DE102018122872A1 - Display mit integriertem Matrixsensor und Verfahren zur optischen Aufnahme der Papillarstruktur wenigstens eines Fingers mit dem Display - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Display mit integriertem Matrixsensor (3) zur optischen Aufnahme der Papillarstruktur wenigstens eines Fingers (F), bei dem den einzelnen Sensorelementen (3.1) des Matrixsensors (3) jeweils eine Winkelblende (4) mit einer zum Sensorelement (3.1) jeweils in einer Versatzrichtung (R) versetzten Blendenöffnung vorgeordnet ist. Durch eine differenzierte Dimensionierung der Blendenöffnungen und / oder unterschiedliche Versatzrichtungen (R) wird der Akzeptanzwinkel der Sensorelemente (3.1) des Matrixsensors (3) auch in orthogonaler Richtung zur Versatzrichtung (R) beeinflusst, womit das Display zur Erstellung einer Aufnahme geeignet ist, die einen isotropen und hohen Kontrast aufweist.Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren, mit dem unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Displays mit integriertem Matrixsensor (3) eine initiale Aufnahme in eine korrigierte Aufnahme, die einen wenigstens annähernd isotropen und hohen Kontrast aufweist, transformiert wird.

Description

• Über die Papillarstruktur der Finger lassen sich Personen sicher identifizieren, weshalb der Fingerabdruck als Abbild der Papillarstruktur schon seit langer Zeit zur Identifikation von Personen verwendet wird. Die Papillarstruktur zeichnet sich durch die Papillarleisten (Papillarlinien) und die dazwischen tiefer liegenden Papillartäler aus, die unter anderem durch deren Verlauf (Linienverlaufsrichtung) charakterisiert sind.
• Ein erfindungsgemäßes Display mit integriertem Matrixsensor kann grundsätzlich auch zur Aufnahme anderer Gewebestrukturen als die Papillarstruktur von Fingern verwendet werden, sofern diese linienförmige Erhebungen und linienförmige Täler aufweist. Die Aufnahme der Papillarstruktur eines oder mehrerer Finger gleichzeitig wird der häufigste Anwendungsfall für ein erfindungsgemäßes Display sein.
• Optische Fingerabdruckaufnahmegeräte basierten lange auf dem Prinzip der linsenbasierten optischen Abbildung der Grenzfläche zwischen einem Finger und einem Glasprisma. Das Prinzip der gestörten Totalreflexion (FTIR - frustrated total internal reflection) bei schrägem Lichteinfall ermöglicht dabei eine kontrastreiche Aufnahme der Papillarstruktur, da das Licht an den Stellen, an denen die Papillarlinien die Prismenoberfläche berühren, aus dem Prisma in den Finger ausgekoppelt und zwischen den Papillarlinien total reflektiert wird.
• Mit dem Einsatz von so genannten Direktsensoren, welche auf ein linsenbasiertes Abbildungssystem verzichten, ergeben sich neue Möglichkeiten für Fingerabdruckaufnahmegeräte. Die Geräte können deutlich kleiner ausgeführt werden, da keine abbildende Optik mehr nötig ist und auch kein Glasprisma verwendet werden muss. Das an einer Auflagefläche eines Abdeckglases unterhalb eines aufgelegten Fingers reflektierte Licht wird direkt auf einen Matrixsensor reflektiert. Je nach Ausführung gibt es unterschiedliche Bildentstehungsmechanismen. Dabei wird grundsätzlich der maximale Abstand zwischen Finger und Matrixsensor durch den Reflexionswinkelbereich des bildgebenden Lichtsignals, welches von der Displayoberfläche stammt und von Sensorelementen empfangen wird, bestimmt.
• Um einen auswertbaren Kontrast zu erzielen, darf das reflektierte Lichtbündel in der Sensorebene nicht wesentlich weiter aufgeweitet sein als die Größe der abzubildenden Struktur. Der Kontrast bezieht sich auf den Signalunterschied zwischen Papillarlinien und Papillartälern und versteht sich im Sinne dieser Beschreibung als Michelson-Kontrast.
• Die Abstände der Papillarlinien im menschlichen Fingerabdruck liegen in der Regel oberhalb 200 µm und im Schnitt bei ca. 400 µm. Die jeweilige Breite der Papillarlinien und Papillartäler ist dabei variabel.
• Für die Auflösung der abzubildenden Strukturen müssen die Abstände der Sensorelemente weiterhin geringer sein als die halbe abzubildende Strukturgröße. Die Auflösung bezieht sich im Sinne dieser Beschreibung auf die Abstände der Sensorelemente.
• Für die Aufnahme eines menschlichen Fingerabdrucks bei einem Abstand von Auflagefläche zu Sensorebene im mm-Bereich wird ohne Maßnahmen zur Winkeleinschränkung kein Kontrast erzielt.
• Für die Entstehung der Aufnahme ist maßgeblich, wie die Beleuchtung des Abdeckglases erfolgt. Enthält die Beleuchtung Lichtstrahlen, welche beim Auftreffen auf die Oberfläche des Abdeckglases den Grenzwinkel zur Totalreflektion überschreiten, werden diese in den Bereichen der zwischen den Papillarlinien des auf der Auflagefläche aufliegenden Fingers nicht anliegenden Papillartälern am Glas-LuftÜbergang totalreflektiert. Eine Signalbildung aus einem Reflexionswinkelbereich oberhalb des Grenzwinkels führt entsprechend zu einer wesentlich größeren Signalhöhe und einem deutlich höheren Kontrast als aus einem Reflexionswinkelbereich unterhalb des Grenzwinkels.
• Eine Vielzahl von elektronischen Geräten, u. a. Mobiltelefone und Tablets, weisen heutzutage ein Display auf. Ein solches Display soll primär die Funktion einer elektronischen Anzeige erfüllen, weshalb deren Qualität durch zusätzliche Funktionen, wie eine Touchfunktion oder die Funktion einer optischen Aufnahme eines Fingerabdrucks, nicht beeinträchtigt werden darf. In der Praxis wird der Begriff Display nicht immer einheitlich verwendet.
• Im Sinne dieser Anmeldung ist ein Display grundsätzlich ein ein- oder mehrschichtiger transparenter oder semitransparenter Körper mit einer Abdeckschicht, einer integrierten Displaymatrix in einer Displayebene und gegebenenfalls einer Hintergrundbeleuchtung.
• Um ein Display, z. B. mit einer OLED, AMOLED, QLED oder LCD, auch als Aufnahmegerät für einen Fingerabdruck oder ein anderes natürliches oder künstliches Gewebe nutzen zu können, bestehen im Stand der Technik verschiedenste Bestrebungen, die vorhandene Beleuchtung der Abdeckschicht durch die Displaypixel der Displaymatrix und gegebenenfalls die Hintergrundbeleuchtung für eine optische Aufnahme auf einen zusätzlich in das Display integrierten Matrixsensor zu nutzen, der in oder unterhalb der Displayebene angeordnet ist.
