DE10350410A1 - Fingerprint sensor and circuit for capture of measurement parameters has sensor circuits for each of a multiplicity of electrodes surfaces with a sensor memory that is charged and discharged during loading and measurement cycles - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Fingerabdrucksensor mit Sensorschaltung zur Erfassung eines Messparameters, wobei der Sensor eine Vielzahl von Sensorelektrodenflächen aufweist, welche dem Papillarkörper der Fingerbeere gegenüberliegend angeordnet ist, wobei eine einzelne Sensorelektrodenfläche eine begrenzte Ladungsmenge speichert.The The invention relates to a fingerprint sensor with sensor circuitry for detecting a measurement parameter, wherein the sensor has a plurality of sensor electrode surfaces which corresponds to the papillary body the fingerberry opposite is arranged, wherein a single sensor electrode surface a stores limited amount of charge.
Die Ladungsmenge, die auf einer einzelnen Sensorelektrode gespeichert werden kann, ist gering und variiert mit den Papillarleisten der Fingerbeere. Zur Identifizierung einer Person ist es jedoch erforderlich, diese geringe Ladungsmenge exakt zu ermitteln, um ein reproduzierbares elektronisches Muster der durch den Hautpapillarkörper bedingten, genetisch fixierten und individual-spezifischen Papillarleisten zu erfassen und mit einem gespeicherten Muster zu vergleichen. Ein weiteres Problem ist es, über die geringen gespeicherten Ladungsmengen pro Sensorelektrode zusätzlich Ladungsmengendifferenzen zwischen benachbarten Sensorelektroden hochpräzise zu erfassen und zu speichern.The Amount of charge stored on a single sensor electrode can be, is low and varies with the papillary ridges of the Fingertip. However, to identify a person it is necessary to accurately determine this small amount of charge to a reproducible electronic pattern of the skin papillary body, genetically fixed and individual-specific papillary borders to capture and compare with a stored pattern. One another problem is over the small amount of stored charge per sensor electrode in addition charge differences between to detect and store adjacent sensor electrodes with high precision.
Das Erfassen derartiger Ladungsmengen erfolgt üblicherweise analog durch Messen der für die einzelnen Sensorelektroden erforderlichen Ladungsströme.The Detecting such charge quantities usually takes place analogously by measuring the for the individual sensor electrodes required charge currents.
Ein analoges Messen und Erfassen von Ladungsmengen auf den Sensorelektroden hat den Nachteil, dass ein Komprimieren der Messergebnisse aufwendig, wenn nicht unmöglich ist. Für eine Kompression müssen die gemessenen analogen Werte zunächst di gitalisiert und dann ausgewertet werden. Dabei kann es von Nutzen sein, dass das Abbild eines Fingerabdrucks relativ redundant ist. Die Grauwerte jeweils benachbarter Pixel ähneln sich nämlich stark, zumal die Papillarleisten und ihre Zwischenräume in Fingerabdruckbildern mehrere Pixel breit sind.One analog measurement and detection of charge quantities on the sensor electrodes has the disadvantage that compressing the measurement results is expensive, if not impossible is. For need a compression the measured analog values are first digitized and then be evaluated. It may be useful that the image a fingerprint is relatively redundant. The gray values respectively Adjacent pixels are similar namely strong, especially as the Papillarleisten and their spaces in fingerprint images several pixels wide.
Aus
der Druckschrift
Der bekannte Fingerabdrucksensor mit Schaltvorrichtung löst demnach das Problem des Messens von geringen Ladungsmengen auf den Sensorelektroden, indem der Ladestrom für jede Sensorelektrode mit Hilfe eines Sensorladestromverstärkers gemessen wird. Dieses Verfahren liefert analoge Werte, die einer Datenkompression erst zugänglich werden, wenn mit Hilfe nachgeschalteter A/D-Wandler die Messwerte digitalisiert sind. Darüber hinaus ist die Reproduzierbarkeit der Erfassungsergebnisse eines derartigen analogen Verfahrens, das den Ladestrom pro Sensorelektrode erfasst und verstärkt, äußerst kritisch. Eine exakte und reproduzierbare Erfassung der La dungsmenge pro Sensorelektrode ist mit dem bekannten Ladestromerfassungsverfahren nicht immer gewährleistet.Of the known fingerprint sensor with switching device triggers accordingly the problem of measuring small amounts of charge on the sensor electrodes, by charging current for each sensor electrode measured by means of a sensor charging current amplifier becomes. This method provides analog values, that of data compression first accessible when using the downstream A / D converter, the measured values are digitized. About that In addition, the reproducibility of the detection results of a Such analog method, the charging current per sensor electrode recorded and amplified, extremely critical. An exact and reproducible detection of the amount of charge per sensor electrode is not always guaranteed with the known charging current detection method.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen Fingerabdrucksensor mit Schaltung anzugeben, der reproduzierbar das Vielfache der Ladungsmengen auf einer Sensorelektrode erfasst und insbesondere Ladungsmengendifferenzen benachbarter geladener Sensorelektroden zuverlässig ermittelt.The The object of the invention is a fingerprint sensor with circuit be reproducibly the multiple of the charge quantities on a Sensor electrode detected and in particular charge quantity differences adjacent charged sensor electrodes reliably detected.
Diese Aufgabe wird mit den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.These Task is solved with the independent claims. advantageous Further developments of the invention will become apparent from the dependent claims.
