DE202011109909U1

DE202011109909U1 - Vorrichtung zur berührungslosen Erfassung biometrischer Merkmale

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Publication number: DE202011109909U1
Application number: DE202011109909U
Authority: DE
Original assignee: ICOGNIZE GmbH
Current assignee: ICOGNIZE GmbH
Priority date: 2010-09-28
Filing date: 2011-09-27
Publication date: 2012-06-15
Anticipated expiration: 2021-09-28
Also published as: EP2622539A1; WO2012041826A1

Abstract

Vorrichtung zur Erfassung biometrischer Merkmale von Körperteilen, ausgelegt zur berührungslosen Erfassung einer Körperteilstruktur mit einem Sensor (1) zur Erfassung der Körperteilstruktur in Form elektromagnetischer Strahlung, wobei der Sensor eine die Strahlung aufnehmende Fläche (2) aufweist, mit einem Gehäuse (3), das einen für die elektromagnetische Strahlung transparenten Abschnitt aufweist, und eine Einrichtung (4) zur Projektion eines elektromagnetischen Strahlungsmusters (5) im sichtbaren Frequenzbereich, das sich mit dem Abstand zum Sensor (1) ändert, wobei der Sensor (1) so in dem Gehäuse (3) angeordnet ist, dass von dem Körperteil ausgehende elektromagnetische Strahlung durch den transparenten Abschnitt des Gehäuse (3) auf die aufnehmende Fläche (2) des Sensors (1) fällt, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (1) ein Infrarotsensor ist, der im Betrieb der Vorrichtung die Venenstruktur eines Körperteils (6) erfasst, das in einem vordefinierten Abstand vor dem Sensor (1) positioniert ist, wobei das Strahlungsmuster (5) auf eine mit dem Körperteil (6) bewegbare Oberfläche projiziert wird, und...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur berührungslosen Erfassung biometrischer Merkmale, mit einem einen biometrischen Sensor aufnehmenden Gehäuse, welches eine Sensorfläche präsentiert, die berührungslos biometrische Merkmale eines im Abstand vor der Sensorfläche angeordneten Körperteiles erfassen kann.
Ebenso wird auch ein Verfahren zur berührungslosen Erfassung biometrischer Merkmale von Körperteilen beschrieben, wobei ein Körperteil im Abstand von einer Sensorfläche zur Erfassung durch den Sensor präsentiert wird.
Als biometrische Merkmale werden dabei insbesondere Fingerabdrücke, Aufnahmen der Augeniris und z. B. auch Infrarotbilder der Handvenen angesehen, wobei allerdings Fingerabdrücke im Allgemeinen nicht unter die Kategorie „berührungslos” fallen, prinzipiell aber mit Hilfe geeigneter optischer Erfassungseinrichtungen auch berührungslos erfasst werden könnten.
Biometrische Daten werden zunehmend häufiger zur Identifizierung und Authentisierung von Personen eingesetzt, zum Beispiel für Mobiltelefone oder Personal Computer bzw. Laptops. Bei diesen Geräten werden zumeist noch Berührungsfelder bzw. Tastfelder verwendet, wobei der Benutzer einen oder mehrere Finger einer Hand auf ein solches Feld auflegen oder über dieses hinweg führen kann, wobei der Fingerabdruck abgescannt wird. Die Augeniris kann hingegen zwar berührungslos mit einem erheblichen Abstand der Sensorfläche von der Augenoberfläche gescannt werden, letztlich ist aber auch dieses Verfahren nicht wirklich berührungslos, denn der Benutzer ist in der Praxis zur Erstellung einer zuverlässigen Aufnahme gezwungen, seine Stirn oder andere Gesichtsteile an einer geeigneten Stütze zu positionieren, damit der Augenscanner die Iris für eine ausreichende Zeit in einem sicher scanbaren Abstand erfassen kann.
Diese effektiv nicht berührungslosen Verfahren sind insbesondere im Falle von Zugangskontrollen, die jeweils von einer großen Zahl verschiedener Personen passiert werden müssen, wegen der mit der unmittelbaren Berührung verbundenen Kontaminationsgefahr problematisch.
Nicht zuletzt aus diesem Grund, aber auch wegen der sehr guten Diskriminierbarkeit, beginnen sich Handvenenscanner immer mehr durchzusetzen, bei welchen durch Infrarotsensoren ein Abbild der in der Hand einer Person liegenden Venenstruktur erfasst wird, die einen ausgeprägten Individualitätsgrad hat. Bei diesem Verfahren müsste die zu autorisierende Person ihre Hand lediglich in einem gewissen Abstand, typisch 5 bis 20 cm, vor eine Sensorfläche halten, die sich an bzw. in einem Gehäuse befindet, idealerweise ohne dabei das Gehäuse zu berühren. Auch dies führt jedoch erfahrungsgemäß zu Problemen, da zahlreiche Personen den richtigen Abstand nicht abschätzen können und/oder ihre Hand nicht hinreichend ruhig halten, so dass sich für eine zuverlässige Funktion auch bei diesen Geräten in der Praxis die Notwendigkeit herausgestellt hat, Handstützen zu verwenden, die gewährleisten, dass der Benutzer seine Hand ausreichend lange und genügend ruhig im richtigen Abstand vor die Sensorfläche hält.
Gegenüber diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Erfassung biometrischer Merkmale mit den eingangs genannten Merkmalen zu schaffen, die auch im Alltagsbetrieb zuverlässig berührungslos arbeiten.
Hinsichtlich der eingangs genannten Vorrichtung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass Einrichtungen zur Projektion eines sich mit dem Abstand zur Sensoroberfläche ändernden optischen Musters auf eine zusammen mit dem Körperteil bewegbare Oberfläche vorgesehen sind.
Hinsichtlich des eingangs genannten Verfahrens wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass zur Bestimmung eines geeigneten Erfassungsabstandes ein optisches Muster in den Raum vor der Sensorfläche projiziert wird, dass sich mit Änderung des Abstandes von der Sensorfläche verändert.
