DE69733165T2

DE69733165T2 - Fingerabdrucksensorvorrichtung mit elektrischem Feld und zugehörige Verfahren

Info

Publication number: DE69733165T2
Application number: DE69733165T
Authority: DE
Inventors: Dale R. Setlak
Original assignee: Authentec Inc
Current assignee: Authentec Inc
Priority date: 1996-01-26
Filing date: 1997-01-16
Publication date: 2006-02-16
Anticipated expiration: 2017-01-17
Also published as: CN1164075A; CN1132118C; KR970059975A; KR100479731B1; EP0791899B1; EP0791899A2; US5963679A; JPH09251530A; JP3901269B2; ATE294980T1; EP0791899A3; DE69733165D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Identifizierung und Überprüfung von Personen und insbesondere das Gebiet des Fingerabdrucklesens und -verarbeitens.
Das Fingerabdrucklesen bzw. der Fingerabdruckabgleich ist eine zuverlässige und häufig verwendete Technik zur Identifizierung bzw. Überprüfung von Personen. Insbesondere umfaßt ein allgemeiner Ansatz zur Fingerabdruckidentifizierung das Abtasten einer Fingerabdruckprobe oder eines Bildes davon und das Speichern des Bildes und/oder eindeutiger Charakteristika des Fingerabdruckbildes. Die Charakteristika einer Fingerabdruckprobe können mit Informationen für Referenzfingerabdrücke, die sich bereits in einem Speicher befinden, verglichen werden, um eine korrekte Identifizierung einer Person, beispielsweise für Überprüfungszwecke, durchzuführen.
Ein typischer elektronischer Fingerabdrucksensor basiert auf der Beleuchtung der Oberfläche des Fingers mit sichtbarem Licht, Infrarotlicht oder mit Ultraschallstrahlung. Die reflektierte Energie wird beispielsweise mit einer Art einer Kamera erfaßt und das erhaltene Bild wird mit einem Rahmen versehen, digitalisiert und als ein statisches Digitalbild gespeichert. Die Beschreibung des US-Patents 4,210,899 offenbart eine optische Fingerabdruckscanlesevorrichtung, die mit einer zentralen Verarbeitungsstation für eine Sicherheitszugriffsanwendung, wie beispielsweise den Einlaß einer Person zu einem Ort oder die Gewährung des Zugriffs auf einen Computerterminal, zusammenwirkt. Die Beschreibung des US-Patents 4,525,859 offenbart eine Videokamera zur Erfassung eines Fingerabdruckbildes und verwendet die Einzelheiten der Fingerabdrücke, d.h. die Verzweigungen und Enden der Fingerabdruckrillen, um einen Abgleich mit einer Datenbank von Referenzfingerabdrücken durchzuführen.
Ungünstigerweise kann das optische Abtasten durch verschmutzte Finger beeinflußt werden oder ein optischer Sensor kann durch die Darstellung einer Photographie oder eines gedruckten Bildes eines Fingerabdrucks anstelle eines echten Fingerabdrucks getäuscht werden. Dementsprechend kann ein Fingerabdrucksensor beim Betrieb unzuverlässig sein und ist darüber hinaus sperrig und aufgrund der Optik und der sich bewegenden Teile relativ kostspielig.
Für den Fall eines Fehlschlags bei einer Erzeugung eines akzeptablen Bildes eines Fingerabdrucks offenbart die Beschreibung des US-Patents 4,947,443 eine Reihe von Indikatorlichtern, welche dem Nutzer einen einfachen Hinweis bezüglich der Akzeptanz eines zulässigen oder unzulässigen Abtastens eines Fingerabdrucks geben.
Die Beschreibung des US-Patents 4,353,056 offenbart einen weiteren Ansatz für die Live-Abtastung eines Fingerabdrucks.
Die Beschreibung des US-Patents 5,325,442 offenbart einen Fingerabdrucksensor, der mehrere Abtastelektroden umfaßt. Das aktive Adressieren der Abtastelektroden wird durch das Vorsehen von jeder Abtastelektrode zugeordneten Umschaltvorrichtungen ermöglicht.
Ein Ziel beim Abtasten und Abgleichen von Fingerabdrücken zur Identifizierung und Überprüfung ist das Verhindern einer nicht-autorisierten Verwendung von Computer-Workstations, Geräten, Fahrzeugen und vertraulichen Daten.
Eine Aufgabe der in den beigefügten Ansprüchen definierten Erfindung ist das Bereitstellen eines Fingerabdrucksensors (Anspruch 1) und eines damit in Beziehung stehenden Verfahrens (Anspruch 7) zur korrekten Abtastung eines Fingerabdrucks, wobei der Sensor robust, kompakt, zuverlässig und relativ kostengünstig ist.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Beispiels mit Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in welchen:
1 ein schematisches Diagramm des Fingerabdrucksensors in Verbindung mit einem Notebook-Computer ist;
2 ein schematisches Diagramm des Fingerabdrucksensors in Verbindung mit einer Computer-Workstation und einem zugeordneten Informationsverarbeitungscomputer und einem Lokalbereichsnetz (LAN) ist;
3 eine schematische perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Fingerabdrucksensors ist;
4 eine schematische Draufsicht eines Teils des Sensors und eines überlagerten Fingerabdruckmusters ist, wobei ein Teil desselben zur Klarheit der Darstellung stark vergrößert ist;
5 eine stark vergrößerte Draufsicht eines Teils des Fingerabdrucksensors ist, wobei die obere dielektrische Schicht entfernt ist;
6 eine perspektivisch schematische Ansicht eines Teils des Fingerabdrucksensors ist;
7 eine schematische bruchstückhafte Ansicht eines Teils des Fingerabdrucksensors ist;
8 eine schematische Seitenansicht teilweise im Querschnitt ist, welche die elektrischen Felder zeigt;
9 ein schematisches Schaltungsdiagramm eines Teils des Fingerabdrucksensors ist;
10 eine vergrößerte schematische Seitenansicht teilweise im Querschnitt ist, die die elektrischen Felder weiter veranschaulicht;
11 ein schematisches Blockdiagramm des Fingerabdrucksensors und eine zugeordnete Elektronik gemäß einer Ausführungsform ist;
12 ein schematisches Blockdiagramm des Fingerabdrucksensors und einer zugeordneten Elektronik gemäß einer weiteren Ausführungsform ist;
13 ein schematisches Blockdiagramm einer Ausführungsform einer Sensorschaltung ist;
14 ein schematisches Blockdiagramm einer weiteren Ausführungsform einer Sensorschaltung ist;
15 ein schematisches Blockdiagramm ist, das mehrere Sensoreinheiten zeigt;
16 ein schematisches Blockdiagramm eines Teils der Signalverarbeitung für den Fingerabdrucksensor gemäß einer Ausführungsform ist;
17 ein schematisches Blockdiagramm einer weiteren Ausführungsform eines Teils der Signalverarbeitung für den Fingerabdrucksensor ist;
18 ein schematisches Blockdiagramm noch einer weiteren Ausführungsform einer Signalverarbeitungselektronik für den Fingerabdrucksensor ist;
19 ein schematisches Schaltungsdiagramm noch einer weiteren Ausführungsform eines Teils der Signalverarbeitung für den Fingerabdrucksensor ist;
20 ein schematisches Schaltungsdiagramm noch einer weiteren Ausführungsform eines Teils der Signalverarbeitung für den Fingerabdrucksensor ist, in dem eine Widerstandsmatrix zur dynamischen Kontrastverstärkung gezeigt ist;
21 ein schematisches Schaltungsdiagramm noch einer weiteren Ausführungsform eines Teils der Signalverarbeitung für den Fingerabdrucksensor ist, das eine Kondensatormatriximplementierung zur dynamischen Kontrastverstärkung zeigt;
22 ein schematisches Blockdiagramm einer Ausführungsform der Fingerabdrucksensoreinheit ist;
23 ein schematisches Diagramm einer weiteren Ausführungsform der Fingerabdrucksensoreinheit ist;
24 ein schematisches Blockdiagramm noch eines weiteren Gesichtspunktes des Sensors zur Darstellung einer nahezu in Echtzeit ablaufenden Positionierungsrückkopplung zeigt;
25 ein schematisches perspektivisches Diagramm eines Computers ist, das eine nahezu in Echtzeit ablaufende Positionierungsrückkopplung bezüglich der Anordnung eines Fingers zeigt;
26 ein schematisches perspektivisches Diagramm eines Fingerabdrucksensors ist, der Anzeigen zur Wiedergabe einer nahezu in Echtzeit ablaufenden Positionierungsrückkopplung bezüglich der Positionierung eines Fingers zeigt.