Erfindungsgemäß wird ein Fingerabdrucksensor angegeben, der eine Vielzahl von Sensorelektrodenflächen aufweist. Diese Sensorelektrodenflächen sind gegenüber einem Papillarkörper der Fingerbeere angeordnet. Der Fingerabdrucksensor ist mit einer Sensorschaltung ausgestattet für eine einzelne Sensorelektrodenfläche, die als Sensorspeicher eine begrenzte Ladungsmenge in Abhängigkeit des gegenüber angeordneten Ausschnitts des Papillarkörpers speichert. Dazu weist die Sensorschaltung eine Ladungsquelle mit einem ersten Schalter auf, wobei die Ladungsquelle über den ersten Schalter den Sensorspeicher in einem Messzyklus mehrfach auflädt. Eine Messvorrichtung weist einen zweiten Schalter der Sensorschaltung auf. Diese Messvorrichtung sammelt die Ladungsmengen des Sensorspeichers für einen Messzyklus über den zweiten Schalter.According to the invention is a Fingerprint sensor indicated having a plurality of sensor electrode surfaces. These sensor electrode surfaces are opposite a papillary body arranged the finger berry. The fingerprint sensor is with a Sensor circuit equipped for a single sensor electrode surface, as a sensor memory a limited amount of charge as a function of across from arranged cutout of the papillary body stores. For this purpose points the sensor circuit has a charge source with a first switch on, with the charge source over the first switch repeatedly charges the sensor memory in one measuring cycle. A Measuring device has a second switch of the sensor circuit on. This measuring device collects the charge quantities of the sensor memory for one Measuring cycle over the second switch.
Dieser Fingerabdrucksensor hat den Vorteil, dass er bereits beim Erfassen der Ladungsmenge einer Sensorelektrodenfläche einen numerischen Wert als Messparameter mit Hilfe des ersten und des zweiten Schalters generiert, wobei die Anzahl der Schaltvorgänge bzw. der Ladevorgänge exakt die begrenzte Ladungsmenge wiederspiegelt, welche die Sensorelektrodenfläche als Sensorspeicher aufnehmen kann. Noch vor der Weiterverarbeitung eines derartigen numerischen Werte kann dieser Messparameter digitalisiert und stark komprimiert werden, da sich die Grauwerte jeweils benachbarter Pixel stark ähneln und die Papillarleisten mit ihren Zwischenräumen in Fingerabdruckbildern mehrere Pixel breit sind.This fingerprint sensor has the advantage that it already generates a numerical value as a measurement parameter with the aid of the first and the second switch when detecting the charge amount of a sensor electrode surface, wherein the number of switching operations or the charging exactly the limit te amount of charge reflects, which can accommodate the sensor electrode surface as a sensor memory. Even before the further processing of such numerical values, this measurement parameter can be digitized and strongly compressed, since the gray values of respectively adjacent pixels are very similar and the papillary bars with their spaces in fingerprint images are several pixels wide.
Praktisch werden mit dem Fingerabdrucksensor der vorliegenden Erfindung Kompressionseinheiten auf den Sensoren implementiert, so dass einerseits eine Einsparung von Übertragungsbandbreite möglich ist, und andererseits eine Datenverschlüsselung auf dem Sensor eine reduzierte Verschlüsselungsrechenleistung infolge der reduzierten Datenmengen ermöglicht. Die Einsparung von Übertragungsbandbreite, die mit dem erfindungsgemäßen Fingerabdrucksensor mit Sensorschaltung erreicht wird, ist insbesondere von Vorteil bei einer Spezialausführung von Fingerabdrucksensoren, nämlich den Fingerabdruck-Streifensensoren. Derartige Fingerabdruck-Streifensensoren lesen mit einer hohen Geschwindigkeit Bildstreifen aus, während der Finger darübergezogen wird. Dabei kann die Datenmenge auf das fünfzigfache steigen, so dass sich jede Reduzierung und Kompression der Ausgangsdaten durch den erfindungsgemäßen Fingerabdrucksensor vorteilhaft auswirkt.Practically become compression units with the fingerprint sensor of the present invention implemented on the sensors, so on the one hand a saving of transmission bandwidth possible and, on the other hand, data encryption on the sensor reduced encryption performance as a result of the reduced data volumes. The saving of transmission bandwidth, with the fingerprint sensor according to the invention is achieved with sensor circuit is particularly advantageous in a special version of fingerprint sensors, namely the Fingerprint swipe sensors. Such fingerprint strip sensors read at a high speed Picture strip off while the finger over it becomes. The amount of data can increase fifty times, so that any reduction and compression of the output data by the Advantageous fingerprint sensor according to the invention effect.
Wenn auch die Datenkompression selbst eine begrenzte Rechenleistung benötigt, so kann doch mit dem erfindungsgemäßen Fingerabdrucksensor ein erster Schritt der Kompression durch die zugehörige Detektionsschaltung bzw. Sensorschaltung selbst erfolgen.If even the data compression itself requires a limited computing power, so can still with the fingerprint sensor according to the invention a first step of compression by the associated detection circuit or sensor circuit itself.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bilden der erste und der zweite Schalter einen Wechselschalter, der in hochfrequentem Wechsel zwischen Laden und Entladen des Sensorspeichers umschaltet. Mit dieser Ausführungsform der Erfindung wird in hochfrequenter Folge die Sensorelektrodenfläche mit einer begrenzten Ladungsmenge beladen und diese begrenzte Ladungsmenge beim Entladen des Sensorspeichers auf die Messvorrichtung übertragen. Die Messvorrichtung sammelt bzw. akkumuliert die begrenzten Ladungsmengen des Sensorspeichers bis ein vorgegebener Schwellenwert erreicht ist. Die Anzahl der Wechselschaltungen die erforderlich sind, um den Schwellenwert zu erreichen, ist eine Größe für die auf der Sensorelektrodenfläche gespeicherte begrenzte Ladungsmenge.In a preferred embodiment invention, the first and second switches form a toggle switch, the high-frequency change between charging and discharging the sensor memory switches. With this embodiment The invention is in high frequency sequence with the sensor electrode surface loaded a limited amount of charge and this limited amount of charge transferred to the measuring device when unloading the sensor memory. The measuring device accumulates or accumulates the limited amounts of charge the sensor memory reaches a predetermined threshold is. The number of changeover circuits required to reaching the threshold is a size for the data stored on the sensor electrode surface limited amount of charge.
