CN206584379U - 用于光学采集被供血的皮肤区域的印痕的设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于光学采集人类肢体或肢体部分的被供血的皮肤区域的印痕的设备。该设备从需要放置的皮肤区域的方向来看，包括：搁放面(3)，用于放置至少一个皮肤区域；层状体，其包含传感器层(6)，传感器层具有具备规定的侧向尺寸的、布置在第一像素栅格中的感光的传感器元件(7)；以及发光的元件(8、13)。每个感光的传感器元件(7)距搁放面(3)的间距小于第一像素栅格的像素间距。

Description

用于光学采集被供血的皮肤区域的印痕的设备

技术领域

本实用新型涉及一种用于光学采集人类肢体或肢体部分的被供血的皮肤区域的印痕的设备。这种设备从需要放上的皮肤区域的方向、例如从应当将手指或手放到指纹采集传感器上的人的方向包括用于搁放至少一个皮肤区域的搁放面。所述设备还包括具有传感器层的层状体，在传感器层中布置有具有规定的侧向尺寸的、在第一像素栅格中感光的传感器元件。所述设备还包括多个发光元件。

背景技术

对人类的生物特征的识别和检测越来越重要。在此，除了其他能够检测到的特征之外，指纹和/或手印也十分重要。一方面存在用于验证生物特征的系统，即在这些生物特征中，必须存在与所存储的特征的一致性，例如以便实现进入监控或干预监控。其他系统用于通过在比较数据库中的搜索和存储来识别，例如在机场进行边检时或者在警察进行甄别职责的检测时。对于后面提到的系统，针对所采集的皮肤纹理的图像的质量、分辨率和忠于原型的程度提出诸多要求。尤其是由于被委托了甄别职责措施的机构(例如联邦调查局(FBI))提出了高要求，所以在这种系统中存在高度的标准化，以便一方面确保尽可能不存疑问的识别，另一方面能够实现将由不同系统采集的数据组进行比较。这种系统例如必须具有至少500ppi的分辨率，这对应的是50.8μm的像素间距。此外，针对对比度调制函数(Contrast Transfer Function CTF)、信噪比(Signal Noise Ratio，SNR)以及失真度提出一定要求。最后，彩阶必须具有至少200的灰度值，像场在邻近的像素环境中以及在整幅图中都被尽可能均匀地照亮。

所有的需求标准需要合适的而且在质量上高品质的系统设计。在光学系统中，这例如意味着，一个或多个采集传感器必须满足所述要求，照明装置和所有其他对于产生图像所需的部件也必须满足所述要求。

为了检测到满足上述高质量要求的指纹和手印，当今主要使用的是根据干扰全反射原理工作的光学结构。在此，安设有棱镜，棱镜的设置用于采集印痕的面积基于机械和光学的要求而必须大于用于采集印痕所需的面积。作为采集途径中通常较大的构件的棱镜由此产生的尺寸决定性地影响到设备的最小结构尺寸以及最小质量。而相反，高图像品质实现了对人员的快速而且可靠的检测和识别，这特别是还指除了有说服力的精确度之外还关注人员的高通过量的应用，例如在边检时。除了已经提到的结构尺寸和质量外，在需要使用复杂的机械构件方面以及在技术和时间上进行复杂的装配和调校方面存在其他缺点。在这种设备中的使用者引导借助于在搁放面以外、例如通过旁边放置的显示屏所呈现的信息来实现。由此，在采集皮肤印痕时，人员总是要在搁放面与显示屏之间来回切换视线。

具有成像光学器件的小型化的结构(如其例如在US7,379,570B2中介绍那样)一般满足不了例如由FBI规定的高标准并且由于光程的原因，总是对设备的尽可能的小型化。超声波传感器或压电传感器(如其例如由US4,394,773已知那样)以及电容传感器(如其例如在US5,325,442中介绍那样)能够以非光学的方式采集指纹。基于超声波传感器的设备尚未面市。电容传感器迄今又仅用于对单指或两指进行采集。所有非光学的原理迄今都具有如下缺陷，也就是不能直接在传感器上显示信息。例如在US2005/0229380A1中介绍的薄膜键盘满足不了所需的标准。

