-
Diese
Erfindung bezieht sich auf ein System zum Messen von Mustern auf
einer Oberfläche,
insbesondere von Fingeroberflächen,
wobei das System eine Anzahl von Sensorelektroden, die mit einem elektrisch
isolierenden Material versehen sind, über das die Oberfläche bewegt
wird, und mindestens eine Stimulationselektrode zum Vorsehen eines
veränderlichen
Stroms oder einer veränderlichen
Spannung zwischen der Stimulationselektrode und der Anzahl von Sensoren
durch die Oberfläche
umfasst.
-
Biometrische
Technologien umfassen Gesichtserkennung mit Hilfe von optischer
oder thermischer Abbildung, Fingerabbildung mit Hilfe von optischer,
thermischer, AC- und DC-kapazitiver Abtastung, Handgeometriemessung
und Handflächenscannen,
Iris- und Netzhautscannen, Unterschriftserkennung, und Sprachabdrücke.
-
Detektion
und Vergleich von Fingeroberflächenmustern
ist eine Technik, die zur Identifikation und Verifikation von Personen
verwendet wird und unter allen biometrischen Technologien ist sie
diejenige, die momentan aufgrund ihrer technischen Fähigkeiten
und kostengünstigen
Lösungen
die meiste Aufmerksamkeit erhält.
-
Das
US-Pat. 5,963,679 für
Setlak offenbart einen Fingerabdrucksensor, der eine Anordnung von Elektroden,
die ein elektrisches Feld abtasten, umfasst, welche die Kapazität des Fingerabdrucks
unter Verwendung eines elektrischen AC-Feldes misst. Das Verfahren
mit dem elektrischen AC-Feld schließt die Verwendung einer Anordnung
von Erregerantennen an der Grundplatte ein, die elektrische Felder über eine
Abtastanordnung ausbreiten, um Fingerabdruckkonturen zu detektieren.
Diese Felder durchdringen die Hautoberfläche, ausgehend von der leitenden
lebenden Schicht von Hautzellen unter der Hautoberfläche. Dies
wird im Gegensatz zu den kugel- oder röhrenförmigen Feldgeometrien durch
einfache kapazitive Sensoren erzeugt, die nur die äußerste Oberfläche der
Haut umgeben. Dieses Verfahren erfordert, dass das elektrische Feld
vom Sensor zum Finger abgestrahlt wird, was eine separate Abschirmung
für die
Elektronik nötig
macht. Zudem verwendet das System nur eine einzelne Frequenz und
verändert
und passt die elektrischen Eigenschaften (Frequenz, Amplitude, Phase)
des elektrischen Felds nicht den Eigenschaften des Fingers (trocken, nass,
etc.) an. Dabei ist die Fläche,
die zur Realisierung des Sensors erforderlich ist, sehr groß, was die Kosten
steigert und den Bereich, in dem der Sensor verwendet werden kann,
beschränkt.
-
Thomson-CSF
(jetzt Atmel) verwendet eine Reihe oder eine Anordnung von Halbleitertemperatursensoren,
um Fingerabdruckabbildungen zu erfassen. Die Erhöhungen des Fingers befinden
sich nahe am Chip und leiten so die Wärme effektiver ab als die Vertiefungen,
die durch eine Luftschicht isoliert sind. Der sogenannte FingerChip
hat eine geradlinige Form, die die Erfassung eines Fingerabdruckabbilds durch
das Ziehen des Fingers über
die Abtastfläche erlaubt.
Nach der Erfassung mehrerer Abbilder kann die Software das komplette
Abbild des Fingerabdrucks rekonstruieren. Die Implementierung ist
effizient bezüglich
der Fläche,
aber die Temperaturschwankung der Umgebung kann die Messung ungenau
machen.
-
Eine
andere Impedanzmessvorrichtung, die eine Abtastvorrichtung mit Widerständen für die Erhöhungen verwendet,
wird in
US 6,052,475 offenbart.
