KR101459982B1 - 차동 측정 회로를 포함하는 손가락 감지 디바이스 및 관련 방법들 - Google Patents

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Abstract

손가락 감지 디바이스는 인접한 사용자의 손가락을 수용하기 위한 손가락 감지 픽셀들의 어레이를 포함할 수 있다. 각각의 손가락 감지 픽셀은 손가락 감지 전극을 포함할 수 있다. 손가락 감지 디바이스는 손가락 감지 픽셀들의 어레이에 사용자의 손가락을 통해 구동 신호를 커플링하도록 구성되는 손가락 구동 전극을 포함할 수 있다. 손가락 감지 디바이스는 또한 손가락 감지 픽셀들의 어레이에 커플링되고 손가락 감지 픽셀들의 인접한 쌍들에 대한 복수의 픽셀 간 차이 측정들을 생성하도록 구성되는 차동 픽셀 측정 회로를 포함할 수 있다.

Description

차동 측정 회로를 포함하는 손가락 감지 디바이스 및 관련 방법들{FINGER SENSING DEVICE INCLUDING DIFFERENTIAL MEASUREMENT CIRCUITRY AND RELATED METHODS}
본 발명은 전자 분야에 관한 것이고, 더 구체적으로는 손가락 감지 디바이스들 및 관련 방법들에 관한 것이다.
지문 감지 및 매칭은 개인 식별 또는 검증을 위해 신뢰가능하며 널리 사용되는 기법이다. 특히, 지문 식별에 대한 공통적 방식은 샘플 지문 또는 그 이미지를 스캔하는 것 및 이미지 및/또는 지문 이미지의 고유 특성들을 저장하는 것을 수반한다. 샘플 지문의 특성들은 예를 들어, 검증 목적으로, 개인의 적절한 식별을 결정하기 위해 이미 데이터베이스 내에 있는 기준 지문들에 대한 정보와 비교될 수 있다.
최근 수년간, 지문 패턴의 전자적 표현을 전개하기 위해 무선 주파수(RF) 전기장을 사용하여 고품질 전자 지문 감지 디바이스들을 구축하는 것이 실제적이며 경제적이 되었다. 이러한 디바이스들은 단결정 실리콘 기판들 상에 표준 CMOS 집적 회로들로서 제조되었다. 이들 프로세스들은 센서의 픽셀들 또는 감지 전극들 각각으로부터의 신호를 판독하기 위해 필요한 전자 구조들이 픽셀들 바로 밑에 제조되도록 한다. 픽셀 아래에 신호 조절 전자부품들 또는 감지 증폭기들을 위치시키는 것이 회로의 적절한 성능에 대해 중요하였다.
하나의 이러한 RF 지문 감지 디바이스는 Setlak 등에 의해 미국 특허 제 5,940,526호에 개시되며, 본 발명의 양수인에게 양도된다. 특허는 지문 마찰 리지 및 골의 정확한 이미지를 제공하기 위해 RF 감지 전극의 어레이를 포함하는 집적 회로 지문 센서를 개시한다. 더 구체적으로, RF 감지는, 예를 들어, 위장을 감소시키기 위해 피부 표면 바로 아래의 활성 조직의 이미징을 허용한다. Setlak 등에 의한 특허의 전체 내용이 여기에 참조로 포함된다.
지문 감지 디바이스의 또다른 예는 Knapp 등에 대한 미국 특허 제5,325,442호에 개시된다. 지문 감지 디바이스는 각각 행 및 열 컨덕터의 세트들에 의해 구동 회로 및 감지 회로에 커플링되는 감지 엘리먼트들의 행/열 어레이를 가진다. 감지 엘리먼트들은 구동 회로에 의해 능동으로 어드레싱가능하다. 각각의 감지 엘리먼트는, 해당 감지 전극의 능동적 어드레스싱을 위해 박막 트랜지스터(TFT) 스위칭 디바이스와 같은 스위칭 디바이스 및 감지 전극을 포함한다. 감지 전극들은 절연 물질에 의해 커버되며, 손가락을 수용하기 위한 것이다. 감지 전극들과 공동으로 개별 손가락 표면 부분들로부터 초래되는 커패시턴스들은 감지 전극들에 전위를 인가하고 충전 특성들을 측정함으로써 감지 회로에 의해 감지된다.
이력상으로, 전자 집적 회로는 일반적으로 더 작은 전자 디바이스 기하구조들을 가지는 제조 프로세스들을 사용함으로써 제조 비용 감소를 달성한다. 더 작은 디바이스 기하구조들을 가지고, 회로 자체는 더 적은 실리콘을 사용하여 더 작아지며, 따라서, 제조를 위한 비용들이 더 적어진다. 그러나, 전자 지문 센서들은 일반적으로, 이미징될 필요가 있는 손가락 피부의 면적보다 더 작게 만들어질 수 없다. 더 작은 컴포넌트 기하구조들은 지문 센서 다이 사이즈 또는 비용을 현저하게 감소시키지 않을 수 있다. 더 작은 컴포넌트 기하구조들의 유일한 결과 중 하나는 센서 픽셀들 아래의 미사용된 실리콘 공간일 수 있다.
지문 감지 비용을 감소시키는 한 가지 방식은 피부의 더 작은 영역들의 이미지들을 사용하여 효과적으로 작용할 수 있는 시스템들을 설계하는 것이다. 이러한 방식은 다양한 디바이스들에서 사용되었다. 제2 방식은 슬라이딩 센서들을 사용하는 것이다. 슬라이딩 센서들을 이용하여, 손가락 또는 센서는 데이터 획득 프로세스 동안 이동할 수 있는데, 이는 작은 센서로 하여금 피부의 더 큰 부분들의 이미지들을 생성하게 한다. 그러나, 슬라이딩 센서들은 상당한 이미지 왜곡을 일으킬 수 있으며, 그리고/또는 이들은 불편한 사용자 패러다임을 제공할 수 있다.
이미지 왜곡 또는 잡음은 또한, 손가락 감지 픽셀들의 어레이로부터 상대적으로 훨씬 더 먼 거리에 위치되는 손가락들로부터의 손가락 이미지를 감지하는 것이 바람직할 경우 존재할 수 있다. 예를 들어, 전기장 기반 손가락 센서들의 범위를 확장시켜서 이들이 몰딩된 플라스틱 구조들과 같은 상당히 더 두꺼운 유전 물질을 통해 손가락들을 이미징할 수 있는 것이 바람직할 수 있다.
예를 들어, 랩톱 컴퓨터 및 셀룰러 전화와 같은 개인용 전자 디바이스들에서 사용되는 집적 회로 기반 지문 센서들은 일반적으로 사용자 신원 인증을 위한 효과적인 감지 손가락들일 수 있다. 그러나, 이들 손가락 센서들은 일반적으로 손가락이 손가락 감지 픽셀들의 어레이에 매우 근접하게 위치되는 것을 요구한다. 사용자 손가락에 대한 가까운 근접도의 필요성은 통상적으로 이들 디바이스들의 호스트 제품들로의 집적 및 기계적 패키징을 더 어렵고 더 비용이 들도록 한다.
이들 디바이스들의 집적 회로 패키징을 다루기 위한 일부 방식들은, 예를 들어, 손가락이 어레이에 근접하게 접근하는 것을 허용하는 몰딩에서의 개구를 가지는 특수 몰딩 패키지, 및 손가락이 감지 어레이에 근접하게 배치되게 하는 얇은 플렉스 회로 기판들 상의 특수 패키징을 포함한다. 특수 패키징은 이들 센서들의 비용을 증가시킨다.
사용자의 손가락이 손가락 감지 픽셀들의 어레이에 가깝게 될 필요성은 해당 어레이 위에 배치될 수 있는 물질의 두께를 제한할 수 있으며, 이는 어레이 영역 위에 보호 코팅 및 심미 코팅 모두의 사용을 점점 더 제한할 수 있다. 기계적으로, 이들 센서들의 호스트 디바이스들로의 집적은 통상적으로, 호스트 디바이스의 케이스 내의 홀을 통해 손가락 센서가 돌출(projecting)할 것을 요구하고, 따라서, 손가락 감지 픽셀들의 어레이는 케이스의 외부 표면과 거의 같은 높이에 위치될 수 있다.
그러나, 이들 장착 배열들의 부정적 양상은 습기, 먼지 및 다른 오염원들의 유입에 대해 호스트 디바이스 케이스 내의 손가락 센서에 대한 개구를 덮기 위한 더 많은 어려움과 더 높은 비용을 포함할 수 있다. 추가로, 손가락 센서 돌출부를 가지는 케이스 내의 개구는 호스트 디바이스의 의도된 외관에 대해 심미적으로 수용불가능할 수 있고, 케이스 내의 개구 내에 손가락 센서를 장착하는 것은 일부 디바이스들에서 어렵고 고가일 수 있다.
이전 배경의 견지에서, 따라서, 손가락 감지 픽셀들의 어레이로부터 상대적으로 먼 거리에 위치되는 손가락으로부터 감소한 잡음 손가락 이미지를 생성할 수 있는 손가락 감지 디바이스를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.