Im folgenden wird auf 1 bis 3 Bezug genommen. Der Fingerabdrucksensor 30 umfaßt ein Gehäuse oder eine Einheit 51, eine an einer oberen Oberfläche der Einheit freiliegende dielektrische Schicht 52, die eine Positionierungsoberfläche für den Finger bildet, und mehrere Signalleiter 53. Ein leitfähiger Streifen bzw. Elektrode 54 um die Peripherie der dielektrischen Schicht 52 bildet ebenfalls eine Kontaktelektrode für den Finger, wie in weiteren Einzelheiten im nachfolgenden beschrieben wird. Der Sensor 30 kann abhängig vom Verarbeitungsniveau Ausgangssignale in einem Bereich von Verfeinerungsniveaus liefern.
Der Fingerabdrucksensor 30 wird zur Identifizierung von Personen oder für Verifizierungszwecke verwendet. Beispielsweise kann der Sensor 30 dazu verwendet werden, einen Zugang zu einer Computer-Workstation, wie beispielsweise einem Notebook-Computer 35, einschließlich einer Tastatur 36 und einem zugeordneten faltbaren Anzeigebildschirm 37 (1), zuzulassen. Mit anderen Worten wird ein Zugriff eines Nutzers auf Informationen und Programme des Notebook-Computers 35 nur dann gewährt, falls zunächst der gewünschte Fingerabdruck abgetastet wurde.
Der Sensor 30 kann zur Gewährung oder zur Verweigerung eines Zugriffs auf eine feste Workstation 41 eines Computerinformationssystems 40 verwendet werden. Das System kann mehrere derartige Workstations 41 umfassen, die mittels eines Lokalbereichsnetzes (LAN) 43 verknüpft sind, das wiederum mit einem Fingerabdruckidentifikationsserver 43 und einem Gesamtzentralcomputer 44 verbunden ist.
Mit Bezug auf 4–10 wird der Sensor 30 in weiteren Einzelheiten beschrieben. Der Sensor 30 umfaßt mehrere einzelne Pixel oder Abtastelemente 30a, die in einem Arraymuster angeordnet sind, wie am besten in 4 und 5 gezeigt ist. Diese Abtastelemente sind relativ klein, so daß sie dazu geeignet sind, die Rippen 59 und dazwischenliegenden Täler 60 eines typischen Fingerabdrucks (4) abzutasten. Das Live-Ablesen von Fingerabdrücken, wie beispielsweise mit dem Sensor 30 für elektrische Felder, kann u. U. zuverlässiger sein als ein optisches Lesen, da die Leitfähigkeit der" Haut eines Fingers mit einem Muster von Rippen und Tälern äußerst schwierig zu simulieren ist. Im Gegensatz dazu kann ein optischer Sensor mittels einer einfach herzustellenden Photographie oder einem anderen ähnlichen Bild eines Fingerabdrucks getäuscht werden.
Der Sensor 30 umfaßt ein Substrat 65 und darauf eine oder mehrere aktive Halbleiterschichten 66. Über der aktiven Schicht 66 befindet sich eine Grundebenen-Elektrodenchicht 68, die davon mittels einer Isolationsschicht 67 getrennt ist. Eine Steuerungselektrodenschicht 71 ist über der dielektrischen Schicht 70 angeordnet und mit einem Anregungssteuerverstärker 74 verbunden. Das Anregungssteuersignal liegt typischerweise im Bereich zwischen 1 KHz und 1 MHz und wird kohärent über das gesamte Array angelegt. Dementsprechend ist die Steuerungs- oder Anregungselektronik somit relativ unkompliziert und die Gesamtkosten des Sensors 30 können reduziert werden, während seine Zuverlässigkeit zunimmt.
Auf der Steuerungselektrodenschicht 71 befindet sich eine weitere Isolationsschicht 76 und auf der Isolationsschicht 76 eine zur Illustration kreisförmig ausgebildete Abtastelektrode 78. Die Abtastelektrode 78 kann mit einer in der aktiven Schicht 66 ausgebildeten Abtastelektronik 73 verbunden sein, wie schematisch veranschaulicht ist.
Eine ringförmig geformte Abschirmelektrode 80 umgibt die Abtastelektrode 78 in einem bestimmten Abstand zu dieser. Wie für den Fachmann einfach verständlich ist, können die Abtastelektrode 78 und die sie umgebende Abschirmelektrode 80 andere Formen aufweisen, wie beispielsweise eine hexagonale Form, um eine dicht gepackte Anordnung oder ein Array aus Pixeln oder Abtastelementen 30a zu erleichtern. Die Abschirmelektrode 80 bildet eine aktive Abschirmung, die durch einen Teil des Ausgangs signals der Verstärkerschaltung 73 gesteuert wird, um eine Fokussierung der elektrischen Feldenergie zu unterstützen und um darüber hinaus dadurch die Notwendigkeit einer Steuerung benachbarter Elektroden zu reduzieren. Dementsprechend ermöglicht der Sensor 30, daß alle Abtastelemente mittels eines kohärenten Steuerungssignals angetrieben werden können, was in scharfem Gegensatz zu Sensoren des Stands der Technik steht, für die erforderlich ist, daß jede Abtastelektrode individuell angesteuert wird.
