专利名称：用于触针或钢笔的手指引导装置的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及一种称为手指引导装置的手指引导器，用于在扫描器或传感器或其它装置上定位含有独特细节的手指、拇指或指部以捕捉所述细节的主要的和有关部分的微小特征的图像，它也被等价地称为指纹。这种手指引导装置可被用于电子、光学、电致发光、电磁、电容性、基于压力的或类似的扫描器或传感器，它们要求反复地和适当精确的将手指定位成对准扫描器或传感器，传感器或扫描器被置于触针或钢笔中。其应用包括精确的鉴别或识别个人或个人的特定手指，使得被错误拒绝或者用于扫描、传感或捕捉指纹的有关和在前注册部分的过程的重复数目最小。
背景技术：
美国专利申请No.2004101172(Lane)披露了一种用于接收人的手指的手指成像系统，利用自动指纹读出器获取其指纹。该系统包括具有用于接收被获取指纹的手指的手指接收部分的手指成像装置。定位杆从手指接收表面向外延伸，当手指大约处于理想位置中时，它接合主体手指的皮肤皱纹。美国专利申请2004101171(Lane等)披露了一种用于接收和保持人的手指的手指成像系统，利用自动指纹读出器获取其指纹。该系统包括具有手指接收部分和手指定位部分的手指成像装置，所述部分一起形成降低尺寸的凹部从而被强制性地插入其中的主体手指被保持在稳定位置中。并且最后，美国专利申请No.2004076314(Cheng)披露了一种设备，它包括指纹传感器和引导装置。指纹传感器的传感部位与引导装置的引导平面形成相对的和成钝角的角度。
传统上，为了记录指纹，将墨水涂覆到手指并且然后手指被“滚动”通过纸面或者其它墨水接收表面以印制指纹图像。通过接触表面并且留下残油而留下的指纹被各种技术捕捉，它们“提起”并且揭示指纹。
近年来，提出可替代的技术，它们能够揭示指纹中的细小特征并且直接地从手指或者从向外生长以形成手指细节的手指皮肤表面下面的活体组织捕捉指纹。电子传感技术包括当系统通过手指区域或者仅仅手指区域的一部分探测皮肤或组织差异从而揭示指纹图像或者为了形成指纹的电子示意，例如作为数字文件时，在传感系统上保持手指。其实例包括光学扫描器、电致发光压力传感系统、能够测量各个像素大小的电容的集成电路等。
一些类型的指纹扫描系统的生产成本受到被传感手指区域的尺寸的推动。对于硅基或集成电路(IC)型传感器特别是这样。如同大多数IC，IC越大，如果装置几何形状和层数相等，则它的生产成本越高。传感器的生产成本与传感面积直接有关，以及传感器的大规模生产，当仅仅手指的有关部分需要被扫描以建立指纹鉴别系统时，拇指大小不是最佳的。如果仅使用指纹的有关部分以降低系统成本，则重要的是，对于每次鉴别或识别事件，将与在最初注册的手指的有关部分几乎相同的部分放置在传感器上。
显然较小的传感器成本更低，并且假设被传感手指的有关区域仍然必须足够大以提供可接受的匹配能力或安全等级，则最佳方案将是这种较小的传感器，不考虑大部分的整个指纹区域。本发明的手指引导装置是这样一种装置，它可被用于可靠地在小传感器上再次定位手指以进行更加有效率的识别。该装置减少了了由于没有将手指定位成充分靠近其初始注册的一个或多个位置而导致的错误拒绝。该手指引导装置保证传感器能够读出指纹匹配的有关部分，它用于保证读出与在用于比较和匹配的模板中捕捉和存储的那些大致相同的有关部分。当每次使用指纹识别系统时，该手指引导装置通过自然地(例如，舒适地或直觉地)和非强制性地将主体手指引导到大致(基本)相同的和初始的注册位置处而降低了错误拒绝的发生。
当使用较小的传感器时，如果以如此方式注册手指，即扫描手指的一个有关部分，或者可能手指印制区域的多个重叠部分，然后它们被计算机电子地装配成代表初始主体指纹的比任何单独扫描能够独自产生的部分更大的部分的一个完整的“模板”，则该系统依赖于主体用户能够在相同的大致位置中一致地接触传感器从而手指的匹配的有关部分被传感器读出从而能够进行精确鉴别。没有在基本相同的位置中精确地重新放置手指导致错误拒绝；，或者换言之，因为传感器看到手指的不同的和非相关的区域，则它不能从在模板中的在前注册的有关指纹部分匹配数据，并且它拒绝已知的可被接受的主体用户。这是一种错误拒绝。如果系统其另外的尝试，并且如果第二次或者随后的尝试最终对准含有匹配在注册期间最初存储部分的指纹有关部分的细节，则该主体被接受(被识别或“鉴别”)。通过提供用于手指的一种简单的，基本卵形或矩形漏斗状引导件，该引导件实际上促使手指进入正确的位置中，并且为主体用户提供各种触觉反馈装置从而使其更加易于再次“找到”正确的位置，即使在注册和下次鉴别事件之间已经过去很长时间，该手指引导装置降低用于鉴别已知主体的尝试的平均次数。相反，利用基本的平坦表面传感器或被基本平坦表面围绕的传感器或者甚至不良设计的传感器，对于未被训练的主体而言，这种错误拒绝率的范围从所有尝试的百分之十到十五，或者对于不同系统设置而言甚至更高。
