CN100373398C - 对图形化物体成象的装置、方法及计算机输入装置 - Google Patents

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Abstract

用于捕获图形化物体如指纹的图象装置和方法，包括一个光折射装置、一个聚焦透镜和一个光源。光折射装置例如可以是一个棱镜，并且包括成象面、光接收面和观察面。光源的入射光经光接收面投影并反射离开非成象面的面。然后此反射光投射到成象面上，基本上由所有经观察面的散射光产生图形化物体的图象。透镜邻近观察面放置，把光聚焦到图象传感器上。

Description

对图形化物体成象的装置、方法及计算机输入装置
技术领域
本发明涉及对图形化物体成象的装置、方法及容装有该装置的计算机输入装置。尤其是，本发明包括一种用于获得高对比度、低失真的图形化物体的图象的光学捕获装置。
背景技术
图形化物体识别系统在工业和商业设施中变得越来越常用并有多种用途。例如，这种系统可以用在扫描文本文件、图和照片的扫描器中。近来，制造商正在试图降低图形识别系统的成本，以使它们更可为消费者所接受。一个消费者对图形识别系统的应用包括指纹捕获和识别。例如，此系统可用于通过读取可能用户的指纹与已授权使用计算机或存取某种文件或计算机的功能的指纹相比来提高计算机的安全性。这种系统例如可以取代那种利用注册名和密码的安全系统。
这种指纹识别系统、或任何图形识别系统必须能够做的第一件事情是精确地获得指纹或其它图形以用于分析。有大量设备用于这种图形数据的捕获。例如，美国专利US3,975,711；US4,681,435；US5,051,576；US5,177,435和US5,233,404都公开了用于捕获图形化物体的图象的装置。
图1是一种现有指纹捕获和识别系统的简图。在图1中，光学识别系统108包括一个光源112，一个光学三角棱镜110，一个透镜组114，一个图形传感器116和一个存储与处理单元125。棱镜110包括一个成象面118，一个光接收面120和一个观察面122。成象面118是一个靠着其放置待成象的图形化物体、如指纹的面。光源112例如可以是一个发光二极管(LED)，邻近光接收面120放置并产生传到光学棱镜110的入射光124。光学棱镜110是一个等腰直角三角形，与成象面118对着的角约为90度，其它两个“底角”(即等腰棱镜的两个等角)各约为45度。
通常入射光124以与入射面法线115夹角126入射到成象面118上。角126大于临界角128。一般地，在入射光线和面的法线之间测量临界角。超过临界角，入射光将产生全内反射离开该面，低于临界角，入射光将穿过该面。因此，临界角128是与成象面118的法线的夹角，超过此角度，入射光将从成象面118全内反射，并作为反射光130经观察面122穿出棱镜110。反射光130通过邻近观察面122的透镜组114。透镜组114可包括一个或多个光学透镜。之后，从透镜组114出来的光被图象传感器116捕获。图象传感器116例如可以是一个电荷耦合器件(CCD)或是一个互补金属氧化物半导体(CMOS)器件，它捕获光线图象并将其转换成电信号。这种图象传感器对于本领域的技术人员是公知的。然后电信号被传递到存储和处理单元125。
存储和处理单元125可以包括一个存储器单元、一个处理器和一个模拟-数字转换器(未示出)。模拟-数字转换器把来自图象传感器116的模拟电信号转换成数字数据。存储器用于存储数字数据和算法，将捕获的指纹图象与存储的指纹图象进行比较。处理器根据用于比较此数据的算法来比较捕获的数字数据与先前存储在存储器中的数据。处理器还可分析捕获的数字数据以用于不同与存储的数据进行比较的其他目的。这种存储和处理单元对于本领域的技术人员是公知的，并且可以包括配置有合适软件的标准个人电脑。例如在美国专利US4,135,147和US4,688,995中公开了用于处理和比较图象数据的算法，这两份专利分别在此引为参考。
当把指纹放在光学棱镜的成象面118上时，指纹的波峰111接触到成象面118，指纹的波谷109保持与成象面118不接触。所以，在指纹波谷109中，如果入射光的入射角超过光学棱镜110的临界角，则从光源112进入光学棱镜110的入射光124在成象面118发生全内反射。但是，在指纹的波峰111处，有一些入射光124被吸收并散射离开指纹波峰。这里的“散射”一词表示在射到不规则面上之后光线从多个方向辐射或不规则地反射离开不规则面。
这种散射和/或吸收的结果是，在指纹波峰111处具有的入射光124少于其全内反射。所以，从指纹的波谷109离开棱镜110的反射光130的强度大于从指纹的波峰111离开棱镜110的反射光130的强度。从波峰111反射的较低强度的反射光130传到较暗的区域，表示物体在光束和指纹面之间入射点处的存在。相反，较高强度的反射光130，如经过全内反射的光，传较亮的区域，表示物体在入射光124和成象面118之间入射点处不存在。这使得能够区分较暗的指纹波峰111和较亮的指纹波谷109。因为入射光在指纹波峰111处的吸收主要对产生一个指纹图象起作用，所以系统108被称作“吸收”成象系统。
上述系统能够捕获光学指纹图象并处理光学指纹图象的电学表示。但是，在指纹波峰111的区域中，入射光124仍发生一些全内反射和一些在平行于反射光130方向上的散射。所以，从指纹波谷109和指纹波峰111反射的光130之间的强度差可能较小。即指纹图象中指纹波峰111和波谷109之间的对比度可能较低。这使得图象捕获、处理和比较较为困难。
另外，由于光学棱镜110和透镜组114之间有较大的距离，所以光学识别系统108易于较大。光学棱镜110和透镜组114之间较大的距离由这样的事实导致：成象面118中的指纹很可能大于透镜组114中的第一透镜。所以，如果把透镜组114靠近观察面122放置，则透镜组114将很可能捕获不到在接近指纹边缘的点处的指纹图象。因此，希望在系统108中光学棱镜110和透镜组114之间有较大的距离，这是因为这样可在靠近指纹边缘处更好地成象。所以，使图象捕获系统108较为紧凑成为问题。另外，由于光干涉，观察面122和透镜组114之间较大的距离可能导致指纹图象对比度的降低。
另外，在图形捕获系统108中会发生公知的梯形失真现象。成象系统中的梯形失真具有使系统产生的方形图象显示成梯形的效果。图2是解释图象捕获系统108中产生梯形失真的原因的示意图。从光源112发出的入射光124进入棱镜110并反射离开成象面118，对物体AB成象。然后反射光130透出观察面122并到达透镜组114的A’和B’点，形成物体A’B’。通过观察面122观察物体AB，物体AB将显现成位于“表观图象”的物体ab。具体地说，点A显视为点a，距离观察面122aa’的距离，点B显现为点b，距离观察面122bb’的距离。显现的物体表观图象距离观察面122的距离由物体距离观察面122的实际距离除以棱镜110的折射率给出。具体地说，距离aa’由下式给出：
