AT413939B - Sensor, insbesondere fingerabdrucksensor - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Sensor, insbesondere Fingerabdrucksensor, enthaltend zumindest eine flächige Sensoreinheit mit einem Sensorfeld in Form einer Anordnung von Pixel liefernden Sensorelementen, zum Erfassen von auf den Sensor aufgelegten Mustern, insbesondere Fingerabdruckrelief-Mustern.

Die im Rahmen dieser Schrift betrachteten Sensoren dienen der Erkennung eines Musters auf oder in der Oberfläche eines Gegenstandes - oder Körperteils, z.B. eines Fingers -, wobei dieses Muster an den Sensor in Kontakt oder zumindest in dessen Nähe gebracht wird. Ein Beispiel hierfür sind Fingerabdrucksensoren, welche im Folgenden in erster Line betrachtet werden, ohne dass dadurch die Erfindung lediglich auf diesen Sensortypus eingeschränkt werden soll.

Fingerabdrucksensoren dienen der Erkennung eines Fingerabdruckreliefs, wobei die Fingerbeere des Fingers, dessen Fingerabdruck geprüft oder erkannt werden soll, auf das Sensorfeld des Sensors aufgelegt wird - z.B. bei einer fest montierten Fingerabdruckseinheit zu Identifikationszwecken - oder das Sensorfeld und die Fingerbeere auf andere Weise ausreichend nahe aneinander angelegt werden. Sensoreinheiten, mit denen das Sensorfeld realisiert wird, sind gewöhnlicherweise rechteckig gestaltet und enthalten beispielsweise eine Matrix von kapazitiven Sensorelementen, die auf einer Halbleiter-Chipfläche realisiert sind. Das Resultat der Musterfassung ist ein Bild des Musters in Form einer Datenrepräsentation, beispielsweise in Form einer Bildpunkt-Matrix, welche einer nachfolgenden Mustererkennung zuführbar ist.

Naturgemäß handelt es sich bei den Sensoren der hier betrachteten Art, insbesondere bei Fingerabdrucksensoren, um verhältnismäßig große Chipflächen. Die Größe geht als wesentlicher Faktor in die Kosten der Herstellung ein. Erschwerend kommt hinzu, dass Defekte, die nur in einem eng begrenzten Bereich des Sensorfelds enthalten sind, den gesamten Sensorchip unbrauchbar machen können. Aufgrund der besonderen Anforderung hinsichtlich der Auflösung ist es nämlich nicht möglich, redundante Strukturen vorzusehen. Bei der Fertigung und Kontrolle wird eine gewisse (geringfügige) Anzahl von Defekten zugelassen, beispielsweise ein im vorhinein festgelegter Anteil wie z.B. 1%; Sensoren, bei denen dieses Kriterium nicht erfüllt ist, werden ausgeschieden. Da die Ausschussrate sich mit kleinerer Chipgröße verringert, ergibt sich eine Tendenz zur Verkleinerung der Sensorfläche; jedoch fällt die Erkennungsleistung bekannter Mustererkennungs-Algorithmen mit abnehmender Fläche infolge des damit verbundenen Absinken auswertbarer charakteristischer Merkmale des erfassten Bildes bzw. Bildausschnitts rapide ab.

Um die erfassbare Musterfläche zu vergrößern, sehen bekannte Lösungsansätze vor, das zu erfassende Muster mehrmals auf den Sensor aufzulegen, jedes Mal mit einem anderen Musterausschnitt. Die einzelnen Aufnahmen können dann im einfachsten Fall einzeln zu Vergleichszwecken genutzt werden. Darüber hinaus gibt es Ansätze zur Registrierung der Bildinhalte und Rekonstruktion eines Gesamtmusters, dessen Gesamtfläche über die Fläche des Sensorfeldes hinausgeht. Die Rekonstruktion kann dabei sowohl auf Basis der erfassten Bilder als auch auf der symbolischen Ebene der aus den Bildern extrahierten Merkmale erfolgen.

