WO2020057695A1 - Display mit integriertem matrixsensor und verfahren zur optischen aufnahme der papillarstruktur wenigstens eines fingers mit dem display - Google Patents

Display mit integriertem matrixsensor und verfahren zur optischen aufnahme der papillarstruktur wenigstens eines fingers mit dem display Download PDF

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WO2020057695A1
WO2020057695A1 PCT/DE2019/100819 DE2019100819W WO2020057695A1 WO 2020057695 A1 WO2020057695 A1 WO 2020057695A1 DE 2019100819 W DE2019100819 W DE 2019100819W WO 2020057695 A1 WO2020057695 A1 WO 2020057695A1
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sensor
display
angle
diaphragm
sensor elements
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Application number
PCT/DE2019/100819
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Jürgen HILLMANN
Tom Michalsky
Undine Richter
Jörg Reinhold
Philipp Riehl
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JENETRIC GmbH
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Publication date
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    • G06V40/161—Detection; Localisation; Normalisation
    • G06V40/167—Detection; Localisation; Normalisation using comparisons between temporally consecutive images

Definitions

  • the papillary structure is characterized by the papillary ridges (papillary lines) and the papillary valleys lying in between, which are characterized, among other things, by their course (line course direction).
  • a display according to the invention with an integrated matrix sensor can in principle also be used to record tissue structures other than the papillary structure of fingers, provided that it has linear elevations and linear valleys.
  • the recording of the papillary structure of one or more fingers at the same time will be the most common application for a display according to the invention.
  • Optical fingerprint recorders have long been based on the principle of lens-based optical imaging of the interface between a finger and a glass prism.
  • the principle of disturbed total reflection (FTIR - frustrated total internal reflection) in the case of oblique light incidence enables a high-contrast recording of the papillary structure, since the light is decoupled from the prism into the finger at the points where the papillary lines touch the prism surface and between the papillary lines is totally reflected.
  • the distances between the papillary lines in the human fingerprint are usually above 200 gm and on average around 400 gm.
  • the respective width of the papillary lines and papillary valleys is variable.
  • the distances between the sensor elements must still be less than half the structure size to be imaged.
  • the resolution relates to the distances between the sensor elements.
  • a display should primarily fulfill the function of an electronic display, which is why its quality must not be impaired by additional functions, such as a touch function or the function of an optical recording of a fingerprint.
  • the term display is not always used consistently.
  • a display is basically a single-layer or multi-layer transparent or semi-transparent body with a cover layer, an integrated display matrix in a display level and, if appropriate, a backlight.
  • a display e.g. B.
  • An optical fingerprint imaging system is known from WO 2017/045130 A1, with a translucent cover plate on which a finger is placed, a backlight and a matrix sensor which is arranged between the cover plate and the backlight.
  • At least one light shielding layer preferably two light shielding layers separated from one another by a transparent layer, are arranged upstream of the matrix sensor, which is translucent between its individual sensor elements so that the cover plate can be illuminated by the backlight. They each have, assigned to a sensor element, holes which delimit a light tunnel between the sensor element and the cover plate for each sensor element.
  • US 2017/0161543 A1 discloses a display in the sense of the present application with an integrated matrix sensor.
  • the display contains several transparent layers, of which the outer layer represents the cover layer, on the surface of which a finger to be imaged can be placed and which primarily serves as a protective layer for the display pixels.
  • the display pixels, which together form a display matrix, and the sensor elements, which together form the matrix sensor are arranged nested in one another in one plane on a barrier layer.
  • the display pixels with their light-emitting surface face the cover layer in accordance with a conventional display. It is pointed out that both the light of the display pixels and / or the light of any additional lighting can be used to pick up the finger by the matrix sensor.
  • the sensor elements of the matrix sensor protected from light by the display pixels, face the barrier layer with their light-sensitive surface, which has a first aperture below the sensor elements and, assigned to each sensor element, a second aperture opening offset from the sensor element in the same direction, through which light reflected from the cover layer can pass obliquely.
  • the light passing through the first diaphragm openings is in each case reflected by a further transparent layer adjoining the barrier layer on a reflective layer, and a portion of the light reflected here strikes a sensor element through the first diaphragm openings.
  • a light tunnel (acceptance cone here) is formed by a first aperture opening immediately upstream of the sensor element and a second aperture opening offset from the sensor element, which narrowly limits the reflection angle range from which light strikes a sensor element .
  • acceptance cone combined with the knowledge that it is limited by a round aperture opening offset from the sensor element, makes it clear that it has an oblique conical shape.
  • the opening angle of an inclined cone is smaller in the inclination direction than perpendicular to it, from which it can be concluded that the acceptance angle of the sensor element in the inclination direction is smaller than perpendicular to it.
  • the reflection angle range includes reflection angles that are far from a vertical incidence of light, that is, that strike the sensor element at a clearly oblique angle. In contrast, this leads to incidence of light from a narrowly limited range of reflection angles around the vertical Incidence of light, as in the case of a light tunnel according to the aforementioned WO 2017/045130 A1, means that the resulting contrast in a recording is not isotropic, that is to say the contrast is greater for light incident from the direction of the aperture offset than perpendicular to it.
  • a light tunnel or acceptance cone is formed through at least one aperture opening, by means of which the reflection angle range from which light strikes the respective sensor element, more precisely its light-sensitive surface, is limited.
  • the sensor element shows that the acceptance angle for the sensor element in the direction of the offset is smaller than in the orthogonal direction to this is. The result of this is that an image generated with the matrix sensor has a different contrast in the offset direction and in an orthogonal direction running thereto. This means that the contrast across the image is not isotropic but depends on the direction.
  • the reflection angle range is always restricted equally for all sensor elements.
  • the acceptance angle is chosen to be as small as possible in order to receive the light directed onto a sensor element only from the smallest possible partial area and thus to achieve a high contrast between papillary lines and papillary valleys.
  • the first alternative essentially consists in that the aperture opening is made smaller in length, in the orthogonal direction to the direction of displacement of the aperture opening relative to the sensor element (displacement direction) than in width, in the displacement direction.
  • the acceptance angle of the sensor elements in the orthogonal direction to the offset direction which, given the same length and width of the diaphragm opening in the orthogonal direction to the offset direction, is larger than the acceptance angle in the offset direction, can be reduced and adapted to the acceptance angle in the offset direction.
  • the diaphragm openings in the orthogonal direction to the offset direction (length) are at least the same size as in the offset direction (width) and offset in at least two different directions with respect to the sensor elements.
  • This alternative is suitable for using the sensor elements of a diaphragm group to create a partial image with only a part of the sensor elements, so that the same number of partial images of reduced resolution can be created with the matrix sensor as there are aperture groups. From these partial images of reduced resolution, a corrected image can be computed, which has an isotropic and higher contrast than each of the partial images.
  • tissue structures such as the papillary structure of a finger
  • the papillary lines being one Have a distance from one another, which is predominantly about an order of magnitude smaller than an approximately rectilinear section of the papillary lines in the direction of their length.
  • the diaphragm openings are advantageously designed as slits with a slot length orthogonal to the direction of the offset of the diaphragm opening to the sensor element, greater than a slot width, in the direction of the offset the aperture to the sensor element.
  • the slit length runs in the direction of the papillary lines and thus the papillary valleys, significantly more light can be directed onto the sensor elements. If, in the extreme case, the slit length runs perpendicular to the papillary lines, the contrast and thus the sharpness of the image is adversely affected, but this deterioration is compensated for by the method according to the invention.
  • partial images of reduced resolution are generated by several groups of sensor elements, each of which is assigned to a group of angle diaphragms with differently oriented slits, which have a different contrast in different directions.
  • the partial recordings which are each generated by groups of sensor elements arranged nested one inside the other, are each subdivided into segments which are as small as possible, but are so large that the line course direction can be derived from at least one of the correlating segments.
  • the correlating segments are weighted on the basis of the line course direction and counted to form an overall segment.
  • a corrected image is created from all of the segments.
  • Fig. 1 is a schematic diagram for a first embodiment of an inventive
  • Fig. 2 is a schematic diagram for a first embodiment of an inventive
  • FIG. 3 shows a schematic diagram for a second embodiment of a display according to the invention in the first alternative
  • Fig. 4 is a schematic diagram for a second embodiment of an inventive
  • Fig. 5b one of the aperture openings in the form of an oval for a display in the first
  • FIG. 6a shows a first arrangement of one of the diaphragm openings in the form of a slot for a sensor element in a display in the first alternative
  • 6b shows a second arrangement of one of the diaphragm openings in the form of a slot for a sensor element in a display in the first alternative
  • Fig. 7a is a schematic representation of the angle diaphragm of a first
  • Fig. 7c is a schematic representation of the angle diaphragm of a second
  • 7d is a representation of an excellent angle of the detected light in
  • Fig. 8 is a schematic representation of a matrix sensor with two
  • Fig. 9 is a schematic representation of a matrix sensor with four aperture groups and
  • Fig. 10 is a flow diagram for a method in a graphic representation.
  • 1 shows a schematic diagram for a first embodiment of a display with an integrated matrix sensor 3 for imaging the papillary structure, formed by papillary lines P L and papillary valleys P T , of at least one finger F.
  • the display provides a single or multilayer transparent or semi-transparent body 1 with a support surface 1.1, an integrated display matrix 2 in a display level 2.0, the integrated matrix sensor 3 in a sensor level 3.0, with a large number of sensor elements 3.1 and a large number of integrated, regularly arranged angle diaphragms 4 with diaphragm openings in a diaphragm plane 4.0.
