DE2720151A1 - Vorrichtung zum ablesen von handlinien - Google Patents

Description

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Anmelderin: International Business Machines

Corporation, Armonk, N.Y. 10504

Amtliches Aktenzeichen: Neuanmeldung Aktenzeichen der Anmelderin: SA 9 75 045 Vorrichtung zum Ablesen von Handlinien

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ablesen von Handlinien. Sie wird vorzugsweise auf dem Gebiet der automatischen Personenidentifikation verwendet, da mit ihrer Hilfe Handlinien, in Form digitaler Daten dargestellt werden können. Die Vorrichtung kann also zur Identifikation von Personen benützt werden.

In zunehmendem Masse werden Computerterminals für personenbezogene Zwecke verwendet, wie Verkaufskassen, Zugangskontrolle, Selbstbedienungsbanken etc. Zudem besteht ein erhöhtes Bedürfnis, die Daten, die in dem über solche Terminals zugänglichen Computer gespeichert sind, vor unberechtigten Zugriffen und vor Abänderung zu schützen. Es ist !daher notwendig, die Berechtigung und damit die Identität von Personen am Terminal selbst zu überprüfen. Nur so kann festgestellt werden, ob eine Person über bestimmte Daten verfügen oder diese abändern darf.

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Es wurde schon vorgeschlagen, Eigenschaften von Fingerabdrücken oder von Handlinien in digitaler Form zu codieren und in Computerspeichern, auf Personalausvjeisen oder Bankkarten festzuhalten. Eine Person, die Zugriff zu gewissen Daten oder gewissen Einrichtungen wünscht, kann leicht durch Ucberprüfen ihres Fingerabdrucks oder ihrer Handlinien und Vergleich mit den Daten auf der Karte oder im Computerspeicher identifiziert werden.

Bei einer bekannten Vorrichtung legt die Person ihre Hand auf eine ebene Fläche, die eine Seite eines Prismas bildet, durch welches das beleuchtete Linienmuster von einem Fotodetektor abgetastet wird zur Digitalisierung und zum Vergleich mit von einer Ausweiskarte abgelesenen Daten. Da die Handfläche uneben ist, muss die Hand sehr kräftig gegen die ebene Fläche gepresst werden, damit der Fotodetektor die Handlinien klar erkennen kann. Manche Personen sind zudem nicht in der Lage, ihre Hand auf eine ebene Fläche vollkommen aufzupressen. Auch entsteht durch starkes Aufpressen eine Verzerrung der Linien, wodurch beim wiederholten Ablesen der selben Hand nicht vergleichbare Resultate entstehen. Darum kann bisweilen fälschlicherweise eine Person nicht identifiziert werden, was unerwünscht und für die betreffende Person unter Umständen peinlich ist.

Wenn ein Muster zum Vergleich digitalisiert und aufgespeichert wird, beispielsweise auf dem Magnetstreifen einer Pcrsonalausweiskarte, ist es nicht möglich, auf der Karte die digitale Darstellung aller Linien einer Handfläche oder eines Fingerabdrucks wiederzugeben. Es ist vielmehr

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wünschbar, nur die wesentlichen oder am meisten hervortretenden Linien aufzunehmen, damit die Gesamtzahl der zu vergleichenden Linien so klein bleibt, dass ihre digitalisierte Darstellung in den Magnetstreifen einer Karte eingeschrieben werden kann.

Wird eine Handfläche abgetastet zur Erzeugung digitaler Signale, die die Handlinien darstellen, so ist es wesentlich die Hand bezüglich der Abtastungslinie genau auszurichten. Schon eine leichte Abweichung der Hand von der richtigen Stellung beeinflusst das Resultat erheblich. Die Vorrichtung zur Abtastung der Hand sollte möglichst einfach und doch unempfindlich gegenüber der Orientierung der abzutastenden Handfläche sein.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, für eine automatisch arbeitende Handlinien-Lesevorrichtung eine Lösung anzugeben, bei der die Handlinien eindeutig reproduzierbar

ι abgetastet werden können und die Auswahl der Handlinien für

die Abtastung auf die wesentlichen beschränkt bleibt. Gelöst wird diese Aufgabe der Erfindung durch die in den

Patentansprüchen angegebenen Merkmale und deren Weiterbil-ίdüngen und vorteilhafte Ausgestaltungen.

