NO318743B1 - Sensor for maling av monstre i en overflate omfattende en lokal, bindende elektrode - Google Patents

Abstract

Denne oppfinnelsen angår en sensorinnretning for utførelse av målinger på en i det minste delvis ledende overflate, der sensoren omfatter et antall ledende strukturer ved eller direkte under overflaten, for eksempel et fingeravtrykk, hvilke ledende strukturer består av minst en stimulerings- eller strømmottakende elektrode og et antall sensorelementer koblet til avlesningselektrodene i en elektronisk krets for måling av impedans mellom elektrodene og nevnte minst en stimuleringselektrode, der sensorinnretningen også omfatter minst en bindende (eng: clamping) elektrode plassert nær sensorelementene og som er koblet til en valgt spenning. Avstanden mellom den bindende elektroden og sensorelementet er mindre enn avstanden mellom ryggene i et fingeravtrykk, fortrinnsvis i området 20-200 um.

Description

Denne oppfinnelsen angår en sensorinnretning for utførelse av målinger på en i det minste delvis ledende overflate, der sensoren omfatter et antall ledende strukturer ved eller direkte under overflaten, hvilke ledende strukturer består av minst én stimulerings- eller strøm-mottakende elektrode og et antall sensorelementer koblet til avlesningselektrodene i en elektronisk krets for måling av impedans mellom elektrodene og nevnte minst én stimuleringselektrode.

AC kapasitive fingeravtrykksensorer er en av de mest lovende teknologiene for realisering av kompakte og billige fingeravtrykksensorer for forbrukermarkedet, og flere konsepter har vært foreslått i de siste årene. Hovedideen er at kapasitansen mellom et sensorområde (piksel) på en overflate og overflaten til fingeren er større når der er en levende fingerrygg enn når der er en luftfyllt dal direkte over sensorområdet. Ved konvertering av nevnte kapasitnas til et spennings eller strømsignal vil det derfor være mulig å skille en rygg fra en dal, og dermed bygge opp et gråskalabilde av rygg/dal-mønsteret over fingeravtrykket. Kapasitive fingeravtrykksensorer kan grovt deles inn i to kategorier: Matrisesensorer, der fingeravtrykket plasseres på en todimensjonal sensoroverflate, og skannere eller sveip-sensorer, der brukeren må trekke sin finger over sensoren for å fange et bilde.

Imidlertid er det en vanlig svakhet med kapasitive målinger at det er vanskelig å skille mellom en fingeravtrykkrygg og svette- eller vannfylte fingeravtrykkdaler. Grunnen til dette er at både ryggene og svette/vann er relativt godt ledende, og dermed kan signalkontrasten mellom de to være lav eller praktisk talt ikkeeksisterende.

Flere konsepter har vært foreslått for å øke signalkontrasten mellom svettefyllte daler og rygger i fingeravtrykksensorer. Eksempler på et slikt konsept er vist i PCT/NO98/00182 eller i norsk patentsøknad nr. 2001 6013, som viser en AC-kapasitiv sveip-sensor. I disse sensorene, som i de fleste andre kapasitive sensorer, er sensorområdene dekket med et tynt dielektrisk lag som skiller sensorområdet fra fingeroverflaten. Sensoren er også utstyrt med en såkalt driverelektrode eller stimuleringselektrode for stimulering av fingeren med et AC signal. Denne elektroden er plassert ved siden av sensorelementene. I et av de foreslåtte konseptene (2001 6013) er driverelektroden trukket svært nær sensorområdene. Idéen er at dette vil danne en "bindende" strøm gjennom en del av fingeravtrykket rett over hvert sensorområde og, og dermed forsterke forskjeller i spenningsfall over fingerens rygg relativt til svette eller vann.

Imidlertid, siden vannet er langt mer AC-ledende enn materialet i stratum corneum (SC), som utgjør det øverste laget i fingeravtrykkryggen, vil spenningsfallet være høyere over ryggen enn over en svettefylt dal. Dette vil føre til en "invertert" kontrast i forhold til tilfellet med luftfyllte daler, der det er dalen som har det største spenningsfallet.