aa’＝Aa’/n
这里“n”是棱镜110的折射率。类似地，
bb’＝Bb’/n
当物体的表观图象到透镜组114的透镜平面的光路长度对于成象物体的不同部分不同时，出现梯形失真。具体地说，因为距离aA’大于距离bB’，所以在系统108中出现梯形失真。上述方程清楚地表明，只有当光通过折射率不为1(假设物体处于折射率n＝1的空气中)的物体时才出现梯形失真。
为了校正这种失真，现有的制造商把透镜组114的透镜平面107和图象传感器116放成倾斜，以增大距离bB’和减小距离aA’，达到两个距离近似相等的程度。但是，这是等腰直角棱镜(即底角约为45度、而非底角或顶角约为90度的三角棱镜)的特点，反射光130基本上垂直于观察面122射出棱镜110。即当射出观察面122时反射光130不发生折射。另外，一般地，入射到透明物体面上的角度越大，入射光从面反射的部分越大。所以，虽然倾斜的透镜组114可以减少梯形失真，但因为反射光130以更大的入射角入射到透镜组114，所以它也导致反射光130更多地反射离开透镜组114的面和图象传感器116的面。这样降低入射到图象传感器116的光的强度，使得图象处理和比较更困难。
此外，光源112和透镜组114的相对位置关系使得光源112发出的漫射光113能够入射进入透镜组114。这会产生额外的背景“噪声”光，会进一步降低捕获的图象的质量，并使得图象处理更为困难。
为了克服与上述吸收型图象捕获系统有关的一些困难，设计了一些主要基于散射机制而非吸收机制的捕获系统。在授权给J.Lougheed等人的1993年8月3日的美国专利US5,233,404中公开了这样一种捕获系统。图3是Lougheed等人提出的装置的图象捕获部分示意图。如图3中所示，现有的图象捕获系统208包括一个梯形棱镜210，一个光源212，一个透镜组214和一个图象传感器216。梯形棱镜210包括至少一个成象面218，一个光接收面220和一个观察面222。
成象面218是一个待成象物体如指纹靠着其放置的面。光源212邻近并面对基本上平行于成象面218的光接收面220放置。所以，从光源212发出的入射光224经棱镜210以一般小于成象面210临界角228的角度投影到成象面218上。因此，在指纹的波谷209中，指纹不与成象面接触的放置在成象面218上，不发生全内反射并且入射光224穿过成象面218。在指纹波峰211与成象面218的接触点，入射光224入射到指纹波峰上，产生散射(或等价于不规则地反射)光230。散射光230从包括邻近观察面222放置的透镜组214方向的几乎所有方向上传播回到棱镜210。散射光通过观察面222并进入到由图象传感器216探测的透镜组214中，传感器216例如可以是一个CCD、CMOS或其它类型的探测器。
在指纹的波谷209区域中，入射光224穿过成象面218。并且，在指纹的波峰211区域中，入射光224散射离开成象面218被透镜组214和图象传感器216拾取。因此，指纹的图象在指纹的波峰211处较亮，在指纹的波谷209处较暗。因为散射光230被图象传感器216拾取，所以这种类型的系统被称作“散射”系统。
由此散射系统产生的指纹图象中波峰和波谷之间的强度差会比图1中所示的吸收系统中产生的指纹图象中波峰和波谷之间的强度差大。结果，由此散射系统产生的指纹图象可以显示出比吸收系统产生的图象指纹波峰和波谷之间的对比度高。所以，由图象传感器216捕获的图象会更精确。这可以减小该系统进行的后序指纹比较的误差。但是，棱镜210这样的梯形棱镜会比图1所示棱镜10那样的三角棱镜有更高的制造成本。这是因为在其它的原因当中还有一个额外的面要抛光。这会提高成象系统208这样的成象系统的价格，使得很少有消费者使用。另外，诸如大到足以用于指纹成象的棱镜210这样的梯形棱镜会比类似地适当的三角棱镜大。所以诸如棱镜110这样的梯形棱镜的使用会导致成象系统不够小巧。
另外，图象捕获系统208可导致类似于图象捕获系统108的方式的指纹图象梯形失真。这在成象面218和观察面222彼此成大约45度角时尤其如此。如果是这样，图象捕获系统208将出于与上述图象捕获系统108相同的原因造成梯形失真。例如，在美国专利US5,210,588中公开了一种利用梯形棱镜的图象捕获系统，梯形棱镜的成象面和观察面之间有45°的夹角。
从上面的讨论中清楚地看到，需要有一种改进的图象捕获装置与图形化的物体识别系统一起使用。具体地说，希望有一种能够产生高对比度、低失真图象的图象捕获装置。另外，装置应相对较小巧。另外，装置的制造成本应较低，使得用户可以负担。
发明内容
本发明包括一个产生高对比度、低失真图象的袖珍图象捕获装置，它能够以较低的成本制造。
在本发明的第一方面，提供一种用于对图形化物体形成高对比度、低失真图象的袖珍装置，包括：一个用于反射和折射光线的光折射器，该光折射器包括：待成象的图形化物体靠着其放置的成象面；至少一个邻近成象面的光入射面，光穿过该光入射面进入折射器；和邻近成象面的观察面，光穿过该观察面后对待成象物体的图象进行投影，该观察面与上述光入射面是同一个面；在上述成象面和光入射面之间放有另一个表面，该另一个表面不同于所述成象面和光入射面；至少一个聚焦透镜，该透镜邻近观察面，用于接收并聚焦经观察面投影的图形化物体的图象；和至少一个光源，邻近光入射面布置并发射入射到光折射器的入射光，在观察面产生图形化物体的图象，该图象由至少一个聚焦透镜聚焦，光源放置在使从其发射并进入光折射器的光在照射到成象面之前照射到至少一个上述另一个表面的位置，使得由来自成象面的所有的散射光产生来自成象面并经观察面投影的图形化物体的图象。
在本发明的第二方面，提供了一种用于对图形化物体形成高对比度图象的装置，包括：三角棱镜，该三角棱镜包括：成象面，待成象的图形化物体靠着其放置；至少一个光接收面，邻近于成象面，光从其穿过进入三角棱镜；和观察面，邻近于光接收面，图形化物体的图象经其投影；至少一个透镜，与观察面相邻并用于接收和聚焦经观察面投影的图形化物体的图象；和至少一个光源，用于把入射光投射到三角棱镜上，与光接收面相邻，在观察面和成象面之间投射入射光，其中，至少入射光的一部分在成象面和观察面之间发生全内反射，不透过观察面，由成象面的所有散射光产生图形化物体的图象。