Auf diese Weise wird alo der Vorteil erreicht, daß die Lesevorrichtung für Handlinien eindeutige und reproduzierbare Digitalmuster liefert, die auf die wesentlichen Merk-

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male der Handlinien zwecks einer Datenreduktion beschränkt ist.

Anhand der in den Zeichnungen dargestellten und nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen wird die Erfindung nun näher erläutert.

Die Zeichnungen stellen dar:

Fig. 1 schematisch eine Handregistervorrichtung,

Fig. 2 einen rotierenden Handflächenabtaster,

Fig. 3 einen Detailquerschnitt des Abtasters nach

Fig. 2,

Fig, 4 & 5 weitere Details des Abtasters,
Fig. 6 ein anderes Ausführungsbeispiel

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Fig. 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel,

Fig. 8 eine Variante des Ausführungsbeispiels der Fig. 6,

Fig. 9 ein Detail eines Ausfiihrungsbeispiels,

Fig. 10 schcniatisch eine menschliche Hand zur Darstellung der Abtastungsart,

Fig. 11 eine logische Schaltung zur Erkennung einer Person mittels der Handliniendaten.

In der folgenden Beschreibung wird mit Handfläche die gesamte Fläche von der Handwurzel bis zu den Fingerspitzen der gestreckten menschlichen Hand bezeichnet. Die Handfläche umfasst also den Handteller und die Innenseite der Finger.

Fig. 1 zeigt eine Handauflagevorrichtung für einen rotierenden Abtaster. Die Platte 20 ist mit einer Gummischicht 22 bedeckt, die den Umriss 23 einer menschlichen Hand zeigt, um der zu prüfenden Person das richtige Auflegen zu erleichtern. Dabei soll der Anschlag 25 zwischen Zeige- und Mittelfinger und der Zeigefinger in die Ausrichtvertiefung 24 zu liegen kommen.

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Fig. 2 zeigt die Unterseite der Vorrichtung nach Fig. 1. Der drehbar gelagerte Abtastarm 26 ist auf der Unterseite des Anschlags 25 befestigt, der selbst auf der Platte 20 angebracht ist. Der Motor 27 treibt den Abtastarm 26 über die Zahnräder 28, 29. Der Abtastarm 26 trägt die Abtastelemcnte 30 bis 33, die durch Federn durch Abtastschlitze 34 bis gedruckt werden, so dass sie die Unterseite der Gummiauflageschicht 22 abtasten. Fehlt die Gummischicht 22, so wird der Handteller direkt abgetastet.

Hat eine Person ihre Hand in den Umriss 23 und gegen den Anschlag 25 gelegt, so schwenkt der Motor 27 den Abtastarm 26. Die Abtastelemente bis 33 stellen darauf die Handlinien fest zwecks Vergleich mit dem von einer Personalausweiskarte oder aus dem Computerspeicher in digitalisierter Form abgelesenen Muster.

Fig. 3 ist eine Detaildarstellung des Abtastarmes 26 mit der Einrichtung zur Feststellung des Handprofils und des Abstandes zwischen den Handlinien. Am Anschlag 25 ist eine Positionsscheibe AO montiert, die sich mit dem Abtastarm 26 dreht. Die Scheibe trägt Zeitmarken zur Bestimmung der Winkelposition des Armes 26 zu jedem Zeitpunkt der Drehbewegung. Die Marken werden von der Fotozelle 41 festgestellt. Die Abtaster 30 bis 33 sind in den Bohrungen 46 bis 49 angebracht. Ihre Rollen werden durch Federn 50 bis 53 mit der Handfläche resp. der Gummischicht 22 in Berührung gebracht. Die Fotozellen 42 bis 45 überwachen die Vertikalbewegung der Abtastelemente und stellen dadurch das Profil des Handtellers 54 fest.

