WO2001084482A2 - Vorrichtung zur eingabe von relativen koordinaten - Google Patents

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WO2001084482A2
WO2001084482A2 PCT/EP2001/004857 EP0104857W WO0184482A2 WO 2001084482 A2 WO2001084482 A2 WO 2001084482A2 EP 0104857 W EP0104857 W EP 0104857W WO 0184482 A2 WO0184482 A2 WO 0184482A2
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Hans Jürgen PÖHS
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Delsy Electronic Components Ag
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    • B60R16/0231—Circuits relating to the driving or the functioning of the vehicle
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    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
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    • G06F3/0354—Pointing devices displaced or positioned by the user, e.g. mice, trackballs, pens or joysticks; Accessories therefor with detection of 2D relative movements between the device, or an operating part thereof, and a plane or surface, e.g. 2D mice, trackballs, pens or pucks
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    • G05G2009/0474—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously the controlling member being movable in different independent ways, movement in each individual way actuating one controlled member only in which movement in two or more ways can occur simultaneously the controlling member being movable by hand about orthogonal axes, e.g. joysticks characterised by means converting mechanical movement into electric signals
    • G05G2009/04759—Light-sensitive detector, e.g. photoelectric
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    • G06F2203/033—Indexing scheme relating to G06F3/033
    • G06F2203/0338—Fingerprint track pad, i.e. fingerprint sensor used as pointing device tracking the fingertip image
    • G—PHYSICS
    • G07—CHECKING-DEVICES
    • G07C—TIME OR ATTENDANCE REGISTERS; REGISTERING OR INDICATING THE WORKING OF MACHINES; GENERATING RANDOM NUMBERS; VOTING OR LOTTERY APPARATUS; ARRANGEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS FOR CHECKING NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • G07C9/00—Individual registration on entry or exit
    • G07C9/00174—Electronically operated locks; Circuits therefor; Nonmechanical keys therefor, e.g. passive or active electrical keys or other data carriers without mechanical keys
    • G07C9/00563—Electronically operated locks; Circuits therefor; Nonmechanical keys therefor, e.g. passive or active electrical keys or other data carriers without mechanical keys using personal physical data of the operator, e.g. finger prints, retinal images, voicepatterns

Definitions

  • the present invention relates to a device for entering relative coordinates, in particular for graphically entering position information in the plane, for example into a computer system. As a check, the position is displayed, for example, on the screen of a screen output device.
  • Such devices use external aids, such as a so-called mouse or a trackball. These tools are complicated to use; furthermore, they are susceptible to faults and easily become dirty.
  • the object of the present invention is to provide a device for inputting relative coordinates which is simple to use and less prone to failure.
  • this object is achieved by a device for entering relative coordinates according to the main claim.
  • the scanning unit takes up very little space and can be accommodated compactly in the drive-over area, so that the present device is in one
  • a large number of electrical or electronic devices can be integrated, for example in automated teller machines, in data processing devices (in particular in hand computers, in handhelds, in notebooks, in palmtops, in pocket computers or in portable computers), in cell phones or in cell phones, in keyboards or in keyboards , in optical touchpads or in payment systems.
  • the relative coordinates x, y are determined by the position of the optical images.
  • At least one finger and / or at least one rod-shaped or pen-shaped object can be provided as the input means, and the device, in particular in the case of the finger, can also be designed as an input means for the identification of the dactyloscopic person.
  • the device in particular in the case of the finger, can also be designed as an input means for the identification of the dactyloscopic person.
  • the device designed as an optical sensor with at least one external light source for entering relative coordinates serves as the basis, the optical sensor being pixel-oriented (with, for example, approximately 240 pixels by approximately 360 pixels, corresponding to an active area of approximately twelve millimeters times about eighteen millimeters) scans the surroundings and takes appropriate pictures.
  • this optical sensor registers object movements that are evaluated as an immediate input action.
  • this optical sensor registers object movements that are evaluated as an immediate input action.
  • the “mouse” or cursor position is calculated by a finger or pen movement on the surface of the optical sensor and simultaneously transmitted to a connected system with at least one corresponding logic circuit; using the finger is just as possible as using a pen.
  • the simulation of the mouse buttons in the present invention is expediently made possible by at least one quick touch of the optical sensor; an adjacent mounting of switches is also possible by means of a corresponding built-in module, so that the entire sensor module can be tilted by tapping on the optical sensor in order to trigger at least one mouse click.
  • the speed and / or the direction of the scroll functionality is determined by the movement of the object (finger, pen, ...) on the optical sensor module; the use of the switches within the corresponding installation module can be used as a scroll signal for the scroll mode.
  • an optical sensor can be used instead of the conventional wheel.
  • the optical sensor then replaces the conventional wheel in its full range of functions.
  • the range of functions is the same as with conventional touchpads; these are through more powerful than a normal mechanical wheel; in particular, mechanical disadvantages, such as jamming, soiling or failure of mechanical parts, are completely eliminated by using the present optical sensor; the price / performance ratio of this optical sensor also has significant advantages over conventional mechanical components.
  • SIM Subscriber Identification Module
  • the optical sensor When scanning the movement based on features on the sensor surface, the optical sensor is positioned below at least one operating unit and scans the surface; The movement of the object (finger, pen, ...) then moves the mouse pointer or cursor in a defined manner, similar to the mouse mode.
  • the fingerprint of the person concerned is used to recognize whether the person as a user is authorized to interact with a (computer) system assigned to the optical sensor.
  • a (computer) system assigned to the optical sensor assigned to the optical sensor.
  • the person skilled in the field of security technology will particularly appreciate that this is done synchronously with the operation of the “sensor mouse” or the “sensor cursor” and does not require any further user interaction; With these features, the entire system is passively protected against unauthorized access.
  • the optically sensitive sensor surface of a size of, for example, twelve millimeters to for example eighteen millimeters is used a so-called “touchpen” as a work surface or so-called “touchpad” to track the movements of the finger or the pen and to be able to control the so-called “desktop” on the screen; the range of functions is at least the same as that of conventional touchpads.
  • the mode of operation of the present device for inputting relative coordinates differs from conventional touchpads, however, in that the movements of the object (fingers, pen, ...) are registered by optical sensing of the object.
  • the surface of the optical sensor can be used in the form of a through the optional use of at least one fiberglass plate to be described in more detail below fiber-optic area has an extremely high resilience, so that pens, pens or the like can also be used for the movement sequences.
  • the present device for entering relative coordinates it is possible to read and / or compare at least one signature or at least one signature, for example by providing the signature or signature in the original and then in the at least one a storage unit of the device is stored.
  • At least one signature or at least one signature from a bank card, credit card, check card, SmartCard or the like in advance into the storage unit of the present device;
  • the signature or signature located thereon can be read from the bank card, credit card, check card, SmartCard or the like and with that in the storage unit of the present device stored value can be compared.
  • a software adaptation takes place which synchronizes the transition from the static surface of the conventional touchpad to the optical surface of the present device and also synchronizes the further transition from the optical surface of the present device to the static surface of the conventional touchpad again.
  • the installation position of the present device in the conventional touchpad can be arranged approximately in the middle or on at least one outside band, the biometric properties of the optical sensor also being available here in full.
  • the present device can be implemented in a particularly advantageous manner in electrical or electronic devices if the scanning unit approximately corresponds in shape and size to the drive-over area. This technical measure also serves for a trouble-free and immediate transport of the optical images of the front area of the input means from the drive-over area to the scanning unit.
  • the side of the fiber-optic area facing the scanning unit is provided with at least one, in particular alphanumeric, identifier.
  • identifier has significant advantages, particularly in the event of a failure or failure of the device, because in this Instead of a - otherwise usual, but in the case of failure or failure no longer readable (-> among other things problems in a warranty case) - digital personalization of the device, at least one unique identification number or the like can be included in the data record.
  • the present invention benefits from the fact that the device is essentially based on the principle of the optical sensor, so that the identifier can be optically read and built into the data record to be transferred.
  • the provision of such an identifier thus provides a further optional security feature, and if the guarantee becomes necessary, the identifier can also be read out through the fiber optic region by means of a microscope or the like.
  • the identifier applied for example, when the light sources are inserted, is expediently assigned to the respective device, in particular the user or customer belonging to the respective device (-> special identifier), and can no longer be reached from the side of the fiber-optic region facing away from the scanning unit, in particular, cannot be changed or otherwise manipulated.
  • the scanning unit records the optical images line by line, that is to say the scanning unit functions as Line scanner when the front area of the input means is moved over or pulled over the drive-over area.
  • the scanning unit it is advisable to design the scanning unit in such a way that it can record a large number of optical images per unit of time, in particular line by line, with a realistic order of magnitude in the range of approximately 250 optical images per second.
  • these optical images recorded in particular line by line, can then be combined in the sensor unit and / or in the processing unit to determine the characteristics of the front area of the input means to form an overall image.
  • the front area of the input means in the present invention is drawn over the drive-over area and consequently over the scanning unit. It should be noted here that such a sweep of the front area of the input means will not necessarily take place at a constant speed and, in the case of several identification processes, will not necessarily take place at an identical speed. Not least for this reason, the recording of the optical images is controlled by the scanning unit according to a preferred embodiment of the present invention by means of light pulses emitted by the light source.
  • At least one fiber-optic area is provided in the drive-over area, through which the optical images of the front area of the input means can be transported to the scanning unit.
  • the present device can be implemented in a particularly advantageous manner in electrical or electronic devices if the fiber-optic area approximately corresponds in shape and size to the drive-over area.
  • This technical measure also serves for a trouble-free and immediate transport of the optical images of the front area of the input means from the drive-over area to the scanning unit.
  • the present device for entering relative coordinates is at least partially designed as a camera module and / or at least one additional or second device designed as a camera module for entering relative coordinates is provided,
  • the optics for example, having at least one specially ground lens of the camera module can, for example, have a diameter of approximately 2.5 millimeters or an area of approximately 2.5 millimeters to approximately 2.5 millimeters.
  • the camera module can be integrated in the fiber optic area.
  • optics of such a camera module is designed, for example, for face recognition, then this can be done, for example, when certain facial features of a person are stored in the storage unit or in the processing unit of the device Authentication or identification of a person also take place using biometric facial data of this person, because the device can be released or blocked by directly comparing the person's face-specific features stored in the storage unit or in the processing unit with the actual face-specific features of the person recorded by the camera module cause.
  • the surface of the fiber optic area is processed, preferably ground, so that each individual fiber or fiber alone can sharply display an image at a distance of, for example, one meter (the image is thus completely mapped onto the optical touchpad sensor). A finger placed directly on the sensor can also be reproduced correctly.
  • a particularly uniform illumination of the front area of the input means and consequently particularly reliable results of the present device can be achieved in that the light source is expediently arranged on the side next to the scanning unit.
  • the light can be emitted independently of this or in addition to this from the light source in the direction of the side of the drive-over area facing away from the scanning unit and to be covered by the front area of the input means.
  • the duration and / or the intensity of the light pulses emitted by the light source can be regulated as a function of the ambient light conditions.
  • At least one control means for regulating the duration and / or the intensity of the light pulses emitted by the light source is preferably provided in the device according to the present invention.
  • this control means a continuous or temporary measuring method can be carried out, with which a permanently good image quality can be determined and with which, if necessary, optimal saturation can be achieved by means of short-term light pulses, matched to contrast and depth of field, the short-term light pulses in their duration and / or in their Intensity can be dosed exactly to the actually required amount of light.
  • the control means has: at least one detection module for detecting the ambient light conditions, the detection module being able to be embodied uniformly with the sensor unit and / or as part of the sensor unit; at least one evaluation module for determining the duration and / or the intensity of the light pulses in adaptation to the ambient light conditions detected by the detection module, it being possible for the evaluation module to be embodied uniformly with at least one evaluation unit and / or as part of at least piner evaluation unit, which preferably follows the sensor unit is; and at least one memory module for storing threshold values intended for regulating the duration and / or the intensity of the light pulses, the memory module being able to be embodied uniformly with at least one memory unit and / or as part of at least one memory unit which is preferably arranged downstream of the sensor unit ,
  • the mode of operation and the function of the control means is, for example, such that the detection module detects the respective ambient light conditions, these are evaluated and analyzed in the evaluation module, and a comparison is made in the evaluation module with predetermined threshold values stored in the memory module. Depending on the result of this comparison, the light source, which is connected to the control means and here in particular to the evaluation module, is then addressed by the control means, the duration and / or the intensity of the light pulses emitted by the light source being adapted to the ambient light conditions determined.
  • the light pulses can be designed dynamically and adaptively both in terms of their duration ⁇ and their intensity, so that they can be used for any type of ambient light (e.g. strong sunshine, weak sunshine, dim light, diffuse light, gas light, moonlight, artificial lighting, ...) to provide the required light irradiation and therefore to obtain high-contrast and depth-of-field images of the front area of the input device.
  • ambient light e.g. strong sunshine, weak sunshine, dim light, diffuse light, gas light, moonlight, artificial lighting, .
  • the adaptive light control illuminances from zero lux to about 40,000 lux can be realized, the latter illuminance value roughly corresponding to direct sunlight.
  • the results that can be achieved with this adaptive light control have a contrast and depth of field increase of up to about eighty percent compared to conventional lighting systems with continuous light, the type of light control according to the invention having the advantage that it changes the amount of light required in a time range of less than with changing lighting conditions can dose and provide one hundred milliseconds, so that an almost constant image quality can be obtained in all conceivable lighting conditions.
  • the advantage of the present device which is essential to the invention, is therefore to be seen in the "intelligent control" which, as it were, adjusts the amount of light irradiated to a certain extent and calculates it separately for each area around the object to be illuminated, that is to say around the front area of the input means and makes it available so that overexposure or underexposure is excluded with a probability bordering on certainty.
  • statically operating lighting units such as those provided in conventional devices, have another disadvantage in that the amount of light they provide cannot be emitted on an object-related basis, i.e. a ten millimeter object is emitted with the same amount of light as a five millimeter strong object is illuminated, which results in blurred and partial overexposure.
  • the present invention expediently enables the uniform illumination of an object, for example the front area of an input means, regardless of the strength of the object, which, moreover, also has a more or less strong light conductivity or a more or less strong reflectivity may have, and regardless of whether this object is now illuminated frontally, laterally and / or from the back by stray light. Accordingly, it does not matter in the present invention at what angle and from which point light is directed towards it illuminating object is irradiated; only the duration and / or the intensity of the additionally required light is to be regulated individually for each area, but the recording of the optical images by the scanning unit is preferably controlled by means of light pulses emitted by the light source.
  • the control means can also be designed as at least one digital signal processing unit (DSP digital signal processor) and / or as at least one microcontroller.
  • DSP digital signal processor digital signal processor
  • control means provided for the implementation of the adaptive light control in accordance with an expedient embodiment has at least one detection module, at least one evaluation module and at least one memory module. If the detection module is now preferably formed uniformly with the sensor unit and / or as part of the sensor unit, then the photosensitive surface and / or the photosensitive layer of the sensor unit can use the adaptive light control to request the amount of light required for each of its areas, which works particularly well if the evaluation module of the control means is uniform with the evaluation unit and / or is designed as part of the evaluation unit.
  • ALR or ALC adaptive light control
  • it can be of essential importance to the invention to amplify the electrical signals in the sensor unit and / or in the evaluation unit to design the various areas of the optical images to be variable.
  • the background of this particularly advantageous further development is the fact that the intensity distribution and consequently the contrast of the light scattered inside the front area of the input means are neither uniform nor constant over the entire width of the optical images, but rather less in the central areas of the optical images than in the Edge areas of the optical images is what can be connected among other things with the fact that the at least one light source can be arranged laterally next to the scanning unit and that the light from the light source in the direction of the side of the input means facing away from the scanning unit and to be covered by the front area of the input means Driving range can be radiated.
  • the amplification of the electrical signals in the central regions of the optical images can be greater, and in this case, for example, by a factor of 2 to 3 greater than the amplification of the electrical signals be in the edge areas of the optical images.
  • Such electronic modulation by means of variable amplification factors can be carried out in each line of the optical images.
  • the present device which is essential to the invention, it is designed for the transition to an idle state.
  • This is advantageous, for example, in the context of the use of the present device in mobile telephones or in motor vehicle parts, such as in steering wheels, in gear knobs or in door locks, because in such applications the electrical voltage required to operate the device is mostly from batteries, possibly also as a supplement with the help of solar collectors, so that the potential savings in this regard are very welcome by providing a state of rest of the device.
  • both a “sleep” function and a “wake up” function can be implemented in the present device.
  • the at least one light source fulfills an important function in the adaptive light control in the context of the present invention. It should be taken into account here that for the purpose of uniform illumination of the front area of the input means, in most practical applications, more than one light source is provided, for example two light sources or in particular four light sources, which can be arranged symmetrically to one another and / or which are arranged laterally or annularly, in this case, in particular, can be arranged essentially uniformly around the drive-over area.
  • the respective duration and / or the respective intensity of the light pulses emitted by the respective light source can be selectively regulated in adaptation to the ambient light conditions; in other words, that means the duration and / or the respective intensity of the light pulses emitted by the individual light sources can be controlled independently of one another, in particular depending on predetermined threshold values. All of the light sources can therefore be controlled independently of one another, the respective duration and / or the respective intensity preferably being calculated individually in the evaluation module for each light source.
  • the light source can be arranged laterally next to the scanning unit and the light from the light source can be emitted in the direction of the side of the drive-over area facing away from the scanning unit and to be covered by the front area of the input means, adequate, reliable results are obtained which illuminate the front area of the input means.
  • the light falls on the front area of the input means essentially from the side, at least some of the light penetrating into the interior of the front area of the input means and being scattered there, the scattering essentially in all directions, including in particular in Direction of the scanning unit takes place; the present invention is therefore to a certain extent based on transmitted light technology, that is to say the optical images of the front area of the input means are processed as transmitted light images.
  • the surface of the front area of the input means carrying the skin strips or papillary lines is guided past the drive-over area, the skin strips or papillary lines "close” successively and line by line the inputs of the fibers of the optionally provided fiber optic area, so that the fibers can pass through them Skin strips or papillary lines closed areas of the fiber-optic area no or only very little scattered in the interior of the front area of the input means, so-called passage light, reaches the scanning unit.
  • the scanning unit which preferably has at least one photosensitive surface and / or at least one photosensitive layer, so that an extremely sensitive one Instrument for the dactyloscopic identification of people, in particular on the basis of the areas of the skin strips or papillary lines and on the basis of the areas between the skin strips or papillary lines, is provided.
  • the recorded optical images of the front area of the input means thus get into the scanning unit and are then analyzed and processed by means of the evaluation unit which is preferably assigned to the scanning unit and which, in an advantageous embodiment, is part of the processing unit.
  • the analysis and Data and information obtained during the processing are expediently collected and stored in at least one storage unit which is preferably assigned to the scanning unit and which, in an advantageous embodiment, is part of the processing unit.
  • the storage unit electronically stores the optical images according to a preferred embodiment.
  • the evaluation unit can analyze the characteristics of the front area of the input means and compare them with characteristics stored in the storage unit, in order in this way to achieve an individual dactyloscopic person identification.
  • the device according to the present invention is completely visible, because this person has to lead the front area of their input means in a psychologically favorable manner only over the drive-over area and to cover this with the front area of the input means.
  • the design for life detection (so-called “life support”) is to be mentioned, that is to say on account of the brightness differences between the areas of the skin strips or papillary lines and the areas Between the skin strips or papillary lines, the present invention also makes it possible to observe or investigate whether the illuminated object, for example the front area of the input means, is “alive”, that is to say blood is flowing through it and / or has a pulse.
  • the device according to the present invention can be designed, for example, by comparing the results obtained for the two different wavelengths to determine the oxygen saturation in the blood of the front region of the finger.
  • a person could only be identified as authenticated or authorized if their current pulse rate does not deviate up or down from the stored pulse rate by more than ten percent; the pulse frequency thus becomes a further criterion for personal identification.
  • biometric data for example relating to the pulse rate, reduce the likelihood of errors in the identification process because they make it possible to distinguish the "living" finger of the person to be identified by dactyloscopy from a previously obtained impression of this finger.
  • the existing data on the changes in the transparency of the front area of the finger allow the pulse rate of the person to be identified to be determined mathematically, preferably in the processing unit, and the transparency curve thus obtained is analogous to an electrocardiogram (EKG) for medical purposes use.
  • EKG electrocardiogram
  • the device according to the present invention can also be used to determine optical images whose degree of sharpness is so high that even the sweat glands located in the front area of the finger, which are arranged differently for each person, are clearly and clearly recognizable, so that within the scope of the operation of the present Device there is the possibility to also use the sweat glands for personal identification.
  • the light source is arranged on the side of the drive-over area facing the scanning unit. This is a sufficient prerequisite for the light from the light source to be able to be emitted in the direction of the side of the drive-over area facing away from the scanning unit and to be covered by the front area of the input device, i.e. the front area of the input device is illuminated from the side at the bottom ,
  • the light source can advantageously be arranged laterally spaced from the scanning unit.
  • This structural separation of the light source and the scanning unit is recommended insofar as, in order to achieve proper operation of the device, it should be avoided that light gets directly from the light source into the scanning unit; rather, only light should get into the scanning unit, which preferably operates on a semiconductor basis, in particular on a silicon basis, which previously was in the Was scattered inside the front area of the input means.
  • the light from the light source can be laterally irradiated onto the side of the drive-over area facing away from the scanning unit and to be covered by the front area of the input means.
  • This further development is particularly considered when the light source is preferably arranged laterally next to or already just on the side of the drive-over area facing away from the scanning unit and to be covered by the front area of the input means; in this development, the light source can also be arranged as it were lying and emit the light "flat" onto the front area of the input means.
  • the light source can be designed as a pulsed light source, which is designed for the emission of pulsed light, so that the device according to the present invention can, for example, also operate battery-operated as a result of the pulsed, precisely metered light.
  • a significant reduction in the current required to operate the device according to the present invention can be achieved because the ambient light can be used and the additionally required light can be precisely metered by means of the adaptive light control.
  • the pulse duration of the emitted light pulses advantageously ranges from almost zero milliseconds to approximately ninety milliseconds.
  • the device according to the present invention can have at least one
  • the present device is to be further developed in a particularly advantageous manner, it is advisable to assign at least one detection unit for detecting the ambient light conditions and / or at least one light reflector unit to the light source.
  • the detection unit can determine which areas of the drive-over area and / or which areas adjacent to the drive-over area are currently being swept by the front area of the input means:
  • the detection unit reports weak or no incidence of light, this indicates that the area assigned to the detection unit is just being swept by the front area of the input means; if, on the other hand, the detection unit reports normal and unclouded incidence of light, this indicates that the area assigned to the detection unit has already been covered by the front area of the input means or will still be covered by the front area of the input means.
  • the sequence of the aforementioned messages of the individual Detection units inter alia, the speed at which the front area of the input means sweeps across the drive-over area can be determined, so that the aforementioned messages from the individual detection units are coupled, coordinated and synchronized with the control of the recording of the optical images by the scanning unit by means of light pulses emitted by the light source can be.
  • the detection unit and / or the light reflector unit is arranged around the light source, the light emitted by the light source and / or the ambient light being able to be focused on the respective detection unit by the respective light reflector unit is.
  • At least one display device is provided for displaying the various operating states of the device.
  • the display device can expediently have at least one single-color or different-colored light display which signals the various operating states of the device (for example green light: "device is ready”; red light: “device is not ready”).
  • connection in a particularly elegant and / or compact manner, it is advisable to direct the display device into the light source integrate and / or form the display device and the light source uniformly.
  • the display device can also signal the various operating states of the device according to an advantageous alternative or supplementary embodiment by at least one flashing and / or pulsating light signal.
  • the light source is followed by at least one optical system.
  • an optical system has a certain protective function, that is to say the optical system prevents the sensitive and easily damaged light source from being touched when the front area of the input means is led away over the drive-over area.
  • Input means to be swept over the side of the
  • the optical system is preferably designed as at least one filter, as at least one lens, as at least one prism, as at least one light guide, as at least one light guide element and / or as at least one mirror, the use of the aforementioned optical elements alone or in Combination depends, for example, on the available space or the required degree of illumination.
  • Plastic is an inexpensive and robust material that has convincing optical properties, particularly in a transparent version.
  • the side of the optical system facing away from the light source is coated with at least one material which is transparent to the light of the light source, in particular material which is transparent to infrared light and / or visible light is.
  • the optical system which is often sensitive, is protected from damage, for example from Scratched by vandals and / or protected from dirt, whereby the coating of the translucent material also makes cleaning the optical system easier.
  • At least one advantageously ergonomically shaped input means guide is provided on the side of the drive-over area facing away from the scanning unit and to be covered from the front area of the input means.
  • Such an input means guide which can be designed, for example, in the form of a channel, substantially simplifies the handling of the device for a user of the device not only in psychological but also in practical terms, because the person to be identified is arranged by the arrangement of the input means guide instinctively detects in which position the drive-over area on its side facing away from the scanning unit is to be covered by the front area of the input means.
  • the drive-over area is preferably arranged centrally within the input means guide.
  • the optical system as an input means guide.
  • the advantages of the input means guidance namely, among other things, ensuring an optimal sweeping operation of the front area of the input means for acquiring the characteristics are expediently combined with the advantages of the optical Systems, namely inter alia the function as a deflection component for the generated light and ensuring a clean, uniform illumination of the front area of the input means to be illuminated.
  • the adaptive light control can be used to achieve smooth and smooth transitions for the most varied areas of the composable overall picture in a particularly advantageous manner.
  • the interaction of the adaptive light control with the input means guidance optionally implemented in the optical system guarantees a uniform light distribution on the object to be illuminated with the greatest possible contrast.
  • the provisions set out above with regard to the coating of the optical system with translucent material also apply to an advantageous embodiment of the present invention, in which at least the scanning unit and / or at least the side of the fiber optic region facing away from the scanning unit and / or at least that of the Side of the drive-over area facing away from the scanning area and to be covered over by the front area of the input means is coated with at least one material which is permeable to the light of the light source, in particular with material which is permeable to infrared light and / or to visible light.
  • such a coating can be of essential importance to the invention, as one undamaged, that is, inter alia, unscratched, and clean scanning unit and / or just such a fiber-optic area and / or just such a drive-over area is essential for the proper functioning of the present device.
  • the material which is permeable to the light of the light source is, according to an advantageous embodiment, lacquer.
  • the light source is a light-emitting diode (LED), the advantage of such light-emitting diodes being in particular that they are very small and consequently also in devices according to the present invention for Can be used in which little space is available in the course of miniaturization. Further advantages are the low weight, the robust design, the low operating voltage and the long life of light-emitting diodes.
  • LED light-emitting diode
  • the light source emits infrared light, wherein the infrared light can have a wavelength of approximately 900 nanometers, for example.
  • the light source which can also emit infrared light of two different wavelengths in an expedient embodiment, should have a power of, for example, from about 0.1 milliwatt to about five watts, in particular a power of, in order to avoid a disproportionately high heating of the device about two milliwatts to about 100 milliwatts.
  • the senor unit is expediently arranged on at least one carrier unit.
  • This carrier unit in turn can be arranged on at least one circuit board unit.
  • the fibers in the fiber-optic area are oriented essentially perpendicular to the entry surface and / or the exit surface of the fiber-optic area according to a development essential to the invention.
  • the fibers in the fiber optic area are arranged essentially parallel to one another in accordance with a preferred embodiment of the present invention.
  • the fibers in the fiber-optic area can have two directions, which are arranged at an angle to one another, according to a further development essential to the invention.
  • an embodiment is preferred in which the fibers are arranged in layers in the fiber-optic region, the fibers within a layer being essentially parallel to one another and the fibers of adjacent layers at an angle to one another.
  • the fibers of the fiber optic region arranged in one direction at an angle to the other direction are expediently provided for transporting light to the side of the drive-over region facing away from the scanning unit and to be covered by the front region of the input means, while those in the fibers arranged in another direction are expediently provided for transporting the optical images of the front area of the input means to the scanning unit.
  • At least some of the fibers in the fiber optic area are at least partially surrounded by (light) absorbing material in the form of a coating and / or in the form of a sheath.
  • light incident from outside through a side face of the fibers and / or light incident from an adjacent fiber is absorbed, so that only the light entering the fiber-optic region at a certain point through each fiber is absorbed by the fiber fiber-optic area is forwarded to the exit surface of the same. In this way, a change in the light pattern obtained on the entry surface of the fiber-optic region is reliably avoided.
  • At least some of the fibers in the fiber-optic area are at least partially surrounded by (light) reflecting material in the form of a coating and / or in the form of a sheath, which in the respective light Fiber is preferably reflected back from the wall of this fiber into the interior of this fiber.
  • the transport of the optical images through the fiber-optic region to the scanning unit is favored in that each fiber only forwards the light entering the fiber optic region at a specific region through the fiber-optic region to the exit surface thereof. In this way, a change in the light pattern obtained on the entry surface of the fiber-optic region is reliably avoided.
  • the fiber optic area which extends into the area above the light source, so that the latter is covered and protected from manual intervention.
  • the scanning unit should of course only be reached by light, the information regarding of the optical images, i.e. that is scattered from the front area of the input means, it is advisable to provide at least one opaque barrier layer within the fiber optic area, because this opaque barrier layer prevents light emitted by the light source from being immediately, i.e. without scattering reaches the scanning unit in the front area of the input means.
  • the barrier layer can be implemented, for example, in the form of closed fibers.
  • At least one opaque barrier layer which can be provided between the light source and the scanning unit, serves the same purposes as the barrier layer within the fiber optic region.
  • the material of the barrier layer impermeable to the light of the light source can be, for example, lacquer.
  • At least one filter preferably designed as a linear filter, is provided in order to absorb disturbing and excess ambient light and consequently to rule out oversaturation of the scanning unit with certainty.
  • the adaptive light control has its optimal effect if the scanning unit does not, for example, go into a state of supersaturation "by itself" to a certain extent by normal daylight, such a state of supersaturation being expedient precisely because of the arrangement of the filter can be prevented, because with this filter, the present device can also work with an illuminance of the ambient light of more than about 3,000 lux, a realistic upper limit being an illuminance of the ambient light of about 40,000 lux.
  • the filter expediently has an absorption level of about 99 percent, that is to say the light-absorbing filter acts as a "dark room” as a result (in contrast to the filter with "window” disclosed in German Offenlegungsschrift DE 44 04 918 AI, that do not offer effective protection against oversaturation and cannot function as a "darkroom”).
  • the arrangement of the filter within the present device is determined by the structure, dimensions and purpose of the device. However, it appears expedient to arrange the filter between the fiber optic area and the scanning unit; and / or to arrange the filter on the side of the drive-over area facing away from the scanning unit and to be covered by the front area of the input means; and / or to arrange the filter on the side of the drive-over area facing the scanning unit; and / or to provide the filter within the fiber optic range.
  • the background of this particularly advantageous further development is the fact that the intensity distribution and consequently the contrast of the light scattered inside the front area of the input means are neither uniform nor constant over the entire width of the optical images, but rather less in the central areas of the optical images than in the Edge areas of the optical images is what is connected among other things with the fact that the at least one light source can be arranged laterally next to the scanning unit and that the light from the light source in the direction of the side of the drive-over area facing away from the scanning unit and to be covered by the front area of the input means can be radiated.
  • the degree of absorption of the filter in the edge regions of the optical images can be greater than, for example, by a factor of 2 to 3 and / or by about six decibels to about ten decibels the degree of absorption of the filter in the middle areas of the optical images.
