それぞれが指検出電極を有し、自身に隣接するユーザの指を受けるための複数の指検出画素のアレイと、前記ユーザの指を通じた駆動信号を前記指検出画素のアレイに結合するように構成された指駆動電極と、前記指検出画素のアレイに結合された差動画素測定回路であって、前記指検出画素の複数の隣接ペアについて複数の画素間差分測定結果を生成するように構成された差動画素測定回路とを備えることを特徴とする指検出デバイス。100~900マイクロメートルの範囲の厚さを有し、前記指検出画素を覆うカバー層を更に備えることを特徴とする請求項1に記載の指検出デバイス。前記差動画素測定回路は平衡差動画素測定回路を含むことを特徴とする請求項1に記載の指検出デバイス。前記平衡差動画素測定回路は、各指検出画素の各指検出電極に結合された個別の差動増幅段と、前記指検出画素の前記複数の隣接ペアについて差動構成において差動増幅段の個別のペアを選択的に結合するスイッチング回路と、前記スイッチング回路に結合された出力段とを含むことを特徴とする請求項3に記載の指検出デバイス。前記指検出画素のアレイは、指検出画素の行及び列を含み、前記差動画素測定回路は、前記指検出画素のアレイの行及び列の両方に沿った前記指検出画素の複数の隣接ペアについて前記複数の画素間差分測定結果を生成するためのスイッチング回路を含むことを特徴とする請求項1に記載の指検出デバイス。前記差動画素測定回路に結合された画像生成回路であって、前記指検出画素のアレイの行及び列の両方に沿った前記指検出画素の複数の隣接ペアについての前記複数の画素間差分測定結果に基づいて合成指画像を生成するように構成された画像生成回路を更に備えることを特徴とする請求項5に記載の指検出デバイス。前記画像生成回路は前記差動画素測定回路に結合されたカーネルフィルタリング回路を含むことを特徴とする請求項6に記載の指検出デバイス。半導体基板を更に備え、前記指検出画素のアレイは前記半導体基板上にあることを特徴とする請求項1に記載の指検出デバイス。前記指駆動電極に結合された高周波駆動信号生成器を更に備えることを特徴とする請求項1に記載の指検出デバイス。それぞれが指検出電極を有し、自身に隣接するユーザの指を受けるための複数の指検出画素のアレイと、前記ユーザの指を通じた駆動信号を前記指検出画素のアレイに結合するように構成された指駆動電極と、前記指検出画素のアレイに結合された平衡差動画素測定回路であって、前記指検出画素の複数の隣接ペアについて複数の画素間差分測定結果を生成するように構成された平衡差動画素測定回路と、100~900マイクロメートルの範囲の厚さを有し、前記指検出画素を覆うカバー層とを備えることを特徴とする指検出デバイス。前記平衡差動画素測定回路は、各指検出画素の各指検出電極に結合された個別の差動増幅段と、前記指検出画素の前記複数の隣接ペアについて差動構成において差動増幅段の個別のペアを選択的に結合するスイッチング回路と、前記スイッチング回路に結合された出力段とを含むことを特徴とする請求項10に記載の指検出デバイス。前記指検出画素のアレイは、指検出画素の行及び列を含み、前記平衡差動画素測定回路は、前記指検出画素のアレイの行及び列の両方に沿った前記指検出画素の複数の隣接ペアについて前記複数の画素間差分測定結果を生成するためのスイッチング回路を含むことを特徴とする請求項10に記載の指検出デバイス。前記平衡差動画素測定回路に結合された画像生成回路であって、前記指検出画素のアレイの行及び列の両方に沿った前記指検出画素の複数の隣接ペアについての前記複数の画素間差分測定結果に基づいて合成指画像を生成するように構成された画像生成回路を更に備えることを特徴とする請求項12に記載の指検出デバイス。前記画像生成回路は前記平衡差動画素測定回路に結合されたカーネルフィルタリング回路を含むことを特徴とする請求項13に記載の指検出デバイス。半導体基板を更に備え、前記指検出画素のアレイは前記半導体基板上にあることを特徴とする請求項10に記載の指検出デバイス。前記指駆動電極に結合された高周波駆動信号生成器を更に備えることを特徴とする請求項10に記載の指検出デバイス。指を検出する方法であって、それぞれが指検出電極を有する複数の指検出画素のアレイに隣接するユーザの指を受ける工程と、前記ユーザの指を通じた駆動信号を指駆動電極を介して前記指検出画素のアレイに結合する工程と、前記指検出画素のアレイに結合された差動画素測定回路を用いて、前記指検出画素の複数の隣接ペアについて複数の画素間差分測定結果を生成する工程とを有することを特徴とする方法。100~900マイクロメートルの範囲の厚さを有し、指検出電極を覆うカバー層を更に備えることを特徴とする請求項17に記載の方法。前記差動画素測定回路は平衡差動画素測定回路を含むことを特徴とする請求項17に記載の方法。前記平衡差動画素測定回路は、各指検出画素の各指検出電極に結合された個別の差動増幅段と、前記指検出画素の前記複数の隣接ペアについて差動構成において差動増幅段の個別のペアを選択的に結合するスイッチング回路と、前記スイッチング回路に結合された出力段とを含むことを特徴とする請求項19に記載の方法。前記指検出画素のアレイは、指検出画素の行及び列を含み、前記複数の画素間差分測定結果は、前記指検出画素のアレイの行及び列の両方に沿った前記指検出画素の複数の隣接ペアについて生成されることを特徴とする請求項17に記載の方法。