EP2622539A1 - Verfahren und vorrichtung zur berührungslosen erfassung biometrischer merkmale - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur berührungslosen erfassung biometrischer merkmale

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EP2622539A1
EP2622539A1 EP11764524.2A EP11764524A EP2622539A1 EP 2622539 A1 EP2622539 A1 EP 2622539A1 EP 11764524 A EP11764524 A EP 11764524A EP 2622539 A1 EP2622539 A1 EP 2622539A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
sensor
pattern
biometric features
distance
body parts
Prior art date
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Ceased
Application number
EP11764524.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Alexander Lenhardt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Icognize GmbH
Original Assignee
Icognize GmbH
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Filing date
Publication date
Priority claimed from DE102010041497A external-priority patent/DE102010041497A1/de
Priority claimed from DE102011051610A external-priority patent/DE102011051610A1/de
Application filed by Icognize GmbH filed Critical Icognize GmbH
Publication of EP2622539A1 publication Critical patent/EP2622539A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06V—IMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V40/00—Recognition of biometric, human-related or animal-related patterns in image or video data
    • G06V40/10—Human or animal bodies, e.g. vehicle occupants or pedestrians; Body parts, e.g. hands
    • G06V40/12—Fingerprints or palmprints
    • G06V40/13—Sensors therefor
    • G06V40/1312—Sensors therefor direct reading, e.g. contactless acquisition
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06V—IMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V40/00—Recognition of biometric, human-related or animal-related patterns in image or video data
    • G06V40/60—Static or dynamic means for assisting the user to position a body part for biometric acquisition
    • G06V40/67—Static or dynamic means for assisting the user to position a body part for biometric acquisition by interactive indications to the user

Definitions

  • the present invention relates to a device for non-contact detection of biometric features, comprising a housing receiving a biometric sensor, which presents a sensor surface that can detect biometric features of a body part arranged at a distance in front of the sensor surface without contact.
  • the present invention also relates to a method for non-contact detection of biometric features of body parts, wherein a body part at a distance from a sensor surface for detection by the sensor is presented.
  • biometric features are in particular fingerprints, images of the eye iris and z.
  • images of the eye iris and z As well as infrared images of the hand veins, although fingerprints generally do not fall under the category "contactless”, but in principle could also be detected without contact with the help of suitable optical detection devices.
  • Biometric data is increasingly being used to identify and authenticate individuals, such as cell phones or personal computers or laptops.
  • touch fields or touch fields are mostly still used, wherein the user can place one or more fingers of a hand on such a field or can lead across this, wherein the fingerprint is scanned.
  • the eye iris can be scanned without contact with a considerable distance of the sensor surface of the eye surface, but ultimately this method is not really contactless, because the user is forced in practice to create a reliable recording, his forehead or other facial parts on a suitable Position the support so that the eye scanner can detect the iris for a sufficient time at a safe scannable distance.
  • palm vein scanner begin to prevail more and more, in which by infrared sensors Image of the venous structure in the hand of a person is detected, which has a pronounced degree of individuality.
  • the person to be authorized would only need to hold his hand in a certain distance, typically 5 to 20 cm, in front of a sensor surface, which is located on or in a housing, ideally without touching the housing.
  • this also causes problems since many persons can not estimate the correct distance and / or do not keep their hand sufficiently quiet, so that in practice the need for using hand supports has proven to be reliable even with these devices. which ensure that the user holds his hand in front of the sensor surface for a sufficient length of time and sufficiently quietly.
  • the present invention seeks to provide a method and apparatus for detecting biometric features with the features mentioned that work reliable contactless in everyday use.
  • this object is achieved in that means are provided for projecting an optical pattern changing with the distance to the sensor surface onto a surface which is movable together with the body part.
  • this object is achieved in that for determining a suitable detection distance, an optical pattern is projected into the space in front of the sensor surface that changes with change of the distance from the sensor surface.
  • the method according to the invention With the help of the method according to the invention and the corresponding device it is possible to provide the respective user during the detection of the biometric features feedback on the correct position of the body part to be detected such.
  • B. his hand so that the user has thereby an immediate control over the process of feature detection.
  • the user observes the pattern projected on a surface of the body part or a moving surface as the body part is brought in, and holds the body part, for example, his hand, so that the pattern takes on a predetermined appearance characteristic of the proper distance and position , As the pattern changes with distance to the sensor surface, the pattern at the "right” or “desired” distance has an appearance that is different from the appearance at other distances not intended for detection.
  • the user therefore only has to adjust the distance between the body part and the sensor surface in such a way that the relevant desired pattern appears on the surface of the body part or a moving surface.
  • This desired pattern (and possibly also the deviating patterns at undesired intervals) could be presented to the user, for example, on a scoreboard or instruction manual and the user can then create the desired pattern on the corresponding surface of the body part by varying the distance to the sensor surface. It is not a mm-exact silence required, but it is enough if the user his hand for 1 second within a tolerance deviation of z. B. ⁇ 10 mm around the optimal distance keeps around.
  • the easily recognizable, characteristic pattern is a great help to the user and therefore speeds up the process considerably, since the number of failed attempts compared to other unsupported procedures drastically decreases and the process itself is accelerated, because the user due to the optical Feedback about his visual perception much faster finds the right position of the body part.
  • the pattern to be set may, for example, be shown or displayed next to the sensor device for explanation. Once the projected pattern on the surface has assumed the specified shape, the person knows that they have positioned their hand in the correct location. It would also be conceivable for the projected pattern to be detected automatically by a second recognition device and for the persons to be identified to be informed about the position of their hand, for example via acoustic feedback signals. Such an expanded recognition device would be suitable for visually impaired people, for example. In the following, merely by way of example and without limitation, the hand of the human body will be considered as the body part on which the biometric features are detected. It is understood, however, that the corresponding features of the invention may be used identically or analogously also in the detection of other biometric features. For example, in the detection of the eye iris, the pattern could be projected onto the forehead or root of the nose of a user, who can observe this in a mirror and adjust the distance accordingly.
  • the inventive method and the corresponding device work completely contactless and thus eliminate the otherwise existing risk of contamination when using the same device by numerous people, such as access controls to company premises, security areas, etc.
  • the means for projecting the optical pattern are preferably provided adjacent to the sensor surface, which facilitates the projection of the pattern onto a palm of the hand.
  • the means for projecting the optical pattern are provided on the housing.
  • the means for projecting the optical pattern are provided along the circumference of the sensor surface and at a distance therefrom.
  • the means for projecting the optical pattern along the circumference of the sensor surface are arranged distributed at approximately equal angular intervals around the center of the sensor surface, because then the pattern has a fast and uniformly varying distance dependence with respect to all pattern elements.
  • a variant is preferred in which the means for the projection of the optical pattern each generate a light beam, wherein these multiple beams are not all parallel.
  • a plurality of such devices accordingly generate a plurality of spots on a projection surface, the relative arrangement of which defines a distance-dependent pattern unless all the light rays are parallel.
  • the devices for the projection of the optical pattern may also comprise optical collimator devices. These may be in the simplest form as tubular optical conductors, glass fibers or the like.
  • the means for projection of the optical pattern may in particular comprise light-emitting diodes which form the sources of light beams.
  • the means for projecting the optical pattern may comprise laser diodes.
  • a variant is also feasible in which a light beam emanating from a single source is split by optical refraction into a plurality of beams, which are then projected onto a body part from different points.
  • the means for projecting the optical pattern are respectively assigned to the corners and centers of the sides of the sensor rectangle.
  • the means for projecting the optical pattern are arranged and configured such that the light beams emanating from you generate a characteristic pattern in a distance desired for the acquisition of a biometric feature that differs from the pattern generated at other distances mere human eye is different.
  • a machine differentiation of the patterns at different distances is certainly possible, but this would require further, for example, acoustic feedback devices to achieve the object according to the invention in order to allow the user a contactless adjustment of the distance between hand and sensor surface.
  • the latter would be useful, for example, when used by Sehbe hinderte.
  • the pattern becomes particularly simple and easily distinguishable at various distances when the means for projecting the optical pattern are arranged and configured such that the light beams emanating from them cross at most three and preferably only one common point in the space in front of the sensor surface.
  • the crossing points are preferably at the desired distance and the pattern is then characterized by a minimum number of points, in the preferred case a single point, while at other distances the pattern is formed by a larger number of points.
  • the patterns for generating the patterns are aligned in such a way that the pattern produced at a desired spacing is located in front of the sensor surface in the region of a normal starting from the center of the sensor surface.
  • the projection of the pattern can alternatively take place on a side facing the sensor surface or on the side facing away from the sensor surface or both or other sides of the body part.
  • the pattern is projected in the form of a plurality of light beams onto the skin surface of the body part or a co-moving surface (for example of a glove).
  • a co-moving surface for example of a glove.
  • a secondary sensor detects the pattern projected onto the hand surface and aligns it with a desired, stored pattern, wherein it can also emit an acoustic signal to give the user feedback about the correct positioning.
  • Another secondary sensor may also be useful, for example, to detect whether and when a body part enters the detection area of the primary sensor for the biometric features in order, for example, to put into operation only the means for generating the pattern and / or the primary sensor, to save energy for sensor operation in this way.
  • the light rays emanating from the means for generating the same intersect at angles of more than 20 °, preferably more than 40 °.
  • the maximum angle of intersection of two light beams is of course below 180 °, preferably below 130 ° and in particular below 100 °.
  • the intersection angles of pairs of light rays in general, but are preferably all within the above-defined areas.
  • a sensor surface is surrounded by 8 sources of light rays located at the corners and at the center of the sides of a (imaginary) rectangle, respectively.
  • this rectangle could have dimensions of 8 x 12 cm 2 , so that as a result the minimum distance between two light sources is 4 cm (half of 8 cm), while the maximum distance of a rectangle's diagonal (64 + 144) is 1 2 cm is approximately (14.5 cm).
  • the pattern or its light beams may experience a color change, for example, if the primary sensor has detected or recognized or not recognized the biometric feature.
  • a device designed specifically for detecting a vein pattern, in particular the vein pattern of the human hand.
