DE69422582T2

DE69422582T2 - Magnetische Oberflächendruckeingabetafel

Info

Publication number: DE69422582T2
Application number: DE69422582T
Authority: DE
Inventors: Teruhiko Tamori
Original assignee: Enix Corp
Current assignee: Bmf Corp Kawasaki Kanagawa Jp
Priority date: 1993-10-25
Filing date: 1994-10-25
Publication date: 2000-05-25
Anticipated expiration: 2014-10-26
Also published as: US5526701A; JPH07174649A; EP0650139A1; EP0650139B1; JP2520848B2; DE69422582D1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Diese Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Oberflächendruck-Eingabefelder und insbesondere auf ein magnetisches Oberflächendruck-Eingabefeld, das zur Erfassung komplizierter Oberflächenkonturen und Unregelmäßigkeiten wie eines Fingerabdruckmusters geeignet ist.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die innenseitige Oberfläche der Fingerspitze hat komplizierte Konturen, die für jedes Individuum einzigartig sind. Dies hat das Fingerabdruckmuster zu einem wichtigen Mittel für die Identifikation gemacht, insbesondere für die Zwecke der Gesetzesdurchführung. Um die Identifizierung mittels Fingerabdrücken zu erleichtern, wurden Anstrengungen unternommen, um Fingerabdruck-Erfassungsvorrichtungen zu entwickeln, welche in der Lage sind, elektronisch ein individuel les Fingerabdruckmuster zu kartieren. Jedoch hat sich die genaue Kartierung der Kontur der Fingerspitze jeder Person als eine schwierige und kostenaufwendige Aufgabe erwiesen. Dies folgt daraus, daß jedes Fingerabdruckmuster aus einer großen Anzahl von konvexen Bereichen oder Stegen besteht, welche durch konkave Bereiche oder Rillen getrennt sind, die sich im Allgemeinen in zufälligen Richtungen um die Fingerspitze erstrecken. Diese Stege und Rillen haben winzige Abmessungen in der Größenordnung von 100 um, wodurch sie schwierig zu erfassen sind.
Herkömmliche Fingerabdruck-Erfassungsvorrichtungen verwenden im Allgemeinen ein Oberflächendruck- Eingabefeld, das ein Kontaktblatt enthält, welches sich in irgendeiner Weise verändert, wenn es in Eingriff mit den Stegen und Rillen der Fingerspitze ist. Eine derartige Vorrichtung umfasst ein leitendes Gummiblatt, das lokalen Veränderungen in der Leitfähigkeit unterworfen ist, wenn es mit einer Oberfläche mit einem Druckdifferential in Eingriff ist. Ähnliche Vorrichtungen enthalten einen Widerstandsfilm, dessen Widerstand mit Änderungen des Oberflächendruckes variiert. Diese Vorrichtungen verwenden Mittel zum Erfassen der Änderungen in dem Kontaktblatt oder Film, um die Kontur der Fingerspitze elektronisch zu kartieren. Die Erfassungsmittel haben jedoch typischerweise Schwierigkeiten bei der Erfassung kleiner Druckänderungen, insbesondere wenn eine ungleichmäßige Druckkraft aufgebracht wird oder die Fingerspitze durch Fett, Schweiß oder dergleichen verunreinigt ist. Daher sind diese Vorrichtungen häufig nicht in der Lage, die kleinen Oberflächenveränderungen genau zu erfassen, welche für die Kartierung der Kontur einer Fingerspitze notwendig sind.
Andere Fingerabdruck-Erfassungsvorrichtungen haben versucht, dieses Problem zu überwinden, indem MOS- Feldeffekttransistoren oder piezoelektrische Dünnfilme verwendet wurden, um kleine Oberflächenveränderungen zu erfassen (siehe z. B. Japanische Patentanmeldung Nummer Hei-5-61966). Diese Vorrichtungen erfordern jedoch im Allgemeinen komplizierte Herstellungstechniken und relativ kostenaufwendige Materialien wie Silizium-Halbleitersubstrate. Obgleich diese Vorrichtungen eine hohe Auflösung erreichen, sind sie schwierig herzustellen und daher sehr kostenaufwendig. Daher ist die Herstellung dieser Vorrichtungen, um eine große Erfassungsfläche wie ein Fingerabdruckmuster (welche sehr groß im Vergleich zu der Größe der individuellen Oberflächenänderungen oder Unregelmäßigkeiten ist) gegenwärtig noch nicht durchführbar.
PCT WO-A-8 404 820 offenbart ein Tastsensorfeld zur Verwendung mit einer Roboterhand. In einem Feld von Elementen ist jedes von diesen aus einem diskreten magnetischen Dipol gebildet, der in ein nachgiebiges Medium eingebettet ist. Alle Dipole sind im Wesentlichen parallel und koplanar zueinander angeordnet, d. h. in der Ebene des nachgiebigen Mediums. Vier magnetische Sensoren sind jedem Element zugeordnet, um den Grad der translatorischen Bewegung und der Drehung jedes Dipols zu messen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung ist auf ein kostengünstiges Oberflächendruck-Erfassungsfeld gerichtet, welches in der Lage ist, komplizierte Oberflächenkonturen wie ein Fingerabdruckmuster zu erfassen. Um dieses zu erzielen, umfasst die Erfindung ein Oberflächendruck- Eingabefeld gemäß dem Anspruch 1.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Oberflächendruck-Eingabefeld ein Feld vom aktiven Matrixtyp mit einer ersten und einer zweiten (z. B. X und Y) Gruppe von Elektrodenleitungen, die einander an Kreuzungspunkten kreuzen, um ein Matrixmuster auf einer Schaltungsplatte zu bilden. Ein Erfassungselement an jedem Kreuzpunkt enthält ein magnetisch empfindliches Element, das so ausgebildet ist, daß ein elektrisches Signal erzeugt werden kann, das vorzugsweise proportional zu der Stärke eines von dem Element empfangenen magnetischen Feldes ist. Das magnetische Blatt erzeugt ein magnetisches Feld, das in der Größe zunimmt (mit Bezug auf die magnetischen Elemente), wenn das Blatt ausgelenkt wird oder zu der Schaltungsplatte hin sinkt, so daß die erzeugten elektrischen Signale proportional zu dem Abstand zwischen den magnetischen empfindlichen Elementen und den jeweiligen darüber liegenden Bereichen des magnetischen Blattes sind. Auf diese Weise kann das Eingabefeld eine Vielzahl von unterschiedlichen elektrischen Signalen erzeugen, welche repräsentativ für die sich verändernden Werte des von dem Gegenstand auf das magnetische Blatt ausgeübten Druck sind, z. B. aufgrund von Oberflächenveränderungen (Stege und Rillen) eines Fingerabdrucks.