前記差動画素測定回路に結合された画像生成回路を介して、前記指検出画素のアレイの行及び列の両方に沿った前記指検出画素の複数の隣接ペアについての前記複数の画素間差分測定結果に基づいて合成指画像を生成する工程を更に有することを特徴とする請求項21に記載の方法。前記合成指画像は前記差動画素測定回路に結合されたカーネルフィルタリング回路を介して生成されることを特徴とする請求項22に記載の方法。従って、前述の背景を考慮して、本発明の目的は、指検出画素のアレイから比較的遠くに位置する指からノイズの少ない指画像を生成可能な指検出デバイスを提供することである。この目的、機能及び本発明による利点並びに他の目的、機能及び利点は、自身に隣接するユーザの指を受けるための複数の指検出画素のアレイを含みうる指検出デバイスによって提供されうる。各指検出画素は指検出デバイス指検出電極を含みうる。前記指検出デバイスは、前記ユーザの指を通じた駆動信号を前記指検出画素のアレイに結合するように構成された指駆動電極と、前記指検出画素のアレイに結合された差動画素測定回路であって、前記指検出画素の複数の隣接ペアについて複数の画素間差分測定結果を生成するように構成された差動画素測定回路とを含みうる。従って、指検出デバイスは指センサ画素アレイから比較的遠くに位置する指からノイズの低減された指画像を生成しうる。指検出デバイスは例えば、100~900マイクロメートルの範囲の厚さを有し、前記指検出画素を覆うカバー層を更に含みうる。前記差動画素測定回路は平衡差動画素測定回路を含みうる。前記平衡差動画素測定回路は、各指検出画素の各指検出電極に結合された個別の差動増幅段と、前記指検出画素の前記複数の隣接ペアについて差動構成において差動増幅段の個別のペアを選択的に結合するスイッチング回路とを含みうる。前記平衡差動画素測定回路は例えば、前記スイッチング回路に結合された出力段とを含みうる。前記指検出画素のアレイは、指検出画素の行及び列を含みうる。前記差動画素測定回路は例えば、前記指検出画素のアレイの行及び列の両方に沿った前記指検出画素の複数の隣接ペアについて前記複数の画素間差分測定結果を生成するためのスイッチング回路を含みうる。前記指検出デバイスは例えば、前記差動画素測定回路に結合された画像生成回路であって、前記指検出画素のアレイの行及び列の両方に沿った前記指検出画素の複数の隣接ペアについての前記複数の画素間差分測定結果に基づいて合成指画像を生成するように構成された画像生成回路を更に含みうる。前記画像生成回路は前記差動画素測定回路に結合されたカーネルフィルタリング回路を更に含みうる。前記指検出デバイスは例えば、半導体基板を更に復位うる。前記指検出画素のアレイは前記半導体基板上にありうる。前記指検出デバイスは前記指駆動電極に結合された高周波駆動信号生成器を更に含みうる。方法の側面は、それぞれが指検出電極を有する複数の指検出画素のアレイに隣接するユーザの指を受ける工程を含みうる、指を検出する方法を対象とする。前記方法は、前記ユーザの指を通じた駆動信号を指駆動電極を介して前記指検出画素のアレイに結合する工程を更に含みうる。前記方法は例えば、前記指検出画素のアレイに結合された差動画素測定回路を用いて、前記指検出画素の複数の隣接ペアについて複数の画素間差分測定結果を生成する工程を更に含みうる。本発明の好適な実施形態が示される添付の図面を参照しつつ、以下に本発明が十分に説明される。しかしながら、本発明は多くの異なる形式で実施されてもよく、本明細書で説明される実施形態に限定されるものと解釈されるべきではない。むしろ、本開示が詳細であり完成しており、当業者に本発明の範囲が十分に伝わるように、これらの実施形態が提供される。明細書を通じて同様の要素に同様の番号が付され、ダッシュ記号及び複数ダッシュ記号は代替の実施形態における同様の要素を示すために用いられる。最初に図1を参照して、指検出デバイス20は、自身に隣接するユーザの指21を受けるための指検出画素アレイ30を含む。指検出画素アレイ30は半導体基板22により支持される。当業者に理解されるように、指検出画素アレイ30は任意のアレイサイズであってもよい。各指検出画素31は電界検出画素であってもよい。一部の実施形態では、各指検出画素は例えば容量検出画素であってもよし、他のタイプの検出画素であってもよい。各指検出画素31は指検出電極32を含む。指駆動回路33は、ユーザの指21を通じた駆動信号を指検出画素アレイ30に結合するように構成される。当然のことながら、指駆動電極33は2本以上のユーザの指を通じた駆動信号を結合してもよく、2つ以上の指駆動電極が用いられてもよい。高周波駆動信号生成器36は指駆動電極33に結合される。当業者に理解されるように、指検出デバイス20は、指駆動電極33からの小さな電気信号をユーザの指21の皮膚の導電層に注入することによって動作する。その後、当該皮膚の導電層により生成される電界の形状が測定される。指駆動電極33は2つの方向のうちの一方で小さな電気信号をユーザの指に注入するように構成されてもよい。指駆動電極33は、コンタクト電極指駆動として動作するように構成されてもよい。これに代えて又はこれに加えて、指駆動電極33は絶縁電極指駆動として動作するように構成されてもよい。指駆動電極33は例えば電磁誘導技術のような他の技術を用いて動作するように構成されてもよい。指駆動電極33がコンタクト電極指駆動として動作するように構成される場合に、導電面は、ユーザの指21の表面と直接の電気的接触を行う。指駆動電極33上の電気信号は減衰の程度を変えながらユーザの指21に結合され、当該減衰は指電極間接触面積の大きさと、指の皮膚自体の電気特性とに依存する。