DE69802159T2 - Biometrische handmessungsvorrichtung - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Messen eines biometrischen Merkmals der Hand einer Person, die eine Matrix aus Sensoren umfasst, welche eine Sensorfläche definieren.
• Der Einsatz von biometrischer Messung und insbesondere biometrischer Handmessung als Verfahren zur Überprüfung der Identität einer Person ist wohlbekannt. Ein Beispiel für eine biometrische Handmessungsvorrichtung ist ein Fingerabdrucksensor.
• Es besteht ein erhebliches Interesse an Fingerabdruck-Sensorsystemen für zahlreiche unterschiedliche Anwendungen, angefangen bei denjenigen mit hohen Sicherheitsstufe, wie der Zugangskontrolle für Gebäude und Computer, bis zu denjenigen mit niedriger Sicherheitsstufe, wie dem Ersatz herkömmlicher Schlösser und Schlüssel. Ihre hauptsächlichen Vorteile für derartige Zwecke liegen in der Tatsache, dass sie relativ einfach und bequem zu benutzen sind, den Einsatz von Schlüsseln, persönlichen Identifikationsnummern und ähnlichem überflüssig machen und nicht so anfällig für betrügerische Benutzung sind. Die Notwendigkeit einer verbesserten Sicherheit und einer besseren Verhütung von betrügerischer Benutzung beispielsweise bei der Durchführung finanzieller Transaktionen an Bankterminals und Bankautomaten und insbesondere bei neuen Anwendungen; die durch den Einsatz von Computernetzwerken entstehen, wie beispielsweise Home Banking und Einkauf über das Internet, ist wohlbekannt.
• Beispiele Fingerabdruck-Sensorvorrichtungen, die Matrizen mit Sensoren nutzen, werden in der Patentschrift US-A-5.325.442 (PHB 33628) und in der Abhandlung mit dem Titel "Novel Fingerprint Scanning Arrays using Polysilicon TFTs on Glass and Polymer Substrates" von N. D. Young et al. veröffentlicht in IEEE Electron Device Letters, Bd. 18, Nr. 1, am 1. Januar 1997, beschrieben. In diesen Vorrichtungen wird eine kapazitive Messung angewendet. Die Sensoren sind in einer zweidimensionalen ebenen Zeilen- und Spaltenmatrix angeordnet, nehmen eine Fläche ein, die im allgemeinen der Größe einer Fingerspitze entspricht, und werden von Gruppen aus Zeilen- und Spaltenadressleitungen adressiert. Jeder Sensor enthält eine Sensorelektrode, die zusammen mit einem darüberliegenden Finger einer Person und einer dazwischen liegenden Schicht aus Isoliermaterial, die eine Sensorfläche bildet, auf die der Finger gelegt wird, einen Kondensator bildet. Das Laden der Sensor-Kondensatoren durch Signale, die den Adressleitungen zugeführt werden, wird durch Schaltelemente in Form von Dünnschichttransistoren (thin film transistors, TFTs) in den Sensoren gesteuert. Die einzelnen Kapazitäten dieser Kondensatoren hängen von dem Abstand der Sensorelektroden von den darüberliegenden Teilen des Fingerabdrucks ab, so dass die Erhebungen und Vertiefungen eines Fingerabdrucks unterschiedliche Kapazitäten erzeugen. Durch Messen der Ladespeicherkennlinie der Kondensatoren in den Sensoren wird die Existenz einer Erhebung oder einer Vertiefung über jedem Sensor angezeigt. Die Zeilen mit Sensoren werden einzeln der Reihe nach adressiert, um den Fingerabdruck abzutasten, und die Änderung der Kapazitäten, die über die Matrix durch ein Fingerabdrucksmuster erzeugt werden, liefert ein elektronisches Bild oder eine Darstellung der dreidimensionalen Form der Fingerabdruckfläche.
• Diese Arten von Messungsvorrichtungen werden unter Verwendung der gleichen Art von Matrixschalt-Dünnschichttechnik hergestellt, wie sie für Anzeigegeräte mit aktiver Matrix und ähnliche Geräte entwickelt wurde, um eine Matrix aus Sensoren und den Gruppen aus Adressleitungen auf einem gemeinsamen Glas- oder Kunststoffsubstrat zu bilden, und sind wesentlich kompakter und preisgünstiger herzustellen als herkömmliche optische Fingerabdruck-Messungsvorrichtungen, die ein Prisma, Linsen, eine Lichtquelle und einen CCD-Chip oder einen CMOS-Bildsensorchip erfordern.
• Die vorliegende Erfindung hat zur Aufgabe, eine verbesserte Messungsvorrichtung mit einer Matrix aus Sensoren zu schaffen, die beim Einsatz verschiedene Sicherheitsstufen bieten kann.
• Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Messungsvorrichtung der eingangs erwähnten Art geschaffen, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Sensoren in einem ersten Teilbereich der Matrix eine Auflösung aufweisen, die das Abdruckmuster des Fingers einer Person messen kann, wenn dieser auf diesen Bereich der Sensorfläche gelegt wird, und dass die Sensoren in einem zweiten Teilbereich dei Matrix eine niedrigere Auflösung aufweisen, um mindestens ein anderes biometrisches Handmerkmal zu messen. Die Fähigkeit der Messungsvorrichtung, mit ihrer einzelnen Matrix aus Sensoren nicht nur den Fingerabdruck einer Person, sondern ein oder mehrere biometrische Merkmale zu messen, ist wichtig und vorteilhaft. Die Leistungsfähigkeit jeglicher Vorrichtung zum Messen von biometrischen Handmerkmalen beruht auf Systemfehlerhäufigkeiten, insbesondere der Häufigkeit falscher Zurückweisungen und der Häufgkeit falscher Zulassungen. Bei vielen Anwendungen eines Systems, das nur ein einzelnes biometrisches Merkmal misst, ist die Fehlerhäufigkeit nicht zufriedenstellend. Durch die Kombination von zwei oder mehr biometrischen Messungsvorrichtungen besteht zwar die Möglichkeit, die gesamte effektive Fehlerhäufigkeit zu reduzieren, da jedoch die meisten herkömmlichen biometrischen Messungssysteme kostspielig sind, werden derartige Kombinationen wenig genutzt und nur in speziellen Fällen eingesetzt, in denen die Kosten gerechtfertigt sind. Die Messungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung bietet jedoch die Fähigkeit, verschiedene biometrische Handmerkmale mit nur einer Matrix aus Sensoren zu messen, wodurch die Herstellung vereinfacht und die Kosten reduziert werden. Durch den Einsatz der Dünnschichttechnik zur Herstellung der Sensorenmatrix bietet die Vorrichtung den Vorteil der Kompaktheit, der wichtig ist, wenn die Messungsvorrichtung beispielsweise in andere Produkte eingebaut werden soll; außerdem wird dadurch die Herstellung relativ preisgünstig.
• Die Sensoren können von der Art sein, wie sie in der obengenannten Patentspezifkation und der Abhandlung beschrieben wurde und bei der eine kapazitive Messung erfolgt und Dünnschicht-Schaltelemente wie TFTs eingesetzt werden. Es ist jedoch geplant, dass Sensoren eingesetzt werden könnten, die in der Lage sind, auf die Existenz eines Handflächenteils in ihrer Nähe unterschiedlich zu reagieren, um biometrische Handmerkmale anzuzeigen. So können die Sensoren beispielsweise auf Druck oder Hautwiderstand reagieren, so dass die Sensoren in dem ersten Teilbereich der Matrix unterschiedlich auf die Erhebungen und Vertiefungen des Fingerabdrucks aufgrund des durch die Erhebungen verursachten Druckes, Kontaktes oder elektrischen Widerstands reagieren, wenn der Finger auf die Matrix gedrückt wird.
• Das andere gemessene biometrische Handmerkmal können die Fingerlänge bzw. die Fingerbreite, die Geometrie der Hand, der Handflächenabdruck oder die Abstände zwischen den Fingergelenken sein, für die alle eine niedrigere (gröbere) Messauflösung im Vergleich zum Messen des Fingerabdrucks erforderlich ist. Falls gewünscht kann mehr als eines dieser Merkmale gemessen werden. Die Daten, welche das oder die gemessene(n) Merkmal(e) darstellen, können zusammen mit den gemessenen Fingerabdruckdaten verwendet werden, um die Genauigkeit der Überprüfung zu verbessern, indem nicht nur die Fingerabdruckdaten, sondern auch diese zusätzlichen Daten mit gespeicherten Daten verglichen werden. In der Praxis könnten die zu messenden biometrischen Merkmale in Abhängigkeit von der erforderlichen Sicherheitsstufe ausgewählt werden, und die Fähigkeit zum Messen von Fingerabdrücken braucht dabei nicht immer genutzt zu werden. So kann JUr den Einsatz auf niedriger Sicherheitsstufe die Fingerlänge/-breite oder die Abstände zwischen den Fingergelenken ausreichend sein, wohingegen bei hoher Sicherheitsstufe mehr als zwei biometrische Merkmale gemessen werden können, von denen eins vorzugsweise die Fingerabdruckdaten beinhaltet.
• Durch Verwendung eines geeigneten Taststiftes, der mit den Sensoren in Wechselwirkung stehen kann, könnten die Sensoren dafür genutzt werden, dynamische Bewegungen des Taststiftes zu erfassen, wodurch die Vorrichtung zur zusätzlichen Sicherheit auch für das Abtasten des Unterschriftsmusters einer Person verwendet werden könnte.