Wenn es installiert ist, ist das Druckeingabefeld nach der Erfindung mit einem X-Register und einem Y- Richtungsschalter gekoppelt, welche die Gruppen von Elektrodenleitungen so zyklisch abtasten, daß ein Detektor die erzeugten elektrischen Signale mit dem Ort der Erfassungseinheiten, von welchem sie ausgehen, in Beziehung setzen kann. Die elektrischen Signale werden dann in geeigneter Weise so verarbeitet, daß die Kontur der Fingerspitze wiedergegeben werden kann.
Mit dieser Konfiguration ergibt die Erfindung ein relativ kostengünstiges Oberflächendruck-Eingabefeld, welche eine hohe Auflösung über eine relativ große Erfassungsfläche zeigt, so daß extrem komplizierte Oberflächen wie Fingerabdrücke genau erfasst und wiedergegeben werden können.
Bei einem Ausführungsbeispiel haben die magnetisch empfindlichen Elemente jeweils einen Widerstand für den elektrischen Strom, der im Allgemeinen proportional zu der Größe des magnetischen Feldes ist, welchem das Element ausgesetzt ist. Somit nimmt, wenn das magnetische Blatt zu dem magnetischen Element hin ausgelenkt wird, dessen Widerstand zu. Die magnetischen Elemente sind mit Elektrodenleitungen gekoppelt, die derart mit jedem Kreuzungspunkt verbunden sind, daß, wenn ein elektrisches Potential an die verbundenen Elektrodenleitungen angelegt wird, ein Strom durch diese Elemente fließt. Dieser Strom ist im Allgemeinen proportional zu dem Widerstand des magnetischen Elements und gibt daher den Abstand zwischen dem Element und dem jeweiligen darüber liegenden Bereich des magnetischen Blattes wieder (d. h. den von dem Gegenstand auf das Blatt ausgeübten Druck).
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel sind die magnetisch empfindlichen Elemente durch Schalter mit der ersten und der zweiten Gruppe von Elektrodenleitungen gekoppelt, vorzugsweise Dünnfilmtransistoren (TFTs) des Typs, der in weitem Umfang zum Betreiben von Flüssigkristallanzeigen verwendet wird. Ein Ende des magnetischen Elements ist mit dem Transistor gekoppelt, und das andere Ende ist mit einer Erfassungsleitung gekoppelt. Wenn ein elektrisches Potential an die Elektrodenleitungen angelegt wird, fließt ein Strom, welcher proportional zu dem Widerstand des ma gnetischen Elements ist, durch das magnetische Element und entlang der Erfassungsleitung, wo er durch den Detektor erfasst werden kann.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel umfassen die magnetisch empfindlichen Elemente leitende Elemente, welche vorzugsweise den Hall-Effekt zeigen. Wenn das magnetische Blatt ein magnetisches Feld anlegt und ein Strom durch die leitenden Elemente gerichtet wird, wird ein Spannungspotential über den leitenden Elementen erzeugt. Diese Spannung ist im Allgemeinen proportional zu der Größe des magnetischen Feldes. Die leitenden Elemente sind mit den Elektrodenleitungen so gekoppelt, daß die erzeugte Spannung erfasst und der relative Ort der leitenden Elemente bestimmt werden können.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine auseinander gezogene perspektivische Ansicht eines Oberflächendruck- Eingabefeldes gemäß den Prinzipien nach der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ist eine vergrößerte Ansicht von Erfassungselementen, die auf einer Schaltungsplatte des Oberflächendruck-Eingabefeldes nach Fig. 1 ausgebildet sind;
Fig. 3 ist ein Blockschaltbild einer Fingerabdruck- Erfassungsschaltung, welche das Eingabefeld nach Fig. 1 verwendet;
Fig. 4A und 4B illustrieren Impulssignale, die X- Richtungs-Elektrodenleitungen zugeführt und von Y-Richtungs- Elektrodenleitungen auf der Schaltungsplatte nach Fig. 1 erfasst werden;
Fig. 5 ist eine erläuternde Seitenansicht der Eingabetafel nach Fig. 1, welche die Oberflächenveränderungen einer Fingerspitze erfasst;
Fig. 6 ist eine Draufsicht auf Erfassungselemente eines alternativen Ausführungsbeispiels der Eingabetafel nach Fig. 1;
Fig. 7 ist eine Draufsicht auf Erfassungselemente eines anderen alternativen Ausführungsbeispiels der Eingabetafel nach Fig. 1;
Fig. 8 ist eine schematische Ansicht einer Erfassungsschaltung für die Eingabetafel nach Fig. 7;
Fig. 9 ist eine erläuternde Seitenansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels eines magnetischen Blattes der Eingabetafel nach Fig. 1; und
Fig. 10 ist eine erläuternde Seitenansicht eines anderen alternativen Ausführungsbeispiels des magnetischen Blattes nach Fig. 1.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Gemäß den Zeichnungen, in welchen gleiche Zahlen gleiche Elemente anzeigen, enthält ein Oberflächendruck-Eingabefeld 1, das entsprechend der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist, im Allgemeinen ein ma gnetisches Blatt 2 und einen Isolationsfilm 3, welche auf einer Schaltungsplatte 4 übereinander angeordnet sind, um die Oberflächendruckdifferenzen über die Fläche des magnetischen Blattes zu erfassen.