본 발명에 따른 이러한 그리고 다른 목적들, 특징들, 및 장점들은 인접한 사용자의 손가락을 수용하기 위한 손가락 감지 픽셀들의 어레이를 포함할 수 있는 손가락 감지 디바이스에 의해 제공된다. 각각의 손가락 감지 픽셀은 손가락 감지 전극을 포함할 수 있다. 손가락 감지 디바이스는 손가락 감지 픽셀들의 어레이에 사용자의 손가락을 통해 구동 신호를 커플링시키도록 구성되는 손가락 구동 전극 및 손가락 감지 픽셀들의 어레이에 커플링되고 손가락 감지 픽셀들의 인접 쌍들에 대한 복수의 픽셀간 차이 측정들을 생성하도록 구성되는 차동 픽셀 측정 회로를 포함할 수 있다. 따라서, 손가락 감지 디바이스는 손가락 감지 픽셀들의 어레이로부터 상대적으로 먼 거리에 위치되는 손가락으로부터 감소한 잡음 손가락 이미지를 생성할 수 있다.
손가락 감지 디바이스는, 예를 들어, 100-900 마이크로미터의 범위 내의 두께를 가지는 손가락 감지 픽셀들 위의 커버층을 더 포함할 수 있다. 차동 픽셀 측정 회로는 밸런싱된 차동 픽셀 측정 회로를 포함할 수 있다. 밸런싱된 차동 픽셀 측정 회로는 각각의 손가락 감지 픽셀의 각각의 손가락 감지 전극에 커플링되는 개별 차동 증폭기 스테이지, 및 손가락 감지 픽셀들의 인접한 쌍들에 대한 차동 구성에서 차동 증폭기 스테이지들의 개별 쌍들을 선택적으로 커플링하기 위한 스위칭 회로를 포함할 수 있다. 밸런싱된 차동 픽셀 측정 회로는 또한, 예를 들어, 스위칭 회로에 커플링되는 출력 스테이지를 포함할 수 있다.
손가락 감지 픽셀들의 어레이는 손가락 감지 픽셀들의 행들 및 열들을 포함할 수 있다. 차동 픽셀 측정 회로는 예를 들어, 손가락 감지 픽셀들의 어레이의 행들 및 열들 모두에 따른 손가락 감지 픽셀들의 인접한 쌍들에 대한 복수의 픽셀간 측정들을 생성하기 위한 스위칭 회로를 포함할 수 있다. 손가락 감지 디바이스는, 예를 들어, 차동 측정 회로에 커플링되고, 손가락 감지 픽셀들의 어레이의 행들 및 열들 모두에 따른 손가락 감지 픽셀들의 인접한 쌍들에 대한 픽셀 간 측정들에 기초하여 복합 손가락 이미지를 생성하도록 구성되는 이미지 생성 회로를 더 포함할 수 있다.
이미지 생성 회로는 차동 측정에 커플링된 커널 필터링 회로를 더 포함할 수 있다. 손가락 감지 디바이스는, 예를 들어, 반도체 기판을 더 포함할 수 있다. 손가락 감지 픽셀들의 어레이는 반도체 기판 상에 있을 수 있다. 손가락 감지 디바이스는 손가락 구동 전극에 커플링되는 무선 주파수 구동 신호 생성기를 더 포함할 수 있다.
방법 양상은 손가락 감지 픽셀들의 어레이에 인접한 사용자 손가락을 수용하는 것을 포함할 수 있는 손가락의 감지 방법에 관한 것이며, 각각의 손가락 감지 픽셀은 손가락 감지 전극을 포함한다. 방법은, 예를 들어, 손가락 구동 전극을 거쳐 손가락 감지 픽셀들의 어레이에 사용자의 손가락을 통해 구동 신호를 커플링하는 것을 포함할 수 있다. 방법은, 예를 들어, 손가락 감지 픽셀들의 어레이에 커플링되는 차동 픽셀 측정 회로를 사용하여 손가락 감지 픽셀들의 인접 쌍들에 대한 복수의 픽셀간 차이 측정들을 생성하는 것을 더 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 손가락 감지 디바이스의 개략적 블록도이다.
도 2는 피부 전기적 특징들 대 구동 신호 감쇠의 그래프이다.
도 3은 직접 및 절연 구동 손가락 접촉 배열들에 대한 피부 전기적 특징들 대 구동 신호 감쇠의 그래프이다.
도 4는 2-차원 평면에서 전기장 강도의 그래프이다.
도 5는 손가락 감지 픽셀들의 상이한 사이즈의 어레이들에 대한 손가락 감지 픽셀들의 어레이로부터의 거리 대 변조비들의 그래프이다.
도 6은 본 발명의 손가락 감지 디바이스를 이용한 사용을 위해 가중된 중앙 필터의 아날로그 구현의 개략도이다.
도 7a-7c는 손가락 감지 픽셀들의 어레이로부터 멀리에서의 낮은 공간적 주파수의 영향들을 예시하는 지문 이미지들의 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 손가락 감지 픽셀들의 1차원 어레이를 가지는 손가락 감지 디바이스의 일부분의 개략도이다.
도 9는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 손가락 감지 픽셀들의 2차원 어레이를 가지는 손가락 감지 디바이스의 일부분의 개략도이다.
도 10a-10c는 수평 및 수직 차이들을 도시하는 지문 이미지들이다.
도 11은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 손가락 감지 디바이스의 개략적 블록도이다.
도 12는 도 11의 손가락 감지 디바이스의 일부분의 개략적 회로도이다.
도 13a-13f는 본 발명에 따른 손가락 감지 디바이스의 손가락 감지 픽셀들의 어레이에 대한 가능한 스캔 패턴의 개략적 예시들이다.
도 14a 및 14b는 각각, 수직적 및 수평적 픽셀 차이들로부터 추출되는 리지(ridge) 배향 벡터들을 포함하는 크게 확대된 지문 이미지들이다.
도 15는 또다른 실시예에 따른 손가락 감지 디바이스의 개략적 블록도이다.
도 16은 도 15의 실시예에 따른 커널 기반 재구성을 예시하는 개략도이다.
도 17은 본 발명의 실시예의 손가락 감지 디바이스를 포함하는 오버몰딩된 패키지 배열의 개략도이다.
도 18은 본 발명의 실시예의 손가락 감지 디바이스를 포함하는 표준 푸시버튼 패키지 배열의 개략도이다.
본 발명은 이제, 본 발명의 바람직한 실시예들이 도시되는 첨부 도면들을 참조하여 하기에 더 완전히 기술될 것이다. 그러나, 이 발명은 많은 상이한 형태로 구현될 수 있고, 여기서 설명되는 실시예들에 제한되는 것으로서 해석되지 않아야 한다. 오히려, 이들 실시예들은 본 개시내용이 완전하고 완벽하도록 제공되며, 당업자에게 본 발명의 범위를 충분히 전달할 것이다. 동일한 숫자들은 명세서 전반에 걸쳐 동일한 엘리먼트들을 참조하고, 프라임 및 다중 프라임 표기는 대안적인 실시예들에서의 유사한 엘리먼트들을 표시하기 위해 사용된다.
초기에 도 1을 참조하면, 손가락 감지 디바이스(20)는 인접한 사용자의 손가락(21)을 수용하기 위한 손가락 감지 픽셀들(30)의 어레이를 포함한다. 손가락 감지 픽셀들(30)의 어레이는 반도체 기판(22)에 의해 운반된다. 손가락 감지 픽셀들(30)의 어레이는 당업자들에 의해 이해될 바와 같이 임의의 어레이 사이즈일 수 있다. 각각의 손가락 감지 픽셀(31)은 전기장 감지 픽셀일 수 있다. 일부 실시예들에서, 각각의 손가락 감지 픽셀은 예를 들어, 용량성 감지 픽셀일 수 있거나, 또는 다른 타입의 감지 픽셀일 수 있다. 각각의 손가락 감지 픽셀(31)은 손가락 감지 전극(32)을 포함한다. 손가락 구동 전극(33)은 손가락 감지 픽셀들(30)의어레이에 사용자의 손가락(21)을 통해 구동 신호를 커플링시키도록 구성된다. 물론, 손가락 구동 전극(33)은 하나 초과의 사용자의 손가락들을 통해 구동 신호를 커플링시킬 수 있고, 하나 초과의 손가락 구동 전극이 사용될 수 있다. 무선 주파수 구동 신호 생성기(36)는 손가락 구동 전극(33)에 커플링된다.
당업자가 이해할 바와 같이, 손가락 감지 디바이스(20)는 손가락 구동 전극(33)으로부터의 작은 전기적 신호를 사용자의 손가락(21)의 피부의 도전층에 주입함으로써 동작한다. 피부의 해당 도전층에 의해 생성되는 전기장의 형상이 이후 측정된다.
손가락 구동 전극(33)은 2가지 방식들 중 하나로 작은 전기적 신호들을 사용자의 손가락으로 주입하도록 구성될 수 있다. 손가락 구동 전극(33)은 접촉 전극 손가락 구동으로서 동작하도록 구성될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 손가락 구동 전극(33)은 절연 전극 손가락 구동으로서 동작하도록 구성될 수 있다. 손가락 구동 전극(33)은 다른 기법들, 예를 들어, 전기 및 자기 인덕션 기법들을 사용하여 동작하도록 구성될 수 있다.
손가락 구동 전극(33)이 접촉 전극 손가락 구동으로서 동작하도록 구성되는 경우, 전기적으로 도전성인 표면은 사용자의 손가락(21)의 표면과의 직접적 전기적 접촉을 이룬다. 손가락 구동 전극(33) 상에서의 전기적 신호들은 가변적인 감쇠 정도를 가지고 사용자의 손가락(21)에 커플링되며, 감쇠는 손가락-대-전극 접촉 영역의 사이즈, 및 손가락 피부 자체의 전기적 특성에 의존한다. 손가락 피부의 전기적 특성들은 몇 자릿수 범위에 걸쳐 사람마다 그리고 순간마다 달라질 수 있다는 점에 유의해야 한다.
