DE19957583A1

DE19957583A1 - Identifizierungsvorrichtung für Fingerabdrücke, die mit einem Berührungssensor zur Detektion eines menschlichen Fingers ausgerüstet ist

Info

Publication number: DE19957583A1
Application number: DE19957583A
Authority: DE
Inventors: Takeo Morita; Keiichi Nagayama; Hirotaka Ishii; Yasuhide Yomo; Eiji Kasai
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1998-12-10
Filing date: 1999-11-30
Publication date: 2000-06-29
Also published as: US6647133B1; CA2291204A1; KR100467921B1; JP2000172833A; GB9928198D0; GB2345140A; CA2291204C; KR20000047742A; GB2345140B

Abstract

Eine Identifikationsvorrichtung (11) für Fingerabdrücke kommt dann nur zu dem Urteil, dass der eingebene Fingerabdruck mit einem Fingerabdruck in der Datenbank identisch ist, wenn der Berührungssensor (13) den menschlichen Finger (3) erkennt, und eine Fingerabdruck-Verarbeitungseinheit (19) feststellt, dass der eingegebene Fingerabdruck mit einem Fingerabdruck in der Datenbank identisch ist. Der Berührungssensor (13) umfasst einen Oszillator (20), der ein Hochfrequenzsignal abgibt. Eine Elektrodeneinheit (22) wendet das Hochfrequenzsignal auf den menschlichen Finger (3) an. Eine Detektionseinheit (23) erkennt eine Verschiebung der Impedanzwerte, wobei die Verschiebung durch den menschlichen Finger (3) hervorgerufen wird, der mit der Elektrodeneinheit (22) in Berührung ist, und die Detektionseinheit (23) gibt auf der Grundlage der Verschiebung der Impedanzwerte ein Ausgangssignal ab. Eine Unterscheidungseinheit (24) stellt fest, ob der menschliche Finger (3) mit der Elektrodeneinheit (22) in Kontakt ist, indem sie das Ausgangssignal von der Detektionseinheit (23) mit einem vorher bestimmten Bezugswert vergleicht.

Description

Die Erfindung betrifft im Allgemeinen eine Identifizierungsvorrichtung für Fingerabdrücke und hat den Zweck, einen einzelnen menschlichen Fingerabdruck zu identifizieren.

In Fig. 1 ist der Aufbau einer konventionellen Identifizierungsvorrichtung für Fingerabdrücke dargestellt. Ein Dreieckprisma 2 wird so positioniert, dass es mit dem menschlichen Finger 3 Kontakt herstellt. Ein optischer Strahl von einer optischen Quelle 4, wie z. B. einer lichtemittierenden Diode (LED-Diode), wird von der Unterseite des Prismas in dieses eingeschossen. Der optische Strahl wird vollständig von der geneigten Oberfläche des Prismas 2 reflektiert und geht durch die Fokussierlinse 5. Das auf der geneigten Oberfläche des Prismas 2 entstehende Bild des Fingers 3 wird auf einem Bilddarstellungselement 6, wie z. B. auf einem CCD-Element (einem ladungsgekoppelten Baustein) fokussiert.

Wenn bei der vorgenannten Identifizierungsvorrichtung für Fingerabdrücke der Finger 3 die geneigte Oberfläche des Prismas berührt, bleibt trotz des engen Kontakts zwischen dem Finger und der geneigten Oberfläche ein kleiner Zwischenraum bestehen, und zwar wegen dem konvexen und konkaven Muster des Fingerabdrucks. Der optische Strahl, der auf die geneigte Oberfläche des Prismas 2 geschossen wird, wird in dem kleinen Zwischenraum, in dem der konkave Teil des Fingers 3 das Prisma 2 berührt, vollständig reflektiert und erzeugt ein helles Bild auf dem Darstellungselement 6. An der engen Kontaktstelle hingegen, an welcher der konvexe Teil des Fingers 3 das Prisma 2 berührt, durchdringt der optische Strahl die geneigte Oberfläche und wird an der Fingeroberfläche gestreut. Er erzeugt dann ein dunkles Bild auf dem Darstellungselement 6. Aufgrund dieser Merkmale entsteht auf dem Darstellungselement 6 ein Fingerabdruckmuster mit hellen und dunklen Bereichen.

Die Verarbeitungseinheit 7 für die Fingerabdruck- Identifikation extrahiert aus dem Bild des Fingerabdrucks, das auf dem Darstellungselement 6 abgebildet wurde, kennzeichnende Merkmale dieses Fingerabdrucks und vergleicht sie mit den Fingerabdrücken vieler anderer, zuvor in einer Datenbank eingespeicherten Personen, um den spezifischen Fingerabdruck zu identifizieren.

Konventionelle Berührungssensoren sind jedoch nicht in der Lage, festzustellen, ob das Objekt, welches das Prisma berührt, auch tatsächlich ein menschlicher Finger ist. Obwohl einige der herkömmlichen Sensoren, die auf Grund von Induktivität, elektrischer Leitfähigkeit und Hochfrequenzstrahlung funktionieren, eigentlich nur auf die Berührung eines menschlichen Fingers reagieren sollen, ist es jedoch relativ einfach, diese Sensoren zu aktivieren, indem man sie absichtlich mit einem Objekt, das ähnliche Eigenschaften wie ein Finger hat, berührt. Folglich sind konventionelle Sensoren nicht fähig, immer korrekt zwischen einem menschlichen Finger und einem anderen Objekt zu unterscheiden. Detektionsspulen beispielsweise erkennen die Gegenwart eines menschlichen Körpers bevor sie eigentlich berührt werden. Im vorliegenden Zusammenhang resultiert dies in einem Genauigkeitsproblem, denn sie können nicht im Einzelnen feststellen, ob der Sensor in der Tat von einem menschlichen Körper berührt wurde.

Es ist somit Aufgabe der Erfindung, eine Identifizierungsvorrichtung für Fingerabdrücke bereitzustellen, welche in der Lage ist, die Berührung durch einen menschlichen Finger mit verbesserter Genauigkeit zu erkennen.

In einem Ausführungsbeispiel soll eine Identifizierungsvorrichtung für Fingerabdrücke bestimmen, ob der eingegebene Fingerabdruck einem Fingerabdruck unter einer Vielzahl von zuvor in einer Datenbank eingespeicherten Fingerabdrücken zugeordnet werden kann. Die Vorrichtung besteht aus einem Berührungssensor, der den menschlichen Finger identifiziert. Hierbei besteht der Berührungssensor aus 1) einer Oszillatoreinheit, die ein Hochfrequenzsignal abgibt; 2) einer Elektrodeneinheit, die das Hochfrequenzsignal von der Oszillatoreinheit empfängt, und die Elektroden enthält, die von dem zu erkennenden, menschlichen Finger berührt werden; 3) einer Detektionseinheit, die ein im Hinblick auf die Impedanz der Elektrodeneinheit unterschiedliches Signal abgibt; 4) einer Unterscheidungseinheit, die bestimmt, ob das erkannte Objekt ein lebendes Objekt ist; und 5) einer Bezugssignal- Einstelleinheit, in der das Bezugssignal vor Benutzung des Gerätes gespeichert wird, damit festgestellt werden kann, ob es sich bei dem erkannten Objekt um einen menschlichen Finger handelt.