发明内容
非常类似于基本圆形、卵形、正方形或矩形漏斗引导流体进入容器中；手指引导装置或手指“凹坑”(凹部)用于以可重复的方式朝向在传感器上的相同位置引导手指。另一简单的类比在于描述位于锥体顶点上的球，与坐落于倒锥体或凹部的全局极小值点处的球相比，它是不稳定的，其中球总是通过重力作用和凹部侧壁滚动到相同的全局极小值位置。在手指引导装置的情形中，由肌肉启动并没有那么明显的作用，从而施加适当的作用力以容易地朝向传感器区域滑动手指，通过与主体用户的通信以及朝向所述位置的自然运动，这种运动被手指引导装置中的所述的和所披露的物理、材料和触觉元件引导以每一次均将手指引导到相同位置也通过该装置的来自以工作环境改造学方式设计的侧壁的触觉反馈实现所述自然运动。该传感器将在邻近理想的手指有关区域的正确位置中坐落在在手指引导装置底部处的窗口中从而“看见”指纹的优选部分(凸起)。
用于定位手指以进行指纹成像的以前的装置注重将手指保持(几乎挤压)到平坦扫描表面上的要求并且趋于粗略地从指甲前缘或者位于手指中的第一关节下面的皮肤皱纹定位手指。这种意图似乎替代滚动指纹的效果并且用于展平手指的压力似乎成为一个重要元素。现代半导体或传感器仅要求轻轻的接触，并且如所观察到地，经常注重不断重复扫描或捕捉指纹的基本相同的有关部位，只要手指保持基本上主动对准传感器。本发明提供一种有效的辅助和一种学习机构，它有助于主体在可重复的基础上将手指定位在正确的位置中，并且手指有关部分对准扫描器或传感器，并且还通过包括物理形状、反馈装置和材料特性的一组途径形成正确的接触(压力)。此外，该装置设计成非强制性地再次定位指纹区域，该区域到指甲下侧的距离大致从0.20和0.90英寸之间，并且因此，从从指甲下面的手指尖定位而非在手指中的第一关节下面的凸脊。此外，位于前部处的该手指引导装置凸脊具有足够低的轮廓以避免接触指甲。这种接触将引入误差，因为不同主体有时在不同的时间将其指甲修剪为不同长度，并且大多数还将发现作用于指甲尖上的压力是不舒适的，这两种情况均存在于以前的装置中以便在指纹读出器或扫描器上定位手指。
手指引导装置的物理设计使得能够足够精确地将手指有关部分放置在传感器的中心上以便显著提高第一次接受(被注册主体的)的百分比。这包括在手指引导装置前部处的比较短的凹半径(或比较陡峭的斜坡)，在此处，恰好在指甲下面的手指尖接触或者靠近手指引导装置的前部；以及邻近传感器相对侧的较长的半径凹形形状(或没有那么陡峭的斜坡)，在此处，杯体朝向人体沿手指延伸。在扫描器或传感器区域的任一侧上的侧面非常陡峭以保持手指的有关部分横向地在扫描器或传感器上定中。大体上，该手指引导装置的尺寸适于一般的手指，然而适应于很宽范围的手指尺寸，因为它仅接触手指或指的较小的有关部分。
对于将手指放置在安装在平坦表面上的较小的电子传感器上而言所允许的容许度相当宽容，然而在不具有该手指引导装置益处的这些装置上定位手指有关部分对于未经训练的主体而言是困难的。这可能被限制于将被扫描的指纹区域的大致一半到三分之二重叠在前扫描和存在于模板中的指纹的其它有关部分，这依赖于所用的算法和系统准确度。低精度系统可以操作使得设置低于一半的传感器窗口在鉴别扫描及其在被存储模板中的相应的有关部分之间交迭。用于安全匹配要求的实际的有关部分依赖于算法，并且在算法中，实际上所需的安全等级或安全设置。这与与该主体的被注册模板相关联的被扫描主体的指纹的有关部分相关。
在一致的和可重复的基础上将指纹的相同的有关部分放置到传感器的有效区域(窗口)上的能力便于快速和精确的第一尝试匹配并且这显著降低了错误拒绝率。在被注册的但是不熟练的主体中，该手指引导装置发明将错误拒绝降低至百分之十。使用该手指引导装置或系统优化或者这两者的组合的实践将进一步降低错误拒绝率；并且在利用被优化系统的理想情形中，在触针或钢笔中的手指引导装置能够将错误拒绝率降低到低于百分之二。
从在尝试的10％和20％的范围内并且具有大约15％到低于2％的平均值的错误拒绝率的降低在基于钢笔或触针的安全系统接受和市场接受度方面具有重要意义。主体用户人群中的挫折感被显著降低，如果人们无需多次接触传感器从而被接受。这在钢笔或触针应用中是特别重要的，其中通常需要特定的使用者灵巧性以对于每一次另外的鉴别尝试提起和更换手指。作为对降低特殊灵巧性要求的辅助并且便于这种被要求的装置实际操作，一些配备指纹的钢笔包括特殊的易弯夹持或防滑夹持表面。