  • the hand vein structure because of its very high discriminability, has a high efficiency in detecting individual persons, it may still cause problems with the infrared images when background radiation of the environment leads to a strong background noise of the sensor signal. This problem arises in particular in the outdoor use of a Handvenensensors, for example, next to a building entrance.
  • a possible source of background radiation interfering with the detection of the vein structure would be solar radiation in this case.
  • a further object of the present invention is therefore to minimize interference of the measurement signal due to background radiation by a suitable embodiment of the detection device.
  • the housing has a shading section, which extends starting from the radiation-receiving surface of the sensor such that it at least partially shields the sensor against electromagnetic radiation falling on the housing.
  • the shading section need not be transparent to electromagnetic radiation in the frequency range detected by the sensor.
  • the sensor is a technical component that can detect electromagnetic radiation in a defined frequency range. Since a vein structure is to be detected, which emits heat radiation in the infrared range, the detected frequency range is therefore the infrared range.
  • the sensor For receiving incident infrared radiation, the sensor has a surface which absorbs this radiation as completely as possible. The infrared radiation incident on this surface constitutes the input signal and is converted by the sensor into an electrical output signal comprising information about the two-dimensional intensity pattern of incident infrared radiation on the surface and thus the vein structure causing this intensity pattern of infrared radiation.
  • the transparent portion of the housing is a portion that is transparent to infrared radiation.
  • this section typically consists of a different material, or a different combination of materials than the rest of the housing, the invention is at least partially impermeable to infrared radiation in the form of Abschattungsabiteses.
  • the transparent portion simply consists of a recess in the housing, so that it is permeable to electromagnetic radiation in each frequency range and in particular for those in the infrared range.
  • the transparent section can also consist, for example, of transparent quartz glass for infrared radiation.
  • D is the maximum distance from the highest point of the shading section across the plane E to an edge of the sensor surface.
  • the shading section of the housing should expand starting from the sensor surface in the shape of a truncated pyramid.
  • the shading section expands outward from the sensor surface in the manner of a truncated cone. It is particularly advantageous if the sensor surface enclosing the inner surfaces of the shading portion of the housing with the plane E of the Sen sororober II an angle of 30 ° to 60 °, preferably from 40 ° to 50 ° and most preferably include 45 °.
  • An additional reduction of the background radiation, in particular of the solar radiation, can be achieved in that the sensor surface in the mounted state of the device on a holding element essentially faces the ground. Due to this orientation away from the main source of interference outside buildings, i. the sun, the intensity of the interference signals can be significantly reduced.
  • the device for the projection of the electromagnetic radiation pattern generate light beams in the visible frequency range. Due to the reflection of the light rays on the palm of the hand, the projected radiation pattern can easily be recognized by the human eye.
  • the device for projection of the optical pattern should be arranged and configured such that the light beams emanating from it generate a characteristic electromagnetic radiation pattern in a distance which is advantageous for the reception of a vein structure.
  • This radiation pattern should be different from the pattern produced at other distances for the naked human eye.
  • the desired characteristic radiation pattern has settled, for example, on the palm of her hand, the person to be identified knows that her hand is in the correct position for the measurement.
  • Such a radiation pattern can be realized particularly simply by the fact that the light beams emanating from the device for projection intersect in front of the sensor surface in a maximum of three or preferably only one common point in the space. If the point of intersection of the light beams is at a distance to the sensor surface which is preferred for the measurement, then characterized the desired radiation pattern by an easily recognizable minimum number of projected points. In the simplest case, this is then a single point.
  • the device for pattern generation is ideally oriented such that the characteristic electromagnetic radiation pattern to be generated at the desired distance is located in front of the sensor surface in the region of a normal from the center of gravity of the sensor surface.
  • the device for the projection of the electromagnetic radiation pattern in the visible frequency range can be provided laterally next to the sensor surface. For a compact design of the device for non-contact detection of hand vein structures, it is advisable to install the device for the projection of an electromagnetic radiation pattern in the visible frequency range on the housing.
  • the most symmetrical arrangement of devices for the projection of the electromagnetic radiation pattern in the visible frequency range is recommended.
  • the projected pattern changes, regardless of which direction the hand is pivoted out of the parallel plane. Therefore, it is advantageous if a plurality of devices along the circumference of the sensor surface are arranged distributed at approximately equal angular intervals around the center of gravity of the sensor surface.
  • a further advantage is when the device for the projection of the electromagnetic radiation pattern in the visible frequency range comprises an optical collimator device.
  • the spread of the light beams can be reduced, which makes the projected radiation pattern sharper and the distance determination more precise.
  • a device according to the invention for contactless detection of palm vein structures can be produced in a particularly simple, cost-effective and low-maintenance manner if the device for projecting the electromagnetic radiation pattern in the visible frequency range is a light-emitting diode.
  • FIG. 1 shows a palm vein scanner with a palm contour indicated schematically before it
  • FIG. 2 shows an exemplary beam path for generating a light beam pattern
  • FIG. 3 shows the desired palm position with respect to the pattern
  • Figure 4 shows another variant with means for generating light rays, which are independent of the housing of the Handvenensensors.
  • FIG. 5 shows a device according to the invention for non-contact venous structure detection
  • FIG. 6 shows detailed views of the shading section of the device from FIG. 1,
  • FIG. 7 shows a device according to the invention in the assembled state
  • Figure 9 shows a preferred arrangement of a hand relative to the device according to the invention.
  • FIG. 1 shows a housing 10 in which a sensor 1 is located, which presents a sensor surface 2 on the front surface of the housing 10.
  • the sensor 1 is an infrared sensor which is capable of detecting a pattern formed by the veins of a hand 3, which can be evaluated by means of a corresponding evaluation device and compared with stored patterns.
  • the light beams directed in FIG. 2 generally produce a pattern of 4 points appear on the housing 10 facing the palm of the hand as bright spots.
  • the light beams 5 preferably have a blue hue in order not to disturb the infrared measurement of the hand veins as such.
  • the four light beams 5 are aligned so that they intersect at a point 7 located at a distance d to the sensor surface 2 level 6.
  • the four rays of light emanating from points or holes that lie on the extended diagonal of the sensor surface and at the same distance from the center of the sensor surface are generally sufficient to generate the corresponding pattern. In the embodiments, however, further holes for the exit of corresponding light beams are shown, which are respectively assigned to the sides or edges of the sensor surface in the middle.
  • the light beams could also emanate from these openings or light sources and they could also be provided in addition to the light beams 5 already shown and intersect at the same point 7 in which the illustrated beams 5 intersect.
  • the sensor surface 2 may be, for example, specularly or partially specular, so that the user can easily recognize whether a corresponding single point of light forms on his palm, or if several separate points of light or a larger, consumed light spot have formed, from which the User can recognize that he still has to change the distance therefrom to the sensor surface 2 something, whether to detect the smallest possible and circular as possible light spot on his hand, so that recorded by the sensor 1 recorded and registered or compared with stored patterns can be.
  • the distance d between the plane 6 with the point of intersection 7 of the light beams and the sensor surface 2 is in a preferred variant about 5 cm, so that the user can keep his hand 3 at a considerable distance from the housing 10 and to the sensor surface 2 and the measurement is thus completely contactless.
  • the light rays 5 could in principle also generate any other pattern on a palm or other surface moving together with the palm, with a particular characteristic pattern forming at the desired distance d, for example is given by means of a display board.
  • the variant shown shows a particularly simple and intuitively fast pattern to be detected in the form of a single, circular as possible light spot, which widens when changing the distance in the direction of the corners of a square surrounding the light spot and finally dissolves into four separate points.
  • Such a light spot is particularly easy to identify.
  • the corresponding light rays do not impinge on the palm of the hand from the side of the sensor surface 2, but impinge, for example, on the back of the hand from the opposite side.
  • the user could adjust the distance of the hand to the sensor surface 2 by observing the pattern on the back of the palm.
  • this would require additional components half of the actual sensor housing require and the arrangement of the light sources or on the housing 10 to the sensor 1 around is preferred. If the sensor surface 2, for example, 3 x 3 cm 2 and the light sources or LEDs in the corner regions of the sensor surface 2 is a square of z. B.
  • the light-emitting diodes may be arranged in tubular depressions 4, the walls of which reflect the light emanating from the LEDs and sufficiently bundle, whereby the light-emitting diodes themselves in the form of their transparent housing optical aids for generating a beam-like light beam, which also in the desired distance the formation of a sufficiently small and sharp light spot leads.
  • FIG. 3 again shows the housing 10 with the sensor 1 and the diagrammatically reproduced outlines of a hand 3, which is arranged so that the crossing point of the four illustrated light beams is imaged on the palm of the hand, which the user either in a reflective surface of the sensor 2 or but can recognize and control one of the mirror surfaces for this purpose, for example, edge surfaces 8, which surround the sensor surface 2.
  • FIG. 4 shows a further variant with a sensor 1 'in a corresponding housing, the light beams or the sources of the light beams however not being arranged in the housing of the sensor itself, but somewhere in its surroundings, but exactly so that the light from The pattern generated by the light beams or the pattern which forms at a desired distance from the sensor is located approximately centrally in front of the sensor surface 2.
  • the device according to the invention By means of the device according to the invention and the corresponding method, it is possible to carry out an actually non-contact yet reliable and reliable detection of biometric features, for example the vein structure of a hand, by projecting a pattern onto the body part to be arranged at the correct distance with corresponding optical devices will allow the user to vary by changing the distance of the body part to the sensor surface 2 so as to set the correct distance.
  • the system can then, for example, by changing the color of the light sources, such. B. the light-emitting diodes that generate the pattern, a successful measurement or authentication or even a failed authentication (for example, green light for "detected and authorized” and red for "not detected” or "unauthorized”).
  • FIG. 5 shows a device according to the invention for non-contact venous structure detection.
  • This consists of an infrared radiation-impermeable housing 13 with flat surfaces, which surrounds a sensor 1 1 with a sensor surface 12 for receiving electromagnetic radiation in the infrared range.
