DE112015000883T5

DE112015000883T5 - Sensor, welcher überlappende Gitterlinien und leitfähige Sonden zum Erweitern einer Sensorfläche von den Gitterlinien verwendet

Info

Publication number: DE112015000883T5
Application number: DE112015000883.7T
Authority: DE
Inventors: G. Benkley Fred III; Ralph W. Bernstein; Nicolai W. Christie; Ivar Bredholt Geir; Oyvind Slogedal
Original assignee: Idex ASA
Current assignee: Benkley Iii Fred G Andover Us; Idex Biometrics Asa No
Priority date: 2014-02-21
Filing date: 2015-02-19
Publication date: 2017-01-12
Also published as: CN106575351B; KR102255740B1; CN106575351A; US20150242672A1; US10095906B2; WO2015127046A1; JP6662792B2; KR20160129859A; JP2017515612A

Abstract

Ein elektronischer Sensor bildet ein Gitter zum Detektieren von Flächen-Merkmalen eines in der Nähe positionierten Objekts, wie beispielsweise eines Fingerabdrucks. Das Gitter umfasst eine Mehrzahl von parallelen Treiber-Linien, die mit einer Treiber-Quelle verbindbar sind, und eine Mehrzahl von parallelen Aufnahme-Linien, die im Wesentlichen rechtwinklig zu den Treiber-Linien orientiert sind und die Treiber-Linien überlappen. Die Treiber-Linien sind von den Aufnahme-Linien durch eine isolierende dielektrische Schicht getrennt. Die Überlappungen, an denen sich die Treiber-Linien und Aufnahme-Linien kreuzen, definieren Impedanz-sensitive Elektrodenpaare, die als Pixel wirken, an denen Flächen-Merkmale des in der Nähe positionierten Objekts detektiert werden. Eine oder mehrere leitfähige Sonden erstrecken sich von einem oder mehreren zugehörigen Impedanz-sensitiven Elektrodenpaaren durch eine eine Auflage-Schicht aus isolierendem Material zu der Sensorfläche.

Description

Querverweis auf verwandte Anmeldung
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität unter 35 U.S.C § 119(e) des Anmeldetags der am 21. Februar 2014 eingereichten United States Provisional Patentanmeldung Nummer 61/942,892 und der am 24. Februar 2014 eingereichten United States Provisional Patentanmeldung Nummer 61/943,733, deren jeweilige Offenbarungen hierin durch Verweis aufgenommen sind.
Feld der Offenbarung
Diese Offenbarung beschreibt Sensoren zum Erfassen von Objekten, die nahe dem oder um den Sensor herum angeordnet sind, wie beispielsweise Fingerabdruck-Sensoren.
Hintergrund
Auf dem Markt für elektronische Sensoren gibt es eine breite Auswahl von Sensoren zum Erfassen von Objekten an gegebenen Positionen. Derartige Sensoren sind dazu eingerichtet, elektronische Charakteristiken eines Objekts zu erfassen, um die Anwesenheit eines Objekts in der Nähe des Sensors oder um den Sensor herum sowie andere Merkmale und Charakteristiken des zu erfassenden Objekts zu erfassen.
Sensoren können dazu eingerichtet sein, passiv Charakteristiken eines Objekts zu detektieren, indem Parameter wie Temperatur, Gewicht oder verschiedene Abstrahlungen, wie photonische, magnetische oder atomare Abstrahlungen eines Objekts in direkter Nähe oder in Kontakt mit dem Sensor gemessen werden. Ein Beispiel hierfür ist ein kontaktloses Infrarot-Thermometer, das das von einem Objekt emittierte Schwarzkörper-Strahlungsspektrum detektiert, aus dem seine Temperatur berechnet werden kann.
Andere Sensoren arbeiten durch direktes Anregen eines Objekts mit einem Reiz (Stimulus), wie beispielsweise einer Spannung oder einem Strom, um anschließend das resultierende Signal zu verwenden, um die physikalischen oder elektrischen Charakteristiken eines Objekts zu bestimmen. Ein Beispiel hierfür ist ein Fluid-Detektor, der aus zwei Anschlüssen besteht, einem, der das Medium mit einer Quellenspannung anregt, während der zweite den Stromfluss misst, um die Anwesenheit eines leitfähigen Fluids, wie beispielsweise Wasser, zu bestimmen.
Ein zweidimensionales Feld von Impedanzdaten kann erzeugt werden, indem ein Objekt über ein Linien-Sensorfeld bewegt und dann eine Rekonstruktion eines zweidimensionalen Bilds Linie für Linie durchgeführt wird. Ein Beispiel hierfür ist ein kapazitiver Wisch-Fingerabdruck-Sensor, der Differenzen in der Kapazität zwischen Fingerabdruck-Erhöhungen und Vertiefungen (Linien/Grate und Täler) misst, wenn ein Finger über ihn gezogen wird. Derartige Sensoren rekonstruieren ein zweidimensionales Fingerabdruck-Bild nachträglich unter Verwendung von individuellen Linien-Informationen.
Ein einfacherer Weg zum Erhalten eines zweidimensionalen Bilds ist es, ein zweidimensionales Sensorfeld zu erzeugen. Derartige Sensoren können jedoch aufgrund der großen Anzahl von Sensorpunkten, die in dem Feld benötigt werden, unverhältnismäßig teuer sein. Ein Beispiel hierfür ist ein zweidimensionaler kapazitiver Fingerabdruck-Sensor. Diese werden zwar in gewisser Anzahl hergestellt, verwenden jedoch 150 mm² oder mehr Siliziumfläche und daher scheiden sie aus Kostengründen für viele Anwendungen aus.
Diese verschiedenen Typen von elektronischen Sensoren sind in zahlreichen Anwendungen eingesetzt worden, wie beispielsweise biometrischen Sensoren zum Messen von Charakteristiken wie beispielsweise Fingerabdrücken, in medizinischen Anwendungen oder Fluid-Messvorrichtungen. Typischerweise werden Sensorelemente der verschiedenen Vorrichtungen mit einem Prozessor verbunden, der dazu eingerichtet ist, Objekt-Informationen zu prozessieren und Interpretationen für Objekt-Merkmale zu ermöglichen.
Es besteht auf diesem Feld ein Bedarf nach einer Vorrichtung, die genaue und zuverlässige Sensoren zur Verwendung in verschiedenen Anwendungen bereitstellt, wie beispielsweise dem Erfassen von Fingerabdrücken oder/und der Authentifizierung.
Abriss der Erfindung
Das Folgende stellt einen vereinfachten Abriss dar, um ein grundlegendes Verständnis von einigen der hierin beschriebenen Aspekte bereitzustellen. Dieser Abriss ist keine ausführliche Übersicht über den beanspruchten Gegenstand. Er ist weder dazu vorgesehen, entscheidende oder kritische Elemente des beanspruchten Gegenstands zu identifizieren, noch den Umfang davon einzugrenzen. Sein einziger Zweck ist es, einige Konzepte in vereinfachter Form zu präsentieren, um der detaillierteren Beschreibung vorzugreifen, die später geliefert wird.
Aspekte der Offenbarung sind in einer oder mehreren leitfähigen Sonden ausgeführt, die eine Sensorfläche eines elektronischen Sensors erweitern, von einer Fläche eines Aufnahmeelements eines Sensors in Richtung einer Fläche einer an dem Aufnahmeelement angeordneten Auflage. Der Sensor kann beispielsweise mehrere Aufnahmeelemente und mehrere Treiberelemente in einem Gittermuster anordnen und mehrere leitfähige Sonden an den mehreren Kreuzungspunkten platzieren, um so ein Gitter von Erfassungspositionen nahe oder an der Fläche der Auflage zu erzeugen.
Weitere Aspekte der Offenbarung sind in einem Fingerabdruck-Sensor ausgeführt, der in einer Vorrichtung integriert ist, die eine Auflage aufweist, die aus einem isolierenden Material hergestellt ist (z. B. Glas, Polymethylmethacrylat oder Polycarbonat). Der Fingerabdruck-Sensor umfasst wenigstens eine Treiber-Linie(-Leitung) (ein schmales längliches Treiberelement), die unter der Auflage angeordnet ist, wobei die Treiber-Linie dazu eingerichtet ist, ein Signal zu tragen, das an ein proximal positioniertes Objekt gekoppelt werden kann. Der Fingerabdruck-Sensor umfasst ferner wenigstens eine Aufnahme-Linie(-Leitung) (ein schmales längliches Aufnahmeelement), die unter der Auflage positioniert ist, wobei die Aufnahme-Linie im Wesentlichen rechtwinklig zu der Treiber-Linie orientiert ist. Die Aufnahme- und Treiber-Linie können von einer dielektrischen Schicht (z. B. einem flexiblen Polymersubstrat wie Kapton) getrennt sein. Die Treiber-Linie und die Aufnahme-Linie können ein Impedanz-sensitives Elektrodenpaar an der Position bilden, an der die Treiber-Linie die Aufnahme-Linie kreuzt („die Kreuzungsposition”).
Der Fingerabdruck-Sensor umfasst ferner wenigstens eine leitfähige Sonde, wie beispielsweise einen spaltenförmigen Leiter, die sich im Wesentlichen durch die Auflage erstreckt. Die leitfähige Sonde kann benachbart zu der Kreuzungsposition positioniert sein, so dass ein erstes Ende der leitfähigen Sonde in direkter Nähe zu dem Impedanz-sensitiven Elektrodenpaar ist. Beispielsweise kann das erste Ende der leitfähigen Sonde wenigstens einen Abschnitt des Impedanz-sensitiven Elektrodenpaars kontaktieren. Ein zweites Ende der leitfähigen Sonde kann eine Fingerabdruck-Erfassungsposition an oder nahe einer äußeren Fläche (z. B. oberen Fläche) der Auflage definieren.
In einer Ausführungsform kann die Auflage ein Teil eines Bildschirms einer berührungsempfindlichen Vorrichtung sein, so dass der Fingerabdruck-Sensor in die berührungsempfindliche Vorrichtung integriert ist.
In einer Ausführungsform überspannt die leitfähige Sonde einen Rand des Aufnahmeelements. Beispielsweise könnte die leitfähige Sonde derart platziert sein, dass die Hälfte der leitfähigen Sonde direkt über dem Aufnahmeelement ist, während die Hälfte der leitfähigen Sonde nicht direkt über dem Aufnahmeelement ist. Andere Ausführungsformen können andere Verhältnisse zwischen einer Querschnittsfläche der leitfähigen Sonde, die direkt über dem Aufnahmeelement ist, gegenüber einer Querschnittsfläche der leitfähigen Sonde, die nicht direkt über dem Aufnahmeelement ist, aufweisen (z. B. 5%/95%, 10%/90%, 95%/5% oder jedes andere Verhältnis).
In einer Ausführungsform umfasst der Sensor eine Matrix von m·n Treiber-Linien und Aufnahme-Linien. Jede Treiber-Linie kann mit einer Aktivierungsschaltung entweder dauerhaft oder über einen Schalter verbunden sein. Jedes Aufnahmeelement kann mit einem Puffer oder einem Verstärker entweder dauerhaft oder über einen Schalter verbunden sein. In einigen Beispielen ist m = n. Der Sensor kann in solchen Beispielen als ein Gittersensor bezeichnet werden. In einigen Beispielen ist m << n. Der Sensor in solchen Beispielen kann als ein Wisch- oder Linien-Sensor bezeichnet werden. Die m·n Aufnahme-Linien bilden m·n Impedanz-sensitive Elektrodenpaare. Der Sensor kann dazu eingerichtet sein, mehrere Impedanz-sensitive Elektrodenpaare gleichzeitig zu aktivieren, um Fingerabdruck-Merkmale an verschiedenen Positionen zu detektieren. Beispielsweise kann ein Liefern eines Treiber-Signals an eine Treiber-Linie das Treiber-Signal mit mehreren Aufnahme-Linien an mehreren Kreuzungspunkten koppeln, wodurch die Impedanz-sensitiven Elektrodenpaare an diesen Positionen aktiviert werden.
In einer Ausführungsform, beispielsweise wenn der Sensor ein Wisch/Linien-Sensor ist, ist die Aktivierungsschaltung dazu eingerichtet, eine Eingabe von einer berührungsempfindlichen Bildschirm-Vorrichtung zu erhalten. Die Aktivierungsschaltung kann eine aus einem Satz von Treiber-Linien auf Grundlage einer Eingabe von der berührungsempfindlichen Bildschirm-Vorrichtung aktivieren. Die Eingabe kann die Geschwindigkeit und Richtung eines Fingers umfassender über die berührungsempfindliche Bildschirm-Vorrichtung bewegt wird.
In einer Ausführungsform umfasst der Sensor wenigstens eine geerdete Sonde, die benachbart zu der leitfähigen Sonde ist. Die geerdete Sonde kann die leitfähige Sonde von Rauschen (z. B. von Einstreuungen) abschirmen und kann ein an dem entsprechenden Aufnahmeelement erhaltenes Signal besser fokussieren. In manchen Fällen ist eine Erdungsschicht zwischen der Auflage und dem Impedanz-sensitiven Elektrodenpaar platziert, und die geerdete Sonde ist mit der Erdungsschicht verbunden.
