EP3213311A1 - Fernbedienung mit biometriesensor - Google Patents

Fernbedienung mit biometriesensor

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Publication number
EP3213311A1
EP3213311A1 EP15798341.2A EP15798341A EP3213311A1 EP 3213311 A1 EP3213311 A1 EP 3213311A1 EP 15798341 A EP15798341 A EP 15798341A EP 3213311 A1 EP3213311 A1 EP 3213311A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
biometric
sensor
remote control
data
pressure
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP15798341.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Raphael OBERHOLZER
Andreas Koschak
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.)
Neeo AG
Original Assignee
Neeo AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Neeo AG filed Critical Neeo AG
Publication of EP3213311A1 publication Critical patent/EP3213311A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08C—TRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
    • G08C17/00—Arrangements for transmitting signals characterised by the use of a wireless electrical link
    • G08C17/02—Arrangements for transmitting signals characterised by the use of a wireless electrical link using a radio link
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F21/00—Security arrangements for protecting computers, components thereof, programs or data against unauthorised activity
    • G06F21/30—Authentication, i.e. establishing the identity or authorisation of security principals
    • G06F21/31—User authentication
    • G06F21/32—User authentication using biometric data, e.g. fingerprints, iris scans or voiceprints
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08C—TRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
    • G08C17/00—Arrangements for transmitting signals characterised by the use of a wireless electrical link
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08C—TRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
    • G08C2201/00—Transmission systems of control signals via wireless link
    • G08C2201/60—Security, fault tolerance
    • G08C2201/61—Password, biometric

Definitions

  • the present invention relates to the field of remote control of electronic devices.
  • the invention relates to remote controls designed to acquire biometric information for identifying an individual.
  • remote controls serve to control individual devices or are designed as so-called universal remote controls for controlling a plurality of different devices. Although such remote controls have a variety of control options, each user or user is basically the entire range of use available. A personalized user profile can usually only be achieved by entering suitable passwords, PIN codes or the like.
  • remote controls which have a sensor, with the help of personalized user profiles can be created, managed and released.
  • Such remote controls have one or more sensors that can be used to acquire biometric data or information from a given individual, for which reason they are referred to as biometric sensors.
  • US Pat. Nos. 6,970,098 B1 and 2003/0172283 A1 disclose a biometric remote control which guarantees the authentication of a user on the basis of biometric information or data which are detected by means of suitable sensors, whereby his fingerprint, his speech pattern, as individualizing features of a user his retina or his face are given.
  • a comparable one Remote control is described in the document WO 2011/112727 A2, wherein as exemplary biometric sensors optical scanners and those for detecting a fingerprint, a retina image, a face, a DNA or a speech pattern, as well as receivers for electromagnetic signals, means for electrical Measurement and microphones are called.
  • the object of the present invention is therefore to provide an alternative remote control with which the authentication or identification of a user on the basis of biometric data or information is relatively user-friendly by the remote control is taken by the user only in the usual way in the hand, without any encirclements to have to make as is the case with conventional biometrics-compatible remote controls.
  • the object is achieved by providing the remote control according to the main claim.
  • the processor may receive control commands from the user and, optionally after their processing, forward them to a communication interface (KI) which is communicatively coupled to the processor.
  • the interface is designed so that it can transmit one or more signals to an external receiver (device) and receive a series of signals or commands from an external source.
  • the interface preferably comprises a transceiver which is adapted to communicate with an external receiver (device) via an electromagnetic signal, a radio signal in the range of e.g. 2.4 or 5 GHz, an infrared signal, a Bluetooth signal, a ZigBee signal, a radio signal for electronic devices (RF4CE - "radiofrequency for consumer electronics"), and / or a benign microwave signal.
  • the interface includes a port or interface that is compatible with, for example, a USB cable, a micro USB cable, an HDMI cable, and / or an Ethernet cable.
  • the biometric sensor is used to acquire data or information about individualizing properties of the palm of the hand, which according to the invention is understood to mean the handline structure and / or the hand vein structure.
  • a biometric recognition system consists essentially of the components sensor (transducer), feature extraction and feature comparison, with the sensor component providing a biometric sample as a result.
  • Feature extraction uses complex algorithms to remove all information provided by the sensor that does not meet the required feature properties, yielding the biometric features as a result.
  • a comparison value is finally calculated between the biometric template stored in a learning phase and the current data record supplied by the feature extraction. If this comparison value exceeds or falls below a preferably adjustable threshold, the recognition of a user or user of the remote control is considered successful.
  • the biometric feature data are stored as a reference pattern in encrypted form in digital form, which can be done in a memory inside or outside the remote control.
  • a current sample is recorded and compared with the reference template. The system then decides whether the similarity of the two patterns is sufficiently high and thus, for example, a possibly restricted usage recording can take place or not.
  • verification In the context of biometric recognition methods, a distinction is made between verification and identification.
  • the person to be verified must first provide the system with their name or their user ID, and the biometric system then decides whether the person should go to associated reference feature record belongs or not.
  • the person to be identified reveals to the system exclusively their biometric characteristic in the form of their hand-line and / or manual vein structure, and the system determines from this by comparison with the reference feature data sets of all stored users the associated name, the user ID, or the corresponding user profile.
  • the samples provided by the biometric sensor may be subject to strong statistical fluctuations, false identifications may occasionally occur, with the reliability of the identification being assessed primarily according to two criteria, the unauthorized (FAR) and the rejection rate (FAR) rate; FRR). Both rates depend in opposite directions on the decision threshold, which is why this invention is adjustable. Although a higher threshold reduces the FAR, it also increases the FRR and vice versa, which is why, for example, simply stating the FAR without the associated FRR makes no sense. With an assumed FRR of 10%, the FAR for good biometric systems can reach values from 0.1% to below 0.000001% depending on the characteristic.
  • the FAR in verification systems is a constant at a given decision threshold, in the present system it grows to be identified with the number of stored or deposited reference data sets. As an approximation, the resulting overall FAR results from multiplying the underlying identification FAR by the number of records.
  • the identification matching in the remote control according to the invention does not take place against a large database with millions of entries, but against a collection of, for example, at most 10 or at most 100 different reference feature data sets, so that the dependency between FAR and FRR preferably in favor of a user-friendly low FRR can be moved.
  • Detection time also plays an important role in biometric systems such as the present remote control, because in addition to safety and reliability, the user acceptance and usability or user-friendliness of a biometric system are decisive criteria.
  • the remote control according to the invention can be designed in such a way that the biometric data or information (sample) obtained from the biometric sensor, if necessary after a preparation (eg by means of a component for feature extraction), are subjected within the remote control to a comparison with reference feature data records stored in the remote control .
  • the biometric information or data optionally after rendering (e.g., by means of a feature extraction component), but also via the interface, may be sent to an external device, such as an external device. forwarded to a set-top box for making the match with reference feature sets stored in the set-top box.
  • the remote receives a corresponding signal about the identification of the person from whom the aforementioned sample has been obtained.