도 2의 그래프에 예시된 곡선들(81, 82, 83, 84)은 전기적 모델링으로부터 유도되고, 접촉 영역 및 피부 전기적 특성들의 함수로서 사용자의 손가락(21) 내의 구동 신호 감쇠를 도시한다. 피부 전기적 특성들은 차트의 왼쪽의 매우 두꺼운 건조한 피부로부터 그래프의 우측의 얇은 습한 피부까지를 범위로 한다. 4개의 상이한 곡선들은 4개의 손가락 접촉 면적들을 나타내고, 상부 곡선(81)은 가장 큰 면적을 나타내고, 하부 곡선(84)은 가장 작은 면적을 나타낸다.
손가락 구동 전극(33)이 절연 전극 손가락 구동으로서 구성되는 경우, 전기적으로 도전성인 전극은 절연 물질의 두께만큼 사용자의 손가락(21)의 표면으로부터 분리된다. 절연 전극 상의 전기적 신호들은 근처 피부 표면들에 용량적으로 커플링한다. 절연된 전극들에 대해, 커플링으로 인한 신호 감쇠는 전극에 가까운 피부 영역의 면적, 전극과 손가락 사이의 절연 물질의 두께, 해당 절연 물질의 전기적 특성들, 및 손가락 피부 자체의 전기적 특성들을 포함하는 몇몇 파라미터들의 결합에 의존한다.
전기적 모델링으로부터 유도된, 도 3의 그래프에 도시된 곡선들은 손가락 피부의 전기적 특성들의 범위에 걸쳐 직접 접촉 손가락 구동 배열들(85, 86, 87, 88)에 대한 손가락 구동 신호 감쇠를 통상적인 절연 손가락 구동 배열들(89, 90, 91, 92)과 비교한다.
절연된 손가락 구동 시스템들이 건조한 두꺼운 피부의 손가락들 및 습한 얇은 피부의 손가락들 사이의 구동 신호 감쇠의 변화를 감소시키려는 경향이 있다는 점에 유의하는 것이 중요할 수 있다. 위의 예에서, 절연 구동은 직접 구동 시스템에 대해 절반의 동적 범위를 가지고 손가락 피부 변화를 핸들링한다. 일반적으로, 고정된 전압 부스트가 평균 감쇠에서의 차이들을 극복하기 위해 절연된 손가락 구동 전극 시스템에 적용되는 경우, 결과 시스템은 곡선들(89, 90, 91, 92)에 의해 도시되는 바와 같이 직접 구동 시스템보다는 손가락 피부 변화를 다루기 위한 현저하게 더 적은 동적 범위를 요구할 수 있다. 이러한 배열은, 당업자에 의해 이해될 바와 같이, 더 두꺼운 절연 물질들을 통해 손가락들을 이미징하는 경우, 큰 시스템 동적 범위를 유지하는 문제점들을 감소시킨다.
손가락 감지 픽셀들(30)의 어레이는 손가락 감지 픽셀들의 행들 및 열들을 포함한다. 손가락 감지 픽셀들(31)의 2차원 어레이들은 종종, 원격 타겟 오브젝트, 예를 들어, 사용자의 손가락(21)에 의해 영향을 받은 에너지 필드의 강도를 측정함으로써, 원격 오브젝트들의 형상을 측정하기 위해 종종 사용된다. 통상적으로, 어레이(30)의 각각의 픽셀(31)에 의해 측정된 에너지는 원격 오브젝트의 이미지 내의 픽셀 값을 설정하기 위해 사용된다. 이러한 원격 감지의 예는 센서 어레이와 접촉하지 않는 손가락들의 지문 패턴들의 측정이지만, 다양한 두께들의 보호 물질에 의해 해당 어레이로부터 분리된다. 이러한 타입의 통상적인 시스템에서, 형상 정보(기반 필드 상에 새겨진(impressed) 공간적 신호)는 타겟 오브젝트가 손가락 감지 픽셀들의 어레이로부터 더 멀리 이동함에 따라 감쇠된다.
사용자의 손가락이 센서 어레이로부터 상당히 멀리 있는 경우, 사용자의 손가락 형상 정보를 나타내는 감쇠된 공간 신호들을 더 효과적으로 측정하기 위해, 손가락 감지 디바이스(20')는 손가락 감지 픽셀들(30)의 어레이에 커플링되고 손가락 감지 픽셀들(31)의 인접 쌍들에 대한 복수의 픽셀간 차이 측정들을 생성하도록 구성되는 차동 픽셀 측정 회로(40)를 포함한다.
아래에 더 상세하게 설명될 바와 같이, 차동 픽셀 측정 회로(40)는, 이들 상에서 큰 전체 신호들을 가지는 손가락 감지 픽셀들(31) 사이의 매우 작은 신호 차이들로부터 형상 정보를 측정하고 강한 더 낮은 공간적 주파수 신호들의 존재 시 감쇠된 높은 공간적 주파수 신호들을 측정하는 문제점들을 유리하게 다룬다. 차동 측정 회로(40)는 또한 잡음을 감소시키는 동시에 약한 공간적 신호들을 유리하게 측정한다. 당업자에 의해 이해될 바와 같이, 차동 픽셀 측정 회로(40)는 위에서 주지된 목적들을 달성하기 위해 공간적 아날로그 대 델타/시그마 시간 시리즈 측정들을 사용할 수 있다.
거리로 인한 형상 정보의 감쇠는 지문들을 측정하기 위해 사용되는 전기장 손가락 감지 픽셀들의 어레이들에서 더 명백하다. 예를 들어, 이들 손가락 감지 디바이스들에서 사용되는 RF 전기장들은 단순한 확산성 필드들로서 모델링되고 이러한 모델에서 공간적 정보 감쇠가 분석된다.
도 4의 그래프는, 2-D 평면에서 필드 강도의 예시로서, 필드 확산 시뮬레이션의 결과들을 예시한다. 그래프에서, 형상-정보-베어링 양은 공간적 사인파의 피크(peak)들 및 골(valley)들 사이의 차이이다. 그래프는 공간적-가변 전기장 강도 소스에 의해 생성되는 필드(그래프의 우측)가 소스로부터의 거리가 증가함에 따라 어떻게 감쇠하는지를 예시한다. 이러한 시뮬레이션은 손가락 감지 픽셀들의 어레이로부터 원격인 지문 패턴의 형상을 더 정확하게 측정하기 위해 다루어질 문제점들 중 일부를 예시한다.
추가로, 필드 신호들에서의 형상 정보의 감쇠는 상이한 공간적 주파수들에서의 정보에 대해 균일하지 않을 수 있다. 포커싱 메커니즘을 사용하지 않는 전기장 기반 손가락 감지 픽셀들을 포함하는 손가락 감지 디바이스에서, 더 높은 공간적 주파수들은, 공지된 필드 확산 방정식들에 따라, 통상적으로 더 낮은 공간적 주파수들보다 더 많이 감쇠된다. 곡선들(93, 94, 95, 96)은 각각 16, 8, 4 및 2개 픽셀들에 대한 거리 대 변조비를 예시한다. 도 5의 그래프는 감쇠가 측정된 형상의 공간적 주파수 컨텐츠에 어떻게 의존하는지를 표시하는 시뮬레이션들의 결과들을 예시한다. 도 5의 그래프는 y축 상의 상대적 신호 강도의 정규화된 표시로서 변조비를 사용한다. 가장 큰 사이즈(93)(이 시뮬레이션에서 16개 픽셀들)의 피쳐들은 가장 낮은 공간적 주파수를 가지며, 거리가 증가함에 따른 최소의 감쇠를 경험한다.
도 4의 그래프에 기초하여, 형상 신호(피크들 및 골들 사이의 차이들)는 당신이 필드의 평균 값보다 훨씬 더 빨리 그래프의 왼쪽으로 이동함에 따라 감쇠한다. 그 결과, 멀리 있는 손가락 감지 픽셀들의 어레이의 신호들은 훨씬 더 큰 평균 신호의 존재시 매우 작은 픽셀 대 픽셀 차이들을 가질 수 있다. 궁극적으로, 지문 패턴 형상을 재생하기 위해, 큰 전체 픽셀 신호들로부터의 작은 피크 대 골 차이들이 추출될 수 있다.
작은 차이 신호는 손가락 감지 디바이스 내의 몇몇 포인트들에서 더 큰 전체 신호로부터 추출될 수 있다. 추출 기능의 각각의 가능한 위치는 다양한 장점들 및 단점들을 가질 수 있다. 최선의 선택은 시스템의 특정 상세항목들에 의존할 수 있고, 손가락 감지 디바이스에서 벗어날 수 있다. 특정 관심사항은, 큰 신호들 사이의 작은 차이들로서 표현되는 정보를 전달하는 전체 시스템의 일부분들이 큰 동적 범위를 가져야 한다는 제약이다. 프로세싱 체인에서 조기에 작은 픽셀-대-픽셀 신호를 추출하는(또는 반대로, 큰 공통 신호를 무효화하는) 프로세스를 배치함으로써, 손가락 감지 디바이스의 나머지의 동적 범위는, 추출/무효화 포인트에서의 복잡도의 일부 증가를 감수하여, 감소할 수 있다.