  • the density of the optical filter is designed to be variable over the various areas of the optical images in such a way that the density in the edge areas of the filter is greater, for example by a factor of 2 to 3 and / or greater by approximately six decibels to approximately ten decibels than the density of the filter in the central regions of the optical images.
  • the fact that the intensity and the contrast of the scattered light in the central areas is weaker than in the peripheral areas can be compensated for in an elegant manner, by means of optical modulation, the degree of absorption being able to be selected selectively over the different areas of the optical images that the output signal which is directly proportional to the quotient of the respective scattered light intensity / contrast and the respective degree of absorption is of approximately constant intensity;
  • This technical measure significantly improves the quality of the results that can be obtained with the present device.
  • the optional technical measure of optical modulation set out above has the further advantage over the optional technical measure of electronic modulation by means of a gain factor set out above that amplification of interferences, such as electronic noise or the like, in particular in the central regions of the optical images during optical modulation is excluded; on the contrary, such undesirable interferences can even be reduced by optical modulation.
  • an embodiment is preferred in which the scanning unit is directly adjacent to the fiber-optic region and / or in which the scanning unit is attached to the exit surface of the fiber-optic region.
  • recesses which form a braid or grid, in particular in the form of tracks and / or in the form of lines are preferably etched into the fiber-optic region by means of acid, at least one metal, in particular chromium, being insertable into these recesses, so that the metal , especially chrome, ported into the recesses.
  • chrome is both chemically resistant as well mechanically resistant, whereby only a very low abrasion is caused by the recesses.
  • ESD electrostatic discharge electrostatic discharge
  • the recesses expediently have a width of approximately five micrometers; since the fibers of the fiber-optic area can have a diameter of about six micrometers and the pixels on the scanning unit can have a dimension of about fifty micrometers to about fifty micrometers, the chrome braid or chrome grating does not cause any noticeable reduction in the quality of the optical images that can be obtained; the loss of brightness caused by the chrome mesh or chrome mesh is also less than five percent.
  • the fiber-optic region has at least one active zone and at least one passive zone, two active zones advantageously being provided between which a passive zone is arranged.
  • the preferably approximately rectangular active zones serve to trigger the capacitive start described above, which only takes place when the front area of the finger is positioned correctly, that is, when the front area of the finger touches both active zones simultaneously or rests on both active zones at the same time.
  • the passive zone which advantageously has a larger area than the active zone, preferably has an approximately rectangular shape, has no electrical function, but rather serves to maintain the optical properties uniformly over the entire fiber-optic range.
  • the distance between the edge of the active zone and the edge of the passive zone is approximately fifty micrometers, given an exemplary diameter of the fibers of the fiber-optic region of approximately six micrometers and an exemplary dimensioning of the pixels on the scanning unit of approximately fifty Micrometers to about fifty micrometers to produce no unnecessary dividing lines in the optical images.
  • the width of the active zone and the passive zone can be selected to be at least as large as and in particular slightly larger than the width of the scanning unit, for example by the width of the active zone and the passive zone in about thirteen Millimeters and the width of the scanning unit is approximately twelve millimeters.
  • the braid or grating and in this case in particular the active zone is preferably "bonded" and / or preferably galvanically connected from the upper side by means of at least one conductor track with at least one associated contact, which expediently has an expansion of approximately one Has millimeters to about two millimeters.
  • at least one conductor track with at least one associated contact which expediently has an expansion of approximately one Has millimeters to about two millimeters.
  • conductor tracks arranged at a distance from one another, in particular chrome tracks are provided, which are practically at least partially connected to one another and thereby ensure a high redundancy of the connection to the assigned contacts.
  • the component based on CMOS technology can be made so thin by means of a type of planing technique that the present device for entering relative coordinates can also be used, for example, on a bank card, Credit card, check card, SmartCard or the like can be integrated.
  • CMOS complementary metal-oxide-semiconductor
  • CMOS component that is to say with a thinning "CMOS sensor” for illumination, ambient light or a small one, for example in silicon from below, also fundamentally usable LED is sufficient.
  • CMOS complementary metal-oxide-semiconductor
  • CMOS technology enables an increase in both the quality and the performance values in terms of digitalization depth and in dynamics; From the existing information, the optimal values are determined for each image area by automatic software-implemented image correction in the "CMOS sensor", so that a homogeneous image is created.
  • At least one charge-coupled device or at least one charge-coupled device can be provided. It can be in particular be at least one single-area CCD that functions as a light-sensitive unit and that has no separate light-protected area.
  • the image construction and the reading of the charges take place in the light-sensitive unit in an integrated form, whereby the process of the image construction and the process of reading out the charges are temporally, in contrast to two-area CCDs, however, they are not spatially separated.
  • One-area CCDs are distinguished, inter alia, by the fact that they are significantly easier and cheaper to produce than two-area CCDs, because in single-area CCDs the number of components with essentially the same dimensions of the light-sensitive unit is only half as large as in two-area -CCDs is.
  • the light source can be designed as a pulsed light source which is designed for the emission of pulsed light.
  • the device according to the present invention can have at least one pulse generator unit for controlling the light source, the pulse generator unit being expediently arranged between the light source and at least one control element for the scanning unit.
  • the illumination of the front area of the input means with light pulses results in a significant reduction in the instabilities and irregularities in the optical images obtained and, as a result, also in the generated electrical signals.
  • the influence of the ambient light conditions on the optical image of the skin relief is decisively reduced by the reduction in the image construction time. Accordingly, by using the device according to the present invention, it is possible to obtain clear and sharp optical images, in which all information about the interior is obtained, instead of blurry optical images which result from the use of continuous illumination and an exposure time corresponding to the image lead time and / or are contained over the surface of the front area of the input means at a specific point in time.
  • pulsed light sources not only leads to the significant improvement in image quality described above, but also allows at least one camera with single-area CCDs to be used as light-sensitive units.
  • the use of single-area CCDs enables high-quality images of larger areas to be obtained. This enlargement of the areas, together with the improvement in the stability of the optical images, leads to a further reduction in the probability of errors.
  • the production of single-area CCDs with a diagonal of the light-sensitive area of, for example, approximately 16 millimeters to, for example, approximately 24 millimeters and with a fiber optic input is a technically rather uncomplicated task, as a result of which it is possible to produce relatively simple and inexpensive devices.
  • devices according to the present invention with single-area CCDs have less information distortion than devices with other types of charge transfer.
  • FIGS. 1 to 7C by way of example three exemplary embodiments of the device for entering relative coordinates according to the present invention, including various ones
  • Figure 1 shows a first embodiment of a device for entering relative coordinates according to the present invention, in cross-sectional view.
  • FIG. 2A shows a second exemplary embodiment of a device for inputting relative coordinates according to the present invention, in a cross-sectional view
  • FIG. 2B shows the fiber-optic region integrated in the device from FIG. 2A, in a top view
  • 3A shows a third exemplary embodiment of a device for entering relative coordinates according to the present invention, in a cross-sectional view
  • 3B shows a detail from the fiber optic area of the device for entering relative coordinates from FIG. 3A;
  • 4A is a diagram in which the contrast of the light scattered in the interior of the front region of the input means schematically over the width of the optical Images is applied;
  • FIG. 4B is a diagram in which the amplification of the electrical signals selected in the device from FIG. 1 is plotted schematically over the width of the optical images;
  • FIG. 4C is a diagram in which the absorption selected in the device from FIG. 3 is plotted schematically over the width of the optical images;
  • FIG. 5A shows a shift lever of a motor vehicle, in which the device from FIG. 2A is integrated, in a cross-sectional view;
  • FIG. 5B shows the shift lever from FIG. 5A with the device from FIG. 2A, in a perspective view
  • 5C shows a motor vehicle with the shift lever from FIG. 5A, in a cross-sectional view
  • 5E shows the menu representation of a display device coupled to the device from FIG. 2A, in supervision;
  • 6A shows a shift lever of a motor vehicle, in which the device from FIG. 2A which is in the open position is integrated, in a cross-sectional view;
  • FIG. 6B shows the shift lever from FIG. 6A with the device from FIG. 2A in the open position, in a perspective view;
  • FIG. 6C shows the shift lever from FIG. 6A with the device from FIG. 2A in the closed position, in a cross-sectional view
  • 6D shows the shift lever from FIG. 6A with the device from FIG. 2A in the closed position, in a perspective view
  • FIG. 7 shows a further shift lever, in which the device from FIG. 1 is integrated, in perspective view;
  • FIG. 8 shows a control stick, in which the device from FIG. 1 is integrated, in perspective view;
  • FIG. 9A shows a mobile telephone, in which the device from FIG. 3 is integrated within the display, in a perspective view
  • FIG. 9B shows a further mobile telephone, in which the device from FIG. 3 is integrated below the display, in perspective view;
  • FIG. 9C shows a further mobile telephone, in which the device from FIG. 3 is integrated in the keyboard cover part, in a perspective view.
  • FIGS. 1 to 7C Identical or similar components or features of the invention are provided with identical reference symbols in FIGS. 1 to 7C.
  • FIGS. 1 to 3A serve to record and process characteristics of the front area of an input means and can be used in any areas in which an input of relative coordinates is necessary. Examples in this context include the field of computer technology, entry systems, criminalistics, medicine, protection systems in general, and the banking and finance sector.
  • the three exemplary embodiments of a device shown in FIGS. 1 to 3A are distinguished in that, on the one hand, sufficient, reliable results in time-saving illumination of the front area of the input means are possible, but on the other hand the device itself is completely visible.
  • the three exemplary embodiments of the device shown in FIGS. 1 to 3A furthermore each have a sensor unit 40 (cf. FIGS. 1, 2A and 3A), each of which has a scanning unit 402 on its side assigned to the front region of the input means (cf. FIGS. 1 , 2A and 3A) for taking optical images of the front region of the input means.
  • a sensor unit 40 cf. FIGS. 1, 2A and 3A
  • a scanning unit 402 on its side assigned to the front region of the input means (cf. FIGS. 1 , 2A and 3A) for taking optical images of the front region of the input means.
  • the sensor unit 40 is arranged on a carrier unit 50 (cf. FIGS. 1, 2A and 3A), which in turn is arranged on a circuit board unit 60 (cf. FIGS. 1, 2A and 3A).
  • the scanning unit 402 is arranged in a drive-over area 240 to be covered by the front area of the input means.
  • the scanning unit 402 takes up very little space and can be accommodated in a compact manner in the drive-over area 240, so that the device according to FIGS. 1 to 3A is integrated into a large number of electrical or electronic devices can be, for example in automated teller machines, in data processing devices (in particular in hand computers, in handhelds, in notebooks, in palmtops, in pocket computers or in portable computers), in cell phones or in cell phones, in keyboards or in keyboards, in optical touch pads or in payment systems ,
  • the relative coordinates x, y are determined by the position of the optical images.
  • a finger and / or a rod-shaped or pen-shaped object is provided as the input means, the devices shown in FIGS. 1 to 3A being additionally designed as input means for the dactyloscopic person identification in the case of the finger.
  • the devices shown in FIGS. 1 to 3A being additionally designed as input means for the dactyloscopic person identification in the case of the finger.
  • additional explanations on dactyloscopic person identification using fingerprints are made at various points below; this dactyloscopic function can be implemented in the present device in addition to the input of the relative coordinates x, y.
  • the scanning unit 402 now corresponds in shape and in Size approximately in the drive-over area 240. This technical measure also serves for a trouble-free and immediate transport of the optical images of the front area of the input means from the drive-over area 240 to the scanning unit 402 located underneath.
  • the scanning unit 402 thus takes up the optical images to a certain extent line by line, that is to say the scanning unit 402 functions as a line scanner when the front area of the input means is moved over or pulled over the drive-over area 240.
  • the scanning unit 402 can record a large number of optical images per unit of time, in particular line by line, these optical images recorded line by line then in the sensor unit 40 and in a processing unit 70 (cf. FIGS. 1, 2A and 3A) for determining the characteristics of the front region of the input means can be put together to form an overall image.
  • the front area of the input means is pulled over the drive-over area 240 and consequently over the scanning unit 402. It should be taken into account here that such a sweep of the front area of the input means does not necessarily take place at a constant speed and, in the case of several processes, does not necessarily take place at an identical speed. Not least for this reason is the inclusion of the optical images controlled by the scanning unit 402 by means of light pulses emitted by the light source 10.
  • a fiber-optic area 30 with an exemplary thickness of approximately 1.2 millimeters is provided in the drive-over area 240, which finally hermetically protects in the form of a fiberglass surface from almost all chemical, mechanical or physical stresses and through which the optical images of the front area of the input means can be transported to the scanning unit 402.
  • the shape and size of the fiber-optic area 30 roughly corresponds to the drive-over area 240. This technical measure also serves for a trouble-free and direct transport of the optical images of the front area of the input means from the drive-over area 240 to the scanning unit 402.
  • the light sources 10 By arranging the light sources 10 laterally next to the fiber optic area 30 (see first exemplary embodiment according to FIG. 1) and emitting the light from the light sources 10 in the direction of the side of the drive-over area 240 facing away from the scanning unit 402 and to be covered by the front area of the input means the light falls on the front area of the input means essentially from the side. At least part of the light penetrates into the interior of the front area of the input means and is scattered there, so that the scattering essentially in all directions, including in the direction of the fiber optic region 30; consequently, the invention illustrated with reference to FIGS. 1 to 4C is based to a certain extent on the transmitted light technology, that is to say the optical images of the front area of the input means are processed as transmitted light images.
  • the skin strips or papillary lines By now leading the surface of the front area of the input means carrying the skin strips or papillary lines past the drive-over area 240, the skin strips or papillary lines "successively" close the inputs of the fibers 310 (cf. FIGS. 3B and 3C) of the fiber-optic area 30, so that in these areas of the fiber optic area 30, which are closed by the skin strips or papillary lines, no so-called or so-called through light, which is scattered very little in the interior of the front area of the input means, reaches the scanning unit 402.
  • the fibers 310 in the fiber-optic region 30 are surrounded by (light) reflective material in the form of a coating that blocks the light in the respective Fiber 310 is reflected back from the wall of this fiber 310 into the interior of this fiber 310.
  • the transport of the optical images through the fiber-optic region 30 to the scanning unit 402 is favored in that each fiber 310 only forwards the light entering the fiber-optic region 30 at a certain region through the fiber-optic region 30 to the exit surface thereof. In this way, a change in the light pattern obtained on the entry surface of the fiber-optic region 30 is avoided.
  • optical images of the front area of the input means recorded in this way thus pass through the fibers 310 of the fiber optic area 30 into the scanning unit 402, which is part of the sensor unit 40, which is part of the sensor unit 40, and are then analyzed by means of the processing unit 70, which is arranged downstream of the sensor unit 40 and processed.
  • the invention shown in FIGS. 1 to 4C also makes it possible to observe or examine whether the illuminated object, for example the front area of the finger, "lives", that is, for example, through which blood flows and / or has a pulse (so-called "life support").
  • lives that is, for example, through which blood flows and / or has a pulse
  • a person can only be identified as authenticated or as authorized if their current pulse rate does not deviate up or down by more than ten percent from the stored pulse rate; the pulse frequency thus becomes a further criterion for personal identification.
  • EKG electrocardiogram
  • the device according to FIGS. 1 to 3A can also be used to determine optical images whose degree of sharpness is so high that even the sweat glands located in the front region of the finger, which are arranged differently for each person, are clearly and clearly recognizable, so that during operation
  • the device illustrated with reference to FIGS. 1 to 3A offers the possibility of also using the sweat glands for personal identification.
  • the device according to the present invention shown by way of example in FIGS. 1 to 3A, is completely visible here, and the process is comprehensible and transparent for the person to be identified, because this person only has to guide the front area of his finger in a psychologically favorable manner over the transfer area 240 and to cover this with the front area of the input means.
  • a control means 40, 70 is provided for regulating the duration and the intensity of the light pulses emitted by the light sources.
  • DSP digital signal processing unit
  • the control means 40, 70 has a detection module 40 for detecting the ambient light conditions, the detection module 40 in the three exemplary embodiments in FIGS. 1 to 3A being embodied uniformly with the sensor unit 40.
  • the detection module 40 is followed by an evaluation module 70a for determining the duration and the intensity of the light pulses in adaptation to the ambient light conditions detected by the detection module 40, the evaluation module 70a being designed uniformly with an evaluation unit 70a, which is arranged downstream of the sensor unit 40 and after which will be discussed in detail.
  • a memory module 70b for storing threshold values intended for regulating the duration and the intensity of the light pulses is likewise connected downstream of the detection module 40, the memory module 70b being configured uniformly with at least one memory unit 70b, which is arranged downstream of the sensor unit 40 and to which subsequently is discussed in detail.
  • the detection module 40 If the detection module 40 has detected the respective ambient light conditions, these are evaluated and analyzed in the evaluation module 70a, a comparison with in the evaluation module 70a Memory module 70b stored predetermined threshold values takes place.
  • the light sources 10 which are connected to the control means 40, 70 and in this case in particular to the evaluation module 70a, are addressed by the control means 40, 70, the duration and the intensity of the light pulses emitted by the light sources 10 being indicated the ambient light conditions determined are adapted.
  • the light pulses can be designed dynamically and adaptively both in terms of their duration and their intensity, so that they can be used for any type of ambient light (e.g. strong sunshine, weak sunshine, dim light, diffuse light, gas light, moonlight, artificial lighting, ...) to provide the required light irradiation and thus to obtain high-contrast and deep images of the front area of the input device.
  • ambient light e.g. strong sunshine, weak sunshine, dim light, diffuse light, gas light, moonlight, artificial lighting, .
  • the adaptive light control illuminances from zero lux to about 40,000 lux can be realized, the latter illuminance value roughly corresponding to direct sunlight.
  • the results that can be achieved with this adaptive light control have a contrast and depth of field increase of up to about eighty percent compared to conventional lighting systems with continuous light, the type of light control illustrated by way of example with the aid of FIGS in a time range of less than a hundred Can dose and provide milliseconds, so that an almost constant image quality can be obtained in all conceivable lighting conditions.
  • the invention shown in FIGS. 1 to 4C also enables the uniform illumination of an object, for example the front region of an input means, regardless of the thickness of the object, which, moreover, also has a more or less strong light conductivity or a more or less strong one Can have reflectivity, and regardless of whether this object is now illuminated frontally, laterally and / or from the back by stray light.
  • control means 40, 70 provided for the implementation of the adaptive light control in FIGS. 1 to 3A has a detection module 40, an evaluation module 70a and a memory module 70b.
  • the detection module 40 is now formed uniformly with the sensor unit 40
  • the photosensitive surface of the scanning unit 402 can to a certain extent itself request the required amount of light by means of the adaptive light control, and specifically for each of its areas, which works excellently, because the evaluation module 70a Control means 40, 70 are embodied uniformly with the evaluation unit 70a
  • the adaptive light control is therefore able to calculate and immediately deliver the amount of light required in view of the ambient light conditions with regard to duration and intensity in the evaluation module 70a with respect to optimum saturation for each area of the surface of the scanning unit 402.
  • a filter 90 (cf. FIGS. 1, 2A and 3A) designed as a linear filter is provided in order to avoid disturbing effects and excess ambient light too absorb and consequently exclude oversaturation of the scanning unit 402 with certainty.
  • the filter 90 has an absorption level of approximately 99 percent, that is to say the light-absorbing filter 90 acts as a "dark room" as a result.
  • the arrangement of the filter 90 within the respective device is determined by the structure, dimensions and purpose of the device.
  • the filter 90 in the first exemplary embodiment (cf. FIG. 1), the filter 90 is arranged between the fiber optic region 30 and the scanning unit 402; in the second exemplary embodiment (cf. FIG. 2A), the filter 90 is arranged on the side of the fiber-optic region 30 facing the scanning unit 402 and in this case within the fiber-optic region 30; and in the third exemplary embodiment (cf. FIG. 3A) the filter 90 on that of the scanning unit 402
  • the side of the drive-over area 240 facing away from the front area of the input means is arranged.
  • the light sources 10 fulfill an important function in the adaptive light control in the context of the present invention. It should be noted here that for the purpose of uniform illumination of the front area of the input means in the three exemplary embodiments illustrated with reference to FIGS. 1 to 3A, more than one light source is provided (four light sources in each of the three exemplary embodiments of FIGS. 1 to 3A), which are symmetrical are arranged in relation to one another and are arranged in a ring, in this case in particular essentially uniformly distributed, around the fiber-optic region 30.
  • the respective duration and the respective intensity of the light pulses emitted by the respective light source 10 can be selectively regulated in the three exemplary embodiments of FIGS. 1 to 3A in adaptation to the ambient light conditions; this means with other words that the respective duration and the respective intensity of the light emitted by the individual light sources 10 of light pulses is, independently, here in particular a function of predetermined 'thresholds controllable. All light sources 10 can thus be controlled independently of one another, the respective duration and the respective intensity being calculated individually in the evaluation module 70a for each light source 10.
  • control means 70 which is connected to the light sources 10 and via the carrier unit 50 and via the circuit board unit 60 to the sensor unit 40; in the second exemplary embodiment (cf. FIG. 2A), the control means 70 are provided in structural separation, via the circuit board unit 60 with the light sources 10 and via the carrier unit 50 and via the
  • PCB unit 60 is connected to sensor unit 40; and in the third embodiment (see FIG. 3A) integrated structurally and functionally in the circuit board unit 60.
  • the storage unit 70b electronically stores the optical images. In connection with this, the evaluation unit 70a analyzes the characteristics of the front area of the input means and compares these characteristics with characteristics stored in the storage unit 70b.
  • the data and information obtained during the analysis and during processing can also be collected and (re) stored in the storage unit 70b downstream of the sensor unit 40.
  • the data and the information of persons to be identified by dactyloscopy are stored in the storage unit 70b, the data from an identification process from the current optical images of the front area of the input means in the evaluation unit 70a, the data and information can be related to the data and information stored in the storage unit 70b and compared with them.
  • the person using the device is considered to be identified, authenticated or authorized, so that, for example, access is permitted; on the other hand, if there is a mismatch, the person using the device is considered not identified, not authenticated or not authorized, so that, for example, access is denied.
  • the light sources 10 are each followed by an optical system 20 made of plastic and designed as a lens.
  • this optical system 20 has a certain protective function, that is to say that the optical system 20 prevents the sensitive and easily damaged light sources 10 from being touched when the front area of the input device is placed on it.
  • the optical system 20 is designed to redirect the light emitted by the light sources 10 to the side of the drive-over area 240 facing away from the scanning unit 402, which is to be covered by the front area of the input means, and the light emitted by the light sources 10 on the side of the scanning unit 402
  • the side of the drive-over area 240 facing away from the front area of the input means is diffusely distributed.
  • the first two exemplary embodiments of the present invention shown in FIGS. 1 and 2A are distinguished in this context in particular by the fact that the optical system 20 is designed as an ergonomically shaped input means guide. Accordingly, on the side of the drive-over area 240 facing away from the scanning unit 402 and which is to be covered from the front area of the input means, an ergonomically shaped input means guide is provided, which is designed in the form of a groove and by which a user of the device not only handles the handling of the device is substantially relieved in psychological, but also in practical terms, because the person to be identified instinctively detects through the arrangement of the input means guide, in which position the drive-over area 240 on its side facing away from the scanning unit 402 is to be covered by the front area of the input means.
  • the drive-over area 240 is arranged centrally within the input means guide. Accordingly, the advantages of the input means guidance, namely, among other things, ensuring an optimal sweeping operation of the front area of the input means for detecting the characteristics with the advantages of the optical system 20, namely, among other things, the function as a deflection component for the generated light and ensuring a clean, uniform illumination of the front area of the input means to be illuminated.
  • the adaptive light control enables smooth and uniform transitions to be achieved for the most diverse areas of the overall composite picture.
  • the interaction of the adaptive light control with the input means guidance implemented in the optical system 20 (see FIGS. 1 and 2A) thus guarantees a uniform light distribution on the object to be illuminated with the greatest possible contrast.
  • the side of the optical system 20 facing away from the light sources 10 is coated with a material 80 which is permeable to the light of the light sources 10, that is to say with material 80 which is permeable to infrared light.
  • the often sensitive optical system 20 is protected from damage, for example from scratching by vandals, and / or from soiling, the cleaning of the optical system 20 also being facilitated by the coating with translucent material 80.
  • the side of the fiber-optic region 30 facing away from the scanning unit 402 is coated with the material which is transparent to the light from the light sources 10, that is to say with material 80 which is transparent to infrared light.
  • Such a coating of the fiber optic region 30 can be of essential importance insofar as an undamaged, that is to say, among other things, unscratched and clean, fiber optic region 30 is essential for the proper functioning of the device shown in FIG.
  • the material 80 which is permeable to the light from the light sources 10 is lacquer.
  • the background to this is the fact that the intensity distribution and consequently the contrast of the light scattered in the interior of the front region of the input means over the entire width x of the optical images are neither uniform nor constant, but are lower in the central regions of the optical images than in the peripheral regions of the optical images (cf. diagram in FIG. 4A, in which the contrast of the light scattered in the interior of the front region of the input means is diagrammatic over the width x of the optical images is plotted);
  • This is due, inter alia, to the fact that the light sources 10 are arranged laterally next to the fiber optic region 30 and that the light from the light sources 10 can be emitted in the direction of the side of the drive-over region 240 facing away from the scanning unit 402 and to be covered by the front region of the input means ,
  • the amplification of the electrical signals in the central regions of the optical images is greater by approximately a factor of 2 to 3 than the amplification of the electrical signals in the edge regions of the optical images (cf. 4B, in which the amplification of the electrical signals selected in the device from FIG. 1 schematically over the width x of the optical images is applied).
  • Such electronic modulation by means of variable amplification factors is carried out in each line of the optical images.
  • the amplification being selective over the different areas x of the optical images can be chosen that the output signal, which is directly proportional to the product of the respective scattered light intensity / contrast (cf. FIG. 4A) and the respective amplification factor (cf. FIG. 4B), is of approximately constant intensity; This technical measure significantly improves the quality of the results that can be obtained with the first exemplary embodiment shown in FIG. 1.
  • each light source 10 is assigned a detection unit 12 (see FIG. 1) for detecting the ambient light conditions and a light reflector unit 14 (see FIG. 1) ,
  • the detection unit 12 can determine which areas of the drive-over area 240 and which areas adjacent to the drive-over area 240 are just being swept by the front area of the input means:
  • the detection unit 12 reports the detection unit 12 a weak or no light at all, this indicates that the area assigned to the detection unit 12 is just being swept by the front area of the input means; if, on the other hand, the detection unit 12 reports normal and unimpaired incidence of light, this indicates that the area assigned to the detection unit 12 has already been covered by the front area "of the input means or will still be covered by the front area of the input means.
  • the sequence of the aforementioned messages from the individual detection units 12 determines the speed at which the front area of the input means sweeps over the drive-over area 240, so that the aforementioned messages from the individual detection units 12 control the recording of the optical Images can be coupled, coordinated and synchronized by the scanning unit 402 by means of light pulses emitted by each light source 10.
  • the detection unit 12 and the light reflector unit 14 are arranged around the light source 10, the light emitted by the light source 10 and the ambient light being focused on the respective detection unit 12 by the respective light reflector unit 14.
  • the second exemplary embodiment shown in FIG. 2A differs from the first exemplary embodiment shown in FIG. 1 not only in that neither on the optical system 20 nor on the fiber-optic region 30 is a material permeable to the light from the light sources 10 is applied, but above all in that the light sources 10 are arranged on the side of the fiber-optic region 30 facing the scanning unit 402, that is to say are located below the fiber-optic region 30 in FIG. 2A.
  • both the "sleep" function and the “wake up” function are implemented in the device for inputting relative coordinates (cf. FIG. 2A) by virtue of the fact that recesses 150 which form a mesh or grid are in the form of Paths and / or in the form of lines are etched into the fiber-optic region 30 by means of acid, a metal, namely chrome, being filled into these recesses 150; In other words, this means that the chrome ported into the recesses 150.
  • chromium is to be preferred here on account of the favorable properties of this metal, since chromium is both chemically and mechanically resistant, the recesses 150 causing only very little abrasion on the fiber-optic region 30.
  • ESD electrostatic discharge
  • the recesses 150 have a width of approximately five micrometers; since the fibers 310 of the fiber optic region 30 now have a diameter of approximately six micrometers and the pixels on the scanning unit 402 are dimensioned from approximately fifty micrometers to approximately fifty micrometers, the chrome braid or chrome grating does not cause a noticeable reduction in the quality of the optical images that can be obtained; the loss of brightness caused by the chrome mesh or chrome mesh is also less than five percent.
  • the fiber-optic region 30 has two active zones 302, 306 and a passive zone 304 lying between the active zones 302, 306, as can be seen from the top view of FIG. 2B.
  • the rectangular active zones 302, 306 serve to trigger the capacitive start described above, which only occurs when the front area of the finger is positioned correctly, that is, when the front area of the finger has both active zones 302, 306 touched simultaneously or rests on both active zones 302, 306 simultaneously.
  • the passive zone 304 which is also rectangular in shape and occupies a larger area than the active zones 302, 306, has no electrical function, but rather serves to maintain the optical properties uniformly over the entire fiber-optic region 30.
  • the distance between the edge of the active zone 302, 306 and the edge of the passive zone 304 is approximately fifty microns, given the diameter of the fibers 310 of the fiber optic A region 30 of approximately six micrometers and a dimensioning of the pixels on the scanning unit 402 from approximately fifty micrometers to approximately fifty micrometers do not produce any unnecessary dividing lines in the optical images.
  • the width of the active zones 302, 306 and the passive zone 304 is selected to be slightly larger than the width of the scanning unit 402: the width of the active zones 302, 306 and the passive zone 304 is approximately thirteen millimeters, whereas the width of the scanning unit 402 is approximately twelve millimeters.
  • the active zones 302 and 306 are bonded by means of two conductor tracks 152, 154 and 156, 158 each with an associated contact ("pad") 160 and 161 from the top "and electrically connected, the contacts 160, 161 each having an extent of approximately one millimeter to approximately two millimeters.
  • two conductor tracks arranged at a distance from one another are provided in the form of chrome tracks 152, 154 or 156, 158, by means of which a high redundancy of the connection to the assigned contacts 160 or 161 is ensured.
  • the side of the fiber-optic region 30 facing the scanning unit 402 is provided with an alphanumeric identifier 190.
  • Such an identifier 190 yields Especially in the event of a failure or failure of the device, significant advantages, because in this case, instead of a - otherwise usual, but in the event of a failure or failure no longer readable (-> among other things problems with a warranty claim) - digital personalization of the device at least a unique identification number or the like can be included in the data record.
  • the identifier 190 can be read optically and can be incorporated into the data record to be transferred. A further security feature is therefore provided by the provision of the identifier 190, and in the event that a warranty service becomes necessary, the identification 190 can also be read out through the fiber-optic region 30 by means of a microscope or the like.
  • the identifier 190 applied, for example, when the light sources 10 are inserted, is assigned to the device according to FIG. 2A, in particular to the user or customer belonging to the device according to FIG. 2A (-> special identifier), and is from the side of the fiber optic side facing away from the scanning unit 402 Area 30 can no longer be reached, that is to say cannot be changed or otherwise manipulated.
  • the device for entering relative coordinates is also partially supplementary as Camera module 100 is formed (see FIG. 2A), the optics of the camera module 100 having a diameter of approximately 2.5 millimeters and being integrated into the fiber-optic region 30 (see FIG. 2A).