  • the remote control further comprises a memory unit for storing instructions or command strings (macros) that can be executed by the processor and for storing data, commands or command strings (macros) received via the communication interface and / or the port ).
  • a memory unit for storing instructions or command strings (macros) that can be executed by the processor and for storing data, commands or command strings (macros) received via the communication interface and / or the port ).
  • the aforementioned functionalities of the remote control may be provided on a system-on-a-chip (SoC) system-on-a-programmable chip (SoPC) or on multiple modules.
  • SoC system-on-a-chip
  • SoPC system-on-a-programmable chip
  • all or at least a large part of the functions of the Remote control integrated on a chip ie an integrated circuit (IC) on a semiconductor substrate (monolithic integration). If silicon is used as the substrate material, it is alternatively possible to speak of a system-on-silicone (SoS).
  • SoS system-on-silicone
  • the term "system” refers to a combination of different elements that are functionally coupled, that is, together provide a specific functionality, such as a biometric sensor and evaluation electronics.
  • a one-chip system suitable according to the invention consists of the processor, which is connected via a bus system to a memory and the further periphery.
  • This processor can be both a very simple 8-bit microcontroller and a very powerful multi-core CPU, wherein multiprocessor systems are also suitable according to the invention.
  • the SoC may have only a small internal memory next to its registers or alternatively / additionally one or more significantly larger external memories, which are still in the remote control.
  • This can be, for example, an SDRAM or flash memory.
  • a memory controller which provides a corresponding interface for the memory.
  • the remote control can also contain additional special processors depending on the desired usage width and functionality. These can be, for example, processors for digital signal processing (DSPs) or, for example, encryption / decryption units or other hardware accelerators, so that individual calculations or only parts of them can be outsourced.
  • DSPs digital signal processing
  • encryption / decryption units or other hardware accelerators, so that individual calculations or only parts of them can be outsourced.
  • SIFT scale-invariant feature transform
  • the obtained biometric image data are smoothed in a first step with, for example, a Gaussian filter or using the RANSAC algorithm (Random Sample Consensus), for example, to correct them for image noise and other data which do not fulfill the required feature properties , Subsequently, the image is subdivided into local feature points which are preferably insensitive to perspective distortion.
  • Significant or relevant according to the invention are objects of the hand-line and / or hand vein structure whose properties deviate from their background and are therefore suitable as individualizing features. These objects can be characterized by their histograms whose characteristics are stored as a feature data record or reference feature data record and are subsequently available for a feature comparison.
  • the extracted features are insensitive to coordinate transformations such as translation, rotation and scaling, and moreover resistant to illumination variation, image noise and lower geometric deformation of higher order, such as may arise from a projective image of a palm from different perspectives.
  • the data of a plurality of randomly selected feature points of different mappings can, if desired, be compared for a match using, for example, the RANSAC algorithm.
  • a matrix of light-emitting diodes LEDs is present for detecting the biometry data, which are particularly preferably designed for light having a wavelength in the IR or NIR range.
  • the array further comprises a plurality of further LEDs / photodiodes, which are operated in reception mode in the reverse direction as receiver diodes used.
  • An LED transmitting and receiving cell therefore basically consists of a light-emitting diode with a preferably wide scattering angle and a capacitor with a low tolerance. These two components are connected in series and driven by two signals A and B from the processor (preferably provided as an FPGA) (see Figure 2).
  • the measurement of that from the receiver diodes takes place by means of a Capacitance-to-Time Converter (CTC) on a Field Programmable Gate Array (FPGA) recorded values, thereby enabling the obtaining of a three-dimensional image of the recorded palmar area.
  • CTC Capacitance-to-Time Converter
  • FPGA Field Programmable Gate Array
  • work is carried out in two phases (see FIG. 2).
  • the anode of the LED is connected to grid B.
  • the cathode and one terminal of the capacitor are connected to grid A, while the second terminal of the capacitor is connected to the power supply.
  • the circuit can also be used in reverse, the cathode of the LED then being connected to network B, while the anode and one terminal of the capacitor are connected to network A and the second terminal of the capacitor is connected to signal ground.
  • phase 1 the network between capacitor and LED is charged to the I / O rated voltage (ground) of the controller.
  • both control signals are set as output to the nominal voltage of the controller (or ground).
  • phase two the network between capacitor and LED is transposed by the photocurrent of the received LED.
  • the signal B is switched to ground (or nominal voltage)
  • the signal A is configured as a reception (high impedance).
  • the receiving cell is doing so configured to be differential, ie the input is formed from the digital difference between network A and a reference voltage (preferably 2.5V). The time until reaching the reference voltage is measured, resulting in the response of the receiving cell to the illumination by the transmitting cell results (see Figure 2).
  • the processing of the data by feature extraction and feature comparison is performed using the scale invariant feature transform (SIFT) set forth above.
  • SIFT scale invariant feature transform
  • the aforementioned FPGAs and SoCs / SoPCs are very well suited and therefore preferred. Because a SoPC incorporates both FPGA logic to implement signal processing algorithms and a microprocessor, the technical and functional capabilities of both platforms are advantageously combined.
  • the memory in a one-chip system is used either for filing and execution of the program (program memory) or preferably for filing and processing of data such as biometric data and / or reference feature data sets (data memory).
  • the embodiment of the memory may be provided as SRAM, DRAM or Flash.
  • the biometric sensor for detecting one or more characteristics of the palm must be an optical sensor and is composed of CCD sensors, CMOS sensors, and Photodiodes is selected, with both CMOS sensors and photodiode arrays are preferred according to the invention.
  • an active pixel sensor a semiconductor detector for the Light measurement, which is manufactured in CMOS technology and therefore called CMOS sensor.
  • each pixel contains an amplifier circuit for signal readout.
  • PPS passive pixel sensor
  • an integrating APS picture element consists of a reverse-acting photodiode, a photosensitive element and three n-channel MOSFETs (Field Effect Transistors).
  • the voltage across the photodiode is set to a defined initial value by means of the reset transistor.
  • the junction capacitance of the photodiode is discharged by the photocurrent, with the voltage across the diode decreasing in proportion to the irradiance and exposure time. After expiration of the exposure time, this voltage value is read out and fed to an analog post-processing or immediately to an analog-to-digital converter.
  • each picture element has an amplifier transistor, which is usually connected in columns by means of the selection transistor to a common for all pixels of a line readout line.
  • a microlens (spherical, aspherical or astigmatic) is located above each picture element of the sensor or the sensors, which guide the entire incident light onto the photosensitive part.
  • photodiode arrays which are quasi an n ⁇ 1 CMOS sensor, are also suitable as a special form of the CMOS image sensors.
  • CMOS sensors are preferred according to the invention because they have a higher sensitivity compared to CCD sensors in the range of short-wave infrared radiation (NIR range).
  • NIR range short-wave infrared radiation
  • CCD sensors have the maximum in the visible range (green light, 550 nm).