在本发明的第三方面，提供一种对图形化物体成象的方法，包括：提供一个具有成象面、光接收面和观察面以及另一个表面的光折射器，其中的光接收面与观察面是同一个面，另一个表面位于光接收面和成象面之间但与光接收面及成象面不同；对着光折射器的成象面放置图形化物体；把来自光源的入射光经光折射器的光接收面投射；在入射光照射到成象面之前反射离开至少一个上述另一个表面；和使入射光散射离开成象面和图形化的物体并穿过观察面。
在本发明的第四方面，提供一种对图形化物体成象的方法，包括：提供一个具有成象面、光接收面和观察面以及底角大于45度的等腰三角棱镜；对着三角棱镜的成象面放置图形化物体；把来自光源的入射光经光折射器的光接收面投射；使入射光在到达成象面之前反射，离开折射器的至少一个表面，该表面不是成象面；散射离开成象面和图形化物体并穿过观察面的入射光；邻近观察面提供一透镜；
把来自观察面的散射光投影到透镜上，形成图形化物体的图象。
用于图形化物体成象的装置包括一个三角棱镜，一个聚焦透镜和一个光源。三角棱镜包括一个成象面、一个邻近于成象面的光接收面和一个邻近于光接收面的观察面。透镜邻近于观察面并用于接收和聚焦图形化物体的图象。光源把入射光投影到三角棱镜上并邻近于光接收面放置，以便在成象面和观察面之间投射光线。大部分入射光在成象面和观察面之间进行全内反射，不透过观察面。通过这种方式，基本上由成象面的全部散射光产生经观察面投影到物镜的图形化物体的图象。
在本发明的第五方面，提供一种计算机输入装置，该计算机输入装置在其中容装有上述第一和第二方面所述的装置。
下面参照附图来说明本发明的实施例，但这些实施例只是本发明的例子，不构成对本发明的限制。
附图说明
图1是利用吸收图象捕获技术的现有图象捕获装置的示意图；
图2是图1所示图象捕获装置的梯形失真的示意图；
图3是利用散射图象捕获技术的第二现有图象捕获装置的示意图；
图4是根据本发明的图象捕获系统的示意图，该系统包括一个棱镜、光源、透镜组和图象传感器，其中棱镜的观察面包括光接收面；
图5是图4所示棱镜和光源的透视图；
图6A是表示图4所示图象捕获系统如何减小梯形失真的示意图；
图6B是表示可与图4中所示图象捕获系统一起使用的透镜组的示意图；
图7是根据本发明的图象捕获系统第二实施例的示意图，该系统包括一个棱镜、光源、透镜组和图象传感器，其中棱镜的观察面邻近光接收面；
图8是根据本发明的图象捕获系统第三实施例的示意图，该系统包括一个棱镜、光源，其中光源邻近棱镜的每个三角形端面；
图9是图8所示棱镜和光源的透视图；
图10A是图8所示棱镜和光源的前视图；
图10B是图8所示棱镜和光源的局部透视图。
图11是根据本发明的图象捕获系统第四实施例的局部示意图，该系统包括几个光源和一个棱镜，其中每个光源包括一个邻近于棱镜的三角形端面的带光源；
图12是图11所示棱镜和光源的端视图；
图13是根据本发明的图象捕获系统第五实施例的示意图，该系统包括一个棱镜、光源、透镜组和图象传感器，其中入射光发生全内反射；
图14是图13所示棱镜和光源的透视图；
图15是根据本发明的光捕获系统第六实施例的示意图，该系统包括一个第一棱镜、光源、透镜组和图象传感器；
图16是图15所示第一透镜和光源的顶视图；
图17是根据本发明的图象捕获系统第七实施例的示意图，该系统包括一个透镜组、光源和图象传感器；
图18是根据本发明的图17中所示透镜的另一实施例简图；
图19是计算机鼠标和计算机连接电缆的顶视图，鼠标中包含根据本发明的图象捕获系统；
图20是图1 9所示计算机鼠标的透视图；
图21是图19所示计算机鼠标的侧视图；
图22是图19中所示计算机鼠标的局部顶视图，其中鼠标中包含根据本发明的图象捕获系统。
具体实施方式
图4和图5表示根据本发明的图形化物体的图象捕获系统308。捕获系统308最好包括一个三角形棱镜310，一个光源312，一个透镜组314和一个图象传感器316。棱镜310是一种五个面的等腰三角棱镜，其长度延伸到图4的平面中。棱镜310包括一个矩形成象面318，对着它放置待成象的物体，如指纹335。棱镜310还包括一个矩形观察面320，靠着放置在成象面318上的指纹335的图象经观察面320透出棱镜310。在图4和5的实施例中，观察面320还用作一个使光能够透到棱镜310上的光接收面。棱镜的光散射面322包括棱镜310的一个第三矩形面。为了下面的详细描述，光散射面322最好是一个漫射面。
光源312最好是一个细长的LED阵列，由在棱镜310的长度上延伸(延伸成图4的平面)的单行发光二极管(LED)组成。如果这种LED用作光源312，则可以在LED和观察面320之间放置一个漫射罩以提供成象面318更均匀的照明。但是，在本发明的范围之内，光源312可以是任何一种其它的把入射光提供给棱镜310的光源。光源312最好沿棱镜310的一个与成象面318相对的边缘338放置。
透镜组314用于接收来自指纹335的散射光330并把散射光330聚焦到图象传感器316上。透镜组314可以是一个单透镜，或最好是由多个透镜组成。尤其透镜组314最好具有大约13.48mm的焦距并在距离观察面320大约13.5mm的位置放置。另外，如图6B所示，该图是透镜组314的一个实施例简图，透镜组最好由三个透镜组904、906和908组成，透镜的各自光轴与公共光轴902对齐。透镜904最好具有大约17.8mm的直径，透镜906和908最好具有大约6mm的直径。一般认为透镜组314中可以包括任何数量的透镜组。
图象传感器316捕获来自透镜组314的光学图象并把它们转换成电信号。图象传感器316可以是一种电荷耦合器件(“CCD”)或任何其它的把光信号转换成模拟或数字电信号的装置。图象传感器316最好是一种互补金属氧化物半导体器件。CCD和CMOS图象传感器是本领域的技术人员所公知的。图象传感器316产生的电信号可以利用公知的装置处理并用于与输入的图形如指纹比较。如背景技术的描述中所述，这种信号处理装置例如是美国专利US4,135,147和US4,688,995中所描述的那种，这两份美国专利在此引为参考。
为了在图象传感器316上产生指纹335的光学图象，把指纹335靠着成象面318放置。光源312发出的入射光334穿过观察面320并入射到棱镜310上。因为光源312邻近边缘338放置，所以入射光324入射到散射面322上。如上所述，散射面322最好是漫射面。这样的话，照射到散射面322的入射光334的较大部分在棱镜310中内散射。然后散射光照射到成象面318上。即使光散射面322不是漫射面，基本上所有的入射光324也将以大于散射面322的临界角的角度323入射散射面322。然后入射光反射离开散射面322并入射到成象面318。为了增强散射面322对入射光的反射，可朝着散射面322放置一个反射面381 的镜面。