Mit Hilfe des Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung gelingt es, dem jeweiligen Benutzer während der Erfassung der biometrischen Merkmale eine Rückmeldung über die richtige Position des zu erfassenden Körperteiles wie z. B. seiner Hand zu geben, so dass der Benutzer dadurch eine unmittelbare Kontrolle über den Vorgang der Merkmalserfassung hat. Der Benutzer beobachtet beim Heranführen des Körperteils das auf eine Oberfläche des Körperteils oder eine mitbewegte Oberfläche projizierte Muster und hält das Körperteil, konkret beispielsweise seine Hand, so, dass das Muster ein für den richtigen Abstand und die richtige Position charakteristisches, vorgegebenes Aussehen annimmt. Da das Muster sich mit dem Abstand zur Sensoroberfläche ändert, hat das Muster im „richtigen” bzw. „gewünschten” Abstand ein Erscheinungsbild, welches sich von dem Erscheinungsbild bei anderen nicht für die Erfassung vorgesehenen Abständen unterscheidet. Der Benutzer muss also den Abstand des Körperteiles zur Sensorfläche nur in der Weise einstellen, dass das betreffende gewünschte Muster auf der Oberfläche des Körperteils oder eine mitbewegten Oberfläche erscheint. Dieses gewünschte Muster (und eventuell auch die abweichenden Muster bei nicht erwünschten Abständen) könnte dem Benutzer beispielsweise auf eine Anzeigetafel bzw. Bedienungsanleitung präsentiert werden und der Benutzer kann dann durch Variation des Abstandes zur Sensoroberfläche das gewünschte Muster auf der entsprechenden Oberfläche des Körperteils erzeugen. Dabei ist nicht ein mm-genaues Stillhalten erforderlich, sondern es reicht schon aus, wenn der Benutzer seine Hand für 1 Sekunde innerhalb einer Toleranzabweichung von z. B. ±10 mm um den optimalen Abstand herum hält. Das leicht erkennbare, charakteristische Muster ist dabei eine sehr große Hilfe für den Benutzer und beschleunigt daher den Ablauf des Verfahrens erheblich, da die Zahl der Fehlversuche gegenüber anderen nicht unterstützten Verfahren drastisch abnimmt und auch der Vorgang selbst beschleunigt abläuft, weil der Benutzer aufgrund der optischen Rückkopplung über seine visuelle Wahrnehmung sehr viel schneller die richtige Position des Körperteils findet.
Das einzustellende Muster kann beispielsweise zur Erläuterung neben dem Sensorgerät dargestellt sein oder angezeigt werden. Sobald das projizierte Muster auf der Oberfläche die angegebene bzw. vorbestimmte Form angenommen hat, weiß die Person dass sie ihre Hand an der korrekten Stelle positioniert hat. Denkbar wäre es auch, dass das projizierte Muster von einer zweiten Erkennungsvorrichtung automatisch erfasst und die zu identifizierende Personen beispielsweise über akustische Rückkopplungssignale über die Position ihrer Hand informiert wird. Eine derartige erweiterte Erkennungseinrichtung würde sich zum Beispiel für sehbehinderte Menschen anbieten.
Bei der Erläuterung weiterer Merkmale bevorzugter Ausgestaltungen der Erfindung soll im Folgenden, lediglich beispielhaft und ohne Beschränkungsabsicht, die Hand des menschlichen Körpers als dasjenige Körperteil betrachtet werden, an welchem die biometrischen Merkmale erfasst werden. Es versteht sich jedoch, dass die entsprechenden Merkmale der Erfindung identisch oder analog auch bei der Erfassung anderer biometrischer Merkmale zur Anwendung kommen können. Beispielsweise könnte also bei der Erfassung der Augeniris das Muster auf die Stim oder Nasenwurzel eines Benutzers projiziert werden, der dies in einem Spiegel beobachten und den Abstand entsprechend einstellen kann.
Das Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung funktionieren vollkommen berührungslos und beseitigen damit die ansonsten bestehende Kontaminationsgefahr bei Benutzung desselben Gerätes durch zahlreiche Personen, wie zum Beispiel bei Zugangskontrollen zu Firmengeländen, Sicherheitsbereichen etc.
Im Übrigen versteht es sich, dass die nachfolgend und in den Ansprüchen definierten Vorrichtungsmerkmale bevorzugter Ausführungsformen entsprechende Verfahrensmerkmale implizieren und umgekehrt, wobei in der folgenden Beschreibung Vorrichtungs- und Verfahrensmerkmale nicht immer eindeutig voneinander zu trennen sind und sich auf beide Kategorien beziehen.
Die Einrichtungen zur Projektion des optischen Musters sind vorzugsweise neben der Sensorfläche vorgesehen, was die Projektion des Musters auf eine Handoberfläche vereinfacht.
Zweckmäßigerweise sind die Einrichtungen zur Projektion des optischen Musters an dem Gehäuse vorgesehen.
Insbesondere sind die Einrichtungen zur Projektion des optischen Musters entlang des Umfangs der Sensorfläche und im Abstand zu dieser vorgesehen.
Für eine optimale Abstandseinstellung ist es außerdem vorteilhaft, wenn die Einrichtungen zur Projektion des optischen Musters entlang des Umfangs der Sensorfläche in etwa gleichen Winkelabständen um das Zentrum der Sensorfläche verteilt angeordnet sind, weil dann das Muster eine schnell und gleichmäßig variierende Abstandsabhängigkeit bezüglich aller Musterelemente aufweist.
Bevorzugt ist eine Variante, bei welcher die Einrichtungen zur Projektion des optischen Musters jeweils einen Lichtstrahl erzeugen, wobei diese mehreren Strahlen nicht alle parallel verlaufen. Mehrere derartige Einrichtungen erzeugen entsprechend mehrere Punkte auf einer Projektionsoberfläche, deren relative Anordnung ein abstandsabhängiges Muster definiert, solange nicht alle Lichtstrahlen parallel verlaufen.
Dabei kann es außerdem zweckmäßig sein, wenn die Einrichtungen zur Projektion des optischen Musters optische Kollimatoreinrichtungen umfassen. Diese können in der einfachsten Form als rohrförmige optische Leiter, Glasfasern oder dergleichen vorliegen.
Die Einrichtungen zur Projektion des optischen Musters können insbesondere Leuchtdioden aufweisen, welche die Quellen von Lichtstrahlen bilden.
Insbesondere können die Einrichtungen zur Projektion des optischen Musters Laserdioden aufweisen.
Realisierbar ist auch eine Variante, bei welcher ein Lichtstrahl, der von einer einzigen Quelle ausgeht, durch optische Brechung in mehrere Strahlen aufgespalten wird, die dann von verschiedenen Punkten aus auf ein Körperteil projiziert werden.
Bei einem rechteckigen Sensorfeld ist in einer Variante vorgesehen, dass die Einrichtungen zur Projektion des optischen Musters jeweils den Ecken und Zentren der Seiten des Sensorrechtecks nächstliegend zugeordnet sind.