• Die Gesamtabmessungen der Sensorenmatrix variieren entsprechend den zu messenden speziellen Merkmalen. Eine Matrix zum ausschließlichen Messen von Fingermerkmalen wäre natürlich insgesamt erheblich kleiner als eine Matrix zum Messen der Handgeometrie und könnte beispielsweise in geeigneter Weise in eine Chipkarte (Smart Card) integriert werden. Auf jeden Fall ermöglicht der Einsatz der Dünnschichttechnik die relativ einfache Herstellung von Matrizen unterschiedlicher Größe. Die Schaffung von Teilbereichen mit vergleichsweise hoher und niedriger Auflösung innerhalb der Matrix bietet sowohl in Hinblick auf die Herstellung als auch hinsichtlich der Funktion Vorteile. Insbesondere wird die Herstellung vereinfacht, wodurch die Produktionsausbeute erhöht wird, die Matrix kann mit höheren Abtastgeschwindigkeiten angesteuert werden und der Umfang der für die Adressierung der Sensoren erforderlichen Treiberschaltungen ist geringer als derjenige, der für eine Sensorenmatrix mit einheitlich hoher Auflösung erforderlich wäre.
• In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Sensoren der Matrix in Zeilen und Spalten angeordnet und mit Gruppen aus Zeilen- und Spaltenadressleitungen verbunden, wobei jede Sensorenzeile mit einer gemeinsamen Zeilenadressleitung verbunden ist und ihrerseits durch eine Treiberschaltung adressiert wird, welche mit der Gruppe von Zeilenadressleitungen verbunden ist, und der Mittenabstand der Sensoren in Spaltenrichtung sowie der Abstand zwischen benachbarten Zeilenadressleitungen ist im zweiten Teilbereich der Matrix größer als im ersten Teilbereich. Eine derartige Matrix kann einfach und in geeigneter Weise preisgünstig mit Hilfe der Dünnschichttechnik hergestellt werden, bei der die Adressleitungen und Sensoren auf ein Substrat aus beispielsweise Glas oder Kunststoff aufgebracht werden. Im ersten Teilbereich der Matrix können die Sensoren jeder Spalte an eine gemeinsame Spaltenadressleitung angeschlossen werden, und im zweiten Teilbereich der Matrix ist die Anzahl der Sensoren in jeder Zeile geringer als im ersten. Teilbereich, und die Sensoren sind lediglich mit bestimmten Spaltenadressleitungen verbunden, die den Sensoren im ersten Teilbereich zugeordnet sind, beispielsweise mit jeder n- ten Spaltenadressleitung, wobei n eine Ganzzahl größer als Eins ist. Ist n beispielsweise 8, beträgt der Abstand der Sensoren in Zeilenrichtung im zweiten Teilbereich ein Achtel des Abstands der Sensoren im ersten Teilbereich.
• Die Unterteilung der Matrix aus Sensoren in Teilbereiche mit hoher und niedriger Auflösung bietet weitere Vorteile, wenn Sensoren beispielsweise der in den obengenannten Veröffentlichungen beschriebenen Art eingesetzt werden. Da die Anzahl der mit jeder Spaltenleitung verbundenen Sensoren im Vergleich zu einer Matrix mit der gleichen einheitlich hohen Auflösung gering ist, ist die Spaltenstörkapazität geringer, was bedeutet, dass die Rauschleistung der an die Spaltenleitungen angeschlossenen Ausleseverstärker verbessert und die Signaldämpfung reduziert wird. Darüberhinaus wird weniger Rauschen von der Zeilentreiberschaltung über die Sensoren an die Ausleseverstärker weitergeleitet, da weniger Zeilenleitungen erforderlich sind.
• Es sind verschiedene andere Anordnungen möglich. So können beispielsweise in einer alternativen Anordnung die Sensorenzeilen im ersten Teilbereich physisch kürzer sein als die Sensorenzeilen im zweiten Teilbereich, wobei sich die zu den Sensoren im ersten Teilbereich gehörenden Spaltenadressleitungen am Übergang zwischen den beiden Teilbereichen verzweigen und jede dieser Spaltenadressleitungen einer entsprechenden Sensorenspalte im zweiten Teilbereich zugeordnet wird. In diesem Fall ist die Anzahl der Sensoren jeder Zeile in beiden Teilbereichen gleich und der Abstand der Spaltenleitungen in beiden Teilbereichen konstant, im zweiten Teilbereich jedoch größer. Im ersten Teilbereich schafft der kleinere Abstand zwischen den Sensoren die erforderliche Auflösung für das Messen eines Fingerabdrucks, da die von den Sensoren in diesem Teilbereich eingenommene Gesamtfläche etwas größer ist als die Gesamtgröße der Fingerspitze einer Person, während die Sensoren im zweiten Teilbereich aufgrund des größeren Abstands sowohl in Zeilen- als auch in Spaltenrichtung eine erheblich größere Fläche einnehmen, die beispielsweise der Handgröße einer Person entspricht. In dieser Anordnung bewirkt die Verzweigung der Spaltenadressleitungen jedoch die Entstehung einer toten Zone am Übergang zwischen den beiden Teilbereichen.
• Gemäß eines weiteren Aspektes der vorliegenden Erfindung wird ein Erkennungssystem für biometrische Handmerkmale geschaffen, das folgendes beinhaltet: eine Messungsvorrichtung gemäß dem einen Aspekt der vorliegenden Erfindung, an die Messungsvorrichtung angeschlossene Verarbeitungsmittel zum Empfangen eines auf die gemessenen biometrischen Handmerkmale hinweisenden Ausgangssignals von der Vorrichtung und zum Vergleichen dieser Merkmale mit gespeicherten biometrischen Handmerkmalsdaten.
• Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen biometrischen Handmessungsvorrichtung und eines eine derartige Vorrichtung verwendenden Erkennungssystems sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
• Fig. 1 eine schematische perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels der Messungsvorrichtung,
• Fig. 2 ein vereinfachtes Diagramm, das einen Teil einer Sensorenmatrix und die zugehörige Treiberschaltung der Vorrichtung darstellt,
• Fig. 3 die entsprechende Schaltung eines Beispiels für einen Sensor in der Matrix,
• Fig. 4 ein schematisches Diagramm eines Teils der Matrix mit typischen Sensoren in einem Übergangsbereich zwischen Messbereichen der Matrix mit hoher und mit niedriger Auflösung und
• Fig. 5 ein schematisches Blockschaltbild eines Erkennungssystem, in das die Messungsvorrichtung integriert ist.
• Es versteht sich von selbst, dass die Figuren lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu sind. Gleiche oder ähnliche Teile haben in der gesamten Spezifikation die gleichen Bezugszeichen.
• In Fig. 1 enthält die Messungsvorrichtung eine Platte 10, deren Oberseite eine im allgemeinen rechteckige Sensorfläche 11 bildet, auf die Hände oder Finger, deren Merkmale zu messen sind, gelegt werden. Entlang einer oder mehreren Seiten der Sensorfläche sind an der Peripherie der Platte Adressierschaltungen 22, 24, beispielsweise in Form von integrierten Schaltungen, zum Adressieren einer zweidimensionalen, ebenen Matrix aus unter der Sensorfläche 11 liegenden Sensoren und zum Ableiten elektrischer Datenausgangssignale von den gemessenen biometrischen Handmerkmalen angeordnet. Die Messungsvorrichtung ist hier in einfacher schematischer Form dargestellt. In der Praxis wäre die Platte 10 in ein Gehäuse eingebaut, das die Adressschaltungen umgibt, die Sensorfläche 11 jedoch frei liegen lässt, und entweder in eine andere Anlage, beispielsweise in Verkaufsterminals, Bankautomaten oder ähnliche, eingebaut werden könnte oder als freistehende Einheit realisiert werden könnte, wobei dann ein Kabel (nicht dargestellt) für die Stromversorgung und den Datensignalausgang vorgesehen würde. Die Sensorfläche 11 ist in zwei im allgemeinen rechteckige Teilbereiche 14 und 15 unterteilt, wobei der erste Teilbereich 14 einen schmaleren, länglichen Bereich am einen Ende der Matrix einnimmt, dessen Höhe so gewählt wird, dass genug Platz für Fingerspitzen vorhanden ist, und der zweite größere Teilbereich 15 so bemessen ist, dass mindestens ein Großteil der restlichen Hand, wie in Fig. 1 dargestellt, auf ihm Platz findet. Es kann eine nicht dargestellte Führung geschaffen werden, damit die Hand richtig auf der Fläche platziert wird und keine Drehungen auftreten. Abgesehen von ihren Abmessungen unterscheiden sich die beiden Teilbereiche dadurch, dass der erste Teilbereich 14 ein Auflösungsvermögen aufweist, das ausreicht, um Fingerabdruckmuster zu messen, während der zweite Teilbereich 15 ein vergleichsweise niedriges Auflösungsvermögen aufweist, das für die Messung anderer, im allgemeinen großer biometrischer Handmerkmale geeignet ist, die sich auf das Profil oder den Umriss von Teilen der Hand, wie beispielsweise Fingerlänge bzw. -breite, Abstand zwischen den Gelenken, Gesamtform der Hand oder Handflächenabdruck, beziehen.
