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Hiermit
wird auf die US-Patentanmeldung Serien-Nr. 08/799,548 (in dem als
ausgehend von der US-Patentanmeldung Serien-Nr. 08/799,548 teilweise
weitergeführten,
am 5. September 2000 erteilten US-Patent Nr. 6114862 zitiert) von
Marco Tartagni Bezug genommen, die am 13. Februar 1997 eingereicht
wurde und den Titel CAPACITIVE DISTANCE SENSOR trägt. Diese
Anmeldung beschreibt einen kapazitiven Abstandssensor als integrierten
Schaltkreis (IC; engl.: Integrated Circuit), der eine Anzahl von
Verwendungen hat, einschließlich
der Erfassung von Fingerabdrücken.
Bei dieser IC-Festkörpervorrichtung,
von der ein Teil in 1–3 der vorliegenden
Anmeldung gezeigt ist, weist jede einzelne Zelle 2 eines
Mehrfachzellenarray 3 ein Paar flacher Metallarmaturen 23, 24 auf,
die in einer horizontalen Ebene voneinander beabstandet sind, um
eine Kapazität
zu bilden und einen vertikalen Abstand "d" zu definieren,
der zu messen ist: Jede Zelle 2 weist auch die in 2 gezeigte
Verstärkereinrichtung
auf, wobei ein Verstärkereingang 16 mit
einer Armatur 24 verbunden ist und wobei ein Verstärkerausgang 17 mit
der anderen Armatur 23 verbunden ist, um dadurch einen
negativen Rückkopplungsschaltkreis 17, 23, 25, 18, 24, 16 bereitzustellen.
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Diese
Erfindung betrifft das Gebiet der manuellen Steuerung eines Cursor
oder Zeigers auf einem Anzeigebildschirm, wie zum Beispiel ein Computeranzeigemonitor
oder ein Fernsehgerät
(TV).
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Die
bekannte Technik stellt zwei allgemeine Typen von Vorrichtungen
bereit, die eine Bildschirm-Cursor/Zeiger-Bewegungssteuerung erreichen.
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Bei
einem ersten Vorrichtungstyp, für
den eine Maus ein Beispiel darstellt, ist eine kontinuierliche manuelle
Bewegung der Maus über
eine im Allgemeinen horizontale Oberfläche erforderlich, um eine kontinuierliche
und entsprechende Bewegungsrichtung des Cursor/Zeigers über den
Anzeigebildschirm zu erzeugen. Diese Cursor/Zeiger-Bewegung endet,
wenn die Bewegung der Maus endet. Wenn der Cursor/Zeiger über einen
großen
Bildschirmbereich bewegt werden muss, ist es üblicher Weise erforderlich,
die Maus von der Oberfläche
abzuheben und dann die Maus über
die horizontale Oberfläche ein
oder mehrmals zurückzuführen.
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Bei
einem zweiten Vorrichtungstyp, für
den ein Joystick ein Beispiel darstellt, bewegt sich der Cursor/Zeiger,
solange der Joystick manuell in einer nicht zentrierten Position
gehalten wird, kontinuierlich in einer entsprechenden Richtung über den
Bildschirm. Um diese Cursor/Zeiger-Bewegung zu beenden, wird der Joystick
in seine mittige oder neutrale Position zurückgebracht.
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Die
vorliegende Erfindung ist in Bezug auf Ausführungsformen eines fingerspitzenbetätigten kapazitiven
Touchpad beschrieben, dessen Betrieb im Endergebnis im Allgemeinen
der gleiche wie eines Joysticks ist; der Umfang der Erfindung ist
jedoch nicht auf diese Weise eingeschränkt. Dies heißt, eine Fingerspitzenposition
auf dem kapazitiven Touchpad der vorliegenden Erfindung erzeugt
eine Cursor/Zeiger-Bildschirmbewegung gemäß der Position der Fingerspitze.
Die vorliegende Erfindung findet insbesondere beim Ersetzen von
Gleitpunkt- und Spurpunktvorrichtungen Verwendung, die oftmals bei tragbaren
Computern, wie zum Beispiel Laptop-Computer und Palmtop-Computer,
zu finden sind.
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Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung betreffen eine Verwendung von und Modifikationen
für einen
kapazitiven Abstands/Fingerabdrucks-Sensor, wie zum Beispiel in
der oben genannten verwandten Patentanmeldung beschrieben ist. Die
allgemeine Verwendung von Sensoren vom kapazitiven Typ ist bekannt.
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Zum
Beispiel enthält
die Veröffentlichung SENSORS
AND ACTUATORS, Jan/Feb 1989, Nr. 1/2, auf den Seiten 141–153, einen
Artikel mit dem Titel INTEGRATED TACTILE IMAGER WITH AN INTRINSIC
CONTOUR DETECTION OPTION, der auf der Fourth Conference on Solid-State
Sensors and Actuators (Transducers '87), Tokyo, Japan, Juni 2–5, 1987
vorgestellt wurde.
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Dieser
Artikel beschreibt einen integrierten kapazitiven taktilen Bildgebungssensor,
der einen Mehrschichtaufbau auf einem unteren keramischen Träger, ein
Array mit neun Zeilen und neun Spalten von quadratischen Aluminiumelektroden,
die auf einem integrierten Siliziumwaferschaltkreis enthalten sind,
eine flexible und isolierende dazwischen liegende Schicht, die aus
einem natürlichen
Gummi hergestellt ist, eine dünne
leitende Gummischicht und eine obere Schutzschicht umfasst. Bei
dieser Vorrichtung hängt
die Kapazität
von einer lokalen Formung der natürlichen Gummischicht ab. Die
81 individuellen Aluminiumelektroden dieser Vorrichtung sorgen für eine kapazitive
Messung eines Vertiefungsmusters innerhalb der natürlichen
Gummischicht, wobei diese Vertiefung durch eine Druckverteilung
erzeugt wird, die auf die obere Schutzschicht wirkt.
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Die
Verwendung eines Sensors vom kapazitiven Typ, um die Einzelheiten
eines Fingerabdrucks zu erfassen, ist auch bekannt.
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Zum
Beispiel enthält
die Veröffentlichung IEEE
ELECTRONIC DEVICE LETTERS, Band 18, Nr. 1, Januar 1997, Seiten 19–20 einen
Artikel mit dem Titel NOVEL FINGERPRINT SCANNING ARRAYS USING POLYSILICON
TFT'S OF GLAS AND POLYMER
SUBSTRATES. Dieser Artikel beschreibt ein zweidimensionales (2-D),
200 × 200,
kapazi tätserfassendes
Array, das aus 40.000 einzelnen Pixel aufgebaut ist. Jedes Pixel
des Array enthält
zwei Dünnfilmtransistoren
(TFTs; engl.: Thin Film Transistors) und eine kapazitive Platte.
Jedes Arraypixel sitzt an der Schnittstelle einer Arrayzeile und
einer Arrayspalte und jedes Arraypixel ist mittels Zeilentreiberschaltkreisen
und Spaltentreiberschaltkreisen einzeln adressierbar.