센서 자체에서, 또는 증폭 스테이지에서 큰 공통 신호(위에서 논의됨)를 억제하는 것은 다운스트림 신호 프로세싱 및 이미지 프로세싱의 동적 범위의 감소에서 유용할 수 있다. 일 방법에서, 시스템은 손가락 감지 픽셀들의 어레이에 동일하게 여기 신호의(또는 어레이에 걸친 수신된 신호의 평균의) 반전된(그리고 가능하게는 AC 감지에 대해 위상 시프트된) 버전을 인가한다. 반전된 신호의 진폭은 최적의 널(null)을 달성하기 위해 이미징 동안 선택적으로 조정될 수 있다. 후속적인 증폭 스테이지들에 공급되는 결과 신호는 대다수의 큰 공통 모드 신호가 제거되게 할 수 있고, 따라서, 작은 픽셀-대-픽셀 변경들이 증폭기들로부터의 과도한 동적 범위를 요구하지 않고 증폭될 수 있다.
전기장 기반 손가락 감지 디바이스들에서, 당업자에 의해 이해될 바와 같이, 안테나 플레이트 아래에 반전된 신호를 전달하는 작은 전극을 배치함으로써, 반전된 신호가 전기장 감지 픽셀 안테나에서 직접적으로 주입될 수 있다. 안테나에서 상대적으로 강한 공통 신호를 억제함으로써, 고이득, 저잡음 감지 증폭기가 포화에 대한 고려가 거의 없이 사용될 수 있다.
손가락 감지 픽셀들의 어레이에서의 큰 평균 신호들을 억제하기 위한 반전된 신호 삽입 메커니즘은 심지어 아래에 논의된 메커니즘이 사용되는 경우라도 유리한데, 왜냐하면 이것이 감지 증폭 입력들에서 보여지는 공통 모드 전압들을 제한할 수 있기 때문이다.
일 구현예에서, 손가락 감지 픽셀들의 그룹으로부터의 평균 수신된 신호는, 이후, 억제 신호 소스로서 사용되는 신호를 설정하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 메커니즘은 감지 픽셀들의 어레이들로 하여금, 상황에 따라, 억제 신호를 변경시킴으로써, 상이한 전체 신호 레벨들에 적응하도록 허용한다. 평균 신호를 생성하는 한가지 방법은 현재 스캔되지 않을 수 있는 손가락 감지 픽셀들의 그룹을 상호접속시키고, 상호접속된 픽셀들의 이러한 그룹 상에서 전개되는 평균 신호를 측정하는 것이다. 실제 사용에서, 손가락 감지 픽셀들의 물리적 어레이들은 통상적으로 불량인 소수의 픽셀들을 포함한다. 손가락 감지 디바이스는 불량 픽셀들에도 불구하고 가능한 최소량의 중단을 가지고 계속 동작해야 한다. 평균 신호보다 소수의 픽셀들의 실패에 대해 덜 민감한 중심 경향 신호를 계산하는 한가지 방법은 중앙 신호를 생성하는 것이다.
이제 도 6의 개략도를 추가적으로 참조하면, 아키텍쳐의 아날로그 부분들에서 큰 공통 신호들을 억제하기 위해 유용한 신호를 생성할 수 있는 가중된 중앙 필터로서 동작하는 필터 회로(60)가 예시된다. 필터 회로(60)는 손가락 감지 디바이스(20)에서 단독으로 또는 추가적인 필터들 또는 필터링 기법, 예를 들어, 하기에 더 상세하게 기술되는 차동 측정 회로(40)와 함께 사용될 수 있다. 필터 회로(60)는 각각이 손가락 감지 픽셀에 커플링될 차동 증폭기들(61a-61k) 및 대응하는 저항기들(62a-62k)을 포함한다. 픽셀 가중 인자들은 전류 합산 저항기들(62)의 상대적 값들에 의해 결정될 수 있다. 합산 저항기(62)를 통한 전압 Vrx는
Figure 112013040246611-pct00001
및
Figure 112013040246611-pct00002
에 의해 결정된다. Vm은 중앙 전압이고, Vp는 픽셀 공급 전압이다. 가중된 중앙 필터는 n =1 내지 k에 대해
Figure 112013040246611-pct00003
로서 표현될 수 있다.
도 5의 그래프로부터 보여질 수 있는 바와 같이, 특정 거리에서의 원격 형상들을 나타내는 신호들에서 보여지는 감쇠량은 해당 형상 정보의 공간적 주파수 컨텐츠의 함수로서 달라질 수 있다. 따라서, 원격 형상들의 정확한 측정은 공간적 주파수 민감성 보상, 또는 본질적으로 공간적 필터링을 요구할 수 있다.
공간적 주파수 보상은 손가락 감지 디바이스 내의 몇몇 상이한 장소들에서 수행될 수 있다. 공간적 필터링은 아날로그 증폭 스테이지에서, 또는 이미지 생성 및 프로세싱 스테이지에서의 데이터 변환 이후에 디지털적으로, 손가락 감지 픽셀들의 어레이에서 직접 적용될 수 있다. 여기에서, 업스트림의 공간적 주파수 보상의 스테이지들 대한 큰 동적 범위들, 및 요구되는 동적 범위 내의 감소 대 신호 흐름에서 조기에 보상을 포함하는 비용들에 관해 이전에 논의된 바와 같이 동일한 종류의 절충들이 발생한다.
또한 도 7a 내지 도 7c를 참조하면, 센서 어레이로부터 멀리서의 지문들의 측정들에서의 원치 않는 강한 낮은 공간적 주파수 정보의 영향들이 예시된다. 도 7a는 손가락 감지 픽셀들의 어레이에 인접하여 측정된 사용자의 손가락의 지문을 예시한다. 도 7b는 사용자의 손가락으로부터 상대적으로 멀리 있는 손가락 감지 픽셀들의 어레이에 의해 측정되는 동일한 사용자의 손가락을 예시한다. 지문 주파수들보다 더 낮은 공간적 주파수들에서의 우세한 에너지가 예시된다. 도 7c는 디지털 공간적 필터링 이후의 동일한 지문을 예시한다. 예시적으로, 디지털 공간적 필터링은 4비트 그레이 스케일 이미지로부터 전체 리지 패턴을 추출할 수 없었다.
디지털 이미지들의 공간적 필터링은 당업자에 의해 잘 이해되며, 손가락 감지 디바이스 내의 이미지 프로세싱 스테이지에서 적용될 수 있다. 공간적 주파수 보상은 어레이 내의 다수의 센서들로부터 필터링을 위한 컨벌루션 커널 함수들을 구현하도록 구성되는 아날로그 합산 및 차별화 블록들로 신호들을 인가함으로써 손가락 감지 픽셀 및 증폭기 레벨들에서 적용될 수 있다.
그 전체 내용들이 여기에 참조로 포함되는 Setlak 등에 의한 미국 특허 제6,067,368호에서 기술된 것과 같은 수동 임피던스 면들은, 공간적 주파수 보상의 형태를 제공하는, 공간적 고대역 통과 필터들로서, 또는 언샤프(unsharp) 마스킹 필터들로서 동작하도록 구성될 수 있다. 공간적 필터들의 다양한 아날로그 및 디지털 구현예들이, 당업자에 의해 이해될 바와 같이 적용될 수 있다.
추가로, 하기에 더 상세하게 논의되는, 차동 픽셀 측정 회로(40)를 통한 차동 픽셀 측정과 같은 방법들이 우세한 시스템 프론트 엔드 동적 범위에서 낮은 공간적 주파수 신호들을 감소시키고, 이미지 프로세싱 스테이지에서 공간적 주파수 보상된 형상 신호의 구성을 허용하기 위해 적용될 수 있다.
손가락 감지 디바이스들이 더욱 더 작은 신호들을 측정함에 따라, 잡음을 차단하거나 무효화하는 능력은 더욱 더 중요해진다. 예를 들어, 손가락 감지 디바이스의 감지 스테이지에 대한 공통 잡음 소스들은 외부 간섭, 여기 잡음, 내재적 센서 잡음, 손가락 감지 픽셀들의 어레이로부터의 고정된 패턴 잡음, 및 접지 전위 잡음을 포함할 수 있다. 감지 스테이지에서의 잡음 소스들을 다루기 위한 포텐셜 잡음 관리 기법은 밸런싱된 차동 측정(하기에서 더 상세히 논의됨), 및 상관된 더블 샘플링을 포함할 수 있다.
손가락 감지 디바이스의 증폭 및 신호 프로세싱 스테이지에 대해, 공통 잡음 소스들은 샘플링 및 스위칭 잡음, 행 및 열(column) 잡음을 포함할 수 있고, 이는 일시적 및 고정적 패턴 잡음, 전력 레일 잡음 및 컴포넌트 내재적 잡음을 포함할 수 있고, 이는 일시적 및 고정적 패턴 잡음을 포함할 수 있다. 증폭 및 신호 프로세싱 스테이지에서 잡음 소스들을 다루기 위한 포텐셜 잡음 관리 기법들은 차동 증폭 및 신호 프로세싱, 신호 적분, 일시적 및 공간적 대역폭 제한, 교정 및 보상, 및 전력 레일 분리를 포함할 수 있다.
필터 감지 디바이스의 데이터 변환 스테이지에 대해, 공통 잡음 소스들은 양자화 잡음, 기준 잡음, 및 스위칭 잡음을 포함할 수 있다. 변환 스테이지에서의 잡음 소스들을 다루기 위한 방식들은 고해상도 데이터 변환 및 멀티-샘플 평균화를 포함한다. 손가락 프로세싱 디바이스의 이미지 프로세싱 스테이지에서, 잡음 관리 방식들은 공간적 필터링 및 최적 등화, 프레임 평균화, 경험적 추정, 및 특징 재구성을 포함할 수 있다. 물론, 당업자에 의해 이해될 바와 같이, 손가락 감지 디바이스의 다양한 스테이지들 각각에서 다른 잡음 소스들이 존재할 수 있고, 그리고/또는 추가적인 방식들이 이들 잡음 소스들을 다루기 위해 사용될 수 있다.