  • the optics of the camera module 100 are designed for face recognition, recognition of a person can be accomplished when certain face-specific features of a person are stored in the storage unit 70b or in the processing unit 70, because the face-specific features stored in the storage unit 70b or in the processing unit 70 of the person can be compared with the actual face-specific features of the person recorded by the camera module 100.
  • an image for example in the form of a photograph, can also be taken, which is particularly useful in court for questions of credibility or evidence.
  • the optics of the camera module 100 are arranged in the direction of the free end of the device for entering relative coordinates (cf. FIG. 2A).
  • ALR or ALC “adaptive light control” ALR or ALC “adaptive light control”
  • the intelligent light control To design the degree of absorption of the filter 90 to be variable over the different regions x (cf. FIGS. 4A and 4C) of the optical images.
  • the background to this is the fact that the intensity distribution and consequently the contrast of the light scattered in the interior of the front region of the input means over the entire width x of the optical images are neither uniform nor constant, but are less in the central regions of the optical images than in the edge regions of the is optical images (cf. diagram in FIG.
  • the density of the optical filter 90 and consequently the degree of absorption in the edge regions of the optical images is approximately that Factor 2 to 3 or about six decibels to about ten decibels larger than the degree of absorption of the filter 90 in the central regions of the optical images (cf. diagram in FIG. 4C, in which the absorption of the filter 90 selected in the device from FIG. 2A) is applied schematically over the width x of the optical images).
  • the fact that the intensity and the contrast of the scattered light in the central regions is weaker than in the peripheral regions can be compensated for in a manner accomplished by means of optical modulation, the degree of absorption being selective over the different regions x of the optical ones Images can be selected so that the output signal which is directly proportional to the quotient of the respective scattered light intensity / contrast (cf. FIG. 4A) and the respective degree of absorption (cf. FIG. 4C) is of approximately constant intensity; This technical measure significantly improves the quality of the results that can be obtained with the second exemplary embodiment shown in FIG. 2A.
  • the light sources 10 in the three exemplary embodiments of the present invention shown in FIGS. 1 to 3A are arranged laterally spaced apart from the scanning unit 402.
  • This structural separation of light sources 10 and scanning unit 402 is advantageous in that, in order to achieve proper operation of the device, it is to be avoided that light comes directly from the light source 10 into the scanning unit 402; rather, only light should come into the scanning unit 402, which was previously in the interior of the front area of the input means was scattered and therefore carries information regarding the skin strips or papillary lines.
  • the first two exemplary embodiments shown in FIGS. 1 and 2A differ from the third exemplary embodiment shown in FIG. 3A essentially in that the fibers 310 in the fiber-optic region 30 are arranged essentially parallel to one another in order to ensure proper transport of the originating from the front region of the input means, to ensure optical images of carrying light through the fiber optic region 30 to the scanning unit 402.
  • the fibers 310, 320 in the fiber optic region 30 of the third exemplary embodiment essentially have two directions which are arranged at an angle of approximately 45 degrees to one another.
  • the fibers 310, 320 are arranged in layers in the fiber-optic region 30, that is to say the fibers 310, 320 within a layer are essentially parallel to one another and the fibers 310, 320 of adjacent layers are arranged at an angle of approximately 45 degrees to one another.
  • the fibers 320 of the fiber-optic region 30 arranged in one direction at an angle of approximately 45 degrees to the other direction are for transporting the light from the light source 10 onto that from the scanning unit 402 opposite side of the fiber optic region 30 is provided, while the fibers 310 arranged in the other direction of the fiber optic region 30 for transporting the optical images to the scanning unit 40 are provided.
  • the arrangement of an optical system 20 according to FIGS. 1 and 2A is obsolete in that the arrangement illustrated in FIGS. 3A, 3B and 3C with two preferred directions for the fibers 310, 320 is obsolete to the extent that it is uniform Illumination of the front area of the input means is ensured by the fibers 320 of the fiber optic area 30 arranged in one direction at an angle of approximately 45 degrees to the other direction.
  • the fiber-optic region 30 that extends into the region above the light source 10 so that the latter is covered and protected from manual intervention (cf. FIGS. 2A and 3A).
  • the scanning unit 402 is naturally only to be reached by light which carries the information relating to the optical images, that is to say that is scattered from the front region of the input means, in the second exemplary embodiment of the present invention illustrated in FIG. 2A there are two barrier layers within the fiber-optic region 30 130 are provided, which are opaque to the light from the light sources 10. By means of these barrier layers 130 it is prevented that light emitted by the light sources 10 immediately, that means reaches the scanning unit 402 without scattering in the front area of the input means.
  • barrier layers 130 within the fiber optic region 30 serve two barrier layers 140, which are provided between the light source 10 and the scanning unit 402 in the three exemplary embodiments of the present invention shown in FIGS are also opaque to the light from the light sources 10.
  • the side of the fiber-optic region 30 facing away from the light sources 10 has a side for the light of FIG Light sources 10 transparent material 80, that is coated with material 80 transparent to infrared light, for example with commercially available clear lacquer. This protects the not infrequently sensitive fiber-optic region 30 from damage, for example from scratching by vandals, and / or from soiling, the cleaning of the fiber-optic region 30 also being facilitated by the coating with translucent material 80.
  • the third exemplary embodiment of the present invention shown in FIG. 3A has a display device 65 for displaying the various operating states of the device.
  • the display device 65 is provided with a light indicator, which also enables color-deficient people to detect the respective operating state of the device by means of a corresponding flashing light signal.
  • a capacitive circuit 75 integrated in the control means 40, 70 is provided, by means of which the device according to FIG. 3A switches to "sleep” mode after a predetermined period of non-use and by means of which the device according to FIG. 3A when the drive-over area 240 is covered is "woken up” again with the front area of the input means, that is to say goes back into an operational state; So both a "sleep” function and a “wake up” function are implemented in the device.
  • FIGS. 5A and 5B it is possible to integrate the second exemplary embodiment of the present device, illustrated with reference to FIG. 2A, in a shift lever 200 (cf. FIGS. 5A and 5B) of a motor vehicle 300 (cf. FIGS. 5C and 5D) Shift lever 200 is implemented to a certain extent a touchpad functionality that the so-called touchpad sensor in the shift lever 200 serves as a control element for certain switch functions of the motor vehicle 300, which are conventionally accomplished by means of conventional pressure or rocker switches.
  • the device for entering relative coordinates located in the shift lever 200, enables the entire control of both the operating functions (switching on the lighting, adjusting the driving dynamics, changing gears (in particular in the case of semi- or fully automatic transmissions), actuating the windshield wiper with interval switching , Adjusting the mirrors, ...) as well as the comfort functions (operating the car telephone, adjusting the heating, air conditioning, radio, seats, ...) by means of the so-called touchpad sensor according to the present invention.
  • a device for converting the control and pressure signals is additionally provided, which is designed for electrical voltages of approximately 12 volts and / or of approximately 24 volts and / or of approximately 42 volts.
  • the (video) camera module 100 when integrating the second exemplary embodiment of the present device, illustrated with reference to FIG. 2A, according to a feature essential to the invention, it is possible to use the (video) camera module 100 (see FIG. 2A) to integrate the interior of the motor vehicle and the driving behavior into the present device. monitor as indicated by Figures 5C and 5D; For example, the driver of the motor vehicle can be observed by the camera module 100 in order to cause the overall system to output at least one warning message in the event of signs of fatigue.
  • FIGS. 6A to 6D Video camera module 100 for monitoring the interior of motor vehicle 300 in connection with an alarm system.
  • the so-called touchpad sensor which is designed as an optically sensitive chip, can also be used completely as a video camera, in that at least one lens 400 is arranged above the touchpad sensor.
  • a realization in the form of at least one additional external accessory for example at least one (lens) slider 500 for clipping-on, which is pushed over the touchpad sensor (see FIGS. 6A and 6B) (see FIGS. 6C) and 6D) and serves not only as a cover, but in particular also as a lens 400; the entire sensor surface is therefore available in the form of a video camera for recording and for monitoring the interior of the motor vehicle 300, with an excellently high resolution.
  • ⁇ should remain mediated by a special control monitoring for privacy reasons, the interior of the vehicle is limited; since the slider 500 with lens 400 is coupled to the electronic central locking system of the motor vehicle 300, the slider 500 with lens 400 is electrically moved from the open position (see FIGS. 6A and 6B) to the closed position (see FIGS. 6C and 6D) as soon as the motor vehicle 300 is locked and monitoring begins.
  • the device for entering relative coordinates according to the present invention in its function can also perform other functions as an optical touchpad when installed elsewhere in the motor vehicle 300:
  • the present device can be used as a control element - similar to a so-called joystick - for multimedia applications (-> mouse function for Internet applications, video games or the like) for installation in the armrest or in the door lining, the multimedia applications for security reasons by the driver of the Motor vehicle can not be viewed.
  • multimedia applications -> mouse function for Internet applications, video games or the like
  • the optical touchpad sensor with the camera module 100 can also be arranged on the outside of the motor vehicle 300, for example in the area of the trunk, to expediently facilitate both parking and reversing by means of the camera module 100.
  • the optical touchpad sensor with the camera module 100 can also deliver the 180-degree images via the display or the monitor of a navigation system, so that the driver of the motor vehicle 300 can carry out the difficult maneuvering relatively relaxed.
  • FIG. 7 which shows the exemplary arrangement of the device for entering relative coordinates x, y according to the first exemplary embodiment from FIG. 1 in a shift lever 200 '
  • FIG. 8 which shows the exemplary arrangement of the device for entering relative coordinates x, y according to the first embodiment of Figure 1 in one Joystick 600 shows; the relative coordinates x, y are each represented by the arrows), the device for entering relative coordinates, and in particular the third exemplary embodiment of the present device illustrated with reference to FIG. 3, can also be used with mobile phones 700, for example.
  • 9A to 9C can be integrated as an example within the display 800 of the mobile phone 700 (cf. FIG. 9A) or integrated below the display 800 of the mobile phone 700 be (see FIG. 9B) or be integrated in the keyboard cover part 900 of the mobile telephone 700 (see FIG. 9C).

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Eingabe von relativen Koordinaten mit mindestens einer Lichtquelle (10) zum Beleuchten und/oder zum Durchleuchten des vorderen Bereichs eines Eingabemittels, mit mindestens einer Sensoreinheit (40), die auf ihrer dem vorderen Bereich des Eingabemittels zugeordneten Seite mindestens eine Abtasteinheit (402) zum Aufnehmen optischer Abbilder des vorderen Bereichs des Eingabemittels aufweist, wobei die Abtasteinheit in mindestens einem vom vorderen Bereich des Eingabemittels zu überstreichenden Überfahrbereich (240) angeordnet ist, und mit mindestens einer Verarbeitungseinheit zum Bestimmen der relativen Lage des vorderen Bereichs des Eingabemittels.

Description

VORRICHTUNG ZUR EINGABE VON RELATIVEN KOORDINATEN
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Eingabe von relativen Koordinaten, insbesondere zur graphischen Eingabe von Lageinformationen in der Ebene beispielsweise in ein Computersystem. Zur Kontrolle wird die Lage beispielsweise auf dem Bildschirm eines Bildschirmausgabegeräts angezeigt.
Derartige Vorrichtungen bedienen sich externer Hilfsmittel, wie beispielsweise einer sogenannten Maus oder eines Trackballs. Diese Hilfsmittel sind kompliziert zu bedienen; des weiteren sind sie störanfällig und verschmutzen leicht.
Demzufolge liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Eingabe von relativen Koordinaten bereitzustellen, die einfach zu bedienen und wenig störanfällig ist.
Diese Aufgabe wird gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung durch eine Vorrichtung zur Eingabe von relativen Koordinaten gemäß dem Hauptanspruch gelöst.
Hierbei nimmt die Abtasteinheit nur sehr wenig Platz ein und kann kompakt im Überfahrbereich untergebracht werden, so daß die vorliegende Vorrichtung in eine Vielzahl von elektrischen oder elektronischen Geräten integriert werden kann, so etwa in Bankautomaten, in Datenverarbeitungsgeräten (insbesondere in Handcomputern, in Handhelds, in Notebooks, in Palmtops, in Taschencomputern oder in tragbaren Computern) , in Handys oder in Mobiltelephonen, in Keyboards oder in Tastaturen, in optischen Touchpads oder in Zahlungssystemen.
Durch den verminderten Materialaufwand und durch die raumsparende Ausgestaltung der vorliegenden Vorrichtung ist auch eine erhebliche Kosteneinsparung erzielbar, durch die nicht nur die Vorrichtung selbst, sondern auch das elektrische oder elektronische Gerät, in das die Vorrichtung integriert ist, preisgünstig und damit auch auf internationalen Märkten wettbewerbsfähig ist.
Gemäß einer erfindungswesentlichen Eigenschaft der vorliegenden Vorrichtung sind die relativen Koordinaten x, y durch die Lage der optischen Abbilder bestimmt .
Als Eingabemittel kann mindestens ein Finger und/oder mindestens ein stab- oder stiftförmiger Gegenstand, beispielsweise ein Kugelschreiber, vorgesehen sein, wobei die Vorrichtung insbesondere im Falle des Fingers als Eingabemittel zusätzlich für die daktyloskopische Personenidentifikation ausgelegt sein kann. Aus diesem Grunde werden nachfolgend an verschiedenen Stellen ergänzend Ausführungen zur daktyloskopischen Personenidentifikation mittels Fingerabdruck gemacht; diese daktyloskopische Funktion kann bei der vorliegenden Vorrichtung ergänzend zur Eingabe der relativen Koordinaten implementiert sein.
Gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung dient als Basis die als optischer Sensor mit mindestens einer externen Lichtquelle ausgebildete Vorrichtung zur Eingabe von relativen Koordinaten, wobei der optische Sensor pixelorientiert (mit beispielsweise etwa 240 Pixeln mal etwa 360 Pixeln entsprechend einer aktiven Fläche von etwa zwölf Millimetern mal etwa achtzehn Millimetern) die Umgebung scannt und entsprechende Bilder aufnimmt .
Demzufolge werden durch diesen optischen Sensor Objektbewegungen registriert, die als unmittelbare Eingabeaktion gewertet werden. Hierbei existieren in Abhängigkeit von der jeweiligen Anwendung verschiedene, auch miteinander kombinierbare Modi:
Mausmodus :
Beim unmittelbaren Simulieren einer (Computer-) Maus mittels der Sensoroberfläche wird die "Maus-" oder Cursorposition durch eine Finger- oder Stiftbewegung auf der Oberfläche des optischen Sensors berechnet und mit mindestens einer entsprechenden Logikschaltung simultan an ein angeschlossenes System übertragen; hierbei ist die Benutzung des Fingers genauso möglich wie der Einsatz eines Stiftes.
In diesem Zusammenhang kann nun eingestellt werden, ob sich die "Maus-" oder Cursorposition durch die Bewegung des Objekts (Finger, Stift, ...) statisch oder relativ ändert. In letzterem Falle, das heißt bei relativer Organisation hängt die Geschwindigkeit des Mauszeigers oder Cursors logarithmisch von der Schnelligkeit der Bewegung ab.
Zweckmäßigerweise wird die Simulation der Maustasten bei der vorliegenden Erfindung durch mindestens eine schnelle Berührung des optischen Sensors ermöglicht; auch ist mittels eines entsprechenden Einbaumoduls eine benachbarte Anbringung von Schaltern möglich, so daß durch Tippen auf den optischen Sensor das gesamte Sensormodul gekippt werden kann, um mindestens einen Mausklick auszulösen.
Scrollmodus:
Beim (unmittelbaren) Simulieren eines Scrollrades mittels der Sensoroberfläche wird die Geschwindigkeit und/oder die Richtung der Scrollfunktionalität durch die Bewegung des Objekts (Finger, Stift, ...) auf dem optischen Sensormodul ermittelt; der Einsatz der Schalter innerhalb des entsprechenden Einbaumoduls kann für den Scrollmodus als Scrollsignal genutzt werden.
So kann beispielsweise zum Steuern von WAP-Funktionen (WAP = Wireless Application Protocol) in einem Mobiltelephon auf GSM-Basis (GSM = Global System for Mobile communication) anstelle des herkömmlichen Rädchens ein optischer Sensor gemäß der vorliegenden Erfindung zum Einsatz gelangen. Bei einer exemplarischen Ausdehnung von beispielsweise zwölf Millimeter auf beispielsweise achtzehn Millimeter ersetzt der optische Sensor dann das herkömmliche Rädchen in seinem vollen Funktionsumfang.
Auch hier ist der Funktionsumfang derselbe wie bei konventionellen Touchpads ; diese sind dadurch leistungsfähiger als ein normales mechanisches Rad; insbesondere entfallen durch den Einsatz des vorliegenden optischen Sensors mechanische Nachteile, wie etwa Verklemmen, Verschmutzen oder Ausfall mechanischer Teile, vollständig; auch hat der vorliegende optische Sensor in seinem Preis-Leistungsverhältnis wesentliche Vorteile gegenüber konventionellen mechanischen Komponenten.
Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung kann das Auswerten der durch den optischen Sensor in vollem Leistungsumfang zur Verfügung gestellten biometrischen Daten auch auf der SIM-Karte (SIM = Subscriber Identification Module) des Mobiltelephons erfolgen, so daß ein Mißbrauch der biometrischen Daten ausgeschlossen ist.
Abtastmodus :
Beim Abtasten der Bewegung anhand von Merkmalen an der Sensoroberfläche wird der optische Sensor unterhalb mindestens einer Bedienungseinheit positioniert und tastet die Oberfläche ab; durch die Bewegung des Objekts (Finger, Stift, ...) wird dann ähnlich wie beim Mausmodus der Mauszeiger oder Cursor definiert bewegt.
Authentifizierungs- oder Identifizierungsmodus:
Beim Einsatz der Oberfläche des optischen Sensors zum Authentifizieren oder zum Identifizieren einer Person wird anhand des Fingerabdrucks der betreffenden Person erkannt, ob die Person als Benutzer zur Interaktion mit einem dem optischen Sensor zugeordneten (Computer- ) System berechtigt ist. In diesem Zusammenhang wird der Fachmann auf dem Gebiet der Sicherheitstechnik insbesondere zu schätzen wissen, daß dies synchron mit dem Bedienen der "Sensormaus" bzw. des "Sensorcursors" erfolgt und keine weitere Benutzerinteraktion erfordert; mit diesen Merkmalen wird das gesamte System passiv vor unbefugtem Zugriff geschützt.
Wenn die vorliegende Vorrichtung zur Eingabe von relativen Koordinaten, insbesondere zur graphischen Eingabe von Lageinformationen in der Ebene beispielsweise in ein Computersystem, in besonders erfinderischer Weise weitergebildet werden soll, so dient die optisch empfindliche Sensorfläche einer Größe von beispielsweise zwölf Millimeter auf beispielsweise achtzehn Millimeter beim Einsatz eines sogenannten "Touchpen" als Arbeitsfläche bzw. sogenanntes "Touchpad" , um die Bewegungen des Fingers bzw. des Stiftes verfolgen und die Steuerung des sogenannten "Desktops" auf dem Bildschirm bewerkstelligen zu können; hierbei ist der Funktionsumfang zumindest der gleiche wie bei konventionellen Touchpads.
Die Funktionsweise der vorliegenden Vorrichtung zur Eingabe von relativen Koordinaten unterscheidet sich von konventionellen Touchpads hingegen dadurch, daß das Registrieren der Bewegungen des Objekts (Finger, Stift, ...) durch eine optische Tastung des Objekts erfolgt. Als erfindungswesentliche Eigenschaft ist in diesem Zusammenhang hervorzuheben, daß die Oberfläche des optischen Sensors durch den optionalen Einsatz mindestens einer nachstehend noch näher zu beschreibenden Fiberglasplatte in Form eines faseroptischen Bereichs eine extrem hohe Belastbarkeit aufweist, so daß für die Bewegungsabläufe ohne weiteres auch Stifte, Kugelschreiber oder dergleichen eingesetzt werden können .
Gemäß einer besonders erfinderischen Weiterbildung besteht bei der vorliegenden Vorrichtung zur Eingabe von relativen Koordinaten die Möglichkeit, mindestens eine Unterschrift bzw. mindestens eine Signatur einzulesen und/oder zu vergleichen, so etwa indem die Unterschrift bzw. die Signatur im Original geleistet und dann in der mindestens einen Speichereinheit der Vorrichtung abgespeichert wird.
Alternativ oder in Ergänzung hierzu besteht auch die erfindungswesentliche Möglichkeit, mindestens eine Unterschrift bzw. mindestens eine Signatur von einer Bankkarte, Kreditkarte, Scheckkarte, SmartCard oder dergleichen vorab in die Speichereinheit der vorliegenden Vorrichtung einzulesen; beim Vergleichen kann dann auf der vorliegenden Vorrichtung entweder mindestens eine Originalunterschrift bzw. mindestens eine Originalsignatur geleistet werden oder aber von der Bankkarte, Kreditkarte, Scheckkarte, SmartCard oder dergleichen die sich darauf befindliche Unterschrift bzw. Signatur ausgelesen und mit dem in der Speichereinheit der vorliegenden Vorrichtung gespeicherten Wert verglichen werden.
Da für die ein oder andere Applikation das Bereitstellen einer etwas größeren Arbeitsfläche wünschenswert ist, ist es gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung möglich, die vorliegende Vorrichtung zur Eingabe von relativen Koordinaten in ein konventionelles Touchpad zu integrieren.
Hierzu erfolgt eine Softwareanpassung, die den Übergang von der statischen Oberfläche des konventionellen Touchpads zur optischen Fläche der vorliegenden Vorrichtung synchronisiert und auch den weiteren Übergang von der optischen Fläche der vorliegenden Vorrichtung zur statischen Oberfläche des konventionellen Touchpads wieder synchronisiert.
Die Einbauposition der vorliegenden Vorrichtung in das konventionelle Touchpad kann hierbei in etwa mittig oder auch an mindestens einer außenliegenden Bande angeordnet sein, wobei die biometrischen Eigenschaften des optischen Sensors auch hier in vollem Leistungsumfang zur Verfügung stehen.
Die vorliegende Vorrichtung ist in besonders vorteilhafter Weise in elektrische oder elektronische Geräte implementierbar, wenn die Abtasteinheit in Form und in Größe in etwa dem Überfahrbereich entspricht . Diese technische Maßnahme dient auch einem störungsfreien und unmittelbaren Transport der optischen Abbilder des vorderen Bereichs des Eingabemittels vom Überfahrbereich zur Abtasteinheit.
Gemäß einer besonders erfinderischen Weiterbildung der vorliegenden Vorrichtung zur Eingabe von relativen Koordinaten ist die der Abtasteinheit zugewandte Seite des faseroptischen Bereichs mit mindestens einer insbesondere alphanumerischen Kennung versehen. Eine derartige Kennung zeitigt insbesondere im Falle eines Ausfallens oder Versagens der Vorrichtung wesentliche Vorteile, denn in diesem Falle kann anstelle einer - ansonsten üblichen, im Falle eines Ausfallens oder Versagens aber nicht mehr auslesbaren (--> unter anderem Probleme bei einem Garantiefall) - digitalen Personalisierung der Vorrichtung zumindest eine eindeutige Identifikationsnummer oder dergleichen in den Datensatz aufgenommen werden.
In diesem Zusammenhang kommt der vorliegenden Erfindung die Tatsache zugute, daß die Vorrichtung im wesentlichen auf dem Prinzip des optischen Sensors basiert, so daß die Kennung optisch gelesen und in den zu übergebenden Datensatz eingebaut werden kann. Mithin ist durch das Vorsehen einer derartigen Kennung ein weiteres optionales Sicherheitsmerkmal bereitgestellt, wobei im Falle einer erforderlich werdenden Garantieleistung das Auslesen der Kennung durch den faseroptischen Bereich hindurch auch mittels eines Mikroskops oder dergleichen vorgenommen werden kann.
Die - beispielsweise beim Einsetzen der Lichtquellen aufgebrachte - Kennung ist zweckmäßigerweise der jeweiligen Vorrichtung, insbesondere dem zur jeweiligen Vorrichtung gehörigen Anwender oder Kunden (--> Spezialkennung) , zugeordnet und ist von der von der Abtasteinheit abgewandten Seite des faseroptischen Bereichs aus nicht mehr erreichbar, insbesondere nicht veränderbar oder anderweitig manipulierbar.
Gemäß einer besonders erfinderischen Weiterbildung der vorliegenden Vorrichtung nimmt die Abtasteinheit die optischen Abbilder zeilenweise auf, das heißt die Abtasteinheit fungiert gewissermaßen als Zeilenscanner, wenn der vordere Bereich des Eingabemittels über den Überfahrbereich hinweggeführt oder hinweggezogen wird. Sogesehen empfiehlt es sich, die Abtasteinheit so auszulegen, daß sie eine Vielzahl optischer Abbilder pro Zeiteinheit insbesondere zeilenweise aufnehmen kann, wobei eine realistische Größenordnung im Bereich von etwa 250 optischen Abbildern pro Sekunde liegt.
In erfindungswesentlicher Weise können diese insbesondere zeilenweise aufgenommenen optischen Abbilder dann in der Sensoreinheit und/oder in der Verarbeitungseinheit zum Bestimmen der Charakteristika des vorderen Bereichs des Eingabemittels zu einem Gesamtabbild zusammengesetzt werden .
Wie bereits vorstehend dargelegt, wird der vordere Bereich des Eingabemittels bei der vorliegenden Erfindung über den Überfahrbereich und demzufolge über die Abtasteinheit hinweggezogen. Hierbei ist zu berücksichtigen, daß ein derartiges Überstreichen des vorderen Bereichs des Eingabemittels nicht unbedingt mit konstanter Geschwindigkeit und bei mehreren Identifikationsvorgängen auch nicht unbedingt mit jeweils identischer Geschwindigkeit vonstatten gehen wird. Nicht zuletzt aus diesem Grunde ist das Aufnehmen der optischen Abbilder durch die Abtasteinheit gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform der vorliegenden Erfindung mittels von der Lichtquelle abgestrahlter Lichtpulse gesteuert .
Wenn die vorliegende Erfindung in besonders vorteilhafter Weise weitergebildet werden soll, so ist im Überfahrbereich mindestens ein faseroptischer Bereich vorgesehen, durch den die optischen Abbilder des vorderen Bereichs des Eingabemittels zur Abtasteinheit transportierbar sind.
Die vorliegende Vorrichtung ist in diesem Zusammenhang in besonders vorteilhafter Weise in elektrische oder elektronische Geräte implementierbar, wenn der faseroptische Bereich in Form und in Größe in etwa dem Überfahrbereich entspricht . Diese technische Maßnahme dient auch einem störungsfreien und unmittelbaren Transport der optischen Abbilder des vorderen Bereichs des Eingabemittels vom Überfahrbereich zur Abtasteinheit.
Gemäß einer besonders erfinderischen Weiterbildung ist die vorliegende Vorrichtung zur Eingabe von relativen Koordinaten zumindest partiell als Kameramodul ausgebildet und/oder ist mindestens eine ergänzende oder zweite, als Kameramodul ausgebildete Vorrichtung zur Eingabe von relativen Koordinaten vorgesehen, wobei die beispielsweise mindestens eine speziell geschliffene Linse aufweisende Optik des Kameramoduls exemplarisch einen Durchmesser von etwa 2,5 Millimeter oder eine Fläche von etwa 2,5 Millimeter auf etwa 2,5 Millimeter aufweisen kann. Das Kameramodul kann hierbei im faseroptischen Bereich integriert sein.
Wenn die Optik eines derartigen Kameramoduls beispielsweise für die Gesichtserkennung ausgelegt ist, so kann beispielsweise bei Einspeicherung bestimmter gesichtsspezifischer Merkmale einer Person in der Speichereinheit oder in der Verarbeitungseinheit der Vorrichtung das Authentifizieren oder das Identifizieren einer Person auch mittels biometrischer Gesichtsdaten dieser Person erfolgen, denn durch unmittelbares Vergleichen der in der Speichereinheit oder in der Verarbeitungseinheit gespeicherten gesichtsspezifischen Merkmale der Person mit den durch das Kameramodul aufgenommenen tatsächlichen gesichtsspezifischen Merkmalen der Person kann die Vorrichtung eine Freigabe oder eine Sperrung bewirken.
Alternativ oder in Ergänzung hierzu besteht auch die Möglichkeit, mittels des Kameramoduls mindestens ein Bild, etwa in Form mindestens einer Photographie, aufzunehmen, was unter anderem bei Glaubhaftmachungs- oder Beweisfragen vor Gericht ausgesprochen dienlich ist. Nicht zuletzt aus diesen Gründen empfiehlt es sich, die Optik des Kameramoduls in Richtung des freien Endes der vorliegenden Vorrichtung zur Eingabe von relativen Koordinaten anzuordnen.
Anstelle in Verbindung mit einem Kameramodul mindestens eine Linse zu integrieren und die damit verbundenen Änderungen bzw. Ergänzungen auf dem Silizium vorzunehmen, besteht auch die erfindungswesentliche Option, mindestens ein sogenanntes "Facettenauge" im Rahmen der vorliegenden Vorrichtung zur Eingabe von relativen Koordinaten anzuordnen :
Hierbei wird die Oberfläche des faseroptischen Bereichs so bearbeitet, vorzugsweise geschliffen, daß jede einzelne Faser oder Fiber für sich alleine ein Bild in einer Entfernung von beispielsweise einem Meter scharf darstellen kann (das Bild wird damit vollständig auf den optischen Touchpadsensor abgebildet) . Ein unmittelbar auf den Sensor aufgelegter Finger kann dabei ebenfalls korrekt wiedergegeben werden.
Eine besonders gleichmäßige Ausleuchtung des vorderen Bereichs des Eingabemittels und mithin besonders zuverlässige Ergebnisse der vorliegenden Vorrichtung sind dadurch erzielbar, daß die Lichtquelle in zweckmäßiger Weise seitlich neben der Abtasteinheit angeordnet ist. Zu denselben Zwecken kann das Licht unabhängig hiervon oder in Ergänzung hierzu von der Lichtquelle in Richtung auf die von der Abtasteinheit abgewandte, vom vorderen Bereich des Eingabemittels zu überstreichende Seite des Überfahrbereichs abstrahlbar sein.
Dies unterscheidet die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung von konventionellen Vorrichtungen wie etwa der aus der DE 44 04 918 AI bekannten Vorrichtung, die mit Licht konstanter Intensität arbeitet und auf dem Prinzip der gestörten Totalreflexion basiert. Durch dieses bekannte Prinzip werden sowohl die Art der Beleuchtung als auch die Lichtführung starr und unflexibel, denn bei einer Beleuchtungsstärke des Umgebungslichts von mehr als etwa 3.000 Lux kommt es sehr schnell zu einer Übersättigung der photoelektrischen
Wandlervorrichtung, so daß mit konventionellen Vorrichtungen keine verläßlichen Ergebnisse mehr erzielt werden können.
Im Gegensatz dazu wird bei der vorliegenden Vorrichtung eine ausreichende, zuverlässige Ergebnisse zeitigende Beleuchtung des vorderen Bereichs des Eingabemittels ermöglicht, bei der des weiteren die Vorrichtung vollständig einsehbar ist und mit der schließlich unabhängig von den jeweiligen Umgebungslichtverhältnissen stets konstant gute und verläßliche Ergebnisse erzielbar sind. Hierzu ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Dauer und/oder die Intensität der von der Lichtquelle abgestrahlten Lichtpulse in Abhängigkeit von den Umgebungslichtverhältnissen regelbar.