为了将能够利用干扰全反射来实现的高图像品质的优点与小结构尺寸相结合，在US2012/0321149A1中已经介绍了方案。在其中公开的指纹传感器(其中将手指放置在TFT显示器上)对指纹进行采集，然后将指纹经电子器件传送至计算机系统。与指纹相对应的亮度分布在此如在利用透镜的结构那样产生，方式为：放置在TFT显示器的表面上的皮肤凹沟干扰到出自光源的光的内部全反射，而在掌纹凹沟中(也就是皮肤凹陷中)，在皮肤与TFT表面之间不发生接触，在那里，出自光源的光在TFT表面上发生内部反射。在TFT的感光区域上则产生指纹图像的负片，由此光能够打到TFT的感光区域上。此外，所需的是，照明满足在入射方向和孔径角方面的一定要求，这明显增大了针对照明的技术耗费及其占位需求。在US2012/0321149A1中介绍的照明实施方案针对多于一个或两个手指的大采集面积不合适或者与高耗费相关地仅有条件地适合。

针对不带成像光学器件的扁平结构方式的另一方案在US7,366,331B2中有所介绍。在这里，光沿侧向借助于扁平的照明装置耦合输入到手指中并且散射进入平放的皮肤部分中。手指接触到手指与传感器之间的透明的层。由此，光优选从皮肤凸起耦合输入到所述层中，然后能够被平面状的传感器检测到。这种方案受制于手指的透光范围内的照明波长，也就是特别是近红外和中红外范围内的照明波长，并且因此随之带来显著的环境光问题。所提出的红外滤光器和红外照明装置的应用虽然减轻了所述问题，但是还是存在常见传感器敏感度较低而手指的吸收度较高的问题，这使得信噪比变差。必要时所用的窄带的滤光器必须相应于照明装置的波长加以匹配并且产生附加的耗费。沿侧向的照明引起来照明均匀度的问题，特别是阻止了对多个手指的同时采样，因为多个手指之间会相互遮挡。这种方案仅适合用于对手指进行采样。此外，需要光障，用以防止一部分照明直接打到传感器上。在侧向的照明和光障使设备变得更大并且使其更复杂、更不灵活而且更容易发生故障。

在EP2711869A2中介绍了一种用于采集指纹的结构和方法。将手指或手放置到采集面上的使用者在虽然临近、但是在空间上与采集面间隔开的显示单元上借助于图形、图像等获得信息。所述信息例如关于如下方面给出说明：例如放置位置和/或压紧力是否可接受，或者例如当应当对整只手进行采样时，是否所有手指都已放置或者一些手指放置有误。由于采样面与显示装置在空间上是分隔的，对于应当被记录印痕的人员而言，要对肢体在采样面上的位置加以修正是很麻烦的，因为将在显示装置面上示出的图像转为例如各个手指的动作或者所需要的运动并不是立即而且直观实现的。另外，由于采样面与显示单元之间在空间上是分隔的，所以存在如下风险：使用者未将手指放置在采样面上，而是放置在显示装置上。这特别是当在显示装置上给出需要采样的手指的显示时，可能发生。对于划过的手指的采样要求在采样过程期间有特别高的专注度，因为必须以连续的速度和连续的压力才能实现令人满意的指纹采样。这通常以如下方式实现，采样过程在显示装置上实时地显示。采样面与显示装置在空间上的分隔对于使用者而言是非常难于实现采集过程与显示装置的同步的。在实践中，过于频繁出现有差错的指纹采样，并且必须重复采样。

实用新型内容

因此，本实用新型的目的在于，对于开头提出类型的结构以及用于采集肢体印痕的方法以如下方式继续研发，使得对于例如应当被采集指纹的人员而言更容易地得知需要如何对手指的放置加以修正，以便获得令人满意的指纹采样结果。人员应当比现有技术获得更接近现场而且更直观的反馈，使得按照这种方式也能够缩短采样设备的延迟时间并且减少了有误采样。

所述目的在开头介绍的类型的设备中以如下方式解决，彼此并排地布置多个发光的元件。在此，发光的元件：(i)呈栅格状地布置在第二像素栅格中，(ii)以发射处在对于层状体而言至少部分透过的频率范围内的光的方式来设计，使得光能够透过搁放面朝向皮肤区域的方向耦合输入到所述皮肤区域中，以及(iii)能够被分别或者成组地操控，进而被接通和关断。在此，每个感光传感器元件距搁放面的间距小于第一像素栅格的像素间距，优选小于所述像素间距的一半。通过最后提到的措施，能够有效地防止：不同物体的信息叠加在一个像素中，也就是不发生不同物体信息的遮蔽衰落。