Generell sind die Einrichtungen zur Projektion des optischen Musters in der bevorzugten Ausführungsform so angeordnet und ausgestaltet, dass die von Ihnen ausgehenden Lichtstrahlen in einem für die Aufnahme eines biometrischen Merkmals gewünschten Abstand ein charakteristisches Muster erzeugen, dass sich von dem bei anderen Abständen erzeugten Muster für das bloße menschliche Auge unterscheidet. Alternativ ist sicher auch eine maschinelle Unterscheidung der Muster in verschiedenen Abständen möglich, jedoch würde dies zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe noch weitere, beispielsweise akustische Rückkopplungseinrichtungen erfordern, um dem Benutzer eine berührungslose Justierung des Abstandes zwischen Hand und Sensoroberfläche zu ermöglichen. Letzteres wäre beispielsweise bei Verwendung durch Sehbehinderte zweckmäßig.
Das Muster wird besonders einfach und bei verschiedenen Abständen leicht unterscheidbar, wenn die Einrichtungen zur Projektion des optischen Musters so angeordnet und ausgestaltet sind, dass die von Ihnen ausgehenden Lichtstrahlen maximal drei und vorzugsweise nur einen gemeinsamen Punkt im Raum vor der Sensorfläche durchkreuzen. Die Kreuzungspunkte befinden sich dabei vorzugsweise in dem gewünschten Abstand und das Muster ist dann durch eine minimale Anzahl von Punkten, im bevorzugten Fall einen einzigen Punkt, gekennzeichnet, während in anderen Abständen das Muster durch eine größere Zahl von Punkten gebildet wird.
Idealerweise sind die Einrichtungen zur Mustererzeugung so ausgerichtet, dass das in einem gewünschten Abstand erzeugte Muster sich im Bereich einer vom Zentrum der Sensorfläche ausgehenden Normalen vor der Sensoroberfläche befindet.
Die Projektion des Musters kann ansonsten wahlweise auf einer der Sensorfläche zugewandten, oder auf der der Sensorfläche abgewandten Seite oder beiden bzw. anderen Seiten des Körperteils erfolgen.
In einer bevorzugten Variante der Erfindung wird also das Muster in Form mehrerer Lichtstrahlen auf die Hautoberfläche des Körperteils bzw. einer mitbewegten Fläche (zum Beispiel eines Handschuhs) projiziert. Durch Beobachtung des Musters und Erzeugung eines dem Benutzer bekannten oder vorgegebenen, gewünschten Musters positioniert der Benutzer dann seine Hand an der für die Erfassung der biometrischen Eigenschaften geeigneten Stelle, so dass der Erfassungsvorgang ablaufen kann.
Möglich ist auch eine Variante, bei welcher ein Sekundärsensor seinerseits das auf die Handoberfläche projizierte Muster erfasst und mit einem gewünschten, gespeicherten Muster abgleicht, wobei er auch ein akustisches Signal abgeben kann, um dem Benutzer eine Rückmeldung über die richtige Positionierung zu geben.
Ein anderer Sekundärsensor kann ebenfalls zweckmäßig sein, um beispielsweise zu erfassen, ob und wann ein Körperteil in den Erfassungsbereich des primären Sensors für die biometrischen Merkmale gelangt, um beispielsweise erst dann die Einrichtungen zur Erzeugung des Musters und/oder den Primärsensor in Betrieb zu setzen, um auf diese Weise Energie für den Sensorbetrieb zu sparen.
Für eine bevorzugte Variante hat es sich als zweckmäßig herausgestellt, wenn die Lichtstrahlen, die von den Einrichtungen zur Erzeugung derselben ausgehen, sich unter Winkeln von mehr als 20° vorzugsweise mehr als 40° schneiden. Der maximale Schnittwinkel zweier Lichtstrahlen liegt selbstverständlich unterhalb von 180°, vorzugsweise unter 130° und insbesondere unterhalb von 100°. Bei einem von einer Mehrzahl Quellen größer als 2 ausgehenden Feld einander kreuzender Lichtstrahlen unterscheiden sich die Schnittwinkel von Paaren der Lichtstrahlen im Allgemeinen, liegen jedoch vorzugsweise alle innerhalb der vorstehend definierten Bereiche.
In einer Ausführungsform ist eine Sensorfläche beispielsweise von 8 Quellen von Lichtstrahlen umgeben, die an den Ecken und jeweils an der Mitte der Seiten eines (gedachten) Rechtecks angeordnet sind. Dieses Rechteck könnte beispielsweise Maße von 8 × 12 cm² haben, so dass im Ergebnis der minimale Abstand zwischen zwei Lichtquellen 4 cm (die Hälfte von 8 cm) beträgt, während der maximale Abstand einer Diagonalen des Rechtecks (64 + 144)^1/2 cm beträgt (ungefähr 14,5 cm).
In einer weiteren Ausführungsform kann das Muster bzw. können dessen Lichtstrahlen beispielsweise einen Farbwandel erfahren, wenn der Primärsensor das biometrische Merkmal erfasst bzw. erkannt oder nicht erkannt hat.
Im folgenden werden weitere spezifische Merkmale einer erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben, die speziell für das Erfassen eines Venenmusters, insbesondere des Venenmusters der menschlichen Hand ausgelegt sind.
Obwohl die Handvenenstruktur aufgrund ihrer sehr hohen Diskriminierbarkeit eine hohe Effizienz bei der Erkennung individueller Personen besitzt, kann es dennoch zu Problemen bei den Infrarotaufnahmen kommen, wenn Hintergrundstrahlung der Umgebung zu einem starken Hintergrundrauschen des Sensorsignals führt. Dieses Problem stellt sich insbesondere beim Außeneinsatz eines Handvenensensors, beispielsweise neben einem Gebäudeeingang. Eine mögliche Quelle der die Erfassung der Handvenenstruktur störenden Hintergrundstrahlung wäre in diesem Fall die Sonnenstrahlung.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, Störungen des Messsignals aufgrund von Hintergrundstrahlung durch eine geeignete Ausgestaltung der Erfassungsvorrichtung zu minimieren.
Erfindungsgemäß wird eine Minimierung des Hintergrundrauschens dadurch erreicht, dass das Gehäuse einen Abschattungsabschnitt aufweist, der sich ausgehend von der die Strahlung aufnehmenden Fläche des Sensors dergestalt erstreckt, dass er den Sensor zumindest teilweise gegenüber auf das Gehäuse fallender elektromagnetischer Strahlung abschattet. Zu diesem Zwecke muss der Abschattungsabschnitt nicht transparent sein für elektromagnetische Strahlung in dem von dem Sensor erfassten Frequenzbereich. Durch diesen Überstand des Gehäuses wird die Sensoroberfläche insbesondere gegenüber seitlicher Streustrahlung abgeschirmt.
