DE69922170T2

DE69922170T2 - Sensorvorrichtung und zugehöriges verfahren

Info

Publication number: DE69922170T2
Application number: DE69922170T
Authority: DE
Inventors: Nj Rd Hestnes; Robert Frank RIEDIJK
Original assignee: Fingerprint Cards AB
Current assignee: Fingerprint Cards AB
Priority date: 1998-02-16
Filing date: 1999-02-15
Publication date: 2005-12-01
Anticipated expiration: 2019-02-16
Also published as: SE511543C2; JP2002503818A; US6778686B1; WO1999041696A1; DE69922170D1; JP4351387B2; EP1055188B1; AU3282199A; SE9800449L; EP1055188A1; SE9800449D0

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft das kapazitive Erfassen von topologischen Veränderungen an der Struktur eines Objekts. Die Erfindung betrifft insbesondere eine Erfassungsvorrichtung, die topologische Veränderungen an der Struktur eines Fingers oder einer Fingerspitze erfasst, sowie ein so genanntes Fingerabdruck-Erkennungssystem.
STAND DER TECHNIK
Verschiedene Erfassungsvorrichtungen, insbesondere Vorrichtungen, die zum Erfassen von topologischen Veränderungen an der Struktur eines Fingers oder einer Fingerspitze vorgesehen sind, sind bekannt, die auf der kapazitiven Erfassung basieren. Eine kapazitive Erfassungsvorrichtung ist aus der Patentschrift US-A-5.325.442 bekannt. Diese Vorrichtung umfasst eine Matrix aus Sensorelementen, die an eine Ansteuerungsschaltung angeschlossen sind. Jedes Sensorelement umfasst eine Erfassungselektrode und die Matrix aus Erfassungselektroden ist mit einem dielektrischen Werkstoff bedeckt, der eine Erfassungsoberfläche definiert. Jedes Sensorelement enthält eine Schaltvorrichtung, die an die Erfassungselektrode angeschlossen ist, die durch die Ansteuerungsschaltung, die den Betrieb der Erfassungselektrode steuert, aktiv angesprochen werden kann. Auf diese Weise kann ein vorgegebenes Potential an die Erfassungselektrode angelegt werden. Die Erfassungsvorrichtung enthält ferner eine Erfassungsschaltung, um gemeinsam mit entsprechenden Erfassungselektroden eine Kapazität zu erfassen, die durch einzelne Fingeroberflächenabschnitte erzeugt wird, wenn ein Finger über der Erfassungsoberfläche angeordnet wird. Das aktive Ansprechen des Erfassungselements wird durch die Schaltvorrichtungen in jedem Erfassungselement ermöglicht, wodurch die Ansteuerung der Matrix erleichtert werden soll. Es ist eine Aufgabe der in der Patentschrift US-A-5.325.442 beschriebenen Erfindung, die Anzahl von Verbindungen und die Anzahl von Adressierungsleitungen im Vergleich zu anderen Vorrichtungen zu verringern. Diese Vorrichtung basiert auf der reflektierenden Erfassung.
Ein Nachteil der Vorrichtung der Patentschrift US-A-5.325.442 besteht darin, dass sie eine verhältnismäßig geringe Empfindlichkeit bereitstellt, da zu einem Zeitpunkt lediglich ein Sensorelement zum Erfassen verwendet werden kann. Ein zusätzlicher Nachteil dieser Vorrichtung besteht darin, dass auf Grund der Tatsache, dass ein und dasselbe Element zum Senden und Empfangen verwendet wird, die Gefahr besteht, dass das sendende Element das erfassende Element z. B. mittels parasitärer Kapazitäten unerwünscht beeinflusst. Ein weiteres Problem könnte bei dieser Vorrichtung darin bestehen, dass Schweiß, der auf der Sensoroberfläche zurückbleibt, die Erfassung beeinflussen könnte.
Die Patentschrift SE-C-448 408 zeigt ebenfalls eine kapazitive Erfassungsvorrichtung, die eine bestimmte Anzahl von Sensorelementen umfasst, die in einer zweidimensionalen Matrix angeordnet sind. Die Aufgabe der Erfindung, die in diesem Dokument offenbart ist, besteht darin, eine Vorrichtung bereitzustellen, die eine schnellere Erfassung ermöglicht, sowie eine Vorrichtung, die die Gefahr verringert, dass das erfasste Muster durch das Objekt, d. h. den Finger, der sich während der Erfassungsoperation bewegt, beeinflusst wird. Diese Vorrichtung basiert ebenfalls auf Prinzipien der reflektierenden Erfassung.
Eine weitere Erfassungsvorrichtung ist in der Patentschrift EP-A-0 791 899 offenbart. Die Vorrichtung basiert auf kapazitiven Erfassung unter Verwendung von Prinzipien der direkten Erfassung.
Alle bisher bekannten Erfassungsvorrichtungen weisen jedoch Nachteile in Bezug auf die Empfindlichkeit auf, d. h. manchmal wird eine höhere Empfindlichkeit gefordert, und ferner wird der Sensorbereich, der insbesondere teures Silicium enthält, nicht so effektiv genutzt wie das erwünscht wäre. Ferner besitzen bekannte Erfassungsvorrichtungen den Nachteil der unflexiblen Nutzung.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es wird eine Erfassungsvorrichtung benötigt, bei der die erforderliche Empfindlichkeit eingestellt werden kann, die wirkungsvoll ist und aus der Sicht der Herstellung kosteneffizient ist. Es wird außerdem eine Erfassungsvorrichtung benötigt, die mit geringer Größe hergestellt werden kann und trotzdem sehr wirkungsvoll ist. Es wird insbesondere eine Erfassungsvorrichtung zum Erfassen topologischer Veränderungen an der Struktur eines Fingers oder einer Fingerspitze, die die oben erwähnten Forderungen erfüllt, sowie eine Fingerspitzenmuster- oder Fingerabdruck-Erkennungsvorrichtung benötigt, wobei damit eine Vorrichtung gemeint ist, die gespeicherte Informationen über die Veränderungen an der topologischen Struktur eines Fingers mit den entsprechenden Informationen eines Fingers eines Anwenders vergleicht, der irgendwo einen Zugang erlangen möchte.
Es wird außerdem eine Erfassungsvorrichtung mit einer höheren Empfindlichkeit als im Stand der Technik mit der Möglichkeit der adaptiven Steuerung der Empfindlichkeit der Vorrichtung von Fall zu Fall benötigt. Außerdem wird bei einer Vorrichtung mit sendenden Elementen und empfangenden Elementen eine Erfassungsvorrichtung benötigt, bei der die Erfassungselemente von den sendenden Elementen abgeschirmt oder isoliert werden können.
Es wird außerdem ein Verfahren benötigt, mit dem die topologischen Veränderungen an der Struktur eines Objekts in geeigneter Weise, mit der gewünschten Empfindlichkeit sowie einfach und kosteneffektiv erfasst werden können.
Deswegen wird eine kapazitive Erfassungsvorrichtung geschaffen, die für das Erfassen von topologischen Veränderungen an der Struktur eines Objekts geeignet ist. Ein Beispiel eines derartigen Objekts ist ein Finger, der bei Erkennungssystemen des Fingers bzw. der Fingerspitze verwendet wird, um festzustellen, ob einem Anwender Zugang zu irgendetwas gewährt werden sollte oder nicht. Spezielle Implementierungen werden später beschrieben. Die Erfassungsvorrichtung umfasst eine Erfassungsoberfläche, um ein Objekt angrenzend dazu aufzunehmen, sowie eine bestimmte Anzahl von Sensorelementen, die in zwei Dimensionen in einer Matrix oder einer Feldanordnung angeordnet sind. Die Erfassungsvorrichtung umfasst Steuermittel zum Bereitstellen von Steuersignalen an die Sensorelemente. Wenigstens eine bestimmte Anzahl der Sensorelemente kann so gesteuert oder dazu gebracht werden, dass sie eine von wenigstens zwei unterschiedlichen Funktionalitäten besitzt oder annimmt, wobei die tatsächliche Funktionalität eines Sensorelements durch die Steuersignale gesteuert oder festgelegt wird. Irgendeine der wenigstens zwei Funktionalitäten kann durch irgendeines der steuerbaren Sensorelemente angenommen werden und irgendeine andere der wenigstens zwei Funktionalitäten kann durch irgendeines der anderen steuerbaren Sensorelemente angenommen werden.