  • the support surface 1.1 formed by an outer surface of the transparent or semi-transparent body 1, and at least the sensor plane 3.0 and the diaphragm plane 4.0 are aligned parallel to one another.
  • the thickness of the display is usually between 0.1 mm and 10 mm, preferably between 0.5 and 2 mm.
  • the matrix sensor 3 consists of a large number of regularly arranged sensor elements 3.1, each of which is associated with one of the angle diaphragms 4.
  • the angle diaphragms 4 are designed as surface elements and each have an aperture which is arranged and dimensioned in relation to the sensor element 3.1, or more precisely to its light-sensitive surface, in such a way that through this aperture opening only or from a limited reflection angle range on the support surface 1.1 reflected light, preferably totally reflected light, can strike the sensor element 3.1 at an angle.
  • the diaphragm openings are arranged in front of the sensor element 3.1 at a distance a in the orthogonal direction (viewing direction) to the support surface 1.1 and offset in a parallel direction (offset direction R v ) parallel to the support surface 1.1 to the associated sensor element 3.1 such that they go from the orthogonal direction to
  • the support surface 1.1 is viewed next to the sensor element 3.1, which covers it completely.
  • the angle diaphragms 4 consist of a non-transparent and preferably absorbent material. To control and read out and possibly analyze and calculate recordings of the matrix sensor 3, the latter is connected to a control and computing unit.
  • the display level 2.0 and the sensor level 3.0 coincide, which is why the aperture level 4.0 is arranged in front of the display level 2.0 in the direction of the light reflected on the support surface 1.1. So that no stray light or light emanating directly from display pixels 2.1 of the display matrix 2 can strike the sensor elements 3.1, these are enclosed over a distance a by a lens hood 6, which orthogonally adjoins the angle mask 4.
  • the transparent or semitransparent body 1 can be made of layers of different materials with different refractive indices in order to adapt the light in the wavelength range, in the reflection angle range or in the direction of polarization to the way in which the at least one finger F rests and / or in the case of an additional light source To direct light for illuminating the contact surface 1.1 onto the contact surface 1.1 if possible at angles of incidence greater than the critical angle.
  • the display pixels 2.1 which primarily display optical signals or representations to the user of the display, can simultaneously serve as illumination for the support surface 1.1 and thus for an object lying on it, in particular a finger F.
  • a backlight 8 can be present and used as the illumination, which advantageously directs light in a non-visible wavelength range through the display matrix 2 interleaved with the matrix sensor 3 to the support surface 1.1.
  • additional lighting 9 can be provided, which, for. B. also in a non-visible wavelength range, only directs light at an angle greater than the critical angle onto the support surface 1.1. If totally reflected light is to be used for the recording, it is important that the illumination emits light which at least partially strikes the contact surface 1.1 at angles greater than / equal to the critical angle.
  • the sensor elements 3.1 can advantageously have an electronic control unit as shutter pixels for controlling the exposure time, e.g. B. as a rolling shutter or as a global shutter, as disclosed in DE 10 2015 116 026 A1.
  • the matrix sensor 3 then represents a shutter pixel sensor.
  • the exposure time and thus the integration time can thus be adapted to different brightnesses of the display, which vary in the application scenario from the user or due to different environmental conditions.
  • the aperture openings preferably have a regular shape. You can e.g. B. round, oval or preferably slit-shaped.
  • the aperture openings point in Offset direction Rv has a maximum width, which is the slot width b in the preferred case of a slot-shaped diaphragm opening (slot diaphragm).
  • the slit diaphragm is the slit length I.
  • the maximum length or in the preferred case the slot length I is smaller than the maximum width or in the preferred case the slot width b. It is so much smaller that an isotropic contrast is achieved in one image by means of all sensor elements 3.1 of the matrix sensor 3.
  • the diaphragm openings are all offset in the same direction of displacement R v with respect to the sensor elements 3.1. Two advantageous designs for the diaphragm openings are shown in FIGS. 5a and 5b. According to FIG.
  • the diaphragm opening in the angle diaphragm 4 is a rectangular slot 5 that is open towards the edge of the angle diaphragm 4 and that is delimited by the adjoining lens hood 6, see FIG. 1.
  • the aperture in FIG. 5b represents an oval or an ellipse.
  • the acceptance angle in this direction can be further reduced while the slot length I remains the same by the slot 5, which in the case of a usually square sensor element 3.1 is parallel in the direction of its slot length I.
  • a side edge of the sensor element 3.1 is arranged, see FIG. 6a, for example in the direction of a surface diagonal, see FIG. 6b.
  • This can be particularly advantageous if a further reduction of the slot length I is not technologically possible or means a considerable additional effort.
  • the direction of the slot length I can also have any angle to a side edge of the sensor element 3.1.
  • the maximum length of the diaphragm openings or in the preferred case of slots 5 as diaphragm openings the slot length I is greater than / equal to the maximum width or in the preferred case the slot width b.
  • a design of the diaphragm openings as rectangular slots 5, for which the slot length I is greater than the slot width b is assumed as a simplification, which is also advantageous.
  • the slot length I particularly advantageously has at least twice the size of the slot width b.
  • the acceptance angle cp b of the sensor element 3.1 is significantly smaller compared to the acceptance angle fi in the direction of the slot length I and a partial surface 1.1.1 of the contact surface 1.1, from which light onto a sensor element 3.1 strikes, has in the direction of the slot length I the surface length which is approximately proportional to the ratio between the slot length I and the slot width b larger than their surface width.
  • a picture therefore has a lower contrast than in the direction of the area width.
  • the angle diaphragms 4 in the event that the slot length I is greater than / equal to the slot width b, are alternately arranged such that the longitudinal direction Rs, determined by the orientation of the slot length I, of two adjacent angle diaphragms 4 is different in each case.
  • the angle diaphragms 4 form at least two diaphragm groups 4.1, ..., 4.4, the angle diaphragms 4 of the at least two diaphragm groups 4.1, ..., 4.4 each having the same longitudinal direction R s of the slots 5.
  • the angle diaphragms 4 of the at least two diaphragm groups 4.1,..., 4.4 are arranged alternately, so that the longitudinal directions Rs of the slots 5 are oriented differently, so that the partial surfaces 1.1.1 each assigned to one diaphragm group 4.1..., 4.4 the longitudinal direction R s , in which the slots 5 have the slot length I, have correlating, different orientations.
  • the reflection angle ranges and acceptance angles recorded in each case are shown on the basis of two sensor elements 3.1, each with an upstream angled aperture 4, in which the slot lengths I are orthogonal to one another.
  • the first sensor element 3.1 shown from the left is preceded by an angle diaphragm 4 with a slot 5, the slot width b of which lies in the plane of the drawing.
  • the reflection angle range which is determined by the relative position of the slit 5 to the sensor element 3.1 and the dimension of the slit width b and the sensor element 3.1 (here its light-sensitive surface is always meant), is determined by marginal rays limited, which include a solder to the contact surface 1.1 a first angle ß, preferably greater than the critical angle of total reflection, and a second angle ß + cp b , where cp b is the acceptance angle in the direction of the slot width b, which at a predetermined size of Sensor element 3.1 over the slot width b and the distance a is adjustable.
  • the second sensor element 3.1 shown from the left is preceded by an angle diaphragm 4 with a slot 5, the slot length I of which lies in the plane of the drawing.
  • the acceptance angle fi in the direction of the slot length I can be set by specifying the slot length I.
  • the basic structure of a display described with reference to the first embodiment is independent of the geometric design of the sensor elements 3.1, which advantageously have the shape of a regular equilateral polygon.
  • the slots 5 of the respective upstream angle diaphragms 4 are aligned in groups with the slot length I parallel to one side of the sensor element 3.1.
  • the sensor elements 3.1 can also be different, e.g. B. round or oval.
  • FIG. 3 shows a schematic diagram for a second embodiment of a display with an integrated matrix sensor 3 for imaging the papillary structure of at least one finger F according to the first alternative and in FIG. 4 according to the second alternative.
  • This embodiment essentially differs from the first embodiment only in that the display level 2.0 lies between the support surface 1.1 and the sensor level 3.0. So that light reflected on the support surface 1.1 can reach the sensor elements 3.1, the display matrix 2 necessarily has transparent areas 2.2 or is semi-transparent in its entirety.
  • the angle diaphragms 4 arranged upstream of the matrix sensor 3 advantageously form a coherent one Aperture layer, which is only interrupted by the aperture openings, preferably in the form of the slots 5. Additional stray light apertures 6 are not required in this second embodiment. All other descriptions for the first version also apply to the second version.
  • An advantage of this second embodiment lies in the comparatively low tolerance of the relative positions of the diaphragm openings to one another and the comparatively high accuracy with which the acceptance angle and the reflection angle range can be determined.
  • FIG. 7a the angle diaphragms 4 of a first diaphragm group 4.1 and in FIG. 7c the angle diaphragms 4 of a second diaphragm group 4.2 are each schematically shown with partial surfaces 1.1.1 assigned to the angle diaphragms 4, from which reflected light impinges on the respectively assigned sensor element 3.1 .
  • the partial areas 1.1.1 have been shown here in simplified form as rectangles. In fact, these partial areas 1.1.1 have an elliptical shape or a round shape.
  • the partial areas 1.1.1 and the slots 5 have the same orientation, that is to say the slot width b and the area width and the slot length I and the area length each run in the same direction.
  • the direction of the slot length I represents the longitudinal direction Rs.
