DE202006020910U1

DE202006020910U1 - Haushaltsgerät mit Fingerabdrucksensor

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Publication number: DE202006020910U1
Application number: DE202006020910U
Authority: DE
Original assignee: Electrolux Home Products Corp NV
Current assignee: Electrolux Home Products Corp NV
Priority date: 2006-04-10
Filing date: 2006-10-05
Publication date: 2010-12-09
Anticipated expiration: 2016-10-06
Also published as: RU2412460C2; WO2007115589A1; US20100321152A1; CA2644838C; AU2006341717A1; CA2644838A1; AU2006341717B2; US8854179B2; EP2275969A1; EP2008222A1; CN101416202A; RU2006111646A; CN101416202B

Abstract

Haushaltsgerät (10), das Folgendes umfasst:
ein transparentes Gehäuseelement (12), wobei dieses Element transparent für Licht von mindestens einer Wellenlänge im Infrarot- und im sichtbaren Bereich ist; und
einen Fingerabdrucksensor (20), der an der Innenseite einer Außenfläche des Gehäuseelements (12) des Haushaltsgeräts (10) montiert ist, wobei der Sensor umfasst:
eine Lichtquelle (21; 21'; 21''; 21'''), die Licht abgibt, für das das Gehäuseelement (12) transparent ist;
einen Detektor (23; 23''; 23''') zum Erfassen reflektierten Lichts, das von der Lichtquelle (21; 21'; 21''; 21''') abgegeben wurde; und
ein Lichtführungsmittel (22; 22'; 22''; 22'''; 22b''') zum Führen des abgegebenen Lichts von der Lichtquelle (21; 21'; 21''; 21''') zum Gehäuseelement (12) und zum Führen des an der Außenfläche des Gehäuseelements (12) reflektierten Lichts zum Detektor (23; 23''; 23'''), wodurch die Erfassung eines Fingerabdruckbildes durch das Gehäuseelement (12) hindurch ermöglicht wird.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Haushaltsgerät mit einem Fingerabdrucksensor.
Technischer Hintergrund
Für einige Arten von Haushaltsgeräten ist es wichtig, eine Benutzerfeststellungs- oder -erkennungsfunktion zu haben, so dass das Gerät zu erkennen vermag, von wem es benutzt wird, damit beispielsweise Personalisierungs- und Autorisierungsfunktionen ermöglicht werden. Beispielsweise ist es damit möglich, ein benutzerspezifisches Profil zu aktivieren. Auch ist eine Anhebung des Sicherheitsniveaus möglich, z. B. durch die Beschränkung der Benutzung für Kinder im Falle gefährlicher Gerätschaften, wie Öfen und Herde, oder die Beschränkung des Zugriffs auf bestimmte Unterteilungen, beispielsweise das Innenfach eines Weinkühlschranks. Auch ist es möglich, die Benutzung des Haushaltsgeräts für bestimmte Personen oder Gruppen zu beschränken und/oder die Benutzung des Haushaltsgeräts auf bestimmte Zeitperioden einzuschränken.
Ferner sind viele Arten von biometrischen Personenerkennungsvorrichtungen und Methoden als solche bekannt, die beispielsweise auf dem Fingerabdruck, den Stimmmerkmalen oder dem Irismuster der Person basieren. Unter den bestehenden Verfahren zur Personenerkennung ist die Fingerabdruckerkennung das billigste, genaueste und am einfachsten durchführbare. Zur Aufnahme von Fingerabdruckmustern sind unterschiedliche Techniken zur Anwendung gekommen, beispielsweise optische Bildgebung, thermische Abtastung, Druckabtastung, kapazitive Abtastung und Hautwiderstandsabtastung. Allerdings benötigen im wesentlichen alle verfügbaren Fingerabdrucksensoren einen unmittelbaren Kontakt zwischen dem Finger des Benutzers und dem Sensor. Indessen sind solche Lösungen mit einem ”offenen” Sensorbereich für Haushaltsgerät nicht geeignet, da diese den vom Gehäuse des Geräts gewährleisteten Schutz beeinträchtigen.
In WO 00/46756 wird ein Haushaltsgerät offenbart, insbesondere eine Waschmaschine, die mit einer Autorisierungskontrolle einschließlich eines Fingerabdrucksensors ausgestattet ist. Der Fingerabdrucksensor ist von einem Typ, der einen externen Abtastbereich umfasst, der mit dem Finger kontaktiert werden muss, was die Abtastvorrichtung vermutlich ziemlich teuer macht. Allerdings beeinträchtigt die Anordnung des Fingerabdrucksensors auf der Außenoberfläche des Gehäuses des Haushaltsgeräts die Undurchlässigkeit des Geräts und erforderlich Modifikationen der Konstruktion eines Geräts. Das hat zur Folge, dass das Gerät vor der umgebenden Umwelt weniger geschützt ist. Außerdem wird die Benutzung des Haushaltsgeräts mittels dieser Zugangskontrolle schwieriger und zeitaufwendiger für den Benutzer.
US 2005/0151620 offenbart einen ähnlichen Ansatz, bei dem der Zugang zu einem Kühlschrank oder Gefrierschrank mittels einer biometrischen Personenerkennungsvorrichtung kontrolliert wird, vorzüglich von einer Stimmerkennungsvorrichtung. Ferner offenbart EP 0 949 578 ein Haushaltsgerät mit einem Fingerabdruckscanner für die Zugangskontrolle. In US 2004/0160335 wird zudem ein Haushaltsgerät mit einer Autorisierungskontrolle offenbart, bei dem ein Fingerabdrucksensor mit einem kapazitiven Abtastbereich eingesetzt wird. Allerdings sind alle diese bekannten Vorrichtungen mit ähnlichen Nachteilen und Mängeln behaftet wie oben erörtert. Es besteht folglich ein Bedarf nach einem Haushaltsgerät mit einer Personenidentifizierungsvorrichtung, die einfach im Gebrauch und ziemlich kostengünstig in der Herstellung ist und wobei die Personenidentifizierungsvorrichtung andere Aspekte des Haushaltsgeräts, etwa die Undurchlässigkeit des Gehäuses, nicht nachteilig beeinträchtigt.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die oben erörterten Probleme zu überwinden oder zumindest zu verringern und ein verbessertes Haushaltsgerät bereitzustellen.
