DE19921231A1 - Fingerabdrucksensor für Chipkarte - Google Patents

Fingerabdrucksensor für Chipkarte

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Abstract

Es wird ein Fingerabdrucksensor 10 vorgeschlagen, insbesondere für die Verwendung als Identifikationseinrichtung in Chipkarten. Der Fingerabdrucksensor zeichnet sich dadurch aus, daß er eine Anzahl benachbarter Segmente 11 aufweist, die über einer elastisch kompressiblen Unterlage 13 angeordnet sind. Dadurch paßt sich die aus den Segmenten 11 bestehende Sensorfläche an die Fingergeometrie an, so daß ein vollständiger Fingerabdruck aufgenommen werden kann, ohne daß der Finger dazu auf der Sensorfläche abgerollt werden muß.

Description

Die Erfindung betrifft einen Fingerabdrucksensor nach Anspruch 1 sowie dessen Verwendung nach Anspruch 22 und eine Chipkarte mit dem darin integrierten Fingerabdrucksensor gemäß Anspruch 23.
Zur Identifizierung bzw. als Berechtigungsnachweis werden insbesondere im Zusammenhang mit Chipkarten in aller Regel sogenannte PIN (persönliche Identifikationsnummer) verwendet, die sich der Kartenbenutzer merken und angeben muß, um die Karte benutzen zu können. Dieses Sicherheitssystem hat den Nachteil, daß die PIN ausgespäht werden kann oder in Vergessenheit geraten kann. Als Alternative wurde daher vorgeschlagen, Fingerabdrucksensoren zur Identifizierung des Benutzers bzw. als Berechtigungsnachweis einzusetzen und zu diesem Zweck in die Chipkarte zu integrieren.
Ein bekanntes Herstellungsverfahren für Fingerabdrucksensoren ist die Integration aller Einzelsensoren auf einem integrierten Schaltkreis. So werden auf einer Siliziumscheibe, dem sogenannten Wafer, gleichzeitig mehrere einzelne Siliziumbausteine (Chips) hergestellt, wobei jeder Chip einen kompletten Fingerabdrucksensor darstellt. Dieser Chip wird als Fingerabdruckchip oder abgekürzt auch als Fingerchip bezeichnet. Nachteil dieses Verfahrens ist, daß Chips in dieser Größe in der Herstellung wegen der hohen Ausfallwahrscheinlichkeit sehr teuer sind und der große Chip bei der Benutzung gegen mechanische Belastungen sehr anfällig ist.
In der WO 82/02286 wird ein Fingerabdrucksensor vorgeschlagen, der aus einer Matrix von vielen kleinen, in einer Kartenoberfläche integrierten Einzelsensoren besteht. Die Einzelsensoren können jeweils aus zwei konzentrischen Metallplatten bestehen, die durch die Papillaren einer Fingerkuppe elektrisch leitend miteinander verbunden werden und auf diese Weise ein Signal erzeugen. Alternativ können thermosensitive Elemente verwendet werden, die bei Berührung durch die Papillaren und der damit einhergehenden Wärmeübertragung ein Signal abgeben. Als weitere Alternative wird vorgeschlagen, optische Sensoren für die Einzelsensoren einzusetzen, deren Funktionsweise darauf basiert, daß das von der Papillarmitte reflektierte Licht ein höheres Signal ergibt als das von der Papillarkante nur vergleichsweise schwach reflektierte Licht. Im Falle von optischen Sensoren können beispielsweise LEDs und zugehörige Phototransistoren in direktem Kontakt mit der Sensoroberfläche sein.
Die US 5,180,901 beschreibt die optischen Sensoren als nachteilhaft, weil Feuchtigkeit zwischen der Sensoroberfläche und der Fingerkuppe eine Verfälschung der Messung bewirken kann. Es wird daher vorgeschlagen, den in der Kartenoberfläche integrierten Fingerabdrucksensor zwar ebenfalls in Form einer aus Mikrosensoren bestehenden Matrix auszubilden, wobei jedoch die einzelnen Mikrosensoren druckempfindlich sind. Die Mikrosensoren sind dabei auf einem Glassubstrat angeordnet.
Aus der DE 196 31 569 ist schließlich ein Fingerabdrucksensor bekannt, der ebenfalls aus einer Matrix von vielen kleinen, in einer Kartenoberfläche integrierten Einzelsensoren besteht, wobei jedoch die Einzelsensoren kapazitiv wirken. Um die spröden und zerbrechlichen Sensoren gegen mechanische Beanspruchung bei Biegung und Torsion der Chipkarte zu schützen, sind die Einzelsensoren elektrisch verbunden in einer elastischen Matrix eingegossen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Schutz der Sensorelemente weiter zu erhöhen und die Meßwerterfassung weiter zu verbessern.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Fingerabdrucksensor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Solche Sensoren können vorzugsweise in Chipkarten aber auch in Terminals, Safes, Türen, Türgriffen Startknöpfen von Autos, Maschinen und anderen Geräten und Einrichtungen verwendet werden.
