DE69731415T2

DE69731415T2 - Verbessertes Gehäuse für Sicherheitsfingerabdrucksensor und zugehörige Verfahren

Info

Publication number: DE69731415T2
Application number: DE69731415T
Authority: DE
Inventors: Karl W. Mccalley; Dale R. Setlak; Steven D. Wilson; Nicolaas W. Van Vonno; Charles L. Hewitt
Original assignee: Harris Corp
Current assignee: Authentec Inc
Priority date: 1996-01-26
Filing date: 1997-01-15
Publication date: 2005-11-03
Anticipated expiration: 2017-01-16
Also published as: DE69731415D1; US5956415A; EP0786745A2; US5862248A; ATE281677T1; EP0786745B1; KR980006151A; KR100486994B1; EP0786745A3; KR970059976A; JPH09231346A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Identifizierung und Überprüfung von Personen und insbesondere das Gebiet der Erfassung und Verarbeitung von Fingerabdrücken.
Das Erfassen und Abgleichen von Fingerabdrücken ist ein zuverlässiges und weit verbreitetes Verfahren für die Identifizierung und Überprüfung von Personen. Ein übliches Verfahren bei der Identifizierung mittels Fingerabdrücken umfasst das Einscannen eines echten Fingerabdrucks oder einer Abbildung davon und das Speichern der Abbildung und/oder eindeutiger Charakteristika des Fingerabdruckbildes. Die Charakteristika eines Muster-Fingerabdrucks können mit den Daten von bereits gespeicherten Referenz-Fingerabdrücken verglichen werden, um die Identität einer Person zum Zweck der Überprüfung ordnungsgemäß festzustellen.
Bei einem üblichen elektronischen Fingerabdrucksensor wird die Fingeroberfläche mittels sichtbarem Licht, Infrarotlicht oder Ultraschallstrahlung beleuchtet. Die reflektierte Energie wird z. B. mit einer Kamera erfasst, und das entstandene Bild wird begrenzt, digitalisiert und als digitales statisches Bild gespeichert, wie in der Beschreibung des US-Patents Nr. 4,210,899 offenbart, wo ein optischer Fingerabdruck-Scanner/Leser in Zusammenarbeit mit einem Zentralrechner zum Zweck einer Zugangssicherung offenbart wird. Die Beschreibung des U.S. Patents Nr. 4,525,859 offenbart eine Videokamera zum Erfassen eines Fingerabdruckbildes, wobei die Details des Fingerabdrucks, d. h. die Verzweigungen und Enden der Fingerabdruckerhebungen verwendet werden, um Übereinstimmung mit einer Datenbank von Referenzfingerabdrücken festzustellen.
Eine optische Erfassung kann durch schmutzige Finger beeinflusst werden, ein optischer Sensor lässt sich auch durch ein Foto oder einen Ausdruck eines Fingerabdrucks statt eines echten abgegebenen Fingerabdrucks täuschen.
Für den Fall, dass ein Fingerabdruck nicht akzeptabel abgelichtet werden kann, offenbart die Beschreibung des U.S. Patents Nr. 4,947,443 eine Reihe von Anzeigelampen, die dem Benutzer mit der Angabe "angenommen" oder "abgelehnt" lediglich anzeigen, ob der gescannte Fingerabdruck akzeptiert wird, neben anderen eventuellen Möglichkeiten einer gescheiterten Identifikation durch die Anlage. Mit anderen Worten, ein weiterer Nachteil herkömmlicher Fingerabdrucksensoren ist, dass ungenaues Plazieren des Fingers auf dem Sensor dazu führen kann, dass der Rechner eine Übereinstimmung zwischen einem abgegebenen Fingerabdruck und einer Vielzahl von Referenzfingerabdrücken nicht mehr exakt und schnell feststellen kann.
Die Beschreibung des U.S. Patents Nr. 4,353,056 offenbart eine weitere Lösung zum Erfassen eines echten Fingerabdrucks. Insbesondere offenbart sie ein Array äußerst kleiner Kondensatoren, die auf einer Ebene parallel zur Erfassungsfläche der Vorrichtung angeordnet sind. Wird die Erfassungsfläche von einem Finger berührt und verformt, kann sich die Spannungsverteilung in einer Reihenschaltung der Kondensatoren ändern. Die Spannung auf den Kondensatoren wird jeweils durch Multiplexverfahren bestimmt.
Die Beschreibung des U.S. Patents Nr. 5,325,442 offenbart einen Fingerabdrucksensor, der eine Vielzahl von Messelektroden umfasst. Aktives Ansprechen der Messelektroden wird durch eine jeder Messelektrode zugeordnete Schalteinrichtung ermöglicht.
Die Europäische Patentanmeldung Nr. 0379333 offenbart eine sichere Datenaustauschanlage, bei welcher eine intelligente Karte als tragbare Vorrichtung benutzt wird, die feststellt, ob die Benutzerstation gültig ist, und die Benutzerstation wiederum feststellt, ob die Karte gültig ist. Unbefugte Benutzer werden mittels Scannen einer physischen Charakteristik des Benutzers, z. B. eines Fingerabdrucks ausgefiltert, der dann mit Vergleichsdaten verglichen wird, die in der tragbaren Vorrichtung gespeichert sind. Die Daten werden in der Benutzerstation in einem Speicher abgelegt, dessen Inhalt bei Stromunterbrechung gelöscht wird. Daher wird die Sicherheit der Anlage dadurch erhöht, dass unbefugte Benutzung einer Benutzerstation erheblich erschwert wird. Die Anlage umfasst Schutzvorrichtungen zur Verhinderung von Manipulation und Kodiervorrichtungen zum Kodieren und Dekodieren von Daten am Interface zwischen der tragbaren Vorrichtung und der Benutzerstation.
Das US-Patent Nr. 5,309,387 offenbart ein Modul, das gegen unbefugte Manipulation geschützt ist, zur Sicherung gespeicherter Daten. Das Modul weist ein Substratpaar als Verbund auf, um vertrauliche Daten innerhalb des Moduls einzuschließen. Auf den Substrataußenflächen ist eine Vielzahl von Transistoren als Speicherdetektoren vorgesehen. Diese Speicherdetektoren sind unter normalen Bedingungen funktionsfähig, werden jedoch bei unbefugter Manipulation an der Substrataußenfläche funktionsunfähig. Wird ein unbefugter Eingriff detektiert, werden die vertraulichen Daten im Modul gelöscht.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Nachteil von herkömmlichen Fingerabdrucksensoren zu überwinden, nämlich dass die Leitungen und die optischen, Ultraschall- oder kapazitiven Komponenten im Inneren eines herkömmlichen Fingerabdrucksensors manipuliert werden können, so dass sie einem zugeordneten Ausrüstungsteil ein falsches Zulassungssignal senden. Aber auch wenn der Sensor exakt und zuverlässig arbeitet, kann er leicht umgangen werden, um Zugang zu Ausrüstung oder Eintritt in einen Bereich zu erlangen, die/der durch den Fingerabdrucksensor geschützt werden soll.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Fingerabdrucksensor und entsprechende Verfahren bereitzustellen, um einen Fingerabdruck exakt zu erfassen, wobei der Sensor robust, kompakt, zuverlässig und relativ preiswert ist, und eine sichere Fingerabdrucksensoranordnung oder -modul und entsprechende Verfahren bereitzustellen, um gegen versuchte Umgehung oder Manipulation beständig zu sein.
Diese Aufgaben werden durch die Sensoranordnung und das Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bzw. 12 gelöst.
Vorzugsweise kann die Fingerabdrucksensoranordnung einen Prozessor aufweisen, der funktionell zwischen dem Fingerabdrucksensor und dem Kodierausgabegerät geschaltet ist. Zusätzlich kann die Anordnung auch Referenzfingerabdruckspeicher enthalten zur Ablage von Referenzfingerabdruckdaten. Entsprechend weist der Prozessor vorzugsweise Referenzfingerabdruckvergleichsmittel zur Feststellung auf, ob ein abgetasteter Fingerabdruck mit einem gespeicherten Fingerabdruck übereinstimmt. Um die Sicherheit der gespeicherten Referenzfingerabdruckdaten weiter zu erhöhen, weist die Sensoranordnung vorzugsweise auch Entfernungsmittel zum Entfernen von Referenzfingerabdruckdaten aus den Fingerabdruckspeichermitteln als Reaktion auf unbefugte Manipulation auf.