因为入射光324散射或直接反射离开散射面322，所以较大比例的入射光324将以小于成象面318的临界角328的角度327入射到成象面318上。因此，入射到成象面318的一个具有指纹波谷309的区域中的入射光324将不发生全内反射并将基本上透过成象面318，使得照射到有一个指纹波谷309的成象面318区域的光基本上没有直接导向穿过成象面322。但是，照射到成象面318上有与成象面318接触到的指纹波峰311的入射光324基本上散射，产生散射光330。散射光330的一部分经观察面320射出棱镜310。一经出射棱镜310，散射光330将折射到透镜组314中。透镜组将散射光330聚焦到图象传感器316中。
因为入射光324可以由散射面322散射，所以入射光324提供成象面318上较为均匀的照明，产生一个较为均匀的图象。这一均匀的图象是很理想的，因为它易于处理和与其它存储的指纹数据比较。为了进一步提高成象面318上的照明均匀度，观察面320面对光源312的部分可以通过观察面320中的蚀刻线370加线条，如图5所示。线条370沿棱镜310的长度方向并平行于顶边338。线条370用于散射从光源312发出的穿过观察面320的光。如上所述，此散射增强了成象面318上照明的均匀性。
除了上述元件以外，图象捕获系统308最好还包括一个邻近光源312的光接收面部分上的挡光屏蔽350。挡光屏蔽沿棱镜310的整个长度方向延伸(到图4的平面中)。挡光屏蔽350减少光源312发出的可能入射到透镜组314中并与指纹图象干涉的漫射光的量。还认为挡光屏蔽350面对棱镜310内部的面是镜面。此镜面可用于理想地提高入射到成象面318上的散射光强度。另外，代替挡光屏蔽350，可以把第二挡光面352放置在光源312和透镜组314之间。挡光屏蔽352最好从观察面320以一定的角度延伸，以阻挡光源312发出的漫射光进入透镜组314。
因为光源312较狭窄并且邻近与成象面318相对的边缘338放置，所以基本上所有到达成象面318的入射光都被反射或散射离开散射面322。即几乎没有入射光324从光源312直接入射到成象面318。为了进一步减小入射光324直接入射到成象面318上的可能性，最好把光源312构造成不延伸超过线条360，如图5所示，沿棱镜310的长度延伸并由正交于观察面320的平面的与边缘365相交交线限定，邻近成象面318。如果光源312与顶边338保持在此线条的同一侧，则基本上没有从光源312垂直发出的入射光324直接照射到成象面318上。
通过减少从光源312直接入射到成象面上的入射光324，在成象面318上有指纹波谷309的区域中基本上没有全内反射。这意味着这些波谷区域的少量光通过观察面320并入射到透镜组314上。然而基本上所有从成象面318通入到透镜组314中的光都从指纹波峰311散射到成象面318上。这样提供的指纹图象在指纹波峰311和指纹波谷309之间具有较高的对比度。如此高对比度的指纹图象比较易于处理以及与其它指纹图象对比，并因此能有利地提高处理精确度。
与背景部分讨论的Lougheed中公开的梯形棱镜相反，利用一个三角棱镜实现用于图象捕获的散射技术。因为三角棱镜可以比梯形棱镜更有效地制造，所以图象捕获系统308可以以较低的成本制造。
而且，与基本上在一个方向的散射相反，散射光一般在多个方向上从物体散射。所以，从物体散射的光可以通过一个透镜在很宽的距离范围内收集并聚焦，在接近图象边缘处的图象没有任何显著的质量衰减。因此，透镜组314可以放置得比较接近观察面320，图象质量没有显著地损失。这样能使图象捕获系统308较为小巧。
另外，本发明的图象捕获系统可以减小梯形失真。如背景部分所述，图象中的梯形失真被证明具有关于被成象的实际物体的尺度失真。梯形失真由成象物体的一部分与另一部分从物体的表观图象到透镜组314的光程的变化所致。但是，如图6A所示，在图象捕获系统308中，散射光330从指纹335的表观图象335’上的不同点到透镜组314的路径长度基本上相同。具体地说，路径AA’基本上等于路径BB’和路径CC’。所以，梯形失真可以有利地减小。如图6A所示，路径AA’、BB’和CC’的基本等同化通过相对于观察面320倾斜透镜组314方便地实现。但是，与图1所示的图象捕获系统108不同，这种透镜组314的倾斜不降低到达图象传感器316的图象的强度。如背景部分关于图象捕获系统108的描述，倾斜透镜组114致使反射光130以与法线一定的角度照射到透镜组314的第一元件上。这导致反射光130从透镜组114的面更多地反射，由此不理想地降低图象传感器116处的图象强度。
但是，如上所述，棱镜310是一个等腰棱镜，并且最好具有45度以上的底角340和341。底角340是边365处成象面318和散射面322之间的角，底角341是边338处与成象面318相对的角。另外，棱镜310最好具有不等于1的折射率。因此，当照射到观察面320的散射光330出射棱镜310时折射离开观察面320的法线。这样，通过倾斜透镜组314的透镜平面307，散射光330基本上以90度的角度照射到透镜组314上。所以，由于在透镜组314的面不发生散射光的反射，图象强度没有损耗，可以不损失图象传感器316处图象强度地减小梯形失真。棱镜310在边365和338的底角在50～65度范围内较好，最好为62度或63度。如果棱镜3 10具有大约62度的底角，则棱镜310的折射率在1.71～1.72之间较好，最好为1.713。如果棱镜310具有大约63度的底角，则棱镜310具有1.68～1.70的折射率较好，最好为1.6935或1.6968。但是，预期棱镜310具有大于1的任何折射率。
棱镜310可以由玻璃、丙烯酸或其它折射率不同于1(空气的折射率)的透明材料构成。具有优选折射率和角度的棱镜可以从韩国汉城的Shinkwang Ltd.获得，并且由LaK-7或Lak-8型号的玻璃制成。
诸如透镜组314的透镜组可以从韩国汉城的Shinkwang Ltd.获得，并且由BaK-7型号的玻璃制成。如果在透镜组314中使用不止一个元件，如图6A所示，则可以通过把它们放置在塑料模具或其它现有的制造装置制造的框架中而将各个元件对齐并间隔放置。
光源312最好由四个放置在电路板上成直线阵列的标准LED组成。LED的供电对于本领域的技术人员是公知的。图象传感器316最好是CMOS型传感器，可以从韩国汉城的Hyudai Electronics、加利福尼亚San Jose的VLSI Vision，Ltd.或加利福尼亚Sunnyvale的Omnivision Technologies Inc.获得。
为了如图4所示地固定图象捕获装置各个元件的相对位置，可以塑料模制或其它方法制造一个对于各个元件都有固位槽的框架。光源312既可以放置在邻近观察面320的固位槽中，也可以利用现有的半透明粘合剂直接连接到观察面320。
