Biometrische Identifikationssysteme IR-Lichtquellen für Iris-Scanner

Gesichtserkennung wird mobil

Eine weitere Methode der biometrischen Zugangskontrolle für mobile Geräte ist die 2D-Gesichtserkennung. Dabei wird das Gesicht des Benutzers mit einer Infrarotlichtquelle beleuchtet und das Bild mit einer IR-Kamera aufgenommen. Das System gleicht das Bild mit den zuvor gespeicherten Aufnahmen von autorisierten Personen ab, und konzentriert sich dabei auf charakteristische, zweidimensionale Merkmale.

In mobilen Geräten gelten besondere Einschränkungen hinsichtlich Platzbedarf und Stromaufnahme. Systeme zur Gesichtserkennung werden daher in der Regel mit nur einem Sender ausgelegt und benötigen eine entsprechend leistungsstarke und effiziente IRED. Typischerweise wird das Gesicht aus einer Entfernung von bis zu 60 cm in einem Blickfeld von 70° bis 90° gleichmäßig ausgeleuchtet.

Realisieren lässt sich dies mit einer kompakten und relativ breit abstrahlenden IRED, wie zum Beispiel der Oslon Black SFH 4716AS oder der noch kompakteren Synios SFH4770S (Tabelle 2). Letztere eignet sich wegen ihrer geringen Bauhöhe von nur 0,6 mm für mobile Identifikationssysteme, zum Beispiel im Smartphone.

Die ersten Smartphone-Hersteller gehen bereits einen Schritt weiter und integrieren Komponenten für eine 3D-Gesichtserkennung. Entsprechend positiv sehen die Marktprognosen für IR-Lichtquellen aus. Ein kürzlich veröffentlichter Bericht von LEDInside geht davon aus, dass der globale Marktumsatz im Bereich Infrarotlaser-Projektoren für mobile 3D-Sensoren bis 2020 auf rund 1,95 Milliarden US-Dollar anwachsen wird.

VCSEL-Technik

Osram hat durch die Akquisition des Unternehmens Vixar sein Portfolio an Infrarottechnik für sicherheitsrelevante Anwendungen erweitert. Vixar ist auf VCSEL-Technik (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) spezialisiert. Dabei handelt es sich um eine Laserdiode mit einem monolithischen Laserresonator, wobei das emittierte Licht das Bauelement in einer Richtung senkrecht zur Chipoberfläche verlässt. Im Gegensatz dazu tritt das Licht an den heute weit verbreiteten kantenemittierenden Laserdioden (Edge Emitting Laser, EEL) an der Flanke des Chips aus.

Die VCSEL-Technik eignet sich auch für den Aufbau von Arrays aus einer Vielzahl von oberflächenemittierenden Lasern, die wie eine normale LED geklebt und gebondet werden. Die relevanten Vorteile von Oberflächenemittern gegenüber Kantenemittern sind ihre geringen Herstellungskosten und die bessere Strahlqualität bei geringerer Ausgangsleistung. Die Einkoppeleffizienz in Lichtwellenleiter ist aufgrund der kleinen Bauweise, der guten Strahlqualität und Fokussierbarkeit hoch.

Als oberflächenmontierbares Bauteil (SMD) verbindet der VCSEL Eigenschaften der LED mit denen eines Lasers, ist aber im Gegensatz zum Kantenemitter leichter montierbar. Er bietet kohärentes Licht mit gerichteter Emission, die höhere Leistungsdichte und den einfachen Gehäuseaufbau einer IRED hat, aber eine deutlich schmalere spektrale Breite, vergleichbar zur Kantenemitter- oder der DFB-Technik (Distributed Feedback Laser Diodes). VCSEL haben eine runde Strahlgeometrie im Vergleich zur elliptischen Form von FP-EEL (Fabry-Perot Edge Emitting Laser) und DFB-Laserdioden. Auch die Verschiebung der Wellenlängen bei steigenden Temperaturen fällt bei VCSEL sehr viel geringer aus als bei den Kantenemittern.

Unterhaltungselektronik entdeckt IR-Oberflächenemitter

VCSEL wurden bisher überwiegend für die Datenkommunikation genutzt. Ihre Eigenschaften – kompakte Größe, geringer Energiebedarf und hohe Zuverlässigkeit – machen sie mittlerweile auch für andere Anwendungsbereiche interessant. Grundsätzlich sind sie eine gute Wahl für Applikationen mit Hochgeschwindigkeits-Modulation. In der Mobil- und Unterhaltungselektronik, die als die größten Treiber und Wachstumsmärkte für die Technik gelten, werden sie zunehmend genutzt. Es gibt bereits erste Anwendungsbeispiele im Segment für mobile Endgeräte.

3D-Sensoranwendungen wie Gesichtserkennung werden als wichtige Markttreiber betrachtet. Die 3D-Sensorik lässt sich zudem auch für Augmented Reality (AR) und Virtual Reality (VR) nutzen – beispielsweise für Smart Glasses oder die nächste Generation von Smartphones und andere mobile Geräte.

Suche nach dem optimalen Systemaufbau

Biometrische Identifikationssysteme sind noch relativ jung. Wie der ideale Systemaufbau für eine spezifische Anwendung aussieht, werden Entwickler in der nächsten Zeit evaluieren. Je ausgefeilter sie werden, desto anspruchsvoller wird es sein, sie technisch zuverlässig umzusetzen. Das gilt umso mehr für mobile Geräte, bei denen der Systemaufbau zusätzlichen Einschränkungen unterliegt. Ein zuverlässiges Gesamtsystem lässt sich häufig erst mit anwendungsspezifisch ausgelegten Bauteilen konstruieren.

 

Die Autorin

Bianka Schnabel

ist seit Ende 2007 Marketing Managerin für den Bereich Emitter Laser Sensor mit dem Schwerpunktbereich Consumer bei Osram Opto Semiconductors. Zuvor war die Betriebswirtin (VWA) im Unternehmen als Account Managerin im Innen- und später im Außendienst tätig.