Mithin wird eine adaptive Lichtregelung (= ALR oder auch ALC = "adaptive light control"), das heißt eine Art "intelligente Lichtsteuerung" bereitgestellt, durch die die Defizite sich ändernder Umgebungslichtverhältnisse, wie etwa wechselnder Raumbeleuchtung oder wechselnder Sonneneinstrahlung, ausgleichbar sind, indem sich die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung bzw. der die Vorrichtung steuernde Algorithmus an die jeweiligen Lichtverhältnisse anpaßt.
Hierzu ist bei der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung in bevorzugter Weise mindestens ein Steuerungsmittel zum Regeln der Dauer und/oder der Intensität der von der Lichtquelle abgestrahlten Lichtpulse vorgesehen. Mit diesem Steuerungsmittel ist ein kontinuierliches oder temporäres Meßverfahren durchführbar, mit dem eine permanent gute Bildqualität ermittelbar ist und mit dem bedarfsweise eine optimale, auf Kontrast und Schärfentiefe abgestimmte Sättigung mittels kurzzeitiger Lichtpulse erzielbar ist, wobei die kurzzeitigen Lichtpulse in ihrer Dauer und/oder in ihrer Intensität exakt auf die tatsächlich benötigte Lichtmenge dosierbar sind. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung weist das Steuerungsmittel auf : mindestens ein Erfassungsmodul zum Erfassen der Umgebungslichtverhältnisse, wobei das Erfassungsmodul einheitlich mit der Sensoreinheit und/oder als Teil der Sensoreinheit ausgebildet sein kann; mindestens ein Auswertemodul zum Bestimmen der Dauer und/oder der Intensität der Lichtpulse in Anpassung an die vom Erfassungsmodul erfaßten Umgebungslichtverhältnisse, wobei das Auswertemodul einheitlich mit mindestens einer Auswerteeinheit und/oder als Teil mindestens piner Auswerteeinheit ausgebildet sein kann, die der Sensoreinheit in bevorzugter Weise nachgeordnet ist; und mindestens ein Speichermodul zum Abspeichern von für das Regeln der Dauer und/oder der Intensität der Lichtpulse bestimmten Schwellwerten, wobei das Speichermodul einheitlich mit mindestens einer Speichereinheit und/oder als Teil mindestens einer Speichereinheit ausgebildet sein kann, die der Sensoreinheit in bevorzugter Weise nachgeordnet ist.
Die Arbeitsweise und die Funktion des Steuerungsmittels ist hierbei beispielsweise dergestalt, daß das Erfassungsmodul die jeweiligen Umgebungslichtverhältnisse erfaßt, diese im Auswertemodul ausgewertet und analysiert werden sowie im Auswertemodul ein Vergleich mit im Speichermodul gespeicherten vorgegebenen Schwellwerten erfolgt. In Abhängigkeit vom Ergebnis dieses Vergleichs wird dann die Lichtquelle, die mit dem Steuerungsmittel und hierbei insbesondere mit dem Auswertemodul in Verbindung steht, vom Steuerungsmittel angesprochen, wobei die Dauer und/oder die Intensität der von der Lichtquelle emittierten Lichtpulse an die ermittelten Umgebungslichtverhältnisse angepaßt wird.
Hierdurch können die Lichtpulse sowohl in ihrer Dauer als ■ auch in ihrer Intensität dynamisch und adaptiv gestaltet werden, um für jede Art von Umgebungslicht (beispielsweise starke Sonneneinstrahlung, schwache Sonneneinstrahlung, Dämmerlicht, diffuses Licht, Gaslicht, Mondschein, künstliche Beleuchtung, ...) die benötigte Lichteinstrahlung zur Verfügung zu stellen und mithin kontrastreiche sowie tiefenscharfe Abbilder des vorderen Bereich des Eingabemittels zu erhalten.
Insbesondere sind mit der adaptiven Lichtregelung Beleuchtungsstärken von null Lux bis etwa 40.000 Lux realisierbar, wobei letzterer Beleuchtungsstärkenwert in etwa einer direkten Sonneneinstrahlung entspricht. Die mit dieser adaptiven Lichtregelung erzielbaren Ergebnisse weisen gegenüber konventionellen Beleuchtungssystemen mit Dauerlicht eine Kontrastund Schärfentiefesteigerung um bis zu etwa achtzig Prozent auf, wobei die erfindungsgemäße Art der LichtSteuerung den Vorteil hat, daß sie bei sich ändernden Beleuchtungsverhältnissen die benötigte Lichtmenge in einem zeitlichen Bereich von weniger als einhundert Millisekunden dosieren kann und zur Verfügung stellt, so daß bei allen denkbaren Lichtverhältnissen eine nahezu gleichbleibende Bildqualität erhaltbar ist. Mithin ist der erfindungswesentliche Vorteil der vorliegenden Vorrichtung in der "intelligenten Ansteuerung" zu sehen, die sich die eingestrahlte Lichtmenge bedarfsweise gewissermaßen selbst justiert und sie rund um das zu beleuchtende Objekt, das heißt rund um den vorderen Bereich des Eingabemittels, für jeden Bereich separat errechnet und zur Verfügung stellt, so daß eine Überbelichtung bzw. eine Unterbelichtung 'mit an Sicherheit grenzender Wahrscheinlichkeit ausgeschlossen ist.
In diesem Zusammenhang zeitigen statisch arbeitende Beleuchtungseinheiten, wie sie etwa bei konventionellen Vorrichtungen vorgesehen sind, insofern einen weiteren Nachteil, als die von ihnen bereitgestellte Lichtmenge nicht objektbezogen abgegeben werden kann, das heißt ein zehn Millimeter starkes Objekt wird mit der gleichen Lichtmenge wie ein fünf Millimeter starkes Objekt beleuchtet, woraus Unscharfen sowie auch teilweise Überbelichtungen resultieren.
Im Gegensatz dazu ermöglicht die vorliegende Erfindung in zweckmäßiger Weise die gleichmäßige Beleuchtung eines Objekts, etwa des vorderen Bereichs eines Eingabemittels, und zwar unabhängig von der Stärke des Objekts, das im übrigen durchaus auch eine mehr oder weniger starke Lichtleitfähigkeit oder ein mehr oder weniger starkes Reflexionsvermögen aufweisen kann, sowie unabhängig davon, ob dieses Objekt nun frontal, lateral und/oder rückseitig von Störlicht beleuchtet wird. Demzufolge spielt es bei der vorliegenden Erfindung keine Rolle, unter welchem Winkel und von welcher Stelle aus Licht auf das zu beleuchtende Objekt eingestrahlt wird; lediglich die Dauer und/oder die Intensität des zusätzlich benötigten Lichts ist für jeden Bereich individuell zu regeln, ist doch das Aufnehmen der optischen Abbilder durch die Abtasteinheit in bevorzugter Weise mittels von der Lichtquelle abgestrahlter Lichtpulse gesteuert .
Die Vorzüge der vorliegenden adaptiven Lichtregelung führen letztendlich dazu, daß die Charakteristika des vorderen Bereichs des Eingabemittels ohne wesentliche Änderung der Belichtungszeiten unter vollumfänglicher Erhaltung des Kontrastes und der Schärfentiefe bestimmbar sind.
Zweckmäßigerweise ist das Steuerungsmittel für die adaptive Lichtregelung als mindestens ein Logikbauteil und/oder als mindestens eine Logikschaltung, insbesondere als mindestens ein Standardlogikbauteil oder als mindestens eine programmierbare Logik (FPGA = field programmable gate array) ausgebildet . Alternativ oder in Ergänzung hierzu kann das Steuerungsmittel auch als mindestens eine digitale Signalverarbeitungseinheit (DSP digital signal processor) und/oder als mindestens ein Mikrocontroller ausgebildet sein.
Wie bereits vorstehend ausgeführt, weist das zur Bewerkstelligung der adaptiven Lichtregelung vorgesehene Steuerungsmittel gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltungsform mindestens ein Erfassungsmodul, mindestens ein Auswertemodul und mindestens ein Speichermodul auf. Ist nun das Erfassungsmodul in bevorzugter Weise einheitlich mit der Sensoreinheit und/oder als Teil der Sensoreinheit ausgebildet, so kann sich die photoempfindliche Fläche und/oder die photoempfindliche Schicht der Sensoreinheit mittels der adaptiven Lichtregelung gewissermaßen selbst und zwar für jeden ihrer Bereiche - die erforderliche Lichtmenge anfordern, was insbesondere dann in vorzüglicher Weise funktioniert, wenn das Auswertemodul der Steuerungsmittel einheitlich mit der Auswerteeinheit und/oder als Teil der Auswerteeinheit ausgebildet ist.
Konventionelle Vorrichtungen können dies nicht leisten, weil derartige bekannte Vorrichtungen - wenn überhaupt - das eingestrahlte Licht für den gesamten Bereich der Abtasteinheit bzw. der Sensoreinheit unflexibel und starr regulieren; im Gegensatz dazu ist nur die adaptive Lichtregelung in der Lage, für jeden Bereich der Fläche und/oder der Schicht der Abtasteinheit bzw. der Sensoreinheit die angesichts der Umgebungslichtverhältnisse erforderliche Lichtmenge hinsichtlich Dauer und/oder hinsichtlich Intensität im Auswertemodul in bezug auf eine optimale Sättigung zu berechnen und unverzüglich zu liefern.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung kann es Teil der adaptiven Lichtregelung (= ALR oder auch ALC = "adaptive light control"), das heißt der "intelligenten Lichtsteuerung" sein, daß die elektrischen Signale in der Sensoreinheit und/oder in der Auswerteeinheit über die verschiedenen Bereiche der optischen Abbilder verstärkbar sind. In diesem Zusammenhang kann es von erfindungswesentlicher Bedeutung sein, die Verstärkung der elektrischen Signale in der Sensoreinheit und/oder in der Auswerteeinheit über die verschiedenen Bereiche der optischen Abbilder veränderlich auszugestalten.
Hintergrund dieser besonders vorteilhaften Weiterbildung ist die Tatsache, daß die Intensitätsverteilung und demzufolge der Kontrast des im Inneren des vorderen Bereichs des Eingabemittels gestreuten Lichts über die gesamte Breite der optischen Abbilder weder gleichmäßig noch konstant, sondern in den mittleren Bereichen der optischen Abbilder geringer als in den Randbereichen der optischen Abbilder ist, was unter anderem damit zusammenhängen kann, daß die mindestens eine Lichtquelle seitlich neben der Abtasteinheit angeordnet sein kann und daß das Licht von der Lichtquelle in Richtung auf die von der Abtasteinheit abgewandte, vom vorderen Bereich des Eingabemittels zu überstreichende Seite des Überfahrbereichs abstrahlbar sein kann. Hierdurch gelangt in die zentralen, durch den vorderen Bereich des Eingabemittels abgedeckten Bereiche auf der von der Abtasteinheit abgewandten, vom vorderen Bereich des Eingabemittels zu überstreichenden Seite des Überfahrbereichs weniger Licht als in die seitlichen Bereiche, so daß die Intensität und - direkt proportional hierzu - der Kontrast des gestreuten Lichts in den zentralen Bereichen schwächer als in den Randbereichen ist .
Zum Beheben dieses Mankos kann gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung die Verstärkung der elektrischen Signale in den mittleren Bereichen der optischen Abbilder größer, und hierbei beispielsweise um etwa den Faktor 2 bis 3 größer, als die Verstärkung der elektrischen Signale in den Randbereichen der optischen Abbilder sein. Eine derartige elektronische Modulation mittels variabler Verstärkungsfaktoren kann hierbei in jeder Zeile der optischen Abbilder vorgenommen werden.
Hierdurch kann auf elegante, elektronisch bewerkstelligte Weise die Tatsache kompensiert werden, daß die Intensität und der Kontrast des gestreuten Lichts in den zentralen Bereichen schwächer als in den Randbereichen ist, wobei die Verstärkung selektiv über die verschiedenen Bereiche der optischen Abbilder so gewählt werden kann, daß das zum Produkt aus jeweiliger/m Streulichtintensität/-kontrast ' und jeweiligem Verstärkungsfaktor direkt proportionale Ausgangssignal von in etwa konstanter Intensität ist; durch diese technische Maßnahme ist die Qualität der mit der vorliegenden Vorrichtung erhaltbaren Ergebnisse maßgeblich verbesserbar.
Gemäß einer erfindungswesentlichen Weiterbildung der vorliegenden Vorrichtung ist diese für den Übergang in einen Ruhezustand ausgelegt . Dies ist beispielsweise im Rahmen des Einsatzes der vorliegenden Vorrichtung bei Mobiltelephonen oder bei Kraftfahrzeugteilen, wie etwa bei Lenkrädern, bei Schaltknäufen oder bei Türschlössern, von Vorteil, denn bei derartigen Anwendungen wird die zum Betreiben der Vorrichtung erforderliche elektrische Spannung zumeist aus Batterien, gegebenenfalls ergänzend auch mit Hilfe von Solarkollektoren bezogen, so daß diesbezügliche Einsparpotentiale durch Vorsehen eines Ruhezustands der Vorrichtung hochwillkommen sind. Hierzu kann zweckmäßigerweise mindestens eine kapazitive, vorzugsweise in die Steuerungsmittel integrierte Schaltung vorgesehen sein, mittels derer die Vorrichtung nach einem vorgegebenen Zeitraum der Nichtnutzung in den Ruhezustand (= sogenannter "Sleep" -Modus) übergeht und mittels derer die Vorrichtung bei Überstreichen des Überf hrbereichs mit dem vorderen Bereich des Eingabemittels wieder "aufgeweckt" wird, das heißt wieder in einen betriebsbereiten Zustand übergeht; sogesehen kann in der vorliegenden Vorrichtung sowohl eine "Sleep" -Funktion als auch eine "Wake Up" -Funktion implementiert sein.
Wie vorstehend bereits angedeutet, erfüllt die mindestens eine Lichtquelle bei der adaptiven Lichtregelung im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine wichtige Funktion. Hierbei ist zu berücksichtigen, daß zum Zwecke einer gleichmäßigen Beleuchtung des vorderen Bereichs des Eingabemittels in den meisten praktischen Anwendungsfällen mehr als eine Lichtquelle vorgesehen ist, beispielsweise zwei Lichtquellen oder insbesondere vier Lichtquellen, die symmetrisch zueinander angeordnet sein können und/oder die seitlich oder ringförmig, hierbei insbesondere im wesentlichen gleichmäßig verteilt, um den Überfahrbereich herum angeordnet sein können.
Gemäß einer besonders erfindungswesentlichen Weiterbildung der vorliegenden Vorrichtung ist die jeweilige Dauer und/oder die jeweilige Intensität der von der jeweiligen Lichtquelle abgestrahlten Lichtpulse in Anpassung an die UmgebungslichtVerhältnisse selektiv regelbar; dies bedeutet mit anderen Worten, daß die jeweilige Dauer und/oder die jeweilige Intensität der von den einzelnen Lichtquellen abgestrahlten Lichtpulse unabhängig voneinander, hierbei insbesondere in Abhängigkeit von vorgegebenen Schwellwerten, steuerbar ist. Mithin können alle Lichtquellen unabhängig voneinander angesteuert werden, wobei die jeweilige Dauer und/oder die jeweilige Intensität vorzugsweise im Auswertemodul für jede Lichtquelle einzeln berechnet wird.
Nicht nur die Ansteuerung der Lichtquellen und die Anzahl der Lichtquellen, sondern auch deren Anordnung spielt bei der vorliegenden Erfindung eine erfindungswesentliche Rolle. Indem die Lichtquelle seitlich neben der Abtasteinheit angeordnet sein kann und das Licht von der Lichtquelle in Richtung auf die von der Abtasteinheit abgewandte, vom vorderen Bereich des Eingabemittels zu überstreichende Seite des Überfahrbereichs abstrahlbar sein kann, wird eine ausreichende, zuverlässige Ergebnisse zeitigende Beleuchtung des vorderen Bereichs des Eingabemittels ermöglicht .
Hierbei erfolgt der Lichteinfall auf den vorderen Bereich des Eingabemittels im wesentlichen von der Seite, wobei zumindest ein Teil des Lichts in das Innere des vorderen Bereichs des Eingabemittels eindringt und dort gestreut wird, wobei die Streuung im wesentlichen in alle Richtungen, so unter anderem auch in Richtung der Abtasteinheit erfolgt; mithin basiert die vorliegende Erfindung gewissermaßen auf der Durchlichttechnik, das heißt die optischen Abbilder des vorderen Bereichs des Eingabemittels werden als Durchlichtbilder verarbeitet. Indem nun beim Vorgang der daktyloskopischen Personenidentifikation die die Hautleisten oder Papillarlinien tragende Oberfläche des vorderen Bereichs des Eingabemittels am Überfahrbereich vorbeigeführt wird, "verschließen" die Hautleisten oder Papillarlinien sukzessive und zeilenweise die Eingänge der Fasern des optional vorgesehenen faseroptischen Bereichs, so daß in diesen durch die Hautleisten oder Papillarlinien verschlossenen Bereichen des faseroptischen Bereichs kein oder nur sehr wenig im Inneren des vorderen Bereichs des Eingabemittels gestreutes, sogenanntes Durchgangslicht in die Abtasteinheit gelangt .
In den Bereichen der Aussparungen zwischen den Hautleisten oder Papillarlinien hingegen gelangt mehr gestreutes Licht in die Fasern des optional vorgesehenen faseroptischen Bereichs und demzufolge durch den faseroptischen Bereich zur vorzugsweise mindestens eine photoempfindliche Fläche und/oder mindestens eine photoempfindliche Schicht aufweisenden Abtasteinheit, so daß ein äußerst sensibles Instrument zur daktyloskopischen Identifikation von Personen, insbesondere anhand der Bereiche der Hautleisten oder Papillarlinien und anhand der Bereiche zwischen den Hautleisten oder Papillarlinien, bereitgestellt ist.
Die aufgenommenen optischen Abbilder des vorderen Bereichs des Eingabemittels gelangen mithin in die Abtasteinheit und werden dann mittels der der Abtasteinheit in bevorzugter Weise zugeordneten Auswerteeinheit, die in vorteilhafter Ausgestaltung Teil der Verarbeitungseinheit ist, analysiert und verarbeitet. Hierbei können die bei der Analyse und bei der Verarbeitung erhaltenen Daten und Informationen zweckmäßigerweise in mindestens einer der Abtasteinheit in bevorzugter Weise zugeordneten Speichereinheit, die in vorteilhafter Ausgestaltung Teil der Verarbeitungseinheit ist, gesammelt und gespeichert werden.
Während also die Auswerteeinheit gemäß einer bevorzugten Ausfuhrungsform die Charakteristika des vorderen Bereichs des Eingabemittels bestimmt, (zwischen) speichert die Speichereinheit die optischen Abbilder gemäß einer bevorzugten Ausfuhrungsform elektronisch. Unabhängig hiervon oder in Verbindung hiermit kann die Auswerteeinheit die Charakteristika des vorderen Bereichs des Eingabemittels analysieren und mit in der Speichereinheit gespeicherten Charakteristika vergleichen, um auf diese Weise eine individuelle daktyloskopische Personenidentifikation zu bewerkstelligen.
Es ist in diesem Zusammenhang von Bedeutung, daß die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung vollständig einsehbar ist, weil diese Person den vorderen Bereich ihres Eingabemittels in psychologisch günstiger Weise lediglich über den Überfahrbereich zu führen und diesen hierbei mit dem vorderen Bereich des Eingabemittels zu überstreichen hat.
Des weiteren ist als optionales erfindungswesentliches Merkmal der Vorrichtung die Auslegung für die Lebenderkennung (sogenannter "life support") zu nennen, das heißt aufgrund der Helligkeitsunterschiede zwischen den Bereichen der Hautleisten oder Papillarlinien und den Bereichen zwischen den Hautleisten oder Papillarlinien ist mit der vorliegenden Erfindung auch eine Beobachtung oder Untersuchung dahingehend möglich, ob das beleuchtete Objekt, etwa der vordere Bereich des Eingabemittels, "lebt", das heißt beispielsweise von Blut durchflössen ist und/oder einen Pulsschlag aufweist . In diesem Zusammenhang kann die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung beispielsweise durch Vergleich der für die zwei unterschiedlichen Wellenlängen erhaltenen Ergebnisse zur Bestimmung der SauerstoffSättigung im Blut des vorderen Bereichs des Fingers ausgelegt sein.
Auch könnte mit der vorliegenden Erfindung beispielsweise eine Person nur dann als authentifiziert oder als authorisiert identifiziert werden, wenn ihre aktuelle Pulsfrequenz um nicht mehr als zehn Prozent von der gespeicherten Pulsfrequenz nach oben oder nach unten abweicht; somit wird die Pulsfrequenz zu einem weiteren Kriterium für die Personenidentifikation .
Diese zusätzlichen, beispielsweise den Pulsschlag betreffenden biometrischen Daten senken die Fehlerwahrscheinlichkeit des Identifikationsvorgangs, weil sie es ermöglichen, den "lebenden" Finger der daktyloskopisch zu identifizierenden Person von einem früher erhaltenen Abdruck dieses Fingers zu unterscheiden. Die existierenden Daten über die Veränderungen der Durchsichtigkeit des vorderen Bereichs des Fingers erlauben es, den Pulsschlag der zu identifizierenden Person vorzugsweise in der Verarbeitungseinheit rechnerisch zu ermitteln und die so erhaltene Durchsichtigkeitskurve analog einem Elektrokardiogramm (EKG) für medizinische Zwecke einzusetzen.
Des weiteren sind mit der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung auch optische Abbilder ermittelbar, deren Schärfegrad so hoch ist, daß sogar die sich im vorderen Bereich des Fingers befindlichen, personenspezifisch unterschiedlich angeordneten Schweißdrüsen klar und deutlich erkennbar sind, so daß im Rahmen des Betriebs der vorliegenden Vorrichtung die Möglichkeit besteht, auch die Schweißdrüsen zur Personenidentifikation heranzuziehen .
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist die Lichtquelle auf der der Abtasteinheit zugewandten Seite des Überfahrbereichs angeordnet. Hierbei handelt es sich um eine hinreichende Voraussetzung dafür, daß das Licht von der Lichtquelle in Richtung auf die von der Abtasteinheit abgewandte, vom vorderen Bereich des Eingabemittels zu überstreichende Seite des Überfahrbereichs abstrahlbar ist, das heißt der vordere Bereich des Eingabemittels wird von seitlich unten angestrahlt.
Des weiteren kann die Lichtquelle zweckmäßigerweise von der Abtasteinheit seitlich beabstandet angeordnet sein. Diese bauliche Trennung von Lichtquelle und Abtasteinheit ist insofern empfehlenswert, als es zur Erzielung eines ordnungsgemäßen Betriebs der Vorrichtung vermieden werden sollte, daß Licht unmittelbar von der Lichtquelle in die Abtasteinheit gelangt; vielmehr soll nur Licht in die vorzugsweise auf Halbleiterbasis, insbesondere auf Siliziumbasis, operierende Abtasteinheit gelangen, das zuvor im Inneren des vorderen Bereichs des Eingabemittels gestreut wurde .
Gemäß einer erfindungswesentlichen Weiterbildung der vorliegenden Vorrichtung ist das Licht von der Lichtquelle auf die von der Abtasteinheit abgewandte, vom vorderen Bereich des Eingabemittels zu überstreichende Seite des Überfahrbereichs seitlich einstrahlbar. Diese Weiterbildung kommt insbesondere dann in Betracht, wenn die Lichtquelle in bevorzugter Form seitlich neben oder bereits knapp auf der von der Abtasteinheit abgewandten, vom vorderen Bereich des Eingabemittels zu überstreichenden Seite des Überfahrbereichs angeordnet ist; auch kann die Lichtquelle bei dieser Weiterbildung gleichsam liegend angeordnet sein und das Licht "flach" auf den vorderen Bereich des Eingabemittels abstrahlen.
Optionalerweise kann die Lichtquelle als Pulslichtquelle ausgebildet sein, die für die Abstrahlung von gepulstem Licht ausgelegt ist, so daß die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung infolge des gepulsten, exakt dosierbaren Lichts beispielsweise durchaus auch batteriebetrieben arbeiten kann. In jedem Falle ist eine signifikante Reduzierung des zum Betrieb der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung erforderlichen Stroms erzielbar, weil das Umgebungslicht Verwendung finden kann und das zusätzlich benötigte Licht mittels der adaptiven Lichtregelung exakt dosierbar ist. Hierbei bewegt sich die Impulsdauer der abgestrahlten Lichtpulse vorteilhafterweise in der Größenordnung von nahezu null Millisekunden bis etwa neunzig Millisekunden. In Korrespondenz hierzu kann die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung mindestens eine
Pulsgebereinheit zum Steuern der Lichtquelle aufweisen, wobei die Pulsgebereinheit zweckmäßigerweise zwischen der Lichtquelle und mindestens einem Steuerungselement für die Abtasteinheit angeordnet ist.
Wenn die vorliegende Vorrichtung in besonders vorteilhafter Weise weitergebildet werden soll, so empfiehlt es sich, der Lichtquelle mindestens eine Erfassungseinheit zum Erfassen der Umgebungslichtverhältnisse und/oder mindestens eine Lichtreflektoreinheit zuzuordnen. Hierbei kann durch die Erfassungseinheit festgestellt werden, welche Bereiche des Überfahrbereichs und/oder welche dem Überfahrbereich benachbarten Bereiche gerade vom vorderen Bereich des Eingabemittels überstrichen werden :
Meldet die Erfassungseinheit einen schwachen oder gar keinen Lichteinfall, so deutet dies darauf hin, daß der der Erfassungseinheit zugeordnete Bereich gerade vom vorderen Bereich des Eingabemittels überstrichen wird; meldet die Erfassungseinheit hingegen einen normalen und ungetrübten Lichteinfall, so deutet dies darauf hin, daß der der Erfassungseinheit zugeordnete Bereich bereits vom vorderen Bereich des Eingabemittels überstrichen worden ist oder noch vom vorderen Bereich des Eingabemittels überstrichen werden wird.
In diesem Zusammenhang erscheint es erfindungswesentlich, daß durch die Abfolge der vorgenannten Meldungen der einzelnen Erfassungseinheiten unter anderem die Geschwindigkeit bestimmbar ist, mit der der vordere Bereich des Eingabemittels über den Überfahrbereich hinwegstreicht, so daß die vorgenannten Meldungen der einzelnen Erfassungseinheiten mit dem Steuern des Aufnehmens der optischen Abbilder durch die Abtasteinheit mittels von der Lichtquelle abgestrahlter Lichtpulse gekoppelt, koordiniert und synchronisiert werden können. Dies funktioniert in besonders vorzüglicher Weise, wenn gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform der vorliegenden Erfindung die Erfassungseinheit und/oder die Lichtreflektoreinheit um die Lichtquelle herum angeordnet ist, wobei durch die jeweilige Lichtreflektoreinheit das von der Lichtquelle emittierte Licht und/oder das Umgebungslicht auf die jeweilige Erfassungseinheit fokussierbar ist.
Um den jeweiligen Betriebszustand der Vorrichtung zu signalisieren, ist gemäß einer bevorzugten Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung mindestens eine Anzeigeeinrichtung zum Anzeigen der verschiedenen Betriebszustände der Vorrichtung vorgesehen. Hierbei kann die Anzeigeeinrichtung zweckmäßigerweise mindestens eine einfarbige oder verschiedenfarbige Leuchtanzeige aufweisen, die die verschiedenen Betriebszustände der Vorrichtung signalisiert (beispielsweise grünes Licht: "Vorrichtung ist bereit"; rotes Licht: "Vorrichtung ist nicht bereit").
Will man die vorliegende Erfindung in diesem
Zusammenhang in besonders eleganter und/oder kompakter Weise ausgestalten, so empfiehlt es sich, die Anzeigeeinrichtung in die Lichtquelle zu integrieren und/oder die Anzeigeeinrichtung und die Lichtquelle einheitlich auszubilden.
Um beispielsweise auch farbenfehlsichtigen Personen die Erfassung des jeweiligen Betriebszustands der Vorrichtung zu ermöglichen, kann die Anzeigeeinrichtung die verschiedenen Betriebszustände der Vorrichtung gemäß einer vorteilhaften alternativen oder ergänzenden Ausgestaltungsform auch durch mindestens ein blinkendes und/oder pulsierendes Lichtsignal signalisieren.
Gemäß einer besonders erfinderischen Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist der Lichtquelle mindestens ein optisches System nachgeordnet. Ein derartiges optisches System übt zum einen eine gewisse Schutzfunktion aus, das heißt durch das optische System wird verhindert, daß die empfindliche und leicht beschädigbare Lichtquelle beim Hinwegführen des vorderen Bereichs des Eingabemittels über den Überfahrbereich berührt werden kann.
In besonders vorteilhafter Weise ist das optische
System jedoch dafür ausgelegt, das von der
Lichtquelle abgestrahlte Licht auf die von der
Abtasteinheit abgewandte, vom vorderen Bereich des
Eingabemittels zu überstreichende Seite des
Überfahrbereichs umzulenken und/oder das von der
Lichtquelle abgestrahlte Licht auf der von der
Abtasteinheit abgewandten, vom vorderen Bereich des
Eingabemittels zu überstreichenden Seite des
Überfahrbereichs gleichmäßig und/oder diffus zu verteilen.
Hierdurch wird eine gleichmäßige Beleuchtung des vorderen Bereichs des Eingabemittels gewährleistet, wodurch informative, vom vorderen Bereich des Eingabemittels stammende optische Abbilder entstehen. Dies ist für ein überzeugendes Funktionieren der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wesentlich.
In bevorzugter Weise ist das optische System als mindestens ein Filter, als mindestens eine Linse, als mindestens ein Prisma, als mindestens ein Lichtleiter, als mindestens ein Lichtleitelement und/oder als mindestens ein Spiegel ausgebildet, wobei der Einsatz der vorgenannten optischen Elemente allein oder in Kombination beispielsweise vom zur Verfügung stehenden Platz oder vom erforderlichen Ausleuchtungsgrad abhängig ist .
Sowohl zum Erfüllen der vorstehend erläuterten Schutzfunktion als auch im Hinblick auf die Lichtverteilung bietet es sich an, für das Material des optischen Systems Kunststoff zu wählen. Kunststoff ist ein preiswerter und robuster Werkstoff, der insbesondere in transparenter Ausführung überzeugende optische Eigenschaften aufweist .
Zum Erfüllen der vorstehend erläuterten Schutzfunktion kann es des weiteren zweckmäßig sein, wenn zumindest die von der Lichtquelle abgewandte Seite des optischen Systems mit mindestens einem für das Licht der Lichtquelle durchlässigen Material, insbesondere mit für infrarotes Licht und/oder für sichtbares Licht durchlässigem Material, beschichtet ist. Hierdurch wird das nicht selten empfindliche optische System vor Beschädigung, beispielsweise vor Verkratzen durch Vandalen, und/oder vor Verschmutzen geschützt, wobei durch die Beschichtung mit lichtdurchlässigem Material auch die Reinigung des optischen Systems erleichtert wird.