Dieses und andere Ziele, die aus der nachstehenden Beschreibung hervorgehen, werden erreicht mittels eines Haushaltsgeräts mit einem transparenten Gehäuse-Element, wobei dieses Element wenigstens für Licht von einer Wellenlänge im Infrarot- und sichtbaren Lichtbereich lichtdurchlässig ist, und eines Fingerabdrucksensors, der an der Innenseite einer Außenfläche des Gehäuse-Elements des Haushaltsgeräts angebracht ist. Der Sensor umfasst:
eine Lichtquelle, die Licht abgibt, für das das Gehäuse-Element durchlässig ist;
einen Detektor zur Erfassung von reflektiertem Licht, das von der Lichtquelle abgegeben wird; und
ein Lichtführungsmittel zur Führung des abgegebenen Lichts von der Lichtquelle zum Gehäuse-Element und zum Führen des an der Außenfläche des Gehäuse-Elements reflektierten Lichts zum Detektor, wodurch die Feststellung eines Fingerabdruckbildes durch das Gehäuse-Element ermöglicht wird.
Die vorliegende Erfindung richtet sich an Haushaltsgeräte mit einem integrierten Fingerabdrucksensor zur Verwendung in der Zugangskontrolle, Personalisierung, Autorisierung usw. für den Benutzer des Haushaltsgeräts. Derart wird es für das Haushaltsgerät möglich, zu erkennen, wer versucht, es zu benutzen und beispielsweise automatisch ein bestimmtes Profil für diesen Benutzer vorzuschlagen. Das Profil kann eine bestimmte Gruppe von Parametern (Optionen) oder dergleichen sein; es kann Benutzerspezifisch oder auf Benutzergruppen bezogen sein. Die Profile können auch vorher festgelegt und/oder benutzerdefiniert sein. Diese Funktion kann auch zu einer erhöhten Sicherheit beitragen, beispielsweise indem die Benutzung durch Kinderverhindert wird, was sich besonders bei gefährlichen Gerätschaften wie Herden, Öfen und Weinbehältern usw. bewährt.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Fingerabdruckabtastvorrichtung, die eine optische Bildgebungstechnik verwendet. Diese Vorrichtung implementiert eine Technik, bei der ein Licht von einer Lichtquelle in ein Lichtführungsmittel geleitet wird, etwa eine Fläche eines Glasprismas, von einer Außenfläche reflektiert und vom Lichtführungsmittel heraus geleitet wird, um von einem Detektor erfasst zu werden, wie beispielsweise von einer elektronischen CMOS-Kamera oder einem CCD mit entsprechenden optischen Elementen. Wenn folglich ein Finger auf die Außenfläche über dem Fingerabdrucksensor platziert wird, findet an den Stellen, wo Fingergrate die Oberfläche kontaktieren, keine Reflexion mehr statt. Aufgrund dieses Effekts kann der Detektor ein optisches Bild des Fingerabdrucks erfassen.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Fernabtastung des Fingerabdrucks, d. h. durch das Gehäuse eines Geräts. Da der Fingerabdrucksensor unterhalb des transparenten Gehäuse-Elements angeordnet ist, müssen im Gehäuse keine Löcher oder dergleichen angebracht und auch keine Sensoren an der Außenseite montiert werden. Damit kann das Gehäuse des Haushaltsgeräts in einem im wesentlichen intakten Zustand gehalten werden, und nachteilige Effekte durch die Installation des Fingerabdrucksensors lassen sich vermeiden. So können die Undurchlässigkeit und die mechanische Festigkeit des Gerätgehäuses erhalten bleiben. Das transparente Gehäuse-Element kann zweckmäßiger Weise wenigstens einen Teil einer Frontplatte oder einer Deckplatte des Haushaltsgeräts umfassen, wie beispielsweise die transparente oder halbtransparente Kochplatte eines Herds. Vorzugsweise besteht das transparente Gehäuse-Element aus einer Platte aus Kunststoff oder Glas, die transparent für Infrarot-Licht oder zumindest für das sichtbare Licht ist.
Ferner kann der Fingerabdrucksensor der vorliegenden Erfindung relativ einfach und kostengünstig hergestellt werden. Insbesondere können die im Sensor enthaltenen Komponenten relativ einfach und kostengünstig sein. So kann beispielsweise das Lichtführungsmittel ein Prisma umfassen oder enthalten, dessen eine Oberfläche an der Innenseite des transparenten Gehäuse-Elements befestigt ist. Das Prisma ist im Querschnitt vorzugsweise trapezförmig und kann aus gewöhnlichem Glas oder Kunststoffmaterial bestehen. Das spezifisch geformte Prisma, das nachstehend näher beschrieben wird, ermöglicht die Verkleinerung der Gesamtabmessungen des Fingerabdrucksensors, vor allem die Gesamthöhe (im Querschnitt) des Sensors. So ist beispielsweise ein Fingerabdrucksensor mit geringer Höhe gemäß der vorliegenden Erfindung am besten geeignet für die Installation hinter der Glasabdeckung einer Kochfläche, die allgemein ein sehr kompaktes Gerät ist, was die Höhe betrifft. Das Prisma kann mittels eines transparenten Klebers an der Innenseite des transparenten Gehäuse-Elements befestigt werden. Ferner kann die Lichtquelle beispielsweise mindestens eine Leuchtdiode (LED) umfassen, und vorzugsweise eine Gruppe oder Matrix solcher LEDs. Die LEDs können konventionelle Altzweck–LEDs sein, vorzugsweise solche, die zur Abgabe von Infrarotlicht im Wellenlängenbereich von annähernd 0,75 μm – 1,0 mm und vorzugsweise Licht mit einer Nennwellenlänge im Bereich von 850 ± 20 nm abgeben können. Ferner kann der Detektor eine Mehrzahl von Detektorpixeln und vorzugsweise eine CMOS-Kamera umfassen.