Irgendeine der wenigstens zwei Funktionalitäten kann durch irgendeines der steuerbaren Sensorelemente angenommen werden und irgendeine andere der wenigstens zwei Funktionalitäten kann gleichzeitig durch irgendeines der anderen steuerbaren Sensorelemente angenommen werden.
Außerdem kann gemäß der Erfindung irgendeine der wenigstens zwei Funktionalitäten durch irgendeines der anderen steuerbaren Sensorelemente angenommen werden und eine der wenigstens zwei Funktionalitäten ist jene eines Empfängers und eine zweite der wenigstens zwei Funktionalitäten ist jene eines Senders, wobei irgendeines der steuerbaren Sensorelemente somit wenigstens bidirektional ist.
Außerdem kann in einer Ausführungsform irgendeine der wenigstens zwei Funktionalitäten durch irgendeine Anzahl der steuerbaren Sensorelemente angenommen werden und irgendeine andere der wenigstens zwei Funktionalitäten kann durch irgendeine Anzahl der verbleibenden steuerbaren Sensorelemente angenommen werden.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht außerdem, dass irgendeine der wenigstens zwei Funktionalitäten durch irgendeine Anzahl der steuerbaren Sensorelemente angenommen werden kann, und dass irgendeine andere der wenigstens zwei Funktionalitäten gleichzeitig durch irgendeine Anzahl der verbleibenden steuerbaren Sensorelemente angenommen werden kann.
Die Funktionalitäten, die für wenigstens eine Anzahl von steuerbaren Sensorelementen verfügbar sind, die dazu veranlasst werden können, eine von wenigstens zwei unterschiedlichen Funktionalitäten anzunehmen, umfassen eine Ansteuerungsfunktionalität, in der ein Sensorelement als ein sendendes Element wirkt, und eine Erfassungsfunktionalität, in der ein Sensorelement als ein empfangendes Element wirkt. Das heißt, dass die Sensorelemente oder wenigstens eine bestimmte Anzahl von Sensorelementen bidirektional sind, d. h. sie können so ausgewählt werden, dass sie entweder als Sender oder als Empfänger wirken.
Auf Grund der Flexibilität der Erfassungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann die Empfindlichkeit der Vorrichtung adaptiv von Fall zu Fall geändert werden, da die Anzahl der sendenden Elemente sowie die Anzahl der erfassenden Elemente von Fall zu Fall geändert werden kann. Da außerdem jedes Element als sendendes Element verwendet werden kann, wobei alle anderen Elemente als die entsprechenden erfassenden Elemente verwendet werden, kann der Abstand zwischen Sender und Empfänger (Sensor) beliebig verändert werden, wodurch der Isolationsgrad zwischen Sender und Empfänger vergrößert wird. Da außerdem der Abstand zwischen dem einen oder den mehreren sendenden Elementen und dem einen oder den mehreren empfangenden Elementen frei gewählt werden kann, kann das Problem von auf der Sensoroberfläche zurückbleibendem Schweiß vermieden werden.
In einer weiteren Ausführungsform kann wenigstens eine bestimmte Anzahl der steuerbaren Sensorelemente so gesteuert werden, dass sie eine dritte Funktionalität annimmt. Vorzugsweise sind alle Sensorelemente in allen drei Funktionalitäten betreibbar und können somit so gesteuert werden, dass sie irgendeine von wenigstens drei unterschiedlichen Funktionalitäten besitzen.
Diese dritte Funktionalität ist vorteilhaft eine isolierende Funktionalität, in der ein Sensorelement inaktiv oder nicht ausgewählt ist. Somit können alle Sensorelemente gesteuert werden und jedes Sensorelement kann so gesteuert werden, dass es als ein empfangendes Element oder als ein sendendes Element wirkt oder in einer isolierenden, inaktiven Betriebsart ist, in der das Element nicht ausgewählt ist. Dadurch ist es möglich, die Empfindlichkeit der Erfassungsvorrichtung noch weiter zu erhöhen.
In einer alternativen Ausführungsform umfassen die verfügbaren Funktionalitäten für alle Sensorelemente eine Erfassungsfunktionalität, die oben angegeben ist, und die inaktive isolierende Funktionalität, in der das Sensorelement inaktiv ist, wobei diese außerdem so ausgedrückt werden kann, dass das Sensorelement überhaupt nicht ausgewählt ist.
In einer Ausführungsform sind wenigstens eine bestimmte Anzahl der Sensorelemente über Steuersignale steuerbar und es kann bewirkt werden, dass sie entweder als ein empfangendes Element oder als ein sendendes Element wirken oder sie können inaktiv und insbesondere nicht ausgewählt sein. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform können alle Sensorelemente so gesteuert werden, dass sie irgendeine der oben erwähnten Funktionalitäten besitzen, d. h. Empfänger, Sender oder inaktiv. Alle Sensorelemente sind jedoch vorteilhaft in wenigstens zwei unterschiedlichen Betriebsarten betreibbar und sie können so ausgewählt sein, dass sie eine von wenigstens zwei unterschiedlichen Funktionalitäten besitzen.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Sensorelemente in einer zweidimensionalen Matrix, die X Zeilen und Y Spalten umfasst, angeordnet. In einer speziellen Ausführungsform werden einige der Sensorelemente ausgewählt, damit sie als sendende Elemente wirken, wohingegen einige der anderen Sensorelemente ausgewählt werden, damit sie als empfangende Elemente wirken. Die Anzahl der sendenden Elemente übersteigt vorzugsweise die Anzahl der empfangenden Elemente. Gemäß dieser Ausführungsform senden die sendenden Elemente impulsartige Spannungssignale, die für das Objekt, z. B. für den Finger bereitgestellt werden, dessen Veränderungen an dem topologischen Muster erfasst werden sollen, und die empfangenden Elemente messen das kapazitiv übertragene Signal, das zu der Erfassungsvorrichtung zurück reflektiert wird. Mit anderen Worten, die Vorrichtung wirkt als ein reflektierender Sensor.
In einer alternativen Ausführungsform sind Leitungsmittel vorgesehen, um zwischen dem Objekt und der Erfassungsvorrichtung einen ohmschen Kontakt zu schaffen. Bei dieser Ausführungsform, die einen Sensor betrifft, der Prinzipien der Direkterfassung verwendet, wirken die Leitungsmittel als eine sendende Elektrode und eine bestimmte Anzahl von Sensorelementen wird ausgewählt, damit sie als empfangende Elemente wirken. Die verbleibenden Sensorelemente werden so ausgewählt, dass sie inaktiv sind, bzw. sie werden überhaupt nicht ausgewählt, wobei bei dieser Ausführungsform keine Elemente ausgewählt werden, damit sie als sendende Elemente wirken. Die Leitungsmittel sind im Einzelnen extern angeordnet und mit der Erfassungsvorrichtung verbunden. Die Leitungsmittel sind jedoch vorteilhaft außerhalb der Erfassungsmatrix, jedoch innerhalb der eigentlichen Erfassungsvorrichtung angeordnet.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann über die Steuermittel eine erste Betriebsart, in der die Erfassungsvorrichtung als ein reflektierender Sensor wirkt, oder alternativ eine zweite Betriebsart, in der der Sensor als ein direkter Sensor wirkt, ausgewählt werden. Im letzteren Fall sind die Leitungsmittel z. B. aus Metall in geeigneter Weise vorgesehen, um die Herstellung eines ohmschen Kontakts zwischen der Erfassungsvorrichtung und dem Finger bzw. dem jeweiligen zu erfassenden Objekt zu ermöglichen.
Die Sensormatrix oder wenigstens einige der Sensorelemente ist bzw. sind programmierbar und die Anzahl der Sensorelemente, die als sendende Elemente wirken, sowie die tatsächlichen Positionen der sendenden Elemente können gesteuert werden. Somit sind die Funktionalitäten der Sensorelemente und die Betriebsart der Erfassungsvorrichtung steuerbar (programmierbar) und können an die tatsächlich vorliegenden Umstände angepasst werden, wie z. B. an das betreffende Objekt, die Umgebungsbedingungen usw.