-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System zur Echtzeitfingeroberflächenmustermessung,
wobei das System mit einer Vielzahl von Elektroden versehen ist,
die auf der oberen Metallschicht eines Mehrfach- Metallschicht-Silizium- oder Gehäusesystems
platziert sind, und zwar zwei Eingangselektroden zur Stimulation
des Fingers mit einem elektrisch veränderlichen Frequenzsignal an
einem Teil des Fingers und einer Vielzahl von Messelektroden zum
Messen der Spannung an den Elektroden der Messelektroden, und einen
Strom- oder einen Spannungsgenerator, der das elektrisch veränderliche Frequenzsignal
zum Messen vorsieht, einen Wandler für die Transformation des Messsignals
in ein elektrisches Signal, das ein Maß für die Impedanz des Teils der
Fingeroberfläche
ist, und ein Mittel zum Erzeugen von Signalen umfasst, die ein Maß für weitere
Variablen bilden, mit deren Hilfe die besagten Parameter unter Verwendung
eines Rechenmodells bestimmt werden können, wobei die Signale ein
Signal umfassen, das ein Maß für das Impedanzsignal
bildet.
-
Die
Aufgabe der Erfindung ist das Anwenden der Messergebnisse, die verfügbar werden,
wenn dieses System in solch einer Weise verwendet wird, dass die
Fingeroberflächenmuster
präziser
bestimmt werden können.
-
Dazu
ist das System der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass der Strom-
oder Spannungsgenerator getrennt von den Abtastelektroden und der Messelektronik
angebracht ist, und geeignet ist zum Erzeugen eines Messsignals
veränderlicher
Frequenz, das eine Amplitude aufweist, die für die verschiedenen erzeugten
Frequenzen in einem Frequenzbereich von bis zu etwa 1000 kHz verändert werden
kann. Dies stellt unabhängige
Messungen für Finger
bereit, die verschiedene Eigenschaften (trocken, nass, etc.) haben.
Die Parameter, die mit Hilfe des Systems gemäß der Erfindung bestimmt werden können, umfassen
vorzugsweise das Messen des Fingeroberflächenmusters, die Eigenschaften
des Fingers (trocken, nass), den Moment, wenn sich der Finger dem
Sensor nähert
und mit ihm in Kontakt gelangt und die Tatsache, dass der Finger
lebt (Detektion eines lebenden Fingers, Detektion eines toten Fingers).
-
Die
Sensoren auf der Eingangsseite zum Messen des Fingeroberflächenmusters
sind durch eine Vielzahl von Elektroden gebildet, die zum Beispiel
durch eine Metall- oder Polysiliziumschicht gebildet sind. Die Sensoren
sind in einer Reihe orthogonal zur Bewegungsrichtung des Fingers
(horizontal oder vertikal) platziert, wobei eine Anzahl von Sensorelementen
für Geschwindigkeitsmessungen
in der Bewegungsrichtung des Fingers platziert ist. Der Finger steht
nicht in direktem Kontakt mit den Metall- oder Polysiliziumelektroden, sondern über ein
elektrisch isolierendes Material, welches die Elektroden bedeckt.
Das Material hat im Messprinzip elektrische Funktionen, ist undurchlässig, hat
mechanische Festigkeit und schützt
den Sensor vor mechanischer Beanspruchung, elektrischer Entladung,
chemischen Stoffen und anderen externen Faktoren. Ein elektrisches
Signal stimuliert den Finger und das System bestimmt und misst in
Echtzeit das Fingeroberflächenmuster.
-
Es
wurde festgestellt, dass die Anwendung verschiedener Frequenzen
zur Bestimmung des Fingeroberflächenmusters
für Finger
mit verschiedenen elektrischen Eigenschaften verwendet werden kann. Es
werden Signale mit verschiedenen Frequenzen für die Messung und Bestimmung
des Fingeroberflächenmusters
verwendet. Die maximale Frequenz muss jedoch, aufgrund von Strahlungsproblemen, auf
500 kHz beschränkt
werden.
-
Es
ist zusätzlich
wünschenswert,
dass Mittel zur Bestimmung der maximalen Phasenverschiebung zwischen
dem Messstrom und der Messspannung als Funktion der Frequenz bereitgestellt
sind. Dies erlaubt die Bestimmung der elektrischen Übertragungsfunktion
des bestimmten Teils der Fingeroberfläche, wobei die Kreisfrequenz
die unabhängige Variable
ist. Dies erlaubt gleichzeitig die Bestimmung des Verhältnisses
zwischen innerer und äußerer Zellflüssigkeiten
und ob der Finger lebt oder nicht. Dieses Verhältnis steht direkt mit der
Frequenz in Beziehung, bei der der Phasenwinkel maximal ist. Bei
Personen mit normalem Finger ist dieser maximale Phasenwinkel bei
100 kHz etwa 10°.