  • a finger F the papillary structure of which is shown in FIG. 10 by coaxial circular rings, or several fingers F are simultaneously placed on the support surface 1.1 of the display, the support surface 1.1 is illuminated by means of the display and by actuating the matrix sensor 3 the papillary structure of the at least one finger F creates an initial recording which results from signals from all sensor elements 3.1 which correlate to a respectively detected light intensity. Due to the advantageous design of the diaphragm openings as slots 5 with a larger slot length I than the slot width b, a higher light intensity is advantageously detected in total by the matrix sensor 3, compared to diaphragm openings which have the same extension in two directions orthogonal to one another.
  • the initial exposure is divided into four individual partial exposures TAi - TA 4 , reduced resolution, which are each assigned to one of the four aperture groups 4.1 - 4.4, represented here in each case by the longitudinal directions Rsi - RS4 of the respective angle aperture 4.
  • the contrast in the four partial exposures TA 1 - TA 4 differs within the respective partial exposure, that is, it is not isotropic.
  • the four partial recordings TAi-TA 4 are each divided into a plurality of segments, from which groups of mutually correlating segments Si-S 4 are formed.
  • a correlating segment Si-S 4 of a group is highlighted for each partial recording TAi-TA 4 .
  • the segments are at least so large that the line course direction RL can be derived from at least one of the correlating segments Si-S 4 for this group of correlating segments Si-S 4 .
  • the contrast in segment S 4 is so poor that the line course direction R L cannot be derived directly from this segment S 4 .
  • the respective longitudinal directions Rsi, RS2, RS3, RS4 of the slots 5 of the assigned aperture groups 4.1-4.4 are assigned to the selected segments Si, S2, S3, S 4 and an angle difference is in each case derived from the longitudinal directions R Si -Rs4 and the respective line direction RL CM - a 4 formed.
  • the correlating segments Si - S 4 are weighted, the smaller the angle difference a 1 - a 4 , the higher the weighting.
  • the correlating segments Si, S 2, S 3 , S 4 have each been assigned exemplary weighting factors.
  • a corrected overall segment GS k is calculated from the selected segments Si, - S 4 of a group.
  • corrected overall segments GS k are formed from all the segments that correlate with one another.
  • all corrected overall segments GS k are combined to form a corrected recording A k .
  • the corrected image A k has an at least approximately isotropic and higher contrast in all directions compared to the initial image (not shown).
  • the segments in which the longitudinal directions R s of the slots 5 are larger than the smallest of the angle differences can advantageously be weighted with zero oh - form a 4 with the line course direction R L derived for the correlating segments Si S 4 .

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Display mit integriertem Matrixsensor (3) zur optischen Aufnahme der Papillarstruktur wenigstens eines Fingers (F), bei dem den einzelnen Sensorelementen (3.1) des Matrixsensors (3) jeweils eine Winkelblende (4) mit einer zum Sensorelement (3.1) jeweils in einer Versatzrichtung (RV) versetzten Blendenöffnung vorgeordnet ist. Durch eine differenzierte Dimensionierung der Blendenöffnungen und / oder unterschiedliche Versatzrichtungen (RV) wird der Akzeptanzwinkel der Sensorelemente (3.1) des Matrixsensors (3) auch in orthogonaler Richtung zur Versatzrichtung (RV) beeinflusst, womit das Display zur Erstellung einer Aufnahme geeignet ist, die einen isotropen und hohen Kontrast aufweist. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren, mit dem unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Displays mit integriertem Matrixsensor (3) eine initiale Aufnahme in eine korrigierte Aufnahme, die einen wenigstens annähernd isotropen und hohen Kontrast aufweist, transformiert wird.

Description

Display mit integriertem Matrixsensor und Verfahren zur optischen Aufnahme der Papillarstruktur wenigstens eines Fingers mit dem Display
Über die Papillarstruktur der Finger lassen sich Personen sicher identifizieren, weshalb der Fingerabdruck als Abbild der Papillarstruktur schon seit langer Zeit zur Identifikation von Personen verwendet wird. Die Papillarstruktur zeichnet sich durch die Papillarleisten (Papillarlinien) und die dazwischen tiefer liegenden Papillartäler aus, die unter anderem durch deren Verlauf (Linienverlaufsrichtung) charakterisiert sind.
Ein erfindungsgemäßes Display mit integriertem Matrixsensor kann grundsätzlich auch zur Aufnahme anderer Gewebestrukturen als die Papillarstruktur von Fingern verwendet werden, sofern diese linienförmige Erhebungen und linienförmige Täler aufweist. Die Aufnahme der Papillarstruktur eines oder mehrerer Finger gleichzeitig wird der häufigste Anwendungsfall für ein erfindungsgemäßes Display sein.
Optische Fingerabdruckaufnahmegeräte basierten lange auf dem Prinzip der linsenbasierten optischen Abbildung der Grenzfläche zwischen einem Finger und einem Glasprisma. Das Prinzip der gestörten Totalreflexion (FTIR - frustrated total internal reflection) bei schrägem Lichteinfall ermöglicht dabei eine kontrastreiche Aufnahme der Papillarstruktur, da das Licht an den Stellen, an denen die Papillarlinien die Prismenoberfläche berühren, aus dem Prisma in den Finger ausgekoppelt und zwischen den Papillarlinien total reflektiert wird.
Mit dem Einsatz von so genannten Direktsensoren, welche auf ein linsenbasiertes Abbildungssystem verzichten, ergeben sich neue Möglichkeiten für Fingerabdruckaufnahmegeräte. Die Geräte können deutlich kleiner ausgeführt werden, da keine abbildende Optik mehr nötig ist und auch kein Glasprisma verwendet werden muss. Das an einer Auflagefläche eines Abdeckglases unterhalb eines aufgelegten Fingers reflektierte Licht wird direkt auf einen Matrixsensor reflektiert. Je nach Ausführung gibt es unterschiedliche Bildentstehungsmechanismen. Dabei wird grundsätzlich der maximale Abstand zwischen Finger und Matrixsensor durch den Reflexionswinkelbereich des bildgebenden Lichtsignals, welches von der Displayoberfläche stammt und von Sensorelementen empfangen wird, bestimmt. Um einen auswertbaren Kontrast zu erzielen, darf das reflektierte Lichtbündel in der Sensorebene nicht wesentlich weiter aufgeweitet sein als die Größe der abzubildenden Struktur. Der Kontrast bezieht sich auf den Signalunterschied zwischen Papillarlinien und Papillartälern und versteht sich im Sinne dieser Beschreibung als Michelson- Kontrast.
Die Abstände der Papillarlinien im menschlichen Fingerabdruck liegen in der Regel oberhalb 200 gm und im Schnitt bei ca. 400 gm. Die jeweilige Breite der Papillarlinien und Papillartäler ist dabei variabel.
Für die Auflösung der abzubildenden Strukturen müssen die Abstände der Sensorelemente weiterhin geringer sein als die halbe abzubildende Strukturgröße. Die Auflösung bezieht sich im Sinne dieser Beschreibung auf die Abstände der Sensorelemente.
Für die Aufnahme eines menschlichen Fingerabdrucks bei einem Abstand von Auflagefläche zu Sensorebene im mm-Bereich wird ohne Maßnahmen zur Winkeleinschränkung kein Kontrast erzielt.
Für die Entstehung der Aufnahme ist maßgeblich, wie die Beleuchtung des Abdeckglases erfolgt. Enthält die Beleuchtung Lichtstrahlen, welche beim Auftreffen auf die Oberfläche des Abdeckglases den Grenzwinkel zur Totalreflektion überschreiten, werden diese in den Bereichen der zwischen den Papillarlinien des auf der Auflagefläche aufliegenden Fingers nicht anliegenden Papillartälern am Glas-Luft- Übergang totalreflektiert. Eine Signalbildung aus einem Reflexionswinkelbereich oberhalb des Grenzwinkels führt entsprechend zu einer wesentlich größeren Signalhöhe und einem deutlich höheren Kontrast als aus einem Reflexionswinkelbereich unterhalb des Grenzwinkels.
Eine Vielzahl von elektronischen Geräten, u. a. Mobiltelefone und Tablets, weisen heutzutage ein Display auf. Ein solches Display soll primär die Funktion einer elektronischen Anzeige erfüllen, weshalb deren Qualität durch zusätzliche Funktionen, wie eine Touchfunktion oder die Funktion einer optischen Aufnahme eines Fingerabdrucks, nicht beeinträchtigt werden darf. In der Praxis wird der Begriff Display nicht immer einheitlich verwendet. Im Sinne dieser Anmeldung ist ein Display grundsätzlich ein ein- oder mehrschichtiger transparenter oder semitransparenter Körper mit einer Abdeckschicht, einer integrierten Displaymatrix in einer Displayebene und gegebenenfalls einer Hintergrundbeleuchtung. Um ein Display, z. B. mit einer OLED, AMOLED, QLED oder LCD, auch als Aufnahmegerät für einen Fingerabdruck oder ein anderes natürliches oder künstliches Gewebe nutzen zu können, bestehen im Stand der Technik verschiedenste Bestrebungen, die vorhandene Beleuchtung der Abdeckschicht durch die Displaypixel der Displaymatrix und gegebenenfalls die Hintergrundbeleuchtung für eine optische Aufnahme auf einen zusätzlich in das Display integrierten Matrixsensor zu nutzen, der in oder unterhalb der Displayebene angeordnet ist.
