DE102019102612A1

DE102019102612A1 - Waveguide for a spatially resolved detection of a touch

Info

Publication number: DE102019102612A1
Application number: DE102019102612.1A
Authority: DE
Inventors: Marc Junghans; Roman Kleindienst; Christoph Erler
Original assignee: Carl Zeiss Jena GmbH
Current assignee: Jenoptik AG
Priority date: 2019-02-01
Filing date: 2019-02-01
Publication date: 2020-08-06

Abstract

Es wird ein Wellenleiter für eine ortsaufgelöste Erfassung einer Berührung,wobei der Wellenleiter einen transparenten Basiskörper (6) mit einer Vorderseite (7) und einer Rückseite (8) aufweist,wobei der Basiskörper (6) einen ersten Einkoppelbereich (4) und einen davon in einer ersten Richtung beabstandeten ersten Auskoppelbereich (5) aufweist,wobei der erste Einkoppelbereich (4) in einer zweiten Richtung quer zur ersten Richtung eine vorbestimmte erste Ausdehnung aufweist und der erste Auskoppelbereich (5) in der zweiten Richtung die vorbestimmte erste Ausdehnung aufweist,wobei der erste Einkoppelbereich (4) von einer ersten Lichtquelle (12) kommendes erstes Licht (L) so umlenkt, dass das erste Licht im Basiskörper (6) durch Reflexionen an der Vorderseite (7) und Rückseite (8) in der ersten Richtung als erstes Strahlenbündel bis zum ersten Auskoppelbereich (5) geführt wird, der das erste Strahlenbündel so umlenkt, dass es aus dem Basiskörper (6) ausgekoppelt wird und auf einen ersten Sensor (11) trifft, der sich entlang der zweiten Richtung über die gesamte vorbestimmte erste Ausdehnung erstreckt,wobei das erste Strahlenbündel entlang der zweiten Richtung eine Breite aufweist, die sich über die gesamte vorbestimmte erste Ausdehnung erstreckt,wobei auf der Vorderseite (7) vom ersten Einkoppelbereich (4) bis zum ersten Auskoppelbereich (5) ein Messbereich (16) bereitgestellt ist, in dem eine aufgelegte Unterseite einer Fingerkuppe (13) die Reflexion des ersten Strahlenbündels beeinflusst, wodurch der erste Sensor (11) die Position der aufgelegten Unterseite der Fingerkuppe (13) in der zweiten Richtung ortsaufgelöst misst.A waveguide is used for spatially resolved detection of a contact, the waveguide having a transparent base body (6) with a front side (7) and a rear side (8), the base body (6) having a first coupling region (4) and one of them in a first decoupling area (5) spaced apart in a first direction, the first coupling area (4) having a predetermined first extent in a second direction transverse to the first direction and the first decoupling area (5) having the predetermined first extent in the second direction, the First coupling area (4) from a first light source (12) deflects first light (L) in such a way that the first light in the base body (6) through reflections on the front (7) and rear (8) in the first direction as a first beam to the first decoupling area (5), which deflects the first beam so that it is decoupled from the base body (6) and onto a first S ensor (11) which extends along the second direction over the entire predetermined first extent, wherein the first beam along the second direction has a width which extends over the entire predetermined first extent, wherein on the front (7) from From the first coupling area (4) to the first decoupling area (5), a measurement area (16) is provided in which an applied underside of a fingertip (13) influences the reflection of the first beam, whereby the first sensor (11) determines the position of the applied underside of the Finger tip (13) measures spatially resolved in the second direction.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wellenleiter für eine ortsaufgelöste Erfassung einer Berührung sowie ein System zur ortsaufgelösten Erfassung einer Berührung mit einem solchen Wellenleiter.The present invention relates to a waveguide for spatially resolved detection of a touch and a system for spatially resolved detection of a touch with such a waveguide.

Im Zuge wachsender Beliebtheit von Smartphones besteht ein hoher Bedarf an Lösungen zur Detektion der Berührung des Bildschirms, die es erlauben, möglichst dünne Smartphones herzustellen. Des Weiteren besteht der Wunsch, transparente Oberflächen wie Fenster, Abtrennwände oder Türen derart zu funktionalisieren, dass diese eine Bedienmöglichkeit durch Berührung der Oberfläche zur Verfügung stellen, jedoch ihre Transparenz bei normaler Durchsicht in einem großen Wellenlängen- und Winkelbereich erhalten bleibt.With the growing popularity of smartphones, there is a great need for solutions for detecting the touch of the screen that allow smartphones to be made as thin as possible. Furthermore, there is a desire to functionalize transparent surfaces such as windows, partition walls or doors in such a way that they provide an operating option by touching the surface, but their transparency is retained with normal viewing in a large wavelength and angle range.

Ausgehend hiervon ist es daher Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Lösung zur Detektion der Berührung eines Bildschirms oder einer transparenten Oberfläche bereitzustellen.Proceeding from this, it is therefore an object of the invention to provide an improved solution for detecting the touch of a screen or a transparent surface.

Die Erfindung ist im Anspruch 1, im Anspruch 15 und im Anspruch 17 definiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.The invention is defined in claim 1, in claim 15 and in claim 17. Advantageous refinements are specified in the dependent claims.

Es wird ein Wellenleiter für eine ortsaufgelöste Erfassung einer Berührung bereitgestellt, wobei der Wellenleiter einen transparenten Basiskörper mit einer Vorder- und einer Rückseite aufweist, wobei der Basiskörper einen ersten Einkoppelbereich und einen davon in einer ersten Richtung beabstandeten ersten Auskoppelbereich aufweist, wobei der erste Einkoppelbereich in einer zweiten Richtung quer zur ersten Richtung eine vorbestimmte erste Ausdehnung aufweist und der erste Auskoppelbereich in der zweiten Richtung die vorbestimmte erste Ausdehnung aufweist. Der erste Einkoppelbereich lenkt von der ersten Lichtquelle kommendes erstes Licht so um, dass das erste Licht im Basiskörper durch Reflexionen an der Vorder- und Rückseite in der ersten Richtung als erstes Strahlenbündel bis zum ersten Auskoppelbereich geführt wird, der das erste Strahlenbündel so umlenkt, dass es aus dem Basiskörper ausgekoppelt wird und auf einen ersten Sensor trifft, der sich entlang der zweiten Richtung über die gesamte vorbestimmte erste Ausdehnung erstreckt. Das erste Strahlenbündel weist entlang der zweiten Richtung eine Breite auf, die sich über die gesamte vorbestimmte erste Ausdehnung erstreckt. Auf der Vorderseite ist vom ersten Einkoppelbereich bis zum ersten Auskoppelbereich ein Messbereich bereitgestellt, in dem eine aufgelegte Unterseite einer Fingerkuppe die Reflexion des ersten Strahlenbündels beeinflusst, wodurch der erste Sensor die Position der ersten Unterseite der Fingerkuppe in der zweiten Richtung ortsaufgelöst misst.A waveguide for a spatially resolved detection of a touch is provided, the waveguide having a transparent base body with a front and a back, the base body having a first coupling area and a first coupling area spaced therefrom in a first direction, the first coupling area in in a second direction transverse to the first direction has a predetermined first extent and the first coupling-out area has the predetermined first extent in the second direction. The first coupling-in region deflects first light coming from the first light source in such a way that the first light in the base body is guided by reflections on the front and rear in the first direction as the first beam as far as the first coupling-out region, which deflects the first beam in such a way that it is coupled out of the base body and strikes a first sensor which extends along the second direction over the entire predetermined first extent. The first beam has a width along the second direction, which extends over the entire predetermined first dimension. A measuring area is provided on the front from the first coupling-in area to the first coupling-out area, in which an underside of a fingertip placed on it influences the reflection of the first beam of rays, whereby the first sensor measures the position of the first underside of the fingertip in the second direction in a spatially resolved manner.