在2003年末，一种新的键盘被介绍给大致250,000名使用者并且不具有手指引导装置方案。在用户库中存在相当大的挫折并且部署该系统的公司面临严厉批评。这种问题使得使用者质疑系统的工作性能，即使该问题在技术上被认为是用户在鉴别过程中没有精确的放置手指(未对准传感器)的错误或者用户失误。手指引导装置降低了这种预期的用户错误并且提高了在第一次接触中的主体被接受的可能性。这在系统寿命上节约了大量时间并且是用于研制生物测定学系统的关键元素，在用户时间和效率方面它可一致地与密码或PIN相比。
在实际操作和应用中，使用手指引导装置以进行注册和鉴别提高了手指引导装置的功效。这是因为手指引导装置的自然感觉以工效学方式每一次均将用户引导到大致相同的位置或者将手指有关部分在有效传感区域之上对准。这种引导过程是物理的和中立的，从而对于第一次使用和随后的学习而言提供触觉反馈。
在注册期间，系统可能多次地要求主体移动手指并且使手指接触扫描器或传感器(例如，将手指“提起和放回原处”)。手指引导装置基本被设计成容纳左侧或右侧肢体的手指或拇指。这表明它有助于这种多次的放置但是并不严格地将这种放置限制为准确的和精确地可重复的准确放置，它仅使得这种放置在传感器和算法的容许范围中从而主体手指的有关部分对准扫描器或传感器。这允许模板超过理想或“合适的”窗口框架(凸起)的严格限制并且因此形成防护带，它被设计用于在容许度的范围内适应在未来的适当的不对准等级以及手指引导装置的引导能力。对于长期的，可重复性能而言，这种功能是重要的，并且由手指引导装置促进的对准能力仅需升高到匹配系统所要求的极限，包括但不限于模板尺寸和算法的安全等级。
一些传感器驱动电位或电磁信号进入手指组织中。这可以是无线电频率信号。手指引导装置或其表面可以是导电的从而在注册和随后的鉴别事件期间便于这种应用。手指引导装置可被设计成具有基本抛物线形状的优选实施例以在称为照明的过程中将反射的电磁能聚焦到手指的有关部分上并且改进被传感信息的特征。
被选择用于手指引导装置的表面特性和材料对于性能而言是重要的。因为手指应该易于滑动到位，低摩擦系数(滑动系数和静态系数)对于允许手指静止于其自然的全局最小值位置处而言是有用的，该位置位于在扫描器或传感器上适当定位的手指引导装置的底部处。该表面特性和结果过程不断将手指定位在相同的邻近位置中。具有适当低的摩擦系数的材料例子包括但不限于光滑金属、光滑塑料甚至是被喷漆的、抛光的或上蜡的表面。如果表面材料具有高的摩擦系数，例如橡胶、聚氨酯基材料或粗糙塑料，手指引导装置的效用和功能可被降低或损害。湿润或干燥的润滑剂和腊也可被涂覆并且适当的润滑剂甚至可被混合成清洁溶液或特殊的清洁抹布。
其它反馈装置可被包括在本发明的优选或甚至可替代的实施例。当它们获得使用手指引导装置的经历时，人们将产生感觉到正确位置的能力。该手指引导装置可以由具有高的热传导率的材料制成以提供触觉反馈并且加速这种学习过程。例子包括但不限于金属、某些陶瓷或者某些碳基材料。在该情形中，手指引导装置将对于在室温的接触而言令人感觉较冷(相对于钢笔或触针的其它部分)，这不是由于它的绝对温度，而是因为它具有当被接触时，将热量快速从皮肤传导出去的热传导率，因此在接触时快速冷却手指的敏感表面。如果手指引导装置由金属制成，该特性将使其感觉类似金属接触(例如冷的感觉)。通过与硅传感器及其表面涂层相比，比钢笔的其余部分感觉更冷，主体将认知手指引导装置的正确“感觉”并且也将更好地感觉传感器。
另外的凸出部可被添加以帮助定向手指或使得主体“精调”他们的手指位置。这些对于正常的或平均尺寸的手指而言可能是不必要的，但是在其中该主体具有接触很小的手指引导装置表面区域的非常小的手指的应用中是有价值的。
布莱叶点字可被添加到手指引导装置以便于盲人或者有视觉障碍的用户。
该手指引导装置也可使用物理元件和材料特性以阻止不准确的使用。例如，实施本发明的一种优选方法利用比较硬的和独特的凸脊围绕该手指引导装置。并非被感觉成危险的“尖锐”物体，这种凸脊用于使得主体用户能够感到不适。当手指被放置在该凸脊上时，虽然无害，它是不舒适的，因为它在较窄的凸脊线上向皮肤施加高的每平方英寸压力(PSI)。这种高的每平方英寸压力在接触传感中表明钢笔未被正确地抓持。非对准夹持的感觉是不自然的感觉并且用户将本能地再次定位他的或她的抓持以获得更加自然的和舒适的感觉。自然的倾向是避免将钢笔夹持到手指引导装置的外部凸脊上，而是将手指或拇指向下滑动到手指引导装置中并且滑动到传感器(理想定位)上。正是在该正确位置中，对于主体用户而言，保持触针的感觉是自然的和安全的(稳定的)。有时被互换使用的并且作为等价形式的触针或钢笔的措辞，在这里，用于包括任何细长的工具，它被用户保持或夹持并且能够在表面上写入。