因为发光的元件呈栅格状地布置在第二像素栅格中并且能够被分别操控，所以可行的是，在所放置的手指的直接相邻的环境中，根据所记录到的强度值来显示相应的可视化的信息，所述信息被应当例如采集指纹的人员在看到其手指时直接得到检测并且能够做出相应应对，只要这一过程是必要的。针对可视化的信息的示例在介绍按照本实用新型的方法时给出，所述方法特别是可以利用按照本实用新型的结构。

针对可视化信息的显示方案作为补充或可替换地，同样可行的是，在所述设备的相应设计方案中，例如在搁放面的部分区域中发出听觉信号或触感信号，使得使用者对此作出反应。触感或触觉信号特别良好地适用于视觉障碍的人。

在优选的设计方案中，在搁放面与层状体之间布置有设计为高通滤波器的滤光器。滤光器的极限波长根据被供血的皮肤区域的光学吸收特性来设定，在极限波长之下，滤光器至少对于可见光的范围基本是可透过的。此外，滤光器对于由发光的元件发出的光至少部分是可透过的。

针对发光元件的结构给出不同的可行方案。例如可以将发光的元件布置在层状体之外或者布置在层状体中单独的层中，其中，照明层则布置在传感器层的下方，也就是布置在背向滤光器的侧面上。发光的元件能够以主动发光或被动发光的方式来设计，对于布置在单独的照明层中的方案，特别有利的是，照明层设计为LCD显示器，也就是被动发光的元件，并且具有背光装置。这种元件易于制作和操控，其中，在这里，LCD显示器的各个像素的透光度是受控的。

在另一设计方案中，发光的元件也可以由移动通信设备(例如平板电脑或智能手机)形成。在此情况下，移动设备用作布置在传感器层下方的照明层。按照这种方式，能够实现针对移动应用的特别紧凑的结构形式并且简便地实现借助于移动设备的可视或触感信息。

当发光元件主动发光地设计时(例如为LED或OLED)，可以取消背光装置。设备的厚度以及制造花费能够按照这种方式降低。

当发光元件集成到具有感光传感器元件的层中、也就是传感器层本身中时，能够使厚度和制造花费的进一步降低。感光的传感器元件和发光的元件则处在同一平面中。同样在这里，发光的元件优选设计为主动发光的元件，例如设计为LED或者OLED。

像素栅格不一定非得具有相同的尺寸，因为对于具有发光元件的第二像素栅格的栅格密度或者分辨率并没有相对于感光的传感器元件的第一像素栅格那样提出高要求。第二像素栅格越精细，分辨率就越高，而可视信息就能更精确地显示。

优选的是，第一和第二像素栅格处在同一平面中并且具有相同的像素间距。发光的元件则布置在第一像素栅格的像素的中点上，而感光的传感器元件则布置在第二像素栅格的中点上。按照这种方式，能够实现特别薄的结构形式，基于相应的像素尺寸还使得显示特别精确。

在另一特别优选的实施方案中，发光的元件与感光的传感器元件是同一元件，这种元件特别优选设计为双向LED。这还降低了技术耗费并且也降低了质量和耗电量，这提高了这种设备的便携性进而扩展了使用范围，例如能够在现场更容易地执行甄别职责的措施。

可选的滤光器的极限波长优选根据被供血的皮肤区域的光学吸收特性来设定。对吸收特性起作用的主要是血液中的血红蛋白，血红蛋白在高于约600nm的波长时基本是透光的，对于低于600nm的波长，特别是对于绿光和蓝光波长范围则另外表现为强烈吸收。因此，滤光器的极限波长优选处在600±50nm或者575±25nm的范围内，例如为575nm或600nm。这样，滤光器基本上仅对蓝光和绿光是透过性的。但因为手指对于蓝光和绿光是不可透过的，所以起干扰作用的环境光可能仅在手指边缘能够注意到。这实现了更为精确的确定：需要采样的肢体是否处在正确的位置上，或者是否针对皮肤凸起和皮肤凹陷之间的最佳对比度的形成给出正确的压紧力。