Der Sensor ist ein technisches Bauteil, das elektromagnetische Strahlung in einem festgelegten Frequenzbereich erfassen kann. Da eine Venenstruktur erfasst werden soll, die Wärmestrahlung im Infrarotbereich aussendet, ist der erfasste Frequenzbereich folglich der Infrarotbereich. Zum Aufnehmen einfallender Infrarotstrahlung weist der Sensor eine Fläche auf, die diese Strahlung möglichst vollständig aufnimmt. Die auf dieses Fläche einfallende Infrarotstrahlung stellt das Eingangssignal dar und wird von dem Sensor in ein elektrisches Ausgangssignal umgewandelt, das Informationen über das zweidimensionale Intensitätsmuster der einfallenden Infrarotstrahlung auf der Fläche und somit die Venenstruktur, die dieses Intensitätsmuster der Infrarotstrahlung hervorruft, umfasst.
Der transparente Abschnitt des Gehäuses ist ein Abschnitt, der durchlässig ist für Infrarotstrahlung. Dabei besteht dieser Abschnitt typischerweise aus einem anderen Material, bzw. einer anderen Materialkombination als das restliche Gehäuse, das erfindungsgemäß zumindest teilweise in Form des Abschattungsabschnittes undurchlässig für Infrarotstrahlung ist. Im einfachsten Fall besteht der transparente Abschnitt einfach aus einer Ausnehmung im Gehäuses, so dass er durchlässig ist für elektromagnetische Strahlung in jedem Frequenzbereich und insbesondere für solche im Infrarotbereich. Der transparente Abschnitt kann aber beispielsweise auch aus für Infrarotstrahlung transparentem Quarzglas bestehen.
Es empfiehlt sich, dass der Abschattungsabschnitt bezüglich der Sensoroberfläche aufnahmeseitig um eine Höhe H = α × D senkrecht über die von der Sensoroberfläche festgelegte Ebene E hervorsteht. Hierbei ist D die maximale Entfernung vom höchsten Punkt des Abschattungsabschnitts über die Ebene E bis zu einem Rand der Sensoroberfläche. Eine vorteilhafte Abschirmung bei gleichzeitig kompakter Ausgestaltung der Vorrichtung wird, wie sich gezeigt hat, erreicht, wenn α zwischen 0,35 und 0,65, vorzugsweise zwischen 0,4 und 0,6 und am besten zwischen 0,45 und 0,55 beträgt.
Um den von der Sensoroberfläche erfassten Ausschnitt der Handfläche trotz der Abschirmung in einer für die Erkennung vorteilhaften Größendimension zu halten, empfiehlt es sich, dass die Sensoroberfläche von ebenen Innenflächen des Abschattungsabschnitts des Gehäuses eingefasst ist. Dabei sollte sich der Abschattungsabschnitt des Gehäuses ausgehend von der Sensoroberfläche pyramidenstumpfförmig erweitern. Bei einer alternativen, ebenfalls effizienten Ausgestaltungsform erweitert sich der Abschattungsabschnitt von der Sensoroberfläche ausgehend kegelstumpfförmig nach außen. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die die Sensoroberfläche einfassenden Innenflächen des Abschattungsabschnitts des Gehäuses mit der Ebene E der Sensoroberfläche einen Winkel von 30° bis 60°, vorzugsweise von 40° bis 50° und am besten von 45° einschließen.
Eine zusätzliche Reduktion der Hintergrundstrahlung, insbesondere der Sonnenstrahlung, kann dadurch erreicht werden, dass die Sensoroberfläche in montiertem Zustand der Vorrichtung an einem Halteelement im Wesentlichen dem Boden zugewandt ist. Durch diese Orientierung weg von der Hauptstörquelle außerhalb von Gebäuden, d. h. der Sonne, kann die Intensität der Störsignale deutlich reduziert werden.
Als vorteilhaft für die Erfassung von Venenstrukturen hat es sich dabei erwiesen, wenn die Sensoroberfläche in montiertem Zustand der Vorrichtung an einem Halteelement mit einem Lot einen Winkel von 90° bis 45°, vorzugsweise von 80° bis 55° und am besten von 70° bis 65° einschließt.
Für die praktische Umsetzung der vorliegenden Erfindung empfiehlt es sich, dass die Einrichtung zur Projektion des elektromagnetischen Strahlungsmusters Lichtstrahlen im sichtbaren Frequenzbereich erzeugen. Durch die Reflektion der Lichtstrahlen auf der Handoberfläche ist das projizierte Strahlungsmuster leicht mit dem menschlichen Auge zu erkennen.
Hierbei sollte die Einrichtung zur Projektion des optischen Musters so angeordnet und ausgestaltet sein, dass die von ihr ausgehenden Lichtstrahlen in einem für die Aufnahme einer Venenstruktur vorteilhaften Abstand ein charakteristisches elektromagnetisches Strahlungsmuster erzeugen. Dieses Strahlungsmuster sollte sich von dem bei anderen Abständen erzeugten Muster für das bloße menschliche Auge unterscheiden. Somit weiß die zu identifizierende Person sobald sich das gewünschte charakteristische Strahlungsmuster beispielweise auf ihrer Handfläche eingestellt hat, dass sich ihre Hand in der für die Messung korrekten Position befindet. Ein derartiges Strahlungsmuster lässt sich besonders einfach dadurch realisieren, dass sich die von der Einrichtung zur Projektion ausgehenden Lichtstrahlen in maximal drei oder vorzugsweise nur einem gemeinsamen Punkt im Raum vor der Sensoroberfläche schneiden. Befindet sich der Schnittpunkt der Lichtstrahlen in einem für die Messung bevorzugten Abstand zur Sensoroberfläche, ist das gewünschte Strahlungsmuster durch eine leicht zu erkennende minimale Anzahl an projizierten Punkten charakterisiert. Im einfachsten Fall ist dies dann ein einziger Punkt.
Dabei ist die Einrichtung zur Mustererzeugung idealer Weise so ausgerichtet, dass sich das im gewünschten Abstand zu erzeugende charakteristische elektromagnetische Strahlungsmuster im Bereich einer vom Schwerpunkt der Sensoroberfläche ausgehenden Normalen vor der Sensoroberfläche befindet. Dadurch kann selbst im Falle nur eines einzigen Schnittpunkts eine zentrierte Ausrichtung der Hand vor der Sensoroberfläche einfach erreicht werden.