Zusätzlich
kann ein Temperatursensor im System platziert werden, der die Temperatur
des Fingers bestimmt, und eine Korrelation mit Informationen bezüglich der
elektrischen Eigenschaften des Fingers kann bestimmen, ob der Finger
lebt, tot oder künstlich
ist.
-
Das
System ist vorzugsweise versehen mit einem Verbindungsmittel zum
Verbinden des Strom- oder Spannungsgenerators des Stimulationssignals mit
dem Finger und zum Realisieren eines guten elektrischen Kontakts
mit einer Elektrode, die durch gute elektrische Eigenschaften gekennzeichnet
ist und gegen Korrosion und Verschleiß resistent ist. Dies ist ein
Faktor, der sicherstellen wird, dass reproduzierbare Messungen erhalten
werden. Die Stimulationselektrode zum Injizieren der veränderlichen Frequenz
in den Finger wird in naher Entfernung um die Sensoren herum platziert
und hat eine spezielle Geometrie (Finger, etc.) und verschiedene
Funktionen.
-
Eine
andere Ausführungsform
des Systems gemäß der Erfindung
ist dadurch gekennzeichnet, dass das System einen Strom- oder Spannungsgenerator
umfasst, der für
die Erzeugung von Signalen verschiedener Frequenzen, Amplituden
und Phasen geeignet ist. Diese Frequenzen können von etwa 10 bis 500 kHz
reichen.
-
Eine
andere Ausführungsform
des Systems gemäß der Erfindung
ist dadurch gekennzeichnet, dass das System eine Struktur mit intrinsischem ESD-(electro
static discharge-)Schutz umfasst.
-
Der
ESD-Schutz kann bis zur Grenze von 2 kV gehalten werden, wenn eine
Reihe von Sachverhalten betrachtet wird:
-
Der
ESD-Schutz ist durch die Verwendung eines Fingerentladeverfahrens
(Finger-Erde-Verbindung über
einen Anschluss der Aktivierungszelle) realisiert, das in Verbindung
mit dem Energiesteuerungsmechanismus und der Aktivierungszelle verwendet
wird, auf solche Weise, dass die aktivierten elektronischen Blöcke des
Fingerabdrucksensors geerdet bleiben, bis die Ladung auf dem Finger
abgeführt
ist, und erst dann aktiviert werden.
-
Das
Verfahren, das zur Messung der Kapazität des Fingers verwendet wird,
berücksichtigt,
dass die Spannung am Sensoranschluss über den Spannungsteiler reduziert
wird, der durch die Kondensatoren CEI und
CIN durch einen Faktor der Größenordnung
1000 realisiert ist. Typische Werte für die Kapazitäten der
Kondensatoren liegen für
CEI im Bereich von mehreren 10 fF und sind
für CIN einige pF. Die maximalen Spannungsbeschränkungen
für die
dielektrische CEI ist durch die Fläche, Dicke
und Permeabilität
des elektrisch isolierenden Materials bestimmt. Die Struktur hat
intrinsisch erhöhte
ESD auf zwei Ebenen. Vom Finger zur Masse über die Isolationsschicht und
von den Sensoranschlüssen
vom Eingang der Elektronik.
-
Der
Ausgang des Generators der veränderlichen
Frequenzen sollte über
eine ESD-Schutzschaltung, die 20 kV ESD aufnehmen kann, gekoppelt werden,
bevor er an die Stimulationselektrode und den Finger angeschlossen
wird.
-
Eine
andere Ausführungsform
des Systems gemäß der Erfindung
ist dadurch gekennzeichnet, dass das System eine Aktivierungszelle
umfasst, die zu einer Erfassung geeignet ist, wenn sich der Finger dem
Sensor nähert
und ihn berührt.
Die Kontakt- oder Aktivierungszelle erfasst, wenn der Finger mit der
Oberfläche
der Zelle in Kontakt gelangt und eine Änderung der elektrischen Eigenschaften,
vorzugsweise der Impedanz, wird zwischen den Elektroden bestimmt
und diese Änderung
wird in ein elektrisches Signal umgewandelt, das das ganze System
startet und einschaltet. Die Aktivierungszelle kann ein bestimmter
Sensor in der Sensoranordnung oder ein separater Sensor sein. Ein
separater Sensor kann von jedem zur Verfügung stehenden Typ sein, zum Beispiel
einer, der Änderungen
der Kapazität,
der Temperatur oder optischer Detektoren nahe bei dem Sensor misst.