Diese Verfahren sind zwar kostengünstig, was die Herstellung des Sensors betrifft, jedoch führt dies infolge des verlangten mehrmaligen Auflegens des Musters zu einer ungünstigen Ergonomie. Außerdem steht dem Gewinn an Erkennungsleistung ein ungleich vermehrter Verarbeitungsaufwand gegenüber.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht in der Überwindung der genannten Nachteile, insbesondere in einer Senkung der Ausschussrate der Produktion der Sensoren bei gleichzeitiger Erhöhung der Gesamtfläche des Sensorfelds.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Sensor der eingangs genannten Art gelöst, dadurch dass zumindest zwei unmittelbar nebeneinander befindliche gleichartige Sensoreinhei- 3

AT 413 939 B ten ohne gegenseitigen Abstand zueinander auf einem Träger aufgebracht sind.

Die Erfindung ermöglicht eine deutliche Verringerung der Größe der hergestellten Sensoreinheiten, wodurch die Ausschussrate auf einen Bruchteil reduziert werden kann, ohne dass dies mit 5 einer Verringerung der erreichbaren Sensorgröße einherginge. Zudem wird eine erhöhte Flexibilität hinsichtlich der erreichbaren Sensorfeldgeometrien erreicht, da die Sensoreinheiten gegebenenfalls je nach Bedarf auf mehrere Arten zu einem Gesamtsensor zusammengefügt werden können. io Hierbei ist es vorteilhaft, wenn die Sensoreinheiten - oder zumindest ein Teil - paarweise zueinander spiegelbildlich angeordnet sind, wobei sie darüber hinaus zueinander spiegelbildlich angeordnete Sensoreinheiten zueinander spiegelbildlich gestaltet sein können, im übrigen jedoch gleichartig. Dies ermöglicht die Lokalisierung einander entsprechender Funktionen der Sensorperipherie der beiden Einheiten eines Paares in räumlicher Nähe. 15

Eine mögliche Gestaltung eines solchen Sensors, der eine frei wählbare Zahl von Einheiten aufweist, hat entlang einer Achse angeordnete Paare von zueinander spiegelbildlich angeordneten Sensoreinheiten. Ein andere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung hat vier in einem Rechteck angeordnete Sensoreinheiten. Hierbei können jeweils einander diagonal gegenüber-20 liegende Einheiten bauartgleich und gleicher Orientierung (hinsichtlich ihrer Händigkeit) sein.

Des weiteren ist es in Bezug auf die Steuer- und/oder Schnittstellenlogik einer Sensoreinheiten vorteilhaft, wenn die Steuer/Schnittstellenlogik entlang jener Teile des Rands der Sensoreinheit angeordnet sind, welche dem Außenrand des Sensors entsprechen, um den Zugang zu diesen 25 peripheren Komponenten zu erleichtern.

Um Lücken in dem von den Sensorfeldern der Einheiten erfassten Gesamtbildes möglichst gering zu halten, ist es günstig, wenn das Sensorfeld der Sensoreinheiten bis an jene Teile des Rands der Sensoreinheit reicht, welche innerhalb des Sensors innenliegend sind. Insbesondere 30 kann der Stoß zwischen den Sensorfeldern je zweier benachbarter Sensoreinheiten höchstens eine sechs Sensorelementen entsprechende Breite aufweisen; vorzugsweise hat er eine zwei Sensorelementen entsprechende Breite. Bei diesen Werten kann die Lücke auf einfache Weise durch Bildrekonstruktionsverfahren überbrückt werden. 35 Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei die beigefügten Figuren herangezogen werden. Diese zeigen in schematischer Form:

Fig. 1 eine Aufsicht auf einen ersten erfindungsgemäßen Sensor; und

Fig. 2 eine Schnittansicht durch den Rand des Sensors entlang der Linie 2 in Fig. 1; 40 Fig. 3 eine Aufsicht auf einen Sensor eines zweiten Ausführungsbeispiels; und Fig. 4 eine Aufsicht auf einen Sensor eines dritten Ausführungsbeispiels.