Bei diesem vorliegenden erfindungsgemässen Berührungssensor liefert die Oszillatoreinheit ein Hochfrequenzsignal an die Elektrodeneinheit. Wenn es sich bei dem entdeckten Objekt um einen biologischen Teil eines menschlichen Körpers handelt, wie z. B. einen Finger, dann ändert sich die Impedanz der Elektrodeneinheit. Zunächst ist die Impedanz entsprechend der Impedanz auf der Eingangsseite der Elektrode eingestellt, wenn der Finger die Elektroden berührt. Die Reflexionswelle wird kleiner sein, wegen der Änderung der Impedanz, wenn der Finger die Elektroden berührt. Durch Detektion dieser Reflexionswelle und deren Vergleich mit einem Bezugssignal in der Unterscheidungseinheit kann festgestellt werden, dass der Reflexionspegel niedriger ist und die Elektroden von einer Person und nicht von einer Fingerattrappe berührt werden.

Die erfindungsgemässe Identifizierungsanordnung für Fingerabdrücke stellt nur dann fest, dass der eingegebene Fingerabdruck mit einem Fingerabdruck in der Datenbank identisch ist, wenn der Berührungssensor in der Tat einen menschlichen Finger identifiziert, und die Fingerabdruck- Verarbeitungseinheit erkennt, dass der eingegebene Fingerabdruck mit einem Fingerabdruck in der Datenbank identisch ist. Dieses Merkmal verhindert Schummeln mit einer Fingerattrappe und gewährleistet die Genauigkeit der Fingerabdruckdetektion.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung unter Bezugnahme auf den Stand der Technik näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer konventionellen Identifizierungsvorrichtung für Fingerabdrücke;

Fig. 2 ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels einer Identifizierungsvorrichtung für Fingerabdrücke, die mit einem erfindungsgemässen Berührungssensor zur Detektion eines menschlichen Fingers ausgerüstet ist;

Fig. 3 ein Beispiel für ein Blockdiagramm eines erfindungsgemässen Berührungssensors;

Fig. 4(a) und Fig. 4(b) ein Beispiel für eine Elektrodenkonfiguration, die in dem vorstehenden Ausführungsbeispiel angewendet wurde;

Fig. 5 ist ein Beispiel für ein Diagramm einer Ersatzschaltung, die das in dem Berührungssensor in Fig. 2 dargestellte Detektionsprinzip verdeutlicht;

Fig. 6 ein Beispiel einer Grafik des Verhältnisses zwischen der Frequenz und der Reflexionswellenamplitude;

Fig. 7 einen elektrischen Stromkreis für den Berührungssensor;

Fig. 8 ein weiteres Beispiel einer Schaltung für die Elektroden;

Fig. 9 ein Blockdiagramm eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;

Fig. 10 ein Blockdiagramm eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;

Fig. 11 ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Schaltplanes;

Fig. 12 ein Blockdiagramm eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;

Fig. 13 ein Blockdiagramm eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;

Fig. 14(a) bis Fig. 14(c) Schaltungen entsprechend dem in Fig. 13 dargestellten Filter;

Fig. 15 ein Blockdiagramm eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;

Fig. 16 ein Blockdiagramm eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;

Fig. 17 ein Blockdiagramm eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;

Fig. 18 ein Blockdiagramm eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;

Fig. 19 ein Blockdiagramm eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 20 ein weiteres Beispiel für einen erfindungsgemässen Schaltplan.

Der Aufbau des ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 2 dargestellt. Die Identifizierungsvorrichtung 11 für Fingerabdrücke hat eine Fingerabdruck-Identifikationseinheit 12, einen Berührungssensor 13 zur Erkennung der Berührung eines menschlichen Fingers und eine Ausgangseinheit 14. Die Fingerabdruck-Identifikationseinheit 12 besteht aus dem rechteckigen Dreieckprisma 15, einer oder mehreren Lichtquellen 16, wie z. B. einer LED oder etwas Ähnlichem, einem Bilddarstellungselement 18, wie z. B. einem CCD- Element oder etwas Ähnlichem, einer Fokussierlinse 17, um das Bild auf der geneigten Oberfläche 15a des Prismas 15 auf dem Bilddarstellungselement 18 zu fokussieren und einer Fingerabdruck-Verarbeitungseinheit 19, wie z. B. einem programmierten Mikro-Computer (Zentraleinheit, ZE) zur Identifizierung der Fingerabdrücke.

Der optische Strahl L wird von der Lichtquelle 16 auf die Unterseite des Prismas 15 geschossen. Das von der Unterseite des Prismas 16 eingetretene Licht wird vollständig von der geneigten Oberfläche 15a reflektiert und tritt an der Seite des Prismas 15 aus. Der optische Strahl L, der von der Seite des Prismas 15 austritt, geht durch die Fokussierlinse 17 in das Bilddarstellungselement 18, und das Bild auf der geneigten Oberfläche 15a wird auf dem Bilddarstellungselement 18 fokussiert.

Wenn ein menschlicher Finger 3 die geneigte Oberfläche 15a berührt, entsteht ein kleiner Zwischenraum (luftgefüllter Raum) zwischen dem konkaven Teil des Fingerabdruckmusters und der geneigten Oberfläche 15a. Dieser luftgefüllte Raum ist der Grund, weshalb der optische Strahl vollständig von der geneigten Oberfläche reflektiert wird und an der Seite des Prismas 15 austritt. Der konvexe Teil des Fingerabdrucks hingegen stellt einen lückenlosen Kontakt mit der geneigten Oberfläche 15a her, und der optische Strahl L, der in diesen Teil eintritt, durchdringt die geneigte Oberfläche und wird am Finger 3 gestreut. Der konkave Teil des Fingerabdrucks erscheint deshalb als helles Bild auf dem Bilddarstellungselement 18, und der konvexe Teil des Fingerabdrucks erscheint als dunkles Bild auf dem Bilddarstellungselement 18. Mit der vorstehenden Beschreibung wurde das erfindungsgemässe Prinzip der Herstellung eines Fingerabdruckmusters auf dem Bilddarstellungselement 18 erläutert.

Das Bilddarstellungselement 18 wandelt die optische Information in elektrische Information um. Das Fingerabdruckmuster (d. h. das hell-dunkle Muster) auf dem Bilddarstellungselement 18 wird in Form von digitalisierten Daten an die Fingerabdruck-Verarbeitungseinheit 19 gesendet. Die Fingerabdruck-Verarbeitungseinheit 19 analysiert die von dem Bilddarstellungselement 18 empfangenen, digitalen Daten, um eine merkmalspezifische Menge an Fingerabdruckinformation zu extrahieren und Fingerabdruckdaten zu erzeugen. Die Fingerabdruckdaten enthalten u. a. Wellenrichtung, Anzahl der Zentralleisten, Abstand zwischen den Zentralleisten und andere Fingerabdruckmerkmale, die an sich bekannt sind (Japanische Patentveröffentlichung, Kokai 5-61964). Die Fingerabdruck- Verarbeitungseinheit 19 hat eine Datenbank für Fingerabdrücke in einer Speichereinheit und vergleicht nun den einzelnen Fingerabdruck, der auf der geneigten Oberfläche 15a entstanden ist, mit in der Datenbank eingespeicherten Fingerabdrücken, um den einzelnen Fingerabdruck zu identifizieren. Entdeckt die Fingerabdruck-Verarbeitungseinheit 19 ein Fingerabdruckmuster, das mit einem Fingerabdruck in der Datenbank identisch ist, entscheidet sie, dass es sich bei dem Fingerabdruck auf der geneigten Oberfläche 15a um den zu überprüfenden Zielfingerabdruck handelt.