In einer Ausführungsform umfassen die Steuermittel eine erste und eine zweite Steuerungsanordnung, wovon jede wenigstens ein digitales Steuersignal für jedes aus einer Anzahl von Sensorelementen bereitstellt, wobei die Eingangssignale die Funktionalität der Sensorelemente festlegen. In einer bestimmten Ausführungsform werden Steuersignale gruppenweise für eine Anzahl von Sensorelementen bereitgestellt, z. B. eine Teilanordnung oder dergleichen aus Sensorelementen. In diesem Fall sind nicht alle Sensorelemente getrennt steuerbar, sondern einige von ihnen können gruppenweise gesteuert werden oder Elemente können in verschiedenen Gruppen angeordnet werden und die gesamte Steuerprozedur wird durch die Steuerung von Gruppen aus Sensorelementen ausgeführt.
In einer beispielhaften Ausführungsform umfassen die erste Steuermittel ein duales Schieberegister und die zweiten Steuermittel umfassen ein zweites duales Schieberegister. Die Länge des ersten dualen Schieberegisters entspricht der Anzahl von Zeilen, wohingegen die Länge des zweiten Schieberegisters der Anzahl der Spalten entspricht. Jedes der Schieberegister stellt über eine Zeilenschnittstelle bzw. über eine Spaltenschnittstelle digitale Steuersignale für die gesteuerten Sensorelemente bereit und das Ergebnis der Steuersignale, die an das entsprechende Sensorelement (oder die Gruppe von Sensorelementen) bereitgestellt werden, legt die Funktionalität des entsprechenden Sensorelements (der Gruppe aus Sensorelementen) fest.
Jedes duale Schieberegister stellt zwei digitale Steuersignale für jedes Sensorelement, das gesteuert werden soll, bereit. Eines der Signale gibt an, ob die Erfassungsfunktionalität aktiviert werden soll, wohingegen das andere angibt, ob die Ansteuerungsfunktionalität aktiviert werden soll. Eine bestimmte Funktionalität eines Sensorelements wird nur aktiviert, wenn die Steuersignale von beiden dualen Schieberegistern ein und dieselbe Funktionalität für das betreffende Sensorelement angeben.
In einer bevorzugten Ausführungsform hat die Empfangsfunktionalität gegenüber der Sendefunktionalität Priorität, so dass ein Sensorelement als ein Empfänger wirkt, falls die Steuersignale von beiden Schieberegistern eine Aktivierung sowohl der Erfassungs- als auch der Ansteuerungsfunktionalität für das Sensorelement angeben.
Ein Verfahren zum Erfassen topologischer Veränderungen an der Struktur eines Objekts, das angrenzend an eine Erfassungsoberfläche einer kapazitiven Erfassungsvorrichtung aufgenommen wird, wird außerdem geschaffen. Die kapazitive Erfassungsvorrichtung enthält eine bestimmte Anzahl Sensorelemente, die in wenigstens zwei Dimensionen angeordnet sind. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Bereitstellen von Steuersignalen, mittels derer wenigstens eines der Sensorelemente so gesteuert wird, dass es die Funktionalität eines empfangenden Elements hat, und wenigstens eines der Sensorelemente so gesteuert wird, dass es die Funktionalität eines sendenden Elements hat; Erzeugen eines oder mehrerer kapazitiver oder leitender Signale für das Objekt über das oder die sendenden Elemente; und Erfassen der Kapazität zwischen einer bestimmten Anzahl unterschiedlicher Orte auf dem Objekt und verschiedenen empfangenen Elementen. Das Verfahren umfasst außerdem die folgenden Schritte: Verwenden der kapazitiven Signale, die in den empfangenden Elementen empfangen werden, um das topologische Muster in der Struktur des Objekts zu bestimmen; und Erzeugen eines (analogen) Ausgangssignals, das das topologische Muster beschreibt.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird wenigstens eines der Sensorelemente so aktiviert wird, dass es die Funktionalität eines empfangenden Elements hat, während gleichzeitig das wenigstens eine der Sensorelemente so aktiviert wird, dass es die Funktionalität eines sendenden Elements hat.
In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner den Schritt, bei dem Informationen über das topologische Muster der Struktur von beispielsweise einem Finger des Besitzers der Vorrichtung oder des Anwenders, der befähigt werden soll, einen Zugang auf bzw. durch die Vorrichtung zu erlangen, gespeichert werden. Das Verfahren kann ferner die folgenden Schritte umfassen: Verwenden der Erfassungsvorrichtung, um das tatsächliche topologische Muster eines Objekts bei einer weiteren, späteren Gelegenheit zu bestimmen; Vergleichen der gespeicherten Informationen über das erste Objekt mit dem tatsächlichen topologischen Muster; und Erzeugen eines Ausgangssignals, das die Entsprechung zwischen den gespeicherten Informationen und den tatsächlichen Informationen angibt. Das Ausgangssignal kann natürlich mehrere unterschiedliche Formen besitzen. Gemäß einer Ausführungsform wird ein Ausgangssignal nur erzeugt, falls die Entsprechung einen vorgegebenen Wert übersteigt oder unterschreitet.
Deswegen wird außerdem ein Datenträger mit einer Finger-/Fingerspitzen-Erkennungsvorrichtung vorgesehen, der umfasst: eine Erfassungsvorrichtung mit zahlreichen steuerbaren Sensorelementen, um die Veränderungen an der Struktur des topologischen Musters eines Fingers oder einer Fingerspitze zu erfassen; Speichermittel, um derartige Informationen über die Finger-/Fingerspitzen eines oder mehrerer bestimmter Anwender zu speichern; Vergleichsmittel, um eingegebene Finger-/Fingerspitzen-Musterinformationen eines Anwenders, der einen Zugang zu dem Datenträger/mittels des Datenträgers versucht oder wünscht, zu vergleichen; und Mittel, um ein Akzeptanzsignal zu erzeugen, falls die Entsprechung zwischen den gespeicherten Informationen und den Finger-/Fingerspitzen-Musterinformationen eines Anwenders, der einen Zugang wünscht, wenigstens ein vorgegebenes Kriterium erfüllt oder wenigstens einen vorgegebenen Pegel erreicht. Alternativ kann ein Zurückweisungssignal erzeugt werden, das die Zurückweisung des zugreifenden Anwenders angibt, d. h. dass die Entsprechung zwischen den gespeicherten Finger-/Fingerspitzen-Musterinformationen unzureichend oder insbesondere geringer als ein vorgegebener Pegel ist, wobei andernfalls ein Zugang automatisch bereitgestellt wird. Die Sensorvorrichtung ist kapazitiv und umfasst Steuermittel, die Steuersignale für die Sensorelemente bereitstellen, wobei die Funktionalität von jedem der wenigstens mehreren Sensorelementen über die Steuersignale ausgewählt werden kann. Wenigstens zwei Funktionalitäten sind für wenigstens eine bestimmte Anzahl von Sensorelementen verfügbar bzw. können mittels der Steuersignale durch wenigstens eine bestimmte Anzahl von Sensorelementen angenommen werden. Gemäß der Erfindung kann irgendeine der wenigstens zwei Funktionalitäten durch irgendeines der steuerbaren Sensorelemente angenommen werden und irgendeine andere der wenigstens zwei Funktionalitäten kann durch irgendeines der anderen steuerbaren Sensorelemente angenommen werden.
Irgendeine der wenigstens zwei Funktionalitäten kann vorteilhaft durch irgendeines der steuerbaren Sensorelemente angenommen werden und irgendeine andere der zwei Funktionalitäten kann gleichzeitig durch irgendeines der anderen steuerbaren Sensorelemente angenommen werden.
In einer Ausführungsform kann irgendeine der wenigstens zwei Funktionalitäten durch irgendeine Anzahl der steuerbaren Sensorelemente angenommen werden und irgendeine andere der zwei Funktionalitäten kann durch irgendeine Anzahl der verbleibenden steuerbaren Sensorelemente angenommen werden.
