(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物の構造のトポロジーを感知する容量性感知デバイス（１０；１１）であって、
該デバイス（１０；１１）は、近傍の該対象物（４）を受けるための感知表面と、２次元（Ｘ、Ｙ）に構成されている複数の感知器素子（１1,1，．．．，１x,y）と、制御信号を該感知器素子（１1,1，．．．，１x,y）に提供するための制御手段（２、３）とを含み、該複数の感知器素子（１1,1，．．．，１x,y）のうちの少なくともいくつかは、該制御信号による制御により、少なくとも２つの異なる機能のうちの１つを実行するように制御可能であり、
該少なくとも２つの機能のうちの任意のものが該複数の制御可能な感知器素子のうちの任意の１つにより実行可能であり、該少なくとも２つの機能のうちの別の任意のものが残りの制御可能な感知器素子のうちの任意の１つにより実行可能であることを特徴とし、
該デバイスは、
該少なくとも２つの機能のうちの第１の機能が受信器の機能であり、該少なくとも２つの機能のうちの第２の機能が送信機の機能であり、該複数の制御可能な感知器素子のうちの任意の１つが少なくとも双方向であり、該容量性感知デバイスのサイズおよび該容量性感知デバイスの感度が制御されることをさらに特徴とする、デバイス。
【請求項２】
前記対象物は、指（４）である、請求項１に記載の容量性感知デバイス（１０；１１）。
【請求項３】
前記少なくとも２つの機能のうちの任意のものは、前記複数の制御可能な感知器素子のうちの任意の１つにより実行可能であり、該少なくとも２つの機能のうちの別の任意のものは、残りの制御可能な感知器素子のうちの任意の１つにより同時に実行可能である、請求項１または２に記載の容量性感知デバイス（１０；１１）。
【請求項４】
前記少なくとも２つの機能のうちの任意のものは、前記複数の制御可能な感知器素子のうちの任意の数の制御可能な感知器素子により実行可能であり、該少なくとも２つの機能のうちの別の任意のものは、残りの制御可能な感知器素子のうちの任意の数の制御可能な感知器素子により実行可能である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の容量性感知デバイス（１０；１１）。
【請求項５】
前記少なくとも２つの機能のうちの任意のものは、前記複数の制御可能な感知器素子のうちの任意の数の制御可能な感知器素子により実行可能であり、該少なくとも２つの機能のうちの別の任意のものは、残りの制御可能な感知器素子のうちの任意の数の制御可能な感知器素子により同時に実行可能である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の容量性感知デバイス（１０；１１）。
【請求項６】
前記複数の感知器素子のうちの少なくともいくつかにとって使用可能または選択可能である前記少なくとも２つの機能は、感知器素子が送信素子（１2,3，１2,4，１2,6，１2,7）として機能する駆動機能と、感知器素子が受信素子（１2,5）として機能する感知機能とを含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の容量性感知デバイス。
【請求項７】
前記複数の制御可能な感知器素子のうちの少なくともいくつかは、第３の機能を実行するように制御可能であり、該第３の機能は、感知器素子が不活性または非選択となる絶縁機能である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の容量性感知デバイス。
【請求項８】
全ての感知器素子は、前記３つの機能全てにおいて動作可能であり、該３つの異なる機能のうちの任意のものを有するように制御可能である、請求項７に記載の容量性感知デバイス。
【請求項９】
全ての感知器素子は、制御可能であり、各感知器素子は、受信素子、送信素子として機能するか、または絶縁不活性モードとなるように制御可能である、請求項７または８に記載の容量性感知デバイス。
【請求項１０】
前記複数の感知器素子は、Ｘ個の行およびＹ個の列を含む２次元マトリックス状に構成される、請求項１〜９のいずれか一項に記載の容量性感知デバイス。
【請求項１１】
前記複数の感知器素子のうちのいくつかは、送信素子として機能するように選択され、該複数の感知器素子のうちのいくつかは、受信素子として機能するように選択され、送信素子の数は好適には、受信素子の数を越え、該送信素子は、前記対象物に提供されるパルス電圧信号を伝送し、該受信素子は、反射されて前記感知デバイスに戻ってくる容量式に伝送された信号を測定し、該デバイスは、反射性感知器（１０）として機能する、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の容量性感知デバイス。
【請求項１２】
前記対象物（４）と前記感知デバイス（１１）との間のオーム接点を確立するために導電手段（１２）が設けられている、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の容量性感知デバイス（１１）。
【請求項１３】
前記導電手段（１２）は、送信電極として機能し、前記複数の感知器素子のうちのいくつかが、受信素子（１2,5）として機能するように選択され、該複数の感知器素子のうち
のいくつかが、不活性となるように選択され、送信素子として機能するように選択される素子は無い、請求項１２に記載の容量性感知デバイス。
【請求項１４】
前記導電手段（１２）は、外部に構成され、前記感知デバイスに接続されるか、または、該感知デバイス（１１）に含まれる、請求項１２または１３に記載の容量性感知デバイス（１１）。
【請求項１５】