Fig. 3 ist ein Beispiel für ein Blockdiagramm eines Berührungssensors gemäss dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Berührungssensor 13 dieses Ausführungsbeispiels wurde so konzipiert, dass er in der Lage ist, zu erkennen, ob er tatsächlich von einem Finger berührt wurde. Der Berührungssensor besteht aus 1) einer Oszillatoreinheit 20, die ein Hochfrequenzsignal erzeugt und abgibt; 2) einer Elektrodeneinheit 22, die sich aus einem Elektrodenpaar 21a und 21b zusammensetzt, und einem Transformator 26, der für einen Impedanzvergleich verwendet wird; 3) einer Detektionseinheit 23, die den Pegel des Hochfrequenzsignals, das von der Oszillatoreinheit 20 an die Elektrodeneinheit 22 geliefert wird und durch diese reflektiert wird, erkennt und 4) eine Unterscheidungseinheit 24, die auf Grund der Amplitude des erkannten Signals bestimmt, ob der Berührungssensor wirklich von einem Finger berührt wird.

In dem Berührungssensor 13 werden zur Erkennung von menschlichen Fingern Hochfrequenzsignale von der Oszillatoreinheit 20 an die Elektrodeneinheit 22 geliefert. Da die Elektrodeneinheit 22 so eingestellt ist, dass ein Impedanzvergleich nur dann eine Übereinstimmung zeigt, wenn ein wirklicher Finger die Elektroden 21a und 21b berührt, fliessen die Hochfrequenzsignale von der Oszillatoreinheit 20 in die Sekundärseite des Transformators 26, ohne auf den Elektroden zu reflektieren, wenn tatsächlich ein menschlicher Finger die Elektroden 21a und 21b berührt. Trifft jedoch ein nicht-menschlicher Finger, d. h. eine Fingerattrappe, auf die Elektroden 21a und 21b auf, so zeigt der Impedanzvergleich keine Übereinstimmung und ein Detektionssignal, das die Anwesenheit einer solchen Fingerattrappe anzeigt, wird erzeugt. Bei dem Detektionssignal handelt es sich z. B. um ein Reflexionssignal der Elektrodeneinheit 22, und das Hochfrequenzsignal wird daraufhin nicht an die Elektrodeneinheit 22 gesendet. Durch Erkennung, ob ein Reflexionssignal von der Elektrodeneinheit 22 reflektiert wird oder durch Vergleich des Reflexionspegels mit dem Bezugswert, der in der Bezugswert-Einstelleinheit 25 eingestellt wurde, ist es für die Unterscheidungseinheit 24 möglich, festzustellen, ob das Objekt, das die Elektroden berührt, in der Tat ein menschlicher Finger oder eine Fingerattrappe ist. Der Berührungssensor 13 wird nachstehend im Einzelnen noch weiter erläutert.

Fig. 3 ist ein Beispiel für ein Blockdiagramm eines Berührungssensors gemäss dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Berührungssensor 13 dieses Ausführungsbeispiels wurde dazu konzipiert, zu erkennen, ob er von einem Finger berührt wurde. Der Berührungssensor 13 besteht aus einer Oszillatoreinheit 20, die ein Hochfrequenzsignal erzeugt und abgibt, einer Elektrodeneinheit 22, die sich aus einem Elektrodenpaar 21a und 21b zusammensetzt, und einem Transformator 26, der für einen Impedanzvergleich eingesetzt wird, einer Detektionseinheit 23, die den Pegel des Hochfrequenzsignals, das von der Oszillatoreinheit 20 an die Elektrodeneinheit 22 geliefert wird und durch diese reflektiert wird, erkennt, sowie einer Unterscheidungseinheit 24, die auf Grund der Amplitude des erkannten Signals bestimmt, ob der Berührungssensor tatsächlich von einem Finger berührt wurde. Die Bezugswert- Einstelleinheit 25 setzt den Bezugs-Impedanzwert derart fest, dass unterschieden werden kann, ob die Elektrodeneinheit 25 von einem menschlichen Finger berührt wurde.

Da dieses Ausführungsbeispiel eines Berührungssensors sowohl als Berührungssensor, d. h. beim Zusammenwirken mit einem Licht, sowie als Identifizierungsvorrichtung für Fingerabdrücke verwendet werden kann, müssen die Elektroden lichtdurchlässig sein. Nach Spezifikation soll die spezifische Durchlässigkeit der Elektroden 21a und 21b deshalb mehr als 50% betragen. Zu diesem Zweck kann für die Elektroden 21a und 21b eine ITO-Membran benutzt werden.

Wenn es nicht erforderlich ist, dass Licht die Elektroden 21a und 21b passiert, können sie aus irgendeinem Material bestehen, das sich als Leiter von Hochfrequenzstrahlung gut eignet. Dies ist wichtig, wenn die Elektroden lang sind. Gute Hochfrequenzleiter sind u. a. Silber, Gold, Kupfer und Aluminium. Wenn die Elektroden 21a und 21b nicht lichtdurchlässig sein müssen und relativ kurz sind, kann die Detektion schon erfolgen, wenn Halbleiter verwendet werden.

Fig. 5 ist ein Beispiel für ein Diagramm einer Ersatzschaltung und veranschaulicht das Erkennungsprinzip, das bei dem Berührungssensor 13 in Fig. 3 angewendet wurde. Solange kein Finger den Bereich zwischen den Elektroden 21a und 21b berührt, ist die sekundäre Seite des Transformators 26 im offenen Zustand. Wird der Bereich zwischen den Elektroden 21a und 21b hingegen berührt, so werden die Widerstandswerte R₂ und R₃ der Elektroden 21a und 21b, die Kapazitätswerte C₂ and C₃ zwischen den Elektroden 21a und 21b und dem Finger sowie die FNG-Ersatzschaltung des Fingers, die einen Kondensator C₄ und Widerstände R₄ und R₅ enthält, in Reihe an die Sekundärspule des Transformators 26 geschaltet. Berührt ein Finger den Bereich zwischen den Elektroden 21a und 21b, steigt die Kapazität zwischen dem Finger und den Elektroden 21a und 21b, und der Hochfrequenz-Impedanzwert des Fingers wird mit dem Bezugswert verglichen. Auf der Grundlage dieses Prinzips bestimmt die Unterscheidungseinheit 24, ob die Berührung von einem tatsächlichen Finger oder einer Attrappe durchgeführt wurde. Die auf der sekundären Seite des Transformators 26 gemessene Impedanz, wenn der Finger die Elektroden berührt, kann als Vergleichskriterium herangezogen werden. Basierend auf dem Pegel des von der Oszillatoreinheit 20 stammenden Hochfrequenzsignals, nachdem dieses von der Elektrodeneinheit 22 reflektiert wurde, wird bestimmt, ob der Sensor von einem Finger berührt wurde. Wenn beispielsweise der Widerstandswert R₄ + R₅ des Fingers etwa 40 Ω beträgt, der Widerstandswert R₂ + R₃ etwa 30 Ω ist, die Kapazität, wenn der Finger die Elektroden berührt, etwa 3000 pF ist, und die reaktive Komponente ½ 0fc der Kapazität C 1,3 Ω (40,68 MHz) ist, dann beträgt die Gesamtimpedanz 102,6 Ω. Ist der Transformator 26 auf etwa 50 : 100 eingestellt, so beträgt die entstehende Impedanz auf der primären Seite des Transformators 26 etwa 50 Ω, wenn der Finger den Sensor berührt, und der Impedanzvergleich auf beiden Seiten des Transformators stimmt überein. Ist der Transformator 26 so eingestellt, dass der Impedanzvergleich nur dann übereinstimmt, wenn ein tatsächlicher Finger den Sensor berührt, dann stimmt der Impedanzvergleich nicht mehr, wenn ein anderes Objekt, das kein menschlicher Finger ist, den Sensor berührt, denn besagtes Objekt hat einen anderen Impedanzwert. Stellt das erkannte Objekt einen unzureichenden Kontakt mit den Elektroden her, so fällt die Kapazität und die reaktive Komponente von C steigt an, wodurch der Vergleich der Impedanzwerte keine Übereinstimmung zeigt. Wenn die Kapazität zu diesem Zeitpunkt fällt, steigt die imaginäre Impedanz-Komponente. Dies bedeutet, sogar wenn der Vergleich von Widerstands- Komponenten stimmt, würden die imaginären Impedanzanteile nicht miteinander übereinstimmen, und der Berührungssensor würde das Objekt nicht als einen Finger erkennen.

