DE102012025255A1

DE102012025255A1 - Verfahren und Vorrichtung zur kapazitiven Bilderfassung

Info

Publication number: DE102012025255A1
Application number: DE102012025255A
Authority: DE
Inventors: Richard Alexander Erhart; Paul Wickboldt; Gregory Lewis Dean
Original assignee: Validity Sensors LLC
Current assignee: Synaptics Inc
Priority date: 2011-12-23
Filing date: 2012-12-21
Publication date: 2013-06-27
Also published as: US20130177220A1; TW201337782A; KR101916472B1; KR20130073857A; TWI552089B; GB201223233D0; GB2499497A; US9195877B2

Abstract

Offenbart sind eine Erfassungsschaltung und ein Verfahren, die eine Mehrzahl von Sende- oder Empfangselementen, die jeweils eine Pixelstelle definieren, die durch einen Spalt zwischen dem jeweiligen Einen der Mehrzahl von Sende- oder Empfangselementen und einem einzelnen Element des zu dem jeweiligen Sende- oder Empfangselement entgegengesetzten Typs definiert ist, und eine Steuer- bzw. Regeleinrichtung umfassen können, die konfiguriert ist, ein Prüfsignal an eine Gruppe aus mindestens Zweien der Mehrzahl von Sende- oder Empfangselementen zur gleichen Zeit bereitzustellen oder von dieser zu empfangen, wodurch der effektive Bereich vergrößert wird, der das Senden oder das Empfangen des Prüfsignals für jede abgebildete Pixelstelle bereitstellt. Die Gruppe aus Sende- oder Empfangselementen kann ein symmetrisches Muster bilden, das an der Pixelstelle zentriert sein kann. Die Mehrzahl von Sende- oder Empfangselementen kann zumindest ein lineares Pixelarray mit dem jeweiligen einzelnen Sende- oder Empfangselement bilden.

Description

QUERVERWEIS
Diese Anmeldung beansprucht Priorität zu der US-Patentanmeldung Nr. 13/720,508, eingereicht am 19. Dezember 2012, mit dem Rechtsvorteil der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 61/579,994 mit dem Titel METHODS AND DEVICES FOR CAPACITIVE IMAGE SENSING, eingereicht am 23. Dezember 2011, die hierin unter Bezugnahme aufgenommen ist, einschließlich der gesamten Beschreibung, Zeichnungen und Ansprüche, für sämtliche Zwecke.
GEBIET
Der offenbarte Gegenstand betrifft Bildsensoren und Signalverarbeitung, z. B. einen kapazitiven Bildsensor, wie zum Erfassen biometrischer Merkmale, z. B. Fingerabdruckbildern, einschließlich durch eine Schicht aus dielektrischem Material, mit einem verbesserten Signalpegel, wie einem verbesserten Signal-zu-Rausch-Pegel, wodurch z. B. die Fähigkeit zum Erfassen des biometrischen Bilds durch das Dielektrikum verbessert wird.
HINTERGRUND
Der offenbarte Gegenstand bezieht sich auf lineare kapazitive Bildsensoren und die Verfahren, durch die sie betrieben werden. Beispiele solcher Sensoren sind beispielsweise in dem US-Patent Nr. 7,099,496 B2 für Swiped Aperture Capacitive Fingerprint Sensing Systems and Methods, erteilt am 29. August 2006, und verwandte Nachfolger und spätere Patente, wie dem US-Patent Nr. 7,460,697 B2 für Electronic Fingerprint Sensor with Differential Noise Cancellation, erteilt am 2. Dezember 2008, beschrieben. In dem US-Patent Nr. 7,099,496 wird ein Fingerabdrucksensor beschrieben, der einen Bildsensor, einen Raten- bzw. Drehratensensor und eine Erfassungsschaltung enthält. Der beschriebene Bildsensor in dem US-Patent Nr. 7,099,496 ist ein Beispiel eines Linear-Array-Kapazitätssensors, der von der Art ist, auf die in dieser Offenbarung Bezug genommen wird. In dem US-Patent Nr. 7,460,697 ist solch ein Sensor mit zwei Aufnahmeplatten und einem Differenzverstärker zum Reduzieren von Rauscheffekten offenbart. Die US-Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2009/0252386 A1 für Apparatus and Method for Reducing Parasitic Capacitive Coupling and Noise in Fingerprint Sensing Circuits, ausgegeben am 8. Oktober 2009, offenbart solch ein System, wo eine erregte Treiber bzw. Antriebs- bzw. Ansteuerungsplatte und angrenzende bzw. benachbarte nicht erregte Treiber bzw. Antriebs- bzw. Ansteuerungsplatten selektiv mit derselben relativ rauschbehafteten Masse geerdet werden, während alle anderen nicht erregten Antriebsplatten mit einer separaten ruhigen Masse geerdet werden. Aspekte von Ausführungsformen des offenbarten Gegenstands in der vorliegenden Anmeldung verbessern die Rauschminderung und Signalgewinnungsmerkmale solcher Vorrichtungen. Zusätzlich können Aspekte des offenbarten Gegenstands in einem 2D-Array aus kapazitiven Sensoren implementiert sein.
Zusätzlich werden auf dem Gebiet des offenbarten Gegenstands gemäß Aspekten von Ausführungsformen des offenbarten Gegenstands Verbesserungen für die erforderliche Fähigkeit bereitgestellt, biometrische Bilder, wie Fingerabdruckbilder, effektiv durch dielektrische Schichten zu erfassen, wie Schichten aus biegsamen Material, Schutzbeschichtungen und Schichten aus Glas, wie in Displays etc., wobei das/die Material(ien) eine zunehmende Gesamtdicke zwischen tatsächlichen Sensorelementen und den erfassten biometrischen Merkmalen, wie einem Fingerabdruck eines menschlichen Fingers, aufweist bzw. aufweisen. Das Problem besteht teilweise darin, den Signalpegel und insbesondere das Signal-zu-Rauschen-Verhältnis zu verbessern. Aspekte dieses offenbarten Gegenstands widmen sich dieser Sache.
ZUSAMMENFASSUNG
Offenbart sind eine Erfassungsschaltung und ein Verfahren, die eine Mehrzahl von Sende- bzw. Übertragungs- oder Empfangselementen, die jeweils eine Pixelstelle definieren, die durch einen Spalt zwischen dem jeweiligen Einen der Mehrzahl von Sende- oder Empfangselementen und einem einzelnen bzw. einzigen Element des zu dem jeweiligen Sende- oder Empfangselement entgegengesetzten Typs definiert ist, und eine Steuer- bzw. Regeleinrichtung bzw. Controller umfassen können, die bzw. der konfiguriert ist, ein Prüfsignal an eine Gruppe aus mindestens Zweien der Mehrzahl von Sende- bzw. Übertragungs- oder Empfangselementen zur gleichen Zeit bereitzustellen oder von dieser zu empfangen, wodurch der effektive Bereich vergrößert wird, der das Senden bzw. Übertragen oder das Empfangen des Prüfsignals für jede abgebildete Pixelstelle bereitstellt. Die Gruppe aus Sende- oder Empfangselementen kann ein symmetrisches Muster bilden, das an der Pixelstelle zentriert sein kann. Die Mehrzahl von Sende- oder Empfangselementen kann zumindest ein lineares Pixelarray mit dem jeweiligen einzelnen Sende- oder Empfangselement bilden. Das zumindest eine lineare Pixelarray kann ein erstes lineares Pixelarray und ein zweites lineares Pixelarray umfassen; und die Schaltung kann einen Ausgabe- bzw. Ausgangssignalgenerator aufweisen, der die Ausgabe bzw. den Ausgang der Pixelstellen in dem ersten linearen Pixelarray und in dem zweiten linearen Pixelarray kombiniert. Die Steuer- bzw. Regeleinrichtung kann konfiguriert sein, das Prüfsignal für jeweilige Pixelstellen zu senden bzw. zu übertragen oder zu empfangen, die per Zufall abgebildet werden, und zwar entlang des jeweiligen linearen Pixelarrays.
Offenbart sind eine biometrische Abbildungsvorrichtung und ein Verfahren, die eine Treiber- bzw. Antriebs- bzw. Ansteuerungssignalplatte, die ein Treiber- bzw. Antriebs- bzw. Ansteuerungssignal trägt; eine Mehrzahl von Empfängersignalplatten, die eine Mehrzahl von Pixelstellen mit der Treibersignalplatte definieren; einen elektrischen Pfad bzw. Weg von der Treibersignalplatte zu einer aktiven Empfängersignalplatte, die eine aktive Pixelstelle mit der Treibersignalplatte bildet, wobei der elektrische Pfad eine elektromagnetische Eigenschaft aufweist, die ansprechend auf ein Merkmal einer Biometrik, die in der Nähe der Pixelstelle platziert wird, und elektromagnetischem Rauschen geändert wird, das durch die Biometrik an der aktiven Pixelstelle eingebracht wird, wodurch ein Antwortsignal moduliert wird, das auf der aktiven Empfängerplatte an der aktiven Pixelstelle empfangen wird, und zwar ansprechend auf das Treibersignal auf der Treibersignalplatte; und eine Rauschminderungsschaltung umfassen können, die als eine erste Eingabe bzw. Eingang das Antwortsignal von der aktiven Pixelstelle und als eine zweite Eingabe bzw. Eingang ein Signal, das zumindest teilweise eine Rauschminderungskomponente enthält, aufweist, das von zumindest einem Abschnitt der Mehrzahl von Empfängerplatten empfangen wird, die andere sind als die aktive Empfängerplatte. Die Treibersignalplatte kann mit der Mehrzahl von Empfängersignalplatten ein lineares eindimensionales biometrisches Sensorarray von Pixelstellen bilden oder kann eine einer Mehrzahl von Treibersignalplatten umfassen, wobei sie mit der Mehrzahl von Empfängersignalplatten ein zweidimensionales (2D) Array von Pixelstellen bildet. Die elektromagnetische Eigenschaft kann eine Impedanz umfassen, die zumindest teilweise Kapazität umfasst, die ein lineares eindimensionales (1D) kapazitives Spaltsensorarray oder ein zweidimensionales kapazitives Sensorarray bildet. Die Rauschminderungsschaltung kann einen Differenzverstärker umfassen; und das erste Eingangssignal angelegt an einen Eingabe- bzw. Eingangsanschluss des Differenzverstärkers und das zweite Eingangssignal angelegt an den entgegengesetzten Eingabe- bzw. Eingangsanschluss des Differenzverstärkers.
Der zumindest eine Abschnitt der Mehrzahl von Empfängerplatten, die andere als die aktive Empfängerplatte sind, kann eine Gruppierung der Mehrzahl von Empfängerplatten umfassen, die andere sind als die aktive Empfängerplatte. Die aktive Empfängerplatte kann zentral innerhalb der Gruppierung der Mehrzahl von Empfängerplatten angeordnet sein, die andere sind als die aktive Empfängerplatte. Die Gruppierung der Mehrzahl von Empfängerplatten, die andere sind als die aktive Empfängerplatte, kann alle Empfängerplatten umfassen, die andere als die aktive Empfängerplatte sind. Der Abschnitt der Mehrzahl von Empfängerplatten, die andere sind als die aktive Empfängerplatte, kann so gewählt sein bzw. werden, dass er eine Rauschminderungskomponente bereitstellt, die ein Gleichgewicht in einem Betrag Kopplung gegenüber Belastung bzw. Aufladung des ersten Eingangs bzw. der ersten Eingabe und des zweiten Eingangs bzw. der zweiten Eingabe enthält.
Ein biometrisches Abbildungsverfahren kann umfassen: Zuführen eines Treiber- bzw. Antriebs- bzw. Ansteuerungssignals zu einer Treiber- bzw. Antriebs- bzw. Ansteuerungssignalplatte; Bereitstellen einer Mehrzahl von Empfängersignalplatten, die eine Mehrzahl von Pixelstellen mit der Treibersignalplatte definieren; Ausbilden eines elektrischen Pfads bzw. Wegs von der Treibersignalplatte zu einer aktiven Empfängersignalplatte, die eine aktive Pixelstelle mit der Treibersignalplatte bildet, wobei der elektrische Pfad eine elektromagnetische Eigenschaft aufweist, die ansprechend auf ein Merkmal einer Biometrik, die in der Nähe der Pixelstelle platziert wird, und elektromagnetischem Rauschen geändert wird, das durch die Biometrik an der aktiven Pixelstelle eingebracht wird, wodurch ein Antwortsignal moduliert wird, das auf der aktiven Empfängerplatte an der aktiven Pixelstelle empfangen wird, und zwar ansprechend auf das Treibersignal auf der Treibersignalplatte; und Verwenden einer Rauschminderungsschaltung, die als eine erste Eingabe bzw. Eingang das Antwortsignal von der aktiven Pixelstelle und als eine zweite Eingabe bzw. Eingang ein Signal, das zumindest teilweise eine Rauschminderungskomponente enthält, aufweist, das von zumindest einem Abschnitt der Mehrzahl von Empfängerplatten empfangen wird.
AUFNAHME DURCH BEZUGNAHME
Alle Veröffentlichungen, Patente und Patentanmeldungen, die in dieser Beschreibung erwähnt werden, werden hiermit unter Bezugnahme in dem gleichen Maße aufgenommen, als wenn jede(s) einzelne Veröffentlichung, Patent oder Patentanmeldung genau und einzeln als durch Bezug aufgenommen angegeben wäre. Zu den Verweisstellen gehören beispielsweise US-Patent 7,099,496 B2 von Benkley, erteilt am 29. August 2006 für Swiped Aperture Capacitive Fingerprint Sensing Systems and Methods; 7,463,756 B2 von Benkley, erteilt am 9. Dezember 2009 für Finger Position Sensing Methods and Apparatus; 8,165,355 B2 von Benkley, erteilt am 24. April 2012 für Method and Apparatus for Fingerprint Motion tracking Using an In-Line Array for Use in Navigation Applications; 7,751,601 B2 von Benkley, erteilt am 6. Juli 2010 für Finger Sensing Assemblies and Methods of Making; 8,229,184 B2 von Benkley, erteilt am 24. Juli 2012 für Method and Algorithm for Accurate Finger Motion Tracking; 7,643,950 B1 von Getzin, erteilt am 5. Januar 2010 für System and Method for Minimizing Power Consumption for an Object Sensor.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die neuartigen Merkmale der Erfindung werden ausführlich in den beiliegenden Ansprüchen dargelegt. Ein besseres Verständnis der Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung wird durch Bezug auf die folgende detaillierte Beschreibung erhalten, die erläuternde Ausführungsformen darlegt, in denen die Prinzipien der Erfindung angewandt werden, und wobei die beiliegenden Zeichnungen zeigen:
1 zeigt eine schematische Ansicht von Abschnitten eines bestehenden Linear-Array-Kapazitätssensors, wobei eine Modifikation davon gemäß Aspekten des offenbarten Gegenstands verwendet werden kann;
2A zeigt eine Querschnittansicht, ähnlich der in dem US-Patent Nr. 7,099,496 gezeigten, eines Abschnitts eines Sensors des in 1 dargestellten Typs, im Allgemeinen ausgerichtet zu der Bewegungsrichtung des Fingers über den Erfassungsspalt zwischen Treiberplatten und einer Aufnahmeplatte, und unter der Annahme, dass der Abschnitt des dargestellten Fingers Leisten und Furchen aufweist, die im Allgemeinen senkrecht zu der Bewegungsrichtung des Fingers über den Sensor verlaufen;
2B zeigt eine ähnliche Ansicht wie 2A, ebenfalls ähnlich der in dem US-Patent Nr. 7,099,496 gezeigten, wobei der Finger bewegt wurde, um dem Erfassungsspalt eine Furche anstatt einer Leiste zu präsentieren;
3 zeigt eine schematische und teilweise Blockdiagrammansicht einer bestehenden Schaltung zum An- bzw. Verwenden der Sensoren aus 1, 2A und 2B, entnommen aus dem US-Patent Nr. 7,099,496 ;
4 zeigt schematisch und teilweise in Blockdiagrammform eine Gruppe von Treiberplatten, die gleichzeitig mit dem Prüfsignal erregt werden, gemäß Aspekten von Ausführungsformen des offenbarten Gegenstands;
5 zeigt schematisch und teilweise in Blockdiagrammform eine Gruppe von Treiberplatten, die gleichzeitig mit dem Prüfsignal erregt werden, gemäß Aspekten von Ausführungsformen des offenbarten Gegenstands;
6 zeigt schematisch und teilweise in Blockdiagrammform eine Gruppe von Treiberplatten, die gleichzeitig mit dem Prüfsignal erregt werden, gemäß Aspekten von Ausführungsformen des offenbarten Gegenstands;
7 zeigt schematisch und teilweise in Blockdiagrammform eine Gruppe von Treiberplatten, die gleichzeitig mit dem Prüfsignal erregt werden, gemäß Aspekten von Ausführungsformen des offenbarten Gegenstands;
8 zeigt einen Prozessfluss zum Erregen einer Gruppe von Treiberplatten mit dem Prüfsignal gemäß Aspekten von Ausführungsformen des offenbarten Gegenstands;
9 zeigt einen Prozessfluss zum Erregen einer Gruppe von Treiberplatten mit dem Prüfsignal gemäß Aspekten von Ausführungsformen des offenbarten Gegenstands;
10 zeigt eine Darstellung, in schematischer Form, eines Sensorarrays gemäß Aspekten von Ausführungsformen des offenbarten Gegenstands;
11 zeigt eine Darstellung, in schematischer Form, einer Sensorausgangs- bzw. -ausgabeschaltung gemäß Aspekten von Ausführungsformen des offenbarten Gegenstands;
12 zeigt eine Darstellung der Wellenformen, die in bzw. bei den Sensorschaltungen involviert sind, und zwar ohne Rauschminderung, gemäß Aspekten von Ausführungsformen des offenbarten Gegenstands;
13 zeigt eine Darstellung der Wellenformen, die in bzw. bei den Sensorschaltungen involviert sind, und zwar mit Rauschminderung, gemäß Aspekten von Ausführungsformen des offenbarten Gegenstands;
14 zeigt eine Darstellung, in schematischer Form, einer alternativen Ausführungsform eines Sensorarrays gemäß Aspekten von Ausführungsformen des offenbarten Gegenstands;
15 zeigt detaillierter eine Darstellung, in schematischer Form, einer Implementierung der Ausführungsform von 5 gemäß Aspekten von Ausführungsformen des offenbarten Gegenstands; und
16 zeigt ein Beispiel in Cartoon-Form eines elektromagnetischen Felds über einem kapazitiven Spalt, der bzw. das durch eine Biometrik beeinflusst ist, die ein bestimmtes Merkmal in der Nähe des Spalt aufweist, und zwar gemäß Aspekten von Ausführungsformen des offenbarten Gegenstands.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Gemäß Aspekten von Ausführungsformen des offenbarten Gegenstands werden Verfahren und Vorrichtungen zum Verbessern von kapazitiven Bild- oder Positions- bzw. Ortungssensoren, genauer gesagt linearen kapazitiven Bildsensoren, die bei Fingerabdrucksensoren verwendet werden, vorgeschlagen. Wie oben erwähnt sind 1–3 ähnlich denen des US-Patents Nr. 7,099,496 oder daraus entnommen und zeigen das Layout und den Betrieb eines linearen kapazitiven Bildsensors 10. Solch ein linearer kapazitiver Bildsensor 10 arbeitet durch individuelles Aktivieren einer Linie bzw. Reihe leitender bzw. leitfähiger Treiber- bzw. Antriebs- bzw. Ansteuerungsplatten 12 mit einem Prüfsignal und Lesen der resultierenden empfangenen Version der Prüfsignalausgänge bzw. -ausgaben auf eine bzw. einer gemeinsame Aufnahmeplatte 14, wie es in 1 ersichtlich ist. Das elektrische Feld, das über einen Spalt zwischen einer aktiven Treiberplatte 12 zu der Aufnahmeplatte 14 gekoppelt ist, definiert eine individuelle Pixelstelle. Die Eigenschaften des resultierenden Aufnahmesignals 20 hängen primär von der Impedanz zwischen den Antriebsplatten 12 und der/den Aufnahmeplatte(n) 14 über dem Pixelstellenspalt ab. Die Impedanzdifferenz bzw. -unterschied, die bzw. der dadurch verursacht wird, ob sich eine Fingerabdrucksleiste oder -furche innerhalb des Pixelspalts befindet, kann durch Differenzen bzw. Unterschiede bei dem Aufnahmesignal 20 detektiert werden und in ein Bild der Leiste oder Furche an der Pixelstelle für eine vorgegebene Linearabtastung bzw. linearen Scan übersetzt werden, wobei eine Mehrzahl davon das Bild eines Fingerabdrucks oder zumindest einen Abschnitt eines solchen Bildes ausmacht bzw. bildet.