Mit Bezug zu 8–10 erzeugt die Anregungselektrode 71 über die Entfernungen d1 bzw. d2 ein erstes elektrisches Feld zur Abtastelektrode 78 und ein zweites elektrisches Feld zwischen der Abtastelektrode 78 und der Oberfläche des Fingers 79. Mit anderen Worten wird zwischen der Anregungselektrode 71 und der Abtastelektrode 78 ein erster Kondensator 83 (9) definiert und zwischen der Haut des Fingers 79 und der Erdung ein zweiter Kondensator 85. Die Kapazität des zweiten Kondensators 85 variiert in Abhängigkeit davon, ob sich die Abtastelektrode 78 neben einer Rippe oder einem Tal befindet. Dementsprechend kann der Sensor 30 als ein kapazitiver Spannungsteiler ausgebildet sein. Die vom Einheitsverstärkungsspannungsfolger bzw. Verstärker 73 abgetastete Spannung ändert sich mit der Entfernung d2.
Die Abtastelemente 30a arbeiten bei sehr niedrigen Strömen und sehr hohen Impedanzen. Beispielsweise beträgt das Ausgangssignal von jeder Abtastelektrode 78 vorzugsweise ungefähr 5 bis 10 Millivolt, um die Effekte eines Rauschens zu reduzieren und eine weitere Verarbeitung der Signale zu ermöglichen. Der näherungsweise Durchmesser jedes Abtastelements 30a, der durch die äußeren Abmessungen der Abschirmungselektrode 80 definiert ist, kann ungefähr 0,002 bis 0,005 Zoll im Durchmesser betragen. Die dielektrische Anregungsschicht 76 und die dielektrische Oberflächenschicht 54 kann vorzugsweise eine Dicke im Bereich von ungefähr 1 μm aufweisen. Die Grundebenenelektrode 68 schirmt die aktiven elektronischen Vorrichtungen gegenüber der Anregungselektrode 71 ab. Eine relativ dicke dielektrische Schicht 67 reduziert die Kapazität zwischen diesen beiden Strukturen und damit den zur Ansteuerung der Anregungselektrode benötigten Strom. Die verschiedenen Signaldurchführungsleitungen für die Elektroden 78, 80 zur aktiven elektronischen Schaltung können einfach ausgebildet sein, wie für den Fachmann verständlich ist. Die dargestellten Signalpolaritäten können ohne weiteres umgekehrt werden.
Die Gesamtkontakt- oder Abtastoberfläche des Sensors 30 kann vorzugsweise ungefähr 0,5 auf 0,5 Zoll betragen – eine Größe, die einfach herzustellen ist und dennoch eine ausreichend große Oberfläche für eine genaue Fingerabdruckabtastung und Identifizierung bietet. Der Sensor 30 gemäß der Erfindung ist auch gegenüber nicht funktionierenden Pixeln oder Abtastelementen 30a ziemlich tolerant. Ein typischer Sensor 30 umfaßt ein Array von ungefähr 256 mal 256 Pixeln oder Sensorelementen, obwohl andere Arraygrößen von der vorliegenden Erfindung ebenfalls in Betracht gezogen werden. Der Sensor 30 kann ebenfalls auf einmal primär unter Verwendung von herkömmlichen Halbleiterherstellungstechniken hergestellt werden, um damit die Herstellungskosten wesentlich zu reduzieren.
11 betrifft eine funktionale Unterteilung einer Vorrichtung 90 einschließlich des Fingerabdrucksensors 30. Die Fingerabdrucksensorvorrichtung 90 kann so aufgebaut sein, daß eine oder mehrere Abtastungen einer Verschiebung des Fingerabdrucks geliefert werden, ein Trigger bezüglich des Vorhandenseins eines Bildes, zur Durchführung einer Analog-Digital-Umwandlung, zur Bereitstellung einer vollständigen Bilderfassungs- und Bildintegritätsbestimmung, zur Bereitstellung einer Kontrastverstärkung und Normierung und zur Bereitstellung einer Bildbinärisierung vorgesehen wird. Bei der veranschaulichten Ausführungsform ist der Sensor 30 über die dargestellte Schnittstelle 91 mit einem parallelen Prozessor und Speicherarray 92 und mit einem Kontrollprozessor 93 verbunden. Der parallele Prozessor 92 kann Bildqualitäts- und Fehlerblockbestimmungen, eine Randverstärkung und ein Glätten und Kontrastverringern durchführen, Rippenverlaufs-Vektoren erzeugen, die Vektoren glätten und Rippenverlaufs-Eigenschaften erzeugen, wie es zum Abgleich von Fingerabdrücken zweckmäßig ist, das Zentrum des Fingerabdrucks identifizieren, Kurven erzeugen, glätten und bereinigen und eine Identifizierung von Einzelheiten gewährleisten. Der veranschaulichte Steuerprozessor 93 kann eine Registrierung und einen Abgleich von Details und eine Speicherung von Details gewährleisten, Autorisierungscodes erzeugen und mit dem Host über die gezeigte Schnittstelle 94 kommunizieren. Der gezeigte lokale nichtflüchtige Speicher 95 kann ebenfalls von der Vorrichtung 90 umfaßt sein.
Eine Abwandlung der Vorrichtung 90 aus 11 ist anhand der Vorrichtung 100 aus 12 gezeigt. Diese Ausführungsform umfaßt eine Zwei-Chipversion des Sensors und der Verarbeitungselektronik. Die Vorrichtung 100 umfaßt einen Sensorchip 96 und einen Authentifizierungschip 97, die über eine lokale Speicherbusschnittstelle 99 verbunden sind. Ein Abtaststeuerungsprozessor 98 ist ebenfalls in der gezeigten Ausführungsform aus 12 enthalten, wobei die verbleibenden funktionalen Komponenten dieselben sind wie in 11.
Eine Demodulierung und primäre Verarbeitung der vom Sensor 30 erfaßten Signale wird mit Bezugnahme auf 13 und 14 verständlich. Bei beiden gezeigten Schaltungen 110, 120 wird vorzugsweise eine Wechselstromanregung verwendet. Zusätzlich ist die Amplitude der Spannung am Sensor proportional zur Versetzung der lokalen Grundplatte und somit muß das Signal vor einem weiteren Gebrauch demoduliert werden. 13 zeigt einen lokalen Komparator 112, mit Hilfe dessen die Steuerung den A/D-Umwandlungsprozeß in paralleler Weise handhaben kann. Der Prozessor kann eine Folge von Referenzspannungen an eine gesamte Reihe oder Spalte von Pixeln oder Sensorelementen 30a abgeben und die Übergänge auf den SIG0-Leitungen überwachen. Es könnte eine Umwandlung mit einer schrittweisen Näherung realisiert werden, wobei zuerst große Schritte und dann progressiv kleinere Schritte über einen kleineren Bereich ausgeführt werden, wie für den Fachmann einfach verständlich ist. Das SIG0-Ausgangssignal kann eine binäre Busverbindung sein, während das SIGA-Ausgangssignal ein demoduliertes analoges Signal ist, das als Teil einer Erzeugungsschaltung für eine analoge Referenzspannung verwendet werden kann.