Soll der Berührungssensor eine Berührung durch den menschlichen Finger erfindungsgemäss erkennen, müssen die nachfolgenden zwei Bedingungen erfüllt sein. Erstens muss die Kapazität zwischen den Elektroden 21a und 21b und dem Finger entscheidend ansteigen, wenn der Finger in engen Kontakt mit den Elektroden kommt, und die Kapazität muss im Rahmen eines Bezugswertes liegen; zweitens, da sich der Hochfrequenz-Impedanzwert des Fingers von dem anderer Materialien unterscheidet, muss sich die Widerstands- Komponente innerhalb des vorher bestimmten Bereiches befinden. Zur Detektion dieser Änderungen liefert die Oszillatoreinheit 20 des Berührungssensors ein Hochfrequenzsignal an die Elektrodeneinheit 22. Handelt es sich bei dem erkannten Objekt um ein biologisches Objekt, das Teil eines menschlichen Körpers ist, wie z. B. einen Finger, dann ändert sich die Impedanz der Elektrodeneinheit. Zu Beginn ist die Impedanz auf die Impedanz der Eingangsseite der Elektrode eingestellt, wenn der Finger die Elektroden berührt. Die Reflexionswelle ist geringer wegen der Veränderung der Impedanz, wenn der Finger die Elektroden berührt. Durch Erkennung dieser Reflexionswelle und deren Vergleich mit dem Bezugssignal in der Unterscheidungseinheit kann man feststellen, dass der Reflexionspegel niedriger ist, und dass die Elektroden gerade von einem menschlichen Finger berührt werden.

Die erfindungsgemässe Identifizierungsvorrichtung für Fingerabdrücke ist mit dem vorstehend beschriebenen Berührungssensor ausgerüstet, und die Vorrichtung kann einen Finger unter den folgenden zwei Bedingungen erkennen: (1) das Objekt stellt Kontakt mit den Elektroden her, genau so wie ein Finger es tun würde, und (2) es hat dieselben Impedanz-Komponenten wie ein Finger. Diese Anforderungen reduzieren irreführende, positive Resultate auf ein Minimum. Die Vorrichtung ist im Hinblick auf elektromagnetische Felder praktisch immun. Weiter verwendet die Vorrichtung eine ISM-Frequenz, wodurch sie nicht den auf Radiowellen anwendbaren Gesetzen unterworfen ist oder durch Funkstörungen beeinträchtigt wird. Die Vorrichtung kommt mit 1 mW Elektrizität aus, wodurch negative Nebenwirkungen auf den Menschen vermieden werden. Es können noch andere Vorteile mit der Erfindung ausgeführt werden.

Die Elektroden 21a und 21b, die es dem Berührungssensor in dem zuvor erläuterten Ausführungsbeispiel ermöglichen, einen Finger zu unterscheiden, sind zur Rechten und zur Linken und mit einem Abstand von 1 mm dazwischen symmetrisch angeordnet. Sie können verschiedene Formen haben, wie z. B. rechteckige, halb-zylindrische, elliptische, kreisförmige, halbkreisförmige, dreieckige, säbelförmige, mondsichelförmige, usw.

Fig. 6 ist eine Grafik, die die Verhältnisse zwischen der Frequenz und der Reflexionswellenamplitude unter verschiedenen Bedingungen veranschaulicht. Die Werte sind so gewählt, dass ein Vergleich der Impedanzwerte nur dann Übereinstimmung zeigt, wenn ein wirklicher Finger die Elektroden berührt. Da der Pegel der Reflexionswelle recht niedrig eingestellt ist, sollte, wenn der Daumen oder der kleine Finger den Detektor berühren, der Schwellenwert der Unterscheidungseinheit 24 etwas höher eingestellt werden als der Detektionspegel für den kleinen Finger. Dadurch wird gewährleistet, dass die Unterscheidungseinheit 24 die Berührung durch einen Finger korrekt erkennen kann.

Fig. 7 veranschaulicht ein Beispiel einer Schaltung für die Identifizierungsvorrichtung von Fingerabdrücken. Die Oszillatoreinheit 20 besteht aus einem Oszillator IC 28, welchem 5 Volt Gleichspannung zugeführt werden. Zur Stabilisierung der Gleichspannung wird ein Kondensator 29a zwischen dem Eingangsanschluss des Oszillators IC 28 und Masse geschaltet. Von dem Oszillator IC 28 wird ein Hochfrequenzsignal über den Kondensator 29b an die Detektionseinheit 23 geliefert, wodurch der Gleichstromanteil eliminiert wird. Die Elektrodeneinheit 22 besteht aus einem Elektrodenpaar 21a und 21b sowie einem Transformator 26, der Strom liefert und Impedanzwerte miteinander vergleicht. Die Elektroden 21a und 21b sind an der Sekundärseite des Transformators 26 angeschlossen. Kommt ein menschlicher Finger mit den Elektroden 21a und 21b in Berührung, schliesst die Elektrodeneinheit 22 die Schaltung. Der Impedanzwert auf der Primärseite des Transformators 26 und die Reflexionswelle werden minimiert, wenn ein menschlicher Finger mit dem Elektrodenpaar in Kontakt kommt. Kommt hingegen eine Fingerattrappe mit dem Elektrodenpaar 21a und 21b in Kontakt, so zeigt der Impedanzvergleich keine Übereinstimmung, und die Reflexionswelle steigt an.

Die Detektionseinheit (Reflexionssensor) 23 besteht aus zwei Transformatorsätzen 30, 31 und einem Widerstand 32. Die erste Transformatorspule 30 ist zwischen der Oszillatoreinheit 20 und der Elektrodeneinheit 22 in Reihe geschaltet. Die erste Transformatorspule 31 ist zwischen den Ausgangsanschluss und Masse geschaltet. Ein Anschluss der Sekundärspule des Transformators 30 ist an Masse angeschlossen, und der Widerstand 32 ist in Parallelschaltung mit der Sekundärspule des Transformators 30 verbunden. Die Sekundärspule des Transformators 31 ist mit der Sekundärspule des Transformators 30 in Reihe geschaltet. Der Ausgangsanschluss der Sekundärspule des Transformators 31 (Anschluss für die Abnahme der Reflexionswelle) ist mit der Hochfrequenz- Verstärkerschaltung 33 verbunden. Mit der vorstehend konfigurierten Schaltung wird der an den Primärseiten der Transformatoren 30, 31 erzeugte Signalpegel, der von dem Impedanz-Übereinstimmungspegel bei der Elektrodeneinheit 22 abhängig ist, auf den Sekundärseiten der Transformatoren 30, 31 gesammelt. Wenn ein menschlicher Finger die Elektrodeneinheit 22 berührt, ist die Reflexionswelle von der Elektrodeneinheit 22 gering und der Ausgangssignalpegel von der Detektionseinheit 23 ist niedrig, weil der Schaltkreis so eingestellt ist, dass die Impedanz übereinstimmt. Wenn hingegen eine Fingerattrappe die Elektrodeneinheit 22 berührt, stimmen die Impedanzwerte nicht, die Reflexionswelle von der Elektrodeneinheit 22 ist gross, und der Ausgangssignalpegel von der Detektionseinheit 23 ist hoch.