Zudem kann der Fingerabdrucksensor relativ kompakt und klein ausgeführt werden, was seinen Einsatz in herkömmlichen Haushaltsgeräten erleichtert.
Folglich erfordert die vorliegende Erfindung weniger Platz im Gerät. Und da eine bestehende Oberfläche des Geräts benutzt werden kann, ist es möglich, den Fingerabdrucksensor zu installieren, ohne die bestehende Konstruktion des Geräts beträchtlich zu verändern. Auch kann der Fingerabdrucksensor einfach und kostengünstig in der Installation ausgeführt sein. Und im Gehäuse des Geräts ist keine eigene Öffnung für den Fingerabdrucksensor nötig, weshalb sich die Undurchlässigkeit und die mechanische Stärke des Gehäuses bewahren lassen.
Vorzugsweise sind die Lichtquelle und der Detektor beide in eine Richtung ausgerichtet, die im wesentlichen senkrecht oder parallel zu der Außenfläche des transparenten Gehäuse-Elements verläuft. Die Lichtquelle und der Detektor können auch auf einer gemeinsamen PCB bedruckte Leiterplatte angeordnet sein, die im wesentlichen parallel zu dem transparenten Gehäuse-Element angeordnet ist. Dieses Ausführungsbeispiel kann besonders kompakt und klein ausgeführt werden. Die Lichtquelle und der Detektor können auch auf einem Teil einer bestehenden Reglertafel auf dem Gerät angeordnet werden.
Die vom Fingerabdrucksensor empfangenen Fingerabdruckdaten können auf unterschiedliche Weisen verarbeitet werden, die als solche in der Fachwelt gut bekannt sind. Beispielsweise können die Fingerabdruckdaten an eine Erkennungsmaschine weitergeleitet werden, die ein Softwaremodul besitzt, das das empfangene Fingerabdruckbild verarbeitet und die Schlüsselmerkmale des Fingerabdrucks extrahiert und anschließend diese Schlüsselmerkmale mit dem Inhalt einer Erkennungsdatenbank mit gespeicherten Fingerabdruck-Bilddaten vergleicht. Dem entsprechend kann die Erkennungsmaschine getrennt vom Fingerabdrucksensor betrachtet werden und als Eingabe ein Bild oder eine Darstellung sowie als Ausgabe eine Liste erkannter Benutzer aufweisen. Solche Erkennungsmaschinen sind an und für sich bekannt und handelsüblich.
Es ist weiter bevorzugt, dass das Haushaltsgerät eine Tastfeldfläche umfasst, die auf dem transparenten Gehäuse-Element angeordnet ist. In diesem Fall kann der Fingerabdrucksensor zweckmäßiger Weise mit einem Ein-/Ausschalter für das Haushaltsgerät kombiniert werden, wodurch die Personalisierung des Haushaltsgeräts unmittelbar nach der Aktivierung möglich wird. Da die Konsumenten an die Benutzung eines solchen Tastfeldes bereits gewöhnt sind und Erfahrung damit haben, das Haushaltsgerät durch Berühren eines Bereichs auf dem Feld zu aktivieren und zu steuern, ist das Fingerabdruck–Identifizierungsverfahren für die Benutzer leicht zu verstehen und zu benutzen. Insbesondere erfordert die Ersetzung eines der herkömmlichen Tastfelder, z. B. die ”Ein/Aus”-Taste, durch einen Fingerabdrucksensor keine Gebrauchsänderungen und ermöglicht die gleichzeitige Fingerabdruckidentifizierung und Steuerung des Haushaltsgeräts. Diese Art der Bedienung der Benutzererkennungsfunktion mittels eines Fingerabdrucks ist sehr einfach und vertraut.
Die vorliegende Erfindung ist in vielen unterschiedlichen Arten von Haushaltsgeräten anwendbar, z. B. in einem oder mehreren dieser: Herd, Mikrowellenherd, Kühlschrank, Gefrierschrank, Geschirrspüler, Waschmaschine und Wäschetrockner.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Diese und andere Aspekte der vorliegenden Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die angehängten Zeichnungen detaillierter beschrieben, in denen gegenwärtig bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind.
In 1a–c ist schematisch das Grundprinzip der Haushaltsgeräte mit integrierten Fingerabdrucksensoren gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung dargestellt;
in 2 ist schematisch ein Blockdiagramm des Steuersystems der Haushaltsgeräte der 1 dargestellt;
in 3 ist schematisch ein Fingerabdrucksensor gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt;
in 4 ist schematisch ein Fingerabdrucksensor gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt;
in 5 ist schematisch ein Fingerabdrucksensor gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt;
in 6a und 6b ist schematisch ein Fingerabdrucksensor gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt; und
in 7 ist eine Tastfeld-Benutzerschnittstellentafel eines Haushaltsgeräts dargestellt, in das die vorliegende Erfindung eingebracht werden kann.
Detaillierte Beschreibung derzeit bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung
In 1a–c sind schematisch Haushaltsgeräte 10 mit integrierten Fingerabdrucksensoren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Jedes Haushaltsgerät 10 umfasst ein Außengehäuse 11 des Haushaltsgeräts 10, das zumindest zu einem Teil ein transparentes Gehäuse-Element 12 bildet. Das transparente Gehäuse-Element 12 bildet vorzugsweise eine flache Oberfläche und ist vorzugsweise als Deck- oder Frontplatte des Haushaltsgeräts 10 angeordnet.