• Damit der Fingerabdruck auch bei einer Dicke der Abdeckschicht im Millimeterbereich mit einem hinreichend hohen Kontrast auf dem Matrixsensor abgebildet werden kann, müssen Maßnahmen getroffen werden, die, wie einleitend erläutert, den Reflexionswinkelbereich, aus dem Licht jeweils auf ein Sensorelement des Matrixsensors auftrifft, begrenzen.
• Aus der WO 2017/045130 A1 ist ein optisches Fingerabdruckabbildungssystem bekannt, mit einer lichtdurchlässigen Abdeckplatte, auf die ein Finger aufgelegt wird, einer Hintergrundbeleuchtung und einem Matrixsensor, der zwischen der Abdeckplatte und der Hintergrundbeleuchtung angeordnet ist. Dem Matrixsensor, der zwischen seinen einzelnen Sensorelementen lichtdurchlässig ist, damit die Abdeckplatte durch die Hintergrundbeleuchtung beleuchtet werden kann, sind wenigstens eine Lichtabschirmschicht, bevorzugt zwei durch eine transparente Schicht voneinander getrennte Lichtabschirmschichten, vorgeordnet. Sie weisen jeweils, einem Sensorelement zugeordnet, Löcher auf, die pro Sensorelement einen Lichttunnel zwischen dem Sensorelement und der Abdeckplatte begrenzen.
• Indem jeweils nur Licht, das durch einen der Lichttunnel auf ein Sensorelement gelangt, auf ein Sensorelement auftrifft, wird der Reflexionswinkelbereich, aus dem Licht auf ein Sensorelement auftrifft, beschränkt, sodass der Kontrast von Fingerabdruckbildern verbessert bzw. größere Abstände zwischen dem aufgelegten Finger und dem Matrixsensor realisiert werden können.
• In der US 2017/0161543 A1 ist ein Display im Sinne der vorliegenden Anmeldung mit einem integrierten Matrixsensor offenbart. Das Display enthält mehrere transparente Schichten, von denen die äußere Schicht die Abdeckschicht darstellt, auf deren Oberfläche ein abzubildender Finger aufgelegt werden kann und die primär als Schutzschicht für die Displaypixel dient. Die Displaypixel, die gemeinsam eine Displaymatrix, und die Sensorelemente, die gemeinsam den Matrixsensor bilden, sind in einem Ausführungsbeispiel ineinander verschachtelt in einer Ebene auf einer Sperrschicht angeordnet. Dabei sind die Displaypixel mit ihrer lichtaussendenden Fläche gemäß einem herkömmlichen Display der Abdeckschicht zugewandt. Es wird darauf hingewiesen, dass sowohl das Licht der Displaypixel oder/und das Licht einer gegebenenfalls zusätzlichen Beleuchtung zur Aufnahme des Fingers durch den Matrixsensor genutzt werden kann. Die Sensorelemente des Matrixsensors sind, vor einem Lichteinfall von den Displaypixeln geschützt, mit ihrer lichtempfindlichen Fläche der Sperrschicht zugewandt, die unterhalb der Sensorelemente jeweils eine erste Blendenöffnung und, jedem Sensorelement zugeordnet, eine zum Sensorelement in einer gleichen Richtung versetzte zweite Blendenöffnung aufweist, durch die von der Abdeckschicht reflektiertes Licht schräg hindurchtreten kann. Das durch die ersten Blendenöffnungen tretende Licht wird jeweils über eine weitere an die Sperrschicht grenzende transparente Schicht an einer reflektierenden Schicht reflektiert, und ein Anteil des hier reflektierten Lichtes trifft durch die ersten Blendenöffnungen auf jeweils ein Sensorelement. Im Vergleich zur vorgenannten WO 2017/045130 A1 wird hierdurch jeweils eine erste dem Sensorelement unmittelbar vorgeordnete Blendenöffnung und eine zweite zum Sensorelement versetzte Blendenöffnung ein Lichttunnel gebildet (hier Akzeptanzkonus), der den Reflexionswinkelbereich, aus dem jeweils Licht auf ein Sensorelement auftrifft, eng begrenzt. Der Begriff Akzeptanzkonus stellt in Verbindung mit dem Wissen, dass er durch eine zum Sensorelement versetzte runde Blendenöffnung begrenzt wird, klar, dass dieser eine schiefe konische Form aufweist. Der Öffnungswinkel eines schiefen Konus ist in Neigungsrichtung kleiner als senkrecht hierzu, woraus sich schließen lässt, dass der Akzeptanzwinkel des Sensorelementes in Neigungsrichtung kleiner als senkrecht hierzu ist. Der Reflexionswinkelbereich schließt Reflexionswinkel ein, die fern von einem senkrechten Lichteinfall sind, das heißt, die deutlich schräg auf das Sensorelement auftreffen. Das führt im Unterschied zu einem Lichteinfall aus einem eng begrenzten Reflexionswinkelbereich um den senkrechten Lichteinfall, wie bei einem Lichttunnel gemäß der vorgenannten WO 2017/045130 A1 , dazu, dass der resultierende Kontrast in einer Aufnahme nicht isotrop ist, das heißt für aus Richtung des Blendenversatzes einfallendes Licht ist der Kontrast größer als senkrecht dazu.
• In beiden vorgenannten Schriften wird jeweils durch wenigstens eine Blendenöffnung ein Lichttunnel bzw. Akzeptanzkonus gebildet, durch den der Reflexionswinkelbereich begrenzt wird, aus dem Licht auf das jeweilige Sensorelement, genauer gesagt seine lichtempfindliche Fläche auftrifft. Im Falle der vorgenannten US 2017/0161543 A1 , bei der die für die Begrenzung des Reflexionswinkelbereiches bestimmende Blendenöffnung zum Sensorelement versetzt ist, ergibt sich, von Seiten des Sensorelementes betrachtet, dass der Akzeptanzwinkel für das Sensorelement in Richtung des Versatzes kleiner als in orthogonaler Richtung hierzu ist. Damit ergibt sich, dass eine mit dem Matrixsensor erzeugte Aufnahme in der Versatzrichtung und in einer hierzu verlaufende orthogonalen Richtung einen unterschiedlichen Kontrast aufweist. Das heißt, der Kontrast über die Aufnahme ist nicht isotrop sondern richtungsabhängig. Der Reflexionswinkelbereich wird stets für alle Sensorelemente gleich eingeschränkt. Der Akzeptanzwinkel wird möglichst klein gewählt, um das auf ein Sensorelement geleitete Licht nur aus einer möglichst kleinen Teilfläche zu empfangen und damit einen hohen Kontrast zwischen Papillarlinien und Papillartälern zu erreichen.
• Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Display mit integriertem Matrixsensor zur Aufnahme der Papillarstruktur wenigstens eines Fingers so zu verbessern, dass es zur Erstellung einer Aufnahme geeignet ist, die einen isotropen und hohen Kontrast aufweist. Diese Aufgabe wird für ein Display mit integriertem Matrixsensor mit den Merkmalen des Anspruches 1 erfüllt.
• Vorteilhafte Ausführungen für ein Display mit integriertem Matrixsensor nach Anspruch 1 sind in den rückbezogenen Unteransprüchen 2 bis 11 angegeben.