Es wird somit quasi eine Lichtschranke mit der Breite der vorbestimmten ersten Ausdehnung bereitgestellt.A light barrier with the width of the predetermined first extent is thus provided.

Damit kann, sofern dies gewünscht ist, eine hohe Transparenz des Systems bei normaler Durchsicht gewährleistet werden.If desired, this can ensure a high level of transparency of the system with a normal view.

Der Wellenleiter kann Teil eines Bildschirms, einer Scheibe (Fensterscheibe, Scheibe eines Fahrzeugs, etc.), Teil einer Tür oder Teil einer Wand (z.B. Teil einer Abtrennwand) sein.The waveguide can be part of a screen, a pane (window pane, pane of a vehicle, etc.), part of a door or part of a wall (e.g. part of a partition wall).

Es kann eine transparente Oberflächen wie Fenster, Abtrennwände oder Türen derart funktionalisiert werden, dass diese eine Bedienmöglichkeit durch Berührung der Oberfläche zur Verfügung stellen, jedoch ihre Transparenz bei normaler Durchsicht in einem großen Wellenlängen- und Winkelbereich erhalten bleibt.A transparent surface such as windows, partition walls or doors can be functionalized in such a way that they provide an operating option by touching the surface, but their transparency is retained in a wide range of wavelengths and angles when viewed normally.

Der erste Einkoppelbereich kann in gleicher Weise wie der Einkoppelbereich des nachfolgend beschriebenen Wellenleiters für ein Fingerabdrucksensorsystem ausgebildet sein. Ferner kann der erste Auskoppelbereich in gleicher Weise wie der Auskoppelbereich des nachfolgend beschriebenen Wellenleiters für ein Fingerabdrucksensorsystem ausgebildet sein.The first coupling-in area can be designed in the same way as the coupling-in area of the waveguide described below for a fingerprint sensor system. Furthermore, the first coupling-out area can be designed in the same way as the coupling-out area of the waveguide described below for a fingerprint sensor system.

Bevorzugt sind die Reflexionen an der Vorder- und Rückseite interne Totalreflexionen (oder Reflexionen an einer teiltransparenten Schicht oder Beschichtung). Ferner wird das erste Licht bevorzugt so umgelenkt, dass es als kollimiertes erstes Strahlenbündel durch Reflexion an der Vorderseite und an der Rückseite bis zum ersten Auskoppelbereich geführt wird.The reflections on the front and back are preferably internal total reflections (or reflections on a partially transparent layer or coating). Furthermore, the first light is preferably deflected such that it is guided as a collimated first beam by reflection on the front and on the back to the first coupling-out area.

Der Wellenleiter kann einen zweiten Einkoppelbereich und davon einen in zweiter Richtung beabstandeten zweiten Auskoppelbereich aufweisen, wobei der zweite Einkoppelbereich in der ersten Richtung eine vorbestimmte zweite Ausdehnung aufweist und der zweite Auskoppelbereich in der ersten Richtung die vorbestimmte zweite Ausdehnung aufweist. Der zweite Einkoppelbereich kann von einer zweiten Lichtquelle kommendes zweites Licht so umlenken, dass das zweite Licht den Basiskörper durch Reflexion an der Vorder- und Rückseite in der zweiten Richtung als zweites Strahlenbündel (z.B. als kollimiertes zweites Strahlenbündel) bis zum zweiten Auskoppelbereich geführt wird, der das zweite Strahlenbündel so umlenkt, dass es aus dem Basiskörper ausgekoppelt wird und auf einen zweiten Sensor trifft, der sich entlang der ersten Richtung über die gesamte vorbestimmte zweite Ausdehnung erstreckt. Das zweite Strahlenbündel kann entlang der ersten Richtung eine Breite aufweisen, die sich über die gesamte vorbestimmte zweite Ausdehnung erstreckt. Auf der Vorderseite kann ein Messbereich vom zweiten Einkoppelbereich bis zum zweiten Auskoppelbereich bereitgestellt sein, in dem eine aufgelegte Unterseite einer Fingerkuppe die Reflexion des zweiten Strahlenbündels beeinflusst, wodurch der zweite Sensor die Position der aufgelegten Unterseite der Fingerkuppe in der ersten Richtung ortsaufgelöst misst.The waveguide can have a second coupling region and a second coupling region spaced therefrom in the second direction, the second coupling region having a predetermined second dimension in the first direction and the second coupling region having the predetermined second dimension in the first direction. The second coupling-in area can deflect second light coming from a second light source in such a way that the second light guides the base body as reflection through the front and rear in the second direction as a second beam (e.g. as a collimated second beam) to the second coupling-out area, which deflects the second beam of rays in such a way that it is coupled out of the base body and strikes a second sensor which extends along the first direction over the entire predetermined second extent. The second beam can have a width along the first direction that extends over the entire predetermined second dimension. On the A measuring area from the second coupling-in area to the second coupling-out area can be provided in the front, in which an applied underside of a fingertip influences the reflection of the second beam, whereby the second sensor measures the position of the applied underside of the fingertip in the first direction in a spatially resolved manner.

In dieser Art und Weise wird quasi eine zweidimensionale „Lichtschranke“ bereitgestellt, die einen Messbereich abdeckt, der durch die vorbestimmte erste Ausdehnung in der zweiten Richtung festgelegt sein kann.In this way, a two-dimensional “light barrier” is provided, which covers a measuring range that can be defined by the predetermined first extent in the second direction.

Ferner wird ein System zur ortsaufgelösten Erfassung einer Berührung mit einem beschriebenen Wellenleiter und der ersten Lichtquelle und dem ersten Sensor bereitgestellt. Das System zur ortsaufgelösten Erfassung einer Berührung kann auch die zweite Lichtquelle und den zweiten Sensor aufweisen.Furthermore, a system for spatially resolved detection of a contact with a described waveguide and the first light source and the first sensor is provided. The system for spatially resolved detection of a touch can also have the second light source and the second sensor.

Ferner kann das System eine Steuereinheit aufweisen, die Signale des ersten und/oder zweiten Sensors auswertet, um die Position in der ersten und zweiten Richtung ortsaufgelöst zu bestimmen.Furthermore, the system can have a control unit which evaluates signals of the first and / or second sensor in order to determine the position in the first and second direction in a location-resolved manner.