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Betrachtet
man die zwei TFTs, im Folgenden als TFT-A und TFT-B bezeichnet,
die einem vorgegebenen Pixel zugeordnet sind, sind die Drain-Elektroden
von TFT-A und TFT-B mit der kapazitiven Platte des Pixels verbunden,
sind die Gate-Elektrode und die Source-Elektrode von TFT-A mit einem
Zeilen-Leiter verbunden, der dem Pixel zugeordnet ist, ist das Gate
von TFT-B mit dem folgenden Zeilen-Leiter verbunden und ist die
Source von TFT-B mit einem Spalten-Leiter verbunden, der dem Pixel
zugeordnet ist.
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Ein
dünner
(0,1 Mikrometer) Siliziumnitrid-Isolator liegt über der kapazitiven Platte
jedes Arraypixel. Wenn die Erhebung eines Fingerabdrucks unmittelbar über der
kapazitiven Platte liegt, wird zwischen der kapazitiven Platte und
dem Finger eine Kapazität
gebildet. Diese Kapazität
wird geladen, wenn ein Zeilen-Puls (8 bis 10 VDC und von einer Länger von
10 bis 100 Mikrosekunden) an das Pixel unter Verwendung des Zeilen-Leiters
angelegt wird, der diesem Pixel und dem TFT-A zugeordnet ist. Diese gespeicherte
Ladung wird danach durch das TFT-B auf
den Spalten-Leiter des Pixels übertragen,
wenn ein Zeilen-Puls an die folgende Zeilen-Elektrode angelegt wird.
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Ebenfalls
von Interesse ist die Veröffentlichung
1997 IEEE INTERNATIONAL SOLID-STATE CIRCUITS
CONFERENCE, die einen auf Seite 200 beginnenden Artikel mit dem
Titel A 390DPI LIVE FINGERPRINT IMAGER BASED ON FEEDBACK CAPACITIVE
SENSING SCHEME enthält.
Dieser Artikel beschreibt einen zwei-metallischen digitalen CMOS-Technologie-Sensor
mit einem einzelnen Chip und einem Array von 200 × 200 Elementen,
der auf einer Rückkopplungskapazitätserfassung
basiert und der arbeitet, um die Variation eines elektrischen Feldes
zu detektieren, die durch die Hautoberfläche des Fingers induziert wird.
In jedem Element des Array werden zwei horizontal beabstandete Metallplatten
durch den darüber
liegenden und benachbarten Teil der Hautoberfläche eines Fingers durch passivierende
Oxide getrennt. Weil der Abstand zwischen der Haut und der Oberfläche des
Sensors das Vorhandensein der Erhebungen und Vertiefungen des Fingerabdrucks
identifiziert, stellt ein Array von Elementen ein vollständiges Fingerabdrucksmuster
bereit.
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In
jedem Element des Array sind zwei Metallplatten entsprechend mit
dem Eingang und dem Ausgang eines Inverters hoher Verstärkung verbunden, um
dadurch einen Ladungsintegrator zu bilden. Im Betrieb wird der Ladungsintegrator
zuerst zurückgesetzt,
indem der Eingang und Ausgang des Inverters kurzgeschlossen werden.
Eine festgelegte Ladungsmenge wird dann ausgehend von dem Eingang
eingebracht, was die Ausgangsspannung dazu bringt, invers proportional
zu einem Rückkopplungskapazitätswert zu
schwingen, der umgekehrt proportional zu dem Abstand zu den Erhebungen
und Vertiefungen des Fingerabdrucks ist. Das Array von Zellen oder
Sensoren stellt somit das vollständige
Fingerabdrucksmuster bereit. Das Fingerabdrucksbild verschwindet,
wenn der Finger von dem Array entfernt wird.
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Das
U.S.-Patent 4,353,056, hiermit genannt, ist dahingehend von Interesse,
als es einen Fingerabdrucksensor vom kapazitiven Typ betrifft, bei
dem ein Finger auf die Oberfläche
des Sensors gedrückt wird,
um die Erhebungen und Vertiefungen des Fingerabdrucks zu erfassen.
Die Sensoroberfläche weist
eine große
Anzahl an Kapazitäten
von geringer physikalischer Größe dieser
zugeordnet auf. Zwei Sensoren werden beschrieben. Bei einem ersten Sensortyp
trägt ein
elektrischer Isolator eine Anzahl von flexiblen und horizontal beabstandeten,
gekrümmten
Metallelektroden und zwei benachbarte Metallelektroden, die eine
Kapazität
umfassen. Ein schützender
isolierender Film liegt über
dem elektrischen Isolator, und wenn ein Finger in physikalischen Kontakt
mit diesem schützenden
isolierenden Film gebracht wird, werden die metallische Elektroden physikalisch
verformt, wodurch selektiv die Kapazität der großen Anzahl an Kapazitäten gemäß dem Erhebungs/Vertiefungs-Muster
des Fingerabdrucks geändert
wird. Bei einem zweiten Sensortyp trägt die obere Fläche eines
starren Trägers
eine Anzahl von horizontal beabstandeten und flachen Metallelektroden an
einer festgelegten Position. Über
der Ebene der Metallelektroden angeordnet befindet sich die sequentielle
Anordnung eines flexiblen Isolators, einer flexiblen Elektrode und
einer flexiblen Schutzmembran. Eine Kapazität wird zwischen der oberen
flexiblen Elektrode und jeder der unteren und ortsfesten flachen
Metallelektroden gebildet. Wenn das Ende eines Fingers in Kontakt
mit der flexiblen Membran gebracht wird, wird die flexible Elektrode
gemäß dem Erhebungs/Vertiefungs-Muster
des Fingerabdrucks wellig.
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Zusätzlich betrifft
das U.S.-Patent 5,325,442, hiermit genannt, einen Fingerabdrucksensor
vom kapazitiven Typ mit einer Messfläche, die ein planares Array
von Zeilen/Spalten-Messelementen umfasst, die einen Abstand von
etwa 100 Mikrometer haben. Jedes Messelement ist an der Schnittstelle
eines Zeilen-Leiters und eines Spalten-Leiters angeordnet und in
jedem Messelement umfasst ein Messkondensator eine planare Messelektrode
die durch einen isolierenden Film, der über der Messelektrode liegt,
von einer Fingeroberfläche
beabstandet ist. Die Mehrzahl an Messelektroden, die das Array bilden,
sind regelmäßig beabstandet
und Rechtecke gleicher Größe.
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Die
Messelemente werden unter Verwendung von Photolithographieprozessen
hergestellt und jedes einzelne Messelement enthält einen Dünnfilmtransistor (TFT) in der
Form eines Feldef fekttransistors (FET; engl.: Field Effect Transistor).
Jedes FET-Gate ist mit einem Zeilen-Leiter verbunden, jede FET-Source ist
mit einem Spalten-Leiter verbunden und jeder FET-Drain ist mit einer Messelektrode verbunden.
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Bei
einer Ausführungsform
umfasst jedes Messelement einen Messkondensator, der zwischen einer
Messelektrode und dem Finger gebildet wird. Bei einer anderen Ausführungsform
weist jedes Messelement eine elektrisch isolierte und leitende Fläche auf,
die von dem Finger physikalisch berührt wird.