• Die Sensorenrimatrix der Vorrichtung umfasst eine aktive adressierbare Zeilen- und Spaltenmatrix aus einzelnen Sensoren 12 mit gleichem Abstand, und ein Teil der Matrix, der der Einfachheit halber Abschnitte von lediglich drei Zeilen des Teilbereichs 14 der Matrix mit höherer Auflösung beinhaltet, ist zusammen mit den zugehörigen Treiberschaltungen in Fig. 2 dargestellt. Die Sensoren 12 und ihre Funktionsweise entsprechen denjenigen, die in der Patentschrift US-A-5.325.442 beschrieben wurden, und in dieser Hinsicht wird zwecks weiteren Informationen auf diese Patentanmeldung verwiesen. Kurz gesagt werden die Sensoren durch eine Zeilentreiberschaltung 22 und eine Spaltenmessschaltung 24 über Gruppen aus Zeilen(auswahl)-Adressleitungen 18 und Spalten(mess)- Adressleitungen 20 adressiert, deren Enden mit diesen Schaltungen verbunden sind, wobei die einzelnen Sensoren 12 an entsprechenden Schnittpunkten der beiden Adressleitungsgruppen angeordnet sind. Die Sensoren 12 und die Gruppen von Adressleitungen befinden sich alle auf einem gemeinsamen Substrat 21. Die Sensoren 12 in derselben Zeile sind mit einer entsprechenden der Zeilenleitungen 18 verbunden, und die Sensoren in derselben Spalte sind mit einer entsprechenden der Spaltenleitungen 20 verbunden. Der Messvorgang der Sensoren 12 ist kapazitiv. Jeder Sensor 12 enthält ein Schaltelement, hier einen TFT 16, das zwischen eine zugehörige Spaltenleitung 20 und eine Sensorelektrode 17 geschaltet und durch ein Auswahl- oder Torsteuerungssignal auf Zeilenleitung 18 aktiviert wird, mit der es verbunden ist, um der Elektrode 17 periodisch eine auf der Spaltenleitung 20 vorhandene Spannung zuzuführen. Die Elektroden 17 der Sensorenmatrix sind mit einer Schicht aus dielektrischem Material abgedeckt; deren Oberfläche die Sensorfläche 11 bildet, und stellen zusammen mit dieser Schicht und mit einem darauf liegenden, lokalisierten und als Masseelektrode fungierendem Teil einer Hand oder eines Fingers einzelne Kondensatoren dar. Die Kapazitäten dieser Kondensatoren hängen von dem Abstand zwischen den direkt darauf liegenden Hand- oder Fingerteilen ab, der im Teilbereich 14 der Matrix hauptsächlich durch die Erhebungen und Vertiefungen eines Fingerabdrucks bestimmt wird, während er im Teilbereich 15 eher durch Hand- und Fingerflächen bestimmt wird, die Kontakt mit der Sensorfläche 11 haben oder ihr nahe sind.
• Nach Anlegen einer Spannung an die Elektroden 17 wird in diesen Kondensatoren entsprechend ihren Kapazitätswerten eine Ladung gespeichert. Die Zeilentreiberschaltung 22 adressiert jede Sensorenzeile, indem jeder Zeilenleitung 18 der Reihe nach ein Auswahlsignal zugeführt wird, um die Kapazität jeder Sensorenzeile nacheinander zu laden. Beim Adressieren fließt der Ladestrom für die einzelnen Kondensatoren durch die Spaltenleitungen 20 und diese den entsprechenden Kapazitätswert anzeigende Strommenge wird mit Hilfe von Ladungs- oder Strommess-Ausleseverstärkem in der Spaltentreiberschaltung 24 gemessen. Der Vorgang wird für jede Zeile wiederholt, um die Finger und Hand abzutasten und über ein komplettes Feld ein elektronisches Bild der Matrixkapazitäten zu erzeugen, die das dreidimensionale Profil von Fingerabdrücken und in der Nähe befindlichen Handabdrücken anzeigen und von denen Angaben über die Geometrie der Finger oder Hand abgeleitet werden können.
• Es sind andere Formen von Sensoren möglich, beispielsweise die in PCT WO97/40744 beschriebenen kapazitiven Sensoren. Außerdem können andere Arten von Sensoren eingesetzt werden, die ein anderes Verfahren zum Erkennen eines Teils eines darauf liegenden Hand- oder Fingerabdrucks nutzen. So können beispielsweise Sensoren eingesetzt werden, die auf physischen Kontakt oder auf Druck reagieren, wenn die Hautoberfläche physisch eine Elektrode des Sensors berührt. In der Patentschrift US-A-5.270.711 (PHB 33548) wird eine Berührungssensormatrix beschrieben, in der jeder Sensor ein Schaltelement in Form eines TFT oder einer Dünnschichtdiode und einen Kondensator umfasst, der periodisch durch das Schaltelement geladen wird und dessen eine Platte entweder durch direkte Berührung oder über eine verformbare druckempfindliche Membran geerdet wird. Durch Überwachung der Ladekennlinien der Sensoren können diejenigen Sensoren identifiziert werden, die berührt werden. Besitzen die Sensoren eine geeignete Auflösung, indem ihre Größe und ihr Abstand voneinander entsprechend gewählt werden, könnte eine derartige Matrix zum Messen von Erhebungsmustern von Fingerabdrücken und von Umrissen von Handteilen verwendet werden.
• Die Matrix aus Sensoren wird in geeigneter Weise mit der gleichen Art der Dünnschichttechnik hergestellt, die zur Herstellung von anderen großflächigen aktiven Matrizen, wie beispielsweise in Anzeigegeräten mit aktiver Matrix, verwendet wird. Kurz gesagt beinhaltet das Verfahren typischerweise das Aufbringen und die Festlegung einer Anzahl von Schichten durch photolithographische Prozesse auf ein gemeinsames Isoliersubstrat. Die Sensorelektrode 17 und die Gruppen von Adressleitungen können aus aufgebrachten Metallschichten bestehen und die TFTs 16 aus amorphem Silizium oder Polysilizium. Das Substrat kann aus Glas, Quarz oder Polymermaterial bestehen. Die Zeilen- und Spaltentreiberschaltungen 22 und 24 können auf demselben Substrat vollständig integriert sein und gleichzeitig mit der Matrix unter Verwendung der gleichen Prozesse hergestellt werden, insbesondere wenn in der Matrix TFTs aus Polysilizium verwendet werden.
