ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЙ ЗАМОК (ЕГО ВАРИАНТ) Российский патент 1996 года по МПК E05B49/00 

Изобретение относится к замкам специального назначения и может найти применение в устройствах защиты от вскрытия особо важных помещений, сейфов, в системах электронного голосования для исключения возможности голосования посторонним лицом и т.д.

Известен также замок, в котором входной распознающий механизм снабжен источником когерентного оптического излучения, пространственным модулятором света, пространственно частотными фильтрами, отображающей линзой и фотоприемным устройством, при этом пространственный модулятор света для ввода пальца выполнен в виде лентопротяжного механизма, на ленте которого расположена прозрачная подложка с термопластичным желатиновым слоем см. авт.св.CCCР N 566926 Е 05 В 49/00 1977.

Недостатками такого замка являются необходимость установки и поддержания с высокой точностью (несколько микрон) заранее изготовленных пространственных частотных фильтров на оптической оси, исполнение пространственного модулятора света для ввода пальца в виде механически перемещаемого ленточного механизма. Перечисленные недостатки существенно снижают надежность работы и быстродействие замка. Технический результат изобретения заключается в устранении заранее изготовленных пространственно частотных фильтров и лентопротяжного пространственного модулятора света для ввода пальца.

По первому варианту изобретения входной распознающий механизм снабжен переключателем светового пучка, светоделительной призмой, дактилоскопической призмой, реверсивной регистрирующей средой, эталонами отпечатков пальцев, датчиком наличия пальца на призме, причем переключатель светового пучка оптически связан входной осью с источником когерентного излучения, первой выходной осью с отображающей линзой, а реверсивная регистрирующая среда оптически связана с фотоприемным устройством, второй выходной осью переключатель светового пучка связан через расширяющую и анализирующую линзы со светоделительной призмой, оптические оси которой, одна через дактилоскопическую призму, другая через дактилоскопическую призму и эталоны отпечатков пальцев и первая выходная ось переключателя светового пучка ориентированы для схождения в одной точке, расположенной в плоскости реверсивной регистрирующей среды, а выход датчика наличия пальца на призме подключен ко второму входу решающего блока.

Согласно второму варианту изобретения входной распознающий механизм снабжен светоделителем, дактилоскопической призмой, эталонами отпечатков пальцев, шторкой, реверсивной регистрирующей средой, датчиком наличия пальца на призме, причем анализирующая линза через светоделитель оптически связана с отображающей линзой, второй выходной осью светоделитель оптически связан с дактилоскопической призмой, эталонами отпечатков пальцев и реверсивной регистрирующей средой, причем выходные оси дактилоскопической призмы и отображающей линзы ориентированы для схождения в одной точке, расположенной в плоскости реверсивной регистрирующей среды оптически связанной с фотоприемником, блок управления соединен с реверсивной регистрирующей средой и шторкой, а датчик наличия пальца на призме подключен ко второму входу решающего блока.

Для обоих вариантов изобретения технический результат заключается также в отсутствии требований к точности установки реверсивной регистрирующей среды в направлении, перпендикулярном первой выходной оптической оси переключателя светового пучка по первому варианту, и в направлении, перпендикулярном второй выходной оптической оси светоделителя по второму варианту.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемые варианты устройства отличаются наличием новых блоков: переключателя светового пучка, светоделительной призмы, дактилоскопической призмы, эталонов отпечатков пальцев, датчика наличия пальца на призме (в дальнейшем датчик пальца), светоделителя, шторки и реверсивной регистрирующей среды. Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что все новые блоки известны. Однако их введение в указанной связи с остальными элементами схемы в заявляемый оптико-электронный замок приводит к устранению пространственно частотных фильтров и лентопротяжного пространственного модулятора света.

На фиг.1 представлена схема оптико-электронного замка по первому варианту: 1 источник когерентного оптического излучения, 2 переключатель светового пучка, 3 отображающая линза, 4 реверсивная регистрирующая среда, 5 фотоприемное устройство, 6 расширяющая линза, 7 анализирующая линза, 8 светоделительная призма, 9 дактилоскопическая призма, 10 эталоны, 11 - привод, 12 блок управления, 13 ограничитель сигнала по минимуму, 14 - решающий блок, 15 исполнительно-сигнальный блок, 16 датчик пальца.

На фиг.2 представлена схема оптико-электронного замка по второму варианту: 1 источник когерентного оптического излучения, 2 расширяющая линза, 3 анализирующая линза, 4 светоделитель, 5 отображающая линза, 6 - дактилоскопическая призма, 7 эталоны, 8 реверсивная регистрирующая среда, 9 фотоприемное устройство, 10 ограничитель сигнала по минимуму, 11 - решающий блок, 12 исполнительно-сигнальный блок, 13 привод, 14 блок управления, 15 шторка, 16 датчик пальца.