Vorzugsweise kann irgendeine der wenigstens zwei Funktionalitäten durch irgendeine Anzahl der steuerbaren Sensorelemente angenommen werden und irgendeine andere Funktionalität kann gleichzeitig durch irgendeine Anzahl der verbleibenden steuerbaren Sensorelemente angenommen werden.
In einer speziellen Ausführungsform ist der Datenträger tragbar und umfasst eine persönliche Karte oder dergleichen. Er kann außerdem in einem Computer, einem (mobilen) Telephon, einem Fahrzeug, um einen Zugang zu kontrollierten Bereichen oder Orten bereitzustellen, einer Kreditkarte, PCMCIA-Karten für tragbare Geräte usw. implementiert sein. Mit den Steuermitteln kann jedes Sensorelement (oder eine Anzahl von Sensorelementen) veranlasst werden, als ein empfangendes Element (Erfassungselement) oder als ein sendendes Element (Ansteuerungselement) zu wirken.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine bestimmte Anzahl von Elementen ausgewählt, damit sie als Sender wirken, wohingegen eine bestimmte Anzahl von Sensorelementen ausgewählt werden, damit sie als Empfänger wirken, wobei die Erfassung des topologischen Musters eines Fingers/einer Fingerspitze über die Erfassung der Signale erfolgt, die von zahlreichen Orten am Finger zurück reflektiert werden, was bedeutet, dass die Erfassungsvorrichtung als ein reflektierender Sensor wirkt.
In einer weiteren Ausführungsform kann wenigstens eine bestimmte Anzahl der Sensorelemente so gesteuert werden, dass sie eine dritte Funktionalität annimmt. Jedes Sensorelement kann vorzugsweise über die Steuermittel so gesteuert werden, dass es jede der drei Funktionalitäten annimmt.
Diese dritte Funktionalität ist vorteilhaft eine isolierende Funktionalität, in der ein Sensorelement inaktiv oder nicht ausgewählt ist.
Somit können alle Sensorelemente steuerbar sein und jedes Sensorelement kann so gesteuert werden, dass es als ein empfangendes Element oder als ein sendendes Element wirkt und sich in einer isolierenden, inaktiven Betriebsart befindet, in der das Element nicht ausgewählt ist. Dadurch ist es möglich, die Empfindlichkeit der Erfassungsvorrichtung in dem erfindungsgemäßen Datenträger noch weiter zu erhöhen.
Alternativ werden alle Sensorelemente so ausgewählt, dass sie als Empfänger wirken mit Ausnahme derjenigen Sensorelemente, die inaktiv sind, und Leitungsmittel werden vorgesehen, um einen ohmschen Kontakt mit dem Finger herzustellen, wobei die Leitungsmittel dann als ein Sender wirken, wodurch eine direkte Erfassung implementiert wird. In einer bevorzugten Ausführungsform unterstützt die Erfassungsvorrichtung Prinzipien der reflektierenden sowie der direkten Erfassung und die gleiche Erfassungsvorrichtung kann in beiden Erfassungsbetriebsarten verwendet werden.
Wie erkannt werden kann, ist die Sensorvorrichtung sehr flexibel und da die Sensorelemente bidirektional sind (wobei sie außerdem inaktiv sein können), kann der Sensorbereich, der z. B. aus teurem Silicium hergestellt sein kann, effektiv verwendet werden. Ferner steht ein größerer Bereich für sendende Elemente zur Verfügung, der eine höhere Empfindlichkeit ermöglicht. Sensorelemente, die nicht aktiv sind, d. h. Sensorelemente, die nicht ausgewählt sind oder so ausgewählt werden, dass sie inaktiv sind, können Sensorelemente, die als Empfänger (Erfassungselemente) wirken, abschirmen oder isolieren.
Indem die Erfassungsvorrichtung oder die Sensorelemente der Sensorvorrichtung programmierbar hergestellt werden, kann die Empfindlichkeit in Abhängigkeit von bestimmten Umständen oder z. B. in Abhängigkeit von unterschiedlichen Eigenschaften der Finger oder der Fingerspitzen, wie etwa die Dicke der Haut, der Feuchtigkeitsgrad oder die Trockenheit, eingestellt werden. Das Prinzip der reflektierenden Erfassung oder das Prinzip der direkten Erfassung können z. B. in Abhängigkeit davon ausgewählt werden, welches Prinzip in einer bestimmten Situation usw. am besten geeignet ist.
Die Flexibilität der Vorrichtung ist hoch und es ist außerdem möglich, eine teilweise Abtastung zu implementieren, wie etwa das Aktivieren einer einzelnen Spalte oder einer einzelnen Zeile zum Erfassen des Vorhandenseins eines Fingers, zum erneuten Lesen wichtiger Informationen, um Erfassungszeit zu sparen oder um den Speicherbedarf des Mikroprozessors minimal zu machen; alternativ können natürlich zwei Zeilen oder zwei Spalten oder irgendeine Kombination, wie z. B. irgendein Abschnitt des Erfassungsbereichs verwendet werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Die Erfindung wird im Folgenden in einer nicht einschränkenden Weise und unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung weiter beschrieben, in der:
1 eine bestimmte Anzahl von Sensorelementen, die in einer zweidimensionalen Matrix angeordnet sind, in vereinfachter Weise schematisch darstellt;
2 eine Ausführungsform einer Erfassungsvorrichtung gemäß der Erfindung schematisch darstellt;
3 einen Blockschaltplan eines Sensorelements schematisch darstellt;
4 eine Tabelle ist, die die ausgewählte Funktionalität eines Sensorelements als Ergebnis von eingegebenen Steuersignalen darstellt;
5 eine schematische Schnittansicht einer Erfassungsvorrichtung ist, auf der ein Finger angeordnet ist;
6 eine Erfassungsvorrichtung schematisch darstellt, wobei angrenzend an diese ein Abschnitt eines Fingers angeordnet ist, wodurch eine reflektierende Erfassung implementiert ist; und
7 eine schematische Schnittansicht ist, die der Ansicht von 6 ähnlich ist und Leitungsmittel enthält, die für eine direkte Erfassung vorgesehen sind.
GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
In 1 ist eine zweidimensionale Matrix dargestellt, die X Zeilen und Y Spalten aus Sensorelementen 1_1,1 , 1_1,2 , ..., 1_x,y enthält. Die Sensormatrix kann verschiedene Formen besitzen, wobei die Anzahl der Zeilen X gleich der Anzahl der Spalten Y sein kann, die Anzahl der Zeilen X kann sich jedoch von der Anzahl der Spalten Y unterscheiden. Die Sensorelemente, die auch als Bildpunkte (Pixel) bezeichnet werden, sind vorteilhaft so angeordnet, dass zwischen 300 und 500 dpi (Punkte pro Zoll) vorhanden sind, obwohl die Erfindung in keiner Weise darauf beschränkt ist. Es können z. B. in jeder Richtung zwischen 100 und 300 Elemente vorhanden sein. In einer beispielhaften Ausführungsform sind X und Y jeweils gleich 144 und die Sensorelemente können in einem gegenseitigen Abstand von etwa 70 μm angeordnet sein, was etwa 367 dpi entspricht. Diese Zahlen sind jedoch lediglich zur Erläuterung angegeben, wie nahe beieinander die Sensorelemente angeordnet sind und ihre Anzahl ist u. a. durch die Empfindlichkeitsanforderungen vorgegeben. Wenn die Erfassungsvorrichtung z. B. als ein Finger-/Fingerspitzensensor verwendet wird, d. h. als ein Sensor zum Erfassen der topologischen Veränderungen an der Struktur eines Abschnitts eines Fingers, insbesondere einer Fingerspitze, ist die erforderliche Größe in Abhängigkeit von der Größe der Finger unterschiedlich, wobei für ein Kind ein kleinerer Erfassungsbereich erforderlich ist als der Erfassungsbereich, wenn der Sensor für einen Erwachsenen verwendet wird. Gemäß der Erfindung sind die Sensorelemente 1_1,1 , ..., 1_x,y geeignet bidirektional und jedes Sensorelement oder wenigstens eine bestimmte Anzahl von ihnen können so gesteuert werden, dass sie entweder als ein Empfänger oder als ein Sender wirken. Auf diese Weise kann die Erfassungsoberfläche des Sensors auf sehr wirkungsvolle Weise verwendet und angepasst werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Erfassungsvorrichtung einen Halbleiterchip (z. B. aus Si), der mehrere unterschiedliche Schichten umfasst. Eine Schicht ist vorteilhaft an der Oberseite angeordnet, wodurch sie eine gewisse Abschirmung (z. B. elektrische Abschirmung) schafft. Es sind jedoch zahlreiche Alternativen möglich.