  • SoC integration of the evaluation logic on the same chip
  • the exposure suitable for receiving a portion of the palm by the biometric sensor is in a wavelength range compatible with the type of sensor used.
  • the illumination or illumination accordingly takes place in the IR or NIR wavelength range from 0.78 ⁇ m to 1 mm.
  • the remote control therefore preferably comprises one or more photodiodes which can emit light in the desired wavelength range.
  • the back has a corresponding window through which light of the desired wavelength can pass, but not unwanted wavelength ranges.
  • the entire back or substantial portions thereof may be formed therefrom for light of the desired wavelength, e.g. be designed so permeable in the NIR area, provided that it is ensured that the biometric sensor can receive the data intended for him to the handline and / or hand vein structure.
  • this further sensor type preferably being selected from pressure sensors and / or capacitive touch sensors and in the surrounding frame and / or located in the back of the remote control.
  • the remote control When gripping the remote control as a preparatory act of an imminent use of the surrounding frame on the one hand by the thumb and on the other hand (opposite) contacted by at least one of the remaining four fingers of a hand, so that the peripheral frame at least two locations, which preferably at least two centimeters apart are, a contact pressure and / or the event of a touch experiences, which can be detected by a suitable sensor.
  • the contact pressure on the solid body of the circulating frame is measured as a force-transmitting component of the remote control. If this pressure exceeds a certain minimum value, the processor ensures that the functional system unit of the biometric sensor is activated until the completion of authentication or identification.
  • the activation of the biometric sensor can be coupled to the activation of a motion or acceleration sensor.
  • the sensor type of a pressure sensor it is preferable to apply piezoelectric thin layers directly to suitable measuring bodies in the region of the surrounding frame and / or the rear side, zinc oxide (ZnO) or aluminum nitride (A1N) preferably being used for this purpose.
  • the pressure sensor may consist of only one material, such as quartz, for example, and in addition to an elastic base material, strain gauges may additionally be used.
  • strain gauges may additionally be used.
  • various types can be used.
  • the piezoresistive pressure sensor contains a membrane with applied electrical resistances and is usually produced as a silicon pressure sensor. About a pressure-dependent deformation of the membrane and diffused thereon deformation-dependent resistors there is the formation of an electrical voltage.
  • a frequency-analogue pressure sensor is usually a piezoresistive pressure sensor, which measures the pressure by means of strain gauges and is technically enhanced by a ring oscillator. By changing the pressure, the resistance of the strain gauges changes and consequently the frequency of the ring oscillator is detuned. The output frequency is directly proportional to the applied pressure.
  • a piezoelectric sensor In a piezoelectric sensor, an electric voltage is generated in a crystal by means of pressure by charge separation (piezoelectric effect). Pressure pushes ions inside the crystal, causing electrical charge to form on the surface in proportion to the force. The charge is transformed by a charge amplifier into a proportional electrical voltage. Any pressure can be adjusted by deriving (short circuiting) the charge as the zero point of the charge amplifier, allowing pressure changes to be directly measured.
  • a pressure sensor type which is likewise suitable according to the invention relates to the capacitive pressure sensor, which contains two capacitors diffused in a silicon chip. When pressure is applied, the distances between a diaphragm and two capacitor plates on both sides are changed in opposite directions, thereby changing the capacitances of the capacitors.
  • the capacitors may be part of an internal amplifier whose output signal is dependent on the difference in capacitance.
  • an inductive pressure sensor which operates with an inductive displacement sensor which is connected to a membrane. Pressure changes create a force on the membrane and move it. As a result, the position of an iron armature changes in opposite directions in two coils, whereby the inductance increases in one coil, while it sinks in the other coil. This difference can be determined very accurately electrically.
  • the arrangement may also be replaced by a differential transformer.
  • FIG. 1 shows a remote control suitable for use in accordance with the invention in four different perspectives (FIGS. 1A, 1B, IC, 1D). It has a front side 1, a back side 2 and a peripheral frame 3, and has in the usual way a display 4 and a control panel or a control unit 5 with, for example, buttons. On the back 2 in Figure 1D, an area is shown, which is designed to be permeable to the biometric sensor 6.
  • FIG. 2 shows a circuit diagram for illustrating the above statements using a photodiode array as a biometric sensor.

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Abstract

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Fernsteuerung von elektronischen Geräten. Insbesondere betrifft die Erfindung Fernbedienungen, die zur Erfassung biometrischer Informationen zur Identifizierung eines Individuums ausgelegt sind. Die Vorrichtung zur Fernsteuerung oder Fernbedienung von Geräten, die mit einem Empfänger zum Empfang der von der Vorrichtung gesendeten Befehle ausgerüstet sind, weist einen umlaufenden Rahmen (3) und eine Vorder- sowie eine Rückseite (1, 2) auf, und ist dafür ausgelegt, im Zusammenhang mit einer Authentifizierung oder Identifikation eines Anwenders biometrische Daten oder Informationen über charakteristische Merkmale seiner Handlinien- und/oder Handvenenstruktur zu erfassen und zumindest teilweise zu verarbeiten. Sie umfasst hierfür mindestens einen Biometrie-Sensor (6) zur Erfassung von biometrischen Merkmalsdaten einer Handinnenfläche, mindestens ein Leuchtmittel zur Ausleuchtung oder Belichtung der zu erfassenden Handinnenfläche, mindestens einen Druck- oder Berührungssensor, mindestens einen Prozessor, sowie ein Kommunikations-Interface zur Ausgabe und zum Empfang von Befehlen oder Daten, wobei eine Aktivierung des Biometrie-Sensors (6) funktionell an eine Aktivierung des mindestens einen Druck- oder Berührungssensors gekoppelt ist, welcher im umlaufenden Rahmen (3) und/oder in der Rückseite (2) angeordnet ist.

Description

Fernbedienung mit Biometriesensor
Einleitung
Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Fernsteuerung von elektronischen Geräten. Insbesondere betrifft die Erfindung Fernbedienungen, die zur Erfassung biometrischer Informationen zur Identifizierung eines Individuums ausgelegt sind.
Stand der Technik und Nachteile
Herkömmliche Fernbedienungen dienen der Steuerung einzelner Geräte oder sind als sogenannte Universalfernbedienungen zur Steuerung einer Mehrzahl unterschiedlicher Geräte ausgelegt. Obwohl derartige Fernbedienungen über eine Vielzahl von Steuerungsmöglichkeiten verfügen, steht jedem Anwender oder Nutzer grundsätzlich die gesamte Nutzungsbreite zur Verfügung. Ein personalisiertes Nutzerprofil kann zumeist lediglich über die Eingabe von geeigneten Passwörtern, PIN-Codes oder dergleichen erreicht werden.
Im Stand der Technik sind jedoch auch Fernbedienungen bekannt, die über eine Sensorik verfügen, mit deren Hilfe personalisierte Nutzerprofile angelegt, verwaltet und freigegeben werden können. Derartige Fernbedienungen weisen einen oder mehrere Sensoren auf, mit denen biometrische Daten oder Informationen eines gegebenen Individuums erfasst werden können, weshalb sie als Biometriesensoren bezeichnet werden.