本实用新型还涉及一种用于对人类肢体或肢体部分的被供血的皮肤区域的印痕进行采样的方法，所述方法特别是能够利用前面介绍的设备来执行。在这种方法中，至少一个应当被提取印痕的皮肤区域接近用于对这种印痕进行采样的设备的搁放面并且放置到所述搁放面上。多个栅格状地布置在第二像素栅格中的、能够单独地或者成组操控的发光的元件为了照亮至少一个皮肤区域而被接通或关断。对于被动发光的元件而言，接通相当于切换为透光。在此，从发光的元件发出的光经过层状体(其具有具备规定的侧向尺寸的布置在第一像素栅格中的感光的传感器元件)、经过可选的滤光器以及经过搁放面出射，并且进入至少一个皮肤区域。在所述皮肤区域处，光根据皮肤区域的特性和位置发生转向并且必要时再度朝向搁放面的方向耦合输出。耦合输出的光再度经过搁放面并且转向到感光的传感器元件上。在感光的传感器元件上对光的强度加以记录，其中，每个感光的传感器元件距搁放面的间距小于第一像素栅格的像素间距，优选小于所述像素间距的一半。由感光的传感器元件记录的或者确定的强度值则输送给图像处理装置，图像处理装置能够集成到所述设备中。借助于已知的图像处理算法能够作为结果获得不同的参数，这些参数对采样或者说照片的质量和正确性加以评估，特别是作为结果获得了关于位置、形状和/或至少一个皮肤区域的压紧力是正确、过高还是过低的判断，这一般能够就对比度方面辨识出来。根据一定的结果，来操控发光元件并且接通或关断。在此，由发光的元件显示可视化的信息，所述信息在搁放面上显示，使得观察者(一般是将手或手指放上的人)直接在相关的皮肤区域附近看到所述信息。

当例如正确放置多个手指并且压紧力也正确时，则例如能够以直接围绕手指显示的绿色轮廓来表明这一点。错误定位的手指例如可以借助于红色轮廓来围绕，另外，可以利用箭头符号来指示：应当朝哪个方向移动手指，或者例如以重量符号或者朝上或朝下指向的箭头来指示：是否需要提高或降低压紧力。在用于执行所述方法的设备的相应设计方案中，也可以向应当被记录皮肤区域的人给出听觉和/触觉/触感的反馈。例如可以针对错误放置的手指，通过相应区域局部界定的振动来指示正确位置，这例如能够借助于压电元件来实现。使用者则被要求移动其手指，使得应当被采样的整个区域放置在振动的、局部界定的面上。一旦达到正确的位置，则停止振动。也就是特别是根据确定的结果来指示或者让人感知到：是否需要改变皮肤区域的位置和/或压紧力。

对于使用者而言，也可以在其将皮肤区域与搁放面发生接触之前就显示出肢体的轮廓剪影，使得使用者确切知道应当将手指放在哪里以及如何放置。当使用者没有将手指放在正确位置或者没有以正确的压紧力(分别处在规定的容差范围)放置到搁放面上时，则对于使用者而言，优选同样在搁放面上显示或传达信息，告知以何种方式执行修正。当使用者已成功执行修正时，则这种信息显示可以让使用者可感地主动而且正面地收到(quittieren)。

在另一优选的设计方案中，感光的元件以如下方式操控，使得感光的元件在需要采样的皮肤区域接近期间就以及采样信号，例如对手的阴影或轮廓加以采样。所述信号由图像处理算法来分析，从而能够确认：其是否确实涉及需要采样的物体。在需要记录的皮肤区域的接近动作得到验证时，则启动其他步骤。例如可以激活设别的照明(搁放面同时用作显示屏)并且能够向人员例如显示其必须将手放置的位置。这一过程例如利用以白光示出的手的轮廓来执行，手的各个手指得到区分。在借助于感光的传感器测量到强度值之后或测量期间，则能够将轮廓的白光根据所记录的测量值切换为绿光或红光。

在这种方法的优选设计方案中，当将皮肤区域接近时采集的信号与皮肤区域放置时采集的信号加以比较。当皮肤区域按压到搁放面上时，皮肤区域当其受到压力时改变颜色。这种效果被充分利用，用以辨别失真。通过受限定的照明色光，能够借助于传感器采集光谱信息。当记录到皮肤区域接近时，则从停用状态切换到接近状态。在接近状态中已经采集到一定照明色光的第一图像，也就是记录到第一光谱信号。利用其他照明色光进行的采样可以选择地执行。当皮肤区域放上时，则从接近状态切换到采样状态，并且在定位正确而且力的施加也正确时，采样到另一图像，或者可选地采样到不同照明色光下的另外多个图像。皮肤区域的光谱信号在与搁放面接触之前和接触之后生成。两个光谱信号的区别针对被供血的皮肤是特定的。由此能够辨识到失真。当两个光谱信号的区别不在规定的区间内时，采集过程视为有误尝试而中断。

