WO2006026795A1 - Vorrichtung zum erfassen eines fingerabdruckes - Google Patents

Vorrichtung zum erfassen eines fingerabdruckes Download PDF

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Franz Padinger
Klaus G. SCHRÖTER
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    • 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
    • G06V40/1318—Sensors therefor using electro-optical elements or layers, e.g. electroluminescent sensing

Definitions

  • the invention relates to a device for detecting a Fingerabdruk- kes with a translucent, a finger rest forming cover layer, on whose side facing away from the finger support an attached to an evaluation circuit sios layer of photosensitive elements in a matrix arrangement and rindemittie ⁇ rende elements are provided.
  • photosensitive elements preferably photodiodes or phototransistors
  • a transparent carrier made of glass or quartz ⁇ arrange and with a light-emitting layer, for example, electroluminescent zenzdioden cover. Since the photosensitive elements are arranged in rows in a matrix and the element rows are separated from one another by translucent spaces, light can be thrown from the light emitting layer through the translucent spaces and the transparent support onto the finger for capturing its fingerprint the serving as a finger rest support is applied.
  • the differently reflected light on the bars and depressions of the skin is detected by the light-sensitive elements whose electrical signals, which are dependent on the intensity of the reflected light, are transmitted element by element into an evaluation circuit for producing a digital image of a fingerprint.
  • a disadvantage of this known device for capturing a fingerprint is, in particular, the use of photosensitive elements based on inorganic semiconductors. ter conditional design effort, what is more, that the illumination of the fingerprint to be detected can only be made by comparatively narrow spaces between the photosensitive elements.
  • the invention is therefore based on the object, a device for detecting a fingerprint of the type described in such a way that with simple constructive means, a digital image of a fingerprint can be obtained.
  • the invention solves this problem by the fact that on the side opposite the finger support side of the cover layer, a photoactive layer based on organic semiconductors between two electrode layers of intersecting interconnects is arranged, of which the interconnects between the photoakti ⁇ ven layer and the cover layer made translucent are, and that the photo ⁇ active layer forms the photosensitive and the light-emitting elements in Kreu ⁇ tion region of the interconnects of the two electrode layers.
  • such photoactive layers in a corresponding structure by applying a Excitation voltage also emit light, so that it does not require a separate lichtemit ⁇ tierenden location. Selected areas of the photoactive layer can be acted upon by the associated conductor tracks of the two electrode layers for emitting light with an electrical voltage. To this light for illumination and detection of the fingerprint using NEN to ⁇ Ki, the electrode layer between the photoactive layer and the cover layer is light-transmissive form.
  • the requirements on the one hand for high photosensitivity and on the other hand for a good luminous efficacy at low excitation energy generally entail different measures with regard to the structure of the photoactive layer.
  • the photoactive layer may have a different structure than the regions of the photosensitive elements. Because of the solubility of organic semiconductors in conventional solvents, this difference in structure brings no difficulties, especially as the solutions can be applied point by point next to one another.
  • the reading out of the output signals of the photosensitive elements can be carried out not only in a local dependency on the light-emitting elements, but also as a function of the time of activation of the light-emitting elements. By this measure, it can be ensured that the reflected light on the fingerprint is evaluated and the emitted light before its reflection on the fingerprint has no effect on the evaluation. After all, charge movements between light-emitting and photosensitive elements are excluded by such a temporal dependence.
  • FIG. 1 shows a device according to the invention for detecting a fingerprint in a schematic cross section
  • FIG. 2 shows the device according to FIG. 1 in a schematic plan view, partially broken away, and FIG
  • Fig. 3 is a block diagram for the control and evaluation of a erfindungsge ⁇ MAESSEN device for detecting a fingerprint.
  • the illustrated device for detecting a fingerprint 1 indicated by dot-dash lines in FIG. 1 has a photoactive layer 2, against which two electrode layers 3, 4 are made of interconnecting interconnects 5, 6 ,
  • the photoactive layer 2 is constructed on the basis of organic semiconductors whose charge mobility parallel to the layer surface is comparatively small, so that in the crossing region of the conductor tracks 5, 6 give each other substantially separate photoactive elements.
  • the photoactive layer 2 in the local region of the light-emitting elements 8 preferably consists only of a conjugated polymer, while the photoactive layer in the remaining area consists of two molecular organic components, namely a conjugated polymer component as electron donor and a fullerene component as electron acceptor. composed.
  • a conjugated polymer component as electron donor
  • a fullerene component as electron acceptor.
