CN1707415A - 可进行定点操作的传感器表面的保护外罩 - Google Patents

Abstract

不因个人的体质限定操作者的定点设备的结构如下：安装有定点设备的装置(112)包括：获得图像信息的指纹传感器(20)；保护传感器表面的外罩(1)；在外罩的传感器一侧的表面上配置并与所述传感器表面相接触的传感器按压部(11)。传感器(20)所获得的传感器按压部(11)的形状随着手指按压外罩(1)的位置而改变，并据此进行输入。

Description

可进行定点操作的传感器表面的保护外罩

技术领域

本发明涉及传感器保护外罩和定点设备，特别涉及使用指纹传感器向计算机提供指令时所使用的传感器保护外罩、以及可以执行连续输入的小型定点设备。

背景技术

特开2002-062983号公报公开了通过检测手指在指纹认证装置上的移动作为计算机的输入，并用1个装置实现触摸板装置与指纹认证装置。

在上述特开2002-062983号公报的技术中，计算机所执行的操作是根据指纹传感器所获得的指纹图案的移动、变形而进行的。

但是，由静电电容式指纹传感器所获得的图像的浓淡和清晰度易于因湿度或气温等环境差异以及出汗的程度等个人的差异而受到较大影响。因此，实现可靠的定点动作是很困难的。

另外，在特开2002-062983号公报所公开的装置上，在利用操作者手指的变形的情况下，存在依赖于皮肤硬度等个人体质的部分，并且存在操作对象受到限制的问题。

另外，在广泛用于笔记本型计算机的触摸板装置以及特开2002-062983号公报所公开的装置中，为了检测出操作者手指的位置，必须使用设置面积与手指的可移动范围相当的指纹传感器(比较大型的传感器)。

另外，现有的使用指纹传感器作为定点设备的装置中，手指必须直接接触指纹传感器，传感器表面必须始终露出。因此，当安装于便携计算机或移动电话上时，传感器可能受到损坏。

而且，由于操作者在操作时无法戴手套，因此，在寒冷地带使用时也将出现问题。

再有，由于传感器表面露出，因而，装置整体的设计自由度也会受到限制。

发明内容

本发明是为了解决了上述问题而提出，其第1目的在于提供一种不因个人体质而对操作者进行限定的定点设备。

本发明的第2目的在于提供一种设置面积小并且可使装置小型化的定点设备。

本发明的第3目的在于提供一种可防止传感器受损的传感器保护外罩和定点设备。

本发明的第4目的在于提供一种可防止传感器受损、同时可进行装置的自由设计、且操作性强的定点设备。

为了达到上述目的，根据本发明的某一方面，传感器保护外罩的特征在于，包括：保护传感器表面的外罩、和为了使传感器识别定点操作而设置在与传感器表面相接触的面上的突起部。

根据本发明的另一方面，定点设备包括：获得图像信息的传感器；保护传感器表面的外罩；在外罩的传感器一侧的表面上配置并与传感器表面相接触的传感器按压部；根据传感器所获得的图像来检测施加于外罩的压力变化的图像处理部；根据所检测出的压力变化来检测操作者手指的移动的动作检测部；和将所检测出的操作者手指的移动转换为向计算机的输入值的转换部。

根据本发明，由于可通过突起部或按压部对传感器表面进行操作，因此可提供一种不因个人体质而对操作者进行限定的定点设备。而且可以提供一种设置面积小并且可使装置小型化的定点设备。

而且，根据本发明，可以提供一种可防止传感器受损的传感器保护外罩和定点设备。另外，还可以提供一种可防止传感器受损、同时可进行装置的自由设计、且操作性强的定点设备。

结合附图，通过以下关于本发明的详细说明，本发明的上述以及其它的目的、特征、方式和优点将十分清楚。

附图说明

图1～3为本发明的实施方式中安装有定点设备的装置的外观结构图。

图4为传感器结构的示意图。

图5为安装有定点设备的装置12的结构方框图。

图6为使用了外罩和传感器按压部的定点设备的传感器输出图像。

图7和8为相对于外罩具有4个传感器按压部的定点设备的示意图。

图9为根据所获得的图像和所获得图像的反应像素的数量来计算相对于外罩具有4个传感器按压部的定点设备的指针的移动值之处理的示意图。

图10为根据所获得图像的反应像素的数量来计算指针的移动值之处理的流程图。

图11为通过获得图像连续进行指针移动处理时的显示画面。

图12为面向操作者的传感器面呈菱形的传感器配置状态的示意图。

图13为使用了外罩、按压方向调节辅助材料(pressingdirection adjustment assisting member)、和传感器按压部的定点设备之示意图。

