CN100421058C

CN100421058C - 具有用于字符输入的手指传感器的电子设备和相关方法

Info

Publication number: CN100421058C
Application number: CNB2004800417387A
Authority: CN
Inventors: 戴尔·R.·赛特拉克
Original assignee: Authentec Inc
Current assignee: Apple Inc
Priority date: 2003-12-23
Filing date: 2004-12-23
Publication date: 2008-09-24
Anticipated expiration: 2024-12-23
Also published as: US20050174325A1; WO2005064447A3; WO2005064447A2; CN1918537A

Abstract

一种电子设备，包括壳体和由壳体承载的手指传感器，该手指传感器用来接受靠近其的用户的手指的指纹区。处理器可由壳体承载并与手指传感器连接。处理器确定相对于手指传感器用户的手指的指纹区的多个手指运动模式。此外，处理器将确定的手指运动模式与存储的各字符的手指运动模式相匹配，并且可将字符作为文本显示在显示器上。手指传感器也可用来例如根据指纹验证用户。

Description

具有用于字符输入的手指传感器的电子设备和相关方法

技术领域

本发明涉及电子设备领域，尤其涉及允许用户输入字符的电子设备和方法。

背景技术

膝上型或桌上型计算机一般包括完全尺寸的字母数字键盘，以允许用户将数据、文本等输入到计算机。该数据或文本随后可被处理、打印和/或存储。

例如，个人数字助理(PDA)为一般用于编排任务，比如日程安排和记笔记的小型手持设备。因为PDA太小，不能安装常规的完全尺寸键盘，因此感测面和操纵的输入笔允许用户使用所谓的Graffiti语言输入字母数字字符。感测面上输入笔的预定笔划模式(pattern)对应于各自的字母数字字符。显示器一般也显示根据笔划模式译解的字母数字字符。

通过要求生物识别输入，这些设备的一些也可限制对机密数据的访问。例如，Maritzen等人的美国专利No.6,595,342公开了一种便携电子设备，该便携电子设备包括响应用户操纵的输入笔以使用Graffiti语言输入数据的触摸屏。Maritzen等人的专利还公开了一种可用于用户鉴别的便携电子设备上的分离的指纹传感器。类似地，Uchida的美国专利No.6,751,734公开了一种便携电子设备，其中可使用输入笔输入字符，并且包括分离的指纹传感器以鉴别用户。Reese的美国专利No.6,711,460公开了一种客户终端，该客户终端包括触摸屏或Graffiti键盘(用户可通过其将字符输入到客户终端)，和分离的指纹传感器。

Baird III等人的美国专利No.6,732,278公开了一种包括Graffiti界面和笔迹生物识别系统的便携电子设备。Baird III等人的专利公开了该便携电子设备可根据Graffiti界面上的笔迹鉴别用户。

不幸的是，输入笔可能丢失或与PDA分离。在输入笔是为PDA专门配置的情况下，用户将不能使用Graffiti语言向PDA输入数据。在输入笔不是为PDA专门配置的情况下，众所周知，用户可使用手指甲边缘作为替代输入笔向PDA输入数据。按预定模式操纵某人的手指甲边缘可能不灵活并可能导致不精确。

希望得到很紧凑的蜂窝电话，这导致通常不能得到使用输入笔的书写面的空间。的确，许多蜂窝电话如此紧凑，使得单个输入键或开关被用来输入从多个不同字符中选择的一个。例如，按下一个键的次数可设置希望的字符，比如从一个给定的输入键可得到三个字母数字字符。

发明内容

鉴于上述背景技术，因此，本发明的一个目的是提供一种电子设备和相关的方法，所述电子设备和相关的方法允许用户高效并准确地输入字符，而例如无需使用输入笔。

包括用于字符输入的手指传感器的电子设备提供了根据本发明的该目的和其它目的、特征和优点。更详细地，该设备可包括壳体和由壳体承载的显示器。手指传感器可由壳体承载，以接受靠近手指传感器的用户的手指的指纹区。处理器可由壳体承载，并可与手指传感器和显示器连接。处理器可确定相对于手指传感器用户的手指的指纹区的多个手指运动模式，并且将确定的手指运动模式与存储的各字符的手指运动模式相匹配。处理器也可根据字符在显示器上产生文本。因此，电子设备允许用户以高效并准确的方式输入字符，而无需输入笔。

更详细地，本发明公开一种电子设备，包括：壳体；手指传感器，由所述壳体承载，以接受靠近所述手指传感器的用户的手指的指纹区；和处理器，由所述壳体承载并与所述手指传感器连接，所述处理器用于：确定相对于所述手指传感器用户的手指的指纹区的多个手指运动模式，将手指运动模式与存储的各字符的手指运动模式相匹配，其中，所述多个手指运动模式中的每个手指运动模式匹配一个相应字符，并且到下一字符的转换根据手指抬起运动而确定。