• Es ist auch die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zu finden, mit dem unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Displays mit integriertem Matrixsensor korrigierte Aufnahmen mit einem isotropen und hohen Kontrast gebildet werden können.
• Diese Aufgabe wird für ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 12 erfüllt.
• Vorteilhafte Ausführungen sind in den rückbezogenen Ansprüchen 13 und 14 angegeben.
• Zur Lösung der Aufgabe wurden zwei Alternativen gefunden.
• Die erste Alternative besteht im Wesentlichen darin, dass die Blendenöffnung in einer Länge, in orthogonaler Richtung zur Richtung des Versatzes der Blendenöffnung gegenüber dem Sensorelement (Versatzrichtung) kleiner ausgeführt wird als in einer Breite, in Versatzrichtung. Dadurch kann der Akzeptanzwinkel der Sensorelemente in orthogonaler Richtung zur Versatzrichtung, der bei gleicher Länge und Breite der Blendenöffnung in orthogonaler Richtung zur Versatzrichtung größer als der Akzeptanzwinkel in Versatzrichtung ist, verkleinert und an den Akzeptanzwinkel in Versatzrichtung angepasst werden. Mit dieser ersten Alternative eines Displays mit integriertem Matrixsensor wird mittels aller Sensorelemente des Matrixsensors eine Aufnahme höchstmöglicher Auflösung erstellt, die über die gesamte Aufnahme einen isotropen und hohen Kontrast aufweist.
• Alternativ sind die Blendenöffnungen in orthogonaler Richtung zur Versatzrichtung (Länge) wenigstens gleich groß wie in Versatzrichtung (Breite) und in wenigstens zwei verschiedenen Richtungen gegenüber den Sensorelementen versetzt angeordnet. Die Winkelblenden, bei denen jeweils die Blendenöffnungen in einer Versatzrichtung gegenüber dem zugeordneten Sensorelement versetzt sind, bilden jeweils eine Blendengruppe. Diese Alternative ist geeignet, mittels der Sensorelemente einer Blendengruppe jeweils eine Teilaufnahme mit nur einem Teil der Sensorelemente zu erstellen, sodass zeitgleich mit dem Matrixsensor eine gleiche Anzahl von Teilaufnahmen reduzierter Auflösung erstellt werden kann, wie Blendengruppen vorhanden sind. Aus diesen Teilaufnahmen reduzierter Auflösung kann rechnerisch eine korrigierte Aufnahme erstellt werden, die einen isotroperen und höheren Kontrast aufweist als jede der Teilaufnahmen.
• Einer vorteilhaften Ausführung der zweiten Alternative liegt die Überlegung zugrunde, dass Gewebestrukturen, wie die Papillarstruktur eines Fingers, eine Regelmäßigkeit aufweisen, indem sie eine Linienstruktur darstellen, wobei die Papillarlinien einen Abstand zueinander aufweisen, der überwiegend um ca. eine Größenordnung geringer ist als ein jeweils annähernd geradliniger Abschnitt der Papillarlinien in Richtung ihrer Länge. Um möglichst viel Lichtintensität von reflektiertem Licht aus jeweils einer Teilfläche auf jeweils ein Sensorelement eines Matrixsensors zu leiten, werden die Blendenöffnungen als Schlitze ausgeführt, mit einer Schlitzlänge, orthogonal zur Richtung des Versatzes der Blendenöffnung zum Sensorelement, größer einer Schlitzbreite, in Richtung des Versatzes der Blendenöffnung zum Sensorelement. Damit kann, wenn die Schlitzlänge in Richtung der Papillarlinien und damit der Papillartäler verläuft, deutlich mehr Licht auf die Sensorelemente geleitet werden. Sofern die Schlitzlänge im Extremfall senkrecht zu den Papillarlinien verläuft, wird der Kontrast und damit die Schärfe der Aufnahme zwar verschlechtert, jedoch wird diese Verschlechterung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kompensiert.
• Erfindungsgemäß werden durch mehrere Gruppen von Sensorelementen, die jeweils einer Gruppe von Winkelblenden mit unterschiedlich ausgerichteten Schlitzen zugeordnet sind, Teilaufnahmen verminderter Auflösung erzeugt, die in unterschiedlichen Richtungen einen unterschiedlichen Kontrast aufweisen. Die Teilaufnahmen, die jeweils durch Gruppen ineinander verschachtelt angeordneter Sensorelemente erzeugt werden, werden jeweils in Segmente unterteilt, die möglichst klein, jedoch so groß sind, dass aus wenigstens einem von zueinander korrelierenden Segmenten die Linienverlaufsrichtung ableitbar ist. Anhand der Linienverlaufsrichtung werden die zueinander korrelierenden Segmente gewichtet und zu einem Gesamtsegment gerechnet. Aus allen Gesamtsegmenten wird eine korrigierte Aufnahme erstellt.
• Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Hilfe von Zeichnungen näher erläutert werden. Hierzu zeigen:
• 1 eine Prinzipskizze für eine erste Ausführung eines erfindungsgemäßen Displays in einer ersten Alternative,
• 2 eine Prinzipskizze für eine erste Ausführung eines erfindungsgemäßen Displays in einer zweiten Alternative,
• 3 eine Prinzipskizze für eine zweite Ausführung eines erfindungsgemäßen Displays in der ersten Alternative,
• 4 eine Prinzipskizze für eine zweite Ausführung eines erfindungsgemäßen Displays in der zweiten Alternative,
• 5a eine der Blendenöffnungen in Form eines Schlitzes für ein Display in der ersten Alternative,
• 5b eine der Blendenöffnungen in Form eines Ovals für ein Display in der ersten Alternative,
• 6a eine erste Anordnung einer der Blendenöffnungen in Form eines Schlitzes zu einem Sensorelement bei einem Display in der ersten Alternative,
• 6b eine zweite Anordnung einer der Blendenöffnungen in Form eines Schlitzes zu einem Sensorelement bei einem Display in der ersten Alternative,
• 7a eine schematische Darstellung der den Winkelblenden einer ersten Blendengruppe zugeordneten Teilflächen,
• 7b eine Darstellung ausgezeichneter Winkel des detektierten Lichtes in Richtung der Schlitzbreite,
• 7c eine schematische Darstellung der den Winkelblenden einer zweiten Blendengruppe zugeordneten Teilflächen,
• 7d eine Darstellung eines ausgezeichneten Winkels des detektierten Lichtes in Richtung der Schlitzlänge,
• 8 eine schematische Darstellung eines Matrixsensors mit zwei Blendengruppen,
• 9 eine schematische Darstellung eines Matrixsensors mit vier Blendengruppen und
• 10 ein Ablaufschema für ein Verfahren in bildlicher Darstellung.
• In 1 ist eine Prinzipskizze für eine erste Ausführung eines Displays mit integriertem Matrixsensor 3 zur Abbildung der Papillarstruktur, gebildet durch Papillarlinien P_L und Papillartäler P_T , wenigstens eines Fingers F gezeigt.