Ferner wird ein Verfahren zur ortsaufgelösten Erfassung einer Berührung einer Vorderseite eines transparenten Basiskörpers bereitgestellt, das die Schritte ausführt, die in Verbindung mit der Beschreibung des Wellenleiters für eine ortsaufgelöste Erfassung einer Berührung und/oder der Beschreibung des Systems zur ortsaufgelösten Erfassung einer Berührung angegeben sind.A method for spatially resolved touch detection of a front of a transparent base body is provided which performs the steps specified in connection with the description of the waveguide for a spatially resolved detection of a touch and / or the description of the system for spatially resolved detection of a touch.

Ferner kann auch ein Wellenleiter bereitgestellt werden, der die Merkmale des Wellenleiters für ein Fingerabdrucksensorsystem sowie die Merkmale des Wellenleiters für eine ortsaufgelöste Erfassung einer Berührung aufweist. Auch können die Merkmale des beschriebenen Fingerabdrucksensorsystems mit den Merkmalen des beschriebenen Systems zur ortsaufgelösten Erfassung einer Berührung kombiniert werden.Furthermore, a waveguide can also be provided which has the features of the waveguide for a fingerprint sensor system and the features of the waveguide for a spatially resolved detection of a touch. The features of the described fingerprint sensor system can also be combined with the features of the described system for spatially resolved detection of a touch.

Der erfindungsgemäße Wellenleiter zur optischen Erfassung des Fingerabdrucks ermöglicht einen Fingerabdrucksensorsystem mit transparenter Detektionsfläche, das ähnlich den existierenden kapazitiven Sensoren in das Display gebracht werden kann, jedoch auf einem davon unabhängigen Messprinzip basiert.The waveguide according to the invention for optically capturing the fingerprint enables a fingerprint sensor system with a transparent detection surface, which can be brought into the display similar to the existing capacitive sensors, but is based on a measurement principle that is independent of this.

Insbesondere können somit die Vorteile beider Technologien kombiniert werden, ohne die Display-Funktion zu beeinträchtigen.In particular, the advantages of both technologies can be combined without impairing the display function.

Somit können im Sinne mehrerer voneinander unabhängiger redundanter Messungen beide Technologien in einem Gerät vereint werden. Damit kann z.B. einerseits die Sicherheit erhöht (geringere Falsch-positiv-Rate) und andererseits die Erkennungsrate und damit der Bedienkomfort gesteigert werden (geringere Falsch-negativ-Rate).Thus, in the sense of several mutually independent redundant measurements, both technologies can be combined in one device. This can e.g. On the one hand, the security is increased (lower false positive rate) and on the other hand the detection rate and thus the ease of use are increased (lower false negative rate).

Insbesondere durch die wachsende Verbreitung mobiler Finanzdienstleistungen (z.B. bargeldloses Bezahlen mit Hilfe des Smartphones) werden die Anforderungen an sichere und nutzerfreundliche Authentifizierungstechnologien für den Einsatz in mobilen Geräte in Zukunft vermutlich weiter steigen. Ein in ein Display integrierbarer, transparenter optischer Fingerabdrucksensor kann hier einen Beitrag zur Verbesserung leisten.In particular, due to the growing spread of mobile financial services (e.g. cashless payment using the smartphone), the requirements for secure and user-friendly authentication technologies for use in mobile devices will probably continue to increase in the future. A transparent optical fingerprint sensor that can be integrated into a display can make a contribution to improvement here.

Der Einkoppelbereich kann transmissive oder reflektive Struktur aufweisen. Ferner kann der Einkoppelbereich eine diffraktive Struktur aufweisen. Die diffraktive Struktur kann als reflektive oder transmissive diffraktive Struktur ausgebildet sein und kann z.B. als reflektives oder transmissives Volumenhologramm oder als reflektives oder transmissives Reliefgitter ausgebildet sein.The coupling area can have a transmissive or reflective structure. Furthermore, the coupling-in area can have a diffractive structure. The diffractive structure can be designed as a reflective or transmissive diffractive structure and can e.g. be designed as a reflective or transmissive volume hologram or as a reflective or transmissive relief grating.

Die diffraktive Struktur kann als vergrabene diffraktive Struktur oder als diffraktive Struktur an der Oberfläche (z.B. Vorderseite oder Rückseite) ausgebildet sein.The diffractive structure can be designed as a buried diffractive structure or as a diffractive structure on the surface (e.g. front or back).

In gleicher Weise kann der Auskoppelbereich eine reflektive oder transmissive Struktur, die z.B. eine diffraktive Struktur ist, aufweisen. Die diffraktive Struktur kann als vergrabene diffraktive Struktur oder als diffraktive Struktur an der Oberfläche ausgebildet sein. Ferner kann sie reflektiv oder transmissiv sein.In the same way, the coupling-out area can be a reflective or transmissive structure, e.g. is a diffractive structure. The diffractive structure can be designed as a buried diffractive structure or as a diffractive structure on the surface. Furthermore, it can be reflective or transmissive.

Die diffraktive Struktur des Auskoppelbereiches kann als reflektives oder transmissives Volumenhologramm oder als reflektives oder transmissives Reliefgitter ausgebildet sein.The diffractive structure of the coupling-out area can be designed as a reflective or transmissive volume hologram or as a reflective or transmissive relief grating.

Der Einkoppelbereich und/oder der Auskoppelbereich kann zusätzlich oder alternativ eine Spiegelfläche, ein Prisma und/oder eine Fresnel-Struktur, die reflektiv oder transmissiv sein kann, aufweisen.The coupling-in area and / or the coupling-out area can additionally or alternatively have a mirror surface, a prism and / or a Fresnel structure, which can be reflective or transmissive.

Der Einkoppelbereich und der Auskoppelbereich können jeweils zusätzlich zur Strahlumlenkung noch eine abbildende optische Funktion aufweisen. Zusammen wird somit eine optische Abbildung (neben der reinen Strahlumlenkung) bewirkt. Die abbildende Funktion kann die einer positiven Linse oder negativen Linse, einer sphärischen Linse, einer asphärischen Linse, eines konvexen oder konkaven Spiegels, eines asphärisch gekrümmten Spiegels, etc. sein.The coupling-in area and the coupling-out area can each have an imaging optical function in addition to the beam deflection. Together this creates an optical image (in addition to the pure beam deflection). The imaging function can be that of a positive lens or negative lens, a spherical lens, an aspherical lens, a convex or concave mirror, an aspherical curved mirror, etc.

Die Reflexionen an Vorder- und Rückseite können interne Totalreflexionen oder Reflexionen an einer teiltransparenten Schicht oder Beschichtung sein.The reflections on the front and back can cause total internal reflections or reflections a partially transparent layer or coating.

Die Vorderseite und/oder Rückseite kann als plane Oberfläche oder als gekrümmte Oberfläche ausgebildet sein.The front and / or back can be designed as a flat surface or as a curved surface.

Der transparente Basiskörper kann aus Kunststoff oder Glas gebildet sein. Insbesondere ist der transparente Basiskörper für Strahlung aus sichtbaren Wellenlängenbereich transparent. Ferner kann der transparente Basiskörper transparent für Strahlung aus dem nahen Infrarotbereich oder dem Infrarotbereich sein.The transparent base body can be formed from plastic or glass. In particular, the transparent base body is transparent to radiation from the visible wavelength range. Furthermore, the transparent base body can be transparent to radiation from the near infrared range or the infrared range.