Die Hochfrequenz-Verstärkerschaltung 33 besteht aus dem Hochfrequenzverstärker-IC (beispielsweise UPC1676), Kondensatoren 35, 36 zur Gleichstrom-Eliminierung und einem Kondensator 37 zur Spannungsstabilisierung. Nachdem die Hochfrequenz-Verstärkerschaltung 33 das Hochfrequenzeingangssignal von der Detektionseinheit 23 verstärkt, wird diese an die nächste Einheit, die Demodulations-Verstärkerschaltung 38, weitergegeben. Die Demodulations-Verstärkerschaltung 38 besteht aus dem Operationsverstärker 39, dem Widerstand 40 und der Diode 41 in einer negativen Rückkopplungsschaltung, die zwischen dem Ausgangsanschluss und dem invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 39 angeordnet ist. Die Demodulations-Verstärkerschaltung 38 erkennt das Hochfrequenzsignal, das in der Hochfrequenz- Verstärkerschaltung 33 verstärkt wird, und verstärkt dieses noch weiter.

Die Unterscheidungseinheit 24 besteht aus dem Komparator 42, und 5-Volt einer Spannungsquelle werden über einen Pull-up-Widerstands 43 an der Ausgangsseite des Komparators 42 bereitgestellt. Der Ausgangsanschluss der Demodulations-Verstärkerschaltung 38 ist mit dem invertierenden Eingangsanschluss des Komparators 42 verbunden, und der nicht-invertierende Eingangsanschluss des Komparators 42 ist an eine Bezugswert-Einstelleinheit 25 angeschlossen. In der Bezugswert-Einstelleinheit 25 wird die geteilte Spannung, die mittels Teilung von 5 Volt durch zwei Teiler-Widerstände 44, 45 erzeugt wird, an den Komparator 42 in der Unterscheidungseinheit 24 geliefert. Der Bezugswert (Spannung) kann durch Änderung der Werte dieser beiden Teiler-Widerstände 44, 45 entsprechend angepasst werden. Ist die Gleichspannungsausgabe von der Demodulations-Verstärkerschaltung 38 niedriger als die Bezugsspannung, die von der Bezugswert-Einstelleinheit 25 geliefert wurde, erfolgt eine H (Hoch)- Signalausgabe seitens der Unterscheidungseinheit 24. Ist die Gleichspannungsausgabe von der Demodulations- Verstärkerschaltung höher als die Bezugsspannung, die von der Bezugswert-Einstelleinheit 25 geliefert wurde, erfolgt eine L (Niedrig)-Signalausgabe von der Unterscheidungseinheit 24.

Wenn der von der Bezugswert-Einstelleinheit 25 festgelegte Bezugsspannungswert (Schwellenwert) auf eine Bezugsgleichspannung eingestellt wird, welche ein wenig höher ist als die Ausgangsgleichspannung von der Detektionseinheit 23 bei Berührung der Elektroden 21a und 21b durch einen menschlichen Finger (siehe Fig. 6), so kann die Unterscheidungseinheit zwischen einem wirklichen Finger und einer Attrappe unterscheiden. Berührt ein menschlicher Finger die Elektroden 21a, 21b gibt die Unterscheidungseinheit 24 ein H-Signal ab. Berührt eine Attrappe die Elektroden 21a und 21b, gibt die Unterscheidungseinheit ein L-Signal ab.

Die H- und L-Signal-Einstellungen können zur Erkennung eines menschlichen Fingers bzw. einer Fingerattrappe jeweils umgekehrt werden. In diesem Ausführungsbeispiel verwendet die Unterscheidungseinheit 24 einen Komparator mit einem Operationsverstärker. Es ist jedoch auch möglich, einen Komparator mit Transistoren zu verwenden, und die Unterscheidung erfolgt durch einen programmierten Mikro- Computer (Zentralverarbeitungseinheit, ZVE).

Wenn die Fingerabdruck-Verarbeitungseinheit 19 in der Fingerabdruck-Identifikationseinheit 12, wie in Fig. 2 gezeigt, den zuvor in der Datenbank registrierten Fingerabdruck identifiziert, und der Berührungssensor 13 die Berührung durch einen menschlichen Finger feststellt, erzeugt die Ausgangseinheit 14 das Kontrollsignal, das an eine nachfolgende Verarbeitungseinheit ausgegeben wird (nicht dargestellt). Die nachfolgende, hier erwähnte Verarbeitungseinheit kann beispielsweise eine Kontrolleinheit für Türöffnungs- und -schliessvorrichtungen sein, für Automobil-Türschlösser oder Zündsysteme. Diese Verarbeitungseinheiten können Haustüren und Autotüren öffnen, ja sogar einen Automobilanlasser aktivieren.

Wie in Fig. 7 veranschaulicht, verwendet man einen Transformator 26, um die Impedanz zwischen den Elektroden 21a, 21b und der Lieferseite der Oszillatoreinheit 20 anzupassen. Als Alternative kann in dem zweiten, in Fig. 8 dargestellten Ausführungsbeispiel eine Impedanz- Wandlerschaltung des 0-Typs bestehend aus den Kondensatoren C52 und C53 und einer Spule 51 benutzt werden. Auch wenn sie nicht in den Zeichnungen dargestellt sind, so kann beispielsweise auch eine Impedanzwandlerschaltung des T-Typs bzw. L-Typs für die Impedanzanpassung benutzt werden.

In dem Ausführungsbeispiel des vorstehend erläuterten Berührungssensors befinden sich die Elektrodeneinheit 22, die Schaltungsanordnung für die Oszillatoreinheit 20, die Detektionseinheit 23 und die Unterscheidungseinheit 24 in einem einzigen Gehäuse. In einem dritten Ausführungsbeispiel, wie in Fig. 9 gezeigt, werden die Elektrodeneinheit 22 und eine Schaltungseinheit 56 als separate Teile bereitgestellt, die dann durch ein Kabel 57 miteinander verbunden sind, und so einen herauslösbaren Berührungssensor bilden. In diesem Fall enthält die Schaltungseinheit 56 die Oszillatoreinheit 20, die Detektionseinheit 23 und die Unterscheidungseinheit 24. Diese Anordnung ist u. U. praktisch, wenn nur begrenzt Platz für den Berührungssensor vorhanden ist. Bei dem herauslösbaren Berührungssensor wird ein Koaxialkabel 57 als Verbindungskabel verwendet, und der Transformator 58 befindet sich in der Elektrodeneinheit 22.

Fig. 10 ist ein Beispiel für ein Blockdiagramm einer anderen Schaltungsanordnung für einen herauslösbaren Berührungssensor. Bei diesem Berührungssensor wird eine erdsymmetrische Leitung als Kabel 59 verwendet, wobei sich das Design von dem in Fig. 9 dargestellten dahingehend unterscheidet, dass der Transformator 58 in der Schaltungseinheit 56 angeordnet ist.