Bestehende lineare kapazitive Sensoren 10 arbeiten durch individuelles Aktivieren einer Linie bzw. Reihe leitender bzw. leitfähiger Treiber- bzw. Antriebs- bzw. Ansteuerungsplatten 12 in Folge und Lesen der resultierenden Aufnahmesignale 20, die auf einer gemeinsamen Aufnahmeplatte 14 empfangen werden. Die Eigenschaften der resultierenden Aufnahmeplattenausgangssignale 20 können von der Impedanz (primär der kapazitiven Impedanz) zwischen der Antriebsplatte 12 und der/den Aufnahmeplatten(n) 14 an jedem Spalt zwischen ihnen abhängen, die jeweils eine Pixelstelle bilden. Ein Objekt, das nahe genug ist, um diese Impedanz zu ändern, beeinträchtigt das empfangene Signal auf der Aufnahmeplatte 14. Bei einer Ausführungsform wie sie beispielsweise hier erörtert wird, z. B. einem linearen 1×n-Pixelarray-Bildsensor, der zur Verwendung bei der Fingerabdruckabbildung bestimmt ist, kann die Geometrie so angeordnet sein, dass eine Fingerfläche bzw. -oberfläche, die sich nahe an dem Spalt zwischen der jeweiligen Antriebsplatte 12 und der/den Aufnahmeplatte(n) 14 befindet, eine Impedanzdifferenz bzw. -unterschied abhängig davon bewirkt, ob sich eine Fingerspitzenleiste oder -furche innerhalb der Region des Spalts befindet, der eine Pixelstelle definiert.
Daher resultiert bekanntermaßen die Differenz bzw. der Unterschied einer Fingerleiste oder -furche, die über dem die Pixelstelle bildenden Spalt präsent ist, in detektierbaren Differenzen bzw. Unterschieden bei dem Aufnahmeplattenausgangssignal 20. Diese können wiederum zum Aufbauen eines Bilds des Abschnitts des Fingers nahe an dem Sensorarray verwendet werden, d. h. einem linearen 1×n-Pixelarraybild, das Teil des Bilds eines Fingerabdrucks bei einem Beispiel bildet. Eine Zeilenabstastung kann durch sequentielles Antreiben bzw. Ansteuern der Antriebsplatten 12, eine nach der anderen, erzielt werden und eine lineares Bild der Fingeroberfläche kann dadurch erzeugt werden. Wenn ein Finger in einer Richtung im Allgemeinen orthogonal zu der Linie bzw. Reihe von Pixelstellenspalten gezogen wird, können mehrere Scans gemacht und angeordnet bzw. vorgesehen werden, um ein vollständiges Fingerabdruckbild oder zumindest einen Abschnitt des Bilds zu erzeugen.
Eine Aktivierungssequenz beinhaltet beispielsweise, dass aufeinanderfolgende Gruppen von Antriebsplatten aktiviert werden, alle mit derselben Anzahl an Platten in demselben Muster. Es ist zu beachten, dass unterschiedliche Gruppen überlappen können und einige der gleichen bzw. selben Antriebsplatten enthalten können. Wie bei dem oben beschriebenen ursprünglichen Sensor erfordert die Sequenz nicht zwangsläufig, dass angrenzende bzw. benachbarte Gruppen einander folgen bzw. aufeinander folgen: Die Sequenz kann jegliche Aktivierungsreihenfolge beinhalten, sofern die resultierenden Daten so organisiert sind bzw. werden, wie es zur Analyse erforderlich ist. Wenn die Daten organisiert sind, werden die Signalpegel von angrenzenden bzw. benachbarten Gruppen verglichen. Es ist zu beachten, dass angrenzende Gruppe immer noch nur um einen Abstand P voneinander entfernt sind, wie bei dem oben beschriebenen ursprünglichen Bildsensor. Obwohl die Größe einer Gruppe größer als W ist, ist die Teilung bzw. Entfernung zwischen ihnen immer noch P. Somit kann das Signal durch geeignete Gruppierung der Antriebsplatten verstärkt bzw. erhöht werden, während die Teilung nicht unbedingt vergrößert wird.
Da der Signalpegel und die Vorrichtungsauflösung nicht mehr direkt gekoppelt sind, ist es möglich, die Signalgröße bei einer vorgegebenen Auflösung verglichen mit dem Verfahren zum sequentiellen Aktivieren der Antriebsplatten zu verbessern.
Als eine Verallgemeinerung kann die Auflösung eines solchen linearen Sensorarrays 10 durch die Teilung P bestimmt werden (Abstand von einem Punkt auf einer Sensorantriebsplatte 12 zu dem gleichen Punkt auf einer anderen angrenzenden bzw. benachbarten Sensorantriebsplatte 12 entlang der Länge der Reihe von Antriebsplatten 12, wie es in 1 gezeigt ist. Die Auflösung kann durch die Anzahl an Pixeln pro vorgegebener Länge L definiert sein (oder Auflösung = P/L). Der Finger muss die Antriebsplatten nicht direkt kontaktieren, sondern kann um einen Abstand d von diesen beabstandet sein, wie es aus 2A und 2B ersichtlich ist. Dieser Abstand d kann beispielsweise die Dicke einer Schutzbeschichtung 32 sein. Die Stärke von Signalen und ihre Änderung auf Grund von Änderungen der Fingeroberfläche an den individuellen Pixelstellen hängt entscheidend von der Gesamtkapzität ab, die durch die lokale Geometrie der Fingeroberfläche 30, die Antriebsplatten 12 und die Aufnahmeplatte(n) 14 bestimmt wird. Wenn d erhöht wird, nimmt erwartungsgemäß diese Kapazitätskopplung mit der Fingeroberfläche ab, was in einer Verringerung des Ausgangssignals insgesamt resultiert.
In 2A befindet sich ein Finger so, dass sich die Leiste des Fingerabdrucks über einem aktiven Sensorpixel befindet, d. h. an der Kulmination der jeweiligen aktivierten Antriebsplatte 12. Die Impedanz zwischen der Antriebsplatte 12 und der Aufnahmeplatte 14 wird von der kapazitiven Kopplung durch diese Leise beeinträchtigt. Primär koppelt die Fingerabdrucksleiste die jeweilige Antriebsplatte 12 und Aufnahmeplatte(n) 14 kapazitiv. In 2B hat sich die Stelle bzw. Position des Fingers bewegt bzw. verschoben und nun befindet sich eine Furche über dem aktiven Pixel des Sensors 10. Solch eine Furche, d. h. größtenteils Luft in der Nähe des Pixelstellenspalts zwischen der Antriebsplatte 12 und der Aufnahmeplatte 14, weist eine relativ höhere Kapazitätsimpedanz zu der Fingeroberfläche auf.
Eine Ausführungsform eines Abbildungssystems 300, z. B. zum Abbilden eines Objekts, wie einem Finger, um ein Fingerabdruckbild zu erhalten, ist schematisch und in Blockdiagrammform in 3 gezeigt, die der 3 in dem US-Patent Nr. 7,099,496 entnommen ist. Das Abbildungssystem 300 kann eine Bilderfassungsschaltung 310 wie diese enthalten, von der ein Abschnitt in 1 dargestellt ist. Das System 300 kann auch einen Mikroprozessor und Speicher 330 enthalten. Ein Haupttaktgeber 302 kann einer Scan- bzw. Abtastlogik, wie einer gemultiplexten („mux”) Scan- bzw. Abtastlogik 304, und einem Mischer 306 ein Taktsignal bereitstellen. Der Haupttaktgeber 302 kann in einem Frequenzbereich von beispielsweise 20 MHz bis 80 MHz arbeiten, ist aber nicht auf diesen Bereich beschränkt. Der Haupttaktgeber kann zur Zeiteinstellung bzw. -steuerung bzw. Timing von dem Erfassungssystem 300 verwendet werden. Der Mikroprozessor und Speicher 300 kann zum Generieren von Zeiteinstellungssteuersignalen bzw. Timing-Steuersignalen für die mux Scanlogik 304 verwendet werden, wobei die Ausgaben bzw. Ausgänge der mux Scanlogik 304 als Aktivierungssteuereingaben bzw. -eingänge zu den Schaltern 312 dienen können. Gleichzeitig können die Hochfrequenzausgabe- bzw. -ausgangspulse des Haupttaktgebers 302 das Prüfsignal bilden, z. B. in der Form von Bursts 322 der Taktpulse, die für eine endliche Burst-Zeit andauern. Diese Form des Prüfsignals kann dann an die jeweilige Antriebsplatte 12 in der Sensorschaltung 310 übertragen werden, wenn der jeweilige Schalter 312 geschlossen ist bzw. wird, und zwar unter der Steuerung des Mikroprozessors/Controllers 330, der die mux 304 steuert bzw. regelt, um die jeweiligen Schalter 312 in einer Reihenfolge zu schließen, die von dem Mikroprozessor/Controller 330 gesteuert bzw. geregelt wird.
Ein Niederimpedanzpuffer 314 kann zum Aktivieren jeder Antriebsplatte 12 mit dem Signal-Burst 322 verwendet werden. Die Signal-Bursts 322 können von Standardschaltungselementen (nicht gezeigt) generiert werden, die einem Fachmann bekannt sind, z. B. abgeleitet von einer gemeinsamen bzw. gängigen Frequenzreferenz des Signals des Haupttaktgebers 302, oder die Ausgabe des Haupttaktgebers 302 für eine ausgewählte Zeitdauer umfassen, welche die zeitliche Länge des jeweiligen Bursts 322 definiert. Bei einer Ausführungsform kann beispielsweise der Haupttaktgeber 302 mit 40 MHz arbeiten und jeder Schalter 312 kann für ca. 2–5 Mikrosekunden an bzw. aus bleiben. Die an die Antriebsplatten 12 angelegten Signal-Bursts 322 können eine Erregung der kapazitiven Kopplungsspalte zwischen der jeweiligen Antriebsplatte 12 und der Aufnahmeplatte 14 in dem Sensorelement 310 bereitstellen, d. h. zwischen dem Ende der jeweiligen Antriebsplatte 12 und der Aufnahmeplatte 14. Da die Scangeschwindigkeit verglichen mit einer Fingerdurchzugsgeschwindigkeit hoch ist, wird ein Zeilenscan bzw. eine Zeilenabtastung des Fingers erzeugt.
Einem Fachmann ist ersichtlich, dass die Antriebsplatten 12 nicht sequentiell angetrieben bzw. angesteuert werden müssen. Genau genommen können die Antriebsplatten 12 in beliebiger Reihenfolge angetrieben werden. Ferner müssen die Antriebsplatten 12 nicht mit Bursts von Pulsen angetrieben werden, wie Bursts von Pulsen aus dem Signal des Haupttaktgebers 302. Die Antriebsplatten können an die empfangende Aufnahmeplatte eine Vielzahl unterschiedlicher Signale übertragen bzw. senden, aus denen der kapazitive Impedanzwert über dem jeweiligen Pixelspalt bestimmt werden kann, beispielsweise mit jedem periodischen Signal, wie einer Sinuswelle.
Wenn der jeweilige Steuereingang aktiviert wird, liefert jeder Schalter 312 ein Prüfsignal z. B. von dem Haupttaktgeber 302 an den jeweiligen Niederimpedanzpuffer 314. Die von dem Niederimpedanzpuffer 314 ausgegebenen Signal-Bursts 322 werden kann kapazitiv mit der Aufnahmeplatte 14 an der jeweiligen Pixelstelle in dem linearen 1×n-Array gekoppelt, das durch die Antriebsplatten 12 und die Aufnahmeplatte 14 gebildet ist. Wie oben erörtert ist die kapazitive Kopplung eine Funktion davon, dass die Fingerabdruckmerkmale über den Sensorspalt in bzw. an der jeweiligen Pixelstelle verlaufen. Wenn der Eingang bzw. die Eingabe zu dem Schalter 312 nicht aktiviert wird, kann der Niederimpedanzpuffer 314 konfiguriert sein, seine verbundene Antrebsplatte 12 auf Masse zu treiben bzw. zu führen.
Ein Verstärker mit einstellbarer Verstärkung 316 kann das vorhandene Signal empfangen, das auf der Aufnahmeplatte 14 empfangen wird bzw. wurde. Die Verstärkung eines Verstärkers mit einstellbarer Verstärkung 316 kann durch den Ausgang bzw. Ausgabe eines Digital/Analog-Wandlers 318 gesteuert bzw. geregelt werden, der mit Mikroprozessor und Speicher 330 verbunden ist. Die Verstärkung kann eingestellt werden, um einen gewünschten Ausgangspegel bereitzustellen, und zwar trotz variabler Erfassungsbedingungen. Die von dem Digital/Analog-Wandler 318 an den Verstärker mit einstellbarer Verstärkung 316 bereitgestellte Ausgabe kann in einer Verstärkungsanpassung resultieren, und zwar basierend auf der/den Impedanz(en) des bestimmten Fingers, der erfasst wird. Die Signalausgabe von dem Verstärker mit einstellbarer Verstärkung 316 kann einem Bandpassfilter 320 zugeführt werden. Der Bandpassfilter 320 kann beispielsweise mit bzw. bei der Frequenz des Haupttaktgebers 302 zentriert sein und ein Q von beispielsweise 10 aufweisen. Die Ausgabe des Bandpassfilters 320 kann dann in einem Mischer 326 multipliziert werden, auch gesteuert bzw. geregelt durch das Taktsignal von dem Haupttaktgeber 302. Der Mischer 326 führt eine synchrone Hüllkurvendetektion der Signal-Bursts 312 durch. Man kann sagen, dass die Ausgabe des Mischers 306 beispielsweise einen Basisbandpuls bildet, der eine Hüllkurve des kapazitiv gekoppelten Signal-Bursts des Prüfsignals 322 an jeder Antriebsplatte 1–n, und daher jeder Pixelstelle darstellt,. Bei einer alternativen Ausführungsform kann eine synchrone Gleichrichtung zur Hüllkurvenextraktion verwendet werden.
Man kann sagen, dass die Amplitude des Pulses, der von dem Mischer 326 ausgegeben wird, eine Funktion der vorhandenen kapazitiven Kopplungsimpedanz ist und daher auch des abgetasteten topographischen Merkmals des Fingers 30 an einer vorgegebenen Pixelstelle für Pixel 1–n ist. Das resultierende pulsamplitudenmodulierte Signal aus dem Mischer 326 kann dann einem Tiefpassfilter 332 zugeführt werden. Der Tiefpassfilter 332 kann unerwünschte Abschnitte des empfangenen Prüfsignals 322 entfernen, z. B. Hochfrequenzharmonische, die durch den Mischprozess entstehen. Der Tiefpassfilter 332 kann auch konfiguriert sein, Gruppenverzögerungseigenschaften aufzuweisen, die Phasenverzerrungen kompensieren, die in den vorherigen Signalverarbeitungsstufen anfallen. Der Tiefpassfilter 332 kann zum Verarbeiten der Informationen optimiert sein, die aus dem Mischer 326 kommen, und zwar mit der Rate, mit der die Antriebsplatten 12 erregt werden.