同样在所述方法的可替换的设计方案中(这种方案完全可以与前面介绍的方案相组合)可行的是：对所述设备进行如下调整，使得根据在搁放面上确定的位置来执行程序指令，例如启动程序、终止程序或者执行程序中所确定的调整方案。在这种情况下，设备不仅能够用作采集指纹的设备，而且能够用作触控式的面板(例如触摸板)或智能电话。换言之，指纹记录的功能完全可以与智能手机或类似设备相组合。同样能够按照这种方式例如实现单纯设计用作指纹采集设备的设备的操纵界面。所述设备可以按照这种方式特别紧凑而且便于操纵地实现。

不言而喻的是，前面提到的以及后面还有阐释的特征不仅能够以所给出的组合来使用，而且也能够以其他组合或者单独使用，而且不离开本实用新型的范围。

附图说明

下面，例如结合也公开了对于本实用新型重要的特征的附图详细阐述本实用新型。其中：

图1a、图1b示出用于采集被供血的皮肤区域的印痕的设备的基本构造，

图2示出采集所用的光的光学分布情况，

图3至图5示出这种设备的其他设计方案，

图6示出针对采集方法的正确过程在采集设备上的显示情况，

图7至图10示出具有修正要求的采集方法的过程，以及

图11示出其中使用了移动通信设备的设计方案。

具体实施方式

在图1a首先示出用于采集人类肢体或肢体部分的被供血的皮肤区域的印痕的设备的基本设计方案。

图1a示出用于采集这种印痕的设备的俯视图。观察者或者必须对其采集指纹的人员从该方向(俯视)看向所述设备或者应当被采集印痕的皮肤区域从围绕设备表面的空间角区域接近该设备。首先从该方向仅识别到边框1和保护层2。保护层2是可选设置的并且防止对处于保护层下方的光学部件造成沾污或者毁损。所述设备例如设计为智能手机或平板电脑或者集成到上述设备中。

在图1b中沿处在垂直于图页平面的平面中的线B-B’示出表现为层状体的设备的截面的一部分。保护层2上部面形成搁放面3。在保护层2的背向搁放面3的另一侧面上，可选地布置有设计为高通滤波器的滤光器4。在此，滤光器4的极限波长根据被供血的皮肤区域的光学吸收特性来设定，这里的极限波长有利地处在500nm与650nm之间的范围内，或者处在550nm与600nm之间的范围内，优选例如为550nm、575nm或者600nm。波长高于极限波长的光(换言之，频率处在与极限波长相对应的极限频率以下的光)被滤光器4阻挡。滤光器4在这里设计为单个滤光元件5的阵列，但也可以连续不间断地构造。这种由单个的滤光元件5构成的滤光器的设计方案的优点在于，用于显示信息的可见光谱的所有颜色都能够透过滤光器进而对于使用者是可见的，相反，对于连续的滤光器层4，仅滤光器4允许通过的波长的光能够用于显示信息。这样，例如在极限波长为550nm时，不再会有红光用于显示信息，和对于使用设备的人员进行直观检测而言，是不利的。

在滤光器4的下方布置有传感器层6，传感器层具有布置于第一像素栅格中的感光的传感器元件7。传感器元件具有规定的侧向尺寸，该尺寸允许分辨率至少为500ppi。在此，每个传感器元件7距搁放面3的间距小于第一像素栅格的像素间距。滤光元件5在这种实施方案中恰好安放在传感器元件7上方，使得实际上仅波长小于极限波长的光得到记录，而能够将整个光谱的光用于显示。

在感光的传感器元件7的下方(在这里简化示出地)布置有照明装置。照明装置在这里包括多个彼此并排布置的主动发光的元件8。所述元件呈栅格状地布置在第二像素栅格中。第二像素栅格在这里具有不同于第一像素栅格的像素间距。主动发光的元件8发出处在可选的滤光器4和传感器层6至少部分地允许透过的频率范围内的光，使得从搁放面3朝向皮肤区域的方向射出的光能够耦合输入到所述滤光器和传感器层中。此外，感光的元件8能够单独或者成组地得到操控并且进而被接通和关断。图1b中和后面图中的图示与此相关地并不是忠实于比例并且仅用于更好地理解结构。发光的元件8在这里布置在单独的照明层9中并且被设计为主动发光。发光方向通过箭头来标示。替代主动发光的元件8也可以等效地使用具有单独的照明方向的被动发光的元件，例如具有背光照明的LCD显示器，其中，不是接通或关断背光照明装置，而是接通或关断被动发光元件的透射性。

