisation de 20 configuration symétrique, une prescription de lentille représentée dans le Tableau 1 est comprise. Tableau 1 Surface Rayon de Epaisseur Commentaires courbure (mm) (mm) Obj 0 7, 6 1 3, 597811 -7,6 Réflectrice 2 9,618052 10 Réflectrice Img 0 Le diagramme d'interception de rayon est représenté sur la Figure 5A et la MTF à travers la taille entière de l'objet à trois fréquences spatiales différentes (2 lp/mm, 6 lp/mm et 10 lp/mm) est représentée sur les Figure 5B et 5C. L'effet de distorsion est représenté dans la Figure 5(c) sur la base de l'illumination de l'objet. Un agencement différent avec une taille de lentille plus courte est décrit et la prescription de la lentille est représentée dans le Tableau 2. Tableau 2 Surface Rayon de Epaisseur Commentaires courbure (mm) (mm) Obj 0 5.0 1 12, 285095 -5,0 Réflectrice 2 5,194983 3,704574 Réflectrice Img 0 Le diagramme d'interception de rayon est représenté sur la Figure 6A et l'effet de distorsion est représenté sur la Figure 6B sur la base d'une illumination d'un objet. On peut obtenir un perfectionnement supplémentaire en incluant une surface asphérique. Une prescription de lentille représentée dans le Tableau 3 est incluse. Table 3 Surface Rayon de Epaisseur Commentaires courbure (mm) (mm) Obj 0 6,59 1 6, 10643 -6,59 Réflectrice 2 7,664650 6,6 Réflectrice Coefficients asphériques: AD=-8,9864X10-3 AE=2, 5227X10-2 AF=-1,6825X10-2 Img 0 Le diagramme d'interception de rayon est représenté sur la Figure 7A et l'effet de la distorsion est représenté sur la Figure 7B sur la base d'une illumination d'un objet. Avec la lentille représentée ci-dessus, un objet d'empreinte digitale peut être sur la plateforme tactile et la lumière provenant de la source, par exemple une DEL, va illuminer sur l'empreinte digitale. A cause de la réflexion, une partie dispersée va être réfléchie par la surface réflectrice et recueillie par le détecteur d'image. Si l'on se réfère encore à la Figure 1, on peut noter que l'ensemble d'identification d'empreinte digitale selon la présente invention comprends un corps 6 comportant une source de lumière 4 pour émettre de la lumière uniformément distribuée, une lentille objectif 11 montée sur un dessus du corps 6 et faite de matériau transparent tel que du verre ou une résine acrylique et une première lentille concave 12 montée sur une face inférieure du corps 6 pour recevoir de la lumière réfléchie provenant de la lentille objectif 11 et transmettant la lumière réfléchie vers l'extérieur et un dispositif de détection 8 connecté de manière sûre au corps 6 et ayant une seconde lentille concave 14 correspondant à la première lentille concave 12 et un détecteur 10 pour détecter et recevoir la lumière provenant de la seconde lentille concave 14, de telle sorte qu'en raison des différences entre les crêtes et les vallées d'une empreinte digitale, des zones de lumière distinctives sont formées et les distinctions de l'empreinte digitale spécifique sont transmises à la première lentille concave 12, à la seconde lentille concave 14 et au détecteur 10 pour la reconnaissance d'identification. A partir de cette application, on peut noter que la lentille objectif 11 est parallèle à une surface du sol. Cependant, à partir de la représentation de la Figure 2A, on peut noter que, bien que la lentille objectif 11 soit inclinée par rapport à la surface du sol, le but de la présente invention peut encore être atteint. On peut noter que des lentilles supplémentaires peuvent être ajoutées à la structure de la présente invention afin d'augmenter la clarté de l'empreinte digitale. Autrement dit, le nombre de lentilles utilisé peut être impair ou pair. A partir de la description ci-dessus, on peut noter que, lorsque la source de lumière 4 est activée, la lumière provenant de la source de lumière 4 se déplace dans une aire effective de réflexion 13 créée par la première lentille concave 12 et arrive à la lentille objectif 11. En raison du fait qu'un doigt est placé sur un dessus de la lentille objectif 11, différentes zones de lumière, par exemple des aires claires et des aires sombres, sont formées à cause des crêtes et des vallées de l'empreinte digitale. En conséquence des crêtes et des vallées, une lumière de réflexion distinctive est transmise à la première lentille concave 12 avec un revêtement noir sur un dessous de la première lentille concave 12 pour empêcher une perte de lumière. Un diaphragme 16 est formé entre un joint entre le corps 6 et le dispositif de détection 8 pour commander la focalisation de la lumière réfléchie provenant de la première lentille concave 12. Dans le but de renforcer l'effet de focalisation de lumière, une face arrière du diaphragme 16 est revêtue de noir. Ensuite, la lumière est réfléchie par la seconde lentille concave 14 vers le détecteur 10. En raison du fait que le trajet de