  • the light-emitting elements 8 and the licht ⁇ sensitive elements 9 are also different to control. While the photosensitive elements 9 according to FIG. 3 are connected via the printed conductors 5, 6 to an evaluation circuit 10, the light-emitting elements 8 are controlled via a control device 11 which is connected to the interconnects 5 crossing each other in the region of the light-emitting elements 8, 6 is connected ver ⁇ . Because of the necessary for the illumination of the fingerprint and the detection of the reflected light passage of light through the electrode layer 3, the interconnects 5 of this electrode layer 3 are translucent form.
  • the light-emitting elements 8 are first of all
  • the photosensitive layer 2 is sequentially controlled in a temporal sequence in order to detect light reflected diffusely on the fingerprint 1 of the finger 7 lying on the cover layer 7 via photosensitive elements 9.
  • These photosensitive elements 9 are selected as a function of the local position of the light-emitting elements 8 within the element matrix in order to read out the output signals of the light-sensitive elements 9 dependent on the light intensity of the reflected light into the evaluation circuit 10 via the associated printed conductors 5, 6 ,
  • the fingerprint is thus detected area by area and composed each detected areas for complete image of the fingerprint.
  • the output signals of the photosensitive elements 9 can be read out in temporal dependence on the activation of the light-emitting elements 8 in the evaluation circuit, so that only light-sensitive elements 9 the reflected light is detected.

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Abstract

Es wird eine Vorrichtung zum Erfassen eines Fingerabdruckes (1) mit einer lichtdurchlässigen, eine Fingerauflage bildenden Decklage (7) beschrieben, auf deren der Fingerauflage abgewandten Seite eine an eine Auswerteschaltung (10) angeschlossene Lage lichtempfindlicher Elemente (9) in einer Matrixanordnung und lichtemittierende Elemente (8) vorgesehen sind. Um vorteilhafte Konstruktionsverhältnisse zu schaffen, wird vorgeschlagen, daß auf der der Fingerauflage gegenüberliegenden Seite der Decklage (7) eine photoaktive Schicht (2) auf der Basis organischer Halbleiter zwischen zwei Elektrodenschichten (3, 4) aus einander kreuzenden Leiterbahnen (5, 6) angeordnet ist, von denen die Leiterbahnen (5) zwischen der photoaktiven Schicht (2) und der Decklage (7) lichtdurchlässig ausgebildet sind, und daß die photoaktive Schicht (2) die lichtempfindlichen und die lichtemittierenden Elemente (8, 9) im Kreuzungsbereich der Leiterbahnen (5, 6) der beiden Elektrodenschichten (3, 4) bildet.

Description

Vorrichtung zum Erfassen eines Fingerabdruckes
Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Erfassen eines Fingerabdruk- kes mit einer lichtdurchlässigen, eine Fingerauflage bildenden Decklage, auf deren der Fingerauflage abgewandten Seite eine an eine Auswerteschaltung angeschlos¬ sene Lage lichtempfindlicher Elemente in einer Matrixanordnung und lichtemittie¬ rende Elemente vorgesehen sind.
Stand der Technik
Um einen Fingerabdruck digital erfassen zu können, ohne den Fingerabdruck zu¬ nächst optisch durch ein Linsensystem abzubilden, ist es bekannt (WO 97/036544 A1), lichtempfindliche Elemente, vorzugsweise Photodioden oder Phototransistoren, in Dünnschichttechnik auf einem durchsichtigen Träger aus Glas oder Quarz anzu¬ ordnen und mit einer lichtemittierenden Lage beispielsweise aus Elektrolumines- zenzdioden abzudecken. Da die lichtempfindlichen Elemente in einer Matrix reihen¬ weise angeordnet und die Elementreihen voneinander durch lichtdurchlässige Zwi¬ schenräume voneinander getrennt sind, kann von der lichtemittierenden Lage Licht durch die lichtdurchlässigen Zwischenräume und den durchsichtigen Träger auf den Finger geworfen werden, der zum Erfassen seines Fingerabdruckes an den als Fingerauflage dienenden Träger angelegt wird. Das an den Leisten und Vertiefun¬ gen der Haut unterschiedlich reflektierte Licht wird von den lichtempfindlichen Ele¬ menten erfaßt, deren von der Stärke des reflektierten Lichtes abhängigen elektri¬ schen Signale elementenweise in eine Auswerteschaltung zum Erstellen eines digitalen Abbildes eines Fingerabdruckes übertragen werden. Nachteilig bei dieser bekannten Vorrichtung zum Erfassen eines Fingerabdruckes ist vor allem der durch den Einsatz von lichtempfindlichen Elementen auf der Basis anorganischer Halblei- ter bedingte Konstruktionsaufwand, wozu noch kommt, daß die Beleuchtung des zu erfassenden Fingerabdruckes nur durch vergleichsweise schmale Zwischenräume zwischen den lichtempfindlichen Elementen vorgenommen werden kann.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Erfassen eines Fingerabdruckes der eingangs geschilderten Art so auszugestalten, daß mit einfachen konstruktiven Mitteln ein digitales Abbild eines Fingerabdruckes erhalten werden kann. ■
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß auf der der Fingerauflage gegenüberliegenden Seite der Decklage eine photoaktive Schicht auf der Basis organischer Halbleiter zwischen zwei Elektrodenschichten aus einander kreuzenden Leiterbahnen angeordnet ist, von denen die Leiterbahnen zwischen der photoakti¬ ven Schicht und der Decklage lichtdurchlässig ausgebildet sind, und daß die photo¬ aktive Schicht die lichtempfindlichen und die lichtemittierenden Elemente im Kreu¬ zungsbereich der Leiterbahnen der beiden Elektrodenschichten bildet.