  • the recess could be covered in an advantageous modification of the present embodiment for the protection of the sensor 1 1 with a transparent material for infrared radiation, for example quartz glass.
  • the housing 13 has a shading section 17 which extends outgoing from the sensor surface 12 over the plane E defined by the sensor surface 12. At the same time, the shading section 17 shadows the sensor 11 at least partially against electromagnetic radiation 18 falling on the housing 13.
  • the sensor surface 12 is bordered by flat inner surfaces 19 of the shading portion 17 of the housing 13.
  • the housing 13 For mounting the device to a holding element, for example on a wall 17, the housing 13 has a flat rear side.
  • the plane E includes with the back of the housing 13 at an acute angle.
  • the sensor surface 12 is square.
  • the shading portion 17 is formed by webs, which on the receiving side on the plane E protruding and on all four sides of the square sensor surface 12 includes. In each case, a side surface of the webs is thus identical to one of the inner surfaces 19 of the shading portion 17 of the housing 13.
  • the shading portion 17 widens here in a truncated pyramid outward. In the present case, due to the square configuration of the sensor surface 12, all four webs have identical shape and dimensions. In addition, opposing web burrs 23 each extend parallel to each other. In the detail view in FIG.
  • each of the housing webs has a triangular cross section in each case.
  • the illustrated sectional view is perpendicular to two parallel web burrs 23.
  • the vertical height of the webs above the plane E is denoted by H.
  • D designates according to the definition given above in this specific case, the direct distance between an intersection point of two web ridge and the opposite corner of the sensor surface. 2
  • FIG. 7 An inventive device for non-contact detection of a vein structure is shown in Figure 7 in the assembled state on a holding element, here a wall 20.
  • This wall 20 advantageously has a wall recess 21 below the device to allow a centered positioning of a hand 16 under the sensor 1 1.
  • the housing 13 would have to be designed in such a way that a sufficient distance of the sensor 11 to the wall 20 is ensured, so that there is sufficient space for a complete positioning, for example, of a hand 16 under the sensor 11 , In this case, however, the device would have to be dimensioned significantly larger, which may prove to be disadvantageous from a practical, financial and aesthetic point of view.
  • the angle of inclination of the sensor surface 12 to the back of the housing 13 would have to be sharpened. However, this would lead to problems with the shadowing of the sensor surface 12, since more disturbing background radiation could be incident on the sensor surface 12 laterally.
  • the arrow 18 indicates the direction of incidence of the sun's rays, here by way of example perpendicularly from above. It can be seen that the sensor surface 12 of the device is oriented approximately completely away from the incident sunrays 18 in the illustrated embodiment. As a result, it can be ensured that hardly any solar radiation 18 directly impinges on the sensor surface 12. Stray radiation, which is reflected, for example, from the ground, is shielded by the shading portion 17 of the housing 13. In FIG. 8, the device from FIG.
  • this figure shows the radiation pattern 15 generated by a device for projecting an electromagnetic radiation pattern in the visible frequency range, wherein the generated individual beams intersect at a fixed point of intersection 22 which has a perpendicular distance to the sensor surface 12 required for the recognition of the vein structure ,
  • the radiation pattern at all distances except the preferred one consists of several, in the case shown four points.
  • a hand 16 in a preferred position relative to the sensor surface 12 is shown in FIG.
  • the hand 16 is located exactly at the intersection 21 of the beams 15 and thus in an advantageous for detection vertical distance to the sensor surface 12.
  • the perceived in this position by the person to be recognized radiation pattern 15 on her hand surface is a single point 21, which should be located substantially in the middle of the palm of the hand.
  • the hand 16 is moved out of this position, it disintegrates the hand 16 projected radiation patterns from a single point 21 back into multiple points.
  • the person to be identified knows that his hand 16 is located in a distance which is not suitable for detecting the vein structure or in a disadvantageous orientation relative to the sensor 11.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung biometrischer Merkmale von Körperteilen, mit einem einen biometrischen Sensor (1) aufnehmenden Gehäuse (10), welches eine Sensorfläche (2) präsentiert, die berührungslos biometrische Merkmale eines im Abstand vor der Sensorfläche angeordneten Körperteiles (3) erfassen kann. Um ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erfassung biometrischer Merkmale mit den eingangs genannten Merkmalen zu schaffen, die auch im Alltagsbetrieb zuverlässig berührungslos arbeiten wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass Einrichtungen zur Projektion eines sich mit dem Abstand (d) zur Sensoroberfläche (2) ändernden optischen Musters auf eine zusammen mit dem Körperteil (3) bewegbare Oberfläche (3a) vorgesehen sind.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur berührungslosen Erfassung biometrischer Merkmale
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur berührungslosen Erfassung biometrischer Merkmale, mit einem einen biometrischen Sensor aufnehmenden Gehäuse, welches eine Sen- sorfläche präsentiert, die berührungslos biometrische Merkmale eines im Abstand vor der Sensorfläche angeordneten Körperteiles erfassen kann.
Ebenso betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren zur berührungslosen Erfassung biometrischer Merkmale von Körperteilen, wobei ein Körperteil im Abstand von einer Sensorflä- che zur Erfassung durch den Sensor präsentiert wird.
Als biometrische Merkmale werden dabei insbesondere Fingerabdrücke, Aufnahmen der Augeniris und z. B. auch Infrarotbilder der Handvenen angesehen, wobei allerdings Fingerabdrücke im Allgemeinen nicht unter die Kategorie„berührungslos" fallen, prinzipiell aber mit Hilfe geeigneter optischer Erfassungseinrichtungen auch berührungslos erfasst werden könnten.
Biometrische Daten werden zunehmend häufiger zur Identifizierung und Authentisierung von Personen eingesetzt, zum Beispiel für Mobiltelefone oder Personal Computer bzw. Laptops. Bei diesen Geräten werden zumeist noch Berührungsfelder bzw. Tastfelder verwendet, wobei der Benutzer einen oder mehrere Finger einer Hand auf ein solches Feld auflegen oder über dieses hinweg führen kann, wobei der Fingerabdruck abgescannt wird. Die Augeniris kann hingegen zwar berührungslos mit einem erheblichen Abstand der Sensorfläche von der Augenoberfläche gescannt werden, letztlich ist aber auch dieses Verfahren nicht wirklich berührungslos, denn der Benutzer ist in der Praxis zur Erstellung einer zuverlässigen Aufnahme gezwungen, seine Stirn oder andere Gesichtsteile an einer geeigneten Stütze zu positionieren, damit der Augenscanner die Iris für eine ausreichende Zeit in einem sicher scanbaren Abstand erfassen kann.
Diese effektiv nicht berührungslosen Verfahren sind insbesondere im Falle von Zugangskontrollen, die jeweils von einer großen Zahl verschiedener Personen passiert werden müssen, wegen der mit der unmittelbaren Berührung verbundenen Kontaminationsgefahr problematisch.
Nicht zuletzt aus diesem Grund, aber auch wegen der sehr guten Diskrimierbarkeit, beginnen sich Handvenenscanner immer mehr durchzusetzen, bei welchen durch Infrarotsensoren ein Abbild der in der Hand einer Person liegenden Venenstruktur erfasst wird, die einen ausgeprägten Individualitätsgrad hat. Bei diesem Verfahren müsste die zu autorisierende Person ihre Hand lediglich in einem gewissen Abstand, typisch 5 bis 20 cm, vor eine Sensorfläche halten, die sich an bzw. in einem Gehäuse befindet, idealerweise ohne dabei das Gehäuse zu berühren. Auch dies führt jedoch erfahrungsgemäß zu Problemen, da zahlreiche Personen den richtigen Abstand nicht abschätzen können und/oder ihre Hand nicht hinreichend ruhig halten, so dass sich für eine zuverlässige Funktion auch bei diesen Geräten in der Praxis die Notwendigkeit herausgestellt hat, Handstützen zu verwenden, die gewährleisten, dass der Benutzer seine Hand ausreichend lange und genügend ruhig im richtigen Abstand vor die Sensorfläche hält.
Gegenüber diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erfassung biometrischer Merkmale mit den eingangs genannten Merkmalen zu schaffen, die auch im Alltagsbetrieb zuverlässig berührungslos arbeiten. Hinsichtlich der eingangs genannten Vorrichtung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass Einrichtungen zur Projektion eines sich mit dem Abstand zur Sensoroberfläche ändernden optischen Musters auf eine zusammen mit dem Körperteil bewegbare Oberfläche vorgesehen sind.
Hinsichtlich des eingangs genannten Verfahrens wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass zur Bestimmung eines geeigneten Erfassungsabstandes ein optisches Muster in den Raum vor der Sensorfläche projiziert wird, dass sich mit Änderung des Abstandes von der Sensorfläche verändert.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens und der entsprechenden Vorrichtung gelingt es, dem jeweiligen Benutzer während der Erfassung der biometrischen Merkmale eine Rückmeldung über die richtige Position des zu erfassenden Körperteiles wie z. B. seiner Hand zu geben, so dass der Benutzer dadurch eine unmittelbare Kontrolle über den Vorgang der Merkmalserfassung hat. Der Benutzer beobachtet beim Heranführen des Körperteils das auf eine Oberfläche des Körperteils oder eine mitbewegte Oberfläche projizierte Muster und hält das Körperteil, kon- kret beispielsweise seine Hand, so, dass das Muster ein für den richtigen Abstand und die richtige Position charakteristisches, vorgegebenes Aussehen annimmt. Da das Muster sich mit dem Abstand zur Sensoroberfläche ändert, hat das Muster im„richtigen" bzw.„gewünschten" Abstand ein Erscheinungsbild, welches sich von dem Erscheinungsbild bei anderen nicht für die Erfassung vorgesehenen Abständen unterscheidet. Der Benutzer muss also den Abstand des Körper- teiles zur Sensorfläche nur in der Weise einstellen, dass das betreffende gewünschte Muster auf der Oberfläche des Körperteils oder eine mitbewegten Oberfläche erscheint. Dieses gewünschte Muster (und eventuell auch die abweichenden Muster bei nicht erwünschten Abständen) könnte dem Benutzer beispielsweise auf eine Anzeigetafel bzw. Bedienungsanleitung präsentiert werden und der Benutzer kann dann durch Variation des Abstandes zur Sensoroberfläche das gewünschte Muster auf der entsprechenden Oberfläche des Körperteils erzeugen. Dabei ist nicht ein mm-genaues Stillhalten erforderlich, sondern es reicht schon aus, wenn der Benutzer seine Hand für 1 Sekunde innerhalb einer Toleranzabweichung von z. B. ± 10 mm um den optimalen Abstand herum hält. Das leicht erkennbare, charakteristische Muster ist dabei eine sehr große Hilfe für den Benutzer und beschleunigt daher den Ablauf des Verfahrens erheblich, da die Zahl der Fehlversuche gegenüber anderen nicht unterstützten Verfahren drastisch abnimmt und auch der Vorgang selbst beschleunigt abläuft, weil der Benutzer aufgrund der optischen Rückkopplung über seine visuelle Wahrnehmung sehr viel schneller die richtige Position des Körperteils findet.