Das Steuersystem des Haushaltsgeräts 10 ist in 2 detaillierter dargestellt. Das Gerät umfasst eine Benutzeroberfläche 13, die als Tastfeld oder dergleichen auf dem transparenten Gehäuse-Element 12 angeordnet sein kann. Allerdings kann die Benutzeroberfläche auch anders angeordnet sein, und auf anderen Teilen des Gehäuses des Geräts. Die Benutzeroberfläche ist mit einer Steuerung 14 zur Steuerung des gewöhnlichen Betriebs des Geräts verbunden. Die Benutzeroberfläche 13 und die Steuerung 14 sind als solche in der Fachwelt gut bekannt und werden nachstehend nicht im Detail beschrieben.
Das Steuersystem umfasst ferner einen Fingerabdrucksensor 20 und einen Fingerabdruckprozessor 30. Der Fingerabdrucksensor 20 empfängt ein Fingerabdruckbild von einem Finger, der mit dem transparenten Gehäuse-Element 12 in Kontakt gebracht wurde, und leitet die Daten bezüglich dieses empfangenen Fingerabdruckbilds weiter an den Fingerabdruckprozessor 30. Der Fingerabdruckprozessor 30 analysiert die empfangenen Fingerabdruckdaten, z. B. durch den Vergleich der Daten mit gespeicherten Fingerabdruckdaten von einer Speichervorrichtung 31. Der Vergleich kann die Identifizierung des Benutzers als bekannten Benutzer oder als unbekannten Benutzer ergeben. Auf Basis dieser Informationen kann der Fingerabdruckprozessor 30 den Betrieb des Haushaltsgeräts 10 unmittelbar oder durch Weiterleitung der relevanten Informationen an die Steuerung 14 steuern. Auf diese Weise wird die Personalisierung, Authentizierung usw. für das Haushaltsgerät ermöglicht, wie in der Fachwelt allgemein bekannt.
Der Fingerabdrucksensor 20 ist ein optischer Sensor, der eine optische Bildgebungstechnik verwendet, bei der das Licht gegen die mit dem Finger in Kontakt befindliche Außenfläche geleitet, von der Außenfläche reflektiert und zur Erkennung weiter geführt wird. Wenn folglich ein Finger auf die Außenfläche über dem Fingerabdrucksensor platziert wird, findet an den Stellen, wo die Fingergrate die Oberfläche berühren, keine Reflexion mehr statt. Vermittels dieses Effekts kann ein optisches Bild des Fingerabdrucks erfasst werden. Diese Technik kann für Oberflächen verwendet werden, die Licht durchlassen, vorzugsweise sichtbares oder Infrarotlicht. Solche Oberflächen können beispielsweise eine Platte aus transparentem oder getöntem Kunststoff oder gefärbtem und sogar gerilltem Glas sein.
Die Fingerabdruck-Abtastung basiert damit auf dem Effekt der Frustrated Total Internal Reflection (Frustrierte interne Totalreflexion – FTIR). Der FTIR-Effekt bedeutet, dass der Lichtstrahl nicht von einem Medium mit höherer optischer Dichte n₁ zu einem Medium mit geringerer optischer Dichte n₂ ausgehen kann, wenn der Strahl in einem Winkel zu der Grenzfläche zweier Medien ausgerichtet ist, der kleiner als γ_m ist:
Die optische Dichte der Luft ist wesentlich geringer als die optische Dichte der Haut des menschlichen Fingers. Wenn folglich ein FTIR-Effekt an der Grenze zwischen einem Plattenelement und der Luft stattfindet, so ändert sich dieser Effekt, wo die Haut in Kontakt mit der Plattenoberfläche ist. Wenn der Finger die Oberfläche berührt, sind nur die Grate in Kontakt mit der Oberfläche, während die Täler in einem bestimmten Abstand bleiben, wodurch vom reflektierten Licht ein Fingerabdruckbild bestimmt werden kann. Nunmehr beispielsweise Bezug nehmend auf 3, umfasst der Fingerabdrucksensor eine Lichtquelle 21, ein Lichtführungsmittel 22 und einen Detektor 23. Das Lichtführungsmittel 22 ist mit dem transparenten Gehäuse-Element 12 verbunden, und das Gehäuse-Element ist wenigstens gegenüber dem Licht transparent, das von der Lichtquelle 21 abgegeben wird, wie beispielsweise Infrarotlicht.
Das Lichtführungsmittel ist mittels eines durchsichtigen (optischen) Klebers 24 an der Innenfläche des transparenten Gehäuse-Elements angebracht. Ferner kann vor dem Detektor eine Fokussierlinse 25 oder dergleichen angeordnet sein, um das reflektierte Licht zu fokussieren.
Das Lichtführungsmittel 22 ist vorzugsweise ein Prisma, dessen eine Oberfläche an der Innenseite des transparenten Gehäuse-Elements befestigt ist. Das Prisma ist vorzugsweise im Querschnitt trapezförmig und kann aus gewöhnlichem Glas oder Kunststoffmaterial gefertigt sein.
Die Lichtquelle 21 kann z. B. mindestens eine Leuchtdiode (LED) und vorzugsweise eine Gruppe oder Matrix solcher LEDs umfassen. Die LEDs können herkömmliche Allzweck-LEDs sein und vorzugsweise so ausgeführt, dass sie Infrarotlicht im annähernden Wellenlängenbereich von 0,75 μm–1,0 mm und vorzugsweise Licht mit einer Nennwellenlänge im Bereich von 850 ± 20 nm abgeben.
Durch die Verwendung von Infrarotlicht können transparente Gehäuse-Elemente verwendet werden, die nur Infrarotlicht durchlassen. Solche Oberflächen sind beispielsweise Kochflächen aus gefärbtem Glas und Frontplatten der Tastfeld-Benutzeroberflächen aus transparentem, aber getöntem Kunststoff.