前記制御手段を介して、前記感知デバイスが反射性感知器として機能する第１の動作モード、または該感知デバイスが直接感知器として機能する第２の動作モードを選択可能である、請求項１２に記載の容量性感知デバイス。
【請求項１６】
前記感知器マトリックスは、プログラム可能であり、送信素子として機能する感知器素子の数は、制御可能であり、該送信素子の位置は、制御可能である、請求項１０に記載の容量性感知デバイス。
【請求項１７】
前記制御手段は、第１の制御構成（２）および第２の制御構成（３）を含み、各制御構成は、少なくとも１つのデジタル制御信号を複数の感知器素子のそれぞれに提供し、入力信号は、組み合わされて、該感知器素子の機能を決定する、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の容量性感知デバイス。
【請求項１８】
第１の制御手段は、デュアルシフトレジスタ（２Ａ、２Ｂ）を含み、該デュアルシフトレジスタ（２Ａ、２Ｂ）の長さは、行の数（Ｘ）に対応し、第２の制御手段は、デュアルシフトレジスタ（３Ａ、３Ｂ）を含み、該デュアルシフトレジスタ（３Ａ、３Ｂ）の長さは、列の数（Ｙ）に対応し、該シフトレジスタの各々は、それぞれ、行インターフェース（２Ｃ）および列インターフェース（３Ｃ）を介してデジタル制御信号を提供する、請求項１７に記載の容量性感知デバイス。
【請求項１９】
各デュアルシフトレジスタは、２つのデジタル信号を感知器素子に提供し、該２つのデジタル信号のうちの一方の信号は、前記感知機能が選択されるかどうかを示し、該２つのデジタル信号のうちのもう一方の信号は、前記駆動機能が選択されるかどうかを示し、感知器素子の機能は、双方のデュアルシフトレジスタからの制御信号が該感知器素子について同一の機能を示す場合にのみ、活性化される、請求項１８に記載の容量性感知デバイス。
【請求項２０】
前記受信機能は、前記送信機能よりも優先され、感知器素子は、双方のシフトレジスタから該感知器素子に供給される前記制御信号が前記感知機能および前記駆動機能の両方の機能の活性化を示した場合、受信器として機能する、請求項１９に記載の容量性感知デバイス。
【請求項２１】
少なくとも２次元に構成された複数の制御可能かつ適切に双方向の感知器素子を含む容量性感知デバイスの感知表面の近傍で受けられる対象物の構造のトポロジーを感知する方法であって、
該方法は、
制御信号を提供することであって、該制御信号により、該複数の感知器素子のうちの少なくとも１つの感知器素子が、受信素子の機能を有するように制御され、該複数の感知器素子のうちの少なくとも１つの感知器素子が、送信素子の機能を有するように制御され、該容量性感知デバイスのサイズおよび該容量性感知デバイスの感度が制御される、ことと、
該送信素子を介する該対象物への容量性または導電性の信号を生成することと、
該対象物上の複数の異なる場所および異なる受信素子間の容量を検出することと、
該受信素子において受信された該容量性の信号を用いて、該対象物の構造におけるトポロジー的パターンを決定することと、
該トポロジー的パターンを記述するアナログ出力信号を生成することと
を含むことを特徴とする、方法。
【請求項２２】
前記複数の感知器素子のうちの前記少なくとも１つの感知器素子が、受信素子の機能を有するように活性化され、同時に、該複数の感知器素子のうちの該少なくとも１つの感知器素子が、送信素子の機能を有するように活性化される、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記感知デバイスの近傍で初めての機会に受けた第１の対象物のトポロジー的パターンについての情報を格納するステップをさらに含む、請求項２１または２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記感知デバイスを用いて、該感知デバイスの近傍で別の後の機会に受けた対象物の実際のトポロジー的パターンを決定するステップと、
前記第１の対象物についての格納された情報と、前記感知表面の近傍で後の機会に受けた該対象物のトポロジー的パターンについての情報とを比較するステップと、
該格納された情報と、該後の機会に受けた対象物に関連する実際の情報との間の対応を示す出力信号を生成するステップと
をさらに含む、請求項２１〜２３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２５】
容量性感知デバイスへのアクセスまたは容量性感知デバイスを介したアクセスを行うことを望むユーザを認証するために請求項１〜２０のいずれか一項に記載の容量性感知デバイスを使用する方法であって、
該方法は、
権利を有するユーザの指／指先情報を格納することと、
該格納された指／指先情報と、アクセスを試みているユーザの指／指先情報とを比較することと
を包含する、方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の分野）
本発明は、対象物の構造におけるトポロジー的変化の容量性感知に関する。本発明は特に、指または指先の構造におけるトポロジー的変化を感知する感知デバイスと、いわゆる指紋認識システムとに関する。
【０００２】
（従来技術）
多様な感知デバイス、特に、指または指先の構造におけるトポロジー的変化を感知するよう意図されたデバイスは公知であり、これらのデバイスは、容量性感知に基づいている。１つの容量性感知デバイスは、ＵＳ−Ａ−５  ３２５  ４４２から公知である。このデバイスは、駆動回路へ接続されている感知器素子のアレイを含む。各感知器素子は感知電極を含み、感知電極のアレイは感知表面を規定する誘電材料により被覆されている。各感知器素子は、感知器素子の感知電極へ接続されているスイッチングデバイスを含む。感知器素子は、スイッチングデバイスの動作を制御する駆動回路により能動的にアドレッシング可能である。このようにして、所定の電位が、感知電極にへ印加され得る。この感知デバイスはさらに、指が感知表面上に配置される際、各感知電極と組み合わされた個々の指表面部分により生じる容量を感知するための感知回路を含む。感知素子の能動的アドレッシングは、各感知素子内のスイッチングデバイスによって可能となる。これは、アレイの駆動の簡略化を意図している。ＵＳ−Ａ−５  ３２５  ４４２に記載のこの発明の目的は、接続部の数とアドレッシング導体の数とを、他のデバイスと比較して減少させることである。このデバイスは、反射性感知に基づいている。