Das einzustellende Muster kann beispielsweise zur Erläuterung neben dem Sensorgerät dargestellt sein oder angezeigt werden. Sobald das projizierte Muster auf der Oberfläche die angegebene bzw. vorbestimmte Form angenommen hat, weiß die Person dass sie ihre Hand an der korrekten Stelle positioniert hat. Denkbar wäre es auch, dass das projizierte Muster von einer zwei- ten Erkennungsvorrichtung automatisch erfasst und die zu identifizierende Personen beispielsweise über akustische Rückkopplungssignale über die Position ihrer Hand informiert wird. Eine derartige erweiterte Erkennungseinrichtung würde sich zum Beispiel für sehbehinderte Menschen anbieten Bei der Erläuterung weiterer Merkmale bevorzugter Ausgestaltungen der Erfindung soll im Folgenden, lediglich beispielhaft und ohne Beschränkungsabsicht, die Hand des menschlichen Körpers als dasjenige Körperteil betrachtet werden, an welchem die biometrischen Merkmale erfasst werden. Es versteht sich jedoch, dass die entsprechenden Merkmale der Erfindung identisch oder analog auch bei der Erfassung anderer biometrischer Merkmale zur Anwendung kommen können. Beispielsweise könnte also bei der Erfassung der Augeniris das Muster auf die Stirn oder Nasenwurzel eines Benutzers projiziert werden, der dies in einem Spiegel beobachten und den Abstand entsprechend einstellen kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die entsprechende Vorrichtung funktionieren vollkommen berührungslos und beseitigen damit die ansonsten bestehende Kontaminationsgefahr bei Benutzung desselben Gerätes durch zahlreiche Personen, wie zum Beispiel bei Zugangskontrollen zu Firmengeländen, Sicherheitsbereichen etc.
Im Übrigen versteht es sich, dass die nachfolgend und in den Ansprüchen definierten Vorrich- tungsmerkmale bevorzugter Ausführungsformen entsprechende Verfahrensmerkmale implizieren und umgekehrt, wobei in der folgenden Beschreibung Vorrichtungs- und Verfahrensmerkmale nicht immer eindeutig voneinander zu trennen sind und sich auf beide Kategorien beziehen. Die Einrichtungen zur Projektion des optischen Musters sind vorzugsweise neben der Sensorfläche vorgesehen, was die Projektion des Musters auf eine Handoberfläche vereinfacht.
Zweckmäßigerweise sind die Einrichtungen zur Projektion des optischen Musters an dem Ge- häuse vorgesehen.
Insbesondere sind die Einrichtungen zur Projektion des optischen Musters entlang des Umfangs der Sensorfläche und im Abstand zu dieser vorgesehen. Für eine optimale Abstandseinstellung ist es außerdem vorteilhaft, wenn die Einrichtungen zur Projektion des optischen Musters entlang des Umfangs der Sensorfläche in etwa gleichen Winkelabständen um das Zentrum der Sensorfläche verteilt angeordnet sind, weil dann das Muster eine schnell und gleichmäßig variierende Abstandsabhängigkeit bezüglich aller Musterelemente aufweist.
Bevorzugt ist eine Variante, bei welcher die Einrichtungen zur Projektion des optischen Musters jeweils einen Lichtstrahl erzeugen, wobei diese mehreren Strahlen nicht alle parallel verlaufen. Mehrere derartige Einrichtungen erzeugen entsprechend mehrere Punkte auf einer Projektionsoberfläche, deren relative Anordnung ein abstandsabhängiges Muster definiert, solange nicht alle Lichtstrahlen parallel verlaufen.
Dabei kann es außerdem zweckmäßig sein, wenn die Einrichtungen zur Projektion des optischen Musters optische Kollimatoreinrichtungen umfassen. Diese können in der einfachsten Form als rohrförmige optische Leiter, Glasfasern oder dergleichen vorliegen. Die Einrichtungen zur Projektion des optischen Musters können insbesondere Leuchtdioden aufweisen, welche die Quellen von Lichtstrahlen bilden.
Insbesondere können die Einrichtungen zur Projektion des optischen Musters Laserdioden aufweisen.
Realisierbar ist auch eine Variante, bei welcher ein Lichtstrahl, der von einer einzigen Quelle ausgeht, durch optische Brechung in mehrere Strahlen aufgespalten wird, die dann von verschiedenen Punkten aus auf ein Körperteil projiziert werden. Bei einem rechteckigen Sensorfeld ist in einer Variante vorgesehen, dass die Einrichtungen zur Projektion des optischen Musters jeweils den Ecken und Zentren der Seiten des Sensorrechtecks nächstliegend zugeordnet sind. Generell sind die Einrichtungen zur Projektion des optischen Musters in der bevorzugten Ausführungsform so angeordnet und ausgestaltet, dass die von Ihnen ausgehenden Lichtstrahlen in einem für die Aufnahme eines biometrischen Merkmals gewünschten Abstand ein charakteristisches Muster erzeugen, dass sich von dem bei anderen Abständen erzeugten Muster für das bloße menschliche Auge unterscheidet. Alternativ ist sicher auch eine maschinelle Unterscheidung der Muster in verschiedenen Abständen möglich, jedoch würde dies zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe noch weitere, beispielsweise akustische Rückkopplungseinrichtungen erfordern, um dem Benutzer eine berührungslose Justierung des Abstandes zwischen Hand und Sensoroberfläche zu ermöglichen. Letzteres wäre beispielsweise bei Verwendung durch Sehbe- hinderte zweckmäßig.
Das Muster wird besonders einfach und bei verschiedenen Abständen leicht unterscheidbar, wenn die Einrichtungen zur Projektion des optischen Musters so angeordnet und ausgestaltet sind, dass die von Ihnen ausgehenden Lichtstrahlen maximal drei und vorzugsweise nur einen gemeinsamen Punkt im Raum vor der Sensorfläche durchkreuzen. Die Kreuzungspunkte befinden sich dabei vorzugsweise in dem gewünschten Abstand und das Muster ist dann durch eine minimale Anzahl von Punkten, im bevorzugten Fall einen einzigen Punkt, gekennzeichnet, während in anderen Abständen das Muster durch eine größere Zahl von Punkten gebildet wird.
Idealerweise sind die Einrichtungen zur Mustererzeugung so ausgerichtet, dass das in einem gewünschten Abstand erzeugte Muster sich im Bereich einer vom Zentrum der Sensorfläche ausgehenden Normalen vor der Sensoroberfläche befindet.
Die Projektion des Musters kann ansonsten wahlweise auf einer der Sensorfläche zugewandten, oder auf der der Sensorfläche abgewandten Seite oder beiden bzw. anderen Seiten des Körper- teils erfolgen.
In einer bevorzugten Variante der Erfindung wird also das Muster in Form mehrerer Lichtstrahlen auf die Hautoberfläche des Körperteils bzw. einer mitbewegten Fläche (zum Beispiel eines Handschuhs) projiziert. Durch Beobachtung des Musters und Erzeugung eines dem Benutzer bekann- ten oder vorgegebenen, gewünschten Musters positioniert der Benutzer dann seine Hand an der für die Erfassung der biometrischen Eigenschaften geeigneten Stelle, so dass der Erfassungsvorgang ablaufen kann.
Möglich ist auch eine Variante, bei welcher ein Sekundärsensor seinerseits das auf die Hand- Oberfläche projizierte Muster erfasst und mit einem gewünschten, gespeicherten Muster abgleicht, wobei er auch ein akustisches Signal abgeben kann, um dem Benutzer eine Rückmeldung über die richtige Positionierung zu geben. Ein anderer Sekundärsensor kann ebenfalls zweckmäßig sein, um beispielsweise zu erfassen, ob und wann ein Körperteil in den Erfassungsbereich des primären Sensors für die biometrischen Merkmale gelangt, um beispielsweise erst dann die Einrichtungen zur Erzeugung des Musters und/ oder den Primärsensor in Betrieb zu setzen, um auf diese Weise Energie für den Sensorbe- trieb zu sparen.
Für eine bevorzugte Variante hat es sich als zweckmäßig herausgestellt, wenn die Lichtstrahlen, die von den Einrichtungen zur Erzeugung derselben ausgehen, sich unter Winkeln von mehr als 20 ° vorzugsweise mehr als 40 ° schneiden. Der maximale Schnittwinkel zweier Lichtstrahlen liegt selbstverständlich unterhalb von 180 °, vorzugsweise unter 130 ° und insbesondere unterhalb von 100°. Bei einem von einer Mehrzahl Quellen größer als 2 ausgehenden Feld einander kreuzender Lichtstrahlen unterscheiden sich die Schnittwinkel von Paaren der Lichtstrahlen im Allgemeinen, liegen jedoch vorzugsweise alle innerhalb der vorstehend definierten Bereiche. In einer Ausführungsform ist eine Sensorfläche beispielsweise von 8 Quellen von Lichtstrahlen umgeben, die an den Ecken und jeweils an der Mitte der Seiten eines (gedachten) Rechtecks angeordnet sind. Dieses Rechteck könnte beispielsweise Maße von 8 x 12 cm2 haben, so dass im Ergebnis der minimale Abstand zwischen zwei Lichtquellen 4 cm (die Hälfte von 8 cm) beträgt, während der maximale Abstand einer Diagonalen des Rechtecks (64 + 144)1 2 cm beträgt (unge- fähr 14,5 cm).