Ist diese Ladungsmenge gering, so ist eine hohe Anzahl an Wechselschaltungen erforderlich bis der Schwellenwert erreicht ist, und ist diese Ladungsmenge hoch, die bei jedem Ladevorgang transportiert wird, so wird die Anzahl der Wechselschaltungen gering sein. Somit kann in vorteilhafter Weise ein numerisches Maß für die auf der Sensorelektrodenfläche gespeicherte begrenzte Ladungsmenge bei jedem Messzyklus ermittelt werden. Die begrenzte Ladungsmenge auf der Sensorelektrodenfläche ist hoch, wenn der Sensorelektrodenfläche eine Papillarleiste gegenüberliegt, und die begrenzte Ladungsmenge ist gering, wenn der Sensorelektrodenfläche eine Hautrille zwischen zwei Papillarleisten gegenüber steht. Somit liefert diese erste Ausführungsform der Erfindung einen exakten numerischen Wert zur Lokalisierung von Papillarleisten und Hautrillen des Papillarkörpers einer Fingerbeere.is this amount of charge low, so is a high number of changeover circuits required until the threshold is reached, and is this amount of charge high, which is transported every time you load, so will the Number of changeover circuits to be low. Thus, in an advantageous manner Make a numerical measure for the the sensor electrode surface stored limited charge amount determined at each measurement cycle become. The limited amount of charge on the sensor electrode surface is high, when the sensor electrode surface opposite a papillary strip, and the limited amount of charge is small when the sensor electrode surface a Skin groove between two Papillarleisten opposite. Thus, this delivers first embodiment of the Invention an exact numerical value for the localization of Papillarleisten and skin grooves of the papillary body a fingerberry.
Weiterhin kann der Fingerabdrucksensor eine Ladungsquelle aufweisen, die ihrerseits einen Ladekondensator umfasst. Dieser Ladekondensator kann über einen dritten Schalter der Sen sorschaltung an eine Ladestation angeschlossen sein und eine Speicherkapazität aufweisen, die ein Mehrfaches der begrenzten Ladungsmenge des Sensorspeichers aufnehmen kann. Der erste Schalter kann nach Aufladen des Ladekondensators, die dort gespeicherte Ladungsmenge, in hochfrequenter Folge an den Sensorspeicher bei den Ladevorgängen des Sensorspeichers übertragen.Farther For example, the fingerprint sensor may have a charge source, which in turn includes a charging capacitor. This charging capacitor can via a third switch of Sen sorschaltung connected to a charging station his and a storage capacity which receive a multiple of the limited amount of charge of the sensor memory can. The first switch can be switched off after charging the charging capacitor, the amount of charge stored there, in high-frequency sequence to the sensor memory during the loading process transferred to the sensor memory.
Diese erfindungsgemäße Ladungsquelle hat den Vorteil, dass der Ladekondensator für jeden Messzyklus einer Sensorelektrodenfläche eine gleichbleibend hohe, in dem Ladekondensator gespeicherte Ladungsmenge, die auf den Messkondensator zu übertragen ist, zur Verfügung stellt. Somit kommt dieser Fingerabdrucksensor ohne Messung der geringen Ladeströme und ohne jeden Verstärker für Ladeströme aus und liefert gleichzeitig einen numerischen Messparameter, der exakt auf der Sensorelektrodenfläche geladenen begrenzten Ladungsmenge entspricht.These Charge source according to the invention has the advantage that the charging capacitor for each measuring cycle of a sensor electrode surface is a constant high, stored in the charging capacitor amount of charge on to transmit the measuring capacitor is available provides. Thus, this fingerprint sensor comes without measuring the low charging currents and without any amplifier for charging currents off and on simultaneously provides a numerical measurement parameter that is accurate on the sensor electrode surface charged limited amount of charge corresponds.
Auf der Messseite des Fingerabdrucksensors steht eine Messvorrichtung zur Verfügung, die an eine Auswerteschaltung angeschlossen ist. Diese Auswerteschaltung misst die Anzahl der Ladevorgänge bis zum Erreichen eines Schwellenwertes und/oder misst das Erreichen eines Zeitintervalls bis zum Erreichen dieses Schwellenwertes im Vergleich zur benachbarten oder nächstfolgenden Sensorelektrode. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung wird mit dem Fingerabdrucksensor und seiner Schaltung in vorteilhafter Weise ein numerischer Differenzwert zwischen benachbarten oder nächstfolgenden Sensorelektroden ermittelt.On The measuring side of the fingerprint sensor is a measuring device to disposal, which is connected to an evaluation circuit. This evaluation circuit measures the number of loads until reaching a threshold and / or measures the achievement a time interval until reaching this threshold in Comparison to the adjacent or next sensor electrode. In this embodiment The invention relates to the fingerprint sensor and its circuit in Advantageously, a numerical difference value between adjacent ones or next Sensor electrodes determined.
Bei zeitlicher Differenzbildung lässt sich ein Fingerabdruck-Streifensensor realisieren. Dieser nimmt in zeitlicher Abfol ge Teilbilder eines Fingerabdrucks auf, während der Finger über den Sensor bewegt wird. Aus diesen Teilbildern lässt sich das originale Fingerabdruckbild rekonstruieren, oder kann einem anderen Matching-Verfahren zugeführt werden. In diesem Fall können Sensoreinheiten in einer Matrix wie die Sensorelektroden integriert werden, und jeweils die Differenzen für dieselbe Sensorelektrode zwischen zwei zeitlich aufeinanderfolgenden Sensorvorgängen erfasst werden.With time difference formation, a fingerprint strip sensor can be realized. This takes in time sequence partial images of a fingerprint while the finger is moved over the sensor. From these partial images, the original fingerprint image can be reconstructed, or can be fed to another matching process. In this case, sensor units can be integrated in a matrix like the sensor electrodes, and in each case the differences for the same sensor electrode can be detected between two temporally successive sensor operations.