Ein Analog/Digital-Wandler 334 kann dann die Ausgabe des Tiefpassfilters 332 in einen digitalen Wert umwandeln. Der Analog/Digital-Wandler 334 kann beispielsweise eine Auflösung von 8 bis 12 Bits aufweisen und kann daher in der Lage sein, die Ausgabe des Tiefpassfilters 332 bei diesem Beispiel in digitale Pegeldarstellungen von 256 bis 4096 Bit aufzulösen. Der Analog/Digital-Wandler 334 kann mit ausreichender Geschwindigkeit arbeiten (z. B. 200 Kiloabtastungen bzw. -samples pro Sekunde), um die gescannte Erregung bzw. Scanerregung der Antriebsplatten 12 des Bildsensors 310 aufzunehmen. Der Mikroprozessor und Speicher 330 kann die Ausgabe des Analog/Digital-Wandlers 334 empfangen und sie beispielsweise in einem Speicher, z. B. einem Zeilenpuffer oder Umlauf- bzw. Ringpuffer, speichern. Jeder gespeicherte digitale Wert stellt die Modifikation des gesendeten bzw. übertragenen Prüfsignals 322 basierend auf der kapazitiven Impedanz zwischen einer jeweiligen Pixelstellenantriebsplatte 12 und der Aufnahmeplatte 14 zu der Zeit dar, als die Antriebsplatte 12 durch den jeweiligen Prüfsignal-Burst 322 erregt wurde. Die Kapazität wird wie erwähnt durch das Fingermerkmal modifiziert, das über den Sensorspalt an der jeweiligen Pixelstelle zu der Zeit verlaufen ist, wo die jeweilige Antriebsplatte 12 erregt wurde. Im Ergebnis stellt jeder gespeicherte Wert ein Fingerabdruckmerkmal dar, das an der bestimmen Pixelstelle (Spalt Antriebsplatte 12 zu Aufnahmeplatte 14) erfasst wird bzw. wurde, und zwar für einen bestimmten linearen Bildscan des Fingers durch die Sensorschaltung 310. Eine Mehrzahl solcher Scans macht die Daten aus, die von dem Fingerabdruckabbildungssystem der vorliegenden Anmeldung zum Rekonstruieren des endgültigen Bilds des Fingers verwendet werden, wobei sie das Fingerabdruckbild oder einen Abschnitt des endgültigen Bilds des Fingers bilden.
Wie erwähnt bilden die individuellen Antriebsplatten 12 und die einzige bzw. einzelne Aufnahmeplatte beispielsweise ein lineares kapazitives Array aus 1×n Pixelstellen, d. h. von N = 1 bis N = n. Es ist nun jedoch erforderlich, dass die Aktivierungssequenz daraus besteht, dass auf jede Aktivierung einer Antriebsplatte 12 die Aktivierung einer angrenzenden bzw. benachbarten Antriebsplatte folgt, z. B. N = i gefolgt von N = i – 1 mit einem Prüfsignal 22, 322 an bzw. auf der jeweiligen Antriebsplatte 12. Die Sequenz kann jegliche Aktivierungsreihenfolge beinhalten, sofern die resultierenden Daten für jedes Pixel von Pixel 1 bis Pixel n, d. h. für jeden Spalt zwischen einer Antriebsplatte von 1–n und der Einzelnen (oder eventuell zwei) Aufnahmeplatte(n) 14 so organisiert sind bzw. werden, wie es zur Analyse erforderlich ist. Die Daten können beispielsweise in einem Ringpuffer gemäß der passenden bzw. sachgemäßen Pixelstelle in physikalischer Reihenfolge gespeichert werden, wenn die Pixelstellen außerhalb der physikalischen Reihenfolge abgetastet werden, und dann aus dem Puffer in der Reihenfolge des Platzes in dem Puffer entsprechend der physikalischen Pixelreihenfolge gelesen werden.
Andere Anordnungen können das gleiche Ergebnis erzielen und wenn gewünscht eine Abtastung außerhalb der physikalischen Reihenfolge ermöglichen, aber schließlich die Daten zur Fingerabdruckbildrekonstruktion in der korrekten Reihenfolge anordnen, die mit der korrekten Stelle in jedem jeweiligen linearen 1×n Arrayscan assoziiert bzw. verknüpft ist, der abgebildet wird. Wie erwähnt kann bei einigen Versionen dieser Sensoren die Aufnahmeplatte 14 durch zwei Platten ersetzt werden, wie es in dem US-Patent Nr. 7,460,697 gezeigt ist, und das Prüfsignal, das von jeder Aufnahmeplatte empfangen wird, wird verglichen, um eine einzelne bzw. einzige Ausgabe zu bilden, die das empfangene Prüfsignal 22, 322 darstellt, z. B. durch Bereitstellen der beiden Signale an einen Differenzverstärker (nicht gezeigt), dessen Ausgabe ein rauschreduziertes empfangenes Prüfsignal darstellt. Bei noch anderen Versionen, wie es in der US-Patentanmeldung Nr. 2009/0252386 gezeigt ist, kann das Prüfsignal 22 an bzw. auf einer gemeinsamen bzw. gängigen Antriebsplatte platziert werden und individuelle Aufnahmeplatten können die Pixelstellenspalte bilden und für ein jeweiliges Pixelstellenausgangssignal erfasst werden. Die hierin beschriebenen Verfahrens- und Vorrichtungsverbesserungen sollen jedoch nicht auf irgendwelche dieser Typen von Sensorschaltungen 10, 310, z. B. den spezifischen linearen Arraysensor 10, 310, beschränkt sein, sondern können allgemein auf unterschiedliche Designs von z. B. sowohl linearen kapazitiven Bild- oder Positions- bzw. Ortungssensoren als auch kapazitiven Flächenbild- oder -positions- bzw. -ortungssensoren angewandt werden.
Wie erwähnt definiert jede Antriebsplatte 12 zu Aufnahmeplatte 14-Kopplung eine individuelle bzw. einzelne Pixelstelle. Die Eigenschaften des resultierenden Aufnahmesignals 20 hängen primär von der Kapazität zwischen den Antriebsplatten 12 und den Aufnahmeplatten 14, oder bei einer alternativen Ausführungsform (nicht gezeigt) einer einzelnen bzw. einzigen gemeinsamen Antriebsplatte 12 und individuellen bzw. einzelnen Aufnahmeplatten 14 ab. Wenn sie als ein Fingerabdrucksensor verwendet, bei der Ausführungsform größtenteils beispielhaft in der vorliegenden Anmeldung beschrieben, sind die Antriebsplatten 12 und die Aufnahmeplatte 14 koplanar und die Fingeroberfläche 20 (wie es schematisch in 2A und 2B gezeigt ist) befindet sich mit einem Abstand d von der Ebene dieser Platten 12, 14. Die Kapazitätsdifferenz bzw. -unterschied, die bzw. der dadurch verursacht wird, ob sich eine Fingerabdrucksleiste oder -furche innerhalb der Pixelstelle befindet, kann durch Differenzen bzw. Unterschiede bei dem Aufnahmesignal 20 detektiert werden.
Bei einigen Anwendungen ist es wünschenswert, den Abstand d zu erhöhen. Wenn d erhöht wird, nimmt jedoch die Wirkung des Fingeroberfläche 30 auf die Kapazität in dem jeweiligen Pixelstellenspalt, der das jeweilige Pixel bildet, und daher das Aufnahmesignal 20 für das jeweilige Pixel ab. Um das Aufnahmesignal 20 zu erhöhen bzw. zu verbessern, kann die allgemeine Fläche einer der Platten 12, 14 vergrößert werden. Für die Antriebsplatten 12, die auf lineare Weise angeordnet sind, ist das Vergrößern der Fläche größtenteils erreichbar durch Vergrößern der Breite. W entlang zumindest einer gewissen Länge der Sensorantriebsplatte 12 nahe dem Pixelstellenspalt mit der Aufnahmeplatte 14, wie es schematisch in 1 dargestellt ist. Das Vergrößern von W kann jedoch die minimale Vorrichtungsteilung P beschränken und daher die maximale Vorrichtungsauflösung (Pixel pro Abstand oder L/P) verringern. Mit diesem Ansatz des Erhöhens des Signals durch Vergrößern von W gibt es einen Kompromiss zwischen Vorrichtungsauflösung und empfangenen Prüfsignalpegel. Das heißt ein Erhöhen des empfangenen Prüfsignal 20-Ausgangspegels zu der Abbildungsschaltung kann eine Verringerung der Auflösung erfordern. Dies stellt ein erhebliches Problem dar, das die Fähigkeit bzw. Möglichkeit zum Erhöhen von d, wie es beispielsweise gewünscht sein kann, um z. B. die Höhe einer Schutzschicht 32 über den Platten 12, 14 zu erhöhen, einschränken könnte. Anders ausgedrückt verbindet dies den Signalpegel des ausgegebenen empfangenen Prüfsignals 20 von der Aufnahmeplatte 14 direkt mit der Auflösung der Vorrichtung 10.
Gemäß Aspekten von Ausführungsformen des offenbarten Gegenstands der vorliegenden Anmeldung werden Verfahren und damit verbundene Vorrichtungen vorgeschlagen, um diesen Kompromiss zwischen Auflösung und dem verfügbaren Pegel des Ausgangssignals 20 von der/den Aufnahmeplatte(n) zu verringern oder zu eliminieren. Die Anmeldering schlägt daher vor, beispielsweise mehrere Antriebsplatten 12 gleichzeitig zu aktivieren, um ein einzelnes bzw. einziges Aufnahmeplattenausgangssignal 20 zu generieren, d. h. für eine einzelne bzw. einzige Pixelstelle entlang der Aufnahmeplatte 14. Wenn mehrere Antriebsplatten (im Folgenden als Antriebsplattegruppe 12' bezeichnet) zusammen betätigt werden, können ihre kombinierten Flächen verwendet werden und die kapazitive Kopplung zu der Fingeroberfläche 30 und ihre Wirkung verstärkt bzw. verbessert werden. Dies kann resultieren in einer Verstärkung bzw. Verbesserung: (1) der Wirkung, welche die Fingeroberfläche 30 auf die Impedanz zwischen dieser Gruppe von Antriebsplatten 12' und der Aufnahmeplatte 14 aufweist, und (2) den Änderungen des empfangenen Prüfsignals, das durch das Aufnahmeplattenausgangssignal 20 dargestellt wird, wenn sich die Fingeroberfläche 30 ändert. Einem Fachmann ist ersichtlich, dass die gleiche Technik bei der möglichen alternativen Ausführungsform angewandt werden kann, wo es eine einzige gemeinsame Antriebsplatte und mehrere Pixelstellenbestimmungsaufnahmeplatten gibt, individuell abgetastet nach den jeweiligen Aufnahmeplattenausgangssignalen 20, die mit den jeweiligen individuellen Pixelstellen verknüpft sind.
Unterschiedliche Muster von Antriebsplatten 12 können aktiviert werden, um die Gruppe 12' zu bilden, und zwar entweder als durchgängige Gruppe 12' aus z. B. j Platten, d. h. Antriebsplatten 12, n = i bis n = i + j, die aktiviert sind, oder mit einigem Abstand zwischen Platten innerhalb der Gruppe, d. h. Antriebsplatten 12, n = 1 bis n = i + 2j, wobei z. B. jede andere Antriebsplatte 12 nicht mit einem Prüfsignal 22, 322 aktiviert ist. Das Muster für eine verwendete Gruppe 12' von Antriebsplatten 12 kann angeordnet bzw. vorgesehen werden, um die Fläche und die Stelle des Koppelns der Fingeroberfläche 30 mit den jeweiligen Pixelstellenspalten zwischen den jeweiligen Sensorantriebsplatten 12 innerhalb der Gruppe 12' und der/den jeweiligen Aufnahmeplatte(n) zu optimieren, um den gewünschten Signalpegel 20 an der/den Aufnahmeplatte(n) 14 für einen ausgewählten jeweiligen Pixelstellenspalt zu erzielen.
Die Aktivierungssequenz kann beinhalten, dass aufeinanderfolgende Gruppen von Antriebsplatten 12 in aufeinanderfolgenden Gruppe 12' aktiviert werden, alle mit derselben Anzahl an Antriebsplatten 12 in dem gleichen Gruppen12'-Muster, und der jeweilige Pixelstellenspalt jede separate Aktivierung um 1 inkrementiert. Es ist zu beachten, dass unterschiedliche Gruppen 12' nahezu immer einander für jeweilige angrenzende bzw. benachbarte Pixelspaltstellen überlappen und zumindest einige derselben Antriebsplatten 12 enthalten. Wie bei dem oben beschriebenen ursprünglichen Sensor 10 jedoch erfordert die Sequenz nicht zwangsläufig, dass angrenzende Gruppen einander beim Aktiveren folgen. Die Sequenz kann jegliche Aktivierungsfolge beinhalten, wie eine zufällige Aktivierungsreihenfolge, sofern die resultierenden Pixelstellendaten so organisiert sind bzw. werden, wie es zur Analyse wie oben beschrieben für die jeweiligen Pixelstellen erforderlich ist.
Wenn die Daten so organisiert werden bzw. sind, können die Aufnahmesignalpegel 20 von angrenzenden bzw. benachbarten Gruppen 12', die angrenzenden bzw. benachbarten Pixelstellen entsprechen, verglichen werden. Die jeweiligen Pixelstellen für die Pixel, jeweils dargestellt durch eine bestimmte Gruppe 12' von Antriebsplatten 12, für angrenzende Gruppen 12' von Antriebsplatten sind immer noch nur um einen Abstand W entfernt, wie bei dem oben beschriebenen ursprünglichen Bildsensor. Obwohl die Größe einer Gruppe 12' von Antriebsplatten größer ist als W, ändert sich die Teilung bzw. Entfernung zwischen den dargestellten Pixelstellen nicht und ist immer noch W. Das empfangene Prüfsignal 20, das von der/den Aufnahmeplatte(n) 14 empfangen wird, kann somit durch geeignete Gruppierung der Antriebsplatten 12 in den jeweiligen Gruppen 12' verstärkt bzw. erhöht werden, ohne die Entfernung zwischen den Sensorpixeln zu erhöhen Da der Pegel des Aufnahmesignals 20 und die Auflösung der Vorrichtung 10 nicht mehr direkt gekoppelt sind, ist es möglich, die Größe des Aufnahmesignals 20 bei einer gegebenen Auflösung zu verbessern.
Man muss die Tatsache beachten, dass durch Erhöhen der Größe des aktivierten Bereichs der Bereich der Fingeroberfläche vergrößert werden kann, der zu den Daten beiträgt, die für eine gegebene Pixelstelle gesammelt werden. Dies kann auch eine Bildauflösung effektiv verringern, da dieser Fingerbereich mit dem des/der angrenzenden Pixels/Pixel überlappen kann. Das Muster von Antriebsplatten in einer Gruppe 12' kann so gewählt werden, dass der Kompromiss bzw. das Abwägen zwischen dieser verlorenen Auflösung und dem gewünschten Pegel des Aufnahmesignals 20 optimiert wird. Das verwendet Muster kann so angeordnet werden, dass der Bereich und die Stelle des Koppeln der Fingeroberfläche zu den Sensorplatten optimiert wird, um die gewünschte Pixeldefinition zu erzielen. Die Aktivierungssequenz der unterschiedlichen Gruppen 12' kann ebenfalls so gewählt werden, dass dieser Kompromiss beeinflusst wird. Somit kann das Signal durch geeignete Gruppierung der Antriebsplatten weiter ansteigen, während nicht zwangsläufig entweder die effektive Größe der Pixelstelle oder die Entfernung erhöht wird. Da die Pixelgröße, Entfernung und Auflösung nicht mehr direkt gekoppelt sind, ist es möglich, die Amplitude oder dergleichen des Ausgangs bzw. der Ausgabe der Aufnahmeplatte(n) zu verbessern, die das empfangene Prüfsignal (in diesem Fall Signale von mehreren unterschiedlichen Antriebsplatten, die gleichzeitig innerhalb jeder Gruppe 12' aktiviert werden) darstellt. Es ist ebenfalls ersichtlich, dass andere Verfahren zur Rauschminderung und/oder verbesserter Signalerfassung, die in dem oben beschriebenen Stand der Technik erörtert werden und/oder anderweitig aus dem Stand der Technik bekannt sind, bei dem System und Verfahren des offenbarten Gegenstands angewendet werden können. Beispielsweise können ein Kombinieren oder Versetzen bzw. Verschieben, räumlich oder zeitlich, unterschiedlicher Treibersignale, beispielsweise unterschiedlich in Phase, wie es im Stand der Technik bekannt ist, auf die Gruppen 12' von Antriebsplatten 12 oder Aufnahmeplatten 14 angewandt werden, wie es in der vorliegenden Anmeldung erörtert wird.
Mit Bezug auf 4 ist eine schematische und teilweise blockdiagrammartige Darstellung eines Beispiels einer Gruppe 12' von Treiber- bzw. Antriebs- bzw. Ansteuerungsplatten 12 gezeigt, die gleichzeitig durch dasselbe Prüfsignal 22 aktiviert werden. Die Aufnahmeplatte 14 stellt ein Ausgangssignal 20 bereit, welches das empfangene Prüfsignal 20 darstellt, das an der Aufnahmeplatte 14 von der Gruppe 12' empfangen wird, die wie es beispielhaft dargestellt ist, aus angrenzenden bzw. benachbarten Antriebsplatten i und i + 1 besteht. Die Steuer- bzw. Regeleinrichtung bzw. Controller 330 kann das Ausgangssignal 20 betrachten als stamme es von einer einzelnen bzw. einzigen Pixelstelle, die beispielsweise der Spalt zwischen Antriebsplatten i – 1, i, i + 1 oder i + 2 als Beispiele sein kann. Wo es angemessen ist, kann die Antriebsplatte 12, die zu dem Spalt an der Pixelstelle führt, auch wenn sie nicht erregt ist, wie die Antriebsplatte 12 i – 1 oder 1 + 2, immer noch dahingehend gesteuert bzw. geregelt werden, mit Masse verbunden zu sein. Die Software oder dergleichen in der Steuer- bzw. Regeleinrichtung 330 kann das Ausgangssignal 20 an der Aufnahmeplatte 14 dieser Pixelstelle zuordnen.