图2用于更好地理解用于光学采集人类肢体或肢体部分的被供血的皮肤区域的印痕的设备及方法的工作原理。在这里，出于概览原因取消了对主动或被动的照明装置的图示，这种照明装置理所当然是存在的。所述图示至少沿侧向是基本忠于比例的。可选的滤光器4在这里为了简化被设计为连贯的层。图2示出在照亮皮肤凸起10(手指或手的其他皮肤区域的掌纹凸起)和皮肤凹陷11(皮肤的掌纹凹沟)时的光路。皮肤凸起10直接安放在搁放面3上，光在无需透过介质(空气)的情况下直接射入皮肤中并且在那里散射。大部分散射的光被反射并且再次朝向搁放面的方向耦合输出并且透过搁放面3转向到感光的传感器7上。在传感器处记录到光的强度。在指纹或手印的采集中皮肤凸起10的区域表现为是明亮的。

在传感器层6与另一方面的皮肤凹陷11之间，光必须经历一段透过空气的行程，由于特别是从皮肤区域散射回来的光在多个界面上发生折射和反射，反射和散射损耗较高，使得上述区域相对于皮肤凸起10而言，以降低的亮度呈现。按照这种方式，能够精确检测指纹或手印。借助于感光的传感器元件确定的强度值被输送给图像处理器。借助于图像处理算法(其正如在现有技术中已知的并且例如也在EP2711869A2中已知那样)，确定出不同的参数，用以表现指纹，例如手指或手的位置、至少一个皮肤区域在搁放面上的形状、对比度和/或压紧力。根据所确定的结果，对感光元件8加以操控并且将其接通或关断，其中，这一过程也包括对出射的色调和亮度的改变。这样，由发光元件8显示可视信息，这些可视信息在搁放面3上对于使用者是可见的。所述设备与在EP2711869A1中介绍的设备相反，具备显示屏的功能。可视的信息例如可以存在用于表示：错误定位的手指必须朝向哪个方向移动，是否必须施加更大或更小的压紧力，或者对照片是否满意。搁放面3也可以用作以光学方式工作的触摸板，当例如在将手指或手搁放在规定的位置上之前，显示出启动程序、结束程序或改变程序选项的不同选择可行方案，根据手指或手的确定的位置则也能够执行用于控制程序的指令。

此外，也可以按照如下方式执行所述方法，传感器元件7在皮肤区域接近期间就能够采集信号，将信号借助于图像处理算法加以分析，在对需要记录的皮肤区域的接近加以验证的情况下，启动其他步骤。所述其他步骤例如可以是显示元件的更换、指纹采集的激活、可听信号等的激活。对此的示例结合图10介绍。

在图3至图5中示出用于采集被供血的皮肤区域的印痕的设备的其他可行的设计方案，凭借这些设计方案，也能够实现所介绍的方法。需要检查的皮肤区域在这里通过手指12来象征表示，为了简便，在皮肤凸起10与皮肤凹陷11之间不做区分，这是因为仅对不同的结构加以示出。

在图3至图5中示出的设备基本上区别仅在于发光元件的实现方式。可选的滤光器4在这里分别作为连贯的层示出，但在各实施方案中也可以干脆不存在或者由单独的滤光元件5组合而成，正如已经结合图1b介绍那样。在图3和图4中所示的设备中，发光的元件布置在单独的照明层9中。在图3中所示的实施方案中，设置有被动发光的元件13，这种被动发光的元件能够借助于背光装置14被照亮并且在“透光”与“不透光”的状态之间切换。也可以设置中间分级，这通过相应的操控来实现，例如通过改变能够切换为透光的元件的偏光特性来改变，并且实现光发生偏振的照明。照明层9则例如可以包括LCD显示器，这种LCD显示器包括被动发光的元件13，其带有背光照明装置14。

图4中示出的实施方案基本上与图1b中所示的图示相同，在这里发光元件设计为主动发光的元件8，例如LED或OLED。发光元件布置在自己的照明层9中。

在其他实施方案中，发光元件可以在其设计为主动发光的元件8时，集成到传感器层6中。第一和第二像素栅格则优选处在一个平面中，但是不一定具有相同的像素间距。

在图5中所示的设计方案中，第一和第二像素栅格处在一个平面中，两个像素栅格在这里具有相同的像素间距，其中，发光的元件在这里布置在第一像素栅格的像素的中点上，发光传感器元件布置在第二像素栅格的中点上。其他设计方案针对发光元件设置双倍大的像素间距。在这里，例如将LED或OLED用作发光元件。可替换地同样可行的是，感光元件7设计为不透光的元件16，主动发光的元件8通过双向元件(也就是主动发光元件)来替换，同时感光传感器元件7通过双向元件来替换，例如通过双向LED 15来替换。这实现了特别紧凑的结构形式。