Die in 14 gezeigte Schaltung 120 umfaßt einen Speicher zur gleichzeitigen Ausführung einer lokalisierten Kontrastverstärkung für alle Sensoreinheiten oder Pixel. Für die Berechnung kann der analoge Komparator 112 als ein Entscheidungselement verwendet werden. Das digitalisierte Ausgangsbild kann aus den binären Schieberegistern, die durch die gezeigten Zwischenspeicher (Latches) 113 gebildet werden, verschoben werden. Alternativ könnte das Ausgangsbild mit einer herkömmlichen Speicherarray-Adressierung ausgelesen werden, wie für den Fachmann ohne weiteres verständlich ist. Da die Schaltung 120 ihren eigenen lokalen Speicher aufweist, benötigt sie keine separate Gruppe von Puffern zur Speicherung der Pixeldaten.
Änderungen der Leitfähigkeit der Haut und Verschmutzungen der Haut können eine Phasenverschiebung des elektrischen Feldsignals hervorrufen. Dementsprechend umfassen die elektronischen Verarbeitungsschaltungen 110, 120 aus 13 und 14 vorzugsweise einen synchronen Demodulator oder Detektor 111, so daß die Gesamtschaltung für derartige Änderungen der Leitfähigkeit weniger empfindlich ist.
Zwischenverbindungen der Sensoreinheiten oder Pixel 30a in einem Teil eines Arrays sind schematisch in 15 gezeigt. Die Spaltendatentransferleitungen 121, Reihendatentransferleitungen 122 und Komparatorreferenzleitungen 123 sind mit dem Array der Sensoreinheiten 30a verbunden dargestellt. Die Zwischenverbindungen können vorzugsweise als ein Block aus 8 mal 8 Sensoreinheiten hergestellt sein.
Die Schaltung 130 aus 16 umfaßt ein Schieberegister 131 mit einem ladungsgekoppelten Baustein (CCD), das wiederum mehrere individuelle Schieberegister 135 umfaßt. Die Schieberegister 131 haben zur Vereinfachung der Bildsignalverarbeitung die Funktionsweise einer angezapften Verzögerungsleitung. Die Register 135 speisen jeweilige A/D-Wandler 132, die unter der Steuerung des gezeigten Blockprozessors 134 betrieben werden. Die Abtastverstärkerausgänge sind mit den analogen CCD-Schieberegistern 135 verbunden, wobei ein Schieberegister pro Pixelreihe vorgesehen ist. Eine Datenreihe wird dann aus dem Register zu einem A/D-Wandler 132 verschoben, der als eine aktive Umwandlungsvorrichtung dient. Jedes Pixel wird, wenn es am Wandler ankommt, in ein digitales Wort mit 8 Bits umgewandelt. Der Umwandlungsprozeß und die A/D-Referenzspannung unterliegen der Steuerung von Blockprozessoren, wobei jeder Blockprozessor eine oder mehrere Reihen steuern kann, wie beispielsweise 16 Reihen pro Prozessor. Unter Verwendung von Daten aus der vorhergehenden Pixelumwandlung kann in beschränktem Umfang eine dynamische Kontrastkompensation zur Skalierung der Referenzspannung erreicht werden. Jedoch kann darüber hinaus eine umfangreiche nachgeschaltete digitale Bildverarbeitung erforderlich sein.
Die Schaltung 140 aus 17 ist ähnlich zu der aus 16. In 17 arbeitet der Komparator 141 unter der Steuerung des gezeigten Blockprozessors 134 zur Lieferung der Bildausgangssignale.
In 18 ist ein weiterer Gesichtspunkt der Signalverarbeitungkonfigurationen abgebildet. Diese Schaltungsausführung 150 ist ähnlich zu der in 11 gezeigten und oben beschriebenen Ausführung. Die Schaltung 150 aus 18 umfaßt zur Veranschaulichung ein Array aus 16 mal 16 Sensoreinheiten oder Bildzellen 30b, die selektiv vom gezeigten Reihenauswahldateneingangsmultiplexer 151, von den Spaltenauswahlbustreibern 153 und Komparatorreferenzspannungsteilern 152 adressiert und gelesen werden können. Sobald ein Bild von den Abtastelektroden des elektrischen Feldes erfaßt und digitalisiert wurde, können Fingerabdruckmerkmale aus dem Bild entnommen werden. 18 veranschaulicht eine Ansicht auf hoher Ebene eines mit einer Bank aus Digitalsignalprozessoren 92 verbundenen Sensors. Ein Array aus 128 × 128 Pixeln wurde bei diesem Beispiel in ein Array aus 16 × 16 Bildzellen 30b unterteilt, wobei jede Bildzelle aus einem Array aus 8 × 8 Pixeln gebildet wird.
Jede Bildzelle 30b umfaßt eine einzelne Komparatorreferenzleitung, mit der die gesamte Zelle bedient wird. Wenn eine Zelle 30b abgetastet wird, steuert einer der parallelen Prozessoren die Referenzspannung für diese Zelle 30b und zeichnet die digitalisierten Signale für alle Sensoren in dieser Zelle auf. Während des Prozesses des Abtastens der Sensoren in der Zelle 30b kann der Prozessor gleichzeitig die Daten von der Zelle korrelieren, um eine vorläufige Abschätzung der Rippenverlaufs-Richtung in dieser Zelle zu erzeugen. Bei der gezeigten Ausführungsform steuert ein Steuerungsprozessor 93 die Abtastung des Sensorsignals und die Digitalisierung und überwacht eine Bank aus parallelen Prozessoren 92, mit welchen Merkmalsextraktions- und Abgleichsfunktionen durchgeführt werden.
Wendet man sich 19 zu, ist dort eine 4 × 4-Prozessormatrixschaltung 180 gezeigt, wie sie für eine pipelineartige Implementierung der Verarbeitung von Details von Fingerabdrücken verwendet werden könnte. Die Schaltung 180 umfaßt ein Array aus Prozessoren 184, einen Sensorarray-Eingangs/Ausgangs-Abschnitt 181, eine Schnittstelle für einen nicht-flüchtigen Speicher 182 und die gezeigte Mehrprozessor-Array-Takt- und Steuerungseinheit 182. Die gezeigte Schaltung 180 kann dazu verwendet werden, die eindeutigen Details eines Fingerabdrucks zu identifizieren und zu orten, um einen Abgleich zwischen einem abgetasteten Fingerabdruck und einem oder mehreren Referenzfingerabdrücken durchzuführen. Die Prozessoren 184 können die Details mit einer Gruppe von zuvor gespeicherten Referenzdetails abgleichen, um den Identifikationsprozeß abzuschließen. Wenn eine positive Identifizierung durchgeführt wurde, kann die Schaltung 180 beispielsweise einen externen Prozessor durch Senden einer in geeigneter Weise verschlüsselten Nachricht über eine Hostprozessor-Schnittstelle benachrichtigen.