Aufgrund des Einsatzes einer photoaktiven Schicht auf der Basis organischer Halb¬ leiter ergeben sich vergleichsweise einfache Konstruktionsbedingungen, die einer¬ seits auf der Löslichkeit der organischen Halbleiterwerkstoffe in herkömmlichen Lösungsmitteln und anderseits auf einer im Vergleich zu anorganischen Halbleitern geringen Beweglichkeit der Ladungsträger beruhen, so daß es keiner besonderen Maßnahmen bedarf, um einzelne lichtempfindliche Bereiche voneinander abzugren¬ zen. Diese lichtempfindlichen Bereich werden durch die einander kreuzenden Lei- terbahnen der beidseits an der photoaktiven Schicht anliegenden Elektrodenschich¬ ten bestimmt, weil der Ladungstransport im wesentlichen auf den Kreuzungsbereich der Leiterbahnen beschränkt ist und der Einfluß einer Ladungsbewegung zwischen benachbarten Kreuzungsbereichen der Leiterbahnen innerhalb der photoaktiven Schicht im allgemeinen vernachlässigt werden kann. Dazu kommt, daß solche photoaktiven Schichten bei einem entsprechenden Aufbau durch ein Anlegen einer Anregungsspannung auch Licht emittieren, so daß es keiner gesonderten lichtemit¬ tierenden Lage bedarf. Es können ja ausgewählte Bereiche der photoaktiven Schicht über die zugehörigen Leiterbahnen der beiden Elektrodenschichten zur Lichtemission mit einer elektrischen Spannung beaufschlagt werden. Um dieses Licht für die Beleuchtung und Erfassung des Fingerabdruckes verwenden zu kön¬ nen, ist die Elektrodenschicht zwischen der photoaktiven Schicht und der Decklage lichtdurchlässig auszubilden.
Die Forderungen einerseits nach einer hohen Lichtempfindlichkeit und anderseits nach einer guten Lichtausbeute bei geringer Anregungsenergie verfangen hinsicht¬ lich des Aufbaus der photoaktiven Schicht im allgemeinen unterschiedliche Ma߬ nahmen. Aus diesem Grunde kann die photoaktive Schicht im Bereich der lichtemit¬ tierenden Elemente einen gegenüber den Bereichen der lichtempfindlichen Elemen¬ te unterschiedlichen Aufbau aufweisen. Dieser unterschiedliche Aufbau bringt we¬ gen der Löslichkeit organischer Halbleiter in herkömmlichen Lösungsmitteln keine Schwierigkeiten mit sich, zumal die Lösungen punktweise nebeneinander aufge¬ bracht werden können. Dies bedeutet beispielsweise, daß für die lichtempfindlichen Bereiche der photoaktiven Schicht zwei molekulare Komponenten, nämlich eine konjugierte Polymerkomponente als Elektronendonator und eine Fullerenkompo- nente als Elektronenakzeptor, eingesetzt werden können, während für die lichtemit¬ tierenden Elemente lediglich ein konjugiertes Polymer Verwendung findet. Durch das Fehlen eines Elektronenakzeptors kann beim Anlegen einer elektrischen Span¬ nung an diese Polymerbereiche Licht emittiert werden, das zur Beleuchtung des zu erfassenden Fingerabdruckes dient und nach einer diffusen Reflexion von den lichtempfindlichen Bereichen der photoaktiven Schicht erfaßt und ausgewertet werden kann.