2 veranschaulicht eine Erfassungsvorrichtung 10, die eine bestimmte Anzahl von Sensorelementen 1_1,1 , ..., 1_x,y umfasst, wie in 1 dargestellt ist. Die bidirektionalen Sensorelemente können so gesteuert werden, dass sie entweder als Empfänger (was einer Erfassungsfunktionalität entspricht) oder als ein Sender (was einer Ansteuerungsfunktionalität entspricht) wirken oder sie können inaktiv sein. Die Sensorelemente, die die inaktive Funktionalität aufweisen, wirken für andere Elemente als isolierende Elemente, wie später genauer beschrieben wird.
Erste Steuermittel 2 sind angeordnet, um die Funktionalität der Sensorelemente in der X-Richtung (zeilenweise) zu steuern, während zweite Steuermittel angeordnet sind, um Steuersignale für die Sensorelemente in der Y-Richtung (spaltenweise) bereitzustellen. Die ersten und die zweiten Steuermittel 2 bzw. 3 enthalten jeweils ein duales Schieberegister 2A, 2B; 3A, 3B, die über eine Zeilenschnittstelle 2C bzw. eine Spaltenschnittstelle 3C mit den Sensorelementen verbunden ist. Zwei digitale Steuersignale (die digitalen Steuersignale der X-Richtung bilden binäre Eingaben für das Schieberegister) I_x, I_x' werden für das duale Schieberegister 2A, 2B bereitgestellt, wovon ein Signal die Auswahl der Erfassungsfunktionalität in der X-Richtung S_X angibt, die aktiv sein kann oder nicht, wohingegen das digitale Steuersignal I_x' angibt, ob die Ansteuerungsfunktionalität D_x aktiviert werden soll oder nicht.
In 2 ist C_x ein Schiebesignal, das in einer an sich bekannten Weise verwendet wird, um den Dateninhalt in dem Register in der x-Richtung zu verschieben, und C_y ist in ähnlicher Weise das Schiebesignal für das andere Schieberegister. Eine ausgewählte Konfiguration aus Sendern und Empfängern kann somit einfach verschoben werden.
Über die Zeilen-Schnittstelle 2C werden somit zwei digitale Signale I_x, I_x' für jedes Sensorelement bereitgestellt. Die entsprechenden Operationen erfolgen in den dualen Schieberegistern 3A, 3B, an welche digitale Steuersignale I_y, I_y' für die Y-Richtung bereitgestellt werden, die eine Auswahl oder eine Nichtauswahl der Erfassungsfunktionalität S_y in der Y-Richtung angeben. Somit werden an jedes Sensorelement vier digitale Signale gegeben, wobei sowohl für die X- als auch für die Y-Auswahlleitungen die gleiche Funktionalität ausgewählt sein muss, um die Funktionalität eines Sensorelements auszuwählen. Das wird unter Bezugnahme auf 4 genauer beschrieben.
3 zeigt ein Sensorelement 1_2,2 (als Beispiel). Die Signale S_x, S_y steuern, ob das Sensorelement als ein Empfänger aktiv sein soll und D_x und D_y steuern dementsprechend, ob die Ansteuerungsfunktionalität aktiviert werden soll. V_DD, V_SS geben die Leistungsversorgung an. Ein Sensorelement-Ausgangssignal SE_OUT wird bereitgestellt, wenn die Erfassungsfunktionalität des Sensorelements 122 ausgewählt worden ist. Um zu bewirken, dass das Sensorelement als ein Sender wirkt, wird statt dessen ein impulsartiges Spannungssignal SEIN für das Element bereitgestellt.
Wie oben angegeben ist, müssen die beiden X- und Y-Auswahlleitungen in ein und derselben Weise aktiviert sein, um die Funktionalität eines Sensorelements auszuwählen, wie in der Tabelle von 4 schematisch dargestellt ist. Wenn somit die beiden binären Signale S_x und S_y, die die empfangende oder erfassende Funktionalität angeben, nicht "Erfassen" (Empfangen) angeben, d. h. S_x UND S_y ist unwahr, sowie die beide binären Signale D_x und D_y, die die sendende oder ansteuernde Funktionalität angeben, nicht gleichfalls Ansteuern angeben (D_x UND D_y = unwahr), wird die Funktionalität des Sensorelements derart sein, dass das Sensorelement inaktiv ist oder mit anderen Worten, das Element ist nicht ausgewählt. Wie oben erwähnt wurde, wird das Element in dieser Funktionalität als ein abschirmendes oder isolierendes Element wirken.
Wenn dagegen S_x UND S_y unwahr ist, was bedeutet, dass die erfassende oder empfangende Funktionalität in beiden Richtungen nicht ausgewählt ist, wohingegen die sendende Funktionalität D_x UND D_y wahr, d. h. in beiden Richtungen ausgewählt ist, wird die Funktionalität des Sensorelements derart sein, dass es als ein Sender (d. h. als eine Ansteuereinrichtung) wirkt. Wenn dagegen S_x UND S_y, d. h. die Auswahlleitungen der Erfassungsfunktionalität beide aktiv sind, wohingegen D_x UND D_y unwahr ist, wird die Funktionalität des Sensors derart sein, dass er als ein Empfänger wirkt.
Schließlich wird dann, wenn sowohl S_x UND Sy als auch D_x UND D_y wahr sind, d. h. sowohl die Erfassungsfunktionalität als auch die Sendefunktionalität sind in beiden Richtungen ausgewählt, das Sensorelement als ein Empfänger wirken, da in dieser speziellen Ausführungsform die Erfassungsfunktionalität Priorität gegenüber der Sendefunktionalität hat.
Gemäß der Erfindung kann somit ausgewählt werden, welche (und wie viele) Elemente als Empfänger und als Sender wirken und welche inaktiv sein sollen, wobei auf diese Weise die Größe und die Empfindlichkeit der Erfassungsvorrichtung vollständig gesteuert werden kann. In einer vorteilhaften Ausführungsform kann die Sensormatrix so programmiert werden, dass die Empfindlichkeit in Abhängigkeit von verschiedenen Eigenschaften einer Fingerspitze eingestellt werden kann, wie z. B. die Dicke der Haut, die Feuchtigkeit, die Größe des Fingers usw. Ein oder mehrere Sensorelemente können ausgewählt werden, damit sie als Empfänger wirken, wohingegen die verbleibenden Sensorelemente ausgewählt werden können, damit sie als Sender wirken und inaktiv sind. Inaktive Sensorelemente, die ein empfangendes Sensorelement umgeben, schaffen eine Abschirmung oder Isolierung für Sensorelemente, die als Empfänger wirken. Auf diese Weise schafft die Erfindung einen noch größeren Pegel der erhöhten Empfindlichkeit der Erfassungsvorrichtung, da die Sensorelemente z. B. von abschirmenden oder isolierenden Elementen umgeben sein können. Diese Elemente besitzen die Funktion der Isolierung oder Abschirmung der Sensorelemente vor sendenden Elementen.
Da in einer bevorzugten Ausführungsform irgendeines der steuerbaren Elemente so gesteuert werden kann, dass es irgendeine der drei Funktionalitäten annehmen kann, schafft die Erfindung eine äußerst große Flexibilität für die Erfassung sowie einen größeren Pegel der Empfindlichkeit, da die Anzahl der sendenden bzw. empfangenden (erfassenden) Elemente verändert werden kann, wobei die Möglichkeit besteht, um die erfassenden Elemente einen isolierenden "Schirm" zu schaffen.