【０００３】
ＵＳ−Ａ−５  ３２５  ４４２のデバイスの１つの欠点は、感知の際１つの感知器素子しか１度に使用できないので比較的低い感度を呈することであると言える。このデバイスのさらなる欠点は、１つでかつ同一の素子が送信および感知用に用いられるため、送信の際の素子が、例えば寄生容量などにより、感知の際のデバイスに望ましくない形で影響を与えるというおそれがあることである。このデバイスが持つ別の問題は、感知器表面上に残留している汗が、感知に影響を与え得ることであり得る。
【０００４】
ＳＥ−Ｃ−４４８  ４０８もまた、２次元マトリックス状に構成された複数の感知器素子を含む容量性感知デバイスを示す。この発明の目的は、前記文献に開示の通り、より高速な感知と、対象物すなわち感知動作の最中に動いている指により感知パターンが影響を受けるおそれを減少させるデバイスとを可能にするデバイスを提供することである。このデバイスはまた、反射性感知原理に基づく。
【０００５】
さらに別の感知デバイスが、ＥＰ−Ａ−０  ７９１  ８９９に開示されている。このデバイスは、直接感知原理を用いた容量性感知に基づく。
【０００６】
しかし、今までに公知である全ての感知デバイスは、感度に関する限り、いくつかの欠点を有する。すなわち、より高い感度が時折必要とされ、さらに、特に高価なシリコンを含有する感知器領域が、所望されるであろうほど効率良く使用されていない。さらに、公知の感知デバイスは、使用の際、柔軟性に欠くという欠点を有する。
【０００７】
（発明の要旨）
従って、必要とされているのは、必要な感度が得られ、効率が良く、かつ製造の観点からコスト効率の良い感知デバイスである。小型に作ってもなお効率の良い感知デバイスもまた、必要とされている。特に、上述の要件を満たす指または指先の構造におけるトポロジー的変化を感知するための感知デバイスだけではなく、指先パターンまたは指紋認識デバイスもまた必要である。この指先パターンまたは指紋認識デバイスとは、本明細書中、指のトポロジー的構造における変化についての格納されている情報と、何かへのアクセスをしようとしているユーザの指についての対応する情報とを比較するデバイスを意味する。
【０００８】
さらに、必要とされているのは、従来技術に比べて増強された感度を有し、場合に応じて適宜にデバイスの感度を制御する可能性を有する感知デバイスである。また、送信素子および感知素子を有するデバイスの場合、必要とされるのは、感知素子を送信素子から遮蔽または絶縁することが可能な感知デバイスである。
【０００９】
対象物の構造におけるトポロジー的変化を、所望の感度で、しかも容易かつコスト効率の良いやり方で、適切な方式で検知することができる方法もまた、必要とされている。
【００１０】
従って、対象物の構造におけるトポロジー的変化を感知するよう意図された容量性感知デバイスが提供される。このような対象物の一例は、ユーザに何かへのアクセスを与えるべきかどうかを確定するための指（先）パターン認識システムなどで用いられる指である。特定の実施例について下記に説明する。この感知デバイスは、近傍の対象物を受けるための感知表面と、２次元のマトリックス状またはアレイ状に構成される複数の感知器素子とを含む。この感知デバイスは、制御信号を感知器素子へ提供するための制御手段を含む。複数の感知器素子のうち少なくともいくつかが、少なくとも２つの異なる機能のうち１つを有するかまたはとるよう制御され得り、そして、感知器素子の実際の機能は、前記制御信号により制御または決定される。前記少なくとも２つの機能のうち任意のものが、制御可能な感知器素子のうち任意の１つによりとられ得り、前記少なくとも２つの機能のうち別の任意のものが、残りの制御可能な感知器のうち任意の１つによりとられ得る。
【００１１】
特定の実施形態において、前記少なくとも２つの機能のうち任意のものは、制御可能な感知器素子のうち任意の１つによりとられ得り、前記少なくとも２つの機能のうち別の任意のものは、残りの制御可能な感知器素子のうち任意の１つにより同時にとられ得る。
【００１２】
加えて、１つの実施形態において、前記少なくとも２つの機能のうち任意のものは、任意の数の前記制御可能な感知器素子によりとられ得、前記少なくとも２つの機能のうち別の任意のものは、任意の数の残りの制御可能な感知器素子によりとられ得る。
【００１３】
本発明はまた、前記少なくとも２つの機能のうち任意のものが、任意の数の前記制御可能な感知器素子によりとられ得ることを可能にし、前記少なくとも２つの機能のうち別の任意のものが、任意の数の残りの制御可能な感知器素子により同時にとられ得る。
【００１４】
少なくとも２つの異なる機能のうち１つをとり得る前記少なくとも複数の制御可能な感知器素子にとって使用可能な機能には、感知器素子が送信素子として機能する駆動機能と、感知器素子が受信素子として機能する感知機能とが含まれる。これは、複数の感知器素子または複数の感知器素子のうち少なくともいくつかが双方向であることを意味し、つまり、感知器素子は、送信器または受信器のどちらかとして機能するよう選択され得ることを意味する。
【００１５】