Es besteht im allgemeinen ein Bedarf für eine Sicherstellung eines ausreichenden Kontrastes zwischen den Rippen und Tälern des Fingerabdrucks über den gesamten Bereich des Fingerabdrucks. Die Schaltung 160 aus 20 zeigt schematisch ein Netz 161 bzw. eine Matrix aus Widerständen, die mehrere zwischenverbundene Widerstände 162 zur Sicherstellung einer dynamischen Kontrastverstärkung für das Pixelarray 30a umfaßt. Die Wirkung benachbarter Pixel wird dazu verwendet, das Ausgangssignal jedes Pixels zu normieren, während gleichzeitig ein ausreichender Kontrast sichergestellt wird. Die Schaltung umfaßt ein Paar von Verstärkern 163, 164, um die Ausgangssignale mit verstärktem Kontrast zu liefern.
Der Wert jedes Pixels wird durch Vergleichen des Sensorsignals mit einem Referenzsignal bestimmt, für das das Blockreferenzsignal und ein gewichteter Mittelwert der Signale von allen Sensoren im unmittelbaren Bereich aufsummiert werden. Das quadratische Netz bzw. die Matrix aus Widerständen liefert den notwendigen gewichteten Mittelwert gleichzeitig zu jedem der Pixelkomparatoren. Die gemeinsame Blockreferenzleitung 165 wird vorzugsweise mit einer Stufenwellenform gesteuert, während die Komparatorausgangssignale auf Zustandänderungen überwacht werden. Jeder Grautonwert eines Pixels kann bestimmt werden, indem beobachtet wird, welcher Schritt der Stufenform bewirkt, daß der Komparator des Pixels seinen Zustand ändert.
Eine Abwandlung der dynamischen Kontrastverstärkung wird mit Bezugnahme auf die Schaltung 170 aus 21 verständlich. Eine dynamische Kontrastverstärkung kann auch durch ein Array 172 aus Kondensatoren 171 realisiert werden, die die Pixelknoten 174 zwischenverbinden. Bei dieser Ausführungsform empfängt das Array 172 ein vom oben in weiteren Einzelheiten beschriebenen synchronen Demodulator 175 abgeleitetes Wechselstromsignal. Die Kondensatoren 171 dienen als ein AC-Impedanznetz, das die AC-Signale in einer zur Verhaltensweise des Widerstandsnetzes 161 (20) für DC-Signale analogen Weise verteilt und mittelt. Bei der AC-Kontrastverstärkungsschaltung 170 wird die Tiefpaßfilterung, die bei anderen Ausführungsformen Teil der Demodulatorschaltung sein kann, in den Schaltungsteil des Komparators 177 verlegt. Das Kondensatorarray 172 kann einfach unter Verwendung herkömmlicher Halbleiterverarbeitungstechniken realisiert werden und kann im Vergleich zur oben beschriebenen Realisierung des Widerstandsarrays den Vorteil einer relativ geringen Größe bieten.
Die Widerstandsmatrixschaltung 160 und die Kondensatormatrixschaltung 170 können zur Bildkontrastverstärkung eine Gewichtung liefern. Eine Alternative besteht darin, eine derartige Verstärkung über eine nachgeschaltete Software auszuführen, die jedoch zur vollständigen Verarbeitung eine relativ lange Zeitdauer benötigen kann. Dementsprechend können die Widerstandsmatrix- und Kondensatormatrixanordnung eine günstigere Gesamtverarbeitungsgeschwindigkeit bieten. Zusätzlich kann eine derartige vorläufige Verarbeitung am Sensor 30 bei einigen Ausführungsformen eine Vereinfachung der A/D-Wandlung von einem 8-Bit-AD-Wandler zu einem 1-Bit-Wandler zulassen, wobei immer noch eine hohe Geschwindigkeit und relativ niedrige Kosten gewährleistet sind. Beispielsweise kann die Verarbeitung des Fingerabdruckbildes und die Feststellung einer Übereinstimmung bei einigen Anwendungen vorzugsweise lediglich einige Sekunden betragen, um eine Überbeanspruchung eines Nutzers zu vermeiden.
Mit Bezugnahme auf 22 kann der Sensor 30 in einem sicheren Sensorgehäuse 190 enthalten sein. Der Sensor 30 ist vorzugsweise montiert, um ein Biegen oder Verschieben zu vermeiden, wodurch der Chip oder seine elektrischen Anschlüsse belastet werden können. Insbesondere kann die Einheit insgesamt ein gegen Eingriffe resistentes Gehäuse 191 umfassen, wie für den Fachmann verständlich ist. Beispielsweise kann das Gehäuse 191 aus einem gegen ein Schneiden, Abreiben oder Sägen resistenten harten Kunststoffmaterial oder aus Metall gebildet sein. Alternativ kann das Gehäuse 191 ein Material umfassen, das seine internen Schaltungskomponenten zerbröckelt und zerstört, falls ein Zugang durch Schneiden, Auflösen oder in anderer Form versucht wird.
Das Sensorgehäuse 190 umfaßt ferner das dargestellte Substrat 195, den Prozessor 192, einen zerstörbaren Speicher 195 und eine Ausgangsverschlüsselungsschaltung 194. Insbesondere liefert die Ausgangsverschlüsselungsschaltung 194 ein Ausgangssignal, das nur von der vorgesehenen nachgeschalteten Vorrichtung entschlüsselt werden kann. Derartige Verschlüsselungstechniken sind für den Fachmann einfach verständlich und können den Gebrauch verschiedener Schlüssel, Paßwörter, Codes, etc. umfassen. Die Beschreibungen der US-Patente 4,140,272; 5,337,357; 4,993,068 und 5,436,972 offenbaren jeweils verschiedene Ansätze für eine Verschlüsselung.
Das Ausgangssignal des Sensorgehäuses 190 kann über elektrisch leitende Anschlüsse oder Stifte zu einem zugeordneten nachgeschalteten Entschlüsselungsgerät übertragen werden oder kann induktiv oder optisch zu einem zugeordneten Gerät gekoppelt werden. Elektrische oder andere Schutzarten können am verschlüsselten Ausgangsabschnitt vorgesehen werden, um sicherzustellen, daß Daten, wie beispielsweise eine im Speicher 193 gespeicherte Fingerabdruckdatenbank mittels externer Anschlüsse und/oder Signalmanipulationen nicht ohne weiteres lesbar ist.
Der Sensor 30 und der Prozessor 192 können so aufgebaut sein, daß sie jedes beliebige integrierte Sensorverarbeitungsmerkmal innerhalb eines Bereichs liefern. Beispielsweise kann es sich bei dem verschlüsselten Ausgangssignal um ein unbearbeitetes Bild, ein verarbeitetes Bild, um Fingerabdruckdetaildaten, eine Angabe bezüglich eines positiven/negativen Abgleichs oder um persönliche Identifizierungs- und digitale Signaturschlüssel handeln.