Die Druckschriften US 6,970,098 Bl und US 2003/0172283 AI offenbaren eine biometrische Fernbedienung, welche die Authentifizierung eines Nutzers auf der Basis von biometrischen Informationen oder Daten gewährleistet, die mittels geeigneter Sensoren erfasst werden, wobei als individualisierende Merkmale eines Anwenders sein Fingerabdruck, sein Sprachmuster, seine Retina oder sein Gesicht angegeben werden. Eine vergleichbare Fernbedienung wird in der Druckschrift WO 2011/112727 A2 beschrieben, wobei als beispielhafte biometrische Sensoren optische Scanner sowie solche zur Erfassung eines Fingerabdrucks, eines Retina-Abbildes, eines Gesichts, einer DNA oder eines Sprachmusters, als auch Empfänger für elektromagnetische Signale, Mittel zur elektrischen Messung und Mikrofone genannt werden.
Die im vorgenannten Stand der Technik beschriebenen Fernbedienungen sind hinsichtlich ihres Aufbaus und ihrer allgemeinen Funktionsweise detailliert beschrieben, während die Auswahl und Implementierung geeigneter biometrischer Sensoren jedoch nur aufgabenhaft dargelegt wird und konkrete Einlassungen zur Praktikabilität der vorgeschlagenen Sensorik unterbleiben.
Aufgabe der Erfindung und Lösung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Bereitstellung einer alternativen Fernbedienung, mit der die Authentifizierung oder Identifizierung eines Anwenders auf der Grundlage biometrischer Daten oder Informationen vergleichsweise nutzerfreundlich erfolgt, indem die Fernbedienung vom Anwender lediglich in gewohnter Weise in die Hand genommen wird, ohne irgendwelche Umgriffe vornehmen zu müssen, wie es bei herkömmlichen Biometrie-tauglichen Fernbedienungen der Fall ist.
Die Aufgabe wird durch Bereitstellung der Fernbedienung gemäß Hauptanspruch gelöst.
Beschreibung Die Fernbedienung zur Steuerung elektronischer Geräte wie z.B. von Fernsehern, Set-Top-Boxen, Satellitenreceivern und solchen zur Aufnahme und/oder Wiedergabe von Ton- und/oder Bildmaterial, sowie gewünschtenfalls zur Steuerung von Prozessoren, die sich in anderen Gegenständen wie z.B. in der Steuerung der Motorik von Rollläden, Jalousien oder Fenstern oder aber in der Ansteuerung von Anlagen zur Beleuchtung oder Klimatisierung befinden, mittels geeigneter Signale umfasst ein Gehäuse mit einem weitgehend umlaufenden Rahmen und einer Vorder- sowie einer Rückseite, einen Prozessor, sowie mindestens einen biometrischen Sensor zum Erfassen biometrischer Informationen von einem Anwender der Fernbedienung und zum Weiterleiten der erhaltenen oder erfassten Informationen an den Prozessor, welcher derart ausgelegt ist, dass eine Identifizierung oder Authentifizierung des Anwenders durch Abgleich der Informationen mit zuvor hinterlegten Biometrie-Profildaten erfolgen kann.
Ferner kann der Prozessor Steuerbefehle des Nutzers entgegennehmen und, gegebenenfalls nach ihrer Aufbereitung, an ein Kommunikations-Interface (KI) weiterleiten, welches kommunikativ mit dem Prozessor gekoppelt ist. Das Interface ist derart ausgelegt, dass es ein Signal oder mehrere Signale an einen externen Empfänger (Gerät) übertragen und eine Reihe von Signalen oder Befehlen von einer externen Quelle empfangen kann. Das Interface umfasst bevorzugt einen Transceiver, der so ausgelegt ist, dass er mit einem externen Empfänger (Gerät) kommunizieren kann über ein elektromagnetisches Signal, ein Funksignal im Bereich von z.B. 2,4 oder 5 GHz, ein Infrarot- Signal, ein Bluetooth-Signal, ein ZigBee-Signal , ein Funksignal für elektronische Geräte (RF4CE - "radiofrequency for consumer electronics" ) , und/oder ein benignes Mikrowellensignal. Vorzugsweise umfasst das Interface einen Port oder eine Schnittstelle, welcher bzw. welches beispielsweise mit einem USB- Kabel, einem Mikro-USB-Kabel , einem HDMI -Kabel , und/oder einem Ethernet-Kabel kompatibel ist.
Der Biometrie-Sensor dient erfindungsgemäß der Erfassung von Daten oder Informationen über individualisierende Eigenschaften der Handinnenfläche, worunter erfindungsgemäß die Handlinienstruktur und/oder die Handvenenstruktur zu verstehen sind. Da die Anzahl potentieller Nutzer der Fernbedienung gewöhnlich eher gering ist und beispielsweise bis zu 10 oder bis zu 100 Personen betragen kann, ist davon auszugehen, dass die Erfassung eines oder beider dieser biometrischen Charakteristika für eine hinreichend sichere Identifizierung eines Nutzers ausreichen. Ein biometrisches Erkennungssystem setzt sich im Wesentlichen aus den Komponenten Sensor (Messwertaufnehmer) , Merkmalsextraktion und Merkmalsvergleich zusammen, wobei die Sensorkomponente als Ergebnis ein biometrisches Muster (Sample) liefert. Über die Merkmalsextraktion werden mittels komplexer Algorithmen alle vom Sensor gelieferten Informationen entfernt, die nicht die geforderten Merkmalseigenschaften erfüllen, sodass als Ergebnis die biometrischen Merkmale geliefert werden. Mit Hilfe des Merkmalsvergleichers wird schließlich ein Vergleichswert (Score) errechnet zwischen dem in einer Einlernphase gespeicherten biometrischen Template und dem aktuellen, von der Merkmalsextraktion gelieferten Datensatz. Sofern dieser Vergleichswert eine bevorzugt einstellbare Schwelle über- bzw. unterschreitet, gilt die Erkennung eines Anwenders oder Nutzers der Fernbedienung als erfolgreich. In der Einlernphase ( "Enrolment" ) werden die biometrischen Merkmalsdaten als Referenzmuster in digitaler Form verschlüsselt abgespeichert, was in einem Speicher innerhalb oder außerhalb der Fernbedienung erfolgen kann. Beim nächsten Kontakt mit dem biometrischen System der Fernbedienung wird ein aktuelles Sample aufgenommen und mit dem Referenzmuster (Template) verglichen. Das System entscheidet dann, ob die Ähnlichkeit der beiden Muster hinreichend hoch ist und damit beispielsweise eine ggfs. eingeschränkte Benutzungsaufnahme erfolgen kann oder nicht.