Die Aktivierung von Elementen kann für jedes einzelne Element zeilenweise, spaltenweise, diagonal oder in einer gewünschten Reihenfolge erfolgen. Elemente können außerdem parallel aktiviert werden, d. h. beide Schieberegister können gleichzeitig verschoben werden. Es kann außerdem ausgewählt werden, mit welchem Element begonnen wird und welches Element das letzte ist usw.
Eine hohe Empfindlichkeit kann dadurch bereitgestellt werden, dass der für die sendenden Sensorelemente zur Verfügung stehende Bereich größer ist.
Es ist außerdem möglich, die Anzahl und den Ort von Sensorelementen der einen oder der anderen Art zu steuern.
Durch die Programmierbarkeit, die durch die vorliegende Erfindung geschaffen wird, ist es ferner möglich, Teilabtastungen auszuführen, z. B. für eine einzelne Spalte und eine einzelne Zeile (oder irgendeine andere gewünschte Anzahl von Spalten/Zeilen), um das Vorhandensein eines Fingers oder dergleichen zu erfassen, oder um wichtige Informationen erneut zu lesen, um Erfassungszeit zu sparen und um den Speicherbedarf des (nicht gezeigten) Mikroprozessors minimal zu machen, für den das (analoge) Ausgangssignal bereitgestellt wird. Wenn ein oder mehrere Sensorelemente ausgewählt werden, damit sie eine Sendefunktionalität haben, und eine bestimmte Anzahl von Sensorelementen ausgewählt wird, damit sie als Empfänger wirkten, arbeitet die Erfassungsvorrichtung als ein reflektierender Sensor.
In 5 ist eine Erfassungsvorrichtung 10 schematisch dargestellt, auf der ein Finger 4 angeordnet ist. Die Dicke der Erfassungsvorrichtung ist vorteilhaft kleiner als 0,5 mm. In alternativen Ausführungsformen kann die Erfassungsvorrichtung dicker sein, wobei das von der Implementierung, der Herstellungstechnologie usw. abhängt.
6 veranschaulicht schematisch einen kleinen Abschnitt eines Fingers mit Vertiefungen und Erhebungen sowie die Erfassungsvorrichtung 10, die die Sensorelemente 1_2,3 , 1_2,4 , 1_2,5 , 1_2,6 , 1_2,7 umfasst, die explizit dargestellt sind. Bei dieser speziellen Ausführungsform wird angenommen, dass die Sensorelemente 1_2,3 , 1_2,4 und 1_2,6 , 1_2,7 ausgewählt wurden, damit sie als Sender wirken, wohingegen das Sensorelement 1_2,5 ausgewählt wurde, damit es als ein Empfänger wirkt. Somit werden impulsartige Spannungssignale durch die sendenden Elemente für den Finger bereitgestellt und das empfangende Element 1_2,5 erfasst die reflektierten kapazitiven Signale.
Eine kurze Beschreibung eines Prinzips eines Sensorelements, das in Verbindung mit der Erfindung verwendet werden kann, wird nachfolgend lediglich beispielhaft gegeben. Es sollte jedoch klar sein, dass eine große Vielfalt von unterschiedlichen Sensorlösungen im Umfang der vorliegenden Erfindung angewendet werden kann.
Wie in 6 gezeigt ist, enthält jedes Element oder Bildelement eine obere kapazitive Platte. Wenn ein Bildpunkt in seinem Ansteuerungszustand ist, wird diese obere kapazitive Platte mit einem Signal von 0 bis 5 Volt angesteuert. Dieses Signal tritt in die Haut ein und wird von dem einen oder den mehreren erfassenden Bildpunkten empfangen. Je mehr Bildpunkte in den Ansteuerungszustand aktiviert werden, desto stärker ist das Signal in der Haut. Der Bildpunkt ist außerdem mit einem Verstärker versehen, der in diesem Zustand gesperrt und abgeschaltet ist.
Wenn ein Bildpunkt in seinem Erfassungszustand ist, ist die obere kapazitive Platte mit dem Bildpunktverstärker verbunden, der freigegeben und eingeschaltet ist. Der Verstärker erdet den Bildpunkt faktisch, so dass das gesamte Signal in dem Finger gemessen werden kann. Das Signal des Verstärkers wird durch eine X-Y-Logik ausgewählt und kann zu einem zentralen Verstärker oder anderen zentralen Verarbeitungsmitteln gesendet werden.
Wenn ein Bildpunkt in seinem inaktiven Zustand ist, ist die obere kapazitive Platte potentialfrei, d. h. sie ist weder mit dem Ansteuerungssignal von 0 bis 5 V noch mit dem Verstärker verbunden. Der Verstärker ist gesperrt und abgeschaltet. Der Finger wird deswegen lediglich die parasitäre Kapazität in dem Bildpunkt bemerken.
7 ist eine der 3 ähnliche Figur und zeigt eine alternative Erfassungsvorrichtung 11. In dieser Ausführungsform sind getrennte Leitungsmittel 12 angeordnet, um einen ohmschen Kontakt mit dem Finger 4 herzustellen. Die getrennten Leitungsmittel 12 wirken dabei als eine sendende Elektrode. Alle Sensorelemente sind ausgewählt, damit sie entweder als Empfänger wirken oder inaktiv sind. Die Erfassungsvorrichtung 11 kann programmiert werden, damit sie entweder unter Verwendung des Prinzips der direkten Erfassung oder unter Verwendung von Prinzipien der reflektierenden Erfassung arbeitet.
Somit kann die Erfassungsvorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung so programmiert sein, dass sie entweder als eine Vorrichtung zur reflektierenden Erfassung oder als eine Vorrichtung zur direkten Erfassung wirkt, wenn eine Art von zusätzlichen Leitungsmitteln vorgesehen wird, die die Funktionalität eines Senders besitzen. In einer bevorzugten Ausführungsform wird der gleiche anwendungsspezifische integrierte Schaltkreis (ASIC) für unterschiedliche Sensorausführungen verwendet, wenn eine derartige zusätzliche sendende Verbindung (12) auf dem Gehäuse implementiert ist. In 7 wird angenommen, dass das Sensorelement 1_2,5 ausgewählt ist, damit es als ein Empfänger wirkt, wohingegen die verbleibenden Elemente 1_2,3 , 1_2,4 , 1_2,6 und 1_2,7 in einem bestimmten Moment inaktiv sind.
Obwohl nicht explizit gezeigt, sollte klar sein, dass Verstärkungsmittel zum Verstärken der erfassten Signale vorgesehen sind, es wird jedoch angenommen, dass das in der Technik bekannt ist und auf verschiedene Arten vorgesehen werden kann.
In alternativen Ausführungsformen sind die Sensorelemente in mehr als einer Matrix angeordnet, wobei für jede der Matrizen getrennte (oder gemeinsame) Steuermittel vorgesehen sind. Das wird jedoch hier nicht weiter beschrieben, da es für einen Fachmann klar sein sollte, wie eine derartige Ausführungsform funktionieren würde.
Die Sensorelemente können ferner in drei Dimensionen angeordnet sein. Die Funktionsweise würde dabei im Wesentlichen die gleiche sein. Ein Unterschied würde in der Herstellung der Vorrichtung liegen. Weitere Implementierungen sind möglich, wobei eine noch größere Flexibilität geschaffen werden würde.
In einer speziellen Ausführungsform ist die Erfassungsvorrichtung in einem Datenträger vorgesehen, der Verarbeitungsmittel und Speichermittel zum Speichern von Finger-/Fingerspitzen-Informationen eines Anwenders oder insbesondere eines Besitzers des Datenträgers umfasst, z. B. eine Karte, ein Telephon, ein Computer oder allgemeiner ein Anwender, der berechtigt ist, die Karte oder die Vorrichtung, in der die Erfassungsvorrichtung enthalten ist, zu verwenden. Ein derartiger Datenträger ist in EP-A-0 085 680 genauer beschrieben. Verarbeitungsmittel sind vorgesehen, um die Finger-/Fingerspitzen-Musterinformationen eines Anwenders, der versucht, einen Zugang zu dem Datenträger oder der Vorrichtung, in der der Datenträger enthalten ist, zu erlangen, und diese Informationen werden mit den gespeicherten Informationen des einen oder der mehreren berechtigten Anwender verglichen. Wenn die Entsprechung einen vorgegebenen Grad der Entsprechung überschreitet oder erreicht, wird ein Akzeptanzsignal bereitgestellt oder der Zugang wird automatisch geschaffen. Das kann in Abhängigkeit von der relevanten Implementierung auf irgendeine vorteilhafte Weise realisiert sein.