I denne sammenheng refererer konduktans eller impedans både til kapasitive og resistive strømmer, eller kombinasjonen av disse. Fase-effekter vil bli utelatt i mye av den følgende diskusjonen.

La oss anta at systemet for digitalisering av signalet er satt opp slik at luftfylte daler gir "hvitt" eller lyse farger og ryggene gir "mørkegrå" farger i fingeravtrykkavbildningen. I de svette delene av fingeren vil da dalene fremstå som "nesten svart" i stedet for hvite, mens ryggene beholder sitt mørkegrå utseende. Med andre ord; for å kunne bruke denne metoden effektivt må dete være midler for deteksjon av områder der fingeravtrykket er fuktig, og dessuten midler for å invertere bildet i dette området.. Begge disse kravene kan være vanskelig å oppnå uten bruk av store mengder prosesseringsressurser. Spesifikt kan det være vanskelig å identifisere den "mørkegrå" fargen som representerer ryggene. Et bilde der det er nødvendig å skille "mørkegrå" fra "nesten svart" er dessuten svært vanskelig å håndtere for bildeprosesseringsalgoritmene.

Norsk patentsøknad 2002.1031 viser et annet prinsipp der den ytre elektroden er jordet, og der AC-signalet blir påført sensorområdene ved driverkretsene er plassert andre steder i sensormodulen. Dette prinsippet har imidlertid de samme ulempene: Svettefyllte daler vil gi omtrent samme signal som en fingeravtrykkrygg, og de to vil være omtrent umulig å skille.

Formålet med denne oppfinnelsen er således å foreslå et kapasitivt avlesningsprinsipp der svettefyllte daler gir opphav til omtrent de samme signalet signalnivåene som luftfylte daler, og der begge dal-typer har en signifikant signalkontrast mot fingeravtrykkets rygger.. Formålet blir oppnådd med en* sensormodul slik som angitt ovenfor og kjennetegnet slik som angitt i vedlagte selvstendige krav.

Oppfinnelsen vil bli beskrevet nedenfor med referanse til de vedlagte tegningene, som illustrerer oppfinnelsen ved hjelp av eksempler, og viser: Figur 1 Skjematisk tegning av mulig elektrodekonfigurasjon på sensoroverflaten

(lineær sensor).

Figur 2 Detalj av mulig elektrodekonfigurasjon rundt sensorområdet.

Figur 3 Detalj av mulig elektrodekonfigurasjon rundt sensorområdet med en

ytterligere innerste elektrode.

Figur 4 Strømflyt i en finger med svettefyllte daler - sensor uten lokal elektrode.

Strøm fra fingeren flyter til sensorområdet.

Figur 5 Strømflyt i en finger med svettefyllte daler - strømmen fra fingeren flyter

to den bindende lokale elektroden sensor i stedet for sensorområdet.

Figur 6 Strømflyt for finger med svettefyllte daler der det er en rygg direkte over sensorområdet. Ryggen hindrer "kortslutningen" fra den lokale elektroden. Figur 7 Elektronisk modell av finger/sensor i nærheten av et sensorelement når der er en svettefylt dal direkte over sensorområdet. Den bindende elektroden 2 er koblet til jord gjennomen impedans på 100-1000 Ohm. Figur 8 Elektronisk modell av finger/sensor i nærheten av et sensorelement når der er en rygg rett over sensorområdet mens dalene er fylt med svette. Den bindende elektroden 2 er koblet il jord gjennom en impedans 13 på 100-1000 Ohm. Figur 9 Elektronisk modell av finger/sensor i nærheten av et sensorelement når der er en rygg direkte over sensorområdet og dalene til fingeravtrykket er fylt med svette. Den innerste elektroden 22 er ved et driverelektrode-potensiale. Figur 10 Elektronisk modell av finger/sensor i nærheten av et sensorelement når der er en svettefylt dal rett over sensorområdet. Den innerste elektroden 22 er ved et driverelektrode-potensiale.