结合图6至图9示例地阐释方法过程以及对使用者的差错的处置。在此，这种设备分别借助于显示屏(也就是使用者也能感知到的边框1和保护层2)象征表示。通过向使用者直接显示搁放面3上的信息的可行方案，如在图6和图9中所示那样为了最佳的定位以及如图7和图8中所示那样为了施加最佳的压紧力而提出要求或者引导。当肢体的位置和/或压紧力与要求相对应地调整时，也就是由使用者执行修正时，则这一引导机制可以退出。

上述方法的基本过程在图6中示出。图6a示出处在为采集做好准备的状态下的设备。在同时用作显示屏的搁放面3上示出应当被采集的肢体的轮廓剪影。由此，使用者获得了肢体(在这里为手的四个手指)应当放置的位置的精确信息。使用者同样获得了应当如何放置的信息，例如这样防止以不希望的扭转的形状错误的放置。在图6b中，可见的是使用者的正确地放置到所设置的搁放面3或保护层2上的手指。

图7示出所述方法的如下设计方案，其中，使用者受到指导，以便施加正确的压紧力。例如在手指上方在搁放面3的上部区域中设计为横条的显示象征表示出手指接触搁放面3的压紧力的大小。在图7a中可见如下示例，借助于横条来传递手指的压紧力过大的信号。当降低压紧力时，则横条显示指示出较小的数值。当数值符合要求时，则这种横条退出，正如在图7b中通过字符串‘OK’表示的那样。与此相应地，也可以处置压紧力过低的情况。为了使使用者理解直观，横条显示也可以是彩色的，并且例如以“红”色表示过高，以“蓝”色表示过低，以“绿”色表示正确的压紧力。

图8示出所述方法的具有用于修正手指过紧或过轻地放置程度需要的替换设计方案。相比于图7中所示的变型，在这里有利之处在于，修正需要或压力显示能够分别地针对每个手指示出。图8a在手指上方示出多条(三条)线，这些线应当象征表示过大的压紧力，在这里为了简便，针对所有手指示出相同情况。图示的类型也可以实现如下的显示，即要求使用者只修正一些或者仅一根手指，方式为，需要显示的信息(在这里为手指上方线的数目)根据手指的局部压紧力来确定。手指上方示出的线越多，则该手指的压紧力就越高。当使用者在图7a中所示的示例中将压紧力降到所需的程度时，则这种借助于显示的机制有利而且主动地退出。在图8b中通过显示文字‘OK’来实现这种退出，方式为例如仅线的显示消失。同样在这里，线也可以具有不同颜色，以便对于使用者实现直观的理解。

所述方法的另一指导使用者正确放置肢体(在这里还是手指)进而有助于优化图像采集前期准备的优选设计方案在图9中示出。当使用者并没有正确定位地放置手指，如在图9a中示出的手指过低地放置，则使用者通过箭头显示而收到需要正确放置的要求，箭头象征表示出手指必须沿着移动的方向。在成功修正手指位置之后，使用者获得肯定的反馈，在图9b中通过显示文字“OK”示出。同样在这里，针对每个手指的箭头显示可以分别显示。此外。与给出修正压紧力的提示的变型的组合方案当然也是可行的。针对修正压紧力以及针对修正手指位置的提示可以同时或者先后示出。使用者例如可以先被引导进入正确位置，之后再对压紧力加以修正。当使用者在修正压紧力时例如无意移动一个手指的话，则修正位置的机制也在手指错误定位时，可以重新显示。