Der Sensor S1 des ersten Ausführungsbeispiels, das in Fig. 1 gezeigt ist, weist vier Sensoreinheiten ER1,EL1,ER2,EL2 auf, die getrennt voneinander hergestellt werden können und neben-45 einander auf einen gemeinsamen Träger TR (Fig. 2) aufgebracht sind, z.B. durch Aufkleben. Die Sensoreinheiten ER1 und ER2, die einander in dem Sensor S1 diagonal gegenüber liegen, sind bauartgleich. Die zu ihnen benachbarten Einheiten EL1.EL2 sind spiegelbildlich gestaltet - linkshändig ansonsten jedoch gleichartig zu den rechtshändigen Einheiten ER 1,ER2. Bei jeder der Sensoreinheiten ER1-EL2 befindet sich die Steuer- und Schnittstellenlogik PP als so Peripherie am Rand der Sensoreinheit, und zwar lediglich an jenen Randteilen RA, die auch am Außenrand des insgesamt gebildeten Sensors S1 zu liegen kommen ( außenliegende Kanten ). Der übrige Teil der Fläche jeder Sensoreinheit bleibt dem Sensorfeld SF Vorbehalten, das als Matrix von Sensorelementen SE ausgebildet ist, z.B. 128 x 96 Elemente, entsprechend einem gesamten Bildfeld von doppelter Dimension, also 256 x 192 Pixel. (Die Größe der Sensorele-55 mente ist in den Figuren nicht maßstäblich dargestellt.) Entlang des Außenrandes des Sensors

Claims (10)