Vorteilhafterweise weist der Fingerabdrucksensor vorzugsweise einen integrierten Schaltkreis mit einem Außenflächenbereich auf, an den ein Finger angelegt wird. Das Gehäuse wiederum ist vorzugsweise mit einer Durchgangsöffnung versehen, die entsprechend an die Außenfläche des integrierten Schaltkreises angepasst ist. Vorzugsweise werden Versiegelungsmittel bereitgestellt zum Versiegeln eines Übergangs zwischen dem Außenflächenbereich des integrierten Schaltkreises und benachbarten Gehäusebereichen. Das Versiegelungsmittel kann den Übergang mit einem Wulst aus Versiegelungsmaterial versiegeln. Die Versiegelungsmittel können auch eine hermetische Versiegelung zwischen der umgebenden Schicht aus Plastikformmaterial und benachbarten Bereichen des integrierten Schaltkreises umfassen.
Der integrierte Schaltkreis kann eine Außenschicht aus Silikonnitrid umfassen als Schutz gegen Verunreinigungen z. B. durch Fingerkontakt. Zusätzlich kann der integrierte Schaltkreis eine Außenschicht aus Silikonkarbid oder Diamant umfassen, um die Abriebfestigkeit zu erhöhen.
Die vorliegende Erfindung umfasst eine Fingerabdrucksensoranordnung mit einem manipulationsgeschützten Gehäuse; einen Fingerabdrucksensor, welcher in dem Gehäuse angeordnet ist; und Kodierausgabemittel, welche in dem Gehäuse angeordnet sind und funktionell mit dem Fingerabdrucksensor verbunden sind, um ein kodiertes Ausgangssignal zu erzeugen, das einen erfassten Fingerabdruck betrifft, mit einem Prozessor, der funktionell zwischen den Fingerabdrucksensor und die Kodierausgabemittel geschaltet ist.
Vorteilhafterweise wird ein Verfahren bereitgestellt zur Herstellung und zum sicheren Betrieb einer Fingerabdrucksensoranordnung eines Typs, der einen Fingerabdrucksensor enthält. Das Verfahren umfasst vorzugsweise die Schritte: Anordnen des Fingerabdrucksensors in einem manipulationsgeschützten Gehäuse, und im manipulationsgeschützten Gehäuse Erzeugen eines kodierten Ausgangssignals, welches einen Fingerabdruck von dem erfassten Fingerabdrucksensor betrifft. Das Verfahren kann auch die folgenden Schritte umfassen: Speichern von Referenzfingerabdruckdaten im Gehäuse, und Feststellen innerhalb des manipulationsgeschützten Gehäuses, ob ein erfasster Fingerabdruck mit einem gespeicherten Referenzfingerabdruck übereinstimmt. Um die Sicherheit weiter zu erhöhen, kann das Verfahren außerdem den Schritt umfassen: Entfernen von Referenzfingerabdruckdaten aus dem manipulationsgeschützten Gehäuse als Reaktion auf unbefugten Eingriff.
Die Erfindung umfasst auch ein Verfahren zur Herstellung und zum sicheren Betrieb einer Fingerabdrucksensoranordnung eines Typs, der einen Fingerabdrucksensor enthält, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Anordnen des Fingerabdrucksensors in einem manipulationsgeschützten Gehäuse;
Erzeugen eines kodierten Ausgangssignals in dem manipulationsgeschützten Gehäuse, welches einen erfassten Fingerabdruck von dem Fingerabdrucksensor betrifft, Speichern von Referenzfingerabdruckdaten im Gehäuse, und
Feststellen in dem manipulationsgeschützten Gehäuse, ob ein erfasster Fingerabdruck mit einem gespeicherten Referenzfingerabdruck übereinstimmt.
Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert; diese zeigen in
1 ein schematisches Diagramm des Fingerabdrucksensors in Kombination mit einem Notebookcomputer;
2 ist ein schematisches Diagramm des Fingerabdrucksensors in Kombination mit einer Computerworkstation und zugehörigem datenverarbeitendem Computer und lokalem Netzwerk (LAN);
3 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Fingerabdrucksensors;
4 ist eine schematische Draufsicht auf einen Bereich des Sensors und ein überlagerndes Fingerabdruckmuster, wobei ein Bereich zur Verdeutlichung der Darstellung stark vergrößert ist;
5 ist eine stark vergrößerte Draufsicht auf einen Bereich des Fingerabdrucksensors, wobei die dielektrische Deckschicht zur Verdeutlichung der Darstellung entfernt ist;
6 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Bereichs des Fingerabdrucksensors;
7 ist eine schematische Teilansicht eines Bereichs des Fingerabdrucksensors;
8 ist eine teilweise geschnittene schematische Seitenansicht zur Darstellung der Elektrischen Felder;
9 ist ein schematisches Schaltbild eines Bereichs des Fingerabdrucksensors;
10 ist eine schematische, teilweise geschnittene vergrößerte Seitenansicht zur weiteren Darstellung der Elektrischen Felder;
11 ist ein schematisches Blockschaltbild des Fingerabdrucksensors mit zugehörigen Schaltungen gemäß einer Ausführungsform;
12 ist ein schematisches Blockschaltbild des Fingerabdrucksensors mit zugehörigen Schaltungen gemäß einer weiteren Ausführungsform;
13 ist ein schematisches Blockschaltbild einer Ausführungsform eines Sensorstromkreises;
14 ist ein schematisches Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform eines Sensorstromkreises;
15 ist ein schematisches Blockschaltbild zur Darstellung einer Vielzahl von Sensoreinheiten;
16 ist ein schematisches Blockschaltbild einer Ausführungsform eines Bereichs der Signalverarbeitung für den Fingerabdrucksensor;
17 ist ein schematisches Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform eines Bereichs der Signalverarbeitung für den Fingerabdrucksensor;
18 ist ein schematisches Blockschaltbild noch einer weiteren Ausführungsform eines Bereichs der Signalverarbeitungsschaltung für den Fingerabdrucksensor;
19 ist ein schematisches Blockschaltbild noch einer weiteren Ausführungsform eines Bereichs der Signalverarbeitung für den Fingerabdrucksensor;
20 ist ein schematisches Schaltbild noch einer weiteren Ausführungsform eines Bereichs der Signalverarbeitung für den Fingerabdrucksensor, das eine Widerstandsmatrix für dynamische Kontrastverstärkung darstellt;
21 ist ein schematisches Schaltbild noch einer weiteren Ausführungsform eines Bereichs der Signalverarbeitung für den Fingerabdrucksensor, das die Anwendung einer Kondensatormatrix für dynamische Kontrastverstärkung darstellt;
22 ist ein schematisches Blockschaltbild einer Ausführungsform der Fingerabdrucksensoranordnung;
23 ist ein schematisches Schaltbild einer weiteren Ausführungsform der Fingerabdrucksensoranordnung;
24 ist ein schematisches Blockschaltbild einer weiteren Ausführung des Sensors zur Darstellung der nahezu Istzeit-Positionsrückmeldung der Fingerplazierung;
25 ist ein schematisches Blockschaltbild eines Computers zur Darstellung der nahezu Istzeit-Positionsrückmeldung der Fingerplazierung; und
26 ist ein schematisches perspektivisches Schaltbild eines Fingerabdrucksensors mit Anzeigemitteln zur Darstellung der nahezu Istzeit-Positionsrückmeldung der Fingerplazierung.
Gleiche Ziffern beziehen sich durchgehend auf gleiche Komponenten. Verschiedene Merkmale, insbesondere Finger und Schichten, sind zur Verdeutlichung der Beschreibung in den Zeichnungen stark vergrößert.
Unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 wird zunächst der Fingerabdrucksensor 30 beschrieben. Der dargestellte Sensor 30 umfasst ein Gehäuse bzw. Anordnung 51, eine dielektrische Schicht 52, die auf einer Oberseite der Anordnung frei liegt und eine Aufnahmefläche für den Finger bildet, und eine Vielzahl von Signalleitern 53. Ein Leitstreifen bzw. eine Elektrode 54 um den Umfang der dielektrischen Schicht 52 herum bildet auch eine Kontaktelektrode für den Finger wie unten näher beschrieben. Der Sensor 30 kann Ausgangssignale unterschiedlicher Stufen liefern, abhängig von den Verarbeitungsstufen, welche in der Anordnung integriert sind.
Der Fingerabdrucksensor 30 wird zum Zweck der Identifizierung oder Überprüfung von Personen verwendet. Zum Beispiel wird der Sensor 30 dazu verwendet, Zugang zu einer Computerworkstation zu gewähren, wie einem Notebook 35, einschließlich Tastatur 36 und zugehörigem klappbarem Bildschirm 37 (1). Mit anderen Worten darf dem Benutzer nur dann Zugang zu Daten und Programmen auf dem Notebook 35 gewährt werden, wenn zuvor der abgefragte Fingerabdruck abgetastet wurde.
Eine weitere Anwendungsmöglichkeit des Fingerabdrucksensors 30 wird insbesondere unter Bezugnahme auf 2 dargestellt. Der Sensor 30 kann dazu verwendet werden, Zugang zu einer festen Workstation 41 für eine Computeranlage 40 zu gewähren oder zu verweigern. Die Anlage kann eine Vielzahl solcher Workstations 41 umfassen, die durch ein lokales Netzwerk (LAN) 43 vernetzt sind, das wiederum mit einem Fingerabdruckidentifikationsserver 43 und einem Gesamtzentralrechner 44 verbunden ist.
Nun wird auf die 4 bis 10 Bezug genommen; hier umfasst der Fingerabdrucksensor 30 eine Vielzahl von einzelnen Pixeln bzw. Erfassungselementen 30a, die in einem Array angeordnet sind, wie am besten in den 4 und 5 gezeigt. Die Erfassungselemente sind relativ klein, um die Erhebungen 59 und die dazwischen liegenden Vertiefungen 60 eines üblichen Fingerabdrucks (4) erfassen zu können. Ablesen von echten Fingerabdrücken, z. B. durch den E-Feld-Sensor 30 ist wohl zuverlässiger als eine optische Erfassung, weil die Leitfähigkeit der Fingerhaut in dem Muster von Erhebungen und Vertiefungen äußerst schwierig zu imitieren ist. Demgegenüber ist ein optischer Sensor zum Beispiel mit einem vorbereiteten Foto oder in ähnlicher Weise mit einer Abbildung eines Fingerabdrucks ohne weiteres zu täuschen.
Der Sensor 30 umfasst ein Substrat 65 und darauf eine oder mehrere aktive Halbleiterschichten 66. Eine Grundebenen-Elektrodenschicht 68 liegt auf der aktiven Schicht 66 und ist von dieser durch eine Isolierschicht 67 getrennt. Eine Steuerelektrodenschicht 71 liegt auf einer weiteren dielektrischen Schicht 70 und ist mit einem Erregungs-Steuerverstärker 74 verbunden. Das Erregungs-Steuersignal kann üblicherweise im Bereich von etwa 1 kHz bis 1 mHz liegen und wird gleichmäßig über den gesamten Array abgegeben. Die Steuer- bzw. Erregungselektronik ist daher relativ unkompliziert, und die Gesamtkosten des Sensors 30 können reduziert werden, während die Zuverlässigkeit steigt.
Eine weitere Isolierschicht 76 liegt auf der Steuerelektrodenschicht 71, und eine beispielhafte rund ausgebildete Messelektrode 78 liegt auf der Isolierschicht 76. Die Messelektrode 78 kann an die Messelektronik 73 angeschlossen sein, die auf der aktiven Schicht 66 gebildet ist, wie schematisch gezeigt.
Eine eckige Schirmelektrode 80 umgibt die Messelektrode 78 in einem Abstand. Die Messelektrode 78 und die umgebende Schirmelektrode 80 können auch andere Formen haben z. B. hexagonal, um eine dichtgepackte Anordnung oder Matrix von Pixeln bzw. Messelementen 30a zu erleichtern. Die Schirmelektrode 80 ist ein aktiver Schirm und wird von einem Bereich des Ausgangs des Verstärkerschaltkreises 73 gesteuert, um die Elektrisch Feldenergie besser zu fokussieren und auch, damit benachbarte Elektroden in geringerem Maße gesteuert werden müssen. Der Sensor 30 erlaubt somit, dass alle Sensorelemente mit einem kohärenten Steuersignal gesteuert werden, was in markantem Gegensatz zu Sensoren des Standes der Technik steht, wo jede Messelektrode individuell gesteuert werden muss.
Die 8 bis 10 betreffen die Erregungselektrode 71, die für die Messelektrode 78 ein erstes Elektrisches Feld erzeugt und zwischen der Messelektrode 78 und der Oberfläche des Fingers 79 ein zweites Elektrisches Feld in den Abständen d1 bzw. d2. Mit anderen Worten, es wird ein erster Kondensator 83 (9) zwischen der Erregungselektrode 71 und der Messelektrode 78 definiert und ein zweiter Kondensator 85 zwischen der Haut des Fingers 79 und Erde. Die Kapazität des zweiten Kondensators 85 variiert abhängig davon, ob die Messelektrode 78 in der Nähe einer Erhebung oder einer Vertiefung ist. Somit kann der Sensor 30 als kapazitiver Spannungsteiler gestaltet werden. Die von der Spannungsfolgeverstärkereinheit bzw. dem Verstärker 73 erfasste Spannung ändert sich daher mit dem Abstand d2.
Die Messelemente 30a arbeiten im allgemeinen bei sehr schwachem Strom und sehr hoher Impedanz. Das Ausgangssignal jeder Messelektrode 78 liegt z. B. vorzugsweise bei etwa 5 bis 10 Millivolt, um Rauscheffekte zu verringern und weitere Signalverarbeitung zu ermöglichen. Der Durchmesser jedes Messelements 30a, definiert durch die Außenabmessung der Schirmelektrode 80, kann bei etwa 0,002 bis 0,005 Zoll liegen. Die dielektrische Erregungsschicht 76 und die dielektrische Oberflächenschicht 54 haben vorzugsweise eine Dicke im Bereich von etwa 1 μm. Die Grundebenen-Elektrode 68 schirmt die aktiven Elektronikvorrichtungen gegen die Erregungselektrode 71 ab. Eine relativ dicke dielektrische Schicht 67 reduziert die Kapazität zwischen diesen zwei Strukturen und reduziert dadurch den Strom, der zum Steuern der Erregungselektrode benötigt wird. Die verschiedenen Leiter für die Elektroden 78, 80 zum Durchführen der Signale zum aktiven Elektronikschaltkreis können ohne weiteres hergestellt werden, wie der Fachmann verstehen wird. Darüber hinaus können die gezeigten Signalpolaritäten ohne weiteres vertauscht werden.
Die Gesamtkontakt- oder Messfläche des Sensors 30 kann vorzugsweise etwa 0,5 mal 0,5 Zoll betragen – eine Größe, die ohne weiteres herstellbar ist und dennoch eine ausreichend große Oberfläche für präzise Erfassung und Identifizierung eines Fingerabdrucks bereitstellt. Der erfindungsgemäße Sensor 30 hat auch relativ hohe Toleranzgegenüber Blind-Pixeln bzw. Messelementen 30a. Ein üblicher Sensor 30 umfasst ein Array aus etwa 256 × 256 Pixeln bzw. Sensorelementen, allerdings liegen auch andere Arraygrößen im Rahmen der Erfindung. Der Sensor 30 kann auch im Ganzen gefertigt werden hauptsächlich durch Verwendung herkömmlicher Halbleiterherstellungstechniken, wodurch die Herstellungskosten erheblich gesenkt werden.