图14为使用了外罩和传感器按压部的定点设备的传感器输出图像的示意图。

图15为使用了外罩、按压方向调节辅助材料、和传感器按压部的定点设备的传感器输出图像之示意图。

图16为图14的定点设备的变形例之示意图。

具体实施方式

以下，参照附图，就本发明的实施方式进行说明。

参照图1～3，安装有定点设备的装置12由获得图像信息的指纹传感器20、保护传感器表面的外罩1、在外罩的传感器一侧的表面上配置并与传感器表面相接触的传感器按压部11、显示包括指针信息在内的信息的显示屏幕41、未图示的图像处理部、和安装有该传感器、外罩、传感器按压部、显示屏幕、和图像处理部的定点设备所组成。

指纹传感器20是采用静电电容式、光学式、或者压力感知方式等方式的指纹传感器。外罩1的目的在于保护传感器表面和配置传感器按压部。传感器按压部11配置于外罩的传感器一侧的表面并与传感器表面相接触。传感器按压部11的材料优选但并不限于树脂或导电树脂。

图像处理部包括：通过图像来检测施加于外罩1表面的压力变化的图像处理算法；根据所检测出的压力变化所引起的图像变化来检测操作者手指的移动的动作检测算法；和将所检测出的操作者的手指移动转换为向计算机的输入值的算法。

图1为将外罩1和配置于外罩1上的传感器按压部11从安装有定点设备的装置12上取出的状态。图2为外罩1和配置于外罩1上的传感器按压部11安装在安装有定点设备的装置12上的状态。

图3为从上方观察外罩1和配置于外罩1上的传感器按压部11安装在安装有定点设备的装置12上的状态时的平面图。

图4为传感器20的具体结构的示意图。

在本实施方式中所示的传感器的结构为静电电容式传感器，但并非仅限于此，也可以是光学式、压敏式等方式的传感器。

如图4所示，静电电容式的传感器20包括保护膜111、和在规定行规定列配置了电极112a的电极群112。

各电极112a具有所带电荷量根据置于保护膜111上的例如手指等的凹凸(即，根据保护膜111与手指等的表面之间的距离)而改变的特性。这样，放置了指纹等的沟槽(凹进)部分的电极112a的带电量少于放置了指纹等的山(凸起)部分的电极112a的带电量。

通过将各电极112a所带电荷的电荷量转换为相应的电压值，并将该电压值转换为数字值，由此获得指纹等的图像。

在以下的说明中，图像或者指纹图像是指包含表示了用户的指纹等的区域在内的长方形的图像。图像或者指纹图像的纵方向是指如图3所示的与传感器20的箭头A对应的指纹图像的方向。横方向是指对应于箭头B的方向。上方向是指箭头A所示的方向，下方向是指与箭头A所示方向相反的方向。此外，以显示屏幕41的水平方向为X方向，与X方向的正交方向为Y方向。以显示屏幕41左下角的顶点P1为原点，以X方向的坐标轴为X轴，以Y方向的坐标轴为Y轴。

图5为表示安装有定点设备的装置12的结构方框图。

参照附图，安装有定点设备的装置12包括：传感器101(对应于图1～4中的传感器20)；处理由传感器101获得的图像的图像处理部103；根据图像检测用户手指的动作的手指动作检测部105；将检测出的手指动作转换为计算机的输入值的输入值转换部107；根据输入来控制显示屏幕的显示(指针的位置等)的显示控制部109；和对显示屏幕进行显示的显示部111。

图6为使用了外罩和传感器按压部的定点设备的传感器输出图像。

图6(a)为传感器按压部11即将与指纹传感器20相接触的情况；图6(b)为传感器按压部11开始与指纹传感器20相接触的情况；图6(a)为传感器按压部11与指纹传感器20相接触的情况。

图6(a)、(b)、(c)的各图中，示出了根据传感器按压部11与指纹传感器20相接触而产生的传感器输出图像200。如图所示，输出图像根据接触的程度而改变。

以下，将按压外罩并通过传感器按压部按压指纹传感器而产生反应的像素称为“反应像素”(图中表示为符号201)。

如图所示，由于用于检测手指动作的传感器按压部11的位置和材质是固定的，因此不会发生传感器所获得图像的浓淡和清晰度易受到湿度或气温等环境差异、以及出汗的程度和皮肤硬度等个人差异及体质的影响等现有问题。