Durch Detektieren von Differenzwerten anstelle von absoluten Werten kann bereits mit Hilfe der Sensorschaltung des Fingerabdrucksensors ein erster Kompressionsschritt erfolgen. Da bei gleichen Grauwerten von Fingerabdrücken gleiche numerische Werte für die begrenzten Ladungsmengen der benachbarten Sensorelektroden gemessen werden, ist ihr Differenzwert null. Bei dieser Differenzbildung der Auswerteschaltung werden Nullwerte nicht registriert. Bei einem scharfen, unstetigen und/oder abrupten Übergang von einer Papillenleiste zu einer Hautrille wird demgegenüber eine hohe Differenz und damit ein hoher numerischer Wert von der Auswerteschaltung ausgegeben.By Detecting difference values instead of absolute values can already with the help of the sensor circuit of the fingerprint sensor first compression step done. Because with the same gray values of fingerprints same numeric values for the limited amounts of charge of the adjacent sensor electrodes measured their difference value is zero. In this difference of the Evaluation circuit, zero values are not registered. At a sharp, unsteady and / or abrupt transition from a papillae to a skin groove is in contrast a high difference and thus a high numeric value of the Evaluation circuit output.
Während diese numerischen Werte bei der vorliegenden Auswerteschaltung Kapazitätsdifferenzen benachbarter oder nächstfolgender Sensorelektroden Wiederspiegeln, detektiert eine weitere Ausführungsform der Erfindung Leitfähigkeitsdifferenzen zwischen den Sensorelektroden. Dazu weist diese Ausführungsform der Erfindung zusätzlich eine Widerstandsvorrichtung auf, die zwischen benachbarten oder nächstfolgenden Sensorelektroden Leitfähigkeitsdifferenzen detektieren kann.While these numerical values in the present evaluation circuit capacity differences adjacent or next Sensor electrodes reflect, detects a further embodiment the invention conductivity differences between the sensor electrodes. For this purpose, this embodiment of the invention additionally Resistance device between adjacent or next Sensor electrodes conductivity differences can detect.
Mit dieser Ausführungsform der Erfindung ist der Vorteil verbunden, dass Impedanzdifferenzen durch Kombination der kapazitiven und der Widerstandsmessung ermittelt werden können, so dass zwischen lebenden und nicht lebenden Papillarkörpern unterschieden werden kann. Somit kann die Auswerteschaltung nicht lebende Papillarkörper, wie Gipsabdrücke oder Lackfolien, die Kopien von Papillarkörpern aufweisen aussortieren, die bei rein kapazitiven Fingerabdrucksensoren nicht erkannt werden.With this embodiment The invention has the advantage that impedance differences Combination of capacitive and resistance measurements determined can be, so that distinguished between living and non-living papillary bodies can be. Thus, the evaluation circuit non-living papillary body, such as plaster casts or Paint films that have copies of papillary bodies sort out, which are not recognized by purely capacitive fingerprint sensors.
Eine Sensorschaltung für einen Fingerabdrucksensor, wie er in den obigen Beispielen beschrieben ist, weist nachfolgende Komponenten auf. Zunächst umfasst er mindestens eine Sensorelektrode, die einem Ausschnitt des Papillarkörpers der Fingerbeere gegenüber angeordnet ist. Ferner ist für die Sensorschaltung ein Dreifachwechselschalter vorgesehen. Dieser Dreifachwechselschalter weist drei Stellungen auf. In einer ersten Stellung ist die Sensorelektrode mit einer Ladungsquelle verbindbar. In einer zweiten Stellung ist die Sensorelektrode mit einer Messvorrichtung und in einer dritten Stellung ist die Sensorelektrode mit einem Erdpotential verbindbar.A Sensor circuit for a fingerprint sensor as described in the above examples is, has following components. At first, it includes at least a sensor electrode which is a section of the papillary body of the Fingerberry opposite is arranged. Further, for the sensor circuit provided a triple changeover switch. This Triple changeover switch has three positions. In a first Position, the sensor electrode is connectable to a charge source. In a second position, the sensor electrode is provided with a measuring device and in a third position, the sensor electrode is a Earth potential connectable.
Dabei weist die Ladungsquelle eine Mehrzahl der begrenzten Ladungsmenge, die auf der Sensorelektrode speicherbar ist, auf. Der Dreifachwechselschalter kann in hochfrequenter Folge zwischen den drei Stellungen umschalten. Zur Entladung der Ladungsquelle wird eine von der begrenzten Ladungsmenge der Sensorelektrode abhängige Anzahl von Aufladungen der Messvorrichtung bis zum Erreichen eines vorgegebenen Schwellenwertes durchgeführt. Die dritte Stellung ist eine Zwischenstellung, wobei mit Hilfe dieser dritten Stellung zwischen jedem Umladevorgang die Sensorelektrode auf Erdpotential gelegt wird.there the charge source has a plurality of the limited amount of charge, which can be stored on the sensor electrode, on. The triple changeover switch can switch in high frequency sequence between the three positions. For discharging the charge source, one of the limited charge amount the sensor electrode dependent Number of charges of the measuring device until reaching a predetermined threshold value performed. The third position is an intermediate position, with the help of this third position between each recharging the sensor electrode placed at ground potential becomes.