手指传感器还可包括产生指纹图像数据的指纹图像传感器，并且处理器可产生并比较指纹图像数据的连续切片，以确定手指运动模式。例如，指纹图像传感器可包括基板和基板上的指纹感测像素阵列，例如电场感测像素。

处理器还可包括用于执行手指运动模式的确定和匹配的译解模块。而且，处理器还可包括用于根据指纹图像确定授权的用户的验证模块。在这些优选实施例中，手指传感器可被用于验证和字符输入。

由电子设备产生的字符可包括例如字母字符、数字字符和/或控制字符。手指运动模式可包括手指垂直运动、手指水平运动和/或手指旋转运动。手指运动模式还可包括例如表示转换到下一字符的手指抬起运动。

在一些实施例中，电子设备还可包括由壳体承载并与处理器连接的无线收发器。无线收发器可向无线通讯网络提供无线链路，例如蜂窝电话网络、无线局域网或其它类似网络。处理器也可包括例如用于编排用户的日程表数据的日程安排模块。

壳体可包括由用户携带的便携壳体。换句话说，电子设备可以是例如蜂窝电话或PDA。

本发明的方法是使用电子设备，该电子设备包括显示器和手指传感器，所述手指传感器接受靠近其的用户手指的指纹区。该方法可包括：确定相对于所述手指传感器用户的手指的指纹区的多个手指运动模式，将确定的手指运动模式与存储的各字符的手指运动模式相匹配，其中，所述多个手指运动模式中的每个手指运动模式匹配一个相应字符，且到下一字符的转换根据手指抬起运动而确定。该方法还可包括根据字符在显示器上产生文本。

附图说明

图1是根据本发明的电子设备的第一实施例的示意图。

图2-4是可被图1的设备使用的连续的示意性指纹图像切片。

图5是如图1所示的电子设备的一部分的部分截面的更详细的示意图。

图6是根据本发明的电子设备的第二实施例的示意图。

图7是如图6所示的电子设备的一部分的部分截面的更详细的示意图。

具体实施方式

下面参照附图，将更详细地描述本发明，其中示出本发明的优选实施例。然而，本发明可表现为许多不同的形式，不应当理解为限于在这里阐述的实施例。相反，提供这些实施例，使得该公开能够更详尽和完整，并能够向本领域的技术人员充分传达本发明的范围。全文中相同的标号表示相同的元件。

现在，首先参照图1-4，将描述根据本发明的电子设备20。电子设备20包括比如能用户手持的相对较小并紧凑的壳体21。手指传感器25由壳体21承载，用来接受靠近手指传感器的用户手指的指纹区。

处理器24由壳体21承载，并且与手指传感器25连接。处理器24确定相对于手指传感器25用户的手指23的指纹区的多个手指运动模式(pattern)。处理器24可将确定的手指运动模式与存储的各字符的手指运动模式相匹配。

例如，在显示器22上示出读做“11/3Hello”的字符。光标的位置由字母“o”的下划线表示。字母“o”由两个手指运动模式26表示。第一个是手指运动模式“)”，第二个是手指运动模式“^”。换句话说，当手指运动模式26的组合被输入进电子设备20时，手指运动模式表示的各字符29被显示在显示器22上。

显示器22例证性地由壳体21承载并与处理器24连接。在其它实施例中，显示器22可为远程设备的一部分，例如与电子设备20硬连接或无线连接的计算机、电视等，如本领域的技术人员所理解的。

手指传感器25可包括产生指纹图像数据的指纹图像传感器。手指传感器25可以是可根据摩擦脊(ridge)读取或确定指纹的滑动型传感器，例如，当手指滑过感测面。例如，在Mainguet的美国专利No.6,459,804中公开了这样的滑动传感器，其整个内容以参照的方式被包含在这里。滑动型手指传感器25与典型的固定指纹传感器相比，可具有较小的感测区，并且当手指在感测面上移动时，其电路与捕获指纹图像的连续切片(slice)相适合。

如图2-4中所示，处理器24可比较指纹区30的指纹图像数据的连续切片，以确定手指运动模式，如本领域的技术人员所理解的。在其它实施例中，也可使用其它手指运动感测技术。

再次参照图5，现在更详细地描述手指传感器25及其构成。传感器25例证性地包括基板33和基板上的指纹感测像素阵列31。传感器25可包括处理电路32，用于从各个传感器像素元件31捕获或读取数据，如本领域的技术人员所容易理解的。传感器25与处理器24连接，处理器24又与存储器41连接。在其它实施例中，存储器41可被嵌入处理器中。

例如，指纹感测像素阵列31可由电场感测像素阵列构成。传感器25可类似于例如如在Setlak的美国专利No.5,963,679中所公开的集成电路电场指纹传感器，Setlak的美国专利No.5,963,679的整个内容以参照的方式被包含在这里。