Mit Bezug auf 5 ist eine schematische und teilweise blockdiagrammartige Darstellung eines Beispiels einer Gruppe 12' von Treiber- bzw. Antriebs- bzw. Ansteuerungsplatten 12 gezeigt, die gleichzeitig durch dasselbe Prüfsignal 22 aktiviert werden. Die Aufnahmeplatte 14 stellt ein Ausgangssignal 20 bereit, welches das empfangene Prüfsignal 20 darstellt, das an der Aufnahmeplatte 14 von der Gruppe 12' empfangen wird, die wie es beispielhaft dargestellt ist, aus Antriebsplatten i und i + 2 besteht, die durch eine nicht erregte Antriebsplatte i + 1 getrennt sein können. Die Steuer- bzw. Regeleinrichtung bzw. Controller 330 kann das Ausgangssignal 20 betrachten als stamme es von einer einzelnen bzw. einzigen Pixelstelle, die beispielsweise der Spalt zwischen Antriebsplatten i – 1, i, i + 1, i + 2 oder i + 3 als Beispiele sein kann. Beispielsweise kann die Pixelstelle an dem Spalt sein, der gebildet ist durch die Antriebsplatte 12 i + 1, erregte Antriebsplatten i und i + 2 auf einer Seite, unter Bildung eines symmetrischen Musters auf einer Seite der Pixelstelle an der Antriebsplatte i + 1. Wo es angemessen ist, kann die Antriebsplatte 12, die zu dem Spalt an der Pixelstelle führt, auch wenn sie nicht erregt ist, wie die Antriebsplatte 12 i – 1, i + 1 oder 1 + 3, immer noch dahingehend gesteuert bzw. geregelt werden, mit Masse verbunden zu sein. Die Software oder dergleichen in der Steuer- bzw. Regeleinrichtung 330 kann das Ausgangssignal 20 an der Aufnahmeplatte 14 dieser Pixelstelle i – 1, i + 1 oder 1 + 3 zuordnen.
Mit Bezug auf 6 ist eine schematische und teilweise blockdiagrammartige Darstellung eines Beispiels einer Gruppe 12' von Treiber- bzw. Antriebs- bzw. Ansteuerungsplatten 12 gezeigt, die gleichzeitig durch dasselbe Prüfsignal 22 aktiviert werden. Die Aufnahmeplatte 14 stellt ein Ausgangssignal 20 bereit, welches das empfangene Prüfsignal 20 darstellt, das an der Aufnahmeplatte 14 von der Gruppe 12' empfangen wird, die wie es beispielhaft dargestellt ist, aus Antriebsplatten i, i + 1 und i + 2 besteht, die alle angrenzende bzw. benachbarte Antriebsplatten sind und nicht durch eine nicht erregte Antriebsplatte getrennt sind. Die Steuer- bzw. Regeleinrichtung bzw. Controller 330 kann das Ausgangssignal 20 betrachten als stamme es von einer einzelnen bzw. einzigen Pixelstelle, die beispielsweise der Spalt zwischen Antriebsplatten i – 1, i, i + 1, i + 2 oder i + 3 als Beispiele sein kann. Beispielsweise kann die Pixelstelle an dem Spalt sein, der gebildet ist durch die Antriebsplatte 12 i + 1, erregte Antriebsplatten i und i + 2 auf einer Seite, unter Bildung eines symmetrischen Muster auf einer Seite der Pixelstelle an der Antriebsplatte i + 1. Wo es angemessen ist, kann die Antriebsplatte 12, die zu dem Spalt an der Pixelstelle führt, auch wenn sie nicht erregt ist, wie die Antriebsplatte 12 i – 1, i + 1 oder i + 3, immer noch dahingehend gesteuert bzw. geregelt werden, mit Masse verbunden zu sein. Die Software oder dergleichen in der Steuer- bzw. Regeleinrichtung 330 kann das Ausgangssignal 20 an der Aufnahmeplatte 14 dieser Pixelstelle zuordnen, beispielsweise i – 1 oder 1 + 3.
Mit Bezug auf 7 ist eine schematische und teilweise blockdiagrammartige Darstellung eines Beispiels einer Gruppe 12' von Treiber- bzw. Antriebs- bzw. Ansteuerungsplatten 12 gezeigt, die gleichzeitig durch dasselbe Prüfsignal 22 aktiviert werden. Die Aufnahmeplatte 14 stellt ein Ausgangssignal 20 bereit, welches das empfangene Prüfsignal 20 darstellt, das an der Aufnahmeplatte 14 von der Gruppe 12' empfangen wird, die wie es beispielhaft dargestellt ist, aus Antriebsplatten i, i + 1, i + 2, i + 3 oder i + 4 besteht, die alle angrenzende bzw. benachbarte erregte Antriebsplatten sind, mit Ausnahme der nicht erregten Antriebsplatte(n) i + 2. Die Steuer- bzw. Regeleinrichtung bzw. Controller 330 kann das Ausgangssignal 20 betrachten als stamme es von einer einzelnen bzw. einzigen Pixelstelle, die beispielsweise der Spalt zwischen Antriebsplatten i – 1, i, i + 1, i + 2, i + 3, i + 4 oder i + 5 als Beispiele sein kann. Beispielsweise kann die Pixelstelle an dem Spalt sein, der gebildet ist durch die Antriebsplatte 12 i + 2, mit erregten Antriebsplatten i und i + 1 und i + 3 und i + 4, auf einer Seite, unter Bildung eines symmetrischen Musters auf einer Seite der Pixelstelle an der Antriebsplatte i + 2. Wo es angemessen ist, kann die Antriebsplatte 12, die zu dem Spalt an der Pixelstelle führt, auch wenn sie nicht erregt ist, wie die Antriebsplatte 12 i – 1, i + 2 oder i + 5, immer noch dahingehend gesteuert bzw. geregelt werden, mit Masse verbunden zu sein. Die Software oder dergleichen in der Steuer- bzw. Regeleinrichtung 330 kann das Ausgangssignal 20 an der Aufnahmeplatte 14 dieser Pixelstelle zuordnen, beispielsweise i – 1, i + 2 oder 1 + 5.
Mit Bezug auf 8 ist an Hand eines Beispiels ein Prozessfluss zum Erregen einer Gruppe 12' bestehend aus 2 Treiberplatten 12 gemäß Aspekten von Ausführungsformen des offenbarten Gegenstands gezeigt. Ein Prozess 800 kann bei Block 802 starten, der bei Block 804 1 gleich 1 setzen kann. Bei Block 806 kann der Prozess Antriebsplatten 12 i und i + 1 aktivieren, wobei alle anderen geerdet sind. Bei Block 808 kann der Prozess die Ausgabe der Aufnahmeplatte 14 lesen. Bei Block 810 kann der detektierte Ausgangssignalwert auf der Aufnahmeplatte 14 in einem Zeilenpuffer gespeichert werden, und zwar assoziiert bzw. verknüpft mit einer ausgewählten Pixelstelle. Bei Block 812 kann i zu i + 1 gesetzt werden. Bei Block 814 wird eine Entscheidung dahingehend getroffen, ob der Prozess die i^te Antriebsplatte erreicht hat, d. h. i < n – 1, und wenn nicht, kehrt der Prozess zu Block 806 zurück, und wenn ja, d. h. i = n – 1, stoppt der Prozess bei Block 816.
Mit Bezug auf 9 ist an Hand eines Beispiels ein Prozessfluss zum Erregen einer Gruppe 12' bestehend aus j Treiberplatten 12 gemäß Aspekten von Ausführungsformen des offenbarten Gegenstands gezeigt. Ein Prozess 900 kann bei Block 902 starten, der bei Block 904 i gleich 0 setzen kann. Bei Block 906 kann der Prozess Antriebsplatten 12 i + 1 bis i – j aktivieren, wobei alle anderen geerdet sind. Bei Block 908 kann der Prozess die Ausgabe der Aufnahmeplatte 14 lesen. Bei Block 910 kann der detektierte Ausgangssignalwert auf der Aufnahmeplatte 14 in einem Zeilenpuffer gespeichert werden, und zwar assoziiert bzw. verknüpft mit einer ausgewählten Pixelstelle. Bei Block 912 kann i zu i + 1 gesetzt werden. Bei Block 914 wird eine Entscheidung dahingehend getroffen, ob der Prozess j Antriebsplatten erreicht hat, d. h. i < n – j, und wenn nicht, d. h. i = n – j, kehrt der Prozess zu Block 906 zurück, und wenn ja, stoppt der Prozess bei Block 916. Fachleuten ist ersichtlich, dass 8 und 9 relativ einfache Erregungsschemata behandeln, die linear über die Antriebsplatten fortschreiten, und dass bei zufälligen Erregungsschemata, wie oben erörtert, die Prozessflussdiagramme zunehmend komplexer wären.
Mit Bezug auf 10 zeigt ein Abbildungsarray 1010, beispielsweise zur biometrischen Abbildung, z. B. Fingerabdrucksabbildung, das beispielsweise ein Gittermuster umfassen kann, wobei Spalten mit A bis H markiert sind und Zeilen mit R1 bis R9 markiert sind, ein Beispiel eines zweidimensionalen Fingerabdrucksensorarrays 1010, auf das ein Finger (nicht gezeigt) platziert werden kann. Das illustrative Beispiel zeigt ein 8×9-Array, aber Arrays mit anderen Anzahlen von Leitern A–H und R1–R9 sind möglich, und typischerweise werden mehr Leiter verwendet. Zudem können auch größere Arrays durch Arrays 1010 gebildet werden, wie sie in 10 gezeigt sind, wobei das 8×8-Array von Pixelstellen eine Region des Gesamtarrays 1010 bildet.
Beispielsweise gäbe es für ein Array, wo der abgebildete Fingerabdrucksbereich typischerweise das gesamte Array bedeckt, ein Array von beispielsweise 200×600 Pixelstellen. Dies kann typischerweise z. B. 10 mm über die Breite des Fingers sein, d. h. 200 Pixel breit und mit einer Auflösung von 20 Pixel/mm. Dies entspricht 508 DPI. Die gleiche Teilung bzw. Entfernung kann die Pixel in dem 2D-Array trennen, das die 600 Pixelstellen in der Längsrichtung entlang der Länge des Fingers entsprechend der 200 breiten Pixelstellen lateral bildet. Bei einem eindimensionalen linearen Array würden die 200 Pixelstellen im Allgemeinen senkrecht zu einer Richtung des Durchzugs für einen solchen Durchzugssensor liegen. Diese Entfernung kann so gewählt werden, dass sie näherungsweise weniger als die Hälfte der typischen Leiste/Furche-Entfernung eines Fingerabdrucks ist.
Schaltungen A–H treiben Treiber- bzw. Antriebs- bzw. -Ansteuerungsprüfsignale 1020, z. B. RF-Puls- bzw. Impulsfolgen, z. B. aufweisend eine RF-Trägerpuls- bzw. -impulsrate, sind unter dem Array 1010 gezeigt, und Schaltung, die Antwortsignale empfangen, die jeder Empfängerplatte R1–R9 entsprechen, sind rechts des Arrays gezeigt. Das Array 1010 besteht somit aus zwei Sätzen von Leitern, beispielsweise R1–R9 und A–H, definierend Schnittpunkte, Pixelstellen, i, die durch isolierende(s) dielektrische(s) Material(ien) (nicht gezeigt) getrennt und umgeben sein können, und zwar zumindest an den Schnittpunkten i, und vielleicht auch dazwischenliegende Luft enthaltend. Die Prüfsignale 1020, z. B. Hochfrequenz- bzw. Radiofrequenzpulse bzw. -impulse, können separat, z. B. sequentiell durch die Treiber 1030 A–H auf den Satz von Spaltentreiber/Sender/Prüfleitern, A–H getrieben werden, die unter dem Array 1010 in 10 gezeigt sind. Die Antriebsleiter (Antriebsplatten) A–H werden durch den Satz von Reihenleitern, d. h. Empfängerplatten 1–9 geschnitten. An jedem Schnittpunkt i zwischen einem Antriebsplattenleiter A–H und einem Empfängerplattenleiter 1–9 ist ein elektrisches Feld zwischen den Leitern durch das dazwischenliegende und umgebende Dielektrikum, enthaltend beispielsweise Luft, hergestellt.
Belastung wird von dem Antriebsplattenleiter A–H zu dem jeweiligen Empfängerplattenleiter 1–9 durch dieses Feld an dem jeweiligen Schnittpunkt i gekoppelt. Das Feld und somit der Betrag der gekoppelten Belastung werden durch das Vorhandensein einer Biometrik beeinträchtigt, z. B. einem Fingerabdruck an einem Finger, in der Nähe der Pixelstelle, der z. B. eine dielektrische Schicht über der Pixelstelle i berührt. Genauer gesagt wird dies dadurch beeinträchtigt, ob eine Leiste oder eine Furche des Fingerabdrucks über dem Schnittpunkt i ist, d. h. dem Pixelwert für den Punkt in dem Fingerabdruckbild, der erfasst wird.
Wenn eine Fingerabdrucksleiste über dem Schnittpunkt i vorhanden ist, im Gegensatz zu einer Furche, kontaktiert die Leiste das Sensorgitter oder kontaktiert, oder kontaktiert nahezu, eine Schutzschicht, wie eine dielektrische Schicht(en) über der Pixelstelle an dem Schnittpunkt i, und ein Teil des Felds, der von dem jeweiligen Antriebsplattenleiter, z. B. D, wie es in 1 gezeigt ist, direkt an den jeweiligen Empfängerplattenleiter, z. B. 4, wie es in 1 gezeigt ist, gegangen wäre, geht von der Prüfleiter-D-Platte zu der Leiste und von der Leiste zu dem empfangenden Leiter 4. Dies ist in 16 gezeigt.
In 16, bei einem linearen, eindimensionalen, kapazitiven Spaltarraysensor, wie 2200, der schematisch in 14 und 16 gezeigt ist, erzeugt das Treibersignal, wie ein RF-gepulstes AC-Signal, eine fluktuierendes elektromagnetisches Feld 2222, d. h. ein fluktuierendes elektrisches RF-Feld, über dem Spalt 2230 (1230 in 14) zwischen dem Antriebsplattensender 2210 (1210 in 14) und der Empfängerplatte 2220 (1220 in 14). Es ist ersichtlich, dass sich das elektromagnetische Feld 2222 durch eine Schutzbeschichtung 2240 erstreckt, die den Spalt 2230 zwischen der Antriebsplatte 2210 und der Empfängerplatte 2220 abdeckt, und in eine Leiste 2264 an dem Finger 2260 erstreckt, der an dem Sensor 2200 platziert ist. Wie es im Stand der Technik bekannt ist modifiziert oder moduliert dies das empfange Prüfsignal, das an der Empfängerplatte 2220 (1220 in 14) empfangen wird, ansprechend auf das gesendete bzw. übertragene Signal von der Antriebsplatte 2210, und macht dies unterschiedlich bzw. anders, als wenn eine Furche 2262 in derselben Position relativ zu der Pixelstelle an dem Spalt 2230 zwischen der Antriebsplatte 2210 (1210 in 14) und der Empfängerplatte 2220 (1220 in 14) wäre.
Da der Finger 2260 in 16 als ein geerdeter Leiter behandelt werden kann, bezüglich des in 10 gezeigten 2d-Arrays, wird die Belastung, die von dem Antriebsplattenleiter D, in 10, durch diesen Teil des Felds 2222 gekoppelt wird, wie es in 16 gezeigt ist, in den Finger 2260 abgeführt, wie es in 16 gezeigt ist, und wird nicht in den empfangenden Leiter R4 eingekoppelt, was darin resultiert, dass weniger Belastung von dem Prüfleiter D zu dem empfangenden Leiter R4 gekoppelt wird und daher weniger Antwortsignal(e) 1032 an dem jeweiligen empfangenden Leiter R4 empfangen wird bzw. werden und an den positiven Anschluss 1042 des jeweiligen Differenzverstärkers 1054, in 1, angelegt wird bzw. werden. Dieser Unterschied bei dem Antwortsignal 1032 zwischen Leiste und Furche wird in der vorliegenden Anmeldung als eine Modulation des jeweiligen gesendeten bzw. übertragenen Treibersignals 1020 bezeichnet. Der konstante Teil des Antwortsignals 1032 ist die empfangene RF-Pulsträgerrate von dem Treibersignal 1020.
Mit Bezug auf ein 2D-Array, wie es in 10 gezeigt ist, wird zum Sampeln des gesamten Fingerabdruckbilds die Antwort an jedem Schnittpunkt i (Pixel) gesampelt. Jedes Pixel i in dem Array 1010 kann eines nach dem anderen gesampelt werden, bis alle Pixel i des Arrays 1010 gesampelt wurden. Zum Sampeln eines Pixels i wird die entsprechende Antriebsplatte, z. B. A–H, erregt, um das RF-Treibersignal 1020, manchmal als ein Prüfsignal 1020 bezeichnet, von dem jeweiligen der Treiber 1030 A–H, d. h. 1030 D für Pixelstelle i, zu senden bzw. zu übertragen, und die entsprechende jeweilige Empfängerplatte R1–R9, d. h. R4, empfängt eine modifizierte Version des gesendeten Treibersignals. Dann wird eine Charakteristik des Antwortsignals 1032, z. B. die Amplitude und/oder Phase des Antwortsignals 1032, die bzw. das von jeder Empfängerplatte R1–R9 kommt, z. B. in den Plusanschluss des Empfängerdifferenzverstärkers für Empfangsreihe R4, gemessen, um Variationen bei dem empfangenen Antwortsignal zu detektieren, um zwischen einer Leiste und einer Furche an der Pixel-i-Stelle zu unterscheiden.