指の皮膚の電気特性は人ごと及び時間ごとに数ケタの大きさの範囲で変わりうることに留意されたい。図2のグラフに示される曲線81、82、83、84は電気モデリングにより導出され、接触面積及び皮膚電気特性の関数としてユーザの指21の内部の駆動信号減衰を示す。皮膚の電気特性は、図の左端にある非常に厚い乾いた皮膚からグラフの右端にある薄く湿った皮膚までの範囲を取る。4つの異なる曲線は4つの異なる指接触面積を表し、一番上の曲線81が最大面積を表し、一番下の曲線84が最小面積を表す。指駆動電極33が絶縁電極指駆動として構成される場合に、導電電極は絶縁体の厚さによってユーザの指21の表面から分離される。絶縁電極上の電気信号は付近の指の表面に容量結合する。絶縁電極について、結合に起因する信号減衰は、電極に近い指の領域の面積、電極と指との間の絶縁体の厚さ、当該絶縁体の電気特性及び指の皮膚自体の電気特性を含むいくつかのパラメータの組み合わせに依存する。電気モデリングで導出される図3のグラフに示される曲線は、指の皮膚の電気特性の範囲で、直接接触指駆動構成85、86、87、88についての指駆動信号減衰と、典型的な絶縁指駆動構成89、90、91、92についての指駆動信号減衰とを比較する。絶縁指駆動システムは、乾いた厚い皮膚の指と湿った薄い皮膚の指との間の駆動信号減衰の変動を低減する傾向にあることに注目することが重要でありうる。上記の例では、絶縁駆動は、直接駆動システムの半分のダイナミックレンジで指の皮膚の変動を対処する。一般に、平均減衰の差を克服するために固定電圧ブーストが絶縁指駆動電極システムに適用されるならば、結果として生じるシステムでは、曲線89、90、91、92によって示されるような直接駆動システムよりも、指の皮膚の変動を扱うために要求されるダイナミックレンジが著しく小さくなりうる。この構成は、当業者に理解されるように、厚い絶縁体を通じて指を画像化する際に大きなシステムダイナミックレンジを維持することの問題を低減する。指検出画素アレイ30は、指検出画素の行及び列を含む。指検出画素31の2次元アレイは、離れた対象物、例えばユーザの指21によって影響を受けているエネルギー場の強度を測定することによって、離れた物体の形状を測定するために用いられることがある。典型的に、アレイ30の各画素31によって測定されるエネルギーは、離れた物体の画像における画素値を設定するために用いられる。このようなリモート検出の例は、センサアレイに接していないが、様々な厚さの保護部材によって当該アレイから分離されている指の指紋パターンの測定である。このタイプの典型的なシステムでは、形状情報基礎フィールドに加えられた空間信号は、対象物が指検出画素のアレイから遠くに移動するにつれて、減衰する。ユーザの指がセンサアレイからかなり遠くにある場合にユーザの指の形状情報を表す減衰した空間信号をより効率的に測定するために、指検出デバイス20は差動画素測定回路40を含み、差動画素測定回路40は指検出画素アレイ30に結合され、指検出画素31の隣接ペアについて複数の画素間差分測定結果を生成するように構成される。以下に詳細に説明されるように、差動画素測定回路40は、大きな全体信号を有する指検出画素31間の非常に小さな信号差分から形状情報を測定し、強い低空間周波数信号の存在のもとで減衰した高空間周波数信号を測定することの問題に有利に対処する。差分測定回路40はまた、ノイズを低減しつつ弱い空間信号を有利に測定する。当業者に理解されるように、差動画素測定回路40は上述の目的を達成するために空間アナログデルタシグマ時系列測定結果を使用しうる。距離による形状情報の減衰は、指紋を測定するために用いられる電界指検出画素のアレイでより顕著である。これらの指検出デバイスで用いられるもののようなRF電界は、単純な拡散場としてモデル化され、空間情報減衰はこのようなモデルで分析されうる。図4のグラフは2D平面での場の強さの説明として、場拡散シミュレーションの結果を示す。このグラフでは、形状情報保持量は、空間サイン波のピークと谷との間の差分である。グラフは、ソースからの距離が増加するにつれて、空間変化する電界の強度ソースグラフの右側にあるによって生成される場がどのように減衰するかを示す。このシミュレーションは、指検出画素アレイから離れた指紋パターンの形状をより正確に測定するために対処されるべき問題の一部を説明する。さらに、場信号の形状情報の減衰は、様々な空間周波数での情報について一様でないかもしれない。集束メカニズムを使用しない電界ベースの指検出画素を含む指検出デバイスでは、周知の場拡散方程式に従って、低空間周波数よりも高空間周波数の方が典型的に減衰する。曲線93、94、95、96はそれぞれ、16画素、8画素、4画素、2画素について距離に対する変調比を説明する。図5のグラフは測定される形状の空間周波数成分に減衰がどのように依存するかを示すシミュレーション結果を説明する。図5のグラフはy軸に相対信号強度の正規化された指標として変調比を用いる。大きなサイズこのシミュレーションでは16画素の特徴点93は最低の空間周波数を有し、距離の増加とともに最小の減衰を受ける。図4のグラフに基づいて、形状信号ピークと谷との間の差分は、場の平均値よりも遥かに速くグラフ上で左へ動くにつれて減衰する。結果として、遠くの指検出画素アレイでの信号は、はるかに大きな平均信号の存在のもとで、非常に小さな画素間差分を有しうる。究極的に、指紋パターン形状を再生するために、大きな画素全体信号から小さなピーク谷間差分が抽出されうる。