In einer weiteren Ausführungsform der Sensorschaltung kann die Ladungsquelle einen Erdpotentialumschalter und einen La depotentialumschalter aufweisen, wobei die beiden Umschalter mit Kondensatorelektroden eines Ladekondensators verbunden sind. Dabei wird in einer ersten Stellung der Ladekondensator an eine Versorgungsspannung gegenüber Erdpotential angeschlossen und in einer zweiten Stellung wird die Erdpotentialelektrode des Ladekondensators auf Versorgungspotential geschaltet und die auf Ladepotential liegende Elektrode des Ladekondensators an eine Drainelektrode eines Sourcefolgers angeschlossen. Die Sourceelektrode des Sourcefolgers wird anschließend mit der ersten Stellung des Dreifachwechselschalters der Sensorelektrode verbunden.In a further embodiment the sensor circuit, the charge source, a ground potential switch and have a La depotentialumschalter, wherein the two switches connected to capacitor electrodes of a charging capacitor. In this case, in a first position of the charging capacitor to a Supply voltage to earth potential connected and in a second position, the ground potential electrode of the charging capacitor switched to supply potential and the on charge potential electrode of the charging capacitor to a Drain electrode of a source follower connected. The source electrode the source follower will follow with the first position of the triple changeover switch of the sensor electrode connected.
Da der Dreifachwechselschalter zwischen dieser ersten Stellung und den beiden weiteren Stellungen in hochfrequenter Folge wechselt, ist eine begrenzte Anzahl von Schaltungswechseln des Dreifachwechselschalters erforderlich, bis ein Schwellenwert der Messvorrichtung erreicht wird. Diese Anzahl ist umgekehrt proportional zu der begrenzten Ladungsmenge auf der Sensorelektrode, so dass damit ein numerischer Wert für die Ladungsmenge auf der Sensorelektrode vorliegt. Weiterhin kann die Messvorrichtung einen Messkondensator aufweisen, dessen erste Elektrode ständig auf Erdpotential liegt und dessen zweite Elektrode mit einem Schaltungsknoten verbunden ist. Von dem Schaltungsknoten kann eine Verbindungsleitung zu der zweiten Stellung des Dreifachwechselschalters führen. Gleichzeitig geht von dem Schaltungsknoten eine Verbindungsleitung zu einer Schwellenwertvergleichsschaltung aus. Mit dieser Schaltungsvariante kann der Schwellenwert am Messkondensator über die Schwellenwertvergleichsschaltung vorgegeben werden.There the triple changeover switch between this first position and the two other positions in high-frequency sequence, is a limited number of circuit changes of the triple changeover switch required until a threshold reaches the measuring device becomes. This number is inversely proportional to the limited Charge amount on the sensor electrode, making it a numerical Value for the amount of charge is present on the sensor electrode. Furthermore, can the measuring device have a measuring capacitor whose first Electrode constantly is at ground potential and its second electrode with a circuit node connected is. From the circuit node, a connection line lead to the second position of the triple changeover switch. simultaneously From the circuit node, a connection line goes to a threshold comparison circuit out. With this circuit variant, the threshold value at the measuring capacitor via the Threshold comparison circuit can be specified.
Die Schwellenwertvergleichsschaltung weist ihrerseits einen Schwellenwertkondensator auf. Dieser Schwellenwertkondensator weist eine Erdelektrode auf, die ständig auf Erdpotential liegt. Die zweite Elektrode des Schwellenwertkondensators ist über einen Schaltknoten mit einem Subtraktionsglied verbunden. Darüber hinaus ist der Schaltungsknoten über einen Ein-/Ausschalter mit der zweiten Stellung des Ladepotentialumschalters des Ladekondensators verbindbar. Diese Verbindung wird nach Abschluss eines Messzyklusses geschaltet, um eine Restladungsmenge des Ladekondensators auf den Schwellenwertkondensator zu übernehmen. Mit dieser Variante der Sensorschaltung wird es möglich, Differenzen zwischen benachbarten Sensorelektroden aufzunehmen und als numerischen Wert auszugeben.The threshold comparison circuit in turn has a threshold capacitor. This threshold capacitor has an earth electrode that is constantly at ground potential. The second electrode of the threshold capacitor is connected via a switching node to a subtraction element. In addition, the circuit node can be connected via an on / off switch with the second position of the charging potential switch of the charging capacitor. This connection becomes after Ab circuit of a measuring cycle connected to take over a residual charge amount of the charging capacitor to the threshold capacitor. With this variant of the sensor circuit, it becomes possible to record differences between adjacent sensor electrodes and to output them as a numerical value.
Weiterhin ist das Subtraktionsglied mit einem Referenzpotential verbunden. Die Differenz zwischen Referenzpotential und Restpotential wird dann von der Auswerteschaltung als Schwellenwert für einen nächsten Messzyklus vorgehalten. Die Auswerteschaltung selbst stellt die Anzahl der Ladungsmengentransporte fest, die von der nächsten Sensorelektrode zu dem Messkondensator bis zum Erreichen des Schwellenwertes für diese nächste Sensorelektrode erforderlich ist. Diese Anzahl ist gleichzeitig der numerische Wert für die Ladungsmengendifferenz zwischen zwei Sensorelektrodenflächen.Farther the subtraction element is connected to a reference potential. The difference between reference potential and residual potential becomes then by the evaluation circuit as a threshold for a next Measurement cycle held. The evaluation circuit itself provides the Number of charge volume transports fixed by the next sensor electrode to the measuring capacitor until reaching the threshold for this next Sensor electrode is required. This number is simultaneous the numeric value for the charge quantity difference between two sensor electrode surfaces.