-
Eine
andere Ausführungsform
des Systems gemäß der Erfindung
ist dadurch gekennzeichnet, dass das System eine Struktur umfasst,
die für
Navigations-/Mauszwecke geeignet ist, zum Beispiel im Bezug auf
ein Display, indem der Finger entlang der Sensorebene bewegt wird.
-
Eine
andere Ausführungsform
des Systems gemäß der Erfindung
ist dadurch gekennzeichnet, dass das System eine Elektrode mit einer
Vielzahl von Funktionen (Aktivierungszelle, Messung elektrischer
Eigenschaften des Fingers, Stimulationselektrode) umfasst. Die Elektrode
hat verschiedene Funktionen, die von der Betriebsart des Systems
abhängen:
-
Im
Mess- oder Erfassungsmodus hat sie die Funktion einer Stimulationselektrode,
die mit dem Ausgang des Generators für die veränderlichen Frequenzen verbunden
ist, die in den Finger das veränderliche
Signal für
die elektrische Stimulation einführt.
Die Verbindung zum Finger kann AC oder DC sein.
-
Im
Wartemodus hat sie die Funktion eines Kontaktsensors, der erfasst,
wenn sich ein Finger dem System nähert und wenn er den Sensor
berührt. In
diesem Modus ist die Struktur der Elektrode aufgeteilt in zwei voneinander
entfernte Elektroden. Dies kann zum ESD-Schutz verwendet werden,
wenn eine der Elektroden der Struktur mit der Erde gekoppelt ist.
-
Der
Sensor kann auch dazu angepasst werden, zu erfassen, ob der Finger
tot ist oder lebt, indem die elektrischen Eigenschaften des Fingers,
vorzugsweise die Impedanz, gemessen werden und zum Erfassen und
Messen der elektrischen Eigenschaften des Fingers, vorzugsweise
der Impedanz, und um zu bestimmen, ob der Finger trocken oder nass
ist, um die angemessene Frequenz mit der richtigen Amplitude und
Phase zum Erhalten eines maximalen Signals zu erzeugen.
-
Die
Erfindung bietet eine Reihe von Vorteilen gegenüber der bekannten Technologie,
dadurch, dass eine sehr kleine Fläche benötigt wird, wie sie wahrscheinlich
von keinem anderen heutzutage verfügbaren Verfahren benötigt wird.
Das System ist fünfmal
kleiner als das Gerät,
das im US-Patent 5,963,679
beschrieben ist. Zusätzlich
sind die Erfindung und die damit verbundenen Schaltkreise kompakt
und können
mit kommerziellen Technologien wie zum Beispiel in einem Siliziumprozess
mit mehreren Metallschichten hergestellt werden.
-
Die
Erfindung wird nun weiter, im Bezug auf die Figuren, die die Erfindung
beispielhaft erläutern, beschrieben.
-
1 stellt
schematisch eine erste Messanordnung des Systems gemäß der Erfindung
dar;
-
2 stellt schematisch eine zweite Messanordnung
des Systems gemäß der Erfindung
dar und erläutert
die inhärenten
Navigations-/Maus-(X, Y)-Eigenschaften des Systems;
-
3 stellt
schematisch den elektrostatischen Entladungs-(ESD)-Schutz über den elektrisch isolierten
Kondensator CEI dar;
-
4 zeigt
einen Unterschied zwischen der Erfindung und dem Stand der Technik;
-
5 zeigt
einen typischen Verlauf eines Impedanzsignals.
-
1 zeigt
ein Blockdiagramm einer Ausführungsform
des Systems zur Durchführung
simultaner Messungen an einem Finger. Mittels einer Stimulationselektrode 3 wird
einem Finger 1 ein Strom oder eine Spannung von einem Generator 7 zugeführt. Der
Spannungs- oder Stromgenerator ist dazu angepasst, für die Elektrode 3 ein
Signal mit veränderlicher
Amplitude, Frequenz und/oder Phase bereitzustellen. Das Signal,
das aus dem Durchströmen des
Stroms durch das Fingergewebe, die Fingeroberfläche und ein elektrisch isolierendes
Material 4, welches die Fingeroberfläche von einer Sensorelektrode 5 trennt,
resultiert, wird mittels der Elektrode 5 gemessen, die
mit einer analogen Front-End-Leseschaltung 8, die einen
rauscharmen Verstärker
umfasst, verbunden ist.