本発明の感知デバイスのこの柔軟性により、送信素子の数だけではなく感知素子の数も場合に応じて変更され得るため、感知デバイスの感度は、場合に応じて適宜変更され得る。加えて、任意の素子が送信素子として使用され得、残りの素子のうち任意のものも対応する感知素子として使用され得るため、送信器および受信器（感知器）間の距離が任意に変更され得り、従って送信器および受信器間の絶縁レベルが上げられる。加えて、送信素子および受信素子間の距離が自由に選択され得るため、感知器表面上の残留汗の問題を未然に防ぐことができる。
【００１６】
さらなる実施形態において、複数の制御可能な感知器素子のうち少なくともいくつかは、第３の機能をとるように制御され得る。全ての感知器素子は好適には、前記３つの機能全てにおいて動作可能であり、故に少なくとも３つの異なる機能のうち任意のものを有するように制御され得る。
【００１７】
適切には、前記第３の機能は、感知器素子が不活性または非選択となる絶縁機能である。このようにして、全ての感知器素子は制御可能となり得、各感知器素子は、受信素子、送信素子として機能するように、または素子が選択されていない絶縁不活性モードになるように制御され得る。このことにより、感知デバイスの感度をさらに上げることができる。
【００１８】
別の実施形態において、全ての感知器素子にとって使用可能な機能は、上記にて述べたような感知機能と、感知器素子が不活性となる不活性絶縁機能とを含む。後者はまた、感知素子が全く選択されていない状態としても表現され得る。
【００１９】
１つの実施形態において、複数の感知器素子のうち少なくともいくつかが、制御信号を介して制御可能となり、そして、受信素子、送信素子として機能させるか、または不活性、つまり、選択されていない状態になり得る。特に好都合な実施形態において、全ての感知器素子は、上述の機能のうち任意のもの、すなわち受信器、送信器または不活性を有するよう制御され得る。しかし、全ての感知器素子は好都合には、少なくとも２つの異なるモードにおいて動作可能であり、少なくとも２つの異なる機能のうち１つを有するために選択され得る。
【００２０】
好適な実施形態において、感知器素子は、Ｘ個の行およびＹ個の列を含む２次元マトリックス状に構成される。特定の実施形態において、感知器素子のうちいくつかが、送信素子として機能するよう選択され、残りの感知器素子のうちいくつかが、受信素子として機能するよう選択される。送信素子の数は好都合には、受信素子の数を越える。本実施形態によれば、送信素子は、指などのトポロジー的パターンにおける変化が感知されるべき対象物に提供されるパルス電圧信号を送信し、受信素子は、反射されて感知デバイスに戻ってくる容量式に送信された信号を測定する。言い換えれば、感知デバイスは、反射性感知器として機能する。
【００２１】
別の実施形態において、導電手段が対象物および感知デバイス間のオーム接点を確立するために設けられる。直接感知原理を用いている感知器に関連する本実施形態において、この導電手段は、送信電極として機能し、そして、複数の感知器素子が、受信素子として機能するよう選択される。残りの感知器素子は、不活性となるよう選択されるかまたは言い換えれば全く選択されず、そして、本実施形態において送信素子として機能するよう選択される素子は無い。特に、導電手段は外部に構成され、感知デバイスに接続される。しかし、導電手段は好都合には、感知デバイス本体内にではなく、感知マトリックスの外部に構成される。
【００２２】
好適な実施形態において、制御手段を介して、感知デバイスが反射性感知器として機能する第１の動作可能モードか、または、代替的に、感知器が直接感知器として機能する第２の動作可能モードかが選択され得る。後者の場合において、金属などの導電手段が、適切な方式で提供され、これにより、感知デバイスと、指またはパターンが感知されるべき対象物となる任意のものとの間のオーム接点を確立することが可能となる。
【００２３】
１つの感知器マトリックスまたは複数の感知器素子のうち少なくともいくつかは、プログラム可能であり、送信素子として機能している感知器素子の数は、制御され得、加えて、送信素子の実際の位置も、制御され得る。従って、感知器素子の機能および感知デバイスの動作モードは、制御可能（プログラム可能）となり、例えば、対象物に関する限りは雰囲気条件などの実際の環境へ適応し得る。
【００２４】
１つの実施形態において、制御手段は、第１および第２の制御構成を含む。各制御構成は、少なくとも１つのデジタル制御信号を複数の感知器素子の各々に提供し、ここで、前記入力信号は、感知器素子の機能を決定する。特定の実施形態において、制御信号は、例えばサブアレイまたは感知器素子の類似物などの複数の感知器素子へ、グループ単位で提供される。この場合において、全ての素子が別個に制御可能なわけではないが、素子のうちいくつかは、グループ単位で制御され得るか、または、異なるグループにおいて構成され得、そして、全制御手順は、感知器素子の制御グループを通じて行われる。
【００２５】
例示的な実施形態において、第１の制御手段は、デュアルシフトレジスタ（ｄｕａｌ  ｓｈｉｆｔ  ｒｅｇｉｓｔｅｒ）を含み、第２の制御手段は、第２のデュアルシフトレジスタを含む。第１のデュアルシフトレジスタの長さは行の数に対応するのに対し、第２のデュアルシフトレジスタの長さは列の数に対応する。これらのシフトレジスタの各々は、デジタル制御信号を、行インターフェースおよび列インターフェースをそれぞれ介して、制御されている感知器素子へと提供する。そして、各感知器素子（または感知器素子のグループ）へ提供された制御信号の結果により、各感知器素子（感知器素子のグループ）の機能が決定される。
【００２６】
各デュアルシフトレジスタは、２つのデジタル制御信号を、制御されるべき各感知器素子へ提供する。前記信号のうち１つは、感知機能が活性化されるかどうかを示し、もう一方の信号は、駆動機能が活性化されるかどうかを示す。双方のデュアルシフトレジスタからの制御信号が実際に、関連する感知器素子について同一の機能を示す場合にのみ、感知器素子の特定の機能は、活性化される。