• Das Display stellt einen ein- oder mehrschichtigen transparenten oder semitransparenten Körper 1 mit einer Auflagefläche 1.1, einer integrierten Displaymatrix 2 in einer Displayebene 2.0, dem integrierten Matrixsensor 3 in einer Sensorebene 3.0, mit einer Vielzahl von Sensorelementen 3.1 und einer Vielzahl von integrierten regelmäßig angeordneten Winkelblenden 4 mit Blendenöffnungen in einer Blendenebene 4.0, dar. Dabei sind die Auflagefläche 1.1, gebildet durch eine äußere Oberfläche des transparenten oder semitransparenten Körpers 1, und wenigstens die Sensorebene 3.0 und die Blendenebene 4.0 zueinander parallel ausgerichtet. Die Dicke des Displays liegt in der Regel zwischen 0,1 mm und 10 mm, bevorzugt zwischen 0,5 und 2 mm. Der Matrixsensor 3 besteht aus einer Vielzahl von regelmäßig angeordneten Sensorelementen 3.1, denen jeweils eine der Winkelblenden 4 zugeordnet ist. Die Winkelblenden 4 sind als Flächenelemente ausgeführt und weisen jeweils eine Blendenöffnung auf, die zum Sensorelement 3.1, bzw. genauer zu dessen lichtempfindlicher Fläche, so angeordnet und dimensioniert ist, dass durch diese Blendenöffnung hindurch nur aus einem begrenzten Reflexionswinkelbereich an der Auflagefläche 1.1 bzw. an wenigstens einem aufliegenden Finger F reflektiertes Licht, bevorzugt total reflektiertes Licht, schräg auf das Sensorelement 3.1 auftreffen kann. Dazu sind die Blendenöffnungen jeweils in orthogonaler Richtung (Blickrichtung) zur Auflagefläche 1.1 in einem Abstand a dem Sensorelement 3.1 vorgeordnet und in einer parallelen Richtung (Versatzrichtung R_V ) parallel zur Auflagefläche 1.1 so zum zugeordneten Sensorelement 3.1 versetzt angeordnet, dass sie aus orthogonaler Richtung zur Auflagefläche 1.1 betrachtet neben dem Sensorelement 3.1, dieses vollständig abdeckend, angeordnet sind. Die Winkelblenden 4 bestehen aus einem nicht transparenten und vorzugsweise absorbierenden Material. Zum Ansteuern und Auslesen und gegebenenfalls Analysieren und Verrechnen von Aufnahmen des Matrixsensors 3 ist dieser mit einer Steuer- und Recheneinheit verbunden.
• In dieser ersten Ausführung fallen die Displayebene 2.0 und die Sensorebene 3.0 zusammen, weshalb die Blendenebene 4.0 in Richtung des an der Auflagefläche 1.1 reflektierten Lichts vor der Displayebene 2.0 angeordnet ist. Damit kein Streulicht oder von Displaypixeln 2.1 der Displaymatrix 2 direkt ausgehendes Licht auf die Sensorelemente 3.1 auftreffen kann, sind diese über den Abstand a von einer Streulichtblende 6 umschlossen, die an die Winkelblende 4 orthogonal angrenzt.
• Der transparente oder semitransparente Körper 1 kann aus Schichten unterschiedlichen Materials mit unterschiedlichen Brechzahlen ausgeführt sein, um das Licht im Wellenlängenbereich, im Reflexionswinkelbereich oder in der Polarisationsrichtung auf die Entstehung der Aufnahme des wenigstens einen aufliegenden Fingers F anzupassen und/oder im Falle einer zusätzlichen Lichtquelle das Licht zur Beleuchtung der Auflagefläche 1.1 möglichst unter Auftreffwinkeln größer dem Grenzwinkel auf die Auflagefläche 1.1 zu leiten.
• Die Displaypixel 2.1, die dem Nutzer des Displays primär optische Signale oder Darstellungen anzeigen, können gleichzeitig als Beleuchtung für die Auflagefläche 1.1 und damit eines aufliegenden Objekts, insbesondere eines Fingers F, dienen. Alternativ oder zusätzlich kann als Beleuchtung eine Hintergrundbeleuchtung 8 vorhanden sein und genutzt werden, die Licht vorteilhaft in einem nicht sichtbaren Wellenlängenbereich durch die mit dem Matrixsensor 3 verschachtelte Displaymatrix 2 zur Auflagefläche 1.1 richtet. Alternativ zur Hintergrundbeleuchtung kann eine Zusatzbeleuchtung 9 vorhanden sein, die z. B. ebenfalls in einem nicht sichtbaren Wellenlängenbereich nur Licht unter einem Winkel größer dem Grenzwinkel auf die Auflagefläche 1.1 richtet. Soll zur Aufnahme total reflektiertes Licht genutzt werden, ist es wichtig, dass die Beleuchtung Licht aussendet, das wenigstens teilweise unter Winkeln größer/gleich dem Grenzwinkel auf die Auflagefläche 1.1 auftrifft.
• Die Sensorelemente 3.1 können vorteilhaft als Shutter-Pixel über eine elektronische Steuereinheit zur Steuerung der Belichtungszeit verfügen, z. B. als Rolling-Shutter oder als Global-Shutter, wie sie in der DE 10 2015 116 026 A1 offenbart ist. Der Matrixsensor 3 stellt dann einen Shutter-Pixel-Sensor dar. Damit können die Belichtungszeit und somit Integrationszeit an verschiedene Helligkeiten des Displays, welche im Anwendungsszenario vom Nutzer bzw. durch unterschiedliche Umgebungsbedingungen variieren, angepasst werden.
• Die Blendenöffnungen weisen bevorzugt eine regelmäßige Form auf. Sie können z. B. rund, oval oder bevorzugt schlitzförmig sein. Die Blendenöffnungen weisen in Versatzrichtung R_V eine maximale Breite auf, die im bevorzugten Fall einer schlitzförmigen Blendenöffnung (Schlitzblende) die Schlitzbreite b ist. In orthogonaler Richtung zur Versatzrichtung R_V weisen sie eine maximale Länge auf, die im bevorzugten Fall der Schlitzblende die Schlitzlänge I ist.
• Die maximale Länge bzw. im bevorzugten Fall die Schlitzlänge I ist in einer ersten Alternative der ersten Ausführung eines erfindungsgemäßen Displays kleiner als die maximale Breite bzw. im bevorzugten Fall die Schlitzbreite b. Sie ist dabei um soviel kleiner, dass ein isotroper Kontrast in einer Aufnahme mittels aller Sensorelemente 3.1 des Matrixsensors 3 erzielt wird. Die Blendenöffnungen sind im Unterschied zu der später an 2 erläuterten zweiten Alternative der ersten Ausführung alle in einer gleichen Versatzrichtung R_V gegenüber den Sensorelementen 3.1 versetzt. Zwei vorteilhafte Ausführungen für die Blendenöffnungen sind in den 5a und 5b dargestellt. Gemäß 5a ist die Blendenöffnung in der Winkelblende 4 ein zum Rand der Winkelblende 4 hin offener rechteckiger Schlitz 5, der durch die angrenzende Streulichtblende 6 begrenzt wird, siehe 1. Die Blendenöffnung in 5b stellt ein Oval oder eine Ellipse dar. Je geringer die maximale Länge bzw. im bevorzugten Sonderfall der Ausführung der Blendenöffnung als Schlitz 5 die Schlitzlänge I ist, desto kleiner wird der Akzeptanzwinkel in Richtung der Länge. Wie in den 6a und 6b beispielhaft anhand eines rechteckigen Schlitzes 5 gezeigt, lässt sich der Akzeptanzwinkel in dieser Richtung bei gleichbleibender Schlitzlänge I weiter verringern, indem der Schlitz 5, der im Falle eines üblicherweise quadratischen Sensorelementes 3.1 in Richtung seiner Schlitzlänge I parallel zu einer Seitenkante des Sensorelementes 3.1 angeordnet wird, siehe 6a, beispielhaft in Richtung einer Flächendiagonale angeordnet wird, siehe 6b. Das kann insbesondere dann von Vorteil sein, wenn eine weitere Verkleinerung der Schlitzlänge I technologisch nicht möglich ist oder einen erheblichen Mehraufwand bedeutet. Die Richtung der Schlitzlänge I kann auch einen beliebigen Winkel zu einer Seitenkante des Sensorelementes 3.1 aufweisen.