In einer Ausführungsform kann die leitfähige Sonde (z. B. eine leitfähige Spalte) unter Verwendung einer Herstellungstechnik wie beispielsweise Fräsen, Laserbohren, Ätzen, reaktivem Ionenätzen (RIE – reactive ion etching), mechanischem Bohren oder einer beliebigen anderen Technik gebildet sein.
Das Treiberelement und/oder Aufnahmeelement kann an oder unterhalb der Auflage angeordnet sein. In einem Beispiel kann das Treiberelement und/oder Aufnahmeelement direkt an der Auflage hergestellt sein, durch eine Technik umfassend Metallbedampfen, Fotolithografie und Ätzen. In einem Beispiel wird das Treiberelement an einem separaten Substrat hergestellt, das an einer Unterseite der Auflage befestigt ist. In einer Ausführungsform ist das Treiberelement und/oder Aufnahmeelement integral in der Auflage gebildet. Beispielsweise sind Linien in die Auflage geätzt und mit leitfähigem Material gefüllt, um das Treiberelement und/oder Aufnahmeelement zu bilden.
Der Sensor kann derart implementiert sein, dass er ein Muster aufweist. In einer Ausführungsform kann er so gebildet sein, dass er einer Form eines Logos eines Herstellers der Vorrichtung (z. B. eines Smartphone-Herstellers) angenähert ist.
Andere Merkmale und Charakteristiken der vorliegenden Offenbarung sowie Verfahren zum Betrieb, Funktionen von verwandten Strukturelementen und die Kombination der Teile werden bei Betrachtung der folgenden Beschreibung und angehängten Ansprüche unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen noch deutlicher, die alle einen Teil dieser Beschreibung bilden, wobei gleiche Bezugszeichen in den verschiedenen Zeichnungen entsprechende Teile bezeichnen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die beiliegenden Zeichnungen, wie hierin aufgenommen sind und einen Teil der Beschreibung bilden, zeigen verschiedene nicht-einschränkende Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. In den Zeichnungen bezeichnen gemeinsame Bezugszeichen identische oder funktional ähnliche Elemente.
1 zeigt eine Draufsicht eines elektronischen Sensors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
2 zeigt eine Ansicht von unten eines elektronischen Sensors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines elektronischen Sensors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
4 zeigt eine Draufsicht eines elektronischen Sensors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
5–11 zeigen Seitenansichten eines elektronischen Sensors gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
12 zeigt eine Ausführungsform einer Treiber- und Erfassungs-Multiplexschaltung, die einen Schwingkreis zum Kompensieren von Eingabe-Lasteffekten verwendet.
13 zeigt eine Ausführungsform einer Treiber- und Erfassungs-Multiplexschaltung, die kaskadierende Puffer für jeden Sensor verwendet, um Lasteffekte zu kompensieren.
14 zeigt eine Ausführungsform einer Treiber- und Erfassungs-Multiplexschaltung, die dedizierte Puffer für jeden Sensor verwendet, um Lasteffekte zu kompensieren.
15 zeigt einen analogen Empfänger zum Prozessieren eines erfassten Signals und eine Prozessierungsschaltung zum Durchführen einer Treiber- und Aufnahme-Linienabtastung.
16 zeigt einen Direkt-Digitalwandler-Empfänger zum Prozessieren eines erfassten Signals und eine Prozessierungsschaltung zum Durchführen einer Treiber- und Erfassungsabtastung.
17 zeigt eine Diagrammansicht eines Erfassens von Fingerabdruck-Merkmalen.
18 zeigt Schritte zum Sammeln eines 2-D-Bildes mit einem Sensorsystem.
19 zeigt Schritte zum Authentifizieren eines Benutzers mit einem Fingerabdruck-Sensor.
20 zeigt eine Masken-Extraktion aus einem Fingerabdruck-Bild, die typischerweise in Benutzer-Authentifizierungsanwendungen verwendet wird.
Detaillierte Beschreibung
Die vorliegende Offenbarung betrifft einen elektronischen Sensor zum Detektieren von proximal positionierten Objekten. In einer Ausführungsform ist der Sensor ein Fingerabdruck-Sensor, der Oberflächen-Merkmale (z. B. Linien/Grate und Täler) eines Fingers detektiert, der an dem elektronischen Sensor platziert ist. In einer Ausführungsform arbeitet der elektronische Sensor auf Grundlage einer Interaktion zwischen einem Paar von Elektroden, das ein Treiberelement und ein Aufnahmeelement umfasst. Das Aufnahmeelement kann mit dem Treiberelement kapazitiv gekoppelt sein und kann ein Signal erfassen, das von dem Treiberelement zu dem Aufnahmeelement läuft. Merkmale eines in der Nähe positionierten Objekts können detektiert werden auf Grundlage dessen, ob der Sensor eine Änderung in einem Signal detektiert, das an dem Aufnahmeelement empfangen wird. In einer Ausführungsform, in der der elektronische Sensor ein Fingerabdruck-Sensor ist, kann der Sensor detektieren, ob eine bestimmte Position an der Sensorfläche direkt unter einer Linie des Fingerabdrucks liegt oder direkt unter einem Tal des Fingerabdrucks liegt. Linien eines Fingerabdrucks können Pfade zu einem Erdungspotential mit niedriger Impedanz bereitstellen, während Täler des Fingerabdrucks eine hohe Impedanz bereitstellen können, die ähnlich Situationen ist, in denen überhaupt kein in der Nähe positioniertes Objekt anwesend ist. Somit kann, wenn eine Fingerabdruck-Linie ein Aufnahmeelement kontaktiert, sie ein an dem Aufnahmeelement detektiertes Signal merkbar abschwächen. Wenn das Aufnahmeelement hingegen direkt unter einem Tal des Fingerabdrucks liegt, wird das an dem Aufnahmeelement detektierte Signal im Wesentlichen keine Abschwächung erfahren. Der elektronische Sensor in der Ausführungsform kann somit zwischen einer Fingerabdruck-Linie und einem Fingerabdruck-Tal auf Grundlage des Signals unterscheiden, das an dem Aufnahmeelement detektiert wird.
In einer Ausführungsform bildet der elektronische Sensor ein Gitter zum Detektieren von Flächen-Merkmalen eines in der Nähe positionierten Objekts an einer Mehrzahl von Positionen. Das Gitter umfasst eine Mehrzahl von parallelen Treiber-Linien, die mit einer Treiber-Quelle verbindbar sind, und umfasst eine Mehrzahl von parallelen Aufnahme-Linien, die transversal (vorzugsweise rechtwinklig) zu den Treiber-Linien orientiert sind. Die Treiber-Linien sind von den Aufnahme-Linien durch eine isolierende (z. B. dielektrische) Schicht getrennt. Jede Treiber-Linie kann somit kapazitiv mit einer Aufnahme-Linie gekoppelt sein. In der Ausführungsform können die Treiber-Linien eine Achse (z. B. X-Achse) des Gitters bilden, während die Aufnahme-Linien eine andere Achse (z. B. Y-Achse) des Gitters bilden. Jede Position, an der sich eine Treiber-Linie und eine Aufnahme-Linie kreuzen, kann ein Impedanz-sensitives Elektrodenpaar bilden. Dieses Impedanz-sensitive Elektrodenpaar kann als ein Pixel (z. B. eine X-Y-Koordinate) behandelt werden, an dem ein Flächen-Merkmal des in der Nähe positionierten Objekts detektiert wird. Das Gitter bildet eine Mehrzahl von Pixeln, die kollektiv ein Kennfeld des Flächen-Merkmals des in der Nähe positionierten Objekts erzeugen können. Beispielsweise können die Pixel des Gitters Positionen kennzeichnen, an denen eine Linie einer Fingerspitze den elektronischen Sensor berührt, sowie Positionen, an denen ein Tal des Fingerabdrucks vorliegt. Dieses Kennfeld kann als ein Muster verwendet werden, um mit in einer Datenbank gespeicherten Linie/Tal-Mustern abgeglichen zu werden. Zusätzliche Details eines Fingerabdruck-Sensors mit überlappenden Treiber-Linien und Aufnahme-Linien sind detaillierter im US-Patent Nr. 8,421,890 mit dem Titel „Electronic imager using an impedance sensor grid array and method of making” und der US-Patentanmeldungs-Veröffentlichung Nr. US 2012-0134549 mit dem Titel „Biometric sensing” diskutiert, deren jeweilige Offenbarungen durch Verweis in ihrer Gesamtheit aufgenommen sind.
Diese Anmeldung betont nicht nur die Verwendung von überlappenden Treiber-Linien und Aufnahme-Linien zum Bilden eines Sensor-Gitters, sondern betont auch, dass ein wiederholter Kontakt zwischen einem in der Nähe angeordneten Objekt und dem Aufnahmeelement das Aufnahmeelement schließlich beschädigen kann. Andere Umwelteinflüsse, einschließlich Feuchtigkeit, Korrosion, chemische oder mechanische Abnutzung können ebenfalls das Aufnahmeelement beschädigen. Ferner können Strahlung, Rauschen und andere Umweltfaktoren an dem Aufnahmeelement die Genauigkeit des elektrischen Sensors beeinträchtigen. Wenngleich ein isolierender Film über dem Aufnahmeelement platziert werden kann, müsste der Film dünn genug sein, so dass er nicht die Detektion von Flächen-Merkmalen eines in der Nähe positionierten Objekts beeinflussen würde. Ein dünner isolierender Film kann jedoch selbst durch Umwelteinflüsse abgenutzt werden und würde nicht verhindern, dass der elektronische Sensor Probleme mit seiner Zuverlässigkeit hat.
In einer Ausführungsform setzen sich Aspekte der Offenbarung mit den oben beschriebenen Problemen auseinander, indem eine oder mehrere leitfähige Sonden (z. B. spaltenförmige Leiter) bereitgestellt werden, die es erlauben, einen Abstand zwischen dem Aufnahmeelement und einer Sensorfläche des Sensors (z. B. einer Außenfläche des Sensors) zu erweitern. In einer Orientierung ist jede leitfähige Sonde eine vertikale Spalte, die sich über einem horizontal orientierten Sensor-Gitter erstreckt. Die vertikale Spalte kann sich von einem Aufnahmeelement eines Impedanz-sensitiven Elektrodenpaars zu der Sensorfläche erstrecken. Allgemeiner gesprochen kann jede leitfähige Sonde sich von einer Pixel-Position, an der eine Treiber-Linie eine Aufnahme-Linie kreuzt, in Richtung der Sensorfläche erstrecken. Diese eine oder mehreren leitfähigen Sonden können in einer Auflage eingebettet sein, die aus einem isolierenden Material hergestellt ist, das oberhalb der Aufnahmeelemente angeordnet ist.
In der Ausführungsform erhöhen, da die eine oder mehreren Sonden sich in Richtung der Sensorfläche des elektronischen Sensors erstrecken, der von dem Sensor-Gitter entfernt ist, sie die Fähigkeit eines Aufnahmeelements, Merkmale eines Objekts an der Sensorfläche zu detektieren. Die erhöhte Detektionsfähigkeit erlaubt somit, dass die isolierende Auflage eine größere Dicke aufweist als der oben angesprochene isolierende Film. Die dickere isolierende Auflage kann einen besseren Schutz gegen Umwelteinflüsse bereitstellen. In Beispielen, in denen der elektrische Sensor für eine Touchscreen-Vorrichtung verwendet wird, kann die isolierende Auflage ein transparentes Material sein, das ein Teil des Touchscreens ist. Solch eine Konfiguration stellt eine Möglichkeit zum Integrieren des elektronischen Sensors in einer berührungsempfindlichen Vorrichtung bereit.
1 zeigt einen Abschnitt eines beispielhaften elektronischen Sensors 100 zum Erfassen von Flächen-Merkmalen eines Objekts, das in der Nähe einer Sensorfläche 101 des Sensors 100 positioniert ist. Der Sensor 100 umfasst eine Mehrzahl von Treiberelementen 102 und eine Mehrzahl von Aufnahmeelementen 104. In einer Ausführungsform können Treiberelemente als längliche, plattenförmige Streifen aus leitfähigem Material (z. B. Kupfer, Aluminium, Gold) gebildet sein, die im Wesentlichen parallel sind, die als Treiber-Linien oder Treiber-Platten bezeichnet werden können. Die Aufnahmeelemente können als längliche, plattenförmige Streifen aus leitfähigem Material gebildet sein, die im Wesentlichen parallel sind, die als Aufnahme-Linien oder Aufnahme-Platten bezeichnet werden können. Eine isolierende Schicht 106 trennt die Treiber-Linien und die Aufnahme-Linien. Die Treiberelemente 102 und die Aufnahmeelemente 104 sind transversal zueinander orientiert und sind in einer Ausführungsform rechtwinklig zueinander.