Das erfindungsgemäße Fingerabdrucksensorsystem weist den erfindungsgemäßen Wellenleiter sowie die Lichtquelle und den Sensor auf. Ferner kann das Fingerabdrucksensorsystem eine Steuereinheit aufweisen, der die Signale des Sensors zugeführt werden und die die Signale des Sensors auswertet, um eine Fingerabdruckerkennung durchzuführen.The fingerprint sensor system according to the invention has the waveguide according to the invention as well as the light source and the sensor. Furthermore, the fingerprint sensor system can have a control unit which is supplied with the signals from the sensor and which evaluates the signals from the sensor in order to carry out fingerprint recognition.

Der Wellenleiter kann zusätzlich einen kapazitiven Fingerabdrucksensor aufweisen, der im Messbereich kapazitiv den Fingerabdruck messen kann.The waveguide can additionally have a capacitive fingerprint sensor, which can capacitively measure the fingerprint in the measuring range.

Ferner wird ein Verfahren zum Messen eines Fingerabdrucks bereitgestellt, bei dem Licht von einer Lichtquelle so in einen transparenten Basiskörper mit einer Vorderseite und einer Rückseite eingekoppelt wird, dass das Licht im Basiskörper als kollimiertes Strahlenbündel durch Reflexionen an der Vorderseite und Rückseite bis zu einem Auskoppelbereich des transparenten Basiskörpers geführt wird, wobei der Auskoppelbereich das kollimierte Strahlenbündel so umlenkt, dass es aus dem Basiskörper ausgekoppelt wird und auf einen Sensor trifft, wobei auf der Vorderseite ein Messbereich bereitgestellt ist, in dem das kollimierte Strahlenbündel an der Vorderseite reflektiert wird und eine aufgelegte Unterseite einer Fingerkuppe die Reflexion des kollimierten Strahlenbündels beeinflusst, wodurch eine für den Fingerabdruck der Unterseite der Fingerkuppe charakteristische Hell-Dunkel-Verteilung auf dem Sensor vorliegt, und wobei die Signale des Sensors ausgewertet werden, um eine Fingerabdruckerkennung durchzuführen.Furthermore, a method for measuring a fingerprint is provided, in which light from a light source is coupled into a transparent base body with a front side and a rear side in such a way that the light in the base body as a collimated beam by reflections on the front side and rear side up to an outcoupling region of the transparent base body is guided, the coupling-out region deflecting the collimated beam in such a way that it is coupled out of the base body and hits a sensor, a measuring area being provided on the front side in which the collimated beam is reflected on the front and an underside placed on it of a fingertip influences the reflection of the collimated beam, as a result of which a light-dark distribution characteristic of the fingerprint on the underside of the fingertip is present on the sensor, and the signals from the sensor are evaluated in order to identify a fingerprint to perform.

Das Verfahren zum Messen eines Fingerabdruckes kann in gleicher Weise weitergebildet werden bzw. weitere Schritte aufweisen, die bei der Beschreibung des erfindungsgemäßen Wellenleiters für ein Fingerabdrucksensorsystem sowie des erfindungsgemäßen Fingerabdrucksensorsystems angegeben sind.The method for measuring a fingerprint can be further developed in the same way or have further steps that are specified in the description of the waveguide according to the invention for a fingerprint sensor system and of the fingerprint sensor system according to the invention.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It goes without saying that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the specified combinations but also in other combinations or on their own without departing from the scope of the present invention.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, die ebenfalls erfindungswesentliche Merkmale offenbaren, noch näher erläutert. Diese Ausführungsbeispiele dienen lediglich der Veranschaulichung und sind nicht als einschränkend auszulegen. Beispielsweise ist eine Beschreibung eines Ausführungsbeispiels mit einer Vielzahl von Elementen oder Komponenten nicht dahingehend auszulegen, dass alle diese Elemente oder Komponenten zur Implementierung notwendig sind. Vielmehr können andere Ausführungsbeispiele auch alternative Elemente und Komponenten, weniger Elemente oder Komponenten oder zusätzliche Elemente oder Komponenten enthalten. Elemente oder Komponenten verschiedener Ausführungsbespiele können miteinander kombiniert werden, sofern nichts anderes angegeben ist. Modifikationen und Abwandlungen, welche für eines der Ausführungsbeispiele beschrieben werden, können auch auf andere Ausführungsbeispiele anwendbar sein. Zur Vermeidung von Wiederholungen werden gleiche oder einander entsprechende Elemente in verschiedenen Figuren mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet und nicht mehrmals erläutert. Von den Figuren zeigen:

1 eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Fingerabdrucksensorsystems 1;
2 eine vergrößerte Ausschnittsdarstellung in Seitenansicht zur Deutung des erfindungsgemäßen Fingerabdrucksensorsystems 1;
3 eine Draufsicht auf ein Display 6 mit einem weiteren Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Fingerabdrucksensorsystems;
4 eine Seitenansicht des Displays 6 von 3 zur Deutung des Ausführungsbeispiels von 3;
5 eine Seitenansicht des Displays 6 von 3 zur Deutung des Ausführungsbeispiels von 3;
6 eine Draufsicht eines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Displays 6, und
7A und 7B weitere Draufsichten des Displays 6 von 6 zur Deutung des Ausführungsbeispiels.

The invention is explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments with reference to the accompanying drawings, which likewise disclose features essential to the invention. These exemplary embodiments are only illustrative and are not to be interpreted as restrictive. For example, a description of an exemplary embodiment with a large number of elements or components should not be interpreted to mean that all of these elements or components are necessary for implementation. Rather, other exemplary embodiments can also contain alternative elements and components, fewer elements or components or additional elements or components. Elements or components of different execution examples can be combined with one another, unless stated otherwise. Modifications and modifications, which are described for one of the exemplary embodiments, can also be applicable to other exemplary embodiments. To avoid repetitions, the same or corresponding elements in different figures are given the same reference numerals and are not explained several times. From the figures show:

1 a side view of the fingerprint sensor system according to the invention 1 ;
2nd an enlarged sectional view in side view to interpret the fingerprint sensor system according to the invention 1 ;
3rd a top view of a display 6 with a further embodiment of the fingerprint sensor system according to the invention;
4th a side view of the display 6 from 3rd to interpret the embodiment of 3rd ;
5 a side view of the display 6 from 3rd to interpret the embodiment of 3rd ;
6 a plan view of another embodiment of the display according to the invention 6 , and
7A and 7B further top views of the display 6 from 6 to interpret the exemplary embodiment.

Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das erfindungsgemäße Fingerabdrucksensorsystem 1 im Wesentlichen in ein Display-Glas 6 integriert, das z.B. der Bildschirm eines tragbaren Telefons (insbesondere eines Smartphones) oder eines Laptops sein kann.At the in 1 The exemplary embodiment shown is the fingerprint sensor system according to the invention 1 essentially in a display glass 6 integrated, which can be, for example, the screen of a portable telephone (in particular a smartphone) or a laptop.