Fig. 11 veranschaulicht ein viertes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Detektionseinheit 23 kann auch Spannung und Strom der an die Elektrodeneinheit 22 gelieferten elektrischen Leistung erkennen. In Fig. 16 ist ein Beispiel einer solchen Schaltung dargestellt. Hier ist eine Oszillatoreinheit 20 mit den Anschlüssen 61a und 61b (entsprechend Fig. 11) verbunden. Ein Ende des Kondensators 62 ist mit dem Anschluss 61a verbunden, und das andere Ende ist mit der Kathode einer Diode 63 sowie der Anode einer Diode 64 verbunden. Die Anode der Diode 63 ist an Masse angeschlossen. Die Kathode der Diode 64 ist an ein Ende eines Kondensators 65 angeschlossen und an den Ausgangsanschluss 66. Das andere Ende des Kondensators 65 ist an Masse angeschlossen. Die Spannungsausgabe erhält man am Ausgangsanschluss 66.

Ein Ende der Primärwicklung einer M-Kopplungsspule 67 ist mit dem Anschluss 61a verbunden. Das andere Ende der Primärwicklung ist an den Transformator 26 der Elektrodeneinheit 22 angeschlossen. Die Anode einer Diode 68 wird an ein Ende der Sekundärwicklung der M-Kopplungsspule 67 angeschlossen, wobei das andere Ende mit Masse verbunden wird. Die Kathode einer Diode 68 wird an ein Ende eines Kondensators 69 und an einen Ausgangsanschluss 70 angeschlossen, und das andere Ende des Kondensators 69 wird mit Masse verbunden. Den Strom erhält man vom Ausgangsanschluss 70. Als Alternative kann man auch die Ausgabe von nur einer Spannung oder einem Strom erhalten. In diesem Ausführungsbeispiel wurde eine M-Kopplungsspule 67 verwendet, jedoch ist auch eine MM- bzw. CM-Kopplungsspule akzeptabel.

Fig. 12 zeigt ein fünftes erfindungsgemässes, bevorzugtes Ausführungsbeispiel. Im Allgemeinen erkennt die Detektionseinheit 23 die Welle, wandelt sie unverzüglich in Gleichstrom um und verstärkt sie mit einem Operationsverstärker oder etwas Ähnlichem. Als kostenreduzierende Maßnahme kann ein billiger Operationsverstärker mit einer einzigen Stromzufuhr verwendet werden, wodurch der Verstärkungsfaktor höher eingestellt wird. Dahingehend würde dann die Offsetspannung des Operationsverstärkers verstärkt, und die Offsetspannung der Ausgangsspannung wäre höher. Dies hätte einen negativen Effekt auf die Auflösung der Kontrolleinheit (d. h. auf die Unterscheidungseinheit 24). Zur Behebung dieses Problems wird ein Schmalband-Hochfrequenzverstärker 71 bereitgestellt, und zwar direkt der Detektionseinheit 23, entsprechend der Darstellung in Fig. 12, nachgeschaltet. Da die Spannung nach Detektion der Welle hoch ist und in Gleichstrom umgewandelt wird, kann ein Operationsverstärker mit einem niedrigeren Verstärkungsfaktor benutzt werden. Es ist ebenfalls möglich, ganz auf den Verstärker zu verzichten. Auf diese Weise kann die Sensorauflösung verbessert werden.

Je nach dem Umfeld, in dem der Sensor eingesetzt wird, können äussere Geräusche von der Elektrodeneinheit 22 in die Schaltung eintreten und zu Fehlfunktionen des Sensors führen. Geraten Geräusche in die Ausgangsspannung der Detektionseinheit 23, so hat dies entscheidendene Auswirkungen hinsichtlich Sensorleistung. Zur Verbesserung der Sensorimmunität gegen solche Geräusche wurde in dem Hochfrequenzverstärker 71 ein Filter angeordnet, der andere Frequenzkomponenten reduziert. Da der Filter für die Formung der Ausgangswellenform von der Detektionseinheit 23 verantwortlich ist, reduziert dies die Hochfrequenzkomponenten und verbessert die Genauigkeit des Berührungssensors 13.

Fig. 13 zeigt ein sechstes erfindungsgemässes, bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Identifikationsvorrichtung von Fingerabdrücken. Ein Filter 76 mit der Benutzungsfrequenz wird zwischen der Detektionseinheit 23 und der Unterscheidungseinheit 24 angeordnet. Auch wenn andere Frequenzkomponenten von der Elektrodeneinheit 22 her eindringen, werden diese nun von dem Filter beseitigt. Dies beugt Fehlfunktionen des Sensors vor. Da im übrigen ein Signal mit der Benutzungsfrequenz selektiv empfangen wird, ist auch die Sensibilität des Sensors verbessert.

Fig. 14(a) bis Fig. 14(c) stellen verschiedene Beispiele für Schaltungen eines Filters 76 dar. Fig. 14(a) ist eine typische Schaltung für einen Tiefpassfilter (LPF); Fig. 14(b) ist eine typische Schaltung für einen Hochpassfilter (HPF); und Fig. 14(c) ist eine typische Schaltung für einen Bandpassfilter (BPF).

Fig. 15 ist ein Beispiel für ein Blockdiagramm eines siebten bevorzugten Ausführungsbeispiels eines Berührungssensors. Die Ausgangsspannung der Diode in der Detektionseinheit 23, welche die Welle gleichrichtet, schwankt je nach Umgebungstemperatur. Hier verwendet die Unterscheidungseinheit 24 die Leistung der Oszillatoreinheit 20 als ihre Bezugsspannung. Da diese Detektionsschaltung dieselbe Diode verwendet, die auch zur Detektion der Wellenform in der Detektionseinheit 23 verwendet wird, kann sie ungeachtet von Temperaturschwankungen auf zuverlässige Art funktionieren. Dieses Ausführungsbeispiel hat einen Temperaturfühler 81 in der Unterscheidungseinheit 24. Als Reaktion auf ein Ausgangssignal von dem Temperaturfühler 81 wird die Bezugsspannung von der Bezugswert-Einstelleinheit 25, die in der Unterscheidungseinheit 24 verwendet wird, variiert, um Temperaturcharakteristiken der Detektionsdiode in der Detektionseinheit 23 zu korrigieren. Hierdurch wird eine stabilere Leistung der Detektionseinheit 23 erzielt.

Fig. 16 ist ein Beispiel für ein Blockdiagramm eines achten bevorzugten Ausführungsbeispiels eines Berührungssensors. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist ein Dämpfungsglied 86 zwischen der Oszillatoreinheit 20 und der Detektionseinheit 23 angeordnet. Die Leistung der Oszillatoreinheit 20 bleibt i.d.R. stabil bei Auftreten von Änderungen der Belastungsimpedanz auf Grund der Anwesenheit eines menschlichen Fingers. Tritt eine Fehlanpassung der Belastungsimpedanzwerte auf, schwächt das Dämpfungsglied 86 die belastungsabhängige Variation der Leistung der Oszillatoreinheit 20, um sicherzustellen, dass die Leistung des Detektors stabil bleibt. Sogar bei massiven Verlustkomponenten gewährleistet das Dämpfungsglied 86 ein zuverlässiges Weiterarbeiten der Oszillatoreinheit 20. Da jedoch ein übermässiger Anteil des durchfliessenden Stroms verloren geht, wenn die Verlustfraktion zu gross wird, ist es vorzuziehen, die Verlustfraktion bei etwa 50% zu halten.