Oppfinnelsen består dermed at en sensoroverflate utstyrt med et antall sensorområder 3 for kapasitans-målinger, og minst to elektroder som enten kan være plassert på sensoroverflaten eller være ekstern i forhold til denne. En elektrode, den ytre elektroden eller driverelektroden 1, også kalt "Stimuleringselektroden", kan enten være jordet, som i 2002 1031, eller bære et AC signal, som i 2001 6012. Denne elektroden tjener som hovedterminal for AC-strømmen som passerer gjennom fingeren og sensorelementene. Den kan derfor alternativt kalles "mottaker-" eller "kilde-elektrode". Den ytre elektroden 1 kan plasseres ved en avstand fra sensorområdet 3 så lenge den har kontakt med fingeren under målingene. Den kan også bestå av flere individuelle elektroder. Sensoren omfatter videre en eller flere "lokale" eller bindende elektroder 2 plassert nær sensorelementene. Avstanden mellom de lokale elektrodene 2 og sensorelementene 3 bør typisk være mindre enn bredden på en fingeravtrykk-rygg eller -dal, for eksempel i området 20-200um.

Figur 1 viser en mulig utførelse av oppfinnelsen, med en ytre driverelektrode eller stimuleringselektrode 1 og en lokal elektrode 2 plassert nær linjen av sensorområder 3, der ytre og lokale elektroder er laget på selve sensoroverflaten. Figur 2 viser et mer detaljert bilde av området rundt sensorområdene og den lokale elektroden.

Sensoroverflaten kan for eksempel være den øvre flaten på en integrert krets laget i halvledermateriale, som i internasjonal patentsøknad nr PCT/NOO1/00239. Den kan også ha form av et substrat laget av keramikk, glass, silisium eller laminater som i PCT/NO01/00238. Elektrodene og sensorområdene kan for eksempel være laget av et metall eller et annen ledende materiale. Hvis det er plassert direkte på sensorflaten er fortrinnsvis elektrodene laget i en prosess som er kompatibel med typen sensoroverflate som er brukt (for eksempel tynnfilm-teknologi, tykkfilm-teknologi eller kretskort-teknologi).

For fingeravtrykkdaler fylt med svette eller andre godt ledende materialer, er

hensikten med den lokale elektroden å "binde" signalet i sensorområdet til et tilsvarende nivå som fra en luftfylt dal. For sensoren beskrevet i 2001 6021 kan dette f.eks. oppnås ved kobling av den lokale elektroden 2 til et DC-potensiale, enten direkte eller gjennom impedansen 13. For sensoren beskrevet i 2002 1031 kan elektroden for eksempel være koblet til en AC spenning med passende amplitude.

La oss nå se på et tilfelle der en svettefylt dal 6 dekker både sensorområdet 3 og en del av den lokale elektroden 2, der driverelektroden 1 stimulerer fingeren med et AC-potensiale (som i 2001 6013) og der den lokale elektroden 2 er koblet il et fast potensiale, for eksempel jord. Figur 7 viser en ekvivalent krets for et fullstendig målsystem omfattende elektroder 1 og 2, et sensorområde og fingeren. Modellen inkluderer videre en spenningsforsterker 8 og et nettverk av impedanser (hovedsakelig kapasitanser), inklusive impedansen 16 gjennom stratum comeum rett over sensorområdet, impedansen 11 gjennom sensorens dielektrikum, en shunt impedans 12 til jord (for spenningsdelings-anvendelser) og bindingsimpedansen 13. Impedansene 20 og 23 er relatert til koblingen fra punktet 18 ved sensoroverflaten rett over sensorområdet til den lokale elektroden 2 og til bunnen av den svettefyllte dalen 6, henholdsvis. Impedansene 15 og 14 er relatert til koblingen av AC-sspenningen inn i og ut av fingeren, henholdsvis. Figuren viser også grovt estimerte verdier for hver av de involverte impedansene (med impedans absoluttverdier uttrykt i Ohm ved en AC frekvens på 100kHz). Som vist i kretsskjemaet er det en impedans på rundt lOMohm fra driverelektroden 1 gjennom fingeren til punktet 18 akkurat over sensorområdet. Denne impedansen er hovedsakelig relatert til kapasitiv impedans gjennom SC-laget 5, og impedansen gjennom den indre delen av fingeren 21 (levende hud) er antatt å være neglisjerbar.