Man kann daher auch sagen, dass das Fingerabdrucksensorsystem 1 das Display-Glas 6 umfasst, das als planparallele Platte 6 ausgebildet sein kann, die eine Vorderseite 7 und eine Rückseite 8 aufweist.One can therefore also say that the fingerprint sensor system 1 the display glass 6 includes that as a plane-parallel plate 6 can be formed, the one front 7 and a back 8th having.

Am linken Rand des Display-Glases 6 ist eine Lichtquelle 12 positioniert, die z.B. eine LED sein kann und die z.B. Infrarotstrahlung mit einer Bandbreite von 20 nm abgibt. Die Lichtquelle 12 kann Teil des Fingerabdrucksensorsystems 1 sein.On the left edge of the display glass 6 is a light source 12th positioned, which can be, for example, an LED and which, for example, emits infrared radiation with a bandwidth of 20 nm. The light source 12th can be part of the fingerprint sensor system 1 be.

Das Licht L der Lichtquelle 12 tritt über die Rückseite 8 in das Display-Glas 6 ein und trifft auf einen auf der Vorderseite 7 ausgebildeten Einkoppelbereich 4 des Fingerabdrucksensorsystems 1, der hier als reflektives Volumenhologramm ausgebildet ist. Das Volumenhologramm des Einkoppelbereiches 4 dient zur Umlenkung und Kollimation des Lichtes von der Lichtquelle 12. Die Umlenkung wird dabei so bewirkt, dass das umgelenkte Licht aufgrund von interner Totalreflexion an Rückseite 8 und Vorderseite 7 in der Platte 6 bis zum rechten Rand geführt wird, an dem an der Vorderseite 7 ein Auskoppelbereich 5 des Fingerabdrucksensorsystems 1 ausgebildet ist. Der Auskoppelbereich 5 kann als reflektives Volumenhologramm ausgebildet sein, das eine Umlenkung in Richtung zur Rückseite 8 so durchführt, dass das umgelenkte Licht über die Rückseite 8 aus der Platte 6 austritt und auf einen dort positionierten Sensor 11 des Fingerabdrucksensorsystems 1 trifft. Der Sensor 11 kann als CMOS-Sensor ausgebildet sein. Zusätzlich zur Umlenkung führt das Volumenhologramm des Auskoppelbereiches 5 noch eine gewünschte Abbildung aus, so dass das in der Platte 6 geführte kollimierte Strahlenbündel 20 auf den CMOS-Sensor 11 abgebildet wird.The light L the light source 12th occurs over the back 8th into the display glass 6 arrives and meets one on the front 7 trained coupling area 4th of the fingerprint sensor system 1 , which is designed here as a reflective volume hologram. The volume hologram of the coupling area 4th serves to redirect and collimate the light from the light source 12th . The deflection is effected in such a way that the deflected light due to internal total reflection on the back 8th and front 7 in the plate 6 to the right edge, on the front 7 a decoupling area 5 of the fingerprint sensor system 1 is trained. The decoupling area 5 can be designed as a reflective volume hologram that deflects towards the rear 8th so that the redirected light passes over the back 8th from the plate 6 exits and onto a sensor positioned there 11 of the fingerprint sensor system 1 meets. The sensor 11 can be designed as a CMOS sensor. In addition to the redirection, the volume hologram of the decoupling area leads 5 another desired image, so that's in the plate 6 guided collimated beams 20 on the CMOS sensor 11 is mapped.

Ferner kann das Fingerabdrucksensorsystem 1 eine Steuereinheit S aufweisen, die nur in 1 dargestellt ist und die z.B. die Lichtquelle 12 ansteuern und die Signale des Sensors 11 auswerten kann.Furthermore, the fingerprint sensor system 1 a control unit S have only in 1 is shown and for example the light source 12th control and the signals of the sensor 11 can evaluate.

Ein Auflegen der Unterseite einer Fingerkuppe 13 auf die Vorderseite 7 der Platte 6 in einem Messbereich 16 führt dazu, dass die Totalreflexion lokal an den Papillarleisten 14 der Fingerkuppe 13 unterbrochen wird. Somit wird an diesen Stellen auftreffendes Licht aus der Platte 6 ausgekoppelt und anschließend teilweise am Gewebe der Fingerkuppe 13 absorbiert sowie zum Teil an ihm gestreut (gestreuten Anteil 15). Der ausgekoppelte Anteil propagiert dann im Falle der Absorption nicht mehr und im Falle der Streuung entweder unter Winkeln, die von der ursprünglichen Propagationsrichtung abweichen, zum Sensor 11 oder nicht mehr bis zum Sensor 11, wie in 2 schematisch angedeutet ist. Voraussetzung hierfür ist die Kollimation des im Wellenleiter 6 geführten Lichtes in ausreichender Güte, so dass sich das Nahfeld der Wechselwirkungsregion zwischen Licht und Unterseite der Fingerkuppe 13 bis zum Sensor 11 erstreckt. Eine entsprechend gute Kollimation kann für eine kleine effektive Emitterfläche der Lichtquelle 12 mit einer Sphäre bzw. sphärischen Linse (nicht gezeigt) oder einer entsprechend in das Einkoppelvolumenhologramm einbelichteten Funktion erreicht werden. Bei ausreichend guter Kollimation führt die durch die Unterseite der aufgelegten Fingerkuppe 13 resultierende Abdunkelung zu einer Hell-Dunkel-Verteilung auf dem Sensor 11, deren Muster-Charakteristik speziellen Papillarleisten 14 der Fingerkuppen 13 zugeordnet werden kann. Dies führt somit direkt auf eine charakteristische Intensitätsverteilung des Fingerabdrucks. Die räumliche Auflösung des Fingerabdrucksensors 1 hängt dabei von der Kollimation des Lichtes und der Anzahl und Anordnung der Pixel des CMOS-Sensors ab. Die Intensitätsverteilung bzw. die Signale des Sensors 11 können von der Steuereinheit S ausgewertet werden, die z.B. dann entscheidet, ob der Fingerabdruck mit einem hinterlegten Fingerabdruck übereinstimmt oder nicht. Somit kann in bekannter Art und Weise mit dem Fingerabdruck z.B. ein Smartphone entsperrt werden.Laying on the bottom of a fingertip 13 to the front 7 the plate 6 in a measuring range 16 causes the total reflection locally on the papillary ridges 14 the fingertip 13 is interrupted. This means that light from the plate is incident at these points 6 uncoupled and then partially on the tissue of the fingertip 13 absorbed and partly scattered on it (scattered part 15 ). The decoupled portion then no longer propagates to the sensor in the case of absorption and in the case of scatter either at angles that deviate from the original direction of propagation 11 or no longer to the sensor 11 , as in 2nd is indicated schematically. The prerequisite for this is the collimation of the in the waveguide 6 led light in sufficient quality so that the near field of the interaction region between the light and the underside of the fingertip 13 to the sensor 11 extends. A correspondingly good collimation can be used for a small effective emitter area of the light source 12th can be achieved with a sphere or spherical lens (not shown) or a function that is appropriately exposed in the coupling volume hologram. If the collimation is sufficiently good, it leads through the underside of the applied fingertip 13 resulting darkening to a light-dark distribution on the sensor 11 whose pattern characteristics are special papillary ridges 14 the fingertips 13 can be assigned. This leads directly to a characteristic intensity distribution of the fingerprint. The spatial resolution of the fingerprint sensor 1 depends on the collimation of the light and the number and arrangement of the pixels of the CMOS sensor. The intensity distribution or the signals from the sensor 11 can from the control unit S are evaluated, which then decides, for example, whether the fingerprint matches a stored fingerprint or not. Thus, for example, a smartphone can be unlocked in a known manner with the fingerprint.