处理器24还包括译解模块34，用于执行手指运动模式26的确定和匹配。例如，处理器24典型地可为电子设备20的板上处理器，因为这样的板上处理器一般具有附加能力，以执行译解功能，如本领域的技术人员所理解的。或者。处理器24可为与手指传感器25相关联的专用处理器。当然，处理器可被实现到传感器25的集成电路的处理电路32中。

如上所述，译解模块34可比较指纹图像数据的连续切片，以确定用户的手指23的运动。可针对存储的手指运动组或字母表比较该运动，从而确定相应的字符。特别是，可使用一组基本的或基础的(primitive)运动，例如垂直(上/下)或水平(左/右)运动，以及旋转运动(顺时针方向/逆时针方向)。而且，至少这些基本运动中的一些可模拟相应字母的书写以与用户习惯更相符。

下面提供了一个示例性字母表，其中基本符号为：∧＝上、∨＝下、＜＝左、＞＝右、(＝逆时针方向旋转、)＝顺时针方向旋转，并且其中{}表示包含可选的移动。字符由一个或多个基本移动的模式表示。通过放下手指23，执行移动的模式，随后在完成模式中最后的移动之后抬起手指，执行移动的手指运动模式。可选的移动被用于使几个运动的某些模式更容易执行。例如，两个左移的模式的组合[＜＜]可能难以结合。允许可选的右移在它们之间[＜{＞}＜]使得该模式对人们来说更容易执行。其它基本移动可包括例如：/＝左下对角线，或\＝右下对角线。附加的基本移动使得要被构成的简短的模式有了更广泛的变化，如本领域的技术人员所理解的。

标准字符和数字

a ＜

(

b v

)

c (

d V

(

e ((or ({)}(

f ＜

v

g (

v

h )

v

i ^

j V

＜

k ＜

＞

l v

＞

m ＞

(

n ＞

)

o )

^

p ^

)

q (

＞

r ^

＞

s ()

t ^

＜

u ＞

^

v V

^

w vv or

v{^}v{^}

x ＜

^

y (

^

z ＞＞or

＞{＜}＞

0)

1v

2)

＞

3))or

){{})

4＜

)

5)

＜

6(

＜

7＞

v

8)(

9^

(

标准控制字符

cap ^

v 大写

cr ＜

＞回车

sp ＞空格

bsp ＜退格

pct ＜＜ or

＜{＞}＜标点模式

3和4个移动交替概述

m＝^v^v

n＝^v^

e＝({)}(

3＝){(})

根据该示例，1或2个基本符号的模式的总的数量为6×6+6＝42。字母字符的数量为26，数字的数量为10，它们产生36个所需模式。如果4个模式被留作命令控制前缀，2个模式被留作换档和换档锁，则整个模式集已被分配。当然，在其它实施例中，可使用另外的字母表，用户甚至可编程或输入他自己的特定字母表，如本领域的技术人员所理解的。

因此，由电子设备20产生的字符可包括字母字符35、数字字符36和/或控制字符37(图1)。当然，字符也指包括形成某些亚洲语言基础的象形文字字符，如本领域的技术人员所理解的。手指运动模式还可包括例如表示转换到下一字符的手指抬起动作。

处理器24还例证性地包括验证模块39，用于根据指纹图像确定授权的用户。例如，验证模块确定感测的指纹是否与存储的授权指纹匹配。如常规使用的，通过匹配指纹脊、细节、皮肤毛孔等，可确定匹配。如果指纹匹配，那么可以允许访问电子设备20的进一步的特征。当然，传感器25也可用来登记用户作为授权用户，如本领域的技术人员所理解的。

来自手指传感器25的手指图像数据可由译解模块34和验证模块39使用，如本领域的技术人员所理解的。因此，在电子设备20的壳体21的相对有限的区域上，不需要额外的感测区或独立的设备。

电子设备例证性地包括诸如用于蜂窝电话和/或无线电子邮件消息功能的无线收发器40，如本领域的技术人员所理解的。无线收发器40由壳体21承载并与处理器24连接。无线收发器40可向蜂窝通讯网络28提供无线链路27(图1)。

电子设备20克服了传统蜂窝电话的缺点，即传统蜂窝电话希望得到很紧凑的蜂窝电话，这导致不能得到使用输入笔的书写面的空间。电子设备20还解决了与在许多传统蜂窝电话上所需的多次按下字符输入键有关的困难。此外，电子设备20可包括用于安全性的手指传感器25，但也可将根据本发明的字符输入特征与一些附加软件结合。换句话说，更新已包括用于安全性的手指传感器的电子设备以包括字符输入相对廉价，并且在电子设备上一般不需要任何附加的硬件或占据额外的空间，如本领域的技术人员所理解的。

