Brevet FR2773897A1 — publié le 19990723

DISPOSITIF DE PRISE D'EMPREINTES La présente invention a pour objet un dispositif de prise d'empreintes utilisable notamment pour fournir une représentation d'empreinte digitale ou palmaire, dans un but d'identification. I1 existe déjà de nombreux dispositifs capables de former une image enregistrable du tracé des crêtes de la phalange terminale d'un doigt. Ils ne permettent llenregis- trement de l'image par un capteur qu'en utilisant une source de lumière extérieure (brevets US 5 448 649, 4 340 300, 4 336 998). Le dernier brevet décrit un dispositif comportant un substrat transparent et électriquement isolant, une électrode mince transparente et une couche sensible destinée à recevoir l'appui du doigt. La couche sensible est en matériau thermoplastique, tel que le polystyrène. Lorsqu'on presse le doigt sur la couche sensible, les crêtes s'y impriment et subsistent temporairement après retrait du doigt. On renforce ensuite le relief de l'impression par action d'un champ électrique de dépôt de charges et chauffage de ramollissement de la matière avant prise d'image à laide d'une source extérieure de lumière et d'un capteur optique. Ce dispositif a de nombreuses insuffisances. I1 est peu précis car les détails n'apparaissent pas à cause de la souplesse insuffisante de la matière de la couche sensible. La prise d'empreinte prend beaucoup de temps. Une source électrique fournissant une tension élevée est nécessaire. Enfin le dispositif ne peut discriminer un doigt d'un être humain d'un moulage de ce doigt. La présente invention vise à fournir un procédé et un dispositif répondant mieux que ceux antérieurement connus aux exigences de la pratique, notamment en ce qu'ils ne nécessitent pas de source de lumière extérieure et n'est sensible qu'à l'appui de tissus organiques ou d'un matériau ayant des caractéristiques électriques équivalentes. Dans ce but l'invention propose notamment un dispositif dans lequel la couche sensible est constituée de matériau diélectrique électroluminescent ou d'un matériau diélectrique dans lequel sont dispersées des particules de matériau électroluminescent, constituant autant de luminophores, et qui comporte également des moyens permettant d'établir une différence de potentiel entre les tissus destinés à être appliqués contre la couche sensible et l'électrode mince transparente. Elle propose également un procédé de prise d'empreinte suivant lequel on constitue des condensateurs élementaires par appui de l'organe dont l'empreinte est à prendre sur une couche diélectrique électroluminescente portée par une électrode continue, on applique une tension électrique entre l'organe et l'électrode pour exciter les particules électroluminescentes de la couche au droit des saillies ou crêtes de l'organe dont l'empreinte est à prendre et on analyse l'image formée dans la couche. Les luminophores peuvent être constitués par des poudres similaires à celles utilisées pour revêtir les écrans plats électroluminescents ou pour constituer les diodes électroluminescentes, émettant dans l'infra-rouge, le visible ou même l'ultra-violet, dispersées sous forme de micro-cristaux dans le matériau diélectrique. On peut notamment utiliser le sulfure de zinc dopé au cuivre. I1 est souhaitable d'utiliser un matériau diélectrique ayant une constante diélectrique élevée, d'au moins 10, et ayant un coefficient de transmission élevé à la longueur d'onde émise par les luminophores. Les résines époxy, qui présentent une transmission acceptable lorsqu'elles sont en couche mince, peuvent être adoptées si leur coefficient diélectrique est supérieur à 10. Plus la constante diélectrique est élevée et plus il est possible de réduire la tension à partir de laquelle le luminophore commence à émettre (tension de seuil) pour une épaisseur donnée de couche. Il sera alors possible de réduire l'épaisseur de la couche sensible car moins sujette au claquage, avec l'avantage d'augmenter sa transmission de la lumière. On peut également utiliser des produits électroluminescents déposés en couche mince. On peut aussi utiliser certains polymères conducteurs conjugués ayant une électro-luminescence intrinsèque. L'électrode transparente sera souvent constituée par une couche mince d'oxyde d'indium et d'étain, connu sous le nom de ITO, largement utilisé dans la fabrication des écrans plats, dont la technologie est bien maîtrisée et qui permet un accrochage satisfaisant des laques et résines. Le capteur permettant de fournir un signal représentatif de l'image optique créé par la couche sensible peut être de l'un quelconque de nombreux types. On peut utiliser une caméra à matrice de sites photosensibles et optique de formation de l'image de la face arrière du substrat sur la matrice (caméra CCD ou CMOS par exemple) ; on peut également utiliser d'autres supports d'enregistrement tels qu'une pellicule photographique. Souvent la matrice de sites photosensibles, choisie pour être sensible au rayonnement des luminophores, pourra être directement accolée à la face arrière ou séparée celle par un amplificateur de lumière. Un filtre de couleur peut être placé entre la face arrière et le capteur pour réduire la sensibilité du dispositif à la lumière ambiante. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de dispositifs qui en constituent des modes particuliers de réalisation donnés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels - la figure 1 est un schéma du dispositif, en coupe - la figure 2 montre l'aspect d'une image d'empreinte - les figures 3 et 4 montrent des variantes de réalisa tion. Le dispositif montré schématiquement sur la figure 1, où l'échelle n'est pas respectée pour plus de clarté, comporte un substrat 10 transparent et électriquement isolant recouvert par une électrode mince transparente 12 qui supporte à son tour une couche sensible 14 destinée à recevoir l'appui de l'organe (doigt 16 ou main complète) dont l'empreinte est à prendre. Le substrat 10 peut être constitué de différents produits ayant une transparence élevée dans le domaine de longueur d'onde utilisé. Dans le domaine visible, on utilisera généralement du verre. L'électrode mince transparente peut avoir une constitution identique à celle des contre-électrodes utilisées dans les écrans à cristaux liquides. Elle est alors constituée en oxyde d'indium et d'étain et elle a une épaisseur de quelques centaines de nanomètres. La couche sensible 14 peut avoir diverses constitutions. Dans un premier mode de réalisation, elle est constituée par un matériau diélectrique dans lequel sont dispersées des particules de matériau électroluminescent destinées à constituer des luminophores. On utilisera en règle générale une couche épaisseur inférieure à 50 um, en un matériau diélectrique ayant un coefficient diélectrique supérieur à 20, qui permet d'adopter une tension de seuil basse inférieure à 40 Volts, efficace, compatible avec les normes de sécurité actuelles. Le matériau doit au surplus avoir un accrochage satisfaisant sur l'électrode mince 12. Avec cette constitution de la couche sensible, le procédé de prise d'empreinte utilise une tension appliquée entre le doigt 16 et l'électrode 12. Pour cela, une solution commode, mais non exclusive, consiste à déposer un anneau de matériau conducteur 18 sur la partie périphérique de la couche sensible 14. Lors de l'application du doigt sur la couche sensible, le doigt s'appuie également sur llan- neau 18, qui peut être constitué par un dépôt métallique. Les saillies du doigt 16 peuvent être regardés comme autant de condensateurs élémentaires avec l'électrode 12 et la couche sensible 14. Lorsque les luminophores sont d'un type sensible au passage d'un courant, l'ensemble des N condensateurs élémen- taires" est alimenté par une tension autre que continue. Dans le cas illustré sur la figure 1, la source de tension est constituée par un transformateur 20 dont le primaire est relié à une alimentation. L'une des bornes du secondaire, constituant point froid, est reliée à l'anneau 18 et est mise à la masse. L'autre extrémité du secondaire est reliée à un cadre conducteur 22 en communication avec l'électrode 12. Ce cadre peut être constitué par un simple dépôt métallique, recouvert par une barrette également métallique 24 dans la zone de liaison avec le secondaire du transformateur 20. La tension appliquée entre ltélectrode 12 et le doigt 16 dépend de la nature du courant et de sa fréquence. Dans le cas d'un courant alternatif sinusoïdal, on peut adopter une tension crête à crête de 20 à 100 V. Une fréquence de 1 à 50 kHz donne de bons résultats. Pour des raisons de sécurité, la tension acceptable est d'autant plus élevée que la fréquence est très élevée. Il est également possible d'alimenter par un courant pulsé unipolaire, des trains d'impulsions rectangulaires, unipolaires ou sinusoïdales. Au lieu de l'oxyde d'indium et d'étain In203/SnO2, on peut envisager l'emploi d'oxyde d'indium pur ou contenant du zinc. Le dispositif qui vient d'être décrit fournit une image à haute définition, par rayonnement des luminophores situés entre les appuis des saillies du doigt et l'électrode. Cette image présente un aspect général du genre montré en figure 2, lorsqu'elle est vue à travers