lumière de réflexion est agencé sur la base de la TIR, la lumière distinctive de l'empreinte digitale est totalement réfléchie à la fois par la première lentille concave 12 et la seconde lentille 14, et reçue par le détecteur 10, le détecteur 10 est capable de comparer le motif de lumière reçue avec ce qui est stocké à l'intérieur de la banque de mémoire afin de distinguer l'identité de celui auquel appartient l'empreinte digitale. L'emplacement de la source de lumière 4 est décalé par rapport à l'emplacement de la lentille objectif 11 et la position de la première lentille concave 12 est décalée par rapport à la lentille objectif 11. En outre, la position de la seconde lentille concave 14 est décalée par rapport à l'emplacement de la première lentille concave 12. Ainsi, la TIR est accomplie avec réussite. Il doit néanmoins être entendu que, même si de nombreuses caractéristiques et avantages de la présente invention ont été énoncés dans la description précédente, conjointement avec des détails sur la structure et le fonctionnement de l'invention, la description n'est qu'illustrative, et des changements peuvent être apportés dans les détails, particulièrement en ce qui concerne la forme, la taille et la disposition des pièces à l'intérieur des principes de l'invention dans la pleine mesure indiquée par la signification large des termes dans lesquels les revendications annexées sont exprimées. REVENDICATIONS 1 - Ensemble d'identification d'empreintes digitales, caractérisé par le fait qu'il comprend: un corps (6) ayant une lentille objectif (11) montée sur une partie supérieure du corps (6) pour recevoir sur celle-ci une extrémité de doigt et une première lentille réflectrice (12) montée sur une partie inférieure du corps (6) pour recevoir la lumière réfléchie par la lentille objectif (11) ; - une source de lumière (4) émettant de la lumière vers la première lentille réflectrice (12) ; et un dispositif de détection formé d'un seul tenant avec le corps (6) et ayant un détecteur (10) pour recevoir la lumière réfléchie par la première lentille réflectrice (12) afin de comparer la lumière réfléchie reçue avec des informations stockées à l'intérieur du détecteur (10). 2 - Ensemble d'identification d'empreintes digitales, caractérisé par le fait qu'il comprend: - un corps (6) ayant une lentille objectif (11) montée sur une partie supérieure du corps (6) pour recevoir sur celle-ci une extrémité de doigt, une première lentille réflectrice (12) montée sur une partie inférieure du corps (6) pour recevoir la lumière réfléchie par la lentille objectif (11) ; une source de lumière (4) émettant de la lumière vers la première lentille réflectrice (12) ; et un dispositif de détection formé d'un seul tenant avec le corps (6) et ayant une seconde lentille réflectrice (14) pour recevoir la lumière réfléchie par la première lentille réflectrice (12) et un détecteur (10) pour recevoir la lumière réfléchie par la seconde lentille réflectrice (14) afin de comparer la lumière réfléchie reçue avec des informations stockées à l'intérieur du détecteur (10). 3 - Ensemble selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que la lentille objectif (11) 5 est faite d'un matériau transparent. 4 - Ensemble selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le matériau pour fabriquer la lentille objectif est choisi parmi le verre et les résines acryliques. - Ensemble selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre un diaphragme (16) monté à une jonction entre le corps (6) et le dispositif de détection, une face arrière du diaphragme (16) étant revêtue par une peinture noire. 6 - Ensemble selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que la première lentille réflectrice (12) et, si elle est présente, la seconde lentille réflectrice (14) sont des lentilles concaves. 7 - Ensemble selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que la position de la source de lumière (4) est décalée par rapport à l'emplacement de la lentille objectif (11), la position de la lentille objectif (11) est décalée par rapport à l'emplacement de la première lentille réflectrice (12) et, si une seconde lentille réflectrice (14) est présente, la position de la première lentille réflectrice (12) est décalée par rapport à l'emplacement de la seconde lentille réflectrice (14). 8 - Ensemble selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que la lentille objectif (11) est parallèle à la surface du sol. 9 - Ensemble selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que la lentille objectif (11) est inclinée par rapport à la surface du sol. - Ensemble selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que la lentille objectif (11) a une largeur configurée de telle sorte que l'empreinte digitale est stockée dans le détecteur (10) uniquement lorsque le doigt est bougé d'avant en arrière.