Erfindungsgemäß besteht der Fingerabdrucksensor aus mehreren Segmenten, die jeweils mindestens einen Sensor beinhalten und auf einer elastisch kompressiblen Unterlage bzw. einer Polsterung angeordnet sind, wodurch die Sensorelemente vor mechanischer Beanspruchung wie Druck oder auch Biegung und Torsion der Chipkarte besonders geschützt werden. Gleichzeitig wird die Meßwerterfassung wesentlich verbessert, denn die Sensorfläche kann sich aufgrund der gepolsterten Lagerung der einzelnen Segmente problemlos an die Fingergeometrie anpassen, so daß ein vollständiger Fingerabdruck aufgenommen werden kann, ohne daß der Finger dazu auf der Sensorfläche abgerollt werden muß. Das Abrollen des Fingers auf der Sensorfläche hat den Nachteil, daß die Meßergebnisse von der Bewegung beeinflußt sein können, so daß sie nicht für jede Messung identisch sind. Durch die erfindungsgemäße Polsterung paßt sich der Sensor besser an die Ergonomie des Fingers an und es wird eine größere Fläche des Fingers aufgenommen.
Die Polsterung führt auch dazu, daß der Benutzer ergonomisch zum Ausüben eines optimalen Druckes am Finger geleitet wird. Die Art der Druckausübung beispielsweise hinsichtlich Druckstärke am Finger und Winkelstellung des Fingers variieren daher nur in geringen Grenzen und können dadurch vorteilhafterweise als ein weiteres Erkennungsmerkmal zur Identifizierung des Benutzers herangezogen werden.
Gemäß der Erfindung wird der Fingerabdrucksensor in mehrere kleine Segmente aufgeteilt. Die an sich brüchigen Chips können durch Dünnschleifen und spezielle Behandlung der Oberflächen in gewissen Grenzen flexibel gemacht werden. Diese Eigenschaft kann bei der erfindungsgemäßen Lösung dadurch genutzt werden, daß der Sensor in größere Chips mit mehreren Segmenten geteilt wird oder gar, daß der Sensor aus einem einzigen dünnen flexiblen Chip besteht, der auf einer flexiblen Unterlage angeordnet ist.
Die Erfindung kann im Zusammenhang mit jeder der eingangs genannten und im Stand der Technik hinreichend bekannten Meßprinzipien verwendet werden und wird nachfolgend nur beispielhaft anhand der Fig. 1 bis 3 an einem dieser Meßprinzipien erläutert.
Fig. 1 zeigt eine Chipkarte mit einem Fingerabdrucksensor,
Fig. 2 zeigt den Fingerabdrucksensor aus Fig. 1 in vergrößerter Darstellung, und
Fig. 3 zeigt den Bereich des Fingerabdrucksensors in der Chipkarte aus Fig. 1 teilweise im Schnitt.
Fig. 1 zeigt eine Chipkarte 1 mit einem Chip 2, einem Schriftfeld 3 und einem Fingerabdrucksensor 10. Der Fingerabdrucksensor 10 ist in Fig. 2 vergrößert dargestellt. Umgeben von einem Rahmen 5 sind eine Anzahl separater Segmente 11 matrixartig benachbart zueinander in einem regelmäßigen Abstand angeordnet.
In Fig. 3 ist der Fingerabdrucksensor 10 im Querschnitt in einem Kartenkörper 6 dargestellt. Der Fingerabdrucksensor 10 ist in einer Vertiefung des Kartenkörpers 6 derart angeordnet, daß die einzelnen Segmente 11 an der Kartenoberfläche liegen. Die Segmente 11 sind sogenannte Fingerchips, die auf den der Sensoroberfläche abgewandten Seiten elektrisch leitende Erhöhungen bzw. Bumps aufweisen, über die die ermittelten Signale zu einer Verarbeitungsstation, die beispielsweise in dem Chip 2 der Chipkarte 1 integriert sein kann, geleitet werden.
Die Fingerchips 11 sind auf einer flexiblen Trägerfolie 12 fixiert, und unter der Trägerfolie ist als elastisch kompressible Unterlage ein Polster 13 vorgesehen. Die Trägerfolie 12 kann beispielsweise aus Kapton bestehen. Sie ist vorzugsweise dehnbar und kann spezielle Entlastungsstanzungen aufweisen, so daß sie durch mechanische Belastungen, insbesondere durch Biegung und Torsion der Chipkarte nicht wesentlich beeinflußt wird. Das Polster 13 kann ein Schaumstoff oder ein Schaumgummi sein. Es bietet sich aber auch ein Fluid oder eine Paste als elastisch kompressible Unterlage an, wenn entsprechender Verdrängungsraum in der Aussparung der Karte zur Verfügung steht.
Die als Fingerchip ausgebildeten Segmente 11 sind mit Ihren elektrisch leitenden Erhöhungen auf der Chiprückseite mit auf der Trägerfolie vorgesehenen Leiterbahnen verbunden. Die Verbindungskontakte 7 können beispielsweise aus einer Silberleitpaste bestehen.
Zusätzlich können die Segmente 11 von einem flexiblen Harz 8 umgeben sein, das jeglicher Deformation des Polsters 13 nachgibt, die Einzelsensoren 11 aber dennoch relativ zueinander fixiert und auf Abstand hält.
Die Trägerfolie 12 ist im Kartenkörper 6 mittels eines Klebers 4, beispielsweise einem heißschmelzenden Kleber, fixiert und auf der der fixierten Seite der Trägerfolie gegenüberliegenden Seite der Trägerfolie ist der Rahmen 5 ebenfalls mit einem Kleber 4 montiert. Der Rahmen 5 verleiht dem Fingerabdrucksensor 10 Stabilität. Er schließt eben mit der Oberfläche des Kartenkörpers 6 ab und schützt die Einzelsensoren 11 gegen seitliche Einwirkungen insbesondere mechanischer Art. Die Segmente 11 liegen demgegenüber etwas vertieft in dem Kartenkörper 6.
Es versteht sich, daß die vorliegende Erfindung auch im Zusammenhang mit anderen Sensorsystemen geeignet ist, die in der beschriebenen Weise oder auf ähnliche Weise auf einem elastisch kompressiblen und flexiblen Polster in dem Kartenkörper fixiert werden können.
Die Erfindung ist aber nicht auf Karten beschränkt sondern ist ebenso anwendbar im Zusammenhang mit Chipkartenterminals oder sonstigen Terminals, Safes, Türen, Türgriffen, Starteinrichtungen für Autos, Maschinen und sonstigen Geräten.