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Fig. 4 zeigt im Detail ein Abtastelement 30 auf einem Sockel 46. Das Element besteht aus einer Rolle eines transparenten Materials wie Glas oder dem unter der Bezeichnung Lucite erhältlichen Polymethylmethacrylat. Die Rolle ist mit ihrer Achse 58 drehbar auf dem Sockel 46 befestigt. Auf einer Seite der Abtastrolle trägt der Sockel eine Leuchtdiode 55, die durch die Seitenwand der Rolle und die Umfangsflache 56 den Handteller beleuchtet. Auf der gegenüberliegenden Seite der Rolle 30 ist die Fotozelle 57 angebracht, die ebenfalls am Berührungspunkt mit der Handfläche auf die Rollenoberfläche 56 gerichtet ist. Die Anordnung ist genauer in Fig. 5 dargestellt, wo der Lichtstrahl von der Leuchtdiode 55 dargestellt ist, der von der Fläche 56 auf die Fotozelle 57 reflektiert wird, wenn die Abtastrolle nicht eine Handfläche berührt. Diese Reflektion beruht auf den unterschiedlichen Brechungsindizes von Luft und Glas. Wenn jedoch die Handfläche 54 die Rolle 30 an der Stelle berührt, auf die die Fotozelle 57 gerichtet ist, wird die Oberfläche 56 nicht mehr reflektieren, ■ sondern das Licht der Leuchtdiode 55 wird gestreut. Folglich stellt die Fotozelle 57 eine veränderte Beleuchtung fest. Uebcrkreuzt die Rolle 30 eine Handlinie, so berührt die Hautoberfläche in der vertieften Linie den Rollenumfang nicht unmittelbar, vielmehr befindet sich an dieser Stelle eine Luftschicht zwischen den Oberflächen der Haut und der Rolle. Hier wirkt die Oberfläche 56 wieder als Spiegel und reflektiert das Licht der Leuchtdiode 55 kräftig auf die Fotozelle 57. Die Zunahme der Lichtintensität wird abgefühlt und als Handlinie ausgewertet. Der Durchgang eines Luftspaltes oberhalb der Rollenfläche 56 erzeugt dann eine Aenderung der Beleuchtung der Fotozelle 57, wenn der Winkel zwischen der Fläche 56 und

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der Linie der Ausrichtung der Fotozelle 57 kleiner ist als der kritische Winkel.

Der Sockel 46 des Abtastelcmcntcs der Fig. 4 trägt, ein Balkenmustcr 59, das eine Skala bildet. Die Fotozelle 42 liest daran die vertikale Stellung des Abtasters ab, um das Profil des Handtellers zu bestimmen.

Fig. 6 zeigt eine andere Ausfülirungsart der Erfindung. Hin Zylinder 70 aus Glas oder Lucite, dessen Durchmesser 2 - 3 cm ist und dessen Länge etwa 15 cm beträgt, kann sich frei um die Achse 71 drehen, die in einem nicht dargestellten Lager gehalten ist. Eine Lichtquelle 72 beleuchtet die Innenseite des Zylinders 70 durch dessen eines Ende. Eine Anzahl von Fotozellen 73 unterhalb des Zylinders 70 sind auf die Innenseite des Zylinders ausgerichtet. Das der Lichtquelle 72 abgewandte Ende des Zylinders trägt eine Skalenteilung 74, die von einer Fotozelle 75 abgelesen wird, um die Winkelstellung des Zylinders festzustellen, wenn die Hand in Richtung des Pfeils 76 über denselben wcgrollt. Der Zylinder 70 wirkt als Lichtleitung und das Licht der Lampe 72 kann normalerweise die Fotozelle 73 nicht erreichen. Wenn jedoch die Fläche der Hand 77 über den Abtastzylinder 70 rollt und denselben berührt, wird Licht der Lampe 72 an den Berührungsstellen infolge des Prinzips der gestörten Totalreflektion gestreut. Das Streulicht wird von den Fotozellen 73 festgestellt. Die Fotozellen 73 stellen somit eine Beleuchtungsänderung fest, wenn infolge einer Handlinie ein Luftspalt über der Zylinderoberfläche entsteht. Anhand der Winkelskala 74 wird die Strecke festgestellt, über die sich die

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Hand bewegt liat, d.h. wie weit der Zylinder gedreht worden ist, wenn bestimmte Hand- oder Finger linien von den Fotozellen 73 festgestellt werden.