Gemäß einer besonders erfinderischen Weiterbildung der vorliegenden Vorrichtung ist auf der von der Abtasteinheit abgewandten, vom vorderen Bereich des Eingabemittels zu überstreichenden Seite des Überfahrbereichs mindestens eine vorteilhafterweise ergonomisch geformte Eingabemittelführung vorgesehen ist. Durch eine derartige Eingabemittelführung, die beispielsweise in Form einer Rinne ausgebildet sein kann, wird einer Benutzerin oder einem Benutzer der Vorrichtung die Handhabung der Vorrichtung nicht nur in psychologischer, sondern auch in praktischer Hinsicht substantiell erleichtert, weil die zu identifizierende Person durch die Anordnung der Eingabemittelführung instinktiv erfaßt, in welcher Stellung der Überfahrbereich auf seiner von der Abtasteinheit abgewandten Seite vom vorderen Bereich des Eingabemittels zu überstreichen ist. In diesem Zusammenhang ist der Überfahrbereich vorzugsweise zentral innerhalb der Eingabemittelführung angeordnet .
Soll die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung in besonders geschickter Weise weitergebildet . werden, so empfiehlt es sich, das optische System als Eingabemittelführung auszubilden. Auf diese Weise werden die Vorzüge der Eingabemittelführung, nämlich unter anderem das Gewährleisten eines optimalen Überstreichvorgangs des vorderen Bereichs des Eingabemittels zum Erfassen der Charakteristika in zweckmäßiger Weise mit den Vorzügen des optischen Systems, nämlich unter anderem der Funktion als Umlenkungskomponente für das erzeugte Licht sowie dem Gewährleisten eines sauberen gleichmäßigen Ausleuchtens des zu beleuchtenden vorderen Bereichs des Eingabemittels, verbunden.
In diesem Zusammenhang bedarf es einer besonderen Erwähnung, daß durch die adaptive Lichtregelung in besonders vorteilhafter Weise geschmeidige und gleichmäßige Übergänge für die verschiedensten Bereiche des zusammensetzbaren Gesamtbildes erzielbar sind. Mithin ist durch das Zusammenwirken der adaptiven Lichtregelung mit der optionalerweise im optischen System implementierten Eingabemittelführung eine gleichmäßige Lichtverteilung auf dem zu beleuchtenden Objekt bei größtmöglichem Kontrast garantiert .
Die im Hinblick auf die Beschichtung des optischen Systems mit lichtdurchlässigem Material vorstehend aufgestellten Maßgaben gelten auch für eine vorteilhafte Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung, bei der zumindest die Abtasteinheit und/oder zumindest die von der Abtasteinheit abgewandte Seite des faseroptischen Bereichs und/oder zumindest die von der Abtasteinheit abgewandte, vom vorderen Bereich des Eingabemittels zu überstreichende Seite des Überfahrbereichs mit mindestens einem für das Licht der Lichtquelle durchlässigen Material, insbesondere mit für infrarotes Licht und/oder für sichtbares Licht durchlässigem Material, beschichtet ist.
Hierbei kann eine derartige Beschichtung insofern von erfindungswesentlicher Bedeutung sein, als eine unbeschädigte, das heißt unter anderem unverkratzte, und saubere Abtasteinheit und/oder ein ebensolcher faseroptischer Bereich und/oder ein ebensolcher Überfahrbereich für eine ordnungsgemäße Funktion der vorliegenden Vorrichtung essentiell ist.
Sowohl im Falle des optischen Systems als auch im vorgenannten Falle handelt es sich bei dem für das Licht der Lichtquelle durchlässigen Material gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform um Lack.
In bezug auf die vorliegende Erfindung kann es von Vorteil sein, wenn die Lichtquelle eine lichtemittierende Diode (LED) ist, wobei der Vorzug derartiger lichtemittierender Dioden insbesondere darin zu sehen ist, daß diese sehr klein sind und demzufolge auch in Vorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommen können, in denen im Zuge der Miniaturisierung wenig Raum zur Verfügung steht. Als weitere Pluspunkte sind das geringe Gewicht, die robuste Ausgestaltung, die niedrige Betriebsspannung und die hohe Lebensdauer lichtemittierender Dioden zu nennen.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung strahlt die Lichtquelle infrarotes Licht ab, wobei das infrarote Licht beispielsweise eine Wellenlänge von etwa 900 Nanometer aufweisen kann. Die Lichtquelle, die in einer zweckmäßigen Ausgestaltungsform auch infrarotes Licht zweier unterschiedlicher Wellenlängen abstrahlen kann, sollte zur Vermeidung einer unverhältnismäßig hohen Aufheizung der Vorrichtung eine Leistung beispielsweise von etwa 0,1 Milliwatt bis etwa fünf Watt, im speziellen eine Leistung von etwa zwei Milliwatt bis etwa 100 Milliwatt, aufweisen.
Um der vorliegenden Vorrichtung eine gewisse Stabilität zu verleihen, ist die Sensoreinheit in zweckmäßiger Weise auf mindestens einer Trägereinheit angeordnet . Diese Trägereinheit wiederum kann auf mindestens einer Leiterplatteneinheit angeordnet sein.
Um einen ordnungsgemäßen Transport des vom vorderen Bereich des Eingabemittels stammenden Lichts, durch den optional vorgesehenen faseroptischen Bereich zur Abtasteinheit zu gewährleisten, sind die Fasern im faseroptischen Bereich gemäß einer erfindungswesentlichen Weiterbildung im wesentlichen senkrecht zur Eintrittsfläche und/oder zur Austrittsfläche des faseroptischen Bereichs orientiert .
Zu denselben Zwecken sind die Fasern im faseroptischen Bereich gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform der vorliegenden Erfindung im wesentlichen parallel zueinander angeordnet. Alternativ hierzu können die Fasern im faseroptischen Bereich gemäß einer erfindungswesentlichen Weiterbildung im wesentlichen zwei Richtungen aufweisen, die unter einem Winkel zueinander angeordnet sind. Hierbei ist eine Ausgestaltungsform bevorzugt, bei der die Fasern im faseroptischen Bereich schichtweise angeordnet sind, wobei die Fasern innerhalb einer Schicht im wesentlichen parallel zueinander und die Fasern zueinander benachbarter Schichten unter dem Winkel zueinander angeordnet sind. Bei der vorgenannten bevorzugten Ausgestaltungsform sind die in der einen Richtung unter dem Winkel zur anderen Richtung angeordneten Fasern des faseroptischen Bereichs zweckmäßigerweise zum Transport von Licht auf die von der Abtasteinheit abgewandte, vom vorderen Bereich des Eingabemittels zu überstreichende Seite des Überfahrbereichs vorgesehen, während die in der anderen Richtung angeordneten Fasern des faseroptischen Bereichs zweckmäßigerweise zum Transport der optischen Abbilder des vorderen Bereich des Eingabemittels zur Abtasteinheit vorgesehen sind.
Einer besonderen Erwähnung bedarf in diesem Zusammenhang, daß durch die vorgenannte bevorzugte Ausgestaltungsform mit zwei Vorzugsrichtungen für die Fasern die Anordnung eines optischen Systems insofern obsolet sein kann, als eine gleichmäßige Ausleuchtung des vorderen Bereichs des Eingabemittels durch die in der einen Richtung unter dem Winkel zur anderen Richtung angeordneten Fasern des faseroptischen Bereichs gewährleistet sein kann.
Gemäß einer besonders erfinderischen Weiterbildung der vorliegenden Vorrichtung ist zumindest ein Teil der Fasern im faseroptischen Bereich zumindest abschnittsweise von (licht) absorbierendem Material in Form einer Beschichtung und/oder in Form einer Hülle umgeben. Hierdurch wird etwaig von außen her durch eine Seitenfläche der Fasern einfallendes Licht und/oder von einer benachbarten Faser her einfallendes Licht absorbiert, so daß über jede Faser nur das an einer bestimmten Stelle in den faseroptischen Bereich eintretende Licht durch den faseroptischen Bereich zur Austrittsfläche desselben weitergeleitet wird. Auf diese Weise wird eine Veränderung des an der Eintrittsfläche des faseroptischen Bereichs erhaltenen Lichtmusters in zuverlässiger Weise vermieden.
Gemäß einer hierzu alternativen oder ergänzenden, ebenfalls besonders erfinderischen Weiterbildung der vorliegenden Vorrichtung ist zumindest ein Teil der Fasern im faseroptischen Bereich zumindest abschnittsweise von (licht) reflektierendem Material in Form einer Beschichtung und/oder in Form einer Hülle umgeben, die das Licht in der jeweiligen Faser in bevorzugter Weise wieder von der Wandung dieser Faser in das Innere dieser Faser zurückreflektiert. Hierdurch wird der Transport der optischen Abbilder durch den faseroptischen Bereich zur Abtasteinheit insofern begünstigt, als jede Faser nur das an einem bestimmten Bereich in den f seroptischen Bereich eintretende Licht durch den faseroptischen Bereich zur Austrittsfläche desselben weiterleitet. Auf diese Weise wird eine Veränderung des an der Eintrittsfläche des faseroptischen Bereichs erhaltenen Lichtmusters in zuverlässiger Weise vermieden.
Unabhängig vom Gesichtspunkt des Weglassens des optischen Systems bietet sich für den faseroptischen Bereich eine Ausdehnung an, die sich bis in den Bereich über der Lichtquelle hinein erstreckt, so daß letztere abgedeckt und vor manuellen Eingriffen geschützt ist.
Da die Abtasteinheit naturgemäß nur von Licht erreicht werden soll, das die Informationen bezüglich der optischen Abbilder trägt, das heißt das vom vorderen Bereich des Eingabemittels gestreut ist, ist es empfehlenswert, innerhalb des faseroptischen Bereichs mindestens eine lichtundurchlässige Sperrschicht vorzusehen, weil mittels dieser lichtundurchlässigen Sperrschicht verhindert wird, daß von der Lichtquelle emittiertes Licht unmittelbar, das heißt ohne Streuung im vorderen Bereich des Eingabemittels zur Abtasteinheit gelangt. Die Sperrschicht kann hierbei beispielsweise in Form verschlossener Fasern realisiert sein.
Denselben Zwecken wie die Sperrschicht innerhalb des faseroptischen Bereichs dient mindestens eine lichtundurchlässige Sperrschicht, die zwischen der Lichtquelle und der Abtasteinheit vorgesehen sein kann. In diesem Zusammenhang kann das Material der für das Licht der Lichtquelle undurchlässigen Sperrschicht beispielsweise Lack sein.
Soll die vorliegende Vorrichtung in erfindungswesentlicher Weise weitergebildet werden, so ist mindestens ein vorzugsweise als Linearfilter ausgebildetes Filter vorgesehen, um störendes und überschüssiges Umgebungslicht zu absorbieren und demzufolge eine Übersättigung der Abtasteinheit mit Sicherheit auszuschließen.
Dies bedeutet mit anderen Worten, daß die adaptive Lichtregelung ihre optimale Wirkung entfaltet, wenn die Abtasteinheit nicht beispielsweise durch das normale Tageslicht gewissermaßen "von selbst" in einen Übersättigungszustand geht, wobei ein derartiger Übersättigungszustand eben gerade durch die Anordnung des Filters in zweckmäßiger Weise verhindert werden kann, denn durch dieses Filter kann die vorliegende Vorrichtung auch bei einer Beleuchtungsstärke des Umgebungslichts von mehr als etwa 3.000 Lux arbeiten, wobei eine realistische obere Grenze bei einer Beleuchtungsstärke des Umgebungslichts von etwa 40.000 Lux liegen dürfte. Hierzu weist das Filter in zweckmäßiger Weise einen Absorptionsgrad von etwa 99 Prozent auf, das heißt das lichtabsorbierende Filter wirkt im Ergebnis wie eine "Dunkelkammer" (im Gegensatz etwa zum in der deutschen Offenlegungsschrift DE 44 04 918 AI offenbarten Filter mit "Fenster", das keinen wirksamen Schutz gegen Übersättigung bieten und auch nicht die Funktion einer "Dunkelkammer" übernehmen kann) .
Die Anordnung des Filters innerhalb der vorliegenden Vorrichtung ist bestimmt durch Aufbau, Dimensionierung und Einsatzzweck der Vorrichtung. Jedoch erscheint es zweckmäßig, das Filter zwischen dem faseroptischen Bereich und der Abtasteinheit 'anzuordnen; und/oder das Filter auf der von der Abtasteinheit abgewandten, vom vorderen Bereich des Eingabemittels zu überstreichenden Seite des Überfahrbereichs anzuordnen; und/oder das Filter auf der der Abtasteinheit zugewandten Seite des Überfahrbereichs anzuordnen; und/oder das Filter innerhalb des faseroptischen Bereichs vorzusehen.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung kann es Teil der adaptiven Lichtregelung (= ALR oder auch ALC = "adaptive light control"), das heißt der "intelligenten Lichtsteuerung" sein, den Absorptionsgrad des Filters über die verschiedenen Bereiche der optischen Abbilder veränderlich auszugestalten.
Hintergrund dieser besonders vorteilhaften Weiterbildung ist die Tatsache, daß die Intensitätsverteilung und demzufolge der Kontrast des im Inneren des vorderen Bereichs des Eingabemittels gestreuten Lichts über die gesamte Breite der optischen Abbilder weder gleichmäßig noch konstant, sondern in den mittleren Bereichen der optischen Abbilder geringer als in den Randbereichen der optischen Abbilder ist, was unter anderem damit zusammenhängt, daß die mindestens eine Lichtquelle seitlich neben der Abtasteinheit angeordnet sein kann und daß das Licht von der Lichtquelle in Richtung auf die von der Abtasteinheit abgewandte, vom vorderen Bereich des Eingabemittels zu überstreichende Seite des Überfahrbereichs abstrahlbar sein kann. Hierdurch gelangt in die zentralen, durch den vorderen Bereich des Eingabemittels abgedeckten Bereiche auf der von der Abtasteinheit abgewandten, vom vorderen Bereich des Eingabemittels zu überstreichenden Seite des Überfahrbereichs weniger Licht als in die seitlichen Bereiche, so daß die Intensität und - direkt proportional hierzu - der Kontrast des gestreuten Lichts in den zentralen Bereichen schwächer als in den Randbereichen ist.
Zum Beheben dieses Mankos kann gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung der Absorptionsgrad des Filters in den Randbereichen der optischen Abbilder größer, und hierbei beispielsweise um etwa den Faktor 2 bis 3 und/oder um etwa sechs Dezibel bis etwa zehn Dezibel größer, als der Absorptionsgrad des Filters in den mittleren Bereichen der optischen Abbilder sein.
Es handelt sich mithin um eine erfindungswesentliche optionale technische Maßnahme, bei der die Dichte des optischen Filters über die verschiedenen Bereiche der optischen Abbilder dahingehend veränderlich ausgestaltet ist, daß die Dichte in den Randbereichen des Filters größer, und hierbei beispielsweise um etwa den Faktor 2 bis 3 und/oder um etwa sechs Dezibel bis etwa zehn Dezibel größer, als die Dichte des Filters in den mittleren Bereichen der optischen Abbilder ist .
Hierdurch kann auf elegante, mittels optischer Modulation bewerkstelligte Weise die Tatsache kompensiert werden, daß die Intensität und der Kontrast des gestreuten Lichts in den zentralen Bereichen schwächer als in den Randbereichen ist, wobei der Absorptionsgrad selektiv über die verschiedenen Bereiche der optischen Abbilder so gewählt werden kann, daß das zum Quotienten aus jeweiliger/m Streulichtintensität/-kontrast und jeweiligem Absorptionsgrad direkt proportionale Ausgangssignal von in etwa konstanter Intensität ist; durch diese technische Maßnahme ist die Qualität der mit der vorliegenden Vorrichtung erhaltbaren Ergebnisse maßgeblich verbesserbar.
In diesem Zusammenhang sollte nicht übersehen werden, daß die vorstehend dargelegte optionale technische Maßnahme der optischen Modulation gegenüber der weiter oben dargelegten optionalen technischen Maßnahme der elektronischen Modulation mittels Verstärkungsfaktor den weiteren Vorteil aufweist, daß eine Verstärkung von Störeinflüssen, wie etwa von elektronischem Rauschen oder dergleichen, insbesondere in den mittleren Bereichen der optischen Abbilder beim optischen Modulieren ausgeschlossen ist; vielmehr können derartige unerwünschte Störeinflüsse durch das optische Modulieren sogar noch reduziert werden.
Um ein unmittelbares, nicht durch Störeinflüsse verfälschtes Erfassen der Lichtsignale durch die Abtasteinheit zu ermöglichen, ist eine Ausfuhrungsform bevorzugt, bei der die Abtasteinheit unmittelbar an den faseroptischen Bereich angrenzt und/oder bei der die Abtasteinheit an der Austrittsfläche des faseroptischen Bereichs angebracht ist .
Um die in der vorliegenden Vorrichtung zur Eingabe von relativen Koordinaten integrierte, vorstehend dargelegte "Sleep" -Funktion wie auch die in der vorliegenden Vorrichtung zur Eingabe von relativen Koordinaten integrierte, vorstehend dargelegte "Wake Up" -Funktion in besonders erfinderischer Weise zu implementieren, können sich zu einem Geflecht oder Gitter zusammensetzende Ausnehmungen, insbesondere in Form von Bahnen und/oder in Form von Linien, in den faseroptischen Bereich vorzugsweise mittels Säure eingeätzt sein, wobei in diese Ausnehmungen mindestens ein Metall, insbesondere Chrom, einfüllbar ist, so daß das Metall, insbesondere Chrom, in die Ausnehmungen portiert.
Der Einsatz von Chrom ist hierbei aufgrund der günstigen Eigenschaften dieses Metalls zu. bevorzugen, denn Chrom ist sowohl chemisch beständig als auch mechanisch beständig, wobei durch die Ausnehmungen nur ein sehr geringer Abrieb bewirkt wird.
Auf diese Weise ist der faseroptische Bereich mit einem Chromgeflecht oder Chromgitter beschichtet, durch das nicht nur der sogenannte "kapazitive Start" der vorliegenden Vorrichtung zur Eingabe von relativen Koordinaten implementierbar ist, sondern auch ein Erdungseffekt sowie eine Ableitung der durch den vorderen Bereich des Fingers transportierten elektrostatischen Aufladung, das heißt ein wirksamer ESD-Schutz (ESD = electrostatic discharge elektrostatische Entladung) mittels einer hierfür ausgelegten Elektronik bewirkbar sind.
Zweckmäßigerweise weisen die Ausnehmungen eine Breite von etwa fünf Mikrometer auf; da nun die Fasern des faseroptischen Bereichs einen Durchmesser von etwa sechs Mikrometer und die Pixel auf der Abtasteinheit eine Dimensionierung von etwa fünfzig Mikrometer auf etwa fünfzig Mikrometer aufweisen können, bedingt das Chromgeflecht oder Chromgitter keine merkliche Verminderung der Qualität der erhaltbaren optischen Abbilder; auch der durch das Chromgeflecht oder Chromgitter bewirkte Verlust an Helligkeit beträgt weniger als fünf Prozent.
In bezug auf die Topologie der dargelegten Beschichtung weist der faseroptische Bereich gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform der vorliegenden Erfindung mindestens eine aktive Zone und mindestens eine passive Zone auf, wobei zweckmäßigerweise zwei aktive Zonen vorgesehen sind, zwischen denen eine passive Zone angeordnet ist. In diesem Zusammenhang dienen die vorzugsweise in etwa rechteckförmig ausgebildeten aktiven Zonen einer Auslösung des vorstehend beschriebenen kapazitiven Starts, der nur dann erfolgt, wenn der vordere Bereich des Fingers in korrekter Weise positioniert ist, das heißt wenn der vordere Bereich des Fingers beide aktiven Zonen gleichzeitig berührt bzw. auf beiden aktiven Zonen gleichzeitig aufliegt.
Im Gegensatz dazu weist die zweckmäßigerweise eine größere Fläche als die aktive Zone einnehmende, vorzugsweise in etwa rechteckförmig ausgebildete passive Zone keine elektrische Funktion auf, sondern dient dazu, die optischen Eigenschaften über den gesamten faseroptischen Bereich gleichmäßig zu erhalten.
Gemäß einer vorteilhaften Ausfuhrungsform beträgt der Abstand zwischen dem Rand der aktiven Zone und dem Rand der passiven Zone in etwa fünfzig Mikrometer, um angesichts eines exemplarischen Durchmessers der Fasern des faseroptischen Bereichs von etwa sechs Mikrometer und einer exemplarischen Dimensionierung der Pixel auf der Abtasteinheit von etwa fünfzig Mikrometer auf etwa fünfzig Mikrometer keine unnötigen Trennlinien in den optischen Abbildern hervorzurufen .
Um eine einfache Positionierung des faseroptischen Bereichs zur Abtasteinheit zu bewerkstelligen, kann die Breite der aktiven Zone und der passiven Zone zumindest gleich groß wie und insbesondere geringfügig größer als die Breite der Abtasteinheit gewählt werden, beispielsweise indem die Breite der aktiven Zone und der passiven Zone in etwa dreizehn Millimeter und die Breite der Abtasteinheit in etwa zwölf Millimeter beträgt.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltungsform der vorliegenden Erfindung ist das Geflecht oder Gitter und hierbei insbesondere die aktive Zone mittels mindestens einer Leiterbahn mit mindestens einem zugeordneten Kontakt vorzugsweise von der Oberseite her "gebonded" und/oder vorzugsweise galvanisch verbunden, der zweckmäßigerweise eine Ausdehnung von etwa einem Millimeter bis etwa zwei Millimeter aufweist. Hierbei sind vorteilhafterweise mehrere, beispielsweise zehn zueinander beabstandet angeordnete Leiterbahnen, insbesondere Chrombahnen vorgesehen, die praktischerweise zumindest partiell miteinander verbunden sind und hierdurch eine hohe Redundanz der Verbindung zu den zugeordneten Kontakten gewährleisten.
Die Abtasteinheit kann in zweckmäßiger Weise mindestens ein auf CMOS-Technik basierendes Bauelement oder mindestens eine auf CMOS-Technik basierende Schaltung aufweisen (CMOS = complementary MOS) .
Gemäß einer besonders erfinderischen Weiterbildung der vorliegenden Erfindung kann das auf CMOS-Technik basierende Bauelement, das heißt der sogenannte "CMOS-Sensor" mittels einer Art Hobeltechnik so dünn gemacht werden, daß die vorliegende Vorrichtung zur Eingabe von relativen Koordinaten beispielsweise auch auf einer Bankkarte, Kreditkarte, Scheckkarte, SmartCard oder dergleichen integrierbar ist . In diesem Zusammenhang ist die Bankkarte, Kreditkarte, Scheckkarte, SmartCard oder dergleichen biegbar, weist genügend Speicherplatz auf und ist auch in hohem Maße ESD-beständig (ESD = electrostatic discharge = elektrostatische Entladung) .
Der Fachmann auf dem Gebiet der Sicherheitstechnik wird in diesem Zusammenhang insbesondere zu schätzen wissen, daß mit dünner werdendem CMOS-Bauelement , das heißt mit dünner werdendem "CMOS-Sensor" für die Beleuchtung grundsätzlich auch Umgebungslicht bzw. eine kleine, beispielsweise im Silizium von unten einsetzbare Leuchtdiode ausreicht.
Als weiterer signifikanter Vorteil der Bauweise in CMOS-Technologie ist nicht nur die extrem niedrige Stromaufnahme von nur etwa 25 bis 30 Mikroampere im Ruhezustand (= sogenannter "Sleep" -Modus) zu nennen, sondern auch die erfindungswesentliche Eigenschaft, daß der "CMOS-Sensor" die gesamte Ansteuerungs- und Beleuchtungselektronik trägt.
Des weiteren ermöglicht der Fertigungsprozeß in CMOS-Technologie eine Steigerung sowohl der Qualität als auch der Leistungswerte in der Digitalisierungstiefe sowie in der Dynamik; aus den bestehenden Informationen werden für jedes Bildareal durch automatische softwareimplementierte Bildkorrektur im "CMOS-Sensor" die optimalen Werte ermittelt, so daß ein homogenes Bild entsteht.
Alternativ oder in Ergänzung zum auf CMOS-Technik basierenden Bauelement oder zur auf CMOS-Technik basierenden Schaltung kann mindestens ein ladungsgekoppeltes Bauelement oder mindestens eine ladungsgekoppelte Schaltung (CCD = Charge coupled device) vorgesehen sein. Hierbei kann es sich insbesondere um mindestens eine Einbereich-CCD handeln, die als lichtsensitive Einheit fungiert und die keinen gesonderten lichtgeschützten Bereich aufweist .
Der Fachmann wird in diesem Zusammenhang als vorteilhaft zu schätzen wissen, daß bei CCD-Abtasteinheiten eine Halbleiterfläche benötigt wird, die lediglich der Hälfte der konventionellerweise benötigten Fläche entspricht, denn bei CCD-Abtasteinheiten kann das erhaltene Bild unmittelbar in der Dunkelphase ausgelesen werden und muß nicht, wie bei konventionellen Abtasteinheiten, in einen lichtunempfindlichen Bereich transportiert werden, der zumeist fünfzig Prozent der Sensorfläche einnimmt und aus dem schließlich ausgelesen wird.
Der Bildaufbau und das Auslesen der Ladungen erfolgen hierbei in der lichtsensitiven • Einheit in integrierter Form, wobei der Vorgang des Bildaufbaus und der Vorgang des Auslesens der Ladungen zwar zeitlich, im Unterschied zu Zweibereich-CCDs nicht jedoch räumlich voneinander getrennt sind. Hierbei zeichnen sich Einbereich-CCDs unter anderem dadurch aus, daß sie im Vergleich zu Zweibereich-CCDs bedeutend einfacher und kostengünstiger herstellbar sind, weil bei Einbereich-CCDs die Anzahl an Bauteilen bei im wesentlichen gleichen Abmessungen der lichtsensitiven Einheit lediglich halb so groß wie bei Zweibereich-CCDs ist.
Zu berücksichtigen ist in diesem Zusammenhang allerdings, daß Einbereich-CCDs bei kontinuierlicher bzw. stetiger Beleuchtung des zu beleuchtenden Objekts nicht einsetzbar sind, weil bei simultanem Ablauf des Bildaufbauvorgangs und des Auslesevorgangs eine unerwünschte Vermischung der entstehenden Bilder erfolgen würde .
Aus diesem Grunde kann/ wie vorstehend bereits ausgeführt, die Lichtquelle als Pulslichtquelle ausgebildet sein, die für die Abstrahlung von gepulstem Licht ausgelegt ist. In Korrespondenz hierzu kann die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung mindestens eine Pulsgebereinheit zum Steuern der Lichtquelle aufweisen, wobei die Pulsgebereinheit zweckmäßigerweise zwischen der Lichtquelle und mindestens einem Steuerungselement für die Abtasteinheit angeordnet ist.
Der Fachmann wird in diesem Zusammenhang als besonders vorteilhaft zu schätzen wissen, daß die Beleuchtung des vorderen Bereichs des Eingabemittels mit Lichtpulsen eine signifikante Reduzierung der Instabilitäten und Ungleichmäßigkeiten in den erhaltenen optischen Abbildern und daraus resultierend auch in den erzeugten elektrischen Signalen nach sich zieht.
Diese Effekte sind eine unmittelbare Folge der zeitlich kurzen Lichtpulse von vorzugsweise etwa einer Millisekunde Dauer, wobei der Einfluß des Blutflusses im zu durchleuchtenden vorderen Bereich des Fingers auf die Qualität der erhaltenen optischen Abbilder zu einer vernachlässigbaren Größe wird.
Des weiteren wird durch die Reduzierung der Bildaufbauzeit auch der Einfluß der Umgebungslichtverhältnisse auf die optische Abbildung des Hautreliefs in entscheidender Weise verringert. Demzufolge ist durch den Einsatz der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung die Möglichkeit geschaffen, anstelle verschwommener optischer Abbilder, die bei Verwendung einer stetigen Beleuchtung und einer mit der Bildvorlaufzeit korrespondierenden Belichtungszeit entstehen, klare und scharfe optische Abbilder zu erhalten, in denen sämtliche Informationen über das Innere und/oder über die Oberfläche des vorderen Bereichs des Eingabemittels zu einem bestimmten Zeitpunkt enthalten sind.
Diese Qualitätsverbesserung der erhaltenen optischen Abbilder erlaubt es, die Fehlerhäufigkeit und -Wahrscheinlichkeit in signifikanter Weise zu reduzieren. Auch ist es nunmehr möglich, durch Bildfolgenbearbeitung den Informationsgehalt der Abbilder infolge Gewinnung zusätzlicher biometrischer Daten, beispielsweise der Besonderheiten des Pulses, der zu identifizierenden Person zu erhöhen und somit die Sicherheit der Personenidentifikation weiter zu verbessern.
Der Einsatz von Pulslichtquellen führt nicht nur zur vorstehend beschriebenen wesentlichen Verbesserung der Bildqualität, sondern erlaubt es auch, mindestens eine Kamera mit Einbereich-CCDs als lichtsensitiven Einheiten einzusetzen. Der Einsatz von Einbereich-CCDs ermöglicht es, qualitativ hochwertige Abbildungen größerer Flächen zu erhalten. Diese Vergrößerung der Flächen führt zusammen mit der Verbesserung der Stabilität der optischen Abbilder zu einer weiteren Verringerung der Fehlerwahrscheinlichkeit . Hierbei ist die Herstellung von Einbereich-CCDs mit einer Diagonale des lichtsensitiven Bereichs von beispielsweise etwa 16 Millimeter bis beispielsweise etwa 24 Millimeter und mit einem f seroptischen Eingang eine technisch eher unkomplizierte Aufgabe, wodurch es möglich ist, relativ einfache und preiswerte Vorrichtungen herzustellen. Des weiteren entstehen in Vorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung mit Einbereich-CCDs geringere Informationsverzerrungen als in Vorrichtungen mit anderen Arten der Ladungsverschiebung.
Der Einsatz von Einbereich-CCDs in mit kontinuierlicher bzw. stetiger Beleuchtung arbeitenden Geräten ist nicht möglich, weil das kontinuierliche bzw. stetige Licht nicht nur während der Bildaufbauphase, sondern auch während der Auslesephase auf die CCDs fällt und mithin eine Vermischung der Ladungen eintreten würde, was die Gewinnung klarer optischer Abbilder des Hautreliefs des vorderen Bereichs des Eingabemittels unmöglich machen würde .
Weitere Ausgestaltungen, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachstehend in den Zeichnungen anhand der Figuren 1 bis 7C beschrieben, durch die in exemplarischer Form drei Ausführungsbeispiele der Vorrichtung zur Eingabe von relativen Koordinaten gemäß der vorliegenden Erfindung einschließlich diverser
Applikationsbeispiele veranschaulicht sind.