Um den Bauraum so gering wie möglich zu halten, sieht das hier beschriebene Ausführungsbeispiel die beschriebene Anordnung von zwei volumenholographischen Gittern (eines für den Einkoppelbereich 4 und eines für den Auskoppelbereich 5) vor. Das volumenholographische Gitter bzw. das Volumenhologramm des Einkoppelbereiches 4 führt dann nicht nur, wie bereits beschrieben, die Umlenkung zur Einkopplung durch, sondern auch die Kollimation des Lichtes. Das Volumenhologramm des Auskoppelbereiches 5 dient zur Auskopplung und Abbildung auf den Sensor 11. Die so erreichbare, besonders geringe Dicke des Fingerabdrucksensorsystems 1 ist neuartig gegenüber bekannten Systemen. Auch die potentielle Länge des Detektions- bzw. Messbereichs 16 ist neu und vorteilhaft. Wird ein längerer Wellenleiter 6 verwendet, wächst der Detektionsbereich 16 quasi automatisch mit, sofern das Nahfeld noch bis zum Sensor 11 reicht.In order to keep the installation space as small as possible, the exemplary embodiment described here sees the described arrangement of two volume-holographic grids (one for the coupling-in area) 4th and one for the decoupling area 5 ) in front. The volume holographic grid or the volume hologram of the coupling area 4th then not only performs the redirection to the coupling, as already described, but also the collimation of the light. The volume hologram of the decoupling area 5 is used for decoupling and imaging on the sensor 11 . The particularly small thickness of the fingerprint sensor system that can be achieved in this way 1 is new compared to known systems. Also the potential length of the detection or measurement area 16 is new and beneficial. Becomes a longer waveguide 6 used, the detection area grows 16 almost automatically, provided the near field is still up to the sensor 11 enough.

In der vergrößerten Ansicht von 2 wird die beschriebene Bildentstehung auf dem Sensor 11 veranschaulicht. Licht, das zwischen den Papillarleisten 14 der Unterseite der Fingerkuppe 13 auf die Vorderseite 7 der Platte 6 fällt, wird unverändert kollimiert weiterpropagiert und erreicht den Detektor 11, während Licht, das auf eine Papillarleiste 14 trifft, absorbiert und/oder gestreut wird und damit nicht zum Detektor 11 gelangt. Auf diese Weise ergibt sich eine dem Fingerabdruck entsprechende Hell-Dunkel-Verteilung auf dem Sensor 11, die schematisch dargestellt ist. In the enlarged view of 2nd the described image formation on the sensor 11 illustrated. Light between the papillary ridges 14 the bottom of the fingertip 13 to the front 7 the plate 6 falls, propagates unchanged, collimated, and reaches the detector 11 while light shines on a papillary ridge 14 strikes, absorbed and / or scattered and thus not to the detector 11 reached. This results in a light-dark distribution on the sensor corresponding to the fingerprint 11 , which is shown schematically.

In einer Abwandlung kann in dem in 2 gezeigten Messbereich 16, in dem die Fingerkuppe aufzulegen ist, ein kapazitiver Fingerabdrucksensor 21 (nur in 2 eingezeichnet) angeordnet sein, so dass neben der beschriebenen volumenholographischen Detektion des Fingerabdrucks synchron eine kapazitive Fingerabdruckmessung durchgeführt werden kann. Beide Messergebnisse können dann zusammen ausgewertet werden (z.B. von der Steuereinheit S). Damit ergibt sich ein breiterer Spielraum im Spannungsfeld zwischen verbesserter Sicherheit (niedrige Falsch-Positiv Rate) und verbessertem Bedienkomfort (niedrige Falsch-Negativ Rate).In a variation, the in 2nd shown measuring range 16 , in which the fingertip is to be placed, a capacitive fingerprint sensor 21 (only in 2nd drawn), so that in addition to the described volume holographic detection of the fingerprint, a capacitive fingerprint measurement can be carried out synchronously. Both measurement results can then be evaluated together (for example by the control unit S ). This results in a wider scope in the area of tension between improved security (low false positive rate) and improved ease of use (low false negative rate).

Das erfindungsgemäße volumenholographische Fingerabdrucksensorsystem 1 kann auch so ausgelegt sein, dass es (insbesondere der Messbereich 16, in dem eine Messung des Fingerabdruckes durchgeführt werden kann) im Vergleich zu existierenden optischen und kapazitiven Lösungen deutlich vergrößert ist. So kann als sensitiver Bereich bzw. Messbereich 16 z.B. ein Streifen 16 auf dem Display 6 bereitgestellt werden, der die Breite des Detektorchips 11 besitzt und sich über die gesamte Länge des Displays 6 erstreckt, wie in 3 angedeutet ist.The volume holographic fingerprint sensor system according to the invention 1 can also be designed so that it (in particular the measuring range 16 , in which a measurement of the fingerprint can be carried out) is significantly enlarged compared to existing optical and capacitive solutions. It can be used as a sensitive area or measuring area 16 eg a strip 16 on the display 6 be provided, the width of the detector chip 11 owns and extends over the entire length of the display 6 extends as in 3rd is indicated.

Bei dieser Anordnung ist darauf zu achten, dass das am Sensor 11 entstehende Bild abschnittsweise gegeneinander verschoben sein kann, je nach dem, über wie viele Propagationssegmente M1, M2 (in 4 unterschiedlich schraffiert) sich die aufgelegte Fingerkuppe 13 erstreckt (4). Das erfasste Bild wird dann mit Hilfe geeigneter digitaler Bildverarbeitungsmethoden (z.B. in der Steuereinheit S) so getrennt und wieder zusammengefügt, dass benachbarte Regionen des Fingerabdruckes zusammenhängen.With this arrangement, make sure that this is on the sensor 11 the resulting image can be shifted from one another in sections, depending on how many propagation segments M1 , M2 (in 4th hatched differently) the applied fingertip 13 extends ( 4th ). The captured image is then processed using suitable digital image processing methods (eg in the control unit S ) so separated and reassembled that neighboring regions of the fingerprint are connected.

Somit soll der zu erfassende Fingerabdruck nicht länger als zwei Segmente M1, M2 oder M2, M3 (in 5 unterschiedlich schraffiert) sein, da sonst bereits Information tragendes Restlicht des ersten Segments M1 auf das dritte Segment M3 treffen und dort verfälscht werden würde, wie in 5 schematisch dargestellt ist.Thus, the fingerprint to be captured should not be longer than two segments M1 , M2 or M2 , M3 (in 5 hatched differently), otherwise information-bearing residual light of the first segment M1 on the third segment M3 would meet and be falsified there, as in 5 is shown schematically.