Durch die Vorgabe bestimmter lichtemittierender Bereiche der photoaktiven Schicht ist es zweckmäßig, die Ausgangssignale der lichtempfindlichen Elemente in Abhän¬ gigkeit von der örtlichen Lage der jeweils angesteuerten lichtemittierenden Elemen¬ te in die Auswerteschaltung auszulesen, so daß der gesamte Fingerabdruck aus nacheinander beleuchteten Abschnitten bereichsweise erfaßt und aus den erfaßten Einzelbereichen zusammengesetzt wird, was die zur Verfügung zu stellende Anre¬ gungsenergie für die lichtemittierenden Elemente begrenzt, die ja in einer beliebigen Reihenfolge nacheinander angesteuert werden können.
Das Auslesen der Ausgangssignale der lichtempfindlichen Elemente kann nicht nur in örtlicher Abhängigkeit von den lichtemittierenden Elementen, sondern auch in zeitlicher Abhängigkeit von der Ansteuerung der lichtemittierenden Elemente vorge¬ nommen werden. Durch diese Maßnahme kann sichergestellt werden, daß das am Fingerabdruck reflektierte Licht ausgewertet wird und das emittierte Licht vor seiner Reflexion am Fingerabdruck keinen Einfluß auf die Auswertung hat. Es werden ja durch eine solche zeitliche Abhängigkeit Ladungsbewegungen zwischen lichtemit¬ tierenden und lichtempfindlichen Elementen ausgeschlossen.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zei¬ gen Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erfassen eines Fingerabdruckes in einem schematischen Querschnitt,
Fig. 2 die Vorrichtung nach der Fig. 1 in einer schematischen, zum Teil aufgerisse¬ nen Draufsicht und
Fig. 3 ein Blockschaltbild für die Ansteuerung und Auswertung einer erfindungsge¬ mäßen Vorrichtung zum Erfassen eines Fingerabdruckes.
Weg zur Ausführung der Erfindung
Wie insbesondere die Fig. 1 und 2 erkennen lassen, weist die dargestellte Vorrich¬ tung zum Erfassen eines in der Fig. 1 strichpunktiert angedeuteten Fingerabdruckes 1 eine photoaktive Schicht 2 auf, an der zwei Elektrodenschichten 3, 4 aus einander kreuzenden Leiterbahnen 5, 6 anliegen. Die photoaktive Schicht 2 ist auf der Basis organischer Halbleiter aufgebaut, deren Ladungsbeweglichkeit parallel zur Schicht¬ fläche vergleichsweise klein ist, so daß sich im Kreuzungsbereich der Leiterbahnen 5, 6 voneinander im wesentlichen getrennte photoaktive Elemente ergeben. Um einerseits den Fingerabdruck 1 durch eine lichtdurchlässige, eine Fingerauflage bildende Decklage 7 beleuchten und anderseits das diffus am Fingerabdruck 1 reflektierte Licht zur Abbildung des Fingerabdruckes erfassen zu können, werden einzelne durch den Kreuzungsbereich bestimmte Leiterbahnen 5, 6 örtlich vorgege¬ bene Bereiche der photoaktiven Schicht 2 als lichtemittierende Elemente 8 und die übrigen Bereich als lichtempfindliche Elemente 9 verwendet. Obwohl es grundsätz¬ lich möglich ist, einen Aufbau der photoaktiven Schicht 2 so zu wählen, daß die einzelnen Elemente im Kreuzungsbereich der Leiterbahnen 5, 6 in Abhängigkeit von der Ansteuerung entweder als lichtemittierende Elemente 8 oderäls lichtempfirfd li¬ ehe Elemente 9 dienen können, kann durch einen unterschiedlichen Aufbau der photoaktiven Schicht 2 für die lichtemittierenden und die lichtempfindlichen Elemen¬ te 8, 9 die Lichtausbeute und die Lichtempfindlichkeit gesteigert werden. Zu diesem Zweck besteht die photoaktive Schicht 2 im örtlichen Bereich der lichtemittierenden Elemente 8 vorzugsweise nur aus einem konjugierten Polymer, während sich die photoaktive Schicht im übrigen Bereich aus zwei molekularen organischen Kompo¬ nenten, nämlich einer konjugierten Polymerkomponente als Elektronendonator und einer Fullerenkomponente als Elektronenakzeptor, zusammensetzt. In den Fig. 1 und 2 sind diese unterschiedlichen Bereiche der aktiven Schicht 2 angedeutet.