小さな差分信号は、指検出デバイス内のいくつかの点で大きな全体信号から抽出されうる。抽出関数の取りうる位置のそれぞれは、様々な利点及び不利益を有しうる。最良の選択はシステムの固有の詳細に依存し、指検出デバイスとは異なりうる。大きな信号間の小さな差分として表される情報を伝達するシステム全体の一部が大きなダイナミックレンジを有しなければならないという制約が特に関心を引く。小さな画素間信号を抽出するか、反対に大きな共通信号を無効にする処理を処理チェーンの早期に置くことによって、抽出/無効ポイントでの複雑さに関する何らかの増加を犠牲にして、指検出デバイスの残りのダイナミックレンジが低減されうる。センサ自体で又は増幅段で上述の大きな共通信号を抑制することは、ダウンストリーム信号処理及び画像処理のダイナミックレンジの低減に有用でありうる。1つの方法では、励起信号又はアレイにわたる受信信号の平均の反転バージョン又は場合によってはACセンサの位相シフトバージョンを指検出画素のアレイに等しく適用する。オプションとして、反転信号の振幅は最適ヌルを達成するために画像化中に調整されてもよい。後続の増幅段に供給される結果の信号は、大きな共通モード信号の大部分を除去し、結果として小さな画素間変動は増幅器からの過度なダイナミックレンジを要求することなく増幅されうる。当業者に理解されるように、電界ベースの指検出デバイスでは、反転信号を伝達する小さな電極をアンテナ板の下に配することによって、反転信号は電界検出画素アンテナに直接に注入されうる。アンテナにおいて比較的強い共通信号を抑制することによって、飽和をほとんど意識することなく高ゲインで低ノイズな検知増幅器が用いられうる。指検出画素のアレイで大きな平均信号を抑制するための反転信号挿入メカニズムは、センサアンプ入力でみられる共通モード電圧を制限しうるために後述のメカニズムが採用される場合であっても有利である。1つの実装では、指検出画素のグループからの平均受信信号は信号を確立するために用いられてもよく、この信号はその後、抑制信号ソースとして用いられる。このメカニズムにより、検出画素アレイが状況に応じて抑制信号を変えることによって異なる信号全体レベルを適用できるようになる。平均信号を生成する1つの方法は、現在スキャンされていないかもしれない指検出画素のグループを相互接続し、この相互接続された画素のグループで生成された平均信号を測定することである。実世界での使用では、指検出画素の物理的アレイは典型的に、正常に機能していない少数の画素を含む。指検出デバイスは、正常に機能しない画素にもかかわらず可能な最小の歪み量で動作し続けるべきである。少数の画素の故障に平均信号よりも影響を受けにくい中心傾向信号を計算する1つの方法は、メジアン信号を生成することである。ここで、図6の概略図をさらに参照して、アーキテクチャのアナログ部において大きな共通信号を抑止するために有用な信号を生成できる重み付きメジアンフィルタとして動作するフィルタ回路60が説明される。フィルタ回路60は指検出デバイス20において単体で用いられてもよいし、例えば後述される差動測定回路40のような別のフィルタ又はフィルタリング技術とともに用いられてもよい。フィルタ回路60は差動増幅器61a~61kと、各指検出画素に結合される対応する抵抗器62a~62kとを含む。画素重み付け係数は、電流加算抵抗器62の相対値によって決定されうる。加算抵抗器62にかかる電圧Vrxは、Vrx=VVpx>Vmの場合及びVrx=V-Vpx≦Vmの場合によって決定される。Vmはメジアン電圧であり、Vpは画素給電電圧である。重み付きメジアンフィルタは、ΣVm-VmRn=0n=1~kとして表されうる。図5のグラフから読み取れるように、特定の距離でリモート形状を表す信号に見られる減衰の量は、当該形状情報の空間周波数成分の関数として変わりうる。従って、リモート形状の正確な測定は、空間周波数鋭敏補償、すなわち本質的に空間フィルタリングを必要としうる。空間周波数補償は指検出デバイス内のいくつかの異なる位置で実行されうる。空間フィルタリングは指検出画素のアレイで直接に適用されてもよいし、アナログ増幅段で適用されてもよいし、画像生成処理段でデータ変換後にデジタルで適用されてもよい。空間周波数補償の段アップストリームについての大きなダイナミックレンジと、必要なダイナミックレンジでの低減に対する信号フローにおける早期の補償の協力のコストとに関して上述のもとの同種のトレードオフがこの場合も生じる。図7a~図7cをさらに参照して、センサアレイから離れた指紋の測定結果における不要な強い低空間周波数情報の影響を説明する。図7aは指検出画素アレイに隣接して測定されたユーザの指の指紋を説明する。図7bはユーザの指から比較的離れた指検出画素アレイによって測定された同じユーザの指を説明する。指紋周波数よりも低い空間周波数での支配的なエネルギーが説明される。図7cはデジタル空間フィルタリング後の同じ指紋を説明する。実例として、デジタル空間フィルタリングは4ビットグレイスケール画像から十分な隆線パターンを抽出できなかった。デジタル画像の空間フィルタリングは当業者によく理解されており、指検出デバイスの画像処理段で適用されうる。空間周波数補償は、アレイ内の複数のセンサからの信号を、フィルタリングのための畳み込みカーネル関数を実装するように構成されたアナログ加算差分ブロックに適用することによって、指検出画素及び増幅器レベルで適用されうる。