Die Lichtquelle beleuchtet vorzugsweise eine Seite des Prismas mit einem gestreuten Licht. Ein solches gestreutes Licht kann beispielsweise durch eine Chip-Matrix aus Infrarot-LEDs erzeugt werden. Das in das Prisma eindringende Licht wird im Fingerkontaktbereich reflektiert. Die mangelnde Reflexion ermöglicht die Unterscheidung der Grate (die im Bild dunkel erscheinen) von den Tälern (die hell erscheinen). Die Lichtstrahlen dringen auf der anderen Seite des Prismas aus und werden durch eine Linse auf den Detektor fokussiert.
Der Detektor kann eine Mehrzahl von Detektorpixeln umfassen, und vorzugsweise eine CMOS-Kamera oder ein CCD. Für den Normalgebrauch muss die Auflösung des Detektors nicht sehr hoch sein. Deshalb können auch relativ billige Detektoren verwendet werden, wie der Typ von CMOS-Kameras, der heute breite Verwendung in PDAs, Mobiltelefonen, PC-Webcams usw. findet. Bei solchen Kameras sind die interne Steuerung und die Fokussierlinse in der Regel integriert, wodurch sich das schematische Design und die mechanische Konstruktion vereinfachen.
Allerdings weisen billige CMOS-Kameras eine geringe Empfindlichkeit gegenüber Infrarotlicht auf. Es ist deshalb zweckmäßig, ein Gegenlicht im Infrarot- oder Nahezu-Infrarotbereich nahe am Bereich des sichtbaren Lichts zu verwenden. Als optimaler Wert für die nominale Wellenlänge der Gegenlicht-LEDs wird 850 ± 20 nm angenommen. Die Auflösung der Kamera kann beispielsweise nur 320×240 Pixel betragen, außerdem kann eine Monochrom-Kamera (Graustufen) benutzt werden.
Die Infrarot-LEDs und die CMOS-Kamera können an einer internen Leiterplatte montiert sein, die parallel zu der Oberfläche des transparenten Gehäuse-Elements 12 platziert ist. Das Infrarotlicht von den LEDs wird vom Prisma abgelenkt und gelangt in einem bestimmten Winkel zum Fingerkontaktbereich. Dank der Frustrated Total Internal Reflection (FTIR) wird das Licht reflektiert und kann in der Folge von der Kamera empfangen werden.
Das Licht muss vom Prisma ausgehen, in die Oberfläche des transparenten Gehäuse-Elements (z. B. gefärbtes Glas, getönter Kunststoff usw.) eindringen, vom Fingerabdruckbereich auf der Außenfläche reflektiert werden, zum Prisma zurück gesendet und auf die Kamera fokussiert werden. Es sollte vorzugsweise nur ein einziger FTIR-Effekt stattfinden, und zwar an der Grenze zwischen der Außenfläche und der Luft. Die Verbindung 24 zwischen dem Lichtführungsmittel 22 und dem transparenten Gehäuse-Element 12 wird deshalb vorzugsweise so hergestellt, dass keine FTIR generiert wird. Wenn ein transparenter (optischer) Kleber verwendet wird, muss deshalb die Qualität des Klebers vorzugsweise ausreichend hoch sein, dass Luftblasen zwischen dem Prisma und der Oberfläche vermieden werden. Das Material des Klebers ist ferner vorzugsweise transparent gegenüber dem verwendeten Licht, wie beispielsweise Nahezu-Infrarotlicht (~850 nm). Die optische Dichte n_G des Klebers ist vorzugsweise nahe an der optischen Dichte n_P des Prismas und an der des transparenten Gehäuse-Elements n_S. Es kommt deshalb vorzugsweise nur zu einem einzigen FTIR-Effekt.
Das Prisma kann auch an eine gerillte, also nicht ebene Oberfläche geklebt werden, wie beispielsweise an das Glas einer Kochfläche. In diesem Fall reduziert der Kleber einen Einfluss der Oberflächenmängel auf das resultierende Fingerabdruckbild. Aus diesem Grund ist die optische Dichte des Klebers vorzugsweise so nahe wie möglich an der optischen Dichte des transparenten Gehäuse-Elements (z. B. gerilltes Glas). Es ist wichtig, diesem Kriterium zumindest bei der Wellenlänge von verwendetem Gegenlicht zu entsprechen. Idealerweise sollten die optische Dichte des Klebers und des Elements identisch sein. Allerdings kann der Wert einer solchen optischen Dichte von der optischen Dichte der Lichtführungsmittel abweichen.
Die Kleberschicht ist vorzugsweise nicht sehr dünn. Die Dicke der Verbindung 24 beträgt vorzugsweise etwa 1 mm. Eine bestimmte Dicke der Kleberschicht verhindert die Beeinträchtigung eines optischen Kontakts durch Erwärmen oder Abkühlen eines Bereichs des Fingerabdrucksensors. Aufgrund der unterschiedlichen thermischen Ausdehnung des transparenten Gehäuse-Elements 12, der Kleberschicht 24 und der Lichtführungsmittel 22 kann ein homogener optischer Kontakt nur dann aufrecht erhalten werden, wenn. die Schicht 24 dick genug ist, um das Auftreten der lokalen Mängel (Brüche, Löcher, Luftblasen) zu verhindern.