当与传感器表面相接触的传感器按压部为半球形或切取自球的一部分的形状时，传感器按压部与传感器表面相接触的部分随所施加的压力的增强而增大，该部分周围的传感器像素值也随之改变。传感器以连续图像信息的方式获得该动作的信息。根据该结构，传感器表面与传感器按压部的接触面积随施加压力的改变而易发生改变。

图7和8为相对于外罩具有4个传感器按压部的定点设备的示意图，图9为图7和8所示的相对于外罩具有4个传感器按压部的定点设备的获得图像的例子、以及根据该获得图像利用反应像素的数量来计算指针的移动值之处理的示意图。

图10为根据所获得图像的反应像素的数量来计算指针的移动值之处理的流程图。

下面参照图7～10，就相对于外罩具有4个传感器按压部的定点设备，对根据所获得图像来计算指针的移动值的处理进行说明。

在图10的步骤S101中获得图像。如上述图6的说明所示，此处的图像随传感器按压部与指纹传感器的接触程度而改变。

在图9右侧的图的例子中，位于预先设定的区域2的传感器按压部的反应像素数S2为“20”，位于区域4的传感器按压部的反应像素数S4为“5”，而位于区域1、3的传感器按压部的反应像素数S1、S3则为最大的“20”和最小的“5”之间的值“10”。

在图10的步骤S102中，以此方式对各区域的反应像素数进行计数。

在步骤S103，计算各反应像素数，并就左右及上下方向进行差分计算。

在本例的情况下，左右方向的差分为

Sx＝(S1+S4)-(S2+S3)＝(10+5)-(20+10)＝-15；

上下方向的差分为

Sy＝(S1+S2)-(S3+S4)＝(10+20)-(10+5)＝15。即，指针的移动值为X方向-15，Y方向15(步骤S104)。

因此，如图9所示，如果在获得本图像前指针的位置为Pn＝(Pnx，Pny)，则指针移动至Pn+1＝(Pnx-15，Pny+15)的位置上(步骤S105)。

此外，虽然以上说明了外罩内侧配置4个传感器按压部以将传感器表面分为4部分，并使各部分分别与1个传感器按压部相接触的结构，但本发明并不限于此，也可以采用设有多个(2个、3个、5个......)传感器按压部的结构。

图11为通过获得图像(步骤S101)而连续进行指针移动(步骤S105)时的显示画面。

在图11的显示图像中，T1～T7表示当指针或手指移动时所经过的目标的位置，一笔画成的实线表示指针实际移动的轨迹。

根据该结构，由于即使传递手指所施加的压力的传感器按压部的排列间隔小于操作者手指的宽度也可以按压，因此可以实现使用小于手指宽度的指纹传感器将装置小型化。

另外，虽然在以上说明中说明了在面向操作者的传感器面为正方形或长方形等矩形的情况下，将该传感器面配置为面向操作者的普通的正方形，但也可以如图12所示，在面向操作者的传感器面为正方形或长方形等矩形的情况下，将该传感器面配置为相对于操作者倾斜约45°的菱形，并将施加于该矩形的4个顶点附近的压力分别检测为操作者手指沿操作画面的上下左右方向的移动。

在此情况下，可将传感器沿移动电话等中所限定的常用于输入的上下方向以及左右方向较长地配置，并达到有效利用传感器面的效果。

另外，在安装有定点设备和个人认证功能的设备中，也可以将指纹传感器以及安装设备与外罩局部连接，以便当对安装设备的使用者进行认证时卸下该外罩，当使用定点功能时装上该外罩，或者当卸下保护传感器表面的外罩进行认证时，该外罩不完全脱落。

在本实施方式中，如果用手指沿想使移动电话等安装有定点设备的装置之指针发生移动的方向对外罩施加压力，则传感器按压部与传感器表面相接触的面积将根据该压力而改变，且该接触面积的改变将变换为指纹传感器所获得的图像信息的改变，因此，可以通过图像处理来检测出操作者手指的移动，并变换为计算机的输入值。

另外，由于用于检测手指动作的传感器按压部的位置和材质通常是固定的，因此不会发生静电电容式指纹传感器所获得图像的浓淡和清晰度易受到湿度或气温等环境差异、以及出汗的程度和皮肤硬度等个人差异及体质的影响等现有问题。