Die Erfindung ist nicht auf die explizit gezeigten Ausführungsformen beschränkt, sondern kann auf mehrere Arten im Umfang der Erfindung variiert werden.

Claims

Kapazitive Erfassungsvorrichtung (10; 11) zum Erfassen topologischer Veränderungen in der Struktur eines Objekts wie beispielsweise eines Fingers (4), wobei die Vorrichtung (10; 11) eine Erfassungsoberfläche, um das Objekt (4) an sie angrenzend aufzunehmen, zahlreiche Sensorelemente (1_1,1 , ..., 1_x,y ), die in zwei Dimensionen (X, Y) angeordnet sind, und Steuermittel (2, 3), um Steuersignale für die Sensorelemente (1_1,1 , ..., 1_x,y ) bereitzustellen, umfasst, wobei wenigstens eine bestimmte Anzahl der Sensorelemente (1_1,1 , ..., 1_x,y ) so steuerbar ist, dass sie wenigstens zwei verschiedene durch die Steuersignale gesteuerte Funktionalitäten annehmen, dadurch gekennzeichnet, dass irgendeine der wenigstens zwei Funktionalitäten durch irgendeines der steuerbaren Sensorelemente angenommen werden kann und irgendeine andere der wenigstens zwei Funktionalitäten durch irgendein anderes der anderen steuerbaren Sensorelemente angenommen werden kann und dass ferner eine der wenigstens zwei Funktionalitäten jene eines Empfängers ist und eine zweite der wenigstens zwei Funktionalitäten jene eines Senders ist, wobei irgendeines der steuerbaren Sensorelemente somit wenigstens bidirektional ist.
Kapazitive Erfassungsvorrichtung (10; 11) nach Anspruch 1, bei der irgendeine der wenigstens zwei Funktionalitäten durch irgendeines der steuerbaren Sensorelemente angenommen werden kann und gleichzeitig irgendeine andere der wenigstens zwei Funktionalitäten durch irgendeines der anderen steuerbaren Sensorelemente angenommen werden kann.
Kapazitive Erfassungsvorrichtung (10; 11) nach Anspruch 1 oder 2, bei der irgendeine der wenigstens zwei Funktionalitäten durch irgendeine Anzahl der steuerbaren Sensorelemente angenommen werden kann und irgendeine andere der wenigstens zwei Funktionalitäten durch irgendeine Anzahl der verbleibenden steuerbaren Sensorelemente angenommen werden kann.
Kapazitive Erfassungsvorrichtung (10; 11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der irgendeine der wenigstens zwei Funktionalitäten durch irgendeine Anzahl der steuerbaren Sensorelemente angenommen werden kann und gleichzeitig irgendeine andere der wenigstens zwei Funktionalitäten durch irgendeine Anzahl der verbleibenden steuerbaren Sensorelemente angenommen werden kann.
Kapazitive Erfassungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die wenigstens zwei Funktionalitäten, die wenigstens für eine bestimmte Anzahl von Sensorelementen verfügbar oder auswählbar sind, eine Ansteuerungsfunktionalität, in der ein Sensorelement als ein sendendes Element (1_2,3 , 1_2,4 , 1_2,6 1_2,7 ) wirkt, und eine Erfassungsfunktionalität, in der ein Sensorelement als ein empfangendes Element (1_2,5 ) wirkt, umfassen.
Kapazitive Erfassungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der wenigstens eine bestimmte Anzahl der steuerbaren Sensorelemente so gesteuert werden kann, dass sie eine dritte Funktionalität annehmen.
Kapazitive Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 6, bei der alle Sensorelemente in allen drei Funktionalitäten betreibbar sind und somit so gesteuert werden können, dass sie irgendeine von wenigstens drei unterschiedlichen Funktionalitäten besitzen.
Kapazitive Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 7 oder 6, bei der die dritte Funktionalität eine isolierende Funktionalität ist, in der ein Sensorelement inaktiv oder nicht ausgewählt ist.
Kapazitive Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 8, bei der alle Sensorelemente steuerbar sind und bei der jedes Sensorelement so gesteuert werden kann, dass es als ein empfangendes Element oder als ein sendendes Element wirkt oder in einer isolierenden, inaktiven Betriebsart ist.
Kapazitive Erfassungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Sensorelemente in einer zweidimensionalen Matrix, die X Zeilen und Y Spalten umfasst, angeordnet sind.
Kapazitive Erfassungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der einige der Sensorelemente ausgewählt werden, damit sie als sendende Elemente wirken, und einige der Sensorelemente ausgewählt werden, damit sie als empfangende Elemente wirken, wobei die Anzahl sendender Elemente die Anzahl empfangender Elemente vorzugsweise übersteigt, wobei in der Vorrichtung die sendenden Elemente impulsartige Spannungssignale senden, die für das Objekt bereitgestellt werden, die empfangenden Elemente die kapazitiv übertragenen Signale, die zu der Erfassungsvorrichtung zurück reflektiert werden, messen und die Vorrichtung so als ein reflektierender Sensor (10) wirkt.
Kapazitive Erfassungsvorrichtung (11) nach einem der Ansprüche 1-10, bei der Leitungsmittel (12) vorgesehen sind, um zwischen dem Objekt (4) und der Erfassungsvorrichtung (11) einen ohmschen Kontakt zu schaffen.
Kapazitive Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 12, bei der die Leitungsmittel (12) als eine sendende Elektrode wirken, wobei eine bestimmte Anzahl von Sensorelementen ausgewählt wird, damit sie als empfangende Elemente (1_2,5 ) wirken, wobei eine bestimmte Anzahl von Sensorelementen als inaktiv ausgewählt wird und wobei keine Elemente, die als sendende Elemente wirken, ausgewählt werden.
Kapazitive Erfassungsvorrichtung (11) nach Anspruch 12 oder 13, bei der die leitenden Mittel (12) extern angeordnet und mit der Erfassungsvorrichtung verbunden sind oder in der Erfassungsvorrichtung (11) enthalten sind.
Kapazitive Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 12, bei der über die Steuermittel eine erste Betriebsart, in der die Erfassungsvorrichtung als ein reflektierender Sensor wirkt, oder eine zweite Betriebsart, in der der Sensor als ein direkter Sensor wirkt, gewählt werden können.
Kapazitive Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 10, bei der die Sensormatrix programmierbar ist, wobei die Anzahl von Sensorelementen, die als sendende Elemente wirken, gesteuert werden kann, und bei der die Positionen der sendenden Elemente gesteuert werden kann.
Kapazitive Erfassungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Steuermittel eine erste (2) und eine zweite (3) Steuerungsanordnung umfassen, wovon jede wenigstens ein digitales Steuersignal für jedes einer bestimmten Anzahl von Sensorelementen bereitstellt und bei der die Eingangssignale in Kombination die Funktionalität der Sensorelemente bestimmen.
Kapazitive Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 17, bei der die ersten Steuermittel ein duales Schieberegister (2A, 2B) umfassen, dessen Länge der Anzahl von Zeilen (X) entspricht, und bei der die zweiten Steuermittel ein duales Schieberegister (3A, 3B) umfassen, deren Länge der Anzahl von Spalten (Y) entspricht, wobei jedes der Schieberegister über eine Zeilenschnittstelle (2C) bzw. über eine Spaltenschnittstelle (3C) digitale Steuersignale bereitstellt.
Kapazitive Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 18, bei der jedes duale Schieberegister für ein Sensorelement zwei digitale Signale bereitstellt, wovon eines angibt, ob die Erfassungsfunktionalität ausgewählt ist und das andere angibt, ob die Ansteuerungsfunktionalität ausgewählt ist, und bei der die Funktionalität des Sensorelements nur aktiviert wird, wenn die Steuersignale von beiden dualen Schieberegistern die gleiche Funktionalität für das Sensorelement angeben.