Рассмотрим работу оптико-электронного замка по первому варианту. Замок содержит оптическую систему, сопряженную с электронной схемой обработки сигналов. Первая часть оптической системы состоит из источника когерентного оптического излучения 1, переключателя светового пучка 2, который может быть выполнен, например, в виде модулятора на основе эффекта полного внутреннего отражения [4] и расположенных на первой выходной оси переключателя отображающей линзы 3, реверсивной регистрирующей среды 4, сделанной, например, на основе структуры жидкий кристалл-фотопроводник, фотоприемного устройства 5, выполненного, например, в виде матрицы фотоприемников или, как в прототипе, в виде одноэлементного фотоприемника с точечной апертурой и двухэлементным клиновым компенсатором. Вторая часть оптической системы состоит из расширяющей и анализирующей линз 6 и 7, оптические оси которых сопряжены со второй выходной осью переключателя светового пучка, светоделительной призмы 8, которая делит падающий свет на два луча в соотношении интенсивностей 1:1, дактилоскопической призмы 9, эталонов 10, через которые разделенные светоделительной призмой лучи сводятся в точку пересечения первой выходной оси переключателя светового пучка и плоскости реверсивной регистрирующей среды. Эталоны через привод 11 связаны с блоком управления 12. Выход фотоприемного устройства соединен с ограничителем сигнала по минимуму 13. Выход последнего подключен ко входу решающего блока 14. Выход решающего блока присоединен к исполнительно-сигнальному блоку 15, а второй вход решающего блока соединен с датчиком пальца 16, выполненным, например, в виде микропереключателя. Блок управления, решающий и исполнительно-сигнальный блоки могут состоять из элементов, аналогичных тем, что описаны в прототипе (так блок управления может быть номеронабирателем телефонного типа, а решающий блок в простейшем случае
логическим элементом И).

Замок работает в режимах записи и считывания. Рассмотрим первый режим. Световой пучок от источника излучения 1 переключателем 2 направляется на линзу 6. Лицо, желающее открыть блокированную дверь, помещает палец в направляющую датчика пальца 16 и прижимает его к дактилоскопической призме 9, модулируя тем самым коэффициент отражения света от грани призмы в соответствии с дактилоскопическим отпечатком пальца. Сходящиеся лучи, сформированные линзами 6, 7 и призмой 8, проходят через призму 9 и эталон 10 и формируют в плоскости реверсивной регистрирующей среды 4 пространственно частотные спектры отпечатка и эталона. Эти спектры интерферируют между собой, в результате чего интерференционная картина записывается на реверсивной регистрирующей среде в виде динамической дифракционной решетки с периодом, обратно пропорциональным углу сходимости лучей. В режиме считывания переключатель 2 пропускает световой пучок от излучателя 1 на линзу 3. Сходящийся световой пучок, сформированный линзой 3, дифрагирует на записанной дифракционной решетке. Распределение амплитуды дифрагированного света в плоскости фотоприемного устройства 5 пропорционально функции корреляции дактилоскопического отпечатка и эталона. Интенсивность дифрагированного света регистрируется фотоприемным устройством 5. Сигнал с его выхода поступает на ограничитель 13, отсекающий шумы и ложные сигналы, имеющие по сравнению с истинным сигналом относительно малую амплитуду. С выхода ограничителя сигнал поступает на вход решающего блока 14. Кроме того, в решающий блок поступает сигнал с датчика пальца 16. При наличии обоих сигналов на входе решающего блока, последний выдает команду на исполнительно-сигнальный блок 15, разрешающую отпирание замка. Если на входе решающего блока присутствует только сигнал с датчика пальца, то выдается сигнал тревоги. Длительности режимов записи и считывания определяются временами, требуемыми на запись и считывание дифракционной решетки, которые зависят от быстродействия реверсивной регистрирующей среды и могут составлять несколько миллисекунд.