Gemäß Fig. 1 sind das magnetische Blatt 2 und der Isolationsfilm 3 vorzugsweise auf die Schaltungsplatte 4 derart laminiert, daß sie einen relativ kleinen Abstand von der Schaltungsplatte aufweisen, vorzugsweise etwa 10 bis 200 um. Das magnetische Blatt 2 ist so ausgebildet, daß es im Wesentlichen konform mit den Konturen und Oberflächen-Unregelmäßigkeiten eines Gegenstands, der gegen dieses gedrückt ist, ist, wie dem Fingerabdruckmuster auf der inneren Oberfläche einer Fingerspitze. Bei einer Konfiguration wird das magnetische Blatt 2 in Abhängigkeit von den Oberflächenkonturen ausgelenkt (siehe Fig. 5). Das magnetische Blatt hat eine erste Oberfläche 5, die mit einem S-Pol magnetisiert ist, und eine zweite Oberfläche 7, die mit einem N-Pol magnetisiert ist, so daß ein magnetisches Feld um das Blatt herum erzeugt wird mit einer Größe, die ausreichend für die Erfassung durch Schaltungselemente auf der Schaltungsplatte 4 ist. Der Isolationsfilm 3 dient zum Isolieren der Schaltungsplatte 4 von dem magnetischen Blatt und besteht vorzugsweise aus einem herkömmlichen isolierenden Material wie Polyethylen-Terephthalat (PET).
Die Schaltungsplatte 4 weist eine isolierende Basisplatte 10 auf, welche beispielsweise aus einem Glas oder keramischem Material gebildet sein kann. Eine Beschichtung 12 aus amorphem Silizium auf der oberen Oberfläche der Basisplatte 10, welche vorzugsweise durch eine herkömmliche fotolithografische Technik aufgebracht ist, bildet eine Vielzahl von parallelen X-Richtungs-Elektrodenleitungen 20 und Y-Richtungs- Elektrodenleitungen 30, die senkrecht zu den X- Elektrodenleitungen angeordnet sind. Die X- und Y- Elektrodenleitungen 20, 30 sind an Kanten A bzw. B der Basisplatte 10 zusammengefasst und mit externen Schaltkreisen über Verbinder (nicht gezeigt) verbunden. Die X-Elektrodenleitungen 20 und die Y- Elektrodenleitungen 30 wirken als Abtastelektrodenleitungen, wie nachfolgend im Einzelnen beschrieben wird.
Die X- und Y-Elektrodenleitungen definieren zwischen sich im Allgemeinen rechteckige Flächen 42 für Erfassungselemente 44. Jedes Erfassungselement 44 enthält ein magnetisch empfindliches Element 40, das elektrisch mit den X- und Y-Elektrodenleitungen 20, 30 gekoppelt ist. Bei einer bevorzugten Konfiguration sind die magnetischen Elemente magnetische Widerstandselemente, die auf der Schaltungsplatte 4 beispielsweise durch einen Hochfrequenz-Zerstäubungsvorgang gebildet sind. Die magnetischen Widerstandselemente haben einen elektrischen Widerstand, der sich verändert, wenn die Elemente einem magnetischen Feld ausgesetzt sind. Wenn die Stärke des magnetischen Feldes zunimmt, nimmt der Widerstand der Elemente gegen Strom im Allgemeinen zu. Die Rate der Veränderung kann durch eine geeignete Auswahl des Materials des magnetischen Widerstandselements eingestellt werden, welches beispielsweise einen Mehrschichtfilm aus einer Ni-Fe-Serienlegierung aufweisen kann. Die Auswahl von verschiedenen magnetischen Materialien ermöglicht dem Benutzer, die Erfassungsempfindlichkeit des Oberflächendruck-Eingabefeldes einzustellen.
Fig. 2 illustriert in größerer Einzelheit eine Gruppe von Erfassungselementen 44, die auf der Schal tungsplatte 4 des Oberflächendruck-Eingabefeldes 1 gebildet sind. Jede X-Elektrodenleitung 20 kreuzt eine der Y-Elektrodenleitungen 30 an einem Kreuzungspunkt 46. Ein isolierendes Abstandsglied 48 ist an jedem Kreuzungspunkt 46 zwischen der X- und der Y- Elektrodenleitung 20, 30 ausgebildet, um die Elektrodenleitungen gegeneinander zu isolieren. Vorzugsweise ist das isolierende Abstandsglied 48 ein SiO&sub2;-Film, der durch eine herkömmliche Technik wie Maskieren und Bedampfung gebildet ist. Jede Elektrodenleitung ist ebenfalls mit einem isolierenden Film (nicht gezeigt) wie SiO&sub2; oder Polyimid beschichtet, um zu verhindern, daß die Elektrodenleitungen das magnetische Blatt 2 berühren.
Bei einer bevorzugten Ausbildung beträgt der Abstand zwischen benachbarten X-Elektrodenleitungen 20 und benachbarten Y-Elektrodenleitungen 30 etwa 30 bis 150 um, und jedes Erfassungselement hat eine Fläche von angenähert 200 bis 14000 um². Dies gewährleistet, daß relativ kleine Erhebungsänderungen in der unteren Oberfläche des magnetischen Blattes 2 in der Größenordnung von mehreren bis zu mehreren zehn um durch die magnetisch empfindlichen Elemente 40 erfasst werden können.
Jedes magnetisch empfindliche Element 40 hat ein Ende, das mit einer Verbindungsfahne 20a von einer der X-Elektrodenleitungen 20 gekoppelt ist, und das andere Ende ist mit einer Verbindungsfahne 30a von einer der Y-Elektrodenleitungen 30 gekoppelt. Wenn ein Signal zu der mit einem gegebenen Kreuzungspunkt 46 verbundenen X-Elektrodenleitung geführt wird, fließt ein Strom, der proportional zu dem Widerstand des entsprechenden magnetisch empfindlichen Elements 40 ist, durch das magnetische Element und entlang der verbundenen Y-Elektrodenleitung, wie nachfolgend diskutiert wird.
Es ist festzustellen, daß die Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebene und in den Fig. 1 bis 3 gezeigte Konfiguration beschränkt ist. Beispielsweise können die Elektrodenleitungen 20, 30 unter anderen Winkeln als 90º zueinander orientiert sein und größere oder kleinere Abstände zwischen benachbarten Leitungen aufweisen, falls dies gewünscht ist. Zusätzlich können die magnetischen Elemente 40 eine Verschiedenheit von Formen und Größen haben, welche sich von der in den Fig. 1 und 2 gezeigten bevorzugten Konfiguration unterscheiden, solange sie jeweils innerhalb eines individuellen Erfassungselements angeordnet und in geeigneter Weise an den X- und Y- Elektrodenleitungen befestigt sind.