Der optische Kleber ist vorzugsweise ein Kleber mit erhöhtem Temperaturwiderstand. Der Kleber ist vorzugsweise tolerant gegenüber der hohen Temperatur, die im Normalbetrieb beispielsweise eines Herds, eines Backrohrs oder einer Kochfläche auftreten kann. Der optische Kleber ist deshalb vorzugsweise ein Kleber mit UV-Polymerisation. Die Verwendung eines Klebers mit UV-Polymerisation ermöglicht nicht nur die Ausdehnung des Betriebstemperaturbereichs des Fingerabdrucksensors, sondern auch eine dramatische Verkürzung der Zeit, die der Kleber für die Polymerisierung und Trocknung benötigt. Die optischen Kleber mit UV-Polymerisation (und mit einem individuell eingestellten oder spezifischen Brechungsindex auf der Wellenlänge des verwendeten Gegenlichts) sind im Handel erhältlich. Die Mehrzahl dieser Kleber kann innerhalb weniger Minuten der UV-Exponierung schnell trocknen; das ist ein erheblicher Vorteil für den Industrialisierungs- und Produktionsprozess. Ein Prisma mit dreieckigem Querschnitt kann verwendet werden. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird jedoch stattdessen ein Prisma mit einem trapezförmigen Querschnitt benutzt. Ein solches Ausführungsbeispiel ist in 3 illustriert. Die geeignete Länge L_P des Prismas ist hauptsächlich von der Dicke des transparenten Gehäuse-Elements W_S, seiner optischen Dichte n_S und der optischen Dichte n_G des Klebers abhängig. Für typische Bereiche von W_S, n_S und n_G kann ein optimaler Wert von L_P berechnet und experimentell geprüft werden.
In dem oben in Verbindung mit 3 erörterten Ausführungsbeispiel sind der Detektor und die Lichtquelle in unterschiedlichen Winkeln ausgerichtet. In einigen Anwendungen ist dies ein Nachteil, da es die Struktur komplizierter machen und die Gesamtabmessungen erhöhen kann. In einem anderen Ausführungsbeispiel, das in 4 dargestellt ist, wird eine alternative Lösung vorgelegt, bei der der Detektor 23 und die Lichtquelle 21' im gleichen Winkel ausgerichtet sind, im wesentlichen vertikal zu dem transparenten Gehäuse-Element 12. In diesem Ausführungsbeispiel wird ein trapezförmiges Prisma 22' mit einem anderen Winkel verwendet, wobei die Lichtstrahlen ebenfalls im wesentlichen von den Seitenfacetten 221, 222 total reflektiert werden.
In dem in 5 illustrierten Ausführungsbeispiel wird ein noch kompakterer Fingerabdrucksensor offenbart. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Lichtquelle 21'' eine Matrix aus Chip-Infrarot-LEDs, und der Detektor 23'' ist ein CMOS-Kameramodul. Die Matrix aus Chip-Infrarot-LEDs und das CMOS-Kameramodul sind ferner auf einer gemeinsamen PCB 26 angeordnet. Diese Anordnung ist besonders geeignet für die Massenproduktion. Die PCB 26 ist parallel zum transparenten Gehäuse-Element 12 angeordnet. Diese PCB kann ferner in das UI-Board des Geräts integriert werden, etwa in das UI-Board eines Kochgeräts, das ein Tastfeld aufweist, das durch die Glasoberfläche funktioniert.
In vielen Anwendungen ist es wichtig, die Gesamthöhe des Fingerabdrucksensors zu verringern, um den Abstand zwischen dem UI-Board und dem transparenten Gehäuse-Element und der Außenfläche zu minimieren. Im Ausführungsbeispiel der 5 wird die Höhe durch Entfernen der Fokussierlinse und die Verwendung eines Prismas mit besonderer Form reduziert. Im Prisma dieses Ausführungsbeispiels ist die Höhe des Prismas auf der Seite über der Lichtquelle 21'' größer und auf der Seite über dem Detektor 23'' kleiner. In diesem Ausführungsbeispielstyp kann die Höhe des Prismas nur etwa 20 mm betragen und nach wie vor eine adäquate Breite des sichtbaren Bereichs für die Finger auf der Außenfläche bereithalten. Wenn der sichtbare Bereich für die Finger als rechteckig angenommen wird, so ist das zugehörige Kamerabild trapezförmig. Ein solches trapezförmiges Bild ist nur ein Teil des von der Kamera betrachteten Rahmens. Ein solches Bild kann jedoch algorithmisch transformiert werden, um durch Vorverarbeitung des Bildes eine Originalform des Fingerabdrucks wiederherzustellen.
Vorzugsweise sind einige Facetten des Prismas klar und transparent, wohingegen andere matt sein können. Zweckmäßiger Weise sind alle Facetten, die auf dem Weg der Lichtstrahlen vom sichtbaren Bereich für die Finger zum Detektor sind, poliert. Dem gegenüber müssen die Facetten auf dem Weg der Strahlen von den LEDs nicht poliert sein, sondern werden vorzugsweise matt oder unpoliert gelassen, um ein absolut gestreutes Schlaglicht für den sichtbaren Bereich für die Finger abzugeben. Auf diesem Wege wird ein gleichförmiges und monotones, weißes Bild für eine Situation gegeben, in der kein Finger in Kontakt mit diesem sichtbaren Bereich ist. Im Falle eines mit der Oberfläche in Kontakt befindlichen Fingers sind dunkle Linien mit Bezug auf die Grate der Fingerhaut vorhanden. Alle anderen Facetten können ebenfalls matt gelassen werden (nicht poliert), was die Herstellung des Prismas vereinfacht.
Das Prisma 22'' mit einer Spezialform wie in 5 dargestellt ist aus einem entsprechend großen Stück aus Originalglas oder transparentem Kunststoff gemacht. Überdies ist der Formfaktor des Prismas 22'' nicht konvex, weil ein rechteckiger Ausschnitt eines Original-Prismas mit trapezförmigem Querschnitt gegeben ist. Diese Nachteile des Prismas 22'' verteuern seine Produktion. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung können diese Nachteile durch die Verwendung zweier kleiner und konvexer Prismen anstelle eines großen, nicht-konvexen Prismas überwunden werden.