차동 픽셀 측정 회로(40)는, 지문 이미지들과 같은 원격 형상들을 측정하기 위한 시스템의 설계에 대한 시간-시리즈 신호들의 델타/시그마 프로세싱 방법 뒤의 이론의 일부 엘리먼트들을 적용하는 원격 형상 측정을 유리하게 제공한다. 결과적인 손가락 송신 디바이스(20)는 표준 단거리 형상 이미징 시스템들에 비해 비용 및 복잡도에 대한 감소한 영향을 가지고 위에서 논의된 바와 같이 원격 형상들을 더 정확하게 측정하기 위한 특성들을 보여준다.
당업자에 의해 이해될 바와 같이, 차동 픽셀 측정 회로(40)를 포함하는 손가락 감지 디바이스(20)는 예를 들어, 실제 밸런싱된 차동 잡음 소거, 내재적인 공간 주파수 보상, 큰 공통 모드 신호들의 내재적 소거, 및 손가락 감지 디바이스 대역폭 및 동적 범위의 매우 효과적인 사용을 제공할 수 있다. 손가락 감지 픽셀들(30)의 어레이에서 각각의 손가락 감지 픽셀(31) 상의 신호들을 측정한다기 보다는, 차동 픽셀 측정 회로(40)는 동일한 시점에서 인접 픽셀들 간의 차이들을 측정한다. 인접 픽셀들(31)은 예를 들어, 통상적인 인치 당 500 픽셀 센서에 대해 개재되어 있으며 통상적인 능선들 및 골들을 이미징 하기 위한 0 내지 6개 픽셀들 중 임의의 것에 의해 이격되는 픽셀들일 수 있다. 일부 실시예들에서, 차동 측정 회로(40)는 모든 다른 픽셀, 모든 제3 픽셀 등의 사이의 차이를 측정할 수 있다. 따라서, 측정된 픽셀 간 델타들은 시간 도메인 델타/시그마 프로세싱에서 통상적으로 측정되는 시간적 델타들이라기보다는 공간적 델타들이다. 측정된 픽셀-간 델타들은 차동 픽셀 측정 회로(40)를 통해 프로세싱되고, 오리지널 형상 이미지는 이미지 프로세싱 회로(51)를 통해 픽셀-간 델타들을 통합함으로써 다운스트림으로 재구성된다.
이제 추가적으로 도 8을 참조하면, 공간적 델타/시그마 측정을 구현하는 차동 픽셀 측정 회로(40') 및 손가락 감지 픽셀들(30')의 1차원 어레이를 포함하는 손가락 감지 디바이스(20')의 일부분의 실시예가 예시된다. 시간 도메인 델타/시그마 프로세싱은 통상적으로 1비트 아날로그-대-디지털 변환기 및 가변 시간 샘플 레이트의 사용을 포함한다. 차동 픽셀 측정 회로(40')는 인접한 손가락 감지 픽셀들(31') 사이에 커플링되는 차동 증폭기(41')를 포함한다.
손가락 감지 픽셀들(30)의 어레이 내의 손가락 감지 픽셀들(31) 사이의 차이의 측정은 해당 스타일의 측정과 통상적으로 연관된 공통 모드 신호 및 잡음 차단 특성들을 가지는, 완전히 밸런싱된 차동 측정들이 되도록 설계될 수 있다. 차동 픽셀 측정은 이후, 픽셀 센서들에서의 일시적 잡음 및 외부 간섭의 소거, 뿐만 아니라 확산성 필드 측정들에 내재된 큰 공통 모드 신호들의 억제를 제공한다. 결과적인 차이 신호들은 후속적인 프로세싱을 위해 유용한 레벨들로 증폭될 수 있다.
필드 확산 프로세스의 내재적 공간적 저대역 통과 필터링 특성이, 사용자의 손가락(21)이 손가락 감지 픽셀들(30)의 어레이 내의 임의의 2개의 인접한 손가락 감지 픽셀들(31) 사이에 도입될 수 있도록, 차이 신호의 사이즈를 제한할 수 있다는 점에 유의해야 한다. 제한보다 더 큰 임의의 측정된 신호 차이들이 유용한 데이터의 손실 없이 클리핑될 수 있는데, 왜냐하면, 이들 큰 차이들은 통상적으로 사용자의 손가락(21)의 실제 형상을 나타낼 수 없으며, 따라서, 스퓨리어스(spurious)할 수 있기 때문이다.
이제 추가적으로 도 9를 참조하면, 손가락 감지 디바이스(20)는 손가락 감지 픽셀들의 2차원 어레이(30)를 포함한다. 더 구체적으로는, 손가락 감지 픽셀들의 어레이(30)는 손가락 감지 픽셀들(31)의 행들 및 열들을 포함한다. 따라서, 사용자 손가락(21)에 관한 완전한 정보 세트를 얻기 위해, 수직 방향 및 수평 방향 모두에서 픽셀간 차이들을 측정하는 것이 유리할 수 있다. 이를 달성하기 위해, 차동 픽셀 측정 회로(40)는 각각의 행에서의 인접한 손가락 감지 픽셀들(30) 사이의 차동 증폭기(41), 및 각각의 열에서의 인접한 손가락 감지 픽셀들 사이의 차동 증폭기를 포함한다. 이는 잡음을 감소시키기 위해 사용될 수 있는 손가락 감지 디바이스(20)에 대해 리던던시를 추가한다. 최종적인 통합된 이미지에서의 각각의 손가락 감지 픽셀(31)의 값은, 예를 들어, 이미지 생성 회로(51)를 사용하여 손가락 감지 픽셀들(30)의 어레이를 통해 몇몇 상이한 "경로들" 중 하나를 따라 적분함으로써 계산될 수 있다. 당업자에 의해 이해될 바와 같이, 몇몇 경로들의 결과들을 결합시키는 것은 더 강건한 결과를 생성할 수 있다. 다중 경로의 사용은 하기에 더 상세하게 기술될 것이다. 2차원 차이 측정들에 대해, 픽셀 전압들의 직접 측정들이 이루어지는 경우, 또는 1차원 측정들이 이루어지는 경우 존재하는 것에 비해 거의 2배만큼 많은 수행된 측정들이 존재한다는 점에 유의해야 한다. 추가적인 측정들이, 예를 들어, 잡음을 억제하고 정확성을 개선하기 위해 사용될 수 있다.
이제 도 10a-10c를 참조하면, 사용자의 손가락의 이미지들이 예시된다. 도 10a는 표준 손가락 감지 디바이스로부터 만들어진 사용자의 손가락의 이미지를 예시하는 반면, 도 10b 및 10c는, 각각 동일한 사용자의 손가락에 대해 측정된 수직 및 수평 방향으로의 픽셀간 차이들을 나타내는 사용자의 손가락의 이미지를 예시한다. 차이 이미지들에서, 그레이는 인접한 픽셀들이 차이가 거의 없거나 아예 없는 면적들을 나타내며, 화이트는 양의 차이를 나타내고, 블랙은 음의 차이를 나타낸다.
그러나, 위에서 주지된 바와 같이, 각각의 차동 측정은 별도의 차동 증폭기에 의해 수행되는 것으로서 표현된다. 이러한 방식이 사용될 수 있지만, 상이한 픽셀들로부터의 신호들을 차동 증폭기들의 더 작은 뱅크로 스위칭시킴으로써 손가락 감지 픽셀들의 어레이의 측정을 구현하는 것이 바람직할 수 있다. 차동 픽셀 측정 회로를 사용하여 경제적인 그리고 신뢰가능한 손가락 감지 디바이스를 구축하기 위해, 손가락 감지 픽셀들(31) 각각 아래에 가능한 작은 회로를 추가하는 것이 바람직할 수 있다.
이제 도 11 및 12를 참조하면, 예를 들어, 전기장 감지 픽셀들에 의해 생성된 것과 같은 초고 임피던스 신호들에 대한 또다른 실시예에서, 각각의 손가락 감지 픽셀(31")이 차동 증폭기 스테이지(42")를 정의하는 밸런싱된 차동 트랜지스터 쌍의 일 측을 포함하는 분할 차동 증폭기 설계가 사용된다. 스위칭 회로(43")는, 상이한 픽셀간 측정들을 수행하기 위해, 상이한 시간들에서 상이한 구성들에서 상이한 쌍들로서 동작하도록 이들 트랜지스터들을 상호접속시킨다. 다시 말해, 차동 픽셀 측정 회로(40")가 밸런싱된다.
개별 차동 증폭기 스테이지(42")는 각각의 손가락 감지 픽셀(31")의 각각의 손가락 감지 전극(32")에 커플링된다. 각각의 차동 증폭기 스테이지(42")는 예시적으로, 예를 들어 아날로그 트랜지스터의 형태이다.
스위칭 회로(43")는 선택적으로, 손가락 감지 픽셀들(31")의 인접한 쌍들에 대한 차동 구성에서 차동 증폭기 스테이지들(42")의 개별 쌍들을 커플링시킨다. 위에서 주지된 바와 같이, 인접한 픽셀들(31")은 예를 들어, 통상적인 인치 당 500 픽셀 센서에 대해 개재되어 있고 통상적인 능선들 및 골을 이미징 하기 위한 0 내지 6개의 픽셀들 중 임의의 것에 의해 이격되는 픽셀들일 수 있다.