本发明另外的实施例可包括主动反馈机构，包括关于正确定位其手指而言设计成提醒(和训练)主体或者设计成提醒主体他们已经被在系统中接受(即他们的指纹已经被扫描、对比和正确匹配)的事实的反馈。声音可被用于“引导”手指到达传感器。也可使用可视指示器。最后，物理运动例如振动能够以非常类似于当驾驶飞机时，提醒驾驶员失速警告的棒型震动器的方式而被使用。在手指引导装置的另一优选实施例中，具有反馈“滴答声”的压力响应运动可被用作触觉(和声响)反馈信号以当手指在引导件中并施加适当范围的接触压力时告知用户。
这些反馈机构也可被用于校正系统的错误使用。例如，在传感器上的极限压力或者缺乏接触压力可导致扫描问题。有时主体用户可能因错误拒绝率而感到失望，可能不正确地得出更高的手指压力将使得系统更好工作的结论。过高压力能够展平细节并且使得传感器饱和并且使其不能精确地分辨细节。相反，形式为过轻接触的压力缺乏可使得细节不可被传感器分辨并且不能产生良好的图像。在任一情形中，语音命令或声音或本领域技术人员已知的其它反馈装置可被用于传递需要以放松夹持或者甚至更强烈地挤压的要求。语音或声音或其它反馈装置可向主体传达需要以减轻接触压力或者稍微提起手指。另一可行方案是在手指引导装置传感器窗口中轻微地上下移动传感器，或者手动调节或者使用反馈控制环路和致动器系统自动调节，这种装置是机电反馈控制系统领域中的那些技术人员已知的。
实施本发明的一种优选方法是组装传感器和手指引导装置，它们被设计成作为一个单元一起工作，即一个系统。这要求构造传感器以在电路板上操作，该电路板同样地含有另外的用于其应用的支持电路。手指引导装置、传感器、密封垫圈和具有安装装置的印刷接线板的组合可被安装在触针或钢笔的外壳中。因此，该子组件可为其应用而被置于各种不同类型的触针或钢笔外壳中。
本发明手指引导装置和用于作者指纹匹配的系统可以结合其它生物测定匹配方法以提供更加安全的整体结果。实例包括但不限于面部识别、另外的指纹、虹膜识别，或者视网膜扫描。在另一实例中，动态签名认证或“DSV”在实际提供签名(签字)期间捕捉和数字化多个静态和动态签名元素并且以统计学方式分析这些元素的各个参数指标以用以与利用在以前提供的签名数据(签名模板或者甚至是一组被识别的签名模板)编译的被识别的存储参数数据相相比较。通过他提供的签名，匹配可导致鉴别或识别该主体。本领域技术人员已知多种方法以执行这种动态签名识别，这种方法的一个实例在美国专利5,559,895(Lee等)中给出并且要求保护，其题目为“用于实时认证动态签名的适应性方法和系统”，其中形式为静态和动态测量的“个人化特征”的测量被与注册的签名特征相比较以提供“精确的签名识别”。并且该专利和现有技术在这里通过引用而被结合。
也产生可能从远程位置证实已知签名者实际上已经提供了它的签名而非可替代的非理想的措辞例如语句，“我反对”或“我不同意”的需要。在2002年，公司欺诈和责任法案，也称为Sarbanes-Oxley法律，包括了一种要求，即公共团体中的某些官员保证所要求的财政声明文件；并且，可能团体要求在远程操作位置处的关键管理人员的支持认证。这种文档通常具有严格期限并且因此需要完成支持电子签名过程的能力。互联网推动的便于很多其它形式的远程商务的需要提供同样急切的动机，即要求一种认证已经提供了实际上合法的正当签名的方法，包括美国法律执行的“要求联邦机构采用和利用数字签名并且在私人电子交易中鼓励使用数字签名”，该法律称为USeSignBill，于2000年10月通过，它支持电子或“数字”签名的有效性。使用无纸系统、指纹传感钢笔系统自身将不能防止这种个人书写“我拒绝签字”或者某些其它语句而非表达他同意因此表示他的意愿的签字。探测这种异常将要求人工审查每一个提供的签字(并且可能甚至比较提交的“签字卡”)，这也易于产生人工错误或者过失。相应地，本发明手指引导装置的另一优选实施例在于将指纹鉴别和识别系统与用于确认被鉴别的主体实际上签署了他的签字的有效版本的的动态签字认证系统相结合。
签字者在书写或者签名时可能被胁迫；例如，可能正在实施犯罪，其中作者处于枪口下并且被迫签字。在这种情形中，希望作者具有不同的被注册用于表明书写是在胁迫或甚至被非法强迫下的紧急信号的紧急手指。在这种情形中，系统不能匹配被注册的指纹，但是它将识别与作者的紧急手指的匹配并且认识到这种匹配表明主体作者处于危难中。该主体作者可以将这种被特殊地注册的手指称为他的“911”手指。这种紧急手指或911手指匹配可以被处理作为一种指令以触发所谓的“沉默警告”以向主体作者提供帮助(例如警察帮助)。此外，该系统，并非拒绝该作者，能够可替代的装作发生故障或者由于不同于主体作者不能鉴别的其它原因，使得不能完成交易或延迟交易以等待紧急援助(例如警察)，这种方法用于降低对主体作者造成的危险。