【００２７】
好適な実施形態において、受信機能は、送信機能よりも優先されており、したがって、双方のシフトレジスタからの制御信号が、感知器素子について感知機能および駆動機能両方の活性化を示した場合、感知器素子は、受信器として機能する。
【００２８】
容量性感知デバイスの感知表面の近傍で受けられる対象物の構造におけるトポロジー的変化を感知する方法もまた、提供される。この容量性感知デバイスは、少なくとも２次元で構成された複数の感知器素子を含む。この方法は、制御信号を提供する工程であって、前記制御信号により、前記感知器素子のうち少なくとも１つが、受信素子の機能を有するよう制御され、前記感知器素子のうち少なくとも１つが、送信素子の機能を有するよう制御される工程と、容量性または導電性の信号を、前記送信素子を介して前記対象物へ生成する工程と、前記対象物上の複数の異なる場所および異なる受信素子間の容量を検出する工程とを含む。この方法はまた、前記受信素子において受信された前記容量性信号を用いて、前記対象物の構造におけるトポロジー的パターンを決定する工程と、前記トポロジー的パターンを描く（アナログ）出力信号を生成する工程とを含む。
【００２９】
この方法の１つの実施形態において、前記感知器素子のうち少なくとも１つが、受信素子の機能を有するように活性化され、それと同時に、前記感知器素子のうち少なくとも１つが、送信素子の機能を有するように活性化される。
【００３０】
１つの実施形態において、この方法はさらに、例えばデバイスの所有者またはデバイスへのアクセスもしくはデバイスによるアクセスを得る権利を有するユーザの指などの構造のトポロジー的パターンについての情報を格納する工程を含む。さらに、この方法は、別の後の機会に感知デバイスを用いて対象物の実際のトポロジー的パターンを決定する工程と、格納された情報および実際のトポロジー的パターンを比較する工程と、格納された情報および実際の情報間の一致度を示す出力信号を生成する工程とを含み得る。この出力信号はもちろん、異なる種類の数をとり得る。１つの実施形態によれば、この一致度が所与の数値を越えたり、あるいはその逆の場合にのみ、出力信号は、生成される。
【００３１】
従って、指（先）認識デバイスを含むデータ担体もまた、提供される。この指（先）認識デバイスは、複数の制御可能な感知器素子を有し、指または指先のトポロジー的パターンの構造における変化を感知するための感知デバイスと、権利を有するユーザの指／指先についての情報などを格納するための格納手段と、前記データ担体へのアクセスまたは前記データ担体によるアクセスを試みているユーザまたは行おうとしているユーザの入力指／指先パターン情報を比較する比較手段と、格納されている情報およびアクセスを行おうとしているユーザの指／指先パターン情報間の一致度が、何らかの所定の基準を少なくとも満たすか、または、少なくとも所定のレベルに達している場合、許可信号を生成する手段とを含む。あるいは、アクセス中のユーザの拒否を示す拒否信号が生成され得る。すなわち、格納されている指（先）パターン情報間の一致度が、不十分であるかまたは所定のレベルよりも特に低い場合の他は、アクセスは自動的に提供される。感知器デバイスは、容量性であり、制御信号を感知器素子へ提供するための制御手段を含み、複数の感知器素子のうち少なくともいくつかの各々の機能は、制御信号を介して選択され得る。制御信号を用いることにより、少なくとも２つの機能が、前記感知器素子のうち少なくとも複数にとって使用可能であり、または、前記感知器素子のうち少なくとも複数によりとられ得る。
【００３２】
本発明によれば、前記少なくとも２つの機能のうち任意のものが、制御可能な感知器素子のうち任意の１つによりとられ得、前記少なくとも２つの機能のうち別の任意のものが、残りの制御可能な感知器素子のうち任意の１つによりとられ得る。
【００３３】
適切には、前記少なくとも２つの機能のうち任意のものが、制御可能な感知器素子のうち任意の１つによりとられ得、前記２つの機能のうち別の任意のものが、残りの制御可能な感知器素子のうち任意の１つにより同時にとられ得る。
【００３４】
１つの実施形態において、前記少なくとも２つの機能のうち任意のものは、任意の数の制御可能な感知器素子によりとられ得り、前記２つの機能のうち別の任意のものは、任意の数の残りの制御可能な感知器素子によりとられ得る。
【００３５】
好適には、前記少なくとも２つの機能のうち任意のものは、任意の数の前記制御可能な感知器素子によりとられ得り、別の任意の機能は、任意の数の残りの制御可能な感知器素子により同時にとられ得る。
【００３６】
１つの特定の実施形態において、データ担体は、携帯可能であり、パーソナルカードまたはそのようなものを含む。データ担体はまた、制御されている領域または局所にアクセスを提供するためのコンピュータ、（携帯）電話、乗用車、携帯型装置用のクレジットカード、ＰＣＭＣＩＡカードなどにおいて実施され得る。この制御手段により、各（または複数の）感知器素子を、受信（感知）素子もしくは送信（駆動）素子として機能させ得、または、不活性にさせ得る。
【００３７】
本発明の１つの局面によれば、複数の素子が送信器として機能する選択される一方、複数の感知器素子が受信器として機能するよう選択され、そして、指（先）のトポロジー的パターンの感知は、指における複数の場所から反射して戻ってきた信号を感知することによって行われる。つまり、感知デバイスは、反射性感知器として機能する。
【００３８】
さらなる実施形態において、複数の感知器素子のうち少なくともいくつかは、第３の機能をとるために制御され得る。各感知器素子は好適には、前記３つの機能の各々をとるために制御手段を介して制御され得る。