Im Rahmen biometrischer Erkennungsverfahren wird grundsätzlich zwischen Verifikation und Identifikation unterschieden. Bei der Verifikation muss die zu verifizierende Person dem System zunächst ihren Namen oder ihre User-ID mitteilen, und das biometrische System entscheidet anschließend, ob die Person zum zugehörigen Referenzmerkmalsdatensatz gehört oder nicht. Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Identifikation offenbart die zu erkennende Person dem System demgegenüber ausschließlich ihr biometrisches Charakteristikum in Form ihrer Handlinien- und/oder Handvenenstruktur, und das System ermittelt daraus durch Vergleich mit den Referenzmerkmalsdatensätzen aller hinterlegten Nutzer den zugehörigen Namen, die User-ID, oder das korrespondierende Nutzerprofil.
Da die vom biometrischen Sensor gelieferten Samples starken statistischen Schwankungen unterliegen können, kann es gelegentlich zu Falscherkennungen kommen, wobei die Zuverlässigkeit der Identifikation hauptsächlich nach zwei Kriterien beurteilt wird, nämlich nach der Zulassungsrate Unberechtigter (Falschakzeptanzrate; FAR) und nach der Abweisungsrate Berechtigter ( Falschrückweisungsrate ; FRR) . Beide Raten hängen gegenläufig vom Entscheidungsschwellenwert ab, weshalb dieser erfindungsgemäß einstellbar ist. Eine höher gewählte Schwelle verringert zwar die FAR, erhöht aber zugleich die FRR und umgekehrt, weshalb z.B. die alleinige Angabe der FAR ohne zugehörige FRR keinen Sinn ergibt. Bei einer angenommenen FRR von 10% kann die FAR bei guten biometrischen Systemen je nach Charakteristikum Werte von 0,1% bis unterhalb von 0,000001% erreichen. Während die FAR bei Verifikationssystemen bei gegebener Entscheidungsschwelle eine Konstante ist, wächst sie bei dem vorliegenden System zur Identifikation mit der Anzahl der gespeicherten oder hinterlegten Referenzdatensätze. Näherungsweise ergibt sich die resultierende Gesamt-FAR aus der Multiplikation der zugrunde liegenden Identifikations-FAR mit der Zahl der Datensätze. Wie bereits erwähnt, erfolgt der Identifikat ionsabgleich bei der erfindungsgemäßen Fernbedienung jedoch nicht gegenüber einer großen Datenbasis mit Millionen von Einträgen, sondern gegenüber einer Sammlung von z.B. höchstens 10 oder höchstens 100 unterschiedlichen Referenzmerkmalsdatensätzen, sodass die zuvor dargelegte Abhängigkeit zwischen FAR und FRR vorzugsweise zugunsten einer anwenderfreundlich niedrigen FRR verschoben werden kann.
Bei biometrischen Systemen wie der vorliegenden Fernbedienung spielt zusätzlich die Erkennungs zeit eine wichtige Rolle, denn neben der Sicherheit und Zuverlässigkeit sind die Benutzerakzeptanz und die Gebrauchstauglichkeit oder Anwenderfreundlichkeit eines biometrischen Systems entscheidende Kriterien.
Die erfindungsgemäße Fernbedienung kann derart ausgelegt sein, dass die vom Biometrie-Sensor erhaltenen biometrischen Daten oder Informationen (Sample), ggfs. nach einer Aufbereitung (z.B. mittels einer Komponente zur Merkmalsextraktion) , innerhalb der Fernbedienung einem Abgleich mit in der Fernbedienung gespeicherten Referenzmerkmalsdatensätzen unterworfen werden. Alternativ können die biometrischen Informationen oder Daten, ggfs. nach einer Aufbereitung (z.B. mittels einer Komponente zur Merkmalsextraktion) , aber auch über das Interface an ein externes Gerät wie z.B. an eine Set-Top-Box zur Vornahme des Abgleiche mit in der Set-Top-Box hinterlegten Referenzmerkmalssätzen weitergeleitet werden. In diesem Fall erhält die Fernbedienung ein entsprechendes Signal über die Identifikation der Person, von welcher das zuvor erwähnte Sample erhalten worden ist.
Vorzugsweise umfasst die Fernbedienung ferner eine Speichereinheit zum Speichern von Befehlen oder Befehlsketten (Makros), die vom Prozessor ausgeführt werden können, und zum Speichern von über das Kommunikations-Interface und/oder den Port bzw. die Schnittstelle empfangenen Daten, Befehlen oder Befehlsketten (Makros) .
Die zuvor erwähnten Funktionalitäten der Fernbedienung können auf einem Ein-Chip-System ( System-on-a-Chip, SoC; System-on-a- Programmable-Chip; SoPC) oder auf mehreren Modulen verteilt bereitgestellt sein. Im Falle eines Ein-Chip-Systems sind alle oder ist zumindest ein großer Teil der Funktionen der Fernbedienung auf einem Chip, also einem integrierten Schaltkreis (IC) auf einem Halbleiter-Substrat integriert (monolithische Integration) . Sofern als Substratmaterial Silizium eingesetzt wird, kann alternativ auch von einem System-on-Silicon (SoS) gesprochen werden. Vorliegend betrifft der Begriff "System" eine Kombination unterschiedlicher Elemente, die funktionell gekoppelt, also zusammen eine bestimmte Funktionalität bereitstellen wie beispielsweise ein Biometrie-Sensor samt Auswerteelektronik .
Vorzugsweise besteht ein erfindungsgemäß geeignetes Ein-Chip- System aus dem Prozessor, welcher über ein Bussystem mit einem Speicher und der weiteren Peripherie verbunden ist. Bei diesem Prozessor kann es sich sowohl um einen sehr einfachen 8-Bit- Mikrocontroller als auch um eine sehr leistungsfähige Multicore- CPU handeln, wobei Mehrprozessorsysteme ebenfalls erfindungsgemäß geeignet sind. Je nach gewünschter Leistungsfähigkeit, Anwendungsanforderung und weiteren Kriterien wie Stromverbrauch, Größe und Preis besitzt das SoC gegebenenfalls neben seinen Registern nur einen kleinen internen Speicher oder alternativ/zusätzlich einen oder mehrere deutlich größere externe Speicher, die sich jedoch nach wie vor in der Fernbedienung befinden. Dies kann beispielsweise ein SDRAM oder Flash-Speicher sein. Hierfür hängt dann bevorzugt am Systembus ein Speichercontroller, welcher eine entsprechende Schnittstelle für den Speicher zur Verfügung stellt .