Fig. 7 zeigt eine Variante der Vorrichtung geinäss Fig. 6, in welcher der Zylinder 70 von einem Gummi riemen 78 umgeben ist, der eine Feuchtfläche bildet zur besseren Sichtbarmachung der Handlinien. Der Riemen 78 liegt über dem oberen Teil des Zylinders 70 und ist nach unten gespannt durch die Troipiiiel 79, die um die Achse 80 dreht. Zwischen den beiden Trommeln entsteht so genügend Raum zur Anordnung der Fotozellen 73. Die Gummi schicht 78 sorgt für g]eiehmässige beleuchtung der Fotozellen 73. Dies ist vorteilhaft, weil die menschliche Haut unterschiedliche Feuchtigkeit und Farbe aufweist, wodurch die Störung der Totalreflektion an der Oberfläche der Zylinders 70 variiert. Die Gummischicht 78 dient dazu, diesen Parameter konstant zu halten. Die Dicke der Schicht 78 ist so gewählt, dass die besonders feinen Linien der Hand unsichtbar werden, weil mit zunehmender Dicke die Auflösung abnimmt.

Fig. 8 zeigt eine weitere Ausführungsart. Eine Anzahl von Abtastrollen 81, wovon nur eine dargestellt ist, sind auf Achsen 82 je in einem Arm 83 gelagert. Die Hand 84 wird auf die Platte 85 gelegt, die einen Schlitz aufweist, damit die Rolle 81 die Handfläche berühren kann. Der Arm 83 ist mittels der Achse 87 auf dem Wagen 86 befestigt und wird durch die Feder mit der Handfläche der Hand 84 in Berührung gebracht. Wird die Hand auf die Platte 85 gelegt, so wird der Wagen 86 so bewegt, dass die Rolle 81 auf der Handfläche abrollt. Achnlich wie in Bezug auf Fig. 5 beschrieben, beleuchtet die Lichtquelle 89 von innen die polierte Oberfläche der

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Rollt: 81 dort wu diese die Hand 84 berührt:. Λη der Berülirungsstellc reflektiertes Licht gelangt in die Lichtleitfaser 90 und durch dieselbe zur Fotozelle 91, die ein den Handlinien entsprechendes Ausgangssignal erzeugt. Die Fotozelle 92 fühlt das Halkcnmuster der Skala 93 an der Seite des Arm:; 83 ab, um die Vertikalbewegung der Rolle 81 festzustellen und ein Signal entsprechend dem Profil der Hand /.u erzeugen.

Fig. 9 zeigt eine weitere Ausführung eines Abtasters. Rollen 96 und 97 aus Glas oder Lucitc sind drehbar auf den Achsen 98 und 99 gelagert und werden von Federn nach oben gegen die Handfläche 130 gedrückt. Die Lichtquellen 131 und 132 beleuchten die Hand durch die Rollen 96 und 97. Die Seiten 133 und 134 der Rollen sind geschwärzt, damit die Fotozellen 135 und 136 gegen die Innenseite der Rollen, die als Reflektorfläche wirken, ausgerichtet werden können. Die Umfangsflachen 96 und 97 sind vor der Fotozelle dann reflektierend, wenn sie mit Luft in Berührung stehen. Liegt keine Hand auf den Rollen, so stellen die Fotozellen lediglich die geschwärzten Oberflächen 133 und ]34 fest. Liegt dagegen die Handfläche 130 auf den Rollen, so wird das Licht der Lichtquellen 131 und 132 auf die Fotozellen 135 und 136 gestreut. Auf diese Weise können die die Handlinien darstellenden Hautunebenlieiten durch die Fotozellen festgestellt werden.