Das gezeigte Sensorgehäuse 190 umfaßt auch eine Randwulst aus Dichtungsmaterial am Übergang zwischen der oberen dielektrischen Schicht 52 des Sensors 30 und den benachbarten Abschnitten des Gehäuses 191. Andere Dichtungsanordnungen werden von der vorliegenden Erfindung ebenfalls in Betracht gezogen, um vorzugsweise eine fluiddichte Abdichtung am Übergang zwischen der freiliegenden oberen dielektrischen Schicht und den benachbarten Gehäuseabschnitten zu gewährleisten. Zusätzlich kann eine Reinigungsflüssigkeit für ein routinemäßiges Reinigen des Fensters und zur Reduzierung von Verunreinigungen desselben verwendet werden. Da mit hoher Wahrscheinlichkeit verschiedene Alkohole, wie beispielsweise Isopropylalkohol, als Reinigungslösungen verwendet werden, sind das Gehäuse 191 und die Dichtungsrandwulst 196 vorzugsweise gegen derartige Chemikalien widerstandsfähig.
In 23 wird eine weitere Sensoreinheit 220 gezeigt und werden die Probleme und Lösungen mit Bezug auf eine integrierte Schaltungseinheit erläutert. Ein Fingerabdrucksensor als integrierte Schaltung weist bezüglich des Gehäuses besondere Schwierigkeiten auf, da er vom Finger, mit dem er abgetastet wird, berührt werden muß. Die hauptsächlichen in Betracht kommenden Verschmutzungen sind Natrium und andere Alkalimetalle. Diese Verschmutzungen können mobile Ionen in den SiO₂-Schichten hervorrufen, die typischerweise zur Passivierung der integrierten Schaltung verwendet werden. Die sich daraus ergebende Oxidladung verschlechtert insbesondere bei der MOS-Technologie die Eigenschaften der Vorrichtung.
Bei einem herkömmlichen Ansatz zur Kontrolle einer Verschmutzung durch bewegliche Ionen wird ein hermetisches Gehäuse mit einer phosphordotierten Passivierungsschicht über der integrierten Schaltung verwendet. Die Phosphordotierung reduziert die Beweglichkeit der Verunreinigungen durch Einfangmechanismen. Mittlerweile finden Kunststoffgehäuse eine weite Verbreitung und es kann eine Siliziumnitrid-Passivierungsschicht in Verbindung mit dem Kunststoffgehäuse verwendet werden. Mit Siliziumnitrid kann die Permeabilität von Verunreinigungen deutlich reduziert werden und es ist ein direkter Kontakt zwischen dem Finger des Nutzers und der integrierten Schaltung möglich. Dementsprechend wird vorzugsweise Siliziumnitrid als Passivierungsschicht für den Fingerabdrucksensor verwendet.
Ein Fingerabdrucksensor, wie bei der vorliegenden Erfindung, stellt mehrere besondere Anforderungen an die Herstellung des Gehäuses. Diese umfassen: das Gehäuse muß offen sein, um einen Kontakt zwischen Finger und Sensorchip zu ermöglichen; das Gehäuse sollte physikalisch widerstandsfähig sein, um groben Gebrauchsbedingungen stand zu halten; das Gehäuse und der Chip sollten einer wiederholten Reinigung mit einem Reinigungsmittel und/oder Desinfektionslösungen und einschließlich einem Schrubben standhalten; der Chip sollte einem Kontakt mit einer Vielzahl organischer und anorganischer Verunreinigungen standhalten und sollte abriebfest sein; und schließlich sollte das Gehäuse relativ kostengünstig sein.
Das dargestellte Gehäuse 220 aus 23 trägt diesen Aspekten für das Gehäuse Rechnung. Das Gehäuse 220 umfaßt einen auf einer Metallplatte 222 montierten integrierten Schaltungschip 221, die mit dem Trägerstreifen (lead frame) 223 beim Spritzgießen des umgebenden Kunststoffmaterials 191 des Gehäuses verbunden wird. Anschlüsse werden durch Bonddrähte 227 und den Trägerstreifen 223 zu den sich nach außen erstreckenden Anschlüssen 228 hergestellt, wie für den Fachmann ohne weiteres verständlich ist. Die obere Oberfläche des Kunststoffgehäuses 191 umfaßt eine integral gegossene Öffnung 52, die einen Kontakt mit dem Chip 221 zuläßt. Durch das Haften zwischen der Kunststoffpreßmasse und den benachbarten oberen Oberflächenabschnitten des Chips wird bei dieser gezeigten Ausführungsform eine Dichtung erzeugt. Dementsprechend ist kein separater Dichtungskörper oder Herstellungsschritt erforderlich.
Der integrierte Schaltungschip 221 kann aus den oben angegebenen Gründen auch eine Passivierungsschicht 224 aus Siliziumnitrid umfassen. Zusätzlich kann, wie beim gezeigten Sensorgehäuse 220 veranschaulicht ist, der Chip 221 auch mit einer zweiten Schutzschicht 225 versehen sein. Jede der Beschichtungen 224, 225 ist vorzugsweise relativ dünn und beispielsweise in der Größenordnung von ungefähr 1 μm, um die Empfindlichkeit des Sensors beizubehalten. Die äußere Beschichtung 225 kann aus einem organischen Material, wie beispielsweise Polyimid oder PTFE (Teflon) bestehen, das Vorteile bei der Verschleißfestigkeit und beim physischen Schutz bietet. Anorganische Beschichtungen, wie beispielsweise Siliziumkarbid oder amorpher Diamant können ebenfalls für die äußere Schicht 225 verwendet werden und können die Verschleißfestigkeit insbesondere gegenüber schleifenden Partikeln erhöhen. Zusätzlich ist das Material der schützenden-Chipbeschichtung 225 vorzugsweise mit Standard-IC-Strukturdefinitionsverfahren kompatibel, so daß beispielsweise ein Ätzen von Bondfeldern möglich ist.
Die Bondfelder des integrierten Schaltungschips 221 können durch Aluminium gebildet werden. Gemäß einem möglicherweise bevorzugteren Ansatz werden die Felder mit einem Goldstopfen abgedichtet, der durch Galvanisieren aufgebracht werden kann. Um die durch die schleifenförmigen Bonddrähte 227 erzeugte Höhe zu reduzieren, kann der Chip 221 bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung, die nicht gezeigt ist, direkt flip-chip-gebondet werden. Das Sensorgehäuse 220 kann gemäß anderer Ausführungsformen unter Verwendung bandautomatisierter Bondingtechniken hergestellt werden.
Wieder mit Bezug auf 22 besteht noch ein weiterer Gesichtspunkt des Sensorgehäuses 190 darin, daß der Speicher 198 und/oder andere integrierte Schaltungskomponenten so hergestellt sein können, daß sie sich beim Aufbrechen des Gehäuses 191 beispielsweise zerstören oder dagegen gesichert sind. Auf den (die) integrierten Schaltungschip(s) kann eine Beschichtung 193 aus einem Material aufgebracht werden, das eine Zerstörung des Chips bewirkt, falls die Beschichtung aufgelöst wird, wie dem Fachmann einfach verständlich ist. Der Speicher 193 kann auch selbst zerstörend sein oder so, daß er seinen Inhalt bei einem Aussetzen gegen Licht oder beim Abklemmen eines elektrischen Versorgungsstroms löscht. Dem Fachmann sind andere Konzepte zur Sicherstellung der Datenintegrität und von Verarbeitungseigenschaften des Sensorgehäuses 190 bekannt. Dementsprechend sieht die vorliegende Erfindung vor, daß heikle Daten, wie beispielsweise eine Datenbank mit autorisierten Fingerabdrücken, Chiffrierungsschlüsseln oder Autorisierungscodes, nicht ohne weiteres aus dem Sensorgehäuse 190 gestohlen werden können. Zusätzlich kann das Sensorgehäuse 190 vorzugsweise den elektrischen Feldsensor 30 umfassen.
