DE19837429C2 - Anordnung zum optischen Erfassen von Fingerabdrücken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum optischen Erfassen von Fingerabdrücken mit einer Fingerauflage, einer Beleuch­ tungseinrichtung, einem unter der Fingerauflage angeordneten Bildaufnahmesensor mit zweidimensional angeordneten Sensor­ elementen sowie mit einer dem Bildaufnahmesensor nachgeord­ neten Einrichtung zur Auswertung der erfaßten Fingerabdrücke, wobei die Beleuchtungseinrichtung den Finger auf der Finge­ rauflage zumindest teilweise durchleuchtend angeordnet ist.

Eine derartige Anordnung ist aus der DE 44 04 918 C2 bekannt. Dort ist eine Vorrichtung zur Eingabe von unregelmäßigen Mustern beschrieben, welche ein Lichtleitfaserbündel mit einer Eintrittsfläche und einer Austrittsfläche an den beiden Enden des Bündels, eine Beleuchtungseinrichtung und eine Bildaufnahmevorrichtung umfasst. Die Eintrittsfläche des Lichtleiterbündels ist in Bezug auf die Achse der Lichtleit­ faser um einen vorbestimmten Winkel schräg gestellt und dient zugleich als Fingerauflage.

Die in Fig. 11 der oben genannten Druckschrift abgebildete Vorrichtung zeigt einen auf der Eintrittsfläche des Lichtlei­ terbündels aufgelegten Finger, der mit Licht durchleuchtet ist. An den Stellen, an denen die Fingerfurchen die Ein­ trittsfläche nicht berühren, wird das Licht in der Luft ge­ streut. Dieses Licht fällt eventuell auf die Eintrittsfläche als diffuses Licht, aber wird zum großen Teil nicht über die Lichtleitfasern weitergeleitet, weil der Einfallswinkel des größten Teils dieses Lichtes kleiner als ein von der Licht­ leitfaser abhängiger kritischer Winkel θ_c ist.

An den Stellen, an denen die Fingerlinien die Eintrittsfläche berühren, fällt das Licht direkt ohne Luftübergang durch die Eintrittsfläche und in den Lichtleitfasern ein. Dieses Licht wird gestreut und der Teil, dessen Einfallswinkel größer als θ_c ist, wird über die Lichtleitfaser zum Austrittsfläche weitergeleitet. Damit entsteht ein Lichtmuster der Finger­ linien. Da nur ein Teil des gestreuten, von der Fingerlinien ausstrahlenden Lichtes die Bildaufnahmevorrichtung erreicht, wird ein Lichtmuster von schlechten Auslösung erzeugt. Außer­ dem erfordert die Verwendung eines Lichtleitfaserbündels einen erheblich aufwendigen Aufbau der Vorrichtung. Die Lichtleitfasern müssen zuerst in einem Bündel gebunden werden und die Eintritts- und Austrittsfläche des Bündels müssen danach um einen vorbestimmten Winkel geschnitten und poliert werden.

Die US 4 932 776 A beschreibt eine Anordnung zum Erfassen von Mustern, die fast identisch zur in Fig. 11 der oben genann­ ten Druckschrift abgebildeten Anordnung ist. Ein Finger wird auf einer bezüglich der Lichtleitfaserachse schrägen Ein­ trittsfläche, die ein Ende eines Lichtleitfaserbündels bil­ det, aufgelegt und von einer oberhalb der Fingerauflagefläche angeordneten Beleuchtungseinrichtung durchleuchtet. Nach der gleichen Prinzip wie oben wird ein Lichtmuster der Finger­ linien erzeugt, wo die dunkleren Bereiche die Fingerfurchen darstellen.