指纹传感器或扫描器使用各种方案以传感和捕捉详细示出指纹特征的图像数据。在该讨论中，单词手指和指纹的使用是相同的并且等价于使用单词拇指或拇指指纹并且指的是细节或活体组织向外生长以成为在主体用户的任何左侧或右侧肢体的任何手指上的表面细节。在这种讨论中，如果主体用户被称为他或她或者他的或她的，使用这些单词是相同的和等价的，而不对性别进行任何指定。
为了更加充分地理解本发明的手指引导装置，参考下面的详细描述和附图，其中本发明的当前优选的实施例通过实例示出。由于本发明能够以很多形式实施，而不背离它的基本特征的精神，可以明确地理解附图仅用于示意和描述，并且并非用于限定本发明的界限。在整个描述中，相同的参考数字在所有的多个视图中引用相同的构件。
附图简要说明
图1是本发明手指引导装置优选实施例的分解视图组件图，包括手指指杯、垫圈、传感器和用于在墨水钢笔触针的上部和下部外壳中安装墨盒上方的印刷电路板；图2披露了安装在触针中的图1的手指引导装置的优选实施例，该触针被用于鉴别和识别进行书写的主体用户，其中该主体使用手指引导装置以当夹持钢笔时，将手指的基本上相同的有关部分定位在指纹传感器上；
图3A披露了用于包括本发明手指引导装置的图1触针的手指引导装置优选实施例的侧视图，该触针是无线的；并且图3B披露了用于包括本发明手指引导装置的图1触针的手指引导装置的第二优选实施例的侧视图，该触针是连线的；图4A披露了用于图1触针或钢笔的手指引导装置的优选实施例的俯视图，并且手指被放置于其上，该手指被非强制性地和自然地定位到手指引导装置上，使得能够匹配对准指纹传感器的指纹的有关部分；并且图4B披露了手指引导装置的变陡峭的向前斜坡的侧视图，它对准手指从而使得手指有关部分对准指纹传感器；图5A披露了包括本发明手指引导装置以及安装到触针夹持部上的指纹传感器以用于签字捕捉垫的触针的优选实施例；并且图5B披露了用于售货点支付终端中以签署购物收据的钢笔的优选实施例，它包括手指引导装置和安装到钢笔触针的夹持部上的指纹传感器；图6A披露了电子触针的装配图的另外的优选实施例，它包括本发明的手指引导装置和指纹传感器，该指纹传感器安装成对准并且安装到触针夹持部上以被用于计算机的手写数字化垫；并且图6B披露了图6A的另外的优选实施例，它包括电子触针，该触针包括手指引导装置和安装到电子触针夹持部上的指纹传感器以用于电子数字化垫。
具体实施例方式
现在参考附图，在图1中，手指引导装置12在分解视图的顶部处直接在上盖22的下方示出，并且含有多个优选元素。这些包括比前部和后部更为陡峭并且具有凹形特征的左侧和右侧，特别是在邻近指纹传感器16的区域中。手指引导装置的前部从传感器窗口到顶脊是凹形的并且具有从一组短的半径获得的形状以形成它的基本凹形的轮廓。后部半径形成最不陡峭的凹形轮廓并且用于把优选的指纹和靠近身体的指部其余部分之间的手指或指部部分置于杯中。手指引导装置的最为远离指甲的端部含有连续的反馈凸脊但是并不旨在使用手指关节或关节下面的皮肤凸脊作为邻近传感器16定位手指的途径。
手指引导装置的侧面形成凹部以接收用户手指。相应地，手指引导装置的侧面具有与手指相同的基本形状。在本发明手指引导装置的第一优选实施例中，侧面是凹形的，具有变化的曲率半径。这包括在手指引导装置前部处的比较短的凹半径(或者比较陡峭的斜坡)，在此处恰好在指甲下面的手指尖接触或者靠近手指引导装置的前部，以及邻近传感器的相对侧的较长半径的凹形形状(或者没有那么陡峭的斜坡)，在此处该引导件朝向本体在手指上延伸。在指纹传感器的区域中，侧面是非常陡峭的以保持手指被横向地定中。总之，该手指引导装置的尺寸适于一般的手指，但是适应于大范围的手指尺寸，因为它仅仅接触一小部分的手指或指部。手指引导装置12含有用于传感器16的窗口和驱动环17以揭示对准主体指部或手指的有关部分的这些元件。均由佛罗里达州墨尔本的AuthenTec公司生产的AES3400传感器或AES3500传感器，均可同等地适于用作指纹传感器以坐落在这个窗口中。这个窗口可以足以用于容纳特定类型的传感器(示出)所需的驱动环或者它可以覆盖驱动环并且用其自身的导电性替代由驱动环提供的导电性。在可能的优选实施例的领域中，也可以是这样的情形，并且它的性能是等效的，唯一的显著区别在于美观性。在图1中，驱动环17被同等地暴露并且手指引导装置12被用作驱动环17的补充并且是传导性的。在可能的优选实施例的领域中，窗口开口对于特定类型的指纹扫描器或传感器而言可能不是必须的；然而，对于所有的优选实施例而言，对准是必需的因素。