Die Einrichtung zur Projektion des elektromagnetischen Strahlungsmuster im sichtbaren Frequenzbereich kann dabei seitlich neben der Sensoroberfläche vorgesehen sein. Für eine kompakte Bauweise der Vorrichtung zur berührungslosen Erfassung von Handvenenstrukturen empfiehlt es sich, die Einrichtung zur Projektion eines elektromagnetischen Strahlungsmuster im sichtbaren Frequenzbereich an dem Gehäuse anzubringen.
Um gegebenenfalls auch übermäßige Verschwenkungen der Hand aus einer Ebene parallel zur Sensoroberfläche erkennen zu können, empfiehlt sich eine möglichst symmetrische Anordnung von Einrichtungen zur Projektion des elektromagnetischen Strahlungsmuster im sichtbaren Frequenzbereich. Somit kann sichergestellt werden, das sich das projizierte Muster ändert, unabhängig davon in welche Richtung die Hand aus der Parallelebene verschwenkt wird. Daher ist es von Vorteil, wenn mehrere Einrichtungen entlang des Umfangs der Sensoroberfläche in etwa gleichen Winkelabständen um den Schwerpunkt der Sensoroberfläche verteilt angeordnet sind.
Ein weiterer Vorteil ist es, wenn die Einrichtung zur Projektion des elektromagnetischen Strahlungsmuster im sichtbaren Frequenzbereich eine optische Kollimatoreinrichtung umfasst. Durch die Verwendung von Kollimatoren lässt sich die Streuweite der Lichtstrahlen reduzieren, wodurch das projizierte Strahlungsmuster schärfer wird und die Abstandbestimmung somit präziser.
Besonders einfach, kostengünstig und wartungsarm lässt sich eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur berührungslosen Erfassung von Handvenenstrukturen produzieren, wenn die Einrichtung zur Projektion des elektromagnetischen Strahlungsmuster im sichtbaren Frequenzbereich eine Leuchtdiode ist.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der vorliegenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform und der dazugehörigen Figuren. Es zeigen:
1 einen Handvenenscanner mit einer schematisch davor angedeuteten Handflächenkontur,
2 einen beispielhaften Strahlenverlauf zur Erzeugung eines Lichtstrahlenmusters,
3 die gewünschte Handflächenposition in Bezug auf das Muster,
4 eine weitere Variante mit Einrichtungen zur Erzeugung von Lichtstrahlen, die unabhängig vom Gehäuse des Handvenensensors sind,
5 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur berührungslosen Venenstrukturerfassung,
6 Detailansichten des Abschattungsabschnitts der Vorrichtung aus 1,
7 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in montiertem Zustand,
8 eine Vorrichtung mit beispielhaftem Strahlungsmuster und
9 eine vorzugsweise Anordnung einer Hand relativ zur erfindungsgemäße Vorrichtung.
Man erkennt in 1 ein Gehäuse 10, in welchem sich ein Sensor 1 befindet, der an der Vorderfläche des Gehäuses 10 eine Sensorfläche 2 präsentiert. Der Sensor 1 ist ein Infrarotsensor, welcher in der Lage ist, ein durch die Venen einer Hand 3 gebildetes Muster zu erfassen, welches mit Hilfe einer entsprechenden Auswerteeinrichtung ausgewertet und mit gespeicherten Mustern verglichen werden kann.
In der Umgebung der Sensorfläche 2 erkennt man in dem Gehäuse mehrere Öffnungen bzw. Bohrungen 4, aus welchen, wie in 2 schematisch dargestellt, konvergierende Lichtstrahlen 5 austreten, die auf die der Sensorfläche 2 zugewandten Innenfläche der Hand 3 ein bestimmtes Muster projizieren und sich alle gemeinsam in einem Kreuzungspunkt 7 kreuzen.
Wie man anhand der 2 erkennt, in welcher die Hand fortgelassen und die von den Bohrungen 4 ausgehenden Lichtstrahlen 5 schematisch in Form langer dünner Zylinder wiedergegeben sind, erzeugen die in der 2 dargestellten Weise ausgerichteten Lichtstrahlen im Allgemeinen ein Muster aus 4 Punkten, die auf der dem Gehäuse 10 zugewandeten Handinnenfläche als helle Flecken erscheinen. Die Lichtstrahlen 5 haben vorzugsweise einen blauen Farbton, um die im Infrarotbereich erfolgende Messung der Handvenen als solche nicht zu stören. Die vier Lichtstrahlen 5 sind jedoch so ausgerichtet, dass sie sich in einer im Abstand d zu der Sensoroberfläche 2 befindlichen Ebene 6 in einem Punkt 7 kreuzen. Wird die Handinnenfläche also gerade im Abstand d vor die Sensorfläche 2 gehalten, so wird nur ein einziger und im Wesentlichen kreisförmiger heller (blauer) Lichtfleck auf die Handinnenfläche projiziert, während dieser eine Punkt sich bei Verändern des Abstandes zu der Sensoroberfläche 2 dahingehend ändert, dass aus dem einen, zentralen und in etwa kreisrunden Lichtfleck bei dem gewünschten Abstand d zunächst eine Verformung in Richtung eines rechteckigen Flecks auftritt und sich dann mehrere (z. B. 4) getrennte Lichtflecke bzw. Lichtpunkte auf der Handinnenfläche ausbilden.
Die vier dargestellten Lichtstrahlen, die von Punkten bzw. Bohrungen ausgehen, die auf den verlängerten Diagonalen der Sensorfläche liegen und jeweils den gleichen Abstand zum Zentrum der Sensorfläche haben, reichen im Allgemeinen zur Erzeugung des entsprechenden Musters aus. In den Ausführungsbeispielen sind jedoch noch weitere Bohrungen für den Austritt entsprechender Lichtstrahlen dargestellt, die jeweils den Seiten bzw. Kanten der Sensorfläche mittig zugeordnet sind.
Die Lichtstrahlen könnten auch von diesen Öffnungen bzw. Lichtquellen ausgehen und sie könnten auch zusätzlich zu den bereits dargestellten Lichtstrahlen 5 vorgesehen sein und sich in demselben Punkt 7 kreuzen, in welchem sich auch die dargestellten Strahlen 5 kreuzen.
Die Sensoroberfläche 2 kann beispielsweise spiegelnd oder teilweise spiegelnd sein, so dass der Benutzer darin sehr leicht erkennen kann, ob sich auf seiner Handinnenfläche ein entsprechender einzelner Lichtpunkt ausbildet oder ob mehrere, voneinander getrennte Lichtpunkte bzw. ein größerer, verzehrter Lichtfleck ausgebildet hat, woraus der Benutzer erkennen kann, dass er den Abstand daran zu der Sensoroberfläche 2 noch etwas verändern muss, ob einen möglichst kleinen und möglichst kreisrunden Lichtfleck auf seiner Hand zu erkennen, so dass das von dem Sensor 1 erfasste Handinnenmuster aufgenommen und registriert bzw. mit gespeicherten Mustern verglichen werden kann.