Aus der WO 95/22804 ist ein Verfahren zum Erfassen von kon­ trastreichen Bildern bekannt, welches ein Volumenhologramm verwendet, um Licht einer bestimmten spektralen Verteilung von unten auf einen auf einer Fingerauflage gelegten Finger zu beugen. Dieses Licht wird an den Stellen der Auflagefläche reflektiert, an denen die Fingerfurchen die Auflagefläche nicht berühren, und an den Fingerlinien berührenden Stellen der Auflagefläche absorbiert oder gestreut. Eine solche Ein­ richtung erfordert nicht nur einen aufwendigen Aufbau, son­ dern auch ein kompliziertes Verfahren zur Aufnahme des ge­ wünschten Lichtes, das das Volumenhologramm wiedergeben soll.

Bei einer weiteren aus der US-A-5 446 290 bekannten Anordnung ist ein Bildaufnahmesensor mit zweidimensionalen Sensorele­ menten unterhalb einer Fingerauflage angeordnet. Zwischen der Fingerauflage und dem Bildaufnahmesensor sind den Sensorele­ menten einzeln zugeordnete Mikrolinsen angeordnet, die die Ebene der Fingerauflage auf die Sensorelemente abbilden. Unterhalb des Bildaufnahmesensors ist eine flächenhafte Be­ leuchtungseinrichtung angeordnet, gegenüber der die Senso­ relemente einzeln abgeschattet sind und die durch die Zwi­ schenräume zwischen den Sensorelementen hindurch den auf der Fingerauflage aufliegenden Finger beleuchtet. An den Stellen, an denen die Fingerlinien die Fingerauflage berühren, wird die Totalreflexion des Lichts gestört, so daß von den Mikro­ linsen ein Helligkeitsmuster auf die Sensorelemente abgebil­ det wird, das dem Muster der Fingerlinien, also dem Fingerab­ druck entspricht. Anstelle der Mikrolinsen kann auch ein Beugungsgitter o. ä. vorgesehen sein.

Da das Licht der Beleuchtungseinrichtung durch die Zwischen­ räume zwischen den Sensorelementen hindurchgelangen muß und die Sensorelemente unmittelbar gegenüber der Beleuchtungs­ einheit abgeschattet sein müssen, ist ein spezieller und somit aufwendiger Aufbau des Bildaufnahmesensors erforder­ lich.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Finger­ abdrücke mit möglichst einfachen Mitteln optisch erfassen zu können.

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß bei der Anordnung der eingangs angegebenen Art die Fingerauflage aus einem metallbeschichteten teildurchlässigen Spiegel be­ steht.

Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung be­ steht darin, daß die Beleuchtungseinheit im wesentlichen un­ abhängig von dem Bildaufnahmesensor angeordnet ist, so daß für den Bildaufnahmesensor keine besonderen Anforderungen hinsichtlich seines Aufbaus gelten. Erreicht wird dies da­ durch, daß der Finger zur Erfassung des Fingerabdrucks durch­ leuchtet wird und daß dabei die Fingerauflage als teildurch­ lässiger Spiegel ausgebildet ist. Der teildurchlässige Spie­ gel wird dabei durch eine dünne Metallschicht auf einem transparenten Träger gebildet, wobei die Metallschicht einen Teil des auftreffenden Lichts reflektiert und den anderen Teil durchläßt. Wird der Finger auf die Fingerauflage gelegt, so wird an den Stellen, an denen die Fingerlinien den teil­ durchlässigen Spiegel berühren, von diesem mehr Licht vom Finger in Richtung auf den Bildaufnahmesensor durchgelassen als an den Stellen der nichtberührenden Fingerfurchen. Auf diese Weise wird ein ausreichender Kontrast zwischen den auf dem Bildaufnahmesensor abgebildeten Fingerlinien und den Fingerfurchen erzielt. Die Beleuchtungseinrichtung kann dabei über dem Finger, aber auch seitlich davon oder unterhalb der Fingerauflage seitlich neben dem Bildaufnahmesensor angeord­ net sein, wobei im letzteren Fall durch geeignete Abschirm­ maßnahmen darauf zu achten ist, daß das Licht der Beleuch­ tungseinrichtung nicht von der Unterseite der Fingerauflage auf den Bildaufnahmesensor reflektiert wird.

Im einfachsten Fall ist der Bildaufnahmesensor Bestandteil einer auf die Fingerauflage fokussierten Videokamera.

Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel der erfindungs­ gemäßen Anordnung liegt der Bildaufnahmesensor an der Unter­ seite der Fingerauflage an. Dabei kann zwischen dem Bildauf­ nahmesensor und der Fingerauflage eine transparente Über­ gangsschicht vorgesehen sein, wobei den Sensorelementen Mikrolinsen zugeordnet sind, die die Ebene der Fingerauflage auf die Sensorelemente abbilden. Durch die Mikrolinsen wird die Reduktion der Bildauflösung kompensiert, die von dem durch die transparente Übergangsschicht verursachten größeren Abstand zwischen der Fingerauflage und dem Bildaufnahmesensor verursacht ist.

Bei einer stationären Anordnung der Fingerauflage im Bereich einer Berechtigungs- oder Zugangskontrolle besteht die Ge­ fahr, daß die Fingerauflage verschmutzt oder beschädigt wird. Dieses Problem wird in vorteilhafter Weise dadurch vermieden, daß die Fingerauflage Bestandteil einer Chip-Karte ist, die zusätzlich den Bildaufnahmesensor und/oder die Beleuchtungs­ einrichtung, z. B. in Form von Leuchtdioden, enthalten kann, die seitlich von der Fingerauflage auf der Chip-Karte inte­ griert sind. Die Chip-Karte wird dann zunächst in einem vor­ gegebenen Bereich der Berechtigungs- oder Zugangskontrolle positioniert, bevor der Finger auf die Fingerauflage der Chip-Karte gelegt werden kann. Dabei weist die erfindungs­ gemäße Anordnung vorzugsweise eine Einrichtung zum Lesen von auf der Chip-Karte gespeicherten Daten und zur Verknüpfung dieser Daten mit den Auswertedaten der Einrichtung zur Aus­ wertung der erfaßten Fingerabdrücke auf. Die Übertragung der Daten kann dabei über Kontaktierungen der Chip-Karte oder drahtlos erfolgen.

Bei einer weiteren Ausbildung der erfindungsgemäßen Anordnung kann die Fingerauflage in einem Bedienelement, beispielsweise einer Taste, einem Schalter oder einer Maus, integriert sein.

Schließlich kann bei der erfindungsgemäßen Anordnung die Ein­ richtung zur Auswertung der erfaßten Fingerabdrücke zusätz­ lich Mittel zur Erfassung des in dem aufliegenden Finger pul­ sierenden Blutstromes aufweisen, so wie dies z. B. aus der US-A-5 737 439 bekannt ist. Dadurch kann ein gefälschtes Fingerprofil vom lebenden Finger unterschieden werden. Anders als bei bekannten Anordnungen, bei denen Fingerabdrücke durch Reflexion von Licht an der Fingerauflage erfaßt wird, werden bei der erfindungsgemäßen Anordnung keine zusätzlichen Be­ leuchtungseinrichtungen und Detektoren benötigt, um den in dem Finger pulsierenden Blutstrom zu erfassen.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird im folgenden auf die Figuren der Zeichnung Bezug genommen; im einzelnen zeigen

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung mit einer stationären Fingerauflage und einer Videokamera,

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung mit einer in einer Chip-Karte integrierten Fingerauflage,

Fig. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung mit einem an der Unterseite der Finger­ auflage anliegenden Bildaufnahmesensor und

Fig. 4 ein viertes Ausführungsbeispiel, bei dem die Finger­ auflage in einem Bedienelement integriert ist.