• In einer zweiten Alternative der ersten Ausführung, gezeigt in 2, ist jeweils die maximale Länge der Blendenöffnungen bzw. im bevorzugten Fall von Schlitzen 5 als Blendenöffnungen die Schlitzlänge I größer/gleich der maximalen Breite bzw. im bevorzugten Fall der Schlitzbreite b. Die nachfolgende Beschreibung der zweiten Alternative erfolgt anhand einer Ausführung der Blendenöffnungen als rechteckige Schlitze 5, für die die Schlitzlänge I größer der Schlitzbreite b ist. Besonders vorteilhaft weist die Schlitzlänge I mindestens die doppelte Größe der Schlitzbreite b auf. Entsprechend ist in Richtung der Schlitzbreite b, gleich der Versatzrichtung R_V , der Akzeptanzwinkel φ_b des Sensorelementes 3.1 deutlich kleiner im Vergleich zu dem Akzeptanzwinkel φ_l in Richtung der Schlitzlänge I und eine Teilfläche 1.1.1 der Auflagefläche 1.1, aus der Licht auf ein Sensorelement 3.1 auftrifft, weist in Richtung der Schlitzlänge I die Flächenlänge auf, die näherungsweise proportional zum Verhältnis zwischen der Schlitzlänge I und der Schlitzbreite b größer als ihre Flächenbreite ist. In Richtung der Flächenlänge weist eine Aufnahme demnach einen geringeren Kontrast auf als in Richtung der Flächenbreite.
• Erfindungsgemäß sind die Winkelblenden 4, im Fall, dass die Schlitzlänge I größer/gleich der Schlitzbreite b ist, im Wechsel so angeordnet, dass die Längsrichtung R_S , bestimmt durch die Orientierung der Schlitzlänge I, zweier benachbarter Winkelblenden 4 jeweils unterschiedlich ist. Dabei bilden die Winkelblenden 4 wenigstens zwei Blendengruppen 4.1, ..., 4.4 von im Wechsel angeordneten Winkelblenden 4, deren Schlitzlängen I in unterschiedlichen Längsrichtungen R_S ausgerichtet sind, womit die jeweils einer Blendengruppe 4.1, ..., 4.4 zugeordneten Teilflächen 1.1.1 eine zu der Längsrichtung R_S der Schlitzlänge I korrelierende, unterschiedliche Orientierung aufweisen.
• In 2 sind anhand von zwei Sensorelementen 3.1 mit einer jeweils vorgeordneten Winkelblende 4, bei denen die Schlitzlängen I orthogonal zueinander verlaufen, die jeweils erfassten Reflexionswinkelbereiche und Akzeptanzwinkel dargestellt.
• Dem ersten von links gezeigten Sensorelement 3.1 ist eine Winkelblende 4 mit einem Schlitz 5 vorgeordnet, dessen Schlitzbreite b in der Zeichenebene liegt. Der Reflexionswinkelbereich, der durch die Relativlage des Schlitzes 5 zum Sensorelement 3.1 und die Dimension der Schlitzbreite b und des Sensorelementes 3.1 (hier ist immer dessen lichtempfindliche Fläche gemeint) bestimmt ist, wird durch Randstrahlen begrenzt, die mit einem Lot zur Auflagefläche 1.1 einen ersten Winkel β, bevorzugt größer dem Grenzwinkel der Totalreflexion, und einem zweiten Winkel β + φ_b , einschließen, wobei φ_b der Akzeptanzwinkel in Richtung der Schlitzbreite b ist, der bei einer vorgegebenen Größe des Sensorelementes 3.1 über die Schlitzbreite b und den Abstand a einstellbar ist. Dem zweiten von links gezeigten Sensorelement 3.1 ist eine Winkelblende 4 mit einem Schlitz 5 vorgeordnet, dessen Schlitzlänge I in der Zeichenebene liegt. Über die Vorgabe der Schlitzlänge I ist bei vorgegebener Größe des Sensorelementes 3.1 der Akzeptanzwinkel φ_l in Richtung der Schlitzlänge I einstellbar.
• Der Akzeptanzwinkel φ_b in Richtung der Schlitzbreite b und der Akzeptanzwinkel φ_l in Richtung der Schlitzlänge I sind im Zusammenhang mit der Dicke des transparenten Körpers 1 oberhalb der Blendenebene 4.0 bestimmend für die Flächenbreite und die Flächenlänge der Teilfläche 1.1.1, aus der Licht auf das jeweilige Sensorelement 3.1 auftrifft, was anhand der 7a bis 7d zu sehen ist.
• Der grundsätzliche, anhand der ersten Ausführung beschriebene Aufbau eines Displays ist unabhängig von der geometrischen Ausführung der Sensorelemente 3.1, die vorteilhaft die Form eines regelmäßigen gleichseitigen Vielecks aufweisen. Die Schlitze 5 der jeweils vorgeordneten Winkelblenden 4 sind gruppenweise mit der Schlitzlänge I parallel zu jeweils einer Seite des Sensorelementes 3.1 ausgerichtet. Die Sensorelemente 3.1 können auch anders, z. B. rund oder oval, ausgeführt sein.
• Beispiele hierfür werden später anhand der 8 und 9 gezeigt.
• In 3 ist eine Prinzipskizze für eine zweite Ausführung eines Displays mit integriertem Matrixsensor 3 zur Abbildung der Papillarstruktur wenigstens eines Fingers F gemäß der ersten Alternative und in 4 gemäß der zweiten Alternative gezeigt.
• Diese Ausführung unterscheidet sich im Wesentlichen von der ersten Ausführung nur dadurch, dass die Displayebene 2.0 zwischen der Auflagefläche 1.1 und der Sensorebene 3.0 liegt. Damit an der Auflagefläche 1.1 reflektiertes Licht auf die Sensorelemente 3.1 gelangen kann, weist die Displaymatrix 2 zwingend transparente Bereiche 2.2 auf oder ist in ihrer Gesamtheit semitransparent. Vorteilhaft bilden die dem Matrixsensor 3 vorgeordneten Winkelblenden 4 eine zusammenhängende Blendenschicht, die lediglich durch die Blendenöffnungen unterbrochen ist, bevorzugt in Form der Schlitze 5. Zusätzlicher Streulichtblenden 6 bedarf es bei dieser zweiten Ausführung nicht. Alle sonstigen Beschreibungen zur ersten Ausführung treffen auch auf die zweite Ausführung zu. Ein Vorteil dieser zweiten Ausführung liegt in der vergleichsweise geringen Toleranz der Relativlagen der Blendenöffnungen zueinander und der vergleichsweise hohen Genauigkeit, mit der der Akzeptanzwinkel und der Reflexionswinkelbereich festgelegt werden können.