Damit der Fingerabdruck auch bei einer Dicke der Abdeckschicht im Millimeterbereich mit einem hinreichend hohen Kontrast auf dem Matrixsensor abgebildet werden kann, müssen Maßnahmen getroffen werden, die, wie einleitend erläutert, den Reflexionswinkelbereich, aus dem Licht jeweils auf ein Sensorelement des Matrixsensors auftrifft, begrenzen.
Aus der WO 2017/045130 A1 ist ein optisches Fingerabdruckabbildungssystem bekannt, mit einer lichtdurchlässigen Abdeckplatte, auf die ein Finger aufgelegt wird, einer Hintergrundbeleuchtung und einem Matrixsensor, der zwischen der Abdeckplatte und der Hintergrundbeleuchtung angeordnet ist. Dem Matrixsensor, der zwischen seinen einzelnen Sensorelementen lichtdurchlässig ist, damit die Abdeckplatte durch die Hintergrundbeleuchtung beleuchtet werden kann, sind wenigstens eine Lichtabschirmschicht, bevorzugt zwei durch eine transparente Schicht voneinander getrennte Lichtabschirmschichten, vorgeordnet. Sie weisen jeweils, einem Sensorelement zugeordnet, Löcher auf, die pro Sensorelement einen Lichttunnel zwischen dem Sensorelement und der Abdeckplatte begrenzen.
Indem jeweils nur Licht, das durch einen der Lichttunnel auf ein Sensorelement gelangt, auf ein Sensorelement auftrifft, wird der Reflexionswinkelbereich, aus dem Licht auf ein Sensorelement auftrifft, beschränkt, sodass der Kontrast von Fingerabdruckbildern verbessert bzw. größere Abstände zwischen dem aufgelegten Finger und dem Matrixsensor realisiert werden können. In der US 2017/0161543 A1 ist ein Display im Sinne der vorliegenden Anmeldung mit einem integrierten Matrixsensor offenbart. Das Display enthält mehrere transparente Schichten, von denen die äußere Schicht die Abdeckschicht darstellt, auf deren Oberfläche ein abzubildender Finger aufgelegt werden kann und die primär als Schutzschicht für die Displaypixel dient. Die Displaypixel, die gemeinsam eine Displaymatrix, und die Sensorelemente, die gemeinsam den Matrixsensor bilden, sind in einem Ausführungsbeispiel ineinander verschachtelt in einer Ebene auf einer Sperrschicht angeordnet. Dabei sind die Displaypixel mit ihrer lichtaussendenden Fläche gemäß einem herkömmlichen Display der Abdeckschicht zugewandt. Es wird darauf hingewiesen, dass sowohl das Licht der Displaypixel oder/und das Licht einer gegebenenfalls zusätzlichen Beleuchtung zur Aufnahme des Fingers durch den Matrixsensor genutzt werden kann. Die Sensorelemente des Matrixsensors sind, vor einem Lichteinfall von den Displaypixeln geschützt, mit ihrer lichtempfindlichen Fläche der Sperrschicht zugewandt, die unterhalb der Sensorelemente jeweils eine erste Blendenöffnung und, jedem Sensorelement zugeordnet, eine zum Sensorelement in einer gleichen Richtung versetzte zweite Blendenöffnung aufweist, durch die von der Abdeckschicht reflektiertes Licht schräg hindurchtreten kann. Das durch die ersten Blendenöffnungen tretende Licht wird jeweils über eine weitere an die Sperrschicht grenzende transparente Schicht an einer reflektierenden Schicht reflektiert, und ein Anteil des hier reflektierten Lichtes trifft durch die ersten Blendenöffnungen auf jeweils ein Sensorelement. Im Vergleich zur vorgenannten WO 2017/045130 A1 wird hier durch jeweils eine erste dem Sensorelement unmittelbar vorgeordnete Blendenöffnung und eine zweite zum Sensorelement versetzte Blendenöffnung ein Lichttunnel gebildet (hier Akzeptanzkonus), der den Reflexionswinkelbereich, aus dem jeweils Licht auf ein Sensorelement auftrifft, eng begrenzt. Der Begriff Akzeptanzkonus stellt in Verbindung mit dem Wissen, dass er durch eine zum Sensorelement versetzte runde Blendenöffnung begrenzt wird, klar, dass dieser eine schiefe konische Form aufweist. Der Öffnungswinkel eines schiefen Konus ist in Neigungsrichtung kleiner als senkrecht hierzu, woraus sich schließen lässt, dass der Akzeptanzwinkel des Sensorelementes in Neigungsrichtung kleiner als senkrecht hierzu ist. Der Reflexionswinkelbereich schließt Reflexionswinkel ein, die fern von einem senkrechten Lichteinfall sind, das heißt, die deutlich schräg auf das Sensorelement auftreffen. Das führt im Unterschied zu einem Lichteinfall aus einem eng begrenzten Reflexionswinkelbereich um den senkrechten Lichteinfall, wie bei einem Lichttunnel gemäß der vorgenannten WO 2017/045130 A1 , dazu, dass der resultierende Kontrast in einer Aufnahme nicht isotrop ist, das heißt für aus Richtung des Blendenversatzes einfallendes Licht ist der Kontrast größer als senkrecht dazu.
In beiden vorgenannten Schriften wird jeweils durch wenigstens eine Blendenöffnung ein Lichttunnel bzw. Akzeptanzkonus gebildet, durch den der Reflexionswinkelbereich begrenzt wird, aus dem Licht auf das jeweilige Sensorelement, genauer gesagt seine lichtempfindliche Fläche auftrifft. Im Falle der vorgenannten US 2017/0161543 A1 , bei der die für die Begrenzung des Reflexionswinkelbereiches bestimmende Blendenöffnung zum Sensorelement versetzt ist, ergibt sich, von Seiten des Sensorelementes betrachtet, dass der Akzeptanzwinkel für das Sensorelement in Richtung des Versatzes kleiner als in orthogonaler Richtung hierzu ist. Damit ergibt sich, dass eine mit dem Matrixsensor erzeugte Aufnahme in der Versatzrichtung und in einer hierzu verlaufende orthogonalen Richtung einen unterschiedlichen Kontrast aufweist. Das heißt, der Kontrast über die Aufnahme ist nicht isotrop sondern richtungsabhängig. Der Reflexionswinkelbereich wird stets für alle Sensorelemente gleich eingeschränkt. Der Akzeptanzwinkel wird möglichst klein gewählt, um das auf ein Sensorelement geleitete Licht nur aus einer möglichst kleinen Teilfläche zu empfangen und damit einen hohen Kontrast zwischen Papillarlinien und Papillartälern zu erreichen.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Display mit integriertem Matrixsensor zur Aufnahme der Papillarstruktur wenigstens eines Fingers so zu verbessern, dass es zur Erstellung einer Aufnahme geeignet ist, die einen isotropen und hohen Kontrast aufweist. Diese Aufgabe wird für ein Display mit integriertem Matrixsensor mit den Merkmalen des Anspruches 1 erfüllt.
Vorteilhafte Ausführungen für ein Display mit integriertem Matrixsensor nach Anspruch 1 sind in den rückbezogenen Unteransprüchen 2 bis 1 1 angegeben.
Es ist auch die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zu finden, mit dem unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Displays mit integriertem Matrixsensor korrigierte Aufnahmen mit einem isotropen und hohen Kontrast gebildet werden können. Diese Aufgabe wird für ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 12 erfüllt.
Vorteilhafte Ausführungen sind in den rückbezogenen Ansprüchen 13 und 14 angegeben.
Zur Lösung der Aufgabe wurden zwei Alternativen gefunden.
Die erste Alternative besteht im Wesentlichen darin, dass die Blendenöffnung in einer Länge, in orthogonaler Richtung zur Richtung des Versatzes der Blendenöffnung gegenüber dem Sensorelement (Versatzrichtung) kleiner ausgeführt wird als in einer Breite, in Versatzrichtung. Dadurch kann der Akzeptanzwinkel der Sensorelemente in orthogonaler Richtung zur Versatzrichtung, der bei gleicher Länge und Breite der Blendenöffnung in orthogonaler Richtung zur Versatzrichtung größer als der Akzeptanzwinkel in Versatzrichtung ist, verkleinert und an den Akzeptanzwinkel in Versatzrichtung angepasst werden. Mit dieser ersten Alternative eines Displays mit integriertem Matrixsensor wird mittels aller Sensorelemente des Matrixsensors eine Aufnahme höchstmöglicher Auflösung erstellt, die über die gesamte Aufnahme einen isotropen und hohen Kontrast aufweist.
Alternativ sind die Blendenöffnungen in orthogonaler Richtung zur Versatzrichtung (Länge) wenigstens gleich groß wie in Versatzrichtung (Breite) und in wenigstens zwei verschiedenen Richtungen gegenüber den Sensorelementen versetzt angeordnet. Die Winkelblenden, bei denen jeweils die Blendenöffnungen in einer gleichen Versatzrichtung gegenüber dem zugeordneten Sensorelement versetzt sind, bilden jeweils eine Blendengruppe. Diese Alternative ist geeignet, mittels der Sensorelemente einer Blendengruppe jeweils eine Teilaufnahme mit nur einem Teil der Sensorelemente zu erstellen, sodass zeitgleich mit dem Matrixsensor eine gleiche Anzahl von Teilaufnahmen reduzierter Auflösung erstellt werden kann, wie Blendengruppen vorhanden sind. Aus diesen Teilaufnahmen reduzierter Auflösung kann rechnerisch eine korrigierte Aufnahme erstellt werden, die einen isotroperen und höheren Kontrast aufweist als jede der Teilaufnahmen.