【００３９】
適切には、前記第３の機能は、感知器素子が不活性または非選択となる絶縁機能である。
【００４０】
従って、全ての感知器素子は、制御可能となり得、各感知器素子は、受信素子、送信素子、または素子を選択しない絶縁、不活性モードとして機能するよう、制御可能となり得る。これにより、本発明によるデータ担体における感知デバイスの感度をさらに上昇させることが可能となる。
【００４１】
あるいは、全ての感知器素子は、不活性であるものを除いて受信器として機能するよう選択される。そして、導電手段は、指とのオーム接点を提供するよう構成され、次いで導電手段は、送信器として機能し、直接感知が実現する。好適な実施形態において、感知デバイスは、反射のみならず直接感知原理をもサポートし、どちらの感知器モードにおいても同一の感知デバイスが使用され得る。
【００４２】
明らかなように、感知器デバイスは、極めて柔軟性が高く、感知器素子は双方向である（さらに不活性にもなり得る）ため、例えば高価なシリコンから作られる感知器領域が、効率良く使用され得る。さらに、より大きな領域が、より高い感度を可能にする送信素子のために使用可能である。不活性である感知器素子すなわち選択されていないまたは不活性となるよう選択された感知器素子は、受信器（感知素子）として機能している感知器素子を、遮蔽または絶縁することができる。
【００４３】
感知デバイス、またはプログラム可能な感知器デバイスの感知器素子を作ることによって、感度は、特定の環境または例えば皮膚の厚さ、湿度もしくは乾燥の程度などの指もしくは指先の異なる特性に応じて調節され得る。これらの反射性感知原理または直接感知原理は、例えば特定の状況などにおいて最良であるものに応じて選択され得る。
【００４４】
このデバイスの柔軟性は高いので、単一の列または単一の行を活性化するなどして部分走査を実行して指の存在を検出したり、重要な情報を再読込みすることにより、取得時間を節約することあるいはマイクロプロセッサ格納要件を最少限にすることもまた可能である。あるいは、例えば感知領域の任意の領域などの２つの列もしくは２つの行または任意の組合せもまた当然使用され得る。
【００４５】
（発明の詳細な説明）
下記において、本発明を、添付図面を参照しながら非限定的にさらに説明する。
【００４６】
図１において、感知器素子のＸ個の行およびＹ個の列１1,1，１1,2，．．．，１x,yを含む２次元マトリックスが示されている。この感知器マトリックスは、異なる形状をとり得、行の数Ｘは、列の数Ｙと同じであり得るが、行の数Ｘはまた、列の数Ｙと異なり得る。ピクセルとも呼ばれる感知器素子は、好都合には３００〜５００ｄｐｉ（ドット／インチ）の間となるよう構成される。しかしながら、本発明はもちろんこれに限定されるものでは全くない。例えば、どちらの方向においても１００から３００個の素子があり得る。１つの例示的実施形態において、ＸおよびＹのどちら共が１４４であり、感知器素子は、互いに約７０μｍ離れた距離で構成され得る。約７０μｍは、約３６７ｄｐｉに相当する。しかし、これらの数値は単に例示的な理由のために与えられているだけで、とりわけ感知器素子をどれくらい近づけて構成するかということと、感知器素子の数をどれくらいにするかということは、感度要件により与えられる。例えば、感知デバイスが、指（先）感知器、すなわち指、特に指先の一部分の構造におけるトポロジー的変化を感知するための感知器として使用される場合、必要とされるサイズは、指のサイズによって異なる。例えば、子供にとっては、感知器が大人用に使用される場合に必要な感知領域よりも、より小さい感知領域が必要となる。本発明によれば、これらの感知器素子１1,1，．．．，１x,yは、適切には双方向であり、そして、各感知器素子または少なくとも複数の感知器素子は、受信器または送信器のいずれかとして機能するよう制御され得る。このようにして、感知器の感知表面が、非常に効率良く使用および調節され得る。
【００４７】
好適な実施形態において、感知デバイスは、複数の異なる層を含む半導体チップ（例えばＳｉ）からなる。好都合には、１つの層が、何らかの遮蔽（例えば、電気的遮蔽）を提供するために、上面上に構成される。しかし、多様な代替が可能である。
【００４８】
図２は、図１に示すような複数の感知器素子１1,1，．．．，１x,yを含む感知デバイス１０を示す。これらの双方向感知器素子は、受信器（感知機能に対応する）、送信器（駆動機能に対応する）、または、不活性となり得るものとして機能するよう、制御され得る。不活性機能状態である感知器素子は、他の素子に対する絶縁素子として機能するが、このことについては以下により詳細に説明する。
【００４９】
第１の制御手段２は、Ｘ方向（行方向）における感知器素子の機能を制御するために構成されるのに対し、第２の制御手段は、制御信号をＹ方向（列方向）へ提供するために構成される。これらの第１および第２の制御手段２および３はそれぞれ、行インターフェース２Ｃおよび列インターフェース３Ｃをそれぞれ介して感知器素子と通信しているデュアルシフトレジスタ２Ａ、２Ｂおよび３Ａ、３Ｂを含む。２つのデジタル制御信号（シフトレジスタへの２進入力を形成するＸ方向デジタル制御信号）Ｉx、Ｉ’xは、デュアルシフトレジスタ２Ａ、２Ｂに提供される。これらのうちの１つは、活性または不活性であり得るＸ方向Ｓxにおける感知機能の選択を示すのに対し、デジタル制御信号Ｉ’xは、駆動機能Ｄxが活性化されるかどうかを示す。
【００５０】
図２において、Ｃxは、それ自体は公知である或る方法におけるシフトシグナルである。Ｃxは、レジスタ内のデータコンテンツをｘ方向にシフトさせるために用いられる。同様にＣyは、もう一方のシフトレジスタ用のシフトシグナルである。このようにして、送信器および受信器の選択された形態が、容易にシフトされ得る。