Um den eigentlichen Hauptprozessor des SoCs zu entlasten, kann die Fernbedienung je nach gewünschter Nutzungsbreite und Funktionalität auch zusätzliche Spezialprozessoren enthalten. Diese können beispielsweise Prozessoren zur digitalen Signal- Verarbeitung (DSPs) oder beispielsweise Ver-/Entschlüsselungs- einheiten oder sonstige Hardwarebeschleuniger sein, sodass einzelne Berechnungen oder auch nur Teile davon ausgelagert werden können. Die zuvor bereits genannte Prozedur der Merkmalsanalyse erfolgt vorzugsweise unter Anwendung der skaleninvarianten Merkmalstransformation ( "Scale-invariant feature transform"; SIFT) , einem Algorithmus zur Extraktion lokaler Bildmerkmale aus dem vom Biometrie-Sensor gelieferten Muster (Sample) . Die erhaltenen biometrischen Bilddaten werden erforderlichenfalls in einem ersten Schritt mit z.B. einem Gauß-Filter oder unter Anwendung des RANSAC-Algorithmus ("Random Sample Consensus") geglättet, um sie z.B. vom Bildrauschen und anderen Daten, die nicht die geforderten Merkmalseigenschaften erfüllen, zu bereinigen. Anschließend wird das Bild in lokale Merkmalspunkte unterteilt, die vorzugsweise unempfindlich gegenüber perspektivische Verzerrung sind. Markant oder erfindungsgemäß relevant sind Objekte der Handlinien- und/oder Handvenenstruktur, deren Eigenschaften von ihrem Hintergrund abweichen und demzufolge als individualisierende Merkmale geeignet sind. Diese Objekte lassen sich durch ihre Histogramme kennzeichnen, deren Merkmale als Merkmalsdatensatz oder Referenzmerkmalsdatensatz gespeichert werden und nachfolgend für einen Merkmalsvergleich zur Verfügung stehen. Die extrahierten Merkmale sind unempfindlich gegenüber Koordinatentransformationen wie Translation, Rotation und Skalierung und darüber hinaus robust gegen Beleuchtungsvariation, Bildrauschen und geringere geometrische Deformation höherer Ordnung, wie sie z.B. durch eine projektive Abbildung einer Handinnenfläche von verschiedenen Perspektiven entstehen können. Für die Objekterkennung können mit Hilfe z.B. des RANSAC- Algorithmus gewünschtenfalls die Daten von mehreren, zufällig gewählten Merkmalspunkten verschiedener Abbildungen auf eine Übereinstimmung verglichen werden. Im alternativen Fall der erfindungsgemäß bevorzugten Verwendung von nachfolgend näher erläuterten Photodioden-Arrays liegt zur Erfassung der Biometriedaten eine Matrix von Leuchtdioden (LEDs) vor, welche besonders bevorzugt für Licht mit einer Wellenlänge im IR- oder NIR-Bereich ausgelegt sind. Fließt durch eine Diode elektrischer Strom in Durchlassrichtung, strahlt sie Licht, vorzugsweise Infrarotstrahlung mit einer vom Halbleitermaterial und der Dotierung abhängigen Wellenlänge ab und kann daher im Sendemodus als Leucht- oder Beleuchtungsmittel (Lichtquelle) eingesetzt werden. Neben dieser mindestens einen Belichtungsdiode umfasst das Array ferner mehrere weitere LEDs/Photodioden, welche im Empfangsmodus in Sperrrichtung betrieben als Empfängerdioden verwendet werden. Eine LED Sende-und Empfangszelle besteht daher grundsätzlich aus einer Leuchtdiode mit bevorzugt weitem Streuwinkel und einem Kondensator mit niedriger Toleranz. Diese zwei Bauteile sind in Serie geschaltet und werden mittels zweier Signale A und B vom Prozessor (vorzugsweise als FPGA bereitgestellt) angesteuert (siehe Figur 2) . Nachdem also mit der Belichtungsdiode ein Blitz generiert worden ist, durch den ein oder mehrere Areale der Handinnenfläche ausgeleuchtet werden, erfolgt mittels eines Capacitance-to-Time-Converters (CTC) auf einem Field Programmable Gate Array (FPGA) die Messung der von den Empfängerdioden erfassten Werte, wodurch der Erhalt einer dreidimensionalen Abbildung des aufgenommenen Handinnenflächen- bereiches ermöglicht wird. Im Empfangsmodus wird in zwei Phasen gearbeitet (siehe Figur 2). Die Anode der LED hängt an Netz B. Die Kathode und der eine Anschluss des Kondensators hängen an Netz A, während der zweite Anschluss des Kondensators an der Versorgungsspannung hängt. Die Schaltung kann auch umgedreht zur Anwendung kommen, wobei die Kathode der LED dann an Netz B hängt, während die Anode und der eine Anschluss des Kondensators an Netz A und der zweite Anschluss des Kondensators an Signalmasse hängen. In Phase 1 wird das Netz zwischen Kondensator und LED auf die I/O Nennspannung (Masse) des Controllers aufgeladen. Dazu werden beide Steuersignale als Ausgang auf die Nennspannung des Controllers (bzw. Masse) gesetzt. In Phase zwei wird das Netz zwischen Kondensator und LED durch den Photostrom der empfangenen LED umgeladen. Dabei wird das Signal B auf Masse (bzw. Nennspannung) geschaltet, und das Signal A wird als Empfang konfiguriert (hochimpedant ) . Die Empfangszelle wird dabei so konfiguriert, dass sie differenzial wirkt, d.h. der Eingang wird aus der digitalen Differenz zwischen dem Netz A und einer Referenzspannung (vorzugsweise 2,5 V) gebildet. Die Zeit bis zum Erreichen der Referenzspannung wird gemessen, woraus sich die Antwort der Empfangszelle auf die Beleuchtung durch die Sendezelle ergibt (siehe Figur 2) .
Die Verarbeitung der Daten durch Merkmalsextraktion und Merkmalsvergleich erfolgt unter Anwendung der zuvor dargelegten skaleninvarianten Merkmalstransformation (SIFT) . Für die Sicherstellung der von der vorliegend beschriebenen Fernbedienung erwarteten Funktionalitäten mit z.T. mehreren parallel ablaufenden Prozessen und schwierigen Echtzeit- Anforderungen sind die zuvor genannten FPGAs und SoCs/SoPCs sehr gut geeignet und daher bevorzugt. Da ein SoPC sowohl FPGA-Logik zur Implementierung von Algorithmen zur Signalverarbeitung als auch einen Mikroprozessor enthält, sind die technischen und funktionellen Möglichkeiten beider Plattformen in vorteilhafter Weise kombiniert.
Der Speicher in einem Ein-Chip-System dient entweder zur Ablage und Ausführung des Programms (Programmspeicher) oder bevorzugt zur Ablage und Bearbeitung von Daten wie biometrische Daten und/oder Referenzmerkmalsdatensätze (Datenspeicher). Die Ausführungsform des Speichers kann als SRAM, DRAM oder Flash bereitgestellt sein. Vor dem Hintergrund der vorstehenden Ausführungen ist klar, dass der Biometrie-Sensor zur Erfassung eines oder mehrerer Charakteristika der Handinnenfläche (Handlinien- und/oder Handvenenstruktur) ein optischer Sensor sein muss und aus der Gruppe bestehend aus CCD-Sensoren, CMOS-Sensoren, und Photodioden ausgewählt ist, wobei sowohl CMOS-Sensoren als auch Photodioden- Arrays erfindungsgemäß bevorzugt sind. Beispielsweise geeignet ist ein aktiver Pixelsensor (APS) , ein Halbleiterdetektor zur Lichtmessung, der in CMOS-Technik gefertigt ist und deshalb als CMOS-Sensor bezeichnet wird. Im Gegensatz zum ebenfalls in CMOS- Technik hergestellten passiven Pixelsensor (PPS) enthält jedes Bildelement eine Verstärkerschaltung zum Signalauslesen. Durch die Verwendung der CMOS-Technik ist es möglich, weitere Funktionen in den Sensorchip zu integrieren, wie beispielsweise die Belichtungskontrolle, die Kontrastkorrektur, die Merkmalsextraktion, und/oder die Analog-Digital-Wandlung.