Der Abstand d zwischen der Ebene 6 mit dem Kreuzungspunkt 7 der Lichtstrahlen und der Sensoroberfläche 2 beträgt in einer bevorzugten Variante etwa 5 cm, so dass der Benutzer seine Hand 3 in deutlichem Abstand zu dem Gehäuse 10 und zu der Sensoroberfläche 2 halten kann und die Messung somit vollständig berührungslos erfolgt.
Es versteht sich, dass die Lichtstrahlen 5 im Prinzip auch ein beliebiges anderes Muster auf einer Handfläche oder einer sonstigen, zusammen mit der Handfläche bewegten Fläche erzeugen könnten, wobei ein bestimmtes, charakteristisches Muster, dass sich in dem gewünschten Abstand d ausbildet, dem Benutzer beispielsweise anhand einer Schautafel vorgegeben wird. Die dargestellte Variante zeigt jedoch ein besonders einfaches und intuitiv schnell zu erfassendes Muster in Form eines einzelnen, möglichst kreisrunden Lichtflecks, der sich bei Änderung des Abstandes in Richtung der Ecken eines der Lichtfleck umgebenden Quadrates erweitert und dabei schließlich in vier getrennte Punkte auflöst. Ein solcher Lichtfleck ist besonders leicht zu identifizieren.
Selbstverständlich ist es ebenso gut möglich, dass die entsprechenden Lichtstrahlen nicht von der Seite der Sensorfläche 2 aus auf die Handinnenfläche auftreffen, sondern beispielsweise von der gegenüberliegenden Seite her auf die Rückseite der Hand auftreffen. In diesem Fall könnte der Benutzer den Abstand der Hand zu der Sensorfläche 2 durch Beobachtung des Musters auf der Rückseite der Handoberfläche einstellen. Dies würde allerdings zusätzliche Bauteile außerhalb des eigentlichen Sensorgehäuses erfordern und die Anordnung der Lichtquellen bzw. an dem Gehäuse 10 um den Sensor 1 herum ist demgegenüber bevorzugt. Wenn die Sensorfläche 2 beispielsweise 3 × 3 cm² beträgt und die Lichtquellen bzw. Leuchtdioden in den Eckbereichen der Sensorfläche 2 ein Quadrat von z. B. 5 × 5 cm² aufspannen, so schneiden sich die diagonal gegenüberliegenden Lichtstrahlen 5 unter einem Winkel von etwa 70° und die benachbarten Lichtstrahlen 5 schneiden sich unter einem Winkel von etwa 50°. Diese Schnittwinkel erlauben eine ausreichende Fokussierung in dem gewünschten Abstand von 5 cm zu einem einzigen, im Wesentlichen kreisrunden Lichtfleck.
Dabei können als Lichtquellen zum Einen Laserdioden verwendet werden, die einen sehr fein gebündelten Strahl erzeugen, es ist aber auch möglich, einfache Leuchtdioden zu verwenden und das Licht mit entsprechenden optischen Hilfsmitteln zu bündeln. Beispielsweise können die Leuchtdioden in röhrenartigen Vertiefungen 4 angeordnet sein, deren Wände das von den Leuchtdioden ausgehende Licht reflektieren und ausreichend bündeln, wobei auch die Leuchtdioden selbst in Form ihres durchlässigen Gehäuses optische Hilfsmittel zur Erzeugung eines Bündelartigen Lichtstrahles aufweisen, was in dem gewünschten Abstand ebenfalls zu der Ausbildung eines hinreichend kleinen und scharfen Lichtflecks führt.
3 zeigt nochmals das Gehäuse 10 mit dem Sensor 1 und den schematisch wiedergegebenen Umrissen einer Hand 3, die so angeordnet ist, dass auf der Handinnenfläche der Kreuzungspunkt der vier dargestellten Lichtstrahlen abgebildet wird, was der Benutzer entweder in einer spiegelnden Oberfläche des Sensors 2 oder aber in einer der zu diesem Zweck beispielsweise spiegelnd ausgebildeten Randflächen 8 erkennen und kontrollieren kann, die die Sensorfläche 2 umgeben.
4 zeigt eine weitere Variante mit einem Sensor 1' in einem entsprechenden Gehäuse, wobei die Lichtstrahlen bzw. die Quellen der Lichtstrahlen jedoch nicht in dem Gehäuse des Sensors selbst, sondern irgendwo in dessen Umgebung angeordnet sind, jedoch genau so, dass sich das von den Lichtstrahlen erzeugte Muster bzw. das Muster, das sich bei einem gewünschten Abstand zu dem Sensor ausbildet, in etwa zentral vor der Sensorfläche 2 befindet.
Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung und das entsprechende Verfahren ist es möglich, eine tatsächlich berührungslose und dennoch gleichzeitig sichere und zuverlässige Erfassung biometrischer Merkmale, beispielsweise der Venenstruktur einer Hand, durchzuführen, indem mit entsprechenden optischen Einrichtungen ein Muster auf das im richtigen Abstand anzuordnende Körperteil projiziert wird, das der Benutzer durch Ändern des Abstandes des Körperteils zu der Sensoroberfläche 2 variieren kann, um auf diese Weise den richtigen Abstand einzustellen.
Das System kann dann beispielsweise durch Farbwechsel der Lichtquellen, wie z. B. der Leuchtdioden, welche das Muster erzeugen, eine erfolgreiche Messung bzw. Authentisierung oder aber auch eine nicht erfolgte Authentisierung anzeigen (beispielsweise grünes Licht für „erfasst und autorisiert” und rot für „nicht erfasst” bzw. „nicht autorisiert”).