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Die
europäische
Patentanmeldung
EU 96830068.1 (
EP 790479 ) ist ebenfalls
von Interesse. Diese Anmeldung offenbart Array von Kapazitätssensoren,
die betreibbar sind, um das Fingerabdrucksmuster eines Fingers zu
detektieren, der die obere oder untere Oberfläche des Arrays berührt.
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Die
U.S.-Patente Nr, 5,374,787, 5,495,077 und 5,648,642 sind dahingehend
von Interesse, als sie Gegenstands/Näherungs-Detektoren vorsehen, die
eine Mehrzahl an Sensorflächen/linien
aufweisen, die in einer Zeilen/Spalten-Matrix angeordnet sind.
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Das
U.S.-Patent 5,543,588 ist dahingehend von Interesse, als es eine
tragbare Vorrichtung offenbart, die einen an einer Seite derselben
angeordneten Bildschirm und einen berührungsempfindlichen Wandler
aufweist, der auf der gegenüber
liegenden Seite angeordnet ist.
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Die
U.S.-Patente Nr. 5,543,590 und 5,543,591 sind dahingehend von Interesse,
als sie eine Vorrichtung zum Bewegen eines Cursors auf einem Anzeigebildschirm
offenbaren, wobei eine Messebene eine Matrix von in Zeilen/Spalten
orientierten Leiterbahnen aufweist.
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Auch
wenn bekannte Vorrichtungen, wie oben beschrieben, im Allgemeinen
für ihre
eingeschränkten
vorgesehenen Zwecke brauchbar sind, bleibt auf dem Gebiet Bedarf
an einem Touchpad vom kapazitiven Typ bestehen, das arbeitet, um
einen Joystick oder eine Maus zu simulieren, wobei die Position
einer Fingerspitze auf der oberen Oberfläche des kapazitiven Touchpad
eine Cursor/Zeiger-Bildschirmbewegung erzeugt.
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Diese
Erfindung kann auf der Verwendung eines Matrix-Array von Kapazitätssensoren
basieren; zum Beispiel ein Matrix-Array, wie in der oben genannten
europäischen
Patentanmeldung
EU 96830068.1 (
EP 790479 ) gezeigt ist.
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Das
Array dieser Erfindung kann anfänglich verwendet
werden, um den Fingerabdruck eines Benutzers zu erfassen; zum Beispiel
als eine Benutzeridentifikations-(ID)-Prozedur, die beim Anmelden
an einer Vorrichtung, wie zum Beispiel ein Laptop- oder ein Palmtop-Computer,
auftritt. Ein nachfolgender Betrieb des Computers erfordert oft
eine Steuerung der Bewegung eines Cursor über einen Anzeigebildschirm.
Das Array dieser Erfindung stellt auch diese Cursor-Bewegung bereit.
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Dies
bedeutet, wenn ein Benutzer sich zuerst an dem Computer anmeldet,
erfasst das Array dieser Erfindung ein Fingerabdrucksmuster, das
verwendet wird, um eine Benutzerautorisierung zu ermitteln. Danach
wird das Array verwendet, um für
eine Bildschirm-Cursor/Zeiger-Steuerung
zu sorgen, wobei der Cursor/Zeiger auf Grund der Position einer
Fingerspitze auf der oberen Oberfläche des Array über den
Bildschirm bewegt wird. Diese Fingerspitzenposition wird, nach einer
Fingerabdruckserfassung, erhalten, indem nur die Fingerspitze auf
der oberen Oberfläche
des Array abgerollt und/oder geneigt wird. Bei einer Ausführungsform
der Erfindung endet die Cursor/Zeiger-Bewegung, wenn die Fingerspitze von
dem Array entfernt wird oder wenn die Fingerspitze zu einer mittleren
Position auf der oberen Oberfläche
des Arrays bewegt wird.
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Beim
Anmelden, wenn der Benutzer durch Vergleich eines vom Sensor erfassten
Fingerabdrucksmuster mit im Speicher gespeicherten Fingerabdrucksmustern
identifiziert/verifiziert wird, wird die einzelne Zellenausgabe
des Array seriell abgetastet. Danach, und wenn das Array gemäß dieser
Erfindung verwendet wird, um eine Bildschirm-Cursor/Zeiger-Steuerung
zu erreichen, muss die einzelne Zellenausgabe des Array nicht abgetastet
werden. Vielmehr ist jeder einzelne Zellenausgang des Array mit einem
entsprechenden einzelnen Knoten eines Zeilen/Spalten-Widerstandsnetzwerks
verbunden.
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Auch
wenn Ausführungsformen
der Erfindung im Verhältnis
zu Merkmalen, wie zum Beispiel Cursorsteuerung, beschrieben ist,
ist eine Verwendung auch bei Anwendungen, wie zum Beispiel ATM-Maschinen
(Bankautomaten) festzustellen, bei denen zuerst eine Benutzerfingerabdrucksautorisierung
erhalten wird, gefolgt von einer Verwendung des Array als Eingabevorrichtung
zur Auswahl und Ja/Nein-Antworten an die ATM-Maschine.
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Das
Messarray dieser Erfindung kann auch als Zeigevorrichtung bei einer
3D-Virtual-Reality-Anwendung
verwendet werden, wobei in diesem Fall das Array über einer
Struktur befestigt ist, die der Bewegung der Finger einer Hand eines
Benutzers folgt. Auf diese Weise wird der Benutzer in die Lage versetzt,
unter Verwendung eines Fingers und eines virtuellen 3D-Menüs Auswahlen
vorzunehmen, und bei virtuellen 3D-Spielen kann das Array verwendet
werden, um Steuerbefehle in planaren X-, Y-Richtung sowie in Z-Richtung
zu erfassen.
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Das
Array dieser Erfindung stellt Cursor/Zeiger-Bewegungssteuerbefehle
in X-Richtung (d. h. Steuerbefehle für Bildschirmbewegungen nach links/rechts)
bereit, wenn die Fingerspitze auf der oberen Oberfläche des
Array bewegt oder seitlich gerollt wird. Das Array dieser Erfindung
stellt Steuerbefehle für
Cursor/Zeiger-Bewegungen in Y-Richtung (d. h. Steuerbefehle für Bildschirmbewegungen
nach oben/unten) bereit, wenn die Fingerspitze der Länge nach
auf der oberen Oberfläche
des Array bewegt oder geneigt wird. Das Array dieser Erfindung stellt Z-Information oder
Schalter-geschlossen-Information bereit, wenn die Fingerspitze vertikal
nach unten in die obere Oberfläche
des Array gedrückt
wird. Die obere Oberfläche
des Array dieser Erfindung ist etwa die 1 cm2 (groß) und arbeitet üblicherweise
mit der Spitze eines Zeigefingers eines Benutzers zusammen.
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Wenn
die Verstärkung
einer solchen kapazitiven, fingerabdruckserfassenden Zelle (wie
zum Beispiel in der oben genannten EU-Patentanmeldung gezeigt ist)
hoch eingestellt wird oder wenn die Auflösung des Array gering ist,
ist die elektrische Ausgabe des Array eine zweidimensionale "elektronische Aufnahme", die einen hellen
Fleck auf einem dunklen Hintergrund aufweist. Die Position des Flecks
innerhalb dieser elektronischen Aufnahme entspricht dem Kontaktbereich
der Fingerspitze mit der oberen Oberfläche des Sensors.