セトラックらによる特許文献3これは、参照によって全体が本明細書に組み込まれるに記載されるもののようなパッシブインピーダンス平面は、空間ハイパスフィルタとして動作するように構成されてもよいし、空間周波数補償の一形式を提供するように、アンシャープマスクフィルタとして動作するように構成されてもよい。当業者に理解されるように、空間フィルタの様々なアナログ実装及びデジタル実装が適用されうる。さらに、システムフロントエンドダイナミックレンジの支配から低空間周波数信号を低減し、画像処理段で空間周波数補償された形状信号の構築を可能にするために、後述される差動画素測定回路40を介する差動画素測定のような方法が適用されうる。指検出デバイスが測定する信号が小さいほど、ノイズを排除又は無効化する能力がますます重要になる。例えば、指検出デバイスのセンサ段に関する共通のノイズソースは、外部干渉と、励起ノイズと、固有センサノイズと、指検出画素アレイからの固定パターンノイズと、接地電位ノイズとを含みうる。センサ段でのノイズソースに対処するために取りうるノイズ管理技術は、後述される平衡差動測定及び相関二重サンプリングを含みうる。指検出デバイスの増幅信号処理段に関して、共通ノイズソースは、サンプリングスイッチングノイズと、温度ノイズ及び固定パターンノイズを含みうる行列ノイズと、パワーレールノイズと、温度ノイズ及び固定パターンノイズを含みうるコンポーネント固有ノイズとを含みうる。増幅信号処理段でのノイズソースに対処するために取りうるノイズ管理技術は、差動増幅信号処理と、信号統合と、時間空間帯域幅制限と、校正補償と、パワーレール分離とを含みうる。指検出デバイスのデータ変換段に関して、共通ノイズソースは、量子化ノイズと、参照ノイズと、スイッチングノイズとを含みうる。変換段でのノイズソースに対処するためのアプローチは、高解像度データ変換と、マルチサンプル平均化とを含む。指処理デバイスの画像処理段では、ノイズ管理アプローチは、空間フィルタリング最適等化と、フレーム平均化と、ヒューリスティック推定と、特徴再構築とを含みうる。当然ながら、当業者に理解されるように、指検出デバイスの様々な段のそれぞれにおいて他のノイズソースが存在する可能性があり、他のアプローチ及び/又は追加のアプローチがこれらのノイズソースに対処するために用いられうる。差動画素測定回路40は、有利には、時系列信号を処理するデルタシグマ方法の背後にある理論の一部の要素を、指紋画像のようなリモート形状の測定のためのシステムの設計に適用するリモート形状測定を提供する。結果として生じる指検出デイバス20は、標準的な短距離形状画像化システムと比べてコスト及び複雑さへの低い影響で上述のリモート形状をより正確に測定するための特性を呈する。当業者に理解されるように、差動画素測定回路40を含む指検出デバイス20は、例えば、真の平衡差動ノイズ相殺と、固有空間周波数補償と、大きな共通モード信号の固有相殺と、指検出デバイスの帯域幅及びダイナミックレンジの効率的な使用とを提供しうる。指検出画素アレイ30内の各指検出画素31で信号を測定するのではなく、差動画素測定回路40は同じ時点での隣接画素間の差分を測定する。隣接画素31は、典型的な500ppiセンサについて0画素~6画素のいずれかの間隔を有する画素であり、典型的な隆線及び谷を画像化する。一部の実施形態では、差動測定回路40は1つおきの画素の間の差分を測定してもよいし、2つおきの画素間の差分を測定してもよいし、他の値でもよい。従って、測定される画素間デルタは、時間領域デルタシグマ処理で典型的に測定される時間デルタではなく空間デルタである。測定された画素間デルタは差動画素測定回路40を通じて処理され、画像処理回路51を介して画素間デルタを統合することによってダウンストリームにおいて元の形状画像が再構築される。ここで、図8をさらに参照して、1次元アレイの指検出画素30と空間デルタシグマ測定を実装する差動画素測定回路40とを含む指検出デバイス20の一部の実施形態を説明する。時間領域デルタシグマ処理は典型的に、1ビットAD変換器と変動時間サンプルレートとの使用を含む。差動画素測定回路40は隣接する指検出画素31との間に結合された差動増幅器41を含む。指検出画素アレイ30内の指検出画素31間の差分の測定は、十分に平衡された差動測定となるように設計され、共通モード信号とノイズ排除特性とが典型的にこのスタイルの測定に関連する。その後、差動画素測定は、画素センサにおける時間ノイズ及び外部干渉の相殺を提供するとともに、拡散場測定に固有の大きな共通モード信号を抑制する。結果として生じる差分信号は後続の処理のために有用なレベルに増幅されうる。場拡散処理の固有空間ローパスフィルタリング特性は、ユーザの指21が指検出画素アレイ30内の任意の2つの隣接する指検出画素31間に誘導しうる差動信号のサイズを制限しうることに留意されたい。制限よりも大きな任意の測定された信号差分は有用なデータを損失することなくクリッピングされうる。なぜなら、これらの大きな差分は典型的にユーザの指21の本当の形状を表現できず、それ故、偽造でありうるからである。ここで、図9をさらに参照して、指検出デバイス20は指検出画素の2次元アレイ30を含む。より具体的に、指検出画素アレイ30は指検出画素31の行と列とを含む。よって、ユーザの指21に関する情報の完全な集合を得るために、水平方向と垂直方向との両方において画素間差分を測定することが有益でありうる。これを実現するために、差動画素測定回路40は、各行において隣接する指検出画素30の間にある差動増幅器41と、各列において隣接する指検出画素の間にある差動増幅器とを含む。