WO2012072239A1 - Portabler datenträger und verfahren zu seiner kalibrierung - Google Patents

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WO2012072239A1
WO2012072239A1 PCT/EP2011/005986 EP2011005986W WO2012072239A1 WO 2012072239 A1 WO2012072239 A1 WO 2012072239A1 EP 2011005986 W EP2011005986 W EP 2011005986W WO 2012072239 A1 WO2012072239 A1 WO 2012072239A1
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data carrier
strain gauges
portable data
pressure
calibration
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Application number
PCT/EP2011/005986
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English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Baldischweiler
Hans Aschauer
Martin Seysen
Original Assignee
Giesecke & Devrient Gmbh
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Publication date
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    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06K—GRAPHICAL DATA READING; PRESENTATION OF DATA; RECORD CARRIERS; HANDLING RECORD CARRIERS
    • G06K19/00—Record carriers for use with machines and with at least a part designed to carry digital markings
    • G06K19/06—Record carriers for use with machines and with at least a part designed to carry digital markings characterised by the kind of the digital marking, e.g. shape, nature, code
    • G06K19/067—Record carriers with conductive marks, printed circuits or semiconductor circuit elements, e.g. credit or identity cards also with resonating or responding marks without active components
    • G06K19/07—Record carriers with conductive marks, printed circuits or semiconductor circuit elements, e.g. credit or identity cards also with resonating or responding marks without active components with integrated circuit chips
    • G06K19/077—Constructional details, e.g. mounting of circuits in the carrier
    • G06K19/07701—Constructional details, e.g. mounting of circuits in the carrier the record carrier comprising an interface suitable for human interaction
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/0414—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means using force sensing means to determine a position
    • G06F3/04142—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means using force sensing means to determine a position the force sensing means being located peripherally, e.g. disposed at the corners or at the side of a touch sensing plate
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    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/0416—Control or interface arrangements specially adapted for digitisers
    • G06F3/0418—Control or interface arrangements specially adapted for digitisers for error correction or compensation, e.g. based on parallax, calibration or alignment

Definitions

  • the present invention relates to a portable data carrier having a deformable data carrier body with at least three strain gauges, which is set up as an input field, and a method for calibrating the input field and a method for operating such a portable data carrier.
  • the strain gauges and the input field created by them can serve in particular as an input device of the data carrier.
  • Portable data carriers with user interfaces in the form of input devices are known in various embodiments.
  • Portable data carriers in the sense of the present specification are, for example, chip cards, credit cards, mobile liming terminals, smartphones and the like.
  • simple buttons, keyboards, touchpads or touch-sensitive displays are known as input devices.
  • the keyboards are designed, for example, as membrane keypads.
  • the spatially resolved detection of a touch of a touchpad or a touch-sensitive display is based, for example, on capacitive, inductive, optical or acoustic detection methods.
  • Such input devices generally have the disadvantage that they require a complex structure, a complex mechanism and / or an elaborate evaluation, which on the one hand increases the cost of producing such emissive devices and on the other limits their lifetime.
  • portable data carriers are known with a deformable card body, which with the help of one or more sensors, such as Pressure sensors or strain gauges can register a pressure exerted on the card body pressure.
  • the card body can thus serve as a user interface and input surface.
  • a precise spatial resolution that is, a determination of the coordinates of the pressure point at which an example punctiform force has been exercised, can be realized in known portable data carriers only by providing a large number of such sensors, which makes such a portable data carrier structurally complex and corresponding makes expensive in the production.
  • the portable data carrier If only a small number of sensors are provided in the portable data carrier, then, for example, only the application of one pressure or a very rough spatial resolution can be achieved. For example, it may be sufficient to recognize certain characteristics in an input, such as a signature on the card body, thus authorizing a user, such characteristics being present, for example, in the course of the value of electrical resistance of one or more strain gauges.
  • the portable disk should continue to be inexpensive and have a little expensive structure.
  • a portable data carrier a method for calibration, a method for producing a data carrier and a method for determining the position of a point of an input field on a deformable data carrier body of a data carrier according to one of the independent patent claims.
  • Advantageous embodiments and further developments are specified in the dependent claims.
  • the present invention is based on the finding that even with the provision of at least three strain gauges, an unambiguous assignment of the detected electrical resistances to an applied pressure can be provided, which is a determination of the absolute position of the pressure point on the card body, that is to say a determination of Coordinates of the pressure point allowed.
  • Strain gauges are particularly suitable for this because they can be easily arranged in or on the card body because of their small dimensions.
  • strain gauges can be designed to be highly sensitive so that the electrical resistance of a strain gauge changes in a readily measurable manner, even at low deformations. Another advantage of using strain gages is that they are available with reasonable accuracy at acceptable prices.
  • the portable data carrier comprises a deformable data carrier body with at least three strain gages set up as an input field.
  • a detection device is furthermore provided on the portable data carrier and is set up to record the values of the electrical resistances of the at least three strain gauges which result when a point with the input field, referred to below as the pressure point, has a pressure with a compressive force, ie with a given strength of force.
  • a memory device is provided on the portable data carrier, in which an imaging instruction for calculating at least the coordinates of the pressure point and possibly also the pressure force by application of the mapping rule is stored on the detected resistance values of the strain gauges.
  • an input field on a deformable data carrier body of a data carrier is understood to mean a not necessarily sharply demarcated area of the surface of this data carrier body within which a pressure on a point of this surface causes a measurable change in the resistances of the strain gauges Conclusions about the position or the amount of pressure allowed at this position.
  • the entire surface of the volume body or of the portable volume preferably forms the input field
  • a deformable data carrier body of a data carrier is understood to mean an elastically deformable, in particular a flexible or a flexible, preferably card-shaped data carrier body of a portable data carrier.
  • deformable data carrier bodies are chip cards or credit cards, for example in IDO format.
  • Strain gauges are known in a variety of designs and are made of different materials using different methods. Strain gauges (DMS) are often linear strain gauges which are particularly sensitive in a particular direction and have meandering conductor patterns in this direction. However, rosette-type or star-shaped arrangements of meander-shaped conductor structures are also known, which can detect corresponding deformations in different directions. In the present invention, such arrangements of conductor structures are also referred to as strain gauges.
  • a deformation of the conductor structure results in a change in the resistance of the conductor structure.
  • the change in resistance which can be detected by means of a control device or detection device connected to the strain gage can be used to deduce the mechanical deformation of the strain gage and thus of the data carrier body.
  • the portable data carrier according to the invention and the operating method according to the invention for such a portable data carrier make it possible to determine the coordinates of one or more pressure points, on which a pressure with a preferably punctiform pressure force is exerted.
  • the absolute position of the one or more pressure points on the input field of the data carrier body can be determined.
  • the compressive force is determined. This allows a variety of applications.
  • the input field which preferably extends over the entire volume body, can be operated in a manner similar to a touchpad.
  • the course of an input on the input field that is, a sequence of pressure points can be determined. This makes it possible to determine certain characteristics, such as the speed or pressure force curve, during the input and, for example, to use for handwriting or signature recognition or detection.
  • a user of the portable data carrier can be characterized or authorized. If the compressive force is also determined by the application of the mapping rule to the resistance values of the strain gauges, the performance and accuracy of such methods are significantly increased.
  • the portable data carrier body according to the invention can also be used, for example, as a keyboard or virtual keyboard.
  • areas in the manner of a keyboard that is to say keypads, can be identified on the data carrier body in the region of the input field, for example by imprinting or by projection.
  • an input for example, a print on the input field
  • one of the keypads are assigned and preferably processed as a corresponding keyboard input.
  • the requirements for the accuracy of the mapping regulation in comparison to the previously described use for handwriting or signature recognition or detection are low. For example, the determination of the coordinates can be done with less accuracy.
  • the mapping rule is stored on the data carrier, for example in a memory device.
  • the mapping rule may be a dependent on the type of portable data carrier mapping rule that is used in all portable data carriers of the same type, ie, for example, in all portable data carriers with the same mechanical properties and the same arrangement of at least three strain gauges.
  • the local deposit of the imaging protocol on the portable data carrier according to the invention also makes it possible to use an imaging protocol that is individual for each portable data carrier and compensates, for example, for variations and tolerances resulting, for example, in the positioning of the strain gauges in the production of the portable data carrier according to the invention. Accordingly, for example, the requirements for the accuracy of the positioning of the strain gauges in the manufacture of the portable data carrier can be reduced.
  • the mapping rule may be, for example, an executable function or one or more input parameters for such a function.
  • the execution of the mapping rule is done in a computing device, which may be part of the portable data carrier or provided externally to this in principle.
  • the computing device is part of the portable data carrier.
  • the coordinates and optionally the compressive force can be determined from the measured resistance values of the strain gauges of a pressure applied to the input field.
  • Such a portable data carrier can thus be used as an autonomous unit that can process inputs on the input field independently of external devices.
  • a data carrier-specific mapping rule is stored in the portable data carrier which, for example, compensates manufacturing tolerances
  • the mapping rule is preferably determined by means of a calibration method, comprising the steps of: a) applying a pressure with a predetermined force to a predetermined calibration point of the input field, wherein the given force and the coordinates of the predetermined calibration point form an input value tuple; b) detecting the occurring values of the electrical resistances of the at least three strain gauges, wherein the detected electrical resistance values form an initial value tupper associated with the input value tuple; c) repeating steps a) and b) for a plurality of different predetermined calibration points and / or predetermined forces; d) Determining a mapping rule which maps the detected output value tuple to the respectively associated input value tuple or to the coordinates of the calibration points of the respectively associated input value tuple.
  • a calibration point is understood to mean a point of the input field whose coordinates, that is to say its position
  • Calibration generally requires a plurality of calibration points.
  • a plurality of calibration points are provided on the input field.
  • the coordinates of the calibration point form an input value tuple in the sense of the calibration method according to the present invention, that is to say a related group of input values.