Claims (26)

1. Fingerabdrucksensor (10) mit einer Anzahl benachbarter Segmente (11), dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente (11) auf einer elastisch kompressiblen, biegsamen Unterlage (13) angeordnet sind.
2. Fingerabdrucksensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der elastisch kompressiblen Unterlage (13) und den Segmenten (11) eine Trägerfolie (12) vorgesehen ist.
3. Fingerabdrucksensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente (11) mit der Trägerfolie (12) über Segmentkontakte (7) verbunden sind.
4. Fingerabdrucksensor nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerfolie (12) Entlastungsstanzungen aufweist.
5. Fingerabdrucksensor nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerfolie dehnbar ist.
6. Fingerabdrucksensor nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerfolie im Randbereich eine Kleberschicht (4) zur Fixierung der Trägerfolie aufweist.
7. Fingerabdrucksensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente (11) untereinander elektrisch verbunden sind.
8. Fingerabdrucksensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor biegsam ist.
9. Fingerabdrucksensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor aus einem gedünnten Chip besteht.
10. Fingerabdrucksensor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die elastisch kompressible Unterlage (13) aus Schaumgummi besteht.
11. Fingerabdrucksensor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die elastisch kompressible Unterlage (13) aus Schaumstoff besteht.
12. Fingerabdrucksensor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die elastisch kompressible Unterlage ein Fluid umfaßt.
13. Fingerabdrucksensor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die elastisch kompressible Unterlage (13) eine Paste umfaßt.
14. Fingerabdrucksensor nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch einen Rahmen (5), der die benachbarten Segmente (11) umgibt.
15. Fingerabdrucksensor nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Fingerabdrucksensor zur Bestimmung der auf ihn ausgeübten Druckstärke ausgelegt ist.
16. Fingerabdrucksensor nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Fingerabdrucksensor zur Bestimmung des Winkels eines Drucks auf den Fingerabdrucksensor ausübenden Finger ausgelegt ist.
17. Fingerabdrucksensor nach einem der Ansprüche 1 bis 16, umfassend kapazitive Einzelsensoren auf den Segmenten 11.
18. Fingerabdrucksensor nach einem der Ansprüche 1 bis 16, umfassend optische Einzelsensoren auf den Segmenten 11.
19. Fingerabdrucksensor nach einem der Ansprüche 1 bis 16, umfassend drucksensitive Einzelsensoren auf den Segmenten 11.
20. Fingerabdrucksensor nach einem der Ansprüche 1 bis 16, umfassend thermosensitive Einzelsensoren auf den Segmenten 11.
21. Fingerabdrucksensor nach einem der Ansprüche 1 bis 16, umfassend elektrisch leitende Einzelsensoren auf den Segmenten 11.
22. Verwendung eines Fingerabdrucksensors nach einem der Ansprüche 1 bis 21 in Karten, Kartenterminals, Safes, Türen, Türgriffen oder Starteinrichtungen für Autos, Maschinen oder Geräte.
23. Chipkarte umfassend einen Fingerabdrucksensor nach einem der Ansprüche 1 bis 22.
24. Chipkarte nach Anspruch 23, bei dem der Fingerabdrucksensor in einer Aussparung eines Kartenkörpers derart angeordnet ist, daß die Sensorflächen der Einzelsensoren auf den Segmenten (11) im Verhältnis zur Oberfläche der Chipkarte (1) tieferliegend angeordnet sind.
25. Chipkarte nach einem der Ansprüche 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Fingerabdrucksensor (10) durch Verkleben der Trägerfolie (12) in der Vertiefung des Kartenkörpers (6) fixiert ist.
26. Chipkarte nach einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (5) eben mit der Oberfläche des Kartenkörpers (6) abschließt.
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