Fig. 17 ist ein Beispiel für ein Blockdiagramm eines neunten erfindungsgemässen, bevorzugten Ausführungsbeispiels eines Berührungssensors für die Identifizierungsvorrichtung für Fingerabdrücke. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine automatische Verstärkungsregelungseinheit 91 zwischen der Oszillatoreinheit 20 und der Detektionseinheit 23 angeordnet. Die automatische Verstärkungsregelungsschaltung 91 stabilisiert die Leistung der Oszillatoreinheit 20 und sendet diese an die Elektrodeneinheit 22. Dadurch wird die Detektionsgenauigkeit verbessert. Fig. 18 zeigt einen Temperaturfühler 92 noch zusätzlich zu dem in Fig. 17 dargestellten Schaltkreis. Zur Kompensierung der Temperaturcharakteristiken der Diode in der Oszillatorseinheit 20 werden ein Temperaturfühler 92 und eine automatische Verstärkungsregelungs-Schaltung bereitgestellt. Wenn die Temperatur fällt, wird die Ausgangsspannung der Oszillatoreinheit 20 erhöht. So kann man temperaturbezogene Variationen der Diode kompensieren.

Fig. 19 ist ein Beispiel für ein Blockdiagramm eines zehnten bevorzugten Ausführungsbeispiels eines Berührungssensors. In diesem Ausführungsbeispiel ist ein Heizelement 96 in der Elektrodeneinheit 22 angeordnet. Die Elektroden 21a und 21b sind auf der Oberseite des Heizelements 96 ausgebildet. Mit einem Temperaturschalter 97 wird die Temperatur der Elektroden 21a und 21b konstant gehalten. Die Elektrodeneinheit 22 ist die Stelle, an der eine Person den Sensor anfassen soll. Bei Temperaturen unter Null Grad Celsius sollte man dies sicherheitshalber nicht tun. Das Heizelement 96 und der Temperaturschalter 97 in der Elektrodeneinheit 22 ermöglichen ein Heizen der Einheit bei niedrigen Temperaturen.

Fig. 20 veranschaulicht eine elektrische Schaltung der erfindungsgemässen Identifikationsvorrichtung für Fingerabdrücke. Der Berührungssensor 13 in diesem Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von demselben in Fig. 7 dargestellten im Hinblick auf die Bezugswert- Einstelleinheit 25. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Bezugswert-Einstelleinheit 25 mit derselben Schaltung aufgebaut wie die Demodulations-Verstärkerschaltung 38. Die Demodulations-Verstärkerschaltung 38 besteht aus dem Operationsverstärker 39, dem Widerstand 40 und der Diode 41 in der negativen Rückkopplungsschaltung, die zwischen dem Ausgangsanschluss und dem invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 39 angeordnet ist. Der Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers 39 ist über den Widerstand 101 mit dem Eingangsanschluss des Komparators 42 verbunden. Die Ausgangsseite des Widerstands 101 ist über einen Kondensator 102 an Masse angeschlossen, und der invertierende Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 39 ist über den Widerstand 103 mit Masse verbunden.

Dieser Aufbau wird auch in der Bezugswert-Einstelleinheit 25 bereitgestellt. In der Bezugswert-Einstelleinheit 25 sind der Widerstand 109 und die Diode 110 in der negativen Rückkopplungsschaltung zwischen dem Ausgangsanschluss und dem invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers angeordnet. Der Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers 108 ist durch einen Widerstand 111 mit dem Eingangsanschluss des Komparators 42 verbunden. Die Ausgangsseite des Widerstands 111 ist über den Kondensator 112 mit Masse verbunden, und der invertierende Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 108 ist über den Widerstand 113 mit der Masse verbunden.

Der Ausgangsanschluss der Hochfrequenz-Verstärkerschaltung 33 ist über die Detektions- bzw. Gleichrichterdiode 105 mit dem nicht-invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 39 verbunden. Die Detektions- bzw. Gleichrichterdiode 106 ist zwischen der Anode der Detektionsdiode 105 und Masse angeordnet. In der Bezugswert-Einstelleinheit 25 wird das Ausgangssignal von IC 28 in der Oszillatoreinheit 20 durch die Detektions- bzw. Gleichrichterdiode 116 abgegeben, und das Ausgangssignal wird durch die Teiler-Widerstände 117 bis 119 geteilt und dann in den nicht-invertierenden Anschluss des Operationsverstärkers 108 eingegeben. Der Kondensator 114 ist zwischen dem nicht-invertierenden Anschluss und Masse angeordnet.

Da der Aufbau der Bezugswert-Einstelleinheit 25 im Grunde dieselbe ist wie der für die Demodulations- Verstärkerschaltung 38, sind die Temperaturcharakteristiken auch ähnlich, und die Temperaturunterschiede in den jeweiligen Ausgängen können gegeneinander ausgeglichen werden.

Zur Beschleunigung der Temperaturkompensation ist es empfehlenswert, dass die Detektions- bzw. Gleichrichterdioden 115, 116 in der Bezugswert- Einstelleinheit 25 von demselben Diodentyp sind wie die Detektions- bzw. Gleichrichterdioden 105, 106 in der Demodulations-Verstärkerschaltung 38. Ausserdem sollte die Diode 110, die in der negativen Rückkopplungsschaltung der Bezugswert-Einstelleinheit 25 angeordnet ist, von demselben Diodentyp sein wie die Diode 41, die in der negativen Rückkopplungsschaltung der Demodulations- Verstärkerschaltung 38 angeordnet ist. Zur Temperaturkompensierung können die Detektionsdioden in den Detektions- und Verstärkerschaltungen neben der Demodulations-Verstärkerschaltung 38 von demselben Typ sein wie die Dioden 115, 116, die in der Bezugswert- Einstelleinheit 25 verwendet werden.

Andere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind für den Fachmann auf der Grundlage der Beschreibung und der hier offengelegten Praxis der Erfindung offensichtlich. Es ist davon auszugehen, dass die Beschreibung nur exemplarischen Wert hat, wobei das wahre Ausmass der Erfindung und der Erfindungsgedanke in den nachstehenden Ansprüchen zusammengefasst ist.