Mit dem unterschiedlichen Aufbau der lichtemittierenden Elemente 8 und der licht¬ empfindlichen Elemente 9 sind diese Elemente auch unterschiedlich anzusteuern. Während die lichtempfindlichen Elemente 9 gemäß der Fig. 3 über die Leiterbahnen 5, 6 an eine Auswerteschaltung 10 angeschlossen sind, werden die lichtemittieren¬ den Elemente 8 über eine Steuereinrichtung 11 angesteuert, die mit den einander im Bereich der lichtemittierenden Elemente 8 kreuzenden Leiterbahnen 5, 6 ver¬ bunden ist. Wegen des für die Beleuchtung des Fingerabdruckes und die Erfassung des reflektierten Lichtes notwendigen Lichtdurchtrittes durch die Elektrodenschicht 3 sind die Leiterbahnen 5 dieser Elektrodenschicht 3 lichtdurchlässig auszubilden.
Um die durch rillenförmige Vertiefungen voneinander getrennten Hautleisten eines Fingerabdruckes 1 zu erfassen, werden zunächst die lichtemittierenden Elemente 8 der photoaktiven Schicht 2 vorzugsweise in einer zeitlichen Abfolge nacheinander angesteuert, um das am Fingerabdruck 1 des an der Decklage 7 anliegenden Fin¬ gers diffus reflektierte Licht über lichtempfindliche Elemente 9 zu erfassen. Diese lichtempfindlichen Elemente 9 werden in Abhängigkeit von der örtlichen Lage der lichtemittierenden Elemente 8 innerhalb der Elementenmatrix ausgewählt, um die von der Lichtstärke des reflektierten Lichtes abhängigen Ausgangssignale der licht¬ empfindlichen Elemente 9 über die zugehörigen Leiterbahnen 5, 6 in die Auswerte¬ schaltung 10 auszulesen. Der Fingerabdruck wird somit bereichsweise erfaßt und die jeweils für sich erfaßten Bereiche zum vollständigen Abbild des Fingerabdruckes zusammengesetzt. Um "Störeinflüsse zwischen benachbarten Elementen 8, 9 der photoaktiven Schicht zu vermeiden, können die Ausgangssignale der lichtempfindli¬ chen Elemente 9 in zeitlicher Abhängigkeit von der Ansteuerung der lichtemittieren¬ den Elemente 8 in die Auswerteschaltung ausgelesen werden, so daß über die lichtempfindlichen Elemente 9 lediglich das reflektierte Licht erfaßt wird.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e :
1. Vorrichtung zum Erfassen eines Fingerabdruckes mit einer lichtdurchlässigen, eine Fingerauflage bildenden Decklage, auf deren der Fingerauflage abgewandten Seite eine an eine Auswerteschaltung angeschlossene Lage lichtempfindlicher Elemente in einer Matrixanordnung und lichtemittierende Elemente vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß auf der der Fingerauflage gegenüberliegenden Seite der Decklage (7) eine photoaktive Schicht (2) auf der Basis organischer Halbleiter zwischen zwei Elektrodenschichten (3, 4) aus einander kreuzenden Leiterbahnen (5, 6) angeordnet ist, von denen die Leiterbahnen (5) zwischen der photoaktiven Schicht (2) und der Decklage (7) lichtdurchlässig ausgebildet sind, und daß die photoaktive Schicht (2) die lichtempfindlichen und die lichtemittierenden Elemente (8, 9) im Kreuzungsbereich der Leiterbahnen (5, 6) der beiden
Elektrodenschichten (3, 4) bildet.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die photo¬ aktive Schicht (2) im Bereich der lichtemittierenden Elemente (8) einen gegen¬ über den Bereichen der lichtempfindlichen Elemente (9) unterschiedlichen Aufbau aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale der lichtempfindlichen Elemente (9) in Abhängigkeit von der örtlichen Lage der jeweils angesteuerten lichtemittierenden Elemente (8) in die Auswerteschaltung (10) auslesbar sind.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich¬ net, daß die Ausgangssignale der lichtempfindlichen Elemente (9) in zeitlicher Abhängigkeit von der Ansteuerung der lichtemittierenden Elemente (8) in die Auswerteschaltung (10) auslesbar sind.
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