Die Abtastrollen 96 und 97 können sich um die Achsen 98 und 99 drehen. Das ist vorteilhaft weil infolge des Abrollens die Linien der Hand kaum verzerrt werden. Ist eine gewisse Verzerrung aber zulässig, so kann die Einrichtung dadurch vereinfacht werden, dass die Abtaster 96 und 97

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feststellen und gleitend über die Handfläche 100 bewegt werden. Ein bleistiftartiger Abtastkopf anstatt der Rollen würde dann genügen. Eine Reihe solcher Köpfe könnten anstelle von Rollen in der Vorrichtung gcmäss Fig. 8 angebracht werden.

Anhand der Fig. 10 und 11 soll nun ein Verfahren zur Identifikation von Tcrsonen mittels der Handlinien und der Handkonturen beschrieben werden.

Auf der Ausweiskarte einer Person oder im Computerspeicher ist ein Datenblock 102 gespeichert. Dieser wird ausgelesen und in die Register 104 bis 107 übertragen. Die Speicherung auf einer Ausweiskarte kann in magnetischer oder optischer Aufzeichnungsart oder in Form von Lochungen etc. geschehen. Die Daten im Feld 1 beziehen sich auf die Abtastlinie 61 und geben beispielsweise in Millimetern den Abstand der zweiten, dritten, vierten etc. Linie auf dem Handteller von der ersten Linie an. Das Feld 2 gibt auf ähnliche Weise den Abstand der Handlinien entlang der Abtastlinie 62 an, das Feld 3 den entlang der Abtastlinie 63. Diese Abstandsangaben können sich auf z.B. die vier ausgeprägtesten Handlinien beziehen und alle anderen Linien können durch elektronische Siebung oder den Hautfeuchtigkeitseffekt auf der Schicht 22 ausgeschlossen werden. Die Daten des Feldes 4 im Register 107 geben den Unterschied zwischen den Höhen und Tiefen des Handtellers beispielsweise entlang der Abtastlinie 61 an. Der Unterschied wird von der Fotozelle 42 an der Skala 46 festgestellt und eine Ablesung erfolgt beispielsweise jedesmal wenn das Abtastelement eine Handlinie überquert.

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Uie Fotozellen 57, 59 und 60 tasten die Hand der Person entlang den Linien 61, 62 und 63 ab und liefern ein Analogsignal an die Verstärker- und Spitzendetcktorcn 108, 109 und 110, das die Handlinien im Handteller angibt, die sich mit den Abtastlinien schneiden. Wenn der Spitzendctektor 108 eine Handlinie feststellt, wird deren Abstand von einem Bezugspunkt, beispielsweise der ersten Linie, berechnet und ein entsprechendes Signal an die Vcrgleichcrscha]tung 112 geliefert. Die Schaltung 112 vergleicht die abgelesenen Daten vom Spitzendetcktor 108 mit den vorgegebenen Daten des Feldes 1 im Register 104 und stellt Uebereinstimmung innerhalb einer gegebenen Toleranz, z.B. ί ein Millimeter, fest. Der Vorgang wird für jede im Feld 1 registrierte Handlinie wiederholt. Ucbereinstimmungsschaltungen 216 bis 218 prüfen den Ausgang der Verglcicher und stellen fest, ob eine gegebene Anzahl Handlinien, deren Daten in den Feldern 1 bis 3 registriert sind, auch tatsächlich festgestellt wurden und zu den registrierten Daten passen. Ist die Uebereinstimmung in einer der Schaltungen 216 bis 218 nicht ausreichend, so erzeugt die ODER-Schaltung 116 ein Signal, das eine Rückweisung 117 veranlasst. Eine zusätzliche Prüfung kann in der Summierschaltung 118 vorgenommen werden, wo festgestellt wird, ob die Summe der Ucbereinstimmungssignale einen vorgegebenen Wert erreicht, d.h. ob ein gegebener Durchschnittswert eingehalten ist. Wird der Durchschnitt nicht erreicht, so wird auch von hier über die ODER-Schaltung 116 die Rückweisung veranlasst. Reicht die Uebereinstimmung dagegen aus, so veranlasst die UND-Schaltung 120 ein Zulassungssignal 121. Das Zulassungssignal hängt ausserdem vom Handprofil ab, das im Vergleicher 115 aufgrund der im Register 107 gespeicherten Daten überprüft wird. Die festgestellten Profildaten