스위칭 회로(43")는 2개의 픽셀 버스들(44a", 44b"), 및 버스들로 하여금 행 내의 손가락 감지 픽셀들(31")을 차동 트랜지스터 스테이지들(41")로 상호접속시키기 위해 요구되는 다양한 구성들로 스위칭되도록 하는 각각의 행에 대한 버스 스위치들(45")의 뱅크를 포함한다. 스위칭 회로(43")는 또한 예시적으로, 각각의 손가락 감지 픽셀(31")에 커플링된 아날로그 스위칭 트랜지스터(46")의 형태인 개별 아날로그 스위치들을 포함한다. 당업자에 의해 이해될 바와 같이, 버스들(44a", 44b")의 2개 세트들로의 손가락 감지 픽셀들(31")의 교번적 접속은 동일한 행 내의 2개의 인접한 픽셀들(31")로 하여금, 밸런싱된 차동 쌍으로서 함께 접속되도록 한다. 예시적으로 차동 증폭기의 형태인 출력 스테이지(48")는 스위칭 회로(43")에 커플링된다. 측정된 신호, 즉, 측정된 픽셀간 차이 측정은 출력 스테이지(48")로부터 출력된다.
오직 2개의 손가락 감지 픽셀들(31")만이 예시되지만, 행 내의 추가적인 손가락 감지 픽셀들이 추가될 수 있고, 손가락 감지 픽셀들의 몇몇 행들이 또한 포함될 수 있다는 점이 이해되어야 한다. 당업자에 의해 이해될 바와 같이, 손가락 감지 픽셀들의 각각의 행은 이들의 연관된 버스들, 스위치 뱅크들 및 증폭기들을 가질 것이다.
이미지 생성 회로(51")는 차동 측정 회로(40")에 커플링되고, 더 구체적으로는 출력 스테이지(48")에 커플링될 수 있다. 이미지 생성 회로는, 손가락 감지 픽셀들(30")의 어레이의 행들 및 열들 모두에 따른 손가락 감지 픽셀들(31")의 인접 쌍들에 대한 픽셀 간 측정들에 기초하여 복합 손가락 이미지를 생성하도록 구성될 수 있다. 픽셀들의 각각의 행을 나타내는 개별 출력 스테이지들(48")은, 예를 들어, 복합 손가락 이미지를 생성하기 위해 통합될 수 있다. 당업자에 의해 이해될 바와 같이, 다른 복합 손가락 이미지 생성 기법들이 사용될 수 있다.
이제 도 13a-13f를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따라 손가락 감지 픽셀들(30")의 어레이에 대한 차동 픽셀 전압들 모두를 순차적으로 판독하기 위해 손가락 감지 디바이스를 가지고 사용하기 위한 스캐닝 시퀀스가 예시된다. 손가락 감지 픽셀들의 어레이는 예시적으로 손가락 감지 픽셀들의 8 x 8 어레이이다. 이러한 스캔 시퀀스는, 하나가 픽셀들의 각각의 행과 연관되는, 위에서 논의된 타입의 8개 행 증폭기/스위치 뱅크 구조들이 존재한다고 가정한다. 이들 증폭기들이 병렬로 동작할 수 있으며, 따라서, 최대 8개까지의 차동 픽셀 측정들이 각각의 스캔 단계 동안 동시에 수행될 수 있다고 추가로 가정한다. 도 13a-13f 각각은 스캔 단계를 나타내며, 어레이 내의 어느 손가락 감지 픽셀들이 차동적으로 접속되며 측정되는지를 예시한다. 더 어두운 도트 및 더 밝은 도트(72", 73")를 상호접속시키는 블랙 라인들(71")은 차동 쌍들로 함께 접속되는 픽셀들을 표시하며, 더 밝은 도트 및 더 어두운 도트는 각각 개별 버스에 커플링된다. 물론, 측정 리던던시의 상이한 정도들을 포함할 수 있으며, 그 결과 개선된 잡음 감소 이점들을 가질 수 있는, 다른 시퀀스들이 사용될 수 있다.
추가적으로, 전술된 버스 및 스위칭 배열들은 손가락 감지 픽셀들을 차동 증폭기 구성들로 상호접속시키기 위해 사용될 수 있는 광범위한 상이한 버스 및 스위칭 구성들의 예들이다. 당업자에 의해 이해될 바와 같이, 예를 들어, 픽셀들의 아날로그 스위치들을 열(column) 전류 싱크로 상호접속시키는 손가락 감지 픽셀들 아래의 더블 버스는, 지원될 수 있는 스캐닝 시퀀스들에서의 더 적은 유연성을 감수하여, 감소한 복잡도의 스위칭 뱅크를 가지는 단일 버스로 감소될 수 있다.
많은 경우들에서, 차동 픽셀 측정 데이터는 사용자의 손가락의 형상을 실제로 재구성하지 않고 직접적으로(또는 단지 작은 수정들/개선들만을 가지고) 그것의 미가공(raw) 형태로 사용될 수 있다. 도 10a-10c를 다시 참조하면, 지문 능선들의 에지들은 픽셀 차이 데이터의 이미지 표현에 명료하게 존재한다. 종종 이러한 정보는 해당 형태에서 다소 사용가능하다. 예를 들어, 손가락 감지 픽셀들의 어레이가 사용자의 손가락에 대해 기계적으로 이동하는 손가락 감지 디바이스에서, 데이터 스트림의 몇몇 프레임들로부터의 차동 픽셀 데이터는 손가락 감지 픽셀들의 어레이에 대한 사용자의 손가락 오브젝트의 움직임을 추정하기 위해 사용될 수 있다. 이 작업을 위해 통상적으로 사용되는 상관 추정 방법들은 차동 픽셀 데이터에 포함되는 에지 정보의 효과적인 사용을 수행할 수 있다. 제2 예에서, 일부 타입들의 손가락 감지 디바이스는 능선 패턴의 영역 배향의 추출 및 매칭에 의존한다.
이제 추가적으로 도 14a 및 14b를 참조하면, 지문의 능선 배향 벡터 필드는, 이러한 예시적인 경우에서, 차동 픽셀 측정들로부터 직접 용이하게 추출될 수 있다. 능선 방향 벡터들 각각의 신뢰 수준은 벡터의 강도에 의해 표시되는데, 더 어두운 벡터들은 가장 높은 신뢰 수준이고, 더 밝은 벡터들은 가장 낮은 신뢰 수준이다. 수직 및 수평 픽셀로부터 추출된 배향 데이터를 결합시킴으로써 차이들은 완전한 높은 신뢰 능선 배향 맵을 제조할 수 있다.
원격 형상 감지의 많은 실제 구현예들은 재생될 해당 형상의 공간적 주파수 컴포넌트들 모두를 사용하지 않을 수 있다. 패턴 인식을 수행하는 많은 손가락 감지 디바이스들에서, 관심 대상인 패턴은 제한된 공간 주파수 대역 내의 정보에 포함될 수 있다. 해당 대역 외부에 있는 공간 주파수들은, 위 아래 모두에서, 패턴 인식 시스템에 대한 잡음을 구성할 수 있고, 필터링 또는 다른 수단에 의해 통상적으로 제거된다. 예를 들어, 지문 패턴 매칭에서, 마찰 능선 주파수보다 현저하게 더 낮거나 현저하게 더 높은 공간적 주파수들을 가지는 정보는 인식을 방해한다. 이들 응용예들에서, 형상 이미지 수집 시스템은 프로세스에서 조기에 원치 않는 정보를 삭제하고, 시스템을 통해 해당 정보를 전달하지 않음으로써, 간략화될 수 있다.
이제 도 15 및 16을 참조하면, 상이한 픽셀 측정들로부터의 형상 정보의 재구성 시, 낮은 공간 주파수들은, 각각의 출력 픽셀의 값에 기여하도록 통합된 픽셀 차이들의 영역을 작은 커널로 제한함으로써 출력 이미지로부터 제거될 수 있다. 커널 사이즈보다 현저하게 더 큰 공간적 파장들은 커널 통합의 출력에 거의 영향을 줄 수 없다. 커널 통합을 보기 위한 한 가지 방법은 그 출력 값이 계산된 값인 픽셀에 대한 다양한 픽셀 차이 측정들을 통해 몇몇 경로들을 따름으로써 유도되는 값들의 평균화를 고려하는 것이다.
커널 기반 재구성 프로세스를 나타내는 이러한 기법은 도 16에 개략적으로 표현된다. 이미지 생성 회로(51''')는 주어진 손가락 감지 픽셀의 근처 영역에서 이루어진 차이 측정들로부터 각각의 손가락 감지 픽셀(31''')의 값을 계산하도록 구성되는 커널 프로세싱 회로(52''')를 포함한다. 특히:
픽셀 값 =
Figure 112013040246611-pct00004
가중들 Wn의 어레이는 손가락 감지 디바이스에 대해 조정되는 공간 주파수 응답을 줄 수 있는 필터링 커널을 구성한다. 따라서, 손가락 감지 픽셀들(31''')의 어레이는 상이한 공간 주파수들에 대해 더 민감하거나 덜 민감할 수 있다.
각각의 손가락 감지 픽셀의 값이 상이한 시간들에서 상이한 손가락 감지 픽셀 트랜지스터들을 사용하여 이루어진 다수의 부분적으로 리던던트한 측정들로부터 계산되므로, 고정된 패턴 잡음 및 일시적 잡음이 감소될 수 있다. 손가락 감지 픽셀들(30''')의 어레이의 2차원 특성들은 더 많은 측정 리던던시를 제공함으로써 이러한 영향을 향상시킨다.