• In Fig. 4 ist schematisch ein Teil der Sensorenmatrix am Übergang vom Teilbereich 14 zum Teilbereich 15 mit niedrigerer Auflösung und einschließlich der Abschnitte aus sechs aufeinanderfolgenden Zeilenleitungen 18, r bis r + 5 und zehn aufeinanderfolgenden Spaltenleitungen 20, c bis c + 9, dargestellt. Die Spaltenleitungen 20 haben regelmäßige Abstände von beispielsweise 50 um. Die Zeilenleitungen 18 im Teilbereich 14, d. h. die Zeilenleitungen r bis r + 2 in Fig. 3, haben regelmäßige Abstände von beispielsweise 50 um. Die Sensoren 12 in diesem Teilbereich 14 sind somit in Zeilen und Spalten in einem regelmäßigen Abstand von 50 um in vertikaler und horizontaler Richtung angeordnet. Die durch die Sensoren in diesem Teilbereich erzielte Auflösung ist daher zum Messen von Einzelheiten eines Fingerabdrucks geeignet. Im Teilbereich 15 haben die Zeilenleitungen 18 jedoch einen wesentlich größeren Abstand voneinander als im Teilbereich 14. Der jeweilige Abstand kann beispielsweise 400 um betragen. Außerdem haben die Sensoren 12 in diesem Teilbereich 15 einen größeren horizontalen Abstand, in diesem Beispiel angrenzend an jede achte Spaltenleitung 20, d. h. die Spaltenleitungen c und c + 7. Somit sind die Sensoren im Teilbereich 15 in Zeilen und Spalten mit einem regelmäßigen sowohl horizontalen als auch vertikalen Abstand von 400 um angeordnet. Die durch die Sensoren erzielte Auflösung in diesem Teilbereich 15 ist daher geeignet, um gröbere und breitere biometrische Merkmale, wie beispielsweise Finger- oder Handprofile, zu messen. Wird ein anderer Abstand zwischen den Spaltenleitungen, beispielsweise 70 um, verwendet, kann jede sechste Spaltenleitung 20 für die Sensoren im zweiten Teilbereich genutzt, werden. Der Abstand zwischen den Sensoren im Teilbereich 15 kann natürlich nach Wunsch variiert werden.
• Die von den Sensoren nicht genutzten Abschnitte der Spaltenleitungen 20 innerhalb des Teilbereichs 15 können, falls gewünscht, weggelassen werden. Durch eine entsprechende Anordnung, die die Höhe der gesamten Matrix in geeigneter Weise erweitert, kann die Spaltenmessschaltung 24 jedoch an jedes Ende der Matrix angeschlossen werden. Die Sensorenzeilen in beiden Teilbereichen werden auf die gleiche Art und mit der gleichen Geschwindigkeit adressiert. Der Zeitaufwand zum Adressieren der Zeilen r bis r + 2 ist somit der gleiche wie zum Adressieren der Zeilen r + 3 bis r + 5.
• Durch die Anwendung von großflächiger Dünnschichttechnik zur Herstellung dieser Matrix kann eine preisgünstige und vergleichsweise kompakte Messungsvorrichtung erzielt werden. Die Gesamtgröße der Sensorenmatrix kann ca. 25 cm mal 15 cm betragen, wobei der erste Teilbereich 14 eine Fläche von ca. 3 cm mal 15 cm einnimmt. In diesem ersten Teilbereich reagieren die Sensoren auf Erhebungen und Vertiefungen eines Fingerabdrucks und liefern Informationen über ein Fingerabdruckmuster, und ihre Ausgangssignale liefern auch einen Hinweis auf das Profil der Fingerspitzen. Die Sensoren im zweiten Teilbereich 15 reagieren auf darauf liegende Teile der Handfläche und liefern einen Hinweis auf den Handumriss und dreidimensionale Oberflächenprofilmerkmale, wie Fingergelenkregionen. Nach dem Adressieren aller Sensorenzeilen wird die auf der Matrix liegende Hand abgetastet, und die Reaktion der einzelnen in der Spaltenmessschaltung 24 erfassten Sensoren liefert in der Tat im allgemeinen ein elektronisches Bild von Fingerabdruckmustern und Merkmalen der Handgeometrie. Die Signale, die die einzelnen Reaktionen der Sensoren anzeigen, stehen an einem Ausgang der Messschaltung 24 in Form von seriellen Datenimpulsfolgen zur Verfügung, wie in der Patentschrift US-A-5.325.442 beschrieben.
• Da weniger Sensoren an eine Spaltenleitung 20 angeschlossen sind, als dies für eine Matrix mit der gleichen hohen Gesamtauflösung der Fall wäre, wird die Rauschleistung der Ausleseverstärker verbessert und die Signaldämpfung reduziert, da Spaltenstörkapazitäten verringert werden. Da weniger Zeilenleitungen erforderlich sind, wird auch weniger Rauschen von der Zeilentreiberschaltung 22 über die Sensoren an die Ausleseverstärker weitergeleitet.