Fig. 1 zeigt eine Fingerauflage 1, die im Bereich einer hier nicht weiter dargestellten Berechtigungs- oder Zugangskon­ trolle stationär angeordnet ist. Die Fingerauflage 1 besteht aus einer transparenten Platte 2, z. B. einer Glasplatte, die auf ihrer Oberseite eine dünne Metallschicht 3 trägt und so­ mit einen teildurchlässigen Spiegel bildet. Ggf. kann die Metallschicht 3 mit einer hier nicht gezeigten sehr dünnen Schutzschicht überzogen sein. Die Dicke der Metallschicht 3 ist so gewählt, daß auf sie treffendes Licht zur Hälfte re­ flektiert und zur anderen Hälfte durchgelassen wird. Oberhalb der Fingerauflage 1 ist eine Beleuchtungseinrichtung 4 ange­ ordnet. Diese kann, wie gezeigt, unmittelbar über dem auf die Fingerauflage 1 aufgesetzten Finger 5 oder auch seitlich da­ von angeordnet sein, wobei die Beleuchtungseinrichtung 4 aus einer oder mehreren Lampen oder Leuchtdioden für den sicht­ baren oder nahen Infrarot-Bereich bestehen kann. Bei Beleuch­ tung aus größerer Entfernung, beispielsweise zum Schutz gegen Vandalismus, kann zusätzlich zur Lampe oder Lumineszenzdiode eine Projektionsoptik 6 vorgesehen sein, um den Finger 5 ge­ zielt zu beleuchten.

Unterhalb der Fingerauflage 1 ist eine Videokamera 7 angeord­ net, die einen Bildsensor 8 mit zweidimensional angeordneten Sensorelementen 9 enthält und mit ihrem Objektiv 10 auf die Fingerauflage 1, d. h. die Metallschicht 3, fokussiert ist. Der Videokamera 7 ist eine Einrichtung 11 zur Auswertung der erfaßten Fingerabdrücke nachgeordnet.

Von dem durch die Metallschicht 3 gebildeten teildurchlässi­ gen Spiegel wird bei nicht aufgelegtem Finger 5 ein vorge­ gebener Teil, hier die Hälfte des auftreffenden Lichts, reflektiert, während der übrige Teil in Richtung auf die Videokamera 7 durchgelassen wird. Bei aufliegendem Finger 5 wird an den Stellen, an denen die Fingerlinien in direktem Kontakt mit der Metallschicht 3 sind, mehr Licht vom Finger 5 in den teildurchlässigen Spiegel eingekoppelt als an den Stellen der die Metallschicht 3 nicht berührenden Finger­ furchen. Dadurch ergibt sich ein kontrastreiches Bild des Fingerabdrucks, der von der Videokamera 7 erfaßt wird. Die Einrichtung 11 kann zusätzlich eine Auswerteeinheit 30 ent­ halten, die den natürlichen pulsierenden Blutstrom in dem Finger 5 detektiert, um so ein gefälschtes Fingerprofil, beispielsweise aus Silikon, vom lebenden Finger 5 unter­ scheiden zu können.

Bei dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel der erfin­ dungsgemäßen Anordnung ist eine Fingerauflage 12 in einer Chip-Karte 13 integriert. Die Fingerauflage 12 besteht ebenso wie bei dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel aus einer transpa­ renten Trägerplatte, die auf ihrer Oberseite eine Metall­ schicht trägt und somit einen teildurchlässigen Spiegel bil­ det. Auf der Chip-Karte 13 sind weiterhin neben einem vorge­ gebene Daten des Karteninhabers enthaltenden Chip-Baustein 14 mehrere Leuchtdioden 15 integriert, die auf der Oberseite der Chip-Karte 13 um die Fingerauflage 12 herum angeordnet sind.

Im Bereich einer hier nicht weiter gezeigten Berechtigungs- oder Zugangskontrolle ist stationär eine Aufnahmeeinrichtung 16 angeordnet, in die die Chip-Karte 13 einführbar ist, so daß die Fingerauflage 12 über einem als Auflagefläche liegen­ den Fenster 17 positioniert wird. Unterhalb des Fensters 17 ist entsprechend dem Beispiel nach Fig. 1 eine Videokamera 7 mit einer nachgeordneten Einrichtung 11 zur Auswertung der erfaßten Fingerabdrücke angeordnet.