Unter Bezugnahme auf die 11 wird das funktionelle Partitionieren eines Gerätes 90 mit einem Fingerabdrucksensor 30 beschrieben. Das Fingerabdrucksensorgerät 90 kann mit einem oder mehreren der folgenden Merkmale gestaltet werden, Bereitstellen eines Fingerabdruck-Wegsensors, Bereitstellen eines Auslösers bei vorhandenem Abbild, Bereitstellen einer Analog-Digital-Umwandlung, Bereitstellen einer Vollbilderfassung und Ganzheits-Feststellung eines Abbildes, Bereitstellen einer Kontrastverstärkung und Normierung, und Bereitstellen einer Abbild-Binärisierung. Bei der dargestellten Ausführungsform wird der Sensor 30 an einen Parallelprozessor und Speicherarray 92 angeschlossen, und über das dargestellte Interface 91 mit dem Steuerprozessor 93 verbunden. Der Parallelprozessor 92 kann die Festlegung von Abbildungsqualität und Sperren bereitstellen; Kantenverstärkung sowie Glätten und Verdünnen bereitstellen; Rillenverlaufsvektoren erzeugen, die Vektoren glätten und Rillenverlaufs-Charakteristika erzeugen, wie sie für Fingerabdrucksabgleich gewünscht werden; Identifizierung des Mittelpunktes des Fingerabdrucks; Erzeugen, Glätten und Säubern von Kurven; und eine Identifizierung von minutiösen Details bereitstellen. Der dargestellte Steuerrechner 93 kann Registrierung und Abgleich von minutiösen Details bereitstellen sowie deren Speicherung, Zulassungscodes erstellen und mit dem Zentralrechner über das dargestellte Interface 94 kommunizieren. Der dargestellte lokale nicht-flüchtige Speicher 95 kann auch im Gerät 90 eingeschlossen sein.
Das Gerät 100 in 12 zeigt eine Variante des Geräts 90 von 11. Diese Ausführungsform umfasst eine Zwei-Chip-Ausführung der Sensor- und Prozessorelektronik. Das Gerät 100 umfasst einen Sensorchip 96 und einen Berechtigungschip 97, der über ein lokales Speicherbusinterface 99 angeschlossen ist. Ein Scansteuerprozessor 98 ist in der dargestellten Ausführungsform gemäß 12 ebenfalls enthalten, wobei die übrigen funktionellen Komponenten die gleichen sind wie in 11.
Demodulation und Vorverarbeitung der erfassten Signale vom Sensor 30 werden unter Bezugnahme auf die 13 und 14 erläutert. Beide dargestellte Schaltkreise 110, 120 verwenden bevorzugt Wechselstromenegung. Darüber hinaus ist die Amplitude der Spannung auf den Sensor proportional zu der Wegstrecke auf der lokalen Grundebene, und daher muss das Signal vor der weiteren Verwendung demoduliert werden. 13 zeigt eine lokale Vergleichseinrichtung 112, damit die Steuerung die A/D Umwandlung parallel durchführen kann. Der Prozessor kann eine Sequenz einer Referenzspannung auf eine ganze Zeile oder Spalte von Pixeln bzw. Sensorelementen 30a übergeben und die Übergänge auf den Sig0-Leitungen überwachen. Eine nachgeschaltete Näherungsumwandlung könnte schrittweise durchgeführt werden, zunächst in großen Schritten, dann in immer kleineren Schritten über einen kleineren Bereich, was der Fachmann auf diesem Gebiet ohne weiteres verstehen wird. Der Ausgang Sig0 kann ein binärer Busanschluss sein, und der Ausgang SigA ist ein demoduliertes Analogsignal, das als Teil eines Schaltkreises verwendet werden kann, der eine analoge Referenzspannung erzeugt.
Der in 14 dargestellte Schaltkreis 120 ist mit einem Speicher ausgestattet, um Kontrastverstärkung lokal bei allen Sensoreinheiten bzw. Pixeln gleichzeitig durchzuführen. Zur Berechnung kann die Analogvergleichseinrichtung 112 als Entscheidungskomponente verwendet werden. Das binarisierte Ausgangsabbild kann aus den Binärschieberegistern herausgeschoben werden, die durch die gezeigten Kippglieder 113 bereitgestellt werden. Alternativ könnte das Ausgangsabbild ausgelesen werden wie bei herkömmlicher Speicherarray-Adressierung, wie dem Fachmann ohne weiteres klar ist. Da der Schaltkreis 120 selbst einen lokalen Speicher hat, braucht er keine separaten Puffersätze zur Speicherung der Pixeldaten.
Schwankungen der Leitfähigkeit bzw. Verunreinigung der Haut kann zu Phasenverschiebung des E-Feld-Signals führen. Dementsprechend umfassen die elektronischen Aufbereitungsschaltungen 110, 120 in 13, 14 vorzugsweise einen Synchrondemodulator bzw. Detektor 111, so dass der gesamte Schaltkreis gegenüber solchen Schwankungen der Leitfähigkeit weniger empfindlich ist.
Zwischenschaltungen der Sensoreinheiten bzw. Pixel 30a in einem Array-Bereich sind in 15 schematisch dargestellt. Zu sehen sind Transferstraßen 121 für Spaltendaten, Transferstraßen 122 für Zeilendaten und Vergleichsreferenzlinien 123, die mit dem Array der Sensoreinheiten 30a verbunden sind. Die Zwischenschaltungen werden vorzugsweise in einem 8 × 8-Sensoreinheitenblock hergestellt, allerdings sind auch andere Ausgestaltungen im Rahmen der vorliegenden Erfindung.
Der Prozessorschaltkreis wird unter Bezugnahme auf die 16 und 17 erläutert. Der Schaltkreis 130 in 16 umfasst ein CCD-Element bzw. CCD-Schieberegister 131, das wiederum eine Vielzahl individueller Schieberegister 135 aufweist. Die Schieberegister 131 funktionieren als Anzapf-Verzögerungsleitung, um die Bildsignalverarbeitung zu erleichtern. Die Register 135 speisen entsprechende A/D-Wandler 132, deren Betrieb von dem dargestellten Blockprozessor 134 gesteuert wird. Die Messverstärkerausgänge sind an die CCD-Analogschieberegister 135 angeschlossen, wobei jedes Schieberegister einer Pixelreihe zugeordnet ist. Eine Datenreihe wird dann aus dem Register herausgeschoben, z. B. in einen A/D-Wandler 132, der als aktives Konvertierungsgerät dient. Jedes Pixel wird in ein digitales 8-Bit-Wort umgewandelt, sobald es im Wandler eintrifft. Der Konvertierungsvorgang und die A/D-Referenzspannung werden von Blockprozessoren gesteuert, wobei ein Blockprozessor eine oder mehrere Zeilen steuert, wie z. B. 16 Zeilen je Prozessor. Dynamische Kontrastkorrektur kann in begrenztem Maß erreicht werden anhand von Daten aus der vorherigen Pixelkonvertierung, um die Referenzspannung zu skalieren; jedoch kann nachfolgend immer noch erhebliche Digitalbildbearbeitung erforderlich sein.
Der Schaltkreis 140 in 17 ist dem in 16 ähnlich. In 17 steuert der dargestellte Blockprozessor 134 eine Vergleichseinrichtung 141 zur Bereitstellung der Bildausgangssignale, wie dem Fachmann auf diesem Gebiet ohne weiteres klar ist.