Der elektronische Sensor 100 umfasst ferner eine Mehrzahl von leitfähigen Sonden 108 (z. B. längliche leitfähige Elemente), die sich von einer Aufnahme-Linie 104 in Richtung der Sensorfläche 101 erstrecken. Wie in 1 gezeigt, ist ein erstes Ende (z. B. ein unteren Ende in der Figur) der leitfähigen Sonde 108 benachbart zu einer Position, an der eine Treiber-Linie 102 eine Aufnahme-Linie 104 kreuzt (die Kreuzungsposition). In einer Ausführungsform ist das erste Ende in Kontakt mit einem Abschnitt des Impedanz-sensitiven Elektrodenpaar, das an der Kreuzungsposition gebildet ist. In einer Ausführungsform ist das erste Ende in der Nähe des Impedanz-sensitiven Elektrodenpaars, aber kontaktiert das Elektrodenpaar nicht. In der Ausführungsform ist die leitfähige Sonde kapazitiv mit dem Impedanz-sensitiven Elektrodenpaar gekoppelt. In einer Ausführungsform erstreckt sich die leitfähige Sonde im Wesentlichen durch eine Auflage 110, die aus isolierendem Material hergestellt ist. Wie später in der Offenbarung gezeigt wird, kann ein zweites Ende (z. B. ein oberes Ende in der Figur) der leitfähigen Sonde 108 an einer oberen Fläche der Auflage enden (z. B. bündig mit der oberen Fläche sein), oberhalb der oberen Fläche oder unterhalb der oberen Fläche. Die obere Fläche der Auflage 110 kann die Sensorfläche 101 sein, wie in 1 gezeigt ist, oder kann von der Sensorfläche durch eine oder mehrere Schichten getrennt sein.
In einer Ausführungsform ist das isolierende Material für die Auflage 110 transparent. In einer Ausführungsform ist das isolierende Material 110 aus einer Gruppe ausgewählt, die aus Glas, Polymethylmethacrylat und Polycarbonat besteht. In Fällen, in denen das isolierende Material 110 Glas oder einen Glasersatz (z. B. Acrylglas (Polymethylmethacrylat) oder Polycarbonat) umfasst, können die leitfähigen Sonden 108 als Durchgangskontakte in dem isolierenden Material gebildet sein. In einigen Fällen kann die Auflage 110 aus einem dicken flexiblen Polymersubstrat anstelle von Glas hergestellt sein. Die leitfähigen Sonden können innerhalb des Polymersubstrats eingebettet sein. Beispielsweise kann eine Ätztechnik Spalten in der Auflage 110 bilden, die mit leitfähigem Material gefüllt werden können (z. B. Kupfer, Indium-Zinn-Oxid, einer leitfähigen Paste (z. B. aus Graphit-Nanoröhren, Graphitpulver, Kupfer hergestellt), einem leitfähigen Klebstoff (z. B. Silber, Kupfer, Graphit) oder einem leitfähigen Polymer), durch Ablagerung, Anlagerung, Elektroplattierung oder einer anderen Technik. In einem anderen Beispiel können die leitfähigen Sonden zuerst als schmale längliche Elemente gebildet werden, und das isolierende Material für die Auflage 110 kann dann abgelagert werden, um die leitfähigen Sonden einzubetten.
In einer Ausführungsform können die leitfähigen Sonden aus einem transparenten Material, wie beispielsweise Indium-Zinn-Oxid(ITO)-Material hergestellt sein, was die leitfähigen Sonden für einen Benutzer nicht wahrnehmbar macht. In einer Ausführungsform können die leitfähigen Sonden einen Querschnitt aufweisen, der ausreichend klein ist, um die leitfähigen Sonden für den Benutzer nicht wahrnehmbar zu machen.
Die Ausführungsform in 1 umfasst eine Mehrzahl von Treiber-Linien 102 und eine Mehrzahl von Aufnahme-Linien 104. Wie oben diskutiert können die Treiber-Linien eine Achse (z. B. eine X-Achse) eines Gitters (Felds) bilden, während die Aufnahme-Linien eine andere Achse (z. B. Y-Achse) bilden können. Jede Position, an der eine Aufnahme-Linie über eine Treiber-Linie kreuzt (d. h. eine Kreuzungsposition), kann ein Impedanz-sensitives Elektrodenpaar bilden, das als ein Pixel in dem Gitter verwendet wird. Wie ebenfalls oben diskutiert, kann sich eine leitfähige Sonde 108 von einer Kreuzungsposition in Richtung der Sensorfläche 101 erstrecken. In 1 erweitern die leitfähigen Sonden somit die Sensorfläche aus einer durch die Spitzen der Aufnahme-Linien 104 definierten Ebene in einer vertikalen Richtung zu der oberen Fläche 101. Beispielsweise erstrecken sich die leitfähigen Sonden 108 von oder nahe den Aufnahme-Linien 104 zu einer Mehrzahl von Positionen 112 an oder nahe der Sensorfläche 101. Die leitfähigen Sonden 108 erlauben ihren jeweiligen Impedanz-sensitiven Elektrodenpaaren, Änderungen der Flächenimpedanz an oder nahe den Positionen 112 besser zu detektieren und somit Flächen-Merkmale eines Objekts an oder nahe den Positionen 112 besser zu detektieren. Für eine Touchscreen-Vorrichtung erlaubt die Verwendung der leitfähigen Sonden, dass die Treiberelemente und Aufnahmeelemente des Sensors 100 innerhalb ihres Touchscreens integriert werden. Diese Integration spart Raum an der Touchscreen-Vorrichtung, indem es dem Sensor 100 erlaubt wird, seine Sensorfläche mit einer berührungsempfindlichen Fläche der Touchscreen-Vorrichtung zu teilen. Die Verwendung von leitfähigen Sonden 108 erhöht ebenfalls den Bereich von zulässigen Dicken für die Auflage 110.
In einer Ausführungsform überspannt das untere Ende jeder leitfähigen Sonde 108 einen Rand einer Aufnahmelinie 104 und somit überlappt das untere Ende der Sonde teilweise die isolierende Schicht benachbart zu der Aufnahmelinie 104. In der in 1 gezeigten Ausführungsform ist die Hälfte der Breite der leitfähigen Sonde 108 direkt über einer entsprechenden Aufnahmelinie 104 angeordnet, während die Hälfte der Breite der leitfähigen Sonde 108 über benachbartem leitfähigem Material angeordnet ist. In anderen Ausführungsformen kann die leitfähige Sonde 108 5% ihrer Breite direkt über der Aufnahmelinie 104 angeordnet haben, während 95% der Breite über dem benachbarten dielektrischen Material angeordnet ist, oder kann ein anderes beliebiges Verhältnis für eine derartige Positionierung aufweisen (z. B. 10/90, 90/10, 95/5).
Wie in 1 und 4 gezeigt, liefert in einer Ausführungsform eine Aktivierungsschaltung 126 ein Signal an eine Treiber-Linie 102. Ferner detektiert eine Detektionsschaltung 120 (z. B. ein Verstärker oder Puffer) ein an der Aufnahme-Linie 104 empfangenes Signal. In der in 1 gezeigten Ausführungsform ist eine Aktivierungsschaltung 126 für jede Treiber-Linie vorgesehen, und eine Detektionsschaltung 120 ist für jede Aufnahme-Linie vorgesehen. In anderen Ausführungsformen kann der Sensor 100 weniger Aktivierungsschaltungen oder/und weniger Detektionsschaltungen 120 umfassen. Beispielsweise können mehrere Treiber-Linien sich eine Aktivierungsschaltung 126 mittels eines Multiplexers teilen, während mehrere Aufnahme-Linien sich eine Detektionsschaltung 120 mittels eines Multiplexers teilen können. In der Ausführungsform aus 1 umfasst der Sensor 100 einen Schalter 124, der eine Treiber-Linie 102 von einer Aktivierungsschaltung 126 trennen kann, und umfasst einen Schalter 122, der eine Aufnahme-Linie 104 von einer Detektionsschaltung 120 trennen kann. Der Schalter erlaubt es dem Sensor 100, nur eine Treiber-Linie während einer Zeitperiode zu aktivieren und Signale an verschiedenen Kreuzungspositionen entlang der aktivierten Treiber-Linie zu detektieren. In einigen Fällen kann der Sensor 100 gleichzeitig die Signale von mehreren Aufnahme-Linien detektieren. In einigen Fällen kann der Sensor 100 ein Signal von einer Aufnahme-Linie detektieren, während eine oder mehrere benachbarte Aufnahme-Linien mit der Erdung verbunden werden. Die geerdeten Aufnahme-Linien können die gemessene Aufnahme-Linie von Rauschen abschirmen. Das detektierte Signal kann ein Flächen-Merkmal an einer X-Y-Koordinate entsprechend der aktivierten Treiber-Linie und der gemessenen Aufnahme-Linie anzeigen. Der Sensor 100 kann sequentiell andere Treiber-Linien aktivieren, um Flächen-Merkmale bei anderen X-Y-Koordinaten zu detektieren.
Die Aktivierungsschaltungen 126 und Detektionsschaltungen 120 können an beliebigen Positionen angeordnet sein. In einigen Beispielen können sie ein Teil des Sensors 100 sein. Beispielsweise können sie in die Auflage 100 eingebettet sein, wo sie benachbart zu den Treiber-Linien und Aufnahme-Linien sein können, oder unterhalb der Treiber-Linien und Aufnahme-Linien. In einigen Beispielen können sie als eine separate Komponente bereitgestellt sein (z. B. eine Aktivierungs- und Detektionskomponente), die separat von dem Sensor 100 hergestellt oder verkauft wird.
In einer Ausführungsform können die Treiber-Linien und Aufnahme-Linien mit Lithographie-Techniken gebildet sein (z. B. Ablagerung oder Ionenaustausch-Metallisierung, Masken-Bilden, Ätzen). Beispielsweise können die Treiber-Platten und/oder die Aufnahme-Platten gebildet werden, indem eine leitfähige Schicht abgelagert wird, eine Maske über der leitfähigen Schicht gemustert wird und die leitfähige Schicht in eine Mehrzahl von parallelen Linien geätzt wird. Die verschiedenen Schichten können sukzessive aufeinander unter Verwendung solcher Techniken gebildet werden. Die verschiedenen Schichten derart zu bilden, kann zu der gestuften Form der isolierenden Schicht 106 und der Treiber-Platten 102 führen, wie sie in 1 und 2 gezeigt ist.
Spezifischer gesprochen sind in einer Ausführungsform die Aufnahmeelemente 104 in einer im Wesentlichen parallelen Konfiguration angeordnet, z. B. an einer Fläche der Auflage 110. Wie in 2 gezeigt ist, ist die dielektrische Schicht 106 dann über der Aufnahmeelementen 104 derart aufgebracht, dass die dielektrische Schicht jedes Aufnahmeelement bedeckt und sich in die Lücken zwischen benachbarten Aufnahmeelemente erstreckt, wodurch beabstandete Rillen definiert werden, die parallel zu den Aufnahme-Linien 104 in der unteren Fläche der dielektrischen Schicht 106 sind. Die Treiberelemente 102 sind dann über der dielektrischen Schicht 106 in parallelen Streifen in einer Weise aufgebracht, dass Abschnitte von jeder Treiber-Linie 102 in Rillen strömen, die in der dielektrischen Schicht 106 gebildet sind, und diese füllen.
3 zeigt einen alternativen Sensor 100A, in dem die Treiber-Linien 102A, Aufnahme-Linien 104A und isolierende Schicht 106A planar sind. Im Allgemeinen können die Treiber-Linien, die isolierende Schicht, die Aufnahme-Linien und die Auflage jede beliebige Form aufweisen.
In einer Ausführungsform umfasst der Sensor andere Schichten. Beispielsweise kann eine leitfähige Schicht unterhalb der Treiber-Linien und Aufnahme-Linien gebildet sein. Die leitfähige Schicht kann die Aufnahme-Linien von Rauschen abschirmen und kann ein Erdungspotential bereitstellen. In einer Ausführungsform sind zusätzliche Sonden gebildet und elektrisch mit dem Erdungspotential verbunden. Die geerdeten Sonden können benachbart zu einer oder mehreren der leitfähigen Sonden 108 angeordnet sein und können die eine oder mehreren leitfähigen Sonden 108 von Rauschen abschirmen.
In einer Ausführungsform können Strukturen (z. B. Durchkontaktierungen) für die leitfähigen Sonden durch mechanisches Bohren, chemisches Ätzen, reaktives Ionenätzen, Laserbohren und/oder andere Mikrobearbeitungsprozesse gebildet sein.
4 zeigt eine Draufsicht des elektronischen Sensors 100. Die Figur zeigt, dass jede leitfähige Sonde 108 eine Grenze zwischen einer Aufnahme-Linie 104 und einer benachbarten isolierenden Schicht 106 überspannt. Die Figur zeigt ferner, dass die Mehrzahl von leitfähigen Sonden 108 in einem Gittermuster angeordnet sein kann, um im Wesentlichen den Kreuzungspositionen zwischen den Treiber-Linien 102 und den Aufnahme-Linien 104 zu entsprechen.