Einfache single-ended bzw. asymmetrische Verstärkung und Messung des empfangenen Antwortsignals 1032 kann verwendet werden, jedoch mit einigen unerwünschten Auswirkungen. Erstens, da der Finger als Leiter wirkt, kann er elektrisches Rauschen aus der lokalen Umgebung aufnehmen und dieses Rauschen in die Empfängerplattenleiter R1–R9 einkoppeln. Dies kann die Qualität des empfangenen Antwortsignals 1032 und somit die Qualität des letztendlich erzeugten Fingerabdruckbilds (nicht gezeigt) verschlechtern. Zweitens, die Amplitude der Modulation kann viel geringer sein als die des empfangenen Trägers. Dies kann den Betrag der Verstärkung bzw. des Gains beschränken, der auf das Antwortsignal 1032 während der Signalverarbeitung angelegt werden kann, um die Änderung des empfangenen Antwortsignals gegenüber dem gesendeten Treibersignal zu messen. Das Antwortsignal kann bis zu der Grenze der empfangenden Verstärker verstärkt werden, wie es z. B. in 12a–c gezeigt ist. Da das empfangene Antwortsignal jedoch meistens Träger ist und die Modulation eine geringe Komponente des empfangenen Antwortsignals ist, kann nach der Verstärkung (12b) die Modulation (12c) immer noch bei einer relativ niedrigen Amplitude sein, d. h. einem relativ geringfügigen Abschnitt bzw. Teil des empfangenen Antwortsignals. Da die Modulation der Teil des Signals ist, der bei der Erzeugung des Fingerabdruckbilds von Interesse ist, d. h. der definiert, ob eine Leiste oder Furche an der gesampelten Pixelstelle i ist, so muss diese bis auf ein nutzbares Niveau verstärkt werden können.
Um diese Probleme zu lösen, kann ein Differenzverstärkungsschema verwendet werden, wie es beispielsweise in dem oben genannten US-Patent Nr. 7,099,496 erörtert wird, jedoch mit einer einzelnen bzw. einzigen Empfangsplatte und mehreren Antriebsplatten, wobei das Patent auch an den Erwerber der vorliegenden Anmeldung übertragen wird bzw. worden ist. In dem vorliegenden Fall jedoch werden gewisse Verbesserungen einer solchen Differenzverstärkung bereitgestellt, wie sie beispielsweise in 10 gezeigt sind. Bei Verwendung des Sampelns von Pixel D4, wie es als Beispiel gezeigt ist, sind die aktiven Schaltungen und Leiter in 10 der Treiber 1030D und sein Eingang 1020 und der Differenzverstärker 1054 und sein positiver Eingang und negative Eingänge zu dem Rest der Differenzverstärker 1051–1053 und 1055–1058, wobei der Rest inaktive Schaltungen und Leiter sind. Der Treiber 1030D treibt das Prüfsignal 1020 auf den Antriebsplattenleiter D. Schalter 1040, die mit den jeweiligen Empfängerplattenleitern R1–R9 verbunden sind, d. h. D4 in dem Fall von Pixelstelle i, ist festgelegt, den Empfängerplattenleiter R4, den Fingereingang („FI”), mit dem positiven Eingang 1042 des empfangenden Differenzverstärkers 1054 zu verbinden, und Schalter 1044, alle 8 anderen Empfängerplattenleiter, z. B. R1–R9 und R5–R8, mit einer gemeinsamen Rauscheingangsschiene „NI” zu verbinden, die wiederum zu dem jeweiligen negativen Eingang 1046 aller 8 empfangenden Differenzverstärker 1051–1053 und 1055–1058 verbindet. Der Empfängerplattenleiter R9 dient dazu, zu der NI negativen Eingangsschiene (Rauscheingangsschiene NI) zu verbinden, aber verbindet nicht zu einem entsprechenden Differenzverstärker. Wie es weiter unten erläutert wird, kann gemäß Aspekten des offenbarten Gegenstands dieser extra bzw. zusätzliche Empfängerplattenleiter 9 enthalten sein, um z. B. die Kopplung vs. Belastung bzw. Aufladung von FI Eingängen vs. NI Eingängen auszugleichen.
Betreffend das Rauschproblem gibt es zwei Knoten in dem System 1010: den Empfängerplattenleiter R4 (FI) und, bei dem Beispiel von 10, die 8 anderen Empfängerplattenleiter (den NI Knoten), die durch die geschlossenen Schalter 1044 von allen der anderen Differenzverstärker 1051–1053 und 1055–1058 zusammen kurzgeschlossen sind. Obwohl der NI Knoten den achtfachen Bereich bzw. Fläche aufweist und somit das achtfache Rauschen in den NI Knoten eingekoppelt werden kann, weist der NI Knoten auch die achtfache parasitäre und funktionelle Belastung auf. FI verbindet einen Empfängerplattenleiter R4 mit einem offenen Schalter 1044 und einem geschlossenen Schalter 1040, d. h. mit dem positiven Eingang 1042 eines Differenzverstärkers, d. h. 1054. Der NI Knoten verbindet 8 empfangende Leiter R1–R3 und R5–R9 mit 8 offenen Schaltern 1040, 8 geschlossenen Schaltern 1044 (d. h. ausgenommen der Eingang zu dem negativen Anschluss 1046 des Differenzverstärkers 1054) und 8 negativen Eingängen von Differenzverstärkern (d. h. für alle, außer dem negativen Eingangsanschluss des Differenzverstärkers 1054). Dies entspricht exakt 8 Mal der Belastung des FI Knotens, d. h. verbunden nur mit dem positiven Anschluss 1042 des Differenzverstärkers 1054.
Betrachtet man die Belastung von FI auf die bzw. zu der gemeinsamen Spannung, z. B. Masse („GND”), als kapazitiv, d. h. CP, wie es in 2 gezeigt ist, dann ist die Belastung des NI Knotens zu GND 8·CP. Wenn bzw. da die Kopplungskapazität des Fingers zu FI CC ist, dann ist die Kopplungskapazität des Fingers zu dem NI Knoten 8·CC. Wenn die Rauschspannung bei dem Finger VF ist, dann bilden der FI und der NI Knoten kapazitive Spannungsteiler zwischen dem Finger und GND, wie es in 11 gezeigt ist. Die Eingangsrauschspannung an FI, VFI = VF·CC/(CC + CP). Gleichermaßen ist die Eingangsrauschspannung an dem NI Knoten, die bzw. der zu dem negativen Anschluss des Differenzverstärkers 1054 eingegeben wird, VNI = VF·(8·CC)/((8·CC) + (8·CP)) = VF·CC/(CC + CP) = VFI. Daher sind die Rauschspannungen an dem FI Knoten, eingegeben zu dem positiven Anschluss 1042 des Differenzverstärkers 1054 als dem Beispiel, und an dem NI Knoten, eingegeben zu dem negativen Anschluss 1046 des Differenzverstärkers 1054, gleich, und jegliches von dem Finger gekoppeltes Rauschen kann somit gelöscht bzw. aufgehoben werden.
Betrachtet man das Modulationsverstärkungsproblem, so koppelt das gesendete Treibersignal 1020 von dem Treiberplattenleiter D in sowohl den FI Knoten-Leiter D als auch die NI Knoten-Leiter an jeder Pixelstelle i entlang des Leiters D (d. h. R1–R9). Betrachtet man das Signal, das an jeder Pixelstelle i entlang D gekoppelt wird, dahingehend, dass es aus einer Trägersignalladung, QC, die an jeder Pixelstelle i gleich ist, und einer Modulationssignalladung, QM, besteht, die nach Pixelstelle i variiert, so ist die Gesamtladung, die an jeder Pixelstelle i gekoppelt wird, die Summe des Trägers und der Modulation, QC + QM. Wie es in 10 gezeigt ist, ist daher die Einopplung in den FI Knoten QFI = QC + QM(D4), und die Kopplung in den NI Knoten ist QNI = 8·QC + QM(D1) + QM(D2) + QM(D3) + QM(D5) + QM(D6) + QM(D7) + QM(D8) + QM(D9) = 8·(QC + Durchschnitt(QM(D1, 2, 3, 5, 6, 7, 8, 9))). Die in den FI Knoten eingekoppelte Spannung, VFI = QFI/CP = (QC + QM(D4))/CP. Die in den NI Knoten eingekoppelte Spannung, VNI = QNI/(8·CP) = (8·(QC + Durchschnitt(QM(D1, 2, 3, 5, 6, 7, 8, 9))))/(8·CP) = (QC + Durschschnitt(QM(D1, 2, 3, 5, 6, 7, 8, 9)))/CP. Der empfangende Differenzverstärker, z. B. 1054, verstärkt die Differenz zwischen dem Signal an dem FI Knoten und an dem NI Knoten. Dieses Differenzeingangssignal ist VIN = VFI – VNI = ((QC + QM(D4))/CP) – ((QC + Durchschnitt(QM(D1, 2, 3, 5, 6, 7, 8, 9)))/CP) = (QM(D4) – Durchschnitt(QM(D1, 2, 3, 5, 6, 7, 8, 9)))/CP, was den Träger und auch einen konstanten Teil der Modulation aufhebt bzw. tilgt. Dieses Aufheben bzw. Tilgen des, konstanten Teils des Signals ermöglicht, dass eine höhere Verstärkung an das restliche Signal angelegt werden kann, das bzw. was jetzt nur die Modulationskomponente des Signals ist. Verstärkt wird die Differenz zwischen der Signalkopplung an dem jeweiligen Pixel und die Durchschnittssignalkopplung des Rest des Pixels entlang desselben Antriebsplattenleiters D.
Da der Teil von Fingerabdrücken, der für die Identifizierung relevant ist, Leisten und Furchen aufweist, die dazu tendieren, sich zu krümmen, und nicht über längere Strecken gerade sind, tendieren die Pixel entlang jedes Antriebsplattenleiters dazu, eine Mischung aus Leisten und Furchen aufzuweisen, und so tendiert auch die Durchschnittsmodulation entlang jedes Antriebsplattenleiters dazu, ähnlich zu sein, und die Subtraktion dieses Durchschnitts von den Pixeln entlang jedes Antriebsplattenleiters wird die Signalqualität nicht wesentlich verschlechtern, wenn die Pixel entlang eines Antriebsplattenleiters mit den Pixeln entlang eines anderen verglichen werden. Das resultierende Signal ist ein Doppelseitenband mit unterdrücktem Trägersignal. Eine synchrone Detektion kann dann verwendet werden, um eine Demodulation dieses Signals zu ermöglichen.
Da der Finger (2260 in 16) auf einer Hauptsensorfläche ruht oder diese überstreift, so ist sichergestellt, dass der Finger 2260 einen guten Kontakt mit den aktiven NI Linien bzw. Leitungen beibehält (bei einer linearen Durchzugsarrayvorrichtung wird z. B. der Kontakt dadurch beibehalten, dass unterschiedliche Abschnitte des Fingers über das lineare Array gezogen werden), und so stellt dies das gleiche Rauschsignal wie die FI Linie bzw. Leitung bereit, was auf Grund der Differenzverstärkung das Rauschen aufheben kann. Da das System und Verfahren die Haupterfassungsfläche verwenden, empfängt jede aktive NI Linie das gleiche Trägersignal wie die FI Linie, und daher kann auf Grund der Differenzverstärkung das Trägersignal aufgehoben werden, was wieder nur die Modulation übrig lässt und ermöglicht, dass mehr Gain angelegt wird, und zudem auch die Notwendigkeit nach einer Hochpassfilterung oder Trägerunterdrückung reduziert oder eliminiert. Dies kann implementiert werden, während übereinstimmende bzw. passende parasitäre Effekte zwischen den FI und NI Pfaden bzw. Wegen beibehalten werden, wie es oben enwähnt ist.
Dieser Sensor und dieses Verfahren gemäß Aspekten des offenbarten Gegenstands bieten somit einen Ansatz bzw. Ansätze für die Reduzierung von Signalrauschbeiträgen durch Differenzsignalverarbeitung. In einem vollständig differenziellen System werden zwei Eingänge bzw. Eingaben, eine positive und eine negative, subtrahiert. Die Differenz zwischen ihnen ist das gewünschte Signal. Solch differenzielle Systeme funktionieren gut zur Rauschaufhebung, wenn dasselbe Rauschen an den positiven und den negativen Anschlüssen auftritt. Wenn einer bzw. eines von dem anderen subtrahiert wird, wird das Rauschen aufgehoben und aus dem Ausgang bzw. der Ausgabe entfernt.
Bei einem biometrischen Abbildungssensor, z. B. Fingerabdruck-Abbildungssensor des oben genannten Typs, stammen die meisten Rauschprobleme von dem Finger. Der Finger trägt Rauschen aus der Umgebung mit sich, das in den Sensor eingebracht werden kann. Gemäß Aspekten des offenbarten Gegenstands, sollten positive und negative Empfänger so definiert sein, dass derselbe Betrag an Fingerrauschen auf jeder Seite gesammelt bzw. erfasst wird, so dass bei Subtraktion der positiven und negativen Anschlüsse voneinander das Rauschen aufgehoben wird.
Bei einem Empfängerarray, entweder in einem 2D-Array, wie es z. B. in 10 gezeigt ist, oder in einem linearen eindimensionalen Array, wie es in 1, 2A, 2B, 5–9 und 14–16 gezeigt ist, wie es in dieser Anmeldung definiert ist, und zwar z. B. 200 Empfänger mit der Numerierung 1 bis 200, z. B. in einem linearen Array (oder in einer einzelnen bzw. einzigen Zeile eines 2D-Arrays), ist es gewünscht, Pixelinformationen an einem einzelnen Empfänger, beispielsweise 2220-6, zu sammeln, wie es in der Darstellung von 14 gezeigt ist. Hierzu wird die Empfängerplatte 2220-6 zunächst mit dem positiven Eingang des jeweiligen Differenzverstärkers verbunden (d. h. entweder einem für eine gemeinsame Empfängerplatte für ein Ein-D lineares Array oder für eine jeweilige Empfängerplatte für eine Zeile, wie R4 in 10. Dann ist es wünschenswert, etwas mit dem negativen Anschluss zu verbinden, das das gleiche Rauschen wie der Empfänger 2220-6 trägt, was beim ersten Blick die angrenzende bzw. benachbarte Empfängerplatte sein könnte, in diesem Fall 2220-7.
Da sie nahe beieinander sind, wäre das Rauschen dasselbe oder ähnlich. Da sie jedoch nahe beieinander sind, ist auch das Signal (d. h. ob eine Leiste oder Furche nahe diesen ist) häufig dasselbe oder ähnlich, so dass die subtraktive Ausgabe Null oder fast dieses beträgt, ungeachtet dessen, ob eine Leiste oder eine Furche vorhanden ist, was im Wesentlichen bedeutet, dass jede Ausgabe das Vorhandensein einer Furche angeben würde, was kein nützlicher Satz von Ausgaben ist.
Was wirklich für den negativen Anschluss benötigt wird, ist etwas, das das gleiche Rauschen aufnehmen kann, wie es an dem Empfängerplattenleiter 2220-6 ist, oder relativ das gleiche Rauschen, aber nicht das Signal nachahmen kann, das versucht, von dem Empfänger 2220-6 detektiert zu werden. Als eine Lösung gemäß Aspekten von Ausführungsformen des offenbarten Gegenstands kann beispielsweise für den Eingang bzw. die Eingabe zu dem negativen Anschluss eine Anschlussverbindung bzw. Anbindung aller der anderen Empfängerplatten, ausgenommen 2220-6, verwendet werden, d. h. alle anderen Empfängerplatten zusammen kurzgeschlossen zu demselben negativen Anschluss des Differenzverstärkers die den Ausgang bzw. die Ausgabe der Pixelstelle 2220-6. Mit anderen Worten kann an dem positiven Eingang zu dem Differenzverstärker der Antwortausgang bzw. -ausgabe an der Empfängerplatte 2220-6 und auf der negativen Seite die Kombination der Signale an den Ausgängen an allen anderen Empfängerplatten 2220-3–2220-5 und 2220-7–2220-10 platziert werden. Dies funktioniert zumindest teilweise, z. B. da das Signal ein Durchschnitt aller detektierten Leisten und Furchen für den Finger oder zumindest in einem Abschnitt des Fingers ist.
Das heißt dieses Signal enthält, wenn alle anderen Empfängerplatten zusammengebunden sind, einige von ihnen, die den abändernden Effekt einer Leiste in der Pixelstelle detektieren, und einige von ihnen, welche die abändernden Effekte einer Furche an der Pixelstelle detektieren. Was man tatsächlich sieht mit allen negativen Anschlüssen zusammengebunden, oder allen negativen Anschlüssen in einem Abschnitt oder Bereich des Fingers, ist der Durchschnitt aller Leisten und Furchen. Mit anderen Worten weist der negative Anschluss keine Leistendaten und keine Furchendaten, sondern einen ungefähren Durchschnitt auf, und der Durchschnitt ist größtenteils direkt in der Mitte der Leisten/Furchen-Ebenen, da die meiste Zeit in dem erfassen Bild (oder Abschnitt des Bilds) genauso viele Leisten wie Furchen existieren. Das Anwenden eines Durchschnittswerts auf den negativen Anschluss des Differenzverstärkers hat sich als effektiv für die Rauschminderung in einem vollständig differenziellen System erwiesen.
Was das Rauschsignal betrifft, insbesondere in einem differenziellen System, so sollte das Rauschen an dem positiven Anschluss (Empfänger 26 in diesem Fall) und dem negativen Anschluss (Empfänger 1–25 und 27–200 in diesem Fall) das gleiche sein. Wenn die negative Platte effektiv 199 Mal so groß ist wie die negative Platte, ist es schwierig, sich vorzustellen, dass sie möglicherweise nicht genau das gleiche Rauschen sammeln bzw. aufnehmen, und somit müsste die größere Platte 199 Mal so viel Rauschen aufnehmen? Sie wird jedoch 199 Mal so viel Rauschen aufnehmen, aber wenn alle Empfänger zusammengebunden sind, erfolgt dies auf eine solche Weise, dass der negative Anschluss auch 199 Mal so viel Belastung im Inneren des Chips aufweist. Beispielsweise reduziert diese Belastung die Stärke des Rauschens. Somit ist das Rauschen auf Grund der Plattengröße 199 Mal stärker (Anzahl von Platten, die bei der Sammlung verwendet werden), aber sie ist 199 schwächer auf Grund der Belastung. Allgemein gesagt heben die Effekte auf bzw. sich auf und es verbleibt der gleiche Betrag an Rauschen an der negativen Platte wie an der positiven Platte. Solch ein System und Verfahren können auch für einen 2D-Sensor verwendet werden.