In 5 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur berührungslosen Venenstrukturerfassung zu sehen. Diese besteht aus einem für Infrarotstrahlung undurchlässigen Gehäuse 13 mit ebenen Flächen, das einen Sensor 11 mit einer Sensoroberfläche 12 zur Aufnahme elektromagnetischer Strahlung im Infrarotbereich einfasst. Hierbei besteht der transparente Gehäuseabschnitt aus einer Ausnehmung im Gehäuse 13. Diese Ausnehmung könnte in einer vorteilhaften Abänderung der vorliegenden Ausführungsform zum Schutz des Sensor 11 mit einem für Infrarotstrahlung transparenten Material, beispielsweise Quarzglas, abgedeckt sein. Das Gehäuse 13 weist einen Abschattungsabschnitts 17 auf, der sich ausgehende von der Sensoroberfläche 12 über die von der Sensoroberfläche 12 festgelegte Ebene E erstreckt. Dabei schattet der Abschattungsabschnitt 17 den Sensor 11 zumindest teilweise gegenüber auf das Gehäuse 13 fallender elektromagnetischer Strahlung 18 ab. Die Sensoroberfläche 12 ist von ebenen Innenflächen 19 des Abschattungsabschnitt 17 des Gehäuses 13 eingefasst. Zur Montage der Vorrichtung an einem Haltelement, beispielsweise an einer Wand 17, weist das Gehäuse 13 eine ebene Rückseite auf. Die Ebene E schließt mit der Rückseite des Gehäuses 13 einen spitzen Winkel ein. In der dargestellten Ausführungsform ist die Sensoroberfläche 12 quadratisch. Der Abschattungsabschnitt 17 wird von Stegen gebildet, die aufnahmeseitig über die Ebene E hervorstehenden und an allen vier Seiten die quadratische Sensoroberfläche 12 umfasst. Jeweils eine Seitenfläche der Stege ist somit identisch mit einer der Innenflächen 19 des Abschattungsabschnitt 17 des Gehäuses 13.
Der Abschattungsabschnitt 17 erweitert sich hier pyramidenstumpfförmig nach außen. Im vorliegenden Fall besitzen aufgrund der quadratischen Ausgestaltung der Sensoroberfläche 12 alle vier Stege identische Form und Maße. Außerdem verlaufen gegenüberliegende Steggrate 23 jeweils parallel zueinander.
In der Detailansicht in 6a des Abschattungsabschnitts 17 der Vorrichtung aus 15, wird deutlich, dass jeder der Gehäusestege jeweils einen dreieckigen Querschnitt aufweist. Die dargestellte Schnittansicht verläuft senkrecht zu zwei parallelen Steggraten 23. Die senkrechte Höhe der Stege über der Ebene E ist mit H bezeichnet. Die Höhe lässt sich als H = α × D angeben, wobei D die maximale Entfernung vom höchsten Punkt des Abschattungsabschnitts 17 senkrecht über E bis zu einem Rand der Sensorfläche 12 und α ein dimensionsloser Faktor ist. Die genau Festlegung von D im Fall einer quadratischen Sensoroberfläche 12 mit symmetrischem Abschirmungsabschnitt 17, der sich ausgehend von der Sensoroberfläche 12 pyramidenstumpfförmig nach außen erweitert, wird anhand von 6a und der in 6b abgebildeten senkrechten Ansicht von oben ersichtlich. D bezeichnet entsprechend der oben gegebenen Definition in diesem konkreten Fall den direkten Abstand zwischen einem Schnittpunkt zweier Steggrate und der gegenüberliegenden Ecke der Sensoroberfläche 2.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur berührungslosen Erfassung einer Venenstruktur ist in 7 in montiertem Zustand an einem Halteelement, hier einer Wand 20, gezeigt. Diese Wand 20 weist vorteilhafterweise eine Wandaussparung 21 unterhalb der Vorrichtung auf, um eine zentrierte Positionierung einer Hand 16 unter dem Sensor 11 zu ermöglichen. Ohne die Aussparung 21 in der Wand 20 müsste das Gehäuse 13 derart ausgestaltet sein, dass ein ausreichender Abstand des Sensors 11 zur Wand 20 gewährleistet wird, damit ausreichend Raum für eine vollständige Positionierung beispielsweise einer Hand 16 unter dem Sensor 11 vorhanden ist. In diesem Fall müsste die Vorrichtung allerdings deutlich größer dimensioniert werden, was sich unter praktischen, finanziellen und ästhetischen Gesichtspunkten als nachteilig erweisen kann. Alternativ müsste der Neigungswinkel der Sensoroberfläche 12 zur Rückseite des Gehäuses 13 spitzer gewählt werden. Dies würde aber zu Problemen mit der Abschattung der Sensoroberfläche 12 führen, da mehr störende Hintergrundstrahlung seitlich auf die Sensoroberfläche 12 einfallen könnte. Der Pfeil 18 zeigt die Einfallsrichtung der Sonnenstrahlen, hier beispielhaft senkrecht von oben, an. Es zeigt sich, dass die Sensoroberfläche 12 der Vorrichtung von den einfallenden Sonnenstrahlen 18 in der dargestellten Ausführungsform annährend vollständig abgewandt ausgerichtet ist. Dadurch kann sichergestellt werden, dass kaum Sonnenstrahlen 18 direkt auf die Sensoroberfläche 12 einfallen. Streustrahlung, die beispielsweise vom Boden reflektiert wird, wird durch den Abschattungsabschnitt 17 des Gehäuses 13 abgeschirmt.
In 8 ist die Vorrichtung aus 6 in montiertem Zustand an einer Wand 20 montiert zu sehen. Exemplarisch ist in dieser Figur das von einer Einrichtung zur Projektion eines elektromagnetischen Strahlungsmusters im sichtbaren Frequenzbereich erzeugte Strahlungsmuster 15 gezeigt, wobei sich die erzeugten Einzelstrahlen in einem festgelegten Schnittpunkt 22 schneiden, der einen für die Erkennung der Venenstruktur erforderlichen senkrechten Abstand zur Sensoroberfläche 12 aufweist. Somit besteht das Strahlungsmuster in allen Abständen außer dem bevorzugten aus mehreren, im abgebildeten Fall aus vier, Punkten.
Eine Hand 16 in bevorzugter Position gegenüber der Sensoroberfläche 12 ist in 19 eingezeichnet. Die Hand 16 befindet sich dabei exakt im Schnittpunkt 21 der Strahlen 15 und somit in einem für die Erkennung vorteilhaften senkrechten Abstand zur Sensoroberfläche 12. Das in dieser Position von der zu erkennenden Person wahrgenommene Strahlungsmuster 15 auf ihrer Handoberfläche ist ein einziger Punkt 21, der sich im Wesentlichen in der Mitte der Handoberfläche befinden sollte. Sobald die Hand 16 aus dieser Position herausbewegt wird, zerfällt das auf die Hand 16 projizierte Strahlungsmuster von einem einzelne Punkt 21 wieder in mehrere Einzelpunkte. Dadurch weiß die zu identifizierende Person, dass sich ihre Hand 16 in einem zur Erfassung der Venenstruktur nicht geeigneten Abstand bzw. in einer nachteiligen Ausrichtung zum Sensor 11 befindet.