-
Der
Ausgang der analogen Front-End-Leseschaltung 8 wird einem
Rechenelement 9 zugeführt, das
ein elektrisches Impedanzsignal bereitstellt, welches direkt in
Beziehung steht mit der Impedanz eines lokal gemessenen Teils des
Fingers 1 als eine Funktion der Zeit und eines Phasensignals,
welches direkt in Beziehung steht mit dem Phasenunterschied zwischen
dem Strom oder der Spannung, der/die dem Teil des Fingers 1 zugeführt wird,
und der resultierenden Spannung über
dem Teil des Fingers, wie sie mittels der Elektrode 5 gemessen
wird.
-
Um
einen Parameter zu bestimmen, der die elektrischen Eigenschaften
des Fingers (trocken, nass) und ob der Finger tot ist oder lebt
feststellt, wird das elektrische Signal über eine Schnittstelle 11,
die einen Analog-Digital-Wandler
umfasst, in eine digitalen Signalverarbeitungseinheit 12 eingespeist.
Der Prozessor 12 steuert vorzugsweise die Frequenz, Phase
und Amplitude des Strom- oder Spannungsgenerators und passt diese
Parameter adaptiv auf der Grundlage der elektrischen Eigenschaften
des Fingers an.
-
Die
digitale Verarbeitungseinheit 12 empfängt auch Informationen von
all den Sensoren, die mit dem Fingerabdruckscanner in Beziehung
stehen, und berechnet eine Darstellung der Fingeroberfläche, die
für Identifikationszwecke
verwendbar ist.
-
4 zeigt
einen Unterschied zwischen der Erfindung und dem Stand der Technik,
wie er in US-Pat. 5,963,679 beschrieben ist. Der Hauptunterschied
zwischen den beiden Konzepten liegt in der Art, wie die intrinsische,
parasitäre
Kapazität
CIN mit dem Verstärker gekoppelt ist.
-
Im
US-Pat. 5,963,679 ist die Kapazität CIN parallel
zu der Kapazität
der zu messenden Erhöhungen
und Vertiefungen geschaltet, während
eine Erre gerelektrode über
einen festen Kondensator ein elektrisches Feld erzeugt. Dieses Konzept
stellt einen sehr hohen Anspruch an die Eigenschaften der Eingangsimpedanz
des Verstärkers,
die im Vergleich mit dem Wert der Kapazität der Erhöhungen und Vertiefungen, der
gewöhnlich
viel kleiner als 100 fF ist, nicht zu groß sein darf.
-
Dieses
Problem wird durch die Verwendung des Konzepts gemäß dieser
Erfindung, das in 1 dargestellt ist, vermieden.
Hier wird das Stimulationssignal direkt auf dem Finger aufgebracht
und die Kapazität
CFS der Erhöhungen und Vertiefungen wird
in Reihe mit der Kapazität
des elektrisch isolierenden Materials CEI geschaltet.
Der Wert von CIN kann von der Größenordnung
von einigen pF sein, ohne das Messprinzip zu verschlechtern. Somit
ist das Konzept, das in dieser Anwendung beschrieben wird, gegenüber der
Verstärkerleistung
viel weniger empfindlich und kann Signale mit Amplituden von einem
mV oder weniger messen. Der im US-Pat. 5,963,679 beschriebene Stand der
Technik erfordert wünschenswerte
5 bis 10 mV von den Abtastelementen.
-
5 zeigt
einen typischen Verlauf eines Impedanzsignals mit einer Amplitude
A, wie er mit dem rauscharmen phasensensitiven Verstärker auf
der Grundlage einer Stimulation durch eine Strom- oder Spannungsquelle
gemessen wird. Der Verlauf dieses Signals ist aufgrund der Bewegungsaktivität des Fingers
abhängig
von der Zeit T. Die Daten werden in Echtzeit von einem lokalen oder
externen Prozessor gespeichert und verarbeitet.