在图4-6所示的本发明实施例中，光源312位于邻近也是光接收面的观察面320。但是，在本发明的范围之内，还可以把光源312移到三角棱镜的其它面。这样的一个实施例中，光源邻近的面不是观察面，如图7所示。图中可以看到，捕获系统408包括一个等腰三角棱镜410，一个光源412，一个透镜组414，和一个图象传感器416。与图象捕获系统308的棱镜310一样，棱镜410包括一个靠着其放置指纹435的成象面418和一个观察面420，指纹435的图象透过观察面420投影到透镜组414上。
但是，如图所示，光源412邻近于光接收面422放置，光接收面422不同于观察面420。光源412是一个较狭窄的光源，例如可以是一个单行的LED。光源412最好直接邻近边448放置，边448与观察面418相对并在棱镜418的长度方向延伸(到图7的平面)。如图象捕获系统308的光源312，最好光源412没有一部分跨过光接收面422中的某一线条，而该线条由光接收面422和正交于光接收面422并与光接收面422对面的边465相交的平面交线确定。
从光源412发出的入射光424穿过光接收面422并照射到观察面420。因为观察面420上大部分入射光424的入射角大于面420的临界角，所以入射光424将反射或散射离开面420并照射到成象面418。在这一点上，图象捕获系统408的操作基本上与图象捕获系统308的相同。入射光418以小于成象面418的临界角的角度照射到成象面，把指纹435的图象经观察面420投影到透镜组414上。然后透镜组414把此图象聚焦到图象传感器416上。
如上所述，入射光424在照射到成象面418上之前散射或反射离开观察面420。这样有利地为成象面418提供较为均匀地照明。另外，基本上所有的入射光424以小于成象面418临界角的角度入射到成象面418。所以，如同上面关于图象捕获系统308的描述，基本上由所有散射光430产生投射过观察面420的指纹435的图象。这样有利地使得透镜组414可以放置得比较接近观察面420，基本上没有图象衰减，并且能够提供较高的指纹图象对比度。
与图象捕获系统308一样，图象捕获系统408也可以包括一个位于观察面420上沿其长度延伸(到图7的平面上)并邻近顶边438的挡光屏蔽450。面朝观察面420的挡光屏蔽424的面可以为不透明、漫射或反射面。另外，图象捕获系统408也可以包括一个沿观察面420的长度延伸并以一定的角度延伸的第二挡光屏蔽452。两个挡光屏蔽450和452通过减少光源412发出的可能入射到透镜组414的漫射光的量而防止指纹435的图象衰减。
另外，与图象捕获系统308一样，在光源412面对光接收面422的区域中光接收面422的面可以加以沿面422的长度方向延伸并平行于顶边438的线条。这些线条用于使得入射光424更多的漫射。如上所述，这样对成象面418提供更均匀地照明。
另外，等腰棱镜410最好包括大于45度的底角440和441。底角440和441在50～65度范围内较好，包括50和65度最好为62度或63度。另外，棱镜410的折射率最好大于1.5。这样，当散射光430透过观察面420时，散射光430将折射离开观察面420的法线。所以，如图7所示，透镜组414的透镜平面可以相对于观察面420倾斜以便有利地减小梯形失真，并且散射光430将仍然基本上正交于透镜平面地进入透镜组420。所以，与图象捕获系统308一样，可以保持较高的指纹435图象的强度。
包括棱镜410、光源412、透镜组414和图象传感器416的图象捕获系统408的元件可以全部与图象捕获系统308的相同。另外，图象系统408可以基本上按照与图象捕获系统308相同的方式制造。特别是，为了如图7所示地固定图象捕获装置各个元件的相对位置，可以塑料模制或其它方法制造一个对于各个元件都有固位槽的框架。光源412既可以放置在邻近光接收面422的固位槽中，也可以利用现有的半透明粘合剂直接连接到光接收面422。
设想上述的框架和固位槽可以是标准计算机输入装置的一部分，例如是键盘、跟踪球或鼠标的一部分。这使得本发明的光学捕获系统可以容装在这一装置中。图19-22表示本发明的一个实施例，其中光学捕获系统如308或408装在传统的计算机鼠标中。
图19是装有光学捕获系统如捕获系统408的计算机鼠标910的顶视图。连接到鼠标910的是一个并行端口连结器920和一个常规的计算机鼠标连结器930。还认为鼠标910包括代替并行端口连结器的串行端口连结器。图20和21分别表示鼠标910的透视图和侧视图，可以看出，棱镜410的成象面418可以暴露在鼠标910的一边缘上。这使得用户可以在使用鼠标910时把拇指或手指放在成象面418上，通过鼠标910连接的计算机捕获一个指纹图象。图22是表示装有图象捕获系统408的鼠标910的局部顶视图。如图所示，图象捕获系统408通过框架917保持在鼠标910的适当位置上，框架917中包含棱镜410、透镜组414和图象传感器416。另外，信号管路406可以是一个电线，从图象传感器416延伸到探测电子设备(未示出)。
如上所述，图象捕获系统308可以有利地被做得很小巧。这样便于图象捕获系统308在鼠标910中的放置。在本优选实施例中，计算机鼠标910同时包括相对于成象面318的水平导向器911 和垂直导向器912，分别用于确保将被摄取图象的手指在水平和垂直方向正确地对齐。在计算机鼠标的一些实施例中，可以只用一个水平或垂直导向器就足以对齐手指和光学棱镜。在图21中，垂直导向器912表现为接近计算机鼠标910的底部。在另一个实施例中，垂直导向器912可以放置在接近计算机鼠标910的顶部(或成象面418)而不是图21中所示的底部。
如上所述，鼠标910耦接到一个并行连结器920和常规的计算机鼠标连结器930。并行连结器920把指纹捕获数据从光学结构传递到耦接到定点装置的计算机。常规的鼠标端口连结器在计算机鼠标910和耦接计算机鼠标910的计算机(未示出)之间传输功率和其它与常规鼠标操作有关的信号。常规的鼠标端口连结器930可以是一个PS/2端口连结器。还预计不用鼠标端口连结器930，只用一个万能串行总线连结器代替并行连结器920。
虽然以上对计算机鼠标做了描述，但注意到本发明的光学结构可以与多种其它装置连用。具体地说，光学结构可以组合到电话、电视、汽车、门或其它物件中。指纹图象可以用作前述物件的安全密钥，并且可以在引导计算机或重新从屏幕服务器进入计算机系统时用作访问计算机系统的安全密钥或密码。