Einer vorteilhaften Ausführung der zweiten Alternative liegt die Überlegung zugrunde, dass Gewebestrukturen, wie die Papillarstruktur eines Fingers, eine Regelmäßigkeit aufweisen, indem sie eine Linienstruktur darstellen, wobei die Papillarlinien einen Abstand zueinander aufweisen, der überwiegend um ca. eine Größenordnung geringer ist als ein jeweils annähernd geradliniger Abschnitt der Papillarlinien in Richtung ihrer Länge. Um möglichst viel Lichtintensität von reflektiertem Licht aus jeweils einer Teilfläche auf jeweils ein Sensorelement eines Matrixsensors zu leiten, werden die Blendenöffnungen vorteilhaft als Schlitze ausgeführt, mit einer Schlitzlänge, orthogonal zur Richtung des Versatzes der Blendenöffnung zum Sensorelement, größer einer Schlitzbreite, in Richtung des Versatzes der Blendenöffnung zum Sensorelement. Damit kann, wenn die Schlitzlänge in Richtung der Papillarlinien und damit der Papillartäler verläuft, deutlich mehr Licht auf die Sensorelemente geleitet werden. Sofern die Schlitzlänge im Extremfall senkrecht zu den Papillarlinien verläuft, wird der Kontrast und damit die Schärfe der Aufnahme zwar verschlechtert, jedoch wird diese Verschlechterung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kompensiert.
Erfindungsgemäß werden durch mehrere Gruppen von Sensorelementen, die jeweils einer Gruppe von Winkelblenden mit unterschiedlich ausgerichteten Schlitzen zugeordnet sind, Teilaufnahmen verminderter Auflösung erzeugt, die in unterschiedlichen Richtungen einen unterschiedlichen Kontrast aufweisen. Die Teilaufnahmen, die jeweils durch Gruppen ineinander verschachtelt angeordneter Sensorelemente erzeugt werden, werden jeweils in Segmente unterteilt, die möglichst klein, jedoch so groß sind, dass aus wenigstens einem von zueinander korrelierenden Segmenten die Linienverlaufsrichtung ableitbar ist. Anhand der Linienverlaufsrichtung werden die zueinander korrelierenden Segmente gewichtet und zu einem Gesamtsegment gerechnet. Aus allen Gesamtsegmenten wird eine korrigierte Aufnahme erstellt.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Hilfe von Zeichnungen näher erläutert werden. Hierzu zeigen:
Fig. 1 eine Prinzipskizze für eine erste Ausführung eines erfindungsgemäßen
Displays in einer ersten Alternative,
Fig. 2 eine Prinzipskizze für eine erste Ausführung eines erfindungsgemäßen
Displays in einer zweiten Alternative, Fig. 3 eine Prinzipskizze für eine zweite Ausführung eines erfindungsgemäßen Displays in der ersten Alternative,
Fig. 4 eine Prinzipskizze für eine zweite Ausführung eines erfindungsgemäßen
Displays in der zweiten Alternative,
Fig. 5a eine der Blendenöffnungen in Form eines Schlitzes für ein Display in der ersten Alternative,
Fig. 5b eine der Blendenöffnungen in Form eines Ovals für ein Display in der ersten
Alternative,
Fig. 6a eine erste Anordnung einer der Blendenöffnungen in Form eines Schlitzes zu einem Sensorelement bei einem Display in der ersten Alternative,
Fig. 6b eine zweite Anordnung einer der Blendenöffnungen in Form eines Schlitzes zu einem Sensorelement bei einem Display in der ersten Alternative,
Fig. 7a eine schematische Darstellung der den Winkelblenden einer ersten
Blendengruppe zugeordneten Teilflächen,
Fig. 7b eine Darstellung ausgezeichneter Winkel des detektierten Lichtes in Richtung der Schlitzbreite,
Fig. 7c eine schematische Darstellung der den Winkelblenden einer zweiten
Blendengruppe zugeordneten Teilflächen,
Fig. 7d eine Darstellung eines ausgezeichneten Winkels des detektierten Lichtes in
Richtung der Schlitzlänge,
Fig. 8 eine schematische Darstellung eines Matrixsensors mit zwei
Blendengruppen,
Fig. 9 eine schematische Darstellung eines Matrixsensors mit vier Blendengruppen und
Fig. 10 ein Ablaufschema für ein Verfahren in bildlicher Darstellung. In Fig. 1 ist eine Prinzipskizze für eine erste Ausführung eines Displays mit integriertem Matrixsensor 3 zur Abbildung der Papillarstruktur, gebildet durch Papillarlinien PL und Papillartäler PT, wenigstens eines Fingers F gezeigt.
Das Display stellt einen ein- oder mehrschichtigen transparenten oder semitransparenten Körper 1 mit einer Auflagefläche 1.1 , einer integrierten Displaymatrix 2 in einer Displayebene 2.0, dem integrierten Matrixsensor 3 in einer Sensorebene 3.0, mit einer Vielzahl von Sensorelementen 3.1 und einer Vielzahl von integrierten regelmäßig angeordneten Winkelblenden 4 mit Blendenöffnungen in einer Blendenebene 4.0, dar. Dabei sind die Auflagefläche 1.1 , gebildet durch eine äußere Oberfläche des transparenten oder semitransparenten Körpers 1 , und wenigstens die Sensorebene 3.0 und die Blendenebene 4.0 zueinander parallel ausgerichtet. Die Dicke des Displays liegt in der Regel zwischen 0,1 mm und 10 mm, bevorzugt zwischen 0,5 und 2 mm. Der Matrixsensor 3 besteht aus einer Vielzahl von regelmäßig angeordneten Sensorelementen 3.1 , denen jeweils eine der Winkelblenden 4 zugeordnet ist. Die Winkelblenden 4 sind als Flächenelemente ausgeführt und weisen jeweils eine Blendenöffnung auf, die zum Sensorelement 3.1 , bzw. genauer zu dessen lichtempfindlicher Fläche, so angeordnet und dimensioniert ist, dass durch diese Blendenöffnung hindurch nur aus einem begrenzten Reflexionswinkelbereich an der Auflagefläche 1.1 bzw. an wenigstens einem aufliegenden Finger F reflektiertes Licht, bevorzugt total reflektiertes Licht, schräg auf das Sensorelement 3.1 auftreffen kann. Dazu sind die Blendenöffnungen jeweils in orthogonaler Richtung (Blickrichtung) zur Auflagefläche 1.1 in einem Abstand a dem Sensorelement 3.1 vorgeordnet und in einer parallelen Richtung (Versatzrichtung Rv) parallel zur Auflagefläche 1.1 so zum zugeordneten Sensorelement 3.1 versetzt angeordnet, dass sie aus orthogonaler Richtung zur Auflagefläche 1.1 betrachtet neben dem Sensorelement 3.1 , dieses vollständig abdeckend, angeordnet sind. Die Winkelblenden 4 bestehen aus einem nicht transparenten und vorzugsweise absorbierenden Material. Zum Ansteuern und Auslesen und gegebenenfalls Analysieren und Verrechnen von Aufnahmen des Matrixsensors 3 ist dieser mit einer Steuer- und Recheneinheit verbunden.
In dieser ersten Ausführung fallen die Displayebene 2.0 und die Sensorebene 3.0 zusammen, weshalb die Blendenebene 4.0 in Richtung des an der Auflagefläche 1.1 reflektierten Lichts vor der Displayebene 2.0 angeordnet ist. Damit kein Streulicht oder von Displaypixeln 2.1 der Displaymatrix 2 direkt ausgehendes Licht auf die Sensorelemente 3.1 auftreffen kann, sind diese über den Abstand a von einer Streulichtblende 6 umschlossen, die an die Winkelblende 4 orthogonal angrenzt.
Der transparente oder semitransparente Körper 1 kann aus Schichten unterschiedlichen Materials mit unterschiedlichen Brechzahlen ausgeführt sein, um das Licht im Wellenlängenbereich, im Reflexionswinkelbereich oder in der Polarisationsrichtung auf die Entstehung der Aufnahme des wenigstens einen aufliegenden Fingers F anzupassen und/oder im Falle einer zusätzlichen Lichtquelle das Licht zur Beleuchtung der Auflagefläche 1.1 möglichst unter Auftreffwinkeln größer dem Grenzwinkel auf die Auflagefläche 1.1 zu leiten.
Die Displaypixel 2.1 , die dem Nutzer des Displays primär optische Signale oder Darstellungen anzeigen, können gleichzeitig als Beleuchtung für die Auflagefläche 1.1 und damit eines aufliegenden Objekts, insbesondere eines Fingers F, dienen. Alternativ oder zusätzlich kann als Beleuchtung eine Flintergrundbeleuchtung 8 vorhanden sein und genutzt werden, die Licht vorteilhaft in einem nicht sichtbaren Wellenlängenbereich durch die mit dem Matrixsensor 3 verschachtelte Displaymatrix 2 zur Auflagefläche 1.1 richtet. Alternativ zur Flintergrundbeleuchtung kann eine Zusatzbeleuchtung 9 vorhanden sein, die z. B. ebenfalls in einem nicht sichtbaren Wellenlängenbereich nur Licht unter einem Winkel größer dem Grenzwinkel auf die Auflagefläche 1.1 richtet. Soll zur Aufnahme total reflektiertes Licht genutzt werden, ist es wichtig, dass die Beleuchtung Licht aussendet, das wenigstens teilweise unter Winkeln größer/gleich dem Grenzwinkel auf die Auflagefläche 1.1 auftrifft.