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Erste
Momentkoordinaten der Position dieses Flecks oder eine Helligkeitsfunktion
kodiert die X-Verschiebung und die Y-Verschiebung oder die Fingerspitzenposition
auf der oberen Oberfläche
des Array, während
der Null-Momentwert dieser Helligkeitsfunktion die Funktion des
nach unten gerichteten Drucks der Fingerspitze kodiert.
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Um
die X-Ausgabe und Y-Ausgabe des Array zu berechnen, stehen zwei
Optionen zur Verfügung. Erstens,
das gesamte elektronische Bild des Array oder die Aufnahme wird
in ein Berechnungssystem übertragen,
wo diese zwei Ausgaben (auch als "Masse" und "Schwerpunkt" bezeichnet) unter Verwendung von Hardware-
oder Software-Techniken berechnet werden. Zweitens, eine analoge
Berechnung wird unmittelbar an der Aufnahmeausgabe des Sensors durchgeführt.
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Bezüglich 8 wird
die zweidimensionale (2D) elektronische Signalausgabe oder das Muster des
Array, das die Berührungsfunktion
einer Fingerspitze auf der oberen Oberfläche des Array kodiert, in ein
2D-Pseudo-Widerstandsnetzwerk eingebracht, wie in 8 gezeigt.
Dieses Netzwerk detektiert nun den Schwerpunkt oder das erste Moment
und die Masse oder das zweite Moment des eingehenden Array-Ausgangssignals.
Die Funktionen Schwerpunkt und Masse werden durch die Anordnung
von 8 gleichzeitig berechnet.
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Gemäß einem
Merkmal dieser Erfindung kann das Pseudowiderstandsnetzwerk von 8 innerhalb
des Sensorarray von 1 unter Verwendung von Techniken
für integrierte
Schaltkreise eingebettet sein, wodurch eine integrierte Vorrichtung bereitgestellt
wird. Zum Beispiel kann jeder Widerstand von 8 als MOS-Transistor
implementiert sein, wie in einem Artikel von M. Tartagni und P.
Persona mit dem Titel "COMPUTING
CENTROIDS IN CURRENT-MODE
TECHNIQUE" in der
Veröffentlichung
ELECTRIC LETTERS (29 (21), 1811–1813, Oktober
1993, gelehrt und veranschaulicht.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist ein kapazitives Touchpad gemäß Anspruch 1 bereitgestellt.
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Obwohl
die Erfindung beschrieben wird, wobei Vergleiche mit dem bekannten
Joystick-Typ einer Vorrichtung gemacht werden, werden Fachleute
auf dem Gebiet erkennen, dass die Erfindung auch beim Ersatz von
mausähnlichen
Vorrichtungen Verwendung findet.
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Diese
und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung werden
Fachleute auf dem Gebiet bei Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung
bevorzugter Ausführungsformen
der Erfindung ersichtlich, die auf die Zeichnung Bezug nimmt.
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1, 2 und 3 betreffen
die oben genannten, verwandte U.S.-Patentanmeldung und werden bei
Ausführungsformen
dieser Erfindung verwendet.
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4 ist
ein Flussdiagramm, das einen Fingerabdrucksmustererfassungsprozess
zeigt, bei dem anfänglich
eine Anordnung gemäß 1–3 während eines
initialen Anmeldevorgangs zur Benutzerautorisierung verwendet wird,
welcher Benutzer danach eine Version der Anordnung gemäß 1–3 in
kapazitiven Touchpad-Anordnungen der vorliegenden Erfindung verwendet,
um ein Cursor/Zeiger-Bildschirmrichtungsbewegungssteuersignal zu
erzeugen.
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5A bis 5I zeigen
ein Signal einer zweidimensionalen (2D) elektronischen Aufnahme, das
durch das kapazitive Touchpad dieser Erfindung für verschiedene Positionen einer
Fingerspitze auf der oberen Oberfläche des Touchpad erzeugt wird, wobei
jede dieser Figuren eine Massekontur und einen Schwerpunkts-Punkt
aufweist, der innerhalb der Massenkontur angeordnet ist.
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6 zeigt
die Neigebewegung einer Fingerspitze in Y-Richtung der Länge nach
auf der oberen Touchpad-Oberfläche.
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7 zeigt
das Abrollen einer Fingerspitze in X-Richtung von einer Seite zur
anderen auf der oberen Touchpad-Oberfläche.
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8 ist
eine Schaltkreisausführungsform dieser
Erfindung, bei der das Verstärkerausgangssignal
von jeder von 25 Sensorzellen einer modifizierten 1 an
einen entsprechenden von 25 Widerstandsknoten in einem Zeilen/Spalten-Widerstandsnetzwerk
oder -Array angelegt ist.
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9 zeigt
einen einzelnen Widerstandsknoten von 8, der angeschlossen
ist, um die Ausgabe eines entsprechenden einzelnen Verstärkers des
in 2–3 gezeigten
Typs zu empfangen, wobei 9 auch vier Widerstände zeigt,
die diesen Widerstandsknoten mit benachbarten Widerstandsknoten
verbinden.
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Die
verschiedenen Figuren sind mit einem dreidimensionalen X-Y-Z-Koordinatensystem
und Beschriftungen oben, unten, rechts und links versehen, um die
verschiedenen Figuren miteinander in Beziehung zu setzen und um
die Richtung einer Bildschirm-Cursor/Zeiger-Bewegung mit bestimmten
der Figuren in Beziehung zu setzen.
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1, 2 und 3 entsprechen
der oben genannten, verwandten U.S.-Patentanmeldung und Versionen
derselben sind bei Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung verwendbar.
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1 ist
eine Ansicht einer IC-Vorrichtung 1 von oben, die ein im
Allgemeinen planares Array 3 mit mehreren Pixel und mehreren
Zeilen/Spalten aufweist, das eine relativ große Anzahl von kapazitiven Festkörpersensorzellen
oder Knoten 2 aufweist, die arbeiten, um eine serielle
elektrische Signalausgabe 10 bereitzustellen, die ein Mehrfachpixelfingerabdrucksmuster
oder eine elektrische Signalaufnahme eines Fingerabdrucks umfasst.
Wie gezeigt, liegt 1 in der X-Y-Ebene.
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Das
Array 3 enthält
die Anzahl N horizontaler oder sich in X-Richtung erstreckender
Zeilen einzelner Knoten 2. Jede Zeile weist die Anzahl
M einzelner Knoten 2 darin auf. Das Array 3 enthält somit
die Anzahl M von sich vertikal oder sich in Y-Richtung erstreckenden
Spalten einzelner Knoten 2 und jede Spalte weist darin
die Anzahl N einzelner Knoten 2 auf. Die Zahlen N und M
sind ganze Zahlen, die gleich sein können oder nicht. Die Anzahl
einzelner Bildelemente, Pixel, Knoten oder Zellen 2 innerhalb des
Array 3 ist für
eine Fingerabdrucksmustererfassung recht groß und entspricht dem Produkt
von M × N.