Von den verschiedenen Ausführungsformen des Sensors 30 und der diesen zugeordneten Verarbeitungselektronik kann jeder beliebige einer Anzahl herkömmlicher Fingerabdruckabgleichsalgorithmen verwendet werden. Fingerabdruckdetails, d.h. die Verzweigungen oder Gabelungen und Endpunkte der Fingerabdruckrippen werden häufig zur Durchführung eines Abgleichs zwischen einem Probenabdruck und einer Referenzabdruckdatenbank verwendet. Ein derartiger Abgleich von Details kann mittels der erfindungsgemäßen Verarbeitungselektronik einfach realisiert werden, wie für den Fachmann ohne weiteres verständlich ist. Die Beschreibungen der US-Patente 3,859,633 und 3,893,080 sind auf eine auf dem Abgleich von Details von Fingerabdrücken basierende Identifizierung von Fingerabdrücken gerichtet. Die Beschreibung des US-Patents 4,151,512 offenbart ein Fingerabdruckklassifizierungsverfahren, bei dem entnommene Rippenkonturdaten verwendet werden. Die Beschreibung des US-Patents 4,185,270 offenbart einen Prozeß zur Kodierung und Verifizierung, der ebenfalls auf Details basiert. Die Beschreibung des US-Patents 5,040,224 offenbart eine Methode zur Vorverarbeitung von Fingerabdrücken, um eine Position des inneren Teils eines jeweiligen Fingerabdruckbildes für einen späteren Abgleich mit Hilfe von Detailmustern zu bestimmen.
Aufgrund der relativ schnellen und wirkungsvollen Verarbeitung von durch den oben genannten Sensor 30 bereitgestellten Fingerabdruckbildern und der zugeordneten Elektronik gemäß der Erfindung, kann dem Nutzer bezüglich der Positionierung seines Fingers auf einem Fingerabdrucksensor, wie beispielsweise dem gezeigten elektrischen Feldsensor 30, eine Rückkopplung nahezu in Echtzeit zur Verfügung gestellt werden. Dementsprechend kann der Nutzer seinen Finger schnell und präzise neu positionieren, kann seine Identifizierung korrekt ausgeführt werden und kann er die beabsichtigte Aufgabe unverzüglich fortsetzen. In der Vergangenheit wurde lediglich eine einfache positive oder negative Angabe für einen Nutzer, wie beispielweise in der Beschreibung des US-Patents 4,947,443, offenbart, wobei für eine derartige Angabe eine relativ lange Zeit benötigt wurde. Sofern eine Angabe nicht innerhalb einiger Sekunden erhalten werden kann, ist mit jedem weiteren Zeitablauf ein dramatischer Anstieg der Unzufriedenheit eines Nutzers wahrscheinlich. Darüber hinaus gibt eine einfäche Positiv/Negativ-angabe dem Nutzer lediglich Anlaß zu einem erneuten Versuch ohne eine zweckmäßige Angabe, wodurch die negative Angabe hervorgerufen worden sein könnte.
Die Vorrichtung 200 (24) umfaßt illustrativ einen betriebsmäßig mit einem Bildprozessor 201 verbundenen Fingerabdrucksensor 30. Der Bildprozessor 201 kann entlang der Leitungen, wie oben erläutert wurde, eine Verzögerungsleitung mit Abgriff oder einen anderen funktionalen Mittelpunktrechner 202 umfassen, um einen Mittelpunkt des abgetasteten Fingerabdrucks zu bestimmen, wie für den Fachmann einfach verständlich ist. Der Ort des Mittelpunktes relativ zu einem vorbestimmten Referenzmittelpunkt kann bestimmt werden und es kann dem Nutzer über eine Positionsanzeige 203 eine Angabe gemacht werden. Das Bild kann dann weiter analysiert werden und falls der aufgewandte Fingerdruck zu stark oder zu schwach ist, kann dies dem Nutzer angezeigt werden. Dementsprechend kann eine potentielle Unzufriedenheit des Nutzers deutlich reduziert werden. Die Notwendigkeit einer Reinigung des Sensors kann dem Nutzer ebenfalls wirkungsvoll kommuniziert werden, falls Neupositionierungs- und/oder Druckänderungen wirkungslos sind, wie beispielsweise nach einer vorbestimmten Anzahl von Versuchen.
Mit Bezug zu 25 wird eine praktische Implementierung der Abtastung mit Positionsrückkopplung und -angabe als eine Anwendung auf einer Computer-Workstation, wie beispielsweise dem dargestellten Notebook-Computer 35, beschrieben, der eine Tastatur 36 und eine Anzeige 37 umfaßt.
Der Fingerabdrucksensor 30 nimmt den Finger des Nutzers auf. Der Prozessor des Rechners erzeugt unter Zusammenwirken mit dem Fingerabdrucksensor 30 eine Anzeige des Fingerabdruckbildes 206 zusammen mit dessen Mittelpunkt 205 in einem Bild eines Fensters 207 auf der Anzeige 37. Die Anzeige umfaßt ebenfalls einen Zielmittelpunkt 208 zur Unterstützung des Nutzers bei der Neupositionierung seines Fingers für einen korrekten Lesevorgang.
Zusätzlich zur visuellen Bildanzeige kann eine weitere Angabe durch Anzeigen der Worte "aufwärts bewegen" und "nach links bewegen" zusammen mit den zugeordneten gezeigten Richtungspfeilen erfolgen. Es kann auch eine Angabe bezüglich eines gewünschten Drucks erfolgen, wie beispielsweise die dargestellten Worte "Erhöhung des Drucks".
Noch eine weitere Abwandlung der Rückkopplungs- und Druckangaben kann in der Form von synthetisch erzeugten Sprachmitteilungen erfolgen, die über einen Lautsprecher 39 ausgegeben werden, der im Gehäuse des Computers montiert ist. Beispielsweise können die erzeugten Sprachmitteilungen eine Aufforderung, den "Finger aufwärts und nach links zu bewegen" und "den Druck des Fingers zu erhöhen" umfassen.
Noch eine weitere Ausführungsform der Abtastung mit Fingerpositionsrückkopplung und -angabe wird mit Bezugnahme auf die Vorrichtung 210 aus 26 verständlich. Bei dieser Ausführungsform wird der Sensor 30 dazu verwendet, einen Zugangskontroller 211 zu betätigen, der wiederum eine Tür betätigen kann, um beispielsweise den Zutritt eines korrekt identifizierten Nutzers zuzulassen. Einfache visuelle Angaben in der Form von LEDs 212, 213 für eine Bewegung nach oben und unten und links bzw. rechts können vorgesehen werden, um dem Nutzer eine korrekte Positionierung oder Umpositionierung seines Fingers anzuzeigen. Die veranschaulichte Ausführungsform umfaßt auch mehrere LEDs 214 zur Druckangabe.