Die Sensorelemente 3.1 können vorteilhaft als Shutter-Pixel über eine elektronische Steuereinheit zur Steuerung der Belichtungszeit verfügen, z. B. als Rolling-Shutter oder als Global-Shutter, wie sie in der DE 10 2015 116 026 A1 offenbart ist. Der Matrixsensor 3 stellt dann einen Shutter-Pixel-Sensor dar. Damit können die Belichtungszeit und somit Integrationszeit an verschiedene Helligkeiten des Displays, welche im Anwendungsszenario vom Nutzer bzw. durch unterschiedliche Umgebungsbedingungen variieren, angepasst werden.
Die Blendenöffnungen weisen bevorzugt eine regelmäßige Form auf. Sie können z. B. rund, oval oder bevorzugt schlitzförmig sein. Die Blendenöffnungen weisen in Versatzrichtung Rv eine maximale Breite auf, die im bevorzugten Fall einer schlitzförmigen Blendenöffnung (Schlitzblende) die Schlitzbreite b ist. In orthogonaler Richtung zur Versatzrichtung Rv weisen sie eine maximale Länge auf, die im bevorzugten Fall der Schlitzblende die Schlitzlänge I ist.
Die maximale Länge bzw. im bevorzugten Fall die Schlitzlänge I ist in einer ersten Alternative der ersten Ausführung eines erfindungsgemäßen Displays kleiner als die maximale Breite bzw. im bevorzugten Fall die Schlitzbreite b. Sie ist dabei um soviel kleiner, dass ein isotroper Kontrast in einer Aufnahme mittels aller Sensorelemente 3.1 des Matrixsensors 3 erzielt wird. Die Blendenöffnungen sind im Unterschied zu der später an Fig. 2 erläuterten zweiten Alternative der ersten Ausführung alle in einer gleichen Versatzrichtung Rv gegenüber den Sensorelementen 3.1 versetzt. Zwei vorteilhafte Ausführungen für die Blendenöffnungen sind in den Fig. 5a und 5b dargestellt. Gemäß Fig. 5a ist die Blendenöffnung in der Winkelblende 4 ein zum Rand der Winkelblende 4 hin offener rechteckiger Schlitz 5, der durch die angrenzende Streulichtblende 6 begrenzt wird, siehe Fig.1. Die Blendenöffnung in Fig. 5b stellt ein Oval oder eine Ellipse dar. Je geringer die maximale Länge bzw. im bevorzugten Sonderfall der Ausführung der Blendenöffnung als Schlitz 5 die Schlitzlänge I ist, desto kleiner wird der Akzeptanzwinkel in Richtung der Länge. Wie in den Fig. 6a und 6b beispielhaft anhand eines rechteckigen Schlitzes 5 gezeigt, lässt sich der Akzeptanzwinkel in dieser Richtung bei gleichbleibender Schlitzlänge I weiter verringern, indem der Schlitz 5, der im Falle eines üblicherweise quadratischen Sensorelementes 3.1 in Richtung seiner Schlitzlänge I parallel zu einer Seitenkante des Sensorelementes 3.1 angeordnet wird, siehe Fig. 6a, beispielhaft in Richtung einer Flächendiagonale angeordnet wird, siehe Fig. 6b. Das kann insbesondere dann von Vorteil sein, wenn eine weitere Verkleinerung der Schlitzlänge I technologisch nicht möglich ist oder einen erheblichen Mehraufwand bedeutet. Die Richtung der Schlitzlänge I kann auch einen beliebigen Winkel zu einer Seitenkante des Sensorelementes 3.1 aufweisen.
In einer zweiten Alternative der ersten Ausführung, gezeigt in Fig. 2, ist jeweils die maximale Länge der Blendenöffnungen bzw. im bevorzugten Fall von Schlitzen 5 als Blendenöffnungen die Schlitzlänge I größer/gleich der maximalen Breite bzw. im bevorzugten Fall der Schlitzbreite b. In der nachfolgenden Beschreibung der zweiten Alternative wird vereinfachend von einer Ausführung der Blendenöffnungen als rechteckige Schlitze 5, für die die Schlitzlänge I größer der Schlitzbreite b ist, ausgegangen, die auch vorteilhaft ist. Besonders vorteilhaft weist die Schlitzlänge I mindestens die doppelte Größe der Schlitzbreite b auf. Entsprechend ist in Richtung der Schlitzbreite b, gleich der Versatzrichtung Rv, der Akzeptanzwinkel cpb des Sensorelementes 3.1 deutlich kleiner im Vergleich zu dem Akzeptanzwinkel fi in Richtung der Schlitzlänge I und eine Teilfläche 1.1.1 der Auflagefläche 1.1 , aus der Licht auf ein Sensorelement 3.1 auftrifft, weist in Richtung der Schlitzlänge I die Flächenlänge auf, die näherungsweise proportional zum Verhältnis zwischen der Schlitzlänge I und der Schlitzbreite b größer als ihre Flächenbreite ist. In Richtung der Flächenlänge weist eine Aufnahme demnach einen geringeren Kontrast auf als in Richtung der Flächenbreite.
Erfindungsgemäß sind die Winkelblenden 4, im Fall, dass die Schlitzlänge I größer/gleich der Schlitzbreite b ist, im Wechsel so angeordnet, dass die Längsrichtung Rs, bestimmt durch die Orientierung der Schlitzlänge I, zweier benachbarter Winkelblenden 4 jeweils unterschiedlich ist. Dabei bilden die Winkelblenden 4 wenigstens zwei Blendengruppen 4.1 , ..., 4.4, wobei die Winkelblenden 4 der wenigstens zwei Blendengruppen 4.1 , ..., 4.4 jeweils eine gleiche Längsrichtung Rs der Schlitze 5 aufweisen. Die Winkelblenden 4 der wenigstens zwei Blendengruppen 4.1 , ..., 4.4 sind im Wechsel angeordnet, so dass die Längsrichtungen Rs der Schlitze 5 unterschiedlich ausgerichtet sind, womit die jeweils einer Blendengruppe 4.1 , ..., 4.4 zugeordneten Teilflächen 1.1.1 eine zu der Längsrichtung Rs, in der die Schlitze 5 die Schlitzlänge I aufweisen, korrelierende, unterschiedliche Orientierung aufweisen.
In Fig. 2 sind anhand von zwei Sensorelementen 3.1 mit einer jeweils vorgeordneten Winkelblende 4, bei denen die Schlitzlängen I orthogonal zueinander verlaufen, die jeweils erfassten Reflexionswinkelbereiche und Akzeptanzwinkel dargestellt.
Dem ersten von links gezeigten Sensorelement 3.1 ist eine Winkelblende 4 mit einem Schlitz 5 vorgeordnet, dessen Schlitzbreite b in der Zeichenebene liegt. Der Reflexionswinkelbereich, der durch die Relativlage des Schlitzes 5 zum Sensorelement 3.1 und die Dimension der Schlitzbreite b und des Sensorelementes 3.1 (hier ist immer dessen lichtempfindliche Fläche gemeint) bestimmt ist, wird durch Randstrahlen begrenzt, die mit einem Lot zur Auflagefläche 1.1 einen ersten Winkel ß, bevorzugt größer dem Grenzwinkel der Totalreflexion, und einem zweiten Winkel ß + cpb, einschließen, wobei cpb der Akzeptanzwinkel in Richtung der Schlitzbreite b ist, der bei einer vorgegebenen Größe des Sensorelementes 3.1 über die Schlitzbreite b und den Abstand a einstellbar ist. Dem zweiten von links gezeigten Sensorelement 3.1 ist eine Winkelblende 4 mit einem Schlitz 5 vorgeordnet, dessen Schlitzlänge I in der Zeichenebene liegt. Über die Vorgabe der Schlitzlänge I ist bei vorgegebener Größe des Sensorelementes 3.1 der Akzeptanzwinkel fi in Richtung der Schlitzlänge I einstellbar.
Der Akzeptanzwinkel cpb in Richtung der Schlitzbreite b und der Akzeptanzwinkel fi in Richtung der Schlitzlänge I sind im Zusammenhang mit der Dicke des transparenten Körpers 1 oberhalb der Blendenebene 4.0 bestimmend für die Flächenbreite und die Flächenlänge der Teilfläche 1.1.1 , aus der Licht auf das jeweilige Sensorelement 3.1 auftrifft, was anhand der Fig. 7a bis 7d zu sehen ist.
Der grundsätzliche, anhand der ersten Ausführung beschriebene Aufbau eines Displays ist unabhängig von der geometrischen Ausführung der Sensorelemente 3.1 , die vorteilhaft die Form eines regelmäßigen gleichseitigen Vielecks aufweisen. Die Schlitze 5 der jeweils vorgeordneten Winkelblenden 4 sind gruppenweise mit der Schlitzlänge I parallel zu jeweils einer Seite des Sensorelementes 3.1 ausgerichtet. Die Sensorelemente 3.1 können auch anders, z. B. rund oder oval, ausgeführt sein.
Beispiele hierfür werden später anhand der Fig. 8 und 9 gezeigt.
In Fig. 3 ist eine Prinzipskizze für eine zweite Ausführung eines Displays mit integriertem Matrixsensor 3 zur Abbildung der Papillarstruktur wenigstens eines Fingers F gemäß der ersten Alternative und in Fig. 4 gemäß der zweiten Alternative gezeigt.