【００５１】
２つのデジタル信号Ｉx、Ｉ’xは、このようにして行インターフェース２Ｃを介して各感知器素子へ提供される。対応する動作は、デュアルシフトレジスタ３Ａ、３Ｂにおいて生じ、それらのデュアルシフトレジスタには、Ｙ方向の感知機能Ｓyの選択もしくは非選択およびＹ方向の駆動（送信）機能Ｄyの選択もしくは非選択を示すＹ方向の制御信号Ｉy、Ｉ’yが与えられる。このようにして、各感知器素子に対して４つのデジタル信号が与えられ、そして、感知器素子の機能を選択するためには、ＸおよびＹ選択線の両方について同一の機能が選択されなければならない。このことについては、図４を参照しながらさらに説明する。
【００５２】
図３は、１つの感知器素子、（例えば）１2,2を示す。信号Ｓx、Ｓyは、感知器素子が受信器として活性化されるかどうかをを制御し、ＤxおよびＤyは、それに対応して駆動機能が活性化されるかどうかを制御する。ＶDD、ＶSSは、電源を示す。感知器素子出力信号ＳＥOUTは、感知器素子１2、2の感知機能が選択された際、提供される。一方、感知器素子を送信器として機能するようにするためには、パルス電圧信号ＳＥINが感知器素子へ提供される。
【００５３】
上記で述べた通り、感知器素子の機能を選択するためには、ＸおよびＹ選択線の両方が、図４の表に模式的に示されているように、全く同じ様に活性化されなければならない。従って、受信または感知機能を表す２進信号ＳxおよびＳyの両方が、「感知」（受信）を示さない場合、すなわち、Ｓx  ＡＮＤ  Ｓyが偽であり、かつ、同様に送信または駆動機能示す２進信号ＤｘおよびＤｙの両方が、駆動（Ｄx  ＡＮＤ  Ｄy  ＝  偽）を示さない場合、感知器素子の機能は、不活性であり、言い換えれば感知器素子は選択されない。上述したように、この機能において、感知器素子は遮蔽または絶縁素子として機能する。
【００５４】
一方で、Ｓx  ＡＮＤ  Ｓyが偽であり、つまり、感知または受信機能が両方向において選択されておらず、送信機能Ｄx  ＡＮＤ  Ｄyが真である（すなわち両方向において選択されている）場合、感知器素子の機能は、送信器（すなわち駆動器として）として機能するものとなる。その一方で、Ｓx  ＡＮＤ  Ｓyすなわち感知機能選択線の両方が活性であり、Ｄx  ＡＮＤ  Ｄyが偽である場合、感知器の機能は、受信器として機能するものとなる。
【００５５】
最後に、Ｓx  ＡＮＤ  ＳyおよびＤx  ＡＮＤ  Ｄyの両方が真である、すなわち受信機能および送信機能の両方が双方向において選択される場合、この特定の実施形態において受信機能は送信機能よりも優先されるので、感知器素子は、受信器として機能する。
【００５６】
本発明によれば、このようにして、どの（そして何個の）素子が受信器、送信器として機能するのか、そしてどの素子が不活性となるのかを選択することが可能となり、このようなやり方により、感知デバイスのサイズおよび感度をを完全に制御することができる。好都合な実施形態において、感知器マトリックスは、感度を、例えば皮膚の厚さ、乾燥度、湿度、指のサイズなどの指先の異なる特性に応じて調節できるよう、プログラム可能である。１つ以上の感知器素子を、受信器として動作するよう選択し、残りの感知器素子を、送信器として動作するようまたは不活性となるよう選択することができる。受信感知器素子を包囲する不活性感知器素子は特に、遮蔽または絶縁を受信器として機能する感知器素子に提供する。このようにして、感知素子が、例えば遮蔽または絶縁素子により包囲され得るため、本発明は、さらに高いレベルの感知素子感度上昇を提供する。これらの素子は、感知素子を送信素子から遮蔽または絶縁する機能を有する。
【００５７】
好適な実施形態において、制御可能である素子のうち任意のものは、これら３つの機能のうち任意のものをとるよう制御され得るので、本発明は、感知のための極めて高い柔軟性だけではなく、高い感度レベルも提供する。なぜならば、送信および受信（感知）素子それぞれの数を変更し、絶縁「スクリーン」を感知素子の周囲に提供することが可能であるためである。
【００５８】
素子の活性化は、素子単位、行単位、列単位、斜め方向またはあらゆる所望の順序で生じ得る。素子はまた、平行方向にも活性化され得る。すなわち、両方のシフトレジスタが、同時にシフトされ得る。どの素子から始めるのか、どの素子を最後にするか等を選択することもまた可能である。
【００５９】
送信感知器素子にとって使用可能である領域がより大きいので、高い感度を提供することが可能である。
【００６０】
１つまたは他の種類の感知器素子の数および位置を制御することもまた可能である。
【００６１】
さらに、本発明により提供されるプログラム可能性によって、例えば、単一の列もしくは単一の行（またはあらゆる別の所望の数の列／行）の部分走査を行って、指またはそのようなものの存在を検出することまたは重要な情報を再読込みすることにより、取得時間を節約することと、（アナログ）出力信号が提供されるマイクロプロセッサ（図示せず）の格納条件を最少化することとが可能となる。１つ以上の感知器素子が送信機能を有するよう選択され、複数の感知器素子が受信器として機能するよう選択される場合、感知デバイスは、反射性感知器として動作する。
【００６２】
図５において、指４が配置される感知デバイス１０が模式的に示されている。感知デバイスの厚さは好都合には、０．５ｍｍよりもより小さい。別の実施形態において、感知デバイスは、より厚くなり得る。このことは、実現方法、製造技術などにより異なる。
【００６３】