5 zeigt eine Seitenansicht des elektronischen Sensors 100. Die gezeigte Ausführungsform zeigt, dass jede leitfähige Sonde 108 eine Durchkontaktierung durch die Auflage 110 bildet. Während die gezeigte Ausführungsform eine leitfähige Sonde 108 zeigt, die in Kontakt mit einer Aufnahme-Platte 104 ist, kann die leitfähige Sonde 108 von der Aufnahme-Platte 104 in anderen Ausführungsformen elektrisch isoliert sein. Ferner kann, während die gezeigte Ausführungsform zeigt, dass ein oberes Ende der leitfähigen Sonde 108 bündig mit der Sensorfläche 101 ist, in anderen Ausführungsformen das obere Ende unterhalb der Sensorfläche angeordnet sein, so dass die Auflage 110 die leitfähige Sonde 108 besser gegen Umwelteinflüsse schützt.
6 zeigt eine Situation, in der die obere Fläche 110 eine Sensorfläche 101 ist, die ein in der Nähe positioniertes Objekt kontaktiert, wie beispielsweise eine Fingerspitze 200. Die Kopplung zwischen einer Treiber-Linie 102 und einer Aufnahme-Linie 104 in 6 kann als eine Kapazität modelliert werden. Die Kapazität umfasst eine Streifenkapazität von einem elektrischen Streifenfeld zwischen den beiden Linien, das später in der Offenbarung illustriert werden wird. Die Kopplung zwischen der Treiber-Linie 102 und einer leitfähigen Sonde 108 kann ebenfalls als eine Kapazität modelliert werden.
Die elektrischen Streifenfelder sind in 7 illustriert, die Feldlinien 302 zwischen der Treiber-Linie 102 und der leitfähigen Sonde 108 und Feldlinien zwischen der Treiber-Linie 102 und der Aufnahme-Linie 104 in einer Situation zeigt, in der kein Objekt in der Nähe des elektronischen Sensors 100 ist. 7 zeigt einen Vorteil des Platzierens der leitfähigen Sonde 108 als Überspannung einer Grenze zwischen einer Aufnahme-Linie 104 und ihrer benachbarten dielektrischen Schicht 106. Spezifischer gesprochen beruht in einigen Beispielen die von der Aufnahme-Linie 104 durchgeführte Detektion auf einem Detektieren von Signalen, die von einem elektrischen Streifenfeld bereitgestellt werden, das die Aufnahme-Linie 104 und die Treiber-Linie 102 koppelt. Eine Änderung in dem elektrischen Streifenfeld kann ein Objekt in der Nähe des elektronischen Sensors 100 anzeigen. Wie in 7 illustriert, ist jedoch die Sonde 108 ein Leiter, der die Existenz eines elektrischen Felds innerhalb des Leiters verhindert. In einigen Beispielen kann jede der leitfähigen Sonden 108 in einer beliebigen aus einer Reihe von Positionen bezüglich den Treiber- und Aufnahme-Platten angeordnet sein, wie beispielsweise einer Position oberhalb der Treiber-Platte 102 und zentriert über isolierendem Material, das benachbart zu einer Aufnahme-Platte 104 ist, einer Position, die über der Aufnahme-Platte 104 zentriert ist, einer Position, die die Aufnahme-Platte 104 und die Treiber-Platte 102 überspannt, oder einer beliebigen Position dazwischen. Drei der Positionen sind als Positionen 108-1, 108-2 und 108-3 jeweils in 4 illustriert. 7 zeigt die überspannende Konfiguration, in der die leitfähige Sonde 108 zu einem Rand (z. B. dem linken Rand) des Aufnahmeelements 104 verschoben ist. Diese Konfiguration optimiert das elektrische Streifenfeld, das sich nahe dem anderen Rand (z. B. dem rechten Rand) der Aufnahme-Linie 104 bildet.
8 zeigt eine Situation, in der ein Objekt, wie beispielsweise eine Fingerspitze 200, die Sensorfläche 101 des Sensors 100 berührt. Die Figur zeigt, dass Linien 202, 204 der Fingerspitze 200 einen Pfad zur Erdung mit niedriger Impedanz bereitstellen. Insbesondere können die Linien 202, 204 der Fingerspitze 200 in physischem Kontakt mit leitfähigen Sonden 108A und 108C sein, so dass die Linien 202, 204 einen Gleichstrompfad zur Erdung bereitstellen. Indem die leitfähige Sonde 108A geerdet wird, kann beispielsweise die Aufnahme-Linie 104A geerdet werden, wodurch das an der Aufnahme-Linie 104A empfangene Signal abgeschwächt wird. Anders ausgedrückt kann das elektrische Streifenfeld 304A zwischen der Treiber-Linie 102 und der Aufnahme-Linie 104A und das elektrische Streifen-Feld 302A zwischen der Treiber-Linie 102 und der leitfähigen Sonde 108A geändert werden, wenn die entsprechende leitfähige Sonde 108A die Linie 202 kontaktiert. Die Änderung kann die Stärke des elektrischen Streifenfelds an der Aufnahme-Linie 104A schwächen, was das an der Aufnahme-Linie 104A detektierte Signal verringern kann. Somit kann zum Erfassen eines Fingerabdrucks das abgeschwächte Signal an der Kreuzungsposition zwischen der Aufnahme-Linie 104A und der Treiber-Linie 102 als eine Fingerabdruck-Linie an der Kreuzungsposition oder der Position der Sonde interpretiert werden.
8 zeigt ferner, dass wenn ein Tal 206 der Fingerspitze 200 über einer leitfähigen Sonde 108B positioniert ist, das elektrische Streifenfeld 304B zwischen der Treiber-Linie 102 und der Aufnahme-Linie 104B und das elektrische Streifenfeld 302B zwischen der Treiber-Linie 102 und der leitfähigen Sonde 108B um das darunter liegende Impedanz-sensitive Elektrodenpaar herum wesentlich weniger beeinflusst sind. Spezifischer gesprochen zeigt die Figur ein Tal 206, das über der leitfähigen Sonde 108B angeordnet ist. Das Tal 206 stellt eine Lücke bereit, die elektrisch die Impedanz der leitfähigen Sonde 108B gegenüber der Fingerspitze 200 verglichen mit der Fingerspitze 200 in Kontakt mit der leitfähigen Sonde 108A an der Linie 202 verringert, wodurch die Größe der Signalabschwächung an der Aufnahme-Linie 104B verglichen mit einer Aufnahme-Linie 104A verringert wird.
9 zeigt eine Ausführungsform, in der ein dielektrischer Bereich 130 die leitfähigen Sonden 108 und die Aufnahme-Linien 104 entweder an dem oberen, unteren oder beiden Enden des Sensorkörpers 101 trennt. Die Lücke kann als eine Kapazität modelliert werden, die eine leitfähige Sonde 108 mit einer Aufnahme-Linie 104 koppelt. Die kapazitive Kopplung kann eine Gleichstrom-Erdung für eine Aufnahme-Linie 104 bereitstellen, wenn eine Linie einer Fingerspitze 200 in Kontakt mit der entsprechenden leitfähigen Sonde 108 der Aufnahme-Linie 104 ist.
Wie in 8 zeigt auch 9 ebenfalls, dass ein Erden der leitfähigen Sonde 108 das elektrische Streifenfeld um die Aufnahme-Linie 104 herum ändern kann. Das geänderte elektrische Streifenfeld kann zu einem abgeschwächten Signal führen, das an einer Kreuzungsposition zwischen einer Treiber-Linie 102 und einer Aufnahme-Linie 104 detektiert wird. Die Abschwächung kann als ein Objekt in Kontakt mit der Kreuzungsposition oder Position der Sonde interpretiert werden.
10 zeigt eine Ausführungsform, in der eine isolierende Schicht 112 oberhalb der leitfähigen Sonden 108 an der oberen Fläche der Auflage 110 angeordnet ist. In einigen Beispielen umfasst die isolierende Schicht 112 ein von dem isolierenden Material der Auflage 110 verschiedenes Material. In einigen Beispielen kann die isolierende Schicht 112 die gleichen Materialien umfassen, aus denen die Auflage 110 besteht. In solchen Beispielen kann die isolierende Schicht 112 als eine von der Auflage 110 verschiedene Schicht aufgefasst werden, da sie angelagert oder anderweitig gebildet wird, nachdem die Auflage 110 gebildet worden ist. In bestimmten Fällen kann die isolierende Schicht 112 transparent sein.
In 10 ist die Sensorfläche 101 an der oberen Fläche der isolierenden Schicht 112 angeordnet anstelle einer oberen Fläche der Auflage 110. Die isolierende Schicht 112 kann eine kapazitive Kopplung zwischen den leitfähigen Sonden 108 und einem Objekt bereitstellen, das die Sensorfläche 101 berührt, wie beispielsweise eine Linie einer Fingerspitze. Die Permittivität ε und Dicke d der isolierenden Schicht 112 können so ausgewählt werden, dass ein Pfad mit niedriger Impedanz von den leitfähigen Sonden 108 zur Gleichstromerdung bereitgestellt wird, wenn ein Objekt, wie beispielsweise die Linie der Fingerspitze, die Sensorfläche 101 berührt.
11 zeigt eine Ausführungsform, die ebenfalls eine isolierende Schicht 112A umfasst, die über den leitfähigen Sonden 108 platziert ist. Die gezeigte Ausführungsform zeigt Elektroden 105, die an einer oberen Fläche der Auflage 110 platziert sind. In einigen Fällen können derartige Elektroden einen Flächenbereich einer leitfähigen Sonde an der oberen Fläche der Auflage 110 erweitern. Der vergrößerte Flächenbereich kann eine kapazitive Kopplung zwischen einem Objekt, das die Sensorfläche 101 berührt und der leitfähigen Sonde 108 vergrößern. In einigen Beispielen sind die Elektroden 105 galvanisch mit den leitfähigen Sonden 108 verbunden. In einigen Beispielen sind die Elektroden 105 von den leitfähigen Sonden 108 elektrisch isoliert, jedoch kann die Isolation zwischen den Elektroden 105 und den leitfähigen Sonden 108 weiterhin eine kapazitive Kopplung zwischen ihnen bereitstellen.
In einer Ausführungsform umfasst der Sensor wenigstens eine geerdete Sonde, die zu einer leitfähigen Sonde benachbart ist. Die geerdete Sonde kann die leitfähige Sonde von Rauschen (z. B. Einstreuungen) abschirmen und kann ein an dem entsprechenden Aufnahmeelement empfangenes Signal besser fokussieren. In manchen Fällen ist eine Erdungsschicht zwischen der Auflage und dem Impedanz-sensitiven Elektrodenpaar platziert, und die geerdete Sonde ist mit der Erdungsschicht verbunden. Beispielsweise kann, unter Bezugnahme zurück zu 1, der Sensor 100 eine zweite Mehrzahl von leitfähigen Sonden umfassen. Sonden in der zweiten Mehrzahl von zweiten Sonden können die selben Abmessungen wie die leitfähigen Sonden 108 aufweisen oder können abweichende Abmessungen aufweisen (z. B. dicker oder dünner sein und kürzer oder länger sein). Jede aus der zweiten Mehrzahl von zweiten Sonden kann zwischen den leitfähigen Sonden 108 platziert sein. In einem Beispiel kann jede der zweiten Mehrzahl von Sonden entlang einer imaginären Linie angeordnet sein, die zwei leitfähige Sonden 108 verbindet. In einem Beispiel kann die zweite Mehrzahl von Sonden derart angeordnet sein, dass die leitfähigen Sonden 108 und die zweite Mehrzahl von Sonden ein gestaffeltes Muster bilden (z. B. eine der zweiten Mehrzahl von Sonden ist zwischen vier benachbarten leitfähigen Sonden 108 angeordnet). Der Sensor 100 kann eine weitere leitfähige Schicht aufweisen, die als eine Erdungsschicht fungiert. Die Erdungsschicht kann beispielsweise unterhalb der Treiber-Linien 102 gebildet sein. Die Erdungsschicht und die Treiber-Linien 102 können voneinander durch eine weitere isolierende (z. B. dielektrische) Schicht getrennt sein. Jede aus der zweiten Mehrzahl von leitfähigen Sonden kann sich durch die isolierende Schicht 106 und die weitere isolierende Schicht erstrecken, um elektrisch mit der Erdungsschicht zu verbinden. Jede der zweiten Mehrzahl von leitfähigen Sonden kann sich so erstrecken, dass sie bündig mit der Sensorfläche 101 ist, oder kann an einer Position unterhalb der Sensorfläche 101 enden. Wie oben diskutiert, kann die Mehrzahl von zweiten leitfähigen Sonden dabei helfen, das Signal an den Aufnahmeelementen 104 zu fokussieren.