Fordi AC-konduktiviteten til salt vann er mye høyere enn den til SC (med 1-2 størrelsesordener), er koblingen fra den lokale elektroden 2 gjennom impendansen 20 relativt høyere, slik at punktet 18 blir effektivt "kortsluttet" over den jordede lokale elektroden 2. Spenningen på sensorens overflate, og dermed på sensorområdet 3, vil sp bli trukket ned eller "bundet" til jordpotensialet, slik at sensorelementet gir en "lav" avlesning. En annen måte å se dette på er at AC-spenningen fra fingeren gjennom den svettefyllte dalen vil flyte direkte til denlokale elektroden heller enn gjennom dielektrikumet og ned til sensorområdet. Dette impliserer at den målte strømmen gjennom impedansene 11 og 12 er kuttet av og en lav avlesning blir oppnådd. An skjematisk tegning av hvordan strømmene flyter er vist i figur 5. Til sammenligning viser figur 4 situasjonen når det ikke er noen bindende lokal elektrode tilstede.

Motsatt, se på tilfellet der dalene 6 er fylt med svette, men der sensorområdet 3 dekkes av ryggen 4. Den tilsvarende elektriske modellen er vist i figur 8. Siden SC 5 ikke er så ledende som svette eller vann vil impedansen 20 mellom den lokale elektroden 2 og punktet 18 være mye høyere og sammenlignbar med impedansen 16 til driverelektroden. Dette betyr at spenningen ved punktet 18 vil ligge omtrent midtveis mellom driverspenningen og jord. Dette danner et signifikant signal, som er typisk for en tørr fingers "rygg", riktignok med en noe lavere amplitude. Figur 6 viser hvordan strøm flyter når ryggen er tilstede over sensorelementet.

Med andre ord, ved bruk av en lokal bindende elektrode 2 knyttet til et fast potensial kan kontrasten mellom en svettefylt dal 6 og en rygg 4 økes sterkt i forhold til situasjonen når en slik elektrode ikke er tilstede. I tillegg vil dalen være assosiert med en lav avlesning og en rygg med en høy avlesning uansett om dalen er fylt med svette eller luft, slik at det ikke trengs ekstra bildeprosessering, for eksempel invertering, for å skille ryggene fra dalene. Oppfinnelsen gir dermed flere fordeler i forhold til tidligere foreslåtte måleprinsipper.

Det er flere måter å utføre oppfinnelsen i praksis. Både de lokale elektrodene 2 og driverelektroden 1 kan for eksempel deles opp i eet antall underelektroder som ikke er sammenkoblet, slik at de kan operere uavhengig. Det kan for eksempel være en eller to lokale elektroder assosiert med hvert individuelle sensorelement, slik at fuktighet rundt et element ikke påvirker avlesningen på elementer i de andre delene av sensoroverflaten.

Som beskrevet kan for eksempel den eller de bindende elektrodene kobles til en passende spenning (AC eller DC) gjennom en impedans eller et impedans-nettverk 13. Imidlertid er det ved valg av impedans viktig at den resulterende spenningen ved den lokale elektroden skiller seg signifikant fra spenningen til selve driverelektroden. Ellers kan signalkontrasten mellom ryggene og svettefyllte daler bli for lav. I dette henseende vil det ofte være fordelaktig å velge en impedans 13 med forholdsvis liten størrelse, for eksempel i området 100 Ohm til IkOhm. Imidlertid vil en for lav impedans i noen tilfeller føre til for stort kraftforbruk, og den riktige verdien må også velges ut fra dette aspektet.