le substrat 10. Cette image est reprise par un capteur 26 qui peut être une télécaméra reliée à un ordinateur et permettant de visualiser l'image de l'empreinte sur le moniteur de l'ordinateur. Au lieu d'une caméra, il est possible d'utiliser un capteur à état solide directement appliqué contre la face inférieure du substrat 10. Un filtre de couleur 28, dont le pic de transmission correspond à la longueur d'onde du matériau électroluminescent, est avantageusement interposé entre la couche sensible et le capteur. Mais il n'est pas obligatoire. Pour augmenter le rendement lumineux du dispositif et pour limiter la contribution de la lumière ambiante, la couche sensible 14 est avantageusement recouverte d'une pellicule 30 de matériau délectrique réfléchissant ou diffusant la lumière et/ou d'une pellicule opaque 32. La pellicule réfléchissante peut être constituée notamment par du titanate de baryum, sous une épaisseur de l'ordre de 5 um. La pellicule opaque 32 peut notamment être constituée par de l'oxyde de manganèse noir, sous une épaisseur de 5 à 20 um. Au lieu d'utiliser deux pellicules distinctes de protection, l'une diffusante et l'autre opaque, il est possible de réaliser une seule couche, avec une variation de composition au fur et mesure de la croissance. Un procédé possible de fabrication d'un dispositif suivant l'invention est le suivant. Sur un substrat en verre de quelques millimètres d'épaisseur, on dépose l'électrode transparente 12 ayant une épaisseur d'environ 300 nm. Ce dépôt peut notamment seffec- tuer par pulvérisation et dépôt en phase vapeur (PVD) ou dépôt chimique en phase vapeur (CVD). L'épaisseur du substrat 10 sera choisie en fonction de la surface de celui-ci. Pour un dispositif destiné à prendre l'empreinte d'un doigt, une épaisseur de 5 mm s'est révélée satisfaisante. Sur l'électrode 12 on peut déposer - la couche sensible (par exemple laque contenant ZnS ou ZnSe dopé), - le cas échéant une pellicule réfléchissante de TiBaO3, - éventuellement aussi, une couche opaque et de protection d'oxyde de manganèse, - l'anneau 18 de contact avec le doigt. Pour prendre l'empreinte d'un doigt, ce dernier est posé à plat sur la couche sensible ou la pellicule de protection, comme indiqué sur la figure 1, et une tension alternative est appliquée. Le capteur est mis en oeuvre de façon classique pour fournir une représentation de l'image à un système informatique de traitement 34 qui peut être également classique. Le dispositif permet de différencier le doigt d'un être vivant d'un moulage et ainsi d'éviter des fraudes consistant à appliquer un tel moulage sur le dispositif d'un système d'accès à un lieu protégé. En effet, le moulage présente des caractéristiques électriques différentes de celles du doigt humain. Il faut également remarquer que le dispositif permet de vérifier qu'un doigt vivant a été appliqué. En effet, le pouls provoque une variation cyclique de l'image, les points ou traits lumineux du genre montré en figure 2 changeant d'intensité au rythme du pouls. Le système informatique 34 peut être constitué de façon à vérifier l'existence de cette variation. Dans un autre mode, le dispositif peut être prévu pour être alimenté en courant continu. Dans le cas illustré en figure 3 (où les organes correspondant à ceux de la figure 1 sont désignés par le même numéro de référence), le substrat 10 porte encore une électrode mince transparente 12 de quelques centaines de nanomètres d'épaisseur. Cette électrode, généralement en ITO, peut être constituée par pulvérisation et dépôt en phase vapeur ou PVD, ou par dépôt chimique en phase vapeur, ou CVD, c'est-à-dire par l'un des procédés couramment dénommés technologie des couches minces. La couche 14 sera généralement plus mince que dans le cas de la figure 1 et comportera une teneur élevée en matériau électroluminescent. On peut notamment utiliser une couche 14 constituée de cristaux en matériau tel que le sulfure de zinc dopé au cuivre et au manganèse avec comme liant une laque ayant un coefficient diélectrique élevé. Les pellicules portées par la couche sensible 14 peuvent avoir la même constitution que dans le cas de la figure 1. Etant donné la faible épaisseur de la couche sensible, une tension continue de l'ordre de 10 V donne généralement des résultats satisfaisants. Lorsque cette tension est appliquée, les luminophores compris dans les volumes délimités par les saillies d'un doigt appliqué sur le dispositif émettent sous l'action du champ électrique dû à la tension appliquée entre les saillies et l'électrode 12. La lumière diffusée par la couche sensible 14 peut être reprise, à