Die gemäß den obigen Ausführungsformen beschriebenen Strukturen bieten Vorteile wie:

– Design
– Ergonomie und Bedienbarkeit
– Vereinfachte Integration und verbesserte Haltbarkeit
– Benutzer-Feedback für verbesserte biometrische Leistungsfähigkeit
– Direkte Interaktion mit Anwendungsgrafiken und Animation

Zusätzliche Details zum Bilden einer Struktur mit einer leitfähigen Sonde, einer Treiber-Platte und einer Aufnahme-Platte, einschließlich anderer Ausführungsformen und anderer Anordnungen für solche Strukturen sind in der norwegischen Patentanmeldung 20131423, der norwegischen Patentanmeldung 20130289 und der US-Patentanmeldung Nr. 14/183,893 (US-Patentanmeldungs-Veröffentlichung Nr. 2014/0241595) bereitgestellt, deren gesamter Inhalt hier durch Bezugnahme aufgenommen ist.
Die folgenden Figuren illustrieren beispielhafte Schaltungen, die dazu eingerichtet sind, Treiber-Signale zu Treiber-Linien zu liefern und an Aufnahme-Linien detektierte Signale zu verarbeiten.
12 zeigt ein Schaltungsdiagramm eines Beispiels eines Frontends für den Platzierungssensorin einer Topologie, die eine Bank von Single Pole Double Throw Schaltern oder SPDTs zum Abtasten der Aufnahme-Plattenreihen und eine Bank von Single Pole Single Throw Schaltern zum Multiplexen der Aufnahme-Plattenspalten verwendet. Der Sensor aus 12 umfasst obere Platten (d. h. Aufnahme-Platten) 902a, 902b, ..., 902n, untere Platten (d. h. Treiber-Platten) 906a–906n und eine obere Referenz-Platte (d. h. Aufnahme-Platte) 905. Eine Trägersignalquelle 916 erzeugt ein Treiber-Signal für die unteren Platten 906a–906n, die selektiv mit der Trägersignalquelle 916 über Schalter verbindbar sind, die von Treiber-Steuerlinien 940 gesteuert werden.
In 12 sehen wir einen Schnappschuss der analogen Schalter 944a–944n (von Schalter-Steuerlinien 946 gesteuert), wenn der Abtastprozess beginnt. Nur die untere Platte 90a (die aktive untere Platte) ist mit der Trägersignalquelle 916 verbunden. Nur der erste SPDT-Schalter 944a ist in der „an”-Position gezeigt, was es der Aufnahme-Platte 902a erlaubt, ihr Plattensignal in einen differentiellen Verstärker 980 zu leiten. Die verbleibenden Aufnahme-Platten sind über Schalter 944n zur Erdung kurzgeschlossen, was jegliches von ihnen empfangenes Aufnahme-Signal daran hindert, in den differentiellen Verstärker 980 einzutreten.
Jeder SPDT weist eine parasitäre Kapazität 945 aufgrund der Tatsache auf, dass reale Schalter keine perfekte Isolation gewährleisten. Tatsächlich nimmt der Grad der Isolation mit der Frequenz ab, was typischerweise durch einen parallelen Kondensator über die Schalterpole modelliert wird. Indem ein SPDT-Schalter verwendet wird, kann diese Kapazität zur Erdung liegen, wenn eine individuelle Platte nicht aktiv ist. Da ein großes Feld von Schaltern gleich der Anzahl von Aufnahme-Platten vorliegt, typischerweise 200 für einen 500 dpi Sensor, wird die effektive Nebenkapazität zur Erdung mit dieser Zahl multipliziert. Wenn also ein gegebener Schalter 0,5 Picofarad parasitäre Kapazität aufweist und 200 Aufnahmeelemente vorliegen, würde sich dies zu 100 Picofarad Gesamt-Nebenkapazität addieren.
Um diese große Kapazität daran zu hindern, einen Großteil des empfangenen Signals von dem aktiven Aufnahmeelement zur Erdung abzuleiten, ist es in diesem Beispiel wünschenswert, eine Kompensationsschaltung zu verwenden. Dies wird durch Verwendung eines Resonanzinduktors 939 erreicht, der eine klassischen Bandpassfilter-Schaltung in Zusammenwirkung mit parasitären Kondensatoren 945 (einer pro Schalter) und Regelkondensatoren 934 und 937 bildet. Eine Zweischritt-Nullpunkt & Spitzen-Tuningkalibrationsprozedur wird verwendet, wobei die Regelkondensatoren 934 und 937 individuell mit dem Induktor 939 unter Verwendung des gleichen Treiber-Signals an sowohl dem Plus- als auch dem Minuseingang an den differentiellen Verstärker 980 getunt werden. Die beiden Bandpassfilter, die mit dem Induktor 939 und den Resonanzkondensatoren 934 und 937 jeweils gebildet werden, werden auf die gleiche Mittelfrequenz getunt, wenn ein Nullsignal aus dem differentiellen Verstärker 980 vorliegt. Als nächstes werden die Kondensatoren 934 und 937 und der Induktor 939 zusammen unter Verwendung eines differentiellen Eingangssignals mit entgegengesetzten 180 Grad Phasen an den Plus- und Minuseingängen zu dem differentiellen Verstärker 980 getunt. Sie werden im Gleichtakt inkrementiert bis die exakte Treiber-Trägerfrequenz erreicht ist, was eintritt, wenn die Ausgabe des differentiellen Verstärkers 980 an ihrem Spitzenwert ist, was die Mittelfrequenz gleich der exakten Frequenz des Träger-Treibersignals 916 macht.
In einer Systemimplementierung würde eine Kalibrationsoutine vor jeder Abtastung eines Fingerabdrucks durchgeführt werden, um einen Drift dieses Filters mit der Zeit und der Temperatur zu minimieren. Der Resonanzinduktor 939 benötigt einen Q- oder Qualitätsfaktor von wenigstens 10, um dem Filter die richtigen Bandbreiten-Charakteristiken zu verleihen, die notwendig sind, um das Signal-Rausch-Verhältnis zu optimieren.
13 zeigt ein alternatives Beispiel einer Vorrichtung (Frontend-Schaltung 900b), die mehrere Bänke 907a, 907b von miteinander gruppierten Platten verwendet, jede mit ihrem eigenen differentiellen Verstärker 980a, 980b. Die Aufnahme-Linien der Bank #1 907a werden selektiv auf den differentiellen Verstärker 980a durch Schalter 944a–944n gesteuert, die durch Aufnahme-Steuerlinien 945 verbunden sind, und die Aufnahmelinien der Bank #2 werden selektiv mit dem differentiellen Verstärker 980b durch Schalter 945a–945n verbunden, die von Aufnahme-Steuerlinien 9455 gesteuert werden.
Das Aufteilen der großen Anzahl von parallelen Aufnahme-Platten in Gruppen, die jeweils eine kleinere Anzahl von Platten enthalten, ist eine alternative Architektur, die die Verwendung eines getunten Bandpassfilters in dem Frontend nicht benötigen würde, da die parasitären Schalterkapazitäten stark verringert würden. Dies hätte zwei mögliche Vorteile, zum einen niedrigere Kosten, und zweitens die Möglichkeit, ein frequenzagiles Frontend zu erhalten. In dieser Figur ist ein Schnappschuss des Frontends gezeigt, in dem der erste Schalter 944a der Bank 907a aktiv ist. Alle anderen Schalterbänke 907b sind inaktiv dargestellt, wobei ihre jeweiligen Platten zur Erdung kurzgeschlossen sind. Daher bekommt nur der differentielle Spannungs- oder Stromverstärker 980a ein Plattensignal in sich geleitet, während differentielle Spannungs- oder Stromverstärker 980b sowohl ihre positiven als auch negativen Anschlüsse mit der Erdung durch ihre jeweiligen Schalter 945a–945n und 945r kurzgeschlossen haben, wodurch jegliches Signal von diesen Bänken daran gehindert wird, zu der Gesamtausgabe beizutragen.
Jeder der differentiellen Verstärker 980a, 980b wird jeweils durch Widerstände 987a, 987b in einen Summierungsverstärker 985 summiert. Nur der differentielle Verstärker 980a in diesem Schnappschuss bekommt ein Signal in sich geleitet, so dass er unabhängig ein Signal zu der Eingabe des Summierungsverstärkers 985 erzeugt. Dieser Prozess wird sequentiell wiederholt bis alle oder im Wesentlichen alle der Schalterbänke 907a, 907b, etc. und Schalterplatten 944a–944n, 945a–945n, etc. des gesamten Feldes vollständig abgetastet sind.
Durch Aufteilen des Aufnahmefeldes wird die kapazitive Eingabelast an jeder Platte von derjenigen des gesamten Feldes von Schalters auf die Anzahl der Schalter innerhalb einer gegebenen Plattengruppe reduziert. Beispielsweise führt ein Aufteilen von 196 potentielle Aufnahmeplatten in 14 Bänke von 14 Platten zu einer kapazitiven Last gleich der parasitären Kapazität von 14 Schaltern (944) plus der kapazitiven Last des differentiellen Verstärkers. Wenn analoge Schalter 944 mit sehr niedriger parasitärer Kapazität hergestellt werden, dann würde die Gesamt-Eingabelast klein genug, um keine Bandpass-Schaltung in dem Frontend zu benötigen, um die Lastkapazität resonant auszugleichen. Wenn Fertigungstechniken für integrierte Schaltungen verbessert werden, wäre es möglich, kleinere Schalter mit niedrigerer parasitärer Kapazität zu entwerfen, wodurch dieser Ansatz noch attraktiver würde.
14 zeigt ein weiteres Beispiel einer Frontend-Schaltung unter Verwendung individueller Plattenpuffer, die in einen differentiellen Verstärker zweiter Stufe gemultiplext werden.
Die Puffer 982a bis 982n sind wie gezeigt spezielle Puffer, die dazu ausgelegt sind, eine sehr niedrige Eingangskapazität aufzuweisen. In einer Ausführungsform könnten diese Puffer als einstufige kaskadierende Verstärker eingerichtet sein, um eine Drain-zu-Gate-Miller-Kapazität und eine Die Fläche zu minimieren. Um die Platte-zu-Platte-Isolierung zu verbessern, könnten zwei Sätze von Schaltern für jeden Eingang verwendet werden. Analoge Schalter 930a–930n sind in diesem Beispiel enthalten, um ausgewählte Puffer in den differentiellen Verstärker 980 zu multiplexen. Puffer-Leistungsschalter 932a–932n sind enthalten, um gleichzeitig die Leistungszufuhr zu all den Eingabepuffern auszuschalten, die nicht ausgewählt sind. Dies legt sie effektiv aus das Erdungspotential. Eine alternative Ausführungsform wäre es, analoge Eingangsschalter vor jeden Verstärker zu legen, um ein Kurzschließen der nicht verwendeten Platten direkt an die Erdung zu erlauben. Ein Effekt dieses Ansatzes könnte eine Erhöhung der Eingangs-Lastkapazität für jede Platte sein.
14 zeigt einen Schnappschuss des Abtastprozesses, wobei die untere Platte 906a aktiv ist und die obere Platte 902a durch den Puffer 982a erfasst wird, der zu sich eine Leistung durch den Schalter 932a geliefert bekommt. Der analoge Schalter 930a ist geschlossen, wodurch er zu dem differentiellen Verstärker 980 leitet. Alle anderen Pufferausgänge sind von dem differentiellen Verstärker 980 durch analoge Schalter 930b–n und Leistungsschalter 982b–n getrennt.
Die positive Eingang an den differentiellen Verstärker 980 ist immer mit der Referenzplatte 902r durch einen Puffer 982r mit niedriger Eingangsimpedanz verbunden, wodurch eine „air”-Signalreferenz an den Verstärker geliefert wird. Der differentielle Verstärker 980 dient zum Aussubtrahieren von Rauschen und einem Gleichtakt-Trägersignal zusätzlich zum Bereitstellen eines „air”-Referenzträgerwerts.
15 zeigt eine besondere Ausführungsform eines Platzierungssensors 1000, der mit traditioneller analoger Empfängertechnologie implementiert ist. Das analoge Frontend beginnt mit dem differentiellen Verstärker 1080, wobei die ausgewählte Aufnahmeplatte 1002a–n von der Referenzplatte 1005 subtrahiert wird, die außerhalb des Finger-Kontaktbereichs angeordnet ist, wobei ein Referenzsignal bereitgestellt wird, das einem idealen Fingerspitzental äquivalent ist. Eine programmierbare Verstärkungsstufe oder PGA 1090 folgt auf den differentiellen Verstärker 1080, könnte jedoch in den selben Block integriert sein, der sowohl Verstärkung als auch Subtraktion in einer einzelnen Stufe bereitstellt. Der PGA 1090 ist dazu eingerichtet, einen Verstärkungsbereich aufzuweisen, der breit genug ist, um Herstellungsvariationen beim Ätzen einer Platte und Lötmaskendicke zwischen den Schichten zu kompensieren.