In einer weiteren Ausführungsform kann das Muster bzw. können dessen Lichtstrahlen beispielsweise einen Farbwandel erfahren, wenn der Primärsensor das biometrische Merkmal erfasst bzw. erkannt oder nicht erkannt hat.
Im folgenden werden weitere spezifische Merkmale einer erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben, die speziell für das Erfassen eines Venenmusters, insbesondere des Venenmusters der menschlichen Hand ausgelegt sind. Obwohl die Handvenenstruktur aufgrund ihrer sehr hohen Diskriminierbarkeit eine hohe Effizienz bei der Erkennung individueller Personen besitzt, kann es dennoch zu Problemen bei den Infrarotaufnahmen kommen, wenn Hintergrundstrahlung der Umgebung zu einem starken Hintergrundrauschen des Sensorsignals führt. Dieses Problem stellt sich insbesondere beim Außeneinsatz eines Handvenensensors, beispielsweise neben einem Gebäudeeingang. Eine mögliche Quelle der die Erfassung der Handvenenstruktur störenden Hintergrundstrahlung wäre in diesem Fall die Sonnenstrahlung. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, Störungen des Messsignals aufgrund von Hintergrundstrahlung durch eine geeignete Ausgestaltung der Erfassungsvorrichtung zu minimieren. Erfindungsgemäß wird eine Minimierung des Hintergrundrauschens dadurch erreicht, dass das Gehäuse einen Abschattungsabschnitt aufweist, der sich ausgehend von der die Strahlung aufnehmenden Fläche des Sensors dergestalt erstreckt, dass er den Sensor zumindest teilweise gegenüber auf das Gehäuse fallender elektromagnetischer Strahlung abschattet. Zu diesem Zwecke muss der Abschattungsabschnitt nicht transparent sein für elektromagnetische Strahlung in dem von dem Sensor erfassten Frequenzbereich. Durch diesen Überstand des Gehäuses wird die Sensoroberfläche insbesondere gegenüber seitlicher Streustrahlung abgeschirmt.
Der Sensor ist ein technisches Bauteil, das elektromagnetische Strahlung in einem festgelegten Frequenzbereich erfassen kann. Da eine Venen struktur erfasst werden soll, die Wärmestrahlung im Infrarotbereich aussendet, ist der erfasste Frequenzbereich folglich der Infrarotbereich. Zum Aufnehmen einfallender Infrarotstrahlung weist der Sensor eine Fläche auf, die diese Strahlung möglichst vollständig aufnimmt. Die auf dieses Fläche einfallende Infrarotstrahlung stellt das Eingangssignal dar und wird von dem Sensor in ein elektrisches Ausgangssignal umgewandelt, das Informationen über das zweidimensionale Intensitätsmuster der einfallenden Infrarotstrahlung auf der Fläche und somit die Venenstruktur, die dieses Intensitätsmuster der Infrarotstrahlung hervorruft, umfasst.
Der transparente Abschnitt des Gehäuses ist ein Abschnitt, der durchlässig ist für Infrarotstrahlung. Dabei besteht dieser Abschnitt typischerweise aus einem anderen Material, bzw. einer anderen Materialkombination als das restliche Gehäuse, das erfindungsgemäß zumindest teilweise in Form des Abschattungsabschnittes undurchlässig für Infrarotstrahlung ist. Im einfachsten Fall besteht der transparente Abschnitt einfach aus einer Ausnehmung im Gehäuses, so dass er durchlässig ist für elektromagnetische Strahlung in jedem Frequenzbereich und insbesondere für solche im Infrarotbereich. Der transparente Abschnitt kann aber beispielsweise auch aus für Infrarotstrahlung transparentem Quarzglas bestehen.
Es empfiehlt sich, dass der Abschattungsabschnitt bezüglich der Sensoroberfläche aufnahmesei- tig um eine Höhe H = α x D senkrecht über die von der Sensoroberfläche festgelegte Ebene E hervorsteht. Hierbei ist D die maximale Entfernung vom höchsten Punkt des Abschattungsab- Schnitts über die Ebene E bis zu einem Rand der Sensoroberfläche. Eine vorteilhafte Abschirmung bei gleichzeitig kompakter Ausgestaltung der Vorrichtung wird, wie sich gezeigt hat, erreicht, wenn α zwischen 0,35 und 0,65, vorzugsweise zwischen 0,4 und 0,6 und am besten zwischen 0,45 und 0,55 beträgt. Um den von der Sensoroberfläche erfassten Ausschnitt der Handfläche trotz der Abschirmung in einer für die Erkennung vorteilhaften Größendimension zu halten, empfiehlt es sich, dass die Sensoroberfläche von ebenen Innenflächen des Abschattungsabschnitts des Gehäuses einge- fasst ist. Dabei sollte sich der Abschattungsabschnitt des Gehäuses ausgehend von der Sensoroberfläche pyramidenstumpfförmig erweitern. Bei einer alternativen, ebenfalls effizienten Ausgestaltungsform erweitert sich der Abschattungsabschnitt von der Sensoroberfläche ausgehend ke- gelstumpfförmig nach außen. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die die Sensoroberfläche einfassenden Innenflächen des Abschattungsabschnitts des Gehäuses mit der Ebene E der Sen- soroberfläche einen Winkel von 30° bis 60°, vorzugsweise von 40° bis 50° und am besten von 45° einschließen.
Eine zusätzliche Reduktion der Hintergrundstrahlung, insbesondere der Sonnenstrahlung, kann dadurch erreicht werden, dass die Sensoroberfläche in montiertem Zustand der Vorrichtung an einem Halteelement im Wesentlichen dem Boden zugewandt ist. Durch diese Orientierung weg von der Hauptstörquelle außerhalb von Gebäuden, d.h. der Sonne, kann die Intensität der Störsignale deutlich reduziert werden.
Als vorteilhaft für die Erfassung von Venen strukturen hat es sich dabei erwiesen, wenn die Sen- soroberfläche in montiertem Zustand der Vorrichtung an einem Halteelement mit einem Lot einen Wnkel von 90° bis 45°, vorzugsweise von 80° bis 55° und am besten von 70° bis 65° einschließt.
Für die praktische Umsetzung der vorliegenden Erfindung empfiehlt es sich, dass die Einrichtung zur Projektion des elektromagnetischen Strahlungsmusters Lichtstrahlen im sichtbaren Fre- quenzbereich erzeugen. Durch die Reflektion der Lichtstrahlen auf der Handoberfläche ist das projizierte Strahlungsmuster leicht mit dem menschlichen Auge zu erkennen.
Hierbei sollte die Einrichtung zur Projektion des optischen Musters so angeordnet und ausgestaltet sein, dass die von ihr ausgehenden Lichtstrahlen in einem für die Aufnahme einer Venen- struktur vorteilhaften Abstand ein charakteristisches elektromagnetisches Strahlungsmuster erzeugen. Dieses Strahlungsmuster sollte sich von dem bei anderen Abständen erzeugten Muster für das bloße menschliche Auge unterscheiden. Somit weiß die zu identifizierende Person sobald sich das gewünschte charakteristische Strahlungsmuster beispielweise auf ihrer Handfläche eingestellt hat, dass sich ihre Hand in der für die Messung korrekten Position befindet. Ein derartiges Strahlungsmuster lässt sich besonders einfach dadurch realisieren, dass sich die von der Einrichtung zur Projektion ausgehenden Lichtstrahlen in maximal drei oder vorzugsweise nur einem gemeinsamen Punkt im Raum vor der Sensoroberfläche schneiden. Befindet sich der Schnittpunkt der Lichtstrahlen in einem für die Messung bevorzugten Abstand zur Sensoroberfläche, ist das gewünschte Strahlungsmuster durch eine leicht zu erkennende minimale Anzahl an projizierten Punkten charakterisiert. Im einfachsten Fall ist dies dann ein einziger Punkt.
Dabei ist die Einrichtung zur Mustererzeugung idealer Weise so ausgerichtet, dass sich das im gewünschten Abstand zu erzeugende charakteristische elektromagnetische Strahlungsmuster im Bereich einer vom Schwerpunkt der Sensoroberfläche ausgehenden Normalen vor der Sensoroberfläche befindet. Dadurch kann selbst im Falle nur eines einzigen Schnittpunkts eine zentrierte Ausrichtung der Hand vor der Sensoroberfläche einfach erreicht werden. Die Einrichtung zur Projektion des elektromagnetischen Strahlungsmuster im sichtbaren Frequenzbereich kann dabei seitlich neben der Sensoroberfläche vorgesehen sein. Für eine kompakte Bauweise der Vorrichtung zur berührungslosen Erfassung von Handvenenstrukturen empfiehlt es sich, die Einrichtung zur Projektion eines elektromagnetischen Strahlungsmuster im sichtbaren Frequenzbereich an dem Gehäuse anzubringen.
Um gegebenenfalls auch übermäßige Verschwenkungen der Hand aus einer Ebene parallel zur Sensoroberfläche erkennen zu können, empfiehlt sich eine möglichst symmetrische Anordnung von Einrichtungen zur Projektion des elektromagnetischen Strahlungsmuster im sichtbaren Frequenzbereich. Somit kann sichergestellt werden, das sich das projizierte Muster ändert, unab- hängig davon in welche Richtung die Hand aus der Parallelebene verschwenkt wird. Daher ist es von Vorteil, wenn mehrere Einrichtungen entlang des Umfangs der Sensoroberfläche in etwa gleichen Winkelabständen um den Schwerpunkt der Sensoroberfläche verteilt angeordnet sind.
Ein weiterer Vorteil ist es, wenn die Einrichtung zur Projektion des elektromagnetischen Strah- lungsmuster im sichtbaren Frequenzbereich eine optische Kollimatoreinrichtung umfasst. Durch die Verwendung von Kollimatoren lässt sich die Streuweite der Lichtstrahlen reduzieren, wodurch das projizierte Strahlungsmuster schärfer wird und die Abstandbestimmung somit präziser.