  • the electrical resistance values of the strain gauges change upon exertion of a preferably punctiform pressure to a point of the input field, in particular to a calibration point
  • the electrical resistance values of the at least three strain gauges measured in the exercise of a pressure with a predetermined force to a predetermined calibration point form an output value tuple in the sense of the calibration method according to the present invention, that is, a related group of output values.
  • the repetition of the application of pressure and the detection of the resistance values occurring for a multiplicity of different, predetermined calibration points and / or predetermined forces can take place in different ways.
  • the calibration points can be approached one after the other during the pressure exertion, and different time intervals can be set for each calibration point Forces are exercised.
  • the result of the calibration procedure is a multiplicity of input value tuples, to each of which an associated output value tuple exists.
  • a mapping rule is determined, which maps the plurality of output value tuples to the respective associated input value tuple or at least to the coordinates of the calibration points of the respective associated input value tuple. Since the output value tuples consist of resistance values of the at least three strain gauges, and since the input value tuples consist of the predetermined forces and predetermined positions, preferably from the coordinates, of the calibration points, this mapping rule permits later use of the data carrier according to the invention, a measured resistance tuple. which results as a result of a pressure exerted on a point of the input field, that is to say on a pressure point with a pressure force, the coordinates of the pressure point and optionally also the exerted pressure force.
  • Such a calibration method is preferably part of the manufacturing method of such a portable data carrier.
  • the plurality of calibration points has a regular arrangement on the data carrier body, preferably a matrix-shaped arrangement, particularly preferably a quadrangular, rectangular, square or triangular arrangement, in particular an equilateral triangular arrangement.
  • the mapping rule determined with the aid of the calibration method is stored in a memory device of the portable data carrier after the end of the calibration procedure. In this way, application of the mapping rule to detected resistance values in the application can be accessed very easily.
  • the pressure of the predetermined force is applied to the predetermined calibration points, preferably by means of a movable pin, air nozzle or dot matrix printer or similar means.
  • a suitable tool for applying the contact pressure in the calibration process is the accuracy of the positioning of this tool and the applicability of the contact pressure, so that the components of the input tuple are determined with sufficient accuracy.
  • the accuracy with which these values can be determined also determines the later possible accuracy in determining the coordinates of the pressure point within the input field and the pressure force in the case of the portable data carrier.
  • the electrical resistances are expediently detected by a device which is integrated on or in the data carrier body, this detection device can also be advantageously used in the detection of the values of the electrical resistances of the strain gauges during the calibration.
  • the determination of the mapping rule in the context of the calibration method is preferably carried out with the aid of a multi-dimensional regression analysis which covers the plurality of the calibration method Output tuple and the large number of associated input tuple processed. While the input value tuples consist of the position data of the respective calibration point and the applied force, ie, for example, three-dimensional input tuples, the dimension of the output tuple is determined by the number of strain gauges and thus by the number of resistance values to be measured.
  • the strain gauges are arranged on the deformable data carrier body or in the data carrier body parallel to or on the edges or the bisectors of a preferably equilateral triangle or a square. Arrangements of this type mean that the directions of highest measuring sensitivity of the linear strain gauges usually used are distributed as uniformly as possible so that different strain gauges detect as far as possible different strain events on the surface of the data carrier body.
  • the portable data carrier has exactly three linear strain gauges which are arranged in the middle of the sides of an equilateral triangle, the directions showing maximum sensitivity in each case along the sides of the triangle.
  • the portable data carrier exactly three linear strain gauges, which are arranged on the bisector of an equilateral triangle symmetrical to the center of the triangle, the directions of maximum sensitivity show each to the center of the triangle.
  • the portable data carrier has exactly four linear strain gauges, which are arranged in the middle of the sides of a rectangle, the directions of maximum measuring sensitivity in each case pointing to the center of the rectangle.
  • the portable data carrier exactly four linear strain gauges, which are arranged on the bisector of a rectangle symmetrical to the center of the rectangle, the directions show maximum sensitivity to the center or along the sides of the rectangle.
  • the input field is defined by the area lying between the at least three strain gauges. However, depending on the sensitivity and accuracy of the strain gauges and the accuracy of the mapping rule, the input field may also go beyond that.
  • the strain gauges are arranged in the edge region of the data carrier body, for example in its corners.
  • the strain gauges on the portable data carrier according to the present invention are formed as printed or etched electrically conductive structures. This type of production of the strain gauges on the data carrier body offers advantages in terms of cost, robustness and mechanical connection with the data carrier body in comparison with alternative ways of attaching, for example, film strain gauges.
  • the volume body of the portable data carrier can be designed in multiple layers. Various layers, preferably of suitable plastic materials, can be joined thereto, for example by means of lamination.
  • one or more layers of the volume body may be provided with one or more recesses in the area where the strain gauges are located in a closely adjacent or adjacent layer. That is, the recesses are in the disk body preferably in particular laterally and / or above and / or below the strain gauge. Particularly preferred are the side of the strain gauge recesses, while above and below the strain gauge no recesses are provided.
  • the deformation of the data carrier body in the region of the support point which is assigned to the corresponding strain gauge and is usually arranged in the immediate vicinity of the strain gauge, be more pronounced if the data carrier body is mounted when exerting a force on the disk on the support point. Accordingly, the sensitivity of the strain gauges can be increased because with the disk body and the strain gauges deformed more and therefore a change in resistance over a larger Inter- vall of resistance values is detectable.
  • the created recess may be designed as a cavity or be completely or partially filled with a flexible or compressible material. Accordingly, the degree of additional deformation due to the recess can be adjusted.
  • connection lines and connection points of the strain gauges via which the values of the electrical resistances of the strain gauges are detected, are designed or arranged such that the strain gauges by the configuration or the arrangement of the connecting lines and Connection points are electrically interconnected such that a current flowing through two connection points, always flows through two electrically connected in series strain gauge. In this way, the number of connecting lines can be reduced.
  • an embodiment of the invention is particularly preferred in which the resistances of the strain gages have values which are equal to half the resistance values customary for strain gauges whose resistance values are detected individually.
  • Such conventional resistance values are 120, 350 or 1000 ohms. Consequently, the resistance values of the at least three strain gauges are respectively 60, 175 or 500 ohms. This measure is related to the fact that in a series connection of two resistors each of the strain gauges, the sum resistors correspond to the usual resistors, if the resistances of the individual strain gauges are reduced to half.
  • a portable data carrier is preferred in which the detection device for detecting the electrical resistances of individual strain gages is set up from measurements of the electrical sum resistances of a plurality of strain gauges connected in series in series.
  • This embodiment is particularly advantageous in connection with the paired series connection of strain gauges, because in this case a conversion of detected sum resistances to individual resistances is required to determine individual resistance changes or resistors.
  • This plurality of measurements are preferably carried out sequentially.
  • Figure 1 shows a first preferred embodiment of a data carrier according to the invention in plan view
  • Figure 2 shows a second preferred embodiment of a data carrier according to the invention in plan view
  • Figure 3 shows a third preferred embodiment of a data carrier according to the invention in plan view
  • Figure 4 shows a fourth preferred embodiment of a data carrier according to the invention in plan view
  • Figure 5 shows a fifth preferred embodiment of a data carrier according to the invention in plan view
  • Figure 6 shows a sixth preferred embodiment of a data carrier according to the invention in plan view
  • Figure 7 shows a seventh preferred embodiment of a data carrier according to the invention in plan view
  • Figure 10 is a schematic representation of a keypad; a further preferred embodiment of the data carrier according to the invention; a further preferred embodiment of the data carrier according to the invention; a further preferred embodiment of the data carrier according to the invention; a further preferred embodiment of the data carrier according to the invention with a schematic representation of a matrix-shaped arrangement of calibration points; the resistance curve in three strain gauges for a pressure with three different strengths of the contact pressure on four different points of a matrix arrangement of calibration points; and a schematic representation of the plurality of starting value tuples.
  • a portable data carrier which is shown in FIG. 1 in the form of a chip card, comprises a data carrier body which is formed, for example, by laminating various plastic layers. Other data carrier materials can also be used, for example paper or cardboard.
  • the portable data carrier comprises a chip 30 embedded in the data carrier body, which also contains a memory device in addition to a processor. Chip 30 preferably includes those used to carry out the method of calibration according to the invention and to perform the imaging required data processing means. Furthermore, three strain gauges 20, 20 ', 20 "are arranged on the data carrier body.
  • four linear strain gages 20, 20 ', 20 “, 20'” are arranged on the edges of a rectangle, their sensitive direction pointing parallel to these edges.
  • the four strain gauges 20, 20 ', 20 “, 20'” are arranged symmetrically to the center of the rectangle.
  • This arrangement of the four strain gauges 20, 20 ', 20 “, 20'” produces an input field 40, within which the application of pressure to a point results in measurable resistance changes of the four strain gauges from whose values the position of the pressure is derived can. If the pressure point lies outside of the input field 40, the accuracy of the position determination of the pressure point and optionally the determination of the pressure force will decrease as the distance of the pressure point from the input field 40 increases.
  • Figures 3 and 4 show alternative arrangements of four linear strain gauges 20, 20 ', 20 “, 20'” on a data carrier body.
  • the four linear strain gauges 20, 20 ', 20 “, 20'” lie on the edges of a rectangle, their sensitive direction now pointing to the center of the rectangle.
  • the four strain gages 20, 20 ', 20 “, 20'” lie on the bisector of a rectangle or parallel to these bisectors and respectively point to the center of the rectangle.
  • strain gauges 20, 20 ', 20 may also be in the form of a star or according to FIG. 6 in a triangular form, and here preferably in the form of an isosceles or equilateral triangle. to be ordered.
  • the angles ⁇ , ⁇ , ⁇ are each 120 °.
  • the angles ⁇ , ⁇ , ⁇ are each 60 °.
  • an arrangement of strain gauges is advantageous in which the directions of maximum sensitivity of the changes in resistance due to deformation are distributed as equally as possible. At the same time, strain gauges with identical directions of maximum sensitivity are positioned far from each other (see Figures 2, 3 and 4).
  • three strain gauges are arranged at angles of 45 ° to each other, ie on the edges or parallel to the edges of a square and on the bisecting line or parallel to the bisector of this square.