Impedansnettverket eller -nettverkene 13 kan enten være integrert direkte på sensoren (inkludert for eksempel kapasitanser og/eller resistanser definert i en tynnfilm-prosess), være integrert i avlesningselektronikken ("ASIC") eller realiseres ved bruk av eksterne, diskrete komponenter.

En annen anvendelig måte å oppnå ønsket impedans er å dekke den lokale elektroden 2 med et tynt dielektrisk (eller svært resistivt) materiale hvis toppoverflate er direkte eksponert for fingeren. Hvis den lokale elektroden 2 nå for eksempel er koblet til jord vil impedansen 13 fra fingeroverflaten over den bindende elektroden til jord være omtrent proporsjonal med kontaktflaten mellom elektroden og fingeren rundt det individuelle sensorområdet, som vil gi en svært "lokalisert" bindingseffekt. Det vil være ønskelig å gjøre bindingseffekten for et individuelt sensorelement uavhengig av effekten for de andre elementene.

Elektrodene 1 og 2 kan dermed være enten eksponert og ha en Ohmsk kontakt med fingeren, eller de kan være fullstendig dekket med et isolerende, dielektrisk materiale for å besørge en ren kapasitiv kobling. Det kan også være fordelaktig å dekke noen deler av elektrodene, eller bare en av elektrodene, med et dielektrikum og la resten være åpent. Hvis delen av den ytre elektroden som er nærmest den lokale elektroden 2 for eksempel er dekket med et dielektrikum, vil dette redusere muligheten for at en direkte, lav impedanskobling mellom de to elektrodene.

Det kan være en fordel å maksimere avstanden mellom de to elektrodene (driverelektroden og den lokale) for å minimere den direkte koblingen mellom de to når svette er tilstede på sensoroverflaten. En anbefalt minste avstand kan for eksempel være i størrelsesorden 200-500um.

En annen mulighet er å dekke hele den yte elektroden 1 med et tynt dielektrikum og la i det minste en liten del av den lokale elektroden 2 være upassivisert. På grunn av den dielektriske passiviteten vil det nå være en minimum, strøm begrensende impedans mellom de to elektrodene. Dette gjør det mulig å koble den delvis eksponerte lokale elektroden direkte til jord uten å risikere særlig strømflyt mellom elektrodene.

Hvis den lokale elektroden er eksponert og koblet til jord (eller et hvilket som helst annet DC-potensial) vildette være fordelaktig fra et ESD-synspunkt, siden en utladning fra fingeren mest sannsynlig vil flyte direkte til den jordede lokale elektroden.

Hvis prinsippet for deteksjon av kapasitans er fasefølsomt kan det være fordelaktig å skreddersy impedansnettverket 13 slik at fasen til signalet på den lokale elektroden har en viss fase i forhold til signalet som skal detekteres. Hvis systemet er skreddersydd slik at de to er 90 grader ut av fase kan det være mulig å redusere effekten av en direkte kobling mellom driverelektroden og den lokale elektroden.

Det kan også være mulig å bruke et AC-signal på driver-ringen med flere frekvenser, av hvilke bare noen frekvenskomponenter er tilstede i signalet fra lokalelektroden. Hvis et bilde blir trukket ut fra én frekvens er det mulig å samtidig oppnå forskjellige typer avbildninger fra forskjellige grader av binding.

En ulempe med bindingen ("Clamping") er at den (på grunn av de endelige verdiene for impedansen 20) kan være vanskelig å binde signalet fullstendig til "null", og det derfor vansligvis vil være et signifikant signal også i tilfellet med en svettefyllt dal. Dette betyr at dalene vil fremstå som "lysegrå" i stedet for hvite, og en slik "dal-forskyvning" kan være uønsket av bildebehandlings-hensyn. Denne effekten kan imidlertid løses ved å koble den lokale elektroden 2 til en "invertert" AC spenning (dvs en AC-spenning 180 grader ute av fase) heller enn et DC-potensial. Hvis amplituden til den inverterte spenningen er riktig tilpasset i forhold til impedansen 20 til den bindende elektroden, kan det være mulig å bringen avlesningen i dalen ned til et nesten "hvitt" nivå, slik at den "fuktighetsavhengige" dalens forskyvning (offset) blir minimalisert.