-
Gemäß der Erfindung,
wieder bezogen auf 1, werden Messfehler aufgrund
von Offset, Gleichstrompegel, Verstärkung, Verschleiß des elektrisch
isolierenden Materials auf der Oberseite der Sensoren und der Stimulationselektrode
des Systems oder aufgrund von Durchführen von Messungen unter Bedingungen,
bei denen das normale Feuchtigkeits gleichgewicht der Fingeroberfläche erhöht ist (trockene,
nasse Finger), aufgrund der Tatsache verhindert, dass der Strom-
oder Spannungsstimulationsgenerator 7 ein elektrisches
Signal mit veränderlichen
Amplituden und Frequenzen erzeugen kann. Gemäß der Erfindung wird für diese
Parameter eine Reihe von Kalibrierungsdaten bereitgestellt. Die Kalibrierungsdaten
werden in der erläuterten
Ausführungsform
in einem Kalibrierungsspeicherblock 10 gespeichert, der
mit dem analogen Prozessor 9 sowie mit der digitalen Verarbeitungseinheit 12 gekoppelt
ist.
-
Durch
das Verarbeiten der Daten des Strom- oder Spannungsgenerators 7 in
einem analogen Element 9 werden die Messergebnisse, die
von der analogen Front-End-Leseschaltung 8 verfügbar werden, in
ein Signal umgewandelt, das proportional zur Impedanz ist. Der Strom-Spannungs-Generator 7 ist angepasst,
um Ströme
oder Spannungen verschiedener Frequenzen mit verschiedenen Amplituden und
Phasen zu erzeugen. Der analoge Prozessor 9 ist mit dem
Generator 7 verbunden und umfasst ein Mittel zum Erfassen
der Phasenunterschiede zwischen den generierten und den gemessenen
Signalen.
-
In
einer bestimmten Ausführungsform
ist der Strom-Spannungs-Generator zum Erzeugen eines elektrischen
Stimulationssignals mit einem Frequenzausschlag von etwa 10 kHz
bis 500 kHz geeignet, während
das Rechenelement 9 auch für die Bestimmung des maximalen
Phasenwinkels in Abhängigkeit der
Frequenz geeignet ist. Der Generator 7 kann auch mit der
Verarbeitungseinheit 12 verbunden sein, um das generierte
Signal bezüglich
der gemessenen Werte zu steuern.
-
Ähnlich kann
eine lokale Impedanzmessung mittels des Elektrodenpaars durchgeführt werden. Die
Messergebnisse, die über
die analoge Front-End-Lesemessschaltung 8 verfügbar werden, werden
zusammen mit den Daten des Strom-Spannungs-Generators in einen Prozessor 9 eingespeist, und
es wird aus ihnen ein lokaler Impedanzwert und der Phasenwinkel
zwischen dem Strom des Generators und der Spannung des Verstärkers bestimmt.
-
Der
Prozessor 9 erzeugt Signale zur Steuerung der analogen
Front-Endschaltung 8.
Die Prozessoreinheit 12 erzeugt vorzugsweise die Amplituden-,
Phasen- und Frequenzsteuersignale.
-
2a und 2b erläutern den
Fingerabdruckscanner gemäß der Erfindung.
Der Fingerabdruckscanner umfasst hier eine Anzahl von Elektroden,
die eine lineare Anordnung von Elektroden 20 bilden, die
orthogonal zu der Bewegungsrichtung des Fingers platziert sind,
um den Fingerabdruck zu scannen, indem jede die Kapazität von Teilen
des Fingerabdrucks misst, sowie eine Anzahl von Sensoren parallel
zur Bewegungsrichtung 21, die Geschwindigkeitsmessungen
dienen.
-
Das
elektrische System ist anfällig
für die Entwicklung
elektromagnetischer Streufelder. Das Bereitstellen der Stimulationselektrode 3,
die im direkten Kontakt mit dem Finger steht, reduziert diese Streufelder,
da der Finger die Energie des Signals absorbiert und es gleichzeitig
eine geerdete Schicht an dem Sensor gibt. Alle Sensorelektroden 20 sind von
einer geerdeten Abschirmung 24 umgeben.
-
Die
Rolle des geerdeten Rings 24 ist:
Eine elektrische
Linse, die das elektrische Signal vom Finger auf die Sensorelektrode
konzentriert.