  • the input field 40 that is to say the area of the data carrier surface in which a sufficiently accurate determination of the position of a pressure point and optionally of the applied pressure force is possible, is significantly larger in such an arrangement than that spanned by the three strain gages 20, 20 ', 20 "
  • An authentication feature may not necessarily be a sequence of alphanumeric characters entered, for example, via a keyboard or a virtual keyboard, but any movement pattern, such as a signature or a Chinese character or the like, may serve as an authentication feature measured resistance data is not only the
  • strain gauges can also be used to determine the position of pressure points, for example to emulate a keypad and thus form a virtual keyboard.
  • a square matrix of points is defined, with which the keys of a keypad are logically associated.
  • PINs personal identification numbers
  • authorization codes such as transaction numbers
  • FIG. 11 shows a further preferred embodiment of the data carrier according to the invention, in which the resistances of the three strain gauges placed radially on the data carrier body are connected in series with suitably arranged connecting leads 50, 50 'in pairs such that a current which is between each two of the terminals or measuring points MP1, MP2 or MP3 always flows through a series connection of two strain gages 20, 20 ', 20 " Strain gauges 20, 20 ', 20 “are identical and are each 60, 175 or 500 ohms, so that the sum resistances of each two series-connected strain gauges have the usual values of 120, 350 or 1000 ohms, for the commercial A / D - Converters are available.
  • R1 1/2 [(R1 + R2) + (R1 + R3) - (R2 + R3)]. Corresponding formulas apply for the individual resistors R2 and R3 and also for situations in which more than three strain gages are connected in pairs in series.
  • FIG. 14 shows a preferred exemplary embodiment of a portable data carrier according to the invention, in whose input field 40 a matrix-shaped arrangement of calibration points 60, 60 ', 60 “, 60'” is provided.
  • these calibration points 60, 60', 60", 60 '” are preferably sequentially timed by a suitable tool, such as a movable pin, an air pressure nozzle, or a dot matrix printer.
  • a suitable tool such as a movable pin, an air pressure nozzle, or a dot matrix printer
  • the pressure tool used for calibration ie the movable stylus, the dot matrix printer, the air pressure nozzle or the like, sequentially applies various punctiform forces to the calibration points. For example, three different forces are applied successively to each calibration point.
  • FIG. 15 shows the time profile of the electrical resistances of the three strain gages 20, 20 ', 20 "when the four calibration points 60, 60', 60", 60 '"are approached and three predetermined forces are exerted at each calibration point, the forces increase at each calibration point and at each calibration point the identical three forces are exerted.
  • the three curves of Figure 15 show the waveform of the three strain gauges 20, 20 ', 20 ".
  • the first three excursions of the detected resistances thus, the second three excursions in FIG. 15 show the calibration of calibration point 60 '.
  • the third and fourth three excursions correspond to the calibration points 60 "and 60 '".
  • the strain gauge 20 is particularly sensitive to the calibration point 60
  • the strain gauge 20 ' is particularly sensitive to the calibration point 60'
  • the calibration point 60 is in the direction of maximum sensitivity of strain gages 20 ", and the calibration point 60 in the direction of highest sensitivity of strain gages 20 '.
  • FIG. 16 shows a graphical illustration, a so-called three-dimensional "scatterplot", of the resistance values acquired during the calibration
  • Each point in the three-dimensional coordinate system of FIG. 16 whose axes are the resistance values of the three strain gauges 20, 20 ', 20 "represents one Pressure on a predetermined calibration point with a predetermined force.
  • Each branch 70, 70 ', 70 "of the tree-like structure shown in Figure 16 corresponds to the application of various forces to one of the sixteen calibration points shown in Figure 14.
  • the individual points of a branch associated with a calibration point correspond to different ones at that calibration point
  • Each point forms an initial value tuple, that is, a group of associated resistance values of the three strain gauges 20, 20 ', 20 ".
  • the measured values shown in this scatterplot of FIG. 16 are now used as data for a multidimensional regression analysis or a similar method with the aid of which a mapping rule is determined which determines the detected output value tuples, that is to say the detected electrical signals Resistances of the three strain gauges on the respectively associated input value tuple, ie the coordinates of the predetermined calibration points and the predetermined forces applied to each of them maps.
  • the mapping rule obtained in this way is then used in the intended use of the portable data carrier to the registered in the application, that is, at a pressure on one or more arbitrary points of the input field resistance values of the three strain gauges the associated coordinates of the pressure points in the input field and if necessary, assign the exerted pressure forces.
  • the time profiles of the resistances of the three strain gauges are determined and, with the aid of the mapping rule, a time curve in the input field is calculated.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen portabler Datenträger, umfassend einen als Eingabefeld eingerichteten deformier baren Datenträgerkörper (10) mit mindestens drei Dehnungsmessstreifen (20, 20', 20", 20"'), mit einer Erfassungseinrichtung, die eingerichtet ist, die Werte der elektrischen Widerstände der wenigstens drei Dehnungsmessstreifen zu erfassen, und einer Speichereinrichtung (30), in der eine Abbildungsvorschrift abgelegt ist, die bei Anwendung auf die Werte der elektrischen Widerstände der wenigstens drei Dehnungsmessstreifen, die sich ergeben, wenn auf einen Druckpunkt des Eingabefeldes ein Druck mit einer Druckkraft ausgeübt wird, zumindest die Koordinaten des Druckpunkts bestimmt.

Description

Portabler Datenträger und Verfahren zu seiner Kalibrierung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen portablen Datenträger mit einem als Eingabefeld eingerichteten, deformierbaren Datenträgerkörper mit mindestens drei Dehnungsmessstreifen, sowie ein Verfahren zur Kalibrierung des Eingabefelds und ein Verfahren zum Betrieb eines solchen portablen Datenträgers. Die Dehnungsmessstreifen und das durch sie geschaffene Eingabe- feld können insbesondere als Eingabeeinrichtung des Datenträgers dienen.
Portable Datenträger mit Benutzerschnittstellen in Form von Eingabeeinrichtungen sind in verschiedenen Ausführungsformen bekannt. Portable Datenträger im Sinne der vorliegenden Schrift sind beispielsweise Chipkarten, Kreditkarten, Mobilhinkendgeräte, Smartphones und dergleichen. Als Eingabeeinrichtungen sind dabei beispielsweise einfache Taster, Tastaturen, Touchpads oder berührungsempfindliche Displays bekannt. Die Tastaturen sind beispielsweise als Folientastaturen ausgebildet. Das ortsaufgelöste Erkennen einer Berührung eines Touchpads oder eines berührungsempfindli- chen Displays basiert beispielsweise auf kapazitiven, induktiven, optischen oder akustischen Erkennungsverfahren. Solche Eingabeeinrichtungen weisen allgemein den Nachteil auf, dass sie einen aufwändigen Aufbau, eine aufwändige Mechanik und/ oder eine aufwändige Auswerteelektronik erfordern, was zum einen die Herstellung solcher Emgabeeinrichtungen verteuert und zum anderen deren Lebensdauer begrenzt. Dies ist insbesondere problematisch in Datenträgern, die bauartbedingt wenig Bauraum für solche Eingabeeinrichtungen bereitstellen und/ oder in großen Stückzahlen hergestellt werden, wie es beispielsweise bei Chipkarten der Fall ist. Daneben sind portable Datenträger mit einem deformierbaren Kartenkörper bekannt, welche mit Hilfe eines oder mehrerer Sensoren, wie beispielsweise Drucksensoren oder Dehnungsmessstreifen, einen auf den Kartenkörper ausgeübten Druck registrieren können. Der Kartenkörper kann somit als Benutzerschnittstelle und Eingabefläche dienen. Eine genaue Ortsauflösung, das heißt eine Bestimmung der Koordinaten des Druckpunkts, an dem eine beispielsweise punktförmige Kraft ausgeübt wurde, kann in bekannten portablen Datenträgern nur durch das Vorsehen einer großen Zahl solcher Sensoren realisiert werden, was einen solchen portablen Datenträger vom Aufbau her aufwändig und entsprechend teuer in der Herstellung macht. Wird in dem portablen Datenträger nur eine geringe Anzahl von Sensoren vorge- sehen, so kann beispielsweise lediglich das Ausüben eins Drucks oder eine sehr grobe Ortsauflösung erreicht werden. Zum Beispiel kann es ausreichend sein, bestimmte Charakteristiken in einer Eingabe, beispielsweise eine Unterschrift auf dem Kartenkörper, zu erkennen, um somit einen Benutzer zu autorisieren, wobei solche Charakteristiken beispielsweise in dem Verlauf des Werts des elektrischen Widerstands von einem oder mehreren Dehnungsmessstreifen vorliegen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen portablen Datenträger mit einem Eingabefeld anzugeben, der eine ortsaufgelöste Erfassung ei- nes auf das Eingabefeld ausgeübten Drucks gestattet. Der portable Datenträger soll weiterhin kostengünstig sein und einen wenig aufwändigen Aufbau aufweisen.
Diese Aufgabe wird durch einen portablen Datenträger, ein Verfahren zur Kalibrierung, ein Verfahren zur Herstellung eines Datenträgers und ein Verfahren zur Bestimmung der Position eines Punktes eines Eingabefeldes auf einem deformierbaren Datenträgerkörper eines Datenträgers nach einem der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass bereits bei Vorsehen von zumindest drei Dehnungsmessstreifen eine eindeutige Zuordnung von den erfassten elektrischen Widerständen zu einem ausgeübten Druck geschaffen werden kann, die eine Bestimmung der absoluten Position des Druckpunktes auf dem Kartenkörper, das heißt eine Bestimmung der Koordinaten des Druckpunktes gestattet. Dehnungsmessstreifen sind hierfür besonders geeignet, da sie wegen ihrer kleinen Abmessungen leicht in bzw. auf dem Kartenkörper angeordnet werden können. Zudem können Deh- nungsmessstreifen hochempfindlich ausgelegt werden, so dass sich auch bei geringen Verformungen der elektrische Widerstand eines Dehnungsmessstreifens in leicht messbarer Weise ändert. Ein weiterer Vorteil des Einsatzes von Dehnungsmessstreifen besteht darin, dass diese mit einer ausreichenden Messgenauigkeit zu akzeptablen Preisen verfügbar sind.