Ein Beispiel ist 512 × 512
Pixel, Knoten oder Zellen 2 innerhalb des Array 3,
wobei das Array 3 eine physikalische Größe von etwa 20 mm mal etwa
25 mm hat.
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2 zeigt
eine Fingerspitze 18 in physikalischem Kontakt mit der
oberen und aktiven Oberfläche 125 des
Array 3.
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Während einer
Fingerabdrucksmustererfassung ist jede einzelne Zelle 2,
die sich innerhalb des Array 3 befindet, dadurch adressierbar,
dass jede Zelle physikalisch an einer eindeutigen Schnittstelle einer
Zeile/Spalte des Array 3 angeordnet. Die Weise, auf die
die einzelnen Zellen 2 des Array 3 adressiert
und ausgelesen werden, um ein Fingerabdrucksmuster zu digitalisieren,
sind Fachleuten auf dem Gebiet bekannt und stellen keine Einschränkung für diese
Erfindung dar.
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Die
IC-Vorrichtung 1 weist eine horizontale Abtaststufe oder
Netzwerk 6 und eine vertikale Abtaststufe oder Netzwerk 5 auf,
um sequentiell eine Zelle 2 zu einem Zeitpunkt während einer
Fingerabdrucksmustererfassung gemäß einem vorbestimmten Abtastmuster
abzufragen oder auszulesen. Vorzugsweise umfassen die Stufen 5 und 6 Schieberegister
oder Dekodierer, die arbeiten, um die Ausgänge 17 der Zellen 2 von 2 in
zeitlicher Reihenfolge abzufragen.
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Die
IC-Vorrichtung 1 weist auch eine Versorgungs/Logik-Stufe
oder -Netzwerk 7 auf, das arbeitet, um die IC-Vorrichtungskomponenten
einschließlich
aller Zellen 2 mit notwendigen Betriebsspannungen zu versorgen
und um die Folge von Schritte zu steuern, die zum Betrieb der IC-Vorrichtung 1 erforderlich
sind. Insbesondere stellt eine DC-Spannungsquelle 12 eine
DC-Referenzspannung
Vr bereit, die auf ein Massepotential bei 100 bezogen ist. Ein
Puffer 8 ist mit den Ausgängen 17 aller Zellen 2 verbunden.
Ein Ausgang 10 des Puffers 8 umfasst das sequentiell
angeordnete Ausgangssignal der IC-Vorrichtung 1, wobei
das Signal am Ausgang 10 durch den Betrieb der Abtaststufen 5 und 6 gesteuert wird.
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2 zeigt
schematisch den Schaltkreis einer einzelnen Zelle 2 des
Array 3 von 1. Alle Zellen 2 sind
im Aufbau und Anordnung im Allgemeinen identisch. Jede Zelle 2 weist
einen signalinvertierenden Knotenverstärker 13 geringer Leistung
auf, der eine beispielhafte Verstärkung von etwa 3000 bis 4000
hat.
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Ein
Anschluss 21 umfasst die Eingaben zu dem Schaltkreis einer
Zelle 2 und der Anschluss 21 und ein Eingangskondensator 20 stellen
mit dem Eingang 16 des Verstärkers 13 eine Verbindung
her. Der Anschluss 17 umfasst die Ausgabe der Zelle 2 und ihres
Verstärkers 13.
Jede Zelle 2 weist auch zwei planare X-Y-Armaturen oder
metallische Kondensatorplatten 23, 24 auf, die
im Allgemeinen von gleicher X-Y-Fläche sind und die horizontal
oder in X-Richtung innerhalb einer gemeinsamen horizontalen X-Y-Ebene
voneinander beabstandet sind.
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Eine
dünne dielektrische
Schicht 25 bedeckt die Kondensatorplatten 23, 24 und
die obere horizontale Oberfläche 125 der
Schicht 25 stellt eine aktive Arrayoberfläche zum
physikalischen Kontakt durch die Hautoberfläche 18 eines Fingers
bereit, dessen Fingerabdruck zu erfassen, festzustellen oder zu
ermitteln ist. Die dielektrische Schicht 25 kann die gesamte
Stirnfläche
des oberen Teils der IC-Vorrichtung 1 bedecken, die das
Array 3 und dessen einzelne Zellen 2 umfasst.
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Bei
Verwendung zur Fingerabdrucksmustererfassung wird eine Fingerspitze 18 auf
der oberen Oberfläche 125 der
dielektrischen Schicht 25 des Array 3 angeordnet.
Die Hautoberfläche 18 bildet
dadurch eine Armatur oder Elektrode, die vertikal über den
oberen planaren X-Y-Oberflächen der
Kondensatorplatten 23, 24 liegt und zu diesen
weist. Die Hauptoberfläche 18 arbeitet,
um mit den Platten 23, 24 einen ersten Kondensator 34,
wie in 3 gezeigt, und einen zweiten Kondensator 33,
wie in 3 gezeigt, zu definieren. Die in Reihe angeschlossenen
zusammengesetzten Kondensatoren 33, 34 sind in
negativer Rückkopplung
ausgehend von dem Verstärkerausgang 17 zu
einem Verstärkereingang 16 angeschlossen.
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Jeder
Knotenverstärker 13 von 2 weist auch
Start-, Rücksetz-
oder Steuerarbeitsschalter 19 auf, vorzugsweise in der
Form eines MOS-Schalters. Der Schalter 19 arbeitet selektiv
und momentan, um den Verstärkereingang 16 und
den Verstärkerausgang 17 kurz
zu schließen.
Der Schalter 19 wird durch ein Steuersignal "R" gesteuert, das durch die Versorgungs-
und Logikeinheit 7 von 1 bereitgestellt
wird. Am Beginn eines Fingerabdruckserfassungsbetriebs sind die
Schalter 19 aller Arrayzellen 19 momentan geschlossen
und der Spannungspegel an allen Zelleneingängen 21 wird daher
auf einer konstanten Größe gehalten.
Auf diese Weise wird die Eingangsspannung aller Zellen 2 auf
das gleiche Potential wie die Ausgangsspannung der Zellen gebracht.
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Kurz
danach arbeitet die Versorgungs- und Logikeinheit 7, um
alle Rücksetzschalter 19 zu öffnen und
um allen Zelleneingängen 21 einen
Spannungssprung zuzuführen,
der in der Größe der Bezugsspannung
Vr entspricht. Eine elektrische Ladung wird nun an jedem der Zelleneingangskondensatoren 20 induziert,
wobei dadurch das Ablesen lokalen und einzelnen Zellabstände in Z-Richtung "d" ermöglicht wird,
die zwischen den Kondensatorplatten 23, 24 einer
Zelle und der darüber
liegenden Hautoberfläche 18 der
Zelle vorhanden sind.