図６は、溝部および隆起部を含む指の小部分と、明示的に示されている感知器素子１2,3、１2,4、１2,5、１2,6、１2,7を含む感知デバイス１０とを模式的に示す。この特定の実施形態において、感知器素子１2,3、１2,4および１2,6、１2,7は、送信器として機能するよう選択され、感知器素子１2,5は、受信器として機能するよう選択されたと仮定している。このようにして、パルス電気信号が、送信素子により指へと提供され、受信素子１2,5は、反射された容量性信号を検出する。
【００６４】
一例に過ぎないが、本発明と関連して使用され得る感知素子の原理の簡単な説明を以下に与える。しかし、多種多様な感知器ソリューションが、本発明の範囲内で適用され得ることが理解されるべきである。
【００６５】
図６に示すように、各素子またはピクセルは、上部容量性プレートを含む。ピクセルが駆動状態にあるとき、この上部容量性プレートは、０〜５ボルトの信号で駆動される。この信号は、皮膚内に入り、感知ピクセルにより受信される。より多くのピクセルが駆動状態へと活性化される程、皮膚内の信号も強くなる。ピクセルはまた、この状態においてはディセーブルされ、パワーダウンされる増幅器を装備している。
【００６６】
ピクセルが感知状態にあるとき、上部容量性プレートは、ピクセル増幅器へ連結され、ピクセル増幅器は、イネーブルされ、パワーアップされる。この増幅器は、ピクセルを仮想的に接地し、従って指内の全ての信号が測定され得るようになる。増幅器の信号は、Ｘ−Ｙ論理により選択され、中央増幅器または他の何らかの中央処理手段へと送られ得る。
【００６７】
ピクセルが不活性状態にあるとき、上部容量性プレートは、浮動しており、すなわち０〜５Ｖの駆動信号または増幅器へは接続されない。増幅器は、ディセーブルされ、パワーダウンされる。このようにして、指には、ピクセル内の寄生容量のみがかかる。
【００６８】
図７は、図６に類似した図であり、別の感知デバイス１１を示す。この実施形態において、分離型導電手段１２が、指４とのオーム接点を提供するよう構成される。分離型導電手段１２はここで、送信電極の役割を果たす。全ての感知器素子は、受信器または不活性となるものどちらかとして機能するよう選択される。感知デバイス１１は、直接感知原理または反射性感知原理のどちらかを用いて動作するようプログラムすることができる。
【００６９】
このようにして、１つの好適な実施形態によれば、送信器の機能を有するいくつかの種類の付加的な導電手段が提供される場合、本発明の感知デバイスは、反射性感知デバイスまたは直接感知デバイスのどちらかとして機能するようプログラムされ得る。好適な実施形態において、このような余分な送信接続（１２）がパッケージ上に実現されている場合、同一の特定用途集積回路（ＡＳＩＣ）が、異なる感知器設計のために使用される。図７において、ある瞬間において、感知素子１2,5が受信器として機能するよう選択され、残りの素子１2,3、１2,4、１2,6および１2,7が、不活性であることが仮定されている。
【００７０】
増幅手段は、感知される信号の増幅のために提供されるが、このことは、当該分野で公知であると考えられ、異なるやり方で提供され得ることは、明示的には示されていないが、明らかである。
【００７１】
別の実施形態において、感知器素子は、１つ以上のアレイにおいて構成される。これらのアレイの各々には、分離（または共通）制御手段が提供されている。しかし、このような実施形態がどのように機能するかということは、当業者にとっては明らかであるので、本明細書中このことについてはこれ以上説明しない。
【００７２】
さらに、感知器素子は、３次元に構成され得る。この場合においても、その機能は実質的に同じである。異なっているのはデバイスの製造方法である。さらなる実施が可能であり、さらに幅広い柔軟性が提供される。
【００７３】
特定の実施形態において、感知デバイスが、データ担体内に提供される。この感知デバイスは、ユーザもしくは特にカード、電話、コンピュータなどのデータ担体の所有者またはより一般的には感知デバイスが取り入れられているカードもしくはデバイスを使用する権利を有するユーザの指（先）情報を格納するための処理手段および格納手段を含む。このようなデータ担体は、ＥＰ−Ａ−０  ０８５  ６８０においてより完全に説明されており、本明細書中これを参考のため援用する。処理手段は、データ担体またはデータ担体が取りれられているデバイスへのアクセスを得ようとしているユーザの指（先）パターン情報を比較するために提供され、前記情報は、権利を有するユーザについての格納された情報と比較される。その一致度が、所定の一致度を越えるかまたはそれに達すると、許可信号が提供されるかまたはアクセスが自動的に提供される。このことは、該当する実施方法に応じてあらゆる都合の良い方法で提供することができる。
【００７４】
本発明は、これらの明示的に示されている実施形態に限定されるものではなく、請求項の範囲内で様々に変更され得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、２次元マトリックス状に構成された複数の感知器素子を簡略化して模式的に示す図である。
【図２】  図２は、本発明による感知デバイスの１つの実施形態を模式的に示す図である。
【図３】  図３は、感知器素子のブロック図を模式的に示す図である。
【図４】  図４は、入力制御信号の結果として選択される感知器素子の機能を示す表である。
【図５】  図５は、表面上に指を配置した状態の感知デバイスの模式的な断面図である。
【図６】  図６は、感知デバイスを示し、その近傍に指の一部分が置かれ、反射性感知が実現されている様子を模式的に示す図である。
【図７】  図７は、直接感知用に意図された導電手段を含む、図６の同様の模式断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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