在图8-10中示出了本发明在不同位置具有光源的另一实施例。图8是图象捕获系统508的侧视图，该系统与图象捕获系统308和408一样，包括一个等腰三角棱镜510，一个透镜组514和一个图象传感器516。与图象捕获系统308的棱镜310一样，棱镜510包括一个放置指纹535的成象面518和一个指纹535的图象经其投影到透镜组许14的观察面520。但是，从图9和10A可以很好地看到，该图分别是棱镜510的透视图和前视图，图象捕获系统508包括至少两个单独的光源521a和512b，每个光源分别放置在棱镜510三角形端面519和521(图9所示)。光源512a和512b最好分别是一个LED阵列。但是，光源512a和512b可以是给棱镜510照明的任意光源。还预计图象捕获系统508仅包括一个或不止两个光源。
光捕获系统508的操作如图10A和10B所示。如图所示，从接近成象面518的光源512a区域发出的入射光524以大于成象面518临界角的角度入射到成象面518。因而，在有指纹波谷509的成象面518的区域中，入射光524发生全内反射，并且反射光530将照射到棱镜510的三角形面521。然后，反射光或者透过面521，或者散射离开面521。另一方面，照射到指纹波峰511的入射光524将主要发生散射，而此入射光524的小部分将被吸收。散射光530b将在观察面520的方向上辐射并从中通过到达透镜组514。如图10B所示，该图是棱镜510和光源512a、512b的局部透视图，由成象面518和观察面520之间接近棱镜边缘557的光源512a、512b发出的入射光524将首先全内反射离开成象面518。然后，因为观察面520接近成象面518的近边缘557，所以将全内反射离开观察面520并且不进入透镜组514。所以，近边缘557、棱镜510用作光导向器，并且出射接近边缘557的观察面520的光基本上全部从成象面518散射。
另外，再参见图10A，从远离成象面518的光源512a区域发出的入射光524’很可能以小于成象面518临界角的角度照射到成象面518。因此，入射光524’将以与图象捕获系统308和408的入射光324和424相同的方式形成指纹535的图象。入射光524’在与光源512a、512b和入射光524等距离的成象面518区域提供照明，并且入射光524在接近邻近三角形端面519和521的成象面518的边缘的区域提供照明。通过这种方式，光源512a和512b在整个成象面518上提供较为均匀地照明。所以图象捕获系统508可以有利地产生较为均匀的指纹535的图象。
如上所述，图象捕获系统基本上由所有的散射光产生指纹535的图象。所以，与图象捕获系统308和408一样，由图象捕获系统508产生的图象对比度较高。另外，如图10A所示，透镜组514最好宽到足以从三角形面519延伸到三角形面521。因此，透镜组514可以放置得比较接近观察面520。这样有利地使得捕获系统508更为小巧。
另外，棱镜510具有底角540和541，优选底角540和541在50度以上，在50～65度范围内较好，最好为62度或63度。因此，与图象捕获系统308和408一样，当散射光530a和530b出射观察面520时发生折射。这使得透镜组能够关于观察面520倾斜，从而减少梯形失真，而基本上没有图象强度损失。
虽然如图8～10所示，光源514a和514b实质上可以分别与三角形端面519和521共同延伸，但也可以设想位于棱镜510的三角形端面519和521上的光源只覆盖面519和521每个的一部分。例如，如图11和12所示，光源可以是较狭窄的带光源。图11和12表示具有分别连接到三角形面519和521的带光源572a和572b的棱镜510。带光源572a和572b分别沿边518和518b延伸，三角形端面519和521分别与成象面518相符。光源572a和572b最好每个都是一个单行的LED。但是，可以使用任何照明棱镜510内部的较窄的带光源。
光源572a和572b分别按与光源512a和512b类似的方式工作，照明成象面518。但是，因为在离成象面518较远的三角形端面区域没有光源572a和572b部分，所以光源572a和572b的照明不能象光源512a和512b那样均匀。但是光源572a和572b基本上与光源512a和512b一样均匀地照明成象面518，因而得到图象捕获系统508的其它优点。另外，因为光源572a和572b分别小于光源512a和512b，所以光源572a和572b的制造成本可以较低，并且可以耗电较低。图象捕获系统508可以基本上以与图象捕获系统308和408相同的方式制造，并基本上具有相同的元件。
图13和14表示本发明的另一实施例，与图象捕获装置508一样，全内反射产生指纹的散射光图象。图13是图象捕获装置608的侧视图，该装置包括一个等腰三角棱镜610，一个光源612，一个透镜组614和一个图象传感器616。与棱镜310、410和510一样，棱镜610包括一个放置指纹635的成象面618，一个指纹635的图象经其投影的观察面620和一个光经其照明棱镜608内部的光接收面622。光源612邻近光接收面622放置，并如图14所示，可以实质上共同延伸，图14是包括一个光源612的棱镜610的透视图。透镜组614拾取指纹635的图象并把图象聚焦到图象传感器616上。
与图象捕获装置508的方式类似，从光源612发出的入射光624既可以照射到有指纹波峰611的成象面618的区域，也可以照到有指纹波谷609的区域。棱镜610与光接收面622相对的顶角642最好小到足以使成象面618接近观察面620以在棱镜610中产生光导向器的效果。即如果成象面518足够接近观察面620，则照射到成象面618的有指纹波谷609的区域中的入射光624将将以大于临界角的角度照射成象面618，并发生全内反射。然后，全内反射的光630a将照射观察面620但不透过观察面620和到达透镜组614，而是再一次发生全内反射。一直这样直到全内反射的光630a或者全部耗尽或者经面对光接收面622的顶边665射出棱镜610。但是，照射到成象面618有指纹波峰611的区域中的入射光624将大部分散射离开指纹波峰611。此散射光630b的一部分将经观察面620出射棱镜610，并被透镜组614拾取，透镜组614将散射光630b聚焦到图象传感器616。所以，指纹635的图象在指纹波峰611处将较亮，在指纹波谷609处将较暗。
在上述方式中，棱镜610实际上用作一个光导向器，它包含不被指纹波峰611散射的入射光624并主要利用散射光产生指纹635的图象。因此，由图象捕获系统608产生的图象将有较高的对比度，并通过把透镜组614放置得较为紧密地接近观察面620而使得图象捕获系统608较为小巧。