在图10a至图10c中示出所介绍的方法的特别优选的设计方案，其中，感光的传感器元件7在皮肤区域接近时就已经采集信号。传感器装置在左侧分别在侧部以及在右侧从上方示出。在图10a中，设备以第一状态、停用状态示出。搁放面显示出放置确定的皮肤区域(在这里作为不起限定作用的示例地为四个右手手指)的要求。当手指接近时，设备探测到这种接近并且被切换到在图10b中示出的另一、即第二状态、即接近状态。搁放面显示出需要采集的皮肤区域的轮廓剪影。由此，正确定位过程变得容易。由此，使用者首先收到反馈：设备为采集图像做好准备，然后使用者收到需要如何以及在哪里放置手指的信息。随着接触搁放面，所述结构又被切换到新的、即第三状态、即采集状态，其在图10c中示出。开始采集程序，设备为采集图像做好准备。算得上是采集程序的特别是开始时的检查过程例如为：手指是否正确定位和/或压紧力是否处在规定的容差范围内。检查过程以及必要时与之相关的针对正确定位和/或压紧力的指导已经详尽结合图7至图9加以介绍。

在三种状态之间的切换过程根据对图像数据的评估结果来实现，这里的图像数据由感光的传感器元件7记录，针对使用者的要求和信息通过由搁放面3或透过搁放面的显示来实现。在此，搁放面3典型地是指由保护膜2形成的保护层的背向传感器层6的侧面。

图11a至图11b最后示出如下的设备，其中，发光元件通过图11a的移动通信设备(在这里为平板电脑)以及通过图11b的智能电话来实现。在此，传感器层6呈平面状地设置在照明层的上方。移动通信设备同时用于照明、显示可视化的触感和/或听觉的信息以及在选择方案中用于控制传感器层。传感器层可以持续与移动通信设备连接或者以可分离的方式与之连接。按照这种方式实现了非常简便而且可移动的设备。

凭借前面介绍的方法以及所附的设备，一方面实现了指纹传感器的特别紧凑的结构，这种指纹传感器还是用途多样而且编写的，并且能够向使用者给出直观的提示，以便应用或修正应被采集印痕的皮肤区域的定位。

附图标记列表

1 边框

2 保护层

3 搁放面

4 滤光器

5 滤光元件

6 传感器层

7 感光的传感器元件

8 主动发光的元件

9 照明层

10 皮肤凸起

11 皮肤凹陷

12 手指

13 被动发光的元件

14 背光装置

15 双向LED

16 不透光的元件

Claims (15)

1.一种用于光学采集人类肢体或肢体部分的被供血的皮肤区域的印痕的设备，从需要放置的皮肤区域的方向来看，包括：

搁放面(3)，用于放置至少一个皮肤区域；

层状体，其包含传感器层(6)，传感器层包括具备规定的侧向尺寸的、布置在第一像素栅格中的感光的传感器元件(7)；以及

多个彼此并排布置的、发光的元件(8、13)，其特征在于，

发光的元件(8、13)：(i)呈栅格状地布置在第二像素栅格中，(ii)以发射处在对于具有传感器层(6)的层状体而言至少部分透过的频率范围内的光的方式来设计，使得从搁放面(3)朝向皮肤区域的方向射出的光能够耦合输入到所述皮肤区域中，以及(iii)能够被分别或者成组地操控，进而被接通和关断；以及

每个感光的传感器元件(7)距搁放面(3)的间距小于第一像素栅格的像素间距。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，发光的元件(8、13)布置在单独的照明层(9)中。

3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，发光的元件设计为被动发光的元件(13)。

4.根据权利要求2或3所述的设备，其特征在于，发光的元件通过移动通信设备的显示装置形成。

5.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，照明层(9)包括具有背光装置(14)的LCD显示器。

6.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，发光的元件设计为主动发光的元件(8)。

7.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，发光的元件(8、13)集成到传感器层(6)中，其中，第一和第二像素栅格处在同一平面内，和/或发光的元件设计为主动发光的元件(8)。

8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，第一和第二像素栅格具有相同的像素间距，发光的元件(8、13)布置在第一像素栅格的像素 的中点上，而感光的传感器元件(7)则布置在第二像素栅格的中点上。

9.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，发光的元件与感光的传感器元件相同地设计。

10.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，在搁放面(3)与层状体之间布置有设计为高通滤波器的滤光器(4)，所述滤光器具有根据被供血的皮肤区域的光学吸收特性规定的极限波长，其中，滤光器(4)对于从发光的元件(8、13)发出的光而言至少部分是透过性的。

11.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述主动发光的元件(8)是LED或OLED。

12.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述主动发光的元件(8)是LED或OLED。

13.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，发光的元件与感光的传感器元件相同地设计为双向LED(15)。

14.根据权利要求10所述的设备，其特征在于，所述滤光器的极限波长处在600±50nm的范围内。

15.根据权利要求14所述的设备，其特征在于，所述滤光器的极限波长为600nm。