-
Das
Bereitstellen einer elektrischen Schutzschicht für den Sensor gegen die Strahlung
des Signals, die durch die Frequenzstimulationselektrode erzeugt
wird.
-
Das
Bereitstellen eines Schutzes und einer Trennung zwischen den benachbarten
Sensorelektroden.
-
Der
geerdete Ring kann mit zwei Metallschichten angefertigt sein. Eine
Metallschicht, die die Sensoren trennt und eine daraufliegende Metallschicht.
-
3 erläutert eine
Ausführungsform
der Erfindung, die mit Schutzmitteln 31, 32 gegen
elektrostatische Entladung (ESD) zum Schutz über den isolierten Kondensator
CEI, der zwischen der Oberfläche und
dem Sensoranschluss 5 positioniert ist, versehen ist. Zusätzlich sind
ESD-Schutzmittel 30, 32 zwischen
dem Generator 7 und der Stimulationselektrode sowie zwischen
dem Sensoranschluss 5, dem Schaltkreis, Masse und einer
Energiequelle 34 positioniert.
-
Zusammenfassend
bezieht sich die Erfindung auf ein System zur Echtzeit-Fingeroberflächenmustermessung,
wobei das System eine Vielzahl von Elektroden 5 und eine
elektrisch isolierende Schicht 4 auf den Elektroden 5,
auf denen der Finger 1 aufgelegt und bewegt wird, eine
Eingangselektrode 3 zum Stimulieren des Fingers mit einem
veränderlichen
Strom oder einer veränderlichen
Spannung an dem Teil des Fingers, und eine Vielzahl von Messelektroden 5, 20 zum
Messen des Signals an den Sensorelektroden bereitstellt, und einen
Strom- oder Spannungsgenerator 7, der das Stimulationssignal bereitstellt,
und einen Wandler für
die Transformation des Messsignals in ein Signal, das ein Maß für die Impedanz
des Teils des Fingers ist, umfasst.
-
Der
Strom- oder Spannungsgenerator 7 weist eine Konfiguration
für eine
minimale Abstrahlung auf und ist zum Erzeugen eines Messstroms oder
einer Messspannung mit einer veränderlichen Amplitude
und Phase bei verschiedenen Frequenzen geeignet.
-
Der
gemessene Parameter ist ein Merkmal der Fingeroberflächenmusterkonfiguration,
z.B. die Impedanz von verschiedenen Punkten der Fingeroberfläche.
-
Der
Strom- oder Spannungsgenerator 7 antwortet adaptiv auf
die Steuersignale des Systems und passt durch eine veränderliche
Amplitude, Frequenz und Phase den erzeugten Strom oder die erzeugte
Spannung an die gemessenen Eigenschaften der Oberfläche an.
-
Das
System ist vorzugsweise mit einer Vielzahl von Elektroden 20 zum
Messen der Impedanz der Teile des Fingers und mit transversal verlaufenden
Elektroden 21 zum Messen der Geschwindigkeit der Fingerbewegung über die
Elektroden des Sensors versehen und weist somit inhärente Navigations-/Mauseigenschaften
auf.
-
Das
System ist mit Mitteln zur Erfassung 23, zum Beispiel bezüglich der
Stimulationselektrode des Strom- oder Spannungsgenerators versehen, um
zu bestimmen, wann der Finger sich der Sensoraktivierungszelle nähert und
diese berührt.
Diese Mittel können
auch die lokale Impedanzmessung des Fingers durchführen und
seine biologischen Eigenschaften (trocken, nass, etc.) bestimmen,
um die Frequenz, Amplitude und Phase des Stimulationssignals zu ändern, oder
eine lokale Impedanz- und Temperaturmessung des Fingers, um zu bestimmen,
ob der Finger tot ist, lebt oder künstlich ist.
-
Das
System kann auch mit Mitteln zum Bestimmen der maximalen Phasenverschiebung
zwischen dem Messstrom oder der Messspannung und der Messspannung
als Funktion der Frequenz versehen sein.
-
Für gewöhnlich wird
das System gemäß der Erfindung
mit einer einzigen Stimulationselektrode versehen sein. In manchen
Fällen
kann jedoch eine Anzahl von Stimulationselektroden verwendet werden.