• Anstatt alle Sensorenzeilen in der Matrix nacheinander zu adressieren, können die beiden Teilbereiche 14 und 15 getrennt adressiert werden.
• In Fig. 5 ist ein schematisches Blockschaltbild eines Fingerabdruck- Erkennungssystems dargestellt, in dem die Messungsvorrichtung, hier dargestellt durch Block 60, integriert ist. Das System enthält Mittel, die auf die serielle Impulsfolge am Ausgang der Messungsschaltung 24 so reagieren, dass sie Merkmalsdaten eines gemessenen Fingerabdrucks und (ein) andere(s) biometrische(s) Handmerkmal(e) liefern, und Mittel zum Vergleichen der genannten Merkmalsdaten mit gespeicherten biometrischen Merkmalsdaten für eine oder mehrere Hände. Das Ausgangssignal der Messungsvorrichtung ist vergleichbar mit einem von einem Bildsensor gelieferten Videoausgangssignal, wie es aus optischen Fingerabdruck-Sensorvorrichtungen bekannt ist. Dementsprechend; und wie für den Fachkundigen ersichtlich, können Komponenten des Systems mit Ausnahme der Messungsvorrichtung im allgemeinen von der Art sein, wie sie Systemen Anwendung findet, die in optischen Messungsvorrichtungen genutzt werden. Die Daten der Fingerabdruckmerkmale können wie allgemein üblich in Form von Informationen bezüglich der Ausrichtung der Erhebungslinien und der relativen Positionen von Einzelheiten, d. h. Ende und Verzweigungen der Linien, vorliegen. Die Verarbeitung der von der Messungsvorrichtung erhaltenen Informationen zum Erzeugen und zum Vergleichen der Merkmalsdaten kann nach bekannten Schemata und Verfahren erfolgen. Da die erfindungsgemäße Messungsvorrichtung Informationen über das dreidimensionale Profil eines Fingerabdrucks liefern kann, kann eine höhere Genauigkeit der Identifizierung oder Überprüfung erzielt werden, indem topologische Merkmale zusätzlich zu den räumlichen Positionen der Einzelheiten genutzt werden, obwohl natürlich auch nur die Informationen bezüglich der zweidimensionalen Erhebungsmuster genutzt werden können, um die erforderliche Verarbeitung zu vereinfachen, wenn auch eine geringere Genauigkeit ausreichend ist. Kurz gesagt, wird das Ausgangssignal der Vorrichtung 60 nach geeigneter Aufbereitung, beispielsweise durch eine Schwellenschaltung 64, einer Analyseschaltung 61 zugeführt, die so programmiert ist, dass sie kennzeichnende Merkmale des gemessenen Fingerabdrucks; wie beispielsweise die Position von Einzelheiten, identifizieren und extrahieren kann und auch Informationen extrahieren kann, die andere biometrische Handmerkmale, wie beispielsweise Fingerlänge oder -breite, Abstände zwischen den Fingergelenken, Handflächenabdrücke oder die Handgeometrie, die die Form oder das Profil der Hand kennzeichnen, darstellen. Die Daten von der Schaltung 61 werden einem Computer 62 zugeführt, der durch Standardalgorithmen die Daten mit biometrischen Merkmalsdaten einer Vielzahl von Händen oder einer einzigen Hand vergleicht, je nachdem, ob das System zu Identifizierungs- oder lediglich zu Überprüfungszwecken eingesetzt wird, und in einem Speicher 63 gehalten, der je nach festgestellter Übereinstimmung oder Nichtübereinstimmung ein entsprechendes Ausgangssignal liefert.
• Die Schaltung 61 kann so programmiert werden, dass sie entweder die von der Messungsvorrichtung zugeführten dreidimensionalen Informationen von einem Fingerabdruck nutzt, um eine hohe Erkennungsgenauigkeit zu erreichen, oder dass sie alternativ mit geeignetem Auflösungsvermögen spezielle Ausgangssignalwerte von der Vorrichtung 60 auswählt, wobei spezielle Informationen genutzt werden, die das zweidimensionale Erhebungsmuster in der Art eines binären Bildes ähnlich demjenigen darstellen, das mit bekannten optischen Messungsvorrichtungen erzielt wird.
• Zusätzlich zum Messen der physischen Merkmale der Hand einer Person kann die Matrix als Mittel zum Messen der Unterschrift einer Person genutzt werden, um die in Unterschriftenerkennungssystemen bestehende Sicherheitsstufe zu schaffen. Zu diesem Zweck würde ein Taststift in geeigneter Form verwendet, der, wenn er sich in großer Nähe befindet, eine geeignete Reaktion der Sensoren hervorrufen kann, um die dynamischen Bewegungen des Taststiftes zu erfassen.