由于即使传递手指所施加的压力的传感器按压部的排列间隔小于操作者手指的宽度也可以按压，结果，可以实现使用小于手指宽度的指纹传感器将装置小型化。

另外，由于指纹传感器通常被外罩所覆盖，因此可以防止跌落以及撞击时的损坏。

另外，可以通过对外罩进行装饰或着色，从而对装置的整体进行自由设计。

当与指纹传感器表面相接触的传感器按压部为半球形或切取自球的一部分的形状时，通过施加压力使传感器按压部的更多部分与传感器表面相接触，该部分周围的传感器像素值也随之改变。传感器获得该动作的信息并作为连续的图像信息。该结构的优点在于，传感器表面与传感器按压部的接触面积随手指的施加压力的改变而改变。

另外，将长方形的传感器表面分为4部分，并在外罩里面配置4个上述传感器按压部使各部分分别与1块导电树脂接触时，可以利用根据导电树脂与指纹传感器表面的接触面积的改变来检测的必要最小限度的传感器按压部的个数，检测出通常用于向安装有定点设备的装置的输入之屏幕的上下左右的移动。

在面向操作者的传感器面为正方形或长方形等矩形的情况下，将该传感器面配置为相对于操作者倾斜约45°的菱形，使施加于该矩形的4个顶点附近的压力分别检测为操作者手指沿操作画面的上下左右方向的移动。在此情况下，可将传感器沿移动电话等中所限定的常用于输入的上下方向以及左右方向较长地配置，并达到有效利用传感器面的效果。

根据当对安装设备的使用者进行认证时卸下该外罩，而当使用定点功能时安装上该外罩的结构，即使在根据外罩的装卸来切换个人认证和定点功能时，外罩也始终与本体相连接，具有防止外罩丢失的效果。

另外，在传感器的图像信息读取方式为静电电容式的情况下，传感器按压部的材料优选导电树脂。

其它实施方式

图13所示为安装有涉及本发明的另一实施方式的定点设备之装置的结构图。

安装有本定点设备的装置由获得图像信息的传感器20、保护传感器表面的外罩1、在外罩的传感器一侧的表面上配置并与传感器表面相接触的传感器按压部11、插入到外罩1和按压部11之间的按压方向调节辅助材料111所组成。

本结构与前述的结构(图6等)的差别在于，具有插入到外罩和按压部之间的按压方向调节辅助材料111。

在前述的结构中，根据外罩和按压部的材质(例如，其材质较柔软的情况下)，可能发生各个按压部11对传感器20进行大致均匀的按压，而与用户手指在外罩上部的按压位置无关的情况。

图14为在外罩1和按压部11的材质较为柔软、且未插入按压方向调节辅助材料111的情况下，装置的结构和传感器20的输出图像的示意图。

图15为在外罩1和按压部11之间插入按压方向调节辅助材料111的情况下，装置的结构和传感器20的输出图像。

如图14所示，在外罩和按压部的材质较为柔软、且未插入按压方向调节辅助材料的情况下，按压的压力大致均匀地施加于整个外罩。这样，通过传感器按压部11传到传感器上的压力也同样是均匀的，即使在传感器输出图像上，按压部11所按压的面积也大致相同。

另一方面，如图15所示，在外罩和按压部之间插入按压方向调节辅助材料的情况下，按压的压力具有方向性地施加于外罩上。这样，通过传感器按压部传到传感器上的压力同样具有方向性。即使在传感器输出图像上，按压部所按压的面积也是反映按压的位置和强度的面积。

另外，按压方向调节辅助材料111可以使用任何具有可辅助调节按压方向的硬度的材料(一般是比外罩1更硬的材料)。并且，按压部可以使用任何不损伤传感器表面的材料。

变形例

图16为图14的定点设备的变形例的示意图。

定点设备由下述结构构成：获得图像信息的传感器20；由具有可辅助调节按压方向的硬度的材料所构成的、保护传感器表面的外罩1a；在外罩的传感器一侧的表面上配置并与传感器表面相接触、且使用不损伤传感器表面的材料的传感器按压部11a。

本结构与前述结构的差别在于，外罩和按压部的材料使用具有辅助调节按压方向的硬度、且不损伤传感器表面的材料。

如图15所示，在该结构中，由于按压的压力具有方向性地施加到外罩上，因此，通过传感器按压部传到传感器上的压力同样具有方向性。由此，即使在传感器输出图像上，按压部所按压的面积也是反映按压的位置和强度的面积。