Nun wird auf 18 Bezug genommen; diese Ausführungsform eines Schaltkreises 150 ist der in 11 dargestellten Ausführungsform ähnlich. Der Schaltkreis 150 in 18 umfasst beispielhaft ein 16 × 16 Array von Sensoreinheiten bzw. Bildzellen 30b, die von den dargestellten Einheiten selektiv angesprochen und gelesen werden, nämlich dem Zeilenwahl-Dateneingangs-Multiplexer 151, Spaltenwahl-Bustreibern 153 und Vergleichs-Referenzspannungsteilern 152. Sobald eine Abbildung durch die E-Feld-Messelektroden erfasst und digitalisiert ist, können aus der Abbildung Fingerabdruckmerkmale entnommen werden. 18 ist eine High-Level-Ansicht eines Sensors, der an einen Block von Digitalsignalprozessoren 92 angeschlossen ist. In diesem Beispiel ist ein Array von 128 × 128 Pixeln in ein Array von 16 × 16 Bildzellen 30b unterteilt, wobei jede Bildzelle aus einem Array von 8 × 8 Pixeln gebildet ist.
Jede Bildzelle 30b hat eine einzelne Vergleichsreferenzlinie für die ganze Zelle. Wenn eine Zelle 30b gescannt wird, überwacht ein Parallelprozessor die Referenzspannung für diese Zelle 30b und zeichnet die digitalisierten Signale für alle Sensoren in dieser Zelle auf.
Während die Sensoren in der Zelle 30b gescannt werden, kann der Prozessor gleichzeitig die Daten von der Zelle korrelieren und somit eine vorläufige Schätzung der Richtung des Rillenverlaufs in dieser Zelle erzeugen. In der dargestellten Ausführungsform überwacht ein Kontrollrechner 93 das Scannen und Digitalisieren der Sensorsignale und überwacht einen Block von Parallelprozessoren 92, die Merkmalsextraktion und Abgleichfunktionen ausführen. Die anderen dargestellten Komponenten sind den oben unter Bezug auf 11 erläuterten ähnlich.
Nun wird auf 19 Bezug genommen, die einen 4 × 4-Prozessor-Matrixschaltkreis 180 darstellt, wie er beispielsweise für die Realisierung der Verarbeitung der Fingerabdruckdetails nach Art einer Pipeline eingesetzt werden kann. Der Schaltkreis 180 umfasst ein Prozessor-Array 184, einen Sensor-Array E/A-Bereich 181, ein nicht-flüchtiges Speicherinterface 182 und die dargestellte Takt- und Steuereinheit 182 des Mehrfach-Prozessor-Arrays. Der dargestellte Schaltkreis 180 dient der Identifizierung und Auffindung der eindeutigen Details eines Fingerabdrucks, um Übereinstimmung zwischen einem erfassten Fingerabdruck und einer Vielzahl von Referenzfingerabdrücken festzulegen. Mit anderen Worten, der Prozessor 184 kann die Details mit einem Satz bereits gespeicherter Referenzdetails abstimmen und so den Identifizierungsvorgang beenden. Bei sicherer Identifizierung kann der Schaltkreis 180 beispielsweise einen externen Prozessor benachrichtigen, d. h. über ein Hostrechner-Interface eine entsprechend verschlüsselte Nachricht senden.
Grundsätzlich ist es erforderlich, über die ganze Fläche des Fingerabdrucks ausreichenden Kontrast zwischen den Erhebungen und den Vertiefungen des Fingerabdrucks sicherzustellen. Der Schaltkreis 160 in 20 ist eine schematische Darstellung eines Widerstandsnetzes bzw. einer Matrix 161, die eine Vielzahl zusammengeschalteter Widerstände 162 umfasst zur Bereitstellung dynamischer Kontrastverstärkung für das Pixel-Array 30a. Der Einfluss benachbarter Pixel wird genutzt, um die Ausgangsleistung der einzelnen Pixel zu normieren und dabei ausreichenden Kontrast zu liefern. Der Schaltkreis umfasst ein Verstärkerpaar 163, 164 zur Bereitstellung der Ausgangssignale für Kontrastverstärkung.
Jeder Pixelwert wird bestimmt durch Vergleich des Sensorsignals mit einem Referenzsignal, welches das Blockreferenzsignal mit dem gewichteten Mittel der Signale aller Sensoren in der unmittelbaren Umgebung aufsummiert. Das Widerstandsnetz- bzw. Matrixquadrat liefert die benötigten gewichteten Mittelwerte gleichzeitig zu allen Pixel-Vergleichsmitteln. Die globale Blockreferenzleitung 165 wird vorzugsweise in Treppenwellenform gesteuert, während die Ausgangsleistungen des Vergleichers auf Zustandsänderung überwacht werden. Der Graustufenwert der einzelnen Pixel kann dadurch bestimmt werden, dass festgehalten wird, welche Stufe der Treppe bei dem jeweiligen Pixelvergleicher eine Zustandsänderung verursacht.
Eine Variante der dynamischen Kontrastverstärkung wird unter Bezugnahme auf den Schaltkreis 170 in 21 erläutert. Dynamische Kontrastverstärkung kann auch durch ein Array 172 aus Kondensatoren 171 verwirklicht werden, welche die Pixelknoten 174 vernetzen. In dieser Ausführungsform erhält das Array 172 ein Wechselstromsignal, welches vom Synchrondemodulator 175 abgeleitet ist, wie oben ausführlicher beschrieben. Die Kondensatoren 171 dienen als Wechselstromimpedanznetz, das die Wechselstromsignale analog zum Verhalten des Widerstandsnetzes 161 (20) für Gleichstromsignale verteilt und mittelt. In dem Schaltkreis 170 zur Wechselstrom-Kontrastverstärkung wird die Tiefpassfilterung, die in anderen Ausführungsformen Teil des Demodulator-Schaltkreises sein kann, zum Schaltkreisbereich des Vergleichers 177 bewegt. Das Kondensatorarray 172 kann mittels herkömmlicher Halbleiterherstellungstechniken leicht ausgeführt werden und bietet gegenüber einem Widerstandsarray den Vorteil relativ geringer Größe.
Der Widerstandsmatrixschaltkreis 160 und der Kondensatormatrixschaltkreis 170 können die Gewichtung für Bildkontrastverstärkung bereitstellen. Alternativ kann eine solche Verstärkung mittels nachgeschalteter Software durchgeführt werden, wobei aber der ganze Vorgang relativ lange dauern kann. Dementsprechend kann die Verarbeitungsgeschwindigkeit aufgrund der Anordnung der Widerstandsmatrix und der Kondensatormatrix insgesamt gesteigert werden. Zusätzlich kann mit dieser Vorverarbeitung beim Sensor 30 bei manchen Ausführungsformen die A/D-Umwandlung von einem 8-Bit-A/D-Wandler zu einem 1-Bit-Wandler entspannt werden bei immer noch hoher Geschwindigkeit und relativ niedrigem Preis. Beispielsweise kann bei manchen Anwendungen die Verarbeitung des Fingerabdruckbildes und Feststellung von Übereinstimmung vorzugsweise nur einige Sekunden dauern, um den Benutzer nicht zu frustrieren.
Unter Bezugnahme auf die 22 wird nun ein weiterer Aspekt der Erfindung beschrieben, wobei der Sensor 30 in einer sicheren Sensoranordnung 190 untergebracht sein kann. Der Sensor 30 ist vorzugsweise verbiege- bzw. verschiebefest montiert, so dass der Chip oder die Elektroanschlüsse nicht mechanisch belastet werden. Insbesondere kann die Gesamtanordnung ein manipulationsgeschütztes Gehäuse 191 umfassen. Das Gehäuse 191 kann beispielsweise aus Hartkunststoff oder Metall bestehen, die stabil und widerstandsfähig gegen Schneiden, Schleifen oder Sägen sind. Alternativ kann das Gehäuse 191 aus einem Werkstoff bestehen, der zerbröckelt und die eingebauten Schaltkreiskomponenten zerstört, wenn Eindringen durch Schneiden, Auflösen oder auf andere Art versucht wird.