Die einfachste Realisierung eines integrierenden APS- Bildelementes besteht aus einer Photodiode, die in Sperrrichtung betrieben wird, als photosensitives Element und drei n-Kanal- MOSFETs (Feldeffekttransistoren) . Zu Beginn der Belichtungsmessung wird die Spannung über die Photodiode mittels des Rücksetz-Transistors auf einen definierten Anfangswert gesetzt. Während der nachfolgenden Helligkeitsmessung wird die Sperrschichtkapazität der Photodiode durch den Photostrom entladen, wobei die Spannung über der Diode proportional zur Bestrahlungsstärke und zur Belichtungszeit sinkt. Nach Ablauf der Belichtungszeit wird dieser Spannungswert ausgelesen und einer analogen Nachverarbeitung oder sofort einem Analog-Digital- Wandler zugeführt. Dafür besitzt jedes Bildelement einen Verstärker-Transistor, der mittels des Auswahl-Transistors zumeist spaltenweise auf eine für alle Bildelemente einer Zeile gemeinsame Ausleseleitung geschaltet wird. Erfindungsgemäß befindet sich über jedem Bildelement des Sensors oder der Sensoren eine Mikrolinse (sphärisch, asphärisch oder astigmatisch) , welche das gesamte einfallende Licht auf den lichtempfindlichen Teil lenken. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind auch Photodioden-Arrays , die quasi ein n x 1-CMOS- Sensor sind, als Spezialform der CMOS-Bildsensoren geeignet.
Die CMOS-Sensoren sind erfindungsgemäß bevorzugt, weil sie im Vergleich zu CCD-Sensoren im Bereich kurzwelliger Infrarotstrahlung (NIR-Bereich) eine höhere Empfindlichkeit aufweisen. Üblicherweise liegt das Empfindlichkeitsmaximum bei CMOS-Sensoren im NIR-Bereich (größer 650 nm) , während CCD-Sensoren das Maximum im sichtbaren Bereich (grünes Licht, 550 nm) besitzen. Ferner sind CMOS-Sensoren bevorzugt, weil sie durch die Integration der Auswertelogik auf demselben Chip (SoC) eine vergleichsweise geringere Baugröße als CCD-Sensoren aufweisen.
Die für die Aufnahme eines Teilbereichs der Handinnenfläche durch den Biometrie-Sensor geeignete Belichtung erfolgt in einem Wellenlängenbereich, der mit dem verwendeten Sensortyp kompatibel ist. Im bevorzugten Fall der Verwendung eines oder mehrerer CMOS- Sensoren erfolgt die Aus- oder Beleuchtung demgemäß im IR- oder NIR-Wellenlängenbereich von 0,78 μηα bis 1 mm. Zur Beleuchtung umfasst die Fernbedienung daher bevorzugt eine oder mehrere Photodioden, die Licht in dem gewünschten Wellenlängenbereich emittieren können. Bei der erfindungsgemäßen Fernbedienung, welche die Prozedur der Identifikation eines Nutzers ohne umständliches Umgreifen, also quasi "in der Hand liegend" gewährleisten soll, weist die Rückseite ein entsprechendes Fenster auf, durch welches Licht der gewünschten Wellenlänge hindurchtreten kann, Licht unerwünschter Wellenlängenbereiche aber nicht. Alternativ kann die gesamte Rückseite oder können wesentliche Bereiche derselben aus diesem für Licht der gewünschten Wellenlänge wie z.B. solches im NIR-Bereich durchlässig ausgestaltet sein, sofern sichergestellt ist, dass der Biometrie-Sensor die für ihn bestimmten Daten zur Handlinien- und/oder Handvenenstruktur empfangen kann.
Aus Gründen der Stromersparnis ist es bevorzugt, dass der Biometrie-Sensor sowie die zur Belichtung erforderliche Lichtquelle als auch derjenige Anteil des Prozessors, welcher diesbezügliche Funktionalitäten (z.B. Merkmalsextraktion, Merkmalsvergleich) lediglich für kurze Zeit aktiviert werden, denn sobald die (positive oder negative) Identifizierung eines potentiellen Nutzers erfolgt ist, können die hierfür benötigten Komponenten und Funktionalitäten in einen Stromsparmodus überführt oder sogar abgeschaltet werden. Daher ist nach einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, die Aktivierung des Biometrie-Sensors einschließlich der für die Authentifizierung benötigten weiteren Bauteile oder Komponenten mit der Aktivierung eines weiteren Sensortyps zu koppeln, wobei dieser weitere Sensortyp bevorzugt aus Drucksensoren und/oder kapazitiven Berührungssensoren ausgewählt und im umlaufenden Rahmen und/oder in der Rückseite der Fernbedienung angeordnet ist. Beim Ergreifen der Fernbedienung als vorbereitende Handlung einer bevorstehenden Nutzung derselben wird der umlaufende Rahmen einerseits vom Daumen und andererseits (gegenüberliegend) von mindestens einem der übrigen vier Finger einer Hand kontaktiert, sodass der umlaufende Rahmen an zumindest zwei Stellen, welche bevorzugt mindestens zwei Zentimeter voneinander beabstandet sind, einen Anpressdruck und/oder das Ereignis einer Berührung erfährt, was über eine geeignete Sensorik erfasst werden kann.