• In 7a sind die Winkelblenden 4 einer ersten Blendengruppe 4.1 und in 7c sind die Winkelblenden 4 einer zweiten Blendengruppe 4.2 jeweils mit den Winkelblenden 4 zugeordneten Teilflächen 1.1.1, aus denen reflektiertes Licht auf das jeweils zugeordnete Sensorelement 3.1 auftrifft, schematisch dargestellt. Die Teilflächen 1.1.1 wurden hier vereinfacht als Rechtecke dargestellt. Tatsächlich haben diese Teilflächen 1.1.1 eher eine elliptische Form bzw. eine runde Form.
• Vorteilhaft decken die den Winkelblenden 4 jeweils einer Blendengruppe 4.1 - 4.4 zugeordneten Teilflächen 1.1.1 die Auflagefläche 1.1 geschlossen ab, womit jeweils durch die Sensorelemente 3.1 einer jeden der Blendengruppen 4.1 – 4.4 eine vollständige Aufnahme generiert wird.
• Die Teilflächen 1.1.1 und die Schlitze 5 weisen eine gleiche Orientierung auf, das heißt, die Schlitzbreite b und die Flächenbreite sowie die Schlitzlänge I und die Flächenlänge verlaufen jeweils in eine gleiche Richtung. Die Richtung der Schlitzlänge I stellt die Längsrichtung R_S dar. Stellt man sich zum besseren Verständnis der Wirkungsweise der unterschiedlichen Längsrichtungen R_S vor, dass ein Finger F so auf der Auflagefläche 1.1 aufliegt, dass die Linienverlaufsrichtung R_L dessen Papillarstruktur exakt in der Längsrichtung R_S der ersten Blendengruppe 4.1 und orthogonal zur Längsrichtung R_S der zweiten Blendengruppe 4.2 verläuft, so erschließt sich schnell, dass eine Teilaufnahme über die Sensorelemente 3.1 der ersten Blendengruppe 4.1 eine Teilaufnahme mit einem maximalen Kontrast liefert, da vereinfacht die Sensorelemente 3.1 entweder eine maximale Lichtintensität oder keine Lichtintensität detektieren, wohingegen die Sensorelemente 3.1 der zweiten Blendengruppe 4.2 durchweg eine mittlere Lichtintensität empfangen. Basierend auf diesem Grundverständnis lässt sich verstehen, dass sich mit einer zunehmend größeren Anzahl von Blendengruppen eine zunehmend größere Anzahl von differenzierten Teilaufnahmen, jeweils mit den Sensorelementen 3.1 einer Blendengruppe aufnehmen lassen, die je nach Winkellage der Längsrichtung R_S der Schlitze 5 der Blendengruppe zur Linienverlaufsrichtung R_L mehr oder weniger kontrastreich sind.
• Anhand der 10 wird nachfolgend ein Verfahren erläutert, wie es mit einem erfindungsgemäßen Display mit einem integrierten Matrixsensor 3 gemäß der zweiten Alternative ausgeführt wird, bei dem eine initiale Aufnahme von wenigstens einem auf der Auflagefläche 1.1 aufliegenden Finger F in einzelne Teilaufnahmen TA₁-TA₄ , jeweils erstellt von den Sensorelementen 3.1 einer der Blendengruppen 4.1 - 4.4, zerlegt wird, um sie in eine korrigierte Aufnahme A_k mit einem isotroperen und höheren Kontrast, als die Teilaufnahmen TA₁-TA₄ aufweisen, zu transformieren.
• Dazu werden ein Finger F, dessen Papillarstruktur in 10 vereinfacht durch koaxiale Kreisringe dargestellt wurde, oder auch mehrere Finger F gleichzeitig auf die Auflagefläche 1.1 des Displays aufgelegt, die Auflagefläche 1.1 wird mit Mitteln des Displays beleuchtet und durch Ansteuerung des Matrixsensors 3 wird von der Papillarstruktur des wenigstens einen Fingers F eine initiale Aufnahme erstellt, die sich aus Signalen aller Sensorelemente 3.1, die zu einer jeweils detektierten Lichtintensität korrelieren, ergibt. Durch die vorteilhafte Ausführung der Blendenöffnungen als Schlitze 5 mit einer größeren Schlitzlänge I als Schlitzbreite b wird vorteilhaft in der Summe durch den Matrixsensor 3 eine höhere Lichtintensität detektiert, im Vergleich zu Blendenöffnungen, die in zwei zueinander orthogonale Richtungen eine gleiche Ausdehnung aufweisen.
• Die initiale Aufnahme wird in diesem Ausführungsbeispiel in vier einzelne Teilaufnahmen TA₁ - TA₄ , verringerter Auflösung aufgeteilt, die jeweils einer der vier Blendengruppen 4.1 - 4.4 zugeordnet werden, hier jeweils durch die Längsrichtungen R_S1 - R_S4 der jeweiligen Winkelblende 4 dargestellt. Wie gut zu erkennen ist, ist der Kontrast bei den vier Teilaufnahmen TA₁ - TA₄ innerhalb der jeweiligen Teilaufnahme unterschiedlich gut, das heißt, er ist nicht isotrop.
• Die vier Teilaufnahmen TA₁ - TA₄ werden jeweils in eine Vielzahl von Segmenten unterteilt, aus denen Gruppen zueinander korrelierender Segmente S₁ - S₄ gebildet werden.
• In den Zeichnungen ist pro Teilaufnahme TA₁ - TA₄ jeweils ein korrelierendes Segment S₁ - S₄ einer Gruppe hervorgehoben. Anhand der dargestellten korrelierenden Segmente S₁ - S₄ einer Gruppe wird beispielhaft für alle anderen Segmente der weitere Verfahrensablauf erläutert. Die Segmente sind mindestens so groß, dass jeweils aus wenigstens einem der jeweils korrelierenden Segmente S₁ - S₄ die Linienverlaufsrichtung R_L für diese Gruppe von korrelierenden Segmente S₁ - S₄ ableitbar ist. Bei dem in 10 gezeigten Beispiel ist der Kontrast im Segment S₄ so schlecht, dass die Linienverlaufsrichtung R_L nicht unmittelbar aus diesem Segment S₄ ableitbar ist.
• Den ausgewählten Segmenten S₁ , S₂ , S₃ , S₄ werden die jeweiligen Längsrichtungen R_S1 , R_S2 , R_S3 , R_S4 der Schlitze 5 der zugeordneten Blendengruppen 4.1 - 4.4 zugeordnet und es werden aus den Längsrichtungen R_S1 - R_S4 und der jeweiligen Linienverlaufsrichtung R_L jeweils eine Winkeldifferenz α₁ - α₄ gebildet. In Abhängigkeit von der Größe der Winkeldifferenz α₁ - α₄ werden die korrelierenden Segmente S₁ - S₄ gewichtet, wobei die Wichtung umso höher ist, je kleiner die Winkeldifferenz α₁ - α₄ ist. In 10 wurden den korrelierenden Segmenten S₁ , S₂ , S₃ , S₄ jeweils beispielhafte Wichtungsfaktoren zugeordnet. Unter Beachtung der Wichtung wird jeweils aus den ausgewählten Segmenten S₁ , - S₄ einer Gruppe ein korrigiertes Gesamtsegment GS_k gerechnet. Auf gleiche Weise werden aus allen jeweils miteinander korrelierenden Segmenten korrigierte Gesamtsegmente GS_k gebildet. Abschließend werden alle korrigierten Gesamtsegmente GS_k zu einer korrigierten Aufnahme A_k zusammengefügt. Die korrigierte Aufnahme A_k hat in allen Richtungen im Vergleich zu der initialen Aufnahme (nicht dargestellt) einen wenigstens näherungsweise isotropen und höheren Kontrast.
• Um den Aufwand bei der Berechnung der korrigierten Gesamtsegmente GS_k zu reduzieren, können vorteilhaft die Segmente mit Null gewichtet werden, bei denen die Längsrichtungen R_S der Schlitze 5 eine größere als die kleinste der Winkeldifferenzen α₁ - α₄ mit der für die korrelierenden Segmente S₁ - S₄ abgeleiteten Linienverlaufsrichtung R_L bilden.
• Bezugszeichenliste