Das Oberflächendruck-Eingabefeld nach der vorliegenden Erfindung ist besonders geeignet zum Erfassen eines Fingerabdruckmusters auf der inneren Oberfläche einer Fingerspitze F. Um dies durchzuführen, ist das Eingabefeld 1 mit einer elektrischen Schaltung 49 verbunden, wie in Fig. 3 gezeigt ist. Die gesamte elektrische Schaltung kann auf der isolierenden Basisplatte 10 ausgebildet sein, oder die Schaltungsplatte 4 kann mit einem separat gebildeten Schaltkreis über Verbinder (nicht gezeigt) verbunden sein. Die X-Elektrodenleitungen 20 sind mit einem X- Richtungs-Ausgangsregister 50 verbunden, und die Y- Elektrodenleitungen 30 sind mit einer Y-Richtungs- Schalt/Erfassungs-Schaltung 60 verbunden. Die Y- Schalt/Erfassungs-Schaltung ist über einen Widerstand R geerdet, so daß ein Potential am Punkt A erfasst werden kann, wenn ein Erfassungsstrom durch den Widerstand R fließt.
Wenn die Fingerspitze F auf das Oberflächendruck- Eingabefeld 1 gedrückt wird, sind das magnetische Blatt 2 und der isolierende Film 3 im Allgemeinen konform mit der inneren Oberfläche der Fingerspitze und daher nach unten zu der Schaltungsplatte 4 hin ausgelenkt. Da die Steg- und Rillenbereiche der Fingerspitze F unterschiedliche Oberflächenerhebungen haben, wirken unterschiedliche Druckkräfte auf das magnetische Blatt. Somit verändert sich in Abhängigkeit von der Größe des Druckes und der sich ergebenden Auslenkung eines darüber liegenden Bereichs des magnetischen Blatts 2 der Abstand zwischen diesem Bereich und dem entsprechenden magnetischen Element 40.
Wie beispielsweise in Fig. 5 gezeigt ist, hat ein magnetisches Element 40a, das sich unmittelbar unter oder nahe einem Steg oder konvexen Bereich der Fingerspitze F befindet, einen relativ kleinen Abstand d&sub1; von dem darüber liegenden Bereich des magnetischen Blattes 2. Andererseits hat ein magnetisches Element 40b, das sich unmittelbar unter nahe einer Rille oder einem konkaven Bereich der Fingerspitze F befindet, einen relativ größeren Abstand d&sub2; von dem darüber liegenden Bereich des magnetischen Blattes. Folglich ist das magnetische Element 40a, das sich unter dem Stegbereich der Fingerspitze F befindet, einem stärkeren magnetischen Feld von dem magnetischen Blatt 2 ausgesetzt und zeigt einen größeren Widerstand als das magnetische Element 40b, das sich unterhalb des Rillenbereichs der Fingerspitze F befindet.
Um die Änderungen des Widerstandes der magnetisch empfindlichen Elemente 40 zu erfassen, führt das X- Register 50 aufeinander folgend Impulssignale zu den X-Elektrodenleitungen 20 mit einem vorbestimmten Zeitverhalten oder einer vorbestimmten Frequenz, wie in Fig. 4A gezeigt ist. Gleichzeitig tastet der Y- Schalterkreis 60 zyklisch die Y-Elektrodenleitungen 30 synchron mit demselben vorbestimmten Zeitverhalten oder derselben Frequenz ab, wie in Fig. 4B gezeigt ist. Bei einem Ausführungsbeispiel führt das X- Register 50 aufeinander folgend ein Impulssignal zu jeder X-Elektrodenleitung, während der Y- Schälterkreis 60 auf einer gegebenen Y-Leitung verriegelt ist, um aufeinander folgend die X- und Y- Signale an Kreuzungspunkten 46 entlang der gegebenen Y-Leitung zu konvergieren. Dieser Vorgang wird für jede Y-Leitung 30 wiederholt, so daß die Erfassungsschaltung den relativen Ort der von den magnetisch empfindlichen Elementen 40 erzeugten elektrischen Signale bestimmen kann. Selbstverständlich kann dieser Vorgang umgekehrt werden (d. h. die Y-Schaltung 60 tastet zyklisch die Y-Elektrodenleitungen 30 ab, während das X-Register ein Signal zu einer gegebenen X- Elektrodenleitung führt).
Gemäß Fig. 3 fließt, wenn das X-Register und der Y- Schalterkreis an einem Kreuzungspunkt 46 konvergieren, das Signal von dem X-Register 50 durch das entsprechende magnetische Element 40 und erzeugt ein Potential über dem Widerstand R, das von einem Detektor (nicht gezeigt) an einem Erfassungspunkt A erfasst werden kann. Wenn beispielsweise ein darüber liegender Bereich des magnetischen Blattes 2 zu dem entsprechenden magnetischen Element 40 ausgelenkt wird, nimmt der Abstand zwischen diesen beiden Elementen ab, wodurch die Stärke des magnetischen Feldes, welchem das magnetische Element ausgesetzt ist, zunimmt. Somit nimmt der Widerstand des magnetischen Elements zu, wodurch der Strom und das Potential am Erfassungspunkt A abnehmen. Diese Änderung des Potentials ist im Allgemeinen in einer analogen Weise proportional zu dem Abstand, um welchen der darüber liegende Bereich des magnetischen Blattes 2 ausgelenkt wurde (d. h. die Höhe der Oberflächenveränderung entlang dem entsprechenden Oberflächenbereich der Fingerspitze F). Ein Detektor (nicht gezeigt) verwendet eine herkömmliche Signalverarbeitung, um das Potential an jedem Kreuzungspunkt 46 und seinen relativen Ort zu bestimmen, so daß eine Oberflächendruckdifferenz entsprechend dem Fingerabdruckmuster der Fingerspitze F berechnet und der erfasste Fingerabdruck wiedergegeben werden können.
Gemäß Fig. 6 verwendet ein alternatives Ausführungsbeispiel des Oberflächendruck-Eingabefeldes 1 Erfassungselemente 44', welche Dünnfilmtransistoren (TFTs) 12 enthalten, um die magnetisch empfindlichen Elemente elektrisch mit den X- und Y-Elektrodenleitungen 20, 30 zu koppeln. Die Transistoren 12 haben jeweils einen Gate-Anschluss G, der mit der zugeordneten Y- Leitung verbunden ist, einen Drain-Anschluss D, der mit der verbundenen X-Leitung verbunden ist, und einen Source-Anschluss S, der mit einem Ende des magnetischen Elements 40' verbunden ist. Das jeweils andere Ende der magnetischen Elemente ist mit Erfassungselektrodenleitungen 25 gekoppelt, welche miteinander verbunden und über einen Bezugswiderstand R&sub1; geerdet sind.