Der Steuerprozessor 1030 verwaltet das Abtasten des zweidimensionalen Plattenfeldes. Treiber-Platten/Spalten 1006a–1006n werden von der Abtastlogik 1040 der unteren Platte in dem Steuerprozessor 1030 über die Treiber-Steuerlinien 1042 sequentiell aktiviert. Wenn eine ausgewählte Treiber-Platte aktiviert ist, ist sie mit der Treiber-Signalquelle 1016 verbunden. Alle inaktiven Treiber-Platten sind mit der Erdung verbunden. Vor Aktivierung der nächsten Treiber-Platte in der Abfolge verbleibt die Treiber-Platte lange genug an, damit die gesamte Reihe von Aufnahme-Platten 1002a–n von der Abtastlogik 1045 für die obere Platte in dem Steuerprozessor 1030 abgetastet werden, die sequentiell die analogen Schalter 1030a, 1030b, ... 1030n schließt und dann öffnet.
Der analoge Mischer 1074 multipliziert das verstärkte Plattensignal gegen den Referenzträger 1013. Das Ergebnis ist ein klassisches Spektrum von Basisband plus harmonischen Produkten bei Vielfachen der Trägerfrequenz. Ein analoger Tiefpassfilter 1025 wird eingesetzt, um die unerwünschten Harmonischen auszufiltern und muss eine ausreichend scharfe Kante aufweisen, um die mit der zweiten Harmonischen zusammenhängenden Informationen abzuschwächen, ohne Basisband-Informationen zu verlieren.
Auf den Tiefpassfilter 1025 folgt ein Verstärker 1077 und dann ein A/D-Wandler 1074, der wenigstens die doppelte Pixelrate samplen muss, um die Nyquist-Kriterien zu erfüllen. Der Speicherpuffer 1032 innerhalb des Steuerprozessors 1030 speichert die A/D-Samples lokal mit ausreichender Größe, um mit dem schlechtesten Fall von Latenz des Host-Controllers mitzuhalten. Die A/D-Sample-Steuerlinie 1078 stellt einen Sample-Zeitgeber für den Wandler zum Aufnehmen der sequentiellen Pixel-Informationen bereit, die durch das Sequenzieren der Platten-Reihen und -Spalten erzeugt wird.
16 zeigt ein Beispiel einer Ausführungsform eines Platzierungssensors 1100, der mit direkter Digitalwandler-Empfängertechnologie implementiert ist. In diesem Beispiel beginnt das Frontend mit einem differentiellen Verstärker 1180, wo die ausgewählte Aufnahme-Platte 1102a–n von der Referenzplatte 1105 subtrahiert wird, die außerhalb des Finger-Kontaktbereichs angeordnet ist, die ein Referenzsignal äquivalent zu einem idealen Fingertal bereitstellt. Die elektrische Subtraktion dieser Signale erfüllt mehrere Funktionen: zuerst wird Breitband-Gleichtaktrauschen heraussubtrahiert; als zweites stellt das Subtrahieren gegen die Referenzplatte 1105 ein relatives Referenzsignal äquivalent zu einem idealen Liniental bereit; drittens wird ebenfalls ein Gleichtakt-Trägersignal, das in beide Platten anders als durch einen Finger einkoppelt, ebenfalls heraussubtrahiert. Die Beseitigung von Gleichtaktrauschen ist insbesondere in Umgebungen mit hohem RF-Rauschen wichtig. Ebenfalls tritt ein Trägerausgleich erster Ordnung von Ätzvariationen in den Aufnahme-Platten auf, wenn der Träger heraussubtrahiert wird, der durch andere Mittel als durch Finger eingekoppelt ist, die an dem Sensor platziert sind. Dies ist kritisch für die Herstellung großer Volumina und niedrige Kosten.
Eine programmierbare Verstärkungsstufe oder PGA 1190 folgt auf den differentiellen Verstärker 1180, die einfach in einen einzelnen differentiellen Verstärker einschließlich programmierbarer Verstärkung kombiniert werden könnte, wie es in modernen integrierten Schaltungsdesigns üblicherweise gemacht wird. Der PGA 1190 ist derart ausgelegt, dass er einen Verstärkungsbereich aufweist, der breit genug ist, um Herstellungsvariationen beim Plattenätzen und Lötmaskendicken zwischen den Schichten auszugleichen.
Der Steuerprozessor 1130 verwaltet das Abtasten des zweidimensionalen Plattenfeldes. Treiber-Platten/Spalten 1106a–1106n werden von der Abtastlogik 1140 für die untere Platte in dem Steuerprozessor 1130 mittels Treiber-Steuerlinien 1142 aktiviert. Wenn eine ausgewählte Treiber-Platte aktiviert wird, ist sie mit der Träger-Signalquelle 1116 verbunden. Alle inaktiven Treiber-Platten sind mit der Erdung verbunden. Bevor die nächste Treiber-Platte in der Abfolge aktiviert wird, verbleibt die aktive Treiber-Platte lange genug an, damit die gesamte Reihe von Aufnahme-Platten 1102a–n von der Abtastlogik 1145 für die obere Platte abgetastet werden, die sequentiell die Aufnahme-Platten 1102a–n mit dem differentiellen Verstärker 1180 über analoge Schalter 1130a, 1130b, etc. verbinden, und von dem A/D-Wandler 1125 aufgenommen werden.
Der A/D-Wandler 1125 wird mit einer Rate von wenigstens der doppelten Trägerfrequenz gesamplet, um die Nyquist-Kriterien zu erfüllen. Die A/D-Sample-Steuerlinie 1107 liefert einen Sample-Zeitgeber für den Wandler zum Aufnehmen der sequentiellen Pixel-Informationen, die durch das Sequenzieren der Platten-Reihen und -Spalten erzeugt werden.
Auf den A/D-Wandler folgt ein digitaler Mixer 1118, der digital die A/D-Ausgabe multipliziert, die bei der Trägerfrequenz ist, gegen den Referenzträger, der von dem digital gesteuerten Oszillator 1110 (mit dem Steuerprozessor 1130 über die Oszillatorfrequenz-Setzlinien 1145 gekoppelt) erzeugt wird. Das Ergebnis ist, dass das Signal nach unten zu dem Basisband gewandelt wird, wobei der Träger entfernt wird. Bei dem Prozess werden andere unerwünschte spektrale Komponenten erzeugt, nämlich ein Doppelzeit-Trägerseitenband, jedoch können diese leicht herausgefiltert werden.
Ein Kombinations-Dezimierer-Digitalfilter 1120 folgt auf den digitalen Mischer 1118. Dieser Block führt eine Downsample-Wandlung durch, wobei die Samplingrate von wenigstens der doppelten Trägerfrequenz zu wenigstens der doppelten Pixelrate reduziert wird, die viel geringer ist. Der digitale Filter würde typischerweise einen kaskadierten Integratorkamm oder CIC-Filter umfassen, der die unerwünschten spektralen Nebenprodukte des Mischens entfernt sowie das Signal-Rausch-Verhältnis des Empfängers verbessert. Ein CIC-Filter stellt einen hocheffizienten Weg zum Erzeugen eines schmalen Bandpassfilters nach dem Mischen des Signals herunter auf das Basisband mit dem digitalen Mischer bereit. Der CIC-Filter kann von einem FIR-Filter nachgefolgt werden, der bei der langsameren dezimierten Rate läuft, um Bandpass-Schwankungen zu korrigieren.
Mit einer Reduktion der Samplingrate in der Größenordnung von 100:1 könnte ein relativ kleiner Steuerprozessor-Puffer (1132) verwendet werden, um einen gesamten Fingerabdruck aufzunehmen. Beispielsweise könnte ein 200 × 200-Feld, das 40 k Pixel erzeugt, in einem 40 kb-Puffer gespeichert werden. Dies steht im Gegensatz zu einem Wischsensor, der die Teilbild-Frames bei einer Rate abtasten muss, die schnell genug ist, um mit der schnellsten erlaubten Wischgeschwindigkeit mitzuhalten, normalerweise etwa 200 ms. Gleichzeitig muss ein langsames Wischen von zwei Sekunden ebenfalls möglich sein, was die zehnfache Speichermenge des schnellsten erfordert. Verschiedene Techniken sind entwickelt worden, um redundante Sample-Linien vor dem Speichern wegzuwerfen, doch selbst hiermit sind die Echtzeit-Speicheranforderungen für Wischsensoren viel größer. Dies ist ein kritischer Faktor in Match-auf-Chip-Anwendungen, in denen die Speicherkapazität beschränkt ist. Zusätzlich weist ein Platzierungssensor keine Echtzeit-Datenerfassung oder Verarbeitungsanforderungen an den Host-Prozessor über die Geduld des Benutzers zum Halten seines Fingers in Position hinaus auf.
17 illustriert, wie eine Vorrichtung, die gemäß dieser Offenbarung eingerichtet ist, auf eine Fingerabdruck-Erfassungsanwendung angewendet werden kann. Ein Benutzer platziert einen Finger mit Fingerabdruck (1510) über dem Sensorgitter, das durch die Kreuzungspositionen der Treiber-Platten (1506a–1506n) und der Aufnahme-Platten (1502a–1502m) gebildet ist. Der Bildpixel 1561a erfasst den Fingerabdruck-Bereich oberhalb des Elektrodenpaars der Treiber-Platte 1506a und der Aufnahme-Platte 1502a, der Pixel 1561n erfasst die Kreuzung des Treibers 1506n und der Aufnahme 1502a und der Pixel 1562m erfasst den Bereich oberhalb der Kreuzung des Treibers 1506n und der Aufnahme 1502m.
18 illustriert die Schritte, die notwendig sind, um das Fingerabdruck-Bild, wie in 17 gezeigt, aufzunehmen, unter Verwendung der in 12–16 gezeigten Ausführungsform. Die Aufnahme des Bildes beginnt bei Schritt 1601. Als Teil der Initialisierung wird ein Reihenzähler bei Schritt 1602 auf 1 initialisiert. Schritt 1603 ist der Beginn einer Reihen-Abtastsequenz. Am Beginn jeder Reihe wird ein Spaltenzähler bei Schritt 1603 auf 1 gesetzt. in Schritt 1604 aktiviert die Abtastlogik 1145 der oberen Platte den geeigneten analogen Schalter (einer aus 1130a bis 1130n) für die ausgewählte Reihe. In Schritt 1605 beginnt das Erfassen eines individuellen Pixels, wenn die Abtastlogik 1140 für die untere Platte die geeignete Treiber-Platte (eine aus 1106a bis 1106n) mit dem Trägersignal 1116 aktiviert. Beim Schritt 1606 wird das Signal vom differentiellen Verstärker 1180 wiederholt von dem A/D-Wandler 1125 gesamplet, nach einem Prozessieren durch den Verstärker 1190 mit programmierbarer Verstärkung. Der digitale Mischer 1118 mischt die Samples auf die Basisband-Frequenz herunter, die von dem digitalen Oszillator 1110 gesetzt wird. Das Basisband-Signal wird dann durch den digitalen Dezimierungsfilter 1120 gefiltert, um einen Signal-Niveauwert für den momentanen Pixel zu erzeugen. Die für diesen Schritt in der Ausführungsform von 16 durchgeführten Funktionen könnten alternativ durch den entsprechenden in 15 gezeigten analogen Empfänger oder andere funktionell ähnliche Anordnungen durchgeführt werden. In Schritt 1607 wird der in Schritt 1606 abgeleitete Signal-Niveauwert in der geeigneten Position in dem Speicherpuffer 1132 gespeichert, die der momentan ausgewählten Reihe und Spalte entspricht. In Schritt 1608 wird die Spaltennummer inkrementiert und in Schritt 1609 wird die Spaltennummer getestet, um zu bestimmen, ob die momentane Reihensammlung abgeschlossen ist. Wenn die Reihe nicht abgeschlossen ist, wird zu Schritt 1610 übergegangen und die Reihennummer inkrementiert. In Schritt 1611 wird die Reihennummer getestet, um zu bestimmen, ob alle Reihen abgetastet worden sind. Falls nicht, kehrt der Ablauf zu 1603 zurück, um die nächste Reihe zurück bei der ersten Spalte zu beginnen. Sobald alle Reihen abgetastet worden sind, ist die Bildaufnahme abgeschlossen und es wird zu Schritt 1612 übergegangen, an welchem Punkt das Bild bereit für eine weitere Verarbeitung oder eine Übertragung in einen Langzeit-Speicher ist.
Der Fachmann wird erkennen, dass die Reihenfolge des Abtastens der Reihen und Spalten nicht direkt zu physischen Positionen in dem Feld korrespondieren muss, da manche Implementierungen in verschachtelten Abläufen optimaler gesamplet werden können.