另外，本变形例中的外罩1a可以使用任何具有可辅助调节按压方向的硬度的材料(一般是比图14的外罩1更硬的材料)。并且，按压部可以使用任何不损伤传感器表面的材料。

其它实施方式的实施效果

在本实施方式中，在外罩和传感器之间插入了按压方向调节辅助材料。根据本结构，由按压产生的压力具有方向性地施加到外罩上，从而经传感器按压部传到传感器上的压力也同样具有方向性。据此，即使在传感器输出图像上，按压部所按压的面积也产生反映按压的位置和强度的面积，从而可以更加正确地检测出操作者手指的移动。

另外，在变形例中，外罩由按压方向调节辅助材料构成，按压部由不损伤传感器表面、且比按压方向调节辅助材料柔软的材料构成。根据该结构，通过将按压所产生的压力具有方向性地施加到外罩上，从而经传感器按压部传到传感器上的压力也同样具有方向性。据此，即使在传感器所输出的图像上，按压部所按压的面积也产生反映了按压的位置和强度的面积，从而可以更加正确地检测出操作者手指的移动。

虽然详细地说明了本发明，但其目的仅仅是为了举例，而并非是限定。本发明的本质和范围仅由权利要求书的范围来限定。

Claims (17)

1.一种传感器保护外罩，其特征在于，包括：

保护传感器表面的外罩；和

为了使所述传感器识别定点操作而设置在与所述传感器表面相接触的面上的突起部。

2.一种定点设备，其特征在于，包括：

获得图像信息的传感器；

保护所述传感器表面的外罩；

配置在所述外罩的传感器一侧的面上并与所述传感器表面相接触的传感器按压部；

根据由所述传感器获得的图像来检测施加于所述外罩的压力变化的图像处理部；

根据所检测出的压力变化来检测操作者手指的移动的动作检测部；和

将所述检测出的操作者手指的移动转换为向计算机的输入值的转换部。

3.权利要求2所述的定点设备，其特征在于，

所述传感器按压部与所述传感器表面的接触面积根据随着施加到所述外罩的压力而变化。

4.权利要求2所述的定点设备，其特征在于，

所述传感器按压部的形状为半球形或者切取自球的一部分的形状。

5.权利要求2所述的定点设备，其特征在于，

在所述外罩的传感器一侧的面上配置多个传感器按压部，多个传感器按压部分别与所述传感器表面的多个各部分相接触。

6.权利要求5所述的定点设备，其特征在于，

所述多个传感器按压部配置为4个传感器按压部，所述传感器表面的多个各部分被分割为4部分。

7.权利要求2所述的定点设备，其特征在于，

所述传感器的面以从操作者观察为菱形的形状配置，

施加于所述菱形的4个顶点附近的压力分别对应于检测操作者手指沿操作画面的上下左右方向的移动。

8.权利要求2所述的定点设备，其特征在于，

所述传感器的图像信息读取方式为静电电容式、光学式、或压敏式。

9.权利要求2所述的定点设备，其特征在于，

所述传感器按压部的材料为树脂。

10.权利要求2所述的定点设备，其特征在于，

所述传感器按压部的材料为导电树脂。

11.权利要求2所述的定点设备，其特征在于，

所述传感器可获得指纹或者来自于指纹的图像信息作为图像信息。

12.权利要求2所述的定点设备，其特征在于，

当进行使用者认证时可卸下所述外罩，而当使用定点功能时可安装所述外罩。

13.权利要求12所述的定点设备，其特征在于，

所述传感器或本体与外罩呈局部连接，以便当卸下所述外罩进行认证时，所述外罩不完全脱落。

14.权利要求1所述传感器保护外罩，其特征在于，

在所述外罩和所述突出部之间设置按压方向调节辅助材料。

15.权利要求1所述传感器保护外罩，其特征在于，

所述外罩由按压方向调节辅助材料构成，

所述突出部由不损伤传感器表面、且比所述按压方向调节辅助材料柔软的材料构成。

16.权利要求2所述定点设备，其特征在于，

在所述外罩和所述传感器按压部之间设置按压方向调节辅助材料。

17.权利要求2所述定点设备，其特征在于，

所述外罩由按压方向调节辅助材料构成，

所述传感器按压部由不损伤传感器表面、且比所述按压方向调节辅助材料柔软的材料构成。

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