Wenn dies beachtet wird, kann ein sehr langes Sensorfeld 16 bereitgestellt werden, in das der Benutzer an beliebiger Stelle seine Fingerkuppe 13 auflegen kann, um den Fingerabdruck erkennen zu lassen.If this is observed, a very long sensor field can be 16 be provided in which the user can place his fingertip anywhere 13 can hang up to reveal the fingerprint.

In 6 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, das die ortsaufgelöste Erfassung von Berührungen auf einer transparenten Fläche 6 erlaubt und dessen prinzipielle Funktionsweise identisch ist mit dem in Verbindung mit 1 bis 5 beschriebenen optischen Fingerabdrucksensor 1.In 6 An embodiment is shown, the spatially resolved detection of touches on a transparent surface 6 allowed and its basic mode of operation is identical to that in connection with 1 to 5 described optical fingerprint sensor 1 .

Das System gemäß 6 basiert dabei ebenfalls auf der Unterbrechung der Totalreflexion von Licht L (vorzugsweise im nahinfraroten Teil des Spektrums), das in einem Wellenleiter (hier Display 6) geführt wird und mit Hilfe von volumenholographischen Elementen in diesen ein bzw. ausgekoppelt wird. Dabei fungiert eine transparente Scheibe, z.B. das Schutzglas eines Displays, als Wellenleiter. An den Rändern der Scheibe sind jeweils gegenüberliegend Licht emittierende Elemente (z.B. LEDs) unter dem ersten und zweiten Einkoppelbereich 4₁ , 4₂ und Licht detektierende Elemente (z.B. CMOS-Linien-Sensoren) unter dem ersten und zweiten Auskoppelbereich 5₁ , 5₂ , angebracht, so dass eine in zwei Dimensionen flächig wirksame, auf Totalreflexion beruhende Lichtschranke gebildet wird, wie in 6 angedeutet ist. Die Pfeile P1, P2 und P3 deuten den Propagationspfad in x-Richtung vom Einkoppelbereich 4₁ zum Auskoppelbereich 5₁ an. Die Pfeile P4 und P5 deuten den Propagationspfad vom zweiten Einkoppelbereich 4₂ zum zweiten Auskoppelbereich 5₂ an. Die Ein- und Auskoppelbereiche können jeweils ein Volumenhologramm aufweisen.The system according to 6 is also based on the interruption of the total reflection of light L (preferably in the near infrared part of the spectrum), which is in a waveguide (here display 6 ) is guided and is coupled in or out with the help of volume holographic elements. A transparent pane, such as the protective glass of a display, acts as a waveguide. At the edges of the pane there are light-emitting elements (eg LEDs) located opposite each other under the first and second coupling-in areas 4 ₁ , 4 ₂ and light-detecting elements (eg CMOS line sensors) under the first and second coupling-out areas 5 ₁ , 5 ₂ , attached, so that a light barrier that is effective in two dimensions and is based on total reflection is formed, as in 6 is indicated. The arrows P1 , P2 and P3 interpret the propagation path in the x-direction from the coupling area 4 ₁ to the decoupling area 5 ₁ on. The arrows P4 and P5 interpret the propagation path from the second launch area 4 ₂ to the second decoupling area 5 ₂ on. The coupling and decoupling areas can each have a volume hologram.

Bei Kontakt eines Objektes (z.B. einer Fingerspitze 13) mit der Oberfläche 7 des Wellenleiters 6 wird die Totalreflexion lokal unterbrochen und ein Teil des geführten Lichtes ausgekoppelt bzw. absorbiert. Dies führt zu einer lokalen Abdunklung und kann an den Sensoren 23, 24 räumlich aufgelöst (Signal S1 bzw. S2) detektiert werden. Aus der jeweiligen Position der Abdunklung auf jeden der beiden orthogonal angeordneten eindimensionalen Sensoren 23, 24 kann die zweidimensionale Position (x-Position x1 und y-Position y1) des Kontakts ermittelt werden. Dazu können die Signale der Sensoren 23, 24 an eine nicht gezeigte Steuereinheit übertragen werden, die die beschriebene Auswertung durchführt.When an object comes into contact (e.g. a fingertip 13 ) with the surface 7 of the waveguide 6 the total reflection is locally interrupted and part of the guided light is coupled out or absorbed. This leads to local darkening and can affect the sensors 23 , 24th spatially resolved (signal S1 or. S2 ) can be detected. From the respective position of the darkening on each of the two orthogonally arranged one-dimensional sensors 23 , 24th the two-dimensional position (x position x1 and y position y1) of the contact can be determined. To do this, the signals from the sensors 23 , 24th are transmitted to a control unit, not shown, which carries out the evaluation described.

Der hier beschrieben Ansatz führt bei Ermittlung einer einzigen Kontaktregion auf ein eindeutiges Ergebnis.The approach described here leads to a clear result when determining a single contact region.

Bei gleichzeitiger Berührung von zwei oder mehr Objekten (Multi-Touch) besteht diese Eindeutigkeit nicht mehr, wie in 7A und in 7B schematisch angedeutet ist. Trotz der unterschiedlichen Positionen der Fingerkuppe 13₁ , 13₂ in 7A und 7B werden die gleichen x- und y-Werte (x1, x2, y1 und y2) detektiert. Jedoch kann festgestellt werden, dass eine Interaktion von zwei Fingerkuppen 13₁ und 13₂ vorliegt. Man kann daher z.B. ein Auswahlelement, das von mindestens zwei Fingern ausgewählt werden soll, so legen, dass alle Möglichkeiten der Berührung mit zwei Fingerspitzen eindeutig immer das entsprechende Ausfallelement betreffen. Auf diese Art und Weise kann somit eine gewisse Multi-Touch-Funktionalität bereitgestellt werden.When two or more objects are touched simultaneously (multi-touch), this uniqueness no longer exists, as in 7A and in 7B is indicated schematically. Despite the different positions of the fingertip 13 ₁ , 13 ₂ in 7A and 7B the same x and y values (x1, x2, y1 and y2) are detected. However, it can be seen that an interaction of two fingertips 13 ₁ and 13 ₂ is present. It is therefore possible, for example, to place a selection element that is to be selected by at least two fingers in such a way that all possibilities of touching with two fingertips always relate to the corresponding failure element. A certain multi-touch functionality can thus be provided in this way.

Alternativ ist es möglich, auch noch zu detektieren, wann das jeweilige Objekt (z.B. die jeweilige Fingerkuppe 13₁ und 13₂ ) den Messbereich 16 berührt, da es quasi unmöglich, die Fingerkuppen 13₁ und 13₂ genau gleichzeitig aufzulegen. Somit können die unterschiedlichen Fingerkuppen 13₁ und 13₂ zeitlich unterschieden werden und somit ist eine eindeutige Zuordnung der Messwert (x1, x2, y1 und y2) zu der jeweiligen Fingerkuppe möglich. Somit kann auch Multi-Touch realisiert werden. Dies ist natürlich auf für mehr als zwei Berührungen (z.B. drei, vier oder mehr) möglich.Alternatively, it is also possible to detect when the respective object (for example the respective fingertip) 13 ₁ and 13 ₂ ) the measuring range 16 touches, since it is almost impossible, the fingertips 13 ₁ and 13 ₂ hang up exactly at the same time. So the different fingertips 13 ₁ and 13 ₂ be differentiated in time and thus a clear assignment of the measured value (x1, x2, y1 and y2) to the respective fingertip is possible. This means that multi-touch can also be implemented. This is of course possible for more than two touches (e.g. three, four or more).