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Die
Abtaststufen 5, 6 von 1 arbeiten nun,
um sequentiell das Ablesen oder Abfragen der vielen Zellen 2 innerhalb
des Array 3 zu ermöglichen. Auf
diese Weise arbeitet der Puffer 8, um eine Ausgabe 10 in
der Form einer Spannungsfolge von Graustufen sequentiell bereitzustellen,
die eine dreidimensionale Ablesung bereitstellt und die Hautoberfläche 18 des
Fingers wiedergibt, der sich derzeit auf der oberen Oberfläche 125 des
Array 3 befindet.
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3 ist
ein äquivalenter
Schaltkreis des in 2 gezeigten einzelnen Zellenschaltkreises.
Der Eingangskondensator des Verstärkers 13 ist bei 30 gezeigt,
der Ausgangskondensator des Verstärkers 13 ist bei 31 gezeigt
und die zwei oben genannten in Reihe angeschlossenen und hautempfindlichen
Kondensatoren sind bei 33, 34 gezeigt.
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Gemäß einem
Merkmal dieser Erfindung kann die Verstärkung jedes Verstärkers 16 erhöht werden,
um ausgehend von dem Array von 1 ein Ausgangssignal
bereitzustellen, das die korrigierte Form 170 umfasst,
die in den verschiedenen Bereichen von 5A–5I gezeigt
ist. Dieses Merkmal einer erhöhten
Verstärkung
ist jedoch nicht erforderlich, weil diese korrekte Form auch über das
komplizierte Fingerabdrucksmuster der Fingerspitze berechnet werden
kann, weil das Massezentrum der Gruppe von Objekten, das der Fingerabdruck
umfasst, in dem Mittelpunkt der Gruppe von Objekten positioniert
ist. Wenn das Merkmal einer erhöhten Verstärkung gewünscht ist,
wird es mittels einer Stufenänderung
der Größe der Spannung
Vr von 1 implementiert.
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Bei
Verwendung als kapazitives Touchpad gemäß dem Umfang dieser Erfindung
ist die Ausgabe 17 aller Zellen 2 oder Knotenverstärker 13 ein
Aufnahme-Signal, das als heller Fleck 170 erscheint, der auf
einem dunklen Hintergrund positioniert ist, wie in 5A–5I gezeigt.
Die Position dieses Flecks 170 innerhalb der Aufnahme kodiert
den Kontaktbereich/Position des Fingers 18 mit der oberen
Oberfläche 125 des
kapazitiven Touchpad. Diese Fleckausgabesignalfunktion 170 kann
auch durch einen Aufbau und Anordnung erreicht werden, der gewährleistet,
dass die Auflösung
der Zellen-Array-Matrix gering ist.
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4 ist
ein Flussdiagramm, das einen Fingerabdrucksmustererfassungsprozess
zeigt, wobei die Anordnung von 1–3 bei
anfänglicher Anmeldung
durch einen Computerbenutzer in einem Modus geringer Verstärkung verwendet
wird, welcher Benutzer danach die kapazitive Touchpad-Konstruktion
und -Anordnung der vorliegenden Erfindung verwendet, um ein Cursor/Zeiger-Bildschirm-Richtungs/Bewegungs-Steuersignal
und/oder ein Signal zum Ein/Aus-Schalten
des Touchpad zu erzeugen.
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Während dieses
Fingerabdrucksmustererfassungsprozesses ist der Pufferausgang 10 ausgehend
von dem Array 3 von 1 mit einer
Verarbeitungseinheit 160 verbunden. In der Betriebsfolge sind
die Startschalter 19 aller Zellen 2 momentan geschlossen,
wird danach die Sprungimpulsreferenzspannung Vr an alle Verstärkereingänge 21 angelegt und
werden danach alle Zellenausgaben 17 dem Pufferausgang 10 gemäß einer
Folge zugeführt,
die durch die vertikalen und horizontalen Abtastnetzwerke 5, 6 festgelegt
ist. Im Ergebnis wird ein Fingerabdrucksmuster der Fingerspitze 18 als
Eingabe 10 der Verarbeitungseinheit 160 zugeführt. Eine
Verbindung 10 zwischen dem Array 3 und der Verarbeitungseinheit 116 ist
als bi-direktional gezeigt, um die Änderung der Arrayempfindlichkeit
anzugeben, wenn man von einer Fingerabdrucksermittlung zu einem
Touchpad-Betrieb wechselt.
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Ein
Referenzspeicher 161 enthält eine Anzahl zuvor gespeicherter
Fingerabdrucksmuster; zum Beispiel ein Fingerabdrucksmuster für jeden
autorisierten Benutzer. Bei Schritt 163 vergleicht eine Ähnlichkeitsberechnungseinheit
die Eingabe 10 mit den Mustern, die in dem Speicher 162 enthalten
sind, und, wenn eine Musterübereinstimmung
detektiert wird, wird die Identität des aktuellen Touchpad/Computerbenutzers
in einem Arbeitsspeicher 164 aufgezeichnet.
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Wie
ersichtlich, ermöglicht
Schritt 165, nachdem die Identität des aktuellen Touchpad/Computerbenutzers
festgestellt worden ist, die Verwendung des Touchpad dieser Erfindung
als Touchpad vom Joystick-Typ. Wie zuvor erwähnt, findet diese Joystick-Verwendung
des Touchpad in einem Modus hoher Verstärkung von 1–3 statt.
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Wenn
das kapazitive Touchpad dieser Erfindung in seinem Modus hoher Verstärkung verwendet wird,
um eine Cursor/Zeiger-Steuerung auf einem Anzeigebildschirm zu erreichen,
umfassen die zusammengesetzten Ausgaben 17 aller Arrayzellen 2 ein
elektronisches Aufnahmesignal, das als heller Fleck erscheint, der
auf einem dunklen Hintergrund positioniert ist.
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5A bis 5I zeigen
ein solches Aufnahmesignal für
verschiedene Positionen einer Fingerspitze 18 auf der Arrayoberfläche 125.
Die Position des hellen Flecks 170 in jeder dieser Figuren
entspricht dem Kontaktbereich oder der Position der Fingerspitze 18 mit
bzw. auf der oberen Oberfläche 125 des
kapazitiven Touchpad. Der Mittelpunkt jedes Flecks 170 ist
bei 470 gezeigt. Wie zuvor festgestellt, modifiziert oder
vergrößert ein
Niederdrücken
der Fingerspitze 18 in Z-Richtung, wenn sie sich in einer der
Positionen von 5A–5I befindet,
die Masse des hellen Fleck-Signals 170, um ein Schalter-geschlossen-Signal
bereitzustellen.
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In 5A ist
der Fingerspitzenmittelpunkt 470 in einer mittleren Position
auf der Arrayoberfläche 125 angeordnet
und in dieser Position wird keine Cursorbewegung erzeugt. Die relativ
große
Masse oder Größe des Flecks 170,
der in 5A gezeigt ist, gibt jedoch
einen Schaltergeschlossen-Zustand an, der erzeugt wird, indem die
Fingerspitze 18 vertikal nach unten auf die Arrayoberfläche 125 gedrückt wird.
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6 gibt
das Neigen der Fingerspitze 18 in Y-Richtung über die
gesamte Länge
auf der Oberfläche 125 an.