Mit Bezug auf 12a–c ist in 12a ein repräsentatives Antwortsignal gezeigt, z. B. angelegt als ein FI Fingereingangssignal an einen Verstärker, sequentiell von unterschiedlichen Pixelstellen, ohne Rauschminderung. Das Signal stellt eine Antwort auf die Rechteckwellen-AC-Impulse des RF-Treibersignals über eine kapazitive Last dar, d. h. unter Erhöhung der Spannung in dem Kondensator, z. B. über den Spalt oder in einer aktiven 2D-Pixelstelle gemäß der RC-Antwort für die vorgegebene kapazitive Last. In dem Leistenbereich gibt es mehr kapazitive Kopplung durch die Fingerleiste und somit weniger Impedanz und eine höhere Spitzenamplitude bei der Spannungskurve in dem Furchenbereich, die Kapazität erhöht sich auf Grund des Vorhandenseins von Luft in dem Kondensator, was in einer niedrigen Spitzenamplitude resultiert. Das Entfernen des Treibersignals, d. h. das Unterdrücken des Trägerabschnitts des Signals, um den konstanten Teil des Treibersignals zu erhalten, wie es in 12c gezeigt ist, ergibt ein Signal mit keiner großen Differenz zwischen den Leistenpixeln und den Furchenpixeln.
13a–e zeigen repräsentative Signale, welche die Effekte der Rauschunterdrückung angeben. Von dem in 13a gezeigten Antwort-FI-Signal kann ein Durchschnittsrauschsignal subtrahiert werden, wie es in 13b gezeigt ist, was in dem Ausgangssignal von dem/den Differenzverstärker(n) für Furchen- und Leistenpixel resultiert, wie es in 13c gezeigt ist. Wenn dieses Ausgangssignal von dem Differenzverstärker wieder verstärkt wird, wie es in 13d gezeigt ist, und der Träger unterdrückt wird, wie es in 13e gezeigt ist, unterscheidet das resultierende Signal viel deutlicher zwischen Furchenpixeln und Leistenpixeln.
Das Gruppieren von Empfängern kann ebenfalls eingesetzt werden, obgleich mit einigen möglicherweise schwerwiegenden Folgen, z. B. mit Gruppen A, B und C, wie es rein beispielhaft in 14 gezeigt ist. Verwendet man beispielsweise 3 Empfänger in einer Gruppe, so wären diese drei Empfänger zusammen an den positiven Anschluss des Differenzverstärkers gebunden, und dann müsste man eine Möglichkeit finden, um die Belastung im Inneren des Chips auszugleichen, so dass entweder (a) die Gruppe von 3 Empfängern 3 Mal die Last aufweist und die 197 Empfänger an dem negativen Anschluss 197 Mal die Last aufweist, oder (b) die Gruppe von 3 Empfängern an dem positiven Anschluss 1 Mal die Last aufweist und die anderen 197 Empfänger an dem negativen Anschluss 197/3 Mal die Last aufweist. Option (a) sollte leichter zu implementieren sein.
Gemäß Aspekten des offenbarten Gegenstands sind auch ein linearer, d. h. eindimensionaler, kapazitiver Spaltbildsensor und die Verwendungsverfahren offenbart. Verwandte Beispiele solcher Sensoren sind in dem US-Patent Nr. 7,099,496 und verwandten Folgepatenten und nachfolgenden Patenten beschrieben, alle an den Erwerber der vorliegenden Anmeldung übertragen, deren Offenbarung hierin unter Bezugnahme für alle Zwecke aufgenommen ist, als wenn die Offenbarung, einschließlich der FIGS. des Patents verbatim in der vorliegenden Anmeldung wiederholt wären. In dem US-Patent Nr. 7,099,496 wird ein Fingerabdrucksbildsensor beschrieben, der einen Bildsensor, einen Ratensensor und eine Erfassungsschaltung enthält. Der beschriebene Bildsensor in dem US-Patent Nr. 7,099,496 ist ein Beispiel eines linearen, eindimensionalen, kapazitiven Spaltsensors, der von dem Typ ist, der auch in der vorliegenden Anmeldung erörtert wird. Wie es bei der vorliegenden Anmeldung an anderen Stellen erörtert wird, sind die Verbesserungen und Konzepte, die in der vorliegenden Anmeldung erörtert werden, jedoch nicht auf eindimensionale, lineare, kapazitive Spaltsensoren beschränkt, sondern können auch für andere kapazitive Arrays, wie zweidimensionale Arrays gelten.
Bezüglich eines solchen linearen, eindimensionalen, kapazitiven Spaltarrays beinhaltet ein spezifisches, von der vorliegenden Anmeldung angesprochenes Problem Verbesserungen des Signalpegels von einem kapazitiven Fingerabdrucksensor, insbesondere einem, der z. B. den Finger durch eine Schicht/Schichten aus dielektrischem Material erfasst. Ebenfalls wird das etwas allgemeinere Thema des Verbesserns des Signals, oder Signal-zu-Rauschen-Verhältnisses, einer Fingerabdrucksensorausgabe bzw. -ausgangs angesprochen. Während die Beschreibung hier hinsichtlich eines linearen Sensors abgegeben wird, der typischerweise einen Finger abbildet, der über diesen gezogen wird, wie es in dem oben genannten Patent erörtert wird, können viele der hier beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren und Konzepteinrichtungen auch auf Flächen-, z. B. 2D-Sensoren, und Sensoren angewandt werden, die zum Abbilden von entweder Fingerabdrücken oder Stimuli verwendet werden können oder zum Nachverfolgen von Stellen oder Bewegungen von Stimuli verwendet werden können, wie zur GUI-Eingabecursorpositionierung, -Bewegung und -Iconauswahl.
14 zeigt ein grundlegendes Layout eines biometrischen Sensors 2200 gemäß Aspekten des offenbarten Gegenstands und ähnlich den Systemen und Verfahren, die in dem oben genannten Patent angegeben sind. Eine integrierte Schaltung, wie eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung („ASIC”; Engl.: application specific integrated circuit) 2202 kann dazu dienen, eine Senderplatte, T_x, 2210 anzutreiben bzw. anzusteuern und auch das Antwortsignal an den Empfängerplatten, Rx, 2220 zu lesen, und kann andere Schaltungsanordnungen enthalten, z. B. Abtastlogik, Verstärker, ADCs, DACs, Filter, Mikroprozessor(en), Speicher und andere Komponenten, wie sie zum Betreiben bzw. Betätigen des offenbaren Systems und Verfahrens benötigt werden. Die Senderplatte 2210 und die Empfängerplatten 2220 können aus einer beliebigen Anzahl leitfähiger Materialien hergestellt werden, wie Metalle (z. B. Kupfer), transparenten Leitern (z. B. Indium-Zinnoxid („ITO”) oder Poly(3,4ethylendioxythiophen) („PEDOT”), oder anderen geeigneten Materialien, wie anderen leitfähigen Polymeren.
Diese leitfähigen Komponenten 2210, 2220 können typischerweise koplanar sein und an bzw. auf einem Substrat, wie einem flexiblen Substrat angeordnet sein, wie es im Stand der Technik gut bekannt ist, obgleich der offenbarte Gegenstand Sensoren mit Mehrebenen- oder 3-dimensionalen Sensorspuren ansprechen kann, einschließlich auch Sensoren mit 2D-Arrays. Wie es beispielhaft in 14 gezeigt ist, kann der offenbarten Gegenstand auch die mehreren Empfängerplatten 2220 enthalten, die nahe der Senderplatte 2210 enden, z. B. unter Bildung eines Spalts 2230 zwischen jeder Empfängerplatte 2220 und der Senderplatte 2210.
Ein Signal, wie ein RF-gepulstes Signal, kann über die Senderplatte 2210 übertragen werden, und jede der Empfängerplatten kann ein Signal detektieren, das von der Senderplatte 2210 empfangen wird, was in einer festgelegten Sequenz oder simultan erfolgen kann. Dieses empfangene Aufnahmesignal kann als abhängig von der Gesamtimpedanz über dem Spalt 2230 zwischen der Senderplatte 2210 und der/den spezifischen Empfängerplatte(n) 2220 angesehen werden, die angesprochen werden. Der Bereich des Raums, der den Spalt zwischen dem Ende der jeweiligen Empfängerplatte 2220 und der Senderplatte 2210 unmittelbar umgibt, definiert eine „Pixel”-Stelle, die verwendet wird, um das biometrische Bild, wie den Fingerabdruck, zu erfassen und dann zusammenzusetzen.
Die Impedanz zwischen der Senderplatte 2210 und der/den angesprochenen Empfängerplatte(n) 2220-XX kann durch eine Änderung bzw. einen Wechsel des Materials in diesem „Pixelvolumen” über dem jeweiligen Spalt 2230 modifiziert werden. Bei Verwendung als ein Fingerabdrucksensor, wie dargestellt, hängt der Betrag, um den die Impedanz eines Pixels modifiziert wird, davon ab, ob das Fingergewebe in dieser Pixelstelle eine Leiste oder eine Furche eines Fingerabdrucks ist. Dies kann auch so verstanden werden, dass das Vorhandensein der Leiste oder Furche in dem Spalt, für das gegebene Pixel, die elektrischen Felder modifiziert, die den Spalt zwischen der Senderplatte 2210 und der/den jeweiligen Empfängerplatte(n) 2220-XX umgeben, und zwar auf Grund dessen, dass die Fingerleiste oder -furche üblicherweise sehr unterschiedlich mit dem/den jeweiligen elektrischen Feld(ern) interagiert.
Noch weitere Beschreibungen einer solchen Interaktion können zutreffend sein. Zum Zwecke des Verständnisses des offenbarten Gegenstands genügt es, zu verstehen, dass das Treibersignal an der Senderplatte 2210 an der/den jeweiligen Empfängerplatte(n) 2220-XX in einer modifizierten (modulierten) Form empfangen wird, die verwendet werden kann zum Detektieren von Differenzen in der Modifikation (Modulation) auf Grund des Vorhandenseins einer Leiste, einer Furche oder einer Teilleiste/Teilfurche in der Pixelstelle, d. h. über dem Spalt, oder in z. B. 2D-Anordnungen an der Pixelstelle, gebildet durch den Schnittpunkt („Überkreuzung”) einer Senderplatte, wie A–H in 1, und einer Empfängerplatte (nicht gezeigt in 5, aber beispielhaft in 1, R1–R9 dargestellt). Es ist ersichtlich, dass in dem Ausmaß, wie die Platten durch ein Material/Materialien, wie ein Dielektrikum, getrennt sind und/oder zum Schutz beschichtet sind, auch weitere Modifikationen in dem empfangenen Signal auftreten können.
Die Empfängerplatten 2220 können einzeln angesprochen werden, oder Teilmengen der Empfängerplatten 2220 können als eine Gruppe angesprochen werden. In der Praxis können unterschiedliche Gruppen so definiert sein, dass angrenzende bzw. benachbarte Gruppen eine oder mehrere überlappende Empfängerplatten 2220 aufweisen können, die in den Gruppen enthalten sind, und dieses Gruppen können in ihrer Position nur um einen einzelnen bzw. einzigen Teilungs- bzw. Entfernungsabstand p variieren, wie es beispielhaft in 15 gezeigt ist, d. h. von einer Stelle an der Empfängerplatte 2220 zu der entsprechenden Stelle an der nächsten nachfolgenden oder nächsten vorhergehenden Empfängerplatte 2220, um eine hohe Positionsauflösung beizubehalten. Beispielsweise kann eine Gruppe A die Empfänger 2220-4, 2220-5 und 2220-6 enthalten, die nächste Gruppe B kann die Empfänger 2220-5, 2220-6 und 2220-7 enthalten und eine dritte Gruppe C kann die Empfänger 2220-6, 2220-7 und 2220-8 enthalten. Während des Erfassens eines Bildes können das System und Verfahren das Signal unter Verwendung von Gruppe A, gefolgt von B und dann gefolgt von C und so weiter empfangen. Der Vorteil hiervon ist, dass durch Empfangen der Signale an den mehreren Empfängerplatten, z. B. 2220-4, 2220-5 und 2220-6 auf einmal der effektive Bereich der Empfängerplatten 2220 um das Dreifache vergrößert wird, was bedeutet, dass auch die Stärke des empfangenen Signals um näherungsweise das Dreifache erhöht wird. Es ist ersichtlich, dass dieser selbe Effekt oder ähnlich durch entsprechendes Erhöhen der Anzahl/Größe der Senderplatte(n) bewirkt werden kann, z. B. wenn die bzw. bei der Ausführungsform, wo die Empfängerplatten 2220 von 14–16 Senderplatten darstellen.
Obwohl die effektive Größe der Empfängerplatten 2220 somit erhöht wurde, wurde die Auflösung nicht verschlechtert, und zwar auf Grund der Art, wie die Gruppen, z. B. A, B und C definiert und über dem Bildbereich abgestuft bzw. stufenartig angeordnet sind, z. B. das lineare eindimensionale Array von 1, 2A, 2B, 4–7 und 14–16. Beispielsweise ist die Mitte von Gruppe A der Empfänger 2220-5, die Mitte von Gruppe B ist der Empfänger 2220-6 und die Mitte von Gruppe C ist der Empfänger 2220-7. Ginge man von A zu B zu C, würde sich die Mitte des Empfängerplatten2220-Bereichs von 2220-5 zu 2220-6 zu 2220-7 – mit anderen Worten die Mitte des Pixelbereichs (jeweilige Spalte von den jeweiligen Empfängerplatten 2220 zu der Senderplatte 2210 um einen Teilungs- bzw. Entfernungsabstand bewegen (nicht um 3 Entfernungsabstände, was normalerweise geschehen würde, wenn man z. B. die Breite der jeweiligen Empfängerplatte 2220 verdreifacht). Mit anderen Worten erlaubt ein Verfahren des Gruppierens und Abstufens bzw. stufenweisen Anordnens die dreifache effektive Größe des Empfängerplatten2220-Bereichs ohne eine Verdreifachung des Abstands zwischen Pixeln (was die Auflösung senken würde).
Gemäß der Darstellung in 15 ist ein Beispiel eines eindimensionalen linearen, kapazitiven Spaltsensorlayouts gezeigt, das sich von vorherigen Designs für ein lineares Sensorarray in der Verwendung einer einzelnen bzw. einzigen Senderplatte und mehreren Empfängerplatten 2220 unterscheidet. Ein Beispiel einer solchen Anordnung, wo die einzelne Platte die Empfängerplatte ist, ist in der mitanhängigen vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 61/579,994 mit dem Titel Methods and Devices for Capacitive Image Sensing, eingereicht am 23. Dezember 2011, Aktenzeichen des Bevollmächtigten Nr. 123625-014700, z. B. 1, 2A, 2B, 4–7 und 14–16 offenbart, die hierin aufgenommen sind. Ein Vorteil des Layouts gemäß des vorliegend offenbarten Gegenstands in 14–16 besteht darin, dass es einen kurzen Weg für die Empfängersignale entlang der Empfängerplatten 2220 in die Schaltungsanordnung innerhalb der ASIC 2202 bereitstellen kann, wodurch ein parasitäres Koppeln mit Erde bzw. Masse minimiert wird und ein Verlust bzw. eine Abschwächung des empfangenen Signals (Antwortsignals) reduziert wird.
Dieser Sensor und dieses Verfahren gemäß Aspekten des offenbarten Gegenstands können auch Ansätze beinhalten, Signalrauschenverteilungen durch Verarbeitung differenzieller Signale zu reduzieren. Ein Verfahren zum Umwandeln eines solchen eindimensionalen, linearen, kapazitiven Spaltarrays, wie es in dem vorliegend offenbarten Gegenstand offenbart ist, in ein vollständig differenzielles Schema ist sehr ähnlich zu der obigen Offenbarung im Zusammenhang mit einem 2D gestapelten Matrixsensorarray oder einem 1D linearen Array. Wie oben erwähnt nimmt bzw. braucht ein solches differenzielles System zwei Eingänge, einen positiven und einen negativen, und subtrahiert diese, um das gewünschte Signal ohne Rauschen zu erhalten, aber nur wenn das gleiche Rauschen an dem positiven und dem negativen Anschluss auftritt.
Fachleuten ist es ersichtlich, dass eine biometrische Abbildungsvorrichtung und ein Verfahren offenbart sind, die eine Treiber- bzw. Antriebs- bzw. Ansteuerungssignalplatte, die ein Treiber- bzw. Antriebs- bzw. Ansteuerungssignal/gesendetes bzw. übertragenes Signal trägt; eine Mehrzahl von Empfängersignalplatten, die eine Mehrzahl von Pixelstellen mit der Treibersignalplatte definieren; einen elektrischen Pfad bzw. Weg von der Treibersignalplatte zu einer aktiven Empfängersignalplatte, z. B. eine, die mit einem differenziellen Ausgangs- bzw. Ausgabeantwortverstärker für die spezielle Empfängerplatte zur Ausgabe von einer Pixelstelle verbunden ist, die durch die einzelne bzw. einzige Senderplatte oder eine jeweilige einer Mehrzahl von Senderplatten definiert ist, die eine aktive Pixelstelle mit der Treibersignalplatte/Senderplatte bildet, wobei der elektrische Pfad eine elektromagnetische Eigenschaft aufweist, die ansprechend auf ein Merkmal einer Biometrik, wie einem Finger, wenn ein Fingerabdruck erfasst wird, die in der Nähe der Pixelstelle platziert wird, einschließlich in Kontakt damit oder nahezu dieses, was für die Biometrik, d. h. Fingerabdruck, ausreichend ist, um mit einem elektromagnetischen Feld an der Pixelstelle zu interagieren, und elektromagnetischem Rauschen geändert wird, das durch die Biometrik an der aktiven Pixelstelle eingebracht wird, wodurch eine Antwortsignalausgabe moduliert wird, die auf der aktiven Empfängerplatte an der aktiven Pixelstelle empfangen wird, und zwar ansprechend auf das Treibersignal auf der Treibersignalplatte; und eine Rauschminderungsschaltung umfassen können, die als eine erste Eingabe bzw. Eingang das Antwortsignal von der aktiven Pixelstelle und als eine zweite Eingabe bzw. Eingang ein Signal, das zumindest teilweise eine Rauschminderungskomponente enthält, aufweist, das von zumindest einem Abschnitt der Mehrzahl von Empfängerplatten empfangen wird, die andere sind als die aktive Empfängerplatte. Die Treibersignalplatte kann mit der Mehrzahl von Empfängersignalplatten ein lineares eindimensionales biometrisches Sensorarray von Pixelstellen bilden oder kann eine einer Mehrzahl von Treibersignalplatten umfassen, wobei sie mit der Mehrzahl von Empfängersignalplatten ein zweidimensionales Array von Pixelstellen bildet. Die elektromagnetische Eigenschaft kann eine Impedanz umfassen, die zumindest teilweise Kapazität umfasst, die ein lineares eindimensionales kapazitives Spaltsensorarray oder ein zweidimensionales kapazitives Sensorarray bildet. Die Rauschminderungsschaltung kann einen Differenzverstärker umfassen; und das erste Eingangssignal angelegt an einen Eingabe- bzw. Eingangsanschluss des Differenzverstärkers und das zweite Eingangssignal angelegt an den entgegengesetzten Eingabe- bzw. Eingangsanschluss des Differenzverstärkers.