travers le substrat 10, par un capteur tel qu'une caméra 36 reliée à un ordinateur de visualisation et d'exploitation de l'empreinte par des logiciels de traitement d'image. Dans un autre mode de réalisation encore, la couche sensible est composite et formée d'une zone centrale mince de matériau luminophore, par exemple de sulfure de zinc dopé au cuivre recouverte sur les deux faces d'une pellicule diélectrique fine. Sur la figure 4, où de nouveau l'échelle n'est pas respectée pour plus de clarté, le substrat en verre 10 porte encore une électrode 12, par exemple en ITO, dont l'épaisseur peut être d'environ 300 nm. L'électrode 12 porte la couche sensible composite, formée par une première pellicule 38 en diélectrique, de quelques centaines de nanomètres, une couche mince électroluminescente 40, d'épaisseur par exemple approximativement double de celle de la pellicule 38 et une deuxième pellicule diélectrique 42 ayant la même constitution que la couche 38. Une couche de protection 32, par exemple en oxyde de manganèse, peut être déposée sur la couche sensible. Les pellicules constitutives de la couche sensible peuvent encore être réalisées par pulvérisation et dépôt en phase vapeur ou par dépôt chimique en phase vapeur. Une telle constitution se prête notamment à une alimentation en courant alternatif, à une fréquence généralement comprise entre 1 et 50 kHz, ou en tension continue si les luminophores utilisés sont excitables en continu. REVENDICATIONS 1. Dispositif de prise d'empreintes comprenant un substrat (10) transparent et électriquement isolant portant une électrode mince transparente (12) surmontée d'une couche sensible (14), caractérisé en ce que la couche sensible est constituée de matériau diélectrique électroluminescent ou d'un matériau diélectrique dans lequel sont dispersées des particules de matériau électroluminescent, constituant autant de luminophores, et en ce que le dispositif comporte également des moyens (20) permettant d'établir une différence de potentiel entre les tissus destinés à être appliqués contre la couche sensible (14) et l'électrode mince transparente (12). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les luminophores sont constitués par des poudres électroluminescentes émettant dans 1 ' infra-rouge, le visible ou l'ultra-violet, dispersées sous forme de micro-cristaux dans le matériau diélectrique. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le matériau diélectrique a une constante diélectrique d'au moins 10 et un coefficient de transmission élevé à la longueur d'onde émise par les luminophores. 4. Dispositif selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que l'électrode transparente est constituée par une couche mince de Ion203 ou d'oxyde indium et d'étain. 5. Dispositif selon lune quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte un capteur (26) de limage optique fournie par la couche sensible, constituée par une caméra à matrice de sites photosensibles. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte un filtre de couleur adapté à l'émission de la couche sensible entre le substrat et le capteur. 7. Dispositif selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que le capteur est relié à un système informatique de détection d'une variation cyclique d'image. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les moyens d'établissement d'une différence de potentiel comprennent un anneau de matériau conducteur (18) sur la partie périphérique de la couche sensible (14), destiné à entrer en contact avec les tissus. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la couche sensible (14) est recouverte d'une pellicule (30) de matériau isolant réfléchissant ou diffusant la lumière et/ou dune pellicule opaque (32), par exemple en oxyde de manganèse. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la couche sensible a une épaisseur inférieure à 50 um. 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la couche sensible est constituée de sulfure de zinc ou séléniure de zinc dopé dans une laque. 12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que les moyens de création d'une différence de potentiel sont prévus pour fournir une tension efficace non continue de 20 à 100 Volts, à une fréquence de 1 à 50 kHz. 13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que les moyens de création d'une différence de potentiel fournissent une tension continue. 14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la couche sensible est composite et formée d'une zone centrale mince de matériau luminophore recouverte sur les deux faces d'une pellicule diélectrique fine.