Die Sensoranordnung 190 umfasst auch die dargestellten Elemente, das Substrat 195, den Prozessor 192, den zerstörbaren Speicher 195 und den Kodierausgangsschaltkreis 194. Insbesondere der Kodierausgangsschaltkreis 194 stellt ein Ausgangssignal bereit, das nur in der dafür vorgesehenen nachgeschalteten Vorrichtung dekodiert werden kann. Die Beschreibungen der U.S. Patente Nr. 4,140,272; 5,337,357; 4,993,068 und 5,436,972 offenbaren jeweils verschiedene Kodierungsmodelle.
Die Ausgangsleistung der Sensoranordnung 190 kann über Elektroleitungen bzw. Anschlüsse zu zugehöriger, nachgeschalteter Dekodierungsausrüstung übertragen oder auch induktiv oder optisch an entsprechende Ausrüstung gekoppelt werden, wie dem Fachmann ohne weiteres klar ist. Wie dem Fachmann ebenfalls ohne weiteres klar ist, können elektrische oder andere Schutzschaltungen auf dem Kodierausgangsbereich bereitgestellt werden um sicherzustellen, dass Daten, wie eine im Speicher 193 abgelegte Datenbank von Fingerabdrücken, nicht ohne weiteres mittels Verbindung von/nach außen und/oder Signalmanipulation lesbar sind.
Sensor 30 und Prozessor 192 können so gestaltet sein, dass sie jedes beliebige im Sensor integrierte Verarbeitungsmerkmal bereitstellen. Beispielsweise kann der kodierte Ausgang ein Originalbild sein, ein verarbeitetes Bild, detaillierte Fingerabdruckdaten, eine Anzeige einer Ja/Nein-Übereinstimmung, oder Personenidentifizierung und digitale Signaturschlüssel.
Die dargestellte Sensoranordnung 190 umfasst auch einen Wulst 196 aus Dichtungsmaterial am Übergang zwischen der dielektrischen Deckschicht 52 des Sensors 30 und den angrenzenden Bereichen des Gehäuses 191. Auch andere Dichtungsanordnungen sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung, wie die vorteilhafte Bereitstellung einer Flüssigkeitsdichtung am Übergang zwischen der freiliegenden dielektrischen Deckschicht und den angrenzenden Gehäusebereichen. Darüber hinaus kann eine Reinigungsflüssigkeit zur regelmäßigen Reinigung des Fensters und zur Verringerung von Verunreinigungen verwendet werden. Da als Reinigungsflüssigkeit vermutlich verschiedene Alkohole wie beispielsweise Isopropylalkohol verwendet werden, sollten das Gehäuse 191 und der Dichtwulst 196 vorteilhafterweise beständig gegenüber solchen Chemikalien sein.
In 23 ist eine weitere Sensoranordnung 220 dargestellt, wobei die Probleme und Lösungen bezüglich einer Anordnung eines integrierten Schaltkreises gemäß der vorliegenden Erfindung erörtert werden. Wie dem Fachmann ohne weiteres klar ist, schafft ein Fingerabdrucksensor mit integriertem Schaltkreis spezifische Schwierigkeiten bei der Anordnung, weil er von dem zu scannenden Finger berührt werden muss. Bei der Herstellung herkömmlicher integrierter Schaltkreise ist es üblich, eine Berührung mit dem integrierten Schaltkreis zu vermeiden, unter anderem wegen eventueller Verunreinigung. Als Hauptursache für Verunreinigung kommen Natrium und andere alkalische Metalle in Betracht. Solche Schmutzstoffe können dazu führen, dass mobile Ionen in den üblicherweise verwendeten SiO₂-Schichten die integrierten Schaltkreise passivieren. Die resultierende Oxidladung verschlechtert die Geräteeigenschaften insbesondere in MOS-Technik.
Eine herkömmliche Lösung zum Kontrollieren der Verunreinigung durch mobile Ionen sieht eine hermetisch verschlossene Umhüllung mit phosphordotierter Passivierungsschicht auf dem integrierten Schaltkreis vor. Phosphordotierung reduziert durch Einfangmechanismen die Mobilität von Verunreinigungen, wie es dem Fachmann bekannt ist. Kunststoffverpackung ist heute sehr verbreitet, und bei Kunststoffverpackung kann eine Silikonnitrid-Passivierungsschicht verwendet werden. Silikonnitrid kann die Durchlässigkeit gegenüber Verunreinigungen erheblich reduzieren und so direkten Kontakt zwischen dem Finger des Benutzers und dem integrierten Schaltkreis zulassen. Dementsprechend kann erfindungsgemäß als Passivierungsschicht des Fingerabdrucksensors vorzugsweise Silikonnitrid verwendet werden.
Der erfindungsgemäße Fingerabdrucksensor stellt auch verschiedene neue Anforderungen an die Verpackung: die Anordnung muss eine Öffnung haben, um Kontakt zwischen Finger und Sensorchip zu ermöglichen; die Anordnung sollte physisch robust sein, um grober Behandlung standzuhalten; die Anordnung und der Chip sollten beständig gegen häufiges Reinigen mit einem Reinigungsmittel und/oder desinfizierenden Lösungen und auch gegen Scheuern sein; der Chip sollte beständig gegen Kontakt mit einer Vielzahl organischer und anorganischer Verunreinigungen und auch beständig gegen Abrieb sein; und schließlich sollte die Anordnung relativ kostengünstig sein.
Die in 23 dargestellte Anordnung 220 berücksichtigt diese Probleme. Die Anordnung 220 umfasst einen Chip 221 mit integriertem Schaltkreis, der auf einem Metallbalken 222 montiert ist, der am Anschlussrahmen 223 befestigt ist, während der umgebende Kunststoff 191 der Anordnung spritzgegossen wird. Anschlüsse werden von den Anschlussdrähten 227 und den Anschlussrahmen 223 hin zu den sich nach außen erstreckenden Anschlüssen 228 gebildet, wie der Fachmann ohne weiteres versteht. Die Oberseite des Kunststoffgehäuses 191 umfasst eine einstückig geformte Öffnung 52, die direkten Kontakt mit dem Chip 221 zulässt. In der hier dargestellten Ausführungsform erfolgt die Abdichtung durch Anhaftung der Kunststoff Formmasse an den benachbarten Bereichen der Oberseite des Chips.
Der Chip 221 mit integriertem Schaltkreis kann aus den oben genannten Gründen auch eine Passivierungsschicht 224 aus Silikonnitrid enthalten. Wie in der Sensoranordnung 220 gezeigt, kann der Chip 221 außerdem noch mit einer zweiten Schutzbeschichtung 225 versehen werden. Die Beschichtungen 224, 225 sind vorzugsweise relativ dünn, in der Größenordnung von etwa einem Mikrometer, um die Sensorempfindlichkeit zu erhalten. Die äußere Schutzbeschichtung kann organisches Material sein wie Polyimid oder PTFE (Teflon^TM), wodurch Verschleißfestigkeit und physischer Schutz verbessert werden. Anorganische Beschichtungen wie Silikoncarbid oder amorpher Diamant können ebenfalls für die Außenschicht 225 verwendet werden und somit die Verschleißfestigkeit, insbesondere gegenüber scheuernden Partikeln, erheblich verbessern. Insbesondere ist das Material der äußeren Schutzbeschichtung 225 vorzugsweise kompatibel mit Standardverfahren zur Chipmusterdefinition, um z. B. das Ätzen von Bondpads zu erlauben.
Die Bondpads auf dem Chip mit integriertem Schaltkreis 221 bestehen vorzugsweise aus Aluminium. Noch bevorzugter ist ein weiteres Verfahren, nach dem die Pads mit Gold abgedichtet werden, das z. B. mittels Galvanisierung aufgebracht wird. Um die Dicke zu verringern, die aufgrund der geschlungenen Bonddrähte 227 entsteht, ist beim Chip 221 gemäß einer weiteren, nicht gezeigten Ausführungsform der Erfindung direkte Flip-Chip-Kontaktierung möglich. Die Sensoranordnung 220 kann gemäß anderen Ausführungsformen mittels TAB-Verfahren hergestellt werden.