Die Einrichtung 16 enthält Kontaktelemente 18, die entspre­ chenden Kontaktierungen 19 auf der Chip-Karte 13 entsprechen und über die nach korrektem Einführen der Chip-Karte 13 in die Einrichtung 16 ausgewählte Daten aus dem Chip-Baustein 14 in eine Einrichtung 20 lesbar sind, in der die Daten mit den Auswertedaten der Einrichtung 11 verknüpft werden. Alternativ können die Daten zwischen der Chip-Karte 13 und der Einrich­ tung 20 auch drahtlos übertragen werden. Über die Kontaktie­ rungen 18 und 19 erfolgt auch die Stromversorgung der Leucht­ dioden 15 aus der Einrichtung 6 heraus.

Bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist auf einem Bildaufnahmesensor 21 mit zweidimensional angeordneten Sensorelementen 22 eine transparente Übergangsschicht 23 auf­ gebracht, die auf ihrer Oberseite eine einen teildurchlässi­ gen Spiegel bildende dünne Metallschicht 24 trägt und als Auflage 25 für den Finger 5 dient. Innerhalb der Übergangs­ schicht 23 sind den einzelnen Sensorelementen 22 zugeordnete Mikrolinsen 26 ausgebildet, die die Ebene der Fingerauflage 25 auf die Sensorelemente 22 fokussieren. Über der Finger­ auflage 25 ist eine Beleuchtungseinrichtung 4 angeordnet. Bei entsprechend dünner oder fehlender Übergangsschicht 23 kann auf die Mikrolinsen 26 verzichtet werden. Die Fingerauflage 25 kann mitsamt der Beleuchtungseinrichtung in einer Chip- Karte integriert sein.

Fig. 4 zeigt schließlich ein Beispiel für die Integration der Fingerauflage 27 in einem Bedienelement 28, hier z. B. einer Maus. Um die Fingerauflage 27 herum sind Leuchtdioden 29 angeordnet, deren Licht nach Durchleuchten des auf der Fingerauflage 27 aufliegenden Fingers 5 durch die Finger­ auflage 27 auf einen darunter, hier nicht gezeigten, Bild­ aufnahmesensor fällt. Die Anordnung des Bildaufnahmesensors kann z. B. der in Fig. 3 gezeigten Anordnung entsprechen.

Claims (9)

1. Anordnung zum optischen Erfassen von Fingerabdrücken mit einer Fingerauflage (1), einer Beleuchtungseinrichtung (4), einem unter der Fingerauflage (1) angeordneten Bildaufnahme­ sensor (8) mit zweidimensional angeordneten Sensorelementen (9) sowie mit einer dem Bildaufnahmesensor (8) nachgeordneten Einrichtung (11) zur Auswertung der erfaßten Fingerabdrücke, wobei die Beleuchtungseinrichtung (4) den Finger (5) auf der Fingerauflage (1) zumindest teilweise durchleuchtend angeord­ net ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Fin­ gerauflage (1) aus einem metallbeschichteten teildurchlässi­ gen Spiegel besteht.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Bildaufnahmesensor (8) Bestandteil einer auf die Fingerauflage (1) fokussierten Videokamera (7) ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Bildaufnahmesensor (21) an der Unterseite der Fingerauflage (25) anliegt.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß der Bildaufnahmesensor (21) unter Zwischenlage einer transparenten Übergangsschicht (26) an der Finger­ auflage (25) anliegt und daß den Sensorelementen (22) Mikro­ linsen (26) zugeordnet sind, die die Ebene der Fingerauflage (25) auf die Sensorelemente (22) abbilden.

5. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Fingerauflage (12) Bestandteil einer Chip-Karte (13) ist.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die Beleuchtungseinrichtung (15) und/oder der Bildaufnahmesensor Bestandteil der Chip-Karte (13) ist.

7. Anordnung nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (20) zum Lesen von auf der Chip- Karte (13) gespeicherten Daten und zur Verknüpfung dieser Daten mit den Auswertedaten der Einrichtung (11) zur Aus­ wertung der erfaßten Fingerabdrücke.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fingerauflage in einem Bedien­ element integriert ist.

9. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (11) zur Auswertung der erfaßten Fingerabdrücke zusätzliche Mittel zur Erfassung des in dem aufliegenden Finger (5) pulsierenden Blutstromes aufweist.