Entsprechend umfasst der erfindungsgemäße portable Datenträger einen als Eingabefeld eingerichteten deformierbaren Datenträgerkörper mit mindestens drei Dehnungsmessstreifen. Auf dem portablen Datenträger ist ferner eine Erfassungseinrichtung vorgesehen und dazu eingerichtet, die Werte der elektrischen Widerstände der wenigstens drei Dehnungsmessstreifen zu erfassen, die sich ergeben, wenn auf einen Punkt des Eingabefeldes, im Folgenden als Druckpunkt bezeichnet, ein Druck mit einer Druckkraft, das heißt mit einer gegebenen Stärke der Kraft, ausgeübt wird. Weiterhin ist auf dem portablen Datenträger eine Speichereinrichtung vorgesehen, in der eine Ab- bildungsvorschrift zur Berechnung zumindest der Koordinaten des Druckpunkts und gegebenenfalls auch der Druckkraft durch Anwendung der Abbildungsvorschrift auf die erfassten Widerstandswerte der Dehnungsmessstreifen gespeichert ist. Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb eines solchen portablen Datenträgers mit einem als Eingabefeld eingerichteten deformierbaren Datenträgerkörper mit mindestens drei Dehnungsmessstreifen, umfasst die Schritte:
A) Erfassen der infolge eines auf einen Druckpunkt des Eingabefeldes mit einer Druckkraft ausgeübten Drucks auftretenden Werte der elektrischen Widerstände der mindestens drei Dehnungsmessstreifen, und B) Bestimmen der Koordinaten des Druckpunkts und gegebenenfalls zudem der Druckkraft durch Anwendung einer Abbildungsvorschrift auf die er- fassten Werte der elektrischen Widerstände.
Im Zusammenhang mit der Beschreibung der vorliegenden Erfindung soll unter einem Eingabefeld auf einem deformierbaren Datenträgerkörper eines Datenträgers ein nicht notwendigerweise scharf abgegrenzter Bereich der Oberfläche dieses Datenträgerkörpers verstanden werden, innerhalb dessen ein Druck auf einen Punkt dieser Oberfläche eine messbare Änderung der Widerstände der Dehnungsmessstreifen hervorruft, welche Rückschlüsse auf die Position oder auf die Stärke des Drucks an dieser Position erlaubt. Bevorzugt bildet die gesamte Oberfläche des Datenträgerköpers oder des portablen Datenträgers das Eingabefeld
Unter einem deformierbaren Datenträgerkörper eines Datenträgers soll in diesem Zusammenhang ein elastisch deformierbarer, insbesondere ein biegsamer oder ein flexibler, vorzugsweise kartenförmiger Datenträgerkörper eines portablen Datenträgers verstanden werden. Beispiele für solche deformierbaren Datenträgerkörper sind Chipkarten oder Kreditkarten, beispielsweise im IDO-Format. Dehnungsmessstreif en sind in den verschiedensten Bauformen bekannt und werden aus verschiedenen Materialien mittels verschiedener Verfahren hergestellt. Dehnungsmessstreifen (DMS) sind häufig lineare Dehnungsmess- streifen, die in einer bestimmten Richtung besonders empfindlich sind und in dieser Richtung mäanderf örmig angeordnete Leiterstrukturen aufweisen. Es sind jedoch auch rosettenartige oder sternförmige Anordnungen von mä- anderförmigen Leiterstrukturen bekannt, die entsprechende Deformationen in verschiedenen Richtungen erfassen können. In der vorliegenden Erfin- dung werden auch solche Anordnungen von Leiterstrukturen als Dehnungsmessstreifen bezeichnet. Diesen Strukturen ist gemeinsam, dass eine Deformation der Leiterstruktur beispielsweise aufgrund einer externen Krafteinwirkung, eine Widerstandsänderung der Leiterstruktur zur Folge hat. Von der Widerstandsänderung wiederum, welche mittels einer mit dem Dehnungsmessstreifen verbundenen Steuereinrichtung oder Erfassungseinrichtung detektiert werden kann, kann auf die mechanische Verformung des Dehnungsmessstreifens und somit des Datenträgerkörpers zurück geschlossen werden. Der erfindungsgemäße portable Datenträger und das erfindungsgemäße Betriebsverfahren für einen solchen portablen Datenträger gestattet es, die Koordinaten von einem oder mehreren Druckpunkten, auf welche ein Druck mit einer vorzugsweise punktförmigen Druckkraft ausgeübt wird, zu bestimmen. Mit anderen Worten kann die absolute Lage des einen oder der mehreren Druckpunkte auf dem Eingabefeld des Datenträgerkörpers bestimmt werden. Vorzugsweise wird auch die Druckkraft bestimmt. Dies gestattet eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten. Beispielsweise kann das Eingabefeld, welches sich vorzugsweise über den gesamten Datenträgerkörper erstreckt, in ähnlicher Weise wie ein Touchpad betrieben werden. Ebenso kann der Verlauf einer Eingabe auf dem Eingabefeld, das heißt eine Abfolge von Druckpunkten bestimmt werden. Damit ist es möglich, bestimmte Charakteristiken, Wie beispielsweise den Geschwindigkeits- oder Druckkraft- Verlauf, während der Eingabe zu bestimmen und beispielsweise zur Handschriften- oder Unterschriftenerkennung oder -erfassung zu verwenden. Damit kann beispielsweise ein Benutzer des portablen Datenträgers charakterisiert oder autorisiert werden. Wird durch die Anwendung der Abbildungsvorschrift auf die erf assten Widerstandswerte der Dehnungsmessstreifen auch die Druckkraft bestimmt, so erhöht sich die Leistungsfä- higkeit und Genauigkeit solcher Verfahren deutlich.
Der erfindungsgemäße portable Datenträgerkörper kann beispielsweise auch als Tastatur bzw. virtuelle Tastatur verwendet werden. Dazu können auf dem Datenträgerkörper im Bereich des Eingabefelds Bereiche nach Art einer Tastatur, das heißt Tastenfelder, gekennzeichnet werden, beispielsweise durch Aufdrucken oder durch Projektion. Mit Hilfe der Abbildungsvorschrift des portablen Datenträgers kann eine Eingabe, beispielsweise ein Druck auf das Eingabefeld, einem der Tastenfelder zugeordnet werden und vorzugsweise als entsprechende Tastatureingabe verarbeitet werden. Bei einer solchen Verwendung des erfindungsgemäßen Datenträgers sind die Anforderungen an die Genauigkeit der Abbildungsvorschrift im Vergleich zu der vorher beschriebenen Verwendung zur Handschriften- oder Unterschriftenerkennung oder -erfassung gering. Beispielsweise kann die Bestimmung der Koordinaten mit geringerer Genauigkeit erfolgen. Auf die Bestimmung der beim Druck ausgeübten Druckkraft kann verzichtet werden. Entsprechend verringert sich auch der Rechenaufwand bei der Anwendung der Abbildungsvorschrift und die Anforderungen an die Genauigkeit bei der Erfassung der elektrischen Widerstände der Dehnungsmessstreifen. Erfindungsgemäß ist die Abbildungsvorschrift auf dem Datenträger hinterlegt, beispielsweise in einer Speichereinrichtung. Dadurch ist es zum einem möglich, unabhängig von externen Informationen die erfassten Widerstandswerte der Dehnungsmessstreifen auf die Koordinaten des Druck- punkts und gegebenenfalls auf die Druckkraft abzubilden. Die Abbildungsvorschrift kann dabei eine vom Typ des portablen Datenträgers abhängige Abbildungsvorschrift sein, die in allen portablen Datenträger des gleichen Typs verwendet wird, also beispielsweise in allen portablen Datenträgern mit den selben mechanischen Eigenschaften und der selben Anordnung der mindestens drei Dehnungsmessstreifen. Die erfindungsgemäß lokale Hinterlegung der Abbildungsvorschrift auf dem portablen Datenträger gestattet es jedoch auch eine für jeden portablen Datenträger individuelle Abbildungsvorschrift zu verwenden, die beispielsweise Variationen und Toleranzen, die sich zum Beispiel in der Positionierung der Dehnungsmessstreifen bei der Herstellung des erfindungsgemäßen portablen Datenträgers ergeben, ausgleicht. Entsprechend können beispielsweise die Anforderungen an die Genauigkeit der Positionierung der Dehnungsmessstreifen bei der Herstellung des portablen Datenträgers verringert werden. Die Abbildungsvorschrift kann dabei beispielsweise eine ausführbare Funktion oder ein oder mehrere Eingabeparameter für eine solche Funktion sein.
Die Ausführung der Abbildungsvorschrift, das heißt die Anwendung der Abbildungsvorschrift auf die von der Erfassungseinrichtung erfassten Widerstandswerte, geschieht in einer Recheneinrichtung, welche prinzipiell Teil des portablen Datenträgers oder extern zu diesem vorgesehen sein kann. In einer bevorzugten Ausgestaltung des portablen Datenträgers ist die Recheneinrichtung Teil des portablen Datenträgers. Somit können ohne Zuhilfenahme externer Rechenleistung aus den gemessenen Widerstandswerten der Dehnungsmessstreifen die Koordinaten und gegebenenfalls die Druckkraft eines auf das Eingabefeld ausgeübten Drucks bestimmt werden. Ein solcher portabler Datenträger kann somit als autonome Einheit verwendet werden, die Eingaben auf dem Eingabefeld unabhängig von externen Geräten verarbeiten kann.