Es zeigt : Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Eingabe von relativen Koordinaten gemäß der vorliegenden Erfindung, in Querschnittansicht;
Fig. 2A ein zweites Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Eingabe von relativen Koordinaten gemäß der vorliegenden Erfindung., in Querschnittansicht;
Fig. 2B den in der Vorrichtung aus Fig. 2A integrierten faseroptischen Bereich, in Aufsicht;
Fig. 3A ein drittes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Eingabe von relativen Koordinaten gemäß der vorliegenden Erfindung, in Querschnittansicht;
Fig. 3B einen Ausschnitt aus dem faseroptischen Bereich der Vorrichtung zur Eingabe von relativen Koordinaten aus Fig. 3A;
Fig. 3C den Ausschnitt aus dem faseroptischen
Bereich aus Fig. 3B im teilweisen Aufriß;
Fig. 4A ein Diagramm, in dem der Kontrast des im Inneren des vorderen Bereichs des Eingabemittels gestreuten Lichts schematisch über die Breite der optischen Abbilder aufgetragen ist;
Fig. 4B ein Diagramm, in dem die bei der Vorrichtung aus Fig. 1 gewählte Verstärkung der elektrischen Signale schematisch über die Breite der optischen Abbilder aufgetragen ist;
Fig. 4C ein Diagramm, in dem die bei der Vorrichtung aus Fig. 3 gewählte Absorption schematisch über die Breite der optischen Abbilder aufgetragen ist;
Fig. 5A einen Schalthebel eines Kraftfahrzeugs, in den die Vorrichtung aus Fig. 2A integriert ist, in Querschnittansicht;
Fig. 5B den Schalthebel aus Fig. 5A mit Vorrichtung aus Fig. 2A, in Perspektivansicht;
Fig. 5C ein Kraftfahrzeug mit dem Schalthebel aus Fig. 5A, in Querschnittansicht;
Fig. 5D das Kraftfahrzeug aus Fig. 5C mit Schalthebel aus Fig. 5A, in Aufsicht;
Fig. 5E die Menüdarstellung einer an die Vorrichtung aus Fig. 2A gekoppelten Anzeigeeinrichtung, in Aufsicht; Fig. 6A einen Schalthebel eines Kraftfahrzeugs, in den die sich in Öffnungsstellung befindliche Vorrichtung aus Fig. 2A integriert ist, in Querschnittansicht;
Fig. 6B den Schalthebel aus Fig. 6A mit sich in Öffnungsstellung befindlicher Vorrichtung aus Fig. 2A, in Perspektivansicht;
Fig. 6C den Schalthebel aus Fig. 6A mit sich in Schließstellung befindlicher Vorrichtung aus Fig. 2A, in Querschnittansicht;
Fig. 6D den Schalthebel aus Fig. 6A mit sich in Schließstellung befindlicher Vorrichtung aus Fig. 2A, in Perspektivansicht;
Fig. 7 einen weiteren Schalthebel, in den die Vorrichtung aus Fig. 1 integriert ist, in Perspektivansicht;
Fig. 8 einen Steuerknüppel, in den die Vorrichtung aus Fig. 1 integriert ist, in Perspektivansicht;
Fig. 9A ein Mobiltelephon, in das die Vorrichtung aus Fig. 3 innerhalb des Displays integriert ist, in Perspektivansicht; Fig. 9B ein weiteres Mobiltelephon, in das die Vorrichtung aus Fig. 3 unterhalb des Displays integriert ist, in Perspektivansicht; und
Fig. 9C ein weiteres Mobiltelephon, in das die Vorrichtung aus Fig. 3 im Tastaturabdeckteil integriert ist, in Perspektivansicht.
Gleiche oder ähnliche Bestandteile oder Merkmale der Erfindung sind in den Figuren 1 bis 7C mit identischen Bezugszeichen versehen.
Die in den Figuren 1 bis 3A gezeigten drei Ausführungsbeispiele einer Vorrichtung zur Eingabe von relativen Koordinaten dienen der Aufnahme und Verarbeitung von Charakteristika des vorderen Bereichs eines Eingabemittels und können in beliebigen Bereichen zum Einsatz gebracht werden, in denen eine Eingabe von relativen Koordinaten notwendig ist. Beispielhaft können in diesem Zusammenhang das Gebiet der Computertechnik, der Einlaßsysteme, der Kriminalistik, der Medizin, der Schutzsysteme im allgemeinen sowie der Banken- und Finanzbereich genannt werden.
Hierbei zeichnen sich die in den Figuren 1 bis 3A dargestellten drei Ausführungsbeispiele einer Vorrichtung dadurch aus, daß einerseits eine ausreichende, zuverlässige Ergebnisse zeitigende Beleuchtung des vorderen Bereichs des Eingabemittels möglich ist, andererseits jedoch die Vorrichtung selbst vollständig einsehbar ist. Dies ist realisiert, indem die in den Figuren 1 bis 3A gezeigten drei Ausführungsbeispiele einer Vorrichtung jeweils vier symmetrisch angeordnete Lichtquellen 10 (vgl. Figur 1, die ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung in Querschnittansicht zeigt) zum Beleuchten des vorderen Bereichs eines Eingabemittels (von diesen jeweils vier Lichtquellen 10 sind in den Figuren 1, 2A und 3A aus Gründen der übersichtlichen Darstellung jeweils nur zwei gezeigt) aufweisen.
Die in den Figuren 1 bis 3A gezeigten drei Ausführungsbeispiele der Vorrichtung weisen des weiteren jeweils eine Sensoreinheit 40 (vgl. Figuren 1, 2A und 3A) auf, die auf ihrer dem vorderen Bereich des Eingabemittels zugeordneten Seite jeweils eine Abtasteinheit 402 (vgl. Figuren 1, 2A und 3A) zum Aufnehmen optischer Abbilder des vorderen Bereichs des Eingabemittels aufweist.
Die Sensoreinheit 40 ist auf einer Trägereinheit 50 (vgl. Figuren 1, 2A und 3A) angeordnet, die wiederum auf einer Leiterplatteneinheit 60 (vgl. Figuren 1, 2A und 3A) angeordnet ist.
Entscheidend ist nun, daß die Abtasteinheit 402 in einem vom vorderen Bereich des Eingabemittels zu überstreichenden Überfahrbereich 240 angeordnet ist. Hierdurch nimmt die Abtasteinheit 402 nur sehr wenig Platz ein und kann kompakt im Überfahrbereich 240 untergebracht werden, so daß die Vorrichtung gemäß den Figuren 1 bis 3A in eine Vielzahl von elektrischen oder elektronischen Geräten integriert werden kann, so etwa in Bankautomaten, in Datenverarbeitungsgeräten (insbesondere in Handcomputern, in Handhelds, in Notebooks, in Palmtops, in Taschencomputern oder in tragbaren Computern) , in Handys oder in Mobiltelephonen, in Keyboards oder in Tastaturen, in optischen Touchpads oder in Zahlungssystemen.
Durch den verminderten Materialaufwand und durch die raumsparende Ausgestaltung der Vorrichtung gemäß den Figuren 1 bis 3A ist auch eine erhebliche Kosteneinsparung erzielbar, durch die nicht nur die Vorrichtung selbst, sondern auch das elektrische oder elektronische Gerät, in das die Vorrichtung integriert ist, preisgünstig und damit auch auf internationalen Märkten wettbewerbsfähig ist.
Bei der in den Figuren 1 bis 3A dargestellten Vorrichtung sind die relativen Koordinaten x, y durch die Lage der optischen Abbilder bestimmt.
Als Eingabemittel ist hierbei ein Finger und/oder ein stab- oder stiftförmiger Gegenstand vorgesehen, wobei die in den Figuren 1 bis 3A gezeigten Vorrichtungen im Falle des Fingers als Eingabemittel zusätzlich für die daktyloskopische Personenidentifikation ausgelegt sind. Aus diesem Grunde werden nachfolgend an verschiedenen Stellen ergänzend Ausführungen zur daktyloskopischen Personenidentifikation mittels Fingerabdruck gemacht; diese daktyloskopische Funktion kann bei der vorliegenden Vorrichtung ergänzend zur Eingabe der relativen Koordinaten x, y implementiert sein.
Die Abtasteinheit 402 entspricht nun in Form und in Größe in etwa dem Überfahrbereich 240. Diese technische Maßnahme dient auch einem störungsfreien und unmittelbaren Transport der optischen Abbilder des vorderen Bereichs des Eingabemittels vom Überfahrbereich 240 zur sich darunter befindlichen Abtasteinheit 402.
Mithin nimmt die Abtasteinheit 402 die optischen Abbilder gewissermaßen zeilenweise auf, das heißt die Abtasteinheit 402 fungiert gewissermaßen als Zeilenscanner, wenn der vordere Bereich des Eingabemittels über den Überfahrbereich 240 hinweggeführt oder hinweggezogen wird.
Sogesehen kann die Abtasteinheit 402 eine Vielzahl optischer Abbilder pro Zeiteinheit insbesondere zeilenweise aufnehmen, wobei diese zeilenweise aufgenommenen optischen Abbilder dann in der Sensoreinheit 40 und in einer Verarbeitungseinheit 70 (vgl. Figuren 1, 2A und 3A) zum Bestimmen der Charakteristika des vorderen Bereichs des Eingabemittels zu einem Gesamtabbild zusammengesetzt werden.
Bei den in den Figuren 1 bis 3A gezeigten drei Ausführungsbeispielen der Vorrichtung wird der vordere Bereich des Eingabemittels über den Überfahrbereich 240 und demzufolge über die Abtasteinheit 402 hinweggezogen. Hierbei ist zu berücksichtigen, daß ein derartiges Überstreichen des vorderen Bereichs des Eingabemittels nicht unbedingt mit konstanter Geschwindigkeit und bei mehreren Vorgängen auch nicht unbedingt mit jeweils identischer Geschwindigkeit vonstatten geht. Nicht zuletzt aus diesem Grunde ist das Aufnehmen der optischen Abbilder durch die Abtasteinheit 402 mittels von der Lichtquelle 10 abgestrahlter Lichtpulse gesteuert.
Wie den Figuren 1, 2A und 3A zu entnehmen ist, ist im Überfahrbereich 240 ein faseroptischer Bereich 30 mit einer exemplarischen Dicke von etwa 1,2 Millimeter vorgesehen, der hermetisch in Form einer Fiberglasoberfläche abschließend vor nahezu sämtlichen chemischen, mechanischen oder physikalischen Beanspruchungen schützt und durch den die optischen Abbilder des vorderen Bereichs des Eingabemittels zur Abtasteinheit 402 transportierbar sind.
Hierbei entspricht der faseroptische Bereich 30 in Form und in Größe in etwa dem Überfahrbereich 240. Auch diese technische Maßnahme dient einem störungsfreien und unmittelbaren Transport der optischen Abbilder des vorderen Bereichs des Eingabemittels vom Überfahrbereich 240 zur Abtasteinheit 402.
Indem die Lichtquellen 10 seitlich neben dem faseroptischen Bereich 30 angeordnet sind (vgl. erstes Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1) und das Licht von den Lichtquellen 10 in Richtung auf die von der Abtasteinheit 402 abgewandte, vom vorderen Bereich des Eingabemittels zu überstreichende Seite des Überfahrbereichs 240 abstrahlbar ist, erfolgt der Lichteinfall auf den vorderen Bereich des Eingabemittels im wesentlichen von der Seite. Zumindest ein Teil des Lichts dringt in das Innere des vorderen Bereichs des Eingabemittels ein und wird dort gestreut, so daß die Streuung im wesentlichen in alle Richtungen, so unter anderem auch in Richtung des faseroptischen Bereichs 30 erfolgt; mithin basiert die anhand der Figuren 1 bis 4C veranschaulichte Erfindung gewissermaßen auf der Durchlichttechnik, das heißt die optischen Abbilder des vorderen Bereichs des Eingabemittels werden als Durchlichtbilder verarbeitet.
Indem nun die die Hautleisten oder Papillarlinien tragende Oberfläche des vorderen Bereichs des Eingabemittels am Überfahrbereich 240 vorbeigeführt wird, "verschließen" die Hautleisten oder Papillarlinien sukzessive und zeilenweise die Eingänge der Fasern 310 (vgl. Figuren 3B und 3C) des faseroptischen Bereichs 30, so daß in diesen durch die Hautleisten oder Papillarlinien verschlossenen Bereichen des faseroptischen Bereichs 30 kein oder nur sehr wenig im Inneren des vorderen Bereichs des Eingabemittels gestreutes, sogenanntes Durchgangslicht in die Abtasteinheit 402 gelangt.
In den Bereichen der Aussparungen zwischen den Hautleisten oder Papillarlinien hingegen gelangt mehr gestreutes Licht in die Fasern 310 des faseroptischen Bereichs 30 und demzufolge durch den faseroptischen Bereich 30 zur Abtasteinheit 402, so daß ein äußerst sensibles Instrument zur daktyloskopischen Identifikation von Personen, insbesondere anhand der Bereiche der Hautleisten oder Papillarlinien und anhand der Bereiche zwischen den Hautleisten oder Papillarlinien, bereitgestellt ist.
Die Fasern 310 im faseroptischen Bereich 30 sind von (licht) reflektierendem Material in Form einer Beschichtung umgeben, die das Licht in der jeweiligen Faser 310 wieder von der Wandung dieser Faser 310 in das Innere dieser Faser 310 zurückreflektiert. Hierdurch wird der Transport der optischen Abbilder durch den faseroptischen Bereich 30 zur Abtasteinheit 402 insofern begünstigt, als jede Faser 310 nur das an einem bestimmten Bereich in den faseroptischen Bereich 30 eintretende Licht durch den faseroptischen Bereich 30 zur Austrittsfläche desselben weiterleitet. Auf diese Weise wird eine Veränderung des an der Eintrittsfläche des faseroptischen Bereichs 30 erhaltenen Lichtmusters vermieden.
Die derart aufgenommenen optischen Abbilder des vorderen Bereichs des Eingabemittels gelangen mithin durch die Fasern 310 des faseroptischen Bereichs 30 in die dem faseroptischen Bereich 30 nachgeordnete Abtasteinheit 402, die Teil der Sensoreinheit 40 ist, und .werden dann mittels der der Sensoreinheit 40 nachgeordneten Verarbeitungseinheit 70 analysiert und verarbeitet .
Hierbei ist aufgrund der Helligkeitsunterschiede zwischen den Bereichen der Hautleisten oder Papillarlinien und den Bereichen zwischen den Hautleisten oder Papillarlinien mit der in den Figuren 1 bis 4C gezeigten Erfindung auch eine Beobachtung oder Untersuchung dahingehend möglich, ob das beleuchtete Objekt, etwa der vordere Bereich des Fingers, "lebt", das heißt beispielsweise von Blut durchflössen ist und/oder einen Pulsschlag aufweist (sogenannter "life support") .
So kann mit der in • den Figuren 1 bis 4C veranschaulichten Erfindung eine Person nur dann als authentifiziert oder als authorisiert identifiziert werden, wenn ihre aktuelle Pulsfrequenz um nicht mehr als zehn Prozent von der gespeicherten Pulsfrequenz nach oben oder nach unten abweicht; somit wird die Pulsfrequenz zu einem weiteren Kriterium für die Personenidentifikation .
Diese zusätzlichen, den Pulsschlag betreffenden biometrischen Daten senken die Fehlerwahrscheinlichkeit des Identifikationsvorgangs, weil sie es ermöglichen, den lebenden Finger der daktyloskopisch zu identifizierenden Person von einem früher erhaltenen Abdruck dieses Fingers zu unterscheiden. Die existierenden Daten über die Veränderungen der Durchsichtigkeit des vorderen Bereichs des Fingers erlauben es, den Pulsschlag der daktyloskopisch zu identifizierenden Person rechnerisch zu ermitteln und die so erhaltene Durchsichtigkeitskurve analog einem
Elektrokardiogramm (EKG) für medizinische Zwecke einzusetzen.
Des weiteren sind mit der Vorrichtung gemäß den Figuren 1 bis 3A auch optische Abbilder ermittelbar, deren Schärfegrad so hoch ist, daß sogar die sich im vorderen Bereich des Fingers befindlichen, personenspezifisch unterschiedlich angeordneten Schweißdrüsen klar und deutlich erkennbar sind, so daß im Rahmen des Betriebs der anhand der Figuren 1 bis 3A veranschaulichten Vorrichtung die Möglichkeit besteht, auch die Schweißdrüsen zur Personenidentifikation heranzuziehen .
Die in den Figuren 1 bis 3A exemplarisch dargestellte Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist hierbei vollständig einsehbar, und der Vorgang ist für die zu identifizierende Person nachvollziehbar und transparent, weil diese Person den vorderen Bereich ihres Fingers in psychologisch günstiger Weise lediglich über den Überf hrbereich 240 zu führen und diesen hierbei mit dem vorderen Bereich des Eingabemittels zu überstreichen hat.
Die anhand der in den Figuren 1 bis 3A dargestellten drei Ausführungsbeispiele veranschaulichte Erfindung zeichnet sich des weiteren dadurch aus, daß die Dauer und die Intensität der von den Lichtquellen 10 abgestrahlten Lichtpulse in Abhängigkeit von den Umgebungslichtverhältnissen regelbar ist, das heißt es wird eine adaptive Lichtregelung (= ALR oder auch ALC = "adaptive light control"), mithin eine Art "intelligente LichtSteuerung" bereitgestellt, durch die die Defizite sich ändernder Umgebungslichtverhältnisse, wie etwa wechselnder Raumbeleuchtung oder wechselnder Sonneneinstrahlung, ausgleichbar sind, indem sich die in den Figuren 1 bis 3A gezeigten drei Ausführungsbeispiele der Vorrichtung bzw. der die Vorrichtung steuernde Algorithmus an die jeweiligen Lichtverhältnisse anpassen.
Hierzu ist bei den drei in den Figuren 1 bis 3A veranschaulichten exemplarischen Vorrichtungen jeweils ein Steuerungsmittel 40, 70 zum Regeln der Dauer und der Intensität der von den Lichtquellen abgestrahlten Lichtpulse vorgesehen. Mit diesem Steuerungsmittel 40, 70, das als digitale Signalverarbeitungseinheit (DSP = digital signal processor) mit Mikrocontroller ausgebildet ist, ist ein kontinuierliches oder temporäres Meßverfahren durchführbar, mit dem eine permanent gute Bildqualität ermittelbar ist und mit dem bedarfsweise eine optimale, auf Kontrast und Schärfentiefe abgestimmte Sättigung mittels kurzzeitiger Lichtpulse erzielbar ist, wobei die kurzzeitigen Lichtpulse in ihrer Dauer und in ihrer Intensität exakt auf die tatsächlich benötigte Lichtmenge dosiert sind.
Das Steuerungsmittel 40, 70 weist ein Erfassungsmodul 40 zum Erfassen der Umgebungslichtverhältnisse auf, wobei das Erfassungsmodul 40 bei den drei Ausführungsbeispielen in den Figuren 1 bis 3A einheitlich mit der Sensoreinheit 40 ausgebildet ist.
Dem Erfassungsmodul 40 ist jeweils ein Auswertemodul 70a zum Bestimmen der Dauer und der Intensität der Lichtpulse in Anpassung an die vom Erfassungsmodul 40 erfaßten Umgebungslichtverhältnisse nachgeschaltet, wobei das Auswertemodul 70a einheitlich mit einer Auswerteeinheit 70a ausgebildet ist, die der Sensoreinheit 40 nachgeordnet ist und auf die nachfolgend noch im Detail eingegangen wird.
Dem Erfassungsmodul 40 ist ebenfalls jeweils ein Speichermodul 70b zum Abspeichern von für das Regeln der Dauer und der Intensität der Lichtpulse bestimmten Schwellwerten nachgeschaltet, wobei das Speichermodul 70b einheitlich mit mindestens einer Speichereinheit 70b ausgebildet ist, die der Sensoreinheit 40 nachgeordnet ist und auf die nachfolgend noch im Detail eingegangen wird.
Hat nun das Erfassungsmodul 40 die jeweiligen Umgebungslichtverhältnisse erfaßt, so werden diese im Auswertemodul 70a ausgewertet und analysiert, wobei im Auswertemodul 70a ein Vergleich mit im Speichermodul 70b gespeicherten vorgegebenen Schwellwerten erfolgt.
In Abhängigkeit vom Ergebnis dieses Vergleichs werden die Lichtquellen 10, die mit dem Steuerungsmittel 40, 70 und hierbei insbesondere mit dem Auswertemodul 70a in Verbindung stehen, vom Steuerungsmittel 40, 70 angesprochen, wobei die Dauer und die Intensität der von den Lichtquellen 10 emittierten Lichtpulse an die ermittelten Umgebungslichtverhältnisse angepaßt wird.
Hierdurch können die Lichtpulse sowohl in ihrer Dauer als auch in ihrer Intensität dynamisch und adaptiv gestaltet werden, um für jede Art von Umgebungslicht (beispielsweise starke Sonneneinstrahlung, schwache Sonneneinstrahlung, Dämmerlicht, diffuses Licht, Gaslicht, Mondschein, künstliche Beleuchtung, ...) die benötigte Lichteinstrahlung zur Verfügung zu stellen und mithin kontrastreiche sowie tiefenscharfe Abbilder des vorderen Bereich des Eingabemittels zu erhalten.
Insbesondere sind mit der adaptiven Lichtregelung Beleuchtungsstärken von null Lux bis etwa 40.000 Lux realisierbar, wobei letzterer Beleuchtungsstärkenwert in etwa einer direkten Sonneneinstrahlung entspricht . Die mit dieser adaptiven Lichtregelung erzielbaren Ergebnisse weisen gegenüber konventionellen Beleuchtungssystemen mit Dauerlicht eine Kontrastund Schärfentiefesteigerung um bis zu etwa achtzig Prozent auf, wobei die anhand der Figuren 1 bis 3A exemplarisch veranschaulichte Art der Lichtsteuerung den Vorteil hat, daß sie bei sich ändernden Beleuchtungsverhältnissen die benötigte Lichtmenge in einem zeitlichen Bereich von weniger als einhundert Millisekunden dosieren kann und zur Verfügung stellt, so daß bei allen denkbaren Lichtverhältnissen eine nahezu gleichbleibende Bildqualität erhaltbar ist.
Mithin ist ein wesentlicher Vorteil der anhand der drei Ausführungsbeispiele in den Figuren 1 bis 3A exemplarisch gezeigten Vorrichtung in der "intelligenten Ansteuerung" zu sehen, die sich die eingestrahlte Lichtmenge bedarfsweise gewissermaßen selbst justiert und sie rund um das zu beleuchtende Objekt, das heißt rund um den vorderen Bereich eines Eingabemittels, für jeden Bereich separat errechnet und zur Verfügung stellt, so daß eine Überbelichtung bzw. eine Unterbelichtung bei der Vorrichtung gemäß den Figuren 1 bis 3A mit an Sicherheit grenzender Wahrscheinlichkeit ausgeschlossen ist.
Auch ermöglicht die in den Figuren 1 bis 4C dargestellte Erfindung die gleichmäßige Beleuchtung eines Objekts, etwa des vorderen Bereichs eines Eingabemittels, und zwar unabhängig von der Stärke des Objekts, das im übrigen durchaus auch eine mehr oder weniger starke Lichtleitfähigkeit oder ein mehr oder weniger starkes Reflexionsvermögen aufweisen kann, sowie unabhängig davon, ob dieses Objekt nun frontal, lateral und/oder rückseitig von Störlicht beleuchtet wird.
Demzufolge spielt es auch keine Rolle, unter welchem Winkel und von welcher Stelle aus Licht auf das zu beleuchtende Objekt eingestrahlt wird; lediglich die Dauer und die Intensität des zusätzlich benötigten Lichts ist für jeden Bereich individuell zu regeln. Die Vorzüge der vorliegenden adaptiven Lichtregelung führen letztendlich dazu, daß ein Eingabemittelbild ohne wesentliche Änderung der Belichtungszeiten unter vollumfänglicher Erhaltung des Kontrastes und der Schärfentiefe ermittelbar ist .
Wie bereits vorstehend angedeutet, weist das zur Bewerkstelligung der adaptiven Lichtregelung in den Figuren 1 bis 3A vorgesehene Steuerungsmittel 40, 70 ein Erfassungsmodul 40, ein Auswertemodul 70a und ein Speichermodul 70b auf. Ist nun das Erfassungsmodul 40 einheitlich mit der Sensoreinheit 40 ausgebildet
(vgl. Figuren 1, 2A und 3A) , so kann sich die photoempfindliche Fläche der Abtasteinheit 402 mittels der adaptiven Lichtregelung gewissermaßen selbst - und zwar für jeden ihrer Bereiche - die erforderliche Lichtmenge anfordern, was in vorzüglicher Weise funktioniert, denn das Auswertemodul 70a der Steuerungsmittel 40, 70 ist einheitlich mit der Auswerteeinheit 70a ausgebildet
(vgl . Figuren 1 , 2A und 3A) .
Mithin ist die adaptive Lichtregelung in der Lage, für jeden Bereich der Fläche der Abtasteinheit 402 die angesichts der Umgebungslichtverhältnisse erforderliche Lichtmenge hinsichtlich Dauer und hinsichtlich Intensität im Auswertemodul 70a in bezug auf eine optimale Sättigung zu berechnen und unverzüglich zu liefern.
In bezug auf die Wirkungen der adaptiven Lichtregelung ist bei den in den Figuren 1 bis 3A dargestellten drei Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung von substantieller Bedeutung, daß jeweils ein als Linearfilter ausgebildetes Filter 90 (vgl. Figuren 1, 2A und 3A) vorgesehen ist, um störendes und überschüssiges Umgebungslicht zu absorbieren und demzufolge eine Übersättigung der Abtasteinheit 402 mit Sicherheit auszuschließen.
Dies bedeutet mit anderen Worten, daß die adaptive Lichtregelung ihre optimale Wirkung in den Figuren 1 bis 3A dann entfaltet, wenn die Abtasteinheit 402 nicht beispielsweise durch das normale Tageslicht gewissermaßen "von selbst" in einen Übersattigungszustand geht, wobei ein derartiger Übersättigungszustand eben gerade durch die Anordnung des Filters 90 verhindert wird, denn durch dieses Filter 90 kann die anhand der Figuren 1 bis 3A exemplifizierte Vorrichtung auch bei einer Beleuchtungsstärke des Umgebungslichts von mehr als etwa 3.000 Lux arbeiten, wobei eine realistische obere Grenze bei einer Beleuchtungsstärke des Umgebungslichts von etwa 40.000 Lux liegen dürfte. Hierzu weist das Filter 90 einen Absorptionsgrad von etwa 99 Prozent auf, das heißt das lichtabsorbierende Filter 90 wirkt im Ergebnis wie eine "Dunkelkammer" .
Die Anordnung des Filters 90 innerhalb der jeweiligen Vorrichtung ist bestimmt durch Aufbau, Dimensionierung und Einsatzzweck der Vorrichtung. So ist beim ersten Ausführungsbeispiel (vgl. Figur 1) das Filter 90 zwischen dem faseroptischen Bereich 30 und der Abtasteinheit 402 angeordnet; beim zweiten Ausführungsbeispiel (vgl. Figur 2A) das Filter 90 auf der der Abtasteinheit 402 zugewandten Seite des faseroptischen Bereichs 30 und hierbei innerhalb des faseroptischen Bereichs 30 angeordnet; und beim dritten Ausführungsbeispiel (vgl . Figur 3A) das Filter 90 auf der von der Abtasteinheit 402 abgewandten, vom vorderen Bereich des Eingabemittels zu überstreichende Seite des Überfahrbereichs 240 angeordnet.
Wie vorstehend bereits angedeutet, erfüllen die Lichtquellen 10 (vgl. Figuren 1, 2A und 3A) bei der adaptiven Lichtregelung im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine wichtige Funktion. Hierbei ist zu berücksichtigen, daß zum Zwecke einer gleichmäßigen Beleuchtung des vorderen Bereichs des Eingabemittels bei den anhand der Figuren 1 bis 3A veranschaulichten drei Ausführungsbeispielen mehr als eine Lichtquelle vorgesehen ist (in den drei Ausführungsbeispielen der Figuren 1 bis 3A jeweils vier Lichtquellen), die symmetrisch zueinander angeordnet sind und die ringförmig, hierbei insbesondere im wesentlichen gleichmäßig verteilt, um den faseroptischen Bereich 30 herum angeordnet sind.
Die jeweilige Dauer und die jeweilige Intensität der von der jeweiligen Lichtquelle 10 abgestrahlten Lichtpulse ist bei den drei Ausführungsbeispielen der Figuren 1 bis 3A in Anpassung an die Umgebungslichtverhältnisse selektiv regelbar; dies bedeutet mit anderen Worten, daß die jeweilige Dauer und die jeweilige Intensität der von den einzelnen Lichtquellen 10 abgestrahlten Lichtpulse unabhängig voneinander, hierbei insbesondere in Abhängigkeit von vorgegebenen' Schwellwerten, steuerbar ist. Mithin können alle Lichtquellen 10 unabhängig voneinander angesteuert werden, wobei die jeweilige Dauer und die jeweilige Intensität im Auswertemodul 70a für jede Lichtquelle 10 einzeln berechnet wird.
Vorstehend sind bereits die Auswerteeinheit 70a und die Speichereinheit 70b erwähnt. Diese sind beim ersten Ausführungsbeispiel (vgl. Figur 1) in baulicher Einheit als Steuerungsmittel 70 vorgesehen, das mit den Lichtquellen 10 sowie über die Trägereinheit 50 und über die Leiterplatteneinheit 60 mit der Sensoreinheit 40 in Verbindung steht ; beim zweiten Ausführungsbeispiel (vgl. Figur 2A) in baulicher Trennung als Steuerungsmittel 70 vorgesehen, das über die Leiterplatteneinheit 60 mit den Lichtquellen 10 sowie über die Trägereinheit 50 und über die
Leiterplatteneinheit 60 mit der Sensoreinheit 40 in Verbindung steht; und beim dritten Ausführungsbeispiel (vgl . Figur 3A) in die Leiterplatteneinheit 60 baulich und funktioneil integriert.
Während hierbei die Auswerteeinheit 70a die Charakteristika des vorderen Bereichs des Eingabemittels bestimmt, (zwischen) speichert die Speichereinheit 70b die optischen Abbilder elektronisch. In Verbindung hiermit analysiert die Auswerteeinheit 70a die Charakteristika des vorderen Bereichs des Eingabemittels und vergleicht diese Charakteristika mit in der Speichereinheit 70b gespeicherten Charakteristika. Hierbei können die bei der Analyse und bei der Verarbeitung erhaltenen Daten und Informationen in der der Sensoreinheit 40 nachgeordneten Speichereinheit 70b auch gesammelt und (neu) angespeichert werden.
Mithin sind in der Speichereinheit 70b die Daten und die Informationen von daktyloskopisch zu identifizierenden Personen gespeichert, wobei die bei einem Identifikationsvorgang aus den aktuellen optischen Abbildern des vorderen Bereichs des Eingabemittels in der Auswerteeinheit 70a errechneten Daten und Informationen zu den in der Speichereinheit 70b aufbewahrten Daten und Informationen in Beziehung gesetzt und mit diesen abgeglichen werden können.
Ergibt sich bei diesem Vergleichen eine Übereinstimmung, so gilt die die Vorrichtung benutzende Person als identifiziert, authentifiziert oder auch authorisiert , so daß beispielsweise der Zutritt gestattet wird; bei fehlender Übereinstimmung hingegen gilt die die Vorrichtung benutzende Person als nicht identifiziert, als nicht authentifiziert oder auch als nicht authorisiert, so daß beispielsweise der Zutritt verweigert wird.
Bei den in den Figuren 1 und 2A gezeigten beiden ersten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ist den Lichtquellen 10 jeweils ein als Linse ausgebildetes optisches System 20 aus Kunststoff nachgeordnet. Dieses optische System 20 übt zum einen eine gewisse Schutzfunktion aus, das heißt durch das optische System 20 wird verhindert, daß die empfindlichen und leicht beschädigbaren Lichtquellen 10 beim Auflegen des vorderen Bereichs des Eingabemittels berührt werden können.
Insbesondere ist das optische System 20 jedoch dafür ausgelegt, das von den Lichtquellen 10 abgestrahlte Licht auf die von der Abtasteinheit 402 abgewandte, vom vorderen Bereich des Eingabemittels zu überstreichende Seite des Überfahrbereichs 240 umzulenken und das von den Lichtquellen 10 abgestrahlte Licht auf der von der Abtasteinheit 402 abgewandten, vom vorderen Bereich des Eingabemittels zu überstreichenden Seite des Überfahrbereichs 240 diffus zu verteilen.