Der zumindest eine Abschnitt der Mehrzahl von Empfängerplatten, die andere als die aktive Empfängerplatte sind, kann eine Gruppierung der Mehrzahl von Empfängerplatten umfassen, die andere sind als die aktive Empfängerplatte. Die aktive Empfängerplatte kann zentral innerhalb der Gruppierung der Mehrzahl von Empfängerplatten angeordnet sein, die andere sind als die aktive Empfängerplatte. Die Gruppierung der Mehrzahl von Empfängerplatten, die andere sind als die aktive Empfängerplatte, kann alle Empfängerplatten umfassen, die andere als die aktive Empfängerplatte sind. Der Abschnitt der Mehrzahl von Empfängerplatten, die andere sind als die aktive Empfängerplatte, kann so gewählt sein bzw. werden, dass er eine Rauschminderungskomponente bereitstellt, die ein Gleichgewicht in einem Betrag Kopplung gegenüber Belastung bzw. Aufladung des ersten Eingangs bzw. der ersten Eingabe und des zweiten Eingangs bzw. der zweiten Eingabe enthält.
Ein biometrisches Abbildungsverfahren kann umfassen: Zuführen eines Treiber bzw. Antriebs- bzw. Ansteuerungssignals zu einer Treiber- bzw. Antriebs- bzw. Ansteuerungssignalplatte; Bereitstellen einer Mehrzahl von Empfängersignalplatten, die eine Mehrzahl von Pixelstellen mit der Treibersignalplatte definieren; Ausbilden eines elektrischen Pfads bzw. Wegs von der Treibersignalplatte zu einer aktiven Empfängersignalplatte, die eine aktive Pixelstelle mit der Treibersignalplatte bildet, wobei der elektrische Pfad eine elektromagnetische Eigenschaft aufweist, die ansprechend auf ein Merkmal einer Biometrik, die in der Nähe der Pixelstelle platziert wird, und elektromagnetischem Rauschen geändert wird, das durch die Biometrik an der aktiven Pixelstelle eingebracht wird, wodurch ein Antwortsignal moduliert wird, das auf der aktiven Empfängerplatte an der aktiven Pixelstelle empfangen wird, und zwar ansprechend auf das Treibersignal auf der Treibersignalplatte; und Verwenden einer Rauschminderungsschaltung, die als eine erste Eingabe bzw. Eingang das Antwortsignal von der aktiven Pixelstelle und als eine zweite Eingabe bzw. Eingang ein Signal, das zumindest teilweise eine Rauschminderungskomponente enthält, aufweist, das von zumindest einem Abschnitt der Mehrzahl von Empfängerplatten empfangen wird, die andere sind als die aktive Empfängerplatte.
Es ist ersichtlich, dass die hierin beschriebenen Ausführungsformen rein exemplarisch sind und dass ein Fachmann Variationen und Modifikationen vornehmen kann, ohne von dem Wesen bzw. Gedanken und Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise sollen alle diese Variationen und Modifikationen in dem Schutzumfang der Erfindung enthalten sein, wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert ist. Fachleuten ist es ersichtlich, dass die vorliegende Vorrichtung und das vorliegende Verfahren in viele nützliche Vorrichtungen und Verfahren integriert werden können, wo die Authentifizierung eines Benutzers vorteilhaft sein kann für die Sicherheit bzw. Sicherstellung des Betriebs, die Nicht-Zurückweisung von Transaktionen, einen Benutzerzugriff auf elektronische Geräte, physische bzw. physikalische und virtuelle Orte etc.
Dazu gehören kann beispielsweise die Eingliederung in:
eine Benutzerauthentifizierungsvorrichtung, die eine Benutzerauthentifizierung zum Steuern bzw. Kontrollieren eines Zugriffs auf eine einer elektronischen Benutzervorrichtung, wie einem Mobiltelefon, persönlichen digitalen Assistenten, Rechenvorrichtungen im Allgemeinen, etc. oder einen elektronisch bereitgestellten Dienst bereitstellt, wie einen Zugriff auf eine Webseite/-page, Zugriff auf und Nutzung eines Email-Accounts, Zugriff auf andere Online-Daten, Dateien und dergleichen;
eine Benutzerauthentifizierungvorrichtung, die eine Benutzerauthentifizierung zum Steuern bzw. Kontrollieren einer Online-Transaktion bereitstellt.
Bei jedem der obigen Punkte kann die Vorrichtung eine Benutzerauthentifizierung bereitstellen, die ein Ersatz für zumindest eines eines Benutzerpassworts oder einer persönlichen Identifizierungsnummer („PIN”) ist.
Die Erfassungsschaltung kann in eine Vorrichtung integriert werden, die eine Benutzerauthentifizierung zum Steuern bzw. Kontrollieren eines Zugriffs auf einen physischen bzw. physikalischen Ort oder zum Demonstrieren, dass der Benutzer zu einer bestimmten Zeit an einem bestimmten Platz war, bereitstellt.
Die Erfassungsschaltung kann in eine Vorrichtung integriert werden, die zumindest eines einer Fingerbewegungsbenutzereingabe oder -navigation an eine Rechenvorrichtung bereitstellt.
Die Erfassungsschaltung kann in eine Vorrichtung integriert werden, die eine Fingerabbildung eines Benutzerfingers zur Authentifizierung des Benutzers bereitstellt, z. B. zum Zugriff auf oder zum Erregen bzw. Aktivieren einer elektronischen Benutzervorrichtung und die Durchführung zumindest einer anderen Aufgabe, die für den bestimmten Finger spezifisch ist, durch die elektronische Benutzervorrichtung.
Die Erfassungsschaltung kann in eine Benutzerauthentifizierungvorrichtung integriert werden, die eine Benutzerauthentifizierung bereitstellt, um eine Online-Transaktion nicht-zurückweisbar zu machen.
Das folgende ist eine beispielhafte Offenbarung einer Rechenvorrichtung, die mit dem vorliegend offenbarten Gegenstand verwendet werden kann. Die Beschreibung der verschiedenen Komponenten einer Rechenvorrichtung soll keine bestimmte Architektur oder Art des Miteinanderverbindens der Komponenten darstellen. Andere Systeme, die weniger oder mehr Komponenten aufweisen, können auch mit dem offenbarten Gegenstand verwendet werden. Eine Kommunikationsvorrichtung kann eine Form einer Rechenvorrichtung darstellen und kann zumindest eine Rechenvorrichtung emulieren. Die Rechenvorrichtung kann eine Zwischenverbindung bzw. Zusammenschaltung (z. B. Bus- und Systemkernlogik), die solche Komponenten einer Rechenvorrichtung mit einer Datenverarbeitungsvorrichtung, wie einem Prozessor/Prozessoren oder Mikroprozessor/Mikroprozessoren verbinden kann, oder andere Form von teilweise oder vollständig programmierbarer oder vorprogrammierter Vorrichtung enthalten, z. B. festverdrahtete und/oder anwendungsspezifische integrierte Schaltung („ASIC”) maßgeschneiderte Logikschaltungsanordnung, wie ein Controller oder Mikrocontroller, ein digitaler Signalprozessor oder jede andere Form von Vorrichtung, die Instruktionen abrufen kann, nach vorgeladenen/vorprogrammierten Instruktionen arbeiten kann und/oder Instruktionen befolgen kann, die in festverdrahteter oder maßgeschneiderter Schaltungsanordnung gefunden werden, um Logikoperationen durchzuführen, die zusammen Schritte von Prozessen und Funktionalitäten oder gesamte Prozesse und Funktionalitäten ausführen, wie sie in der vorliegenden Offenbarung beschrieben werden.
In dieser Beschreibung können verschiedene Funktionen, Funktionalitäten und/oder Operationen dahingehend beschrieben werden, dass sie durch Softwareprogrammcode durchgeführt oder veranlasst werden, und zwar um die Beschreibung zu vereinfachen. Fachleuten ist es jedoch ersichtlich, dass mit solchen Ausdrücken gemeint ist, dass die Funktionen, die aus der Ausführung von Programmcode/Instruktionen resultieren, durch eine Rechenvorrichtung ausgeführt werden, wie sie oben beschrieben wird, einschließlich z. B. ein Prozessor, wie ein Mikroprozessor, Mikrocontroller, Logikschaltung oder dergleichen. Alternativ oder in Kombination können die Funktionen und Operationen unter Verwendung einer zweckgebundenen Schaltungsanordnung implementiert werden, mit oder ohne Softwareinstruktionen, wie unter Verwendung einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC) oder im Feld programmierbaren Gatter-Anordnung bzw. Field-Programmable Gate Array (FPGA), die programmierbar, teilweise programmierbar oder festverdrahtet sein kann bzw. können. Die anwendungsspezifische integrierte Schaltung-(„ASIC”)Logik kann wie Gate-Arrays bzw. Gatterarrays oder Standardzellen oder dergleichen sein, unter Implementierung von maßgeschneiderter Logik durch Metallisierung-Zwischenverbindungen bzw.
Zusammenschaltungen der Basisgatterarray-ASIC-Architektur oder Auswahl und Bereitstellung von Metallisierung-Zwischenverbindungen bzw. Zusammenschaltungen zwischen Standardzellfunktionsblöcken, die in einer Bibliothek von Funktionsblöcken eines Herstellers enthalten sind, etc. Ausführungsformen können somit unter Verwendung von festverdrahteter Schaltungsanordnung ohne Programmsoftwarecode/Instruktionen oder in Kombination mit Schaltungsanordnung unter Verwendung von programmierten Softwarecode/Instruktionen implementiert werden.
Somit sind die Techniken weder auf eine bestimmte Kombination von Hardwareschaltungsanordnung und Software noch auf eine bestimmte greifbare Quelle für die Instruktionen beschränkt, die von dem/den Datenprozessor(en) innerhalb der Rechenvorrichtung ausgeführt werden. Während einige Ausführungsformen in voll funktionsfähigen Computern und Computersystemen implementiert werden können, können verschiedene Ausführungsformen als eine Rechenvorrichtung verteilt werden, einschließlich z. B. eine Vielzahl von Formen und fähig, ungeachtet des bestimmten Typs von Maschine oder greifbaren computerlesbaren Medien angewandt zu werden, die verwendet werden, um die Durchführung von Funktionen und Operationen und/oder die Verteilung der Durchführung der Funktionen, Funktionalitäten und/oder Operationen tatsächlich zu bewirken.
Die Zwischenverbindung bzw. Zusammenschaltung kann die Datenverarbeitungsvorrichtung verbinden, um Logikschaltungsanordnung einschließlich Speicher zu definieren. Die Zwischenverbindung kann intern zu von der Datenverarbeitungsvorrichtung sein, wie Koppeln eines Mikroprozessors mit eingebautem Cache-Speicher, oder extern (zu dem Mikroprozessor-)Speicher, wie einem Hauptspeicher, oder einem Plattenlaufwerk, oder extern zu der Rechenvorrichtung, wie einem entfernten Speicher, einer Disk Farm bzw. großen Sammlung von Plattenlaufwerken oder anderen Massenspeichervorrichtung(en), etc. Im Handel erhältliche Mikroprozessoren, von denen einer oder mehrere eine Rechenvorrichtung oder ein Teil einer Rechenvorrichtung sein könnten, umfassen beispielsweise einen Mikroprozessor von Hewlett-Packard Company der Serie PARISC, eine 80×86 oder Pentium-Mikroprozessor der Intel Corporation, einen PowerPC-Mikroprozessor von IBM, einen Sparc-Mikroprozessor von Sun Microsystems, Inc., oder einen Mikroprozessor der Motorola Corporation der 68xxx Reihe.
Zusätzlich dazu, dass die Zwischenverbindung solch einen Mikroprozessor/Mikroprozessoren und Speicher miteinander verbindet, kann sie auch solche Elemente mit einem Anzeigecontroller und einer Anzeigevorrichtung und/oder mit anderen Peripheriegeräten, wie Eingabe/Ausgabe(I/O)-Vorrichtungen, z. B. durch Eingabe/Ausgabe-Controller verbinden. Typische I/O-Vorrichtungen können eine Mause, Tastatur(en), Modem(s), Netzwerkschnittstelle(n), Drucker, Scanner, Videokameras und andere Vorrichtungen umfassen, die im Stand der Technik gut bekannt sind. Die Zwischenverbindung kann einen oder mehrere Busse umfassen, die miteinander durch verschiedene Brücken, Controller und/oder Adapter verbunden sind. Bei einer Ausführungsform kann der I/O-Controller einen USB(Universal Serial Bus)-Adapter zum Steuern bzw. Regeln von USB-Peripherigeräten und/oder einen IEEE-1394-Busadapter zum Steuern bzw. Regeln von IEEE-1394 Peripheriegeräten umfassen.
Der Speicher kann beliebige greifbare computerlesbare Medien umfassen, die beschreibbare und nicht beschreibbare Medien, wie flüchtige und nicht flüchtige Speichervorrichtungen, wie flüchtiger RAM (Random Access Memory), typischerweise als dynamischer RAM (DRAM) implementiert, der kontinuierlich Leistung benötigt, um die Daten in dem Speicher zu aktualisieren oder beizubehalten, und nicht flüchtiger ROM (Read Only Memory) und andere Arten von nicht flüchtigem Speicher, wie Festplattenlaufwerk, Flash-Speicher, entfernbarer Speicherstick, etc. umfassen, ohne hierauf beschränkt zu sein. Ein nicht flüchtiger Speicher kann typischerweise ein Magnetfestplattenlaufwerk, ein magnetisches optisches Laufwerk oder ein optisches Laufwerk (z. B. ein DVD RAM, a CD ROM, a DVD oder ein CD) oder eine andere Art von Speichersystem umfassen, das Daten beibehält, auch wenn dem System Leistung entzogen wird.
Ein Server könnte aus einer oder mehreren Rechenvorrichtungen bestehen. Server können beispielsweise in einem Netzwerk verwendet werden, um eine Netzwerkdatenbank zu hosten, notwendige Variablen und Informationen aus Informationen in der Datenbank/den Datenbanken zu berechnen, Informationen aus der/den Datenbank(en) zu speichern und wiederzuerlangen, Informationen und Variablen zu nachzuverfolgen, Schnittstellen zum Hochladen und Runterladen von Informationen und Variablen bereitzustellen und/oder Informationen und Daten aus der/den Datenbank(en) zu sortieren oder anderweitig zu verarbeiten. Bei einer Ausführungsform kann ein Server zusammen mit anderen Rechenvorrichtungen verwendet werden, die lokal oder entfernt positioniert sind, um bestimmte Berechnungen und andere Funktionen durchzuführen, wie sie in der vorliegenden Anmeldung genannt sein können.
Zumindest einige Aspekte des offenbarten Gegenstands können zumindest teilweise unter Verwendung von programmierten Softwarecode/Instruktionen ausgeführt werden. Das heißt die Funktionen, Funktionalitäten und/oder Operationstechniken können in einer Rechenvorrichtung oder einem anderen Datenverarbeitungssystem ansprechend darauf ausgeführt werden, dass ihr bzw. sein Prozessor, wie ein Mikroprozessor, Instruktionssequenzen ausführt, die in einem Speicher, wie einem ROM, flüchtigen RAM, nicht flüchtigen Speicher, Cache oder einer entfernten Speichervorrichtung enthalten sind. Im Allgemeinen können die Routinen, die zum Implementieren der Ausführungsformen des offenbarten Gegenstands ausgeführt werden, als Teil eines Betriebssystems oder einer spezifischen Anwendung, Komponente, Programm, Objekt, Modul oder Instruktionssequenz implementiert werden, die üblicherweise als „Computerprogramme” oder „Software” bezeichnet werden. Die Computerprogramme umfassen typischerweise Instruktionen, die zu verschiedenen Zeitpunkten in verschiedenen greifbaren Hauptspeicher- und Datenspeichervorrichtungen in einer Rechenvorrichtung gespeichert werden, wie in einem Cache-Speicher, Hauptspeicher, internen oder externen Plattenlaufwerken und anderen entfernten Speichervorrichtungen, wie einer Disk Farm bzw. großen Sammlung von Plattenlaufwerken, und die, wenn sie von einem Prozessor/Prozessoren in der Rechenvorrichtung gelesen und ausgeführt werden, die Rechenvorrichtung veranlassen, Verfahren/ein Verfahren, z. B. Prozess- und Operationsschritte zum Ausführen von Elementen/eines Elements als Teil einiger Aspekte/eines Aspekts des Verfahrens/der Verfahren des offenbarten Gegenstands durchzuführen.