Gemäß der Richtung
dieser Neigebewegung wird ein heller Fleck 170 erzeugt,
wie in 5B und 5C gezeigt
ist. Dies bedeutet, das Neigen der Fingerspitze 18 nach
unten in 6 erzeugt den in 5B gezeigten
Zustand und eine nach oben gerichtete Cursorbewegung tritt auf,
wie durch den Pfeil 171 angegeben ist. Wenn jedoch das
Abrollen der Fingerspitze 18 von 6 nach oben
den Zustand von 5C erzeugt, tritt, wie durch
Pfeil 172 angegeben, eine nach unten gerichtete Cursorbewegung auf.
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7 gibt
das Abrollen der Fingerspitze 18 in X-Richtung von einer
Seite zur anderen auf der Oberfläche 125 an.
Gemäß der Richtung
dieser Rollbewegung wird ein Fleck 170 erzeugt, wie in 5E und 5D gezeigt
ist. Dies bedeutet, das Abrollen der Fingerspitze 18 zur
linken Seite in 7 erzeugt den in 5E gezeigten
Zustand und es tritt eine nach links gerichtete Cursorbewegung auf,
wie durch Pfeil 173 angegeben ist. Wenn jedoch das Abrollen der
Fingerspitze 18 nach rechts den Zustand von 5D erzeugt,
tritt, wie durch Pfeil 174 angegeben, eine nach rechts
gerichtete Cursorbewegung auf.
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Auf
vergleichbare Weise zeigen 5F und 5G,
wie diagonale Cursorbewegungen 175 und 176 als
Ergebnis des kombinierten Neigens und Abrollens der Fingerspitze 18 in
einer diagonalen Richtung auf der Oberfläche 125 auftreten,
während 5H und 5I zeigen,
wie diagonale Cursorbewegungen 177 und 178 als
Ergebnis des kombinierten Neigens und Abrollens der Fingerspitze
in einer senkrechten diagonalen Richtung auf der Oberfläche 125 auftreten.
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8 ist
eine Aufsicht in der X-Y-Ebene, die eine Ausführungsform dieser Erfindung
zeigt, die vier an Ecken angeordnete Stromspiegel und Addierer oder
Strompuffer 601–604 aufweist,
wobei der Verstärkerausgang 17 von
jeder der 25 Knotenzellen 2 mit einer anderen der 25 Knoten 300 eines
Widerstandsnetzwerks 301 verbunden ist, wobei jeder Knoten 300 durch
die Schnittstelle einer Zellenspalte C1–C5 mit einer Zellenzeile R1–R5 festgelegt
ist. Das Widerstandsnetzwerk 301 umfasst ein Pseudowiderstandsnetzwerk
mit vier an Ecken angeordneten Stromspiegeln und Addierern oder
Strompuffern 601–604,
die arbeiten, um die Masse oder Bereich und den Schwerpunkt 470 der
Flecksignale 170 zu detektieren, die in den verschiedenen
von 5 gezeigt sind.
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9 zeigt
einen einzelnen Widerstandsnetzwerkknoten 300, der mit
dem Ausgang 17 seines entsprechenden einzelnen Knotenverstärkers von 2 verbunden
ist. 9 zeigt auch vier Widerstände 311, die diesen
Knoten 300 mit seinen vier benachbarten Knoten 300 verbinden.
Wenn der Knoten 300 von 9 zum Beispiel
der Knoten ist, der durch der Schnittstelle der Knotenspalte C2
und der Knotenzeile R2 gebildet ist, dann ist die Verstärkerausgabe 17 die
Ausgabe des Verstärkers
von 2, der der Zelle von 1 zugeordnet
ist, die an der Schnittstelle der Zellenspalte 2 und der
Zellenzeile 2 angeordnet ist.
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Bei
dieser Ausführungsform
der Erfindung wird das Array 3 von 1–3 zuerst
verwendet, um eine Benutzerfingerabdrucks-ID beim Anmelden zu erhalten,
wie hinsichtlich von 4 beschrieben wurde. Danach
wird der Ausgang 17 von jedem der 25 Zellenverstärker von 2 mit
einem entsprechenden der 25 Widerstandsknoten 300, die
in 8 gezeigt sind, verbunden.
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Bei
dem Betriebsmodus von 8 stellen elektrische Ausgänge 302 bzw. 304 die
Komponente in X-Richtung und die Komponente in Y-Richtung eines
Ausgangssignals bereit, das die vom Benutzer gewünschte Cursor/Zeiger-Bildschirmbewegungsrichtung
definiert. Zum Beispiel werden die Signale 302, 303 verwendet,
um eine Bewegung eines Cursors/Zeigers über einen TV- oder Monitorbildschirm zu
steuern, wobei diese Bewegung aufgrund einer statischen/nicht bewegenden
Position einer Fingerspitze 18 auf der Oberfläche des
Touchpad von 8 kontinuierlich ist.
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Wie
von D. L. Standley in einem Artikel mit dem Titel "An Object Position
and Orientation IC with Embedded Imager" in IEEE Journal of Solid State Circuits
(26, 1853–1858,
Dezember 1991) gelehrt, stellen die Ausgaben 302, 303 einen
analogen Wert bereit, der proportional zu dem Null- und ersten Moment
des 2D-Musters ist.
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Bezugnehmend
auf 5B und 5C ist, wenn
man annimmt, dass eine Fingerspitzenposition den Fleck 170 von 5B erzeugt,
die Ausgabe 302 im Wesentlichen Null, während die Ausgabe 303 eine vorgegebene
Größe und eine
gegebene Polarität oder
Signalrichtung hat. Folglich wird eine nach oben gerichtete Cursorbewegung 171 erzeugt.
Wenn nun angenommen wird, dass die Fingerspitzenposition den hellen
Fleck 170 von 5C erzeugt, dann bleibt die
Ausgabe 302 im Wesentlichen Null, während die Ausgabe 303 nun
eine gegebene Größe hat,
aber von entgegengesetzter Polarität oder Signalrichtung ist,
und es ergibt sich eine nach unten gerichtete Cursorbewegung 172.
Auf vergleichbare Weise können die
Ausgaben 302, 303 zu den Cursorbewegungen, wie
hinsichtlich der übrigen
von 5 erläutert, ins Verhältnis gesetzt
werden.
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Wie
zuvor festgestellt, erreicht der Benutzer eine gewünschte Cursor/Zeiger-Bewegung
durch eine seitliche Rollbewegung der Fingerspitze 18,
angegeben durch Pfeil 304, und/oder durch Neigen der Fingerspitze 18 in
Längsrichtung über die
gesamte Länge,
wie durch Pfeil 305 angegeben.
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Beim
Anmelden, wenn der Benutzer durch Vergleich eines ermittelten Fingerabdrucksmusters mit
den im Speicher gespeicherten Fingerabdrucksmustern 162 von 4 identifiziert/verifiziert
wird, werden die einzelnen Zellausgänge 17 des Array nacheinander
abgetastet. Danach und wenn das Array gemäß dieser Erfindung verwendet,
um eine Bildschirm-Cursor/Zeiger-Steuerung
zu erreichen, werden die einzelnen Zellausgänge 17 des Touchpad jedoch
nicht abgetastet. Vielmehr ist jeder einzelne Zellenausgang 17 mit
einem einzelnen Knoten 300 des Zeilen/Spalten-Widerstandsnetzwerks 301 verbunden.