이러한 타입의 이미지 재구성을 사용하여, 손가락 감지 디바이스(20''')는 공간적 DC 신호들(예를 들어, 어레이 신호들에서의 균일한 오프셋들)이 통상적으로 측정들에 영향을 주지 않는다는 견지에서 공간적 고대역 통과 필터처럼 동작한다. 당업자에 의해 이해될 바와 같이, 손가락 감지 픽셀들(30''')의 어레이가 예를 들어 더 큰 이미지에 대해 이동하고, 그것이 이동함에 따라 프레임들을 캡쳐하는 경우, 손가락 감지 픽셀들의 어레이의 사이즈보다 더 작은 파장들을 가지는 공간적 주파수들은 프레임 경계들에 대해 이미지를 재구성할 시에 공간적 고려가 취해지지 않는 한 재구성된 이미지에 존재하지 않을 수 있다.
형상 재구성 프로세스는 또한 확산 필드들을 사용하여 원격 측정들에서 발생하는 공간적 주파수 특정 감쇠에 대해 보상하도록 구성될 수 있다. 공간적 주파수 민감 감쇠를 도시하는 시뮬레이션 데이터에 대해 도 5를 다시 참조하면, 상이한 공간적 주파수 컴포넌트들을 밸런싱함으로써 오리지널 사용자의 손가락을 정확하게 나타내는 출력 이미지를 생성하는 것이 바람직할 수 있다. 이를 달성하기 위한 한 가지 방법은 원격 필드 전파 프로세스에서 더 강하게 감쇠된 공간적 주파수들을 재강조하기 위한 재구성에 대해 사용되는 통합 방법을 설계하는 것이다. 도 16에 예시된 방식은 재구성 프로세스에서의 공간적 주파수 보상의 한 가지 표현을 포함한다.
형상 재구성 프로세스의 대안적 표현이 구현될 수 있다. 대안적 표현에서, 클래식 공간적 필터링 컨볼루션 커널들의 적응은 사용자의 손가락 정보의 공간적 주파수 조정된 재구성을 제공한다. 더 구체적으로, 공간적 주파수 보상을 생성하는 가중 행렬은 계산된 픽셀로부터의 거리에 기초할 수 있다.
계산되는 픽셀에 기여하는 각각의 델타 픽셀 측정으로부터의 기여의 부호는 일반적으로 차동 측정들의 극성의 부호들에 의존한다. 수평 델타들에 대해, 계산된 픽셀의 좌측에 대한 측정들은 우측 상에서의 측정과는 반대의 부호를 가지고 누산된다. 수직 델타들에 대해, 계산되는 픽셀 위의 측정들은 아래의 측정들과는 반대의 부호를 가지고 누산될 것이다.
이미지 구성 동작에 대한 커널은, 좌/우 및 위/아래 기준을 반영하도록 수정된 부호들을 가지는, 수평적 및 수직적 공간 주파수 가중 행렬일 수 있다.
출력 이미지에서의 각각의 픽셀에 대해:
픽셀 값 =
Figure 112013040246611-pct00005
이고,
여기서:
Kh는 수평적 이미지 구성 커널이고;
Kv는 수직적 이미지 구성 커널이고;
Δh는 수평적 델타들의 행렬이고;
Δv는 수직적 델타들의 행렬이고; 그리고
i 및 j는 계산되는 픽셀 주위의 커널의 사이즈를 나타낸다.
당업자에 의해 이해될 바와 같이, 공간적 주파수 조정 커널 재구성의 증가한 효율성의 구현예들은 중복적인 부분 결과 계산들을 최소화하기 위해 고속 푸리에 변환 스타일 수학을 사용함으로써 일부 환경들에서 달성될 수 있다.
오리지널 사용자의 손가락(21''')의 형상을 계산하기 위해 다수의 경로들(또는 공간적 필터 표현의 대안적인 구현예)을 사용함으로써 개별 차이 측정들에서의 잡음의 영향들이 감소할 수 있다. 선형 및 비선형 필터링 모두 억제될 잡음 신호들의 특징에 따라 유리하도록 사용될 수 있다.
도 14a 및 14b를 다시 참조하면, 예를 들어, 지문과 같은 강한 선형 패턴들의 배향이 델타 픽셀 정보로부터 직접 계산될 수 있다. 해당 배향 정보는, 또한 차이 측정으로부터 유도될 수 있는 패턴의 공간 주파수 정보와 함께, 비대칭 커널 형상 재구성 필터로서 커널 필터링 회로(52''')를 배향하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 필터는 강하게 배향된 텍스쳐들을 가지는 패턴들에 대한 이미지 품질 개선들 및 상당한 잡음 소거를 제공할 수 있다.
당업자에 의해 이해될 바와 같이, 손가락 감지 디바이스(20)는 손가락 감지 픽셀들(30)의 어레이로부터 더 먼 거리에 위치된 사용자의 손가락으로부터의 지문들을 유리하게 판독한다. 이는 기계적 집적이 갖는 문제점 및 특수화된 패키징들의 단점들을 경감시킬 수 있는 다수의 상이한 기계적 패키징 및 호스트 디바이스 통합 방식들을 허용한다.
이제 추가로 도 17을 참조하면, IC 패키징 도메인에서, 이들 방식들은, 손가락 감지 픽셀들의 어레이 위에 개구를 가지지 않는 표준 몰딩된 패키지들을 사용하는 지문 감지 IC들의 상대적으로 낮은 비용의 높은 수율의 패키징인, 오버몰딩된 IC 패키지들을 포함할 수 있다. 예시적으로, 손가락 감지 디바이스(20'''')는 손가락 감지 픽셀들(30'''')의 어레이 위의 오버몰딩(53''''), 손가락 구동 전극(32''''), 및 결합 와이어(54'''')를 포함한다. 컬러 코팅층(55'''')은 오버몰딩(53'''') 위에 있고, 표면 클리어 코팅층(56'''')은 컬러 코팅층 위에 있다. 오버몰딩(53'''') 및 클리어 및 컬러 코팅층들(55'''', 56'''')의 두께는 예를 들어, 100-900 마이크로미터의 범위 내에 있을 수 있다. 이는 손가락 감지 픽셀들의 어레이 위에서 현재 사용되는 특수한 얇은 코팅들에 대한 필요성을 감소시켜서, 표준 몰드 화합물로 그것을 대체할 수 있다. 또한 이는 특수 제조 및 핸들링 장비 및 이들 센서들과 연관된 실습(practice)들을 감소시킬 수 있다.
이제 도 18을 참조하면, 또다른 방식은 예를 들어, 표준 푸시버튼들에 직접적으로 손가락 감지 디바이스(20''''')를 직접 몰딩하는 것을 수반할 수 있다. 예시적으로, 플립 칩 언더필(57''''')은 손가락 감지 픽셀들(30''''')의 어레이에 의해 캐리(carry)되고, 백필(58''''')은 손가락 감지 픽셀들(30''''')의 어레이의 측면들 및 아래를 둘러싼다. 결합 와이어(54''''')는 백필(58''''')을 통해 커플링한다. 상호접속 기판(59''''') 예를 들어, 캡톤 기판은 플립 칩 언더필(57''''') 위에, 그리고, 부분적으로 손가락 구동 전극(32''''') 위에 있다. 오버몰딩은 손가락 감지 디바이스(20''''')의 길이에 따라 상호접속 기판(59''''') 위에서 캐리된다. 필름 최상부 표면층(64''''')은 오버몰딩(53''''')에 의해 캐리된다. 그 위에 몰딩된 플라스틱 물질의 표준 두께를 가지고 작용할 수 있는 손가락 감지 디바이스(20''''')는 일부가 전류 센서들에 상대적으로 까다로운 몰딩된 키 캡의 일체화된 부분으로서 몰딩될 수 있다.
추가로, 여기서 기술된 손가락 감지 디바이스(20)는 표준 라미네이팅된 식별(ID) 카드들로 내장될 수 있다. 스마트 카드 및 RF-ID 카드 제조 시에 사용되는 표준 라미네이션들을 통해 사용자의 손가락을 이미징할 수 있는 손가락 감지 디바이스가 이제, 표준 저비용 카드 어셈블리 프로세스들을 사용하여, 해당 카드들 내에 경제적으로 구축될 수 있다.
또다른 방식은 케이스의 외부에 대한 투과를 가지지 않는 호스트 디바이스의 케이스 또는 하우징 아래에 손가락 감지 디바이스(20)를 탑재하는 것을 수반한다. 손가락 감지 디바이스(20)는 플라스틱 케이스를 통해 지문을 판독한다. 아래의 표 1은 호스트 디바이스들의 외부 구조들 또는 상이한 하우징들 아래에 위치되는 손가락 감지 디바이스에 대한 전체 이미징 거리들을 표시한다.
Figure 112013040246611-pct00006
방법 양상은 손가락 감지 방법에 관한 것이다. 방법은 손가락 감지 픽셀들의 어레이에 인접한 사용자의 손가락을 수용하는 것을 포함하고, 각각의 손가락 감지 픽셀은 손가락 감지 전극을 포함한다. 방법은 또한, 손가락 구동 전극을 거쳐 손가락 감지 픽셀들의 어레이에 사용자의 손가락을 통해 구동 신호를 커플링시키는 것을 포함한다. 방법은 또한 손가락 감지 픽셀들의 어레이에 커플링된 차동 픽셀 측정 회로를 사용하여 손가락 감지 픽셀들의 인접한 쌍들에 대한 복수의 픽셀 간 차이 측정들을 생성하는 것을 포함한다.