Binding med en invertert spenning vil imidlertid redusere signalet merkbart også for ryggen, og ikke bare for dalen. For å motvirke denne effekten er det mulig å legge til en tredje elektrode 22 mellom den lokale bindingselektroden og sensorområdet. Denne innerste elektroden, som er mer "lokal" enn den lokale elektroden, bør ha samme eller tilsvarende spenning som driverelektroden, dvs en spenning tilsvarende en høy (rygg-) måling. Effekten av den innerste elektroden 22 er dermed å kompensere for den bindende effekten til den lokale elektroden 2 ved å stimulere fingeravtrykkets rygg 4 med et signal eller en spenning tilsvarende en ryggavlesning. Imidlertid, for at bindingen skal virke etter hensikten, må denne stimuleringen undertrykkes når det er det er en dal 6 fylt med fuktighet over sensorområdet. Dette kan oppnås ved å skreddersy impedansen 19. Når den svettefyllte dalen er til stede bør impedansen mellom den innerste elektroden 22 og punktet 18 (seriekobling av 19 og 10) være merkbart større enn seriekoblingen av 9 og 10, dvs at impedansen mellom den bindende elektroden 2 og punktet 18, slik at bindingen dominerer. Når det er en rygg over sensorområdet skal situasjonen snus rundt slik at den tidligere impedansen (19 og 10 i serie) er mindre enn eller i det minste sammenlignbar med den andre (9 og 10 i serie). Figur 9 og 10 viser en elektrisk modell av strukturen, henholdsvis når det er en rygg eller en dal over sensorområdet. Disse figurene viser også et eksempel på hvordan verdien av 19 kan velges for å oppnå de beskrevne kravene.

Det er flere måter å oppnå en slik verdi 19 i praksis, for eksempel ved å gjøre den innerste elektroden mindre enn den lokale elektroden, ved å dekke den med et tynt dielektrisk materiale, eller en kombinasjon av disse.

Sammenfatningsvis kan det, ved å koble den bindende elektroden 2 til en "invertert" spenning i forhold til driverelektroden (for eksempel invertert med hensyn til "null-avlesningens" spenning), ved å tilpasse amplituden på denne inverterte spenningen og kombinere det med en "innerste" elektrode 22 drevet av driverelektrodens spenning, være mulig å tilpasse signalet slik at en fuktig finger gir en generelt høy avlesning (sammelignbar med lesing gav en tørr rygg) når det er en rygg tilstede og en avlesning nær null for en svettefylt dal.

Om en invertert spenning eller en indre elektrode brukes er det imidlertid også avhengig av at tilstrekkelig kontrast kan oppnås med den jordede, bindende linjen alene, side de ekstra elementene vil øke innretningens kompleksitet.

I en alternativ utførelse av oppfinnelsen kan den innerste elektroden være den eneste kilde for en "driverspenning, og dermed eliminere behovet for en ytre elektroden fullstendig. For å sikre full fleksibilitet kan den yte elektroden beholdes for å kunne skrus av eller på avhengig av forholdene i fingeren.

Generelt kan alle elektrodene utstyres med en mulighet for å bli gjort aktive eller inaktive, som er inkludert i programmerbare brytere slik at elektrodene kan bli programmert til enten å ha en spesifisert spenning eller til å bli tillatt å "flyte" med en høy impedanskobling til andre potensialer. Valget om hvorvidt an elektrode skal skrus på eller av kan for eksempel baseres på målinger på en spesifikk fingerkarakteristikk, for eksempel på den oppnådde kontrasten under den første den av målingene, eller på målinger av fingerens konduktivitet slik som beskrevet i 2001 6013.