1

transparenter oder semitransparenter Körper

1.1

Auflagefläche

1.1.1

Teilfläche

2

Displaymatrix

2.0

Displayebene

2.1

Displaypixel

2.2

transparenter Bereich der Displaymatrix 2

3

Matrixsensor

3.0

Sensorebene

3.1

Sensorelement

4

Winkelblende

4.0

Blendenebene

4.1

erste Blendegruppe

4.2

zweite Blendengruppe

5

Schlitz

6

Streulichtblende

8

Hintergrundbeleuchtung

9

Zusatzbeleuchtung

I

Schlitzlänge

b

Schlitzbreite

R_S

Längsrichtung

R_L

Linienverlaufsrichtung

R_V

Versatzrichtung

a

Abstand

φ_b

Akzeptanzwinkel in Richtung der Schlitzbreite b

φ_l

Akzeptanzwinkel in Richtung der Schlitzlänge I

α₁ - α₄

Winkeldifferenz

β

erster Winkel

β + φ_b

zweiter Winkel

F

Finger

P_L

Papillarlinie

P_T

Papillartal

TA₁ -

TA₄ Teilaufnahmen

S₁ - S₄

ausgewählte Segmente

GS_k

korrigiertes Gesamtsegment

A_k

korrigierte Aufnahme

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• WO 2017/045130 A1 [0014, 0016]
• US 2017/0161543 A1 [0016, 0017]
• DE 102015116026 A1 [0034]

Claims (14)