而且，等腰棱镜610最好包括大于50度的底角640和641。棱镜410的折射率最好大于1。这样，当散射光630通过观察面620时散射光630将折射离开观察面620的法线。所以，如图13所示，透镜组614的透镜平面能够关于观察面620倾斜，从而减少梯形失真，并且散射光630仍可以基本上垂直透镜平面地进入透镜组620。因而，如图象捕获系统308、408和508一样，指纹635图象的强度仍保持较高。
使用光导型折射器如棱镜510或棱镜610的图象捕获系统不必局限于使用三角棱镜。在图象捕获系统中也可以使用用作光导向器的光折射器。例如，图15和16分别表示图象捕获系统708的侧视图和顶视图，该系统包括一个圆凹透镜710；光源712a、712b和712c；透镜组714；和图象传感器716。凹透镜710包括一个凹的成象面718，一个平观察面720，和一个圆形光接收面722。光源712a、712b和712c最好关于光接收面722的圆周等距离地间隔。图象捕获装置也可以包括仅仅一个、两个或多于三个的光源。
与棱镜610的方式类似，凹透镜710用作一个光导向器。具体地说，从光源712a、712b和712c发出的入射光724以大于成象面718临界角的角度照射到成象面718。因而，在有指纹波谷709的成象面718的区域中，入射光724发生全内反射。然后，反射光730不透过观察面722地传播过凹透镜710以进入透镜组714。当入射光724照射到成象面718有指纹波峰711的区域时，入射光724将主要发生散射，散射光730的一部分将透过观察面718并被透镜组714聚焦到图象传感器716上。通过这种方式，图象捕获系统708产生一个指纹735的图象，其中指纹波峰711较亮，指纹波谷709较暗。
当使用具有平成象面的图象捕获面时，可以把指纹的二维图象而不是实际指纹放置在成象面上。通过这种方式，可以把连接到图象捕获系统的处理和比较装置“假冒(trick)”成登记指纹的二维复制件与真实指纹之间的假匹配。但是，透镜710的成象面718是凹形。所以，更难于把指纹的二维图象放置到成象面718上并从而“假冒”连接到图象捕获系统708的处理和比较装置。另外，凹形成象面718将更加与待成象的拇指或手指的弯曲轮廓匹配。这意味着指纹面的较高部分将与成象面718接触，由此使得指纹的较大面积被成象。这可以有利地减小指纹处理和比较中的误差。
虽然图象捕获系统708的物镜组714与凹透镜710分离，但在本发明的范围内透镜组714中的第一物镜和凹透镜如透镜710可以形成一体。此图象捕获系统示于图17中。图象捕获系统808包括一个透镜810，该透镜有一个凹状成象面818和一个凸状观察面822。图象捕获系统808还包括基本上与光源712a、712b相同的光源812a、812b，并且可以包括一个基本上与光源712c相同的第三光源。图象捕获系统808还包括一个图象传感器816和一个可包括或不包括物镜的透镜组814。图象捕获系统808也可不包括与透镜810分离的透镜组。相反，在本发明的范围之内可把透镜组814组合到透镜810中成为一体。
图象捕获系统808的功能基本上与图象捕获系统708的相同，因而包含它的所有优点。还可设想透镜810的成象面818是平面的而不是图18所示的凹状。
在不脱离本发明范围的前提下可以构建多种不同的实施例。应该理解，本发明不局限于说明书中描述的特定实施例。例如，虽然本发明的上述实施例以指纹成象为例进行描述，但本发明可以对其它类型的图形化物体成象。

Claims (39)

1.一种用于对图形化物体形成高对比度、低失真图象的袖珍装置，包括：
一个用于反射和折射光线的光折射器(310)，该光折射器包括：
待成象的图形化物体(335)靠着其放置的成象面(318)；
至少一个邻近成象面(318)的光入射面(320)，光穿过该光入射面进入折射器(310)；
邻近成象面的观察面(320)，光穿过该观察面后对待成象物体的图象进行投影，该观察面与上述光入射面(320)是同一个面；和
放在上述成象面(318)和光入射面(320)之间的另一个表面(322)，该另一个表面(322)不同于所述成象面(318)和光入射面(320)
至少一个聚焦透镜(314)，该透镜邻近观察面，用于接收并聚焦经观察面投影的图形化物体的图象；和
至少一个光源(312)，邻近光入射面(320)布置并发射入射到光折射器的入射光(324)，在观察面(320)产生图形化物体(335)的图象，该图象由至少一个聚焦透镜(314)聚焦，光源(312)放置在使从其发射并进入光折射器的光在照射到成象面之前照射到至少一个上述另一个表面(322)的位置，使得由来自成象面(318)的所有的散射光(330)产生来自成象面(318)并经观察面(320)投影的图形化物体的图象。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于光折射器(310)是一个五个面的三角棱镜，成象面(318)包括不同于观察面(320)和光入射面(320)的三角棱镜的第一矩形面。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于从上述另一个表面(322)反射的光以小于成象面(318)临界角的角度照射到成象面(318)。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于三角棱镜(310)是等腰棱镜。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于：
三角棱镜(310)包括：
第一边(338)，与成象面(318)相对并邻近光入射面(320)；和
第二边(365)，邻近成象面(318)；且
光源(312)是一个朝着光入射面(320)取向的发光二极管带，邻近并平行于第一边(338)，使得发光二极管带不通过垂直于光入射面(320)的平面并与第二边(365)相交。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于光屏蔽(352)位于光源(312)和图象传感器(316)之间。
7.如权利要求5所述的装置，其特征在于所述另一个表面包括一个光散射面。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于光入射面(320)的一部分是向着三角棱镜(310)内部的镜面。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于光入射面(320)的一部分包括光吸收面(350)。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于所述另一个表面(322)的一部分邻近第一边并且是向着三角棱镜(310)内部的镜面。