Diese Ausführung unterscheidet sich im Wesentlichen von der ersten Ausführung nur dadurch, dass die Displayebene 2.0 zwischen der Auflagefläche 1.1 und der Sensorebene 3.0 liegt. Damit an der Auflagefläche 1.1 reflektiertes Licht auf die Sensorelemente 3.1 gelangen kann, weist die Displaymatrix 2 zwingend transparente Bereiche 2.2 auf oder ist in ihrer Gesamtheit semitransparent. Vorteilhaft bilden die dem Matrixsensor 3 vorgeordneten Winkelblenden 4 eine zusammenhängende Blendenschicht, die lediglich durch die Blendenöffnungen unterbrochen ist, bevorzugt in Form der Schlitze 5. Zusätzlicher Streulichtblenden 6 bedarf es bei dieser zweiten Ausführung nicht. Alle sonstigen Beschreibungen zur ersten Ausführung treffen auch auf die zweite Ausführung zu. Ein Vorteil dieser zweiten Ausführung liegt in der vergleichsweise geringen Toleranz der Relativlagen der Blendenöffnungen zueinander und der vergleichsweise hohen Genauigkeit, mit der der Akzeptanzwinkel und der Reflexionswinkelbereich festgelegt werden können.
In Fig. 7a sind die Winkelblenden 4 einer ersten Blendengruppe 4.1 und in Fig. 7c sind die Winkelblenden 4 einer zweiten Blendengruppe 4.2 jeweils mit den Winkelblenden 4 zugeordneten Teilflächen 1.1.1 , aus denen reflektiertes Licht auf das jeweils zugeordnete Sensorelement 3.1 auftrifft, schematisch dargestellt. Die Teilflächen 1.1.1 wurden hier vereinfacht als Rechtecke dargestellt. Tatsächlich haben diese Teilflächen 1.1.1 eher eine elliptische Form bzw. eine runde Form.
Vorteilhaft decken die den Winkelblenden 4 jeweils einer Blendengruppe 4.1 - 4.4 zugeordneten Teilflächen 1.1.1 die Auflagefläche 1.1 geschlossen ab, womit jeweils durch die Sensorelemente 3.1 einer jeden der Blendengruppen 4.1 - 4.4 eine vollständige Aufnahme generiert wird.
Die Teilflächen 1.1.1 und die Schlitze 5 weisen eine gleiche Orientierung auf, das heißt, die Schlitzbreite b und die Flächenbreite sowie die Schlitzlänge I und die Flächenlänge verlaufen jeweils in eine gleiche Richtung. Die Richtung der Schlitzlänge I stellt die Längsrichtung Rs dar. Stellt man sich zum besseren Verständnis der Wirkungsweise der unterschiedlichen Längsrichtungen Rs vor, dass ein Finger F so auf der Auflagefläche 1.1 aufliegt, dass die Linienverlaufsrichtung RL dessen Papillarstruktur exakt in der Längsrichtung Rs der ersten Blendengruppe 4.1 und orthogonal zur Längsrichtung Rs der zweiten Blendengruppe 4.2 verläuft, so erschließt sich schnell, dass eine Teilaufnahme über die Sensorelemente 3.1 der ersten Blendengruppe 4.1 eine Teilaufnahme mit einem maximalen Kontrast liefert, da vereinfacht die Sensorelemente 3.1 entweder eine maximale Lichtintensität oder keine Lichtintensität detektieren, wohingegen die Sensorelemente 3.1 der zweiten Blendengruppe 4.2 durchweg eine mittlere Lichtintensität empfangen. Basierend auf diesem Grundverständnis lässt sich verstehen, dass sich mit einer zunehmend größeren Anzahl von Blendengruppen eine zunehmend größere Anzahl von differenzierten Teilaufnahmen, jeweils mit den Sensorelementen 3.1 einer Blendengruppe aufnehmen lassen, die je nach Winkellage der Längsrichtung Rs der Schlitze 5 der Blendengruppe zur Linienverlaufsrichtung RL mehr oder weniger kontrastreich sind.
Anhand der Fig. 10 wird nachfolgend ein Verfahren erläutert, wie es mit einem erfindungsgemäßen Display mit einem integrierten Matrixsensor 3 gemäß der zweiten Alternative ausgeführt wird, bei dem eine initiale Aufnahme von wenigstens einem auf der Auflagefläche 1.1 aufliegenden Finger F in einzelne Teilaufnahmen TArTA4, jeweils erstellt von den Sensorelementen 3.1 einer der Blendengruppen 4.1 - 4.4, zerlegt wird, um sie in eine korrigierte Aufnahme Ak mit einem isotroperen und höheren Kontrast, als die Teilaufnahmen TArTA4 aufweisen, zu transformieren.
Dazu werden ein Finger F, dessen Papillarstruktur in Fig. 10 vereinfacht durch koaxiale Kreisringe dargestellt wurde, oder auch mehrere Finger F gleichzeitig auf die Auflagefläche 1.1 des Displays aufgelegt, die Auflagefläche 1.1 wird mit Mitteln des Displays beleuchtet und durch Ansteuerung des Matrixsensors 3 wird von der Papillarstruktur des wenigstens einen Fingers F eine initiale Aufnahme erstellt, die sich aus Signalen aller Sensorelemente 3.1 , die zu einer jeweils detektierten Lichtintensität korrelieren, ergibt. Durch die vorteilhafte Ausführung der Blendenöffnungen als Schlitze 5 mit einer größeren Schlitzlänge I als Schlitzbreite b wird vorteilhaft in der Summe durch den Matrixsensor 3 eine höhere Lichtintensität detektiert, im Vergleich zu Blendenöffnungen, die in zwei zueinander orthogonale Richtungen eine gleiche Ausdehnung aufweisen.
Die initiale Aufnahme wird in diesem Ausführungsbeispiel in vier einzelne Teilaufnahmen TAi - TA4, verringerter Auflösung aufgeteilt, die jeweils einer der vier Blendengruppen 4.1 - 4.4 zugeordnet werden, hier jeweils durch die Längsrichtungen Rsi - RS4 der jeweiligen Winkelblende 4 dargestellt. Wie gut zu erkennen ist, ist der Kontrast bei den vier Teilaufnahmen TA1 - TA4 innerhalb der jeweiligen Teilaufnahme unterschiedlich gut, das heißt, er ist nicht isotrop. Die vier Teilaufnahmen TAi - TA4 werden jeweils in eine Vielzahl von Segmenten unterteilt, aus denen Gruppen zueinander korrelierender Segmente Si - S4 gebildet werden.
In den Zeichnungen ist pro Teilaufnahme TAi - TA4 jeweils ein korrelierendes Segment Si - S4 einer Gruppe hervorgehoben. Anhand der dargestellten korrelierenden Segmente Si - S4 einer Gruppe wird beispielhaft für alle anderen Segmente der weitere Verfahrensablauf erläutert. Die Segmente sind mindestens so groß, dass jeweils aus wenigstens einem der jeweils korrelierenden Segmente Si - S4 die Linienverlaufsrichtung RL für diese Gruppe von korrelierenden Segmente Si - S4 ableitbar ist. Bei dem in Fig. 10 gezeigten Beispiel ist der Kontrast im Segment S4 so schlecht, dass die Linienverlaufsrichtung RL nicht unmittelbar aus diesem Segment S4 ableitbar ist.
Den ausgewählten Segmenten Si, S2, S3, S4 werden die jeweiligen Längsrichtungen Rsi, RS2, RS3, RS4 der Schlitze 5 der zugeordneten Blendengruppen 4.1 - 4.4 zugeordnet und es werden aus den Längsrichtungen RSi - Rs4 und der jeweiligen Linienverlaufsrichtung RL jeweils eine Winkeldifferenz CM - a4 gebildet. In Abhängigkeit von der Größe der Winkeldifferenz CM - a4 werden die korrelierenden Segmente Si - S4 gewichtet, wobei die Wichtung umso höher ist, je kleiner die Winkeldifferenz a1 - a4 ist. In Fig. 10 wurden den korrelierenden Segmenten S-i, S2, S3, S4 jeweils beispielhafte Wichtungsfaktoren zugeordnet. Unter Beachtung der Wichtung wird jeweils aus den ausgewählten Segmenten Si, - S4 einer Gruppe ein korrigiertes Gesamtsegment GSk gerechnet. Auf gleiche Weise werden aus allen jeweils miteinander korrelierenden Segmenten korrigierte Gesamtsegmente GSk gebildet. Abschließend werden alle korrigierten Gesamtsegmente GSk zu einer korrigierten Aufnahme Ak zusammengefügt. Die korrigierte Aufnahme Ak hat in allen Richtungen im Vergleich zu der initialen Aufnahme (nicht dargestellt) einen wenigstens näherungsweise isotropen und höheren Kontrast.
Um den Aufwand bei der Berechnung der korrigierten Gesamtsegmente GSk zu reduzieren, können vorteilhaft die Segmente mit Null gewichtet werden, bei denen die Längsrichtungen Rs der Schlitze 5 eine größere als die kleinste der Winkeldifferenzen oh - a4 mit der für die korrelierenden Segmente Si S4 abgeleiteten Linienverlaufsrichtung RL bilden.