Besonders einfach, kostengünstig und wartungsarm lässt sich eine erfindungsgemäße Vorrich- tung zur berührungslosen Erfassung von Handvenenstrukturen produzieren, wenn die Einrichtung zur Projektion des elektromagnetischen Strahlungsmuster im sichtbaren Frequenzbereich eine Leuchtdiode ist.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der vorliegenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform und der dazugehörigen Figuren. Es zeigen:
Figur 1 einen Handvenenscanner mit einer schematisch davor angedeuteten Handflächenkontur, Figur 2 einen beispielhaften Strahlenverlauf zur Erzeugung eines Lichtstrahlenmusters,
Figur 3 die gewünschte Handflächenposition in Bezug auf das Muster,
Figur 4 eine weitere Variante mit Einrichtungen zur Erzeugung von Lichtstrahlen, die unabhängig vom Gehäuse des Handvenensensors sind.
Figur 5 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur berührungslosen Venenstrukturerfassung, Figur 6 Detailansichten des Abschattungsabschnitts der Vorrichtung aus Figur 1 ,
Figur 7 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in montiertem Zustand,
Figur 8 eine Vorrichtung mit beispielhaftem Strahlungsmuster und
Figur 9 eine vorzugsweise Anordnung einer Hand relativ zur erfindungsgemäße Vorrichtung.
Man erkennt in Figur 1 ein Gehäuse 10, in welchem sich ein Sensor 1 befindet, der an der Vorderfläche des Gehäuses 10 eine Sensorfläche 2 präsentiert. Der Sensor 1 ist ein Infrarotsensor, welcher in der Lage ist, ein durch die Venen einer Hand 3 gebildetes Muster zu erfassen, welches mit Hilfe einer entsprechenden Auswerteeinrichtung ausgewertet und mit gespeicherten Mustern verglichen werden kann.
In der Umgebung der Sensorfläche 2 erkennt man in dem Gehäuse mehrere Öffnungen bzw. Bohrungen 4, aus welchen, wie in Figur 2 schematisch dargestellt, konvergierende Lichtstrahlen 5 austreten, die auf die der Sensorfläche 2 zugewandten Innenfläche der Hand 3 ein bestimmtes Muster projizieren und sich alle gemeinsam in einem Kreuzungspunkt 7 kreuzen.
Wie man anhand der Figur 2 erkennt, in welcher die Hand fortgelassen und die von den Bohrungen 4 ausgehenden Lichtstrahlen 5 schematisch in Form langer dünner Zylinder wiedergegeben sind, erzeugen die in der Figur 2 dargestellten Weise ausgerichteten Lichtstrahlen im Allgemeinen ein Muster aus 4 Punkten, die auf der dem Gehäuse 10 zugewandeten Handinnenfläche als helle Flecken erscheinen. Die Lichtstrahlen 5 haben vorzugsweise einen blauen Farbton, um die im Infrarotbereich erfolgende Messung der Handvenen als solche nicht zu stören. Die vier Lichtstrahlen 5 sind jedoch so ausgerichtet, dass sie sich in einer im Abstand d zu der Sensoroberfläche 2 befindlichen Ebene 6 in einem Punkt 7 kreuzen. Wird die Handinnenfläche also gerade im Abstand d vor die Sensorfläche 2 gehalten, so wird nur ein einziger und im Wesentlichen kreisförmiger heller (blauer) Lichtfleck auf die Handinnenfläche projiziert, während dieser eine Punkt sich bei Verändern des Abstandes zu der Sensoroberfläche 2 dahingehend ändert, dass aus dem einen, zentralen und in etwa kreisrunden Lichtfleck bei dem gewünschten Abstand d zunächst eine Verformung in Richtung eines rechteckigen Flecks auftritt und sich dann mehrere (z. B. 4) getrennte Lichtflecke bzw. Lichtpunkte auf der Handinnenfläche ausbilden.
Die vier dargestellten Lichtstrahlen, die von Punkten bzw. Bohrungen ausgehen, die auf den verlängerten Diagonalen der Sensorfläche liegen und jeweils den gleichen Abstand zum Zentrum der Sensorfläche haben, reichen im Allgemeinen zur Erzeugung des entsprechenden Musters aus. In den Ausführungsbeispielen sind jedoch noch weitere Bohrungen für den Austritt entsprechender Lichtstrahlen dargestellt, die jeweils den Seiten bzw. Kanten der Sensorfläche mittig zugeordnet sind.
Die Lichtstrahlen könnten auch von diesen Öffnungen bzw. Lichtquellen ausgehen und sie könnten auch zusätzlich zu den bereits dargestellten Lichtstrahlen 5 vorgesehen sein und sich in demselben Punkt 7 kreuzen, in welchem sich auch die dargestellten Strahlen 5 kreuzen.
Die Sensoroberfläche 2 kann beispielsweise spiegelnd oder teilweise spiegelnd sein, so dass der Benutzer darin sehr leicht erkennen kann, ob sich auf seiner Handinnenfläche ein entsprechender einzelner Lichtpunkt ausbildet oder ob mehrere, voneinander getrennte Lichtpunkte bzw. ein größerer, verzehrter Lichtfleck ausgebildet hat, woraus der Benutzer erkennen kann, dass er den Abstand daran zu der Sensoroberfläche 2 noch etwas verändern muss, ob einen möglichst kleinen und möglichst kreisrunden Lichtfleck auf seiner Hand zu erkennen, so dass das von dem Sensor 1 erfasste Handinnenmuster aufgenommen und registriert bzw. mit gespeicherten Mustern verglichen werden kann.
Der Abstand d zwischen der Ebene 6 mit dem Kreuzungspunkt 7 der Lichtstrahlen und der Sen- soroberfläche 2 beträgt in einer bevorzugten Variante etwa 5 cm, so dass der Benutzer seine Hand 3 in deutlichem Abstand zu dem Gehäuse 10 und zu der Sensoroberfläche 2 halten kann und die Messung somit vollständig berührungslos erfolgt.
Es versteht sich, dass die Lichtstrahlen 5 im Prinzip auch ein beliebiges anderes Muster auf einer Handfläche oder einer sonstigen, zusammen mit der Handfläche bewegten Fläche erzeugen könnten, wobei ein bestimmtes, charakteristisches Muster, dass sich in dem gewünschten Abstand d ausbildet, dem Benutzer beispielsweise anhand einer Schautafel vorgegeben wird. Die dargestellte Variante zeigt jedoch ein besonders einfaches und intuitiv schnell zu erfassendes Muster in Form eines einzelnen, möglichst kreisrunden Lichtflecks, der sich bei Änderung des Abstandes in Richtung der Ecken eines der Lichtfleck umgebenden Quadrates erweitert und dabei schließlich in vier getrennte Punkte auflöst. Ein solcher Lichtfleck ist besonders leicht zu identifizieren.
Selbstverständlich ist es ebenso gut möglich, dass die entsprechenden Lichtstrahlen nicht von der Seite der Sensorfläche 2 aus auf die Handinnenfläche auftreffen, sondern beispielsweise von der gegenüberliegenden Seite her auf die Rückseite der Hand auftreffen. In diesem Fall könnte der Benutzer den Abstand der Hand zu der Sensorfläche 2 durch Beobachtung des Musters auf der Rückseite der Handoberfläche einstellen. Dies würde allerdings zusätzliche Bauteile außer- halb des eigentlichen Sensorgehäuses erfordern und die Anordnung der Lichtquellen bzw. an dem Gehäuse 10 um den Sensor 1 herum ist demgegenüber bevorzugt. Wenn die Sensorfläche 2 beispielsweise 3 x 3 cm2 beträgt und die Lichtquellen bzw. Leuchtdioden in den Eckbereichen der Sensorfläche 2 ein Quadrat von z. B. 5 x 5 cm2 aufspannen, so schneiden sich die diagonal gegenüberliegenden Lichtstrahlen 5 unter einem Winkel von etwa 70° und die benachbarten Lichtstrahlen 5 schneiden sich unter einem Winkel von etwa 50°. Diese Schnittwinkel erlauben eine ausreichende Fokussierung in dem gewünschten Abstand von 5 cm zu einem einzigen, im Wesentlichen kreisrunden Lichtfleck.
Dabei können als Lichtquellen zum Einen Laserdioden verwendet werden, die einen sehr fein gebündelten Strahl erzeugen, es ist aber auch möglich, einfache Leuchtdioden zu verwenden und das Licht mit entsprechenden optischen Hilfsmitteln zu bündeln. Beispielsweise können die Leuchtdioden in röhrenartigen Vertiefungen 4 angeordnet sein , deren Wände das von den Leuchtdioden ausgehende Licht reflektieren und ausreichend bündeln, wobei auch die Leuchtdioden selbst in Form ihres durchlässigen Gehäuses optische Hilfsmittel zur Erzeugung eines Bündelartigen Lichtstrahles aufweisen, was in dem gewünschten Abstand ebenfalls zu der Ausbildung eines hinreichend kleinen und scharfen Lichtflecks führt.
Figur 3 zeigt nochmals das Gehäuse 10 mit dem Sensor 1 und den schematisch wiedergegebenen Umrissen einer Hand 3, die so angeordnet ist, dass auf der Handinnenfläche der Kreuzungspunkt der vier dargestellten Lichtstrahlen abgebildet wird, was der Benutzer entweder in einer spiegelnden Oberfläche des Sensors 2 oder aber in einer der zu diesem Zweck beispielsweise spiegelnd ausgebildeten Randflächen 8 erkennen und kontrollieren kann, die die Sensorfläche 2 umgeben.
Figur 4 zeigt eine weitere Variante mit einem Sensor 1 ' in einem entsprechenden Gehäuse, wobei die Lichtstrahlen bzw. die Quellen der Lichtstrahlen jedoch nicht in dem Gehäuse des Sensors selbst, sondern irgendwo in dessen Umgebung angeordnet sind, jedoch genau so, dass sich das von den Lichtstrahlen erzeugte Muster bzw. das Muster, das sich bei einem gewünschten Abstand zu dem Sensor ausbildet, in etwa zentral vor der Sensorfläche 2 befindet.
Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung und das entsprechende Verfahren ist es möglich, eine tatsächlich berührungslose und dennoch gleichzeitig sichere und zuverlässige Erfassung biometrischer Merkmale, beispielsweise der Venenstruktur einer Hand, durchzuführen, indem mit ent- sprechenden optischen Einrichtungen ein Muster auf das im richtigen Abstand anzuordnende Körperteil projiziert wird, das der Benutzer durch Ändern des Abstandes des Körperteils zu der Sensoroberfläche 2 variieren kann, um auf diese Weise den richtigen Abstand einzustellen. Das System kann dann beispielsweise durch Farbwechsel der Lichtquellen, wie z. B. der Leuchtdioden, welche das Muster erzeugen, eine erfolgreiche Messung bzw. Authentisierung oder aber auch eine nicht erfolgte Authentisierung anzeigen (beispielsweise grünes Licht für„erfasst und autorisiert" und rot für„nicht erfasst" bzw.„nicht autorisiert").
In Figur 5 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur berührungslosen Venenstrukturerfassung zu sehen. Diese besteht aus einem für Infrarotstrahlung undurchlässigen Gehäuse 13 mit ebenen Flächen, das einen Sensor 1 1 mit einer Sensoroberfläche 12 zur Aufnahme elektromagnetischer Strahlung im Infrarotbereich einfasst. Hierbei besteht der transparente Gehäuseabschnitt aus einer Ausnehmung im Gehäuse 13. Diese Ausnehmung könnte in einer vorteilhaften Abänderung der vorliegenden Ausführungsform zum Schutz des Sensor 1 1 mit einem für Infrarotstrahlung transparenten Material, beispielsweise Quarzglas, abgedeckt sein. Das Gehäuse 13 weist einen Abschattungsabschnitts 17 auf, der sich ausgehende von der Sensoroberfläche 12 über die von der Sensoroberfläche 12 festgelegte Ebene E erstreckt. Dabei schattet der Abschattungsab- schnitt 17 den Sensor 1 1 zumindest teilweise gegenüber auf das Gehäuse 13 fallender elektromagnetischer Strahlung 18 ab. Die Sensoroberfläche 12 ist von ebenen Innenflächen 19 des Abschattungsabschnitt 17 des Gehäuses 13 eingefasst. Zur Montage der Vorrichtung an einem Haltelement, beispielsweise an einer Wand 17, weist das Gehäuse 13 eine ebene Rückseite auf. Die Ebene E schließt mit der Rückseite des Gehäuses 13 einen spitzen Winkel ein. In der darge- stellten Ausführungsform ist die Sensoroberfläche 12 quadratisch. Der Abschattungsabschnitt 17 wird von Stegen gebildet, die aufnahmeseitig über die Ebene E hervorstehenden und an allen vier Seiten die quadratische Sensoroberfläche 12 umfasst. Jeweils eine Seitenfläche der Stege ist somit identisch mit einer der Innenflächen 19 des Abschattungsabschnitt 17 des Gehäuses 13. Der Abschattungsabschnitt 17 erweitert sich hier pyramidenstumpfförmig nach außen. Im vorliegenden Fall besitzen aufgrund der quadratischen Ausgestaltung der Sensoroberfläche 12 alle vier Stege identische Form und Maße. Außerdem verlaufen gegenüberliegende Steggrate 23 jeweils parallel zueinander. In der Detailansicht in Figur 6a des Abschattungsabschnitts 17 der Vorrichtung aus Figur 15, wird deutlich, dass jeder der Gehäusestege jeweils einen dreieckigen Querschnitt aufweist. Die dargestellte Schnittansicht verläuft senkrecht zu zwei parallelen Steggraten 23. Die senkrechte Höhe der Stege über der Ebene E ist mit H bezeichnet. Die Höhe lässt sich als H = a x D angeben, wobei D die maximale Entfernung vom höchsten Punkt des Abschattungsabschnitts 17 senk- recht über E bis zu einem Rand der Sensorfläche 12 und a ein dimensionsloser Faktor ist. Die genau Festlegung von D im Fall einer quadratischen Sensoroberfläche 12 mit symmetrischem Abschirmungsabschnitt 17, der sich ausgehend von der Sensoroberfläche 12 pyramidenstumpf- förmig nach außen erweitert, wird anhand von Figur 6a und der in Figur 6b abgebildeten senkrechten Ansicht von oben ersichtlich. D bezeichnet entsprechend der oben gegebenen Definition in diesem konkreten Fall den direkten Abstand zwischen einem Schnittpunkt zweier Steggrate und der gegenüberliegenden Ecke der Sensoroberfläche 2.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur berührungslosen Erfassung einer Venenstruktur ist in Figur 7 in montiertem Zustand an einem Halteelement, hier einer Wand 20, gezeigt. Diese Wand 20 weist vorteilhafterweise eine Wandaussparung 21 unterhalb der Vorrichtung auf, um eine zentrierte Positionierung einer Hand 16 unter dem Sensor 1 1 zu ermöglichen. Ohne die Ausspa- rung 21 in der Wand 20 müsste das Gehäuse 13 derart ausgestaltet sein, dass ein ausreichender Abstand des Sensors 1 1 zur Wand 20 gewährleistet wird, damit ausreichend Raum für eine vollständige Positionierung beispielsweise einer Hand 16 unter dem Sensor 1 1 vorhanden ist. I n diesem Fall müsste die Vorrichtung allerdings deutlich größer dimensioniert werden, was sich unter praktischen, finanziellen und ästhetischen Gesichtspunkten als nachteilig erweisen kann. Alternativ müsste der Neigungswinkel der Sensoroberfläche 12 zur Rückseite des Gehäuses 13 spitzer gewählt werden. Dies würde aber zu Problemen mit der Abschattung der Sensoroberfläche 12 führen, da mehr störende Hintergrundstrahlung seitlich auf die Sensoroberfläche 12 einfallen könnte. Der Pfeil 18 zeigt die Einfallsrichtung der Sonnenstrahlen, hier beispielhaft senkrecht von oben, an. Es zeigt sich, dass die Sensoroberfläche 12 der Vorrichtung von den einfal- lenden Sonnenstrahlen 18 in der dargestellten Ausführungsform annährend vollständig abgewandt ausgerichtet ist. Dadurch kann sichergestellt werden, dass kaum Sonnenstrahlen 18 direkt auf die Sensoroberfläche 12 einfallen. Streustrahlung, die beispielsweise vom Boden reflektiert wird, wird durch den Abschattungsabschnitt 17 des Gehäuses 13 abgeschirmt. In Figur 8 ist die Vorrichtung aus Figur 6 in montiertem Zustand an einer Wand 20 montiert zu sehen. Exemplarisch ist in dieser Figur das von einer Einrichtung zur Projektion eines elektromagnetischen Strahlungsmusters im sichtbaren Frequenzbereich erzeugte Strahlungsmuster 15 gezeigt, wobei sich die erzeugten Einzelstrahlen in einem festgelegten Schnittpunkt 22 schneiden, der einen für die Erkennung der Venenstruktur erforderlichen senkrechten Abstand zur Sen- soroberfläche 12 aufweist. Somit besteht das Strahlungsmuster in allen Abständen außer dem bevorzugten aus mehreren, im abgebildeten Fall aus vier, Punkten.
Eine Hand 16 in bevorzugter Position gegenüber der Sensoroberfläche 12 ist in Figur 19 eingezeichnet. Die Hand 16 befindet sich dabei exakt im Schnittpunkt 21 der Strahlen 15 und somit in einem für die Erkennung vorteilhaften senkrechten Abstand zur Sensoroberfläche 12. Das in dieser Position von der zu erkennenden Person wahrgenommene Strahlungsmuster 15 auf ihrer Handoberfläche ist ein einziger Punkt 21 , der sich im Wesentlichen in der Mitte der Handoberfläche befinden sollte. Sobald die Hand 16 aus dieser Position herausbewegt wird, zerfällt das auf die Hand 16 projizierte Strahlungsmuster von einem einzelne Punkt 21 wieder in mehrere Einzelpunkte. Dadurch weiß die zu identifizierende Person, dass sich ihre Hand 16 in einem zur Erfassung der Venenstruktur nicht geeigneten Abstand bzw. in einer nachteiligen Ausrichtung zum Sensor 1 1 befindet.
Für Zwecke der ursprünglichen Offenbarung wird darauf hingewiesen, dass sämtliche Merkmale, wie sie sich aus der vorliegenden Beschreibung, den Zeichnungen und den abhängigen Ansprüchen für einen Fachmann erschließen, auch wenn sie konkret nur im Zusammenhang mit bestimmten weiteren Merkmalen beschrieben wurden, sowohl einzeln als auch in beliebigen Zu- sammenstellungen mit anderen der hier offenbarten Merkmale oder Merkmalsgruppen kombinierbar sind, soweit dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen wurde oder technische Gegebenheiten derartige Kombinationen unmöglich oder sinnlos machen. Auf die umfassende, explizite Darstellung sämtlicher denkbarer Merkmalskombinationen und die Betonung der Unabhängigkeit der einzelnen Merkmale voneinander wird hier nur der Kürze und der Lesbarkeit der Beschreibung wegen verzichtet.
Bezugszeichenliste
1/171 1 Sensor
2/12 Sensorfläche
3 Hand
4 Bohrung
5 Lichtstrahlen
6 Ebene
7 Kreuzungspunkt
8 Randflächen
10/13 Gehäuse
14 Projektionseinrichtung
15 Strahlungsmuster
16 Hand
17 Abschattungsabschnitt
18 Hintergrundstrahlung
19 Innenfläche
20 Wand
21 Wandaussparung
22 Schnittpunkt
23 Steggrat
E Ebene
H Höhe
d/D Abstand

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Vorrichtung zur Erfassung biometrischer Merkmale von Körperteilen , mit einem einen biometrischen Sensor (1) aufnehmenden Gehäuse (10), welches eine Sensorfläche (2) prä-
5 sentiert, die berührungslos biometrische Merkmale eines im Abstand vor der Sensorfläche angeordneten Körperteiles (3) erfassen kann, dadurch gekennzeichnet, dass Einrichtungen zur Projektion eines sich mit dem Abstand (d) zur Sensoroberfläche (2) ändernden optischen Musters auf eine zusammen mit dem Körperteil (3) bewegbare Oberfläche (3a) vorgesehen sind.