• Die Gesamtgröße der Matrix kann in Abhängigkeit von den zusätzlich zu Fingerabdrücken zu messenden biometrischen Handmerkmalen variiert werden. So kann beispielsweise die Länge der Matrix reduziert werden, wenn lediglich Fingermerkmale zu messen sind. Falls lediglich der Fingerabdruck sowie ein biometrisches Fingermerkmal, wie Fingerlänge, -breite oder Abstände zwischen den Fingergelenken benötigt werden, können offensichtlich sowohl die Länge als auch die Breite der Matrix erheblich reduziert werden, und die Matrix braucht nur so groß zu sein, dass sie für das Auflegen beispielsweise des Zeigefingers oder von zwei Fingern einer Person ausreicht. Eine Sensormatrix mit ausreichender Größe für einen oder zwei Finger kann problemlos in beispielsweise eine Chipkarte (Smart Card) integriert werden und in geeigneter Weise eingesetzt werden, um auch die Unterschrift einer Person zu messen.
• Der Teilbereich 14 kann zum Messen von mehr als einem Fingerabdruck der Hand einer Person verwendet werden. Ist dies nicht erforderlich, kann der aktive Messbereich des Teilbereichs 14 der Matrix auf eine kleinere Fläche beschränkt sein und nur einen Teil der vollen Breite der in Fig. 1 gezeigten Fläche 11 einnehmen, auf den die Fingerspitze beispielsweise des Zeigefingers einer Person gelegt wird, wobei die für diesen Zweck zu nutzende Fläche in geeigneter Weise gekennzeichnet oder durch eine Maske auf dem Teilbereich 14 festgelegt wird.
• Aus der Lektüre der vorliegenden Beschreibung werden dem Fachkundigen leicht weitere Abwandlungen ersichtlich sein. Derartigen Abwandlungen können andere Merkmale betreffen, die aus dem Bereich der Fingerabdruck- und Handmessung und deren Bestandteilen bereits bekannt sind, und die anstatt oder zusätzlich zu bereits hier beschriebenen Mitteln eingesetzt werden können.

Claims (9)

1. Messungsvorrichtung zum Messen eines biometrischen Merkmals der Hand einer Person und mit einer Matrix aus Sensoren (12), welche eine Sensorfläche definieren, wobei die Matrix in der Lage ist, das Fingerabdruckmuster des Fingers einer Person zu messen und wobei die Matrix einen ersten und einen zweiten Teilbereich (14, 15) mit unterschiedlicher Auflösung aufweist und die Sensoren im ersten Teilbereich (14) eine Auflösung aufweisen, die das Fingerabdruckmuster des Fingers einer Person messen kann, wenn dieser auf diesen Bereich der Sensorfläche gelegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren im zweiten Teilbereich (15) der Matrix eine niedrigere Auflösung aufweisen, um mindestens ein anderes biometrisches Handmerkmal zu messen.

2. Messungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren in Zeilen und Spalten auf einem Substrat (21) angeordnet und über Gruppen aus Adressleitungen (18, 20) auf dem Substrat adressiert werden.

3. Messungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (12) sowohl im ersten als auch im zweiten Teilbereich (14, 15) einen regelmäßigen Abstand voneinander haben, wobei der Abstand der Sensoren im zweiten Teilbereich größer ist als der Abstand der Sensoren im ersten Teilbereich.

4. Messungsvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeilen aus Sensoren (12) jeweils mit einer entsprechenden Zeilenadressleitung (18) verbunden sind und nacheinander durch eine mit den Gruppen von Zeilenadressleitungen verbundene Treiberschaltung (22) adressiert werden, und dass der Abstand zwischen den Zeilenadressleitungen in Spaltenrichtung im zweiten Teilbereich (15) größer ist als im ersten Teilbereich (14).

5. Messungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (12) jeder Spalte im ersten Teilbereich (14) mit einer entsprechenden Spaltenadressleitung (20) verbunden sind und die Anzahl der Sensoren im zweiten Teilbereich (15) in jeder Zeile geringer ist als im ersten Teilbereich, und dass die Sensoren nur mit bestimmten Spaltenadressleitungen (2) verbunden sind, die den Sensoren im ersten Teilbereich zugeordnet sind.

6. Messungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (12) kapazitive Sensoren umfassen, die von einer Schicht aus dielektrischem Material bedeckt sind, deren Oberfläche eine Sensorfläche (11) bildet, auf die ein zu messender Handteil gelegt wird.

7. Messungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Sensor (12) eine Sensorelektrode (17) und mindestens ein Dünnschicht- Schaltelement (16) umfasst, das zwischen die Elektrode und eine Adressleitung geschaltet ist.

8. Erkennungssystem für biometrische Handmerkmale, das folgendes enthält:

eine Messungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit der Messungsvorrichtung verbundene Verarbeitungsmittel (61, 62, 63) zum Empfangen eines auf die gemessenen biometrischen Handmerkmale hinweisenden Ausgangssignals von der Vorrichtung und zum Vergleichen dieser Merkmale mit gespeicherten biometrischen Handmerkmalsdaten.

9. Erkennungssystem für biometrische Handmerkmale nach Anspruch 8, das außerdem einen Taststift enthält, der von den Sensoren der Matrix gemessen werden kann, wenn er sich in ihrer Nähe befindet, um die Messung der Unterschrift einer Person zu ermöglichen, wenn diese mit dem Taststift auf die Matrix geschrieben wird.