Die Transistoren 12 können auf der isolierenden Basisplatte 10' durch herkömmliche Techniken wie beispielsweise Fotolithografie gebildet sein. Die Transistoren 12 sind vorzugsweise polykristalline Transistoren, wie sie zum Treiben von Flüssigkristallelektroden verwendet werden, da sie zuverlässig und relativ kostengünstig herzustellen sind. Jedoch kann eine Verschiedenheit von herkömmlichen Transistoren oder anderen geeigneten elektrischen Schaltern wie beispielsweise Dünnfilmdioden in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Um ein Fingerabdruckmuster mit dem in Fig. 6 gezeigten Ausführungsbeispiel zu erfassen, wird eine Fingerspitze F in der vorbeschriebenen Weise auf das magnetische Blatt 2 gedrückt. Wenn das X-Register und der Y-Schalterkreis an einem gegebenen Kreuzungspunkt 46 konvergieren, wird der entsprechende Transistor 12 eingeschaltet und ein Strom fließt durch das zugeordnete magnetisch empfindliche Element 40' entlang der Erfassungsleitung 25 zum Erdpotential, wodurch ein Potential am Erfassungspunkt A erzeugt wird. Da der Widerstand des magnetischen Elements die Größe des magnetischen Feldes widerspiegelt, verändert sich dieses Potential in Abhängigkeit von dem Abstand zwischen jedem magnetischen Element 40' und dem jeweiligen darüber liegenden Bereich des magnetischen Films 2 in der vorbeschriebenen Weise.
Gemäß Fig. 7 verwendet ein anderes Ausführungsbeispiel des Oberflächendruck-Eingabefeldes 1 Erfassungselemente 44", welche leitende Elemente 35 zum Erfassen der Änderung des magnetischen Feldes, welchem die Elemente ausgesetzt sind, wenn darüber liegende Bereiche des magnetischen Blattes als eine Folge des durch die Fingerspitze F ausgeübten Druckes ausgelenkt werden, enthalten. Jedes leitende Element 35 hat einen Anschluss A, der mit einer der X- Elektrodenleitungen 20 verbunden ist, und einen Anschluss B, der mit einer Y-Elektrodenleitung 30 verbunden ist. Register 50, 52 sind mit jedem leitenden Element 35 an Anschlüssen bzw. D verbunden, um eine Vorspannung, z. B. 6 Volt anzulegen, und einen Strom durch jedes Element in der Richtung vom Anschluss zum Anschluss D (oder umgekehrt) zu erzeugen.
Vorzugsweise sind die leitenden Elemente 35 Hall- Elemente. Die Hall-Elemente 35 sind so orientiert, daß der Strom von den Registern 50, 52 senkrecht zu dem von dem magnetischen Film erzeugten magnetischen Feld ist. Wenn der Strom und das magnetische Feld dem Hall-Element 35 zugeführt werden, wird eine elektromotorische Kraft oder ein Spannungspotential zwischen den Anschlüssen A und B erzeugt. Diese Spannung ist im Allgemeinen proportional zu dem Produkt aus der Stromdichte und dem magnetischen Feld. Wie in Fig. 8 gezeigt ist, sind die X- und Y-Elektrodenleitungen 20, 30 mit Schaltern 54 bzw. 56 verbunden zum Erfassen des an dem A- und B-Anschluss durch jedes Hall- Element 35 erzeugten Spannungspotentials (ähnlich den vorhergehenden Ausführungsbeispielen). Ein Differenzverstärker 58 ist mit den Schaltern 54, 56 verbunden, um das Spannungspotential zu berechnen.
Im Gebrauch sind magnetische Blatt 2 und der isolierende Film 3 auf die isolierende Basisplatte 10" in der vorbeschriebenen Weise laminiert. Wenn die Fingerspitze F gegen den Film und das Blatt gedrückt wird, werden unterschiedliche darüber liegende Bereiche des magnetischen Blattes 2 zu den Hall-Elementen 35 hin um Werte ausgelenkt, die von dem durch die individuellen Oberflächenveränderungen der Fingerspitze ausgeübten Oberflächendruck abhängen. Die Stärke des von jedem Hall-Element empfangenen magnetischen Feldes verändert sich in Abhängigkeit von dem Abstand zwischen diesem und dem darüber liegenden Bereich des magnetischen Films 2. Ein äquivalenter Strom wird jedem Hall-Element 35 durch Register 50, 52 derart zugeführt, daß die Spannung über den Anschlüssen A und B im Allgemeinen proportional zu dem von dem Hall- Element empfangenen magnetischen Feld ist. Die Spannung wird erfasst und in Beziehung zu dem entsprechenden Kreuzungspunkt 46 gesetzt, um den Oberflächendruck an diesem Kreuzungspunkt zu bestimmen. Die Schalter 54, 56 tasten zyklisch alle Kreuzungspunkte ab, wie vorstehend beschrieben ist, so daß die Anordnung von konkaven und konvexen Bereichen des gesamten Fingerabdrucks erfasst und der abgefühlte Fingerabdruck wiedergegeben werden können.
Die Fig. 9 und 10 illustrieren weitere Ausführungsbeispiele des Oberflächendruck-Eingabefeldes 1. In Fig. 9 weist das Eingabefeld weiterhin ein Elastomer 60 wie ein Schwammblatt auf, das zwischen dem magnetischen Blatt 2 und der Schaltungsplatt 4 angeordnet ist. Das Elastomer 60 ist geeignet, in Abhängigkeit von dem Druck auf dieses von dem magnetischen Blatt 2 nachzugeben. Wie in Fig. 8 gezeigt ist, wird, wenn ein Stegbereich der Fingerspitze F nach unten auf einen Bereich des magnetischen Blattes 2 drückt, dieser Bereich nach unten ausgelenkt, wodurch bewirkt wird, das der darunter liegende Bereich des Elastomers 60 nachgibt.
In Fig. 10 ist ein unterschiedlicher Typ des magnetischen Blattes gezeigt. Das magnetische Blatt 2' ist geeignet, in Übereinstimmung mit den Oberflächenkonturen der Fingerspitze in der Richtung der Dicke (Tiefe) nachzugeben, wenn die Fingerspitze auf die Oberfläche des magnetischen Blattes gedrückt wird. Wie in Fig. 9 gezeigt ist, erfasst ein magnetisch empfindliches Element 40a, das sich unmittelbar unter oder benachbart einem Stegbereich der Fingerspitze befindet, ein relativ stärkeres magnetisches Feld, da der darüber liegende Bereich des magnetischen Blattes 2 zu dem magnetisch empfindlichen Element 40a hin nachgegeben hat. In gleicher Weise erfasst ein magnetisch empfindliches Element 40b, das sich unmittelbar unter oder benachbart einem Rillenbereich der Fingerspitze F befindet, keine Änderung der Stärke des magnetischen Feldes, da das Blatt nicht zu dem Element 40b hin nachgegeben hat. Demgemäß kann eine Karte des Fingerabdrucks in der vorstehend diskutierten Weise wiedergegeben werden.