Рассмотрим работу оптико-электронного замка по второму варианту. Оптическая система замка состоит из источника когерентного оптического излучения 1, расширяющей и анализирующей линз 2 и 3, светоделителя 4, расположенных на оптической оси источника, отображающей линзы 5, сопряженной с первой выходной осью светоделителя, дактилоскопической призмы 6, эталонов 7, сопряженных со второй выходной осью светоделителя, реверсивной регистрирующей среды 8, находящейся на пересечении первой и второй выходных осей светоделителя, фотоприемного устройства 9, выход которого электрически связан с ограничителем сигнала по минимуму 10. Выход последнего подключен ко входу решающего блока 11. Выход решающего блока присоединен к исполнительно-сигнальному блоку 12. Смена эталонов через привод 13 осуществляется блоком управления 14, электрически соединенным с реверсивной регистрирующей средой и шторкой 15. Последняя перекрывает луч света, идущий с отображающей линзы. Второй вход решающего блока как и в первом варианте устройства соединен с датчиком пальца 16. В качестве реверсивной регистрирующей среды может использоваться, например, фазово-трансформационный реверсивный отражатель света (ФТИРОС) [5]
В режиме записи по сигналам с блока управления 14 устанавливается соответствующий эталон 7 и шторка 15 открывается. Сходящийся световой пучок, сформированный линзами 2, 3, отражаясь от светоделителя 4 и пройдя через призму 6 и эталон 7, формирует пространственно-частотный спектр в плоскости реверсивной регистрирующей среды 8. Прошедший через светоделитель пучок света, пройдя линзу 5, интерферирует с первым пучком на реверсивной регистрирующей среде 8. В результате происходит запись интерференционной картины в виде дифракционной решетки с периодом обратно пропорциональным углу схождения пучков и распределением амплитуды, соответствующим пространственно-частотному спектру эталонного изображения. В режиме считывания луч света, идущий с линзы 5, перекрывается шторкой 15, а эталон убирается. При внесении пальца в направляющую датчика пальца 16 и прижатии его к дактилоскопической призме 6, световой пучок, формирующий в плоскости реверсивной регистрирующей среды пространственно-частотный спектр изображения пальца, дифрагирует на записанной дифракционной решетке. В результате в плоскости фотоприемного устройства создается распределение амплитуды света, пропорциональное функции корреляции дактилоскопического отпечатка и эталона. Остальные блоки работают также, как и в первом варианте изобретение. В отличие от первого варианта записанная информация на реверсивной регистрирующей среде может храниться сколь угодно долго и обновляется но команде с блока управления 14. Запись пространственно - частотного спектра на регистрирующей среде осуществляется только при установке эталона соответствующего пальца.

Сущность изобретения: оптико-электронный замок по 1 варианту содержит: 1 источник когерентного излучения (1), 1 переключатель светового пучка (2), 1 отображающую линзу (3), 1 реверсивную регистрирующую среду (4), 1 фотоприемное устройство (5), 1 расширяющую линзу (6), 1 анализирующую линзу (7), 1 светоделительную призму (8), 1 дактилоскопическую призму (9), эталоны (10), 1 привод (11), 1 блок управления (12), 1 ограничитель сигнала (13), 1 решающий блок (14), 1 исполнительно - сигнальный блок (15), 1 датчик наличия пальца (16) 1-2-3-4-5- -13-14-15; 2-6-7-8-9-10-4; 12-11-10; 9-14. 2 ил.

1. Оптико-электронный замок, содержащий оптически связанные источник когерентного оптического излучения, расширяющую, анализирующую и отображающую линзы, привод, связанный с блоком управления, и соединенные последовательно фотоприемное устройство, ограничитель сигнала, решающий и исполнительно-сигнальный блоки, отличающийся тем, что в замок введены переключатель светового пучка, светоделительная призма, дактилоскопическая призма, реверсивная регистрирующая среда, эталоны отпечатков пальцев, датчик наличия пальца на призме, причем переключатель светового пучка оптически связан входной осью с источником когерентного излучения, первой выходной осью с отображающей линзой, а реверсивная регистрирующая среда оптически связана с фотоприемным устройством, второй выходной осью переключатель светового пучка связан через расширяющую и анализирующую линзы со светоделительной призмой, оптические оси которой одна через дактилоскопическую призму, другая через дактилоскопическую призму и эталоны отпечатков пальцев и первая выходная ось переключателя светового пучка ориентированы для схождения в одной точке, расположенной в плоскости реверсивной регистрирующей среды, а выход датчика наличия пальца на призме подключен ко второму входу решающего блока. 2. Оптико-электронный замок, содержащий оптически связанные источник когерентного оптического излучения, расширяющую, анализирующую и отображающую линзы, привод, связанный с блоком управления, и соединенные последовательно фотоприемное устройство, ограничитель сигнала, решающий и исполнительно-сигнальный блоки, отличающийся тем, что в замок введены светоделитель, дактилоскопическая призма, эталоны отпечатков пальцев, шторка, реверсивная регистрирующая среда, датчик наличия пальца на призме, причем анализирующая линза через светоделитель оптически связана с отображающей линзой, второй выходной осью светоделитель оптически связан с дактилоскопической призмой, эталонами отпечатков пальцев и реверсивной регистрирующей средой, причем выходные оси дактилоскопической призмы и отображающей линз ориентированы для схождения в одной точке, расположенной в плоскости реверсивной регистрирующей среды, оптически связанной с фотоприемником, блок управления соединен с реверсивной регистрирующей средой и шторкой, а датчик наличия пальца на призме подключен ко второму входу решающего блока.