Wird in dem portablen Datenträger eine Datenträger-individuelle Abbildungsvorschrift hinterlegt, die beispielsweise Herstellungstoleranzen ausgleicht, so wird die Abbildungsvorschrift vorzugsweise mit Hilfe eines Kalibrierungsverfahrens bestimmt, mit den Schritten: a) Ausüben eines Drucks mit einer vorgegebenen Kraft auf einen vorgegebenen Kalibrierungspunkt des Eingabefeldes, wobei die vorgegebene Kraft und die Koordinaten des vorgegebenen Kalibrierungspunkts ein Ein- gangswerttupel bilden; b) Erfassen der dabei auftretenden Werte der elektrischen Widerstände der wenigstens drei Dehnungsmessstreifen, wobei die erfassten elektrischen Widerstandswerte ein dem Eingangswerttupel zugehöriges Ausgangs- werttupel bilden; c) Wiederholen der Schritte a) und b) für eine Vielzahl von verschiedenen vorgegebenen Kalibrierungspunkten und/ oder vorgegebenen Kräften; d) Bestimmen einer Abbildungsvorschrift, welche die erfassten Ausgangs- werttupel auf die jeweils zugehörigen Eingangswerttupel oder auf die Koordinaten der Kalibrierungspunkte der jeweils zugehörigen Eingangswerttupel abbildet. Unter einem Kalibrierungspunkt soll in diesem Zusammenhang ein Punkt des Eingabefeldes verstanden werden, dessen Koordinaten, das heißt dessen Position relativ zu einem geeignet gewählten Bezugspunkt, beispielsweise relativ zu einem Koordinatenursprung, bekannt ist.
Für eine Kalibrierung ist im Allgemeinen eine Mehrzahl von Kalibrierungspunkten erforderlich. Vorzugsweise ist, um eine ausreichende Genauigkeit der Kalibrierung zu erreichen, eine Vielzahl von Kalibrierungspunkten auf dem Eingabefeld vorgesehen. Zusammen mit dem bei der Kalibrierung ausgeübten Anpressdruck auf einen Kalibrierungspunkt bilden die Koordinaten des Kalibrierungspunktes ein Eingangswerttupel im Sinne des Kalibrierungsverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung, das heißt eine zusammengehörige Gruppe von Eingangswerten.
Da sich die elektrischen Widerstände der Dehnungsmessstreifen bei Ausübung eines vorzugsweise punktförmigen Drucks auf einen Punkt des Eingabefelds, insbesondere auf einen Kalibrierungspunkt ändern, bilden die bei der Ausübung eines Drucks mit vorgegebener Kraft auf einen vorgegebenen Kalibrierungspunkt gemessenen elektrischen Widerstandswerte der wenigstens drei Dehnungsmessstreifen ein Ausgangswerttupel im Sinne des Kalibrierungsverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung, das heißt eine zusammengehörige Gruppe von Ausgangswerten.
Die Wiederholung der Druckausübung und der Erfassung der dabei auftretenden Widerstandswerte für eine Vielzahl von verschiedenen, vorgegebenen Kalibrierungspunkten und/ oder vorgegebenen Kräften kann bei auf unterschiedliche Weisen erfolgen. Zum einen können die Kalibrierungspunkte bei der Druckausübung nacheinander angefahren werden und es können zeitlich nacheinander für jeden Kalibrierungspunkt unterschiedliche Kräfte ausgeübt werden. Andererseits ist es auch möglich, zunächst auf sämtliche Kalibrierungspunkte zeitlich nacheinander die gleiche Kraft auszuüben, und anschließend die Kraft zu verändern und damit wieder erneut sämtliche Kalibrierungspunkte anzufahren.
Das Ergebnis des Kalibrierungsverfahrens ist eine Vielzahl von Eingangs- werttupeln, zu denen jeweils ein zugehöriges Ausgangswerttupel existiert. Anschließend wird eine Abbildungsvorschrift bestimmt, die die Vielzahl von Ausgangswerttupeln auf die jeweils zugehörigen Eingangswerttupel oder zumindest auf die Koordinaten der Kalibrierungspunkte der jeweils zugehörigen Eingangswerttupel abbildet. Da die Ausgangswerttupel aus Widerstandswerten der wenigstens drei Dehnungsmessstreifen bestehen, und da die Eingangswerttupel aus den vorgegebenen Kräften und vorgegebenen Positionen, vorzugsweise aus den Koordinaten, der Kalibrierungspunkte bestehen, erlaubt es diese Abbildungsvorschrift bei der späteren Verwendung des erfindungsgemäßen Datenträgers, einem gemessenen Wi- derstandswerttupel, welches sich in Folge eines auf einen Punkt des Eingabefeldes, das heißt auf einen Druckpunkt mit einer Druckkraft ausgeübten Drucks ergibt, die Koordinaten des Druckpunktes und gegebenenfalls auch die ausgeübte Druckkraft zu bestimmen.
Ein solches Kalibrierungsverfahren ist vorzugsweise Teil des Herstellungsverfahrens eines solchen portablen Datenträgers.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Kalibrierungsverfahrens weist die Vielzahl der Kalibrierungspunkte eine regelmäßige Anordnung auf dem Datenträgerkörper auf, vorzugsweise eine matrixf örmige Anordnung, besonders bevorzugt eine viereckige, rechteckige, quadratische oder dreieckige, insbesondere eine gleichseitig dreieckige Anordnung. Vorzugsweise wird die Abbildungsvorschrift, die mit Hilfe des Kalibrierungsverfahrens bestimmt wird, nach dem Ablauf des Kalibrierungsverfahrens in einer Speichereinrichtung des portablen Datenträgers abgelegt. Auf diese Weise kann zur Anwendung der Abbildungsvorschrift auf erfasste Widerstandswerte im Anwendungsfall sehr leicht zugegriffen werden.
Bei der Durcrifuhrung des Kalibrierungsverfahrens wird der Druck mit der vorgegebenen Kraft auf die vorgegebenen Kalibrierungspunkte vorzugsweise mit Hilfe eines beweglichen Stifts, einer Luftdruckdüse oder eines Nadeldruckers oder ähnlicher Einrichtungen ausgeübt. Wichtig für die Auswahl eines geeigneten Werkzeugs zum Ausüben des Anpressdrucks beim Kalibrierungsverfahren ist die Genauigkeit der Positionierbarkeit dieses Werkzeugs und die Dosierbarkeit des Anpressdrucks, damit die Komponenten der Eingangswerttupel genügend genau bestimmt sind. Die Genauigkeit mit der diese Werte bestimmt werden können bestimmt auch die später mögliche Genauigkeit bei der Bestimmung der Koordinaten des Druckpunkts innerhalb des Eingabefeldes und der Druckkraft im Anwendungsfall des portablen Datenträgers.
Da im Anwendungsfall des Datenträgers die elektrischen Widerstände zweckmäßig durch eine Einrichtung erfasst werden, die auf oder in dem Datenträgerkörper integriert ist, kann diese Erfassungseinrichtung mit Vorteil auch bei der Erfassung der Werte der elektrischen Widerstände der Dehnungsmessstreifen bei der Kalibrierung verwendet werden.
Die Ermittlung der Abbildungsvorschrift im Rahmen des Kalibrierungsverfahrens erfolgt vorzugsweise mit Hilfe einer mehrdimensionalen Regressionsanalyse, welche die Vielzahl der beim Kalibrierungsverfahren erfassten Ausgangswerttupel und die Vielzahl der zugehörigen Eingangswerttupel verarbeitet. Während die Eingangswerttupel aus den Positionsdaten des jeweiligen Kalibrierungspunkts und der ausgeübten Kraft bestehen, also beispielsweise dreidimensionale Eingangswerttupel sind, ist die Dimension der Ausgangswerttupel durch die Anzahl der Dehnungsmessstreifen und damit durch die Anzahl der zu messenden Widerstandswerte bestimmt.
Vorzugsweise sind die Dehnungsmessstreifen auf dem deformierbaren Datenträgerkörper oder in dem Datenträgerkörper parallel zu oder auf den Kanten oder den Winkelhalbierenden eines vorzugsweise gleichseitigen Dreiecks oder eines Quadrats angeordnet. Derartige Anordnungen führen dazu, dass die Richtungen größter Messempfindlichkeit der üblicherweise verwendeten linearen Dehnungsmessstreifen möglichst gleich verteilt sind, so dass verschiedene Dehnungsmessstreifen nach Möglichkeit möglichst un- terschiedliche Dehnungsereignisse auf der Oberfläche des Datenträgerkörpers erfassen.
Es hat sich gezeigt, dass Anordnungen der Dehnungsmessstreifen parallel zu oder auf den Kanten oder der Winkelhalbierenden eines vorzugsweise gleichseitigen Dreiecks, das heißt beispielsweise eine sternförmige oder drei- ecksförmige Anordnungen oder davon abgeleitete Anordnungen der Dehnungsmessstreifen, bei denen die Richtungen maximaler Messempfindlich- keit der üblicherweise linearen Dehnungsmessstreifen vorzugsweise in einem Winkel von 120° oder 60° zueinander stehen oder auch Anordnungen parallel zu oder auf den Kanten oder den Winkelhalbierenden eines Quadrats, das heißt also Anordnungen, bei denen die Richtungen maximaler Messempfindlichkeit der Dehnungsmessstreifen vorzugsweise in einem Winkel von 90° oder 45° zueinander stehen/zu vergleichsweise genauen Positionsdaten führen. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung weist der portable Datenträger genau drei lineare Dehnungsmessstreifen auf, die in der Mitte der Seiten eines gleichseitigen Dreiecks angeordnet sind, wobei die Richtungen maxi- maler Messempfindlichkeit jeweils entlang der Seiten des Dreiecks zeigen. In einer alternativen bevorzugten Ausgestaltung weist der portable Datenträger genau drei lineare Dehnungsmessstreifen auf, die auf den Winkelhalbierenden eines gleichseitigen Dreiecks symmetrisch zum Mittelpunkt des Dreiecks angeordnet sind, wobei die Richtungen maximaler Messempfindlichkeit jeweils zum Mittelpunkt des Dreiecks zeigen. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung weist der portable Datenträger genau vier lineare Dehnungsmessstreifen auf, die in der Mitte der Seiten eines Rechtecks angeordnet sind, wobei die Richtungen maximaler Messempfindlichkeit jeweils zum Mittelpunkt des Rechtecks zeigen. In einer alternativen bevorzugten Ausgestaltung weist der portable Datenträger genau vier lineare Dehnungsmessstreifen auf, die auf den Winkelhalbierenden eines Rechtecks symmetrisch zum Mittelpunkt des Rechtecks angeordnet sind, wobei die Richtungen maximaler Messempfindlichkeit jeweils zum Mittelpunkt oder entlang der Seiten des Rechtecks zeigen.