Mit Hilfe dieser Sensorschaltung ist es möglich, ein einfaches Verfahren zur Erfassung von Parameterdifferenzen zwischen einer Vielzahl von Sensorelektroden und einem, den Sensorelektroden gegenüber angeordneten Papillarkörper einer Fingerbeere, zur Identifizierung einer Person anzugeben. Dabei werden die folgenden Verfahrensschritte durchgeführt. Zunächst wird die Fingerbeere der Person auf die Sensorelektroden eines Fingerabdrucksensors, wie er in den obigen Ausführungen beschrieben wurde, gelegt. Danach werden die Parame terdifferenzen mit Hilfe der Sensorschaltung, wie sie in der obigen Ausführung erläutert wurde, erfasst. Abschließend werden die erfassten Parameterdifferenzen ausgewertet und gespeichert.With Help this sensor circuit, it is possible a simple procedure for detecting parameter differences between a plurality of Sensor electrodes and one, the sensor electrodes arranged opposite papillary a fingertip, to identify a person. there the following process steps are carried out. First, the finger berry is the Person on the sensor electrodes of a fingerprint sensor, such as he in the above remarks was described. Then the parameters are terdifferenzen by means of the sensor circuit as explained in the above embodiment, detected. Finally the recorded parameter differences are evaluated and stored.
Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass es einen numerischen Messparameter liefert, der exakt der Differenz zwischen zwei nebeneinander oder nacheinander angeordneten Sensorelektroden entspricht und somit bereits eine erste Kompression der Messdaten möglich wird, wobei dieser numerische Wert durch einfache Umrechnung in eine digitale Zahl umgesetzt werden kann. Weiterhin kann für das Verfahren eine Kompression der digitalen Werte nach Digitalisierung der numerischen Messparameter gewonnen werden. Schließlich kann mit diesem Verfahren die Identifizierung der Person mit Hilfe der erfassten Parameterdifferenzen dadurch erfolgen, dass das Ergebnis der Fingerabdruckmessung durch den Fingerabdrucksensor mit archivierten Werten verglichen wird und eine Freigabe oder eine Sperrung erfolgt. Werden als Parameterdifferenzen die kapazitiven Differenzwerte eines Fingerabdrucks mit Leitfähigkeitsdifferenzen eines Fingerabdrucks kombiniert, so kann zusätzlich der erfindungsgemäße Fingerabdrucksensor zwischen lebendem und nicht lebendem Gewebe unterscheiden, so dass damit eine fälschungssichere Methode gegeben ist, den Benutzer des Fingerabdrucksensors zu identifizieren.This Procedure has the advantage that it has a numerical measurement parameter returns exactly the difference between two next to each other or one after the other arranged sensor electrodes corresponds and thus already a first compression of the measured data is possible, this numerical value be converted into a digital number by simple conversion can. Furthermore, for the method involves compression of digital values after digitization the numerical measurement parameters are obtained. Finally, can With this procedure the identification of the person with the help of the detected Parameter differences are made by taking the result of the fingerprint measurement compared with archived values by the fingerprint sensor and a release or blocking takes place. Be as parameter differences the capacitive difference values of a fingerprint with conductivity differences a fingerprint combined, so may additionally fingerprint sensor according to the invention distinguish between living and non-living tissue, so that thus a forgery-proof Method is given to identify the user of the fingerprint sensor.
Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.The The invention will now be explained in more detail with reference to the accompanying drawings.
Durch das Zusammenwirken des dritten Schalters SC und eines Ladekondensators CP ist es vorgesehen, dass eine höhere Spannung als die Betriebs- bzw. Versorgungsspannung VDD bereitgestellt wird. Bei jedem Sensorvorgang wird der Ladekondensator CP einmal aufgeladen und dann in Reihe zu der Versorgungsspannung geschaltet. Die hochfrequente Folge der Ladungsabgabe an die Sensorelektrode findet bei 8-Bit Ausgangswerten 256-mal pro Sensorvorgang über den Schalter SA statt, während SC nur einmal pro Sensorvorgang schaltet.Through the interaction of the third switch S C and a charging capacitor C P , it is provided that a higher voltage than the operating or supply voltage V DD is provided. In each sensor operation, the charging capacitor C P is charged once and then connected in series with the supply voltage. The high-frequency sequence of the charge delivery to the sensor electrode takes place at 8-bit output values 256 times per sensor operation via the switch S A , while S C switches only once per sensor operation.
An
jede der Sensorelektrodenflächen
Die
Ladungsquelle
Der
Sourcefolger T1 ist hier ein n-Kanal-Transistor.
Wenn das Potential an
Somit
bildet den Kern der Ladungsquelle
In
Die
Anzahl der erforderlichen Umschaltungen hängt einerseits von der Ladungsmenge
Das
Ergebnis des Subtraktionsgliedes
Mit
der Messvorrichtung
Der
Ladekondensator CP wird in dieser Stellung,
wie auch in
Bei
N-Bit wird der Dreifachwechselschalter S3 nun
2N-mal rotierend in die Stellungen
Für den nächsten Zählvorgang und damit für den nächsten Messzyklus wird wieder mit dem Aufladen des Ladekondensators CP begonnen. Außerdem werden folgende Vorbereitungen für den nächsten Messzyklus getroffen:
- – Der Erdpotentialumschalter
S1 wird in Stellung
1S1 gebracht. Das Potential an2S2 sinkt auf die über den Ladekondensator CP abfallende Restspannung, die nach der regelmäßigen Ladungsentnahme übrig geblieben ist. - – Nach
dem Sample-and-hold-Prinzip wird mit kurzem Schließen des
Ein-/Ausschalters S4 diese Spannung von
dem Schwellenwertkondensator CSH übernommen.