1. Display mit integriertem Matrixsensor (3) zur optischen Aufnahme der Papillarstruktur wenigstens eines Fingers (F), gebildet aus einem ein- oder mehrschichtigen transparenten oder semitransparenten Körper (1) mit einer Auflagefläche (1.1), einer integrierten Displaymatrix (2) in einer Displayebene (2.0), dem integrierten Matrixsensor (3) in einer Sensorebene (3.0), bestehend aus einer Vielzahl von Sensorelementen (3.1) und integrierten Winkelblenden (4) mit einer Blendenöffnung in einer Blendenebene (4.0), die jeweils einem Sensorelement (3.1) zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Blendenebene (4.0) zwischen der Auflagefläche (1.1) und der Sensorebene (3.0) liegt und die Winkelblenden (4), die Sensorelemente (3.1) in orthogonaler Richtung zur Auflagefläche (1.1) vollständig abdeckend angeordnet sind, dass die Blendenöffnungen so zu den Sensorelementen (3.1) in einer Versatzrichtung (R_V) versetzt angeordnet sind, dass jeweils durch die Blendenöffnungen nur jeweils an einer Teilfläche (1.1.1) der Auflagefläche (1.1) reflektiertes Licht schräg aus einem begrenzten Reflexionswinkelbereich auf das zugehörige Sensorelement (3.1) auftrifft und dass in einer ersten Alternative die Blendenöffnungen jeweils in der Versatzrichtung (R_V) eine maximale Breite und in orthogonaler Richtung zur Versatzrichtung (R_V) eine maximale Länge aufweisen, wobei die maximale Länge kleiner der maximalen Breite ist, oder in einer zweiten Alternative die Blendenöffnungen jeweils in der Versatzrichtung (R_V) eine maximale Breite und in orthogonaler Richtung zur Versatzrichtung (R_V) in einer Längsrichtung (R_S) eine maximale Länge aufweisen, wobei die maximale Länge größer/gleich der maximalen Breite ist, und die Winkelblenden (4) wenigstens zwei Blendengruppen (4.1 - 4.4) von im Wechsel angeordneten Winkelblenden (4) bilden, wobei jeweils die maximale Länge der Blendenöffnungen in unterschiedlichen Längsrichtungen (R_S) ausgerichtet ist.
2. Display mit integriertem Matrixsensor (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Blendenöffnungen rechteckige Schlitze (5) sind, die maximale Breite eine Schlitzbreite (b) und die maximale Länge eine Schlitzlänge (I) ist.
3. Display mit integriertem Matrixsensor (3) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Displayebene (2.0) und die Sensorebene (3.0) zusammenfallen und die Winkelblenden (4) einzelne Flächenelemente darstellen, denen jeweils eine Streulichtblende (6) zugeordnet ist, die das Sensorelement (3.1) umschließt und orthogonal an die Winkelblende (4) angrenzt, sodass kein Streulicht oder von Displaypixeln (2.1) der Displaymatrix (2) direkt ausgehendes Licht auf die Sensorelemente (3.1) auftreffen kann.
4. Display mit integriertem Matrixsensor (3) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Displayebene (2.0) zwischen der Auflagefläche (1.1) und der Sensorebene (3.0) liegt und die Displaymatrix (2) transparente Bereiche (2.2) aufweist, durch die an der Auflagefläche (1.1) reflektiertes Licht auf die unter der Displayebene (2.0) angeordneten Winkelblenden (4) auftrifft.
5. Display mit integriertem Matrixsensor (3) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkelblenden (4) eine zusammenhängende Schicht bilden.
6. Display mit integriertem Matrixsensor (3) nach einem der Ansprüche 2 bis 5 gemäß der zweiten Alternative, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorelemente (3.1) die Form eines gleichseitigen regelmäßigen Vielecks aufweisen und die Schlitze (5) entsprechend den Blendengruppen (4.1 - 4.4) jeweils gruppenweise in Längsrichtung (R_S) parallel zu einer Seite der Sensorelemente (3.1) ausgerichtet sind.
7. Display mit integriertem Matrixsensor (3) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorelemente (3.1) eine rechteckige Form aufweisen und die Winkelblenden (4) genau zwei Blendengruppen (4.1, 4.2) bilden, deren Schlitze (5) orthogonal zueinander ausgerichtet sind.
8. Display mit integriertem Matrixsensor (3) nach Anspruch 1, gemäß der zweiten Alternative, dadurch gekennzeichnet, dass die den Winkelblenden (4) jeweils einer Blendengruppe (4.1 - 4.4) zugeordneten Teilflächen (1.1.1) die Auflagefläche (1.1) geschlossen abdecken, womit jeweils durch die Sensorelemente (3.1) einer jeden der Blendengruppen (4.1 - 4.4) eine vollständige Aufnahme generiert wird.
9. Display mit integriertem Matrixsensor (3) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflexionswinkelbereich so gewählt ist, dass nur total reflektiertes Licht auf die Sensorelemente (3.1) auftrifft.
10. Display mit integriertem Matrixsensor (3) nach Anspruch 2, gemäß der ersten Alternative, dadurch gekennzeichnet, dass die Form der Sensorelemente (3.1) ein Quadrat darstellt und die Schlitzbreite (b) in Richtung einer Diagonale des Quadrates ausgerichtet ist.
11. Display mit integriertem Matrixsensor (3) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Matrixsensor (3) ein Shutter-Pixel-Sensor ist.
12. Verfahren zur optischen Aufnahme der Papillarstruktur wenigstens eines Fingers (F) unter Verwendung eines Displays mit integriertem Matrixsensor (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gemäß der zweiten Alternative, wobei der wenigstens eine Finger (F) auf die Auflagefläche (1.1) des Displays aufgelegt wird und durch Ansteuerung des Matrixsensors (3) mit allen Sensorelementen (3.1) eine initiale Aufnahme der Papillarstruktur des wenigstens einen Fingers (F) erstellt wird, die sich aus Signalen aller Sensorelemente (3.1), die zu einer jeweils detektierten Lichtintensität korrelieren, ergibt, dadurch gekennzeichnet, dass die initiale Aufnahme in einzelne Teilaufnahmen (TA₁ - TA₄) verringerter Auflösung jeweils einer der Blendengruppen (4.1, .., 4.4) und den zugeordneten Sensorelementen (3.1) zugeordnet aufgeteilt wird, dass die jeweils einer der Blendengruppen (4.1, .., 4.4) zugeordneten Teilaufnahmen (TA₁ - TA₄) in eine Vielzahl von Segmenten zerlegt werden, aus denen Gruppen zueinander korrelierender Segmente (S₁ - S₄) gebildet werden, und aus wenigstens einem der jeweils zueinander korrelierenden Segmente (S₁ - S₄) jeweils eine Linienverlaufsrichtung (R_L) für die korrelierenden Segmente (S₁ - S₄) abgeleitet wird, dass jeweils zwischen der abgeleiteten Linienverlaufsrichtung (R_L) der jeweils korrelierenden Segmente (S₁ - S₄) und den jeweiligen Längsrichtungen (R_S1 - R_S4) der Blendenöffnungen der zugeordneten Blendengruppen (4.1, .., 4.4) eine Winkeldifferenz (α₁ - α₄) ermittelt wird und die korrelierenden Segmente (S₁ - S₄) in Abhängigkeit von der Größe der Winkeldifferenz (α₁ - α₄) gewichtet werden, wobei die Wichtung umso höher ist, je kleiner die Winkeldifferenz (α₁ - α₄) ist, dass aus den jeweils korrelierenden Segmenten (S₁ - S₄) unter Beachtung der Wichtung jeweils ein korrigiertes Gesamtsegment (GS_k) gerechnet wird und alle korrigierten Gesamtsegmente (GS_k) zu einer korrigierten Aufnahme (A_k) zusammengefügt werden.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass nur eine minimale Anzahl von Sensorelementen (3.1) einem der Segmente zugeordnet werden, die ausreichend sind, um aus den Signalen der zueinander korrelierenden Segmente (S₁ - S₄) die Linienverlaufsrichtung (R_L) der aufgenommenen Papillarstruktur ableiten zu können.
14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils die der korrelierenden Segmente (S₁ - S₄) mit Null gewichtet werden, bei denen die Längsrichtungen (R_S) der Blendenöffnungen eine größere als die kleinste der Winkeldifferenzen (α₁ - α₄) mit der für die korrelierenden Segmente (S₁ - S₄) abgeleiteten Linienverlaufsrichtung (R_L) bilden, womit der Aufwand zur Berechnung der korrigierten Gesamtsegmente (GS_k) reduziert wird.

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