Bei der erfindungsgemäß bevorzugten Fernbedienung wird beispielsweise der Anpressdruck an dem Festkörper des umlaufenden Rahmens als kraftübertragendes Bauteil der Fernbedienung gemessen. Sofern dieser Druck einen bestimmten Mindestwert überschreitet, sorgt der Prozessor dafür, dass die funktionelle Systemeinheit des Biometrie-Sensors bis zum Abschluss der Authentifizierung oder Identifikation aktiviert wird. Gleiches gilt analog für den Fall der alternativen oder zusätzlichen Anwesenheit mindestens eines kapazitiven Berührungssensors im umlaufenden Rahmen und/oder der Rückseite. Ergänzend kann die Aktivierung des Biometrie-Sensors an die Aktivierung eines Bewegungs- oder Beschleunigungssensors gekoppelt sein. Für den Sensortyp eines Drucksensors ist es bevorzugt, im Bereich des umlaufenden Rahmens und/oder der Rückseite piezoelektrische Dünnschichten auf geeigneten Messkörpern direkt zu applizieren, wobei hierfür bevorzugt Zinkoxid (ZnO) oder Aluminiumnitrid (A1N) Verwendung findet. Alternativ kann der Drucksensor aus nur einem Material wie z.B. aus Quarz bestehen, wobei neben einem elastischen Grundmaterial zusätzlich auch Dehnungsmessstreifen verwendet werden können. Als erfindungsgemäß geeigneter Drucksensor können verschiedene Typen zum Einsatz kommen. Der piezoresistive Drucksensor enthält eine Membran mit aufgebrachten elektrischen Widerständen und wird zumeist als Silizium-Drucksensor hergestellt. Über eine druckabhängige Verformung der Membran und darauf eindiffundierte verformungsabhängige Widerstände kommt es zur Ausbildung einer elektrischen Spannung. Dieser Drucksensortyp kann kostengünstig hergestellt werden und weist eine vergleichsweise hohe Empfindlichkeit auf. Zwar zeigen die zur Druckmessung eingesetzten Materialien eine starke Temperaturabhängigkeit, da aber dieser Einfluss auf alle Widerstände gleich ist, kann er durch eine differenzbildende elektrische Schaltung unwirksam gemacht werden. Ein frequenzanaloger Drucksensor ist meistens ein piezoresistiver Drucksensor, der den Druck mittels Dehnungsmessstreifen misst und schaltungstechnisch um einen Ringoszillator erweitert ist. Durch Verändern des Druckes ändert sich der Widerstand der Dehnungsmessstreifen und in Folge wird die Frequenz des Ringoszillators verstimmt. Die ausgegebene Frequenz ist direkt proportional zu dem angelegten Druck.
Bei einem piezoelektrischen Sensor wird mittels Druck durch Ladungstrennung eine elektrische Spannung in einem Kristall erzeugt (piezoelektrischer Effekt) . Durch Druck werden Ionen im Inneren des Kristalls verschoben, wodurch sich an der Oberfläche elektrische Ladung proportional zur Kraft bildet. Die Ladung wird durch einen Ladungsverstärker in eine proportionale elektrische Spannung umgeformt. Jeder beliebige Druck kann durch Ableitung (Kurzschluss ) der Ladung als Nullpunkt des Ladungsverstärkers eingestellt werden, wodurch Druckänderungen direkt messbar sind. Ein erfindungsgemäß ebenfalls geeigneter Drucksensortyp betrifft den kapazitiven Drucksensor, welcher zwei in einem Siliziumchip eindiffundierte Kondensatoren enthält. Bei Druckbeaufschlagung werden die Abstände einer Membran zu zwei beidseitig gegenüberliegenden Kondenstorplatten und dadurch die Kapazitäten der Kondensatoren gegenläufig verändert. Die Kondensatoren können Teil eines internen Verstärkers sein, dessen Ausgangssignal von der Differenz der Kapazitäten abhängig ist.
Vorliegend ebenfalls geeignet ist ein induktiver Drucksensor, der mit einem induktiven Wegaufnehmer arbeitet, welcher mit einer Membran verbunden ist. Druckänderungen erzeugen eine Kraft auf die Membran und bewegen diese. Dadurch ändert sich die Position eines Eisenankers gegensinnig in zwei Spulen, wobei die Induktivität in einer Spule steigt, während sie in der anderen Spule sinkt. Diese Differenz kann elektrisch sehr genau bestimmt werden. Alternativ kann die Anordnung auch durch einen Differentialtransformator ersetzt werden.
Sämtliche der vorstehend genannten Druck- und (kapazitiven) Berührungssensoren sind im Markt verfügbar und geben ein standardisiertes elektrisches Signal aus, welches durch die nachfolgende funktionelle Signalketteneinheit (Prozessor; DDC) einfach verarbeitet werden kann.
Figurenbeschreibung
In der Figur 1 ist eine erfindungsgemäß geeignete Fernbedienung in vier unterschiedlichen Perspektiven (Figur 1A, 1B, IC, 1D) dargestellt. Sie besitzt eine Vorderseite 1, eine Rückseite 2 sowie einen umlaufenden Rahmen 3, und weist in üblicher Weise ein Display 4 und ein Bedienfeld bzw. eine Bedieneinheit 5 mit beispielsweise Tasten auf. Auf der Rückseite 2 in Figur 1D ist ein Bereich dargestellt, welcher für den Biometrie-Sensor 6 durchlässig ausgestaltet ist. In der Figur 2 ist ein Schaltbild zur Verdeutlichung der vorstehenden Ausführungen unter Verwendung eines Photodioden- Arrays als Biometrie-Sensor dargestellt.
Bezugszeichenliste Vorderseite
Rückseite
Umlaufender Rahmen
Display
Bedienfeld / Bedieneinheit
Biometriesensor mit Leuchtmittel

Claims

Patentansprüche
Vorrichtung zur Fernsteuerung oder Fernbedienung von Geräten, die mit einem Empfänger zum Empfang der von der Vorrichtung gesendeten Befehle ausgerüstet sind, mit einem umlaufenden Rahmen (3) und einer Vorder- sowie einer Rückseite (1, 2), wobei die Vorrichtung dafür ausgelegt ist, im Zusammenhang mit einer Authentifizierung oder Identifikation eines Anwenders biometrische Daten oder Informationen über charakteristische Merkmale seiner Handlinien- und/oder Handvenenstruktur zu erfassen und zumindest teilweise zu verarbeiten, und hierfür mindestens einen Biometrie-Sensor (6) zur Erfassung von biometrischen Merkmalsdaten einer Handinnenfläche, mindestens ein Leuchtmittel zur Ausleuchtung oder Belichtung der zu erfassenden Handinnenfläche, mindestens einen Druck- oder Berührungssensor, mindestens einen Prozessor, sowie ein Kommunikations-Interface zur Ausgabe und zum Empfang von Befehlen oder Daten umfasst, wobei eine Aktivierung des Biometrie-Sensors (6) funktionell an eine Aktivierung des mindestens einen Druck- oder Berührungssensors gekoppelt ist, welcher im umlaufenden Rahmen (3) und/oder in der Rückseite (2) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Biometrie-Sensor (6) ein optischer Sensor ist, der aus der Gruppe bestehend aus CCD-Sensoren, CMOS-Sensoren, und Photodioden ausgewählt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei der mindestens eine Biometrie-Sensor (6) ein CMOS-Sensor oder ein Photodioden- Array ist, welcher bzw. welches für Licht oder Strahlung im Wellenlängenbereich von 0,78 pm bis 1 mm ausgelegt ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine Leuchtmittel in Form einer oder mehrerer LEDs bereitgestellt ist. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der im Rahmen (3) und/oder in der Rückseite (2) angeordnete Druck- oder Berührungssensor aus der Gruppe bestehend aus piezoresistiven, piezoelektrischen, kapazitiven, und induktiven Sensoren ausgewählt ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Rückseite (2) zumindest bereichsweise für Licht oder Strahlung im Wellenlängenbereich von 0,78 μτη bis 1 mm durchlässig ausgestaltet ist.
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