In 19 und 20 ist ein Beispiel für eine Benutzer-Authentifizierungsanwendung gezeigt. In Schritt 1701 verlangt eine Systemlevel-Anwendung an einem Prozessor eine Benutzer-Authentifizierung. Bei Schritt 1702 wird der Benutzer aufgefordert, einen Finger zur Verifizierung bereitzustellen. Das System wartet in Schritt 1703 darauf, dass der Finger zur Detektion anwesend ist. Dies kann durchgeführt werden, indem ein Bild mit verringerter Größe aufgenommen wird, wie in 18 und 20 beschrieben, und das Fingerbild getestet wird, oder mittels anderer dedizierter Hardware. Sobald die Anwesenheit des Fingers detektiert wird, wird ein komplettes Bild in Schritt 1704 aufgenommen, unter Verwendung des in 18 beschriebenen Verfahrens oder eines im Wesentlichen ähnlichen Verfahrens. Das Bild wird dann gespeichert und in Schritt 1705 in eine Vorlage umgewandelt, die typischerweise aus einem Kennfeld von Einzelheiten über Punktpositionen und -typen besteht (wie beispielsweise Gabelungen 1710 und Enden 1711), oder möglicherweise aus einer Linienfrequenz und -orientierung oder einer Kombination aus beiden. In Schritt 1707 wird die Vorlage dann mit einer oder mehreren Registrierungsvorlagen verglichen, die aus dem persistenten Vorlagenspeicher in Schritt 1706 erhalten worden sind. Wenn eine Übereinstimmung gefunden wird, wird der Benutzer in Schritt 1708 authentifiziert und ihm wird Zugang zu der Anwendung gewährt. Wenn keine Übereinstimmung gefunden wird, wird der Benutzer in Schritt 1709 abgewiesen und der Zugriff wird verweigert.
Während bestimmte beispielhafte Ausführungsformen beschrieben und in den beiliegenden Zeichnungen gezeigt worden sind, versteht es sich, dass solche Ausführungsformen lediglich illustrativ sind und die Offenbarung nicht einschränken, und dass die hierin offenbarte Erfindung nicht auf die hierin gezeigten und beschriebenen spezifischen Konstruktionen und Anordnungen beschränkt ist, da verschiedene andere Modifikationen dem durchschnittlichen Fachmann geläufig sind. Dementsprechend sind die Beschreibung und Zeichnungen in einem illustrativen und nicht einem beschränkenden Sinn zu verstehen, und alternative Anordnungen und/oder Mengen, Verbindungen verschiedener Arten, Anordnungen und Mengen von Transistoren zum Bilden von Schaltungen und andere Merkmale und Funktionen können verwendet werden, ohne dass vom Geist und dem Umfang der Offenbarung abgewichen wird. In ähnlicher Weise können nicht explizit in dieser Beschreibung erwähnte Komponenten in verschiedenen Ausführungsformen dieser Offenbarung verwendet werden, ohne dass vom Geist und Umfang der Offenbarung abgewichen wird. Ebenfalls können verschiedene Prozessschritte und Vorgänge bei der Herstellung von integrierten Schaltungen, die hierin als durchgeführt beschrieben worden sind, um verschiedene Komponenten in einigen Ausführungsformen der Offenbarung herzustellen, wie dem Fachmann offenbar ist, leicht als Ganzes oder teilweise durchgeführt werden, um andere Komponenten oder Komponenten in anderen Konfigurationen herzustellen, die nicht explizit in dieser Beschreibung erwähnt sind, ohne dass vom Geist und Umfang der Offenbarung abgewichen wird. Dementsprechend sind die Beschreibung und Zeichnungen in einem illustrativen und nicht einem beschränkenden Sinn zu verstehen.
Erneut hat die Erfindung Anwendungen in verschiedenen Bereichen, beispielsweise in biometrischen Sensoren. Fingerabdruck-Sensoren beispielsweise, und andere andere biometrische Sensoren, erfahren eine steigende Akzeptanz zur Verwendung in einem breiten Feld von Anwendungen aus Sicherheits- und Komfortgründen. Vorrichtungen, Systeme und Verfahren, die gemäß der Erfindung eingerichtet sind, werden eine verbesserte Sicherheit des biometrischen Verifikationsprozesses ohne eine Erhöhung der Kosten des Systems aufweisen. Ferner kann sich die Erfindung auf Vorrichtungen, Systeme und Verfahren erstrecken, die von einer Validierung von Komponenten profitieren würde. Wie oben diskutiert, umfasst die Erfindung für den Host und den Sensor die Möglichkeit, jede Kombination oder Teilmenge der oben beschriebenen Komponenten zu umfassen, die in der für den vorgesehenen Einsatzzweck des Systems geeignetsten Weise angeordnet und eingerichtet sein können. Fachleute werden verstehen, dass verschiedene Kombinationen und Permutationen der hierin beschriebenen Komponenten möglich sind, ohne dass vom Geist und Umfang der Erfindung abgewichen wird, der durch die angehängten Ansprüche definiert ist, sowie ihren Äquivalenten, und ebenfalls Ansprüche, die in verwandten Anmeldungen in der Zukunft vorgelegt werden, sowie ihren Äquivalenten.
Die Erfindung kann ebenfalls eine Anzahl von Funktionen umfassen, die von einem Computerprozessor, wie beispielsweise einem Mikroprozessor, durchgeführt werden. Der Mikroprozessor kann ein spezialisierter oder dedizierter Mikroprozessor sein, der dazu eingerichtet ist, bestimmte Aufgaben gemäß der Erfindung durchzuführen, indem maschinenlesbarer Software-Code ausgeführt wird, der die bestimmten Aufgaben definiert, die von der Erfindung ausgeführt sind. Der Mikroprozessor kann ebenfalls dazu eingerichtet sein, andere Vorrichtungen zu betreiben und mit ihnen zu kommunizieren, wie beispielsweise direkte Speicherzugangs-Module, Speichervorrichtungen, Internet-bezogene Hardware und andere Vorrichtungen, die mit der Übertragung von Daten gemäß der Erfindung in Bezug stehen. Der Software-Code kann unter Verwendung von Software-Formaten wie beispielsweise Java, C++, XML (Extensible Mark-up Language) und anderen Sprachen eingerichtet sein, die verwendet werden können, um Funktionen zu definieren, die Betriebsvorgänge von Vorrichtungen betreffen, die benötigt werden, um die funktionalen Vorgänge durchzuführen, die mit der Erfindung in Bezug stehen. Der Code kann in verschiedenen Formen und Stilen geschrieben sein, von denen viele den Fachleuten bekannt sind. Verschiedene Code-Formate, Code-Konfigurationen, Stile und Formen von Software-Programmen und andere Mittel zum Konfigurieren von Code zum Definieren von Vorgängen eines Mikroprozessors gemäß der Erfindung werden nicht vom Geist und Umfang der Erfindung abweichen.
Innerhalb der verschiedenen Typen von Vorrichtungen, wie beispielsweise Laptops oder Desktop-Computer, tragbare Vorrichtungen mit Prozessoren oder Prozessierungs-Logik und ebenfalls mögliche Computer-Dienste oder andere Vorrichtungen, die die Erfindung verwenden, existieren verschiedene Arten von Speichervorrichtungen zum Speichern und Erhalten von Informationen, während Funktionen gemäß der Erfindung durchgeführt werden. Cache-Speichervorrichtungen sind häufig in solchen Computern zur Verwendung durch die zentrale Prozessoreinheit als ein geeigneter Speicherplatz für Informationen enthalten, die häufig gespeichert und ausgelesen werden müssen. In ähnlicher Weise wird häufig ein persistenter Speicher mit solchen Computern verwendet, um Informationen beizubehalten, die häufig von der zentralen Prozessoreinheit ausgelesen werden, die jedoch nicht innerhalb des persistenten Speichers geändert werden, im Gegensatz zu dem Cache-Speicher. Hauptspeicher ist in der Regel ebenfalls zum Speichern und Auslesen größerer Mengen von Informationen vorgesehen, wie beispielsweise Daten und Software-Anwendungen, die dazu eingerichtet sind, Funktionen gemäß der Erfindung durchzuführen, wenn die von der zentralen Prozessoreinheit ausgeführt werden. Diese Speichervorrichtungen können als Random Access Memory (RAM), Static Random Access Memory (SRAM), Dynamic Random Access Memory (DRAM), Flash-Speicher und andere Speichervorrichtungen ausgeführt sein, auf die von einer zentralen Prozessoreinheit zugegriffen wird, um Informationen zu speichern und auszulesen. Während Daten-Speicher- und Auslese-Vorgängen werden diese Speichervorrichtungen umgewandelt um verschiedene Zustände aufzuweisen, wie beispielsweise verschiedene elektrische Ladungen, verschiedene magnetische Polaritäten und Ähnliches. Somit erlauben gemäß der Erfindung wie hierin beschrieben eingerichtete Systeme und Verfahren die physische Transformation dieser Speichervorrichtungen. Dementsprechend ist die Erfindung wie hierin beschrieben auf neue und nützliche Systeme und Verfahren gerichtet, die in einer oder mehreren Ausführungsformen in der Lage sind, die Speichervorrichtung in einen anderen Zustand zu transformieren. Die Erfindung ist nicht auf einen bestimmten Typ von Speichervorrichtung oder irgendein üblicherweise verwendetes Protokoll zum Speichern und Auslesen von Informationen jeweils in und aus diesen Speichervorrichtungen beschränkt.
Der Begriff „maschinenlesbares Medium” soll so verstanden werden, dass er ein einzelnes Medium oder mehrere Medien umfasst (z. B. eine zentrale oder verteilte Datenbank und/oder zugeordnete Caches und Server), die ein oder mehrere Sätze von Anweisungen speichern. Der Begriff „maschinenlesbares Medium” soll ebenfalls so verstanden werden, dass er jedes Medium umfasst, das in der Lage ist, einen Satz von Anweisungen zur Ausführung durch die Maschine, der die Maschine dazu veranlasst, ein oder mehrere der Verfahren der vorliegenden Erfindung durchzuführen, zu speichern, kodieren oder tragen. Das maschinenlesbare Medium umfasst jeden Mechanismus, der Informationen in einer Form bereitstellt (d. h. speichert und/oder überträgt), die von einer Maschine (z. B. ein Computer, PDA, Mobiltelefon, etc.) lesbar ist. Beispielsweise umfasst ein maschinenlesbares Medium einen Speicher (beispielsweise wie oben beschrieben); Magnetscheiben-Speichermedien; optische Speichermedien; Flash-Speichervorrichtungen; biologische elektrische, mechanische Systeme; elektrische, optische, akustische oder andere Formen von propagierten Signalen (z. B. Trägerwellen, Infrarotsignale, Digitalsignale, etc.). Die Vorrichtung oder das maschinenlesbare Medium kann ein mikro-elektromechanisches System (MEMS), Nanotechnologie-Vorrichtungen, organische, holografische, Festkörper-Speichervorrichtungen und/oder eine rotierende magnetische oder optische Disk umfassen. Die Vorrichtung oder das maschinenlesbare Medium kann verteilt sein, wenn Partitionen von Anweisungen in verschiedene Maschinen aufgeteilt worden sind, wie beispielsweise über einen Zusammenschluss von Computern oder als verschiedene virtuelle Maschinen.
Während bestimmte beispielhafte Ausführungsformen beschrieben und in den beiliegenden Zeichnungen gezeigt worden sind, sollte verstanden werden, dass solche Ausführungsformen lediglich illustrativ sind und die breite Erfindung nicht beschränken, und dass diese Erfindung nicht auf die spezifischen Konstruktionen und Anordnungen beschränkt ist, die gezeigt und beschrieben sind, da verschiedene andere Modifikationen den Fachleuten ersichtlich sind. Dementsprechend sind die Beschreibung und Zeichnungen in einem illustrativen und nicht einem beschränkenden Sinn zu verstehen.
Bezugnahmen in der Beschreibung auf „eine Ausführungsform”, „einige Ausführungsformen” oder „andere Ausführungsformen” bedeuten, dass ein bestimmtes Merkmal, eine Struktur oder Charakteristik, die im Zusammenhang mit den Ausführungsformen beschrieben ist, in wenigstens einigen Ausführungsformen enthalten ist, jedoch nicht notwendigerweise in allen Ausführungsformen. Die verschiedenen Erwähnungen von „einer Ausführungsform” oder „einigen Ausführungsformen” beziehen sich nicht notwendigerweise auf die selben Ausführungsformen. Wenn die Beschreibung feststellt, dass eine Komponente, ein Merkmal, eine Struktur oder eine Charakteristik enthalten sein „kann” oder „könnte”, muss diese bestimmte Komponente, das Merkmal, die Struktur oder Charakteristik nicht notwendigerweise enthalten sein. Wenn die Beschreibung oder der Anspruch sich auf „ein” Element bezieht, bedeutet dies nicht, dass nur eines dieser Elemente vorliegt. Wenn sich die Beschreibung oder die Ansprüche auf „ein weiteres” Element bezieht, schließt dies nicht aus, dass mehr als eines der zusätzlichen Elemente vorliegt.
Wenn nicht anders definiert, weisen alle Begriffe des Fachs, Bezeichnungen und andere technische Begriffe oder Terminologie, die hierin verwendet wird, die gleiche Bedeutung auf, die gemeinhin von einem durchschnittlichen Fachmann aus dem Gebiet, zu dem diese Offenbarung gehört, verstanden wird. Alle Patente, Anmeldungen, veröffentlichte Anmeldungen und andere Veröffentlichungen, auf die hierin Bezug genommen wird, sind in ihrer Gesamtheit durch Verweis aufgenommen. Wenn eine in diesem Abschnitt vorgelegte Definition einer in den Patenten, Anmeldungen, veröffentlichten Anmeldungen und anderen Veröffentlichungen, die hierin durch Verweis aufgenommen sind, gegebenen Definition widerspricht oder anderweitig inkonsistent mit ihr ist, steht die in diesem Abschnitt gegebene Definition über der Definition, die hier durch Verweis aufgenommen ist.