これは、ノイズを低減するために用いられうる指検出デバイス20に冗長性を追加する。最終的な統合画像における各指検出画素31の値は、例えば、画像生成回路51を用いて指検出画素アレイ30を通るいくつかの異なるパスの1つに沿って統合することによって算出されうる。当業者に理解されるように、複数のパスの結果を統合することによって、よりロバストな結果が生成されうる。複数のパスの使用は後述される。2次元差分測定について、画素電圧の直接測定が行われる場合、又は1次元測定が行われる場合と比較して、約2倍の測定が実行されることに留意されたい。例えば、ノイズを抑制し、精度を向上するために追加の測定が用いられうる。ここで、図10a~図10cを参照して、ユーザの指の画像を説明する。図10aは標準的な指検出デバイスで作られたユーザの指の画像を説明するが、図10b、図10cはそれぞれ、同じユーザの指に関して測定された垂直方向における画素間差分と水平方向における画素間差分とを表すユーザの指の画像を説明する。差分画像では、グレイは隣接画素が小さい差分を有するか差分を有さないエリアを表し、白は正の差を表し、黒は負の差を表す。しかし、上述のように、各差分測定は別個の差動増幅器によって実行されるものとして表される。このアプローチが用いられうる間に、異なる画素からの信号を少数の差動増幅器のバンクに切り替えることによって指検出画素アレイの測定を実装することが望ましいかもしれない。差動画素測定回路を用いて経済的かつ信頼できる指検出デバイスを構築するために、指検出画素31のぞれぞれのもとで可能な限り小さな回路を追加することが望ましいかもしれない。ここで図11及び図12を参照して、例えば電界検出画素により生成されるもののような、非常に高いインピーダンス信号についての別に実施形態において、差分増幅段42を規定する平衡差動トランジスタペアの片側を各指検出画素31が含む分離差動増幅設計が用いられる。スイッチング回路43は、異なる画素間測定を行うために、異なる時刻に異なる構成で差動ペアとして動作するようにこれらのトランジスタを相互接続する。言い換えると、差動画素測定回路40は平衡される。個別の差動増幅段42は各指検出画素31の各指検知電極32に結合される。各差動増幅段42は実例では、例えばアナログトランジスタの形式である。スイッチング回路43は、指検出画素31の隣接ペアについて差動構成において差動増幅段42の個別のペアを選択的に結合する。上述のように、隣接画素31は例えば典型的な500ppiセンサについて0画素から6画素のいずれかの間隔で配された画素であってもよく、典型的な隆線及び谷を画像化する。スイッチング回路43は2つの画素バス44a、44bと、行内の指検出画素31を差動トランジスタ段41に相互接続するために必要な様々な構成にバスが切り替わることを可能にする行ごとのバススイッチ45のバンクとを含む。当業者に理解されるように、スイッチング回路43はまた、各指検出画素31に結合されたアナログスイッチングトランジスタ46の形式の個別のアナログスイッチを含む。バスの2つの集合44a、44bへの指検出画素31の交互接続により、同じ行にある2つの隣接画素31が、平衡差動ペアとして一緒に接続されることが可能になる。差動増幅器の形式で説明される出力段48は、スイッチング回路43に結合される。測定された信号、すなわち測定された画素間差動測定は、出力段48から出力される。2つだけの指検出画素31が説明されるが、行内の別の指検出画素が追加されてもよく、いくつかの行の指検出画素も含まれてもよいことが理解されるべきである。当業者に理解されるように、指検出画素の各行は自身に関連するバス、スイッチバンク及び増幅器を有しうる。画像生成回路51は差動測定回路40に結合され、より具体的には出力段48に結合されうる。画像生成回路は指検出画素アレイ30の行と列との両方に沿った指検出画素31の隣接ペアについての画素間測定結果に基づいて合成指画像を生成するように構成されうる。画素の各行を表す個別の出力段48は、例えば合成指画像を生成するために統合されうる。当業者に理解されるように、他の合成指画像技術が用いられてもよい。ここで図13a~図13fを参照して、本発明の実施形態に従う指検出画素30のアレイ上の差動画素電圧のすべてを順次に読み出すための指検出デバイスを用いたスキャンシーケンスを説明する。指検出画素アレイは説明的に8×8の指検出画素アレイである。このスキャンシーケンスは、上述のタイプの8行増幅器/スイッチバンク構造が存在し、1つが各画素行に関連している場合を想定する。さらに、これらの増幅器は並列に動作でき、高々8つの差動画素測定結果が各スキャンステップの間に同時に実行されうる場合を想定する。図13a~図13fの各図はスキャンステップを表し、アレイ内のどの指検出画素が異なって接続され測定されるかを説明する。濃いドット72と薄いドット73とを相互接続する黒線71は一緒になって差動ペアに接続される画素を示し、濃いドットと薄いドットとはそれぞれ個別のバスに結合される。当然ながら、測定冗長度の変更を含んでもよく、結果としてノイズ低減効果を向上しうるその他のシーケンスが用いられてもよい。さらに、上述のバススイッチ構成は、指検出画素を差動増幅構成に相互接続するために用いられうる幅広い範囲のバススイッチ構成の例である。