Das Eingabefeld ist im einfachsten Fall durch den zwischen den mindestens drei Dehnungsmessstreifen liegenden Bereich definiert. Das Eingabefeld kann jedoch in Abhängigkeit der Empfindlichkeit und Genauigkeit der Dehnungsmessstreifen und der Genauigkeit der Abbildungsvorschrift auch darüber hinausgehen. Im einfachsten Fall sind die Dehnungsmessstreifen im Randbereich des Datenträgerkörpers, beispielsweise in dessen Ecken, angeordnet. Vorzugsweise werden die Dehnungsmessstreifen auf dem portablen Datenträger gemäß der vorliegenden Erfindung als gedruckte oder geätzte elektrisch leitfähige Strukturen ausgebildet. Diese Art der Herstellung der Dehnungsmessstreifen auf dem Datenträgerkörper bietet im Vergleich mit alter- nativen Möglichkeiten der Anbringung von beispielsweise Folien- Dehnungsmessstreifen Vorteile bezüglich Kosten, Robustheit und mechanischer Verbindung mit dem Datenträgerkörper.
Der Datenträgerkörper des portablen Datenträgers kann mehrschichtig ausgebildet sein. Verschiedene Schichten, vorzugsweise aus geeigneten Kunst- stoffmaterialien, können dazu, beispielsweise mittels Laminierens, verbunden werden. Um die Sensibilität eines in oder auf den Datenträgerkörper ein- oder aufgebrachten Dehnungsmessstreifens zu erhöhen, können eine oder mehrere Schichten des Datenträgerkörpers in dem Bereich, in dem in einer nahe benachbarten oder angrenzenden Schicht der Dehnungsmessstreifen angeordnet ist, mit einer oder mehreren Aussparungen versehen sein. D.h. die Aussparungen befinden sich in dem Datenträgerkörper vorzugsweise insbesondere seitlich und/ oder oberhalb und/ oder unterhalb des Dehnungsmessstreifens. Besonders bevorzugt befinden sich seitlich des Dehnungsmessstreifens Aussparungen, während oberhalb und unterhalb des Dehnungsmessstreifens keine Aussparungen vorgesehen sind. Dadurch wird die Verformung des Datenträgerkörpers im Bereich des Auflagepunktes, der dem entsprechenden Dehnungsmessstreifen zugeordnet ist und in der Regel in unmittelbarer Nähe des Dehnungsmessstreifens angeordnet ist, deutlicher ausfallen, wenn der Datenträgerkörper beim Ausüben einer Kraft auf den Datenträger auf dem Auflagepunkt gelagert ist. Entsprechend kann die Empfindlichkeit der Dehnungsmessstreifen erhöht werden, da sich mit dem Datenträgerkörper auch der Dehnungsmessstreifen stärker verformt und dementsprechend eine Widerstandsänderung über ein größeres Inter- vall von Widerstandswerten detektierbar ist. Die geschaffene Aussparung kann als Hohlraum ausgestaltet sein oder mit einem flexiblen oder kompres- siblen Material vollständig oder teilweise gefüllt sein. Entsprechend kann der Grad der in Folge der Aussparung zusätzlichen Verformung eingestellt werden.
Nach einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Anschlussleitungen und Anschlusspunkte der Dehnungsmessstreifen, über welche die Werte der elektrischen Widerstände der Dehnungsmessstreifen erfasst werden, derart ausgestaltet oder angeordnet sind, dass die Dehnungsmessstreifen durch die Ausgestaltung bzw. die Anordnung der Anschlussleitungen und Anschlusspunkte elektrisch derart miteinander verschaltet sind, dass ein Strom, der durch je zwei Anschlusspunkte fließt, stets durch zwei elektrisch in Reihe geschaltete Dehnungs- messstreifen fließt. Auf diese Weise kann die Zahl der Anschlussleitungen verringert werden.
Besonders bevorzugt ist dabei eine Ausführungsform der Erfindung, bei der die Widerstände der Dehnungsmessstreifen Werte aufweisen, die der Hälfte der für Dehnungsmessstreifen, deren Widerstandswerte einzeln erfasst werden, üblichen Widerstandswerte besitzen. Solche üblichen Widerstandswerte sind 120, 350 oder 1000 Ohm. Folglich betragen die Widerstandwerte der mindestens drei Dehnungsmessstreifen jeweils 60, 175 oder 500 Ohm. Diese Maßnahme hängt damit zusammen, dass bei einer Reihenschaltung von je zwei Widerständen der Dehnungsmessstreifen die Summen- Widerstände den üblichen Widerständen entsprechen, falls die Widerstände der einzelnen Dehnungsmessstreifen auf die Hälfte reduziert werden. Damit ist der Vorteil verbunden, dass die verfügbare Messtechnik, insbesondere die dabei verwendeten Analog-Digital- Wandler, die für bestimmte übliche Widerstands- werte von Dehnungsmessstreifen ausgelegt sind, weiterhin verwendet werden können, da stets nur die Summen- Widerstände von zwei Widerständen gemessen werden. Ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsbeispiele besteht darin, dass die Herstellung eines jeden einzelnen Dehnungsmessstreifens günstiger wird, da die nun verwendeten Dehnungsmessstreifen nur noch die Hälfte der Mäander üblicher Dehnungsmessstreifen aufweisen und entsprechend einfacher zu fertigen sind.
Bevorzugt ist ferner ein portabler Datenträger, bei dem die Erf assungsein- richtung zur Erfassung der elektrischen Widerstände einzelner Dehnungsmessstreifen aus Messungen der elektrischen Summen- Widerstände einer Mehrzahl paarweise in Reihe geschalteter Dehnungsmessstreifen eingerichtet ist. Diese Ausführungsform ist insbesondere vorteilhaft im Zusammenhang mit der paarweisen Reihenschaltung von Dehnungsmessstreifen, weil hierbei zur Ermittlung einzelner Widerstandsänderungen oder Widerstände eine Umrechnung von erfassten Summen- Widerständen auf Einzelwiderstände erforderlich ist. Diese Mehrzahl von Messung werden vorzugsweise zeitlich nacheinander durchgeführt. Ausführungsbeispiele und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend beispielhaft anhand der begleitenden Figuren erläutert. Die Beispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen dar, die die Erfindung in keiner Weise beschränken. Die gezeigten Figuren sind schematische Darstellungen, die die realen Proportionen nicht widerspiegeln, sondern einer verbesserten An- schaulichkeit der verschiedenen Ausführungsbeispiele dienen.
Die Figuren zeigen: Figur 1 eine erste bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Datenträgers in Draufsicht; Figur 2 eine zweite bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Datenträgers in Draufsicht;
Figur 3 eine dritte bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Datenträgers in Draufsicht; Figur 4 eine vierte bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Datenträgers in Draufsicht; Figur 5 eine fünfte bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Datenträgers in Draufsicht;
Figur 6 eine sechste bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Datenträgers in Draufsicht; Figur 7 eine siebte bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Datenträgers in Draufsicht;
Figur 8 eine Darstellung der Ziffer„1" durch einzelne Punkte, die
Messwerten entsprechen; Figur 9 eine Darstellung der Ziffer„2" durch einzelne Punkte, die
Messwerten entsprechen; Figur 10 eine schematische Darstellung eines Tastenfelds; eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Datenträgers; eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Datenträgers; eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Datenträgers; eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Datenträgers mit einer schematischen Darstellung einer matrixförmigen Anordnung von Kalibrierungspunkten; den Widerstandsverlauf bei drei Dehnungsmessstreifen für einen Druck mit drei verschiedenen Stärken des Anpressdrucks auf vier verschiedene Punkte einer matrixförmigen Anordnung von Kalibrierungspunkten; und eine schematische Darstellung der Vielzahl von Ausgangswert- tupeln.
Ein portabler Datenträger, der in Figur 1 in Form einer Chipkarte dargestellt ist, ümfasst einen Datenträgerkörper, der beispielsweise durch Laminieren verschiedener Kunststoffschichten gebildet ist. Andere Datenträgermaterialien sind gleichfalls einsetzbar, beispielsweise Papier oder Pappe. Der portable Datenträger ümfasst einen in den Datenträgerkörper eingebetteten Chip 30, der neben einem Prozessor auch eine Speichereinrichtung enthält. Der Chip 30 beinhaltet vorzugsweise die zur Ausführung der erfindungsgemäßen Verfahren zur Kalibrierung und zur Ausführung der Abbildungs- vorschrift erforderlichen Datenverarbeitungsmittel. Weiterhin sind auf dem Datenträgerkörper drei Dehnungsmessstreifen 20, 20', 20" angeordnet.
Bei der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform eines portablen Datenträ- gers 10 sind vier lineare Dehnungsmessstreifen 20, 20', 20", 20'" auf den Kanten eines Rechtecks angeordnet, wobei deren empfindliche Richtung parallel zu diesen Kanten zeigt. Die vier Dehnungsmessstreifen 20, 20', 20", 20'" sind symmetrisch zum Mittelpunkt des Rechtecks angeordnet. Durch diese Anordnung der vier Dehnungsmessstreifen 20, 20', 20", 20'" entsteht ein Einga- befeld 40, innerhalb welchem die Ausübung eines Drucks auf einen Punkt zu messbaren Widerstandsänderungen der vier Dehnungsmessstreifen führt, aus deren Werten die Position der Druckausübung abgeleitet werden kann. Liegt der Druckpunkt außerhalb des Eingabefeldes 40, so wird mit wachsender Entfernung des Druckpunkts von dem Eingabefeld 40 die Genauigkeit der Positionsbestimmung des Druckpunkts und gegebenenfalls der Bestimmung der Druckkraft geringer.