Claims

1. Oberflächendruck-Eingabefeld, welches aufweist:

ein flexibles magnetisches Blatt (2) mit einer ersten Hauptfläche, welche ein magnetischer Südpol ist, und einer zweiten Hauptfläche auf der entgegengesetzten Seite des Blattes (2), welche ein magnetischer Nordpol ist; und

eine Schaltungsplatte (4), auf die das magnetische Blatt (2) aufgebracht ist und welche aufweist:

eine isolierende Grundplatte (10), eine erste und eine zweite Gruppe von Elektrodenlinien (20, 30), welche auf der isolierenden Grundplatte (10) gebildet sind und einander an Kreuzungspunkten (46) kreuzen, und magnetisch empfindliche Elemente (40), die mit durch die Elektrodenlinien (20, 30) gebildeten Kreuzungspunkten (46) assoziiert, mit assoziierten Elektrodenlinien verbunden und dem magnetischen Blatt (2) zugewandt sind, wobei die magnetisch empfindlichen Elemente (40) geeignet sind, elektrische Signale als eine Funktion eines Abstands zwischen den magnetisch empfindlichen Elementen (40) und jeweiligen darüber liegenden Bereichen des magnetischen Blattes (2) zu erzeugen, so daß beim Anlegen eines elektrischen Potentials an das Element (40) die erzeugten elektrischen Signale erfasst und die relativen Orte der Elemente (40) bestimmt werden können.