Bezugszeichenliste
1 transparenter oder semitransparenter Körper
1.1 Auflagefläche
1.1.1 Teilfläche
2 Displaymatrix
2.0 Displayebene
2.1 Displaypixel
2.2 transparenter Bereich der Displaymatrix 2
3 Matrixsensor
3.0 Sensorebene
3.1 Sensorelement
4 Winkelblende
4.0 Blendenebene
4.1 erste Blendegruppe
4.2 zweite Blendengruppe
5 Schlitz
6 Streulichtblende
8 Hintergrundbeleuchtung
9 Zusatzbeleuchtung
I Schlitzlänge
b Schlitzbreite
Rs Längsrichtung
RL Linienverlaufsrichtung
Rv Versatzrichtung
a Abstand
(Pb Akzeptanzwinkel in Richtung der Schlitzbreite b fi Akzeptanzwinkel in Richtung der Schlitzlänge I ai - a4 Winkeldifferenz
ß erster Winkel
ß + cpb zweiter Winkel
F Finger
PL Papillarlinie Rt Papillartal
TA1 - TA4Teilaufnahmen
Si - S4 ausgewählte Segmente
GSk korrigiertes Gesamtsegment
Ak korrigierte Aufnahme

Claims

Patentansprüche
1. Display mit integriertem Matrixsensor (3) zur optischen Aufnahme der Papillarstruktur wenigstens eines Fingers (F), gebildet aus einem ein- oder mehrschichtigen transparenten oder semitransparenten Körper (1 ) mit einer Auflagefläche (1.1 ), einer integrierten Displaymatrix (2) in einer Displayebene (2.0), dem integrierten Matrixsensor (3) in einer Sensorebene (3.0), bestehend aus einer Vielzahl von Sensorelementen (3.1 ) und integrierten Winkelblenden (4) mit einer Blendenöffnung in einer Blendenebene (4.0), die jeweils einem Sensorelement (3.1 ) zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet,
dass die Blendenebene (4.0) zwischen der Auflagefläche (1.1 ) und der Sensorebene (3.0) liegt und die Winkelblenden (4), die Sensorelemente (3.1 ) in orthogonaler Richtung zur Auflagefläche (1.1 ) vollständig abdeckend angeordnet sind,
dass die Blendenöffnungen so zu den Sensorelementen (3.1 ) in einer Versatzrichtung (Rv) versetzt angeordnet sind, dass jeweils durch die Blendenöffnungen nur jeweils an einer Teilfläche (1.1.1 ) der Auflagefläche (1.1 ) reflektiertes Licht schräg aus einem begrenzten Reflexionswinkelbereich auf das zugehörige Sensorelement (3.1 ) auftrifft und
dass in einer ersten Alternative
die Blendenöffnungen jeweils in der Versatzrichtung (Rv) eine maximale Breite und in orthogonaler Richtung zur Versatzrichtung (Rv) eine maximale Länge aufweisen, wobei die maximale Länge kleiner der maximalen Breite ist,
oder in einer zweiten Alternative
die Blendenöffnungen jeweils in der Versatzrichtung (Rv) eine maximale Breite und in orthogonaler Richtung zur Versatzrichtung (Rv) in einer Längsrichtung (Rs) eine maximale Länge aufweisen, wobei die maximale Länge größer/gleich der maximalen Breite ist, und
die Winkelblenden (4) wenigstens zwei Blendengruppen (4.1 - 4.4) von
Winkelblenden (4) mit unterschiedlich ausgerichteter Längsrichtung (Rs) der Blendenöffnungen bilden, die im Wechsel so angeordnet sind, dass benachbarte Winkelblenden (4) unterschiedliche Längsrichtungen (Rs) der Blendenöffnungen aufweisen.
2. Display mit integriertem Matrixsensor (3) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Blendenöffnungen rechteckige Schlitze (5) sind, die maximale Breite eine Schlitzbreite (b) und die maximale Länge eine Schlitzlänge (I) ist.
3. Display mit integriertem Matrixsensor (3) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
dass die Displayebene (2.0) und die Sensorebene (3.0) zusammenfallen und die Winkelblenden (4) einzelne Flächenelemente darstellen, denen jeweils eine Streulichtblende (6) zugeordnet ist, die das Sensorelement (3.1 ) umschließt und orthogonal an die Winkelblende (4) angrenzt, sodass kein Streulicht oder von Displaypixeln (2.1 ) der Displaymatrix (2) direkt ausgehendes Licht auf die
Sensorelemente (3.1 ) auftreffen kann.
4. Display mit integriertem Matrixsensor (3) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
dass die Displayebene (2.0) zwischen der Auflagefläche (1.1 ) und der Sensorebene (3.0) liegt und die Displaymatrix (2) transparente Bereiche (2.2) aufweist, durch die an der Auflagefläche (1.1 ) reflektiertes Licht auf die unter der Displayebene (2.0) angeordneten Winkelblenden (4) auftrifft.
5. Display mit integriertem Matrixsensor (3) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkelblenden (4) eine zusammenhängende Schicht bilden.
6. Display mit integriertem Matrixsensor (3) nach einem der Ansprüche 2 bis 5 gemäß der zweiten Alternative, dadurch gekennzeichnet,
dass die Sensorelemente (3.1 ) die Form eines gleichseitigen regelmäßigen Vielecks aufweisen und die Schlitze (5) entsprechend den Blendengruppen (4.1 - 4.4) jeweils gruppenweise in Längsrichtung (Fis) parallel zu einer Seite der Sensorelemente (3.1 ) ausgerichtet sind.
7. Display mit integriertem Matrixsensor (3) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorelemente (3.1 ) eine rechteckige Form aufweisen und die Winkelblenden (4) genau zwei Blendengruppen (4.1 , 4.2) bilden, deren Schlitze (5) orthogonal zueinander ausgerichtet sind.
8. Display mit integriertem Matrixsensor (3) nach Anspruch 1 , gemäß der zweiten Alternative, dadurch gekennzeichnet,
dass die den Winkelblenden (4) jeweils einer Blendengruppe (4.1 - 4.4) zugeordneten Teilflächen (1.1.1 ) die Auflagefläche (1.1 ) geschlossen abdecken, womit jeweils durch die Sensorelemente (3.1 ) einer jeden der Blendengruppen (4.1 - 4.4) eine vollständige Aufnahme generiert wird.
9. Display mit integriertem Matrixsensor (3) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass der Reflexionswinkelbereich so gewählt ist, dass nur total reflektiertes Licht auf die Sensorelemente (3.1 ) auftrifft.
10. Display mit integriertem Matrixsensor (3) nach Anspruch 2, gemäß der ersten Alternative, dadurch gekennzeichnet,
dass die Form der Sensorelemente (3.1 ) ein Quadrat darstellt und die Schlitzbreite (b) in Richtung einer Diagonale des Quadrates ausgerichtet ist.
1 1. Display mit integriertem Matrixsensor (3) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass der Matrixsensor (3) ein Shutter-Pixel-Sensor ist.
12. Verfahren zur optischen Aufnahme der Papillarstruktur wenigstens eines Fingers (F) unter Verwendung eines Displays mit integriertem Matrixsensor (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gemäß der zweiten Alternative, wobei der wenigstens eine Finger (F) auf die Auflagefläche (1.1 ) des Displays aufgelegt wird und durch Ansteuerung des Matrixsensors (3) mit allen Sensorelementen (3.1 ) eine initiale Aufnahme der Papillarstruktur des wenigstens einen Fingers (F) erstellt wird, die sich aus Signalen aller Sensorelemente (3.1 ), die zu einer jeweils detektierten Lichtintensität korrelieren, ergibt, dadurch gekennzeichnet, dass die initiale Aufnahme in einzelne Teilaufnahmen (TAi - TA4) verringerter Auflösung jeweils einer der Blendengruppen (4.1 , 4.4) und den zugeordneten
Sensorelementen (3.1 ) zugeordnet aufgeteilt wird,
dass die jeweils einer der Blendengruppen (4.1 , 4.4) zugeordneten
Teilaufnahmen (TAi - TA4) in eine Vielzahl von Segmenten zerlegt werden, aus denen Gruppen zueinander korrelierender Segmente (Si - S4) gebildet werden, und aus wenigstens einem der jeweils zueinander korrelierenden Segmente (Si - S4) jeweils eine Linienverlaufsrichtung ( RL) für die korrelierenden Segmente (Si - S4) abgeleitet wird,
dass jeweils zwischen der abgeleiteten Linienverlaufsrichtung (RL) der jeweils korrelierenden Segmente (Si - S4) und den jeweiligen Längsrichtungen (RSi - Rs4) der Blendenöffnungen der zugeordneten Blendengruppen (4.1 , 4.4) eine
Winkeldifferenz (CM - a4) ermittelt wird und die korrelierenden Segmente (Si - S4) in Abhängigkeit von der Größe der Winkeldifferenz (a1 - a4) gewichtet werden, wobei die Wichtung umso höher ist, je kleiner die Winkeldifferenz (a1 - a4) ist,
dass aus den jeweils korrelierenden Segmenten (Si - S4) unter Beachtung der Wichtung jeweils ein korrigiertes Gesamtsegment (GSk) gerechnet wird und alle korrigierten Gesamtsegmente (GSk) zu einer korrigierten Aufnahme (Ak) zusammengefügt werden.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
dass nur eine minimale Anzahl von Sensorelementen (3.1 ) einem der Segmente zugeordnet werden, die ausreichend sind, um aus den Signalen der zueinander korrelierenden Segmente (Si - S4) die Linienverlaufsrichtung ( RL) der aufgenommenen Papillarstruktur ableiten zu können.
14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
dass jeweils die der korrelierenden Segmente (Si - S4) mit Null gewichtet werden, bei denen die Längsrichtungen (Rs) der Blendenöffnungen eine größere als die kleinste der Winkeldifferenzen (a1 - a4) mit der für die korrelierenden Segmente (Si - S4) abgeleiteten Linienverlaufsrichtung (RL) bilden, womit der Aufwand zur Berechnung der korrigierten Gesamtsegmente (GSk) reduziert wird.
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