Die Figuren 3 und 4 zeigen alternative Anordnungen von vier linearen Dehnungsmessstreifen 20, 20', 20", 20'" auf einem Datenträgerkörper. In Figur 3 liegen die vier linearen Dehnungsmessstreifen 20, 20', 20", 20'" wie in Figur 2 auf den Kanten eines Rechtecks, wobei deren empfindliche Richtung nun zum Mittelpunkt des Rechtecks zeigt. In Figur 4 liegen die vier Dehnungsmessstreifen 20, 20', 20", 20'" auf den Winkelhalbierenden eines Rechtecks oder parallel zu diesen Winkelhalbierenden und zeigen jeweils zum Mittel- punkt des Rechtecks.
Wie in Figur 5 dargestellt, können auch genau drei Dehnungsmessstreifen 20, 20', 20" in Sternform oder gemäß Figur 6 in Dreiecksform, und hierbei vorzugsweise in Form eines gleichschenkligen oder gleichseitigen Dreiecks, angeordnet werden. Bei einer Anordnung in Sternform, wie in Figur 5 gezeigt, betragen die Winkel α, ß, γ jeweils 120°. Bei der Anordnung die in Figur 6 gezeigt ist, betragen die Winkel α, ß, γ jeweils 60°. Ganz allgemein gilt, dass eine Anordnung von Dehnungsmessstreifen vorteilhaft ist, bei der die Richtungen höchster Messempfindlichkeit der Widerstandsänderungen durch Deformationen möglichst gleich verteilt sind. Zugleich werden Dehnungsmessstreifen mit identischen Richtungen höchster Messempfindlichkeit weit voneinander positioniert (siehe Figuren 2, 3 und 4). In dem in Figur 7 dargestellten Ausführungsbeispiel sind drei Dehnungsmessstreifen zueinander in Winkeln von jeweils 45° angeordnet, also auf den Kanten oder parallel zu den Kanten eines Quadrats und auf der Winkelhalbierenden oder parallel zu der Winkelhalbierenden dieses Quadrats. Das Eingabefeld 40, das heißt der Bereich der Datenträgeroberfläche, in welchem eine ausreichend genaue Bestimmung der Position eines Druckpunktes und gegebenenfalls der ausgeübten Druckkraft möglich ist, ist bei einer derartigen Anordnung deutlich größer als der durch die drei Dehnungmessstreifen 20, 20', 20" aufgespannte Bereich. Ein Authentifizierungsmerkmal muss nicht unbedingt eine Abfolge von alphanumerischen Zeichen sein, die beispielsweise über eine Tastatur oder eine virtuelle Tastatur eingegeben werden. Vielmehr kann jedes beliebige Bewegungsmuster, zum Beispiel eine Unterschrift oder ein chinesisches Schriftzeichen oder ähnliches als Authentifizierungsmerkmal dienen. Bei der Auswertung der gemessenen Widerstandsdaten wird dabei nicht nur die
Richtigkeit des sichtbaren Bildes überprüft, sondern auch die Bewegungsdynamik, beispielsweise charakterisiert durch die Strichgeschwindigkeit oder den Zeitverlauf des Drucks, der mit dem Stift ausgeübt wird. Da die Abbildungsfunktion die Bestimmung der Koordinaten der Druckpunkte gestattet, können Bewegungsmuster erkannt werden unabhängig davon, an welcher Stelle des Eingabefelds 40 das Authentifizierungsmerkmal eingegeben wird.
Diese Situation wird beispielhaft in den Figuren 8 und 9 dargestellt, in denen die Ziffern 1 und 2 in Form von einzelnen Punkten dargestellt sind, die Messwerten der Widerstände der Dehnungsmessstreifen entsprechen, die mit einer Frequenz von hundert Werten pro Sekunde aufgenommen wurden. Die Größe der Punkte ist ein Maß für den Druck, der mit dem Stift ausgeübt wurde.
Eine derartige Anordnung von Dehnungsmessstreifen kann jedoch auch zur Bestimmung der Position von Druckpunkten verwendet werden, beispielsweise um ein Tastenfeld nachzubilden und somit eine virtuelle Tastatur auszubilden. Dabei wird, wie beispielsweise in Figur 10 gezeigt, eine quadrati- sehe Matrix von Punkten definiert, mit denen die Tasten eines Tastenfeldes logisch assoziiert sind. Wird ein Druck auf einen solchen Punkt oder in der Nähe eines solchen Punktes ausgeübt, erfolgt eine Auswertung, die dem Druck einer Taste eines Tastenfelds entspricht. Auf einem derartigen Tastenfeld können dann direkt auch durch den Druck auf entsprechend markierte Flächen persönliche Identifikationsnummern (PINs) oder andere Berechtigungscodes, wie beispielsweise Transaktionsnummern, eingegeben werden.
In Figur 11 ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Datenträgers dargestellt, bei der die Widerstände der drei auf dem Datenträgerkörper sternförmig platzierten Dehnungsmessstreifen mit geeignet angeordneten Anschlussleitungen 50, 50' paarweise so in Reihe geschaltet sind, dass ein Strom, der zwischen je zwei der Anschluss- oder Messpunkte MP1, MP2 oder MP3 fließt, stets durch eine Reihenschaltung von zwei Dehnungsmessstreifen 20, 20', 20" fließt. Die Widerstände der einzelnen Dehnungsmessstreifen 20, 20', 20" sind identisch und betragen jeweils 60, 175 oder 500 Ohm, so dass die Summen- Widerstände je zweier in Reihe geschalteten Dehnungsmessstreifen die üblichen Werte von 120, 350 oder 1000 Ohm aufweisen, für die handelsübliche A/D- Wandler verfügbar sind.
Wie sich aus Figur 12 ergibt, ist es auch bei einer Dreieckschaltung von drei Dehnungsmessstreifen 20, 20', 20" möglich, eine Verdrahtung anzugeben, bei der der Strom jeweils durch eine paarweise Reihenschaltung zweier Dehnungsmessstreifen fließt. Figur 13 zeigt eine solche Verdrahtung für eine Anordnung von vier Dehnungsmessstreifen 20, 20', 20", 20"'. Auch hierbei fließt jeder Strom der von einem der Messpunkte MP1, MP2, MP3, MP4 zu einem anderen dieser Messpunkte durch eine Reihenschaltung von zwei Dehnungsmessstreifen.
Da auf diese Art und Weise nur die Summen- Widerstände zweier paarweise in Reihe geschalteter Dehnungsmessstreifen direkt messbar sind, erfordern derartige Schaltungen eine anschließende rechnerische Auswertung, bei der die einzelnen Widerstände bzw. die Änderungen dieser Widerstände unter einer Dehnung der Dehnungsmessstreifen ermittelt werden. Um aus den direkt gemessenen Summen paarweise in Reihe geschalteter Widerstände von drei Dehnungsmessstreifen die Einzelwiderstände berechnen zu können, sind drei nacheinander erfolgende Messungen zwischen den Messpunkten MP1 und MP2, zwischen den Messpunkten MP1 und MP3 sowie zwischen den Messpunkten MP2 und MP3 erforderlich. Bei diesen Messungen ergeben sich jeweils Summen- Widerstände Rl + R2, Rl + R3, sowie R2 + R3. Aus diesen drei Summen- Widerständen ergibt sich beispielsweise der Einzelwiderstand Rl rechnerisch zu
Rl = 1/2 [(Rl + R2) + (Rl + R3) - (R2 + R3)]. Entsprechende Formeln gelten für die Einzelwiderstände R2 und R3 und auch für Situationen, in denen mehr als drei Dehnungsmessstreifen paarweise in Reihe geschaltet sind.
In Figur 14 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen portablen Datenträgers dargestellt, in dessen Eingabefeld 40 eine matrix- förmige Anordnung von Kalibrierungspunkten 60, 60', 60", 60'" vorgesehen ist. Um die Anordnung der Dehnungsmessstreifen 20, 20', 20" zu kalibrieren, werden diese Kalibrierungspunkte 60, 60', 60", 60'" vorzugsweise zeitlich nacheinander von einem geeigneten Werkzeug, beispielsweise von einem beweglichen Stift, von einer Luftdruckdüse oder von einem Nadeldrucker angefahren. An jedem Kalibrierungspunkt, dessen Koordinaten im Eingabefeld dem System, welches die Kalibrierung durchführt, bekannt sind, übt das zur Kalibrierung verwendete Druckwerkzeug, also der bewegliche Stift, der Nadeldrucker, die Luftdruckdüse oder ähnliches, nacheinander verschiedene punktförmig Kräfte auf die Kalibrierungspunkte aus. Beispielsweise werden auf jeden Kalibrierungspunkt nacheinander drei unterschiedliche Kräfte ausgeübt.
Die Figur 15 zeigt den zeitlichen Verlauf der elektrischen Widerstände der drei Dehnungsmessstreifen 20, 20', 20" wenn die vier Kalibrierungspunkte 60, 60', 60", 60'" angefahren werden und an jedem Kalibrierungspunkt drei vorbestimmte Kräfte ausgeübt werden, wobei die Kräfte an jedem Kalibrie- rungspunkt zunehmen und an jedem Kalibrierungspunkt die identischen drei Kräfte ausgeübt werden.
Die drei Kurven der Figur 15 zeigen den Signalverlauf der drei Dehnungsmessstreifen 20, 20', 20". Die ersten drei Ausschläge der erfassten Wider- standswerte entsprechen dem Ausüben von drei verschiedenen, zunehmenden Kräften auf den Kalibrierungspunkt 60. Entsprechend zeigen die zweiten drei Ausschläge in Figur 15 die Kalibrierung von Kalibrierungspunkt 60'. Die dritten und vierten drei Ausschläge entsprechen den Kalibrierungspunk- ten 60" und 60'". Wie aus Figur 15 ersichtlich, ist der Dehnungsmessstreifen 20" besonders empfindlich für den Kalibrierungspunkt 60, während der Dehnungsmessstreifen 20' besonders empfindlich für den Kalibrierungspunkt 60'" ist, der Kalibrierungspunkt 60 in der Richtung höchster Empfindlichkeit von Dehnungsmessstreifen 20" liegt und der Kalibrierungspunkt 60'" in der Richtung höchster Empfindlichkeit von Dehnungsmessstreifen 20'.