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Das
Array 301 erzeugt einen Steuerbefehl 302 für Cursor/Zeiger-Bewegungen
in X-Richtung, das heißt
einen Steuerbefehl für
horizontale Bildschirmbewegungen nach links/rechts, wenn die Fingerspitze 18 auf
der oberen horizontalen Oberfläche des
Array 301 seitlich bewegt oder abgerollt wird, das heißt eine
durch Pfeil 305 angegebene Bewegung. Das Array 301 erzeugt
einen Steuerbefehl 303 für Cursor/Zeigerbewegungen in
Y-Richtung, das heißt einen
Steuerbefehl für
vertikale Bildschirmbewegungen nach oben/unten, wenn die Fingerspitze 18 über die
Länge der
horizontalen oberen Oberfläche
des Array 301 bewegt oder geneigt wird, das heißt eine durch
Pfeil 304 angegebene Bewegung. Das Array 301 erzeugt
eine Schalterausgabe oder Z-Steuerbefehlsausgabe, solange die Fingerspitze 18 vertikal nach
unten auf das allgemeine geometrische Zentrum der aktuellen Position
der Fingerspitze 18 auf der horizontalen oberen Oberfläche des
Array 301 gedrückt
wird.
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Wie
zuvor festgestellt, kann ein Schritt beim Freigeben des Touchpad-Betriebs,
wie bei Schritt 165 von 4 gezeigt,
darin bestehen, jeden Knotenverstärker 13 von 2 von
einer geringen Verstärkung
zu einer hohen Verstärkung
durch einen Betrieb einer Änderung
der Größe der Spannung
Vr von 1 umzuschalten. Wenn jeder Knotenverstärker 13 bei
dieser hohen Verstärkung
arbeitet oder wenn bei der Alternative die Auflösung des Array 301 gering
ist, können
die zusammengesetzten elektrischen Ausgaben 17 aller Knotenverstärker 13 als
elektronische Array-Aufnahme beschrieben werden, die einen Fleck 170 aufweist,
der auf einem dunklen Hintergrund angeordnet ist, wobei die zentrale
Position 470 dieses Flecks auf dem dunklen Hintergrund
dem Kontaktbereich der Fingerspitze mit der oberen horizontalen
Oberfläche
des Array 301 entspricht.
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Die
ersten Momentkoordinaten der Position dieses Flecks 170 oder
eine Helligkeitsfunktion innerhalb dieser elektronischen Aufnahme
kodiert die X- und Y-Verlagerung oder Fingerposition auf der oberen
Oberfläche
des Array, während
der Nullmomentwert des hellen Flecks 170 die nach unten
gerichtete oder in Z-Richtung stattfindende Druckfunktion des Fingers
kodiert. Die Netzwerke 307 und 308 von 8 arbeiten,
um die ersten Momentkoordinaten und den Nullmomentwert zu ermitteln,
die innerhalb dieser elektronischen Aufnahme kodiert sind.
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Um
die zwei X- und Y-Arrayausgaben 302, 303 zu berechnen,
stehen zwei Optionen zur Verfügung.
Erstens, das gesamte elektronische Bild des Array, das heißt alle
Zellenverstärkerausgangssignale 17,
wird in ein Berechnungssystem übertragen,
wo die ersten Momentkoordinaten und der Nullmomentwert (auch als "Masse" und "Schwerpunkt" bezeichnet) unter
Verwendung von Hardware oder Software berechnet werden. Zweitens,
eine analoge Berechnung kann an den analogen Werten von 8 vorgenommen
werden, die proportional zu dem Null- und dem ersten Moment des 2D-Musters
proportional sind.
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Die
Widerstandsnetzwerkausführungsform der
Erfindung nutzt die erste oben genannte Technik unter Verwendung
der folgenden Hardware. Bezugnehmend auf 1, wird
die zweidimensionale (2D) elektronische Signalaufnahme, Ausgabe
oder Muster des Array 3, das die Berührungsfunktion der Fingerspitze 18 auf
der oberen Oberfläche
des Arrays kodiert, in Knoten 300 des 2D-Widerstandsnetzwerks 301 von 8 eingegeben.
Die Netzwerke 307, 308, 309 arbeiten
dann, um den Schwerpunkt und die Masse dieses Array-Ausgangssignals
zu detektieren. Die Funktionen Schwerpunkt und Masse werden durch
die Anordnung von 8 gleichzeitig berechnet.
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Wie
in 8 gezeigt, ist jeder Knoten 300 mit seinen
benachbarten Knoten 300 unter Verwendung eines Widerstands 311 verbunden.
Auch wenn die Widerstandswerte oder Größen der Widerstände 311 nicht
kritisch sind, sollten alle Widerstände 311 im Allgemeinen
vom gleichen Widerstandswert oder Größe sein. Zusätzlich und
wie oben festgestellt, als ein Merkmal der Erfindung, sind die Widerstände 311 unter
Verwendung von MOS-Transistoren implementiert.
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Auch
wenn die obige Beschreibung annimmt, dass ein Fingerabdrucksmuster
zuerst ermittelt wird und dass danach eine Touchpad-Verwendung ermöglicht wird,
ist es gemäß dem Umfang
dieser Erfindung auch möglich,
dass eine Cursor/Zeiger-Steuerung aufgrund einer Fingerdrehung/position
gleichzeitig detektiert werden kann, wenn das Fingerabdrucksmuster
selbst detektiert wird.
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Die
obige detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen dieser Erfindung
soll nicht als Einschränkung
des Umfangs dieser Erfindung betrachtet werden, weil es ersichtlich
ist, dass Fachleute auf dem Gebiet beim Lesen dieser detaillierten
Beschreibung auf einfache Weise andere Ausführungsformen sich vor Augen
führen,
die klar innerhalb des Umfangs dieser Erfindung liegen.
-
1:
-
- TOP – OBEN
- LEFT – LINKS
- RIGHT – RECHTS
- BOTTOM – UNTEN
- FROM – ZU
- VERTICAL SKIN – VERTIKALE
ABTASTUNG
- HORIZONTAL SKIN – HORIZONTALE
ABTASTUNG
- SUPPLY AND LOGIC UNIT – VERSORGUNGS- UND
LOGIKEINHEIT
-
2:
-
-
4:
-
- ARRAY – ARRAY
- REFERENCE MEMORY – REFERENZSPEICHER
- ENABLE TOUCHPAD OPERATION – ERMÖGLICHE TOUCHPAD-BETRIEB
- PROCESSING UNIT – VERARBEITUNGSEINHEIT
- SIMILARITY COMPUTING UNIT – ÄHNLICHKEITSBERECHNUNGSEINHEIT
- WORKING MEMORY – ARBEITSSPEICHER
-
5A–5I:
-
- UP – OBEN
- LEFT – LINKS
- RIGHT – RECHTS
- DOWN – UNTEN
-
6:
-
-
7:
-
-
8:
-
- TOP – OBEN
- LEFT – LINKS
- RIGHT – RECHTS
- BOTTOM – UNTEN
-
9:
-