2. Eingabefeld nach Anspruch 1, worin das magnetische Blatt (2) ein magnetisches Feld erzeugt, die magnetisch empfindlichen Elemente (40) magnetische Widerstandselemente aufweisen mit einem Widerstand, der als eine Funktion des magnetischen Feldes, welchem die Elemente (40) ausgesetzt sind, variiert, wobei die Stärke des magnetischen Feldes, welchem die Elemente (40) ausgesetzt sind, im Allgemeinen proportional zu einem Abstand zwischen den magnetisch empfindlichen Elementen (40) und jeweiligen überdeckenden Bereichen des magnetischen Blattes (2) ist.

3. Eingabefeld nach Anspruch 2, worin jedes magnetische Widerstandselement (40) direkt mit den Elektrodenlinien (20, 30) verbunden ist, welche mit dem Kreuzungspunkt (46) für das Element (40) assoziiert sind.

4. Eingabefeld nach Anspruch 2, welches weiterhin Schalter (12) enthält, die jedes magnetische Widerstandselement (40) mit den Elektrodenlinien (20, 30) verbinden, die mit dem Kreuzungspunkt (46) für das Element (40) assoziiert sind.

5. Eingabefeld nach Anspruch 4, worin die Schalter (12) Dünnfilmtransistoren sind, wobei die Transistoren betriebsmäßig erste Enden der magnetischen Widerstandselemente (40) mit einer assoziierten ersten und zweiten Gruppe von Elektrodenlinien (20, 30) verbinden zur Bestimmung des relativen Ortes jedes magnetischen Widerstandselementes (40), und Signalleitungen (25) enthalten, die mit zweiten Enden der magnetischen Widerstandselemente (40) verbunden sind zur Erfassung der erzeugten elektrischen Signale.

6. Eingabefeld nach Anspruch 1, worin das magnetische Blatt (2) ein magnetisches Feld erzeugt, die magnetisch empfindlichen Elemente (40) leitende Elemente aufweisen, welche geeignet sind zur Erzeugung einer Spannung entsprechend der Stärke des magnetischen Feldes, dem die Elemente (40) ausgesetzt sind, und die Größe des magnetischen Feldes im Allgemeinen proportional zu einem Abstand zwischen den leitenden Elementen (40) und jeweils überdeckenden Bereichen des magnetischen Blattes (2) ist.

7. Eingabefeld nach Anspruch 6, worin die leitenden Elemente (40) Hall-Elemente sind.

8. Eingabefeld nach Anspruch 1, worin das flexible magnetische Blatt (2) eine Oberfläche aufweist, die zum Empfang einer Fingerspitze ausgebildet ist, welche Fingerspitze auf der Innenseite eine Oberfläche mit Konturen besitzt, und worin das magnetische Blatt (2) geeignet ist, im Allgemeinen in Übereinstimmung mit Oberflächenkonturen der Fingerspitze ausgelenkt zu werden, wenn die Fingerspitze gegen die Oberfläche des magnetischen Blattes (2) gedrückt wird.

9. Eingabefeld nach Anspruch 1, worin die erste und die zweite Gruppe von Elektrodenlinien (20, 30) ein x-y-Gitter bilden.

10. Eingabefeld nach Anspruch 1, worin die Elektrodenlinien jeder Gruppe im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen und einen gegenseitigen Abstand von angenähert 20-150 um aufweisen.

11. Eingabefeld nach Anspruch 1, worin das flexible magnetische Blatt (2) eine zum Empfang einer Fingerspitze geeignete Form und Größe hat, die Fingerspitze eine Oberfläche mit Konturen auf der Innenseite besitzt, und das magnetische Blatt (2) entsprechend der Oberflächenkontur der Fingerspitze nachgibt, wenn die Fingerspitze auf die Oberfläche des magnetischen Blattes (2) gedrückt wird.

12. Eingabefeld nach Anspruch 11, weiterhin enthaltend ein zwischen dem magnetischen Blatt (2) und den magnetisch empfindlichen Elementen (40) angeordnetes Elastomer, wobei das Elastomer (60) geeignet ist, in Übereinstimmung mit den Oberflächenkonturen der Fingerspitze nachzugeben, wenn die Fingerspitze auf das magnetische Blatt (2) gedrückt wird.

13. Vorrichtung zur Verwendung bei der Kartierung körperlicher Oberflächenunregelmäßigkeiten eines Gegenstands, welche Vorrichtung aufweist:

ein Oberflächendruck-Eingabefeld gemäß Anspruch 1, worin das magnetische Blatt (2) geeignet ist, lokal in wesentlicher Übereinstimmung mit den Oberflächenunregelmäßigkeiten ausgelenkt zu werden, wenn ein Gegenstand gegen eine erste Seite des Blattes (2) gedrückt wird;

Mittel zum Bestimmen der relativen Orte der magnetisch empfindlichen Elemente (40), von denen die elektrischen Signale ausgehen;

wodurch die Oberflächenunregelmäßigkeiten auf der Grundlage der erzeugten elektrischen Signale und der relativen Orte der magnetisch empfindlichen Elemente (40) kartiert werden können.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, worin die Bestimmungsmittel eine erste und eine zweite Gruppe von elektrisch leitenden Linien (20, 30), welche einander kreuzen, und Mittel (48) zum Isolieren der Linien (20) der ersten Gruppe von den Linien (30) der zweiten Gruppe aufweisen.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, worin die erste und die zweite Gruppe von Linien (20, 30) im Wesentlichen senkrecht zueinander angeordnet sind und ein x-y-Gitter von Linien bilden.