Selv med en kombinasjon av lokale og indre elektroder som beskrevet ovenfor kan en tynn svettefilm som er tilstede på overflaten og som ikke er helt plassert i ryggene kan gi opphav til en uønsket, direkte og lav impedanskobling mellom den bindende elektroden og sensorområdet. For å eliminere eller minimere risikoen for slik overføring kan det være mulig å legge til smale ryggstrukturer mellom den bindende elektroden og sensorområdet. Hensikten med denne ryggstrukturen, som må være laget i et isolerende eller svakt ledende materiale, er å splitte opp den tynne, ledende vannfilmen under ryggen, slik at ledningsveien med lav impedans blir brutt. Ryggene må fremdeles være så lave at koblingen gjennom den mye tykkere svetten i dalen sikres. Høyden på ryggstrukturene kan for eksempel være 0,5-2,0um. Hvis elektroden kan lages med en passende høyde kan den innerste elektroden for eksempel fungere som en slik ryggstruktur. Siden ryggen i dette tilfellet er koblet til et bestemt potensiale behøver den ikke å være laget av et isolerende eller svakt ledende materiale.

I mye av den foregående diskusjonen har det vært implisitt antatt at sensoren er en AC-kapasitiv sensor som beskrevet i PCT/NOO1/00239 eller PCT/NO01/00238. De skal forstås at de beskrevne prinsippene også er fgyldige for andre typer kapasitive eller resistive måleprinsipper, særlig DC kapasitive sensorer og den AC kapasitive varianten beskrevet i 2002 1031. Imidlertid, når måleprinsippet endres må spenningsnivåene på de forskjellige elektrodene endres slik at fuktige daler eller rygger i fuktige fingre gir avlesninger med signalnivåer som ligner de som oppnås med tørre fingre.

For eksempel kan sensoren være en DC kapasitiv sensor der tiden det tar for å nå et bestemt spenning måles, der oppladningstiden er representativ for den lagrede ladningen og dermed den kapasitansen mellom sensorområdet og den yte elektroden. I dette tilfellet kan for eksempel den yte elektroden være koblet til jord, og den målende kapasitansen kan være ladet fra utlesningselektronikken av en intern spenning 5 V under ladetids-målingene. I dette tilfelle bør den bindende elektroden 2 for eksempel være koblet til 5 V (direkte eller gjennom impedansen 13). Når en svettefylt dal er til stede vil kapasitoren nå bli ladet "fra begge sider" (både fra utlesningselektronikken og fra den bindende elektroden). Ladetiden vil derfor forkortes, en situasjon der en luftfylt dal er tilstede over sensorområdet og der kapasitansen til jord gjennom fingeren er nær null. Så også i slike tilfeller vil dalen enten være "hvit" eller lyse grå, uavhengig av om den er tørr eller våt. Når ryggen er tilstede vil ladebanen fra den bindende elektroden bli undertrykket av den høyere impedansen gjennom ryggen, noe som vil resultere i en lengre oppladningstid, noe som er typisk for rygger.

På samme måte vil en "invertert" spenning (som brukes ved den bindende banen) i dette tilfellet tilsvare for eksempel -5 V DC.

Endelig kan bindingsprinsippet brukes både for skannere og matrisetypen av sensorer. For matrisetypen kan prinsippet mest effektivt brukes hvis arealet til hvert individuelle sensorelement reduseres, slik at det er plass til en lokale og (hvis nødvendig) indre elektroder mellom tilliggende sensorelementer. Den ytre elektroden kan i dette tilfellet for eksempel være plassert utenfor matriseområdet.

Det bør nevnes her at dette bindingsprinsippet ikke vil virke hvis den bindende elektroden er dekket av et dielektrisk lag med en tykkelse som er sammenlignbar med sensorens eget dielektrikum. Dette kan for eksempel være tilfellet hvis en designere en matrisesensor med "bidireksjonelle" og adresserbare sensorelementer som i patentsøknad PCT/SE99/00195, slik at noen elementer kan adresseres til funksjon som "driverelektroder" og andre (samtidig) som aktive sensorelementer. I dette tilfellet vil impedansen til den lokale elektroden (pr. areal) være sammenlignbar med med impendansen gjennom sensorens dielektrikum til sensorområdet, og den nødvendige effekten til "kortslutningen" ikke være tilstede.