Diese Beschreibung verwendet relative räumliche und/oder Orientierungsbegriff beim Beschreiben der Position und/oder Orientierung einer Komponente, Vorrichtung, Position, eines Merkmals oder eines Teils davon. Wenn nicht spezifisch festgehalten oder anderweitig durch den Kontext der Beschreibung bestimmt, werden solche Begriffe einschließlich ohne Beschränkung oben, unten, oberhalb, unterhalb, unter, über, oberes, unteres, links von, rechts von, vor, hinter, neben, benachbart zu, zwischen, horizontal, vertikal, diagonal, longitudinal, transversal, radial, axial, etc. zur Vereinfachung bei einer Bezugnahme auf solche Komponenten, Vorrichtungen, Positionen, Merkmale oder Teile davon in den Zeichnungen verwendet, und sind nicht als beschränkend vorgesehen.
Ferner sind, wenn nicht anders festgehalten, alle spezifischen Abmessungen, die in dieser Beschreibung erwähnt werden, lediglich repräsentativ für eine beispielhafte Implementierung einer Vorrichtung, die Aspekte der Erfindung ausführt, und nicht dazu vorgesehen, beschränkend zu sein.
Die Verfahren, Systeme und Vorrichtungen umfassen verbesserte Sicherheitsvorgänge und Konfigurationen mit einem neuen Ansatz für biometrische Systeme. Derartige Systeme würden in großem Maße von verbesserten Sicherheitsmerkmalen profitieren, insbesondere in Finanztransaktionen. Wenngleich diese Ausführungsform im Kontext von Vorrichtungen, Systemen und verwandten Verfahren eines Validierens von biometrischen Vorrichtungen, wie beispielsweise Fingerabdruck-Sensoren beschrieben und illustriert ist, erstreckt sich der Umfang der Erfindung in andere Anwendungen, in denen solche Funktionen nützlich sind. Ferner wird festgehalten, dass wenngleich die obige Beschreibung unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen der Erfindung gegeben wurde, diese nur illustrativ für die Erfindung sind, und dass Änderungen an diesen Ausführungsformen durchgeführt werden können, ohne dass von den Prinzipien der Erfindung abgewichen wird, deren Umfang durch die angehängten Ansprüche und ihre Äquivalente definiert ist.

Claims

Fingerabdruck-Sensor, umfassend: einen ersten Leiter, welcher als eine Treiber-Linie gebildet ist; einen zweiten Leiter, welcher als eine Aufnahme-Linie gebildet ist, wobei die Treiber-Linie im Wesentlichen rechtwinklig zu der Aufnahme-Linie orientiert ist; eine dielektrische Schicht, welche die Treiber-Linie und die Aufnahme-Linie trennt; eine Auflage-Schicht, welche aus einem isolierenden Material gebildet und oberhalb einer Kreuzungsposition positioniert ist, an welcher die Aufnahme-Linie die Treiber-Linie überlappt; und eine leitfähige Sonde, welche innerhalb der Auflage-Schicht eingebettet ist und ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist, wobei sich das erste Ende in der Nähe der Kreuzungsposition befindet und sich das zweite Ende in der Nähe einer oberen Fläche der Auflage-Schicht befindet.
Fingerabdruck-Sensor nach Anspruch 1, wobei die leitfähige Sonde dazu eingerichtet und derart orientiert ist, dass die Dicke der leitfähigen Sonde die Aufnahme-Linie teilweise an der Kreuzungsposition überlappt.
Fingerabdruck-Sensor nach Anspruch 2, wobei die leitfähige Sonde dazu eingerichtet und derart orientiert ist, dass die halbe Dicke der leitfähigen Sonde die Aufnahme-Linie an der Kreuzungsposition überlappt, und die halbe Dicke der leitfähigen Sonde isolierendes Material benachbart zu der Aufnahme-Linie überlappt.
Fingerabdruck-Sensor nach einem der Ansprüche 1–3, wobei das erste Ende der leitfähigen Sonden in Kontakt mit der Aufnahme-Linie ist.
Fingerabdruck-Sensor nach einem der Ansprüche 1–3, wobei das erste Ende der leitfähigen Sonden von der Aufnahme-Linie durch einen dielektrischen Bereich getrennt ist.
Fingerabdruck-Sensor nach einem der Ansprüche 1–5, wobei das zweite Ende der leitfähigen Sonde koplanar mit der oberen Fläche der Auflage-Schicht ist.
Fingerabdruck-Sensor nach einem der Ansprüche 1–6, ferner umfassend eine zweite leitfähige Sonde, die elektrisch mit einem Erdungspotential verbunden ist.
Fingerabdruck-Sensor nach Anspruch 7, ferner umfassend eine Erdungsschicht zwischen der Auflage-Schicht und der Treiber-Linie und der Aufnahme-Linie, wobei die zweite leitfähige Sonde elektrisch mit der Erdungsschicht verbunden ist.
Fingerabdruck-Sensor nach einem der Ansprüche 1–8, wobei die Fingerabdruck-Sensorstruktur ein Teil eines Touchscreens einer berührungsempfindlichen Vorrichtung ist.
Fingerabdruck-Sensor nach einem der Ansprüche 1–9, wobei die Auflage-Schicht aus einem Material gebildet ist, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus: Glas, Polymethylmethacrylat, Polycarbonat, Polycarbonat und einem flexiblen Polymersubstrat.
Fingerabdruck-Sensor nach einem der Ansprüche 1–10, wobei die leitfähigen Sonden aus einem Material gebildet sind, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus: Kupfer, Indium-Zinn-Oxid, einer leitfähigen Paste, welche aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen, Graphitpulver oder Kupfer gebildet ist, einem leitfähigen Klebstoff, umfassend Silber, Kupfer oder Graphit und einem leitfähigen Polymer.
Fingerabdruck-Sensor nach einem der Ansprüche 1–11, ferner umfassend eine Aktivierungsschaltung, welche dazu eingerichtet ist, ein Signal an die Treiber-Linie zu liefern.
Fingerabdruck-Sensor nach Anspruch 12, ferner umfassend einen Schalter, welcher der Treiber-Linie zugeordnet ist, welcher dazu eingerichtet ist, selektiv die Treiber-Linie mit der Aktivierungsschaltung zu verbinden.
Fingerabdruck-Sensor nach einem der Ansprüche 1–13, ferner umfassend eine Detektionsschaltung, welche dazu eingerichtet ist, ein Signal an der Aufnahme-Linie zu detektieren.
Fingerabdruck-Sensor nach Anspruch 14, ferner umfassend einen Schalter, welcher der Aufnahme-Linie zugeordnet ist, welcher dazu eingerichtet ist, selektiv die Aufnahme-Linie mit der Detektionsschaltung zu verbinden.
Fingerabdruck-Sensor nach einem der Ansprüche 1–15, ferner umfassend eine isolierende Schicht oberhalb der leitfähigen Sonde an der oberen Fläche des Auflage-Schicht.
Fingerabdruck-Sensor, umfassend: eine erste leitfähige Schicht, welche als eine Mehrzahl von parallelen Treiber-Linien gebildet ist; eine zweite leitfähige Schicht, welcher als eine Mehrzahl von parallelen Aufnahme-Linien gebildet ist, wobei die Mehrzahl von parallelen Treiber-Linien im Wesentlichen rechtwinklig zu der Mehrzahl von parallelen Aufnahme-Linien orientiert sind; eine dielektrische Schicht, welche die erste leitfähige Schicht und die zweite leitfähige Schicht trennt; eine Auflage-Schicht, welche aus einem transparenten isolierenden Material gebildet und oberhalb der ersten leitfähigen Schicht und der zweiten leitfähigen Schicht angeordnet ist; und eine Mehrzahl von leitfähigen Sonden, welche innerhalb der Auflage-Schicht eingebettet sind, wobei jede der Mehrzahl von leitfähigen Sonden ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist, wobei sich das erste Ende in der Nähe der Kreuzungsposition befindet, an welcher eine der Aufnahme-Linien und eine der Treiber-Linien überlappen, und wobei sich das zweite Ende in der Nähe einer oberen Fläche der Auflage-Schicht befindet.
Fingerabdruck-Sensor nach Anspruch 17 wobei jede leitfähige Sonde dazu eingerichtet und derart orientiert ist, dass die Dicke der leitfähigen Sonde die Aufnahme-Linie teilweise an der Kreuzungsposition überlappt.
Fingerabdruck-Sensor nach Anspruch 18, wobei jede leitfähige Sonde dazu eingerichtet und derart orientiert ist, dass die halbe Dicke der leitfähigen Sonde die Aufnahme-Linie an der Kreuzungsposition überlappt, und die halbe Dicke der leitfähigen Sonde isolierendes Material benachbart zu der Aufnahme-Linie überlappt.
Fingerabdruck-Sensor nach einem der Ansprüche 17–19, wobei das erste Ende jeder der leitfähigen Sonden in Kontakt mit einer aus der Mehrzahl von Aufnahme-Linien ist.
Fingerabdruck-Sensor nach einem der Ansprüche 17–19, wobei die ersten Enden der leitfähigen Sonden von den Aufnahme-Linien durch einen dielektrischen Bereich getrennt sind.
Fingerabdruck-Sensor nach einem der Ansprüche 17–21, wobei das zweite Ende von jeder der leitfähigen Sonden koplanar mit der oberen Fläche der Auflage-Schicht ist.
Fingerabdruck-Sensor nach einem der Ansprüche 17–22, ferner umfassend eine zweite Mehrzahl von leitfähige Sonden, welche jeweils elektrisch mit einem Erdungspotential verbunden sind.
Fingerabdruck-Sensor nach Anspruch 23, ferner umfassend eine Erdungsschicht zwischen der Auflage-Schicht und wenigstens einer aus der Treiber-Linie und der Aufnahme-Linie, wobei die zweite Mehrzahl von leitfähigen Sonden jeweils elektrisch mit der Erdungsschicht verbunden sind.
Fingerabdruck-Sensor nach einem der Ansprüche 17–24, wobei die Fingerabdruck-Sensorstruktur ein Teil eines Touchscreens einer berührungsempfindlichen Vorrichtung ist.
Fingerabdruck-Sensor nach einem der Ansprüche 17–25, wobei die Auflage-Schicht aus einem Material gebildet ist, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus: Glas, Polymethylmethacrylat, Polycarbonat, Polycarbonat und einem flexiblen Polymersubstrat.
Fingerabdruck-Sensor nach einem der Ansprüche 17–26, wobei jede der leitfähigen Sonden aus einem Material gebildet ist, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus: Kupfer, Indium-Zinn-Oxid, einer leitfähigen Paste, welche aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen, Graphitpulver oder Kupfer gebildet ist, einem leitfähigen Klebstoff, umfassend Silber, Kupfer oder Graphit und einem leitfähigen Polymer.
Fingerabdruck-Sensor nach einem der Ansprüche 17–27, ferner umfassend eine Aktivierungsschaltung, welche dazu eingerichtet ist, ein Signal an jede Treiber-Linie zu liefern.
Fingerabdruck-Sensor nach Anspruch 28, ferner umfassend einen Schalter, welcher jeder Treiber-Linie zugeordnet ist, welcher dazu eingerichtet ist, selektiv die zugehörige Treiber-Linie mit der Aktivierungsschaltung zu verbinden.
Fingerabdruck-Sensor nach einem der Ansprüche 17–29, ferner umfassend eine Detektionsschaltung, welche dazu eingerichtet ist, ein Signal an jeder Aufnahme-Linie zu detektieren.
Fingerabdruck-Sensor nach Anspruch 30, ferner umfassend einen Schalter, welcher jeder Aufnahme-Linie zugeordnet ist, welcher dazu eingerichtet ist, selektiv die zugehörige Aufnahme-Leitung mit der Detektionsschaltung zu verbinden.
Fingerabdruck-Sensor nach einem der Ansprüche 17–31, ferner umfassend eine Mehrzahl von Elektroden, welche sich über die äußere Fläche der Auflage-Schicht erstrecken und dazu eingerichtet sind, die zweiten Enden von zwei oder mehr leitfähigen Sonden zu koppeln.
Fingerabdruck-Sensor nach Anspruch 32, wobei jede Elektrode mit zwei oder mehr leitfähigen Sonden verbunden ist, um die mit der Elektrode verbundenen leitfähigen Sonden galvanisch zu koppeln, oder die Elektrode von zwei oder mehreren leitfähigen Sonden elektrisch isoliert ist und dazu eingerichtet ist, die zwei oder mehr leitfähigen Sonden kapazitiv zu koppeln.
Fingerabdruck-Sensor nach einem der Ansprüche 17–33, ferner umfassend eine isolierende Schicht oberhalb der leitfähigen Sonden an der oberen Fläche der Auflage-Schicht.