例えば、当業者に理解されるように、指検出画素の下にあり、画素のアナログスイッチを列電流シンクに相互接続する二重バスは、サポートされうるスキャンシーケンスにおける柔軟性低下の犠牲のもとで、複雑さが低減したスイッチバンクを有する単一バスに低減されてもよい。多くの場合に、差動画素測定データはユーザの指の形状を実際に再構築することなく、その生の形式で直接に又はわずかな修正/拡張だけで用いられうる。再び図10a~図10cを参照して、指紋の隆線のエッジは画素差分データの画像表現に明確に表れている。しばしば、この情報はこの形式で非常に有用である。例えば、指検出画素アレイがユーザの指に沿って機械的に移動する指検出デバイスにおいて、データストリームのいくつかのフレームからの差動画素データは、指検出画素アレイに関するユーザの指オブジェクトの移動を推定するために用いられうる。このタスクに典型的に用いられる相関推定方法は差動画素データに含まれるエッジ情報の使用を効率的にしうる。第2の例では、一部のタイプの指検出デバイスは、隆線パターンの領域方向の抽出及びマッチングに依存する。ここで、図14a及び図14bをさらに参照して、この例の場合に、指紋の隆線配向ベクトル場は差動画素測定結果から直接に容易に抽出されうる。隆線方向ベクトルのそれぞれの信頼レベルはベクトルの明度によって示され、濃いベクトルは高い信頼レベルであり、薄いベクトルは低い信頼レベルである。垂直画素差分及び水平画素差分から抽出された配向データを組み合わせることによって、完全な高信頼隆線配向マップが生成されうる。リモート形状検出の多くの実際の実装は再生される形状の空間周波数成分のすべてを使用しなくてもよい。パターン認識を実行する多くの指検出デバイスでは、対象のパターンは制限された空間周波数帯内の情報に含まれてもよい。当該帯域外、すなわち当該帯域よりも上と下との両方の空間周波数は、パターン認識システムへのノイズを構成するかもしれず、典型的にフィルタリング又は他の手段によって除去される。例えば、指紋パターンマッチングにおいて、皮膚紋理周波数よりも大幅に低い又は大幅に高い空間周波数を有する情報は認識を妨げる。これらの用途では、形状画像収集システムは、不要な情報をプロセスの早期に除去し、システムを通じて当該情報を伝達しないことによって単純化されうる。ここで、図15及び図16を参照して、差動画素測定結果から形状情報を再構築する際に、各出力画素の値へ寄与するように統合される画素差分の領域を小さなカーネルに制限することによって、出力画像から低空間周波数が除去されうる。カーネルサイズよりも大幅に大きい空間波長は、カーネル統合の出力にほとんど影響を有しないかもしれない。カーネル統合を見る1つの方法は、出力値が計算された値である画素への様々な画素差分測定結果を通じたいくつかのパスに従うことによって導出された値を平均化することを検討することである。カーネルベースの再構築プロセスを表すこの技術は図16に概略的に表される。画像生成回路51は、所与の指検出画素の近接でなされた差分測定結果から各指検出画素31の値を算出するように構成されたカーネル処理回路52を含む。特に、画素値=ΣW1ΔoneStepPathW2ΔoneStepPathである。重みWnのアレイは指検出デバイスに個別調整する空間周波数応答を与えうるフィルタリングカーネルを構成する。よって、指検出画素31のアレイは異なる空間周波数に多かれ少なかれ鋭敏でありうる。各指検出画素の値は、異なる指検出画素トランジスタを用いて異なるタイミングで行われた複数の部分的に冗長な測定結果から算出されるので、固定パターンノイズと時間ノイズとの両方が低減されうる。指検出画素アレイ30の2次元特性は、より多くの測定冗長性を提供することによってこの効果を向上する。このタイプの画像再構築を使用して、指検出デバイス20は、空間DC信号例えば、アレイ信号内の一様なオフセットが典型的に測定結果に影響しないという意味において、空間ハイパスフィルタのように振る舞う。当業者に理解されるように、指検出画素アレイ30が例えば大きな画像上を移動し、移動するにつれてフレームをキャプチャするならば、指検出画素アレイのサイズよりも小さな波長を有する空間周波数は、フレームの境界にわたる画像を再構築する際に特別な考慮が行われない限り、再構築された画像には表れないかもしれない。形状再構築プロセスはまた、拡散場を使用したリモート測定に生じる空間周波数固有減衰を補償するように構築されうる。空間周波数に鋭敏な減衰を示すシミュレーションデータについて再び図5を参照して、異なる空間周波数成分を平衡することによって、元のユーザの指を正確に表す出力画像を生成することが望ましいかもしれない。これを実現するために1つの方法は、リモート場伝搬プロセスにおいて一層強く減衰された空間周波数を再強調するために再構築が用いられる統合方法を設計することである。図16に説明されるアプローチは再構築プロセスにおける空間周波数補償の1つの表現を含む。形状再構築プロセスの代替の表現が実装されてもよい。代替の表現では、古典的な空間フィルタリング畳み込みカーネルの採用により、ユーザの指情報の、空間周波数調整された再構築を提供する。より具体的に、空間周波数補償を生成する重み付け行列は、計算される画素からの距離に基づきうる。計算される画素に寄与する各デルタ画素測定結果からの寄与の符号は、一般に、差動測定結果の極性の符号に依存する。水平デルタについて、計算される画素の左への測定結果は、右のものとは反対の符号に蓄積される。垂直デルタについて、計算される画素の上の測定結果は、下にあるものとは反対の符号に蓄積される。