Claims (19)

1. Sensorinnretning for utførelse av målinger på en i det minste delvis ledende overflate, der sensoren omfatter et antall ledende strukturer ved eller direkte under overflaten, hvilke ledende strukturer består av minst én stimulerings- eller strømmottakende elektrode og et antall sensorelementer koblet til avlesningselektrodene i en elektronisk krets for måling av impedans mellom elektrodene og nevnte minst én stimuleringselektrode, karakterisert ved at sensorinnretningen også omfatter minst én bindende elektrode plassert nær sensorelementene og som er koblet til en valgt spenning, der avstanden mellom den bindende elektroden og sensorelementet er mindre enn avstanden mellom ryggene i et fingeravtrykk, fortrinnsvis i området 20-200 um.

2. Sensor ifølge krav 1, der den bindende elektroden er koblet til en valgt AC eller DC-spenning, der denne spenningen er vesentlig forskjellig fra spenningen på stimuleringselektroden.

3. Sensor ifølge krav 2, der den bindende elektroden er koblet til nevnte spenning via et impedansnettverk, for eksempel med en impedans i området 100 - IkOhm.

4. Sensor ifølge krav 1, der den bindende elektroden er forsynt med en spenningsforsyning som påtrykker en varierende spenning eller strøm til overflaten, og der den varierende bindende spenningen har motsatt fase i forhold til stimulerings-signalet.

5. Sensor ifølge krav 1, der de ledende strukturene er plassert på sensoroverflaten, for dermed å oppnå kontakt med den i det minste delvis ledende overflaten.

6. Sensor ifølge krav 1, der de ledende strukturene er delvis eller helt dekket av et dielektrisk materiale.

7. Sensor ifølge krav 1, der sensorelementene er ledende områder på sensoroverflaten, der nevnte områder er kapasitivt koblet til et annet område, og områdene er koblet til avlesningselektrodene i en elektronisk krets.

8. Sensor ifølge krav 1, der sensorelement-områdene ikke er plane, men har topografiske trekk for bedring av kontakten med strukturer på den delvis ledende overflaten.

9. Sensor ifølge krav 1, der sensorelementene er dekket med et dielektrisk materiale.

10. Sensor ifølge krav 1, der en del av banene mellom avlesningselektrodene og sensorområdene er kapasitivt koblet til en elektroden, der en AC spenning kan påtrykkes fra elektroden for delvis å kompensere for AC-signalet som flyter fra fingeren til sensorelementet.

11. Sensor ifølge krav I, der den bindende elektroden er lokalisert mellom stimuleringselektroden og sensorelementene.

12. Sensor ifølge krav 1, der stimuleringselektroden er plassert mellom den bindende elektroden og sensorelementene.

13. Sensor ifølge krav 12, der stimuleringselektroden omgir den bindende elektroden.

14. Sensor ifølge krav 1, der sensoren er en AC-kapasitiv fingeravtrykksensor.

15. Sensor ifølge krav 1, der sensoren er en DC-kapasitiv fingeravtrykksensor.

16. Sensor ifølge krav 1, der sensoren er forsynt med en eller flere rygger eller andre topologiske trekk med høyder i størrelsesorden 0,5-20 um plassert mellom den bindende elektroden og sensorelementene.

17. Sensor ifølge krav 1, der de forskjellige elektrodene er innrettet til å kobles aktive eller inaktive avhengig av bestemte målte trekk ved fingeravtrykket.

18. Sensor ifølge krav 1, der stimuleringselektroden eller den bindende elektroden er koblet til en AC spenningsforsyning som påtrykker et signal omfattende flere frekvenser.

19. Anvendelse av en sensor ifølge et av de foregående kravene for deteksjon av og kompensasjon for fuktighetsvariasjoner i den delvis ledende overflaten.