16. Vorrichtung nach Anspruch 14, worin die Linien auf der Grundplatte (10) getragen sind.

17. Vorrichtung nach Anspruch 13, worin die magnetisch empfindlichen Elemente (40) in einer x-y-Anordnung angeordnet sind.

18. Vorrichtung nach Anspruch 14, worin die magnetisch empfindlichen Elemente (40) magnetische Widerstandselemente aufweisen, welche einen Widerstand besitzen, der als eine Funktion des magnetischen Feldes, welchem die Elemente ausgesetzt sind, variiert, wobei das von dem magnetischen Blatt (2) erzeugte magnetische Feld im Allgemeinen proportional zu einem Abstand zwischen den magnetischen Widerstandselementen und jeweiligen überdeckenden Bereichen des magnetischen Blattes (2) ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, worin die magnetischen Widerstandselemente (40) jeweils elektrisch mit einer assoziierten Elektrodenlinie der ersten und der zweiten Gruppe derart verbunden sind, daß, wenn ein elektrisches Potential an die assoziierten Elektrodenlinien angelegt wird, ein Strom durch das magnetische Widerstandselement fließt, dessen Größe im Wesentlichen proportional zu dem magnetischen Feld ist, dem die magnetischen Widerstandselemente ausgesetzt sind.

20. Vorrichtung nach Anspruch 12, enthaltend einen Dünnfilmtransistor (12), der betriebsmäßig mit den Elementen und den Bestimmungsmitteln verbunden ist.

21. Vorrichtung nach Anspruch 14, worin die magnetisch empfindlichen Elemente (40) leitende Elemente aufweisen, und die Vorrichtung weiterhin Mittel (50, 52) zum Leiten eines Stroms durch die leitenden Elemente (40) enthält, wobei die leitenden Elemente geeignet sind, eine Spannung zu erzeugen, die im Allgemeinen proportional zu einer Dichte des elektrischen Stroms und einer Größe eines magnetischen Feldes von dem magnetischen Blatt (2), welchem die Elemente ausgesetzt sind, ist.

22. Vorrichtung zur Verwendung bei der Kartierung körperlicher Oberflächenunregelmäßigkeiten eines Gegenstands, welche Vorrichtung aufweist:

ein Eingabefeld gemäß Anspruch 1, worin das magnetische Blatt (2) geeignet ist, lokal in wesentlicher Übereinstimmung mit den über flächenunregelmäßigkeiten ausgelenkt zu werden, wenn der Gegenstand gegen das Blatt gedrückt wird;

mit der ersten Gruppe von Elektrodenlinien (20) verbundene Mittel zum Anlegen eines elektrischen Potentials an die erste und die zweite Gruppe von Elektrodenlinien; und

eine Erfassungsschaltung, die betriebsmäßig mit den ersten und zweiten Elektrodenlinien (20, 30) verbunden ist, um die erzeugten elektrischen Signale zu erfassen und die Orte der magnetisch empfindlichen Elemente (40) zu bestimmen, um hierdurch eine Nachbildung der Oberflächenunregelmäßigkeiten des Gegenstands zu ermöglichen.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22, worin die magnetische empfindlichen Elemente (40) magnetische Widerstandselemente aufweisen.

24. Vorrichtung nach Anspruch 22, worin die magnetisch empfindlichen Elemente (40) Hall- Elemente aufweisen.

25. Verfahren zum Erhalten eines Fingerabdruckmusters von einer Fingerspitze, welches die Schritte aufweist:

Vorsehen einer Schaltungsplatte (4) mit einer darauf gebildeten ersten und zweiten Gruppe von Elektrodenlinien (20, 30), wobei Linien der ersten Gruppe und der zweiten Gruppe sich an Kreuzungspunkten (46) kreuzen, mehrerer magnetisch empfindlicher Elemente (40), die auf der Schaltungsplatte (4) gebildet sind, und eines auf der Schaltungsplatte (4) befestigten flexiblen magnetischen Blattes (2), wobei die magnetisch empfindlichen Elemente (40) geeignet sind, elektrische Signale als eine Funktion eines Abstands zwischen den magnetisch empfindlichen Elementen (40) und jeweiligen überdeckenden Bereichen des magnetischen Blattes (2) zu erzeugen;

Drücken der Fingerspitze in Kontakt mit der Oberfläche des magnetischen Blattes (2) derart, daß das magnetische Blatt im Wesentlichen Konturen der Fingerspitze folgt und zu mindestens einigen der magnetisch empfindlichen Elemente hin ausgelenkt wird;

Erfassen der durch die magnetisch empfindlichen Elemente (40) erzeugten elektrischen Signale;

Bestimmen der relativen Orte der magnetisch empfindlichen Elemente (40), welche die elektrischen Signale erzeugen; und

Wiedererschaffen des Fingerabdruckmusters durch Analysieren der elektrischen Signale und in Beziehung Setzen der elektrischen Signale mit dem Ort der magnetisch empfindlichen Elemente (40), die solche Signale erzeugen.