Nun wird erneut auf 22 Bezug genommen; dort ist die Sensoranordnung 190 so gestaltet, dass der Speicher 198 und/oder integrierte Schaltkreiskomponenten bei Verletzung des Gehäuses 191 beispielsweise entweder selbstzerstörend oder besonders gesichert sind. Auf den/die Chips) mit integriertem Schaltkreis kann eine Beschichtung 193 aus einem Stoff aufgebracht werden, der den Chip zerstört, falls die Beschichtung aufgelöst wird. Der Speicher 193 kann auch selbstzerstörend sein oder sich automatisch leeren, wenn Licht eindringt oder Stützstrom entfernt wird. Der Fachmann auf diesem Gebiet kann sich ohne weiteres weitere Möglichkeiten überlegen, um die Unverletzlichkeit der Daten und Verarbeitungsfähigkeiten der Sensoranordnung 190 sicherzustellen. Dementsprechend sorgt die vorliegende Erfindung dafür, dass vertrauliche Daten wie eine Datenbank zugelassener Fingerabdrücke, Kodierungsschlüssel oder Zulassungskodes, nicht ohne weiteres aus der Sensoranordnung 190 gestohlen werden können. Darüber hinaus umfasst die Sensoranordnung 190 zwar vorzugsweise den hier ausführlich beschriebenen E-Feld-Sensor 30, jedoch kommen auch andere Sensoren zum Einbau in eine sichere Sensoranordnung in Betracht.
Die verschiedenen Ausführungsformen des Sensors 30 und die zugehörige Verarbeitungsschaltung kann in jedem herkömmlichen Fingerabdruck-Abgleichalgorithmus realisiert werden.
Details von Fingerabdrücken, d. h. Abzweigungen oder Verzweigungen und Endpunkte von Fingerabdruckefiebungen, werden häufig dazu verwendet, eine Übereinstimmung zwischen einem Musterabdruck und einer Referenzabdruckdatenbank zu ermitteln. Eine solche Abgleichung von Details kann mittels der Verarbeitungsschaltung leicht realisiert werden. Beispielsweise betrifft die Beschreibung der U.S. Patente Nr. 3,859,633 und 3,893,080 eine Fingerabdruckidentifizierung auf der Basis einer Abgleichung von Details von Fingerabdrücken. Das U.S. Patent 4,151,512 beschreibt ein Verfahren zur Klassifizierung von Fingerabdrücken mittels extrahierter Konturdaten der Rillen. Die Beschreibung des U.S. Patents 4,185,270 offenbart ein Verfahren zum Kodieren und Überprüfen, ebenfalls auf der Basis solcher Details. Die Beschreibung des U.S. Patents 5,040,224 offenbart eine Lösung für die Vorbearbeitung von Fingerabdrücken, um eine Position des Kerns jedes Fingerabdruckbildes für spätere Abgleichung mittels Detailmuster richtig zu ermitteln.
Unter Bezugnahme auf die 24 bis 26 wird ein weiterer bedeutender Aspekt der vorliegenden Erfindung beschrieben. Wegen der relativ schnellen und effizienten Verarbeitung eines Fingerabdruckbildes, das von dem oben angegebenen erfindungsgemäßen Sensor 30 und der zugehörigen Schaltung stammt, bekommt der Nutzer praktisch eine Istzeit-Rückmeldung bezüglich der Positionierung des Fingers auf einem Fingerabdrucksensor wie dem dargestellten E-Feld-Sensor 30. Dementsprechend kann der Benutzer rasch und präzise den Finger neu positionieren, die Identität exakt bestätigt erhalten und umgehend die beabsichtigte Tätigkeit aufnehmen. Bisher wurde für einen Benutzer lediglich eine Anzeige "angenommen/abgelehnt" beschrieben, wie z. B. im U.S. Patent Nr. 4,947,443, wobei diese Anzeige wahrscheinlich relativ lange dauerte. Es ist allgemein bekannt, dass eine solche Anzeige den Benutzer extrem frustrieren kann, wenn sie nicht innerhalb weniger Sekunden erfolgt, sondern längere Zeit in Anspruch nimmt. Darüber hinaus kann eine einfache Anzeige "angenommen/abgelehnt" den Benutzer zu einem neuen Versuch veranlassen ohne brauchbaren Hinweis auf die Ursache einer Anzeige "abgelehnt".
Das Gerät 200 (24) umfasst beispielhaft einen Fingerabdrucksensor 30, der funktionell an einen Bildprozessor 201 angeschlossen ist. In ähnlicher Weise wie zuvor erörtert kann der Bildprozessor 201 die Anzapf-Verzögerungsleitung oder einen anderen funktionalen Mittelpunktrechner 202 umfassen zur Bestimmung des Mittelpunktes eines erfassten Fingerabdrucks, wie der Fachmann auf diesem Gebiet ohne weiteres erkennt. Die Position des Mittelpunktes im Verhältnis zu einem vorgegebenen Referenzmittelpunkt kann über eine Positionsanzeige 203 ermittelt und für den Benutzer angezeigt werden. Das Abbild kann auch weiterhin analysiert werden, und falls der Finger zu stark oder zu schwach aufdrückt, kann der Benutzer auch einen entsprechenden Hinweis erhalten. Dementsprechend wird der Benutzer deutlich weniger frustriert sein. Der Benutzer kann auch einen deutlichen Hinweis erhalten, dass eine Säuberung nötig ist, falls Änderungen in Position und/oder Druck unwirksam sind, z. B. nach einer vorgegebenen Anzahl von Versuchen.
Mit Bezug auf 25 wird nun die praktische Anwendung von Erfassung und Anzeige einer Positionsrückmeldung anhand einer Computer-Workstation näher beschrieben wie bei dem dargestellten Notebook 35 mit Tastatur 36 und Bildschirm 37. Abgesehen von dem dargestellten Notebook ist dieser Aspekt der Erfindung auf viele weitere stationäre und tragbare Computer anwendbar.
Der Benutzer legt seinen Finger auf den Fingerabdrucksensor 30. Der Prozessor des Computers zusammen mit dem Fingerabdrucksensor 30 erzeugt das Fingerabdruckbild 206 mit dem Mittelpunkt 205, und gibt es in dem abgebildeten Rahmen 207 auf dem Display 37 wieder. In der dargestellten Ausführungsform umfasst das Display auch einen Zielmittelpunkt 208, der den Benutzer bei der Verschiebung des Fingers zwecks exakter Ablesung unterstützt.
Zusätzlich zu der bildlichen Darstellung können weitere Hinweise gegeben werden, z. B. durch Anzeige der Wörter "nach oben" oder "nach links" unter Darstellung entsprechender Richtungspfeile. Bezüglich der Aufdruckkraft können auch Hinweise gegeben werden, z. B. durch die Angabe "stärker aufdrücken".
Eine weitere Variante von Anzeigen für Rückmeldung und Druckkraft kann durch automatische Ansage mittels Lautsprecher 39 im Computergehäuse erfolgen. Beispielsweise kann die sprachliche Meldung Ansagetexte umfassen wie "Finger nach oben und nach links verschieben" und "Finger stärker aufdrücken". Weitere nützliche Ansagen sind ebenfalls im Umfang der vorliegenden Erfindung eingeschlossen.
Wieder eine weitere Ausführungsform einer Erfassung und Anzeige einer Positionsrückmeldung ist unter Bezugnahme auf das Gerät 210 in 26 erläutert. In dieser Ausführungsform wird der Sensor 30 zum Betrieb einer Zugangssteuerung 211 verwendet, die wiederum z. B. eine Tür steuert, um einem ordnungsgemäß identifizierten Benutzer Zutritt zu gewähren. Einfache visuelle Anzeigen wie z. B. LEDs 212, 213 für Bewegung nach oben bzw. unten oder rechts bzw. links können bereitgestellt werden, um dem Benutzer anzuzeigen, ob der Finger korrekt positioniert ist oder verschoben werden muss. Die dargestellte Ausführungsform umfasst auch eine Vielzahl von LEDs 214 zur Anzeige der Aufdrückkraft.