Die bisher beschriebenen Ausführungsbeispiele betreffen alle Displays bzw. Anzeigen von tragbaren Telefonen (sogenannten Mobiltelefonen oder Smartphones) oder Laptops. Es kann jedoch auch jede andere transparente Fläche als transparenter Fingerabdrucksensor und/oder als transparente Fläche mit einem Positionsdetektor ausgebildet sein. Beispiele sind Scheiben, wie z.B. Schaufensterscheiben, Scheiben von Fahrzeugen, normale Fensterscheiben, Scheiben zur Raumteilung oder -trennung, Glastüren, etc. Ferner kann z.B. ein Bereich eines Gehäuses eines Laptops ein beschriebenes Ausführungsbeispiel und insbesondere die beschriebenen Fingerabdrucksensoren aufweisen.The exemplary embodiments described so far relate to all displays of mobile telephones (so-called mobile phones or smartphones) or laptops. However, any other transparent surface can also be designed as a transparent fingerprint sensor and / or as a transparent surface with a position detector. Examples are disks, e.g. Shop windows, windows of vehicles, normal window panes, windows for dividing or separating rooms, glass doors, etc. Furthermore, e.g. an area of a housing of a laptop has a described exemplary embodiment and in particular the described fingerprint sensors.

Claims

Waveguide for a spatially resolved detection of a touch, the waveguide having a transparent base body (6) with a front side (7) and a back side (8), the base body (6) having a first coupling region (4 ₁ ) and one of them in a first Direction spaced first coupling-out area (5 ₁ ), the first coupling-in area (4 ₁ ) in a second direction transverse to the first direction having a predetermined first extent and the first coupling-out area (5 ₁ ) in the second direction having the predetermined first extent, wherein the first coupling region (4 ₁ ) deflects first light (L) coming from a first light source (12) in such a way that the first light in the base body (6) is reflected in the first direction by reflections on the front side (7) and back side (8) first beam is guided up to the first coupling-out area (5 ₁ ), which deflects the first beam in such a way that it is coupled out of the base body (6) and onto a n hits the first sensor (11) which extends along the second direction over the entire predetermined first extent, the first beam along the second direction having a width which extends over the entire predetermined first extent, on the front side (7 ) from the first coupling-in area (4 ₁ ) to the first coupling-out area (5 ₁ ), a measuring area (16) is provided, in which an underside of a fingertip (13) placed on it influences the reflection of the first beam, whereby the first sensor (11) determines the position the applied underside of the fingertip (13) measures in a spatially resolved manner in the second direction.

Waveguide after Claim 1 , wherein the first coupling area (4 ₁ ) has a reflective or transmissive coupling structure.

Waveguide after Claim 2 , wherein the coupling structure is designed as a diffractive structure.

Waveguide after Claim 3 , wherein the coupling structure is designed as a volume hologram.

Waveguide after Claim 3 , wherein the coupling structure is designed as a relief grid.

Waveguide according to one of the above claims, wherein the first coupling region (4 ₁ ) has a mirror surface, a prism and or a Fresnel structure.

Waveguide according to one of the above claims, wherein the first coupling-out region (5 ₁ ) has a reflective or transmissive coupling-out structure.

Waveguide after Claim 7 , wherein the decoupling structure is designed as a diffractive structure.

Waveguide after Claim 8 , wherein the decoupling structure is designed as a volume hologram.

Waveguide after Claim 8 , wherein the decoupling structure is designed as a relief grid.

Waveguide according to one of the above claims, wherein the first coupling-out region (5 ₁ ) has a mirror surface, a prism and or a Fresnel structure.

Waveguide according to one of the above claims, wherein the first coupling area (4 ₁ ) and the first coupling area (5 ₁ ) each in addition to Beam deflection still has an imaging optical function.

Waveguide according to one of the above claims, wherein the reflections on the front and rear (7, 8) are total internal reflections.

Waveguide according to one of the above claims, wherein the first coupling-in region (4 ₁ ) deflects the first light such that it as a collimated first beam (20) by reflections on the front (7) and rear (8) up to the first coupling-out region (5 ₁ ) to be led

Waveguide according to one of the above claims, in which the base body (6) has a second coupling-in area (4 ₂ ) and a second coupling-out area (5 ₂ ) spaced therefrom in the second direction, the second coupling-in area (4 ₂ ) in the first direction Has predetermined second extent and the second coupling-out area (5 ₁ ) has the predetermined second extent in the first direction, the second coupling-in area (4 ₂ ) deflecting second light coming from a second light source such that the second light in the base body (6) Reflections on the front (7) and back (8) in the second direction as a second beam to the second coupling area (5 ₂ ) is guided, which deflects the second beam so that it is coupled out of the base body (6) and onto one hits second sensor (11), which extends along the first direction over the entire predetermined second extent, wherein the second beam Along the first direction, it has a width that extends over the entire predetermined second extent, a measuring area being provided on the front side (7) from the second coupling-in area (4 ₂ ) to the second coupling-out area (5 ₁ ), in which an underside is placed a fingertip (13) influences the reflection of the second beam, whereby the second sensor (11) measures the position of the placed underside of the fingertip (13) in a spatially resolved manner in the first direction.

System for spatially resolved detection of a touch, with a waveguide (6) according to one of the above claims and the first light source and the first sensor.

System according to Claim 16 , with a control unit that evaluates signals from the first sensor in order to determine the position of the placed underside of the fingertip in a spatially resolved manner in the second direction.

Method for the spatially resolved detection of a touch of a front side of a transparent base body, in which the transparent base body (6) has the front side (7) and a back side (8) as well as a first coupling-in area (4 ₁ ) and a first coupling-out area spaced apart in a first direction ( 5 ₁ ), the first coupling area (4 ₁ ) in a second direction transverse to the first direction having a predetermined first extent and the first coupling area (5 ₁ ) having the predetermined first extent in the second direction, the first coupling area (4 ₁ ) deflecting first light (L) coming from a first light source (12) in such a way that the first light in the base body (6) by reflections on the front side (7) and rear side (8) in the first direction as the first beam of rays up to the first Coupling area (5 ₁ ) is guided, which deflects the first beam in such a way that it is coupled out of the base body (6) and onto a first Se nsor (11) that extends along the second direction over the entire predetermined extent, the first beam along the second direction having a width that extends over the entire predetermined first extent, on the front side (7) from the first Coupling area (4 ₁ ) to the first coupling area (5 ₁ ) a measuring area (16) is provided, in which an underside of a fingertip (13) influences the reflection of the first beam, whereby the first sensor (11) determines the position of the underside the fingertip (13) in the second direction.