Claims

1. Identifizierungsvorrichtung für Fingerabdrücke, die mit einem Berührungssensor (13) zur Detektion eines menschlichen Fingers (3) ausgestattet ist, wobei der Sensor (13) aufweist:
eine Oszillatoreinheit (20), die ein Hochfrequenzsignal abgibt;
eine Elektrodeneinheit (22) bestehend aus einem Elektrodenpaar (21a, 21b), die dieses Hochfrequenzsignal von der Oszillatoreinheit auf den menschlichen Finger anwendet;
eine Detektionseinheit (23), die eine Verschiebung der Impedanzwerte erkennt, wobei diese Verschiebung durch den Kontakt des menschlichen Fingers (3) mit dem Elektrodenpaar (21a, 21b) hervorgerufen wird und die Detektionseinheit (23) ein Ausgangssignal abgibt, das auf der Verschiebung der Impedanzwerte basiert; sowie
eine Unterscheidungseinheit (24), die feststellt, ob der menschliche Finger (3) in der Tat Kontakt mit dem Elektrodenpaar (21a, 21b) herstellt, indem das Ausgangssignal der Detektionseinheit (23) mit einem vorher bestimmten Bezugswert in einer Bezugswert-Einstelleinheit (25) verglichen wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kapazität zwischen dem menschlichen Finger (3) und dem Elektrodenpaar (21a, 21b) steigt, wenn der menschliche Finger (3) mit dem Elektrodenpaar (21a, 21b) in Kontakt ist, und ein Gesamtwiderstandswert eines Hochfrequenz-Impedanzrealwertes des menschlichen Fingers (3) sowie ein Schaltungswiderstandswert, einschliesslich besagtem Elektrodenpaar, mit der Ausgangsimpedanz bei einer vorbestimmten Frequenz des Oszillators übereinstimmt, woraufhin die Unterscheidungseinheit (24) feststellen kann, dass der Kontakt in der Tat durch einen menschlichen Finger (3) hergestellt wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapazität zwischen dem menschlichen Finger (3) und dem Elektrodenpaar (21a, 21b) nicht steigt, wenn der menschliche Finger nicht in engem Kontakt mit dem Elektrodenpaar ist, die Kapazität dann abnimmt, und eine imaginäre Komponente eines Impedanzwertes zunimmt und nicht mit der Ausgangsimpedanz des Oszillators bei der vorbestimmten Frequenz übereinstimmt, woraufhin die Unterscheidungseinheit (24) nicht feststellen kann, dass der Kontakt durch einen menschlichen Finger (3) hergestellt wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterscheidungseinheit (24) feststellt, welcher menschliche Finger (3) sich mit dem Elektrodenpaar (21a, 21b) in Kontakt befindet, je nach der jeweils eingenommenen Oberfläche während des Kontakts.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektrodenpaar (21a, 21b) jeweils eine symmetrische Form hat.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektrodenpaar (21a, 21b) parallel angeordet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodeneinheit (22) weiterhin einen Transformator (26) umfasst, der Strom an das Elektrodenpaar (21a, 21b) liefert, und der einen ersten Impedanzwert an der ersten Transformatorseite mit einem zweiten Impedanzwert an der zweiten Transformatorseite vergleicht, wenn der menschliche Finger (3) Kontakt mit dem Elektrodenpaar (21a, 21b) herstellt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodeneinheit (22) weiterhin eine Impedanz-Umwandlerschaltung umfasst, um die Elektroden mit Strom zu versorgen und einen Impedanzwert zu vergleichen, wenn der menschliche Finger (3) Kontakt mit dem Elektrodenpaar (21a, 21b) herstellt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektrodenpaar (21a, 21b) in einem Sensor des ablösbaren Typs bereitgestellt wird, welcher von anderen Einheiten des Berührungssensors (13) separat ist.

10. Vorrichtung nach Anpruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden mit einer dünnen Schutzschicht überzogen sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der vorher bestimmte Bezugswert des Impedanzwertes zwischen dem Elektrodenpaar (21a, 21b) und dem menschlichen Finger (3) auf mehr als 500 pF eingestellt ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die spezifische Durchlässigkeit des Elektrodenpaares (21a, 21b) auf mehr als 50% eingestellt ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektrodenpaar (21a, 21b) einen Hochfrequenzleiter umfasst.

14. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektrodenpaar (21a, 21b) einen Halbleiter mit einem Hochfrequenzverlust umfasst.

15. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektrodenpaar (21a, 21b) jeweils stabförmig ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hochfrequenzsignal, welches von dem Oszillator abgegeben wird, auf einen Wert zwischen 0,1 und 300 MHz eingestellt ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Oszillator eine Vielzahl von Hochfrequenzsignalen erzeugt.

18. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionseinheit (23) einen Spannungswert abgibt, der von einer Reflexionswellenleistung umgewandelt ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionseinheit (23) eine Spannung des Elektrodenpaares (21a, 21b) ermittelt, woraufhin erkannt wird, ob der menschliche Finger (3) mit dem Elektrodenpaar in Kontakt ist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionseinheit (23) weiterhin einen Hochfrequenzverstärker umfasst.

21. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionseinheit (23) weiterhin einen Schmalband-Hochfrequenzverstärker (71) umfasst.

22. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionseinheit (23) weiterhin einen Filter (76) umfasst, der für ausgewählte Hochfrequenzsignale mit verschiedenen Frequenzen durchlässig ist.

23. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterscheidungseinheit (24) eine Temperatur-Kompensationseinheit umfasst, einschliesslich einer Diode, die mit einer in der Detektionseinheit verwendeten Diode identisch ist.

24. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterscheidungseinheit (24) ein Ausgangssignal von dem Oszillator als Bezugssignal für die Unterscheidung benutzt.

25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass das von dem Oszillator stammende Bezugssignal von einem Detektionselement in der Unterscheidungseinheit (24) erkannt wird, und dieses Element mit einem in der Detektionseinheit (23) verwendeten Element identisch ist.

26. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterscheidungseinheit (24) feststellt, dass der menschliche Finger (3) mit dem Elektrodenpaar (21a, 21b) in Kontakt ist, wenn das Ausgangssignal von der Detektionseinheit (23) niedriger ist als das Bezugssignal.

27. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung weiterhin zwischen dem Oszillator und der Detektionseinheit (23) ein Dämpfungsglied (86) umfasst.

28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungsglied (86) die Hälfte der von dem Oszillator gesendeten Eingangsleistung durchlässt.

29. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung weiterhin zwischen dem Oszillator und der Detektionseinheit (23) eine automatische Verstärkungsregelungseinheit (91) umfasst.

30. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung weiterhin zwischen dem Oszillator und der Detektionseinheit (23) eine Verstärkungsregelungseinheit (91) und einen Temperaturfühler (92) umfasst, um die Verstärkung je nach der Umgebungstemperatur zu steuern.

31. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Elektrodenpaar (21a, 21b) ein Heizelement (96) zugeordnet ist, um die Temperatur der Elektroden konstant zu halten.

32. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionseinheit (23) einen Spannungswert abgibt, der von einem SWR(Welligkeitsfaktor)- Wert umgewandelt wurde.

33. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionseinheit (23) einen Stromausgang von dem Elektrodenpaar (21a, 21b) entdeckt, woraufhin erkannt wird, ob der menschliche Finger (3) mit dem Elektrodenpaar (21a, 21b) in Kontakt ist.

34. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der vorher bestimmte Bezugswert sich innerhalb eines vorher bestimmten Bereiches befindet.

35. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangssignal innerhalb eines vorher bestimmten Bereiches ist.

36. Verfahren zum Erfühlen eines menschlichen Fingers, das folgende Schritte aufweist:
Abgabe eines Hochfrequenzsignals von einer Oszillatoreinheit;
Anwendung des Hochfrequenzsignals auf den menschlichen Finger;
Detektion einer Verschiebung der Impedanzwerte, wobei die Verschiebung durch den menschlichen Finger, der mit dem Elektrodenpaar in Kontakt ist, hervorgerufen wird, und Abgabe eines Ausgangssignals basierend auf der Verschiebung der Impedanzwerte; und
Feststellung, ob der menschliche Finger mit dem Elektrodenpaar in Kontakt ist, durch Vergleichen des Ausgangssignals mit einem vorher bestimmten Bezugswert.

37. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch:
eine erste Einheit, die ein Hochfrequenzsignal auf ein Objekt anwendet und verschiedene Impedanzwerte erkennt, und sodann ein Signal auf der Grundlage der verschiedenen Impedanzwerte abgibt; und
eine zweite Einheit, die feststellt, ob das Objekt mit den Elektroden der ersten Einheit in Kontakt ist, indem sie das Signal mit einem vorher bestimmten Bezugswert vergleicht.

38. Verfahren zum Erfühlen eines Objekts, das folgende Schritte aufweist:
Anwendung eines Hochfrequenzsignals auf das Objekt, das sich in der Nähe der Elektroden befindet, und Detektion verschiedener Impedanzwerte sowie Abgabe eines Signals auf der Grundlage der verschiedenen Impedanzwerte; und
Feststellung, ob das Objekt mit den Elektroden in Kontakt ist, indem das Signal mit einem vorher bestimmten Bezugswert verglichen wird.