传感器表面位于一定平面上，并且窗口顶部处于手指引导装置12的凹部的最低部分中并且与之处于相同的邻近平面上；然而，利用该平面的严格定位对于性能而言不是关键的，只要主体手指能够接触手指引导装置12和传感器16。活体手指的柔顺特征在适当的限度中便于这一点。在一些情形中，通过上或下调节指纹传感器平面以改变指纹图像特征，可以进一步改进性能。从竖直位置的最佳选择获得轻微的实用性，本发明手指引导装置在一定范围的位置上工作良好。
提供垫圈14(或等效保护装置)以使得油、流体、污垢或其它非期望材料远离传感器透镜和电路板。该传感器16由不透溶剂和其它不希望的污染物的材料制成。其它保护性材料可被用于替代垫圈，例如以液体形式施加的保形涂层，它固化或者部分固化以形成保护性屏障。本发明可利用本领域技术人员能够获得的和已知的各种电路板保护装置进行工作。本发明可以不具有保护装置。
手指引导装置12含有一个或多个安装凸出部，在该示例性优选实施例中它们被示为相对的和邻近的。这些凸出部被用于将手指引导装置12与传感器16以及将垫圈14与其印刷电路板18或其它安装装置对准，并且，将传感器16、垫圈14和手指引导装置12的子组件安装在钢笔或触针外壳中，包括上盖22和相配合的下盖26。这可利用本领域技术人员已知的任何适当的安装装置加以辅助。
该引导件的前部用作止挡和位置基准，它被设计成接触在指甲下面的手指尖或拇指并且避免可由长度手指或拇指指甲的长度不同而造成的位置差异。与夹紧在或者通过手指顶部(指甲)侧的装置相比，这是一个显著的优点。
图2示出在触针10外壳中的手指引导装置12和指纹传感器16系统。手指引导装置12被显示出并且所示出的元件包括在邻近传感器处的并且具有凹形特征的比前部和后部更为陡峭的左侧和右侧。前部从传感器窗口到顶脊是凹形的并且具有从一组短的半径获得的形状以形成它的基本凹形的轮廓。手指尖将接触手指引导装置12的这个前部。后部半径形成最不陡峭的凹形轮廓并且用于把优选的指纹和靠近身体的指部其余部分之间的手指或指部部分置于杯中。手指引导装置12的最为远离指甲的端部含有连续的反馈凸脊但是并不旨在使用手指关节或关节下面的皮肤凸脊作为邻近传感器16定位手指的途径。
手指引导装置12含有用于传感器16的窗口揭示其自身对准主体指部或手指。这个窗口可以足以用于容纳特定类型的传感器(示出)所需的驱动环或者它可以覆盖驱动环并且用其自身的导电性替代由驱动环提供的导电性。在优选实施例中，也可以是这样的情形，并且它的性能是等效的，唯一的显著区别在于美观性。在图2中，围绕指纹传感器16的驱动环被同等地暴露并且手指引导装置12被用作驱动环的补充并且是传导性的。对于特殊类型的扫描器或传感器而言，本发明不具有开放窗口。例子可包括但不限于光学扫描器或传感器以及某些超声波传感器。
图3A披露了图1触针优选实施例的侧视图，它包括本发明的手指引导装置12、无线的触针10A；并且图3B披露了包括本发明手指引导装置12的图1触针的第二优选实施例的侧视图，触针10B是有线的。手指引导装置被揭示为离开上盖22的顶部。披露了由旨在提供更加舒适的和稳定的夹持的柔软和摩擦(比较高的摩擦系数)材料制成的夹持垫29。联结到下盖26的该防滑夹持表面有助于防止在注册期间或者在被错误拒绝之后的第二次尝试时当用户移开并且将手指重新放置到手指引导装置中时触针移动率。具有高摩擦系数的适当的柔性材料是本领域技术人员已知的并且包括但不限于橡胶、聚氨酯基材料和起毛皮革。
图4A披露了图1的手指引导装置12的优选实施例的俯视图，其中手指被放置于其上，手指被定位到手指引导装置12上，使得能够匹配有关的局部图像；并且图4B披露了对准手指从而手指有关部分将对准指纹传感器的手指引导装置的陡峭的前斜坡27的侧视图。
图5A披露触针10的另一优选实施例，它包括手指引导装置12和安装到触针夹持部上的指纹传感器16，用于通常用作支付处理系统的一部分的签字捕捉垫；并且图5B披露了钢笔34的另一优选实施例，它包括手指引导装置12和安装到钢笔夹持部上的指纹传感器16，以用于销售点支付终端，其中购买者使用钢笔触针签署收据，同时使用本发明手指引导装置定位手指。
图6A披露了电子计算机输入触针的组装图的另一优选实施例，它包括手指引导装置12和被安装到触针夹持部上的指纹传感器16，用于书写数字化装置例如电子数字化垫33(在图6B中示出)或者平板计算机；并且图6B披露了被组装的电子计算机输入触针的优选实施例，当用于它的相应电子数字化垫33以捕捉手写内容例如绘画、文字或签名从而用于计算机处理例如图像捕捉和存储或者与指纹鉴别相结合用于动态签字鉴别从而以结合方式对用户进行生物测量鉴别时，它包括手指引导装置12和安装到触针10夹持部上的指纹传感器16。本发明的这个另外的优选实施例使用用于指纹鉴别的第二安全生物测量认证方法。在本发明的另一优选实施例中，与手指指杯装置和指纹鉴别或识别系统相结合使用动态签字认证(DSV)旨在用于确认被鉴别指纹的签字者确实已经签署了他的签名，以示意他同意和意愿的合法表达，而非书写反对语句或者提供其它的无意义语句。