画像構築動作のカーネルは左右の基準及び上下の基準を反映するように符号が修正された水平垂直空間周波数重み付け行列でありうる。出力画像の各画素について、画素値ΣΣである。ここで、Khは水平画像構築カーネルであり、Kvは垂直画像構築カーネルであり、Δhは水平デルタの行列であり、Δvは垂直デルタの行列であり、i及びjは計算される画素の周りのカーネルのサイズを表す。当業者に理解されるように、空間周波数が個別調整されたカーネル再構築の向上した効率実装は、一部の環境では冗長部分結果計算を最小化するように高速フーリエ変換スタイルの算術を用いることによって達成されうる。元のユーザの指21の形状を算出するためにマルチパスを用いることによって又は空間フィルタ表現の代替の実装を用いることによって、個別の差分測定結果におけるノイズの影響は低減されうる。抑制されるべきノイズ信号の特性に依存して、線形フィルタリングと非線形フィルタリングとの両方が有利には使用されうる。再び図14a及び図14bを参照して、例えば指紋のような強い線形パターンの配向は、デルタ画素情報から直接に算出されうる。差分測定結果からやはり導出されうるパターンの空間周波数情報とともに、当該方向情報は、非対称カーネル形状再構築フィルタとしてカーネルフィルタリング回路52を配向するために用いられうる。このようなフィルタは強く配向されたテクスチャを有するパターンについて大幅なノイズ除去と画像品質向上とを提供しうる。当業者に理解されるように、指検出デバイス20は、有利には指検出画素アレイ30から遠くに離れた位置にあるユーザの指から指紋を読み取る。これにより、専用パッケージングによる不都合と機械的統合による問題とを軽減しうる、複数の異なる機械的パッケージング及びホストデバイス統合アプローチが可能となる。ここで図17をさらに参照して、ICパッケージング分野において、これらのアプローチはオーバーモールドICパッケージを含んでもよく、これは指検出画素アレイの上に開口を有しない標準的な成形パッケージを有する比較的低コスト、高歩留りな指紋センサICのパッケージングである。説明的に、指検出デバイス20は、指検出画素アレイ30の上にあるオーバーモールド53と、指駆動電極32と、ボンディングワイヤ54とを含む。カラー被覆層55はオーバーモールド53の上にあり、表面透明被覆層56はカラー被覆層の上にある。オーバーモールド53、透明被覆層55及びカラー被覆層56の厚さは例えば100~900マイクロメートルの範囲に含まれうる。これは、指検出画素アレイの上に現在使用されている特別な薄い被覆の必要性を低減し、標準的な成形コンパウンドに置き換える。また、これは、これらのセンサに関連する特別な製造処理装置及び実務を低減しうる。ここで図18を更に参照して、別のアプローチは例えば標準的なプッシュボタンに直接に指検出デバイス20を直接成形することを含む。説明的に、フリップチップアンダーフィル57は指検出画素アレイ30によって支持され、バックフィル58は指検出画素アレイ30の側面及び下方を囲む。ボンディングワイヤ54はバックフィル58を通じて結合する。相互接続基板59、例えばキャプトン基板は、フリップチップアンダーフィル57の上にあり、部分的に指駆動電極32の上にある。オーバーモールドは指検出デバイス20の長さ方向に沿って相互接続基板59の上に支持される。フィルム上面層64はオーバーモールド53によって支持される。指検出デバイス20の上に成形されたプラスチック材料の標準的な厚さで動作しうる指検出デバイス20は成形キーキャップの一体部分として成形されてもよく、現在のセンサでは比較的難しいものである。さらに、本明細書で説明される指検出デバイス20は標準的なラミネート識別IDカードに組み込まれてもよい。スマートカード及びRF-IDカード製造に用いられる標準的なラミネーションを通じてユーザの指を画像化できる指検出デバイスは、標準的な低コストカード組立プロセスを用いて、これらのカードに経済的に組み込まれてもよい。さらに別のアプローチは、ケースの外側に貫通することなくホストデバイスのケース又は筐体の下に指検出デバイス20を搭載することを含む。指検出デバイス20はケースプラスチックを通じて指紋を読み取る。以下の表1はホストデバイスの様々な筐体又は外部構造の下に位置する指検出デバイスについて画像化総距離を示す。方法の側面は、指を検出する方法を対象とする。本方法は、それぞれが指検出電極を備える複数の指検出画素のアレイに隣接するユーザの指を受けることを含む。本方法はまた、ユーザの指を通じた駆動信号を指駆動電極を介して指検出画素のアレイに結合することを含む。本方法はまた、指検出画素のアレイに結合された差動画素測定回路を用いて指検出画素の隣接ペアについて複数の画素間差分測定結果を生成することを含む。当業者に理解されるように、本明細書に記載される回路はハードウェアだけのもの、ハードウェアとソフトウェアとの組み合わせ、又はプロセッサで実行されるコンピュータ実行可能命令を含みうる。一部の実施形態では、2つ以上のプロセッサが用いられてもよく、例えばホストプロセッサで、処理がこれらのプロセッサで分散されてもよい。当業者に理解されるように、他の処理及びハードウェア/ソフトウェア構成が用いられてもよい。前述の説明及び関連する図面に提示された示唆の利益を有する当業者は、本発明の多くの変形及び他の実施形態を思いつくだろう。従って、本発明は説明された特定の実施形態に限定されず、変形及び実施形態が添付の特許請求の範囲に含まれることが意図されることが理解される。