Eine Fingerabdrucksensoranordnung umfasst ein manipulationsgeschütztes Gehäuse, einen in dem Gehäuse montierten Fingerabdrucksensor, einen in dem Gehäuse montierten und funktionell an den Fingerabdrucksensor angeschlossenen Kodierausgangschip zum Erzeugen eines kodierten Ausgangssignals betreffend einen erfassten Fingerabdruck. Die Fingerabdrucksensoranordnung kann einen Prozessor umfassen, der funktionell zwischen dem Fingerabdrucksensor und dem Kodierausgabegerät angeschlossen ist. Die Anordnung umfasst einen Referenzfingerabdruckspeicher zur Ablage von Referenzfingerabdruckdaten. Der Prozessor kann feststellen, ob ein abgetasteter Fingerabdruck mit einem gespeicherten Referenzfingerabdruck übereinstimmt. Ein Entfernungschip wird bereitgestellt zum Entfernen von Referenzfingerabdruckdaten aus dem Fingerabdruckspeicher als Reaktion auf Manipulation.

Claims

Fingerabdrucksensoranordnung, umfassend: Ein gegen unbefugten Zugriff geschütztes Gehäuse (51) mit einer hierhindurch angeordneten Öffnung (30); einen Fingerabdrucksensor in Form eines integrierten Schaltkreises (30), welcher in dem Gehäuse angeordnet ist, wobei der Fingerabrucksensor in Form eines integrierten Schaltkreises umfaßt: Ein Substrat, welches eine Anordnung von Elektroden zur Erfassung eines elektrischen Feldes (30a) hierauf enthält, eine den Elektroden zur Erfassung eines elektrischen Feldes (30a) benachbarte dielektrische Schicht (76), wobei die dielektrische Schicht einen äußeren Obeflächenbereich definiert, welcher durch die Öffnung hindurch zur Berührung durch einen Finger (79) eines Benutzers freiliegt, und Treibermittel (74) welche ein Treibersignal für ein elektrisches Feld auf die Elektroden zur Erfassung eines elektrischen Feldes (71, 78) und hierzu benachbarte Bereiche des Fingers anwenden, so daß die Elektroden zur Erfassung eines elektrischen Feldes ein Signal eines Fingerabruckbildes erzeugen; und kodierende Ausgabemittel (194) welche in dem Gehäuse (51) angeordnet sind und funktionell mit dem Fingerabdrucksensor in Form eines integrierten Schaltkreises (30) verbunden sind, um ein kodiertes Ausgabesignal, das sich auf einen erfassten Fingerabruck bezieht, auszugeben; wobei das gegen unbefugten Zugriff geschützte Gehäuse (51) einen Körper (191) aus einem den Fingerabrucksensor in Form eines integrierten Schaltkreises (30) und die kodierenden Ausgabemittel (194) umgebenden Material aufweist, wobei der Körper aus einem Verkapselungsmaterial einstückig gegossen ist, so daß das Gehäuse den Fingerabdrucksensor derart einschliesst, dass dieser in der Nähe seines äußeren Oberflächenbereiches angeordnet ist.
Fingerabdrucksensoranordnung gemäß Anspruch 1, weiterhin aufweisend: Einen Prozessor (192) der funktionell zwischen den Fingerabdrucksensor (30) und die kodierenden Ausgabemittel (194) geschaltet ist.
Fingerabdrucksensoranordnung gemäß Anspruch 2, weiterhin umfassend: Referenzfingerabdruckspeichermittel (92, 183) zum Speichern von Referenzfingerabdruckinformationen, und wobei der Prozessor (93, 184) Referenzfingerabdruckvergleichsmitel zur Feststellung ob ein abgetasteter Fingerabruck einem gespeicherten Fingerabruck entspricht, umfaßt.
Fingerabrucksensoranordnung gemäß Anspruch 3, weiterhin umfassend: Entfernungsmittel zum entfernen von Referenzfingerabruckinformationen aus den Fingerabdruckspeichermitteln, welche auf einen unbefugten Zugriff ansprechen.
Fingerabdrucksensoranordnung gemäß Anspruch 1, weiterhin umfassend: Versiegelungsmittel (196) zum Versiegeln eines Übergangs zwischen dem äußeren Oberflächenbereich des integrierten Schaltkreises und benachbarten Gehäuseabschnitten.
Fingerabdrucksensoranordnung gemäß Anspruch 5, wobei die Versiegelungsmittel eine Leiste eines Versiegelungsmaterials umfassen.
Fingerabdrucksensoranordnung gemäß Anspruch 5, wobei der Körper des Verskapselungsmaterials ein Plastikmaterial umfasst, und wobei die Versiegelungsmittel eine hermetische Versiegelung zwischen dem Plastikmaterial und benachbarten Bereichen des integrierten Schaltkreises umfassen.
Fingerabdrucksensoranordnung gemäß Anspruch 4, wobei der integrierte Schaltkreis eine außenliegende Siliziumnitridschicht umfasst.
Fingerabdrucksensoranordnung gemäß Anspruch 4, wobei der integrierte Schaltkreis eine außenliegende Schicht aus Siliziumkarbid oder Diamant umfasst.
Fingerabdrucksensoranordnung gemäß Anspruch 1, wobei die Treibermittel koherente Treibermittel (73, 75) umfassen, zur Anwendung eines koherenten Treibersignals für ein elektrisches Feld auf die Anordnung von Elektroden zur Erfassung eines elektrischen Feldes (71, 78).
Fingerabdrucksensoranordnung gemäß Anspruch 1, weiterhin umfassend: Eine Fingerelektrode (52), welche auf einer äußeren Oberfläche des Gehäuses freiliegt.
Verfahren zur Herstellung und zum sicheren Betrieb einer Fingerabdrucksensoranordnung eines Typs, der einen Fingerabdrucksensor in Form eines integrierten Schaltkreises enthält, umfassend: Herstellen eines Fingerabdrucksensors in Form eines integrierten Schaltkreises mit einem Substrat, einer Anordnung von Elektroden zur Erfassung eines elektrischen Feldes auf dem Substrat, einer dielektrischen Schicht benachbart zu den Elektroden zur Erfassung eines elektrischen Feldes, welche einen äußeren Oberflächenbereich, an den ein Finger angelegt wird definiert, und Treibermittel zur Anwendung eines Treibersignals für ein elektrisches Feld auf die Elektroden zur Erfassung eines elektrischen Feldes und benachbarte Bereiche des Fingers; Anordnen des Fingerabdrucksensors in Form eines integrierten Schaltkreises in einem gegen unbefugten Zugriff geschützten Gehäuse, so daß nur ein äußerer Oberflächenbereich des Fingerabdrucksensors durch eine Öffnung in dem Gehäuse hindurch freiliegt; und Vorsehen einer Versiegelung zwischen der Öffnung des Gehäuses und der äußeren Oberfläche des Fingerabrucksensors in Form eines integrierten Schaltkreises, anordnen von Ausgangskodierungsmitteln in dem Gehäus und funktionelles Verbinden derselben mit dem Fingerabdrucksensor; und Erzeugen eines kodierten Ausgangssignals, welches sich auf einen erfaßten Fingerabruck von dem Fingerabdrucksensor innerhalb des gegen unbefugten Zugriff geschützten Gehäuses bezieht.
Verfahren gemäß Anspruch 12, weiterhin umfassend: Speichern von Referenzfingerabdruckinformationen inneralb des Gehäuses; und Feststellen innerhalb des gegen unbefugten Zugriff geschützten Gehäuses, ob ein erfaßter Fingerabruck einem gespeicherten Referenzfingerabruck entspricht.
Verfahren gemäß Anspruch 13, weiterhin umfassend den Schritt des Entfernens von Referenzfingerabdruckinformationen aus dem gegen unbefugten Zugriff geschützten Gehäuse als Folge eines unbefugten Zugriffs.