现在参照图6和图7，描述电子设备50的替换实施例。在该实施例中，电子设备50的形式为诸如个人数字助理(“PDA”)之类的电子管理器。电子设备50包括装在壳体51内的功能电路和可再充电电池(未示出)，用来执行PDA的典型功能，比如日程安排、数据存储、数据管理等。例如处理器54中例证性地包括日程安排模块70。

处理器54还包括以与如上所述的方式类似的方式工作的译解模块64和验证模块69。处理器54与存储器71和传感器55的处理电路62连接。手指传感器55例证性地包括基板63、处理电路62和基板上的指纹感测像素阵列61。当手指靠近指纹感测像素阵列61时，以与如上所述的方式类似的方式手指53可被感测。电子设备50还包括由壳体51承载并与处理器54连接的显示器52，用于显示字符59。

本发明的方法是使用电子设备，该电子设备包括显示器和手指传感器，所述手指传感器接受靠近其的用户手指的指纹区。该方法可包括确定相对于手指传感器用户手指的指纹区的多个手指运动模式，并将确定的手指运动模式与存储的各字符的手指运动模式相匹配。该方法还可包括根据字符在所述显示器上产生文本。

得益于在前面的描述和相关附图中所给出的教导，本领域的技术人员会想到本发明的许多改进和其它实施例。因此，应当理解，本发明不限于公开的特定实施例，其它改进和实施例也包括在后附权利要求的范围内。

Claims

1. 一种电子设备，包括：

壳体；

手指传感器，由所述壳体承载，以接受靠近所述手指传感器的用户的手指的指纹区；和

处理器，由所述壳体承载并与所述手指传感器连接，所述处理器用于

确定相对于所述手指传感器用户的手指的指纹区的多个手指运动模式，

将手指运动模式与存储的各字符的手指运动模式相匹配，其中，所述多个手指运动模式中的每个手指运动模式匹配一个相应字符，并且到下一字符的转换根据手指抬起运动而确定。

2. 根据权利要求1的电子设备，其中所述手指传感器包括用于产生指纹图像数据的指纹图像传感器。

3. 根据权利要求2的电子设备，其中所述处理器产生并比较指纹图像数据的连续切片，以确定手指运动模式。

4. 根据权利要求2的电子设备，其中所述指纹图像传感器包括基板和在所述基板上的指纹感测像素阵列。

5. 根据权利要求4的电子设备，其中所述指纹感测像素阵列包括电场感测像素阵列。

6. 根据权利要求1的电子设备，其中所述处理器包括译解模块，用于执行手指运动模式的确定和匹配。

7. 根据权利要求1的电子设备，其中字符包括字母字符、数字字符和控制字符中的至少之一。

8. 根据权利要求1的电子设备，其中所述处理器还包括验证模块，用于确定授权的用户。

9. 根据权利要求1的电子设备，其中所述多个手指运动模式中的至少一个手指运动模式包括手指垂直运动。

10. 根据权利要求1的电子设备，其中所述多个手指运动模式中的至少一个手指运动模式包括手指水平运动。

11. 根据权利要求1的电子设备，其中所述多个手指运动模式中的至少一个手指运动模式包括手指旋转运动。

12. 根据权利要求1的电子设备，还包括由所述壳体承载并与所述处理器连接的显示器；并且其中所述处理器根据字符在所述显示器上产生文本。

13. 根据权利要求1的电子设备，还包括由所述壳体承载并与所述处理器连接的无线收发器。

14. 根据权利要求1的电子设备，其中所述处理器还包括日程安排模块。

15. 根据权利要求1的电子设备，其中所述壳体包括由用户携带的便携壳体。

16. 一种使用电子设备的方法，所述电子设备包括显示器和手指传感器，所述手指传感器接受靠近其的用户的手指的指纹区，所述方法包括：

确定相对于所述手指传感器用户的手指的指纹区的多个手指运动模式；

将确定的手指运动模式与存储的各字符的手指运动模式相匹配，其中，所述多个手指运动模式中的每个手指运动模式匹配一个相应字符，且到下一字符的转换根据手指抬起运动而确定；并且

根据字符在显示器上产生文本。

17. 根据权利要求16的方法，其中手指传感器包括用于产生指纹图像数据的指纹图像传感器。

18. 根据权利要求17的方法，还包括产生并比较指纹图像数据的连续切片，以确定手指运动模式。

19. 根据权利要求16的方法，其中字符包括字母字符、数字字符和控制字符中的至少之一。

20. 根据权利要求17的方法，还包括根据指纹图像数据确定授权的用户。

21. 根据权利要求16的方法，其中手指运动模式包括手指垂直运动、手指水平运动、手指旋转运动和手指抬起运动中的至少之一。