在本发明的又一个优选实施例中，可能期望作者具有不同的紧急指纹，它被注册作为紧急信号手指以向系统示意该书写是在胁迫或者甚至被非法强迫的情形下进行的。在这种情形中，该系统将不能鉴别出预期的被注册的指纹，但是将识别出与作者的被指定的紧急手指的匹配，这可被解释成作者要求提供紧急援助。这种紧急指纹匹配将被用于触发“沉默警告”以向作者提供紧急援助。作为拒绝主体作者的可替代形式，该系统将被编程从而装作故障或传达用于解释作者不能鉴别的其它原因并且同时地使其不能完成签字交易过程或者延迟对签字交易的批准，以等待紧急援助，这种方法旨在降低对被胁迫的主体作者受到损害的危险。这个另外的优选实施例以及在前面披露的DSV可替代实施例包括使用电路板31和触针尖32以形成子组件30，它以无线方式连通图6B所示的电子数字化垫33。该子组件在美国专利5,576,502和在其中应引用的其它专利中详细描述，它们均通过引用而被结合在这里。被设计成与电子操作数字化指针和手写捕捉垫或板通讯的其它等效子组件和子系统是计算机手写捕捉装置和系统领域中的技术人员已知的。该另外的实施例使用由WACOM有限公司制造的子组件。在该另外的实施例中，电路板和触针子组件30替代在图1中示出的墨盒24并且这种替代使得手指引导装置启用的电子计算机输入触针兼容使用在触针和垫之间的这种无线通讯方法的计算机手写数字化垫。图6A披露了在触针外壳中的手指引导装置指纹传感器系统的分解视图。手指引导装置12被显示出并且所示出的元件包括比前部和后部更为陡峭并且具有凹形特征的左侧和右侧。前部从传感器窗口到顶脊是凹形的并且具有从一组短的半径获得的形状以形成它的基本凹形的轮廓。手指尖将接触手指引导装置12的这个前部。后部半径形成最不陡峭的凹形轮廓并且用于把优选的指纹和靠近身体的指部其余部分之间的手指或指部部分置于杯中。手指引导装置的最为远离指甲的端部含有连续的反馈凸脊但是并不旨在使用手指关节或关节下面的皮肤凸脊作为邻近传感器16定位手指的途径。手指引导装置12含有用于传感器16的窗口以揭示其自身对准主体指部或手指。这个窗口可以足以用于容纳特定类型的传感器(示出)所需的驱动环或者它可以覆盖驱动环并且用其自身的导电性替代由驱动环17提供的导电性。在另外的优选实施例中，也可以是这样的情形，并且它的性能是等效的，唯一的显著区别在于美观性。在图6A中，驱动环被同等地暴露并且手指引导装置被用作驱动环的补充并且是传导性的。
图6B披露了与图6B所示电子数字化垫33进行无线电频率电子通讯的图6A中的电子计算机输入触针书写机构，其中数字化垫向计算机发送含有关于手写信息的电信号。触针可被用于手写，它以数字方式被捕捉并且传送到计算机中并且在该应用中优选尝试使用传统的计算机鼠标，因为鼠标不适于能够提供手写。此外，具有这种构造的触针也可用作计算机指向控制装置和手写捕捉装置，但是，如观察到地，鼠标被限制于指向控制装置并且不是触针。在为其目的使用触针之前或期间，含有关于指纹信息的电信号也可经由数字化平板通过无线信号传送和接收，经由数据光学传输，或者通过与计算机电子通讯的单独电缆而被发送到计算机，并且在结果和本发明的有用性方面没有显著差异。
在全文中存在通过申请号和发明人引用的不同的专利申请。这些申请所披露的全部内容由此通过引用而被结合在本说明中从而更加充分地描述现有技术。
显然根据在这里披露的内容，本发明定位装置的很多可替代形式、修改和改变对于本领域技术人员而言是明显的。本发明的范围旨在由所附权利要求而非上面说明中的文字所决定，并且相结合地形成配合等价形式的所有这样的可替代形式、修改和改变，被包括在这些权利要求的精神和范围中。
部件列表10 触针12 指杯14 垫圈16 指纹传感器17 驱动环18 印刷电路板22 上盖24 墨盒26 下盖29 夹持垫30 子组件31 电路板32 触针尖33 电子数字化垫
权利要求
1.一种用于安装在指纹传感器上的手指引导装置，该指纹传感器被置于触针或钢笔的夹持部中，该手指引导装置具有凹形侧面，该凹形侧面具有与手指相同的基本形状，该手指引导装置沿着轴向方向和沿着横向方向在基本相同的位置中将手指引导到传感器上，该手指引导装置使得在每次将触针或钢笔用于产生书写时以可被重复的方式将手指的基本上相同的有关部分在稳定位置中停靠在指纹传感器上，该手指引导装置降低了“错误拒绝”情形的发生以用于识别或鉴别触针或钢笔的使用者。
2.根据权利要求1的手指引导装置，具有带有变化的曲率半径的凸形侧面，在前侧上的这种半径被设计用于在传感器的中心上定位在手指上的一定区域中的手指的基本相同的有关部分，该区域处于从从指甲下侧0.20英寸到0.90英寸的范围中。