Bezug nehmend auf 6a bleiben die Abmessungen des sichtbaren Bereichs für die Finger auf der Außenfläche des transparenten Gehäuse-Elements 12 im wesentlichen unverändert. Die zwei identischen, konvexen Prismen 22''' und 22b''' mit trapezförmigem Querschnitt sind an der Innenoberfläche des Elements 12 befestigt. Die Prismen 22''' und 22b''' haben eine einfachere Form und kleinere Dimensionen. Folglich können die Gesamtkosten der Prismen 22''' und 22b''' geringer sein als die Kosten eines einzelnen, aber komplizierten Prismas 22'' in 5. Vor der Anbringung am Gehäuse-Element 12 werden die Prismen 22''' und 22b''' vorzugsweise mittels der Kleberschicht 24b aneinander befestigt. Eine plankonvexe Fokussierlinse 25' wird ferner an der Seitenfacette eines der Prismen befestigt. Beispielsweise ist, wie in 6a dargestellt, die Fokussierlinse 25' mittels der Kleberschicht 24c an der rechten Facette des Prismas 22b''' befestigt. Vorzugsweise weisen die Kleberschichten 24b und 24c die selbe optische Dichte wie die Prismen selbst auf.
Lichtführungsmittel, die aus zwei Prismen 22''' und 22b''' und der Fokussierlinse 25' bestehen, werden ferner mittels der Kleberschicht 24 am transparenten Gehäuse-Element 12 befestigt. Vorzugsweise ist eine optische Dichte der Kleberschicht 24 gleich der optischen Dichte des Gehäuse-Elements 12.
Der von der LED-Matrix 21''' abgegebene Lichtstrahl ist parallel zum Gehäuse-Element 12 ausgerichtet. Dieser Strahl wird von der Facette 221' total reflektiert und erreicht die Außenfläche des Gehäuse-Elements 12 in einem entsprechenden Winkel. Nach Reflexion von der Außenfläche wird der Lichtstrahl weiter total reflektiert von der Facette 222', um vom Lichtführungsmittel in horizontaler Richtung auszutreten, wie in 6a dargestellt. Eine Fokussierlinse 25' fokussiert den abgehenden Strahl zur Kamera 23'''.
Die Lichtquelle 21''', die eine kleine Matrix aus LEDs ist, und die Kamera 23''' können beispielsweise die kleinen PCBs sein, die senkrecht zum Hauptelektronik-Board 26 zu installieren sind, das seinerseits ein Teil des UI-Boards mit den anderen Steuerungen sein kann (z. B. Displays, Indikatoren, Tasten usw.), wobei das UI-Board parallel zum Gehäuse-Element 12 befestigt ist.
Der Fingerabdrucksensor gemäß Darstellung in 6a weist im allgemeinen kleine Gesamtabmessungen auf, insbesondere die kleinste mögliche Höhe. Das Lichtführungsmittel verursacht entsprechend geringere Kosten, weil es die optischen Komponenten des konvexen und einfachen Formfaktors umfasst.
Zweckmäßiger Weise kann die Fokussierlinse 25' vom Lichtführungsmittel weggelassen werden, ohne die Fähigkeit zur Fingerabdruckabtastung signifikant zu beeinträchtigen. In 6b ist ein solcher bevorzugter Fingerabdrucksensor dargestellt und sind die entsprechenden Richtungen der Lichtstrahlen illustriert.
In bevorzugten Ausführungsbeispielen ist der Fingerabdrucksensor mit einer Steuertaste zur Steuerung des Geräts kombiniert, etwa einem Tastfeld oder einem Touch Panel. Damit kann die Feststellung eines Fingerabdrucks durchgeführt werden, während der Benutzer eine normale Steuerung des Geräts ausführt. Die Steuerungsfunktion, die mit der Fingerabdruckdetektion zu kombinieren ist, kann auf unterschiedliche Arten gewählt werden, vorzugsweise wird die Fingerabdruckdetektion jedoch mit einer Ein-/Ausschalttaste kombiniert. Ein Beispiel einer solchen Tastfeldfläche für ein Haushaltsgerät, in das die Fingerabdruckdetektion integriert werden kann, ist in 7 illustriert.
Für die Fingerabdruckerkennung können Fingerabdrucke in Entsprechung zu einer Mehrzahl von Benutzern in einer Speichervorrichtung des Haushaltsgeräts gespeichert werden, um einen erfassten Fingerabdruck mit unterschiedlichen Benutzern vergleichen zu können. Außerdem ist es möglich, die Fingerabdrucke unterschiedlicher Finger eines Benutzers, und vorzugsweise aller fünf Finger der Benutzerhand zu speichern. Damit kann ein Gerät in die Lage versetzt werden, festzustellen, mit welchem Finger der Benutzer den Sensor berührt. In diesem Fall ist es auch möglich, unterschiedliche Steuerungsfunktionen in Abhängigkeit von dem benutzten Finger zu aktivieren. Dies ist ein Beispiel einer Steuerungs-”Taste”, die mehrere, vorzugsweise fünf unterschiedliche Bedeutungen hat. Auf diese Weise lässt sich eine schnelle Auswahl Benutzer-definierter Zyklen oder Programme erreichen.
Zusätzlich kann der Fingerabdruckbildprozessor 30 gemäß Darstellung in 2 einige fortgeschrittene Funktionen wie die Berechnung des Winkels und der exakten Position des aufgelegten Fingers im sichtbaren Bereich des Sensors bieten. Das Steuersystem eines Haushaltsgeräts, das in 2 dargestellt ist, kann beispielsweise geeignet sein, einen Finger festzustellen und zu verfolgen, der entlang eines Sensors bewegt wird. Auf diese Weise kann der Fingerabdrucksensor als Tastfeld funktionieren. Diese Funktion kann so adaptiert und verwendet werden, dass damit die Benutzeroberfläche bereichert, einfacher und brauchbarer wird. Zum Beispiel kann der Konsument den Finger leicht entlang des Sensors bewegen, um beispielsweise die Temperatur oder Dauer eines Kochprogramms zu wählen oder die Einträge eines von der Benutzeroberfläche bereitgestellten, interaktiven Menüsystems zu durchsuchen. Wenn der Konsument die Finger vorwärts bewegt, kann dies die Erhöhung eines Parameterwerts, etwa der Temperatur, der Zeitdauer, eines Programmeintrags usw. bewirken. Wenn der Konsument den Finger rückwärts bewegt, kann dies die Verringerung des selben Parameterwerts bewirken.