1. 4 AT 413 939 B S1 umgibt eine Blende BD die Anordnung der Sensoreinheiten. Die Art der Sensorelemente - z.B. in Form kapazitiver Elemente, optischer Elemente oder Drucksensorelemente - ist für die Erfindung nicht von Bedeutung. 5 Das Sensorfeld SF jeder Sensoreinheit reicht bis knapp zu den innenliegenden Kanten RI, wobei jene Kanten bzw. Randteile als innenliegend bezeichnet werden, an denen eine andere benachbarte Sensoreinheit angeordnet werden kann und somit innerhalb des gesamten Sensors S1 zu liegen kommen. Dadurch ergibt sich eine Minimierung der Lücken, welche in der zusammengesetzten Sensorfläche zwischen den Feldern SF der Sensoreinheiten ER1-EL2 io entstehen. Diese Lücken entstehen infolge des Umstands, dass aus herstellungstechnischen Gründen an der inneren Kante RI einer Sensoreinheit ein - wenngleich sehr schmaler - Randstreifen verbleibt, in dem keine Sensorelemente untergebracht werden können. Die Breite der Lücken, die entlang der Stöße zwischen den Sensoreinheiten verbleiben, entspricht einigen wenigen Bildpunkten, z.B. zwei, vier oder sechs Bildpunkte; im günstigsten Fall ist die Lücke ca. 15 0,1 mm breit, entsprechend ungefähr 2 Pixeln. Die fehlenden Bildteile in den Lücken werden durch geeignete Weise überbrückt. Dies kann z.B. durch Kopieren der benachbarten Pixelzeilen bzw. -reihen in den der Lücke entsprechenden Bildraum erfolgen. Auch können die fehlenden Musterteile mittels eines Bildrekonstrukti-20 onsalgorithmus interpoliert werden. Das hierbei verwendete Verfahren ist jeweils dem zugrunde liegenden Mustertyp (z.B. Fingerabdruck, Text, etc.) anzupassen. Die gleichmäßige Verteilung der Steuer/Schnittstellenlogik PP am Außenrand RA der Anordnung bringt - vgl. Fig. 2 - den zusätzlichen Nutzen, dass der Außenbereich der Sensoreinheiten 25 effizienter genutzt wird. In herkömmlichen Sensoranordnungen dagegen war der der Blende BD nächstliegende Bereich BB des Sensorfelds oftmals ungenutzt oder konnte nur unzulängliche Bildresultate liefern, da dort das zu erfassende Muster - z.B. der aufliegende Finger Fl - nicht in der verlangten Weise auf das Sensorfeld aufgelegt werden kann. 30 Fig. 3 zeigt eine Variante der Erfindung, in der ein Sensor S2 zwei einander gegenüberliegende Einheiten BR,BL umfasst. Die Einheiten BR,BL können zueinander spiegelbildlich sein, was z.B. ermöglicht, gleichartige Funktionen (Spannungsversorgung, Steuerleitungen usw.) der Peripherie auf spiegelbildlich gegenüberliegende Randteile zu legen. Die Peripherielogik PP' dieser Sensoreinheiten BR, BL kann auf einen, zwei oder alle drei der äußeren Ränder RA' 35 aufgeteilt werden. Im übrigen gilt das oben Gesagte, insbesondere reicht das Sensorfeld SF möglichst nahe an die Innenkante RI' jeder Sensoreinheit. Fig. 4 zeigt eine weitere Variante, in der ein Sensor S3 eine beliebige gerade Anzahl von Einheiten GR,GL enthält, wobei die Einheiten paarweise einander gegenüberliegend entlang einer 40 Mittelachse m angeordnet sind. In Fig. 4 sind sechs Einheiten gezeigt, es können auch vier, acht oder mehr sein. Auch hier können die Einheiten paarweise spiegelbildlich sein, wobei alle rechtshändigen Einheiten GR (bzw. alle linkshändigen Einheiten GL) auf derselben Seite der Achse m oder alternierend angeordnet sein können. Die Peripherielogik PP" dieser Sensoreinheiten ist an der zur Achse m parallelen Außenkante RA" untergebracht, während die übrigen 45 drei Randkanten jeder Sensoreinheit entsprechend dem weiter oben Gesagten das Sensorfeld begrenzen. Patentansprüche: 50 1. Sensor, insbesondere Fingerabdrucksensor, enthaltend zumindest eine flächige Sensoreinheit mit einem Sensorfeld in Form einer Anordnung von Pixel liefernden Sensorelementen, zum Erfassen von auf den Sensor aufgelegten Mustern, insbesondere Fingerabdruck-relief-Mustem, 55 dadurch gekennzeichnet, dass 5 AT 413 939 B zumindest zwei unmittelbar nebeneinander befindliche gleichartige Sensoreinheiten (ER1,EL1,ER2,EL2; MR,ML; GR,GL) ohne gegenseitigen Abstand zueinander auf einem Träger (TR) aufgebracht sind.
2. 2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Sensor einheiten paarweise zueinander spiegelbildlich angeordnet sind.
3. 3. Sensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zueinander spiegelbildlich angeordnete Sensoreinheiten zueinander spiegelbildlich gestaltet, im übrigen jedoch gleichartig io sind.
4. 4. Sensor nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch entlang einer Achse (m) angeordnete Paare von zueinander spiegelbildlich angeordneten Sensoreinheiten (GR,GL).
5. 5. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch vier in einem Rechteck angeordnete Sensoreinheiten (ER1,EL1,ER2,EL2).
6. 6. Sensor nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils einander diagonal gegenüberliegende Einheiten (ER1,ER2; EL1.EL2) bauartgleich und gleicher Orientierung 20 sind.
7. 7. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorein heiten eine Steuer- und/oder Schnittstellenlogik (PP) aufweisen und die Steuer/Schnitt-stellenlogik entlang jener Teile (RA) des Rands der Sensoreinheit angeordnet sind, welche 25 dem Außenrand des Sensors entsprechen.
8. 8. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorfeld (SF) der Sensoreinheiten bis an jene Teile (RI) des Rands der Sensoreinheit reicht, welche innerhalb des Sensors innenliegend sind. 30
9. 9. Sensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Stoß zwischen den Sensorfeldern (SF) zweier benachbarter Sensoreinheiten höchstens eine sechs Sensorelementen entsprechende Breite aufweist.
10. 10. Sensor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Stoß höchstens eine zwei Sensorelementen entsprechende Breite aufweist. Hiezu 1 Blatt Zeichnungen 40 45 50 55