당업자에 의해 이해될 바와 같이, 여기서 기술된 회로는 모든 하드웨어, 하드웨어 및 소프트웨어의 결합, 또는 프로세서 상에서 실행되는 컴퓨터-실행가능한 명령들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 하나 초과의 프로세서가 사용될 수 있고, 프로세싱은 프로세서들에 걸쳐, 예를 들어, 호스트 프로세서와 공유될 수 있다. 당업자에 의해 이해될 바와 같이, 다른 프로세싱 및 하드웨어/소프트웨어 구성들이 사용될 수 있다.
본 발명의 많은 수정들 및 다른 실시예들은 이전 기재들 및 연관된 도면들에서 제시되는 교시들의 이점을 가지는 것으로 당업자에게 이해될 것이다. 따라서, 본 발명이 개시된 특정 실시예들에 제한되지 않으며, 수정들 및 실시예들이 첨부된 청구항들의 범위 내에 포함되도록 의도된다는 점이 이해된다.

Claims (23)

  1. 손가락 감지 디바이스로서,
    인접한 사용자의 손가락을 수신하기 위한 손가락 감지 픽셀들의 어레이 - 각각의 손가락 감지 픽셀은 손가락 감지 전극을 포함함 -;
    상기 사용자의 손가락을 통해 구동 신호를 커플링하는 상기 손가락 감지 픽셀들의 어레이와 함께 동작하도록(cooperate with) 구성된 손가락 구동 전극;
    상기 손가락 구동 전극에 커플링되는 무선 주파수 구동 신호 생성기; 및
    상기 손가락 감지 픽셀들의 어레이에 커플링되며, 상기 손가락 감지 픽셀들의 인접한 쌍들에 대한 복수의 픽셀간 차이 측정치들을 생성하도록 구성된 차동 픽셀 측정 회로(differential pixel measurement circuitry)
    를 포함하는 손가락 감지 디바이스.
  2. 제1항에 있어서,
    100-900 마이크로미터의 범위 내의 두께를 갖는 상기 손가락 감지 픽셀 위의 커버층을 더 포함하는 손가락 감지 디바이스.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 차동 픽셀 측정 회로는 밸런싱된 차동 픽셀 측정 회로를 포함하는 손가락 감지 디바이스.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 밸런싱된 차동 픽셀 측정 회로는,
    각각의 손가락 감지 픽셀의 각각의 손가락 감지 전극에 커플링되는 개별 차동 증폭기 스테이지;
    상기 손가락 감지 픽셀들의 인접한 쌍들에 대한 차동 구성에서 차동 증폭기 스테이지들의 개별 쌍들을 선택적으로 커플링하기 위한 스위칭 회로; 및
    상기 스위칭 회로에 커플링되는 출력 스테이지
    를 포함하는 손가락 감지 디바이스.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 손가락 감지 픽셀들의 어레이는 손가락 감지 픽셀들의 행들 및 열들을 포함하고, 상기 차동 픽셀 측정 회로는 상기 손가락 감지 픽셀들의 어레이의 행들 및 열들 모두를 따른 상기 손가락 감지 픽셀들의 인접한 쌍들에 대한 상기 복수의 픽셀간 측정치들을 생성하기 위한 스위칭 회로를 포함하는 손가락 감지 디바이스.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 차동 측정 회로에 커플링되며, 상기 손가락 감지 픽셀들의 어레이의 행들 및 열들 모두를 따른 상기 손가락 감지 픽셀들의 인접한 쌍들에 대한 상기 픽셀간 측정치들에 기초하여 복합 손가락 이미지를 생성하도록 구성된 이미지 생성 회로를 더 포함하는 손가락 감지 디바이스.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 이미지 생성 회로는 상기 차동 측정 회로에 커플링되는 커널 필터링 회로를 포함하는 손가락 감지 디바이스.
  8. 제1항에 있어서,
    반도체 기판을 더 포함하고, 상기 손가락 감지 픽셀들의 어레이는 상기 반도체 기판 상에 있는 손가락 감지 디바이스.
  9. 삭제
  10. 손가락 감지 디바이스로서,
    인접한 사용자의 손가락을 수신하기 위한 손가락 감지 픽셀들의 어레이 - 각각의 손가락 감지 픽셀은 손가락 감지 전극을 포함함 -;
    상기 사용자의 손가락을 통해 구동 신호를 커플링하는 상기 손가락 감지 픽셀들의 어레이와 함께 동작하도록 구성된 손가락 구동 전극;
    상기 손가락 감지 픽셀들의 어레이에 커플링되며, 상기 손가락 감지 픽셀들의 인접한 쌍들에 대한 복수의 픽셀간 차이 측정치들을 생성하도록 구성된 밸런싱된 차동 픽셀 측정 회로; 및
    100-900 마이크로미터의 범위 내의 두께를 갖는 상기 손가락 감지 픽셀들 위의 커버층
    을 포함하는 손가락 감지 디바이스.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 밸런싱된 차동 픽셀 측정 회로는,
    각각의 손가락 감지 픽셀의 각각의 손가락 감지 전극에 커플링되는 개별 차동 증폭기 스테이지;
    상기 손가락 감지 픽셀들의 인접한 쌍들에 대한 차동 구성에서 차동 증폭기 스테이지들의 개별 쌍들을 선택적으로 커플링하기 위한 스위칭 회로; 및
    상기 스위칭 회로에 커플링되는 출력 스테이지
    를 포함하는 손가락 감지 디바이스.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 손가락 감지 픽셀들의 어레이는 손가락 감지 픽셀들의 행들 및 열들을 포함하고, 상기 밸런싱된 차동 픽셀 측정 회로는 상기 손가락 감지 픽셀들의 어레이의 행들 및 열들 모두를 따른 상기 손가락 감지 픽셀들의 인접한 쌍들에 대한 상기 복수의 픽셀간 측정치들을 생성하기 위한 스위칭 회로를 포함하는 손가락 감지 디바이스.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 밸런싱된 차동 픽셀 측정 회로에 커플링되며, 상기 손가락 감지 픽셀들의 어레이의 행들 및 열들 모두를 따른 상기 손가락 감지 픽셀들의 인접한 쌍들에 대한 상기 픽셀간 측정치들에 기초하여 복합 손가락 이미지를 생성하도록 구성된 이미지 생성 회로를 더 포함하는 손가락 감지 디바이스.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 이미지 생성 회로는 상기 밸런싱된 차동 픽셀 측정 회로에 커플링되는 커널 필터링 회로를 포함하는 손가락 감지 디바이스.
  15. 제10항에 있어서,
    반도체 기판을 더 포함하고, 상기 손가락 감지 픽셀들의 어레이는 상기 반도체 기판 상에 있는 손가락 감지 디바이스.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 손가락 구동 전극에 커플링되는 무선 주파수 구동 신호 생성기를 더 포함하는 손가락 감지 디바이스.
  17. 손가락을 감지하는 방법으로서,
    손가락 감지 픽셀들의 어레이에 인접한 사용자의 손가락을 수신하는 단계 - 각각의 손가락 감지 픽셀은 손가락 감지 전극을 포함함 -;
    무선 주파수 구동 신호 생성기에 커플링된 손가락 구동 전극을 거쳐 상기 사용자 손가락을 통해 구동 신호를 커플링하는 상기 손가락 감지 픽셀들의 어레이와 함께 동작하는 단계; 및
    상기 손가락 감지 픽셀들의 어레이에 커플링되는 차동 픽셀 측정 회로를 사용하여 상기 손가락 감지 픽셀들의 인접한 쌍들에 대한 복수의 픽셀간 차이 측정치들을 생성하는 단계
    를 포함하는 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    100-900 마이크로미터의 범위 내의 두께를 갖는 손가락 감지 전극들 위의 커버층을 더 포함하는 방법.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 차동 픽셀 측정 회로는 밸런싱된 차동 픽셀 측정 회로를 포함하는 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 밸런싱된 차동 픽셀 측정 회로는,
    각각의 손가락 감지 픽셀의 각각의 손가락 감지 전극에 커플링되는 개별 차동 증폭기 스테이지;
    상기 손가락 감지 픽셀들의 인접한 쌍들에 대한 차동 구성에서 차동 증폭기 스테이지들의 개별 쌍들을 선택적으로 커플링하기 위한 스위칭 회로; 및
    상기 스위칭 회로에 커플링되는 출력 스테이지
    를 포함하는 방법.
  21. 제17항에 있어서,
    상기 손가락 감지 픽셀들의 어레이는 손가락 감지 픽셀들의 행들 및 열들을 포함하고, 상기 차동 픽셀 측정 회로는 스위칭 회로를 포함하고, 상기 복수의 픽셀간 측정치들은 상기 스위칭 회로를 사용하여 상기 손가락 감지 픽셀들의 어레이의 행들 및 열들 모두를 따른 상기 손가락 감지 픽셀들의 인접한 쌍들에 대해 생성되는 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 차동 측정 회로에 커플링되는 이미지 생성 회로를 통해 상기 손가락 감지 픽셀들의 어레이의 행들 및 열들 모두를 따른 상기 손가락 감지 픽셀들의 인접한 쌍들에 대한 상기 픽셀간 측정치들에 기초하여 복합 손가락 이미지를 생성하는 단계를 더 포함하는 방법.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 복합 손가락 이미지는 상기 차동 측정 회로에 커플링되는 커널 필터링 회로를 통해 생성되는 방법.
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