Hierdurch wird eine gleichmäßige Beleuchtung des vorderen Bereichs des Eingabemittels gewährleistet, wodurch informative, vom vorderen Bereich des Eingabemittels stammende optische Abbilder entstehen. Dies ist für ein überzeugendes Funktionieren der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wesentlich.
Die in den Figuren 1 und 2A gezeigten beiden ersten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung zeichnen sich in diesem Zusammenhang insbesondere dadurch aus, daß das optische System 20 als ergonomisch geformte Eingabemittelführung ausgebildet ist. Mithin ist auf der von der Abtasteinheit 402 abgewandten, vom vorderen Bereich des Eingabemittels zu überstreichenden Seite des Überfahrbereichs 240 eine ergonomisch geformte Eingabemittelführung vorgesehen, die in Form einer Rinne ausgebildet ist und durch die einer Benutzerin oder einem Benutzer der Vorrichtung die Handhabung der Vorrichtung nicht nur in psychologischer, sondern auch in praktischer Hinsicht substantiell erleichtert wird, weil die zu identifizierende Person durch die Anordnung der Eingabemittelführung instinktiv erfaßt, in welcher Stellung der Überfahrbereich 240 auf seiner von der Abtasteinheit 402 abgewandten Seite vom vorderen Bereich des Eingabemittels zu überstreichen ist. In diesem Zusammenhang ist der Überfahrbereich 240 zentral innerhalb der Eingabemittelführung angeordnet . Demzufolge werden die Vorzüge der Eingabemittelführung, nämlich unter anderem das Gewährleisten eines optimalen Überstreichvorgangs des vorderen Bereichs des Eingabemittels zum Erfassen der Charakteristika mit den Vorzügen des optischen Systems 20, nämlich unter anderem der Funktion als Umlenkungskomponente für das erzeugte Licht sowie dem Gewährleisten eines sauberen gleichmäßigen Ausleuchtens des zu beleuchtenden vorderen Bereichs des Eingabemittels, verbunden.
In diesem Zusammenhang bedarf es einer besonderen Erwähnung, daß durch die adaptive Lichtregelung geschmeidige und gleichmäßige Übergänge für die verschiedensten Bereiche des zusammensetzbaren Gesamtbildes erzielbar sind. Mithin ist durch das Zusammenwirken der adaptiven Lichtregelung mit der im optischen System 20 implementierten Eingabemittelführung (vgl. Figuren 1 und 2A) eine gleichmäßige Lichtverteilung auf dem zu beleuchtenden Objekt bei größtmöglichem Kontrast garantiert.
Beim in Figur 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die von den Lichtquellen 10 abgewandte Seite des optischen Systems 20 mit einem für das Licht der Lichtquellen 10 durchlässigen Material 80, das heißt mit für infrarotes Licht durchlässigem Material 80 beschichtet. Hierdurch wird das nicht selten empfindliche optische System 20 vor Beschädigung, beispielsweise vor Verkratzen durch Vandalen, und/oder vor Verschmutzen geschützt, wobei durch die Beschichtung mit lichtdurchlässigem Material 80 auch die Reinigung des optischen Systems 20 erleichtert wird. In gleicher Weise ist beim in Figur 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die von der Abtasteinheit 402 abgewandte Seite des faseroptischen Bereichs 30 mit dem für das Licht der Lichtquellen 10 durchlässigen Material, das heißt mit für infrarotes Licht durchlässigem Material 80 beschichtet. Hierbei kann eine derartige Beschichtung des faseroptischen Bereichs 30 insofern von wesentlicher Bedeutung sein, als ein unbeschädigter, das heißt unter anderem unverkratzter, und sauberer faseroptischer Bereich 30 für eine ordnungsgemäße Funktion der in Figur 1 dargestellten Vorrichtung essentiell ist.
Sowohl im Falle des optischen Systems 20 als auch im Falle des faseroptischen Bereichs 30 handelt es sich bei dem für das Licht der Lichtquellen 10 durchlässigen Material 80 um Lack.
Im Hinblick auf das in den Figur 1 gezeigte erste Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung bedarf es des weiteren einer besonderen Erwähnung, daß es Teil der adaptiven Lichtregelung (= ALR oder auch ALC "adaptive light control"), das heißt der "intelligenten Lichtsteuerung" ist, die Verstärkung der elektrischen Signale in der Sensoreinheit 40 oder in der Auswerteeinheit 70a über die verschiedenen Bereiche x (vgl. Figuren 4A und 4B) der optischen Abbilder veränderlich auszugestalten.
Hintergrund dessen ist die Tatsache, daß die Intensitätsverteilung und demzufolge der Kontrast des im Inneren des vorderen Bereichs des Eingabemittels gestreuten Lichts über die gesamte Breite x der optischen Abbilder weder gleichmäßig noch konstant, sondern in den mittleren Bereichen der optischen Abbilder geringer als in den Randbereichen der optischen Abbilder ist (vgl. Diagramm in Figur 4A, in dem der Kontrast des im Inneren des vorderen Bereichs des Eingabemittels gestreuten Lichts schematisch über die Breite x der optischen Abbilder aufgetragen ist) ; dies hängt unter anderem damit zusammen, daß die Lichtquellen 10 seitlich neben dem faseroptischen Bereich 30 angeordnet sind und daß das Licht von den Lichtquellen 10 in Richtung auf die von der Abtasteinheit 402 abgewandte, vom vorderen Bereich des Eingabemittels zu überstreichende Seite des Überfahrbereichs 240 abstrahlbar ist.
Hierdurch gelangt in die zentralen, durch den vorderen Bereich des Eingabemittels abgedeckten Bereiche auf der von der Abtasteinheit 402 abgewandten, vom vorderen Bereich des Eingabemittels zu überstreichenden Seite des Überfahrbereichs 240 weniger Licht als in die seitlichen Bereiche, so daß die Intensität und - direkt proportional hierzu - der Kontrast des gestreuten Lichts in den zentralen Bereichen schwächer als in den Randbereichen ist.
Zum Beheben dieses Mankos ist beim anhand der Figur 1 veranschaulichten ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die Verstärkung der elektrischen Signale in den mittleren Bereichen der optischen Abbilder um etwa den Faktor 2 bis 3 größer als die Verstärkung der elektrischen Signale in den Randbereichen der optischen Abbilder (vgl. Diagramm in Figur 4B, in dem die bei der Vorrichtung aus Figur 1 gewählte Verstärkung der elektrischen Signale schematisch über die Breite x der optischen Abbilder aufgetragen ist) . Eine derartige elektronische Modulation mittels variabler Verstärkungsf ktoren wird hierbei in jeder Zeile der optischen Abbilder vorgenommen .
Hierdurch kann auf elektronisch bewerkstelligte Weise die Tatsache kompensiert werden, daß die Intensität und der Kontrast des gestreuten Lichts in den zentralen Bereichen schwächer als in den Randbereichen ist (vgl . Figur 4A) , wobei die Verstärkung selektiv über die verschiedenen Bereiche x der optischen Abbilder so gewählt werden kann, daß das zum Produkt aus jeweiliger/m Streulichtintensität/-kontrast (vgl. Figur 4A) und jeweiligem Verstärkungsfaktor (vgl. Figur 4B) direkt proportionale Ausgangssignal von in etwa konstanter Intensität ist; durch diese technische Maßnahme ist die Qualität der mit dem in Figur 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel erhaltbaren Ergebnisse maßgeblich verbessert.
Im Hinblick auf das in Figur 1 gezeigte erste Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung bedarf es des weiteren einer besonderen Erwähnung, daß jeder Lichtquelle 10 eine Erfassungseinheit 12 (vgl. Figur 1) zum Erfassen der Umgebungslichtverhältnisse und eine Lichtreflektoreinheit 14 (vgl. Figur 1) zugeordnet ist . Hierbei kann durch die Erfassungseinheit 12 festgestellt werden, welche Bereiche des Überfahrbereichs 240 und welche dem Überfahrbereich 240 benachbarten Bereiche gerade vom vorderen Bereich des Eingabemittels überstrichen werden :
Meldet die Erfassungseinheit 12 einen schwachen oder gar keinen Lichteinfall, so deutet dies darauf hin, daß der der Erfassungseinheit 12 zugeordnete Bereich gerade vom vorderen Bereich des Eingabemittels überstrichen wird; meldet die Erfassungseinheit 12 hingegen einen normalen und ungetrübten Lichteinfall, so deutet dies darauf hin, daß der der Erfassungseinheit 12 zugeordnete Bereich bereits vom vorderen Bereich "des Eingabemittels überstrichen worden ist oder noch vom vorderen Bereich des Eingabemittels überstrichen werden wird.
In diesem Zusammenhang ist durch die Abfolge der vorgenannten Meldungen der einzelnen Erfassungseinheiten 12 unter anderem die Geschwindigkeit bestimmbar, mit der der vordere Bereich des Eingabemittels über den Überfahrbereich 240 hinwegstreicht, so daß die vorgenannten Meldungen der einzelnen Erf ssungseinheiten 12 mit dem Steuern des Aufnehmens der optischen Abbilder durch die Abtasteinheit 402 mittels von jeder Lichtquelle 10 abgestrahlter Lichtpulse gekoppelt, koordiniert und synchronisiert werden können. Dies funktioniert besonders gut, weil die Erfassungseinheit 12 und die Lichtreflektoreinheit 14 um die Lichtquelle 10 herum angeordnet ist, wobei durch die jeweilige Lichtreflektoreinheit 14 das von der Lichtquelle 10 emittierte Licht und das Umgebungslicht auf die jeweilige Erfassungseinheit 12 fokussiert wird.
Das in Figur 2A dargestellte zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom in Figur 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel nicht nur dadurch, daß weder auf dem optischen System 20 noch auf dem faseroptischen Bereich 30 ein für das Licht der Lichtquellen 10 durchlässiges Material aufgebracht ist, sondern vor allem dadurch, daß die Lichtquellen 10 auf der der Abtasteinheit 402 zugewandten Seite des faseroptischen Bereichs 30 angeordnet sind, das heißt sich in Figur 2A unterhalb des faseroptischen Bereichs 30 befinden.
Hierbei handelt es sich um eine hinreichende Voraussetzung dafür, daß das Licht von den Lichtquellen 10 in Richtung auf die von der Abtasteinheit 402 abgewandte, vom vorderen Bereich des Eingabemittels zu überstreichende Seite des Überfahrbereichs 240 abgestrahlt wird, das heißt der vordere Bereich des Eingabemittels wird von seitlich unten angestrahlt .
Beim zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist des weiteren vorgesehen, daß die Vorrichtung zur Eingabe von relativen Koordinaten (vgl . Figur 2A) nach einem vorgegebenen Zeitraum der Nichtnutzung in den Ruhezustand (= sogenannter "Sleep" -Modus) übergeht und daß die Vorrichtung zur Eingabe von relativen Koordinaten bei Auflegen bzw. bei Überstreichen mit dem vorderen Bereich des Fingers wieder "aufgeweckt" wird, das heißt wieder in einen betriebsbereiten Zustand übergeht, beispielsweise beim unmittelbaren Simulieren einer (Computer-) Maus mittels der Sensoroberfläche oder beim (unmittelbaren) Simulieren eines Scrollrades mittels der Sensoroberfläche oder beim Abtasten der Bewegung anhand von Merkmalen an der Sensoroberfläche oder auch beim Einsatz der Oberfläche des optischen Sensors zum Authentifizieren oder zum Identifizieren einer Person anhand des Fingerabdrucks. In diesem Zusammenhang ist in der Vorrichtung zur Eingabe von relativen Koordinaten (vgl. Figur 2A) sowohl die "Sleep" -Funktion als auch die "Wake Up" -Funktion dadurch implementiert, daß sich zu einem Geflecht oder Gitter zusammensetzende Ausnehmungen 150 in Form von Bahnen und/oder in Form von Linien in den faseroptischen Bereich 30 mittels Säure eingeätzt sind, wobei in diese Ausnehmungen 150 ein Metall, nämlich Chrom, eingefüllt ist; dies bedeutet mit anderen Worten, daß das Chrom in die Ausnehmungen 150 portiert .
Der Einsatz von Chrom ist hierbei aufgrund der günstigen Eigenschaften dieses Metalls zu bevorzugen, denn Chrom ist sowohl chemisch beständig als auch mechanisch beständig, wobei durch die Ausnehmungen 150 nur ein sehr geringer Abrieb auf dem faseroptischen Bereich 30 bewirkt wird.
Mithin ist der faseroptische Bereich 30 mit einem Chromgeflecht oder Chromgitter beschichtet, durch das nicht nur der sogenannte "kapazitive Start" der Vorrichtung zur Eingabe von relativen Koordinaten implementierbar ist, sondern auch ein Erdungseffekt sowie eine Ableitung der durch den vorderen Bereich des Fingers transportierten elektrostatischen Aufladung, das heißt ein wirksamer ESD-Schutz (ESD = electrostatic discharge = elektrostatische Entladung) mittels einer hierfür ausgelegten Elektronik bewirkbar sind.
Die Ausnehmungen 150 weisen eine Breite von etwa fünf Mikrometer auf; da nun die Fasern 310 des faseroptischen Bereichs 30 einen Durchmesser von etwa sechs Mikrometer und die Pixel auf der Abtasteinheit 402 eine Dimensionierung von etwa fünfzig Mikrometer auf etwa fünfzig Mikrometer aufweisen, bedingt das Chromgeflecht oder Chromgitter keine merkliche Verminderung der Qualität der erhaltbaren optischen Abbilder; auch der durch das Chromgeflecht oder Chromgitter bewirkte Verlust an Helligkeit beträgt weniger als fünf Prozent.
In bezug auf die Topologie der dargelegten Beschichtung weist der faseroptische Bereich 30 zwei aktive Zonen 302, 306 und eine zwischen den aktiven Zonen 302, 306 liegende passive Zone 304 auf, wie der Aufsichtdarstellung der Figur 2B entnehmbar ist.
In diesem Zusammenhang dienen die rechteckförmig ausgebildeten aktiven Zonen 302, 306 einer Auslösung des vorstehend beschriebenen kapazitiven Starts, der nur dann erfolgt, wenn der vordere Bereich des Fingers in korrekter Weise positioniert ist, das heißt wenn der vordere Bereich des Fingers beide aktiven Zonen 302, 306 gleichzeitig berührt bzw. auf beiden aktiven Zonen 302, 306 gleichzeitig aufliegt.
Im Gegensatz dazu weist die eine größere Fläche als die aktiven Zonen 302, 306 einnehmende, ebenfalls rechteckförmig ausgebildete passive Zone 304 keine elektrische Funktion auf, sondern dient dazu, die optischen Eigenschaften über den gesamten faseroptischen Bereich 30 gleichmäßig zu erhalten.
Hierbei beträgt der Abstand zwischen dem Rand der aktiven Zone 302, 306 und dem Rand der passiven Zone 304 in etwa fünfzig Mikrometer, um angesichts eines Durchmessers der Fasern 310 des faseroptischen Bereichs 30 von etwa sechs Mikrometer und einer Dimensionierung der Pixel auf der Abtasteinheit 402 von etwa fünfzig Mikrometer auf etwa fünfzig Mikrometer keine unnötigen Trennlinien in den optischen Abbildern hervorzurufen.
Um eine einfache Positionierung des faseroptischen Bereichs 30 zur Abtasteinheit 402 zu bewerkstelligen, ist die Breite der aktiven Zonen 302, 306 und der passiven Zone 304 geringfügig größer als die Breite der Abtasteinheit 402 gewählt: Die Breite der aktiven Zonen 302, 306 und der passiven Zone 304 beträgt in etwa dreizehn Millimeter, wohingegen die Breite der Abtasteinheit 402 in etwa zwölf Millimeter beträgt.
Wie aus der exemplarischen Darstellung der Figur 2B ersichtlich, sind die aktiven Zonen 302 bzw. 306 mittels jeweils zweier Leiterbahnen 152, 154 bzw. 156, 158 mit jeweils einem zugeordneten Kontakt ("pad") 160 bzw. 161 von der Oberseite her "gebonded" und galvanisch verbunden, wobei die Kontakte 160, 161 jeweils eine Ausdehnung von etwa einem Millimeter bis etwa zwei Millimeter aufweisen. Hierbei sind jeweils zwei zueinander beabstandet angeordnete Leiterbahnen in Form von Chrombahnen 152, 154 bzw. 156, 158 vorgesehen, durch die eine hohe Redundanz der Verbindung zu den zugeordneten Kontakten 160 bzw. 161 gewährleistet ist.
Im Hinblick auf das in Figur 2A gezeigte zweite Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung bedarf es einer besonderen Erwähnung, daß die der Abtasteinheit 402 zugewandte Seite des faseroptischen Bereichs 30 mit einer alphanumerischen Kennung 190 versehen ist. Eine derartige Kennung 190 zeitigt insbesondere im Falle eines Ausfallens oder Versagens der Vorrichtung wesentliche Vorteile, denn in diesem Falle kann anstelle einer - ansonsten üblichen, im Falle eines Ausfallens oder Versagens aber nicht mehr auslesbaren (--> unter anderem Probleme bei einem Garantiefall) - digitalen Personalisierung der Vorrichtung zumindest eine eindeutige Identifikationsnummer oder dergleichen in den Datensatz aufgenommen werden.
Da auch die Vorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel (vgl. Figur 2A) im wesentlichen auf dem Prinzip des optischen Sensors basiert, kann die Kennung 190 optisch gelesen und in den zu übergebenden Datensatz eingebaut werden kann. Mithin ist durch das Vorsehen der Kennung 190 ein weiteres Sicherheitsmerkmal bereitgestellt, wobei im Falle einer erforderlich werdenden Garantieleistung das Auslesen der Kennung 190 durch den faseroptischen Bereich 30 hindurch auch mittels eines Mikroskops oder dergleichen vorgenommen werden kann.
Die - beispielsweise beim Einsetzen der Lichtquellen 10 aufgebrachte - Kennung 190 ist der Vorrichtung gemäß Figur 2A, insbesondere dem zur Vorrichtung gemäß Figur 2A gehörigen Anwender oder Kunden (--> Spezialkennung) , zugeordnet und ist von der von der Abtasteinheit 402 abgewandten Seite des faseroptischen Bereichs 30 aus nicht mehr erreichbar, das heißt nicht veränderbar oder anderweitig manipulierbar.
Beim zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die Vorrichtung zur Eingabe von relativen Koordinaten ferner teilweise ergänzend als Kameramodul 100 ausgebildet (vgl. Figur 2A) , wobei die Optik des Kameramoduls 100 einen Durchmesser von etwa 2,5 Millimeter aufweist und in den faseroptischen Bereich 30 integriert ist (vgl. Figur 2A) .
Da die Optik des Kameramoduls 100 für die Gesichtserkennung ausgelegt ist, kann bei Einspeicherung bestimmter gesichtsspezifischer Merkmale einer Person in der Speichereinheit 70b oder in der Verarbeitungseinheit 70 ein Erkennen einer Person bewerkstelligt werden, denn die in der Speichereinheit 70b oder in der Verarbeitungseinheit 70 gespeicherten gesichtsspezifischen Merkmale der Person können mit den durch das Kameramodul 100 aufgenommenen tatsächlichen gesichtsspezifischen Merkmalen der Person verglichen werden.
In Ergänzung hierzu kann auch ein Bild, etwa in Form einer Photographie, aufgenommen werden, was unter anderem bei Glaubhaftmachungs- oder Beweisfragen vor Gericht ausgesprochen dienlich ist. Nicht zuletzt aus diesen Gründen ist die Optik des Kameramoduls 100 in Richtung des freien Endes der Vorrichtung zur Eingabe von relativen Koordinaten angeordnet (vgl . Figur 2A) .
Im Hinblick auf das in Figur 2A gezeigte zweite Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung bedarf es des weiteren einer besonderen Erwähnung, daß es Teil der adaptiven Lichtregelung (= ALR oder auch ALC "adaptive light control"), das heißt der "intelligenten Lichtsteuerung" ist, den Absorptionsgrad des Filters 90 über die verschiedenen Bereiche x (vgl. Figuren 4A und 4C) der optischen Abbilder veränderlich auszugestalten. Hintergrund dessen ist die Tatsache, daß die Intensitätsverteilung und demzufolge der Kontrast des im Inneren des vorderen Bereichs des Eingabemittels gestreuten Lichts über die gesamte Breite x der optischen Abbilder weder gleichmäßig noch konstant, sondern in den mittleren Bereichen der optischen Abbilder geringer als in den Randbereichen der optischen Abbilder ist (vgl. Diagramm in Figur 4A, in dem der Kontrast des im Inneren des vorderen Bereichs des Eingabemittels gestreuten Lichts schematisch über die Breite x der optischen Abbilder aufgetragen ist) ; dies hängt unter anderem damit zusammen, daß die Lichtquellen 10 seitlich neben dem faseroptischen Bereich 30 angeordnet sind und daß das Licht von den Lichtquellen 10 in Richtung auf die von der Abtasteinheit 402 abgewandte, vom vorderen Bereich des Eingabemittels zu überstreichende Seite des Überfahrbereichs 240 abstrahlbar ist.
Hierdurch gelangt in die zentralen, durch den vorderen Bereich des Eingabemittels abgedeckten Bereiche auf der von der Abtasteinheit 402 abgewandten, vom vorderen Bereich des Eingabemittels zu überstreichenden Seite des Überf hrbereichs 240 weniger Licht als in die seitlichen Bereiche, so daß die Intensität und - direkt proportional hierzu - der Kontrast des gestreuten Lichts in den zentralen Bereichen schwächer als in den Randbereichen ist.
Zum Beheben dieses Mankos ist beim anhand Figur 2A veranschaulichten zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die Dichte des optischen Filters 90 und demzufolge der Absorptionsgrad in den Randbereichen der optischen Abbilder um etwa den Faktor 2 bis 3 bzw. um etwa sechs Dezibel bis etwa zehn Dezibel größer als der Absorptionsgrad des Filters 90 in den mittleren Bereichen der optischen Abbilder (vgl. Diagramm in Figur 4C, in dem die bei der Vorrichtung aus Figur 2A gewählte Absorption des Filters 90 schematisch über die Breite x der optischen Abbilder aufgetragen ist) .
Hierdurch kann auf mittels optischer Modulation bewerkstelligte Weise die Tatsache kompensiert werden, daß die Intensität und der Kontrast des gestreuten Lichts in den zentralen Bereichen schwächer als in den Randbereichen ist (vgl . Figur 4A) , wobei der Absorptionsgrad selektiv über die verschiedenen Bereiche x der optischen Abbilder so gewählt werden kann, daß das zum Quotienten aus jeweiliger/m Streulichtintensität/-kontrast (vgl. Figur 4A) und jeweiligem Absorptionsgrad (vgl. Figur 4C) direkt proportionale Ausgangssignal von in etwa konstanter Intensität ist; durch diese technische Maßnahme ist die Qualität der mit dem in Figur 2A dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel erhaltbaren Ergebnisse maßgeblich verbessert.
Des weiteren sind die Lichtquellen 10 in den in den Figuren 1 bis 3A gezeigten drei Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung von der Abtasteinheit 402 seitlich beabstandet angeordnet. Diese bauliche Trennung von Lichtquellen 10 und Abtasteinheit 402 ist insofern von Vorteil, als es zur Erzielung eines ordnungsgemäßen Betriebs der Vorrichtung zu vermeiden ist, daß Licht unmittelbar von der Lichtquelle 10 in die Abtasteinheit 402 gelangt; vielmehr soll nur Licht in die Abtasteinheit 402 gelangen, das zuvor im Inneren des vorderen Bereichs des Eingabemittels gestreut wurde und demzufolge Informationen hinsichtlich der Hautleisten oder Papillarlinien trägt .
Die in den Figuren 1 und 2A dargestellten ersten beiden Ausführungsbeispiele unterscheiden sich vom in Figur 3A dargestellten dritten Ausführungsbeispiel im wesentlichen dadurch, daß die Fasern 310 im faseroptischen Bereich 30 im wesentlichen parallel zueinander angeordnet, um einen ordnungsgemäßen Transport des vom vorderen Bereich des Eingabemittels stammenden, optische Abbilder tragenden Lichts durch den faseroptischen Bereich 30 zur Abtasteinheit 402 zu gewährleisten.
Alternativ hierzu weisen die Fasern 310, 320 im faseroptischen Bereich 30 des dritten Ausführungsbeispiels (vgl . Figuren 3A, 3B und 3C) im wesentlichen zwei Richtungen auf, die unter einem Winkel von etwa 45 Grad zueinander angeordnet sind. Hierbei sind die Fasern 310, 320 im faseroptischen Bereich 30 schichtweise angeordnet, das heißt die Fasern 310, 320 innerhalb einer Schicht sind im wesentlichen parallel "zueinander und die Fasern 310, 320 zueinander benachbarter Schichten sind unter dem Winkel von etwa 45 Grad zueinander angeordnet.
Hierbei sind beim dritten Ausführungsbeispiel (vgl . Figuren 3A, 3B und 3C) die in der einen Richtung unter dem Winkel von etwa 45 Grad zur anderen Richtung angeordneten Fasern 320 des faseroptischen Bereichs 30 zum Transport des Lichts der Lichtquelle 10 auf die von der Abtasteinheit 402 abgewandte Seite des faseroptischen Bereichs 30 vorgesehen, während die in der anderen Richtung angeordneten Fasern 310 des faseroptischen Bereichs 30 zum Transport der optischen Abbilder zur Abtasteinheit 40 vorgesehen sind.
Einer besonderen Erwähnung bedarf es in diesem Zusammenhang, daß durch die in den Figuren 3A, 3B und 3C veranschaulichte Ausgestaltungsform mit zwei Vorzugsrichtungen für die Fasern 310, 320 die Anordnung eines optischen Systems 20 gemäß den Figuren 1 und 2A insofern obsolet ist, als eine gleichmäßige Ausleuchtung des vorderen Bereichs des Eingabemittels durch die in der einen Richtung unter dem Winkel von etwa 45 Grad zur anderen Richtung angeordneten Fasern 320 des faseroptischen Bereichs 30 gewährleistet ist.
Unabhängig vom Gesichtspunkt des Weglassens des optischen Systems 20 bietet sich hierbei für den faseroptischen Bereich 30 eine Ausdehnung an, die sich bis in den Bereich über der Lichtquelle 10 hinein erstreckt, so daß letztere abgedeckt und vor manuellen Eingriffen geschützt ist (vgl. Figuren 2A und 3A) .
Da die Abtasteinheit 402 naturgemäß nur von Licht erreicht werden soll, das die Informationen bezüglich der optischen Abbilder trägt, das heißt das vom vorderen Bereich des Eingabemittels gestreut ist, sind beim in Figur 2A dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung innerhalb des faseroptischen Bereichs 30 zwei Sperrschichten 130 vorgesehen, die für das Licht der Lichtquellen 10 undurchlässig sind. Mittels dieser Sperrschichten 130 wird verhindert, daß von den Lichtquellen 10 emittiertes Licht unmittelbar, das heißt ohne Streuung im vorderen Bereich des Eingabemittels zur Abtasteinheit 402 gelangt.
Denselben Zwecken wie die Sperrschichten 130 innerhalb des faseroptischen Bereichs 30 (vgl. Figur 2A) dienen zwei Sperrschichten 140, die bei den in den Figuren 1 bis 3A gezeigten drei Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung jeweils zwischen der Lichtquelle 10 und der Abtasteinheit 402 vorgesehen sind und die ebenfalls für das Licht der Lichtquellen 10 undurchlässig sind.
Auch sollte nicht unerwähnt bleiben, daß auch beim in den Figur 3A dargestellten dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung (vergleichbar dem in den Figur 1 dargestellten ersten ιAusführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung) die von den Lichtquellen 10 abgewandte Seite des faseroptischen Bereichs 30 mit einem für das Licht der Lichtquellen 10 durchlässigen Material 80, das heißt mit für infrarotes Licht durchlässigem Material 80, etwa mit handelsüblichem Klarlack, beschichtet ist. Hierdurch wird der nicht selten empfindliche faseroptische Bereich 30 vor Beschädigung, beispielsweise vor Verkratzen durch Vandalen, und/oder vor Verschmutzen geschützt, wobei durch die Beschichtung mit lichtdurchlässigem Material 80 auch die Reinigung des faseroptischen Bereichs 30 erleichtert wird.
Des weiteren weist das in Figur 3A gezeigte dritte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine Anzeigeeinrichtung 65 zum Anzeigen der verschiedenen Betriebszustände der Vorrichtung auf. Um den jeweiligen Betriebszustand der Vorrichtung zu signalisieren, ist die Anzeigeeinrichtung 65 mit einer Leuchtanzeige versehen, die auch farbenfehlsichtigen Personen die Erfassung des jeweiligen Betriebszustands der Vorrichtung mittels eines entsprechend blinkenden Lichtsignals ermöglicht .
Ferner ist die Vorrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Figur 3A auch für den Übergang in einen Ruhezustand (= sogenannter "Sleep" -Modus) ausgelegt, was Einsparpotentiale im Hinblick auf den Stromverbrauch der Vorrichtung schafft. Hierzu ist eine kapazitive, in die Steuerungsmittel 40, 70 integrierte Schaltung 75 vorgesehen, mittels derer die Vorrichtung gemäß Figur 3A nach einem vorgegebenen Zeitraum der Nichtnutzung in den "Sleep" -Modus übergeht und mittels derer die Vorrichtung gemäß Figur 3A bei Überstreichen des Überfahrbereichs 240 mit dem vorderen Bereich des Eingabemittels wieder "aufgeweckt" wird, das heißt wieder in einen betriebsbereiten Zustand übergeht; sogesehen ist in der Vorrichtung sowohl eine "Sleep" -Funktion als auch eine "Wake Up" -Funktion implementiert .
Nachstehend wird nun beschrieben, wie die Vorrichtung zur Eingabe von relativen Koordinaten exemplarisch im Kraftfahrzeugbereich zum Einsatz gelangen kann. So ist es gemäß den Figuren 5A und 5B möglich, das zweite, anhand Figur 2A veranschaulichte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Vorrichtung in einem Schalthebel 200 (vgl. Figuren 5A und 5B) eines Kraftfahrzeugs 300 (vgl. Figuren 5C und 5D) zu integrieren, wodurch im Schalthebel 200 gewissermaßen eine Touchpad-Funktionalität implementiert ist, das heißt der sogenannte Touchpadsensor im Schalthebel 200 dient als Steuerelement für bestimmte Schalterfunktionen des Kraftfahrzeugs 300, die konventionellerweise durch herkömmliche Druck- oder Wippschalter bewerkstelligt werden.
So ermöglicht es die sich im Schalthebel 200 befindliche Vorrichtung zur Eingabe von relativen Koordinaten, die gesamte Steuerung sowohl der Bedienfunktionen (Einschalten der Beleuchtung, Einstellen der Fahrdynamik, Wechseln der Gänge (insbesondere bei halb- bzw. vollautomatischen Getrieben) , Betätigen des Scheibenwischers mit Intervallschaltung, Verstellen der Spiegel, ...) als auch der Komfortfunktionen (Bedienen des Autotelephons, Einstellen der Heizung, der Klimaanlage, des Radios, der Sitze, ...) mittels des sogenannten Touchpadsensors gemäß der vorliegenden Erfindung vorzunehmen.