Das Vergleichspotential am Schwellenwertscheider bzw. das Ergebnispotential
an dem Subtraktionsglied
21 ist dann Vref–USH. - – Die
Sensorschaltung lässt
sich grob an vier Fällen
charakterisieren unter der Annahme, dass eine Papillarleiste bzw.
ein dunkles Bild des Fingerabdrucks eine hohen Kapazität der Sensorelektrode
10 bewirkt und eine Hautrille bzw. ein helles Bild eine niedrige Kapazität an der Sensorelektrode10 hervorruft.
- - The earth potential switch S 1 is in position
1S1 brought. The potential2S2 decreases to the voltage drop across the charging capacitor C P residual voltage that has remained after the regular charge removal. - - According to the sample-and-hold principle, this voltage is taken over by the threshold capacitor C SH with a short closing of the on / off switch S 4 . The comparison potential at the threshold value separator or the result potential at the subtraction element
21 is then V ref -U SH . - The sensor circuit can be broadly characterized in four cases, assuming that a papillary strip or a dark image of the fingerprint has a high capacitance of the sensor electrode
10 and a skin groove or a bright image causes a low capacitance on the sensor electrode10 causes.
Diese vier charakteristischen Fälle sind im einzelnen:
- 1. Bei einem Übergang
von dunkel nach dunkel wird der Ladekondensator CP stark
entladen, die Restspannung über
CP ist somit sehr niedrig, und die Schwellenspannung
am Knoten
35 ist fast Vref. Jetzt wird der Messkondensator CM durch die hohe Sensorelektrodenkapazität des angenommenen dunklen Bildes einer Papillarleiste schnell aufgeladen. Die Dauer bis zum Erreichen der Schwellenwertspannung ist mittelgroß. Die Auswerteschaltung9 bzw. der Akkumulator bleibt ca. bei Null stehen. - 2. Bei einem Übergang
von dunkel nach hell wird der Ladekondensator ebenfalls stark entladen. Das
Schwellenpotential VSH am Schwellenwertkondensator
CSH ist sehr niedrig und die Schwellenwertspannung
ist fast Vref. Jetzt wird der Messkondensator
CM durch die niedrige Sensorelektrodenkapazität langsam
aufgeladen. Die Dauer bis zum Erreichen der Schwellenwertspannung
ist lang und die Auswerteschaltung
9 bzw. der Akkumulator bleibt bei einem hohen positiven Wert stehen. - 3. Bei einem Übergang
von hell nach hell wird der Ladekondensator CP mittelmäßig entladen,
das Schwellenwertpotential VSH am Schwellenwertkondensator
CSH wird nun wirksam, die Schwellenwertspannung
ist dann Vref–VSH und
somit niedrig. Jetzt wird der Messkondensator CM durch
die niedrige Sensorelektrodenkapazität langsam aufgeladen. Die Dauer
bis zum Erreichen der Schwellenwertspannung ist mittelgroß und der Akkumulator
bzw. die Auswerteschaltung
9 bleibt bei ca. Null stehen. - 4. Bei einem Übergang
von hell nach dunkel wird der Ladekondensator CP mittelmäßig entladen. Das
Schwellenpotential VSH wirkt sich wieder
aus und die Schwellenwertspannung ist nun Vref–VSH und somit niedrig. Jetzt wird der Messkondensator
CM durch die hohe Sensorelektrodenkapazität schnell
aufgeladen. Die Dauer bis zum Erreichen der Schwellenwertspannung
ist sehr kurz. Die Auswerteschaltung
9 bzw. der Akkumulator bleibt bei einem hohen negativen Wert stehen.
- 1. In a transition from dark to dark, the charging capacitor C P is heavily discharged, the residual voltage across C P is thus very low, and the threshold voltage at the node
35 is almost V ref . Now, the measuring capacitor C M is quickly charged by the high sensor electrode capacity of the assumed dark image of a papillary strip. The time to reach the threshold voltage is medium. The evaluation circuit9 or the accumulator stays at about zero. - 2. In a transition from dark to light, the charging capacitor is also heavily discharged. The threshold potential V SH at the threshold capacitor C SH is very low and the threshold voltage is almost V ref . Now the measuring capacitor C M is slowly charged by the low sensor electrode capacity. The duration until reaching the threshold voltage is long and the evaluation circuit
9 or the accumulator remains at a high positive value. - 3. In a bright to light transition, the charging capacitor C P is moderately discharged, the threshold potential V SH at the threshold capacitor C SH now becomes active, the threshold voltage is then V ref -V SH and thus low. Now the measuring capacitor C M is slowly charged by the low sensor electrode capacity. The duration until reaching the threshold voltage is medium and the accumulator or the evaluation circuit
9 stays at about zero. - 4. In a transition from light to dark, the charging capacitor C P is discharged moderately. The threshold potential V SH has an effect again and the threshold voltage is now V ref -V SH and thus low. Now, the measuring capacitor C M is quickly charged by the high sensor electrode capacity. The time to reach the threshold voltage is very short. The evaluation circuit
9 or the accumulator remains at a high negative value.