Figur 16 zeigt eine graphische Veranschaulichung, einen so genannten dreidimensionalen„Scatterplot", der bei der Kalibrierung erfassten Widerstandswerte. Jeder Punkt in dem dreidimensionalen Koordinatensystem der Figur 16, dessen Achsen die Widerstandswerte der drei Dehnungsmessstreifen 20, 20', 20" sind, repräsentiert einen Druck auf einen vorbestimmten Kalibrierungspunkt mit einer vorbestimmten Kraft. Jeder Zweig 70, 70', 70" der in Figur 16 gezeigten baumartigen Struktur entspricht dabei der Anwendung verschiedener Kräfte auf einen der sechzehn in Figur 14 gezeigten Ka- librierungspunkte. Die einzelnen Punkte eines zu einem Kalibrierungspunkt gehörigen Zweiges entsprechen unterschiedlichen auf diesen Kalibrierungs- punkt ausgeübten Kräften. Jeder Punkt bildet ein Ausgangswerttupel, das heißt eine Gruppe von zusammengehörigen Widerstandswerten der drei Dehnungsmessstreifen 20, 20', 20".
Die in diesem Scatterplot der Figur 16 dargestellten Messwerte werden nun als Daten für eine mehrdimensionale Regressionsanalyse oder ein ähnliches Verfahren verwendet, mit dessen Hilfe eine Abbildungsvorschrift ermittelt wird, die die erfassten Ausgangswerttupel, also die erfassten elektrischen Widerstände der drei Dehnungsmessstreifen auf die jeweils zugehörigen Eingangswerttupel, also auf die Koordinaten der vorbestimmten Kalibrierungspunkte und den auf ihnen jeweils angewendeten vorbestimmten Kräften abbildet.
Die auf diese Weise erhaltene Abbildungsvorschrift wird dann bei der bestimmungsgemäßen Anwendung des portablen Datenträgers dazu verwendet, den bei der Anwendung, das heißt bei einem Druck auf einen oder mehrere beliebige Punkte des Eingabefeldes, registrierten Widerstandswerten der drei Dehnungsmessstreifen den zugehörigen Koordinaten der Druckpunkte im Eingabefeld und gegebenenfalls den ausgeübten Druckkräften zuzuordnen. So werden beispielsweise bei der Handschrifterkennung die zeitlichen Verläufe der Widerstände der drei Dehnungsmessstreifen erf asst und mit Hilfe der Abbildungsvorschrift ein zeitlicher Kurvenverlauf im Ein- gabefeld berechnet.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Verfahren zur Kalibrierung eines als Eingabefeld (40) eingerichteten de- formierbaren Datenträgerkörpers (10) eines portablen Datenträgers mit mindestens drei Dehnungsmessstreifen (20, 20', 20", 20"'), gekennzeichnet durch die Schritte:
a) Ausüben eines Drucks mit einer vorgegebenen Kraft auf einen vorgegebenen Kalibrierungspunkt des Eingabefeldes, wobei die vorgegebene Kraft und die Koordinaten des vorgegebenen Kalibrierungspunkts ein Ein- gangswerttupel bilden;
b) Erfassen der dabei auftretenden Werte der elektrischen Widerstände der wenigstens drei Dehnungsmessstreifen, wobei die erfassten elektrischen Widerstandswerte ein dem Eingangswerttupel zugehöriges Ausgangs- werttupel bilden;
c) Wiederholen der Schritte a) und b) für eine Vielzahl von verschiedenen vorgegebenen Kalibrierungspunkten (60, 60', 60", 60'") und/ oder vorgegebenen Kräften;
d) Bestimmen einer Abbildungsvorschrift, welche die erfassten Ausgangs- werttupel auf die jeweils zugehörigen Eingangswerttupel oder auf die Koordinaten der Kalibrierungspunkte der jeweils zugehörigen Eingangswerttupel abbildet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl von Kalibrierungspunkten eine regelmäßige Anordnung auf dem Datenträgerkörper aufweist, vorzugsweise eine matrixf örmige Anordnung, besonders bevorzugt eine viereckige, rechteckige, quadratische oder dreieckige, insbesondere eine gleichseitig dreieckige Anordnung.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch den zusätzlichen Schritt:
e) Ablegen der Abbildungsvorschrift in einer Speichereinrichtung des Datenträgers.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck auf den Kalibrierungspunkt oder die Vielzahl von Kalibrierungspunkten mit Hilfe eines beweglichen Stiftes, einer Luftdruck- düse oder eines Nadeldruckers ausgeübt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt b) durch eine auf dem Datenträger angeordnete Erfassungseinrichtung ausgeführt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen der Abbildungsvorschrift mit Hilfe einer mehrdimensionalen Regressionsanalyse geschieht.
7. Portabler Datenträger, umfassend einen als Eingabefeld (40) eingerichteten deformierbaren Datenträgerkörper (10) mit mindestens drei Dehnungsmessstreifen (20, 20', 20", 20'"), gekennzeichnet durch
- eine Erfassungseinrichtung, die eingerichtet ist, die Werte der elektrischen Widerstände der wenigstens drei Dehnungsmessstreifen zu erfassen, und
- eine Speichereinrichtung (30), in der eine Abbildungsvorschrift abgelegt ist, die bei Anwendung auf die Werte der elektrischen Widerstände der wenigstens drei Dehnungsmessstreifen, die sich ergeben, wenn auf einen Druckpunkt des Eingabefeldes ein Druck mit einer Druckkraft ausgeübt wird, zumindest die Koordinaten des Druckpunkts bestimmt.
8. Portabler Datenträger nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abbildungsvorschrift zudem die Druckkraft bestimmt.
9. Portabler Datenträger nach einem der Ansprüche 7 oder 8, weiterhin ge- kennzeichnet durch eine Recheneinrichtung, die zur Ausführung der Abbildungsvorschrift eingerichtet ist, und/ oder die Abbildungsvorschrift mit Hilfe eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 bestimmt wurde.
10. Portabler Datenträger nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch ge- kennzeichnet, dass die wenigstens drei Dehnungsmessstreifen parallel zu oder auf den Kanten oder Winkelhalbierenden eines Dreiecks, vorzugsweise eines gleichseitigen Dreiecks, oder eines Quadrats angeordnet sind.
11. Portabler Datenträger nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch ge- kennzeichnet, dass die wenigstens drei Dehnungsmessstreifen als gedruckte oder geätzte elektrisch leitfähige Struktur ausgebildet sind.
12. Portabler Datenträger nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Datenträgerkörper (10) mehrschichtig ausgebildet ist und zumindest eine Schicht des Datenträgerkörpers (10) seitlich und/ oder oberhalb und/ oder unterhalb des zumindest einen der Dehnungsmessstreifen (20, 20', 20", 20'") eine Aussparung ausweist.
13. Portabler Datenträger nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Anschlussleitungen (50, 50') und Anschlusspunkte
(MP1, MP2, MP3, MP4) der Dehnungsmessstreifen, über welche die Werte der elektrischen Widerstände der Dehnungsmessstreifen erf asst werden, derart angeordnet sind, dass die Dehnungsmessstreifen derart elektrisch miteinander verschaltet sind, dass ein Strom, der durch je zwei Anschluss- punkte fließt, stets durch zwei elektrisch in Reihe geschaltete Dehnungsmessstreifen fließt.
14. Portabler Datenträger nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Erfassungseinrichtung zur Bestimmung der elektrischen Widerstände der Dehnungsmessstreifen anhand einer Mehrzahl von Messungen der elektrischen Summen- Widerstände von paarweise in Reihe geschalteten Dehnungsmessstreifen eingerichtet ist, wobei die Erfassungseinrichtung vorzugsweise eingerichtet ist, die Mehrzahl von Messungen hin- tereinander durchzuführen.
15. Verfahren zur Herstellung eines portablen Datenträgers nach einem der Ansprüche 7 bis 14, umfassend ein Verfahren zur Kalibrierung nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
16. Verfahren nach Anspruch 15, umfassend den Schritt des Aufdruckens oder Ätzens einer elektrisch leitfähigen Struktur auf den Datenträgerkörper zum Bilden von zumindest einem Dehnungsmessstreifen.
17. Verfahren zum Betrieb eines portablen Datenträgers mit einem als Eingabefeld (40) eingerichteten deformierbaren Datenträgerkörper (10) mit mindestens drei Dehnungsmessstreifen (20, 20', 20", 20"'), gekennzeichnet durch die Schritte:
A) Erfassen der infolge eines auf einen Druckpunkt des Eingabefeldes mit einer Druckkraft ausgeübten Drucks auftretenden Werte der elektrischen
Widerstände der mindestens drei Dehnungsmessstreifen, und
B) Bestimmen der Koordinaten des Druckpunkts durch Anwendung einer Abbildungsvorschrift auf die erfassten Werte der elektrischen Widerstände.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass durch Anwendung der Abbildungsvorschrift zudem die Druckkraft bestimmt wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Abbildungsvorschrift in einer auf dem Datenträger angeordneten Recheneinrichtung (30) ausgeführt wird und/ oder die Abbildungsvorschrift mit Hilfe eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 bestimmt wurde.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 17, 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt A) eine Mehrzahl von Messungen der elektrischen Summen-Widerstände von paarweise in Reihe geschalteten Dehnungsmessstreifen durchgeführt wird, wobei die Mehrzahl von Messungen vorzugs- weise hintereinander durchgeführt werden.
21. Verwendung eines portablen Datenträgers nach einem der Ansprüche 7 bis 14 als Taster, als Tastatur oder als Touchpad, insbesondere zur Handschriften- oder Unterschriftenerkennung oder -erfassung.
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