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kommen von der Fotozelle 72 und dem Detektor 111. Die Uebereinstimmung der gespeicherten mit den tntsächlichen Profilen wird in der Schaltung überprüft und ist gegeben, wenn die Toleranz von beispielsweise * zwei Millimeter eingehalten ist. Andernfalls wird über ODER-Schaltung 116 ein Rückweisungssignal erzeugt. Die Profilüberpriifung kann selbstverständlich entlang aller Abtastlinien vorgenommen werden.

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Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE

   1./ Vorrichtung zum Ablesen von Handlinien, gekennzeichnet durch einen Abtaster (26 bis 37, Flg. 2), der entlang einer Abtastlinie über die Handfläche be wegbar 1st und der elektrische Signale erzeugt, die den Hautunebenheiten der Handflächen entsprechen.

   2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Wandler (42, 59 in Fig. 3), dessen Ausgangssignal von der Bewegung abhängt, die ein Abtastelement (46) senkrecht zur Abtastlinie (61) ausführt, derart, dass das Signal das Profil der Handflächen angibt.

   3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein rollenförmiges Abtastelement !

   (30 in Fign. 2 und 3) entlang der Abtastlinie über ,

   die Handfläche rollt. ;

   4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche

   1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abtastelement (46 in Fign. 3 bis 5) mit einer Fläche entlang der Abtastlinie gleitet.

   5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtastelement aus einem Zylinder (70 in Fig. 6) besteht, dessen eine Endfläche beleuchtet ist (72) und dass Fotozellen (73) derart ange-

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   ordnet sind, dass eine über den Zylinder rollende Hand (77) deren Beleuchtung beeinflusst.

   6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass während der Abtastbewegung mehrere Abtastelemente federnd (Fign. 3 und 4) gegen die Handfläche gepresst werden/ und gleichzeitig das Handprofil und die Handlinien abtasten.

   7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche

   1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Auflagefläche für die Hand (Fig. 1-3) und durch eine zwischen zwei Finger der Hand passenden, mit seiner Achse senkrecht auf der Fläche stehenden Anschlag (25).

   8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Abtaster (46 bis 49 in Fig. 3 auf einem Arm (26) angeordnet sind, dessen an einem Ende befindliche Schwenk-

   j achse in der Achse des Anschlages liegt (Fign. 2 u. 1O)

   Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine lichtdurchlässige, elastische Platte (22 in Fign. 1 bis 3), die zwischen der abzutastenden Handfläche und dem Abtastelement angeordnet ist.

   1O. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das rollen-

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   förmige Element (56, Fig. 5) aus durchsichtigem Material besteht und dass beidseitig der Rolle gegenüberliegend eine Lichtquelle (55) und ein Lichtdetektor (57) so angeordnet sind, dass sie auf die Stelle der Innenseite der Rolle ausgerichtet sind (56), wo die Rolle die abzutastende Handfläche berührt.

   11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stirnseite (133 in Fig. 9) der aus durchsichtigem Material bestehenden Rolle (96) einen schwarzen Belag trägt, dass ein Lichtdetektor (135) seitlich der Rolle so angeordnet ist, dass er von innen auf die Stelle des Rollenumfangs gerichtet ist, wo dieser die abzutastende Handfläche (130) berührt, und dass eine Lichtquelle (131) diametral auf der anderen Rollenseite angeordnet ist.

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