Die
Prinzipsskizze gemäß
Zur
Erfassung der Ladungsdifferenzen zwischen benachbarten oder nachfolgenden
Sensorelektroden
Der
Fingerabdrucksensor der dritten Ausführungsform unterscheidet sich
vom Fingerabdrucksensor gemäß
Die
Ladungen werden an der Oberfläche
der Sensorelektroden
Weiterhin
ist in dieser dritten Ausführungsform
der Erfindung vorgesehen, dass für
jede hier im Ausschnitt gezeigte Spalte einer Sensorelektrodenmatrix
jeweils über
die Schaltmatrix
Die
Sensorschaltung
- 100100
- 200200
- 300300
- Fingerabdrucksensorfingerprint sensor
- 11
- SensorelektrodenflächeSensor electrode area
- 22
- Papillarkörperpapillary
- 33
- Fingerbeerefingertip
- 44
- Sensorschaltungsensor circuit
- 55
- Sensorspeichersensor memory
- 66
- begrenzte Ladungsmengelimited amount of charge
- 77
- Ausschnitt des Papillarkörpersneckline of the papillary body
- 88th
- Ladungsquellecharge source
- 99
- Auswerteschaltung bzw. Accumulatorevaluation or accumulator
- 10–1710-17
- Sensorelektrodensensor electrodes
- 1818
- Schaltungsknotencircuit node
- 1919
- SchwellenwertvergleichsschaltungThreshold comparison circuit
- 2020
- Schaltungsknotencircuit node
- 2121
- Subtraktionsglied bzw. Schwellenwertentscheidersubtraction or threshold decision maker
- 2222
- Messvorrichtungmeasuring device
- 2323
- Schaltungsknotencircuit node
- 2424
- Verbindungsleitungconnecting line
- 2525
- Verbindungsleitungconnecting line
- 2626
- Schaltungsknotencircuit node
- 2727
- Verbindungsleitungconnecting line
- 2828
- Verbindungsleitungconnecting line
- 2929
- Verbindungsleitungconnecting line
- 3030
- Schaltungskomponentecircuit component
- 3131
- Verbindungsleitungconnecting line
- 3232
- Schaltmatrixswitching matrix
- 3333
- Papillarleistedermal papillae
- 3434
- Hautrilleskin groove
- 3535
- Schaltungsknotencircuit node
- SA S A
- erster Schalterfirst switch
- SB S B
- zweiter Schaltersecond switch
- SC S C
- dritter Schalterthird switch
- S1 S 1
- ErdpotentialumschalterErdpotentialumschalter
- S2 S 2
- LadepotentialumschalterCharging potential switch
- S3 S 3
- DreifachwechselschalterTriple changeover switch
- S4 S 4
- Aus/Ein-SchalterOff / On switch
- S5 S 5
- Ein/Aus-SchalterOn / off switch
- 1S11S1
- erste Stellung des Erdpotentialumschaltersfirst Position of the ground potential switch
- 2S12S1
- zweite Stellung des Erdpotentialumschalterssecond Position of the ground potential switch
- 1S21S2
- erste Stellung des Ladepotentialumschaltersfirst Position of the charging potential switch
- 2S22S2
- zweite Stellung des Ladepotentialumschalterssecond Position of the charging potential switch
- 1S31S3
- erste Stellung des Dreifachwechselschaltersfirst Position of the triple changeover switch
- 2S32S3
- zweite Stellung des Dreifachwechselschalterssecond Position of the triple changeover switch
- 3S33S3
- dritte Stellung des Dreifachwechselschaltersthird Position of the triple changeover switch
- ES4ES4
- Ein-Stellung des Ein-/AusschaltersAttitude of the on / off switch
- AS4AS4
- Aus-Stellung des Ein-/AusschaltersExhibition of the on / off switch
- CP C P
- Ladekondensatorcharging capacitor
- CP1 C P1
- erste Elektrode des Ladekondensatorsfirst Electrode of the charging capacitor
- CP2 C P2
- zweite Elektrode des Ladekondensatorssecond Electrode of the charging capacitor
- CM C M
- Messkondensatormeasuring capacitor
- CM1 C M1
- erste Elektrode des Messkondensatorsfirst Electrode of the measuring capacitor
- CM2 C M2
- zweite Elektrode des Messkondensatorssecond Electrode of the measuring capacitor
- CSH C SH
- SchwellenwertkondensatorThreshold capacitor
- CSH1 C SH1
- erste Elektrode des Schwellenwertkondensatorsfirst Electrode of the threshold capacitor
- CSH2 C SH2
- zweite Elektrode des Schwellenwertkondensatorssecond Electrode of the threshold capacitor
- T1 T 1
- Sourcefolgersource follower
- VDD V DD
- Versorgungsspannungsupply voltage
- Vref V ref
- Referenzspannungreference voltage
- VSH V SH
- Spannung am Schwellenwertkondensatortension at the threshold capacitor
Claims (18)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE10350410A DE10350410A1 (en) | 2003-10-28 | 2003-10-28 | Fingerprint sensor and circuit for capture of measurement parameters has sensor circuits for each of a multiplicity of electrodes surfaces with a sensor memory that is charged and discharged during loading and measurement cycles |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE10350410A DE10350410A1 (en) | 2003-10-28 | 2003-10-28 | Fingerprint sensor and circuit for capture of measurement parameters has sensor circuits for each of a multiplicity of electrodes surfaces with a sensor memory that is charged and discharged during loading and measurement cycles |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE10350410A1 true DE10350410A1 (en) | 2005-01-20 |
Family
ID=33521606
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE10350410A Ceased DE10350410A1 (en) | 2003-10-28 | 2003-10-28 | Fingerprint sensor and circuit for capture of measurement parameters has sensor circuits for each of a multiplicity of electrodes surfaces with a sensor memory that is charged and discharged during loading and measurement cycles |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE10350410A1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5325442A (en) * | 1990-05-18 | 1994-06-28 | U.S. Philips Corporation | Fingerprint sensing device and recognition system having predetermined electrode activation |
WO1997040744A1 (en) * | 1996-04-26 | 1997-11-06 | Philips Electronics N.V. | Fingerprint sensing devices and systems incorporating such |
DE19833211A1 (en) * | 1998-07-23 | 2000-02-17 | Siemens Ag | Method for determining very small capacities and use |
DE19836770C1 (en) * | 1998-08-13 | 2000-04-20 | Siemens Ag | Capacitive image capture method |
-
2003
- 2003-10-28 DE DE10350410A patent/DE10350410A1/en not_active Ceased
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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