Für Zwecke der ursprünglichen Offenbarung wird darauf hingewiesen, dass sämtliche Merkmale, wie sie sich aus der vorliegenden Beschreibung, den Zeichnungen und den abhängigen Ansprüchen für einen Fachmann erschließen, auch wenn sie konkret nur im Zusammenhang mit bestimmten weiteren Merkmalen beschrieben wurden, sowohl einzeln als auch in beliebigen Zusammenstellungen mit anderen der hier offenbarten Merkmale oder Merkmalsgruppen kombinierbar sind, soweit dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen wurde oder technische Gegebenheiten derartige Kombinationen unmöglich oder sinnlos machen. Auf die umfassende, explizite Darstellung sämtlicher denkbarer Merkmalskombinationen und die Betonung der Unabhängigkeit der einzelnen Merkmale voneinander wird hier nur der Kürze und der Lesbarkeit der Beschreibung wegen verzichtet.
Bezugszeichenliste

1/1'/11: Sensor
2/12: Sensorfläche
3: Hand
4: Bohrung
5: Lichtstrahlen
6: Ebene
7: Kreuzungspunkt
8: Randflächen
10/13: Gehäuse
14: Projektionseinrichtung
15: Strahlungsmuster
16: Hand
17: Abschattungsabschnitt
18: Hintergrundstrahlung
19: Innenfläche
20: Wand
21: Wandaussparung
22: Schnittpunkt
23: Steggrat
E: Ebene
H: Höhe
d/D: Abstand

Claims

Vorrichtung zur Erfassung biometrischer Merkmale von Körperteilen, ausgelegt zur berührungslosen Erfassung einer Körperteilstruktur mit einem Sensor (1) zur Erfassung der Körperteilstruktur in Form elektromagnetischer Strahlung, wobei der Sensor eine die Strahlung aufnehmende Fläche (2) aufweist, mit einem Gehäuse (3), das einen für die elektromagnetische Strahlung transparenten Abschnitt aufweist, und eine Einrichtung (4) zur Projektion eines elektromagnetischen Strahlungsmusters (5) im sichtbaren Frequenzbereich, das sich mit dem Abstand zum Sensor (1) ändert, wobei der Sensor (1) so in dem Gehäuse (3) angeordnet ist, dass von dem Körperteil ausgehende elektromagnetische Strahlung durch den transparenten Abschnitt des Gehäuse (3) auf die aufnehmende Fläche (2) des Sensors (1) fällt, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (1) ein Infrarotsensor ist, der im Betrieb der Vorrichtung die Venenstruktur eines Körperteils (6) erfasst, das in einem vordefinierten Abstand vor dem Sensor (1) positioniert ist, wobei das Strahlungsmuster (5) auf eine mit dem Körperteil (6) bewegbare Oberfläche projiziert wird, und wobei das Gehäuse (3) einen Abschattungsabschnitt (7) aufweist, der sich, ausgehend von der die Strahlung aufnehmenden Fläche (2) des Sensors (1) dergestalt erstreckt, dass er den Sensor (1) zumindest teilweise gegen von außen auf das Gehäuse (3) fallende elektromagnetische Strahlung (8) abschattet, wobei die Einrichtung (4) zur Projektion des elektromagnetischen Strahlungsmusters (5) so angeordnet und ausgestaltet ist, dass die von ihr ausgehenden Lichtstrahlen in einem für die Aufnahme einer Venenstruktur vorteilhaften Abstand ein charakteristisches elektromagnetisches Strahlungsmuster (5) erzeugen, dass sich von dem bei anderen Abständen erzeugten Strahlungsmuster (5) für das bloße menschliche Auge unterscheidet, wobei die Einrichtung (4) zur Projektion des elektromagnetischen Strahlungsmusters (5) im sichtbaren Frequenzbereich seitlich neben der aufnehmenden Fläche (2) des Sensors (1) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschattungsabschnitt (4) aufnahmeseitig um eine Höhe H = α × D senkrecht über die Ebene E hervorsteht, die von der die elektromagnetische Strahlung aufnehmenden Fläche (2) des Sensors (1) festgelegt ist, wobei D die maximale Entfernung vom höchsten Punkt des Abschattungsabschnitts (7) senkrecht über E bis zu einem Rand der aufnehmenden Fläche (2) ist und α zwischen 0,35 und 0,65, vorzugsweise zwischen 0,4 und 0,6 und am besten zwischen 0,45 und 0,55 beträgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die aufnehmende Fläche (2) des Sensors (1) von ebenen Innenflächen (9) des Abschattungsabschnitts (7) des Gehäuses (3) eingefasst ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Abschattungsabschnitt (7) ausgehend von der aufnehmenden Fläche (2) des Sensors (1) pyramidenstumpfförmig nach außen erweitert.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Abschattungsabschnitt (7) ausgehend von der aufnehmenden Fläche (2) des Sensors (1) kegelstumpfförmig nach außen erweitert.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine die aufnehmenden Fläche (2) des Sensors (1) einfassende Innenfläche (9) des Abschattungsabschnitts (7) des Gehäuses (3) mit der Ebene E einen Winkel von 30° bis 60°, vorzugsweise von 40° bis 50° und besonders bevorzugt von 45° einschließen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die aufnehmende Fläche (2) des Sensors (1) in montiertem Zustand der Vorrichtung an einem Halteelement (10) im Wesentlichen dem Boden zugewandt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die aufnehmenden Fläche (2) des Sensors (1) in montiertem Zustand der Vorrichtung an einem Halteelement (10) mit einem Lot einen Winkel von 90° bis 45°, vorzugsweise von 80° bis 55° und am besten von 70° bis 65° einschließt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Projektion des elektromagnetisches Strahlungsmusters (5) im sichtbaren Frequenzbereich an dem Gehäuse (3) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen zur Projektion des optischen Musters entlang des Umfangs der Sensorfläche und im Abstand zu dieser vorgesehen sind
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Einrichtungen (4) zur Projektion des elektromagnetisches Strahlungsmusters (5) im sichtbaren Frequenzbereich entlang des Umfangs der aufnehmenden Fläche (2) des Sensors (1) in etwa gleichen Winkelabständen um den Schwerpunkt der Fläche (2) verteilt angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (4) zur Projektion des elektromagnetisches Strahlungsmusters (5) im sichtbaren Frequenzbereich eine optische Kollimatoreinrichtung umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (4) zur Projektion des elektromagnetisches Strahlungsmusters (5) im sichtbaren Frequenzbereich Leuchtdioden aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen zur Projektion des optischen Musters jeweils einen Lichtstrahl erzeugen.
Vorrichtung zur nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen zur Projektion des optischen Musters jeweils den Ecken und Zentren der Seiten des Rechtecks nächstliegend zugeordnet sind.