Ein greifbares maschinenlesbares Medium kann zum Speichern von Software und Daten verwendet werden, das bei Ausführung durch eine Rechenvorrichtung die Rechenvorrichtung veranlasst, Verfahren/ein Verfahren durchzuführen, wie es in einem oder mehreren der beigefügten Ansprüche genannt wird, die den offenbarten Gegenstand definieren. Das greifbare maschinenlesbare Medium kann das Speichern von ausführbaren Softwareprogrammcode/Instruktionen und Daten in verschiedenen greifbaren Orten umfassen, einschließlich beispielsweise ROM, flüchtiger RAM, nicht flüchtiger Speicher und/oder Cache. Abschnitte dieses/dieser Softwareprogrammcodes/Instruktionen und/oder Daten können in einer dieser Speichervorrichtungen gespeichert werden. Ferner können der/die Softwareprogrammcode/Instruktionen aus einem entfernten Speicher erhalten werden, einschließlich z. B. durch zentralisierte Server oder Peer-zu-Peer-Netzwerken und dergleichen. Unterschiedliche Abschnitt des/der Softwareprogrammcodes/Instruktionen und Daten können zu unterschiedlichen Zeiten und in unterschiedlichen Kommunikationssitzungen oder in derselben Kommunikationssitzung erhalten werden.
Der/Die Softwareprogrammcode/Instruktionen und Daten können in ihrer Gesamtheit vor der Ausführung einer jeweiligen Softwareanwendung durch die Rechenvorrichtung erhalten werden. Alternativ können Abschnitte des/der Softwareprogrammcodes/Instruktionen und Daten dynamisch erhalten werden, z. B. genau zu der Zeit, wenn sie zur Ausführung benötigt werden. Alternativ können einige Kombinationen dieser Arten des Erhaltens des/der Softwareprogrammcodes/Instruktionen und Daten auftreten, z. B. für unterschiedliche Anwendungen, Komponenten, Programme, Objekte, Module, Routinen oder andere Instruktionssequenzen oder Organisation von Instruktionssequenzen, als Beispiel.
Somit ist es nicht erforderlich, dass sich die Daten und Instruktionen gänzlich auf einem einzigen maschinenlesbaren Medium zu einem bestimmten Zeitpunkt befinden.
Im Allgemeinen umfasst ein greifbares maschinenlesbares Medium einen beliebigen greifbaren Mechanismus, der Informationen in einer Form bereitstellt (d. h. speichert), auf die von einer Maschine (d. h. einer Rechenvorrichtung) zugegriffen werden kann, die beispielsweise in einer Kommunikationsvorrichtung, einer Netzwerkvorrichtung, einem persönlichen digitalen Assistenten, einer mobilen Kommunikationsvorrichtung enthalten sein kann, die fähig ist oder nicht, Anwendungen aus dem Kommunikationsnetzwerk, wie dem Internet, runterzuladen und auszuführen, z. B. ein I Phone, Blackberry, Droid oder dergleichen, ein Herstellungswerkzeug oder jegliche andere Vorrichtung, die eine Rechenvorrichtung enthält, und zwar umfassend einen oder mehrere Datenprozessoren etc.
Bei einer Ausführungsform kann ein Benutzeranschluss bzw. -station eine Rechenvorrichtung sein, z. B. in der Form von oder enthalten in einem PDA, einem Mobiltelefon, einem Notebook-Computer, einem persönlichen Desktop-Computer, etc. Alternativ kann der bzw. können die traditionelle(n) Kommunikationsclient(s) bei einigen Ausführungsformen des offenbarten Gegenstands verwendet werden.
Während einige Ausführungsformen des offenbarten Gegenstands im Zusammenhang mit voll funktionsfähigen Rechenvorrichtungen und Rechensystemen beschrieben wurden, ist es Fachleuten ersichtlich, dass verschiedene Ausführungsformen des offenbarten Gegenstands z. B. als ein Programmprodukt in einer Vielzahl von Formen verteilt werden können und ungeachtet des bestimmten Typs von Rechenvorrichtungsmaschine oder computerlesbaren Medien angewandt werden können, die verwendet werden, um die Verteilung tatsächlich zu bewirken.
Der offenbarte Gegenstand kann mit Bezug auf Blockdiagramme und Operationsdarstellungen von Verfahren und Vorrichtung beschrieben werden, um ein System und Verfahren gemäß dem offenbarten Gegenstand bereitzustellen. Es ist ersichtlich, dass jeder Block eines Blockdiagramms oder andere Operationsdarstellung (hierin kollektiv als „Blockdiagramm” bezeichnet) und Kombinationen von Blöcken in einem Blockdiagramm mittels analoger oder digitaler Hardware und Computerprogramminstruktionen implementiert werden können. Diese Rechenvorrichtung-Softwareprogrammcode/-Instruktionen können der Rechenvorrichtung so bereitgestellt werden, dass die Instruktionen bei Ausführung durch die Rechenvorrichtung, z. B. auf einem Prozessor innerhalb der Rechenvorrichtung oder anderen Datenverarbeitungsvorrichtung, der Softwareprogrammcode/Instruktionen die Rechenvorrichtung veranlassen, Funktionen, Funktionalitäten und Operationen von Verfahren/eines Verfahrens gemäß dem offenbarten Gegenstand durchzuführen, wie sie in den beigefügten Ansprüchen genannt sind, wobei solche Funktionen, Funktionalitäten und Operationen in dem Blockdiagramm spezifiziert sind.
Es ist ersichtlich, dass bei einigen möglichen alternativen Ausführungsformen die Funktion, Funktionalitäten und Operationen, die in den Blöcken eines Blockdiagramms angegeben sind, außerhalb der Reihenfolge auftreten können, in der sie in dem Blockdiagramm angegeben sind. Beispielsweise kann die Funktion, die in zwei Blöcken angegeben ist, die aufeinanderfolgend gezeigt sind, genau genommen auch im wesentlichen gleichzeitig ablaufend ausgeführt werden, oder die Funktionen, die in den Blöcken angegeben sind, können manchmal auch in umgekehrter Reihenfolge ausgeführt werden, abhängig von der/den betreffenden Funktion, Funktionalitäten und Operationen. Daher sind die Ausführungsformen und Verfahren, die als Flussdiagramm(e) in der Form eines Blockdiagramms in der vorliegenden Anmeldung angegeben und beschrieben werden, beispielhaft vorgesehen, um ein vollständigeres Verständnis des offenbarten Gegenstands bereitzustellen. Der erörterte Fluss bzw. Ablauf und gleichzeitig das/die durchgeführte(n) Verfahren, das/die in den beigefügten Ansprüchen angegeben wird/werden, sind nicht auf die Funktionen, Funktionalitäten und Operationen beschränkt, die in dem Blockdiagramm und/oder Logikfluss dargestellt sind, die hierin beschrieben sind. Alternative Ausführungsformen werden betrachtet, in denen die Reihenfolge der verschiedenen Funktionen, Funktionalitäten und Operationen verändert sein kann und in denen Unter- bzw. Teiloperationen, die als Teil einer größeren Operation beschrieben werden, unabhängig durchgeführt werden können oder anders durchgeführt werden können, als es dargestellt ist, oder überhaupt nicht durchgeführt werden müssen.
Obwohl einige Zeichnungen eine Anzahl von Operationen in einer bestimmten Reihenfolge darstellen, können Funktionen, Funktionalitäten und/oder Operationen, von denen nicht bekannt ist, dass sie reihenfolgenabhängig sind oder die so verstanden werden, dass sie nicht reihenfolgenabhängig sind, neu geordnet werden bzw. eine andere Reihenfolge erhalten und andere Operationen können kombiniert oder ausgegliedert werden. Während eine Neuordnung bzw. Reihenfolgenänderung oder andere Gruppierungen spezifisch in der vorliegenden Anmeldung genannt worden sein können, können andere einem Durchschnittsfachmann offensichtlich sein oder werden, und somit stellt der offenbarte Gegenstand keine erschöpfende Auflistung von Alternativen dar. Es ist ebenfalls zu beachten, dass die Aspekte des offenbarten Gegenstands parallel oder der Reihe nach in Hardware, Firmware, Software und einer anderen Kombination/Kombinationen davon implementiert werden können, die gemeinsam oder zumindest teilweise entfernt voneinander z. B. in Arrays oder Netzwerken von Rechenvorrichtungen, über miteinander verbundene Netzwerke, einschließlich des Internets, und dergleichen angeordnet sind.
Der offenbarte Gegenstand wird in der vorliegenden Anmeldung mit Bezug auf eine oder mehrere spezifische exemplarische Ausführungsformen davon beschrieben. Solche Ausführungsformen werden rein beispielhaft bereitgestellt. Es ist ersichtlich, dass verschiedenen Modifikationen an dem offenbarten Gegenstand vorgenommen werden können, ohne von dem breiteren Wesen bzw. Gedanken und Schutzumfang des offenbarten Gegenstands abzuweichen, wie er in den beigefügten Ansprüchen angegeben ist. Die Beschreibung und Zeichnungen sind dementsprechend als veranschaulichend zum Zwecke der Erläuterung von Aspekten des offenbarten Gegenstands anzusehen, und nicht als begrenzend oder einschränkend. Verschiedene Variationen, Änderungen und Ersetzungen werden Fachleuten ersichtlich, ohne von dem offenbarten Gegenstand abzuweichen. Es versteht sich, dass verschiedene Alternativen zu den Ausführungsformen des hierin beschriebenen offenbarten Gegenstands beim Umsetzen des offenbarten Gegenstands angewandt werden können. Die folgenden Ansprüche sollen den Schutzumfang der Erfindung definieren und Verfahren und Strukturen innerhalb des Schutzumfangs dieser Ansprüche und ihrer Äquivalente sollen durch diese abgedeckt sein.
Während bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gezeigt und beschrieben wurden, ist Fachleuten ersichtlich, dass solche Ausführungsformen nur beispielhaft genannten werden. Verschiedene Variationen, Änderungen und Ersetzungen sind nun für Fachleute deutlich, ohne von der Erfindung abzuweichen. Es ist ersichtlich, das verschiedene Alternativen zu den Ausführungsformen der Erfindung, die hier beschrieben wurden, beim Umsetzen der Erfindung eingesetzt werden können. Die folgenden Ansprüche sollen den Schutzumfang der Erfindung definieren und Verfahren und Strukturen innerhalb des Schutzumfangs dieser Ansprüche und ihrer Äquivalente sollen durch diese abgedeckt sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 7099496 B2 [0003, 0009]
US 7460697 B2 [0003]
US 7463756 B2 [0009]
US 8165355 B2 [0009]
US 7751601 B2 [0009]
US 8229184 B2 [0009]
US 7643950 B1 [0009]
US 7099496 [0012, 0013, 0014, 0028, 0035, 0066, 0082]
US 7460697 [0043]

Claims

Erfassungsschaltung, umfassend: eine Mehrzahl von Sende- oder Empfangselementen, die jeweils eine Pixelstelle definieren, die durch einen Spalt zwischen dem jeweiligen Einen der Mehrzahl von Sende- oder Empfangselementen und einem einzelnen Element des zu dem jeweiligen Sende- oder Empfangselement entgegengesetzten Typs definiert ist; eine Steuer- bzw. Regeleinrichtung, die konfiguriert ist, ein Prüfsignal an eine Gruppe aus mindestens Zweien der Mehrzahl von Sende- oder Empfangselementen zur gleichen Zeit bereitzustellen oder von dieser zu empfangen, wodurch der effektive Bereich vergrößert wird, der das Senden oder das Empfangen des Prüfsignals für jede abgebildete Pixelstelle bereitstellt.
Erfassungsschaltung nach Anspruch 1, wobei ferner die Gruppe aus Sende- oder Empfangselementen ein symmetrisches Muster bildet, wobei das symmetrische Muster vorzugsweise an der Pixelstelle zentriert ist.
Erfassungsschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend: die Mehrzahl von Sende- oder Empfangselementen, die zumindest ein lineares Pixelarray mit dem jeweiligen einzelnen Sende- oder Empfangselement bilden.
Erfassungsschaltung nach Anspruch 3, ferner umfassend: das zumindest eine lineare Pixelarray, das ein erstes lineares Pixelarray und ein zweites lineares Pixelarray umfasst; einen Ausgangssignalgenerator, der die Ausgabe der Pixelstellen in dem ersten linearen Pixelarray und in dem zweiten linearen Pixelarray kombiniert, und/oder die Steuer- bzw. Regeleinrichtung, die konfiguriert ist, das Prüfsignal für jeweilige Pixelstellen zu senden oder zu empfangen, die per Zufall abgebildet werden, und zwar entlang des jeweiligen linearen Pixelarrays.
Verfahren zum Betreiben einer Erfassungsschaltung, umfassend: Bereitstellen einer Mehrzahl von Sende- oder Empfangselementen, die jeweils eine Pixelstelle definieren, die durch einen Spalt zwischen dem jeweiligen Einen der Mehrzahl von Sende- oder Empfangselementen und einem einzelnen Element des zu dem jeweiligen Sende- oder Empfangselement entgegengesetzten Typs definiert ist; Bereitstellen oder Empfangen, über eine Steuer- bzw. Regeleinrichtungsschaltung, ein Prüfsignal an eine oder von einer Gruppe aus mindestens Zweien der Mehrzahl von Sende- oder Empfangselementen zur gleichen Zeit, wodurch der effektive Bereich vergrößert wird, der das Senden oder das Empfangen des Prüfsignals für jede abgebildete Pixelstelle bereitstellt.
Biometrische Abbildungsvorrichtung, umfassend: eine Treibersignalplatte, die ein Treibersignal trägt; eine Mehrzahl von Empfängersignalplatten, die eine Mehrzahl von Pixelstellen mit der Treibersignalplatte definieren; einen elektrischen Pfad von der Treibersignalplatte zu einer aktiven Empfängersignalplatte, die eine aktive Pixelstelle mit der Treibersignalplatte bildet, wobei der elektrische Pfad eine elektromagnetische Eigenschaft aufweist, die ansprechend auf ein Merkmal einer Biometrik, die in der Nähe der Pixelstelle platziert wird, und elektromagnetischem Rauschen geändert wird, das durch die Biometrik an der aktiven Pixelstelle eingebracht wird, wodurch ein Antwortsignal moduliert wird, das auf der aktiven Empfängerplatte an der aktiven Pixelstelle empfangen wird, und zwar ansprechend auf das Treibersignal auf der Treibersignalplatte; eine Rauschminderungsschaltung, die einen ersten Eingang umfassend das Antwortsignal von der aktiven Pixelstelle und einen zweiten Eingang umfassend ein Signal, das zumindest teilweise eine Rauschminderungskomponente enthält, aufweist, das von zumindest einem Abschnitt der Mehrzahl von Empfängerplatten empfangen wird, die andere sind als die aktive Empfängerplatte.
Biometrische Abbildungsvorrichtung nach Anspruch 6, ferner umfassend: die Treibersignalplatte, die mit der Mehrzahl von Empfängersignalplatten ein lineares eindimensionales biometrisches Sensorarray von Pixelstellen bildet.
Biometrische Abbildungsvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, ferner umfassend: die Treibersignalplatte, die eine einer Mehrzahl von Treibersignalplatten umfasst, wobei sie mit der Mehrzahl von Empfängersignalplatten ein zweidimensionales Array von Pixelstellen bildet, und/oder die elektromagnetische Eigenschaft, die Impedanz umfasst.
Biometrische Abbildungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 8, ferner umfassend: die Impedanz ist zumindest teilweise Kapazität, die ein lineares eindimensionales kapazitives Spaltsensorarray bildet, oder die Impedanz ist zumindest teilweise Kapazität, die ein zweidimensionales kapazitives Sensorarray bildet.
Biometrische Abbildungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 9, ferner umfassend: die Rauschminderungsschaltung, die einen Differenzverstärker umfasst, und das erste Eingangssignal angelegt an einen Eingangsanschluss des Differenzverstärkers und das zweite Eingangssignal angelegt an den entgegengesetzten Eingangsanschluss des Differenzverstärkers.
Biometrische Abbildungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 10, ferner umfassend: den zumindest einen Abschnitt der Mehrzahl von Empfängerplatten, die andere als die aktive Empfängerplatte sind, der eine Gruppierung der Mehrzahl von Empfängerplatten umfasst, die andere sind als die aktive Empfängerplatte, und/oder die aktive Empfängerplatte, die zentral innerhalb der Gruppierung der Mehrzahl von Empfängerplatten angeordnet ist, die andere sind als die aktive Empfängerplatte, wobei die Gruppierung der Mehrzahl von Empfängerplatten, die andere sind als die aktive Empfängerplatte, vorzugsweise alle der Empfängerplatten umfasst, die andere als die aktive Empfängerplatte sind.
Biometrische Abbildungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 11, ferner umfassend: der Abschnitt der Mehrzahl von Empfängerplatten, die andere sind als die aktive Empfängerplatte, ist so gewählt, dass er eine Rauschminderungskomponente bereitstellt, die ein Gleichgewicht in einem Betrag Kopplung gegenüber Belastung des ersten Eingangs und des zweiten Eingangs enthält.
Verfahren zum biometrischen Abbilden, umfassend: Bereitstellen eines Treibersignals auf einer Treibersignalplatte; Bereitstellen einer Mehrzahl von Empfängersignalplatten, um eine Mehrzahl von Pixelstellen mit der Treibersignalplatte zu definieren; Bereitstellen eines elektrischen Pfads von der Treibersignalplatte zu einer aktiven Empfängersignalplatte, wodurch eine aktive Pixelstelle mit der Treibersignalplatte gebildet wird, wobei der elektrische Pfad eine elektromagnetische Eigenschaft aufweist, die ansprechend auf ein Merkmal einer Biometrik, die in der Nähe der Pixelstelle platziert wird, und elektromagnetischem Rauschen geändert wird, das durch die Biometrik an der aktiven Pixelstelle eingebracht wird, was dahingehend wirkt, dass ein Antwortsignal moduliert wird, das auf der aktiven Empfängerplatte an der aktiven Pixelstelle empfangen wird, und zwar ansprechend auf das Treibersignal auf der Treibersignalplatte; Bereitstellen einer Rauschminderungsschaltung, die einen ersten Eingang umfassend das Antwortsignal von der aktiven Pixelstelle und einen zweiten Eingang umfassend ein Signal, das zumindest teilweise eine Rauschminderungskomponente enthält, aufweist, das von zumindest einem Abschnitt der Mehrzahl von Empfängerplatten empfangen wird, die andere sind als die aktive Empfängerplatte.