Kapazitive Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 19, bei der die Empfangsfunktionalität gegenüber der Sendefunktionalität Priorität hat und bei der ein Sensorelement als ein Empfänger wirkt, falls die Steuersignale, die von beiden Schieberegistern für das Sensorelement bereitgestellt werden, eine Aktivierung sowohl der Erfassungs- als auch der Ansteuerungsfunktionalität angeben.
Verfahren zum Erfassen topologischer Veränderungen in der Struktur eines Objekts, das angrenzend an eine Erfassungsoberfläche einer kapazitiven Erfassungsvorrichtung, die zahlreiche steuerbare und geeignet bidirektionale, in wenigstens zwei Dimensionen angeordnete Sensorelemente enthält, aufgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren umfasst: – Bereitstellen von Steuersignalen, mittels derer wenigstens eines der Sensorelemente so gesteuert wird, dass es die Funktionalität eines empfangenden Elements hat, und wenigstens eines der Sensorelemente so gesteuert wird, dass es die Funktionalität eines sendenden Elements hat, – Erzeugen eines oder mehrerer kapazitiver oder leitender Signale für das Objekt über das oder die sendenden Elemente, – Erfassen der Kapazität zwischen einer bestimmten Anzahl unterschiedlicher Orte auf dem Objekt und verschiedenen empfangenen Elementen, – Verwenden der kapazitiven Signale, die in den empfangenden Elementen empfangen werden, um das topologische Muster in der Struktur des Objekts zu bestimmen, – Erzeugen eines Ausgangssignals, das das topologische Muster beschreibt.
Verfahren nach Anspruch 21, bei dem das wenigstens eine der Sensorelemente so aktiviert wird, dass es die Funktionalität eines empfangenden Elements hat, während gleichzeitig wenigstens eines der Sensorelemente so aktiviert wird, dass es die Funktionalität eines sendenden Elements hat.
Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, das ferner den Schritt umfasst, bei dem Informationen über das topologische Muster eines ersten Objekts, das bei einer ersten Gelegenheit in der Nähe der Erfassungsvorrichtung empfangen wird, gespeichert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21-23, das ferner die folgenden Schritte umfasst: – Verwenden der Erfassungsvorrichtung, um das tatsächliche topologische Muster eines in der Nähe der Erfassungsvorrichtung aufgenommenen Objekts bei einer weiteren, späteren Gelegenheit zu bestimmen, – Vergleichen der gespeicherten Informationen über das erste Objekt mit den Informationen über das topologische Muster des Objekts, das bei einer späteren Gelegenheit angrenzend an die Erfassungsoberfläche aufgenommen wird, – Erzeugen eines Ausgangssignals, das die Entsprechung zwischen den gespeicherten Informationen und den tatsächlichen Informationen bezüglich des bei einer späteren Gelegenheit aufgenommenen Objekts angibt.
Datenträger mit einer Finger-/Fingerspitzen-Erkennungsvorrichtung, der umfasst: – eine Erfassungsvorrichtung (10; 11) mit zahlreichen steuerbaren Sensorelementen, um die topologischen Veränderungen an der Struktur eines Fingers/einer Fingerspitze zu erfassen, – Speichermittel, um die Finger-/Fingerspitzen-Informationen eines bestimmten Anwenders zu speichern, – Vergleichsmittel, um eingegebene Finger-/Fingerspitzen-Informationen eines Anwenders, der einen Zugang zu dem Datenträger/mittels des Datenträgers versucht, zu vergleichen, und – Mittel, um ein Akzeptanzsignal zu erzeugen, falls die Entsprechung zwischen den gespeicherten Finger-/Fingerspitzen-Informationen und den Informationen über den zugreifenden Finger/die zugreifende Fingerspitze wenigstens einen vorgegebenen Pegel erreicht, oder um andernfalls ein Zurückweisungssignal zu erzeugen, das die Zurückweisung des zugreifenden Anwenders angibt, wobei die Erfassungsvorrichtung vom kapazitiven Typ ist und Steuermittel umfasst, um Steuersignale für die Sensorelemente bereitzustellen, wobei wenigstens eine bestimmte Anzahl der Sensorelemente so steuerbar ist, dass sie eine von wenigstens zwei verschiedenen Funktionalitäten annehmen, dadurch gekennzeichnet, dass irgendeine der wenigstens zwei Funktionalitäten von irgendeinem der steuerbaren Sensorelemente angenommen werden kann und irgendeine andere der wenigstens zwei Funktionalitäten von irgendeinem der anderen steuerbaren Sensorelemente angenommen werden kann, und dass ferner eine der wenigstens zwei Funktionalitäten jene eines Empfängers ist und eine zweite der wenigstens zwei Funktionalitäten jene eine Senders ist, so dass irgendeines der steuerbaren Sensorelemente zumindest bidirektional ist.
Datenträger nach Anspruch 25, bei dem irgendeine der wenigstens zwei Funktionalitäten von irgendeinem der steuerbaren Sensorelemente angenommen werden kann und gleichzeitig irgendeine andere der wenigstens zwei Funktionalitäten von irgendeinem anderen der steuerbaren Sensorelemente angenommen werden kann.
Datenträger nach Anspruch 25 oder 26, bei dem irgendeine der wenigstens zwei Funktionalitäten von irgendeiner Anzahl der steuerbaren Sensorelemente angenommen werden kann und bei der irgendeine andere der wenigstens zwei Funktionalitäten von irgendeiner Anzahl der verbleibenden steuerbaren Sensorelemente angenommen werden kann.
Datenträger nach einem der Ansprüche 25-27, bei dem irgendeine der wenigstens zwei Funktionalitäten von irgendeiner Anzahl der steuerbaren Sensorelemente angenommen werden kann und gleichzeitig irgendeine andere der zwei Funktionalitäten von irgendeiner Anzahl der verbleibenden steuerbaren Sensorelemente angenommen werden kann.
Datenträger nach einem der Ansprüche 25-28, der tragbar ist und eine persönliche Karte oder dergleichen umfasst.
Datenträger nach einem der Ansprüche 25-29, bei dem die wenigstens zwei Funktionalitäten der steuerbaren Sensorelemente eine Erfassungsfunktionalität, in der ein Sensorelement als ein empfangendes Element wirkt, und eine Ansteuerungsfunktionalität, in der ein Sensorelement als ein sendendes Element wirkt, umfassen.
Datenträger nach einem der Ansprüche 25-30, bei dem wenigstens eine bestimmte Anzahl der Sensorelemente so gesteuert werden kann, dass sie eine dritte Funktionalität annehmen.
Datenträger nach Anspruch 31, bei dem die dritte Funktionalität eine isolierende Funktionalität ist, in der ein Sensorelement inaktiv oder nicht ausgewählt ist.
Datenträger nach Anspruch 32, bei dem jedes Sensorelement über die Steuermittel so gesteuert werden kann, dass es jede der drei Funktionalitäten annimmt.
Datenträger nach einem der Ansprüche 25-33, bei dem eine bestimmte Anzahl von Elementen ausgewählt wird, um als Sender zu wirken, und eine bestimmte Anzahl von Sensorelementen ausgewählt wird, um als Empfänger zu wirken, und bei dem die Erfassung des topologischen Musters eines Fingers/einer Fingerspitze über die Erfassung der Signale erfolgt, die von zahlreichen Orten am Finger reflektiert werden.
Datenträger nach einem der Ansprüche 25-34, bei dem alle Sensorelemente mit Ausnahme der Sensorelemente, die als inaktiv ausgewählt sind, als Empfänger ausgewählt werden und bei dem Leitungsmittel (12) vorgesehen sind, um einen ohmschen Kontakt mit dem Finger (4) herzustellen, wobei die Leitungsmittel (12) somit als ein Sender wirken, und bei dem eine direkte Erfassung implementiert ist.
Verwendung einer kapazitiven Erfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-20 zum Verifizieren eines Anwenders, der einen Zugriff zu/mittels der Erfassungsvorrichtung wünscht, indem Finger-/Fingerspitzen-Informationen eines berechtigten Anwenders gespeichert werden und die gespeicherten Finger-/Fingerspitzen-Informationen mit Finger-/Fingerspitzen-Informationen eines Anwenders, der einen Zugriff versucht, verglichen werden.