Hierzu wird ergänzend auch eine Einrichtung zum Umsetzen der Steuer- und Drucksignale bereitgestellt, das für elektrische Spannungen von etwa 12 Volt und/oder von etwa 24 Volt und/oder von etwa 42 Volt ausgelegt ist. Die Menüdarstellung kann mittels mindestens einer an den Touchpadsensor gekoppelten Anzeigeeinrichtung, etwa mittels eines Monitors (vgl. Figur 5E) auf dem Armaturenbrett, mittels eines GPS-Monitors (GPS = Global Positioning System = satellitengestütztes System zum weltweiten Orten und Bestimmen von Standorten) , mittels eines totalen, das gesamte Armaturenbrett ersetzenden LCD-Felds oder einer LCD-Screen (LCD = Liquid Crystal Display = Flüssigkristallanzeige) oder auch mittels eines hierfür extra integrierten Monitors erfolgen. Ein entscheidender Vorteil des Implementierens der vorliegenden Vorrichtung zur Eingabe relativer Koordinaten (= des sogenannten Touchpadsensors) in den Schalthebel 200 ist darin zu sehen, daß sämtliche Funktionen zentral gesteuert werden kann, das heißt daß die menschliche Hand während des Autofahrens nicht diverse unterschiedlich positionierte und räumlich auseinanderliegende Schalter erreichen muß; im Ergebnis wird mithin durch das Einsatzbeispiel der Figuren 5A bis 5E die Fahrsicherheit deutlich erhöht.
Ein weiterer wichtiger Vorzug des Implementierens der vorliegenden Vorrichtung zur Eingabe relativer Koordinaten (= des sogenannten Touchpadsensors) in den Schalthebel 200 besteht darin, daß sowohl kostspielige Kabelverlegungen als auch mechanische Schalter entbehrlich sind.
In diesem Zusammenhang ist es bei Integration des zweiten, anhand Figur 2A veranschaulichten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Vorrichtung gemäß einem erfindungswesentlichen Merkmal möglich, den Innenraum des Kraftfahrzeugs sowie das Fahrverhalten mittels des in die vorliegende Vorrichtung integrierten (Video-) Kameramoduls 100 (vgl. Figur 2A) zu überwachen, wie dies durch die Figuren 5C und 5D angedeutet ist; so kann durch das Kameramodul 100 beispielsweise der Führer des Kraftfahrzeugs beobachtet werden, um bei eventuellen Müdigkeitserscheinungen das Gesamtsystem dazu zu veranlassen, mindestens eine Warnmeldung auszugeben.
In einer weiteren, anhand der Figuren 6A bis 6D exemplifizierten Variante dient das (Video-) Kameramodul 100 zur Innenraumüberwachung des Kraftfahrzeugs 300 in Verbindung mit einer Alarmanlage. Hierzu kann der als optisch empfindlicher Chip ausgebildete sogenannte Touchpadsensor auch vollständig als Videokamera eingesetzt werden, indem über dem Touchpadsensor mindestens eine Linse 400 angeordnet wird.
In diesem Zusammenhang bietet sich eine Realisierung in Form mindestens eines zusätzlichen externen Zubehörteils, etwa mindestens eines (Linsen-) Schiebers 500 zum Aufklipsen an, der nach Benutzung des Touchpadsensors (vgl. Figuren 6A und 6B) über diesen geschoben wird (vgl . Figuren 6C und 6D) und nicht nur als Abdeckung, sondern insbesondere auch als Linse 400 dient; mithin ist die gesamte Sensorfläche in Form einer Videokamera zum Aufnehmen sowie zum Überwachen des Innenraums des Kraftfahrzeugs 300 verfügbar, und zwar mit einer exzellent hohen Auflösung.
Hierbei soll ι das durch eine spezielle Steuerung vermittelte Überwachen aus datenschutzrechtlichen Gründen auf den Innenraum des Kraftfahrzeugs beschränkt bleiben; da der Schieber 500 mit Linse 400 an die elektronische Zentralverriegelung des Kraftfahrzeugs 300 gekoppelt ist, wird der Schieber 500 mit Linse 400 elektrisch von der Öffnungsstellung (vgl. Figuren 6A und 6B) in die Schließstellung (vgl. Figuren 6C und 6D) bewegt, sobald das Kraftfahrzeug 300 abgeschlossen wird, und die Überwachung beginnt.
Ergänzend sei an dieser Stelle angemerkt, daß die Vorrichtung zur Eingabe von relativen Koordinaten gemäß der vorliegenden Erfindung in ihrer Funktion als optisches Touchpad bei Einbau an anderer Stelle im Kraftfahrzeug 300 auch andere Funktionen ausführen kann :
So kann die vorliegende Vorrichtung bei Einbau etwa in der Armlehne oder in der Türinnenverkleidung dem Beifahrer als Steuerelement - ähnlich einem sogenannten Joystick - für Multimediaapplikationen (--> Mausfunktion für Internetanwendungen, Videospiele oder dergleichen) dienen, wobei diese Multimediaapplikationen aus Sicherheitsgründen durch den Führer des Kraftfahrzeugs nicht eingesehen werden können .
Auch kann der optische Touchpadsensor mit dem Kameramodul 100 außen am Kraftfahrzeug 300, etwa im Bereich des Kofferraums, angeordnet sein, um mittels des Kameramoduls 100 zweckmäßigerweise sowohl das Einparken als auch das Rückwärtsfahren zu erleichtern. In diesem Zusammenhang kann der optische Touchpadsensor mit dem Kameramodul 100 die 180 Grad-Bilder auch über das Display oder den Monitor eines Navigationssystems liefern, so daß der Führer des Kraftfahrzeugs 300 die schwierigen Rangiermanöver relativ entspannt durchführen kann.
Alternativ zu einem Einsatz im Bereich der Fortbewegungsmittel (vgl. hierzu auch Figur 7, die die exemplarische Anordnung der Vorrichtung zur Eingabe von relativen Koordinaten x, y gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel aus Figur 1 in einem Schalthebel 200' zeigt, sowie Figur 8, die die exemplarische Anordnung der Vorrichtung zur Eingabe von relativen Koordinaten x, y gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel aus Figur 1 in einem Steuerknüppel 600 zeigt; die relativen Koordinaten x, y sind hierbei jeweils durch die Pfeile dargestellt) kann die Vorrichtung zur Eingabe von relativen Koordinaten und hierbei insbesondere das dritte, anhand Figur 3 veranschaulichte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Vorrichtung beispielsweise auch bei Mobilteiephonen 700 zum Einsatz gelangen. So kann der in den Figuren 9A bis 9C jeweils durch einen Pfeil markierte sogenannte optische Touchpadsensor in Form der Vorrichtung aus Fig. 3 exemplarisch innerhalb des Displays 800 des Mobiltelephons 700 integriert sein (vgl . Figur 9A) oder unterhalb des Displays 800 des Mobiltelephons 700 integriert sein (vgl. Figur 9B) oder im Tastaturabdeckteil 900 des Mobiltelephons 700 integriert sein (vgl . Figur 9C) .

Claims

A N S P R U C H E
1. Vorrichtung zur Eingabe von relativen
Koordinaten (x, y) mit mindestens einer Lichtquelle (10) zum Beleuchten und/oder zum Durchleuchten des vorderen Bereichs eines Eingabemittels, mit mindestens einer Sensoreinheit (40), die auf ihrer dem vorderen Bereich des Eingabemittels zugeordneten Seite mindestens eine Abtasteinheit (402) zum Aufnehmen optischer Abbilder des vorderen Bereichs des Eingabemittels aufweist, wobei die Abtasteinheit (402) in mindestens einem vom vorderen Bereich des Eingabemittels zu überstreichenden Überfahrbereich (240) angeordnet ist, und mit mindestens einer Verarbeitungseinheit (70) zum Bestimmen der relativen Lage des vorderen Bereichs des Eingabemittels.
2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die relativen Koordinaten (x, y) durch die Lage der optischen Abbilder bestimmt sind.
3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, daß als Eingabemittel mindestens ein Finger und/oder mindestens ein stab- oder stiftförmiger Gegenstand vorgesehen ist.
4. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung für das Einlesen und/oder für das Vergleichen mindestens einer Unterschrift bzw. mindestens einer Signatur ausgelegt ist.
5. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Überfahrbereich (240) optisch durchlässig ausgebildet ist .
6. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinheit (402) in Form und in Größe in etwa dem Überfahrbereich (240) entspricht.
7. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zusätzlich für die daktyloskopische Personenidentifikation ausgelegt ist.
8. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinheit (402) die optischen Abbilder zeilenweise aufnimmt .
9. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinheit (402) eine Vielzahl optischer Abbilder pro Zeiteinheit aufnimmt.
10. Vorrichtung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinheit (402) etwa 250 optische Abbilder pro Sekunde aufnimmt.
11. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufnehmen der optischen Abbilder durch die Abtasteinheit (402) mittels von der Lichtquelle (10) abgestrahlter Lichtpulse gesteuert ist.
12. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß im Überfahrbereich (240) mindestens ein faseroptischer Bereich (30) vorgesehen ist, durch den die optischen Abbilder des vorderen Bereichs des Eingabemittels zur Abtasteinheit (402) transportierbar sind.
13. Vorrichtung gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der faseroptische Bereich (30) in Form und in Größe in etwa dem Überfahrbereich (240) entspricht .
14. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zumindest partiell als Kameramodul (100) ausgebildet ist und/oder daß mindestens eine ergänzende oder zweite, als Kameramodul (100') ausgebildete Vorrichtung zur Eingabe von relativen Koordinaten vorgesehen ist.
15. Vorrichtung gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Optik des Kameramoduls (100; 100') für die Gesichtserkennung ausgelegt ist.
16. Vorrichtung gemäß Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Kameramodul (100; 100') einen Durchmesser von etwa 2,5 Millimeter oder eine Fläche von etwa 2,5 Millimeter auf etwa 2,5 Millimeter aufweist.
17. Vorrichtung gemäß Anspruch 12 oder 13 und gemäß mindestens einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Kameramodul (100; 100') in den faseroptischen Bereich (30) integriert ist .
18. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Abbilder in elektrische Signale umwandelbar sind.
19. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (10) seitlich neben der Abtasteinheit (402) angeordnet ist.
20. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Licht von der Lichtquelle (10) in Richtung auf die von der Abtasteinheit (402) abgewandte, vom vorderen Bereich des Eingabemittels zu überstreichende Seite des Überfahrbereichs (240) abstrahlbar ist.
21. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer und/oder die Intensität der von der Lichtquelle (10) abgestrahlten Lichtpulse in Abhängigkeit von den Umgebungslichtverhältnissen regelbar ist.
22. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungseinheit (70) mindestens eine Auswerteeinheit (70a) und mindestens eine Speichereinheit (70b) aufweist.
23. Vorrichtung gemäß Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichereinheit (70b) als mindestens eine Chipeinheit, insbesondere als mindestens ein SIM (= Subscriber Identification Module) , ausgebildet ist und/oder daß in der Speichereinheit (70b) die optischen Abbilder elektronisch (zwischen) speicherbar sind.
24. Vorrichtung gemäß Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit (70a) als mindestens ein elektronischer Schaltkreis, insbesondere als mindestens ein ASIC (= Application-Specific Integrated Circuit anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreis) ausgebildet ist und/oder die Charakteristika des vorderen Bereichs des Eingabemittels bestimmt.
25. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit (70a) die Charakteristika des vorderen Bereichs des Eingabemittels mit in der Speichereinheit (70b) gespeicherten Charakteristika vergleicht .
26. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Signale in der Sensoreinheit (40) und/oder in der Auswerteeinheit (70a) über die verschiedenen Bereiche der optischen Abbilder verstärkbar sind.
27. Vorrichtung gemäß Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkung der elektrischen Signale in der Sensoreinheit (40) und/oder in der Auswerteeinheit (70a) über die verschiedenen Bereiche der optischen Abbilder veränderlich ist.
28. Vorrichtung gemäß Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkung der elektrischen Signale in den mittleren Bereichen der optischen Abbilder größer als die Verstärkung der elektrischen Signale in den Randbereichen der optischen Abbilder ist.
29. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 26 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkung der elektrischen Signale in den mittleren Bereichen der optischen Abbilder um etwa den Faktor 2 bis 3 größer als die Verstärkung der elektrischen Signale in den Randbereichen der optischen Abbilder ist .
30. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Steuerungsmittel (40, 70) zum Regeln der Dauer und/oder der Intensität der von der Lichtquelle (10) abgestrahlten Lichtpulse vorgesehen ist .
31. Vorrichtung gemäß Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerungsmittel (40, 70) mindestens ein Erfassungsmodul zum Erfassen der Umgebungslichtverhältnisse; mindestens ein Auswertemodul zum Bestimmen der Dauer und/oder der Intensität der Lichtpulse in Anpassung an die vom Erfassungsmodul erfaßten Umgebungslichtverhältnisse; und mindestens ein Speichermodul zum Abspeichern von für das Regeln der Dauer und/oder der Intensität der Lichtpulse bestimmten Schwellwerten aufweist .
32. Vorrichtung gemäß Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß das Erfassungsmodul einheitlich mit der Sensoreinheit (40) und/oder als Teil der Sensoreinheit (40) ausgebildet ist.
33. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 22 bis 29 und gemäß Anspruch 31 oder 32, dadurch gekennzeichnet, daß das Auswertemodul einheitlich mit der Auswerteeinheit (70a) und/oder als Teil der Auswerteeinheit (70a) ausgebildet ist.
34. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 22 bis 29 und gemäß mindestens einem der Ansprüche 31 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß das Speichermodul einheitlich mit der Speichereinheit (70b) und/oder als Teil der Speichereinheit (70b) ausgebildet ist .
35. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 30 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerungsmittel (40, 70) als mindestens ein Logikbauteil und/oder als mindestens eine Logikschaltung ausgebildet ist.
36. Vorrichtung gemäß Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß als Steuerungsmittel (40, 70) mindestens ein Standardlogikbauteil oder eine programmierbare Logik (FPGA = field programmable gate array) vorgesehen ist .
37. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 30 bis 36, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerungsmittel (40, 70) als mindestens eine digitale Signalverarbeitungseinheit (DSP = digital signal processor) und/oder als mindestens ein Mikrocontroller ausgebildet ist.
38. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 37, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung für den Übergang in einen Ruhezustand ausgelegt ist.
39. Vorrichtung gemäß Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine kapazitive Schaltung (75) vorgesehen ist, mittels derer die Vorrichtung nach einem vorgegebenen Zeitraum der Nichtnutzung in den Ruhezustand übergeht.
40. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 30 bis 37 und gemäß Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß die kapazitive Schaltung (75) in die Steuerungsmittel (40, 70) integriert ist.
41. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 40, dadurch gekennzeichnet, daß mehr als eine Lichtquelle (10) vorgesehen ist.
42. Vorrichtung gemäß Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, daß vier Lichtquellen (10) vorgesehen sind.
43. Vorrichtung gemäß Anspruch 41 oder 42, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquellen (10) symmetrisch zueinander angeordnet sind.
44. Vorrichtung gemäß mindestens einem der
Ansprüche 41 bis 43, dadurch gekennzeichnet, daß die
Lichtquellen (10) seitlich oder ringförmig um den Überfahrbereich (240) herum angeordnet sind.
45. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 41 bis 44, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquellen (10) gleichmäßig verteilt um den Überfahrbereich (240) herum angeordnet sind.
46. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 41 bis 45, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweilige Dauer und/oder die jeweilige Intensität der von der jeweiligen Lichtquelle (10) abgestrahlten Lichtpulse in Anpassung an die Umgebungslichtverhältnisse selektiv regelbar ist.
47. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 41 bis 46, "dadurch gekennzeichnet, daß die jeweilige Dauer und/oder die jeweilige Intensität der von den einzelnen Lichtquellen (10) abgestrahlten Lichtpulse unabhängig voneinander steuerbar ist.
48. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 41 bis 47, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweilige Dauer und/oder die jeweilige Intensität der von den einzelnen Lichtquellen (10) abgestrahlten Lichtpulse in Abhängigkeit von vorgegebenen Schwellwerten steuerbar ist.
49. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 48, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (10) auf der der Abtasteinheit (402) zugewandten Seite des Überfahrbereichs (240) angeordnet ist.
50. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 49, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (10) von der Abtasteinheit (402) seitlich beabstandet angeordnet ist.
51. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 50, dadurch gekennzeichnet, daß das Licht von der Lichtquelle (10) auf die von der Abtasteinheit (402) abgewandte, vom vorderen Bereich des Eingabemittels zu überstreichende Seite des Überfahrbereichs (240) seitlich einstrahlbar ist.
52. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 51, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (10) als Pulslichtquelle ausgebildet ist.
53. Vorrichtung gemäß Anspruch 52, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (10) zur Abstrahlung von Lichtpulsen mit einer Impulsdauer von nahezu null Millisekunden bis etwa neunzig Millisekunden ausgelegt ist.
54. Vorrichtung gemäß Anspruch 52 oder 53 , dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Pulsgebereinheit zum Steuern der Lichtquelle (10) vorgesehen ist.
55. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 54, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtquelle (10) mindestens eine Erfassungseinheit (12) zum Erfassen der Umgebungslichtverhältnisse und/oder mindestens eine Lichtreflektoreinheit (14) zugeordnet ist .
56. Vorrichtung gemäß Anspruch 55, dadurch gekennzeichnet, daß die Erf ssungseinheit (12) und/oder die Lichtreflektoreinheit (14) um die Lichtquelle (10) herum angeordnet ist.
57. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 56, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Anzeigeeinrichtung (65) zum Anzeigen der verschiedenen Betriebszustände der Vorrichtung vorgesehen ist .
58. Vorrichtung gemäß Anspruch 57, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinrichtung (65) mindestens eine einfarbige oder verschiedenfarbige Leuchtanzeige aufweist, die die verschiedenen Betriebszustände der Vorrichtung signalisiert.
59. Vorrichtung gemäß Anspruch 57 oder 58, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinrichtung (65) in die Lichtquelle (10) integriert ist und/oder daß die Anzeigeeinrichtung (65) und die Lichtquelle (10) einheitlich ausgebildet sind.
60. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 57 bis 59, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinrichtung (65) die verschiedenen Betriebszustände der Vorrichtung durch mindestens ein blinkendes und/oder pulsierendes Lichtsignal signalisiert .
61. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 60, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtquelle (10) mindestens ein optisches System (20) nachgeordnet ist .
62. Vorrichtung gemäß Anspruch 61, dadurch gekennzeichnet, daß das optische System (20) das von der Lichtquelle (10) abgestrahlte Licht auf die von der Abtasteinheit (402) abgewandte, vom vorderen Bereich des Eingabemittels zu überstreichende Seite des Überfahrbereichs (240) umlenkt und/oder daß das optische System (20) das von der Lichtquelle (10) abgestrahlte Licht auf der von der Abtasteinheit (402) abgewandten, vom vorderen Bereich des Eingabemittels zu überstreichenden Seite des Uberfahrbereichs (240) gleichmäßig und/oder diffus verteilt .
63. Vorrichtung gemäß Anspruch 61 oder 62, dadurch gekennzeichnet, daß das optische System (20) als mindestens ein Filter, als mindestens eine Linse, als mindestens ein Prisma, als mindestens ein Lichtleiter, als mindestens ein Lichtleitelement und/oder als mindestens ein Spiegel ausgebildet ist.
64. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 61 bis 63, dadurch gekennzeichnet, daß das optische System (20) aus Kunststoff ist.
65. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 61 bis 64, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die von der Lichtquelle (10) abgewandte Seite des optischen Systems (20) mit für infrarotes Licht und/oder für sichtbares Licht durchlässigem Material (80) beschichtet ist.
66. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 65, dadurch gekennzeichnet, daß auf der von der Abtasteinheit (402) abgewandten, vom vorderen Bereich des Eingabemittels zu überstreichenden Seite des Überfahrbereichs (240) mindestens eine Eingabemittelführung vorgesehen ist.
67. Vorrichtung gemäß Anspruch 66, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingabemittelführung ergonomisch geformt ist.
68. Vorrichtung gemäß Anspruch 66 oder 67, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingabemittelführung rinnenförmig ausgebildet ist.
69. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 66 bis 68, dadurch gekennzeichnet, daß der Überfahrbereich (240) zentral innerhalb der Eingabemittelführung angeordnet ist.
70. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 61 bis 65 und gemäß mindestens einem der Ansprüche 66 bis 69, dadurch gekennzeichnet, daß das optische System (20) als Eingabemittelführung ausgebildet ist.
71. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 70, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Abtasteinheit (402) und/oder zumindest die von der Abtasteinheit (402) abgewandte Seite des faseroptischen Bereichs (30) und/oder zumindest die von der Abtasteinheit (402) abgewandte, vom vorderen Bereich des Eingabemittels zu überstreichende Seite des Überfahrbereichs (240) mit für infrarotes Licht und/oder für sichtbares Licht durchlässigem Material (80) beschichtet ist.
72. Vorrichtung gemäß Anspruch 65 oder 71, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem für infrarotes Licht und/oder für sichtbares Licht durchlässigen Material (80) um Lack handelt.
73. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 72, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (10) eine lichtemittierende Diode (LED) ist .
74. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 73, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (10) infrarotes Licht abstrahlt.
75. Vorrichtung gemäß Anspruch 74, dadurch gekennzeichnet, daß das infrarote Licht eine Wellenlänge von etwa 900 Nanometer aufweist.
76. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 75, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (10) infrarotes Licht zweier unterschiedlicher Wellenlängen abstrahlt.
77. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 76, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (10) eine Leistung von etwa 0,1 Milliwatt bis etwa fünf Watt aufweist .
78. Vorrichtung gemäß Anspruch 77, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (.10) eine Leistung von etwa zwei Milliwatt bis etwa 100 Milliwatt aufweist.
79. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 78, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoreinheit (40) auf mindestens einer Trägereinheit (50) angeordnet ist.
80. Vorrichtung gemäß Anspruch 79, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägereinheit (50) auf mindestens einer Leiterplatteneinheit (60) angeordnet ist .
81. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 12 bis 80, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern (310) im faseroptischen Bereich (30) im wesentlichen senkrecht zur Eintrittsfläche und/oder zur Austrittsfläche des faseroptischen Bereichs (30) orientiert sind.
82. Vorrichtung gemäß mindestens einem der
Ansprüche 12 bis 81, dadurch gekennzeichnet, daß die
Fasern (310) im faseroptischen Bereich (30) im wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind.
83. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 12 bis 81, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern (310, 320) im faseroptischen Bereich (30) im wesentlichen zwei Richtungen aufweisen, die unter einem Winkel (α) zueinander angeordnet sind.
84. Vorrichtung gemäß Anspruch 83, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern (310, 320) im faseroptischen Bereich (30) schichtweise angeordnet sind, wobei die Fasern (310, 320) innerhalb einer Schicht im wesentlichen parallel zueinander und die Fasern (310, 320) zueinander benachbarter Schichten unter dem Winkel (α) zueinander angeordnet sind.
85. Vorrichtung gemäß Anspruch 83 oder 84, dadurch gekennzeichnet, daß die in der einen Richtung unter dem Winkel (α) zur anderen Richtung angeordneten Fasern (320) des faseroptischen Bereichs (30) zum Transport von Licht auf die von der Abtasteinheit (402) abgewandte, vom vorderen Bereich des Eingabemittels zu überstreichende Seite des Überfahrbereichs (240) vorgesehen sind und daß die in der anderen Richtung angeordneten Fasern (310) des faseroptischen Bereichs (30) zum Transport der optischen Abbilder des vorderen Bereichs des Eingabemittels zur Abtasteinheit (402) vorgesehen sind. ■
86. Vorrichtung gemäß mindestens einem der
Ansprüche 12 bis 85, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der Fasern (310, 320) im faseroptischen Bereich (30) zumindest abschnittsweise von absorbierendem Material in Form einer
Beschichtung und/oder in Form einer Hülle umgeben ist .
87. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 12 bis 86, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der Fasern (310, 320) im faseroptischen Bereich (30) zumindest abschnittsweise von reflektierendem Material in Form einer
Beschichtung und/oder in Form einer Hülle umgeben ist .
88. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 12 bis 87, dadurch gekennzeichnet, daß der faseroptische Bereich (30) eine Ausdehnung aufweist, die sich bis in den Bereich über der Lichtquelle (10) hinein erstreckt.
89. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 12 bis 88, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des faseroptischen Bereichs (30) mindestens eine lichtundurchlässige Sperrschicht (130) vorgesehen ist.
90. Vorrichtung gemäß Anspruch 89, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrschicht (130) in Form verschlossener Fasern (310) realisiert ist.
91. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 90, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Lichtquelle (10) und der Abtasteinheit (402) mindestens eine lichtundurchlässige Sperrschicht (140) vorgesehen ist.
92. Vorrichtung gemäß Anspruch 89 oder 91, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der lichtundurchlässigen Sperrschicht (130, 140) Lack ist .
93. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 92, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Filter (90) vorgesehen ist.
94. Vorrichtung gemäß Anspruch 93 , dadurch gekennzeichnet, daß das Filter (90) ein Linearfilter ist .
95. Vorrichtung gemäß Anspruch 93 oder 94, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter (90) zwischen dem faseroptischen Bereich (30) und der Abtasteinheit (402) angeordnet ist.
96. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 93 bis 95, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter (90) auf der von der Abtasteinheit (402) abgewandten, vom vorderen Bereich des Eingabemittels zu überstreichenden Seite des Überfahrbereichs (240) und/oder auf der der Abtasteinheit (402) zugewandten Seite des Überfahrbereichs (240) angeordnet ist.
97. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 93 bis 96, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter (90) innerhalb des faseroptischen Bereichs (30) vorgesehen ist.
98. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 93 bis 97, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter (90) einen Absorptionsgrad von etwa 99 Prozent aufweist .
99. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 93 bis 98, dadurch gekennzeichnet, daß der Absorptionsgrad des Filters (90) über die verschiedenen Bereiche der optischen Abbilder veränderlich ist.
100. Vorrichtung gemäß Anspruch 99, dadurch gekennzeichnet, daß der Absorptionsgrad des Filters (90) in den Randbereichen der optischen Abbilder größer als der Absorptionsgrad des Filters (90) in den mittleren Bereichen der optischen Abbilder ist .
101. Vorrichtung gemäß Anspruch 99 oder 100, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorption des Filters (90) in den Randbereichen der optischen Abbilder um etwa den Faktor 2 bis 3 größer und/oder um etwa sechs Dezibel bis etwa zehn Dezibel größer als die Absorption des Filters (90) in den mittleren Bereichen der optischen Abbilder ist.
102. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 12 bis 101, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinheit (402) unmittelbar an den faseroptischen Bereich (30) angrenzt und/oder daß die Abtasteinheit (402) an der Austrittsfläche des faseroptischen Bereichs (30) angebracht ist.
103. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 12 bis 102, dadurch gekennzeichnet, daß sich zu einem Geflecht oder Gitter zusammensetzende Ausnehmungen (150) , insbesondere in Form von Bahnen und/oder in Form von Linien, in den faseroptischen Bereich (30) vorzugsweise mittels Säure eingeätzt sind.
104. Vorrichtung gemäß Anspruch 103, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (150) mit mindestens einem Metall, insbesondere mit Chrom, gefüllt sind.
105. Vorrichtung gemäß Anspruch 103 oder 104, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (150) eine Breite von etwa fünf Mikrometer aufweisen.
106. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 103 bis 105, dadurch gekennzeichnet, daß der faseroptische Bereich (30) mindestens eine aktive Zone (302; 306) und mindestens eine passive Zone (304) aufweist.
107. Vorrichtung gemäß Anspruch 106, dadurch gekennzeichnet, daß zwei aktive Zonen (302; 306) vorgesehen sind, zwischen denen eine passive Zone (304) angeordnet ist.
108. Vorrichtung gemäß Anspruch 106 oder 107, dadurch gekennzeichnet, daß die aktive Zone (302; 306) eine geringere Fläche als die passive Zone (304) einnimmt .
109. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 106 bis 108, dadurch gekennzeichnet, daß die aktive Zone (302; 306) und die passive Zone (304) jeweils in etwa rechteckförmig ausgebildet sind.
110. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 106 bis 109, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der aktiven Zone (302; 306) und der passiven Zone (304) in etwa fünfzig Mikrometer beträgt .
111. Vorrichtung gemäß mindestens einem der
Ansprüche 106 bis 110, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der aktiven Zone (302; 306) und der passiven Zone (304) zumindest gleich groß wie und insbesondere geringfügig größer als die Breite der Abtasteinheit (402) ist.
112. Vorrichtung gemäß Anspruch 111, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der aktiven Zone (302; 306) und der passiven Zone (304) in etwa dreizehn Millimeter und daß die Breite der Abtasteinheit (402) in etwa zwölf Millimeter beträgt.
113. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 103 bis 112, dadurch gekennzeichnet, daß das Geflecht oder Gitter und insbesondere die aktive Zone (302; 306) mittels mindestens einer Leiterbahn (152, 154; 156, 158) mit mindestens einem zugeordneten Kontakt (160; 161) verbunden ist.
114. Vorrichtung gemäß Anspruch 113, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontakt (160; 161) eine Ausdehnung von etwa einem Millimeter bis etwa zwei Millimeter aufweist.
115. Vorrichtung gemäß Anspruch 113 oder 114, dadurch gekennzeichnet, > daß mehrere zueinander beabstandet angeordnete Leiterbahnen (152, 154; 156, 158) vorgesehen sind.
116. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 113 bis 115, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterbahnen (152, 154; 156, 158) zumindest partiell miteinander verbunden sind.
117. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 12 bis 116, dadurch gekennzeichnet, daß die der Abtasteinheit (402) zugewandte Seite des faseroptischen Bereichs (30) mit mindestens einer insbesondere alphanumerischen Kennung (190) versehen ist .
118. Vorrichtung gemäß Anspruch 117, dadurch gekennzeichnet, daß die Kennung (190) der jeweiligen Vorrichtung zugeordnet ist.
119. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 118, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinheit (402) mindestens eine photoempfindliche Fläche und/oder mindestens eine photoempfindliche Schicht aufweist .
120. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 119, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinheit (402) auf Halbleiterbasis operiert.
121. Vorrichtung gemäß Anspruch 120, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinheit (402) auf Siliziumbasis operiert.
122. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 121, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinheit (402) mindestens ein auf CMOS-Technik basierendes Bauelement oder mindestens eine auf CMOS-Technik basierende Schaltung aufweist (CMOS = complementary MOS) .
123. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 122, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinheit (402) mindestens ein ladungsgekoppeltes Bauelement oder mindestens eine ladungsgekoppelte Schaltung (CCD = Charge coupled device) aufweist.
124. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 123, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung für die Lebenderkennung (sogenannter "life support") ausgelegt ist.
125. Vorrichtung gemäß Anspruch 76 und gemäß Anspruch 124, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung durch Vergleich der für die zwei unterschiedlichen Wellenlängen erhaltenen Ergebnisse zur Bestimmung der SauerstoffSättigung im Blut des vorderen Bereichs des Eingabemittels ausgelegt ist.
126. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 125, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung batteriebetrieben ist.
127. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 126, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung in elektrischen oder elektronischen Geräten, wie etwa in Bankautomaten, in Datenverarbeitungsgeräten
(insbesondere in Handcomputern, in Handhelds, in Notebooks, in Palmtops, in Taschencomputern oder in tragbaren Computern) , in Handys oder in Mobiltelephonen, in Keyboards oder in Tastaturen, in optischen Touchpads, in Zahlungssystemen integriert ist.
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