Die von dem Fingerabdrucksensor realisierte Taste ist wesentlich zuverlässiger als die von einem Tastfeld realisierte Taste. So kann beispielsweise sichergestellt werden, dass es sich tatsächlich um einen Menschen handelt, der den Sensorbereich berührt, und nicht etwa um ein Tier, ein Geschirrteil, ein großes Gemüsestück usw.
Fachpersonen erkennen, dass die vorliegende Erfindung auf keinen Fall auf die bevorzugten Ausführungsbeispiele beschränkt ist, wie sie oben beschrieben sind. Es sind im Gegenteil zahlreiche Modifikationen und Variationen möglich, ohne den Geltungsbereich der angehängten Ansprüche zu verlassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- WO 00/46756 [0004]
- US 2005/0151620 [0005]
- EP 0949578 [0005]
- US 2004/0160335 [0005]

Claims

Haushaltsgerät (10), das Folgendes umfasst: ein transparentes Gehäuseelement (12), wobei dieses Element transparent für Licht von mindestens einer Wellenlänge im Infrarot- und im sichtbaren Bereich ist; und einen Fingerabdrucksensor (20), der an der Innenseite einer Außenfläche des Gehäuseelements (12) des Haushaltsgeräts (10) montiert ist, wobei der Sensor umfasst: eine Lichtquelle (21; 21'; 21''; 21'''), die Licht abgibt, für das das Gehäuseelement (12) transparent ist; einen Detektor (23; 23''; 23''') zum Erfassen reflektierten Lichts, das von der Lichtquelle (21; 21'; 21''; 21''') abgegeben wurde; und ein Lichtführungsmittel (22; 22'; 22''; 22'''; 22b''') zum Führen des abgegebenen Lichts von der Lichtquelle (21; 21'; 21''; 21''') zum Gehäuseelement (12) und zum Führen des an der Außenfläche des Gehäuseelements (12) reflektierten Lichts zum Detektor (23; 23''; 23'''), wodurch die Erfassung eines Fingerabdruckbildes durch das Gehäuseelement (12) hindurch ermöglicht wird.
Haushaltsgerät gemäß Anspruch 1, wobei das transparente Gehäuseelement (12) zumindest einen Teil einer Frontplatte oder einer Deckplatte des Haushaltsgeräts ausmacht.
Haushaltsgerät gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das Haushaltsgerät (10) eines aus einem Küchenherd, einem Mikrowellenofen, einem Kühlschrank, einem Gefrierschrank, einem Geschirrspüler, einer Waschmaschine, einer Kochfläche und eines Wäschetrockners ist.
Haushaltsgerät gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Haushaltsgerät (10) ein Küchenherd ist und wobei das transparente Gehäuseelement (12) ein integrativer Teil einer Kochplatte des Küchenherds ist.
Haushaltsgerät gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Lichtquelle (21; 21'; 21''; 21''') dazu ausgeführt ist, Infrarotlicht abzugeben, vorzugsweise Licht mit einer Nennwellenlänge im Bereich von 850 ± 20 nm.
Haushaltsgerät gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Lichtquelle (21; 21'; 21''; 21''') mindestens eine Leuchtdiode (LED) umfasst.
Haushaltsgerät gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das transparente Gehäuseelement (12) aus einer Platte aus Kunststoff oder Glas besteht.
Haushaltsgerät gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Lichtführungsmittel (22; 22'; 22''; 22'''; 22b''') mindestens ein Prisma umfasst, dessen eine Oberfläche an der Innenseite des transparenten Gehäuseelements (12) befestigt ist.
Haushaltsgerät gemäß Anspruch 8, wobei das Prisma mittels eines transparenten Klebstoffes (24) an der Innenseite des transparenten Gehäuseelements (12) befestigt ist.
Haushaltsgerät gemäß Anspruch 8 oder 9, wobei das Prisma einen trapezförmigen Querschnitt aufweist.
Haushaltsgerät gemäß Anspruch 10, wobei die Lichtquelle und der Detektor in eine Richtung ausgerichtet sind, die im wesentlichen vertikal oder parallel zur Außenfläche des transparenten Gehäuseelements verläuft.
Haushaltsgerät gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Detektor eine Mehrzahl von Detektorpixeln und vorzugsweise eine CMOS-Kamera umfasst.
Haushaltsgerät gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Lichtquelle und der Detektor auf einer gemeinsamen bedruckten Leiterplatte (26) angeordnet sind, wobei die Leiterplatte vorzugsweise im wesentlichen parallel zum transparenten Gehäuseelement (12) angeordnet ist.
Haushaltsgerät gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, das ferner eine Speichervorrichtung (31) zum Speichern früher gespeicherter Fingerabdruckbilddaten und Verarbeitungsmittel (30) zum Vergleichen erfasster Fingerabdruckbilddaten mit den früher gespeicherten Bilddaten umfasst.
Haushaltsgerät gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, das ferner eine auf dem transparenten Gehäuseelement angeordnete Tastfeldfläche aufweist.
Haushaltsgerät gemäß Anspruch 15, wobei der Fingerabdrucksensor mit einem Ein-/Ausschalter für das Haushaltsgerät kombiniert ist, wodurch eine Personalisierung des Haushaltsgeräts unmittelbar nach der Aktivierung ermöglicht wird.