11.如权利要求10所述的装置，其特征在于：
聚焦透镜(314)的透镜平面(307)相对于观察面(320)确定的平面倾斜，从而可以减小待成象物体(335)的不同部分之间图象光程之差；和
等腰三角棱镜的底角(340，341)大于45度，由此减小图象的梯形失真。
12.如权利要求11所述的装置，其特征在于等腰三角棱镜的底角(340，341)在50～65度之间，包括50度和65度。
13.如权利要求5所述的装置，其特征在于光入射面(320)邻近第一边(338)并面向光源(312)的一部分上形成线条，以致使通过光入射面的光散射。
14.如权利要求5所述的装置，其特征在于观察面(420)位于光入射面(422)和成象面(418)之间。
15.如权利要求14所述的装置，其特征在于观察面(420)邻近第一边(438)的部分是向着三角棱镜(410)内部的镜面。
16.如权利要求15所述的装置，其特征在于光屏蔽(452)放置在光源(412)和图象传感器(416)之间。
17.如权利要求16所述的装置，其特征在于光入射面(422)邻近第一边(438)并面向光源(412)的一部分上形成线条，以致使通过光入射面的光散射。
18.一种用于对图形化物体形成高对比度图象的装置，包括：
三角棱镜(610)，该三角棱镜包括：
成象面(618)，待成象的图形化物体(635)靠着其放置；
至少一个光接收面(622)，邻近于成象面(618)，光从其穿过进入三角棱镜(610)；和
观察面(620)，邻近于光接收面(622)，图形化物体的图象经其投影；
至少一个透镜(614)，与观察面相邻并用于接收和聚焦经观察面投影的图形化物体的图象；和
至少一个光源(612)，用于把入射光(624)投射到三角棱镜上，与光接收面(622)相邻，在观察面和成象面之间投射入射光，其中，至少入射光的一部分(630a)在成象面和观察面之间发生全内反射，不透过观察面，由成象面的所有散射光产生图形化物体的图象。
19.如权利要求18所述的装置，其特征在于：
光接收面(622)包括三角棱镜(610)的第一矩形面；
成象面(618)包括三角棱镜(610)的第二矩形面；和
观察面(620)包括三角棱镜(610)的第三矩形面。
20.如权利要求19所述的装置，其特征在于三角棱镜(610)包括等腰棱镜。
21.如权利要求18所述的装置，其特征在于第一光源(512a)邻近三角棱镜(510)的第一三角形面放置，第二光源(512b)邻近三角棱镜(510)的第二三角形面放置。
22.如权利要求21所述的装置，其特征在于第一光源(512a)与第一三角形面共同延伸，第二光源(512b)与第二三角形面共同延伸。
23.如权利要求22所述的装置，其特征在于至少一个邻近观察面(620)的透镜(612)至少与观察面(620)一样宽。
24.如权利要求21所述的装置，其特征在于第一光源(512a)较窄并且在成象面(518)和第一三角形面之间邻近三角棱镜(510)的第一边(518a)放置，第二光源(512b)较窄并且在成象面和第二三角形面之间邻近三角棱镜的第二边(518b)放置。
25.如权利要求24所述的装置，其特征在于至少一个邻近观察面(620)的透镜(614)至少与观察面一样宽。
26.一种对图形化物体成象的方法，包括：
提供一个具有成象面(318)、光接收面(320)和观察面(320)以及另一个表面(322)的光折射器，其中的光接收面(320)与观察面(320)是同一个面，另一个表面(322)位于光接收面(320)和成象面(318)之间但与光接收面及成象面不同；
对着光折射器(310)的成象面(318)放置图形化物体(335)
把来自光源(312)的入射光(324)经光折射器(310)的光接收面(320)投射；
在入射光照射到成象面之前反射离开至少一个上述另一个表面(322)；和
使入射光散射离开成象面和图形化的物体并穿过观察面。
27.如权利要求26所述的方法，还包括步骤：
邻近观察面设置一个透镜(314)；
把观察面的散射光(330)投射到透镜上，形成图形化物体的图象。
28.如权利要求27所述的方法，其特征在于提供光折射器包括提供一个等腰三角棱镜，该棱镜具有大于45度的底角(340，341)。
29.如权利要求28所述的方法，其特征在于使入射光反射离开至少一个上述另一个表面包括使入射光散射离开三角棱镜的该另一个表面。
30.如权利要求29所述的方法，其特征在于提供透镜的步骤包括相对于观察面平面倾斜透镜的透镜平面(307)，以减小图形化物体的图象中的梯形失真。
31.一种对图形化物体成象的方法，包括：
提供一个具有成象面(318)、光接收面(320)和观察面(320)以及底角(340，341)大于45度的等腰三角棱镜(310)；
对着三角棱镜的成象面放置图形化物体(335)；
把来自光源(312)的入射光(324)经光折射器(310)的光接收面(320)投射；
使入射光在到达成象面之前反射，离开折射器(310)的至少一个表面(322)，该表面不是成象面(318)；
散射离开成象面和图形化物体并穿过观察面的入射光(324)；
邻近观察面提供一透镜；
把来自观察面的散射光投影到透镜上，形成图形化物体的图象。
32.如权利要求31所述的方法，其特征在于反射离开三角棱镜(310)的至少一个表面(322)的入射光(324)的步骤包括散射离开三角棱镜(310)的至少一个表面(322)的入射光(324)。
33.如权利要求32所述的方法，其特征在于提供一个透镜的步骤包括相对于观察面(320)确定的平面倾斜透镜(314)的透镜平面(307)，以减小图形化物体的图象中的梯形失真。
34.一种计算机输入装置(910)，该计算机输入装置(910)在其中容装有如权利要求1-17中任一项所述的用于对图形化物体形成高对比度、低失真图象的袖珍装置。
35.如权利要求34所述的计算机输入装置，其特征在于计算机输入装置(910)包括一个鼠标，所述袖珍装置装在鼠标内。
36.如权利要求35所述的计算机输入装置，其特征在于所述折射器包括等腰三角棱镜。
37.一种计算机输入装置(910)，该计算机输入装置(910)在其中容装有如权利要求18-25中任一项所述的用于对图形化物体形成高对比度图象的装置。
38.如权利要求37所述的计算机输入装置，其特征在于计算机输入装置(910)包括一个鼠标，所述用于对图形化物体形成高对比度图象的装置装在鼠标内。
39.如权利要求37所述的计算机输入装置，其特征在于所述折射器包括等腰三角棱镜。
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