Der Fingerabdrucksensor umfaßt ein Array elektrischer Feldabtastelektroden, eine dielektrische Schicht auf den Abtastelektroden mit der dielektrischen Schicht zur Aufnahme eines Fingers in der Nähe derselben, einen Treiber zur Anlage eines elektrischen Feldsteuerungssignals an die Abtastelektroden und benachbarten Abschnitte des Fingers, so daß die Abtastelektroden ein Fingerabdruckbildausgangssignal erzeugen, wobei der Treiber ein kohärentes Steuersignal für das Array liefert. Jeder der elektrischen Feldabtastelektroden ist zur Abschirmung einer jeweiligen elektrischen Feldabtastelek trode gegenüber benachbarten Abtastelektroden eine jeweilige Abschirmelektrode zugeordnet. Jede Abschirmelektrode wird aktiv für eine weitere Abschirmung angesteuert. Der Fingerabdrucksensor umfaßt einen synchronen Demodulator und einen Kontrastverstärker für präzisere Ausgangsbildsignale.

Claims

Fingerabdrucksensor (30), umfassend: ein Array elektrischer Feldabtastelektroden, eine dielektrische Schicht (52) auf den elektrischen Feldabtastdioden zur Aufnahme eines dazu benachbarten Fingers (79) und Ansteuerungsmittel zur Anlage eines kohärenten elektrischen Feldansteuerungssignals an die elektrischen Feldabtastelektroden (54) und benachbarten Abschnitte des Fingers (79), so daß die elektrischen Feldabtastelektroden ein Fingerabdruckbildausgangssignal erzeugen.
Fingerabdrucksensor (30) nach Anspruch 1, wobei das Ansteuerungsmittel umfaßt: eine Ansteuerungselektrode (71) neben den elektrischen Feldabtastelektroden (54); eine zweite dielektrische Schicht (70) zwischen der Ansteuerungselektrode (71) und den elektrischen Feldabtastelektroden (54); und eine Ansteuerungsschaltung zur Stromversorgung der Ansteuerungselektrode (71) zur Erzeugung des kohärenten elektrischen Feldansteuerungssignals mit einer vorbestimmten Frequenz; und eine neben der dielektrischen Schicht angeordnete Fingerelektrode zum Kontakt mit dem Finger.
Fingerabdrucksensor (3) nach Anspruch 1 oder 2, wobei jeder elektrischen Feldabtastelektrode (54) eine jeweilige Abschirmelektrode (80) zum Abschirmen jeder elektrischen Feldabtastelektrode gegenüber benachbarten Abtastelektroden zugeordnet ist und jede Abschirmelektrode eine elektrisch leitende Schicht aufweist, die eine jeweilige elektrische Feldabtastelektrode mit einer dazwischen angeordneten dielektrischen Schicht umgibt, mit einem aktiven Abschirmansteuerungsmittel zur aktiven Ansteuerung jeder der Abschirmelektroden, wobei das aktive Abschirmansteuerungsmittel vorzugsweise einen Verstärker (73) umfaßt, der betriebsweise mit jeder elektrischen Feldabtastelektrode und deren zugeordneter Abschirmelektrode verbunden ist, um die Abschirmelektrode mit einem Teil eines Ausgangssignals vom Verstärker aktiv anzusteuern.
Fingerabdrucksensor (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein synchrones Demodulationsmittel betriebsweise mit den elektrischen Feldabtastelektroden verbun den ist, um Signale von diesen synchron zu demodulieren, mit einem dynamischen Kontrastverstärkungsmittel, das betriebsweise mit den elektrischen Feldabtastelektroden verbunden ist, um den Kontrast und die Gleichförmigkeit des Fingerabdruckbildausgangssignals dynamisch zu verstärken, wobei das dynamische Kontrastverstärkungsmittel eine betriebsweise mit den elektrischen Feldabtastelektroden verbundene Kondensatormatrix (170) und ein Wechselstrom-Kondensatormatrix-Ansteuerungsmittel zur Ansteuerung der Kondensatormatrix (170) umfaßt.
Fingerabdrucksensor (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Wechselstrom-Kondensatormatrix-Ansteuerungsmittel einen synchronen Demodulator (111) umfaßt, das dynamische Kontrastverstärkungsmittel eine Widerstandsmatrix, die betriebsweise mit den elektrischen Feldabtastelektroden (54) verbunden ist, einen Verstärker (73), der betriebsweise mit jeder elektrischen Feldabtastelektrode verbunden ist, und Multiplexermittel umfaßt zum wahlweisen Lesen jeder der elektrischen Feldabstastelektroden, umfassend ein Substrat (65) und eine aktive Halbleiterschicht (66) auf dem Substrat, die mehrere Halbleiterbauelemente umfaßt, die betriebsweise mit den elektrischen Feldabtastelektroden verbunden sind.
Fingerabdrucksensor (30) nach Anspruch 5, welcher Gehäusemittel zum Umschließen des Substrats (65), der aktiven Halbleiterschicht (66), der elektrischen Feldabtastelektroden (54) und der elektrischen Schicht (52) umfaßt, wobei das Gehäusemittel eine sich durch dieses erstreckende Öffnung in Ausrichtung mit der dielektrischen Schicht umfaßt.
Verfahren zum Abtasten eines Fingerabdrucks und Erzeugen eines Fingerabdruckbildausgangssignals, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt: Bereitstellen eines Arrays elektrischer Feldabtastelektroden (54) mit einer dielektrischen Schicht (52) auf den elektrischen Feldabtastelektroden zur Aufnahme eines dazu benachbarten Fingers; und Anlegen eines kohärenten elektrischen Feldansteuerungssignals an die elektrischen Feldabtastelektroden (54) und benachbarten Abschnitte des Fingers (79), so daß die elektrischen Feldabtastelektroden ein Fingerabdruckbildausgangssignal erzeugen, einschließlich des Schrittes eines Abschirmens der elektrischen Feldabtastelektroden durch Anordnen einer jeweiligen Abschirmelektrode (80), die jede der elektrischen Feldabtastelektroden umgibt, um jede elektrische Feldabtastelektrode gegenüber benachbarten elektrischen Feldabtastelektroden abzuschirmen.
Verfahren nach Anspruch 7, das den Schritt eines aktiven Ansteuerns jeder der Abschirmelektroden (80) mit einem Teil eines Ausgangssignals von einem Verstärker (73), der jeder elektrischen Feldabtastelektrode zugeordnet ist, den Schritt eines synchronen Demodulierens von Signalen von den elektrischen Feldabtastelektroden (54) und den Schritt eines dynamischen Verstärkens des Kontrasts und der Gleichförmigkeit des Fingerabdruckbildausgangssignals umfaßt.