3.根据权利要求1的装置，具有外部凸脊，它引起独特的触觉反馈以向主体示意手指没有被正确地定位在传感器上。
4.根据权利要求1的装置，具有表面摩擦特性以允许手指朝向全局极小位置容易地滑动并且稳定在该位置中，该位置也大致与在传感器上的正确位置相关。
5.根据权利要求1的装置，具有比钢笔或触针其它部分更高的热传导率从而与通过钢笔的其它部分相比，热量被所述装置更加快速地从皮肤传送出去，从而该装置与钢笔的其它部分相比具有当接触时令人感觉更冷的触觉特性，由此向作者示意手指被放置在正确的区域中。
6.根据权利要求1的装置，联结有一个或多个安装凸出部以用于对准和联结到触针。
7.根据权利要求1的手指引导装置，其中该触针是电子式的并且与手写数字化垫片通讯。
8.一种用于安装成对准指纹传感器的手指引导装置，该指纹传感器被置于触针或钢笔的夹持部中，当在注册过程期间使用钢笔或触针时，该手指引导装置使得能够捕捉指纹的有关部分，手指引导装置具有与手指相同的基本形状，该手指引导装置沿着轴向方向和沿着横向方向在基本相同的位置中将手指引导到传感器上，该手指引导装置使得在随后每次将触针或钢笔用于产生书写时以可被重复的方式将手指的基本上相同的有关部分在稳定位置中停靠在指纹传感器上，该手指引导装置降低了“错误拒绝”情形的发生以用于识别或鉴别触针或钢笔的使用者。
9.根据权利要求8的系统，具有反馈装置以帮助主体将他们的手指在手指引导装置中放置到正确的位置中。
10.根据权利要求8的系统，具有反馈装置以帮助主体将他们的手指在手指引导装置中放置到正确的位置中并且施加正确的压力。
11.根据权利要求8的系统，具有凸起以帮助主体将他们的手指在手指引导装置中放置到正确的位置中。
12.根据权利要求8的系统，具有布莱叶盲文以示意主体将他们的手指在手指引导装置中放置到正确的位置中。
13.根据权利要求8的系统，其中该手指引导装置或手指引导装置表面是传导性的或者部分地传导性的以向人体组织传达必需的电信号、频率或电位从而便于改进传感器的操作。
14.根据权利要求8的系统，其中该手指引导装置或者周边区域标有视觉指示器或者甚至绘制成的指纹以示意出这里便是放置手指的位置。
15.根据权利要求8的手指引导装置，该触针是电子式的并且与手写数字化垫片通讯。
16.一种用于将手指定位到指纹扫描器上的装置，该手指引导装置包括a.手指引导装置，它具有其尺寸适于接收手指或拇指的基本凹形的形状，该手指引导装置具有前部，该前部具有至少一个斜坡，所述斜坡邻接在手指指甲或者拇指指甲下面的手指或拇指部分；和b.邻接手指引导装置的扫描器；由此该装置沿着轴向方向和沿着横向方向在基本相同的位置中将手指引导到传感器上，该手指引导装置使得在每次将触针或钢笔用于产生书写时以可被重复的方式将手指的基本上相同的有关部分在稳定位置中停靠在指纹传感器上，该手指引导装置降低了“错误拒绝”情形的发生以用于识别或鉴别触针或钢笔的使用者。
17.根据权利要求16的手指引导装置，其中该引导件包括用于将手指或拇指定中到扫描器上的一对侧部和用于容纳经过传感器向后延伸的手指部分的后部。
18.根据权利要求16的手指引导装置，其中该引导件的凹形部分具有手指的基本形状。
19.根据权利要求16的手指引导装置，其中该触针是电子式的并且与手写数字化垫片通讯。
20.根据权利要求16的手指引导装置，其中该触针用于一种系统，该系统能够进行动态签名认证以用于证实该作者已经签下了属于该作者的签字。
21.根据权利要求16的手指引导装置，其中该触针用于一种系统，该系统能够进行动态签名认证，其中所述动态签名认证系统也可被用作一种鉴别或识别作者的方式。
22.根据权利要求16的手指引导装置，其中该主体已经注册了第二紧急手指指纹以用于传达紧急危难信号，它的匹配是一种用于使得系统做出不同响应的信号。
23.根据权利要求16的手指引导装置，其中该触针用作能够在控制指向装置的运动之前或者期间鉴别主体用户的计算机指向控制装置。
全文摘要
一种手指引导装置(图2)，用于在抓持触针(10)或钢笔时以对于鉴定操作最佳的方式将主体的手指定位在指纹传感器上。通过指纹匹配进行鉴别或识别。手指引导件(12)非强制性地引导主体的手指进入一定位置中，在此处手指的有关部分对准指纹扫描器(16)从而所述有关部分将与在前被转换到模板中的指纹的基本相同的有关部分相关联。
文档编号G06K9/00GK101065761SQ200580037020
公开日2007年10月31日 申请日期2005年11月3日 优先权日2004年11月3日
发明者J·斯科特·贝希特尔 申请人:笔一公司