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2. Vorrichtung zur Erfassung biometrischer Merkmale von Körperteilen nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen zur Projektion des optischen Musters neben der Sensorfläche vorgesehen sind.
153. Vorrichtung zur Erfassung biometrischer Merkmale von Körperteilen nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen zur Projektion des optischen Musters an dem Gehäuse vorgesehen sind.
4. Vorrichtung zur Erfassung biometrischer Merkmale von Körperteilen nach einem der vorste- 0 henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen zur Projektion des optischen Musters entlang des Umfangs der Sensorfläche und im Abstand zu dieser vorgesehen sind
5. Vorrichtung zur Erfassung biometrischer Merkmale von Körperteilen nach einem der vorste- 5 henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen zur Projektion des optischen Musters entlang des Umfangs der Sensorfläche in etwa gleichen Winkelabständen um das Zentrum der Sensorfläche verteilt angeordnet sind.
6. Vorrichtung zur Erfassung biometrischer Merkmale von Körperteilen nach einem der vorste- 30 henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen zur Projektion des optischen Musters jeweils einen Lichtstrahl erzeugen.
Vorrichtung zur Erfassung biometrischer Merkmale von Körperteilen nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen zur Projektion des optischen Musters optische Kollimatoreinrichtungen umfassen. Vorrichtung zur Erfassung biometrischer Merkmale von Körperteilen nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen zur Projektion des optischen Musters Leuchtdioden sind.
Vorrichtung zur Erfassung biometrischer Merkmale von Körperteilen nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen zur Projektion des optischen Musters jeweils den Ecken und Zentren der Seiten des Rechtecks nächstliegend zugeordnet sind.
Vorrichtung zur Erfassung biometrischer Merkmale von Körperteilen nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen zur Projektion des optischen Musters so angeordnet und ausgestaltet sind, dass die von Ihnen ausgehenden Lichtstrahlen in einem für die Aufnahme eines biometrischen Merkmals gewünschten Abstand ein charakteristisches Muster erzeugen, dass sich von dem bei anderen Abständen erzeugten Muster für das bloße menschliche Auge unterscheidet
Verfahren zur berührungslosen Erfassung biometrischer Merkmale von Körperteilen, wobei ein Körperteil im Abstand von einer Sensorfläche zur Erfassung durch den Sensor präsentiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung eines geeigneten Erfassungsabstandes ein optisches Muster in den Raum vor der Sensorfläche projiziert wird, dass sich mit Änderung des Abstandes von der Sensorfläche verändert
Verfahren zur berührungslosen Erfassung biometrischer Merkmale von Körperteilen nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Muster durch mehrere, von verschiedenen Punkten ausgehende Lichtstrahlen gebildet wird.
Verfahren zur berührungslosen Erfassung biometrischer Merkmale von Körperteilen nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Muster durch mehrere einander kreuzende Lichtstrahlen gebildet wird.
Verfahren zur berührungslosen Erfassung biometrischer Merkmale von Körperteilen nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtstrahlen so ausgerichtet werden, dass in dem gewünschten Erfassungsabstand ein von den Mustern in anderen Abständen mit bloßem Auge unterscheidbares Muster entsteht.
Verfahren zur berührungslosen Erfassung biometrischer Merkmale von Körperteilen nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtstrahlen so ausg e ri ch te t we rd e n , d a s s s i ch e i n c h a ra kte ri st i s c h e s , e i n e n g ewü n s ch te n Erfassungsabstand kennzeichnendes Muster im Bereich einer vom Zentrum der Sensorfäche ausgehenden Normalen vor der Sensoroberfläche befindet
Verfahren zur berührungslosen Erfassung biometrischer Merkmale von Körperteilen nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlen so ausgerichtet werden, dass sie sich in maximal drei verschiedenen Raumpunkten kreuzen.
Verfahren zur berührungslosen Erfassung biometrischer Merkmale von Körperteilen nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlen so ausgerichtet werden, dass sie sich in einem einzigen Raumpunkt kreuzen.
Verfahren zur berührungslosen Erfassung biometrischer Merkmale von Körperteilen nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens 3, vorzugsweise 8 Lichtstrahlen verwendet werden, die von verschiedenen Punkten der Umgebung des Sensors ausgehen und sich in einem gemeinsamen Raumpunkt kreuzen.
Verfahren zur berührungslosen Erfassung biometrischer Merkmale von Körperteilen nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Lichtstrahlen durch je eine Leuchtdiode, insbesondere durch je eine Laserdiode erzeugt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , ausgelegt zur berührungslosen Erfassung einer Venenstruktur mit einem Sensor (1 ) zur Messung elektromagnetischer Strahlung in einem festgelegten Frequenzbereich, der eine die Strahlung aufnehmende Fläche (2) aufweist, einem Gehäuse (3), das einen für elektromagnetische Strahlung in dem festgelegten Frequenzbereich transparenten Abschnitt aufweist, und einer Einrichtung (4) zur Projektion eines elektromagnetischen Strahlungsmusters (5) im sichtbaren Frequenzbereich, das sich mit dem Abstand zum Sensor (1 ) ändert,
wobei der Sensor (1) so in dem Gehäuse (3) angeordnet ist, dass elektromagnetische Strahlung in dem festgelegten Frequenzbereich durch den transparenten Abschnitt des Gehäuse (3) auf die aufnehmende Fläche (2) des Sensors (1) fällt und dieser so im Betrieb der Vorrichtung die Venenstruktur eines Körperteils (6) erfassen kann, das in einem vordefinierten Abstand vor dem Sensor (1) positioniert ist, wobei das Strahlungsmuster (5) auf eine mit dem Körperteil (6) mitbewegbare Oberfläche projiziert wird,
dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (3) einen Abschattungsabschnitt (7) aufweist, der sich ausgehend von der die Strahlung aufnehmenden Fläche (2) des Sensors (1) dergestalt erstreckt, dass er den Sensor (1) zumindest teilweise gegenüber auf das Gehäuse (3) fallender elektromagnetischer Strahlung (8) abschattet.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschattungsabschnitt (4) aufnahmeseitig um eine Höhe H = a x D senkrecht über die Ebene E hervorsteht, die von der die elektromagnetische Strahlung aufnehmenden Fläche (2) des Sensors (1) festgelegt ist, wobei D die maximale Entfernung vom höchsten Punkt des Abschattungsabschnitts (7) senkrecht über E bis zu einem Rand der aufnehmenden Fläche (2) ist und a zwischen 0,35 und 0,65, vorzugsweise zwischen 0,4 und 0,6 und am besten zwischen 0,45 und 0,55 beträgt.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 oder 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die aufnehmende Fläche (2) des Sensors (1 ) von ebenen Innenflächen (9) des Abschattungsabschnitts (7) des Gehäuses (3) eingefasst ist.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 - 22, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Abschattungsabschnitt (7) ausgehend von der aufnehmenden Fläche (2) des Sensors (1 ) pyra- midenstumpfförmig nach außen erweitert.
24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20- 23, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Abschattungsabschnitt (7) ausgehend von der aufnehmenden Fläche (2) des Sensors (1 ) kegel- stumpfförmig nach außen erweitert.
25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass eine die aufnehmenden Fläche (2) des Sensors (1 ) einfassende Innenfläche (9) des Abschattungsabschnitts (7) des Gehäuses (3) mit der Ebene E einen Winkel von 30° bis 60°, vorzugsweise von 40° bis 50° und besonders bevorzugt von 45° einschließen.
26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 -25, dadurch gekennzeichnet, dass die aufnehmende Fläche (2) des Sensors (1 ) in montiertem Zustand der Vorrichtung an einem Halteelement (10) im Wesentlichen dem Boden zugewandt ist.
27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die aufnehmenden Fläche (2) des Sensors (1) in montiertem Zustand der Vorrichtung an einem Halteelement (10) mit einem Lot einen Winkel von 90° bis 45°, vorzugsweise von 80° bis 55° und am besten von 70° bis 65° einschließt.
28. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (4) zur Projektion des elektromagnetisches Strahlungsmusters (5) im sichtbaren Frequenzbereich so angeordnet und ausgestaltet ist, dass die von ihr ausgehenden Lichtstrahlen in einem für die Auf- nähme einer Venenstruktur vorteilhaften Abstand ein charakteristisches elektromagnetisches Strahlungsmuster (5) erzeugen, dass sich von dem bei anderen Abständen erzeugten elektromagnetisches Strahlungsmuster (5) für das bloße menschliche Auge unterscheidet. 29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (4) zur Projektion des elektromagnetisches Strahlungsmusters (5) im sichtbaren Frequenzbereich seitlich neben der aufnehmenden Fläche (2) des Sensors (1 ) vorgesehen ist.
30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrich- tung zur Projektion des elektromagnetisches Strahlungsmusters (5) im sichtbaren Frequenzbereich an dem Gehäuse (3) vorgesehen ist.
31. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Einrichtungen (4) zur Projektion des elektromagnetisches Strahlungsmusters (5) im sichtba- ren Frequenzbereich entlang des Umfangs der aufnehmenden Fläche (2) des Sensors (1 ) in etwa gleichen Winkelabständen um den Schwerpunkt der Fläche (2) verteilt angeordnet sind.
32. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 31 , dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (4) zur Projektion des elektromagnetisches Strahlungsmusters (5) im sichtbaren Fre- quenzbereich eine optische Kollimatoreinrichtung umfasst.
33. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (4) zur Projektion des elektromagnetisches Strahlungsmusters (5) im sichtbaren Frequenzbereich Leuchtdioden aufweist.
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